具有贯通孔的工具、金刚石部件和金刚石材料的制作方法

[0001]
本公开涉及具有贯通孔的工具、金刚石部件和金刚石材料。本申请要求在2018年6月27日提交的日本专利申请no.2018-121764的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文。


背景技术：

[0002]
由于金刚石具有极高的硬度，因此将金刚石用于诸如模具、水射流喷嘴和导丝器之类的耐磨工具中。
[0003]
日本专利特开no.5-169131(专利文献1)公开了一种拉丝模。该拉丝模包括多晶cvd金刚石层，该多晶cvd金刚石层设置有贯通孔并且与支持体附接。
[0004]
引用列表
[0005]
专利文献
[0006]
专利文献1：日本专利特开no.5-169131


技术实现要素：

[0007]
根据本公开的实施方案的具有贯通孔的工具包括基材以及通过基材保持的金刚石部件，并且当将金刚石部件的沿贯通孔的中心线的长度表示为l1，并且将与以中心线为法线的截面中的由金刚石部件的外缘包围的区域面积相等的圆的直径的最大值表示为m1时，l1和m1之间的比值l1/m1为0.8以上。
[0008]
根据本公开的实施方案的金刚石部件具有贯通孔，并且当将金刚石部件的沿贯通孔的中心线的长度表示为l1，并且将与以中心线为法线的截面中的由金刚石部件的外缘包围的区域面积相等的圆的直径的最大值表示为m1时，l1和m1之间的比值l1/m1为0.8以上。
[0009]
根据本公开的实施方案的金刚石部件用于具有贯通孔的工具。当在金刚石材料上形成贯通孔时，并且当将金刚石材料的沿贯通孔的中心线的长度表示为l2，并且将与金刚石材料的以中心线为法线的截面的面积相等的圆的直径的最大值表示为m2时，l2和m2之间的比值l2/m2为0.8以上。
[0010]
将根据本公开的实施方案的金刚石材料用于具有贯通孔的工具，该金刚石材料由单晶金刚石制成，金刚石材料的第一表面为(111)面、(100)面或(110)面，并且当将金刚石材料的沿第一表面的法线的长度表示为l2，并且将与金刚石材料的平行于第一表面的截面的面积相等的圆的直径的最大值表示为m2时，l2和m2之间的比值l2/m2为0.8以上。
附图说明
[0011]
图1为根据本公开的实施方案的具有贯通孔的工具的平面图；
[0012]
图2为图1所示的具有贯通孔的工具沿线x1-x1截取的截面图；
[0013]
图3为图2所示的具有贯通孔的工具沿线x2-x2截取的截面图；
[0014]
图4为示出了由图3所示的金刚石部件的外部轮廓包围的区域s1的视图；
[0015]
图5为示出了与图4所示的区域s1面积相等的圆的图；
[0016]
图6为根据现有技术的具有贯通孔的常规工具的截面图；
[0017]
图7为根据本公开的实施方案的金刚石部件的平面图；
[0018]
图8为图7所示的金刚石部件沿线x3-x3截取的截面图；
[0019]
图9为根据本公开的实施方案的金刚石材料的平面图；
[0020]
图10为图9所示的金刚石材料沿线x4-x4截取的截面图；
[0021]
图11为用于金刚石材料的激光切割的切割夹具和切割辅助夹具的示意图；以及
[0022]
图12为图11所示的切割夹具和切割辅助夹具的俯视图。
具体实施方式
[0023]
[本公开要解决的问题]
[0024]
近年来，拉丝材料的强度提高，并且需要对该材料进行高效加工。当将常规模具用于高效加工高强度线材时，模具磨损快，这缩短了工具寿命。
[0025]
因此，本公开的目的在于提供具有贯通孔的工具、可以用于该具有贯通孔的工具的金刚石部件和金刚石材料，其中即使将该具有贯通孔的工具用于高效加工高强度线材，其也可以具有更长的工具寿命。
[0026]
[本公开的有利效果]
[0027]
根据上述实施方案，即使将具有贯通孔的工具用于高效加工高强度线材，该工具也可以具有更长的工具寿命。
[0028]
[本公开的实施方案的描述]
[0029]
首先，在下文中列举本公开的实施方案。
[0030]
(1)根据本公开的实施方案的具有贯通孔的工具包括：基材；以及通过基材保持的金刚石部件，当将金刚石部件的沿贯通孔的中心线的长度表示为l1，并且将与以中心线为法线的截面中的由金刚石部件的外缘包围的区域面积相等的圆的直径的最大值表示为m1时，l1和m1之间的比值l1/m1为0.8以上。
[0031]
即使将具有贯通孔的工具用于高效加工高强度线材，该工具也可以具有更长的工具寿命。
[0032]
(2)l1优选为0.5mm以上50mm以下，并且m1优选为0.5mm以上56mm以下。因此，金刚石部件的耐磨性优异。
