用于高压/高温烧结的无基体的pcd片的制作方法
【专利摘要】一种形成切割元件的方法可包括：使至少含有包含金刚石粉末的容器和一体积的高熔融温度的非反应性材料的第一压机经受第一高压高温烧结条件，以形成包括由结合在一起的金刚石晶粒以及位于结合在一起的金刚石晶粒之间的多个间隙空间构成的金刚石基质的烧结的多晶金刚石片；以及使含有所述烧结的多晶金刚石片和基体的第二压机经受第二高压高温条件，从而将所述片附接到基体，以形成具有位于基体上的多晶金刚石层的切割元件。
【专利说明】用于高压/高温烧结的无基体的PCD片
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年12月30日提交的美国临时申请号61/922,039和于2014年12月10日提交的美国申请号14/566，195的权益，通过参引方式将它们的全部内容包含于此。
技术领域
[0003]多晶金刚石紧密体(PDC)切割器在包括凿岩以及金属机加工的工业应用中已经使用很多年了。通常，多晶金刚石(PCD)或其它超硬材料的紧密体结合到基体材料上以形成切割结构，该基体材料例如是诸如烧结碳化钨的烧结金属碳化物。PCD包括金刚石的多晶质量体，其结合在一起以形成整体的、坚韧的、高强度的质量体或晶格。所得的PCD结构产生耐磨和硬度的增强特性，使得PCD材料对于需要高水平的耐磨性和硬度的强力磨削和切割应用来说是非常有用的。为了用于石油工业，PCD切割元件被设置为专门设计的切割元件的形式，例如被配置为与地下钻孔装置附接的PCD片。
[0004]PDC切割器可以通过将烧结碳化物基体放置到压机的容器中形成。金刚石晶粒或金刚石粉末与催化结合剂的混合物放置在基体之上，并在高压高温(HPHT)条件下处理。如此操作后，金属结合剂(通常是钴)从基体迀移并通过金刚石晶粒以促进金刚石晶粒之间的交互生长。结果，所述金刚石晶粒变得彼此结合以形成金刚石层，所述金刚石层也结合到基体。所述基体通常包括金属碳化物复合材料，例如碳化钨。沉积的金刚石层通常称为“金刚石台”或“研磨层” ο术语“颗粒”是指在烧结超硬磨料前使用的粉末，而术语“晶粒”是指烧结之后可以辨别的超硬磨料区域。
[0005]通常，P⑶可以包括85-95体积百分比的金刚石，其余部分为结合剂材料，该结合剂材料存在于PCD中、在结合的金刚石晶粒之间存在的空隙之内。用于形成常规的PCD的结合剂材料包括元素周期表第VIII族的金属，例如钴、铁或镍和/或它们的混合物或合金，其中钴是最常用的结合剂材料。然而，虽然更高的金属含量增加了所得PCD材料的韧性，但是更高的金属含量也降低了 PCD材料的硬度，从而限制了能够提供具有所需水平的硬度和韧性的PCD涂层的灵活性。此外，当选择变量以增加PCD材料的硬度时，也增加了脆性，从而降低了PCD材料的韧性。
[0006]图1简要地示出了传统的PCD材料100的微观结构。如图所示，P⑶材料100包括彼此结合以形成晶间金刚石基质第一相的多个金刚石晶粒120。用于在烧结过程内促进金刚石间的结合的催化剂/结合剂材料140，例如钴，分散于金刚石基质第一相之间形成的间隙区域内。特别地，如图1所示，结合剂材料140在整个PCD材料100的微观结构上不是连续的。相反，PCD材料100的微观结构可在PCD晶粒间具有均匀分布的结合剂。因此，经传统的PCD材料的裂缝扩展往往会通过更小韧性和脆性的金刚石晶粒，无论是穿晶通过金刚石晶粒/结合剂界面150还是沿晶通过金刚石晶粒/金刚石晶粒界面160。
【发明内容】
[0007]提供本
【发明内容】
是为了介绍一系列概念，这些概念在下面的详细说明中进一步描述。本
【发明内容】
不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用于辅助限制所要求保护的主题的范围。
