[发明专利]能量加工的聚晶金刚石复合片及相关方法

说明书

本文公开的实施例指向用于加工聚晶金刚石台(例如，各自包括聚晶金刚石台的聚晶金刚石复合片)的能量束烧蚀加工方法。本文公开的实施例还指向根据本文公开的能量束烧蚀加工方法中的至少一种所加工的聚晶金刚石台。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年2月9日提交的美国临时申请62/456,785的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

背景技术

耐磨的聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compacts，“PDC”) 被用于各种机械应用。例如，PDCs被用于钻孔工具(例如，切割元件、量具修整器等)、加工设备、轴承装置、拉丝机械以及其他机械装置中。

已经发现将PDCs作为旋转钻头中的超硬磨料的切割元件特别有用，比如牙轮钻头和固定切割钻头。PDC切割元件通常包括通常称为金刚石台的超硬磨料的金刚石层/体。使用在金刚石稳定的条件下烧结金刚石颗粒的高压/高温 (high-pressure/high-temperature，“HPHT”)处理形成金刚石台并将其键合至衬底上。PDC切割元件也可以直接钎焊到预制的袋、套或其他在钻头体中形成的容器中。衬底可任选地钎焊或以其他方式连接到附接构件，比如圆柱形背衬。旋转钻头通常包括贴附到钻头体上的多个PDC切割元件。还已知的是，当通过压配合、钎焊或将螺柱固定到在钻头体中形成的容器中的其它方式将承载PDC的螺柱安装到旋转钻头的钻头体上时，承载PDC的螺柱可以用作PDC 切割元件。

一般通过将硬质合金衬底放入厢体中并且将大量金刚石颗粒放置在硬质合金衬底的表面上来制造传统的PDCs。可以将多个这种厢体装入HPHT压机中。然后在催化剂材料的存在下，在HPHT条件下处理衬底和大量金刚石颗粒，该催化剂材料使得金刚石颗粒彼此键合以形成限定聚晶金刚石 (“PCD”)台的键合的金刚石晶粒的基体。催化剂材料常常是用于促进金刚石颗粒的共生的金属-溶剂催化剂(例如，钴、镍、铁或其合金)。

在传统方法中，在HPHT烧结处理中，硬质合金衬底的组分(比如来自钴烧结碳化钨衬底的钴)从邻近大量金刚石颗粒的区域液化并扫过至金刚石颗粒之间的间隙区域。将钴充当催化剂以促进金刚石颗粒之间的共生，这导致键合的金刚石晶粒的基体的形成，在该键合的金刚石晶粒之间具有金刚石与金刚石键合以及被溶剂催化剂所占据的键合的金刚石晶粒之间的间隙区域。

常常需要加工PCD台，比如在PCD台中形成倒角或者切割PDC以提供所需的形状。这种切割通常是通过电火花加工、磨削、研磨或其组合来完成，以去除PCD台和衬底的所需部分。

尽管有这种生产方法，但PDCs的厂商和用户仍在寻求改善的PDC生产方法。

发明内容

本文公开的实施例指向可用于加工PCD的能量束烧蚀加工方法(例如，激光抛光技术、电子束抛光技术、电子束成形技术和/或激光成形技术)。本文公开的实施例还指向根据本文公开的能量束加工方法中的至少一种所加工的 PCD台(例如，抛光和/或成形)。

在一个实施例中，公开了一种加工聚晶金刚石(“PCD”)台的方法。该方法包括提供PCD台。该PCD台包括多个键合的金刚石晶粒，该多个键合的金刚石晶粒限定多个间隙区域。该PCD台的至少一个外表面呈现出第一表面粗糙度。该方法还包括引导激光束朝向至少一个外表面的至少一部分有效地使得至少一个外表面的至少一部分呈现出小于第一表面粗糙度的第二表面粗糙度。引导激光束包括引导至少一个第一激光脉冲朝向至少一个外表面以从第一表面区域去除PCD和引导至少一个第二激光脉冲朝向至少一个外表面。至少一个第二激光脉冲与第一表面区域的约25％至约99.95％重叠。

在另一个实施例中，公开了一种PDC。该PDC包括PCD台。该PCD台包括限定多个间隙区域的多个键合的金刚石晶粒。该PCD台还包括至少一个外表面。该至少一个外表面的至少一部分呈现出小于约3μm Ra的表面粗糙度。该至少一个外表面的至少一部分呈现出包括一个或多个微观特征的光栅图案。