[发明专利]涂覆的颗粒和相关方法

说明书

优选权要求

本申请要求2011年6月22日提交的、名为“涂覆的颗粒和相关方法”的美国专利申请序列号13/166,557的提交日权益。

技术领域

本公开的实施方案总体上涉及涂覆的颗粒，形成涂覆的颗粒的方法和由涂覆的颗粒形成多晶复合片的方法。具体地，本公开的实施方案涉及其上涂覆有纳米颗粒的超硬材料的颗粒。

发明背景

已经证明，超硬材料可用于广泛的多种应用。例如，钻地工具中所用的切割元件经常包括多晶金刚石(PCD)材料，其可以用于形成多晶金刚石刀具(经常称作“PDC”)。这种多晶金刚石切割元件常规上如下来形成：在催化剂(例如钴、铁、镍或者其合金及混合物)存在下，在高温和高压条件下，将相对小的金刚石晶粒或晶体烧结和结合在一起，以在切割元件基底上形成多晶金刚石材料的层。这些处理经常被称作高温/高压(或者“HTHP”)处理。该切割元件基底可以包含金属陶瓷材料(即，陶瓷-金属复合材料)，其包含在金属基质中的硬质材料的多个颗粒，例如钴烧结碳化钨。在这种情况中，切割元件基底中的催化剂材料可以在烧结过程中进入金刚石晶粒或者晶体中，并且催化由金刚石晶粒或者晶体形成金刚石台。在其他方法中，可以先将粉末化的催化剂材料与金刚石晶粒或者晶体混合，然后在HTHP处理中将晶粒或者晶体一起烧结。

用于在地下地层中形成钻井的钻地工具可以包括多个安装在本体上的切割元件，包括例如固定刀具的钻地旋转钻头(也称作“刮刀钻头”)。这种固定刀具的钻头包括多个切割元件，其固定附接到钻头的钻头体上，常规上处于在刀片和钻头体的其他外部部分中形成的凹处中。其他钻地工具可以包括牙轮钻地钻头，其包括附接到从悬在钻头体上的腿上的轴承销的多个刀具。该刀具可以包括在刀具上经碾磨或者其他方式形成的切割元件(有时候称作“齿”)，其可以包括在切割元件外表面上的耐磨堆焊，或者该刀具可以包括附接到刀具上的切割元件(有时候称作“嵌入件”)，通常处于刀具中形成的凹处中。包括超硬材料的切割元件提高了它们所附接到其上的钻地工具的使用寿命，因为超硬材料提高了工具的强度和耐磨性。

一些超硬材料具有令人期望的性能，其使得它们可用于另外的应用中。例如，这种材料的高强度和耐磨性使得它们可用于研磨、抛光和机加工应用中。提高一些超硬材料的热导率使得它们可以用作分散在润滑剂(例如车用机油和泵油)中的颗粒，因为这种润滑剂经常用于冷却它们所润滑的部件。此外，提高一些超硬材料的电导率使得它们可以用作聚合物和弹性体中的填料，其中提高聚合物和弹性体的至少一些部分的电导率是令人期望的。

已经进行了一些尝试，通过在其上形成其他材料的层，来增强或者改变超硬材料的性能。例如，Gaurav Saini，David S.Jensen，Landon A.Wiest，Michael A.Vail，Andrew Dadson，Milton L.Lee，V.Shutthanandan，和Matthew R.Linford等人的Core-Shell Diamond as a Support for Solid-Phase Extraction and High-Performance Liquid Chromatigraphy，82Analytical Chem.4448(2010年6月1日)，除了其他方面，公开了在胺官能化的微米金刚石(microdiamond)上逐层沉积含胺的聚合物和纳米金刚石。

附图说明

虽然说明书结束于具体指出和明确主张何为本发明的权利要求的书，但是当结合附图来阅读时，可以从下面对本发明实施方案的说明中更容易地确定本发明实施方案的不同特征和优点，附图中：

图1是芯颗粒的横截面图；

图2显示了图1的芯颗粒在用涂覆材料涂覆后的横截面图；

图3显示了图2的涂覆的芯颗粒在纳米颗粒已经置于涂覆材料上之后的横截面图；

图4是图3的涂覆的芯颗粒在用另一涂层涂覆纳米颗粒之后的横截面图；

图5显示了图4的涂覆的芯颗粒在其他纳米颗粒已经置于其他涂层上之后的横截面图；

图6显示了图5所示的纳米颗粒的一个替代实施方案的横截面图；

图7是图5所示的涂覆的芯颗粒的另一实施方案的横截面图，其中其他纳米颗粒直接置于该第一纳米颗粒上；

图8显示了图5的涂覆的芯颗粒在用又一其他涂层涂覆该其他纳米颗粒之后的横截面图；

图9显示了图8的涂覆的芯颗粒在又一其他纳米颗粒已经置于该又一其他涂层上之后的横截面图；