KR20120039731A - 지지된 ｐｃｄ 및 바인더가 없는 ｗｃ 기재를 사용한 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

전형적인 컷팅 요소는 다결정 다이아몬드 입자층이 소결되는 비자기성 및 도전성 기재를 포함한다. 컷팅 요소를 형성하는 전형적인 방법은 기재에 접착된 다결정 다이아몬드 입자층을 형성하기 위해 기재, 다이아몬드 입자층, 및 촉매원을 20kbar 보다 더 높은 압력 및 1,200 ℃ 보다 더 높은 온도에서 소결하는 것을 포함한다. 비자성 및 도전성 기재를 포함하는 컷팅 요소는 레이저 컷팅과 같은 삭마 기술을 사용하여 절단될 수 있다.

Description

지지된 ＰＣＤ 및 바인더가 없는 ＷＣ 기재를 사용한 제조 방법{SUPPORTED PCD AND MANUFACTURING METHOD USING BINDERLESS WC-SUBSTRATE}
본 발명은 소결 카바이드 (sintered carbide) 기재에 지지되는 일체형으로 접착된 초연마 입자 (superabrasive particle) 층을 갖는 블랭크 (blank) 및 이러한 블랭크의 삭마 기술 (ablation technique) 에 의한 섹션가공 (sectioning) 에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 기재의 조성 및 구조에 관한 것으로, 이 기재에서, 예를 들어, 레이저에 의한 삭마로 삭마된 재료는 컷 (cut) 을 폐쇄하지 않고 그리고 기재의 컷은 개방된 채로 유지된다.
이후의 배경 기술의 논의에서, 특정 구조 및/또는 방법이 참조된다. 그러나, 이후의 참조는 이러한 구조 및/또는 방법이 종래 기술을 구성한다는 것을 인정하는 것으로서 이해되어서는 안된다. 출원인은 이러한 구조 및/또는 방법이 종래 기술로서 자격을 얻지 않는다는 것을 보여줄 권리를 명백하게 준비해둬야 한다.
다이아몬드, 입방정질화붕소 (cubic boron nitride, "cBN") 및 다결정 다이아몬드 (polycrystalline diamond, "PCD") 와 같은, 초연삭재는, 드릴링 (drilling), 채굴 (mining) 및 목공 응용 (woodworking application) 에서의 컷팅 요소와 같은, 컷팅 요소에 폭넓게 사용되어 왔다. 하나의 특정 응용에서, 초연삭재는 락 (rock) 드릴링 및 높은 내마멸성 (abrasion resistance) 또는 내마모성 (wear resistance) 을 요구하는 다른 작업에서의 사용을 위한 드릴 비트 (bit) 에 포함된다. 예를 들어, 각각의 문헌이 여기에서 전체가 참조로써 포함되는 US 특허 제 4,109,737 호 및 제 5,374,854 호는 컷팅 요소의 외부 표면에 다결정 다이아몬드 성형체 (compact) 를 갖는 텅스텐 카바이드 기재가 구비된 드릴 비트를 기술한다.
컷팅 요소로서, 초연삭재 재료는, 일체형의, 거친, 고강도 덩어리 (mass) 를 형성하도록 서로 접착된, 다이아몬드 입자 또는 cBN 입자 덩어리인 성형체를 형성한다. 다이아몬드 또는 cBN 입자는, 연마 입자를 서로 접착시키는데 사용되는 촉매용 재료와 같은, 입자 사이에 배치된 접착 매체가 선택적으로 구비된, 입자-대-입자 자가 접착 관계 (particle-to-particle self-bonded relationship) 의 성형체로서 서로 접착될 수 있다. 예를 들어, 각각의 문헌이 여기에서 전체가 참조로써 포함되는 US 특허 제 3,236,615 호; 제 3,141,746 호; 및 제 3,233,988 호는 성형체 및 그 형성 방법을 기술한다.
