AT371402B

A process for preparing a polycrystalline-diamond body

Abstract

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Expired 20 October 1998, 27.9 years ago.

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15 claims: 15 independent, 0 dependent

  1. 1
    CLAIMS:PATENTANSPRÜCHE: 1. A polycrystalline diamond body having a mass of diamond crystals, characterized in that the diamond crystals are bonded to each other by a silicon atom-containing binder comprising silicon carbide and a carbide and / or silicide of a silicon-silicide-forming metal component, the diamond crystals being 1 to 1,000 in size pm, the diamond crystal density of the body is in the range of at least 70 to less than 90% by volume of the body, the proportion of the silicon atom-containing binder is up to 30% by volume of the body, the binder is at least substantially uniformly distributed in the body, the part of the binder in contact with the diamond crystal surfaces is at least largely Si50 silicon carbide and the diamond body is at least substantially free of pores is. 1. Polykristalliner Diamantkörper mit einer Masse von Diamantkristallen, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantkristalle aneinander durch ein Siliziumatome enthaltendes Bindemittel gebunden sind, das Siliziumcarbid und ein Carbid und/oder Silicid einer mit Silizium ein Silicid bil45 denden Metallkomponente umfaßt, die Diamantkristalle eine Größe von 1 bis 1000 pm aufweisen, die Diamantkristalldichte des Körpers im Bereich von mindestens 70 bis unter 90 Vol.-% des Körpers liegt, der Anteil des Siliziumatome enthaltenden Bindemittels bis zu 30 Vol.-% des Körpers ausmacht, das Bindemittel zumindest im wesentlichen gleichmäßig im Körper verteilt ist, der in Kontakt mit den Diamantkristalloberflächen stehende Teil des Bindemittels zumindest größerenteils Si50 liziumcarbid ist und der Diamantkörper zumindest im wesentlichen porenfrei ist. Nr.371402 Nr.371402
  2. 2
    Polykristalliner Diamantkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel auch elementares Silizium enthält. Second Polycrystalline diamond body according to claim 1, characterized in that the binder also contains elemental silicon.
  3. 3
    Poly kristalliner Diamantkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantkristalldichte im Bereich von 70 bis 89 Vol.-% des Körpers liegt. Third Polycrystalline diamond body according to claim 1 or 2, characterized in that the diamond crystal density is in the range of 70 to 89% by volume of the body.
  4. 4
    Polykristalliner Diamantkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantkristalle abgestufte Korngrößen im Bereich von 1 bis 60 pm aufweisen. 4th Polycrystalline diamond body according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the diamond crystals have graduated particle sizes in the range from 1 to 60 μm.
  5. 5
    Polykristalliner Diamantkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkomponente des Silicids ein Metall oder eine Legierung aus der Kobalt, Chrom, Eisen, Hafnium, Mangan, Molybdän, Niob, Nickel, Palladium, Platin, Rhenium, Rhodium, Ruthenium, Tantal, Thorium, Titan, Uran, Vanadium, Wolfram, Yttrium, Zirkonium und Legierungen dieser Metalle umfassenden Gruppe ist. 5th A polycrystalline diamond body according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the metal component of the silicide is a metal or an alloy of cobalt, chromium, iron, hafnium, manganese, molybdenum, niobium, nickel, palladium, platinum, rhenium, rhodium, ruthenium , Tantalum, thorium, titanium, uranium, vanadium, tungsten, yttrium, zirconium and alloys of these metals.
  6. 6
    Poly kristalliner Diamantkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkomponente des Carbids ein Metall oder eine Legierung der Chrom, Hafnium, Titan, Zirkonium, Tantal, Vanadium, Wolfram, Molybdän und Legierungen dieser Metalle umfassenden Gruppe ist. 6th A polycrystalline diamond body according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the metal component of the carbide is a metal or alloy of the group comprising chromium, hafnium, titanium, zirconium, tantalum, vanadium, tungsten, molybdenum and alloys of these metals.