[0008]在一个方面，本发明的实施例涉及一种形成切割元件的方法，包括:使至少含有包含金刚石粉末的容器和一体积的高熔融温度的非反应性材料的第一压机经受第一高压高温烧结条件，以形成包括由结合在一起的金刚石晶粒以及位于结合在一起的金刚石晶粒之间的多个间隙空间构成的金刚石基质的烧结的多晶金刚石片；以及使含有所述烧结的多晶金刚石片和基体的第二压机经受第二高压高温条件，从而将所述片附接到基体，以形成具有位于基体上的多晶金刚石层的切割元件。
[0009]在另一方面，本文公开的实施例涉及一种形成切割元件的方法，包括:在耐熔金属容器中放置第一组合，所述第一组合包括邻近于催化剂材料层(例如，独立的催化剂材料层)的一体积的金刚石粉末;将含有所述第一组合的耐熔金属容器与邻近于所述耐熔金属容器的一体积的高熔融温度的非反应性材料相组合，以形成第二组合;使第二组合经受第一高压高温烧结条件，以形成包括由结合在一起的金刚石晶粒以及位于结合在一起的金刚石晶粒之间的多个间隙空间构成的金刚石基质的烧结的多晶金刚石片，所述多晶金刚石片包括催化剂材料;使所述烧结的多晶金刚石片经受第一浸滤过程，使得所述催化剂材料基本上被从多晶金刚石片移除，以形成基本上不含催化剂材料的浸滤后的多晶金刚石片；以及使浸滤后的多晶金刚石片和基体经受第二高压高温条件，使得所述片附接到基体，以形成具有位于基体上的多晶金刚石层的切割元件。
[0010]从下面的说明和所附权利要求，所要求保护的主题的其它方面和优点将会变得明显。
【附图说明】
[0011]参考附图描述本发明的实施例。相同的附图标记在整个附图中用于指示相同的特征和部件。
[0012]图1示出了传统形成的多晶金刚石的微观结构。
[0013]图2和3示出了根据本发明的实施例的用于形成多晶金刚石体的简图。
[0014]图4示出了一个roc钻头。
【具体实施方式】
[0015]总体上，本文公开的实施例涉及多晶金刚石(“PCD”)片(或体)，具体地，涉及在没有使用被定位成在高压高温烧结处理中附接到PCD片的基体的情况下制造PCD片的方法。因此，本发明的方法可涉及在高熔融温度的非反应性材料、例如强背材料以及可选的催化剂材料存在时在高压高温烧结条件下从金刚石粉末形成PCD片。如本文所讨论的，所得到的PCD片可以可选地经受一个或多个附加的处理步骤，例如浸滤以除去催化剂材料，和/或经受第二高压高温烧结条件以将所述片附接到基体。
[0016]在一个或多个实施例中，多晶金刚石片或体可以由包括金刚石粉末和邻近于高熔融温度的非反应性材料设置的催化剂材料的组合形成。所述多晶金刚石体可以以常规方式形成，例如通过高压高温烧结“还体”颗粒来创建颗粒之间的晶间结合，但“还体”颗粒包含高熔融温度的非反应性材料。简要地说，为了形成多晶金刚石片，金刚石晶体颗粒的未烧结质量体被放置于高压高温装置的反应单元的金属外壳内。金属催化剂，例如钴或其它第VIII族金属，包括钴、镍或铁，可被包括于晶体颗粒的未烧结质量体中，以促进晶间金刚石与金刚石的结合。然而，同样在本发明的范围之内的是，可以单独使用或组合使用其它催化剂材料。所述催化剂材料可以以粉末的形式提供并与金刚石晶粒混合，或在HPHT烧结过程中可渗入到金刚石晶粒中，例如从不同层的催化剂材料渗入。使该组合经受HPHT条件可导致相邻的金刚石晶体之间发生晶间结合，以形成由金刚石与金刚石的结合和多个分散在该结合在一起的金刚石晶粒之间的间隙区域构成的网络或基质相。在用于促进所述金刚石晶粒结合在一起的溶剂催化剂材料存在时，可用于由金刚石粉末形成多晶金刚石的HPHT烧结条件可包括1350至2000°C之间的温度和5000兆帕或更高的压力。
[0017]如本文所使用的，术语“耐熔金属容器”是经受HPHT处理的压力传递介质。耐熔金属容器充当容器内容物(金刚石粉末)和容器外的任何材料之间的屏障，所以在HPHT处理期间，金刚石与容器外的材料之间没有反应。
[0018]可用于形成多晶金刚石体的金刚石晶粒可以包括任何类型的金刚石颗粒，包括具有宽范围的粒径的天然或合成金刚石粉末。例如，这样的金刚石粉末可以具有从亚微米至100微米范围内的平均粒径，或在其它实施例中平均粒径在从I至80微米范围内。此外，金刚石粉末可以包括具有单峰或多峰分布的晶粒。
