KR20140046026A - 커터 구조물, 이를 포함하는 인서트, 및 커터 구조물 제조 방법 - Google Patents

커터 구조물, 이를 포함하는 인서트, 및 커터 구조물 제조 방법 Download PDF

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KR20140046026A
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Abstract

경사면 토폴로지를 규정하는 초경질 재료를 포함하는 커터 구조물을 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 경사면 토폴로지에 상보적인 토폴로지를 규정하는 형성 표면을 갖는 기판 보디 및 다수의 초경질 입자를 포함하는 집합체를 포함하는 소결전 조립체를 제공하는 단계로서, 상기 집합체는 기판 보디의 형성 표면에 인접하여 배치되며, 상기 기판 보디는 초경질 재료가 열역학적으로 안정적인 압력 및 온도에서 초경질 입자의 소결을 촉진할 수 있는 촉매 또는 결합제 재료의 공급원을 포함하는 단계; 상기 소결전 조립체에 상기 온도 및 압력을 가하여 소결된 다결정 초경질 구조물을 제공하는 단계로서, 초경질 구조물은 그 제 1 주요 경계에서 기판 보디의 형성 표면에 접합되고 상기 형성 표면과 대향하는 제 2 주요 경계면을 갖는 단계; 및 경사면 토폴로지를 규정하는 초경질 구조물의 제 1 주요 경계를 노출시키기 위해 기판 보디를 제거하는 단계를 포함한다. 커터 인서트 및 공작 기계도 제공된다.

Description

커터 구조물, 이를 포함하는 인서트, 및 커터 구조물 제조 방법{CUTTER STRUCTURES, INSERTS COMPRISING SAME AND METHOD FOR MAKING SAME}
본 발명은 일반적으로 초경질 재료를 포함하는 커터 구조물, 이를 포함하는 공작 기계용 인서트, 및 커터 구조물 제조 방법에 관한 것이다.
미국 특허 제 6,106,585 호는 절삭 요소를 제조하기 위한 방법으로서, 다이아몬드 또는 CBN과 같은 연마 결정의 매스, 및 연마 결정과 접촉하는 촉매 금속의 매스를 보호 실드 금속 인클로저인 셀 또는 캔 내에 배치함으로써 복합 매스를 형성하는 단계를 포함하고, 캔의 내부의 상면에 딤플이 예비-형성되는 방법을 개시하고 있다. 이 딤플 표면은 층의 상면에 칩 브레이커 특징부로서 기능하는 특징부를 형성하기 위한 패턴을 제공한다.
영국 특허 제 GB 2 366 804 호는 공구 표면용 화학 기상 증착(CVD) 다이아몬드의 핵생성 사이드를 사용하는 것을 개시하고 있으며, 상기 핵생성 사이드는 증착 기판 상에 형성된 다이아몬드 미세결정을 함유한다. 이 특허는 개시된 방법을 사용하여 제조된 CVD 다이아몬드 공구가 다결정 다이아몬드(polycrystalline diamond: PCD) 공구에 비해 장점을 갖는 것을 설명하며, 이것들은 모두 10 퍼센트 이상의 코발트를 함유한다. PCD 재료는 이를 제조하기 위해 사용되는 초고압 고온 방법의 결과로서 코발트를 포함할 수 있음을 알아야 하며, 여기에서 코발트(또는 기타 철 그룹 금속)는 다이아몬드가 흑연보다 열역학적으로 안정적인 압력 및 온도 조건 하에서 다수의 다이아몬드 입자의 합생(inter-growth)을 촉진할 것으로 믿어진다. 코발트는 또한 주변 압력에서 다이아몬드가 비정질 탄소 또는 흑연으로 재변환되는 것을 촉진할 수 있기 때문에, PCD는 약 700 ℃의 온도 아래로 유지되어야 한다. PCD와 달리, CVD 다이아몬드는 완전히 다이아몬드로 제조되며 따라서 보다 긴 마모 수명을 갖는다.
효과적인 성능과 양호한 공구 수명을 갖는 공작 기계용 초경질 인서트를 제공하고, 이를 제조하기 위한 보다 효율적인 방법을 제공할 필요가 있다.
제 1 양태에서 볼 때, 경사면 토폴로지(rake face topology)를 규정하는 초경질 재료를 포함하는 커터 구조물을 제조하는 방법으로서, 경사면 토폴로지에 상보적인 토폴로지를 규정하는 형성 표면을 갖는 기판 보디, 및 다수의 초경질 입자를 포함하는 집합체를 포함하는 소결전 조립체를 제공하는 단계로서, 상기 집합체는 형성 표면에 인접하여 배치되며, 상기 기판 보디는 초경질 재료가 열역학적으로 안정적인 압력 및 온도에서 초경질 입자의 소결을 촉진할 수 있는 촉매 또는 결합제(binder) 재료의 공급원을 포함하는 단계; 상기 소결전 조립체에 상기 온도 및 압력을 가하여 초경질 구조물을 제공하는 단계로서, 초경질 구조물은 그 제 1 주요 경계에서 형성 표면에 접합되는 소결된 다결정 초경질 재료를 포함하고, 초경질 구조물은 상기 제 1 주요 경계와 대향하는 제 2 주요 경계를 갖는 단계; 및 경사면 토폴로지를 규정하는 초경질 구조물의 제 1 주요 경계를 노출시키기 위해 기판 보디를 제거하는 단계를 포함하는 커터 구조물 제조 방법이 제공된다.
형성 표면은 경사면 토폴로지에 상보적인 영역을 적어도 구비하도록 구성된다. 따라서, 예를 들면, 경사면 토폴로지에 존재할 수 있는 적어도 하나의 오목부 및/또는 돌출부에 대하여, 형성 표면에는 대응하는 각각의 돌출부 또는 오목부가 존재할 것이다. 즉, 형성 표면의 토폴로지는 경사면 토폴로지의 네거티브와 유사할 수 있다.
커터 구조물 및 인서트를 위한 특징부들의 다양한 구성과 조합, 및 상기 방법의 변형예가 본 발명에 의해 고려되며, 그 비제한적이고 비포괄적인 예가 후술된다.
