KR101425336B1 - 초-경질 구조물, 공구 요소 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 초-경질 구조물을 500 ℃ 이상의 처리 온도로 가열하고, 상기 처리 온도로부터 1 ℃/초 이상 100 ℃/초 이하의 평균 냉각 속도로 200 ℃ 미만의 온도로 냉각하여 처리된 초-경질 구조물을 제공하는 것을 포함하는, 초-경질 구조물의 처리 방법에 관한 것이다. 상기 방법에 의해 생성된 PCBN 구조물은 650 MPa 이상의 굴곡 강도를 가질 수 있다.

Description

초-경질 구조물, 공구 요소 및 이의 제조 방법{SUPER-HARD STRUCTURE, TOOL ELEMENT AND METHOD OF MAKING SAME}
본 발명은, 일반적으로 초-경질 구조물, 초-경질 구조물을 포함하는 공구 요소, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
다결정성 다이아몬드(PCD) 물질 및 다결정성 입방정계 질화 붕소(PCBN) 물질은 초-경질 물질의 예들이다. PCBN 물질은 매트릭스 중에 매립된 입방정계 질화 붕소(cBN)의 그레인들을 포함하며, 상기 매트릭스는 금속 및/또는 세라믹 물질을 포함할 수 있다. PCD 물질은 다이아몬드의 그레인들을 포함하며, 상기 그레인들 중 상당수는 서로 직접 결합된다. 초-경질 조립체(construction)는 초경 합금 기재와 일체형으로 형성된 PCD 또는 PCBN 구조물을 포함할 수 있다. 일부의 초-경질 조립체는 공구용 요소를 형성하도록 가공될 때 크기가 변형되는 경향이 있을 수 있다.
미국 특허 제 6,517,902 호는 코발트 결합제에 의해 초경 텅스텐계 합금의 기재에 결합된 다결정성 다이아몬드의 외면을 갖는 예비성형 요소에 대한 열 처리의 형태를 개시한다. 상기 기재는 육방정의 조밀한 결정 구조물 내에 30 부피 퍼센트 이상의 코발트 결합제를 가진 경계 대역을 포함한다.
제1 양태에서, 본 발명은, 초-경질 구조물, 예를 들면 PCBN 물질을 포함하거나 이로 이루어진 초-경질 구조물의 처리 방법을 제공하며, 상기 방법은 상기 초-경질 구조물을 약 500 ℃ 이상의 처리 온도로 가열하고, 상기 초-경질 구조물을 상기 처리 온도로부터 약 100 ℃/초 이하의 평균 냉각(급냉) 속도로 200 ℃ 미만 또는 주위 온도로 냉각(급냉)하는 것을 포함한다. 상기 냉각 속도는 약 1 ℃/초 이상 또는 약 5 ℃/초 이상일 수 있다.
본 발명의 초-경질 구조물의 처리 방법에 다양한 조합들 및 변형이 예상되며, 이의 비제한적이고 비독점적인 예들은 하기와 같다.
일부 예에서, 초-경질 구조물은 PCBN 물질 또는 PCD 물질, 예를 들면 열안정성 PCD 물질, 또는 SiC 물질을 포함하는 매트릭스에 분산된 복수의 다이아몬드 그레인을 포함하는 물질을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 초-경질 구조물은 40부피% 이상 80 부피% 이하의 cBN 그레인을 포함할 수 있고/있거나; 초-경질 구조물은 25 마이크론 이하의 평균 크기를 가진 cBN 그레인을 포함할 수 있고/있거나; 초-경질 구조물은, 탄화 티타늄, 질화 티타늄, 탄질화 티타늄, 알루미늄의 붕화물 및 알루미늄의 질화물 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 매트릭스에 분산된 cBN 그레인을 포함할 수도 있고/있거나; 초-경질 구조물은 매트릭스를 포함하되 이 매트릭스가 약 350 GPa 이하의 합친 평균 영 모듈러스(Young's modulus)를 가진 물질 또는 물질들의 조합물을 포함할 수 있고/있거나; 초-경질 구조물은 매트릭스를 포함하되 이 매트릭스가 약 4.5 ×10-6/K 이상의 합친 평균 열팽창 계수를 가진 물질 또는 물질들의 조합물을 포함할 수도 있다.