[0019]在另一个实施例中，金刚石粉末混合物可以以包括含有结合剂的金刚石粉末的坯体状态部分或混合物的形式提供，例如以金刚石带或其它可形成/可确认的金刚石混合物产品的形式提供，以方便制造过程。在该金刚石粉末以这样的坯体状态部分的形式提供的情况下，有利的是，在HPHT固结和烧结之前进行预加热处理，以驱除结合剂材料。在一个示例性实施例中，由上述HPHT处理得到的PCD体的金刚石体积含量可以在从约85 %至95 %的范围内。对于某些应用，可能期望有高达约98%的较高的金刚石体积含量。
[0020]在该HPHT处理过程中，混合物中的催化剂材料熔化并渗入金刚石晶粒粉末中，以促进晶间金刚石结合。在这样的晶间金刚石结合的形成过程中，催化剂材料可以迀移到如此形成的PCD体的微观结构内的存在于金刚石结合晶粒之间的间隙区域中。应当指出的是，如果太多额外的非金刚石材料存在于晶体颗粒的粉末化的质量体中，则在烧结处理过程中可阻止明显的晶间结合。例如，其中还没有发生明显的晶间结合的这种烧结材料不在PCD的定义之内。在形成晶间结合之后，可以形成多晶金刚石体，其在一个实施例中具有至少约80体积百分比的金刚石，剩余的是被催化剂材料占据的金刚石晶粒之间的间隙区域。在其它实施方案中，这样的金刚石含量可以占所形成的金刚石体的至少85体积百分比，或在又一个实施例中占至少90体积百分比。然而，本领域的术人员将认识到，在替代实施例中也可以使用其它金刚石密度。因此，根据本发明所使用的多晶金刚石体包括本领域中经常所称的“高密度”多晶金刚石。
[0021]如上所述，除了金刚石粉末和催化剂材料外，本发明的PCD结构还可以在存在高熔融温度的非反应性材料的情况下形成。图2示意性示出了用于制造本发明的PCD材料的部件组合的一个例子。如图所示，金刚石粉末204被放置在金属反应容器208中。此外，容器208(例如，含有金刚石粉204，以及在一个实施方案中，含有金刚石粉末204和可选的催化剂材料的耐熔金属容器)与高熔融温度的非反应性物质206组合。在该所示的实施例中，高熔融温度的非反应性材料206被放置在所述容器208外并邻近于所述容器;然而，其他实施例可包括将高熔融温度的非反应性材料206放置在容器208内。在一些实施例中，容器208可以基本上包括金刚石粉204和催化剂材料，并且该容器208不包括基体材料，例如WC或WC-Co。容器208和高熔融温度的非反应性材料206的组合被放置在电阻加热管202中经受HPHT烧结条件。尽管没有特别示出，但是在本发明的范围之内的是，电阻加热管202可包括加载于其中的多个容器208(含有金刚石粉204)。另外，根据电阻加热管202所包含的容器208的数量，可能还需要使用多个高熔融温度的非反应性材料206。当使金刚石粉末204经受HPHT烧结条件时，多个金刚石颗粒结合在一起以形成烧结的PCD片。另外，由于金刚石粉末被设置于反应容器中但没有基体或基体材料，因此所形成的PCD片是没有结合于其上的基体的独立体。
[0022]在所示的实施例中，PCD片是通过使用高熔融温度的非反应性材料形成的，更具体说，是通过使用强背材料形成的。如本文所使用的，术语“强背材料”应理解为那些能够在HPHT烧结条件期间充当压机的填料从而最大化所述粉末的坯体状态的材料。如本文所使用的，强背材料被放置在反应容器之外。高熔融温度的非反应性材料通常可包括强背材料以及能够不与PCD片反应或不结合到PCD片并因此可以在容器之内或之外被组合的其它材料。通常，尽管期望将最大数量的反应容器(含有金刚石粉末)放置到压机中以最大化在单个压制步骤中所形成的PCD片的数量，但这样做会由于在HPHT烧结条件期间材料收缩导致压机内的压力降低。因此，通过向压机中引入不可压缩的“填料”，仍然可以获得高的内部单元压力。这样，在压机中加入高熔融温度的非反应性材料，例如强背材料，与不使用高熔融温度的非反应性材料的压机相比可使内部单元压力有1%至20%的范围内的增加。