  7. 7
    Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Diamantkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 6 unter Anwendung eines Heißpreßvorganges, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte :7th Process for producing a polycrystalline diamond body according to one of Claims 1 to 6 using a hot pressing process, characterized by the following process steps: a) In a shielding container or cup, a solid material of a eutectic-containing silicon-rich alloy or solid components to form a eutectic-containing silicon-rich alloy and a diamond crystal mass in contact with the solid mass or with at least one of the solid components to form a eutectic introduced containing silicon-rich alloy, wherein the eutectic-containing silicon-rich alloy is composed of silicon and a silicon-forming silicide-forming metal, a) in einen als Abschirmung dienenden Behälter oder Napf werden eine Feststoff mässe aus einer ein Eutektikum enthaltenden siliziumreichen Legierung oder Feststoffkomponenten zur Bildung einer ein Eutektikum enthaltenden siliziumreichen Legierung und eine Diamantkristallmasse in Kontakt mit der Feststoffmasse oder mit mindestens einer der Feststoffkomponenten zur Bildung einer ein Eutektikum enthaltenden siliziumreichen Legierung eingebracht, wobei die ein Eutektikum enthaltende siliziumreiche Legierung aus Silizium und einem mit Silizium ein Silicid bildenden Metall zusammengesetzt ist, b) der Behälter und sein Inhalt werden innerhalb eines Druck übertragenden Pulvermediums angeordnet, das einwirkenden Druck im wesentlichen unvermindert überträgt und während des Heißpreßvorganges im wesentlichen ungesintert bleibt, b) the container and its contents are disposed within a pressure transmitting powder medium which transmits substantially unimpaired applied pressure and remains substantially unsintered during the hot pressing process, (c) applying substantially isostatic pressure to the container and its contents through the powder medium sufficient to substantially uniformly stabilize the dimensions of the container and contents and thereby provide a dimensionally stable, substantially isostatic system of the powder-coated container wherein the diamond crystal density of the resulting compressed diamond mass is greater than 70% by volume of the compressed diamond crystals, c) auf den Behälter und seinen Inhalt wird über das Pulvermedium ein im wesentlichen isostatischer Druck ausgeübt, der ausreicht, um die Abmessungen des Behälters und des Inhaltes im wesentlichen gleichmäßig zu stabilisieren und dadurch ein formstabiles, im wesentlichen isostatisches System des mit Pulver umhüllten Behälters zu schaffen, wobei die Diamantkristalldichte der resultierenden zusammengepreßten Diamantmasse über 70 Vol.-% der zusammengepreßten Diamantkristalle beträgt, d) das resultierende im wesentlichen isostatische System wird zur Bildung von flüssiger, Eutektikum enthaltender, siliziumreicher Legierung und zum Einbringen dieser flüssigen Legierung in die Zwischenräume der zusammengepreßten Diamantkristallmasse der Heißpressung unterworfen, die bei einer Temperatur von unter 1600°C unter einem Druck durchgeführt wird, der ausreicht, um die flüssige siliziumreiche Legierung in die Zwischenräume der gepreßten Diamantkristallmasse einzuschwemmen, wobei die Eutektikum enthaltende, siliziumreiche Feststofflegierung oder die Feststoffkomponenten zur Bildung der Eutektikum enthaltenden, siliziumreichen Legierung in einer Menge eingesetzt werden, die zur Bildung von zum Ausfüllen der Zwischenräume der gepreßten Diamantkristallmasse ausreichender flüssiger, Eutektikum enthaltender, siliziumreicher Legierung ausreicht, beim Heißpressen weniger als 5 Vol.-% der Diamantkristalle in nichtdiamantförmigen elementaren Kohlenstoff umgewandelt werden und der nichtdiamantförmige Kohlenstoff oder die Oberflächen der Diamantkristalle mit der flüssigen siliziumreichen Legierung unter Carbidbildung umgesetzt werden, d) the resulting substantially isostatic system is subjected to hot pressing to form liquid, eutectic-containing, silicon-rich alloy and to introduce this liquid alloy into the interstices of the compacted diamond crystal mass, which is carried out at a temperature below 1600 ° C under pressure;sufficient to infuse the liquid silicon-rich alloy into the interstices of the pressed diamond crystal mass, wherein the eutectic-containing, silicon-rich solid alloy or solid components are used to form the eutectic-containing, silicon-rich alloy in an amount sufficient to form a liquid, eutectic-containing, silicon-rich alloy sufficient to fill the interstices of the pressed diamond crystal mass, during hot pressing, less than 5% by volume of the diamond crystals are converted to non-diamond-shaped elemental carbon and the non-diamond carbon or the surfaces of the diamond crystals are reacted with the liquid silicon-rich alloy to form carbide, e) during the cooling of the hot-pressed, substantially isostatic system, a pressure on the system is maintained, which is at least substantially sufficient to maintain the dimensions of the hot-pressed system, and e) während der Abkühlung des heißgepreßten, im wesentlichen isostatischen Systems wird ein auf dem System lastender Druck aufrechterhalten, der zumindest im wesentlichen zur Aufrechterhaltung der Abmessungen des heißgepreßten Systems ausreicht, und f) der gebildete polykristalline Diamantkörper, in dem die Diamantkristalle durch ein siliziumreiches Bindemittel miteinander verbunden und in einer Menge von minde- 22 f) the formed polycrystalline diamond body in which the diamond crystals are bonded together by a silicon-rich binder and in an amount of 22 No.371402 at least 70% by volume, based on the volume of the diamond body, is removed. Nr.371402 stens 70 Vol.-%, bezogen auf das Volumen des Diamantkörpers, vorhanden sind, wird entfernt.
