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　　申请号：201380064997.0
　　申请人：六号元素磨料股份有限公司 六号元素有限公司
　　发明人：M·C·恩赞玛 D·A·汤姆森 M·G·蒙达伊

　　摘要：提供尺寸为至多约100微米的良好成形的金刚石晶粒的方法。该方法包括提供合成组件，其包含碳材料来源、在其上金刚石材料能结晶的多个籽晶晶粒和用于促进金刚石晶粒结晶的溶剂-催化剂材料，并且使该合成组件经受用于生长金刚石晶粒的条件。维持该合成条件足够长以将碳材料的至少约一半转化为金刚石晶粒。

　　主权利要求：1.提供多个具有大于5微米且至多100微米的平均尺寸的基本上自形的金刚石晶粒的方法，该方法包括提供合成组件，其包含碳材料来源，在其上金刚石材料能结晶的多个籽晶晶粒，和用于促进金刚石晶粒结晶的溶剂-催化剂材料；通过超高压力炉使该合成组件经受合成条件，在该合成条件下压力和温度使得溶剂-催化剂材料熔融，金刚石材料能在籽晶晶粒上结晶，且不发生金刚石晶粒的大量自发成核；布置该合成组件使得在合成条件下包含在该来源中的碳能迁移通过溶剂-催化剂材料且在籽晶晶粒上结晶为金刚石材料；维持该合成条件持续足以将包含在该来源中的碳材料的至少约50％转化为多个金刚石晶粒的合成时间；选择籽晶晶粒的数目和包含在该来源中的碳材料的量，使得能通过超高压力炉维持该合成条件持续所述合成时间；降低压力和温度，和从该合成组件回收多个金刚石晶粒。
　　2.如权利要求1所述的方法，其中选择包含在该来源中的碳材料的量、籽晶晶粒的数目和合成时间，使得在合成时间结束时包含在该 来源中的基本上所有的碳材料被耗尽。
　　3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中金刚石晶粒的平均尺寸范围为至少10微米且至多50微米。
　　4.如在前权利要求中任一项所述的方法，其中籽晶晶粒包含金刚石材料并且具有至少约0.5微米且至多5微米的平均尺寸。
　　5.如在前权利要求中任一项所述的方法，其中溶剂-催化剂材料包含金属材料并且包含在合成组件中的溶剂-催化剂材料的质量与碳来 源的质量的比率为至少3且至多10。
　　6.如在前权利要求中任一项所述的方法，包括提供包壳组件，该包壳组件包含缓冲组件和合成组件，该缓冲组件基本上不含籽晶晶粒； 其中配置和构造该缓冲组件和合成组件，使得超高压力炉能够维持合成条件持续合成时间。
　　7.如权利要求6所述的方法，其中该缓冲组件包含压实缓冲体。
　　8.如权利要求6或7所述的方法，其中该缓冲组件包含压实缓冲体，每个缓冲体在该合成组件分别的相对端处。
　　9.如权利要求6至8中任一项所述的方法，其中该缓冲组件包含碳材料。
　　10.如权利要求6至9中任一项所述的方法，其中该包壳组件包含阻挡结构，用于防止在合成条件下材料在合成组件与缓冲组件之间大 量转移。
　　11.如权利要求6至10中任一项所述的方法，其中该溶剂-催化剂材料包含金属材料并且缓冲组件包含碳材料；溶剂-催化剂材料的质量 与包壳组件中碳材料的组合质量的比率是至少1且至多3。
　　12.如在前权利要求中任一项所述的方法，其中压力为至少约5.5千兆帕且至多约5.9千兆帕。
　　13.如在前权利要求中任一项所述的方法，其中溶剂-催化剂材料包含铁和镍。
　　14.如在前权利要求中任一项所述的方法，其中超高压力炉包含用于向包壳组件施加载荷的三对相互可相对的砧座。
　　15.如在前权利要求中任一项所述的方法，其中使该合成组件经受包括三个阶段的载荷和热循环，第一阶段包括将载荷施加到该合成组 件上，使得其中的压力在环境温度下上升到约1千兆帕至约5千兆帕范围内的第一压力；第二阶段包括将热施加到该合成组件，使得溶剂- 催化剂材料熔化；和第三阶段包括增加载荷使得合成组件中的压力增 大到至少约5.5千兆帕，以及实现合成条件。
　　16.如在前权利要求中任一项所述的方法，其中该合成组件包含压实合成体，该压实合成体包含该来源的碳材料、籽晶晶粒和溶剂-催化 剂材料。
