BRPI0920741B1 - Diamante policristalino, compacto de diamante policristalino, broca de perfuração giratória e método de fabricação do mesmo - Google Patents

Diamante policristalino, compacto de diamante policristalino, broca de perfuração giratória e método de fabricação do mesmo Download PDF

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Jiang Qian
Jason Wiggins
Michael A. Vail
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Abstract

diamante policristalino, compactado de diamante policristalino, método de fabricação do mesmo, e suas diversas aplicações. as modalidades da invenção se referem a diamante policristalino ("pcd") exibindo ligação diamante-diamante melhorada. em uma modalidade, o pcd inclui diversos grãos de diamante definindo diversas regiões intersticiais. um catalisador em solvente metálico ocupa pelo menos uma parte das diversas regiões intersticiais. os diversos grãos de diamante e de catalisador em solvente metálico exibem coletivamente uma coercibilidade de cerca de 115 oe (9151,4 a/m) ou mais e uma saturação magnética específica de cerca de 15 gauss (15 x 10^-4 tesla)cm3/gramas ("g cm^3/g") ou menos. outras modalidades são direcionadas a compactados de diamante policristalino ("pdcs") empregando tal pcd, métodos de formação de pcd e pdcs, e diversas aplicações para tal pcd e pdcs em brocas de furadeiras giratórias, dispositivos de mancais, e fieiras para estiragem e trefilagem.

Description

Histórico
[001] Compactos superabrasivos resistentes ao desgaste são utilizados em uma variedade de aplicações mecânicas. Por exemplo, compactos de diamante policristalino (“PDCs”) são usados em ferramentas perfuradoras (por exemplo, elementos cortantes, cortadores em sonda, etc.), equipamento de usinagem, dispositivos de mancais, maquinário de estiramento e trefilação, e em outros dispositivos mecânicos.
[002] Os PDCs têm tido particular utilidade como elementos cortantes superabrasivos em brocas de furadeiras giratórias, tal como brocas de furadeiras de rolete cônico e brocas de furadeiras de cortador fixo. Um elemento de PDC cortante tipicamente inclui uma camada de diamante superabrasiva a qual é comumente referida como uma faceta de diamante. A faceta de diamante pode ser formada e ligada a um substrato usando um processo de alta pressão e alta temperatura (“HPHT”). O elemento de PDC cortante pode também ser soldado diretamente para dentro de um bolso ou luva pré-formados, ou outro receptáculo formado no corpo da broca. O substrato pode frequentemente ser soldado ou de outra forma ligado a um membro de ligação, tal como um reforço cilíndrico. Uma broca de perfuração giratória tipicamente inclui um número de elementos cortantes de PDC fixados ao corpo de broca. Sabe-se também que uma escora carregando o PDC pode ser usada como um elemento de PDC cortante quando montada em um corpo de broca de uma broca de perfuração giratória por ajuste por pressão, solda, ou de outra forma firmando a escora para dentro de um receptáculo formado no corpo de broca.
[003] Os PDCs convencionais são normalmente fabricados colocando-se um substrato carboneto cimentado para dentro de um recipiente com um volume de partículas de diamante posicionado adjacente ao substrato carboneto cimentado. Um número de tais cartuchos pode ser carregado para dentro de uma prensa HPHT. Os substratos e volume de partículas de diamante são então processados sobcondições de HPHT na presença de um material catalisador que faz com que as partículas de diamante se liguem umas às outras para formar uma matriz de grãos de diamante ligados definindo uma faceta de diamante policristalino (“PCD”) que é ligada ao substrato. O material catalisador é frequentemente um catalisador metal- solvente (por exemplo, cobalto, níquel, ferro, ou ligas dos mesmos) que é usado para promover o intercrescimento das partículas de diamante.
[004] Em uma abordagem convencional, um constituinte do substrato carboneto cimentado, tal como cobalto de um substrato de carboneto de tungstênio cimentado com cobalto, liquefaz-se e migra a partir de uma região adjacente ao volume de partículas de diamante para dentro de regiões intersticiais entre as partículas de diamante durante o processo a HPHT. O cobalto atua como um catalisador para promover intercrescimento entre as partículas de diamante, o que resulta em formação de grãos de diamante ligados. Frequentemente, um catalisador solvente pode ser misturado com as partículas de diamante anterior para submeter as partículas de diamante e substrato ao processo a HPHT.
[005] Acredita-se que a presença do catalisador solvente na faceta de PCD reduz a estabilidade térmica da faceta de PCD a temperaturas elevadas. Por exemplo, acredita-se que a diferença no coeficiente de expansão térmica entre os grãos de diamante e o catalisador solvente leva ao estilhaçamento ou quebra da faceta de PCD durante as operações de perfuração ou corte, o que pode degradar as propriedades mecânicas da faceta de PCD ou causar falha. Adicionalmente, alguns dos grãos de diamante podem se submeter a um colapso químico ou retro- conversão ao grafite através de interação com o catalisador solvente. As temperaturas elevadas, porções dos grãos de diamante podem se transformar em monóxido de carbono, dióxido de carbono, grafite, ou combinações dos mesmos, degradando assim as propriedades mecânicas do PDC.
[006] Uma abordagem convencional para melhorar a estabilidade térmica de um PDC é remover pelo menos parcialmente o catalisador solvente da faceta de PCD do PDC por lixiviação ácida. Entretanto, remover o catalisador solvente da faceta de PCD pode ser relativamente demorado para produção em grande volume. Adicionalmente, esgotar o catalisador solvente pode diminuir a força mecânica da faceta de PCD.
[007] Apesar da disponibilidade de um número de diferentes materiais de PCD, fabricantes e usuários de materiais de PCD continuam a buscar materiais de PCD que exibem propriedades mecânicas e/ou térmicas melhoradas.
Resumo
[008] As modalidades da invenção se referem ao PCD exibindo ligação diamante-diamante melhorada. Em uma modalidade, o PCD inclui diversos grãos de diamante definindo diversas regiões intersticiais. Um catalisador metal-solvente ocupa as diversas regiões intersticiais. Os diversos grãos de diamante e de catalisador solvente metálico coletivamente pode exibir uma coercividade de cerca de 115 Oe (9151,4 A/m) ou mais e uma saturação magnética específica de cerca de 15 Gauss (15 x 10-4 Tesla) cm3/gramas (“G cm3/g”) ou menos.
[009] Em uma modalidade, o PCD inclui diversos grãos de diamante definindo diversas regiões intersticiais. Um catalisador metal-solvente ocupa a diversidade de regiões intersticiais. Os diversos grãos de diamante e de catalisador metal-solvente coletivamente pode exibir uma saturação magnética específica de cerca de 15 G (15 x 10-4T) cm3/g ou menos. Os diversos grãos de diamante e de catalisador metal-solvente definem um volume de pelo menos cerca de 0,050 cm3.
[0010] Em uma modalidade, um PDC inclui uma faceta de PCD ligada a um substrato. Pelo menos uma parte da faceta de PCD pode compreende qualquer das modalidades de PCD divulgadas neste.
[0011] Em uma modalidade, um método inclui isolar diversas partículas de diamante que exibem um tamanho médio de partícula de cerca de 30 μm ou menos, e um catalisador metal-solvente em um meio transmissor de pressão para formar um conjunto celular. O método ainda inclui submeter o conjunto celular a uma temperatura de pelo menos cerca de 1000°C e uma pressão no meio transmissor de pressão de pelo menos cerca de 7,5 GPa para formar PCD.
[0012] Outras modalidades se referem a aplicações utilizando o PCD e PDCs divulgados em diversos artigos e dispositivos, tal como brocas de furadeiras giratórias, dispositivos de mancais, fieiras para estiramento e trefilação, equipamento de usinagem, e outros artigos e dispositivos.
Descrição resumida dos desenhos
[0013] Os desenhos ilustram várias modalidades da invenção, onde numerais de referência idênticos se referem a características ou elementos idênticos em diferentes vistas ou modalidades mostradas nos desenhos.
[0014] A FIG. 1A é um diagrama esquemático de um exemplo de um dispositivo de saturação magnética configurado para magnetizar uma amostra de PCD aproximadamente à saturação.
[0015] A FIG. 1B é um diagrama esquemático de um exemplo de um dispositivo de medição de saturação magnética configurado para medir uma magnetização de saturação de uma amostra de PCD.
[0016] A FIG. 2 é um diagrama esquemático de um exemplo de um dispositivo de medição de coercividade configurado para determinar a coercividade de uma amostra de PCD.
[0017] A FIG. 3A é uma vista transversal de uma modalidade de um PDC inclusive uma faceta de PCD formada a partir de qualquer das modalidades de PCD divulgadas neste.
[0018] A FIG. 3B é um gráfico de tensão principal residual versus espessura do substrato que foi medido em uma faceta de PCD de um PDC fabricado a uma pressão acima de cerca de 7,5 GPa e uma faceta de PCD de um PDC convencionalmente formado.
[0019] A FIG. 4 é uma ilustração esquemática de um método de fabricação do PDC mostrado na FIG. 3A.
[0020] A FIG. 5A é uma vista isométrica de uma modalidade de uma broca de perfuração giratória que pode empregar uma ou mais das modalidades de PDC divulgadas.
[0021] A FIG. 5B é uma vista em elevação superior da broca de perfuração giratória mostrada na FIG. 5A.
[0022] A FIG. 6 é uma vista isométrica em corte de uma modalidade de um dispositivo de mancal de impulso que pode utilizar uma ou mais das modalidades de PDC divulgadas.
[0023] A FIG. 7 é uma vista isométrica em corte de uma modalidade de um dispositivo de rolamento radial que pode utilizar um ou mais das modalidades de PDC divulgadas.
