CN103945963B - 加工复合体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种处理包括超硬结构和难熔金属材料的复合体的方法,该难熔金属材料靠近所述复合体的边界露出且包括难熔金属。所述方法包括提供碱性腐蚀剂;将所述腐蚀剂至少加热至其熔点,将所述复合体与处于熔化状态的所述腐蚀剂相接触并且用所述腐蚀剂处理所述复合体一段时间以从所述复合体去除难熔金属材料。

Description

加工复合体的方法
技术领域
本发明总体涉及一种处理包括难熔金属材料和超硬结构的复合体的方法,具体地但不排他地涉及从包括超硬晶粒的烧结多晶结构去除难熔金属的方法。
背景技术
如本文所采用,超硬材料具有至少约28GPa的维氏硬度,并且超硬材料的示例包括金刚石、立方氮化硼(cBN)和包括金刚石或cBN的某些材料,例如多晶金刚石(PCD)和多晶立方氮化硼(PCBN)材料。
美国专利号3,745,623公开了一种用于在保护金属护套内烧结多晶金刚石(PCD)材料的方法,该保护金属护套在烧结后依然牢固地附着在PCD体的外表面,并且能够简单地通过将其磨掉而被去除。金属护层可以包括钛或锆。由于一些保护护套被转化成硬质合金,除了磨掉所有金属之外,还留下薄的硬质合金外层。
日本专利申请号59-219500公开了从PCD工具嵌件的从工作表面至少延伸约200微米的区域去除金属催化剂材料,该去除将增强材料的耐热性,并且可以改进嵌件在使用时的性能。美国专利号6,861,137公开了从多晶金刚石主体的间隙基材靠近工作表面的部分而不从间隙基材的其它部分将粘合剂-催化剂材料去除,从而可以增强其耐磨性而不损失冲击强度。
美国专利申请公开号2010/012391描述了一种具有金刚石晶体主体的多晶金刚石复合切割件,该金刚石主体在间隙区域包含钴,该切割件涂覆有聚四氟乙烯。在用盐酸和氢氟酸的混合物滤取主体之前将干燥的聚四氟乙烯段去除。美国专利申请公开号2010/0095602提出用于通过用含有两种不同种类酸的酸混合物从烧结金刚石主体的间隙区域滤取金属材料来制造热稳定切割元件的方法。该酸混合物包含酸溶液和至少一种酸形成化合物。
需要一种从包括超硬材料的复合体中去除难熔金属材料的有效方法,更具体地但不排他地,其中所述复合体包括在存在难熔金属的情况下形成的多晶超硬材料。
发明内容
本发明提供了一种处理包括超硬结构和难熔金属材料的复合体的方法,该难熔金属材料靠近复合体的边界露出,例如靠近所述超硬结构的边界露出,所述方法包括:提供碱性腐蚀剂;将所述腐蚀剂至少加热至其熔点,将所述复合体与处于熔化状态的所述腐蚀剂相接触并且用所述腐蚀剂处理所述复合体一段时间以从所述复合体去除难熔金属材料。
通过本文可以设想所述方法、所述腐蚀剂和所述复合体的各种组合和设置,下文描述了非限制性和非穷举示例。
腐蚀剂可以包括一种或更多种腐蚀性材料或碱性材料,例如氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)或氢氧化锂,诸如锂、钠、钾的碱金属的腐蚀性盐,或金属形式(例如元素钠)的碱金属或碱金属和碱土金属的氢化物,例如氢化钠(NaH)。在一些示例中,腐蚀剂可以包括这些材料中的一种或更多种的混合物。在一些示例中,腐蚀剂可以被提供为与水结合,例如腐蚀剂可以包括结合结晶水的固态腐蚀性材料或碱性材料,和/或所述方法可以包括将腐蚀性材料与水结合。例如,所述腐蚀剂可以是含最少5重量百分比和最多30重量百分比的水的固态形式。当使用例如碱金属的腐蚀性盐的腐蚀剂时,其纯度可以是至少约70重量百分比或至少约82重量百分比并且至多约90重量百分比或至多约88重量百分比,并且在一个示例中,所述盐的纯度可以是约85重量百分比并且所述盐可以是氢氧化钾。例如,腐蚀剂的纯度可以是至少约70重量百分比和至多约90重量百分比。在一些示例中,其余成分可以包括水或由水组成。
在一些示例中,腐蚀剂可以包括与水结合的氢氧化钾,其中氢氧化钾和水的相对量使得所述腐蚀剂能够在最高约300摄氏度或最高约250摄氏度处于熔化状态。例如,所述腐蚀剂提供为在最高约240摄氏度被熔化的形式,这可以通过结合超过一种的腐蚀性材料或碱性材料和/或提供例如结晶水或添加水的与水结合的腐蚀性材料或碱性材料来实现。
碱性腐蚀剂能够降解元素形式的难熔金属但是基本不太能或基本不能降解难熔金属的碳化物。
