KR20210024661A - 에너지 가공된 다결정 다이아몬드 컴팩트들 및 이에 관련된 방법 - Google Patents
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Abstract
여기서 개시되는 실시예들은 다결정 다이아몬드 테이블들(예컨대, 각각 다결정 다이아몬드 테이블들을 포함하는 다결정 다이아몬드 컴팩트들)을 가공하는 데에 이용되는 에너지 빔 어블레이션 가공 방법들로 지향되어 있다. 여기서 개시되는 실시예들은 여기서 개시되는 에너지 빔 어블레이션 가공 방법들 중 적어도 하나에 따라 가공되는 다결정 다이아몬드 테이블들로 지향되어 있다.
Description
여기서 개시된 실시예들은 PCD를 가공하는 데에 활용될 수 있는 에너지 빔 어블레이션(ablation) 가공 방법들(예컨대, 레이저 폴리싱(polishing) 기법, 전자 빔 폴리싱 기법, 전자 빔 쉐이핑(shaping) 기법, 및/또는 레이저 쉐이핑 기법)로 지향되어 있다. 여기서 개시되는 실시예들은 또한 여기서 개시되는 에너지 빔 가공 방법들 중 적어도 하나에 따라 가공된(예컨대, 폴리싱 및/또는 쉐이핑된) PCD 테이블들로 지향되어 있기도 하다.
본 출원은 2017년 2월 9일 제출된 미국 가출원 No. 62/456,785의 우선권을 주장하는 바, 본 참조를 통해 그 개시된 내용이 전체로서 여기에 통합된다.
내마모성 다결정 다이아몬드 컴팩트들(polycrystalline diamond compacts, PDCs)이 다양한 기계 적용예들에서 활용된다. 예컨대, PDC들은 드릴링 툴(예컨대 절단 엘리먼트, 게이지 트리머 등), 가공 장비, 베어링 장치, 와이어 드로잉 기기, 기타 다른 기계 장치들에서 활용된다.
PDC들은 롤러 콘 드릴 비트(roller-cone drill bit) 및 픽스트 커터 드릴 비트(fixed-cutter drill bit)와 같은 로터리 드릴 비트에서 초연삭 절단 엘리먼트들(superabrasive cutting elements)로서 특히 활용성이 발견되었다. PDC 절단 엘리먼트는 전형적으로, 다이아몬드 테이블로 흔히 알려진 초연삭 다이아몬드 레이어/부피를 포함한다. 다이아몬드 테이블은 다이아몬드 안정 조건(diamond-stable condition)에서 다이아몬드 입자들을 소결하는 고압/고온(high-pressure/high-temperature, 'HPHT') 공정을 이용하여 기판에 형성되고 접착된다. PDC 절단 엘리먼트는 또한 미리 형성된 포켓, 소켓 또는 기타 비트 몸체에 형성된 수용부에 직접적으로 납땜될 수도 있다. 기판은 선택적으로 실린더형 뒷판과 같은 부착 부재로 납땜되거나 다른 방식으로 결합될 수 있다. 로터리 드릴 비트는 전형적으로 비트 몸체에 고정된 많은 수의 PDC 절단 엘리먼트들을 포함한다. PDC를 가지고 있는 스터드(stud)는, 압입(press-fitting), 납땜, 또는 비트 몸체에 형성된 수용부로 스터드를 고정하는 다른 방법에 의해 로터리 드릴 비트의 비트 몸체로 장착될 때 PDC 절단 엘리먼트로서 활용될 수 있다는 것도 알려져 있다.
통상적인 PDC들은 통상적으로 시멘티드 카바이드(cemented carbide) 기판을 시멘티드 카바이드 기판의 표면 상에 위치되는 일정 부피의 다이아몬드 파티클(particle)들과 함께 컨테이너에 배치함으로써 제조된다. 많은 수의 이런 컨테이너들이 HPHT 프레스로 적재될 수 있다. 그리고 나서 기판(들) 및 일정 부피의 다이아몬드 파티클들은, 다이아몬드 입자들이 서로 본딩되어 다결정 다이아몬드(polycrystalline diamond, 'PCD') 테이블을 형성하는 본딩된 다이아몬드 그래인(grain)들의 매트릭스를 형성하도록 초래하는 촉매 소재의 존재 하에서 HPHT 조건에서 처리된다. 촉매 소재는 종종 다이아몬드 파티클들의 연정(intergrowth)을 촉진하는 데에 활용되는 메탈-솔벤트 촉매(metal-solvent catalyst)(예컨대, 코발트, 니켈, 철, 또는 이들의 합금)이다.
통상적인 접근법에서, 코발트-시멘티드 텅스텐 카바이드 기판에서의 코발트와 같은 시멘티드 카바이드 기판의 구성 성분은 HPHT 소결 공정 과정에서 일정 부피의 다이아몬드 파티클들에 인접한 영역으로부터 다이아몬드 파티클들 사이의 사이 영역들(interstitial regions)로 액화되어 미끄러져 움직인다. 코발트는 다이아몬드 파티클들 사이에서 연정을 촉진하는 촉매로서 작용하는데, 이는 본딩된 다이아몬드 그래인들 사이의 사이 영역들이 솔벤트 촉매에 의해 점유되어 있는 채로, 그 사이에 다이아몬드 대 다이아몬드 본딩을 가진 본딩된 다이아몬드 그래인들의 매트릭스의 형성으로 귀결된다.
PCD 테이블에 챔퍼(chamfer)를 형성하기 위한 것이나, 원하는 형상을 만들기 위해 PDC를 절단하기 위한 것과 같이 PCD 테이블을 가공하는 것이 종종 필요하다. 이런 절단은, PCD 테이블과 기판의 원하는 부분들을 제거하기 위해 전형적으로 방전 가공(electrical-discharge machining), 그라인딩(grinding), 래핑(lapping), 또는 이들의 조합에 의해 이루어져 왔다.
이런 제조 방법들의 활용 가능성에도 불구하고, PDC의 제조자 및 사용자들은 향상된 PDC 제조 방법들을 계속하여 찾고 있다.
여기서 개시된 실시예들은 PCD를 가공하는 데에 활용될 수 있는 에너지 빔 어블레이션(ablation) 가공 방법들(예컨대, 레이저 폴리싱(polishing) 기법, 전자 빔 폴리싱 기법, 전자 빔 쉐이핑(shaping) 기법, 및/또는 레이저 쉐이핑 기법)로 지향되어 있다. 여기서 개시되는 실시예들은 또한 여기서 개시되는 에너지 빔 가공 방법들 중 적어도 하나에 따라 가공된(예컨대, 폴리싱 및/또는 쉐이핑된) PCD 테이블들로 지향되어 있기도 하다.
일실시예에서, 다결정 다이아몬드(PCD) 테이블의 가공 방법이 개시된다. 이 방법은 PCD 테이블을 제공하는 단계를 포함한다. PCD 테이블은 복수의 사이 영역들을 형성하는 복수의 본딩된 다이아몬드 그래인들을 포함한다. PCD 테이블의 적어도 하나의 외부 표면은 제1 표면 거칠기를 보인다. 이 방법은 또한 적어도 하나의 외부 표면의 적어도 일부가 제1 표면 거칠기보다 더 작은 제2 표면 거칠기를 보이도록 초래하는 데에 유효한 레이저 빔을 적어도 하나의 외부 표면의 적어도 일부를 향해 지향시키는 단계도 포함한다. 레이저 빔을 지향시키는 단계는 제1 표면 영역으로부터 PCD를 제거하도록 적어도 하나의 외부 표면을 향해 적어도 하나의 제1 레이저 펄스를 지향시키는 단계와, 적어도 하나의 외부 표면을 향해 적어도 하나의 제2 레이저 펄스를 지향시키는 단계를 포함한다. 적어도 하나의 제2 레이저 펄스는 제1 표면 영역의 약 25%에서 약 99.95%와 중첩된다.
다른 실시예에서, PDC가 개시된다. 이 PDC는 PCD 테이블을 포함한다. PCD 테이블은 복수의 사이 영역들을 형성하는 복수의 본딩된 다이아몬드 그래인들을 포함한다. PCD 테이블은 또한 적어도 하나의 외부 표면을 포함한다. 이 적어도 하나의 외부 표면의 적어도 일부는 약 3 μm Ra보다 작은 표면 거칠기를 보인다. 적어도 하나의 외부 표면의 적어도 일부는 하나 또는 그 이상의 마이크로피쳐(microfeature)들을 포함하는 래스터링 패턴(rastering pattern)을 보인다.
다른 실시예에서, 드릴 비트가 개시된다. 이 드릴 비트는 비트 몸체를 포함한다. 드릴 비트는 또한 비트 몸체에 결합된 적어도 하나의 커터를 포함한다. 적어도 하나의 커터는 적어도 하나의 PCD 테이블을 포함한다. PCD 테이블은 복수의 사이 영역들을 형성하는 복수의 본딩된 다이아몬드 그래인들을 포함한다. PCD 테이블은 또한 적어도 하나의 외부 표면을 포함한다. 적어도 하나의 외부 표면의 적어도 일부는 약 3 μm Ra보다 작은 표면 거칠기를 보인다. 적어도 하나의 외부 표면의 적어도 일부는 하나 또는 그 이상의 마이크로피쳐를 포함하는 래스터링 패턴을 보인다.
다른 실시예들은 와이어 드로잉 다이, 가공 장비, 마찰 교반 용접 엘리먼트, 레이저 미러, 히트 싱크, 및 기타 물품들 및 장치들과 같은 다양한 물품들 및 장치들에서 개시된 PDC들을 활용하는 적용예들을 포함한다.
개시된 실시예들 중 임의의 것으로부터의 특징들은 제한 없이 서로 조합되어 사용될 수 있다. 또한, 본 개시의 다른 특징들 및 장점들이 다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면들의 검토를 통해 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람들에게 명확해질 것이다.
도면들이 본 개시의 몇가지 실시예들을 도시하는데, 동일한 참조 번호는 도면들에 나타낸 것과 다른 관점 또는 다른 실시예의 동일하거나 유사한 요소들 또는 특징들을 가리킨다.
여기서 개시된 실시예들은 PCD를 가공하는 데에 활용될 수 있는 에너지 빔 어블레이션(ablation) 가공 방법들(예컨대, 레이저 폴리싱(polishing) 기법, 전자 빔 폴리싱 기법, 전자 빔 쉐이핑(shaping) 기법, 및/또는 레이저 쉐이핑 기법)로 지향되어 있다. 여기서 개시되는 실시예들은 또한 여기서 개시되는 에너지 빔 가공 방법들 중 적어도 하나에 따라 가공된(예컨대, 폴리싱 및/또는 쉐이핑된) PCD 테이블들로 지향되어 있기도 하다.
도 1a는 일실시예에 따라 그 계면을 따라 시멘티드 카바이드 기판에 부착된 PCD 테이블을 포함하는 PDC의 등각 투상도이다.
도 1b는 그 외에는 도 1a의 PCD 테이블과 유사할 수 있지만, 기판에 부착되지 않은 PCD 테이블의 등각 투상도이다.
도 1c는 작업 표면에 인접하고 그로부터 안쪽으로 리칭되지 않은 영역으로 연장된 리칭된 영역을 형성하도록 리칭된 PCD 테이블의 일실시예를 관통하는 단면도로서, 이 리칭되지 않은 영역 안에서는 촉매 또는 침윤제의 농도가 리칭의 결과로서 크게 감소되어 있지 않다.
도 2a 내지 도 2l은 다양한 실시예들에 따라, 그로부터 하나 또는 그 이상의 레이어들/부피의 PCD 소재를 제거함으로써 가공되는 다양한 PCD 테이블들의 단면도들이다.
도 3a는 일실시예에 따라 그 안에 형성된 복수의 실질적으로 평행한 제1 리세스들을 포함하는 PCD 테이블의 외부 표면의 적어도 일부의 개략 평면도이다.
도 3b는 일실시예에 따라 도 3a의 PCD 테이블의 외부 표면의 일부의 개략 단면도이다.
도 3c는 일실시예에 따라 그 안에 형성된 복수의 실질적으로 평행한 제1 리세스들 및 복수의 실질적으로 평행한 제2 리세스들을 포함하는 도 3a에 나타낸 PCD 테이블의 외부 표면의 적어도 일부의 개략 평면도이다.
도 3d 내지 도 3g는 그 외부 표면으로부터 제거된 복수의 레이어들/부피의 PCD 소재를 가졌던 PCD 테이블들의 평면도이다.
도 4a는 일실시예에 따라 가우시안 에너지 분포를 보이는 레이저 펄스의 에너지/강도 분포를 도시하는 그래프이다.
도 4b는 일실시예에 따라 도 4a에 나타낸 가우시안 에너지 분포를 보이는 복수의 레이저 펄스들을 이용하여 가공된 PCD 테이블의 부분 단면 측면도이다.
도 4c는 일실시예에 따라 탑-햇(top-hat) 에너지 분포를 보이는 레이저 펄스의 에너지/강도 분포를 도시한 그래프이다.
도 4d는 일실시예에 따라 도 4c에 나타낸 탑-햇 에너지 분포를 보이는 복수의 레이저 펄스들을 이용하여 가공된 PCD 테이블의 부분 측면도이다.
도 5a는 일실시예에 따라 PCD 테이블의 외부 표면의 부분 측면도이다.
도 5b는 일실시예에 따라 PCD 테이블의 표면의 부분 측면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 다양한 실시예들에 따라, 중첩된 디봇들, 중첩된 리세스들 등을 형성하는 다양한 방법들을 도시하는 PCD 테이블의 적어도 하나의 외부 표면의 개략 평면도들이다.
도 7a 내지 도 7h는 다양한 실시예들에 따라 구획된 영역들로 나뉘어진 PCD 테이블의 외부 표면의 일부의 평면도이다.
도 8a는 일실시예에 따라 PDC의 PCD 테이블의 적어도 하나의 외부 표면을 가공하도록 구성된 시스템의 개략 도면이다.
도 8b는 외부 표면 상에서 그리고 외부 표면 근처에서 레이저 펄스들의 경로를 보여주는 PCD 테이블의 외부 표면의 적어도 일부의 개략도이다.
도 9a 내지 도 9k는 다양한 실시예들에 따라 여기에서 개시된 레이저 기법들 중 임의의 것을 이용하여 가공된 PCD 테이블의 형상 및/또는 표면들을 도시하고 있다.
도 10a는 여기서 개시된 PCD 실시예들 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 지하 드릴링 적용예에서의 사용을 위한 로터리 드릴 비트의 일실시예의 등각 투상도이다.
도 10b는 도 10a에 나타낸 로터리 드릴 비트의 평면도이다.
도 11은 베어링 엘리먼트들로서 개시된 PDC 실시예들 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 스러스트 베어링 장치의 일실시예의 등각 단면도이다.
도 12는 베어링 엘리먼트들로서 개시된 PDC 실시예들 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 레이디얼 베어링 장치의 일실시예의 등각 단면도이다.
도 1b는 그 외에는 도 1a의 PCD 테이블과 유사할 수 있지만, 기판에 부착되지 않은 PCD 테이블의 등각 투상도이다.
도 1c는 작업 표면에 인접하고 그로부터 안쪽으로 리칭되지 않은 영역으로 연장된 리칭된 영역을 형성하도록 리칭된 PCD 테이블의 일실시예를 관통하는 단면도로서, 이 리칭되지 않은 영역 안에서는 촉매 또는 침윤제의 농도가 리칭의 결과로서 크게 감소되어 있지 않다.
도 2a 내지 도 2l은 다양한 실시예들에 따라, 그로부터 하나 또는 그 이상의 레이어들/부피의 PCD 소재를 제거함으로써 가공되는 다양한 PCD 테이블들의 단면도들이다.
도 3a는 일실시예에 따라 그 안에 형성된 복수의 실질적으로 평행한 제1 리세스들을 포함하는 PCD 테이블의 외부 표면의 적어도 일부의 개략 평면도이다.
도 3b는 일실시예에 따라 도 3a의 PCD 테이블의 외부 표면의 일부의 개략 단면도이다.
도 3c는 일실시예에 따라 그 안에 형성된 복수의 실질적으로 평행한 제1 리세스들 및 복수의 실질적으로 평행한 제2 리세스들을 포함하는 도 3a에 나타낸 PCD 테이블의 외부 표면의 적어도 일부의 개략 평면도이다.
도 3d 내지 도 3g는 그 외부 표면으로부터 제거된 복수의 레이어들/부피의 PCD 소재를 가졌던 PCD 테이블들의 평면도이다.
도 4a는 일실시예에 따라 가우시안 에너지 분포를 보이는 레이저 펄스의 에너지/강도 분포를 도시하는 그래프이다.
도 4b는 일실시예에 따라 도 4a에 나타낸 가우시안 에너지 분포를 보이는 복수의 레이저 펄스들을 이용하여 가공된 PCD 테이블의 부분 단면 측면도이다.
도 4c는 일실시예에 따라 탑-햇(top-hat) 에너지 분포를 보이는 레이저 펄스의 에너지/강도 분포를 도시한 그래프이다.
도 4d는 일실시예에 따라 도 4c에 나타낸 탑-햇 에너지 분포를 보이는 복수의 레이저 펄스들을 이용하여 가공된 PCD 테이블의 부분 측면도이다.
도 5a는 일실시예에 따라 PCD 테이블의 외부 표면의 부분 측면도이다.
도 5b는 일실시예에 따라 PCD 테이블의 표면의 부분 측면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 다양한 실시예들에 따라, 중첩된 디봇들, 중첩된 리세스들 등을 형성하는 다양한 방법들을 도시하는 PCD 테이블의 적어도 하나의 외부 표면의 개략 평면도들이다.
도 7a 내지 도 7h는 다양한 실시예들에 따라 구획된 영역들로 나뉘어진 PCD 테이블의 외부 표면의 일부의 평면도이다.
도 8a는 일실시예에 따라 PDC의 PCD 테이블의 적어도 하나의 외부 표면을 가공하도록 구성된 시스템의 개략 도면이다.
도 8b는 외부 표면 상에서 그리고 외부 표면 근처에서 레이저 펄스들의 경로를 보여주는 PCD 테이블의 외부 표면의 적어도 일부의 개략도이다.
도 9a 내지 도 9k는 다양한 실시예들에 따라 여기에서 개시된 레이저 기법들 중 임의의 것을 이용하여 가공된 PCD 테이블의 형상 및/또는 표면들을 도시하고 있다.
도 10a는 여기서 개시된 PCD 실시예들 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 지하 드릴링 적용예에서의 사용을 위한 로터리 드릴 비트의 일실시예의 등각 투상도이다.
도 10b는 도 10a에 나타낸 로터리 드릴 비트의 평면도이다.
도 11은 베어링 엘리먼트들로서 개시된 PDC 실시예들 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 스러스트 베어링 장치의 일실시예의 등각 단면도이다.
도 12는 베어링 엘리먼트들로서 개시된 PDC 실시예들 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 레이디얼 베어링 장치의 일실시예의 등각 단면도이다.
도입
여기서 개시된 실시예들은 PCD(예컨대 PCD 테이블을 포함하는 PDC)를 가공하는 데에 이용될 수 있는 에너지 빔 어블레이션 가공 방법들(예컨대, 레이저 폴리싱 기법, 전자 빔 폴리싱 기법, 전자 빔 쉐이핑 기법, 및/또는 레이저 쉐이핑 기법)으로 지향되어 있다. 개시된 실시예들은 또한 여기서 개시되는 가공 방법들 중 적어도 하나에 따라 가공된 PCD로 지향되어 있기도 하다. 여기서 개시되는 가공 방법들은 통상적인 가공 방법(예컨대, 래핑, 그라인딩, 방전 가공 등)에 비하여 향상된 방법들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 다이아몬드 소재를 제거하는 데에 전형적으로 다이아몬드가 사용되기 때문에, 다이아몬드 휠을 가지고 하는 그라인딩 또는 래핑은 전형적으로 몇몇 가공 기법들에 비하여 상대적으로 느리고 값비싸다. 또한, PCD를 가공하기 위해 EDM을 이용하는 것은 특히 PCD에서 코발트 또는 다른 전기 도전성 침윤제(infiltrant) 또는 촉매의 양이 상대적으로 낮을 때(예컨대, 리칭된(leached) PCD), 때때로 비실용적이며 불가능하기까지 하다. 추가적으로, 부적절하게 수행된다면, PCD의 표면을 가공하기 위해 그라인딩, 래핑, 및 EDM을 이용하는 것은 PCD 테이블에 손상을 줄 수 있다. 따라서, 여기서 개시되는 에너지 빔 어블레이션 가공 방법들은 통상적인 가공 기법들에 대한 효율적인 대안을 제공할 수 있다.
일실시예에서, PCD 소재의 적어도 하나의 외부 표면은 그 외부 표면을 향해 복수의 에너지 빔들 또는 펄스들(예컨대, 레이저 빔, 레이저 펄스, 전자 빔, 또는 전자 빔 펄스)을 방사함으로써 가공될 수 있다. 예를 들어, 한 에너지 펄스는 약 1ms보다 짧은 지속시간을 가진 임의의 에너지 펄스를 포함하고, 한 에너지 빔은 약 1ms보다 긴 지속시간을 가진 임의의 에너지 빔을 포함한다. 에너지 빔들 또는 펄스들 각각은 PCD 소재를 어블레이션하기에 충분한 유효 영역 및 강도를 보일 수 있다. 에너지 빔들 또는 펄스들의 유효 영역들 각각은 PCD 소재의 표면에 상응하는 디봇(divot)을 형성할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 디봇들이 리세스(recess)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 에너지 빔들 또는 펄스들을 PCD 소재의 외부 표면을 연속적으로 가로질러 래스터링(rastering)시킴(예컨대, 이동시킴)으로써 하나의 리세스가 복수의 연속적으로 형성된, 중첩된 디봇들로부터 형성될 수 있다. 디봇들 및/또는 리세스들은 PCD 소재의 복수의 영역들을 제거함으로써 형성될 수 있다. 제거되는 이 영역들 각각은 외부 표면의 표면 마감 및/또는 형상을 이룰 수 있다.
일실시예에서, 여기서 개시되는 에너지 빔 가공 방법들은 PCD 테이블 상에서 표면 마감을 향상시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 에너지 빔 가공 방법들은 식별할 수 있는 래스터링 패턴을 형성할 수 있다. 식별할 수 있는 래스터링 패턴은, PCD 테이블로부터 PCD 소재를 제거하는 데에 이용된 복수의 리세스들의 적어도 일부의 패턴으로부터 형성되거나 그 패턴을 보일 수 있다. 예를 들어, 식별할 수 있는 래스터링 패턴들은 광학 현미경(예컨대, 복수의 리세스들의 폭이 약 500nm보다 크거나 약 1 μm보다 크다), 주사 전자 현미경(예컨대, 복수의 리세스들의 폭이 약 1nm보다 크거나, 약 10nm보다 크거나, 약 1nm에서 약 500nm이다), 또는 인간의 육안(예컨대, 복수의 리세스들의 폭이 5μm보다 크거나 25μm보다 크다)으로 관측될 수 있다. 예를 들어, PCD 테이블은 실질적으로 평행한 복수의 리세스들을 이용하여 가공될 수 있고, 따라서 식별할 수 있는 래스터링 패턴은 실질적으로 평행한 복수의 라인들을 형성할 수 있다. 다른 예에서, PCD 테이블은 제1 복수의 리세스들 및 이에 이어 제1 복수의 리세스들에 평행하지 않은 제2 복수의 리세스들을 이용하여 가공될 수 있다(도 3c 참조). 이런 예에서, 식별할 수 있는 래스터링 패턴들은 제1 복수의 리세스들 및 더욱 지배적으로는 제2 복수의 리세스들의 패턴을 보일 수 있다. 현재 발명자들은 이런 식별할 수 있는 래스터링 패턴들이 통상적인 가공 공정들을 이용하여서는 형성되지 않는다고 믿고 있다.
명료함으로 위해, 여기서 개시되는 에너지 빔 가공 방법들은 PCD 소재들을 가공하는 데에 이용되는 것으로 설명되어 있다. 그러나 여기서 개시되는 에너지 빔 가공 방법들은 또한 다결정 다이아몬드 이외의 다른 초경질 소재들을 가공하는 데에 이용될 수도 있다는 것이 이해된다. 초경질 소재들은 텅스텐 카바이드보다 더 높은 경도를 보이는 임의의 소재를 포함한다. 예를 들어, 초경질 소재는 다경질 다이아몬드, 실리콘 카바이드, 다이아몬드-실리콘 카바이드 복합물, 다경질 큐빅 보론 나이트라이드, 다른 적절한 초경질 소재, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 따라서, 여기서 개시되는 에너지 빔 가공 방법들은 초경질 엘리먼트들(예컨대 적어도 하나의 초경질 소재를 포함하는 엘리먼트들)을 가공하는 데에 이용될 수 있다.