[0024] A FIG. 8 é uma vista isométrica esquemática em corte de uma modalidade de um sistema de perfuração subterrânea incluindo o dispositivo de mancal de impulso mostrado na FIG. 6.
[0025] A FIG. 9 é uma vista transversal lateral de uma modalidade de uma fieira para estiramento e trefilação que emprega um PDC fabricado de acordo com os princípios descritos neste.
Descrição detalhada
[0026] As modalidades da invenção se referem a PCD que exibem ligação diamante-diamante melhorada. Acredita-se atualmente que como a pressão de sinterização empregada durante o processo de HPHT usado para fabricar tal PCD é movida ainda mais para dentro da região estável do diamante distante da linha de equilíbrio entre o diamante e o grafite, a taxa de nucleação e crescimento de diamante aumenta. Tal nucleação e crescimento aumentados de diamante entre as partículas de diamante (para uma dada formulação de partícula de diamante) podem resultar em um PCD sendo formado exibindo um teor relativamente menor de catalisador metal-solvente, uma maior coercividade, uma menor saturação magnética específica, e/ou uma menor permeabilidade específica (ou seja, a razão de saturação magnética específica para coercividade) do que PCD formado a uma menor pressão de sinterização. As modalidades também se referem a PDCs com uma faceta de PCD compreendendo tal PCD, métodos de fabricação de tais PCD e PDCs, e aplicações para tais PCD e PDCs em brocas de furadeiras giratórias, dispositivos de mancais, fieiras para estiramento e trefilação, equipamento de usinagem, e outro artigos e dispositivos.
Modalidades de PCD
[0027] De acordo com diversas modalidades, PCD sinterizado a uma pressão de pelo menos cerca de 7,5 GPa pode exibir uma coercividade de 115 Oe (9151,4 A/m) ou mais, um alto grau de ligação diamante-diamante, uma saturação magnética específica de cerca de 15 G (15 x 10-4T) cm3/g ou menos, e um teor de catalisador metal-solvente de cerca de 7,5 em peso % (“em peso %”) ou menos. O PCD inclui diversos grãos de diamante diretamente ligados juntos através de ligação diamante-diamante para definir diversas regiões intersticiais. Pelo menos uma parte das regiões intersticiais ou, em algumas modalidades, substancialmente todas as regiões intersticiais podem ser ocupadas por um catalisador metal-solvente, tal como ferro, níquel, cobalto, ou ligas de qualquer dos metais anteriores. Por exemplo, o catalisador metal-solvente pode ser um material baseado em cobalto inclusive pelo menos 50% em peso de cobalto, tal como uma liga de cobalto.
[0028] Os grãos de diamante podem exibir um tamanho de grão médio de cerca de 50 μm ou menos, tal como cerca de 30 μm ou menos ou cerca de 20 μm ou menos. Por exemplo, o tamanho de grão médio dos grãos de diamante pode ser cerca de 10 μm a cerca de 18 μm e, em algumas modalidades, cerca de 15 μm a cerca de 18 μm. Em algumas modalidades, o tamanho de grão médio dos grãos de diamante pode ser cerca de 10 μm ou menos, tal como cerca de 2 μm a cerca de 5 μm ou submicrométrico. O tamanho do diamante da distribuição de grãos dos grãos de diamante pode exibir um único modo, ou pode ser um tamanho da distribuição de grãos bimodal ou maior.
[0029] O catalisador metal-solvente que ocupa as regiões intersticiais pode estar presente no PCD em uma quantidade de cerca de 7,5% em peso ou menos. Em algumas modalidades, o catalisador metal-solventepode estar presente no PCD em uma quantidade de cerca de 3% em peso a cerca de 7,5% em peso, tal como cerca de 3% em peso a cerca de 6% em peso. Em outras modalidades, o teor do catalisador metal-solvente pode estar presente no PCD em uma quantidade menor que cerca de 3% em peso, tal como cerca de 1% em peso a cerca de 3% em peso ou uma quantidade residual de cerca de 1% em peso. Mantendo o teor do catalisador metal-solvente abaixo de cerca de 7,5% em peso, o PCD pode exibir um nível desejável de estabilidade térmica adequado para aplicações em perfuração subterrânea.
[0030] Muitas características físicas do PCD podem ser determinadas pela medida de certas propriedades magnéticas do PCD porque o catalisador metal- solvente pode ser ferromagnético. A quantidade do catalisador metal-solvente presente no PCD pode ser correlacionada com a saturação magnética específica medida do PCD. Uma saturação magnética específica relativamente maior indica relativamente mais catalisador metal-solvente no PCD.
[0031] O percurso médio livre entre grãos de diamante vicinais do PCD pode ser correlacionado com a coercividade medida do PCD. Uma coercividade relativamente grande indica um percurso médio livre relativamente menor. O percurso médio livre é representativo da distância média entre grãos vicinais de diamante do PCD, e pode assim ser indicativo da extensão de ligação diamantediamante no PCD. Um percurso médio livre relativamente menor, em PCD bem sinterizado, pode indicar relativamente mais ligação diamante-diamante.
[0032] Como meramente um exemplo, ASTM B886-03 (2008) provê um padrão adequado para medir a saturação magnética específica e ASTM B887-03 (2008) e1 provê um padrão adequado para medir a coercividade do PCD. Embora tanto ASTM B886-03 (2008) como ASTM B887-03 (2008) e1 sejam direcionadas a padrões para medir propriedades magnéticas de materiais de carboneto cimentado, ambos os padrões podem ser usados para determinar as propriedades magnéticas de PCD. Um instrumento KOERZIMAT CS 1.096 (comercialmente disponível de Foerster Instrumentos de Pittsburgh, Pensilvânia) é um instrumento adequado que pode ser usado para medir a saturação magnética específica e a coercividade do PCD.
[0033] Geralmente, como a pressão de sinterização que é usada para formar o PCD aumenta, a coercividade pode aumentar e a saturação magnética pode diminuir. O PCD definido coletivamente pelos grãos de diamante ligados e o catalisador metal-solvente pode exibir uma coercividade de cerca de 115 Oe (9151,4 A/m) ou mais e um teor de catalisador metal-solvente de menos do que cerca de 7,5% em peso como indicado por uma saturação magnética específica de cerca de 15 G (15 x 10-4T) cm3/g ou menos. Em uma modalidade mais detalhada, a coercividade do PCD pode ser cerca de 115 Oe (9151,4 A/m) a cerca de 250 Oe (19894,4 A/m) e a saturação magnética específica do PCD pode ser maior do que 0 G cm3/g a cerca de 15 G (15 x 10-4T) cm3/g. Em uma modalidade ainda mais detalhada, a coercividade do PCD pode ser cerca de 115 Oe (9151,4 A/m) a cerca de 175 Oe (13926,05 A/m) e a saturação magnética específica do PCD pode ser cerca de 5 G (5 x 10-4T) cm3/g a cerca de 15 G (15 x 10-4T) cm3/g. Em outra modalidade ainda mais detalhada, a coercividade do PCD pode ser cerca de 155 Oe (12334,5 A/m) a cerca de 175 Oe (13926,05 A/m) e a saturação magnética específica do PCD pode ser cerca de 10 G (10 x 10-4T) cm3/g a cerca de 15 G (15 x 10-4T) cm3/g. A permeabilidade específica (ou seja, o razão de saturação magnética específica para coercividade) do PCD pode ser cerca de 0,10 ou menos, tal como cerca de 0,060 a cerca de 0,090. Apesar do tamanho de grão médio dos grãos de diamante ligados sendo menos do que cerca de 30 μm, o catalisador em conteúdo metal-solvente no PCD pode ser menos do que cerca de 7,5% em peso resultando em uma estabilidade térmica desejável.
[0034] Em uma modalidade, as partículas de diamante com um tamanho médio de partícula de cerca de 18 μm a cerca de 20 μm são posicionadas adjacentes a um substrato de carboneto de tungstênio cimentado com cobalto e submetidas a um processo de HPHT a uma temperatura de cerca de 1390°C a cerca de 1430°C e uma pressão de cerca de 7,8 GPa a cerca de 8,5 GPa. O PCD assim formado como uma faceta de PCD ligada ao substrato podem exibir uma coercividade de cerca de 155 Oe (12334,5 A/m) a cerca de 175 Oe (13926,05 A/m), uma saturação magnética específica de cerca de 10 G (10 x 10-4T) cm3/g a cerca de 15 G (15 x 10-4T) cm3/g, e um teor de cobalto de cerca de 5% em peso a cerca de 7,5% em peso.
[0035] Em uma ou mais modalidades, uma constante de saturação magnética específica para o catalisador metal-solvente no PCD pode ser cerca de 185 G (185 x 10-4T) cm3/g a cerca de 215 G (215 x 10-4T) cm3/g. Por exemplo, a constante de saturação magnética específica para o catalisador metal-solvente no PCD pode ser cerca de 195 G cm3/g a cerca de 205 G cm3/g. Observa-se que a constante de saturação magnética específica para o catalisador metal-solvente no PCD pode ser dependente da composição.
[0036] Geralmente, como a pressão de sinterização é aumentada acima de 7,5 GPa, uma resistência ao desgaste do PCD assim formado pode aumentar. Por exemplo, a Grazão pode ser pelo menos cerca de 4,0x106, tal como cerca de 5,0x106a cerca de 15,0x106ou, mais particularmente, cerca de 8,0 x106a cerca de 15,0 x106. Em algumas modalidades, a Grazão pode ser pelo menos cerca de 30,0 x106. A Grazão é a razão do volume da peça de trabalho cortada ao volume de PCD desgastado durante o processo de corte. Um exemplo de parâmetros adequados que podem ser usados para determinar uma Grazão do PCD são uma profundidade de corte para o elemento cortante de PCD de cerca de 0,254 mm, um ângulo de inclinação para o elemento cortante de PCD de cerca de 20 graus, uma alimentação para o elemento cortante de PCD de cerca de 6,35 mm/rev, uma velocidade giratória da peça de trabalho a ser cortada de cerca de 101 rpm, e a peça de trabalho pode ser feita a partir de granito de Barre com um diâmetro externo de 914 mm e um diâmetro interno de 254 mm. Durante o teste de Grazão, a peça de trabalho é resfriada com um líquido de arrefecimento, tal como água.
