RU2576724C2

RU2576724C2 - Alloys with low thermal expansion factor as catalysts and binders for polycrystalline diamond composites

Info

Publication number: RU2576724C2
Application number: RU2013106267/03A
Authority: RU
Inventors: Гэри М. ТИГПЕН; Уильям В. КИНГ
Original assignee: Варел Интернэшнл Инд., Л.П.
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2016-03-10
Also published as: CN103261564A; US20140223835A1; EP2593630A1; US20120012402A1; RU2013106267A; WO2012009285A1

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: set of inventions relates to inserts, cutters and production thereof. Said insert comprises lattice to form interstices and catalyst material deposited therein in at sintering which produces said lattice. Note here that said catalyst material facilitates the growing of lattice and comprises the alloy approximating to eutectic one. The latter features the composition making within plus or minus ten atomic mass percents of eutectic composition and thermal expansion factor smaller than that of cobalt.

EFFECT: higher resistance against high temperatures.

25 cl, 5 dwg, 1 tbl

Description

По настоящей заявке испрашивается приоритет на основании предварительной заявки на патент США №61/364122, названной «Alloys With Low Coefficient Of Thermal Expansion As PDC Catalysts And Binders» и поданной 14 июля 2010 г., которая включена в настоящий документ ссылкой.This application claims priority based on provisional application for US patent No. 61/364122, called "Alloys With Low Coefficient Of Thermal Expansion As PDC Catalysts And Binders" and filed July 14, 2010, which is incorporated herein by reference.

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение в целом относится к поликристаллическим алмазным композитным («PDC») резцам; а более конкретно, к PDC резцам с улучшенной термической стабильностью.The present invention generally relates to polycrystalline diamond composite ("PDC") cutters; and more specifically, to PDC cutters with improved thermal stability.

Уровень техникиState of the art

Поликристаллические алмазные композиты («PDC») применяют в областях промышленности, включая бурение пород и обработку металлов резанием. Такие композиты продемонстрировали преимущества над некоторыми другими типами режущих элементов, такие как лучшая износостойкость и ударопрочность. Композиты PDC можно формировать спеканием отдельных алмазных частиц в условиях высокого давления и высокой температуры («НРНТ»), называемых «областью стабильности алмаза», которая обычно находится выше сорока килобар и в диапазоне от 1200 градусов Цельсия до 2000 градусов Цельсия, в присутствии системы катализатор/растворитель, которая активирует образование связей алмаз-алмаз. Некоторые примеры системы катализатор/растворитель для подвергаемых спеканию алмазных композитов представляют собой кобальт, никель, железо и другие металлы VIII группы. Композиты PDC, как правило, характеризуются содержанием алмаза выше семидесяти объемных процентов, при этом типичным является содержание от значения около восьмидесяти процентов примерно до девяносто пяти процентов. Композит PDC без подложки можно механически соединять с инструментом (не показано) согласно одному из примеров. В качестве альтернативы композит PDC можно соединять с подложкой, формируя таким образом PDC резец, который обычно можно вставлять в скважинный инструмент (не показано), такой как буровое долото или буровой расширитель.Polycrystalline diamond composites (“PDC”) are used in industrial applications, including rock drilling and metal cutting. Such composites have demonstrated advantages over some other types of cutting elements, such as better wear resistance and impact resistance. PDC composites can be formed by sintering individual diamond particles under high pressure and high temperature (“NRHT”) conditions, called the “diamond stability region”, which is usually above forty kilobars and in the range from 1200 degrees Celsius to 2000 degrees Celsius, in the presence of a catalyst system / a solvent that activates the formation of diamond-diamond bonds. Some examples of a catalyst / solvent system for sintered diamond composites are cobalt, nickel, iron, and other Group VIII metals. PDC composites are typically characterized by a diamond content of above seventy volume percent, with typical contents ranging from about eighty percent to about ninety-five percent. An uncoated PDC composite can be mechanically coupled to a tool (not shown) according to one example. Alternatively, the PDC composite may be bonded to the substrate, thereby forming a PDC cutter that can typically be inserted into a downhole tool (not shown), such as a drill bit or drill reamer.

На фиг.1 показан вид сбоку PDC резца 100 с поликристаллическим алмазным (“PCD”) отрезной пластиной 110, или композитом, в соответствии с предшествующим уровнем техники. Несмотря на то что в примере осуществления описана PCD отрезная пластина 110, в альтернативных типах резцов используют и другие типы отрезных пластин, включая композиты из кубического нитрида бора (“CBN”). Обращаясь к фиг.1, можно видеть, что PDC резец 100 обычно включает в себя PCD отрезную пластину 110 и подложку 150, которая соединена с PCD отрезной пластиной 110. PCD отрезная пластина 110 имеет толщину около ста тысячных дюйма (2,5 миллиметра), однако толщину можно изменять в зависимости от области применения, в которой надлежит использовать PCD отрезную пластину 110.Figure 1 shows a side view of a PDC cutter 100 with a polycrystalline diamond (“PCD") cutting plate 110, or composite, in accordance with the prior art. Although the PCD cutting insert 110 is described in an embodiment, other types of cutting inserts, including cubic boron nitride (“CBN”) composites, are used in alternative types of cutters. Referring to FIG. 1, it can be seen that the PDC cutter 100 typically includes a PCD cut-off plate 110 and a substrate 150 that is connected to a PCD cut-off plate 110. The PCD cut-off plate 110 has a thickness of about one hundred thousandths of an inch (2.5 millimeters), however, the thickness may vary depending on the application in which the PCD cutting plate 110 is to be used.

Подложка 150 содержит верхнюю поверхность 152, нижнюю поверхность 154 и внешнюю стенку 156 подложки, которая простирается от периметра верхней поверхности 152 до периметра нижней поверхности 154. PCD отрезная пластина 110 содержит режущую поверхность 112, противолежащую поверхность 114 и внешнюю стенку 116 PCD отрезной пластины, которая простирается от периметра режущей поверхности 112 до периметра противолежащей поверхности 114. Противолежащая поверхность 114 PCD отрезной пластины 110 соединена с верхней поверхностью 152 подложки 150. Как правило, PCD отрезную пластину 110 соединяют с подложкой 150 с использованием пресса высокого давления и высокой температуры (“НРНТ”). Однако для соединения PCD отрезной пластины 110 с подложкой 150 можно использовать и другие способы, известные обычным специалистам в данной области техники. В одном из вариантов осуществления изобретения после соединения PCD отрезной пластины 110 с подложкой 150 режущая поверхность 112 PCD отрезной пластины 110 по существу параллельна нижней поверхности 154 подложки. Кроме того, PDC резец 100 изображен как имеющий правильную круглую цилиндрическую форму, однако в других вариантах осуществления изобретения PDC резцу 100 придают и другие геометрические и негеометрические формы. В определенных вариантах осуществления противолежащая поверхность 114 и верхняя поверхность 152 являются по существу плоскими, однако в других вариантах осуществления противолежащая поверхность 114 и верхняя поверхность 152 могут быть неплоскими. В дополнение к этому, согласно некоторым примерам осуществления (не показано) по меньшей мере по периметру PCD отрезной пластины 110 формируют фаску.The substrate 150 comprises an upper surface 152, a lower surface 154, and an external substrate wall 156 that extends from the perimeter of the upper surface 152 to the perimeter of the lower surface 154. The PCD cutting plate 110 includes a cutting surface 112, an opposing surface 114, and an outer PCD wall 116 of the cutting plate, which extends from the perimeter of the cutting surface 112 to the perimeter of the opposing surface 114. The opposing surface 114 of the PCD of the cutting plate 110 is connected to the upper surface 152 of the substrate 150. Typically, the PCD of the cutting plate the sheet 110 is connected to the substrate 150 using a high pressure and high temperature press (“NRHT”). However, other methods known to those of ordinary skill in the art can be used to connect the PCD of the cutting plate 110 to the substrate 150. In one embodiment, after the PCD of the cutting plate 110 is connected to the substrate 150, the PCD cutting surface 112 of the cutting plate 110 is substantially parallel to the bottom surface 154 of the substrate. In addition, the PDC cutter 100 is depicted as having a regular circular cylindrical shape, however, in other embodiments, the PDC cutter 100 is also given other geometric and non-geometric shapes. In certain embodiments, the opposing surface 114 and the upper surface 152 are substantially flat, but in other embodiments, the opposing surface 114 and the upper surface 152 may be non-planar. In addition, according to some embodiments (not shown), a bevel is formed at least around the perimeter of the PCD of the cutting plate 110.

Согласно одному из примеров PDC резец 100 формируют посредством независимого изготовления PCD отрезной пластины 110 и подложки 150, а затем соединения PCD отрезной пластины 110 с подложкой 150. В качестве альтернативы, первоначально изготовляют подложку 150, а после этого на верхней поверхности 152 подложки 150 формируют PCD отрезную пластину 110 посредством размещения поликристаллического алмазного порошка на верхней поверхности 152 и осуществления обработки поликристаллического алмазного порошка и подложки 150 при высокой температуре и высоком давлении. В качестве альтернативы, подложку 150 и PCD отрезную пластину 110 формируют и соединяют вместе примерно в одно и то же время. Хотя кратко были упомянуты некоторые способы формирования PDC резца 100, можно использовать и другие способы, известные обычным специалистам в данной области техники.According to one example, the PDC cutter 100 is formed by independently manufacturing the PCD of the cutting plate 110 and the substrate 150, and then connecting the PCD of the cutting plate 110 to the substrate 150. Alternatively, the substrate 150 is first fabricated and then PCD is formed on the upper surface 152 of the substrate 150. the cutting plate 110 by placing the polycrystalline diamond powder on the upper surface 152 and processing the polycrystalline diamond powder and the substrate 150 at high temperature and high pressure. Alternatively, the substrate 150 and the PCD detachable plate 110 are formed and joined together at approximately the same time. Although some methods for forming the PDC cutter 100 have been briefly mentioned, other methods known to those of ordinary skill in the art can be used.

