Полікристалічний різальний елемент

Даний винахід відноситься до елементів із надтвердого полікристалічного матеріалу для зношування, різання, креслення та інших застосувань, де необхідні спроектовані надтверді поверхні. Зокрема, даний винахід відноситься до полікристалічного алмазу та елементів, подібних до полікристалічного алмазу (які у сукупності називають ПКА елементами), із значно поліпшеною зносостійкістю і способів їхнього виробництва. Полікристалічний алмаз і елементи, подібні до полікристалічного алмазу, відомі, для цілей даного опису, як ПКА елементи. ПКА елементи створені з матеріалів на основі вуглецю із винятково короткими міжатомними відстанями між сусідніми атомами. Один тип алмазоподібного матеріалу, аналогічного полікристалічному алмазу, відомий як карбонітрид (CN), описаний у патенті США №5776615. Загалом, ПКА елементи створюють із суміші матеріалів, перероблених при високій температурі і високому тиску у полікристалічну матрицю взаємозв'язаних надтвердих кристалів на основі вуглецю. Загальною особливістю ПКА елементів є використання каталізаційних матеріалів у процесі їхнього формування, залишкова кількість яких часто накладає обмеження на максимальну корисну робочу температуру елемента в той час як він знаходиться в експлуатації. Добре відомою, промисловою формою ПКА елемента є двошаровий або багатошаровий ПКА елемент, де зовнішній шар поверхні з полікристалічного алмазу повністю приєднаний до підкладки з менш твердого матеріалу, такого як карбід вольфраму. ПКА елемент може бути у формі круглої або частково круглої таблетки, або може мати інші форми, придатні для застосувань, таких як матриці для пресування труб, тепловідводи, підшипники ковзання, поверхні клапана, індентори, осердя інструментів, і так далі. ПКА елементи цього типу можуть бути використані у майже будь-якому застосуванні, де потрібний твердий зносостійкий та ерозійно стійкий матеріал. Підкладка ПКА елемента може бути зроблена твердою до носія, часто також цементованого карбіду вольфраму. Це звичайна конфігурація для ПКА елементів, використовуваних як різальні елементи, наприклад, у фіксованих різальних інструментах або шарошкових бурови х різцях, коли вони вміщені у гніздо свердла, або коли вони прикріплені до різцетримача у металорізальному станку для механічної обробки. Ці ПКА елементи звичайно називають різцями, армованими полікристалічними алмазами (РПА). Існують численні варіації у способах виготовлення цих РПА елементів. Наприклад, для покращення характеристик зношування у виробництві можуть бути використані різні діапазони середніх розмірів алмазних частинок, як показано у патентах США №№4 861 350; 5 468 268 і 5545 748, кожен із яких включений сюди за допомогою посилання у всій своїй повноті. До того ж способи для забезпечення діапазону зносостійкості від краю до краю або всередині робочої поверхні РПА показані у патентах США №№5 135 061 і 5 607 024, також включених сюди за допомогою посилання у всій своїй повноті. Однак через те, що зносостійкість відрізняється при зміні середнього розміру алмазних частинок, у цих конструктивних рішеннях існує природний компроміс між ударною в'язкістю та зносостійкістю. Як наслідок, РПА елементи з вищою зносостійкістю будуть мати тенденцію до недостатньої ударної в'язкості, яка є часто неприйнятною для РПА, що використовуються у бурових застосуваннях. Типово, вищі об'ємні щільності алмазу у плоскій поверхні алмазу збільшують зносостійкість за рахунок ударної в'язкості. Однак для покращення ударної в'язкості сучасні РПА елементи звичайно використовують часто складні геометричні поверхні поділу між плоскою поверхнею алмазу і підкладкою, так само як інші фізичні конфігурації конструкції. Незважаючи на те, що це дозволяє довести до максимуму одночасно зносостійкість і ударну в'язкість, все ще існує вибір оптимального рішення, і він суттєво не змінився за останні кілька років, що передували даному винаходу. Ще однією формою ПКА елемента є одиничний ПКА елемент без інтегральної підкладки, де плоска поверхня полікристалічного алмазу прикріплена до поверхні різального інструменту або поверхні зношування механічним способом або за допомогою термокомпресії. Ці ПКА елементи відрізняються від описаних ви ще тим, що частинки алмазу присутні по всьому елементу. Ці ПКА елементи можуть бути закріплені у певному місці механічно, вони можуть бути вставлені всередину більшого ПКА елемента, що має підкладку, або, альтернативно, вони можуть бути виготовлені з металовмісним шаром, який може бути пов'язаний з процесами паяння твердим припоєм або зварювання. Велика кількість цих ПКА елементів може бути виготовлена з єдиного ПКА, як показано, наприклад, у патентах США №№4481016 і 4525 179, включених сюди за допомогою посилання у всій своїй повноті. ПКА елементи найчастіше формують шляхом спікання алмазного порошку з придатним матеріалом, що каталізує зв'язування, у високотемпературному пресові з високим тиском. Один окремий спосіб формування цього полікристалічного алмазу розкритий у патенті США №3 141 746, включеному сюди за допомогою посилання у всій своїй повноті. В одному загальноприйнятому технологічному процесі виробництва ПКА елементів алмазний порошок застосовують до поверхні попередньо сформованої підкладки з карбіду вольфраму з включенням кобальту. Цю сук упність далі піддають впливу дуже високої температури і тиску у пресові. Протягом цього процесу кобальт мігрує з підкладки в алмазний шар і діє як матеріал, що каталізує зв'язування, викликаючи з'єднання частинок алмазу однієї з іншою із зв'язуванням алмазу з алмазом, і також спричинюючи прикріплення алмазного шару до підкладки. Повний ПКА елемент має принаймні одну основну частину з матрицею алмазних кристалів, зв'язаних один з одним, із багатьма міжвузловинами, які містять матеріал, що каталізує зв'язування, як описано вище. Алмазні кристали включають першу неперервну матрицю алмазу, і міжвузловини утворюють другу неперервну матрицю міжвузловий, що містить матеріал, який каталізує зв'язування. Крім того, обов'язково є відносно небагато ділянок, де ріст алмазу до алмазу капсулював деяку кількість матеріалу, що каталізує зв'язування. Ці "острівці" не є частиною неперервної міжвузловинної матриці матеріалу, що каталізує зв'язування. В одній загальній формі основна частина алмазу складає від 85% до 95% за об'ємом і матеріал, що каталізує зв'язування, складає інші від 5% до 15%. Такий елемент може бути об'єктом для термодеструкції внаслідок перепаду теплового розширення між міжвузловинним кобальтом - матеріалом, що каталізує зв'язування, і алмазною матрицею, який починається при температурах приблизно 400°С. При достатньому розширенні зв'язок алмаз-алмаз може бути розірваний, і можуть мати місце тріщини і сколи. Також у полікристалічному алмазі присутність матеріалу, що каталізує зв'язування, у міжвузловинних ділянках, зчеплених з алмазними кристалами алмазної матриці, призводить до ще однієї форми термодеструкції. Внаслідок присутності матеріалу, що каталізує зв'язування, зі збільшенням температури викликається графітування алмазу, звичайно обмежуючи робочу температуру до приблизно 750°С. Хоча як матеріал, що каталізує зв'язування, найчастіше використовується кобальт, може бути використаний будь-який елемент VIII гр упи, включаючи кобальт, нікель, залізо та їхні сплави. Для зменшення термодеструкції так звані "термостійкі" компоненти