專利名稱：：含有晶體的材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明背景本發(fā)明涉及一種含有晶體的材料。生產(chǎn)各種金剛石基體復(fù)合材料或工具材料或組件，如鋸段、砂輪和多晶金剛石(PCD)產(chǎn)品在工藝上已相當(dāng)成熟。在其生產(chǎn)中采用了許多方法。對(duì)于鋸段、顆粒材料、珍珠狀物等，將金剛石粉末與基體材料混合，然后燒結(jié)(基本上在大氣壓下)得到所述組件?；蛘?，使熔融的基體材料滲入金剛石粉末床中(也基本上在大氣壓下)得到所述組件。對(duì)于PCD產(chǎn)品而言，在高溫及高壓的條件下和在溶劑-催化劑的存在下燒結(jié)金剛石粉末，所得成型片材再成型做成最終的組件。實(shí)際上每一種方法和產(chǎn)品都是從金剛石粉末開始，然后再制作成組件的。這些方法中有一些基本上是在大氣壓下進(jìn)行的，而由它們所制得的組件則限于在較低溫度下燒結(jié)或滲入的基體以避免金剛石的石墨化或?qū)⑵淇赡苄越档椭磷畹统潭取Ｔ赑CD產(chǎn)品的生產(chǎn)中，溶劑-催化劑通常限于用于生產(chǎn)膠接碳化鎢載體的基體，或者在熱穩(wěn)定性更好的產(chǎn)品的情況中，滲入劑限于能與金剛石反應(yīng)或形成所需相態(tài)的那些元素或化合物，如硅形成碳化硅。本發(fā)明概要根據(jù)本發(fā)明，一種制備在基體中包括晶體塊(amassofcrystals)的結(jié)合凝聚材料(bonded,coherentmaterial)的方法包括以下步驟提供所需生長(zhǎng)類型的晶體源，它們基本上沒有宏觀小平面表面(facetedsurface)；通過(guò)使源晶體與適宜的溶劑/催化劑進(jìn)行接觸得到反應(yīng)物料；將所述反應(yīng)物料置于一高溫/高壓裝置的反應(yīng)區(qū)中適宜于晶體生長(zhǎng)的高溫和高壓的條件下制得所述材料并從反應(yīng)區(qū)中移出，選擇晶體生長(zhǎng)的條件使得源晶體轉(zhuǎn)化為發(fā)展出低米勒指數(shù)宏觀小平面(facet)的晶體。高米勒指數(shù)表面比例高的顆粒較高米勒指數(shù)表面比例低的顆粒更容易獲得小平面晶體(facetedcrystal)。此外，高米勒指數(shù)表面比例低的顆粒僅能部分呈現(xiàn)小平面和/或顯示出溶解小平面。結(jié)合凝聚材料含有高比例(通常至少為50％、優(yōu)選至少為70％)的發(fā)展出低米勒指數(shù)的小平面晶體。這些晶體、特別是當(dāng)它們是金剛石晶體時(shí)，將通常為單晶。產(chǎn)生用于本發(fā)明實(shí)踐中產(chǎn)生晶體生長(zhǎng)所必需的過(guò)飽和推動(dòng)力的方法至少部分、優(yōu)選主要取決于在此后稱為“伍爾夫效應(yīng)”(較高米勒指數(shù)的表面比較低米勒指數(shù)的表面具有較高的表面自由能)的低米勒指數(shù)表面與高米勒指數(shù)表面之間表面自由能的差別。當(dāng)每單位體積的晶體的總表面自由能達(dá)到最小時(shí)，也即當(dāng)晶體被低米勒指數(shù)的表面所包圍時(shí)晶體的形狀最終達(dá)到平衡?？蓪⑤^高米勒指數(shù)的表面視為包括一系列彼此之間靠得很近的階梯式低米勒指數(shù)表面。這種情況包括于術(shù)語(yǔ)“較高米勒指數(shù)表面”中。當(dāng)晶體處于其平衡形狀時(shí)，存在一個(gè)離每一個(gè)表面的垂直距離與該表面的表面自由能成正比的點(diǎn)。這就是伍爾夫定理的基礎(chǔ)。