專利名稱：：拉絲模的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及金屬線等的拉絲用金剛石模，尤其涉及銅或金等極細線、或不銹鋼線、鋼簾線等的高硬度線拉絲用模。
背景技術：
：以往，在孔徑5(Vm以下的極細線的拉絲用模中，將天然單晶金剛石、或合成單晶金剛石作為原材料，使用圖1所示的形狀的材料。但是，單晶金剛石在長時間進行拉絲的情況下，發(fā)生圖2B所示的不均勻磨損，導致線肌(線肌)變差的問題。金剛石單晶中晶格面的間隔根據(jù)方位而不同，另外，面內的原子密度根據(jù)各晶格面而不同。因此，在耐磨損性上存在顯著的依賴性，在拉絲后發(fā)生不均勻磨損，線肌肉變差。另外，不銹鋼線、鋼簾線等的高硬度線拉絲用模存在在拉絲時，過度的應力施加于模，劈開引起的裂紋發(fā)生的問題。因此，在這樣的用途中，現(xiàn)狀是通常使用多晶金剛石。當前，就作為工具用市售的多晶金剛石來說，作為燒結助劑或結合劑，均使用Co、Ni、Fe等鐵族金屬、或SiC等陶瓷。這些是通過將金剛石的粉末與燒結助劑或結合劑一同在金剛石的熱力學上穩(wěn)定的高壓高溫條件下(通常，壓力56GPa、溫度13001500°C)燒結而得到。但是，包含10體積％左右的燒結助劑或結合材料，因此，得不到高精度的孔面，不能適用于極細線的拉絲。還知道天然產出的多晶金剛石(黑金剛石或玫紅尖晶石)，一部分用作挖掘鉆，但缺陷多，材質的不均也大，因此，未使用在模用途。另一方面，通過將石墨(graphite)或玻璃碳、無定型碳等非金剛石碳在超高壓高溫下，無催化劑或溶媒下，直接變換為金剛石，同時進行燒結，得到沒有結合材料的金剛石單相的多晶體。作為這樣的多晶體，例如，在J.Chem.Phys.，38(1963)631—643[F.P.Bundy](非專利文獻1)或Japan.J.Appl.Phys.，11(1972)578—590[M.Wakatsuki，K.Ichinose，T.Aoki](非專利文獻2)、Nature259(1976)38[S.Naka，K.Horii，Y.Takeda，T.Hanawa](非專利文獻3)中公開了將石墨作為起始物質，通過14一18GPa、3000K以上的超高壓高溫下的直接變換，得到多晶金剛石的技術。另外，在特開2002—66302號公報(專利文獻1)中記載了將碳納米管加熱為10GPa以上、160(TC以上，合成微細的金剛石的方法。進而，在新金剛石和前沿碳技術(NewDiamondandFrontierCarbonTechnology),14(2004)313[T.Irifune，H.Sumiya](非專利文獻4)或SEI技術評論165(2004)68[角谷、入艙](非專利文獻5)中公開了將高純度石墨作為起始物質，通過基于在12GPa以上、220(TC以上的超高壓高溫下的間接加熱的直接變換燒結，得到致密且高純度的單晶金剛石的方法。專利文獻1特開2002—66302號公報非專利文獻！J.Chem.Phys.，38(1963)631—643[F.P.Bundy]非專利文獻2Japan.J.Appl.Phys.，11(1972)578—590[M.Wakatsuki,K.Ichinose，T.Aoki]非專利文獻3Nature259(1976)38[S.Naka，K.Horii，Y.Takeda，T.Hanawa]非專禾ll文獻4NewDiamondandFrontierCarbonTechnology,14(2004)313[T,Irifune，H.Sumiya]非專利文獻5SEI技術評論165(2004)68[角谷、入艙]但是，通過在非專利文獻1或非專利文獻2、非專利文獻3中記載的多晶金剛石均通過向石墨等具有導電性的非金剛石碳直接流過電流來加熱的直接通電加熱法而進行，因此，不能避免未變換石墨殘留的情況。