KR100818572B1 - 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체는, 평균 입경이 2㎛ 이하인 소결 다이아몬드 입자와, 잔부의 결합상을 구비한 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체이다. 다이아몬드 소결체 중의 소결 다이아몬드 입자의 함유율은 80체적% 이상 98체적% 이하이다. 결합상 중의 함유율이 0.5질량% 이상 50질량% 미만인 티타늄 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 원소와, 결합상 중의 함유율이 50질량% 이상 99.5질량% 미만인 코발트를 결합상은 포함하고 있다. 상기 원소의 일부 또는 전부가 평균 입경 0.8㎛ 이하인 탄화물 입자로서 존재하고 있다. 탄화물 입자의 조직은 불연속이고, 인접하는 다이아몬드 입자끼리는 서로 결합하고 있다. 이에 의해, 내마모성, 내결손성, 내충격성 및 열전도성이 우수한 다이아몬드 소결체를 얻을 수 있다.

Description

고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체 및 그 제조방법{HIGH-STRENGTH AND HIGHLY-WEAR-RESISTANT SINTERED DIAMOND OBJECT AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

본 발명은, 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 특정적으로는 내마모성, 내결손성, 내충격성 및 열전도성이 뛰어나, 선삭 공구, 프라이스 공구 및 엔드밀 등으로 대표되는 절삭 공구, 드로잉 다이스나 공작 기계의 슬라이딩부나 클램프부의 보강 용도로 대표되는 내마모 공구, 나아가 전극 부품 등의 전자 재료 용도에 관한 것이다.

다이아몬드는 지상에 존재하는 물질 중에서 가장 고경도인 물질이기 때문에, 다이아몬드 소결체는 절삭 공구나 내마모 공구에 사용되고 있다. 예를 들어, 일본 특허공보 소39-020483호 (특허문헌 1) 나 일본 특허공보 소52-012126호 (특허문헌 2) 에는, 다이아몬드 입자를 Co (코발트) 등의 철족 금속의 결합재로 소결한 다이아몬드 소결체가 개시되어 있다. 이 다이아몬드 소결체는, 단결정 다이아몬드의 결점인 벽개성에 의한 결손이 생기기 어렵기 때문에, Al (알루미늄) - Si (규소) 합금 등의 비철 금속 재료의 절삭 가공하기 위한 절삭용 공구 등의 소재로서 널리 사용되고 있다.

이러한 다이아몬드 소결체에 있어서, 다이아몬드 입자의 평균 입경이 5㎛ 이상 100㎛ 이하인 것은, 내마모성이 우수하다. 또한, 다이아몬드 입자의 평균 입자 직경이 5㎛ 미만의 미립인 것은, 내결손성이 우수하다. 일반적인 세라믹스 소결체와 같이, 다이아몬드 소결체를 구성하고 있는 경질 입자인 다이아몬드 입자가, 보다 세밀하고 균질한 입자 직경으로 이루어지고, 고함유율 (고밀도) 이며, 강고하게 결합된 소결체일수록, 다이아몬드 소결체는 내결손성이 우수한 경향이 있다.

다이아몬드 입자끼리를 강고하게 결합시키는 방법으로서, 상기 기술한 특허문헌 1 에는, 다이아몬드 분말을 용해 재석출시켜, 다이아몬드 분말끼리에 네크 그로스 (neck growth) 라고 불리는 직접 결합을 형성시키는 Co, Fe (철), 또는 Ni (니켈) 등의 철족 금속으로 대표되는 촉매능을 갖는 용매 금속으로 이루어지는 결합재를 사용하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허공보 소58-032224호 (일본 공개특허공보 소55-047363호) (특허문헌 3) 에는, 주기율표 4a, 5a 또는 6a 족 금속의 탄화물 등으로 이루어지는 결합재를 통해, 다이아몬드 입자끼리를 결합시키는 방법이 개시되어 있다.

전자의 Co 또는 WC (텅스텐 카바이드) - Co 합금을 결합재로하여 다이아몬드 입자 사이에 네크 그로스를 생성시키는 방법에 의해 제조된 다이아몬드 소결체는, 후자의 방법에 의해 제조된 다이아몬드 소결체와는 달리, 다이아몬드 입자보다도 경도나 내식성이 떨어지는 결합재가, 찰상 마모 등의 기계적인 마모나 부식 등의 화학적인 마모에 의해 선택적으로 마모한 뒤에도, 다이아몬드 입자끼리가 강고한 골격 구조를 유지할 수 있다. 이 때문에, 전자의 방법에 의해 제조된 다이아몬드 소결체는 내결손성 및 내마모성이 우수하다.

그러나, 전자의 Co 또는 WC - Co 합금으로 이루어지는 결합재 자체는, 다이아몬드 입자와 비교한 경우에는 물론이고, 후자의 방법에 사용되는 세라믹스계 결합재와 비교해도 경도가 떨어지기 때문에, 기계적 찰상 마모가 떨어진다는 약점을 가지고 있다.

그래서, Co 합금을 결합재로하여 평균 입경이 1㎛ 이하인 초미립자 다이아몬드 입자끼리를 균질한 조직을 유지한 채로 강고하게 소결된 다이아몬드 소결체로서, 또한 Co 또는 WC - Co 합금으로 이루어지는 결합재의 함유량을 최대한 저감할 수 있도록 다이아몬드 입자의 함유율을 높일 수 있으면, 내결손성이 매우 뛰어나고, 내마모성도 뛰어난 이상적인 다이아몬드 소결체를 얻을 수 있다.

그런데, 1㎛ 이하의 초미립 다이아몬드 입자와 Co 또는 WC (텅스텐 카바이드) - Co 등의 철족 금속을 출발 원료로서 소결을 실시하면, 초미립 다이아몬드 입자가 매우 활성이 풍부하기 때문에, 소결시의 온도 및 압력 조건을 엄밀히 제어하지 않으면 다이아몬드 입자의 이상 (異常) 입자 성장이 빈번히 일어나기 쉬워진다. 또한, 네크 그로스의 촉진에 중요한 고온 조건에서 볼 때, 2㎛ 이하의 다이아몬드 입자를 출발 원료로서 사용한 경우에는, 이상 입자 성장은 불가피하고, 이상 입자 성장부를 갖는 소결체는 EDM (Electrical Discharge Machining) 에 의한 절단이 불가능해진다. 또한, 결함의 생성에 의해 다이아몬드의 기계적 강도도 저하한다. 그 때문에, 입경이 1㎛ 이하이며 또한 균질한 조직을 갖는 다이아몬드 소결체를 수 율 좋게 얻는 것은 곤란하다.

