本發(fā)明專利技術(shù)的實(shí)施方案涉及聚晶金剛石復(fù)合片(“PDC”)和以有利于去除在此類PDC的聚晶金剛石臺(tái)的制造中使用的金屬溶劑催化劑的方式制造聚晶金剛石臺(tái)和PDC的方法。在一種實(shí)施方案中，可以將犧牲顆粒與金剛石顆粒混合，其有利于在瀝濾其間從燒結(jié)的聚晶金剛石臺(tái)中去除金屬溶劑催化劑。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】聚晶金剛石復(fù)合片以及相關(guān)的方法和應(yīng)用相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求在2009年10月29日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/608, 155的優(yōu)先權(quán)，在此通過引用將其整體并入本文。
技術(shù)介紹
耐磨的超硬磨料復(fù)合片被用于各種機(jī)械應(yīng)用中。例如，聚晶金剛石復(fù)合片(“PDC”)(polycrystalline diamond compact)被用于鉆具(例如,切削元件、修孔器等)、機(jī)加工設(shè)備、軸承裝置、拉絲機(jī)具和其它的機(jī)械裝置中。PDC已得到特殊應(yīng)用，作為在旋轉(zhuǎn)鉆頭(如牙輪鉆頭和固定切削刃鉆頭)中的超硬磨料切削元件。PDC切削元件通常包括常被稱為金剛石臺(tái)的超硬磨料金剛石層。使用高壓·/高溫(“HPHT”)工藝形成金剛石臺(tái)并將其與基底接合。PDC切削元件也可被直接硬釬焊到預(yù)先形成的凹部、槽口或在鉆頭本體內(nèi)形成的其它接納部中。基底常常可被硬釬焊或以另外方式接合到附加部件，例如柱型背襯。旋轉(zhuǎn)鉆頭通常包括附著于鉆頭本體上的若干roc切削元件。還已知的是可使用承載roc的栓釘作為PDC切削元件，這時(shí)通過壓力配合、硬釬焊或其它的方式將栓釘(Stud)固定于在鉆頭本體中形成的容座內(nèi)來將其安裝到旋轉(zhuǎn)鉆頭的鉆頭本體上。一般通過如下方式來制造常規(guī)的roc :將燒結(jié)碳化物基底放入具有大量金剛石顆粒的容器內(nèi)，所述金剛石顆粒被置于所述燒結(jié)碳化物基底鄰近。可以將若干這種容器裝載到HPHT壓力機(jī)中。然后在HPHT條件下在催化劑材料的存在下處理所述基底和所述大量金剛石顆粒，所述催化劑材料引起金剛石顆粒相互接合從而形成接合在一起的金剛石晶粒的基質(zhì)，該基質(zhì)限定出與基底接合的聚晶金剛石(“PCD”)臺(tái)。催化劑材料通常是被用于促進(jìn)金剛石顆粒的交互生長(zhǎng)的金屬-溶劑催化劑(例如，鈷、鎳、鐵、或其合金)。在一種常規(guī)的方法中，在HPHT處理期間，燒結(jié)碳化物基底的組分(例如來自鈷燒結(jié)的碳化鎢基底的鈷)液化并從所述大量金剛石顆粒鄰近的區(qū)域掃掠(sweep)到金剛石顆粒之間的間隙區(qū)域中。鈷充當(dāng)催化劑從而促進(jìn)金剛石顆粒之間的交互生長(zhǎng)，這導(dǎo)致形成接合一起的金剛石晶粒，這些金剛石晶粒在其間表現(xiàn)出金剛石與金剛石接合。通常，在使金剛石顆粒和基底經(jīng)受HPHT處理之前，可將溶劑催化劑與金剛石顆粒混合。P⑶臺(tái)中金屬溶劑催化劑的存在被認(rèn)為降低P⑶臺(tái)在高溫下的熱穩(wěn)定性。