制造具有不同特性的环形区域的多晶金刚石体的方法技术

本文公开了具有金刚石晶粒的环形区域和金刚石晶粒的芯部区域的多晶金刚石体及其制造方法。在一个实施方式中，多晶金刚石体包括具有第一特征性质的相互结合的金刚石晶粒的环形区域以及结合到所述环形区域并且具有与所述第一特征性质不同的第二特征性质的相互结合的金刚石晶粒的芯部区域。所述环形区域的厚度从所述多晶金刚石体的周边表面朝向中心线轴线减小。

A Method of Manufacturing Polycrystalline Diamonds in Ring Regions with Different Characteristics

In this paper, polycrystalline diamonds with annular and core regions of diamond grains and their manufacturing methods are disclosed. In one embodiment, a polycrystalline diamond body includes an annular region of interrelated diamond grains having a first characteristic property and a core region of interrelated diamond grains that are bound to the annular region and have a second characteristic property different from the first characteristic property. The thickness of the annular region decreases from the peripheral surface of the polycrystalline diamond body toward the central line axis.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造具有不同特性的环形区域的多晶金刚石体的方法相关申请的交叉引用无。
本公开一般地涉及多晶金刚石体和包括其的压坯，并且更具体地涉及具有与其余区域的特性不同的环形区域的多晶金刚石体及其制造方法。
技术介绍
PCD压坯通常包括超级磨料金刚石层，被称为附接到基材的多晶金刚石体。多晶金刚石体可以在高压高温(HPHT)工艺中形成，其中金刚石晶粒保持在其中金刚石颗粒彼此结合的压力和温度下。常规上已知例如通过在整个PCD体中并入均匀或几乎均匀的组成材料而在整个PCD体中并入均匀或几乎均匀的性质。然而，当将具有不同性质的材料引入PCD体中时，这种PCD体可以表现出改善的磨蚀、热稳定性和/或韧性。因此，PCD体以及并入所述PCD体的压坯可以是合乎需要的。
技术实现思路
在一个实施方式中，多晶金刚石体包括工作表面、界面表面和周边表面。所述多晶金刚石体还包括相互结合的金刚石晶粒的环形区域，所述环形区域延伸远离工作表面的至少一部分和周边表面的至少一部分，其中环形区域包括具有第一特征性质的金刚石晶粒。多晶金刚石体还包括结合到环形区域的相互结合的金刚石晶粒并且延伸远离界面表面的芯部区域，并且所述芯部区域的至少一部分从环形区域径向向内放置，其中芯部区域包括具有不同于第一特征性质的第二特征性质的金刚石晶粒。环形区域的厚度从周边表面朝向多晶金刚石体的中心线轴线减小。在另一实施方式中，多晶金刚石体包括工作表面、界面表面和周边表面。所述多晶金刚石体还包括相互结合的金刚石晶粒的环形区域，所述环形区域延伸远离工作表面的至少一部分和周边表面的至少一部分，其中环形区域包括具有第一粒度分布的金刚石晶粒。多晶金刚石体还包括结合到环形区域的相互结合的金刚石晶粒的芯部区域并且所述芯部区域延伸远离界面表面，并且所述芯部区域的至少一部分从环形区域径向向内放置，其中芯部区域包括具有不同于第一粒度分布的第二粒度分布的金刚石晶粒。附图说明当结合附图阅读时，将更好地理解前述
技术实现思路
以及以下实施方式的详细描述。应该理解，所描绘的实施方式不限于所示的精确布置和手段。图1是根据本文所示或所述的一个或多个实施方式的PCD压坯的示意性侧面透视剖视图；图2是图1示出的PCD压坯在位置A处的详细示意性侧面剖视图；图3是描绘根据本文所示或所述的一个或多个实施方式的PCD体的制造过程的示意性侧面透视图；图4是描绘根据本文所示或所述的一个或多个实施方式的PCD体的制造过程的侧面剖视图；图5是描绘根据本文所示或所述的一个或多个实施方式的PCD体的制造过程的侧面剖视图；图6是描绘根据本文所示或所述的一个或多个实施方式的PCD体的制造过程的侧面剖视图；图7是描绘根据本文所示或所述的一个或多个实施方式的PCD体的制造过程的示意性侧面透视图；图8是描绘根据本文所示或所述的一个或多个实施方式的PCD体的制造过程的侧面剖视图；图9是描绘根据本文所示或所述的一个或多个实施方式的PCD体的制造过程的侧面剖视图；图10是具有根据本文所示或所述的一个或多个实施方式的PCD体的负载的PCD压坯的侧面剖视图；图11是具有根据本文所示或所述的一个或多个实施方式的PCD体的负载的PCD压坯的侧面剖视图；图12是具有根据本文所示或所述的一个或多个实施方式的PCD体的负载的PCD压坯的侧面剖视图；图13是具有根据本文所示或所述的一个或多个实施方式的PCD体的负载的PCD压坯的侧面透视图；图14是具有根据本文所示或所述的一个或多个实施方式的PCD体的负载的PCD压坯的侧面剖视图；图15是具有根据本文所示或所述的一个或多个实施方式的PCD体的负载的PCD压坯的侧面透视图；图16是具有附接到其上的根据本文所示或所述的一个或多个实施方式的PCD压坯的钻地工具的侧面透视图；图17是根据本文所示或所述的一个或多个实施方式的常规和公开的PCD压坯的磨料磨损数据的曲线图；以及图18是根据本文所示或所述的一个或多个实施方式的浸出的PCD压坯的显微照片。具体实施方式本公开涉及PCD体、并入所述PCD体的压坯、刀具和钻头。