NO339011B1

NO339011B1 - Kutteelement og fremgangsmåte for fremstilling av et kutteelement

Info

Publication number: NO339011B1
Application number: NO20085336A
Authority: NO
Inventors: Nigel Dennis Griffin; Peter Raymond Hughes
Original assignee: Reedhycalog Uk Ltd
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2016-11-07
Also published as: NO20085336L; CA2656913A1; GB0612176D0; DE602007008094D1; CN101506459B; ATE475775T1; MX2008016326A; EP2029855B1; EP2029855A1; ZA200810433B; AU2007262758A1; WO2007148060A8; CA2656913C; CN101506459A; WO2007148060A1; DK2029855T3

Description

Oppfinnelsen vedrører et kutteelement og en fremgangsmåte for fremstilling av et kuttelement, der kuttelementet omfatter en skive av superhardt materiale bundet til et substrat av mindre hardt materiale, hvor skiven av superhardt materiale definerer flere små mellomrom inneholdende et katalyserende materiale, skiven av superhardt materiale definerer en første endearbeidsflate og en periferisk arbeidsflate som strekker seg til substratet, hvor i det minste en del av den første endearbeidsflaten og i det minste en del av den periferiske arbeidsflaten er hovedsakelig fri for katalyserende materiale.

Oppfinnelsen vedrører superharde polykrystallin materialelementer for drilling i jorden, kutting og andre bruksområder hvor konstruerte, superharde flater er nødvendig. Oppfinnelsen vedrører særlig polykrystallin diamant og polykrystallin diamantlignende (kalt PCD) elementer med forbedret slagfasthet.

Polykrystallin diamant og polykrystallin diamantlignende elementer er kjent for formålet med denne beskrivelsen som PCD-elementer. PCD-elementer er utformet fra karbonbaserte materialer med eksepsjonell kort interatomisk avstand mellom naboliggende atomer. En type av diamantlignende materiale tilsvarende til PCD er kjent som karbonitrid (CN) beskrevet i US-patent nr. 5.776.615. I hovedsak er PCD-elementer utformet fra en blanding av materialer behandlet under høy temperatur og høyt trykk inn i en polykrystallin matrise av mellomforbundet superhard karbonbaserte krystaller. Et felles trekk med PCD-elementer er bruk av katalyserende materiale under deres frembringelse, hvor slagg ofte gir en grense på den maksi-male nyttige driftstemperaturen til elementet under bruk.

En velkjent fremstilt form av PCD-element er et tolags eller multilags PCD-element hvor en utadvendende skive av polykrystallin diamant er integrert forbundet til et substrat av mindre hardt materiale, så som wolframkarbid. PCD-elementet kan være i form av en sirkulær eller delvis sirkulær tablett, eller kan være formet inn i andre former, egnet for bruk så som hule dyser, kjøleelementer, friksjonslagre, ventil-overflater, kroner, verktøydor, etc. PCD-elementer av denne type kan benyttes i de fleste bruksområder hvor en hard slite- og erosjonsmotstandsdyktig materiale er nødvendig. Substratet til PCD-elementet kan være loddet til en bærer, ofte også av sammenklebet tungsteinkarbid. Dette er en vanlig sammenstilling for PCD'er benyttet som kutteelementer, for eksempel i faste kuttere eller rullekuttere for borekroner for jordboring når mottatt i en sokkel til borekronen, eller når festet til en stang i et maskinverktøy for maskinering.

PCD-elementer er som oftest dannet ved sintring av diamantpulver med et egnet bindekatalyserende materiale i en høytrykks-, høytemperaturspresse. En bestemt metode for å lage denne polykrystallin diamanten er omtalt i US-patent nr. 3.141.746 som herved er innarbeidet som referanse for alt som den omtaler. I en felles prosess for fremstilling av PCD-elementer blir diamantpulver påført til overflaten av et forhåndsformet wolframkarbidsubstrat inneholdende kobolt. Sammenstillingen blir deretter utsatt for svært høy temperatur og trykk i en presse. Under denne prosessen migrerer kobolt fra substratet inn i diamantlaget og virker som et bindekatalyserende materiale, som forårsaker diamantpartiklene og binde seg til hverandre med diamant til diamantbinding, og som også forårsaker diamantlaget til å binde seg til substratet.