полікристалічного алмазу були виготовлені як попередньо сформовані ПКА елементи для різання і/або зносостійкі елементи, як розкрито у патенті США №4224 380, включеному сюди за допомогою посилання у всій своїй повноті. В одному типі термостійкого ПКА елемента кобальт або інший матеріал, що каталізує зв'язування, у звичайному полікристалічному алмазі вилуговується з неперервної міжвузловинної матриці після формування. Відомі численні способи вилуговування матеріалу, що каталізує зв'язування. Деякі способи вилуговування розкриті, наприклад, у патентах США №№4572722 і 4797241, обидва з яких включені сюди за допомогою посилання у всій своїй повноті. У той час як вилуговування матеріалу, що каталізує зв'язування, може підвищити термостійкість алмазу до приблизно 1200°С, процес вилуговування також видаляє зцементовану карбідну підкладку. Крім того, так як відсутня інтегральна підкладка або інша поверхня, що має здатність до зв'язування, існують серйозні труднощі у компонуванні такого матеріалу для використання в дії. Технології виготовлення цього "термостійкого" ПКА елемента звичайно створюють відносно низькі об'ємні щільності алмазу, звичайно порядку 80 об'ємних % або менше. Ця низька об'ємна щільність алмазу робить можливим вичерпний процес вилуговування, але одержана у результаті оброблена деталь є звичайно відносно слабкою за ударною в'язкістю. Низької об'ємної щільності звичайно досягають шляхом використання процесу введення домішок і використання відносно невеликих алмазних кристалів з середніми розмірами частинок приблизно 15 мікронів або менше. Ці невеликі частинки звичайно вкриті каталітичним матеріалом до обробки. Процес введення домішок спричинює розміщення алмазних частинок у готовому продукті з великими проміжками, і відносно невеликі відсотки площ їх зовнішньої поверхні, призначені для зв'язування алмаз-алмаз, часто менші ніж 50%, що сприяє низьким ударним в'язкостям. У цих так званих "термостійких" полікристалічних алмазних компонентах брак придатної, здатної до зв'язування, підкладки для подальшого прикріплення до робочого інструменту вирішувався кількома способами. Один такий спосіб прикріплення здатної до зв'язування підкладки до "термостійкої" полікристалічної алмазної заготовки показаний у патенті США №4944 772, включеному сюди за допомогою посилання у всій своїй повноті. У цьому технологічному процесі спочатку виготовляють пористу полікристалічну алмазну заготовку, і потім її повторно спікають у присутності каталітичного матеріалу при високих температурах і тисках із запірним шаром з іншого матеріалу, який, теоретично, попереджує повторне просочування каталітичного матеріалу у пористу полікристалічну алмазну заготовку. Отриманий у результаті продукт типово має різкий перехід між заготовкою і запірним шаром, викликаючи проблематичні концентрації напружень при експлуатації. Цей продукт міг би розглядатися більшою мірою як об'єднаний композит, ніж як інтегральний елемент. Інші, подібні, процеси для прикріплення здатної до зв'язування підкладки до "термостійких" полікристалічних алмазних компонентів показані у патентах США №№4871377 і 5127923, включених сюди за допомогою посилання у всій своїй повноті. Вважають, що слабким місцем усіх ци х процесів є розщеплення зв'язків алмаз-алмаз у полікристалічній алмазній заготовці від процесу повторного спікання при високій температурі і тиску. Вважають, що це розщеплення/руйнування, як правило, далі зменшує ударну в'язкість готового продукту до неприйнятно низького рівня, нижчого за рівень ударної в'язкості заготовки. В альтернативній формі термостійкого полікристалічного алмазу як каталітичний матеріал використовують кремній. Технологічний процес виготовлення полікристалічного алмазу з кремнієм як каталітичним матеріалом є цілком подібним до того, що описаний вище, за винятком того, що при температурах і тисках синтезу більшість кремнію реагує з утворенням карбіду кремнію, який не є ефективним каталітичним матеріалом. Термостійкість дещо покращується, але все ще має місце термодеструкція, обумовлена тим, що залишається деяка залишкова кількість кремнію, звичайно рівномірно розподілена в міжвузловинах міжвузловинної матриці. До того ж, із цим типом ПК А елемента існують проблеми кріплення, оскільки він не має поверхні, здатної до зв'язування. Зовсім недавно став доступним новий тип ПКА, в якому як матеріал, що каталізує зв'язування при спіканні алмазного порошку, використовуються карбонати, такі як порошкоподібні карбонати Mg, Ca, Sr і Ва. ПКА цього типу звичайно мають більшу зносостійкість і твердість, ніж попередні типи ПКА елементів. Однак цей матеріал важко виробляти у промисловому масштабі, оскільки для спікання потрібні набагато вищі тиски, ніж у випадку зі звичайним і термостійким полікристалічним алмазом. Одним із результатів цього є те, що розміри полікристалічних алмазів, виготовлюваних у такий спосіб, менші, ніж у звичайних полікристалічних алмазних елементів. Крім того, все ще може мати місце термодеструкція, обумовлена залишковими кількостями матеріалу, що каталізує зв'язування, які залишаються у міжвузловинах. Крім того, через відсутність інтегральної підкладки або іншої поверхні, здатної до зв'язування, існують труднощі у кріпленні цього матеріалу до робочої поверхні. Інші спроби поєднати термостійкі ПКА елементи із системами кріплення, щоб ввести у використання їхню поліпшену температурну стабільність, не були такими успішними, як на це сподівалися, внаслідок їх низької ударної в'язкості. Наприклад, різноманітні способи кріплення різних ПКА елементів показані у патентах США Ms 4 726 718, 5 199 832, 5 025 684, 5 238 074, 6 009 963, включених сюди за допомогою посилання у всій своїй повноті. Хоча багато з ци х розробок мали комерційний успіх, ці розробки не були особливо успішними у поєднанні високої зносостійкості і/або стійкості до стирання при підтриманні рівня ударної в'язкості, що досягається у нетермостійких ПКА. Інші типи алмазів або алмазоподібних покриттів для поверхонь розкриті у патентах США №№4 976 324, 5 213 248, 5 337 844, 5 379 853, 5 496 638, 5 523 121, 5 624 068, включених сюди за допомогою посилання у всій своїй повноті. Подібні покриття також розкриті у патентній публікації Великобританії №2268768, публікації РСТ №96/34131 і публікаціях ЕРС 500 253, 787 820, 860 515 для поверхонь високо навантажених інструментів. У цих публікаціях алмази і/або алмазоподібні покриття показані застосованими на поверхнях для зносостійкості і/або ерозійної стійкості. У багатьох вищенаведених заявках для застосування алмазного або алмазоподібного покриття використовують процеси конденсації з газової фази (КГФ) і/або хімічного осадження з газової фази (ХОГФ). Процеси алмазного покриття КГФ і ХОГФ добре відомі та описані, наприклад, у патентах США №№5 439 492, 4 707 384, 4 645 977, 4 504 519, 4 486 286, включених сюди за допомогою посилання. Процеси КГФ і/або ХОГФ для покриття поверхонь алмазними або алмазоподібними покриттями можуть бути використані, наприклад, для забезпечення щільноупакованої сукупності епітаксіально орієнтованих кристалів алмазу або інших надтвердих кристалів на поверхні. Хоча ці матеріали мають дуже високу щільність алмазів, так як вони є настільки щільно упакованими, суттєвої кількості зв'язків алмаз-алмаз між сусідніми кристалами немає, що робить їх досить слабкими в цілому, здатними розламуватися при застосуванні великих