다양한 예에서, 커터 구조물은 공작 기계용 인서트를 위한 것일 수 있거나, 및/또는 초경질 재료는 칩-브레이커 토폴로지를 구비하는 주요 경사면을 규정할 수 있거나, 및/또는 커터 구조물은 인서트 베이스에 접합될 수 있다.
다양한 예에서, 경사면 토폴로지는 적어도 하나의 칩 브레이커 특징부를 포함하여, 사용 시에 칩 브레이커 기술로서 기능할 수 있으며, 다양한 예시적 구성에서, 칩-브레이커 특징부 또는 특징부들은 약 100 미크론 이상 약 수 밀리미터 이하의 크기일 수 있고; 커터 구조물은 (제 1 주요 경계와 제 2 주요 경계 사이에서) 약 100 미크론 이상 또는 약 500 미크론 이상의 평균 두께를 가질 수 있으며; 및/또는 커터 구조물은 약 2,000 미크론 이하, 약 1,000 미크론 이하 또는 약 500 미크론 이하의 평균 두께를 가질 수 있고; 커터 구조물은 천연 또는 합성 다이아몬드 재료 또는 CBN 재료를 포함할 수 있다.
다결정 초경질 재료의 예로는 다결정 다이아몬드(PCD) 재료, 열적으로 안정적인 PCD 재료, 탄화규소 접합 다이아몬드(silicon carbide bonded diamond: SCD) 또는 다결정 입방정 질화 붕소(polycrystalline cubic boron nitride: PCBN)가 포함된다. 커터 구조물은 화학 기상 증착(CVD) 방법에 의해 제조되는 다이아몬드 재료를 포함할 수 있지만, 반드시 CVD 방법에 의해 제조된 다이아몬드 재료로 구성되지는 않을 것이다. 일부 구성에서, 커터 구조물은 CVD 방법에 의해 제조된 다이아몬드 재료가 없을 수도 있다.
일부 예에서, 제 1 주요 경계의 영역에 인접하거나 적어도 이를 규정하는 제 1 구역 내의 다결정 초경질 재료는 제 1 주요 경계로부터 상당히 먼 제 2 구역, 예를 들면 제 2 주요 경계에 인접한 제 2 구역 내의 다결정 초경질 재료보다 낮은 경도 및/또는 내마모성을 가질 수 있다. 제 1 구역은 적어도 제 1 주요 경계의 영역과 실질적으로 공형(conformal)일 수 있다. 제 1 구역은 제 1 주요 경계로부터 일정 깊이로 연장될 수 있으며, 이 깊이는 약 50 미크론 이상 또는 약 100 미크론 이상일 수 있다. 제 2 구역은 제 1 구역에 인접할 수 있으며 제 1 구역과의 경계로부터 약 100 미크론, 200 미크론 또는 500 미크론의 깊이까지 연장될 수 있다. 제 1 구역 내의 다결정 초경질 재료는 제 2 구역 내의 다결정 초경질 재료보다 낮은 초경질 입자 평균 함량을(초경질 입자가 실질적으로 분산되거나 상호 실질적으로 합생될 경우) 체적 및/또는 중량 퍼센트 수치로 가질 수 있다. 제 1 구역에서의 촉매 또는 결합제 재료의 함량은 제 2 구역에서보다 상당히 크거나 작을 수 있으며, 제 1 구역에서의 촉매 또는 결합제 재료의 적어도 일부는 다결정 초경질 재료의 소결 이후에 제거될 수 있다. 일부 예에서, 제 1 구역에서의 다결정 초경질 재료는 제 2 구역에서의 재료보다 적어도 약 10 퍼센트 이상 또는 약 20 퍼센트 이상(중량 및 체적 퍼센트 수치로) 더 많은 촉매 또는 결합제 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 제 2 구역 내의 다결정 초경질 재료가 약 10 중량 퍼센트의 촉매 또는 결합제 재료를 포함하면, 제 1 구역에서의 다결정 초경질 재료는 약 11 중량 퍼센트 이상 또는 약 12 중량 퍼센트 이상의 촉매 또는 결합제 재료를 포함할 수 있으며 대응하여 초경질 입자 형태의 재료를 덜 포함할 수 있다.
일부 예에서, 상기 방법은 커터 구조물에 포함된 상호접합된 다이아몬드 입자들 사이의 간극으로부터 촉매 또는 결합제 재료를 제거하기 위해 초경질 구조물을 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 특정 예에서, 초경질 구조물은 PCD 재료를 포함할 수 있고, 상기 방법은 상호접합된 다이아몬드 입자들 사이의 간극으로부터 Co와 같은 촉매 재료를 제거하기 위해 초경질 구조물을 처리하는 단계를 포함할 수 있으며, 이는 PCD 재료의 열적 안정성 및 탄성을 향상시키는 효과를 가질 가능성이 높다. 이는 브레이징(brazing)과 같은, 초경질 구조물 가열을 포함하는 방법에 의해 인서트 베이스에 접합될 경우 PCD 재료의 열화를 감소시키거나 방지할 가능성이 높다.
일부 예에서, 기판 보디는 초경합금(cemented carbide) 재료를 포함할 수 있으며, 접착(cementing) 재료는 초경질 재료를 소결하기 위한 촉매 또는 결합제 재료의 공급원을 포함할 수 있다. 접착 재료는 예를 들어 코발트(Co)를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 집합체는 코발트와 같은, 초경질 재료를 소결하기 위한 촉매 또는 결합제 재료의 공급원, 또는 촉매나 결합제 재료를 위한 전구체 재료를 함유할 수 있다.
상기 방법은 커터 구조물을 제 2 주요 경계에서 인서트 베이스의 인터페이스 표면에 접합하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 상기 방법은 초경질 구조물의 제 2 주요 경계를 인서트 베이스에 접합하고 이후 기판 보디를 제거하여 초경질 구조물의 제 1 주요 경계를 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 초경질 구조물은 한 쪽의 기판과 반대 쪽의 베이스 보디 사이에 일체로 형성될 수 있으며(즉, 초경질 층은 이들 보디 사이에 샌드위치되어 보디에 접합될 수 있음), 기판은 제 1 주요 경계 상의 칩-브레이커 특징 또는 특징부를 노출시키기 위해 예를 들어 연삭에 의해 제거될 수 있다.