Согласно одному из примеров формирования PDC резца 100 получают PCD отрезную пластину 110 и соединяют с подложкой 150 посредством осуществления обработки слоя алмазного порошка, а также смеси порошков карбида вольфрама и кобальта в НРНТ условиях. Кобальт обычно смешивают с карбидом вольфрама и размещают там, где надлежит формировать подложку 150. Алмазный порошок помещают поверх смеси кобальта и карбида вольфрама и располагают там, где надлежит формировать PCD отрезную пластину 110. Затем всю порошковую смесь подвергают обработке в НРНТ условиях, таким образом, что кобальт расплавляется и способствует скреплению, или связыванию, карбида вольфрама с образованием подложки 150. Расплавленный кобальт также диффундирует, или проникает, в алмазный порошок и действует как катализатор синтеза алмазов и формирования PCD отрезной пластины 110. Таким образом, кобальт действует и как связующее для скрепления карбида вольфрама и в качестве катализатора/растворителя для спекания алмазного порошка с образованием связей алмаз-алмаз. Кобальт способствует также образованию сильных связей между PCD отрезной пластиной 110 и подложкой 150 из скрепленного карбида вольфрама.According to one example of the formation of a PDC cutter 100, a PCD cutting plate 110 is obtained and connected to the substrate 150 by processing a layer of diamond powder, as well as a mixture of tungsten carbide and cobalt powders under HPHT conditions. Cobalt is usually mixed with tungsten carbide and placed where substrate 150 is to be formed. Diamond powder is placed on top of the tungsten carbide and tungsten carbide mixture and placed where PCD cutting plate 110 is to be formed. The whole powder mixture is then subjected to HPHT treatment, so that cobalt melts and promotes the bonding, or bonding, of tungsten carbide to form a substrate 150. The molten cobalt also diffuses, or penetrates, into diamond powder and acts as a synthesis catalyst and diamonds and PCD formation of the cutting plate 110. Thus, cobalt acts both as a binder for bonding tungsten carbide and as a catalyst / solvent for sintering diamond powder to form diamond-diamond bonds. Cobalt also promotes the formation of strong bonds between the PCD cutting plate 110 and the substrate 150 of bonded tungsten carbide.

Кобальт являлся предпочтительным компонентом в способе изготовления композита PDC. В традиционных способах изготовления PDC кобальт используют как связующий материал для формирования подложки 150, а также в качестве каталитического материала для синтеза алмазов вследствие большого объема знаний, относящихся к использованию кобальта в данных процессах. Синергизм между большим объемом знаний и техническими требованиями процесса привел к использованию кобальта как связующего материала, так и каталитического материала. Однако, как известно в данной области техники, в качестве катализатора синтеза алмазов можно использовать альтернативные металлы, такие как железо, никель, хром, марганец и тантал. При использовании указанных альтернативных металлов в качестве катализатора синтеза алмазов для формирования PCD отрезной пластины 110 кобальт или какой-либо другой материал, такой как никель-хром или железо, обычно используют в качестве связующего материала для скрепления карбида вольфрама с образованием подложки 150. Хотя в качестве примеров были приведены некоторые материалы, такие как карбид вольфрама и кобальт, для формирования подложки 150, PCD отрезной пластины 110 и образования связей между подложкой 150 и PCD отрезной пластиной 110 можно использовать и другие материалы, известные обычным специалистам в данной области техники.Cobalt was a preferred component in the method of manufacturing a composite PDC. In traditional PDC manufacturing methods, cobalt is used as a binder to form the substrate 150, and also as a catalytic material for diamond synthesis due to the large amount of knowledge related to the use of cobalt in these processes. The synergy between the large amount of knowledge and the technical requirements of the process has led to the use of cobalt as a binder material and catalytic material. However, as is known in the art, alternative metals such as iron, nickel, chromium, manganese and tantalum can be used as a catalyst for the synthesis of diamonds. When using these alternative metals as a catalyst for the synthesis of diamonds to form a PCD cutting disc 110, cobalt or some other material, such as nickel-chromium or iron, is usually used as a binder to bond tungsten carbide to form a substrate 150. Although, as In the examples, some materials, such as tungsten carbide and cobalt, were used to form the substrate 150, the PCD of the cutting plate 110 and to form bonds between the substrate 150 and the PCD of the cutting plate 110, and polzovat and other materials known to those of ordinary skill in the art.

Фиг.2 представляет собой схематическое изображение микроструктуры PCD отрезной пластины 110 фиг.1 в соответствии с предшествующим уровнем техники. Обращаясь к фиг.1 и 2, можно видеть, что PCD отрезная пластина 110 содержит алмазные частицы 210, одно или несколько междоузлий 212, образовавшихся между алмазными частицами 210, и кобальт 214, осажденный внутри междоузлий 212. В ходе процесса спекания междоузлия 212, или пустоты, образуются между углерод - углеродными связями и локализуются между алмазными частицами 210. Диффузия кобальта 214 в алмазный порошок приводит к осаждению кобальта 214 внутри данных междоузлий 212, которые формируются внутри PCD отрезной пластины 110 в ходе процесса спекания.FIG. 2 is a schematic illustration of the PCD microstructure of a cutting plate 110 of FIG. 1 in accordance with the prior art. Turning to FIGS. 1 and 2, it can be seen that the PCD cutting plate 110 contains diamond particles 210, one or more internodes 212 formed between the diamond particles 210, and cobalt 214 deposited inside the internodes 212. During the sintering process of the internodes 212, or voids are formed between the carbon-carbon bonds and localized between the diamond particles 210. Diffusion of cobalt 214 into diamond powder results in deposition of cobalt 214 inside these internodes 212, which are formed inside the PCD of the cutting plate 110 during the sintering process.

Известно, что после формирования PCD отрезная пластина 110 быстро изнашивается при достижении температурой критического значения. Упомянутая критическая температура составляет около 750 градусов Цельсия и достигается при резании PCD отрезной пластиной 110 горных пород или других известных материалов. Предполагают, что высокая скорость износа обусловлена различиями в скорости термического расширения между алмазными частицами 210 и кобальтом 214, а также химической реакцией, или графитизацией, которая протекает между кобальтом 214 и алмазными частицами 210. Коэффициент термического расширения алмазных частиц 210 составляет около 1,0×10^-6 миллиметров^-1 × Кельвин^-1 («мм^-1 К^-1»), тогда как коэффициент термического расширения кобальта 214 составляет около 13,0×10^-6 мм^-1 К^-1. Следовательно, кобальт 214 расширяется намного быстрее, чем алмазные частицы 210, при температурах выше данной критической температуры, делая таким образом связи между алмазными частицами 210 нестабильными. PCD отрезная пластина 110 термически разрушается при температурах выше примерно 750 градусов Цельсия, и ее производительность резания значительно ухудшается.It is known that after PCD formation, the cutting plate 110 wears out quickly when the temperature reaches a critical value. The critical temperature mentioned is about 750 degrees Celsius and is achieved by cutting PCD with a cutting plate 110 of rocks or other known materials. It is believed that the high wear rate is due to differences in the rate of thermal expansion between diamond particles 210 and cobalt 214, as well as the chemical reaction or graphitization that occurs between cobalt 214 and diamond particles 210. The coefficient of thermal expansion of diamond particles 210 is about 1.0 × 10 ^-6 millimeters ^-1 × Kelvin ^-1 ("mm ^-1 K ^-1 "), while the coefficient of thermal expansion of cobalt 214 is about 13.0 × 10 ^-6 mm ^-1 K ^-1 . Consequently, cobalt 214 expands much faster than diamond particles 210, at temperatures above a given critical temperature, thereby making bonds between diamond particles 210 unstable. PCD cutting plate 110 is thermally destroyed at temperatures above about 750 degrees Celsius, and its cutting performance is significantly impaired.

Были предприняты попытки замедлить износ PCD отрезной пластины 110 при указанных высоких температурах. Данные попытки охватывают выполнение процедуры кислотного выщелачивания PCD отрезной пластины 110, которая приводит к удалению кобальта 214 из междоузлий 212. Типичные процедуры выщелачивания включают в себя присутствие кислотного раствора (не показано), который реагирует с кобальтом 214, осажденным внутри междоузлий 212 PCD отрезной пластины 110. Согласно одному из примеров типичной процедуры выщелачивания PDC резец 100 помещают в кислотный раствор таким образом, что по меньшей мере часть PCD отрезной пластины 110 погружается в кислотный раствор. Кислотный раствор реагирует с кобальтом 214 по всем внешним поверхностям PCD отрезной пластины 110. Кислотный раствор медленно перемещается вовнутрь в пределы внутренней части PCD отрезной пластины 110 и продолжает реагировать с кобальтом 214. Однако, поскольку кислотный раствор перемещается далее внутрь, побочные продукты реакции становится все труднее удалять, и, следовательно, скорость выщелачивания значительно снижается. По этой причине имеет место выбор оптимального соотношения между длительностью процедуры выщелачивания, расходы в которой возрастают по мере увеличения длительности данной процедуры, и глубиной выщелачивания. Таким образом, глубина выщелачивания обычно составляет около 0,2 миллиметра, но может быть больше или меньше в зависимости от технических требований к PCD отрезной пластине 110 и/или ограничений на издержки. Удаление кобальта 214 частично снимает проблемы, создаваемые вследствие различий в скорости термического расширения между алмазными частицами 210 и кобальтом 214, а также в результате графитизации. Однако процедура выщелачивания является дорогостоящей, а также оказывает другие отрицательные воздействия на PCD отрезную пластину 110, такие как потеря прочности.Attempts have been made to slow the wear of the PCD of the cutting plate 110 at the indicated high temperatures. These attempts encompass the acid leaching of the PCD of the cutting plate 110, which removes cobalt 214 from the internodes 212. Typical leaching procedures include the presence of an acid solution (not shown) that reacts with cobalt 214 deposited inside the internodes 212 of the PCD of the cutting plate 110 According to one example of a typical PDC leach procedure, cutter 100 is placed in an acidic solution such that at least a portion of the PCD of the cutting plate 110 is immersed in the acidic solution. The acidic solution reacts with cobalt 214 on all external surfaces of the PCD of the cutting plate 110. The acidic solution slowly moves inward to the inside of the PCD of the cutting plate 110 and continues to react with cobalt 214. However, as the acidic solution moves further inward, reaction by-products become more difficult. remove, and therefore the leaching rate is significantly reduced. For this reason, there is a choice of the optimal ratio between the duration of the leaching procedure, the costs of which increase as the duration of this procedure increases, and the leaching depth. Thus, the leaching depth is usually about 0.2 millimeters, but may be more or less depending on the technical requirements of the PCD of the cutting plate 110 and / or cost constraints. Removing cobalt 214 partially removes the problems created by differences in the rate of thermal expansion between diamond particles 210 and cobalt 214, as well as graphitization. However, the leaching procedure is expensive and also has other negative effects on the PCD cutting plate 110, such as loss of strength.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Изложенные выше и другие признаки и аспекты изобретения воспринимаются наилучшим образом со ссылкой на следующее ниже описание определенных примеров осуществления при чтении их в сочетании с прилагаемыми чертежами, в которых:The foregoing and other features and aspects of the invention are best understood with reference to the following description of certain embodiments when read in conjunction with the accompanying drawings, in which:

на фиг. 1 показан вид сбоку PDC резца с PCD отрезной пластиной в соответствии с предшествующим уровнем техники;in FIG. 1 shows a side view of a PDC cutter with a PCD cutting insert in accordance with the prior art;

фиг. 2 представляет собой схематическое изображение микроструктуры PCD отрезной пластины фиг.1 в соответствии с предшествующим уровнем техники;FIG. 2 is a schematic illustration of the PCD microstructure of the cutting plate of FIG. 1 in accordance with the prior art;

фиг.3A представляет вид сбоку PDC резца до спекания в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;figa is a side view of the PDC cutter before sintering in accordance with an embodiment of the present invention;

фиг.3B является видом сбоку PDC резца, сформированного в результате спекания PDC резца до спекания фиг.3A в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;FIG. 3B is a side view of a PDC cutter formed by sintering a PDC cutter prior to sintering of FIG. 3A in accordance with an embodiment of the present invention;

фиг.4A представляет вид сбоку PDC резца до спекания в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения;figa is a side view of the PDC cutter before sintering in accordance with another embodiment of the present invention;

фиг.4B является видом сбоку PDC резца, сформированного в результате спекания PDC резца до спекания фиг.4A, в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения; иFIG. 4B is a side view of a PDC cutter formed by sintering a PDC cutter prior to sintering of FIG. 4A, in accordance with another embodiment of the present invention; and

фиг.5 представляет собой фазовую диаграмму кобальта и элемента X в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.5 is a phase diagram of cobalt and element X in accordance with an embodiment of the present invention.

