[发明专利]多晶金刚石复合坯块元件，包含其的工具及其制造方法

权利要求书

1.多晶金刚石(PCD)复合坯块元件，该元件包含在界面整体粘结于烧结碳化物基材的PCD结构；该PCD结构包含共格粘结的金刚石晶粒，金刚石晶粒具有不大于约15微米的平均尺寸；烧结碳化物基材包含分散在金属粘结剂中的碳化物颗粒，碳化物颗粒包含金属的碳化物化合物；其中在基材中的点处，金属粘结剂的量与金属的量的比率从平均值偏离至多约20％的平均值。

2.根据权利要求1的PCD复合坯块元件，其中碳化物颗粒的金属是选自W、Ti、Ta和Cr的难熔金属。

3.根据权利要求1和2中任一项的PCD复合坯块元件，其中基材具有从界面延伸到至少1mm深度的表面区域，该区域含有分散在其中的金刚石颗粒。

4.根据权利要求1-3中任一项的PCD复合坯块元件，其中PCD结构包含第一和第二区域，第一区域的金刚石晶粒的平均尺寸比第二区域的金刚石晶粒的平均尺寸大；第一区域接近基材，并且第二区域远离基材。

5.根据权利要求1-4中任一项的PCD复合坯块元件，其中从界面至PCD结构中至少0.5mm的深度，在PCD结构中的点处，金属粘结剂的量与碳的量的比率偏离平均值至多20％的平均值。

6.制备多晶金刚石复合(PDC)坯块元件的方法，该元件包含整体粘结至由烧结碳化物形成的基材的多晶金刚石(PCD)结构；该方法包括：在基材的粘结表面处或接近基材的粘结表面处向基材中引入过量的碳源以形成碳化的基材或碳化的基材组件；使金刚石晶粒聚集体与邻接或接近粘结界面的碳化基材或碳化基材组件接触以形成未粘结的组件；并在金刚石的溶剂/催化剂材料存在下、在金刚石热力学稳定的温度和压力下烧结金刚石晶粒以形成PCD；其中在聚集体中的金刚石晶粒的平均尺寸不大于约30微米。

7.根据权利要求6的方法，包括在基材的粘接表面处或接近基材的粘接表面处向基材中引入至少0.1wt％的过量碳源，其中重量百分数表示为在引入碳的区域内的总基材材料的重量百分比。

8.根据权利要求6和7中任一项的方法，包括由具有多形态尺寸分布的金刚石晶粒形成聚集体。

9.根据权利要求6-8中任一项的方法，其中过量碳源为炭黑粉末或石墨的形式。

10.根据权利要求6-9中任一项的方法，包括在基材的粘结表面处或接近基材的粘结表面处向基材引入金刚石，并且将至少一些金刚石转变为石墨以用作过量碳源。

11.根据权利要求6-10中任一项的方法，包括将以微粒或粒料形式的过量碳源与用于烧结碳化物的原料结合，将结合体成形为基本上自支撑的生坯，并在金刚石热力学不稳定的压力下烧结生坯。

12.根据权利要求6-11中任一项的方法，包括：将金刚石晶粒与用于烧结碳化物的原料结合，将结合体成形为基本上自支撑的生坯，使生坯经受至少500摄氏度的温度和金刚石热力学不稳定的压力。

13.根据权利要求6-12中任一项的方法，包括：向金刚石晶粒聚集体中引入难熔金属碳化物颗粒，难熔金属碳化物颗粒选自碳化钨、碳化钽、碳化铌和碳化钒，和/或向金刚石晶粒聚集体中引入金属碳化物的难熔金属前体，该难熔金属选自为非碳化物化合物或以单质形式的钨、钽、铌和钒。

14.用于钻头的PCD刀具插入件，该PCD刀具插入件包含根据权利要求1-5中任一项的PCD复合坯块元件。

15.钻地钻头，其包含根据权利要求14的PCD刀具插入件。