KR20050072753A - 소결 지지된 다결정성 다이아몬드 압분체의 제조방법 - Google Patents

소결 지지된 다결정성 다이아몬드 압분체의 제조방법 Download PDF

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제임스 마이클 2세 맥헤일
로버트 딘 스컬록
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다이아몬드 이노베이션즈, 인크.
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Abstract

내마모 특성이 개선된 소결 지지된 다결정성 다이아몬드 압분체(PCD)는 촉매/소결 보조제를 함유하는 금속 카바이드 지지체와 인접하여 배치된 다이아몬드 결정체를 고압/고온(HP/HT)으로 처리함으로써 제조된다. 이러한 PCD 압분체는 평균 입자 크기 범위가 약 15 내지 70㎛인 조대 입자 분획 약 60 내지 약 90중량%와 평균 입자 크기가 조대 입자 분획의 평균 입자 크기의 실질적으로 절반 이하인 미세 입자 분획과의 혼합물을 포함하는 다이아몬드 결정체 바디(a) 및 촉매/소결 보조제를 약 20용적% 미만으로 포함하는 지지체 바디(b)를 포함한다.

Description

소결 지지된 다결정성 다이아몬드 압분체의 제조방법{Method for producing a sintered, supported polycrystalline diamond compact}
본 발명은 일반적으로 연마 입자 압분체 및, 보다 상세하게는, 특히 내마모성, 예를 들면, 가공 비철 금속, 세라믹 및 목재 기재 복합재에 대한 내마모성을 포함하는 개선된 특성을 갖는 연마 입자 압분체에 관한 것이다.
압분체는 일반적으로 연마 입자, 예를 들면, 다이아몬드 또는 입방정 질화붕소(CBN) 등의 소결된 다결정성 연마 입자로 형성된 집적화 결합된 구조체로서 특징지을 수 있다. 이러한 압분체는 결합 매트릭스 또는 제2 상을 이용하지 않고도 자가 결합할 수 있지만, 일반적으로는, 미국 특허 제4,063,909호 및 제4,601,423호에 기재되어 있는 바와 같이, 적합한 결합 매트릭스, 즉 통상적으로는 코발트, 철, 니켈, 백금, 티탄, 크롬, 탄탈, 구리 또는 이들의 합금 또는 혼합물 등의 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 약 5 내지 35용적%로 제공되는 결합 매트릭스는 재결정화 또는 성장 촉매, 예를 들면, CBN의 경우 알루미늄 또는 다이아몬드의 경우 코발트를 추가로 함유할 수 있다.
많은 분야에 있어서, 압분체는 기판 재료에 대한 이들의 결합으로 지지되어 적층체 또는 지지된 압분체 정렬을 형성한다. 전형적으로는, 기판 재료는, 예를 들면, 탄화텅스텐, 탄화티탄 또는 탄화탄탈 입자 또는 이들의 혼합물을 포함하고, 코발트, 니켈 또는 철 또는 이들의 혼합물 또는 합금 등의 금속을 기준으로 하여, 약 6 내지 약 25중량%의 결합제와 함께 결합되는 접합된 금속 카바이드로서 제공된다. 미국 특허 제3,831,428호, 제3,852,078호 및 제3,876,751호에는 압분체 및 지지된 압분체가 절삭 및 드레싱 공구를 위한 부품 또는 블랭크로서, 드릴 비트로서 및 마모 부품 또는 표면으로서 다양한 분야에서 발견되는 것으로 밝혀져 있다.
