KR20120132679A - A superhard insert and an earth boring tool comprising same - Google Patents

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KR20120132679A
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제라드 돌란
콘스탄틴 이브제니빅 모로조프
존 휴이트 리버세이지
이아인 패트릭 구드몬드
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엘리먼트 씩스 어브레시브스 에스.아.
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Abstract

회전식 지반 천공기용 초경질 인서트는 주변 커터 에지를 갖는 커터 단부를 포함하고, 상기 주변 커터 에지의 적어도 일부는 복수의 교호적인 경질 및 초경질 영역의 복수의 에지에 의해 형성된다. 초경질 영역의 에지는 상호 이격 배치되고 경질 영역의 에지에 의해 분리된다. 각각의 경질 영역의 경도는 각각의 초경질 영역의 경도의 50% 이하이다.The ultrahard insert for a rotary ground perforator comprises a cutter end having a peripheral cutter edge, at least a portion of which is formed by a plurality of edges of a plurality of alternating hard and ultrahard regions. The edges of the hard zone are spaced apart from each other and separated by the edge of the hard zone. The hardness of each hard zone is 50% or less of the hardness of each superhard zone.

Description

초경질 인서트 및 이를 포함하는 지반 천공기 {A SUPERHARD INSERT AND AN EARTH BORING TOOL COMPRISING SAME}Super hard insert and ground drilling machine comprising same {A SUPERHARD INSERT AND AN EARTH BORING TOOL COMPRISING SAME}

본 발명은 회전식 지반 천공기용 초경질 인서트에 관한 것이다. The present invention relates to an ultrahard insert for a rotary ground perforator.

회전식 지반 천공기는 석유 및 가스 탐사, 우물 개발 및 건설과 같은 산업에서 지반에 구멍을 뚫기 위해 사용된다. 암석 천공용 회전 드릴 비트는 드릴 비트 보디에 장착되는 복수의 초경질 인서트를 포함할 수 있다. 사용 시에, 헤드는 큰 힘으로 고속 회전되어, 초경질 인서트를 구멍의 벽과 단부에 대해 회전 구동시킴으로써 암석 재료를 전단 절삭 작용에 의해 제거한다. 이러한 용도에 적합한 인서트는 "전단 커터" 인서트로서 지칭될 수 있으며, 소결 탄화물(cemented carbide) 기판 상에 접합되는 다결정 초경질 재료의 층을 포함할 수도 있다. 다결정 초경질 재료의 일 예는 다결정 다이아몬드(polycrystalline diamond: PCD)이다. Rotary ground drills are used to drill ground in industries such as oil and gas exploration, well development and construction. The rotary drill bit for rock drilling may comprise a plurality of ultrahard inserts mounted to the drill bit body. In use, the head is rotated at high speed with great force to remove rock material by shear cutting action by rotating the ultrahard insert about the wall and end of the hole. Inserts suitable for this use may be referred to as “shear cutter” inserts and may include a layer of polycrystalline superhard material bonded onto a cemented carbide substrate. One example of a polycrystalline superhard material is polycrystalline diamond (PCD).

PCD는 다이아몬드 입자 사이의 간극과 내부성장 다이아몬드 입자의 덩어리를 포함하는 초경질 재료다. PCD는 다이아몬드 입자의 응집된 덩어리를 초고압 및 초고온에 노출시킴으로써 만들어질 수 있다. PCD는 암석, 금속, 세라믹, 복합재 및 목재-함유 재료와 같은 경질 또는 연마 재료를 절삭, 기계가공, 드릴링 또는 분해하기 위한 광범위한 공구에 사용된다. 예를 들어, PCD 인서트는 석유 및 가스 채굴 산업에서 지반에 천공을 하기 위한 드릴 비트 내에 널리 사용된다. 이들 적용의 대다수에서, PCD 재료의 온도는 암석층, 작업편 또는 보디와 결합할 때 상승된다. PCD is a superhard material that contains a gap between diamond particles and agglomerates of internally grown diamond particles. PCD can be made by exposing agglomerated masses of diamond particles to very high pressure and very high temperatures. PCD is used in a wide range of tools for cutting, machining, drilling or dismantling hard or abrasive materials such as rock, metal, ceramics, composites and wood-containing materials. For example, PCD inserts are widely used in drill bits for drilling ground in the oil and gas mining industry. In many of these applications, the temperature of the PCD material is raised when it is combined with the rock layer, workpiece or body.

유럽 특허 제0 278 703호는 소결 탄화물 코어와 연마 절삭 코너를 갖는 연마 보디를 개시하고 있으며, 여기에서 연마 절삭 코너는 동일한 재료 또는 상이한 재료일 수 있다. 연마 보디는 기판에 접합된 접합 초경질 연마 입자의 층을 포함할 수 있으며, 초경질 연마 입자는 다이아몬드 또는 입방 질화 붕소일 수 있다. EP 0 278 703 discloses an abrasive body having a sintered carbide core and abrasive cutting corners, wherein the abrasive cutting corners can be the same material or different materials. The abrasive body may comprise a layer of bonded ultrahard abrasive particles bonded to the substrate, and the ultrahard abrasive particles may be diamond or cubic boron nitride.

PCT 특허 출원 공개 WO 2002/022311호는 복수의 예비-소결된 리세스가 내부에 형성되어 있는 소결 텅스텐 탄화물 기판을 포함하는 공구 인서트를 개시하고 있다. 공구 인서트의 일 실시예는 섹션의 네 코너의 각각에 네 개의 연마 보디가 접합되는 기판의 섹션으로 구성된다. PCT Patent Application Publication WO 2002/022311 discloses a tool insert comprising a sintered tungsten carbide substrate having a plurality of pre-sintered recesses formed therein. One embodiment of a tool insert consists of a section of a substrate to which four abrasive bodies are bonded to each of the four corners of the section.

미국 특허 제5,607,024호는 지지 부재 상에 장착되는 커터 단부를 갖는 초경질 인서트를 개시하고 있다. 커터 단부는 주로 코발트로 구성되는 결합제 내에 접합되는 다결정 다이아몬드 입자를 갖는 디스크 또는 정제(tablet) 형상의 형태이다. 이 정제 또는 디스크는 이후 종래의 고온 고압 소결 처리에 의해 원통형 지지 부재에 고정 부착된다. U. S. Patent No. 5,607, 024 discloses an ultra hard insert with a cutter end mounted on a support member. The cutter end is in the form of a disk or tablet shape having polycrystalline diamond particles bonded in a binder consisting mainly of cobalt. This tablet or disc is then fixedly attached to the cylindrical support member by conventional high temperature high pressure sintering treatment.

미국 특허 제7,533,740호는 단부면과 주변을 구비하는 기판을 갖는 절단 요소를 개시하고 있으며, 상기 단부면은 주변으로 연장되고, "TSP" 재료층은 단부면의 일부 위에만 형성되며 주변으로 연장된다. 일 실시예에서, TSP는 절단 요소에 의해 기계적으로 로크된다. US Pat. No. 7,533,740 discloses a cutting element having a substrate having an end face and a periphery, the end face extending to the periphery, and the "TSP" material layer being formed over a portion of the end face and extending to the periphery. . In one embodiment, the TSP is mechanically locked by the cutting element.