[0037] Além da supracitada Grazão, apesar da presença do catalisador metal-solvente no PCD, o PCD pode exibir uma estabilidade térmica que é próxima a, substancialmente a mesma como, ou maior do que um material PCD parcialmente lixiviado formado por sinterização de uma formulação de partícula de diamante substancialmente similar a uma menor pressão de sinterização (por exemplo, até cerca de 5,5 GPa) e na qual o catalisador metal-solvente (por exemplo, cobalto) é lixiviado da mesma a uma profundidade de cerca de 60 μm a cerca de 100 μm a partir de uma superfície de trabalho. A estabilidade térmica do PCD pode ser avaliada pela medição da distância cortada em uma peça de trabalho anterior à falha catastrófica, sem usar um líquido de arrefecimento, em um teste em torno vertical (por exemplo, torno em torre vertical ou um torno vertical). Um exemplo de parâmetros adequados que podem ser usados para determinar a estabilidade térmica do PCD são uma profundidade de corte para o elemento cortante de PCD de cerca de 1,27 mm, um ângulo de inclinação para o elemento cortante de PCD de cerca de 20 graus, uma alimentação para o elemento cortante de PCD de cerca de 1,524 mm/rev, uma velocidade de corte da peça de trabalho a ser cortada de cerca de 1,78 m/sec, e a peça de trabalho pode ser feita a partir de granito de Barre com um diâmetro externo de 914 mm e um diâmetro interno de 254 mm. Em uma modalidade, a distância do corte em uma peça de trabalho anterior à falha catastrófica como medido no teste descrito acima em torno vertical pode ser pelo menos cerca de 1300 m, tal como cerca de 1300 m a cerca de 3950 m.
[0038] O PCD formado por sinterização de partículas de diamante com a mesma distribuição de tamanho de partícula do diamante como uma modalidade de PCD da invenção, mas sinterizado a uma pressão de, por exemplo, até cerca de 5,5 GPa e a temperaturas na quais o diamante é estável, pode exibir uma coercividade de cerca de 100 Oe (7957,7 A/m) ou menos e/ou uma saturação magnética específica de cerca de 16 G (16 x 10-4T) cm3/g ou mais. Assim, em uma ou mais modalidades da invenção, o PCD exibe um teor do catalisador metal- solvente de menos do que 7,5% em peso e uma maior quantidade de ligação diamante-diamante entre os grãos de diamante do que aquela de um PCD sinterizado a uma pressão menor, mas com a mesma distribuição de tamanho de partícula do diamante e catalisador precursora.
[0039] Acredita-se atualmente que formando o PCD por sinterização de partículas de diamante a uma pressão de pelo menos cerca de 7,5 GPa pode-se promover a nucleação e crescimento de diamante entre as partículas de diamante sendo sinterizadas de modo que o volume do regiões intersticiais do PCD assim formado seja diminuído comparado ao volume das regiões intersticiais se a mesma distribuição de partícula de diamante foi sinterizada a uma pressão de, por exemplo, até cerca de 5,5 GPa e a temperaturas nas quais o diamante é estável. Por exemplo, o diamante pode nuclear e crescer a partir de carbono fornecido por carbono dissolvido em catalisador metal-solvente (por exemplo, cobalto liquefeito) infiltrando para dentro das partículas de diamante sendo sinterizadas, partículas de diamante parcialmente grafitizadas, carbono a partir de um substrato, carbono a partir de outra fonte (por exemplo, partículas de grafite e/ou fulerenos misturados com as partículas de diamante), ou combinações dos supracitados. Essa nucleação e crescimento de diamante em combinação com a pressão de sinterização de pelo menos cerca de 7,5 GPa pode contribuir com PCD assim formado com um teor do catalisador metal- solvente de menos do que cerca de 7,5% em peso.
[0040] As FIGS. 1A, 1B, e 2 esquematicamente ilustram o modo no qual a saturação magnética específica e a coercividade do PCD pode ser determinado usando um dispositivo, tal como o instrumento KOERZIMAT CS 1.096. FIG. 1A é um diagrama esquemático de um exemplo de um dispositivo de saturação magnética 100 configurado para magnetizar uma amostra de PCD to saturação. O dispositivo de saturação magnética 100 inclui um ímã de saturação 102 de força suficiente para magnetizar uma amostra de PCD 104 à saturação. O ímã de saturação 102 pode ser um ímã permanente ou um eletroímã. Na modalidade ilustrada, o ímã de saturação 102 é um ímã permanente que define uma caixa de ar 106, e a amostra de PCD 104 pode ser posicionada em um suporte para amostra 108 dentro da caixa de ar 106. Quando a amostra de PCD 104 é leve, ela pode ser fixada ao suporte para amostra 108 usando, por exemplo, fita dupla-face ou outro adesivo de modo que a amostra de PCD 104 não se mova em resposta ao campo magnético do ímã de saturação 102 e a amostra de PCD 104 seja magnetizada aproximadamente à saturação.
[0041] Com referência ao diagrama esquemático de FIG. 1B, após magnetizar a amostra de PCD 104 aproximadamente à saturação usando o dispositivo de saturação magnética 100, uma saturação magnética da amostra de PCD 104 pode ser medida usando um dispositivo de medição de saturação magnética 120. O dispositivo de medição de saturação magnética 120 inclui uma bobina medidora Helmholtz 122 definindo uma passagem dimensionada de modo que a amostra magnetizada de PCD 104 possa ser posicionada na mesma em um suporte para amostra 124. Uma vez posicionado na passagem, o suporte para amostra 124 que apóia a amostra magnetizada de PCD 104 pode ser movimentado axialmente ao longo de uma direção de eixo 126 para induzir um corrente na bobina medidora Helmholtz 122. Aparelho eletrônico para medição 128 é acoplado à bobina medidora Helmholtz 122 e configurado para calcular a saturação magnética com base na corrente medida passando através da bobina medidora Helmholtz 122. O aparelho eletrônico para medição 128 também pode ser configurado para calcular um percentual de peso de material magnético na amostra de PCD 104 quando a composição e características magnéticas do catalisador metal-solvente na amostra de PCD 104 são conhecidas, tal como com ferro, níquel, cobalto, e ligas dos mesmos. A saturação magnética específica pode ser calculada com base na saturação magnética calculada e no peso medido da amostra de PCD 104.
[0042] A quantidade de catalisador metal-solvente na amostra de PCD 104 pode ser determinada usando diversas técnicas analíticas diferentes. Por exemplo, espectroscopia por energia dispersiva (por exemplo, EDAX), espectroscopia dispersiva de comprimentos de onda de raios x (por exemplo, WDX), e/ou espectroscopia de retrodispersão de Rutherford pode ser empregada para determinar a quantidade de catalisador metal-solvente na amostra de PCD 104.
[0043] Se desejado, uma constante de saturação magnética específica do teor do catalisador metal-solvente na amostra de PCD 104 pode ser determinada usando uma abordagem iterativa. Um valor para a constante de saturação magnética específica do catalisador metal-solvente na amostra de PCD 104 pode ser iterativamente escolhido até que um teor do catalisador metal-solvente calculado pelo software de análise do instrumento KOERZIMAT CS 1.096 usando o valor escolhido substancialmente case com o teor do catalisador metal-solvente determinado através de uma técnica analítica, tal como espectroscopia por energia dispersiva, espectroscopia dispersiva de comprimentos de onda de raios x, e/ou espectroscopia de retrodispersão de Rutherford.
[0044] A FIG. 2 é um diagrama esquemático de um dispositivo de medição de coercividade 200 configurado para determinar uma coercividade de uma amostra de PCD. O dispositivo de medição de coercividade 200 inclui uma bobina 202 e aparelho eletrônico para medição 204 acoplados à bobina 202. O aparelho eletrônico para medição 204 é configurado para passar um corrente através da bobina 202 de modo que um campo magnético seja gerado. Um suporte para amostra 206 com uma amostra de PCD 208 no mesmo pode ser posicionado dentro da bobina 202. Um sensor de magnetização 210 configurado para medir uma magnetização da amostra de PCD 208 pode ser acoplado ao aparelho eletrônico para medição 204 e posicionado próximo à amostra de PCD 208.
[0045] Durante o teste, o campo magnético gerado pelo bobina 202 magnetiza a amostra de PCD 208 aproximadamente à saturação. Então, o aparelho eletrônico para medição 204 aplica uma corrente de modo que o campo magnético gerado pela bobina 202 é crescentemente revertido. O sensor de magnetização 210 mede uma magnetização da amostra de PCD 208 resultando da aplicação do campo magnético reverso para a amostra de PCD 208. O aparelho eletrônico para medição 204 determina a coercividade da amostra de PCD 208, a qual é uma medida do campo magnético reverso na qual a magnetização da amostra de PCD 208 é zero.
Modalidades de Métodos para o Fabrico de PCD
[0046] O PCD pode ser formado por sinterização de uma massa de diversas partículas de diamante na presença de um catalisador metal-solvente. As partículas de diamante podem exibir um tamanho médio de partícula de cerca de 50 μm ou menos, tal como cerca de 30 μm ou menos, cerca de 20 μm ou menos, cerca de 10 μm a cerca de 18 μm, ou cerca de 15 μm a cerca de 18 μm. Em algumas modalidades, o tamanho médio de partícula das partículas de diamante pode ser cerca de 10 μm ou menos, tal como cerca de 2 μm a cerca de 5 μm ou submicrométrico.