另外，金剛石粒徑不均一，另外，容易使燒結部分地不充分。因此，硬度或強度等機械特性不充分，而且，只得到片狀多晶體，得不到能夠用作拉絲模的物質。另外，在專利文獻1中公開的方法中，用金剛石砧臺對碳納米管加壓，用二氧化碳氣體激光器聚光加熱，因此，不能制造能夠適用于拉絲模的尺寸的均質的多晶金剛石。進而，在利用非專利文獻4或非專利文獻5中公開的方法得到的金剛石有時具有非常高的硬度，但其再現(xiàn)性不充分，機械特性不穩(wěn)定，因此，在用作拉絲模的情況下，根據(jù)試料，存在性能不均的問題。
發(fā)明內容本發(fā)明是為了解決以上的以往的技術問題而做成的，其目的在于提供將通過直接變換燒結來得到的多晶金剛石的特性最佳化為拉絲模用，不存在以往的單晶金剛石中的不均勻磨損、或劈開破裂的問題，與從以往開始市售的包含結合材料的多晶金剛石相比為高強度，耐熱性優(yōu)越，尤其在極細線或不銹鋼線或鋼簾線的拉絲中具有非常優(yōu)越的性能的拉絲模。本發(fā)明人等為了調查上述問題的原因，詳細調查通過直接變換來得到的多晶金剛石的微細結構和機械特性或耐磨損特性的關系的結果知道，有時具有層狀結構和微細的均質結構混合的復合組織，這些以適當?shù)谋壤植嫉那闆r下，高硬度且耐磨損性優(yōu)越。另外，知道在以往的方法中，層狀結構和微細的均質結構的比率根據(jù)起始物質的石墨的狀態(tài)或升溫時間、壓力條件的微妙的差異而不均，這導致機械特性、耐磨損特性不穩(wěn)定的原因。因此，本發(fā)明人等為了解決如上所述的問題，在超高壓高溫下將非金剛石碳直接變換為金剛石的方法中，將向比較粗的板狀石墨或比較粗的金剛石中添加了非石墨型碳物質或低結晶性或微粒的石墨的物質作為起始物質的結果，發(fā)現(xiàn)了得到在微粒的金剛石的基質中分散有層狀或比較粗的金剛石結晶的組織的多晶金剛石，通過該層狀或粗粒金剛石中的塑性變形、微細裂紋的進展阻止效果，極其穩(wěn)定地得到非常硬且強韌的多晶金剛石的事實。另外，還發(fā)現(xiàn)了通過石墨也能夠根據(jù)升溫時間、壓力條件，進行微細結構的控制，形成為如上所述的適當?shù)慕M織。還有，使用該原材料，制作模，進行了拉絲測試的結果判斷出，根據(jù)起始物質或合成條件，得到耐磨損性高，不均勻磨損或劈開裂紋也少的模，通過利用起始物質的最佳化，最佳化多晶金剛石的微細結構，發(fā)現(xiàn)得到具有以往材質的三倍以上的耐久性的、非常優(yōu)越的拉絲模的事實，從而實現(xiàn)了本發(fā)明。艮P，本發(fā)明的特征如下，即其特征在于，形成為使用了如下所述的多晶金剛石的模，該多晶金剛石是將非金剛石型碳物質作為起始物質，在超高壓高溫下不添加燒結助劑或催化劑而直接變換燒結為金剛石的、基本上由金剛石構成的多晶金剛石，金剛石具有最大粒徑為100nm以下、平均粒徑為50nm以下的微粒的金剛石和最小粒徑為50nm以上、最大粒徑10000nm以下的板狀或粒狀粗粒金剛石的混合組織。在多晶金剛石中設置有使被拉絲加工的線材料通過的孔。另外，優(yōu)選微粒的金剛石的最大粒徑為50nm以下，平均粒徑為30nm以下，優(yōu)選粗粒的金剛石的最小粒徑為50nm以上，最大粒徑為1000nm以下。