超硬材料網

　　申請號：201480075317.X
　　申請人：第六元素有限公司
　　發明人：邁克爾·費希利

　　摘要：本發明公開了一種多晶超硬構件，所述多晶超硬構件包含多晶金剛石材料主體(20，51，52)、工作表面(34)、基本不含溶劑/催化劑材料的第一區域(51)和遠離工作表面的第二區域(52)，其中所述第一區域沿基本垂直于所述工作表面延伸的平面的平面從所述工作表面延伸進入到所述主體中一個深度(Y)，所述第二區域在多個所述空隙區域中包含溶劑/催化劑材料?；?30)沿與第二區域的界面(24)附接至所述主體。斜面在主體的外圍側表面和工作表面之間延伸。所述第一區域的深度在所述第一區域和外側表面的交叉部處朝向所述工作表面逐漸變小，使得第一區域在外圍側表面的深度(Y’)小于第一區域大部分的深度。 　　主權利要求：1.一種包含多晶金剛石(PCD)材料主體的多晶超硬構件，所述多晶金剛石(PCD)材料主體包含在形成所述多晶金剛石材料的交互鍵合的金剛石顆粒之間的多個間隙區域；所述PCD材料主體包括：工作表面，其沿主體的外側部分放置；第一區域，其基本不含溶劑/催化劑材料；所述第一區域沿基本垂直于所述工作表面延伸的平面的平面從所述工作表面延伸進入所述PCD材料主體中一個深度；和第二區域，其遠離所述工作表面，所述工作表面在多個所述空隙區域中包含溶劑/催化劑材料；基底，其沿著第二區域的界面附接至PCD材料的主體；斜面，其在所述PCD材料主體的外圍側表面和工作表面之間延伸，并在所述斜面和所述外圍側表面的交叉部處限定切削邊緣，其中：所述第一區域的深度在所述第一區域和外圍側表面的交叉部處朝向所述工作表面逐漸變小，使得第一區域在外圍側表面的深度小于第一區域大部分的深度。
　　2.如權利要求1所述的多晶超硬構件，其中所述第一區域與所述外圍側表面在所述斜面的某一位置相交。
　　3.如權利要求1所述的多晶超硬構件，其中所述第一區域與所述外圍側表面在離所述切削邊緣至少約100微米的位置相交。
　　4.如權利要求1所述的多晶超硬構件，其中所述第一區域與所述外圍側表面在離所述切削邊緣至少約50到100微米的位置相交。
　　5.如權利要求1所述的多晶超硬構件，其中所述第一區域與所述外圍側表面在離所述切削邊緣少于約50微米的位置相交。
　　6.如前述權利要求中任一項所述的多晶超硬構件，其中所述主體中具有從所述工作表面約250微米到650微米之間的的深度的大部分金剛石顆粒具有基本不含催化劑材料的表面，剩余顆粒與催化劑材料接觸。
　　7.如前述權利要求中任一項所述的多晶超硬構件，其中所述基底與所述第二區域之間的界面基本是平的，或者基本是不平的并包括突出到所述PCD材料主體或基底的一個或其他或從所述PCD材料主體或基底的一個或其他延伸的一個或多個特征。
　　8.如前述權利要求中任一項所述的多晶超硬構件，其中所述第一和/或第二區域包括兩種以上金剛石顆粒尺寸的金剛石顆粒。
　　9.如前述權利要求中任一項所述的多晶超硬構件，其中所述金剛石顆粒包括天然和/或合成的金剛石顆粒。
　　10.如前述權利要求中任一項所述的多晶超硬構件，其中所述第二區域中的所述溶劑/催化劑包含鈷，和/或一種以上其他鐵族元素，如鐵或鎳，或其合金，和/或一種以上元素周期表中第IV-VI族金屬的碳化物、氮化物、硼化物和氧化物。
　　11.如前述權利要求中任一項所述的多晶超硬構件，其中所述第二區域中的所述溶劑/催化劑為在形成所述PCD構件時燒結PCD主體所用的溶劑/催化劑。
　　12.如前述權利要求中任一項所述的多晶超硬構件，其中所述多晶金剛石材料的主體具有約2.5毫米到約3.5毫米以上的厚度。
　　13.如前述權利要求中任一項所述的多晶超硬構件，其中所述PCD主體包含基于所述金剛石主體的總體積至少約90％到95％之間的體積比的金剛石。
　　14.一種鉆地的切削器，其包括如前述權利要求中任一項所述的多晶超硬構件。
　　15.用于鉆地的旋轉剪切機鉆頭、沖擊鉆頭、采礦或破壞瀝青的截齒的PCD元件，其包含如權利要求1到13中任一項所述的多晶超硬構件。
　　16.用于鉆地的鉆頭或鉆頭組件，其包含如權利要求1到13中任一項所述的多晶超硬構件。
　　17.一種制造熱穩定的多晶金剛石構件的方法，其包括以下步驟：加工沿界面附接至基底的多晶金剛石主體，所述多晶金剛石主體包含多個交互鍵合的金剛石顆粒和分布于其間的間隙區域，以形成在位于沿所述主體外部的工作表面和所述主體的外圍側表面之間延伸的斜面；處理所述PCD主體以從所述金剛石主體的第一區域去除溶劑/催化劑材料，同時允許所述溶劑/催化劑材料保留在所述金剛石主體的第二區域中；所述斜面將切削邊緣限定在所述斜面和所述外圍側表面的交叉部處；其中：所述處理步驟還包括在離所述工作表面0微米到300微米之間的位置掩蔽所述PCD主體；并且從第一區域中的間隙區域中去除溶劑/催化劑的步驟包括在所述第一區域中去除溶劑/催化劑達到一個深度，所述深度在所述第一區域和外圍側表面的交叉部處朝向所述工作表面逐漸變小，使得所述第一區域在外圍側表面的深度小于所述第一區域大部分的深度。
　　18.如權利要求17所述的方法，其中所述從第一區域中的間隙區域中去除溶劑/催化劑的步驟包括去除所述第一區域中的溶劑/催化劑到一個深度使得所述第一區域與所述外圍側表面在所述斜面的位置相交。
　　19.如權利要求17所述的方法，其中所述從第一區域中的間隙區域中去除溶劑/催化劑的步驟包括去除所述第一區域中的溶劑/催化劑到一個深度使得所述第一區域與所述外圍側表面在離所述切削邊緣至少約100微米的位置相交。
　　20.如權利要求17所述的方法，其中所述從第一區域中的間隙區域中去除溶劑/催化劑的步驟包括去除所述第一區域中的溶劑/催化劑到一個深度使得所述第一區域與所述外圍側表面在離所述切削邊緣約50到100微米之間的的位置相交。
　　21.如權利要求17所述的方法，其中所述從第一區域中的間隙區域中去除溶劑/催化劑的步驟包括去除所述第一區域中的溶劑/催化劑到一個深度使得所述第一區域與所述外圍側表面在離所述切削邊緣少于約50微米的位置相交。
　　22.如權利要求17到21中任一項所述的方法，其中所述從第一區域中的間隙區域中去除溶劑/催化劑的步驟包括去除溶劑/催化劑使得在所述主體中離所述工作表面約250微米到約650微米之間深度內的大部分金剛石顆粒具有基本不含催化劑材料的表面，剩余顆粒與催化劑材料接觸。
　　23.如權利要求17到22中任一項所述的方法，其中掩蔽所述PCD構件的步驟在所述處理步驟期間保護所述基底和所述外表側表面暴露于使用的處理劑。
　　24.如權利要求17到23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構件，所述形成步驟包括：提供大量金剛石顆粒；將所述大量金剛石顆粒排列形成預燒結組件；和在用于所述金剛石顆粒的溶劑/催化劑材料存在的條件下，在約5.5GPa或更高的超高壓和所述金剛石材料比石墨更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顆粒燒結在一起形成多晶金剛石構件。
　　25.如權利要求17到24中任一項所述的方法，其中在所述處理步驟之前，所述方法還包括將所述多晶金剛石主體加工為最終尺寸。
　　26.如權利要求17到24中任一項所述的方法，其中在所述處理步驟之后，所述方法還包括將所述多晶金剛石主體加工為最終尺寸。
　　27.基本如根據任一實施例描述的多晶超硬構件，所述實施例以附圖的圖3說明。
　　28.基本如根據任一實施例描述的制造熱穩定多晶金剛石構件的方法，所述實施例以附圖說明。