KR20140092473A - 다결정 다이아몬드 소결체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다결정 다이아몬드 소결체에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명에 따른 다결정 다이아몬드 소결체는 초경층; 상기 초경층 상에 형성되는 다결정 다이아몬드층; 및 상기 다결정 다이아몬드층 내 구비되고 상기 다결정 다이아몬드층 보다 높은 인성을 갖는 인성부;를 포함한다.
본 발명에 따르면 다결정 다이아몬드층 내에 인성부를 구비함으로써 절삭 작업 중 다결정 다이아몬드층에 발생하는 크랙이 타 부분으로 전이되는 것을 방지하는 효과를 얻을 수 있으며, 이러한 크랙 전이 방지구조를 다양한 제조방법을 통하여 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

다결정 다이아몬드 소결체 및 그 제조방법{Poly crystalline diamond and manufacturing method thereof}
본 발명은 다결정 다이아몬드 소결체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절삭 작업 중 발생하는 크랙을 최소화하는 다결정 다이아몬드 소결체의 구조 및 제조방법에 관한 것이다.
금속/목공 절삭 가공 등에는 다양한 절삭 공구가 이용된다. 특히 석유, 가스 시추 분야에서는 지반을 절삭 및 굴착하여야 하므로 내마모성이 최대한 보장될 수 있는 시굴, 굴착 장비가 이용된다.
이러한 장비의 말단에는 도 1에 도시된 바와 같은 절삭 공구(1)가 구비된다. 절삭 공구(1)의 단부에는 다이아몬드 소결체(2)를 이용하여 지반과의 마찰에도 불구하고 내마모성이 충분히 보장될 수 있도록 하는 것이 일반적이다.
도 2에 일반적인 다이아몬드 소결체(2)를 모습을 도시하였다. 도 2에 도시된 바와 같이 다이아몬드 소결체는 초경층(4) 상에 다이아몬드 분말을 이용하여 소결된 다결정 다이아몬드층(3)이 형성된다. 초경층(4)은 다결정 다이아몬드층(3)이 부착된 상태에서 다이아몬드 소결체(2)가 다양한 공구 등에 부착가능하도록 지지하는 기능을 한다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 각종 절삭 과정에서 다이아몬드 소결체가 파손되는 경우가 발생한다. 다이아몬드 소결체는 내마모성은 기존 초경소재보다 10배이상 높지만 내충격성은 상대적으로 적은 특성을 갖고 있어, 강한 암반을 시추하는 경우 파손이 빈번히 발생한다.
이 때 다이아몬드 소결체는 도 4에 도시된 바와 같이 다양한 파손 상태를 나타낸다. 도 4a에 도시된 다이아몬드 소결체는 다결정 다이아몬드층의 일부에 크랙이 발생한 경우이고, 도 4b와 도 4c에 도시된 다이아몬드 소결체는 다결정 다이아몬드층의 상당 부분뿐 아니라 초경층에 이르기까지 크랙이 발생한 경우이다.
도 4a에 도시된 바와 같이 다이아몬드 소결체의 파손이 적은 경우에는 공구에 부착된 다이아몬드 소결체를 방향을 바꾸어 재부착함으로써 반대편 절삭면을 사용할 수 있으나, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이 크랙이 진행된 상태에서는 재사용이 불가능하다.
특히 충격에 약한 다이아몬드 소재의 특성상 강한 암반을 절삭시 파손이 쉽게 발생하며 크랙이 한번 발생한 경우에는 크랙전이가 쉽게되어 전체 다이아몬드층이 파손되는 경우가 많다. 다결정 다이아몬드 소결체(PDC)의 파손이 적을 경우 반대편 절삭면을 사용할 수 있도록 재사용이 가능하므로 크랙의 전이를 방지하는 기술에 대한 필요성이 대두된다.
본 발명은 절삭 과정에서 발생하는 크랙이 전이되는 것을 방지하는 다결정 다이아몬드 소결체를 제공한다.