거의 그물 형상 형태로 형성됨에도 불구하고, 컷팅 요소는 형태를 갖도록 컷할 때 다양하게 응용된다. 현재, 방전 가공기 ("EDM") 기술은 보통 소결 카바이드 기재에 지지되는 PCD 또는 PCBN 층을 삭마 또는 컷하는데 사용된다. 이는 고온 스파크의 강한 열을 사용하여 삭마한다. EDM 컷팅은 0.008 인치 미만의 자국 그리고 그결과 매끈한 컷 모서리가 되는 고정밀도를 갖는다. EDM 에서, 이동 와이어 및 워터 플러싱 (flushing) 은 삭마된 컷 재료인 컷에 효과적으로 붙고 그런 다음에 떨어진다. 플러싱은 열적 손상을 최소화하면서 모서리를 차갑게 유지시킨다. 그러나, EDM 은 PCD 및 카바이드를 통해 약 5 mm2/min 의 컷팅률을 갖는 느린 공정이고, 그리고 합성에서 잘 제어되지 않는, PCD 및 PCBN 의, 전기 전도성 및 전기 전도성의 공간 변화에 민감하다. EDM 은, 실질적으로, 세라믹과 같은 비 전도성 재료에 쓸모가 없다. EDM 은 배치되어야 하는 수 마일 (mile) 의 소모성 와이어를 생산한다.
PCD 또는 PCBN 을 삭마 또는 컷하는데 사용되는 또다른 기술은 레이저 컷팅이다. 이 기술은 현재 250 mm2/min 초과의 매우 높은 컷률, 잠재적으로 좁은 자국 너비, 소모품의 미사용, 고정밀도 및 미지지된 (unsupported) PCD 및 미지지된 PCBN 을 위한 적정한 모서리 품질에 기인해서 대중성을 얻고 있고, 미지지된 곳은 시멘트 카바이드 (cemented carbide) 와 같은 단단한 재료의 기초 기재가 없음을 나타낸다.
지지된 (supported) PCD 및 지지된 PCBN 의 레이저 삭마 컷팅의 주 쟁점은 레이저가 지나간 이후 자국으로 되돌아 가서 또는 컷팅 모서리를 따라 카바이드 지지 및 PCD 로부터의 금속의 재응축 (recondensing) 또는 재주조 (recasting) 이다. 레이저 컷팅에서, 가스는 컷팅 영역으로 향해지지만, 이는 응축 가능한 금속 증기의 제거에는 비효율적이다. 지지된 PCD 또는 지지된 PCBN 을 컷팅할 때, 전통적으로 대략 6 ~ 13 중량% 코발트인 카바이드의 금속 함유량은 상당량의 응축 가능한 금속 연무가 생산되는 결과를 낳는다. PCD 는 약 5 ~ 약 20 % w/w Co 금속을 포함하지만, 카바이드 지지는 PCD 보다 10 배 더 무겁기 때문에, 금속 증기의 대부분은 카바이드 지지로부터 얻는다. 컷에서의 금속 연무 또는 증기의 존재는 컷의 개방을 유지하기 위해 레이저 컷팅 이후 컷 부분의 그릿 블라스팅 (grit blasting) 과 결합된 지나치게 넓은 자국의 사용을 수반하고 그리고 블라스트 오프 재주조 금속 (blast off recast metal) 은 많은 노동 비용이 들고 현재 EDM 기술에 비교되는 레이저 컷팅 기술의 시간적 이득을 소모한다. 이제 응축된 코발트 금속이 없는 그릿 블라스트된 레이저 컷 PCD 재료는 분명하게 거칠고 잠재적으로 칩된다 (chipped). 이 방법은 광택이 손상되기 때문에 광택 처리된 PCD 를 위해서 사용될 수 없다.
추가적으로 응축된 금속 연무는 코발트의 기화열을 PCD 로 되돌려 넣는다. 이 열은 PCD 를 산화시킬 수 있고 및/또는 금가게 (crack) 할 수 있다. 레이저 삭마가 대기중에서 시행되면 금속 증기는 산화시킬 수 있고, 심지어 필연적으로 PCD 재료에 가해지는 열을 더 생산한다. 컷 모서리의 소성 (burning) 및 과열을 방지하기 위해, 지지된 PCD 의 레이저 컷팅은 질소 가스 내에서 주기적으로 시행된다. 이는 기화열에 대처하는데 아무 것도 하지 않는다. 카바이드로부터 그리고 아마도 PCD 로부터 금속을 제거하는 것은 이 모든 열을 제거하고 그리고 더 적은 컷 부분 손상을 생산한다.
전형적인 컷팅 요소는 기재 및 기재에 소결된 다결정 다이아몬드 입자층을 포함하고, 상기 층은 기재로부터의 말단부의 제 1 표면에서 작업 표면을 포함하고, 상기 기재는 비자성 및 도전성이다.