회전식 지반 천공기용 초경질 인서트로서, 특히 지반을 천공하거나 암석층을 채굴 또는 분해하기 위한, 저비용 또는 우수한 특성을 갖는 초경질 인서트가 요구된다. As ultrahard inserts for rotary ground boring machines, there is a need for ultrahard inserts having low cost or good properties, in particular for drilling ground or mining or decomposing rock layers.

본 명세서에 사용될 때, "초경질(superhard)"은 25 GPa 이상의 비커스 경도를 의미한다. As used herein, "superhard" means a Vickers hardness of at least 25 GPa.

제1 태양에서 볼 때, 회전식 지반 천공기용 초경질 인서트로서, 주변 커터 에지를 갖는 커터 단부를 포함하고, 상기 주변 커터 에지의 적어도 일부는 복수의 교호적인 경질 및 초경질 영역의 복수의 에지에 의해 형성되며, 초경질 영역의 에지는 상호 이격 배치되고 경질 영역의 에지에 의해 분리되며, 각각의 경질 영역의 경도는 각각의 초경질 영역의 경도의 50% 이하인 초경질 인서트가 제공된다. In a first aspect, an ultrahard insert for a rotary ground perforator comprising a cutter end having a peripheral cutter edge, wherein at least a portion of the peripheral cutter edge is defined by a plurality of edges of a plurality of alternating hard and ultrahard regions. And the edges of the superhard regions are spaced apart from each other and separated by the edges of the hard regions, with the hard insert being provided with a hardness of 50% or less of the hardness of each hard zone.

초경질 영역의 절삭 효과를 향상시키기 위해 사용 시에 경질 영역의 에지는 초경질 영역의 에지보다 빠르게 마모될 수 있다. In use to enhance the cutting effect of the superhard region, the edge of the hard region may wear out faster than the edge of the superhard region.

일부 실시예에서, 주변 커터 에지의 적어도 일부는 각진 형상이거나, 라운드형이거나, 모떼기 형상이거나 경사진 형상이다. In some embodiments, at least some of the peripheral cutter edges are angular, rounded, chamfered or inclined.

본 명세서에 사용될 때, 레이크(rake) 표면은 초경질 인서트의 절삭 작용에 의해 제거된 재료가 그 위로 흐르는 절삭 인서트의 표면이며, 이러한 재료는 통상 "칩"으로 불리는 편 형태이다. 레이크 각도는 절단되거나, 천공되거나 또는 분해되는 작업편 또는 다른 보디의 표면에 대한 레이크 표면의 경사각이며, 포지티브 레이크 각도는 칩이 작업편으로부터 멀어지게 할 수 있고 네거티브 레이크 각도는 칩이 작업편 쪽으로 향하게 한다. As used herein, the rake surface is the surface of the cutting insert through which the material removed by the cutting action of the ultrahard insert flows over it, which material is commonly referred to as a "chip." The rake angle is the angle of inclination of the rake surface with respect to the surface of the workpiece or other body being cut, drilled or disassembled, the positive rake angle may cause the chip to move away from the workpiece and the negative rake angle to direct the chip towards the workpiece. do.

일부 실시예에서, 커터 단부는 복수의 레이크 표면을 갖는다. 복수의 레이크 표면은 서로에 대해 상이한 각도로 경사질 수 있으며, 주변 커터 에지와 주변 커터 에지에서 먼 영역 사이에 반경방향으로 배치될 수 있고, 주변 커터 에지에서부터 시작하여 제1 면, 제2 면 등으로 지정될 수 있다. In some embodiments, the cutter end has a plurality of rake surfaces. The plurality of rake surfaces can be inclined at different angles with respect to each other, can be disposed radially between the peripheral cutter edge and the area farther from the peripheral cutter edge, starting from the peripheral cutter edge, the first face, the second face, etc. Can be specified.

일부 실시예에서, 커터 단부는 초경질 영역의 에지를 두 개, 세 개, 네 개, 다섯 개 또는 심지어 열 개 이상 포함한다. In some embodiments, the cutter ends comprise two, three, four, five or even ten or more edges of the hard zone.

일부 실시예에서, 초경질 인서트는 대체로 원통형 또는 디스크형 형태를 갖는다. 일부 실시예에서, 초경질 인서트는 커터 단부의 평면도에서 볼 때 중심축 주위로 실질적으로 2-폴드, 3-폴드, 4-폴드 또는 심지어 5-폴드 회전 대칭을 갖는다. In some embodiments, the hard insert has a generally cylindrical or disc shaped form. In some embodiments, the hard insert has substantially 2-fold, 3-fold, 4-fold or even 5-fold rotational symmetry around the central axis when viewed in plan view of the cutter end.

초경질 인서트는 일부 실시예에서 그 작업 수명을 연장시킴으로써 초경질 인서트의 유효 원가를 줄이는데 도움이 되도록 공구 상에 재사용 가능하게 장착될 수 있다. The hard insert may in some embodiments be reusably mounted on a tool to help reduce the effective cost of the hard insert by extending its working life.

일 실시예에서, 커터 단부는 주변 커터 에지로부터 멀리 있는 경질 중심 영역을 포함하며 복수의 초경질 영역 사이에 중심 배치된다. 일 실시예에서, 중심 경질 영역은 융기부 또는 보스부를 구비한다. 융기부 또는 보스부는 지지체와 일체로 형성되거나 기계적, 브레이징 또는 접착 수단에 의해 지지체에 고정될 수 있다. In one embodiment, the cutter end includes a hard center region distant from the peripheral cutter edge and is centered between the plurality of superhard regions. In one embodiment, the central hard zone has ridges or bosses. The ridges or bosses may be integrally formed with the support or fixed to the support by mechanical, brazing or gluing means.

일부 실시예에서, 융기부 또는 보스부는 사용 시에 칩 브레이커로서 유리하게 기능하며, 천공되거나 분해되는 재료로 형성된 칩은 커터로부터 멀리 편향되고, 따라서 절삭면의 마모를 감소시킨다. In some embodiments, the ridges or bosses advantageously function as chip breakers in use, and chips formed from materials that are punctured or degraded are deflected away from the cutter, thus reducing wear on the cutting surface.

일 실시예에서, 커터 단부는 융기부 또는 보스부로부터 주변 커터 에지를 향해서 하향 현수되는 적어도 하나의 커터 면을 포함한다. In one embodiment, the cutter end includes at least one cutter face suspended downward from the ridge or boss toward the peripheral cutter edge.

네거티브 레이크 각도는, 초경질 인서트가 공구 캐리어에 고정되는 각도를 수정할 필요 없이 달성될 수 있다. The negative rake angle can be achieved without the need to modify the angle at which the hard insert is fixed to the tool carrier.

일 실시예에서, 초경질 영역은 포지티브 레이크 각도를 갖는 레이크 면 상에 놓인다. 일 실시예에서, 중앙 영역은 융기부 또는 보스부를 포함하고, 융기부 또는 보스부로부터 레이크 면의 부분이 하향 현수되고, 주변 커터 에지에 인접하는 레이크 면의 다른 부분은 포지티브 레이크 각도를 형성하도록 상향 연장되고, 그 결과 커터 단부 상에 국자모양 특징부가 형성된다. In one embodiment, the ultrahard region lies on the rake face having a positive rake angle. In one embodiment, the central region includes a ridge or boss portion, with the portion of the rake face suspended from the ridge or boss portion and the other portion of the rake face adjacent the peripheral cutter edge upwards to form a positive rake angle. Extending, resulting in a scoop-shaped feature on the cutter end.

