ES2291880T3 - Elementos abrasivos de diamante policristalino. - Google Patents
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Abstract
Un elemento abrasivo de diamante policristalino que comprende una mesa (10) de diamante policristalino que tiene una superficie (16) de trabajo que está pegada a un sustrato (12) a lo largo de una interfaz (14), caracterizándose el elemento abrasivo de diamante policristalino por: i. la interfaz (14) no es plana; ii. el diamante policristalino que tiene una alta resistencia al des gaste; y iii. el diamante policristalino que tiene una región contigua a la superficie de trabajo (16) pobre en material catalizador y una región rica en material catalizador, extendiéndose la región pobre en material catalizador hasta una profundidad de entre aproximadamente 40 y aproximadamente 90 µm desde la superficie de trabajo.
Description
Elementos abrasivos de diamante
policristalino.
Esta invención se refiere a elementos abrasivos
de diamante policristalino.
Los elementos abrasivos de diamante
policristalino, también conocidos como compactos de diamante
policristalino (PCD), comprenden una capa de diamante
policristalino (PCD) generalmente pegada a un sustrato de carburo
cementado. Dichos elementos abrasivos se usan en una amplia
variedad de aplicaciones tales como perforación, erosión, corte,
trazado y otras. Los elementos abrasivos de PCD se usan,
concretamente, como insertos o elementos de corte en brocas.
El diamante policristalino es extremadamente
duro y provee un material resistente al desgaste excelente.
Generalmente, la resistencia al desgaste del diamante
policristalino se incrementa con la densidad de compactación de las
partículas de diamante y con el grado de adherencia entre
partículas. La resistencia al desgaste se incrementará también con
la homogeneidad estructural y con la reducción del maño del grano de
diamante promedio. Este incremento en la resistencia al desgaste es
deseable con el fin de lograr una vida del cortador mejor. Sin
embargo, a medida que el material de PCD se hace más resistente al
desgaste, típicamente se hace más frágil o propenso a la fractura.
Por consiguiente, los elementos de PCD diseñados para realizar una
erosión mejorada tenderán a tener una resistencia al astillamiento
comprometida o reducida.
Con una erosión de tipo astillamiento, la
eficacia del corte de los insertos de corte se puede reducir
rápidamente y, consecuentemente, la velocidad de penetración de la
broca en la formación se reduce. Una vez que comienza el astillado,
la cantidad de daño a la mesa se incrementa continuamente, como
consecuencia de la fuerza normal incrementada ahora requerida para
lograr la profundidad de corte necesaria. Por consiguiente, a medida
que se produce daño en el cortador y disminuye la velocidad de
penetración de la broca, la respuesta en cuanto al peso creciente
sobre la broca puede conducir rápidamente a más degradación y,
finalmente, al fallo catastrófico del elemento de corte
astillado.
El documento JP 59-219500
explica que el rendimiento de las herramientas de PCD se puede
mejorar eliminando una fase de adherencia de metal ferroso en un
volumen que se extiende hasta una profundidad de al menos 0,2 mm
desde la superficie de un cuerpo de diamante sinterizado.
Recientemente ha sido introducido en el mercado
un elemento de corte de PCD del que se dice que la vida del
cortador se incrementa bastante incrementándose la resistencia al
desgaste sin perder resistencia al impacto. Las patentes de EE. UU:
US 6.544.308 y 6.562.462 describen la fabricación y el
comportamiento de dichos cortadores. El elemento de corte de PCD se
caracteriza, entre otras cosas, por una región contigua a la
superficie de corte que carece sustancialmente de material
catalizador. Los materiales catalizadores para diamante
policristalino son generalmente metales de transición tales como el
cobalto o el hierro.
Típicamente, la fase metálica se elimina usando
una lixiviación con ácido u otra tecnología química similar para
disolver la fase metálica. La eliminación de la fase metálica puede
ser muy difícil de controlar y puede dar lugar a daños a la región
de la interfaz vulnerable entre la capa de PCD y el sustrato de
carburo subyacente. Además, en muchos casos, el sustrato es más
vulnerable al ataque ácido que la propia mesa de PCD, y el daño
ácido a la fase metálica de este componente hará el cortador
inservible o muy comprometido en su aplicación. Para la protección
de la mayoría del PCD (cuando no se requiere la lixiviación) y del
sustrato de carburo se emplean tecnologías de recubrimiento, pero
estas no siempre son satisfactorias, especialmente en periodos de
tratamiento prolongados.
