包含多重金属层的金刚石·镍复合结构粒子及其制造方法与流程

本发明涉及一种金刚石·镍复合结构粒子，尤其涉及一种通过在金刚石的表面镀金或涂布形成纯ni或磷(p)含量较低的低磷ni·p金属合金层之后再在上述金属合金层的表面镀金形成磷(p)含量较高的高磷ni·p金属合金层而制造出的包含多重金属层的金刚石·镍复合结构粒子及其制造方法。

背景技术：

金刚石·镍复合结构粒子能够在与树脂粘合剂进行混合之后贴合到切割轮或在通过电解沉积结合的方式贴合到钢丝之后用于对硅晶片以及蓝宝石晶片等高硬度材料进行切割或打磨。当使用不包含镍层的金刚石粒子时，因为加工过程中所产生的金刚石表面的热量无法快速地传递到金属基底材料，因此会导致金刚石轻易地从切割轮或钢丝的基底材料发生脱落的问题。此外，因为金刚石表面层的物性与基底材料的物性之间的较大差异会降低与基底材料的贴合力，因此会导致在加工时所产生的剪切应力的作用下轻易地发生脱落的问题。

为了改善上述问题，需要使用在金刚石粒子的表面均匀地涂布金属的复合结构粒子。即，通过电解沉积工程将在人造金刚石或cbn粉末的表面涂布镍等金属的复合结构粒子贴合到切割轮或钢丝之后适用于高硬度材料的加工工程。

在如专利文献1至专利文献2等现有技术中，首先对金刚石粒子执行利用sncl2进行敏化处理并利用pdcl2进行活化处理的预处理步骤，接下来将经过预处理的粉末投入到溶解有硫酸镍以及络合剂的镀金溶液中并在达到一定的温度之后供应溶解有次磷酸钠的还原剂，从而制造出包含磷(p)含量较高的高磷ni·p单一金属层的金刚石·镍复合结构粒子。但是sncl2物质对环境有害，而且因为pdcl2物质属于贵金属催化剂，因此会导致成本的大幅度上升。而且，在利用上述物质执行表面处理的如敏化以及活化等预处理步骤与镀金步骤等各个步骤之间还需要执行通过用水进行清洗而去除残留于金刚石表面的试剂的清洗工程，而在上述过程中会不可避免地发生微细大小的金刚石粒子的损失，从而导致成本的大幅度上升。

此外，因为在现有的技术中是利用磷(p)含量较高的高磷ni·p金属单一层对金刚石的表面进行无电解镀金，因此虽然相应的金刚石·镍复合结构粒子在酸性溶液中具有较高的耐腐蚀性，但是因为其电导率较低，所以会导致在用于将金刚石·镍复合结构粒子贴合到切割轮或钢丝的电解镀金工程中很难大幅度地提升其电解沉积速度的问题。

先行技术文献

专利文献

(专利文献1)公开专利第10·2005·0034027号

(专利文献2)公开专利第10·2017·0110174号

专利内容

本发明的目的在于解决如上所述的现有技术中所存在的问题以及历史残留的技术课题。

本发明的目的在于提供一种能够通过在金刚石的表面形成多重金属层而同时实现较高的耐腐蚀性以及较高的电导率，并借此在将金刚石·镍复合结构粒子贴合到基底材料的工具制造工程中提升电解镀金时的电解沉积速度的包含多重金属层的金刚石·镍复合结构粒子及其制造方法。

本发明的另一目的在于提供一种能够通过省略利用sncl2进行处理的敏化步骤以及利用pdcl2进行处理的活化步骤而避免使用环境有害物质以及高价的贵金属催化剂，而且还能够进一步省略各个步骤中的必要工程即用于对金刚石表面的残留物质进行去除的水清洗工程的包含多重金属层的金刚石·镍复合结构粒子及其制造方法。

为了达成如上所述的目的，适用本发明的包含多重金属层的金刚石·镍复合结构粒子，包括：

金刚石芯材；以及，

在上述芯材的表面形成的至少两个金属合金层；

其中，上述金属合金层中的至少一个层，能够相对于整体100重量份包括10至80重量份的从由镍(ni)、铬(cr)、钽(ta)、铁(te)、钴(co)、铜(cu)、银(ag)、铝(al)及其上述之组合构成的组中选择的至少一种以上以及0.1至20重量份的从由磷(p)、硼(b)及其上述之组合构成的组中选择的至少一种以上。