일 실시예에서, 각각의 초경질 영역은 이를 식별하기 위한 표식을 갖는다. In one embodiment, each superhard region has a marker to identify it.

상이한 경도 또는 다른 특성을 갖는 둘 이상의 초경질 영역은 쉽게 식별될 수 있다. 사용자는 원하는 용도 또는 작업편 재료(예를 들면, 암석층의 형태)에 가장 적합한 초경질 영역을 선택하기 위해 표식을 사용할 수 있다. 일 실시예에서, 표식은 각각의 초경질 영역에 인접한 경질 영역에 새겨질 수 있다. Two or more superhard regions with different hardness or other properties can be easily identified. The user can use the marker to select the superhard area that is most suitable for the desired use or workpiece material (eg, in the form of a rock layer). In one embodiment, the marker may be inscribed in the hard area adjacent to each ultra hard area.

일부 실시예에서, 초경질 인서트는 반경방향 외측으로 돌출하는 복수의 스포크 구조를 포함하며, 각각의 스포크는 초경질 구조물을 갖는다. In some embodiments, the ultrahard insert includes a plurality of spoke structures projecting radially outwardly, each spoke having a superhard structure.

일부 실시예에서, 적어도 하나의 초경질 영역의 각각은 커터 단부의 평면도에서 볼 때 대체로 수렴하거나 대체로 발산하는 측부를 갖는다. 이러한 실시예는 상기 영역이 사용 시에 마모됨에 따라 거의 일정한 에지 길이 또는 그렇지 않으면 필요에 따라 초경질 에지 길이를 갖도록 구성될 수 있다. In some embodiments, each of the at least one superhard region has sides that generally converge or generally diverge when viewed in plan view of the cutter end. Such an embodiment may be configured to have a nearly constant edge length as the area wears in use or otherwise an ultrahard edge length as needed.

에지의 길이는 초경질 인서트의 작업 수명 내내 거의 일정하게 유지될 수 있으며, 따라서 사용 중에 점차 마모됨에 따라 커터의 성능을 연장시킬 수 있다. The length of the edge can be kept almost constant throughout the working life of the ultrahard insert, thus extending the performance of the cutter as it gradually wears out during use.

일부 실시예에서, 각각의 초경질 영역의 비커스 경도는 약 40 GPa 이상, 약 50 GPa 이상 또는 약 60 GPa 이상이다. 일부 실시예에서, 초경질 영역의 적어도 하나는 900 GPa 이상, 약 1,050 GPa 이상 또는 약 1,100 GPa 이상의 평균 영율(Young's modulus)을 갖는 재료를 포함한다. In some embodiments, the Vickers hardness of each superhard region is at least about 40 GPa, at least about 50 GPa, or at least about 60 GPa. In some embodiments, at least one of the ultrahard regions comprises a material having an average Young's modulus of at least 900 GPa, at least about 1,050 GPa, or at least about 1,100 GPa.

일부 실시예에서, 각각의 경질 영역은 각각의 초경질 영역의 20% 이상 또는 30% 이상의 경도를 갖는다. 일 실시예에서, 각각의 경질 영역은 소결 텅스텐 탄화물 재료를 포함한다. In some embodiments, each hard region has a hardness of at least 20% or at least 30% of each superhard region. In one embodiment, each hard region comprises a sintered tungsten carbide material.

일 실시예에서, 초경질 인서트는 초경질 재료를 포함하는 복수의 초경질 구조물을 포함하며, 상기 초경질 구조물은 지지체에 접합, 클램핑 또는 다른 방식으로 접합된다. 일부 실시예에서, 지지체는 초경질 영역 각각의 평균 영율의 약 60% 이상, 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상의 평균 영율을 갖는 재료를 포함한다. In one embodiment, the ultrahard insert includes a plurality of ultrahard structures comprising an ultrahard material, the ultrahard structure being bonded, clamped or otherwise bonded to the support. In some embodiments, the support comprises a material having an average Young's modulus of at least about 60%, at least about 70%, or at least about 80% of the average Young's modulus of each of the ultrahard regions.

일반적으로, 지지체와 초경질 구조물의 평균 영율 차이가 작을수록, 커터 인서트는 더 견고할 수 있으며, 초경질 구조물이 지지체로부터 분리되거나 파괴될 위험은 줄어들 수 있다. In general, the smaller the difference in average Young's modulus between the support and the superhard structure, the more robust the cutter insert can be and the less risk that the superhard structure will separate or break from the support.

일 실시예에서, 지지체는 소결 텅스텐 탄화물을 포함한다. In one embodiment, the support comprises sintered tungsten carbide.

일 실시예에서, 지지체는 다이아몬드 또는 입방 질화 붕소(cBN)와 같은 초경질 재료를 입자 또는 미립자 형태로 포함한다. In one embodiment, the support comprises an ultrahard material such as diamond or cubic boron nitride (cBN) in particle or particulate form.

지지체 내에 초경질 재료가 존재하는 것은 초경질 인서트의 강성을 증가시키는 효과를 가질 수 있으며, 초경질 구조물의 파괴 위험을 감소시킬 수 있다. The presence of an ultrahard material in the support can have the effect of increasing the rigidity of the ultrahard insert and can reduce the risk of destruction of the ultrahard structure.

일부 실시예에서, 초경질 구조물의 적어도 하나는 핀, 리벳, 볼트 등에 의해 지지체에 고정되거나, 클램핑 수단에 의해 지지체에 클램핑된다. 일부 실시예에서, 지지체는 고정용 핀, 리벳, 볼트 등을 수용하도록 구성된 관통 구멍을 포함한다. 일부 실시예에서, 고정용 핀, 리벳, 볼트 등은 나사 가공된다. In some embodiments, at least one of the ultrahard structures is secured to the support by pins, rivets, bolts or the like, or clamped to the support by clamping means. In some embodiments, the support includes through holes configured to receive securing pins, rivets, bolts, and the like. In some embodiments, retaining pins, rivets, bolts, and the like are threaded.

일부 실시예는, 초경질이 아니며 핀, 리벳 또는 나사를 수용하기 위해 관통 구멍이 형성될 수 있는 중심 영역을 갖고 있기 때문에 핀 또는 나사 수단에 의해 공구 보디에 고정되기에 특히 적합할 수 있다. Some embodiments may be particularly suitable for being secured to the tool body by pin or screw means because they are not superhard and have a central area in which through holes can be formed to receive pins, rivets or screws.

본 명세서에 사용될 때, "다결정 다이아몬드(polycrystalline diamond)" 또는 PCD는 다이아몬드 입자 사이에 간극을 갖는 골격 구조를 형성하는, 실질적으로 내부-성장되는 다이아몬드 입자의 덩어리를 포함하는 재료를 의미하며, 상기 재료는 80 체적% 이상의 다이아몬드를 포함한다. As used herein, "polycrystalline diamond" or PCD means a material comprising a mass of substantially internally-grown diamond particles that forms a skeletal structure with a gap between the diamond particles, the material Contains more than 80% by volume diamond.

일 실시예에서, 각각의 초경질 영역은 PCD 재료, 바람직하게는 열적으로 안정한 PCD를 포함한다. 일부 실시예에서, PCD 재료는 약 88 체적% 이상 또는 약 90 체적% 이상의 다이아몬드 함량을 갖는다. 일부 실시예에서, PCD 재료는 약 99 체적% 이하의 다이아몬드 함량을 갖는다. In one embodiment, each superhard region comprises a PCD material, preferably a thermally stable PCD. In some embodiments, the PCD material has a diamond content of at least about 88 volume percent or at least about 90 volume percent. In some embodiments, the PCD material has a diamond content of about 99 volume percent or less.

