KR20180123537A - 상이한 특징들을 갖는 환형 구역들을 구비한 다결정질 다이아몬드 보디들 - Google Patents

Abstract

다이아몬드 결정립들의 환형 구역과 다이아몬드 결정립들의 코어 구역을 가지는 다결정질 다이아몬드 보디들 및 이들을 제조하는 방법들이 개시된다. 일 실시형태에서, 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 는 제 1 고유 특성을 가지는 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들의 환형 구역 (142) 및 환형 구역에 본딩되고 제 1 고유 특성과 상이한 제 2 고유 특성을 가지는 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들의 코어 구역 (140) 을 포함한다. 환형 구역은 다결정질 다이아몬드 보디의 주변면으로부터 중심선 축선을 향하여 두께가 감소된다.

Description

상이한 특징들을 갖는 환형 구역들을 구비한 다결정질 다이아몬드 보디들

관련 출원의 상호 참조

없음.

본 개시는 일반적으로 다결정질 다이아몬드 보디들 및 상기 보디들을 포함하는 콤팩트들에 관한 것이고, 보다 특히, 나머지 구역들과 다른 특징들을 갖는 환형 구역들을 가지는 다결정질 다이아몬드 보디들 및 상기 보디들을 제조하는 방법들에 관한 것이다.

PCD 콤팩트들은 전형적으로, 기판에 부착되는 다결정질 다이아몬드 보디로 지칭되는, 초연마 다이아몬드 층을 포함한다. 다결정질 다이아몬드 보디는 고압 고온 (HPHT) 프로세스로 형성될 수도 있고, 이 프로세스에서 다이아몬드 결정립들 (grains) 은, 다이아몬드 입자들이 서로 본딩하는 압력 및 온도로 유지된다.

종래에는, 예를 들어, PCD 보디 전체에 걸쳐 균일하거나 거의 균일한 구성 재료들을 포함함으로써, PCD 보디를 가로질러 균일하거나 거의 균일한 특성들을 포함하는 것이 공지되어 있다. 하지만, 이러한 PCD 보디들은, 다른 특성들을 가지는 재료들이 PCD 보디들로 도입될 때 개선된 연마, 열 안정성 및/또는 인성을 나타낼 수 있다.

그러므로, PCD 보디들과 콤팩트들 및 이를 포함한 콤팩트들이 바람직할 수도 있다.

일 실시형태에서, 다결정질 다이아몬드 보디는 작업면, 인터페이스면 및 주변면 (perimeter surface) 을 포함한다. 다결정질 다이아몬드 보디는 또한 작업면의 적어도 일부분 및 주변면의 적어도 일부분으로부터 멀어지게 연장되는 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들의 환형 구역을 포함하고, 여기에서 환형 구역은 제 1 고유 특성을 갖는 다이아몬드 결정립들을 포함한다. 다결정질 다이아몬드 보디는, 인터페이스면으로부터 멀리 연장되고 환형 구역에 본딩된 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들의 코어 구역을 추가로 포함하고, 코어 구역의 적어도 일부분은 환형 구역으로부터 반경방향으로 안쪽에 위치결정되고, 여기에서 코어 구역은 제 1 고유 특성과 상이한 제 2 고유 특성을 가지는 다이아몬드 결정립들을 포함한다. 환형 구역은 주변면으로부터 다결정질 다이아몬드 보디의 중심선 축선을 향하여 두께가 감소한다.

다른 실시형태에서, 다결정질 다이아몬드 보디는 작업면, 인터페이스면 및 주변면을 포함한다. 다결정질 다이아몬드 보디는 또한 작업면의 적어도 일부분 및 주변면의 적어도 일부분으로부터 멀어지게 연장되는 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들의 환형 구역을 포함하고, 여기에서 환형 구역은 제 1 입도 분포를 갖는 다이아몬드 결정립들을 포함한다. 다결정질 다이아몬드 보디는, 인터페이스면으로부터 멀리 연장되고 환형 구역에 본딩된 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들의 코어 구역을 추가로 포함하고, 코어 구역의 적어도 일부분은 환형 구역으로부터 반경방향으로 안쪽에 위치결정되고, 여기에서 코어 구역은 제 1 입도 분포와 상이한 제 2 입도 분포를 가지는 다이아몬드 결정립들을 포함한다.

전술한 요약 뿐만 아니라 실시형태들의 하기 상세한 설명은 첨부된 도면과 함께 읽을 때 더 잘 이해될 것이다. 나타낸 실시형태들은 도시된 정확한 배열 및 수단에 제한되지 않는다는 점을 이해해야 한다.

도 1 은 본원에 도시되거나 나타낸 하나 이상의 실시형태들에 따른 PCD 콤팩트의 개략적 측면 사시 단면도이다.
도 2 는 로케이션 A 에 도시된 도 1 의 PCD 콤팩트의 상세한 개략적 측면 단면도이다.
도 3 은 본원에 도시되거나 나타낸 하나 이상의 실시형태들에 따른 PCD 보디의 제조 프로세스를 도시한 개략적 측면 사시도이다.
도 4 는 본원에 도시되거나 나타낸 하나 이상의 실시형태들에 따른 PCD 보디의 제조 프로세스를 도시한 측면 단면도이다.
도 5 는 본원에 도시되거나 나타낸 하나 이상의 실시형태들에 따른 PCD 보디의 제조 프로세스를 도시한 측면 단면도이다.
도 6 은 본원에 도시되거나 나타낸 하나 이상의 실시형태들에 따른 PCD 보디의 제조 프로세스를 도시한 측면 단면도이다.
도 7 은 본원에 도시되거나 나타낸 하나 이상의 실시형태들에 따른 PCD 보디의 제조 프로세스를 도시한 개략적 측면 사시도이다.
도 8 은 본원에 도시되거나 나타낸 하나 이상의 실시형태들에 따른 PCD 보디의 제조 프로세스를 도시한 측면 단면도이다.
도 9 는 본원에 도시되거나 나타낸 하나 이상의 실시형태들에 따른 PCD 보디의 제조 프로세스를 도시한 측면 단면도이다.
도 10 은 본원에 도시되거나 나타낸 하나 이상의 실시형태들에 따른 PCD 보디를 가지는 지지된 PCD 콤팩트의 측면 단면도이다.
도 11 은 본원에 도시되거나 나타낸 하나 이상의 실시형태들에 따른 PCD 보디를 가지는 지지된 PCD 콤팩트의 측면 단면도이다.
도 12 는 본원에 도시되거나 나타낸 하나 이상의 실시형태들에 따른 PCD 보디를 가지는 지지된 PCD 콤팩트의 측면 단면도이다.
도 13 은 본원에 도시되거나 나타낸 하나 이상의 실시형태들에 따른 PCD 보디를 가지는 지지된 PCD 콤팩트의 측면 단면도이다.
도 14 는 본원에 도시되거나 나타낸 하나 이상의 실시형태들에 따른 PCD 보디를 가지는 지지된 PCD 콤팩트의 측면 단면도이다.
도 15 는 본원에 도시되거나 나타낸 하나 이상의 실시형태들에 따른 PCD 보디를 가지는 지지된 PCD 콤팩트의 측면 단면도이다.
도 16 은 본원에 도시되거나 나타낸 하나 이상의 실시형태들에 따른 PCD 콤팩트들이 부착된 토양 시추용 공구 (earth-boring tool) 의 측면 사시도이다.
도 17 은 본원에 도시되거나 나타낸 하나 이상의 실시형태들에 따른 종래 및 개시된 PCD 콤팩트들에 대한 연마 마모 데이터의 플롯이다.
도 18 은 본원에 도시되거나 나타낸 하나 이상의 실시형태들에 따른 침출된 (leached) PCD 콤팩트의 현미경 사진이다.

본 개시는 PCD 보디들, 이를 포함하는 콤팩트들, 커터들, 및 드릴 비트들에 관한 것이다. PCD 보디들은 작업면, 인터페이스면, 및 주변면을 포함한다. PCD 보디들은 작업면의 적어도 일부분 및 주변면의 적어도 일부분으로부터 멀어지게 연장되는 상호 본딩된 다이아몬드 결정립의 환형 구역, 및 인터페이스면으로부터 멀리 연장되고 환형 구역에 본딩되는 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들의 코어 구역을 포함한다. 환형 구역 및 코어 구역은 서로 상이한 제 1 고유 특성 및 제 2 고유 특성을 각각 가지는 다이아몬드 결정립들을 포함한다.

환형 구역 및 코어 구역의 특성들을 바꾸어줌으로써, 유리한 재료 특성들을 제공하는 재료들이 선택적으로 PCD 보디들 내에 위치결정될 수도 있다. PCD 보디들 내에 재료들을 선택적으로 위치결정함으로써, PCD 보디들의 국소 재료 특성들은 PCD 보디들의 국소 구역들로 안내되는 기구들에 향상된 내마모성을 제공하도록 조정될 수도 있다. 예를 들어, 향상된 내연마성을 보이는 재료들이 주변면을 따라 위치결정되고 작업면으로부터 멀리 연장되어 하향공 드릴링 작동 중 토양과 밀착되는 PCD 보디의 부분의 내마모성을 개선할 수 있어서, PCD 보디의 내연마성이 증가될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 재료들은 예를 들어 그리고 제한 없이, 내연마성, 내충격성, 열 안정성, 스티프니스 (stiffness), 파괴 인성, 열 팽창 계수, 입도 분포, 입도 모달리티 (modality), 입자 형상, 고유 다이아몬드 결정립 결정 인성, 촉매 함량, 비촉매 함량, 보자력 (coercivity), 스위프 저항, 및 이들의 조합들을 포함한 PCD 보디 특성들을 선택적으로 변경하도록 PCD 보디 내에 선택적으로 위치결정될 수도 있다. 이 PCD 보디 특성들의 변경을 통하여, 개선된 PCD 보디 성능이 실현될 수도 있다.