또한 본 발명은 이러한 크랙 전이 방지 구조를 구비하는 다결정 다이아몬드 소결체의 다양한 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 다결정 다이아몬드 소결체는 초경층; 상기 초경층 상에 형성되는 다결정 다이아몬드층; 및 상기 다결정 다이아몬드층 내 구비되고 상기 다결정 다이아몬드층 보다 높은 인성을 갖는 인성부;를 포함한다.
또한 상기 인성부는 상기 다결정 다이아몬드층에 비하여 금속 바인더 함량을 증가시킬 수 있다.
나아가 상기 금속 바인더는 코발트(Co)일 수 있다.
더 나아가 상기 코발트는 상기 다결정 다이아몬드층에 비하여 1 내지 20 Vol.% 함량을 증가시킬 수 있다.
또한 상기 인성부는 상기 다결정 다이아몬드층에 비하여 다이아몬드 입자의 크기를 증가시킬 수 있다.
나아가 상기 인성부는 상기 다결정 다이아몬드층에 비하여 다이아몬드 입자의 크기를 50% 내지 300% 증가시킬 수 있다.
또한 상기 인성부에는 텅스텐 및 텅스텐 카바이드 중 적어도 어느 하나가 첨가될 수 있다.
나아가 상기 인성부에는 상기 다결정 다이아몬드층의 조성에 상기 텅스텐 및 텅스텐 카바이드가 1 내지 50 Vol.% 첨가되는 조성으로 형성될 수 있다.
또한 상기 인성부는 텅스텐 카바이드-코발트(WC-Co)계 합금 재질로 형성될 수 있다.
또한 상기 인성부는 상기 다결정 다이아몬드층의 적어도 둘 이상의 절삭부 사이에 구비될 수 있다.
또한 상기 인성부는 상기 다결정 다이아몬드층의 중앙을 지나는 바(bar)형상으로 형성될 수 있다.
또한 상기 인성부는 상기 다결정 다이아몬드층의 중앙부에서 중첩되는 적어도 둘 이상의 바(bar)형상으로 형성될 수 있다.
나아가 상기 인성부는 상기 다결정 다이아몬드층의 중앙부에 상기 인성부의 타부분에 비하여 부피가 확장된 확장부를 더 포함할 수 있다.
더 나아가 상기 확장부는 원판형으로 형성될 수 있다.
한편, 인성부를 구비하는 다결정 다이아몬드 소결체를 제조하는 방법으로서, 본 발명에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 제조방법은 다이아몬드 분말과 소결된 고형체 상태의 인성부를 제조하는 사전 제조 공정; 및 소결용기 내에서 상기 고형체 상태의 인성부가 상기 다이아몬드 분말 내에 위치한 상태에서 소결하여 다결정 다이아몬드 소결체를 제조하는 소결 공정;을 포함한다.
또한 상기 사전 제조 공정에서의 상기 고형체 상태의 인성부는 완전 소결 또는 예비 소결(pre-sintering) 중 어느 하나의 상태로 제조될 수 있다.
다른 한편, 인성부를 구비하는 다결정 다이아몬드 소결체를 제조하는 방법으로서, 본 발명에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 제조방법은 유기 바인더를 이용하여 상기 인성부 및 다결정 다이아몬드층을 분말성형체로 제조하는 분말 성형공정; 상기 분말 성형된 상기 인성부 및 상기 다결정 다이아몬드층을 재성형하는 재성형 공정; 탈지 열처리하여 상기 유기 바인더를 제거하는 탈지 열처리 공정; 및 열처리된 상기 인성부 및 상기 다결정 다이아몬드층을 소결하여 다결정 다이아몬드 소결체를 제조하는 소결 공정;을 포함한다.
또한 상기 사전 제조 공정에서의 상기 인성부는 텅스텐 카바이드-코발트(WC-Co)계 합금 재질, 상기 다이아몬드 분말에 비하여 바인더 함량이 증가된 재질, 상기 다이아몬드 분말에 비하여 입자 크기가 증가된 재질 및 상기 다이아몬드 분말에 텅스텐 또는 텅스텐 카바이드 중 어느 하나가 첨가된 재질 중 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다.