일부 실시예에서, 복수의 초경질 영역의 적어도 하나는, PCD 또는 그 전구체를 약 6 GPa 초과, 약 7.0 GPa 이상 또는 심지어 약 8.0 GPa 이상의 압력에 노출시키는 단계를 구비하는 방법에 의해 만들어진 PCD 재료를 포함한다. In some embodiments, at least one of the plurality of ultrahard regions comprises a PCD material made by a method comprising exposing the PCD or precursor thereof to a pressure greater than about 6 GPa, greater than about 7.0 GPa or even greater than about 8.0 GPa. Include.

초경질 구조물이 PCD를 포함하는 일부 실시예는, 향상된 다이아몬드 인접도와 향상된 입자간 접합, 다이아몬드 입자의 보다 균질한 공간 분포, 보다 낮은 다공성 및 보다 낮은 전체 용매/촉매 함량을 초래하기에 충분할 수 있는 고압에서 소결된 PCD를 포함할 수 있으며, 상기 PCD는 보다 높은 경도, 내마모성 및 탄성계수 또는 영율을 가질 수 있다. Some embodiments in which the ultrahard structure comprises a PCD may have high pressures that may be sufficient to result in improved diamond proximity and improved interparticle bonding, more homogeneous spatial distribution of diamond particles, lower porosity and lower total solvent / catalyst content. It may comprise a sintered PCD, the PCD may have a higher hardness, wear resistance and modulus or Young's modulus.

일부 실시예에서, 복수의 초경질 영역의 적어도 하나는 약 60.5 퍼센트 이상 또는 약 61.5 퍼센트 이상의 평균 다이아몬드 입자 인접도를 갖는 다이아몬드 입자를 포함하는 PCD 재료를 포함한다. 일반적으로, 다이아몬드 입자 인접도가 높을수록, 초경질 인서트가 파괴될 가능성은 낮아질 수 있다. In some embodiments, at least one of the plurality of ultrahard regions comprises PCD material comprising diamond particles having an average diamond particle proximity of at least about 60.5 percent or at least about 61.5 percent. In general, the higher the diamond particle proximity, the lower the likelihood of breaking the hard insert.

일부 실시예에서, 복수의 초경질 영역의 적어도 하나는 약 0.05 미크론 이상, 약 0.1 미크론 이상, 약 0.2 미크론 이상 또는 약 0.5 미크론 이상의 격자간 평균 자유 행정(mean free path)을 갖는 PCD 재료를 포함한다. 일부 실시예에서, 복수의 초경질 영역의 적어도 하나는 1.5 미크론 이하, 약 1.3 미크론 이하 또는 심지어 약 1 미크론 이하의 격자간 평균 자유 행정을 갖는 PCD 재료를 포함한다. In some embodiments, at least one of the plurality of ultrahard regions comprises a PCD material having a mean free path between gratings of at least about 0.05 microns, at least about 0.1 microns, at least about 0.2 microns or at least about 0.5 microns. . In some embodiments, at least one of the plurality of ultrahard regions comprises a PCD material having an interstitial mean free path of 1.5 microns or less, about 1.3 microns or less, or even about 1 micron or less.

한편으로 PCD 내의 금속성 용매/촉매의 높은 인접도 및/또는 높은 균질성 및/또는 감소된 함량과, 다른 한편으로 적어도 두 개의 피크 또는 모드, 바람직하게 적어도 세 개의 피크 또는 모드를 갖는 크기 분포의 조합은 PCD의 내마모성 및 기타 특성의 상당한 향상을 초래할 수 있다. The combination of the high adjacency and / or high homogeneity and / or reduced content of the metallic solvent / catalyst in the PCD on the one hand and the size distribution having on the other hand at least two peaks or modes, preferably at least three peaks or modes, It can result in a significant improvement in the wear resistance and other properties of the PCD.

일 실시예에서, 복수의 초경질 영역의 적어도 하나는 멀티-모달(multi-modal) 크기 분포를 갖는 다이아몬드 입자를 포함하는 PCD 재료를 포함한다. 일부 실시예에서, PCD 재료는 약 20 미크론 이하, 약 10 미크론 이하, 약 7 미크론 이하 또는 심지어 약 5 미크론 이하의 평균 크기를 갖는 다이아몬드 입자를 포함한다. 일 실시예에서, PCD 재료는 약 0.1 미크론 이상의 평균 크기를 갖는 다이아몬드 입자를 포함한다. In one embodiment, at least one of the plurality of ultrahard regions comprises a PCD material comprising diamond particles having a multi-modal size distribution. In some embodiments, the PCD material includes diamond particles having an average size of about 20 microns or less, about 10 microns or less, about 7 microns or less, or even about 5 microns or less. In one embodiment, the PCD material includes diamond particles having an average size of about 0.1 micron or more.

일 실시예에서, PCD 재료는, 입자의 50퍼센트 이상이 5 미크론을 초과하는 평균 크기를 갖고 입자의 20퍼센트 이상이 10 내지 15 미크론 범위의 평균 크기를 갖는 크기 분포 특징을 갖는 다이아몬드 입자를 포함한다. In one embodiment, the PCD material comprises diamond particles having a size distribution feature where at least 50 percent of the particles have an average size of greater than 5 microns and at least 20 percent of the particles have an average size in the range of 10 to 15 microns. .

안에 포함되는 초경질 재료의 체적은 감소되거나 최소화될 수 있으며, 이것은 초경질 재료가 제조 비용이 높을 수 있고 높은 인장 잔류 응력에 노출될 수 있기 때문에 중요하다. The volume of ultrahard material included therein can be reduced or minimized, which is important because the ultrahard material can be expensive to manufacture and can be exposed to high tensile residual stresses.

추가 태양에서 볼 때, 전술되거나 본 명세서에 기술되는 초경질 인서트를 포함하는 회전식 드릴 비트가 제공된다. In a further aspect, there is provided a rotary drill bit comprising an ultrahard insert as described above or described herein.

다른 태양에서 볼 때, 전술되거나 본 명세서에 기술되는 초경질 인서트를 포함하는 지반 천공기가 제공된다. 일 실시예에서, 지반 천공기는 암석에 천공하기 위한, 예를 들어 석유 또는 가스를 추출하기 위한 회전식 드릴 비트일 수 있다. In another aspect, a ground perforator is provided that includes the ultrahard insert described above or described herein. In one embodiment, the ground perforator may be a rotary drill bit for drilling in rock, for example for extracting oil or gas.