컷팅 요소를 형성하는 전형적인 방법은 기재를 다이아몬드 입자층의 제 1 측에 위치시키는 것, 촉매원을 다이아몬드 입자층의 제 2 측에 위치시키는 것, 그리고 기재에 접착된 다결정 다이아몬드 입자층을 형성하도록 약 20kbar 보다 더 높은 압력 및 약 1,200 ℃ 보다 더 높은 온도에서 기재, 다이아몬드 입자층 및 촉매원을 소결하는 것을 포함하고, 상기 기재는 응축 가능한 재료가 대부분 없고, 비자성 및 도전성이다.
컷팅 요소를 형성하는 전형적인 방법은 기재 및 촉매 입자와 혼합된 다이아몬드 입자층으로 포함하고, 상기 기재 및 다이아몬드-촉매 입자는 기재에 접착된 다결정 다이아몬드를 형성하도록 약 20kbar 보다 더 높은 압력 및 약 1,200 ℃ 보다 더 높은 온도에서 소결되며, 상기 기재는 비자성, 도전성이고 그리고 응축 가능한 재료는 대부분 없다.
컷팅 요소를 섹션가공하는 전형적인 방법은 축소된 형상을 형성하기 위한 컷팅 요소의 삭마를 포함하고, 상기 컷팅 요소는 기재 및 기재에 소결된 다결정 다이아몬드 층을 포함하고, 상기 기재는 비자성 및 도전성이다.
앞의 일반적인 기술 및 이후의 상세 기술 양쪽은 전형적이고 설명적이며 그리고 청구된대로의 본 발명의 추가적인 설명을 제공하도록 의도되는 것으로 이해된다.
이후의 상세 기술은 유사한 숫자가 유사한 요소를 지정하는 동봉된 도면과 관련되어 읽혀질 수 있고:
도 1 은 전형적인 컷팅 요소의 개략적인 단면도이다.
도 2 는 초경 재료 (superhard material) 를 지지하는데 사용되는 기재의 전형적인 실시예의 표면의 10,000 X 배율의 SEM 현미경 사진이다.
도 3 은 촉매가 분말을 통해 제공되고 기재가 전형적이고 비금속인 카바이드의 조합인 하나의 실험적인 변형의 선도 (diagram) 이다.
도 4 는 예시 1 의 형성된 컷팅 요소의 이미지이다.
도 5 는 예시 1 의 컷팅 요소의 단면 이미지이고 기재 및 층이 레이저에 의해 섹션가공된 컷 표면을 나타낸다.
도 6 은 전형적인 카바이드 디스크의 레이저 컷 이미지의 평면도이고 분할선이 완벽히 없음을 나타낸다.
도 7 은 비금속 카바이드의 레이저 컷의 단면의 측 이미지이고, 깔끔한 분할선 및 양호한 모서리 품질을 나타낸다.
도 1 은 전형적인 컷팅 요소의 개략적인 단면도이다. 컷팅 요소 (10) 는 기재 (12) 및 다이아몬드 또는 입방정질화붕소의 입자와 같은, 기재 (12) 에 소결된 초경 재료의 층 (14) 을 포함한다. 소결은 초경 재료의 입자를 서로뿐만 아니라 기재에도 접착시키고, 다결정 다이아몬드 입자층 (PCD) 또는 다결정 입방정질화붕소층 (PCBN) 을 형성한다.
컷팅 요소 (10) 에서, 초경 재료의 층 (14) 은 컷팅 요소의 작업 표면인 기재 (12) 로부터의 말단부의 제 1 표면 (16) 을 포함하는데, 즉 상기 표면은, 적어도 부분이, 컷팅 요소로 드릴링 또는 컷팅 작업 도중 지형적 형성물 또는 워크피스와 접촉한다. 제 1 표면은 종래에 공지된 대로, 하나 이상의 에지 (18) 에서 직선으로 되거나 또는 모따기 가공될 수 있다.