在适用本发明的一较佳实例中，上述金属合金层中的至少一个层能够相对于整体100重量份包括：第1金属层，包括1至50重量份的上述镍以及0.001至5重量份的磷(p)；以及，

第2金属层，在上述第1金属层的至少一侧面包括5至70重量份的上述镍以及0.1至20重量份的磷(p)。

在适用本发明的一较佳实例中，上述芯材能够包括从由氮化硼、碳化硅、碳化硼、氧化铝、氮化硅、碳化钽、氧化锆及其上述之组合构成的组中选择的至少一个。

在适用本发明的一较佳实例中，上述金属合金层能够具有约3nm至约3μm的厚度。

在适用本发明的一较佳实例中，上述复合结构粒子能够具有约1至30μm范围的直径。

此外，本发明提供一种包括上述金刚石·镍复合结构粒子的硬质合金工具。

此外，本发明提供一种包含多重金属层的金刚石·镍复合结构粒子的制造方法，能够包括：

一种包含多重金属层的金刚石·镍复合结构粒子的制造方法，其特征在于，在包括：

(a)金刚石芯材粉末的表面清洗步骤；

(b)利用所制造出的上述镍金属粉末在上述金刚石芯材粉末的表面形成第1金属层的步骤；以及，

(c)在上述第1金属层上形成第2金属层的步骤。

在适用本发明的一较佳实例中，在上述步骤(a)至步骤(b)中的至少一个步骤之后，还能够包括：制造出包含从磷以及硼元素中选择的至少一个的镍金属粉末的步骤(d)。

在适用本发明的一较佳实例中，上述步骤(b)至步骤(d)中的至少一个步骤能够通过无电解镀金方式或干法涂布方式执行。

如上所述，适用本发明的包含多重金属层的金刚石·镍复合结构粒子，能够通过在金刚石的表面形成多重金属层而同时实现较高的耐腐蚀性以及较高的电导率，并借此在将金刚石·镍复合结构粒子贴合到基底材料的工具制造工程中提升电解镀金时的电解沉积速度。

此外，适用本发明的包含多重金属层的金刚石·镍复合结构粒子，能够通过省略利用sncl2进行处理的敏化步骤以及利用pdcl2进行处理的活化步骤而避免使用环境有害物质以及高价的贵金属催化剂，而且还能够进一步省略各个步骤中的必要工程即用于对金刚石表面的残留物质进行去除的水清洗工程，从而大幅度地节省其生产成本。

附图说明

图1是适用本发明之一实施例的多重金属层金刚石·镍复合结构粒子的截面图。

图2是按照适用本发明的一实施例在金刚石芯材镀金或涂布形成第1金属层的金刚石·镍复合结构粒子的扫描式电子显微镜(sem)观测照片。

图3是按照适用本发明的一实施例在金刚石芯材镀金或涂布形成第1金属层之后再镀金形成第2金属层的金刚石·镍复合结构粒子的扫描式电子显微镜(sem)观测照片。

图4是适用本发明之一实施例的在金刚石芯材上依次形成低磷ni·p合金层、纯ni金属层以及高磷ni·p合金层的多重金属层金刚石·镍复合结构粒子的截面图。

【符号说明】

10：金刚石芯材

20：低磷ni·p金属合金层

30：高磷ni·p金属合金层

50：纯ni金属层

具体实施方式

在后续的内容中对本发明进行的说明，是作为参考实例提供的用于实施本发明的特定实施例。相关从业人员能够通过参考对上述实施例的详细说明而充分地实施本发明。需要理解的是，虽然适用本发明的各个实施例互不相同，但是并不是排他性的关系。例如，在本说明书中所记载的特定形状、结构以及特征能够以一实施例为基础在不脱离本发明的技术思想以及范围的前提下通过其他实施例实现。