[0033]
(3)贯通孔的最小直径优选为0.001mm以上15mm以下。可以使贯通孔应对各种直径，这使得具有贯通孔的工具非常方便。
[0034]
(4)优选的是，在金刚石部件的位于贯通孔的入口侧的表面和金刚石部件的位于贯通孔的出口侧的表面之间形成的角度α为0
°
以上1
°
以下。由此，在制造具有贯通孔的工具的过程中，当将金刚石部件设置在基材的凹部中时，金刚石部件不太可能脱落，这使得能够有效地制造具有贯通孔的工具。
[0035]
(5)优选的是，金刚石部件由合成单晶金刚石制成。合成单晶金刚石可以容易地加工成所需形状，这使得能够有效地制造具有贯通孔的工具。
[0036]
(6)合成单晶金刚石优选包含浓度为0.01ppb以上3000ppm以下的氮原子。由此，提高了具有贯通孔的工具的耐磨性。此外，当合成单晶金刚石用于制造具有贯通孔的工具时，
合成单晶金刚石不太可能产生裂纹。
[0037]
(7)合成单晶金刚石优选包含浓度为0.5ppb以上10000ppm以下的硼原子。由此，提高了具有贯通孔的工具的耐磨性。此外，当合成单晶金刚石用于制造具有贯通孔的工具时，合成单晶金刚石不太可能产生裂纹。
[0038]
(8)合成单晶金刚石优选包含浓度为0.0001ppb以上10000ppm以下的硅原子。由此，提高了具有贯通孔的工具的耐磨性。此外，当合成单晶金刚石用于制造具有贯通孔的工具时，合成单晶金刚石不太可能产生裂纹。
[0039]
(9)合成单晶金刚石优选包含总浓度为0.5ppb以上10000ppm以下的除氮原子、硼原子和硅原子之外的杂质原子。由此，提高了具有贯通孔的工具的耐磨性。此外，当合成单晶金刚石用于制造具有贯通孔的工具时，合成单晶金刚石不太可能产生裂纹。
[0040]
(10)当用圆偏振光照射合成单晶金刚石时产生的相位差优选为0.1nm以上200nm以下。由此，在使用具有贯通孔的工具的过程中，能够抑制在金刚石部件中发生缺损。
[0041]
(11)金刚石部件的位于贯通孔的入口侧的表面优选为(111)面、(100)面或(110)面。由此，能够根据拉伸通过贯通孔的拉伸材料的需求，控制具有贯通孔的工具的使用期间金刚石部件的不均匀磨损和金刚石部件的耐磨性。
[0042]
(12)优选的是，金刚石部件由多晶金刚石制成。由此，在使用具有贯通孔的工具的过程中，能够抑制金刚石部件中缺损的发生和裂纹的发展以及金刚石部件的不均匀磨损。
[0043]
(13)优选的是，具有贯通孔的工具为模具、水射流喷嘴或导丝器。具有贯通孔的工具可以具有更长的工具寿命。
[0044]
(14)根据本公开的实施方案的金刚石部件具有贯通孔，并且当将金刚石部件的沿贯通孔的中心线的长度表示为l1，并且将与以中心线为法线的截面中的由金刚石部件的外缘包围的区域面积相等的圆的直径的最大值表示为m1时，l1和m1之间的比值l1/m1为0.8以上。
[0045]
因此，包括金刚石部件的具有贯通孔的工具可以具有更长的工具寿命。
[0046]
(15)将根据本公开的实施方案的金刚石材料用于具有贯通孔的工具。当在该金刚石材料上形成贯通孔时，并且当将金刚石材料的沿贯通孔的中心线的长度表示为l2，并且将与金刚石材料的以中心线为法线的截面的面积相等的圆的直径的最大值表示为m2时，l2和m2之间的比值l2/m2为0.8以上。
[0047]
因此，由金刚石材料制造的具有贯通孔的工具可以具有更长的工具寿命。
[0048]
(16)将根据本公开的实施方案的金刚石材料用于具有贯通孔的工具，该金刚石材料由单晶金刚石制成，金刚石材料的第一表面为(111)面、(100)面或(110)面，并且当将金刚石材料的沿第一表面的法线的长度表示为l2，并且将与金刚石材料的平行于第一表面的截面的面积相等的圆的直径的最大值表示为m2时，l2和m2之间的比值l2/m2为0.8以上。
[0049]
因此，由金刚石材料制造的具有贯通孔的工具可以具有更长的工具寿命。
[0050]
[实施方案的细节]
[0051]
以下，将参考附图描述根据本公开的实施方案的具有贯通孔的工具的具体实例。予以注意，本公开不是由这些实例限定，而是由权利要求限定，并且本公开旨在包括在与权利要求的含义和范围等同的所有修改和变化。
[0052]
在附图中，相同的附图标记用于表示相同或相应的部分。为了使附图清楚和简化，
可以适当地改变诸如长度、宽度、厚度和深度之类的尺寸，并且这些尺寸可以不是实际尺寸。
[0053]
<第一实施方案：具有贯通孔的工具>
[0054]