이론에 구속되지 않으면서, PCD 보디들 내에 재료들의 선택적 위치결정을 통하여, 코어 구역의 PCD 는, 상이한 고유 특성들을 보이는 PCD 의 코어 구역과 환형 구역 사이에 양호한 부착을 허용하는 응력 상태를 제공할 수 있는 것으로 여겨진다. 본원에 제시된 PCD 보디의 코어 구역 및 환형 구역의 구성은 환형 구역과 코어 구역 간에 탄력 커플링을 제공한다. 또한, 본원에 제시된 PCD 보디의 코어 구역 및 환형 구역의 구성은 다른 고유 특성들을 가지는 구역들을 포함하는 PCD 보디들의 제조가능성을 개선할 수도 있다. PCD 보디들, 이를 포함하는 콤팩트들, 콤팩트들 및 드릴 비트들이 이하 더 상세히 설명된다.

설명된 특정 방법론들, 시스템들 및 재료들이 다양할 수 있으므로 본 개시는 이들에 제한되지 않는다는 점을 이해해야 한다. 또한, 설명에 사용된 용어는 특정 버전들 또는 실시형태들만을 설명하기 위한 것이며, 범위를 제한하려는 의도가 아니라는 점을 이해해야 한다. 예를 들어, 본원에 사용된 바와 같이, ("상기" 가 없거나 있는) 단수 형태는 문맥상 명확하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 언급 대상들을 포함한다. 게다가, 본원에 사용된 바와 같이 단어 "포함하는" 은 "포함하지만 이에 제한되지 않음" 을 의미하도록 의도된다. 달리 규정되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술 및 과학 용어들은 본 기술분야의 당업자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다.

달리 나타내지 않는 한, 명세서 및 청구 범위에서 사용된 성분들의 양, 크기, 중량, 반응 조건 등과 같은 특성들을 나타내는 모든 숫자는 모든 경우에 용어 "약" 으로 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 그러므로, 반대로 나타내지 않는 한, 다음 명세서 및 첨부된 청구 범위에 설명된 수치 파라미터들은 최종 사용자에 의해 획득되려고 추구되는 원하는 특성들에 따라 달라질 수도 있는 근사치들이다. 적어도, 청구 범위에 대한 균등론의 적용을 제한하지 않으려는 시도로서, 각 수치 파라미터는 적어도 보고된 유효 숫자의 수를 고려하여 그리고 일반적인 반올림 기법을 적용하여 해석되어야 한다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "약" 은 그것이 사용되는 숫자의 수치 값의 ± 10% 를 의미한다. 따라서, "약 40" 은 36 ~ 44 의 범위에 있는 것을 의미한다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "비촉매 재료" 는 다결정질 다이아몬드 보디로 도입되고 다이아몬드 및 다이아몬드간 결정립 본드들을 형성시 탄소와 촉매 작용하지 않는 첨가제를 지칭한다. 비촉매 재료들은 지지 기판으로부터 다결정질 다이아몬드 보디로 도입될 수도 있는 경질상 재료들 또는 HPHT 프로세스들 중 다결정질 다이아몬드 보디에 형성되는 반응 생성물들을 포함하지 않는다.

다결정질 다이아몬드 콤팩트들 (또는 이하 사용되는 대로 "PCD 콤팩트들") 은, 매립된 이물질이 입간 공간들을 충전한 결정질 다이아몬드 결정립들의 체적을 나타낼 수도 있다. 일 실시예에서, PCD 콤팩트는, 강한 다이아몬드간 본드들에 의해 서로 구속되어 강성 다결정질 다이아몬드 보디를 형성하는 복수의 결정질 다이아몬드 결정립들, 및 구속된 결정립들 사이에 배치되고 PCD 콤팩트를 제조하는 동안 다이아몬드 본딩을 촉진하는데 사용된 비다이아몬드 재료 (예컨대, 코발트 또는 그것의 합금들과 같은 촉매 재료) 로 충전된, 입간 구역들을 포함한다. 적절한 금속 용매 촉매들은 주기율표 Ⅷ 족의 금속을 포함할 수도 있다. PCD 절삭 요소들 (또는 이하 사용되는 대로 "PCD 콤팩트") 은 적절한 지지 기판 (예를 들어, 시멘티드 텅스텐 탄화물-코발트 (WC-Co)) 에 부착된 전술한 다결정질 다이아몬드 보디를 포함한다. 다결정질 다이아몬드 보디와 기판 사이 부착은 촉매, 예를 들어 코발트 금속의 존재에 의해 이루어질 수도 있다. 다른 실시형태에서, 다결정질 다이아몬드 보디는 경납땜에 의해 지지 기판에 부착될 수도 있다. 다른 실시형태에서, PCD 콤팩트는 단단한 비정질 탄소 재료, 예를 들어 α-C 또는 t-C 탄소에 의해 서로 강하게 구속되는 복수의 결정질 다이아몬드 결정립들을 포함한다. 다른 실시형태에서, PCD 콤팩트는 서로 구속되지 않고 그 대신 붕소화물들, 질소화물들, 또는 탄화물들, 예를 들어, SiC 와 같은 본딩 이물질들에 의해 함께 구속되는 복수의 결정질 다이아몬드 결정립들을 포함한다.

위에서 논의한 대로, 종래의 PCD 콤팩트들 및 콤팩트들은 재료 제거 작동들에서 다양한 산업과 응용 분야에 사용된다. PCD 콤팩트들 및 콤팩트들은 전형적으로 비철 금속 제거 작동들에서 그리고 석유 산업의 하향공 드릴링 작동들에서 사용된다. 종래의 PCD 콤팩트들 및 콤팩트들은, PCD 콤팩트들의 다결정질 다이아몬드 보디들을 구성하는 다이아몬드 결정립들의 입간 다이아몬드간 본딩 때문에 높은 인성, 강도 및 내연마성을 보인다. 소결 반응에서 다결정질 다이아몬드 보디의 다이아몬드 결정립들의 다이아몬드간 본딩은 촉매 재료에 의해 HPHT 프로세스 중 촉진된다. 하지만, 상승된 온도에서, HPHT 프로세스 후 다결정질 다이아몬드 보디에 계속 존재하는 촉매 재료 및 그것의 부산물들은 비다이아몬드 탄소 형태들로 다이아몬드의 역변환을 촉진할 수도 있고 재료들의 열 팽창 계수 불일치로 인해 다이아몬드 격자로 응력을 유도할 수도 있다.

종래에, HPHT 프로세스로 도입되고 특정한 특성들을 갖는 다이아몬드 결정립들을 선택하는 것이 공지되어 있다. 예를 들어, 종래에, 다이아몬드 결정립들의 입도를 감소시키면 내연마성을 증가시키고 결과적으로 생성된 PCD 콤팩트의 인성을 감소시키는 것이 공지되어 있다. 반대로, 종래에, 다이아몬드 결정립들의 입도를 증가시키면 인성을 증가시키고 결과적으로 생성된 PCD 콤팩트의 내연마성을 감소시키는 것이 공지되어 있다.

실험 결과들은, 멀티모달 입도 분포 (예를 들어, 바이모달 입도 분포) 를 포함하는 다이아몬드 결정립들이 전형적으로 모노모달 입도 분포를 가지는 다이아몬드 결정립들로 만들어진 PCD 콤팩트와 비교해 증가된 내연마성 및 파괴 인성을 보이는 PCD 콤팩트를 유발하는 것을 입증하였다. 이론에 구속되지 않으면서, 다이아몬드 결정립들의 멀티모달 입도 분포는 다이아몬드 결정립들의 모노모달 입도 분포와 비교해 향상된 다이아몬드-투-다이아몬드 본딩을 보이는 것으로 여겨진다. 이런 향상된 다이아몬드-투-다이아몬드 본딩은 모노모달 입도 분포 다이아몬드 결정립들과 비교해 멀티모달 입도 분포 다이아몬드 결정립들의 증가된 패킹 밀도 때문일 수 있다. 향상된 다이아몬드-투-다이아몬드 본딩은 또한 HPHT 프로세스 중 더 적은 다이아몬드 결정 파괴 때문일 수 있다. 향상된 다이아몬드-투-다이아몬드 본딩은 또한 압력 인가 후 하지만 다이아몬드 결정립들의 소결이 완료되기 전 HPHT 프로세스에서 모노모달 입도 분포 다이아몬드 결정립들과 비교해 멀티모달 입도 분포 다이아몬드 결정립들의 비교적 더 적은 운동 때문일 수 있다.

이하 도 1 및 도 2 를 참조하면, PCD 콤팩트 (100) 는 지지 기판 (110) 및 지지 기판 (110) 에 부착된 다결정질 다이아몬드 (PCD) 보디 (120) 를 포함한다. PCD 보디 (120) 는, 다이아몬드간 본딩을 통하여 서로 본딩되는 것을 포함해, 서로 본딩되는 복수의 다이아몬드 결정립들 (122) 을 포함한다. 본딩된 다이아몬드 결정립들 (122) 은 PCD 보디 (120) 를 따라 연장되는 다이아몬드 격자를 형성한다. 다이아몬드 보디 (120) 는 또한 다이아몬드 결정립들 사이에 복수의 틈새 (interstitial) 구역들 (124) 을 포함한다. 틈새 구역들 (124) 은 다이아몬드 결정립들 사이 공간을 나타낸다. PCD 콤팩트 (100) 는 작업면 (130), 작업면 (130) 을 둘러싸는 주변면 (132), 작업면 (130) 으로부터 원위에 위치결정된 인터페이스면 (138), 및 주변면 (132) 과 동심이고 도시된 대로 작업면 (130) 에 수직으로 연장되는 중심선 축선 (134) 을 포함한다. PCD 콤팩트 (100) 는 또한 주변면 (132) 과 작업면 (130) 사이에 챔퍼 (136) 를 포함할 수도 있다. PCD 콤팩트 (100) 의 외부면들은 중심선 축선 (134) 에 대해 원통형으로 대칭일 수도 있다. 도시된 실시형태에서, PCD 콤팩트 (100) 는 일반적으로 원통형 형상을 가지지만, 그러나, 개시 내용의 범위에서 벗어나지 않으면서 반구형, 돔형, 또는 장방형 형상들을 포함한, PCD 콤팩트의 다른 형상들이 생각된다.

