用于钻井应用的厚的固体碳酸盐基pcd的烧结的制作方法_3

文档序号:8926240阅读:来源:国知局
金刚石与碳酸盐的重量百分比之比可大于相邻层403和405的重量百分比之比(并且由此也大于内层404),其中,第一和第二外层402和406可具有大致相同或不同的金刚石与碳酸盐的重量百分比之比。
[0032]除了改变每个层中与金刚石混合的碳酸盐材料的量之外,层402、403、404、405、406可包括相同或不同类型的与金刚石相混合的碳酸盐材料。例如,内层404可以由仅仅包括金刚石、碳酸镁和碳酸钙的预混合成物形成,而相邻层403、405和外层402、406可以由仅包括金刚石和碳酸镁的预混合成物形成。其它的预混层,例如内层,可以由金刚石和碱金属碳酸盐以及碱土金属碳酸盐形成。此外,本公开的预混层可以被描述成仅由金刚石和一种或多种碳酸盐形成;然而,这些合成物还可以包括少量杂质。
[0033]现在参照图5和6,示出了预混层的其它实施例。如图5所示,第一外层502可具有厚度510、沿着垂直于该厚度的平面维度延伸的区域515以及金刚石与碳酸盐的重量百分比之比,其中,厚度510在整个区域515上是相同的,该重量百分比之比在整个第一外层502上基本上不变。特别地,在整个层上基本不变的金刚石与碳酸盐的重量百分比之比意味着,在该层的一个区域测得的金刚石与碳酸盐的重量百分比之比与该层的其它区域的金刚石与碳酸盐的重量百分比之比大致相同。例如,如图5所示,在与外层502的外表面相邻的区域530测得的金刚石与碳酸盐的重量百分比之比与在外层502的内部区域532测得的金刚石与碳酸盐的重量百分比之比大致相同,且与在与外层502的外表面相邻的第二区域534测得的金刚石与碳酸盐的重量百分比之比大致相同。换句话说,在该层的整个厚度510和区域515上,重量百分比之比基本相同。然而,在其它实施例中,整个层的重量百分比之比可以不同,例如重量百分比之比可以在一个层的厚度或区域上是变化的(按区域或按梯度)。例如,一个或多个预混层在该层的中心或芯部上或附近可具有较高浓度的碳酸盐材料(即,低的金刚石与碳酸盐的重量百分比之比),而在该层的外表面上或附近的区域可具有相对较低浓度的碳酸盐材料(即,高的金刚石与碳酸盐的重量百分比之比)。
[0034]内层504设置成与第一外层502相邻并且金刚石与碳酸盐的重量百分比之比在整个层上基本上不变。内层504的重量百分比之比可小于第一外层502,其中,在第一外层502中的金刚石预混浓度比内层504的高。第二外层506设置成与内层504相邻并且与第一外层502相反而设,其中,第二外层506的重量百分比之比与内层504的重量百分比之比不同。第二外层506的重量百分比之比可小于内层504的重量百分比之比(并且由此也小于第一外层502的重量百分比之比)。然而,在其它实施例中,第二外层的重量百分比之比可与第一外层的重量百分比之比相同或不同并且可以大于或小于内层的重量百分比之比。此外,渗入层520可以设置成与第二外层506相邻,与内层504相反而设。渗入层520可以由碳酸盐材料、例如碳酸镁形成。
[0035]如图6所示,第一外层602可具有厚度612、沿着垂直于该厚度的平面维度延伸的区域615以及金刚石与碳酸盐的重量百分比之比,其中,厚度612在整个区域615上是相同的,重量百分比之比在整个第一外层602上基本不变。内层604设置成与第一外层602相邻并且其金刚石与碳酸盐的重量百分比之比在整个层上基本不变。内层604的重量百分比之比小于第一外层602的。第二外层606设置成与内层604相邻并且与第一外层602相反而设,其中,第二外层606的重量百分比之比小于内层604的重量百分比之比(并且由此小于第一外层602)。然而,根据其它实施例,第二外层606的重量百分比之比可与第一外层602的重量百分比之比相同或不同并且可大于或小于内层604的重量百分比之比。
[0036]此外,图6所示的每个层的厚度可以是相同或不同的。例如,如图所示,第一外层602的厚度可与内层604的厚度相同,并且第二外层606的厚度616可大于内层604和第一外层602的厚度612、614。渗入层620的厚度610也可以与预混层602、604、606的厚度相同或不同。例如,如图6所示,渗入层620的厚度610可与第一外层602的厚度612大致相同并且小于第二外层606的厚度616。渗入层620可以由碳酸盐材料、例如碳酸镁形成。
