KR20120115984A - 초경체, 공구 및 그 제조 방법 - Google Patents

초경체, 공구 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20120115984A
KR20120115984A KR1020127019340A KR20127019340A KR20120115984A KR 20120115984 A KR20120115984 A KR 20120115984A KR 1020127019340 A KR1020127019340 A KR 1020127019340A KR 20127019340 A KR20127019340 A KR 20127019340A KR 20120115984 A KR20120115984 A KR 20120115984A
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코넬리스 로엘로프 존커
마웨자 카손데
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엘리먼트 씩스 어브레시브스 에스.아.
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Abstract

회전 기계 공구용 초경팁의 제조방법으로서, 이 방법은 적어도 하나의 소결된 다결정 초경 구조물(22, 24)을 세멘티드 카바이드를 포함하는 담체(30)와 접촉시켜서 예비 컴팩트 조립체(40)를 형성하는 단계, 상기 초경 재료가 열역학적으로 안정한 압력 및 온도를 상기 예비 컴팩트 조립체에 가하여 초경팁용 예비 성형체를 형성하는 단계, 상기 예비 성형체를 처리하여 초경팁을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

초경체, 공구 및 그 제조 방법{SUPERHARD BODY, TOOL AND METHOD FOR MAKING SAME}
본 발명의 실시형태들은 일반적으로 회전 기계 공구용, 특히 포괄적으로 트위스트 드릴(twist drills) 또는 엔드밀(end mills)용의 초경팁 및 초경체의 제조 방법과, 이에 의해 만들어진 초경팁 및 이를 포함하는 공구에 관한 것이다.
초경재료의 예는 다결정 다이아몬드(PCD) 재료 및 다결정 입방정 질화붕소(PCBN) 재료다. PCD 재료는 다량의 실질적으로 내부에서 성장한(inter-grown) 다이아몬드 입자를 포함하며, PCBN 재료는 금속 및/또는 세라믹 재료를 포함하는 매트릭스 내에 입방정 질화붕소(cBN) 입자들을 포함한다. PCD 및 PCBN은 다이아몬드 입자 또는 cBN 입자 각각의 응집체에 적어도 약 5.5GPa의 고압과 적어도 약 1,250℃의 온도를 가하여 만들어질 수 있다.
회전 기계 공구는 회전하는 커터 요소를 포함하는 드릴 같은 기계 공구다.
미국 특허출원 공보 제 2008/0247899 호는 트위스트 드릴, 드릴 및 엔드밀 같은 종래의 공구 기재(substrate)에 부착될 수 있는 나선형상의 고체 PCD 및 PCBN 팁을 개시한다.
미국 특허출원 공보 제 2008/0247899 호
개량된 초경팁을 구비한 회전 기계 공구를 제조하는 방법을 제공할 필요성이 있다.
제 1 특징에서 보면, 회전 기계 공구용 초경팁의 제조방법이 제공될 수 있는데, 이 방법은 PCD 구조물 같은 적어도 하나의 소결된 (즉, 예비 소결된) 다결정 초경 구조물을 세멘티드 카바이드를 포함하는 담체 또는 담체용 전구체 구조물과 접촉시켜서 예비 컴팩트 조립체를 형성하는 단계, 및 상기 초경 재료가 열역학적으로 안정한 압력 및 온도를 상기 예비 컴팩트 조립체에 가하여 회전 기계 공구용 초경팁 또는 초경팁용 예비 성형체를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 예비 성형체는 트위스트 드릴 또는 엔드밀 같은 회전 기계 공구용 초경팁을 형성하도록 처리될 수 있다.
소결된 다결정 초경 구조물은 적어도 약 2GPa의 초고압에서 복수의 초경 입자를 소결시키는 것을 포함하는 방법에 의해 만들어진 다결정 초경 재료를 포함한다.
제 2 특징에서 보면, 초경팁용 예비 성형체 및/또는 초경팁이 제공될 수 있다.
제 3 특징에서 보면, 회전 기계 공구용 부품 및/또는 회전 기계 공구가 제공될 수 있다.
본 개시내용을 도시하기 위한 비제한적 예시 장치를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 초경팁용 예시적 예비 성형체(pre-form body)의 개략사시도를 보여준다.
도 2a는 조립된 상태의 예시적 예비 컴팩트 조립체(pre-compact assembly)의 개략사시도를 보여준다.
도 2b는 해체된 상태의 예시적 조립 예비 컴팩트의 개략사시도를 보여준다.
도 3은 예시적 담체(carrier body)의 개략측면도를 보여준다.
도 4는 트위스트 드릴용 예시적 초경팁의 개략사시도를 보여준다.
도 5는 예시적 트위스트 드릴의 개략측면도를 보여준다.
도 6a는 예시적 담체의 일부의 개략사시도를 보여준다.
도 6B는 도 6a의 예시적 담체의 일부, 및 담체의 종단면의 개략사시도를 보여준다.
도 6c는 조립 상태의 예시적 예비 컴팩트 조립체의 개략사시도를 보여준다.
동일한 참조부호는 모든 도면에서 동일한 전반적 특징부를 의미한다.
여기서 사용되는 바와 같은 특정 용어들을 이하에 설명한다.
초경(superhard) 또는 극초경(ultra hard) 재료는 빅커스(Vickers) 경도가 적어도 25GPa인 재료를 의미하는 것으로 이해된다. "다결정 초경 구조"라는 용어는 초경 입자의 소결체를 포함하는 구조를 의미한다.
합성 및 천연 다이아몬드, 다결정 다이아몬드(PCD), 입방정 질화붕소(cBN) 및 다결정 cBN(PCBN) 재료는 초경 재료의 예들이다. 인조 다이아몬드라고도 부르는 합성 다이아몬드는 제조된 다이아몬드 재료다. 다결정 다이아몬드(PCD) 재료는 다량의 다이아몬드 입자(복수의 다이아몬드 입자의 응집체)를 포함하는데, 그 상당 부분은 서로 직접 내부 접합되며(inter-bonded), 다이아몬드의 함량은 그 재료의 적어도 약 80체적%다. 다이아몬드 입자 사이의 틈새는 합성 다이아몬드용 촉매 재료를 포함하는 바인더 재료로 적어도 일부 채워질 수 있거나, 또는 실질적으로 속이 비워져 있을 수 있다. 합성 다이아몬드용 촉매 재료는 합성 또는 천연 다이아몬드가 열역학적으로 안정한 온도 및 압력에서 합성 다이아몬드 입자의 성장과 합성 또는 천연 다이아몬드 입자의 직접 내부 성장(inter-growth)을 촉진시킬 수 있다. 다이아몬드용 촉매 재료의 예들은 Fe, Ni, Co 및 Mn과 이들을 포함하는 특정 합금이다. PCD 재료를 포함하는 바디(body)는 촉매 재료가 틈새로부터 제거되어 다이아몬드 입자 사이에 입자간 공극을 남기는 영역을 적어도 포함할 수 있다. PCBN 재료는 금속 또는 세라믹 재료를 포함하는 매트릭스 내에 분산된 입방정 질화붕소(cBN) 입자를 포함한다.