我們發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明實(shí)踐優(yōu)選的晶體-金剛石的情況中，高米勒指數(shù)表面與低米勒指數(shù)表面之間的表面自由能之差較大，并且當(dāng)采用各種尺寸(包括數(shù)十微米的尺寸)的金剛石晶體時(shí)可以產(chǎn)生維持結(jié)晶的過(guò)飽和現(xiàn)象。因此，本發(fā)明特別可應(yīng)用于金剛石晶體的生長(zhǎng)，其中至少部分、優(yōu)選主要由高米勒指數(shù)的晶體表面與較低米勒指數(shù)的晶體表面之間的溶解度差產(chǎn)生過(guò)飽和現(xiàn)象，如通過(guò)基本消除表征宏觀高米勒指數(shù)表面的各種臺(tái)階、扭折和其它結(jié)構(gòu)缺陷減少表面自由能來(lái)加以實(shí)現(xiàn)。我們還觀察到伍爾夫效應(yīng)取決于反應(yīng)物料中占優(yōu)勢(shì)的各種條件。例如，對(duì)于給定的溶劑/催化劑及所施用的壓力而言，如可從圖1和圖2中所示的圖表中看到，伍爾夫效應(yīng)取決于溫度和時(shí)間。圖1的圖表示意了在約5.4GPa下的鐵-鎳溶劑/催化劑中(將該條件維持1小時(shí))在金剛石上伍爾夫效應(yīng)的溫度依賴性。圖2的圖表示意了在約5.4GPa下的相同鐵-鎳溶劑/催化劑中(將該條件維持10小時(shí))在金剛石上伍爾夫效應(yīng)的溫度依賴性。從這些圖表中我們注意到，源晶體的尺寸越大，則所施用的溫度越高以確保伍爾夫效應(yīng)處于主導(dǎo)地位并得到含有大比例具有低米勒指數(shù)的小平面單晶的晶體塊。對(duì)于其它溶劑/催化劑和施用壓力而言，也可以得到類似的圖表以確定在什么條件下伍爾夫效應(yīng)處于主導(dǎo)地位。高溫及高壓條件將隨晶體性質(zhì)的不同而異。對(duì)于金剛石晶體而言，高溫的范圍通常為1100-1500℃，高壓的范圍通常為4.5-7GPa。由本發(fā)明方法制得的結(jié)合凝聚材料可以是例如工具組件或插入物、軸承表面、用于進(jìn)一步加工的基底材料、磨料、受熱器、生物醫(yī)學(xué)材料、催化劑基體等。這些材料全都利用了晶體和基體的性能或晶體與基體各種性能的組合。這些材料可具有不同性能的各個(gè)區(qū)。例如，各個(gè)區(qū)在晶體濃度或尺寸方面，或在基體或其組合方面可以不同。不同的區(qū)可以無(wú)規(guī)或有序分布的方式在各層或區(qū)域中伸展，如從材料的一邊伸展到對(duì)面的一邊，或在層中可從中心點(diǎn)伸展至材料的外表面。本發(fā)明特別可應(yīng)用于晶體含量低于85％(體積)、通常低于60％(體積)的材料中?？蓪⒉牧献龀蔀槠涮峁┫嗾澈系幕撞牧?、外表面層或內(nèi)核形式的支撐層的方式。可選擇該支撐層的性質(zhì)以便補(bǔ)充材料的性能或增強(qiáng)其有用性。材料與支撐層之間的界面可以是任何形狀，包括平面、凸面、凹面或不規(guī)則形狀。附圖簡(jiǎn)述圖1是示意在約5.4GPa下的鐵-鎳溶劑/催化劑中(將該條件維持1小時(shí))在金剛石上伍爾夫效應(yīng)的溫度依賴性的圖表；圖2是示意在約5.4GPa下的鐵-鎳溶劑/催化劑中(將該條件維持10小時(shí))在金剛石上伍爾夫效應(yīng)的溫度依賴性的圖表；圖3是所回收的金剛石顆粒尺寸分布與初始金剛石粒度分布相比較的圖表；和圖4是本發(fā)明結(jié)合凝聚材料截面放大875倍的相片。實(shí)施方案的描述本發(fā)明通過(guò)使源晶體塊和基體材料預(yù)先成型并在相同的操作中使晶體生長(zhǎng)和使基體形成來(lái)生產(chǎn)工具組件或材料。這樣使得例如工具組件或材料的生產(chǎn)接近最終用途的最后形狀(netshape)和尺寸。