зсувних навантажень. Результатом є те, що хоча ці покриття мають дуже високі щільності алмазів, вони мають тенденцію до механічної слабкості, що є причиною дуже поганої ударної в'язкості і стійкості до стирання при використанні у високо навантажених застосуваннях, таких як різальні елементи, несучі пристрої, елементи, що зношуються, і матриці. Були зроблені деякі спроби поліпшити ударну в'язкість і зносостійкість цих алмазних або алмазоподібних покриттів шляхом нанесення на підкладку з карбіду вольфраму і подальшої обробки в умовах високого тиску та високої температури, як описано у патентах США №№5 264 283, 5 496 638, 5 624 068, включених сюди за допомогою посилання у всій своїй повноті. Хоча цей тип обробки може поліпшити зносостійкість алмазного шару, різкий перехід між алмазним шаром високої щільності і підкладкою робить алмазний шар сприйнятливим до масового розтріскування біля поверхні поділу при дуже низьких механічних напруженнях, подібно до вищеописаних проблем, з якими стикаються композитні структури, що мають запірні шари. Це знову перетворюється на дуже погану міцність і ударну в'язкість при експлуатації. Коли ПКА елементи, зроблені з кобальту або іншого металу VIII групи -матеріалів, що каталізують зв'язування, використовували один проти одного як підшипникові матеріали, було виявлено, що коефіцієнт тертя мав тенденцію збільшуватися з використанням. Як описано у патенті США №5 560 716, включеному сюди за допомогою посилання у всій своїй повноті, та додатковому європейському патентному описі №617207, було виявлено, що видалення (шляхом проведення протирання хлороводневою кислотою) збагаченої кобальтом плівки тертя, яка має тенденцію поступово утворюватися при експлуатації, з поверхні несучого ПКА елемента сприяє тимчасовому ослабленню цієї проблеми. Припускали, що в процесі експлуатації деяка частина кобальту з ПКА біля поверхні мігрує до ділянки навантаження підшипника, викликаючи збільшене тертя, коли два ПКА елементи діють один проти одного як підшипники. Зараз вважають, що джерелом цього кобальту може бути залишковий побічний продукт завершального процесу виготовлення несучих елементів, оскільки такий засіб, як протирання кислотою, не може ефективно видалити кобальт до будь-якої значної глибини під поверхнею. Оскільки кобальт видаляється лише з поверхні ПКА, у температурах, при яких має місце термодеструкція у цих несучих елементах, не відбувається ефективних змін. Отже, шкідливий вплив матеріалу, що каталізує зв'язування, залишається, і термодеструкція алмазного шару внаслідок присутності каталітичного матеріалу, все ще має місце. Даний винахід представляє надтвердий полікристалічний алмаз або алмазоподібний елемент із значно поліпшеною зносостійкістю без втрати ударної в'язкості. У сукупності називані ПКА елементами для цілей даного опису, ці елементи формуються з матеріалом, що каталізує зв'язування, у те хнологічному процесі з високою температурою і високим тиском (ВТВТ). ПКА елемент має велику кількість частково зв'язаних алмазних або алмазоподібних кристалів, які утворюють основну частину неперервної алмазної матриці з об'ємною щільністю алмазу більшою ніж 85%. Міжвузловини серед алмазних кристалів утворюють неперервну міжвузловинну матрицю, що містить каталітичний матеріал. Плоска поверхня алмазної матриці формується та інтегрально зв'язується з підкладкою, що містить каталітичний матеріал, під час технологічного процесу з ВТВТ. Основна частина алмазної матриці має робочу поверхню, де частина міжвузловинної матриці в основній частині, що прилягає до робочої поверхні, є значною мірою вільною від каталітичного матеріалу, а міжвузловинна матриця, що залишається, містить каталітичний матеріал. Типово, менше ніж приблизно 70% основної частини плоскої поверхні алмазної матриці є вільною від каталітичного матеріалу. Робоча поверхня, що є в основному вільною від каталітичного матеріалу, не є об'єктом термодеструкції, із якою стикаються в інших ділянках робочої поверхні, що призводить до поліпшеної зносостійкості без втрати ударної в'язкості. У різальних елементах оброблена робоча поверхня може бути частиною зовнішньої плоскої поверхні основної частини, частиною периферійної поверхні основної частини, або частинами всіх цих поверхонь. У ще одному втіленні каталітичним матеріалом є кобальт або інший метал із групи заліза, і способом позбавлення від каталітичного матеріалу є його вилуговування з міжвузловий біля поверхні ПКА елемента у технологічному процесі кислотного травлення. Передбачають, що спосіб видалення каталітичного матеріалу з поверхні може також бути здійснений за допомогою електричного розряду, або іншого електричного або гальванічного процесу, або за допомогою випаровування. Також розкритий додатковий спосіб виробництва ПКА елемента, що включає основну частину, інтегрально сформовану з металовмісною підкладкою, основну частину, що включає зв'язані алмазні кристали і каталітичний матеріал. Обробку проводять шляхом очищення основної частини, щоб зробити її об'єм значною мірою вільним від каталітичного матеріалу, у той же час дозволяючи каталітичному матеріалу залишатися у принаймні деякій частині об'єму основної частини, що залишається, і в той же час дозволяючи підкладці залишатися в основному незачепленою в процесі очищення основної частини. Описане є елементом, що має основну частину, яка включає велику кількість частково зв'язаних алмазних кристалів, каталітичний матеріал і міжвузловинну матрицю; основна частина має робочу поверхню. Міжвузловинна матриця в основній частині, що прилягає до робочої поверхні, є в основному вільною від каталітичного матеріалу, а міжвузловинна матриця, що залишається, містить каталітичний матеріал. Подібним чином розкритий ПКА елемент з основною частиною, що має каталітичний матеріал, міжвузловинну матрицю і робочу поверхню. Міжвузловинна матриця в основній частині, що прилягає до робочої поверхні, є в основному вільною від каталітичного матеріалу, а міжвузловинна матриця, що залишається, містить каталітичний матеріал. Крім того, розкритий ПКА елемент, що має основну частину з робочою поверхнею. Перший об'єм основної частини, віддаленої від робочої поверхні, містить каталітичний матеріал, а другий об'єм основної частини, що прилягає до робочої поверхні, є в основному вільним від каталітичного матеріалу. Також розкритий ПКА елемент, що включає в себе алмаз, який містить основну частину, інтегрально сформовану з металовмісною підкладкою. Основна частина має принаймні 85% за об'ємом щільності алмазу і міжвузловинну матрицю. Міжвузловинна матриця в основній частині, що прилягає до робочої поверхні, є в основному вільною від каталітичного матеріалу, а міжвузловинні ділянки, де основна частина контактує з підкладкою, містять каталітичний матеріал і мають середню товщину більшу ніж 0,15мм. Крім того, розкритий ПКА елемент, що включає в себе основну частину зв'язаних алмазів, яка має робочу поверхню, інтегрально сформовану з металовмісною підкладкою. Основна частина має принаймні 85% за об'ємом щільності алмазу. Перший об'єм основної частини, віддаленої від робочої поверхні, містить каталітичний матеріал, а другий об'єм основної частини, що прилягає до робочої поверхні, є в основному вільним від каталітичного матеріалу. Також розкритий ПКА елемент, що включає в себе основну частину, інтегрально сформовану з металовмісною підкладкою. Основна частина має