Det ferdige PCD-elementet har i det minste ett legeme med matrise av diamant-krystaller bundet til hverandre med mange små mellomrom inneholdende et bindekatalyserende materiale som beskrevet ovenfor. Diamantkrystallene omfatter en første sammenhengende matrisediamant, og de små mellomrommene danner en andre sammenhengende matrise av små mellomrom inneholdende det bindekatalyserende materiale. I tillegg er der nødvendigvis noen relativt få områder hvor diamant til diamantveksten har kapslet inn noen av det bindekatalyserende materiale. Disse "øyene" er ikke del av de sammenhengende små mellomroms-matrisene av bindekatalyserende materiale.

I en vanlig form utgjør diamantlegemet 85% til 95% i volum og det bindekatalyserende materiale det resterende 5% til 15%. Et slikt element kan utsettes for termisk forvitring på grunn av forskjellige termiske utvidelse mellom det mellomromsliggende kobolt bindekatalyserende materiale og diamantmatrisen som begynner ved temperaturer av omtrent 400°. Ved tilstrekkelig utvidelse kan diamant til diamant-bindingen brytes opp og sprekker og fliser kan oppstå.

Et vanlig problem med disse PCD-elementene, særlig når benyttet i svært slipende kutteoperasjoner, så som borekroner, har vært begrensinger påført mellom slitemotstand og slagstyrke. Dette forholdet har blitt tillagt det faktum at det katalyserende materiale gjenværende i de små mellomromsregionene blant de forbundne diamantkrystallene bidrar til forvitringen av diamantlaget.

Det er blitt velkjent innen teknikken og foretrukket fjerne dette katalyserende materiale fra en del av arbeidsflaten for å danne en flate med mye høyere slitestyrke uten og i vesentlig grad redusere slagstyrken. Denne nye type PCD-element er beskrevet i US-patent nr. 6.601.662, 6.592.985 og 6.544.308 - og alle disse US-patentene er innarbeidet som referanse heri for alt de omtaler.

PCD-elementer laget i samsvar med disse og de andre relaterte patenter har blitt bredt benyttet innen oljeboreindustrien. En overraskende observasjon som resulterer for dette bruket har imidlertid vært en økning i kutteeffektivitet til disse kutterne, som har resultert i høyere drillerater av penetrering - vanligvis med 40%, men noen ganger så mye som med en faktor av to til fire ganger.

US-4976324 beskriver et arrangement hvori en dampavsetningsteknikk benyttes for å påføre et katalysatorfritt diamantlag til en flate av et kutteelement, men det må forstås at dampavsetningsteknikken benyttet ikke binder diamantlaget til den underliggende diamantoverflaten. US-6068913 og US-4766040 beskriver begge multilagelementer, og US-6187068 beskriver å utstyre elementet med konsentriske ringformede regioner av ulik slitemotstand.

Et arrangement beskrevet i US-6189634 hvori, når slitt, deler av substratet til et kutteelement blir eksponert ved arbeidsflaten.

WO 2004/106004 A1 beskriver et kutteelement der det hovedsakelig ikke er noe katalyserende materiale tilstedeværende nært en tilhørende arbeidsflate. US 5373908 A viser et avfaset PCD kuttelement for en borekrone.

Den foreliggende oppfinnelse er et PCD-kutteelement hvori et hulrom blir utformet i substratet i et område umiddelbart tilstøtende den periferiske arbeidsflaten og å behandle nevnte PCD eksponert i dette hulrommet for å gjøre det og i det minste del av hver av endearbeidsflatene og den periferiske arbeidsflaten til kutteelementet mer slitesterk uten hovedsakelig å redusere slagstyrken.

Et særlig fordelaktig bruk av dette nye PCD-kutteelementet er som kutteelementer for borekroner for boring i jorden.

