本发明专利技术公开了一种超硬多晶构造，其包含多晶超硬材料主体，所述多晶超硬材料主体包括第一区域和邻近所述第一区域的第二区域，所述第二区域通过超硬材料颗粒的交互生长结合到所述第一区域上。所述第一区域包括多个交替层，每个层的厚度在约5-300微米的范围内。所述第二区域中的一个或多个层的厚度大于所述第一区域中单独的层的厚度。所述第一区域中的交替层包括与第二层交替的第一层，所述第一层处于残余压应力状态，且所述第二层处于残余张应力状态。所述第一或第二区域中的一个或多个所述层包括大量超硬颗粒，其显示出粒间结合并在颗粒间限定出多个间隙区域，所述超硬颗粒和非超硬相至少部分填充多个所述间隙区域。与所述非超硬相相关的平均自由程的中值除以对于所述非超硬相的(Q3-Q1)大于或等于0.50，其中Q1是第一四分位，且Q3是第三四分位；以及与所述超硬颗粒相关的平均自由程的中值除以对于所述超硬颗粒的(Q3-Q1)小于0.60。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术公开了一种超硬多晶构造，其包含多晶超硬材料主体，所述多晶超硬材料主体包括第一区域和邻近所述第一区域的第二区域，所述第二区域通过超硬材料颗粒的交互生长结合到所述第一区域上。所述第一区域包括多个交替层，每个层的厚度在约5-300微米的范围内。所述第二区域中的一个或多个层的厚度大于所述第一区域中单独的层的厚度。所述第一区域中的交替层包括与第二层交替的第一层，所述第一层处于残余压应力状态，且所述第二层处于残余张应力状态。所述第一或第二区域中的一个或多个所述层包括大量超硬颗粒，其显示出粒间结合并在颗粒间限定出多个间隙区域，所述超硬颗粒和非超硬相至少部分填充多个所述间隙区域。与所述非超硬相相关的平均自由程的中值除以对于所述非超硬相的(Q3-Q1)大于或等于0.50，其中Q1是第一四分位，且Q3是第三四分位；以及与所述超硬颗粒相关的平均自由程的中值除以对于所述超硬颗粒的(Q3-Q1)小于0.60。【专利说明】
本专利技术涉及超硬构造和制造这种构造的方法，特别但不限于包含附着于基底的多 晶金刚石（PCD)结构的构造，并涉及包含所述构造的工具，该工具特别但不限于用于岩石 破碎（degradation)或凿岩（drilling)，或用于地壳钻探。
技术介绍
多晶超硬材料如多晶金刚石（PCD)和多晶立方氮化硼（PCBN)可被用于多种工具， 这些工具用来切削、机械加工、钻孔或破碎硬质或研磨材料如岩石、金属、陶瓷、复合材料和 含木材料。特别是，包含P⑶材料的切削元件（cutting element)形式的工具嵌件被广泛用 于进行地表钻探以开采石油或天然气的钻头。超硬工具嵌件的工作寿命可受超硬材料的断 裂（fracture)包括剥落（spalling)和碎裂（chipping)所限，或受工具嵌件的磨损所限。 如用于岩石钻头或其它切削工具的切削元件典型地具有基底和超硬材料形式的 主体，该基底具有界面端/表面，所述超硬材料通过例如烧结过程形成结合于基底的界面 表面的切削层。基底通常由有时被称为烧结碳化钨的碳化钨-钴合金构成，且超硬材料层 典型地为多晶金刚石（PCD)、多晶立方氮化硼（PCBN)或热稳定产品TSP材料如热稳定多晶 金刚石。 多晶金刚石（P⑶）是超硬材料（也称为超硬磨料材料）的一个实例，它包括大 量实质上交互生长的金刚石颗粒，形成限定出金刚石颗粒间的间隙的骨骼体（skeletal mass)。P⑶材料典型地包含至少约80体积％的金刚石，并且通常通过使金刚石颗粒的聚集 体经受例如大于约5GPa的超高压力和至少约1200°C的温度来进行制造。全部或部分地填 充所述间隙的材料可被称为填料或粘合剂材料。 P⑶典型地在烧结助剂如钴的存在下形成，烧结助剂促进金刚石颗粒的交互生长。 用于PCD的适合的烧结助剂由于其在一定程度上溶解金刚石并催化其再沉淀的功能，通常 也被称为用于金刚石的溶剂-催化剂材料。用于金刚石的溶剂-催化剂被理解为能够在金 刚石热力学稳定的压力和温度条件下促进金刚石的生长或在金刚石颗粒之间直接的金刚 石对金刚石的交互生长的材料。因此在烧结的PCD产品内的间隙中可以全部或部分地填充 有剩余的溶剂-催化剂材料。最典型的是，PCD经常在钴-烧结碳化钨基底上形成，该基底 为PCD提供了钴溶剂-催化剂的来源。不促进金刚石颗粒之间大量的连贯的相互生长的材 料本身可与金刚石颗粒形成强的结合，但对于PCD烧结其并非适合的溶剂-催化剂。 可被用于形成适合基底的烧结碳化钨由分散于钴基质中的碳化物粒子，通过将 碳化钨粒子/颗粒和钴混合在一起然后加热固化来形成。为了形成具有超硬材料层如 PCD或PCBN的切削元件，将金刚石粒子或颗粒或CBN颗粒与烧结碳化钨体在耐火金属罩 (enclosure)如铌罩中邻近放置，并经受高压和高温，从而发生金刚石颗粒或CBN颗粒之间 的颗粒间结合（inter-grain bonding)，形成多晶超硬金刚石或多晶CBN层。 