велику кількість зв'язаних алмазних кристалів, що мають поверхні і каталітичний матеріал. Основна частина має також принаймні 85% за об'ємом щільності алмазу. Принаймні 30% кристалів в основній частині контактують із каталітичним матеріалом, і поверхні більшості кристалів, що залишаються, які знаходяться в межах принаймні 0,1 мм глибини від робочої поверхні, є в основному вільними від каталітичного матеріалу. Крім того, розкритий попередньо сформований різальний елемент. Цей різальний елемент включає в себе основну частину з надтвердого полікристалічного матеріалу, що містить велику кількість частково зв'язаних надтвердих кристалів, інтегрально сформованих із металовмісною підкладкою, велику кількість міжвузловинних ділянок серед надтвердих кристалів і каталітичний матеріал. Основна частина має принаймні 85% за об'ємом щільності алмазу і різальну поверхню. Міжвузловинні ділянки, що прилягають до принаймні частини різальної поверхні, є в основному вільними від каталітичного матеріалу, а принаймні 30% міжвузловинних ділянок, що залишаються, містять каталітичний матеріал. ПКА елементи за даним винаходом можуть бути використані для зношування, різання, креслення та інших застосувань, де необхідні спроектовані алмазні поверхні. Окремими застосуваннями є такі, як різальні елементи у долотах обертального буріння, як фіксованого типу, так і шарошкового типу, як матриці для пресування труб, тепловідводи, підшипники ковзання, поверхні клапана, індентори, осердя інструментів, і так далі. ПКА елемент за даним винаходом може бути використаний для машинного шліфування деревини, чорних і кольорових металів, а також дуже твердих або абразивних конструкційних матеріалів, таких як камінь і асфальт, та їм подібні. Короткий опис креслень Фіг.1А є типовим ПКА елементом за даним винаходом. Фіг.1В є типовим ПКА за даним винаходом, показаним як різальний елемент. Фіг.2 є виглядом збоку фіксованого різця долота обертального буріння, що використовує ПКА елемент за даним винаходом. Фіг.3 є перспективою шарошки долота обертального буріння, що використовує ПКА елемент за даним винаходом. Фіг.4 є перспективою вставки, застосовуваної у металорізальних станках, що використовують ПКА елемент за даним винаходом. Фіг.5 є перспективою куполоподібного ПКА елемента, придатного для використання як у шарошкових бурових долота х, так і у бурових долота х із фіксованим різцем. Фіг.6 є мікрофотографією поверхні ПКА елемента прототипу, яка показує матеріал, що каталізує зв'язування, у міжвузловинних ділянках. Фіг.7 є мікрофотографією ПКА елемента за даним винаходом, яка показує першу частину з каталітичним матеріалом у міжвузловинних ділянках і другу частин у без каталітичного матеріалу у міжвузловинних ділянках. Фіг.8 є мікроструктурним зображенням ПКА елемента прототипу, що показує зв'язані алмазні кристали, з міжвузловинними ділянками і випадковою кристалографічною орієнтацією окремих кристалів. Фіг.9 є мікроструктурним зображенням ПКА елемента за даним винаходом, як показано на Фіг.7, що показує глибину ділянки, вільної від каталітичного матеріалу, відносно поверхні ПКА елемента. Фіг.10 є графіком показників відносного зношування кількох втілень ПКА елемента за даним винаходом. Фіг.11А є фронтальною проекцією капсульованого ПКА втілення ПКА елемента за даним винаходом. Фіг.11В є виглядом у перерізі ще одного капсульованого ПКА втілення ПКА елемента за даним винаходом. Фіг.11С є виглядом у перерізі ще іншого капсульованого ПКА втілення ПКА елемента за даним винаходом. Фіг.12А є перспективою поверхні із застосуванням ХОГФ/КГФ для ще одного втілення ПКА елемента за даним винаходом. Фіг.12В є збільшеною перспективою кристалічної структури втілення ПКА елемента за даним винаходом, показаного на Фіг.12А. Фіг.13 є виглядом у перерізі фільєри для волочіння дроту, що має ПКА елемент за даним винаходом. Фіг.14 є перспективою тепловідводу, що має ПКА елемент за даним винаходом. Фіг.15 є перспективою підшипника, що має ПКА елемент за даним винаходом. Фіг.16А і 16В є фронтальними проекціями сполучних деталей клапана, що мають ПКА елемент за даним винаходом. Фіг.17А є виглядом збоку індентора, що має ПКА елемент за даним винаходом. Фіг.17В є виглядом у частковому перерізі перфоратора, що має ПКА елемент за даним винаходом. Фіг.18 є перспективою вимірювального приладу, що має ПКА елемент за даним винаходом. Фіг.19 є графіком, що представляє типову абразивну зносостійкість проти ударної в'язкості різальних елементів прототипу у порівнянні з різальним елементом за даним винаходом. Полікристалічний алмазний або з алмазоподібного матеріалу (ПКА) елемент 2 за даним винаходом показаний на Фіг.1А. ПКА елемент 2 має велику кількість частково зв'язаних надтвердих алмазних або алмазоподібних кристалів 60 (показані на Фіг.7 і 9), каталітичний матеріал 64 і міжвузловинну матрицю 68, утворену міжвузловинами 62 серед кристалів 60. Елемент 2 також має одну або більше робочих поверхонь 4, і алмазні кристали 60 та міжвузловини 62 утворюють об'єм основної частини 8 ПКА елемента 2. Переважно, елемент 2 інтегрально сформований з металовмісною підкладкою 6, звичайно карбідом вольфраму з кобальтовим зв'язувальним матеріалом. Щоб бути ефективним при використанні в застосуванні для абразивного зношування, об'ємна щільність алмазу в основній частині 8 повинна бути більшою ніж 85% за об'ємом, і переважно має бути ви щою ніж 90%. Робоча поверхня 4 є будь-якою частиною основної частини 8 ПКА елемента, яка в дії може контактувати з об'єктом, що обробляється. У цьому описі, коли обговорюють робочу поверхню 4, має бути зрозумілим, що це відноситься до будь-якої частини основної частини 8, яка може піддаватися впливу і/або бути використана як робоча поверхня. Крім того, будь-яка частина будьякої робочої поверхні 4 є по суті і сама по собі робочою поверхнею. У процесі виробництва за умов високої температури і високого тиску (ВТВТ) міжвузловини 62 серед кристалів 60 заповнюються каталітичним матеріалом 64, що супроводжується формуванням зв'язків між кристалами 60. На подальшій стадії виробництва деяка кількість каталітичного матеріалу 64 вибірково видаляється з деяких міжвузловий 62. Результатом є те, що перший об'єм основної частини 8 ПКА елемента 2, віддалений від робочої поверхні 4, містить каталітичний матеріал 64, а другий об'єм основної частини 8, що прилягає до робочої поверхні 4, є в основному вільним від каталітичного матеріалу 64. Міжвузловини 62, які є в основному вільними від каталітичного матеріалу 64, позначені цифрою 66. Таким чином, міжвузловинна матриця 68 основної частини 8, що прилягає до принаймні частини робочої поверхні 4, є в основному вільною від каталітичного матеріалу 64, а міжвузловинна матриця 68, що залишається, містить каталітичний матеріал 64. Як стверджувалося раніше, ПКА елемент 2 переважно приєднується у технологічному процесі з ВТВТ до підкладки 6 із менш твердого матеріалу, звичайно цементованого карбіду вольфраму або іншого металовмісного матеріалу, але використання підкладки 6 не є обов'язковим. Так як основна частина, що прилягає до робочої поверхні 4, є в основному вільною від каталітичного матеріалу 64, шкідливий вплив матеріалу 64, що каталізує зв'язування, суттєво зменшується, і термодеструкція робочої поверхні 4, обумовлена присутністю каталітичного матеріалу 64, ефективно усувається. Результатом є новий ПКА елемент 2, що має удосконалені термічні