Overnevnte formål oppnås med et kutteelement og fremgangsmåte for fremstilling av et kutteelement som angitt i de selvstendige kravene, men alternative utførelser er angitt i respektive uselvstendige krav.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er der frembrakt et kutteelement omfattende en skive av superhardt materiale bundet til et substrat av mindre hardt materiale, hvor skiven av superhardt materiale definerer flere små mellomrom inneholdende et katalyserende materiale, skiven av superhardt materiale definerer en første endearbeidsflate og en periferisk arbeidsflate som strekker seg til substratet, hvor i det minste en del av den første endearbeidsflaten og i det minste en del av den periferiske arbeidsflaten er hovedsakelig fri for katalyserende materiale. Den periferiske arbeidsflaten er hovedsakelig fri for katalyserende materiale til en andre endearbeidsflate til skiven av superhardt materiale som er åpen av et enkelt hulrom utformet i substratet, hvor det enkle hulrommet er dannet om hele omkretsen til substratet.

Det katalysatorfrie eller de hovedsakelig frie delene kan strekke seg langs den periferiske arbeidsflaten fra overflaten til skiven hele veien til en andre endearbeidsflate på skiven av superhardt materiale som er eksponert av hulrommet utformet i substratet.

Elementet kan ha en kant i delen av den første endearbeidsf laten som er hovedsakelig fri for katalyserende materiale som definerer en første utadragende leppe, og en kant til delen av den periferiske arbeidsflaten som er hovedsakelig fri for katalyserende materiale definerer en andre utadragende leppe. Den første endearbeidsflaten kan være hovedsakelig plan, og den periferiske arbeidsflaten kan være hovedsakelig perpendikulær dertil. Det superharde materiale kan være polykrystallin diamant, og kan inneha regioner av ulik slitemotstand, for eksempel anordnet i en serie av lag, eller i en serie av konsentriske ringer. Skiven til det superharde materialet kan inneholde innkapslet diamantmateriale, for eksempel laget ved bruk av karbonat i pulverform. En region av superhardt materiale inneholdende katalyser ende materiale kan eksponeres mellom delene av den periferiske arbeidsflaten og den første endearbeidsflaten som er hovedsakelig fri for katalyserende materiale. Den første utadragende leppen kan være utformet tilstøtende nevnte region ved en kant til delen av den første endearbeidsflaten som er hovedsakelig fri for katalyserende materiale og den andre utadragende leppen kan være utformet tilstøtende nevnte region ved en kant til delen av den periferiske arbeidsflaten som er hovedsakelig fri for katalyserende materiale.

Elementet kan benyttes som et kutteelement for en borekrone til boring i jorden.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for fremstilling av et kutteelement, omfattende utforming av en skive av superhardt materiale bundet til et mindre hardt substrat, hvor skiven av superhardt materiale definerer flere små mellomrom inneholdende et katalyserende materiale, og skiven definerer en første endearbeidsflate og en periferisk arbeidsflate, hvori det utformes et enkelt hulrom i substratet i et område umiddelbart tilstøtende den periferiske arbeidsflaten dannet om hele omkretsen til substratet, og behandling av minst del av hver av endearbeidsflaten og den periferiske arbeidsflaten for å fjerne katalyserende materiale derfra for å danne en andre endearbeidsflate til skiven av superhardt materiale som er åpen av hulrommet dannet i substratet. Fig. 1 viser en perspektivtegning av et PCD-element til en utførelse av foreliggende oppfinnelse i form av et kutteelement med plan flate. Fig. 2 viser en perspektivtegning av en borekrone med fast kutter for bruk av PCD-elementet ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 viser en perspektivtegning av et PCD-element til foreliggende oppfinnelse i form av et kutteelement med kuppelformet flate. Fig. 4 viser en perspektivtegning av en borekrone med en rullekutter egnet for å bruke PCD-elementene ifølge foreliggende oppfinnelse.

Fig. 5 viser et snitt av et kjent PCD-kutteelement.

Fig. 6 viser en perspektivtegning av et kjent PCD-kutteelement med plan flate som borer inn i jorden.

Fig. 7 viser et snitt av et kjent PCD-kutteelement med plan flate.