일부 실시양태에서, 초-경질 구조물은 PCBN 구조물을 포함하되 이 구조물은 약 30 부피% 이상 약 80 부피% 이하의 cBN 그레인을 포함할 수도 있다. cBN 그레인은 약 25 마이크론 이하, 약 10 마이크론 이하, 약 5 마이크론 이하, 또는 약 2 마이크론 이하의 평균 크기를 가질 수 있다. PCBN은, 탄화 티타늄, 질화 티타늄, 탄질화 티타늄, 알루미늄 또는 티타늄의 붕화물 및 알루미늄의 질화물, 또는 이들 물질 중 임의의 것들의 임의의 조합을 포함하는 매트릭스에 분산된 cBN 그레인을 포함할 수도 있다. 예시적인 PCBN 구조물은, Ti를 포함하는 물질 및 Al을 포함하는 물질을 포함하는 매트릭스에 분산된 cBN 그레인(이때, cBN 그레인의 함량은 PCBN 구조물의 약 45 부피% 이상 약 75 부피% 이하임)을 포함하거나 이로 본질적으로 이루어질 수 있다. 상기 예의 하나의 실시양태에서, 매트릭스는 불가피한 미량의 기타 물질 및 불순물 외에는, Ti를 포함하는 물질 및 Al을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다(즉, Ti를 포함하는 물질 및 Al을 포함하는 물질로 본질적으로 이루어질 수 있다).
일부 예에서, 초-경질 구조물은 PCBN 구조물을 포함할 수 있으며, 이때 상기 구조물은, 약 350 GPa 이하 또는 약 300 GPa 이하의 (합친 평균) 영 모듈러스를 가진 물질 또는 물질들의 조합물을 포함할 수 있다. 상기 매트릭스는 약 4.5 ×10-6/K 이상, 또는 약 8 ×10-6/K 이상의 (합친 평균) 열팽창 계수를 가진 물질 또는 물질들의 조합물을 포함할 수도 있다.
예시적인 실시양태에서, 상기 처리 온도는 약 600 ℃ 이상, 또는 약 700 ℃ 이상일 수 있다. 상기 처리 온도는 약 1,100 ℃ 이하일 수 있다.
예시적인 방법은, 상기 초-경질 구조물을 약 50 ℃/초 이하, 20 ℃/초 이하 또는 약 10 ℃/초 이하의 평균 급냉 속도로 200 ℃ 이하 또는 약 100 ℃ 이하의 온도로 냉각하는 것을 포함한다. 급냉 전에, 초-경질 구조물은 약 1분 이상, 약 5분 이상 또는 약 10분 이상의 기간 동안 상기 온도로 가열되어, PCBN 구조물이 그의 부피 전체에 걸쳐 실질적으로 동일한 온도가 되도록 할 수도 있다.
일부 실시예에서, 초-경질 구조물은, 초-경질 구조물을 약 0.4 W/(m.k) 이하의 20 ℃에서의 열전도도를 가진 유체와 접촉시킴으로써 냉각될 수도 있다. 초-경질 구조물은 오일과의 접촉에 의해 냉각될 수도 있다.
하나의 예시적 방법에서, 초-경질 구조물은 PCBN 구조물을 포함하거나 이로 본질적으로 이루어질 수 있으며, 실질적으로 물의 열전도도보다 작은 열전도도(예를 들면, 20 ℃에서 약 0.6 W/(m.k)보다 실질적으로 작은 열전도도)를 가진 유체와 접촉됨으로써 냉각될 수도 있다. 하나의 특정 예에서, 상기 유체는 20 ℃에서 약 0.4 W/(m.k) 이하 또는 약 0.2 W/(m.k) 이하의 열전도도를 가지며, 일부 실시양태에서, 상기 PCBN 구조물은, 제어된 속도의 급냉을 위해 설계된 오일 또는 중합체 용액과의 접촉에 의해 냉각될 수도 있다. 특정 실시양태는, 상기 PCBN 구조물을 상기 유체에 침지시키고, 상기 유체를 상기 PCBN 구조물 상에 분사하거나 붓는 것을 포함할 수 있다. 상기 유체는 PCBN 구조물 위로 제어된(일정하거나 변하는) 속도로 유동될 수 있으며, 또는 상기 유체는 PCBN 구조물에 대해 실질적으로 정적(static)일 수도 있다.