그래서, 다이아몬드 입자의 이상 입자 성장을 억제하는 방법으로서, 다이아몬드에 가까운 경도를 갖는 WC, cBN (입방정 질화붕소), SiC (탄화규소) 등의 경질 입자를 다이아몬드 입자의 입자계에 배치함으로써 이상 입자 성장을 제어하는 방법이 알려져 있다. 이러한 방법은, 예를 들어 일본 특허공보 소61-058432호 (특허문헌 4), 일본 특허공보 평06-006769호 (일본 공개특허공보 소64-017836호) (특허문헌 5), 및 일본 공개특허공보 2003-095743호 (특허문헌6 ) 등에 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허공보 소39-020483호

특허문헌 2: 일본 특허공보 소52-012126호

특허문헌 3: 일본 특허공보 소58-032224호 (일본 공개특허공보 소55-047363호)

특허문헌 4: 일본 특허공보 소61-058432호

특허문헌 5: 일본 특허공보 평06-006769호 (일본 공개특허공보 소64-017836호)

특허문헌 6: 일본 공개특허공보 2003-095743호

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

그러나, 상기 방법은, 다이아몬드 입자의 사이에 다이아몬드 입자와 친화성이 낮은 경질 입자를 배치하거나, 다이아몬드 입자에 대한 촉매 (용해 재석출) 능을 갖지 않는 결합재로 다이아몬드 입자의 표면 전체를 피복하기도 함으로써, 다이아몬드 입자간의 직접 결합을 물리적 또한 화학적으로 방해하여, 다이아몬드 입자의 이상 입자 성장을 억제하고 있다. 이 때문에, 다이아몬드 입자끼리의 네크 그로스에 의한 골격 형성이 불충분해 진다. 그 결과, 다이아몬드 본래의 기계적 특성 및 열적 특성이 열화하여, 다이아몬드 소결체의 내결손성, 내충격성, 내마모성 및 열전도성이 저하한다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 내결손성, 내충격성, 내마모성 및 열전도성이 우수한 다이아몬드 소결체 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명자들은, 다이아몬드 소결체의 내결손성이나 내마모성 등을 향상시키기 위해서 예의 검토한 결과, 다이아몬드 입자끼리의 직접 접합을 보다 강고하게 함으로써, 다이아몬드 소결체의 내결손성이나 내충격성 등의 강도, 내마모성 및 열전도성을 향상시키는 것이 가능하다는 것을 발견하였다. 그래서, 종래 사용되고 있는 경질 입자가 아니라, Co 또는 WC - Co 합금으로 이루어지는 결합재와 같이 다이아몬드 입자에 대한 촉매 (용해 재석출) 작용을 가지면서도, 결합재 중으로의 다이아몬드 입자의 과도한 용해를 억제하는 새로운 결합재를 사용함으로써, 이상 입자 성장을 억제하는 방법에 관해서 검토하였다.

그 결과, 표면적이 매우 커지는 미립 다이아몬드 입자를 출발 원료에 사용하면, 소결시에는, 결합재로서의 Co 에 다이아몬드가 급격히 또한 대량으로 용해되고, 순식간에 과포화에 달한 결합재 중의 탄소가, 열역학적으로 안정적인 다이아몬드로서 석출되어, 다이아몬드 입자의 이상 입자 성장이 일어나는 것을 알 수 있었다. 이러한 이상 입자 성장을 막기 위해서, 결합재로서의 Co 에, 함유율이 0.5질량% 이상 50질량% 미만인 Ti (티타늄), Zr (지르코니아), Hf (하프늄), V (바나듐), Nb (니오븀), Ta (탄탈륨), Cr (크롬), Mo (몰리브덴) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 원소의 일부 또는 전부가 평균 입경 0.8㎛ 이하인 탄화물로서 존재하며, 또한 탄화물 입자의 조직이 불연속이 되도록 첨가된다. 이에 의해, 미립 탄화물이 게터 (getter) 가 되고, 나아가 Co 중에 어느 정도 탄화물로서도 고용 (固溶) 되기 때문에, Co 중으로의 탄소 단체의 용해, 석출을 완만하게 할 수 있다. 또한, 상기 원소가 연속하지 않도록 제어함으로써, 다이아몬드 입자끼리가 네크 그로스하기 쉬워져, 강고한 골격이 형성된다. 또한, 결합재의 첨가량이 적고, 경질 입자를 첨가할 필요가 없기 때문에, 다이아몬드 소결체 중의 다이아몬드의 함유율이 증대한다.

또한, 조립의 다이아몬드 분말을 사용한 소결체에서는, 결합재 중에 첨가한 상기 원소에 의해, 다이아몬드 입자가 소결하기 쉬워진다. 따라서, 종래와 같은 텅스텐 카바이드의 첨가가 불필요해져, 다이아몬드 소결체의 내마모성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 다이아몬드 소결체에서는, 탄화물의 입자끼리가 불연속하게 존재하고 있다. 즉, 탄화물의 각각이 서로 직접 접합하여 골격 구조를 갖지는 않는다. 이에 의해, 탄화물의 존재가 다이아몬드 입자끼리의 결합의 장애가 되기 어려워 지기 때문에, 다이아몬드 입자끼리의 결합을 강화할 수 있다.

또한, 종래의 방법에서는 이상 입자 성장 없이 얻을 수 없었던 평균 입경 2㎛ 이하에서 90체적% 이상의 다이아몬드를 함유하는 미립 다이아몬드 소결체에 있어서도, 다이아몬드 소결체 중의 다이아몬드 입자의 함유량이 클수록 소결체의 내마모성 및 내결손성이 향상되는 것을 확인하였다.