在一些示例中,所述一段时间是至少约5分钟、至少约10分钟、或至少约15分钟,并且在一些示例中,所述一段时间是至多约180分钟、至多约90分钟或至多约45分钟。在一个示例中,所述一段时间可以是约30分钟。
在一些示例中,所述超硬结构可以包括或包含天然或合成金刚石材料或立方氮化硼(cBN)材料,和/或超硬结构可以包括多个金刚石或立方氮化硼材料的晶粒,例如多晶金刚石(PCD)或多晶立方氮化硼(PCBN)材料。在一些示例中,超硬结构可以包括多晶金刚石(PCD)材料,该多晶金刚石(PCD)材料包括在金刚石晶粒之间的用于金刚石的催化剂材料(超硬结构可以包括具有相对低的热稳定性的PCD材料)。
在各示例中,超硬结构可以形成在外罩中和/或与包括难熔金属的结构相接触;难熔金属可以是元素形式或包含在合金或化合物中,并且可以包括钨、钼、钒、锆、铌、铪、钛、铬或钽中的一种或更多种。
复合体可以包括在边界结合至可以包括PCD材料的超硬结构的层,所属层包括内部子层和外部子层,所述外部子层包括所述难熔金属材料并且所述内部子层包括所述难熔金属的碳化物,其中所述内部子层设置在所述外部子层和所述超硬结构之间。
在一些示例设置中,复合体可以包括具有边界的超硬结构,该边界包括通常圆顶形、弹形、圆锥形、平截的圆锥形或圆柱形表面区域。在一些示例中,难熔金属材料可以通过包括难熔金属碳化物的层被结合至超硬结构的边界,超硬结构的边界限定非平面形状。例如,超硬结构可以具有限定基本非平面形状的边界,该边界可以包括圆顶形或圆锥形表面。
在一些示例中,超硬结构可以是用于破碎或成形主体或构造的钻具嵌件、挖掘工具或其它冲击工具。
通过本文可以设想的方法可以包括一个或更多个其它动作,例如用例如水的溶剂冲洗处理过的超硬主体;和/或例如通过喷沙的方法从超硬结构机械去除金属碳化物层。
在一些示例中,复合体可以包括含限定非平面边界(例如通常凸状边界或凹状边界)的PCD材料的超硬结构、包括在超硬结构的边界粘合至PCD材料的难熔金属碳化物的层、和包括接合至碳化物材料的层的难熔金属材料层,其中难熔金属材料在所述复合体的边界露出;所述腐蚀剂包括被提供为与水结合的氢氧化钾。在一些示例中,难熔金属可以包括铌或钽的至少一种;并且氢氧化钾和水的相对量使得所述腐蚀剂能够在最高约300摄氏度或最高约250摄氏度的温度处于熔化状态。
在一些示例中,所述方法可以包括用腐蚀剂处理复合体一段足够长的时间以基本去除所有所述难熔金属材料并且通过喷沙的方法去除所述难熔金属的碳化物。在一些示例中,由此露出了超硬结构的边界,该边界可以包括在其所包括的金刚石晶粒的之间的空隙中含用于金刚石的催化剂材料的PCD材料。
附图说明
现在参照附图,将更详细描述处理超硬结构的方法的非限制性示例,在附图中:
图1示出了用于挖掘工具的示例尖端的示意性侧视图;并且
图2示出了用于钻地钻头的示例圆顶型嵌件的示意性纵向截面图。
具体实施方式
参照图1,用于挖掘工具(未示出)的示例尖端100包括含结合至基体120的近端的多晶金刚石材料的冲击结构110,该基体120包括硬质合金材料。冲击结构110包括修圆的(即,不锋利的)顶点130并且限定了工作表面140,顶点130在平行于纵向轴线L的纵向平面内具有曲率半径r。曲率半径r可以是从约2.1毫米至约2.3毫米。工作表面140的圆锥部可以相对于纵向轴线L倾斜约42度角。
在一个示例中,包括结合至硬质合金基体的PCD结构的复合体可以用于如在美国专利申请公开号2010/065338中公开的道路碾磨设备的挖掘工具尖端。可以设想特征的各种设置和组合。挖掘工具尖端可以包括在非平面界面粘合至硬质合金基体的多晶金刚石结构,其中多晶金刚石结构可以具有工作端,该工作端具有包含顶点的整体修圆的圆锥形的,该顶点具有纵向(即在穿过顶点的平面中)1.3毫米至3.2毫米的曲率半径。多晶金刚石结构从顶点至多晶金刚石结构与硬质合金基体之间的界面可以具有2.5毫米至12毫米的厚度。多晶金刚石结构可以具有与所述尖端的中心纵向轴线成35至55度角的侧面。该角度可以基本是45度。多晶金刚石结构的体积可以是硬质合金基体体积的75%至150%。示例多晶金刚石材料可以包括平均尺寸为最小约10微米且最大约80微米的(如烧结的)金刚石晶粒。
参照图2,用于钻头(未示出)的示例嵌件200包括结合至硬质合金基体220的多晶金刚石材料层210。多晶金刚石层210限定了通常圆顶形的工作表面230。多晶金刚石层210可以是约2.2毫米厚(至少在嵌件的中心轴线上)并且多晶金刚石层的金刚石含量可以是约92体积百分比,其余的是钴和例如碳化钨的少量沉积相。
