KR20120006017A - Polycrystalline diamond element - Google Patents

Polycrystalline diamond element Download PDF

Info

Publication number
KR20120006017A
KR20120006017A KR1020117023401A KR20117023401A KR20120006017A KR 20120006017 A KR20120006017 A KR 20120006017A KR 1020117023401 A KR1020117023401 A KR 1020117023401A KR 20117023401 A KR20117023401 A KR 20117023401A KR 20120006017 A KR20120006017 A KR 20120006017A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pcd
low melting
melting point
diamond
region
Prior art date
Application number
KR1020117023401A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
존 휴잇 리버세이지
카베시니 나이두
Original Assignee
엘리먼트 씩스 (프로덕션) (피티와이) 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘리먼트 씩스 (프로덕션) (피티와이) 리미티드 filed Critical 엘리먼트 씩스 (프로덕션) (피티와이) 리미티드
Publication of KR20120006017A publication Critical patent/KR20120006017A/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/04Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
    • B24D3/06Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements
    • B24D3/10Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements for porous or cellular structure, e.g. for use with diamonds as abrasives
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B24D18/0009Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for using moulds or presses
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C26/00Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/46Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/56Button-type inserts
    • E21B10/567Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts
    • E21B10/5671Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts with chip breaking arrangements
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/46Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/56Button-type inserts
    • E21B10/567Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts
    • E21B10/5676Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts having a cutting face with different segments, e.g. mosaic-type inserts
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/46Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/56Button-type inserts
    • E21B10/567Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts
    • E21B10/573Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts characterised by support details, e.g. the substrate construction or the interface between the substrate and the cutting element
    • E21B10/5735Interface between the substrate and the cutting element
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F2005/001Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Abstract

PCD 부재의 하나의 실시양태는 계면에서 시멘트(cemented) 카바이드 기재와 결합된 PCD 부재의 실시양태를 포함한다. PCD 부재는 간극들을 한정하는 내부 다이아몬드 표면들을 갖는다. PCD 부재는 작업 표면, 및 간극들이 대기압에서 약 1,300℃ 미만, 또는 대기압에서 약 1,200℃ 미만의 융점을 갖는 저 융점 금속성 물질에 의해 적어도 부분적으로 충전된, 작업 표면에 인접한 저 융점 영역을 추가로 포함한다. PCD 부재는 중간 영역을 포함하며, 이때 중간 영역의 간극들은 다이아몬드용 촉매 물질에 의해 적어도 부분적으로 충전된다.One embodiment of a PCD member includes an embodiment of a PCD member bonded with a cemented carbide substrate at an interface. The PCD member has internal diamond surfaces that define the gaps. The PCD member further includes a work surface, and a low melting point region adjacent to the work surface, wherein the gaps are at least partially filled with a low melting metal material having a melting point of less than about 1,300 ° C. at atmospheric pressure, or less than about 1,200 ° C. at atmospheric pressure. do. The PCD member comprises an intermediate region wherein the gaps in the intermediate region are at least partially filled by the catalyst material for diamond.

Description

다결정질 다이아몬드 부재{POLYCRYSTALLINE DIAMOND ELEMENT}Polycrystalline Diamond Member {POLYCRYSTALLINE DIAMOND ELEMENT}

본 발명은 다결정질 다이아몬드(PCD) 부재, 특히 비-제한적으로 포장, 암반 형성 처리 또는 분해, 또는 채굴 광산, 터널링, 건설, 및 오일 및 가스 산업에 사용될 수 있는 공격 공구 및 컷터, 예를 들어 픽크(pick) 및 회전 드릴 비트 등에 사용하기에 적합한 PCD 부재에 관한 것이다.
The present invention relates to polycrystalline diamond (PCD) members, in particular non-limiting pavement, rock formation treatment or decomposition, or attack tools and cutters such as picks that can be used in the mining mine, tunneling, construction, and oil and gas industries. A PCD member suitable for use in picks, rotary drill bits and the like.

채굴에 사용되는 드릴 비트용 컷터 인서트는 시멘트(cemented) 카바이드 기재에 결합된 다결정질 다이아몬드(PCD) 층을 포함할 수 있다. 이와 같은 컷터 인서트를 다결정질 다이아몬드 콤팩트(PDC)라고 할 수 있다.The cutter insert for drill bits used for mining may comprise a layer of polycrystalline diamond (PCD) bonded to a cemented carbide substrate. Such a cutter insert may be referred to as a polycrystalline diamond compact (PDC).

PCD는, 다이아몬드 그레인들 간의 간극을 한정하는 골격 덩어리를 형성하는 실질적으로 내부성장된 다이아몬드 그레인 덩어리를 포함하는 초경질(초연마재라고도 함) 물질의 한 예이다. PCD 물질은 약 80 부피% 이상의 다이아몬드를 포함하고, 다이아몬드 그레인의 응집 덩어리를 소결 보조제의 존재 하에 약 5 GPa 초과의 초-고압 및 약 1,200℃ 이상의 온도에서 처리하여 제조될 수 있다.PCD is an example of an ultrahard (also called superabrasive) material that includes a substantially internally grown diamond grain mass that forms a skeletal mass that defines a gap between the diamond grains. PCD materials comprise at least about 80% by volume of diamond and can be prepared by treating agglomerated masses of diamond grains at ultra-high pressures of greater than about 5 GPa and temperatures of at least about 1,200 ° C. in the presence of a sintering aid.

PCD에 적합한 소결 보조제를 또한 다이아몬드용 촉매 물질이라고 할 수 있다. 다이아몬드용 촉매 물질은, 다이아몬드가 그래파이트보다 열역학적으로 더 안정한 온도 및 압력에서 다이아몬드의 직접적인 내부성장을 촉진할 수 있는 물질로 이해된다. 일부 다이아몬드용 촉매 물질은 주위 온도, 특히 상승된 온도에서 다이아몬드가 그래파이트로 전환하는 것을 촉진할 수 있다. 다이아몬드용 촉매 물질의 예는 코발트, 철, 니켈 및 이들 중 임의의 것을 포함하는 특정 합금이다. PCD는, PCD용 코발트 촉매 물질의 공급원을 제공할 수 있는 코발트-시멘트 텅스텐 카바이드 기재 위에 형성될 수 있다. PCD와의 간극은, 결합제 또는 충전제 물질이라고 할 수 있는 특정 물질에 의해 적어도 부분적으로 충전될 수 있다. 특히, 간극은 다이아몬드용 촉매 물질에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 충전될 수 있다.Suitable sintering aids for PCD may also be referred to as catalyst materials for diamond. Catalyst materials for diamond are understood to be materials that can promote the direct internal growth of diamond at temperatures and pressures where diamond is thermodynamically more stable than graphite. Some catalyst materials for diamond may promote the conversion of diamond to graphite at ambient temperatures, particularly at elevated temperatures. Examples of catalyst materials for diamond are cobalt, iron, nickel and certain alloys including any of these. PCD can be formed on a cobalt-cement tungsten carbide substrate that can provide a source of cobalt catalyst material for the PCD. The gap with the PCD may be at least partially filled by a specific material, which may be referred to as a binder or filler material. In particular, the gap may be filled in whole or in part by the catalytic material for diamond.

PCD를 포함하는 부품은 경질 또는 연마제 물질 예컨대 암반, 금속, 세라믹, 복합체 및 목재-함유 물질 등을 절삭, 기계가공, 드릴링, 또는 분해하기 위한 광범위한 공구에 사용된다. 예를 들어, PCD 몸체는 보통 오일 및 가스 드릴링 산업에서 채굴용으로 사용되는 드릴 비트 상의 컷터 인서트로서 사용된다. PCD 몸체는 또한 자동차 산업에서 사용될 수 있는 금속-함유 몸체를 기계가공하고 밀링하는 데 사용된다. 이들 다수의 제품에서, PCD 물질의 온도는 이것이 암반 형성, 작업편 또는 고 에너지 몸체와 결합할수록 상승한다.Components comprising PCDs are used in a wide range of tools for cutting, machining, drilling, or dismantling hard or abrasive materials such as rock, metal, ceramic, composite and wood-containing materials. For example, PCD bodies are commonly used as cutter inserts on drill bits used for mining in the oil and gas drilling industry. PCD bodies are also used to machine and mill metal-containing bodies that can be used in the automotive industry. In many of these products, the temperature of the PCD material rises as it combines with rock formation, workpieces or high energy bodies.

PCD는 매우 경질이고 내연마성이며, 이는 높은 생산성을 필요로 하는 일부 임계 가공 및 드릴링 조건에서 바람직한 공구 물질인 이유이다. 충전제 물질로서 다이아몬드용 PCD 함유 특정 촉매 물질의 단점은 약 400℃ 초과에서 비교적 열 안정성이 불량할 수 있다는 점이다. 이 촉매 물질은 PCD 콤팩트의 제조 및 사용에서 겪을 수 있는 고온, 특히 약 750℃ 초과의 온도에서 PCD의 분해를 촉진할 수 있다.PCD is very hard and abrasive resistant, which is why it is a preferred tool material in some critical machining and drilling conditions that require high productivity. A disadvantage of certain catalyst materials containing PCD for diamond as filler material is that they may be relatively poor in thermal stability above about 400 ° C. This catalytic material may promote decomposition of the PCD at high temperatures that may be experienced in the manufacture and use of PCD compacts, especially at temperatures above about 750 ° C.