일부 예에서, 기판 보디와 인서트 베이스는 모두 초경합금 재료를 포함할 수 있다. 기판 보디는 제 1 초경합금 재료를 포함할 수 있고 인서트 베이스는 제 2 초경합금 재료를 포함할 수 있으며, 제 1 및 제 2 초경합금 재료는 조성 및/또는 물리적 또는 화학적 특성 중 적어도 하나의 양태에서 크게 다르다. 예를 들어, 제 2 초경합금 재료는 제 1 초경합금 재료보다 높은 함량의 탄화물 재료와 낮은 함량의 접착 재료를 포함할 수 있다. 제 2 초경합금 재료는 제 1 초경합금 재료보다 상당히 경질일 수 있으며 및/또는 상당히 큰 탄성율을 가질 수 있다. 이는 기판 보디의 초경합금 재료가 다결정 초경질 재료를 소결하기 위한 촉매 재료의 공급원을 제공하기에 적합하며 인서트 베이스의 초경합금 재료는 공구 용으로 보다 적합할 수 있다는 양태를 가질 수 있다.
기판 보디의 형성 표면 상에 형상 표면 토폴로지를 형성하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있으며, 기판 보디에 포함되는 재료의 형태에 어느 정도 따라서 방전 가공(electro-discharge machining: EDM), 레이저 가공, 공작 기계 또는 에칭 등이 사용될 수 있다. 대안적으로, 기판 보디는 형성 표면 토폴로지의 특징부와 함께 형성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 방법은 기판 보디용 전구체 재료를 포함하는 생소지(green body)의 표면 상에 형성 표면의 특징부를 형성하고 상기 생소지를 소결하여 기판 보디를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 예에서 압력은 약 4 GPa 이상, 5 GPa 이상 또는 7 GPa 이상일 수 있으며, 다양한 예에서 온도는 1,200 ℃ 이상 또는 1,400 ℃ 이상일 수 있다. 일부 예에서, 초고압은 약 5.5 GPa 이상, 약 6 GPa 이상, 약 7 GPa 이상 또는 약 8 GPa 이상일 수 있으며, 촉매 재료는 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni) 및/또는 망간(Mn)을 포함할 수 있거나, 촉매 재료는 염(salt)과 같은 실질적으로 비금속일 수 있다.
일부 예에서, 상기 방법은 경사면 토폴로지를 포함하는 경사면이 그 근처에 위치하게 될 초경질 구조물 상에 절삭날을 형성하기 위해 다결정 초경질 재료를 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 초경질 재료를 처리하는 방법은 예를 들어 연삭, 방전 가공(EDM) 및/또는 레이저 커팅을 포함할 수 있다.
기판 보디는 자립형 초경질 구조물을 제공하기 위해 예를 들어 연삭 및/또는 산성 처리 또는 부식에 의해 제거될 수 있다.
커터 구조물은 약 100 미크론 이상 또는 약 500 미크론 이상의 평균 두께 및/또는 약 2,000 미크론 이하, 약 1,000 미크론 이하 또는 약 500 미크론 이하의 평균 두께를 가질 수 있다.
개시된 예시적 방법은 특정한 다른 방법보다 비교적 덜 복잡하고 및/또는 더 효과적인 양태를 가질 수 있다.
제 2 양태에서 볼 때, 경사면 토폴로지를 갖는 경사면을 규정하는 다결정 초경질 재료를 포함하는 커터 구조물로서, 경사면에 인접한 제 1 구역 내의 다결정 초경질 재료는 경사면으로부터 상당히 먼, 예를 들어 제 2 주요 경계에 인접한 제 2 구역 내의 다결정 초경질 재료보다 낮은 경도 또는 내마모성을 갖는 커터 구조물이 제공된다.
특징부들의 다양한 구성 및 조합은, 예시적인 커터 구조물을 위한 제 1 양태와 관련하여 명시적으로 또는 암시적으로 전술한 예뿐 아니라 후술되는 예를 포함하지만 이것에 한정되지 않는, 예시적 커터 구조물을 위한 본 발명에 의해 고려된다.
제 1 구역은 적어도 제 1 주요 경계의 영역과 실질적으로 공형일 수 있다. 제 1 구역은 제 1 주요 경계로부터 깊이 연장될 수 있으며, 깊이는 약 50 미크론 이상 또는 약 100 미크론 이상일 수 있다. 제 2 구역은 제 1 구역에 인접할 수 있으며, 제 1 구역과의 경계로부터 약 100 미크론, 200 미크론 또는 500 미크론의 깊이까지 연장될 수 있다. 제 1 구역 내의 다결정 초경질 재료는 제 2 구역 내의 다결정 초경질 재료보다 낮은 초경질 입자 평균 함량을(초경질 입자가 실질적으로 분산되거나 상호 실질적으로 합생될 경우) 체적 및/또는 중량 퍼센트 수치로 가질 수 있다. 제 1 구역에서의 촉매 또는 결합제 재료의 함량은 제 2 구역에서보다 상당히 크거나 작을 수 있으며, 제 1 구역에서의 촉매 또는 결합제 재료의 적어도 일부는 다결정 초경질 재료의 소결 이후에 제거될 수 있다. 일부 예에서, 제 1 구역에서의 다결정 초경질 재료는 제 2 구역에서의 재료보다 적어도 약 10 퍼센트 이상 또는 약 20 퍼센트 이상(중량 및 체적 퍼센트 수치로) 더 많은 촉매 또는 결합제 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 제 2 구역 내의 다결정 초경질 재료가 약 10 중량 퍼센트의 촉매 또는 결합제 재료를 포함하면, 제 1 구역에서의 다결정 초경질 재료는 약 11 중량 퍼센트 이상 또는 약 12 중량 퍼센트 이상의 촉매 또는 결합제 재료를 포함할 수 있으며 대응하여 초경질 입자 형태의 재료를 덜 포함할 수 있다.