본원과 관련된 다결정 압분체 및 지지된 압분체 유형을 제조하는 기본적인 고압/고온(HP/HT) 방법은, 다이아몬드 또는 CBN 또는 이들의 혼합물 등의 소결되지 않은 연마제 결정 입자를 미국 특허 제5,954,139호에 기재되어 있는 HP/HT 장치의 반응 셀 속에 배치되어 있는 보호적 차폐 인클로저 속에 배치하는 것을 포함한다. 연마 입자를 갖는 인클로저 속에 추가로 배치된 것은, 다이아몬드 입자의 소결이 완결되는 경우에는 금속 결정일 수 있을 뿐만 아니라, 연마 입자를 지지하여 지지된 압분체를 형성하기 위한 예비형성된 접합된 금속 카바이드일 수 있다. 이어서, 셀의 내용물은, 연마 입자의 인접한 그레인 사이의 결정간 결합을 실시하고 임의로 소결 입자를 접합된 금속 카바이드 지지체에 결합시키기에 충분하도록 선택된 처리 조건으로 처리한다. 이러한 처리 조건은 일반적으로 약 3 내지 120분 동안 1000℃ 이상의 온도와 20Kbar 이상의 압력에서 정치하는 것이다.
다결정성 다이아몬드(PCD) 압분체 또는 지지된 압분체의 소결과 관련하여, 촉매 금속은 결정 입자에 인접하여 배치된 예비 경화된 형태로 제공될 수 있다. 예를 들면, 금속 촉매는 연마 결정 입자의 실린더를 수용하는 고리로서 배열되거나, 결정 상부 또는 하부에 배치되어 있는 디스크로서 배열될 수 있다. 또는, 금속 촉매, 또는 공지되어 있는 용매는 분말 형태로 제공되어 연마 결정질 입자와 혼합되거나, 소정 형상으로 냉간 압연할 수 있는 접합된 금속 카바이드 또는 카바이드 성형 분말로서 제공될 수 있다(여기서, 접합제는 다이아몬드 재결정화 또는 성장을 위한 촉매 또는 용매로서 제공된다). 전형적으로, 금속 촉매는 코발트, 철 또는 니켈 또는 이들의 합금 또는 혼합물로부터 선택될 수 있지만, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 크롬, 망간, 탄탈, 구리 및 이들의 합금 및 이들의 혼합물도 사용할 수 있다.
구체적인 HT/HP 조건하에, 금속 촉매는, 어떠한 형태로 제공되든, 확산 또는 모세관 작용에 의해 연마 층으로 투과되거나 "일소"되고, 이에 의해 재결정화 또는 결정 성장을 위한 촉매 또는 용매로서 이용가능하게 된다. 다이아몬드와 흑연 상 사이의 평형보다 높은 다이아몬드 안정한 열역학적 영역에서 작동하는 HT/HP 조건은, 각 결정 격자 부분이 인접한 결정 그레인 사이에 공유되어 있는 결정간 다이아몬드끼리의 결합을 특징으로 한다. 바람직하게는, 압분체 또는 지지된 압분체의 연마대 중의 다이아몬드 농도는 약 70용적% 이상이다. 다이아몬드 압분체 및 지지된 압분체의 제조방법은 당해 기술분야에 공지되어 있다(미국 특허 제4,954,139호 참조).
미국 특허 제5,855,996호 및 미국 특허 제5,468,268호에는 다결정성 다이아몬드 압분체(PCD)의 입자 크기 분포(PSD)가 PCD 압분체의 성능 특성에 미치는 효과가 기재되어 있다.
본 출원인은, 놀랍게도, 다이아몬드 마이크론 분말 및 지지 기판의 조성을 변화시킴으로써 PCD 압분체에서 내마모 특성을 개선시키는 방법을 발견하였다.
발명의 간단한 요약
내마모 특성이 개선된 소결 지지된 다결정성 다이아몬드 압분체(PCD)는, 평균 입자 크기 범위가 약 20 내지 70㎛인 조대 입자 분획과 평균 입자 크기가 실질적으로 조대 입자 분획의 평균 입자 크기의 약 20% 이하인 미세 입자 분획과의 혼합물을 포함하는 다이아몬드 결정체(a)(여기서, 혼합물 중의 조대 다이아몬드 입자의 중량 범위는 60 내지 약 90중량%이다) 및 약 20용적% 이하의 촉매/소결 보조제를 갖는 카바이드 기판(b)을 포함한다.
