粒 具有大于〇. 5 μ m且至多1 μ m的平均尺寸；少于3 %的碳化物颗粒具有大于1 μ m的平均尺 寸。将碳化钨粉末与包含Co，Ni和Cr或碳化铬的粘合剂材料进行研磨，包含在混合粉末中 的总碳当量为例如相对于碳化钨的约6%。然后将混合粉末压实以形成生坯，并将生坯进行 烧结以产生烧结碳化物主体。
[0108] 生还可以在例如至少1400°C且最高1440°C的温度下烧结至少65分钟且最多85 分钟的时间。
[0109] 在一些实施例中，包含在烧结碳化物材料中的总碳当量（ETC)相对于碳化钨为约 6. 12%〇
[0110] 在一些实施例中，碳化钨粉末的尺寸分布可具有0. 4 μL?的平均E⑶和0. 1 μL?的 标准偏差的特征。
[0111] 参考以下示例对实施例进行更详细地描述，这些示例仅用于说明并且不是为了限 制本发明的范围。
[0112] 实施例1
[0113] 将足以在最终金刚石混合物中获得2质量％的量的亚微米钴粉在球磨机的甲醇 衆体中用WC研磨介质进行1小时来首先进行解聚（de-agglomerated)。然后将平均粒径为 2 μπι的金刚石粉末的细粒粒级（fraction)加入到所述衆体中以在最终混合物中获得10质 量％的量。引入额外的研磨介质并加入另外的甲醇以获得适合的浆体；将所得物再研磨一 小时。然后以在最终混合物中获得88质量％的量加入平均粒径约20 μ m的金刚石的粗粒 粒级。再对浆体补充另外的甲醇和研磨介质，然后再研磨2小时。将浆体从球磨中移除并 干燥，以得到金刚石粉末混合物。
[0114] 然后将金刚石粉末混合物放入合适的HpHT容器中，使其与碳化钨基底相邻并在 约6. 8GPa的压力和约1500°C的温度下烧结。
[0115] 实施例2
[0116] 将足以在最终金刚石混合物中获得2. 4质量％的量的亚微米钴粉在球磨机的甲 醇浆体中用WC研磨介质进行1小时来首先进行解聚。然后将平均粒径为2 μπι的金刚石 粉末的细粒粒级以在最终混合物中获得29. 3质量％的量加入到所述浆体中。引入额外的 研磨介质并进一步加入甲醇以获得适合的浆体；将所得物再研磨一小时。然后平均粒径约 20 μ m的金刚石的粗粒粒级被加入从而在最终混合物中获得68. 3质量％的量。再对浆体补 充另外的甲醇和研磨介质，然后再研磨2小时。将浆体从球磨机中移除并干燥，以得到金刚 石粉末混合物。
[0117] 然后将金刚石粉末混合物放入合适的HPHT容器中，使其与碳化钨基底相邻并在 约6. 8GPa的压力和约1500°C的温度下烧结。
[0118] 烧结金刚石结构的金刚石含量大于90体积％，该分布的最粗粒粒级大于60重 量％且优选大于70重量％。
[0119] 在多晶金刚石材料中，单独的金刚石粒子/颗粒在很大程度上通过金刚石桥或金 刚石颈（neck)粘结到相邻的粒子/颗粒上。该单独的金刚石粒子/颗粒保持其一致性 (identity)，或通常具有不同的取向。这些单独的金刚石颗粒/粒子的平均颗粒/粒子尺 寸可以利用图像分析技术来测定。在扫描电子显微镜上收集图像并使用标准图像分析技术 进行分析。从这些图像中，能够提取有代表性的金刚石粒子/颗粒尺寸分布。
[0120] 通常，多晶金刚石材料的主体将在HPHT处理中产生并粘结到烧结碳化物基底上。 在这个过程中，对粘合剂相和金刚石粒子进行排列，以使得粘合剂相均匀分布并具有小尺 度是有利的。
[0121] 烧结结构的均匀性或一致性通过对采集到的大量图像进行统计学评价来定义。粘 结剂相的分布可通过使用电子显微镜容易地与金刚石相的分布进行区分，然后可用与在 EP0974566中公开的方法相类似的方法测定粘合剂相的分布。此方法可对沿几条任意画出 的通过显微结构的线的粘结剂相的平均厚度进行统计学评价。对于本领域技术人员来说， 这种粘合剂厚度测量值也被称为"平均自由程"。对于整体组成或粘合剂含量以及平均金刚 石粒径相似的两种材料来说，平均厚度较小的材料将更均匀，因为这意味着在金刚石相中 粘合剂的"更小尺度"的分布。此外，这种测量的标准偏差越小，结构越均匀。大标准偏差 表明粘合剂厚度在显微结构上变化很大，即该结构不均匀，而包含多种不同的结构类型。
