RU2466200C2 - Abrasive compact from polycrystalline diamond - Google Patents
Abrasive compact from polycrystalline diamond Download PDFInfo
- Publication number
- RU2466200C2 RU2466200C2 RU2009120569/02A RU2009120569A RU2466200C2 RU 2466200 C2 RU2466200 C2 RU 2466200C2 RU 2009120569/02 A RU2009120569/02 A RU 2009120569/02A RU 2009120569 A RU2009120569 A RU 2009120569A RU 2466200 C2 RU2466200 C2 RU 2466200C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite material
- diamond
- particles
- tungsten carbide
- less
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
- B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
- B22F2005/001—Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
- C22C2026/006—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes with additional metal compounds being carbides
Abstract
Description
Предпосылки создания изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION
В целом, изобретение относится к абразивным прессовкам (вставкам) из поликристаллического алмаза и способу изготовления абразивных прессовок из поликристаллического алмаза.In General, the invention relates to abrasive compacts (inserts) of polycrystalline diamond and a method of manufacturing abrasive compacts of polycrystalline diamond.
Абразивные прессовки из поликристаллического алмаза (PDC - от англ. polycrystalline diamond compact) широко используются для резания, фрезерования, шлифовки, сверления и других операций с абразивным воздействием, использующим высокую прочность на истирание компонента из поликристаллического алмаза. В частности, они находят применение в качестве наклонных режущих элементов в буровых долотах, используемых для бурения земных пород, где обычно имеется слой сцементированных алмазных частиц или поликристаллического алмаза (ПКА), прикрепленных к подложке. Эти слои обычно характеризуются высоким содержанием алмазных частиц и тем, что имеют значительное количество непосредственных соединений или контактов алмаза с алмазом. Алмазные прессовки обычно спекаются в условиях повышенных температур и давлений, при которых алмазные частицы обладают кристаллографической и термодинамической стабильностью.Polycrystalline diamond abrasive compacts (PDC - from the English polycrystalline diamond compact) are widely used for cutting, milling, grinding, drilling and other abrasive operations using high abrasion resistance of a polycrystalline diamond component. In particular, they find application as inclined cutting elements in drill bits used for drilling earth rocks, where there is usually a layer of cemented diamond particles or polycrystalline diamond (PCA) attached to the substrate. These layers are usually characterized by a high content of diamond particles and the fact that they have a significant number of direct compounds or contacts of diamond with diamond. Diamond compacts are usually sintered under conditions of elevated temperatures and pressures, at which diamond particles have crystallographic and thermodynamic stability.
Примеры композитных абразивных прессовок описаны в US 3745623; US 3767371 и US 3743489. Слои ПКА относительно хрупки, что зачастую ограничивает срок службы инструмента. Поэтому слои ПКА обычно прикрепляются на металлическую основу, служащую в качестве износоустойчивой подложки для композитной алмазной части. Наиболее распространенной формой исполнения является диск из поликристаллического алмаза, прикрепленный к цилиндру из цементированного карбида, например, WC-Co. Скрепление этих двух элементов обычно производится непосредственно во время спекания алмазного порошкового сырья при высоких давлениях и температурах.Examples of composite abrasive compacts are described in US 3,745,623; US 3767371 and US 3743489. The PCA layers are relatively fragile, which often limits the life of the tool. Therefore, PKA layers are usually attached to a metal base, which serves as a wear-resistant substrate for the composite diamond part. The most common form of execution is a polycrystalline diamond disk attached to a cemented carbide cylinder, such as WC-Co. Bonding of these two elements is usually done directly during sintering of diamond powder raw materials at high pressures and temperatures.
Слой ПКА в абразивной прессовке такого типа, помимо алмазных частиц, как правило, содержит катализатор-растворитель или связующую фазу. Эта фаза обычно имеет вид матрицы связующего металла, перемешанную с проросшей сетью материала алмазных частиц. Эта матрица обычно содержит материал, обладающий каталитической и сольватирующей активностью в отношении углерода, например, кобальт, никель, железо или сплав, включающий один или более из этих металлов.The PKA layer in an abrasive compact of this type, in addition to diamond particles, usually contains a solvent catalyst or a binder phase. This phase usually takes the form of a matrix of a binder metal mixed with a sprouted network of diamond particle material. This matrix typically contains a material having a catalytic and solvating activity against carbon, for example, cobalt, nickel, iron, or an alloy comprising one or more of these metals.
Матрица или связующая фаза также может содержать дополнительные фазы. В абразивных прессовках рассматриваемого в настоящем изобретении типа, окончательное содержание связующей фазы может составлять менее 10% по массе. Эти фазы могут быть в форме дополнительных отдельных фаз, например, карбидов металлов, которые включены в более мягкую металлическую матрицу, либо они могут иметь форму элементов, вплавленных в основную металлическую фазу.The matrix or binder phase may also contain additional phases. In the abrasive compacts of the type of the present invention, the final binder phase content may be less than 10% by weight. These phases can be in the form of additional separate phases, for example, metal carbides, which are included in a softer metal matrix, or they can be in the form of elements fused into the main metal phase.
Композитные абразивные прессовки обычно изготавливаются путем помещения на подложку из цементированного карбида компонентов, требующихся для образования абразивной прессовки, которые находятся в порошковой форме. Кроме сверхтвердых частиц, компоненты могут содержать порошок растворителя-катализатора, а также связующий и спекающий материал. Эта несвязанная композиция помещается в реакционную капсулу, которая затем устанавливается в реакционную зону обычной установки, обеспечивающей высокую температуру и высокое давление. Затем содержимое реакционной капсулы подвергается воздействию повышенных температуры и давления для спекания всей системы.Composite abrasive compacts are usually made by placing on a cemented carbide substrate the components required to form the abrasive compact, which are in powder form. In addition to superhard particles, the components may contain a solvent-catalyst powder, as well as a binder and sintering material. This unbound composition is placed in a reaction capsule, which is then installed in the reaction zone of a conventional apparatus providing high temperature and high pressure. The contents of the reaction capsule are then exposed to elevated temperature and pressure to sinter the entire system.
Обычно, по меньшей мере, отчасти, используется связующее вещество, образующееся из цементированного карбида в качестве источника металлического связующего материала для спеченного поликристаллического алмаза. Во многих случаях, однако, перед спеканием в алмазный порошок подмешивается порошок дополнительного металлического связующего материала. Этот металл связующей фазы действует как жидко-фазная среда, способствующая спеканию алмазной части в условиях воздействия факторов, необходимых для спекания. В условиях воздействия типичных высоких давлений и температур, связующая металлическая фаза, образующаяся из подложки из цементированного карбида и пропитывающая алмазный слой, также приносит с собой значительные количества растворенных веществ, выделяющихся из слоя карбида. Количество растворенных веществ сильно зависит от давления и температуры спекания, при этом более высокая температура способствует увеличению этого количества. При использовании подложки из предпочтительного материала - WC-Co, этими веществами оказываются соединения вольфрама.Typically, at least in part, a binder is used that is formed from cemented carbide as a source of metal binder for sintered polycrystalline diamond. In many cases, however, before sintering, a powder of an additional metallic binder is mixed into the diamond powder. This metal of the binder phase acts as a liquid-phase medium, contributing to the sintering of the diamond part under the influence of factors necessary for sintering. Under typical high pressure and temperature conditions, the binder metal phase formed from the cemented carbide substrate and impregnated with the diamond layer also brings with it significant amounts of dissolved substances released from the carbide layer. The amount of dissolved substances is highly dependent on the pressure and sintering temperature, while a higher temperature increases this amount. When using a substrate of the preferred material - WC-Co, these substances are tungsten compounds.