다결정 다이아몬드 테이블들 및 컴팩트들
도 1a는 일실시예에 따라 그 계면을 따라 시멘티드 카바이드 기판(104)에 부착된 PCD 테이블(102)을 포함하는 PDC(100)의 등각 투상도이다. 도 1b는 그 외에는 도 1a의 PCD 테이블(102)과 유사할 수 있지만 기판에 부착되지 않은 PCD 테이블(102)의 등각 투상도이다. 두 경우에서, PCD 테이블(102)은 그 사이에 다이아몬드 대 다이아몬드 본딩(예컨대, sp3 본딩)을 보이는 복수의 직접적으로 함께 본딩된 다이아몬드 그래인들을 포함한다. PCD 테이블(102)은 적어도 하나의 측방향 표면(108), 상측 외부 작업 표면(110), 이들 사이에 연장된 광학 챔퍼(112)를 포함한다. 적어도 하나의 측방향 표면(108) 및/또는 챔버(112)의 적어도 일부가 드릴링 작업 과정에서 지하 형성물과 접촉하는 작업 표면으로서 기능할 수도 있다는 것이 주목된다.
PCD 테이블(102)의 함께 본딩된 다이아몬드 그래인들은 약 100μm 또는 그 이하, 약 40μm 또는 그 이하, 약 30μm 또는 그 이하, 약 25μm 또는 그 이하의 평균 그래인 크기를 보일 수 있다. 예를 들어, 다이아몬드 그래인들의 평균 그래인 크기는 약 10μm 내지 약 18μm, 약 8μm 내지 약 15μm, 약 9μm 내지 약 12μm, 또는 약 15μm 내지 약 25μm일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 다이아몬드 그래인들의 평균 그래인 크기는 약10μm 또는 그 이하, 약 2μm 내지 약 5μm 또는 마이크로미터 이하일 수 있다.
PCD 테이블(102)을 형성하기 위해 사용되는 다이아몬드 파티클들의 다이아몬드 파티클 크기 분포는 단일 모드를 보이거나, 두 가지 모드 또는 더 큰 그래인 크기 분포를 보일 수 있다. 일실시예에서, 다이아몬드 파티클들은 상대적으로 큰 크기 및 적어도 하나의 상대적으로 작은 크기를 포함할 수 있다. 여기서 사용되는 것과 같이, '상대적으로 큰', '상대적으로 작은'이라는 구절들은 적어도 2개의 인자(예컨대 30μm 및 15μm)만큼 다른 파티클 크기들(임의의 적절한 방법에 의한)을 가리킨다. 다양한 실시예들에 따르면, 다이아몬드 파티클들은 상대적으로 큰 평균 파티클 크기(예컨대, 제시된 상대적으로 큰 평균 파티클 크기들 중 임의의 것들 사이의 범위를 포함하여 50μm, 40μm, 30μm, 20μm, 15μm, 12μm, 10μm, 8μm)를 보이는 일부와 적어도 하나의 상대적으로 작은 평균 파티클 크기(예컨대, 제시된 상대적으로 작은 평균 파티클 크기들 중 임의의 것들 사이의 범위를 포함하여 6μm, 5μm, 4μm, 3μm, 2μm, 1μm, 0.5μm, 0.5μm보다 작은 수, 0.1μm, 0.1μm보다 작은 수)를 보이는 다른 일부를 포함할 수 있다. 일실시예에서, 다이아몬드 파티클들은 약 10μm와 약 40μm 사이의 상대적으로 큰 평균 파티클 크기를 보이는 일부와, 약 1μm와 4μm 사이의 상대적으로 작은 평균 파티클 크기를 보이는 다른 일부를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 다이아몬드 파티클들은 3가지 또는 더 많은 다양한 평균 파티클 크기들(예컨대, 하나의 상대적으로 큰 평균 파티클 크기, 둘 또는 그 이상의 상대적으로 작은 평균 파티클 크기들)을 제한 없이 포함할 수 있다. 소결 다이아몬드 그래인 크기는 PCD 테이블(102)(예컨대, 여기서 개시되는 것과 같이)를 형성하는 데에 사용된 다이아몬드 파티클 크기와 실질적으로 같거나, 그래인 성장, 다이아몬드 파티클 균열, 다른 카본 공급원으로부터 제공된 카본(예컨대, 메탈-솔벤트 촉매에 용해된 카본) 또는 앞선 것들의 조합과 같은 다양한 서로 다른 이유들로 인해, 소결 이전에 다이아몬드 파티클들의 평균 파티클 크기와 다를 수 있다.
PCD 테이블(102)은 약 0.045인치 내지 약 1인치, 약 0.045인치 내지 약 0.500인치, 약 0.050인치 내지 약 0.200인치, 약 0.065인치 내지 약 0.100인치, 또는 약0.070인치 내지 약 0.100인치(예컨대, 약 0.09인치)와 같은 적어도 약 0.040인치의 두께 't'를 보일 수 있다. 이 두께는 PCD 테이블(102)의 적용에 따라 바뀔 수 있다. 예를 들어, PCD 테이블(102)은 드릴 비트에 사용된다면 금속들을 가공하는 데에 사용되는 PCD 테이블에 비하여 더 두꺼울 수 있다.
PCD 테이블(102)은 PCD 테이블(102)의 본딩된 다이아몬드 그래인들 사이의 사이 영역들의 적어도 일부에 배치된 계면 촉매 또는 침윤제를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 촉매 또는 침윤제는 이에 한정되는 것은 아니지만, 철, 니켈, 코발트 또는 앞선 금속들의 합금을 포함할 수 있다. 예를 들어, 촉매 또는 침윤제는 기판(104)으로부터 제공될 수 있다(예컨대, 코발트-시멘티드 카바이드 기판으로부터의 코발트). PCD 테이블(102)의 한 영역이 실질적으로 촉매나 침윤제로부터 자유로운 실시예들에서, 촉매나 침윤제가 PCD 테이블(102)을 왕수(aqua regia), 질산, 플루오르화 수소산, 이들의 혼합물 또는 기타 적절한 산과 같은 산에 담그는 것과 같은 리칭(leaching)에 의해 제거되었을 수 있다. 예를 들어, PCD 테이블(102)을 리칭하는 것은 작업 표면(110), 측방향 표면(108), 및 챔퍼(112)로부터 선택된 리칭된 깊이까지 안쪽으로 연장되는 리칭된 영역을 형성할 수 있다. 선택된 리칭된 깊이는 약 100μm 내지 약 1000μm, 약 100μm 내지 300μm, 약 300μm 내지 약 425μm, 약 350μm 내지 약 400μm, 약 350μm 내지 약 375μm, 약 375μm 내지 약 400μm, 약 500μm 내지 약 650μm, 또는 약 650μm 내지 약 800μm일 수 있다.
도 1c는 작업 표면(110)에 인접하고 그곳으로부터 리칭되지 않은 영역(116)으로 안쪽으로 연장된 리칭된 영역(114)을 형성하도록 리칭된 PCD 테이블(102')의 일실시예를 관통하는 단면도인데, 리칭되지 않은 영역은 그 안에서 촉매나 침윤제의 농도가 리칭의 결과로서 크게 감소되어 있지 않다. PCD 테이블(또는 아래에 놓인 기판(104))의 소재의 제거를 위한 레이저의 사용이 리칭된 또는 리칭되지 않은 PCD 다이아몬드 테이블들 상에서 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 전기 도전성 촉매 또는 침윤제 소재가 없거나 매우 낮은 농도만을 포함할 수 있는 리칭된 다이아몬드 테이블을 에너지 빔 가공(예컨대, 폴리싱 및/또는 쉐이핑)하는 능력이 특히 유리하다. 예를 들어, 가공될 PCD 테이블 내의 불충분한 전기 전도도로 인해, 리칭된 PCD 테이블 구조체들의 EDM 가공(예컨대, 폴리싱 및/또는 쉐이핑)이 어렵다는 것이 드러날 수 있으며 때때로 실용적으로 불가능할 수 있다. 에너지 빔 가공은 해당 부분의 가공을 가능하게 하기 위해 그 부분 내의 전기 전도도의 최소 문턱 레벨을 필요로 하지 않는 대안을 제공한다.
이 참조에 의해 그 개시된 내용이 전체로서 여기에 통합되는 미국 특허 제7,866,418호는 확장된 다이아몬드 대 다이아몬드 본딩이 일어나는 조건 하에서 형성된 PCD 테이블들 및 관련된 PCD 컴팩트들을 개시하고 있다. 이런 확장된 다이아몬드 대 다이아몬드 본딩은 적어도 부분적으로 HPHT 공정 동안 채택된 소결 압력(예컨대, 적어도 약 7.5GPa)의 결과로서 일어난다고 믿어진다. 여기에서 개시되는 PCD 테이블들 및 컴팩트들은 물론 제조 방법들은 여기서 개시되는 방법들에 따른 에너지 빔 가공 또는 쉐이핑에 적합하다.
도 1a를 다시 참조하면, 기판(104)은, 코발트, 철, 니켈, 또는 이들의 합금과 같은 금속성 시멘팅 구성 성분과 함께 시멘팅된 복수의 텅스텐 카바이드 및/또는 다른 카바이드 그래인들(예컨대, 탄탈럼 카바이드, 바나듐 카바이드, 니오븀 카바이드, 크로뮴 카바이드, 및/또는 티타늄 카바이드) 을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일실시예에서, 시멘티드 카바이드 기판(104)은 코발트-시멘티드 텅스텐 카바이드 기판을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 기판(104)은 둘 또는 그 이상의 서로 다른 카바이드들(예컨대, 텅스텐 카바이드 및 크로뮴 카바이드)을 포함할 수 있다.
PCD 테이블(102)은 HPHT 공정에서 기판(104)과 분리되어 형성되거나 기판(104)과 일체로 형성될 수 있다. 분리되어 형성되는 경우, PCD 테이블(102)은 다른 HPHT 공정에서 기판(104)에 결과적으로 부착될 수 있다. 이런 두 가지의 HPHT 공정의 온도는 전형적으로 적어도 약 1000°C(예컨대, 약 1200°C 내지 약 1600°C)일 수 있으며, 이런 두 가지의 HPHT 공정의 압력은 전형적으로 적어도 약 4.0GPa(예컨대, 약 5.0GPa 내지 약 12.0GPa, 약 7.0 GPa 내지 약 9.0 GPa, 약 6.0 GPa 내지 약 8.0 GPa, 8 GPa 내지 약 10 GPa, 약 9.0 GPa 내지 약 12.0 GPa, 또는 적어도 약 7.5 GPa)일 수 있다.
HPHT 공정에서 형성된 PDC들(100) 및 PCD 테이블들(102)의 적어도 하나의 외부 표면(예컨대, 측방향 표면(108), 작업 표면(110), 및/또는 챔퍼(112))은 상대적으로 거친 표면 마감을 보일 수 있다. 예를 들어, PDC들(100) 및 PCD 테이블들(102)의 적어도 하나의 외부 표면은 약 3 μm(여기서 개시되는 모든 표면 마감은 Ra로 표현되어 있다)보다 큰 표면 마감을 보일 수 있다. 약 3 μm 보다 큰 표면 마감은 바람직하지 않다(예컨대, PCD테이블(102)의 마찰 계수를 증가시킬 수 있고 및/또는 작동 중에 PCD 테이블(102)의 온도를 증가시킬 수 있다). 따라서, 선택적으로, PCD 테이블(102)의 적어도 하나의 외부 표면은 PCD 테이블(102)이 쉐이핑되는 동안 예컨대 그 표면 마감을 향상시키기 위해 폴리싱될 수 있다. 그러나 이전에 논의되었듯이, 그라인딩, 래핑, EDM, 및 기타 통상적인 가공 기법들은 느리고 및/또는 값비쌀 수 있다. 이에 더하여, 그라인딩, 래핑, EDM, 및 기타 통상적인 가공 기법들은 아래에 개시되는 특정한 기하학적 형상 및/또는 미세한 표면 마감들을 얻어내는 것이 불가능할 수 있다. 일실시예에서, PCD 테이블(102)의 적어도 하나의 외부 표면은 약 1.5 μm 또는 그 이하의 표면 마감을 보이도록 에너지 빔 가공될(예컨대, 레이저 폴리싱되거나 레이저 가공될) 수 있다. 예컨대, 측방향 표면(108), 작업 표면(110), 또는 챔퍼(112) 중 적어도 하나는 에너지 빔 폴리싱되어서 약 1.25 μm 또는 그 이하, 약 1 μm 또는 그 이하, 약 0.8 μm 또는 그 이하, 약 0.65 μm 또는 그 이하, 약 0.5 μm 또는 그 이하, 약 0.4 μm 또는 그 이하, 약 0.3 μm 또는 그 이하, 약 0.25 μm 또는 그 이하, 약 0.2 μm 또는 그 이하, 약 0.15 μm 또는 그 이하, 약 0.13 μm 또는 그 이하, 약 0.1 μm 또는 그 이하, 약 0.05 μm 또는 그 이하, 0.025 μm 또는 그 이하의 표면 마감을 보일 수 있다. 다른 실시예에서, 측방향 표면(108), 작업 표면(110), 또는 챔퍼(112) 중 적어도 하나는 에너지 빔 폴리싱되어 약 1.5 μm 내지 약 0.025 μm , 약 0.65 μm 내지 약 1.5 μm , 약 0.5 μm 내지 약 0.75 μm , 약 0.4 μm 내지 약 0.65 μm, 약 0.10 μm 내지 약 0.5 μm, 약 0.05 μm 내지 약 0.25 μm, 또는 약 0.1 μm 내지 약 0.25 μm의 표면 마감을 보일 수 있다. 일실시예에서, 측방향 표면(108), 작업 표면(110), 또는 챔퍼(112) 중 적어도 하나는 에너지 빔 폴리싱되어서 거울면 표면 마감(mirror surface finish)(예컨대, 약 0.05 μm 또는 그 이하)을 보일 수 있다. 이 표면 마감은 예컨대 조면계(예컨대, Ra로)에 의해 측정될 수 있다. 일실시예에서, 여기서 개시되는 레이저 가공은, 약 ±2.0 μm 또는 그 이하, 약 ±1.0 μm 또는 그 이하, 약 ±500 nm 또는 그 이하, 또는 약 ±250 nm 또는 그 이하와 같은 약 ±3.0 μm 또는 그 이하의 공차를 보이는 PCD 테이블의 적어도 하나의 외부 표면 내의 특징들을 형성하는 데에 이용될 수 있다.
일실시예에서, PDC(100) 및 PCD 테이블(102)의 적어도 하나의 외부 표면은 여기서 개시되는 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들을 이용하여 상기 적어도 하나의 외부 표면이 폴리싱되기 전에 적어도 부분적으로 폴리싱될 수 있다. 예를 들어, PDC(100) 및 PCD 테이블(102)의 적어도 하나의 외부 표면은 HPHT 공정 직후에 제1 표면 마감을 보일 수 있다. 그리고 나서 이 적어도 하나의 외부 표면은 통상적인 폴리싱 기법을 이용하여 제1 표면 마감보다 더 미세한 제2 표면 마감을 보이도록 폴리싱될 수 있다. 제2 표면 마감은 3 μm보다 더 크거나(예컨대, 3 μm 보다 큰 여기서 개시되는 표면 마감들 중 임의의 것), 약 3 μm보다 더 작을 수 있다(예컨대, 3 μm보다 작은 여기서 개시된 표면 마감들 중 임의의 것). 그리고 나서 상기 적어도 하나의 외부 표면은 여기서 개시되는 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들을 이용하여 제2 표면 마감보다 더 미세한 제3 표면 마감을 보이도록 더욱 폴리싱될 수 있다. 제3 표면 마감은 약 3 μm보다 작다(예컨대, 3 μm보다 작은 여기서 개시되는 표면 마감들 중 임의의 것).
일실시예에서, HPHT 공정에서 형성되는 PDC(100) 및/또는 PCD 테이블(102)은 선택된 형상을 보이도록 추가로 처리될 수 있다. 예를 들어, PCD 테이블(102)은 그 두께를 감소시키도록, 또는 그 비평면 외부 표면을 실질적으로 평탄하게 만들도록, 또는 그 실질적으로 평탄한 표면을 비평면으로(예컨대, 오목하거나 볼록하게) 만들도록 쉐이핑될 수 있다. 다른 실시예에서, PDC(100) 및/또는 PCD 테이블(102)은 그 안에 하나 또는 그 이상의 리세스(예컨대, 오목한 부분들)를 형성하도록 쉐이핑될 수 있다. 통상적인 그라인딩, 래핑, EDM, 또는 기타 통상적인 쉐이핑 기법들은 PDC(100) 및/또는 PCD(102)를 특정한 기하학적 형상 및/또는 표면 마감들로 쉐이핑하는 것이 어렵고 및/또는 값비싸다는 것이 드러날 수 있다.
에너지 빔 가공 방법들
여기서 개시되는 에너지 빔 가공 방법들은 PDC(100) 및/또는 PCD 테이블(102)의 적어도 하나의 외부 표면으로부터 소재를 제거(예컨대, 폴리싱 및/또는 쉐이핑)할 수 있다. 유사하게, 여기서 개시되는 에너지 빔 가공 방법들은, PDC(100) 및/또는 PCD 테이블(102)의 쉐이핑을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 여기서 개시되는 적어도 하나의 레이저 가공 기법을 이용하는 것은, 실질적으로 PDC(100) 및/또는 PCD 테이블(102)에 손상을 주지 않고서 PDC(100) 및/또는 PCD 테이블(102)을 가공하는 것을 가능하게 할 수 있다. 다른 예에서, 여기서 개시되는 적어도 하나의 레이저 가공 기법을 이용하는 것은, 여기서 개시되는 상대적으로 미세한 표면 마감들 중 임의의 것을 보이는 PDC(100) 및/또는 PCD 테이블(102)의 적어도 하나의 외부 표면을 만들 수 있다. 일실시예에서, PDC(100) 및/또는 PCD 테이블(102)은 여기서 개시되는 에너지 빔 가공 방법들 중 단지 하나, 여기서 개시되는 에너지 빔 가공 방법들 중 둘 또는 그 이상, 또는 여기서 개시되는 에너지 빔 가공 방법들의 단계들의 임의의 조합을 이용하여 가공될 수 있다.
PCD 소재의 복수의 레이어들/부피들의 제거
일실시예에서, PCD 테이블(102)의 적어도 하나의 외부 표면은 PCD 테이블(102)로부터 PCD 소재의 하나 또는 그 이상의 레이어들/부피들을 제거함으로써 가공될 수 있다. 도 2a 내지 도 2l은 다양한 실시예들에 따라 PCD 소재의 하나 또는 그 이상의 레이어들/부피들을 그로부터 제거함으로써 가공되는 다양한 PCD 테이블들의 단면도들이다. 도 2a 내지 도 2l에 도시된 PCD 테이블들 및 그로부터 PCD 소재를 제거하는 방법들은 여기서 개시되는 실시예들 중 임의의 것에서 이용될 수 있다.
PCD 테이블로부터 제거되는 PCD 소재의 각각의 레이어/부피는 적어도 하나의 에너지 펄스(예컨대, 적어도 하나의 레이저 펄스 또는 복수의 레이저 펄스들)을 이용하여 제거될 수 있다. 예를 들어, 제거되는 PCD 소재의 각 레이어/부피는 단일한 디봇, 복수의 디봇들(예컨대, 각 디봇은 일반적으로 복수의 돌기들 중 하나와 일치한다), 단일한 리세스, 복수의 리세스들, 복수의 중첩된 리세스들, 또는 이들의 조합을 형성하는 것에 의해 제거되는 PCD 소재를 포함할 수 있다.
일실시예에서, PCD 테이블로부터 제거되는 PCD 소재의 각 레이어/부피는 약 50 μm보다 작은 두께를 보일 수 있다. 예를 들어, PCD 테이블로부터 제거되는 PCD 소재의 각 레이어/부피의 두께는 약 25 μm 내지 약 50 μm, 약 10 μm 내지 약 30 μm, 약 5 μm 내지 약 15 μm, 약 1 μm 내지 약 10 μm, 약 500 nm 내지 약 5 μm, 약 250nm 내지 약 1 μm, 또는 약 500 nm보다 작을 수 있다. 제거되는 각 레이어/부피의 상대적으로 얇은 두께는 PCD 테이블의 외부 표면의 표면 마감을 향상시킬 수 있다.
도 2a를 참조하면, 복수의 레이어들/부피들(218a)이 PCD 테이블(202a)로부터 제거되어 챔퍼(212a)를 형성한다. 각 레이어/부피(218a)는 실질적으로 상측 표면(210a)과 평행할 수 있다. 복수의 레이어들/부피들(218a) 각각은 PCD 테이블(202a)의 작업 표면(210a)을 향해 복수의 에너지 펄스들을 지향시킴으로써 형성될 수 있다. 일실시예에서, 복수의 에너지 펄스들 각각은 상측 표면(210a)에 실질적으로 수직할 수 있다. 작업 표면(210a)에 실질적으로 수직하게 복수의 에너지 펄스들을 지향시키는 것은 각 에너지 펄스를 가지고 PCD 테이블(202a)로부터 제거되는 PCD 소재의 양을 최대화할 수 있다. 일실시예에서, 복수의 레이저 펄스들 각각은, 각 레이저 펄스가 PCD 테이블(202a)로부터 실질적으로 동일한 양의 PCD 소재를 제거하도록, 실질적으로 동일한 각도로 PCD 테이블(202a)에 부딪힌다. 각 레이저 펄스로 실질적으로 동일한 양의 PCD 소재를 제거하는 것은 PCD 테이블(202a)의 표면 마감을 향상시킬 수 있는 각 레이어/부피(218a)의 두께에서의 변화량들을 감소(예컨대, 제거)시킬 수 있다.
일실시예에서, 챔퍼(212a)(예컨대, 노출되고 있는 표면)는 복수의 레이어들/부피들(218a) 중 적어도 하나를 제거하는 것에 의해 형성되는 식별할 수 있는 래스터링 패턴을 보일 수 있다(예컨대, 레이저 어블레이션에 의한 소재의 제거에 응답하여 형성된 패턴, 상기 래스터링 패턴은 그렇게 제거된 디봇들 및/또는 리세스들을 포함한다). 래스터링 패턴은 하나 또는 그 이상의 마이크로피쳐들(예컨대, 디봇들 및/또는 리세스들 중 몇몇에서의 폭이 500 μm 보다 작거나, 100 μm 보다 작거나, 50 μm 보다 작거나, 25 μm 보다 작거나, 10 μm 보다 작거나, 5 μm 보다 작거나, 1 μm 보다 작거나, 500 nm보다 작거나, 250 nm보다 작거나, 또는 100 nm보다 작은 것과 같이 999 μm보다 작은 패턴)을 포함할 수 있다. 예를 들어, PCD 테이블(202a)로부터 제거되는 레이어들/부피들(218a)이 챔퍼(212a)에 수직하거나 평행하지 않기 때문에, 챔퍼(212a)는 식별할 수 있는 계단모양 표면을 보일 수 있다. 일실시예에서, 챔퍼(212a)의 계단모양 표면은 그 표면 마감을 향상시키기 위해 추가적인 폴리싱(예컨대, 레이저 폴리싱)을 필요로 할 수 있다. 그러나 챔퍼(212a)는 챔퍼(212a)가 추가로 폴리싱된 이후에도 식별할 수 있는 래스터링 패턴을 여전히 보일 수 있다. 일실시예에서, 레이어들/부피들(218a) 각각을 제거하기 위해 사용되는 에너지 빔 또는 에너지 펄스 가공 방법은 챔퍼(212a)가 만족할만한 표면 마감(예컨대, 챔퍼(212a)가 추가 폴리싱을 필요로 하지 않을 정도)을 보이도록 구성될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 복수의 레이어들/부피들(218b)은 챔퍼(212b)를 형성하도록 PCD 테이블(202b)로부터 제거될 수 있다. 각 레이어/부피(218b)는 형성되고 있는 챔퍼(212b)에 실질적으로 평행할 수 있다. 복수의 레이어들/부피들(218b) 각각은 궁극적으로 챔퍼(212b)를 형성하는 표면을 향해 복수의 에너지 펄스들(예컨대, 레이저 펄스들)을 지향시키는 것에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 에너지 펄스들 각각은 챔퍼(212b)에 실질적으로 수직하게, 그리고 상측 표면(210b)과 측방향 표면(208b)에 대해 경사지게 방사될 수 있다.