Las patentes de EE. UU. 6.544.308 y 6.562.462
explican que la respuesta más óptima a la lixiviación de la capa de
PCD se logra cuando las profundidades de la lixiviación son
superiores a 200 \mum. La naturaleza altamente densa del PCD
requiere típicamente condiciones y/o periodos de tiempo de
tratamiento extremas para lograr esta profundidad de lixiviación.
En muchos casos las tecnologías de recubrimiento disponibles no
proporcionan suficiente protección contra daños en todas las
unidades sometidas a tratamiento.
Con el fin de proveer elementos abrasivos de PCD
con una mayor resistencia al desgaste que los reivindicados en la
técnica anterior expuesta anteriormente, se ha propuesto proveer una
mezcla de partículas de diamante, que difiere en su tamaño de
partícula promedio, en la fabricación de capas de PCD. Las patentes
de EE. UU. 5.505.748 y 5.468.268 describen la fabricación de dichas
capas de PCD.
El documento US 4.255.65, que se considera que
es la técnica anterior más próxima, revela un compacto compuesto
que comprende una o más masas de partículas pegadas que incluyen
diamante emparedado entre o encapsulado por dos masas de carburo
cementado pegado a las masas de partículas. La fase metálica de las
masas de partículas es continua en y a través de la masa de carburo
y de las masas de partículas. La fase metálica continua también
pega las dos masas entre sí.
De acuerdo con la presente invención, se provee
un elemento abrasivo de diamante policristalino, concretamente, un
elemento de corte que comprende una mesa de diamante policristalino
que tiene una superficie de trabajo y está pegada a un sustrato,
concretamente un sustrato de carburo cementado, a lo largo de una
interfaz, caracterizándose el elemento abrasivo de diamante
policristalino por:
- i.
- la interfaz que no es plana;
- ii.
- el diamante policristalino que tiene una alta resistencia al desgaste: y
- iii.
- el diamante policristalino que tiene una región pobre en material catalizador contigua a la superficie de trabajo y una región rica en material catalizador, extendiéndose la región pobre en material catalizador desde la superficie de trabajo hasta una profundidad entre aproximadamente 40 y aproximadamente 90 \mum.
La mesa de diamante policristalino puede adoptar
la forma de una sola capa que tiene una alta resistencia al
desgaste. Esta se puede lograr y, preferiblemente, se logra
produciendo el diamante policristalino de una masa de partículas de
diamante con al menos tres, y preferiblemente cinco diferentes
tamaños de partícula. Las partículas de diamante de esta mezcla de
diamante son, preferiblemente, finas.
El tamaño promedio de las partículas de la capa
de diamante policristalino es preferiblemente menor que 20
micrómetros, aunque en las contiguas a la superficie de trabajo es
preferiblemente menor que aproximadamente 15 micrómetros. En el
diamante policristalino, las partículas de diamante individuales
están, en gran medida, pegadas a las partículas contiguas por medio
de puentes o cuellos de diamante. Las partículas de diamante
individuales conservan su identidad, o generalmente tienen
diferentes orientaciones. El tamaño de la partícula promedio de
estas partículas de diamante individuales se puede determinar usando
técnicas de análisis de imágenes. Las imágenes se obtienen en el
microscopio electrónico de exploración y se analizan usando técnicas
estándar de análisis de imágenes. De estas imágenes, es posible
extraer una distribución representativa del tamaño de las
partículas de diamante del compacto sinterizado.
La mesa de diamante policristalino puede tener
regiones o capas que difieren entre sí en su mezcla inicial de
partículas de diamante. Por lo tanto, es preferible una primera capa
que contenga partículas con al menos cinco tamaños de partícula
promedio diferentes sobre una segunda capa con al menos cuatro
tamaños de partícula promedio diferentes.