또한, 본 발명은, 촉매/소결 보조제로서 작용하는 결합제를 함유하는 금속 카바이드 지지체와 인접하여 배치된 다이아몬드 결정체를 고압/고온(HP/HT) 처리로 처리하는 단계를 포함하는, PCD 압분체의 내마모 특성을 개선시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 예를 들면, 비철 금속, 세라믹 및 목재 기재 복합재의 가공에 대한 내마모성이 개선된, 소결 지지된 PCD 압분체에 관한 것이다. 각각의 압분체는 일반적으로, 접합된 탄화텅스텐의 실린더형 기판에 결합된 다결정성 다이아몬드("PCD")의 전면대 또는 디스크를 포함하는 실린더형 및 환형 단면을 갖는다.
본 출원인은 놀랍게도 및 긍정적으로 내마모 특성에 영향을 미치는 2가지 변수를 발견하였다. 첫번째 변수는, 예를 들면, 공급물에서 이중 모드 분포("이정 공급물")를 갖는 다이아몬드 마이크론 분말 공급물이다. 두번째 변수는 결합제/촉매/소결 보조제의 양이다.
다이아몬드 디스크를 위한 이정 공급물
본 발명의 방법에 사용된 다이아몬드 결정체는 천연 또는 합성된 것일 수 있고, 당해 방법에 대한 공급물은 조대 입자 분획과 미세 입자 분획과의 혼합물을 포함하는 이정 공급물이다. 조대 입자 분획은 평균 입자 크기 범위가 약 15 내지 70㎛이다. "평균 입자 크기"는 개개 입자의 크기 범위가 "평균"을 나타내는 중간 입자 크기인 것을 의미한다. 미세 입자 분획은 조대 입자 분획 크기의 약 1/2 미만으로서, 즉 평균 입자 크기가 약 1 내지 35㎛ 범위이다. 제2 양태에 있어서, 미세 입자 분획은 평균 입자 크기 범위가 약 3 내지 25㎛이다.
한 가지 양태에 있어서, 조대 다이아몬드 입자 분획 대 미세 다이아몬드 입자 분획의 중량 비는 조대 다이아몬드가 약 60 내지 약 90% 범위이고 나머지가 미세 다이아몬드 입자 분획이다. 일반적으로, 조대 입자 분획 대 미세 입자 분획의 중량 비 범위는 약 70:30 내지 약 80:20일 수 있다. 제2 양태에 있어서, 조대 입자 분획 대 미세 입자 분획의 중량 비 범위는 약 60:40 내지 약 80:20이다.
다이아몬드 결정체의 미세 입자 분획, 조대 입자 분획 또는 이들 범위의 다른 크기로의 사이징은 당해 기술분야에 공지된 방법, 즉 보다 큰 다이아몬드 결정체의 제트-밀링 등을 통해 실시한다.
한 가지 양태에 있어서, 다이아몬드 결정의 총 중량을 기준으로 하여, 20중량% 이하의 임의 재료를 디스크 조성물에 첨가할 수 있다. 임의 재료의 예에는 소결 결합제-촉매로서의 카보네이트, 예를 들면, Mg, Ca, Sr 또는 Ba 또는 이들의 배합물의 분말상 카보네이트일 수 있다. 또 다른 양태에 있어서, 결합제 촉매는 코발트 또는 몇몇 다른 철 그룹 원소, 예를 들면, 철 또는 니켈, 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 원소 주기율표의 IV족 내지 VI족 금속의 탄화물, 질화물, 붕소화물 및 산화물은 소결 혼합물에 첨가할 수 있는 비-다이아몬드 재료의 다른 예이다.