특정 이론에 얽매이지 않기를 바라지만, 개시된 방법을 사용하여 제조되고, 경사면 또는 절삭날에 인접하거나 이를 규정하는 다결정 초경질 재료의 비교적 소프트한 구역을 갖는 커터 구조물의 예시적 구조는 개선된 공구 수명의 양태를 가질 수 있다. 이는 초경질 재료가 우수한 내마모성을 갖지만 초경합금 재료와 같은 다른 산업용 절삭 재료보다 취성이 높기 때문에 초래될 수 있다. 피가공면에 인접한 약간 더 소프트한 구역은 커터 구조물의 칩핑, 파쇄 또는 균열 위험을 감소시키는 양태를 가질 것으로 기대될 수 있다. 커터 구조물의 제 1 주요 경계에 인접한 소프트한 구역의 형성은, 소결 단계 중에 기판 보디로부터의 용융 촉매 재료를 집합체 내에 침투시키고 이어서 초경질 구조물과 기판 보디 사이에 중간층을 형성하는 것에 기인할 수 있으며, 중간층은 비교적 높은 함량의 촉매 재료를 갖는다.
본 발명에 따라 제조된 커터 구조물은 소결 단계로부터 바로 소정 경사면 토폴로지를 가질 수 있으며, 경사면에 인접하거나 이를 규정하는 다결정 재료가 다결정 초경질 재료의 거의 나머지보다 소프트할 수 있다는 양태를 가질 가능성이 높다. 다른 방법에서와 달리, 소정 토폴로지를 갖는 경사면의 상당한 영역은 연삭 등에 의한 후속 추가 처리를 요구할 것 같지 않은데, 이 영역이 소망 치수 사양을 이미 가질 가능성이 높기 때문이다. 실제로, 소정 토폴로지에 대한 손상 위험 없이 경사면에 대해 이러한 소결후 처리를 수행하기는 매우 어려울 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 커터 인서트는 경사면 토폴로지에 인접하고 이를 규정하는 다결정 초경질 재료의 약간 더 소프트한 층과 충분히 양호한 경사면 토폴로지 치수 정확성의 양태를 가질 가능성이 높으며, 따라서 사용 중에 커터 구조물에 대한 보호 효과를 가질 수 있다.
제 3 양태에서 볼 때, 본 발명에 따른 커터 구조물을 포함하는, 공작 기계용 인서트가 제공된다.
일부 예에서, 인서트는 예를 들어 브레이즈 합금과 같은 접합 재료의 층에 의해서 인서트 베이스에 접합되는 커터 구조물을 포함할 수 있으며, 상기 커터 구조물은 초경질 재료를 포함하고 사용 중에 칩-브레이커 특징부로서 기능할 수 있는 오목부 및/또는 돌출부를 구비하는 주요 경사면을 갖는 바; 주요 경사면은 칩-브레이커 토폴로지를 갖는다.
이하에서는 비제한적인 예시적 구조를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1a는 공작 기계용 예시적 인덱싱 가능한(indexable) 인서트의 사시도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 인덱싱 가능한 인서트의 평면도 및 단면도이며, 단면은 평면 A-A에 대응한다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 공작 기계(도시되지 않음)용 예시적 인덱싱 가능한 인서트(10)는 인서트 베이스(30)에 브레이징 접합된 PCD 커터 층(20)을 포함하며, 상기 커터 층(20)은 칩-브레이커 토폴로지를 갖는 경사면(12)을 규정한다. 인서트(10)는 세 개의 코너(14) 및 인서트(10)를 공작 기계에 고정하기 위한 중심 핀 구멍(13)을 가지며, 각각의 코너(14)에는 절삭날(15)이 형성된다. 칩-브레이커 토폴로지는 경사면(12)의 외부 에지 주위에 배치되는 리지(16), 상기 리지(16) 근처에 배치되는 홈(17), 및 각각의 코너(14) 근처에서 상기 홈(17) 안에 제공되는 다수의 대체로 반경방향으로 배치되는 돌기(18)를 구비한다.
이제 예시적인 PCBN 및 PCD 구조물을 제조하는 예시적인 방법을 설명할 것이다.
일부 예에서, 초경질 입자의 집합체는 실질적으로 느슨한 초경질 입자 또는 입자들을 함께 결합시키기 위한 결합제 재료와 조합되는 초경질 입자를 포함할 수 있다. 상기 집합체는 다이아몬드 또는 CBN 입자를 포함할 수 있으며, 이는 유기 결합제에 의해 함께 유지되는 약 0.1 미크론 이상 약 30 미크론 이하의 평균 크기를 갖는 다이아몬드 또는 CBN 입자를 포함하는 다수의 시트, 미립자, 박편(flake) 또는 분말 형태로 제공될 수 있다. 집합체에 포함되는 시트, 미립자, 박편 또는 분말의 적어도 일부는 또한 다이아몬드 또는 CBN을 소결하기 위한 텅스텐 카바이드 입자 및/또는 촉매 또는 결합제 재료, 또는 촉매 또는 결합제 재료용 전구체 재료를 포함할 수 있다. 상기 방법은 기판 보디의 형성 표면에 대해 함께 압축될 수 있는 다수의 판형 미립자 또는 박편을 제공하기 위해 시트를 파쇄 또는 단편화(fragmenting)하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 상기 집합체는 초경질 입자를 포함하는 압출 보디를 포함할 수 있다. 일부 예에서 상기 방법은 초경질 입자를 포함하는 슬러리 또는 페이스트를 제공하는 단계 및 상기 슬러리 또는 페이스트를 사출 성형 또는 주조함으로써 집합체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
시트 형태의 집합체는 압출 또는 테이프 캐스팅 방법과 같은 당업계에 공지된 방법에 의해 제조될 수 있으며, 이 방법에서는 다이아몬드 입자와 결합제 재료를 포함하는 슬러리가 표면 상에 배치되고 건조될 수 있다. 다이아몬드-함유 시트를 제조하기 위한 다른 방법도 사용될 수 있는 바, 예를 들면 미국 특허 제 5,766,394 호 및 제 6,446,740 호에 기재된 방법이 사용될 수 있다. 다이아몬드-함유 층을 증착하기 위한 다른 방법은 열적 분사와 같은 분사 방법을 포함한다. 일부 예에서, 집합체는 다이아몬드 입자 및 Co, Ni, Fe, Mn과 같은 다이아몬드용 촉매 재료의 혼합물을 포함할 수 있으며, 이는 밀링(예를 들면, 볼 밀링)에 의해 함께 조합될 수 있고 PMMA, DBP 등과 같은 가소제 결합제 재료를 사용하여 시트로 주조될 수 있다. 일부 예에서, 초경질 입자는 CBN 입자이며 초경질 구조물은 PCBN 재료를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 집합체는 질화붕소 분말과 Ti, Al, W 또는 Co를 함유하는 결합제 재료의 혼합물을 포함할 수 있으며, 상기 혼합물은 가소제 재료를 사용하여 시트로 주조된다.