  8. 8
    Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Diamantkristalle mit abgestuften Korngrößen im Bereich von 1 bis 60 pm eingesetzt werden. 8th. A method according to claim 7, characterized in that diamond crystals are used with graded particle sizes in the range of 1 to 60 pm.
  9. 9
    Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß flüssige siliziumreiche Legierung in einer Menge im Bereich von 25 bis 80 Vol.-%, bezogen auf das Volumen der gepreßten Diamantkristallmasse, eingesetzt wird. 9th A method according to claim 7 or 8, characterized in that liquid silicon-rich alloy is used in an amount in the range of 25 to 80% by volume, based on the volume of the pressed diamond crystal mass.
  10. 10
    Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die aus siliziumreicher Legierung bestehende Feststoffmasse in Form einer Schicht und die Diamantkristallmasse ebenfalls in Form einer Schicht eingesetzt wird, wobei die beiden Schichten einander überlagert sind. 10th Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the solid material consisting of silicon-rich alloy in the form of a layer and the diamond crystal mass is also used in the form of a layer, wherein the two layers are superimposed on each other.
  11. 11
    Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffmasse aus siliziumreicher Legierung in Form eines Stabes eingesetzt wird, der im wesentlichen in der Mitte des Behälters angeordnet ist, während die Diamantkristallmasse in den Zwischenraum zwischen Stab und Behälter gepackt ist. 11th Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the solid mass of silicon-rich alloy is used in the form of a rod, which is arranged substantially in the center of the container, while the diamond crystal mass is packed in the space between rod and container.
  12. 12
    Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffmasse aus siliziumreicher Legierung in Form eines Hohlzylinders eingesetzt wird und die Diamantkristallmasse in den Innenraum des Hohlzylinders gepackt ist. 12th Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the solid mass of silicon-rich alloy in the form of a hollow cylinder is used and the diamond crystal mass is packed in the interior of the hollow cylinder.
  13. 13
    Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffmasse aus siliziumreicher Legierung in Form eines Pulvers eingesetzt wird. 13th Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the solid mass of silicon-rich alloy is used in the form of a powder.
  14. 14
    Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Diamantkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 6 unter Anwendung eines Heißpreßvorganges, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte :14th Process for producing a polycrystalline diamond body according to one of Claims 1 to 6 using a hot pressing process, characterized by the following process steps: a) in ein Druck übertragendes Pulvermedium, das einwirkenden Druck im wesentlichen unvermindert überträgt und während des Heißpreßvorganges im wesentlichen ungesintert bleibt, wird eine Aussparung eingepreßt, a) transferring into a pressure-transmitting powder medium, the applied pressure substantially unchanged transmits and remains substantially unsintered during the Heißpreßvorganges, a recess is pressed, b) in die Aussparung werden eine Feststoffmasse aus Eutektikum enthaltender, siliziumreicher Legierung oder Feststoffkomponenten zur Bildung einer Eutektikum enthaltenden, siliziumreichen Legierung und eine Diamantkristallmasse in Kontakt mit der Feststoffmasse aus Eutektikum enthaltender, siliziumreicher Legierung oder mit zumindest einer der Feststoff komponenten zur Bildung der Eutektikum enthaltenden, siliziumreichen Legierung eingebracht, wobei die Eutektikum enthaltende, siliziumreiche Legierung aus Silizium und einem mit Silizium ein Silicid bildenden Metall zusammengesetzt ist, b) into the recess are a solid mass of eutectic-containing, silicon-rich alloy or solid components to form a eutectic-containing, silicon-rich alloy and a diamond crystal mass in contact with the solid mass of eutectic containing, silicon-rich alloy or at least one of the solid components to form the eutectic containing introduced silicon-rich alloy, wherein the eutectic containing, silicon-rich alloy of silicon and a silicon-forming silicide-forming metal, c) die Aussparung und ihr Inhalt werden mit einer zusätzlichen Menge des Druck übertragenden Pulvermediums abgedeckt und dadurch mit dem Druck übertragenden Pulvermedium umhüllt, c) the recess and its contents are covered with an additional amount of the pressure-transmitting powder medium and thereby enveloped with the pressure-transmitting powder medium, d) auf die Aussparung und ihren Inhalt wird über das Pulvermedium ein im wesentlichen isostatischer Druck ausgeübt, der ausreicht, um die Abmessungen der Aussparung und ihres Inhaltes im wesentlichen gleichmäßig zu stabilisieren und dadurch ein formstabiles, im wesentlichen' isostatisches System der mit Pulver umhüllten Aussparung zu schaffen, wobei die Diamantkristallmasse auf eine Dichte von über 70 Vol.