優(yōu)選在將該多晶金剛石使用于模時，在多晶金剛石形成的孔中，至少作用于加工的面的面粗糙度按Ra為0.001|im以上且0.2pm以下，優(yōu)選在多晶金剛石形成的孔中，觀察軸承部的剖面時的所述孔的正圓度為0.01pm以上，且0.2pm以下。還有，本申請中正圓度是指在360。的各方向上觀察了孔的直徑時的最大的直徑和最小的直徑之差。另外，優(yōu)選根據(jù)被拉絲加工的線材料，將孔的形狀中的圓錐(reductkm)角度設為適當?shù)拇笮?。作為具體的大小，優(yōu)選在拉絲加工金線的情況下為816°，在拉絲加工銅線的情況下為816。，在拉絲加工鎢線的情況下為614°，在拉絲加工不銹鋼線的情況下為614°，在拉絲加工鋼簾線的情況下為614。。圖1是觀察了以往的單晶金剛石模的剖面的概略圖。圖2A是表示以往的單晶金剛石模的磨損狀態(tài)的照片，是磨損前的狀態(tài)的照片。圖2B是表示以往的單晶金剛石模的磨損狀態(tài)的照片，是磨損后的狀態(tài)的照片。圖3A是確認了本發(fā)明的金剛石模和以往的天然單晶金剛石模的、孔徑變化的狀況的試驗結果，是表示在該試驗中使用的模的概略形狀的圖表。圖3B是確認了本發(fā)明的金剛石模和以往的天然單晶金剛石模的、孔徑變化的狀況的試驗結果，是表示本發(fā)明的金剛石模的孔徑變化的結果的圖表。圖3C是確認了本發(fā)明的金剛石模和以往的天然單晶金剛石模的、孔徑變化的狀況的試驗結果，是表示以往的天然單晶金剛石模的孔徑變化的結果的圖表。圖中l(wèi)一單晶金剛石；2—箱。具體實施例方式向粒徑50mn以上的板狀石墨或金剛石中添加適量的非石墨型碳物質，將其作為起始物質，在金剛石的熱力學穩(wěn)定的壓力條件下直接變換燒結為金剛石的情況下，得到在平均粒徑例如為1020nm的非常微細的金剛石的基質中分散有例如100200nm的比較粗的金剛石的組織的多晶金剛石。塑性變形或裂紋的進展在比較粗的金剛石部被阻止，因此，顯示非常強韌且高的硬度特性，試料引起的特性不均也大幅度減小。在此，粒徑50nm以上的板狀石墨或金剛石中添加的非石墨型碳物質的添加量優(yōu)選10體積％以上，95體積％以下。若少于10體積％，則層狀或粗粒的金剛石之間接觸，應力在其界面集中，容易發(fā)生破裂或龜裂，因此不優(yōu)選。另外，若超過95體積％，則層狀或粗粒的金剛石產生的塑性變形或微細裂紋的進展阻止效果變得不充分。另外，作為上述非石墨型碳物質，可以舉出琺瑯碳、無定形碳、富勒烯、碳納米管等。另外，還可以使用用行星球磨機等機械粉碎了石墨的粒徑50nm以下的微細的碳。將以上的混合物填充于Mo等金屬包囊中。使用粉碎的微細碳的情況下，需要在高純度的惰性氣體中進行填充作業(yè)。其次，使用能夠進行多砧臺型(multi-arwil)超高壓裝置或帶型超高壓裝置等的各向同性加壓或靜水壓加壓的超高壓高溫產生裝置，以溫度1500。C以上，且金剛石的熱力學穩(wěn)定的壓力保持規(guī)定時間。非石墨型碳直接變換為金剛石，進行同時燒結。在使用粒徑50rnn的板狀石墨的情況下，為了將其完全地變換為金剛石，需要在2000。C以上的高溫下進行處理。這樣，穩(wěn)定地得到在微粒的金剛石的基質中分散有層狀或比較粗的金剛石結晶的組織的多晶金剛石。另外，將石墨作為起始物質，進行上述高壓高溫處理時，通過將加熱速度設為100100(TC/分鐘，也得到相同的組織的多晶金剛石。由于該層狀或粗粒金剛石中的塑性變形、微細裂紋的進展阻止效果，多晶體的硬度為120GPa以上，非常高，因此，耐磨損性非常優(yōu)越，特性的不均也少。將該多晶金剛石作為芯，利用激光器等形成孔，拋光孔的面。拋光的孔的面的面粗糙度按Ra為0.OOlto以上且0.2Mm以下。