властивості, які наближають його до так званих термостійких ПКА елементів, у той же час підтримуючи міцність, зручність у виробництві і здатність до зв'язування традиційних РПА елементів. Це призводить до вищої зносостійкості у застосуваннях, пов'язаних із різанням, вищої потужності теплопередачі у застосуваннях, пов'язаних із тепловідводами, вищого допустимого навантаження у застосуваннях, пов'язаних з опорами, меншої поверхневої деформації у застосуваннях, пов'язаних із клапанами, і має переваги у чисельних інших застосуваннях, включаючи матриці для пресування труб, індентори, осердя інструментів і елементи зношування. Цих переваг досягають без втрати ударної в'язкості в елементах. Подробиці окремих застосувань нового ПКА елемента 2 будуть обговорені більш детально далі в цьому описі. Звертаючись зараз до мікрофотографії ПКА елемента прототипу на Фіг.6 і також до мікроструктурного зображення ПКА елемента прототипу на Фіг.8, добре відомо, що кристалографічна орієнтація алмазних або алмазоподібних кристалів 60 є випадковою, як показано за допомогою паралельних ліній, що представляють площини спайності кожного кристалу 60. Як можна бачити, сусідні кристали 60 зв'язані разом, з міжвузловинними проміжками 62 між ними. Так як площини спайності орієнтовані у різних напрямках на сусідніх кристалах 60, звичайно не існує прямої траєкторії, доступної для розлому алмазу. Така структура дозволяє ПКА матеріалам добре працювати в умовах екстремального навантаження, де звичайними є високі ударні навантаження. У процесі зв'язування кристалів 60 у пресові з високою температурою і високим тиском міжвузловинні проміжки 62 серед кристалів 60 заповнюються матеріалом 64, що каталізує зв'язування. Це той каталітичний матеріал 64, що робить можливим утворення зв'язків між сусідніми алмазними кристалами 60 при відносно низьких тисках і температурах, наявних у пресові. Прототип ПКА елемента має принаймні одну неперервну матрицю кристалів 60, з'єднаних один з одним, із багатьма міжвузловинами 62, які містять матеріал 64, що каталізує зв'язування, звичайно кобальтабо інший елемент VIII гр упи. Кристали 60 включають першу неперервну матрицю алмазу, а міжвузловини 62 утворюють другу неперервну матрицю, відому як міжвузловинна матриця 68, яка містить матеріал, що каталізує зв'язування. Крім того, обов'язково є відносно небагато ділянок, де ріст алмазу до алмазу капсулював деяку кількість матеріалу, що каталізує зв'язування. Ці "острівці" не є частиною неперервної міжвузловинної матриці 68 матеріалу 64, що каталізує зв'язування. Звертаючись зараз до Фіг.7 і 9, показане є поперечним перерізом ПКА елемента 2 за даним винаходом. ПКА елемент 2 може бути створений таким самим способом, як прототип ПКА елементів, описаний вище. У переважному втіленні, після попередньої операції очищення або в будь-який час після цього в процесі виробництва, робочу поверхню 4, 70, 72 ПКА елемента 2 обробляють у такий спосіб, який видаляє частину матеріалу, що каталізує зв'язування, із прилеглої основної частини. Результатом є те, що міжвузловини 62 серед алмазних кристалів 60, що прилягають до робочої поверхні, є в основному вільними від каталітичного матеріалу 64, позначені цифрою 66. Частина робочої поверхні 4, 70, 72, що є вільною від каталітичного матеріалу 64, не є об'єктом термодеструкції, з якою стикаються в інших ділянках ПКА, що призводить до поліпшених термічних характеристик. Середня об'ємна щільність алмазу в основній частині 8 ПКА елемента 2 за даним винаходом знаходиться в діапазоні від приблизно 85% до приблизно 99%. Високої об'ємної щільності алмазу досягають шляхом використання алмазних кристалів 60 із діапазоном розмірів частинок, із середнім розміром частинки, що знаходиться в межах від приблизно 30 до приблизно 60 мікронів. Звичайно алмазна суміш може містити від 20% до 60% алмазних кристалів 60 у діапазоні 5-15 мікронів, від 20% до 40% алмазних кристалів 60 у діапазоні 25-40 мікронів, і від 20% до 40% алмазних кристалів 60 з діаметром у діапазоні 50-80 мікронів, хоча можуть бути використані численні інші діапазони розмірів і відсотки. Ця суміш великих і маленьких алмазних кристалів 60 дозволяє алмазним кристалам 60 мати відносно високі відсотки площ своєї зовнішньої поверхні, призначених для зв'язування алмаз-алмаз, які часто досягають 95%, що сприяє відносно високій видимій стійкості до зношування. Існує багато способів видалення або зменшення кількості каталітичного матеріалу 64 з міжвузловий 62. В одному способі каталітичним матеріалом 64 є кобальт або інший матеріал із групи заліза, і способом видалення каталітичного матеріалу 64 є його вилуговування з міжвузловий 62 біля робочої поверхні 4, 70, 72 ПКА елемента 2 в те хнологічному процесі кислотного травлення до глибини, більшої ніж приблизно 0,2 мм. Також можливо, що спосіб видалення каталітичного матеріалу 64 з ділянок біля поверхні може бути здійснений за допомогою електричного розряду, або іншого електричного або гальванічного процесу, або за допомогою випаровування. У ще одному способі для зменшення кількості каталітичного матеріалу 64 у міжвузловинах 62 каталітичний матеріал 64 видаляють шляхом його хімічного сполучення, такого як сплавлення, з іншим матеріалом, таким, що він більше не діє як каталітичний матеріал. У цьому способі матеріал може залишатися у міжвузловинах серед алмазних кристалів 60, але цей матеріал більше не діє як каталітичний матеріал 64 - відбувається ефективне його видалення. У ще іншому способі для зменшення кількості каталітичного матеріалу 64 у міжвузловинах 62 каталітичний матеріал 64 видаляють, спричинюючи його перетворення на матеріал, що більше не діє як каталітичний матеріал. Це може досягатися шляхом зміни кристалічної структури, зміни фази, механічної "обробки", термічної обробки або інших способів обробки. Цей спосіб можна застосовувати до неметалевих або нереактивних каталітичних матеріалів. Знову, матеріал може залишатися у міжвузловинах 62 серед алмазних кристалів, але цей матеріал більше не діє як каталітичний матеріал 64 - відбувається ефективне видалення каталітичного матеріалу. Як тільки каталітичний матеріал 64, що прилягає до робочої поверхні 4, 70, 72, став неефективним, ПКА елемент 2 за даним винаходом не є більше сприйнятливим до того типу термодеструкції, який мав місце у прототипу ПКА елементів. Як описано раніше, існує два види термодеструкції, які, як відомо, спричинені каталітичним матеріалом 64. Перший вид термодеструкції починається при таких низьких температурах, як приблизно 400°С, і обумовлений перепадом теплового розширення між каталітичним матеріалом 64 у міжвузловинах 62 і кристалами 60. При достатньому розширеннізв'язок алмаз-алмаз може бути розірваний, і можуть мати місце тріщини і сколи. Другий вид термодеструкції починається при температурах приблизно 750°С. Цей вид обумовлений каталітичною здатністю матеріалу 64, що каталізує зв'язування, взаємодіяти з кристалами 60, і викликати графітування кристалів 60, якщо температура перевищить приблизно 750°С. В той час як кристали 60 графітуються, вони піддаються величезному збільшенню об'єму, що призводить до розтріскування і порушення зв'язку в основній частині 4. Навіть покриття у кілька мікронів каталітичного матеріалу 64 на поверхнях алмазних кристалів 60 може запустити цей вид термодеструкції. Тому фа хівці у даній галузі могли б оцінити, що для максимальної користі