在一些情况下，基底可以在附着于超硬材料层之前充分固化，而在其他情况下，基 底可以是生的（green)，即未完全固化。在后一种情况下，基底可以在HTHP烧结过程中充分 固化。基底可以是粉末形式，并可以在用于烧结超硬材料层的烧结过程中进行固化。 在地表钻探领域中对改善生产力的驱动力不断增加使得对用于切削岩石的材料 的需求不断增加。具体来说，需要具有改善的耐磨性和抗冲击性的PCD材料来实现更快的 切削速率和更长的工具寿命。 在石油和天然气钻探行业中，包含PCD材料的切削元件或工具嵌件被广泛用于钻 头以进行地壳钻探。岩石钻孔和其它操作需要高耐磨性和抗冲击性。限制多晶金刚石（PCD) 砂轮切削件成功的一个因素是由于PCD和加工材料之间的摩擦而产生的热量。这种热量导 致金刚石层的热降解（thermal degradation)。由于P⑶层增加的破裂和剥落以及导致磨 损增加的金刚石到石墨的逆转化，热降解增加了切削件的磨损速率。 用于改善PCD复合材料的耐磨损性的方法常常导致复合材料的耐冲击性降低。因 此需要具有良好或改进的耐磨性、抗断裂性和耐冲击性的PCS复合材料，以及形成这种复 合材料的方法。 专利技术简述 从第一个方面看，本专利技术提供了一种超硬多晶构造，其包含多晶超硬材料主体，所 述多晶超硬材料主体包括第一区域和邻近第一区域的第二区域，所述第二区域通过超硬材 料颗粒的交互生长结合到第一区域；所述第一区域包括多个交替层（strata或layer)，每 个层的厚度在约5-300微米的范围内；所述第二区域包括多个层，第二区域中的一个或多 个层的厚度大于第一区域中单独层的厚度，其中： 第一区域中的交替层包括与第二层交替的第一层，第一层处于残余压应力状态， 且第二层处于残余张应力状态； 第一或第二区域中的一个或多个层包括： 大量超硬颗粒，其显示出粒间结合并在颗粒间限定出多个间隙区域，所述超硬颗 粒具有相关的平均自由程；以及 非超硬相，其至少部分填充多个所述间隙区域，并具有相关的平均自由程； 与所述非超硬相相关的平均自由程的中值除以对于所述非超硬相的（Q3-Q1)大 于或等于0. 50,其中Ql是第一四分位，且Q3是第三四分位；以及 与所述超硬颗粒相关的平均自由程的中值除以对于所述超硬颗粒的（Q3-Q1)小 于 0· 60〇 从第二个方面看，本专利技术提供了一种超硬多晶构造，包含第一区域和邻近所述第 一区域的第二区域，所述第二区域通过金刚石颗粒的交互生长结合到所述第一区域；所述 第一区域包括多个交替层，所述第一区域中的每个层的厚度在约5-300微米的范围内；所 述第一区域和/或第二区域中的一个或多个层包括： 大量超硬颗粒，其显示出粒间结合并在颗粒间限定出多个间隙区域，所述超硬颗 粒具有相关的平均自由程；以及 非超硬相，其至少部分填充多个所述间隙区域，并具有相关的平均自由程； 与所述非超硬相相关的平均自由程的中值除以对于所述非超硬相的（Q3-Q1)大 于或等于0. 50,其中Ql是第一四分位，且Q3是第三四分位；以及 与所述超硬颗粒相关的平均自由程的中值除以对于所述超硬颗粒的（Q3-Q本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超硬多晶构造，包含多晶超硬材料主体，所述多晶超硬材料主体包括第一区域和邻近所述第一区域的第二区域，所述第二区域通过超硬材料颗粒的交互生长结合到所述第一区域上；所述第一区域包括多个交替层，每个层的厚度在约5‑300微米的范围内；所述第二区域包括多个层，所述第二区域中的一个或多个层的厚度大于所述第一区域中单独的层的厚度，其中：所述第一区域中的交替层包括与第二层交替的第一层，所述第一层处于残余压应力状态，且所述第二层处于残余张应力状态；所述第一或第二区域中的一个或多个所述层包括：大量超硬颗粒，其显示出粒间结合并在颗粒间限定出多个间隙区域，所述超硬颗粒具有相关的平均自由程；以及非超硬相，其至少部分填充多个所述间隙区域，并具有相关的平均自由程；与所述非超硬相相关的平均自由程的中值除以对于所述非超硬相的(Q3‑Q1)大于或等于0.50，其中Q1是第一四分位，且Q3是第三四分位；以及与所述超硬颗粒相关的平均自由程的中值除以对于所述超硬颗粒的(Q3‑Q1)小于0.60。
【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：尼德雷特·卡恩，汉弗莱·萨姆克罗·路基萨尼·希特赫比，
申请(专利权)人：第六元素研磨剂股份有限公司，
类型：发明
国别省市：卢森堡;LU
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