또한, 소결체 중의 결함의 크기와 소결체의 내결손성, 내충격성 등의 강도가 밀접한 관계를 갖는 것을 발견했다. 여기서 말하는 결함이란, 다이아몬드 소결체 중의 직경이 현저하게 큰 다이아몬드 입자, 용매 금속 등의 결합재의 풀 (pool), 공극, 또는 다이아몬드 입자끼리의 결합 (네크 그로스) 이 충분하지 않은 (결합하지 않은 또는 결합이 불완전한) 영역 등을 말한다. 다이아몬드 소결체 중의 결함이 작을수록 소결체의 강도는 상승한다.

이것들의 지견에 의해 이루어진 본 발명의 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체는, 평균 입경이 2㎛ 이하인 소결 다이아몬드 입자와, 잔부의 결합상을 구비한 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체이다. 다이아몬드 소결체 중의 소결 다이아몬드 입자의 함유율은 80체적% 이상 98체적% 이하이다. 결합상 중의 함유율이 0.5질량% 이상 50질량% 미만인 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 크롬, 및 몰리브덴으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 원소와, 결합상 중의 함유율이 50질량% 이상 99.5질량% 미만인 코발트를 결합상은 포함하고 있다. 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 크롬, 및 몰리브덴으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 원소의 일부 또는 전부가 평균 입경 0.8㎛ 이하인 탄화물 입자로서 존재하고 있다. 탄화물 입자의 조직은 불연속이며, 인접하는 다이아몬드 입자끼리는 서로 결합하고 있다.

이러한 다이아몬드 소결체에 있어서는, 결합재 중에, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 원소가 첨가되어 있다. 그 때문에, 원료로서 사용하는 다이아몬드 입자의 직경이 작은 경우에도, 경질 입자를 첨가하지 않더라도 입자의 이상 성장을 억제할 수 있다. 또한, 원료로서 사용하는 다이아몬드 입자의 직경이 커진 경우라도, 결합재에 상기 원소를 첨가함으로써, 내결손성, 내마모성, 내충격성 및 열전도성이 우수한 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체를 얻을 수 있다. 또한, 결합재의 첨가량은 종래보다 많지 않고, 다이아몬드의 함유량도 종래보다 작지 않기 때문에, 이에 의해 내마모성 등이 저하하는 경우가 없다.

소결 다이아몬드 입자의 평균 입경을 2㎛ 이하, 바람직하게는 0.8㎛ 이하로 한 것은, 다이아몬드 입자의 벽개 등에 의해, 다이아몬드 소결체의 강도가 저하하는 것을 억지하기 위해서이다.

소결 다이아몬드 입자의 함유율을 80체적% 이상 98체적% 미만으로 한 것은, 이하의 이유에 의한다. 소결 다이아몬드 입자의 함유율이 80체적% 미만에서는, 내결손성 및 내충격성 등의 강도와, 내마모성이 저하하기 때문이고, 또한, 다이아몬드 입자의 함유율을 98체적% 이상으로 하면, 결합재의 효과가 충분히 얻어지지 않고, 네크 그로스가 진전하지 않기 때문이다.

Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 원소의 함유량을 0.5질량% 이상 50질량% 미만으로 한 것은, 이하의 이유에 의한다. 상기 원소의 함유량이 0.5중량% 미만에서는, 다이아몬드 입자의 이상 입자 성장을 억지한다는 상기 원소를 첨가하는 효과가 작아지기 때문이다. 또한, 상기 원소의 함유량이 50중량% 을 초과하면 다이아몬드 입자의 네크 그로스를 촉진한다는 촉매능을 갖는 결합재의 효과가 충분히 얻어지지 않기 때문이다.

본 발명에서는, Ti 금속을 출발 재료로서 사용하는 것이, 다이아몬드 입자끼리의 결합력 향상과, 이상 입자 성장의 억제의 양립에 가장 효과적이다.

원래 Ti 는, 다이아몬드 입자끼리의 네크 그로스를 촉진하는 촉매 작용을 갖는 것으로 되어 있지 않다. 그러나, 본 발명에서는, 네크 그로스의 촉매능을 갖는 Co 결합재 중에 Ti 를 적량 첨가함으로써, Ti 가 Co 의 촉매 작용을 저해하지않고서, 탄소가 결합재 중에 용해할 때에 Ti 가 지나친 탄소의 게터가 된다고 추정하고 있다. 또한, Ti 가 다이아몬드 입자와 반응하여 탄화물이 됨으로써, 상기의 다이아몬드 입자끼리의 결합력 향상과, 이상 입자 성장의 억제를 달성할 수 있는 것으로 추정하고 있다.

여기서, W (텅스텐) 에 관해서도, Ti 와 같이 약간의 이상 입자 성장을 억제하는 효과가 나타났지만, 다이아몬드 입자 직경이 1㎛ 이하가 되면, 이상 입자 성장의 효과가 거의 나타나지 않게 되었다. 또한, W 를 Ti 의 대신에 첨가하면, 다이아몬드 소결체 중에서 W 는 WC 로서 존재하기 때문에, Al (알루미늄) 금속을 절삭한 경우에는, 다이아몬드 소결체의 WC 에 Al 이 선택적으로 용착하기 쉬워진다는 결점도 발견되었다.

본 발명의 다이아몬드 소결체의 구체적인 제조방법으로는, 초미립인 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 원소, 또는 상기 원소의 탄화물로 이루어지는 세라믹스 분말을, 볼 밀 등을 사용하여 분쇄하여, 미립 다이아몬드 분말과 혼합하는 방법이 있다. 그 때, 금속 분말을 사용하여 소결체 중의 탄화물을 미립 그리고 불연속하는 존재 형태인 조직으로 하기 위해서는, 초미립자를 출발 원료로 할 필요가 있다. 통상의 금속 재료는 연성이 있기 때문에, 미립이어도 수 10㎛ 의 입경 밖에 얻을 수 없다. 이 때문에, 소결 후에 결합재의 풀이 형성되기 쉬워, 이 부분이 결함이 된다. 그래서, 본 발명의 소결체를 얻기 위해서는, 입자 직경이 수 ㎛ 이하인 초미립 금속 입자를 얻을 수 있는 애토마이즈법을 사용하여 얻어진 Ti 등으로 이루어지는 금속 입자를 사용하는 것이 바람직하다. Co 합금 등에 관해서도, 마찬가지로 미립인 것이 바람직하고, 티타늄 이온의 환원 및 산화 반응을 조합한 티타늄레독스법을 사용하여 얻어진 나노미터 오더의 초미립 금속 분말을 사용하는 것도 바람직하다.