По мере проникновения в область ПКА этот растворенный вольфрамовый материал реагирует с углеродом из алмазного слоя и может выделиться в виде фаз на основе карбида. При определенных условиях такое выделение из связующего вещества происходит неконтролируемо и в большом объеме. Оно может проявляться в виде крупных выделений WC размером в десятки или даже сотни мкм. Зачастую они образуются в процессе синтеза на периферии тела прессовки или вблизи нее; и, как правило, хотя и не всегда, существует тенденция их пространственного соединения с областью перехода в подложку из карбида. Когда они образуются, распределение этих выделений по макроскопическому слою ПКА носит весьма случайный характер. Могут существовать области с очень незначительными выделениями, или даже вовсе без них; а могут быть области, где относительный объем, занятый ими, чрезвычайно велик.As it penetrates the PKA region, this dissolved tungsten material reacts with carbon from the diamond layer and can be released in the form of carbide-based phases. Under certain conditions, such a release from a binder occurs uncontrollably and in a large volume. It can manifest itself in the form of large WC precipitates measuring tens or even hundreds of microns. Often they are formed in the process of synthesis on the periphery of the pressing body or near it; and, as a rule, although not always, there is a tendency for their spatial connection with the region of transition into the carbide substrate. When they are formed, the distribution of these precipitates over the macroscopic layer of the PCA is very random. There may be areas with very little discharge, or even even without them; and there may be areas where the relative volume occupied by them is extremely large.
Было установлено, что эти WC выделения серьезно ухудшают абразивные характеристики прессовок, поскольку они снижают механическую прочность из-за замещения нужного сверхтвердого поликристаллического материала фазой с меньшей прочностью. Кроме того, в этих областях дефектов в ПКА под рабочими нагрузками могут также нарастать напряжения, что может привести к преждевременному раздроблению материала ПКА.It was found that these WC precipitates seriously degrade the abrasive characteristics of the compacts, since they reduce mechanical strength due to the replacement of the desired superhard polycrystalline material with a phase with a lower strength. In addition, stresses can also increase in these areas of defects in the PCA under workloads, which can lead to premature fragmentation of the PCA material.
В US 6915866 рассматривается образование этих дефектов или пятен металла, и вредное воздействие, оказываемое ими на работу абразивной прессовки. В этом патенте утверждается, что добавление карбида хрома в слой ПКА ослабляет формирование этих выделений. Однако использование посторонних веществ, например, карбида хрома, само по себе является введением дополнительных химических и физических неоднородностей. Вполне вероятно, что это также может привести, в итоге, к неоптимальной структуре. Также может возникнуть некоторое ухудшение устойчивости алмазного композита к термической деградации из-за наличия карбида хрома. Еще один недостаток использования карбида хрома связан со спекаемостью композита, которая, в некоторой степени, должна ухудшиться при обычных температурах спекания, и для достижения нужного уровня спекания могут потребоваться более высокие температуры.US 6,915,866 deals with the formation of these defects or stains of metal, and the harmful effects they exert on the work of abrasive pressing. This patent claims that the addition of chromium carbide to the PCA layer weakens the formation of these precipitates. However, the use of foreign substances, such as chromium carbide, in itself is the introduction of additional chemical and physical inhomogeneities. It is likely that this can also lead, in the end, to a suboptimal structure. There may also be some deterioration in the resistance of the diamond composite to thermal degradation due to the presence of chromium carbide. Another disadvantage of using chromium carbide is associated with the sintering ability of the composite, which, to some extent, should deteriorate at normal sintering temperatures, and higher temperatures may be required to achieve the desired sintering level.
Некоторый успех в деле ослабления образования крупных выделений был продемонстрирован посредством уменьшения температур, используемых при спекании тела прессовки. Этот путь, однако, не всегда применим, поскольку требует неоптимальных условий спекания, при которых получаются недостаточно хорошо спеченные прессовки.Some success in attenuating the formation of coarse precipitates has been demonstrated by lowering the temperatures used in sintering the compact body. This way, however, is not always applicable, since it requires non-optimal sintering conditions under which insufficiently sintered compacts are obtained.
Еще одним предложением по снижению вероятности возникновения столь больших выделений является исключение всякой связи с выделяющейся из подложки связующей фазой. В этом случае, каталитический материал добавляется исключительно в порошок ПКА, а инфильтрация из карбидной подложки полностью предотвращается или затрудняется. Однако наличие связующего вещества, проникающего в алмазную область из подложки, по меньшей мере, отчасти, дает существенные преимущества.Another suggestion to reduce the likelihood of such large precipitates is to exclude any connection with the binder phase released from the substrate. In this case, the catalytic material is added exclusively to the PKA powder, and infiltration from the carbide substrate is completely prevented or hindered. However, the presence of a binder penetrating into the diamond region from the substrate, at least in part, provides significant advantages.
Также исследовалось использование и других материалов, например, стали, в качестве подложки, хотя такие подложки, как правило, плохо спекаются с ПКА слоем и не обеспечивают получения тех же рабочих характеристик, как предпочтительная для использования подложка из WC-Co.The use of other materials, for example, steel, was also investigated as a substrate, although such substrates, as a rule, do not sinter well with the PKA layer and do not provide the same performance characteristics as the preferred WC-Co substrate for use.
Разработка абразивной прессовки, обладающей оптимальными характеристиками в отношении ударной прочности и износоустойчивости ПКА слоя, очень актуальна. Сложность состоит в том, что эти оптимальные характеристики достигаются при спекании в условиях среды, когда в ПКА слое могут возникать крупные карбидные дефекты. Эти карбидные дефекты сами по себе обладают крайне негативным влиянием на требуемые характеристики. Поэтому необходима разработка средств предотвращения или сдерживания образования этих дефектов.The development of an abrasive compact having optimal characteristics in terms of impact strength and wear resistance of a PKA layer is very relevant. The difficulty lies in the fact that these optimal characteristics are achieved by sintering under environmental conditions, when large carbide defects can occur in the PCA layer. These carbide defects themselves have an extremely negative effect on the required characteristics. Therefore, it is necessary to develop means to prevent or deter the formation of these defects.
Краткое изложение сущности изобретенияSummary of the invention
В соответствии с первой особенностью изобретения предлагается ПКА композитный материал, состоящий из алмазных частиц и связующей фазы и имеющий множество промежутков, по которым распределена связующая фаза, и отличающийся тем, что в связующей фазе имеется отдельная фаза частиц карбида вольфрама в количестве более 0,05 об. %, желательно, не менее 0,1 объемного %, но не более 2 об.%, желательно, не более 1,5%, где процентное содержание отсчитывается от общего количества композитного материала, а фаза частиц карбида вольфрама однородно распределена в композитном материале таким образом, что относительное среднеквадратичное (стандартное) отклонение размера зерна WC (выраженное в виде диаметра эквивалентного круга) составляет, в предпочтительном варианте, менее 1, лучше, менее 0,9, а лучше всего, менее 0,8.In accordance with a first aspect of the invention, there is provided a PCA composite material consisting of diamond particles and a binder phase and having a plurality of spaces over which the binder phase is distributed, and characterized in that there is a separate phase of tungsten carbide particles in an amount of more than 0.05 vol in the binder phase . %, preferably not less than 0.1 volume%, but not more than 2 vol.%, preferably not more than 1.5%, where the percentage is calculated from the total amount of the composite material, and the phase of the tungsten carbide particles is uniformly distributed in the composite material as so that the relative standard deviation of the WC grain size (expressed as the diameter of the equivalent circle) is preferably less than 1, better, less than 0.9, and best of all, less than 0.8.