Чертежи лишь иллюстрируют примеры осуществления изобретения, и, следовательно, их не следует рассматривать в качестве ограничения его объема, поскольку изобретение может допускать и другие столь же эффективные варианты осуществления.The drawings merely illustrate embodiments of the invention, and therefore, should not be construed as limiting its scope, since the invention may also allow other equally effective embodiments.

Краткое описание примеров осуществленияBrief Description of Embodiments

Настоящее изобретение в целом относится к поликристаллическим алмазным композитным («PDC») резцам; а более конкретно, к PDC резцам с улучшенной термической стабильностью. Несмотря на то что описание примеров осуществления приведено ниже в связи с PDC резцом, могут быть применимы альтернативные варианты осуществления изобретения к другим типам резцов или композитов, включая резцы из поликристаллического нитрида бора (“PCBN”) или PCBN композиты, но не ограничиваясь ими. Как упомянуто выше, композит можно устанавливать на подложку с целью формирования резца или непосредственно на инструмент для осуществления процесса резания. Изобретение воспринимается наилучшим образом при чтении следующего ниже описания не ограничивающих примеров осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых подобные части каждой из фигур обозначены аналогичными позициями и которые кратко описываются следующим образом.The present invention generally relates to polycrystalline diamond composite ("PDC") cutters; and more specifically, to PDC cutters with improved thermal stability. Although the description of embodiments is given below in connection with a PDC cutter, alternative embodiments of the invention may be applicable to other types of cutters or composites, including but not limited to polycrystalline boron nitride (“PCBN”) cutters or PCBN composites. As mentioned above, the composite can be mounted on a substrate to form a cutter or directly on a tool for carrying out the cutting process. The invention is best understood when reading the following description of non-limiting embodiments with reference to the accompanying drawings, in which like parts of each of the figures are denoted by the same reference numerals and which are briefly described as follows.

Фиг.3A представляет вид сбоку PDC резца 300 до спекания в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения. Фиг.3B является видом сбоку PDC резца 350, сформированного в результате спекания PDC резца 300 до спекания фиг.3A в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения. Фиг.3A и 3B представляют один пример формирования PDC резца 350. Обращаясь к фиг.3А и 3В, можно видеть, что PDC резец 300 до спекания содержит слой 310 подложки и слой 320 PCD отрезной пластины, тогда как PDC резец 350 содержит подложку 360 и PCD отрезную пластину 370. Слой 310 подложки расположен в нижней части PDC резца 300 до спекания, и по осуществлении процесса спекания из него формируется подложка 360. Слой 320 PCD отрезной пластины расположен поверх слоя 310 подложки, и по осуществлении процесса спекания из него формируется PCD отрезная пластина 370. Таким образом, PCD отрезная пластина 370 расположена над подложкой 360.3A is a side view of a PDC cutter 300 before sintering in accordance with an embodiment of the present invention. FIG. 3B is a side view of a PDC cutter 350 formed by sintering a PDC cutter 300 prior to sintering of FIG. 3A in accordance with an embodiment of the present invention. FIGS. 3A and 3B are one example of the formation of a PDC cutter 350. Referring to FIGS. 3A and 3B, it can be seen that the PDC cutter 300 contains a substrate layer 310 and a cutting plate layer 320 PCD, while the PDC cutter 350 contains a substrate 360 and PCD cut-off plate 370. A substrate layer 310 is located at the bottom of the PDC of the cutter 300 before sintering, and a sintering 360 is formed therefrom from the sintering process. A layer 360 PCD layer of a cut-off plate 320 is located on top of the substrate layer 310, and a sintering PCD is formed from it. plate 370. Thus, PCD cut Single plate 370 disposed above the substrate 360.

Слой 310 подложки формируют из смеси порошка 332 подложки и связующего/каталитического материала 334. Порошок 332 подложки представляет собой порошок карбида вольфрама, однако порошок 332 подложки можно получить и из другого подходящего материала, известного обычным специалистам в данной области техники, в пределах объема и существа примера осуществления согласно другим примерам осуществления. Связующий/каталитический материал 334 является любым материалом, способным выполнять функции связующего материала для порошка 332 подложки и каталитического материала для алмазного порошка 336, или любым другим материалом, который образует слой 320 PCD отрезной пластины. В дополнение к этому, связующий/каталитический материал 334 характеризуется коэффициентом термического расширения, меньшим, чем коэффициент термического расширения кобальта, и/или имеет более высокую теплопроводность, чем у кобальта. Коэффициент термического расширения кобальта составляет около 13,0 × 10^-6 мм^-1 К^-1. Теплопроводность кобальта составляет около 100,0 Ватт/(метры × Кельвин) («Вт/(мК)»). Некоторые примеры связующего/каталитического материала 334 включают в себя хром, тантал, рутений, определенные сплавы кобальта, такие как кобальт/молибден, кобальт/хром или кобальт/никель/хром, определенные сплавы металла VIII группы и по меньшей мере одного каталитически неактивного металла, а также определенные сплавы двух или более металлов VIII группы, но не ограничиваются ими, при этом сплавы обеспечивают общее снижение коэффициента термического расширения и/или общее повышение теплопроводности. Другие примеры подходящих сплавов могут быть определены обычными специалистами в данной области техники после получения положительного эффекта настоящего раскрытия. Связующий/каталитический материал 334 может содержать любой эвтектический или близкий к эвтектическому сплав, который является эффективным в качестве каталитического материала для синтеза алмазов, вместе с тем демонстрирующий или более низкий коэффициент термического расширения и/или более высокую теплопроводность, чем кобальт. Близкий к эвтектическому сплав, по определению, охватывает составы сплавов, которые находятся в пределах плюс или минус десяти атомных массовых процентов от эвтектического состава до момента превышения температуры плавления кобальта.The substrate layer 310 is formed from a mixture of a substrate powder 332 and a binder / catalytic material 334. The substrate powder 332 is a tungsten carbide powder, however, the substrate powder 332 can be obtained from another suitable material known to those of ordinary skill in the art, within the scope and essence exemplary embodiments according to other embodiments. Binder / catalytic material 334 is any material capable of performing the functions of a binder material for substrate powder 332 and a catalytic material for diamond powder 336, or any other material that forms a cutting plate PCD layer 320. In addition, the binder / catalytic material 334 is characterized by a coefficient of thermal expansion less than the coefficient of thermal expansion of cobalt, and / or has a higher thermal conductivity than cobalt. The coefficient of thermal expansion of cobalt is about 13.0 × 10 ^-6 mm ^-1 K ^-1 . The thermal conductivity of cobalt is about 100.0 watts / (meters × Kelvin) (“W / (mK)”). Some examples of the binder / catalytic material 334 include chromium, tantalum, ruthenium, certain cobalt alloys such as cobalt / molybdenum, cobalt / chromium or cobalt / nickel / chromium, certain alloys of a Group VIII metal and at least one catalytically inactive metal, as well as certain alloys of two or more metals of group VIII, but are not limited to, while the alloys provide a general decrease in the coefficient of thermal expansion and / or a general increase in thermal conductivity. Other examples of suitable alloys may be determined by those of ordinary skill in the art after obtaining the beneficial effect of the present disclosure. Binder / catalytic material 334 may contain any eutectic or near eutectic alloy that is effective as a catalytic material for diamond synthesis, while exhibiting either a lower coefficient of thermal expansion and / or higher thermal conductivity than cobalt. An alloy close to a eutectic, by definition, covers alloy compositions that are within plus or minus ten atomic mass percent of the eutectic composition until the melting point of cobalt is exceeded.

Если связующий/каталитический материал 334 имеет более низкий коэффициент термического расширения, чем кобальт, углерод-углеродные связи, которые формируют PCD отрезную пластину 370, являются более стабильными, чем в случае использования кобальта, поскольку связующий/каталитический материал 334 расширяется с меньшей скоростью, чем кобальт. Следовательно, углерод-углеродные связи способны лучше противостоять расширению связующего/каталитического материала 334, чем расширению кобальта при той же температуре. Если связующий/каталитический материал 334 обладает более высокой теплопроводностью, чем кобальт, тепло, выделяющееся внутри PCD отрезной пластины 370, рассеивается лучше, когда для формирования PCD отрезной пластины 370 используют связующий/каталитический материал 334, чем в случае использования кобальта. Таким образом, PCD отрезная пластина 370 способна противостоять выделению большего количества тепла и, следовательно, более высоким температурам в случае использования связующего/каталитического материала 334 для формирования PCD отрезной пластины 370.If the binder / catalytic material 334 has a lower coefficient of thermal expansion than cobalt, the carbon-carbon bonds that form the PCD cutting plate 370 are more stable than when cobalt is used, since the binder / catalytic material 334 expands at a slower rate than cobalt. Therefore, carbon-carbon bonds are better able to withstand the expansion of the binder / catalytic material 334 than the expansion of cobalt at the same temperature. If the binder / catalytic material 334 has a higher thermal conductivity than cobalt, the heat generated inside the PCD of the cutting plate 370 is better dispersed when the binder / catalytic material 334 is used to form the PCD of the cutting plate 370 than when cobalt is used. Thus, the PCD cut-off plate 370 is able to withstand the release of more heat and therefore higher temperatures when using the binder / catalytic material 334 to form the PCD of the cut-off plate 370.