[0023]因此，高熔融温度的非反应性材料或强背材料可以表现出以下性质中的一种或多种:I)是高熔融温度的非反应性材料;2)具有HPHT烧结处理中所使用的温度以上的熔融温度;3)比其它材料更少可压缩;4)在HPHT烧结处理过程中不发生反应;5)在压机容器中基本上维持其原始体积;和6)具有400千牛/平方毫米以上的弹性模量和90%以上的体积密度。强背材料属于碳化物、氮化物、碳氮化物、陶瓷材料、金属材料、包括非催化材料如WC-Cu、WC-Cu合金的金属陶瓷材料等的族，包括具有400千牛/平方毫米以上的弹性模量和90%以上的体积密度的其它材料，但也可在所述反应容器中使用在低于约2200°的温度下不促进金刚石颗粒变化或相互作用的其它材料作为高熔融温度的非反应性材料。根据所选择的高熔融温度的非反应性材料或强背材料的类型，强背材料可被放置在放有金刚石粉末的容器之外，但邻近容器，从而阻止强背材料与金刚石发生反应。同样在本发明的范围之内的是，对于强背材料在压机中相对于反应容器的放置没有限制。因此，诸如容器-强背-容器或强背-容器-容器-强背的组合或任何其他变型都是可能的。
[0024]有利的是，本发明的发明人发现了一种方法，通过使用放置在反应容器外以防止与金刚石粉末发生反应的高熔融温度的非反应性材料(在一些实施方案中为强背材料)来最大化在烧结处理过程中的压力单元。在压机内包括这样的材料可减少和/或最小化由于金刚石体积的减少而在烧结处理过程中引起的内部单元压力降低量。这样，使用相等的液压压力，当包括强背或其它高熔融温度的非反应性材料时内部单元压力可以变化0.?-ο.5GPa，而不具有高熔融温度的非反应性材料的内部单元压力可以变化0.5-1.0GPa，这取决于金刚石粉末体积和强背体积的比值。因而具有和不具有高强背材料的内部单元压力的总变化范围可以为从0.1到1.0GPa。
[0025]根据一些实施例，催化剂材料可以被放置为与耐火金属容器内的金刚石混合物分离且不预混合的一个独立层。例如，现在参照图3，金刚石粉末304可以被放置在金属反应容器308中。此外，独立的一层催化剂材料310与金刚石粉末304组合地也放置在容器308中。容器308(含有金刚石粉末304和催化剂材料310，并且在一个实施例中，由金刚石粉末304和催化剂材料310组成)与高熔融温度的非反应性材料306组合。在该所示的实施例中，高熔融温度的非反应性材料306被放置于容器308外并靠近容器308;然而，其它实施例可以包括将高熔融温度的非反应性材料306放置于容器308中。容器308与高熔融温度的非反应性材料306的组合被放置于电阻加热管302中经受HPHT烧结条件。尽管没有特别示出，但是特别在本发明的范围之内的是，电阻加热管302可包括加载于其中的多个容器308(含有金刚石粉304和催化剂材料310)。另外，根据电阻加热管302所包含的容器308的数量，可能还需要使用多个高熔融温度的非反应性材料306。当使金刚石粉末304和催化剂材料310经受HPHT烧结条件时，催化剂材料310熔融并渗透金刚石颗粒，催化金刚石晶粒间的晶间结合以形成烧结的PCD片。另外，由于金刚石粉末设置于反应容器中而没有基体或基体材料，因此所形成的PCD片是没有结合于其上的基体的独立体。所述催化剂材料可以以金属箔或金属盘的形式提供。其它实施例包括作为与钨和/或碳化钨粉末的混合物提供的催化剂材料。在各种实施例中，催化剂材料可具有占预混合材料的10-100的重量百分比。
[0026]此外，根据上述方法形成PCD片之后，P⑶片可以可选地经受一个或多个附加处理。例如，所形成的PCD片可以随后附着到基体上，例如通过第二高压高温处理。根据附着途径，还可能需要在HPHT烧结之前从PCD片除去催化剂材料。在一个或多个其它实施例中，可以在没有随后将PCD片附着到基体上的情况下执行至少部分地移除所述催化剂材料。