기계 공구는 동력을 받는 기계 장치인데, 이는 금속, 복합재, 목재 또는 폴리머 같은 재료를 포함하는 구성재를 기계가공에 의해 제조하는데 사용될 수 있다. 기계가공은 특히 공업생산의 상황에서 바디 또는 피가공물로부터 재료를 선택적으로 제거하는 것이다. 회전 기계 공구는 커터 요소, 예를 들어 드릴 비트(drill bit)를 포함하며, 사용중에 자체 축선을 중심으로 회전한다. 팁이 있는 공구 또는 삽입체는 그 공구 또는 삽입체의 나머지 부분의 재료와는 다른 재료로 구성된 커터 요소에 의해 절삭날(cutting edge)이 형성된 것이며, 커터 요소는 전형적으로 바디에 브레이징되거나 클램핑된다. 기계 공구(machine tool)용 팁은 예비 성형체를 처리하여 팁의 구조로 형성함으로써 제조될 수 있다. 기계 공구의 경사(rake)면은 바디로부터 재료를 제거하기 위해 공구를 사용할 때 칩(chips)이 흐르는 표면이나 표면들인데, 이 경사면은 새롭게 형성된 칩의 흐름을 안내한다. 칩은 사용중의 기계 공구에 의해 바디의 가공면으로부터 제거된 바디의 조각들이다. 팁이나 공구의 절삭날은 바디의 절삭을 실시하도록 의도된 경사면의 날(edge)이다.
이제 회전 기계 공구용 초경팁을 제조하는 방법의 예들을 도 1 내지 도 6c를 참조하여 설명할 것이다.
도 1에 도시된 예에서, 초경팁을 제조하기 위한 예비 성형체(10)는 초경 구조물(20) 및 담체(30)를 포함한다. 트위스트 드릴용 초경팁(60)의 예는 도 4에 도시되어 있다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 예비 성형체(10)는 초경 재료를 포함하는 적어도 하나의 소결된 다결정 초경 구조물(22, 24)(여기서는 간단히 하기 위해 초경 구조물이라고도 부른다)을 세멘티드 카바이드(cemented carbide) 재료를 포함하는(또는 담체를 위한 전구체 구조물을 포함하는) 담체(30)에 접촉시켜서 예비 컴팩트 조립체(40)를 형성하는 단계와, 예비 컴팩트 조립체(40)에 초경 재료가 열역학적으로 안정한 압력 및 온도를 가하여 예비 성형체(10)를 형성하는 단계를 포함하는 방법으로 만들어질 수 있다. 초고압력은 적어도 약 2GPa가 될 수 있다.
한편으로 초경 구조물 또는 구조물들(22, 24)과 다른 한편으로 담체(30) 또는 담체(30)용 전구체 구조물은 각각 상호 보완하는 구조로 예비 형성된다. PCD 또는 PCBN 재료 같은 초경 재료를 포함하는 초경 구조물(22, 24)은 예비 소결된(pre-sintered) 구조물로서 제공된다. 다시 말해서, 이 구조물은 초경 재료를 적어도 약 5GPa의 초고압 및 적어도 약 1,250℃의 온도에서 소결하여 초경체를 만들고, 담체(30)(또는 담체(30)용 전구체 구조물)에 수용하기 위해 원하는 구조로 구성된 구조물을 형성함에 의해 미리 만들어져 있다.
도 3을 참조하면, 드릴 비트(도시하지 않음)용 예비 컴팩트 조립체(40)에 대한 담체(30)의 예는 텅스텐 카바이드 입자 및 이 입자들을 결합시키기 위한 코발트 재료를 포함하는 것으로서, 곡률반경이 r인 일반적으로 둥글거나 구형으로 둥근 정점(321)을 갖는 뭉툭한 원추형상의 작업단부(32), 및 초경팁을 공구에 연결하기 위한 부착단부(34)를 가지며, 그리고 작업단부(32)와 부착단부(34) 사이에 일반적으로 원통형의 측면(36)을 가질 수 있다. 작업단부(32)는 중심 종축선(L)과 일직선상으로 정렬된 축선에 대하여 원추각(κ)으로 배치된 작업면(322)을 갖는다.
담체(30)는 예비소결된 세멘티드 카바이드(cemented carbide) 또는 세멘티드 카바이드를 만들기 위한 소결되지 않은 전구체 재료를 포함할 수 있다. 담체(30)(또는 담체용 전구체)는 도 2b에 도시한 바와 같이 초경 구조물(22, 24)을 수용하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 담체(30)는 작업단부(32)에 형성된 오목부(38)를 구비할 수 있는데, 이 오목부 속에는 초경 구조물(22, 24)이 끼워질 수 있다. 본 예에서, 오목부(38)는 전체적으로 담체(30)의 정점(321)을 직경방향으로 통과할 수 있으며 대응하는 한 쌍의 예비 소결된 초경 구조물(22, 24)을 수용하도록 구성될 수 있는데, 이들 초경 구조물(22, 24)은 오목부(38)에 삽입되어 예비 컴팩트체(40)를 형성한다. 이 특정 예에서, 오목부(38)와 초경 구조물(22, 24)은 초경 구조물(22, 24)이 담체(30)의 정점(321)에서 겹쳐져서 서로 접촉하도록 구성된다. 일 형태에서 오목부(38)는 다결정 초경 구조물(22, 24)을 억지 끼워맞춤(interface fit)으로 수용하도록 구성될 수 있다.
초경 구조물(22, 24)과 오목부(38)를 포함하는 담체(30)의 적어도 일부를 조립 전에 산성 용액이나 알칼리성 용액으로 세척하면 보다 양호한 결과가 얻어질 수 있다.
본 방법의 일 형태에서, 초경 구조물과 담체 사이에는 오목부 표면에 인접하여 결합제(bonding agent)가 제공될 수 있는데, 이 결합제는 다결정 초경 구조물과 접합될 수 있다.