초미립인 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 원소의 탄화물로 이루어지는 초미립의 세라믹스 분말을 사용하더라도 본 발명의 소결체가 얻어지지만, 세라믹스 분말보다도 금속 분말을 사용한 경우 쪽이, 다이아몬드 입자와의 반응 소결에 의해 한층 강고한 다이아몬드 결합을 얻을 수 있다. 즉, 열적 화학적으로 안정한 세라믹스 입자를 출발 원료로 하지 않고, 화학적으로 활성인 금속 입자를 출발 원료로 한 쪽이 바람직하다. 이것은, 금속 분말을 사용한 경우 쪽이, 난소결성을 특징으로 하는 다이아몬드 입자와 반응하면서 탄화물을 생성하고, 다이아몬드 입자와의 사이에 강고한 결합이 형성되기 때문이다.

초미립인 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 원소 또는 그 탄화물로 이루어지는 세라믹스를 균질 또한 불연속으로 다이아몬드 소결체 중에 배치하는 이상적인 방법으로서, 다이아몬드 입자 분말의 표면에 PVD (Physical Vapor Deposition) 법 등에 의해 상기 결합재를 피복하는 방법이 있다. 특히 스퍼터법을 사용하면, 다이아몬드 입자 상에 Ti 를 대표로 하는 10 ∼ 100㎚ 정도의, 특히 10 ∼ 200㎚ 정도의 초미립 금속에 의해서 결합재가 불연속으로 피복되고, 특히 내결손성 및 내마모성 등이 우수한 다이아몬드 소결체로 할 수 있다.

본 발명의 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체에 있어서는, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 원소는 Ti 이고, 결합상 중의 Ti 의 함유율이 0.5질량% 이상 20질량% 미만인 것이 바람직하다.

본 발명의 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체에 있어서는, 다이아몬드 소결체로부터, 길이 6㎜, 폭 3㎜, 두께 0.35㎜ 이상 0.45㎜ 이하의 직사각형의 평면 형상으로 잘라낸 시험편을 사용하여 4㎜ 의 스팬 (span) 의 조건에서 측정되는 항절력이, 2.65GPa 이상인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체에 있어서는, 다이아몬드 소결체로부터, 길이 6㎜, 폭 3㎜, 두께 0.4 이상 0.45㎜ 이하인 직사각형의 평면 형상으로 잘라낸 시험편을, 밀폐 용기 속에서, 농도 60% 이상 65% 미만의 질산을 2 배 희석한 것 40㎖ 과, 농도 45 ∼ 50% 인 불화수소산 10㎖ 를 혼합한 불질산 (fluoro nitric acid) 에 의해, 120℃ 이상 150℃ 미만에서 3시간의 용해 처리를 실시한 후, 이 시험편을 사용하여 4㎜ 스팬의 조건에서 측정되는 항절력이 1.86 GPa 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체에 있어서는, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 원소는 Ti 이고, 또한 결합상 중의 Ti 의 함유율은 1질량% 이상 20질량% 미만이고, 전자선의 가속 속도 40㎸, 전류 25㎃, 회절 각도 2θ = 20 ∼ 80°, 주사 속도 0.1℃/초의 조건에서 측정한 다이아몬드 소결체의 X 선 회절 도형에 있어서, 탄화티타늄의 (200) 회절선이 다이아몬드의 (111) 회절선의 3% 이상 50% 미만의 강도비 (intensity ratio) 인 것이 바람직하다. 여기서, 「X 선 회절선의 강도」 란, CuKα선 (Cu 의 K 쉘 (shell) 에 의해 생기는 특성 X 선) 을 사용한 X 선 회절 도형에 있어서의, 피크의 높이를 말한다.

또한, 본 발명자들은, 다이아몬드 소결체를 제조하는 원료가 되는 다이아몬드 분말의 표면에 흡착한 산소나 산화물에 착안하여, 이들을 제거함으로써, 소결체 중에 존재하는 결함을 작게 하여, 다이아몬드 소결체의 강도를 향상시키는 것을 발견했다. 그 때문에, 다이아몬드 소결체 중에서의 산소의 비율이 0.001질량% 이상 0.15질량% 미만인 것이 바람직하다. 산소의 비율을 0.001질량% 이상 0.15질량% 미만으로 한 것은, 0.001질량% 미만으로 하는 것은 현재의 기술로서는 불가능하고, 0.15질량% 이상에서는 다이아몬드 소결체의 강도가 종래와 같은 것이 되기 때문이다.

또한, 본 발명의 다이아몬드 소결체는, 이상 입자 성장을 억제할 수 있기 때문에 압력·온도 조건을 높게 하여 소결하는 것도 가능해진다. 종래, 공업적으로는 압력이 5.5GPa 에서 온도가 1000℃ 전후인 것이 일반적이고, 필요 충분한 압력으로 여겨지고 있다. 그러나, 소결 조건을 보다 고압으로 함으로써, 미립의 다이아몬드 입자를 보다 고함유율로 소결할 수 있다. 또한, 보다 고압으로 소결함으로써, 네크 그로스를 촉진하는 것이 가능해진다.

본 발명의 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체의 제조방법에 있어서는, 압력 5.7GPa 이상 7.5GPa 이하, 온도 1500℃ 이상 1900℃ 이하의 조건에서 10분간 유지함으로써 소결하는 것이 바람직하다. 압력이 7.5GPa 보다 커지면, 초고압 발생 장치의 금형의 내구성의 관점에서 실용적이지 않게 된다. 온도를 1900℃ 보다 높게 하면, 다이아몬드-흑연의 평형선을 초과하여, 흑연의 안정 영역으로 들어가기 때문에, 다이아몬드가 흑연화된다. 초고압 발생 장치의 금형의 내구성과, 다이아몬드 소결체의 성능을 조합하여 생각하면, 압력 6.0GPa 이상 7.2GPa 이하, 온도 1500℃ 이상 1900℃ 이하의 조건에서 10분간 유지함으로써 소결하는 것이 보다 바람직하다.

발명의 효과

본 발명의 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체 및 그 제조방법에 의하면, 다이아몬드 입자와 친화성이 낮은 경질 입자를 사용하지 않고 입자 성장을 억제할 수 있기 때문에, 다이아몬드 입자끼리의 직접 접합을 보다 강고하게 할 수 있다. 그 결과, 내마모성, 내결손성, 내충격성 및 열전도성이 우수한 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체를 얻을 수 있다.