若形成為這樣的面粗糙度，則在進行拉絲加工的情況下，降低抑制拉絲阻力，磨損量也變少，因此，壽命提高，而且，無論是耐磨損性高的多晶金剛石，均能夠比較容易且短時間內加工磨削。另外，若使利用這樣的激光加工和拋光加工，觀察軸承部的剖面時的孔的正圓度成為O.Olpim以上且0.2pm以下地進行加工，則能夠得到高精度且高品質的線材料，能夠形成為長壽命的尺寸。實施例向粒徑0.0510pm、純度99.95%以上的結晶性良好的石墨粉末或粒徑0.053(im的合成金剛石粉末中添加超微細粉碎了石墨的粉末或琺瑯碳粉末、C60粉末、碳納米管粉末的各種非石墨型碳材料，將其填充、密封于Mo包囊中，將其使用超高壓產生裝置，以各種壓力、溫度條件進行30分鐘處理。利用X射線衍射，同定得到的試料的生成相，通過TEM觀察，調查構成粒子的粒徑。另外，將得到的試料的表面拋光為鏡面，用微型努氏硬度計測定所述拋光面處的硬度。實驗結果示出在表l中。[表l]<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>從該結果可知，若將向平均粒徑50nm以上的石墨或金剛石中以10體積％以上，且95體積％以下添加了微粒粉碎石墨或非石墨型碳物質的物質作為起始物質，在超高壓高溫下直接變換燒結，則穩(wěn)定地得到在平均粒徑50nm以下的微粒的金剛石的基質中分散有粒徑50nm以上的層狀金剛石或比較粗的金剛石結晶的組織的多晶金剛石。得到的多晶體的硬度遠比以往的Co粘合劑的燒結體(6080GPa)高，另外，在將石墨作為起始物質的多晶體中所顯示的硬度特性的不均也沒有。其次，制作使用了上述金剛石中實施例1的金剛石的模和使用了天然單晶金剛石的模，確認模的孔徑變化的狀況。作為試驗條件，由于兩者的模的初始的孔徑略不同，因此，拉絲的線材料形成為比初始的孔徑大約2pim的直徑的銅線，以100mm/秒的拉絲速度進行，每拉絲lm時切除拉絲加工的線的中央部的20cm，基于該重量，算出平均直徑。還有，反復進行30次該作業(yè)，求出30次的直徑的數(shù)據(jù)的最大值、最小值、平均值。從而，這些值成為拉絲30m的過程中的值。將其反復進行8次，形成為圖標，該圖標為圖3B和圖3C。在圖3B和圖3C中記載的試驗結果的線中，上側的虛線表示最大直徑的變化，下側的虛線表示最小直徑的變化，中央的實線表示平均直徑的變化。從該結果可確認，就孔徑變化的速度來說，與本發(fā)明的多晶金剛石的模相比，以往的天然單晶金剛石的模快三倍左右，本發(fā)明的模的耐久性非常優(yōu)越。為了進一步比較，利用使用了上述金剛石中實施例1的金剛石(模原材料為A的)的模(本發(fā)明149)、使用了平均粒徑為lpm的金剛石(模原材料為B的)構成的以往的多晶金剛石(包含幾十％的Co的結合材料)的模(以往例1、2、5、6、11、12、15、16、21、22、25、26、31、32、35、36、41、42、45、46)、禾卩使用了以往的天然單晶金剛石(模原材料為C的)的模(以往例3、4、7、13、14、17、23、24、27、33、34、37、43、44、47)，制作孔形狀不同的多個形狀的模，進行五種線材料的拉絲加工，進行比較。使用的金剛石的原材料、作用面的面粗糙度、正圓度、圓錐角度如表26所述，其結果也一同示出在表26中。還有，關于線材料為鋼簾線的例子，由于沒有其他線材料的例子的40pm的直徑的線材料，因此形成為孔徑為200jam的模。從而，關于鋼簾線的結果，成為不能在與其他線材料相同的基準下比較的結果。在表26的結果中，關于壽命，用指數(shù)表示，壽命與指數(shù)成比例而變長。