После осуществления обработки в условиях высокого давления и высокой температуры слой 310 подложки формирует подложку 360. Слой 310 подложки содержит верхнюю поверхность 312 слоя, нижнюю поверхность 314 слоя и внешнюю стенку 316 слоя подложки, которая простирается от периметра верхней поверхности 312 слоя до периметра нижней поверхности 314 слоя. Слою 310 подложки придают правильную круглую цилиндрическую форму согласно одному из примеров осуществления, но ему можно придавать и другие геометрические и негеометрические формы.After processing under high pressure and high temperature conditions, the substrate layer 310 forms the substrate 360. The substrate layer 310 comprises an upper layer surface 312, a lower layer surface 314, and a substrate layer outer wall 316, which extends from the perimeter of the upper layer surface 312 to the perimeter of the lower surface 314 layer. Layer 310 of the substrate give the correct round cylindrical shape according to one embodiment, but other geometric and non-geometric shapes can also be given to it.

Слой 320 PCD отрезной пластины получают из алмазного порошка 336, однако можно использовать и другие подходящие материалы, известные обычным специалистам в данной области техники, в пределах объема и существа примера выполнения. Хотя это не отображено, согласно некоторым примерам осуществления, слой 320 PCD отрезной пластины содержит алмазный порошок 336 и связующий/каталитический материал 334. По выполнении обработки в условиях высокого давления и высокой температуры из слоя 320 PCD отрезной пластины формируется PCD отрезная пластина 370. Слой 320 PCD отрезной пластины содержит режущую поверхность 322 слоя, противолежащую поверхность 324 слоя и внешнюю стенку 326 слоя PCD отрезной пластины, которая простирается от периметра режущей поверхности 322 слоя до периметра противолежащей поверхности 324 слоя.The cutting PCD layer 320 PCD is obtained from diamond powder 336, however, other suitable materials known to those of ordinary skill in the art can be used within the scope and spirit of the exemplary embodiment. Although not shown, according to some embodiments, the cutting PCD layer 320 contains diamond powder 336 and a binder / catalytic material 334. Upon processing under high pressure and high temperature conditions, a PCD cutting plate 370 is formed from the cutting PCD layer 320. Layer 320 The PCD of the cutting insert comprises a cutting surface 322 of the layer, an opposing surface 324 of the layer and an outer wall 326 of the layer PCD of the cutting plate, which extends from the perimeter of the cutting surface 322 of the layer to the perimeter of the opposite 324 overhnosti layer.

После формирования PDC резца 300 до спекания осуществляют его обработку в условиях высокого давления и высокой температуры для получения PDC резца 350. В ходе воздействия НРНТ условий связующий/каталитический материал 334 сжижается внутри слоя 310 подложки и продвигается, или проникает, в слой 320 PCD отрезной пластины. Связующий/каталитический материал 334 выполняет функции связующего материала для порошка 332 подложки, который затем скрепляется, или связывается, с образованием скрепленного порошка 382 подложки. Полученный скрепленный порошок 382 подложки, вместе со связующим/каталитическим материалом 334, вкрапленным в него, образует подложку 360 по завершении процесса спекания. Сжиженный связующий/каталитический материал 334 диффундирует в слой 320 PCD отрезной пластины из слоя 310 подложки и также выполняет функции каталитического материала для алмазного порошка 336 внутри слоя 320 PCD отрезной пластины. Связующий/каталитический материал 334 способствует срастанию алмазных кристаллов, превращая таким образом алмазный порошок 336 в алмазную решетку 386. Алмазная решетка 386 содержит междоузлия (не показано), аналогичные междоузлиям 212 (фиг.2), которые образуются в ходе процесса спекания. Связующий/каталитический материал 334 осаждается внутри упомянутых междоузлий. Таким образом, алмазная решетка 386, вместе со связующим/каталитическим материалом 334, осажденным в междоузлиях, образует PCD отрезную пластину 370 по завершении процесса спекания. Несмотря на то что в PCD отрезной пластине 370 формируется алмазная решетка 386, другие решетки могут образовываться в PCD отрезной пластине 370 при использовании других материалов, отличных от алмазного порошка 336. Связующий/каталитический материал 334 способствует также образованию связей между PCD отрезной пластиной 370 и подложкой 360.After the formation of the PDC cutter 300 prior to sintering, it is processed under high pressure and high temperature conditions to obtain a PDC cutter 350. During exposure to the HPHT conditions, the binder / catalytic material 334 liquefies within the substrate layer 310 and advances, or penetrates, into the cutting PCD layer 320 . The binder / catalytic material 334 functions as a binder for the substrate powder 332, which is then bonded or bonded to form bonded substrate powder 382. The resulting bonded substrate powder 382, together with a binder / catalytic material 334 embedded in it, forms a substrate 360 upon completion of the sintering process. The liquefied binder / catalytic material 334 diffuses into the cutting PCD layer 320 from the substrate layer 310 and also acts as a catalytic material for diamond powder 336 inside the cutting PCD layer 320. Binder / catalytic material 334 facilitates the coalescence of diamond crystals, thereby converting diamond powder 336 into a diamond lattice 386. The diamond lattice 386 contains internodes (not shown) similar to internodes 212 (FIG. 2) that are formed during the sintering process. Binder / catalytic material 334 is deposited within said internodes. Thus, the diamond lattice 386, together with the binder / catalytic material 334 deposited at the internodes, forms a PCD cutting plate 370 upon completion of the sintering process. Although a diamond grating 386 is formed in the PCD cutting plate 370, other gratings can be formed in the PCD cutting plate 370 using materials other than diamond powder 336. The binder / catalytic material 334 also promotes bonding between the PCD cutting plate 370 and the substrate 360.

PDC резец 350 получают после того, как подложка 360 и PCD режущий слой 370 полностью сформированы, и подложка 360 соединена с PCD режущим слоем 370. Подложка 360 содержит верхнюю поверхность 362, нижнюю поверхность 364 и внешнюю стенку 366 подложки, которая простирается от периметра верхней поверхности 362 до периметра нижней поверхности 364. Подложка 360 содержит скрепленный порошок 382 подложки и связующий/каталитический материал 334, вкрапленный в него. Подложке 360 придана правильная круглая цилиндрическая форма согласно одному из примеров осуществления, но ей можно придать и другие геометрические и негеометрические формы в зависимости от применения PDC резца 350.The PDC cutter 350 is obtained after the substrate 360 and the PCD cutting layer 370 are fully formed and the substrate 360 is connected to the PCD cutting layer 370. The substrate 360 comprises an upper surface 362, a lower surface 364, and an outer substrate wall 366 that extends from the perimeter of the upper surface 362 to the perimeter of the bottom surface 364. The substrate 360 contains a bonded substrate powder 382 and a binder / catalytic material 334 interspersed therein. The substrate 360 is given a regular circular cylindrical shape according to one embodiment, but other geometric and non-geometric shapes can be given to it, depending on the application of the PDC cutter 350.

PCD отрезная пластина 370 содержит режущую поверхность 372, противолежащую поверхность 374 и внешнюю стенку 376 PCD отрезной пластины, которая простирается от периметра режущей поверхности 372 до периметра противолежащей поверхности 374. PCD отрезная пластина 370 содержит алмазную решетку 386 и связующий/каталитический материал 334, осажденный внутри междоузлий, образовавшихся в алмазной решетке 386. Противолежащая поверхность 374 соединена с верхней поверхностью 362.The PCD cutting insert 370 comprises a cutting surface 372, an opposing surface 374, and an outer wall 376 of a cutting PCD that extends from the perimeter of the cutting surface 372 to the perimeter of the opposing surface 374. The PCD cutting plate 370 comprises a diamond grating 386 and a bonding / catalytic material 334 deposited inside the interstices formed in the diamond lattice 386. The opposite surface 374 is connected to the upper surface 362.

Согласно некоторым примерам осуществления по периметру PCD отрезной пластины 370 формируют фаску (не показано).According to some embodiments, a chamfer (not shown) is formed around the perimeter of the PCD of the cutting plate 370.

PCD отрезную пластину 370 соединяют с подложкой 360 согласно способам, известным обычным специалистам в данной области техники. В одном из примеров PDC резец 350 формируют посредством независимого изготовления PCD отрезной пластины 370 и подложки 360, а затем соединения PCD отрезной пластины 370 с подложкой 360. В другом примере первоначально изготовляют подложку 360, а после этого на верхней поверхности 362 подложки 360 формируют PCD отрезную пластину 370 посредством размещения поликристаллического алмазного порошка 336 на верхней поверхности 362 и осуществления обработки поликристаллического алмазного порошка 336 и подложки 360 при высокой температуре и высоком давлении.The PCD cut-off plate 370 is connected to the substrate 360 according to methods known to those of ordinary skill in the art. In one example, the PDC cutter 350 is formed by independently manufacturing the PCD of the cutting plate 370 and the substrate 360, and then connecting the PCD of the cutting plate 370 to the substrate 360. In another example, the substrate 360 is made first, and then the cutting PCD is formed on the upper surface 362 of the substrate 360. the plate 370 by placing the polycrystalline diamond powder 336 on the upper surface 362 and processing the polycrystalline diamond powder 336 and the substrate 360 at high temperature and high pressure.

В одном из примеров осуществления после соединения PCD отрезной пластины 370 с подложкой 360 режущая поверхность 372 PCD отрезной пластины 370 по существу параллельна нижней поверхности 364 подложки 360. В дополнение к этому, PDC резец 350 изображен как имеющий правильную круглую цилиндрическую форму, однако в других примерах осуществления PDC резцу 350 придают и другие геометрические и негеометрические формы. В определенных примерах осуществления противолежащая поверхность 374 и верхняя поверхность 362 по существу плоские, однако в других примерах осуществления противолежащая поверхность 374 и верхняя поверхность 362 могут быть неплоскими.In one embodiment, after connecting the PCD of the cutting plate 370 to the substrate 360, the cutting surface 372 of the PCD of the cutting plate 370 is substantially parallel to the bottom surface 364 of the substrate 360. In addition, the PDC cutter 350 is depicted as having a regular round cylindrical shape, however in other examples the implementation of the PDC cutter 350 give other geometric and non-geometric shapes. In certain embodiments, the opposing surface 374 and the upper surface 362 are substantially flat, however, in other embodiments, the opposing surface 374 and the upper surface 362 may be non-planar.