도 1 을 참조하면, PCD 보디 (120) 는 코어 구역 (140) 및 환형 구역 (142) 을 포함한다. 코어 구역 (140) 및 환형 구역 (142) 은 교차면 (144) 에 의해 분리된다. 코어 구역 (140) 에서 다이아몬드 결정립들은 환형 구역 (142) 의 다이아몬드 결정립들과 직접 접촉할 수 있고 비다이아몬드 재료 인터페이스가 없을 수도 있어서, 교차면 (144) 은 코어 구역 (140) 과 환형 구역 (142) 의 교차 로케이션을 나타낸다. 일 실시형태에서, 코어 구역 (140) 및 환형 구역 (142) 은 그 사이에 부가적 재료 없이 서로 직접 연결될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 코어 구역 (140) 및 환형 구역 (142) 은 부가적 재료에 의해 분리될 수도 있다. 작업면 (130) 에서 평가할 때, 환형 구역 (142) 은 주변면 (132) 으로부터 중심선 축선 (134) 을 향해 두께가 감소한다. 따라서, 환형 구역 (142) 의 두께는 PCD 보디 (120) 의 주변면 (132) 으로부터 안쪽으로 점점 가늘어진다. 도시된 실시형태에서, 환형 구역 (142) 은 중심선 축선 (134) 으로부터 이격된 작업면 (130) 을 따라 일 위치에서 끝난다. 다른 실시형태들에서 (도 12 참조), 환형 구역 (142) 은 PCD 보디 (120) 의 작업면 (130) 을 가로질러 제로가 아닌 두께를 유지할 수도 있다. 도시된 실시형태에서, 환형 구역 (142) 과 코어 구역 (140) 사이 교차면 (144) 은 일반적으로 절두 원뿔형 부분을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 환형 구역 (142) 과 코어 구역 (140) 사이 교차면 (144) 은 오목한 원뿔대 부분을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 환형 구역 (142) 과 코어 구역 (140) 사이 교차면 (144) 은 볼록한 원뿔대 부분을 포함할 수도 있다.

특정한 실시형태들에서, 환형 구역 (142) 과 코어 구역 (140) 사이 교차면 (144) 은 일반적으로 중심선 축선 (134) 에 대해 대칭일 수도 있다. 이런 실시형태들에서, 환형 구역 (142) 은 PCD 보디 (120) 의 원주 둘레에서 평가된 일반적으로 균일한 단면을 가질 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 환형 구역 (142) 과 코어 구역 (140) 사이 교차면 (144) 은 중심선 축선 (134) 에 대해 비대칭일 수 있어서, 환형 구역 (142) 은 PCD 보디 (120) 의 원주 둘레에서 평가시 일반적으로 균일한 단면을 갖지 않는다. 일 실시형태에서, 코어 구역 (140) 은, 복수의 돌기들이 코어 구역 (140) 으로부터 환형 구역 (142) 으로 바깥쪽으로 연장되는 "로브형 (lobed)" 패턴을 가질 수 있다. 특정한 실시형태들에서, 코어 구역 (140) 의 로브형 패턴은 중심선 축선 (144) 을 중심으로 대칭을 이루는 규칙적으로 반복되는 패턴을 가질 수도 있다.

코어 구역 (140) 과 환형 구역 (142) 사이 교차면 (144) 은, 예를 들어, 약 10 내지 60 도의 각도이고, 예를 들어, 약 10 내지 45 도의 각도이고, 예를 들어, 약 10 내지 25 도의 각도인, 약 2 내지 약 85 도의 중심선 축선 (134) 에 대한 각도로 형성될 수도 있다. 교차면 (144) 은 최종 사용자의 적용 중 마모 흔적 발생 각도를 모사하는 중심선 축선 (134) 에 대한 각도로 될 수 있어서, 최종 사용자의 적용 중 발생된 마모 흔적은 주로 환형 구역 (142) 으로부터 다이아몬드를 연마시킨다. 일부 실시형태들에서, 중심선 축선 (134) 에 대해 교차면 (144) 의 각도는 PCD 콤팩트 (100) 의 내충격성에 영향을 미칠 수도 있다. 일 실시형태에서, 토양 시추용 공구는 비트 보디 내에 복수의 장착면들을 포함할 수도 있고, 여기에서 장착면들 각각은 하향공 드릴링 적용시 토양 제거를 위한 PCD 콤팩트 (100) 를 제공하도록 위치결정되고 배향된다. 교차면 (144) 은, PCD 콤팩트 (100) 가 설치된 토양 시추용 공구의 사면 경사각의 약 5 도 내에 있는 중심선 축선 (134) 에 대한 각도를 이룰 수도 있다.

코어 구역 (140) 은 제 1 고유 특성을 가지는 다이아몬드 결정립들을 포함할 수도 있고 환형 구역 (142) 은 제 1 고유 특성과 상이한 제 2 고유 특성을 가지는 다이아몬드 결정립들을 포함할 수도 있다. 이러한 고유 특성들의 예로는, 예를 들어 그리고 제한 없이, 내연마성, 내충격성, 열 안정성, 스티프니스, 파괴 인성, 열 팽창 계수, 입도 분포, 입도 모달리티, 입자 형상, 고유 다이아몬드 결정립 결정 인성, 촉매 함량, 비촉매 함량, 보자력, 스위프 저항, 및 이들의 조합들을 포함한다.

일부 실시형태들에서, 코어 구역 (140) 및 환형 구역 (142) 은 서로 상이한 출발 재료들로 만들어질 수도 있다. 예를 들어, 코어 구역 (140) 은 제 1 입도 분포를 가지는 출발 다이아몬드 입자들로 만들어질 수도 있다. 환형 구역 (142) 은 제 2 입도 분포를 가지는 출발 다이아몬드 입자들로 만들어질 수도 있다.

일 예시적 실시형태에서, 코어 구역 (140) 은 제 1 농도의 비촉매 재료를 포함하고, 환형 구역 (142) 은 제 2 농도의 비촉매 재료를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 코어 구역 (140) 은 제로가 아닌 농도의 비촉매 재료를 포함할 수도 있고 환형 구역 (142) 은 비촉매 재료가 없다. 또한, 코어 구역 (140) 은 제 1 입도 분포를 포함할 수도 있고, 환형 구역 (142) 은 제 2 입도 분포의 직경을 포함할 수도 있다. 다른 예시적 실시형태에서, 환형 구역 (142) 은 실질적으로 촉매 재료가 없을 수 있고 코어 구역 (140) 은 제로가 아닌 농도의 촉매 재료를 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 코어 구역 (140) 은 농도의 제 1 촉매 재료를 포함할 수도 있고 환형 구역 (142) 은 농도의 제 2 촉매 재료를 포함할 수도 있다.

HPHT 프로세스 중, 코어 구역 (140) 및 환형 구역 (142) 에서 비본딩된 다이아몬드 결정립들이 압축될 수도 있어서, 다이아몬드 결정립들의 상대 운동이 제한된다. 하지만, HPHT 프로세스의 온도 및 압력 때문에, 비다이아몬드 재료들은 다이아몬드 보디를 따라 스위프될 수 있어서, 코어 구역 (140) 으로부터 제 1 구성 재료는 환형 구역 (142) 으로 도입될 수도 있다. 이런 실시형태들에서, HPHT 프로세스 전 존재하는 코어 구역 (140) 및 환형 구역 (142) 의 상대적으로 균질한 콘스티투언시 (constituency) 가 파괴될 것이다.

HPHT 프로세스는 촉매 재료를 비본딩된 다이아몬드 결정립들로 도입하여서, 다이아몬드 결정립들 사이에 다이아몬드-투-다이아몬드 본드들의 형성을 촉진하고, 모놀리식 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 를 형성한다. 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 는 다이아몬드-투-다이아몬드 본드들을 통하여 서로 본딩된 다이아몬드 결정립들 및 다이아몬드 결정립들 사이에 위치결정된 틈새 구역들 (124) 을 포함한다. 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 는, HPHT 프로세스 전 평가된 대로 코어 구역 (140) 및 환형 구역 (140) 으로부터 변경된 형상을 가질지라도, 전술한 코어 구역 (140) 및 환형 구역 (142) 을 계속 보여줄 수도 있다.

틈새 구역들 (124) 중 적어도 일부에, 비탄소 재료가 존재한다. 틈새 구역들 (124) 중 일부에, 비촉매 재료가 존재한다. 다른 틈새 구역들 (124) 에, 촉매 재료가 존재한다. 또 다른 틈새 구역들 (124) 에, 비촉매 재료와 촉매 재료 모두 존재한다. 또 다른 틈새 구역들 (124) 에, 지지 기판 (110) 의 촉매 재료, 비촉매 재료, 스위프된 재료 중 적어도 하나, 예를 들어, 시멘티드 텅스텐 탄화물 및 HPHT 프로세스의 반응 부산물들이 존재한다. 비탄소, 비촉매 또는 촉매 재료들이 다이아몬드 결정립들에 본딩될 수도 있다. 대안적으로, 비탄소, 비촉매 또는 촉매 재료들은 다이아몬드 결정립들에 본딩되지 않을 수도 있다.

촉매 재료는, 주기율표의 Ⅷ 족에서 선택된 금속성 촉매들을 포함한, 금속성 촉매, 예를 들어, 코발트, 니켈, 철, 또는 이들의 합금들일 수도 있다. 촉매 재료는 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 에서보다 지지 기판 (110) 에서 더 높은 농도로 존재할 수도 있고, 이하 논의되는 것처럼, HPHT 프로세스에서 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 에 지지 기판 (110) 의 부착을 촉진할 수도 있다. 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 는, 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 와 지지 기판 (110) 사이 본딩을 촉진하는 촉매 재료가 풍부한 부착 구역 (128) 을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 촉매 재료의 농도는 지지 기판 (110) 에서보다 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 에서 더 높을 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 촉매 재료는 지지 기판 (110) 의 촉매와 상이할 수도 있다. 촉매 재료는 금속성 촉매 반응-부산물, 예를 들어 촉매-탄소, 촉매-텅스텐, 촉매-크롬, 또는 또한 금속성 촉매보다 다이아몬드에 대한 더 낮은 촉매 활성도를 가질 수 있는 다른 촉매 화합물들일 수도 있다.

