镶齿60。例如，这样的镶齿60可以由坯件形成，该坯件包括由上文所述的一个或多个基体材料64形成的基体部62，以及具有由所述超硬本体的热稳定区域形成的工作面68的超硬材料本体66。所述坯件被挤压或机械加工成所需形状的牙轮钻头镶齿。
[0055]图6示出了成牙轮钻头70的形式的旋转或滚子锥钻头，所述牙轮钻头70包含如上所述及示于图5中的多个磨损或切割镶齿60。所述牙轮钻头70包含具有三个支腿74的本体72，以及安装于每个支腿下端的滚轮切割锥76。可以根据上述方法制造所述镶齿60。所述镶齿60位于每个切割锥76的表面中以向正在钻探的岩石层施加压力。
[0056]图7示出了与冲击钻头或震击钻头80共同使用的如上所述的镶齿60。所述震击钻头包含中空的钢本体82，螺纹销84在所述本体的一端上将所述钻头安装至钻柱(未示出)，用于钻探油井等。多个所述镶齿60 (示出图7中)位于所述本体96的头部100的表面中以向正在钻探的地下岩层施加压力。
[0057]图8示出了如本文所述的超硬结构，其被实施为与例如用于钻探地下岩层的刮刀钻头共同使用的剪切切割器90的形式。所述剪切切割器90包含烧结或以其他方式附接/连接至切割器基体94的热稳定超硬本体92。所述热稳定超硬材料本体包括工作或切割面96 ο
[0058]图9示出了刮刀钻头100，其包括上文所述并示于图8中的多个剪切切割器90。所述剪切切割器各附接于刀片102，每个刀片从所述刮刀钻头的头部104延伸，用于切割正在钻探的地下岩层。
[0059]虽然上文描述了几个示例性的实施例，所属领域技术人员应该容易理解，在实质上不脱离本公开的范围的情况下，可以对示例性的实施例进行多种变型。因此，所有这样的变型应当被包含于权利要求所限定的本公开的范围内。在权利要求中，功能模块的条款被预期覆盖在此描述的执行所述功能的结构，不仅限于在结构上的等价，还包括等价的结构。因此，尽管钉子和螺钉可能在结构上不等价，因为钉子具有圆柱形表面，以便紧固木质零件，而螺钉具有螺旋形表面，然而在紧固木质零件的环境下，钉子和螺钉可以是等价的结构。申请人的明确意图是不为本文的任何权利要求的任何限制援引35U.S.C.§ 112第6段，除了权利要求明确使用词语“用于…的装置”和相关联的功能。
【主权项】
1.一种超硬结构(40)，包括: 金刚石结合本体(42)，其包括结合在一起的金刚石晶粒的基质相，其中，所述本体在温度高于约750°C时是热稳定的； 金属材料(56)，其设置于所述金刚石结合本体的基体界面表面(54)上，所述金属材料具有碳化物成分；以及 基体(44)，其与所述金刚石结合本体(42)通过置于所述金属材料(56)与所述基体(44)之间的硬焊接合部(46)连接。
2.如权利要求1所述的结构，其中，所述金刚石结合本体进一步包括置于所述结合在一起的金刚石晶粒之间的多个间隙区域，所述间隙区域基本不含用于在高压/高温条件下烧结金刚石结合本体的催化剂材料。
3.如权利要求1所述的结构，其中，所述金刚石结合本体包括使用碳酸盐材料在高压及高温条件下合成的材料。
4.如权利要求1所述的结构，其中，所述金属材料包括碳化物成分，且所述基体包括碳化物成分。
5.如权利要求1所述的结构，其中，所述硬焊接合部由与所述基体及金属材料反应的非活性硬焊材料形成。
6.如权利要求1所述的结构，其中，所述金属材料的层厚在约0.1至10微米的范围内。
7.如权利要求5所述的结构，其中，所述非活性硬焊材料选自以下的组:Cu、N1、Mn、Au、Pd、它们的组合及合金。
8.一种用于钻探地下岩层的切割元件，所述切割元件包括如权利要求1所述的超硬结构。
9.一种用于钻探地下岩层的钻头，包括本体及可操作地附接至所述本体的多个如权利要求8所述的切割元件。
10.一种超硬结构(40)，其由如下过程制备: 在高压/高温条件下形成金刚石结合本体(42)，所述金刚石结合本体包括结合在一起的金刚石晶粒的基质相，所述本体在温度高于约750°C时是热稳定的； 处理所述金刚石结合本体(42)，以在基体界面表面(54)上包括金属材料(56)，其中，所述金属材料(56)选自由含碳化物材料及形成碳化物的材料组成的组；以及 将金属基体(44)附接至所述金刚石结合本体(42)，其中，使用硬焊接合部(46)在高温而非高压条件下将所述金属基体(44)附接至所述金刚石结合本体(42)。
11.如权利要求10所述的结构，其中，所述金刚石结合本体包括置于所述结合在一起的金刚石晶粒之间的多个间隙区域。
12.如权利要求10所述的结构，其中，在所述形成步骤中，使用碳酸盐材料。
13.如权利要求11所述的结构，其中，所述金刚石结合本体被处理以使所述间隙区域基本不含用于在高压/高温条件下形成所述金刚石结合本体的催化剂材料。
14.如权利要求10所述的结构，其中，所述金属材料是形成碳化物的材料，所述过程进一步包括对所述金属材料渗碳的步骤，以提供碳化物成分。
15.如权利要求14所述的结构，其中，所述渗碳的步骤在温度高于约900°C时执行。
16.如权利要求10所述的结构，其中，所述硬焊接合部由与所述基体及基体界面表面中的碳化物反应的非活性硬焊材料形成，以在基体与基体界面表面之间形成牢固结合，其中，所述高温大约是所述非活性硬焊材料的熔点。
17.—种用于制造超硬结构(40)的方法，包括如下步骤: 在高压/高温条件下形成金刚石结合本体(42)，所述金刚石结合本体包括结合在一起的金刚石晶粒的基质相，所述本体(42)在温度高于约750°C时是热稳定的； 处理所述金刚石结合本体(42)的基体界面表面(54)，以在基体界面表面上包括一层金属材料(56)；以及 将金属基体(44)附接至金刚石结合本体(42)，其中，在所述附接步骤之前，所述金属材料(56)包括碳化物成分，在所述附接步骤中，硬焊材料在非高压条件下被熔融并形成硬焊接合部(46)。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述基体包括碳化物成分，所述硬焊材料是非活性硬焊材料。
19.如权利要求17所述的方法，其中，在所述形成步骤中，使用碳酸盐材料。
20.如权利要求17所述的方法，其中，所述本体包括置于所述结合在一起的金刚石晶粒之间的多个间隙区域，其中，所述间隙区域基本不含用于在高压/高温条件下形成所述金刚石结合本体的催化剂材料。
21.如权利要求17所述的方法，其中，在所述处理步骤中，所述金属材料是形成碳化物的材料，所述方法进一步包括在温度高于约900°C时对所述金属材料渗碳的步骤，以提供碳化物成分。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述渗碳步骤与所述附接步骤分开进行。
23.如权利要求17所述的方法，其中，所述附接步骤在约900至1200°C之间的温度下在真空环境中执行。
【专利摘要】超硬结构(40)包括具有结合在一起的金刚石晶粒的基质的烧结金刚石结合本体(42)，以及基本不含催化剂材料的多个间隙区域。包括碳化物成分的金属材料(56)设置于所述金刚石本体(42)的基体界面表面(54)上。通过硬焊接合部(46)将基体(44)附接于金刚石结合本体(42)。所述硬焊接合部(46)由与所述基体和金属材料发生反应的非活性硬焊材料形成。在非高压条件下在所述非活性硬焊材料的熔点下形成所述硬焊接合部。在一个示例性实施例中，所述非活性硬焊材料与所述金属材料中的碳化物成分反应。能用于形成所述非活性硬焊材料的示例性材料包括那些选自Cu、Ni、Mn、Au、Pd、它们的组合及合金的材料。
【IPC分类】B24D3-10, E21B10-46
【公开号】CN104769208
【申请号】CN201380055829
【发明人】J·D·贝尔纳普
【申请人】史密斯国际有限公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2013年9月6日
【公告号】CA2883776A1, EP2893118A1, US20140069727, WO2014039771A1