利用电容分析聚晶金刚石制造技术

一种利用电容测量来无损地表征超硬聚晶结构内的一个或多个区域的方法、系统和设备。该设备包括具有正极和负极端子的电容测量装置，包括聚晶结构的浸取的组件，第一导线，和第二导线。浸取的组件包括第一表面和相对的第二表面，第一导线将正极端子电耦接到浸取的组件的表面之一，第二导线将负极端子电耦接到浸取的组件的另一个表面。电容被测量一次或多次并与校准曲线进行比较以确定聚晶结构内的估计浸取深度。查明数据分散范围以确定聚晶结构的相对孔隙率或聚晶结构内的浸取质量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用电容分析聚晶金刚石相关申请本申请涉及申请号为13/401231、名称为“利用涡电流分析聚晶金刚石”、申请日为2012年2月21日的美国专利申请，申请号为13/401335、名称为“利用电容和涡电流分析聚晶金刚石”、申请日为2012年2月21日的美国专利申请，和申请号为13/401452、名称为“提高浸取的切削器的性能的方法”、申请日为2012年2月21日的美国专利申请，其全部并入本文作为参考。
本专利技术总体上涉及一种用于测量超硬聚晶结构内的一个或多个区域的特性的方法和设备；更具体地，涉及至少利用电容测量来测量超硬聚晶结构内的浸取深度和/或表征超硬聚晶结构的至少一部分的非破坏性的方法和设备，其中，超硬聚晶结构(例如)是在形成聚晶金刚石复合片(“PDC”)切削器时使用的超硬聚晶结构。
技术介绍
聚晶金刚石复合片(“PDC”)已被用于工业应用，包括凿岩应用和金属加工应用。这种复合片已展示了相比于一些其它类型的切削元件的优点，例如更好的耐磨性和耐冲击性。可以在具有促进金刚石-金刚石键合的催化剂/溶剂的情况下，通过在被称为“金刚石稳定区域”的高压和高温(“HPHT”)条件下将单独的金刚石颗粒烧结在一起来形成PDC，该“金刚石稳定区域”通常高于4万巴和在1200摄氏度和2000摄氏度之间。用于烧结的金刚石复合片的催化剂/溶剂的一些实例是钴、镍、铁和其它VIII族金属。PDC通常具有的金刚石含量大于70％体积百分比，通常为约80％至约98％。根据一个实施方式，无衬的PDC可以机械地结合到工具(未示出)。替代地，将PDC结合到基板上，从而形成PDC切削器，其通常可插入到井下工具(未示出)内，例如钻头或铰刀。图1示出了根据现有技术的PDC切削器100的侧视图，其具有聚晶金刚石(“PCD”)切削台110，或复合片。虽然在示例性的实施方式中描述了PCD切削台110，但其它类型的切削台，包括聚晶氮化硼(“PCBN”)复合片，也可用于替代类型的切削器中。参照图1，PDC切削器100通常包括PCD切削台110和被耦接到PCD切削台110的基板150。PCD切削台110是大约千分之一百英寸(2.5毫米)厚；然而，取决于使用PCD切削台110的应用，厚度是可变的。基板150包括顶面152、底面154和从顶面152的周边延伸至底面154的周边的基板外壁156。PCD切削台110包括切削面112、相对表面114和从切削面112的周边延伸至相对表面114的周边的PCD切削台外壁116。PCD切削台110的相对表面114耦接到基板150的顶面152。通常，PCD切削台110利用高压和高温(“HPHT”)压机而耦接到基板150。然而，本领域普通技术人员已知的其它方法也可以用来将PCD切削台110耦接到基板150。在一个实施方式中，在将PCD切削台110耦接到基板150后，PCD切削台110的切削面112基本上平行于基板的底面154。另外，PDC切削器100被示出为具有直圆柱体形状；然而，PDC切削器100在其他示例性实施方式中被成形为其他几何或非几何形状。在某些示例性实施方式中，相对表面114和顶面152基本上是平面的；然而，相对表面114和顶面152在其他示例性实施方式中是非平面的。另外，根据一些示例性实施方式，斜面(未示出)至少形成在切削面112的周边上。根据一个实例，PDC切削器100通过独立地形成PCD切削台110和基板150且随后将PCD切削台110结合到基板150而形成。替代地，首先形成基板150，随后通过将聚晶金刚石粉末置于顶面152上并使聚晶金刚石粉末和基板150经受高温和高压处理而将PCD切削台110形成在基板150的顶面152上。替代地，基板150和PCD切削台110被大约同时形成并结合在一起。虽然已经简要地提到了形成PDC切削器100的几种方法，但可以使用本领域普通技术人员已知的其它方法。根据形成PDC切削器100的一个实例，通过使金刚石粉末层和碳化钨和钴粉末的混合物经受HPHT条件，PCD切削台110被形成并结合到基板150。钴通常与碳化钨混合并位于将要形成基板150的地方。金刚石粉末放置在钴和碳化钨混合物的顶部上并位于将要形成PCD切削台110的地方。然后使整个粉末混合物经受HPHT条件以使得钴熔化并促进碳化钨的粘结或粘合以形成基板150。熔化的钴也扩散或渗入到金刚石粉末中并充当用于合成金刚石键和形成PCD切削台110的催化剂。因此，钴既充当用于粘结碳化钨的粘合剂又充当用于烧结金刚石粉末以形成金刚石-金刚石键的催化剂/溶剂。钴也有利于在PCD切削台110和粘结的碳化钨基板150之间形成强键。钴已经是PDC制造工艺的优选组分。由于与在传统的PDC制造工艺中使用钴相关的大量知识，传统的PDC制造工艺用钴作为用于形成基板150的粘合材料，还用钴作为用于金刚石合成的催化剂材料。