基體和晶體材料或其組合的性質(zhì)決定了工具組件或材料可以承受的工作條件。晶體材料的性質(zhì)以及過(guò)飽和-時(shí)間分布曲線決定了晶體的生長(zhǎng)速率和尺寸，而晶體源和金屬基體在預(yù)先成型物料中的相對(duì)量決定了晶體在工具組件或材料中的濃度。通過(guò)任何常規(guī)方法，如熱壓、冷壓實(shí)(采用或不采用臨時(shí)粘合劑)或滑移澆鑄可進(jìn)行晶體和基體的預(yù)先成型或制備。然而，當(dāng)所述晶體為金剛石時(shí)，選擇用于預(yù)先成型的條件應(yīng)優(yōu)選使金剛石基本上不發(fā)生石墨化現(xiàn)象。在本發(fā)明方法中使用和生長(zhǎng)的晶體通常是超硬磨料顆粒，如金剛石或立方氮化硼晶體。形成至少部分材料基體的溶劑/催化劑將取決于所生長(zhǎng)的晶體的性質(zhì)。適用于金剛石的適宜溶劑/催化劑的實(shí)例為各種過(guò)渡金屬元素，如鐵、鈷、鎳、錳以及含有這些金屬任何一種的合金、不銹鋼、高溫合金(如鈷-基、鎳-基和鐵-基)、硅鋼、鈷青銅和黃銅(brazes)，如鎳/磷、鎳/鉻/磷和鎳/鈀。其它適用于金剛石的溶劑/催化劑為不含過(guò)渡金屬元素的各種元素、化合物和合金，如銅、銅/鋁和磷，以及各種非金屬材料或其混合物如堿金屬和堿土金屬的氫氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、氯酸鹽和硅酸鹽(如水合形式的鎂橄欖石和頑輝石)?？赏ㄟ^(guò)形狀不規(guī)則且基本上不含宏觀小平面表面的顆粒來(lái)提供源晶體。適宜源晶體的一個(gè)實(shí)例為粉碎操作的產(chǎn)物。也可以通過(guò)經(jīng)處理后使宏觀小平面遭到破壞或毀壞和/或形成高米勒指數(shù)的表面和由此形成的較高表面能表面的顆粒來(lái)提供這種源顆粒。也可通過(guò)包含金剛石核以及適宜材料的涂層如溶劑/催化劑層的顆粒來(lái)提供源顆粒，其條件當(dāng)然是核金剛石顆粒具有高米勒指數(shù)的表面并且基本上沒有宏觀小平面。在金剛石的情況中，源顆?？梢允侨缤ㄟ^(guò)常規(guī)高壓/高溫法所制得的合成金剛石，也可以是天然金剛石。用于本方法中的高溫高壓條件也隨即將生長(zhǎng)的晶體性質(zhì)的不同而異。在金剛石和立方氮化硼生長(zhǎng)的情況中，合成的條件應(yīng)使得晶體在其中是熱力學(xué)穩(wěn)定的。這些條件在本領(lǐng)域中是眾所周知的。然而也可以在金剛石熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū)域之外的條件下進(jìn)行金剛石的生長(zhǎng)。如果是奧斯特瓦爾德穩(wěn)定態(tài)規(guī)律而非奧斯特瓦爾德-沃爾默規(guī)律主導(dǎo)生長(zhǎng)過(guò)程，則可以使用金剛石熱力學(xué)穩(wěn)定范圍外的溫度與壓力的條件(參見Bohr,RHaubner和BLux的DiamondandRelatedMaterials,第4卷，第714-719頁(yè)，1995年)—“根據(jù)奧斯特瓦爾德穩(wěn)定態(tài)規(guī)律，如果將能量從具有幾種能態(tài)的體系中引出，則該體系將無(wú)法直接達(dá)到穩(wěn)定的基態(tài)，但取而代之的是將逐漸穿過(guò)所有的中間態(tài)。此外，根據(jù)奧斯特瓦爾德-沃爾默規(guī)律，首先形成較低密相(成核)。在兩種規(guī)律在其中似乎相互矛盾時(shí)，奧斯特瓦爾德-沃爾默規(guī)律優(yōu)先于奧斯特瓦爾德穩(wěn)定態(tài)規(guī)律?！