La tabla de diamante policristalino tiene una
región contigua a la superficie de trabajo que es pobre en material
catalizador hasta una profundidad de entre aproximadamente 40 y
aproximadamente 90 \mum. Generalmente, esta región carecerá
sustancialmente de material catalizador.
La mesa de diamante policristalino también tiene
una región rica en material catalizador. El material catalizador
está presente como agente sinterizador en la fabricación de la mesa
de diamante policristalino. Se puede usar cualquier material
catalizador de diamante conocido en la técnica. Los materiales
catalizadores preferentes son los metales de transición del Grupo
VIII tales como el cobalto y el níquel. La región rica en material
catalizador tendrá generalmente una interfaz con la región pobre en
material catalizador y se extenderá hasta la interfaz con el
sustrato.
La propia región rica en material catalizador
puede comprender más de una región. Las regiones pueden diferir en
el tamaño de la partícula promedio, así como en la composición
química. Estas regiones, cuando estén provistas, estarán
generalmente, pero no exclusivamente, en planos paralelos a la
superficie de trabajo de la capa de diamante policristalino. En
otro ejemplo, las capas pueden estar dispuestas perpendiculares a la
superficie de trabajo, es decir, en anillos concéntricos.
Típicamente, la mesa de diamante policristalino
tiene un espesor general máximo de aproximadamente 1 a
aproximadamente 3 mm, preferiblemente de aproximadamente 2,2 mm
medido en el borde de la herramienta de corte. El espesor de la
capa de PCD variará significativamente debajo de esta en todo el
cuerpo del cortador en función del límite con la interfaz no
plana.
La interfaz entre la mesa de diamante
policristalino y el sustrato no es plana, y preferiblemente tiene
una configuración cruciforme. En una realización, la interfaz no
plana se caracteriza por tener un escalón en la periferia del
elemento abrasivo que define un anillo que se extiende alrededor de
al menos una parte de la periferia del elemento abrasivo y hacia
dentro del sustrato, y un entrante cruciforme que se extiende hacia
dentro del sustrato y que intersecta el anillo periférico.
Concretamente, el entrante cruciforme está cortado en una
superficie superior del sustrato y una superficie base del anillo
periférico.
En una realización alternativa, la interfaz no
plana se caracteriza por tener un escalón en la periferia del
elemento abrasivo que define un anillo que se extiende alrededor de
al menos parte del elemento abrasivo y hacia dentro del sustrato y
un entrante cruciforme que se extiende hacia dentro del sustrato y
que está confinado dentro de los limites del escalón que define el
anillo periférico. Además, el anillo periférico incluye una
pluralidad de muescas en una superficie base del mismo, estando
situada cada muesca contigua con los respectivos extremos del
entrante cruciforme.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, un
procedimiento de acuerdo con la reivindicación 17 para la
producción de un elemento abrasivo de PCD incluye las etapas de
creación de un conjunto no pegado mediante la provisión de un
sustrato que tiene una superficie no plana, colocación de una masa
de partículas de diamante sobre la superficie no plana, conteniendo
la masa de partículas de diamante partículas que tienen al menos
tres y, preferiblemente, al menos cinco tamaños de partícula
promedio diferentes, provisión de una fuente de material
catalizador para las partículas de diamante, sometimiento del
conjunto no pegado a condiciones de temperatura y presión elevadas
adecuadas para producir una mesa de diamante policristalino de la
masa de partículas de diamante, estando dicha mesa pegada a la
superficie no plana del sustrato, y eliminación del material
catalizador de una región de la mesa de diamante policristalino
contigua a una superficie expuesta de la misma hasta una
profundidad de entre aproximadamente 40 y aproximadamente 90
\mum.
Generalmente, el sustrato será un sustrato de
carburo cementado. Generalmente, la fuente de material catalizador
será el sustrato de carburo cementado. Con las partículas de
diamante se puede mezclar algún material catalizador adicional.
Las partículas de diamante contienen partículas
que tienen tamaños de partícula promedio diferentes. El término
"tamaño de partícula promedio" significa que una cantidad
considerable de partículas estará próxima al tamaño de partícula,
aunque habrá algunas partículas por encima y algunas partículas por
debajo del tamaño especificado.