도 1 은, 실시예 1 의 시료 1E 의 조직을 나타내는 현미경 사진이다.

도 2 는, 도 1 보다도 배율을 높인 경우의 시료 1E 의 조직을 나타내는 현미경 사진이다.

도 3 은, 실시예 1 의 시료 1H 의 조직을 나타내는 현미경 사진이다.

도 4 는, 도 3 보다도 배율을 높인 경우의 시료 1H 의 조직을 나타내는 현미경 사진이다.

도 5 는, 이상 입자 성장한 다이아몬드 소결체의 조직을 나타내는 현미경 사진이다.

발명을 실시하기위한 최선의 형태

본 발명의 실시형태에 관해서는, 이하의 실시예에 나타낸다.

(실시예 1)

본 실시예에서는, 소결 다이아몬드 분말의 평균 입경과, 다이아몬드 소결체 중의 소결 다이아몬드 입자의 함유율과, 결합재의 조성을 각각 변화시켜, 항절력 (transverse rupture strength) 과 플랭크면 마모량 (flank wear amount) 을 측정하였다. 구체적으로는, 회전식의 혼합 장치를 내포하는 특수 진공로 중 장치를 사용하여, 진공도 0.1Pa, 로(爐) 내 온도 300℃, 회전수 2000rpm 의 조건에서, 분말 평균 입도가 0.8㎛ 인 다이아몬드 분말과, 결합재로서 Co 금속 및 Ti 금속의 혼합 분말의 건식 혼합을 실시하였다. 이 혼합 완료된 다이아몬드 분말과 각종 결합재를, WC - 6% Co 초경합금제의 원반에 접한 상태에서 Ta (탄탈륨) 제의 용기에 충전하고, 벨트형 초고압 장치를 사용하여 압력 5.7GPa ∼ 7.2GPa, 온도 1500℃ ∼ 1900℃ 의 조건에서 10분간 유지함으로써 소결하였다. Ti 를 첨가한 시료에 관해서는, 완성된 소결체 표면의 조직 관찰을 실시하여, Ti 의 존재 형태가 연속인지 불연속인지를 판단하였다. 소결시에 다이아몬드 입자의 입경이 300㎛ 이상으로 입자 성장한 것에 관해서만 이상 입자 성장으로서, 그 수량을 계측하였다. 또한, 모든 소결체에 관해서, 각각 6 × 3 × 0.3㎜ 의 바아 (bar) 형상 시험편에 가공된 후에, 스팬 거리 4㎜ 의 3 점 굽힘 시험에 의해 항절력을 측정하였다. 또한, 주면 형상이 정삼각형인 절삭용 소결체 칩 (ISO 규격: TPGN160304) 을 제작하여 절삭 테스트를 실시, 플랭크면 마모량을 측정하였다. 절삭 테스트는, Si 를 16질량% 함유하는 Al (알루미늄) 합금 둥근 막대 (round rod) 를 피삭재로서 사용하고, 절삭액을 사용하여 절삭 속도 800m/분, 절삭 깊이 0.5㎜, 이송 속도 0.12㎜/rev, 절삭 시간 5분 이라는 가공 조건에서 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, 표 1 에 있어서, 본 발명의 다이아몬드 소결체는 시료 1E, 1G 이다. 또한, 시료 1E, 1G 에 관해서 X 선 분석을 실시한 바, 첨가한 Ti 의 일부는 TiC 로서 존재하고 있는 것을 알 수 있다.

표 1 에 나타내는 바와 같이, 결합재의 투입 조성이 100질량% 인 Co 에서, 다이아몬드 분말의 평균 입경이 0.8㎛ 인 시료 1A 및 1D 에서는, 이상 입자 성장을 나타낸 입자가 각각 258개, 231개로 수많이 발생하였다. 또한, 결합재에 W 를 첨가한 1C, 1F, 및 1H 에 관해서도, 각각 11개, 8개, 및 3개로, 조금이지만 이상 입자 성장이 발생하였다. 그러나, 결합상 중에 Ti 를 0.5질량% 이상 함유하고, 다이아몬드 입자의 평균 입경이 0.8㎛ 인 시료 1B, 1E, 1G, 1I, 1N 에서는, 이상 입자 성장은 거의 나타나지 않았다. 이런 점에서, 결합상 중의 함유율이 0.5질량% 이상인 Ti 가 함유되어 있음으로써, 이상 입자 성장을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 다이아몬드 분말의 평균 입경이 0.8㎛ 인 시료 1E 와, 다이아몬드 분말의 평균 입경이 2.5㎛ 인 시료 1L 을 비교하여, 시료 1E 의 항절력은 시료 1L 의 항절력보다도 크다. 이런 점에서, 다이아몬드 입자의 평균 입경을 2㎛ 이하로 함으로써 내결손성이 향상되는 것을 알 수 있다.

또한, 소결 다이아몬드 입자의 함유율이 78체적% 인 시료 1B 및 1C 와, 소결 다이아몬드 입자의 함유율이 90체적% 인 시료 1E 및 1F 를 비교하여, 시료 1E 및 1F 의 항절력은 시료 1B 및 1C 의 항절력보다도 크고, 시료 1E 및 1F 의 플랭크면 마모량은 시료 1B 및 1C 의 플랭크면 마모량보다도 적다. 이런 점에서, 소결 다이아몬드 입자의 함유율을 80% 체적 이상으로 함으로써, 내결손성 및 내마모성이 향상되는 것을 알 수 있다.

