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　　申請(qǐng)人：第六元素研磨劑股份有限公司 第六元素有限公司
　　發(fā)明人：奈德瑞·堪 克萊門特·大衛(wèi)·范德里特

　　摘要：本發(fā)明公開(kāi)了一種多晶超硬構(gòu)造，其包含多晶金剛石(PCD)材料主體和在形成多晶金剛石材料的相互粘結(jié)的金剛石顆粒之間的多個(gè)間隙區(qū)域；該P(yáng)CD材料主體包含：沿主體的外側(cè)部分放置的工作表面；基本上不含溶劑/催化材料的第一區(qū)域；遠(yuǎn)離工作表面并在多個(gè)所述間隙區(qū)域中包含溶劑/催化材料的第二區(qū)域；以及沿界面附著至第二區(qū)域的基底。第一區(qū)域從工作表面延伸一深度，且第二區(qū)域在與基底的界面和與第一區(qū)域的界面之間的厚度在沿與基底的界面的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)上為約20μm到約200μm之間。 　　主權(quán)利要求：1.一種多晶超硬構(gòu)造，其包含多晶金剛石(PCD)材料主體和在形成所述多晶金剛石材料的相互粘結(jié)的金剛石顆粒之間的多個(gè)間隙區(qū)域；所述PCD材料主體包含：工作表面，其沿所述主體的外側(cè)部分定位；第一區(qū)域，其基本上不含溶劑/催化材料；遠(yuǎn)離所述工作表面的第二區(qū)域，其在所述多個(gè)間隙區(qū)域中包含溶劑/催化材料；以及基底，其沿界面附著至所述第二區(qū)域；其中，所述第一區(qū)域從所述工作表面延伸一深度；且所述第二區(qū)域在與所述基底的界面和與所述第一區(qū)域的界面之間的厚度在沿與所述基底的界面的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)上為約20μm到約200μm之間。
　　2.如權(quán)利要求1所述的多晶超硬構(gòu)造，其中，所述第二區(qū)域的厚 度在約50μm到約200μm之間；或在約100μm到約200μm之間；或在約 150μm到約200μm之間。
　　3.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多晶超硬構(gòu)造，其中，在所述 第一區(qū)域和所述第二區(qū)域之間的界面和/或在所述第二區(qū)域和所述基 底之間的界面大體上是平面的；或在所述第二區(qū)域和所述基底之間的 界面大體上是非平面的且包含突出進(jìn)入一個(gè)或另一個(gè)所述PCD材料主 體或基底一個(gè)或多個(gè)部分，或從一個(gè)或另一個(gè)所述PCD材料主體或基 底延伸的一個(gè)或多個(gè)部分。
　　4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多晶超硬構(gòu)造，其中，所述第 一區(qū)域和與所述基底的所述界面間隔或與沿與所述基底的所述界面的 所有點(diǎn)延伸的一個(gè)或多個(gè)部分間隔。
　　5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多晶超硬構(gòu)造，其中，穿過(guò)至 少部分所述工作表面的所述第一區(qū)域的深度是大體恒定的；或穿過(guò)至 少部分所述工作表面的所述第一區(qū)域的深度是變化的。
　　6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多晶超硬構(gòu)造，其中，所述第 一區(qū)域大體上穿過(guò)整個(gè)所述工作表面延伸；或所述第一區(qū)域僅穿過(guò)部 分所述工作表面延伸。
　　7.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多晶超硬構(gòu)造，其中，所述第 一和/或第二區(qū)域包含兩種或多種金剛石顆粒尺寸的金剛石顆粒。
　　8.如權(quán)利要求7所述的多晶超硬構(gòu)造，其中，所述金剛石顆粒具 有相關(guān)的平均自由程；至少部分填充所述第二區(qū)域中的多數(shù)間隙區(qū)域 的所述溶劑/催化劑具有相關(guān)的平均自由程； 其中，與所述溶劑/催化劑相關(guān)的所述平均自由程的中值除以對(duì)于 所述溶劑/催化劑的(Q3－Q1)大于或等于0.5，其中Q1是第一四分位 且Q3是第三四分位；以及 與所述金剛石顆粒相關(guān)的所述平均自由程的中值除以對(duì)于所述金 剛石顆粒的(Q3－Q1)小于0.6。
　　9.如權(quán)利要求8所述的多晶超硬構(gòu)造，其中，與所述溶劑/催化劑 相關(guān)的所述平均自由程的中值除以對(duì)于所述溶劑/催化劑的(Q3－Q1) 大于或等于0.6。
　　10.如權(quán)利要求8所述的多晶超硬構(gòu)造，其中，與所述溶劑/催化劑 相關(guān)的所述平均自由程的中值除以對(duì)于所述溶劑/催化劑的(Q3－Q1) 大于或等于0.8。