痹诮饎偸w在其熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū)域外進(jìn)行生長(zhǎng)的情況中，可通過(guò)例如施用壓力來(lái)抑制奧斯特瓦爾德-沃爾默規(guī)律，從而使金剛石在預(yù)先存在的金剛石顆粒上生長(zhǎng)，條件是基本上不存在石墨晶體。雖然對(duì)于本發(fā)明的實(shí)踐來(lái)說(shuō)等溫和等壓條件不是必不可少的，但優(yōu)選采用這些條件。使源晶體與適宜的溶劑/催化劑接觸以便得到反應(yīng)物料。一般而言，源晶體與顆粒形式或淤漿的催化劑/溶劑進(jìn)行混合。可將反應(yīng)物料放置于常規(guī)高溫/高壓設(shè)備的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，然后使內(nèi)容物經(jīng)受所需的高溫高壓條件。較高米勒指數(shù)的表面比較低米勒指數(shù)的表面優(yōu)先溶解于催化劑/溶劑中。溶質(zhì)遷移到較低米勒指數(shù)的表面并進(jìn)行沉淀或在其上生長(zhǎng)。除了溫度及壓力條件之外，所得的晶體將具有依賴于所用飽和-時(shí)間分布曲線的形態(tài)學(xué)，而溶劑/催化劑的化學(xué)組成也影響著形態(tài)學(xué)。本發(fā)明含晶體材料的基體可含有另一相，或第三相。在產(chǎn)品生產(chǎn)的條件下另一相應(yīng)是熱力學(xué)穩(wěn)定的，并且在這些條件下不溶于、或基本上不溶于溶劑/催化劑中。當(dāng)這個(gè)另一相材料可溶于、或基本上可溶于溶劑/催化劑時(shí)，可通過(guò)溶解度較低的涂層或覆蓋層進(jìn)行保護(hù)。另一相及其性質(zhì)將取決于所生產(chǎn)的產(chǎn)品類型。這個(gè)另一另一相可采用顆粒、纖維、須晶、片晶等形式。適宜的第三相材料的實(shí)例為各種碳化物、氧化物、硫化物、氮化物、硅化物、硼化物、元素材料，或其混合物，或粘合材料如膠接碳化物。另一相也可以是潤(rùn)滑劑或含有潤(rùn)滑劑，如石墨、六方一氮化硼或二硫化鉬。通過(guò)在材料中包括這些潤(rùn)滑劑可以避免使用外潤(rùn)滑劑。當(dāng)另一相為顆粒狀時(shí)，其顆粒尺寸可與材料晶體的顆粒相同，也可以不同。另一相可含有一種以上的組分，如可以含有碳化物和氮化物，或者可以包括若干不同的相。通常另一相可與溶劑/催化劑和金剛石源以及源晶體進(jìn)行混合以得到反應(yīng)物料。然后將反應(yīng)物料置于上述高溫和高壓條件下。在金剛石生長(zhǎng)期間另一相可就地在反應(yīng)物料中制備?？赏ㄟ^(guò)許多方式控制基體的微結(jié)構(gòu)，如通過(guò)控制來(lái)自高溫/高壓步驟的冷卻階段的溫度-壓力分布圖，通過(guò)隨后進(jìn)行熱處理，或通過(guò)將起晶粒細(xì)化劑作用或能賦予耐腐蝕性的材料如硅包括在反應(yīng)物料中來(lái)實(shí)現(xiàn)這種控制。通過(guò)以下非限制性的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施例1采用反應(yīng)皿(reactioncapsule)來(lái)得到包括分散于鐵-鈷基體內(nèi)的金剛石晶體的材料。由(a)50克金剛石粉末和(b)285克鐵-鈷催化劑/溶劑制得混合物。這些金剛石顆粒為不規(guī)則多角形和沒有任何宏觀小平面的天然金剛石，其粒度分布為20-40微米。通過(guò)熱壓將混合物做成孔隙率約為25％的圓筒。將圓筒放置于反應(yīng)皿中并升高至約5.5GPa和約1380℃的條件。使這些條件保持11小時(shí)。從反應(yīng)皿中移出的樣片為圓柱形，尺寸由于孔隙率減少而按比例變小。