[0122] 以下面列出的方式获得根据各实施例形成的各种样品的粘结剂和金刚石平均自 由程测量值。除非本文另有说明，PCD材料主体内的平均自由程大小指的是在包含PCD材 料的主体的表面上或通过该主体的截面上测量且没有进行立体校正的大小。例如，通过在 抛光表面上进行的图像分析获得测量值，并且在本文中所述的数据中没有进行萨尔特科夫 (Saltykov)校正。
[0123] 在测量量的平均值或其它通过图像分析测定的统计参数中，使用表面或截面（下 文中称为样品）的不同部分的几个图像来提高统计数据的可靠性和准确性。用于测量一个 给定的量或参数的图像数目可以是例如10至30之间。如果所分析的样品是均匀的，对于 PCD的情况取决于放大率，可认为10至20幅图像足够充分地代表该样品。
[0124] 为了清楚辨认颗粒间和相间界限，图像的分辨率需要足够高，对于本文中所述的 测量值，使用了 1280X960像素的图像区域。通过使用反向散射电子信号所拍摄的扫描电 子显微照片（SEM)的方式获得用于图像分析的图像。选择反向散射模式以提供基于不同原 子数的高对比度，并降低对表面损伤的敏感度（与次级电子成像模式相比）。
[0125] 1.使用线EDM切削TCD烧结体的样件并抛光。使用扫描电子显微镜以1000倍放 大倍数拍摄样品表面的至少10幅反向散射电子图像。
[0126] 2.将原始图像转换为灰度图像。通过确保在灰度等级直方图中金刚石峰值亮度出 现在10至20之间来设定图像的对比度水平。
[0127] 3.自动阈值特性用于二值化图像，特别是用于获得金刚石和粘合剂相的清晰分辨 率。
[0128] 4.使用来自 Soft Imaging System? GmbH (Olympus Soft Imaging Solutions GmbH的商标）的商品名analySIS Pro的软件，并从分析中排除接触图像边界的任何颗粒。 这需要适当选择图像放大率：
[0129] a.如果太低则细粒子的分辨率降低。
[0130] b.如果太高则：
[0131] i.粗颗粒分离的效率降低。
[0132] ii.大量的粗颗粒被图像的边界切除，由此分析了较少的这些颗粒。
[0133] iii由此必须分析更多图像以获得有统计学意义的结果。
[0134] 5.每个粒子最终通过形成其的连续像素的数量来表示。
[0135] 6. AnalySIS软件程序进行探测并分析图像中的每个粒子。对多个图像自动重复此 过程。
[0136] 7.使用灰度等级分析十幅SEM图像，以确定样品中与其它相不同的粘合剂池。然 后通过选择仅识别粘合剂池并排除所有其它相（无论灰色或白色）的粘合剂池含量的最大 值来确定SEM的阈值。一旦确定此阈值，使用该阈值来二值化SEM图像。
[0137] 8.将一个像素粗的线叠加在整个二值化图像的宽度上，每根线相距5个像素（以 确保测量在统计学角度上有足够的代表性）。被图像边界切除的粘合剂相被排除在这些测 量之外。
[0138] 9.测量并记录沿叠加线的粘合剂池之间的距离一每种被分析的材料至少进行 10000次测量。记录（report)非金刚石相平均自由程和金刚石相平均自由程的中值。
[0139] 还记录对于金刚石相和非金刚石相两者的在Ql和Q3的平均自由程测量值。
[0140] Ql通常称为第一四分位（也称为下四分位），并且在该数值以下列有25%的底部 的数据。Q3通常称为第三四分位（也称为上四分位），并且有75 %的数据在其下，且前25 % 的数据在其上。
[0141] 由此，确定实施例具有：
[0142] L 5 > α 彡 〇· 50 且 β〈0· 60，
[0143] 其中