기재 (12) 는 비금속 또는 응축 가능한 재료가 적게 존재하거나 없기 때문에 비자성이고, 그리고 반도체의 WC 가 존재하기 때문에 도전성이다. 전형적인 실시예에서, 기재 (12) 는 약 0.5 wt-% 미만의, 대안적으로는, 0 wt-% 초과 약 0.5 wt-% 미만, 0 wt-% 초과 약 0.4 wt-% 미만, 또는 0 wt-% 초과 약 0.2 wt-% 미만의 양으로 존재하는 텅스텐 카바이드 및 철족 바인더 금속 (iron group binder metal) 을 포함하는 조성을 갖는다. 특정한 전형적인 실시예에서, 기재 조성은 바인더 금속이 없다. 기재 (12) 의 조성은 추가적으로 Mo2C 와 같은 금속 카바이드를 선택적으로 포함할 수 있다. 적합한 기재는 North American Carbide, 버팔로, 뉴욕으로부터 이용 가능하고, 그리고 약 0.4 wt-% 코발트 금속이 포함된 핫프레스된 WC 기체 (WC-based body) 이다. 도 2 는 기재 (12) 의 전형적인 실시예의 표면의 10,000 X 배율의 SEM 현미경 사진이다. 도 2 의 현미경 사진은 약 99 wt-% WC 의 조성 및 약 3 vol-% 미만의 공극율 (porosity) 을 갖는 매트릭스를 나타낸다. 미립자 (grain) 는 약 1 마이크론의 평균 직경을 갖는다.
기재는 초경 재료층을 지지하여 컷팅 요소에 포함되고 그 층에 접착될 수 있다. 접착 방법의 예시는 소결이다. 전형적인 방법에서, 컷팅 요소는 기재를 다이아몬드 입자층의 제 1 측에 위치시킴으로써 형성된다. 촉매원은, 금속 합금 호일 (metal alloy foil) 또는 서멧 디스크 (cermet disk) , 또는 분말로서 다이아몬드 입자와 간단하게 혼합된 것으로서, 다이아몬드 입자층의 제 2 측에 위치된다. 촉매원의 예시는 철족 요소를 포함하는 재료이다. 촉매원을 위한 재료는 분말, 입자 또는 고형체와 같이 적당한 형태의 층 또는 필름일 수 있다. 기재, 다이아몬드 입자층 및 촉매원은, 기재에 접착된 다결정 다이아몬드 입자층을 형성하기 위해, 또한 고압/고온 (HPHT) 공정 (예를 들어, 전체 내용이 여기에서 참조로써 포함되는 US 특허 제 5,512,235 호를 종래의 HPHT 공정 및 관련 장비와 소모품에 대한 상세 설명 참조) 으로서 공지된, 약 20kbar 보다 더 높은 압력 및 약 1,200 ℃ 보다 더 높은 온도에서 소결된다. 여기에서 기술된 대로, 기재는 비자성이고 도전성이다.
컷팅 요소는 삭마 기술에 의해서 섹션가공될 수 있다. 전형적인 방법에서, 기재 및 기재에 소결된 다결정 다이아몬드층을 포함하는 컷팅 요소는 축소된 형상을 형성하기 위해 컷팅 요소를 삭마하는 것에 의해 섹션가공된다. 기재는 여기에서 기술된 대로, 비자성이고 도전성이다. 삭마 기술 예시는 레이저 컷팅이다. 적절한 레이저 기술의 예시는 표 1 에 나타내진 파라미터를 사용한다.
Figure pct00001
철족 바인더 금속은 기재에, 바인더 금속이 없는 것을 포함하여 약 0.5 wt-% 미만의 양으로 존재하기 때문에, 컷 영역, 예를 들어 자국에서 기재로부터 재주조 재료가 부재 (absence) 이다. 이는 카바이드와 같은 종래의 기재의 레이저 컷팅에 대조되고, 레이저 컷팅과 같은 삭마 기술은, 적어도 성공한다면, 기재로부터 삭마된 금속이, 특히 컷의 자국에서, 재응축되거나 또는 재주조되는 것을 방지하기 위해 그릿 블라스팅 또는 다른 이차 제거 방법을 사용할 것이다. 이는 노동력과 장비에서 큰 비용이고 그리고 전통적인 EDM 에 비해 레이저 컷팅이 달성한 속도의 이점을 소멸시킨다.