챔퍼(212b)(예컨대, 노출되고 있는 표면)에 실질적으로 평행한 레이어들/부피들(218b) 각각을 형성하는 것은 도 2a의 챔퍼(212a)보다 상대적으로 더 나은 표면 마감을 형성할 수 있다. 그러나 PCD 테이블(202b)로부터 제거되는 각 레이어/부피(218b)의 두께는, 에너지 빔들 또는 펄스들에 노출되고 있는 표면에 대한 에너지 빔들 또는 펄스들(211b)의 각도가 바뀌기 때문에, 특히 그 에지들 근처에서 변화할 수 있다. 예를 들어, 에너지 빔들 또는 펄스들(211b)과 작업 표면(210b) 사이의 각도 φ, 에너지 빔들 또는 펄스들(211b)과 측방향 표면(208b) 사이의 각도 θ, 에너지 빔들 또는 펄스들(211b)과 작업 표면(210b) 및 측방향 표면(208b)으로부터 이격된 PCD 테이블(202b)의 노출된 표면 사이의 각도 α 중 적어도 2개는 서로 다를 수 있다. 각도들 φ, θ, α에서의 변화량은 하나 또는 그 이상의 마이크로피쳐들 및/또는 비평면(예컨대 볼록하게 곡면화된) 챔퍼(212b)를 포함하는 식별할 수 있는 래스터링 패턴으로 귀결될 수 있다. 그러나 여기서 개시되는 레이저 가공 방법들은 챔퍼(212b)를 향상시킬(예컨대, 챔퍼(212b)를 더욱 평탄하게 만들) 수 있다. 예를 들어, 복수의 에너지 빔들 도는 펄스들(211b)로부터 형성된 디봇들 및/또는 리세스들 사이의 중첩은 각도들 φ, θ, α에서의 변화량을 보상하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 각도들 φ, θ, α에서의 변화량을 보상하기 위해 딜레이(delay)가 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 각도들 φ, θ, α에서의 변화량을 보상하기 위해 레이저 펄스 지속 시간이 바뀔 수 있다. 다른 실시예에서, 구획된 영역들(예컨대, 도 7a 내지 도 7h에 도시된 영역들)이 각도들 φ, θ, α에서의 변화량을 보상하기 위해 구성될 수 있다. 예를 들어 각 영역은, 그 영역의 표면에 대해 에너지 빔들 또는 펄스들(211b)이 방사되는 각도들 중 적어도 하나가 실질적으로 일정하게 유지되도록 선택될 수 있다.
도 2c를 참조하면, 복수의 레이어들/부피들(218c) 및 적어도 하나의 복수의 레이어들/부피들(218c')이 PCD 테이블(202c)로부터 제거되어 챔퍼(212c)를 형성한다. 적어도 하나의 제1 레이어/부피(218c)는 상측 표면(210c)에 실질적으로 평행할 수 있으며, 적어도 하나의 레이어/부피(218c')는 챔퍼(212c)에 실질적으로 평행할 수 있다. 예를 들어, 복수의 레이어들/부피들(218c)은 위에서 설명된 바와 같이 각도에서의 변화량의 효과를 완화시키는 데에 이용될 수 있다. 유사하게, 적어도 하나의 레이어/부피(218c')는 레이어들/부피들(218c) 을 이용하여 형성된 계단모양 표면(도 2a와 관련하여 설명된 바와 같은)을 감소시키는 데에 이용될 수 있다.
도 2d를 참조하면, 복수의 레이어들/부피들(218d)은, 초기 상측 표면(210d)로부터 최종 상측 표면(228d)까지 레이어들/부피들(218d)를 제거하는 것에 의해 PCD 테이블(202d)의 두께를 감소시키도록 선택될 수 있다. 레이어들/부피들(218d)은 챔퍼(212d)가 PCD 테이블(202d)에 형성되기 전, 실질적으로 동시, 또는 그 후에 PCD 테이블(202d)로부터 제거될 수 있다. 챔퍼(212d)는 여기서 개시되는 임의의 적절한 방법에 따라 형성될 수 있다.
도 2e를 참조하면, PCD 테이블(202e)은 처음에 적어도 하나의 측방향 표면(208e), 초기 상측 표면(210e) 및 옵션의 챔퍼(212e)를 포함한다. 복수의 레이어들/부피들(218e)은 초기 상측 표면(210e)의 적어도 일부로부터 제거되어 적어도 하나의 리세스(220e)를 형성할 수 있다. 추가적으로, PCD 테이블(202e)은 PCD 테이블(202e)의 도 2e 상에서 222e로 이름 붙여진 최상측 외부 표면(222e)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 최상측 외부 표면(222e)은 실질적으로 평탄하거나, 둥글게 되거나, 뾰족할 수 있다.
복수의 레이어들/부피들(218)을 제거하는 것에 의해 형성된 리세스(220)는 적어도 하나의 표면에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 리세스(220)는 PCD 테이블(202e)의 적어도 하나의 내측 천이 표면(226e)과, 최상측 외부 표면(222e)보다 계면 표면(206)에 더 가까운 적어도 하나의 최하측 외부 표면(228e)에 의해 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 내측 천이 표면(226e)은 테이퍼지거나, 원뿔형이거나, 정확하거나, 수직이거나, 계단모양이거나, 볼록하게 곡면화되거나, 실린더형으로 오목하게 곡면화되거나, 수평적이거나, 실질적으로 평탄하거나, 앞서의 기하학적 형상의 조합들일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 최하측 외부 표면(228e)은 계단모양이거나, 테이퍼지거나, 볼록하게 곡면화되거나, 오목하게 곡면화되거나, 실질적으로 평탄하거나, 계면 표면(206)에 대해 실질적으로 평행하거나 평행하지 않거나, 초기 상측 표면(210e)에 실질적으로 평행하거나 평행하지 않거나, 최상측 외부 표면(222e)에 실질적으로 평행하거나 평행하지 않은 것 중 적어도 하나일 수 있다. 일시시예에서, 레이어들/부피들(218e) 중 적어도 하나는 그에 앞서 제거된 레이어/부피(218e)보다 작은 측방향 크기(도 1a의 PDC(100) 또는 도 1b의 PCD 테이블(102)의 중심축(113)에 실질적으로 수직하게 측정된)를 보이며 이로써 테이퍼지거나, 계단모양이거나, 곡면화된 표면을 형성할 수 있다. 일실시예에서, 내측 천이 표면(226e)이 생략되어서 리세스(220)가 최하측 외부 표면(228e)에 의해서만 형성된다.
도 2f를 참조하면 복수의 레이어들/부피들(218f)이, PCD 테이블(202f)의 곡면화된(예컨대, 볼록하게 또는 오목하게 곡면화된) 초기 상측 표면(210f)을 실질적으로 평탄화 및/또는 폴리싱하도록 제거될 수 있다. 예를 들어, PCD 테이블(202f)의 곡면화된 초기 상측 표면(210f)은 HPHT 공정 동안 형성될 수 있다. 레이어들/부피들(218f) 각각은 실질적으로 평탄(예컨대, 최종 상측 표면(228f)에 실질적으로 평행)할 수 있고, 그 측방향 크기는 각각의 이어지는 레이어/부피(218f)와 함께 증가할 수 있다.
도 2g를 참조하면, 적어도 하나의 제1 레이어/부피(218g) 및 적어도 하나의 제2 레이어/부피(218g')가 PCD 테이블(202g)의 상측 표면(210g)을 평탄화하도록 제거될 수 있다. 예를 들어, 제1 레이어/부피(218g)는 초기 상측 표면(210g)에 실질적으로 평행할 수 있다. 그러면 제2 레이어들/부피들(218g')은 도 2f에 도시된 동일한 방법을 이용하여 최종 상측 표면(228g)을 형성할 수 있다.
도 2h를 참조하면, 복수의 레이어들/부피들(218h)은 PCD 테이블(202h)의 오목하게 곡면화된 상측 표면들(228h)을 형성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, PCD 테이블(202h)은 처음에 실질적으로 평면인 상측 표면(210h)을 보일 수 있다. 그러나 PCD 테이블(202h)은 처음에 비평면 상측 표면을 보일 수도 있다. 복수의 레이어들/부피들(218h)은 PCD 테이블로부터 PCD 소재를 제거하여 오목하게 곡면화된 상측 표면(228h)을 형성 및/또는 폴리싱할 수 있다. 일실시예에서, 복수의 레이어들/부피들(218h) 각각은 상측 표면(210h)에 실질적으로 평행하다. 일실시예에서, 복수의 레이어들/부피들(218h) 각각은 오목하게 곡면화된 상측 표면(228h)과 실질적으로 합동이다. 일실시예에서, 레이어들/부피들(218h) 중 적어도 하나는 상측 표면(210h)에 실질적으로 평행하고, 레이어들/부피들(218h) 중 적어도 하나는 오목하게 곡면화된 상측 표면(228h)에 실질적으로 합동일 수 있다.
도 2i를 참조하면, 복수의 레이어들/부피들(218i)은 PCD 테이블(202i)의 볼록하게 곡면화된 상측 표면(228i)을 형성하도록 제거될 수 있다. 예를 들어, PCD 테이블(202i)은 처음에 실질적으로 평면이거나 비평면인 상측 표면(210i)을 보일 수 있다. 복수의 레이어들/부피들(218i)은 PCD 테이블(202i)로부터 제거되어서 볼록하게 곡면화된 상측 표면(228i)을 형성 및/또는 폴리싱할 수 있다. 일실시예에서, 레이어들/부피들(218i) 중 적어도 하나(예컨대, 모두)는 상측 표면(210i)에 실질적으로 평행할 수 있고, 및/또는 레이어들/부피들(218i) 중 적어도 하나(예컨대, 모두)는 볼록하게 곡면화된 상측 표면(228i)과 실질적으로 합동일 수 있다.
도 2j를 참조하면, 복수의 레이어들/부피들(218j)이 PCD 테이블(202j)의 측방향 부분(213j)으로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 레이어들/부피들(218j)은 PCD 테이블(202j)의 측방향 크기(예컨대, 이 측방향 크기는 도 1a 및 도 1b의 중심축(113)에 수직하게 측정된다)를 감소시키도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 복수의 레이어들/부피들(218j)은 PCD 테이블(202j)의 측방향 단면 형상을 변화시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 레이어들/부피들(218j)은 원형 단면 형상(예컨대, PCD 테이블(202j)이 실린더형이다)으로부터 전반적으로 직사각 단면 형상, 전반적으로 타원형 단면 형상, 전반적으로 삼각형 단면 형상, 전반적으로 잘린 파이 단면 형상, 또는 다른 적절한 단면 형상으로PCD 테이블(202j)의 단면 형상을 바꾸도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 복수의 레이어들/부피들(218j)은 PCD 테이블(202j)의 단면 형상이 스플라인(spline)(예컨대, 도 9h 내지 도 9i에 나타낸 바와 같이)을 형성하게 변화시키도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 레이어들/부피들(212j)은 PCD 테이블(202j)의 측방향 표면(208j) 상에서 불규칙성을 제거하도록 구성될 수 있다.
일실시예에서, 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들은 PCD 테이블의 적어도 하나의 측방향 표면을 조사하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2k를 참조하면, 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들(211k)은 복수의 레이어들/부피들(218k)를 제거하여 이에 의해 챔퍼(212k)를 형성하도록 PCD 테이블(202k)의 적어도 하나의 측방향 표면(208k)을 조사할 수 있다. 다른 실시예에서, 도 2l을 참조하면, 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들(211m)은 PCD 소재의 복수의 레이어들/부피들(218m)을 제거하여 이에 의해 PCD 테이블(202m)의 측방향 부분(213m)을 제거하도록 PCD 테이블(202m)의 적어도 하나의 측방향 표면(208m)을 조사할 수 있다. 이런 예에서, 레이어들/부피들(218m)은 PCD 테이블(202m)의 측방향 크기를 감소시키거나, 그 단면 형상을 바꾸거나, 그로부터의 불규칙성을 제거하도록 구성될 수 있다.
도 2a 내지 도 2l에 나타낸 레이저 가공 방법들은 임의의 적절한 방식으로 또는 임의의 적절한 순서로 조합될 수 있다는 것이 주목된다. 예를 들어, PCD 테이블은 도 2a에 나타낸 방법에 따라 가공된 챔퍼를 포함할 수 있고, PCD 테이블의 상측 표면은 도 2d에 나타낸 방법에 따라 가공될 수 있다.
도 2a 내지 도 2l에 도시된 PCD 테이블들은 독립해 있다는(예컨대, 기판에 부착되지 않은) 것이 주목된다. 일실시예에서, 독립적인 PCD 테이블들(202a 내지 202m)은 각 PCD 테이블이 가공된 후에 각각 기판들에 부착될 수 있다. 그러나 다른 실시예들에서, 각 PCD 테이블(202a 내지 202m)은 그런 PCD 테이블을 가공하기에 앞서 기판에 부착될 수 있다. 도 2a 내지 도 2l에 나타낸 PCD 소재를 제거하는 동일한 방법들이 기판으로부터 소재를 제거하는 데에 이용될 수 있다는 것도 주목된다. 예를 들어, 도 2j 또는 도 2l에 도시된 방법이 기판의 측방향 부분으로부터 소재를 제거하는 데에 이용될 수 있다. 다른 예에서, 도 2a 내지 도 2c 및 도 2k에 도시된 방법이 기판의 측방향 표면과 기판의 최저 표면 사이에 챔퍼를 형성하는 데에 이용될 수 있다.
도 2a 내지 도 2l을 참조하면, PCD 테이블들(202a 내지 202m) 중 임의의 것은 그런 PCD 테이블로부터 PCD 소재의 하나 또는 그 이상의 레이어들/부피들을 제거하기에 앞서 또는 그 후에 리칭될 수 있다. 예를 들어, 임의의 PCD 테이블(202a 내지 202m)의 리칭된 영역들은 리칭 약제에 노출된 표면들로부터 상대적으로 균일한 깊이로 연장될 수 있다. 따라서, PCD 소재의 하나 또는 그 이상의 레이어들/부피들이 리칭 공정 이후에 제거되면, PCD 소재의 하나 또는 그 이상의 레이어들/부피들은 리칭된 영역의 적어도 일부를 제거할 수 있다. 이것은 PCD 테이블의 리칭된 영역의 두께가 변화하는 것으로 귀결된다. 그러나 일실시예에서, PCD 소재의 하나 또는 그 이상의 레이어들/부피들이 리칭 공정에 앞서 제거되면, 리칭된 영역은 PCD 테이블의 노출된 표면들로부터 상대적으로 균일한 거리로 연장될 수 있다. 바꾸어 말해, 일실시예에서, 리칭된 영역의 리칭된 프로파일은 에너지 빔 가공 기법들을 이용하여 적어도 부분적으로 생성되는 PCD 테이블의 외부 표면의 형상에 실질적으로 대응할 수 있다.
평행하지 않은 각도들로 연장된 리세스들
이전에 논의된 바와 같이, PCD 테이블의 선택된 형상을 형성하도록 제거된 레이어들/부피들 각각은 복수의 리세스들로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, PCD 소재의 제1 레이어/부피는 PCD 테이블의 적어도 일부로부터(예컨대, PCD 테이블의 표면 전체 또는 단일한 구획된 영역(도 7a 내지 도 7h)으로부터) 복수의 실질적으로 평행한 제1 리세스들을 형성함으로써 제거될 수 있고, PCD 소재의 제2 레이어/부피는 PCD 테이블의 적어도 일부로부터(예컨대, PCD 테이블의 표면 전체 또는 단일한 구획된 영역(도 7a 내지 도 7h)으로부터) 제1 레이어/부피 이후에 복수의 제2 리세스들을 형성하는 것에 의해 제거될 수 있다.
도 3a는 일실시예에 따라 그 안에 형성된 복수의 실질적으로 평행한 제1 리세스들을 포함하는 PCD 테이블(302)의 외부 표면(330)의 적어도 일부의 개략 평면도이다. 여기서 달리 설명되는 것을 제외하고, PCD 테이블(302) 및 그 소재들, 구성요소들, 엘리먼트들, 또는 가공 방법들은 PCD 테이블들(102, 202a 내지 202m)(도 1 내지 도 2l) 및 그들 각각의 소재들, 구성요소들, 엘리먼트들, 또는 가공 방법들과 유사하거나 동일할 수 있다. PCD 테이블(302) 또는 그 소재들, 구성요소들, 엘리먼트들, 또는 가공 방법들은 여기서 개시되는 PCD 테이블들 및/또는 가공 방법들 중 임의의 것에서 이용될 수 있다.
도 3a를 참조하면, PCD 테이블(302)은 그로부터 제거되는 PCD 소재의 제1 레이어/부피를 포함할 수 있다. PCD 소재의 제1 레이어/부피는 에너지 빔으로 복수의 실질적으로 평행한 제1 리세스들(332)을 형성하는 것에 의해 제거될 수 있다. 예를 들어, 제1 리세스들(332) 각각은 복수의 제1 레이저 펄스들로부터 형성될 수 있다. 일실시예에서, 제1 리세스들(332)은 복수의 실질적으로 직선인 라인들을 따를 수 있다. 그러나 제1 리세스들 중 하나 또는 그 이상은 전반적으로 곡선화된 방식으로, 전반적으로 경사진 방식으로, 전반적으로 사인 곡선 방식으로, 전반적으로 구불구불한 방식으로(예컨대, 그 안에 복수의 루프를 가진 연속적인 라인), 또는 임의의 다른 적절한 방식으로 연장될 수 있다.
도 3b는 일실시예에 따른 PCD 테이블(302)의 외부 표면(330)의 일부의 개략 단면도이다. 도 3b는 제1 리세스들(332) 각각이 최저 부분(342)과 2개의 측면 벽체(338)에 의해 형성되는 채널을 형성하는 것을 도시하고 있다. 2개의 측면 벽체들은 채널들 각각을 분리하는 마루(ridge)를 형성한다. 제1 리세스들(332) 각각은 측면 벽체들(228)의 정상으로부터 최저 부분(342)까지 측정된 평균 깊이(D)를 보인다.
제1 및 제2 레이어들/부피들을 제거하는 데 있어서의 한가지 문제는, 제2 리세스들(334)(도 3c)이 제1 리세스들(332)에 실질적으로 평행한 경우 제2 리세스들(334)이 2개의 측면 벽체들(338)에 의해 형성되는 마루에 대해 최저 부분(342)에 인접한 PCD 소재를 우선적으로 제거할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 제2 리세스들(334)은 2개의 측면 벽체들(338)에 인접한 PCD 소재는 상대적으로 적은 양을 제거하는 반편, 최저 부분(342)에 인접한 PCD 소재는 상대적으로 많은 양을 제거할 수 있다. 2개의 측면 벽체들(333)에 대해 최저 부분(342)에 인접한 PCD 소재의 이 우선적인 제거는 채널의 깊이(D)를 증가시키거나, 상대적으로 얕은 깊이들(D)을 보이는 채널들의 형성을 제한/방지할 수 있다.
이 문제를 해결하기 위해, 제2 리세스들(334)은 제1 리세스들과 평행하지 않을 수 있다. 도 3c는 일실시예에 따라 복수의 실질적으로 평행한 제1 리세스들(332)(은선들로 나타낸)과, 그 안에 형성된 복수의 실질적으로 평행한 제2 리세스들(334)을 포함하는 PCD 테이블(302)의 외부 표면(330)의 적어도 일부의 개략 평면도이다. PCD 테이블(302)은 그로부터 제거되는 PCD 소재의 제2 레이어/부피를 포함할 수 있다. PCD 소재의 제2 레이어/부피는 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들(예컨대, 레이저 빔들 또는 레이저 펄스들)을 가지고 복수의 실질적으로 평행한 제2 리세스들(334)(실선들을 이용하여 나타낸)을 형성하는 것에 의해 제거될 수 있다. 제2 리세스들(334)은 이어지는 복수의 실질적으로 직선 라인들로 도시되어 있지만, 제2 리세스들(334) 중 하나 또는 그 이상은 임의의 적절한 경로(복수의 제1 리세스들(332)과 관련하여 위에서 설명된 바와 같이)로 연장될 수 있다.
제2 리세스들(334)은 제1 리세스들(332)에 대해 각도 θ로 배향될 수 있다. 각도 θ는 0°보다 크거나 180°보다 작을 수 있다. 예를 들어, 각도 θ는 0°보다 큰 값 내지 약 20°, 약 15° 내지 약 45°, 약 30° 내지 약60°, 약 50° 내지 약80°, 약 60° 내지 약 90°, 약 70° 내지 약 100°, 약 90° 내지 약 120°, 약 110° 내지 약 140°, 약 130° 내지 약 160°, 또는 약 150° 내지 180°보다 작은 값일 수 있다. 발명자들은 현재 이 각도 θ를 0°보다 약간 큰 값(예컨대, 3°) 또는 180°보다 약간 작은 값(예컨대, 177°)만큼 증가시키는 것이 제1 리세스들(332)에 의해 형성된 채널들 및 마루들의 제2 리세스들(334)에 의한 강화를 감소시키거나 방지함으로써 PCD 테이블(302)의 표면 마감을 향상시킬 수 있다고 믿고 있다. 그러나, 발명자들은 현재, 각도 θ가 0°보다 상당히 크고 180°보다 상당히 작다면, PCD 테이블(302)의 표면 마감이 상대적으로 매끄러울 수 있다고 믿고 있다. 예를 들어, 각도 θ는 약 20° 내지 약 160°, 약 30° 내지 약 150°, 약 45° 내지 약 135°, 또는 약 60° 내지 약 120°일 수 있다.
일실시예에서, PCD 테이블(302)로부터 PCD 소재의 제1 레이어/부피를 제거하는 동안 형성되는 채널들 및 리세스들의 잔여분들, 특징(freature)들 및/또는 그림자(shadow)들(예컨대, 약간의 기미나 자국들)은 PCD 소재의 몇몇 레이어들/부피들이 PCD 테이블(302)로부터 제거된 이후에도 여전히 남아있을 수 있다. 따라서, 발명자들은 현재 PCD 테이블(302)의 표면 마감은, 180보다 작은 임의의 주요 수와 같은 크기를 가진 각도가 되도록 각도 θ를 선택하는 것에 의해 향상될 수 있다고 믿고 있다. 이런 각도들 θ는 이어지는 레이어들/부피들에 형성된 리세스들이 앞선 리세스들에 의해 형성된 잔여분, 특징들, 그림자들, 채널들, 및/또는 마루들을 강화하는 것을 감소시키거나 방지할 수 있다. 일실시예에서, 각도 θ는 α 또는 β인 것으로 선택될 수 있다. α는 약 1°, 약 7°, 약 11°, 약 13°, 약 17°, 약 19°, 약 23°, 약 29°, 약 31°, 약 37°, 약 41°, 약 43°로부터 선택된 소수와 같은 소수인 임의의 각도를 포함할 수 있고, β는 (90°- α), (90°+ α), 또는 (180°- α)로부터 선택된 임의의 각도를 포함할 수 있다.
일실시예에서, PCD 소재의 제1 레이어/부피를 제거하는 데에 사용된 리세스들과 PCD 소재의 제1 레이어/부피 이후에 곧바로 PCD 소재의 제2 레이어/부피를 제거하는 데에 사용된 리세스들 사이의 각도는 선택되는 패턴으로 반복되는 2개 또는 그 이상의 서로 다른 각도들로부터 선택될 수 있다. 예컨대, 2개 또는 그 이상의 각도들 및 2개 또는 그 이상의 각도들을 반복하는 패턴은, 각각의 서로 다른 복수의 형성된 리세스들의 배향이, 적어도 180의 서로 다른 각도들이 활용 완료되기까지 다른 복수의 리세스들의 배향과 평행하지 않도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 복수의 리세스들 사이의 각도들은 각도들 γ 및 δ로부터 선택될 수 있으며, 각도들 γ 및 δ는 교변하는 패턴(예컨대, γδγδγδγδ)으로 반복되도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 리세스들과 복수의 제2 리세스들 사이의 각도는 γ일 수 있고, 복수의 제2 리세스들과 복수의 제3 리세스들 사이의 각도는 δ일 수 있으며, 복수의 제3 리세스들과 복수의 제4 리세스들 사이의 각도는 γ일 수 있는 등이다. 그러나 다른 적절한 각도들 γ 및 δ가 선택될 수 있다는 것이 이해된다.