El material catalizador se elimina de una región
de la mesa de diamante policristalino contigua a una superficie
expuesta de la misma. Generalmente, esa superficie no estará en una
parte de la mesa de diamante policristalino opuesta a la superficie
no plana y proveerá una superficie de trabajo de la mesa de diamante
policristalino. La eliminación del material catalizador puede ser
llevada a cabo usando procedimientos conocidos en la técnica tales
como el lijado electrolítico y la lixiviación con ácido.
Las condiciones de temperatura y presión
elevadas necesarias para producir la mesa de diamante policristalino
de una masa de partículas de diamante son bien conocidas en la
técnica. Típicamente, estas condiciones son presión en el rango de
4 ta 8 GPa y temperatura en el rango de 1300 a 1700ºC.
Además, de acuerdo con la invención, se provee
una broca rotatoria de acuerdo con la reivindicación 26 que
contiene una pluralidad de elementos cortadores, sustancialmente
todos los cuales son elementos abrasivos de PCD, como se describió
anteriormente.
Se ha descubierto que los elementos abrasivos de
PCD de la invención tienen una resistencia al desgaste, una
resistencia al impacto y, por lo tanto, una vida de los cortadores
comparable a la de los elementos abrasivos de PCD de la técnica
anterior, mientras que requieren solamente aproximadamente el 20%
del tiempo de tratamiento requerido por los elementos abrasivos de
PCD de la técnica anterior para la eliminación del material
catalizador de la capa de PCD.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 es una vista lateral en sección de
una primera realización de un elemento abrasivo de diamante
policristalino de la invención;
La figura 2 es una vista en planta del sustrato
de carburo cementado del elemento abrasivo de diamante
policristalino de la figura 1;
La figura 3 es una vista en perspectiva del
sustrato de carburo cementado del elemento abrasivo de diamante
policristalino de la figura 1;
La figura 4 es una vista lateral en sección de
una segunda realización de un elemento abrasivo de diamante
policristalino de la invención;
La figura 5 es una vista en planta del sustrato
de carburo cementado del elemento abrasivo de diamante
policristalino de la figura 4;
La figura 6 es una vista en perspectiva del
sustrato de carburo cementado del elemento abrasivo de diamante
policristalino de la figura 4;
La figura 7 es un gráfico que muestra datos
comparativos de una primera serie de pruebas de una broca vertical
usando diferentes elementos abrasivos de diamante policristalino;
y
La figura 8 es un gráfico que muestra datos
comparativos de una segunda serie de pruebas de una broca vertical
usando diferentes elementos abrasivos de diamante
policristalino.
Los elementos abrasivos de diamante
policristalino de la invención tienen particular aplicación como
elementos cortadores para brocas. En esta aplicación, se ha
descubierto que tienen una resistencia al desgaste y una
resistencia al impacto excelentes. Estas propiedades permiten su uso
eficazmente en el taladro o perforación de formaciones subterráneas
con alta resistencia a la compresión.
Ahora se describirán realizaciones de la
invención. Las figuras 1 a 3 ilustran una primera realización de un
elemento abrasivo de diamante policristalino de la invención y las
figuras 4 a 6 ilustran una segunda realización del mismo. En estas
realizaciones, una capa de diamante policristalino está pegada a un
sustrato de carburo cementado a lo largo de una interfaz no plana o
perfilada.
Con referencia primero a la figura 1, un
elemento abrasivo de diamante policristalino comprende una capa 10
de diamante policristalino (mostrado en trazo discontinuo) pegada a
un sustrato 12 de carburo cementado a lo largo de una interfaz 14.
La capa 10 de diamante policristalino 10 tiene una superficie 16 de
trabajo superior que tiene un borde 18 de corte. El borde se
ilustra como un borde cortante. Este borde también puede estar
biselado. El borde 18 de corte se extiende alrededor de toda la
periferia de la superficie 16.