도 2a에 도시한 바와 같이 일단 조립되면, 예비 컴팩트체(40)는 초고온 로(furnace) 또는 프레스에서 사용하기 적합한 캡슐(도시하지 않음) 속에 배치되고 적어도 약 2GPa의 압력과 충분히 높은 온도를 받아서 도 1에 도시한 바와 같은 단위체(10)를 형성할 수 있는데, 이는 초경팁에 대한 예비 성형체로서 작용할 수 있다. 일 예에서 압력은 적어도 약 5.5GPa가 될 수 있고 온도는 적어도 약 1,300 ℃가 될 수 있으며, 초경 구조물(22, 24)은 예비 성형체(10) 내에서 서로 직접 소결될 수 있다. 본 방법의 일부 형태에서는, 압력은 적어도 2GPa 또는 적어도 5.5GPa가 될 수 있으며, 일부 형태에서는, 온도는 적어도 약 1,200 ℃, 적어도 1,300 ℃ 또는 적어도 1,400 ℃가 될 수 있다.
여기서 사용되는 것 같은 트위스트 드릴 비트는 가공물, 특히 금속, 목재 및 플라스틱을 포함하는 가공물 속에 회전 전단(rotational shear) 절삭 작용에 의해 구멍을 뚫는데 사용하기 위한 홈 날붙이 드릴 비트(fluted tipped drill bit)다. 트위스트 드릴은 전형적으로 정밀 스핀들에 장착되는 척(chuck), 콜릿(collet) 또는 그 외의 기계적 연결장치 내에 유지된다. 이 드릴은 자체 회전축선을 중심으로 회전되며, 드릴이 가공물을 통해 진행하여 칩이나 부스러기 형태의 폐금속을 방출하도록 직선상으로 이동할 수 있다. 트위스트 드릴은 폐금속을 절삭하여 배설할 수 있도록 하는 요소들을 포함할 수 있다. 드릴의 작업단부는 통상적으로 직경에 평행하게 연장되는 절삭날을 갖는데, 각 절삭날은 중앙의 치즐 에지(chisel edge)로부터 연장된다. 이 플루트(flute)는 단면이 전체적인 반원형으로 나타나는 홈 형태를 가질 수 있다. 일부 드릴은 공구의 축선에 평행하게 연장되는 직선형 플루트를 갖지만, 대부분의 트위스트 드릴은 나선형 플루트를 포함하는데, 그 나선각도는 절삭날의 경사(rake) 각도 뿐만 아니라 칩 배설의 용이성 및 드릴의 강성을 결정한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 도 5에 일 예가 도시된 트위스트 드릴용 초경팁(60)은 팁 예비 성형체(10)를 처리함으로써 형성될 수 있다. 이 예시적인 트위스트 드릴 비트(70)는 플루트(74)를 갖는 드릴 샤프트(72), 및 드릴 샤프트(72)의 단부(76)에 결합된 초경팁(60)을 포함할 수 있다. 구체적으로 예비 성형체(10)의 공구 담체(30)로부터 카바이드 재료를 제거하여 결합될 드릴 샤프트(70)의 플루트(74)에 대응하여 초경팁(60) 속에 플루트(62)를 형성할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하는 일 예에서, 담체(30)는 작업단부(32) 속에 형성된 오목부(381, 382)를 구비한다. 오목부(381)는 측면(3811, 3812)을 가지고, 오목부(382)는 측면(3821, 3822)을 갖는다. 각 측면(3811, 3821)은 종단면(PL)에 대하여 각도(β)로 기울어져 있으며, 각 오목부(381, 382)는 각각의 초경 구조물(22, 24) 및 각각의 버팀부재(301, 302)를 수용하도록 구성되어 있다. 오목부(381, 382) 및 버팀부재(301, 302)는 예비 컴팩트 조립체(40)로 조립되도록 상호 작용방식으로 구성된다. 버팀부재(301, 302)의 각각은 각각의 초경 구조물(22, 24)과 각각의 경사 측면(3811, 3821) 사이에 배치되어 접촉한다. 따라서 각 초경 구조물(22, 24)은 각각의 버팀부재(301, 302)와 각각의 측면(3812, 3822) 사이에 "개재"된다. 본 예에서, 경사 측면(3811, 3821)은 각각의 버팀 부재(301, 302)에 종방향 힘(FL)을 적용함에 따른 각각의 횡방향 또는 원주방향 힘(FC)으로 각각의 다결정 초경 구조물(22, 24)에 대하여 각각의 버팀부재를 (횡방향 또는 원주방향으로) 편향시키도록 동작하게 구성되어 있다. 따라서 버팀부재(301, 302)는 주요 힘(FL)이 종방향으로 적용될 수 있는 초고압에서의 예비 컴팩트 조립체(40)의 처리 중에 초경 구조물(22, 24)상의 횡방향 또는 원주방향 힘을 강화시킬 수 있다. 버팀부재(301, 302)는 초고압에서의 처리 후에 예비 성형체로부터 제거될 수 있다.
초고압에서의 처리 후에 드릴팁 예비 성형체로부터 버팀부재(301, 302)를 보다 용이하게 분리할 수 있도록 하기 위해 예를 들어 알루미나(alumina)를 포함할 수 있는 실질적 비반응성 포일(foil) 또는 페이퍼가 예비 컴팩트 조립체의 버팀부재(301, 302)와 한편으로는 초경 구조물(22, 24) 그리고 다른 한편으로는 담체 표면(3811, 3812, 3821, 3822) 사이에 놓여질 수 있다. 알루미나 포일은 최대 약 100미크론의 평균 입경을 갖는 Al203의 미세입자를 함유하는 슬러리를 주조함으로써 만들어질 수 있다. 이 호일의 두께는 최소 약 50미크론 그리고 최대 약 1,000미크론이 될 수 있으며, 일 예에서 호일의 두께는 약 500미크론이다. 예비 컴팩트 조립체가 초고압에서 처리된 후, 실질적 비반응성 호일은 예를 들어 샌드블라스팅에 의해 버팀부재(301, 302)가 보다 쉽게 분리될 수 있다는 특징을 가질 수 있다.