이제 비제한적 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명할 것이다.
도 1a는 초경질 인서트의 일 실시예의 개략 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 A-A 라인을 따라서 취한 개략 종단면도이다.
도 2 내지 도 8은 (a)는 초경질 인서트의 실시예의 개략 사시도이고 (b)는 각각의 (a)에서의 A-A 라인을 따라서 취한 개략 종단면도이다.
도 9는 초경질 인서트의 일 실시예의 사시도뿐 아니라 그 부분 분해 사시도이다.
도 10은 초경질 인서트의 일 실시예에서의 지지체 및 클램프 수단의 사시도이다.
도 11은 복수의 초경질 인서트를 포함하는, 지반 천공용 회전식 드릴 비트의 일부의 일 실시예의 개략 사시도이다.
전체 도면에서 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭하도록 사용된다.
Non-limiting embodiments will now be described with reference to the accompanying drawings.
1A is a schematic perspective view of one embodiment of an ultrahard insert.
FIG. 1B is a schematic longitudinal cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1A.
2-8 are schematic perspective views of an embodiment of an ultrahard insert and (b) is a schematic longitudinal cross-sectional view taken along the AA line in each (a).
9 is a perspective view, as well as a partially exploded, perspective view of one embodiment of an ultrahard insert.
10 is a perspective view of the support and the clamp means in one embodiment of the ultrahard insert.
FIG. 11 is a schematic perspective view of one embodiment of a portion of a ground drill rotary drill bit comprising a plurality of ultra hard inserts. FIG.
Like reference numerals are used throughout the drawings to refer to like elements.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 회전식 지반 천공기(도시되지 않음)용 초경질 인서트(100)의 일 실시예는 주변 커터 에지(120)를 갖는 커터 단부(110)를 포함하며, 상기 주변 커터 에지(120)의 적어도 일부는 복수의 교호적인 경질 영역(122a, 122b, 122c) 및 초경질 영역(124a, 124b, 124c)의 복수의 에지(120a, 120b, 120c, 120d, 120e, 120f)에 의해 형성되고, 초경질 영역(124a, 124b, 124c)의 에지는 상호 이격되어 배치되고 경질 영역(122a, 122b, 122c)의 에지에 의해 분리된다. 각각의 경질 영역(122a, 122b, 122c)의 경도는 각각의 초경질 영역(124a, 124b, 124c)의 경도의 50% 이하이다. 초경질 인서트는 소결 탄화물 지지체(140)의 주변에 형성된 복수의 각각의 리세스에 장착되는 복수의 초경질 구조물(130a, 130b, 130c)을 포함하며, 초경질 구조물의 각각은 커터 단부의 각각의 초경질 영역(124a, 124b, 124c)을 제공하기 위해 커터 단부(110)에서 노출되는 각각의 표면을 갖는다. 초경질 구조물의 각각은 커터 단부의 각 초경질 영역(124a, 124b, 124c)의 에지를 형성하는 각각의 에지를 갖는다. 1A and 1B, one embodiment of the ultrahard insert 100 for a rotary ground perforator (not shown) includes a cutter end 110 having a peripheral cutter edge 120, the peripheral cutter edge At least a portion of 120 is defined by a plurality of alternating hard regions 122a, 122b, 122c and a plurality of edges 120a, 120b, 120c, 120d, 120e, 120f of superhard regions 124a, 124b, 124c. And the edges of the superhard regions 124a, 124b, 124c are spaced apart from each other and separated by the edges of the hard regions 122a, 122b, 122c. The hardness of each hard region 122a, 122b, 122c is 50% or less of the hardness of each superhard region 124a, 124b, 124c. The ultrahard insert includes a plurality of ultrahard structures 130a, 130b, 130c mounted to a plurality of respective recesses formed around the sintered carbide support 140, each of the superhard structures being formed at each of the cutter ends. Each surface is exposed at cutter end 110 to provide superhard regions 124a, 124b, 124c. Each of the superhard structures has respective edges that form the edges of each of the superhard regions 124a, 124b, 124c at the cutter end.

도 2를 참조하면, 초경질 인서트(100)의 일 실시예는 커터 단부(110) 위에서 볼 때 대체로 타원형으로 보이며, 커터 단부(110)의 타원 장축(A-A) 상에 놓이는 한 쌍의 PCD 구조물(130a, 130b)을 포함하고, 각각의 PCD 구조물은 커터 단부(110) 상에 각각의 초경질 영역(124a, 124b)을 제공한다. With reference to FIG. 2, one embodiment of the ultrahard insert 100 looks generally oval when viewed from above the cutter end 110, and has a pair of PCD structures lying on the elliptical long axis AA of the cutter end 110. 130a, 130b, each PCD structure providing respective superhard areas 124a, 124b on the cutter end 110.

도 3 및 도 4를 참조하면, 초경질 인서트(100)의 일 실시예는 커터 단부(110) 위에서 볼 때 세 개의 라운드형 코너를 갖는 대체로 삼각형이며, 각각의 라운드형 코너에는 세 개의 PCD 구조물(130a, 130b, 130c)의 각각이 배치된다. 3 and 4, one embodiment of the ultrahard insert 100 is a generally triangular having three rounded corners when viewed from above the cutter end 110, with each rounded corner having three PCD structures ( Each of 130a, 130b, 130c is disposed.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 초경질 인서트(100)의 일 실시예는 커터 단부의 중심 영역(160)으로부터 반경방향으로 돌출하는 세 개의 스포크 대형(150a, 150b, 150c)을 포함하며, 각각의 스포크는 각각의 PCD 구조물(130a, 130b, 130c)을 지지한다. 5A and 5B, one embodiment of the ultrahard insert 100 includes three spoke formations 150a, 150b, 150c projecting radially from the central region 160 of the cutter end, respectively. The spokes of each support each PCD structure 130a, 130b, 130c.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 초경질 인서트(100)의 일 실시예는 커터 단부(110) 상에 융기부 또는 보스부(180)를 포함한다. 융기부 또는 보스부(180)는 사용 시에 칩으로서 기능할 수 있다. 융기부 또는 보스부(180)는 지지체(140)와 일체로 형성될 수 있거나, 또는 기계적, 브레이징 또는 접착 수단(도시되지 않음)에 의해 지지체에 고정될 수 있다. 6A and 6B, one embodiment of the ultrahard insert 100 includes a ridge or boss portion 180 on the cutter end 110. The ridge or boss portion 180 can function as a chip in use. The ridge or boss portion 180 may be integrally formed with the support 140 or may be secured to the support by mechanical, brazing or gluing means (not shown).