또한, 결합상 중에 16.1질량% 의 Ti 가 함유되어 있고, 압력 7.2GPa, 온도 1900℃ 의 조건에서 소결한 시료 1E 와, 결합상 중에 25.6질량% 의 W 가 함유되어 있으며, 압력 6.8GPa, 온도 1800℃ 의 조건에서 소결한 시료 1F 를 비교하여, 시료 1E 의 항절력은 시료 1F 의 항절력보다도 크고, 시료 1E 의 플랭크면 마모량은 시료 1F 의 플랭크면 마모량보다도 적다. 또한, 결합상 중에 46.2질량% 의 Ti 가 함유되어 있고, 압력 7.0GPa, 온도 1900℃ 의 조건에서 소결한 시료 1G 와, 결합재 중에 40.8질량% 의 W 가 함유되어 있으며, 압력 6.7GPa, 온도 1750℃ 의 조건에서 소결한 시료 1H 를 비교해도 마찬가지이다. 결합상 중에 Ti 가 함유되어 있는 것에 의해, 이상 입자 성장이 억제되기 때문에, 압력이나 온도이란 소결 조건을 높게 설정하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 내결손성 및 내마모성을 향상시키는 것이 가능한 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 시료 1E, 1G 는, 종래품인 시료 1M 보다도 항절력이 높아 플랭크면 마모량이 작게 되어 있다. 또한, 평균 입경이 2㎛ 이상인 시료 1K 는, Ti 를 첨가하지 않더라도 이상 입자 성장이 발생하지 않고 있는 것을 알 수 있다. 나아가, 다이아몬드 입자의 함유율이 99질량% 인 시료 1N 에서는, 항절력이 낮아 플랭크면 마모량이 크기 때문에, 결합재에 의한 네크 그로스가 불충분한 것을 알 수 있다.

(실시예 2)

본 실시예에서는, 결합재 중에 함유되어 있는 Ti 의 평균 입경을 변화시켜, 항절력과 플랭크면 마모량을 측정하였다. 구체적으로는, 평균 입경이 0.8㎛ 이고 함유량이 90체적% 인 다이아몬드 분말과, 75질량% 인 Co 및 25질량% 인 Ti 를 함유하는 결합재를 볼 밀을 사용하여 혼합하였다. 결합재 중의 Ti 로는, 평균 입경이 각각 0.1㎛, 0.8㎛, 0.9㎛, 및 1.0㎛ 인 것을 사용하였다. 그 후, 벨트형 초고압 장치를 사용하여 압력 7.2GPa, 온도 1900℃ 의 조건에서 10분간 유지함으로써 소결하였다. 얻어진 소결체에 관해서 실시예 1 과 같은 방법으로 항절력의 측정 및 절삭 시험 실시에 의한 플랭크면 마모량의 측정을 실시하였다. 결과를 표 2 에 나타낸다.

표 2 에 나타내는 바와 같이, 시료 2A ∼ 2D 의 플랭크면 마모량은 거의 동일한 정도이고, 시료 2E ∼ 2H 의 플랭크면 마모량은 거의 동일한 정도이다. 그러나, 시료 2A, 2B 의 항절력은 시료 2C, 2D 의 항절력보다도 크고, 시료 2E, 2F 의 항절력은 시료 2G, 2H 의 항절력보다도 크다. 또한, 소결시에 다이아몬드 입자의 입경이 300㎛ 이상으로 입자 성장한 것에 관해서는 그 수량을 계측하였다. 그 결과, 시료 2A, 2B, 2E, 2F 에는 이상 입자 성장은 나타나지 않았다. 한편, 시료 2C, 2D, 2G, 2H 에는 각각 3개, 25개, 4개, 25개의 이상 입자 성장이 나타났다. 이런 점에서, 결합재 중의 Ti 의 평균 입경이 0.8㎛ 이하인 점에서, 이상 입자 성장의 억제 효과가 있고, 또한, 네크 그로스가 억제되지 않기 때문에 내결손성이 향상되는 것을 알 수 있다.

(실시예 3)

본 실시예에서는, 결합재에 첨가하는 Ti 의 첨가 방법을 변화시켜, 항절력과 플랭크면 마모를 측정하였다. 구체적으로는, 평균 입경이 0.8㎛ 이고 함유량이 90체적% 인 다이아몬드 분말과, 75질량% 인 Co 및 25질량% 인 Ti 를 함유하는 결합재를 볼 밀에 의해 혼합한 것을 시료 3A 로 하여 준비하였다. 또한, 동일한 조성을 가지고, RF (Radio Frequency) 스퍼터링 PVD 장치를 사용하여 다이아몬드 분말에 Ti 를 피복한 것을 시료 3B 로서 준비하였다. 또한, 동일한 조직을 가지고, 다이아몬드 입자표면 전체에 피복층의 두께가 0.1㎛ 이 되도록, CVD (Chemical Vapor Deposition) 장치를 사용하여 다이아몬드 분말에 Ti 를 피복한 것을 시료 3C 로 하여 준비하였다. 그리고, 시료 3A ∼ 3C 의 각각을 WC - 6% Co 초경합금제의 원반에 접한 상태에서 Ta (탄탈륨) 제의 용기에 충전하고, 벨트형 초고압 장치를 사용하여 압력 7.2GPa, 온도 1900℃ 의 조건에서 10분간 유지함으로써 소결하였다. 얻어진 소결체에 관해서 실시예 1 과 동일한 방법으로 항절력의 측정 및 절삭 시험 실시에 의한 플랭크면 마모량을 측정하였다. 결과를 표 3 에 나타낸다.

표 3 에 나타내는 바와 같이, Ti 를 볼 밀을 사용한 혼합에 의해 첨가한 시료 3A, CVD 법에 의해 Ti 를 피복한 시료 3C 보다도, RF 스퍼터링 PVD 장치에 의해 피복한 시료 3B 쪽이 항절력, 플랭크면 마모량 모두 양호한 성능을 나타내었다. 각각의 시료 표면을 금속 현미경에 의해 조직 관찰한 결과, 시료 3A 는 Co 나 Ti 의 편석이 보이고, 균일한 조직이 얻어지지 않았다. 또한, Ti 탄화물의 평균 입경은 1.0㎛ 로 첨가 때보다도 커져 있었다. 시료 3B, 3C 는 모두 Co 나 Ti 의 편석이 보이지 않아, 균일한 조직이 얻어졌다. 그러나, 시료 3C 는 다이아몬드 입자 표면 전체를 균일하게 피복하고 있기 때문에 TiC 의 조직은 연속하여 있고, 이상 입자 성장 뿐만아니라, 다이아몬드 입자끼리의 네크 그로스도 억제되어 있었다. 시료 3B 는 다이아몬드 입자로의 Ti 피복이 전체에 균일하지 않고 부분적이기 때문에 불연속이며, Ti 분말의 평균 입경 0.1㎛ 정도를 유지하고 있었다. 이런 점에서, Ti 의 첨가 방법은 바람직하게는 RF 스퍼터링 PVD 장치에 의한 피복인 것을 알 수 있다. 또한, 탄화물의 평균 입경이 0.8㎛ 보다 크거나, 또는 탄화물 자신의 조직이 연속하고 있으면, 항절력의 저하나 플랭크면 마모량의 증대를 야기하는 것을 알 수 있다.