каталітичний матеріал 64 повинен видалятися як із міжвузловий 62 серед алмазних кристалів 60, так і з поверхонь алмазних кристалів 60 також. Якщо каталітичний матеріал 64 видаляється як із поверхонь алмазних кристалів 60, так і з міжвузловий 62, початок термодеструкції для алмазних кристалів 60 у цій ділянці міг би наближатися до 1200°С. Цей подвійний вид деструкції, однак, забезпечує деякі несподівані переваги. Наприклад, у багатьох застосуваннях бажано спроектува ти швидкість зношування робочої поверхні. У даному винаході цього можна досягти шляхом зміни технологічного процесу обробки, такої, що на ділянках, де потрібна максимальна зносостійкість, каталітичний матеріал видаляють як із міжвузловий 62, так і з поверхонь алмазних кристалів 60. На ділянках, де бажана менша зносостійкість, наприклад, в самозагострювальних інструментах, ці ділянки могли б бути оброблені таким чином, щоб видалити каталітичний матеріал 64, головним чином, із міжвузловий 62, але дозволити деяким, якщо не всім, алмазним кристалам 60 залишатися в контакті з каталітичним матеріалом. Має бути також очевидним, що важче видалити каталітичний матеріал 64 з поверхонь алмазних кристалів 60, ніж з міжвузловий 62. З цієї причини, в залежності від способу, яким видаляється каталітичний матеріал, щоб бути е фективною у зменшенні термодеструкції, глибина видалення каталітичного матеріалу 64 із робочої поверхні 4 може змінюватися в залежності від способу, використовуваного для зменшення кількості каталітичного матеріалу 64. У деяких застосуваннях підвищення термічного порога до температури вище 400°С, але нижче 750°С, є достатнім, і, отже, дозволяється менш інтенсивний процес видалення каталітичного матеріалу 64. Як наслідок, можна було б оцінити, що існують численні поєднання способів видалення каталітичного матеріалу 64, які могли б бути застосовані для досягнення рівня видалення каталітичного матеріалу 64, що необхідний для окремого застосування. У цьому описі при використанні терміну "в основному вільний" стосовно каталітичного матеріалу 64 у міжвузловинах 62, міжвузловинній матриці 68, або в об'ємі основної частини 8, має бути зрозумілим, що багато, якщо не всі, поверхонь сусідніх алмазних кристалів 60 можуть все ще мати покриття з каталітичного матеріалу 64. Подібним чином, коли термін "відносно вільний" використовують стосовно каталітичного матеріалу 64 на поверхнях алмазних кристалів 60, каталітичний матеріал 64 все ще може бути присутнім у сусідніх міжвузловинах 62. З видаленням або зменшенням кількості каталітичного матеріалу 64 два основні механізми термодеструкції більше не є присутніми. Однак було виявлено, що каталітичний матеріал 64 має бути видалений до глибини, достатньої, щоб дозволити зв'язаним кристалам 60 проводити тепло, вироблене при термічному процесі, для зниження температури деструкції кристалів 60, де присутній каталітичний матеріал 64. В одному наборі лабораторних тестів тепло подавалося у ПКА елемент 2, скомпонований як різальний елемент 10. Оскільки цей тест був розроблений як стандартний тест на зношування для цих різальних елементів, він забезпечував коректне порівняння різальних елементів 10 із різними глибинами видалення каталітичного матеріалу 64. У цих тестах звертали увагу на забезпечення того, щоб процес видалення зменшува в кількість каталітичного матеріалу 64 як у міжвузловинах 62, так і на поверхнях алмазних кристалів 60. Цей тест був розроблений таким чином, що застосовували періодичну подачу тепла до різального ребра ПКА різального елемента 10 протягом відомого періоду часу. Як тільки тест було закінчено, був розрахований показник зношування. Чим вищий показник зношування, тим кращою є зносостійкість. Завдяки характеру тесту, припускають, що збільшена цифра показника зношування вказує на збільшену стійкість до термодеструкції робочої поверхні 70, 72 різального елемента 10. Як можна побачити на кривій "А" на графіку Фіг.10, існує вражаюче збільшення у результатах показника зношування для різальних елементів 10, коли глибина видалення каталітичного матеріалу 64 досягає 0,1мм. Таким чином, для типів подачі тепла, загальноприйнятих у різальних елементах 10, глибина 0,1мм є критичною глибиною видалення з робочої поверхні 4, 70, 72, коли каталітичний матеріал 64 видаляють як із міжвузловий 62, так і з поверхонь алмазних кристалів 60. В інших теста х, на різальних елементах 10, виготовлених за допомогою більш економічного процесу для видалення каталітичного матеріалу 64, як вважають, зношування апроксимує з глибиною видалення, що показано на кривій "В" Фіг.10. Процес видалення каталітичного матеріалу 64, застосований для цих різальних елементів, не був настільки ефективним для видалення каталітичного матеріалу 64 із поверхонь алмазних кристалів 60, як процес кривої "А". Тому тільки коли більшість каталітичного матеріалу 64 була видалена з міжвузловий 62 до глибини приблизно 0,2мм, швидкість зношування поліпшилася до такої на кривій "А". Було виявлено, що ударна в'язкість цих різальних елементів 10 суттєво не змінювалася у порівнянні з необробленими елементами. Звертаючись зараз до Фіг.19, щоб наглядно продемонструвати порівняння вдосконалення у зносостійкості за даним винаходом одночасно з підтриманням ударної в'язкості, за допомогою кривої W показана типова крива опору удару проти абразивної зносостійкості, добре відома і добре встановлена для різальних елементів прототипу. Точка Ρ на графіку відповідно вказує на властивості різального елемента за даним винаходом. Як можна бачити, точка Ρ лежить в області верхнього правого кута гра фіка, який означає для фахівців у даній галузі суттєве і значне удосконалення у зносостійкості різальних елементів, у той же час підтримуючи ударну в'язкість. Вважають, що термодеструкція, яка відноситься до швидкостей зношування, як показано на кривій "С" Фіг.10, може проектуватися у ПКА елементах 2, де це є корисним. Наприклад, може бути бажаним, щоб леза вигнутих різальних елементів 10, віддалені від центра контакту, зношувалися швидше, ніж центральна точка. Це могло б зберігати вигнуту форму різального елемента, замість того, щоб вона перетворювалася на плоску поверхню. Поліпшена стійкість до термодеструкції покращує швидкість зношування, оскільки алмаз є надзвичайно хорошим провідником тепла. Якщо явище тертя на робочій поверхні 4, 70, 72 викликає раптову надзвичайно велику подачу тепла, зв'язані алмазні кристали можуть проводити тепло в усі х напрямках від джерела тепла. Це б дозволило створити надзвичайно високий температурний градієнт по всьому матеріалу, можливо, 1000°С на мм або вищий. Градієнт такого крутого підйому зробив би можливим досягнення робочою поверхнею 4, 70, 72 температури 950°С, і не викликав суттєвої термодеструкції, якщо міжвузловини 62 і поверхні алмазних кристалів 60, що прилягають до робочої поверхні, є в основному вільними від каталітичного матеріалу 64 на глибину лише 0,2мм від джерела тепла. Має бути очевидним, що температурний градієнт буде варіювати в залежності від розміру кристала 60 і кількості міжкристалічних зв'язків. Одним зручним способом охарактеризувати його є об'ємна щільність алмазу в основній частині 8. При стандартних технологічних процесах, оскільки об'ємна щільність алмазу збільшується, потенційний температурний градієнт крізь матеріал також збільшується. Це припускає, що матеріал, у всьому іншому ідентичний тому, який давав криву "В" на Фіг.10, за винятком підвищеної об'ємної щільності алмазу, міг би згодом давати показник зношування, ближчий до кривої "А" на Фіг.10. У випробуваннях в умовах експлуатації різальних елементів 10 для бурових доліт видалення в основному всього каталітичного матеріалу 64 з міжвузловий 62 до відстані D від приблизно 0,2 мм до приблизно 0,3мм з робочої поверхні 4, 70, 72 викликало вражаюче покращення зносостійкості, з поєднанням 40% збільшення механічної швидкості буріння і 40% покращення зносостійкості без втрати ударної в'язкості. Покращення зносостійкості вказує на те, що зношування від тертя алмазних кристалів 60 внаслідок термодеструкції, викликаної каталітичним матеріалом 64, вражаюче зменшилося. Як вважають, збільшення механічної швидкості буріння обумовлене можливістю різця довше залишатися "гострішим" внаслідок підвищеної зносостійкості. Вважають однак, що оскільки об'ємна щільність алмазу в основній частині 8 збільшується з діапазону 85%—90% до діапазону 95%—99%, відстань D, необхідна для створення окремого показника зношування, буде зменшуватися. Тому також вважають, що відстань D менша ніж 0,1мм могла забезпечити приблизно такий же показник зношування у різальному елементі з щільністю алмазу основної частини, що наближається до 99%, як відстань D0,2-0,3мм в основній частині з об'ємною щільністю алмазу від 85% до 90%. При видаленні каталітичного матеріалу 64 з міжвузловий 62 важливим є те, що розташована нижче підкладка 6, 32 також не зачіпається. Отже, дуже важливим є те, що принаймні частина алмазного шару має каталітичний матеріал 64, який залишається у міжвузловинах 62. Було виявлено, що при видаленні каталітичного матеріалу 64 з плоскої поверхні, що має плоску поверхню поділу з підкладкою 6, 32, повинен залишатися шар з мінімальною товщиною приблизно 0,15мм, який містить каталітичний матеріал 64, щоб гарантува ти, що розташована нижче підкладка 6, 32 не зачіпається. Визначення цієї кількості для РПА загалом є проблематичним, оскільки може припускатися деяка взаємодія процесу видалення і підкладки, і їх геометрія може бути складною. Тим не менше, одним із способів кількісного визначення цього є те, що частина основної частини 8, яка контактує з підкладкою 6, 32, повинна мати каталітичний матеріал 64, що залишається у міжвузловинах 62, до середньої товщини більшої ніж 0,15мм. Ще одним способом кількісного визначення цього є вираження мінімальної кількості каталітичного матеріалу 64, що залишається у міжвузловинах 62, у вигляді відсотку за об'ємом. Відомо, що для дуже тонкого, плоского алмазного шару у основній частині товщиною 0,5мм потрібний шар товщиною 0,15мм, що містить каталітичний матеріал 64. Отже, справедливо припустити, що мінімум 30% об'єму основної частини 8 повинні мати міжвузловини 62, які містять каталітичний матеріал 64, для РПА елементів за даним винаходом, зокрема, з діапазоном розмірів звичайно застосовуваних різців, армованих полікристалічними алмазами. Існують інші можливі конструкції ПКА елементів, які мають користь із зменшення кількості або видалення каталітичного матеріалу 64, як описано вище. Як показано на Фіг.11А, 11В і 11С, ще одним втіленням даного винаходу є складений ПКА елемент 102. ПКА елемент 102 має основну частину 108, із матеріалом із VIII гр упи, що каталізує зв'язування, з другим попередньо сформованим ПКА елементом 110, вставленим всередину нього. Вставлений ПКА елемент 110 може бути врівень з робочою поверхнею 104 капсульованого ПКА елемента 120, як показано на Фіг.11А, або він може бути повністю вбудований всередину капсульованого ПКА елемента 120, як показано на Фіг.11В. Цей вставлений ПКА елемент 110 виготовлений у те хнологічному процесі з використанням порошкових карбонатів Mg, Ca, Sr і Ва як матеріалу, що каталізує зв'язування., і оформлений у складений ПКА елемент, як описано у звичайним чином поданій одній із заявок на патент США того ж заявника (що знаходиться одночасно на розгляді патентного відомства), реєстраційний номер 09/390 074, яка включена сюди за допомогою посилання. У цьому втіленні, оскільки вставлений попередньо сформований ПКА елемент 110 формується при більш високих тисках, щільність алмазу може бути зроблена вищою, ніж його щільність у капсульованому ПКА елементі 120. У цій конструкції, оскільки вставлений ПКА елемент 110 має каталітичний матеріал із вищою температурою активації, може бути корисним, наприклад, зменшення кількості каталітичного матеріалу лише на робочій поверхні капсульованого ПКА елемента 120. Крім того, вста влений ПКА елемент 110 може бути розміщений у заданому положенні всередині капсульованого ПКА елемента 120, щоб скористатися перевагою вищої ударної в'язкості вставленого ПКА елемента 110, поєднаною з поліпшеною зносостійкістю капсульованого елемента 120. Як показано на Фіг.9, 11А, 11В і 11С, елемент 102 має велику кількість частково зв'язаних алмазних кристалів 60, каталітичний матеріал 64 і основну частину 108 із робочою поверхнею 104. Об'єм 112 основної частини, що прилягає до робочої поверхні 104, має суттєво вищу щільність алмазу, ніж будь-де в іншому місці 114 основної частини 108, і цей об'єм 112 є в основному вільним від каталітичного матеріалу 64. Декілька вставлених ПКА елементів 110 можуть бути скомпоновані у складений елемент 100, як показано на Фіг.11С, у спосіб, в якому може бути реалізоване найкраще як з ударної в'язкості, так і з поліпшеної зносостійкості. Може бути бажаним видалити каталітичний матеріал у вставленому ПКА елементі 110, так само як каталітичний матеріал у капсульованому ПКА елементі 120. Це поєднання могло б забезпечити елемент із найвищою можливою ударною в'язкістю, поєднаною з найвищою можливою зносостійкістю, доступною для алмазних елементів для комерційного використання. На Фіг.12А і 12В показане ще одне втілення ПКА елемента 202 за даним винаходом. У цьому втіленні ПКА елемент 202 спочатку формується у спосіб формування прототипу. Після приготування поверхні використовують процес ХОГФ або КГФ для забезпечення щільноупакованої сукупності епітаксіально орієнтованих кристалів алмазу 260, розміщеної на майбутній робочій поверхні 204 на частині 210 ПКА елемента 202. Скомпонований блок потім піддають технологічному процесу з високими температурами і високим тиском, за допомогою чого розміщені алмазні кристали 260 утворюють зв'язки алмаз-алмаз один з одним і з алмазними кристалами у ви хідному ПКА. Таке зв'язування алмаз-алмаз є можливим завдяки присутності каталітичного матеріалу 64, який вводять з поверхні вихідного ПКА елемента 202. Після очищення частину робочої поверхні 204 обробляють для видалення каталітичного матеріалу 64 із шару, осадженого ХОГФ або КГФ. Кінцевим продуктом є ПКА елемент, що має одну частину робочої поверхні 204 з об'ємом 214, де щільність алмазу набагато вища, ніж щільність інших поверхонь 280 ПКА елемента 202. Цю ділянку 214 високої щільності алмазу пізніше позбавляють каталітичного матеріалу 64. Частини інших поверхонь 280 ПКА елемента 202 також можуть бути позбавлені матеріалу, що каталізує зв'язування. В загальному елементи 102, 202, показані на Фіг.11А, 11В, 11С, 12А і 12В, можуть бути охарактеризовані як ПКА елемент 102, 202, що має основну частину 108, 208 із робочою поверхнею 104, 204. Щільність алмазу, що прилягає до робочої поверхні 104, 204, є суттєво вищою, ніж будь-де в іншому місці основної частини 108, 208, і є в основному вільною