카바이드 기판:
접합된 금속 카바이드 기판 또는 지지체는 조성물에 통상적이고, 따라서 어떠한 VIB족, VB족 또는 VIB족 금속도 포함할 수 있으며, 이들은 코발트, 니켈 또는 철 또는 이들의 합금의 존재하에 압축 및 소결된다. 한 가지 양태에 있어서, 금속 카바이드는 탄화텅스텐이다. 본 발명의 한 가지 양태에 있어서, 결합제/촉매/소결 보조제는 Co이다.
본 발명의 지지체 재료 중의 촉매/소결 보조제의 양은 공업적 분야에서 통상 직면하는 것보다 낮게 유지되고, 즉 약 22용적%(Co 결합된 WC의 경우 14중량%)으로 유지된다. 본 발명의 한 가지 양태에 있어서, 촉매/소결 보조제는 약 10 내지 22용적%의 범위이다. 제2 양태에 있어서, 당해 양은 약 10 내지 15용적%이다. 제3 양태에 있어서, 당해 양은 20용적% 미만이다. 제4 양태에 있어서, 당해 양은 16용적% 이하이다.
이러한 데이타가 입증하는 바와 같이, 개선된 내마모성은 PCD의 단정 그레인 크기에서도 보다 낮은 결합제/촉매/소결 보조제 함량에서 발견된다. 그러나, 최대 내마모성은 본원에 기재된 보다 낮은 함량의 결합제/촉매/소결 보조제와 이정 PCD 혼합물과의 배합물에서 발견된다. 촉매/소결 보조제는 압착기에서 지지체로부터 PCD 혼합물을 통해 일소되어 다결정성 다이아몬드 층의 형성을 보조하는 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 카바이드 지지체 층 중의 보다 낮은 잔류 촉매/소결 보조제 함량은 놀랍게도, 소결된 PCD 압분체 생성물의 내마모성을 개선시키도록 유리하게 작용하는 경질 지지체를 생성한다.
HP/HT 방법:
본 발명의 제1 양태에 있어서, 다이아몬드의 바디 및 카바이드 재료 + 소결 보조제/결합제/촉매 둘 다는 분말로서 적용되고, 동시에 단일 압축 작업(HP/HT 방법)으로 소결된다. 위의 배경란에 기재한 바와 같이, 다이아몬드 결정 및 다량의 카바이드의 혼합물은 HP/HT 반응 셀 어셈블리에 배치하고, HP/HT 처리를 실시한다. 선택된 HP/HT 처리 조건은 연마 입자의 인접한 그레인 사이의 결정간 결합을 실시하고 임의로 소결된 입자를 접합된 금속 카바이드 지지체에 결합시키기에 충분해야 한다. 한 가지 양태에 있어서, 처리 조건은 일반적으로 약 3 내지 120분 동안 1000℃ 이상의 온도와 20Kbar 이상의 압력에서 정치시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 디스크 및 기판 둘 다는 별도의 방법으로 소결된 다음, HP/HT 압착기에서 또는 납땜에 의해 함께 결합된다.
이러한 양태에 있어서, PCD 디스크는 이정 공급물 다이아몬드를 분말 형태의 임의의 카보네이트 결합제-촉매와 혼합하여 예비형성하고, 당해 혼합물을 적절한 형상의 금속제 용기에 충전한 다음, 압착기에서 매우 높은 압력과 온도로 처리한다. 통상적으로, 압력은 20Kbar 이상이고, 온도는 1000℃ 이상(예: 2000℃)이다.
이어서, 예비형성된 디스크를 예비형성된 카바이드 기판(결합제 촉매를 도입시킴)의 상부 표면 위의 적절한 위치에 배치하고, 어셈블리를 적적한 형상의 금속제 용기에 위치시킨다. 이어서, 어셈블리를 압착기에서 고온 및 고압으로 처리하고, 이때의 온도와 압력은 종래의 PCD의 제조에 통상 사용되는 것이다. 이러한 방법 동안, 결합제 촉매는 기판으로부터 다이아몬드 분말로 이동하고, 결합제-촉매로서 작용하여 층에서 다이아몬드끼리 결합시키고, 또한 기판에 다이아몬드 층을 결합시키는 데 사용된다. 또한, 소결 방법은 기판에 디스크를 결합시키는 데 사용된다.