将描述用于制造包括结合至硬质合金基体的PCD冲击结构的嵌件或尖端的示例方法。可以提供在高温和高压条件下形成在难熔金属外罩内的PCD结构。在存在例如钴、镍、铁或它们的合金的用于金刚石的催化剂/溶剂材料的情况下,通过使多个金刚石晶粒的聚集体经受超高压和高温可以形成该PCD,其中催化剂/溶剂材料在所述超高压和高温条件下是熔化的。例如,压力可以是至少约55千巴,温度可以是至少约1400摄氏度。至少一部分外罩可以与金刚石中的碳反应,并且在PCD结构的边界处通过包括难熔金属的碳化物的内部子层结合至PCD结构。一些难熔金属可以散布在PCD结构的区域中。
在一个示例中,包括多个金刚石晶粒的聚集体能够设置在包括钴粘合剂的硬质合金基体的表面上,并且聚集体和基体可以封装在包括钼的外罩内以形成预烧结组件。部分聚集体将与外罩相接触或至少靠近外罩。预烧结组件能够经受至少约55千巴的压力和至少约1400摄氏度的温度足够长的时间以使钴粘合剂熔化并且从基体渗入聚集体中并且使金刚石晶粒烧结至彼此从而形成结合至基体的PCD结构。形成的PCD结构将包括直接互相粘合的金刚石晶粒的网和在金刚石晶粒之间含有催化剂/溶剂材料的空隙的网。通常对应于与外罩相接触的部分聚集体的PCD结构的边界将结合至含有从外罩的钼的材料的残留层。所述层可以包括含碳化钼的内部子层和含元素形式的钼的外部层。
在另一个示例中,外罩可以包括铌,烧结PCD结构的边界可以结合至含有外罩的铌的材料的残留层,所述层可以包括含碳化铌的内部子层和含元素形式的铌的外部层。
在一些示例中,可以提供具有连接近端和远端的基本圆柱形侧表面的基体。可以提供包括多个金刚石晶粒的聚集体,并且该聚集体是基本单模(mono-modal)或多模(multi-modal)的。该聚集体可以包括基本松散的金刚石颗粒或含金刚石的前体结构,例如细粒、圆片、晶片或片材。该聚集体还可以包括用于金刚石的催化剂材料或用于催化剂材料的前体材料,它们可以与金刚石晶粒混合在一起或沉积在金刚石晶粒的表面上。该聚集体可以包括用于降低异常金刚石晶粒生长的添加剂,或者该聚集体可以基本没有催化剂或添加剂。另选地或另外地,可以提供诸如钴的催化剂材料的另一个源,诸如硬质合金基体中的粘结剂材料。
在一些示例方法中,多晶金刚石元件可以使用超高压烧结方法制造,在该方法中,允许催化剂材料渗入未结合、或至少结合不佳的包括多个金刚石晶粒的多孔聚集体中,基本填充所有孔或间隙区域。聚集体可以包括具有多模尺寸分布的金刚石晶粒,其中烧结产品内的金刚石晶粒的平均尺寸是约15微米至约20微米,并且尺寸分布可以被解析(resolve)为至少三个不同的峰值。可以通过混合具有不同平均尺寸的金刚石粉末来制备聚合体,至少约70重量百分比的晶粒具有大于10微米的平均晶粒尺寸。由此制造的多晶金刚石主体内的金刚石晶粒可以具有多模尺寸分布,该尺寸分布的特征在于约35重量百分比的晶粒具有小于5微米的平均尺寸,约40重量百分比的晶粒具有5微米至10微米的平均尺寸,并且约25重量百分比的晶粒具有约大于10微米的平均尺寸。由于晶粒在高压下的相互挤压,除了通常在烧结过程中发生的朝向粗晶粒的移动,烧结多晶金刚石主体的晶粒尺寸分布能够与输入晶粒的尺寸分布不同。
在一些示例中,挖掘工具尖端或钻头嵌件可以通过将金刚石晶粒的聚集体放置在例如碳化钨硬质合金基体的硬质合金基体上形成,聚集体和基体包含在含铌金属外罩内以形成预烧结组件。然后,多个这些金属外罩预烧结组件可以放置在超高压压力下并且在存在促进金刚石间的结合的金属催化剂/溶剂的情况下烧结以形成各PCD结构。在烧结过程中,金属外罩中的铌将与金刚石中的碳反应以在PCD结构的边界处形成结合至PCD结构的金属碳化物层。
对于某些工业应用,例如道路碾磨、采矿和冲击钻探,从PCD结构去除至少部分残留层但不去除催化剂/溶剂材料是有益的。
在一些示例中,复合体包括结合至硬质合金基体的PCD结构(换句话说,PCD结构在其形成的过程中基本上结合至基体)并且可以使用所述方法或其它方法提供包括来自外罩的难熔金属的层。在所述方法的实施方式中,其中,聚集体和基体基本整个封装在外罩内,基本上不露出PCD结构或基底的表面,并且基本上整个PCD结构和基底的表面被层覆盖。所述层可以包括含由难熔金属与金刚石晶粒的聚集体中的碳与外罩材料反应形成的难熔金属碳化物的内部子层和包括基本没有难熔金属碳化物材料的外部子层。根据本文公开的方法,至少部分露出的外部子层可以通过用碱性腐蚀剂处理来去除。硬质合金内部子层可以基本是耐碱性腐蚀剂的,而在PCD结构和基体的表面上可以保持基本完好无损,实际上保护它们不受腐蚀剂的降解。因此,在PCD结构和/或基体中的粘合剂材料基本不能被滤出。内部子层可以随后通过机械方法被去除或内部子层可以完好无损地留下以形成部分最终产品。
为了去除至少一些外部子层,PCD主体可以浸入碱土金属的腐蚀性盐中。腐蚀性盐浴可以在氢氧化钾熔化的温度,通过熔化具有约85重量百分比的纯度的氢氧化钾球团(pellet)(其余大部分是水)来制备。在该温度在处理过程的该步骤中,通过热板的恒温器控制可以控制熔化的氢氧化钾。多晶金刚石主体可以浸入在熔化的盐浴中约30分钟至约90分钟的时间。除其他以外,通过要被处理的多晶金刚石主体的相对尺寸确定浸入的时间。熔化的氢氧化钾从多晶金刚石主体去除残留的难熔金属(在该特定的示例中是残留的铌金属),同时金属碳化物层(在该实施方式中是碳化铌)被插入到腐蚀性盐中,由此保持基本完好无损。
在一些示例中,随后在处理过的主体经受喷沙步骤前,可以用水冲洗处理过的主体以从多晶金刚石主体去除碳化物(例如碳化铌)层。例如,多晶金刚石主体可以经受喷沙约15分钟的时间以去除碳化铌外层。到了只剩粘接在碳化物内部子层上的残留难熔金属的程度,喷沙的时间可能需要更长。相对于元素金属,喷沙去除例如难熔金属碳化物的易碎材料的速度似乎更快。
在一个特定的非限制性示例中,用于挖掘工具或钻头的PCD冲击头的前体可以通过在存在钴的情况下,在约5.5吉帕斯卡的超高压和约1300摄氏度的温度下将多个金刚石晶粒烧结在一起而提供。PCD材料可以通过在硬质合金基体和包括铌的外罩或筒状物之间包含金刚石晶粒的聚集体而形成以提供预烧结组件,并且使预烧结组件经受超高压和高温。因此,前体可以包括结合至PCD结构的边界的碳化铌层,和在与边界相对的界面结合至PCD结构的基体。由于包括在外罩中的铌和包括在聚集体(以及后续的PCD材料)中的金刚石晶粒之间的化学反应而形成碳化铌层。非碳化物(例如元素形式或合金形式)中的含铌层将被结合至碳化铌层并且在前体的外边界露出。可以提供包括氢氧化钾和水的球团或细粒,其中氢氧化钾占所述球团的至少约85重量百分比和至多约95重量百分比,并且水在所述球团的约10重量百分比至约15重量百分比的范围。所述球团可以放置在热板上的坩埚或托盘中,并且加热至约240摄氏度的温度(尽管所述球团可能在210摄氏度至约220摄氏度的范围内熔化,温度可以保持在比熔化温度高约20至30摄氏度范围的温度以确保盐处在熔化状态)。前体浸入在熔化的盐中使得铌的露出层被处理足够长的时间以基本去除所有元素或合金形式的铌,露出包括碳化铌的层。所述时间至少约10分钟,并且小于60分钟的时间已经足够长,取决于要被去除的露出层的厚度。所需的球团的数量(以及由此熔化的盐的量)将取决于要被去除的金属材料的量以及期望的去除速率。氢氧化钾与铌(在其它示例中是例如钽或钼的其它难熔金属)的质量比最大约2:1就足够。碳化铌层可以具有约40微米至约80微米的厚度,并且可以基本不能用氢氧化钾去除,可以通过喷沙的方法去除以露出PCD结构的下边界表面。
尽管不希望被特定的理论限制,在上述示例中可以发生氢氧化钾与铌的至少一个化学反应,其涉及溶于水的K3NbO4的形成。
PCD材料可以包括在金刚石晶粒之间的空隙中的填充材料,并且所述填充材料可以包括用于烧结PCD材料的催化剂材料。在某些工业应用中,会希望不从PCD或其它超硬主体的空隙空间中去除金属催化剂/溶剂材料。这些工业应用包括但不必须限于道路碾磨、采矿和冲击钻探。因此,可能期望从超硬主体去除残留的难熔金属、难熔金属碳化物或制造过程中产生的其它副产品而大部份不从超硬主体去除材料。残留的难熔金属、难熔金属碳化物和/或其它反应产品可以通过在例如氢氟酸和/或硝酸的酸混合物中处理而被去除。但是,这种处理的聚集性质会有要求去除残留难熔金属而大部份不从超硬主体滤取材料的问题。可以通过先从滤取溶液或混合物中去除超硬主体然后使该溶液或混合物经受喷沙处理或去除任何残留耐热材料的其它机械处理而部分克服该问题。但是,这可能使耐热材料去除不均匀并且该处理很难控制。
本发明的方法由于金属碳化物的薄层能够提供保护,因此可以大幅减少从超硬结构去除填充材料的风险。由于以非化合物形式保留的难熔金属相对更少,留下的碳化物层可以更均匀,因此能够减少用于例如通过喷沙法去除碳化物层所需的时间。另外,减少了例如工作中接触强酸引发的健康风险。
在难熔金属材料可相对延展的示例中,很难通过例如喷沙或喷丸的机械方法从复合体中去除该难熔金属材料。当复合体包括通过难熔金属的碳化物层连接至超硬结构的耐热材料层时,通过本文公开的处理方法能够有效地去除耐热材料,如果需要的话,通过机械方法去除碳化物层,因为难熔金属的碳化物比难熔金属材料实质上脆弱得多。
如果腐蚀剂的纯度过低,那么处理可能过慢,如果腐蚀剂的纯度过高,那么处理可能很难控制或熔点可能过高。具体地(但不排他地),在包括PCD材料的复合体的示例中,其中该PCD材料在金刚石晶粒之间包含催化剂材料,可能期望避免在基本超过300或400摄氏度加热PCD材料以减少PCD材料热降解的风险。腐蚀性材料或碱性材料与水的结合可以降低使腐蚀剂成为熔化状态的温度。例如,纯氢氧化钾在海平面高度的熔化温度是约380摄氏度,但是当纯度为85重量百分比且海拔更高时,其在低于约220摄氏度时开始熔化。在一些情况下,为了更好地控制加工,同时也出于健康和安全的原因,可能期望将腐蚀剂加热至尽可能低的温度。
本文使用的多晶金刚石(PCD)材料包括大量金刚石颗粒(多个金刚石颗粒的聚集体),其大部分是直接相互粘合的,并且其中金刚石的含量占材料的至少约80体积百分比。金刚石颗粒之间的间隙可以至少部分地填充有包含用于合成金刚石的催化剂材料的粘结剂材料,或者它们可以基本是空的。用于合成金刚石的催化剂材料(也称为溶剂/催化剂材料或催化剂/溶剂材料)能够在一定压力和温度下促进合成金刚石颗粒的生长和/或合成或天然金刚石颗粒的直接共生,在该温度和压力下,合成或天然金刚石颗粒在热力学上比石墨更稳定。用于金刚石的催化剂材料的示例为Fe、Ni、Co和Mn以及包括Fe、Ni、Co和Mn的一些合金。包含PCD材料的本体可以至少包含这样的区域,催化剂材料已经从该区域的间隙中去除,从而在金刚石颗粒之间留下间隙孔。
本文使用的难熔金属应被理解为具有高于2000摄氏度的熔点、良好的高温强度和机械稳定性。

Claims (16)

1.一种处理复合体的方法,所述方法包括:提供复合体,所述复合体包括多晶金刚石材料,即PCD材料,和难熔金属材料,所述PCD材料包括在金刚石晶粒之间的用于合成金刚石的催化剂材料,所述难熔金属材料靠近所述复合体的边界露出,所述难熔金属材料包括难熔金属并通过包括难熔金属碳化物的层被结合至所述PCD材料的边界;提供碱性腐蚀剂,所述腐蚀剂为固态,包含水,并且所述腐蚀剂的纯度是70至90重量百分比,使得所述腐蚀剂能够在最高300摄氏度处于熔化状态;将所述腐蚀剂至少加热至其熔点,将所述复合体与处于熔化状态的所述腐蚀剂相接触并且用所述腐蚀剂处理所述复合体一时间段以从所述复合体去除难熔金属材料,使得所述难熔金属碳化物的层保持完好无损被结合至所述PCD材料的边界并保护催化剂材料不被滤出。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述腐蚀剂包括一种或更多种选自由锂、钠或钾组成的组的金属的盐。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述腐蚀剂包括氢氧化钠。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述腐蚀剂包括氢氧化钾。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述腐蚀剂包括氢氧化锂。
6.根据权利要求1所述的方法,包括提供含5至30重量百分比的水的所述腐蚀剂。
7.根据权利要求1所述的方法,其中所述时间段是至少5分钟。
8.根据权利要求1所述的方法,其中所述难熔金属选自由钨、钼、铌、铪或钽组成的组。
9.根据权利要求1所述的方法,其中所述PCD材料形成为与包括所述难熔金属的结构相接触。
10.根据权利要求1所述的方法,其中所述PCD材料形成为与含所述难熔金属的外罩相接触。
11.根据权利要求1所述的方法,所述PCD材料的所述边界限定非平面形状。
12.根据权利要求11所述的方法,其中所述非平面形状包括圆顶或圆锥表面。
13.根据权利要求1所述的方法,其中所述PCD材料用于钻具的嵌件、挖掘工具或其它冲击工具。
14.根据权利要求1所述的方法,包括用水冲洗被处理的PCD材料的步骤。
15.根据权利要求1所述的方法,包括从所述PCD材料中机械去除难熔金属碳化物层。
16.根据权利要求15所述的方法,包括通过喷沙或铣削从所述PCD材料去除所述难熔金属碳化物层。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4032642A4 (en) * 2019-09-18 2022-11-09 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. DIAMOND CUTTING TOOL

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4629503A (en) * 1985-04-17 1986-12-16 Ramot - University Authority For Applied Research And Industrial Development Process for the recovery of tungsten in a pure form from tungsten-containing materials
EP0439017A1 (en) * 1990-01-05 1991-07-31 Norton Company Multilayer coated abrasive element for bonding to a backing
US6120570A (en) * 1996-02-14 2000-09-19 Smith International Process for manufacturing inserts with holes for clamping
CN1269273A (zh) * 1999-04-07 2000-10-11 桑德维克公司 用于后续生产切削工具的基于多孔立方晶系氮化硼的材料及其制备方法
CN101102978A (zh) * 2005-11-18 2008-01-09 住友电工硬质合金株式会社 用于高表面完整性加工的cBN烧结体、cBN烧结体切削工具、以及使用该cBN烧结体切削工具的切削方法
CN102224317A (zh) * 2008-10-21 2011-10-19 六号元素(产品)(控股)公司 攻击工具的插入件、制造该插入件的方法以及包含该插入件的工具

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3745623A (en) 1971-12-27 1973-07-17 Gen Electric Diamond tools for machining
US3887680A (en) * 1973-10-23 1975-06-03 Gte Sylvania Inc Process for recovering tungsten from tungsten carbides containing an iron group of metals
US4224380A (en) * 1978-03-28 1980-09-23 General Electric Company Temperature resistant abrasive compact and method for making same
JPS59219500A (ja) 1983-05-24 1984-12-10 Sumitomo Electric Ind Ltd ダイヤモンド焼結体及びその処理方法
US5127923A (en) * 1985-01-10 1992-07-07 U.S. Synthetic Corporation Composite abrasive compact having high thermal stability
US4810447A (en) * 1985-02-04 1989-03-07 General Electric Company System for improved flaw detection in polycrystalline diamond
JP3026284B2 (ja) 1990-09-18 2000-03-27 住友電気工業株式会社 X線窓材とその製造方法
CA2068152A1 (en) 1991-06-12 1992-12-13 William L. Mowrey Method for producing articles by chemical vapor deposition and the articles produced therefrom
DK169354B1 (da) * 1992-07-08 1994-10-10 Danfoss As Smeltebad og fremgangsmåde til elektrolytisk overfladebelægning med refractory metaller fra fluoridholdige saltsmelter
JPH07155884A (ja) 1993-11-30 1995-06-20 Kobe Steel Ltd 潤滑性及び耐摩耗性に優れた弁ばね加工用治具、その製法、弁ばね加工用治具の再生法および弁ばね加工法
US6592985B2 (en) 2000-09-20 2003-07-15 Camco International (Uk) Limited Polycrystalline diamond partially depleted of catalyzing material
JP2005517542A (ja) * 2002-02-21 2005-06-16 エレメント シックス (プロプライエタリイ)リミテッド 工具挿入体
US7244406B2 (en) 2002-02-28 2007-07-17 Showa Denko K.K. Method for producing cubic boron nitride
US8109349B2 (en) 2006-10-26 2012-02-07 Schlumberger Technology Corporation Thick pointed superhard material
US7712553B2 (en) 2008-07-18 2010-05-11 Omni Ip Ltd Method and apparatus for selectively leaching portions of PDC cutters used in drill bits
US8535400B2 (en) 2008-10-20 2013-09-17 Smith International, Inc. Techniques and materials for the accelerated removal of catalyst material from diamond bodies
JP5621291B2 (ja) * 2010-03-23 2014-11-12 住友電気工業株式会社 ダイヤモンドの剥離方法及び剥離装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4629503A (en) * 1985-04-17 1986-12-16 Ramot - University Authority For Applied Research And Industrial Development Process for the recovery of tungsten in a pure form from tungsten-containing materials
EP0439017A1 (en) * 1990-01-05 1991-07-31 Norton Company Multilayer coated abrasive element for bonding to a backing
US6120570A (en) * 1996-02-14 2000-09-19 Smith International Process for manufacturing inserts with holes for clamping
CN1269273A (zh) * 1999-04-07 2000-10-11 桑德维克公司 用于后续生产切削工具的基于多孔立方晶系氮化硼的材料及其制备方法
CN101102978A (zh) * 2005-11-18 2008-01-09 住友电工硬质合金株式会社 用于高表面完整性加工的cBN烧结体、cBN烧结体切削工具、以及使用该cBN烧结体切削工具的切削方法
CN102224317A (zh) * 2008-10-21 2011-10-19 六号元素(产品)(控股)公司 攻击工具的插入件、制造该插入件的方法以及包含该插入件的工具

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