일부 예에서, 상기 방법은 처리된 초-경질 구조물을 약 500 ℃ 이상의 온도로 약 5분 이상의 기간 동안 가열하는 것을 포함할 수 있다.
일부 예에서, 상기 방법은 냉각된 초-경질 구조물을 약 500 ℃ 이상, 약 600 ℃ 이상 또는 약 700 ℃ 이상의 재가열 온도, 또는 냉각이 시작되었던 온도로 재가열하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 초-경질 구조물은 상기 재가열 온도에서 약 5분 이상, 약 10분 이상, 약 30분 이상 또는 약 1시간 이상 동안 유지될 수도 있다.
일부 예에서, 상기 방법은 처리된 초-경질 구조물을 가공하여 공구용 요소를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 상기 방법은, 상기 처리된 초-경질 구조물을 가공하여 공구용 요소를 형성시킴을 포함할 수 있으며, 상기 요소를 추가로 가공하여 전동 공구 또는 다른 절삭 또는 천공 공구용 인써트(insert)를 형성시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 처리된 초-경질 조립체를 레이저에 의해서, 방전 가공(EDM) 또는 다른 수단에 의해서 절단하여 공구용 요소를 형성시킬 수 있으며, 상기 요소를 예를 들어 연마에 의해 추가로 가공할 수도 있다. 열 처리 후의 상기 처리된 초-경질 조립체의 절단은 열 처리 전의 상기 초-경질 조립체의 절단에 비해 개선된 치수 허용성을 갖는 공구용 요소를 생성시킬 수 있다.
제2 양태에서, 본 발명은 약 650 MPa 이상, 약 700 MPa 이상, 또는 약 800 MPa 이상의 굴곡 강도를 갖는 PCBN 구조물을 제공한다.
초-경질 구조물의 다양한 조합들 및 배치가 본 명세서에 의해 예상되며, 이의 비제한적이고 비독점적인 예들은 하기와 같다.
PCBN 구조물은 약 40 부피% 이상 약 80 부피% 이하의 cBN 그레인을 포함할 수도 있고/있거나; PCBN 구조물은 약 25 마이크론 이하의 평균 크기를 가진 cBN 그레인을 포함할 수도 있고/있거나; PCBN 구조물은, 탄화 티타늄, 질화 티타늄, 탄질화 티타늄, 알루미늄의 붕화물 및 알루미늄의 질화물 중에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하는 매트릭스에 분산된 cBN 그레인을 포함할 수도 있다.
상기 제1 양태에 따른 방법 및 그의 변형은 상기 제2 양태에 따른 개선된 초-경질 구조물을 생성시킬 것이다.
본 발명의 비제한적인 예들을 첨부 도면을 참조로 하여 이하에서 설명하며, 도면에서,
도 1은 예시적 PCBN 조립체의 사시도이고,
도 2는 예시적 PCBN 구조물의 사시도이고,
도 3은 잘라진 예시적 PCBN 요소를 가진 예시적 PCBN 조립체의 평면도이고,
도 4는 PCBN 요소를 포함하는 예시적 공구 인써트의 사시도이고,
도 5는 급냉 온도 차이의 함수로서의 PCBN 구조물의 측정된 굴곡 강도의 그래프이고,
도 6은 급냉 온도 차이의 함수로서의 PCBN 구조물의 측정된 굴곡 강도의 그래프이다.
