该超硬多晶材料的过程中在HP/HT压机中接合在一起之前在单独的过程中预烧结。
[0073]在进一步的实施方案中，将该基材与多晶超硬材料的本体预成型。例如，超级硬晶粒/颗粒的双峰进料与非反应性相颗粒和同样为粉末形式的任选碳酸盐粘合剂-催化剂混合在一起，并将该混合物填充到适当形状的罐中并随后在压机中施以极高的压力和温度。通常，该压力为至少5GPa，该温度为至少约1200摄氏度。随后将该多晶超硬材料的预成型本体放置在预成型碳化物基材(混入粘合剂催化剂)的上表面上的适当位置处，且该组装件位于适当形状的罐中。随后在压机中对该组装件施以高温和压力，温度和压力的级别仍分别为至少约1200摄氏度和5GPa。在该工艺过程中，该溶剂/催化剂由该基材迀移至超硬材料的本体中并充当粘合剂-催化剂以实现在该层中的互生并还用于将多晶超硬材料层接合到该基材。该烧结过程还用于将超硬多晶材料的本体接合到基材。
[0074]在其中烧结碳化物基材不含有足够的用于金刚石的溶剂/催化剂并且其中该PCD结构在烧结过程中在超高压力下整体成型到基材上的实施方案中，溶剂/催化剂材料可以包含在金刚石晶粒的聚集物中或由烧结碳化物基材之外的材料源引入到金刚石晶粒的聚集物中。该溶剂/催化剂材料可以包含钴，其在超高压力下在烧结步骤之前和在烧结步骤过程中由该基材渗透到金刚石晶粒的聚集物中。但是，在其中基材中钴或其它溶剂/催化剂材料的含量为低的实施方案中，特别是当其低于该烧结碳化物材料的约11重量％时，那么可能需要提供替代源以便确保该聚集物的良好烧结以形成PCD。
[0075]用于金刚石的溶剂/催化剂可以通过各种方法引入到金刚石晶粒的聚集物中，包括将粉末形式的溶剂/催化剂材料与该金刚石晶粒共混，将溶剂/催化剂材料沉积到该金刚石晶粒表面上，或者在烧结步骤之前或作为烧结步骤的一部分由基材之外的材料源将溶剂/催化剂材料渗透到该聚集物中。将用于金刚石的溶剂/催化剂(如钴)沉积到金刚石晶粒表面上的方法在本领域是公知的，并包括化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、溅射涂覆、电化学法、无电涂覆法和原子层沉积(ALD)。要理解的是，各自的优点与缺点取决于烧结助剂材料的性质和待沉积的涂层结构体，以及该晶粒的特性。
[0076]类似地，非反应性相颗粒可以通过各种手段引入，例如，该金刚石晶粒或颗粒可以在烧结前涂有非反应性材料。
[0077]在一个实施方案中，该粘合剂/催化剂如钴可以通过首先沉积前体材料并随后将该前体材料转化为包含元素金属钴的材料沉积到该金刚石晶粒的表面上。例如，在第一步骤中，可以采用以下反应在金刚石晶粒表面上沉积碳酸钴:
[0078]Co (N03)2+Na2C03 — CoC03+2NaN03
[0079]钴或其它用于金刚石的溶剂/催化剂的碳酸盐或其它前体的沉积可以通过PCT专利公开号W02006/032982中描述的方法来实现。碳酸钴可以随后转化为钴和水，例如，通过如下的热解反应:
[0080]CoC03 — Co0+C02
[0081]Co0+H2 — Co+H20
[0082]在另一实施方案中，钴粉末或钴的前体，例如碳酸钴，可以与该金刚石晶粒共混。当使用溶剂/催化剂如钴的前体时，有必要热处理该材料以实现反应，以在烧结该聚集物之前制造元素形式的该溶剂/催化剂材料。
[0083]在一些实施方案中，该烧结碳化物基材可以由通过粘合剂材料接合在一起的碳化妈颗粒构成，该粘合剂材料包含Co、Ni和Cr的合金。该碳化妈颗粒可以构成该基材的至少70重量％和至多95重量％。该粘合剂材料可以包含约10至50重量％的N1、约0.1至10重量％的Cr，剩余的重量百分比包含Co。
[0084]在下文中参照以下实施例更详细地描述了实施方案，在本文中提供该实施例仅为说明而非意在限制。
[0085]实施例1
[0086]将0.5克平均晶粒尺寸为I微米的氧化锆添加到50克平均晶粒尺寸为4微米的双峰金刚石粉末中。该聚集物在60毫升甲醇中用Co-WC研磨球球磨。研磨球:粉末的比为5:1，该球磨在90rpm下进行I小时。将2.1克该混合物放置在预成型的WC-Co基材顶部并在高压高温HPHT条件下在6.8GPa和1450°C下烧结。将该P⑶刀具回收、加工并分析。参照图3至5在下文中讨论结果。
[0087]实施例2:
[0088]将1.5克平均晶粒尺寸为I微米的氧化锆添加到50克平均晶粒尺寸为4微米的双峰金刚石粉末中。该聚集物在60毫升甲醇中用Co-WC研磨球球磨。研磨球:粉末的比为5:1，该球磨在90rpm下进行I小时。将2.1克该混合物放置在预成型的WC-Co基材顶部并在高压高温HPHT条件下在6.8GPa和1450°C下烧结。将该P⑶刀具回收、加工并分析。