PCD 커터 구조물을 제조하기 위한 예시적 방법에서는, 유기 결합제 재료에 의해 함께 유지되는 다수의 다이아몬드 입자를 포함하는 집합체가 제공될 수 있다. 다이아몬드 입자의 평균 크기는 약 1 미크론 이상 및/또는 약 20 미크론 이하일 수 있다. 집합체는 기판 보디의 형성 표면과 접촉될 수 있으며 이 조합은 소결전 조립체를 형성하기 위해 중첩 이중 컵 구조 내에 봉입될 수 있다. 소결전 조립체는 초고압 노(초고압 프레스로 지칭될 수도 있음)용 캡슐 내에 조립될 수 있고, 휘발성 가스를 제거하거나 유기 결합제 재료를 연소 제거하기 위해 노 내에서 가열될 수 있으며, 약 5.5 GPa 이상의 압력과 약 1,300 ℃ 이상의 온도가 가해질 수 있고, 따라서 다이아몬드 입자들을 함께 소결시켜, 기판 보디에 접합되는 PCD 구조물을 포함하는 소결된 구조물을 형성할 수 있다. 다이아몬드의 소결을 촉진하기 위한 코발트의 적어도 일부는 초경합금 기판으로부터 공급될 수 있는데, 그 이유는 기판에 존재하는 코발트 접착 재료가 이들 조건 하에서 용융될 것이고 그 일부가 다이아몬드 입자의 집합체 내에 침투하여 그 합생을 촉진할 것이기 때문이다. 초고압에서의 소결 공정 이후, 기판 보디의 형성 표면에 접합되는 PCD 재료를 포함하는 소결된 구조물은 초고압 장치로부터 회수될 수 있으며 캡슐 재료는 그로부터 제거될 수 있다.
일부 예에서, 초경질 구조물은 국제 출원 제 WO 2007/049140 호에 기재되어 있는 PCBN 재료를 포함할 수 있으며, PCBN의 제조에 적합한 분말형 조성물을 제공하는 단계로서 분말이 80 체적 퍼센트 이상의 CBN 입자 및 분말형 결합제 재료를 포함하는 단계, 및 상기 분말 조성물을 마모 밀링하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 상기 조성물은 하나 이상의 평균 특정 입자 크기를 갖는 CBN 입자들을 포함할 수 있다. 일 예에서, CBN 입자의 평균 크기는 약 12 미크론 이하 또는 2 미크론 이하일 수 있다. 결합제 재료는 알루미늄, 규소, 코발트, 몰리브덴, 탄탈, 니오브, 니켈, 티탄, 크롬, 텅스텐, 이트륨, 탄소 및 철을 함유하는 하나 이상의 상(phase)(들)을 구비할 수 있다. 결합제 재료는 알루미늄, 규소, 코발트, 니켈, 티탄, 크롬, 텅스텐, 이트륨, 몰리브덴, 니오브, 탄탈, 탄소 및 철 중 하나 이상의 균일한 고용체를 갖는 분말을 구비할 수 있다. 밀링된 분말 조합체는 이후 분말을 높은 온도와 압력에서 압축함으로써 소결전 보디로 형성될 수 있으며, 소결전 보디는 분말 조합체를 소결하여 PCBN 보디를 생산하기 위해 약 5 GPa 이상의 초고압과 약 1,200 ℃ 이상의 온도를 겪을 수 있다.
상기 방법을 예시하기 위해 비제한적 예가 보다 상세하게 후술된다.
예 1
공작 기계 인서트의 의도된 형상에 관한 주어진 가공 용도의 요건에 따라서 칩-브레이커 표면 토폴로지 구조가 설계될 수 있다. 칩-브레이커 토폴로지의 표면에 상보적인(즉, 반대되는) 표면 토폴로지를 포함하는 표면을 갖는 코발트-초경합금 기판 보디가 제공될 수 있다. 특징부는 기판용 생소지를 가공함으로써, 즉 기판이 초경합금 보디를 형성하도록 소결되기 전에 표면 상에 형성될 수 있다. 압축전(pre-compact) 조립체는 다수의 다이아몬드 입자를 기판의 표면에 대해 집합체로 형성하고 조립체를 금속 재킷 내에 봉입시킴으로써 준비될 수 있다. 다이아몬드 입자는 약 1 미크론 이상 약 20 미크론 이하의 평균 크기를 가질 수 있으며, 집합체는 약 1 밀리미터 이상의 두께를 갖는 PCD 층이 생산되기에 충분히 두꺼울(즉, 충분히 많은 개수의 다이아몬드 입자를 포함할) 수 있다. 기판 보디에 포함된 코발트를 용융시키고 다이아몬드 입자들을 상호 소결시켜 기판에 접합 형성된 PCD 구조물을 포함하는 복합 성형체를 형성하기 위해 압축전 조립체는 약 5.5 GPa 이상의 초고압과 약 1,250 ℃ 이상의 온도를 겪을 수 있다. 기판은 연삭에 의해 실질적으로 제거될 수 있으며, PCD 구조물은 그것에 접합된 잔류 초경합금 재료를 제거하고 및/또는 합생되는 다이아몬드 입자들 사이의 간극 구역 내의 코발트를 침출시키기 위해 산에서 처리될 수 있다. PCD 구조물로부터 코발트의 상당 양을 제거하면 PCD 구조물의 열적 안정성을 상당히 증가시킬 가능성이 높으며, PCD 재료를 인서트 베이스에 브레이징 접합할 때 아마도 PCD 재료의 열화 위험을 감소시킬 것이다. PCD 커터 구조물은 TiCuSil 브레이즈 합금과 같은 활성 브레이즈 합금에 의해 진공에서 초경합금 인서트 베이스(즉, 다른 초경합금 보디)의 인터페이스 표면 상에 브레이징 접합될 수 있으며, 제 2 주 표면은 인터페이스 표면에 인접하여 배치되고 제 1 주 표면은 인터페이스에 대향하여 노출된다. 이렇게 형성된 복합 성형체는 잘 형성된 칩-브레이커 특징부를 갖는 PCD 커터 구조물을 포함하는 공작 기계 인서트를 제공하기 위해 연삭 등에 의해 처리될 수 있다.