В предпочтительном варианте ПКА композитный материал обычно образует слой, прикрепленный к поверхности подложки из цементированного карбида, формируя абразивную прессовку из поликристаллического алмаза. В предпочтительном варианте подложка представляет собой подложку из цементированного карбида вольфрама.In a preferred embodiment, the PCA composite material typically forms a layer attached to the surface of the cemented carbide substrate, forming an abrasive compact of polycrystalline diamond. In a preferred embodiment, the substrate is a cemented tungsten carbide substrate.
ПКА композитный материал, предложенный в изобретении, может быть получен посредством воздействия на порошковую композицию из частиц алмаза и, при необходимости, связующего вещества, повышенных температуры и давления, обеспечивающих синтез алмаза. В предпочтительном варианте порошковая композиция характеризуется наличием мелких частиц карбида вольфрама, однородно распределенных в композиции в количестве от 0,5 до 5 мас.%, желательно, от 1,0 до 3 мас.% от всей композиции. Частицы карбида вольфрама измельчены, в предпочтительном варианте, до размера менее 1 мкм, а лучше, до размера менее 0,75 мкм. В предпочтительном варианте концентрация частиц карбида вольфрама также выражается количеством частиц карбида вольфрама на грамм смеси с алмазным порошком, которое составляет от 108 до 1010, а лучше, порядка 109 частиц на грамм алмаза.PKA composite material proposed in the invention can be obtained by exposing the powder composition from diamond particles and, if necessary, a binder, elevated temperature and pressure, providing synthesis of diamond. In a preferred embodiment, the powder composition is characterized by the presence of fine particles of tungsten carbide uniformly distributed in the composition in an amount of from 0.5 to 5 wt.%, Preferably from 1.0 to 3 wt.% Of the total composition. Particles of tungsten carbide are crushed, preferably, to a size of less than 1 μm, and preferably, to a size of less than 0.75 μm. In a preferred embodiment, the concentration of tungsten carbide particles is also expressed by the number of particles of tungsten carbide per gram of mixture with diamond powder, which is from 10 8 to 10 10 , and preferably about 10 9 particles per gram of diamond.
Изобретение распространяется и на использование описанных выше абразивных прессовок из поликристаллического алмаза в качестве абразивных режущих элементов, например, для резки или обработки подложек, или в бурении.The invention extends to the use of the above-described abrasive compacts made of polycrystalline diamond as abrasive cutting elements, for example, for cutting or processing substrates, or in drilling.
Описание вариантов осуществления изобретенияDescription of Embodiments
Настоящее изобретение относится к ПКА композитным материалам, как правило, представляющим собой слой, прикрепленный к подложке из цементированного карбида вольфрама, с формированием абразивной прессовки из поликристаллического алмаза, изготовленной при воздействии высоких давлений/высоких температур. Эти композитные материалы отличаются тем, что содержат связующую фазу, металлургические свойства которой таковы, что отдельные выделения карбидной фазы характеризуются однородным распределением.The present invention relates to PCA composite materials, typically a layer attached to a substrate of cemented tungsten carbide, with the formation of abrasive pressing of polycrystalline diamond, made under the influence of high pressures / high temperatures. These composite materials are characterized in that they contain a binder phase, the metallurgical properties of which are such that the individual precipitates of the carbide phase are characterized by a uniform distribution.
Алмазные частицы могут быть природного происхождения или синтетическими. Средний размер зерна алмазных частиц обычно находится в интервале от значений менее микрона до десятков микрон. Настоящее изобретение относится к применениям, где средний размер частицы менее 25 мкм, лучше, менее примерно 20 мкм, а еще лучше, менее 15 мкм.Diamond particles can be of natural origin or synthetic. The average grain size of diamond particles is usually in the range from less than microns to tens of microns. The present invention relates to applications where the average particle size is less than 25 microns, better, less than about 20 microns, and even better, less than 15 microns.
Для изготовления ПКА композитного материала в соответствии с изобретением, описанная выше порошковая композиция подвергается воздействию обычно используемых температур и давлений, необходимых для изготовления абразивной прессовки из алмаза. Эти температуры и давления, в основном, соответствуют условиям, требующимся для синтеза самих алмазных частиц. Как правило, используемые давления должны составлять от 40 до 70 килобар, а температуры от 1300°C до 1600°C.For the manufacture of PKA composite material in accordance with the invention, the above powder composition is exposed to commonly used temperatures and pressures necessary for the manufacture of abrasive pressing of diamond. These temperatures and pressures mainly correspond to the conditions required for the synthesis of the diamond particles themselves. Typically, the pressures used should be between 40 and 70 kilobars, and temperatures between 1300 ° C and 1600 ° C.
ПКА композитный материал обычно прикрепляется слоем к несущей основе или подложке из цементированного карбида с формированием композитной абразивной прессовки. Для изготовления такой композитной абразивной прессовки порошковая композиция помещается на поверхность подложки из цементированного карбида, после чего подвергается воздействию повышенной температуры и давления, которые необходимы для изготовления прессовки. Несущая основа или подложка из цементированного карбида выполняются из цементированного карбида вольфрама. Связующим металлом для таких карбидов может быть любой применяемый для этих целей металл, например никель, кобальт, железо или сплав, содержащий один или более из этих металлов. Это связующее вещество обычно составляет от 10 до 20 мас.% в теле подложки, но может составлять до 6 мас.%. Некоторые из связующих металлов обычно проникают в абразивную прессовку при ее формовании.A PCA composite material is typically laminated to a cemented carbide support or substrate to form a composite abrasive compact. To make such a composite abrasive compact, the powder composition is placed on the surface of a cemented carbide substrate, and then subjected to the elevated temperature and pressure that are necessary for the manufacture of the compact. The carrier or cemented carbide substrate is made of cemented tungsten carbide. The binder metal for such carbides can be any metal used for these purposes, for example nickel, cobalt, iron or an alloy containing one or more of these metals. This binder is usually from 10 to 20 wt.% In the body of the substrate, but can be up to 6 wt.%. Some of the binder metals typically penetrate the abrasive compact during molding.
ПКА композитные материалы, используемые в изобретении, содержат связующую фазу. В предпочтительном варианте эта связующая фаза является катализатором/растворителем для алмаза. Катализаторы/растворители для алмаза известны в уровне техники. В предпочтительном варианте связующим веществом является кобальт, никель, железо или сплав, содержащий один или более из этих металлов. Это связующее вещество может вводиться либо посредством впитывания в массу абразивных частиц в процессе спекания, либо в виде частиц в смеси с абразивными частицами. Впитывание может происходить либо из прокладки или слоя связующего вещества, помещаемого между подложкой и алмазным слоем, либо из карбидной подложки. Обычно используются оба способа.PKA composite materials used in the invention contain a binder phase. In a preferred embodiment, this binder phase is a catalyst / solvent for diamond. Catalysts / solvents for diamond are known in the art. In a preferred embodiment, the binder is cobalt, nickel, iron or an alloy containing one or more of these metals. This binder can be introduced either by absorbing abrasive particles into the mass during sintering, or in the form of particles mixed with abrasive particles. Absorption can occur either from a pad or a layer of a binder placed between the substrate and the diamond layer, or from a carbide substrate. Both methods are commonly used.
При обработке воздействием высокого давления и высокой температуры, материал катализатора/растворителя плавится и мигрирует между алмазными частицами, действуя как катализатор/растворитель и скрепляя таким путем алмазные частицы друг с другом посредством формирования переосажденной алмазной фазы. После изготовления композитный материал содержит связанную матрицу скрепленных алмазных частиц, образующую ПКА композитный материал, множество промежутков в котором заполнено связующим веществом или материаом катализатора/растворителя, как было описано выше. По существу, полученный композитный материал содержит двухфазный композит, в котором алмаз является одной фазой, а связующее вещество - другой фазой.When treated with high pressure and high temperature, the catalyst / solvent material melts and migrates between the diamond particles, acting as a catalyst / solvent and thus bonding the diamond particles to each other by forming a reprecipitated diamond phase. After manufacturing, the composite material contains a bonded matrix of bonded diamond particles, forming a PCA composite material, a lot of gaps in which are filled with a binder or catalyst / solvent material, as described above. Essentially, the resulting composite material contains a two-phase composite, in which diamond is one phase and the binder is another phase.