일 예에서, 초경팁은 근위 단부 및 원위 단부를 갖는 기다랗거나 전체적으로 원통형 형태를 가질 수 있는데, 근위 단부는 작업단부이고 원위 단부는 부착단부이며 측면은 근위 단부와 원위 단부를 연결하며, 작업단부의 적어도 일부는 실질적인 원추형, 절두 원추형 또는 둥근 원추형, 예를 들어 구형으로 둥근 원추형을 가지며, 초경 구조물은 작업단부에 인접하게 배치된다. 일 실시형태에서, 적어도 하나의 오목부는 작업단부로부터 담체 속에 형성될 수 있으며 적어도 하나의 초경 구조물을 수용할 수 있다. 일 실시형태에서, 오목부는 전체적으로 웨이퍼 또는 층 형태의 다결정 초경 구조물을 수용하기 위한 실질적으로 평행한 한 쌍의 평면이 형성된 슬롯이 될 수 있다. 다결정 초경 구조물은 작업단부에서 슬롯 속에 삽입되도록 동작가능한 전체적으로 텅(tongue)의 형태를 가질 수 있다.
일 예에서, 초경 구조물은 PCD 재료를 포함할 수 있으며, 일 변형형태에서 초경 구조물은 열적으로 안정한 PCD 구조물을 포함할 수 있다. 여기서 사용되는 것 같은 열적으로 안정한 PCD 구조물은 PCD 구조물의 적어도 일부 영역 또는 심지어는 전체 체적이 다이아몬드에 대한 활성 용매/촉매 재료를 실질적으로 갖지 않는 PCD 재료를 포함한다. 이를 달성하는 한 가지 방법은 산침출(acid leaching)에 의해 PCD 재료 내의 틈새로부터 용매/촉매 재료를 제거하는 것이다. 일 실시형태에서, PCD 구조물은 다이아몬드에 대한 용매/촉매로서 작용할 수 있는 재료를 실질적으로 갖지 않을 수 있다. 일부 실시형태에서는 PCD 구조물에서 다이아몬드에 대한 용매/촉매의 약 5체적% 미만이거나 심지어 약 2체적% 미만일 수 있다. 일부 실시형태에서, PCD 구조물은 적어도 부분적으로 다공성이거나, 실질적으로 전체 PCD 구조물이 다공성일 수 있다.
여기서 사용되는 바와 같이, PCD 등급은 다이아몬드 입자의 체적량 및 사이즈, 다이아몬드 입자 사이의 입자간 영역의 체적량 및 그 입자간 영역 내에 존재할 수 있는 재료의 조성 같은 특성이 특징이 되는 PCD 재료다. 서로 다른 PCD 등급은 서로 다른 미세구조와 탄성(또는 영)률(E), 항절력(transverse rupture strength; TRS), 인성(소위 K1C 인성과 같은), 경도, 밀도 및 열팽창계수(CTE) 같은 서로 다른 기계적 특성을 가질 수 있다. 서로 다른 PCD 등급은 또한 사용에서 서로 다르게 거동할 수 있다. 예를 들어 서로 다른 PCD 등급의 마모율과 파괴저항은 다를 수 있다.
일부 예에서, PCD 재료는 적어도 약 850GPa의 영율을 가질 수 있으며, 일부 실시형태에서 PCD 구조는 적어도 약 1,000MPa 또는 심지어 약 1,100MPa의 항절력을 가질 수 있다. 일부 예에서 PCD 구조물은 평균 사이즈가 약 0.1미크론 내지 25미크론의 범위, 또는 심지어는 약 0.1미크론 내지 약 10미크론의 범위인 적어도 약 90체적%의 상호 접합된 다이아몬드 입자를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 있어서, PCD 구조물은 다양한 사이즈분포를 갖는 다이아몬드 입자를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서 PCD 구조물은 입자의 적어도 약 50%가 약 5미크론보다 큰 평균 사이즈를 갖고 입자의 적어도 약 20%가 약 10 내지 약 15미크론 범위의 평균 사이즈를 갖는 사이즈분포 특성을 갖는 접합된 다이아몬드 입자를 포함할 수 있다.
입자의 사이즈 또는 입자사이의 틈새는 등가원 직경(equivalent circle diameter ; ECD)로 표현된다. 여기서 사용되는 것 같이, 입자의 "등가 원 직경(ECD)"은 입자의 단면적과 동일한 면적을 갖는 원의 직경이다. 복수 입자의 ECD 사이즈분포 및 평균 사이즈는 바디의 단면 또는 표면의 화상분석에 의해 개개의 접합되지 않은 입자에 대하여 또는 바디 내에 서로 접합된 입자들에 대하여 측정될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, PCD 재료에 포함되는 인접 다이아몬드 입자 사이의 입자간 평균 자유 경로(interstitial mean free path)가 최소 약 0.05미크론 최대 약 1.5미크론이 될 수 있으며, 평균 자유 경로의 표준 편차는 최소 약 0.05미크론 최대 약 1.5미크론이다. 여기서 사용되는 것 같이, 틈새 또는 입자간 영역을 포함한 내부 구조를 포함하는 다결정 재료(PCD 같은 재료) 내의 "입자간 평균 자유 경로"는 입자간 주변의 여러 지점 사이의 각 간극를 가로지르는 평균 거리를 의미하는 것으로 이해된다. 평균 자유 경로 표준 편차는 이들 값의 표준 편차이다. 다이아몬드 평균 자유 경로는 유사하게 결정되고 측정된다.
미세구조의 균질성은 다이아몬드 사이의 틈새의 평균 두께와 이 두께의 표준 편차의 조합으로 특징 지워질 수 있다. PCD 재료의 균질성 또는 균일성은 폴리싱된 단면의 복수의 현미경 사진을 사용하여 통계적 평가를 실시함으로써 정량화될 수 있다. PCD 구조물 내의 필러 상(filler phase) 또는 공극의 분포는 전자현미경법을 사용하여 다이아몬드 상의 분포와는 쉽게 구분될 수 있으며, EP 0 974 566 호에 개시된 것과 유사한 방법으로 측정될 수 있다(WO2007/110770 호도 참조). 이 방법은 미세구조를 통하여 임의적으로 그린 몇 개의 선을 따라서 평균 두께 또는 틈새를 통계적으로 평가할 수 있게 한다. 평균 바인더 또는 입자간 두께는 또한 "평균 자유 경로"라고도 부른다. 유사한 전체 조성이나 바인더 함량 및 평균 다이아몬드 입자 사이즈를 갖는 두 가지 재료에 있어서, 보다 작은 평균 두께를 갖는 재료가 보다 균질하게 되기 쉬울 것인데, 이는 다이아몬드 상 내에 보다 미세한 규모의 바인더 분포를 나타내기 때문이다. 게다가 이 측정치의 표준 편차가 작을수록 구조물이 보다 균질하게 될 것 같다. 표준편차가 크다는 것은 바인더 두께가 보다 큰 폭으로 변하며 구조물이 덜 균일하다는 것을 나타낸다.