일반적으로 지지된 압분체의 공업적 생산에 있어서, HP/HT 장치의 반응 셀로부터 회수되는 생성물 또는 블랭크는 방전 가공에 의해 또는 레이저를 사용하는 절삭, 밀링 및 특히 압분체의 외부 표면으로부터 임의의 접착 차폐 금속을 제거하기 위한 연마를 포함하는 다양한 가공 작업으로 처리하는 것이 통상적이다. 이러한 작업을 추가로 사용하여, 압분체를 다이아몬드 연마대 두께 및/또는 카바이드 지지체 두께에 대한 제품 명세에 부합하는 실린더 형상 등으로 가공한다.
다음 실시예는 본 발명을 설명하기 위해 본원에 제공된 것이며, 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1
압분체를 제조하는 첫번째 단계는 적절한 다이아몬드 마이크론 분말 혼합물을 제조하는 것이다. 이는 2개의 독특한 입자 크기 분포(예를 들면, 약 25μ다이아몬드 분말 80중량%와 약 5μ 다이아몬드 분말 20중량%)의 다이아몬드 분말을 관형 혼합기에서 혼합하여 실시한다. 혼합된 분말을 탄탈(Ta) 컵에 부어 넣고, 접합된 WC 디스크로 덮는다. 이들 컵 중의 몇개를 고온/고압 반응 셀에 적재하고, 1300 내지 1500℃의 온도에서 약 30분 동안 약 5000psi의 압력으로 처리하여 소결된 PCD 압분체를 형성한다. PCD 압분체를 반응 셀로부터 회수하고, 다이아몬드 층이 0.4 내지 0.6mm 두께로 되고 블랭크의 전체 두께가 1.6mm로 되도록 가공한다. 상이한 다이아몬드 크기 분포와 기판 조성을 사용하여 이러한 방법의 몇몇 변형물을 제조한다. 이들 조성물은 표 1에 요약되어 있다.
가공된 PCD 압분체의 내마모성을 시험하기 위해, 다이아몬드 층을 연마하고, A390 알루미늄의 선회에 적합한 도구를 소결된 압분체로부터 제조한다. 선회 속도는 1분당 1500ft2이고 공급 속도는 1회전당 0.005in이며 절삭 깊이는 0.02in이다. 가공 공정 중의 내마모성을 모니터링한다. 결과는 다음과 같다:
다이아몬드 조성(중량%) WC 중의 Co(용적%) 비교 마모성*
25μ 0.5μ
70 30 13.2 0.902
80 20 13.2 0.778
100 0 13.2 0.930
70 30 22.2 0.990
80 20 22.2 0.989
100 0 22.2 1.000
마모는 단정 25μ/22.2용적% Co PCD와 비교한다. 보다 낮은 값은 보다 적은 PCD 마모를 나타낸다.
위에 설명한 바와 같이, WC 기판 중의 Co 함량을 감소시키는 것은 내마모성이 보다 우수한 소결된 PCD를 생성한다. 그러나, 공급물 중의 다이아몬드의 입자 크기 분포는 또한 내마모성 개선에 있어서 중요한 인자이다. 실시예에 있어서, 이는 최적 내마모성에 대한 WC 기판 중의 Co 함량 뿐만 아니라 다이아몬드 분말 공급물의 입자 크기 분포 둘 다를 조절하는 데 유익하다.
실시예 2
본 실시예에서는 PCD의 내마모성을 시험한다. 실시예 1에 기재된 기술을 사용하여 제조한 도구를 사용하여 듀랄칸(Duralcan)(Al 중의 20% SiC)를 선회시킨다. 선회 속도는 1분당 1500ft2이고 공급 속도는 1회전당 0.005in이며 절삭 깊이는 0.02in이다. 몇개 도구의 가공 마모를 평균하고, 다음에 표로 나타낸다:
PCD 등급 비교 마모성
본 발명 0.63
종래 GE 등급 1.00
유사한 비교 등급 0.98
듀랄칸은 A390보다 더욱 연마성이고, 위의 결과는 본 발명이 몇몇 가공 분야에서 종래 제품에 비해 실질적으로 개선됨을 나타낸다.
본 발명이 바람직한 양태를 참조로 하여 기재되었지만, 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 다양한 변화가 이루어질 수 있고 균등물로 이의 부재를 치환할 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명은 본 발명을 실시하기 위한 최선의 방식으로서 기재된 특정 양태로 한정하고자 하는 것은 아니며, 본 발명은 첨부된 청구의 범위에 포함되는 모든 양태를 포함할 것이다.
본원에 있어서, 달리 명시되지 않는 한, 모든 단위는 미터계이고, 모든 양 및 %는 중량 기준이다. 또한, 본원에 언급된 모든 인용문헌은 특별히 본원에서 참조로 인용된다.
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2002년 10월 1일자로 제출된 미국 가특허원 제60/414987호를 우선권으로서 주장한다.

Claims (15)

  1. 평균 입자 크기 범위가 약 15 내지 70㎛인 조대 입자 분획 약 60 내지 약 90중량%와 평균 입자 크기가 조대 입자 분획의 평균 입자 크기의 거의 절반 이하인 미세 입자 분획과의 혼합물을 포함하는 다이아몬드 결정체 바디 및
    다이아몬드 결정체 바디에 인접하여 배치된 것으로, IVB족, VB족 또는 VIB족 금속의 카바이드와 적어도 소결 결합제-촉매의 혼합물을, 지지체 바디의 총 중량을 기준으로 하여, 약 20용적% 이하의 양으로 포함하는 지지체 바디를 포함하는 셀 어셈블리를 제공하는 단계(a) 및
    셀 어셈블리를, 다이아몬드 결정체 바디를 PCD 층으로 소결시키고 PCD 층을 카바이드 바디에 결합시키기에 충분한 시간 동안 충분히 높은 온도와 압력에서 고압 고온(HP/HT) 조건으로 반응시키는 단계(b)를 포함하는, 내마모 특성이 개선된 금속 카바이드 지지된 다결정성 다이아몬드(PCD) 압분체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 다이아몬드 결정체 바디의 조대 입자 분획 대 미세 입자 분획의 중량 비 범위가 약 90:10 내지 60:40인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 다이아몬드 결정체의 미세 입자 분획의 입자 크기 범위가 약 1 내지 25μ인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 접합된 금속 카바이드 지지체가 IVB족, VB족 또는 VIB족 금속의 카바이드를 포함하고, 결합제가 코발트, 니켈, 철 또는 이들의 합금 중의 하나 이상인 방법.
  5. 제5항에 있어서, 접합된 금속 카바이드 지지체가 WC이고, 결합제가 Co인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 지지체 바디가 적어도 소결 결합제-촉매를, 지지체 바디의 총 중량을 기준으로 하여, 약 17용적% 이하의 양으로 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, HP/HT 처리 조건이 다이아몬드 결정체 바디를 약 3 내지 120분 동안 1000℃ 이상의 온도와 20Kbar 이상의 압력에서 소결시킴을 포함하는 방법.
