形成多晶材料的方法，包括在hpht 加工前提供具有超級研磨劑晶粒的材料,和通過這樣 ...的制作方法
【專利摘要】超級研磨材料的晶粒可以用熔融金屬合金在相對低的溫度滲透，并且該熔融金屬合金可以在該超級研磨材料的晶粒之間的晶隙內凝固以形成該超級研磨材料的晶粒嵌入其中的固體金屬合金。該超級研磨材料的晶粒嵌入其中的固體金屬合金可以經歷高壓和高溫方法來形成多晶超級研磨材料。多晶超級研磨材料還可以如下來形成：在化學氣相滲透方法中，在超級研磨材料的晶粒表面上沉積材料來形成多孔體，其然后可以經歷高壓和高溫方法。多晶壓實體和包括這樣的壓實體的切割元件可以使用這樣的方法來形成。
【專利說明】形成多晶材料的方法，包括在HPHT加工前提供具有超級研磨劑晶粒的材料，和通過這樣的方法形成的多晶壓實體和切割元件
[0001]優先權要求
[0002]本申請要求申請日2011年4月21日提交的美國專利申請系列號N0.13/091660，“形成多晶材料的方法，包括在hpht加工前提供具有超級研磨劑晶粒的材料，和通過這樣的方法形成的多晶壓實體和切割元件”的權益。
【技術領域】
[0003]本發明總體涉及多晶壓實體，其可以例如作為切割元件用于鉆地工具，和涉及形成這樣的多晶壓實體和切割元件的方法。
[0004]發明背景
[0005]用于在地下土地構造中形成鉆井的鉆地工具通常包括多個安裝在工具體上的切割元件。例如固定刀具的鉆地旋轉鉆機鉆頭(也稱作“牽引鉆頭”)包括多個切割元件，其固定連接到鉆頭的鉆頭體上。類似的，滾筒錐鉆地旋轉鉆機鉆頭會包括錐體，其安裝到從鉆頭體的支架延伸的軸承銷上，以使得每個錐體能夠繞在它安裝到其上的軸承銷旋轉。多個切割元件可以安裝到鉆頭的每個錐體上。換句話說，鉆地工具經常包括切割元件連接到其上的體(例如鉆頭體或者錐體)。
[0006]在這樣的鉆地工具中所用的切割元件經常包括多晶金剛石壓實體(經常稱作“roc”)，其的一個或多個表面可以充當切割元件的切割面。多晶金剛石材料是包括金剛石材料互連的晶粒或者晶體的材料。換句話說，多晶金剛石材料包括在金剛石材料的晶粒或者晶體間直接晶粒間鍵。術語“晶粒”和“晶體”在此同義和交替使用。
[0007]多晶金剛石壓實體切割元件典型的是如下來形成的:將相對小的金剛石晶粒在高壓和高溫條件下，在催化劑(例如鈷、鐵、鎳或合金及其混合物)存在下燒結和結合在一起以在切割元件基底上形成多晶金剛石材料層(例如壓實體或“臺”)。這些方法經常稱作高壓和高溫(HPHT)方法。該切割元件基底可以包含金屬陶瓷材料(即，陶瓷-金屬復合材料)，例如諸如鈷膠結的碳化鎢。在這樣的情況中，切割元件基底中的鈷(或其他催化劑材料)可以在燒結過程中掃入金剛石晶粒中，并且充當催化劑材料，用于由該金剛石晶粒形成晶粒間金剛石-金剛石結合，和形成金剛石臺。在其他方法中，在將晶粒一起在HTHP方法中燒結之前，粉末化的催化劑材料還可以與金剛石晶粒混合。
[0008]通過使用HTHP方法形成金剛石臺，催化劑材料可以保持在所形成的多晶金剛石壓實體中的金剛石晶粒之間的晶隙中。金剛石臺中催化劑材料的存在會導致當切割元件在使用過程中加熱時金剛石臺中的熱損壞，這歸因于在切割元件和地巖層之間的接觸點處的摩擦。
[0009]多晶金剛石壓實體切割元件(在其中催化劑材料保持在該多晶金剛石壓實體中)通常在高到約七百五十攝氏度(750°C)的溫度是熱穩定的，雖然切割元件中的內應力在超過約三百五十攝氏度(350°C)的溫度時會開始形成。這種內應力至少部分的歸因于金剛石臺和它鍵合到其上的切割元件基底之間的熱膨脹率的差異。這種熱膨脹率差異會在金剛石臺和基底之間的界面處產生相當大的壓應力和張應力，并且會導致金剛石臺從基底上脫層。在約七百五十攝氏度(750°C)和更高的溫度，金剛石臺本身中的應力會明顯增加，這歸因于金剛石臺中金剛石材料和催化劑材料之間熱膨脹系數的差異。例如鈷的熱膨脹明顯快于金剛石，這會導致在該金剛石臺中形成和傳播裂紋，最終導致金剛石臺劣化和切割元件失效。
[0010]此外，在處于或高于約七百五十攝氏度(750°C )的溫度，多晶金剛石壓實體中的一些金剛石晶體會與催化劑材料反應，導致金剛石晶體經歷化學裂解或者轉化回碳的另一種同素異形體或者另一基于碳的材料。例如該金剛石晶體可以在金剛石晶界處石墨化，這會明顯削弱該金剛石臺。另外在極高的溫度，除了石墨，一些金剛石晶體會轉化成一氧化碳和二氧化碳。
[0011]為了減少與多晶金剛石壓實體切割元件中金剛石晶體的熱膨脹率差異和化學裂解有關的問題，已經開發了所謂的“熱穩定的”多晶金剛石壓實體(其也稱作熱穩定產物或者“TSP”)。這樣的熱穩定的多晶金剛石壓實體可以通過使用例如酸或者酸組合物(例如王水)，將催化劑材料(例如鈷)從金剛石臺中的互聯的金剛石晶體之間的晶隙中浙濾出來而形成。全部的催化劑材料可以從金剛石臺中除去，或者催化劑材料可以從其僅僅的一部分中除去。已經報道了熱穩定的多晶金剛石壓實體(在其中基本上全部的催化劑材料已經從金剛石臺中浙濾出去)在高到約一千二百攝氏度(1200°C)的溫度是熱穩定的。但是，也報道了與非浙濾的金剛石臺相比，這樣的完全浙濾的金剛石臺是相對更脆的和容易受到剪切、壓縮和張應力而損壞。另外，難以將完全浙濾的金剛石臺固定到載體基底上。在提供具有多晶金剛石壓實體(其相比于非浙濾的多晶金剛石壓實體是更熱穩定的，但是其相比于完全浙濾的金剛石臺也是相對不太脆的和不太容易受到剪切、壓縮和張應力而損壞)的切割元件的努力中，已經提供了切割元件，其包括金剛石臺，在其中催化劑材料已經從該金剛石臺的一個或多個部分中浙濾了。例如已知的是從切割面、從金剛石臺的側面或者二者中浙濾催化劑材料到該金剛石臺中期望的深度，但是不從該金剛石臺中浙濾全部的催化劑材料。
【發明內容】
