[发明专利]烧结碳化物材料及其制备方法

说明书

一种烧结碳化物材料，包含WC、约3至约10重量％的Co和约0.5至约8重量％Re。所述烧结碳化物材料的等效总碳(ETC)含量相对于WC是约6.3重量％至约6.9重量％，且所述烧结碳化物材料基本上不含η相和游离碳。还公开了制造这种材料的方法和这种材料的用途。

技术领域

本公开涉及一种例如用于合成金刚石或c-BN或者制造多晶金刚石或c-BN用的高压部件的烧结碳化物材料，及其制备方法。

背景技术

公知的是，用于金刚石合成和多晶金刚石(PCD)生产的高压高温(HPHT)部件(包括砧座和模具)的烧结碳化物受到高的压力、温度和负载。这种不利条件导致其变形，并且如果变形超过一定水平时，HPHT部件失效。在这一方面，很重要的是烧结碳化物材料具有高水平的杨氏模量，以减少在高压力下的变形，从而提高HPHT部件的变形抵抗性和寿命。

因此，需要用于制造高压高温部件的烧结碳化物材料，所述部件具有改进的变形抵抗性以及高的断裂韧性和强度。

发明概述

从第一方面看，提供了一种包含WC、Co和Re的烧结碳化物材料，其中：

所述烧结碳化物材料包含约3至约10重量％的Co和约0.5至约8重量％的Re；

烧结碳化物材料的等效总碳(ETC)含量相对于WC为约6.3重量％至约6.9重量％；

烧结碳化物材料基本上不含η相和游离碳。

从第二方面看，提供了一种多晶超硬结构，包含：

包含以上定义的烧结碳化物材料的基材；和

沿界面接合到基材的多晶超硬材料本体。

从第三方面看，提供了一种适用于钻进土中的旋转钻头的刀具，该刀具包含含有如上所定义的烧结碳化物材料的基材，该基材接合到多晶超硬材料本体。

从第四方面看，提供了一种PCD元件，其用于钻进土中的旋转剪切钻头(shearbit)，用于冲击转头或者用于沥青降解或采矿的镐，该PCD元件包含接合到如上所定义的烧结碳化物材料本体的超硬多晶材料本体。

从第五方面看，用于钻进土中的钻头或钻头部件，包含如上定义的PCD元件。

从第六方面看，提供了生产如上定义的烧结碳化物材料的方法，该方法包括：

研磨烧结碳化物混合物，该烧结碳化物混合物含有WC和碳、以及Re、Co、Ni和/或Fe和任选的晶粒生长抑制剂，所述晶粒生长抑制剂包含V、Cr、Ta、Ti、Mo、Zr、Nb和Hf或其碳化物中的一种或多种；

从混合物压制烧结碳化物制品；

在高于约1450℃的温度下在真空中烧结该制品约1到10分钟，且在Ar(HIP)压力下烧结约5到120分钟；和

将所述制品从烧结温度冷却到约1300摄氏度(℃)。

从第七方面看，提供了一种再利用如上所定义的烧结碳化物材料的方法，该方法包括：在保护气氛中与液体Zn熔化碳化物材料，使Zn蒸发以形成所得产物；和研磨所得到的产物从而从该产物回收Re。

从第八方面看，提供了一种再利用如上所定义的烧结碳化物材料的方法，该方法包括：使烧结碳化物材料经受酸浸出混合物以从烧结碳化物材料除去粘合剂相；和从除去的粘合剂相化学回收Co和Re。

从第九方面看，提供了一种再利用如上所定义的烧结碳化物材料的方法，该方法包括烧结碳化物材料的氧化以溶解碳化物、Re和Co，和回收Re。