　　11.如權(quán)利要求8所述的多晶超硬構(gòu)造，其中，與所述溶劑/催化劑 相關(guān)的所述平均自由程的中值除以對(duì)于所述溶劑/催化劑的(Q3－Q1) 大于或等于0.83。
　　12.如權(quán)利要求8-11中任一項(xiàng)所述的多晶超硬構(gòu)造，其中，與所述 金剛石顆粒相關(guān)的所述平均自由程的中值除以對(duì)于所述金剛石顆粒的 (Q3－Q1)小于0.5。
　　13.如權(quán)利要求8-11中任一項(xiàng)所述的多晶超硬構(gòu)造，其中，與所述 金剛石顆粒相關(guān)的所述平均自由程的中值除以對(duì)于所述金剛石顆粒的 (Q3－Q1)小于0.47。
　　14.如權(quán)利要求8-11中任一項(xiàng)所述的多晶超硬構(gòu)造，其中，與所述 金剛石顆粒相關(guān)的所述平均自由程的中值除以對(duì)于所述金剛石顆粒的 (Q3－Q1)小于0.4。
　　15.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多晶超硬構(gòu)造，其中，所述 金剛石顆粒包含天然的和/或合成的金剛石顆粒。
　　16.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的多晶超硬構(gòu)造，其中， 在所述第二區(qū)域中的所述溶劑/催化劑包含鈷，和/或一種或多種其它的 鐵族元素，如鐵或鎳，或其合金，和/或一種或多種在元素周期表中的 IV-VI族金屬的碳化物、氮化物、硼化物和氧化物。
　　17.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多晶超硬構(gòu)造，其中，在所 述第二區(qū)域中的所述溶劑/催化劑是在形成所述PCD結(jié)構(gòu)時(shí)用于燒結(jié) 所述PCD主體的所述溶劑/催化劑。
　　18.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的一種多晶超硬構(gòu)造，其中， 至少部分填充所述多個(gè)間隙區(qū)域的所述溶劑/催化劑形成非金剛石相 池，每個(gè)所述的非金剛石相池具有單獨(dú)的橫截面面積， 其中，所述溶劑/催化劑占所述多晶金剛石材料主體的橫截面的總 面積的百分比在約0到12％之間，并且當(dāng)使用在約1000的放大率和1280 ×960像素的圖像區(qū)域的圖像分析技術(shù)進(jìn)行分析時(shí)，在穿過(guò)所述多晶材 料主體的橫截面的分析圖像中的所述非金剛石相池的單個(gè)橫截面面積 的平均值小于約0.7μm2。
　　19.如權(quán)利要求18所述的一種多晶超硬構(gòu)造，其中，所述溶劑/催 化劑占所述多晶金剛石材料主體的橫截面的總面積的百分比在約0到 10％之間，并且當(dāng)使用在約1000的放大率和1280×960像素的圖像區(qū)域 的圖像分析技術(shù)進(jìn)行分析時(shí)，在穿過(guò)所述多晶材料主體的橫截面的分 析圖像中的所述非金剛石相池的單個(gè)橫截面面積的平均值小于約 0.7μm2。
　　20.如權(quán)利要求18所述的一種多晶超硬構(gòu)造，其中，所述溶劑/催 化劑占所述多晶金剛石材料主體的橫截面的總面積的百分比在約0到 8％之間，并且當(dāng)使用在約1000的放大率和1280×960像素的圖像區(qū)域 的圖像分析技術(shù)進(jìn)行分析時(shí)，在穿過(guò)所述多晶材料主體的橫截面的分 析圖像中的所述非金剛石相池的單個(gè)橫截面面積的平均值小于約 0.7μm2。
　　21.如權(quán)利要求18-20中任一項(xiàng)所述的一種多晶超硬構(gòu)造，其中， 當(dāng)使用在約1000的放大率和1280×960像素的圖像區(qū)域的圖像分析技 術(shù)進(jìn)行分析時(shí)，在穿過(guò)所述多晶材料主體的橫截面的分析圖像中的所 述非金剛石相池的單個(gè)橫截面面積的平均值小于約0.5μm2。
　　21.如權(quán)利要求18-20中任一項(xiàng)所述的一種多晶超硬構(gòu)造，其中， 當(dāng)使用在約1000的放大率和1280×960像素的圖像區(qū)域的圖像分析技 術(shù)進(jìn)行分析時(shí)，在穿過(guò)所述多晶材料主體的橫截面的分析圖像中的所 述非金剛石相池的單個(gè)橫截面面積的平均值小于約0.4μm2。
　　22.如權(quán)利要求18-20中任一項(xiàng)所述的一種多晶超硬構(gòu)造，其中， 當(dāng)使用在約1000的放大率和1280×960像素的圖像區(qū)域的圖像分析技 術(shù)進(jìn)行分析時(shí)，在穿過(guò)所述多晶材料主體的橫截面的分析圖像中的所 述非金剛石相池的單個(gè)橫截面面積的平均值小于約0.34μm2。
　　23.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的一種多晶超硬構(gòu)造，其中， 所述多晶金剛石材料主體的最大尺寸為約6mm或更大。
