本发明专利技术提供PDC切割器的高温高加热速率处理。一种用于降低出现在组件中的残余应力的后制备方法和设备。该组件包括衬底、耦接至衬底的聚晶结构和出现在其中的残余应力。该方法包括从组件类别获得组件，确定组件类别的组件结构上损坏的临界温度和临界时间周期，基于临界温度和临界时间周期确定热处理温度和热处理时间周期，及在热处理时间周期内将来自组件类别的一个或多个剩余组件加热至热处理温度。该设备包括限定加热腔室的加热器和位于加热腔室中的熔池。组件放置在预加热的熔池中并且在加热处理时间周期的加热至热处理温度期间与氧气隔离。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供PDC切割器的高温高加热速率处理。一种用于降低出现在组件中的残余应力的后制备方法和设备。该组件包括衬底、耦接至衬底的聚晶结构和出现在其中的残余应力。该方法包括从组件类别获得组件，确定组件类别的组件结构上损坏的临界温度和临界时间周期，基于临界温度和临界时间周期确定热处理温度和热处理时间周期，及在热处理时间周期内将来自组件类别的一个或多个剩余组件加热至热处理温度。该设备包括限定加热腔室的加热器和位于加热腔室中的熔池。组件放置在预加热的熔池中并且在加热处理时间周期的加热至热处理温度期间与氧气隔离。【专利说明】PDC切割器的高温高加热速率处理相关申请本申请涉及2010年4月6日提交的美国专利申请N0.12/754，784 “PDC，PCBN或其它超硬材料插入物声发射韧性测试”(Acoustic Emission Toughness Testing ForPDC, PCBN, Or Other Hard Or Superhard Material Inserts),其通过参考并入本文。
本专利技术大体涉及具有聚晶结构的切割器；并且更具体地，涉及用于降低出现在切割器中的残余应力的后制备方法和设备，以及涉及在其制备之后一旦经历处理就具有降低的残余应力的切割器。
技术介绍
聚晶金刚石复合片(PDC)已经被用于包括凿岩应用和金属加工应用的工业领域中。这种复合片已经相对于其他类型的切割元件表现出优势，例如更好的耐磨性和冲击阻力。在存在促进金刚石-金刚石结合的催化剂/溶剂的情况下，可以通过在被称为“金刚石稳定范围”的高压和高温(HPHT)条件下将单个金刚石颗粒烧结在一起而形成roc，“金刚石稳定范围”典型地在40千巴之上以及在1200摄氏度和2000摄氏度之间。用于烧结金刚石复合片的催化剂/溶剂的一些实例是钴、镍、铁和其他第8族金属。PDC通常具有大于70%体积百分比的金刚石含量，其中80%至98%是典型的。根据一个实例，无衬的PDC可以机械结合至工具(未示出)。备选地，将PDC结合至衬底，从而形成PDC切割器，该切割器典型地嵌入或安装至测井下井仪(未示出)，例如钻头或钻孔器。图1根据现有技术示出了具有聚晶金刚石(P⑶)切割台110或复合片的PDC切割器100的侧视图。即使在示例性实施方式中描述了 PCD切割台110，将包括聚晶氮化硼(PCBN)复合片的其它类型的切割台使用在备选类型的切割器中。参照图1，PDC切割器100典型地包括P⑶切割台110和耦接至P⑶切割台110的衬底150。P⑶切割台110为大约10万分之一英寸(2.5毫米)厚；然而,厚度根据使用P⑶切割台110的应用可变化。衬底150包括顶面152、底面154和从顶面152的轴线延伸至底面154的周线的衬底外壁156。P⑶切割台110包括切割面112、相对面114和从切割面112的周线延伸至相对面114的周线的P⑶切割台外壁116。P⑶切割台110的相对面114耦接至衬底150的顶面152。典型地，P⑶切割台110使用高压和高温(HPHT)按压耦接至衬底150。然而，可以使用所属领域技术人员已知的其他方法将PCD切割台110耦接至衬底150。在一个实施方式中，一旦将P⑶切割台110耦接至衬底150，P⑶切割台150的切割面112基本上就平行于衬底的底面154。附加地，将PDC切割器100图示为具有正圆柱形形状；然而，在其他示例性实施方式中，将PDC切割器100成形为其他几何或非几何形状。在某些示例性实施方式中，相对面114和顶面152基本上是平面的；然而，在其他示例性实施方式中，相对面114和顶面152是非平面的。附加地，根据一些示例性实施方式，围绕切割面112的至少一部分周线形成斜面(未示出)。、根据一个实例，通过独立地形成P⑶切割台110和衬底150然后将P⑶切割台110结合至衬底150而形成PDC切割器100。