　　17.如权利要求16所述的方法，其中该压实合成体中籽晶晶粒的含量为每千克该压实合成体至少0.2克且至多10克。
　　18.如权利要求16或17所述的方法，其中该压实合成体包含粒料形式的来源的碳材料和粒料形式的溶剂-催化剂材料，将碳材料晶粒和 溶剂-催化剂晶粒合并和压实在一起。
　　19.如权利要求16至18中任一项所述的方法，包括提供包封在各个丸状物中的多个籽晶晶粒，每个丸状物包含溶剂-催化剂材料；将 丸状物彼此合并并且与该来源的碳材料合并，和将丸状物和碳材料压实以提供结实体。
　　20.如在前权利要求中任一项所述的方法，包括处理该多个金刚石晶粒以选择多个所选择的金刚石晶粒。
　　21.如权利要求20所述的方法，包括将材料沉积到所选择金刚石晶粒的表面上以提供附着于所选择的金刚石晶粒的显微结构。
　　22.如权利要求21所述的方法，其中该材料能够与碳反应以形成碳化物化合物材料。
　　23.如权利要求22所述的方法，其中该材料选自镍、硼、硅、钛、钨、钼、钽。
　　24.如权利要求21所述的方法，其中该材料包含碳化物化合物材料。
　　25.如权利要求24所述的方法，其中该材料选自碳化硼、碳化硅、碳化钛、碳化钨、碳化钼和碳化钽。
　　26.如在前权利要求中任一项所述的方法，其中该显微结构为覆盖每个所选择的金刚石晶粒的至少一部分表面的层形式。
　　27.如权利要求21至26中任一项所述的方法，其中该显微结构包含碳化钛。
　　28.如权利要求21至27中任一项所述的方法，包括通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)、填料床 法或任何这些手段的组合将该材料沉积到所选择的金刚石晶粒上。
　　29.如权利要求20至28中任一项所述的方法，包括将多个所选择的金刚石晶粒与用于工具的黏结材料或与用于工具的黏结材料的前 体材料合并以提供混合物。
　　30.如权利要求29中任一项所述的方法，其中该混合物包含在包含黏结材料或黏结材料的前体材料的电镀层、干粉末、浆料或糊料内 的分散在固体基体、玻璃质材料、树脂材料、聚合物材料中的多个所选择的金刚石晶粒。
　　31.如权利要求29或30所述的方法，其中黏结材料或黏结材料的前体材料包括镍、钴、铁、钎焊材料、碳化钨、树脂材料、玻璃质 材料、硅、碳化硅或氧化硅。
　　32.金刚石晶粒，具有大于5微米且至多100微米的平均尺寸，且为基本上自形的。
　　33.如权利要求32所述的金刚石晶粒，具有至少10微米且至多约50微米的平均尺寸。
　　34.如权利要求33所述的金刚石晶粒，具有至少10微米且至多约30微米的平均尺寸。
　　35.如权利要求32至34中任一项所述的金刚石晶粒，其中晶体习性包括对应于金刚石的(100)和(111)晶面的主表面。
　　36.如权利要求32至35中任一项所述的金刚石晶粒，具有至少3且至多7的形态指数。
　　37.如权利要求32至36所述的金刚石晶粒，包含附着于其表面的涂层结构。
　　38.如权利要求37所述的金刚石晶粒，其中该涂层结构包含镍、硼、硅、钛或钽、或者单质、化合物、合金或其它形式的这些中的任 何组合。
　　39.如权利要求37或38所述的金刚石晶粒，其中该涂层结构包含碳化钛。
　　40.混合物，其包含与用于工具的黏结材料或用于工具的黏结材料的前体材料合并的如权利要求32至39所述的多个金刚石晶粒。
　　41.如权利要求40所述的混合物，其中该混合物包含多个丸状物，每个丸状物包含包封在包含黏结材料或黏结材料的前体材料的结构内 的一个或多个该多个金刚石晶粒。
　　42.如权利要求40所述的混合物，其包含在包含黏结材料或黏结材料的前体材料的电镀层、干粉末、浆料或糊料内的分散在固体基体、 玻璃质材料、树脂材料、聚合物材料中的多个所选择的金刚石晶粒。
　　43.如权利要求40至42中任一项所述的混合物，其中该黏结材料或黏结材料的前体材料包括镍，钴，铁，包括铁、镍或钴的合金， 钎焊材料，碳化钨，树脂材料，玻璃质材料，硅，碳化硅或氧化硅。