від каталітичного матеріалу 64. Одним особливо корисним застосуванням для ПКА елемента 2 за даним винаходом є, наприклад, різальні елементи 10, 50, 52, як показано на Фіг.1В, 4 і 5. Робочою поверхнею ПКА різальних елементів 10, 50, 52 може бути вер хня частина робочої поверхні 70 і/або периферійна робоча поверхня 72. ПКА різальний елемент 10 на Фіг.1В є одним із тих, що можуть типово використовува тися у фіксованих різцях доліт обертального буріння 12, або у пристосуваннях для обмеження глибини проникнення різального приладу в інших типах свердловинних інструментів. ПКА різальний елемент 50, показаний на Фіг.5, може мати куполоподібну форму 39. Такий тип ПКА різального елемента 50 має розширену основу 51 для вставки в гнізда у шарошковому буровому долоті 38 або в корпус обох типів доліт обертального буріння, 12, 38, як буде детально описано далі. ПКА різальний елемент 52 на Фіг.4 пристосований для використання у процесах механічної обробки. Хоча конфігурація різального елемента 52 на Фіг.4 є прямокутною, фахівці в даній галузі зможуть належно оцінити, що цей елемент міг би бути трикутним, чотирикутним, або багатьох інших форм, придатних для механічної обробки високоабразивних матеріалів, які важко обробити на станку з традиційним обладнанням. ПКА різальний елемент 10 може бути попередньо сформованим різальним елементом 10 долота обертального буріння 12 із фіксованим різцем (як показано на Фіг.2). Корпус долота 14 бурового долота утворений з великої кількості різців 16, що звичайно тягнуться ззовні вздовж від центральної поздовжньої осі обертання 18 бурового долота. Велика кількість ПКА різальних елементів 10 за даним винаходом розміщена відособлено бік-у-бік вздовж провідної площини 20 кожного різця. Типово, ПКА різальний елемент 10 має основну частину у формі круглої таблетки, яка має тонку передню плоску поверхню 30 з алмазного або алмазоподібного (ПКА) матеріалу, приєднану у пресові з високою температурою і високим тиском до підкладки 32 із менш твердого матеріалу, такого як цементований карбід вольфраму або інший металовмісний матеріал. Різальний елемент 10 є попередньо сформованим і потім звичайним чином приєднаним на, як правило, циліндричний носій 34, який також сформований з цементованого карбіду вольфраму, або альтернативно може бути приєднаний безпосередньо до різця. ПКА різальний елемент 10 має робочі поверхні 70 і 72. Циліндричний носій 34 поміщають всередині гнізда, яке має відповідну форму, або заглиблюють у різець 16. Носій 34 буде звичайно ставати твердим або буде давати усадку, щоб відповідати формі гнізда. У дії бурове долото 12 з фіксованим різцем обертається, і на нього здійснюється осьове навантаження. Це заставляє різальні елементи 10 бурити землю, здійснюючи різальні і/або бурильні дії. ПКА різальні елементи 10 можуть також бути застосовані до ділянки пристосування 36 для обмеження глибини проникнення долота 12 для забезпечення дій з калібрувального розширення свердловини, так само як для захисту долота 12 від надмірного зношування у ділянці пристосування 36 для обмеження глибини проникнення. Для того щоб розмістити ці різальні елементи 10 настільки близько, наскільки це можливо, може бути бажаним об'єднати ці елементи у форми, такі, як показана прямокутна форма, які більш легко вписуються у ділянку пристосування 36 для обмеження глибини проникнення. У другому втіленні різальний елемент 50 (як показаний на Фіг.5) за даним винаходом знаходиться на буровому долоті 38 шарошкового типу, показаному на Фіг.3. Шарошкове бурове долото 38 типово має одну або більшу кількість зрізаних конічних шарошок 40, 41, 42, змонтованих на підшипниковому шпинделі на лапі 44 корпуса 46 долота. Різальні елементи 50 можуть бути змонтовані як одна або більше з великої кількості різальних вставок, розміщених у рядах на шарошках 40, 41, 42, або альтернативно ПКА різальні елементи 50 можуть бути розміщені вздовж лапи 44 долота 38. ПКА різальний елемент 50 має основну частину у формі зовнішньої поверхні 35 з алмазного або алмазоподібного матеріалу, приєднаного до менш твердої підкладки 37. Зовнішня поверхня 35 у цьому втіленні даного винаходу має форму куполоподібної поверхні 39 і має робочі поверхні 70 і 72. Відповідно, часто існує певна кількість перехідних шарів між зовнішньою поверхнею 35 і підкладкою 37 для того, щоб сприяти більш рівномірному розподілу навантажень, які виникають у процесі виробництва, як це добре відомо фа хівцям у даній галузі. У дії шарошкове бурове долото 38 обертається, і на нього здійснюється осьове навантаження. Це заставляє різальні вставки 50 у рядах конічних шарошок 40, 41, 42 заглиблюватися в землю, і, оскільки долото 36 обертається, шарошки 40, 41, 42 теж повертаються, здійснюючи бурильні дії. У ще одному втіленні ПКА різальний елемент 52 за даним винаходом має форму трикутника, чотирикутника або є матеріалом іншої форми для використання у вигляді різальної вставки в циклі технологічної обробки. У цьому втіленні різальний елемент 52 має основну частину у формі зовнішньої плоскої поверхні 54 з алмазного або алмазоподібного матеріалу, приєднану до менш твердої підкладки 56 із робочими поверхнями 70 і 72. Типово, різальний елемент 52 міг би бути потім розрізаний на велику кількість менших частин, які пізніше приєднують до вставки 58, що встановлена у різцетримачі металорізального станка. Різальний елемент 52 може бути приєднаний до вставки за допомогою паяння твердим припоєм, за допомогою клейких речовин, зварювання або фіксації затисканням. Також можливо закінчити формування різального елемента 52 у формі вставки у процесі виробництва при високій температурі і високому тиску. Як показано на Фіг.13-18, ПКА елементи 2, 102, 202 за даним винаходом також можуть бути використані для інших застосувань, таких як матриці для пресування труб, показаних, наприклад, як фільєра для волочіння дроту 300 на Фіг.13, що використовує ПКА елемент 302 за даним винаходом. Також може бути бажаним використати відмінні характеристики теплопередачі ПКА елементів 2, 102, 202 разом із їхніми властивостями електричної ізоляції, так як це зроблено у тепловідводі 310 з ПКА елементом 312 за даним винаходом. Інші застосування включають підшипники ковзання 320 із ПКА несучим елементом 322, показаним на Фіг.15, і сполучні деталі клапана 340, 344 із поверхнями 342, що мають ПКА елемент 342 за даним винаходом, як показано на Фіг.16А і 16В. Крім того, індентори 360 для гравірувальних різців, приладів для визначення твердості, для вимірювання шорсткості поверхні, і так далі, можуть мати ПКА елементи 362 за даним винаходом, як показано на Фіг.17А. Перфоратори 370 можуть мати будь-яку з двох або обидві матриці 372, 374, виготовлені з ПКА матеріалу за даним винаходом, як показано на Фіг.17В. Крім того, осердя інструментів 382 та інші типи елементів зношування для вимірювальних приладів 380, показані на Фіг.18, можуть бути зроблені з ПКА елементів за даним винаходом. Має бути зрозумілим, що майже кожне застосування для полікристалічних алмазів могло б отримати користь із ПКА елементів за даним винаходом, позбавлених каталітичного матеріалу. Незважаючи на те, що даний винахід був описаний у конкретному відношенні до креслень, прикладених до нього, має бути зрозумілим, що інші і подальші модифікації, крім показаних або запропонованих тут, можуть бути зроблені в межах сфери охоплення і основних тенденцій даного винаходу.