예 2
공작 기계 인서트의 의도된 형상에 관한 주어진 가공 용도의 요건에 따라서 칩-브레이커 표면 토폴로지 구조가 설계될 수 있다. 칩-브레이커 토폴로지의 표면에 상보적인(즉, 반대되는) 표면 토폴로지를 포함하는 표면을 갖는 코발트-초경합금 기판 보디가 제공될 수 있다. 특징부는 기판용 생소지를 가공함으로써, 즉 기판이 초경합금 보디를 형성하도록 소결되기 전에 표면 상에 형성될 수 있다. 압축전 조립체는 다수의 입방정 질화 붕소(CBN) 입자를 기판의 표면에 대해 집합체로 형성하고 조립체를 금속 재킷 내에 봉입시킴으로써 준비될 수 있다. 집합체는 또한 86 중량 퍼센트의 CBN 입자를 포함하는 분말과 70.0 중량 퍼센트의 Al, 11.7 중량 퍼센트의 Co 및 18.3 중량 퍼센트의 W를 포함하는 결합제 재료의 혼합물을 구비할 수 있다. CBN 입자는 약 12 미크론 내지 약 17 미크론 범위의 평균 크기를 가질 수 있으며, 집합체는 약 1 밀리미터 이상의 두께를 갖는 PCBN 층이 생산되기에 충분히 두꺼울 수 있다. 집합체를 소결시켜 기판에 접합 형성된 PCBN 구조물을 포함하는 복합 성형체를 형성하기 위해 압축전 조립체는 약 5 GPa 이상의 초고압과 약 1,300 ℃ 이상의 온도를 겪을 수 있다. 기판은 연삭에 의해 실질적으로 제거될 수 있으며, PCBN 구조물은 그것에 접합된 잔류 초경합금 재료를 제거하기 위해 산에서 처리될 수 있다. PCBN 커터 구조물은 TiCuSil 브레이즈 합금과 같은 활성 브레이즈 합금에 의해 진공에서 초경합금 인서트 베이스(즉, 다른 초경합금 보디)의 인터페이스 표면 상에 브레이징 접합될 수 있으며, 제 2 주 표면은 인터페이스 표면에 인접하여 배치되고 제 1 주 표면은 인터페이스에 대향하여 노출된다. 이렇게 형성된 복합 성형체는 잘 형성된 칩-브레이커 특징부를 갖는 PCBN 커터 구조물을 포함하는 공작 기계 인서트를 제공하기 위해 연삭 등에 의해 처리될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 특정 용어 및 개념을 간단히 설명할 것이다.
공작 기계는 피가공물로 지칭되는 보디로부터 재료를 선택적으로 제거하는 가공에 의해 금속, 복합재, 목재 또는 폴리머와 같은 재료를 포함하는 콤포넌트를 제조하는데 사용될 수 있는 동력식 기계 장치이다. 공작 기계는 커터 구조물을 포함하는 커터 인서트(또는 간단히 "인서트")를 포함할 수 있으며, 인서트는 인덱싱 및/또는 교체 가능할 수 있다.
공작 기계가 사용 시에 피가공물을 가공하고 있을 때, 피가공물의 피스가 제거될 가능성이 높으며 이들 피스는 "칩"으로 지칭된다. 칩은 사용 중인 공작 기계에 의해 보디의 작업면으로부터 제거된 보디 피스이다. 칩 형성의 제어 및 칩 흐름의 방향인도는 알루미늄, 티탄 및 니켈의 개량 합금의 고생산성 가공 및/또는 높은 표면마감 가공을 위한 공구의 중요한 양태이다. 칩-브레이커 특징부의 기하구조는 요구되는 피가공물 재료, 절삭 속도, 절삭 작업 및 표면 마감과 같은 다양한 가공 요인에 따라 선택될 수 있다.
커터 인서트의 경사면은 보디로부터 재료를 제거하기 위해 공구가 사용될 때 칩이 타고 흐르는 표면 또는 표면들이며, 경사면은 새로 형성된 칩의 흐름을 방향인도한다. 경사면 토폴로지는 경사면의 소정 구조, 예를 들면 칩을 보다 효과적으로 파괴 및 제거하기 위한 구조일 수 있다.
본 명세서에 사용될 때, 칩 브레이커 표면 토폴로지는, 공구를 사용하여 피가공물 또는 기타 보디를 절삭, 천공 또는 가공할 때 형성되는 칩의 크기 및 형상의 양태를 제어하기에 적합한 공구(예를 들면 공작 기계 또는 기타 공구)용 인서트의 표면의 구조를 의미한다. 이러한 토폴로지는 인서트의 경사면 상에 형성되는 반경방향 또는 주위방향 리지 및 홈과 같은 오목부 및/또는 돌출부 특징부를 구비할 수 있다.
본 명세서에 사용될 때, 초경질 또는 초경 재료는 약 25 GPa 이상의 비커스 경도를 갖는다. 합성 및 천연 다이아몬드, 다결정 다이아몬드(PCD), 입방정 질화 붕소(CBN) 및 다결정 CBN(PCBN) 재료가 초경질 재료의 예이다. 인조 다이아몬드로 지칭될 수도 있는 합성 다이아몬드는 제조된 다이아몬드 재료이다. PCD 구조물은 PCD 재료를 포함하거나 필수적으로 PCD 재료로 구성되며 PCBN 구조물은 PCBN 재료를 포함하거나 필수적으로 PCBN 재료로 구성된다. 초경질 재료의 다른 예는 탄화규소(SiC)와 같은 세라믹 재료를 포함하는 매트릭스에 의해서 또는 코본딩된 WC 재료(예를 들면, 미국 특허 제 5,453,105 호 또는 제 6,919,040 호에 기재됨)와 같은 초경합금 재료에 의해서 함께 유지되는 다이아몬드 또는 CBN 입자를 포함하는 특정 복합 재료를 구비한다. 예를 들어, 특정 SiC-접합된 다이아몬드 재료는 SiC 매트릭스(SiC 이외의 형태로 소량의 Si를 함유할 수 있음)에 분산된 약 30 체적 퍼센트 이상의 다이아몬드 입자를 포함할 수 있다. SiC-접합된 다이아몬드 재료의 예가 미국 특허 제 7,008,672 호, 제 6,709,747 호, 제 6,179,886 호, 제 6,447,852 호 및 국제 특허 공개 제 WO 2009/013713 호에 기재되어 있다.
