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　　申請號：201380064997.0
　　申請人：六號元素磨料股份有限公司 六號元素有限公司
　　發明人：M·C·恩贊瑪 D·A·湯姆森 M·G·蒙達伊

　　摘要：提供尺寸為至多約100微米的良好成形的金剛石晶粒的方法。該方法包括提供合成組件，其包含碳材料來源、在其上金剛石材料能結晶的多個籽晶晶粒和用于促進金剛石晶粒結晶的溶劑-催化劑材料，并且使該合成組件經受用于生長金剛石晶粒的條件。維持該合成條件足夠長以將碳材料的至少約一半轉化為金剛石晶粒。

　　主權利要求：1.提供多個具有大于5微米且至多100微米的平均尺寸的基本上自形的金剛石晶粒的方法，該方法包括提供合成組件，其包含碳材料來源，在其上金剛石材料能結晶的多個籽晶晶粒，和用于促進金剛石晶粒結晶的溶劑-催化劑材料；通過超高壓力爐使該合成組件經受合成條件，在該合成條件下壓力和溫度使得溶劑-催化劑材料熔融，金剛石材料能在籽晶晶粒上結晶，且不發生金剛石晶粒的大量自發成核；布置該合成組件使得在合成條件下包含在該來源中的碳能遷移通過溶劑-催化劑材料且在籽晶晶粒上結晶為金剛石材料；維持該合成條件持續足以將包含在該來源中的碳材料的至少約50％轉化為多個金剛石晶粒的合成時間；選擇籽晶晶粒的數目和包含在該來源中的碳材料的量，使得能通過超高壓力爐維持該合成條件持續所述合成時間；降低壓力和溫度，和從該合成組件回收多個金剛石晶粒。
　　2.如權利要求1所述的方法，其中選擇包含在該來源中的碳材料的量、籽晶晶粒的數目和合成時間，使得在合成時間結束時包含在該 來源中的基本上所有的碳材料被耗盡。
　　3.如權利要求1或權利要求2所述的方法，其中金剛石晶粒的平均尺寸范圍為至少10微米且至多50微米。
　　4.如在前權利要求中任一項所述的方法，其中籽晶晶粒包含金剛石材料并且具有至少約0.5微米且至多5微米的平均尺寸。
　　5.如在前權利要求中任一項所述的方法，其中溶劑-催化劑材料包含金屬材料并且包含在合成組件中的溶劑-催化劑材料的質量與碳來 源的質量的比率為至少3且至多10。
　　6.如在前權利要求中任一項所述的方法，包括提供包殼組件，該包殼組件包含緩沖組件和合成組件，該緩沖組件基本上不含籽晶晶粒； 其中配置和構造該緩沖組件和合成組件，使得超高壓力爐能夠維持合成條件持續合成時間。
　　7.如權利要求6所述的方法，其中該緩沖組件包含壓實緩沖體。
　　8.如權利要求6或7所述的方法，其中該緩沖組件包含壓實緩沖體，每個緩沖體在該合成組件分別的相對端處。
　　9.如權利要求6至8中任一項所述的方法，其中該緩沖組件包含碳材料。
　　10.如權利要求6至9中任一項所述的方法，其中該包殼組件包含阻擋結構，用于防止在合成條件下材料在合成組件與緩沖組件之間大 量轉移。
　　11.如權利要求6至10中任一項所述的方法，其中該溶劑-催化劑材料包含金屬材料并且緩沖組件包含碳材料；溶劑-催化劑材料的質量 與包殼組件中碳材料的組合質量的比率是至少1且至多3。
　　12.如在前權利要求中任一項所述的方法，其中壓力為至少約5.5千兆帕且至多約5.9千兆帕。
　　13.如在前權利要求中任一項所述的方法，其中溶劑-催化劑材料包含鐵和鎳。
　　14.如在前權利要求中任一項所述的方法，其中超高壓力爐包含用于向包殼組件施加載荷的三對相互可相對的砧座。
　　15.如在前權利要求中任一項所述的方法，其中使該合成組件經受包括三個階段的載荷和熱循環，第一階段包括將載荷施加到該合成組 件上，使得其中的壓力在環境溫度下上升到約1千兆帕至約5千兆帕范圍內的第一壓力；第二階段包括將熱施加到該合成組件，使得溶劑- 催化劑材料熔化；和第三階段包括增加載荷使得合成組件中的壓力增 大到至少約5.5千兆帕，以及實現合成條件。
　　16.如在前權利要求中任一項所述的方法，其中該合成組件包含壓實合成體，該壓實合成體包含該來源的碳材料、籽晶晶粒和溶劑-催化 劑材料。