예시 1 : 다이아몬드 분말 (6 마이크론 미립자 크기) 은 6 마이크론 철 및 니켈 (31% 니켈; 탄소 포화 용융점 (carbon-saturated melting point) 1,254℃) 분말과 혼합되고 1 인치제곱 × 0.140 인치 비금속 카바이드 지지부의 상부에 위치된다. 비금속 카바이드 지지부는 North American Carbide, 버팔로, 뉴욕으로부터 얻어지고, 그리고 약 0.4 wt-% 코발트 금속이 포함된 핫프레스된 WC체이다. 지지부는 코발트가 적게 존재하거나 없기 때문에 비자성이고, WC가 존재하기 때문에 도전성이다. 비금속 카바이드 위의 혼합된 분말은 종래의 카바이드 지지부를 포함하는 종래의 PCD 지지부 내에 위치된다. 이 배열은 종래의 카바이드에 대한 비금속 카바이드의 거동을 평가하는데 사용되었다. 도 3 은 개략적인 배열을 도시하고, 비금속 카바이드 지지부 (20), 종래의 카바이드 (22) 및 혼합된 분말 (24) 을 포함한다. 조립체는 종래의 고압/고온 (HPHT) 배열에서 약 1,450℃ (종래의 카바이드의 코발트 촉매의 용융점은 1,369℃) 및 약 55kbar 에서 약 13분간 소결되었다. 종래의 HPHT 공정 및 관련 장비 및 소모품의 상세 설명은 전체 내용이 여기에서 참조로써 포함되는 US 특허 제 5,512,235 호에서 찾아질 수 있다.
형성된 PCD 컷팅 요소는 PCD 블랭크에서 잘려지고 비금속 카바이드 기재 및 기재에 접착된 PCD 층을 드러내기 위해 모든 측이 그라인드된다. 형성된 컷팅 요소는 양호한 무결성을 갖고 금이 가지 않았다; 비금속 카바이드의 열 팽창 계수, 점착력, 휨 강도 (bend strength), 충격 강도 (impact toughness) 및 내열성 (heat tolerance) 이 PCD 와 양립할 수 있다는 것을 나타낸다. 참고로, 약 13 wt-% 코발트가 포함된 종래의 카바이드의 열 팽창 계수는 약 7.5 ppm/K, cBN, 다이아몬드 및 B4C 의 열 팽창 계수는 약 3 ppm/K, PCD 의 열 팽창 계수는 약 5.5 ppm/K, PCBN 의 열 팽창 계수는 약 5 ppm/K, 및 코발트의 열 팽창 계수는 약 12 ppm/K 인 반면에 비금속 카바이드의 열 팽창 계수는 약 4.5 ppm/K 이다. 따라서, 비금속 카바이드 (4.5 ppm/K) 와 PCD (5.5 ppm/K) 사이의 열 팽창 계수의 매칭이 종래의 카바이드 (7.5 ppm/K) 와 PCD (5.5 ppm/K) 사이의 매칭보다 더 나음을 볼 수 있다. 추가적으로, 비금속 카바이드의 열 팽창 계수는 PCD 의 열 팽창 계수보다 작기 때문에 (4.5 ppm/K < 5.5 ppm/K), 이러한 재료의 열 팽창 계수의 차이에서 발생하는 컷팅 요소의 응력은 경계면에서 PCD 를 압축시키고 그리고 기재를 인장시킨다. PCD 가 인장보다 압축에 더 강해서, 컷팅 요소의 전체적인 무결성은 향상된다.
표 2 는 비금속 카바이드 위, 종래의 카바이드 위, 그리고 소결 후의 비금속 카바이드의 PCD 층의 요소 분석 (XRF) 을 나타낸다. 용융된 코발트 촉매는 종래의 카바이드로부터 비금속 카바이드 및 PCD 층 내로 스며들어 용융된 철 및 니켈과 치환된다. 추가적으로, 다이아몬드층으로부터의 철 및 니켈은 비금속 카바이드에 스며든다. 소결 전과 후에 비금속 카바이드의 코발트 함량의 변화는 없다. 이는 비금속 카바이드 (WC) 가 다공성이고, 용융된 FeNi를 코발트보다 훨씬 더 많이 끌어당기고, 그리고 용융된 FeNi를 다이아몬드보다 더 끌어당긴다는 표시이다.