(실시예 4)

본 실시예에서는, 실시예 3 의 시료 3A ∼ 3C 를 용해 처리한 경우의 각각의 항절력의 변화를 조사하였다. 구체적으로는, 실시예 3 의 시료 3A ∼ 3C 의 다이아몬드 소결체로부터, 길이 6㎜, 폭 3㎜, 두께 0.4 ∼ 0.45㎜ 인 직사각형의 평면 형상으로 잘라낸 시험편을, 밀폐 용기 속에서, 농도 60% 이상 65% 미만의 질산을 2 배 희석한 것 40㎖ 와, 농도 45 ∼ 50% 인 불화수소산 10㎖ 를 혼합한 불질산에 의해, 120℃ 이상 150℃ 미만에서 3시간의 용해 처리를 실시하였다. 이렇게 하여 얻어진 시험편 (시료) 중, 시료 3A 이던 것을 시료 4A 로 하고, 시료 3B 이던 것을 시료 4B 로 하며, 시료 3C 이던 것을 시료 4C 로 하였다. 각각의 시료를 사용하여 4㎜ 스팬의 조건에서 항절력을 측정하였다. 결과를 표 4 에 나타낸다.

표 4 에 나타내는 바와 같이, Ti 의 첨가 방법이 RF 스퍼터링 PVD 장치인 시료 4B 의 항절력은 2.88GPa 에서 2.59GPa 로 겨우 0.22GPa 의 감소였다. 이에 대하여, Ti 의 첨가 방법이 볼 밀에 의한 혼합인 시료 4A 의 항절력은 2.59GPa 에서 2.02GPa 로 0.57GPa 나 대폭 감소하였다. 또한, Ti 의 첨가 방법이 CVD 인 시료 4C 의 항절력은 2.46GPa 에서 1.98GPa 로 0.48 GPa 나 대폭 감소하였다. 이런 점에서, Ti 의 첨가 방법이 RF 스퍼터링 PVD 장치인 것, 요컨대 Ti 자신의 조직이 불연속인 것에 의해, 다이아몬드 입자끼리의 네크 그로스가 진전하여, 강고한 골격이 형성되어 있는 것을 알 수 있다.

(실시예 5)

본 실시예에서는, 결합재 중의 Ti 의 비율을 변화시켜, 얻어진 소결체에서의 TiC 의 (200) 회절선과 다이아몬드의 (111) 회절선의 강도비를 측정하였다. 구체적으로는, 다이아몬드 분말의 함유량이 78체적%, 소결재가 75질량% 인 Co 와 25질량% 인 Ti 를 함유하고 있는 시료 5A 와, 다이아몬드 분말의 함유량이 90체적%, 소결재가 75질량% 인 Co 와 25질량% 인 Ti 를 함유하고 있는 시료 5B 와, 다이아몬드 분말의 함유량이 90체적%, 소결재가 50질량% 인 Co 와 50질량% 인 Ti 를 함유하고 있는 시료 5C 의 3 종류의 시료를 제작하였다. 또한, 다이아몬드 분말의 평균 입경은 모든 시료에 있어서 0.8㎛ 로 하였다. 그 후, 벨트형 초고압 장치를 사용하여 압력 7.2GPa, 온도 1900℃ 에서의 조건에서 10분간 유지함으로써 소결하였다. 얻어진 소결체에 관해서, Cu 의 K 쉘에 의해 생기는 특성 X 선을 사용하여, Cu 타겟에 조사하는 전자선의 가속 속도 40㎸, 전류 25㎃ 회절 각도 2θ = 20 ∼ 80°, 주사 속도 0.1℃/초의 조건에서 다이아몬드 소결체의 X 선 회절 도형의 측정을 실시, TiC 의 (200) 회절선과 다이아몬드의 (111) 회절선의 강도비를 측정하였다. 결과를 표 5 에 나타낸다. 또한, 표 5 에 있어서, 본 발명의 다이아몬드 소결체는 시료 5B 이다.

표 5 에 나타내는 바와 같이, 플랭크면 마모량이 가장 작은 시료 5B 의 X 선 회절 강도비는 40% 이지만, 시료 5A 및 5C 에 관해서는 50% 를 초과하는 값이었다. 이에 의해, TiC 의 강도비가 50% 를 초과하는 것에 관해서는 플랭크면 마모량이 증가하는 경향인 것을 알 수 있다. 또한, 결합재의 조성에 Ti 를 함유하지 않은 소결체는, 이상 입자 성장이 발생하기 때문에, TiC 의 (200) 회절선의 강도비는, 다이아몬드의 (111) 회절선의 0.01% 이상 50% 미만의 강도비인 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

(실시예 6)

본 실시예에서는, 다이아몬드 소결체에 함유되는 산소량을 변화시켜, 항절력과 플랭크면 마모량을 측정하였다. 구체적으로는, 다이아몬드의 평균 입경이 0.8㎛ 이고 함유량이 90체적% 인 다이아몬드 분말과, 75질량% 인 Co 및 25질량% 인 Ti 를 함유하는 결합재를 혼합하였다. 다음으로, 진공 속에서 각각 1000℃, 1100℃, 및 1250℃ 의 온도에서 60분간 열처리함으로써 결합재의 환원과 다이아몬드 입자의 표면으로부터의 부분적인 흑연화를 실시하였다. 그 후, 벨트형 초고압 장치를 사용하여 압력 7.2GPa, 온도 1900℃ 에서의 조건에서 10분간 유지함으로써 소결하였다. 얻어진 시료 중, 1000℃ 의 온도에서 열처리한 시료를 시료 6A 로 하고, 1100℃ 의 온도에서 열처리한 시료를 시료 6B 로 하며, 1250℃ 의 온도에서 열처리한 시료를 시료 6C 로 하였다. 이들의 시료 6A ∼ 6C 에 함유되는 산소량을 ICP (Inductively Coupled Plasma) 분석에 의해 측정하였다. 또한, 시료 6A ∼ 6C 에 관해서, 실시예 1 과 같은 방법으로 항절력의 측정을 실시하였다. 결과를 표 6 에 나타낸다.

