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　　申請?zhí)枺?01480041056.X
　　申請人：阿特拉鉆孔技術(shù)有限合伙公司
　　發(fā)明人：N·A·鮑登 C·S·蒙特羅斯

　　摘要：燒結(jié)聚晶金剛石(PCD)結(jié)構(gòu)中的催化劑在至少部分所述結(jié)構(gòu)中被液體溶劑金屬溶解。用加熱的所述溶劑浸泡所述結(jié)構(gòu)，所述溶劑滲入固結(jié)金剛石顆粒之間的填隙空間內(nèi)以接觸燒結(jié)過程殘留的催化劑。溶解的催化劑傳輸至主體溶劑，所述溶劑替換所述填隙空間內(nèi)的催化劑。 　　主權(quán)利要求：1.一種具有填隙空間的固結(jié)金剛石復(fù)合片，包括：復(fù)合片第一部分，其在填隙空間內(nèi)具有催化劑金屬；以及復(fù)合片第二部分，其在填隙空間內(nèi)具有溶劑金屬。
　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，在所述第二部分內(nèi)的催化劑體積小于在所述第二部分內(nèi)的溶劑金屬體積。
　　3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，在所述第二部分內(nèi)的催化劑體積小于在所述第二部分內(nèi)催化劑和溶劑結(jié)合體積的25％。
　　4.一種固結(jié)金剛石復(fù)合片，其包括燒結(jié)金剛石、催化劑金屬、溶劑金屬、地面接合外表面、包含所述地面接合外表面的作業(yè)部、以及遠(yuǎn)離所述地面接合外表面的基部，所述作業(yè)部包含的溶劑金屬體積大于催化劑金屬體積，并且所述基部包含的催化劑金屬體積大于溶劑金屬體積。
　　5.一種固結(jié)金剛石復(fù)合片，其包括燒結(jié)金剛石、能作為燒結(jié)金剛石催化劑的催化劑金屬、以及能溶解所述催化劑金屬的溶劑金屬。
　　6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，所述催化劑金屬為第VIII族金屬或金屬合金。
　　7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，所述催化劑金屬為鈷或鈷合金。
　　8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，所述溶劑金屬為主要由鎵、錫、銦、鈦、鉬、鐵、鋯、鈉、鉀和汞組成的 組中的至少一種。
　　9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，所述溶劑金屬為錫或錫合金。
　　10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，所述溶劑金屬為鎵或鎵合金。
　　11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，所述溶劑金屬為鎵銦錫合金。
　　12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，所述溶劑金屬為非極性的。
　　13.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，所述溶劑金屬的熔點(diǎn)低于催化劑。
　　14.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，所述溶劑金屬為非水性金屬。
　　15.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，當(dāng)被加熱至600℃以上時(shí)，所述催化劑金屬在所述溶劑金屬中的溶解度至少為2％。
　　16.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，所述金剛復(fù)合片結(jié)合至碳化鎢基底。
　　17.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，所述金剛復(fù)合片是刮刀鉆頭切削器的面。
　　18.一種固結(jié)金剛石復(fù)合片，其包括燒結(jié)金剛石、第一金屬和第二金屬，其中，在700℃時(shí)，所述第一金屬為固體，所述第二金屬為液體。
　　19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，所述第一金屬是用于燒結(jié)金剛石的催化劑，所述第二金屬是用于所述第一金屬 的溶劑。
　　20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，所述第一金屬為鈷或鈷合金。