Figure pct00002
예시 2 : 다이아몬드 분말의 소결을 위해 적절한 화학적 성질의 용융된 코발트 촉매를 공급하기 위해, 13 wt-% 코발트를 포함한, 종래의 카바이드의 0.020" 두께의 디스크는 6 마이크론 다이아몬드 분말의 컴팩트 층의 한 측에 위치되었다. 이 용융된 코발트는 양호한 PCD 를 만드는 것으로 공지되었다. 다른 측에는 비금속 카바이드의 0.120" 두께의 디스크가 위치되었다. 이 "샌드위치" 배열은 Ta 금속 컵에서 컴팩트되고 밀봉되고 그리고 HPHT 조건에서 예시 1 의 방법에 의해서 소결되었다. 소결된 블랭크는 모든 측이 그라인드 되었다. 카바이드 측은 PCD 를 드러내기 위해 제거되었다. 비금속 카바이드는 기재로서 작용하기 위해 남겨졌다. 결과물 블랭크는 도전성이고 컷팅 공구 에지를 형성하도록 EDM 컷 되었다. 블랭크는 재주조 금속의 문제 없이 300 ㎟/min 초과에서 레이저 컷 되었다. 레이저는 상기 기술된 것과 같았다. 연마 직물로 닦일 수 있는 에지에 주조된 PCD 층으로부터의 소량의 금속이 있었다. 그릿 블라스팅은 요구되지 않았다. 칩핑 (chipping) 은 없었고 재주조 금속에 기인한 최소한의 열 영향부 (heat affected zone) 가 있었다.
예시 3 : 예시 1 로부터의 부분은 PCD 로부터 촉매 금속을 용해시키기 위해 끓는 6M HCl 산에 한 시간동안 위치되었다. 침출된 부분은 비도전성이고 XRF 에 기초한 0.5 wt-% 미만의 금속을 갖는다 (표 3 참조). 금속을 완전하게 제거하는 것은 비금속 카바이드를 PCD 로부터 박막으로 분리시키거나 또는 PCD 에 새 결함을 만들거나 또는 비금속 카바이드 기재를 파괴하지 않는다. 조각은 재주조 금속 없이 350 ㎟/min 초과의 고속으로 레이저 컷되었다.
Figure pct00003
대안으로서, 오직 약간의 촉매 금속이, 예를 들어 전체 내용이 여기에서 참조로써 포함되는 US 특허 제 4,224,380 호에 개시된 대로, 예를 들어 적절히 더 짧은 시간 기간동안 침출에 의해서, 제거될 수 있다.
예시 4 : 예시 2 의 샌드위치 배열은 동일한 6 마이크론 다이아몬드 분말 주위에 0.080" 의 종래의 카바이드 및 0.060" 의 비금속 카바이드가 반복되었다. 이는 밀봉되고 동일한 HPHT 공정에서 소결되었다. 이런 배열을 나타내는 PCD 층 내에서 여러 위치로 박막으로 나뉘어진 소결된 블랭크는 다이아몬드층에 용융된 촉매를 제공하기에는 카바이드의 열 팽창 계수 및 카바이드 촉매층의 두께 때문에 바람직하지 않다.
예시 1 에서 제조된 것과 일치하고 1 ㎜ 두께의 PCD 층 및 3.5 ㎜ 두께의 기재를 갖는 형성된 컷팅 요소는 상기의 레이저 파라미터를 사용하여 레이저 컷되었다. 레이저 컷팅의 컷률은 200 ㎟/min 을 초과하고, 이는 장비의 최대치였다. 최대 컷률은 대략 300 ㎟/min 에서 대략 400 ㎟/min 으로 추측되었다. 도 4 는 컷팅 요소의 단면 이미지이고 기재 (12) 및 층 (14) 이 레이저에 의해 섹션가공된 컷 표면을 나타낸다. 기재에 재주조 금속이 없음에 주목한다. PCD 위에 약간의 재주조 금속 (26) 이 있지만, 이는 PCD 층의 바인더로부터 발생하고, 13 wt-% 코발트였다. 도면은 레이저 컷팅이 기재에 대해 문제가 없음을 분명하게 나타낸다.
도 5 는 초경 재료 및 초경 재료가 지지되는 비금속 카바이드 기재 사이의 접착 구역의 1,500 X 배율의 SEM 현미경 사진이다. 비금속 카바이드 기재 (30) 및 PCD (32) 사이의 접착은 탄소 카바이드 액상 소결 고형 접착 (carbon-carbide liquid-phase sintered solid-state bond) 을 형성하는 카바이드와 상호 작용하는 PCD 층으로부터의 촉매 코발트 (34) 에 의해 이루어진다. 예를 들어 침출에 의해서, 금속 촉매가 제거되면 또는 제거된다면, 접착 강도는 유지된다.