일반적으로 본 명세서에 사용될 때, 초경질 재료용 촉매 재료는 적어도 초경질 재료가 열역학적으로 안정적인 압력 및 온도에서 초경질 재료의 입자를 포함하는 다결정 재료의 소결을 촉진할 수 있다. 촉매 재료는 다결정 재료를 형성하기 위해 초경질 재료의 입자의 직접 합생 및/또는 보다 일반적으로 초경질 재료의 입자의 소결을 촉진할 수 있다. 일부 예에서, 촉매 재료는, 그 안에 초경질 입자가 분산될 수 있지만 반드시 직접 상호접합되지 않을 수도 있는 소결된 매트릭스를 독자적으로 또는 다른 적합한 재료와 함께 형성할 수 있는 결합제 재료로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 합성 다이아몬드용 촉매 재료는 합성 또는 천연 다이아몬드가 흑연보다 열역학적으로 안정적인 온도 및 압력에서 합성 다이아몬드 입자의 성장 및/또는 합성 또는 천연 다이아몬드 입자의 직접 합생을 촉진할 수 있다. 다이아몬드용 촉매 재료의 예는 Fe, Ni, Co, Mn 및 이들을 포함하는 특정 합금이다. PCBN 재료용 촉매 또는 결합제 재료는 예를 들어, 탄화 티탄, 질화 티탄, 탄질화 티탄과 같은 Ti-함유 화합물 및/또는 질화 알루미늄과 같은 Al-함유 화합물, 및/또는 Co 및/또는 W와 같은 금속을 함유하는 화합물을 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용될 때, 다결정 다이아몬드(PCD) 재료는 다이아몬드 입자의 매스(다수의 다이아몬드 입자의 집합체)를 포함하며, 이 매스의 상당 부분은 직접 상호접합되고 매스 내의 다이아몬드 함량은 재료의 약 80 체적 퍼센트 이상이다. 다이아몬드 입자들 사이의 간극은 합성 다이아몬드용 촉매 재료를 포함하는 결합제 재료로 적어도 부분적으로 충전될 수 있거나, 실질적으로 비어 있을 수 있다. PCD 재료를 포함하는 보디는 촉매 재료가 간극으로부터 제거되어 다이아몬드 입자들 사이에 간극 보이드를 남기는 구역을 적어도 포함할 수 있다.
PCBN 재료는 금속 또는 세라믹 재료를 포함하는 매트릭스 내에 분산되는 입방정 질화 붕소(CBN)의 입자를 포함한다. 예를 들어, PCBN 재료는 탄화 티탄, 질화 티탄, 탄질화 티탄과 같은 Ti-함유 화합물 및/또는 질화 알루미늄과 같은 Al-함유 화합물, 및/또는 Co 및/또는 W와 같은 금속을 함유하는 화합물을 포함하는 매트릭스 재료 내에 분산되는 약 35 체적 퍼센트 이상 또는 약 50 체적 퍼센트 이상의 CBN 입자를 포함할 수 있다. PCBN 재료의 일부 버전(또는 "등급")은 약 80 체적 퍼센트 이상 또는 심지어 약 90 체적 퍼센트 이상의 CBN 입자를 포함할 수 있다.
열적으로 안정적인 PCD 재료는 약 400 ℃ 이상 또는 심지어 약 700 ℃ 이상의 온도에 노출된 후 경도 또는 내마모성의 구조적 저하 또는 열화가 거의 없는 부분 또는 체적을 적어도 포함한다. 예를 들어, Co, Fe, Ni, Mn과 같은 다이아몬드용 촉매 금속을 촉매 활성 형태로(예를 들면, 원소 형태로) 약 2 중량 퍼센트 미만 함유하는 PCD 재료가 열적으로 안정적일 수 있다. 촉매 재료가 촉매 활성 형태로 거의 존재하지 않는 PCD 재료가 열적으로 안정적인 PCD의 예이다. 간극이 실질적으로 보이드이거나 SiC와 같은 세라믹 재료 또는 탄산염 화합물과 같은 염 재료로 적어도 부분적으로 충전되는 PCD 재료가 예를 들어 열적으로 안정적일 수 있다. 다이아몬드용 촉매 재료가 그로부터 고갈되었거나 촉매 재료가 촉매로서 비교적 덜 활성적인 형태로 있는 상당한 구역을 적어도 갖는 PCD 구조물이 열적으로 안정적인 PCD로서 기술될 수 있다.
전술했듯이, PCD 재료 및 PCBN 재료는 초경합금 기판과 같은 기판 상에 적절한 결합제 또는 촉매 재료의 존재 하에 다수의 다이아몬드 또는 CBN 입자를 각각 소결시킴으로써 제공될 수 있다. 이렇게 생산된 PCD 또는 PCBN 구조물은, 소결된 보디 내에 각각의 구조물이 형성되는 공정 중에 기판에 접합되는 PCD 또는 PCBN 구조물을 포함하는 구조의 일체형 부분인 기판에 접합 형성될 가능성이 높다.
본 명세서에 사용될 때, 초경합금 재료(경질금속 재료로 지칭될 수도 있음)는 코발트와 같은 접착(결합제로도 지칭됨) 재료에 의해 함께 유지되는 탄화 텅스텐, 탄화 티탄 또는 탄화 탄탈과 같은 탄화물 재료의 다수의 입자를 포함한다. 탄화물 입자의 함량은 약 50 퍼센트 이상일 수 있다.