[0047] Em uma modalidade, as partículas de diamante da massa de partículas de diamante podem compreender um tamanho relativamente maior e pelo menos um tamanho relativamente menor. Como usado aqui, as expressões “relativamente maior” e “relativamente menor” se referem ao tamanho de partículas (por qualquer método adequado) que difere por pelo menos um fator de dois (por exemplo, 30 μm e 15 μm). De acordo com diversas modalidades, a massa de partículas de diamante pode incluir uma porção exibindo um tamanho relativamente maior (por exemplo, 30 μm, 20 μm, 15 μm, 12 μm, 10 μm, 8 μm) e uma outra parte exibindo pelo menos um tamanho relativamente menor (por exemplo, 6 μm, 5 μm, 4 μm, 3 μm, 2 μm, 1 μm, 0,5 μm, menos do que 0,5 μm, 0,1 μm, menos do que 0,1 μm). Em uma modalidade, a massa de partículas de diamante pode incluir uma porção exibindo um tamanho relativamente maior entre cerca de 10 μm e cerca de 40 μm e uma outra porção exibindo um tamanho relativamente menor entre cerca de 1 μm e 4 μm. Em algumas modalidades, a massa de partículas de diamante pode compreender três ou mais tamanhos diferentes (por exemplo, um relativamente maior e dois ou mais tamanhos relativamente menores), sem limitação de tamanho.
[0048] Observa-se que o tamanho de grão de diamante assim sinterizado pode diferir do tamanho médio de partícula da massa de partículas de diamante anterior à sinterização em virtude de uma variedade de diferentes processos físicos, tal como crescimento de grãos, fratura de partículas de diamante, carbono fornecido a partir de outra fonte de carbono (por exemplo, carbono dissolvido no catalisador metal-solvente), ou combinações dos supracitados. O catalisador metal-solvente (por exemplo, ferro, níquel, cobalto, ou ligas dos mesmos) pode ser fornecido em forma de particulado misturado com as partículas de diamante, como uma folha ou placa fina colocada adjacente à massa de partículas de diamante, a partir de um substrato carboneto cimentado inclusive um catalisador metal-solvente, ou combinações dos supracitados.
[0049] A fim de eficientemente sinterizar a massa de partículas de diamante, a massa pode ser alojada em um meio transmissor de pressão, tal como uma lata metálica refratora, estrutura de grafite, pirofilita, e/ou outra estrutura transmissora de pressão adequada para formar um conjunto celular. Exemplos de materiais vedantes e estruturas celulares adequadas para o uso no fabrico de PCD são divulgados em Patente US n° 6.338.754 e Pedido de Patente US n° 11/545.929, cada um dos quais é incorporado neste, na íntegra, por essa referência. Outro exemplo de um material transmissor de pressão adequado é a pirofilita, a qual é comercialmente disponível de Wonderstone Ltd. Da África do Sul. O conjunto celular, inclusive o meio transmissor de pressão e massa de partículas de diamante no mesmo, é submetido a um processo a HPHT usando uma prensa de alta pressão a uma temperatura de pelo menos cerca de 1000°C (por exemplo, cerca de 1100°C a cerca de 2200°C, ou cerca de 1200°C a cerca de 1450°C) e uma pressão no meio transmissor de pressão de pelo menos cerca de 7,5 GPa (por exemplo, cerca de 7,5 GPa a cerca de 15 GPa) por um tempo suficiente para sinterizar as partículas de diamante juntas na presença do catalisador metal-solvente e formar o PCD compreendendo grãos ligados de diamante definindo regiões intersticiais ocupadas pelo catalisador metal-solvente. Por exemplo, a pressão no meio transmissor de pressão empregada no processo a HPHT pode ser pelo menos cerca de 8,0 GPa, pelo menos cerca de 9,0 GPa, pelo menos cerca de 10,0 GPa, pelo menos cerca de 11,0 GPa, pelo menos cerca de 12,0 GPa, ou pelo menos cerca de 14 GPa.
[0050] Os valores de pressão empregados nos processos a HPHT divulgados neste se referem à pressão no meio transmissor de pressão a temperatura ambiente (por exemplo, cerca de 25°C) com aplicação de pressão usando uma prensa de alta pressão e não a pressão aplicada ao exterior do conjunto celular. A pressão real no meio transmissor de pressão à temperatura de sinterização pode ser levemente maior. A prensa de alta pressão pode ser calibrada a temperatura ambiente pela fixação de pelo menos um material de calibragem que muda de estrutura a uma pressão conhecida, tal como PbTe, tálio, bário, ou bismuto no meio transmissor de pressão. Além disso, opcionalmente, uma mudança em resistência pode ser medida através de pelo menos um material de calibragem em virtude de uma mudança de fase dos mesmos. Por exemplo, PbTe exibe uma mudança de fase a temperatura ambiente a cerca de 6,0 GPa e bismuto exibe uma mudança de fase a temperatura ambiente a cerca de 7,7 GPa. Exemplos de técnicas adequadas de calibragem de pressão são divulgados em G. Rousse, S. Klotz, A. M. Saitta, J. Rodriguez-Carvajal, M. I. McMahon, B. Couzinet, e M. Mezouar, “Structure of the Intermediate Phase of PbTe at High Pressure,” Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics, 71, 224116 (2005) e D. L. Decker, W. A. Bassett, L. Merrill, H. T. Hall, e J. D. Barnett, “High-Pressure Calibration: A Critical Review,” J. Phys. Chem. Ref. Data, 1, 3 (1972).
[0051] Em uma modalidade, uma pressão de pelo menos cerca de 7,5 GPa no meio transmissor de pressão pode ser gerada aplicando-se pressão a um conjunto celular cúbico de alta pressão que encerra a massa de partículas de diamante a ser sinterizada usando as bigornas, com cada bigorna aplicando pressão a uma diferente face do conjunto cúbico de alta pressão. Em tal modalidade, uma área superficial de cada face de bigorna das bigornas pode ser seletivamente dimensionada para facilitar a aplicação de pressão de pelo menos cerca de 7,5 GPa à massa de partículas de diamante sendo sinterizada. Por exemplo, a área superficial de cada bigorna pode ser menos do que cerca de 12,0 cm2, tal como cerca de 8 cm2a cerca de 10 cm2. As bigornas podem ser feitas a partir de um carboneto de tungstênio cimentado com cobalto ou outro material com uma força compressiva suficiente para ajudar a reduzir o dano às mesmas através de uso repetitivo em um ambiente de produção comercial em grande volume. Opcionalmente, como uma alternativa a ou além de seletivamente dimensionar a área superficial de cada face de bigorna, duas ou mais bigornas internas podem ser fixadas no conjunto celular cúbico de alta pressão para intensificar ainda mais a pressão. Por exemplo, o artigo W. Utsumi, N. Toyama, S. Endo and F.E. Fujita, “X- ray diffraction under ultrahigh pressure generated with sintered diamond anvils,” J. Appl. Phys., 60, 2201 (1986) é incorporado neste, na íntegra, por esse referência e divulga que sinterizado bigornas de diamante pode ser fixas em um transmissor de pressão em meio cúbico intensificando-se a pressão aplicada por uma prensa de alta pressão a uma peça de trabalho também fixa no transmissor de pressão em meio cúbico.
Modalidades de PDC e Métodos de Fabricação de PDCs
[0052] Com referência à FIG. 3A, as modalidades de PCD podem ser empregadas em um PDC para aplicações em corte, aplicações em rolamentos, ou muitas outras aplicações. A FIG. 3A é uma vista transversal de uma modalidade de um PDC 300. O PDC 300 inclui um substrato 302 ligado a uma faceta de PCD 304. A faceta de PCD 304 pode ser formada de PCD de acordo com qualquer das modalidades de PCD divulgadas neste. A faceta de PCD 304 exibe pelo menos uma superfície de trabalho 306 e pelo menos uma dimensão lateral “d” (por exemplo, um diâmetro). Embora a FIG. 3A mostre a superfície de trabalho 306 como substancialmente planar, a superfície de trabalho 306 pode ser côncava, convexa, ou de outra geometria não planar. O substrato 302 pode ser geralmente cilíndrico ou uma outra configuração selecionada, sem limitação. Embora a FIG. 3A mostre uma superfície interfacial 308 do substrato 302 como sendo substancialmente planar, a superfície interfacial 308 pode exibir uma topografia selecionada não planar, tal como uma superfície interfacial estriada, enrugada, ou outra superfície interfacial não planar. O substrato 302 pode incluir, sem limitação, carbonetos cimentados, tal como carbonetos de tungstênio, carbonetos de titânio, carboneto de crômio, de carbonetos de nióbio, carbonetos de tântalo, carbonetos de vanádio, ou combinações dos mesmos cimentados com ferro, níquel, cobalto, ou ligas dos mesmos. Por exemplo, em uma modalidade, o substrato 302 compreende carboneto de tungstênio cimentado com cobalto.