在內(nèi)部，金剛石材料基本上還是與金剛石源材料的尺寸相同，發(fā)展出低米勒指數(shù)的宏觀小平面。結(jié)合凝聚的材料具有適用于耐磨及切割應(yīng)用的強(qiáng)度和抗磨性。所附的圖4是材料截面放大875倍的相片，示意了基體10和發(fā)展出低米勒指數(shù)的宏觀小平面金剛石12。實(shí)施例2采用反應(yīng)皿來(lái)得到包括分散于鐵-鎳基體內(nèi)的金剛石晶體的材料。由(a)30％(體積)金剛石粉末，和(b)70％(體積)鐵-鎳催化劑/溶劑制得混合物。這些金剛石粉末顆粒為不規(guī)則多角形，并且沒有任何宏觀小平面，其粒度分布為8-16微米。通過(guò)粉碎較粗的合成材料得到這些金剛石顆粒。通過(guò)單軸冷壓和在750℃下燒結(jié)將混合物做成孔隙率約為25％的圓筒。將圓筒放置于反應(yīng)皿中并升高至約5.5GPa和約1370℃的條件。使這些條件保持1小時(shí)。從反應(yīng)皿中移出的樣片為圓柱形，尺寸由于孔隙率減少而按比例變小。在內(nèi)部，金剛石材料基本上還是與金剛石源材料的尺寸相同，發(fā)展出低米勒指數(shù)的宏觀小平面。結(jié)合凝聚的材料具有適用于耐磨及切割應(yīng)用的強(qiáng)度和抗磨性。實(shí)施例3再采用另一反應(yīng)皿來(lái)得到包括分散于鐵-鈷基體內(nèi)的金剛石晶體的材料。由(a)50克金剛石粉末，和(b)285克鐵-鈷催化劑/溶劑制得混合物。這些金剛石粉末顆粒為不規(guī)則多角形，并且沒有任何宏觀小平面，其尺寸約為3微米。通過(guò)粉碎較粗的合成材料得到這些金剛石顆粒。通過(guò)在約750℃下進(jìn)行熱壓將混合物做成孔隙率約為25％的圓筒。將圓筒放置于反應(yīng)皿中并升高至約5.6GPa和約1350℃的條件。使這些條件保持11小時(shí)。從反應(yīng)皿中移出的樣片為圓柱形，尺寸由于孔隙率減少而按比例變小。在內(nèi)部，金剛石材料基本上還是與金剛石源材料的尺寸相同，發(fā)展出低米勒指數(shù)的宏觀小平面。結(jié)合凝聚的材料具有適用于耐磨及切割應(yīng)用的強(qiáng)度和抗磨性。實(shí)施例4-24采用實(shí)施例1-3中所述以外的溶劑/催化劑得到含有小平面金剛石晶體的材料。在下表Ⅰ中列出了這些溶劑/催化劑體系的實(shí)施例以及用其得到含有小平面金剛石的材料的各種條件。在實(shí)施例4-24的每一個(gè)中，源金剛石顆粒為通過(guò)粉碎較粗的材料得到的不規(guī)則狀合成金剛石并且沒有宏觀小平面。表Ⅰ<tablesid="table1"num="001"><table>實(shí)施例溶劑/催化劑或基體(標(biāo)稱組成)壓力(GPa)溫度(℃)時(shí)間(分)4100Fe5.2513906605100Co5.2513906606100Ni5.4814106607100Cu5.3514006608100Mn5.351400660989Ni.11P5.4212506601052Mn.48Ni5.251360401180Cu.20Ni5.314003001260Cu.40Sn5.3514006601360Co.24Cu.16Sn5.31400300</table></tables>實(shí)施例25-28本發(fā)明通過(guò)實(shí)施例25-28進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明，其中示意了用于制備含有小平面金剛石的材料的源金剛石顆粒的尺寸范圍。在每一個(gè)實(shí)施例中，壓力約為5.3GPa，并且這些條件保持11小時(shí)。在每一種情況中的源金剛石為不規(guī)則形狀、沒有宏觀小平面的金剛石。