Fig. 8 viser skjematisk et snitt av den kjente kutteren i fig. 7 i en utslitt tilstand.

Fig. 9 viser skjematisk strukturen til en del av en kutter.

Fig. 10 viser et snitt av en annen utførelse av en kutter ifølge foreliggende oppfinnelsen som viser et hulrom utformet i substratet. Fig. 11 viser en perspektivtegning av et annet PCD-element til en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse i form av et kutteelement med plan flate som viser hulrom utformet i substratet. Fig. 12 viser en perspektivtegning av et videre annet PCD-element av en annen utførelse ifølge foreliggende oppfinnelse i form av et kutteelement med plan flate som viser et enkelt hulrom utformet i substratet.

Viser nå til figurene 1-4 hvor polykrystallin diamant eller polykrystallin diamantlignende (PCD)-element 1010, 2122 (i fig. 10), 2010 (i fig. 11), 3010 (i fig. 12), til foreliggende oppfinnelse kan være et forhåndsformet kutteelement 1010, 2122 (i fig. 10), 2010 (i fig. 11), 3010 (i fig. 12), for en roterende borekrone 1012 med en fast kutter (som vist i fig. 2). Kronelegemet 1014 til borekronen er utformet med et antall blad 1016 som strekker seg hovedsakelig utover vekk fra den sentrale langsgående rotasjonsaksen 1018 til borekronen. Atskilt side ved side langs den ledende flaten 1020 til hvert blad er flere PCD-kutteelementer 1010, 2122 (i fig. 10), 2010 (fig. 11), 3010 (i fig. 12) til foreliggende oppfinnelse.

Vanligvis har PCD-kutteelementet 1010, 2010, 2122, 3010 et legeme 1010a, 2010a, 2122a, 3010a i form av en sirkulær tablett som har en relativt tynn frontvendende skive 1022, 2022 (i fig. 10 og 11), 3022 (i fig. 12) av diamant eller diamantlignende (PCD) superhardt materiale, bundet i en høytrykkshøytemperaturs presse til et substrat 1024, 2024 (i fig. 10 og 11), 3024 (i fig. 12), av mindre hardt materiale så som sammenblandet wolframkarbid eller annet metallisk materiale. Kutteelementet 1010, 2010, 2122, 3010 er forhåndsformet og deretter vanligvis forbundet på en hovedsakelig sylindrisk bærer 1026, 2026 (i fig. 11), 3026 (i fig. 12) som også er utformet fra sammenblandet wolframkarbid, eller som alternativt kan være festet direkte til bladet 1016. PCD-kutteelementet 1010, 2010 (i fig. 11), 2122 (i fig. 10), 3010 (i fig. 12) har periferiske og endearbeidsf later 1028, 2028 (i fig. 10 og 11), 3028 (fig. 12), og 1030, 2030 (i fig. 10 og 11), 3030 (i fig. 12) som, som illustrert, av hovedsakelig perpendikulær til hverandre.

Den sylindriske bæreren 1026, 2026, 3026 er mottatt i en korresponderende utformet sokkel eller utsparing i bladet 1016. Bæreren 1026, 2026, 3026 vil vanligvis være loddet, krymptilpasset eller presstilpasset i sokkelen. Når loddet kan lodde-skjøten strekker seg over bæreren 1026, 2026, 3026 og del av substratet 1024, 2024, 3024. I drift blir borekronen 1012 med fast kutter rotert og vekt påføres. Dette tvinger kutteelementene 1010, 2010, 2122, 3010 inn i jorden som bores, som effektuerer en kutte- og/eller boreaksjon.

I en andre utførelse er et tilpasset kutteelement 1032 (vist i fig. 3) frembrakt på en borekrone 1034 av rullekuttetype, vist i fig. 4. En borekrone 1034 med rullekutter har vanligvis én eller flere trunkerte rullende koniske kuttere 1036, 1038, 1040 sammen-stilt på en bæreraksel på benet 1042 til kronelegemet 1044. Kutteelementene 1032 kan være montert for eksempel ved trykktilpasning som én eller flere av en flerhet av kutteinnlegg anordnet i rader på rullekutterne 1036, 1038, 1040, eller alternativt kan PCD-kutteelementene 1032 være anordnet langs benet 1042 til kronen 1034. PCD-kutteelementet 1032 har et legeme i form av en utadvendende skive 1046 av diamant eller diamantlignende materiale bundet til et mindre hardt substrat 1048. Den utadvendende skiven 1046 i denne utførelsen er i form av en konveks overflate 1050 og har periferiske og endearbeidsf later 1052 og 1054. Vanligvis kan der være et antall overgangslag mellom den utadvendende skiven 1046 og substratet 1048 for å hjelpe til med og mer jevnt distribuere spenningene som genereres under frem-stillingen, som er velkjent for en fagmann. Endearbeidsflaten 1052 er av kuppel eller delvis sværisk form mens den periferiske arbeidsflaten 1054 er av frusto-konisk form.

I drift blir borekronen 1034 med rullekutter rotert og vekt påføres. Dette tvinger kutteinnleggene 1032 i radene av rullene koniske kuttere 1036, 1038, 1040 inn i jorden, og ettersom kronen 1034 roteres vil de rullende kutterne 1036, 1038, 1040 til gjengjeld effektuere en boreaksjon.

Som illustrert i fig. 9 definerer strukturen til skiven 1046 en serie av små mellomrom 1046a mellom diamantkrystallene 1046b, de små mellomrommene 1046a inneholder bindekatalysatormateriale 1046c benyttet under sammenstillingen av skiven 1046.

Den gjenværende omtalen og beskrivelsen av foreliggende oppfinnelse skal som eksempel vedrøre typen av plan flate kutteelement 1010, 2010, 2122 og 3010 vist i fig. 1, 11 og 12. Det må imidlertid forstås at de samme generelle prinsippene og resultatene vil gjelde så vel for det kuppelformede kutteelementet 1032, som vist i fig. 3.

Et tverrsnitt av et preformet kutteelement av kjent teknikk 1100 vist i fig. 5 og en tegning av det kjente kutteelementet 1100 i bruk er vist i fig. 6 for å illustrere og vise kontrasten til foreliggende oppfinnelse. Det kjente kutteelementet 1100 har mange elementer til felles med PCD-kutteelementet 1010, 201, 2122 og 3010 til foreliggende oppfinnelse, så som å ha en relativt tynn utadvendende skive 1022, 2022 (i fig. 11), 3022 (i fig. 12) av diamant, forbundet til et substrat 1024, 2024, 3024 av innbundet wolframkarbid. Alle kutteelementene 1010, 2010, 2122 og 3010 har periferiske og endearbeidsflater 1028, 2028, 3028 og 1030, 2030, 3030. Et lag 1102, 2102 til den utadvendende skiven 1022, 2022 og 3022 i mange av disse kutte+ elementene er behandlet på en måte slik at det katalyserende materiale hovedsakelig er fjernet fra et relativt tynt lag tilstøtende endearbeidsflaten 1030, 2030, 3030. Fjerning av det katalyserende materiale på denne måten har vist seg betydelig å øke slitemotstanden til kutteelementet, og til overraskende å øke dens borerate.

Det skal imidlertid bemerkes at den periferiske arbeidsflaten 1028, 2028 og 3028 på den utvendige omkretsen 1104 til det kjente kutteelementet 1100 opprinnelig ikke ble behandlet for å fjerne det katalyserende materiale. Kutteelementet 1100 drives på en måte som illustrert i fig. 6. Dette er en typisk representasjon hvori kutteelementet 1100 drives ved en frivinkel 1106 av fra vanligvis 10 til 45°. Når operert på denne måten blir det behandlede laget 1102 til den utadvendende skiven 1102, 2022 og 3022 innført i jordformasjonen 1108.

I den kjente kutteren 1100, som vist i fig. 5 og 6, vil en enkelt leppe 1109 som oftest dannes etter som kutteren 1100 begynner å slites under boring. Oppfinnerne trodde at denne leppen 1109 blir dannet på grunn av at laget 1102 hadde høyere slitemotstand enn det andre diamantmateriale. Det som ikke blir forstått på tidspunktet for den oppfinnelsen var at denne leppen hadde en tendens til å øke boreraten av penetrering med en faktor av to og til og med mer. Mekanismen bak denne økningen i penetreringsrate antas å være samvirke med leppen 1109 med jordformasjonen 1108 under boring. Etter som boringen skrider frem avslites den underliggende diamanten fra under leppen 1109 som forårsaker en mer utadragende del. Straks denne utadragende delen når en kritisk mengde sprekker leppen. Dette endrer kuttegeometrien til kutteren 1100 på en måte som har en tendens til å gjøre den selvslipende - ettersom leppen brekker forårsaker spenningslinjene at en koppformet eller halvmåneformet del til den utadvendende skiven til å knekke av. Inntil leppen dannes på ny vil imidlertid kutteren 1100 ikke være skarp, og i det minste for en tidsperiode vil den ikke bore effektivt. Imidlertid er der vanligvis mange av disse kutterne 1100 på en borekrone 1012 slik at gjennomsnittlig penetreringsrate for boringen blir værende relativt stabilt. Dette er i hovedsak en mer effektiv kutteform enn de flate som har en tendens til å avslites på diamantoverflater av ubehandlede kuttere. Som vist i fig. 5-7 ender det behandlede overflatelag 1102 ved kanten 1103 til den kjente kutteren 1100, og det er ved denne kanten 1103 at leppen 1109 dannes.

Det er videre antatt at slagfastheten til kutteren 1010, 2010, 2122 og 3010 blir forbedret ved å frembringe et hulrom 2000 (i fig. 10), 2002, 2004, 2006 (i fig. 11), 3008 (i fig. 12) som muliggjør den behandlede delen av kutteren til å strekke seg til en andre endearbeidsflate 2009, 3009A, 3009B, 3009C til skiven av superhardt materiale 1022, 2022, 3022, som skal beskrives senere. Disse er illustrert i fig. 10, 11 og 12.

I fig. 7 er en kutter 1116 i senere utviklet kjent teknikk som har et lag 1030, 2030, 3030 som er behandlet på mye den samme måten som den kjente kutteren 1100 vist i fig. 5 og 6. Imidlertid i denne kutteren 1116 er behandlingen påført i tillegg til utsideomkretsen 1124 til kutteren 1116. Det er foretrukket at dette laget 1030, 2030, 3030 kan være sammenhengende overflaten og omkretsen til kutteren, som vist. Imidlertid er det også mulig å lage et ikke-sammenhengende lag som vist i teknikken. Som representasjonen vist i fig. 8 viser at denne kutteren 1116 etter boring for en tidsperiode, ettersom kutteren slites, dannes to lepper 1110. Denne sammenstillingen har vist seg å øke penetreringsraten for boring så mye som videre 40% i forhold til den tidligere kjente kutteren 1100, men er ellers slik i form og driftsoperasjon.

Som nevnt tidligere danner behandlingen et relativt tynt lag 1102, 2102 som har fri av eller hovedsakelig fri av katalyserende materiale. Dybden eller tykkelsen 1102a til aget 1102, 2102 ligger vanligvis innenfor området av omtrent 0,02 til omtrent 0,70 mm, fortrukket omtrent 0,15 til omtrent 0,25 mm.

I denne beskrivelsen når uttrykket "hovedsakelig fri" er benyttet refererer det til katalyserende materiale 1046c i de små mellomrommene 1046a, eller i et volum av legemet 1010a, 2010a, 2122a, 3010a, må det forstås at mange om ikke alle av overflatene til de tilstøtende diamantkrystallene 1046b fremdeles kan ha et belegg av katalyserende materiale 1046c. Likeledes nå uttrykket "hovedsakelig fri" er benyttet refererende til katalyserende materiale 1046c på overflaten til diamantkrystallene 1046b, kan der fremdeles være katalyserende materiale 1046c tilstedeværende i tilstøtende små mellomrom 1046a.