사이즈, 입자 인접성이나 입자간 평균 자유 경로 같은 양의 평균값 및 편차를 측정함에 있어서는 통계치의 신뢰도 및 정확성을 향상시키기 위해 일 표면 또는 단면의 다른 부분의 몇 개의 화상이 사용된다. 주어진 양이나 변수를 측정하는데 사용되는 화상의 개수는 적어도 약 9개 심지어는 약 36개가 될 수 있다. 화상의 해상도는 입자간 경계 및 상간(inter-phase) 경계를 볼 수 있도록 충분히 높을 필요가 있다. 이 통계적 분석에 있어서는 전형적으로, PCD 재료를 포함하는 바디의 표면상의 서로 다른 부위에서 16개의 화상이 취해지며, 이 통계적 분석은 화상의 전역에 걸쳐서 뿐만 아니라 각 화상에서 실시된다. 각 화상은 적어도 약 30개의 다이아몬드 입자를 함유해야 하지만, 보다 많은 입자들은 보다 믿을 수 있고 정확한 통계적 화상 분석을 가능하게 할 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, PCD 구조물은 PCT 공보 제 WO2007/020518 호에서 교시하는 바와 같을 수 있는데, 이는 입자간 평균 자유 경로 값이 0.60미크론 미만이고 입자간 평균 자유 경로의 표준편차가 90미크론 미만인 것을 특징으로 하는 미세 입자의 다결정 다이아몬드 재료를 포함하는 다결정 다이아몬드 연마 요소를 개시한다. 일 실시형태에 있어서, 다결정 다이아몬드 재료는 평균 다이아몬드 입자 사이즈가 약 0.1 내지 약 10.5일 수 있다.
PCD 재료를 포함하는 초경 구조물을 제조하는 한 가지 방법은 적어도 약 5GPa의 압력 및 적어도 약 1,250℃의 온도 같이 다이아몬드가 열역학적으로 흑연보다 안정한 압력 및 온도에서 합성 다이아몬드용 촉매("용매/촉매"라고도 부른다) 재료, 예를 들어 코발트의 존재하에서 다이아몬드 입자들을 함께 소결하는 것을 포함한다. 일부 형태에서, 압력은 6.0GPa 또는 심지어는 적어도 약 8GPa 보다 클 수 있다.
다이아몬드 입자의 응집체(aggregated mass)를 함께 소결하여 PCD 재료를 형성할 때, 용매/촉매 재료는 다양한 방법으로 응집체에 도입될 수 있다. 한 가지 방법은 수용액으로부터의 침전(precipitation)에 의해 복수의 다이아몬드 입자의 표면을 금속 산화물을 침착한 후에 그 합동체(consolidation)를 응집체로 형성하는 것을 포함한다. 이런 방법들은 PCT 공보 제 WO2006/032984 호 및 제 WO2007/110770 호에 개시되어 있다. 다른 방법은 분말 형태의 다이아몬드용 촉매 재료를 포함하는 금속합금을 준비 또는 제공하고 이 분말을 복수의 다이아몬드 입자와 혼합한 후에 그들의 합동에를 응집체로 병합시키는 것을 포함한다. 이 혼합은 볼 밀(ball mill)에 의해 실시될 수 있다. 이 응집체에는 다른 첨가제가 혼합될 수 있다. 도입되었을 수 있는 첨가재 입자 또는 임의의 용매/촉매 재료 입자를 포함하는 다이아몬드 입자 응집체는 미결합 또는 느슨한 결합 구조체로 형성될 수 있고, 이는 세멘티드 카바이드(cemented carbide) 기재 상에 놓여질 수 있다. 세멘티드 카바이드 기재는 코발트 같은 다이아몬드용 촉매재료원을 함유할 수 있다. 입자 응집체 및 기재를 포함하는 조립체는 초고압 로장치(furnace apparatus)에 적합한 캡슐 속에 봉입되고 이 캡슐은 6GPa 보다 큰 압력을 받을 수 있다.
벨트, 토로이달(torroidal), 입방형 및 정방향 다중 앤빌(multi-anvil) 시스템을 포함하는 다양한 종류의 초고압 장치가 알려져 있으며 사용될 수 있다. 캡슐의 온도는 촉매 재료가 녹을 수 있도록 충분히 높고 다이아몬드가 흑연으로 실질적으로 전환되는 것을 피하도록 충분 낮아야 한다. 시간은 소결이 완료될 수 있도록 충분히 길어야 하지만 생산성을 최대화하면서 비용을 줄이기 위해 가능한 짧아야 한다.
초경 PCD 구조물 또는 구조물들은 전술한 바와 같이 제공될 수 있는 세멘티드 카바이드 기재에 접합된 PCD 구조물을 포함하는 PCD 복합 컴팩트체로 만들어질 수 있다. PCD 복합 컴팩트체는 예를 들어 전체적으로 디스크 형상을 가질 수 있다. 일 예에 있어서, 세멘티드 카바이드 기재는 연마에 의해 제거되어, PCD 구조물이 예를 들어 방전가공(EDM)을 이용하여 절단될 수 있는 실질적인 자체지지 PCD 바디(self-supporting PCD body)만을 남길 수 있다. EDM 절삭 방법은 EDM 와이어와 PCD 바디 사이에 방전을 일으켜서 PCD 바디를 국소적으로 열화시키는 것을 포함한다. EDM 와이어는 PCD 구조물의 원하는 형상에 따라서 PCD 바디를 통해 안내될 수 있다. EDM 와이어는 구리(Cu) 및 아연(Zn) 및/또는 그 외의 금속을 포함한 합금을 포함할 수 있으며, EDM 절삭 공정으로 EDM 와이어로부터 일부 금속이 PCD 구조물의 절삭 표면에 침착될 수 있다. 마찬가지로 EDM에 의해 세멘티드 카바이드 담체에 오목부가 절삭되는 예에서, EDM 와이어로부터 일부 금속은 담체의 절삭면 위에 침착될 수 있다.