또한 상기 소결 공정 이후에 상기 소결된 다결정 다이아몬드 소결체가 그라인딩(grinding) 및 래핑(lapping) 중 어느 하나에 의하여 연마되는 연마 공정을 더 포함할 수 있다.
다른 한편, 텅스텐 카바이드-코발트(WC-Co)계 합금 재질로 형성되는 인성부를 구비하는 다결정 다이아몬드 소결체를 제조하는 방법으로서, 본 발명에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 제조방법은 상기 인성부를 포함하는 초경층을 일체로 제조하는 초경층 제조 공정; 소결용기 내에서 상기 초경층 상에 상기 다결정 다이아몬드 분말을 소결하여 다결정 다이아몬드 소결체를 제조하는 소결하는 소결 공정;를 포함하되, 상기 소결 공정에서 상기 다결정 다이아몬드 소결체는 상기 인성부를 내포하도록 형성된다.
본 발명에 따르면 다결정 다이아몬드층 내에 인성부를 구비함으로써 절삭 작업 중 다결정 다이아몬드층에 발생하는 크랙이 타 부분으로 전이되는 것을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 이러한 크랙 전이 방지구조를 다양한 제조방법을 통하여 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 다결정 다이아몬드 소결체를 이용한 절삭공구의 모습을 나타내는 개략도이다.
도 2는 일반적인 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 3은 다결정 다이아몬드 소결체를 이용한 절삭공구가 절삭 중 파손된 모습을 나타내는 사진이다.
도 4는 다결정 다이아몬드 소결체의 파손정도를 나타내는 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 6은 도 5의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 8은 도 7의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 10은 도 9의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 12는 도 11의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다.
도 13 내지 도 15는 각각 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.
도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체를 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이고, 도 6은 도 5의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다.
앞서 설명한 바와 같이 다결정 다이아몬드 소결체(10)는 기저에 초경층(11)을 구비한다. 초경층(11)은 다결정 다이아몬드층(12)을 지지하고 있으며, 절삭 공구에 고정되기 위한 지지층으로서 기능한다.
초경층(11)의 상단에는 다결정 다이아몬드층(12)이 구비된다. 다결정 다이아몬드층(12)은 내마모성이 높아 절삭 작업 중 모서리를 이용하여 절삭 작업을 직접적으로 수행하게 된다. 다결정 다이아몬드층(12)은 다이아몬드 분말을 이용하여 형성된다. 다결정 다이아몬드층(12)은 초경층(11) 상에 코발트와 같은 금속 바인더를 이용하여 다이아몬드 분말을 소결함으로써 형성될 수 있다.
한편, 다결정 다이아몬드층(12)의 내측에는 인성부(13)이 구비된다. 인성부(12)은 다결정 다이아몬드층(12)에 비하여 더 높은 인성을 갖도록 형성된다. 다결정 다이아몬드층(12)은 내마모성이 매우 높으나 취성이 있어 외부 충격에 의하여 크랙이 발생할 수 있는 우려가 있다. 인성부(13)는 다결정 다이아몬드층(12)의 일부로부터 발생한 크랙이 인성부(13) 너머의 타 다결정 다이아몬드층(12)으로 전이되는 것을 방지한다. 즉, 다결정 다이아몬드층(12)에 비하여 상대적으로 높은 인성을 갖는 인성부(13)가 다결정 다이아몬드층(12) 내에 구비됨으로써 크랙이 발생한 경우에도 국부적인 영역만 파손되고, 해당 크랙이 타 부분으로 전이되는 것을 막는다. 결과적으로 크랙 발생 후에도 타부분을 절삭 방향으로 돌림으로써 다결정 다이아몬드 소결체를 절삭 공구에 재설치 및 재사용할 수 있다.
인성부(113)는 인성면에서 특징이 있기 때문에 다양한 재질, 성분 및 물성을 통하여 구현할 수 있다.