미국 특허출원 공개 제 2007/0079994 호는 다이아몬드-결합된 몸체 표면 아래로 연장되는 열적으로 안정한 영역을 포함하는 다이아몬드-결합된 몸체를 포함하는 열적으로 안정한 다이아몬드-결합된 콤팩트를 개시하고 있다. 이 열적으로 안정한 영역은 함께 결합된 다이아몬드 결정의 매트릭스 제 1 상 및 이 매트릭스 제 1 상 내에 개재된 제 2 상을 포함하는 물질 마이크로구조를 갖는다. 제 2 상은 고압/고온(HPHT) 조건에서 하나 이상의 용침재(infiltrant) 물질 및 다이아몬드 결정 사이에 형성된 하나 이상의 반응 생성물을 포함한다. 용침재 또는 대체 물질은, 다른 물질과 반응하여 불활성화되는 통상적인 용매-촉매 물질(전이 금속)을 함유하는 화합물에 사용될 수도 있는 Si, Cu, Sn, Zn, Ag, Au, Ti, Cd, Al, Mg, Ga 및 Ge 중 하나 이상을 포함할 수 있다.US Patent Application Publication No. 2007/0079994 discloses a thermally stable diamond-bonded compact comprising a diamond-bonded body comprising a thermally stable region extending below the diamond-bonded body surface. This thermally stable region has a material microstructure comprising a matrix first phase of diamond crystals bonded together and a second phase sandwiched within the matrix first phase. The second phase comprises one or more reaction products formed between one or more infiltrant materials and diamond crystals under high pressure / high temperature (HPHT) conditions. Infiltration materials or alternative materials may be used in compounds containing conventional solvent-catalyst materials (transition metals) that react with other materials to inactivate them, such as Si, Cu, Sn, Zn, Ag, Au, Ti, Cd, Al And may include one or more of Mg, Ga, and Ge.

미국 특허출원 공개 제 2008/0230280 호는 표면과 떨어져 위치한 제 1 영역을 포함하고 대체 물질을 포함하는 PCD 구조를 개시하고 있다. 대체 물질은, 제 1 영역에서 다이아몬드 결정들 간의 간극 영역 내에 배치되는 비-결정화된 물질일 수 있다. 비-결정화 물질은 약 1,200℃ 미만의 융점을 갖고, 저 융점 금속성 물질 및/또는 주기율표 IB 족 원소 예를 들어 구리를 포함할 수 있는 원소 함유 합금 중에서 선택될 수 있다. 대체 물질은 탄소에 대해 무시할 정도이거나 또는 용해성을 전혀 나타내지 않는다.US Patent Application Publication No. 2008/0230280 discloses a PCD structure comprising a first region located away from the surface and comprising a substitute material. The alternative material may be a non-crystallized material disposed in the gap region between the diamond crystals in the first region. The non-crystallized material has a melting point of less than about 1,200 ° C. and may be selected from elemental alloys containing low melting point metallic materials and / or periodic table IB elements, such as copper. Alternative materials are negligible or exhibit no solubility for carbon.

개선된 열 안정성을 갖는 다결정질 다이아몬드(PCD) 부재를 제공할 필요가 있다.
There is a need to provide a polycrystalline diamond (PCD) member with improved thermal stability.

본 발명의 목적은 개선된 열 안정성을 갖는 PCD 부재를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a PCD member having improved thermal stability.

본 발명의 제 1 양태는 내부 다이아몬드 표면들을 갖는 다결정질 다이아몬드(PCD) 부재로서, 상기 내부 다이아몬드 표면들은 이들 간의 간극을 한정하고, 상기 PCD 부재는 작업 표면; 작업 표면에 인접해 있고, 간극들이 대기압에서 약 1,300℃ 미만, 또는 대기압에서 약 1,200℃ 미만의 융점을 갖는 저 융점 금속성 물질에 의해 적어도 부분적으로 충전되어 있는 저 융점 영역; 및 저 융점 영역에 의해 한정된 경계로부터 약 5 내지 약 600 미크론 거리로 연장된 중간 영역을 포함하고, 중간 영역의 간극은 다이아몬드용 촉매 물질에 의해 적어도 부분적으로 충전되어 있는, 다결정질 다이아몬드 부재를 제공한다.A first aspect of the invention is a polycrystalline diamond (PCD) member having inner diamond surfaces, the inner diamond surfaces defining a gap therebetween, the PCD member comprising a working surface; A low melting point region adjacent the working surface, the gaps being at least partially filled with a low melting point metallic material having a melting point of less than about 1,300 ° C. at atmospheric pressure, or less than about 1,200 ° C. at atmospheric pressure; And an intermediate region extending from about 5 to about 600 microns away from the boundary defined by the low melting point region, wherein the gap in the intermediate region is at least partially filled with a catalyst material for diamond. .

하나의 실시양태에서, PCD 부재는 계면에서 기재와 결합하고, PCD 부재의 중간 영역은 저 융점 영역과 계면 사이에 한정된 경계로부터 연장된다. 일부 실시양태에서, 중간 영역은 경계로부터 약 400 미크론 이하, 약 200 미크론 이하, 약 100 미크론 이하, 약 50 미크론 이하, 약 10 미크론 이하, 또는 심지어 약 5 미크론 이하의 거리로 연장된다. 일부 실시양태에서, 중간 영역은 경계로부터 약 5 미크론 이상, 약 10 미크론 이상, 약 5O 미크론 이상, 약 100 미크론 이상, 또는 심지어 약 200 미크론 이상의 거리로 연장된다.In one embodiment, the PCD member bonds with the substrate at the interface and the middle region of the PCD member extends from the defined boundary between the low melting point region and the interface. In some embodiments, the intermediate region extends from the boundary at a distance of about 400 microns or less, about 200 microns or less, about 100 microns or less, about 50 microns or less, about 10 microns or less, or even about 5 microns or less. In some embodiments, the intermediate region extends from the boundary at a distance of at least about 5 microns, at least about 10 microns, at least about 50 microns, at least about 100 microns, or even at least about 200 microns.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 중간 영역의 간극은 소결 보조제 또는 다이아몬드용 촉매 물질, 예를 들어 코발트에 의해 50% 이상 충전된다.In one embodiment of the invention, the gap in the middle region is at least 50% filled by a sintering aid or catalyst material for diamond, for example cobalt.

일부 실시양태에서, 저 융점 영역은 작업 표면으로부터 PCD 부재 내의 깊이로 연장되며, 그 깊이는 약 1,000 미크론 이하, 약 500 미크론 이하, 또는 약 100 미크론 이하이다. 일부 실시양태에서, 저 융점 영역은 작업 표면으로부터 PCD 부재 내의 깊이로 연장되며, 그 깊이는 약 5 미크론 이상, 약 10 미크론 이상, 약 50 미크론 이상, 약 100 미크론 이상, 또는 심지어 약 200 미크론 이상이다.In some embodiments, the low melting point region extends from the working surface to a depth in the PCD member, the depth of which is no greater than about 1,000 microns, no greater than about 500 microns, or no greater than about 100 microns. In some embodiments, the low melting point region extends from the working surface to a depth in the PCD member, the depth of which is at least about 5 microns, at least about 10 microns, at least about 50 microns, at least about 100 microns, or even at least about 200 microns. .

하나의 실시양태에서, 저 융점 영역은 지층 또는 층의 형태로 존재한다. 일부 실시양태에서, 저 융점 영역은 작업 표면으로부터 약 40 미크론 이상, 약 100 미크론 이상, 또는 심지어 약 200 미크론 이상의 깊이로 연장되는 층 또는 지층의 형태로 존재한다.In one embodiment, the low melting point region is in the form of strata or layers. In some embodiments, the low melting point region is in the form of a layer or strata extending from a working surface to a depth of at least about 40 microns, at least about 100 microns, or even at least about 200 microns.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 저 융점 영역 내의 간극들은 저 융점 금속성 물질에 의해 약 50% 이상, 약 70% 이상, 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상 충전되어 있다.In one embodiment of the invention, the gaps in the low melting region are filled by at least about 50%, at least about 70%, at least about 80%, or at least about 90% by the low melting point metallic material.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 저 융점 금속성 물질은 대기압에서 1,100℃보다 낮은 융점을 갖는다.In one embodiment of the invention, the low melting metallic material has a melting point lower than 1,100 ° C. at atmospheric pressure.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 저 융점 금속성 물질은 대기압에서 약 600℃ 초과, 또는 약 700℃ 초과의 융점을 갖는다.In one embodiment of the present invention, the low melting metallic material has a melting point above about 600 ° C., or above about 700 ° C. at atmospheric pressure.

본 발명의 실시양태는 PCD 부재가 섭씨 수백 도의 온도에서 공구 운반체 상으로 융착되는 경우에 상기 저 융점 금속성 물질은 실질적으로 용융되지 않는 이점을 갖는다.Embodiments of the present invention have the advantage that the low melting point metallic material does not substantially melt when the PCD member is fused onto the tool carrier at a temperature of several hundred degrees Celsius.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 저 융점 금속성 물질은 대기압에서 약 1,000℃ 미만에서 안정한 카바이드를 형성할 정도로 반응할 수 없다.In one embodiment of the present invention, the low melting metallic material cannot react to such an extent that it forms a stable carbide at less than about 1,000 ° C. at atmospheric pressure.

본 발명의 실시양태는 저 융점 금속성 물질이 다이아몬드와 반응하여 카바이드를 형성하지 않는 이점을 갖는다. 카바이드 그레인의 형성은 제조시 저 융점 금속성 물질의 침투 속도를 지연시키고, 새로운 상과 화합물의 형성에 의해 발생하는 부피 변화로 인해 간극들 내에 바람직하지 않은 응력을 발생시킬 수 있다. PCD의 저 융점 금속성 물질과 다이아몬드 간의 반응에 의해 반응 생성물로서 형성되는 카바이드는 일부 주변 다이아몬드가 반응하는 희생을 요할 것이며, 이는 마이크로구조의 일체성(integrity)을 위협할 수 있다.Embodiments of the present invention have the advantage that the low melting point metallic material does not react with diamond to form carbides. The formation of carbide grains delays the rate of penetration of low melting point metallic materials in manufacturing and can cause undesirable stresses in the gaps due to volume changes caused by the formation of new phases and compounds. Carbide, which is formed as a reaction product by the reaction between the low melting point metallic material of the PCD and diamond, will require the sacrifice of some surrounding diamond to react, which can threaten the integrity of the microstructure.