　　17.如權利要求16所述的方法，其中該壓實合成體中籽晶晶粒的含量為每千克該壓實合成體至少0.2克且至多10克。
　　18.如權利要求16或17所述的方法，其中該壓實合成體包含粒料形式的來源的碳材料和粒料形式的溶劑-催化劑材料，將碳材料晶粒和 溶劑-催化劑晶粒合并和壓實在一起。
　　19.如權利要求16至18中任一項所述的方法，包括提供包封在各個丸狀物中的多個籽晶晶粒，每個丸狀物包含溶劑-催化劑材料；將 丸狀物彼此合并并且與該來源的碳材料合并，和將丸狀物和碳材料壓實以提供結實體。
　　20.如在前權利要求中任一項所述的方法，包括處理該多個金剛石晶粒以選擇多個所選擇的金剛石晶粒。
　　21.如權利要求20所述的方法，包括將材料沉積到所選擇金剛石晶粒的表面上以提供附著于所選擇的金剛石晶粒的顯微結構。
　　22.如權利要求21所述的方法，其中該材料能夠與碳反應以形成碳化物化合物材料。
　　23.如權利要求22所述的方法，其中該材料選自鎳、硼、硅、鈦、鎢、鉬、鉭。
　　24.如權利要求21所述的方法，其中該材料包含碳化物化合物材料。
　　25.如權利要求24所述的方法，其中該材料選自碳化硼、碳化硅、碳化鈦、碳化鎢、碳化鉬和碳化鉭。
　　26.如在前權利要求中任一項所述的方法，其中該顯微結構為覆蓋每個所選擇的金剛石晶粒的至少一部分表面的層形式。
　　27.如權利要求21至26中任一項所述的方法，其中該顯微結構包含碳化鈦。
　　28.如權利要求21至27中任一項所述的方法，包括通過化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)、填料床 法或任何這些手段的組合將該材料沉積到所選擇的金剛石晶粒上。
　　29.如權利要求20至28中任一項所述的方法，包括將多個所選擇的金剛石晶粒與用于工具的黏結材料或與用于工具的黏結材料的前 體材料合并以提供混合物。
　　30.如權利要求29中任一項所述的方法，其中該混合物包含在包含黏結材料或黏結材料的前體材料的電鍍層、干粉末、漿料或糊料內 的分散在固體基體、玻璃質材料、樹脂材料、聚合物材料中的多個所選擇的金剛石晶粒。
　　31.如權利要求29或30所述的方法，其中黏結材料或黏結材料的前體材料包括鎳、鈷、鐵、釬焊材料、碳化鎢、樹脂材料、玻璃質 材料、硅、碳化硅或氧化硅。
　　32.金剛石晶粒，具有大于5微米且至多100微米的平均尺寸，且為基本上自形的。
　　33.如權利要求32所述的金剛石晶粒，具有至少10微米且至多約50微米的平均尺寸。
　　34.如權利要求33所述的金剛石晶粒，具有至少10微米且至多約30微米的平均尺寸。
　　35.如權利要求32至34中任一項所述的金剛石晶粒，其中晶體習性包括對應于金剛石的(100)和(111)晶面的主表面。
　　36.如權利要求32至35中任一項所述的金剛石晶粒，具有至少3且至多7的形態指數。
　　37.如權利要求32至36所述的金剛石晶粒，包含附著于其表面的涂層結構。
　　38.如權利要求37所述的金剛石晶粒，其中該涂層結構包含鎳、硼、硅、鈦或鉭、或者單質、化合物、合金或其它形式的這些中的任 何組合。
　　39.如權利要求37或38所述的金剛石晶粒，其中該涂層結構包含碳化鈦。
　　40.混合物，其包含與用于工具的黏結材料或用于工具的黏結材料的前體材料合并的如權利要求32至39所述的多個金剛石晶粒。
　　41.如權利要求40所述的混合物，其中該混合物包含多個丸狀物，每個丸狀物包含包封在包含黏結材料或黏結材料的前體材料的結構內 的一個或多個該多個金剛石晶粒。
　　42.如權利要求40所述的混合物，其包含在包含黏結材料或黏結材料的前體材料的電鍍層、干粉末、漿料或糊料內的分散在固體基體、 玻璃質材料、樹脂材料、聚合物材料中的多個所選擇的金剛石晶粒。
　　43.如權利要求40至42中任一項所述的混合物，其中該黏結材料或黏結材料的前體材料包括鎳，鈷，鐵，包括鐵、鎳或鈷的合金， 釬焊材料，碳化鎢，樹脂材料，玻璃質材料，硅，碳化硅或氧化硅。