첫?, 인성부는 다결정 다이아몬드층에 비하여 금속 바인더 함량을 증가시킴으로서 구현할 수 있다. 금속은 다이아몬드에 비하여 인성이 높기 때문에 바인더로서 포함되는 코발트(Co) 등의 함량을 부분적으로 높임으로써 다결정 다이아몬드층 내에 인성부를 형성할 수 있다. 코발트를 금속 바인더로 이용하는 경우 인성부는 다결정 다이아몬드층에 함유되는 코발트에 비하여 1 내지 20 Vol.% 함량을 더 증가시킴으로써 구현할 수 있다. 이 때 1Vol.% 보다 적은 코발트가 더 함유되는 경우에는 인성부가 다결정 다이아몬드층에 비하여 인성이 증가되는 충분한 효과를 얻을 수 없으며, 함량이 20Vol.% 이상 더 함유되는 경우에는 과량의 금속 바인더가 함유됨으로써 제품의 품질을 보장할 수 없게 된다. 결론적으로 코발트가 더 함유된 인성부는 다결정 다이아몬드층에 비하여 상대적으로 높은 인성을 갖게 된다.
둘째 인성부는 다결정 다이아몬드층을 형성하기 위하여 이용되는 다이아몬드 분말에 비하여 입자의 크기가 큰 다이아몬드 분말을 이용하여 형성할 수 있다. 일반적으로 소결체에 있어서 입자의 크기가 크면 내마모성은 떨어지는 대신 내충격성이 증가한다. 인성부를 형성하기 위하여 다결정 다이아몬드층의 형성에 이용되는 다이아몬드 분말의 입자 크기보다 큰 분말을 이용할 수 있다.
예를 들어 상기 인성부는 상기 다결정 다이아몬드층에 비하여 다이아몬드 입자의 크기를 50% 내지 300% 증가시킬 수 있다.
셋째 인성부에 텅스텐나 텅스텐 카바이드와 같이 절삭 공구로서의 물성을 유지하면서도 인성을 높여줄 수 있는 성분을 첨가할 수 있다. 인성부에는 다결정 다이아몬드층의 전체 조성을 기준으로 텅스텐 또는 텅스텐 카바이드가 1 내지 50 Vol.% 첨가되는 것이 바람직하다. 텅스텐 또는 텅스텐 카바이드가 1Vol.% 미만으로 첨가되는 경우 원하는 정도의 인성이 증가되는 효과를 얻을 수 없으며, 50Vol.% 초과하여 첨가되는 경우에는 다이아몬드 소결체를 이용함으로써 얻고자 하는 내마모성을 충분히 얻을 수 없게 됨으로써 지반 및 암반 등에 적합한 절삭 공구로서 이용가치가 떨어지게 된다.
마지막으로 인성부는 초경층과 같은 초경 재질로 형성될 수 있다. 즉, 인성부는 텅스텐 카바이드-코발트(WC-Co)계 합금 재질로 형성될 수 있다.
한편, 인성부(13)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 다결정 다이아몬드층(12)을 가로지르도록 구비될 수 있다.즉, 인성부(13)는 다결정 다이아몬드층(12)을 둘 이상의 절삭 가능한 부분으로 구획하도록 구비될 수 있다. 즉, 인성부(13)는 바(bar) 형상으로 형성되어 다결정 다이아몬드층(12)을 둘 이상의 영역으로 구획할 수 있다. 이 때 인성부(13)는 다결정 다이아몬드층(12)의 중앙을 지나도록 형성함으로써 다결정 다이아몬드층(12)을 균등하게 나뉘도록 하는 것이 바람직하다.
도 7 및 도 8을 참조하여 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체를 설명한다. 도 7은 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이고, 도 8은 도 7의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다.
본 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체(10a)는 앞서 설명한 도 5의 다결정 다이아몬드 소결체(10a)에 비하여 인성부(13a)가 구획하는 다결정 다이아몬드층(12)의 수에서 차이가 있다.