[0012]在一些實施方案中，本發明包括形成多晶壓實體的方法。超級研磨材料的晶粒可以用熔融金屬合金在相對低的溫度(例如約1200°C或更低)滲透，并且該熔融金屬合金可以在該超級研磨材料的晶粒之間的晶隙內凝固以形成該超級研磨材料的晶粒嵌入其中的固體金屬合金。該超級研磨材料的晶粒嵌入其中的固體金屬合金可以經歷高壓和高溫方法來形成超級研磨材料的晶粒的晶粒間鍵。
[0013]在形成多晶壓實體方法的另外的實施方案中，在化學氣相滲透方法中，在超級研磨材料的晶粒表面上可以沉積材料來形成三維固體多孔體，其包含該超級研磨材料的晶粒和在該超級研磨材料的晶粒表面上的材料。該三維固體多孔體然后可以經歷高壓和高溫方法來形成在該超級研磨材料的晶粒之間的晶粒間鍵。
[0014]本發明另外的實施方案包括形成用于鉆地工具的包含多晶壓實體的切割元件的方法。材料可以在化學氣相滲透方法中沉積在超級研磨材料的晶粒表面上以形成三維固體多孔體，其包含該超級研磨材料的晶粒和在該超級研磨材料的晶粒表面上的材料。該三維固體多孔體可以用熔融金屬合金在相對低的溫度(例如約1200°C或更低)滲透，和該熔融金屬合金可以凝固來提供在該三維固體多孔體的孔內的第一金屬合金。至少一部分的第一金屬合金可以從該三維固體多孔體的孔中除去。在從該三維固體多孔體的孔中除去至少一部分的第一金屬合金之后，該三維固體多孔體可以經歷高壓和高溫方法來形成在該超級研磨材料的晶粒之間的晶粒間鍵。該高壓和高溫方法會產生第二金屬合金，其提供在超級研磨材料的相互鍵合的晶粒之間的晶隙內。
[0015]本發明另外的實施方案包括至少部分形成的多晶壓實體和切割元件，其是使用本發明方法的實施方案來形成的。例如在一些實施方案中，本發明包括用于鉆地工具的至少部分形成的切割元件，其包括具有多孔結構的三維固體本體。該三維固體本體包括超級研磨材料的晶粒和沉積在該超級研磨材料的晶粒表面上的材料。另外，熔點約1200°C或更低的合金布置在該三維多孔體的至少一些孔中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]雖然說明書是用權利要求的具體聲明和關于本發明的不同的請求保護實施方案來完結的，但是當結合附圖來閱讀時，本發明實施方案的不同特征和優點可以從下面對本發明一些實施方案的說明中更容易的確認，在其中:
[0017]圖1是示意了各種實施方案的方法的工藝流程的圖，該方法可以用于根據本發明的實施方案來制作多晶壓實體；
[0018]圖2是簡化的橫截面側視圖，其示意了位于容器內的多個超級研磨材料的晶粒；
[0019]圖3是類似于圖2的簡化的橫截面側視圖，其示意了位于具有多孔載體層的容器內的多個超級研磨材料的晶粒；
[0020]圖4是類似于圖2和3的那些的簡化的橫截面側視圖，其示意了位于具有多孔側壁的容器內的多個超級研磨材料的晶粒；
[0021]圖5是三維固體多孔體的簡化的橫截面側視圖，其包括圖2的超級研磨材料的晶粒，和沉積在該超級研磨材料的晶粒表面上的材料；
[0022]圖6是橫截面側視圖，其示意了位于另外一種容器中的三維固體多孔體，該容器具有位于該容器中的固體多孔體上的一定體積的固體金屬合金；
[0023]圖7是類似于圖6的橫截面側視圖，并且示意了位于容器中的三維固體多孔體上的基底，該容器具有位于該基底和三維固體多孔體之間的一定體積的固體金屬合金；
[0024]圖8是類似于圖7的橫截面側視圖，但是示意了處于容器內的基底和一定體積的固體金屬合金之間的三維固體多孔體；
[0025]圖9是類似于圖7的橫截面側視圖，但是進一步示意了與固體金屬合金體積相鄰的基底的處理的區域，其能夠改進基底和三維固體多孔體之間的結合；
[0026]圖10示意了部分的形成的切割元件，其可以由圖7-9所示的任何組件，通過將金屬合金滲透到與基底相鄰的三維固體多孔體中而形成；
[0027]圖11示意了另外的超級研磨材料的晶粒,其位于包括超級研磨材料的晶粒的體和基底之間，在制備中用于將該組件進行高壓和高溫方法來形成包括多晶壓實體的切割元件；和[0028]圖12是部分切掉的透視圖，其示意了切割元件，該元件可以根據本發明實施方案的方法來形成。
【具體實施方式】
[0029]這里所提出的圖示并不表示任何具體的多晶壓實體、多晶材料微觀結構或者鉆地工具的實際視圖，并且不是按照比例繪制的，而僅僅是理想化的表示，其用于描述本發明的實施方案。此外，圖之間共同的元件會采用相同的附圖標記。
[0030]本文使用的術語“多晶材料”表示和包括任何這樣的材料，其包含通過晶粒間鍵而直接鍵合到一起的多個材料晶粒(即，晶體)。該材料單個晶粒的晶體結構可以在該多晶材料的空間內無規定向。
[0031]本文使用的術語“多晶壓實體”表示和包括通過這樣的方法形成的任何的多晶材料，該方法包括加熱和壓實多個材料晶粒來形成材料晶粒的晶粒間鍵，從而形成多晶材料。
[0032]本文使用的術語“超級研磨材料”表示金剛石和/或立方體氮化硼。
[0033]本發明的實施方案包括形成多晶壓實體的方法。圖1是流程圖，用于顯示本發明方法的各種實施方案，和圖2-12示意了根據圖1的工藝流程形成多晶壓實體。
[0034]參考圖1，在動作10中，材料可以沉積到超級研磨材料的晶粒表面。該材料可以使用例如化學氣相滲透和沉積方法沉積在晶粒上。
[0035]如圖2所示，可以提供超級研磨材料的晶粒100。超級研磨材料的晶粒100可以包含例如金剛石晶粒或者立方體氮化硼晶粒。該超級研磨材料的晶粒100的平均粒度例如在一些實施方案中可以是約100納米(IOOnm)-約50微米(500 μ m),或者甚至約I微米(Ιμπι)-約10微米(10 μ m)。該超級研磨材料的晶粒100可以具有單峰晶粒尺寸分布,或者多峰(例如雙峰、三峰等)晶粒尺寸分布。
