一种独立式PCD物体,其包含由形成金刚石网络的交互生长的金刚石晶粒以及互穿金属网络的组合形成的PCD材料，该PCD物体不附着于由不同材料形成的第二物体或基底。该金刚石网络由具有多种晶粒尺寸的金刚石晶粒形成，并且该金刚石网络包含具有平均金刚石晶粒尺寸的晶粒尺寸分布，其中该金刚石晶粒尺寸分布的最大分量不大于平均金刚石晶粒尺寸的三倍。形成所述独立式PCD物体的PCD材料是均匀的，使得该PCD物体在空间上是恒定的并且关于金刚石网络对金属网络体积比率而言是不变的。在大于平均晶粒尺寸十倍的尺度上测量均匀性并且该均匀性跨越PCD物体的尺寸。该PCD材料还在所述尺度在宏观上不含残余应力。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种独立式PCD物体,其包含由形成金刚石网络的交互生长的金刚石晶粒以及互穿金属网络的组合形成的PCD材料，该PCD物体不附着于由不同材料形成的第二物体或基底。该金刚石网络由具有多种晶粒尺寸的金刚石晶粒形成，并且该金刚石网络包含具有平均金刚石晶粒尺寸的晶粒尺寸分布，其中该金刚石晶粒尺寸分布的最大分量不大于平均金刚石晶粒尺寸的三倍。形成所述独立式PCD物体的PCD材料是均匀的，使得该PCD物体在空间上是恒定的并且关于金刚石网络对金属网络体积比率而言是不变的。在大于平均晶粒尺寸十倍的尺度上测量均匀性并且该均匀性跨越PCD物体的尺寸。该PCD材料还在所述尺度在宏观上不含残余应力。【专利说明】包括含聚晶金刚石材料的物体的超硬结构或物体
本公开涉及包括含聚晶金刚石材料的物体（body)的超硬结构或物体，制造这样 的物体的方法，并且涉及包含聚晶超硬结构的元件或构造。
技术介绍
在本公开中所考虑的聚晶金刚石材料（PCD)由具有互穿金属网络的金刚石晶粒 的交互生长（intergrown)网络组成。这被示意说明于图1中，该图显示了包含具有互穿金 属网络2的金刚石晶粒1的交互生长网络的PCD材料的显微结构（具有在金刚石-金属界 面3处出现的刻面）。每个晶粒具有一定程度的塑料变形4。新结晶的金刚石键5如在该 图的插图中所示使金刚石晶粒键合。在高压和高温下通过金刚石粉末烧结形成金刚石晶粒 的网络，所述烧结受到用于碳的熔融金属催化剂/溶剂促进。金刚石粉末可以具有单峰尺 寸分布，从而在颗粒数目或质量粒径分布内存在单个极大值，这导致金刚石网络内的单峰 晶粒尺寸分布。作为替代，金刚石粉末可以具有多峰尺寸分布，其中在颗粒数目或质量粒径 分布内存在两个或更多个极大值，这导致金刚石网络内的多峰晶粒尺寸分布。在该工艺中 使用的典型的压力在约4至7GPa的范围内，但是高达lOGPa以上的更高压力实际上也是可 达到的并且能够被使用。采用的温度是高于金属在该压力下的熔点。金属网络是由于熔融 金属在返回到正常室温条件时凝固的结果并且将不可避免地是高碳含量的合金。原则上， 可以利用能够在这样的条件下使金刚石结晶成为可能的任何用于碳的熔融金属溶剂。周期 表的过渡金属和它们的合金可被包括这样的金属内。 传统上，现有技术中的主要惯例和做法是使用硬质金属基底的粘合剂金属，在高 温和高压下使此类粘合剂熔融之后，使其渗入金刚石粉末的物料（mass)中。这是熔融金属 以常规P⑶构造的宏观尺度的渗透，即以毫米尺度的渗透。到目前为止，现有技术中最常见 的情形是使用碳化钨（具有钴金属粘合剂）作为硬质金属基底。这不可避免地导致硬质金 属基底原位结合至所得PCD。这样的惯例和做法已经严重地主导了迄今为止PCD材料的成 功商业开发。 为了本公开的目的，使用硬质金属基底作为经由定向渗透的熔融金属烧结剂的来 源并且原位结合至该基底的P⑶结构被称为"常规P⑶"构造或物体。这示于图2中，该图 是常规PCD物体中的渗透过程的示意图，其中箭头指示透过2至3_的PCD层厚度的渗透 的方向和长距离。插图11中的箭头再次指示跨许多金刚石晶粒的渗透范围。在常规POT 物体中的P⑶层6通常地具有约2至3mm的厚度。基底7主要地由碳化钨/钴合金制成。 数字8大致指示在高压高温工艺期间穿过P⑶层厚度的钴渗透剂的渗透方向。椭圆形区域 11是在碳化物基底和PCD层之间的界面，并且图2的插图示意显示了区域11的扩展视图， 在该区域中具有金刚石晶粒，透过该区域发生钴的长距离渗透。该插图突显了定向渗透跨 越许多晶粒穿透P⑶层厚度的事实。在所述物体中金刚石晶粒9和10可典型地具有不同 的尺寸并且能由金刚石颗粒的多峰混合物制成。 已经理解的是制造 P⑶物体的这种传统方法导致一系列限制和制约，这进而在许 多应用中具有不合意的结果。