[0089]参照图3至5在下文中讨论结果。
[0090]实施例3:
[0091]将0.25克平均晶粒尺寸为I微米的氧化锆添加到50克平均晶粒尺寸为3微米的单峰金刚石粉末中。该聚集物在60毫升甲醇中用Co-WC研磨球球磨。研磨球:粉末的比为5:1，该球磨在90rpm下进行I小时。将2.1克该混合物放置在预成型的WC-Co基材顶部并在高压高温HPHT条件下在6.8GPa和1450°C下烧结。将该P⑶刀具回收、加工并分析。
[0092]参照图3至5在下文中讨论结果。
[0093]实施例4:
[0094]将0.5克平均晶粒尺寸为I微米的氧化锆添加到50克平均晶粒尺寸为3微米的单峰金刚石粉末中。该聚集物在60毫升甲醇中用Co-WC研磨球球磨。研磨球:粉末的比为5:1，该球磨在90rpm下进行I小时。将2.1克该混合物放置在预成型的WC-Co基材顶部并在高压高温HPHT条件下在6.8GPa和1450°C下烧结。将该P⑶刀具回收、加工并分析。
[0095]参照图3至5在下文中讨论结果。
[0096]实施例5:
[0097]将1.5克平均晶粒尺寸为I微米的氧化锆添加到50克平均晶粒尺寸为3微米的单峰金刚石粉末中。该聚集物在60毫升甲醇中用Co-WC研磨球球磨。研磨球:粉末的比为5:1，该球磨在90rpm下进行I小时。将2.1克该混合物放置在预成型的WC-Co基材顶部并在高压高温HPHT条件下在6.8GPa和1450°C下烧结。将该P⑶刀具回收、加工并分析。
[0098]参照图3至5在下文中讨论结果。
[0099]制备PCD材料的各种样品并通过对该样品施以多种试验来进行分析。这些试验的结果显示在图3至5中。
[0100]通过对成品PCD样品施以常规花岗岩车削试验3分钟来分析各种PCD样品的耐磨损性。监控机加工过程中的磨痕进展。该结果显示在图3中。将在成品PCD中含有0.5体积％氧化锆的按照实施例1形成的PCD复合片的磨痕与PCD基质中未添加任何氧化锆的常规P⑶的对比样品(Ref I)进行比较。此外，按照在P⑶中包含I体积％氧化锆和在P⑶中包含3体积％氧化锆的实施方案制备样品。
[0101]从图3中显示的结果可以看出，添加少量氧化锆改善了 PCD的耐磨性，因为磨痕长度低于常规PCD。
[0102]在立式镗床试验中比较了按照实施例1形成的P⑶复合片与浸过(Ref Z)和未浸过(Ref NZ)的市售多晶金刚石刀具元件。在该试验中，作为刀具元件钻入工件的道次的函数，测量磨损平面面积。获得的结果图示在图4中。该结果提供了对切削长度绘图的总磨痕面积的指示。将会看出，与施以相同测试用于比较的浸出和未浸出常规PCD复合片中所发生的相比，按照实施例1形成的PCD复合片能够实现更大的切削长度和更小的磨痕面积。在该测试中该常规PCD复合片包含Ref 2，其是具有约4微米的平均金刚石晶粒尺寸的双峰混合物。事实上，图4显示了与未添加氧化锆的常规PCD相比，在该PCD实施方案中实现了切削长度的96%的改进。
[0103]还将包含0.5体积％氧化锆的实施例3的P⑶实施方案的未浸(NZ)样品与由具有约3微米的平均金刚石晶粒尺寸的单峰金刚石进料形成的常规未浸出PCD样品进行了比较。结果显示在图5中。该试验表明，与未添加氧化锆的常规PCD相比，该刀具的寿命提高了 104%。
[0104]虽然不希望被特定理论束缚，但据信，按照本文中描述的一些实施方案，可以通过在PCD基质中引入微观缺陷和/或应变集中源来改善PCD的断裂性能。该微观缺陷和/或应变集中源据信在使用中促进了 PCD材料中的裂纹分叉或多个裂纹前缘，导致在各个裂纹尖端中可用应变能量或能量释放速率(G)的再分布。能够在载荷下生成多条裂纹的材料将比仅具有一条主要裂纹的材料表现得更有韧性，因为多个裂纹前缘确保提供给材料的净能量在多条裂纹之间分配，导致裂纹生长穿过该材料的速率缓慢得多。包含此类微观缺陷的PCD材料在应用中的最终结果在于，在使用中，在磨痕上开始的裂纹数量与常规PCD相比可增加，由此减少了可用于各单个裂纹的应变能，因此减缓了生长速率，并生成更短的裂纹。理想的情况是，当磨耗率可与裂纹生长速率相比时，在这种情况下，在磨痕后面将看不到裂纹，由此形成了光滑的磨痕外观，不具有从烧结PCD中脱出的碎肩或晶粒。
[0105]通过与常规PCD相比在本发明的材料中所得较低的钴含量，添加陶瓷非反应性相还可具有提尚P⑶热稳定性的效果。
[0106]这些微观缺陷的尺寸、形状和分布可以对该P⑶材料的最终应用而定制。据信在不会显著地牺牲该材料的整体耐磨性的情况下可改善抗断裂性，这对PCD切削工具而言是合意的。
[0107]由此据信，实施方案可以提供在不牺牲其高耐磨性的情况下韧化PCD材料的手段。这可以通过将微观缺陷设计到PCD基质中来实现。这种概念