[发明专利]烧结/再粘结在包含低钨的硬质合金基体上的多晶金刚石

说明书

一种形成多晶金刚石切割元件的方法，包括组装金刚石材料、基体和与基体不同的催化剂材料或渗透剂材料源，催化剂材料或渗透剂材料源邻近金刚石材料以形成一组件。基体包括具有难熔金属的附接材料。使所述组件经受第一高压/高温条件，以使催化剂材料或渗透剂材料熔化并渗透进金刚石材料中，并使所述组件经受第二高压/高温条件，以使所述附接材料熔化并渗透过被渗透的金刚石材料的一部分，以将被渗透的金刚石材料附接到基体。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年12月17日提交的美国临时申请62/092967的权益和优先权，该美国临时申请的全部内容作为引用并入本文。

背景技术

多晶金刚石压坯(PDC)切割器和金刚石强化镶齿(DEI)已用在包括凿岩和金属加工的工业应用中许多年。一般来说，多晶金刚石(PCD)(或其它超硬材料)的压坯或层粘结到基体材料(比如烧结的金属碳化物，如烧结碳化钨)，以形成切割结构。PCD一般包括多晶质量的金刚石，它们粘结在一起以形成一体的、坚韧的、高强度的质量或晶格。得到的PCD结构具有强化的耐磨性和硬度，使得PCD材料用在磨损和切割应用中，在磨损和切割应用中，高水平的耐磨性和硬度是期望的。

PDC切割器或DEI可通过将烧结碳化物基体放在压榨机的容器中而形成。金刚石颗粒或金刚石粉末的混合物放在基体的顶部，并在高压高温(HPHT)条件下处理。如此，金属粘结剂(通常为钴)从基体迁移，并穿过金刚石晶粒以促进金刚石晶粒之间的共生。结果，金刚石晶粒变得彼此粘结，以形成金刚石层，金刚石层又粘结到基体。基体通常包括金属碳化物复合材料，比如碳化钨。沉积的金刚石层通常称为“金刚石板”或“磨料层”。术语“颗粒”指的是在烧结超硬材料之前使用的粉末，而术语“晶粒”指的是在烧结之后的可识别的超硬区域。

一般来说，PCD可包括任何合适量的金刚石和粘结剂，例如85至95％体积的金刚石和粘结剂材料的平衡，粘结剂存在于粘结的金刚石晶粒之间出现的空隙内。用于形成常规PCD的粘结剂材料包括来自周期表的VIII族的金属，比如钴、铁和镍和/或其混合物或合金。更高的金属含量会增加得到的PCD材料的韧性，但是也会减小PCD材料的硬度，从而使得难以提高硬度和韧性两者。类似地，当选择变量以增加PCD材料的硬度时，脆性也会增加，从而降低了PCD材料的韧性。

发明内容

提供该发明内容来介绍在下面的具体实施方式中进一步描述的构思的选择。该发明内容不意在确立所要求主题的关键或重要特征，也不意在限制所要求主题的范围。

在一个方面中，本公开的实施例涉及一种形成多晶金刚石切割元件的方法，该方法包括组装金刚石材料、基体和与基体不同的催化剂材料源或渗透剂材料源以形成一组件，催化剂源或渗透剂源邻近金刚石材料。该基体可包括包含难熔金属的附接材料。该方法还可包括使该组件经受第一高压/高温条件以使催化剂材料或渗透剂材料熔化和渗透进金刚石材料中以及使该组件经受第二高压/高温条件以使附接材料熔化并渗透过被渗透的金刚石材料的一部分，以将渗透的金刚石材料附接到基体。

在另一方面中，本公开的实施例涉及一种切割元件，其包括位于难熔金属碳化物基体上的多晶金刚石层，多晶金刚石层包括至少两个区域：远离基体的第一区域，包括多个粘结在一起的金刚石晶粒，多个空隙区域置于粘结在一起的金刚石晶粒之间，基于第一区域的总重量，空隙区域包括小于1wt％的难熔金属；以及邻近基体的第二区域，包括多个粘结在一起的金刚石晶粒，多个空隙区域置于粘结在一起的金刚石晶粒之间，空隙区域包括VIII族金属和难熔金属。

附图说明

参考附图描述本公开的实施例。相同的标记在整个附图中用于表示相同的特征和部件。

图1示出常规形成的多晶金刚石的微结构；

图2示出形成根据本公开实施例的多晶金刚石体的流程图；

图3示出形成根据本公开实施例的多晶金刚石体的图示；