[0027]在示例性实施例中，催化剂材料通过合适的工艺被从P⑶体移除，例如通过诸如通过酸浸滤或王水浴的化学处理、诸如通过电解处理的电化学处理、通过液体金属溶解技术、通过在液相烧结处理过程中将现有第二相材料清除并用另一种替换的液态金属渗透技术、或通过它们的组合。如本文所使用的，术语“移除”用来指代溶剂金属催化剂材料在PCD片中的减少存在，并且被理解为是指，大部分溶剂金属催化剂材料不再存在于PCD片内。然而，应该理解的是，少量溶剂金属催化剂材料仍可能留在PCD片的微观结构中的间隙区域内和/或附着在金刚石晶体的表面上。另外，术语“基本上不含”，如本文所使用的指代在溶剂金属催化剂材料已经被移除之后的剩余PCD片，应被理解为是指可能仍有一些少量溶剂金属催化剂残留于PCD体中，如上面提到的。
[0028]在示例性实施例中，所述溶剂金属催化剂材料通过酸浸技术被从PCD体的整个或期望区域移除。合适的酸包括硝酸、氢氟酸、盐酸、硫酸、磷酸、高氯酸、或这些酸的组合。另夕卜，诸如氢氧化钠和氢氧化钾的腐蚀剂已被用于碳化物工业来溶解来自碳化物复合材料的金属元素。此外，如需要，可以使用其它酸性和碱性浸出剂。本领域普通技术人员将理解，根据所需浸出时间、对危险的考量等可调节浸出剂的摩尔浓度。
[0029]PCD体经过浸滤处理后残留在材料微观结构中的催化剂材料的量将会根据例如移除处理的效率、金刚石基质材料的尺寸和密度、或PCD体内将要保留的任何溶剂催化剂材料的期望量的因素而变化。例如，在某些应用中可能期望允许少量的溶剂金属催化剂材料留存于PCD体中。在一个示例性实施例中，可能期望该PCD体包括不超过I体积百分比的溶剂金属催化剂材料。此外，本领域技术人员将理解，在某些应用是可能接受或者期望允许少量的催化剂材料留存于PCD体中。在一个特殊的实施例中，PCD体可以包括高达1-2重量百分比的催化剂材料。
[0030]通过浸滤出催化剂(例如钴)，可形成热稳定多晶(TSP)金刚石。在某些实施例中，选定部分的金刚石复合材料被浸滤，以获得热稳定性而不会失去耐冲击性。如本文所用的，术语TSP包括这两种(即部分地和完全地被浸滤)化合物。浸滤后剩余的间隙体积可以通过进一步固结或通过用辅助材料填充该体积而减少。多晶金刚石体的浸滤从间隙区域移除了至少大部分的催化材料，留下其中具有空隙的多晶金刚石体。此外，被浸滤的PCD片然后可通过HPHT烧结附接到基体上，以便于附接到例如钻头、切割工具、或其他最终应用设备上。当被浸滤的PCD片通过HPHT工艺附接到基体上时，一个或多个实施例可以包括移除在整个PCD片中的基本上所有的催化剂材料。
[0031 ]虽然传统的P⑶催化剂，例如包括钴的第VIII族的溶剂催化剂，可以用于形成P⑶，但是也可以使用其它催化剂。例如，可以使用诸如碳酸镁的碳酸盐催化剂。这样的催化剂可以通过已知的浸滤方法被浸出(例如被分解)。
[0032]在预成形的片结合到基体上的第二HPHT处理过程中，由基体提供的浸渗剂材料可被液化，并可以渗透到PCD片中进入先前结合在一起的金刚石晶粒之间的在催化剂材料被从PCD片移除前含有催化剂材料的间隙区域中。在该浸渗和随后的冷却过程中，PCD片结合到基体，从而形成具有连接到基体上的多晶金刚石层的切割元件。此外，根据所述切割元件的最终应用(和预期温度)以及所使用的浸渗剂的类型，也可能期望从多晶金刚石层的间隙区域移除至少一部分浸渗剂材料，例如通过使用上述技术。在这样的处理中，应该注意的是，该浸渗剂可以期望地从PCD层的工作(上和侧)表面的给定深度中移除，例如从至少50微米和多达I毫米或更多的深度中移除，这取决于所期望的材料特性、切割元件尺寸等。
[0033]在一个示例性实施例中，设备被控制为使得所述容器经受HPHT处理足够长的时间，HPHT处理包括从5到7GPa范围内的压力和从1320到2000°C范围内的温度。在一些实施例中，第二HPHT处理的压力可以大于第一HPHT处理的压力，在其他实施例中，第二HPHT处理的压力可以小于第一 HPHT处理的压力。虽然已经为该第二 HPHT处理提供了特定的压力和温度范围，但是应当理解的是，根据例如基体中所使用的浸渗剂材料的类型和/或量，这样的处理条件可以并会变化。在HPHT处理完成后，将容器从HPHT设备移除，并且包括结合在一起的PCD体和基体的组合体被从容器中取出。