В настоящем изобретении установлено, что посредством введения перед спеканием тонко измельченного карбида вольфрама в неспеченную массу алмазных частиц в качестве легирующей примеси с относительно малым содержанием, можно подавить последующий рост крупных выделений на базе карбида внутри связующей фазы в процессе спекания или после него. Хотя введение в систему дополнительной нежелательной химической фазы на первый взгляд кажется нелогичным, оказывается, что изначальное присутствие этих частиц, равномерно распределенных в массе перед спеканием, сильно подавляет последующее неконтролируемое формирование крупных дефектов той же или аналогичных химических фаз, где оно может возникнуть. Хотя это и не обосновано теорией, возможно, что легированная порошковая смесь функционирует как фильтр, избирательно вытягивая любой растворенный вольфрам в управляемом процессе, снижая, таким образом, его общую концентрацию. В результате, этот процесс предотвращает неуправляемое выделение карбидных фаз в других местах спеченного поликристаллического алмазного слоя посредством уменьшения количества имеющегося в наличии растворенного вещества для формирования карбида.The present invention has found that by introducing finely ground tungsten carbide into a green mass of diamond particles as a dopant with a relatively low content before sintering, it is possible to suppress the subsequent growth of large precipitates based on carbide inside the binder phase during or after sintering. Although the introduction of an additional undesirable chemical phase into the system at first glance seems illogical, it turns out that the initial presence of these particles, evenly distributed in the mass before sintering, strongly suppresses the subsequent uncontrolled formation of large defects of the same or similar chemical phases where it can occur. Although this is not justified by theory, it is possible that the alloyed powder mixture functions as a filter, selectively drawing out any dissolved tungsten in a controlled process, thus reducing its total concentration. As a result, this process prevents the uncontrolled precipitation of carbide phases elsewhere in the sintered polycrystalline diamond layer by reducing the amount of solute present for carbide formation.
Способ получения композитных материалов, предложенный в изобретении, таким образом, характеризуется первоначальным добавлением мелко измельченного карбида вольфрама к неспеченной смеси используемых алмазных абразивных частиц. Это может выполняться в виде подмешивания отдельных частиц, либо путем эрозии размалывающей среды из карбида вольфрама в процессе приготовления алмазной порошковой смеси, когда за счет абразивного воздействия алмазных частиц на мелющие шары из карбида вольфрама при достаточно напряженных условиях помола достигается введение требуемых количеств. Для введения карбида вольфрама в алмазную порошковую смесь могут использоваться химические или физические средства нанесения. Иногда может использоваться и комбинация этих способов.The method of producing composite materials proposed in the invention, thus, is characterized by the initial addition of finely ground tungsten carbide to an unsintered mixture of used diamond abrasive particles. This can be done in the form of mixing individual particles, or by erosion of a grinding medium from tungsten carbide in the process of preparing a diamond powder mixture, when due to the abrasive action of diamond particles on grinding balls of tungsten carbide under sufficiently intense grinding conditions, the introduction of the required quantities is achieved. Chemical or physical deposition agents can be used to introduce tungsten carbide into the diamond powder mixture. Sometimes a combination of these methods may be used.
Обычно, подобная добавка карбида вольфрама обеспечивает создание порошковой алмазной смеси, в которой, перед спеканием, содержание карбида вольфрама составляет примерно от 0,5 мас.% до 5 мас.% для неспеченной порошковой композиции. Было установлено, что в предложенных в изобретении ПКА материалах, отличающихся формированием карбидных дефектов, введение карбида вольфрама в количестве 0,7 мас.% дает положительный эффект. Более предпочтительным является содержание добавки в интервале от 1,0 до 3 мас.%. Следует, однако, иметь в виду, что количество легирующей примеси, необходимое для предотвращения неуправляемых выделений, характерно для получаемого ПКА композитного материала. Поэтому можно предположить, что другие композитные материалы будут иметь отличающиеся оптимальные уровни добавок в рамках этих более широких интервалов. Было установлено, что оптимальные уровни легирования WC для поликристаллического алмазного материала (в изобретении обозначен как ПКА) получаются, когда количество частиц WC находится в пределах от 108 до 1010 частиц на грамм алмаза. Наиболее предпочтительное количество имеет порядок 109 (т.е. между 1×109 до 9,9×109 частиц на грамм алмаза). Когда количество частиц составляет много меньше примерно 1×108 частиц на грамм алмаза, то гомогенизирующий эффект процесса легирования не оптимален.Typically, such a tungsten carbide additive provides a diamond powder mixture in which, before sintering, the tungsten carbide content is from about 0.5 wt.% To 5 wt.% For the green powder composition. It was found that in the proposed in the invention PKA materials, characterized by the formation of carbide defects, the introduction of tungsten carbide in an amount of 0.7 wt.% Gives a positive effect. More preferred is an additive content in the range of 1.0 to 3% by weight. However, it should be borne in mind that the amount of dopant necessary to prevent uncontrolled emissions is characteristic of the resulting PKA composite material. Therefore, it can be assumed that other composite materials will have different optimal levels of additives within these wider ranges. It was found that optimal WC doping levels for a polycrystalline diamond material (referred to as PKA in the invention) are obtained when the number of WC particles is in the range of 10 8 to 10 10 particles per gram of diamond. The most preferred amount is of the order of 10 9 (i.e., between 1 × 10 9 to 9.9 × 10 9 particles per gram of diamond). When the number of particles is much less than about 1 × 10 8 particles per gram of diamond, the homogenizing effect of the doping process is not optimal.
Также желательно, чтобы частицы карбида вольфрама были как можно более мелкими, так, чтобы каждая частица, выполняя роль эффективного и стабильного центра легирования, не создавала заметных помех процессу спекания алмаза. В предпочтительном варианте средний размер частиц WC, вводимых в алмазную смесь, не превышал 1 мкм, а в более предпочтительном варианте, не превышал 0,75 мкм. Предполагается, что когда частицы становятся слишком мелкими, растворимость фазы WC в расплавленном катализаторе/растворителе может привести к полному растворению значительного количества частиц. Это приведет к существенному ухудшению легирующего эффекта. Можно предположить, что даже и в предложенном в изобретении предпочтительном интервале размеров, некоторые частицы будут подвергнуты частичному растворению, хотя это растворение будет сдерживаться тем, что расплавленный раствор катализатора/растворителя насыщен вольфрамом из карбидной подложки.It is also desirable that the particles of tungsten carbide be as small as possible, so that each particle, acting as an effective and stable center of doping, does not create noticeable interference with the sintering process of diamond. In a preferred embodiment, the average size of the WC particles introduced into the diamond mixture did not exceed 1 μm, and in a more preferred embodiment, did not exceed 0.75 μm. It is assumed that when the particles become too small, the solubility of the WC phase in the molten catalyst / solvent can completely dissolve a significant amount of particles. This will lead to a significant deterioration in the alloying effect. It can be assumed that even in the preferred size range proposed in the invention, some particles will undergo partial dissolution, although this dissolution will be restrained by the fact that the molten catalyst / solvent solution is saturated with tungsten from the carbide substrate.