PCD 구조물 또는 구조물들과 담체의 적어도 절삭면이 세정된 후에 조립하여 예비컴팩트 조립체를 형성한다면 보다 양호한 결과가 예상된다. 일 예에서, PCD 구조물 및 세멘티드 카바이드 담체는 초음파욕(ultrasonic bath)에서 약 20분 내지 30분 동안 최소 약 1 최대 약 3의 pH 값을 갖는 묽은 질산 또는 염산 용액에 침수시킴으로써 세정될 수 있다. 다른 예에서, PCD 구조물 및/또는 담체는 적어도 약 13의 pH 값을 갖는 암모니아 용액 속에 침수될 수 있다. 예시적인 산세정 반응은 다음과 같이 도식화할 수 있다: xCu + yZn + 2(x+y)HN03 = xCu(2+) + yZn(2+) + (x+y)H2 + 2(x+y)NO3 (-). 예시적인 암모니아 세정 반응은 다음과 같이 도식화할 수 있다: xCu + yZn + z(x+y)NH4OH = x[Cu[NH3]z](2+) + y[Zn[NH3]z](2+) + z(x+y)H2O. 양 경우에서, x 및 y는 구리와 아연의 원자비이고, z 값은 2 또는 4다. 산성 용액 또는 알칼리성 용액에서 처리한 후, PCD 구조물 및 담체를 물 및 에탄올에서 세척하여 흡착된 염 용액을 제거한 후 건조할 수 있다.
PCD 바디가 세멘티드 카바이드 기재에 접합되어 제공되는 방법의 형태들에서, 담체와 함께 사용하기 위한 PCD 구조물을 형성하는 공정은 전술한 바와 같이 기재의 적어도 일부를 연마로 제거하는 것을 포함할 수 있다. 이런 형태들에서, PCD 구조물은 한 등급의 세멘티드 카바이드를 사용하여 제조한 다음 예비 컴팩트 조립체 내의 다른 등급과 결합될 수 있다. 이는 초경팁이 담체에 포함된 타입 또는 등급의 탄화물(carbide)에 직접 형성하기 어려울 수 있는 등급의 PCD를 포함할 수 있다는 특징을 갖는다. 예를 들어, 다결정 초경 구조물이 PCD 재료를 포함하고 담체는 코발트 시멘티드 카바이드를 포함하는 실시형태들에 있어서, 담체의 코발트 함량은 단일 단계에서 PCD를 소결하는데 바람직한 것보다 낮을 수 있다. 이는 바람직할 수 있는데, 비교적 낮은 코발트 함량을 갖는 탄화물이 높은 코발트 함량을 갖는 것보다 내마모성이 크기 때문이다. 게다가 낮은 코발트 함량을 갖는 탄화물은 PCD 재료의 열기계적 특성을 맞추기가 보다 양호할 수 있으며, 따라서 PCD 구조물과 담체 사이의 접합에 의해 발생되는 내부 응력이 더 낮아져서 보다 튼튼한 공구가 될 것으로 예상될 것이다. 다른 특징은 용매/촉매를 출발 다이아몬드 분말 속에 예비혼합할 필요 없이 보다 작은 평균 사이즈를 갖는 다이아몬드 입자를 포함하는 PCD 재료를 사용할 수 있다는 것이 될 수 있다.
일부 예에서, 담체는 코발트 함량이 최소 1중량% 최대 약 7중량%인 코발트 세멘티드 텅스텐 카바이드를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 세멘티드 텅스텐 카바이드는 적어도 약 9중량%의 코발트를 포함할 수 있다.
초경 구조물이 PCD 재료를 포함하거나 기본적으로 PCD 재료로 구성되는 예에서, 코발트 같은 합성 다이아몬드용 용매/촉매를 포함하는 결합제가 초경 구조물과 담체 사이에 제공될 수 있다. 이는 담체에 대한 초경 구조물의 결합을 향상시킬 수 있다. 결합제는 웨이퍼, 층 또는 막의 형태일 수 있다.
여기서 개시하는 방법은 초경팁 성분이 각각 수 GPa인 초고압에서 적어도 두 가지 처리를 받는 것을 묵시적으로 요구한다. 왜냐하면 초경 구조물용 원료로서 사용되는 다결정 초경 재료는 적어도 약 5GPa의 초고압에서 소결되었을 것이고 예비 컴팩트 조립체의 일부로서 다시 적어도 약 2GPa의 초고압을 받을 것이기 때문이다. 초고압에서의 처리는 비교적 비용이 높다고 생각될 수 있으며, 당업자는 단일팁의 제조에 한번 넘게 이런 처리를 이용하는 것을 꺼려할 수 있다. 그러나 이중 초고압 처리를 이용하는 개시된 방법은 담체에 대한 다결정 초경 구조물의 강한 결합을 제공하는 특징을 갖는 것으로 보인다. 다결정 초경 구조물이 예비 소결되어 제공된다는 사실 때문에, 초고압에서의 결합 단계중에 구조물의 형상 변형이 감소될 수 있다. 다결정 초경 구조물의 균열이 감소될 수 있다.
다음의 조항들은 방법, 초경팁 및 기계 공구의 추가의 설명으로서 제공된다:
1. 회전 기계 공구, 특히, 그러나 이에 한정되지는 않지만, 트위스트 드릴의 초경팁용 예비 성형체를 제조하는 방법은 적어도 하나의 소결된 다결정 초경 구조물을 세멘티드 카바이드를 포함하는 담체와 접촉시켜서 예비 컴팩트 조립체를 형성하는 단계, 및 초경 재료가 열역학적으로 안정한 압력 및 온도를 상기 예비 컴팩트 조립체에 가하여 예비 성형체를 형성하는 단계를 포함한다.
2. 바인더 재료의 존재하에서 적어도 5GPa의 압력 및 적어도 약 1,250℃의 온도를 응집된 복수의 초경 입자에 가하여 다결정 초경 재료를 포함하는 초경체를 제공하는 단계, 및 상기 초경체를 처리하여 다결정 초경 구조물을 제공하는 단계를 포함하는 1절의 방법.
3. 담체 또는 전구체에 다결정 초경 구조물을 수용하도록 구성된 오목부를 형성하는 단계, 및 다결정 초경 구조물을 오목부 속에 삽입하여 예비 컴팩트 조립체를 형성하는 단계를 포함하는 상기 절 중의 어느 한 절의 방법.
4. 담체는 코발트 세멘티드 텅스텐 카바이드를 포함하며, 상기 코발트 함량은 세멘티드 텅스텐 카바이드 재료의 1중량% 내지 7중량% 범위인 상기 절 중의 어느 한 절의 방법.
5. 초경 구조물은 다결정 다이아몬드(PCD) 재료를 포함하는 상기 절 중의 어느 한 절의 방법.
6. 초경 구조물은 열적으로 안정한 PCD 재료를 포함하는 상기 절 중의 어느 한 절의 방법.