본 발명의 일부 실시양태에서, 저 융점 금속성 물질은 원소 형태의 Ag, Mg, Cu 또는 Pb, 또는 이들 원소 중 임의의 것을 포함하는 합금이고, 일부 실시양태에서 저 융점 금속성 물질은 원소 형태의 Ag 또는 Cu, 또는 이들 원소 중 임의의 것을 포함하는 합금이다. 하나의 실시양태에서, 저 융점 금속성 물질은 실질적으로 산화에 대해 저항성인 특징을 갖는다.In some embodiments of the invention, the low melting metallic material is Ag, Mg, Cu or Pb in elemental form, or an alloy comprising any of these elements, and in some embodiments the low melting metallic material is Ag or Cu or an alloy containing any of these elements. In one embodiment, the low melting metallic material is characterized by being substantially resistant to oxidation.

본 발명의 실시양태는 실질적으로 강도를 희생시키지 않고 개선된 열 안정성을 갖는 이점을 제공한다.Embodiments of the present invention provide the advantage of improved thermal stability without substantially sacrificing strength.

본 발명의 하나의 실시양태에서, PCD 부재는 시멘트 카바이드 기재, 예를 들어 코발트-시멘트 텅스텐 카바이드 기재와 계면에서 결합하고, 하나의 실시양태에서, PCD 부재는 PCD와 경질-금속 중간의 열팽창 계수를 갖는 결합 층을 통해 경질-금속 기재와 결합한다. 하나의 실시양태에서, 결합 층은 다이아몬드 그레인 및 금속 카바이드를 포함하고, 이때 다이아몬드 그레인은 서로 실질적으로 결합하지 않는다. 하나의 실시양태에서, PCD 부재는 작업 표면으로부터 이격된 중간 영역을 포함하며, 이때 간극들은 다이아몬드용 촉매 물질에 의해 50% 이상 충전되고, 중간 영역은 계면에 인접해 있으며, 저 융점 영역은 계면으로부터 이격되어 있다.In one embodiment of the invention, the PCD member binds at the interface with a cement carbide substrate, such as a cobalt-cement tungsten carbide substrate, and in one embodiment, the PCD member has a coefficient of thermal expansion between the PCD and the hard-metal intermediate. It binds with the hard-metal substrate through the bonding layer having. In one embodiment, the bonding layer comprises diamond grains and metal carbide, wherein the diamond grains do not substantially bond with each other. In one embodiment, the PCD member comprises an intermediate region spaced from the working surface, wherein the gaps are filled at least 50% by the catalytic material for diamond, the intermediate region is adjacent to the interface, and the low melting point region is from the interface. Are spaced apart.

본 발명의 제 2 양태는 공구용 인서트를 제공하며, 이때 상기 인서트는 본 발명에 따른 PCD 부재의 실시양태를 포함한다.A second aspect of the invention provides an insert for a tool, wherein the insert comprises an embodiment of a PCD member according to the invention.

본 발명의 제 3 양태는 본 발명에 따른 인서트의 실시양태를 포함하는 공구를 제공한다.A third aspect of the invention provides a tool comprising an embodiment of an insert according to the invention.

일부 실시양태에서, 공구는 경질 또는 연마재 작업편 또는 다른 몸체, 예를 들어 암반, 콘크리트, 아스팔트, 금속 또는 경질 복합체 물질을 기계가공, 드릴링, 시추, 절삭, 또는 다르게는 형성 또는 분해하는 데 적합하다. 일부 실시양태에서, 공구는, 오일 및 가스 드릴링 및 광산에서 사용될 수 있는 지하 시추, 암반 드릴링 또는 암반 분해에 사용하기 위한 드릴 비트이고, 하나의 실시양태에서, 공구는 오일 및 가스 산업에서 지하 시추 및 암반 드릴링에 사용하기 위한 회전 드래그 비트이다.In some embodiments, the tool is suitable for machining, drilling, drilling, cutting, or otherwise forming or decomposing hard or abrasive workpieces or other bodies, such as rock, concrete, asphalt, metal or hard composite materials. . In some embodiments, the tool is a drill bit for use in underground drilling, rock drilling or rock decomposition that can be used in oil and gas drilling and mining, and in one embodiment, the tool is used for underground drilling and Rotating drag bit for use in rock drilling.

본 발명의 제 4 양태는 PCD 부재의 제조 방법으로서, 이는 PCD 몸체의 간극들 내에 소결 보조제를 포함하는 PCD 몸체를 제공하는 단계; 다결정질 다이아몬드 부재의 일부로부터 소결 보조제의 적어도 일부를 제거하여 작업 표면에 인접한 다공성 영역을 형성하는 단계; 및 대기압에서 약 1,300℃ 미만, 또는 대기압에서 약 1,200℃ 미만의 융점을 갖는 저 융점 금속성 물질을 다공성 영역의 적어도 일부에 침입 또는 침투시키는 단계를 포함한다.A fourth aspect of the invention is a method of making a PCD member, comprising: providing a PCD body comprising a sintering aid in the gaps of the PCD body; Removing at least a portion of the sintering aid from a portion of the polycrystalline diamond member to form a porous region adjacent the work surface; And invading or infiltrating at least a portion of the porous region with a low melting point metallic material having a melting point of less than about 1,300 ° C. at atmospheric pressure, or less than about 1,200 ° C. at atmospheric pressure.

하나의 실시양태에서, 실질적으로 모든 소결 보조제가 PCD 부재로부터 제거된다.In one embodiment, substantially all of the sintering aid is removed from the PCD member.

본 발명의 방법의 하나의 실시양태는 다공성 영역 부분 내의 공극을 저 융점 금속성 물질에 의해 충전되는 것을 방지 또는 회피하는 것을 포함한다.One embodiment of the method of the present invention includes preventing or avoiding filling of voids in the portion of the porous region with low melting point metallic material.

본 발명의 방법의 하나의 실시양태는 저 융점 금속성 물질에 의해 충전되지 않은 다공성 영역 부분 내로 다이아몬드용 촉매 물질, 예를 들어 코발트를 포함하는 물질을 침투시키는 것을 포함한다.One embodiment of the method of the invention comprises infiltrating a catalyst material for diamond, for example a material comprising cobalt, into a portion of the porous region not filled by a low melting point metallic material.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 충분한 또는 특정 양의 저 융점 금속성 물질을 다공성 영역 내로 도입하여 다이아몬드용 촉매 물질을 포함하는 물질에 의해 침투되도록 하는 방식의 온도 조절 사이클이 사용된다.
In one embodiment of the present invention, a temperature control cycle is employed in which a sufficient or specific amount of low melting point metallic material is introduced into the porous region so as to be penetrated by the material comprising the catalytic material for diamond.

이제 비-제한적 실시양태를 도면을 참조하여 기술한다.
도 1은 PCD 부재의 실시양태의 개략적인 종 단면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 실시양태의 영역의 개략적인 확대 단면도를 나타낸다.
도 3a는 PCD 콤팩트 또는 인서트의 제조 방법의 실시양태에 사용되는 부품의 개략적인 투시도를 나타낸다.
도 3b는 PCD 콤팩트 또는 인서트의 실시양태의 개략적인 투시도를 나타낸다.
달리 나타내지 않는 한, 도면 모두에서 동일한 참조기호는 동일한 특징부를 나타낸다.
Non-limiting embodiments are now described with reference to the drawings.
1 shows a schematic longitudinal cross sectional view of an embodiment of a PCD member.
2 shows a schematic enlarged cross-sectional view of the area of the embodiment shown in FIG. 1.
3A shows a schematic perspective view of a part used in an embodiment of a method of making a PCD compact or insert.
3B shows a schematic perspective view of an embodiment of a PCD compact or insert.
Unless indicated otherwise, like reference numerals in the drawings denote like features.

본원에 사용된 인서트 또는 부재의 "작업 표면"은, 사용시 작업중인 작업편 또는 몸체와 접촉할 수 있는 인서트 또는 부재의 임의의 부분이다. 또한, 임의의 작업 표면 부분이 작업 표면인 것으로 이해된다.As used herein, a “working surface” of an insert or member is any portion of an insert or member that, in use, can come into contact with the workpiece or body being worked on. It is also understood that any work surface portion is a work surface.

본원에 사용된 "저 융점 금속성 물질"이라는 용어는, 높은 전기 전도도, 열 전도도 및 파괴 인성을 비롯한 금속 특성을 갖는 원소 또는 합금 형태의 금속을 의미한다. 이 용어는 금속 화합물, 예를 들어 금속 카바이드, 옥사이드, 나이트라이드, 카보-나이트라이드, 및 다른 세라믹, 또는 금속 특성을 갖지 않는 저 융점 금속간 물질을 배제한다.As used herein, the term "low melting point metallic material" means a metal in the form of an element or alloy with metallic properties including high electrical conductivity, thermal conductivity and fracture toughness. The term excludes metal compounds such as metal carbides, oxides, nitrides, carbo-nitrides, and other ceramics, or low melting point intermetallic materials that do not have metal properties.

본원에 사용된 다이아몬드용 촉매 물질은, 다이아몬드가 그래파이트보다 열역학적으로 더 안정한 압력 및 온도 조건 하에서 다이아몬드의 그레인들의 동반 침전, 성장 및/또는 소결을 촉진할 수 있는 물질이다. 다이아몬드용 촉매 물질의 예는 철, 니켈, 코발트, 망간, 및 이들 원소들 중 임의의 것을 포함하는 특정 합금이다. 일부 다이아몬드용 촉매 물질은 대기압, 특히 상승된 온도에서 다이아몬드가 그래파이트로 전환하는 것을 촉진할 수 있다.As used herein, the catalyst material for diamond is a material that can promote the accompanying precipitation, growth and / or sintering of grains of diamond under pressure and temperature conditions where diamond is thermodynamically more stable than graphite. Examples of catalytic materials for diamond are iron, nickel, cobalt, manganese, and certain alloys including any of these elements. Some catalyst materials for diamond can promote the conversion of diamond to graphite at atmospheric pressure, especially at elevated temperatures.

