?(g)
[0057] 溶剂也可W分为极性的和非极性的。一般地，溶剂的介电常数提供溶剂极性的粗 略度量。0Γ时，水的强极性表示为介电常数88。硫酸通常用作金刚石中钻的浸出剂，其具 有100的介电常数，硝酸的介电常数为50。介电常数小于15的溶剂一般认为是非极性的。 极性是结合元素W形成分子的功能，使得它们具有带负电的分子部分。诸如锡、铜或嫁的元 素是非极性的，它们的介电常数可W指定为1。
[0058] 当液体在交界面接触固体时，固体的一些部分可能溶解到液体中。根据固体和液 体的化学性质，固体的某一部分将溶解在液体中，直到达到W摩尔百分比或其它术语描述 的饱和点。所述饱和点取决于溫度。通常地，高溫度会提高饱和点或溶解极限。图7示出 钻和锡的溶解度相图。250°C时锡为液体，但钻在锡中的溶解度很低。700°C时钻在锡中 的溶解度约为4%，每96个锡原子中溶解有4个钻原子。
[0059] 图7所示的钻-锡相图仅作为示例。其它金属溶剂和催化剂组合具有可W用于确 定溶解度的相似相图。在优选实施方式中，当加热至600°CW上时，催化剂金属在溶剂金属 中的溶解度至少为2%，但在不同溫度下具有更高或更低溶解度的材料可W用于置换金刚 石中的催化剂。本文公开的溶剂也可W认为是非水性溶剂。本文所公开的溶剂也可W被认 为是无机溶剂。在一些实施方式中，溶剂与催化剂化学结合，形成中间合金和/或金属间化 合物。
[0060] 一些溶剂金属被用于切削器台W移除钻。在每种情况下，金刚石浸入溶剂浴并在 溶剂浴中处理后，金刚石台破裂W提供用于分析的截面。能量弥散X射线谱仪（邸巧用于 确定沿从金刚石台作业截面向内延伸至台未被溶剂金属影响部分的线310的材料的构成 (参见图6A)。所述EDS利用朝祀材料加速的电子流冲击构成原子。所述冲击电子导致原 子的电子跃迁到原子结构的更高能级。当电子衰变回到初始水平时，其发射具有元素能量 特征的X射线。本文中所列数据为具有祀元素能量特征的X射线计数。之后，所述计数与 构成材料的原子数相关联。元素原子大小及原子壳层特征的变化需要正则化因子提供具体 浓度。本文中没有正则化因子的计数数据表示催化剂的耗尽深度及溶剂金属的迁入深度。
[0061] 沿分析线的截面表面包括与填隙空间相间分布的金刚石颗粒。运导致特定构成材 料的数据成为噪声数据或"跳跃"数据。为了观察构成成分的总体趋势，将光滑函数应用到 数据。
[0062] 在一个实例中，将嫁浴加热至600°C的溫度。将填隙空间中含有钻催化剂的切削器 金刚石台在浴中放置72小时。邸S线分析结果如图8所示。嫁渗入约40微米的深度，且钻 的浓度在相似深度降低。
[0063] 在另一个实例中，将铜浴加热至700°C的溫度。将填隙空间中含有钻催化剂的切削 器金刚石台在浴中放置24小时。邸S线分析结果如图9所示。铜渗入约50微米的深度，且 钻的浓度在相似深度降低。
[0064] 在另一个实例中，将锡浴加热至700°C的溫度。将填隙空间中含有钻催化剂的切削 器金刚石台在浴中放置24小时。邸S线分析结果如图10所示。锡渗入约80微米的深度， 且钻的浓度在相似深度被抑制。
[0065] 在另一个实例中，将嫁、铜和锡的合金（嫁铜锡合金）浴加热至70(TC的溫度。将 填隙空间中含有钻催化剂的切削器金刚石台在浴中放置24小时。邸S线分析结果如图11 所示。嫁铜锡合金渗入约60微米的深度，且钻的浓度在相同深度附近被抑制。
[0066] 可选地，溶解过程可W在真空或惰性气体环境下进行，运样可W抑制金刚石向石 墨转化。在运样的环境下，溶剂可W被加热至更高溫度并使金刚石台有限石墨化。根据菲 克定律，在更高溫度，溶剂对催化剂的溶解将加快，相同时间内可W处理更大部分的台。可 选地，可W在更短的时间内处理相似大小部分的台。在一个实例中，将嫁在真空中加热至 1000°C-1500°C之间的溫度，且切削器台面用液体嫁浸泡。
[0067] 基底材料可能因接触溶剂金属而导致破坏。溶剂金属可W溶解基底成分，从而导 致损失结构完整性。为了保护基底，可W在基底上涂覆保护涂层，限制溶剂金属与基底材料 接触。图12示出与图2所示切削器相似、具有基底202和金刚石台204的切削器200。所 述切削器包括保护层352,其隔开基底，避免基底与溶剂金属的任何接触。保护层可W是涂 覆在基底上的金属瓣射锻膜或电锻金属。也可W用其它方法沉积保护层。可选地，保护层 可W是高溫塑料、陶瓷或与溶解溫度和材料相配的其它材料。
[0068] 使溶剂金属浸入金刚石结构可W不需要浸泡金刚石。图12示出支撑切削器的多 孔体或海绵材料350。多孔体350浸泡在溶剂金属306中，切削器台204位于高于溶剂金 属的多孔体上表面上。导体为多孔的，且容易被溶剂金属浸润，从而使金属通过毛细作用通 过多孔体上升接触台。运样可W进一步限制基底与溶剂金属之间接触。多孔体350和保护 层352不一定要同时使用。多孔体或涂覆层自身均可W为基底提供足够保护，可W使用其 中的一个或另一个。
[0069] 再次参见图1，钻头的每个刀刃大致沿径向向外延伸至切削面周边。在此实例中， 有六个刀刃围绕中屯、轴线大致等距间隔，且在此实施方式中，每个刀刃W箭头115所示的 旋转方向向后扫掠或弯曲。
[0070] 在刮刀钻头中，切削器沿刀刃的向前（预期旋转方向）侧面放置，它们的作业面大 致面向向前方向，W在钻头围绕其中屯、轴线旋转时剪切地层。图中示出所述切削器沿刀刃 排列，形成切削或凿击地层的结构，且产生的碎屑由通过喷嘴117从钻头喷出的钻液冲洗。 所述钻液将碎屑或切削物通过钻孔向上输送至表面。
[0071] 在此刮刀钻头实例中，所有的切削器112都是PDC切削器。但是，在其它实施方式 中，并不是所有的切削器都必须是PDC切削器。此实例中的PDC切削器具有主要由非常坚 硬的聚晶金刚石等形成、由基底支撑的作业面，所述基底形成用于在形成于刀刃上的袋内 放置的安装螺柱。每个PDC切削器都是独立制造，然后通过硬焊、压入配合或其它方式装入 形成于钻头上的袋内。但是，所述PDC层和基底通常W制造它们的圆柱体形式被使用。运 种钻头实例包括保径垫（gaugepad) 114。在一些应用中，钻头，如钻头100,的保径垫可W包括插入的热稳定烧结聚晶金刚石（TSP)。运些TSP元件也可W根据本发明的过程进行加 工。
[0072] 虽然PDC切削器经常是圆柱形，但其不限于某一特定形状、尺寸或几何结构，也不 限于单层PCD。并不是钻头上的所有切削器都必须是相同尺寸、构造或形状。除了可W烧结 为不同尺寸或形状，PDC切削器还可W通过切割、研磨或娠磨来改变形状。此外，切削器可 W由多个独立PCD结构形成。其它可能的切削器形状实例可W包括预平的保径齿排（gauge cutter)、尖头或划线切削器（scribecutter)、凿形切削器及圆顶形插入物。
[0073] 图13示出制造包括烧结PCD结构的磨耗插入物的过程400典型实例的基本步骤， 所述过程包括：通过利用金属或合金替换占据结合金刚石颗粒之间填隙的金属催化剂来使 其热稳定性更好。过程400包括两个基本步骤或过程：第一，形成烧结PCD结构的过程；第 二，分离过程，用于在烧结后用低烙点金属替换PCD结构的至少一部分中残留的金属催化 剂。W上两个过程可W分别进行。第二个过程包括用包含金属的溶剂从PCD结构的至少一 部分溶解并/或扩散金属催化剂。在优选实施方式中，溶剂的烙点低于催化剂。第二个过 程，通过溶解和扩散，从PCD的至少一个区域移除至少大部分金属催化剂，并用烙点更低的 金属替换。上述第二个过程通过将PCD结构的至少一部分置于包含液体金属溶剂的浴中或 与所述浴接触，或W其它方式将PCD结构暴露于液体金属溶剂，W允许金属催化剂溶解并 扩散到溶剂金属中，W及允许溶剂金属扩散至所述PCD结构中。所述浴优选加热至625°CW 上的溫度，但该溫度可W根据使用的具体溶剂、替换催化剂所需深度等各种因素而有所变 化。
[0074] 步骤402表示用金属催化剂烧结聚晶金刚石颗粒的过程。烧结过程的一个实例包 括首先形成小颗粒或细颗粒的合成或天然金刚石复合片。运些颗粒在本行业中称为金刚石 磨粒或金刚石粉。所述复合片可W包括其它材料和结构。在可选实施方式中，PCD颗粒可 W根据颗粒尺寸在所述复合片内分层。例如，靠近作业层的一层可能包含更细的颗粒（即 颗粒小于预定颗粒尺寸），并且更远的一层，可能是靠近基底的基层，包含大于预定颗粒尺 寸的颗粒。但是，根据颗粒尺寸，金刚石磨粒任何数量的排列和几何结构都是可能的。例 如，运些几何结构可W形成为生成具有预定几何结构的区域，由于金刚石密度不同，所述区 域可W相对提高或降低金属催化剂溶解并/或扩散出烧结PCD结构的速度。通过改变烧结 金刚石结构选定部分中的溶解和/或扩散速度，可W将金属催化剂已经至少部分被更低烙 点金属替换的区域建造为具有更复杂的几何结构。
[00巧]除非另有具体说明