KR100402986B1 - 개선된성질을갖는연마용콤팩트의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개선된 연마성/내충격성을 갖는 탄화금속 지지된 다결정성 다이아몬드(PCD) 콤팩트, 및 고온/고압(HT/HP) 가공 조건하에서의 상기 콤팩트의 제조 방법에 관한 것이다. PCD 콤팩트는 미크론 이하 크기의 다이아몬드 입자와 큰 크기의 다이아몬드 입자의 혼합물을 가짐을 특징으로 한다.

Description

개선된 성질을 갖는 연마용 콤팩트의 제조 방법
본 발명은 고온/고압(HT/HP) 가공 조건하에서 제조된 지지된 다결정성 다이아몬드(PCD) 콤팩트, 및 특히 개선된 다이아몬드-다이아몬드 입자 결합 및 증가된다이아몬드 밀도를 갖는 지지된 PCD 콤팩트에 관한 것이다.
콤팩트는 일반적으로 연마성 입자들, 예를들어 다이아몬드 또는 CBN의 소결된 다결정성 덩어리로부터 형성된 통합적으로-결합된 구조물을 특징으로 할 수 있다. 이러한 콤팩트는 결합 매트릭스 또는 제 2 상의 지원없이 자가-결합될 수도 있으나, 일반적으로는 미국 특허 제 4,063,909 및 4,601,423 호에 논의된 바와 같이 대개 코발트, 철, 니켈, 백금, 티타늄, 크롬, 탄탈 또는 이들의 합금 또는 혼합물인 적합한 결합 매트릭스를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 결합 매트릭스는 약 10 내지 30 부피%로 제공되는데, 재결정화 또는 성장 촉매, 예를들어 CBN에 대해 알루미늄을 추가로 함유하거나 다이아몬드에 대해 코발트를 추가로 함유할 수도 있다. 많은 용도에 대해서, 콤팩트를 기재 물질에 결합시켜 지지시킴으로써 적층물 또는 지지된 콤팩트 배열을 형성시키는 것이 바람직하다. 전형적으로, 상기 기재 물질은 예를들어 텅스텐, 티탄 또는 탄탈 탄화물 입자들, 또는 이들의 혼합물(이들은 약 6 내지 약 25 중량%의 금속, 예를들어 코발트, 니켈 또는 철, 또는 이들의 합금 또는 혼합물로된 결합제와 함께 결합된다)을 포함하는 탄침된(cemented) 탄화금속으로서 제공된다. 예를들어 미국 특허 제 3,381,428; 3,852,078; 및 3,876,751호에 나타난 바와 같이, 콤팩트 및 지지된 콤팩트는 절단 및 드레싱 연장용 부품 또는 블랭크로서, 드릴 비트로서, 및 마모 부품 또는 표면으로서 다양한 용도에 허용되는 것으로 밝혀졌다.
본 발명에 포함되는 유형의 다결정성 콤팩트 및 지지된 콤팩트의 기본적인 HT/HP 제조 방법은 연마용의 결정성 입자들, 예를들어 다이아몬드 또는 CBN, 또는이들의 혼합물의 소결되지 않은 덩어리를 보호적으로 차폐된 금속 봉입물(미국 특허 제2,947,611; 2,941,241; 2,941,248; 3,609,818; 3,767,371; 4,289,503; 4,673,414; 및 4,954,139 호에 개시된 유형의 HT/HP 장치의 반응 쎌내에 배치되어 있다)내에 놓는 것을 필요로 한다. 상기 봉입물내에 추가로 놓이는 연마용 입자는 다이아몬드 입자의 소결을 고려하는 경우 금속 촉매일 수 있으며, 상기 연마용 입자를 지지하여 이와 함께 지지된 콤팩트를 형성시키기 위한 탄침된 탄화금속의 예비형성된 덩어리일 수 있다. 이어서 상기 쎌의 내용물을 연마용 입자들의 인접한 그레인들간의 결정간 결합을 수행하고, 임의로 소결된 입자들을 탄침된 탄화금속 지지체에 결합시키기에 충분한 것으로 선택된 가공 조건에 적용한다. 이러한 가공 조건은 일반적으로 약 3 내지 120 분간 1300 ℃ 이상의 온도 및 20 kbar 이상의 압력을 적용하는 것이다.