[0053] A FIG. 4 é uma ilustração esquemática de uma modalidade de um método para a fabricação do PDC 300 mostrado na FIG. 3A. Com referência à FIG. 4, uma massa de partículas de diamante 400 com qualquer do tamanho médio de partículas e distribuições citadas acima (por exemplo, um tamanho médio de partícula de cerca de 50 μm ou menos) é posicionado adjacente à superfície interfacial 308 do substrato 302. Como anteriormente discutido, o substrato 302 pode incluir um catalisador metal-solvente. A massa de partículas de diamante 400 e substrato 302 pode ser submetida a um processo a HPHT usando condições anteriormente descritas com relação à sinterização das modalidades de PCD divulgadas neste. O PDC 300 formado assim inclui a faceta de PCD 304 que compreende PCD, formada de qualquer das modalidades de PCD divulgadas neste, integralmente formada com o substrato 302 e ligada à superfície interfacial 308 do substrato 302. Se o substrato 302 inclui um catalisador metal-solvente, o catalisador metal-solvente pode se liquefazer e infiltrar a massa de partículas de diamante 400 para promover crescimento entre partículas adjacentes de diamante da massa de partículas de diamante 400 para formar a faceta de PCD 304 compreendida de um corpo de grãos ligados de diamante com o catalisador infiltrado metal-solvente disposto intersticialmente entre grãos ligados de diamante. Por exemplo, se o substrato 302 é um substrato de carboneto de tungstênio cimentado com cobalto, o cobalto do substrato 302 pode ser liquefeito e infiltrar a massa de partículas de diamante 400 para catalisar a formação da faceta de PCD 304.
[0054] O emprego de faces de bigorna e/ou bigornas internas seletivamente dimensionadas na prensa de alta pressão usada para processar a massa de partículas de diamante 400 e substrato 302 permite a formação de pelo menos uma dimensão lateral “d” da faceta de PCD 304 que tenha cerca de 0,80 cm ou mais. Referindo-se novamente à FIG. 3A, por exemplo, pelo menos uma dimensão lateral “d” pode ser cerca de 0,80 cm a cerca de 3,0 cm e, em algumas modalidades, cerca de 1,3 cm a cerca de 1,9 cm ou cerca de 1,6 cm a cerca de 1,9 cm. Um volume representativo da faceta de PCD 304 (ou qualquer artigo de PCD de fabricação divulgado neste) formada usando as faces de bigorna e/ou bigornas internas seletivamente dimensionadas pode ser pelo menos cerca de 0,050 cm3. Por exemplo, o volume pode ser cerca de 0,25 cm3a pelo menos cerca de 1,25 cm3ou cerca de 0,1 cm3a pelo menos cerca de 0,70 cm3. Um volume representativo para o PDC 300 pode ser cerca de 0,4 cm3a pelo menos cerca de 4,6 cm3, tal como cerca de 1,1 cm3a pelo menos cerca de 2,3 cm3.
[0055] Em outras modalidades, uma faceta de PCD de acordo com uma modalidade pode ser separadamente formada usando um processo de sinterização a HPHT e, subsequentemente, ligada à superfície interfacial 308 do substrato 302 por solda, usando um processo de ligação a HPHT separado, ou qualquer outra técnica de união adequada, sem limitação. Em ainda outra modalidade, um substrato pode ser formado pelo depósito de um carboneto sem aglomerante (por exemplo, carbonetos de tungstênio) através de deposição de vapor químico sobre a faceta de PCD separadamente formada.
[0056] Em qualquer das modalidades divulgadas neste, substancialmente todo ou uma porção selecionada do catalisador metal-solvente pode ser removido (por exemplo, através de lixiviação) da faceta de PCD. Em uma modalidade, o catalisador metal-solvente na faceta de PCD pode ser removido a uma profundidade selecionada a partir de pelo menos uma superfície de trabalho externa (por exemplo, a superfície de trabalho 306 e/ou uma superfície de trabalho lateral da faceta de PCD 304) de modo que apenas uma parte das regiões intersticiais seja ocupada por catalisador metal-solvente. Por exemplo, substancialmente todo ou uma porção selecionada do catalisador metal-solvente pode ser removida da faceta de PCD 304 assim formada no PDC 300 a uma profundidade selecionado a partir da superfície de trabalho 306.
[0057] Em uma outra modalidade, uma faceta de PCD pode ser fabricada de acordo com qualquer das modalidades divulgadas em um primeiro processo a HPHT, lixiviada para remover substancialmente todo o catalisador metal- solvente das regiões intersticiais entre os grãos ligados de diamante, e subsequentemente ligada a um substrato em um segundo processo a HPHT. No segundo processo a HPHT, um infiltrante de, por exemplo, um substrato carboneto cimentado pode infiltrar para dentro das regiões intersticiais das quais o catalisador metal-solvente foi retirado. Por exemplo, o infiltrante pode ser cobalto que é retirado de um substrato de carboneto de tungstênio cimentado com cobalto. Em uma modalidade, o primeiro e/ou segundo processo a HPHT pode ser executado a uma pressão de pelo menos cerca de 7,5 GPa. Em uma modalidade, o infiltrante pode ser lixiviado da faceta de PCD infiltrada usando um segundo processo de lixiviação ácida seguinte ao segundo processo a HPHT.
[0058] Em algumas modalidades, a pressão empregada no processo a HPHT usado para fabricar o PDC 300 pode ser suficiente para reduzir tensões residuais na faceta de PCD 304 que se desenvolvem durante o processo a HPHT em virtude da diferença de expansão térmica entre o substrato 302 e a faceta de PCD 304. Em tal modalidade, a principal tensão medida na superfície de trabalho 306 do PDC 300 pode exibir um valor de cerca de -345 MPa a cerca de 0 MPa, tal como cerca de -289 MPa. Por exemplo, a principal tensão medida na superfície de trabalho 306 pode exibir um valor de cerca de -345 MPa a cerca de 0 MPa. Um PDC convencional fabricado usando um processo a HPHT a uma pressão abaixo de cerca de 7,5 GPa pode resultar em uma faceta de PCD do mesmo exibindo uma tensão principal em uma superfície de trabalho dos mesmos de cerca de -1724 MPa a cerca de -414 MPa, tal como cerca de -770 MPa.
[0059] A tensão residual pode ser medida na superfície de trabalho 306 da faceta de PCD 304 do PDC 300 como descrito em in T.P. Lin, M. Hood, G.A. Cooper, and R.H. Smith, “Residual stresses in polycrystalline diamond compacts,” J. Am. Ceram. Soc. 77, 6, 1562-1568 (1994). Mais particularmente, o alongamento residual pode ser medido com um extensômetro do tipo roseta ligado à superfície de trabalho 306. Tal alongamento pode ser medido para diferentes níveis de remoção do substrato 302 (por exemplo, à medida que o material é removido do substrato 302). A tensão residual pode ser calculada a partir dos dados medidos de alongamento residual.
[0060] A FIG. 3B é um gráfico de tensão principal residual versus espessura do substrato que foi medido em uma faceta de PCD de um PDC fabricado a pressão acima de cerca de 7,5 GPa de acordo com uma modalidade da invenção e uma faceta de PCD de um convencionalmente formado PDC. A tensão principal residual foi determinada usando a técnica descrita no artigo citado acima por Lin et al. A curva 310 mostra a tensão principal residual medida em uma superfície de trabalho do PDC fabricado a uma pressão acima de cerca de 7,5 GPa. O PDC que foi fabricado a uma pressão acima de cerca de 7,5 GPa apresentou uma dimensão de espessura de cerca de 1 mm e o substrato apresentou uma dimensão de espessura de cerca de 7 mm e um diâmetro de cerca de 13 mm. A curva 312 mostra a tensão principal residual medida em uma superfície de trabalho de uma faceta de PCD de um convencionalmente PDC fabricado a pressão abaixo de cerca de 7,5 GPa. O PDC que foi fabricado a uma pressão abaixo de cerca de 7,5 GPa apresentou uma dimensão de espessura de cerca de 1 mm e o substrato apresentou uma dimensão de espessura de cerca de 7 mm e um diâmetro de cerca de 13 mm. O maior valor absoluto de tensão principal residual ocorre com a extensão completa do substrato de cerca de 7 mm. Como mostrado pelas curvas 310 e 312, aumentar a pressão empregada no processo a HPHT usado para fabricar um PDC acima de cerca de 7,5 GPa pode reduzir o valor absoluto mais alto da tensão residual principal em uma faceta de PCD dos mesmos por cerca de 60% em relação a um PDC convencionalmente fabricado. Por exemplo, na extensão completa do substrato, o valor absoluto da principal tensão residual na faceta de PCD fabricado a uma pressão acima de cerca de 7,5 GPa é cerca de 60% menos do que o valor absoluto da tensão residual principal na faceta de PCD do PDC convencionalmente fabricado.
[0061] Os seguintes exemplos de trabalho fornecem ainda mais detalhes sobre as propriedades magnéticas de facetas de PCD de PDCs fabricadas de acordo com os princípios de algumas das modalidades específicas da invenção. As propriedades magnéticas de cada faceta de PCD listada nas Tabelas I-IV foram testadas usando um instrumento KOERZIMAT CS 1.096 que está comercialmente disponível de Foerster Instruments de Pittsburgh, Pensilvânia. A saturação magnética específica de cada faceta de PCD foi medida de acordo com ASTM B886- 03 (2008) e a coercividade de cada faceta de PCD foi medida usando ASTM B887- 03 (2008)e1 usando um instrumento KOERZIMAT CS 1.096. A quantidade de catalisador baseado em cobalto em metal-solvente nas facetas de PCD testadas foi determinada usando espectroscopia por energia dispersiva e espectroscopia de retrodispersão de Rutherford. A constante de saturação magnética específica do catalisador baseado em cobalto metal-solvente nas facetas de PCD testadas foi determinado como sendo cerca de 201 G (201 x 10-4T) cm3/g usando uma análise iterativa como anteriormente descrito. Quando um valor de 201 G (201 x 10-4T) cm3/g foi usado para a constante de saturação magnética específica do catalisador baseado em cobalto metal-solvente, a quantidade calculada do catalisador baseado em cobalto metal-solvente nas facetas testadas de PCD usando o software de análise do instrumento KOERZIMAT CS 1.096 substancialmente casaram com as medidas usando espectroscopia por energia dispersiva e espectroscopia de Rutherford.