일실시예에서, PCD 소재의 이어지는 복수의 리세스들 사이의 각도는 복수의 리세스들 각각이 형성된 후에 레이저 빔이 PCD 테이블(302)(예컨대, PCD 테이블(302)은 실질적으로 고정적이다)에 대해 움직이는 방향(예컨대, 각도)를 바꾸는 것에 의해 선택될 수 있다. 일실시예에서, 이 PCD 소재로 형성되는 이어지는 복수의 리세스들 사이의 각도는 제1 복수의 리세스들이 형성된 이후, 제1 복수의 리세스들이 형성되기 전에 레이저 장치에 대해 PCD 테이블을 회전시키는 것에 의해 선택될 수 있다. 일실시예에서, 각도 θ는 복수의 리세스들 각각이 형성된 후에 레이저 장치(예컨대, 레이저 장치는 실질적으로 고정적이다)에 대해 PCD 테이블(302)이 움직이는 방향(예컨대, 각도)을 바꾸는 것에 의해 선택될 수 있다.
일실시예에서, PCD 테이블(302)로부터 PCD 소재의 가장 최근 레이어/부피를 제거하는 것에 의해 형성된 리세스의 적어도 일부의 래스터링 패턴들이 식별될 수 있으며, 하나 또는 그 이상의 마이크로피쳐들을 포함할 수 있다. 일실시예에서, PCD 소재의 가장 최근의 레이어/부피에 앞서 PCD 소재의 레이어/부피를 제거하는 것에 의해 형성된 리세스들의 잔여분들 및/또는 그림자들 또한 하나 또는 그 이상의 마이크로피쳐들을 포함하는 식별할 수 있는 래스터링 패턴들을 형성할 수 있다.
도 3d 내지 도 3g는 각 레이어를 제거하기 위해 평행한 라인들의 패턴(예컨대, 도 3a 및 도 3c 참조)을 따라 레이저 어블레이션을 이용하여 그 외부 표면으로부터 제거되는 PCD 소재의 복수의 레이어들/부피들을 가진 PCD 테이블들의 평면도이다. 도 3d에 도시된 실시예에서, PCD 소재로 형성되는 복수의 리세스들 각각의 사이의 각도 θ(도 3a 및 도 3c) 참조)는 0으로(예컨대, 리세스들을 레이저 어블레이션하기 위해 동일한 래스터링 패턴들이 이어진다) 선택되었다. 도 3d에 나타낸 바와 같이, 각도 θ가 0이도록 선택하는 것은 상대적으로 거친 표면 마감으로 귀결된다. 도 3e에 도시된 실시예에서, PCD 소재로 형성되는 복수의 리세스들 각각 사이의 각도 θ는 3°로 선택되었다. 도 3e에 나타낸 바와 같이, 상대적으로 작은 각도 
조차도 PCD 테이블의 표면 마감을 향상시킨다. 추가적으로, 도 3e는 PCD 테이블의 외부 표면이 하나 또는 그 이상의 마이크로피쳐들을 포함하는 식별할 수 있는 래스터링 패턴을 보이는 것을 도시하고 있다. 도 3f에 도시된 실시예에서, PCD 소재로 형성되는 복수의 리세스들 각각의 배향 사이의 각도 θ는 79°로 선택되었다. 도 3f에 나타낸 바와 같이, 각도 θ 를 소수로 선택하는 것은 향상된 표면 마감으로 귀결되었다. 또한 도 3f는, PCD 테이블의 외부 표면이 PCD 테이블의 가장 최근의 레이어/부피에서 리세스들 및 이전에 형성된 리세스들의 잔여분, 특징 및/또는 그림자들로부터 형성된 식별할 수 있는 래스터링 패턴을 보이고 있는 것도 도시하고 있다. 도 3g에 도시된 실시예에서, PCD 소재로 형성되는 복수의 리세스들 각각 사이의 각도 θ 는 90°인 γ와 41°인 δ의 교번하는 패턴이도록 선택되었다. 도 3g에 나타낸 바와 같이, 그런 배향 각도들 중 적어도 하나가 소수인 일련의 배향 각도들을 선택하는 것은 향상된 표면 마감으로 귀결되었다. 또한 도 3g는, PCD 테이블의 가장 최근의 레이어/부피에서 리세스들 및 이전에 형성된 것의 잔여분, 특징, 및/또는 그림자로부터 형성된 식별할 수 있는 래스터링 패턴을 보이고 있는 것도 도시하고 있다.
전반적으로 탑 햇 에너지 분포를 보이는 에너지 펄스들
도 4a는 일실시예에 따른 전반적으로 가우시안 에너지 분포(예컨대, 에너지 분포는 전반적인 종형-곡선(bell-curve) 형상을 보인다)를 보이는 레이저 펄스의 빔 폭에 대한 함수로서 에너지/강도 분포(439)를 도시하는 그래프이다. 도 4b는 일실시예에 따라 도 4a의 가우시안 에너지 분포(439)를 보이는 복수의 레이저 펄스들을 이용하여 가공된 PCD 테이블(402a)의 부분 측단면도이다. 도시된 바와 같이, PCD 테이블(402a)의 외부 표면(430a)는 그 안에 형성된 복수의 디봇들(440a)을 포함한다. 디봇들(440a) 각각은 최저 부분(442a) 및 측면 벽체(438a)를 포함한다. 또한, 마루(438a)가 인접한 디봇들(440a)을 분리한다. 도 4b는 가우시안 에너지 분포(439)를 보이는 레이저 펄스들로부터 형성된 디봇들(440a)이: 상대적으로 라운딩된 형상을 보이는 최저 부분들(442a); 상대적으로 큰 마루들을 형성하는 2개의 측면 벽체들(438a); 및 상대적으로 큰 깊이(d1)에 의해 특징지워지는 것을 도시하고 있다. 예를 들어, 디봇들(440a)의 형상 및 상대적으로 큰 깊이(d1)는 전반적으로 원형 빔 형상 단면을 가지고 그 중심에서 더 큰 에너지 분포를 보이는 가우시안 에너지 분포(439)에 의해 초래된다.
여기서 개시되는 PCD 테이블들 중 임의의 것의 표면 마감은 디봇들의 최저 부분들을 평탄화하는 것 및 측면 벽체들의 크기를 감소시키는 것에 의해 향상될 수 있다. 도 4c는 일실시예에 따라 전반적으로 탑-햇 에너지 분포를 보이는 레이저 펄스의 빔 폭에 대한 함수로서 에너지/강도 분포(441)를 도시하고 있는 그래프이다. 도 4d는 일실시예에 따라 도 4c에 나타낸 탑-햇 에너지 분포(441)를 보이는 복수의 레이저 펄스들을 이용하여 가공된 PCD 테이블(402b)의 부분 측면도이다. 여기서 달리 설명되는 것을 제외하고, PCD 테이블(402b) 및 그 소재들, 구성요소들, 엘리먼트들, 또는 PCD 테이블(402b)의 가공 방법들은 PCD 테이블들(102, 202a 내지 202i, 302)(도 1 내지 도 3b) 및 그들 각각의 소재들, 구성요소들, 엘리먼트들, 또는 PCD 테이블들(102, 202a 내지 202i, 302)을 가공하는 방법들과 유사하거나 동일할 수 있다. PCD 테이블(402b) 또는 그 소재들, 구성요소들, 엘리먼트들, 또는 PCD 테이블(402b)의 가공 방법들은 여기서 개시되는 임의의 PCD 테이블들 및/또는 가공 방법들에서 이용될 수 있다.
도 4c를 참조하면, 도시된 탑-햇 에너지 분포(441)는 탑-햇 에너지 분포(441)의 정상 및 측면들이 가우시안 에너지 분포의 정상 및 측면들보다 상대적으로 더 평탄하고 더 수직이라는 점에서 도 4a의 가우시안 에너지 분포(439)와 다르다. 도 4d에 나타낸 바와 같이, 탑-햇 에너지 분포(441)의 형상은, 상대적으로 더 평탄한 최저 부분(442b) 도 4b에 도시된 마루들(437a)에 비해 상대적으로 더 작은 마루들(437b)을 보이는 복수의 디봇들(440b)로 귀결된다. 이 기하학적 형상은, 가우시안 에너지 분포(439)를 보이는 레이저 펄스에 비해 레이저 펄스의 중심에 가까운 위치에서 더 적은 PCD 소재를 제거하고 레이저 펄스의 중심으로부터 이격된 위치에서 더 많은 PCD 소재를 제거하는 레이저 펄스로 인해 형성된다. 따라서, 디봇들(440b)은 도 4b의 디봇들(440a)의 평균 깊이(d1)보다 더 작은 평균 깊이(d2)를 보이는데, 이는 PCD 테이블(402b)의 외부 표면(430b)의 표면 마감을 향상시킬 수 있다.
에너지 빔 펄스 지속 시간
PCD 테이블의 표면 마감은, PCD 소재의 레이어들/부피들을 제거하는 데에 이용되는 에너지 빔 또는 펄스들의 에너지 빔 펄스 지속 시간을 감소시킴으로써 향상될 수 있다. 도 5a는 일실시예에 따른 PCD 테이블(502a)의 외부 표면(530a)의 부분 측면도이다. 도 5b는 일실시예에 따른 PCD 테이블(502b)의 외부 표면(530b)의 부분 측면도이다. 여기서 달리 설명되는 것을 제외하고, PCD 테이블들(502a, 502b) 및 그들의 소재들, 구성요소들, 엘리먼트들, 또는 PCD 테이블들(502a, 502b)을 가공하는 방법들은 PCD 테이블들(102, 202a 내지 202i, 302, 402a 및 402b)(도 1 내지 도 4c) 및 그들 각각의 소재들, 구성요소들, 엘리먼트들, 또는 PCD 테이블들(102, 202a 내지 202i, 302, 402a 및 402b)의 가공 방법과 동일하거나 유사할 수 있다. PCD 테이블들(502a, 502b) 또는 그들의 소재들, 구성요소들, 엘리먼트들, 또는 PCD 테이블들(502a, 502b)의 가공 방법들은 여기서 개시되는 임의의 PCD 테이블들 및/또는 가공 방법들에서 이용될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 외부 표면(530a)은 그 안에 형성된 복수의 디봇들(540a)을 포함한다. 일실시예에서, 디봇들(540a)은 상대적으로 긴(예컨대, 500 마이크로초('μs')보다 더 긴) 레이저 펄스 지속 시간을 보이는 레이저 펄스들을 이용하여 형성될 수 있다. 각 디봇(540a)은 최저 부분(542a)와 측면 벽체(538a)를 포함한다. 상대적으로 긴 펄스 지속 시간은 디봇들(540a) 각각이 상대적으로 넓게 되도록 한다. 예를 들어, 디봇들(540a)은 상대적으로 큰 평균 폭(W1) 및 상대적으로 큰 평균 깊이(d1)를 보인다. 상대적으로 큰 평균 깊이(d1)는 PCD 테이블(502a)의 표면 마감을 제한할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 외부 표면(530b)은 그 안에 형성된 복수의 디봇들(540b)을 포함한다. 디봇들(540b)은 상대적으로 짧은(예컨대, 500 μs보다 작은 값과 같이, 도 5a의 디봇들(540a)을 형성하는 데에 이용된 펄스 지속 시간들보다 짧은) 레이저 펄스 지속 시간을 보이는 레이저 펄스들을 이용하여 형성된다. 각 디봇(540b)은 최저 부분(542b)과 측면 벽체(538b)를 포함한다. 레이저 펄스들의 상대적으로 짧은 펄스 지속 시간은 디봇들(540b) 각각이 상대적으로 작도록 초래할 수 있다. 예를 들어, 디봇들(540b)은 상대적으로 작은 평균 깊이(W2) 및 상대적으로 작은 깊이(d2)를 보일 수 있다. 상대적으로 작은 평균 깊이(d2)는 PCD 테이블(502b)의 외부 표면(430b)이 도 5a의 표면(530a)보다 더 미세한 표면 마감을 보이도록 할 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같이, 레이저 펄스들의 레이저 펄스 지속 시간을 감소시키는 것은 가공되고 있는 PCD 테이블의 표면 마감을 향상시킬 수 있다. 도 5b를 참조하면, PCD 테이블(502b)을 가공하는 데에 이용된 레이저 펄스들의 레이저 펄스 지속 시간은 마이크로초('μs')의 범위(예컨대, 약 500 μs 내지 1 μs), 나노초('ns')의 범위(예컨대, 약 1000 ns 내지 약 1 ns), 피코초('ps')의 범위(예컨대, 1000 ps 내지 약 1 ps), 또는 펨토초('fs')의 범위(예컨대, 약 1000 fs 내지 약 1fs)에 있을 수 있다. 예를 들어, PCD 테이블(502b)를 가공하는 데에 이용된 레이저 펄스들의 레이저 펄스 지속 시간은 약 500 μs 내지 약 250 μs, 약 300 μs 내지 약 150 μs, 약 200 μs 내지 약 100 μs, 약 150 μs 내지 약 50 μs, 약 75 μs 내지 약 1 μs, 약 10 μs 내지 약 450 ns, 약 500 ns 내지 약 250 ns, 약 300 ns 내지 150 ns, 약 200 ns 내지 약 100 ns, 약 150 ns 내지 약 50 ns, 약 75 ns 내지 약 1 ns, 약 10 ns 내지 약 450 ps, 약 500 ps 내지 약 250 ps, 약 300 ps 내지 약150 ps, 약 200 ps 내지 약 100 ps, 약 150 ps 내지 약 50 ps, 약 75 ps 내지 약 1 ps, 약 10 ps 내지 약 450 fs, 약 800 fs 내지 약 500 fs, 약 600 fs 내지 약 400 fs, 약 500 fs 내지 약 300 fs, 약 400 fs 내지 약 200 fs, 약 300 fs 내지 약 100 fs, 약 150 fs 내지 약 1 fs일 수 있다.
도 5a를 다시 참조하면, 레이저 펄스들의 상대적으로 긴 레이저 펄스 지속 시간은 PCD 테이블(502a)에 열적 손상을 초래할 수 있다. 예를 들어, μs의 범위 또는 더 큰 레이저 펄스 지속 시간을 보이는 레이저 펄스들은 PCD 소재를 어블레이션하지 않는 열적 에너지가 대신 디봇(540a)에 인접한 PCD 소재로 전달되도록 초래할 수 있다. 이 열적 에너지는 상대적으로 좁은 면적에서 상대적을 큰 온도 구배, PCD 소재의 열 팽창 계수들에서의 차이, 및 PCD 테이블(502a)의 계면 구성 성분들(예컨대, 메탈 솔벤트 촉매들)로 인해, 또는 기타 유해한 효과들로 인해 PCD 테이블(502a)에 손상을 가할 수 있다. PCD 테이블(502)에서 큰 열적 스트레스는 잠재적으로 PCD 테이블(502a)에서 마이크로 크랙들이 형성되도록 초래할 수 있다.
도 5b를 다시 참조하면, 레이저 펄스들의 레이저 펄스 지속 시간을 감소시키는 것은 PCD 테이블(502b)에 전달되는 열적 에너지의 양을 감소시키는데, 이는 PCD 테이블(502b)의 손상의 양을 줄일 수 있다. 따라서, PCD 테이블(502b)을 가공하는 데에 이용된 레이저 펄스들의 상대적으로 짧은 레이저 펄스 지속 시간은 PCD 테이블(502b)의 강인성 및/또는 강도를 유지할 수 있다. 예를 들어, ns의 범위에 있는 레이저 펄스 지속 시간을 보이는 레이저 펄스는 μs의 범위에 있는 레이저 펄스 지속 시간을 보이는 레이저 펄스에 비하여 PCD 테이블(502b)에서 손상의 양을 크게 감소시킨다.
일실시예에서, 레이저 펄스들의 레이저 펄스 지속 시간을 ps의 범위로 감소시키는 것은 PCD 소재를 제거하는 메커니즘을 변화시킬 수 있다. 특정한 상황에서, 레이저 펄스들은 포토 어블레이션 공정을 통해 PCD 소재를 제거할 수 있다. 포토 어블레이션 공정은 잔여 PCD 소재에 실질적으로 손상을 주지 않으면서 PCD 테이블(502b)로부터 PCD 소재를 제거한다. 예를 들어, 발명자들은 현재, 레이저 펄스 지속 시간이 ps의 범위의 중간(예컨대, 약 700 ps보다 짧거나, 약 500 ps 보다 짧거나, 약 250 ps보다 짧은) 근처에 있을 때 포토 어블레이션이 소재 제거의 지배적인 메커니즘으로 되며, 레이저 펄스 지속 시간이 ps의 범위의 하단(예컨대, 약 100 ps보다 짧거나, 약 50 ps보다 짧거나, 약 10 ps보다 짧은) 근처에 있을 때 포토 어블레이션이 소재 제거의 유일한 메커니즘이 되는 것으로 믿고 있다. 발명자들은 현재, 레이저 펄스 지속 시간이 fs의 범위에 있을 때 포토 어블레이션 공정이 유일한 PCD 소재 메커니즘이라고 믿고 있다. 따라서, 발명자들은 현재, 약 700 ps보다 짧거나, 약 500 ps보다 짧거나, 약 250 ps보다 짧거나, 약 100 ps보다 짧거나, 약 50 ps보다 짧거나, 약 10 ps보다 짧은 지속 시간을 가진 레이저 펄스들을 가지고 하는 레이저 가공이 PCD 테이블(502b)에 실질적으로 어떠한 열적 손상도 가하지 않는 것으로 귀결될 수 있다고 믿고 있다.
도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같이, 상대적으로 긴 레이저 펄스 지속 시간들을 보이는 레이저 펄스들은 상대적으로 짧은 레이저 펄스 지속 시간들을 보이는 레이저 펄스들보다 레이저 펄스당 더 많은 PCD 소재를 제거한다. 따라서, 상대적으로 짧은 레이저 펄스 지속 시간들만을 이용하여 PCD 소재를 제거하는 것은 시간이 소요될 수 있다. 따라서, 일실시예에서, 레이저 펄스 지속 시간은 PCD 테이블들이 가공되면서 바뀔 수 있다. 예를 들어, 레이저 펄스들의 레이저 펄스 지속 시간은, PCD 소재의 초기 레이어들/부피들이 제거될 때 상대적으로 길 수 있다(예컨대, μs 또는 ns의 범위이거나, 500 μs보다 큰). PCD 소재의 초기 레이어들/부피들이 제거된 후, 레이저 펄스들의 레이저 펄스 지속 시간은 ps의 범위 및/또는 fs의 범위로 감소될 수 있다. 예컨대, 하나 또는 그 이상의 제1 레이어들/부피들 또는 래스터링 패턴들이 제1 펄스 레이저 지속 시간을 보이는 레이저 펄스들을 이용하여 제거되고, 계속하여 하나 또는 그 이상의 제1 레이어들/부피들 또는 래스터링 패턴들이 제1 레이저 펄스 지속 시간보다 더 짧은 제2 펄스 레이저 지속 시간을 보이는 레이저 펄스들을 이용하여 제거될 수 있다. 계속하여, 하나 또는 그 이상의 제3 레이어들/부피들 또는 래스터링 패턴들이 제2 레이저 펄스 지속 시간보다 더 짧은 제3 레이저 펄스 지속 시간을 보이는 레이저 펄스들을 이용하여 제거될 수 있는 등이다. 일실시예에서, PCD 소재의 하나 또는 그 이상의 마지막 레이어들/부피들은 PCD 소재를 포토 어블레이션하도록 선택된 레이저 펄스 지속 시간을 보이는 레이저 펄스들을 이용하여 제거될 수 있다. 이런 실시예에서, PCD 테이블은 실질적으로 손상이 없을 수 있다.
선택된 레이저 펄스들의 주파수는 그런 레이저 펄스들의 레이저 펄스 지속 시간에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 그 주파수는 PCD 테이블로 전달되는 열적 에너지의 적어도 일부가 다른 레이저 펄스가 추가적인 열적 에너지를 초래하기 전에 발산되도록 하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 그 주파수는 약 20 kHz 내지 약 100 kHz, 약 50 kHz 내지 약 200 kHz, 약 150 kHz 내지 약 300 kHz, 약 250 kHz 내지 약 500 kHz, 약 450 kHz 내지 약 750 kHz, 약 700 kHz 내지 약 1 MHz, 약 900 kHz 내지 약 1.5 MHz, 약 1.25 MHz 내지 약 1.75 MHz, 또는 약 1.5 MHz 내지 약 2 MHz와 같이 약 20 kHz 내지 약 2 MHz이도록 선택될 수 있다.
레이저 펄스 중첩
이어지는 레이저 펄스들의 빔 단면(예컨대, 레이저 펄스들의 유효 영역, 또는 그런 레이저 펄스들에 의해 형성되는 선택적으로 디봇들, 리세스들 등)은 PCD 테이블의 표면의 표면 마감을 향상시키기 위해 중첩될 수 있다. 도 6a 내지 도 6d는 다양한 실시예들에 따라 중첩된 에너지 빔들, 디봇들, 중첩된 리세스들 등을 형성하는 다양한 방법들을 도시하는 PCD 테이블의 적어도 하나의 외부 표면의 개략 평면도들이다. 여기서 사용되는 '스캔 그림자(scan shadow)'라는 용어는 에너지 빔(예컨대, 레이저 빔)에 노출된 영역 또는 그런 노출에 의해 형성된 모든 인식할 수 있는 특징(예컨대, 디봇들, 리세스들 등)을 가리킨다. 도 6a 내지 도 6d에 나타낸 방법들은 여기서 개시되는 임의의 PCD 테이블들 및/또는 가공 방법들에서 이용될 수 있다.
도 6a는 일실시예에 따라 인접한 스캔 그림자 리세스들을 중첩시키는 방법을 도시하고 있다. 예를 들어, 도 6a에 나타낸 방법은 PCD 테이블의 적어도 하나의 외부 표면을 향해 제1 레이저 펄스를 지향시키는 것을 포함한다. 제1 레이저 펄스는 제1 스캔 그림자(640a)를 보일 수 있다. 제1 스캔 그림자(640a)는 제1 표면 영역을 보인다. 제1 레이저 펄스가 PCD 테이블의 외부 표면의 일부를 향해 지향되고 난 뒤에, 제2 레이저 펄스가 그 PCD 테이블의 외부 표면의 다른 일부를 향해 지향될 수 있다. 제2 레이저 펄스에 의해 제거되는 외부 표면의 일부가 도 6a에서 스캔 그림자(644)로 도시되어 있다. 제1 레이저 펄스는 PCD 테이블의 외부 표면에서 제1 표면 영역을 보이는 제1 디봇을 형성할 수 있고, 제2 레이저 펄스는 PCD 테이블의 외부 표면에 제2 표면 영역을 보이는 제2 디봇(도시하지 않음)을 형성할 수 있다. 제1 디봇 및/또는 제2 디봇은 적어도 부분적으로 원형일 수 있다. 제1 및 제2 디봇들은 집합적으로 하나의 리세스(도시하지 않음)를 형성한다.
제2 레이저 펄스는 스캔 그림자(640a)의 제1 표면 영역의 약 25%로부터 약 99.95%까지 PCD 소재를 조사하고 제거할 수 있다. 예를 들어, 제2 레이저 펄스는 스캔 그림자(640a)의 제1 표면 영역의 약 50%보다 큰 값, 약 30% 내지 약 50%, 약 40% 내지 약 60%, 약 50% 내지 약 70%, 약 60% 내지 약 80%, 약 70% 내지 약 90%, 약 80% 내지 약 95%보다 큰 값, 75%보다 큰 값, 90%보다 큰 값, 약 95%보다 큰 값으로 PCD 소재를 조사하고 제거할 수 있다. 위의 백분율 중 임의의 것을 이용하여 스캔 그림자(640a)의 제1 표면 영역으로부터 PCD 소재를 조사하고 제거하는 것은 인접한 디봇들 사이에 형성된 마루들의 크기를 감소시킴으로써 PCD 테이블의 외부 표면의 표면 마감을 향상시킬 수 있다.