将参考图1至图6描述根据本公开的实施方案的具有贯通孔的工具。图1为根据本公开的实施方案的具有贯通孔的工具的平面图。图2为图1所示的具有贯通孔的工具沿线x1-x1截取的截面图。图3为图2所示的具有贯通孔的工具沿线x2-x2截取的截面图。图4为示出了与图3所示的金刚石部件的截面的面积相等的圆的视图。图6为根据现有技术的具有贯通孔的常规工具的截面图。
[0055]
如图1所示，根据本实施方案的具有贯通孔的工具3包括基材2和由基材2保持的金刚石部件1。
[0056]
(基材)
[0057]
基材2被构造为保持金刚石部件1。作为基材2的材料，可以使用烧结合金、不锈钢等。
[0058]
基材2的形状不限于图1所示的形状，可以根据具有贯通孔的工具的用途而适当地改变。
[0059]
尽管在图1至3中未示出，但是可以在基材2和金刚石部件1之间设置烧结合金或填充金属作为结合材料。
[0060]
(金刚石部件)
[0061]
如图2所示，金刚石部件1包括入口1a和出口1b。使将要拉伸通过贯通孔的线材从入口1a侧插入，并且从出口1b侧拉出以作为拉伸材料。金刚石部件1包括贯通孔具有最小直径d的第一区域1b、以及与第一区域1b连续并位于贯通孔的入口1a侧的第二区域1a。
[0062]
在金刚石部件1和基材2中，从入口1a到出口1b连续地设置有贯通孔5。贯通孔5由壁面21限定。壁面21的倾角相对于作为中心轴的中心线c1逐渐变化。在图2所示的截面中，中心线c1为直线，并且贯通孔5的形状相对于中心线c1对称。
[0063]
当将金刚石部件1的沿贯通孔的中心线c1的长度(在图2中由l表示)表示为l1，并且将与以中心线c1为法线的截面中的由金刚石部件的外缘包围的区域面积相等的圆的直径的最大值表示为m1时，l1和m1之间的比值l1/m1(以下称为比值l1/m1)为0.8以上。在本说明书中，以中心线c1为法线的截面中的由金刚石部件1的外缘包围的区域是指这样的区域s1(参见图4)，该区域s1为在截面中由金刚石部件1的外缘o(参见图3和4)包围且不包括贯通孔的区域。因此，如图4所示，区域s1的面积是指由外缘o包围的区域的全部面积，包括对应于贯通孔的面积。与区域s1面积相等的圆的直径是指与区域s1的面积相等的圆e的直径m(参见图5)。将直径m的最大值表示为m1。
[0064]
由于金刚石部件1具有上述特性，因此即使将本实施方案的具有贯通孔的工具用于高效加工高强度线材，该工具也可以具有更长的工具寿命。本发明人推断可能存在如下原因。
[0065]
可能影响具有贯通孔的工具的工具寿命的一个原因是在使用具有贯通孔的工具的过程中金刚石部件的磨损。认为磨损包括由金刚石的石墨化导致的化学磨损以及由金刚石部件和线材之间的摩擦导致的机械磨损，其中金刚石的石墨化是由于金刚石部件和拉伸通过贯通孔的线材之间的摩擦而产生的摩擦热引起的。根据本实施方案的具有贯通孔的工
具，由于抑制了化学磨损和机械磨损这两者，因此延长了其工具寿命。原因可能存在以下(i)和(ii)：
[0066]
(i)化学磨损的抑制
[0067]
在具有贯通孔的常规工具13中，金刚石部件11被设计为具有正方形主表面的板。如图6所示，在常规实例中，沿贯通孔的中心线c1的长度l1(在图6中由l表示)比垂直于中心线c1的方向(图6中的水平方向)上的长度l3短得多，并且l1和l3之间的比值l1/l3(例如)为0.6以上0.75以下。
[0068]
相反，根据本实施方案，金刚石部件1的沿贯通孔的中心线c1的长度l1(在图2中由l表示)与m1的比值l1/m1为0.8以上，并且长度l1的比例大于常规实例的长度l1的比例。
[0069]
因此，在常规实例和本实施方案中，当在与金刚石部件的中心线c1垂直的方向(图2和图6中的水平方向)上的长度相等且贯通孔的形状相同时，本实施方案中的金刚石部件的体积大于常规实例中的金刚石部件的体积。
[0070]
由于金刚石具有高热导率，因此如果金刚石部件的体积较大，那么易于使金刚石部件和线材之间产生的摩擦热消散。因此，在本实施方案的金刚石部件中，抑制了由摩擦热引起的金刚石的石墨化所导致的化学磨损。其结果是，本实施方案的具有贯通孔的工具的工具寿命延长。
[0071]
(ii)机械磨损的抑制
[0072]
抑制金刚石部件和线材之间的机械磨损的一种方法是优化贯通孔的形状。在常规金刚石部件11中，由于沿中心线c1的长度l1较短，因此设计贯通孔5的形状的自由度受到限制。因此，在实际中难以在金刚石部件11中形成具有最佳形状的贯通孔。
[0073]