초-경질 구조물은 PCBN 구조물로 본질적으로 이루어질 수 있으며, 초경 합금 기재와 같은 기재에 결합될 수 있거나, PCBN 구조물은 실질적으로 자립형(free-standing)이어서 기재에 결합되지 않을 수도 있다. 도 1을 참고하면, 예시적 PCBN 조립체(10)는 초경 합금 기재(14)에 결합된 PCBN 구조물(12)을 포함한다. 도 2를 참고하면, 예시적 PCBN 구조물(12)은 일반적으로 디스크-유사 형상을 가질 수 있으며 자립형(기재에 결합되지 않은 형태)이다.
PCBN 조립체를 제공하는 예시적인 방법은 미국 특허 제 7,867,438 호에서 발견할 수 있다.
도 3을 참고하면, 처리된 PCBN 조립체(10)는 절단되고/되거나 달리 가공되어 공구 인써트를 위한 PCBN 요소(30)를 생성할 수 있다. 도 4는, 캐리어 몸체(42)에 결합된 PCBN 요소(30)를 포함하는 공구 인써트(40)를 나타낸다.
비제한적 예를 하기에서 더욱 상세히 기술한다.
PCBN 물질의 두 가지의 각각의 등급의 46개의 장방형 시편들을 두 세트 제공하되, 이때 각각의 시편은 길이 28.5 mm, 폭 6.25 mm 및 두께 4.76 mm로 제조되었다. 제1 세트는, 탄질화 티타늄 물질과 알루미늄의 붕화물로 실질적으로 이루어진 매트릭스에 분산된 약 0.7 마이크론 내지 약 1 마이크론의 평균 크기를 가진 cBN 그레인 약 50 부피%를 포함하는 PCBN 물질의 제1 등급(또는 유형)의 PCBN 시편들로 이루어졌다. 제2 세트는, 알루미늄의 질화물 및 붕화물을 실질적으로 포함하는 매트릭스에 분산된 약 22 마이크론의 평균 크기를 가진 cBN 그레인 약 84 부피%를 포함하는 PCBN 물질의 제2 등급의 PCBN 시편들로 이루어졌다. 상기 제1 및 제2 세트 둘다에서 PCBN 시편들은 오로지 자립형 PCBN 구조물만으로 이루어졌다(즉, 이들은 기재에 결합되지 않았다). 상기 각각의 시편의 PCBN 물질의 매트릭스 물질의 특성은 하기 표 1에 요약되어 있다.
PCBN 물질의 제1 등급의
매트릭스 물질		 PCBN 물질의 제2 등급의
매트릭스 물질
영 모듈러스(GPa) 315 250
프와슨 비
(Poisson's ratio)		 0.2 0.2
열팽창 계수(10-6/K) 4.8 9.4
각각의 상기 세트로부터 15개의 시편을 처리하지 않고 굴곡 강도에 대해 시험하였다. 굴곡 강도는, 3점 벤딩(bending)법을 이용하여 측정하였으며, 모노리쓰 세라믹의 굴곡 강도 결정에 대한 영국 표준 시험법 BS-EN 843:1에 따라 계산하였다. 제1 세트로부터의 미처리된 시편들의 평균 굴곡 강도는 약 430 MPa인 것으로 확인되었고, 제2 세트로부터의 미처리된 시편들의 평균 굴곡 강도는 약 630 MPa인 것으로 확인되었다.
각각의 세트에서 나머지 시편들은 다양한 열 및 후속 급냉(냉각) 처리, 예컨대 물에 의한 급냉 및 경질 오일에 의한 급냉으로 시험하였다. 급냉은, 240 ℃ 내지 1,100 ℃ 범위의 다양한 온도(각각의 시편들은 약 10분의 기간 동안 로에서 이 온도로 가열되었음)에서 다양한 시편들에 대해 수행되었다. 급냉은, 시편들을 상기 로에서 꺼내어 20 ℃ 온도의 물 또는 경질 등급 오일을 함유하는 큰 저장소 내로 떨어뜨림으로써 수행되었다. 따라서, 사용된 온도 차이의 범위는 220 ℃(즉, 240 ℃에서 20 ℃로 온도 감소) 내지 1,080 ℃(즉, 1,100 ℃에서 20 ℃로 온도 감소)였다.