Вовсе не обязательно, чтобы частицы карбида вводились в весь объем ПКА композитного материала. Установлено, что весьма полезно введение легирующей примеси частиц карбида в композитный материал только в области, непосредственно примыкающей к границе с подложкой. Таким образом, в данной форме изобретения, порошковая композиция образует область, непосредственно примыкающую к границе с подложкой, а алмазный слой, возможно, вместе со связующей фазой в порошковой форме, будет помещен на порошковую композицию. В некоторых случаях, однако, когда слой композитного материала особенно подвержен формированию крупных карбидных выделений, может потребоваться, чтобы легированию подвергался весь ПКА композитный материал или большая его часть. Для упрощения технологии изготовления, также может быть желательным легировать весь композитный материал.It is not at all necessary that carbide particles are introduced into the entire volume of the PCA of the composite material. It has been found that the introduction of a dopant of carbide particles into the composite material is very useful only in the region directly adjacent to the boundary with the substrate. Thus, in this form of the invention, the powder composition forms a region immediately adjacent to the border with the substrate, and the diamond layer, possibly together with the binder phase in powder form, will be placed on the powder composition. In some cases, however, when the layer of the composite material is particularly susceptible to the formation of large carbide precipitates, it may be necessary that the entire PKA composite material or most of it be doped. To simplify manufacturing techniques, it may also be desirable to alloy the entire composite material.
Для того чтобы отличить предпочтительные структуры, предложенные в настоящем изобретении, от обычно используемых в известных аналогичных прессовках, необходимо рассмотреть гомогенизирующее действие легирующей примеси на общее распределение карбидных фаз в полученной в итоге спеченной микроструктуре. Как уже упоминалось ранее, распределение карбидных фаз в нелегированных ПКА прессовках обычно имеет неуправляемый и случайный характер во всем макроскопическом ПКА слое. Имеются области, в которых видимые карбидные выделения незначительны или отсутствуют, в других областях легко наблюдаются большие, существенные дефекты, связанные с карбидом. В прессовках, спеченных при более низких температурах, обычно ниже оптимальных, карбидные выделения могут быть вовсе не видны.In order to distinguish the preferred structures proposed in the present invention from those commonly used in known similar compacts, it is necessary to consider the homogenizing effect of the dopant on the overall distribution of carbide phases in the resulting sintered microstructure. As mentioned earlier, the distribution of carbide phases in undoped PKA compacts is usually uncontrollable and random in the entire macroscopic PKA layer. There are areas in which visible carbide precipitations are negligible or absent, in other areas large, significant defects associated with carbide are easily observed. In compacts sintered at lower temperatures, usually below optimum, carbide precipitates may not be visible at all.
Предложенный в настоящем изобретении композитный материал обычно обладает однородным, или близким к однородному, распределением фазы частиц карбида вольфрама в полученной микроструктуре. Распределение размеров зерна частиц карбида не имеет больших отклонений, группируясь в узкой области вокруг среднего значения, которое обычно достаточно мало. Малая ширина этого распределения может быть численно выражена статистическими показателями среднеквадратичного отклонения, нормализованного по общему среднему значению или математическому ожиданию. При этом предложенные в настоящем изобретении композитные материалы характеризуются среднеквадратичным отклонением размера зерна фазы карбида вольфрама WC (выражен диаметром эквивалентного круга), составляющим, в предпочтительном варианте, менее 1, в более предпочтительном варианте - менее 0,9, и в наиболее предпочтительном варианте, менее 0,8. Эти значения имеют место в интервале средних значений размера зерна частиц фазы WC, составляющих от 0,1 до 1,5 мкм. В типичных известных ПКА абразивных прессовках с аналогичным размером зерна WC, относительные среднеквадратичные отклонения значительно превышают 1,0.The composite material proposed in the present invention typically has a uniform, or nearly uniform, phase distribution of tungsten carbide particles in the resulting microstructure. The grain size distribution of carbide particles does not have large deviations, grouping in a narrow region around the average value, which is usually quite small. The small width of this distribution can be numerically expressed by statistical indicators of the standard deviation, normalized by the total mean value or mathematical expectation. Moreover, the composite materials proposed in the present invention are characterized by the standard deviation of the grain size of the WC tungsten carbide phase grain size (expressed by the diameter of the equivalent circle), comprising, in the preferred embodiment, less than 1, in the more preferred embodiment, less than 0.9, and in the most preferred embodiment, less 0.8. These values occur in the range of average grain size of the particles of the WC phase, constituting from 0.1 to 1.5 microns. In typical known PCA abrasive compacts with a similar WC grain size, the relative standard deviations are significantly greater than 1.0.
Измерение размеров зерна фазы WC выполняется в полученном композите, с фокусировкой на ПКА слое, путем статистической оценки по большому числу изображений, полученных на сканирующем электронном микроскопе. Зерна WC фазы в окончательно полученной микроструктуре, которые посредством электронной микроскопии легко отличить от остальной микроструктуры, на этих изображениях выделяются с использованием обычных методов анализа изображений. Измеряется общая площадь, занятая WC фазой; и размер этой площади в процентах принимается эквивалентным процентному содержанию общего объема фазы (фаз) WC в микроструктуре.The grain sizes of the WC phase are measured in the obtained composite, with focusing on the PKA layer, by statistical estimation of a large number of images obtained with a scanning electron microscope. The grains of the WC phase in the final microstructure, which can be easily distinguished by electron microscopy from the rest of the microstructure, are isolated on these images using conventional image analysis methods. The total area occupied by the WC phase is measured; and the size of this area as a percentage is taken to be equivalent to the percentage of the total volume of the WC phase (s) in the microstructure.
Среднее значение процентного объемного содержания WC в структурах, предложенных в настоящем изобретении, определяется комбинацией WC, введенного в порошковую алмазную смесь в качестве легирующей добавки, и также WC, происходящего из подложки, который выделяется вблизи этих легирующих частиц или непосредственно на них. В известных режущих элементах обычно можно наблюдать эти два различных материала, отличающиеся по содержанию WC. Здесь имеются материалы с малым общим содержанием WC, в которых содержание WC находится ниже 0,05 об.%, или по меньшей мере существенно ниже 0,1 об.%, и материалы, объемное содержание WC в которых превышает этот порог. Обычно материалы с пониженным общим содержанием карбида WC не поддаются оптимальному спеканию, в то время как материалы, содержание WC в которых превышает 0,1 об.%, страдают от образования многочисленных дефектов, описанных выше. Предложенные в настоящем изобретении структуры обычно характеризуются уровнем содержания WC, превышающим 0,05 об.%, а более типичным является содержание более 0,1 объемного %.The average value of the percentage volumetric content of WC in the structures proposed in the present invention is determined by the combination of WC introduced into the diamond powder mixture as an alloying agent and also WC originating from a substrate that is released near or directly on these alloying particles. In known cutting elements, it is usually possible to observe these two different materials, differing in the WC content. There are materials with a low total WC content, in which the WC content is below 0.05 vol.%, Or at least substantially lower than 0.1 vol.%, And materials in which the volumetric WC content exceeds this threshold. Typically, materials with a reduced total WC carbide content are not susceptible to optimal sintering, while materials with a WC content of more than 0.1 vol.% Suffer from the formation of numerous defects described above. The structures proposed in the present invention are typically characterized by a level of WC content in excess of 0.05 vol.%, And more typical is a content of more than 0.1 volume%.