비촉매 재료는, 탄소-다이아몬드 변환으로 촉매 작용하지 않고, 예를 들어, 금속들, 금속 합금들, 준금속들, 반도체들, 및 이들의 조합물들을 포함하는 여러 가지 재료들로부터 선택될 수도 있다. 비촉매 재료는 구리, 은, 금, 알루미늄, 규소, 갈륨, 납, 주석, 비스무트, 인듐, 탈륨, 텔루륨, 안티몬, 폴로늄, 및 이들의 합금들 중 하나로부터 선택될 수도 있다.

비촉매 재료와 촉매 재료 양자는 PCD 콤팩트의 다결정질 다이아몬드 보디에 검출가능한 양으로 존재할 수도 있다. 이러한 재료들의 존재는, 예를 들어, 미국, 위스콘신주, 매디슨 소재 Bruker AXS, Inc. 로부터 입수가능한 XRF 분석기를 사용하는, X-선 형광에 의해 식별될 수도 있다. 이러한 재료의 존재는 또한 X-선 회절, 에너지 분산 분광법, 또는 다른 적절한 기법들을 사용해 식별될 수도 있다.

비촉매 재료는 다이아몬드 보디 (120) 의 약 0.1 wt.% ~ 약 5 wt.% 의 범위에 있는 양으로, 예를 들어 다이아몬드 보디 (120) 의 약 0.2 wt.% ~ 약 2 wt.% 의 범위에 있는 양으로 제 1 HPHT 프로세스 전 비본딩된 다이아몬드 입자들로 도입될 수도 있다. 예시적 실시형태에서, 비촉매 재료는 약 0.33 ~ 약 1 wt.% 의 양으로 비본딩된 다이아몬드에 도입될 수도 있다. HPHT 프로세스 및 침출 후, 비촉매 재료 함량은 적어도 약 50% 만큼 감소되고, 약 50% ~ 약 80% 의 범위로 감소되는 것을 포함한다.

HPHT 프로세스에서, 촉매 재료는 다이아몬드 분말들로 도입될 수도 있다. 촉매 재료는 다이아몬드 보디 (120) 의 약 0.1 wt.% ~ 약 30 wt.% 의 범위에 있는 양으로, 예를 들어, 다이아몬드 보디 (120) 의 약 5 wt.% 의 양인 것을 포함해, 다이아몬드 보디 (120) 의 약 0.3 wt.% ~ 약 10 wt.% 의 범위에 있는 양으로 제공될 수도 있다. 예시적 실시형태에서, 촉매 재료는 약 4.5 wt.% 내지 약 6 wt.% 의 양으로 비본딩된 다이아몬드에 도입될 수도 있다. 제 1 HPHT 프로세스 및 침출 후, 촉매 재료는 적어도 약 50% 만큼 감소되고, 약 50% ~ 약 90% 의 범위로 감소되는 것을 포함한다.

비촉매 재료 및 촉매 재료의 각각의 농도들이 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 내 다른 위치들에서 달라지도록 비촉매 재료 및 촉매 재료가 다결정질 다이아몬드 콤팩트 (100) 의 벌크에 불균일하게 분배될 수도 있다. 일 실시형태에서, 비촉매 재료는 다결정질 다이아몬드 콤팩트 (100) 의 중심선 축선 (134) 을 따라 평가되는 농도 구배를 가지도록 배치될 수도 있다. 비촉매 재료의 농도는 기판 (110) 의 근위에서 평가된 위치들에서보다 기판 (110) 의 원위에서 평가된 위치들에서 더 높을 수도 있다. 반대로, 촉매 재료의 농도는 기판 (110) 의 원위에서 평가된 위치들에서보다 기판 (110) 의 근위에서 평가된 위치들에서 더 클 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 비촉매 재료 및 촉매 재료의 농도들은, 다결정질 다이아몬드 콤팩트 (100) 의 중심선 축선 (134) 을 따라 평가될 때 단속적 또는 연속적 변화를 겪을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 비촉매 재료의 농도는 단계적 변화를 경험할 수도 있고, 여기에서 농도의 단계적 변화는 코어 구역 (140) 과 환형 구역 (142) 사이 교차 로케이션을 반영한다. 다른 실시형태에서, 비촉매 재료의 농도는 농도 변곡점을 보이는 연속 변화를 보일 수 있고, 여기에서 농도 변곡점은 코어 구역 (140) 과 환형 구역 (142) 사이 교차 로케이션을 반영한다. 또 다른 실시형태에서, 비촉매 재료 및 촉매 재료의 농도들은 여러 가지 패턴들 또는 구성들을 보여줄 수도 있다. 하지만, 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 에서 비촉매 재료 및 촉매 재료의 농도에 독립적으로, 비촉매 재료 및 촉매 재료 양자는 기판 (110) 에 대해 근위 및 원위에 위치한 표면들을 따라 검출할 수도 있다.

다른 실시형태에서, 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 는 기판 (110) 에 근접한 위치들에서 비교적 다량의 촉매 재료를 보여줄 수도 있고 여기에서 촉매 재료는 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 와 기판 (110) 사이에 본드를 형성한다. 일부 실시형태들에서, 이러한 부착 존의 바깥쪽 위치들에서, 비촉매 재료 및 촉매 재료는 전술한 농도 변화를 유지한다.

본 개시에 따른 실시형태들은, PCD 콤팩트의 부분들이 침출제를 부여받는 종래에 공지된 침출 작동을 겪을 수도 있다. 다이아몬드 결정립 구조를 그대로 두면서 침출제는 본딩된 다이아몬드 결정립들 사이 틈새 구역들로부터 재료를 적어도 부분적으로 용해시킬 수도 있다. 결과적으로 생성된 PCD 콤팩트 구조는 침출제에 접근할 수 없는 틈새 구역들에서 재료를 계속 보여줄 수 있다. 이러한 재료들은 비다이아몬드 재료, 예로 촉매 재료 또는 비촉매 재료를 포함할 수도 있다.

본원에서 도시되고 설명된 실시형태들은 환형 구역 및 코어 구역의 존재를 논의하지만, 본 개시에 따른 PCD 콤팩트들은 서로에 대해 내포된 배열로 위치결정되는 복수의 환형 구역들을 포함할 수도 있고, 환형 구역들 각각은 2 개의 인접한 환형 구역들 또는 인접한 환형 구역과 코어 구역 사이에 교차면을 포함한다는 점을 이해해야 한다.

본 개시에 따른 다결정질 다이아몬드 보디들 (120) 은 여러 가지 방법들에 따라 제조될 수도 있다. 이하, 도 3 내지 도 6 을 참조하면, 저 반응 컵 (204) 을 충전하기 위한 장치의 일 실시형태가 도시된다. 장치는 비본딩된 다이아몬드 결정립들을 변위시켜서, 비본딩된 다이아몬드 결정립들의 미리 정해진 형상을 형성하는 맨드릴 (210) 을 포함한다. 실제로, 저 반응 컵 (204) 은 정적 지지부 (static support) 에 위치결정될 수도 있다. 후에 환형 구역 (142) 을 형성하는 비본딩된 다이아몬드 결정립들은 저 반응 컵 (204) 에 위치결정된다. 맨드릴 (210) 은 비본딩된 다이아몬드 결정립들과 접촉하게 되고 그것이 접촉하는 다이아몬드 결정립들을 변위시켜서, 저 반응 컵 (204) 에 위치결정되는 비본딩된 다이아몬드 결정립들로 형상을 도입한다. 본딩된 다이아몬드 결정립들에 형상의 형성 후, 부가적 비본딩된 다이아몬드 결정립들은 저 반응 컵 (204) 에 부가될 수도 있다. 추후에 부가된 비본딩된 다이아몬드 결정립들의 조성은 저 반응 컵 (204) 에 더 빨리 도입된 비본딩된 다이아몬드 결정립들과 상이할 수도 있다.

저 반응 컵 (204) 및 그 안에 위치결정된 다이아몬드 결정립들은 촉매 재료 공급원, 예를 들어 코발트 시멘티드 텅스텐 탄화물 기판에 근접하여 위치결정될 수도 있다. 저 반응 컵 (204) 및 다이아몬드 결정립들은 HPHT 프로세스를 부여받을 수도 있고 이 프로세스에서 저 반응 컵 (204) 및 다이아몬드 결정립들은, 이전에 비본딩된 다이아몬드 결정립들이 서로 간에 다이아몬드-투-다이아몬드 본드들을 형성하기에 충분한 상승된 압력 및 온도의 조건들을 부여받는다. HPHT 프로세스 종료 후, 회수된 모놀리식 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 는 HPHT 장치로부터 회수될 수도 있다.

