切割件包括基底和金刚石复合片，该金刚石复合片包括至少两个由至少一个金属碳化物箔部分所分隔的多晶金刚石部分。所述切割件通过以下步骤制成：将金刚石粉末放置在反应容器中，将薄金属层放置在所述反应容器中在所述金刚石粉末和粘结剂上面或周围，将另外的金刚石粉末放置在所述反应容器中在所述薄金属层上面或周围，并且将含有粘结剂的预烧结的基底放置到所述反应容器中在所有金刚石粉末和薄金属层组件上面。将组装的反应容器置于反应器中且使其经受高温高压烧结处理。在所述预烧结的基底中的粘结剂掠过以烧结第一金刚石部分，然后与所述薄金属层反应以形成金属碳化物，然后所述粘结剂继续掠过以烧结第二金刚石部分。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种多晶金刚石复合片、切割件及制造切割件的方法
本专利技术涉及在复合片切割器中使用的多晶金刚石(PCD)及其复合片切割器。PCD复合片切割器通常包括由基底或柱材或支柱支撑或者与基底或柱材或支柱连贯接合的金刚石层或片。具体地，本专利技术涉及如下的PCD，该PCD具有由在烧结之前并入PCD中作为金刚石内连续或分散块的金属或金属化合物连续结构例如本体金属箔制成的薄金属层。本专利技术还涉及制造所述金刚石的方法，和制造包括所述金刚石的复合片切割器的方法。
技术介绍
在下文的
技术介绍
探讨中，提到某些结构和/或方法。然而，下文提及某些结构和/或方法不应该被视为是承认这些结构和/或方法构成现有技术。申请人明确地保留证明这些结构和/或方法并不构成现有技术的权利。现用的切割器包括通常由碳化钨制成的基底、柱材或支柱支撑的或者与所述基底、柱材或支柱连贯接合的PCD层或片。碳化钨由于其优异的机械性质如耐磨性和抗压强度而通常被选择用于所述基底。在金刚石层在高温高压(HPHT)下的烧结阶段期间，通常发生金刚石层与基底的粘结。烧结的PCD层由具有大量直接金刚石-金刚石结合或接触的金刚石粒子作为主相构成。在例如三元晶粒袋或晶界的金刚石粒子间隙中，存在还被称为金属相或催化剂溶剂相的粘结相。该二次相也形成与金刚石网络混合的网络。该粘结相充当金刚石-金刚石结合生长的催化剂或溶液。粘结相通常包括至少一种活性金属，例如但不限于钴(Co)、镍(Ni)和铁(Fe)。其它的次生相通常在粘结相中或在粘结相与金刚石粒子之间形成。这些相可以包括在烧结处理期间形成的金属碳化物。这些相可形成隔离岛并嵌入粘结相中而没有明显的边界，这可增加在金刚石片内的裂隙扩展。通常用于烧结现用切割件的方法是HPHT法，其实例显示在图11和图12中。具体地，该方法包括将金刚石粒子112和任选的烧结助剂114加入金属容器110中。然后，将通常是碳化钨(WC)的碳化物支柱118插入金属容器110中与包括任选烧结助剂的金刚石进料116接触。使包括容器110、金刚石进料116和碳化物支柱118的组合件120经受HPHT处理。在HPHT处理期间，最初存在于碳化物支柱中的粘结剂将由于高温124和高压122而熔化并被挤压到金刚石复合片中。粘结相的流动也称为掠过，这是由于如下事实，即，熔化的粘结剂(箭头126代表熔化的粘结剂的方向)在渗透的同时将形成前锋面128，其将粘结剂和其它材料从支柱带入金刚石进料中。当金刚石被移位的粘结相浸没或包围时，经由溶液-输送-再沉淀的液体烧结机理发生金刚石烧结。在此，形成金刚石-金刚石结合且构造了金刚石网络。因此，在烧结之后，形成具有在界面处粘结在一起的金刚石层102和碳化物支柱104的复合片100。来自支柱的粘结剂也将一定量的溶解物质从支柱带入金刚石层中。所述物质的量很大程度上取决于压力和温度。粘结剂携带的物质包括例如钨和碳。溶解的钨将与溶剂金属和/或来自金刚石进料和碳化物支柱的碳反应。取决于压力、温度和组成，在工艺完成时，反应产物可以作为固溶体物质保留在粘结相中或在冷却到室温之后作为基于碳化物的相沉淀出来。该粘结相及其它沉淀的次生相保留在在晶粒之间的烧结金刚石层中且形成网络。另外，在钻孔应用中，PCD切割器经受可能导致切割器碎裂和开裂的高冲击负载。开裂源于在高应力点处产生的微裂隙。如果这些裂隙到达在PCD内的较韧相，则它们可以被偏转或阻止，由此改进PCD的冲击韧性。已经提出了几种方法来提供该改进的冲击韧性。例如，美国专利6,974,624公开了PCD-WC复合切割器，其中PCD被包在蜂巢状WC壳中。另外，欧洲专利0699642公开了用纤维强化PCD以改进冲击韧性。如果纤维经受得住烧结处理，则它们在PCD内充当韧性相且阻止或偏转在PCD内的裂隙。然而，没有一种现有技术解决了用于在烧结处理期间形成的切割器的常规金刚石层的所有缺点。
技术实现思路
所公开的制造方法至少通过在烧结之前在PCD中并入由金属或金属化合物的连续结构例如金属箔制成的薄金属层来制造具有改进的冲击韧性和抗断裂性的PCD和含有所述PCD的切割器。本专利技术的第一方面包括金刚石复合片，其包括至少两个由至少一个金属碳化物箔部分所分隔的多晶金刚石(PCD)部分。本专利技术的第二方面包括切割件，其包括基底和金刚石片，该金刚石片包括至少两个多晶金刚石(PCD)部分和至少一个分隔两个金刚石部分的薄金属层部分。本专利技术的第三方面包括制造切割件的方法，其包括将金刚石粉末放置在反应容器中，将薄金属层放置在所述反应容器中在所述金刚石粉末和粘结剂上面或周围，将另外的金刚石粉末放置在所述反应容器中在所述薄金属层上面或周围，和将含有粘结剂的预烧结的基底放置到所述反应容器中在所有金刚石粉末和薄金属层组件上面。将组装的反应容器置于反应器中且使其经受高温高压(HTHP)烧结处理。应理解，上述的