表Ⅱ?qū)嵤├?9-32在下表Ⅲ中列出了用不同金剛石濃度所得的含有小平面金剛石的材料的實(shí)施例。在每一個(gè)實(shí)施例中，源金剛石顆粒為不規(guī)則形狀、沒有宏觀小平面的粉碎合成金剛石。表Ⅲ實(shí)施例33通過(guò)該實(shí)施例說(shuō)明了控制含有小平面金剛石的材料中小平面金剛石的粒度分布。采用激光束衍射法測(cè)定沒有宏觀小平面且公稱尺寸為30-45微米的源金剛石顆粒團(tuán)的粒度分布。由(a)25％(體積)的這些源金剛石顆粒，和(b)75％(體積)的鐵-鎳粉末制成混合物。將混合物放置于反應(yīng)皿中并升高至約5.3GPa和約1360℃的條件，使這些條件保持18分鐘。通過(guò)將溶劑/催化劑溶解于稀無(wú)機(jī)酸的混合物中使金剛石從物料中回收出來(lái)。經(jīng)洗滌和干燥后，稱重所回收的金剛石，再次測(cè)量粒度分布。我們發(fā)現(xiàn)金剛石量損失為24％，或?yàn)槿軇?催化劑量的3.5％，它與金剛石在溶劑/催化劑中的溶解度相當(dāng)。源金剛石顆粒和從反應(yīng)皿中回收的小平面金剛石的粒度分布示于圖3。源金剛石顆粒的尺寸分布與回收的小平面金剛石顆粒的尺寸分布基本相同，回收的金剛石稍大于源金剛石，比表面積從0.178米2/克輕微減少至0.168米2/克也顯示了這一點(diǎn)。這種尺寸分布的略微粗化證實(shí)了小平面形成是由于采用伍爾夫效應(yīng)的生長(zhǎng)過(guò)程而非溶解過(guò)程所致。實(shí)施例34-44含有小平面金剛石的材料的基體可包含另一個(gè)或第三相。可采用各種第三相材料來(lái)得到本發(fā)明含有小平面金剛石的材料。實(shí)施例34-36為氧化物第三相的實(shí)施例，實(shí)施例37-40為氮化物第三相的實(shí)施例，而實(shí)施例41-44為碳化物第三相的實(shí)施例。除了實(shí)施例37外，這些氧化物、氮化物和碳化物保持穩(wěn)定(由X-射線衍射所證實(shí))，并且在加工條件下基本上不溶于基體中。在實(shí)施例37中，加工前二氧化硅為石英變體，加工后為柯石英變體(由X-射線衍射所證實(shí))，但二氧化硅基本上還是不溶于基體中。在每個(gè)實(shí)施例中，源金剛石顆粒為不規(guī)則形狀、沒有宏觀小平面的粉碎合成金剛石，條件為約5.3GPa和1410℃，保持300分鐘。在下表Ⅳ-Ⅵ中列出了用于每一個(gè)實(shí)施例中的基體和第三相物料。表Ⅳ表Ⅳ表Ⅵ實(shí)施例45在高溫、高壓過(guò)程期間第三相也可以就地制得。在另一個(gè)實(shí)施例中，采用反應(yīng)皿來(lái)得到包括分散于含有少量鉻的鎳/磷基體中的小平面金剛石晶體和碳化鉻顆粒的材料。通過(guò)基體中的鉻金屬與來(lái)自金剛石的溶液中的碳進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)形成碳化鉻顆粒。由(a)70％(體積)的鎳/鉻/磷合金粉末，和(b)30％(體積)的金剛石粉末制成混合物。鎳/鉻／磷合金粉末基本上呈球形，粒度范圍為6-38微米。形狀不規(guī)則的金剛石粉末的粒度范圍為15-30微米，并且通過(guò)粉碎較粗的合成金剛石顆粒制得而成，沒有宏觀小平面。通過(guò)熱壓從粉末混合物中制得圓筒，并放置于反應(yīng)皿內(nèi)。將反應(yīng)皿升高至約5.42GPa和約1420℃的條件并保持這些條件11小時(shí)。通過(guò)將基體溶解于稀無(wú)機(jī)酸混合物中，并通過(guò)過(guò)濾使固體從溶液中移出而將金剛石和第三相從物料中回收。