도 1 및 2를 참조하면, PCD 인서트(200)의 실시양태는 계면(116)에서 시멘트 카바이드 기재(220)와 연결된 PCD 부재(100)의 실시양태를 포함한다. PCD 부재(100)의 실시양태는 내부 다이아몬드 표면(102)을 갖고, 내부 다이아몬드 표면(102)은 이들 간의 간극(104)을 한정한다. PCD 부재(100)는 작업 표면(114) 및 이 작업 표면(114)에 인접한 저 융점 영역(111)을 추가로 포함하며, 이때 간극(104)은 대기압에서 약 1,300℃ 미만, 또는 대기압에서 1,200℃ 미만의 융점을 갖는 저 융점 금속성 물질에 의해 적어도 부분적으로 충전된다. 중간 영역(112)은 경계(116)로부터 약 5 내지 약 600 미크론 거리로 연장되고, 중간 영역(112)의 간극(104)은 다이아몬드용 촉매 물질에 의해 적어도 부분적으로 충전된다. 이러한 실시양태에서, 경계는 계면(모두 참조기호 116으로 표시됨)이다.1 and 2, an embodiment of PCD insert 200 includes an embodiment of PCD member 100 connected with cement carbide substrate 220 at interface 116. Embodiments of the PCD member 100 have an inner diamond surface 102, which defines a gap 104 therebetween. The PCD member 100 further includes a work surface 114 and a low melting point region 111 adjacent to the work surface 114, wherein the gap 104 is less than about 1,300 ° C. at atmospheric pressure, or 1,200 ° C. at atmospheric pressure. At least partially filled by a low melting metallic material with a melting point of less than. The intermediate region 112 extends about 5 to about 600 microns away from the boundary 116, and the gap 104 in the intermediate region 112 is at least partially filled by the catalytic material for diamond. In this embodiment, the boundary is an interface (all denoted by reference numeral 116).

당해 분야 숙련자는 제품 유형에 따라 다양한 모양과 크기의 PCD 인서트를 제조할 수 있을 것으로 생각된다. 인서트는, 이것이 고온 처리 가능한, 따라서 높은 열 안정성이 중요한 제품에 사용되는 경우에 특히 유리하다. 특히 바람직한 제품은 오일 및 가스 산업에서 암반 드릴링 및 지하 시추용으로 사용되는 회전 드릴 비트용 인서트이다.It is contemplated that those skilled in the art will be able to produce PCD inserts of various shapes and sizes depending on the type of product. The insert is particularly advantageous when it is used in articles which are capable of high temperature processing and therefore high thermal stability is important. Particularly preferred products are inserts for rotary drill bits used for rock drilling and underground drilling in the oil and gas industry.

도 3a를 참조하면, PCD 부재의 제조 방법의 실시양태는 당해 분야에 널리 공지된 초-고압 및 고온(HPHT) 방법을 사용하여 제조된 PCD 인서트(300)를 제공하는 것을 포함한다. 인서트(300)는 시멘트 카바이드 경질-금속 기재(320)와 일체로 결합된 PCD 부재(310)를 포함한다. PCD 부재(310)의 미소 간극(도시되지 않음)은 실질적으로 코발트 촉매 물질에 의해 충전된다. PCD 부재(310)의 적어도 일부가 인서트(300)에서 탈착하여 PCD 몸체(311)를 생성한다. PCD 부재(310)를 탈착시키는 한 방법은 기재(320)를 분쇄해 버리는 것이다. 촉매물질이 간극으로부터 제거되도록 PCD 몸체(311)를 처리하여 다공성이고 열적으로 안정한 PCD 부재(312)를 생성한다. 이어서, 다공성 PCD 부재(312)는 그 한 면을 제 2 시멘트 카바이드 기재(340)와 접촉시키고 다른 면을 저 융점 금속성 물질의 공급원(330)과 접촉시킨다. 공급원(330)은 얇은 호일 또는 디스크, 또는 분말 형태로 존재할 수 있다. 기재(340)는 텅스텐 카바이드 그레인 및 코발트 금속 결합제를 포함하고, 이때 금속 결합제는 촉매 물질로 작용하여 다이아몬드 그레인의 성장 및 소결을 촉진할 수 있다. Referring to FIG. 3A, an embodiment of a method of making a PCD member includes providing a PCD insert 300 manufactured using the ultra-high pressure and high temperature (HPHT) methods well known in the art. Insert 300 includes a PCD member 310 integrally coupled with cement carbide hard-metal substrate 320. The microgap (not shown) of the PCD member 310 is substantially filled by the cobalt catalyst material. At least a portion of the PCD member 310 is detached from the insert 300 to produce the PCD body 311. One way to detach the PCD member 310 is to crush the substrate 320. The PCD body 311 is processed to remove the catalyst material from the gap to create a porous and thermally stable PCD member 312. The porous PCD member 312 then contacts one side with the second cement carbide substrate 340 and the other side with a source 330 of low melting point metallic material. Source 330 may be in the form of a thin foil or disc, or powder. The substrate 340 may include tungsten carbide grains and cobalt metal binders, where the metal binders may act as catalyst materials to promote growth and sintering of diamond grains.

이렇게 기재(340)와 호일 또는 디스크(330) 사이에 "샌드위치"된 다공성 PCD 부재(312)는 저 융점 금속성 물질과 기재(340)의 코발트 금속 결합제를 용융시키기에 충분히 높은 온도에서 과잉의 약 5 GPa의 초고압에서 처리되어, 이의 일부가 다공성 PCD 부재(312) 내로 침투되도록 한다. 온도 사이클은, 코발트 금속 결합제 물질이 다공성 PCD 부재(312) 내로 용융하여 침투하기 전에, 충분한 또는 특정 양의 저 융점 금속성 물질이 다공성 PCD 부재(312) 내로 도입되도록 하는 방식으로 제어될 수 있다. 이러한 처리 후에, 생성 인서트를 제거하고, 시멘트 카바이드 기재(220)와 결합된 PCD 부재(100)를 포함하는 도 3b에 나타낸 마무리된 PCD 인서트(200)의 실시양태를 생성하도록 최종 치수 및 공차로 가공한다.The porous PCD member 312 thus “sandwiched” between the substrate 340 and the foil or disk 330 may have an excess of about 5 at a temperature high enough to melt the low melting point metallic material and the cobalt metal binder of the substrate 340. It is processed at the very high pressure of GPa to allow some of it to penetrate into the porous PCD member 312. The temperature cycle can be controlled in such a way that a sufficient or specific amount of low melting point metallic material is introduced into porous PCD member 312 before the cobalt metal binder material melts and penetrates into porous PCD member 312. After this treatment, the resulting insert is removed and processed to final dimensions and tolerances to produce an embodiment of the finished PCD insert 200 shown in FIG. 3B that includes the PCD member 100 associated with the cement carbide substrate 220. do.

하나의 실시양태에서, PCD 몸체는 한 쌍의 대향 표면 간의 두께로서 약 1.5 mm 이상, 또는 약 1.8 mm 이상의 두께를 가지며, 이때 표면 쌍 중 하나는 저 융점 금속성 물질의 공급원과 접촉하고, 표면 쌍 중 다른 하나는 다이아몬드용 촉매 물질의 공급원과 접촉한다.In one embodiment, the PCD body has a thickness of at least about 1.5 mm, or at least about 1.8 mm, as a thickness between a pair of opposing surfaces, wherein one of the surface pairs is in contact with a source of low melting point metallic material, and among the surface pairs The other is in contact with a source of catalyst material for diamond.

본 발명의 방법의 하나의 실시양태는 저 융점 금속성 물질의 공급원을 저 융점 금속성 물질의 융점과 촉매 물질의 융점 사이의 온도로 가열하는 단계, 및 이 온도를 저 융점 금속성 물질의 침투 또는 침입이 완료되기에 충분한 시간 동안 상기 범위 내로 유지하는 단계를 포함한다. 하나의 실시양태에서는, 이 온도를 이어서 촉매 물질의 도입이 완료되는 시간 동안 촉매 물질의 융점보다 높은 온도로 증가시킨다.One embodiment of the method of the present invention comprises heating a source of low melting metal material to a temperature between the melting point of the low melting metal material and the melting point of the catalytic material, and the infiltration or penetration of the low melting metal material completed. Maintaining within said range for a time sufficient to become. In one embodiment, this temperature is then increased to a temperature above the melting point of the catalyst material for the time that the introduction of the catalyst material is complete.

상기 방법의 하나의 실시양태는 다공성 PCD 몸체의 한 표면을 은 공급원과 접촉시키는 단계, PCD 몸체의 또 다른 표면을 코발트 공급원과 접촉시켜 어셈블리를 형성하는 단계, 이 어셈블리를 약 5.5 GPa 이상의 압력에 적용시키는 단계, 이 어셈블리를 상기 압력에서 은의 융점 초과 및 상기 압력에서 코발트의 융점 미만의 범위의 온도로 가열하는 단계, 및 이 온도를 약 2분 이상 또는 약 3분 이상의 시간 동안 상기 범위로 유지하는 단계, 및 이어서 이 온도를 상기 압력에서 코발트의 융점 초과로 증가시키는 단계를 포함한다.One embodiment of the method comprises contacting one surface of the porous PCD body with a silver source, contacting another surface of the PCD body with a cobalt source to form an assembly, applying the assembly to a pressure of at least about 5.5 GPa Heating the assembly to a temperature in the range above the melting point of silver at the pressure and below the melting point of cobalt at the pressure, and maintaining the temperature in the range for at least about 2 minutes or at least about 3 minutes. And then increasing this temperature above the melting point of cobalt at said pressure.