다결정성 다이아몬드 콤팩트 또는 지지된 콤팩트를 소결시키기 위해, 촉매 금속을 결정 입자들에 인접하게 놓인 예비-합체된 형태로 제공할 수도 있다. 예를들어, 금속 촉매를 연마용 결정 입자의 실린더를 수용하는 환, 또는 상기 결정성 덩어리의 위 또는 아래에 배치된 원반의 형태로 형성시킬 수 있다. 한편으로, 금속 촉매 또는 용매를 또한 공지된 바와 같이 분말화된 형태로 제공하여 연마용 결정성 입자와 혼합하거나, 또는 저온 압착시켜 성형시킬 수도 있는 탄침된 탄화금속 또는 탄화물 성형 분말로서 제공할 수 있으며, 이때 상기 접착제는 다이아몬드 재결정 또는 성장용 촉매 또는 용매로서 제공된다. 전형적으로, 상기 금속 촉매 또는 용매는 코발트, 철 및 니켈, 및 이들의 합금 및 혼합물중에서 선택되나, 다른 금속들,예를들어 루테늄, 로듐, 팔라듐, 크롬, 망간, 탄탈, 및 이들의 합금 및 혼합물도 또한 사용할 수 있다.
특정한 HT/HP 조건하에서, 금속 촉매는 어떠한 형태로 제공되었든 확산 또는 모세관 작용에 의해 연마층내로 침투하거나 또는 "스위핑(sweeping)"되며, 이에 의해 재결정화 또는 결정 내부성장을 위한 촉매 또는 용매로서 유용하도록 된다. 다이아몬드와 그라파이트 상들간의 평형상태이상의 상태로 다이아몬드 안정한 열역학적 영역인 HT/HP 조건은, 각 결정성 격자들의 부분이 인접한 결정 그레인들사이에 공유되는 다이아몬드-다이아몬드 결정간 결합을 특징으로 하는 연마용 결정 입자들의 치밀화에 영향을 미친다. 바람직하게, 콤팩트 또는 지지된 콤팩트의 연마제 테이블중의 다이아몬드 농도는 약 70 부피% 이상이다. 다이아몬드 콤팩트 및 지지된 콤팩트의 제조 방법이 미국 특허 제 3,141,746; 3,745,623; 3,609,818; 3,850,591; 4,394,170; 4,403,015; 4,797,326; 및 4,954,139 호에 보다 충분히 개시되어 있다. 다결정성 CBN 콤팩트 및 지지된 콤팩트에 대해서, 이러한 콤팩트 및 지지된 콤팩트는 일반적으로 다이아몬드 콤팩트에 적합한 방법에 따라 제조된다. 그러나, 상술한 "스위핑" 방법을 통한 CBN 콤팩트의 제조에서, 결정성 덩어리를 통해 스위핑되는 금속이 반드시 CBN 재결정을 위한 촉매 또는 용매일 필요는 없다. 따라서, 코발트-탄침된 탄화텅스텐 기재로부터 상기 결정성 덩어리의 간극내로 코발트를 스위핑시킴으로써 CBN의 다결정성 덩어리를 상기 기재에 결합시킬 수 있는데, 이때 코발트는 CBN의 재결정화를 위한 촉매 또는 용매가 아니다. 오히려, 틈새의 코발트는 다결정성 CBN 콤팩트와 탄침된 탄화텅스텐 기재간의 결합제로서 작용한다.