Las figuras 2 y 3 ilustran más claramente el
sustrato de carburo cementado usado en la primera realización de la
invención mostrada en la figura 1. El sustrato 12 tiene una
superficie 20 inferior plana y una superficie 22 superior perfilada
que, generalmente, tiene una configuración cruciforme. La superficie
22 superior perfilada tiene las siguientes características:
- i.
- Una región periférica escalonada que define un anillo 24. El anillo 24 tiene una superficie 25 inclinada que conecta con una superficie o región 28 plana superior de la superficie 22 perfilada.
- ii.
- Dos surcos 30, 32 que se intersectan y definen un entrante cruciforme, que se extienden desde un lado del sustrato al lado opuesto del sustrato. Estos surcos están cortados a través de la superficie 28 superior y también a través de la superficie 34 base del anillo 24.
Con referencia ahora a la figura 4, un elemento
abrasivo de diamante policristalino de una segunda realización de
la invención comprende una capa 50 de diamante policristalino
(mostrada con trazo discontinuo) pegada a un sustrato 52 de carburo
cementado a lo largo de una interfaz 54. La capa 50 de diamante
policristalino tiene una superficie 56 de trabajo superior, que
tiene un borde 58 de corte. El borde se ilustra como un borde
cortante. Este borde también puede estar biselado. El borde 58 de
corte se extiende alrededor de toda la periferia de la superficie
56.
Las figuras 5 y 6 ilustran más claramente el
sustrato de carburo cementado usado en la segunda realización de la
invención, como se muestra en la figura 4. El sustrato 52 tiene una
superficie 60 inferior plana y una superficie 62 superior
perfilada. La superficie 62 superior perfilada tiene las siguientes
características:
- i.
- Una región periférica escalonada que define un anillo 64. El anillo 64 tiene una superficie 66 inclinada que conecta con una superficie o región 68 plana superior.
- ii.
- Dos surcos 70, 72 que se intersectan formando una formación cruciforme en la superficie 68.
- iii.
- Cuatro cortes o muescas 74 en el anillo 64 situados opuestos a los respectivos extremos de los surcos 70, 72.
En las realizaciones de las figuras 1 a 6, las
capas 10, 50 de diamante policristalino tienen una región rica en
material catalizador y una región pobre en material catalizador. La
región pobre en material catalizador puede extenderse desde la
respectiva superficie 16, 56 de trabajo hacia dentro de la capa 10,
50 hasta una profundidad de entre aproximadamente 60 y 90 \mum,
que constituye el quid de la invención. Típicamente, si el borde de
PCD está biselado, la región pobre en material catalizador seguirá
generalmente la forma de este bisel y se extenderá a lo largo de la
longitud del bisel. La compensación de la capa 10, 50 de diamante
policristalino que se extiende hasta la superficie 22, 62 perfilada
del sustrato 12, 52 de carburo cementado será la región rica en
material catalizador.
Generalmente, la capa de diamante policristalino
se producirá y se pegará al sustrato de carburo cementado por
procedimientos conocidos en la técnica. Posteriormente, el material
catalizador se eliminará de la superficie de trabajo de la
realización en particular usando uno cualquiera de los diferentes
procedimientos conocidos. Uno de dichos procedimientos es el uso de
una lixiviación con ácido mineral caliente, por ejemplo, una
lixiviación con ácido hidroclórico. Típicamente, la temperatura del
ácido será aproximadamente 110ºC y el tiempo de lixiviación será
aproximadamente 5 horas. El área de la capa de diamante
policristalino que no está diseñada para ser tratada por
lixiviación y el sustrato de carburo serán recubiertos con material
resistente al ácido.
En la producción de los elementos abrasivos de
diamante policristalino descritos anteriormente, y como se ilustra
en las realizaciones preferentes, sobre la superficie perfilada de
un sustrato de carburo cementado se colocará una capa de partículas
de diamante, opcionalmente mezcladas con algún material catalizador.
Seguidamente, este conjunto no pegado se someterá a condiciones de
temperatura y presión elevadas para producir diamante
policristalino de las partículas de diamante pegadas al sustrato de
carburo cementado. Las condiciones y las etapas requeridas son bien
conocidas en la técnica.