[0036]任選的在一些實施方案中，另外的顆粒可以包括在(例如混合有)該超級研磨材料的晶粒100中。作為舉例而非限制，可以選擇另外的顆粒(其在至少室溫到約1000°C的溫度范圍內表現出負熱膨脹系數)包含在該超級研磨材料的晶粒100中。例如已知的是立方體鎢酸鋯(ZrW2O8)在從室溫延伸到約775°C的溫度范圍內表現出負熱膨脹系數，和鎢酸鋯顆粒在本發明的一些實施方案中可以與該超級研磨材料的晶粒100 —起包含。這樣的顆粒可以具有如這里所述的與超級研磨材料的晶粒100相關的平均粒度和粒度分布。作為一個非限定性例子，該超級研磨材料的晶粒100可以包含多個金剛石晶粒，其具有雙峰晶粒尺寸分布和約5微米(5μπι)的平均晶粒尺寸。約5重量百分比(5wt%)的平均晶粒尺寸約I微米(Iym)的鎢酸鋯顆粒可以與該金剛石晶粒組合，并且經歷下述的進一步的加工。
[0037]其他類型的另外的顆粒(其可以與該超級研磨材料的晶粒100—起包括)包括例如陶瓷顆粒(例如碳化物、硼化物、氮化物等)、金屬顆粒(例如鐵、鈷、鎳、它們的合金等的顆粒)、非金剛石碳基顆粒(無定形碳、石墨等)、事先燒結的多晶金剛石顆粒等。
[0038]該超級研磨材料的晶粒100 (和與其一起包括的任何另外的顆粒)可以提供在容器102中，該容器具有通常對應于待形成的多晶壓實體的形狀的形狀，如圖2所示。例如如果該多晶壓實體意圖具有圓柱形圓盤形狀，則容器102的內表面可以限定通常圓柱形容器，用于在其中接收該超級研磨材料的晶粒100。例如容器102可以包含載體層103，該超級研磨材料的晶粒100可以在容器102中負載于該載體層上，和一個或多個沿著載體層103外周垂直延伸的側壁104，用于側面限定該超級研磨材料的晶粒100。容器102的載體層103和一個或多個側壁104可以包含例如陶瓷或者金屬材料，其在沉積方法過程中所遇到的環境條件中是穩定的和惰性的。
[0039]任選的在實施方案中(在其中該超級研磨材料的晶粒100包含金剛石)，該超級研磨材料的晶粒100可以加熱到約1000°C的溫度約5分鐘(5min)，來稍微石墨化晶粒100的表面。
[0040]然后，其中具有超級研磨材料的晶粒100的容器102可以提供到化學氣相沉積室中，并且可以使或者引起化學氣相滲透到該超級研磨材料的晶粒100之間的空間中，以及沉積材料到該超級研磨材料的晶粒100表面上。
[0041]材料在該超級研磨材料的晶粒100表面上的沉積會導致形成圖5所示的三維固體多孔體106,其包含超級研磨材料的晶粒100和沉積在該超級研磨材料的晶粒100表面上的材料110。沉積在晶粒100上的材料110可以用于將相鄰的超級研磨材料的晶粒100彼此鍵合，由此將大量松散晶粒100轉化成三維固體多孔體106。
[0042]沉積在該超級研磨材料的晶粒100表面上的材料110可以包含例如一種或多種基于碳的材料(例如金剛石或金剛石類材料)、碳化物(例如碳化硅、碳化鎢等)、氮化物(例如氮化硅)、金屬(例如鈷、鐵、鎳等)。
[0043]作為非限定性的例子，材料110可以使用化學氣相滲透和沉積方法沉積到超級研磨材料的晶粒100上，如Lackey，Jr.等人的1996年6月18日公開的美國專利N0.5527747所述。如其中所公開的，試劑氣體可以引起流過所述體積的超級研磨材料的晶粒100，和能量可以施加到該試劑氣體來產生等離子體,材料例如金剛石或金剛石類材料由此可以沉積在超級研磨材料的晶粒100上。
[0044]在一些實施方案中，可以迫使試劑氣體流過沉積室中的超級研磨材料的晶粒100。例如參考圖3，容器102的載體層103可以包含多孔載體層103'，在其上該超級研磨材料的晶粒100負載在容器102內。然后該試劑氣體可以迫使在沉積方法過程中垂直流過沉積室中該超級研磨材料的晶粒100和多孔載體層103'(在從圖3透視的向上或向下的方向上)。多孔載體層103'可以包含例如多孔陶瓷材料(例如氧化鋁、氧化鋯、碳化硅等)，或者多孔石墨層(例如石墨纖維墊或織物)。另外的實施方案，容器102的該一個或多個側壁104可以包含多孔側壁104'，和試劑氣體可以被驅動水平流過多孔側壁104'和超級研磨材料的晶粒100，如圖4所示。在這樣的實施方案中，載體層103可以至少是試劑氣體基本無法透過的，和覆蓋物105 (其也至少是試劑氣體基本無法透過的)可以提供在超級研磨材料的晶粒100上，以使得該試劑氣體垂直的限定在容器102中，和被驅動水平流過該超級研磨材料的晶粒100。
[0045]在美國專利N0.5527747的方法中，金剛石沉積在金剛石晶粒上，直到所述體積的金剛石晶粒變成無法透過的。但是在本發明的實施方案中，材料Iio可以在超級研磨材料的晶粒100上沉積到這樣的厚度，其足以導致形成三維固體多孔體106，但是不會引起三維固體多孔體106變成無法透過的，并且目的是在三維固體多孔體106內留下孔網絡。在一些實施方案中，該三維固體多孔體106可以包含基本連續的開放孔網絡，來使熔融金屬滲透到三維固體多孔體106內的孔中，如下面進一步詳細所述的。
[0046]在一些實施方案中，沉積在超級研磨材料的晶粒100上的材料110可以包含具有不同組成的兩個或多個層，其每個可以單獨選自基于碳的材料(例如金剛石或金剛石類材料)、碳化物(例如碳化硅、碳化鎢等)、氮化物(例如氮化硅)和金屬(例如鈷、鐵、鎳等)。例如在一些實施方案中，材料Iio可以包含包括金剛石或金剛石類材料的第一層和包括鈷、鐵和鎳中的一種或多種的第二層。