[0062] A Tabela I abaixo lista as facetas de PCD que foram fabricados de acordo com os princípios de certas modalidades da invenção discutidas acima. Cada faceta de PCD foi fabricada colocando-se uma massa de partículas de diamante com o tamanho médio de partícula de diamante listado adjacente a um substrato de carboneto de tungstênio cimentado com cobalto em um recipiente de nióbio, colocando o recipiente em um meio celular de alta pressão, e submetendo o meio celular de alta pressão e o recipiente no mesmo a um processo a HPHT usando uma prensa cúbica de HPHT para formar uma faceta de PCD ligada ao substrato. A área superficial de cada bigorna da prensa HPHT e a pressão da linha hidráulica usada para mover as bigornas foram selecionadas de modo que a pressão de sinterização foi pelo menos cerca de 7,8 GPa. A temperatura do processo a HPHT foi cerca de 1400°C e a pressão de sinterização foi pelo menos cerca de 7,8 GPa. As pressões sinterização listadas na Tabela I se referem à pressão no meio celular de alta pressão a temperatura ambiente, e acredita-se que as pressões reais de sinterização à temperatura de sinterização sejam maiores. Após o processo a HPHT, a faceta de PCD foi removida do substrato por trituração do substrato. Entretanto, o substrato também pode ser removido usando usinagem com descarga elétrica ou um outro método adequado.Tabela I: Propriedades magnéticas selecionadas de facetas de PCD fabricadas de acordo com as modalidades da invenção
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A Tabela II abaixo lista facetas de PCD convencionais que foram fabricados. Cada faceta de PCD listada na Tabela II foi fabricada colocando-se uma massa de partículas de diamante com o tamanho médio de partícula de diamante listado adjacente a um substrato de carboneto de tungstênio cimentado com cobalto em um recipiente de nióbio, colocando o recipiente em um meio celular de alta pressão, e submeter o meio celular de alta pressão e o recipiente no mesmo a um processo de HPHT usando uma prensa cúbica de HPHT para formar uma faceta de PCD ligada ao substrato. A área superficial de cada bigorna da prensa HPHT e a pressão da linha hidráulica usada para mover as bigornas foram selecionadas de modo que a pressão de sinterização foi cerca de 4,6 GPa. Exceto pelas amostras 15, 16, 18, e 19, as quais foram submetidas a uma temperatura de cerca de 1430°C, a temperatura do processo a HPHT foi cerca de 1400°C e a pressão de sinterização foi cerca de 4,6 GPa. As pressões de sinterização listadas na Tabela II se referem à pressão no meio celular de alta pressão a temperatura ambiente. Após o processo a HPHT, a faceta de PCD foi removida do substrato de carboneto de tungstênio cimentado com cobalto por trituração do substrato de carboneto de tungstênio cimentado com cobalto.Tabela II: Propriedades magnéticas selecionadas de várias facetas de PCD convencionais
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[0063] Como mostrado nas Tabelas I e II, as facetas de PCD convencionais listadas na Tabela II exibem um maior teor de cobalto na mesma do que as facetas de PCD listadas na Tabela I como indicado pelos valores relativamente maiores de saturação magnética específica. Adicionalmente, as convencionais facetas de PCD listadas na Tabela II exibem uma menor coercividade indicativa de um percurso médio livre relativamente maior entre grãos de diamante, e pode assim indicar relativamente menos ligação diamante-diamante entre os grãos de diamante. Assim, as facetas do PCD de acordo com exemplos da invenção listadas na Tabela I podem exibir significativamente menos cobalto na mesma e um menor percurso médio livre entre os grãos de diamante do que as facetas do PCD listadas na Tabela II.
[0064] A Tabela III abaixo lista facetas de PCD convencionais que foram obtidas de PDCs. Cada faceta de PCD listada na Tabela III foi separada de um substrato de carboneto de tungstênio cimentado com cobalto ligado ao mesmo por trituração.Tabela III: Propriedades magnéticas selecionadas de várias facetas de PCD convencionais
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[0065] A Tabela IV abaixo lista facetas de PCD convencionais que foram obtidas de PDCs. Cada faceta de PCD listada na Tabela IV foi separada de um substrato de carboneto de tungstênio cimentado com cobalto ligado ao mesmo por trituração do substrato. Cada faceta de PCD listada na Tabela IV e testada teve uma região lixiviada da qual o cobalto foi retirado e uma região não lixiviada na qual cobalto é intersticialmente disposto entre os grãos ligados de diamante. A região lixiviada foi não removida. Entretanto, para determinar a saturação magnética específica e a coercividade da região não lixiviada da faceta de PCD com catalisador metal-solvente ocupando regiões intersticiais na mesma, a região lixiviada pode ser triturada de modo que apenas a região não lixiviada da faceta de PCD permaneça. Espera-se que a região lixiviada faça com que a saturação magnética específica seja menor e a coercividade seja maior do que se a região lixiviada for removida e a região não lixiviada for testada.Tabela IV: Propriedades magnéticas selecionadas de várias facetas de PCD convencionais lixiviadas
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[0066] Como mostrado nas Tabelas I, III, e IV, as facetas de PCD convencionais de Tabelas III e IV exibem um maior teor de cobalto na mesma do que as facetas de PCD listadas na Tabela I como indicado pelos valores de saturação magnética específica relativamente maior. Acredita-se que isto seja um resultado das facetas de PCD listadas nas Tabelas III e IV sendo formadas por sinterização de partículas de diamante com um relativamente maior percentual de partículas finas de diamante do que as formulações de partícula de diamante usadas para fabricar as facetas de PCD listadas na Tabela I.
Modalidades de Aplicações para PCD e PDCs
[0067] O PCD divulgado e as modalidades de PDC podem ser usados em um número de diferentes aplicações inclusive, mas não limitado a, uso em uma broca de perfuração giratória (FIGS. 5A e 5B), um dispositivo de mancal de impulso (FIG. 6), um dispositivo de rolamento radial (FIG. 7), um sistema de perfuração subterrânea (FIG. 8), e uma fieira para estiramento e trefilação (FIG. 9). As diversas aplicações discutidas acima são meramente alguns exemplos de aplicações nos quais o PCD e as modalidades de PDC podem ser usados. Outras aplicações são contempladas, tal como empregando o divulgado PCD e modalidades de PDC em ferramentas de soldagem com agitação e fricção.
[0068] A FIG. 5A é uma vista isométrica e a FIG. 5B é um vista em elevação superior de uma modalidade de uma broca de perfuração giratória 500. A broca de perfuração giratória 500 inclui pelo menos um PDC configurado de acordo com qualquer das modalidades de PDC anteriormente descritas. A broca de perfuração giratória 500 compreende um corpo de broca 502 que inclui lâminas que se estendem radialmente e longitudinalmente 504 com faces guias 506, e uma conexão de pino rosqueado 508 para conectar o corpo de broca 502 a um a fio de perfuração. O corpo de broca 502 define uma estrutura de extremidade inicial para a perfuração para dentro de uma formação subterrânea por rotação em torno de um eixo longitudinal 510 e aplicação de peso-em-broca. Pelo menos um elemento de PDC cortante, configurado de acordo com qualquer das modalidades de PDC anteriormente descritas (por exemplo, o PDC 300 mostrado na FIG. 3A), pode ser fixado ao corpo de broca 502. Com referência à FIG. 5B, diversos PDCs 512 são fixos às lâminas 504. Por exemplo, cada PDC 512 pode incluir uma faceta de PCD 514 ligada a um substrato 516. Mais geralmente, os PDCs 512 podem compreende qualquer PDC divulgado neste, sem limitação. Além disso, se desejado, em algumas modalidades, um número do PDCs 512 pode ser convencional em construção. Também, lâminas circunferencialmente adjacentes 504 definem as assim chamadas fendas de risco 518 entre as mesmas, como conhecido na técnica. Adicionalmente, a broca de perfuração giratória 500 pode incluir diversas cavidades de bocais 520 para comunicar o fluido de perfuração do interior da broca de perfuração giratória 500 aos PDCs 512.
[0069] As FIGS. 5A e 5B descrevem meramente uma modalidade de uma broca de perfuração giratória que emprega pelo menos um elemento cortante compreendendo um PDC fabricado e estruturado de acordo com as modalidades divulgadas, sem limitação. A broca de perfuração giratória 500 é usada para representar qualquer número de ferramentas cavadeiras ou ferramentas perfuradoras, inclusive, por exemplo, brocas de eixo, brocas de rolete cônico, brocas de cortador fixo, brocas excêntricas, brocas bicentrais, ferramentas de brocar, asas de brocas, ou qualquer outro ferramenta de fundo inclusive PDCs, sem limitação.
[0070] O PCD e/ou PDCs divulgados neste (por exemplo, o PDC 300 mostrado na FIG. 3A) pode também ser utilizados em aplicações outras do que brocas de furadeiras giratórias. Por exemplo, as modalidades divulgadas de PDC podem ser usadas em conjuntos de mancal de impulso, conjuntos de rolamento radial, fieiras para estiramento e trefilação, juntas artificiais, elementos de usinagem, e poços de calor.
[0071] A FIG. 6 é uma vista isométrica em corte de uma modalidade de um dispositivo de mancal de impulso 600, o qual pode utilizar qualquer uma das modalidades divulgadas de PDC como elementos de rolamento. O dispositivo de mancal de impulso 600 inclui respectivos conjuntos de mancal de impulso 602. Cada conjunto de mancal de impulso 602 inclui um suporte anular 604 que pode ser fabricado de um material, tal como aço carbono, aço inoxidável, ou um outro material adequado. Cada anel de suporte 604 inclui diversos recessos (não marcados) que recebem um correspondente elemento de rolamento 606. Cada elemento de rolamento 606 pode ser montado em um correspondente anel de suporte 604 dentro de um correspondente recesso por solda, pressão, usando braçadeiras, ou uma outra técnica de montagem adequada. Um ou mais, ou todos os elementos de rolamento 606 podem ser configurados de acordo com qualquer das modalidades de PDC divulgadas. Por exemplo, cada elemento de rolamento 606 pode incluir um substrato 608 e uma faceta de PCD 610, com a faceta de PCD 610 incluindo uma superfície de rolamento 612.