技术实现思路
与以下的具体实施方式都是示例性和说明性的，并旨在提供所要求保护的本专利技术的进一步解释。附图说明可结合附图阅读下文的具体实施方式，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，且其中：图1显示根据本专利技术第一实施方式的切割器的透视图。图2A显示根据本专利技术第二实施方式的切割器的俯视图。图2B显示沿线A-A切开的图2A切割器的截面图。图3显示根据第三实施方式的切割器的透视图。图4A显示根据本专利技术第四实施方式的切割器的俯视图。图4B显示沿线B-B切开的图4A切割器的截面图。图5显示根据本专利技术第五实施方式的切割器的透视图。图6A显示根据本专利技术第六实施方式的切割器的俯视图。图6B显示沿线C-C切开的图6A切割器的截面图。图7显示根据本专利技术第七实施方式的切割器的截面图。图8显示根据本专利技术第八实施方式的切割器的截面图。图9为用于制造图1切割器的示例性组装步骤的图示。图10为用于制造图1切割器的示例性烧结步骤的图示。图11为用于制造现有技术切割器的组装步骤的图示。图12为用于制造现有技术切割器的烧结步骤的图示。图13显示根据本专利技术第九实施方式的切割器的截面图。图14A-14C为根据本专利技术第十实施方式的切割器的截面的照片。图15A-15B为根据本专利技术第十一实施方式的切割器的截面的照片。具体实施方式本专利技术公开了改进的多晶金刚石(PCD)和改进的切割器，该切割器含有所述改进的PCD作为其顶层或片。所述切割器可用作例如但不限于在刮刀钻头中使用的超硬磨料切割件。所述改进的PCD特别是包括较好的冲击韧性和抗断裂性，这可引起含有所述改进的PCD的切割器的寿命增加。在较好冲击韧性和抗断裂性方面的改进至少部分地归因于在烧结之前在金刚石层中添加至少一个薄金属层。含有所述改进的PCD的切割器的第一实施方式示出在图1中。切割器10包括基底12、第一金刚石层14、箔层16和第二金刚石层18。箔层16为在烧结之前分隔第一和第二金刚石层(14，18)的金属层。在烧结处理期间，粘结剂元素掠过至箔层16。随着粘结剂元素与金属层反应，该金属层转化成金属化合物。该反应过程允许粘结剂经金属箔移动且在该箔的另一侧继续掠过的过程。该反应过程的动力学和最终产物取决于参与该反应过程的元素和化合物。作为该反应过程的特定实例，其中溶解有碳的诸如钴的粘结剂将与钽箔反应以形成碳化钽。随着该反应进行，富钴反应前锋经钽箔前进且在其后本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.12.21 US 61/425,3241.一种多晶金刚石复合片，其包括：由至少一个金属碳化物箔部分所分隔的至少第一和第二多晶金刚石(PCD)部分，其中所述至少一个金属碳化物箔部分形成将所述至少第一和第二多晶金刚石部分分隔且包围所述第二多晶金刚石部分的杯，和其中所述至少一个金属碳化物部分在烧结之前包括分散的金属片的层或连续的薄金属层。2.根据权利要求1所述的多晶金刚石复合片，其中所述第二多晶金刚石部分嵌套在所述第一多晶金刚石部分中并且使得所述至少一个金属碳化物箔部分在所述第二多晶金刚石部分的整个底面上延伸使得所述至少一个金属碳化物箔部分垂直地分隔所述至少第一和第二多晶金刚石部分。3.根据权利要求1所述的多晶金刚石复合片，其中所述复合片包括至少三个多晶金刚石部分，其中至少两个金属碳化物箔部分分隔各个多晶金刚石部分。4.根据权利要求3所述的多晶金刚石复合片，其中所述第三多晶金刚石部分嵌套在所述第二多晶金刚石部分中且所述第二多晶金刚石部分嵌套在所述第一多晶金刚石部分中并且使得所述多晶金刚石部分和金属碳化物箔部分形成交替的复合材料，在垂直方向上观察，所述复合材料自底面至顶面具有如下部分，其包括：第一多晶金刚石部分、第一金属碳化物箔部分、第二多晶金刚石部分、第二金属碳化物箔部分和第三多晶金刚石部分。5.根据权利要求1所述的多晶金刚石复合片，其中所述至少一个金属碳化物箔部分包含钼、铌、锆或钽或者其组合。6.根据权利要求1所述的多晶金刚石复合片，其中所述至少第一和第二多晶金刚石部分包含多晶金刚石和粘结剂。7.根据权利要求6所述的多晶金刚石复合片，其中所述粘结剂包含Si、Co、Fe或Ni或者其合金或组合。8.一种切割件，其包括：基底；和多晶金刚石片，其包括：至少第一和...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿比吉特·P·苏里亚万希，
申请(专利权)人：戴蒙得创新股份有限公司，
类型：
国别省市：
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