환형 구역 (142) 과 코어 구역 (140) 간 상이한 재료 조성들은 환형 구역 (142) 과 코어 구역 (140) 간 상이한 특성들을 제공할 수도 있다. 이러한 특성들의 예로는, 예를 들어 그리고 제한 없이, 내연마성, 내충격성, 열 안정성, 스티프니스, 파괴 인성, 열 팽창 계수, 입도 분포, 입도 모달리티, 입자 형상, 고유 다이아몬드 결정립 결정 인성, 촉매 함량, 비촉매 함량, 보자력, 스위프 저항, 다이아몬드 근접성 (contiguity), 및 이들의 조합들을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 재료들은 HPHT 프로세스 중 코어 구역 (140) 및/또는 기판 (110) 으로부터 환형 구역 (142) 에 도입될 수도 있다. 일 실시예에서, 비촉매 재료, 예를 들어, 구리, 은, 금, 알루미늄, 규소, 갈륨, 납, 주석, 비스무트, 인듐, 탈륨, 텔루륨, 안티몬, 폴로늄, 또는 이들의 합금들은, 다이아몬드 결정립들이 저 반응 컵 (204) 에 침적되기 전, 코어 구역 (140) 의 다이아몬드 결정립들과 블렌딩될 수도 있다. 환형 구역 (142) 및 코어 구역 (140) 의 다이아몬드 결정립들은 HPHT 프로세스 전 촉매 재료가 없을 수도 있다. HPHT 프로세스 중, 코어 구역 (140) 의 다이아몬드 결정립들과 혼합되는 비촉매 재료는 환형 구역 (142) 의 다이아몬드 결정립들로 스위프될 수도 있다. 또한, HPHT 프로세스 중 기판 (110) 에 존재하는 촉매 재료는 코어 구역 (140) 및 환형 구역 (142) 의 다이아몬드 결정립들로 스위프되어서, 다이아몬드 결정립들의 소결을 가속시킨다.

부가적으로, 그리고 이론에 구속되지 않으면서, 환형 구역 (142) 및 코어 구역 (140) 에 상이한 특성들을 갖는 다이아몬드 결정립들을 가짐으로써, HPHT 프로세스 자체의 특성들이 변경될 수 있는 것으로 여겨진다. 일 실시예에서, 코어 구역 (140) 에서 다이아몬드 결정립들은 먼저 비다이아몬드 재료, 예를 들어, 비촉매 재료, 예로 구리, 은, 금, 알루미늄, 규소, 갈륨, 납, 주석, 비스무트, 인듐, 탈륨, 텔루륨, 안티몬, 폴로늄, 또는 이들의 합금들과 혼합될 수 있고, 환형 구역 (142) 에서 다이아몬드 결정립들은 HPHT 프로세스 전 이러한 비다이아몬드 재료가 없다. HPHT 프로세스 중, 비다이아몬드 재료는 코어 구역 (140) 에서 다이아몬드 결정립들로부터 환형 구역 (142) 에서 다이아몬드 결정립들로 스위프될 수도 있다. 코어 구역 (140) 과 환형 구역 (142) 사이 재료들 변화는, 코어 구역 (140) 에서 농도와 상이한 농도로 비다이아몬드 재료가 환형 구역 (142) 으로 도입될 수 있도록 허용할 수도 있다.

환형 구역 (142) 에 비다이아몬드 재료 및/또는 촉매 재료를 도입하지 않고 환형 구역 (142) 의 다이아몬드 결정립들을 배치하면 HPHT 프로세스 전 환형 구역 내에 최대 다이아몬드 밀도를 허용할 수도 있다. HPHT 프로세스 중, 환형 구역 (142) 에서 비본딩된 다이아몬드 결정립들이 가압될 수 있어서, 비본딩된 다이아몬드 결정립들의 최대 패킹 밀도가 실현된다. 환형 구역 (142) 에서 비다이아몬드 및/또는 촉매 재료들의 결여는 비본딩된 다이아몬드 결정립들 사이 간격을 최소화할 수 있어서, 본딩된 다이아몬드 결정립들 사이에 비교적 작은 틈새 구역들을 유발하고, 그리하여 최고 패킹 밀도를 허용한다. 부가적으로, HPHT 프로세스 중 비다이아몬드 재료 및/또는 촉매 재료는 환형 구역 (142) 의 비본딩된 다이아몬드 결정립들로 도입될 수도 있다. HPHT 프로세스의 압력들 및 온도들 때문에, 비다이아몬드 재료 및/또는 촉매 재료의 도입은 다이아몬드 결정립들의 소결을 촉진할 수도 있다. 또한, 환형 구역 (142) 에서 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들 사이 증가된 다이아몬드 밀도 및 감소된 틈새 구역들은, 다결정질 다이아몬드 보디의 결함이 커질 수도 있는 결함 중심을 감소시킬 수도 있다.

환형 구역 (142) 이 아니라 코어 구역 (140) 에 비다이아몬드 재료를 위치결정함으로써, HPHT 프로세스 중 스위프의 역학이 변경될 수 있는 것으로 여겨진다. 일 실시예에서, 환형 구역 (142) 에서 다이아몬드 결정립들은 코어 구역 (140) 에서 다이아몬드 결정립들과 스위프에 대해 다른 저항을 가질 수 있다. 일 실시형태에서, 다이아몬드 결정립들과 혼합되는 비다이아몬드 재료는 HPHT 프로세스 중 스위프하기에 어려울 수도 있다. 코어 구역 (140) 에 비다이아몬드 재료를 포함하고 환형 구역 (142) 으로부터 비다이아몬드 재료를 배제함으로써, 비다이아몬드 재료는 코어 구역 (140) 으로부터 환형 구역 (142) 으로 스위프될 수도 있다. HPHT 프로세스 전 비다이아몬드 재료의 농도 변화는 비다이아몬드 재료가 코어 구역 (140) 으로부터 환형 구역 (142) 으로 스위프되도록 허용할 수도 있고, 이것은 비다이아몬드 재료가 HPHT 프로세스 전 코어 구역 (140) 및 환형 구역 (142) 양자에 배치되는 경우 갖는 것보다 코어 구역 (140) 으로부터 환형 구역 (142) 으로 보다 균등한 천이를 제공할 수도 있다. 코어 구역 (140) 으로부터 환형 구역 (142) 으로 보다 균등한 천이를 제공하면 모놀리식 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 의 내부 응력 장 변화를 감소시킬 수도 있고, 그리고/또는 결함의 발생을 감소시킬 수도 있는데 이것은 그렇지 않으면 코어 구역 (140) 의 다이아몬드 결정립들과 환형 구역 (142) 의 다이아몬드 결정립들 사이 고유 특성 변화로 인해 다결정질 다이아몬드 보디로 도입될 것이다.

다이아몬드 결정립들 및/또는 비다이아몬드 재료의 소결이 어려운 것으로 판명된 다른 실시형태들에서, 코어 구역 (140) 및 환형 구역 (142) 을 갖는 다이아몬드 보디를 통합하면 다양한 구역들이 없는 다이아몬드 보디와 비교해 환형 구역 (142) 에 위치결정되는 다이아몬드 결정립들의 향상된 소결을 허용할 수도 있다. 특히, 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 로 환형 구역 (142) 을 통합하면 HPHT 프로세스 중 소결되는 감소된 체적의 소결이 어려운 재료를 허용하는 것으로 여겨진다. 다이아몬드 결정립들의 체적이 환형 구역 (142) 에서 상대적으로 더 작기 때문에, 촉매 재료가 소결이 어려운 재료를 통하여 스위프되는 거리가 감소된다. 따라서, 환형 구역 (142) 을 통합하면, 소결이 어려운 재료에 의해 제공되는 성능 속성을 유지하면서 소결이 어려운 재료들의 고품질 소결 가능성을 증가시킬 수 있고 소결이 어려운 재료들의 양을 감소시킬 수도 있다.

부가적으로, 다결정질 다이아몬드 보디들이 하향공 드릴링 비트들에서 사용될 때, 환형 구역 (142) 의 다이아몬드 결정립들은 전형적으로 코어 구역 (140) 의 다이아몬드 결정립들보다 더 마모된다. 그러므로, 환형 구역 (142) 에 바람직한 기계적 특성들 (예를 들어, 높은 내연마성, 높은 인성, 높은 열 안정성) 을 갖는 다이아몬드 결정립들을 위치결정함으로써, 그런 다이아몬드 결정립들의 이점들은 코어 구역 (140) 의 다이아몬드 결정립들이 그런 특성들을 공유할 필요 없이 최종 사용자에 의해 실현될 수 있다. 따라서, 코어 구역 (140) 의 다이아몬드 결정립들 및 환형 구역 (142) 의 다이아몬드 결정립들은 최종 사용자에게 이로운 기계적 특성들의 원하는 조합을 제공하도록 선택될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 코어 구역과 환형 구역 사이 교차면은 단일 패싯 (facet) 을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 교차면이 중심선 단면을 따라 평가될 때 일반적으로 선형일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 교차면은 일반적으로 곡선형일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 교차면은 복수의 패싯이 있는 선형 부분들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 교차면은 복수의 평활하게 연결된 선형 부분들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 코어 구역과 환형 구역 사이 교차면은 PCD 콤팩트의 작업면, 주변면, 또는 챔퍼 중 적어도 하나에 수직일 수도 있다. 다른 실시형태에서, 코어 구역과 환형 구역 사이 교차면은 PCD 콤팩트의 작업면, 주변면, 및 챔퍼 전부에 비수직 배향으로 기울어질 수도 있다. 다른 실시형태에서, 코어 구역과 환형 구역 사이 교차면은 각각의 작업면, 주변면, 및 챔퍼로부터 보통 돌출한 로케이션들에서 PCD 콤팩트의 작업면, 주변면, 및 챔퍼 전부에 비수직 배향으로 기울어질 수도 있다. HPHT 프로세스 중 인가된 압력 및 저 반응 컵으로 기판의 위치결정 등을 비롯한, 제조 프로세스로 인해 교차면의 약간의 형상 변화가 예상되는 점에 주목한다.

일부 실시형태들에서, 코어 구역과 환형 구역 사이 교차면은, 작업면으로부터 인터페이스면으로 평가될 때, 다결정질 다이아몬드 보디의 두께의 적어도 25% 이고, 예를 들어, 다결정질 다이아몬드 보디의 두께의 적어도 50% 이고, 예를 들어 다결정질 다이아몬드 보디의 두께의 적어도 75% 이고, 예를 들어, 다결정질 다이아몬드 보디의 두께의 적어도 85% 이고, 다결정질 다이아몬드 보디의 두께의 최대 100% 인 다결정질 다이아몬드 보디의 중심선 축선을 따라 평가된 거리만큼 연장될 수도 있다.

