Procedimiento de fabricación de una hilera de trefilado de diamante.

Un procedimiento de producción de una hilera de trefilado que tiene un núcleo formado por diamante policristalino fabricado sustancialmente solo de diamante,

teniendo dicho diamante policristalino una construcción mixta que incluye diamante de grano fino con un tamaño máximo de grano de menos de o igual a 100 nm y un tamaño promedio de grano de menos de o igual a 50 nm y diamante similar a placa o diamante granulado toscamente particulado con un tamaño mínimo de grano de más de o igual a 50 nm y un tamaño de grano máximo de menos de o igual a 10000 nm, el procedimiento comprende introducir dicha mezcla en una cápsula de un metal, que convierte directamente un material de carbono de tipo no diamantino como un material de partida en diamante, en el que el material de partida es grafito similar a placa con un tamaño de grano de 50 nm o más, con un material de carbono de tipo no grafítico añadido al mismo en un intervalo de más del o igual al 10 % en volumen y menos del o igual al 95 % en volumen y sinterizar el diamante a una presión ultraelevada en la que el diamante es termodinámicamente estable y a una temperatura ultraelevada de 1.500 ºC o más, usando un aparato de generación de presión ultraelevada y temperatura ultraelevada capaz de llevar a cabo presurización isótropa o presurización hidrostática, sin añadir una ayuda de sinterización o un catalizador y proporcionando en dicho diamante policristalino un orificio a través del que pasa un material sometido a trefilado.

Procedimiento de fabricación de una hilera de trefilado de diamante

Campo técnico

La presente invención se refiere a una hilera de diamante para trefilado de un alambre tal como un cable de metal y en particular, se refiere a una hilera para trefilar un cable ultrafino de cobre, oro o similar, o un cable extremadamente duro tal como un cable inoxidable, una cuerda de acero, o similar.

Técnica anterior

Convencionalmente, como una hilera de trefilado para trefilar un cable ultrafino con un diámetro de orificio de 50 µm o menos, se ha usado el que tiene una forma como se muestra en la Fig. 1 fabricado de diamante monocristalino natural

o diamante monocristalino sintético. Sin embargo, el diamante monocristalino tiene un problema que, cuando se usa para trefilado durante un periodo de tiempo largo, tiene lugar desgaste irregular como se muestra en la Fig. 2B y se deteriora una superficie de cable. En monocristal de diamante, las distancias entre planos de retículo cristalino difieren dependiendo de la orientación y los planos de retículo tienen diferentes densidades atómicas en plano. Por lo tanto, el monocristal de diamante tiene resistencia a desgaste que es significativamente dependiente de dirección, lo que causa desgaste irregular después de trefilado y deterioro en la superficie del cable.

Adicionalmente, una hilera para trefilar un cable altamente duro tal como un cable inoxidable, una cuerda de acero, o similar tiene un problema de que se ejerce una tensión excesiva en la hilera durante el trefilado y aparece una grieta debida a escisión. Por lo tanto, el diamante poli-cristalino se usa generalmente en el presente para una aplicación tal.

Actualmente, todos los diamantes policristalinos comercializados para usar en herramientas tienen un metal del grupo del hierro tal como Co, Ni, Fe, o una cerámica tal como SiC, como una ayuda de sinterización o un agente de unión. Se obtienen sinterizando polvo de diamante conjuntamente con una ayuda de sinterización o un agente de unión en condiciones de presión alta y temperatura alta en las que el diamante es termodinámicamente estable (generalmente, a una presión de 5 a 6 GPa y a una temperatura de 1300 a 1500 ºC) . Sin embargo, dado que contienen alrededor del 10 % en volumen de una ayuda de sinterización o un agente de unión, no es posible obtener una superficie de orificio altamente precisa y así un diamante policristalino tal no es aplicable a trefilado ultrafino. Aunque los diamantes policristalinos producidos naturalmente (carbonado y ballas) son también conocidos y algunos de ellos se usan como una broca, tienen muchos defectos y varían considerablemente en calidad del material. Por lo tanto, no se usan para la aplicación como una hilera.