例如，據(jù)認(rèn)為在鉆進(jìn)或切削操作期間，金剛石晶粒與金屬溶劑催化劑之間的熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致PCD臺(tái)的碎裂或開裂，這會(huì)使PCD臺(tái)的力學(xué)性能劣化或引起失效。另外，一些金剛石晶粒會(huì)通過與金屬溶劑催化劑的交互作用而經(jīng)歷化學(xué)損壞或轉(zhuǎn)變回石墨。在提高的高溫下，部分金剛石晶粒會(huì)轉(zhuǎn)變成一氧化碳、二氧化碳、石墨、或其組合，由此使PCD臺(tái)的力學(xué)性能劣化。—種用于改善F1DC的P⑶臺(tái)的熱穩(wěn)定性的方法是通過酸浙濾(acid leaching)從PCD臺(tái)中至少部分地去除金屬溶劑催化劑。用于形成PDC另一種常規(guī)方法包括單獨(dú)形成燒結(jié)PCD臺(tái)，隨后對(duì)該燒結(jié)PCD臺(tái)進(jìn)行浙濾，以便從接合在一起的金剛石晶粒之間的間隙區(qū)域去除溶劑催化劑。可將浙濾的PCD臺(tái)接合到基底，并且在獨(dú)立的HPHT處理中用非催化劑材料(如硅)進(jìn)行浸滲。硅可浸滲浙濾PCD臺(tái)的間隙區(qū)域并與金剛石晶粒反應(yīng)形成碳化硅，溶劑催化劑已被從該間隙區(qū)域浙濾。盡管存在許多不同的roc，但是，PDC的制造商和用戶繼續(xù)尋求表現(xiàn)改善的韌性、耐磨性、熱穩(wěn)定性、易加工性或前述性能組合的roc。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的實(shí)施方案涉及PDC和以有利于去除在此類PDC的PCD臺(tái)制造中使用的金屬溶劑催化劑的方式制造roc的方法。在一種實(shí)施方案中，PDC包括基底和P⑶臺(tái)，該P(yáng)⑶臺(tái)包括工作表面和相對(duì)的與基底接合的界面表面。PCD臺(tái)包括限定間隙區(qū)域的多個(gè)接合金剛石晶粒。該P(yáng)⑶臺(tái)還包括浙濾第一體積，該浙濾第一體積從工作表面向內(nèi)延伸并且包括位于其間隙區(qū)域至少一部分中的金屬浸滲劑(infiltrant)。該浙濾第一體積的金屬浸滲劑可以按小于0.85wt% (“重量％”)的濃度存在。P⑶臺(tái)還包含從界面表面向內(nèi)延伸的第二體積。該第二體積的間隙區(qū)域包括位于其中的金屬浸滲劑。 在一種實(shí)施方案中，公開了一種制造浙濾P⑶臺(tái)的方法。該方法包括將多個(gè)金剛石顆粒與多個(gè)犧牲顆粒混合以形成混合物。該方法還包括在金屬溶劑催化劑的存在下燒結(jié)所述混合物以形成PCD臺(tái)。該P(yáng)CD臺(tái)包含犧牲材料，所述犧牲材料包括所述多個(gè)犧牲顆粒、所述多個(gè)金剛石顆粒與所述多個(gè)犧牲顆粒的至少一種反應(yīng)產(chǎn)物、或其組合。該方法還包括從所述P⑶臺(tái)浙濾至少一部分金屬溶劑催化劑和至少一部分犧牲材料。在一種實(shí)施方案中，公開了一種制造浙濾roc的方法。該方法包括鄰近基底設(shè)置混合物。該混合物包括多個(gè)金剛石顆粒和多個(gè)犧牲顆粒。該方法還包括使所述混合物和基底經(jīng)受HPHT處理，以便在金屬溶劑催化劑的存在下燒結(jié)所述多個(gè)金剛石顆粒，從而在基底上形成P⑶臺(tái)。