备选地，开始形成衬底150，随后通过将聚晶金刚石粉末放置在顶面152上并使聚晶金刚石粉末和衬底150经受高温和高压工艺而将P⑶切割台110形成在衬底150的顶面152上。备选地，大约同时将衬底150和P⑶切割台110形成和结合在一起。虽然已经简单提及了一些形成PDC切割器100的方法，但是可以使用所属领域技术人员已知的其他方法。根据形成PDC切割器100的一个实例，通过使金刚石粉末层和碳化钨和钴粉的混合物经历HPHT条件而将P⑶切割台110形成和结合至衬底150。钴典型地与碳化钨混合并被定位在形成衬底150的位置处。金刚石粉末放置在钴和碳化物混合物的顶部并且被定位在形成P⑶切割台110的位置处。然后，使整个粉末混合物经历HPHT条件，从而使得钴熔化并促进碳化钨的胶接或粘合以形成衬底150。熔化的钴也扩散或渗透到金刚石粉末中，并且充当合成金刚石结合键以及形成PCD切割台110的催化剂。因此，钴既充当胶接碳化钨的粘合剂，又充当烧结金刚石粉末以形成金刚石-金刚石结合键的催化剂/溶剂。钴还促进PCD切割台110和胶接的碳化钨衬底150之间的有力结合。钴已经成为PDC制备工艺的优选元素。传统的PDC制备工艺使用钴作为形成衬底150的粘合剂材料以及作为金刚石合成的催化剂材料，原因在于在这些工艺中大量知识涉及使用钴。大量知识和工艺需要之间的共同作用导致使用钴作为粘合剂材料和催化剂材料。然而，如本领域所已知那样，可以使用诸如铁、镍、铬、锰和钽的备选金属以及其他合适的材料作为金刚石合成的催化剂。当使用这些备选材料作为金刚石合成的催化剂以形成P⑶切割台110时，典型地，使用钴或诸如镍铬合金或铁的一些其他材料作为粘合剂材料以使碳化钨胶接形成衬底150。虽然，已经作为实例提供了诸如碳化钨和铬的一些材料，但是可以使用所属领域技术人员已知的其他材料来形成衬底150、PCD切割台110以及形成衬底150和PCD切割台110之间的结合。图2是根据现有技术的图1的P⑶切割台110的示意性微结构图。参照图1和2，P⑶切割台110具有结合至其他金刚石颗粒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以及沉积在间隙空间212中的钴214。在烧结工艺中，间隙空间212或空隙形成在碳-碳结合键之间并且位于金刚石颗粒210之间。钴214扩散进金刚石粉末中导致钴214沉积在这些间隙空间212中，这些间隙空间在烧结工艺中形成在PCD切割台110中。一旦P⑶切割台110形成并置于运行状态，熟知P⑶切割台110在温度达到临界温度时快速磨损。该临界温度为大约750摄氏度并且当PCD切割台110切割岩层或其他已知材料时就能达到。高磨损速率被认为是由金刚石颗粒210和钴214之间的热膨胀速率的差异，以及发生在钴214和金刚石颗粒210之间的化学反应或石墨化导致的。金刚石颗粒210的热膨胀系数为大约1.0xlO-6毫米―1 ?开尔文―1 (mm 1IT1),而钴214的热膨胀系数为大约13.0xl0_6mm 1K'因此，钴214在温度超过该临界温度时比金刚石颗粒210膨胀快很多，从而使得金刚石颗粒210之间的结合不稳定。P⑶切割台110通常在温度超过大约750摄氏度时变得热退化，并且其切割效率显著降低。不管使用哪种工艺来制备PDC切割本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于降低出现在组件中的残余应力的后制备方法，所述方法包括：从组件类别获得一个或多个组件，每个组件包括衬底、耦接至衬底的聚晶结构和在其中形成的多个残余应力；使用所述一个或多个组件确定组件类别的临界温度和临界时间周期，所述临界温度和临界时间周期是当组件变得结构上损坏时的温度和时间周期；基于所述临界温度和临界时间周期确定组件类别的热处理温度和热处理时间周期；以及对一个或多个剩余组件执行高温热处理工艺，其中在大约热处理时间周期内将所述一个或多个剩余组件加热至大约热处理温度，其中所述组件和所述剩余组件是组件类别的代表。
【技术特征摘要】
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【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：
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