  8. 평균 입자 크기 범위가 약 15 내지 70㎛인 조대 입자 분획 약 60 내지 약 90중량%와 평균 입자 크기가 조대 입자 분획의 평균 입자 크기의 거의 절반 이하인 미세 입자 분획과의 혼합물을 포함하는 다이아몬드 결정체 바디(a) 및
    다이아몬드 결정체 바디에 접촉된 상태로 존재하며 IVB족, VB족 또는 VIB족 금속의 카바이드와 적어도 소결 결합제-촉매를, 지지체 바디의 총 중량을 기준으로 하여, 약 20용적% 이하의 양으로 포함하는 지지체 바디(b)를 포함하는, 내마모 특성이 개선된, 소결 지지된 다결정성 다이아몬드(PCD) 압분체.
  9. 제8항에 있어서, 다이아몬드 결정체의 조대 입자 분획 대 미세 입자 분획의 중량 비 범위가 약 90:10 내지 60:40인 다결정성 다이아몬드 압분체.
  10. 제8항에 있어서, 다이아몬드 결정체의 미세 입자 분획의 입자 크기 범위가 약 1 내지 25㎛인 다결정성 다이아몬드 압분체.
  11. 제8항에 있어서, 접합된 금속 카바이드 지지체가 IVB족, VB족 또는 VIB족 금속의 카바이드를 포함하고, 결합제가 코발트, 니켈, 철 또는 이들의 합금 중의 하나 이상인 다결정성 다이아몬드 압분체.
  12. 제11항에 있어서, 접합된 금속 카바이드 지지체가 WC이고, 결합제가 Co인 다결정성 다이아몬드 압분체.
  13. 제8항에 있어서, 지지체 바디가 적어도 소결 결합제-촉매를, 지지체 바디의 총 중량을 기준으로 하여, 약 17용적% 이하의 양으로 포함하는 다결정성 다이아몬드 압분체.
  14. 제8항에 있어서, 다이아몬드 결정체 바디와 지지체 바디를 충분한 시간 동안 1000℃ 이상의 온도와 20Kbar 이상의 압력에서 소결시킴을 포함하는 고압/고온(HP/HT) 처리법으로 형성되는, 다결정성 다이아몬드 압분체.
  15. 제8항에 있어서, 다이아몬드 결정체 바디와 지지체 바디를 HP/HT 처리 환경하에 충분한 시간 동안 1000℃ 이상의 온도와 20Kbar 이상의 압력에서 예비형성한 다음, 납땜에 의해 또는 HP/HT 처리 환경하에 함께 융합시킴을 포함하는 고압/고온(HP/HT) 처리법으로 형성되는, 다결정성 다이아몬드 압분체.
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Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1452614B1 (en) * 2001-11-09 2017-12-27 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Sintered diamond having high thermal conductivity
US20060236616A1 (en) * 2003-05-02 2006-10-26 Shan Wan Polycrystalline diamond tools and method of making thereof
US9103172B1 (en) 2005-08-24 2015-08-11 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compact including a pre-sintered polycrystalline diamond table including a nonmetallic catalyst that limits infiltration of a metallic-catalyst infiltrant therein and applications therefor
US8734552B1 (en) * 2005-08-24 2014-05-27 Us Synthetic Corporation Methods of fabricating polycrystalline diamond and polycrystalline diamond compacts with a carbonate material
KR101395479B1 (ko) * 2005-10-28 2014-05-14 엘리먼트 씩스 (프로덕션) (피티와이) 리미티드 입방정계 질화붕소 콤팩트
WO2008012781A2 (en) * 2006-07-28 2008-01-31 Element Six (Production) (Pty) Ltd Abrasive compacts
KR20090042288A (ko) * 2006-07-31 2009-04-29 엘리먼트 씩스 (프로덕션) (피티와이) 리미티드 연마 콤팩트
KR101356374B1 (ko) 2006-10-31 2014-01-27 미츠비시 마테리알 가부시키가이샤 양도전성 다이아몬드 소결체 및 그 제조 방법
US20100285335A1 (en) * 2007-02-05 2010-11-11 Humphrey Samkelo Lungisani Sithebe Polycrystalline diamond (pcd) materials
CA2619547C (en) 2007-02-06 2016-05-17 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond constructions having improved thermal stability
US7942219B2 (en) 2007-03-21 2011-05-17 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond constructions having improved thermal stability
US9297211B2 (en) 2007-12-17 2016-03-29 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond construction with controlled gradient metal content
US8297382B2 (en) 2008-10-03 2012-10-30 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compacts, method of fabricating same, and various applications
US7866418B2 (en) 2008-10-03 2011-01-11 Us Synthetic Corporation Rotary drill bit including polycrystalline diamond cutting elements
US9315881B2 (en) 2008-10-03 2016-04-19 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond, polycrystalline diamond compacts, methods of making same, and applications
US8505654B2 (en) * 2009-10-09 2013-08-13 Element Six Limited Polycrystalline diamond
US8727046B2 (en) 2011-04-15 2014-05-20 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compacts including at least one transition layer and methods for stress management in polycrsystalline diamond compacts
CN103597162B (zh) * 2011-04-18 2016-01-20 史密斯国际有限公司 高金刚石框架强度的pcd材料
US8858665B2 (en) * 2011-04-28 2014-10-14 Robert Frushour Method for making fine diamond PDC
GB201210653D0 (en) * 2012-06-15 2012-08-01 Element Six Abrasives Sa Superhard constructions & methods of making same
US9346149B1 (en) * 2013-01-04 2016-05-24 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compacts and applications therefor
US10501998B1 (en) * 2013-01-04 2019-12-10 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compacts and applications therefor
GB201305873D0 (en) * 2013-03-31 2013-05-15 Element Six Abrasives Sa Superhard constructions & method of making same
US11306542B2 (en) * 2013-09-11 2022-04-19 Schlumberger Technology Corporation Thermally stable polycrystalline diamond and methods of making the same
US10358704B2 (en) * 2014-07-03 2019-07-23 Denka Company Limited Composite body and method for manufacturing same
US11434136B2 (en) * 2015-03-30 2022-09-06 Diamond Innovations, Inc. Polycrystalline diamond bodies incorporating fractionated distribution of diamond particles of different morphologies
CN105618499A (zh) * 2016-03-25 2016-06-01 河南四方达超硬材料股份有限公司 高强度高耐磨聚晶金刚石拉丝模坯的制造方法
CN115505773B (zh) * 2022-09-15 2023-06-20 中石化江钻石油机械有限公司 一种聚晶金刚石复合片及其制备方法和应用

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3831428A (en) * 1973-03-26 1974-08-27 Gen Electric Composite wire drawing die
US3852078A (en) * 1970-12-24 1974-12-03 M Wakatsuki Mass of polycrystalline cubic system boron nitride and composites of polycrystalline cubic system boron nitride and other hard materials, and processes for manufacturing the same
US3876751A (en) * 1972-12-18 1975-04-08 Vladimir Petrovich Alexeevsky Method for producing polycrystalline boron nitride
US4063909A (en) * 1974-09-18 1977-12-20 Robert Dennis Mitchell Abrasive compact brazed to a backing
EP0104063B1 (en) * 1982-09-16 1986-08-27 De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited Abrasive bodies comprising boron nitride
US4954139A (en) * 1989-03-31 1990-09-04 The General Electric Company Method for producing polycrystalline compact tool blanks with flat carbide support/diamond or CBN interfaces
RU2008187C1 (ru) * 1991-06-28 1994-02-28 Институт физики высоких давлений им.Л.Ф.Верещагина Способ изготовления абразивного элемента
ZA943645B (en) * 1993-05-27 1995-01-27 De Beers Ind Diamond A method of making an abrasive compact
US5855996A (en) * 1995-12-12 1999-01-05 General Electric Company Abrasive compact with improved properties
DE60140617D1 (de) * 2000-09-20 2010-01-07 Camco Int Uk Ltd Polykristalliner diamant mit einer an katalysatormaterial abgereicherten oberfläche

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