[0034]在一个示例性实施例中，用于形成PCD紧密体的基体由金属陶瓷材料，例如包含用于填充PCD体的浸渗剂材料的WC-Co形成。用于基体的合适的材料包括但不限于，金属、陶瓷、和或硬质合金。合适的浸渗剂材料包括元素周期表中的第VIII族金属或它们的合金，包括铁、镍、钴、或它们的合金。PCD体与基体的附接或(重新附接)可以通过将该两零件放置于耐火金属罐中并使这两零件经受烧结条件以将这两个零件结合在一起而实现。
[0035]通过在碳化物基体上烧结多晶金刚石，然后除去基体，浸出催化剂并重新附接基体而形成的常规PCD片受到残余应力的限制。然而，本发明的发明人发现，没有碳化物基体时烧结的PCD片可以节省制造成本并控制残余应力和材料平整度。有利的是，本发明的发明人发现，用作压机单元的填料的非压缩高熔融温度的非反应性材料最大化或增加了在所述单元中的内压。根据本发明的一些实施例，通过将强背材料放置于常规耐火金属容器(含有金刚石颗粒和在HPHT烧结处理中使用的催化剂)外并邻近于该容器，通常可以在所述容器及压机内获得高压。此外，多个容器的金刚石粉末可以与一个或多个体积的强背材料组合到单个压机单元中。这些独立的容器组合可以与在它们之间的高温非反应性材料一起堆叠到石墨加热器管中。由于在第一烧结处理中没有碳化物基体，因此可以包括更多总体积的金刚石用于HPHT烧结，而不会在内部单元中出现由于金刚石体积减少导致的压力减下。传统地，由于腔室尺寸的限制，可装入HPHT单元中的部件数量有限。因此，使用强背材料或其它高温非反应性材料允许更多的部件装入到HPHT装置中用于烧结，进而又降低了制造成本并提高生产量。此外，由于较少的研磨时间，没有碳化物且具有较平坦的表面，还可以缩短完工时间。根据预混到金刚石混合物或浸渗源中的粉末，所述片在重新结合阶段之前也可以被浸滤得快两倍。
[0036]此外，在PCD片由作为箔或盘提供的催化剂材料形成且单元压力通过添加强背材料或其它高温非反应性材料作为填料来保持的一个或多个实施例中，与传统的包括混合到粉末中的催化剂材料的PCD材料相比，PDC片显示出显著的热稳定性改进，从而显示出改善的使用寿命。本发明的PCD片可用于形成许多不同的应用中的磨削和/或切割元件，例如井下或其它切割工具。例如，本发明的PCD片可以特别适合于在例如用于钻地层的钻头上的那些应用中用作在石油和天然气工业中使用的磨削和/或切割元件。
[0037]例如，图4示出具有钻头本体12的旋转钻头10。钻头本体12的面形成有多个叶片14，其从钻头10的中心纵向旋转轴线16大体向外延伸。多个roc切割器18沿着每个刀片的长度并列设置，使得切割器18的工作表面(即接触并切割被钻的地层的表面)被定位在刀片14的前导面处并面向钻头的旋转方向。在一个或多个实施例中，PDC切割器可使用本文所公开的方法形成。
[0038]尽管上面已经详细描述了少量示例性实施例，但是本领域技术人员可以容易地意识到，示例性实施例可以进行许多修改而不会实质上脱离本发明。因此，全部的这些改变都旨在包含于本发明的范围内。在权利要求书中，功能性限定从句用于覆盖这里描述的执行列举的功能的结构并且不仅仅是结构性等价物，而且还是等价性结构物。因此，尽管钉子和螺丝可能不是结构性等价物，因为钉子采用柱面将木质部件固定到一起，而螺丝采用螺旋面，但是在固定木质部件的条件下，钉子和螺丝可以是等价性结构物。本申请的明确目的在于不援引35U.S.C.§112第6段对本文的权利要求作任何限定，除非在权利要求中明确地将词语“用于…的装置”和相关的功能一起使用。
【主权项】