这些限制包括： 1. PCD物体中的宏观的残余应力分布（以常规PCD物体的尺度即以毫米尺度），这 不可避免地具有有害的拉伸分量。 2.熔融金属从基底的渗透方向上的材料层的尺寸限制。 3.作为毫米级距离上的定向熔融金属渗透的结果，结构和组成的不均匀性。 4.在开发宽广范围的金属合金组合物和有限的冶金组合物（其由此得到）中的显 著的实际困难。 5.在金刚石显微结构的晶粒尺寸的尺度上的显微残余应力管理是受限的并且是 不切实际的。 6.制造自由度例如晶粒尺寸分布、金属含量和金属合金组成是互相依赖的并且不 能容易进行独立预选、选择或者改变。 本 申请人:已经理解了关于均匀性、宏观和微观的残余应力、PCD物体的尺寸和形状 以及上文关于常规PCD物体或者构造所述的受限的材料组成的选择的局限和难题在许多 应用中引起不良或者不适当的性能。 需要开发任意3维形状、具有高的材料均匀性并且不存在宏观残余应力并且具有 PCD材料结构和组成的扩展选择、具有伴随的显微残余应力控制（所有这些均是高度期望 的）的PCD物体。
技术实现思路
从第一个方面看，提供了一种独立式P⑶物体，其包含由形成金刚石网络的交互 生长的金刚石晶粒以及互穿金属网络的组合形成的PCD材料，该PCD物体不附着于由不同 材料形成的第二物体或基底，其中： a)金刚石网络由具有多种晶粒尺寸的金刚石晶粒形成，所述金刚石网络包含具有 平均金刚石晶粒尺寸的晶粒尺寸分布，其中金刚石晶粒尺寸分布的最大分量不大于平均金 刚石晶粒尺寸的三倍；并且 b)形成所述独立式P⑶物体的P⑶材料是均匀的，该P⑶物体在空间上是恒定的 并且关于金刚石网络对金属网络体积比率而言是不变的，其中以大于PCD物体的平均晶粒 尺寸十倍的尺度测量均匀性并且该均匀性跨越PCD物体的尺寸，该PCD材料在所述尺度在 宏观上不含残余应力。 附图简述 现在将通过实施例并参照附图描述实施方案，其中： 图1是P⑶材料的显微结构的不意图，其显不了具有互芽金属网络的金刚石晶粒 的交互生长网络，具有在金刚石-金属界面出现的刻面； 图2是常规POT物体中渗透过程的示意图，其中箭头指示了透过2至3mm的POT 层厚度的渗透的方向和长距离； 图3是在烧结金刚石颗粒以形成P⑶的实施方案期间金属的非常局域化或短距离 的移动的示意图，示出了具有良好并且均匀分布的、较小金属颗粒的金刚石颗粒； 图4是通过传统路线烧结的PCD的起始金刚石颗粒的钴含量相对于平均晶粒尺寸 的坐标图； 图5是概括的流程图，其显示了用于将金刚石粉末与合适的金属组合以形成颗粒 材料的物料的方法和优选项的实施方案的两种可选方法（以两列给出），在成形为三维半 致密物体之后使其经受高温和高压条件以熔化或部分熔化金属并且使金刚石部分地再结 晶以产生独立式P⑶物体； 图6是图5第2列的方法的示意图； 图7是钴、碳二元相图； 图8是金刚石颗粒的示意图，显示了装饰表面的金属颗粒； 图9a和9b是装饰具有2微米尺寸金刚石颗粒的表面的碳酸钴的须状晶体的SEM 显微照片； 图10a和10b是装饰具有4微米尺寸的金刚石颗粒的表面的钴金属颗粒的SEM显 微照片； 图11是装饰于钴金属颗粒中的金刚石颗粒的TEM显微照片以本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种独立式PCD物体,其包含由形成金刚石网络的交互生长的金刚石晶粒以及互穿金属网络的组合形成的PCD材料，该PCD物体不附着于由不同材料形成的第二物体或基底，其中：a)该金刚石网络由具有多种晶粒尺寸的金刚石晶粒形成，所述金刚石网络包含具有平均金刚石晶粒尺寸的晶粒尺寸分布，其中该金刚石晶粒尺寸分布的最大分量不大于平均金刚石晶粒尺寸的三倍；并且b)形成所述独立式PCD物体的PCD材料是均匀的，该PCD物体在空间上是恒定的并且关于金刚石网络对金属网络体积比率而言是不变的，其中在大于平均晶粒尺寸十倍的尺度上测量均匀性并且该均匀性跨越PCD物体的尺寸，该PCD材料在所述尺度在宏观上不含残余应力。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·M·阿迪亚，G·J·戴维斯，
申请(专利权)人：六号元素磨料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：卢森堡;LU
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