[0072] Em uso, as superfícies de contato 612 de um dos conjuntos de mancal de impulso 602 se apoiam contra as superfícies de contato opostas 612 do outro conjunto de rolamento 602. Por exemplo, um dos conjuntos de mancal de impulso 602 pode ser operacionalmente acoplado a um eixo para girar com o mesmo e pode ser denominado “rotor”. O outro conjunto de mancal de impulso 602 pode ser mantido estacionado e pode ser denominado um “estator”.
[0073] A FIG. 7 é uma vista isométrica em corte de uma modalidade de um dispositivo de rolamento radial 700, o qual pode utilizar qualquer das modalidades divulgadas de PDC como elementos de rolamento. O dispositivo de rolamento radial 700 inclui uma pista interna 702 posicionada geralmente dentro de uma pista externa 704. A pista externa 704 inclui diversos elementos de rolamento 706 fixados à mesma que têm respectivas superfícies de contato 708. A pista interna 702 também inclui diversos elementos de rolamento 710 fixados à mesma que têm respectivas superfícies de contato 712. Um ou mais, ou todos os elementos de rolamento 706 e 710 podem ser configurados de acordo com qualquer das modalidades de PDC divulgados neste. A pista interna 702 é posicionada geralmente dentro da pista externa 704, e assim a pista interna 702 e a pista externa 704 podem ser configuradas de modo que as superfícies de contato 708 e 712 possam pelo menos parcialmente contatar uma a outra e se mover em relação uma a outra à medida que a pista interna 702 e a pista externa 704 giram em relação uma a outra durante o uso.
[0074] O dispositivo de rolamento radial 700 pode ser empregado em uma variedade de aplicações mecânicas. Por exemplo, as assim chamadas brocas de “rolete cônico” de furadeiras giratórias podem se beneficiar de um dispositivo de rolamento radial divulgado neste. Mais especificamente, uma pista interna 702 pode ser montada em um pivô de um rolete cônico e uma pista externa 704 pode ser montada em um interno diâmetro interno formado dentro de um cone e tal pista externa 704 e pista interna 702 podem ser agrupadas para formar um dispositivo de rolamento radial.
[0075] Com referência à FIG. 8, o dispositivo de mancal de impulso 600 e/ou dispositivo de rolamento radial 700 pode ser incorporado em um sistema de perfuração subterrânea. A FIG. 8 é uma vista isométrica esquemática em corte de um sistema de perfuração subterrânea 800 que inclui pelo menos um dos dispositivos de impulso de mancais 600 mostrados na FIG. 6 de acordo com uma outra modalidade. O sistema de perfuração subterrânea 800 inclui um invólucro 802 para isolar um motor de perfuração 804 (ou seja, um motor, turbina, ou qualquer outro dispositivo capaz de girar um eixo de saída) que é operacionalmente ligado a um eixo de saída 806. Um primeiro dispositivo de mancal de impulso 6001 (FIG. 6) é operacionalmente acoplado ao motor de perfuração 804. Um segundo dispositivo de mancal de impulso 6002 (FIG. 6) é operacionalmente acoplado a o eixo de saída 806. Uma broca de perfuração giratória 808 configurada para engatar uma formação subterrânea e perfurar um furo de sondagem é ligada ao eixo de saída 806. A broca de perfuração giratória 808 é mostrada como uma broca de rolete cônico incluindo diversos roletes cônicos 810. Entretanto, outras modalidades podem utilizar diferentes tipos de brocas de furadeiras giratórias, tal como uma assim chamada broca “de cortador fixo” mostrada nas FIGS. 5A e 5B. Como o furo de sondagem é perfurado, seções de tubos podem ser ligadas ao sistema de perfuração subterrânea 800 para formar uma linha de perfuração capaz de progressivamente perfurar o furo de sondagem a uma maior profundidade na terra.
[0076] Um primeiro dos conjuntos de mancal de impulso 602 do dispositivo de mancal de impulso 6001 é configurado como um estator que não gira e um segundo dos conjuntos de mancal de impulso 602 do dispositivo de mancal de impulso 6001 é configurado como um rotor que é ligado ao eixo de saída 806 e gira com o eixo de saída 806. O impulso no fundo gerado quando a broca de perfuração 808 chega ao fundo do furo de sondagem pode ser realizado, pelo menos em parte, pelo primeiro dispositivo de mancal de impulso 6001. Um primeiro dos conjuntos de mancal de impulso 602 do dispositivo de mancal de impulso 6002 é configurado como um estator que não gira e um segundo dos conjuntos de mancal de impulso 602 do dispositivo de mancal de impulso 6002 é configurado como um rotor que é ligado ao eixo de saída 806 e gira com o eixo de saída 806. O fluxo de fluido através da seção de energia do motor de perfuração 804 pode causar o que é comumente citado como “impulso fora do fundo,” o que pode ser realizado, pelo menos em parte, pelo segundo dispositivo de mancal de impulso 6002.
[0077] Em operação, o fluido de perfuração pode ser circulado através do motor de perfuração de fundo 804 para gerar torque e provocar a rotação do eixo de saída 806 e a broca de perfuração giratória 808 ligada ao mesmo de modo que um furo de sondagem possa ser perfurado. Uma parte do fluido de perfuração também pode ser usada para lubrificar superfícies de contato opostas dos elementos de rolamento 606 dos conjuntos de mancal de impulso 602.
[0078] A FIG. 9 é uma vista transversal lateral de uma modalidade de uma fieira para estiramento e trefilação 900 que emprega um PDC 902 fabricado de acordo com os ensinamentos descritos neste. O PDC 902 inclui uma região interno anular PCD 904 compreendendo qualquer das facetas de PCD descritas neste que é ligada a um substrato cilíndrico externo 906 que pode ser feito a partir dos mesmos materiais como o substrato 302, mostrado na FIG. 3A. A região do PCD 904 também inclui uma cavidade de molde 908 que é formada através da mesma e configurada para receber e moldar um fio sendo retraído. A fieira para estiramento e trefilação 900 pode ser alojada em um invólucro (por exemplo, um invólucro de aço inoxidável), o qual não é mostrado, para permitir o manuseio.
[0079] Em uso, um fio 910 de um diâmetro “d1” é retraído através da cavidade de molde 908 ao longo de um eixo de estiramento e trefilação 912 para reduzir o diâmetro do fio 910 a um diâmetro reduzido “d2”.
[0080] Enquanto diversos aspectos e modalidades tenham sido divulgados neste, outros aspectos e modalidades são contemplados. Os diversos aspectos e modalidades divulgados neste são para fins de ilustração e não se pretende que sejam limitantes. Adicionalmente, as palavras “inclusive,” “com,” e variantes das mesmas (por exemplo, “inclui” e “tem”) como usadas aqui, inclusive nas reivindicações, devem ter o mesmo significado como a palavra “compreendendo” e variantes da mesma (por exemplo, “compreende” e “compreendem”).

Claims (43)

1. Diamante policristalino, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma pluralidade de grãos de diamante definindo uma pluralidade de regiões intersticiais; um catalisador metal-solvente ocupando a pluralidade de regiões intersticiais, o catalisador metal-solvente presente em pelo menos uma parte não lixiviada do diamante policristalino em uma quantidade de 7,5% em peso ou menos; em que a pluralidade de grãos de diamante e o catalisador metal-solvente exibem coletivamente uma coercividade de 115 Oe (9151,4 A/m) ou mais; em que a pluralidade de grãos de diamante e o catalisador metal-solvente exibem coletivamente uma saturação magnética específica de 15 • 10-4 Tcm3/g (15 Gauss^cm3/gramas (G • cm3/g) ou menos; e em que o diamante policristalino é formado a partir de somente uma única camada de diamante policristalino que se estende da superfície exterior superior a uma superfície oposta à superfície exterior superior.
2. Diamante policristalino, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a coercividade é de 9151,4 A/m (115 Oe) a 19894,4 A/m (250 Oe).
3. Diamante policristalino, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a coercividade é de 9151,4 A/m (115 Oe) a 13926,05 A/m (175 Oe).
4. Diamante policristalino, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a saturação magnética específica é de 5 • 10-4 Tcm3/g (5 G^cm3/g) a 15 • 10-4 T.cm3/g (15 G^cm3/g).
5. Diamante policristalino, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a saturação magnética específica é de 10 • 10-4 Tcm3/g (10 G^cm3/g) a 15 • 10-4 Tcm3/g (15 G^cm3/g).
6. Diamante policristalino, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de grãos de diamante e o catalisador metal-solvente exibem coletivamente uma permeabilidade específica de 0,060 a 0,090.
7. Diamante policristalino, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de grãos de diamante exibem um tamanho de grão médio de 20 μm ou menos.
8. Diamante policristalino, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o catalisador metal-solvente está presente em uma quantidade de 1% em peso a 3% em peso, e compreende cobalto, ferro, níquel, ou ligas dos mesmos.
9. Diamante policristalino, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a coercividade é de 12334,5 A/m (155 Oe) a 13926,05 A/m (175 Oe), a saturação magnética específica é de 10 • 10-4 Tcm3/g (10 G^cm3/g) a 15 • 10-4 Tcm3/g (15 G^cm3/g), o catalisador metal-solvente está presente em uma quantidade de 5% em peso a 7,5% em peso, e a pluralidade de grãos de diamante exibem um tamanho de grão médio de 18 μm a 20 μm.