상기 방법의 하나의 실시양태는 다공성 PCD 몸체의 한 표면을 구리 공급원과 접촉시키는 단계, PCD 몸체의 또 다른 표면을 코발트 공급원과 접촉시켜 어셈블리를 형성하는 단계, 이 어셈블리를 약 5.5 GPa 이상의 압력에 적용시키는 단계, 이 어셈블리를 상기 압력에서 구리의 융점 초과 및 상기 압력에서 코발트의 융점 미만의 범위의 온도로 가열하는 단계, 및 이 온도를 약 1분 이상 또는 약 2분 이상의 시간 동안 상기 범위로 유지하는 단계, 및 이어서 이 온도를 상기 압력에서 코발트의 융점 초과로 증가시키는 단계를 포함한다.One embodiment of the method comprises contacting one surface of the porous PCD body with a copper source, contacting another surface of the PCD body with a cobalt source to form an assembly, applying the assembly to a pressure of at least about 5.5 GPa Heating the assembly to a temperature in the range above the melting point of copper at the pressure and below the melting point of cobalt at the pressure, and maintaining the temperature in the range for a time of at least about 1 minute or at least about 2 minutes. And then increasing this temperature above the melting point of cobalt at said pressure.

일부 실시양태에서, 시간은 약 15분 이하, 또는 심지어 약 10분 이하이다.In some embodiments, the time is about 15 minutes or less, or even about 10 minutes or less.

소결된 PCD 몸체는 약 5.5 GPa 이상의 압력 및 약 1,300℃ 이상의 온도에서 다이아몬드용 촉매 물질의 존재 하에 다이아몬드 그레인을 함께 소결함으로써 초고압 로(furnace)에서 생성될 수 있다. 촉매 물질은 통상의 전이 금속 유형의 다이아몬드 촉매 물질, 예를 들어 코발트, 철 또는 니켈, 또는 이들의 특정 합금을 포함할 수 있다. 소결된 PCD 몸체는 전체적으로 또는 이의 적어도 일부가 이어서 예를 들어 결합제 촉매 물질의 대부분을 산 침출 공정 또는 당해 분야에 공지된 다른 유사한 공정을 사용하여 PCD 몸체 또는 원하는 영역으로부터 제거하는 것을 통해 열적으로 안정화될 수 있다.Sintered PCD bodies can be produced in ultra high pressure furnaces by sintering diamond grains together in the presence of a catalyst material for diamond at a pressure of at least about 5.5 GPa and at a temperature of at least about 1,300 ° C. The catalytic material may comprise diamond catalyst materials of the conventional transition metal type, such as cobalt, iron or nickel, or certain alloys thereof. The sintered PCD body may be thermally stabilized in whole or at least a portion thereof, for example, by removing most of the binder catalyst material from the PCD body or the desired area using an acid leaching process or other similar processes known in the art. Can be.

PCD 몸체(311)에 존재하는 촉매 물질은 국제특허출원공개 제 WO 2007/042920 호에 개시된 바와 같이 당해 분야에 공지된 임의의 다양한 방법, 예를 들어 전해 에칭, 증발 기법, 산 침출(예컨대, 불화수소산, 질산 또는 이들의 혼합물을 함유하는 액체에의 침윤에 의한), 또는 염소 기체에 의하거나, 또는 다른 방법(예컨대, 남아프리카공화국 특허 제 2006/00378 호에 개시된)에 의해 제거될 수 있다.The catalytic material present in the PCD body 311 can be any of a variety of methods known in the art, such as electrolytic etching, evaporation techniques, acid leaching (eg, fluorination), as disclosed in WO 2007/042920. By immersion into a liquid containing hydrochloric acid, nitric acid or mixtures thereof, or by chlorine gas, or by other methods (e.g., disclosed in South African Patent No. 2006/00378).

상기 방법의 하나의 실시양태에서는, 도 3a에서 PCD 인서트(300)와 유사한 PCD 인서트가 제공된다. PCD 부재의 작업 표면에 인접한 영역은 당해 분야에 공지된 방법에 의해 촉매 물질이 실질적으로 결핍되어, 이 영역이 다공성이도록 한다. 저 융점 금속성 물질이 다공성 영역의 공극들 내로 도입된다. 도입 방법의 파라미터는 다공성 영역 부분 안에 다공도가 유지되도록 제어될 수 있다. 이어서, 촉매 물질이 마스킹되거나 부동태화된 영역의 나머지 공극들 속으로 침투한다. 이는, 촉매 물질의 공급원을 PCD 부재의 작업 표면과 접촉시키고, PCD 인서트와 이 공급원을 PCD의 HPHT 소결에 사용되는 종류의 캡슐 속으로 어셈블리하고, 이 어셈블리를, 촉매 물질이 용융되고 다이아몬드가 그래파이트보다 열적으로 더 안정한 온도 및 초고압에 적용시킴으로써 달성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 압력은 약 5.5 GPa 이상, 약 6 GPa 이상, 또는 약 6.5 GPa 이상이다. 하나의 실시양태에서, 압력은 약 6.8 GPa이다.In one embodiment of the method, a PCD insert similar to PCD insert 300 in FIG. 3A is provided. The region adjacent the working surface of the PCD member is substantially deficient in catalytic material by methods known in the art, such that the region is porous. Low melting point metallic material is introduced into the pores of the porous region. The parameters of the introduction method can be controlled to maintain porosity in the porous region portion. The catalytic material then penetrates into the remaining pores of the masked or passivated region. This brings the source of catalytic material into contact with the working surface of the PCD member and assembles the PCD insert and this source into a capsule of the type used for the HPHT sintering of the PCD, which assembles the catalyst material and melts the diamond over the graphite. It can be achieved by applying to a thermally more stable temperature and ultrahigh pressure. In some embodiments, the pressure is at least about 5.5 GPa, at least about 6 GPa, or at least about 6.5 GPa. In one embodiment, the pressure is about 6.8 GPa.

본 발명에 따른 저 융점 금속성 물질은 다이아몬드에 대해 실질적으로 불활성이고 주위 압력에서 다이아몬드의 용해 또는 분해를 실질적으로 촉진하지 않는다. 이는 PCD 부재 내에서 열 전도성 충전제로서 작용할 수 있다. 임의의 특정 가설에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 저 융점 금속성 물질은 사용중 경험할 수 있는 높은 온도, 즉 약 1,000℃ 이하에서 다이아몬드를 분해시키는 것으로 생각되지는 않는다. 저 융점 금속성 물질이 고체상으로 존재하는 온도에서, 간극들 내에서의 이의 압력은 PCD의 강도를 개선할 수 있다. 또한, 저 융점 금속성 물질의 높은 열 전도도는 침출된 PCD에 비해 다결정질 다이아몬드 부재의 열적 안정성을 추가로 개선할 수 있다. 저 융점 금속성 물질이 용융 상이거나 또는 이에 가까운 온도에서, 저 융점 금속성 물질이 열적으로 팽창하거나 용융함에 따라 간극들로부터의 침출에 의해 PCD 내의 응력이 증가하는 것을 방지할 수 있다. 이들의 융점에 가까운 솔리드(solid) 금속은 일반적으로 크게 감소된 항복 강도를 가지며, 이는 열 팽창 계수의 부정합으로부터 발생할 수 있는 미세-응력의 증가를 감소시킬 수 있다. 이러한 금속의 용융 또는 연화는 고온에서 다결정질 다이아몬드 부재의 작용을 원활하게 하는 추가의 이점을 가질 수 있다. 저 융점 금속성 물질의 낮은 융점은 제조시 이를 다결정질 다이아몬드 부재 내로 침투시키는 데 비교적 낮은 온도가 필요하다는 것을 의미한다. 본 발명의 방법의 일부 실시양태에서, 침투 속도 및 정도는, 매우 높은 온도를 사용할 필요 없이 온도를 제어하여 이의 점도를 제어함으로써 용이하게 제어될 수 있다.The low melting point metallic material according to the invention is substantially inert to diamond and does not substantially promote dissolution or decomposition of the diamond at ambient pressure. It can act as a thermally conductive filler in the PCD member. While not wishing to be bound by any particular hypothesis, low melting point metallic materials are not considered to degrade diamond at high temperatures that may be experienced during use, i. At temperatures where the low melting point metallic material is in the solid phase, its pressure in the gaps can improve the strength of the PCD. In addition, the high thermal conductivity of the low melting metallic material can further improve the thermal stability of the polycrystalline diamond member compared to the leached PCD. At a temperature at or near the low melting point metallic material, it is possible to prevent the stress in the PCD from increasing due to leaching from the gaps as the low melting point metallic material thermally expands or melts. Solid metals near their melting point generally have a greatly reduced yield strength, which can reduce the increase in micro-stress that can result from mismatches in the coefficient of thermal expansion. Melting or softening of such metals may have the added advantage of facilitating the action of the polycrystalline diamond member at high temperatures. The low melting point of the low melting metallic material means that a relatively low temperature is required to penetrate it into the polycrystalline diamond member. In some embodiments of the method of the present invention, the rate and extent of penetration can be easily controlled by controlling the viscosity by controlling the temperature without the need to use very high temperatures.

실시예Example

이하에서는 본 발명을 하기 비-제한적 실시예를 참조하여 단지 예시하는 방식으로 기술한다.The present invention is described below by way of illustration only with reference to the following non-limiting examples.