另外，線表面的損傷是通過將50km(鋼簾線20km)的長度拉絲加工的時點下的線表面的損傷的狀態(tài)，進行如3的評價的，O表示沒有確認到損傷，A表示確認到淺的損傷，X表示確認到線材料被切削之類的深的損傷。進而，確認線表面的損傷的同時，還測定正圓度。[表2]<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>[表3〗<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>[表4]<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>從這些結果可知，根據(jù)面粗糙度的差異、正圓度的差異或圓錐角度的差異，比較本發(fā)明的模和以往的模的情況下，本發(fā)明的模在壽命或線表面的損傷的發(fā)生中優(yōu)越，能夠長時間進行正圓度的變化少，精度良好的拉絲加工。權利要求1.一種拉絲模，其特征在于，其是將多晶金剛石作為芯的拉絲模，該多晶金剛石是將非金剛石型碳物質作為起始物質，在超高壓高溫下不添加燒結助劑或催化劑而直接變換燒結為金剛石的、基本上僅由金剛石構成的多晶金剛石，其中，所述多晶金剛石具有最大粒徑為100nm以下、平均粒徑為50nm以下的微粒的金剛石和最小粒徑為50nm以上、最大粒徑為10000nm以下的板狀或粒狀的粗粒金剛石的混合組織，在所述多晶金剛石設置有使被拉絲加工的線材料通過的孔。2.根據(jù)權利要求l所述的拉絲模，其中，所述微粒的金剛石的最大粒徑為50nm以下，平均粒徑為30nm以下。3.根據(jù)權利要求1所述的拉絲模，其中，所述粗粒的金剛石的最小粒徑為50nm以上，最大粒徑為1000nm以下。4.根據(jù)權利要求1所述的拉絲模，其中，形成于所述多晶金剛石的孔中，至少作用于加工的面的面粗糙度按Ra為O.OOljam以上且0.2|im以下。5.根據(jù)權利要求l所述的拉絲模，其中，形成于所述多晶金剛石的孔中，觀察軸承部的剖面時的所述孔的正圓度為O.Oljum以上且0.2pm以下。6.根據(jù)權利要求1所述的拉絲模，其中，被拉絲加工的線材料為金線，所述孔的形狀中圓錐角度為816。。7.根據(jù)權利要求1所述的拉絲模，其中，被拉絲加工的線材料為銅線，所述孔的形狀中圓錐角度為816。。8.根據(jù)權利要求1所述的拉絲模，其中，被拉絲加工的線材料為鎢線，所述孔的形狀中圓錐角度為614。。9.根據(jù)權利要求l所述的拉絲模，其中，被拉絲加工的線材料為不銹鋼線，所述孔的形狀中圓錐角度為61410.根據(jù)權利要求1所述的拉絲模，其中，被拉絲加工的線材料為鋼簾線，所述孔的形狀中圓錐角度為614。。全文摘要本發(fā)明的目的在于提供強度或耐磨損性優(yōu)越的拉絲模。作為拉絲模的芯，使用一種多晶體，其是將包含非金剛石型碳物質的原料組合物在超高壓高溫下不添加燒結助劑或催化劑而直接變換燒結為金剛石的、基本上僅由金剛石構成的多晶體，該多晶金剛石是具有最大粒徑為100nm以下、平均粒徑為50nm以下的微粒金剛石結晶和最小粒徑為50nm以上、最大粒徑10000nm以下的板狀或粒狀粗粒金剛石結晶的混合組織的高硬度金剛石多晶體。文檔編號B21C3/02GK101588877SQ20088000229公開日2009年11月25日申請日期2008年1月18日優(yōu)先權日2007年1月19日發(fā)明者湯川實,角谷均申請人:住友電氣工業(yè)株式會社;聯(lián)合材料公司;住友電工硬質合金株式會社