[0047]作為一個具體的非限定性例子，超級研磨材料的晶粒100可以包含多個金剛石晶粒，其具有雙峰粒度分布和約5微米(5μπι)的平均粒度。如上所述，約5重量百分比(5wt%)的鎢酸鋯顆粒可以與該金剛石晶粒組合。該顆粒混合物可以置于容器102中，其可以包含多孔石墨材料。其中具有微粒混合物的容器102可以置于用惰性氣體(例如氬氣)凈化的柱子中，其后，該柱子可以加熱到約1200°C，并且還可以將碳化硅有機金屬前體氣體例如甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷或者三乙基硅烷送過該微粒混合物，以使得在該金剛石晶粒表面和鎢酸鋯顆粒表面上沉積相對薄的碳化硅(SiC)涂層以形成三維固體多孔體106，其可以經歷此處所述的進一步的加工。
[0048]再次參考圖1,在動作20中，該超級研磨材料的晶粒100 (和位于其表面上的任何材料110)可以用熔融金屬合金在相對低的溫度，例如約1200°C或更低，或者在一些實施方案中甚至約750°C或更低進行滲透。
[0049]在一些實施方案中，動作20的滲透方法可以包含2011年2月I日公開的美國專利N0.7879129中所述的滲透方法。
[0050]參考圖6，圖5的三維固體多孔體106可以位于容器122內。容器122可以具有通常對應于意圖形成的多晶壓實體的形狀的形狀。例如，如果該多晶壓實體意圖具有圓柱形圓盤形狀，則容器122的內表面可以限定通常圓柱形容器，用于在其中接收三維固體多孔體106 (其包括超級研磨材料的晶粒100)。例如容器122可以包含載體層123，三維固體多孔體106可以在容器122中負載于該載體層上，和一個或多個沿著載體層123外周垂直延伸的側壁124。容器122的載體層123和一個或多個側壁123可以包含例如陶瓷或者金屬材料，其在沉積方法過程中所遇到的環境條件中是穩定的和惰性的。容器122可以充當滲透方法過程的模具。
[0051]—定體積的固體金屬合金130可以提供在容器122內的三維固體多孔體106上，如圖6所示。金屬合金130可以包含例如鎳合金，該合金的熔融溫度低于超級研磨材料的晶粒100會發生降解時的溫度。例如已知的是金剛石晶粒會在大于約750°C (不存在足夠的施加壓力)的溫度開始分解。因此在一些實施方案中，金屬合金130的熔點可以是約1200°C或更低，或者在一些實施方案中甚至約750°C或更低。在一些實施方案中，金屬合金130可以包含一種或多種的熔融溫度為約1200°C或更低(或者甚至低于約750°C )的鈷合金，熔融溫度為約1200°C或更低(或者甚至低于約750°C)的鐵合金和熔融溫度為約1200°C或更低(或者甚至低于約750°C )的鎳合金。另外在一些實施方案中，金屬合金130可以包含一種或多種元素，其充當了催化劑，用于在隨后的高溫和高溫方法中催化超級研磨材料的晶粒100之間形成晶粒間鍵。例如已知的是鐵族元素鐵、鈷和鎳可以充當催化劑，用于在金剛石晶粒之間形成晶粒間鍵。作為一個非限定性例子，金屬合金130可以包含約55.5%(重量)(55.5wt%)的鎳，約 15% (15.0wt%)的鉻，約 7% (7.0wt%)的鐵，約 2.5% (2.5wt%)的鈦和約 20%(20.0wt%)的硅。
[0052]其中具有三維固體多孔體106和一定體積的固體金屬合金130的容器122可以在惰性氣氛中加熱到約1200°C或更低，或者在一些實施方案中甚至低于約750°C或更低的溫度，來熔融所述體積的固體金屬合金130。該熔融體積的固體金屬合金130然后可以使或者引起滲透到超級研磨材料的晶粒100之間的空間中的三維固體多孔體106內的孔中。在一些實施方案中，其中具有三維固體多孔體106和一定體積的固體金屬合金130的容器122可以在封閉室內加熱，其可以用惰性氣體加壓來幫助熔融金屬合金130滲入三維固體多孔體106的孔中。作為舉例而非限制，約500MPa或更低(例如約200MPa)的均衡或者軸向(例如單軸或雙軸)壓力可以在這樣的封閉室內施加來幫助將熔融金屬合金130滲入到三維固體多孔體106的孔中。但是在另外的實施方案中，熔融金屬合金130可以在約大氣壓(沒有任何另外施加的壓力)滲透到三維固體多孔體106的孔中。
[0053]熔融金屬合金130可以在三維固體多孔體106的孔中冷卻，導致形成至少基本完全致密的體，其包含圖6的三維固體多孔體106，并且在超級研磨材料的晶粒100之間的空間內的三維固體多孔體106的孔中布置有凝固的金屬合金130。應當注意的是所形成的制品可以包含有用的研磨制品，其可以不進行進一步加工而直接使用。在其他實施方案中，所形成的制品可以如下所述進一步加工。
[0054]在一些實施方案中，基底可以在動作20的滲透方法過程中(圖1)連接到三維固體多孔體106上。例如如圖7所示，基底140可以位于容器122內的固體金屬合金130和三維固體多孔體106之上以形成組件，其然后可以加熱來熔融該金屬合金130。該熔融的金屬合金130然后可以引起滲透到三維固體多孔體106內。該熔融金屬合金130也可以潤濕基底140的表面，以使得當熔融金屬合金130冷卻和凝固時，基底140鍵合到固體金屬合金130上，其將具有三維固體多孔體106和植入其中的超級研磨材料的晶粒100。
[0055]基底140可以包含耐磨材料例如膠結的碳化鎢。膠結的碳化鎢包括碳化鎢的晶粒，其膠結在金屬合金內，其經常是一種或多種的鈷、鐵和鎳的合金。該金屬合金經常被稱作“粘合劑”或“基質”金屬。該碳化鎢的晶粒的平均晶粒尺寸可以是約100納米(IOOnm)-約15微米(15 μ m)或更大。更具體的，碳化鶴晶粒的平均晶粒尺寸可以是約500納米(500nm)到約10微米(ΙΟμπι)。此外，粘合劑金屬可以占該膠結的碳化鎢材料的約4重量百分比(4wt%)到約20重量百分比(20wt%)。更具體的，該粘合劑金屬可以占該膠結的碳化鎢材料的約6重量百分比(6wt%)到約15重量百分比(15wt%)。此外，除了碳化鎢之外的碳化物、氮化物、硼化物和其他硬材料可以用于形成另外的實施方案的基底140的耐磨材料。