大量知识和工艺的需求之间的协同作用导致用钴作为粘合材料和催化剂材料。然而，如本领域已知的，替代的金属，如铁、镍、铬、锰、钽及其他合适的材料可以用作金刚石合成的催化剂。当使用这些替代材料作为金刚石合成的催化剂以形成PCD切削台110时，钴或如镍、铬或铁的一些其他材料通常被用作用于粘结碳化钨以形成基板150的粘合材料。尽管一些材料，如碳化钨和钴，已经被作为实例提供，但本领域普通技术人员已知的其它材料可用于形成基板150、PCD切削台110，以及在基板150与PCD切削台110之间的结合。图2是根据现有技术的图1的PCD切削台110的示意性微观结构图。参照图1和图2，PCD切削台110具有结合到其他金刚石颗粒210的金刚石颗粒210，形成在金刚石颗粒210之间的一个或多个间隙空间212，和沉积在一个或多个间隙空间212内的钴214，或者一些其他催化剂。在烧结过程期间，间隙空间212，或空隙，形成在碳-碳键之间，并位于金刚石颗粒210之间。钴214扩散到金刚石粉末中导致钴214沉积在这些间隙空间212内，其中，间隙空间212在烧结过程期间形成在PCD切削台110内。一旦PCD切削台110形成并被置于工作中，就可知当温度达到临界温度时，PCD切削台110会快速磨损。这个临界温度大约是750摄氏度，并且当PCD切削台110正在切削岩石构造或其它已知的材料时会达到该临界温度。高磨损率被认为是由金刚石颗粒210和钴214之间热膨胀率的差异所引起，并且还由发生在钴214和金刚石颗粒210之间的化学反应或石墨化所引起。金刚石颗粒210的热膨胀系数为大约1.0×10-6毫米-1×开尔文-1(“mm-1K-1”)，而钴214的热膨胀系数为大约13.0×10-6mm-1K-1。因此，在高于这个临界温度的温度，钴214膨胀得比金刚石颗粒210快得多，从而使金刚石颗粒210之间的键不稳定。PCD切削台110在高于大约750摄氏度的温度被热退化，并且其切削效率显著恶化。已经做出努力以减缓PCD切削台110在这些高温下的磨损。这些努力包括在PCD切削台110上执行浸取工艺，其从间隙空间212除去一些钴214。这些浸取工艺，其包括但不限于酸浸取工艺和/或电解浸取工艺，是本领域普通技术人员已知的，并且为简洁起见在本文中未被描述。通过从PCD切削台110除去一些钴214或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容测量系统，包括：电容测量装置，其包括正极端子和负极端子；包括聚晶结构的浸取的组件，所述聚晶结构包括浸取层和位置邻近所述浸取层的未浸取层，所述浸取层的至少一部分催化剂材料被从其中除去；第一导线，其将所述正极端子电耦接到所述浸取的组件的第一表面；和第二导线，其将所述负极端子电耦接到所述浸取的组件的第二表面，所述第二表面定位成与所述第一表面相对，其中所述电容测量装置测量所述浸取的组件的电容。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.21 US 13/401,1881.一种电容测量系统，包括：电容测量装置，其包括正极端子和负极端子；包括聚晶结构和子结构的浸取的聚晶金刚石复合片切削器，所述聚晶结构包括浸取层和位置邻近所述浸取层的未浸取层，所述浸取层的至少一部分催化剂材料被从其中除去；第一导电组件，其用于和所述聚晶金刚石复合片切削器的第一表面接触；第一导线，其用于将所述正极端子电耦接到所述第一导电组件；第二导电组件，其用于和所述聚晶金刚石复合片切削器的第二表面接触，所述第二表面定位成与所述第一表面相对；第二导线，其用于将所述负极端子电耦接到所述第二导电组件；和压机，其用于使所述第一导电组件和所述第二导电组件与相应的表面牢固地贴靠以形成回路，其中所述电容测量装置是能操作的，以便借助回路测量所述浸取的聚晶金刚石复合片切削器的电容。2.如权利要求1所述的电容测量系统，其中所述电容测量装置包括万用表。3.如权利要求1所述的电容测量系统，其中所述第一导电组件和所述第二导电组件的尺寸和形状相同。4.如权利要求1所述的电容测量系统，其中，每个导电组件是能变形的，以便顺应于所述相应的表面。5.如权利要求1所述的电容测量系统，还包括：第一绝缘组件，其用于定位在所述第一导电组件与所述压机的上板之间；和第二绝缘组件，其用于定位在所述第二导电组件与所述压机的底板之间。6.如权利要求1所述的电容测量系统，其中所述浸取层的至少一部分副产物材料被从其中除去。7.一种表征聚晶结构的质量的方法，包括：获得浸取的组件的批次，每个浸取的组件包括聚晶结构，每个聚晶结构包括浸取层和位置邻近所述浸取层的未浸取层，每个浸取层的至少一部分催化剂材料被从其中除去；破坏性地对所述批次中的一系列浸取的组件进行试验，以便获得当前浸取深度的校准数据，其中，破坏性地试验包括：切开每个浸取的组件；抛光每个切开的组件的切割边；并且利用放大装置直观地测量每个抛光的边当前浸取深度；测量所述批次中的第一个未受损的浸取的组件的电容值；和利用测量的电容值和所述校准数据来确定所述第一个未受损的浸取的组件的估计的浸取深度。8.如权利要求7所述的方法，还包括获得来自所述校准数据的校准曲线，其中，所述校准曲线用于确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·贝林，V·钦塔曼内尼，
申请(专利权)人：威达国际工业有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：美国;US