본 실시예에 따른 인성부(13a)는 다결정 다이아몬드층(12)의 중앙부에서 중첩되는 적어도 둘 이상의 바(bar)형상으로 형성될 수 있다. 이에 따라 다결정 다이아몬드층(12)은 총 4부분으로 구획된다. 이 경우 인성부(13a)에 의하여 구획된 4부분의 다결정 다이아몬드층(12) 중 어느 하나의 부분에 크랙이 발생한 경우라도 타 부분에 크랙이 전이되지 않음으로써 총 4회에 걸쳐 사용 및 재사용이 가능하다.
도 9 및 도 12를 참조하여 또 따른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체를 설명한다. 도 9는 또 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이고, 도 10은 도 9의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다. 또한 도 11은 또 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이고, 도 12는 도 11의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다.
본 실시예에 따른 인성부(13b)는 앞서 설명한 실시예에 따른 인성부들에 비하여 둘 이상의 부분으로 나뉘어져 있다는 점에서 차이가 있다. 본 실시예에 따른 인성부(13b)는 다결정 다이아몬드층(12)의 외주면으로부터 내측으로 형성되며, 이러한 바(bar)형상의 인성부(13b)는 총 3개가 구비된다. 본 실시예에 따른 인성부(13b)는 다결정 다이아몬드층(12)의 원주 형상의 모서리를 3부분으로 구획한다. 즉 이 경우에 있어서 다결정 다이아몬드 소결체(10b)는 총 3회에 걸쳐 사용 및 재사용이 가능하다.
한편, 도 11에 도시된 바와 같이 다결정 다이아몬드층(12)에 구비되는 인성부(13c)는 중앙에 확장부(131c)를 구비할 수 있다.
확장부(131c)는 인성부(13c)와 마찬가지로 다결정 다이아몬드층(12)에 비하여 상대적으로 높은 인성을 갖도록 형성됨으로써 크랙이 타 부분으로 전이되는 것을 방지하는 효과가 있다. 또한 인성부(13c)의 중앙부에 원형의 확장부(131c)를 구비함으로써 외측으로부터 전달되는 외부 충격을 일정 부분 흡수하는 것도 가능하다. 즉, 확장부(131c)를 구비한 인성부(13c)는 발생한 크랙이 타 부분으로 전이되는 것을 방지하고 충격 자체도 일정부분 흡수할 수 있다.
도 13 내지 도 15를 참조하여 그 밖의 다결정 다이아몬드 소결체의 다양한 실시예를 설명한다. 도 13 내지 도 15는 각각 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
한편, 인성부들은 다양한 형태로 형성될 수 있다. 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이 단면 형상이 사다리꼴, 반원 형상 및 직사각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 이외에도 인성부들은 다양한 형상의 단면을 갖도록 형성될 수 있으며, 하나의 다결정 다이아몬드 소결체 내에서도 각기 다른 단면 형상을 갖는 적어도 둘 이상의 인성부들이 형성되는 것도 가능하다.
한편, 도 13에 도시된 바와 같이 인성부(13f)는 초경층(11)에 접하되 다결정 다이아몬드층(12)의 외측으로는 노출되지 않도록 형성될 수 있다. 반면 도 14에 도시된 바와 같이 초경층(11)에 접하지 않은 상태로 구비되는 것도 가능하고, 다결정 다이아몬드층(12)의 상단 외측으로 노출되도록 구비되는 것도 가능하다.
이하에서는 인성부를 구비하는 다결정 다이아몬드 소결체를 제조하는 방법을 설명한다. 인성부를 구비하는 다결정 다이아몬드 소결체를 제조하는 방법은 크게 사전 제조 공정, 소결 공정 및 연마 공정으로 구분될 수 있다.
사전 제조 공정에서는 다이아몬드 분말과 소결된 고형체 상태의 인성부를 제조한다. 고형체 상태의 인성부는 완전 소결 또는 예비 소결(pre-sintering) 중 어느 하나의 상태로 제조될 수 있다.