該P(yáng)⑶臺(tái)包含犧牲材料，所述犧牲材料包括所述多個(gè)犧牲顆粒、所述多個(gè)金剛石顆粒與所述多個(gè)犧牲顆粒的至少一種反應(yīng)產(chǎn)物、或其組合。該方法還包括從所述PCD臺(tái)的體積中浙濾至少一部分金屬溶劑催化劑和至少一部分犧牲材料。在一種實(shí)施方案中，公開了另一種制造浙濾roc的方法。該方法包括將多個(gè)金剛石顆粒與多個(gè)犧牲顆粒混合以形成混合物。該方法還包括在金屬溶劑催化劑的存在下燒結(jié)該混合物從而形成PCD臺(tái)。該P(yáng)CD臺(tái)包含犧牲材料，所述犧牲材料包括所述多個(gè)犧牲顆粒、所述多個(gè)金剛石顆粒與所述多個(gè)犧牲顆粒的至少一種反應(yīng)產(chǎn)物、或其組合。該方法還包括從該P(yáng)⑶臺(tái)浙濾至少一部分金屬溶劑催化劑和至少一部分犧牲材料，使得金屬溶劑催化劑以少于O. 85wt%的濃度存在于其中。該方法還包括將浙濾PCD臺(tái)定位于基底鄰近以形成組件。該方法還包括使所述組件經(jīng)受HPHT處理以便用金屬浸滲劑浸滲該浙濾P⑶臺(tái)。在一種實(shí)施方案中，PDC包括燒結(jié)碳化鎢基底和與該燒結(jié)碳化鎢基底接合的預(yù)燒結(jié)PCD臺(tái)。該預(yù)燒結(jié)PCD臺(tái)包括工作表面和相對(duì)的與燒結(jié)碳化鎢基底接合的界面表面。該預(yù)燒結(jié)PCD臺(tái)包括多個(gè)接合的金剛石晶粒，這些晶粒限定出多個(gè)間隙區(qū)域。該預(yù)燒結(jié)PCD臺(tái)包括從工作表面向內(nèi)延伸的第一體積，所述第一體積基本上不含金屬溶劑催化劑以及鎢或碳化鎢中的至少一種。該預(yù)燒結(jié)PCD臺(tái)還包括從界面表面向內(nèi)延伸的第二體積，該第二體積包含以填隙方式位于其接合金剛石晶粒之間的鎢或碳化鎢中的至少一種。在一種實(shí)施方案中，制造roc的方法包括在燒結(jié)碳化鎢基底和至少部分浙濾的PCD臺(tái)之間設(shè)置金屬浸滲劑層以形成組件，所述至少部分浙濾的PCD臺(tái)在其中包括多個(gè)間隙區(qū)域。該金屬浸滲劑層基本上不含鎢、碳化鎢、或其組合。該方法還包括使所述組件經(jīng)受HPHT處理以便用來自金屬浸滲劑層的第一金屬浸滲劑浸滲該間隙區(qū)域的第一部分，和用來自包含鎢、碳化鎢、或或其組合的燒結(jié)碳化鎢基底的第二金屬浸滲劑浸滲該間隙區(qū)域的第二部分。在一種實(shí)施方案中，制造roc的方法包括在金屬浸滲劑層和燒結(jié)碳化鎢基底之間設(shè)置至少部分浙濾的PCD臺(tái)以形成組件，所述至少部分浙濾的PCD臺(tái)在其中包含多個(gè)間隙區(qū)域。金屬浸滲劑層基本上不含鎢、碳化鎢、或其組合。該方法還包括使所述組件經(jīng)受HPHT處理以便使來自金屬浸滲劑層的第一金屬浸滲劑浸滲所述間隙區(qū)域的第一部分，并且用來自包含鎢、碳化鎢、或其組合的燒結(jié)碳化鎢基底的第二金屬浸滲劑浸滲所本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】2009.10.29 US 12/608,1551.