이하 도 7 내지 도 9 를 참조하면, 저 반응 컵 (204) 을 충전하기 위한 장치의 다른 실시형태가 도시된다. 상기 장치는, 저 반응 컵 (204) 이 위치결정된 회전 테이블 (222) 을 포함한다. 도관 (220) 은 저 반응 컵 (204) 내에 적어도 부분적으로 위치결정된다. 회전 테이블 (222), 저 반응 컵 (204), 및 도관 (220) 은 회전 테이블 (222) 의 회전 축선을 중심으로 동시에 선회한다. 다이아몬드 결정립들은 도관 (220) 의 개구 (221) 를 통하여 공급되고, 중력으로 인해 아래로 낙하하고 회전 테이블 (222) 에서 저 반응 컵 (204) 의 회전으로 인해 다이아몬드 결정립들을 외향 변위시키는 구심 가속도를 부여받는다. 다이아몬드 결정립들은, 중력과 반대 방향으로 이동시키는 것을 포함해, 저 반응 컵 (204) 과 도관 (220) 사이 개방 구역을 충전할 수 있어서, 다이아몬드 결정립들은 도관 (220) 의 최저 수직 위치 위의 위치로 연장된다. 도관 (220) 을 통하여 저 반응 컵 (204) 으로 로딩되는 다이아몬드 결정립들은 완성된 모놀리식 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 의 환형 구역 (142) 을 형성한다.

도관 (220) 을 통하여 저 반응 컵 (204) 에 다이아몬드 결정립들을 위치결정한 후, 도관 (220) 은 저 반응 컵 (204) 으로부터 제거될 수도 있다. 그 후에 저 반응 컵 (204) 은, 완성된 모놀리식 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 의 환형 구역 (142) 을 형성하는 이전에 배치된 다이아몬드 결정립들의 상부에 위치결정된, 완성된 모놀리식 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 의 코어 구역 (140) 을 형성하는, 부가적 다이아몬드 결정립들로 충전된다.

이전에 논의된 실시형태와 유사하게, 반응 컵 (204) 및 내부에 위치결정된 다이아몬드 결정립들은 촉매 재료 공급원, 예를 들어 코발트 시멘티드 텅스텐 탄화물 기판에 근접하여 위치결정될 수도 있다. 저 반응 컵 (204) 및 다이아몬드 결정립들은 HPHT 프로세스를 부여받을 수 있고 이 프로세스에서 저 반응 컵 (204) 및 다이아몬드 결정립들은, 이전에 비본딩된 다이아몬드 결정립들이 상호 간에 다이아몬드-투-다이아몬드 본드들을 형성하기에 충분한 상승된 압력 및 온도의 조건들을 부여받는다. HPHT 프로세스의 완료 후, 회수된 모놀리식 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 는 HPHT 장치로부터 회수될 수도 있다. 회수된 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 는, 위에서 논의한 대로, 저 반응 컵 (204) 의 로딩 중 비본딩된 다이아몬드 결정립들로 도입된 코어 구역 (140) 과 환형 구역 (142) 사이 교차부 형상과 일치하는 형상을 계속 나타낼 수도 있다.

제조 프로세스 (미도시) 의 또 다른 실시형태에서, 비본딩된 다이아몬드 결정립들은 저 반응 컵에 위치결정될 수도 있다. 그 후에, 맨드릴은 저 반응 컵을 둘러싸도록 위치결정될 수도 있고, 저 반응 컵, 맨드릴, 및 저 반응 컵의 내용물이 회전 테이블에 위치결정되고 회전 테이블의 회전 축선을 중심으로 선회될 수도 있다. 다이아몬드 결정립들은, 중력과 반대 방향으로 이동시키는 것을 포함해, 저 반응 컵과 맨드릴 사이 개방 구역들을 충전할 수 있어서, 다이아몬드 결정립들은 맨드릴의 최저 수직 위치 위의 위치로 연장된다. 저 반응 컵 및 다이아몬드 결정립들은 PCD 콤팩트에 도달하도록 위에서 논의된 제조 실시형태들에 따라 프로세싱될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 진동 에너지, 예를 들어, 초음파 진동 에너지는 HPHT 프로세스로 도입 전 균등한 분배를 촉진하도록 비본딩된 다이아몬드 결정립들에 도입될 수도 있다. 진동 에너지는, 예를 들어, 저 반응 컵 및 그 안에 위치결정된 비본딩된 다이아몬드 결정립들의 동시 선회 및 진동을 포함해, 비본딩된 다이아몬드 결정립들을 저 반응 컵으로 로딩하기 전, 도중 또는 후에 비본딩된 다이아몬드 결정립들의 분배를 향상시킬 수 있다. 일부 실시형태들에서, 비본딩된 다이아몬드 결정립들은 공압 또는 유압 교반을 이용해 저 반응 컵에 분배될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 비본딩된 다이아몬드 결정립들은, 다이아몬드 결정립들이 액체 비히클 (vehicle) 에 적어도 부분적으로 부유하여 유지되는 슬러리 로딩 기법을 사용해 저 반응 컵에 위치결정될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 환형 구역은 취급 손상을 견디기에 충분한 강도를 가지는 적어도 반강성 보디로 제조될 수 있고, 생형체로 지칭될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 생형체의 강도는 바인더, 예를 들어 유기 또는 무기 폴리머에 의해 제공될 수도 있다. 환형 구역의 생형체는 저 반응 컵 내에 위치결정될 수도 있다. 그 후에, 저 반응 컵은 위에서 논의된 제조 실시형태들에 설명한 대로 생형체의 다이아몬드 결정립들과 다른 특징을 가지는 비본딩된 다이아몬드 결정립들로 충전될 수도 있다. 저 반응 컵 및 다이아몬드 결정립들은 PCD 콤팩트에 도달하도록 위에서 논의된 제조 실시형태들에 따라 프로세싱될 수도 있다. 만약에 존재한다면, 생형체의 바인더는 다이아몬드 결정립들의 별도의 가열 사이클에서 또는 HPHT 프로세스 중 다이아몬드 결정립들로부터 제거될 수도 있다.

본 개시에 따른 다결정질 다이아몬드 보디들 (120) 의 실시형태들은 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 의 환형 구역 (142) 및 코어 구역 (140) 의 여러 가지 형상들 및 구성들을 가질 수 있다는 점을 이해해야 한다. 이러한 형상들의 예들은 도 10 내지 도 15 에 도시되어 있다.

도 10 을 참조하면, 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 는 코어 구역 (140) 과 환형 구역 (142) 사이에 교차부 (144) 를 보여주고, 여기에서 교차부 (144) 는 일반적으로 절두 원뿔형 형상을 갖는다. 이 실시형태에서, 교차부 (144) 는 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 의 작업면 (130) 으로부터 기판 (110) 으로 연장된다.

이하 도 11 을 참조하면, 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 는 코어 구역 (140) 과 환형 구역 (142) 사이에 교차부 (144) 를 보여주고, 여기에서 교차부 (144) 는 일반적으로 절두 원뿔형 형상을 갖는다. 이 실시형태에서, 교차부 (144) 는 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 의 작업면 (130) 으로부터 연장되고 기판 (110) 에서 짧은 종방향 위치에서 끝난다.

이하 도 12 를 참조하면, 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 는 코어 구역 (140) 과 환형 구역 (142) 사이에 교차부 (144) 를 보여주고, 여기에서 교차부 (144) 는 일반적으로 절두 원뿔형 형상을 갖는다. 이 실시형태에서, 교차부 (144) 는 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 의 작업면으로부터 이격된 거리에 연장되고 기판 (110) 에서 끝난다. 코어 구역 (140) 과 환형 구역 (142) 사이 교차부 (144) 는 교차부 (144) 의 절두 원뿔형 부분 내부의 반경방향 위치들에서 작업면 (130) 으로부터 이격되어 있다.

이하 도 13 을 참조하면, 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 는, 다결정질 다이아몬드 보디의 일부가 설명의 명확성을 위해 제거되어 도시된다. 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 는 코어 구역 (140) 과 환형 구역 (미도시) 사이에 교차부 (144) 를 보여주고, 여기에서 교차부 (144) 는 각뿔대에 대응하는 형상을 갖는다. 도 13 에 도시된 실시형태는 정사각뿔대를 나타내지만, 삼각뿔대 및 오각뿔대를 포함해, 다른 각뿔대들이 고려된다는 점을 이해해야 한다.

이하 도 14 를 참조하면, 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 는 코어 구역 (140) 과 환형 구역 (142) 사이에 교차부 (144) 를 보여주고, 여기에서 교차부 (144) 는 절두 포물면 (truncated paraboloid) 에 대응하는 형상을 갖는다.

이하 도 15 를 참조하면, 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 는, 다결정질 다이아몬드 보디의 일부가 설명의 명확성을 위해 제거되어 도시된다. 다결정질 다이아몬드 보디 (120) 는 코어 구역 (140) 과 환형 구역 (142) 사이에 교차부 (144) 를 보여주고, 여기에서 교차부 (144) 는 로브형 절두 원뿔형 표면에 대응하는 형상을 갖는다. 도 15 에 도시된 실시형태에서, 교차 형상부 (144) 는 4-로브형 절두 원뿔형 표면을 보여준다. 하지만, 2-로브형 절두 원뿔형 표면들, 3 -로브형 절두 원뿔형 표면들 및 5-로브형 절두 원뿔형 표면들을 포함한 다른 로브형 절두 원뿔형 표면들이 고려된다는 점을 이해해야 한다.

이하 도 16 을 참조하면, 본 개시에 따른 적어도 하나의 PCD 콤팩트 (100) 를 가지는 토양 시추용 공구 (160) 가 도시된다. 토양 시추용 공구 (160) 는 복수의 장착면들을 가지는 비트 보디 (162) 를 포함한다. 장착면들 각각은 하향공 드릴링 적용시 토양 제거를 위한 PCD 콤팩트 (100) 를 제공하도록 위치결정 및 배향된다.