물이 사용된 경우의 급냉 속도는 약 1,000 ℃/초인 것으로 평가되었고, 경질 오일이 사용된 경우의 급냉 속도는 약 10 ℃/초인 것으로 평가되었다. 처리된 시편을, 이어서, 굴곡 강도에 대해 시험하여 굴곡 강도를 측정하였다.
제1 세트의 시편들의 경우, 이들을 1,080 ℃로 2시간 동안 가열한 후 물로 급냉하는 것을 포함하는 모든 처리들은 제1 세트의 미처리 시편에 비해 약 20%의 굴곡 강도 감소 결과를 낳았고, 반면 오일에 의한 급냉은 굴곡 강도의 변화가 없었다.
물을 사용하여 급냉한 시편들의 일부는 후속적으로 이들을 다시 이들이 냉각되었던 온도로 다시 가열함으로써 어닐링하고 그 온도에서 약 1시간 동안 유지한 후 그들의 굴곡 강도를 다시 측정하였다. 물에 의한 급냉 및 급냉 온도로부터의 후속 아닐닝을 따른 제1 세트의 시편들의 굴곡 강도는 급냉 온도 차이 함수로서 도 5에 도시되어 있다.
제2 세트의 시편들의 경우, 시편들을 1,080 ℃로 2시간 동안 가열한 후 물로 급냉하는 것을 포함하는 처리들은 역시 굴곡 강도의 감소를 초래하였으나 오일에 의한 급냉은 평균 굴곡 강도의 상당한 증가(약 630 MPa로부터 약 830 MPa로)를 제공하였다. 물에서 급냉시킨 제2 세트의 시편들 및 오일에서 급냉시킨 제2 세트의 (다른) 시편들의 굴곡 강도는 급냉 온도 차이 함수로서 도 6에 도시되어 있다.
급냉 온도 차이가 240 ℃ 내지 375 ℃인, 물에 의한 제2 세트의 시편들의 급냉은, 굴곡 강도의 크고 불연속적인 감소를 낳았다. 급냉 온도 차이가 240 ℃ 미만인 경우는 굴곡 강도의 실질적인 변화가 나타나지 않았다. 물을 사용하여 급냉 온도 차이가 780 ℃인 경우, 생성 굴곡 강도는 매우 낮은 약 25 GPa이었다. 상기에서 마지막에 언급한 시편들의 실패는 시편의 중앙 영역에서 개시된 파열 및 매우 낮은 에너지에 상응하는 것으로 확인되었다. 실패한 물질은 또한 샘플의 시작 부위에서 엣지까지 연장되는 긴 비개방형 크랙을 나타내었다. 진한 회색에서 밝은 청색으로 표면 색상이 상당히 변화됨이 또한 관찰되었으며, 현미경 조사는 시편의 표면 가까이의 상당한 미세 공극들을 나타내었다.
본원에 사용된 특정 용어들에 대해 이하에서 간단히 설명한다.
본 발명에 사용된 바와 같이, "초-경질" 또는 초-경질 물질은 약 25 GPa 이상의 비커스(Vickers) 경도를 갖는다. 합성 및 천연 다이아몬드, 다결정성 다이아몬드(PCD), 입방정계 질화 붕소(cBN) 및 다결정성 cBNC(PCBN) 물질이 초-경질 물질의 예들이다. 합성 다이아몬드(또한 인조 다이아몬드라 칭함)는 제조된 다이아몬드 물질이다. 초-경질 물질의 다른 예는, 탄화 규소(SiC)와 같은 세라믹 물질을 포함하는 매트릭스에 의해 또는 Co-결합된 WC 물질과 같은 초경 합금 물질에 의해 함께 유지되는 다이아몬드 또는 cBN 그레인을 포함하는 몇몇 합성 물질들을 포함한다(예를 들어 미국 특허 제 5,453,105 호 또는 제 6,919,040 호에 개시된 바와 같음). 예를 들어 몇몇 SiC-결합된 다이아몬드 물질은 SiC 매트릭스(SiC 이외의 형태로 소량의 Si를 함유할 수도 있다) 중에 분산된 약 30 부피% 이상의 다이아몬드 그레인을 포함할 수도 있다. SiC-결합된 다이아몬드 물질의 예가 미국 특허 제 7,008,672 호; 미국 특허 제 6,709,747 호; 미국 특허 제 6,179,886 호; 미국 특허 제 6,447,852 호; 및 국제 출원 공개 WO 2009/013713에 개시되어 있다.