一種聚晶金剛石復(fù)合片，包括 基底；和 聚晶金剛石臺(tái)，該聚晶金剛石臺(tái)包括工作表面和相對(duì)的與基底接合的界面表面，該聚晶金剛石臺(tái)包括限定出間隙區(qū)域的接合的金剛石晶粒，該聚晶金剛石臺(tái)還包括 浙濾第一體積，該浙濾第一體積從工作表面向內(nèi)延伸并包括位于所述浙濾第一體積的至少一部分間隙區(qū)域中的金屬浸滲劑，所述浙濾第一體積的金屬浸滲劑的存在濃度為小于O. 85wt% ;和 從界面表面向內(nèi)延伸的第二體積，該第二體積的間隙區(qū)域包括位于其中的金屬浸滲劑。2.根據(jù)權(quán)利要求I的聚晶金剛石復(fù)合片，其中所述浙濾第一體積中的金屬浸滲劑的濃度為約O. 20wt%至約O. 50wt%。3.根據(jù)權(quán)利要求I的聚晶金剛石復(fù)合片，其中所述浙濾第一體積中的金屬浸滲劑的濃度為約O. 50wt%至約O. 78wt%。4.根據(jù)權(quán)利要求I的聚晶金剛石復(fù)合片，其中所述浙濾第一體積的金屬浸滲劑包含選自下列中的至少一種鐵，鎳，鈷，及其合金。5.根據(jù)權(quán)利要求I的聚晶金剛石復(fù)合片，還包含位于所述浙濾第一體積的至少一部分間隙區(qū)域中的替換材料。6.根據(jù)權(quán)利要求I的聚晶金剛石復(fù)合片，其中， 所述聚晶金剛石臺(tái)的浙濾第一體積基本上不含鎢或碳化鎢中的至少一種；并且， 所述聚晶金剛石臺(tái)的第二體積包含以填隙方式位于其接合的金剛石晶粒之間的鎢或碳化鎢中的至少一種。7.根據(jù)權(quán)利要求I的聚晶金剛石復(fù)合片，其中所述聚晶金剛石臺(tái)是預(yù)燒結(jié)的聚晶金剛石臺(tái)或者與基底一體化形成。8.一種旋轉(zhuǎn)鉆頭，該旋轉(zhuǎn)鉆頭包括根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的聚晶金剛石復(fù)合片配置的至少一個(gè)聚晶切削元件。9.一種浙濾的聚晶金剛石臺(tái)，包含 多個(gè)接合的金剛石晶粒，這些晶粒限定出多個(gè)間隙區(qū)域；和 位于所述間隙區(qū)域的至少一部分中的金屬材料，該金屬材料的存濃度少于所述浙濾的聚晶金剛石臺(tái)的O. 85wt%。10.根據(jù)權(quán)利要求9的浙濾的聚晶金剛石臺(tái)，其中所述濃度為約O.20wt%至約O. 50wt % ο11.一種制造浙濾的聚晶金剛石臺(tái)的方法，包括 混合多個(gè)金剛石顆粒與多個(gè)犧牲顆粒以形成混合物； 在金屬溶劑催化劑的存在下燒結(jié)所述混合物，從而形成聚晶金剛石臺(tái)，該聚晶金剛石臺(tái)包括位于其中的犧牲材料，其中該犧牲材料包括所述多個(gè)犧牲顆粒、所述多個(gè)金剛石顆粒與所述多個(gè)犧牲顆粒的至少一種反應(yīng)產(chǎn)物、或其組合；和 從所述聚晶金剛石臺(tái)中浙濾至少一部分金屬溶劑催化劑和至少一部分犧牲材料。12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述多個(gè)犧牲顆粒包含由...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：M·N·薩尼，J·J·岡薩雷斯，A·E·達(dá)德森，D·莫克霍巴德亞，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：美國(guó)合成公司，
類型：
國(guó)別省市：
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