실시예 1Example 1

오일 및 가스 드릴링을 위한 회전 드래그 비트에 사용되는 약 16 mm의 직경을 갖는 PCD 인서트를 출발 부품으로 사용하였다. 이 인서트는 실질적으로 실린더 형태이고 Co-시멘트 WC 경질-금속 기재와 일체로 결합된 PCD 층으로 구성되었다. PCD 층은 두께가 약 2.3 mm이고, 다이아몬드 그레인 크기 분포는 다봉형(multi-modal)으로서, 약 20 미크론 미만의 평균 그레인 크기를 갖는 소결된 다이아몬드 그레인을 포함하고, 다이아몬드 그레인들 간의 간극들은 PCD 소결 단계 동안 경질-금속 기재로부터 공급된 촉매 금속인 Co로 충전되어 있다. 실질적으로 모든 경질-금속 기재가 PCD 층으로부터 기계가공되어, PCD 디스크를 제공하였다. 이어서, 수일 동안 이를 불화수소산과 질산의 혼합물에 침윤시켜 실질적으로 모든 Co를 PCD 디스크로부터 제거하여, 다공성의 탈착된 PCD 디스크를 생성하였다. PCD 디스크를 진공 하에서 열 처리하여 존재할 수도 있는 임의의 잔류 유기 불순물들을 제거(즉, 탈기)하였다.PCD inserts with a diameter of about 16 mm used for rotary drag bits for oil and gas drilling were used as starting parts. This insert consisted of a PCD layer substantially cylindrical in shape and integrally bonded with a Co-cement WC hard-metal substrate. The PCD layer is about 2.3 mm thick and the diamond grain size distribution is multi-modal, comprising sintered diamond grains having an average grain size of less than about 20 microns, and the gaps between the diamond grains are PCD sintered. It is filled with Co, the catalytic metal supplied from the hard-metal substrate during the step. Virtually all hard-metal substrates were machined from the PCD layer to provide PCD discs. This was then infiltrated with a mixture of hydrofluoric acid and nitric acid for several days to remove substantially all Co from the PCD disk, resulting in a porous desorbed PCD disk. The PCD disc was heat treated under vacuum to remove (ie, degas) any residual organic impurities that may be present.

이어서, 다공성 PCD 디스크를 한 면으로부터는 코발트에 의해 다른 면으로부터는 구리에 의해 재-침투시키고, 동시에 제 2 Co-시멘트 WC 기재와 재-결합시켰다. 이러한 재-침투 단계는, 다이아몬드가 열역학적으로 안정한 약 5 GPa 초과의 초고압 및 Co가 상기 초고압에서 용융되는 약 1,400℃의 온도에서 수행되었다. 이 단계를 수행하기 위해, 프리폼(pre-form) 어셈블리를 제조하였고, 이 프리폼 어셈블리는 실린더형 기재의 평탄한 표면 위에 위치한 다공성 PCD 디스크 및 이 다공성 PCD 디스크 위에 위치한 얇은 구리 필름을 포함하였다. 구리 필름은 두께가 0.5 mm 미만이고, 아세톤 욕조에서 초음파 세정되었다.The porous PCD discs were then re-penetrated with cobalt from one side and copper from the other side and simultaneously re-bonded with the second Co-cement WC substrate. This re-penetration step was performed at an ultrahigh pressure of greater than about 5 GPa, in which the diamond was thermodynamically stable, and at a temperature of about 1,400 ° C. where Co was melted at that ultrahigh pressure. To carry out this step, a pre-form assembly was prepared, which included a porous PCD disc located on the flat surface of the cylindrical substrate and a thin copper film located on the porous PCD disc. The copper film was less than 0.5 mm thick and was ultrasonically cleaned in an acetone bath.

이렇게 구리 호일과 기재 사이에 "샌드위치"된 PCD 디스크를 포함하는 어셈블리를, 당해 분야에 널리 공지된 바와 같이, 내열 금속 자켓 내에 두고, 이를 이어서 세라믹 지지체 내에 둔 다음, 또 다른 금속 케이싱 내에 밀봉시켰다. 이 프리폼 어셈블리를 초고압 로용 캡슐 속으로 어셈블리하고 초고압 및 온도에 적용시켰다. 목표 압력에 도달되면, 소정의 시간에 걸쳐 온도를 주위 온도에서 최대 수준까지 증가시켰다.An assembly comprising a PCD disc so "sandwiched" between the copper foil and the substrate was placed in a heat resistant metal jacket, as is well known in the art, and then placed in a ceramic support and then sealed in another metal casing. This preform assembly was assembled into an ultrahigh pressure furnace capsule and subjected to ultrahigh pressure and temperature. Once the target pressure was reached, the temperature was increased from ambient temperature to maximum level over a period of time.

재-침투 단계 이후에, 인서트를 초고압 장치로부터 제거하고 케이싱 및 자켓을 제거하였다. 이어서, 인서트를 축 평면을 따라 두 부분으로 잘게 나누어, 두 개의 단면을 생성하였다. 이들 표면 중 하나를 연마하고 SEM(주사 전자 현미경)으로 분석하였더니, PCD가 기재와 잘 결합되어 있고 PCD 내의 실질적으로 모든 간극들이 구리, 코발트 또는 이들의 조합, 및 코발트에 의해 충전되어 있음이 밝혀졌다. 구리는 평탄한 작업 표면으로부터 약 1.7 mm의 깊이로 침투하고, 평탄한 작업 표면으로부터 약 1.3 mm 깊이에 있는 영역은 코발트가 실질적으로 없다. 기재로부터 약 0.2 mm 내에 있는 PCD 간극들은 주로 코발트로 충전되지만, 일부 구리도 나타났다.After the re-infiltration step, the insert was removed from the ultrahigh pressure device and the casing and jacket were removed. The insert was then divided into two parts along the axial plane to create two cross sections. One of these surfaces was polished and analyzed by scanning electron microscopy (SEM), revealing that the PCD is well bonded to the substrate and substantially all of the gaps within the PCD are filled by copper, cobalt or a combination thereof, and cobalt. lost. Copper penetrates to a depth of about 1.7 mm from the flat working surface and the area at about 1.3 mm from the flat working surface is substantially free of cobalt. PCD gaps within about 0.2 mm from the substrate were mainly filled with cobalt, but some copper also appeared.

제 2 시험 인서트를 위와 같이 제조하고, 숙련자가 인식하고 있는 바와 같이 적절히 제조된 인서트를 사용하여 수직 터렛(turret) 밀링 장치상에 장착된 그래파이트 블록을 기계가공하는 것을 포함하는 습윤 시험에 적용시켰다. PCD 층은 우수한 내마모성 및 열 안정성을 나타내었다.A second test insert was prepared as above and subjected to a wet test that involves machining graphite blocks mounted on a vertical turret milling device using appropriately prepared inserts as the skilled person will recognize. The PCD layer showed good wear resistance and thermal stability.

실시예 2Example 2

구리 호일 대신에 은 호일을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정을 사용하여 재-침투된 인서트를 제조하였다. 또한, 이 인서트를 실시예 1에서와 같이 분석하고 시험하였다.Re-penetrated inserts were prepared using the same process as in Example 1 except that silver foil was used instead of copper foil. This insert was also analyzed and tested as in Example 1.

은은 평탄한 작업 표면으로부터 PCD 내로 약 2.2 mm 깊이로 구리보다 더 깊이 침투하였다. 이는 은의 더 낮은 융점, 결과적으로 구리보다 더 이른 단계에서 용융되고, 따라서 코발트가 용융되어 반대 방향으로부터 침투하기 시작하기 전에 다공성 PCD가 침투하는 시간이 더 소요되기 때문으로 생각된다.Silver penetrated deeper than copper to about 2.2 mm deep into the PCD from a flat working surface. This is thought to be due to the lower melting point of the silver, consequently melting at an earlier stage than copper, and therefore the time required for the porous PCD to penetrate before the cobalt melts and begins to penetrate from the opposite direction.

실시예 3Example 3

다공성 PCD 디스크를 실시예 2에 기술된 공정을 사용하여 제조하고, 은을 초고압 처리 전에 공극들 내로 도입시킬 수 있다. 이는, 다공성 PCD를 그래파이트 용기 안에 두고, 이 위에, 아세톤 욕조에서 초음파 세정된 은 필름을 배치함으로써 달성될 수 있다. 이어서, 이 용기를 로에 위치시키고, 이 내용물을 은의 융점 초과, 즉 약 1,000℃로 진공 하에서 가열하여, 은 호일이 용융하여 PCD 디스크를 침투하도록 할 수 있다.Porous PCD discs can be made using the process described in Example 2 and silver can be introduced into the voids before the ultrahigh pressure treatment. This can be accomplished by placing the porous PCD in a graphite vessel and placing the ultrasonically cleaned silver film in an acetone bath on top of it. The vessel can then be placed in a furnace and the contents heated to above the melting point of silver, ie, at about 1,000 ° C. under vacuum, so that the silver foil melts and penetrates the PCD disc.

실시예 4Example 4

다공성 PCD 디스크를 실시예 2에 기술된 공정을 사용하여 제조하고, 은을 스퍼터링한 후 용융시키는 것에 의해 PCD 디스크의 표면 위로 은의 매우 얇은 필름을 침착시킴으로써 은을 초고압 처리 전에 공극들 속으로 도입시킬 수 있다. 단지 공극의 10%만을 은으로 충전하고, 따라서 은이 PCD의 두께 약 10%의 깊이, 즉 평탄한 표면으로부터 약 230 미크론의 깊이로 침투하고, 나머지 공극들은 실질적으로 빈 상태가 되기에 충분한 은을 제공하는 침착된 은의 질량을 계산할 수 있다. 이 질량은 약 12.5 mg일 수 있다. 필름 두께는 PCD 표면에 걸쳐 가능한 한 균일하여야 한다.Porous PCD discs can be prepared using the process described in Example 2 and silver can be introduced into the voids prior to the ultrahigh pressure treatment by depositing a very thin film of silver over the surface of the PCD disc by sputtering and melting the silver. have. Only 10% of the pores are filled with silver, so silver penetrates to a depth of about 10% of the thickness of the PCD, that is to a depth of about 230 microns from a flat surface, and the remaining pores provide enough silver to be substantially empty. The mass of deposited silver can be calculated. This mass may be about 12.5 mg. The film thickness should be as uniform as possible over the PCD surface.