Размер зерна WC измеряется посредством оценки диаметра круга, эквивалентного по размеру или площади каждому отдельному зерну, идентифицированному в микроструктуре. Полученное распределение размеров этих кругов затем подвергается статистической обработке. Выбранная характерная переменная представляет диаметр этого "эквивалентного круга", известного под названием диаметра эквивалентного круга. Далее из распределения этих диаметров определяются среднее арифметическое и среднеквадратичное отклонение. Относительное или нормализованное значение среднеквадратичного отклонения в каждом случае вычисляется путем деления среднеквадратичного отклонения на среднее значение. Как правило, в настоящем изобретении для представления интересующих структур, где средний размер зерна алмаза составляет от менее микрона до десятков микрон, уровень увеличения выбирается равным от 1000 до 2000 раз.WC grain size is measured by estimating a circle diameter equivalent in size or area to each individual grain identified in the microstructure. The resulting size distribution of these circles is then subjected to statistical processing. The selected characteristic variable represents the diameter of this "equivalent circle", known as the diameter of the equivalent circle. Further, from the distribution of these diameters, the arithmetic mean and standard deviation are determined. The relative or normalized standard deviation is calculated in each case by dividing the standard deviation by the mean. Typically, in the present invention, to represent structures of interest, where the average diamond grain size is from less than microns to tens of microns, the magnification level is selected to be 1000 to 2000 times.
Далее изобретение будет проиллюстрировано примерами, которые не ограничивают объема изобретения.The invention will now be illustrated by examples, which do not limit the scope of the invention.
Пример 1Example 1
Образец 1А - введение WC помолом в мельницеSample 1A - introduction of WC grinding in a mill
Многомодальный алмазный порошок со средним размером зерна примерно 15 мкм, вместе кобальтовым порошком, составляющим 1 мас.%, подвергался помолу в планетарной шаровой мельнице с использованием WC мельничных шаров, в обычных условиях приготовления алмазной порошковой смеси. Процесс помола контролируется с тем, чтобы обеспечить максимальную эрозию размалывающей среды для введения в WC в смесь в количестве, составляющем 0,7 мас.% от полученной в результате алмазной смеси. Размер вводимого таким образом фрагмента WC обычно составлял менее 0,5 мкм. Эта порошковая смесь спекалась на стандартной цементированной WC подложке при давлении и температуре, типичных для условий, необходимых для обеспечения хорошего сцепления ПКА слоя с подложкой. Полученный образец обозначен как Образец А в приведенной ниже Таблице 1.A multimodal diamond powder with an average grain size of about 15 μm, together with cobalt powder, comprising 1 wt.%, Was milled in a planetary ball mill using WC mill balls under normal conditions for the preparation of a diamond powder mixture. The grinding process is controlled in order to ensure maximum erosion of the grinding medium for introduction into the WC in the mixture in an amount of 0.7 wt.% Of the resulting diamond mixture. The size of the WC fragment thus introduced was usually less than 0.5 μm. This powder mixture was sintered on a standard cemented WC substrate at a pressure and temperature typical of the conditions necessary to ensure good adhesion of the PKA layer to the substrate. The resulting sample is designated as Sample A in Table 1 below.
Образец 1В - введение WC подмешиваниемSample 1B - introduction of mixing WC
Многомодальный алмазный порошок со средним размером зерна примерно 15 мкм, вместе кобальтовым порошком, составляющим 1 мас.%, готовился в обычных условиях приготовления алмазной порошковой смеси в мешалке с большими сдвиговыми усилиями и в отсутствие какой-либо размалывающей WC среды. К смеси добавлялся порошок частиц WC до получения содержания 0,7 мас.% от результирующей алмазной смеси. Размер частиц WC, вводимых таким путем, обычно составлял от 0,35 до 0,7 мкм. Эта порошковая смесь спекалась на стандартной цементированной WC подложке при давлении и температуре, типичных для условий, необходимых для обеспечения сцепления ПКА слоя с подложкой. Полученный образец обозначен как Образец В в приведенной ниже Таблице 1.A multimodal diamond powder with an average grain size of about 15 μm, together with a cobalt powder of 1 wt.%, Was prepared under ordinary conditions for preparing a diamond powder mixture in a mixer with great shear forces and in the absence of any grinding medium WC. Powder of WC particles was added to the mixture to obtain a content of 0.7 wt.% From the resulting diamond mixture. The particle size of the WC, introduced in this way, usually ranged from 0.35 to 0.7 microns. This powder mixture was sintered on a standard cemented WC substrate at a pressure and temperature typical of the conditions necessary to ensure adhesion of the PCA layer to the substrate. The resulting sample is designated as Sample B in Table 1 below.
Образец 1C - контрольный образец, изготовленный подмешиваниемSample 1C - control sample made by mixing
Многомодальный алмазный порошок со средним размером зерна примерно 15 мкм, вместе кобальтовым порошком, составляющим 1 мас.%, готовился в обычных условиях приготовления алмазной порошковой смеси в мешалке с большими сдвиговыми усилиями и в отсутствие какой-либо размалывающей WC среды. Эта порошковая смесь спекалась на стандартной цементированной WC подложке при давлении и температуре, типичных для условий, необходимых для обеспечения сцепления ПКА слоя с подложкой. Полученный образец обозначен как Образец С в приведенной ниже Таблице 1.A multimodal diamond powder with an average grain size of about 15 μm, together with a cobalt powder of 1 wt.%, Was prepared under ordinary conditions for preparing a diamond powder mixture in a mixer with great shear forces and in the absence of any grinding medium WC. This powder mixture was sintered on a standard cemented WC substrate at a pressure and temperature typical of the conditions necessary to ensure adhesion of the PCA layer to the substrate. The resulting sample is designated as Sample C in Table 1 below.
Образцы А-С подвергались описанному выше анализу для определения равномерности распределения карбида вольфрама в ПКА слое в каждом образце. Результаты представлены в Таблице 1.Samples A-C were subjected to the analysis described above to determine the uniform distribution of tungsten carbide in the PCA layer in each sample. The results are presented in Table 1.
На основании вышеизложенного следует отметить, что относительное среднеквадратичное отклонение размера зерна WC для образцов А и В, предложенных в изобретении, было значительно меньше, чем в Образце С, полученном известным способом.Based on the foregoing, it should be noted that the relative standard deviation of the WC grain size for samples A and B proposed in the invention was significantly less than in Sample obtained in a known manner.
При изготовлении больших партий ПКА материалов в соответствии с композициями образцов 1А, 1В и 1C наблюдалось очень значительное сокращение числа дефектов, обусловленных карбидными выделениями, в материалах, изготовленных из смесей 1А и 1В. В одинаковых условиях синтеза уровень дефектов в нелегированном образце материала С-типа был в пять раз выше, чем в материалах, предложенных в настоящем изобретении (материалы образцов А и В-типа). Кроме того, в нелегированных материалах дефекты имеют значительно больший размер.In the manufacture of large batches of PKA materials in accordance with the compositions of samples 1A, 1B and 1C, a very significant reduction in the number of defects due to carbide precipitates was observed in materials made from mixtures 1A and 1B. Under the same synthesis conditions, the level of defects in an undoped sample of C-type material was five times higher than in the materials proposed in the present invention (materials of samples A and B-type). In addition, in undoped materials, defects are much larger.