Фиг.4A представляет собой вид сбоку PDC резца 400 до спекания в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения. Фиг.4В является видом сбоку PDC резца 450, сформированного в результате спекания PDC резца 400 до спекания фиг.4A, в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения. Фиг.4A и 4B представляют один из примеров формирования PDC резца 450. Обращаясь к фиг.4A и 4B, можно видеть, что PDC резец 400 до спекания содержит слой 410 подложки и слой 420 PCD отрезной пластины, в то время как PDC резец 450 содержит подложку 460 и PCD отрезную пластину 470. Слой 410 подложки расположен в нижней части PDC резца 400 до спекания и по выполнении процесса спекания образует подложку 460. Слой 420 PCD отрезной пластины расположен над слоем 410 подложки и по выполнении процесса спекания образует PCD отрезную пластину 470. Таким образом, PCD отрезная пластина 470 расположена над подложкой 460.4A is a side view of a PDC cutter 400 before sintering in accordance with another embodiment of the present invention. FIG. 4B is a side view of a PDC cutter 450 formed by sintering a PDC cutter 400 prior to sintering of FIG. 4A, in accordance with another embodiment of the present invention. FIGS. 4A and 4B are one example of the formation of a PDC cutter 450. Referring to FIGS. 4A and 4B, it can be seen that the PDC cutter 400 contains a backing layer 410 and a cutting plate layer 420 PCD, while the PDC cutter 450 contains the substrate 460 and the PCD cutting plate 470. The substrate layer 410 is located at the bottom of the PDC of the cutter 400 before sintering and forms a substrate 460 when the sintering process is performed. The cutting plate PCD layer 420 is located above the substrate layer 410 and forms a PCD cutting plate 470 when the sintering process is performed. Thus, the PCD cutting plate 470 is positioned over the substrate 460.

Слой 410 подложки формируют из смеси порошка 432 подложки и связующего материала 434. Порошок 432 подложки представляет собой порошок карбида вольфрама, однако порошок 432 подложки можно получить и из другого подходящего материала, известного обычным специалистам в данной области техники, в пределах объема и существа примера выполнения согласно некоторым другим примерам осуществления. Связующий материал 434 является любым материалом, способным выполнять функции связующего для порошка 432 подложки. Некоторые примеры связующего материала 434 охватывают кобальт, никель-хром и железо, но не ограничиваются ими. После воздействия условий высокого давления и высокой температуры слой 410 подложки образует подложку 460. Слой 410 подложки содержит верхнюю поверхность 412 слоя, нижнюю поверхность 414 слоя и внешнюю стенку 416 слоя подложки, которая простирается от периметра верхней поверхности 412 слоя до периметра нижней поверхности 414 слоя. Слою 410 подложки придают правильную круглую цилиндрическую форму согласно одному из примеров осуществления, но ему можно придать и другие геометрические и негеометрические формы.The substrate layer 410 is formed from a mixture of the substrate powder 432 and the binder material 434. The substrate powder 432 is tungsten carbide powder, however, the substrate powder 432 can also be obtained from another suitable material known to those of ordinary skill in the art, within the scope and essence of the exemplary embodiment according to some other embodiments. Binder material 434 is any material capable of serving as a binder for the substrate powder 432. Some examples of binder 434 include, but are not limited to, cobalt, nickel chromium, and iron. After exposure to high pressure and high temperature conditions, the substrate layer 410 forms the substrate 460. The substrate layer 410 comprises an upper layer surface 412, a lower layer surface 414, and a substrate layer outer wall 416, which extends from the perimeter of the upper layer surface 412 to the perimeter of the lower layer surface 414. Layer 410 of the substrate give the correct round cylindrical shape according to one embodiment, but it can be given other geometric and non-geometric shapes.

Слой 420 PCD отрезной пластины формируют из смеси алмазного порошка 436 и каталитического материала 438. Хотя для формирования слоя 420 PCD отрезной пластины используют алмазный порошок 436, можно использовать и другие подходящие материалы, известные обычным специалистам в данной области техники, в пределах объема и существа примера выполнения. Каталитический материал 438 является любым материалом, способным выполнять функции катализатора для алмазного порошка 436, который образует слой 420 PCD отрезной пластины, или для любого другого материала, который используют для формирования PCD отрезной пластины 470. В дополнение к этому, каталитический материал 438 характеризуется коэффициентом термического расширения, меньшим, чем коэффициент термического расширения кобальта, и/или обладает более высокой теплопроводностью, чем кобальт. Коэффициент термического расширения кобальта составляет около 13,0 × 10^-6 мм^-1 К^-1. Теплопроводность кобальта составляет около 100,0 Вт/(мК). Некоторые примеры каталитического материала 438 включают в себя хром, тантал, рутений, определенные сплавы кобальта, такие как кобальт/молибден, кобальт/хром или кобальт/никель/хром, определенные сплавы металла VIII группы и по меньшей мере одного каталитически неактивного металла, а также определенные сплавы двух или более металлов VIII группы, но не ограничиваются ими, при этом сплавы обеспечивают общее снижение коэффициента термического расширения и/или общее повышение теплопроводности. Другие примеры подходящих сплавов могут быть определены обычными специалистами в данной области техники после получения положительного эффекта настоящего раскрытия. Каталитический материал 438 может содержать любой эвтектический или близкий к эвтектическому сплав, который является эффективным в качестве катализатора синтеза алмазов, вместе с тем демонстрирующий более низкий коэффициент термического расширения и/или более высокую теплопроводность, чем кобальт.The cutting PCD layer 420 of the cutting plate is formed from a mixture of diamond powder 436 and catalytic material 438. Although diamond powder 436 is used to form the cutting PCD layer 420 of the cutting powder 436, other suitable materials known to those of ordinary skill in the art can be used, within the scope and essence of the example fulfillment. Catalytic material 438 is any material capable of acting as a catalyst for diamond powder 436, which forms a cutting plate PCD layer 420, or for any other material that is used to form the PCD of a cutting plate 470. In addition, the catalytic material 438 is characterized by a thermal coefficient expansion, less than the coefficient of thermal expansion of cobalt, and / or has a higher thermal conductivity than cobalt. The coefficient of thermal expansion of cobalt is about 13.0 × 10 ^-6 mm ^-1 K ^-1 . The thermal conductivity of cobalt is about 100.0 W / (mK). Some examples of catalytic material 438 include chromium, tantalum, ruthenium, certain cobalt alloys such as cobalt / molybdenum, cobalt / chromium or cobalt / nickel / chromium, certain alloys of a Group VIII metal and at least one catalytically inactive metal, and certain alloys of two or more metals of group VIII, but are not limited to, while the alloys provide a general decrease in the coefficient of thermal expansion and / or a general increase in thermal conductivity. Other examples of suitable alloys may be determined by those of ordinary skill in the art after obtaining the beneficial effect of the present disclosure. Catalytic material 438 may contain any eutectic or near eutectic alloy that is effective as a diamond synthesis catalyst, while still exhibiting a lower coefficient of thermal expansion and / or higher thermal conductivity than cobalt.

Если каталитический материал 438 имеет более низкий коэффициент термического расширения, чем кобальт, углерод-углеродные связи, которые формируют PCD отрезную пластину 470, являются более стабильными, чем в случае использования кобальта, поскольку каталитический материал 438 расширяется с меньшей скоростью, чем кобальт. Следовательно, углерод-углеродные связи способны лучше противостоять расширению каталитического материала 438, чем расширению кобальта при той же температуре. Если каталитический материал 438 обладает более высокой теплопроводностью, чем кобальт, тепло, выделяющееся внутри PCD отрезной пластины 470, рассеивается лучше, когда для формирования PCD отрезной пластины 470 используют каталитический материал 438, чем в случае использования кобальта. Таким образом, PCD отрезная пластина 470 способна противостоять выделению большего количества тепла и, следовательно, более высоким температурам в случае использования каталитического материала 438 для формирования PCD отрезной пластины 470.If the catalytic material 438 has a lower coefficient of thermal expansion than cobalt, the carbon-carbon bonds that form the PCD cutting plate 470 are more stable than with cobalt, since the catalytic material 438 expands at a slower rate than cobalt. Therefore, carbon-carbon bonds are better able to withstand the expansion of catalytic material 438 than the expansion of cobalt at the same temperature. If the catalytic material 438 has a higher thermal conductivity than cobalt, the heat generated inside the PCD of the cutting plate 470 is better dispersed when the catalytic material 438 is used to form the PCD of the cutting plate 470 than in the case of cobalt. Thus, the PCD cutting plate 470 is able to withstand the release of more heat and therefore higher temperatures when using catalytic material 438 to form the PCD of the cutting plate 470.

Согласно некоторым примерам осуществления температура плавления каталитического материала 438 ниже температуры плавления связующего материала 434. Температура плавления кобальта, который можно использовать в качестве связующего материала 434, составляет около 1495 градусов Цельсия. Согласно некоторым примерам осуществления связующий материал 434 и каталитический материал 438 представляют собой различные материалы, однако связующий материал 434 и каталитический материал 438 могут быть одним и тем же материалом согласно определенным примерам осуществления. После воздействия условий высокого давления и высокой температуры слой 420 PCD отрезной пластины образует PCD отрезную пластину 470. Слой 420 PCD отрезной пластины включает в себя режущую поверхность 422 слоя, противолежащую поверхность 424 слоя и внешнюю стенку 426 слоя PCD отрезной пластины, которая простирается от периметра режущей поверхности 422 слоя до периметра противолежащей поверхности 424 слоя. Согласно некоторым примерам осуществления по периметру PCD отрезной пластины 470 формируют фаску (не показано).In some embodiments, the melting temperature of the catalytic material 438 is lower than the melting temperature of the binder 434. The melting temperature of cobalt, which can be used as the binder 434, is about 1495 degrees Celsius. In some embodiments, the binder material 434 and the catalytic material 438 are different materials, however, the binder material 434 and the catalytic material 438 may be the same material according to certain embodiments. After exposure to high pressure and high temperature, the cutting PCD layer 420 forms a PCD cutting plate 470. The cutting plate PCD layer 420 includes a cutting surface 422, an opposing layer surface 424, and an outer wall 426 of the cutting plate PCD that extends from the perimeter of the cutting plate surface 422 layer to the perimeter of the opposite surface 424 layer. According to some embodiments, a chamfer (not shown) is formed around the perimeter of the PCD of the cutting plate 470.