　　21.根據(jù)權(quán)利要求18-20中任意一項(xiàng)所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，所述第二金屬為主要由鎵、錫、銦、鈦、鉬、鐵、鋯、鈉、鉀和 汞組成的組中的至少一種。
　　22.根據(jù)權(quán)利要求18-20中任意一項(xiàng)所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，所述第二金屬為鎵或鎵合金。
　　23.根據(jù)權(quán)利要求18-20中任意一項(xiàng)所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，所述第二金屬為錫或錫合金。
　　24.根據(jù)權(quán)利要求18-20中任意一項(xiàng)所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片，其中，所述第二金屬為鎵銦錫合金。
　　25.一種包括多個(gè)切削器的刮刀鉆頭，其中，至少一個(gè)所述切削器包括根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的固結(jié)金剛石復(fù)合片。
　　26.一種用于切削器的金剛石臺(tái)，其包括：基區(qū)，用于附接基底且包含第VIII族催化劑金屬；地面接合作業(yè)區(qū)，包含溶劑金屬及濃度小 于所述基區(qū)的催化劑金屬。
　　27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的金剛石臺(tái)，其中，所述催化劑金屬為鈷或鈷合金。
　　28.根據(jù)權(quán)利要求26或27所述的金剛石臺(tái)，其中，所述第二金屬為主要由鎵、錫、銦、鈦、鉬、鐵、鋯、鈉、鉀和汞組成的組中的至 少一種。
　　29.根據(jù)權(quán)利要求26或27所述的金剛石臺(tái)，其中，所述第二金屬為鎵或鎵合金。
　　30.根據(jù)權(quán)利要求26或27所述的金剛石臺(tái)，其中，所述第二金屬為錫或錫合金。
　　31.根據(jù)權(quán)利要求26或27所述的金剛石臺(tái)，其中，所述第二金屬為鎵銦錫合金。
　　32.一種用于地面接合部件的切削器，其包括基底和結(jié)合至所述基底的臺(tái)，所述臺(tái)具有填隙空間，其中，至少部分所述填隙空間被溶劑 金屬占據(jù)。
　　33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的切削器，其在所述填隙空間中包括催化劑金屬。
　　34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的切削器，其中，所述催化劑金屬的主要成分為鈷。
　　35.根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的切削器，其中，所述溶劑金屬是用于所述催化劑金屬的溶劑。
　　36.根據(jù)權(quán)利要求32-35中任意一項(xiàng)所述的切削器，其中，所述溶劑金屬的主要成分為鎵。
　　37.根據(jù)權(quán)利要求32-35中任意一項(xiàng)所述的切削器，其中，所述溶劑金屬的主要成分為錫。
　　38.根據(jù)權(quán)利要求32-35中任意一項(xiàng)所述的切削器，其中，所述溶劑金屬的主要成分為鎵銦錫合金。
　　39.根據(jù)權(quán)利要求32-35中任意一項(xiàng)所述的切削器，其中，所述溶劑金屬在700℃時(shí)為液體。
　　40.根據(jù)權(quán)利要求32-39中任意一項(xiàng)所述的切削器，其中，所述臺(tái)包含燒結(jié)金剛石顆粒。
　　41.根據(jù)權(quán)利要求32-40中任意一項(xiàng)所述的切削器，其中，所述臺(tái)的一部分所包含的催化劑重量小于溶劑。
　　42.根據(jù)權(quán)利要求32-41中任意一項(xiàng)所述的切削器，其中，所述溶劑金屬為選自由鎵、錫、鈉、鉀和汞組成的金屬組的一種或多種金屬 或金屬的合金。
　　43.根據(jù)權(quán)利要求32-42中任意一項(xiàng)所述的切削器，其中，所述基底涂覆有金屬，該金屬通過接觸鎵限制所述基底的退化。
　　44.根據(jù)權(quán)利要求32-43中任意一項(xiàng)所述的切削器，其中，所述涂層濺射鍍涂在所述基底表面上。
　　45.一種切削元件，其包括基底、在填隙空間中包含催化劑材料和溶劑的金剛石臺(tái)，所述金剛石臺(tái)具有固定至所述基底的內(nèi)部和與所述基底相對以在使用中接合土質(zhì)材料的外部，所述催化劑材料在所述內(nèi)部的重量比大于在所述外部的重量比，所述溶劑在所述外部的重量比大于在所述內(nèi)部的重量比。
　　46.一種切削元件，其包括基底和固定至所述基底的金剛石臺(tái)，所述金剛石臺(tái)包括含有催化劑材料的填隙空間，以及接觸土質(zhì)材料的外 部，所述外部的填隙空間中所包含的溶劑體積大于所述催化劑材料的體積。
　　47.根據(jù)權(quán)利要求45或46所述的切削元件，其中，所述外部中的溶劑大于所述外部中的催化劑。
　　48.根據(jù)權(quán)利要求45-47中任意一項(xiàng)所述的切削器，其中，所述催化劑金屬的主要成分為鈷。
　　49.根據(jù)權(quán)利要求45-48中任意一項(xiàng)所述的切削器，其中，所述溶劑金屬是用于所述催化劑金屬的溶劑。
　　50.根據(jù)權(quán)利要求45-48中任意一項(xiàng)所述的切削器，其中，所述溶劑金屬的主要成分為鎵。
　　51.根據(jù)權(quán)利要求45-48中任意一項(xiàng)所述的切削器，其中，所述溶劑金屬的主要成分為錫。
　　52.根據(jù)權(quán)利要求45-48中任意一項(xiàng)所述的切削器，其中，所述溶劑金屬的主要成分為鎵銦錫合金。
　　53.根據(jù)權(quán)利要求45-52中任意一項(xiàng)所述的切削器，其中，所述溶劑金屬在700℃時(shí)為液體。
　　54.一種燒結(jié)聚晶金剛石(PCD)結(jié)構(gòu)，其包括至少一個(gè)毗鄰作業(yè)表面的區(qū)域，其中占據(jù)結(jié)合金剛石顆粒之間填隙的催化劑比熔點(diǎn)更低 的金屬少。
　　55.一種處理燒結(jié)金剛石以移除催化劑的方法，包括：加熱溶劑；以及用所述溶劑浸泡所述燒結(jié)金剛石的至少一部分，以替換所述燒結(jié) 金剛石內(nèi)的至少部分催化劑金屬。
　　56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中，所述溶劑選自由金屬溶劑、非極性溶劑和非水性溶劑中的一個(gè)或多個(gè)組成的組。
　　57.根據(jù)權(quán)利要求55或56所述的方法，其中，浸泡金剛石包括用所述溶劑置換金剛石顆粒之間填隙空間內(nèi)的催化劑。
　　58.根據(jù)權(quán)利要求55-57中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述催化劑包括鈷。
　　59.根據(jù)權(quán)利要求55-58中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，浸泡所述燒結(jié)金剛石包括將所述金剛石的至少一部分沒入所述溶劑中。
　　60.根據(jù)權(quán)利要求55-58中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，浸泡所述燒結(jié)金剛石包括使所述金剛石的至少一部分接觸沒入所述溶劑中的 多孔體，所述多孔體通過毛細(xì)作用將所述溶劑材料輸送至所述金剛石上。
　　61.根據(jù)權(quán)利要求55-60中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述溶劑為錫或錫合金。
　　62.根據(jù)權(quán)利要求55-61中任意一項(xiàng)所述的方法，其包括將層至少涂覆至所述金剛石的沒入所述液體溶劑金屬中的部分，以限制形成限 制溶劑浸入所述金剛石的溶劑金屬化合物。
　　63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其中，所述層包括選自由鎵、錫、銦組成的組的一種或多種金屬。
　　64.根據(jù)權(quán)利要求55-63中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，當(dāng)在加熱的溶劑中浸泡所述金剛石時(shí)，所述溶劑溶解所述填隙空間內(nèi)的所述催化劑。
　　65.根據(jù)權(quán)利要求55-64中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述溶劑被加熱至600℃-750℃之間的溫度。
　　66.根據(jù)權(quán)利要求55-64中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述溶劑在氧氣減少的環(huán)境中被加熱至1000℃-1500℃之間的溫度。
　　67.根據(jù)權(quán)利要求55-66中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，持續(xù)用所述加熱溶劑金屬浸泡，直到在所述燒結(jié)金剛石被所述加熱溶劑金屬浸入的部分中，催化劑的體積小于溶劑的體積。
　　68.一種制備切削元件的方法，所述切削元件具有聚晶金剛石臺(tái)和用于地面接合操作的支撐基底，所述方法包括：將所述金剛石臺(tái)暴露于溶劑金屬，以溶解所述金剛石臺(tái)中的催化劑金屬并通過所述溶劑金屬將至少部分所述催化劑金屬擴(kuò)散至所述金剛石臺(tái)外。
　　69.根據(jù)權(quán)利要求68所述的方法，其中，所述溶劑金屬至少是鎵、錫、銦及它們的合金中的一種。
　　70.根據(jù)權(quán)利要求68或69所述的方法，其中，將所述金剛石臺(tái)暴露于溶劑金屬包括將所述金剛石臺(tái)的至少一部分沒入所述溶劑金屬的浴中。
　　71.根據(jù)權(quán)利要求68-70中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，將所述金剛石臺(tái)暴露于溶劑金屬包括提供接觸所述溶劑金屬浴和所述金剛石臺(tái)并且位于兩者之間的多孔體。
　　72.根據(jù)權(quán)利要求68-71中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述溶劑金屬被加熱。
　　73.一種制備切削元件的方法，所述切削元件具有金剛石臺(tái)和用于地面接合操作的基底，所述方法包括：加熱溶劑并將所述溶劑供應(yīng)至 所述金剛石臺(tái)的填隙空間內(nèi)，以溶解并移除所述填隙空間內(nèi)包含的至少部分催化劑材料。
　　74.根據(jù)權(quán)利要求73所述的方法，其中，所述溶劑金屬是鎵、錫、銦或它們的合金。
　　75.一種制造切削元件的方法，包括：在模具中處理金剛石和催化劑，以產(chǎn)生聚晶金剛石臺(tái)；以及將非水性溶劑引入所述金剛石之間的填隙空間中以置換所述催化劑。
　　76.根據(jù)權(quán)利要求75所述的方法，其中，置換所述催化劑提高所述金剛石的熱穩(wěn)定性。
　　77.根據(jù)權(quán)利要求75或76所述的方法，其中，所述溶劑是金屬溶劑。
　　78.根據(jù)權(quán)利要求75-77中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述溶劑是非極性溶劑。
　　79.根據(jù)權(quán)利要求75-78中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述溶劑是鎵、錫、銦或它們的合金。
　　80.一種從燒結(jié)聚晶金剛石(PCD)結(jié)構(gòu)中至少部分移除金屬催化劑的方法，包括：加熱溶劑金屬浴；以及將所述PCD結(jié)構(gòu)的至少一部分置于所述溶劑金屬浴中，以使至少部分所述金屬催化劑溶解，并使所述金屬催化劑從所述PCD結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散，并用所述金屬溶劑替換所述金屬催化劑；其中，所述金屬溶劑的熔點(diǎn)大大低于所述金屬催化劑。
　　81.一種制造金剛石臺(tái)的方法，包括：在存在催化劑金屬的情況下將聚晶金剛石顆粒加熱并壓制，以形成燒結(jié)金剛石復(fù)合片，將所述金 剛石復(fù)合片暴露于溶劑金屬，所述溶劑金屬溶解并至少部分替換所述金剛石復(fù)合片中的所述催化劑金屬。
　　82.根據(jù)權(quán)利要求81所述的方法，包括加熱所述溶劑金屬以溶解并至少部分替換所述催化劑金屬。
　　83.根據(jù)權(quán)利要求82所述的方法，其中，暴露所述金剛石復(fù)合片包括將所述金剛石復(fù)合片的至少一部分沒入所述溶劑金屬的浴中。
　　84.根據(jù)權(quán)利要求82所述的方法，其中，所述溶劑金屬包括主要由鎵、鈦、鉬、銦、鐵、錫、鋯、鈉、鉀和汞組成的組中的至少一種。
　　85.根據(jù)權(quán)利要求82所述的方法，其中，所述催化劑金屬為鈷或鈷合金。
　　86.一種制造金剛石臺(tái)的方法，包括：在存在催化劑金屬的情況下將聚晶金剛石顆粒加熱并壓制，以形成燒結(jié)金剛石復(fù)合片，以及用非 水性介質(zhì)移除至少部分所述催化劑金屬。
　　87.根據(jù)權(quán)利要求86所述的方法，包括加熱所述用于移除至少部分所述催化劑金屬的非水性介質(zhì)。
　　88.根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，其中，所述催化劑金屬為鈷或鈷合金，非水性介質(zhì)包括主要由鎵、鈦、鉬、銦、鐵、錫、鋯、鈉、 鉀和汞組成的組中的至少一種。