다이아몬드에 대해서와 같이, CBN에 대한 HT/HP 소결 공정은 CBN이 열역학적으로 안정한 상인 조건하에서 수행한다. 이들 조건하에서, 인접한 결정 그레인들간의 결정간 결합이 또한 수행되는 것으로 추측된다. 콤팩트 또는 지지된 콤팩트의 연마제 테이블중의 CBN의 농도는 바람직하게 약 50 부피%이다. CBN 콤팩트 및 지지된 콤팩트의 제조 방법이 미국 특허 제 2,947,617; 3,136,615; 3,233,988; 3,743,489; 3,745,623; 3,831,428; 3,918,219; 4,188,194; 4,289,503; 4,673,414; 4,797,326; 및 4,954,139 호에 보다 충분히 개시되어 있다. 약 70 부피% 이상의 CBN 및 약 30 부피% 미만의 결합제 금속, 예를들어 코발트를 함유하는 전형적인 CBN 콤팩트가 미국 특허 제 3,767,371 호에 개시되어 있다. 이러한 콤팩트들은 제네랄 일렉트릭 캄파니로부터 BZN 6000?로서 시판되고 있다.
미국 특허 제 4,334,928 호에 개시된 바와 같이, 더욱 또다른 형태의 다결정성 콤팩트(반드시 직접 또는 결정간 결합을 나타낼 필요는 없다)는 제 2 상의 금속 또는 합금, 세라믹 또는 이들의 혼합물을 갖는 다이아몬드 또는 CBN 입자의 다결정성 덩어리를 포함한다. 상기 제 2 물질상은 연마용 결정 입자의 결합제로서 작용하는 것으로 보인다. 제 2 상의 탄침된 탄화물을 함유하는 다결정성 다이아몬드 및 다결정성 CBN 콤팩트가 이러한 "결합" 또는 "복합" 다결정성 연마제 콤팩트의 예이다. 이러한 콤팩트들을, 약 700 ℃ 이상의 서비스 온도를 갖는 금속-함유 콤팩트에 비해 "열적으로-안정한" 것으로 간주할 수 있다. 미국 특허 제 4,334,928 호에 개시된 것들과 같이 80 내지 10 부피%의 CBN 및 20 내지 90 부피%의 질화물 결합제,예를들어 질화 티타늄을 포함하는 콤팩트들을 또한 열적으로 안정한 물질의 예로서 간주할 수 있다. 이러한 CBN-TiN 콤팩트는 제네랄 일렉트릭 캄파니로부터 BZN 8100?로서 시판되고 있다.
지지된 콤팩트에 대해서, 미국 특허 제 4,797,326 호에 상세히 설명한 바와 같이, 다결정성 연마제 덩어리에 대한 지지체의 결합은 개별적인 층들을 형성하는 물질이 상호작용성인 경우 결합선에서 나타나는 화학적 요소이외에 물리적 요소를 포함하는 것으로 추정된다. 물리적 결합 요소는 탄침된 금속 지지층에 비해 다결정성 연마층의 비교적 낮은 CTE로부터 유발되는 것으로 보인다. 즉, 지지된 콤팩트 블랭크를 HT/HP 가공 조건으로부터 주변 조건으로 냉각시킬 때; 지지층이 잔여 인장 응력을 유지하여, 이것이 상기 지지층 상에 지지된 다결정성 콤팩트상에 방사상 압축 부하를 가함이 관찰되었다. 이러한 부하는 다결정성 콤팩트를 압축상태로 유지시키며, 이에 의해 적층물의 균열 인성, 충격성 및 전단 강도가 개선된다.
지지된 콤팩트의 상업적인 생산에서, HT/HP 장치의 반응쎌로부터 회수되는 생성물 또는 블랭크에 절단, 예를들어 전극 방전 기계가공 또는 레이저에 의한 절단, 분쇄 및 특히 연마를 포함한 다양한 마무리처리 공정을 가하여 상기 콤팩트의 외면으로부터 임의의 부착된 차폐 금속을 제거하는 것이 통상적이다. 이러한 마무리처리 공정을 추가로 사용하여, 다이아몬드 또는 CBN 연마제 테이블 두께 및/또는 탄화물 지지체 두께에 대한 생성물 명세서를 만족시키도록 콤팩트를 원통형 등으로 기계가공한다. 특히 다이아몬드 및 CBN 지지된 콤팩트에 대해서, 실질적으로 균일한 연마층 두께가 바람직한데, 그 이유는 블랭크상의 연마제 테이블이 종종 사용자에 의해 다소 정교한 형태, 예를들어 톱니모양의 쐐기(특정 용도에 적합하도록 맞춘다)를 갖는 최종 생성물로 기계가공되기 때문이다. 그러나, 이러한 마무리처리 공정 동안, 블랭크(이미 HT/HP 가공중 및 실온으로의 냉각동안 열 주기에 노출되었음)의 온도가 연마 또는 절단 공정의 열적인 효과로 인해 승온될 수 있음을 인식할 것이다. 더우기, 마무리처리된 블랭크 또는 생성물을, 충전제 합금을 용융시키기 위해서 약 750 내지 약 800 ℃의 온도를 요하는 땜질 또는 납땝 기법을 사용하는 각종 절단 또는 천공 연장의 강철 자루상에 탑재할 수도 있다. 다시 상기 콤팩트 및 지지체에 열 구배 및 응력을 가한다. 지지된 블랭크의 각각의 열 주기동안, 탄화물 지지체는 그의 비교적 높은 열팽창 계수(CTE) 때문에 상기 지지체위에 지지된 연마용 콤팩트보다 큰 정도로 팽창될 것이다. 가열 및 냉각시에, 발생된 응력은 주로 연마제 테이블의 변형을 통해 완화되어, 응력 균열 및 지지체로부터의 탈층화를 야기시킬 수 있다.
특히 PCD 콤팩트와 그의 탄침된 금속 탄화물 지지체간의 계면에서의 결합 강도를 개선시키기 위해서, 상기 PCD와 탄화물층간에 중간층을 삽입할 것이 제안되었다. 미국 특허 제 4,403,015 및 5,037,704 호에 상세히 설명된 바와 같이, 약 70 부피% 미만의 CBN 및 잔량의 질화물, 예를들어 TiN을 함유하는 중간층을 제공하고, 통상적인 HT/HP 방법을 사용하여 PCD와 탄화물층 사이에서 직접적으로 소결시킨다. CBN-TiN 결합층의 삽입으로 코발트 결합제가 탄화물층에서 PCD 층으로 유입 또는 "스위핑"되는 것이 방지되는 것으로 관찰되었으며, 이때 상기와 같이 방지되지 않으면 다이아몬드의 그라파이트로의 역전환이 촉진되어 PCD와 탄화물층간의 계면이 약화될 것이다.
지지된 PCD 콤팩트에 대해서, 소결된 다이아몬드 콤팩트의 형성에 다양한 크기의 공급물 분말을 사용하는 것이 당해분야에 공지되어 있다. 그러나, 미세한 다이아몬드 입자를 단독으로 사용하면 대개 높은 연마 내성이 허용가능하지 않게 감소한다. 큰 다이아몬드 입자를 단독 사용한 결과 다이아몬드 밀도 및 다이아몬드-다이아몬드 결합이 감소한다. 지금까지 당해분야에 공지된 지지된 PCD 콤팩트들은 절단 및 드레싱 연장, 드릴 비트 등의 용도에 광범위하게 사용되었기 때문에, 이러한 물질의 강도 및 충격성에 있어서 추가의 개선이 산업적으로 널리-수용됨을 인식 하게 될 것이다.
기계가공성, 성능 및 마모성을 향상시킴으로써 지지된 다이아몬드 콤팩트의 용도가 확장된, 개선된 열 안정성, 연마성 및 내마모성 및 내충격성을 갖는 지지된 다이아몬드 컴팩트가 특히 바람직하다. 따라서, 개선된 물리적 성질을 갖는 지지된 PCD 콤팩트에 대한 필요성이 존재해 왔으며 앞으로도 필요할 것이다.
도 1 및 2는 0.5 ㎛의 평균 입자 크기를 갖는 다이아몬드 입자 15%와 57 내지 97 ㎛범위의 입자 크기(평균 입자 크기 약 70 ㎛)를 갖는 다이아몬드 입자 85%의 혼합물로부터 제조된 소결된 PCD 콤팩트의 현미경사진이다.
도 3, 5, 8 및 11은 0.5 ㎛의 평균 입자 크기를 갖는 다이아몬드 입자 5%와 10 내지 45 ㎛범위의 입자 크기(평균 입자 크기 약 28 ㎛)를 갖는 다이아몬드 입자 95%의 혼합물로부터 제조된 소결된 PCD 콤팩트의 현미경사진이다.
도 6, 9 및 12는 0.5 ㎛의 평균 입자 크기를 갖는 다이아몬드 입자 8%와 10 내지 45 ㎛범위의 입자 크기(평균 입자 크기 약 28 ㎛)를 갖는 다이아몬드 입자 92%의 혼합물로부터 제조된 소결된 PCD 콤팩트의 현미경사진이다.
도 4, 7 및 10은 10 내지 45 ㎛범위의 입자 크기(평균 입자 크기 약 28 ㎛)를 갖는 다이아몬드 입자 100%로부터 제조된 소결된 PCD 콤팩트의 현미경사진이다.
본 발명은 고온/고압(HT/HP) 가공 조건하에서 제조된 지지된 다결정성 다이아몬드(PCD) 콤팩트 및 이의 제조 방법, 및 특히 개선된 열 안정성, 연마성 및 내마모성 및 내충격성을 갖는 지지된 PCD 콤팩트에 관한 것으로, 이때 미세한 크기의 다이아몬드 입자가 다이아몬드 콤팩트의 제조를 위한 공급 혼합물에 포함된다. 다결정성 다이아몬드 소결에 있어서 추진력으로서 입자 크기 차등 용해도/용해율 효과의 이용에 있어서, 본 발명의 방법에 의해, 크거나 미세한 크기의 다이아몬드 입자만을 단독으로 사용하던 종래의 지지된 PCD 콤팩트에 비해 개선된 물리적 성질을 갖는 지지된 PCD 콤팩트가 생성된다. 더우기, 본 발명의 지지된 콤팩트는 현미경사진에서 입증되는 바와 같이 현저하게 작은 공극을 가져, 하나의 다이아몬드 입자 크기를 갖는 종래의 지지된 콤팩트에 비해 개선된 전단 강도 및 충격성을 나타내는 것으로 관찰되었다.
따라서, 본 발명의 특징은 개선된 탄화금속 지지된 PCD 콤팩트를 제공하는 것이다. 본 발명에 따라서, 결합제 금속중에 탄화금속 입자를 포함하는 탄침된 탄화금속 지지층에 결합된 소결된 PCD 콤팩트를 제공한다. 본 발명의 PCD 콤팩트는 비교적 큰 크기의 다이아몬드 입자 및 미세한 다이아몬드 입자의 혼합물을 가짐을 특징으로 한다.
본 발명의 추가의 특징은 탄화금속 지지된 다결정성 다이아몬드(PCD) 콤팩트의 제조를 위한 고압/고온(HP/HT) 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 방법에 따라서, 다양한 크기의 다이아몬드 입자 덩어리 및 상기 다이아몬드 입자 덩어리에 인접 배치된 탄침된 탄화금속 지지층을 포함하는 반응쎌 조립체를 제공하며; 이때 상기 탄침된 탄화금속 지지층은 결합제 금속중에 탄화금속 입자를 포함한다. 이 소결시키고 탄침된 탄화금속 지지층으로부터 상기 다이아몬드 입자 덩어리를 통해 결합제 금속을 실질적으로 균일하게 스위핑시킴으로써 상기 PCD 콤팩트층을 상기 탄침된 탄화금속 지지층에 결합시키는데 유효한 것으로 선택된 HT/HP 조건을 가한다.
본 발명의 잇점은 PCD 콤팩트에서 증가된 다이아몬드 함량 및 증가된 다이아몬드 결합을 갖는 고성능의 지지된 PCD 블랭크를 제공함을 포함한다. 따라서, 상기와 같은 블랭크는 절단, 천공 및 다른 용도에 매우 바람직할 것이다. 본 발명의 추가의 잇점은 연마제 테이블과 지지체간의 개선된 결합 강도를 가져 보다 높은 서비스 온도를 발생시키고, 응력 균열, 탈층화 등의 위험성의 감소와 함께 생성물 명세서에 따른 기계화, 납땜 또는 다른 마무리처리 공정을 용이하게하는 지지된 블랭크를 포함한다. 상기 잇점 및 다른 잇점들은 본 명세서에 포함된 내용을 기본으로 당해분야의 숙련가들에게 쉽게 자명해질 것이다.
본 발명의 특성 및 목적들을 보다 충분히 이해하기 위해서, 첨부된 도면과 함께 하기의 상세한 설명을 참고한다.
본 발명에 따른 탄화금속 지지된 PCD 다이아몬드 콤팩트는 탄침된 탄화금속 지지층에 결합된 소결된 PCD 콤팩트층을 포함한다. 바람직하게, PCD 콤팩트층을 미세한 크기의 다이아몬드 입자들중에 분산된 비교적 큰 크기의 다이아몬드 입자의 혼합물을 갖는 분말화된 다이아몬드 입자 덩어리로서 제공한다. 상기 큰 크기의 다이아몬드의 입자 크기 범위는 약 5 내지 약 100 ㎛, 바람직하게 약 10 내지 약 100 ㎛, 가장 바람직하게 약 10 내지 약 45 ㎛이다. 상기 미세한 크기의 다이아몬드의 입자 크기 범위는 약 0.01 내지 약 1 ㎛, 바람직하게 약 0.05 내지 약 1 ㎛, 가장 바람직하게 약 0.1 내지 약 1 ㎛이다. 상기 미세한 크기의 다이아몬드 성분은 전체 다이아몬드 입자의 2 내지 15 중량%, 바람직하게 2 내지 8 중량%, 가장 바람직하게 4 내지 8 중량%를 차지한다.
광범위하게, 탄침된 탄화금속 지지층을 금속 결합제, 예를들어 코발트, 니켈 및 철, 또는 이들의 혼합물 또는 합금(약 6 내지 25 중량%로 제공된다)내에 유지되는 탄화금속, 예를들어 탄화 텅스텐, 탄화 티타늄, 탄화 탄탈 및 탄화 몰리브데늄, 및 이들의 혼합물의 입자를 포함하는 것으로서 선택한다. 그러나, 다이아몬드 입자들을 PCD 콤팩트층내로 소결시키기 위해서, 상기 결합제 물질을 코발트, 철, 니켈, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 백금, 크롬, 망간, 탄탈, 오스뮴, 이리듐 또는 이들의 혼합물 또는 합금과 같은 다이아몬드 촉매 또는 용매로서 제공하는 것이 바람직하며, 코발트 또는 코발트 합금 또는 혼합물이 성능 및 가공 조건들에 대해 유리하다.
"결합된"이란 PCD 콤팩트층 및 탄화금속 지지층이 HT/HP 가공중 또는 이와 유사한 상황하에서 땜납 합금 충전제층을 사용하지 않고 상기 HT/HP 가공 조건하에서 인접한 층에 화학적으로 및/또는 물리적으로 직접 결합된 것을 의미한다. "용해도"란 질의 농도를 의미한다.
일단 PCD 층 및 탄화물층이 충전되면, 반응쎌을 HT/HP 장치의 펀치사이에 반응쎌 조립체로서 놓을 수 있다. 한편으로, 상기 쎌을, 다수개의 콤팩트들을 제조하기 위해 축방향으로 정렬시킨 퇴적된 배열로 제공된 다수개의 소조립체 쎌들중 하나로서 HT/HP 장치내에 충전시킬 수도 있다. HT/HP 장치에서의 HT/HP 조건하에서, 지지층으로부터의 결합제 금속을 PCD 분말층을 통한 확산 또는 모세관 작용에 의해 진행 또는 "스위핑"시키며, 이때 상기 결합제 금속은 PCD 콤팩트층의 형성을 위한 다이아몬드 입자의 재결정화 또는 결정 성장을 위한 촉매 또는 용매로서 유용할 수 있다. 콤팩트 형성층들을 통한 균일한 스위핑을 증진시키기 위해서, 추가의 다이아몬드 촉매 또는 용매 금속을 PCD 콤팩트층을 형성하는 분말화된 다이아몬드 입자에 인접 배치된 별도의 층과 혼합하거나 상기 층중에 제공할 수도 있다. 일반적으로, HT/HP 조건을, 콤팩트층을 형성하는 다이아몬드 입자의 통합적인 연마체 또는 다결정성 콤팩트(필수적으로 공극이 없다)내로의 소결 또는 결정간 직접 결합을 수행하고 이들 콤팩트를 인접한층에 직접 결합시키기에 충분한 시간동안 반응쎌 조립체에 적용시킨다. 유리하게, 콤팩트를 형성하는 층들간의 직접적인 결합 관계는 상기 층들의 인접층들에 대한 납땜 또는 땜질로부터 생성되는 바와 같은 그들간의 추가 결합층의 삽입 필요성을 제거한다. 광범위하게, HT/HP 장치 가동하의 상환, 즉 그라파이트화가 일어나지 않는 열역학적 영역내의 것으로서 선택한다. 이에 대해서, 상기 장치를 약 1000 ℃ 이상, 바람직하게 약 1000 내지 약 2000 ℃의 온도, 및 약 30 kbar 이상, 바람직하게 약 40 내지 약 80 kbar의 압력에서 작동시킨다. 그러나, 본 발명에 열거된 바람직한 온도 및 압력은 단지 다이아몬드 가공에 필요한 고온 및 고압의 수반되는 정확한 측정 곤란성으로 인해 추정됨을 알아야 한다. 또한, 열거된 압력 및 온도는 가공도중 일정할 필요는 없으나, 예정된 가열, 냉각 및/또는 압력 스케줄에 한정되도록 변화시킬 수도 있다. 이러한 변화는 생성된 생성물의 최종적인 물리적 특성에 영향을 미칠 수도 있음은 공지되어 있다. 하기 실시예에서, 모든 퍼센트 및 비율은 달리 나타내지 않는 한 중량 기준이며, 본 발명의 실시를 예시하는 것이지, 어떠한 의미로도 제한하는 것은 아니다.
실시예
하기 미크론 이하 크기 분말의 2 개 혼합물을 알콜 비히클을 사용하여 습식볼 분쇄에 의해 제조하였다:
혼합물 A: 미크론이하 15%/CF100 85%
혼합물 B: 미크론이하 2%/CF45 98%
혼합물 C: 미크론이하 5%/CF45 95%
미크론 이하 크기의 분말은 0.5 ㎛의 평균 입자 크기를 갖는다. CF100은 57 내지 97 ㎛(평균 입자 크기 약 70 ㎛) 범위의 입자 크기를 갖는다. CF45는 10 내지 45 ㎛(평균 입자 크기 약 28 ㎛) 범위의 입자크기를 갖는다.
3개 배율 모두에서 미소구조물들의 비교는 5% 및 8% 미크론 이하 크기의 혼합된 샘플들에 비해 표준 CF45 샘플에서 고도의 다공도(금속상의 여과로 인해)를 입증한다. 따라서, 5% 및 8% 미크론 이하 크기의 혼합된 샘플들은 높은 다이아몬드 밀도 및 개선된 결합을 갖는다.
본 발명에 포함된 진의로부터 이탈되지 않고 특정한 변화를 본 발명내에서 수행할 수 있음이 예상되는 바와 같이, 상기 설명중에 포함된 모든 문제가 예시로서 해석되며 제한된 의미로 해석되지 않아야 한다. 본 발명에 인용된 모든 참고 문헌들은 본 발명에 참고로 인용되어 있다.

Claims (10)

  1. (a) (i) 미크론 이하 크기의 다이아몬드 입자 및 큰 크기의 다이아몬드 입자의 혼합물을 포함하는 다이아몬드 입자 덩어리; 및
    (ii) 상기 다이아몬드 입자 덩어리에 인접하게 배치되고 탄화금속 입자를 포함하는 탄침된(cemented) 탄화금속 지지층을 포함하는 반응쎌 조립체를 제공하는 단계; 및
    (b) 상기 반응쎌 조립체에, 상기 다이아몬드 입자 덩어리를 다결정성 다이아몬드(PCD) 콤팩트층으로 소결시키고 상기 PCD 콤팩트층을 상기 탄침된 탄화금속 지지층에 결합시키기에 효과적이도록 선택된 HT/HP 조건을 가하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 탄화금속 지지된 다결정성 다이아몬드 콤팩트(PCD)의 고압/고온(HP/HT) 제조 방법.
  2. 소결된 PCD 콤팩트층; 및
    상기 PCD 콤팩트층에 결합되고 탄화금속 입자를 포함하는 탄침된 탄화금속 지지층을 포함하고
    상기 소결된 PCD 콤팩트층이 미크론 이하 크기의 다이아몬드 입자 및 큰 크기의 다이아몬드 입자의 혼합물을 가짐을 특징으로 하는 탄화금속 지지된 PCD 콤팩트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 미크론 이하 크기의 다이아몬드 입자가 약 0.01 내지 약 1 ㎛ 범위의 입자 크기를 갖는 탄화금속 지지된 PCD 콤팩트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 미크론 이하 크기의 다이아몬드 입자가 약 0.05 내지 약 1㎛ 범위의 입자 크기를 갖는 탄화금속 지지된 PCD 콤팩트.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 큰 크기의 다이아몬드 입자가 약 6 내지 약 100 ㎛ 범위의 입자 크기를 갖는 탄화금속 지지된 PCD 콤팩트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 큰 크기의 다이아몬드 입자가 약 10 내지 약 100 ㎛ 범위의 입자 크기를 갖는 탄화금속 지지된 PCD 콤팩트.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 큰 크기의 다이아몬드 입자가 약 40 내지 약 100 ㎛ 범위의 입자 크기를 갖는 탄화금속 지지된 PCD 콤팩트.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 소결된 PCD 콤팩트 층이 약 2 내지 약 15 중량%의 미크론 이하 크기의 다이아몬드 입자를 포함하는 탄화금속 지지된 PCD 콤팩트.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 소결된 PCD 콤팩트 층이 약 2 내지 약 8중량%의 미크론 이하 크기의 다이아몬드 입자를 포함하는 탄화금속 지지된 PCD 콤팩트.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 소결된 PCD 콤팩트 층이 약 4 내지 약 8 중량%의 미크론 이하 크기의 다이아몬드 입자를 포함하는 탄화금속 지지된 PCD 콤팩트.
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