因此，在后续的内容中所记载的详细说明并不是为了对本发明进行限定，本发明的范围应仅通过所附的权利要求书做出限定，且应包括与权利要求书中所主张的内容均等的所有范围。

此外，虽然在本发明中为了对不同的构成要素进行说明而使用如第1、第2等术语，但是上述构成要素并不因为所使用的上述术语而受到限定。上述术语，只是用于对一个构成要素与其他构成要素进行区分。

接下来，为了便于具有本发明所属技术领域之一般知识的人员轻易地实施本发明，将对适用本发明的较佳实施例进行详细的说明。

如上所述，目前所采用的通过实现在人造金刚石或cbn粉末的表面涂布镍等金属的复合结构并执行高硬度材料加工工程的复杂过程中，因为在各个步骤中会发生金刚石粒子的损失，因此会导致成本的上升，而且因为镀金过程中的电导率较低，因此会导致在用于将金刚石·镍复合结构粒子贴合到切割轮或钢丝的电解镀金工程中很难大幅度地提升其电解沉积速度的问题。

为此，本发明为了解决如上所述的问题，提供一种多重金属层金刚石·镍复合结构粒子，包括：金刚石芯材；以及，在上述芯材的表面形成的至少两个金属合金层；其中，上述金属合金层中的至少一个层，能够相对于上述金刚石芯材的整体100重量份包括10至80重量份的从由镍(ni)、铬(cr)、钽(ta)、铁(te)、钴(co)、铜(cu)、银(ag)、铝(al)及其上述之组合构成的组中选择的至少一种以上以及0.1至20重量份的从由磷(p)、硼及其上述之组合构成的组中选择的至少一种以上。

借此，能够提供一种同时实现较高的耐腐蚀性以及较高的电导率，并借此在将金刚石·镍复合结构粒子贴合到基底材料的工具制造工程中提升电解镀金时的电解沉积速度的金刚石·镍复合结构粒子。

在图1中对适用本发明之一实施例的双重金属层金刚石·镍粒子的截面图进行了模式化图示。

如图1所示，适用本发明之一实施例的双重金属层金刚石·镍粒子，包括：金刚石芯材10；在金刚石芯材10的表面形成的纯ni或磷(p)含量较低的低磷ni·p金属合金层20；以及，在低磷ni·p金属合金层20的表面形成的磷(p)含量较高的高磷ni·p金属合金层30。

在本发明中，上述低磷ni·p金属合金层20能够包括1至50重量份的镍以及0.001至5重量份的磷(p)。较佳地，能够包括20至30重量份的镍以及0.01至0.1重量份的磷(p)。此时，在上述镍的含量低于1重量份的情况下，可能会导致镀金失败或发生剥离的问题发生，而在含量高于50重量份的情况下，可能会导致粒子之间的镀金凝聚的问题发生，因此上述范围最为合适。

此外，上述高磷ni·p金属合金层30能够包括5至70重量份的镍以及0.1至20重量份的磷(p)。较佳地，能够包括30至40重量份的镍以及7至15重量份的磷(p)。此时，在上述镍的含量低于5重量份的情况下，可能会导致镀金失败或发生剥离的问题发生，而在含量高于70重量份的情况下，可能会导致粒子之间的镀金凝聚的问题发生，因此上述范围最为合适。

在本发明中，上述芯材粉末除了在上述内容中所记载的金刚石之外，还能够包括从由具有较高硬度的氮化硼、碳化硅、碳化硼、氧化铝、氮化硅、碳化钽、氧化锆及其上述之组合构成的组中选择的至少一个。

在图4中对适用本发明之一实施例的多重金属层金刚石·镍复合结构粒子的截面图进行了模式化图示。

如图4所示，除了在金刚石芯材10上依次形成低磷ni·p合金层20、纯ni金属层50以及高磷ni·p合金层30之外，与上述的结构相同。

此外，本发明包括：金刚石芯材粉末的表面清洗步骤；制造出包含从磷以及硼元素中选择的至少一个的镍金属粉末的步骤；利用所制造出的上述镍金属粉末在上述金刚石芯材粉末的表面形成第1金属层的步骤；以及，在上述第1金属层的至少一侧面上形成第2金属层的步骤。