비교 예시 : 도 6 은, 이 경우에는 코발트 13 wt-% 인, 바인더 금속을 포함하는 종래의 카바이드의 평면도이다. 샘플 (40) 은 예시 1 에서와 같은 동일한 파라미터를 사용하여 레이저 컷되었다. 컷 영역 (42) 에서, 컷 내로 재주조하는 기재로부터의 금속에 기인한 고밀도 금속 보충물 (44) 이 관찰된다. 컷 위에는, 슬래그 (slag) 의 쌓인 형태가 있다. 카바이드의 분리는 레이저가 가로지른 대로 재주조 금속이 효과적으로 부분을 서로 재용접하는 것처럼 발생하지 않는다. 도 7 은 동일한 조건에서 재주조 금속 없이 깔끔한 컷 에지를 드러내는 비금속 카바이드 레이저 컷의 단면도를 도시한다.
도 4 및 도 7 에 도시된 예시 1 의 컷과 비교해서, 비교 예시의 컷은 실질적인 컷 이후 공정을 요구하고, 컷 이후 공정으로는 예를 들어 그릿 플라스팅에 의한, 슬래그의 쌓인 형태의 제거, 및, 섹션이 분리되면, 예를 들어 그라인딩 또는 블라스팅과 같은, 컷 표면 그 자체 위의 세척 작업이 포함된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 관해 기술하였지만, 구체적으로 기술되지 않은 추가, 삭제, 수정, 및 보완이 첨부된 청구항에서 정의된 대로의 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 이루어 질 수 있다는 것이 통상의 기술자에 의해 인지될 것이다.

Claims (19)

  1. 컷팅 요소로서 :
    기재; 및
    상기 기재에 소결된 초경 입자층으로서, 상기 기재로부터의 말단부의 제 1 표면에서 작업 표면을 포함하는 초경 입자층을 포함하고,
    상기 기재는 비자성 및 도전성인 컷팅 요소.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 초경 입자는 다결정 다이아몬드 입자 또는 cBN 입자군으로부터 선택된 컷팅 요소.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기재는 텅스텐 카바이드 및 약 0.5 wt-% 미만의 양으로 존재하는 철족 바인더 금속을 포함하는 조성을 갖는 컷팅 요소.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 철족 바인더 금속은 0 wt-% 초과의 양으로 존재하는 컷팅 요소.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 기재의 조성은 바인더 금속이 없는 컷팅 요소.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 조성은 금속 카바이드를 추가적으로 포함하는 컷팅 요소.
  7. 컷팅 요소를 형성하는 방법으로서 :
    기재를 다이아몬드 입자층의 제 1 측에 위치시키는 단계;
    촉매원을 다이아몬드 입자층의 제 2 측에 위치시키는 단계;
    상기 기재에 접착된 다결정 다이아몬드 입자층을 형성하기 위해 상기 기재, 상기 다이아몬드 입자층 및 상기 촉매원을 20kbar 보다 더 높은 압력 및 1,200℃ 보다 더 높은 온도에서 소결하는 단계를 포함하고,
    상기 기재는 비자성 및 도전성인 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 기재는 텅스텐 카바이드 및 약 0.5 wt-% 미만의 양으로 존재하는 철족 바인더 금속을 포함하는 조성을 갖는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 철족 바인더 금속은 0 wt-% 초과의 양으로 존재하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 기재의 조성은 바인더 금속이 없는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 조성은 금속 카바이드를 추가적으로 포함하는 방법.
  12. 컷팅 요소를 섹션가공하는 방법으로서 :
    축소된 형상을 형성하기 위해 컷팅 요소를 삭마하는 단계를 포함하고,
    상기 컷팅 요소는 기재 및 상기 기재에 소결된 초경 입자층을 포함하고, 상기 기재는 비자성 및 도전성인 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 초경 입자는 다결정 다이아몬드 입자 및 cBN 입자군으로부터 선택된 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 삭마는 레이저 컷팅을 포함하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 기재는 텅스텐 카바이드 및 약 0.5 wt-% 미만의 양으로 존재하는 철족 바인더 금속을 포함하는 조성을 갖는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 철족 바인더 금속은 0 wt-% 초과의 양으로 존재하는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 기재의 조성은 바인더 금속이 없는 방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 조성은 금속 카바이드를 추가적으로 포함하는 방법.
  19. 제 14 항에 있어서, 컷 영역에서 상기 기재로부터 재주조 재료가 부재 (absence) 인 방법.
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