본 명세서에 사용될 때, 생소지는 소결될 수 있지만 아직 완전히 또는 충분히 소결되지 않은 재료를 포함하는 보디이다. 생소지는 의도된 소결된 보디의 전반적인 구조를 가질 수 있으며, 소결되도록 의도된다.

Claims (35)

  1. 경사면 토폴로지를 규정하는 초경질 재료를 포함하는 커터 구조물을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    경사면 토폴로지에 상보적인 토폴로지를 규정하는 형성 표면을 갖는 기판 보디, 및 다수의 초경질 입자를 포함하는 집합체를 포함하는 소결전 조립체를 제공하는 단계로서, 상기 집합체는 형성 표면에 인접하여 배치되며, 상기 기판 보디는 초경질 재료가 열역학적으로 안정적인 압력 및 온도에서 초경질 입자의 소결을 촉진할 수 있는 촉매 또는 결합제 재료의 공급원을 포함하는 단계;
    상기 소결전 조립체에 상기 온도 및 압력을 가하여 초경질 구조물을 제공하는 단계로서, 초경질 구조물은 그 제 1 주요 경계에서 형성 표면에 접합되는 소결된 다결정 초경질 재료를 포함하고, 초경질 구조물은 상기 제 1 주요 경계와 대향하는 제 2 주요 경계를 갖는 단계; 및
    경사면 토폴로지를 규정하는 초경질 구조물의 제 1 주요 경계를 노출시키기 위해 기판 보디를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    초경질 구조물의 제 2 주요 경계를 인서트 베이스에 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 경사면 토폴로지는 칩 브레이커 표면 토폴로지를 포함하는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초경질 재료는 다결정 다이아몬드(PCD) 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초경질 재료는 다결정 입방정 질화 붕소(PCBN) 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 주요 경계에 인접한 제 1 구역 내의 다결정 초경질 재료는 제 1 주요 경계로부터 상당히 먼 제 2 구역 내의 다결정 초경질 재료보다 낮은 경도를 갖는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 구역은 제 1 주요 경계로부터 약 50 미크론 이상의 깊이까지 연장되는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 구역은 제 1 구역과의 경계로부터 약 200 미크론의 깊이까지 연장되는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 구역 내의 다결정 초경질 재료는 상기 제 2 구역 내의 다결정 초경질 재료보다 낮은 초경질 입자 평균 함량을 갖는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 구역에서의 촉매 또는 결합제 재료의 함량은 제 2 구역에서보다 상당히 큰 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  11. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 구역에서의 촉매 또는 결합제 재료의 함량은 제 2 구역에서보다 상당히 낮은 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  12. 제 6 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 구역에서의 다결정 초경질 재료는 상기 제 2 구역에서의 다결정 초경질 재료가 실질적으로 포함하는 것보다 약 10 퍼센트 이상 많은 촉매 또는 결합제 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 주요 경계 근처의 다결정 초경질 재료로부터 촉매 또는 결합제 재료의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 보디는 초경합금 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 보디는 접착 재료를 함유하는 초경합금 재료를 포함하며, 상기 접착 재료는 초경질 재료를 소결하기 위한 촉매 또는 결합제 재료의 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집합체는 초경질 재료를 소결하기 위한 촉매 재료의 공급원을 함유하는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    초경질 구조물의 제 2 주요 경계를 인서트 베이스에 접합시키고 이후 기판 보디를 제거하여 초경질 구조물의 제 1 주요 경계를 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 보디 및 상기 인서트 베이스는 초경합금 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 보디는 제 1 초경합금 재료를 포함하고 상기 인서트 베이스는 제 2 초경합금 재료를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 초경합금 재료는 적어도 하나의 조성 양태에서 현저히 상이한 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 2 초경합금 재료는 제 1 초경합금 재료보다 높은 함량의 탄화물 입자 재료와 낮은 함량의 접착 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력은 약 4 GPa 이상이고 상기 온도는 약 1,200 ℃ 이상인 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력은 약 7 GPa 이상이고 상기 온도는 약 1,400 ℃ 이상인 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형성 표면을 방전 가공(EDM), 레이저 가공, 공작 기계 또는 에칭에 의해 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    기판 보디용 전구체 재료를 포함하는 생소지의 표면 상에 형성 표면 토폴로지를 형성하고 상기 생소지를 소결하여 기판 보디를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    초경질 구조물 상에 절삭날을 형성하기 위해 초경질 구조물을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    산성 처리 또는 부식성 재료에 의한 처리에 의해 기판 보디를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물 제조 방법.
  27. 경사면 토폴로지를 갖는 경사면을 규정하는 다결정 초경질 재료를 포함하는 커터 구조물에 있어서,
    경사면에 인접한 제 1 구역 내의 다결정 초경질 재료는 경사면으로부터 상당히 먼 제 2 구역 내의 다결정 초경질 재료보다 낮은 경도를 갖는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 경사면 토폴로지는 칩 브레이커 토폴로지로서 기능할 수 있는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물.
  29. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서,
    상기 제 1 구역은 제 1 주요 경계로부터 약 50 미크론 이상의 깊이까지 연장되는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물.
  30. 제 27 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 구역은 제 1 구역과의 경계로부터 약 200 미크론의 깊이까지 연장되는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물.
  31. 제 27 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 구역 내의 다결정 초경질 재료는 상기 제 2 구역 내의 다결정 초경질 재료보다 낮은 초경질 입자 평균 함량을 갖는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물.
  32. 제 27 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 구역에서의 촉매 또는 결합제 재료의 함량은 제 2 구역에서보다 상당히 큰 것을 특징으로 하는
    커터 구조물.
  33. 제 27 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 구역에서의 촉매 또는 결합제 재료의 함량은 제 2 구역에서보다 상당히 낮은 것을 특징으로 하는
    커터 구조물.
  34. 제 27 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 구역에서의 다결정 초경질 재료는 상기 제 2 구역에서의 다결정 초경질 재료가 포함하는 것보다 약 10 퍼센트 이상 많은 촉매 또는 결합제 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는
    커터 구조물.
  35. 제 27 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 따른 커터 구조물을 포함하는, 공작 기계용 인서트.
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