通過(guò)檢查所回收的固體，我們發(fā)現(xiàn)約為六方(橫截面為約30微米寬，高達(dá)40微米長(zhǎng))碳化鉻顆粒分散于小平面金剛石中。這些金剛石的尺寸基本上在15-30微米的范圍內(nèi)。實(shí)施例46在另一個(gè)就地制備第三相的實(shí)施例中，通過(guò)使鎢與來(lái)自金剛石的溶液中的一些碳進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，在含有小平面金剛石的材料中形成碳化鎢。由(a)71.5克含有30.6％(質(zhì)量)鎢的鈷-鎢-鐵粉末，和(b)28.5克不規(guī)則形狀、沒有宏觀小平面、粒度范圍為10-20微米的金剛石顆粒制成混合物。通過(guò)熱壓將粉末做成圓筒。將圓筒放置于反應(yīng)皿內(nèi)并升高至約5.3GPa和約1410℃的條件并保持這些條件11小時(shí)。對(duì)一部分從反應(yīng)皿中回收的材料進(jìn)行X-射線衍射檢查的結(jié)果表明存在碳化鎢和金剛石。從另一部分材料中回收金剛石，檢查這些晶體后發(fā)現(xiàn)它們具小平面，并且其粒度基本上在10-20微米的范圍內(nèi)。實(shí)施例47-50金剛石晶體、基體和第三相的相對(duì)濃度可相互獨(dú)立地隨金剛石為主濃度相、次濃度相或中間濃度相的不同而異。在表Ⅶ的實(shí)施例中，源金剛石晶體為不規(guī)則形狀、沒有宏觀小平面、通過(guò)粉碎較粗物料得到的合成金剛石顆粒。在每一個(gè)實(shí)施例中，壓力和溫度的條件均為約5.3GPa和約1410℃。表Ⅶ<tablesid="table8"num="008"><table>實(shí)施例47484950金剛石濃度(％體積)12253560第三相WC-Co(7.4％)SiO2AlNWC第三相濃度(％體積)48251510基體Cu-Co-Fe-NiCo-FeCo-FeFe-Co基體濃度(％體積)40505030時(shí)間(分鐘)300300300660</table></tables>實(shí)施例51-53金剛石晶體與第三相的相對(duì)尺寸可以相互獨(dú)立地隨金剛石的尺寸大于、小于或近似相同于第三相的尺寸的不同而異。在表Ⅷ的實(shí)施例中，源金剛石晶體得自合成金剛石源，并且形狀不規(guī)則和沒有宏觀小平面。在每一個(gè)實(shí)施例中，壓力和溫度的條件為約5.3GPa和約1410℃。表Ⅷ在實(shí)施例1-5、9、25、26、30、31和33中，材料中至少80％的金剛石晶體發(fā)展出低米勒指數(shù)的宏觀小平面。在其余的實(shí)施例中，材料中至少50％的金剛石晶體發(fā)展出低米勒指數(shù)的宏觀小平面。權(quán)利要求1．一種制備在基體中包括晶體塊的結(jié)合凝聚材料的方法，它包括以下步驟提供所需生長(zhǎng)類型的晶體源，它們基本上沒有宏觀小平面的表面；通過(guò)使源晶體與適宜的溶劑/催化劑進(jìn)行接觸得到反應(yīng)物料；將反應(yīng)物料置于一高溫/高壓裝置的反應(yīng)區(qū)中適宜于晶體生長(zhǎng)的高溫和高壓的條件下制得所述材料并將其從反應(yīng)區(qū)中移出，選擇晶體生長(zhǎng)的條件使得源晶體轉(zhuǎn)化為發(fā)展出低米勒指數(shù)的宏觀小平面的晶體。2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中主要通過(guò)源晶體低米勒指數(shù)表面與高米勒指數(shù)表面之間的表面自由能之差產(chǎn)生晶體生長(zhǎng)所必需的過(guò)飽和推動(dòng)力。3．