Согласно примерам осуществления, в которых температура плавления каталитического материала 438 ниже температуры плавления связующего материала 434, после получения PDC резца 400 до спекания его подвергают воздействию условий высокого давления и высокой температуры для формирования PDC резца 450. В ходе воздействия НРНТ условий температуру сначала доводят до первой температуры, которая является температурой плавления каталитического материала 438 согласно некоторым примерам осуществления. Согласно определенным примерам осуществления первая температура выше температуры плавления каталитического материала 438, но ее поддерживают ниже второй температуры, которая обсуждается более подробно ниже. Первую температуру можно изменять в пределах указанного диапазона, который находится между первой температурой и второй температурой. При упомянутой первой температуре каталитический материал 438 сжижается в слое 470 PCD отрезной пластины и способствует срастанию алмазных кристаллов, превращая таким образом алмазный порошок 436 в алмазную решетку 486. Алмазная решетка 486 содержит междоузлия (не показано), аналогичные междоузлиям 212 (фиг.2), которые образуются в ходе процесса спекания. Каталитический материал 438 осаждается внутри упомянутых междоузлий. Таким образом, алмазная решетка 486, вместе с каталитическим материалом 438, осажденным в междоузлиях, образует PCD отрезную пластину 470 по завершении процесса спекания. Несмотря на то что в PCD отрезной пластине 470 формируется алмазная решетка 486, другие решетки могут образовываться в PCD отрезной пластине 470 при использовании других материалов, отличных от алмазного порошка 436.According to exemplary embodiments in which the melting temperature of the catalytic material 438 is lower than the melting temperature of the binder 434, after receiving the PDC cutter 400, it is subjected to high pressure and high temperature conditions before sintering to form the PDC cutter 450. During exposure to the HPHT conditions, the temperature is first adjusted to temperature, which is the melting temperature of the catalytic material 438 according to some embodiments. According to certain embodiments, the first temperature is higher than the melting temperature of the catalytic material 438, but it is maintained below the second temperature, which is discussed in more detail below. The first temperature can be changed within a specified range, which is between the first temperature and the second temperature. At the aforementioned first temperature, the catalytic material 438 is liquefied in the PCD layer 470 of the cutting plate and promotes the coalescence of diamond crystals, thereby converting the diamond powder 436 into a diamond lattice 486. The diamond lattice 486 contains internodes (not shown) similar to internodes 212 (FIG. 2), which are formed during the sintering process. Catalytic material 438 is deposited inside the internodes. Thus, the diamond lattice 486, together with the catalytic material 438 deposited in the internodes, forms a PCD cutting plate 470 upon completion of the sintering process. Although a diamond grating 486 is formed in the PCD of the cutting plate 470, other gratings can be formed in the PCD of the cutting plate 470 using materials other than diamond powder 436.

После формирования PCD отрезной пластины 470 температуру затем повышают от первой температуры по меньшей мере до второй температуры, которая является температурой плавления связующего материала 434 или какой-либо другой температурой, более высокой, чем температура плавления связующего материала 434. Связующий материал 434 сжижается внутри слоя 410 подложки и способствует скреплению порошка 432 подложки, превращая таким образом порошок 432 подложки в скрепленный порошок 482 подложки. Данный скрепленный порошок 482 подложки, вместе со связующим материалом 434, вкрапленным в него, по завершении процесса спекания образует подложку 460. Связующий материал 434 и/или каталитический материал 438 способствуют образованию связей между PCD отрезной пластиной 470 и подложкой 460.After the PCD of the cutting plate 470 is formed, the temperature is then raised from the first temperature to at least a second temperature, which is the melting temperature of the binder 434 or some other temperature higher than the melting temperature of the binder 434. The binder 434 is liquefied inside the layer 410 substrate and promotes the bonding of the powder 432 of the substrate, thus converting the powder of the substrate 432 into the bonded powder of the substrate 482. This bonded substrate powder 482, together with a binder material 434 embedded therein, upon completion of the sintering process forms a substrate 460. The binder material 434 and / or catalytic material 438 contribute to the formation of bonds between the PCD cutting plate 470 and the substrate 460.

PDC резец 450 получают после того, как подложка 460 и PCD режущий слой 470 полностью сформированы, и подложка 460 соединена с PCD режущим слоем 470. Подложка 460 содержит верхнюю поверхность 462, нижнюю поверхность 464 и внешнюю стенку 466 подложки, которая простирается от периметра верхней поверхности 462 до периметра нижней поверхности 464. Подложка 460 содержит скрепленный порошок 482 подложки и связующий материал 434, вкрапленный в него. Подложке 460 придана правильная круглая цилиндрическая форма согласно одному из примеров осуществления, но ей можно придать и другие геометрические и негеометрические формы в зависимости от применения PDC резца 450.The PDC cutter 450 is obtained after the substrate 460 and the PCD cutting layer 470 are fully formed and the substrate 460 is connected to the PCD cutting layer 470. The substrate 460 comprises an upper surface 462, a lower surface 464 and an external substrate wall 466 that extends from the perimeter of the upper surface 462 to the perimeter of the bottom surface 464. The substrate 460 contains a bonded substrate powder 482 and a binder material 434 interspersed therein. Substrate 460 is given a regular round cylindrical shape according to one embodiment, but other geometrical and non-geometrical shapes can be given to it, depending on the application of the PDC cutter 450.

PCD отрезная пластина 470 содержит режущую поверхность 472, противолежащую поверхность 474 и внешнюю стенку 476 PCD отрезной пластины, которая простирается от периметра режущей поверхности 472 до периметра противолежащей поверхности 474. PCD отрезная пластина 470 содержит алмазную решетку 486 и каталитический материал 438, осажденный внутри междоузлий, образовавшихся в алмазной решетке 486. Противолежащая поверхность 474 соединена с верхней поверхностью 462.The PCD cutting plate 470 includes a cutting surface 472, an opposing surface 474 and an outer wall 476 of a PCD cutting plate that extends from the perimeter of the cutting surface 472 to the perimeter of the opposing surface 474. The PCD cutting plate 470 contains a diamond lattice 486 and catalytic material 438 deposited inside the internodes, formed in the diamond lattice 486. The opposite surface 474 is connected to the upper surface 462.

PCD отрезную пластину 470 соединяют с подложкой 460 согласно способам, известным обычным специалистам в данной области техники. В одном из примеров PDC резец 450 формируют посредством независимого изготовления PCD отрезной пластины 470 и подложки 460, а затем соединения PCD отрезной пластины 470 с подложкой 460. В другом примере первоначально изготовляют подложку 460, а после этого на верхней поверхности 462 подложки 460 формируют PCD отрезную пластину 470 посредством размещения поликристаллического алмазного порошка 436 на верхней поверхности 462 и осуществления обработки поликристаллического алмазного порошка 436 и подложки 460 при высокой температуре и высоком давлении.The PCD cut-off plate 470 is connected to the substrate 460 according to methods known to those of ordinary skill in the art. In one example, the PDC cutter 450 is formed by independently manufacturing the PCD of the cutting plate 470 and the substrate 460, and then connecting the PCD of the cutting plate 470 to the substrate 460. In another example, the substrate 460 is first manufactured, and then a cutting PCD is formed on the upper surface 462 of the substrate 460. the plate 470 by placing the polycrystalline diamond powder 436 on the upper surface 462 and processing the polycrystalline diamond powder 436 and the substrate 460 at high temperature and high pressure.

В одном из примеров осуществления после соединения PCD отрезной пластины 470 с подложкой 460 режущая поверхность 472 PCD отрезной пластины 470 по существу параллельна нижней поверхности 464 подложки 460. В дополнение к этому, PDC резец 450 изображен как имеющий правильную круглую цилиндрическую форму, однако в других примерах осуществления изобретения PDC резцу 450 придают и другие геометрические и негеометрические формы. В определенных примерах осуществления противолежащая поверхность 474 и верхняя поверхность 462 по существу плоские, однако в других примерах осуществления противолежащая поверхность 474 и верхняя поверхность 462 могут быть неплоскими.In one embodiment, after connecting the PCD of the cutting plate 470 to the substrate 460, the cutting surface 472 of the PCD of the cutting plate 470 is substantially parallel to the bottom surface 464 of the substrate 460. In addition, the PDC cutter 450 is depicted as having a regular round cylindrical shape, however in other examples In the implementation of the invention, the PDC cutter 450 is also given other geometric and non-geometric shapes. In certain embodiments, the opposing surface 474 and the upper surface 462 are substantially flat, however, in other embodiments, the opposing surface 474 and the upper surface 462 may be non-planar.

Как упомянуто выше, связующий/каталитический материал 334 (фиг.3) и каталитический материал 438 представляют собой сплав кобальта или некоторого другого металла VIII группы, который демонстрирует более низкий коэффициент термического расширения и/или более высокую теплопроводность, чем кобальт, согласно некоторым примерам осуществления. Сплав представляет собой сочетание, либо в растворе, либо в соединении, двух или более элементов по меньшей мере один из которых является металлом, и при этом сплав полученного материала обладает металлическими свойствами. В отличие от чистых металлов многие сплавы не имеют отдельно взятой точки плавления. Вместо этого, многие сплавы характеризуются температурным диапазоном, в котором материал начинает плавиться при одной более низкой температуре и полностью расплавляется при другой более высокой температуре. Таким образом, в ходе плавления сплава материал представляет собой смесь твердой и жидкой фаз при воздействии температуры в диапазоне между двумя указанными температурами. Температура, при которой сплав начинает плавиться, называется солидусом, тогда как температура, при которой сплав полностью расплавляется, называется ликвидусом. Однако, как и упомянуто выше, а также согласно некоторым примерам осуществления, связующий/каталитический материал 334 (фиг.3) и каталитический материал 438 представляют собой эвтектический сплав или близкий к эвтектическому сплав, который демонстрирует более низкий коэффициент термического расширения и/или более высокую теплопроводность, чем кобальт. Эвтектические сплавы получают с целью плавления при отдельно взятой точечной температуре плавления, а не в пределах температурного диапазона. Эвтектический сплав представляет собой сплав, образовавшийся из смеси двух или более элементов, который имеет более низкую температуру плавления, чем любой из его элементов, используемых для получения эвтектического сплава. В одном из примеров сплав или эвтектический сплав получают посредством приготовления гомогенной смеси двух или более элементов, которые образуют сплав или эвтектический сплав. Надлежащие соотношения компонентов для получения эвтектического сплава определяются эвтектической точкой на фазовой диаграмме, которая обсуждается более подробно в связи с фиг.5.As mentioned above, the binder / catalytic material 334 (FIG. 3) and the catalytic material 438 are an alloy of cobalt or some other Group VIII metal that exhibits a lower coefficient of thermal expansion and / or higher thermal conductivity than cobalt, according to some embodiments . An alloy is a combination, either in a solution or in a compound, of two or more elements of at least one of which is a metal, and wherein the alloy of the resulting material has metallic properties. Unlike pure metals, many alloys do not have a single melting point. Instead, many alloys are characterized by a temperature range in which the material begins to melt at one lower temperature and completely melts at another higher temperature. Thus, during the melting of the alloy, the material is a mixture of solid and liquid phases when exposed to temperatures in the range between the two indicated temperatures. The temperature at which the alloy begins to melt is called solidus, while the temperature at which the alloy is completely melted is called liquidus. However, as mentioned above, and also according to some embodiments, the binder / catalytic material 334 (FIG. 3) and the catalytic material 438 are a eutectic alloy or a near-eutectic alloy that exhibits a lower coefficient of thermal expansion and / or higher thermal conductivity than cobalt. Eutectic alloys are obtained for melting at a single point melting point, and not within the temperature range. A eutectic alloy is an alloy formed from a mixture of two or more elements that has a lower melting point than any of its elements used to produce a eutectic alloy. In one example, an alloy or eutectic alloy is obtained by preparing a homogeneous mixture of two or more elements that form an alloy or eutectic alloy. The proper component ratios for producing the eutectic alloy are determined by the eutectic point in the phase diagram, which is discussed in more detail in connection with FIG.