Over tid vil imidlertid som vist i fig. 8 den kjente kutteren 1116 avslites inntil kun en liten del av arbeidsflaten 1028 har leppen 1110. Levetiden til denne kutteren 1116 er derfor avhengig av hvor langt ned på utsideomkretsen 1124 behandlingen strekker seg, og slitevinkelen 1126. Det er også avhengig av andre faktorer omfattende penetreringsrate og samvirke av kutteren med radielt tilstøtende kuttere. Slitevinkelen 1126 er hovedsakelig en vinkel komplimenter med frivinkelen 1106 til kutteren, men kan også være inngående relatert til typen av formasjon som bores, måten hvori borekronen opereres og tykkelsen på det slitemotstandsdyktige laget.

Der er et utall måter for å produsere slitemotstandsdyktige lag som produserer lepper 1110, som nå er velkjent innen teknikken, og som beskrevet for eksempel i GB-patentsøknad nr. 0423597.4, innsendt 23. oktober 2004, som er under behandling, og dens korresponderende US-patentsøknad nr. 11/163.323, innsendt 14. oktober 2005 begge med tittelen "Dual-Edge Working Surfaces for Poly-crystalline Diamond Cutting Elements" og hvor begge er innarbeidet som referanse for alt de omtaler.

PCD-kutteelementene 1010, 2010, 2122, 3010 kan også lages inneholdende innkapslet diamantmateriale laget ved bruk av pulverkarbonater og mange andre innretninger, som velkjent.

I foreliggende oppfinnelse, som vist i fig. 10, 11 og 12, er et hulrom 2000, 2002, 2004, 2006 og 3008 dannet inn i substratet 2024, 3024. Dette letter å utvide det behandlede laget 1102, 2102, som har hovedsakelig fri for katalyserende materiale, fra den utadvendte overflaten 1030, 2030, 3030 lang i det minste en del av den periferiske arbeidsflaten 1028, 2028 og 3028 til den andre endearbeidsflaten 2009, 3009A, 3009B, 3009C til skiven av superhardt materiale 1022, 2022, 3022. Utvidelse av overflaten 1030, 2030, 3030, 1028, 2028, 3028 på denne måten forbedrer videre forbedringen i slagfasthet til kutteren som tidligere beskrevet.

Fremgangsmåten for å fremstille dette kutteelementet starter ved å danne en skive av superhardt materiale bundet til et mindre hardt substrat slik at skiven av superhardt materiale definerer flere små mellomrom inneholdende et katalyserende materiale. Skiven definerer også en første endearbeidsflate og en periferisk arbeidsflate.

Et hulrom utformet i substratet i et område umiddelbart tilstøtende den periferiske arbeidsflaten og minst en del av hver av endearbeidsf låtene og den periferiske arbeidsflaten til kutteelementet behandlet for å fjerne det katalyserende materiale derfra for å danne en andre endearbeidsflate til skiven av superhardt materiale som er åpen av hulrommet utformet i substratet.

Hulrommet tillater den periferiske arbeidsflaten 1028, 2028 og 3028 til å bli behandlet for å fjerne det katalyserende materiale derfra hele veien ned den periferiske arbeidsflaten 10028, 2028 og 3028 og rundt endeflatene 2009, 3009B, 3009C uten avbrudd.

Oppfinnelsen omfatter, så vel som kutteelementet, en fremgangsmåte for tilhørende fremstilling. Fremgangsmåten omfatter å danne en skive av superhardt materiale bundet til et substrat av mindre hardt materiale. Skiven definerer flere små mellomrom inneholdende katalyserende materiale. Ende og periferiske arbeidsflater er definert av skiven. Fremgangsmåten omfatter behandling i det minste del av endearbeidsflaten og i det minste del av den periferiske arbeidsflaten for å fjerne det katalyserende materiale derfra. Behandlingen kan omfatte en ekstraherings-operasjon.