根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，其中所用的高溫和高壓條件使得伍爾夫效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位。4．根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其中所述材料中至少50％的晶體發(fā)展出低米勒指數(shù)的宏觀小平面。5．根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其中所述材料中至少70％的晶體發(fā)展出低米勒指數(shù)的宏觀小平面。6．根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述材料中的晶體為單晶。7．根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述材料中的晶體和源晶體為金剛石晶體。8．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中高溫的范圍為1100-1500℃，高壓的范圍為4.5-7GPa。9．根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中晶體在所述材料中的含量低于85％(體積)。10．根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的方法，其中所述材料的晶體含量低于60％(體積)。11．根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中將所述源晶體與所述溶劑/催化劑混合得到一種反應(yīng)物料。12．根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述基體含有另一種相。13．根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述另一種相為顆粒、纖維、須晶、片晶等形式。14．根據(jù)權(quán)利要求12或權(quán)利要求13的方法，其中所述另一種相為碳化物、氧化物、氮化物、硅化物、硼化物或其混合物。15．根據(jù)權(quán)利要求12-14中任一項(xiàng)的方法，其中將所述另一種相與所述源晶體和所述溶劑/催化劑混合得到反應(yīng)物料。16．根據(jù)權(quán)利要求12-14中任一項(xiàng)的方法，其中在所述金剛石生長(zhǎng)期間就地在反應(yīng)物料中得到所述另一種相。全文摘要本發(fā)明提供一種制備在基體中包括晶體塊(優(yōu)選為金剛石晶體)的結(jié)合凝聚材料的方法。步驟包括:提供所需生長(zhǎng)類型的晶體源,它們基本上沒有宏觀小平面的表面;通過(guò)使源晶體與適宜的溶劑/催化劑進(jìn)行接觸得到反應(yīng)物料;將反應(yīng)物料置于一高溫/高壓裝置的反應(yīng)區(qū)中適宜于晶體生長(zhǎng)的高溫和高壓的條件下制得所述材料并從該反應(yīng)區(qū)中移出;選擇晶體生長(zhǎng)的條件使得源晶體轉(zhuǎn)化為發(fā)展出低米勒指數(shù)的宏觀小平面的晶體。優(yōu)選所用的高溫和高壓條件使得伍爾夫效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位。文檔編號(hào)B01J3/06GK1284009SQ9881352公開日2001年2月14日申請(qǐng)日期1998年12月10日優(yōu)先權(quán)日1997年12月11日發(fā)明者G·J·達(dá)維斯,R·A·查普曼,A·斯特瓦特,L·K·赫德格斯,M·M·阿迪亞申請(qǐng)人:德比爾斯工業(yè)鉆石部股份有限公司