[发明专利]用于PDC、PCBN或其他硬材料或超硬材料插入件的声发射韧性测试

说明书

相关申请

本申请涉及2010年4月6日提交的题为“Acoustic Emission ToughnessTesting For PDC,PCBN,Or Other Hard Or Superhard Material Inserts(用于PDC、PCBN或其他硬材料或超硬材料插入件的声发射韧性测试)”的美国专利申请NO.12/754,784，该申请特此通过引用并入本申请。

技术领域

本发明总体而言涉及用于确定硬或超硬构件的固有的强度或韧性的方法、装置和软件，并且更具体而言涉及使用声发射来确定硬或超硬构件的固有的强度或韧性的方法、装置和软件。

背景技术

图1示出了超硬构件100，根据本发明的示例性实施例，该构件可插入到诸如钻头或铰刀之类的井下工具（未示出）内。如图1所示，超硬构件100的一个示例是用于岩石钻头的切削元件100、或切削器、或插入件。然而，超硬构件100可以基于将用到它的应用而被成形为其他结构。切削元件100通常包括具有接触面115的基底110以及切削台120。根据一个示例，切削台120是使用极硬的层制造而成的，所述极硬的层通过烧结工艺与接触面115接合。根据一些示例，基底110通常是由碳化钨-钴或碳化钨制成的，而切削台120是用诸如多晶金刚石（“PCD”）或多晶立方氮化硼（“PCBN”）这样的多晶极硬材料层而形成的。这些切削元件100是根据本领域内技术人员已知的工艺和材料制造而成的。尽管切削台120被示为具有基本上平坦的外表面，但是切削台120在其他实施例中可具有可替代形状的外表面，比如拱顶形、凹形或其他非平坦形状的外表面。尽管已经提供了切削元件100的一些示例性构成，但是可以根据应用使用本领域普通技术人员公知的其他构成和结构。尽管岩石钻探是可使用超硬构件100的一个应用（并且其将在下面予以描述），但是超硬构件100可以用在各种其他应用中，包括但不限于机械加工、木材加工以及采石。

不同的PCD、PCBN、硬和超硬材料等级可供切削器100在各种场合下使用，比如使用不同钻头设计来钻凿不同的岩层、或者对不同的金属或材料进行机械加工。与这些切削器100相关联的常见问题包括：切削台120在使用期间的掉屑、剥离、部分断裂、开裂和/或剥落。这些问题导致切削台120和/或基底110过早发生故障。通常，在钻凿期间切削台120上该切削台120与地层接触的区域处所生成的高量级应力可能导致这些问题。由于与维修、生产停工时间和人工成本相关联的成本，这些问题提高了钻凿的成本。因此，诸如钻头设计者或现场应用工程师之类的终端用户针对任何给定的钻凿或机械加工任务来选择最佳表现等级的切削器100以减少这些常见问题的发生。例如，终端用户通过平衡切削器100的使用常规方法所确定的耐磨性和抗冲击性来选择合适的切削器100。通常，可供终端用户使用以针对特定应用选择合适级别切削器100的信息是从如下各项中导出的：历史数据记录，该历史数据记录示出不同等级的PCD、PCBN、硬或超硬材料在特定领域内的表现；和/或实验室功能测试，该实验室功能测试尝试在测试不同切削器100的同时模拟各种钻凿或机械加工条件。当前存在两种主要类型的用于钻凿业中的实验室功能测试。这些测试是磨损测试和冲击测试。

包括多晶金刚石复合片（“PDC”）切削器100的超硬构件100已经通过使用两种常规测试方法进行了耐磨性的测试。PDC切削器100包括由PCD制造而成的切削台120。图2示出用于使用常规花岗岩圆材测试来测试耐磨损性的车床200。尽管提供了车床200的一种示例性装置结构，但是可以使用本领域普通技术人员公知的其他装置配置而不偏离示例性实施例的范围和精神。