Claims

1. Kutteelement omfattende en skive (3022) av superhardt materiale bundet til et substrat (3024) av mindre hardt materiale, hvor skiven (3022) av superhardt materiale definerer flere små mellomrom inneholdende et katalyserende materiale, skiven (3022) av superhardt materiale definerer en første endearbeidsflate (3030) og en periferisk arbeidsflate (3028) som strekker seg til substratet (3024), hvor i det minste en del av den første endearbeidsflaten (3030) og i det minste en del av den periferiske arbeidsflaten (3028) er hovedsakelig fri for katalyserende materiale, karakterisert vedat den periferiske arbeidsflaten (3028) er hovedsakelig fri for katalyserende materiale til en andre endearbeidsflate (3009) til skiven (3022) av superhardt materiale som er åpen av et enkelt hulrom (3008) utformet i substratet (3024), hvor det enkle hulrommet (3008) er dannet om hele omkretsen til substratet (3024).

2. Kutteelement i samsvar med krav 1,karakterisert vedat hulrommet (3008) er dannet når arbeidsflatene er gjort hovedsakelig fri for katalyserende materiale.

3. Kutteelement i samsvar med krav 1 eller 2,karakterisert vedat den første endearbeidsflaten (3030) er hovedsakelig plan, og den periferiske arbeidsflaten (3028) er hovedsakelig perpendikulær dertil.

4. Kutteelement i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat den periferiske arbeidsflaten (3028) er av hovedsakelig frusto-koniskform.

5. Kutteelement i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat det superharde materialet er polykrystallin diamant.

6. Kutteelement i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat skiven (3022) av superhardt materiale omfatter regioner med ulik slitemotstand.

7. Kutteelement i samsvar med krav 6,karakterisert vedat regionene omfatter en serie av lag.

8. Kutteelement i samsvar med krav 7,karakterisert vedat lagene er sammenhengende.

9. Kutteelement i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat skiven (3022) av superhardt materiale omfatter innkapslet diamantmateriale.

10. Kutteelement i samsvar med krav 9,karakterisert vedat det innkapslede diamantmaterialet er laget med pulverkarbonat.

11. Kutteelement i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat en region av superhardt materiale inneholdende katalyserende materiale er åpen mellom deler av den periferiske arbeidsflaten (3028) og den første endearbeidsflaten (3030) som er hovedsakelig fri for katalyserende materiale.

12. Kutteelement i samsvar med krav 11,karakterisert vedat en første utadragende leppe er utformet tilstøtende nevnte region ved en kant til den første endearbeidsflaten (3030) som er hovedsakelig fri for katalyserende materiale og en andre utadragende leppe er utformet tilstøtende nevnte region ved en kant til delen av den periferiske arbeidsflaten (3028) som er hovedsakelig fri for katalyserende materiale.

13. Kutteelement i samsvar med krav 11,karakterisert vedat nevnte region er utformet ved avmaskinering av materiale.

14. Kutteelement i samsvar med krav 11,karakterisert vedat nevnte region er utformet under bruk ved at en del av kutteelementet slites.

15. Kutteelement i samsvar med krav 11,karakterisert vedat nevnte deler til arbeidsflaten som er hovedsakelig fri for katalyserende materiale strekker seg til en dybde i området av omtrent 0,02 mm til omtrent 0,70 mm.

16. Kutteelement i samsvar med krav 15,karakterisert vedat nevnte deler strekker seg til en dybde i området av omtrent 0,15 mm til omtrent 0,25 mm.

17. Fremgangsmåte for fremstilling av et kutteelement, omfattende utforming av en skive (3022) av superhardt materiale bundet til et mindre hardt substrat (3024), hvor skiven (3022) av superhardt materiale definerer flere små mellomrom inneholdende et katalyserende materiale, og skiven (3022) definerer en første endearbeidsflate (3030) og en periferisk arbeidsflate (3028), karakterisert vedå utforme et enkelt hulrom (3008) i substratet i et område umiddelbart tilstøtende den periferiske arbeidsflaten (3028) dannet om hele omkretsen til substratet (3024), og behandling av minst del av hver av endearbeidsflaten (3030) og den periferiske arbeidsflaten (3028) for å fjerne katalyserende materiale derfra for å danne en andre endearbeidsflate (3009) til skiven (3022) av superhardt materiale som er åpen av hulrommet (3008) dannet i substratet (3024).