은-코팅된 PCD를 이어서 그래파이트 용기에 두되, 코팅된 표면이 그래파이트 용기의 베이스로부터(즉, 상부 표면에) 이격되게 두고, 용기를 로에 위치시켰다. 용기 및 이의 내용물을 은의 융점 초과, 즉 약 1,000℃로 진공 하에 가열하여, 은 코팅이 용융하고 PCD 디스크를 침투하도록 할 수 있다.The silver-coated PCD was then placed in a graphite vessel, with the coated surface spaced apart from the base of the graphite vessel (ie at the top surface) and the vessel placed in the furnace. The vessel and its contents may be heated under vacuum to above the melting point of silver, ie about 1,000 ° C., to allow the silver coating to melt and penetrate the PCD disc.

실시예 5Example 5

실시예 1에 개시된 것과 유사한 공정에 따라 독립의 완전히 침출된 PCD 디스크를 제조하였다. 두 개 이상의 뚜렷한 피크로 용해될 수 있는 크기 분포를 갖는 다이아몬드 분말을 코발트 시멘트 텅스텐 카바이드 기재에 대해 위치시키고, 이 어셈블리를 내화 금속 자켓 내에 캡슐화시키고, 약 5.5 GPa 이상의 압력 및 약 1,500℃ 이상의 온도로 처리하여 다이아몬드 분말을 기재와 결합된 PCD 층으로 소결시켰다. 소결 후, 카바이드 베이스를 래핑(lap)하고, 당해 분야에 널리 공지된 바와 같이, 산 액체 중의 침출에 의해 실질적으로 모든 코발트를 PCD의 간극들로부터 제거하여 일반적으로 디스크 형태를 갖는 다공성 PCD 몸체를 형성함으로써 PCD 디스크를 기재로부터 분리하였다.Independent, fully leached PCD discs were prepared following a process similar to that described in Example 1. A diamond powder having a size distribution capable of dissolving into two or more distinct peaks is placed against a cobalt cement tungsten carbide substrate, and the assembly is encapsulated in a refractory metal jacket and treated at a pressure of at least about 5.5 GPa and at a temperature of at least about 1,500 ° C. The diamond powder was then sintered into a PCD layer bonded to the substrate. After sintering, the carbide base is wrapped and, as is well known in the art, substantially all cobalt is removed from the gaps of the PCD by leaching in acid liquid to form a porous PCD body, generally in the form of a disk. The PCD disc was then separated from the substrate.

구리 디스크를 다공성 PCD 몸체의 한 단부에 대해 위치시키고 코발트 시멘트 텅스텐 카바이드 기재를 PCD 몸체의 반대쪽 단부에 대해 위치시키고, 이 어셈블리를 내화 금속 자켓 내에 캡슐화시켰다. 다공성 PCD 몸체를 이와 같이 기재와 구리 디스크 사이에 샌드위치시켰다. 구리 디스크는 약 0.25 mm의 두께를 가졌고, 직경은 PCD 몸체의 직경과 실질적으로 같았다. 구리 디스크의 질량은 PCD 몸체 부피의 약 10% 미만인 약 420 mg이었고, 이는 침출 과정 동안 생성된 전체 공극을 충전하는 데 필요한 부피 수준을 초과하는 것으로 생각된다.The copper disk was positioned against one end of the porous PCD body and the cobalt cement tungsten carbide substrate was positioned against the opposite end of the PCD body and the assembly was encapsulated in a refractory metal jacket. The porous PCD body was thus sandwiched between the substrate and the copper disk. The copper disk had a thickness of about 0.25 mm and the diameter was substantially the same as the diameter of the PCD body. The mass of the copper disk was about 420 mg, which is less than about 10% of the PCD body volume, which is believed to exceed the volume level needed to fill the entire void created during the leaching process.

이 어셈블리를 HPHT 소결에 대해 당해 분야에 공지된 방식으로 추가로 케이싱하고, 약 1,410℃의 온도 및 약 5.2 GPa의 압력에서 제 2의 고압고온 사이클에 적용시켰다. 구리 및 코발트를 함유하는 PCD 층을 포함하고 기재와 결합된 PCD 인서트를 회수하고 최종 규격으로 기계가공하여 PCD 컷터 인서트를 형성하였다.This assembly was further cased in a manner known in the art for HPHT sintering and subjected to a second high pressure, high temperature cycle at a temperature of about 1,410 ° C. and a pressure of about 5.2 GPa. PCD inserts comprising a PCD layer containing copper and cobalt and bonded with the substrate were recovered and machined to final specifications to form a PCD cutter insert.

이 PCD 컷터 인서트를, 그래파이트 작업편의 고속 회전 컷팅을 포함하는 매우 열적으로 공격적인 시험으로 간주되는 밀링 시험에 적용하였다. 결과에 의하면, 열 안정성은 구리의 재-침투 과정을 겪지 않은 PCD 컷터 인서트 대조군보다 매우 높게 개선된 것으로 나타났다.This PCD cutter insert was subjected to a milling test considered to be a very thermally aggressive test involving the high speed rotational cutting of graphite workpieces. The results show that the thermal stability is much higher than that of the PCD cutter insert control group, which did not undergo the re-infiltration process of copper.

실시예 6Example 6

구리 디스크를 520 mg의 은 분말로 대체한 것을 제외하고는, 실시예 5에 개시된 방법을 사용하여 또 하나의 물질을 제조하였다. 다시 한번, 완전히 침출된 디스크의 약 10 부피%에 해당하는 질량을 선택하였다. 제 2 고압고온 사이클에 대해 선택된 조건은 실시예 5에 사용된 것과 같았다. 이 물질로부터의 성능 결과에 의하면, 열 안정성은 비-재침투된 PCD보다 높게 개선된 것으로 나타났다.Another material was prepared using the method disclosed in Example 5 except that the copper disk was replaced with 520 mg of silver powder. Once again, a mass corresponding to about 10% by volume of the fully leached disc was selected. The conditions selected for the second high pressure and high temperature cycle were the same as those used in Example 5. Performance results from this material indicated that the thermal stability was improved over that of the non-repenetrated PCD.

Claims (17)

내부 다이아몬드 표면들을 갖는 다결정질 다이아몬드(PCD) 부재로서,
상기 내부 다이아몬드 표면들이 이들 간의 간극들을 한정하고,
상기 PCD 부재가
작업 표면;
상기 작업 표면에 인접해 있고, 상기 간극들이 대기압에서 약 1,300℃ 미만의 융점을 갖는 저 융점 금속성 물질에 의해 적어도 부분적으로 충전되어 있는 저 융점 영역; 및
상기 저 융점 영역에 의해 한정된 경계로부터 약 5 내지 약 600 미크론 거리로 연장된 중간 영역
을 포함하고,
상기 중간 영역의 간극들이 다이아몬드용 촉매 물질에 의해 적어도 부분적으로 충전되어 있는, 다결정질 다이아몬드 부재.
A polycrystalline diamond (PCD) member having internal diamond surfaces,
The inner diamond surfaces define the gaps between them,
The PCD member is
Working surface;
A low melting point region adjacent the working surface and at least partially filled by the gaps with a low melting point metallic material having a melting point of less than about 1,300 ° C. at atmospheric pressure; And
An intermediate region extending about 5 to about 600 microns from the boundary defined by the low melting point region
Including,
Wherein the gaps in the middle region are at least partially filled by a catalyst material for diamond.
제 1 항에 있어서,
상기 중간 영역이 상기 경계로부터 약 400 미크론 이하의 거리로 연장된, 다결정질 다이아몬드 부재.
The method of claim 1,
And wherein said intermediate region extends at a distance of about 400 microns or less from said boundary.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 중간 영역이 상기 경계로부터 약 5 미크론 이상의 거리로 연장된, 다결정질 다이아몬드 부재.
The method according to claim 1 or 2,
And wherein said intermediate region extends a distance of at least about 5 microns from said boundary.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간 영역의 간극들이 소결 보조제 또는 다아이몬드용 촉매 물질에 의해 50% 이상 충전되어 있는, 다결정질 다이아몬드 부재.
The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the gaps in the intermediate region are at least 50% filled with a sintering aid or catalyst material for diamond.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저 융점 영역이 상기 작업 표면으로부터 상기 PCD 부재 내로 약 1,000 미크론 이하의 깊이로 연장된, 다결정질 다이아몬드 부재.
The method according to any one of claims 1 to 4,
And the low melting point region extends from the working surface into the PCD member to a depth of about 1,000 microns or less.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저 융점 영역이 상기 작업 표면으로부터 상기 PCD 부재 내로 약 5 미크론 이상의 깊이로 연장된, 다결정질 다이아몬드 부재.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
And the low melting region extends from the working surface into the PCD member to a depth of at least about 5 microns.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저 융점 영역이 지층(stratum) 또는 층의 형태로 존재하는, 다결정질 다이아몬드 부재.
The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein said low melting point region is in the form of a stratum or layer.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저 융점 영역 내의 간극들이 상기 저 융점 금속성 물질에 의해 50% 이상 충전되어 있는, 다결정질 다이아몬드 부재.
The method according to any one of claims 1 to 7,
Wherein the gaps in the low melting region are at least 50% filled by the low melting metallic material.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저 융점 금속성 물질이 대기압에서 1,100℃보다 낮은 융점을 갖는, 다결정질 다이아몬드 부재.
The method according to any one of claims 1 to 8,
And wherein said low melting metallic material has a melting point lower than 1,100 [deg.] C. at atmospheric pressure.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저 융점 금속성 물질이 대기압에서 600℃보다 높은 융점을 갖는, 다결정질 다이아몬드 부재.
The method according to any one of claims 1 to 9,
And wherein said low melting point metallic material has a melting point higher than 600 [deg.] C. at atmospheric pressure.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저 융점 금속성 물질이 대기압에서 약 1,000℃ 미만에서 안정한 카바이드를 형성할 정도로 반응할 수 없는, 다결정질 다이아몬드 부재.
The method according to any one of claims 1 to 10,
Wherein the low melting point metallic material is incapable of reacting to form a stable carbide at less than about 1,000 ° C. at atmospheric pressure.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저 융점 금속성 물질이 원소 형태의 Ag, Mg, Cu 또는 Pb, 또는 이들 원소 중 임의의 것을 포함하는 합금인, 다결정질 다이아몬드 부재.
The method according to any one of claims 1 to 11,
And wherein said low melting metallic material is an elemental form of Ag, Mg, Cu or Pb, or an alloy comprising any of these elements.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저 융점 금속성 물질이 원소 형태의 Ag 또는 Cu, 또는 이들 원소 중 임의의 것을 포함하는 합금인, 다결정질 다이아몬드 부재.
The method according to any one of claims 1 to 12,
The polycrystalline diamond member, wherein the low melting point metallic material is Ag or Cu in elemental form, or an alloy comprising any of these elements.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 다결정질 다이아몬드 부재를 포함하는, 공구용 인서트(insert).An insert for a tool comprising the polycrystalline diamond member according to claim 1. 제 14 항에 따른 인서트를 포함하는 공구.A tool comprising the insert according to claim 14. 다결정질 다이아몬드(PCD) 부재의 제조 방법으로서,
PCD 몸체의 간극들 내에 소결 보조제를 포함하는 PCD 몸체를 제공하는 단계;
상기 PCD 부재의 일부로부터 상기 소결 보조제의 적어도 일부를 제거하여 작업 표면에 인접한 다공성 영역을 형성하는 단계; 및
대기압에서 약 1,300℃ 미만의 낮은 융점을 갖는 저 융점 금속성 물질을 상기 다공성 영역의 적어도 일부에 침입 또는 침투시키는 단계
를 포함하는, 방법.
As a method for producing a polycrystalline diamond (PCD) member,
Providing a PCD body comprising a sintering aid in the gaps of the PCD body;
Removing at least a portion of the sintering aid from a portion of the PCD member to form a porous region adjacent the working surface; And
Invading or infiltrating at least a portion of the porous region with a low melting point metallic material having a low melting point of less than about 1,300 ° C. at atmospheric pressure
Including, the method.
제 16 항에 있어서,
실질적으로 모든 소결 보조제가 상기 다결정질 다이아몬드 부재로부터 제거되는, 방법.
17. The method of claim 16,
Substantially all of the sintering aid is removed from the polycrystalline diamond member.
KR1020117023401A 2009-03-06 2010-03-08 Polycrystalline diamond element KR20120006017A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0903826.6 2009-03-06
GBGB0903826.6A GB0903826D0 (en) 2009-03-06 2009-03-06 Polycrystalline diamond element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120006017A true KR20120006017A (en) 2012-01-17