Пример 2Example 2
Образец 2А - введение WC помолом в мельницеSample 2A - introduction of WC grinding in a mill
Многомодальный алмазный порошок со средним размером зерна примерно 6 мкм, вместе кобальтовым порошком, составляющим 1 мас.%, подвергался помолу в планетарной шаровой мельнице с использованием WC мельничных шаров, в обычных условиях приготовления алмазной порошковой смеси. Процесс помола контролируется с тем, чтобы обеспечить максимальную эрозию размалывающей среды для введения в WC в смесь в количестве, составляющем 1,5 мас.% от полученной в результате алмазной смеси. Размер вводимого таким образом фрагмента WC обычно составлял менее 0,5 мкм. Эта порошковая смесь спекалась на стандартной цементированной WC подложке при давлении и температуре, типичных для условий, необходимых для обеспечения хорошего сцепления ПКА слоя с подложкой. Полученный образец обозначен как Образец 2А в приведенной ниже Таблице 2.A multimodal diamond powder with an average grain size of about 6 μm, together with cobalt powder of 1 wt.%, Was milled in a planetary ball mill using WC mill balls, under normal conditions for the preparation of a diamond powder mixture. The grinding process is controlled in order to ensure maximum erosion of the grinding medium for introduction into the WC in the mixture in an amount of 1.5 wt.% Of the resulting diamond mixture. The size of the WC fragment thus introduced was usually less than 0.5 μm. This powder mixture was sintered on a standard cemented WC substrate at a pressure and temperature typical of the conditions necessary to ensure good adhesion of the PKA layer to the substrate. The resulting sample is designated as Sample 2A in Table 2 below.
Образец 2С - контрольный образец, изготовленный подмешиваниемSample 2C - control sample made by mixing
Многомодальный алмазный порошок со средним размером зерна примерно 6 мкм, вместе кобальтовым порошком, составляющим 1 мас.%, готовился в обычных условиях приготовления алмазной порошковой смеси в мешалке с большими сдвиговыми усилиями и в отсутствие какой-либо размалывающей WC среды. Эта порошковая смесь спекалась на стандартной цементированной WC подложке при давлении и температуре, типичных для условий, необходимых для обеспечения сцепления ПКА слоя с подложкой. Полученный образец обозначен как Образец 2С в приведенной ниже Таблице 2.A multimodal diamond powder with an average grain size of about 6 μm, together with a cobalt powder of 1 wt.%, Was prepared under ordinary conditions for preparing a diamond powder mixture in a mixer with great shear forces and in the absence of any grinding medium WC. This powder mixture was sintered on a standard cemented WC substrate at a pressure and temperature typical of the conditions necessary to ensure adhesion of the PCA layer to the substrate. The resulting sample is designated as Sample 2C in Table 2 below.
При изготовлении больших партий ПКА материалов в соответствии с композициями образцов 2А и 2С наблюдалось очень значительное сокращение числа дефектов, обусловленных карбидными выделениями, в материалах, изготовленных из смесей 2А. В одинаковых условиях синтеза, уровень дефектов в нелегированном образце материала 2С-типа был вдвое выше, чем в материале, предложенном в настоящем изобретении (материал образцов типа 2А).In the manufacture of large batches of PKA materials in accordance with the compositions of samples 2A and 2C, a very significant decrease in the number of defects caused by carbide precipitates was observed in materials made from mixtures of 2A. Under the same synthesis conditions, the level of defects in an undoped sample of a 2C-type material was twice as high as in the material proposed in the present invention (material of type 2A samples).
Claims (18)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ZA200609073 | 2006-10-31 | ||
| ZA2006/09073 | 2006-10-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009120569A RU2009120569A (en) | 2010-12-10 |
| RU2466200C2 true RU2466200C2 (en) | 2012-11-10 |
Family
ID=39201883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009120569/02A RU2466200C2 (en) | 2006-10-31 | 2007-10-31 | Abrasive compact from polycrystalline diamond |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20100000158A1 (en) |
| EP (1) | EP2094418A1 (en) |
| JP (1) | JP5331003B2 (en) |
| KR (1) | KR20090086999A (en) |
| CN (1) | CN101522346B (en) |
| RU (1) | RU2466200C2 (en) |
| WO (1) | WO2008053431A1 (en) |
| ZA (1) | ZA200901042B (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2538551C1 (en) * | 2013-07-19 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук | Diamond polycrystalline composite material with reinforcing diamond component |
| RU2550394C2 (en) * | 2013-07-16 | 2015-05-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук | Polycrystalline diamond composite with dispersion-strengthened additive |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0819257D0 (en) | 2008-10-21 | 2008-11-26 | Element Six Holding Gmbh | Insert for an attack tool |
| US8579052B2 (en) | 2009-08-07 | 2013-11-12 | Baker Hughes Incorporated | Polycrystalline compacts including in-situ nucleated grains, earth-boring tools including such compacts, and methods of forming such compacts and tools |
| US8727042B2 (en) | 2009-09-11 | 2014-05-20 | Baker Hughes Incorporated | Polycrystalline compacts having material disposed in interstitial spaces therein, and cutting elements including such compacts |
| US8496076B2 (en) | 2009-10-15 | 2013-07-30 | Baker Hughes Incorporated | Polycrystalline compacts including nanoparticulate inclusions, cutting elements and earth-boring tools including such compacts, and methods of forming such compacts |
| TWI544064B (en) * | 2010-09-03 | 2016-08-01 | 聖高拜磨料有限公司 | Bonded abrasive article and method of forming |
| GB201017924D0 (en) * | 2010-10-22 | 2010-12-01 | Element Six Production Pty Ltd | Polycrystalline diamond material |
| WO2012064399A1 (en) | 2010-11-08 | 2012-05-18 | Baker Hughes Incorporated | Polycrystalline compacts including nanoparticulate inclusions, cutting elements and earth-boring tools including such compacts, and methods of forming same |
| US9102039B2 (en) | 2012-12-31 | 2015-08-11 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Bonded abrasive article and method of grinding |
| US9278431B2 (en) | 2012-12-31 | 2016-03-08 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Bonded abrasive article and method of grinding |
| CN105189046B (en) | 2012-12-31 | 2017-12-05 | 圣戈班磨料磨具有限公司 | Bonded abrasive articles and method for grinding |
| WO2014165447A1 (en) | 2013-03-31 | 2014-10-09 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Bonded abrasive article and method of grinding |
| DE102015208491B4 (en) * | 2014-05-08 | 2019-03-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Polycrystalline diamond body, cutting tool, wear-resistant tool, grinding tool and method for producing a polycrystalline diamond body |
| CN104498798B (en) * | 2014-10-18 | 2016-06-15 | 北京中煤矿山工程有限公司 | The broken rock of rolling bores tooth coating material and diamond-Talide composite drill tooth preparation technology |
| KR102020014B1 (en) * | 2015-05-28 | 2019-09-09 | 핼리버튼 에너지 서비시즈 인코퍼레이티드 | Material segregation induction method for manufacturing polycrystalline diamond tools |
| CN104962793B (en) * | 2015-06-23 | 2017-04-26 | 中南钻石有限公司 | Polycrystalline diamond compact with excellent electric conductivity and method for manufacturing polycrystalline diamond compact |
| US10337256B2 (en) * | 2015-12-16 | 2019-07-02 | Diamond Innovations, Inc. | Polycrystalline diamond cutters having non-catalytic material addition and methods of making the same |
| US10625798B2 (en) * | 2016-09-09 | 2020-04-21 | Soucy International Inc. | Grouser assembly for endless track systems |
| MX2021002365A (en) | 2018-09-12 | 2021-04-29 | Us Synthetic Corp | Polycrystalline diamond compact including erosion and corrosion resistant substrate. |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4505746A (en) * | 1981-09-04 | 1985-03-19 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Diamond for a tool and a process for the production of the same |