[0144] α是非金刚石相MFP中值AQ3-Q1)，其给出了"均匀粘合剂池尺寸"的测量值；以 及
[0145] β =金刚石MFP中值AQ3-Q1)，其给出了 "宽粒径分布"的测量值。
[0146] 在一些实施例中，确定了 1.5 > α彡0.60,或1.5 > α彡0.80,或1.5 > α 彡 0. 83。
[0147] 在一些实施例中，β〈0.60,或〈0.50,或〈0.47,或〈0.4。
[0148] 将参照图4-10说明产生如图l_3c所示的包含P⑶材料主体22的P⑶坯块20的 其他方法。如图4所示，P⑶结构（第二结构）200邻近烧结碳化物基底（第一结构）300 配置，包含Co的粘合剂材料的薄层或薄膜400连接PCD结构200和基底300的主要相对表 面以组成围绕壳体100中用于超高压、高温压制（未示出）的组件。P⑶结构200中包含 的TCD材料的CTE是在约2. 5X10_6/°C到约4X10_6/°C的范围内，基底300中包含的钴-烧 结碳化钨材料的CTE是在约5. 4X 10_6/°C到约6X 10_6/°C的范围内（CTE值适用于25°C )。 在此示例中，基底300和PCD结构200含有包含Co的粘合剂材料。据估计，PCD材料的杨 氏模量为约900GPa到约1400GPa，这取决于TCD的等级，基底的杨氏模量为约500GPa到约 650GPa，这在很大程度上取决于粘合剂材料的含量和成分。
[0149] 图5示出了碳在压力p轴和温度T轴的示意相图，线D-G表示金刚石和石墨同素 异形体之间的热力学平衡，金刚石在区域D中更加热稳定，石墨在图表的区域G中更加热 稳定。线S-L图示地示出了在各种压力下粘合剂材料熔化或凝固的温度，该温度倾向于随 着压力的增加而增加。注意，该温度有可能与纯粘合剂材料的温度不同，因为金刚石中碳的 存在和/或一些溶解的WC可预期的降低该温度，因为溶液中碳的存在可预期的降低钴和其 他金属的熔点。参照图4描述的组件可能处在约7. 5GPa到约8GPa的第一压力Pl且在约 1450°C到约1800°C温度的条件下，通过烧结邻近基底设置的金刚石颗粒的聚集体已经形成 PCD材料。在一方面的在原位置在烧结压力和烧结温度下形成PCD和在另一方面的使组件 经受第一压力Pl之间没有实质性中断；随后在阶段I和在阶段II的压力和温度的减小之 间的关系是该方法更相关的方面。在烧结温度时，Co粘合剂材料将会熔化并有望促进金刚 石颗粒的直接共生烧结以形成PCD材料，PCD材料中包含的金刚石在烧结温度和烧结压力 下在热力学上基本比石墨稳定的多。
[0150] 进一步参照图5,可以将组件的压力和温度减小到阶段I、II和III的环境水平。在 具体示例中，在阶段I中，将压力从第一压力Pl减小到约5. 5GPa到约6GPa的第二压力P2， 同时将温度减小到约1350°C到约1500°C，以确保维持压力-温度条件，以便金刚石比石墨 在热力学上更加稳定以及粘合剂材料保持充分熔化。然后，在阶段II中，可以将温度减小到 约1100°C至约1200°C范围内，同时将压力维持在线D-G以上的金刚石稳定区域D中，以凝 固粘合剂材料；在阶段III中，可以用各种方法将压力和温度减小到环境水平。然后，PCD构 造可以从压力机设备中移除。注意，阶段I、II和III仅用于解释图6,并且在实践中这些阶段 之间可能没有清晰的区别。例如，在一个阶段结束时没有维持压力和温度条件的实质性期 间，这些阶段可以平稳地进入另一个阶段。或者，一些阶段或全部阶段可以是不同的并且在 一个阶段结束时，压力和温度条件可以持续一段时间。
[0151] 在一些示例中，例如制造 rcD构造的预烧结组件可以被制备并将其设置在如下的 第一压力Pi的原位置。可以提供一个容器，可以将包含多个金刚石颗粒和基底的聚集体组 装到该容器中，该容器的内部形状通常是期望的PCD结构的形状（考虑在烧结步骤中可能 的变形）。该聚集体可以包含大幅松散的金刚石颗粒或含有如颗粒状、盘状、圆片或片状前 体结构的金刚石。聚集体也可以包括用于金刚石的催化剂材料或用于催化剂材料的前体材 料，该聚集体可以与金刚石颗粒混合和/或沉积在金刚石颗粒的表面上。金刚石颗粒的平 均尺寸可以为至少约0. 1 μπι和/或至多约75 μL?，并且可以基本上是单模态或多模态的。 聚集体也可以包含用于减小不规则金刚石或晶粒生长的添加剂，或聚集体也可以基本上无 催化剂材料或添加剂。可选择地或可替换地，催化剂材料或基体（matrix)材料的另一来源 如钴可以被提供，如烧结碳化物基底中的粘合剂材料。可以将足够数量的聚集体放到容器 中，然后基底可以用近端抵靠该聚集体推进而插入容器中。包含聚集体和基底的预烧结组 件可以被装入包含容器的金属外壳中，经受热处理以燃烧包含在聚集体中的有机粘合剂以 及密封在适合于超高压压制的壳体（其可被称为容器）中。壳体可以放置在适合的超高压 压力机设备中并经受烧结压力和烧结温度以形成由包含钴的熔融粘合剂的薄膜连接的包 含邻近基底的PCD结构的组件。在如这些示例中，可以认为烧结压力是第一压力P1。
[0152] 在示例性布置中，在如下所述的第一压力Pl下在压力机设备中可以制备和提供 用于制造 P⑶构造的预烧结组件。P⑶结构可以在前述的超高压、高温工艺中进行预烧结。 PCD结构可以含有包含钴的粘合剂材料，该粘合剂材料位于包含在PCD材料中的金刚石颗 粒间的间隙区域中。至于PCD材料，PCD结构可以具有至少一个基本无粘合剂材料的区域。 例如，可以在酸中处理PCD结构以从至少邻近PCD结构的表面的或基本贯穿整个PCD结构 的体积（或这些可能性之间的变化）的间隙移除粘合剂材料，留下至少一个可含有孔或洞 的区域。在一些示例中，产生的洞从而可以充满可包含或不包含粘合剂材料的填充材料。 P⑶结构可以放置在基底上，产生的预构造（pre-construction)组件可以装入适合于超高 压压制的壳体中。壳体可放置在合适的超高压压力机设备中并在粘合剂材料处于液态的温 度下（在图5的区域D中的条件下）经受第一压力P1。
[0153] 下面将参照图6-10描述用于制造示例性P⑶构造的示例性方法。在每个图中，仅 示出了压力和温度循环的一部分，该部分开始于各自的第一压力P1，在该压力下包含在构 造中的PCD材料通过烧结开始形成，并且在温度已经充分减小到使粘合剂材料凝固和压力 已经从第二压力P2减小后结束。
[0154] 在一些示例中，可提供包含多个邻近包含钴-烧结碳化钨的基底的表面放置的金 刚石颗粒的聚集体的预烧结组件。金刚石颗粒的平均尺寸在约〇. 1到约40 μm的范围内。 可以将预烧结组件压缩在用于超高压压力机设备的容器中，在该装置中装载有该容器。可 以在环境温度下将容器增压至至少约6. 5GPa的压力并加热至约1500至约1600°C范围内的 温度，该温度远远大于包含在基底中的钴基粘合剂材料的熔点（在所述压力下）并引起钴 材料熔化。在该温度下，预烧结组件可以处于约7. 5到约IOGPa范围内的第一压力Pl (至 少部分由于温度的增加，Pl可以稍微高于7GPa)。所述第一压力Pl和所述温度可以大体上 维持至少约1分钟，或保持足够长时间以将金刚石颗粒烧结在一起（在这些示例中，烧结压 力大体上为Pl)。然后，压力可以从第一压力Pl减小至范围为约5. 5至约8. 5GPa的第二压 力P2。在第二压力下，由于温度减小至粘合剂材料的凝固温度，粘合剂材料开始凝固。
[0155] 如果温度仍保持大于钴基粘合剂材料将完全凝固时的温度，则预烧结组件的温度 可以与压力同时减小。当压力从P2减小时，也可以将温度通过钴基粘合剂材料的凝固线而 减小，导致粘合剂材料的凝固。在这些具体示例中，压力从第一压力Pl大幅持续减小，在没 有实质停顿的情况下，通过第二压力P2并通过粘合剂材料凝固的压力。温度和/或压力的 减小速度可以是变化的或两者之一或两者的减小速