-%, bezogen auf das Volumen der zusammengepreßten Diamantkristalle, verpreßt wird, d) on the recess and its contents, a substantially isostatic pressure is exerted on the powder medium, which is sufficient to stabilize the dimensions of the recess and its contents substantially uniformly and thereby a dimensionally stable, substantially 'isostatic system of powder-coated recess wherein the diamond crystal mass is compressed to a density of more than 70% by volume, based on the volume of the compressed diamond crystals, e) das gebildete, im wesentlichen isostatische System wird zur Bildung von flüssiger, Eutektikum enthaltender siliziumreicher Legierung und zum Einschwemmen dieser flüssigen Legierung in die Zwischenräume der zusammengepreßten Diamantkristallmasse der Heißpressung unterworfen, die bei einer Temperatur von unter 1600°C unter einem Druck durchgeführt wird, der ausreicht, um die flüssige, siliziumreiche Legierung in die Zwischenräume der zusammengepreßten Diamantkristallmasse einzuschwemmen, wobei die Eutektikum enthaltende siliziumreiche Feststofflegierung oder die Feststoffkomponenten zur Bildung der Eutektikum enthaltenden, siliziumreichen Legierung in einer Menge eingesetzt werden, die bei der Heißpreßtemperatur eine zum Ausfüllen der Zwischenräume der zusammengepreßten Diamantkristallmasse ausreichende Menge an flüssiger, Eutektikum enthaltender, siliziumreicher Legierung ergibt, beim Heißpressen weniger e) the formed, substantially isostatic system is subjected to hot pressing to form liquid, eutectic-containing, silicon-rich alloy and to infiltrate this liquid alloy into the interstices of the compacted diamond crystal mass, which is carried out at a temperature below 1600 ° C under pressure;sufficient to infuse the liquid, silicon-rich alloy into the interstices of the compressed diamond crystal mass, wherein the eutectic-containing silicon-rich solid alloy or the solid components for forming the eutectic-containing silicon-rich alloy are used in an amount giving, at the hot pressing temperature, a sufficient amount of liquid eutectic-containing silicon-rich alloy to fill the interstices of the compacted diamond crystal mass, less during hot pressing - 23 Nr.371402 als 5 Vol.-% der Diamantkristalle in nichtdiamantförmigen elementaren Kohlenstoff umgewandelt werden und der nichtdiamantförmige Kohlenstoff oder die Diamantkristalloberflächen mit der flüssigen, siliziumreichen Legierung unter Carbidbildung umgesetzt werden, Be converted into non-diamond-shaped elemental carbon as 5 vol.% Of the diamond crystals and the non-diamond-shaped carbon or the diamond crystal surfaces are reacted with the liquid, silicon-rich alloy with carbide formation, 5 f) during the cooling of the hot-pressed, substantially isostatic system, a pressure on the system is maintained, which is sufficient at least substantially to maintain the dimensions of the hot-pressed system, and 5 f) während der Abkühlung des heißgepreßten, im wesentlichen isostatischen Systems wird ein auf dem System lastender Druck aufrechterhalten, der zumindest im wesentlichen zur Aufrechterhaltung der Abmessungen des heißgepreßten Systems ausreicht, und g) der gebildete polykristalline Diamantkörper, in dem die Diamantkristalle durch ein siliziumreiches Bindemittel miteinander verbunden und in einer Menge von mindestens g) the formed polycrystalline diamond body in which the diamond crystals are bonded together by a silicon-rich binder and in an amount of at least 10 70% by volume, based on the total volume of the body, is removed. 10 70 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen des Körpers, vorhanden sind, wird entfernt.
  15. 15
    Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffmasse aus siliziumreicher Legierung in Pulverform eingesetzt wird. 15th A method according to claim 14, characterized in that the solid mass is used in silicon-rich alloy in powder form. ( (
Independent claims15