| RU2064399C1 (en) * | 1994-01-26 | 1996-07-27 | Акционерное общество закрытого типа "Карбид" | Method of obtaining diamond containing material |
| RU2141001C1 (en) * | 1995-02-01 | 1999-11-10 | Кеннаметал Инк. | Matrix for solid composite compound |
| RU2184644C2 (en) * | 1997-07-16 | 2002-07-10 | Дзе Исизука Рисерч Инститьют, Лтд. | Diamond-containing laminate composition material and method for making such material |
Family Cites Families (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3743489A (en) * | 1971-07-01 | 1973-07-03 | Gen Electric | Abrasive bodies of finely-divided cubic boron nitride crystals |
| US3767371A (en) * | 1971-07-01 | 1973-10-23 | Gen Electric | Cubic boron nitride/sintered carbide abrasive bodies |
| US3745623A (en) * | 1971-12-27 | 1973-07-17 | Gen Electric | Diamond tools for machining |
| JPS53136790A (en) * | 1977-05-04 | 1978-11-29 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Sintered body for highly hard tool and method of producing same |
| AU518306B2 (en) * | 1977-05-04 | 1981-09-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Sintered compact for use ina cutting tool anda method of producing thesame |
| US4303442A (en) * | 1978-08-26 | 1981-12-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Diamond sintered body and the method for producing the same |
| JPS5747771A (en) * | 1980-09-06 | 1982-03-18 | Sumitomo Electric Industries | Sintered body for linedrawing dice and manufacture |
| JPS58213676A (en) * | 1982-06-02 | 1983-12-12 | 住友電気工業株式会社 | Diamond sintered body for tool and manufacture |
| JPS5841769A (en) * | 1981-09-04 | 1983-03-11 | 住友電気工業株式会社 | Diamond sintered body for tool and manufacture |
| JPS5916942A (en) * | 1982-07-19 | 1984-01-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Composite diamond-sintered body useful as tool and its manufacture |
| DE3583567D1 (en) * | 1984-09-08 | 1991-08-29 | Sumitomo Electric Industries | SINTERED DIAMOND TOOL BODY AND METHOD FOR PRODUCING IT. |
| JPS6167740A (en) * | 1984-09-08 | 1986-04-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Diamond sintered body for tools and its manufacture |
| DE3477207D1 (en) * | 1984-11-21 | 1989-04-20 | Sumitomo Electric Industries | High hardness sintered compact and process for producing the same |
| US4694918A (en) * | 1985-04-29 | 1987-09-22 | Smith International, Inc. | Rock bit with diamond tip inserts |
| JPH0647728B2 (en) * | 1985-12-18 | 1994-06-22 | 住友電気工業株式会社 | High hardness sintered body for tools |
| JP2539787B2 (en) * | 1985-11-19 | 1996-10-02 | 住友電気工業株式会社 | Sintered diamond tool manufacturing method |
| CA1313762C (en) * | 1985-11-19 | 1993-02-23 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Hard sintered compact for a tool |
| US5370195A (en) * | 1993-09-20 | 1994-12-06 | Smith International, Inc. | Drill bit inserts enhanced with polycrystalline diamond |
| CN1060417C (en) * | 1995-05-31 | 2001-01-10 | 长春地质学院 | Composite material containing diamond |
| JP2000054007A (en) * | 1998-07-31 | 2000-02-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Diamond-sintered body and its production |
| US6915866B2 (en) * | 2003-01-21 | 2005-07-12 | Smith International, Inc. | Polycrystalline diamond with improved abrasion resistance |
| US6869460B1 (en) * | 2003-09-22 | 2005-03-22 | Valenite, Llc | Cemented carbide article having binder gradient and process for producing the same |
| GB2408735B (en) * | 2003-12-05 | 2009-01-28 | Smith International | Thermally-stable polycrystalline diamond materials and compacts |
| EP1706576A2 (en) * | 2003-12-11 | 2006-10-04 | Element Six (PTY) Ltd | Polycrystalline diamond abrasive elements |
| US7647993B2 (en) * | 2004-05-06 | 2010-01-19 | Smith International, Inc. | Thermally stable diamond bonded materials and compacts |
| US7350601B2 (en) * | 2005-01-25 | 2008-04-01 | Smith International, Inc. | Cutting elements formed from ultra hard materials having an enhanced construction |
| US7377341B2 (en) * | 2005-05-26 | 2008-05-27 | Smith International, Inc. | Thermally stable ultra-hard material compact construction |
| US7462003B2 (en) * | 2005-08-03 | 2008-12-09 | Smith International, Inc. | Polycrystalline diamond composite constructions comprising thermally stable diamond volume |
-
2007
- 2007-10-31 JP JP2009534043A patent/JP5331003B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-10-31 KR KR1020097010409A patent/KR20090086999A/en not_active Application Discontinuation
- 2007-10-31 WO PCT/IB2007/054410 patent/WO2008053431A1/en active Application Filing
- 2007-10-31 CN CN2007800363446A patent/CN101522346B/en active Active
- 2007-10-31 ZA ZA200901042A patent/ZA200901042B/en unknown
- 2007-10-31 US US12/447,779 patent/US20100000158A1/en not_active Abandoned
- 2007-10-31 EP EP07826923A patent/EP2094418A1/en not_active Withdrawn
- 2007-10-31 RU RU2009120569/02A patent/RU2466200C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4505746A (en) * | 1981-09-04 | 1985-03-19 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Diamond for a tool and a process for the production of the same |
| RU2064399C1 (en) * | 1994-01-26 | 1996-07-27 | Акционерное общество закрытого типа "Карбид" | Method of obtaining diamond containing material |
| RU2141001C1 (en) * | 1995-02-01 | 1999-11-10 | Кеннаметал Инк. | Matrix for solid composite compound |
| RU2184644C2 (en) * | 1997-07-16 | 2002-07-10 | Дзе Исизука Рисерч Инститьют, Лтд. | Diamond-containing laminate composition material and method for making such material |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2550394C2 (en) * | 2013-07-16 | 2015-05-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук | Polycrystalline diamond composite with dispersion-strengthened additive |
| RU2538551C1 (en) * | 2013-07-19 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук | Diamond polycrystalline composite material with reinforcing diamond component |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2094418A1 (en) | 2009-09-02 |
| CN101522346A (en) | 2009-09-02 |
| WO2008053431A1 (en) | 2008-05-08 |
| RU2009120569A (en) | 2010-12-10 |
| JP5331003B2 (en) | 2013-10-30 |
| US20100000158A1 (en) | 2010-01-07 |
| CN101522346B (en) | 2011-01-19 |
| ZA200901042B (en) | 2010-05-26 |
| KR20090086999A (en) | 2009-08-14 |
| JP2010508164A (en) | 2010-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2466200C2 (en) | Abrasive compact from polycrystalline diamond | |
| US8231698B2 (en) | Polycrystalline diamond abrasive compacts | |
| CA2594037C (en) | Impregnated material with variable erosion properties for rock drilling and the method to manufacture | |
| US9790746B2 (en) | Method of forming polycrystalline compacts including metallic alloy compositions in interstitial spaces between grains of hard material | |
| CN101267914B (en) | Polycrystalline diamond abrasive element and method of its production | |
| US9895789B2 (en) | Polycrystalline diamond composite compact elements and methods of making and using same | |
| US20170137679A1 (en) | Abrasive compacts | |
| US8602129B2 (en) | Matrix body fixed cutter bits | |
| US20140123564A1 (en) | Abrasive compacts | |
| US10695892B2 (en) | PDC cutter with chemical addition for enhanced abrasion resistance | |
| CN106068361A (en) | Polycrystalline superhard component and manufacture method thereof | |
| US9920578B2 (en) | PDC cutter with chemical addition for enhanced abrasion resistance | |
| JP2012519232A (en) | Carbide element, tool including the same, and method of manufacturing such a carbide element | |
| KR101575035B1 (en) | Polycrystalline diamond compact | |
| GB2450177A (en) | Drill bit with an impregnated cutting structure | |
| KR102472999B1 (en) | PCBN sinter compact | |
| CN111182989A (en) | Polycrystalline diamond composite compact element, method of making same and use thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141101 |