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　　申請號：201380068634.4
　　申請人：第六元素研磨劑股份有限公司 第六元素有限公司
　　發明人：奈德瑞·堪 克萊門特·大衛·范德里特

　　摘要：本發明公開了一種多晶超硬構造，其包含多晶金剛石(PCD)材料主體和在形成多晶金剛石材料的相互粘結的金剛石顆粒之間的多個間隙區域；該PCD材料主體包含：沿主體的外側部分放置的工作表面；基本上不含溶劑/催化材料的第一區域；遠離工作表面并在多個所述間隙區域中包含溶劑/催化材料的第二區域；以及沿界面附著至第二區域的基底。第一區域從工作表面延伸一深度，且第二區域在與基底的界面和與第一區域的界面之間的厚度在沿與基底的界面的一個或多個點上為約20μm到約200μm之間。 　　主權利要求：1.一種多晶超硬構造，其包含多晶金剛石(PCD)材料主體和在形成所述多晶金剛石材料的相互粘結的金剛石顆粒之間的多個間隙區域；所述PCD材料主體包含：工作表面，其沿所述主體的外側部分定位；第一區域，其基本上不含溶劑/催化材料；遠離所述工作表面的第二區域，其在所述多個間隙區域中包含溶劑/催化材料；以及基底，其沿界面附著至所述第二區域；其中，所述第一區域從所述工作表面延伸一深度；且所述第二區域在與所述基底的界面和與所述第一區域的界面之間的厚度在沿與所述基底的界面的一個或多個點上為約20μm到約200μm之間。
　　2.如權利要求1所述的多晶超硬構造，其中，所述第二區域的厚 度在約50μm到約200μm之間；或在約100μm到約200μm之間；或在約 150μm到約200μm之間。
　　3.如上述權利要求中任一項所述的多晶超硬構造，其中，在所述 第一區域和所述第二區域之間的界面和/或在所述第二區域和所述基 底之間的界面大體上是平面的；或在所述第二區域和所述基底之間的 界面大體上是非平面的且包含突出進入一個或另一個所述PCD材料主 體或基底一個或多個部分，或從一個或另一個所述PCD材料主體或基 底延伸的一個或多個部分。
　　4.如上述權利要求中任一項所述的多晶超硬構造，其中，所述第 一區域和與所述基底的所述界面間隔或與沿與所述基底的所述界面的 所有點延伸的一個或多個部分間隔。
　　5.如上述權利要求中任一項所述的多晶超硬構造，其中，穿過至 少部分所述工作表面的所述第一區域的深度是大體恒定的；或穿過至 少部分所述工作表面的所述第一區域的深度是變化的。
　　6.如上述權利要求中任一項所述的多晶超硬構造，其中，所述第 一區域大體上穿過整個所述工作表面延伸；或所述第一區域僅穿過部 分所述工作表面延伸。
　　7.如上述權利要求中任一項所述的多晶超硬構造，其中，所述第 一和/或第二區域包含兩種或多種金剛石顆粒尺寸的金剛石顆粒。
　　8.如權利要求7所述的多晶超硬構造，其中，所述金剛石顆粒具 有相關的平均自由程；至少部分填充所述第二區域中的多數間隙區域 的所述溶劑/催化劑具有相關的平均自由程； 其中，與所述溶劑/催化劑相關的所述平均自由程的中值除以對于 所述溶劑/催化劑的(Q3－Q1)大于或等于0.5，其中Q1是第一四分位 且Q3是第三四分位；以及 與所述金剛石顆粒相關的所述平均自由程的中值除以對于所述金 剛石顆粒的(Q3－Q1)小于0.6。
　　9.如權利要求8所述的多晶超硬構造，其中，與所述溶劑/催化劑 相關的所述平均自由程的中值除以對于所述溶劑/催化劑的(Q3－Q1) 大于或等于0.6。
　　10.如權利要求8所述的多晶超硬構造，其中，與所述溶劑/催化劑 相關的所述平均自由程的中值除以對于所述溶劑/催化劑的(Q3－Q1) 大于或等于0.8。