　　24.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的一種多晶超硬構(gòu)造，其中， 所述多晶金剛石材料主體的厚度為約0.3mm或更大，或約3mm或更大。
　　25.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的一種多晶超硬構(gòu)造，其中， 所述PCD主體包含占所述金剛石主體的總體積至少約90％到95％之間 的體積的金剛石。
　　26.一種用于地殼鉆探的刀具，其包含如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng) 所述的多晶超硬構(gòu)造。
　　27.一種用于地殼鉆探的旋轉(zhuǎn)剪機(jī)、用于沖擊鉆頭或用于采礦或 瀝青降解的挖掘機(jī)的PCD元件，其包含權(quán)利要求1-25中任一項(xiàng)所述的 多晶超硬構(gòu)造。
　　28.一種鉆頭或一種用于地殼鉆探的鉆頭的組件，其包含權(quán)利要 求1-25中任一項(xiàng)所述的一種多晶超硬構(gòu)造。
　　29.一種制造熱穩(wěn)定的多晶金剛石構(gòu)造的方法，其包含以下步驟： 處理包含多晶金剛石主體的多晶金剛石構(gòu)造，所述多晶金剛石主 體包含多個(gè)相互粘結(jié)的金剛石顆粒和設(shè)置在其間的間隙區(qū)域，從而從 所述金剛石主體的第一區(qū)域移除溶劑/催化劑材料，同時(shí)允許所述溶劑 /催化劑材料留在所述金剛石主體的第二區(qū)域中； 進(jìn)一步包括，在處理步驟期間，控制所述第一區(qū)域的深度以便其 從所述金剛石主體的工作表面延伸至一深度，其中所述第二區(qū)域在與 所述基底的界面和與所述第一區(qū)域的界面之間的厚度在沿與所述基底 的界面的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)上為約20μm到約200μm之間。
　　30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述PCD構(gòu)造進(jìn)一步包含沿 界面粘結(jié)至所述PCD材料主體的基底，所述方法進(jìn)一步包括在所述處 理步驟之前的防止所述基底暴露在所述處理步驟期間使用的處理劑的 步驟。
　　31.如權(quán)利要求29或30中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述處理步 驟包括控制所述第一區(qū)域的深度以便其從所述金剛石主體的工作表面 延伸從所述界面或從沿所述界面在所有點(diǎn)延伸的一個(gè)或多個(gè)部分間隔 的深度。
　　32.如權(quán)利要求29-31中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述處理步驟 包括控制所述第一區(qū)域的深度以便其從所述金剛石主體的工作表面延 伸至與所述界面間隔的大于約20μm的深度。
　　33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述第一區(qū)域在沿所述界 面的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)處與所述界面間隔50至200μm之間的距離。
　　34.如權(quán)利要求29-33中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述處理步驟 包括控制穿過(guò)至少部分所述工作表面的所述第一區(qū)域的深度是大體恒 定的；或穿過(guò)至少部分所述工作表面是變化的。
　　35.如權(quán)利要求29-34中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述處理步驟 包括控制所述處理以便所述第一區(qū)域大體上穿過(guò)整個(gè)所述工作表面延 伸。
　　36.如權(quán)利要求29-34中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述處理步驟 包括遮蔽部分所述工作表面，以便在處理過(guò)程中，所述第一區(qū)域僅穿 過(guò)部分所述工作表面延伸。
　　37.如權(quán)利要求29-36中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述處理步 驟之前，形成所述PCD構(gòu)造，所述形成步驟包括： 提供大量金剛石顆粒； 安排所述大量金剛石顆粒以形成預(yù)燒結(jié)組件；以及 在用于所述金剛石顆粒的催化劑/溶劑材料存在下在約5.5GPa或 更高的超高壓力和所述金剛石材料比石墨更加熱力學(xué)穩(wěn)定的溫度下處 理所述預(yù)燒結(jié)組件以將所述金剛石材料的顆粒燒結(jié)在一起以形成多晶 金剛石構(gòu)造。
　　38.如權(quán)利要求29-37中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述處理步 驟之前，所述方法進(jìn)一步包括將所述多晶金剛石主體加工至成品尺寸。