[0056]在圖7的實施方案中，在加熱和熔融該三維固體多孔體106之前，固體金屬合金130位于基底140和三維固體多孔體106之間。另外的實施方案，如圖8所示，在加熱和熔融該三維固體多孔體106之前，三維固體多孔體106可以位于基底140和固體金屬合金130之間。在這樣的實施方案中，一旦熔融，該熔融金屬合金130會滲透過三維固體多孔體106內的孔到基底140。該熔融金屬合金130任何可以潤濕基底140的表面，以使得當熔融金屬合金130冷卻和凝固時，基底140鍵合到固體金屬合金130上，其將具有三維固體多孔體106和植入其中的超級研磨材料的晶粒100。
[0057]在一些實施方案中，令人期望的會是處理基底140的表面來改進基底140的表面和固體金屬合金130(具有三維固體多孔體106和植入其中的超級研磨材料的晶粒100)之間的結合強度。例如在實施方案中(其中基底140包含膠結的碳化鎢材料)，令人期望的會是從意圖鍵合到固體金屬合金130的基底140表面相鄰的基底140的區域中的碳化鎢晶粒之間除去至少一部分的粘合劑金屬。例如參考圖9，基底140的結合表面142可以用酸處理來從與基底140的結合表面142相鄰的基底140的區域144(即，虛線間的區域)中的碳化鎢晶粒之間除去至少一部分的粘合劑金屬。通過從區域144中的碳化鎢晶粒之間除去至少一部分的粘合劑金屬，熔融金屬合金130能夠滲入和潤濕區域144中的碳化鎢晶粒，這能夠改進到基底140的結合強度。
[0058]圖10示意了結構150，其可以通過將金屬合金130滲入三維固體多孔體106的孔中和超級研磨材料的晶粒100之間的空間中，而由圖7-9的組件形成。結構150包括基底140、三維固體多孔體106 (其包括超級研磨材料的晶粒100及其表面上沉積的另外的材料110)和金屬合金130，該合金位于三維固體多孔體106的孔中，并且將三維固體多孔體106鍵合到基底140上。
[0059]在此參考圖1，在根據動作20用熔融金屬合金130滲透該超級研磨材料的晶粒100之后，至少一些的金屬合金130任選的可以從超級研磨材料的晶粒100之間的至少一些孔中除去。例如在一些實施方案中，一些或全部的金屬合金130可以從三維固體多孔體106的孔中浙濾出來。作為舉例而非限制，液體酸可以用于從超級研磨材料的晶粒100之間的三維固體多孔體106的孔中蝕刻掉或者浙濾一些或全部的金屬合金130。在一些實施方案中，基底140也可以與三維固體多孔體106隔開，該多孔體包括超級研磨材料的晶粒100、沉積在晶粒100表面上的材料110和在一些情況中保留在三維固體多孔體106的孔中的任何金屬合金130。但是在其他實施方案中，基底140不能除去，并且可以包括在和經歷高壓和高溫方法，如下所述。
[0060]參考圖1，在動作40中，包括超級研磨材料的晶粒100的體，例如圖10的結構150，可以經歷高壓和高溫(HPHT)方法來在超級研磨材料的晶粒100之間直接形成晶粒間鍵，導致形成多晶壓實體，其包括由相互鍵合的超級研磨材料的晶粒100形成的多晶材料。這樣的HPHT方法是本領域已知的。雖然HPHT方法的精確參數將根據待燒結的不同的材料的具體組成和量而變化，但是熱壓機中的壓力可以是大于約5千兆帕(5.0GPa)和溫度可以大于約1350攝氏度(1350°C)。在一些實施方案中，熱壓機中的溫度可以大于約1550攝氏度(1550°C )。另外,在一些實施方案中熱壓機中的壓力可以大于約6.5GPa(例如約6.6GPa)。此外，在一些實施方案中待燒結的材料可以在這樣的溫度和壓力保持約20分鐘(30min)或更低的時間(例如約30秒(30s)到約20分鐘(20min))。
[0061]在實施方案(其中該超級研磨材料的晶粒100已經根據圖1的動作20用熔融金屬合金130滲透)中，動作40的方法可以包含將其中植入有超級研磨材料的晶粒100的固體金屬合金130進行HPHT方法以在該超級研磨材料的晶粒100之間形成晶粒間鍵。
[0062]任選的，2011年3月31日公開的美國專利申請公開N0.20110073380 (標題為“經由梯度驅動反應性來生產還原的催化劑PDC”)的方法可以用于HPHT方法中，來促進燒結方法過程中質量的傳輸，來增強HPHT方法中顆粒的壓實和來增強超級研磨材料的晶粒100之間形成晶粒間鍵。
[0063]在實施方案(其中材料110已經根據圖1的動作10沉積到超級研磨材料的晶粒100表面上來形成如圖5所示的三維固體多孔體106)中，動作40的方法可以包含將三維固體多孔體106進行HPHT方法來在超級研磨材料的晶粒100之間形成晶粒間鍵。在實施方案(其中材料110已經根據圖1的動作10沉積到超級研磨材料的晶粒100表面上來形成三維固體多孔體106，和在其中該超級研磨材料的晶粒100已經根據圖1的動作20用熔融金屬合金130進行了滲透)中，動作40的方法可以包含將該固體金屬合金130和三維固體多孔體106 (其包括該超級研磨材料的晶粒100和沉積在其上的材料110)進行HPHT方法。
[0064]在一些實施方案中，基底可以與超級研磨材料的晶粒100 —起包括在HPHT方法中。這樣的基底可以是此前所述的基底140，或者它可以是另一種基底，其可以至少基本上類似于前述基底140。但是在其他實施方案中，基底可以不與超級研磨材料的晶粒100 —起包括在HPHT方法中。