PCBN 물질은 금속 또는 세라믹 물질을 포함하는 매트릭스 내에 분산된 입방정계 질화 붕소(cBN)의 그레인을 포함한다. 예를 들어, PCBN 물질은 Ti-함유 화합물, 예를 들어 탄화 티타늄, 질화 티타늄, 탄질화 티타늄 및/또는 Al-함유 화합물, 예를 들어 질화 알루미늄, 및/또는 Co 및/또는 W와 같은 금속을 함유하는 화합물을 포함하는 기질 물질 중에 분산된 약 50 부피% 이상의 cBN 그레인을 포함할 수 있다. PCBN 물질의 일부 변형들(또는 "등급들")은 약 80 부피% 이상 또는 심지어 약 90 부피% 이상의 cBN 그레인을 포함할 수도 있다.
다결정성 다이아몬드(PCD) 물질은 다이아몬드 그레인의 덩어리(즉 다수의 집합체)를 포함하며, 이중 상당한 부분은 서로 직접 결합되고, 이때 상기 다이아몬드의 함량은 상기 물질의 약 80 부피% 이상이다. 상기 다이아몬드 그레인들 간의 간극은 합성 다이아몬드용 촉매 물질을 포함하는 결합제 물질로 적어도 부분적으로 충전되거나, 또는 실질적으로 비어있을 수도 있다. 합성 다이아몬드용 촉매 물질은, 합성 또는 천연 다이아몬드가 열역학적으로 안정한 온도 및 압력에서 합성 다이아몬드 그레인의 성장을 촉진하고/하거나 합성 또는 천연 다이아몬드 그레인의 직접적인 내부성장을 촉진할 수 있다. 다이아몬드용 촉매 물질의 예는 Fe, Ni, Co, Mn 및 이들을 포함하는 몇몇 합금들이다. PCD 물질을 포함하는 초-경질 구조물은 촉매 물질이 간극으로부터 제거되어 상기 다이아몬드 그레인들 사이에 간극의 틈을 남기는 영역을 적어도 포함할 수 있다. PCD 물질은, 상기 등급에 적합한 크기 분포를 갖는 다이아몬드 그레인의 집합 덩어리를 제공하고, 촉매 물질 또는 첨가제 물질을 상기 집합 덩어리에 임의로 도입시키고, 상기 응집된 덩어리에 다이아몬드용 촉매 물질의 공급원의 존재 하에서 다이아몬드가 그라파이트보다 더 열역학적으로 안정하고 상기 촉매 물질이 용융되는 압력 및 온도를 가함을 포함하는 공정에 의해 제조될 수 있다. 이러한 조건 하에서, 용융된 촉매 물질은 상기 공급원으로부터 상기 집합된 덩어리 내로 침투하고 소결 공정 동안 상기 다이아몬드 그레인들 간의 직접적인 내부성장을 촉진하여 PCD 구조물을 형성시킬 수 있다. 상기 집합 덩어리는 느슨한 다이아몬드 그레인 또는 결합제 물질에 의해 함께 유지되는 다이아몬드 그레인을 포함할 수 있다. 상이한 PCD 등급들은 상이한 미세구조 및 상이한 기계적 성질들, 예를 들어 탄성(또는 영) 모듈러스 E, 탄성률의 모듈러스, 횡방향 파열 강도(TRS), 인성(예를 들어 소위 K1C 인성), 경도, 밀도 및 열팽창 계수(CTE)를 가질 수 있다. 상이한 PCD 등급들은 또한 사용 시 상이하게 작용할 수 있다. 예를 들어, 상이한 PCD 등급들의 마모율 및 파열 저항성이 상이할 수 있다.