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 초경질 인서트(100)의 일 실시예는 복수의 PCD 구조물(130a, 130b, 130c)을 포함하며, 각각의 PCD 구조물은 커터 단부(110) 상에 각각의 노출면을 갖는다. 클램프 부재(182)는 핀, 리벳, 볼트 등(190)에 의해 작업면(110)에 고정되며, 클램프 부재(182)의 립(184)은 각각의 PCD 구조물(130a, 130b, 130c)의 노출면(124a, 124b, 124c) 위에서 연장된다. 립(184)은 PCD 구조물(130a, 130b, 130c)을 적소에 고정하는데 도움이 될 수 있다. 일 실시예에서 클램프 부재(182)는 커터 단부(110)에 레이크 면을 제공한다. 7A and 7B, one embodiment of the ultrahard insert 100 includes a plurality of PCD structures 130a, 130b, 130c, each PCD structure having a respective exposure on the cutter end 110. Has a face. Clamp member 182 is secured to work surface 110 by pins, rivets, bolts, etc. 190, and lip 184 of clamp member 182 exposes each of the PCD structures 130a, 130b, 130c. Extends above faces 124a, 124b, and 124c. The lip 184 can help to secure the PCD structures 130a, 130b, 130c in place. In one embodiment clamp member 182 provides a rake face at cutter end 110.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 초경질 인서트(100)의 일 실시예는 복수의 PCD 구조물(130a, 130b, 130c)을 포함하며, 각각의 PCD 구조물은 융기부 또는 보스부(180)로부터 주변 커터 에지(120)로 하향 현수되는 각각의 레이크 면(186a, 186b, 186c) 상에 놓이는 각각의 노출된 절삭면(124a, 124b, 124c)을 갖는다. 일부 실시예에서는, 초경질 인서트(100)가 핀, 리벳, 볼트 등(190)에 의해 지반 천공 비트와 같은 공구 캐리어(도시되지 않음)에 고정될 수 있도록 관통 구멍이 제공된다. 도 10을 참조한 일 실시예에서, 레이크 면(186a, 186b, 186c)의 각각은 서로에 대해 상이한 각도로 배치되며, 레이크 면(186a, 186b, 186c)의 각각은 각각의 PCD 구조물(130a, 130b, 130c)의 각도나 등급의 어느 하나 또는 양자를 식별하기 위해 사용될 수 있는 각각의 가시적 표식을 갖는다. 8A and 8B, one embodiment of the ultrahard insert 100 includes a plurality of PCD structures 130a, 130b, 130c, each PCD structure surrounding from a ridge or boss portion 180. Each exposed cutting surface 124a, 124b, 124c rests on each rake face 186a, 186b, 186c suspended down to the cutter edge 120. In some embodiments, through holes are provided such that the hard insert 100 can be secured to a tool carrier (not shown), such as a ground drill bit, by pins, rivets, bolts, etc. 190. In one embodiment with reference to FIG. 10, each of the rake faces 186a, 186b, 186c are disposed at different angles with respect to each other, and each of the rake faces 186a, 186b, 186c is a respective PCD structure 130a, 130b. , 130c), with each visible marker that can be used to identify either or both of angles or grades.

도 9를 참조하면, 초경질 인서트(100)의 일 실시예는 커터 지지 구조물(210) 및 베이스(220)를 추가로 포함하는 지지 조립체(200)를 포함하며, 커터 지지 구조물(210)은 기계적 로킹 기구에 의해 베이스에 고정될 수 있다. 로킹 기구는 베이스(220) 내에 또는 커터 지지 구조물(210) 내에 또는 이들 양자에 형성되는 적어도 하나의 리세스(220a, 220b, 220c), 및 커터 지지 구조물(210) 또는 베이스(220)에 형성되는 적어도 하나의 협력 텅 또는 돌기(230)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 9, one embodiment of the ultrahard insert 100 includes a support assembly 200 further comprising a cutter support structure 210 and a base 220, the cutter support structure 210 being mechanical It can be fixed to the base by a locking mechanism. The locking mechanism is formed in at least one recess 220a, 220b, 220c formed in the base 220 or in the cutter support structure 210 or both, and the cutter support structure 210 or the base 220. It may include at least one cooperating tongue or protrusion 230.

도 10을 참조하면, 초경질 인서트의 부분의 일 실시예는 지지체(140) 및 클램프 수단(142)을 포함한다. PCD 구조물(도시되지 않음)은 클램프 수단(142)에 의해 지지체(140)에 클램핑될 수 있다. Referring to FIG. 10, one embodiment of a portion of the ultrahard insert includes a support 140 and clamp means 142. PCD structures (not shown) may be clamped to the support 140 by clamp means 142.

도 11을 참조하면, 지반 및 암반 천공용 드릴 비트(300)의 일 실시예이며, 본 발명에 따른 초경질 인서트(100)가 복수의 실시예에서 캐리어 보디(310)에 장착된다. 초경질 인서트(100)는 캐리어로부터 적어도 부분적으로 돌출하는 하나의 PCD 구조물과 함께 장착된다. Referring to FIG. 11, which is an embodiment of a drill bit 300 for ground and rock drilling, an ultrahard insert 100 according to the present invention is mounted to a carrier body 310 in a plurality of embodiments. The ultrahard insert 100 is mounted with one PCD structure that at least partially protrudes from the carrier.

커터 인서트는 브레이징, 접착 재료, 기계적 수단(예를 들면, 지지체와의 인터로킹)을 포함하는 다양한 수단에 의해 지지체에 고정될 수 있거나, 또는 종래와 같이 PCD가 소결되는 단계 중에 지지체에 일체로 접합될 수 있다. 바람직하게, PCD 구조물은 지지체에 고정되기 전에 소결 및 처리된다. 이는 PCD 재료가 그것이 최종적으로 고정되는 지지체와 독립적으로 준비될 수 있으며 따라서 재료 제조에서의 특정 제약, 예를 들면 다이아몬드용 용매/촉매 형태의 선택 및 PCD의 간극이 충전재를 포함하는지와 같은 제약이 없어진다는 이점을 갖는다. The cutter insert can be secured to the support by various means including brazing, adhesive material, mechanical means (eg, interlocking with the support), or integrally bonded to the support during the stage of sintering of the PCD as conventionally. Can be. Preferably, the PCD structure is sintered and treated before being fixed to the support. This allows the PCD material to be prepared independently of the support on which it is finally fixed, thus eliminating certain constraints in material manufacture, such as the choice of solvent / catalyst form for diamond and whether the gap of the PCD contains fillers. Has the advantage.

PCD 구조물의 균질성 또는 균일성은 연마된 섹션의 다수의 현미경사진을 사용한 통계적 평가를 실시함으로써 정량화될 수 있다. 전자 현미경법을 사용하여 다이아몬드 상(phase)의 분포와 쉽게 구별될 수 있는 충전재 상(filler phase)의 분포는 이후 EP 0974566에 개시된 것과 유사한 방법에서 측정될 수 있다(WO 2007/110770호 참조). 이 방법은 미세구조물을 통한 몇 개의 임의로 그려진 선을 따라서 결합제 상의 평균 두께의 통계적 평가를 가능하게 한다. 이 결합제 두께 측정은 당업자에 의해 "평균 자유 행정"으로도 지칭된다. 전체 조성이나 결합제 함량 및 평균 다이아몬드 입자 크기가 유사한 두 재료의 경우에, 평균 두께가 더 얇은 재료가 더 균질한 경향을 가질 것이며, 이는 결합제가 다이아몬드 상 내에 보다 정밀한 스케일로 분포됨을 의미한다. 또한, 이 측정의 표준 편차가 작을수록, 구조물은 더 균질하다. 표준 편차가 크다는 것은 결합제 두께가 미세구조물에 걸쳐서 널리 변경됨을 의미하는 바, 즉 구조물이 균일하지는 않지만 널리 상이한 구조물 형태를 가짐을 의미한다. Homogeneity or uniformity of PCD structures can be quantified by conducting statistical assessments using multiple micrographs of polished sections. The distribution of the filler phase, which can be easily distinguished from the distribution of the diamond phase using electron microscopy, can then be measured in a method similar to that disclosed in EP 0974566 (see WO 2007/110770). This method allows for statistical evaluation of the average thickness of the binder phase along several arbitrarily drawn lines through the microstructure. This binder thickness measurement is also referred to by those skilled in the art as "average free stroke". For two materials with similar overall composition or binder content and average diamond particle size, materials with thinner average thickness will tend to be more homogeneous, meaning that the binder is distributed on a more precise scale within the diamond phase. Also, the smaller the standard deviation of this measurement, the more homogeneous the structure. Large standard deviations mean that the binder thickness varies widely across the microstructure, i.e., the structure is not uniform but has widely different structure shapes.

화상 분석에 사용되는 화상은 후방산란된 전자 신호를 사용하여 촬영되는 주사형 전자 현미경사진(SEM)에 의해 얻어져야 한다. 광학 현미경사진은 충분한 콘트라스트를 제공하지 못할 수 있다. 입자간 경계가 그레이 스케일 콘트라스트에 기초하여 식별될 수 있으므로 인접도의 측정을 위해서는 적당한 콘트라스트가 중요하다. Images used for image analysis should be obtained by scanning electron micrographs (SEM) taken using backscattered electron signals. Optical micrographs may not provide sufficient contrast. Since interparticle boundaries can be identified based on gray scale contrast, adequate contrast is important for the measurement of adjacency.

인접도는 화상 분석 소프트웨어에 의해 SEM 화상으로부터 결정될 수 있다. 특히, Soft Imaging System® GmbH(Olympus Soft Imaging Solutions GmbH의 상표)로부터의 analysis Pro라는 상표명을 갖는 소프트웨어가 사용될 수 있다. 이 소프트웨어는 "개별 입자(Separate Grains)" 필터를 가지며, 작동 매뉴얼에 따르면 이 필터는 분리될 구조물이 밀폐 구조물인 경우에만 만족스러운 결과를 제공한다. 따라서, 이 필터를 적용하기 전에 모든 구멍을 메꾸는 것이 중요하다. 예를 들어 "모프 폐쇄(Morph. Close)" 명령이 사용될 수 있거나, "구멍충전(Fillhole)" 모듈로부터 취득되는데 도움이 될 수 있다. 이 필터에 추가적으로, "분리기"는 입자 분리에 유용한 다른 강력한 필터이다. 작동 매뉴얼에 따르면 이 분리기는 컬러 및 그레이 값 화상(color- and gray-value images)에도 적용될 수 있다. Proximity can be determined from SEM images by image analysis software. In particular, software under the trade name Analysis Pro from Soft Imaging System® GmbH (trademark of Olympus Soft Imaging Solutions GmbH) can be used. The software has a "Separate Grains" filter, and according to the operating manual, the filter gives satisfactory results only if the structure to be separated is a sealed structure. Therefore, it is important to fill all the holes before applying this filter. For example, a "Morph. Close" command may be used or may be helpful for obtaining from a "Fillhole" module. In addition to this filter, a "separator" is another powerful filter useful for particle separation. According to the operating manual, this separator can also be applied to color- and gray-value images.

입자 크기의 측정을 달성하기 위해서, "등가 원 직경(equivalent circle diameter)"으로 공지되어 있는 방법이 사용되며, 이 방법에서 각각의 개별 현미경 영역에서의 동등한 크기의 원은 미세구조에서의 결합제 상인 것으로 식별된다. 이들 원의 수집된 분포는 이후 통계적으로 평가된다. 평균 자유 행정 기술에 있어서와 완전히 동일하게, 이 측정의 표준 편차가 클수록 구조는 덜 균질하다. In order to achieve the measurement of particle size, a method known as "equivalent circle diameter" is used, in which a circle of equal size in each individual microscope region is said to be the binder phase in the microstructure. Is identified. The collected distribution of these circles is then evaluated statistically. Exactly the same as in the mean free-stroke technique, the larger the standard deviation of this measurement, the less homogeneous the structure.

다이아몬드 입자 인접도(κ)는 다이아몬드-대-다이아몬드 접촉 및/또는 접합의 척도이며, PCD의 연마된 섹션의 화상 분석으로부터 얻어진 데이터를 사용하여 하기 식에 따라 계산된다: Diamond particle proximity (κ) is a measure of diamond-to-diamond contact and / or bonding and is calculated according to the following formula using data obtained from image analysis of polished sections of the PCD:

κ=100*[2*(δ-β)]/[(2*(δ-β))+δ], 여기에서 δ는 다이아몬드 둘레이고 β는 결합제 둘레이다. κ = 100 * [2 * (δ-β)] / [(2 * (δ-β)) + δ], where δ is the diamond perimeter and β is the binder perimeter.

다이아몬드 둘레는 다른 다이아몬드 입자와 접촉하는 다이아몬드 입자 표면의 분수이다. 주어진 체적에 대해서 이는 전체 다이아몬드-대-다이아몬드 접촉 면적을 전체 다이아몬드 입자 표면적으로 나눈 것으로서 측정된다. 결합제 둘레는 다른 다이아몬드 입자와 접촉하지 않는 다이아몬드 입자 표면의 분수이다. 실제로, 인접도의 측정은 연마된 섹션 표면의 화상 분석에 의해 이루어지며, 분석된 섹션 내의 모든 다이아몬드-대-다이아몬드 경계면 상에 놓이는 모든 지점을 통과하는 라인의 조합된 길이는 다이아몬드 둘레를 결정하기 위해서 및 결합제 둘레에 대해서와 마찬가지로 합산된다. Diamond circumference is the fraction of the diamond particle surface in contact with other diamond particles. For a given volume, this is measured as the total diamond-to-diamond contact area divided by the total diamond particle surface area. The binder perimeter is a fraction of the diamond particle surface that is not in contact with other diamond particles. In practice, the measurement of adjacency is made by image analysis of the polished section surface, the combined length of the line passing through all points lying on all diamond-to-diamond interfaces within the analyzed section to determine the diamond perimeter. And the same as for the binder perimeter.

(예)(Yes)

본 발명을 제한하도록 의도된 것이 아닌 하기 예를 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다. Embodiments of the invention are described in more detail with reference to the following examples which are not intended to limit the invention.

예 1Example 1

PCD 디스크를 준비하였다. 약 1 미크론 내지 약 15 미크론 범위의 상이한 평균 크기를 갖는 소스로부터의 다이아몬드 입자를 혼합하여 원료 다이아몬드 분말을 준비하였다. 혼합된 믹스의 평균 입자 크기는 약 10 마이크로미터이다. 혼합된 믹스는 응집된 덩어리로 형성되었으며, 당업계에 주지되어 있듯이, 초고압 노에 의해 약 6.8 GPa의 압력과 약 1,500℃의 온도에서 코발트-소결된 소결 텅스텐 탄화물(WC-Co) 기판 상에 소결되었다. PCD discs were prepared. Raw diamond powders were prepared by mixing diamond particles from sources with different average sizes ranging from about 1 micron to about 15 microns. The average particle size of the mixed mix is about 10 micrometers. The mixed mix was formed into agglomerated mass and, as is well known in the art, sintered on cobalt-sintered sintered tungsten carbide (WC-Co) substrates at a pressure of about 6.8 GPa and a temperature of about 1,500 ° C. by an ultrahigh pressure furnace. It became.

소결 이후, 소결된 복합 콤팩트 물품은 장치로부터 제거되었다. 콤팩트는 기판 상에 일체로 접합되는 PCD 층을 포함하였다. PCD에 대한 미세구조 데이터가 표 1에 도시되어 있다. PCD 층의 다이아몬드 함량은 약 92 체적 퍼센트이며, 나머지는 코발트와 소량의 석출상이고, 코발트는 소결 단계 중에 기판으로부터 응집 다이아몬드 덩어리 내에 침윤되었다. PCD 구조물 내의 다이아몬드 입자는 멀티모달 크기 분포를 갖는다. 다이아몬드 입자의 내부-성장뿐 아니라 PCD 내의 그 공간 분포의 균질성을 분석하기 위해 화상 분석이 사용되었다. 입자 내부성장 및 접촉은 다이아몬드 입자 인접도로 표현될 수 있으며, PCD의 평균 인접도는 62.0 퍼센트(±1.9 퍼센트)이다. PCD의 간극 평균 자유 행정은 약 0.74(±0.62) 마이크로미터이다. After sintering, the sintered composite compact article was removed from the apparatus. The compact included a PCD layer integrally bonded onto the substrate. Microstructure data for the PCD is shown in Table 1. The diamond content of the PCD layer was about 92 volume percent, the remainder was cobalt and a small amount of precipitated phase, and cobalt was infiltrated from the substrate into the agglomerated diamond mass. Diamond particles in the PCD structure have a multimodal size distribution. Image analysis was used to analyze the homogeneity of its spatial distribution within the PCD as well as the in-growth of diamond particles. Particle ingrowth and contact can be expressed as diamond particle proximity, with an average proximity of PCD of 62.0 percent (± 1.9 percent). The mean mean free stroke of the PCD is about 0.74 (± 0.62) micrometers.

평균 다이아몬드
입자 크기(a),
마이크로미터
Average diamond
Particle size (a) ,
Micrometer
PCD의 다이아몬드
함량,
체적 퍼센트
PCD Diamond
content,
Volume percent
충전재
평균 자유 행정,
마이크로미터
filling
Average free stroke,
Micrometer
다이아몬드 입자
인접도,
퍼센트
Diamond particles
Proximity,
percent
11(5.5)(b) 11 (5.5) (b) 92(1)92 (1) 0.7(0.6)0.7 (0.6) 62(2.0)62 (2.0)

(a)평균 입자 크기는 등가 원 직경(ECD)으로서 측정됨 (a) Average particle size is measured as equivalent circle diameter (ECD)

(b)괄호 안의 수치는 각각의 표준 편차임 (b) Figures in parentheses are the respective standard deviations.

소결 탄화물 기판은 이후 그라인딩에 의해 복합 콤팩트로부터 제거되어, 뒷받침되지 않는 독립 PCD 디스크를 남긴다. PCD 디스크는 약 2.2 마이크로미터의 두께로 연삭되었고, 이후 방전 가공(EDS)에 의해 세 개의 세그먼트로 절단되었으며, 각 세그먼트의 형상은 실질적으로 도 3에 도시한 것과 같다. 모두 세 개의 PCD 세그먼트는 이후, 당업계에 주지되어 있듯이, 전체 PCD 구조물에 걸쳐서 코발트 용매/촉매 물질을 거의 모두 제거하기 위해 산으로 처리(침출)되었다. The sintered carbide substrate is then removed from the composite compact by grinding, leaving an unsupported independent PCD disc. The PCD disc was ground to a thickness of about 2.2 micrometers and then cut into three segments by EDM, with the shape of each segment being substantially as shown in FIG. 3. All three PCD segments were then treated (leached) with acid to remove almost all cobalt solvent / catalyst material throughout the entire PCD structure, as is well known in the art.

도 3에 실질적으로 도시된 바와 같은 기판 지지체는 소결 텅스텐 탄화물 보디로부터 가공되었다. 위에서 볼 때, 기판은 라운드형 코너를 갖는 대체로 삼각형 형상을 갖는다. 각각의 라운드형 코너에서 기판에는 리세스가 가공되어 있으며, 리세스의 크기와 형상은 PCD 세그먼트를 수용하도록 매칭되고, 이들 PCD 세그먼트는 이후 리세스에 브레이징되었다.The substrate support as substantially shown in FIG. 3 was processed from a sintered tungsten carbide body. Viewed from above, the substrate has a generally triangular shape with rounded corners. At each rounded corner the substrate is recessed, the size and shape of the recess being matched to accommodate the PCD segment, which was then brazed in the recess.

Claims (11)

회전식 지반 천공기용 초경질 인서트이며,
주변 커터 에지를 갖는 커터 단부를 포함하고, 상기 주변 커터 에지의 적어도 일부는 복수의 교호적인 경질 및 초경질 영역의 복수의 에지에 의해 형성되며, 초경질 영역의 에지는 상호 이격 배치되고 경질 영역의 에지에 의해 분리되며, 각각의 경질 영역의 경도는 각각의 초경질 영역의 경도의 50% 이하인 초경질 인서트.
Ultra-hard inserts for rotary ground drills,
A cutter end having a peripheral cutter edge, wherein at least a portion of the peripheral cutter edge is formed by a plurality of edges of a plurality of alternating hard and superhard regions, the edges of the superhard regions being spaced apart from each other and An ultrahard insert, separated by an edge, wherein the hardness of each hard zone is 50% or less of the hardness of each superhard zone.
제1항에 있어서, 상기 커터 단부는 주변 커터 에지로부터 이격된 경질 중심 영역을 포함하며, 상기 경질 중심 영역은 커터 단부로부터 천공되거나 분해되어 나오는 재료로 형성된 칩을 편향시키도록 작동 가능한 융기부 또는 보스부를 구비하는 초경질 인서트. The ridge or boss of claim 1, wherein the cutter end includes a hard center region spaced from a peripheral cutter edge, the hard center region operable to deflect chips formed of material that is punctured or exploded from the cutter end. Ultra hard insert with a part. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 초경질 영역은 식별 표식을 갖는 초경질 인서트. The hard insert of claim 1, wherein the at least one superhard region has an identification marker. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 반경방향 외측으로 돌출하는 복수의 스포크 대형을 포함하며, 각각의 스포크는 초경질 구조물을 포함하는 초경질 인서트. The insert according to any one of the preceding claims, comprising a plurality of spoke formations projecting radially outwardly, each spoke comprising an ultrahard structure. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 초경질 영역의 하나 이상 또는 각각은 커터 단부의 평면도에서 볼 때 대체로 수렴하거나 대체로 발산하는 측부를 갖는 초경질 인서트. 5. The ultrahard insert according to claim 1, wherein at least one or each of the at least one superhard region has sides that generally converge or generally diverge when viewed in plan view of the cutter end. 6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 초경질 영역의 비커스 경도는 40 GPa 이상인 초경질 인서트. The hard insert according to any one of claims 1 to 5, wherein the Vickers hardness of each superhard region is at least 40 GPa. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 초경질 영역의 하나 이상 또는 각각은 PCD 재료를 포함하는 초경질 인서트. 8. The ultrahard insert according to claim 1, wherein at least one or each of the ultrahard regions comprises a PCD material. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 초경질 영역의 적어도 하나는 약 60.5 퍼센트 이상의 평균 다이아몬드 입자 인접도를 갖는 다이아몬드 입자를 포함하는 PCD 재료를 포함하는 초경질 인서트. 8. The superhard insert of claim 1, wherein at least one of the plurality of superhard regions comprises a PCD material comprising diamond particles having an average diamond particle adjacency of at least about 60.5 percent. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 초경질 영역의 적어도 하나는 0.05 미크론 이상 1 미크론 이하의 격자간 평균 자유 행정을 갖는 PCD 재료를 포함하는 초경질 인서트. The superhard insert of claim 1, wherein at least one of the plurality of superhard regions comprises a PCD material having an interstitial mean free path of at least 0.05 microns and at most 1 micron. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 초경질 인서트를 포함하는 회전식 드릴 비트. Rotary drill bit comprising an ultrahard insert according to any one of the preceding claims. 제10항에 따른 회전식 드릴 비트를 포함하는 지반 천공기. A ground drilling machine comprising the rotary drill bit according to claim 10.
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