[0065]如果基底可以與超級研磨材料的晶粒100—起包括在HPHT方法中，和晶粒100位于三維固體多孔體106中，和/或已經用金屬合金130滲透，則令人期望的在HPHT方法中可以在另外的基底的結合表面上包括另外的松散超級研磨材料的晶粒，來改進與該另外的基底的結合。例如圖11示意了一種意圖經歷圖1的動作40的HPHT方法的組件154。組件154包括另外的基底156，和本體157，其包括三維固體多孔體106 (包括該超級研磨材料的晶粒100和沉積在其上的材料110),并且金屬合金130滲入超級研磨材料的晶粒100之間的該三維固體多孔體106的孔中。組件154還包括位于本體157和另外的基底156之間的超級研磨材料另外的晶粒158 (例如金剛石或者立方體氮化硼)。在該HPHT方法過程中，溶融金屬可以從本體157和另外的基底156之一或者兩者流入超級研磨材料的另外的晶粒158之間的晶隙中，這能夠改進本體157和另外的基底156之間的結合強度。
[0066]圖12示意了切割元件160的示例性實施方案，其可以通過動作40的HPHT方法(圖1)形成。如圖12所示，切割元件160包括多晶壓實體162，其鍵合到切割元件基底164上。多晶壓實體162包含超級研磨劑多晶材料166的臺或者層，其已經在支持性切割元件基底164表面上形成。切割元件基底164可以包含前面關于基底140所述的基底。
[0067]超級研磨劑多晶材料166包含多個相互鍵合的超級研磨材料的晶粒100，例如金剛石或者立方體氮化硼。換句話說，在一些實施方案中該超級研磨劑多晶材料166可以包含多晶金剛石。在其他實施方案中，該超級研磨劑多晶材料166可以包含多晶立方體氮化硼。
[0068]一種或多種材料可以位于多晶壓實體162的至少一部分的超級研磨劑多晶材料166中的硬材料的相互鍵合的晶粒100之間的晶隙中。這些一種或多種材料可以形成自和包含一種或多種沉積在超級研磨材料的晶粒100上的材料110，滲入該超級研磨材料的晶粒100中的金屬合金130，和從基底164掃入該超級研磨材料的晶粒100的材料。
[0069]再次參考圖1，在HPHT方法的動作40后，在動作50中，至少一些材料任選的可以從通過該HPHT方法形成的多晶壓實體162的超級研磨劑多晶材料166相互鍵合的晶粒之間的至少一些晶隙中除去。該材料可以使用例如酸蝕刻方法從至少一些的晶隙中除去。具體的，作為本領域已知的和在美國專利N0.5127923和美國專利N0.4224380中更充分描述的，可以使用王水(濃硝酸(HNO3)和濃鹽酸(HCl)的混合物)來從多晶壓實體162的超級研磨劑多晶材料166的相互鍵合的晶粒之間的晶隙中除去材料。還已知的是使用沸騰鹽酸(HCl)和沸騰氫氟酸(HF)。
[0070]從多晶壓實體162的超級研磨劑多晶材料166的相互鍵合的晶粒之間的晶隙中除去材料會賦予該超級研磨劑多晶材料166相對更大的熱穩定性和不易受熱沖擊、熱檢查和其他形式的熱降解的影響。[0071]在一些實施方案中，材料可以在多晶壓實體162的第一浙濾區168A中從超級研磨劑多晶材料166的相互鍵合的晶粒之間的晶隙中除去，和材料可以留在多晶壓實體162的第二未浙濾的區域168B中的超級研磨劑多晶材料166的相互鍵合的晶粒之間的晶隙中，如圖12所示。該第一浙濾區168A可以包含位于切割元件160的意圖工作表面緊鄰的區域中，和第二未浙濾區168B可以位于第一浙濾區168A和基底164之間。
[0072]繼續參考圖1，在一些實施方案中，本發明的方法可以包括上述每個動作10-50。但是在另外的實施方案中，該方法可以不包括一個或多個動作10、20、30和50。例如一些實施方案可以不包括動作10，但是可以包括動作20和40，和任選的動作30和50之一或之二。另外的實施方案可以不包括動作20和30，但是可以包括動作10和40和任選的動作50。
[0073]本發明不同的實施方案可以提供優于以前已知的形成多晶壓實體的方法的一個或多個優點。例如已知的是HPHT方法(如圖1的動作40的那些)經常導致超級研磨材料的晶粒100的破裂和伴隨著多晶壓實體的平均晶粒尺寸的降低。通過根據圖1的動作20將金屬合金130滲入超級研磨材料的晶粒100中，金屬合金130可以提供抗一些該超級研磨材料的晶粒100的這樣的破裂的緩沖。結果，本發明的實施方案可以使所形成的多晶壓實體的超級研磨材料的晶粒100中獨特的晶粒尺寸分布。當該超級研磨材料的晶粒100包含金剛石時，另外的金剛石材料可以在圖1的動作10中沉積在晶粒100上，其可以使所形成的多晶壓實體中更高的金剛石密度。動作10的沉積方法和動作20的滲透方法的組合會產生更強的多晶壓實體。另外，已知的是某些材料組合物對于在常規HPHT方法中所遇到的高壓和高溫條件下延長的時間來說是不穩定的。通過使用圖1的動作10的沉積方法和動作20的滲透方法，它會可能縮短用于形成多晶壓實體的HPHT方法的循環時間，并且本發明方法的實施方案可以使將這樣的不穩定的組合物混入到所形成的多晶壓實體中。
[0074]本發明另外的非限定性示例性實施方案在下面描述:
[0075]實施方案1:形成多晶壓實體的方法，其包含在約1200°C或更低的溫度，用熔融金屬合金滲透超級研磨材料的晶粒，和將該熔融金屬合金在該超級研磨材料的晶粒之間的晶隙內凝固以形成該超級研磨材料的晶粒嵌入其中的固體金屬合金。將該超級研磨材料的晶粒嵌入其中的固體金屬合金經歷高壓和高溫方法以在該超級研磨材料的晶粒間形成晶粒間鍵。
[0076]實施方案2:實施方案I的方法，其中將該超級研磨材料的晶粒嵌入其中的固體金屬合金經歷高壓和高溫方法包含:將該超級研磨材料的晶粒嵌入其中的固體金屬合金經歷至少約5.0GPa的壓力和至少約1350°C的溫度。
[0077]實施方案3:實施方案I或實施方案2的方法，其中在約1200°C或更低的溫度用熔融金屬合金滲透超級研磨材料的晶粒包含:將該超級研磨材料的晶粒用下面的至少一種進行滲透:熔融溫度為約1200°C或更低的鎳合金，熔融溫度為約1200°C或更低的鈷合金和熔融溫度為約1200°C或更低的鐵合金。