Приведенное ниже в таблице 1 представляет собой перечень элементов, которые можно сплавлять с кобальтом для получения эвтектического сплава, имеющего конечный коэффициент термического расширения, более низкий, чем коэффициент термического расширения кобальта. В таблице 1 элементы углерод и кобальт приведены в качестве стандартов, поскольку углерод используют для формирования PCD отрезной пластины, в то время как кобальт является типичным каталитическим материалом 438 или связующим/каталитическим материалом 334 (фиг.3), который осаждается внутри междоузлий, образовавшихся между углеродными связями в PCD отрезной пластине 370 и 470. Таким образом, эвтектический сплав, используемый в качестве каталитического материала 438 или связующего/каталитического материала 334 (фиг.3) в примерах осуществления настоящего изобретения, должен иметь более низкий конечный коэффициент термического расширения и/или более высокую конечную теплопроводность, чем у кобальта в отдельности. Несмотря на то что кобальт выбирается как один из сплавообразующих элементов, согласно другим примерам осуществления в качестве сплавообразующего элемента можно выбирать любой другой металл VIII группы.The following table 1 is a list of elements that can be fused with cobalt to obtain a eutectic alloy having a finite coefficient of thermal expansion lower than the coefficient of thermal expansion of cobalt. In table 1, the elements carbon and cobalt are given as standards since carbon is used to form the PCD of the cutting plate, while cobalt is a typical catalytic material 438 or a binder / catalytic material 334 (figure 3), which is deposited inside the interstices formed between carbon bonds in the PCD cut-off plate 370 and 470. Thus, a eutectic alloy used as a catalytic material 438 or a binder / catalytic material 334 (figure 3) in the embodiments of the present th invention should have a low coefficient of thermal expansion of the end and / or a higher final thermal conductivity than cobalt alone. Although cobalt is selected as one of the alloying elements, according to other embodiments, any other Group VIII metal can be selected as the alloying element.

Как показано в таблице 1, приведенной выше, каждый элемент снабжен значениями «Co-Eu», «термического расширения», «температуры плавления» и «теплопроводности». Величина «Co-Eu» представляет собой эвтектическую температуру плавления, или эвтектическую точу плавления, при сплавлении соответствующего элемента с кобальтом в соответствии с эвтектическим составом. Величина «термического расширения» представляет собой коэффициент термического расширения соответствующего элемента. Данные коэффициенты термического расширения меньше коэффициента термического расширения кобальта. После сплавления элемента с кобальтом конечный коэффициент термического расширения сплава меньше коэффициента термического расширения кобальта. Следовательно, коэффициент термического расширения эвтектического сплава также меньше коэффициента термического расширения кобальта. Величина «температуры плавления» представляет собой температуру плавления соответствующего элемента. Как видно, эвтектическая температура плавления при сплавлении соответствующего элемента с кобальтом меньше температуры плавления и кобальта, и соответствующего элемента. Величина «теплопроводности» представляет собой теплопроводность соответствующего элемента. Указанные значения теплопроводности выше или ниже теплопроводности кобальта. После сплавления элемента с кобальтом конечная величина теплопроводности сплава находится между теплопроводностью соответствующего элемента и теплопроводностью кобальта. Следовательно, в зависимости от областей применения, в которых надлежит использовать PDC резец 350 и 450, можно соответственно выбирать сплав, или эвтектический сплав, который следует использовать для каталитического материала 438 и связующего/каталитического материала 334 (фиг.3), таким образом, чтобы иметь или более низкий коэффициент термического расширения и/или более высокую теплопроводность.As shown in Table 1 above, each element is provided with Co-Eu, Thermal Expansion, Melting Point, and Thermal Conductivity. The Co-Eu value is the eutectic melting point, or eutectic melting point, when the corresponding element is fused with cobalt in accordance with the eutectic composition. The value of "thermal expansion" is the coefficient of thermal expansion of the corresponding element. These coefficients of thermal expansion are less than the coefficient of thermal expansion of cobalt. After fusion of the element with cobalt, the final coefficient of thermal expansion of the alloy is less than the coefficient of thermal expansion of cobalt. Therefore, the coefficient of thermal expansion of the eutectic alloy is also less than the coefficient of thermal expansion of cobalt. The value of the "melting point" is the melting point of the corresponding element. As can be seen, the eutectic melting temperature during fusion of the corresponding element with cobalt is less than the melting temperature of both cobalt and the corresponding element. The value of "thermal conductivity" is the thermal conductivity of the corresponding element. The indicated thermal conductivity values are higher or lower than the thermal conductivity of cobalt. After fusion of the element with cobalt, the final value of the thermal conductivity of the alloy is between the thermal conductivity of the corresponding element and the thermal conductivity of cobalt. Therefore, depending on the applications in which the PDC cutter 350 and 450 are to be used, it is possible to choose an alloy or a eutectic alloy to be used for catalytic material 438 and binder / catalytic material 334, respectively, so that have either a lower coefficient of thermal expansion and / or higher thermal conductivity.

Фиг.5 представляет собой фазовую диаграмму 500 кобальта и элемента X в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения. Несмотря на то что фазовая диаграмма 500 кобальта и элемента X приведена в качестве примера согласно одному из примеров осуществления, для достижения эвтектической точки можно использовать различные фазовые диаграммы кобальта и одного или нескольких других элементов или элемента VIII группы с одним или несколькими другими элементами, которые описаны более подробно ниже, согласно другим примерам осуществления. Обращаясь к фиг.5, можно видеть, что фазовая диаграмма 500 кобальта и элемента X содержит ось 510 состава, ось 520 температуры, линию 534 ликвидуса, линию 536 солидуса и эвтектическую точку 538.5 is a phase diagram 500 of cobalt and element X in accordance with an embodiment of the present invention. Although the phase diagram 500 of cobalt and element X is given as an example according to one embodiment, various phase diagrams of cobalt and one or more other elements or element of group VIII with one or more other elements that are described can be used to achieve the eutectic point in more detail below, according to other embodiments. Turning to FIG. 5, it can be seen that the phase diagram 500 of cobalt and element X contains a composition axis 510, a temperature axis 520, a liquidus line 534, a solidus line 536, and a eutectic point 538.

Ось 510 состава расположена на оси x и представляет состав сплава, используемого в качестве каталитического материала и/или связующего/каталитического материала. Состав измерен в атомных массовых процентах элемента X. В направлении слева направо вдоль оси 510 состава доля элемента X в составе увеличивается. Таким образом, в крайней левой точке оси 510 состава материал представляет собой стопроцентный кобальт. В противоположность этому, в крайней правой точке оси 510 состава материал представляет собой стопроцентный элемент X. Ось 510 состава включает в себя эвтектический состав 540, который обсуждается более подробно ниже.The composition axis 510 is located on the x axis and represents the composition of the alloy used as a catalytic material and / or a binder / catalytic material. The composition is measured in atomic mass percent of element X. In the direction from left to right along the axis 510 of the composition, the proportion of element X in the composition increases. Thus, at the extreme left point of the axis 510 of the composition, the material is one hundred percent cobalt. In contrast, at the far right point of the composition axis 510, the material is a 100% X element. The composition axis 510 includes a eutectic composition 540, which is discussed in more detail below.

Ось 520 температуры расположена на оси y и представляет различные температуры, которыми можно воздействовать на сплав. Температура измерена в градусах Цельсия. В направлении сверху вниз вдоль оси 520 температуры температура снижается. Ось 520 температуры включает в себя температуру 532 плавления кобальта, температуру 530 плавления элемента X и эвтектическую температуру 539 плавления, которая обсуждается более подробно ниже. Температура 532 плавления кобальта является температурой, при которой плавится материал, содержащий сто процентов кобальта. Температура 530 плавления элемента X является температурой, при которой плавится материал, содержащий сто процентов элемента X.The temperature axis 520 is located on the y axis and represents various temperatures that can affect the alloy. Temperature measured in degrees Celsius. In the downward direction along the temperature axis 520, the temperature decreases. The temperature axis 520 includes cobalt melting temperature 532, element X melting temperature 530 and eutectic melting temperature 539, which is discussed in more detail below. Cobalt melting temperature 532 is the temperature at which material containing one hundred percent cobalt melts. The melting temperature 530 of element X is the temperature at which material containing one hundred percent of element X melts.