La capa de diamante puede comprender una mezcla
de partículas de diamante que difieren en los tamaños de la
partícula promedio. En una realización, la mezcla comprende
partículas con cinco tamaños de partícula promedio diferentes como
sigue:
- Tamaño de Partícula Promedio (micrómetros)
- Porcentaje en masa
- 20 a 25 (preferiblemente 22)
- 25 a 30 (preferiblemente 28)
- 10 a 15 (preferiblemente 12)
- 40 a 50 (preferiblemente 44)
- 5 a 8 (preferiblemente 6)
- 5 a 10 (preferiblemente 7)
- 3 a 5 (preferiblemente 4)
- 15 a 20 (preferiblemente 16)
- Menos de 4 (preferiblemente 2)
- menos de 8 (preferiblemente 5)
\vskip1.000000\baselineskip
En una realización especialmente preferente, la
capa de diamante policristalino comprende dos capas que difieren en
su mezcla de partículas. La primera capa, contigua a la superficie
de trabajo, tiene una mezcla de partículas del tipo descrito
anteriormente. En la segunda capa, situada entre la primera capa y
la superficie perfilada del sustrato, (i) la mayoría de las
partículas tienen un tamaño de partícula promedio en el rango entre
10 y 100 micrómetros, y consta de al menos tes tamaños de partícula
promedio diferentes y (ii) al menos el 4 por ciento en masa de las
partículas tienen un tamaño de partícula promedio inferior a 10
micrómetros. Ambas mezclas de diamante de la primera y segunda
mezclas contienen también material catalizador mezclado.
Se produjo un elemento de diamante
policristalino, usando un sustrato de carburo cementado que tiene
una superficie perfilada sustancialmente como se ilustra en las
figuras 1 a 3. En esta realización, la mezcla de diamante usada en
la producción de la mesa de diamante policristalino constaba de dos
capas. La mezcla de partículas de las dos capas era como se
describió respecto de la realización especialmente preferente
anterior, y tenía un espesor general de aproximadamente 2,2 mm. El
tamaño de partícula de diamante en general promedio, en la capa de
diamante policristalino, se observó que era 15 \mum después de la
sinterización. Este elemento cortador de diamante policristalino
será designado "Cortador A".
Se produjo un segundo elemento de diamante
policristalino, usando un sustrato de carburo cementado que tiene
una superficie perfilada sustancialmente como se ilustra en las
figuras 4 a 6. En esta realización, la mezcla de diamante usada en
la producción de la mesa de diamante policristalino constaba de dos
capas. La mezcla de partículas de las dos capas era como se
describió respecto de la realización especialmente preferente
anterior, y de nuevo otra vez tenía un espesor general de
aproximadamente 2,2 mm. El tamaño de partícula de diamante en
general promedio, en la capa de diamante policristalino, se observó
que era 15 \mum después de la sinterización. Este elemento
cortador de diamante policristalino será designado "Cortador
B".
En ambos elementos cortadores, A y B, de
diamante policristalino se había eliminado de la superficie de
trabajo material catalizador, en este caso cobalto, para crear una
región pobre en material catalizador. Esta región se extendió bajo
la superficie de trabajo hasta una profundidad promedio de
aproximadamente 40 a aproximadamente 90 \mum.
Seguidamente, los elementos cortadores A y B
sometidos a lixiviación fueron comparados en una prueba de taladro
vertical con un elemento cortador de diamante policristalino
disponible comercialmente que tienen características similares, es
decir, una región inmediatamente debajo de la superficie de trabajo
pobre en material catalizador, aunque en este caso a una
profundidad de aproximadamente 250 \mum, designados en cada caso
"Cortador A de la Técnica Anterior". Este cortador tampoco
tiene el PCD de alta resistencia al desgaste, ni espesor de mesa
optimizado, ni diseño del sustrato de los elementos cortadores de
esta invención. Una prueba de taladro vertical es una prueba basada
en una aplicación en la que el área plana de desgaste (o cantidad de
PCD desgastado durante la prueba) se mide en función del número de
pasadas del elemento cortador que taladra la pieza de trabajo, que
es igual al volumen de roca eliminada. En este caso, la pieza de
trabajo era granito. Esta prueba se puede usar para evaluar el
comportamiento del cor-
tador durante operaciones de perforación. Los resultados obtenidos están ilustrados gráficamente en las figuras 7 y 8.
tador durante operaciones de perforación. Los resultados obtenidos están ilustrados gráficamente en las figuras 7 y 8.