[0078]實施方案4:實施方案1-3任一項的方法，其中在約1200°C或更低的溫度用熔融金屬合金滲透超級研磨材料的晶粒進一步包括在約500MPa或更低的壓力用熔融金屬合金滲透該超級研磨材料的晶粒。
[0079]實施方案5:實施方案1-4任一項的方法，其進一步包括在用熔融金屬合金滲透該超級研磨材料的晶粒之前，在化學氣相滲透方法中在該超級研磨材料的晶粒表面上沉積材料。
[0080]實施方案6:實施方案5的方法，其中在化學氣相滲透方法中在該超級研磨材料的晶粒表面上沉積材料包含:形成三維固體多孔體，其包含該超級研磨材料的晶粒和在該超級研磨材料的晶粒表面上的材料。
[0081]實施方案7:實施方案5或者實施方案6的方法,其中在化學氣相滲透方法中在該超級研磨材料的晶粒表面上沉積材料包含:在該超級研磨材料的晶粒表面上沉積至少一種的基于碳的材料、碳化物、氮化物和金屬。
[0082]實施方案8:實施方案1-7任一項的方法，其進一步包括在用熔融金屬合金滲透該超級研磨材料的晶粒之前，將另外的顆粒與該超級研磨材料的晶粒混合。
[0083]實施方案9:實施方案8的方法，其進一步包括選擇該另外的顆粒來包含這樣的材料，其在至少室溫到約1000°c的溫度范圍內表現出負熱膨脹系數。
[0084]實施方案10:實施方案1-9任一項的方法，其進一步包括在超級研磨材料的晶粒嵌入其中的固體金屬合金經歷了高壓和高溫方法之后，從該超級研磨材料的相互鍵合的晶粒之間的晶隙中除去材料。
[0085]實施方案11:實施方案1-10任一項的方法，其中用熔融金屬合金滲透超級研磨材料的晶粒和將該熔融金屬合金在該超級研磨材料的晶粒之間的晶隙內凝固來形成該超級研磨材料的晶粒嵌入其中的固體金屬合金進一步包括:將基底鍵合到該超級研磨材料的晶粒嵌入其中的固體金屬合金上。
[0086]實施方案12:形成多晶壓實體的方法,其包含在化學氣相滲透方法中將材料沉積到超級研磨材料的晶粒表面上和形成三維固體多孔體，其包含該超級研磨材料的晶粒和在該超級研磨材料的晶粒表面上的材料。該三維固體多孔體進行高壓和高溫方法來在該超級研磨材料的晶粒之間形成晶粒間鍵。
[0087]實施方案13:實施方案12的方法，其進一步包括在該三維固體多孔體進行高壓和高溫方法來在該超級研磨材料的晶粒之間形成晶粒間鍵之前，在約1200°C或更低的溫度用熔融金屬合金滲透該三維固體多孔體。
[0088]實施方案14:實施方案13的方法，其中在約1200°C或更低的溫度用熔融金屬合金滲透該三維固體多孔體包含:用鎳合金、鈷合金和鐵合金中的至少一種滲透該三維固體多孔體。
[0089]實施方案15:實施方案12-14任一項的方法，其中將該三維固體多孔體進行高壓和高溫方法包含將該三維固體多孔體進行至少約5.0GPa的壓力和至少約1350°C的溫度。
[0090]實施方案16:實施方案12-15任一項的方法，其中在該超級研磨材料的晶粒表面上沉積材料包含在該超級研磨材料的晶粒表面上沉積基于碳的材料、碳化物、氮化物和金屬中的至少一種。
[0091]實施方案17:實施方案12-16任一項的方法，其進一步包括在該超級研磨材料的晶粒表面上沉積材料之前，將另外的顆粒與該超級研磨材料的晶粒混合。
[0092]實施方案18:實施方案12-17任一項的方法，其進一步包括在該其中植入了超級研磨材料的晶粒的固體金屬合金進行了高壓和高溫方法之后，從超級研磨材料的相互鍵合的晶粒之間的晶隙中除去材料。[0093]實施方案19:實施方案12-18任一項的方法，其中將該三維固體多孔體進行高壓和高溫方法來在該超級研磨材料的晶粒之間形成晶粒間鍵進一步包括:將基底鍵合到該三維固體多孔體和致密化該三維固體多孔體。
[0094]實施方案20:—種形成用于鉆地工具的包含多晶壓實體的切割元件的方法，其包含:在化學氣相滲透方法中將材料沉積在超級研磨材料的晶粒表面上和形成三維固體多孔體，其包含該超級研磨材料的晶粒和在該超級研磨材料的晶粒表面上的材料。該三維固體多孔體是在約1200°C或更低的溫度用熔融金屬合金滲透的，并且凝固該熔融金屬合金來提供在該三維固體多孔體的孔內的第一金屬合金。將至少一部分的該第一金屬合金從該三維固體多孔體的孔中除去。在從該三維固體多孔體的孔中除去至少一部分的第一金屬合金之后，將該三維固體多孔體經歷高壓和高溫方法來在超級研磨材料的晶粒之間形成晶粒間鍵，其中將該三維固體多孔體經歷高壓和高溫方法包含在超級研磨材料的相互鍵合的晶粒之間的晶隙中提供第二金屬合金。
[0095]實施方案21:實施方案20的方法，其進一步包括在該三維固體多孔體經歷了高壓和高溫方法之后，從超級研磨材料的相互鍵合的晶粒之間的晶隙中除去至少一部分的第二
金屬合金。
[0096]實施方案22:實施方案20或實施方案21的方法，其中將該三維固體多孔體用熔融金屬合金滲透和凝固該熔融金屬合金來提供在該三維固體多孔體的孔內的第一金屬合金進一步包括:將基底鍵合到三維固體多孔體上和處于該三維固體多孔體的孔內的第一金
屬合金。
[0097]實施方案23:實施方案22的方法，其進一步包括在從三維固體多孔體的孔中除去至少一部分的第一金屬合金之后，從三維固體多孔體和三維固體多孔體孔內的第一金屬合金除去基底。
[0098]實施方案24:實施方案23的方法，其中將該三維固體多孔體進行高壓和高溫方法進一步包括在高壓和高溫方法過程中，將另一種基底鍵合到三維固體多孔體上。
[0099]實施方案25:—種用于鉆地工具的至少部分形成的切割元件，其包含具有多孔結構的三維固體本體和位于該三維多孔體的至少一些孔內的熔點約1200°C或更低的合金。該具有多孔結構的三維固體本體包含超級研磨材料的晶粒和沉積在該超級研磨材料的晶粒表面上的材料。
[0100]實施方案26:實施方案25的至少部分形成的切割元件，其中該超級研磨材料的晶粒包含金剛石。