PCD体包括工作表面、界面表面和周边表面。PCD体包括相互结合的金刚石晶粒的环形区域，所述环形区域延伸远离工作表面的至少一部分和周边表面的至少一部分，以及结合到环形区域的相互结合的金刚石晶粒的芯部区域，并且所述芯部区域延伸远离界面表面。环形区域和芯部区域分别包括具有彼此不同的第一特征性质和第二特征性质的金刚石晶粒。通过改变环形区域和芯部区域的性质，可以在PCD体内选择性地放置提供有利的材料性质的材料。通过在PCD体内选择性地放置材料，可以调整PCD体的局部材料性质，以提供针对PCD体的局部区域的对磨损机制的增强的抵抗性。例如，表现出增强的耐磨性的材料可以沿着周边表面放置并且延伸远离工作表面，以改善在井下钻井操作期间与土壤紧密接触的PCD体的部分的耐磨性，从而可以增加PCD体的耐磨性。在其它实施方式中，可以将材料选择性地放置在PCD体内以选择性地改变PCD体性质，所述性质包括例如但不限于耐磨性、抗冲击性、热稳定性、刚度、断裂韧性、热膨胀系数、粒度分布、粒度形态、颗粒形状、固有金刚石晶粒韧性、催化剂含量、非催化剂含量、矫顽力、抗推移性以及它们的组合。通过改变这些PCD体性质，可以实现改善的PCD体性能。不受理论的约束，认为通过在PCD体内选择性地放置材料，芯部区域的PCD可以提供应力状态，所述应力状态使得PCD的表现出不同特征性质的芯部区域和环形区域之间的良好附接。本文提供的PCD体的芯部区域和环形区域的构造提供了环形区域与芯部区域之间的弹性连接。另外，本文提供的PCD体的芯部区域和环形区域的构造可以改善PCD体的可制造性，所述PCD体包括具有不同特征性质的区域。下面更详细地描述PCD体、包括所述PCD体的压坯、压坯和钻头。应理解，本公开不限于所描述的具体方法、系统和材料，因为这些可以变化。还应理解，本说明书中使用的术语仅用于描述具体文本或实施方式，并且并非意图限制范围。例如，除非上下文另外清楚地指出，否则如本文所用的单数形式“一个”、“一种”、“该”和“所述”包括复数指代物。此外，本文使用的词语“包括”旨在表示“包括但不限于”。除非另外定义，否则本文所使用的所有技术和科学术语均具有与本领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。除非另外指明，否则说明书和权利要求书中所用的表示成分的数量、性质如尺寸、重量、反应条件等的所有数字应当理解为在所有情况下都由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在下面的说明书和权利要求书中提及的数值参数是近似值，其可以根据最终用户寻求获得的期望性质而变化。至少，而不是试图限制等同原则对权利要求范围的应用，每个数值参数至少应该根据所报告的有效数字的数目且通过应用普通舍入技术来解释。如本文所用，术语“约”是指正使用的数值的±10％。因此，“约40”是指在36至44的范围内。如本文所用，术语“非催化材料”是指引入到多晶金刚石体并且在形成金刚石和金刚石间晶粒结合时对碳无催化作用的添加剂。非催化材料不包括可以从支撑基材引入到多晶金刚石体的硬质材料或在HPHT工艺期间在多晶金刚石体中形成的反应产物。多晶金刚石压坯(或“PCD压坯”，如下文所用)可以表示一定体积的结晶金刚石晶粒，其具有填充颗粒间空间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造多晶金刚石体的方法，所述方法包括：将第一数量的具有第一特征性质的金刚石晶粒放置于具有周边壁的低反应性杯中；将所述第一数量的金刚石晶粒分布成至少部分环形的构造，其中所述环形区域的厚度从所述周边壁朝向所述低反应性杯的中心线轴线减小；将第二数量的具有与所述第一特征性质不同的第二特征性质的金刚石晶粒放置于所述低反应性杯中，所述第二数量的金刚石晶粒被放置成至少部分地接触所述低反应性杯的周边壁并且至少部分地接触所述第一数量的金刚石晶粒；以及使所述低反应性杯、所述第一数量的金刚石晶粒和所述第二数量的金刚石晶粒经HPHT工艺处理，其中将相邻的金刚石晶粒彼此烧结并形成金刚石‑金刚石结合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.16 US 62/309,0731.一种制造多晶金刚石体的方法，所述方法包括：将第一数量的具有第一特征性质的金刚石晶粒放置于具有周边壁的低反应性杯中；将所述第一数量的金刚石晶粒分布成至少部分环形的构造，其中所述环形区域的厚度从所述周边壁朝向所述低反应性杯的中心线轴线减小；将第二数量的具有与所述第一特征性质不同的第二特征性质的金刚石晶粒放置于所述低反应性杯中，所述第二数量的金刚石晶粒被放置成至少部分地接触所述低反应性杯的周边壁并且至少部分地接触所述第一数量的金刚石晶粒；以及使所述低反应性杯、所述第一数量的金刚石晶粒和所述第二数量的金刚石晶粒经HPHT工艺处理，其中将相邻的金刚石晶粒彼此烧结并形成金刚石-金刚石结合。2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括，在所述HPHT工艺期间，熔融并引导催化剂材料经过所述第一数量的金刚石晶粒和所述第二数量的金刚石晶粒，从而促进相邻金刚石晶粒的金刚石-金刚石结合。3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括将基材材料放置成邻近所述第二数量的金刚石晶粒以封闭所述低反应性杯。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述基材材料包含硬质金属碳化物。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述基材材料还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗·隆，安德鲁·格莱德希尔，亚历克斯安妮·约翰逊，约瑟夫·罗兹，
申请(专利权)人：戴蒙得创新股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US