En la figura 7 se compara el rendimiento
relativo del Cortador A de esta invención con el Cortador B de la
Técnica Anterior disponible comercialmente. Dado que esta curva
muestra la cantidad de material de PCD eliminado en función de la
cantidad de roca eliminada en la prueba, cuanto más plana es la
curva, mejor es el rendimiento del cortador. El Cortador A muestra
un grado de desgaste que se compara muy favorablemente con el de un
cortador de la técnica anterior.
En la figura 8 se compara el rendimiento
relativo del cortador de la invención con el del cortador A de la
Técnica Anterior. Advierta que el cortador B de la invención también
se compara favorablemente con el cortador de la técnica
anterior.
Claims (26)
1. Un elemento abrasivo de diamante
policristalino que comprende una mesa (10) de diamante
policristalino que tiene una superficie (16) de trabajo que está
pegada a un sustrato (12) a lo largo de una interfaz (14),
caracterizándose el elemento abrasivo de diamante
policristalino por:
- i.
- la interfaz (14) no es plana;
- ii.
- el diamante policristalino que tiene una alta resistencia al desgaste; y
- iii.
- el diamante policristalino que tiene una región contigua a la superficie de trabajo (16) pobre en material catalizador y una región rica en material catalizador, extendiéndose la región pobre en material catalizador hasta una profundidad de entre aproximadamente 40 y aproximadamente 90 \mum desde la superficie de trabajo.
2. Un elemento de acuerdo con la reivindicación
1, en el que la mesa (10) de diamante policristalino tiene forma de
una sola capa que está producida de una masa de partículas de
diamante que tiene al menos tres tamaños de partícula
diferentes.
3. Un elemento de acuerdo con la reivindicación
2, en el que la capa (10) de diamante policristalino está producida
de una masa de partículas de diamante que tiene al menos cinco
tamaños de partícula diferentes.
4. Un elemento de acuerdo con la reivindicación
1, en el que la mesa (10) de diamante policristalino comprende una
primera capa que define una superficie (16) de trabajo y una segunda
capa situada entre la primera capa y el sustrato (12), teniendo la
primera capa de diamante policristalino una resistencia al desgaste
mayor que la segunda capa de diamante policristalino.
5. Un elemento de acuerdo con la reivindicación
5, en el que la primera capa de diamante policristalino se produce
de una masa de partículas de diamante que tiene al menos cinco
tamaños de partícula promedio diferentes y la segunda capa se
produce de una masa de partículas de diamante que tiene al menos
cuatro tamaños de partícula promedio diferentes.
6. Un elemento de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, en el que el tamaño de partícula
promedio de diamante policristalino es menor que 20 micrómetros.
7. Un elemento de acuerdo con la reivindicación
6, en el que el tamaño de partícula promedio del diamante
policristalino contiguo a la superficie de trabajo es menor que
aproximadamente 15 micrómetros.
8. Un elemento de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 7, en el que la mesa (10) de diamante
policristalino tiene un espesor general máximo de entre
aproximadamente 1 y aproximadamente 3 mm.
9. Un elemento de acuerdo con la reivindicación
8, en el que la mesa (10) de diamante policristalino tiene un
espesor general de aproximadamente 2,2 mm.
10. Un elemento de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 9, en el que la interfaz (14) no plana
tiene una configuración cruciforme.
11. Un elemento de acuerdo con la reivindicación
10, en el que la interfaz (22) no plana se caracteriza por
tener un escalón (26) en la periferia del elemento abrasivo que
define un anillo (24) que se extiende alrededor de al menos parte
de la periferia del elemento abrasivo y hacia el interior del
sustrato, y un entrante cruciforme que se extiende hacia el
interior del sustrato e intersecta el anillo periférico.