이 때 인성부는 앞서 설명한 바와 같이 텅스텐 카바이드-코발트(WC-Co)계 합금 재질, 다이아몬드 분말에 비하여 바인더 함량이 증가된 재질, 다이아몬드 분말에 비하여 입자 크기가 증가된 재질 및 다이아몬드 분말에 텅스텐 또는 텅스텐 카바이드 중 어느 하나가 첨가된 재질 등으로 형성될 수 있다.
소결 공정에서는 소결용기 내에서 고형체 상태의 인성부가 다이아몬드 분말 내에 삽입된 상태에서 소결된다.
이후 연마 단계에서는 소결된 다결정 다이아몬드 소결체를 그라인딩(grinding) 및/또는 래핑(lapping)을 함으로써 앞서 설명한 형태의 다결정 다이아몬드 소결체를 제조한다.
다결정 다이아몬드 소결체를 제조하는 또 다른 제조방법을 설명한다. 본 제조방법은 소결 공정 이전에 분말 성형공정, 재성형 공정 및 열처리 공정을 수행한다는 점에서 앞서 설명한 제조방법과 차이가 있다.
분발 성형공정에서는 유기 바인더를 이용하여 인성부 및 다결정 다이아몬드층을 분말성형체로 제조한다. 이어서, 재성형 공정에서는 분말 성형된 인성부 및 다결정 다이아몬드층을 일체로 재성형한다. 이어서 열처리 공정에서는 탈지 열처리하여 재성형된 인성부 및 다결정 다이아몬드층으로부터 유기 바인더를 제거한다.
한편, 인성부는 처음부터 초경층과 일체로 형성되는 것도 가능하다. 인성부가 초경 재질, 즉 텅스텐 카바이드-코발트(WC-Co)계 합금 재질로 형성되는 경우에는 초경층 제조 공정과 소결 공정을 따라 제조될 수 있다. 초경층 제조 공정에서는 인성부를 포함하는 초경층을 일체로 제조한다. 즉, 초경층 상단에 이미 인성부의 형태대로 굴곡 또는 돌출된 형상으로 초경층을 형성한다. 이외에도 제조된 인성부를 초경층에 브레이징 등으로 일체화 시키는 것도 가능하다. 소결 공정에서는 일체화된 인성부와 초경층 상에 다이아몬드 분말을 소결시켜 다결정 다이아몬드 소결체를 제조한다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 인성부를 구비하는 다결정 다이아몬드 소결체 및 그 제조방법으로 구현될 수 있다.
10: 다결정 다이아몬드 소결체 11: 초경층
12: 다결정 다이아몬드층 13: 인성부

Claims (20)

  1. 초경층;
    상기 초경층 상에 형성되는 다결정 다이아몬드층; 및
    상기 다결정 다이아몬드층 내에 적어도 하나 이상 구비되고 상기 다결정 다이아몬드층 보다 높은 인성을 갖는 인성부;를 포함하는 다결정 다이아몬드 소결체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인성부는 상기 다결정 다이아몬드층에 비하여 금속 바인더 함량을 증가시키는 다결정 다이아몬드 소결체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속 바인더는 코발트(Co)인 다결정 다이아몬드 소결체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코발트는 상기 다결정 다이아몬드층에 비하여 1 내지 20 Vol.% 함량을 증가시키는 다결정 다이아몬드 소결체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인성부는 상기 다결정 다이아몬드층에 비하여 다이아몬드 입자의 크기를 증가시키는 다결정 다이아몬드 소결체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상기 인성부는 상기 다결정 다이아몬드층에 비하여 다이아몬드 입자의 크기를 50% 내지 300% 증가시키는 다결정 다이아몬드 소결체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인성부에는 텅스텐 및 텅스텐 카바이드 중 적어도 어느 하나가 첨가되는 다결정 다이아몬드 소결체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인성부에는 상기 다결정 다이아몬드층의 조성에 상기 텅스텐 및 텅스텐 카바이드가 1 내지 50 Vol.% 첨가되는 조성으로 형성되는 다결정 다이아몬드 소결체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 인성부는 텅스텐 카바이드-코발트(WC-Co)계 합금 재질로 형성되는 다결정 다이아몬드 소결체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 인성부는 상기 다결정 다이아몬드층의 적어도 둘 이상의 절삭부 사이에 구비되는 다결정 다이아몬드 소결체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 인성부는 상기 다결정 다이아몬드층의 중앙을 지나는 바(bar)형상으로 형성되는 다결정 다이아몬드 소결체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 인성부는 상기 다결정 다이아몬드층의 중앙부에서 중첩되는 적어도 둘 이상의 바(bar)형상으로 형성되는 다결정 다이아몬드 소결체.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 인성부는 상기 다결정 다이아몬드층의 중앙부에 상기 인성부의 타부분에 비하여 부피가 확장된 확장부를 더 포함하는 다결정 다이아몬드 소결체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 확장부는 원판형으로 형성되는 다결정 다이아몬드 소결체.