7. 초경 구조물은 평균 사이즈가 최소 약 0.1 미크로 및 최대 약 10미크론인 다이아몬드 입자를 포함하는 PCD 재료를 포함하며, 입자간 평균 자유 경로는 0.6미크론 미만이고 평균 자유 경로의 표준편차는 0.9미크론 미만인 상기 절 중의 어느 한 절의 방법.
8. 초경 구조물은 인접한 다이아몬드 입자 사이의 입자간 평균 자유 경로가 최소 약 0.05미크론 최대 약 1.5미크론인 PCD 재료를 포함하며, 평균 자유 경로의 표준편차는 최소 약 0.05미크론 최대 약 1.5미크론인 상기 절 중의 어느 한 절의 방법.
9. 다결정 초경 구조물 및/또는 담체를 pH 값이 최소 1 최대 3인 산성 용액 또는 pH 값이 최소 10 또는 최소 13인 알칼리성 용액 속에서 처리하는 단계를 포함하는 상기 절 중의 어느 한 절의 방법.
10. 적어도 하나의 초경 구조물 및, 초경 구조물 및 담체의 표면에 인접하게 배치된 적어도 하나의 버팀부재를 수용하도록 담체를 구성하는 단계, 다결정 초경 구조물을 담체와 접촉시키는 단계, 및 버팀부재를 초경 구조물의 표면과 담체의 표면 사이에 배치하여 예비 컴팩트 조립체를 형성하는 단계를 포함하는 상기 절 중의 어느 한 절의 방법.
11. 오목부는 경사면을 가지며 다결정 초경 구조물 및 버팀 부재를 수용하도록 구성되며, 상기 방법은 다결정 초경 구조물 및 버팀부재를 오목부 속에 삽입하여 예비 컴팩트 조립체를 형성하는 단계를 포함하며, 버팀부재는 다결정 초경 구조물과 오목부의 경사측면 사이에 배치되며, 경사측면은 예비 컴팩트 조립체에 종방향으로 가해진 힘에 따라서 버팀부재를 다결정 초경 구조물에 대하여 횡방향으로 편향시키게 동작할 수 있도록 구성되는 상기 절 중의 어느 한 절의 방법.
12. 실질적 비반응성 박을 제공하고, 상기 실질적 비반응성 박을 상기 버팀부재와 상기 초경 구조물의 표면 또는 상기 담체의 표면 사이, 또는 상기 초경 구조물의 표면과 상기 담체의 표면 양쪽에 배치하여 상기 예비 컴팩트 조립체를 형성하는 단계, 상기 초경 재료가 열역학적으로 안정한 압력 및 온도를 상기 예비 컴팩트 조립체에 가하는 단계, 및 상기 버팀부재를 제거하는 단계를 포함하는 10절 또는 11절의 방법.
13. 회전 기계 공구용 초경팁의 제조방법으로서, 상기 방법은 1절 내지 12절 중의 한 절의 방법에 따른 예비 성형체를 제공하는 단계, 및 예비 성형체를 처리하여 초경팁을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
14. 절삭날 및 경사면을 규정하는 상기 초경 구조물의 표면이 노출되도록 상기 예비 성형체를 처리하는 단계를 포함하는 상기 절 중의 한 절의 방법.
15. 예비 성형체를 처리하여 플루트를 제공하는 단계를 포함하는 상기 절 중의 한 절의 방법.
16. 트위스트 드릴용 초경팁으로서, 세멘티드 카바이드(cemented carbide) 담체에 결합된 PCD 구조물을 포함하며, 상기 PCD 구조물은 입자간 평균 자유 경로가 최소 약 0.05미크론 최대 1.5미크론인 PCD 재료를 포함하며, 상기 평균 자유 경로의 표준편차는 최소 약 0.05미크론 최대 약 1.5미크론인 초경팁.
17. 트위스트 드릴용 초경팁으로서, 상기 초경 구조물은 평균 사이즈가 최소 약 0.1미크론 최대 약 10미크론인 다이아몬드 입자를 포함하는 PCD 재료를 포함하며, 입자간 평균 자유 경로는 0.6미크론 미만이고 평균 자유 경로의 표준편차는 0.9미크론 미만인 초경팁.
18. 담체는 텅스텐 카바이드 입자 및 코발트를 포함하는 세멘티디 텅스텐 카바이드 재료를 포함하며, 코발트의 함량은 세멘티드 카바이드 재료의 최대 7중량%인 16절 또는 17절의 초경팁.
19. PCD 재료중의 다이아몬드 함량은 PCD 재료의 적어도 90체적%인 16절 내지 18절의 초경팁.
20. 초경팁은 트위스트 드릴 또는 엔드밀, 예를 들어 볼노즈드(ball-nosed) 엔드밀인 1절 내지 15절 중의 한 절의 방법, 또는 16절 내지 19절 중의 한 절의 초경팁.
21. 1절 내지 15절 중의 한 절의 방법에 따라서 만들어진 초경팁을 포함하거나 16절 내지 19절 중의 한 절의 초경팁을 포함하는 트위스트 드릴 또는 엔드밀 같은 회전 기계 공구.
이하에 비제한적 실시예를 보다 자세히 설명한다.
실시예
8중량%의 코발트 및 평균 사이즈가 약 6미크론인 텅스텐 카바이드(WC) 입자를 포함하는 코발트 세멘티드 텅스텐 카바이드로 형성된 담체를 제공하였다. 담체는 도 3에 도시한 바와 같이 정확한 원통형 베이스를 갖는 둥근 원추형의 전체적 형태를 가졌다. 담체의 작업단부의 정점의 곡률반경(r)은 약 2.25mm이며, 원추각도(κ)는 약 120도였다. 도 2b에 도시한 바와 같이 방전가공(EDM)에 의해 담체에 전체적으로 z형상의 슬롯형 오목부를 형성하였다.
한 쌍의 예비 소결된(pre-sintered) PCD 디스크를 제공하였다. 이들은 약 5.5GPa의 압력과 약 1,300℃의 온도에서 코발트의 존재하에서 다이아몬드 입자를 함께 소결함으로써 예비 성형되었다. PCD는 약 90체적%의 다이아몬드 입자 및 약 10체적%의 코발트를 포함하였으며, 다이아몬드 입자는 평균 사이즈가 약 6미크론이었다. PCD 디스크를 EDM에 의해 도 2b에 개략적으로 도시한 형상으로 절삭하여 담체에 형성된 오목부에 삽입할 수 있도록 일정 형상의 한 쌍의 PCD 구조물을 형성하였다.
