[发明专利]PDC切割器的高温高加热速率处理

说明书

相关申请

本申请涉及2010年4月6日提交的美国专利申请No.12/754,784“PDC,PCBN或其它超硬材料插入物声发射韧性测试”（Acoustic Emission Toughness Testing For PDC,PCBN,Or Other Hard Or Superhard Material Inserts），其通过参考并入本文。

技术领域

本发明大体涉及具有聚晶结构的切割器；并且更具体地，涉及用于降低出现在切割器中的残余应力的后制备方法和设备，以及涉及在其制备之后一旦经历处理就具有降低的残余应力的切割器。

背景技术

聚晶金刚石复合片（PDC）已经被用于包括凿岩应用和金属加工应用的工业领域中。这种复合片已经相对于其他类型的切割元件表现出优势，例如更好的耐磨性和冲击阻力。在存在促进金刚石-金刚石结合的催化剂/溶剂的情况下，可以通过在被称为“金刚石稳定范围”的高压和高温（HPHT）条件下将单个金刚石颗粒烧结在一起而形成PDC，“金刚石稳定范围”典型地在40千巴之上以及在1200摄氏度和2000摄氏度之间。用于烧结金刚石复合片的催化剂/溶剂的一些实例是钴、镍、铁和其他第8族金属。PDC通常具有大于70%体积百分比的金刚石含量，其中80%至98%是典型的。根据一个实例，无衬的PDC可以机械结合至工具（未示出）。备选地，将PDC结合至衬底，从而形成PDC切割器，该切割器典型地嵌入或安装至测井下井仪（未示出），例如钻头或钻孔器。

图1根据现有技术示出了具有聚晶金刚石（PCD）切割台110或复合片的PDC切割器100的侧视图。即使在示例性实施方式中描述了PCD切割台110，将包括聚晶氮化硼（PCBN）复合片的其它类型的切割台使用在备选类型的切割器中。参照图1，PDC切割器100典型地包括PCD切割台110和耦接至PCD切割台110的衬底150。PCD切割台110为大约10万分之一英寸（2.5毫米）厚；然而，厚度根据使用PCD切割台110的应用可变化。

衬底150包括顶面152、底面154和从顶面152的轴线延伸至底面154的周线的衬底外壁156。PCD切割台110包括切割面112、相对面114和从切割面112的周线延伸至相对面114的周线的PCD切割台外壁116。PCD切割台110的相对面114耦接至衬底150的顶面152。典型地，PCD切割台110使用高压和高温（HPHT）按压耦接至衬底150。然而，可以使用所属领域技术人员已知的其他方法将PCD切割台110耦接至衬底150。在一个实施方式中，一旦将PCD切割台110耦接至衬底150，PCD切割台150的切割面112基本上就平行于衬底的底面154。附加地，将PDC切割器100图示为具有正圆柱形形状；然而，在其他示例性实施方式中，将PDC切割器100成形为其他几何或非几何形状。在某些示例性实施方式中，相对面114和顶面152基本上是平面的；然而，在其他示例性实施方式中，相对面114和顶面152是非平面的。附加地，根据一些示例性实施方式，围绕切割面112的至少一部分周线形成斜面（未示出）。

根据一个实例，通过独立地形成PCD切割台110和衬底150然后将PCD切割台110结合至衬底150而形成PDC切割器100。备选地，开始形成衬底150，随后通过将聚晶金刚石粉末放置在顶面152上并使聚晶金刚石粉末和衬底150经受高温和高压工艺而将PCD切割台110形成在衬底150的顶面152上。备选地，大约同时将衬底150和PCD切割台110形成和结合在一起。虽然已经简单提及了一些形成PDC切割器100的方法，但是可以使用所属领域技术人员已知的其他方法。

根据形成PDC切割器100的一个实例，通过使金刚石粉末层和碳化钨和钴粉的混合物经历HPHT条件而将PCD切割台110形成和结合至衬底150。钴典型地与碳化钨混合并被定位在形成衬底150的位置处。金刚石粉末放置在钴和碳化物混合物的顶部并且被定位在形成PCD切割台110的位置处。然后，使整个粉末混合物经历HPHT条件，从而使得钴熔化并促进碳化钨的胶接或粘合以形成衬底150。熔化的钴也扩散或渗透到金刚石粉末中，并且充当合成金刚石结合键以及形成PCD切割台110的催化剂。因此，钴既充当胶接碳化钨的粘合剂，又充当烧结金刚石粉末以形成金刚石-金刚石结合键的催化剂/溶剂。钴还促进PCD切割台110和胶接的碳化钨衬底150之间的有力结合。