(图7)可形成聚晶复合片102(图1)的第一区域110A，第二聚晶复合片160(图7)可形成聚晶复合片102(图1)的第二区域110B。
[0060]一起参照图1至7，在使用本公开的方法将聚晶复合片102(图1至3)形成和附接到支撑基体104(图1至3)上之后，聚晶复合片102可经历浸取过程以从聚晶复合片102的多个区域110(图1至3)中的至少一个区域上去除掉一种或多种固体材料。例如，浸出剂可用于从聚晶复合片102的第一区域IlOA的相互连接的颗粒124(图4)间的孔隙空间132(图4)中去除掉催化剂材料150(图6和7)，和/或从聚晶复合片102的第二区域IlOB的相互连接的颗粒134(图5)间的孔隙空间142(图5)中去除掉催化剂材料150。合适的浸出剂在本领域是公知的，例如在美国专利N0.5，127,923(受让人为Bunting等，于1992年7月7日授权)和美国专利N0.4,224,380 (受让人为Bovenkerk等，于1980年9月23日授权)中被更充分描述。以非限制性实例的形式，王水(即，浓硝酸和浓盐酸的混合物)、沸腾盐酸和沸腾氢氟酸中的至少一种物质可用作浸出剂。在一些实施例中，浸出剂可包括温度高于或等于约110°C的盐酸。切削元件100(图1至3)的与被浸取表面不同的表面(如，支撑基体104的表面和/或聚晶复合片102的预定表面)可用保护性材料(如，聚合材料，其耐蚀或抵抗浸出剂带来的其他损害)覆盖(如，涂覆)。聚晶复合片102的待被浸取的裸露(如，露出的)表面(如，切削面108、斜切边缘112、侧面120等的裸露部分)例如可通过浸渍或浸没而接触浸出剂。浸出剂可被设置成接触聚晶复合片102的裸露表面一段时间，该段时间为约30分钟至约60小时，取决于聚晶复合片102的尺寸和材料需要去除的深度。
[0061 ]继续参照图1至7，在一些实施例中，催化剂材料150可从聚晶复合片102的区域110(其接近切削面108、斜切边缘112、侧面120中的至少一种)上去除掉，去除深度为约40μπι至约400μπι，如，约ΙΟΟμπι至约250μπι。在其他的实施例中，聚晶复合片102的区域110可被深度浸取，浸取深度大于约250μπι。在另外的实施例中，聚晶复合片102的区域110的浸取深度可小于约ΙΟΟμπι。从聚晶复合片102的一个或多个区域110上去除掉催化剂材料150，可提高聚晶复合片102在使用期间的热稳定性，这对于本领域的普通技术人员而言是众所周知的。聚晶复合片102的一个或多个其他区域110中存在催化剂材料150可提高切削元件100的耐久性和冲击强度。在一些实施例中，催化剂材料150可从聚晶复合片102的第一区域IlOA的相互连接的颗粒124(图4)间的孔隙空间132(图4)中去除掉，但是基本上不从聚晶复合片102的第二区域IlOA的相互连接的颗粒134(图5)间的孔隙空间142(图5)中去除掉。例如，催化剂材料150可从聚晶复合片102上去除掉，去除深度小于或等于第一区域IlOA和第二区域IlOB之间的联接面的深度。
[0062]有利地，聚晶复合片102的至少第一区域IlOA的结构配置(S卩，形状)和渗透性(如，其受颗粒体积百分比、平均颗粒尺寸、粒度分布、平均自由程等影响)与许多传统的聚晶复合片相比，可实现下述效果中的至少一种，即可便于提高浸取率均匀性和提高浸取深度均匀性。例如，在至少侧向包围(如果不是侧向和纵向包围)的配置情况下，聚晶复合片1 2的第二区域IlOB和聚晶复合片102的第一区域IlOA能允许将催化剂材料150从第二区域IlOB的至少侧向部分上浸取掉，浸取速度基本上等于催化剂从第一区域IlOA的至少侧向部分上被浸取的速度。进而，控制聚晶复合片102内的浸取速度可便于提高对浸取深度的控制，对浸取深度的控制可限制不合适地从支撑基体104上去除掉催化剂材料150(如果不排除这种情况的话)，而使用传统的聚晶复合片会导致不合适地从支撑基体104上去除掉催化剂材料150。在一些实施例中，第一区域IlOA相对于第二区域IlOB的配置(如，形状和渗透性)可基本上限制从第二区域IlOB和支撑基体IlOA上去除掉催化剂材料150(如果不能防止此现象的话)(如，催化剂材料150的去除可局限于第一区域110Α)。这种改进进而可相对降低对使用聚晶复合片102的切削元件100的损害和所述切削元件100上的缺陷，从而减少制造废料(如，由于不能满足预定质量标准而被处理掉的有缺陷的切削元件)，可提高切削元件100和使用切削元件100的钻孔工具的性能和可靠性。
[0063]文中所述的切削元件100(如，图1至3)的实施例可被固定到钻孔工具上，可根据本公开的其他实施例用于去除掉地下地层材料。钻孔工具例如可以是旋转钻头、冲击钻头、取芯钻头、偏心钻头、铰刀、铣刀等。以非限制性实例的方式，图8示出了固定刀片式钻孔旋转钻头162，其包括多个切削元件100(图1至3)，每个切削元件100包括先前所述的聚晶复合片102(如，图1至3)。旋转钻头162包括钻头体164，切削元件100粘结到钻头体164上。切削元件100可被钎焊、熔焊或以其他方式被固定到形成在钻头体14的外表面上的凹部内。
[0064]尽管已经针对一些实施例描述了本公开，但是本领域的普通技术人员将意识和理解到，本公开并不局限于此。更确切地说，可在不超出本发明的范围的情况下，可对文中所述的实施例进行增加、删除和改进，下面要求了本发明的范围。此外，一个实施例的特征可与另一实施例的特征组合，但仍包含在本发明的由发明人所构思的范围内。另外，本发明能够应用于具有不同钻头轮廓和不同刀具类型的钻头中。
【主权项】
1.一种切削元件，其包括: 支撑基体;和 聚晶复合片，其附接到所述支撑基体的端部上并包括: 靠近所述支撑基体的所述端部的区域;和 至少基本侧向包围所述区域且渗透率低于所述区域的另一区域。2.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述区域内的孔隙空间基本上填充有催化剂材料，其中，所述另一区域内的其他孔隙空间基本上没有催化剂材料。3.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述区域包括第一体积百分比的相互连接的材料颗粒，其中，所述另一区域包括第二体积百分比的相互连接的材料颗粒，所述第二体积百分比大于所述第一体积百分比。4.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述区域包括具有第一互连性的孔隙空间，其中，所述另一区域包括具有较小的第二互连性的其他孔隙空间。5.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述区域的材料的平均颗粒尺寸大于所述另一区域的材料的平均颗粒尺寸。6.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述区域的相互连接的颗粒材料间包括第一体积百分比的孔隙空间，其中，所述另一区域的相互连接的颗粒材料间包括较小的第二体积百分比的孔隙空间。7.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述区域和所述另一区域的相互连接的颗粒的粒度分布均是多模式的。8.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述另一区域基本上从所述支撑基体的端部延伸。9.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述另一区域被设置在所述区域和聚晶复合片的侧面之间。10.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述另一区域基本上从所述支撑基体的端部延伸至所述支撑基体的切削面。11.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述另一区域基本上包围所述区域的上部分和侧向部分。12.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述区域基本上从所述支撑基体的端部延伸至所述聚晶复合片的切削面。13.根据权利要求1所述的切削元件，其还包括附加区域，所述附加区域覆盖所述区域和所述另一区域中的至少一个。14.一种用于形成切削元件的方法，其包括以下步骤: 将包括硬质材料的一组颗粒提供到容器中； 将另一组颗粒提供到所述容器中，所述另一组颗粒基本上被所述一组颗粒侧向包围； 将支撑基体提供到所述容器中，使其位于所述一组颗粒和所述另一组颗粒上方； 在存在催化剂的情况下烧结所述一组颗粒和所述另一组颗粒，以形成聚晶复合片，所述聚晶复合片包括靠近支撑基体端部的区域、和至少基本侧向包围所述区域且渗透性小于所述区域的另一区域;和 将至少一部分催化剂材料从所述聚晶复合片上去除掉。15.根据权利要求14所述的方法，其中，将包括硬质材料的一组颗粒提供到容器中的步骤包括:将所述一组颗粒形成为所述另一区域的合适形状。16.根据权利要求15所述的方法，其中，将所述一组颗粒形成为所述另一区域的合适形状的步骤包括:在存在粘结剂材料的情况下压制所述一组颗粒，以在将所述另一组颗粒提供到所述容器之前形成合适形状的生的结构。17.根据权利要求14所述的方法，其中，将包括硬质材料的一组颗粒提供到所述容器中的步骤包括:将所述一组颗粒提供到预成型容器中，该容器被配置成用作杯而容纳所述另一组颗粒中的至少一些颗粒。18.根据权利要求14所述的方法，其中，从聚晶复合片中去除掉至少一部分催化剂材料的步骤包括，从聚晶复合片上去除掉催化剂材料至这样的深度，即该深度小于或等于所述另一区域和所述区域之间的联接面的深度。19.一种钻孔工具，其包括至少一个切削元件，所述切削元件包括:支撑基体;和 聚晶复合片，其附接到支撑基体的端部上并包括: 靠近支撑基体的端部的区域;和 至少局部侧向包围所述区域且渗透性小于所述区域的另一区域。20.根据权利要求19所述的钻孔工具，其中，所述钻孔工具包括钻孔旋转钻头。
【专利摘要】一种切削元件包括支撑基体和聚晶复合片，聚晶复合片被附接到支撑基体的端部上。聚晶复合片包括靠近支撑基体端部的区域、以及至少基本侧向包围所述区域且渗透性比所述区域小的另一区域。还描述了用于形成切削元件的方法和钻孔工具。
【IPC分类】B24D18/00, E21B10/42, E21B10/46
【公开号】CN105556050
【申请号】CN201480050908
【发明人】D·E·斯科特, D·L·内尔姆斯
【申请人】贝克休斯公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2014年7月29日
【公告号】EP3027836A1, US20150027787, WO2015017359A1