10. Compacto de diamante policristalino (300) incluindo o diamante policristalino como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, o compacto de diamante policristalino CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma faceta de diamante policristalino (304), pelo menos uma parte da faceta de diamante policristalino (304) incluindo o diamante policristalino; e um substrato (302) ligado à faceta de diamante policristalino (304).
11. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o substrato (302) compreende carboneto de crômio.
12. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a faceta de diamante policristalino (304) compreende uma região lixiviada, e em que a pelo menos uma parte da faceta de diamante policristalino (304) é disposta entre o substrato (302) e a região lixiviada.
13. Broca de perfuração giratória (502) incluindo o compacto de diamante policristalino (300) como definindo em qualquer uma das reivindicações 10 a 12, a broca de perfuração giratória (502) CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: um corpo de broca (502) incluindo lâminas (504) cada uma com faces guias (506), o corpo de broca (502) incluindo uma estrutura de extremidade guia configurada para facilitar a perfuração de uma formação subterrânea; e uma pluralidade de elementos cortantes (512) presos às lâminas (504), em que pelo menos um dos elementos cortantes é o compactos de diamante policristalino (300).
14. Método para preparar um compacto de diamante policristalino (300) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: colocar uma pluralidade de partículas de diamante (400) que exibem um tamanho médio de partícula de 30 μm ou menos, e um catalisador metal-solvente em um meio transmissor de pressão para formar um conjunto celular; e submeter o conjunto celular a uma temperatura de pelo menos 1000°C e uma pressão no meio transmissor de pressão de pelo menos 7,5 GPa para formar diamante policristalino.
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que: colocar uma pluralidade de partículas de diamante (400) que exibem um tamanho médio de partícula de 30 μm ou menos, e um catalisador metal-solvente em um meio transmissor de pressão para formar um conjunto celular que compreende colocar um substrato carboneto cimentado (302) compreendendo o catalisador metal-solvente no mesmo adjacente à pluralidade de partículas de diamante (400); e submeter o conjunto celular a uma temperatura de pelo menos 1000°C e uma pressão no meio transmissor de pressão de pelo menos 7,5 GPa para formar diamante policristalino que compreende a ligação do substrato (302) a uma faceta (304) compreendendo o diamante policristalino.
16. Compacto de diamante policristalino (300) de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma parte da faceta de diamante policristalino inclui o catalisador metal-solvente presente em uma quantidade de 1% em peso a 6% em peso; e em que a pluralidade de grãos de diamante e o catalisador metal-solvente da pelo menos uma parte da faceta de diamante policristalino (304) exibem coletivamente uma permeabilidade específica de 0,060 G^cm3/g^Oe a 0,090 G^cm3/g^Oe.
17. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que o substrato (302) compreende carboneto de crômio.
18. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a faceta de diamante policristalino (304) compreende uma região lixiviada, e em que a pelo menos uma parte da faceta de diamante policristalino (304) é disposta entre o substrato (302) e a região lixiviada.
19. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a coercividade da pelo menos uma parte da faceta de diamante policristalino (304) é de 12334,5 A/m (155 Oe) a 13926,05 A/m (175 Oe).
20. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a coercividade da pelo menos uma parte da faceta de diamante policristalino (304) é de 9151,4 A/m (115 Oe) a 19894,4 A/m (250 Oe).
21. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a coercividade da pelo menos uma parte da faceta de diamante policristalino (304) é de 9151,4 A/m (115 Oe) a 13926,05 A/m (175 Oe).
22. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a saturação magnética específica da pelo menos uma parte da faceta de diamante policristalino (304) é de 5 • 10-4 Tcm3/g (5 G^cm3/g) a 15 • 10-4 Tcm3/g (15 G^cm3/g).
23. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a saturação magnética específica da pelo menos uma parte da faceta de diamante policristalino (304) é de 10 • 10-4 Tcm3/g (10 G • cm3/g) a 15 • 10-4 Tcm3/g (15 G^ cm3/g).
24. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a coercividade da pelo menos uma parte da faceta de diamante policristalino (304) é de 10345,07 A/m (130 Oe) a 12732,4 A/m (160 Oe), e a saturação magnética específica da pelo menos uma parte da faceta de diamante policristalino (304) é de 10 • 10-4 Tcm3/g (10 G^ cm3/g) a 15 • 10-4 Tcm3/g (15 G^ cm3/g).
25. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de grãos de diamante da pelo menos uma parte da faceta de diamante policristalino (304) exibem um tamanho de grão médio de 30 μm ou menos.
26. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de grãos de diamante da pelo menos uma parte da faceta de diamante policristalino (304) exibem um tamanho de grão médio de 20 μm ou menos.
27. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que o catalisador metal-solvente da pelo menos uma parte da faceta de diamante policristalino (304) compreende cobalto, ferro, níquel, ou ligas dos mesmos.
28. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a quantidade do catalisador metal-solvente é de 3% em peso a 6% em peso.
29. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a quantidade do catalisador metal-solvente é de 1 % em peso a 3% em peso.
30. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de grãos de diamante e o catalisador metal-solvente da faceta de diamante policristalino (304) definem um volume de pelo menos 0,050 cm3.
31. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de grãos de diamante e o catalisador metal-solvente da faceta de diamante policristalino (304) definem um volume de 0,25 cm3a 1,75 cm3.
32. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que o catalisador metal-solvente da pelo menos uma parte da faceta de diamante policristalino (304) exibe uma saturação magnética específica de 185 • 10-4 Tcm3/g (185 G^cm3/g) a 215 • 10-4 Tcm3/g (215 G^cm3/g).
33. Broca de perfuração giratória (500) incluindo o compacto de diamante policristalino (300) como definido em qualquer uma das reivindicações 16 a 32, a broca de perfuração giratória (500) CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: um corpo de broca (502) incluindo uma estrutura de extremidade guia configurada para facilitar a perfuração de uma formação subterrânea; e uma pluralidade de elementos cortantes (512) de diamante policristalino presos ao corpo de broca (502), em que pelo menos um da pluralidade de elementos cortantes (512) de diamante policristalino é o compacto de diamante policristalino (300).
34. Compacto de diamante policristalino (300) de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma parte não lixiviada da faceta de diamante policristalino (304) inclui: a pluralidade de grãos de diamante exibindo um tamanho de grão médio de 20 μm ou menos; o catalisador metal-solvente presente em uma quantidade de 3% em peso a 6% em peso.
35. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 34, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de grãos de diamante da pelo menos uma parte não lixiviada da faceta de diamante policristalino (304) exibem um tamanho de grão médio de 10 μm a 18 μm.
36. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 34, CARACTERIZADO pelo fato de que a faceta de diamante policristalino (304) compreende uma região lixiviada, e em que a pelo menos uma parte não lixiviada da faceta de diamante policristalino (304) é disposta entre o substrato (302) e a região lixiviada.
37. Broca de perfuração giratória (500) incluindo o compacto de diamante policristalino (300) como definido em qualquer uma das reivindicações 34 a 36, a broca de perfuração giratória CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: um corpo de broca (502) incluindo uma estrutura de extremidade guia configurada para facilitar a perfuração de uma formação subterrânea; e uma pluralidade de elementos cortantes (512) de diamante policristalino presos ao corpo de broca (502), em que pelo menos um da pluralidade de elementos cortantes (512) de diamante policristalino é o compacto de diamante policristalino (300).
38. Compacto de diamante policristalino (300) de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma parte não lixiviada da faceta de diamante policristalino (304) inclui: a pluralidade de grãos de diamante exibindo um tamanho de grão médio de 30 μm ou menos; o catalisador metal-solvente presente em uma quantidade de 1% em peso a 6% em peso; em que a pluralidade de grãos de diamante e o catalisador metal-solvente da pelo menos uma parte não lixiviada da faceta de diamante policristalino (304) exibem coletivamente uma coercividade de 9151,4 A/m (115 Oe) ou mais; e em que a pluralidade de grãos de diamante e o catalisador metal-solvente da pelo menos uma parte não lixiviada da faceta de diamante policristalino (304) exibem coletivamente uma saturação magnética específica de 15 • 10-4 Tcm3/g (15 G^cm3/g) ou menos indicativo da quantidade de catalisador metal-solvente.
39. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 38, CARACTERIZADO pelo fato de que a faceta de diamante policristalino (304) compreende uma região lixiviada, e em que a pelo menos uma parte não lixiviada da faceta de diamante policristalino (304) é disposta entre o substrato (302) e a região lixiviada.
40. Broca de perfuração giratória (500) incluindo o compacto de diamante policristalino (300) como definido na reivindicação 38 ou 39, a broca de perfuração giratória (500) CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: um corpo de broca (502) incluindo uma estrutura de extremidade guia configurada para facilitar a perfuração de uma formação subterrânea; e uma pluralidade de elementos cortantes (512) de diamante policristalino presos ao corpo de broca (502), em que pelo menos um da pluralidade de elementos cortantes (512) de diamante policristalino é o compacto de diamante policristalino (300).
41. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a pelo menos uma parte da faceta de diamante policristalino (304) exibe uma Grazão de pelo menos 4,0 x 106.
42. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 34, CARACTERIZADO pelo fato de que a pelo menos uma parte da faceta de diamante policristalino (304) exibe uma Grazão de pelo menos 4,0 x 106.
43. Compacto de diamante policristalino (300), de acordo com a reivindicação 38, CARACTERIZADO pelo fato de que a pelo menos uma parte da faceta de diamante policristalino (304) exibe uma Grazão de pelo menos 4,0 x 106.
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