12. Un elemento de acuerdo con la reivindicación
11, en el que el entrante cruciforme está cortado en una superficie
(22) superior del sustrato (12) y una superficie (34) base del
anillo periférico.
13. Un elemento de acuerdo con la reivindicación
10, en el que la interfaz no plana se caracteriza por tener
un escalón (66) en la periferia del elemento abrasivo que define un
anillo (64) que se extiende alrededor de al menos parte de la
periferia del elemento abrasivo y hacia el interior del sustrato
(52) y un entrante cruciforme que se extiende hacia el interior del
sustrato y está confinado dentro de los límites del escalón (66)
que define el anillo (64) periférico.
14. Un elemento de acuerdo con la reivindicación
13, en el que el anillo (64) periférico incluye una pluralidad de
muescas (74) en una superficie base del mismo, estando situada cada
muesca contigua al respectivo extremo del entrante cruciforme.
15. Un elemento de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 14, en el que el elemento abrasivo de
diamante es un elemento de corte.
16. Un elemento de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 15, en el que el sustrato (12, 52) es un
sustrato de carburo cementado.
17. Un procedimiento de producción de un
elemento abrasivo de PCD de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 16, que incluye las etapas de creación de un
conjunto no pegado proveyendo un sustrato (12) que tiene una
superficie (22) no plana, colocación de una masa de partículas de
diamante sobre la superficie no plana, conteniendo la masa de
partículas de diamante partículas que tienen al menos tres tamaños
de partícula promedio diferentes, provisión de una fuente de
material catalizador para las partículas de diamante, sometimiento
del conjunto no pegado a condiciones de temperatura y presión
elevadas adecuadas para producir una mesa (10) de diamante
policristalino de la masa de partículas de diamante, pegándose dicha
mesa a la superficie (22) no plana del sustrato (12), y eliminando
material catalizador de una región de la mesa de diamante
policristalino contigua a una superficie expuesta de la misma a una
profundidad de entre aproximadamente 40 y aproximadamente 90
\mum.
18. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 17, en el que la mesa (10) de diamante policristalino
está en forma de una sola capa y se produce de una masa de
partículas de diamante que tienen al menos cinco tamaños de
partícula diferentes.
19. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 17, en el que la mesa (10) de diamante policristalino
comprende una primera capa que define la superficie de trabajo, y
una segunda capa situada entre la primera capa y el sustrato (12),
teniendo la primera capa de diamante policristalino una resistencia
al desgaste mayor que la segunda capa de diamante
policristalino.
20. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 19, en el que la primera capa de diamante
policristalino comprende partículas de diamante que tienen al menos
cinco tamaños de partícula promedio diferentes y la segunda capa
comprende partículas de diamante que tienen al menos cuatro tamaños
de partícula promedio diferentes.
21. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 17 a 20, en el que la interfaz
(22) no plana tiene una configuración cruciforme.
22. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 21, en el que la interfaz (22) no plana se
caracteriza por tener un escalón (26) en la periferia del
elemento abrasivo que define un anillo (24) que se extiende
alrededor de al menos parte de la periferia del elemento abrasivo y
hacia el interior del sustrato y un entrante cruciforme que se
extiende hacia el interior del sustrato e intersecta el anillo
periférico.
23. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 22, en el que el entrante cruciforme está cortado en
una superficie (22) superior del sustrato (12) y una superficie (34)
base del anillo periférico.
24. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 21, en el que la interfaz (62) no plana se
caracteriza por tener un escalón (66) en la periferia del
elemento abrasivo que define un anillo (64) que se extiende
alrededor de la menos parte de la periferia del elemento abrasivo y
hacia el interior del sustrato (52) y un entrante (70, 72)
cruciforme que se extiende hacia el interior del sustrato (52) y
está confinado dentro de los límites del escalón (66) que define el
anillo (64) periférico.
25. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 24, en el que el anillo periférico incluye una
pluralidad de muescas (74) en una superficie base del mismo,
estando situada cada muesca contigua al respectivo extremo del
entrante cruciforme.
26. Una broca rotatoria que contiene una
pluralidad de elementos cortadores, sustancialmente todos los cuales
son elementos abrasivos de diamante policristalino, como se definen
en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16.
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