相反，在本实施方案的金刚石部件1中，当垂直于金刚石部件的中心线c1的方向(图2和6中的水平方向)上的长度与常规实例的该长度相等时，沿中心线c1的方向上的长度l1比常规实例的该长度更长。因此，在本实施方案中，设计贯通孔的形状的自由度较大，这使得可以在金刚石部件中形成具有最佳形状的贯通孔，以抑制机械磨损。因此，本实施方案的具有贯通孔的工具的工具寿命延长。
[0074]
l1和m1之间的比值l1/m1优选为0.9以上，更优选为1.0以上，并且进一步优选为1.3以上。比值l1/m1的上限没有特别地限制，(例如)优选为1.4以下。换句话说，比值l1/m1优选为0.8以上1.4以下，优选为0.9以上1.4以下，优选为1.0以上1.4以下，并且优选为1.3以上1.4以下。
[0075]
金刚石部件1的入口1a侧的表面p1的形状和出口1b侧的表面p2的形状没有特别地限制，但这两个表面都可以是彼此面积基本相等的正方形。换句话说，金刚石部件1整体上可以呈棱柱形状。在本说明书中，两个正方形的面积基本相等的表述是指两个正方形的面积之间的差值相对于较小面积在5％以内。
[0076]
当金刚石部件1整体呈棱柱形状时，金刚石部件1沿贯通孔的中心线的长度l1和表面p1或表面p2的一条边的长度d之间的比值l1/d优选为0.8以上。因此，由于与比值l1/m1为0.8以上的情况相同的原因，金刚石部件1的耐磨性得以改善。
[0077]
比值l1/d优选为1.0以上，并且更优选为1.1以上。比值l1/d的上限没有特别地限制，但是(例如)优选为1.5以下。换句话说，比值l1/d优选为0.8以上1.5以下，优选为1.0以上1.5以下，并且优选为1.1以上1.5以下。当表面p1的一条边的长度和表面p2的一条边的长
度彼此不同时，d表示较长的边的长度。
[0078]
金刚石部件1的沿贯通孔的中心线c1的长度l1优选为0.5mm以上50mm以下，并且与以中心线c1为法线的截面中的由外缘包围的区域s1面积相等的圆的直径的最大值m1优选为0.5mm以上60mm以下。
[0079]
如上所述，由于金刚石部件1具有足够大的体积，因此其散热性优异。因此，能够抑制金刚石部件的化学磨损。此外，由于金刚石部件1沿中心线c1的长度足够长，因此提高了设计贯通孔的自由度。因此，能够在金刚石部件1中形成具有最佳形状的贯通孔，这使得能够抑制金刚石部件1的机械磨损。
[0080]
l1更优选为0.5mm以上50mm以下，并且进一步优选为0.5mm以上25mm以下。m1更优选为0.5mm以上56mm以下，并且进一步优选为0.5mm以上31mm以下。
[0081]
贯通孔5的最小直径(在图2中由d表示)优选为0.001mm以上15mm以下。可以使贯通孔对应各种直径，这使得具有贯通孔的工具非常方便。最小直径d更优选为0.005mm以上10mm以下，并且进一步优选为0.01mm以上5mm以下。
[0082]
在金刚石部件1的位于贯通孔5的入口1a侧的表面p1和金刚石部件1的位于贯通孔5的出口1b侧的表面p2之间形成的角度α优选为0
°
以上1
°
以下。由此，在制造具有贯通孔的工具的过程中，当将金刚石部件设置在基材的凹部中时，金刚石部件不太可能脱落，这使得能够有效地制造具有贯通孔的工具。角度α更优选为0
°
以上0.75
°
以下，并且进一步优选为0
°
以上0.5
°
以下。
[0083]
在本说明书中，由表面p1和表面p2形成的角度α(未示出)是指由延伸自表面p1的虚拟平面p1'和延伸自表面p2的虚拟平面p2'形成的角度。
[0084]
金刚石部件1的材料没有特别地限制，其可为单晶金刚石、多晶金刚石或烧结金刚石。
[0085]
作为单晶金刚石的实例，可以给出天然金刚石和合成单晶金刚石。可以容易地将合成单晶金刚石加工为所需形状，这使得能够有效地制造具有贯通孔的工具，因此适合作为本实施方案的金刚石部件的材料。制造合成单晶金刚石的方法没有特别地限制。例如，可以通过高压合成法或气相合成法制造合成单晶金刚石。
[0086]
合成单晶金刚石优选包含浓度为0.01ppb以上3000ppm以下的氮原子。由此，提高了具有贯通孔的工具的耐磨性。此外，当将合成单晶金刚石用于制造具有贯通孔的工具时，合成单晶金刚石不太可能产生裂纹。合成单晶金刚石中的氮原子浓度更优选为0.1ppm以上500ppm以下，并且进一步优选为1ppm以上200ppm以下。
[0087]
合成单晶金刚石优选包含浓度为0.5ppb以上10000ppm以下的硼原子。由此，提高了具有贯通孔的工具的耐磨性。此外，当将合成单晶金刚石用于制造具有贯通孔的工具时，合成单晶金刚石不太可能产生裂纹。合成单晶金刚石中的硼原子浓度更优选为0.5ppb以上1ppm以下，并且进一步优选为0.5ppb以上0.5ppm以下。