Por otro lado, un cuerpo policristalino de diamante de fase individual se obtiene convirtiendo directamente carbono no diamantino tal como grafito, carbono vítreo, carbono amorfo, o similares en diamante y simultáneamente sinterizando el diamante a una presión ultraelevada y a una temperatura ultraelevada sin un catalizador o un disolvente.

Como un cuerpo policristalino tal, por ejemplo, J. Chem. Phys., 38 (1963) 631-643 [F. P. Bundy] (documento no relacionado con patentes 1) , Japón. J. Appl. Phys., 11 (1972) 578-590 [M. Wakatsuki, K. Ichinose, T. Aoki] (documento no relacionado con patentes 2) y Nature 259 (1976) 38 [S. Naka, K. Horii, Y. Takeda, T. Hanawa] (documento no relacionado con patentes 3) divulgan obtener diamante policristalino sometiendo al grafito como un material de partida a conversión directa a una presión ultraelevada de 14 a 18 GPa y a una temperatura ultraelevada de 3000 ºK o más.

Adicionalmente, la Patente Japonesa puesta a disposición del público N.º: 2002-066302 (Documento de Patente 1) describe un procedimiento de sintetizar diamante fino calentando nanotubo de carbono a 10 GPa o más y a 1600 ºC o más.

Además, New Diamond and Frontier Carbon Technology, 14 (2004) 313 [T. Irifune, H. Sumiya] (documento no relacionado con patentes 4) y SEI Technical Review 165 (2004) 68 [Sumiya, Irifune] (documento no relacionado con patentes 5) divulgan un procedimiento de obtención de diamante policristalino denso y altamente puro sometiendo grafito altamente puro como un material de partida a conversión directa y sinterizando por calentamiento indirecto a una presión ultraelevada de 12 GPa o más y una temperatura ultraelevada de 2200 ºC o más.

Documento de patente 1: Patente Japonesa puesta a disposición del público N.º: 2002-066302 Documento no de Patentes 1: J. Chem. Phys., 38 (1963) 631-643 [F. P. Bundy] Documento no de Patentes 2: Japón. J. Appl. Phys., 11 (1972) 578-590 [M. Wakatsuki, K. Ichinose, T. Aoki] Documento no de Patentes 3: Nature 259 (1976) 38 [S. Naka, K. Horii, Y. Takeda, T. Hanawa] Documento no de Patentes 4: New Diamond and Frontier Carbon Technology, 14 (2004) 313 [T. Irifune, H. Sumiya] Documento no de Patentes 5: SEI Technical Review 165 (2004) 68 [Sumiya, Irifune]

Divulgación de la invención Problemas a resolver por la invención

Sin embargo, dado que los diamantes policristalinos descritos en documentos no de patentes 1 a 3 se fabrican todos haciendo pasar directamente una corriente eléctrica a través de carbono no diamantino conductor eléctircamente tal como grafito y calentando el mismo, es inevitable que quede grafito sin convertir. Adicionalmente, los diamantes tenían granos que varían en tamaño y tienden a sinterizarse de forma parcialmente insuficiente. Por lo tanto, ha sido posible obtener solo un cuerpo policristalino con propiedades mecánicas insuficientes tales como dureza y resistencia y con forma astillada y ha sido imposible obtener un cuerpo policristalino capaz de usarse como una hilera de trefilado.

Adicionalmente, dado que el procedimiento divulgado en el Documento de Patente 1 ejerce presión sobre nanotubo de carbono con un yunque de diamante y recoge luz y calienta el nanotubo de carbono con un láser de gas dióxido de carbono, es imposible elaborar diamante policristalino homogéneo de un tamaño aplicable a hileras de trefilado.

Además, aunque los diamantes obtenidos por los procedimientos divulgados en documentos no relacionados con patentes 4 y 5 pueden tener una dureza muy alta, tienen reproducibilidad insuficiente y propiedades mecánicas inestables. Por lo tanto, ha habido un problema que, cuando se usan como hileras de trefilado, sus actuaciones varían dependiendo de las muestras.