실시예들

실시예 A (비교예)

모놀리식 다결정질 다이아몬드 보디 및 코발트 시멘티드 텅스텐 탄화물 기판을 가지는 종래의 다결정질 다이아몬드 콤팩트들은 HPHT 프로세스로 제조되었다. PCD 콤팩트들은 약 16 ㎛ 의 D50 을 가지는 약 93 vol.% 다이아몬드 및 약 1 ㎛ 의 D50 을 가지는 약 7 vol.% 다이아몬드의 균일한, 바이모달 공급물을 가지는 공급 다이아몬드 결정립들로부터 제조되었다. 코발트 시멘티드-텅스텐 탄화물 기판은 저 반응 컵을 폐쇄하도록 위치결정되었다. 컵은 벨트형 HPHT 장치로 도입되었다. 저 반응 컵 및 그것의 내용물은 약 6 분 동안 약 8 ㎬ 의 최대 압력 및 코발트의 융점보다 높은 온도를 부여받았다. 지지된 PCD 콤팩트들은 HPHT 장치로부터 회수되었고 약 2.1 ㎜ 의 다이아몬드 테이블 높이 및 약 16 ㎜ 의 직경을 가지는 원통형 PCD 콤팩트에 도달하도록 종래의 마무리 작동들에 따라 프로세싱되었다.

PCD 콤팩트들은 하향공 드릴링 적용에서 다결정질 다이아몬드 보디에 의해 겪게 된 힘을 모사한 테스트를 받았다. PCD 콤팩트들은 직립 터릿 선반 (" VTL") 에 설치되었고 그래나이트를 기계가공하는데 사용되었다. VTL 테스트의 파라미터들은 원하는 테스트 조건들을 모사하도록 변할 수도 있다. 일 실시예에서, PCD 콤팩트들은 바레 (Barre) 화이트 그래나이트 가공물로부터 재료를 제거하도록 구성되었다. PCD 콤팩트들은 가공물 표면에 대해 15°의 사면 경사각으로 위치결정되었다. PCD 콤팩트들은 0.25 ㎜ 의 공칭 절삭 깊이에 위치결정되었다. PCD 콤팩트들의 인피드 (infeed) 는 가공물이 60 RPM 으로 회전하는 상태에서 7.6 ㎜/회전의 일정한 비율로 설정되었다. PCD 콤팩트들은 수냉되었다.

VTL 테스트는 PCD 콤팩트들과 그래나이트 사이 접촉 위치를 따라 PCD 콤팩트들로 마모 흔적을 도입한다. 마모 흔적의 크기는 PCD 콤팩트들의 내연마성을 평가하도록 그래나이트 가공물로부터 제거된 재료와 비교된다. 다수의 다결정질 다이아몬드 보디들의 각각의 성능은 마모 흔적 성장률과 그래나이트 가공물로부터 재료 제거를 비교함으로써 평가될 수 있다. 이 실시예와 다른 실시예의 PCD 콤팩트들에 의해 기계가공된 그래나이트의 체적과 마모 흔적 크기를 비교함으로써 획득된 내연마성 성능은 아래 표 1 에 재현된다.

본 실시예에 따라 제조된 PCD 콤팩트들은 또한 정면 충격 테스트를 부여받았다. PCD 콤팩트들은 작업면과 주변면 사이 챔퍼로 준비되었다. PCD 콤팩트들은 기판의 외부 직경을 파지함으로써 클램핑 고정구에 단단히 유지되어서, 다결정질 다이아몬드 보디의 섹션을 노출된 상태로 둔다. 인스트론 (Instron) 모델 계기를 사용해, 클램핑 고정구 및 PCD 콤팩트는 충격 바 위 지정된 높이로 상승되었다. 충격 바는 정사각형 단면을 갖는 직사각형 형상이었고, 록웰 (Rockwell) C 스케일에서 60 의 경도로 관통 경화된 강으로 제조되었다. 클램핑 고정구 및 PCD 콤팩트의 높이 및 질량은 PCD 콤팩트와 충격 바 사이 충격의 운동 에너지를 결정한다.

충격 바로 낙하될 때, PCD 콤팩트는 PCD 콤팩트의 작업면에 대해 15 도의 각도로 충돌하도록 PCD 콤팩트는 클램핑 고정구 내에 위치결정되었다. 다시 말하면, PCD 콤팩트의 대칭 축선은 충격 바의 접촉면과 법선으로부터 15 도로 정렬된다.

테스트 방법은, 균열이 유발되기 전 PCD 콤팩트에 의해 흡수된 최대 운동 에너지를 평가한다. 최대 운동 에너지의 제 1 추정값이 제 1 충격에 설정된다. 후속 낙하에서, 최대 운동 에너지는 증가 및/또는 감소되고 PCD 콤팩트가 회전되어서 균열이 유발되기 전 PCD 콤팩트에 의해 흡수된 최대 운동 에너지를 결정한다. 흡수된 에너지의 평균 값에 도달하도록 PCD 콤팩트들의 다른 클로킹 (clocking) 로케이션에서 다수의 낙하가 완료되었다. 이 실시예와 다른 실시예의 PCD 콤팩트들의 정면 충격 성능은 아래 표 2 및 도 17 에 재현된다.

실시예 B

다결정질 다이아몬드의 코어 구역 및 다결정질 다이아몬드의 환형 구역을 가지는 본 개시에 따른 PCD 콤팩트들이 제조되었다. PCD 콤팩트들은 약 16 ㎛ 의 D50 을 가지는 약 93 vol.% 다이아몬드 및 약 1 ㎛ 의 D50 을 가지는 약 7 vol.% 다이아몬드의 바이모달 공급물을 가지는 (환형 구역을 형성하는) 제 1 포퓰레이션의 다이아몬드 결정립들로 만들어졌다. PCD 콤팩트들은 약 20 ㎛ 의 D50 을 가지는 다이아몬드의 모노모달 공급물을 가지는 (코어 구역을 형성한) 제 2 포퓰레이션의 다이아몬드 결정립들을 가졌다. 코어 구역은 HPHT 프로세스 전 평가된 대로 약 1.3 wt.% 비스무트 분말로 보충되었다. 도 7 내지 도 9 에 도시된 대로, 다이아몬드 결정립들이 저 반응 컵으로 도입되었고 회전 테이블을 가지는 충전 장치를 사용해 완료되었다. 이 다이아몬드 결정립들은 저 반응 컵으로 공급되었고 다이아몬드 결정립들은 도관의 형상에 상보적인 절두 원뿔형 형상을 보였고, 도 11 에 도시된 실시형태에 대응하는 형상을 가졌다.

코발트 시멘티드-텅스텐 탄화물 기판이 저 반응 컵 내에 다이아몬드 결정립들에 접하여 위치결정되었다. 셀 조립체는 저 반응 컵 및 기판 둘레에 만들어졌다. 셀 조립체는 벨트형 압력 장치로 삽입되었고 여기에서 셀 조립체 및 그것의 내용물들이 HPHT 프로세스로 노출되었다. 셀 조립체는 약 8 ㎬ 의 최대 압력을 부여받았고 약 6 분 동안 코발트의 용융 온도보다 높게 유지되었다. HPHT 프로세스는 기판에 일체로 소결된 다결정질 다이아몬드 보디를 제조하였다. 지지된 PCD 콤팩트들은, 약 2.1 ㎜ 의 다이아몬드 테이블 높이 및 약 16 ㎜ 의 직경을 가지는 원통형 PCD 콤팩트에 도달하도록 HPHT 장치로부터 회수되어 종래의 마무리 작동들에 따라 프로세싱되었다.

다결정질 다이아몬드 보디는 소결 반응의 품질을 평가하도록 파괴 검사되었다. 실시예 B 에 따라 만들어진 다결정질 다이아몬드 보디에서, 보디는 보디 전체에 걸쳐 완전한 소결을 보였다. 다결정질 다이아몬드 보디의 XRF 분석은, HPHT 프로세스 전 비스무트가 존재하지 않는 곳에 대응하는 다결정질 다이아몬드 구역들을 포함해, 다결정질 다이아몬드 보디의 모든 영역들에 비스무트가 존재하는 것을 나타내었다. 이와 같이, XRF 분석은, HPHT 프로세스 중 제 2 포퓰레이션의 다이아몬드 결정립들로부터 제 1 포퓰레이션의 다이아몬드 결정립들로 비스무트가 스위프되는 것을 입증하였다.

이 실시예에 따른 PCD 콤팩트들은 위에서 언급한 VLT 테스트 파라미터들에 따라 테스트되었다. 이 실시예의 PCD 콤팩트들에 의해 기계가공된 그래나이트의 체적과 마모 흔적 크기를 비교함으로써 획득된 내연마성 성능은 아래 표 1 에 재현된다. 커터들은 이전 실시예에서 개설된 대로 충격 테스트되었고 결과는 표 2 에 요약되었다.

실시예 C

실시예 B 에 따른 PCD 콤팩트들은 제조되고 그 후 다결정질 다이아몬드 보디의 부분들이 침출제와 밀착되는 침출 작동을 부여받았다. 침출제는 PCD 콤팩트들의 작업면에 근접하여 위치결정된 본딩된 다이아몬드 결정립들 사이 틈새 구역들로부터 코발트 (촉매 재료) 및 비스무트의 실질적으로 전부를 성공적으로 제거하였다.

PCD 콤팩트는 절단되어 주사형 전자 현미경으로 검사되었다. SEM 으로 촬영한 현미경 사진은 도 18 과 같이 재현된다. 도시된 대로, 현미경 사진은 침출된 구역을 가장 어두운 회색으로, 비침출 환형 구역을 중간 회색으로, 비침출 코어 구역을 가장 밝은 회색으로 보여준다.

