[发明专利]多晶金刚石复合坯块

权利要求书

1.一种多晶金刚石(PCD)复合坯块元件，包括粘结于烧结碳化物基材的PCD结构，其中所述基材的至少周围区包括平均自由程(MFP)特征为至少0.1μm和至多0.7μm，且弹性极限为至少1.9GPa的烧结碳化物材料。

2.根据权利要求1所述的PCD复合坯块元件，其中所述周围区的烧结碳化物材料包括金属碳化物颗粒和金属粘结剂材料，所述周围区的金属粘结剂材料的含量为至少1wt％和至多12wt％。

3.根据前述权利要求任一项所述的PCD复合坯块元件，其中所述周围区中所述金属碳化物颗粒的平均尺寸为至少0.1μm和至多20μm。

4.根据前述权利要求任一项所述的PCD复合坯块元件，其中所述周围区的磁矫顽力为至少100Oe和至多700Oe。

5.根据前述权利要求任一项所述的PCD复合坯块元件，其中所述金属粘结剂材料包括钴，且所述金属碳化物为碳化钨。

6.根据前述权利要求任一项所述的PCD复合坯块元件，其中所述金属粘结剂材料含有至少钨和碳之一在钴中的固溶体。

7.根据前述权利要求任一项所述的PCD复合坯块元件，其中至少碳化铬和碳化钒之一的颗粒分散于所述金属粘结剂材料中。

8.根据前述权利要求任一项所述的PCD复合坯块元件，其中所述金属粘结剂材料包括钴、镍和Cr₃C₂。

9.根据前述权利要求任一项所述的PCD复合坯块元件，其中所述金属碳化物为TiC、WC、TaC或其它的难熔金属碳化物。

10.根据前述权利要求任一项所述的PCD复合坯块元件，其中所述金属碳化物为碳化钨(WC)，且所述周围区的所述烧结碳化物的矫顽磁场强度高达17.0kA/m，磁矩σ以微特斯拉乘以立方米/千克为单位，作为所述烧结碳化物中Co重量百分比(X)的函数，其范围分别为σ＝0.11X至σ＝0.137X。

11.根据前述权利要求任一项所述的PCD复合坯块元件，其中所述周围区的所述烧结碳化物基本上无η-相。

12.根据前述权利要求任一项所述的PCD复合坯块元件，其中平均尺寸范围为0.1-500nm的金属碳化物或含金属纳米微粒分散于所述金属粘结剂材料中。

13.根据前述权利要求任一项所述的PCD复合坯块元件，其中所述金属粘结剂材料包括的钨浓度范围为所述粘结剂材料的5-30at.％。

14.一种制备前述权利要求任一项所述PCD复合坯块元件的方法，所述方法包括提供烧结碳化物基材，所述烧结碳化物基材中至少周围区包括平均自由程(MFP)特征为至少0.1μm和至多0.7μm，且弹性极限为至少1.9GPa的烧结碳化物材料；所述周围区包括金属碳化物颗粒和金属粘结剂材料，所述金属粘结剂的含量为至少1wt％和至多12wt％；提供金刚石颗粒的聚集体；将用于金刚石的溶剂/催化剂材料引入到所述聚集体中；在金刚石热力学稳定的压力和温度下烧结与所述基材接触的所述聚集体，以形成粘结至烧结碳化物基材的PCD结构。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述基材含有用于金刚石的溶剂/催化剂材料。

16.根据权利要求14所述的方法，其包括通过下列之一将用于金刚石的溶剂/催化剂材料引入至所述金刚石颗粒聚集体中：将粉末形式的溶剂/催化剂材料与金刚石颗粒混合，将溶剂/催化剂材料沉积在所述金刚石颗粒的表面，以及从所述基材以外的材料来源将溶剂/催化剂材料渗入到聚集体中。

17.一种包括如权利要求1-13任一项所述PCD复合坯块元件的工具，所述工具用于切削、铣削、磨削、钻削、钻地、钻岩或其它研磨应用。

18.根据权利要求17所述的工具，其中所述工具包括用于钻地或钻岩的钻头。

19.根据权利要求18所述的工具，其中所述工具包括用于石油和天然气钻探行业的旋转式固定切削刃钻头。

20.根据权利要求17所述的工具，其中所述工具为圆锥旋转钻头、扩孔工具、膨胀工具、铰刀或其它钻地工具。