일실시예에서, 하나 또는 그 이상의 추가적인 레이저 펄스들이 선택된 길이(예컨대, 하나의 리세스를 형성하는)를 따라 외부 표면을 향해 지향될 수 있다. 또한, 이 추가 레이저 펄스들은 위에 언급된 백분율 중 임의의 것에 따라 그 뒤에 형성되는 디봇(예컨대, 스캔 그림자(644)에 대응하는 제2 디봇들)의 개별적인 표면 영역들로부터 PCD 소재를 조사하고 제거할 수 있다. 예를 들어, 제3 레이저 펄스는 제2 레이저 펄스에 의해 형성된 제2 디봇의 제2 표면 영역의 25%로부터 약 99.95%까지 PCD 소재를 조사하고 제거할 수 있으며, 이에 의해 제3 표면 영역을 보이는 제3 디봇을 형성한다. 선택적으로, 제4 레이저 펄스가 제3 레이저 펄스에 의해 형성된 제3 디봇의 제3 표면 영역의 25%로부터 약 99.95%까지 PCD 소재를 조사하고 제거하며, 이로써 제4 표면 영역을 보이는 제4 디봇을 형성하는 등이다.
도 6b는 일실시예에 따라 다양한 스캔 그림자들을 중첩시키는 방법을 도시하고 있다. 예를 들어, 도 6b에 나타낸 방법은 복수의 제1 레이저 펄스들을 제1 스캔 그림자(632b)(실선으로 나타낸)를 형성하기 위해 PCD 테이블(명확성을 위해 따로 표시되지 않음)의 적어도 하나의 외부 표면(630b)을 향해 지향시키는 것을 포함한다. 제1 스캔 그림자(632b)는PCD 소재가 제거되어 없어진 특징을 나타낼 수 있다. 제1 스캔 그림자(632b)는 도 6a에 도시된 방법에 따라 형성될 수 있다 제1 스캔 그림자(632b)는 참조 라인(645b)을 따라 연장되며 제1 표면 영역을 보인다.
제1 스캔 그림자(632b)을 유발한 후에, 도 6b에 나타낸 방법은, 제2 스캔 그림자(632b')(점선들로 나타낸)를 유발하도록 적어도 하나의 외부 표면(630b)을 향해 복수의 제2 레이저 펄스들을 지향하는 것을 포함한다. 예를 들어, 제2 스캔 그림자(632b')는 그로부터 PCD 소재가 제거된(예컨대, 제1 스캔 그림자(632b)의 일부로부터 및/또는 제2 스캔 그림자(632b')의 일부로부터) 특징을 대표할 수 있다. 제2 스캔 그림자(632b')는 도 6a에 도시된 방법에 따라 형성될 수 있다. 제2 스캔 그림자(632b')는 참조 라인(645b)에 실질적으로 평행한 참조 라인(645b')을 따라 연장될 수 있다.
제2 스캔 그림자(632b')는 제1 방향(645b)에 평행하지 않은(예컨대, 실질적으로 수직한) 방향으로 제1 스캔 그림자(632b)에 대해 제2 스캔 그림자(632b')를 오프셋시키는 것에 의해 제1 스캔 그림자(632b)을 중첩시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 스캔 그림자(632b')을 형성하기 위해 사용된 복수의 제2 레이저 펄스들은 제1 스캔 그림자(632b)의 제1 표면 영역의 약 25% 로부터 약 99.95%까지 PCD 소재를 조사하고 및/또는 제거할 수 있다. 예를 들어, 제2 레이저 펄스들은 제1 스캔 그림자(632b)의 제1 표면 영역의 약 50%보다 큰 값, 약 30% 내지 약 50%, 약 40% 내지 약 60%, 약 50% 내지 약 70%, 약 600% 내지 약 80%, 약 70% 내지 약 90%, 약 80% 내지 약 95%, 75%보다 큰 값, 90%보다 큰 값, 또는 95%보다 큰 값으로 PCD 소재를 조사하고 제거할 수 있다. 위 백분율들 중 임의의 것을 이용하여 제1 스캔 그림자(632b)의 제1 표면 영역으로부터 PCD 소재를 조사하고 및/또는 제거하는 것은, 제1 및 제2 스캔 그림자(632b, 632b') 사이에 형성된 마루들의 크기를 감소시키는 것에 의해 PCD 테이블의 외부 표면의 표면 마감을 향상시킬 수 있다.
일실시예에서, 제1 스캔 그림자(632b)는 최대 측방향 크기(646b)를 보인다. 제2 스캔 그림자(632b')는 제2 스캔 그림자(632b')이 제1 스캔 그림자(632b)의 최대 측방향 크기(646b)의 약 25% 내지 약 99.95%와 중첩되도록 제1 방향(645b)에 평행하지 않은 방향으로 오프셋되어 있다. 예를 들어, 제2 스캔 그림자(632b')는 제1 스캔 그림자(632b)의 최대 측방향 크기(646b)의 약 50%보다 큰 값, 약 30% 내지 약 50%, 약 40% 내지 약 60%, 약 50% 내지 약 70%, 약 60% 내지 약 80%, 약 70% 내지 약 90%, 약 80% 내지 약 95%, 75%보다 큰 값, 90%보다 큰 값, 도는 약 95%보다 큰 값과 중첩될 수 있다.
도 6c는 일실시예에 따라 서로 다른 스캔 그림자들을 중첩시키는 방법을 도시하고 있다. 예를 들어, 도 6c에 나타낸 방법은 제1 스캔 그림자(632c)(실선으로 나타낸)를 형성하도록 PCD 테이블의 적어도 하나의 외부 표면(630c)을 향해 복수의 제1 레이저 펄스들을 지향시키는 것을 포함한다. 여기서 달리 개시되는 것을 제외하고, 제1 스캔 그림자(632c)는 도 6b의 제1 스캔 그림자(632b)와 동일하거나 유사할 수 있다. 예를 들어, 제1 스캔 그림자(632c)는 참조 라인(645c)을 따라 연장될 수 있다. 제1 스캔 그림자(632c)를 형성한 뒤, 도 6c에 나타낸 방법은 제2 스캔 그림자(632c')(점선으로 나타낸)을 형성하도록 적어도 하나의 외부 표면(630c)을 향해 복수의 제2 레이저 펄스들을 지향시키는 것을 더 포함한다. 여기서 달리 개시되는 것을 제외하고, 제2 스캔 그림자(632c')는 도 6b의 제2 스캔 그림자(632b')와 동일하거나 유사할 수 있다. 예를 들어, 제2 스캔 그림자(632c')는 참조 라인(645c)에 실질적으로 평행한 참조 라인(645c')을 따라 연장될 수 있다.
제2 스캔 그림자(632c')는 제1 스캔 그림자(632c)와 적어도 부분적으로 중첩될 수 있다. 예를 들어, 스캔 그림자(632c')는 제1 스캔 그림자(632c)에 대해 x 방향으로 오프셋될 수 있다. 예를 들어, 제1 스캔 그림자(632b')는 제1 시작 지점(648c)과 제1 종료 지점(649c)을 보일 수 있다. 유사하게, 제2 스캔 그림자(632c')는 제2 시작 지점(650c)와 제2 종료 지점(651c)을 포함할 수 있다. 일실시예에서, 제1 시작 지점(648c)은 제2 시작 지점(650c)로부터 제1 오프셋(652c)만큼 이격되어 있을 수 있다. 일실시예에서, 제1 종료 지점(649c)는 제2 종료 지점(651c)으로부터 제1 오프셋(652c)과 동일하거나 다른 값인 제2 오프셋(653c)만큼 이격되어 있을 수 있다.
제1 스캔 그림자(632c)는 최대 크기(646c)를 보일 수 있다. 제1 및/또는 제2 오프셋(652c, 653c)은 폭 크기(646c)의 1% 내지 약 99.95%일 수 있다. 예를 들어, 제1 및/또는 제2 오프셋(652c, 653c)은 최대 폭 크기(646c)의 약 50%보다 크거나 작거나, 약 1% 내지 약 25%, 약 20% 내지 약 40%, 약 30%내지 약 50%, 약 40% 내지 약 60%, 약 50% 내지 약 70%, 약 60% 내지 약 80%, 약 70% 내지 약 90%, 약 80% 내지 약 95%, 75%보다 큰 값, 90%보다 큰 값, 또는 약 95%보다 큰 값일 수 있다. 위 오프셋들 중 임의의 것을 이용하여 제1 및 제2 스캔 그림자들(632c, 632c')의 시작 지점들 및/또는 종료 지점들을 오프셋시키는 것은 제1 및 제2 스캔 그림자들(632c, 632c') 사이에 형성된 마루들의 크기를 감소시키는 것에 의해 PCD 테이블의 외부 표면의 표면 마감을 향상시킬 수 있다.
도 6d는 일실시예에 따르 다양한 스캔 그림자들을 중첩시키는 방법을 도시하고 있다. 특히, 도 6d는 도 6b 및 도 6c에 도시된 방법들의 조합인 스캔 그림자들을 중첩시키는 방법을 도시하고 있다. 따라서, 여기에서 다르게 개시되는 것을 제외하고, 제1 스캔 그림자(632d)는 도 6b 및 도 6c의 제1 스캔 그림자들(632b, 632c)과 동일하거나 유사할 수 있다. 예를 들어, 제1 스캔 그림자(632d)는 참조 라인(645d)을 따라 연장되고, 제1 시작 지점(648d) 및 제1 종료 지점(649d)을 포함하며, 최대 폭 크기(646d)와 제1 표면 영역을 보인다. 추가적으로, 여기서 다르게 개시되는 것을 제외하고, 제2 스캔 그림자(632d')는 도 6b 및 도 6c의 제2 스캔 그림자들(632b', 632c')과 동일하거나 유사하다. 예를 들어, 제2 스캔 그림자(632d')는 실질적으로 참조 라인(645d)과 평행하고 제2 시작 지점(650d)과 제2 종료 지점(651d)을 보이는 참조 라인(645d')을 따라 연장된다.
제2 스캔 그림자(632d')는 x 방향은 물론 y 방향으로도 제1 스캔 그림자(632d)에 대해 제2 스캔 그림자(632d')을 오프셋시키는 것에 의해 제1 스캔 그림자(632d)와 중첩될 수 있다. 따라서, 제2 스캔 그림자(632d')는 도 6b에 도시된 방법에 따라 그것에 대해 개시된 백분율들 중 임의의 것에 따라 제1 스캔 그림자(632d)의 제1 표면 영역으로부터 PCD 소재의 제거를 초래할 수 있다. 또한, 제2 스캔 그림자(632d')는 도 6c에 대해 개시된 제1 및/또는 제2 오프셋(652c, 653c)과 유사한 제1 및/또는 제2 오프셋(652d, 653d)을 보일 수 있다. 도 6d에 도시된 방법은 제1 스캔 그림자(632d)에 의해 형성된 마루들의 크기를 감소시킴으로써 PCD 테이블의 외부 표면(630d)의 표면 마감을 향상시킬 수 있다.
여기서 개시되는 연속적인 스캔 그림자들 사이에서 실시예들의 중첩 영역을 증가시키는 것은 PCD 테이블의 외부 표면의 표면 마감을 향상시킬 수 있다. 그러나 이것은 PCD 테이블을 가공하는 데에 필요한 시간을 증가시킬 수도 있다. 따라서, 일실시예에서, 여기서 개시되는 중첩 중 임의의 것은 PCD 테이블이 가공됨에 따라 바뀔 수 있다. 예를 들어, 연속적인 스캔 그림자들 사이의 초기 중첩은 처음에 상대적으로 작을 수 있지만, 그 뒤의 PCD 소재가 제거됨에 따라 중첩이 증가될 수 있다. 예를 들어, PCD 소재의 하나 또는 그 이상의 제1 스캔 그림자가 제1 중첩 영역(예컨대, 스캔 그림자의 표면 영역의 제1 선택된 백분율로 PCD 소재의 제거)을 이용하여 PCD 테이블로부터 제거될 수 있으며, PCD 소재의 하나 또는 그 이상의 제2 스캔 그림자들이 제1 중첩 영역보다 더 큰 제2 중첩 영역을 이용하여 제1 스캔 그림자들 이후에 제거될 수 있다(예컨대, 제1 선택된 백분율보다 더 큰 스캔 그림자의 표면 영역의 제2 선택된 백분율로 PCD 소재의 제거).
복수의 구획된 영역들로부터 PCD 소재의 제거
PCD 테이블로부터 제거되는 PCD 소재의 양은 복수의 다양한 요인들에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 각 레이저 펄스는 초점 거리를 보인다. 이론적으로, 각 레이저 펄스는 PCD 테이블의 외부 표면이 초점 거리에 있을 때 PCD 소재의 최대량을 제거한다. 그러나 각 레이저 펄스는 외부 표면이 초점으로부터 더 멀리 위치되었을 때 더 적은 다이아몬드 소재를 제거한다. 따라서, 각 레이저 펄스는 작동 가능한 초점 범위를 보이는데, 이는 외부 표면으로부터 수용할 만한 양의 PCD 소재가 PCD 테이블로부터 제거되는 초점 거리까지의 거리이다. 수용할 만한 양의 PCD 소재는 외부 표면이 초점 거리에 있을 때 제거되는 PCD 소재의 양의 적어도 10%, 적어도 25%, 적어도 50%, 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 97.5%, 또는 적어도 99%일 수 있다. 작동 가능한 초점 범위(예컨대, 초점 거리로부터의 거리)는 약 ±10 nm 내지 약 ±100 nm, 약 ±50 nm 내지 약 ±500 nm, 약 ±250 nm 내지 약 ±1 μm, 약 ±750 nm 내지 약 ±5 μm, 약 ±1 μm 내지 약 ±5 μm, 약 ±5 μm 내지 약 ±50 μm, 또는 약 ±50 μm보다 큰 값과 같이 약 ±1 nm보다 클 수 있다. 작동 가능한 초점 범위는 초점 거리의 약 ±5%보다 작은 값, 약 ±2.5%보다 작은 값, 약 ±0% 내지 약 ±2%, 약 ±1% 내지 약 ±3%, 약 ±2.5% 내지 약 ±5%, 약 ±4% 내지 약 ±7%, 약 ±5% 내지 약 ±10%와 같이 초점 거리의 ±10%보다 작을 수 있다.
다른 실시예에서, 각 레이저 펄스는 레이저 펄스와 PCD 테이블의 외부 표면 사이의 각도가 약 90°일 때 PCD 소재의 최대량을 제거한다. 그러나 각 레이저 펄스는 레이저 펄스와 외부 표면 사이의 각도(레이저 방향과 평탄한 PCD 표면 사이의 최소 각도 또는 레이저 방향과 평면의 경사면 또는 곡면화된 표면 사이의 최소 각도로서 측정된)가 90°로부터 벗어나면 더 적은 PCD 소재를 제거한다. 따라서, 각 레이저 펄스는 수용할 수 있는 양의 PCD 소재가 PCD 테이블로부터 제거되는 외부 표면과 레이저 펄스 사이의 각도인 작동 가능한 각도 범위를 보인다. 작동 가능한 각도 범위는 약 60° 내지 약 90°, 약 75° 내지 약 90°, 약 80° 내지 약 90°, 약 85° 내지 약 90°, 약 86° 내지 약 90°, 약 87° 내지 약 90°, 약 88° 내지 약 90°, 약 89° 내지 약 90°, 또는 약 89.5° 내지 약 90°와 같이 약 45° 내지 약 90°일 수 있다.
일실시예에서, PCD 테이블의 외부 표면은 충분히 커서, 외부 표면 전체로부터 PCD 소재의 레이어/부피를 제거하는 것이 외부 표면의 일부들이 작동 가능한 초점 범위의 바깥 및/또는 작동 가능한 각도 범위의 바깥에 있는 것으로 귀결될 수 있다. 이것은 PCD 소재의 오목한 표면들 및/또는 서로 다른 제거율로 귀결될 수 있다. 한 가지 해결책은 레이저 장치, PCD 테이블을 지속적으로 움직이거나, 외부 표면이 지속적으로 작동 가능한 초점 범위 및 작동 가능한 각도 범위 내에 있도록 갈보 미러(galvo mirror)들(도 8a의 갈보 미러들(868))을 채택하는 것이다. 그러나 이런 움직임들은 딜레이를 만들거나, 값비싼 장비를 필요로 하거나, 및/또는 그 움직임 과정에서 초래되는 고유의 진동들로 인해 표면 마감을 제한할 수 있다.
한 가지 해결책은 복수의 구획된 영역들로 PCD 테이블의 외부 표면을 분할하는 것이다. 각 영역은 전체 영역이 작동 가능한 초점 거리 및/또는 작동 가능한 각도 범위 내에 있는 것을 가능하게 하는 형상 및 크기를 보인다. 이것은, PCD 소재를 적극적으로 제거하는 동안 레이저 장치, PCD 테이블 또는 갈보 미러들이 움직여질 것을 필요로 하지 않으면서 각 영역이 PCD 소재의 하나 또는 그 이상의 레이어들/부피들이 한번에 하나씩 그로부터 제거되도록 하는 것을 가능하게 한다. 따라서, PCD 테이블의 각 구획된 영역으로부터 제거되는 PCD 소재의 각 레이어/부피의 두께는 상대적으로 일정하게 유지된다(예컨대, 최대 75%, 최대 50%, 최대 25%, 최대 15%, 최대 10%, 최대 5%, 최대 2%, 최대 1%, 또는 최대 0.5%만큼 변화한다). 그 하나 또는 그 이상의 레이어들/부피들이 제1 영역으로부터 제거된 뒤, 레이저 펄스들은 PCD 테이블과 충돌하는 것이 방지될 수 있으며(예컨대, 레이저 장치가 전원 오프된다), 외부 표면의 제2 영역이 작동 가능한 초점 범위 및/또는 작동 가능한 각도 범위 내에 있도록 PCD 테이블 및/또는 레이저 장치가 움직여진다. 그리고 나서 제2 영역으로부터 PCD 소재의 하나 또는 그 이상의 레이어들/부피들을 제거하도록 레이저 펄스들이 PCD 테이블과 충돌하는 것이 허용된다.
외부 표면 전체가 복수의 영역들로 분할될 수 있다. 예를 들어, 복수의 영역들이 서로 접할 수 있으며 및/또는 연속적인 에지들을 보일 수 있다(예컨대, 서로들 사이에 중첩되지 않고 및/또는 간극을 형성하지 않는다). 이런 구성은 그로부터 제거되는 PCD 소재가 외부 표면 전체에 걸쳐 상대적으로 균일한 것을 보장할 수 있다.
일실시예에서, 복수의 영역들 중 적어도 일부는 동일한 형상, 크기 및 배향 중 적어도 하나를 보일 수 있다. 일실시예에서, 복수의 영역들 중 적어도 2개는 서로 다른 형상, 크기, 또는 배향 중 적어도 하나를 보일 수 있다. 일실시예에서, PCD 소재의 하나 또는 그 이상의 제1 레이어들/부피들은 제1 패턴의 영역들을 이용하여 제거될 수 있고, PCD 소재의 하나 또는 그 이상의 제2 레이어들/부피들은 제1 패턴의 영역들과 다르거나 그에 대해 오프셋된 제2 패턴의 영역들을 이용하여 제거될 수 있다.
도 7a 내지 도 7h는 다양한 실시예들에 따라 구획된 영역들로 분할된 PCD 테이블의 외부 표면의 일부의 평면도들이다. 여기서 달리 개시되는 것을 제외하고, PCD 테이블들 및 그들의 소재들, 구성요소들, 엘리먼트들 또는 가공 방법들(예컨대, 가공)은 PCD 테이블들(202a 내지 202i, 302, 402a 및 402b, 502a 및 502b)(도 1 내지 도 5b) 및 그들 각각의 소재들, 구성요소들, 엘리먼트들, 또는 PCD 테이블을 가공하는 방법들과 유사하거나 동일할 수 있다. 도 7a 내지 도 7h의 PCD 테이블들 또는 그들의 소재들, 구성요소들, 엘리먼트들, 또는 PCD 테이블들의 가공 방법들은 여기서 개시되는 임의의 PCD 테이블들 또는 PCD 테이블들의 가공 방법들에서 이용될 수 있다.
도 7a는 각각 전반적으로 직사각형(예컨대, 전반적으로 정사각형) 형상을 보이는 복수의 영역들(760 a)로 분할된 외부 표면(730a)을 나타내고 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 복수의 영역들(760a) 중 적어도 일부는 실질적으로 동일한 크기/영역을 보이며, 영역들(760a)은 집합적으로 그리드형(grid-like) 패턴을 형성하도록 배치된다. 그러나, 영역들(760a)은 임의의 적절한 방식으로 배치되고 및/또는 크기가 정해질 수 있다는 것이 주목된다. 예를 들어, 적어도 1열의 영역들(760a)은 그 영역들(760a)이 연속적인 칼럼들을 형성하지 않도록 인접한 열의 영역들(760a)에 대해 오프셋될 수 있다. 다른 실시예에서, 적어도 한 칼럼의 영역들(760a)은, 그 영역들(760a)이 연속적인 열들을 형성하지 않도록 인접한 열의 영역들(760a)에 대해 오프셋될 수 있다. 다른 실시예에서, 영역들(760a) 중 적어도 하나는 다른 영역(760a)보다 크거나 작은 크기를 보일 수 있다. 다른 실시예에서, 영역들(760a)의 적어도 일부는 그리드형이 아닌 패턴(예컨대, 임의적으로 위치되고, 크기가 정해지며 및/또는 배향된)으로 배치될 수 있다. 일실시예에서, 영역들(760a) 중 하나로부터 PCD 소재를 제거함으로써 형성된 리세스들 또는 스캔 그림자 각각은 동일한 길이(예컨대, 이로써 정확한 딜레이를 결정하는 것을 용이하게 만드는)를 보일 수 있다.
도 7b는 각각이 전반적으로 삼각형 또는 부분적으로 삼각형 형상을 보이는 복수의 영역들(760a)으로 분할된 외부 표면(730b)를 보여주고 있다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 영역들(760b) 중 적어도 일부는 동일한 크기/영역을 보일 수 있으며 그리드형 패튼을 형성하도록 배치되어 있다. 그러나 영역들(760a)(도 7a)과 유사하게, 적어도 하나의 열은 인접한 열에 대해 오프셋될 수 있으며, 적어도 한 영역(760a)은 다른 영역(760b)보다 크거나 작을 수 있고, 및/또는 영역들(760b) 중 적어도 일부는 그리드형이 아닌 패턴을 형성할 수 있다.
도 7 c를 참조하면, 외부 표면(730c)는 각각 전반적으로 육각형 또는 부분적으로 육각형 형상을 보이는 복수의 영역들(760c)로 분할되어 있다. 도 7c에 도시된 바와 같이, 영역들(760c) 중 적어도 일부는 동일한 크기/영역을 보일 수 있으며 그리드형 패턴을 형성하도록 배치되어 있다. 그러나 영역들(760a)(도 7a)과 유사하게, 적어도 한 열은 인접한 열에 대해 오프셋될 수 있으며, 적어도 한 영역(760b)은 다른 영역(760b)보다 크거나 작을 수 있고, 및/또는 영역들(760c)의 적어도 일부는 그리드형이 아닌 패턴을 형성할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 인접할 수 있는(예컨대, 간극들을 형성하지 않고 및/또는 중첩되지 않는) 다양한 형상들의 예시들을 도시하고 있다. 그러나 여기서 개시되는 영역들은 다른 다각형 형상(예컨대, 사다리꼴)과 같이 인접한, 부등변 부등각 오각형 형상 등인 복수의 다양한 형상들을 보일 수 있다.
일실시예에서, 여기서 개시되는 영역들은 복수의 다양한 형상들을 보일 수 있다. 도 7d는 다양한 형상들을 보이는 복수의 영역들로 분할된 외부 표면(730d)을 나타내고 있다. 예를 들어, 외부 표면(730d)는 전반적으로 오각형 형상을 보이는 복수의 제1 영역들(760d)과 전반적으로 다각형 형상(예컨대, 전반적으로 다이아몬드 형상)을 보이는 복수의 제2 영역들(760d')로 분할될 수 있다. 그러나 제1 및 제2 영역들(760d, 760d')은 제한없이 임의의 형상을 보일 수 있다는 것이 주목된다. 복수의 형상들로부터 영역들을 형성하는 것은 영역들이 그들에 의해 수용되지 않는 형상들(예컨대, 하이포사이클로이드를 가진 원들, 다이아몬드들을 가진 등변 및/또는 등각 오각형들)을 보이는 것을 가능하게 한다. 도 7d에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 영역들(760d, 760d')은 그리드형 패턴을 형성한다. 그러나 제1 및 제2 영역들(760d, 760d')은 임의의 적절한 방식으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 7e는 중심점(762) 둘레에 배치된 복수의 제1 및 제2 영역들(760d, 760d')을 포함하는 외부 표면(730e)을 도시하고 있다.
도 7f는 복수의 제1 영역들(760f)로 분할된 외부 표면(730f)을 나타내고 있다. 도시된 실시예에서, 각각의 제1 영역들(760f)은 전반적으로 직사각형 형상을 보인다. 그러나 제1 영역들(760f)은 임의의 형상을 보이거나 여기서 개시되는 복수의 형상들을 보일 수 있다는 것이 주목된다. PCD 소재는 레이저로 복수의 제1 리세스들(732f)을 형성함으로써 각각의 제1 영역들(760f)로부터 제거될 수 있다. 제1 리세스들(732f)은 실질적으로 서로 평행할 수 있다.
도 7g를 참조하면, PCD 소재의 선택된 양이 제1 영역들(760f)에서 제1 리세스들(732f)을 형성하는 것에 의해 제거되고 난 뒤(제1 영역들(760f) 및 제1 리세스들(732f)은 점선들을 이용하여 나타내어져 있다), 적어도 하나의 외부 표면(730f)이 복수의 제2 영역들(760g)로 분할될 수 있다. 도 7g에 나타낸 바와 같이, 4개의 제2 영역들(760g)이 각 제1 영역(760f)을 분할한다. 일실시예에서, 각각의 제2 영역들(760g)은 각각의 제1 영역들(760f)과 실질적으로 유사한 형상, 크기 및 배향을 보인다. 일실시예에서, 각각의 제2 영역들(760g)은 제1 영역들(760f)과 다른 형상, 크기, 또는 배향 중 적어도 하나를 보일 수 있다. PCD 소재는 복수의 제2 리세스들(732g)(레이저와 함께 실선들을 이용하여 나타낸)을 형성함으로써 각각의 제2 영역들(760g)로부터 제거될 수 있다. 제2 리세스들(732g)은 실질적으로 서로 평행할 수 있다.
일실시예에서, 제2 리세스들(732g)은 제1 리세스들(732f)에 평행하지 않을 수 있다. 예를 들어, 제1 리세스들(732f)에 대해 평행하지 않은 각도에서 제2 리세스들(732g)을 형성하는 것은 제2 리세스들(732g)이 제1 리세스들(732f)에 의해 형성된 채널들 및/또는 마루들을 강화하는 것을 감소시키거나, 막거나, 방지한다. 예를 들어, 제2 리세스들(732g)은 여기서 개시되는 각도들 θ 중 임의의 것에서 제1 리세스들(732f)에 대해 연장될 수 있다.
일실시예에서, 제1 영역들(760f) 내에서 리세스들을 형성함으로써 PCD 소재를 제거하는 것은 제1 영역들(760f)의 적어도 일부 사이에 마루들 또는 채널들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 채널들 및/또는 마루들은 제1 영역들(760f) 중 적어도 일부 사이에 형성될 수 있다. 이들 채널들 및/또는 마루들을 보상하고 표면 마감을 향상시키기 위해, 제2 영역들(760g)은 제1 영역들(760f)에 대해 오프셋될 수 있다. 예를 들어, 제2 영역들(760g)은 x방향 오프셋(748g) 및/또는 y방향 오프셋(752g) 중 적어도 하나만큼 제1 영역들(7650f)에 대해 오프셋될 수 있다. x방향 오프셋(748g)은 x방향으로 연장된 제1 및/또는 제2 영역들(760f, 760g)의 최대 크기의 약 1% 내지 약 99.95%(예컨대, 약 1% 내지 약 10%, 약 5% 내지 약 25%, 약 20% 내지 약 40%, 약 30% 내지 약 50%, 약 40% 내지 약 60%, 약 55% 내지 약 75%, 약 70% 내지 약 90%, 또는 약 80% 내지 약 99%)일 수 있다. y방향 오프셋(752g)은 y 방향으로 연장된 제1 및/또는 제2 영역들(760f, 760g)의 최대 크기의 약 1% 내지 약 99.95%(예컨대, 약 1% 내지 약 10%, 약 5% 내지 약 25%, 약 20% 내지 약 40%, 약 30% 내지 약 50%, 약 40% 내지 약 60%, 약 55% 내지 약 75%, 약 70% 내지 약 90%, 또는 약 80% 내지 약 99%)일 수 있다.
도 7h는 복수의 영역들(760h)로 분할된 외부 표면(730h)을 나타내고 있다. 예를 들어, 복수의 영역들(760h)은 제1 및/또는 제2 영역들(760f, 760f')(도 7f 및 도 7g)과 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 각각의 영역들(760h)은 실질적으로 평행한 리세스들(732h)을 형성하는 것에 의해 그로부터 제거되는 PCD 소재를 가진다. 그러나 리세스들(732h)은 인접한 영역들(760h)의 리세스들(732h, 733h, 735h)에 대해 각각 평행하지 않을 수 있다.
도 7a 내지 도 7h를 참조하면, PCD 테이블이 가공된 후에, PCD 테이블로부터 PCD 소재의 제거에 의해 형성된 리세스들 및/또는 패턴은 식별할 수 있으며, 이에 의해 마이크로피쳐들을 포함하는 식별할 수 있는 래스터링 패턴의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 유사하게, 각 영역들의 가장 최근의 스캐닝 또는 래스터링에 앞서서 PCD 테이블로부터 PCD 소재의 제거로 인해 리세스들의 잔여분들 및/또는 그림자들 및/또는 영역들의 패턴이 역시 식별할 수 있고, 이에 의해 하나 또는 그 이상의 마이크로피쳐들을 포함하는 식별할 수 있는 래스터링 패턴의 적어도 일부를 형성할 수 있다.
복수의 디봇들을 이용한 PCD 소재의 제거
이전에 논의된 바와 같이, PCD 소재는 복수의 디봇들을 이용하여 제거될 수 있다. 일실시예에서, 복수의 디봇들 중 적어도 일부는 복수의 리세스들을 형성하지 않는다. 이런 실시예에서, 디봇들은 리세스들과 함께 형성될 수 있는 복잡한 패턴들을 형성하는 데에 이용될 수 있다. 예를 들어, 디봇들은 픽셀들이 비트맵 이미지를 형성하는 것과 유사한 방법을 이용하여 적어도 하나의 외부 표면 상에 이미지를 형성하는 데에 이용될 수 있다. 이런 예에서, 디봇들은 래스터링 패턴이 이미지 나 문자를 형성하는 외부 표면에 선택된 래스터링 패턴을 형성할 수 있다. 다른 예에서, 디봇들은 적어도 하나의 외부 표면에 임의적으로 위치될 수 있다. 두 가지 예에서, 디봇들의 밀도는 외부 표면 상에서 바뀔 수 있는데, 이는 외부 표면의 표면 마감이 PCD 소재의 적용에 따라 제어 가능하게 그리고 선택 가능하게 변화되도록 초래할 수 있다.
일실시예에서, PCD 소재를 제거하는 데에 이용되는 복수의 디봇들 중 적어도 일부는 다양한 파라미터를 보일 수 있다. 예를 들어, 디봇들 중 적어도 일부는 제1 각도에서 적어도 하나의 외부 표면(예컨대, 평탄한 외부 표면)으로 조사된 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들로부터 형성될 수 있는 반면, 다른 디봇들은 제1 각도와 다른 제2 각도에서 적어도 하나의 외부 표면으로 조사된 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들로부터 형성될 수 있다. 다양한 각도로 적어도 하나의 외부 표면으로 조사된 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들로 디봇들을 형성하는 것은 빛이 얼마나 외부 표면 밖으로 반사되는지 및/또는 얼마나 많은 PCD 소재가 PCD 소재로부터 제거되는지에 영향을 줄 수 있다. 다른 예에서, 몇몇의 디봇들을 형성하는 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들은 다른 디봇들을 형성하는 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들과 다른 다양한 펄스 지속 시간 또는 강도를 보일 수 있다. 이런 예에서, 디봇들의 깊이 및 외부 표면의 표면 마감은 제어 가능하고 선택적으로 변화될 수 있다. 다른 예에서, 몇몇의 디봇들을 형성하는 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들은 가우시안 에너지 분포를 보이는 한편, 다른 디봇들을 형성하는 에너지 빔들 또는 펄스들은 탑-햇 에너지 분포를 보일 수 있다. 이런 예에서, 표면 마감 및/또는 디봇들의 깊이는 제어 가능하고 선택적으로 변화될 수 있다.
딜레이들
도 8a는 일실시예에 따라 PCD(800)로 된 PCD 테이블(802)의 적어도 하나의 외부 표면(830)을 가공하도록 구성된 시스템(864)의 개략적인 도면이다. 이 시스템(864)은 레이저 장치(866)과 적어도 하나의 갈보 미러(868)를 포함한다. 이 시스템(864)은 여기서 개시되는 임의의 PCD들을 가공하는 데에 이용될 수 있다.
일실시예에서, 레이저 장치(866)는 여기서 개시되는 임의의 레이저 가공 방법들을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 레이저 장치(866)는 전반적으로 탑-햇 에너지 분포를 보이는 복수의 레이저 빔들/펄스들(870)을 방사하도록 구성될 수 있는데, 복수의 레이저 펄스들은 여기서 개시되는 임의의 레이저 특성 등을 보인다. 예를 들어, 레이저 장치(866)는 IPG의 CLPF 및 CLPFT Femtosecond Pulsed Cr:ZnSe/S Mid-Ir Laser, IPG의 ELPP-1645-10-100-20 Er:YAG Fiber Pumped Modelocked Laser, Lumentum의 PicoBlade® Picosecond Micromachining Laser, IPG의 YLPP-R Series Ytterbium Picosecond Fiber Laser, IPG의 Ytterbium Pulsed Fiber Laser Model YLP-HP-1-100-200-200, IPG의 Ytterbium Pulsed Fiber Laser Model YLP-V2-1-100-100-100, 또는 다른 적절한 레이저 장치일 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 시스템(864)은 적어도 하나의 갈보 미러(868)(예컨대, 2개의 미러들, 3개 또는 그 이상의 미러들)를 포함한다. 갈보 미러(868)는 레이저 장치(866)에 통합되어 있거나, 레이저 장치(866)로부터 이격되어 있을 수 있다. 갈보 미러(868)는 레이저 장치(866)로부터 방사되는 레이저 빔/펄스(870)가 그 표면(872)으로부터 반사되도록 위치된다. 갈보 미러(868)의 반사 표면(872)은 레이저 빔/펄스(870)를 반사시키도록 구성되는 한편, 레이저 펄스(870)의 에너지를 실질적으로 흡수하지 않는다.
갈보 미러(868)는 적어도 1 자유도를 보인다. 예를 들어, 갈보 미러(868)는 적어도 하나의 회전축(R)(예컨대, 피치, 요, 또는 롤 중 하나) 둘레로 회전하도록 구성될 수 있다. 그러나 갈보 미러(868)는 2개의 회전축들 둘레로 회전하거나, 3개의 회전축 둘레로 회전하거나, x방향으로 병진운동하거나, y방향으로 병진운동 하거나, 또는 z 방향으로 병진운동하거나, 또는 앞의 것들의 적절한 조합일 수 있다. 갈보 미러(868)의 움직임은 PCD 테이블(602)의 외부 표면(630) 상에서 레이저 빔의 위치(예컨대, 레이저 펄스들(870)을 이용하여 가공되는 위치)를 변화시킨다. 예를 들어, 갈보 미러(868)의 움직임은 레이저가 외부 표면(830)을 래스터링하도록 초래하거나, PCD 소재를 제거함으로써 형성되는 복수의 제1 리세스들과 추가적인 PCD 소재를 제거함으로써 형성되는 복수의 제2 리세스들 사이의 각도를 변화시키거나(도 3b), 도 6a 내지 도 6d에 나타낸 오프셋들이 도 7a 내지 도 7i에 나타낸 바와 같은 외부 표면(830)의 서로 다른 영역들을 가공하도록 초래하거나, 또는 여기서 개시되는 임의의 가공 방법 실시예들을 수행할 수 있다.
그러나 갈보 미러(868)의 움직임은 여기서 개시되는 표면 마감들에 딜레이를 필요로 할 수 있다. 딜레이들을 정확히 구성하는 데에 실패하면 리세스들 내에서 제거되는 PCD 소재의 양에서의 변화의 적어도 하나(예컨대, 부정확한 레이저 온 및/또는 레이저 오프 딜레이들, 지나치게 긴 폴리 딜레이(poly delay)), 완전한 리세스들을 만드는 것의 실패(예컨대, 지나치게 짧은 마크 딜레이(mark delay)), 외부 표면(830)의 잘못된 부분 상에서의 리세스들의 형성(예컨대, 지나치게 짧은 점프 딜레이(jump delay), 지나치게 짧은 마크 딜레이), 예리한 각도들의 형성 불가능(예컨대, 지나치게 짧은 폴리 딜레이), 번인 효과(burn-in effect)의 발생, 및/또는 PCD 테이블(802)을 가공하는 테 요구되는 시간의 증가로 귀결될 수 있다. 이 딜레이들은 갈보 미러(868)와 레이저 장치(866) 사이의 랙(lag), 갈보 미러(868)를 의도된 속도로 가속하기 위해 및/또는 의도된 속도로부터 감속하기 위해 필요한 랙 및 설정 시간, 다양한 마킹들 사이에서 변화될 필요가 있는 시간 랙, 또는 레이저 펄스들의 강도에서의 변화를 보상하기 위해 필요할 수 있다. 따라서, 여기서 개시되는 방법들은 위에 언급된 문제들 중 적어도 일부를 감소시키거나 방지하기 위해 선택되는(예컨대, PCD 테이블의 외부 표면(830)이 여기서 개시되는 임의의 표면 마감들을 보일 수 있도록 하는) 점프 딜레이들, 마크 딜레이들, 폴리 딜레이들, 레이저 온 딜레이들, 또는 레이저 오프 딜레이들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일실시에에서, 시스템(864)은 갈보 미러(868)를 위에서 논의된 적어도 하나의 딜레이들에 대한 필요를 감소시키거나 없애는 식으로 움직이도록 구성될 수 있다. 이런 구성은 부적절한 딜레이들을 이용하는 위험을 감소시키거나 및/또는 제거시킬 수 있다. 도 8b는 외부 표면(830) 상에서 그리고 그 근처에서 레이저 빔/펄스들(870)의 경로를 보여주는 PCD 테이블(802)의 외부 표면(830)의 적어도 일부의 개략도이다. 도 8b에 나타낸 외부 표면(830)의 일부는 도 7a 내지 도 7h에 나타낸 영역들과 유사한 외부 표면(830) 전체이거나 외부 표면의 일부일 수 있다. 예를 들어, 도 8b은 외부 표면(830)이 정사각형인 것으로 도시하고 있으나, 외부 표면(830)은 원형, 삼각형, 오각형, 불규칙한 형상 또는 도 7a 내지 도 7h에 나타낸 영역들의 임의의 형상들과 같은 임의의 다른 적절한 형상일 수 있다는 것이 이해된다. 도 8b에 도시된 에너지 빔 기법들은 여기서 개시되는 임의의 방법들에서 이용될 수 있다.
갈보 미러(868)는 레이저 빔/펄스들(870)의 경로가 적어도 복수의 제1 라인들(874) 및 복수의 제2 라인들(876)을 형성하게 움직이도록 구성된다. 복수의 제1 라인들(874)는 실질적으로 서로 평행할 수 있다. 일실시예에서, 복수의 제1 라인들(874)은 제한 없이 복수의 평행한 라인들, 복수의 합동인 곡선 라인들, 복수의 사인 곡선 라인들, 복수의 구불구불한 라인들, 또는 임의의 다른 적당한 라인들, 경로들, 또는 패턴들을 포함한다.
제1 라인들(874) 각각은 중간 부분(878)과 2개의 시작/종료 부분들(880)을 포함한다. 시작/종료 부분들(880)은 제2 라인들(876)로부터 중간 부분(878)으로 연장되고, 중간 부분(878)은 2개의 시작/종료 부분(880) 사이에서 연장된다. 복수의 제2 라인들(876)은 인접한 제1 라인들(874)의 시작/종료 부분들(880) 사이에서 연장될 수 있다. 복수의 제1 라인들(874)은 여기서 개시되는 임의의 중첩 기법들을 이용하여 중첩될 수 있다.
도 8b는 제1 라인들(874)의 중간 부분들(878)이 PCD 테이블(802)의 상측 표면(830)의 적어도 일부로부터 PCD 소재를 제거하는 것을 도시하고 있다. 예를 들어, 제1 라인들(874)의 중간 부분들(878)은 상측 표면(830) 전체로부터 PCD 소재를 제거할 수 있다. 다른 예에서, 제1 라인들(874)의 중간 부분들(878)은 상측 표면(830)의 일부로부터 PCD 소재를 제거할 수 있다. 예를 들어, 제1 라인들(874)의 중간 부분들(878)은 도 7a 내지 도 7h에 도시된 세그먼트들 중 임의의 하나와 같은 PCD 테이블(802)의 상측 표면(830)의 세그먼트로부터 PCD 소재를 제거할 수 있다. 다른 예에서, 제1 라인들(874)의 중간 부분들(878)은 도 2a 내지 도 2l에 나타낸 방법들을 이용하여 PCD 소재의 일부로부터 PCD 소재를 제거할 수 있다. 다른 예에서, 중간 부분(878)은 PCD 테이블(830) 또는 기판의 측방향 표면의 적어도 일부를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 도 8a에 나타낸 시스템(864)은 외부 표면(830)에 형성된 리세스들이 실질적으로 일정한 속도에서 형성되도록 레이저 빔들/펄스들(870)을 가지고 외부 표면을 조사하도록 구성될 수 있다. 이것은 제거되는 PCD 소재의 양이 실질적으로 리세스들을 따라서 일정하도록 해준다. 그러나 갈보 미러(868)는 제1 라인들(874) 중 하나를 형성한 후에 완전히 정지되거나 적어도 감속되는 것이 필요할 수 있으며, 다음 제1 라인(874)를 형성하기 전에 가속되는 것이 필요할 수 있다. 갈보 미러(868)를 의도된 속도로부터 또는 의도된 속도까지 각각 감속하고 가속하는 것은 각 레이저 펄스에 의해 제거되는 PCD 소재의 양을 변화시킬 수 있다.
따라서, 도 8b를 참조하면, 시작/종료 부분들(880)은 갈보 미러들(868)이 의도된 속도까지 가속되고 의도된 속도로부터 감속되는 것을 가능하게 하도록 선택된다. 예를 들어, 에너지 빔(예컨대, 레이저 빔, 레이저 펄스 등)은 각각의 제1 라인(874)의 중간 부분(878)을 따라 실질적으로 일정한 속도로 외부 표면(830)을 가로질러 움직이면서 외부 표면(830)을 조사할 수 있다. 갈보 미러(868)는 시스템(864)이 PCD 테이블(802)로부터 PCD 소재를 제거하는 것을 개시하고 정지할 때 선택된 의도된 속도를 보이도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 시스템(864)은 레이저 빔/펄스들(870)이 시작/종료 부분들(880)을 조사할 때 외부 표면(830)을 조사하는 것을 멈출 수 있다(예컨대, 레이저 장치(866)가 꺼진다). 이것은 레이저 빔/펄스들(870)이 시작/종료 부분들(880)과 제2 라인들(876)을 따라 이동할 때 갈보 미러(868)가 가속되고 감속되기 때문이다. 따라서 레이저 펄스들(870)은, 레이저 빔/펄스들(870)이 실질적으로 일정한 속도로 움직이고 있고, 이에 의해 각 레이저 빔/펄스가 실질적으로 동일한 양의 PCD 소재를 제거하는 것을 보장할 때에만 외부 표면(830)을 조사하도록 제어될 수 있다. 이것은 PCD 테이블의 가공의 일관성을 향상시킬 수 있으며 외부 표면(830)의 표면 마감을 향상시킬 수 있다.
이전에 논의된 바와 같이, 도 8b에 나타낸 방법은 폴리 딜레이 또는 마크 딜레이와 같은 딜레이들 중 적어도 일부에 대한 필요를 감소시키거나 제거하는 데에 이용될 수 있다.
2차 공정
일실시예에서, 여기에서 개시되는 임의의 PCD 테이블들은 PCD 테이블이 에너지 빔 기법을 이용하여 가공된 이후에 에너지 빔 기법이 아닌 기법들을 이용하여 가공될 수 있다. 예를 들어, 에너지 빔 기법이 아닌 기법은 PCD 테이블의 표면 마감을 더욱 향상시키는 데에 이용될 수 있다. 다른 실시예에서, 에너지 빔 기법이 아닌 기법은, 에너지 빔 기법을 이용하는 것보다 특히 상대적으로 미세한 표면 마감들에서 더욱 효과적(예컨대, 더 신속하고 값싼)일 수 있다.
일실시예에서, PCD 테이블은 호닝(honing) 기법을 이용하여 더 가공될 수 있다. 호닝 기법은 호닝 소재를 이용하여 PCD 테이블의 외부 표면으로부터 PCD 소재를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 호닝 소재는 매우 잘 부서지는 연마성 및/또는 약한 본드들을 보인다. 따라서, 호닝 소재는 PCD 테이블에 대해 우선적으로 마모된다. 호닝 소재의 우선적인 마모는 호닝 소재가 PCD 소재의 표면에 일치되고 상대적으로 적은 양의 PCD 소재를 제거하는 것을 가능하게 한다. 또한, 호닝 소재는 제거되고 있는 PCD 테이블의 외부 표면에 크로스 해치 또는 임의적으로 배향된 스크래치들을 남길 수 있다. 일실시예에서, 호닝 기법은 CNC 가공 장치, 회전 휠, 호닝 휠, 또는 수동 장치를 이용하여 수행될 수 있다.
일실시예에서, PCD 테이블은 폴리싱 또는 래핑 기법을 이용하여 추가로 가공될 수 있다. 폴리싱(polishing)/래핑(lapping) 기법은 진동 툴들, 래핑 툴들, 수동 툴들, 초음파 폴리싱 툴들, 또는 초경 소재를 폴리싱 또는 래핑하도록 구성된 기타 장치들을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, PCD 테이블을 추가로 가공하는 데에 이용되는 툴들은 연마성 소재(예컨대, 다이아몬드 파우더)를 포함할 수 있다. PCD 테이블에 대한 손상을 최소화하기 위해, PCD 테이블은 상대적으로 느린 송입 속도를 이용하여 가공될 수 있다.
일실시예에서, PCD 테이블은 브러싱(brushing) 기법을 이용하여 더욱 가공될 수 있다. 브러싱 기법은 연마성 소재로 코팅되거나 그 안에 배치된 연마성 소재들을 포함하는 브러시(예컨대, 알루미늄 브러시)를 포함할 수 있다. 브러싱 기법은 PCD 테이블의 적어도 하나의 외부 표면에 대해 브러시를 문지르는 것을 포함할 수 있다.
일실시예에서, PCD 테이블은 느슨한 연마재들 또는 페이스트들을 이용하여 추가로 가공될 수 있다. 느슨한 연마재들은 액상 매개(예컨대, 오일, 물, 또는 페이스트)에 조합되지 않은 연마성 입자들을 포함하는 반면 페이스트들은 액상 매개에 조합된 연마성 입자들을 포함한다. 느슨한 연마재들 및/또는 페이스트들은 PCD 테이블을 추가로 가공하기 위해 PCD 테이블의 외부 표면에 대해 접촉할 수 있다. 예를 들어, 느슨한 연마재 및/또는 페이스트들은 위에서 개시된 호닝, 폴리싱, 또는 브러싱 기법들에서 이용될 수 있다.
일실시예에서, PCD 테이블은 패드(pad)들을 이용하여 추가적으로 가공될 수 있다. 패드들은 그 안에 분산된 연마성 소재를 가진 섬유질 소재를 포함한다. 패드들은 원형 또는 정사각 형상과 같은 임의의 형상을 보일 수 있다. 패드들은 PCD 테이블을 추가로 가공하기 위해 PCD 테이블의 적어도 하나의 외부 표면과 접촉할 수 있다. 예를 들어, 패드들은 위에서 개시된 호닝, 폴리싱, 또는 브러싱 기법들에서 이용될 수 있다. 다른 예에서, 패드들은 위에서 개시된 느슨한 연마재들 및/또는 페이스트들과 함께 이용될 수 있다.
일실시예에서, PCD 테이블은 비트리파이드 본드 또는 레진 본드 소재들을 이용하여 추가로 가공될 수 있다. 비트리파이드 본드 또는 레진 본드 소재들은 매트릭스 내에 배치된 연마성 파티클들을 포함할 수 있으며 그라인딩 또는 폴리싱 휠, 그라인딩 또는 폴리싱 패드, 브러시, 또는 기타 장치를 형성하는 데에 이용될 수 있다. 비트리파이드 본드 또는 레진 본드 소재들은 PCD 테이블을 추가로 폴리싱 및/또는 쉐이핑하기 위해 PCD 테이블의 적어도 하나의 외부 표면에 대해 접촉할 수 있다. 비트리파이드 본드 또는 레진 본드 소재는 위에서 개시된 호닝, 폴리싱, 래핑, 또는 브러싱 기법들에서 이용될 수 있다.
여기서 개시되는 방법들을 이용하여 형성될 수 있는 PCD 테이블들의 형상들
여기서 개시되는 방법들(예컨대, 레이저 기법들, 2차 처리 기법들 등)은 임의의 적절한 형상을 보이는 PCD 테이블들을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 여기서 개시되는 방법들은 그라인딩, 래핑, EDM 또는 기타 통상적인 쉐이핑 기법들을 이용하여서는 형성하기 어렵거나 불가능할 수 있는 PCD 테이블들을 형성하는 데에 이용될 수 있다. 추가적으로, 여기서 개시되는 방법들은 그라인딩, 래핑, EDM 또는 기타 통상적인 가공 기법들로는 어렵거나 불가능할 수 있는 회부 표면들을 포함하여 PCD 테이블들의 임의의 외부 표면을 여기서 개시되는 임의의 표면 마감들로 가공하는 데에 이용될 수 있다. 도 9a 내지 도 9g는 다양한 실시예들에 따라 통상적인 가공 또는 쉐이핑 기법들로는 어려울 수 있는 여기서 개시되는 임의의 레이저 가공 방법들을 이용하여 PCD 테이블에서 가공될 수 있는 형상들 및/또는 표면들을 도시하고 있다. 그러나 여기서 개시되는 가공 기법들은 다른 적절한 형상들, 토포그래피들(topographies), 구성들, 또는 기하학적 형상에 제한없이 이용될 수 있다는 것이 이해된다.
도 9a 및 도 9b는 각각 일실시예에 따라 여기서 개시되는 임의의 레이저 기법들을 이용하여 가공되는 PCD 테이블(902a)을 포함하는 PDC(900a)의 평면도 및 단면도들이다. 예를 들어, PCD 테이블(902a)은 적어도 하나의 측방향 표면(908a)과 최상측 외부 표면(910a)을 포함할 수 있다. PCD 테이블(902a)은 또한 측방향 표면(908a)과 최상측 외부 표면(910a) 사이에 연장된 최외측 챔퍼(912a)도 포함할 수 있다. 일실시예에서, 측방향 표면(908a), 최상측 외부 표면(910a), 또는 최외측 챔퍼(912a) 중 적어도 하나는 여기서 개시되는 임의의 가공 기법들을 이용하여 가공될 수 있다. 일실시예에서, 측방향 표면(908a), 최상측 외부 표면(910a), 및/또는 최외측 챔퍼(912a) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 통상적인 가공 기법을 이용하여 가공될 수 있다.
PCD 테이블(902a)은 또한 적어도 하나의 오목 부분(920a)를 포함한다. 오목 부분(920a)은 최상측 외부 표면(910a)보다 계면 표면(906a)에 더 가까운 적어도 일부를 가진 적어도 하나의 최하측 외부 표면(928a)과, 최상측 외부 표면(910a)과 최하측 외부 표면(928a)로부터 연장된 적어도 하나의 내측 천이 표면(926a)에 의해 집합적으로 형성된다. 오목 부분(920a)는 최상측 외부 표면(910a)로부터 최하측 외부 표면(928a)까지 측정된 깊이(Da)를 보일 수 있다. 이 깊이(Da)는 약 25 μm 내지 약 125 μm , 약 50 μm 내지 약 175 μm , 약 150 μm 내지 약 300 μm , 약 250 μm 내지 약 500 μm , 또는 약 400 μm 내지 약 1 mm, 또는 약 1mm보다 큰 값과 같이 적어도 약 25 μm일 수 있다.
내측 천이 표면(926a)은 챔퍼(도 9b에 나타낸 바와 같은), 곡면화된 표면, 또는 여기서 개시되는 다른 내측 천이 표면들을 포함할 수 있다. 최하측 외부 표면(928a)은 실질적으로 평탄하거나, 오목 곡면이거나, 볼록 곡면과 같은 임의의 적절한 토포그래피를 보일 수 있다. 일실시예에서, 최하측 외부 표면(928a)은 전반적으로 원형 형상 또는 임의의 다른 적절한 형상을 보일 수 있다. 유사하게, 내측 천이 표면(926a)은 적어도 그 최내측 부분에서 최하측 외부 표면(928a)과 만나는 원뿔 형상을 보일 수 있다. 오목 부분(920a)은 잔여 스트레스들을 변경시키고, 리칭 특성들(예컨대, 리칭 시간, 리칭 프로파일)에 영향을 주며, 및/또는 PCD 테이블(902a)의 열적 안정성(예컨대, 증가된 표면 영역이 열 제거를 향상시킬 수 있다)을 향상시킬 수 있다.
오목 부분(920a)의 오목한 속성으로 인해, 통상적인 가공 기법들은 오목 부분(920a)을 형성(예컨대 폴리싱 및/또는 포밍)하는 것이 제한되거나 형성할 수 없을 수 있다. 그러나 여기서 개시되는 레이저 가공 방법들은 오목 부분(920a)을 형성 및/또는 폴리싱하는 데에(예컨대, 최하측 외부 표면(928a) 또는 내측 천이 표면(26a) 중 적어도 하나를 폴리싱) 이용될 수 있다. 추가적으로, 여기서 개시되는 레이저 기법들은 최저측 외부 표면(928a)과 내측 천이 표면(926a) 사이, 및 내측 천이 표면(926a)과 최상측 외부 표면(910a) 사이에서 상대적으로 예리한 각도를 형성하는 데에 이용될 수 있다. 상대적으로 예리한 각도들은 10 μm보다 작거나, 1 μm보다 작거나, 100 nm보다 작은 것과 같이 100 μm보다 작은 곡률 반경을 보일 수 있다. 그러나 몇몇 실시예들에서, 오목 부분(920a)의 적어도 일부 및/또는 최하측 외부 표면(928a) 또는 내측 천이 표면(926a) 중 적어도 하나가 통상적인 기법들을 이용하여 형성될 수 있다.
도 9c 및 도 9d는 각각 일실시예에 따라 여기에서 개시되는 임의의 레이저 기법들을 이용하여 가공되는 PCD 테이블(902c)을 포함하는 PDC(900c)의 평면도 및 단면도들이다. 여기서 달리 개시되는 것을 제외하고, PCD 테이블(902c) 및 그 소재들, 엘리먼트들, 구성요소들, 및 가공 방법들은 PCD 테이블(902a)(도 9a 및 도 9b) 및 그 각각의 소재들, 구성요소들, 엘리먼트, 또는 가공 방법들과 동일하거나 유사할 수 있다.
PCD 테이블(902c)은 적어도 하나의 측방향 표면(908c), 최상측 외부 표면(910c) 및 선택적으로 측방향 표면(908a)과 최상측 외부 표면(910a) 사이에 연장된 최외측 챔퍼(912a)를 포함할 수 있다. PCD 테이블(902c)는 또한 적어도 하나의 최저측 외부 표면(928c)과 최상측 외부 표면(910c)과 최저측 외부 표면(928c) 사이에 연장된 적어도 하나의 내측 천이 표면(926c)에 의해 집합적으로 형성되는 적어도 하나의 오목 부분(920c)도 포함한다. 오목 부분(920c)은 최상측 외부 표면(910c)로부터 최저측 외부 표면(928c)까지 측정된 깊이(Dc)를 보일 수 있다. 깊이(Dc)는 도 9b에 도시된 Da와 동일할 수 있다. 최저측 외부 표면(928c)은 전반적으로 타원형 형상 또는 임의의 다른 적절한 형상(예컨대, 도 9b에 나타낸 전반적으로 원형 형상)을 보일 수 있다. 또한, 내측 천이 표면(926c)은 실질적으로 수직한 표면 또는 다른 적절한 토포그래피(예컨대, 테이퍼지거나 곡면화된)를 형성할 수 있다. 오목 부분(920c)은 잔여 스트레스를 변경시키고, 리칭 특성들에 영향을 주며, 및/또는 PCD 테이블(902a)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.
오목 부분(920c)의 오목한 속성으로 인해, 통상적인 가공 기법들은 오목 부분(920c)을 형성하는 것이 제한되거나 불가능할 수 있다. 따라서, 여기서 개시되는 레이저 가공 방법들은 오목 부분(920c)을 형성하거나, 오목 부분(920c)의 표면들을 폴리싱하거나, 예리한 각도들을 형성하는 것 중 적어도 하나에 이용될 수 있다. 그러나 몇몇 실시예들에서, 오목 부분(920c)의 적어도 일부는, PCD 테이블(902c)의 HPHT 소결 과정에서 오목 부분(920c)의 적어도 일부를 형성하는 것을 포함하여 통상적인 기법들을 제한없이 이용하여 가공될 수 있다.
도 9e 및 도 9f는 각각 일실시예에 따라 여기서 개시되는 임의의 레이저 기법들을 이용하여 가공되는 PCD 테이블(902e)을 포함하는 PDC(900e)의 평면도 및 단면도들이다. 여기서 달리 개시되는 것을 제외하고, PCD 테이블(902e) 및 그 소재들, 엘리먼트들, 구성요소들, 및 가공 방법들은 PCD 테이블(902a, 902c)(도 9a 내지 도 9d) 및 그들 각각의 소재들, 구성요소들, 엘리먼트, 또는 가공 방법들과 동일하거나 유사할 수 있다.
PCD 테이블(902e)은 적어도 하나의 측방향 표면(908e), 최상측 외부 표면(910e) 및 선택적으로 최외측 챔퍼(미도시)를 포함할 수 있다. PCD 테이블(902e)은 적어도 하나의 최저측 외부 표면(928e)과, 최상측 외부 표면(910e) 및 최저측 외부 표면(928e)으로부터 연장된 복수의 계단모양표면이 형성된 복수의 내측 천이 표면들에 의해 집합적으로 형성되는 적어도 하나의 오목 부분(920e)도 포함한다. 계단모양 부분은 복수의 상대적으로 수직인 표면들(988e)과 적어도 하나의 상대적으로 수평인 표면(990e)을 포함할 수 있다. 계단모양 부분들 각각은 수평인 표면(990e)으로부터 최상측 외부 표면(910c) 또는 직접적으로 접하는 수평인 부분(990e)까지 측정된 깊이(De)를 보일 수 있다. 깊이(De)는 도 9b에 나타낸 Da와 동일한 임의의 깊이들을 보일 수 있다. 오목 부분(920e)은 또한 최상측 외부 표면(920e)로부터 최저측 외부 표면(928e)까지 측정된 전체 깊이(Dt)를 보일 수 있으며, 약 50 μm 내지 약 250 μm, 약 100 μm 내지 약 500 μm, 약 400 μm 내지 약 1 mm, 또는 1 mm보다 큰 값과 같이 약 50 μm보다 더 클 수 있다. 최저측 외부 표면(928e)은 전반적으로 직사각형 또는 정사각형 형상, 또는 다른 적절한 형상을 보일 수 있다. 상대적으로 수직인, 그리고 수평인 표면들(988e, 990e)은 최저측 외부 표면(928e)의 형상에 대응하거나 대응하지 않을 수 있는 환형 표면을 형성할 수 있다. 오목 부분(920e)은 잔여 스트레스들을 변경시키거나, 리칭 특성들에 영향을 주거나, 및/또는 PCD 테이블(902e)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.
오목 부분(920e)의 오목한 속성으로 인해, 통상적인 가공 기법들은 오목 부분(920e)을 형성하는 것이 제한되거나 불가능할 수 있다. 따라서, 여기서 개시되는 레이저 가공 방법들은 오목 부분(920e)을 형성하거나, 오목 부분(920e)의 표면을 폴리싱하거나, 인접한 표면들 사이에 예리한 각도들을 형성하는 데에 이용될 수 있다. 그러나 몇몇 실시예들에서, 오목 부분(920e)의 적어도 일부는 통상적인 가공 기법들을 이용하여 가공될 수 있다.
도 9g는 일실시예에 따라 여기에서 개시되는 임의의 레이저 기법들을 이용하여 가공되는 PCD 테이블(902g)을 포함하는 PDC(900g)의 등각 투상도이다. 여기서 달리 개시되는 것을 제외하고, PCD 테이블(902g) 및 그 소재들, 엘리먼트들, 구성요소들, 및 가공 방법들은 PCD 테이블(902a, 902c, 902e)(도 9a 내지 도 9f) 및 그들 각각의 소재들, 구성요소들, 엘리먼트, 또는 가공 방법들과 동일하거나 유사할 수 있다.
PCD 테이블(902g)은 적어도 하나의 측방향 표면(908g)과 적어도 하나의 최상측 외부 표면(910g)을 포함한다. 최상측 외부 표면(910g)은 평탄하거나, 경사지거나, 곡면화된 토포그래피와 같은 임의의 적절한 토포그래피를 보일 수 있다. PCD 테이블(902g)은 또한 적어도 하나의 오목 부분(920g)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 적어도 하나의 오목 부분(920g)은 복수의 오목 부분들(920g)을 포함하고 복수의 오목 부분들(920g) 각각은 PCD 테이블(902g)의 중심(991g)을 향해 측방향 표면(908g)으로부터 연장된다. 그러나 복수의 오목 부분들(920g) 중 적어도 하나는 측방향 표면(908g)으로부터 안쪽으로 연장되지 않을 수 있으며, 대신 최상측 외부 표면(910g)(예컨대, 도 9a, 도 9c 및 도 9e에 나타낸 바와 같은)에 의해 적어도 부분적으로 또는 완전히 둘러싸일 수 있다. 일실시예에서, PCD 테이블(902g)은 단일한 오목 부분(920g)만을 포함한다. 오목 부분(920g)은 잔여 스트레스들을 변경시키거나, 리칭 특성들에 영향을 주거나, 또는 PCD 테이블(902g)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.
일실시예에서, 적어도 하나의 오목 부분(920g)은 적어도 하나의 최저측 외부 표면(928g) 및 최저측 외부 표면(928g)으로부터 최상측 외부 표면(910g)까지 연장된 적어도 하나의 내측 천이 표면(926g)에 의해 집합적으로 형성된다. 오목 부분(920g)은 2개의 표면들 사이(최상측 외부 표면(928g) 및 내측 천이 표면(926g) 사이에 나타낸 바와 같은)에서 예리한 각도를 포함할 수 있거나, 그 사이에 곡면화된 또는 평탄한 천이 표면을 보일 수 있다. 일실시에에서, 각각의 오목 부분(920g)은 복수의 내측 천이 표면들(926g)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도시된 최저측 외부 표면(928g)은 전반적으로 부분적으로 원형인 섹터 형상을 보일 수 있으며, 오목 부분(920g)은 최저측 외부 표면(928g)의 한 에지로부터 연장된 제1 내측 천이 표면과, 최저측 외부 표면(928g)의 다른 에지로부터 연장된 제2 내측 천이 표면을 포함할 수 있다. 오목 부분(920g)은 2개의 인접한 내측 천이 표면들(926g) 사이에서 연장된 천이 표면(992g)을 포함할 수 있거나, 인접한 내측 천이 표면들(926g)이 상대적으로 예리한 코너에서 교차할 수 있다. 오목 부분(920g)은 최상측 외부 표면(920g)로부터 최저측 외부 표면(928g)까지 측정된 깊이(명확히 도시하지 않음)를 보일 수 있고, 도 9b에 나타낸 깊이(Da)와 동일할 수 있다.
일실시예에서, 내측 천이 표면(926g)은 최저측 외부 표면(928g)에 대해 기울어져(명확히 도시되지는 않음) 연장된다. 예를 들어, 내측 천이 표면(926g)이 최저측 외부 표면(928g)에 대해 연장되는 각도는 약 15° 내지 약 35°, 약 30° 내지 약 50°, 약 45° 내지 약 65°, 약 60° 내지 약 80°, 또는 약 70° 내지 약 90°일 수 있다. 이 각도는 PDC(900g)가 다른 소재를 가공하는 데에 이용되도록 구성되는지 또는 암반 굴착을 위해 이용되도록 구성되는지와 같이 PDC(900g)의 적용예에 기초하여 선택될 수 있다.
일실시예에서, PCD 테이블(902g)은 또한 측방향 표면(908g)으로부터 측방향 표면(908g)에 인접한 표면까지 연장된 외측 챔퍼(912g)를 포함한다. 예를 들어, 외측 챔퍼(912g)는 측방향 표면(908g)으로부터 최상측 외부 표면(910g), 최저측 외부 표면(928g), 내측 천이 표면(926g), 2개의 인접한 표면들 사이의 평탄한 또는 곡면화된 천이 표면, 또는 다른 표면 중 적어도 하나까지 연장될 수 있다.
일실시예에서, 도 9g에 도시된 표면들 중 임의의 것은 여기에서 개시되는 임의의 레이저 가공 방법들을 이용하여 가공될 수 있다. 예를 들어, 도 9g에 도시된 표면들 및/또는 오목 부분들 중 적어도 하나는 통상적인 가공 기법들을 이용하여서는 가공하기가 어렵고 및/또는 불가능할 수 있다. 다른 실시예에서, 도 9g에 도시된 표면들 중 적어도 하나는(예컨대, 측방향 표면(908g)) 통상적인 가공 기법들을 이용하여 가공될 수 있다.
도 9h는 일실시예에 따라 여기서 개시되는 임의의 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들 기법들을 이용하여 가공되는 PCD 테이블(902h)의 평면도이다. 여기에서 달리 개시되는 것을 제외하고, PCD 테이블(902h) 및 그 소재들, 엘리먼트들, 구성요소들, 및 가공 방법들은 PCD 테이블(902a, 902c, 902e, 902g)(도 9a 내지 도 9g) 및 그들 각각의 소재들, 구성요소들, 엘리먼트, 또는 가공 방법들과 동일하거나 유사할 수 있다. PCD 테이블(902h)은 작업 표면(910h)과 적어도 하나의 측방향 표면(908h)을 포함한다. PCD 테이블(902h)은 여기에서 개시되는 임의의 에너지 빔 또는 에너지 펄스들 가공 기법들을 이용하여 그로부터 측방향 부분(913h)(은선들로 나타낸)을 제거하도록 가공되었다. PCD 테이블(902h)로부터 측방향 부분(913h)을 제거하는 것은 노출된 측방향 표면(994h)을 형성한다. 도시된 실시예에서, 노출된 측방향 표면(994h)은 실질적으로 평탄하다. 노출된 측방향 표면(994h)은 스플라인으로서 이용될 수 있다.
도 9i는 일실시예에 따라 여기서 개시되는 임의의 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들 가공 기법들을 이용하여 가공되는 PCD 테이블(902i)의 평면도이다. 여기서 달리 개시되는 것을 제외하고, PCD 테이블(902i) 및 그 소재들, 엘리먼트들, 구성요소들, 및 가공 방법들은 PCD 테이블(902a, 902c, 902e, 902g, 902h)(도 9a 내지 도 9h) 및 그들 각각의 소재들, 구성요소들, 엘리먼트, 또는 가공 방법들과 동일하거나 유사할 수 있다. PCD 테이블(902i)은 작업 표면(910i)과 적어도 하나의 측방향 표면(908i)을 포함한다. PCD 테이블(902i)은 여기서 개시되는 임의의 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들 가공 기법들을 이용하여 그로부터 측방향 부분(913i)(은선들을 이용하여 나타낸)을 제거하도록 가공되었다. PCD 테이블(902i)로부터 측방향 부분(913i)을 제거하는 것은 노출된 측방향 표면(994i)을 형성한다. 도시된 실시예에서, 노출된 측방향 표면(994i)은 오목하게 곡면화되어 있다. 노출된 측방향 표면(94i)은 스플라인으로서 이용될 수 있다.
도 9h 및 도 9i의 측방향 부분(913h, 913i)의 서로 다른 형상들은 다양한 형상을 보일 수 있다는 것이 주목된다. 예를 들어, 측방향 부분은 볼록하게 곡면화된 노출된 측방향 표면을 형성하는 형상을 보일 수 있다. 도 9h 및 도 9i의 PCD 테이블들(902h, 902i)은 그로부터 제거된 복수의 측방향 부분들을 포함할 수 있다는 것 또한 주목된다. 예를 들어, PCD 테이블은 전반적으로 삼각형 단면 형상(평면도에서)을 형성하도록 그로부터 제거된 3개의 측방향 부분들을 포함하거나, 전반적으로 직사각형 단면 형상(평면도에서)을 형성하도록 그로부터 제거된 4개의 측방향 부분들을 포함할 수 있다.
도 9j는 일실시예에 따라 여기에서 개시된 임의의 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들 가공 기법들을 이용하여 가공된 PCD 테이블(902j)을 포함하는 PDC(900j)의 평면도이다. 여기서 달리 개시되는 것을 제외하고, PCD 테이블(902j) 및 그 소재들, 엘리먼트들, 구성요소들, 및 가공 방법들은 PCD 테이블(902a, 902c, 902e, 902g, 902h, 902i)(도 9a 내지 도 9i) 및 그들 각각의 소재들, 구성요소들, 엘리먼트, 또는 가공 방법들과 동일하거나 유사할 수 있다. PDC(900j)는 그 계면 표면(906j)에서 기판(904j)에 본딩된 PCD 테이블(902j)을 포함한다. PCD 테이블(902j)은 또한 계면 표면(906j)와 평행하지 않고 PCD 테이블(902j)의 적어도 하나의 측방향 표면(908j)에 수직하지 않은 작업 표면(910j)을 포함한다. 예를 들어, 작업 표면(910j)은 적어도 하나의 측방향 표면(908j)에 대해 각도 β로 연장될 수 있다. 특히, 각도 β는 측방향 표면(908j)의 가상 연장선과, 계면 표면(906j)에 가장 가까운 작업 표면(910j)의 일부로부터 연장된 가상 라인 및 작업 표면(910j)의 중심으로부터 측정된다. 일실시예에서, 각도 β는 약 30° 내지 약 50°, 약 45° 내지 약 65°, 약 60° 내지 약 70°, 약 65° 내지 약 85°, 또는 약 70° 내지 약 90°보다 작은 값과 같이 90°보다 작다.
도 9k는 일실시예에 따라 여기서 개시되는 임의의 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들 가공 기법들을 이용하여 가공된 PCD 테이블(902k)을 포함하는 PDC(900k)의 측면도이다. 여기서 달리 개시되는 것을 제외하고, PCD 테이블(902k) 및 그 소재들, 엘리먼트들, 구성요소들, 및 가공 방법들은 PCD 테이블(902a, 902c, 902e, 902g, 902h, 902i, 902j)(도 9a 내지 도 9j) 및 그들 각각의 소재들, 구성요소들, 엘리먼트, 또는 가공 방법과 동일하거나 유사할 수 있다. PDC(900k)는 그 계면 표면(906k)에서 기판(904k)에 본딩된 PCD 테이블(902k)을 포함한다. PCD 테이블(902k)은 또한 여기서 개시되는 임의의 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들 가공 기법들을 이용하여 가공된 챔버(912k) 및 작업 표면(910k)을 포함한다. 예를 들어, 챔퍼(912k)는 은 작업 표면(910k)에 대해 각도 δ로 연장될 수 있다. 일실시예에서, 각도 δ는 0°보다 큰 값 내지 약 20°, 약 15° 내지 약 35°, 약 30° 내지 약 50°, 약 45° 내지 약 65°, 약 60° 내지 약 70°, 약 65° 내지 약 85°, 또는 약 70° 내지 90°보다 작은 값과 같이 90°보다 작다. 챔퍼(212k)는 또한 기판(904k)으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 챔퍼(212k)가 기판(904k)로 연장된 깊이(Dk)는 약 20 μm 내지 약 100 μm, 약 75 μm 내지 약 250 μm, 약 200 μm 내지 약 500 μm, 약 400 μm 내지 약 750 μm, 약 700 μm 내지 약 1 mm, 또는 약 1 mm보다 큰 값과 같이 약 20 μm보다 클 수 있다.
도 9a 내지 도 9k를 참조하면, PCD 테이블들은 오목 부분들을 형성하기에 앞서, 또는 오목 부분들을 형성한 후에 리칭될 수 있다. 예를 들어, PCD 테이블이 오목 부분들을 형성하기에 앞서 리칭되면, PCD 테이블의 리칭된 영역들은 리칭 약제에 노출된 PCD 테이블의 표면으로부터 상대적으로 균일한 거리만큼 연장될 수 있다. 따라서, 일실시예에서, 리칭된 영역의 리칭 프로파일은 리칭 약제에 노출되는 표면들의 형상에 실질적으로 대응할 것이다. 그러나 PCD 테이블이 리칭된 후에 오목 부분들을 형성하는 것은 특히 오목 부분들에 근접한 리칭된 영역의 부분에서 PCD 테이블의 두께에 변화를 초래할 것이다. 예를 들어, 오목 부분들은 리칭된 영역의 일부를 통해서만 연장되거나, 리칭된 영역을 완전히 통하여 연장되거나, 리칭된 영역을 지나쳐 PCD 테이블의 리칭되지 않은 영역으로 연장될 수 있다. 다른 예에서, PCD 테이블이 오목 부분들을 형성한 후에 리칭된다면, PCD 테이블의 리칭된 영역들은 리칭 약제에 노출된 PCD 테이블의 표면으로부터 상대적으로 균일하게(즉, 리칭 약제에 노출된 외부 표면으로부터 특정한 거리로) 연장될 수 있다. 예를 들어, PCD 테이블의 오목 부분이 리칭 약제에 노출된다면, PCD 테이블의 리칭된 영역이 전반적으로 오목 부분에 대응하는 리칭된 프로파일을 보일 것이다.
일실시예에서, 여기서 개시된 에너지 빔 가공 기법들은 여기서 개시되는 PDC들의 단면 형상을 변경하는 데에 이용될 수 있다. 예를 들어, 여기서 개시되는 에너지 빔 가공 기법들은 PCD 테이블의 측방향 표면으로부터 PCD 소재를, 및/또는 PCD 테이블에 본딩된 기판의 측방향 표면으로부터 소재를(예컨대, 시멘티드 카바이드) 제거하는 데에 이용될 수 있다. 예를 들어, PDC가 전반적으로 원형 단면(예컨대, PDC는 전반적으로 실린더형이다)을 보인다면, 여기서 개시되는 에너지 빔 가공 기법들은 PDC의 단면이 비원형(예컨대, 전반적으로 타원형, 직사각형, 정사각형, 또는 다른 적절한 단면)이도록 변경시키는 데에 이용될 수 있다. 비원형 단면은 토크가 PDC에 적용될 때 리세스(예컨대, 비트 몸체, 지지 링 등) 내에서 PDC의 회전을 막거나 방지할 수 있다.
발명자들은 현재 여기서 개시된 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들 가공 기법들이 통상적인 가공 기법들을 이용하여 형성된 PCD 소재의 표면의 프로파일보다 더 우수한 공차들을 보이는 PCD 소재의 표면의 프로파일을 형성할 수 있다고 믿고 있다. 여기에서 사용되는 것과 같이, PCD 소재의 표면의 프로파일은 PCD 소재의 평활도, 원형도, 원통도, 라인의 프로파일, 수직도, 평행도, 위치, 동심도, 대칭성, 또는 이들의 조합들을 포함한다. 예를 들어, 여기서 개시되는 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들 가공 기법들은 약 ±750 μm 내지 약 ±500 μm, 약 ±600 μm 내지 약 ±400 μm, 약 ±500 μm 내지 ±300 μm, 약 ±400 μm 내지 약 ±200 μm, 약 ±300 μm 내지 약 ±100 μm, 약 ±200 μm 내지 약 ±50 μm, 약 ±75 μm 내지 약 ±25 μm, 약 ±50 μm 내지 약 ±30 μm, 약 ±40 μm 내지 약 ±20 μm, 약 ±30 μm 내지 약 ±10 μm, 약 ±25 μm 내지 약 ±5 μm, 약 ±15 μm 내지 약 ±5 μm와 같이 약 ±750 μm 내지 약 ±5 μm의 공차를 보이는 PCD 소재의 표면의 프로파일(예컨대, 도 9a 내지 도 9k에 나타낸 PCD 소재의 표면들의 프로파일들 중 임의의 것)을 형성할 수 있다. 또한 발명자들은 현재 여기서 개시되는 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들 가공 기법들이 약 ±4 μm보다 작거나, 약 ±3 μm보다 작거나, 약 ±2 μm보다 작거나, 약 ±1 μm보다 작거나, 또는 약 ±500 mm보다 작은 것과 같이 약 ±5 μm보다 작은 공차를 보이는 PCD 소재의 표면의 프로파일(예컨대, 도 9a 내지 9k에 나타낸 PCD 소재의 표면들의 프로파일들 중 임의의 것)을 형성할 수 있다고도 믿고 있다.
발명자들은 현재 여기서 개시되는 에너지 빔 또는 에너지 펄스들 가공 기법들이 통상적인 가공 기법들을 이용하여 형성된 각도보다 더 나은 공차들을 보이는 각도를 형성할 수 있다고 믿고 있다. 예를 들어, 여기서 개시되는 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들 가공 기법들은 약 ±0.05 라디안 내지 약 ±0.09 라디안, 약 ±0.025 라디안 내지 약 ±0.075 라디안, 약 ±0.01 라디안 내지 약 ±0.05 라디안, 약 ±0.009 라디안 내지 약 ±0.02 라디안, 약 ±0.005 라디안 내지 약 ±0.01 라디안, 약 ±0.0025 라디안 내지 약 ±0.0075 라디안, 또는 약 ±0.002 라디안 내지 약 ±0.005 라디안과 같이 약 ±0.003 라디안 내지 약 ±0.09 라디안의 공차를 보이는 각도(도 9a 내지 도 9k에 나타낸 코너들 중 임의의 것)를 형성할 수 있다. 발명자들은 또한 현재 여기서 개시되는 에너지 빔들 또는 에너지 펄스들 가공 기법들이 약 ±0.0015 라디안보다 작거나, 약 ±0.001 라디안보다 작거나, ±0.00075 라디안보다 작거나, 또는 ±0.0005 라디안보다 작은 것과 같은 ±0.002 라디안보다 작은 공차를 보이는 각도(예컨대, 도 9a 내지 도 9k에 나타낸 코너들 중 임의의 것)을 형성할 수 있다고 믿고 있다.
여기서 개시되는 PDC들 및 PCD 테이블들에 대한 적용
개시된 PDC 실시예들은, 이에 한정되는 것은 아니지만 로터리 드릴 비트(도 10a 및 도 10b), 스러스트 베어링 장치(도 11), 레이디얼 베어링 장치(도 12), 마이닝 로터리 드릴 비트(예컨대, 루프 볼트 드릴 비트), 및 와이어 드로잉 다이에서의 사용을 포함하는 많은 다양한 적용예들에서 이용될 수 있다. 위에서 논의된 다양한 적용예들은 PCD 실시예들이 이용될 수 있는 적용예들의 단지 일부 예들일 뿐이다. 개시된 PCD 실시예들을 마찰 교반 용접 툴들에서 채택하는 것과 같이 다른 적용예들도 고려된다.
도 10a는 등각 투상도이고, 도 10b는 오일 및 가스 탐사와 같은 지하 드릴링 적용예들에서의 사용을 위한 로터리 드릴 비트(1000)의 실시예의 평면도이다. 로터리 드릴 비트(1000)는 적어도 하나의 PCD 테이블 및/또는 앞서 개시된 PDC 실시예들 중 임의의 것에 따라 구성된 PDC를 포함한다. 로터리 드릴 비트(1000)는 리딩 페이스들(1006)을 가진 반경방향 및 길이방향으로 연장된 블레이드들(1004)을 포함하는 비트 몸체(1002)와, 비트 몸체(1002)를 드릴링 스트링으로 연결하기 위한 나사산 핀 연결부(1008)를 포함한다. 비트 몸체(1002)는 길이방향 축 둘레로의 회전에 의한 지하 형성물로의 드릴링 및 웨이트-온-비트(weight-on-bit)의 적용을 위한 리딩 엔드 구조체를 형성한다. 앞서 설명된 PDC 실시예들 중 임의의 것에 따라 구성된 적어도 하나의 PDC 커팅 엘리먼트가 비트 몸체(1002)에 고정될 수 있다. 도 10b를 참조하면, 복수의 PDC들(1012)은 블레이드들(1004)에 고정된다. 예를 들어, 각 PDC(1012)는 기판(1016)에 본딩된 PCD 테이블(1014)을 포함할 수 있다. 보다 일반적으로, PDC(1012)들은 제한 없이 여기에서 개시되는 에너지 빔 가공 기법들 중 임의의 것을 이용하여 가공되는 여기에서 개시되는 임의의 PDC를 포함할 수 있다. 예를 들어, PCD 테이블(1014)의 적어도 하나의 외부 표면은 여기서 개시되는 임의의 표면 마감들을 보일 수 있으며 및/또는 PCD 테이블(1014)은 여기서 개시되는 임의의 형상들을 보일 수 있다. 또한, 필요하다면, 몇몇 실시예들에서, 많은 수의 PDC들(1012)은 구조상 통상적인 것일 수 있다. 또한, 원주상으로 인접한 블레이드들(1004)은 해당 기술 분야에서 알려져 있는 바와 같이, 그 사이에 소위 정크 슬롯(junk slot)(1018)들을 형성한다. 추가적으로, 로터리 드릴 비트(1000)는 드릴링 유체를 로터리 드릴 비트(1000)의 내부로부터 PDC들(1012)로 연통시키기 위한 복수의 노즐 공동들(1020)을 포함할 수 있다.
도 11은 베어링 엘리먼트들로서, 개시된 PDC 실시예들 중 임의의 것을 활용할 수 있는 스러스트 베어링 장치(1100)의 일시시예의 등각 투상 절개도이다. 스러스트 베어링 장치(1100)는 각각의 스러스트 베어링 조립체들(1102)를 포함한다. 각 스러스트 베어링 조립체(1102)는 탄소강, 스테인레스 스틸, 또는 다른 적절한 소재와 같은 소재로부터 만들어질 수 있는 환형 지지 링(1104)를 포함한다. 각 지지 링(1104)는 대응하는 베어링 엘리먼트(1106)를 수용하는 복수의 리세스들(참조번호가 표기되지 않음)을 포함한다. 각 베어링 엘리먼트(1106)는 브레이징(brazing), 압입, 파스너를 이용하는 것, 도는 다른 적절한 장착 기법에 의해 대응하는 리세스 내에서 대응하는 지지 링(1104)에 부착될 수 있다. 베어링 엘리먼트들(1106) 중 하나 또는 그 이상, 또는 모두는 제한 없이 여기서 개시되는 레이저 기법들을 이용하여 가공된 임의의 개시된 PDC 실시예들에 따라 구성될 수 있다. 예를 들어, 각 베어링 엘리먼트(1106)는 기판(1108) 및 PCD 테이블(1110)을 포함할 수 있으며, PCD 테이블(1110)은 여기서 개시되는 임의의 표면 마감 및/또는 형상들을 보이는 베어링 표면(1112)을 포함한다. 예를 들어, 베어링 표면(1112)은 하나 또는 그 이상의 마이크로피쳐들을 포함하는 래스터링 패턴을 보일 수 있으며, 래스터링 패턴의 적어도 일부는 베어링 조립체(1102)의 회전과 평행하다.
사용시에, 스러스트 베어링 조립체들(1102) 중 하나의 베어링 표면들(1112)은 스러스트 베어링 조립체들(1102)의 나머지 하나의 마주보는 베어링 표면들(1112)에 대해 지지된다. 예를 들어, 스러스트 베어링 조립체들(1102) 중 하나는 그것과 함께 회전하는 샤프트에 작동 가능하게 결합되어 있을 수 있고, '로터(rotor)'라고 칭해질 수 있다. 스러스트 베어링 조립체들(1102) 중 나머지 하나는 고정적으로 유지될 수 있고, '스테이터(stator)'라고 칭해질 수 있다. 여기서 개시된 상대적으로 미세한 표면 마감들이 폴리싱되지 않은 베어링 표면들에 비해 이 베어링 표면(1112)의 마찰을 감소시키는데, 이것은 베어링 장치(1100)의 작동 과정에서 발생되는 열의 양을 감소시킨다.
도 12는 레이디얼 베어링 장치(1200)의 일실시예의 등각 투상 절개도인데, 이는 베어링 엘리먼트들로서 개시된 PDC 실시예들 중 임의의 것을 활용할 수 있다. 레이디얼 베어링 장치(1200)는 전반적으로 외측 레이스(1204) 안에 위치된 내측 레이스(1202)를 포함한다. 외측 레이스(1204)는 각각의 베어링 표면들(1212)을 가지고 거기에 고정된 복수의 베어링 엘리먼트들(1210)을 포함한다. 내측 레이스(1202)는 또한 각각의 베어링 표면들(1208)을 가지고 거기에 고정된 복수의 베어링 엘리먼트들(1206)을 포함한다. 하나 또는 그 이상, 또는 모든 베어링 엘리먼트들(1206, 1210)은, 제한없이 여기에서 개시된 임의의 레이저 기법들을 이용하여 가공된 여기에서 개시된 PDC 실시예들 중 임의의 것에 따라 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 베어링 표면들(1208, 1212)은 여기에서 개시된 표면 마감 중 임의의 것을 보이는 여기에서 개시된 레이저 가공 방법들 중 임의의 것을 이용하여 가공될 수 있다. 예를 들어, 베어링 표면들(1208, 1212)은 하나 또는 그 이상의 마이크로피쳐들을 포함하는 래스터링 패턴을 보일 수 있고, 래스터링 패턴의 적어도 일부는 내측 및/또는 외측 레이스(1202, 1204)의 회전에 평행하다. 내측 레이스(1202)는 전반적으로 외측 레이스(1204) 내에 배치되고, 따라서 내측 레이스(1202)와 외측 레이스(1204)는 사용시에 내측 레이스(1202)와 외측 레이스(1204)가 서로에 대해 회전하면서 베어링 표면들(1208, 1212)이 적어도 부분적으로 서로 접촉하고 서로에 대해 움직일 수 있도록 구성될 수 있다.
레이디얼 베어링 장치(1200)는 다양한 기계적 적용예들에 채택될 수 있다. 예를 들어, 소위 '롤러 콘(roller cone)' 로터리 드릴 비트가 여기서 개시되는 레이디얼 베어링 장치(1200)로부터 이익을 볼 수 있다. 보다 특정적으로, 내측 레이스(1202)는 롤러 콘의 스핀들에 장착될 수 있고, 외측 레이스(1204)는 콘의 안에 형성된 내측 보어에 장착될 수 있으며, 이런 외측 레이스(1204)와 내측 레이스(1202)는 레이디얼 베어링 장치를 형성하도록 조립될 수 있다.
다양한 양상들과 실시예들이 여기서 개시되었으나, 다른 양상들 및 실시예들이 고려된다. 여기서 개시된 다양한 양상들 및 실시예들은 설명의 목적을 위한 것이며 제한하려고 의도된 것이 아니다. 또한, 청구범위를 포함하여, 여기에서 사용된 '포함하는(including)', '가지는(having)' 및 그 활용형들(예컨대, 그들의 3인칭 단수형)은 개방형 종결이며, '포함하는(comprising)' 및 그 활용형(예컨대, 3인칭 단수형 및 복수형)과 같은 의미를 가진다.
Claims (22)
- 다결정 다이아몬드('PCD) 테이블을 가공하는 방법으로서, 상기 방법은:
PCD 테이블을 제공하는 단계로서, PCD 테이블은 복수의 사이 영역들을 형성하는 복수의 본딩된 다이아몬드 그래인들을 포함하되, PCD 테이블의 적어도 하나의 외부 표면은 제1 표면 거칠기를 보이는 단계; 및
적어도 하나의 외부 표면의 상기 적어도 일부가 제1 표면 거칠기보다 더 작은 제2 표면 거칠기를 보이도록 초래하는 데에 유효하게 적어도 하나의 외부 표면의 적어도 일부를 향해 레이저 빔을 지향시키는 단계를 포함하되, 상기 레이저 빔을 지향시키는 단계는:
제1 표면 영역으로부터 PCD를 제거하기 위해 상기 적어도 하나의 외부 표면을 향해 복수의 제1 레이저 펄스를 지향시키는 단계; 및
상기 적어도 하나의 외부 표면을 향해 복수의 제2 레이저 펄스를 지향시키는 단계를 포함하고,
상기 적어도 하나의 외부 표면을 향해 복수의 제1 레이저 펄스를 지향시키는 단계는 복수의 제1 리세스들을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 복수의 제1 리세스들은 적어도 서로 실질적으로 평행하고,
상기 적어도 하나의 외부 표면을 향해 복수의 제2 레이저 펄스를 지향시키는 단계는 복수의 제2 리세스들을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 복수의 제2 리세스들은 서로 실질적으로 평행하고,
상기 복수의 제2 리세스들은 상기 복수의 제1 리세스들에 대해 평행하지 않은 각도 θ로 배향되는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 제1 표면 거칠기는 3 μm Ra보다 크고, 상기 제2 표면 거칠기는 3 μm Ra보다 작은 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 PCD 테이블을 제공하는 단계는, 상기 PCD 테이블에 부착된 시멘티드 카바이드 기판을 포함하는 다결정 다이아몬드 컴팩트('PDC')를 제공하는 단계를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 외부 표면은 적어도 하나의 오목 부분을 포함하고;
적어도 하나의 외부 표면의 적어도 일부를 향해 레이저 빔을 지향시키는 단계는, 상기 적어도 하나의 오목 부분을 향해 복수의 레이저 펄스들을 지향시키는 단계를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서,
복수의 제1 리세스들을 형성하는 단계는 제1 방향으로 연장된 제1 리세스를 형성하는 단계 및 상기 제1 리세스에 실질적으로 평행한 제2 방향으로 연장된 제2 리세스를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 리세스는 제1 리세스 표면 영역을 보이며, 상기 제2 리세스는 상기 제1 리세스에 대해 적어도 오프셋되어 있고;
상기 제2 리세스를 형성하는 상기 복수의 제1 레이저 펄스들은 상기 제1 리세스 표면 영역의 25% 내지 99.95%와 중첩되는 방법. - 제1항에 있어서,
복수의 제1 리세스들을 형성하는 단계는 제1 방향으로 연장된 제1 리세스를 형성하는 단계 및 상기 제1 방향에 실질적으로 평행한 제2 방향으로 연장된 제2 리세스를 형성하는 단계를 포함하고;
상기 제2 리세스는 2개의 방향으로 상기 제1 리세스에 대해 적어도 오프셋된 방법. - 제1항에 있어서, 상기 각도 θ는:
소수; 또는
(90°- 상기 소수), (90°+ 상기 소수), 또는 (180°- 상기 소수)인 방법. - 제1항에 있어서, 상기 각도 θ는 30° 내지 50°인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 외부 표면의 적어도 일부를 향해 레이저 빔을 지향시키는 단계는, 전반적으로 탑-햇 에너지 분포를 보이는 복수의 레이저 펄스들을 지향시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 외부 표면의 적어도 일부를 향해 레이저 빔을 지향시키는 단계는, 1 나노초 내지 500 나노초의 레이저 펄스 지속 시간을 보이는 복수의 레이저 펄스들을 지향시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 외부 표면의 적어도 일부를 향해 레이저 빔을 지향시키는 단계는, 1 피코초 내지 1000피코초의 레이저 펄스 지속 시간을 보이는 복수의 레이저 펄스들을 지향시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 외부 표면의 적어도 일부를 향해 레이저 빔을 지향시키는 단계는, 1 펨토초 내지 1000펨토초의 레이저 펄스 지속 시간을 보이는 복수의 레이저 펄스들을 지향시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 외부 표면의 적어도 일부를 향해 레이저 빔을 지향시키는 단계는, 실질적으로 탐지할 수 있는 열적 손상이 없이 PCD 테이블의 일부를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 외부 표면을 복수의 구획된 영역들로 분할하는 단계를 더 포함하고, 상기 복수의 구획된 영역들 각각은 그 전체가 복수의 레이저 펄스들의 작동 가능한 초점 거리 및/또는 작동 가능한 각도 범위 내에 있도록 해주는 형상 및 크기를 보이는 방법.
- 복수의 사이 영역들을 형성하는 복수의 본딩된 다이아몬드 그래인들; 및
적어도 하나의 외부 표면, 3 μm Ra보다 작은 표면 거칠기를 보이는 상기 적어도 하나의 외부 표면의 적어도 일부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 외부 표면의 적어도 일부는 하나 또는 그 이상의 마이크로피쳐들을 포함하는 래스터링 패턴을 보이는 제1항에 따른 다결정 다이아몬드('PCD') 테이블을 포함하는 다결정 다이아몬드 컴팩트('PDC'). - 제15항에 있어서, 상기 PCD 테이블에 본딩된 시멘티드 카바이드 기판을 더 포함하는 PDC.
- 제16항에 있어서, 상기 PCD 테이블은 상기 시멘티드 카바이드 기판에 인접한 계면 표면을 포함하고, 상기 계면 표면은 적어도 하나의 오부 표면으로부터 이격되어 있으며;
상기 적어도 하나의 외부 표면은 상기 PCD 테이블의 작업 표면을 형성하는 PDC. - 제15항에 있어서, 상기 래스터링 패턴은 적어도 실질적으로 서로 평행하고 적어도 실질적으로 균등하게 이격되어 있는 복수의 그루브들을 포함하고, 상기 복수의 그루브들은 6 μm보다 작은 평균 깊이를 보이는 PDC.
- 제15항에 있어서, 상기 PCD 테이블은:
최상측 외부 표면;
상기 최상측 외부 표면과 전반적으로 반대되는 계면 표면;
상기 최상측 외부 표면과 계면 표면 사이에서 연장된 적어도 하나의 측방향 표면;
상기 최상측 외부 표면보다 상기 계면 표면에 더 가까운 적어도 하나의 최저측 외부 표면; 및
상기 최상측 외부 표면과 적어도 하나의 최저측 외부 표면 사이에서 연장된 적어도 하나의 내측 천이 표면
을 포함하고,
상기 PCD 테이블은 상기 최상측 외부 표면에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고, 상기 적어도 하나의 최저측 외부 표면과 적어도 하나의 내측 천이 표면에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 적어도 하나의 오목 부분을 포함하며,
상기 적어도 하나의 최저측 외부 표면 또는 상기 적어도 하나의 내측 천이 표면 중 적어도 하나는 3 μm Ra보다 작은 표면 마감을 보이는 PDC. - 제15항에 있어서, 3 μm Ra보다 작은 표면 거칠기를 보이는 상기 적어도 하나의 외부 표면의 일부는 실질적으로 탐지 수 있는 열적 손상을 보이지 않는 PDC.
- 제15항에 있어서, 상기 PDC는 베어링 조립체의 지지 링에 장착되고, 상기 적어도 하나의 외부 표면은 상기 베어링 조립체의 베어링 표면을 형성하는 PDC.
- 비트 몸체; 및
상기 비트 몸체와 결합된 적어도 하나의 커터를 포함하되, 상기 적어도 하나의 커터는 적어도 하나의 제1항에 따른 다결정 다이아몬드('PCD')를 포함하고, PCD 테이블은:
복수의 사이 영역들을 형성하는 복수의 본딩된 다이아몬드 그래인들; 및
적어도 하나의 외부 표면, 3 μm Ra보다 작은 표면 거칠기를 보이는 상기 적어도 하나의 외부 표면의 적어도 일부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 외부 표면의 상기 적어도 일부는 하나 또는 그 이상의 마이크로피쳐들을 포함하는 래스터링 패턴을 보이는 드릴 비트.
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