이제, 다결정질 다이아몬드 보디들은 다결정질 다이아몬드 보디의 작업면 및 주변면의 적어도 일부분으로부터 멀어지게 연장되는 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들의 환형 구역, 및 환형 구역에 본딩되는 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들의 코어 구역을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 환형 구역의 다이아몬드 결정립들은 제 1 고유 특성을 가질 수도 있고, 코어 구역의 다이아몬드 결정립들은 제 1 고유 특성과 상이한 제 2 고유 특성을 가질 수도 있다. 환형 구역의 다이아몬드 결정립들과 코어 구역의 다이아몬드 결정립들 사이 변화는 HPHT 프로세스 중 다이아몬드 결정립들을 통하여 비다이아몬드 재료들의 향상된 스위프를 허용할 수 있다. 환형 구역의 다이아몬드 결정립들과 코어 구역의 다이아몬드 결정립들 사이 변화는 또한 선택된 최종 사용자 용도를 위한 바람직한 기계적 특성들을 제공하는 다결정질 다이아몬드 보디에 다이아몬드 결정립들이 우선적으로 배치될 수 있도록 허용할 수도 있다.

특정 실시형태들에 대해 언급하였지만, 본 개시 내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시형태들 및 변형예들이 본 기술분야의 당업자에 의해 고안될 수 있음은 분명하다. 첨부된 청구범위는 그러한 모든 실시형태들 및 균등한 변형예들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (33)

1. 다결정질 다이아몬드 보디로서,
   작업면, 인터페이스면 및 주변면;
   상기 작업면의 적어도 일부분 및 상기 주변면의 적어도 일부분으로부터 멀어지게 연장되는 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들의 환형 구역으로서, 상기 환형 구역은 제 1 고유 특성을 갖는 다이아몬드 결정립들을 포함하는, 상기 환형 구역; 및
   상기 환형 구역에 본딩된 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들의 코어 구역으로서, 상기 코어 구역은 상기 인터페이스면으로부터 멀어지게 연장되고, 상기 코어 구역의 적어도 일부분은 상기 환형 구역으로부터 반경방향으로 안쪽에 위치결정되고, 상기 코어 구역은 상기 제 1 고유 특성과 상이한 제 2 고유 특성을 가지는 다이아몬드 결정립들을 포함하는, 상기 코어 구역을 포함하고,
   상기 환형 구역은 상기 주변면으로부터 상기 다결정질 다이아몬드 보디의 중심선 축선을 향하여 두께가 감소되는, 다결정질 다이아몬드 보디.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 환형 구역은 중심선 축선으로부터 이격된 상기 작업면을 따라 일 위치에서 끝나는, 다결정질 다이아몬드 보디.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 환형 구역과 상기 코어 구역 사이 교차부는 절두 원뿔형 (frustoconical) 부분을 포함하는, 다결정질 다이아몬드 보디.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 환형 구역과 상기 코어 구역 사이 교차부는 오목한 원뿔대 (truncated conical) 부분을 포함하는, 다결정질 다이아몬드 보디.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 환형 구역과 상기 코어 구역 사이 교차부는 볼록한 원뿔대 부분을 포함하는, 다결정질 다이아몬드 보디.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 환형 구역과 상기 코어 구역 사이 교차부는 로브형 (lobed) 원뿔대 부분을 포함하는, 다결정질 다이아몬드 보디.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 고유 특성과 상기 제 2 고유 특성은 입도 분포인, 다결정질 다이아몬드 보디.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들은 틈새 (interstitial) 구역들에 의해 서로 분리되어 있고;
   상기 환형 구역 및 상기 코어 구역의 틈새 구역들 중 적어도 일부분은 비촉매 재료를 포함하고;
   상기 제 1 고유 특성 및 상기 제 2 고유 특성은 비촉매 재료 농도인, 다결정질 다이아몬드 보디.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들은 틈새 구역들에 의해 서로 분리되어 있고;
   상기 환형 구역 및 상기 코어 구역의 틈새 구역들 중 적어도 일부분은 촉매 재료를 포함하고;
   상기 제 1 고유 특성 및 상기 제 2 고유 특성은 촉매 재료 농도인, 다결정질 다이아몬드 보디.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 고유 특성 및 상기 제 2 고유 특성은 각각의 구역들의 내연마성인, 다결정질 다이아몬드 보디.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 고유 특성 및 상기 제 2 고유 특성은 각각의 구역들의 파괴 인성인, 다결정질 다이아몬드 보디.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 고유 특성 및 상기 제 2 고유 특성은 각각의 구역들의 스티프니스 (stiffness) 인, 다결정질 다이아몬드 보디.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 고유 특성 및 상기 제 2 고유 특성은 각각의 구역들의 열 팽창 계수들인, 다결정질 다이아몬드 보디.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 고유 특성 및 상기 제 2 고유 특성은 각각의 구역들의 열 안정성들인, 다결정질 다이아몬드 보디.
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 환형 구역은 상기 주변면 주위에 실질적으로 균일한 두께를 가지는, 다결정질 다이아몬드 보디.
16. 제 1 항에 있어서,
    상기 환형 구역은 상기 인터페이스면으로부터 이격되는, 다결정질 다이아몬드 보디.
17. 제 1 항에 있어서,
    상기 환형 구역은 상기 인터페이스면까지 연장되는, 다결정질 다이아몬드 보디.
18. 다결정질 다이아몬드 보디로서,
    작업면, 인터페이스면 및 주변면;
    상기 작업면의 적어도 일부분 및 상기 주변면의 적어도 일부분으로부터 멀어지게 연장되는 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들의 환형 구역으로서, 상기 환형 구역은 제 1 입도 분포를 갖는 다이아몬드 결정립들을 포함하는, 상기 환형 구역; 및
    상기 환형 구역에 본딩된 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들의 코어 구역으로서, 상기 코어 구역은 상기 인터페이스면으로부터 멀어지게 연장되고, 상기 코어 구역의 적어도 일부분은 상기 환형 구역으로부터 반경방향으로 안쪽에 위치결정되고, 상기 코어 구역은 상기 제 1 입도 분포와 상이한 제 2 입도 분포를 가지는 다이아몬드 결정립들을 포함하는, 상기 코어 구역을 포함하는, 다결정질 다이아몬드 보디.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 입도 분포의 중앙값이 상기 제 2 입도 분포의 중앙값보다 작은, 다결정질 다이아몬드 보디.
20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 입도 분포는 상기 제 2 입도 분포보다 큰, 다결정질 다이아몬드 보디.
21. 제 18 항에 있어서,
    상기 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들은 틈새 구역들에 의해 서로 분리되어 있고;
    상기 환형 구역 및 상기 코어 구역의 틈새 구역들 중 적어도 일부분은 비촉매 재료를 포함하는, 다결정질 다이아몬드 보디.
22. 제 21 항에 있어서,
    상기 환형 구역은 제 1 농도의 비촉매 재료를 포함하고, 상기 코어 구역은 상기 제 1 농도와 상이한 제 2 농도의 비촉매 재료를 포함하는, 다결정질 다이아몬드 보디.
23. 제 22 항에 있어서,
    상기 코어 구역에서의 상기 비촉매 재료의 농도는 상기 환형 구역에서의 상기 비촉매 재료의 농도보다 큰, 다결정질 다이아몬드 보디.
24. 제 18 항에 있어서,
    상기 작업면에 근접하여 위치결정된 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들 사이 접근가능한 틈새 구역들의 일부분은 비촉매 재료 및 촉매 재료가 없는, 다결정질 다이아몬드 보디.
25. 제 24 항에 있어서,
    상기 다결정질 다이아몬드 보디는 침출 (leaching) 프로세스를 거쳐서 상기 다결정질 다이아몬드 보디의 상기 접근가능한 틈새 구역들로부터 비촉매 재료 및 촉매 재료를 제거하는, 다결정질 다이아몬드 보디.
26. 제 18 항에 있어서,
    상기 환형 구역은 상기 주변면으로부터 상기 다결정질 다이아몬드 보디의 중심선 축선을 향하여 두께가 감소되는, 다결정질 다이아몬드 보디.
27. 제 26 항에 있어서,
    상기 환형 구역은 상기 중심선 축선으로부터 이격된 상기 작업면을 따라 일 위치에서 끝나는, 다결정질 다이아몬드 보디.
28. 제 27 항에 있어서,
    상기 환형 구역과 상기 코어 구역 사이 교차부는 절두 원뿔형 형상을 포함하는, 다결정질 다이아몬드 보디.
29. 제 27 항에 있어서,
    상기 환형 구역과 상기 코어 구역 사이 교차부는 오목한 원뿔대 형상을 포함하는, 다결정질 다이아몬드 보디.
30. 제 27 항에 있어서,
    상기 환형 구역과 상기 코어 구역 사이 교차부는 볼록한 원뿔대 형상을 포함하는, 다결정질 다이아몬드 보디.
31. 제 18 항에 있어서,
    상기 다결정질 다이아몬드 보디의 인터페이스면에 결합되는 기판을 더 포함하는, 다결정질 다이아몬드 보디.
32. 제 31 항에 있어서,
    상기 기판은 촉매 재료를 포함한 하드 금속 탄화물 (hard metal carbide) 을 포함하는, 다결정질 다이아몬드 보디.
33. 토양 시추용 (earth-boring) 공구로서,
    비트 보디; 및
    상기 비트 보디에 고정된 다결정질 다이아몬드 콤팩트를 포함하고, 상기 다결정질 다이아몬드 콤팩트는:
    작업면, 인터페이스면 및 주변면;
    상기 작업면의 적어도 일부분 및 상기 주변면의 적어도 일부분으로부터 멀어지게 연장되는 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들의 환형 구역으로서, 상기 환형 구역은 제 1 고유 특성을 갖는 다이아몬드 결정립들을 포함하는, 상기 환형 구역; 및
    상기 환형 구역에 본딩된 상호 본딩된 다이아몬드 결정립들의 코어 구역으로서, 상기 코어 구역은 상기 인터페이스면으로부터 멀어지게 연장되고, 상기 코어 구역의 적어도 일부분은 상기 환형 구역으로부터 반경방향으로 안쪽에 위치결정되고, 상기 코어 구역은 상기 제 1 고유 특성과 상이한 제 2 고유 특성을 가지는, 상기 코어 구역을 포함하고,
    상기 환형 구역은 상기 주변면으로부터 상기 다결정질 다이아몬드 보디의 중심선 축선을 향하여 두께가 감소되는, 토양 시추용 공구.

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