[0088]
合成单晶金刚石优选包含浓度为0.0001ppb以上10000ppm以下的硅原子。由此，提高了具有贯通孔的工具的耐磨性。此外，当将合成单晶金刚石用于制造具有贯通孔的工具时，合成单晶金刚石不太可能产生裂纹。合成单晶金刚石中硅原子的浓度更优选为0.003ppm以上100ppm以下，进一步优选为0.01ppm以上50ppm以下，并且甚至更优选为0.1ppm以上25ppm以下。
[0089]
合成单晶金刚石优选包含总浓度为0.5ppb以上10000ppm以下的除氮原子、硼原子和硅原子之外的杂质原子。作为杂质原子的实例，可以列举氢原子、铝原子、钛原子、铬原子、铜原子、钨原子和铱原子。由此，提高了具有贯通孔的工具的耐磨性。此外，当将合成单晶金刚石用于制造具有贯通孔的工具时，合成单晶金刚石不太可能产生裂纹。合成单晶金刚石中的杂质原子的总浓度更优选为0.5ppb以上5000ppm以下，并且进一步优选为0.1ppm以上3000ppm以下。
[0090]
可以通过二次离子质谱(sims)测定合成单晶金刚石中的氮原子的浓度、硼原子的浓度、硅原子的浓度和杂质原子的浓度。作为测定装置，可以使用由cameca制造的“ims7f”(商品名)。在sims法中，将cs
+
用作一次离子，将加速电压设定为15kv，并且将检测区域设定为以确定在距试样的最外表面直至0.5μm深度的溅射位置处的浓度。通过与单独制备的标准试样(通过离子注入已知浓度的杂质而制备的单晶金刚石)的比较来进行浓度定量。如果杂质浓度小，那么根据测定装置的精度，测定值可能偏离真实值。为了获得更精确的值，在彼此相距至少100μm的5个点处，在直至0.5μm的深度处进行测定，计算在这5个点处测定的5个值的平均值，并且将平均值定义为各种原子的浓度。
[0091]
当用圆偏振光照射合成单晶金刚石时产生的相位差优选为0.1nm以上200nm以下。合成单晶金刚石的相位差表明在合成单晶金刚石中存在缺陷。当相位差落于上述范围内时，将缺陷的量控制在适当的范围内，这使得能够抑制在使用具有贯通孔的工具的过程中，在金刚石部件中产生缺损。相位差更优选为10nm以上200nm以下，并且进一步优选为30nm以上300nm以下。按照下述步骤(a-1)至(a-3)测定相位差。
[0092]
(a-1)测定试样的准备
[0093]
将金刚石部件加工成厚度为700μm的板状。如果金刚石部件较厚，那么可以通过(例如)研磨或蚀刻进行加工。如果不能将金刚石部件加工到厚度为700μm，那么可以如下所述测定相位差而不加工金刚石部件，并且可以按照相对于金刚石部件的厚度的比例将该测定值转换为厚度为700μm时的相位差值。
[0094]
(a-2)圆偏振光的照射
[0095]
由上述(a-1)准备的测定试样的一个主表面，以基本上垂直于该主表面的方向照射圆偏振光。
[0096]
(a-3)双折射率的测定
[0097]
在照射圆偏振光的主表面上设定10个测定区域(1
×
1mm2)，并且使用由photonic lattice,inc制造的“wpa-micro”(商品名)或“wpa-100”(商品名)测定这10个区域中的相位差。
[0098]
计算这10个测定区域的测定值的平均值，并且将平均值用作合成单晶金刚石的相位差。
[0099]
当由合成单晶金刚石制成金刚石部件1时，金刚石部件1的位于贯通孔5的入口侧的表面p1优选为(111)面、(100)面或(110)面。因此，能够根据拉伸材料的需求控制具有贯通孔的工具的使用过程中金刚石部件的不均匀磨损和金刚石部件的耐磨性。
[0100]
在表面p1为(111)面的情况下，由于难以产生金刚石部件的不均匀磨损，因此能够抑制在使用具有贯通孔的工具时贯通孔的形状变化。因此，拉伸材料可以具有均匀的截面。
[0101]
在表面p1为(100)面的情况下，易于研磨金刚石部件，从而易于形成贯通孔，这在
制造成本方面有利。
[0102]
在表面p1为(110)面的情况下，在用具有贯通孔的工具加工之后，拉伸材料(例如，拉丝线)的表面粗糙度优异。
[0103]
优选的是，金刚石部件由多晶金刚石制成。多晶金刚石具有优异的硬度，但不具有硬度取向或解离性。因此，当将多晶金刚石用于制备金刚石部件时，可以抑制在具有贯通孔的工具的使用过程中，金刚石部件中缺损的发生和裂纹的发展以及金刚石部件的不均匀磨损。
[0104]
制备多晶金刚石的方法没有特别地限制。例如，可以在不添加任何烧结助剂或任何催化剂的情况下，通过在超高温和高压下烧结具有石墨层状结构的碳材料来制备多晶金刚石。
[0105]
<第二实施方案：模具>
[0106]
根据本公开的实施方案的具有贯通孔的工具可以应用于模具。由于可以抑制由金刚石部件和线材之间的摩擦引起的化学磨损和机械磨损，因此模具可以具有更长的工具寿命。
[0107]
<第三实施方案：水射流喷嘴>
[0108]
根据本公开的实施方案的具有贯通孔的工具可以应用于水射流喷嘴。由于可以抑制由金刚石部件和水之间的摩擦引起的化学磨损和机械磨损，因此水射流喷嘴可以具有更长的工具寿命。
[0109]
<第四实施方案：导丝器>
[0110]
根据本公开的实施方案的具有贯通孔的工具可以应用于导丝器。由于可以抑制由金刚石部件和线材之间的摩擦引起的化学磨损和机械磨损，因此导丝器可以具有更长的工具寿命。
[0111]
<第五实施方案：金刚石部件>
[0112]
将参考图7和8描述根据本公开的实施方案的金刚石部件。图7为根据本公开的实施方案的金刚石部件的平面图。图8为图7所示的金刚石部件沿线x3-x3截取的截面图。
[0113]
如图7和图8所示，根据本实施方案的金刚石部件1为具有贯通孔5的金刚石部件1，并且当将金刚石部件1的沿贯通孔5的中心线c1的长度(在图8中由l表示)表示为l1，并且将与以中心线c1为法线的截面中的由金刚石部件1的外缘包围的区域s1面积相等的圆的直径的最大值表示为m1时，l1和m1之间的比值l1/m1为0.8以上。在图7和8中，将金刚石材料的形状示为截顶四角锥，但是金刚石材料的形状不限于截顶四角锥，并且它可为(例如)四角柱、圆柱、截顶圆锥等，只要比值l1/m1为0.8以上即可。
[0114]
包括金刚石部件的具有贯通孔的工具可以具有更长的工具寿命。其原因与第一实施方案中描述的原因相同。
[0115]
金刚石部件1的详细描述与第一实施方案中的描述相同，并且将不再重复其描述。
[0116]
<第六实施方案：金刚石材料(1)>
[0117]
将参考图9和10描述根据本公开的实施方案的金刚石材料。图9为根据本公开的实施方案的金刚石材料的平面图。图10为图9所示的金刚石材料沿线x4-x4截取的截面图。
[0118]
如图9和10所示，金刚石材料4为用于具有贯通孔的工具中的金刚石材料。在金刚石材料上形成贯通孔时，并且当金刚石材料沿贯通孔的中心线的长度(在图10中由l表示)
表示为l2，并且将与金刚石材料的以中心线为法线的截面的面积相等的圆的直径的最大值表示为m2时，l2和m2之间的比值l2/m2(以下称为比值l2/m2)为0.8以上。在图9和10中，将金刚石材料的形状示为截顶四角锥，但是金刚石材料的形状不限于截顶四角锥，并且其形状可为(例如)四角柱、圆柱、截顶圆锥等，只要比值l2/m2为0.8以上即可。
[0119]
通过在金刚石材料4中形成贯通孔而制造的金刚石部件可以具有与第五实施方案中描述的金刚石部件相同的构造。因此，包括由金刚石材料制造的金刚石部件的具有贯通孔的工具可以具有更长的工具寿命。
[0120]
<第七实施方案：金刚石材料(2)>
[0121]
如图9和10所示，金刚石材料4为用于具有贯通孔的工具中的合成单晶金刚石材料，该合成单晶金刚石材料的第一表面为(111)面、(100)面或(110)面，并且当将金刚石材料的沿第一表面的法线的长度(在图10中由l表示)表示为l2，并且将与金刚石材料的平行于第一表面的截面的面积相等的圆的直径的最大值表示为m2时，l2和m2之间的比值l2/m2为0.8以上。通过在金刚石材料4中形成与第一表面的法线平行的贯通孔而制造的金刚石部件可以具有与第五实施方案中描述的金刚石部件相同的构造。因此，包括由金刚石材料制造的金刚石部件的具有贯通孔的工具可以具有更长的工具寿命。
[0122]
<第八实施方案：具有贯通孔的工具(1)的制造方法>
[0123]
将描述根据本公开的实施方案的具有贯通孔的工具的制造方法的实例。在本实施方案中，金刚石部件由合成单晶金刚石制成。本实施方案的具有贯通孔的工具的制造方法包括制备合成单晶金刚石的步骤(以下也称为“合成单晶金刚石制备步骤”)、制备金刚石材料的步骤(以下也称为“金刚石材料制备步骤”)和制造具有贯通孔的工具的步骤(以下也称为“具有贯通孔的工具制造步骤”)。
[0124]
(合成单晶金刚石制备步骤)
[0125]
通过使用(例如)高压合成法或化学气相沉积(cvd)法制备合成单晶金刚石。由于在cvd法中可以容易地控制合成单晶金刚石中的氮原子的浓度、硼原子的浓度、硅原子的浓度、杂质原子的浓度和缺陷的量，因此cvd法是优选的。
[0126]
在cvd法中，在cvd生长炉中，在置于基板支架上的晶种基板上生长单晶金刚石。作为生长方法，可以使用任何常规已知的方法，例如热丝法、燃烧火焰法或电弧喷射法。
[0127]
可以通过原料气体的比率、生长炉中的成分、生长温度等来调节合成单晶金刚石中氮原子的浓度、硼原子的浓度、硅原子的浓度和杂质原子的浓度。
[0128]
可以通过晶种基板的表面粗糙度、表面预处理等来调节合成单晶金刚石中的缺陷的量。
[0129]
(金刚石材料制备步骤)
[0130]
通过激光将形成在晶种基板上的单晶金刚石切割成所需形状以制备金刚石材料。通过调节单晶金刚石上的激光照射的间隔(距离)，可以将单晶金刚石切割成具有所需厚度的金刚石材料。该厚度对应于第六实施方案中描述的金刚石材料中的沿贯通孔的中心线的长度l2，或第七实施方案中描述的金刚石材料中的沿第一表面的法线的长度l2，或第一表面p21(图10中的上表面)或基本上平行于第一表面的第二表面p22的一条边的长度。在后续步骤中维持了这些长度。因此，金刚石材料的长度l2与沿金刚石部件中的贯通孔的中心线的长度l1相同，并且金刚石材料的第一表面p21或第二表面p22的一条边的长度与金刚石部
件中的表面p1或表面p2的一条边的长度相同。
[0131]
在本实施方案中，在激光切割中使用如图11和图12所示的狭缝型切割辅助夹具51。
[0132]
通常，在激光切割中，在由切割夹具50以浮动状态支持合成单晶金刚石的一端的同时，通过激光对合成单晶金刚石进行切割。在常规方法中，为了防止激光束的反射，不将切割辅助夹具51用于从下方支持合成单晶金刚石。因此，当试图从合成单晶金刚石上切下厚的金刚石材料时，在切割的过程中未由切割夹具50支持的(待切割的)端部可能由于其自身重量而断裂，这导致出现毛刺。
[0133]
如果金刚石材料中存在毛刺，那么当在后续步骤中将金刚石材料置于基材的凹部中时，金刚石材料可能变得不稳定，因此通过研磨消除毛刺。因此，在常规的切割方法中，由于增加了研磨步骤，制造成本增加，并且生产率降低。
[0134]
相反，在本实施方案中，合成单晶金刚石的一端由切割夹具50支持，并且狭缝型切割辅助夹具51设置在合成单晶金刚石的下方以从下方支持合成单晶金刚石，并且在从下方支持合成单晶金刚石的同时进行激光切割。由于待照射的激光束将穿过狭缝，因此没有激光束反射。由于合成单晶金刚石由切割辅助夹具51支持，因此即使从合成单晶金刚石上切下厚的金刚石材料，在切割过程中合成单晶金刚石也将不会断裂。因此，能够防止在所获得的金刚石材料中出现毛刺。
[0135]
在切割中使用的激光可以具有(例如)532nm的波长、6khz以上10khz以下的重复频率以及3w以上20w以下的输出功率。
[0136]
(具有贯通孔的工具制造步骤)
[0137]
将所获得的金刚石材料与诸如烧结合金的粉末之类的结合材料一起置于基材的凹部中，并且进行热处理以使结合材料熔化，从而将金刚石材料和基材彼此接合以形成接合体。
[0138]
通过激光照射在接合体中形成贯通孔，由此制造包括金刚石部件的具有贯通孔的工具。
[0139]
<第九实施方案：具有贯通孔的工具(2)的制造方法>
[0140]
将描述根据本公开的实施方案的具有贯通孔的工具的制造方法的实例。在本实施方案中，金刚石部件由多晶金刚石制成。本实施方案的具有贯通孔的工具的制造方法包括制备多晶金刚石的步骤(以下也称为“多晶金刚石制备步骤”)、制备金刚石材料的步骤(以下也称为“金刚石材料制备步骤”)和制造具有贯通孔的工具的步骤(以下也称为“具有贯通孔的工具制造步骤”)。
[0141]
(多晶金刚石制备步骤)
[0142]
例如，在不添加任何烧结助剂或任何催化剂的情况下，通过在超高温和高压下烧结具有石墨层状结构的碳材料而制备多晶金刚石。
[0143]
随后，以与第八实施方案中描述的相同的方式进行金刚石材料制备步骤和具有贯通孔的工具制造步骤，由此制造包括金刚石部件的具有贯通孔的工具。
[0144]
实施例
[0145]
将参考实施例更详细地描述本公开的实施方案。然而，本公开不受实施例的限制。
[0146]
在实施例中，制造并评价具有贯通孔的工具(例如模具)，其中在具有贯通孔的工
具中，金刚石部件由合成单晶金刚石制成。具体的制造方法和评价方法如下所述。
[0147]
<合成单晶金刚石的制备>
[0148]
通过cvd法制备合成单晶金刚石。首先，准备具有5
×
5mm2的正方形主表面且厚度为0.5mm的单晶金刚石晶种基板。将晶种基板磨平，然后作为控制合成单晶金刚石中的缺陷的预处理，使用氧(o2)气和氟化氢(cf4)气体对晶种基板进行干法蚀刻至深度为0.01μm至0.5μm。由基板上的单晶金刚石生长的外延生长层达到1mm的厚度。将氢(h2)气体、甲烷(ch4)气体和氮(n2)气体的混合气体用作原料气体。将ch4气体与h2气体的体积比(ch4气体/h2气体)设定为5体积％至20体积％，将n2气体与ch4气体的体积比(n2气体/ch4气体)设定为0.01体积％至5体积％。将压力设定为9.3kpa至14.7kpa，并且将基板的温度设定为850℃至1200℃。可以通过原料气体的比率、生长炉中的成分、生长温度等调节合成单晶金刚石中杂质的浓度，并且可以通过单晶金刚石晶种基板的表面粗糙度、对研磨层的损伤等调节合成单晶金刚石中缺陷的量。
[0149]
<合成单晶金刚石的测定>
[0150]
测定所获得的合成单晶金刚石的氮原子的浓度、硼原子的浓度、硅原子的浓度、杂质原子的总浓度和相位差。测定方法与第一实施方案中描述的方法相同。结果示于表1。
[0151]
<金刚石材料的制备>
[0152]
由图11和12所示的切割夹具和狭缝型切割辅助夹具支持如上所述制备的单晶金刚石，并通过激光切割以制作呈四棱柱形状的金刚石材料，其中四棱柱形状具有正方形的底面和正方形的上表面。
[0153]
对于各试样，测量金刚石材料的厚度(高度)l2以及金刚石材料的底面和上表面的一条边的长度d2。在后续步骤中保持了“l2”和“d2”的值。因此，金刚石材料的“l2”和“d2”的值分别与由金刚石材料制造的工具中的金刚石部件的沿贯通孔的中心线c1的长度“l1”和金刚石部件的底面和上表面的一条边的长度“d”的值相等。因此，由金刚石材料测定的“l2”和“d2”的值列于表1中金刚石部件的“l1”和“d”栏中。
[0154]
由“d”的值计算与底面和上表面的面积相等的圆的直径m。由于各试样的金刚石材料的形状为四棱柱，因此“m”的值对应于等面积圆的直径的最大值m1。因此，计算值“m”列于表1的金刚石部件的“m1”一栏中。
[0155]
在全部试样中，金刚石材料的底面与上表面之间的角度α为0.5
°
以下。在试样1至6和试样8至11中，底面和上表面为(110)面。在试样7中，底面和上表面为(111)面。
[0156]
<具有贯通孔的工具的制作>
[0157]
将获得的金刚石材料置于基材(由烧结合金制成)的凹部中，使得金刚石材料的底面基本上平行于凹部的底面。此时，在凹部的底面和金刚石材料之间施加喷雾作为粘合剂，以防止金刚石材料倾斜。然后，将由烧结合金粉末制成的接合材料置于金刚石材料和凹部之间，并且进行热处理以使接合材料熔化，从而将金刚石材料和基材彼此接合以形成接合体。
[0158]
通过激光照射在接合体中形成从金刚石材料的上表面到底面连续的贯通孔，以制作具有贯通孔的工具。因此，金刚石材料的上表面成为贯通孔的入口侧的表面p1，并且金刚石材料的底面成为贯通孔的出口侧的表面p2。贯通孔的最小直径d为0.080mm，第一区域的沿中心线的长度为16μm，并且限定第二区域的金刚石部件的壁面和中心线之间的角度θ为
12
°
。
[0159]
<拉伸试验>
[0160]
将所获得的具有贯通孔的工具用于对线材(直径86.63μm，材料：不锈钢(sus304))进行拉伸试验。在线材拉伸过程中使用合成油润滑剂。拉伸速度为500m/min，并且减面率为14％。
[0161]
在上述条件下将线材拉伸至15km，并且在拉伸之后，测量贯通孔的直径的最小值，并将每单位时间的最小值的增量(μm/min)定义为磨损速度。磨损速度越小，耐磨性越好。结果示于表1。
[0162][0163]
<评价>
[0164]
对于作为比较例的试样1，比值l1/m1为0.665。对于各自作为实施例的试样2至11，
比值l1/m1为0.8以上。确认了与试样1(比较例)相比，试样2至11(实施例)在高效加工高强度线材时示出了优异的耐磨性。
[0165]
以上描述了本公开的实施方案和具体实例。然而，最初旨在将各实施方案和各具体实例的构造进行适当组合。
[0166]
应当理解，本文公开的实施方案是出于说明和描述的目的而呈现的，而不是在所有方面进行限制。本公开的范围不限于上述说明，而是由权利要求的范围限定，并且包括与权利要求的含义和范围等同的所有修改。
[0167]
附图标记列表
[0168]
1、11：金刚石部件；2、12：基材；3、13：具有贯通孔的工具；4：金刚石材料；5：贯通孔；21：壁面；1a：第二区域；1b：第一区域；1a：入口；1b：出口；o：外缘；l：沿中心线c1的长度；p1：入口侧的表面；p2：出口侧的表面