열적으로 안정한 PCD 물질은 약 400 ℃ 이상의 온도, 또는 심지어 약 700 ℃ 이상의 온도에 노출 후에 경도 또는 내마모성의 실질적인 구조적 퇴화 또는 열화를 나타내지 않는 부분 또는 부피를 적어도 포함한다. 예를 들어, 약 2 중량% 미만의 다이아몬드용 촉매 금속, 예를 들어 Co, Fe, Ni, Mn을 촉매 활성 형태(예를 들어 원소 형태)로 함유하는 PCD 물질이 열적으로 안정할 수 있다. 촉매 활성 형태의 촉매 물질이 실질적으로 없는 PCD 물질이 열적으로 안정한 PCD의 예이다. 예를 들어 간극이 실질적으로 틈이거나 또는 세라믹 물질, 예를 들어 SiC 또는 염 물질, 예를 들어 탄산염 화합물로 적어도 부분적으로 충전된 PCD 물질이 열적으로 안정할 수 있다. 적어도, 다이아몬드용 촉매 물질이 고갈되었거나 또는 촉매 물질이 촉매로서 비교적 덜 활성인 형태로 존재하는 상당한 영역을 갖는 PCD 구조가 열적으로 안정한 PCD로서 기술될 수 있다.
상기에 설명한 바와 같이, PCD 물질 및 PCBN 물질은, 적합한 결합제 또는 촉매 물질의 존재 하에서 기재, 예를 들어 초경 합금 기재 상에 각각 복수의 다이아몬드 또는 cBN 그레인을 소결시킴으로써 제공될 수 있다. 상기와 같이 생성된 PCD 또는 PCBN 구조는 기재에 결합된 형태(즉, 상기 각각의 구조가 소결된 본체 내로 형성되는 공정 중에 기재에 결합된 PCD 또는 PCBN 구조물을 포함하는 조립체의 통합된 부분)일 수 있다.

Claims (18)

  1. 초-경질 구조물을 500 ℃ 이상의 처리 온도로 가열하는 단계, 및
    상기 처리 온도로부터 1 ℃/초 이상 100 ℃/초 이하의 평균 냉각 속도로 200 ℃ 미만의 온도로 냉각하여 처리된 초-경질 구조물을 제공하는 단계
    를 포함하되,
    상기 초-경질 구조물을 20 ℃에서 0.4 W/m.k 이하의 열전도도를 가진 유체와 접촉시켜 냉각하는,
    PCBN 물질을 포함하는 초-경질 구조물의 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    초-경질 구조물을 오일과 접촉시켜 냉각하는, 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    초-경질 구조물이 40 부피% 이상 80 부피% 이하의 cBN 그레인을 포함하는, 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    초-경질 구조물이 25 마이크론 이하의 평균 크기를 가진 cBN 그레인을 포함하는, 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    초-경질 구조물이 탄화 티타늄, 질화 티타늄, 탄질화 티타늄, 알루미늄의 붕화물 및 알루미늄의 질화물 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 매트릭스에 분산된 cBN 그레인을 포함하는, 처리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    초-경질 구조물이 매트릭스를 포함하되, 상기 매트릭스가 350 GPa 이하의 합친 평균 영 모듈러스(Young's modulus)를 가진 물질 또는 물질들의 조합물을 포함하는, 처리 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    초-경질 구조물이 복수의 초-경질 그레인 및 매트릭스를 포함하되, 상기 매트릭스가 4.5 ×10-6/K 이상의 합친 평균 열팽창 계수를 가진 물질 또는 물질들의 조합물을 포함하는, 처리 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    처리된 초-경질 구조물을 500 ℃ 이상의 온도로 5분 이상의 기간 동안 가열하는 것을 포함하는, 처리 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    처리된 초-경질 구조물을 가공하여 공구용 요소(element)를 형성하는 것을 포함하는, 처리 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
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