  15. 인성부를 구비하는 다결정 다이아몬드 소결체를 제조하는 방법으로서,
    다이아몬드 분말과 소결된 고형체 상태의 인성부를 제조하는 사전 제조 공정; 및
    소결용기 내에서 상기 고형체 상태의 인성부가 상기 다이아몬드 분말 내에 위치한 상태에서 소결하여 다결정 다이아몬드 소결체를 제조하는 소결 공정;을 포함하는 다결정 다이아몬드 소결체의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 사전 제조 공정에서의 상기 고형체 상태의 인성부는 완전 소결 또는 예비 소결(pre-sintering) 중 어느 하나의 상태로 제조되는 다결정 다이아몬드 소결체의 제조방법.
  17. 인성부를 구비하는 다결정 다이아몬드 소결체를 제조하는 방법으로서,
    유기 바인더를 이용하여 상기 인성부 및 다결정 다이아몬드층을 분말성형체로 제조하는 분말 성형공정;
    상기 분말 성형된 상기 인성부 및 상기 다결정 다이아몬드층을 재성형하는 재성형 공정;
    탈지 열처리하여 상기 유기 바인더를 제거하는 탈지 열처리 공정; 및
    열처리된 상기 인성부 및 상기 다결정 다이아몬드층을 소결하여 다결정 다이아몬드 소결체를 제조하는 소결 공정;을 포함하는 다결정 다이아몬드 소결체의 제조방법.
  18. 제15항 또는 제17항에 있어서,
    상기 사전 제조 공정에서의 상기 인성부는 텅스텐 카바이드-코발트(WC-Co)계 합금 재질, 상기 다이아몬드 분말에 비하여 바인더 함량이 증가된 재질, 상기 다이아몬드 분말에 비하여 입자 크기가 증가된 재질 및 상기 다이아몬드 분말에 텅스텐 또는 텅스텐 카바이드 중 어느 하나가 첨가된 재질 중 어느 하나의 재질로 형성되는 다결정 다이아몬드 소결체의 제조방법.
  19. 제15항 또는 제17항에 있어서,
    상기 소결 공정 이후에 상기 소결된 다결정 다이아몬드 소결체가 그라인딩(grinding) 및 래핑(lapping) 중 어느 하나에 의하여 연마되는 연마 공정을 더 포함하는 다결정 다이아몬드 소결체의 제조방법.
  20. 텅스텐 카바이드-코발트(WC-Co)계 합금 재질로 형성되는 인성부를 구비하는 다결정 다이아몬드 소결체를 제조하는 방법으로서,
    상기 인성부를 포함하는 초경층을 일체로 제조하는 초경층 제조 공정;
    소결용기 내에서 상기 초경층 상에 상기 다결정 다이아몬드 분말을 소결하여 다결정 다이아몬드 소결체를 제조하는 소결하는 소결 공정;를 포함하되,
    상기 소결 공정에서 상기 다결정 다이아몬드 소결체는 상기 인성부를 내포하도록 형성되는 다결정 다이아몬드 소결체의 제조방법.
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