1.一种形成切割元件的方法，包括: 使至少含有包含金刚石粉末的容器和一体积的高熔融温度的非反应性材料的第一压机经受第一高压高温烧结条件，以形成包括由结合在一起的金刚石晶粒以及位于结合在一起的金刚石晶粒之间的多个间隙空间构成的金刚石基质的烧结的多晶金刚石片；以及 使含有所述烧结的多晶金刚石片和基体的第二压机经受第二高压高温条件，从而将所述片附接到基体，以形成具有位于基体上的多晶金刚石层的切割元件。2.如权利要求1所述的方法，其中，在使第二压机经受第二高压高温条件的过程中，所述片与基体的附接使得由所述基体提供的浸渗剂材料渗透到所述多晶金刚石片内的间隙空间中。3.如权利要求2所述的方法，进一步包括:处理所述切割元件，以移除驻留在所述多晶金刚石层内的间隙空间中的至少一部分浸渗剂材料。4.如权利要求1所述的方法，其中，所述高熔融温度的非反应性材料是强背材料。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述强背材料设置于包含金刚石粉末的罐体外且邻近所述罐体。6.如权利要求4所述的方法，其中，所述强背材料是过渡金属碳化物材料。7.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一压机中装载有多个包含金刚石粉末的容器。8.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二高压高温条件的压力高于所述第一高压高温条件的压力。9.如权利要求1所述的方法，其中，第一高压高温烧结条件及第二高压高温烧结条件包括高达2000 °C的温度和高达8GPa的压力。10.—种形成切割元件的方法，包括: 在耐熔金属容器中放置第一组合，所述第一组合包括邻近于独立的催化剂材料层的一体积的金刚石粉末； 将含有所述第一组合的耐熔金属容器与邻近于所述耐熔金属容器的一体积的高熔融温度的非反应性材料相组合，以形成第二组合； 使第二组合经受第一高压高温烧结条件，以形成包括由结合在一起的金刚石晶粒以及位于结合在一起的金刚石晶粒之间的多个间隙空间构成的金刚石基质的烧结的多晶金刚石片，所述多晶金刚石片包括催化剂材料； 使所述烧结的多晶金刚石片经受第一浸滤过程，使得所述催化剂材料基本上被从多晶金刚石片移除，以形成基本上不含催化剂材料的浸滤后的多晶金刚石片；以及 使浸滤后的多晶金刚石片和基体经受第二高压高温条件，使得所述片附接到基体，以形成具有位于基体上的多晶金刚石层的切割元件。11.如权利要求10所述的方法，其中，在将所述片附接到所述基体的过程中，由所述基体提供的浸渗剂材料渗透到所述多晶金刚石片内的间隙空间中。12.如权利要求11所述的方法，其中，所述切割元件经受第二浸滤过程，以从所述多晶金刚石层内的间隙空间移除至少一部分浸渗剂材料。13.如权利要求10所述的方法，其中，所述催化剂材料以金属箔或金属盘的形式提供。14.如权利要求10所述的方法，其中，所述催化剂材料是第VIII族的金属。15.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一高压高温烧结条件足以使得所述催化剂材料熔化并渗透到所述体积的金刚石粉末中。16.如权利要求10所述的方法，其中，催化剂材料层包括密度为30-100%的催化剂。17.如权利要求10所述的方法，其中，所述第二高压高温条件的压力高于第一高压高温条件的压力。18.如权利要求10所述的方法，其中，第一高压高温烧结条件及第二高压高温烧结条件包括高达2000 °C的温度和高达8GPa的压力。19.如权利要求1O所述的方法，其中，高熔融温度的非反应性材料是强背材料。20.如权利要求19所述的方法，其中，所述强背材料是过渡金属碳化物材料。
【文档编号】B22F3/12GK105980088SQ201480075229
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2014年12月15日
【发明人】Y·鲍, R·K·艾尔
【申请人】史密斯国际有限公司