Фазовая диаграмма 500 кобальта и элемента X предоставляет информацию о различных фазах сплава кобальта и элемента X, а также о том, при каких составах и температурах существуют упомянутые различные фазы. Данные фазы включают в себя общую жидкую фазу 550 («Жидкость»), общую твердую фазу 552 («Твердое тело»), фазу 554 взвеси кобальта («L+Co_s»), фазу 556 взвеси элемента X («L+XS»), твердую фазу 558 кобальта («Co_s») и твердую фазу 560 элемента X («XS»). Общая жидкая фаза 550 появляется, когда и кобальт, и элемент X полностью находятся в жидкой фазе. Общая твердая фаза 552 имеет место, когда и кобальт, и элемент X полностью находятся в твердой фазе. Фаза 554 взвеси кобальта появляется, когда материал содержит кристаллы кобальта, суспендированные во взвеси, которая также имеет в своем составе жидкий кобальт. Фаза 556 взвеси элемента X возникает, когда материал содержит кристаллы элемента X, суспендированные во взвеси, которая также имеет в своем составе жидкий элемент X. Твердая фаза 558 кобальта появляется, когда весь кобальт находится в твердой фазе и по меньшей мере некоторая часть элемента X находится в жидкой фазе. Твердая фаза 560 элемента X возникает, когда весь элемент X находится в твердой фазе и по меньшей мере некоторая часть кобальта находится в жидкой фазе.The phase diagram 500 of cobalt and element X provides information on the different phases of the alloy of cobalt and element X, as well as at what compositions and temperatures the various phases are mentioned. These phases include total liquid phase 550 (“Liquid”), total solid phase 552 (“Solid”), phase 554 of cobalt suspension (“L + Co _s ”), phase 556 of suspension of element X (“L + XS” ), a solid phase 558 of cobalt ("Co _s ") and a solid phase 560 of element X ("XS"). The common liquid phase 550 appears when both cobalt and element X are completely in the liquid phase. Total solid phase 552 occurs when both cobalt and element X are completely in the solid phase. The cobalt suspension phase 554 occurs when the material contains cobalt crystals suspended in the suspension, which also comprises liquid cobalt. Suspension phase 556 of element X occurs when the material contains crystals of element X suspended in the suspension, which also comprises liquid element X. Solid cobalt phase 558 appears when all cobalt is in the solid phase and at least some part of element X is in the liquid phase. The solid phase 560 of element X occurs when the entire element X is in the solid phase and at least some of the cobalt is in the liquid phase.

Линия 534 ликвидуса распространяется от температуры 532 плавления кобальта до эвтектической точки 538, а затем до температуры 530 плавления элемента X. Линия 534 ликвидуса представляет температуру, при которой сплав полностью расплавляется и образует жидкость. Таким образом, при температурах выше линии 534 ликвидуса сплав полностью является жидким. Линия 536 солидуса также распространяется от температуры 532 плавления кобальта до эвтектической точки 538, а затем до температуры 530 плавления элемента X. Линия 536 солидуса расположена ниже линии 534 ликвидуса, за исключением значения в эвтектической точке 538. Линия 536 солидуса представляет температуру, при которой сплав начинает плавиться. Таким образом, при температурах ниже линии 536 солидуса сплав полностью является твердым. В эвтектической точке 538 линия 534 ликвидуса пересекается с линией 536 солидуса. Эвтектическую точку 538 определяют на фазовой диаграмме 500 как пересечение эвтектической температуры 539 и эвтектического состава 540. Эвтектический состав 540 представляет собой состав, в случае которого сплав ведет себя как единая химическая композиция и имеет температуру плавления, при которой общая твердая фаза превращается в общую жидкую фазу при отдельно взятой температуре. Таким образом, один из положительных эффектов использования эвтектического сплава для каталитического материала и/или связующего/каталитического материала заключается в том, что эвтектический сплав проявляет свойства единой композиции.The liquidus line 534 extends from the cobalt melting temperature 532 to the eutectic point 538, and then to the melting temperature of element X. The liquidus line 534 represents the temperature at which the alloy completely melts and forms a liquid. Thus, at temperatures above the liquidus line 534, the alloy is completely liquid. The solidus line 536 also extends from the cobalt melting temperature 532 to the eutectic point 538, and then to the element X melting point 530. The solidus line 536 is located below the liquidus line 534, except for the value at the eutectic point 538. The solidus line 536 represents the temperature at which the alloy begins to melt. Thus, at temperatures below the solidus line 536, the alloy is completely solid. At the eutectic point 538, the liquidus line 534 intersects with the solidus line 536. The eutectic point 538 is defined in the phase diagram 500 as the intersection of the eutectic temperature 539 and the eutectic composition 540. The eutectic composition 540 is a composition in which the alloy behaves as a single chemical composition and has a melting point at which the total solid phase turns into a common liquid phase at a single temperature. Thus, one of the positive effects of using a eutectic alloy for a catalytic material and / or a binder / catalytic material is that the eutectic alloy exhibits the properties of a single composition.

Несмотря на то что каждый пример осуществления был подробно описан, следует подразумевать, что любые признаки и модификации, которые применимы к одному варианту осуществления изобретения, также применимы и к другим вариантам осуществления. Кроме того, хотя изобретение было описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления, данные описания не предназначены для истолкования в ограничивающем смысле. Различные модификации раскрытых вариантов осуществления, а также альтернативные варианты осуществления изобретения станут очевидными для обычных специалистов в данной области техники после обращения к описанию примеров осуществления. Обычным специалистам в данной области техники следует принимать во внимание, что идею и конкретные раскрытые варианты осуществления изобретения можно легко использовать в качестве основы для внесения изменений или разработки других структур или способов для достижения тех же самых целей изобретения. Обычным специалистам в данной области техники следует также понимать, что такие эквивалентные конструкции находятся в пределах существа и объема изобретения, изложенных в прилагаемой формуле изобретения. Следовательно, предполагается, что формула изобретения охватывает любые такие изменения или варианты осуществления, которые попадают в пределы объема изобретения.Although each embodiment has been described in detail, it should be understood that any features and modifications that apply to one embodiment of the invention also apply to other embodiments. Furthermore, although the invention has been described with reference to specific embodiments, these descriptions are not intended to be construed in a limiting sense. Various modifications of the disclosed embodiments, as well as alternative embodiments of the invention, will become apparent to those of ordinary skill in the art after referring to the description of exemplary embodiments. Ordinary specialists in the art should take into account that the idea and specific disclosed embodiments of the invention can be easily used as a basis for making changes or developing other structures or methods to achieve the same objectives of the invention. It will also be understood by those of ordinary skill in the art that such equivalent structures are within the spirit and scope of the invention set forth in the appended claims. Therefore, it is intended that the claims cover any such changes or embodiments that fall within the scope of the invention.

Claims

1. A cutting plate containing:
lattice structure forming internodes inside; and
the catalytic material deposited inside the internodes during the sintering process, which results in the formation of a lattice structure, while the catalytic material promotes the growth of the lattice structure, contains a close to eutectic alloy, which is the composition of the alloy, which is in the range of plus or minus ten atomic mass percent from the eutectic composition, and is characterized by a coefficient of thermal expansion less than the coefficient of thermal expansion of cobalt.

2. A cutting plate according to claim 1, wherein the catalytic material comprises a material selected from the group consisting of chromium, tantalum and ruthenium.

3. The cutting plate according to claim 1, wherein the catalytic material is selected from the group consisting of cobalt alloys, alloys of a metal of group VIII and at least one catalytically inactive metal and alloys of two or more metals of group VIII.

4. The cutting plate according to claim 1, in which the catalytic material has a eutectic composition.

5. The cutting plate according to claim 1, in which the catalytic material is characterized by a thermal conductivity higher than the thermal conductivity of cobalt.

6. The cutting plate according to claim 1, in which the lattice structure contains polycrystalline diamond.

7. A cutter containing:
a substrate containing an upper surface;
a cutting plate containing:
cutting surface;
an opposite surface connected to the upper surface;
the outer wall of the cutting plate, extending from the perimeter of the opposite surface to the perimeter of the cutting surface;
lattice structure forming internodes inside; and
the catalytic material deposited inside the internodes during the sintering process, which results in the formation of a lattice structure, while the catalytic material promotes the growth of the lattice structure, contains a close to eutectic alloy, which is the composition of the alloy, which is in the range of plus or minus ten atomic mass percent from the eutectic composition, and is characterized by a coefficient of thermal expansion less than the coefficient of thermal expansion of cobalt.

8. The cutter according to claim 7, in which the catalytic material contains a material selected from the group consisting of chromium, tantalum and ruthenium.

9. The cutter according to claim 7, in which the catalytic material is selected from the group consisting of cobalt alloys, alloys of a metal of group VIII and at least one catalytically inactive metal, and alloys of two or more metals of group VIII.

10. The cutter according to claim 7, in which the catalytic material has a eutectic composition.

11. The cutter according to claim 7, in which the catalytic material is characterized by a thermal conductivity higher than the thermal conductivity of cobalt.

12. The cutter according to claim 7, in which the lattice structure contains polycrystalline diamond.

13. The cutter according to claim 7, wherein the substrate is formed of a substrate powder and a binder material that bonds the substrate powder to form a substrate, the binder material being the same as the catalytic material.

14. The cutter according to claim 13, in which the catalytic material originates in the substrate and penetrates into the cutting plate.

15. The cutter according to claim 7, wherein the substrate is formed from a substrate powder and a binder material that bonds the substrate powder to form a substrate, the binder material being different from the catalytic material.

16. The cutter according to claim 15, in which the melting temperature of the catalytic material is lower than the melting temperature of the binder material.

17. A method of manufacturing a cutter, which includes the stage at which:
form a cutting plate, which contains:
lattice structure forming internodes inside; and
the catalytic material deposited inside the internodes during the sintering process, which results in the formation of a lattice structure, while the catalytic material promotes the growth of the lattice structure, contains a close to eutectic alloy, which is the composition of the alloy, which is in the range of plus or minus ten atomic mass percent from the eutectic composition, and is characterized by a coefficient of thermal expansion less than the coefficient of thermal expansion of cobalt;
form a substrate; and
connect the cutting plate to the substrate.

18. The method according to p. 17, in which the catalytic material comprises a material selected from the group consisting of chromium, tantalum and ruthenium.

19. The method according to p. 17, in which the catalytic material is selected from the group consisting of cobalt alloys, alloys of a metal of group VIII and at least one catalytically inactive metal and alloys of two or more metals of group VIII.

20. The method according to p. 17, in which the catalytic material has a eutectic composition.

21. The method according to p. 17, in which the catalytic material is characterized by a thermal conductivity higher than the thermal conductivity of cobalt.

22. The method according to p. 17, in which the lattice structure contains polycrystalline diamond.

23. The method according to p. 17, in which the formation of the substrate includes the stage at which:
mixing the substrate powder and the binder to form a substrate mixture;
increase the pressure and temperature to the first temperature range in order to liquefy the binder material and create the possibility for bonding the substrate powder with a binder material.

24. The method according to p. 17, in which the formation of the cutting plate includes a stage in which:
placing diamond powder on top of the substrate;
create conditions for the penetration of the binder material from the substrate into the diamond powder; and
transform diamond powder into a lattice structure, while the binder material and the catalytic material are one and the same.

25. The method according to p. 17, in which the formation of the cutting plate includes a stage in which:
diamond powder and catalytic material are mixed to form a mixture for a polycrystalline diamond (PCD) plate;
place the mixture on top of the substrate;
increase the pressure and temperature to a second temperature range in order to liquefy the catalytic material; and
provide conditions for sintering of diamond powder under the action of a catalytic material with the formation of a lattice structure,
wherein the binder material and the catalytic material are different, the second temperature range is less than the first temperature range, and the second temperature range is below the melting temperature of the binder material.