표 6 에 나타내는 바와 같이, 소결 전의 열처리 온도를 변경함으로써 다이아몬드 소결체에 함유되는 산소량이 변화하고, 산소량이 0.15질량% 이하가 되면 항절력이 대폭 향상하고 있다. 이런 점에서, 0.15질량% 미만의 산소를 함유하는 것에 의해, 내결손성이 향상되는 것을 알 수 있다.

(실시예 7)

본 실시예에서는, 실시예 1 의 시료 1E (본 발명) 및 시료 1H (종래 예) 의 다이아몬드 소결체를 산처리하여, 현미경 사진을 촬영하였다. 도 1 은, 실시예 1 의 시료 1E 의 조직을 나타내는 현미경 사진이다. 도 2 는, 도 1 보다도 배율을 높인 경우의 시료 1E 의 조직을 나타내는 현미경 사진이다. 도 3 은, 실시예 1 의 시료 1H 의 조직을 나타내는 현미경 사진이다. 도 4 는, 도 3 보다도 배율을 높인 경우의 시료 1H 의 조직을 나타내는 현미경 사진이다.

도 1 ∼ 도 4 를 참조하여, 전체에 점재하고 있는 작은 복수의 구멍이 결합상이던 부분에 상당한다. 본 발명의 다이아몬드 소결체를 나타내는 도 1 및 도 2 의 결합상의 체적은, 종래의 다이아몬드 소결체를 나타내는 도 3 및 도 4 의 결합상의 체적보다도 작게 되어 있다. 이런 점에서, 본 발명에서는, 다이아몬드 입자의 네크 그로스가 결합상에 의해 저해되어 있지 않은 것을 알 수 있다.

또한, 도 5 는, 이상 입자 성장한 다이아몬드 소결체의 조직을 나타내는 현미경 사진이다. 도 5 를 참조하여, 작은 점의 부분이 이상 입자 성장한 다이아몬드 입자이다. 이와 같이 이상 입자 성장한 다이아몬드 입자의 입경은, 300㎛ 이상이 되어 있다. 종래의 다이아몬드 소결체에서는, 이러한 이상 입자 성장이 다수 나타나고 있었다. 이 이상 입자 성장을 본 발명에서는 억지할 수 있다.

이상에 개시된 실시예는 모든 점에서 예시적인 것으로서 제한적인 것이 아님을 고려해야한다. 본 발명의 범위는, 이상의 실시예가 아니라, 청구의 범위에 의해 나타나며, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 수정이나 변형을 함유하는 것이라고 의도된다.

Claims (8)

1. 평균 입경이 2㎛ 이하인 소결 다이아몬드 입자와, 잔부의 결합상을 구비한 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체로서,

   상기 다이아몬드 소결체 중의 상기 소결 다이아몬드 입자의 함유율은 80체적% 이상 98체적% 이하이고,

   상기 결합상 중의 함유율이 0.5질량% 이상 50질량% 미만인 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 크롬, 및 몰리브덴으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 원소와, 상기 결합상 중의 함유율이 50질량% 이상 99.5질량% 미만인 코발트를 상기 결합상은 포함하며,

   상기 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 크롬, 및 몰리브덴으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 원소의 일부 또는 전부가 평균 입경 0.8㎛ 이하인 탄화물 입자로서 존재하며,

   상기 탄화물 입자의 조직은 불연속이고,

   인접하는 상기 다이아몬드 입자끼리는 서로 결합하고 있는 것을 특징으로 하는, 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 크롬, 및 몰리브덴으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 원소는 티타늄이고, 상기 결합상 중의 상기 티타늄의 함유율이 0.5질량% 이상 20질량% 미만인 것을 특징으로 하는, 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 다이아몬드 소결체로부터, 길이 6㎜, 폭 3㎜, 두께 0.4㎜ 이상 0.45㎜ 이하인 직사각형의 평면 형상으로 잘라낸 시험편을 사용하여 4㎜ 스팬 (span) 의 조건에서 측정되는 항절력 (transverse rupture strength) 이 2.65GPa 이상인 것을 특징으로 하는, 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 다이아몬드 소결체로부터, 길이 6㎜, 폭 3㎜, 두께 0.4 이상 0.45㎜ 이하인 직사각형의 평면 형상으로 잘라낸 시험편을, 밀폐 용기 속에서, 농도 60% 이상 65% 미만인 질산을 2 배 희석한 것 40㎖ 와, 농도 45 ∼ 50% 인 불화수소산 10㎖ 를 혼합한 불질산에 의해, 120℃ 이상 150℃ 미만에서 3 시간의 용해 처리를 실시한 뒤, 이 시험편을 사용하여 4㎜ 스팬의 조건에서 측정되는 항절력이 1.86GPa 이상인 것을 특징으로 하는, 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 크롬, 및 몰리브덴으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 원소는 티타늄이고, 또한 상기 결합상 중의 상기 티타늄의 함유율은 0.5질량% 이상 20질량% 미만이며, 전자선의 가속 속도 40㎸, 전류 25㎃ 회절 각도 2θ = 20 ∼ 80°, 주사 속도 0.1℃/초의 조건에서 측정한 상기 다이아몬드 소결체의 X 선 회절 도형에 있어서, 탄화티타늄의 (200) 회절선이 다이아몬드의 (111) 회절선의 3% 이상 50% 미만의 강도비인 것을 특징으로 하는 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 다이아몬드 소결체는 0.001질량% 이상 0.15질량% 미만의 산소를 함유하는 것을 특징으로 하는 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체.
7. 제 1 항에 기재된 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체의 제조방법으로서, 벨트형 초고압 장치를 사용하여 압력 5.7GPa 이상 7.5 GPa 이하, 온도 1400℃ 이상 1900℃ 이하의 조건에서 소결하는 것을 특징으로 하는 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체의 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   벨트형 초고압 장치를 사용하여 압력 6.0GPa 이상 7.2GPa 이하, 온도 1400℃ 이상 1900℃ 이하의 조건에서 소결하는 것을 특징으로 하는 고강도·고내마모성 다이아몬드 소결체의 제조방법.

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