[0101]實施方案27:實施方案25或實施方案26的至少部分形成的切割元件，其中沉積在該超級研磨材料的晶粒表面上的材料包含一種或多種的基于碳的材料、碳化物、氮化物和金屬。
[0102]實施方案28:實施方案27的至少部分形成的切割元件，其中沉積在該超級研磨材料的晶粒表面上的材料包含鎮、鉆和鐵中的至少一種。
[0103]實施方案29:實施方案25-28任一項的至少部分形成的切割元件，其中該熔點約1200°C或更低的合金包含至少一種的鎳合金、鈷合金和鐵合金。
[0104]實施方案30:實施方案25-29任一項的至少部分形成的切割元件，其中在該超級研磨材料的晶粒之間不存在直接晶粒間鍵。[0105]實施方案31:實施方案25-30任一項的至少部分形成的切割元件，其進一步包括在該三維固體本體中與該超級研磨材料的晶粒混合的另外的顆粒，其中該另外的顆粒包含這樣的材料，其在至少室溫到約1000°c的溫度范圍內表現出負熱膨脹系數。
[0106]實施方案32:實施方案25-31任一項的至少部分形成的切割元件，其進一步包括鍵合到合金上的基底。
[0107]前述說明書涉及用于示意和解釋目的具體實施方案。但是對本領域技術人員來說很顯然對于上述實施方案進行諸多的改變和變化是可能的，而不脫離這里公開的、下文所要求保護的實施方案的范圍，包括其法律等價物。它的目的是將下面的權利要求解釋為包括全部這樣的改變和變化。
【權利要求】
1.一種形成多晶壓實體的方法，其包括: 在約1200°c或更低的溫度，用熔融金屬合金滲透超級研磨材料的晶粒，并將該熔融金屬合金在該超級研磨材料的晶粒之間的晶隙內凝固以形成該超級研磨材料的晶粒嵌入其中的固體金屬合金；和 使該超級研磨材料的晶粒嵌入其中的固體金屬合金經歷高壓和高溫方法以在該超級研磨材料的晶粒間形成晶粒間鍵。
2.權利要求1的方法，其中使該超級研磨材料的晶粒嵌入其中的固體金屬合金經歷高壓和高溫方法包括:將該超級研磨材料的晶粒嵌入其中的固體金屬合金經歷至少約5.0GPa的壓力和至少約1350°C的溫度。
3.權利要求1或權利要求2的方法，其中在約1200°C或更低的溫度用熔融金屬合金滲透超級研磨材料的晶粒包括:用下面的至少一種滲透該超級研磨材料的晶粒:熔融溫度為約1200°C或更低的鎳合金，熔融溫度為約1200°C或更低的鈷合金，和熔融溫度為約1200°C或更低的鐵合金。
4.權利要求1或權利要求2的方法，其中在約1200°C或更低的溫度用熔融金屬合金滲透超級研磨材料的晶粒進一步包括在約500MPa或更低的壓力用熔融金屬合金滲透該超級研磨材料的晶粒。
5.權利要求1的方法，其進一步包括在用熔融金屬合金滲透該超級研磨材料的晶粒之前，在化學氣相滲透方法中在該超級研磨材料的晶粒表面上沉積材料。
6.權利要求5的方法，其中在化學氣相滲透方法中在該超級研磨材料的晶粒表面上沉積材料包括:形成三維固體多孔體，其包含該超級研磨材料的晶粒和在該超級研磨材料的晶粒表面上的材料。
7.權利要求5或權利要求6的方法，其中在化學氣相滲透方法中在該超級研磨材料的晶粒表面上沉積材料包括:在該超級研磨材料的晶粒表面上沉積基于碳的材料、碳化物、氮化物和金屬中的至少一種。
8.權利要求1的方法，其進一步包括在用熔融金屬合金滲透該超級研磨材料的晶粒之前，將另外的顆粒與該超級研磨材料的晶粒混合。
9.權利要求8的方法，其進一步包括選擇該另外的顆粒來包含這樣的材料，該材料在至少室溫到約1000°c的溫度范圍內表現出負熱膨脹系數。
10.權利要求1、2、5和8任一項的方法，其進一步包括在超級研磨材料的晶粒嵌入其中的固體金屬合金經歷高壓和高溫方法之后，從該超級研磨材料的相互鍵合的晶粒之間的晶隙中除去材料。
11.權利要求1、2、5和8任一項的方法，其中用熔融金屬合金滲透超級研磨材料的晶粒并將該熔融金屬合金在該超級研磨材料的晶粒之間的晶隙內凝固來形成該超級研磨材料的晶粒嵌入其中的固體金屬合金進一步包括:將基底結合到該超級研磨材料的晶粒嵌入其中的固體金屬合金上。
12.權利要求11的方法，其進一步包括在超級研磨材料的晶粒嵌入其中的固體金屬合金經歷高壓和高溫方法之后，除去該基底。
13.一種用于鉆地工具的至少部分形成的切割元件，其包含: 具有多孔結構的三維固體本體，其包含:超級研磨材料的晶粒；和 沉積在該超級研磨材料的晶粒表面上的材料；和 位于該三維多孔體的至少一些孔內的熔點約1200°C或更低的合金。
14.權利要求13的至少部分形成的切割元件，其中該超級研磨材料的晶粒包括金剛
O
15.權利要求13的至少部分形成的切割元件，其中沉積在該超級研磨材料的晶粒表面上的材料包括基于碳的材料、碳化物、氮化物和金屬中的一種或多種。
16.權利要求15的至少部分形成的切割元件，其中沉積在該超級研磨材料的晶粒表面上的材料包括鎳、鈷和鐵中的至少一種。
17.權利要求13的至少部分形成的切割元件，其中該熔點約1200°C或更低的合金包括鎳合金、鈷合金和鐵合金中的至少一種。
18.權利要求13的至少部分形成的切割元件，其中在該超級研磨材料的晶粒之間沒有直接晶粒間鍵。
19.權利要求13 的至少部分形成的切割元件，其進一步包含在該三維固體本體中與該超級研磨材料的晶粒混合的另外的顆粒，其中該另外的顆粒包括這樣的材料，該材料在至少室溫到約1000°c的溫度范圍內表現出負熱膨脹系數。
20.權利要求13的至 少部分形成的切割元件，其進一步包含結合到合金上的基底。
【文檔編號】E21B10/46GK103477019SQ201280019354
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年4月18日 優先權日:2011年4月21日
【發明者】A·A·迪吉奧瓦尼 申請人:貝克休斯公司