为了获得适用本发明的包含多重金属层的金刚石复合结构体，上述金属成分被均匀分布且不包含不必要的成分为宜。为此，作为在金刚石粉末的各个粒子上述涂布形成上述金属层的方法，能够使用如cvd(chemicalvapordeposition，化学气相沉积)法、pvd(physicalvapordeposition，物理气相沉积)法或溶液沉淀法，但是并不限定于此。

此外，在适用本发明的金刚石烧结体中，在金刚石粒子的表面上涂布形成的上述金属层的均匀性是决定金刚石粉末的烧结性并提升烧结体强度的非常重要的因素，而且考虑到对经济性的要求，使用无电解镀金法最为有利。

接下来为了便于理解本发明，将对较佳的实施例(example)进行说明。但是，下述实施例只是为了帮助理解本发明，本发明并不因为下述实施例而受到限定。

[实施例]

<实施例1>

将20g的金刚石芯材投入到以1l的纯净水为基准混合10wt％的硝酸以及30wt％的盐酸而制造出的稀释王水中并进行1小时的搅拌处理，从而对金刚石小面的金属杂质进行去除。接下来，为了避免金属离子以及酸性成分残留在金刚石的表面而利用清水进行几次充分清洗。

此时，能够通过利用王水对金刚石芯材粉末进行处理而在金刚石结晶的表面形成各种缺陷，并借此在接下来的无电解镀金工程中促进金属离子还原反应的核生成。

能够通过王水处理在金刚石结晶的表面形成的缺陷，包括羰基(carbonyl)、羟基(hydroxyl)、羧基(carboxylic)、醛基(aldehyde)环氧化物(epoxide)、过氧化物(peroxy)以及粘接桥的氧醚基团(brigde·bondedoxygenethergroup)等官能团，能够提升其化学活性。

将通过上述步骤获得的金刚石预处理粉末投入到以1l的纯净水为基准溶解10wt％的硫酸镍以及1wt％的柠檬酸的镀金水溶液中，然后在维持60℃恒温的状态下进行1小时的搅拌处理。接下来，以滴定的方式持续供应以1l的纯净水为基准混合10wt％的肼以及0.5wt％的次磷酸盐(nah2po2)而制造出的还原溶液30分钟，从而通过无电解镀金工程在金刚石的表面形成了纯ni金属或磷(p)元素的含量较低的低磷镍金属层。

将通过上述方式制造的已形成种子(seed)金属层的金刚石镀金粉末投入到以1l的纯净水为基准溶解20wt％的硫酸镍、2wt％的苹果酸以及50ppm的醋酸铅的镀金液中，然后在维持60℃恒温的状态下进行1小时的搅拌处理。接下来向上述浆料镀金液以滴定的方式持续供应以1l的纯净水为基准溶解40wt％的次磷酸钠的还原液50分钟，从而通过无电解镀金工程形成磷(p)元素的含量较高的镍金属层。借此，完成包含多重金属层的金刚石·镍复合结构粒子的制造。

此时，在金刚石的表面镀金形成的低磷ni·p金属合金层能够在接下来形成高磷ni·p金属合金层的无电解镀金工程中起到形成高磷ni·p金属层时所需要的种子(seed)金属层的作用，从而使所制造出的金刚石·镍复合结构粒子同时具有较高的耐腐蚀性以及较高的电导率特性。

<实施例2>

在利用稀释王水对20g的金刚石芯材粉末进行处理之后再进行清洗的过程与实施例1相同。

将通过上述步骤获得的金刚石预处理粉末投入到以1l的纯净水为基准溶解15wt％的硫酸镍以及2wt％的柠檬酸的镀金水溶液中，然后在维持65℃恒温的状态下进行1小时的搅拌处理。接下来，以滴定的方式持续供应以1l的纯净水为基准混合3wt％的dmab(dimethylamineborane，二甲胺硼烷)而制造出的还原溶液30分钟，从而通过无电解镀金工程在金刚石的表面形成了纯ni金属或硼(b)元素的含量较低的镍金属层。

将通过上述方式制造的已形成种子(seed)金属层的金刚石镀金粉末投入到以1l的纯净水为基准溶解25wt％的硫酸镍、1wt％的苹果酸以及150ppm的醋酸铅的镀金液中，然后在维持65℃恒温的状态下进行1小时的搅拌处理。接下来向上述浆料镀金液以滴定的方式持续供应以1l的纯净水为基准溶解60wt％的次磷酸钠的还原液60分钟，从而通过无电解镀金工程形成磷(p)元素的含量较高的镍金属层。借此，完成包含多重金属层的金刚石·镍复合结构粒子的制造。

[比较例]

利用向金刚石核心粒子进行镍镀金的现有技术制造出镀金粉末。首先，对于作为核心粒子使用的金刚石粉末，利用1wt％的sncl2进行敏化处理之后再利用0.1wt％的pdcl2进行活化处理。

以1l的纯净水为基准混合0.6wt％的硫酸镍、5wt％的醋酸钠(naacetate)以及0.5wt％的醋酸而制造出硫酸镍镀金水溶液，然后在维持60℃恒温的状态下投入20g的上述已进行活化处理的金刚石粉末并以500rpm进行搅拌。

以1l的纯净水为基准制造出包含50wt％的次磷酸盐(nah2po2)以及5wt％的柠檬酸(citricacid)的还原溶液，然后向上述镀金水溶液持续滴定供应50分钟，从而获得金刚石镍镀金粉末。

[试验例]

对于通过实施例1至实施例2以及比较例制造出的金刚石·镍复合结构粒子粉末，通过如下所述的测定方式，对其耐腐蚀性、电导率以及在工具的制造过程中将镀金粉末通过电解镀金工程贴合到钢丝基底材料时的电解沉积速度进行定量或定性测定，其结果如下述表1所示。

1.耐腐蚀性测定

将20g的镀金粉末投入到约80℃的标准瓦特(watt)溶液浸泡之后持续进行搅拌，接下来在ph4.0水准的强酸溶液中对金刚石镀金粒子的表面镀金层不发生腐蚀维持抵抗力的时间进行了测定。其中，标准瓦特(watt)溶液是以1l的纯净水为基准混合450g的硫酸镍、10g的氯化镍以及40g的硼酸而进行制造。

2.电导率

将20g的金刚石镀金粒子投入到对20g的环氧树脂(epoxy)固态成分以及50g的甲苯进行混合而制造出的浆料中并利用调糊机进行10分钟的处理，接下来在将其涂布到pet膜并经过干燥以及硬化之后进行了测定。

3.电解沉积速度

在将钢琴线浸泡到约ph4.5水准的镍电解镀金槽中并连接电极之后投入100g的金刚石镀金离子进行搅拌，接下来对因为金刚石镀金离子被电解沉积到钢丝中而呈现出10wt％的重量增加的时间进行了测定。

【表1】

如上述表1所示，其耐腐蚀性与通过现有技术制造的金刚石镀金粉末类似，而与制造工具时所需要的工程时间存在密切关系的电解沉积速度缩短了30％以上。借此，能够大幅度地节省在制造工具时所需要的成本。此外，因为不需要使用如上所述的如sncl2以及pdcl2等高价的环境有害化学物质且能够省略在各个处理步骤之间执行的清洗过程，因此能够减少金刚石微细粒子的损失并借此实现约25％以上的成本节省效果。

而且，通过利用本发明在金刚石的表面形成多重金属层，能够同时提供较高的耐腐蚀性以及较高的电导率，因此在将金刚石·镍复合结构粒子贴合到基底材料的工具制造工程中能够提升电解镀金时的电解沉积速度。

而且，能够通过省略利用sncl2进行处理的敏化步骤以及利用pdcl2进行处理的活化步骤而避免使用环境有害物质以及高价的贵金属催化剂，而且还能够进一步省略各个步骤中的必要工程即用于对金刚石表面的残留物质进行去除的水清洗工程，因此能够实现较高的成本竞争力。

在上述内容中结合附图对本发明的实施例进行了详细说明，但是具有本发明所属技术领域之一般知识的人员能够以上述的内容为基础在本发明的范围之内执行各种应用以及变形。