PCD 구조물과 담체를 pH 값이 1 내지 3의 범위이고 유리 플라스크에 담긴 묽은 질산 용액에 담그고 이들을 주위 온도에서 20 내지 30분 동안 초음파욕 속에 놓았다. 세멘티드 카바이드 담체내의 코발트 세멘트 재료는 이 처리에 의해 실질적으로 용해되지 않았다. 그 후, PCD 구조물 및 담체를 에탄올 속에서 세척하고 건조하였다.
PCD 구조물을 오목부 속에 삽입하여 예비 컴팩트를 형성하고 이것에 약 5.5GPa의 압력과 약 1,450 ℃의 온도를 가하여 일체로 소결된 드릴팁 예비 성형체를 형성하였다.
소결된 드릴팁 예비 성형체는 세멘티드 카바이드 담체 내에 일체로 결합된 PCD 줄기(vein)를 포함하는 것으로서 설명할 수 있으며, 다음과 같은 관찰된 특징을 가졌다.
- 두 개의 PCD 구조물이 함께 잘 소결되어 일체된 줄기를 형성하였지만 이들 사이의 계면은 미세선으로서 관찰될 수 있었다.
- PCD 줄기와 세멘티드 카바이드 담체 사이의 계면은 소결 단계중에 담체로부터 또한 아마도 PCD 구조물로부터 침투한 코발트가 풍부한 영역을 포함하였다. 카바이드 입자들은 코발트가 풍부한 계면 영역 내에 뚜렷하였다.
- PCD 재료의 소결 품질은 소결 단계에 의해 향상된 것으로 생각되었는데, 이 소결 단계는 실질적으로 PCD 구조물이 받은 제 2 초고압 소결 단계였다.
이상으로 픽(pick) 공구의 다양한 예시적 실시형태와 이들을 조립 및 연결하는 방법들을 설명하였다. 당업자는 청구 발명의 정신 및 범위로부터 이탈함 없이 이들 예를 변형 및 수정할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. 회전 기계 공구의 초경 팁(tip)용 예비 성형체의 제조 방법으로서,
    적어도 하나의 소결된 다결정 초경 구조물을 세멘티드 카바이드(cemented carbide)을 포함하는 담체에 접촉시켜서 예비 컴팩트 조립체를 형성하는 단계, 및
    상기 초경 재료가 열역학적으로 안정한 압력 및 온도를 상기 예비 컴팩트 조립체에 가하여 예비 성형체를 형성하는 단계를 포함하는
    방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 기계 공구는 트위스트 드릴인
    방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 담체에 상기 다결정 초경 구조물을 수용하도록 구성된 오목부를 형성하는 단계, 및
    상기 다결정 초경 구조물을 상기 오목부 속에 삽입하여 상기 예비 컴팩트 조립체를 형성하는 단계를 포함하는
    방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서,
    상기 담체는 코발트 세멘티드 텅스텐 카바이드를 포함하며, 상기 코발트 함량은 1중량% 내지 7중량%의 범위 내에 있는
    방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 한 항에 있어서,
    상기 초경 구조물은 다결정 다이아몬드(PCD) 재료를 포함하는
    방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 한 항에 있어서,
    상기 초경 구조물은, 평균 사이즈가 최소 약 0.1미크론 최대 약 10미크론인 다이아몬드 입자를 포함하며, 상기 입자간 평균 자유 경로는 0.6미크론 미만이고 상기 평균 자유 경로의 표준편차는 0.9미크론 미만인 PCD 물질을 포함하는
    방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 한 항에 있어서,
    상기 다결정 초경 구조물을 pH 값이 최소 1 최대 3인 산성 용액, 또는 pH가 적어도 10인 알칼리성 용액 속에서 처리하는 단계를 포함하는
    방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 초경 구조물과 상기 초경 구조물 및 상기 담체의 표면에 인접하게 배치된 적어도 하나의 버팀부재를 수용하도록 상기 담체를 구성하는 단계,
    상기 다결정 초경 구조물을 상기 담체에 접촉시키는 단계, 및
    상기 초경 구조물의 표면과 상기 담체의 표면 사이에 상기 버팀부재를 배치하여 상기 예비 컴팩트 조립체를 형성하는 단계를 포함하는
    방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 오목부는 경사면을 가지고 상기 다결정 초경 구조물 및 버팀부재를 수용하도록 구성되며,
    상기 다결정 초경 구조물 및 상기 버팀부재를 상기 오목부 속에 삽입하여 예비 컴팩트 조립체를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 버팀부재는 상기 다결정 초경 구조물과 상기 오목부의 경사측면 사이에 배치되며, 상기 경사측면은 상기 예비 컴팩트 조립체에 종방향으로 가해지는 힘에 따라서 상기 버팀부재를 상기 다결정 초경 구조물에 대하여 횡방향으로 편향시키게 동작가능하도록 구성되는
    방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    실질적 비반응성 박을 제공하고, 상기 실질적 비반응성 박을 상기 버팀부재와 상기 초경 구조물의 표면 또는 상기 담체의 표면 사이, 또는 상기 초경 구조물의 표면과 상기 담체의 표면 양쪽에 배치하여 상기 예비 컴팩트 조립체를 형성하는 단계,
    상기 초경 재료가 열역학적으로 안정한 압력 및 온도를 상기 예비 컴팩트 조립체에 가하는 단계, 및
    상기 버팀부재를 제거하는 단계를 포함하는
    방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 한 항에 있어서,
    절삭날 및 경사면을 규정하는 상기 초경 구조물의 표면이 노출되도록 상기 예비 성형체를 처리하는 단계를 포함하는
    방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 한 항에 있어서,
    플루트를 부여하도록 상기 예비 성형체를 처리하는 단계를 포함하는
    방법.
  13. 트위스트 드릴용 초경팁에 있어서,
    세멘티드 카바이드(cemented carbide) 담체에 결합된 PCD 구조물을 포함하며,
    상기 PCD 구조물은 입자간 평균 자유 경로가 최소 약 0.05미크론 최대 1.5미크론인 PCD 재료를 포함하며, 상기 평균 자유 경로의 표준편차는 최소 약 0.05미크론 최대 약 1.5미크론인
    초경팁.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 담체는 텅스텐 카바이드 입자 및 코발트를 포함하는 세멘티드 텅스텐 카바이드 재료를 포함하며, 상기 코발트의 함량은 상기 세멘티드 카바이드 재료의 최대 7중량%인
    초경팁.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 PCD 재료내의 다이아몬드 함량은 상기 PCD 재료의 적어도 90체적%인
    초경팁.
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