　　11.如權利要求8所述的多晶超硬構造，其中，與所述溶劑/催化劑 相關的所述平均自由程的中值除以對于所述溶劑/催化劑的(Q3－Q1) 大于或等于0.83。
　　12.如權利要求8-11中任一項所述的多晶超硬構造，其中，與所述 金剛石顆粒相關的所述平均自由程的中值除以對于所述金剛石顆粒的 (Q3－Q1)小于0.5。
　　13.如權利要求8-11中任一項所述的多晶超硬構造，其中，與所述 金剛石顆粒相關的所述平均自由程的中值除以對于所述金剛石顆粒的 (Q3－Q1)小于0.47。
　　14.如權利要求8-11中任一項所述的多晶超硬構造，其中，與所述 金剛石顆粒相關的所述平均自由程的中值除以對于所述金剛石顆粒的 (Q3－Q1)小于0.4。
　　15.如上述權利要求中任一項所述的多晶超硬構造，其中，所述 金剛石顆粒包含天然的和/或合成的金剛石顆粒。
　　16.如上述權利要求中任一項或多項所述的多晶超硬構造，其中， 在所述第二區域中的所述溶劑/催化劑包含鈷，和/或一種或多種其它的 鐵族元素，如鐵或鎳，或其合金，和/或一種或多種在元素周期表中的 IV-VI族金屬的碳化物、氮化物、硼化物和氧化物。
　　17.如上述權利要求中任一項所述的多晶超硬構造，其中，在所 述第二區域中的所述溶劑/催化劑是在形成所述PCD結構時用于燒結 所述PCD主體的所述溶劑/催化劑。
　　18.如上述權利要求中任一項所述的一種多晶超硬構造，其中， 至少部分填充所述多個間隙區域的所述溶劑/催化劑形成非金剛石相 池，每個所述的非金剛石相池具有單獨的橫截面面積， 其中，所述溶劑/催化劑占所述多晶金剛石材料主體的橫截面的總 面積的百分比在約0到12％之間，并且當使用在約1000的放大率和1280 ×960像素的圖像區域的圖像分析技術進行分析時，在穿過所述多晶材 料主體的橫截面的分析圖像中的所述非金剛石相池的單個橫截面面積 的平均值小于約0.7μm2。
　　19.如權利要求18所述的一種多晶超硬構造，其中，所述溶劑/催 化劑占所述多晶金剛石材料主體的橫截面的總面積的百分比在約0到 10％之間，并且當使用在約1000的放大率和1280×960像素的圖像區域 的圖像分析技術進行分析時，在穿過所述多晶材料主體的橫截面的分 析圖像中的所述非金剛石相池的單個橫截面面積的平均值小于約 0.7μm2。
　　20.如權利要求18所述的一種多晶超硬構造，其中，所述溶劑/催 化劑占所述多晶金剛石材料主體的橫截面的總面積的百分比在約0到 8％之間，并且當使用在約1000的放大率和1280×960像素的圖像區域 的圖像分析技術進行分析時，在穿過所述多晶材料主體的橫截面的分 析圖像中的所述非金剛石相池的單個橫截面面積的平均值小于約 0.7μm2。
　　21.如權利要求18-20中任一項所述的一種多晶超硬構造，其中， 當使用在約1000的放大率和1280×960像素的圖像區域的圖像分析技 術進行分析時，在穿過所述多晶材料主體的橫截面的分析圖像中的所 述非金剛石相池的單個橫截面面積的平均值小于約0.5μm2。
　　21.如權利要求18-20中任一項所述的一種多晶超硬構造，其中， 當使用在約1000的放大率和1280×960像素的圖像區域的圖像分析技 術進行分析時，在穿過所述多晶材料主體的橫截面的分析圖像中的所 述非金剛石相池的單個橫截面面積的平均值小于約0.4μm2。
　　22.如權利要求18-20中任一項所述的一種多晶超硬構造，其中， 當使用在約1000的放大率和1280×960像素的圖像區域的圖像分析技 術進行分析時，在穿過所述多晶材料主體的橫截面的分析圖像中的所 述非金剛石相池的單個橫截面面積的平均值小于約0.34μm2。
　　23.如上述權利要求中任一項所述的一種多晶超硬構造，其中， 所述多晶金剛石材料主體的最大尺寸為約6mm或更大。
　　24.如上述權利要求中任一項所述的一種多晶超硬構造，其中， 所述多晶金剛石材料主體的厚度為約0.3mm或更大，或約3mm或更大。
　　25.如上述權利要求中任一項所述的一種多晶超硬構造，其中， 所述PCD主體包含占所述金剛石主體的總體積至少約90％到95％之間 的體積的金剛石。
　　26.一種用于地殼鉆探的刀具，其包含如上述權利要求中任一項 所述的多晶超硬構造。
　　27.一種用于地殼鉆探的旋轉剪機、用于沖擊鉆頭或用于采礦或 瀝青降解的挖掘機的PCD元件，其包含權利要求1-25中任一項所述的 多晶超硬構造。
　　28.一種鉆頭或一種用于地殼鉆探的鉆頭的組件，其包含權利要 求1-25中任一項所述的一種多晶超硬構造。
　　29.一種制造熱穩定的多晶金剛石構造的方法，其包含以下步驟： 處理包含多晶金剛石主體的多晶金剛石構造，所述多晶金剛石主 體包含多個相互粘結的金剛石顆粒和設置在其間的間隙區域，從而從 所述金剛石主體的第一區域移除溶劑/催化劑材料，同時允許所述溶劑 /催化劑材料留在所述金剛石主體的第二區域中； 進一步包括，在處理步驟期間，控制所述第一區域的深度以便其 從所述金剛石主體的工作表面延伸至一深度，其中所述第二區域在與 所述基底的界面和與所述第一區域的界面之間的厚度在沿與所述基底 的界面的一個或多個點上為約20μm到約200μm之間。
　　30.如權利要求29所述的方法，其中，所述PCD構造進一步包含沿 界面粘結至所述PCD材料主體的基底，所述方法進一步包括在所述處 理步驟之前的防止所述基底暴露在所述處理步驟期間使用的處理劑的 步驟。
　　31.如權利要求29或30中任一項所述的方法，其中，所述處理步 驟包括控制所述第一區域的深度以便其從所述金剛石主體的工作表面 延伸從所述界面或從沿所述界面在所有點延伸的一個或多個部分間隔 的深度。
　　32.如權利要求29-31中任一項所述的方法，其中，所述處理步驟 包括控制所述第一區域的深度以便其從所述金剛石主體的工作表面延 伸至與所述界面間隔的大于約20μm的深度。
　　33.如權利要求32所述的方法，其中，所述第一區域在沿所述界 面的一個或多個點處與所述界面間隔50至200μm之間的距離。
　　34.如權利要求29-33中任一項所述的方法，其中，所述處理步驟 包括控制穿過至少部分所述工作表面的所述第一區域的深度是大體恒 定的；或穿過至少部分所述工作表面是變化的。
　　35.如權利要求29-34中任一項所述的方法，其中，所述處理步驟 包括控制所述處理以便所述第一區域大體上穿過整個所述工作表面延 伸。
　　36.如權利要求29-34中任一項所述的方法，其中，所述處理步驟 包括遮蔽部分所述工作表面，以便在處理過程中，所述第一區域僅穿 過部分所述工作表面延伸。
　　37.如權利要求29-36中任一項所述的方法，其中，在所述處理步 驟之前，形成所述PCD構造，所述形成步驟包括： 提供大量金剛石顆粒； 安排所述大量金剛石顆粒以形成預燒結組件；以及 在用于所述金剛石顆粒的催化劑/溶劑材料存在下在約5.5GPa或 更高的超高壓力和所述金剛石材料比石墨更加熱力學穩定的溫度下處 理所述預燒結組件以將所述金剛石材料的顆粒燒結在一起以形成多晶 金剛石構造。
　　38.如權利要求29-37中任一項所述的方法，其中，在所述處理步 驟之前，所述方法進一步包括將所述多晶金剛石主體加工至成品尺寸。