En Journal of Materials Science, Kluwer Academic Publishers EE.UU., vol. 39, N.º: 2, ISSN: 0022-2461, XP 2573562, hay divulgada una microestructura de diamante policristalino ultraduro que se sintetiza a partir de grafito por conversión directa a alta presión estática. El diamante policristalino se produce encerrando una varilla de grafito policristalino isótropo que consiste en partículas de grafito hexagonales de varios micrómetros orientados en una dirección aleatoria, en un calentador de tubo Re y convirtiéndolas en diamante policristalino en condiciones de alta presión y alta temperatura de 15-18 GPa y 2.300-2.700 ºC. Sin embargo, el diamante así sintetizado se separa en una parte que tiene una estructura homogénea fina y una parte que tiene una estructura laminar, como se menciona anteriormente. Tales estructuras mixtas tienen un problema de controlabilidad baja.

La presente invención se ha realizado para resolver los problemas de las técnicas convencionales descritas anteriormente y un objeto de la presente invención es proporcionar una hilera de trefilado de cable Y que tenga una resistencia alta y una resistencia al calor excelente cuando se la compara con diamante policristalino que contiene un agente de unión que se ha comercializado convencionalmente y en particular una hilera de trefilado que tiene una actuación extremadamente excelente en trefilar un cable ultrafino o un cable inoxidable o una cuerda de acero, sin causar problemas tales como desgaste irregular o grietas de escisión encontrados en diamante monocristalino convencional, optimizando propiedades de diamante policristalino obtenido por conversión directa y sinterizando para aplicarse a una hilera de trefilado.

Medios para resolver los problemas Los autores de la presente invención han estudiado minuciosamente la relación entre una microestructura de diamante policristalino obtenida por conversión directa y propiedades mecánicas y propiedad de resistencia al desgaste de la misma para examinar las causas de los problemas mencionados anteriormente. Como un resultado, han encontrado que el diamante policristalino puede tener una construcción compuesta en la que una estructura dispuesta en capas y una estructura homogénea fina están mezcladas y el que tiene una construcción... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de producción de una hilera de trefilado que tiene un núcleo formado por diamante policristalino fabricado sustancialmente solo de diamante, teniendo dicho diamante policristalino una construcción mixta que incluye diamante de grano fino con un tamaño máximo de grano de menos de o igual a 100 nm y un tamaño promedio de 5 grano de menos de o igual a 50 nm y diamante similar a placa o diamante granulado toscamente particulado con un tamaño mínimo de grano de más de o igual a 50 nm y un tamaño de grano máximo de menos de o igual a 10000 nm, el procedimiento comprende introducir dicha mezcla en una cápsula de un metal, que convierte directamente un material de carbono de tipo no diamantino como un material de partida en diamante, en el que el material de partida es grafito similar a placa con un tamaño de grano de 50 nm o más, con un material de carbono de tipo no grafítico añadido 10 al mismo en un intervalo de más del o igual al 10 % en volumen y menos del o igual al 95 % en volumen y sinterizar el diamante a una presión ultraelevada en la que el diamante es termodinámicamente estable y a una temperatura ultraelevada de 1.500 ºC o más, usando un aparato de generación de presión ultraelevada y temperatura ultraelevada capaz de llevar a cabo presurización isótropa o presurización hidrostática, sin añadir una ayuda de sinterización o un catalizador y proporcionando en dicho diamante policristalino un orificio a través del que pasa un material sometido a trefilado.

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho diamante de grano fino tiene un tamaño de grano máximo de menos de o igual a 50 nm y un tamaño de grano promedio de menos de o igual a 30 nm.

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que dicho diamante de grano tosco tiene un tamaño de grano mínimo de más de o igual a 50 nm y un tamaño de grano máximo de menos de o igual a 1000 nm.

4. El procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el orificio formado en dicho diamante policristalino tiene al menos un trabajo de superficie para mecanizar con una rugosidad de superficie Ra de más de o igual a 0, 001 µm y menos de o igual a 0, 2 µm.

5. El procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el orificio formado en dicho diamante policristalino tiene una circularidad de más de o igual a 0, 1 µm y de menos de o igual a 0, 2 µm cuando se observa una 25 sección transversal de una parte de apoyo.

FIG. 1

FIG. 2A

FIG. 2B

FIG. 3A

DIÁMETRO INTERNO DE HILERA

FIG. 3B

HILERA DE DIAMANTE NANO-POLICRISTALINO

FIG. 3C

HILERA DE DIAMANTE MONOCRISTALINO NATURAL