[0037]渗入层可以设置成与预混层组合的第一外层或第二外层相邻。例如,图5所示的渗入层520设置成与具有最低的金刚石与碳酸盐的重量百分比之比(即,相对较大量的碳酸盐材料)的第二外层506相邻。然而,在其它实施例中,渗入层可以设置成与具有最高的金刚石与碳酸盐的重量百分比之比的层相邻。例如,如图6所示,渗入层620可以设置成与第一外层602相邻,所述第一外层602的重量百分比之比大于层604和606的重量百分比之比。
[0038]在其它实施例中,渗入层可以设置成与预混层组合的第一外层和第二外层均相邻。例如,参照图10,示出了本公开的一个实施例,其中,渗入层设置成与外部预混层相邻。如图所示,多个预混层1002、1003、1004、1005和1006中的每个层均具有预先确定的金刚石与碳酸盐的重量百分比之比,它们层叠到一起以形成预混层组合。渗入层1020形成为与外层1002和1006相邻。每个层,包括预混层1002、1003、1004、1005、1006和渗入层1020,均具有厚度和沿着垂直于该厚度的维度平面延伸的区域,其中,厚度在整个区域上是相同的。如图所示,渗入层1020均具有厚度1010和区域1015。预混层1002、1003、1004、1005和1006均可具有与渗入层1020的厚度相同或不同的厚度。金刚石与碳酸盐的重量百分比之比可以从外层1002、1006向内层1004递减或递增,以使得包括有渗入层1020的预混层组合相对于横向平面1001在金刚石与碳酸盐的成分上是对称的。然而,在其它实施例中,渗入层可以设置成与不具有金刚石与碳酸盐的成分对称性的预混层组合的第一和第二外层相邻。例如,预混层的金刚石与碳酸盐的重量百分比之比可从第一外层向第二外层递减或递增,其中,渗入层设置成与第一和第二外层均相邻。在其它实施例中,预混层的金刚石与碳酸盐重量百分比之比从外层向内层递减或递增,其中,渗入层设置成与外层均相邻。
[0039]在金刚石和碳酸盐混合物中使用的金刚石颗粒例如可以根据最终的应用而包括天然或合成金刚石,并且可具有变化的颗粒尺寸。例如,金刚石颗粒的大小可以在亚微米到100微米(细粒和/或粗粒)之间变化,并且在一些实施例中可在1-5微米之间变化,在其它实施例中在5-10微米之间变化,并且在其它另外的实施例中在15-20微米之间变化。此外,金刚石颗粒可以具有单模态分布(具有相同的总体平均颗粒大小)或者多模态分布(具有不同量的不同的平均颗粒大小)。可以用在形成本公开的预混层的金刚石和碳酸盐混合物中的碳酸盐材料(在某些实施例中作为渗入材料)可包括碱金属碳酸盐和/或碱土金属碳酸盐,例如,碳酸镁或碳酸钙。碳酸盐材料的颗粒大小范围可为亚微米到100微米并且在一些实施例中为0.1到30微米。此外,不同的预混层可以具有不同的颗粒尺寸范围。例如,中心层可以具有更硬的,粗粒级的金刚石,而碳酸盐材料在整个预混层组合上可以具有基本相同的颗粒尺寸范围。
[0040]此外,根据本公开的实施例,预混层中的碳酸盐的重量百分比的变化范围可为从大于O重量百分比的碳酸盐到小于大约20重量百分比的碳酸盐,并且预混层中的金刚石重量百分比的变化范围可为从大于80重量百分比的金刚石到小于99重量百分比的金刚石。例如,某些实施例包括的金刚石和碳酸盐混合物的金刚石与碳酸盐的重量百分比之比包括大于大约90重量百分比的金刚石和小于大约10重量百分比的碳酸盐材料。在另一个实施例中,一个或多个预混层的金刚石与碳酸盐的重量百分比之比包括大于大约95重量百分比的金刚石和小于5重量百分比的碳酸盐。例如,在某些实施例中,预混层组合的一个或两个外层可具有4或更少重量百分比的碳酸盐材料和96或更多重量百分比的金刚石。在其它实施例中,根据颗粒尺寸,预混层组合的一个或两个外层可以具有2或更少重量百分比的碳酸盐材料和98或更多重量百分比的金刚石。
[0041]如图7所示,具有较低浓度的碳酸
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