Family

ID=40600570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117023401A KR20120006017A (en) 2009-03-06 2010-03-08 Polycrystalline diamond element

Country Status (9)

Country Link
US (2) US20120061149A1 (en)
EP (1) EP2403969A1 (en)
JP (1) JP2012519776A (en)
KR (1) KR20120006017A (en)
CN (1) CN102395694A (en)
CA (1) CA2754150A1 (en)
GB (1) GB0903826D0 (en)
RU (1) RU2011140403A (en)
WO (1) WO2010100630A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018039771A1 (en) * 2016-09-02 2018-03-08 Equipement Vtc Mfg Inc. Tractor front linkage quick attach coupling system

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8020643B2 (en) 2005-09-13 2011-09-20 Smith International, Inc. Ultra-hard constructions with enhanced second phase
US9017438B1 (en) 2006-10-10 2015-04-28 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compact including a polycrystalline diamond table with a thermally-stable region having at least one low-carbon-solubility material and applications therefor
US8080071B1 (en) 2008-03-03 2011-12-20 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compact, methods of fabricating same, and applications therefor
US8236074B1 (en) 2006-10-10 2012-08-07 Us Synthetic Corporation Superabrasive elements, methods of manufacturing, and drill bits including same
US8080074B2 (en) 2006-11-20 2011-12-20 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compacts, and related methods and applications
US8034136B2 (en) 2006-11-20 2011-10-11 Us Synthetic Corporation Methods of fabricating superabrasive articles
US8999025B1 (en) 2008-03-03 2015-04-07 Us Synthetic Corporation Methods of fabricating a polycrystalline diamond body with a sintering aid/infiltrant at least saturated with non-diamond carbon and resultant products such as compacts
US8911521B1 (en) 2008-03-03 2014-12-16 Us Synthetic Corporation Methods of fabricating a polycrystalline diamond body with a sintering aid/infiltrant at least saturated with non-diamond carbon and resultant products such as compacts
US8071173B1 (en) 2009-01-30 2011-12-06 Us Synthetic Corporation Methods of fabricating a polycrystalline diamond compact including a pre-sintered polycrystalline diamond table having a thermally-stable region
US10309158B2 (en) 2010-12-07 2019-06-04 Us Synthetic Corporation Method of partially infiltrating an at least partially leached polycrystalline diamond table and resultant polycrystalline diamond compacts
US9027675B1 (en) 2011-02-15 2015-05-12 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compact including a polycrystalline diamond table containing aluminum carbide therein and applications therefor
US9423370B2 (en) * 2012-02-21 2016-08-23 Varel International Ind., L.P Use of capacitance to analyze polycrystalline diamond
US9138865B2 (en) 2012-12-19 2015-09-22 Smith International, Inc. Method to improve efficiency of PCD leaching
WO2016118739A1 (en) 2015-01-23 2016-07-28 Diamond Innovations, Inc. Polycrystalline diamond cutters having non-catalytic material addition and methods of making the same
US10167675B2 (en) * 2015-05-08 2019-01-01 Diamond Innovations, Inc. Polycrystalline diamond cutting elements having lead or lead alloy additions
GB2554569A (en) 2015-06-03 2018-04-04 Halliburton Energy Services Inc Electrochemical removal of metal or other material from polycrystalline diamond
WO2017003444A1 (en) * 2015-06-30 2017-01-05 Halliburton Energy Services, Inc. Catalyst material extraction from polycrystalline diamond tables
GB201622452D0 (en) * 2016-12-31 2017-02-15 Element Six (Uk) Ltd Superhard constructions & methods of making same
FI3717701T3 (en) 2017-11-27 2023-09-14 Dynatech Systems Inc Milling-drumless system for material removal and method of fabricating a milling-drumless system for material removal
GB201907508D0 (en) 2019-05-28 2019-07-10 Element Six Uk Ltd Composite polycrystalline diamond (pcd) product and methods of making same
USD940767S1 (en) 2020-01-24 2022-01-11 Dynatech Systems, Inc. Cutter head for grinding machines and the like
CN111906703B (en) * 2020-07-17 2022-03-11 长沙理工大学 Die-casting forming method for superhard grinding wheel with ordered microgroove structure
US11794290B2 (en) * 2021-01-24 2023-10-24 Cnpc Usa Corporation Method for forming cutters

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8020643B2 (en) * 2005-09-13 2011-09-20 Smith International, Inc. Ultra-hard constructions with enhanced second phase
US7726421B2 (en) 2005-10-12 2010-06-01 Smith International, Inc. Diamond-bonded bodies and compacts with improved thermal stability and mechanical strength
ATE425844T1 (en) 2005-10-14 2009-04-15 Element Six Production Pty Ltd METHOD FOR PRODUCING A MODIFIED ABRASIVE BLOCK
US8328891B2 (en) * 2006-05-09 2012-12-11 Smith International, Inc. Methods of forming thermally stable polycrystalline diamond cutters
US7942219B2 (en) 2007-03-21 2011-05-17 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond constructions having improved thermal stability
US7980334B2 (en) * 2007-10-04 2011-07-19 Smith International, Inc. Diamond-bonded constructions with improved thermal and mechanical properties
US8627904B2 (en) * 2007-10-04 2014-01-14 Smith International, Inc. Thermally stable polycrystalline diamond material with gradient structure
CN101939124B (en) * 2008-04-08 2014-11-26 六号元素(产品)(控股)公司 Cutting tool insert

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018039771A1 (en) * 2016-09-02 2018-03-08 Equipement Vtc Mfg Inc. Tractor front linkage quick attach coupling system

Also Published As

Publication number Publication date
US20150174733A1 (en) 2015-06-25
WO2010100630A1 (en) 2010-09-10
CN102395694A (en) 2012-03-28
CA2754150A1 (en) 2010-09-10
JP2012519776A (en) 2012-08-30
EP2403969A1 (en) 2012-01-11
GB0903826D0 (en) 2009-04-22
RU2011140403A (en) 2013-04-20
US20120061149A1 (en) 2012-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20120006017A (en) Polycrystalline diamond element
US20200147759A1 (en) Polycrystalline diamond
US7462003B2 (en) Polycrystalline diamond composite constructions comprising thermally stable diamond volume
US9533396B2 (en) Polycrystalline ultra-hard material with microstructure substantially free of catalyst material eruptions
US8858871B2 (en) Process for the production of a thermally stable polycrystalline diamond compact
CA2560218C (en) Diamond-bonded bodies and compacts with improved thermal stability and mechanical strength
US9067305B2 (en) Polycrystalline diamond
CA2548247A1 (en) Thermally stable ultra-hard material compact constructions
GB2487152A (en) A method of forming polycrystalline diamond constructions
US10046441B2 (en) PCD wafer without substrate for high pressure / high temperature sintering
EP2572011A1 (en) Polycrystalline diamond
US20160047171A1 (en) Method for forming a cutting element and downhole tools incorporating the same
US20130152480A1 (en) Methods for manufacturing polycrystalline ultra-hard constructions and polycrystalline ultra-hard constructions
US11969860B2 (en) Polycrystalline diamond
US20230011321A1 (en) Polycrystalline diamond

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid