CN104853837A - 多层多晶金刚石结构 - Google Patents

多层多晶金刚石结构 Download PDF

Info

Publication number
CN104853837A
CN104853837A CN201380042526.XA CN201380042526A CN104853837A CN 104853837 A CN104853837 A CN 104853837A CN 201380042526 A CN201380042526 A CN 201380042526A CN 104853837 A CN104853837 A CN 104853837A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pcd
layer
diamond
area
pcd structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201380042526.XA
Other languages
English (en)
Inventor
尼德雷特·卡恩
卡维施尼·耐度
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Element Six Abrasives SA
Original Assignee
Element Six Abrasives SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Element Six Abrasives SA filed Critical Element Six Abrasives SA
Publication of CN104853837A publication Critical patent/CN104853837A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/25—Diamond
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/06—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
    • B01J3/062—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies characterised by the composition of the materials to be processed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/04—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
    • B24D3/06—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements
    • B24D3/10—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements for porous or cellular structure, e.g. for use with diamonds as abrasives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B18/00—Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6261—Milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62655—Drying, e.g. freeze-drying, spray-drying, microwave or supercritical drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/6303—Inorganic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
    • C04B37/021—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles in a direct manner, e.g. direct copper bonding [DCB]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/02—Local etching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/10—Etching compositions
    • C23F1/14—Aqueous compositions
    • C23F1/16—Acidic compositions
    • C23F1/28—Acidic compositions for etching iron group metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/04—Diamond
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/56—Button-type inserts
    • E21B10/567—Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/56—Button-type inserts
    • E21B10/567—Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts
    • E21B10/573—Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts characterised by support details, e.g. the substrate construction or the interface between the substrate and the cutting element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
    • B01J2203/06—High pressure synthesis
    • B01J2203/0605—Composition of the material to be processed
    • B01J2203/061—Graphite
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
    • B01J2203/06—High pressure synthesis
    • B01J2203/0605—Composition of the material to be processed
    • B01J2203/0615—Fullerene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
    • B01J2203/06—High pressure synthesis
    • B01J2203/0605—Composition of the material to be processed
    • B01J2203/062—Diamond
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
    • B01J2203/06—High pressure synthesis
    • B01J2203/0605—Composition of the material to be processed
    • B01J2203/0625—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
    • B01J2203/06—High pressure synthesis
    • B01J2203/065—Composition of the material produced
    • B01J2203/0655—Diamond
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
    • B01J2203/06—High pressure synthesis
    • B01J2203/0675—Structural or physico-chemical features of the materials processed
    • B01J2203/068—Crystal growth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
    • B01J2203/06—High pressure synthesis
    • B01J2203/0675—Structural or physico-chemical features of the materials processed
    • B01J2203/0685—Crystal sintering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F2005/001—Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/554—Wear resistance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/704—Crystalline
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3804—Borides
    • C04B2235/3813—Refractory metal borides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3839—Refractory metal carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3839—Refractory metal carbides
    • C04B2235/3843—Titanium carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422—Carbon
    • C04B2235/424—Carbon black
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422—Carbon
    • C04B2235/425—Graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422—Carbon
    • C04B2235/427—Diamond
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5454—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof nanometer sized, i.e. below 100 nm
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5463—Particle size distributions
    • C04B2235/5472—Bimodal, multi-modal or multi-fraction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/58—Forming a gradient in composition or in properties across the laminate or the joined articles
    • C04B2237/588—Forming a gradient in composition or in properties across the laminate or the joined articles by joining layers or articles of the same composition but having different particle or grain sizes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/70—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness
    • C04B2237/704—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the ceramic layers or articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • C22C2026/005—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes with additional metal compounds being borides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • C22C2026/006—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes with additional metal compounds being carbides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多晶金刚石结构，其包括第一区域和与所述第一区域相邻的第二区域，所述第二区域通过金刚石晶粒的交互生长结合至所述第一区域。所述第一区域包括多个交替层(21)、(22)，所述第一区域中的每个或一个或多个层的厚度在约5-300微米的范围内。所述多晶金刚石(PCD)结构的金刚石含量为PCD材料体积的至多约95％，粘合剂含量为PCD材料体积的至少约5％，所述第一区域和/或第二区域中的一个或多个层包括平均金刚石晶粒接触率大于约60％且标准偏差小于约2.2％的金刚石晶粒。还公开了用于制造这种多晶金刚石结构的方法。

Description

多层多晶金刚石结构
技术领域
本发明涉及一种多晶金刚石(PCD)结构，包括该结构的元件，该结构的制造方法，以及包括该结构的工具，特别是用于但非专门用于岩石破碎(rock degradation)或凿岩，或者用于地壳钻探。
背景技术
PCD材料包括大量基本上交互生长(inter-grown)的金刚石晶粒和金刚石晶粒之间的空隙。
包含PCD的元件用于切削、机械加工、钻孔或破碎硬质或研磨材料如岩石、金属、陶瓷、复合材料和含木材料的各种工具。特别是，包含PCD材料的切削件嵌件(cutter insert)在石油和天然气钻探行业中被广泛用于地壳钻探的钻头。用于机器和其他工具的此类切削件嵌件可包括结合至烧结碳化物基体的多晶金刚石(PCD)层。PCD是超硬材料的实例，也被称为超级研磨材料，其硬度值比烧结碳化钨大得多。
PCD包括形成骨架体(skeletal mass)的大量基本上交互生长的金刚石晶粒，骨架体限定了金刚石晶粒之间的空隙。PCD材料包含至少约80体积％的金刚石，并且可以在烧结助剂(也被称为用于金刚石的催化剂材料)的存在下，通过使金刚石晶粒的聚集体经受大于约5GPa，通常为约5.5Gpa的超高压，以及至少约1200℃，通常为约1440℃的温度来制备PCD材料。用于金刚石的催化剂材料应理解为，在金刚石比石墨热力学上更稳定的压力和温度条件下，能够促进金刚石晶粒直接交互生长的材料。在环境压力下，特别是在高温下，一些用于金刚石的催化剂材料可促进金刚石向石墨的转化。用于金刚石的催化剂材料的实例有钴、铁、镍和包括这些任意金属的某些合金。PCD材料内的空隙可全部或部分地填充有残余的催化剂材料。PCD可以在钴烧结碳化钨基体上一体成型，并与之结合，所述钴烧结碳化钨基体可提供用于烧结PCD的钴催化剂材料源。本文所用的术语“一体成型的”区域或部分彼此连续地产生，并且没有被不同种类的材料分开。
尽管PCD材料非常耐磨，但是需要具有增强的抗断裂性的PCD工具嵌件。
发明内容
从第一方面看，提供了一种多晶金刚石结构，其包括第一区域和与所述第一区域相邻的第二区域，所述第二区域通过金刚石晶粒的交互生长结合至第一区域；所述第一区域包括多个交替层，所述第一区域中的每个或一个或多个层的厚度在约5-300微米的范围内；其中多晶金刚石(PCD)结构的金刚石含量为PCD材料体积的至多约95％，粘合剂含量为PCD材料体积的至少约5％，第一区域和/或第二区域中的一个或多个层包括平均金刚石晶粒接触率(contiguity)大于约60％且标准偏差小于约2.2％的金刚石晶粒。
从第二方面看，提供了多晶金刚石复合片(diamond compact)或构造(construction)，其包括如上限定的PCD结构。
可提供包括上述的与烧结碳化物支承体结合的PCD结构的PCD元件，以及包括这类PCD元件的工具。所述工具可以例如是用于地壳钻探的钻头或钻头的部件，或用于破碎或破坏诸如柏油或岩石等坚硬材料的镐头或铁砧。
从第二方面看，提供了用于制造多晶金刚石(PCD)结构的方法，所述方法包括：
提供第一部分的金刚石颗粒或晶粒和烧结添加剂，所述烧结添加剂包含纳米尺寸的颗粒或晶粒的碳源，并使所述金刚石颗粒和烧结添加剂形成第一聚集体，
提供第二部分的金刚石颗粒或晶粒，并使之形成第二聚集体；
合并第一聚集体和粘合料，通常为用于金刚石的催化剂材料，以及第二聚集体，以形成由第一和第二聚集体的多个交替层形成的生坯；
使所述生坯在金刚石比石墨热力学上更稳定的压力和温度条件下经历足以耗尽所述烧结添加剂的时间，使其烧结，并形成多晶金刚石材料本体，其是：
热力学和晶体学稳定的，
基本没有任何纳米结构，所述多晶金刚石(PCD)材料本体的金刚石含量为PCD材料体积的至多约95％，粘合剂含量为PCD材料体积的至少约5％，
烧结步骤还包括形成多晶金刚石材料本体，所述多晶金刚石材料本体包括第一区域和与所述第一区域相邻的第二区域，所述第二区域通过金刚石晶粒的交互生长结合至所述第一区域；所述第一区域包括多个交替层，每个层的厚度在约5＝300微米的范围内；其中所述第一区域中的交替层包括与第二层交替的第一层，所述第一层处于残余压应力状态，所述第二层处于残余张应力状态；并且，其中所述第一区域和/或第二区域中的一个或多个所述层包括平均金刚石晶粒接触率大于约60％且标准偏差小于约2.2％的金刚石晶粒。
附图说明
现在将参考附图描述PCD结构的实施例，在附图中：
图1示出了用于地壳钻探的钻头的示例性PCD切削元件的示意性立体图；
图2示出了PCD结构的一部分的实施例的示意性截面图；
图3示出了PCD元件实施例的示意性纵向截面图；
图4示出了PCD元件施例的示意性纵向截面图；
图5示出了用于地壳钻探用钻头实施例的一部分的示意性立体图；
图6A示出了用于PCD元件的预烧结组件实施例的示意性纵向截面图；
图6B示出了PCD元件实施例的示意性纵向截面图；
图7A、图7B、图7C和图7D示出了PCD结构实施例的一部分的示意性截面图；并且
在所有附图中，相同的附图标记表示相同的一般特征。
发明详述
本文使用的多晶金刚石(PCD)是包括大量金刚石晶粒的超硬材料，其大部分是直接彼此互相结合的，并且其中金刚石的含量占该材料的至少约80体积百分比。在PCD材料的一个实施方案中，可以至少部分地用包括用于金刚石的催化剂的粘合剂来填充金刚石晶粒之间的空隙。本文使用的“空隙”或“空隙区域”指的是在PCD材料的金刚石晶粒之间的区域。在PCD材料的实施例中，空隙或空隙区域可以基本上或者部分地由金刚石以外的材料填充，或者它们可以基本上是空的。PCD材料的实例可以包括催化剂材料已从空隙移除从而使金刚石晶粒之间的空隙空着的至少一个区域。本文使用的“用于金刚石的催化剂材料”是在金刚石比石墨热力学上更稳定的温度和压力条件下，能够促进金刚石晶粒或颗粒的直接交互生长的材料。
本文使用的“生坯”是将要被烧结或已被部分烧结但尚未完全烧结形成最终产品的制品。其一般可以是自支撑的，且可以具有所需成品的大体形状。
本文使用的“超硬耐磨元件”是包含超硬材料的元件，并用于磨损应用中，例如破碎、钻孔、切削或机加工包含硬质或耐磨材料的工件或本体。
本文使用的词语“平均(average)”和“平均(mean)”具有相同的含义，并可互换使用。
本文使用的“纳米金刚石”和“纳米尺寸的碳源”是其主要的直径尺寸为0.1微米(100nm)或更小的颗粒或晶粒。
本文使用的UDD是由2-50nm的金刚石颗粒组成的“超分散纳米金刚石”，并通过含碳***物的***产生。UDD颗粒通常是由被亚稳定(非金刚石)碳壳包围的多晶金刚石核心组成。
本文使用的PDD是包含可小至0-50nm的颗粒的“多晶爆轰金刚石粉末”，也称为“多分散金刚石”，其通常由通过混有催化剂的碳材料的冲击波压缩产生的约20-25nm的多晶纳米金刚石晶粒组成。PPD通常含有来自催化剂的非碳杂质，例如铜。
本文使用的“碎源纳米金刚石”是已被研磨、纯化并分级(graded)以产生纳米尺寸部分的单晶金刚石颗粒的合成的(在HPHT条件下人工合成的)或天然的微米尺寸的金刚石。
本文使用的PCD等级是以金刚石晶粒的体积含量和尺寸、在金刚石晶粒之间的空隙区域的体积含量，以及可以在空隙区域内存在的材料成分的方面为特征的PCD材料。根据实施方案，PCD材料的等级可以通过如下过程制得，包括：提供具有适合于该等级的尺寸分布的金刚石晶粒的聚集体，以本领域已知的任意方式将催化剂材料或添加剂材料引入聚集体中，并使该聚集体在用于金刚石的催化剂材料源的存在下经受一定的压力和温度，在该压力和温度下，金刚石比石墨热力学更稳定，并且在该压力和温度下催化剂材料是熔化的。在这些条件下，熔化的催化剂材料可以从所述催化剂材料源渗透到聚集体中，并且在烧结过程中可能促进金刚石晶粒之间的直接交互生长，以形成PCD结构。聚集体可以包括疏松的金刚石晶粒或通过粘合料结合在一起的金刚石晶粒，并且所述金刚石晶粒可以是天然的或合成的金刚石晶粒。
不同等级的PCD可以具有不同的微观结构和不同的机械性能，例如弹性(或杨氏)模量E、弹性模量、横向抗裂强度(TRS)、韧性(例如所谓的K1C韧性)、硬度、密度和热膨胀系数(CTE)。不同的PCD等级在使用中也可以表现不同。例如，不同PCD等级的磨损率和抗裂性可以不同。
下面的表格示出了三个示例性PCD等级(即称为I级PCD、II级PCD别和III级PCD)的近似的组成特征和性质。所有PCD等级都可以包括由包含钴金属的材料填充的空隙区域，所述包含钴金属的材料是用于金刚石的催化剂材料的实例。
参照图1，PCD元件10的实例包括结合至或连接至支承体30的PCD结构20，该支承体30可以包括烧结碳化钨材料。PCD结构20包括一个或多个PCD等级。
本文使用的术语“应力状态”指的是压应力状态、无应力状态或张应力状态。压应力状态和张应力状态可以理解为彼此相反的应力状态。在圆柱状的几何***中，应力状态可以是轴向的、径向的或周向的或网状的应力状态。
参照图2，PCD结构20的实例包括至少两个空间上分开的处于压缩残余应力状态的压缩区域21和至少一个处于张拉残余应力状态的张拉区域22。张拉区域22位于压缩区域21之间并且与其相连。
可以选择PCD材料的机械性能，如密度、弹性模量、硬度和热膨胀系数(CTE)的变化，以获得在两个压缩区域之间的张拉区域的结构。这种变化可以通过金刚石晶粒含量、填充材料的含量和类型、PCD晶粒的尺寸分布或平均尺寸的变化，并以其本身或者以包括PCD等级的混合物的金刚石混合物来使用不同等级的PCD而获得。
参照图3，PCD元件10的实例包括整体地连接到烧结碳化物支承体30的PCD结构20。PCD结构20包括交替的(交错的)层形式的若干个压缩区域21和若干个张拉区域22。PCD元件10的形状可以基本上为圆柱状，其中PCD结构20位于工作端并且限定工作表面24。PCD结构20可以在非平面界面25处连接到支承体30。压缩区域21和张拉区域22的厚度在约30微米到约200微米的范围内，或者在一些实施方案中，是约300微米，所述区域可以设置为与PCD结构20的工作表面24基本上平行。大体为环形的区域26可以设置在从支承体30伸出的非平面部件31周围。在一些实施方案中，环形区域26包括II级PCD，张拉区域22包括II级PCD，压缩区域21包括III级PCD。
参照图4，PCD元件10的实例包括在非平面界面25处整体连接到烧结碳化物支承体30的PCD结构20，该界面25与PCD结构20的工作表面24相对。PCD结构20可以包括约10-20个延伸的层形式的交替的压缩区域21和张拉区域22。在该实施方案中，不含有层的区域26可以与界面25相邻设置。层21、22可以是弯曲的或者弓形的，且通常与界面25对齐，并且可以与PCD结构的侧表面27相交。一些层可以与工作表面24相交。
在一些实施方案中，区域26的厚度可以比单独的层21、22实质上更厚，在一些实施方案中，包括交替层21，22的区域的厚度可以比形成PCD材料的基底的烧结碳化物支承体30的区域26的厚度更厚。
在一些实施方案中，与支承体30相邻的区域26可以包括多个层(未示出)，它们的厚度实质上比单个层21、22更厚，例如，层21、22的厚度在约30-200微米的范围内，而在与支承体30相邻的区域26中的层的厚度大于约200微米。
在一些实施方案中，张拉区域22可以包括I级PCD，压缩区域22可以包括III级PCD。在另一个变体中，张拉区域22可以包括II级PCD，压缩区域22包括III级PCD。
在一些实施方案中，例如在图1-4中所示的实施方案中，交替层21、22的厚度在约5-300微米的范围内，且金刚石材料由具有两种或更多种不同平均金刚石晶粒尺寸的PCD形成。例如，层21可以由平均金刚石晶粒尺寸为A和B的金刚石混合物形成，层22也可以由平均金刚石晶粒尺寸为A和B、但与层21的比例不同的金刚石混合物形成。在可选的实施方案中，层21可以由平均金刚石晶粒尺寸为A和B的金刚石混合物形成，层22可以由平均金刚石晶粒尺寸为C的金刚石混合物形成。应理解的是，两种或更多种金刚石晶粒尺寸的任何其它次序/混合也可以用来形成交替层21、22。在这些实施方案中，与支承体30相邻的区域26可以由实质上比单独的层21、22更厚(例如，大于约200微米)的单个层形成。可选地，区域26可以由用来形成层21、22的金刚石混合物的平均晶粒尺寸为A、B或C的金刚石晶粒的多个层、单个层或者另一材料形成，或金刚石晶粒尺寸可用于形成在与支承体30相邻的该区域26中的层。
在一些实施方案中，金刚石层21、22和/或在与支承体30相邻的区域26中形成的层(未示出)可以包括例如一种或更多种添加物，如盐***、硼化物，Ti、V、Nb的金属碳化物，或金属Pd或Ni中的任一种。
在一些实施方案中，层21、22和/或在与支承体30相邻的区域26中形成的层可以处于与金刚石结构10的纵向轴延伸所通过的平面基本上垂直的平面中。例如由于在烧结过程中承受超高压，层可以是平面的、弯曲的、弓形的、圆顶形的或者扭曲的。另选地，交替层21、22可以以预定角度与金刚石结构10的纵向轴延伸通过的平面对齐，从而通过控制裂纹传播来影响性能。
参照图5，示出用于凿岩(未示出)的钻头60的实例，其包括安装在钻头本体62上的示例性PCD元件10。PCD元件10的设置使各个PCD结构20从钻头本体62伸出以切削岩石。
现在描述用于制造PCD元件的示例性方法。可以提供含有由粘合料结合在一起的金刚石晶粒的片状形式的聚集体。该片状物可以通过现有技术中已知的方法制造，例如通过挤压铸造法或流延成型法，在这些方法中，将包含具有适合制造所需各PCD等级的各个尺寸分布的金刚石晶粒、纳米金刚石粉末或晶粒形式的烧结添加剂和粘合料的浆体在一个表面上铺开，并使他们变干。也可以使用制造含金刚石的片状物的其它方法，例如在美国专利第5,766,394号和第6,446,740号中所描述的方法。用于沉积含金刚石的层的另选方法包括喷涂法，例如热喷涂。粘合料可以包括水基有机粘合剂，例如甲基纤维素或聚乙二醇(PEG)，并且可以提供不同的片状物，其包含具有不同尺寸分布、金刚石含量或添加剂的金刚石晶粒。例如，可以提供包括具有不同平均尺寸的金刚石的至少两个片状物，并且可以从各自的第一和第二片状物上切割出第一和第二组圆盘。片状物也可以含有用于金刚石的催化剂材料，例如钴，和/或用于抑制金刚石晶粒异常生长或强化PCD材料性质的添加剂。例如，片状物可以含有约0.5至约5重量％的碳化钒、碳化铬或碳化钨。在一个实例中，每一组可以包括约10-20个圆盘。
在一个实施方案中，粘合料与第一部分的粗金刚石颗粒或晶粒和粉末形式的第二部分的纳米尺寸的金刚石颗粒或晶粒组合。其可以以常规混合法混合，例如通常在研磨助剂如醇(例如甲醇)的存在下的行星式球磨法。使用研磨球，如Co-WC研磨球将粘合剂和金刚石粉末碾磨在一起。然后通常在50-100℃的温度下干燥粘合剂和金刚石混合物，例如通过冻干混合物，以除去研磨助剂如醇和其他挥发性残余物和水。然后可将所得聚集体合并成待用于烧结的生坯，其中聚集体形成一个或多个与其他层交替的层，所述层可以包括或可不包括作为烧结添加剂的纳米金刚石添加物，或者在一些实施方案中，其用于形成在烧结过程中与层状区域连接的非层状区域。
可将聚集体和基体的组合封装在适用于超高压炉装置的密封舱中，所述超高压炉装置能够使密封舱经受高于约5.5Gpa的压力。已知并可以使用各种超高压装置，包括带状、环形、立方形和正方形的多砧***。密封舱的温度应高到足以使催化剂材料源熔化，并且低到足以避免金刚石大幅转化为石墨。时间对于使烧结完成，并对于待消耗的所有烧结添加剂应当是足够长的。
在与粘合料接触前，粗金刚石颗粒部分的平均颗粒尺寸范围可以为约0.1微米至约50微米。
可以提供包括烧结碳化物的支承体，在烧结碳化物中胶合料或粘合料包括用于金刚石的催化剂材料，例如钴。支承体可以具有非平面端或基本上平的近端，在所述端上形成PCD结构，并且所述端形成界面。可以设置端的非平面形状来减小在PCD结构和支承体之间的不期望的残余应力。可以设置杯状物，用于将含金刚石的片状物装配在支承体上。第一和第二组圆盘可以以交替的顺序堆叠在杯状物的底部中。在该方法的一个方案中，可将一层基本上疏松的金刚石晶粒填充在圆盘的最高处上。然后可以采用先放入近端的方式将支承体***到杯状物中，并且向着基本上疏松的金刚石晶粒推压支承体，从而使得它们稍微移动，并根据支承体的非平面端的形状定位它们本身，来形成预烧结组件。
生坯一旦作为预烧结组件形成，则将其置于用于超高压压力的密封舱中，并且经受至少约5.5GPa的超高压和至少约1300摄氏度的高温，以烧结金刚石晶粒并形成包括整体地结合至支承体的PCD结构的PCD元件。烧结进行对于所有作为待消耗的烧结添加剂存在的纳米尺寸的金刚石颗粒而言足够长的时间，从而使得在烧结的PCD材料中基本上没有纳米结构。
在该方法的一个方案中，当在超高压和高温条件下处理预烧结组件时，在支承体内的粘合料熔化并且渗到金刚石晶粒的层中。来自支承体的熔化催化剂材料的存在，可能通过彼此交互生长促进金刚石晶粒的烧结，以形成整体的、分层的PCD结构。
在一些实施方案中,在烧结的PCD中金刚石的尺寸可以在约0.1至约50微米,或约0.2微米至约10微米,或从约0.9微米至约2微米的范围。
如上所述，在该方法的一些方案中，聚集体可以包括基本上疏松的金刚石晶粒，或者由粘合料结合在一起的金刚石晶粒。聚集体可以是颗粒、圆盘、晶片或片的形式，并且可以含有用于金刚石的催化剂材料和/或作为烧结添加剂的纳米金刚石。
在一个方案中，第一平均尺寸可以在约0.1微米至约15微米的范围内，第二平均尺寸可以在约10微米至约40微米的范围内。
如上所述，如此形成的PCD元件可以以基体为衬，并且粘合剂可在HPHT合成过程中从基体渗入，或从PCD层和基体之间的界面处的另选的粘合料的薄片(shim)、箔或层渗入。在一些实施方案中，PCD元件可以是无衬的，在这种情况中，粘合剂可通过本领域已知的方法加入，例如用粘合料混合、碾磨或涂覆金刚石粉末，或者粘合剂可从在烧结后可移除的基体、箔、层或薄片(shim)渗入。在一些实施方案中，PCD元件可被沥滤或部分沥滤，在其他实施方案中，其可以是未沥滤的。粘合剂可例如是Co-WC或本领域已知的另一粘合料，例如Ni、Pd、Mn或Fe或这些的组合。PCD台和基体之间的间隙可以是平面或非平面的/呈某种形状的。此外，在一些实施方案中，PCD台可具有倒棱缘。
参照图6A，用于制造PCD元件的预烧结组件40的实例可以包括支承体30，包含靠着支承体30的非平面端装的填充金刚石晶粒的区域46，和堆叠在区域46上的通常以圆盘或晶片形式41、42的多个交替的含金刚石的聚集体。在一些方案中，聚集体可以是疏松的金刚石晶粒或颗粒的形式。可以加热预烧结组件，以移除包含在堆叠圆盘中的粘合料。
参照图6B，PCD元件10的实例包括PCD结构20，该PCD结构20包括多个交替的由各个不同的PCD材料等级形成的层21、22，和不包括层的部分26。该部分26可以根据支承体30的非平面端的形状配合地形成，并且在超高压处理过程中与该非平面端整体地结合。不同等级的PCD或金刚石晶粒尺寸或等级的混合物的交替层21、22通过直接的金刚石-金刚石交互生长结合，以形成整体的、坚固的和分层的PCD结构20。由于经受了超高压，PCD层21、22的形状在某种程度上可以是弯曲的、弓形的或者扭曲的。在该方法的一些方案中，考虑到在超高压和高温处理过程中结构可能变形，聚集体可以设置在预烧结组件中，以在PCD结构内获得多种其它层结构。
由于层不同的平均金刚石晶粒尺寸，层21、22可以包括不同的各PCD等级。不同量的催化剂材料可以渗透到在预烧结组件中包括的不同类型的圆盘41、42中，因为它们包括的金刚石晶粒具有不同的平均尺寸，由此金刚石晶粒之间的空间尺寸不同。相应的交替的PCD层21、22可以因此包括不同的、交替量的用于金刚石的催化剂材料。在张拉区域内填料含量的体积含量可以大于在每一个压缩区域内的填料含量的体积含量。
在一个实例中，压缩层的金刚石晶粒的平均尺寸可以比张拉层的金刚石晶粒的平均尺寸大。例如，在张拉层中的金刚石晶粒的平均尺寸可以是至多约10微米、至多约5微米、甚至至多约2微米，和至少约0.1微米或至少约1微米。在一些实施方案中，在每一个压缩层中的金刚石晶粒的平均尺寸可以是至少约5微米、至少约10微米、甚至至少约15微米和至多约30微米或至多约50微米。
虽然不希望被特定的理论约束，但当允许分层的PCD结构从形成其时的高温冷却时，包含不同量的金属催化剂材料的交替层可以以不同的速率收缩。这可能是因为当从高温冷却时，金属收缩比金刚石收缩实质上要大得多。这种不同的收缩率可以引起相邻的层彼此向着对方推压，由此在它们中产生相对的应力。
参照图6B描述的PCD元件10可以通过磨削加工来改变其形状，从而形成基本上如图4描述的PCD元件。这可能涉及移除一些弯曲的层的部分，以形成基本上平面的工作表面和基本为圆柱状的侧表面。催化剂材料可以从与工作表面或侧表面、或工作表面和侧表面两者相邻的PCD结构的区域移除。这可以通过用酸处理PCD结构来实现，以从金刚石晶粒之间滤去催化剂材料，或者通过其它方法如电化学方法来实现。因此可以提供基本上多孔的热稳定的区域，该区域从PCD结构的表面延伸至少约50微米或至少约100微米的深度。已经示出一些具有50至80微米厚层(在该厚层中，该滤出深度约250微米)的实施方案，来显示实质上改善的性能，例如与未沥滤的PCD产品相比，在沥滤之后的性能翻倍。在一个实例中，基本上多孔的区域可以包括至多2重量％的催化剂材料。
通过例如粘合剂含量的差异，使用具有不同晶粒尺寸的交替层，可以在对PCD构造10实施酸浸法时可控地给出不同的结构，尤其是对于粘合剂不包含V和/或Ti的实施方案。这样的结构可以是在HCl酸浸法过程中在每一个层中的不同的钨残余量造成的。本质上，沥滤速率在每一层中可以是不同的(除非使用含HF的酸)，这可以尤其在PCD材料的边缘优先沥滤。当层厚度大于120微米时这会更加明显。如果对PCD材料使用HF酸浸法，则这是不可能发生的。原因在于，在这样的过程中，HCl酸去除Co并且留下钨，而HF酸浸法会去除粘合剂组分中的任何元素。
参照图7A，PCD结构20的一个示例性变型包括设置在交替的结构中的至少三个基本上平面的层21、22，其基本上平行于PCD结构20的工作表面24并且与PCD结构的侧表面27相交。
参照图7B，PCD结构20的一个示例性变型包括设置在交替的结构中的至少三个层21、22，所述层具有弯曲或弓形的形状，该层的至少部分倾斜，远离PCD结构的工作表面24和切削边缘(cutting edge)28。
参照图7C，PCD结构20的一个示例性变型包括设置在交替的结构中的至少三个层21、22，该层的至少部分倾斜，远离PCD结构的工作表面24，并且通常朝向PCD结构的切削边缘28延伸。
参照图7D，PCD结构20的一个示例性变型例包括设置在交替的结构中的至少三个层21、22，层中的一些的至少部分与PCD结构的工作表面24基本上对齐，并且层中的一些的至少部分通常与PCD结构的侧表面27对齐。层通常可以是部分环的环形，并且与PCD结构20的大体上圆柱状的侧表面27基本上同心。
PCD结构可以具有与工作表面相邻的表面区域，该区域包括具有最大约1050MPa或最大约1000MPa杨氏模量的PCD材料。表面区域可以包括热稳定PCD材料。
PCD结构的一些实施例可以具有至少3个、至少5个、至少7个、至少10个或甚至至少15个压缩区域，而张拉区域位于它们之间。
每一个层的厚度可以是至少约5微米，在其他实施方案中至少为约100微米，或在其他实施方案中至少为约200微米。每一个层的厚度例如可以是至多约300微米，或至多约500微米。在一些示例性实施例中，每一个层的厚度可以是PCD结构的从工作表面一端上的一点到在相对的表面上的一点来测量的厚度的至少约0.05％、至少约0.5％、至少约1％或至少约2％。在一些实施方案中，每一个层的厚度是PCD结构的厚度的至多约5％。
本文使用的术语“残余应力状态”指的是在没有外部施加负荷力的情况下，本体或部分本体的应力状态。包括层结构的PCD结构的残余应力状态可以通过应变仪并逐步逐层去除材料来测定。在PCD元件的一些实例中，至少一个压缩区域可以具有至少约50MPa、至少约100MPa、至少约200Mpa、至少约400MPa或甚至至少约600MPa的压缩残余应力。相邻层之间的残余应力的大小差异可以是至少约50MPa、至少约100MPa、至少约200MPa、至少约400MPa、至少约600MPa、至少约800Mpa或甚至至少约1000MPa。在一个实例中，至少两个连续的压缩区域或张拉区域可以具有不同的残余应力。PCD结构可以包括至少三个压缩区域或张拉区域，每一个均具有不同的残余压应力，所述区域分别以压应力或张应力大小递增或递减的次序设置。
在一个实例中，每一个区域的平均韧性可以是至多16MPa.m1/2。在一些实施方案中，每一个区域的平均硬度可以是至少约50GPa或至少约60GPa。每一个区域的平均杨氏模量可以是至少约900MPa、至少约950MPa、至少约1000或甚至至少约1050MPa。
本文使用的“横向抗裂强度”(TRS)通过以下方式测量：使具有宽度W和厚度T的杆形式的样本经受在三个位置施加的载荷，其中两个位置处于样本的一侧，一个位置处于相对的一侧上，并通过以一定的加载速率增加载荷，直到样本在载荷P时折断。然后基于载荷P、样本的尺寸、跨度L来计算该TRS，跨度L是在一侧上的两个载荷位置之间的距离。上述的测量方式也可以称为三点弯曲试验，并且由D.Munz和T.Fett在“Ceramics,mechanical properties,failure behaviour,materialsselection”(1999，Spring，Berlin)中描述。测量对应于特定等级的PCD材料的TRS是通过测量由该级构成的PCD的样本的TRS来实现。
尽管提供具有含交替的压应力状态和张应力状态的PCD层的PCD结构倾向于增加PCD结构的整体有效韧性，但是这可能具有增加潜在的分层发生率的影响，其中层倾向于分开。尽管不希望受特定理论的束缚，如果PCD层不够坚固以经受它们之间的残余应力，则可能倾向于出现分层。这种影响可以通过选择PCD等级和特别是形成张拉区域的PCD等级来改善，从而具有足够高的TRS。PCD等级的TRS或者形成张拉区域的PCD等级的TRS应当大于其可以经受的残余张力。影响区域可能承受的应力的大小的一种方式是，选择相邻区域的相对厚度。例如，通过选择张拉区域的厚度，使其大于相邻的压缩区域的厚度，可以减小张拉区域内的张应力的大小。
区域的残余应力状态可以随着温度而改变。在使用中，PCD结构的温度在靠近切削边缘的点和远离切削边缘的点之间基本上可以不同。在一些应用中，靠近切削边缘的温度可以达到几百摄氏度。如果温度超过约750摄氏度，在例如钴的催化剂材料存在的情况下，金刚石材料可能转变为石墨材料，而这是不希望的。因此，在一些应用中，在本文中描述的在相邻区域中的交替应力状态应当认为高达约750摄氏度的温度。
通过劈裂试验(diametral compression test)的方式来测定PCD圆盘的K1C韧性，这由Lammer(“Mechanical properties of polycrystallinediamonds”,Materials Science and Technology,volume 4,1988,p.23.)和Miess(Miess,D.和Rai,G.,“Fracture toughness and thermal resistances ofpolycrystalline diamond compacts”,Materials Science and Engineering,1996,volume A209,number 1to 2,pp.270-276)描述。
杨氏模量是一种弹性模量，并且是在材料表现出弹性的应力范围内，根据单轴向应力来测量的单轴向张应力。测量杨氏模量E的一个优选方法是根据等式E＝2ρ.CT 2(1+υ)测量经由材料的音速的横向分量和纵向分量，其中υ＝(1–2(CT/CL)2)/(2–2(CT/CL)2)，其中CL和CT分别是测量得到的经由材料的音速的纵向分量和横向分量，ρ是材料的密度。在现有技术中已知的是，可以使用超声波测量纵向和横向音速。如果材料是不同材料的复合物，则可以通过三个公式中的一个估算平均杨氏模量，即如下的谐波公式、几何公式和混合定律公式：E＝1/(f1/E1+f2/E2))；E＝E1 f1+E1 f2；以及E＝f1E1+f2E2；其中不同的材料被分成两个部分，其各自的体积分数为f1和f2，f1和f2的和为1。
下文提供了一种非限制性实施例的PCD元件，其包括交替的两个不同等级的PCD。
通过流延成型法制造第一和第二片状物，每一个片状物均包含彼此具有不同平均尺寸且通过有机粘结剂结合在一起的金刚石晶粒。在该实例中，在第一和第二片状物中均包括充当烧结添加剂的纳米金刚石添加物，但在其他实施方案中，所述纳米金刚石添加物可以包括在两个片状物中的一个或另一个中。第一片状物是由1g UDD形成，将1g UDD加入99g双峰金刚石粉末以形成聚集体，在10ml甲醇中用Co-WC研磨球对聚集体进行球磨。研磨球:粉末的比例为4:1，在90rpm下进行1小时的研磨。使用流延成型法将混合物成形为片状物。该方法涉及提供悬浮在液体粘合剂中的各自的金刚石晶粒浆体，将浆体铸造成片形，再使它们变干以形成可自支承的含金刚石的片状物。排除纳米金刚石添加物的晶粒尺寸，第一片状物中的金刚石晶粒的平均尺寸在约5微米到约14微米的范围内，第二片状物中的金刚石晶粒的平均尺寸在约18微米到约25微米的范围内。两种片状物都还含有约3重量％的碳化钒和约1重量％的钴。干燥之后，片状物的厚度是约0.12mm。从每一个片状物上切削15个直径约18mm的圆盘，以提供第一和第二组圆盘形晶片。
提供了由钴烧结碳化钨形成的支承体。支承体通常为圆柱形，具有约18mm的直径，和由中心凸出构件形成的非平面端。提供内径为约18mm的金属杯状物用于装配预烧结组件。将含金刚石的晶片放到杯状物中，交替地在彼此之上堆叠，同时第一和第二组的圆盘交错。将平均尺寸在约18微米到约25微米的范围内的疏松的金刚石晶粒层放到朝上的杯状物中的晶片的最上层上，并将支承体***到杯状物中，同时非平面端被推向所述层。
将由此形成的预烧结组件装配到用于超高压力的密封舱中，并且经受约6.8GPa的压力和至少约1450摄氏度的温度约10分钟(在最大温度下的停延时间)，来烧结金刚石晶粒并形成包括结合至支承体的PCD结构的PCD元件。重新获得PCD切削件并进行加工。
通过磨削和研磨加工PCD元件以形成具有基本上平坦的工作表面和圆柱状侧面的切削元件。
在另一实例中，使用1g的碎纳米金刚石，将其加入99g双峰金刚石粉末，来形成另一PCD切削件。应用如上所述的相同加工制造该另一PCD切削件。
本文所用的表达“由……形成”意思是“由……构成，排除组成或微观结构上的可能的微小或非实质性偏差”。
在一些实施方案中，PCD材料本体的金刚石含量为80-95体积％，粘合剂含量为至少5体积％，并包含平均金刚石晶粒接触率大于60％且标准偏差小于2.2％的金刚石晶粒，测量采用如下所阐明的技术。金刚石晶粒形成骨架体，其限定了它们之间的空隙或空隙区域。将PCD材料截面内经过位于金刚石晶粒之间的所有连接或接触界面上的所有点的线的合并长度进行求和，确定金刚石的周长，并将PCD材料截面内经过位于金刚石和空隙区域之间的所有界面上的所有点的线的合并长度进行求和，确定粘合剂的周长。
在定量立体成像领域，尤其是当其应用到烧结碳化物材料时，“接触率”被理解为相间接触的量化值。其被定义为在大体两相的微观结构中与同一相的晶粒共有的相内表面面积(Underwood,E.E,“QuantitativeStereography”,Addison-Wesley,Reading MA 1970；German,R.M.“TheContiguity of Liquid Phase Sintered Microstructures”,MetallurgicalTransactions A,Vol.16A,July 1985,pp.1247-1252)。本文所用的“金刚石晶粒接触率”是PCD材料内金刚石与金刚石接触的量值或金刚石与金刚石结合的量值或者所述接触和结合的组合的量值。
本文所用的“金刚石晶粒接触率”κ可以使用从PCD材料的抛光片图像分析获得的数据，根据下述公式计算：
κ＝100*[2*(δ-β)]/[(2*(δ-β))+δ]，其中δ是金刚石周长，β是粘合剂周长。
本文所用的金刚石周长是与其他金刚石晶粒接触的金刚石晶粒表面的分数(fraction)。对于给定体积，其被测量为金刚石与金刚石的总接触面积除以总的金刚石晶粒表面区域。粘合剂周长是不与其他金刚石晶粒接触的金刚石晶粒表面的分数。在实践中，通过抛光的截面的图像分析来进行接触率的测定。对经过位于分析的截面内的所有金刚石与金刚石界面上的所有点的线的合并长度进行求和，从而确定金刚石周长；对于粘合剂周长也使用类似方法。
应借助扫描电子显微镜(SEM)使用背散射电子信号获得用于图像分析的图像。光学显微镜可能不具有足够的景深，却可给出基本不相同的对比度。测定金刚石晶粒接触率的方法需要彼此接触或结合的不同金刚石晶粒能够与单个金刚石颗粒分开。金刚石晶粒之间适当的对比度和它们之间的边界区域对于测定接触率而言很重要，因为晶粒间的边界可以基于灰度等级对比来识别。金刚石晶粒之间的边界区域可含有被包括的材料，例如催化剂材料，其可以辅助识别晶粒间的边界。
大量晶粒的多峰尺寸分布应理解为意思是，晶粒具有超过一个峰的尺寸分布，每个峰对应着各自的“模式”。多峰多晶体通常是通过提供超过一种源的多个晶粒，并将晶粒混合在一起而制备，每个源包括平均尺寸基本上不同的晶粒。混合晶粒的尺寸分布的测定可揭示对应于不同模式的不同峰。当将晶粒烧结在一起形成多晶体时，进一步改变了其尺寸分布，因为晶粒紧靠彼此并破裂，导致晶粒尺寸的整体下降。尽管如此，晶粒的多峰性仍可以根据烧结制品的图像分析清楚地显现。
除非本文中另有描述，关于PCD材料内的晶粒和空隙的尺寸大小、距离和周长等以及晶粒接触率是指在包括PCD材料本体的表面，或者穿过该本体的截面上测量的尺寸，并且未应用立体校正。例如本发明的实施方案的金刚石晶粒的尺寸分布是借助于在抛光表面上进行的图像分析来测量，未应用Saltykov校正。
在通过图像分析测定量例如晶粒接触率的平均值或偏差，或者其他统计参数中，使用表面或截面的不同部分的数张图像来提高统计的可靠性和精确性。用于测定给定的量或参数的图像的数量可以是至少约9幅或甚至多达约36幅。所用图像的数量可例如是约16幅。图像的分辨率需要足够高，以清楚地辨认出晶粒间和相间的边界。在统计学分析中，通常在包含PCD材料的体的表面上的不同区域取16幅图像，在每幅图像上以及图像之间进行统计学分析。每幅图像应含有至少约30个金刚石晶粒，尽管更多的晶粒可以保证更加可靠且精确的统计学图像分析。
金刚石的接触率是重要的性能指标，因为其指示了金刚石颗粒之间的交互生长或结合的程度，以及其他所有等同的，金刚石接触率越高，切削性能越好。较高的金刚石接触率通常与高金刚石含量相关，这进而导致较低的粘合剂含量，因为高金刚石含量解释为孔隙率低，由此粘合剂含量低，因为粘合剂占据孔。
根据传统的复合材料的材料科学，低粘合剂含量导致低断裂韧性，因为通常是硬质晶粒(在该情况中是金刚石)赋予复合材料硬度，而更易延展的粘合剂(在PCD中，通常是Co-WC)赋予复合材料韧性。
因此，预期高金刚石含量和低粘合剂含量与硬度提高和韧性降低相关，从而预期由于PCD的断裂或散裂导致的故障增加。
因此，意外地发现，通过在HPHT下烧结前将纳米金刚石颗粒加入生坯中可获得耐磨性能提高的PCD。在最终产品中纳米金刚石颗粒并不明显，因此其起到牺牲的烧结添加剂的作用。以这种方式使用纳米金刚石添加剂导致不常见的金刚石含量、粘合剂含量和金刚石接触率的组合，使金刚石接触率的提高与金刚石含量的降低和粘合剂含量的增加组合。预期这种不常见的组合带来提高的耐磨性能，而不会降低韧性。
不希望被理论束缚，由于纳米金刚石颗粒尺寸非常小，其较大的微米尺寸的金刚石具有较高的溶解度，并且认为正是该性质使其成为有效的烧结添加剂。在HPHT烧结周期，认为纳米金刚石比较大的金刚石颗粒优先溶解，其可能溶解得更迅速，并导致溶解在熔融金属中的碳浓度比用较大金刚石颗粒的情况更高。由于其溶解更迅速，较少的最初紧密堆积的大金刚石颗粒未能溶解，在熔融金属中的较高碳浓度意味着获得了较高的过饱和水平，这促进作为新形成的金刚石的溶解的碳结晶或沉淀，新形成的金刚石将金刚石颗粒结合在一起。
碳在钴中的溶解度可通过以下等式表示：
(C/Co)＝exp[(2γsl×Vm)/RT×1/r]，其中
γsl＝界面能
Vm＝摩尔体积
R＝气体常数
T＝温度
随着颗粒尺寸降低，碳在钴中的溶解度提高。纳米金刚石在钴基质中的溶解度是极大的，并且根据上述方程，在烧结过程中会耗尽纳米金刚石。
发现在烧结混合物中含有碎纳米金刚石作为纳米金刚石源的PCD的金刚石接触率比标准的基础PCD(standard base PCD)大得多。图像分析数据和已知的磨损测试的结合表明，金刚石接触率较高的样品在磨损测试中表现更好。
下面的事项示出了通过本发明设想的一些可能的组合：
1.一种PCD结构，该PCD结构包括第一层、第二层和第三层；第二层设置在第一层和第三层之间并且通过金刚石颗粒的交互生长结合至第一层和第三层；每一个层由TRS为至少1200MPa或至少1600MPa的各自PCD等级形成；包含在第二层中的PCD等级的热膨胀系数(CTE)比第一层和第三层各自的PCD等级的热膨胀系数高。第二层可以包括CTE为至少4×10-6mm/℃的PCD等级。
2.一种PCD结构，该PCD结构包括第一层和第三层以及第二层，第一层和第三层处于各自的残余压应力状态下，第二层处于残余张应力状态下，并且设置在第一层和第三层之间；第一层、第二层和第三层的每一个都由一个或多个各自的PCD等级形成，并且通过金刚石晶粒的交互生长直接彼此结合；PCD等级的横向抗裂强度(TRS)为至少1200MPa。
3.一种PCD结构，该PCD结构包括第一层、第二层和第三层；第二层设置在第一层和第三层之间并且通过金刚石颗粒的交互生长结合至第一层和第三层；每一个区域由一个或多个包括至少85体积％的平均尺寸为至少0.1微米和至多30微米的金刚石晶粒的各自的PCD等级形成；包含在第二层中的PCD等级的金属含量比包含在第一层和第三层中的每一个各自的PCD等级的金属含量高。包含在第二层中的PCD等级可以含有至少9体积％的金属。
4.一种PCD结构，该PCD结构包括第一层、第二层和第三层；第二层设置在第一层和第三层之间，并且通过金刚石晶粒的交互生长结合至第一层和第三层；每一个层由一个或多个TRS为至少1200MPa的各自的PCD等级形成；包含在第二层中的PCD等级包括的金属含量比包含在第一层和第三层中的每一个各自的PCD等级的金属含量高。包含在第二层中的PCD等级可以含有至少9体积％的金属。
5.在上述编号为1-4的所有组合中，PCD结构可以包括从PCD结构的表面延伸至少50微米深度的热稳定区域；其中热稳定区域包括至多2重量％的用于金刚石的催化剂材料。
6.在上述编号为1-5的所有组合中，层可以是排列在交替构造中的层的形式，从而形成整体的、分层的PCD结构。层的厚度可以是至少约10微米且至多约500微米，层通常可以是平面的、弯曲的、弓形的或者圆顶形的。
7.在上述编号为1-6的所有组合中，层可以与PCD结构的工作表面或侧表面相交。包含在第一层和第三层中的PCD等级包括的金刚石晶粒的平均尺寸可以与包括在第二层中的金刚石晶粒的平均尺寸不同。
8.在上述编号为1-7的所有组合中，第二层的体积或厚度可以大于第一层的体积或厚度并且大于第三层的体积或厚度。
本文描述的实施方案并非旨在进行限制，其各种变型应当是可以理解的。例如，已经参照图6B中示出的实施方案描述了对PCD元件10的后续处理，例如进行沥滤以从PCD元件10中去除催化剂材料，这样的处理技术可以应用于任何实施方案。并且，由此形成的PCD元件可以基本上为圆柱状，并具有基本上为平面的工作表面，或者可以是，例如通常圆顶形的、尖的、圆锥形的或截头圆锥形的工作表面。此外，在一些实施方案中，PCD元件可以用于地壳钻探的回转剪切(或拖曳)钻头，用于冲击钻头或用于采矿或沥青破碎的镐头。在一些实施方案中，本文所述的PCD元件具有增强的抗裂性。

Claims (49)

1.多晶金刚石结构，其包括第一区域和与所述第一区域相邻的第二区域，所述第二区域通过金刚石晶粒的交互生长结合至所述第一区域；所述第一区域包括多个交替层，所述第一区域中的每个或一个或多个层的厚度在约5-300微米的范围内；其中所述多晶金刚石(PCD)结构的金刚石含量为PCD材料体积的至多约95％，粘合剂含量为所述PCD材料体积的至少约5％，所述第一区域和/或所述第二区域中的一个或多个层包括平均金刚石晶粒接触率大于约60％且标准偏差小于约2.2％的金刚石晶粒。
2.根据权利要求1所述的PCD结构，其中所述第一区域中的每个层的厚度在约30-300微米的范围内。
3.根据权利要求1所述的PCD结构，其中所述第一区域中的一个或多个层的厚度在约30-200微米的范围内。
4.根据前述权利要求中任一项所述的PCD结构，其中所述第二区域包括多个层。
5.根据权利要求4所述的PCD结构，其中所述第二区域中的一个或多个层的厚度大于所述第一区域中的单独的层的厚度，其中所述第一区域中的交替层包括与第二层交替的第一层，所述第一层处于残余压应力状态，所述第二层处于残余张应力状态；并且所述第一区域和/或第二区域中的一个或多个所述层包括平均金刚石晶粒接触率大于约60％且标准偏差小于约2.2％的金刚石晶粒。
6.根据权利要求4或5所述的多晶金刚石结构，其中所述第二区域中的层的厚度大于约200微米。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的PCD结构，其中所述第一和/或所述第二区域中的每个层在整个所述层中具有基本上一致的金刚石晶粒尺寸分布。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的PCD结构，其中所述第二区域中的层包括预定平均晶粒尺寸的金刚石晶粒。
9.根据权利要求8所述的PCD结构，其中所述第二区域中的所述金刚石晶粒的预定平均晶粒尺寸是所述第一区域中的金刚石晶粒的混合物中的所述金刚石晶粒的平均晶粒尺寸中的一个。
10.根据权利要求4-9中任一项所述的PCD结构，其中所述第二区域中的层包括如下中的一个或多个：
盐***；
硼化物或Ti、V或Nb中的至少一种的金属碳化物；或
金属Pd或Ni中的至少一种。
11.根据权利要求4-10中任一项所述的PCD结构，其中所述PCD结构具有纵向轴，所述第二区域中的所述层处于与所述PCD结构的纵向轴延伸通过的平面基本上垂直的平面内。
12.根据权利要求4-10中任一项所述的PCD结构，其中所述PCD结构具有纵向轴，所述第一区域和/或所述第二区域中的所述层处于与所述PCD结构的纵向轴延伸通过的平面成一定角度的平面内。
13.根据前述权利要求中任一项所述的PCD结构，其中所述交替层包括与第二层交替的第一层，所述第一层处于残余压应力状态，并且所述第二层处于残余张应力状态。
14.根据前述权利要求中任一项所述的PCD结构，其中所述第一区域包括一个或多个具有两个或多个不同平均金刚石晶粒尺寸的层。
15.根据前述权利要求中任一项所述的PCD结构，其中所述第一区域包括一个或多个具有三个或多个不同平均金刚石晶粒尺寸的层。
16.根据前述权利要求中任一项所述的PCD结构，其中所述第一区域包括在使用中形成所述PCD结构的初始工作表面的外部工作表面。
17.根据前述权利要求中任一项所述的PCD结构，其中所述第二区域的厚度大于所述第一区域中的单独的层的厚度。
18.根据前述权利要求中任一项所述的PCD结构，其中所述交替层包括与第二层交替的第一层，所述第一层包括金刚石晶粒，且所述第二层包括金刚石晶粒。
19.根据前述权利要求中任一项所述的PCD结构，其中每个层由TRS为至少1000MPa的一个或多个各自的PCD等级形成；相邻层中的PCD等级具有不同的热膨胀系数(CTE)。
20.根据权利要求19所述的PCD结构，其中所述层的一个或多个包括CTE为至少3×10-6mm/℃的PCD等级。
21.根据权利要求1-18中任一项所述的PCD结构，其中所述交替层包括与第二层交替的第一层，所述第一层包括具有三个或更多个不同平均金刚石晶粒尺寸的金刚石晶粒混合物，并且所述第二层由具有相同的三个或更多个平均金刚石晶粒尺寸的金刚石晶粒混合物形成，其中所述第一区域中的所述第一层与来自所述第一区域中的第二层的所述混合物中的金刚石晶粒具有不同尺寸比。
22.根据前述权利要求中任一项所述的PCD结构，其中所述交替层包括与第二层交替的第一层，所述第一层包括具有第一平均晶粒尺寸的金刚石晶粒混合物，并且所述第二层包括具有第二平均晶粒尺寸的金刚石晶粒混合物。
23.根据前述权利要求中任一项所述的PCD结构，其中所述第一区域中的层包括如下中的一个或多个：
盐***；
硼化物或Ti、V或Nb中的至少一种的金属碳化物；或
金属Pd或Ni中的至少一种。
24.根据前述权利要求中任一项所述的PCD结构，其中所述PCD结构具有纵向轴，所述第一区域中的所述层处于与所述PCD结构的纵向轴延伸通过的平面基本上垂直的平面内。
25.根据权利要求1-23中任一项所述的PCD结构，其中所述PCD结构具有纵向轴，所述第一区域和/或所述第二区域中的层处于与所述PCD结构的纵向轴延伸通过的平面成一定角度的平面内。
26.根据权利要求1-24中任一项所述的PCD结构，其中所述层基本上是平面的、弯曲的、弓形的或圆顶形的。
27.根据前述权利要求中任一项所述的PCD结构，其中所述第一区域的体积大于所述第二区域的体积。
28.根据前述权利要求中任一项所述的PCD结构，其中一个或多个所述层与所述PCD结构的工作表面或侧表面相交。
29.根据前述权利要求中任一项所述的PCD结构，其中所述第一区域的至少一部分基本上没有用于金刚石的催化剂材料，所述部分形成热稳定区域。
30.根据权利要求29所述的PCD结构，其中所述热稳定区域从所述PCD结构的表面延伸至少50微米的深度。
31.根据权利要求29或30所述的PCD结构，其中所述热稳定区域包括至多2重量％的用于金刚石的催化剂材料。
32.根据前述权利要求中任一项所述的PCD结构，其中所述粘合料包含至少12体积％的PCD材料。
33.根据前述权利要求中任一项所述的PCD结构，其中所述多晶金刚石材料的金刚石含量为所述多晶金刚石材料体积的至少80％，且至多88％。
34.PCD复合片或构造，其包括前述权利要求中任一项所述的PCD结构。
35.耐磨元件，其包括前述权利要求中任一项所述的PCD结构。
36.用于地壳钻探的旋转剪切钻头或者用于冲击钻头的PCD元件，所述PCD元件包括结合至烧结碳化物支承体的前述权利要求中任一项所述的PCD结构。
37.用于地壳钻探的钻头或钻头部件，其包括如权利要求36所述的PCD元件。
38.一种制造多晶金刚石(PCD)结构的方法，包括：
提供第一部分的金刚石颗粒或晶粒和烧结添加剂，所述烧结添加剂包含纳米尺寸的颗粒或晶粒的碳源，并使所述金刚石颗粒和烧结添加剂形成第一聚集体，
提供第二部分的金刚石颗粒或晶粒，并使之形成第二聚集体；
合并第一聚集体和粘合料，通常为用于金刚石的催化剂材料，以及第二聚集体，以形成由所述第一聚集体和所述第二聚集体的多个交替层形成的生坯；
使所述生坯在金刚石比石墨热力学上更稳定的压力和温度条件下经历足以耗尽所述烧结添加剂的时间，使其烧结，并形成多晶金刚石材料本体，所述多晶金刚石材料本体是：
热力学和晶体学稳定的，
基本没有任何纳米结构，所述多晶金刚石(PCD)材料本体的金刚石含量为PCD材料体积的至多约95％，粘合剂含量为PCD材料体积的至少约5％，
烧结步骤还包括形成多晶金刚石材料本体，所述多晶金刚石材料本体包括第一区域和与所述第一区域相邻的第二区域，所述第二区域通过金刚石晶粒的交互生长结合至所述第一区域；所述第一区域包括多个交替层，每个层的厚度在约5-300微米的范围内；其中所述第一区域中的所述交替层包括与第二层交替的第一层，所述第一层处于残余压应力状态，所述第二层处于残余张应力状态；并且，其中所述第一区域和/或第二区域中的一个或多个所述层包括平均金刚石晶粒接触率大于约60％且标准偏差小于约2.2％的金刚石晶粒。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述方法包括使所述生坯经受约6.0Gpa或更高的压力和约1350℃或更高的温度。
40.根据权利要求38或39所述的方法，其中将所述PCD材料烧结2分钟至60分钟。
41.根据权利要求38-40中任一项所述的方法，其中在与所述烧结添加剂或粘合料接触前，所述金刚石颗粒或晶粒的平均颗粒或晶粒尺寸范围为约0.1微米至约50微米。
42.根据权利要求38-41中任一项所述的方法，其中所述烧结添加剂是选自石墨、炭黑、焦炭、碳阴离子和富勒烯的纳米尺寸碳源。
43.根据权利要求38-41中任一项所述的方法，其中所述烧结添加剂是纳米金刚石。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述纳米金刚石是UDD、PDD或碎源纳米金刚石。
45.根据权利要求38-44中任一项所述的方法，其中所述烧结添加剂为约0.01至约5wt％，或约0.5至约1wt％，或高达约50wt％。
46.根据权利要求38-45中任一项所述的方法，其中所述粘合料是Ni、Pd、Mn或Fe或这些金属催化剂与这些催化剂中的一种或另一种和/或与Co的组合。
47.根据权利要求38-44中任一项所述的方法，其中在与所述烧结添加剂或粘合料接触前，所述金刚石颗粒或晶粒的平均颗粒或晶粒尺寸为约0.1微米至约50微米，约0.2微米至约10微米，或约0.9微米至约2微米。
48.PCD结构，其基本上如以上参照附图中所示的实施方案的任一实施方案所述。
49.形成PCD结构的方法，其基本上如以上参照附图中所示的实施方案的任一实施方案所述。
CN201380042526.XA 2012-06-15 2013-06-14 多层多晶金刚石结构 Pending CN104853837A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261660547P 2012-06-15 2012-06-15
GBGB1210678.7A GB201210678D0 (en) 2012-06-15 2012-06-15 Polycrystalline diamond structure
US61/660,547 2012-06-15
GB1210678.7 2012-06-15
PCT/EP2013/062439 WO2013186385A1 (en) 2012-06-15 2013-06-14 Multi-layered polycrystalline diamond structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104853837A true CN104853837A (zh) 2015-08-19

Family

ID=46641013

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380042526.XA Pending CN104853837A (zh) 2012-06-15 2013-06-14 多层多晶金刚石结构

Country Status (4)

Country Link
US (3) US20150135603A1 (zh)
CN (1) CN104853837A (zh)
GB (2) GB201210678D0 (zh)
WO (1) WO2013186385A1 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108884707A (zh) * 2016-03-16 2018-11-23 戴蒙得创新股份有限公司 包含具有不同特性的环形区域的多晶金刚石体
CN108975262A (zh) * 2017-05-31 2018-12-11 罗伯特·博世有限公司 具有小的机械张力的多晶材料和用于产生多晶材料的方法
CN112304756A (zh) * 2020-10-16 2021-02-02 中国航发四川燃气涡轮研究院 一种纤维增强复合材料环状结构周向拉伸性能表征方法
CN112513407A (zh) * 2018-05-18 2021-03-16 第六元素（英国）有限公司 多晶金刚石刀具元件和地钻工具
CN113860301A (zh) * 2021-10-29 2021-12-31 河南联合精密材料股份有限公司 一种表面具有裂纹的类多晶钻石粉及其制备方法
CN114905420A (zh) * 2022-04-18 2022-08-16 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 一种多元跨尺度叠层复合金刚石砂轮及成型方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6416048B2 (ja) * 2015-07-01 2018-10-31 株式会社神戸製鋼所 グラファイト群、該グラファイト群を含む炭素粒子
US11371290B2 (en) 2017-06-05 2022-06-28 Halliburton Energy Services, Inc. Crack mitigation for polycrystalline diamond cutters
US10900291B2 (en) * 2017-09-18 2021-01-26 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond elements and systems and methods for fabricating the same
GB201722310D0 (en) * 2017-12-31 2018-02-14 Element Six Uk Ltd Polycrystalline diamond constructions
CN113089093B (zh) * 2021-04-01 2022-09-13 化合积电(厦门)半导体科技有限公司 金刚石半导体结构的形成方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070187153A1 (en) * 2006-02-10 2007-08-16 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond apparatuses and methods of manufacture
US20080023231A1 (en) * 2006-07-31 2008-01-31 Us Synthetic Corporation Superabrasive element comprising ultra-dispersed diamond grain structures, structures utilizing same, and methods of manufacture
WO2010140108A1 (en) * 2009-06-01 2010-12-09 Element Six (Production) (Pty) Ltd Polycrystalline diamond
CN101955177A (zh) * 2010-07-05 2011-01-26 河南省联合磨料磨具有限公司 金刚石超细微粉及其制备方法
CN101980836A (zh) * 2008-03-28 2011-02-23 塞德里克·谢里登 用于生产研磨或切割工具的聚集体研磨颗粒
WO2011069637A1 (en) * 2009-12-07 2011-06-16 Element Six Limited Polycrystalline diamond structure
WO2011158190A2 (en) * 2010-06-16 2011-12-22 Element Six (Production) (Pty) Limited Superhard cutter

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7350601B2 (en) * 2005-01-25 2008-04-01 Smith International, Inc. Cutting elements formed from ultra hard materials having an enhanced construction
US8109350B2 (en) * 2006-01-26 2012-02-07 University Of Utah Research Foundation Polycrystalline abrasive composite cutter
GB0819257D0 (en) * 2008-10-21 2008-11-26 Element Six Holding Gmbh Insert for an attack tool
US20100104874A1 (en) * 2008-10-29 2010-04-29 Smith International, Inc. High pressure sintering with carbon additives
US8490721B2 (en) * 2009-06-02 2013-07-23 Element Six Abrasives S.A. Polycrystalline diamond
ZA201007263B (en) * 2009-10-12 2018-11-28 Smith International Diamond bonded construction comprising multi-sintered polycrystalline diamond
US8590643B2 (en) * 2009-12-07 2013-11-26 Element Six Limited Polycrystalline diamond structure
US9067305B2 (en) * 2010-05-18 2015-06-30 Element Six Abrasives S.A. Polycrystalline diamond
US10309158B2 (en) * 2010-12-07 2019-06-04 Us Synthetic Corporation Method of partially infiltrating an at least partially leached polycrystalline diamond table and resultant polycrystalline diamond compacts
GB201107764D0 (en) * 2011-05-10 2011-06-22 Element Six Production Pty Ltd Polycrystalline diamond structure

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070187153A1 (en) * 2006-02-10 2007-08-16 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond apparatuses and methods of manufacture
US20080023231A1 (en) * 2006-07-31 2008-01-31 Us Synthetic Corporation Superabrasive element comprising ultra-dispersed diamond grain structures, structures utilizing same, and methods of manufacture
CN101980836A (zh) * 2008-03-28 2011-02-23 塞德里克·谢里登 用于生产研磨或切割工具的聚集体研磨颗粒
WO2010140108A1 (en) * 2009-06-01 2010-12-09 Element Six (Production) (Pty) Ltd Polycrystalline diamond
WO2011069637A1 (en) * 2009-12-07 2011-06-16 Element Six Limited Polycrystalline diamond structure
WO2011158190A2 (en) * 2010-06-16 2011-12-22 Element Six (Production) (Pty) Limited Superhard cutter
CN101955177A (zh) * 2010-07-05 2011-01-26 河南省联合磨料磨具有限公司 金刚石超细微粉及其制备方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108884707A (zh) * 2016-03-16 2018-11-23 戴蒙得创新股份有限公司 包含具有不同特性的环形区域的多晶金刚石体
CN108975262A (zh) * 2017-05-31 2018-12-11 罗伯特·博世有限公司 具有小的机械张力的多晶材料和用于产生多晶材料的方法
CN112513407A (zh) * 2018-05-18 2021-03-16 第六元素（英国）有限公司 多晶金刚石刀具元件和地钻工具
CN112304756A (zh) * 2020-10-16 2021-02-02 中国航发四川燃气涡轮研究院 一种纤维增强复合材料环状结构周向拉伸性能表征方法
CN113860301A (zh) * 2021-10-29 2021-12-31 河南联合精密材料股份有限公司 一种表面具有裂纹的类多晶钻石粉及其制备方法
CN113860301B (zh) * 2021-10-29 2022-12-23 河南联合精密材料股份有限公司 一种表面具有裂纹的类多晶钻石粉及其制备方法
CN114905420A (zh) * 2022-04-18 2022-08-16 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 一种多元跨尺度叠层复合金刚石砂轮及成型方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20180238115A1 (en) 2018-08-23
GB2506718A (en) 2014-04-09
GB201210678D0 (en) 2012-08-01
WO2013186385A1 (en) 2013-12-19
US20150135603A1 (en) 2015-05-21
GB201310670D0 (en) 2013-07-31
US20210269313A1 (en) 2021-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210269313A1 (en) Polycrystalline diamond structure
US20170067294A1 (en) Superhard constructions and methods of making same
US9234423B2 (en) Super-hard tip for a pick tool and pick tool comprising same
US20150165591A1 (en) Superhard constructions and methods of making same
US9249662B2 (en) Tip for degradation tool and tool comprising same
KR20120095953A (ko) 다결정 다이아몬드 구조
US20180029130A1 (en) Polycrystalline diamond construction and method for making same
US20170304995A1 (en) Method of making polycrystalline diamond material
CN103827436A (zh) 多晶金刚石结构
US20150292272A1 (en) A polycrystalline super hard construction and a method for making same
US20190330118A1 (en) Super hard constructions & methods of making same
CN104903032A (zh) 用于钻井应用的厚的固体碳酸盐基pcd的烧结
US20150033637A1 (en) Polycrystalline superhard material and method of forming
US20140284115A1 (en) Polycrystalline diamond construction and method of making same
US20210316362A1 (en) Superhard constructions & methods of making same

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150819

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication