專利名稱：多晶金剛石的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多晶金剛石(P⑶)主體和特別地但不唯一地用于鉆入地中或破裂巖石的包括P⑶主體的工具或工具元件。
背景技術(shù)：
含有多晶金剛石(P⑶)的工具元件廣泛用于各種工具中進行切削、機加工、鉆削或破裂硬質(zhì)或研磨性材料如巖石、金屬、陶瓷、復合體和含木材料。PCD含有大量基本上共生的金剛石顆粒并形成骨架體，其限定金剛石顆粒之間的間隙。P⑶材料含有至少約SOvol (體積)％的金剛石，并且可通過在燒結(jié)助劑，也稱為金剛石催化劑材料存在的情況下，使金剛石顆粒聚集體經(jīng)受高于約5Gpa的超高壓力和至少約1200° C的溫度而制備。金剛石催化劑材料可理解為在金剛石比石墨更加熱力學穩(wěn)定的壓力和溫度條件下能促進金剛石顆粒直接共生的材料。一些金剛石催化劑材料可在環(huán)境壓力，特別是在升高的溫度下促進金剛石向石墨的轉(zhuǎn)化。金剛石催化劑材料的實例為鈷、鐵、鎳和包括這些中任意幾種的特定合金。PCD可以在燒結(jié)鈷碳化鎢基材上形成，該基材可提供PCD的鈷催化劑材料的來源。PCD 材料中的間隙可以至少部分用催化劑材料進行填充。含有作為填充材料的特定金剛石催化劑材料的PCD的缺點可能是在升高溫度下其耐磨性下降。
美國專利No. 6，651，757公開了一種嵌件，其包括具有接觸部分的暴露的表面，所述接觸部分包括PCD材料。在優(yōu)選的實施方案中，被稱為“第二相”材料的附加材料被加入金剛石晶體中，從而降低晶體間的結(jié)合。第二相材料可以是金屬如W、V或Ti。
美國專利No. 7，553，350公開了一種高強度和高耐磨的燒結(jié)金剛石物體，其包括具有至多2微米的平均顆粒尺寸的燒結(jié)金剛石顆粒和作為剩余部分的粘結(jié)劑相。粘結(jié)劑相含有含量為至少O. 5%質(zhì)量且小于50%質(zhì)量的至少一種選自由鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉻和鑰組成的組的兀素，并含有含量為至少50%質(zhì)量且小于99. 5%質(zhì)量的鈷。在一個實施方案中， 燒結(jié)金剛石物體的選自由T1、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr和Mo組成的組的至少一種元素為Ti，且在粘結(jié)劑相中Ti的含量優(yōu)選為至少O. 5%質(zhì)量且小于20%質(zhì)量。添加劑的目的是抑制細小金剛石顆粒的異 常生長。PCD材料具體用于由車刀代表的切削工具、銑削工具、端銑刀、耐磨工具、拉模、機床和應用于電子材料如電子零件中。
特別地在切削或鉆削進巖石的應用中，存在對具有增強的抗沖擊性和良好耐磨性的P⑶材料的需求。發(fā)明內(nèi)容
從第一個方面來看,本發(fā)明提供了一種P⑶主體,該P⑶主體包括相互結(jié)合的金剛石顆粒的骨架體，所述金剛石顆粒之間限定有間隙，至少一些所述間隙含有包括用于金剛石的金屬催化劑材料如鈷、鐵、錳或鎳的填充材料，所述填充材料包括T1、W及選自由V、Y、 Nb、Hf、Mo、Ta、Cr、Zr和稀土元素如Ce和La組成的組的附加元素M ;在所述填充材料中Ti 的含量為所述填充材料的至少約O. lwt%或至少約O. 5wt%且至多約10wt%或至多約20wt% ；在所述填充材料中M的含量為所述填充材料的至少約O. lwt%或至少約O. 5wt%且至多約 10wt%或至多約20wt% ;并且在所述填充材料中W的含量為所述填充材料的至少約5wt%或至少約10wt%且至多約30wt%或至多約50wt%。
在一個實施方案中，M為選自由V、Y、Nb、Hf、Mo、Ta、Cr和Zr組成的組。在一些實施方案中，附加金屬M為V，且Ti和V的組合含量為所述填充材料的至少約O. 5wt%或至少約lwt%且至多約5wt%或至多約10wt%。在一些實施方案中，填充材料包括至少約50wt%的鈷，至少約70wt%的鈷,至少約90wt%的鈷或至少約95wt%的鈷,且在一個實施方案中，填充材料包括至多約99wt%的鈷。
在一個實施方案中，填充材料包括分散在其中的微粒相。在一個實施方案中，微粒相包括含有T1、M和W的混合碳化物相，且在一個實施方案中，微粒相包括含有鈷的混合碳化物相。
實施方案可包括精細分散在填充材料中的混合碳化物微粒，所述混合碳化物具有(Ti，W，V)xCy的化學式。例如，P⑶主體的實施方案可包括分散在填充材料中的含有 Wa37Va63Cx或Wa4tlTia37Va23Cx或兩者的微粒。在一些實施方案中，η相微?？梢苑稚⒃谔畛洳牧现?，所述Η相具有化學式Coz (Ti，W，V)xCy。在一些實施方案中，z可以為至少約3且至多約6，在一些實施方案中，X可以為至少約3且至多約6。在一個實施方案中，y可以為約I。例如，P⑶主體的實施方案可包括分散在填充材料中的含有Co3W3C或Co6W6C的η相微粒。
在一些實施方案中，微粒相以具有至少約IOOnm或至少約200nm的平均尺寸的微粒形式存在；在一些實施方案中，微粒相的微粒具有至多約1，OOOnm的平均尺寸。在一個實施方案中，微粒相中至多約10%或至多5%的微?？删哂斜燃s1，OOOnm更大的尺寸。
在一些實施方案中，金剛石顆粒具有大于2微米或至少約3微米的平均尺寸。在一些實施方案中，金剛石顆粒具有至多約10微米或甚至至多約5微米的平均尺寸。
在一些實施方案中，P⑶主體具有至少約62%或至少約64%的金剛石顆粒的連續(xù)性。在一些實施方案中，超硬顆粒的連續(xù)性為至多約92%，至多約85%或甚至至多約80%。
在一些實施方案中，P⑶主體含有至少約85vol (體積)％或至少約88vol%的金剛石，在一個實施方案中，P⑶主體含有至多約99vol%的金剛石。
在一個實施方案中，PCD主體含有具有多峰尺寸分布的金剛石顆粒，在一個實施方案中，金剛石顆粒具有雙峰尺寸分布。
從第二個方面來 看，本發(fā)明提供一種用于制造PCD主體的實施方案的方法，所述方法包括將Ti和附加金屬M引入到金剛石顆粒的聚集體中 ；M選自由V、Y、Nb、Hf、Mo、Ta、 Cr.Zr和稀土金屬如Ce和La組成的組；將所述聚集體放在燒結(jié)鈷WC基材上以形成預燒結(jié)組件，并使所述預燒結(jié)組件經(jīng)受壓力和溫度，在所述壓力和溫度下金剛石比石墨在熱力學上更穩(wěn)定，并且在所述壓力和溫度下基材中的鈷以液態(tài)存在，例如至少約5. 5GPa的壓力和至少約1，350° C的溫度，將所述金剛石顆粒燒結(jié)在一起以形成結(jié)合至基材的P⑶主體。
在一些實施方案中，所述方法包括使預燒結(jié)組件經(jīng)受至少約6. OGPa,至少約 6. 5GPa，至少約7GPa或甚至至少約7. 5GPa的壓力。在一個實施方案中，壓力為至多約8.5GPa0
在一個實施方案中，所述方法包括以TiC微粒的形式將Ti引入到聚集體中。
在一個實施方案中，所述方法包括以VC微粒的形式將V引入到聚集體中。
實施方案可包括使P⑶主體在至少約500° C，至少約600° C或至少約650° C 的溫度下經(jīng)受至少約30分鐘的熱處理。在一些實施方案中，溫度為至多約850° C，至多約 800° C或至多約750° C。在一些實施方案中，P⑶主體可以經(jīng)受至多約120分鐘或至多約60分鐘的熱處理。在一個實施方案中，P⑶主體在真空中經(jīng)受熱處理。
特別地當用于巖石切削時，一些實施方案可具有增強的耐磨損性和延長的使用壽命的優(yōu)點。平均金剛石顆粒尺寸大于約2微米的實施方案一般可具有更高的強度和抗斷裂性。
從第三個方面來看，本發(fā)明提供含有如上所述的P⑶主體的工具或工具元件。
在一些實施方案中，工具或工具元件可以適合于切削、銑削、磨削、鉆削或鏜削入巖石中。在一個實施方案中，如可以用于石油和天然氣鉆井工業(yè)中，工具元件為用于鏜削入地中的鉆頭嵌件，在一個實施方案中，工具為用于鏜削入地中的鉆頭。


現(xiàn)在將參考所附附圖對非限定性實施方案進行描述，附圖中
圖1示出用于鏜削入地的剪切鉆頭的P⑶刀具嵌件的實施方案的示意性透視圖。
圖2示出PCD刀具嵌件的實施方案的示意性橫截面圖以及示出PCD材料的實施方案的微結(jié)構(gòu)的示意性展開圖。
在所有附圖中相同的參考標記指的是相同的各個特征。具體實施方 式
如本文所用，“PCD材料”為含有大量金剛石顆粒的材料，其大部分是彼此直接地相互結(jié)合，其中金剛石的含量為材料的至少約80vol%。在P⑶材料的一個實施方案中，金剛石顆粒之間的間隙可以至少部分地用含有金剛石催化劑的粘結(jié)劑材料填充。
如本文所用，“金剛石催化劑材料”是在金剛石比石墨在熱力學上更加穩(wěn)定的壓力和溫度下，能夠促進金剛石生長或金剛石顆粒之間直接的金剛石與金剛石相互生長的材料。
圖1示出了用于鏜削入地中的鉆頭(未示出)的P⑶刀具嵌件10的實施方案，所述嵌件10包括結(jié)合至燒結(jié)碳化鎢基材30的P⑶主體20。
圖2示出了用于鏜削入地中的鉆頭(未示出)的ra)刀具嵌件10的實施方案，所述嵌件10包括結(jié)合至燒結(jié)碳化鎢基材30的P⑶主體20。P⑶主體20的微結(jié)構(gòu)21包括相互結(jié)合的金剛石顆粒22的骨架體，所述金剛石顆粒之間限定有間隙24，所述間隙24至少部分填充含有鈷的填充材料。間隙24中的填充材料可含有T1、W和V，填充材料中Ti的含量為填充材料的約Iwt%，填充材料中V的含量為填充材料的約2wt%，且填充材料中W的含量為填充材料的約20wt%。
PCT申請公開號W02008096314公開了包覆金剛石顆粒的方法，其開辟了用于生產(chǎn)大量多晶超硬耐磨元件或復合體的方式，所述元件或復合體包括在基質(zhì)中含有金剛石的多晶超硬耐磨元件，所述基質(zhì)選自從包括VN、VC、HfC, NbC, TaC, Mo2C, WC的組中選出的材料。
在一個實施方案中，在至少約500° C且至多約850° C的溫度下熱處理所述TCD主體。盡管不希望被具體理論所束縛，但是熱處理可促進混合碳化物η相，具體地如Coz(Ti,ff, V)xCy的相的形成。如本文所用，顆粒的“當量圓直徑”(ECD)為具有與穿過顆粒的截面相同面積的圓的直徑。借助于穿過所述主體的截面或主體表面的成像分析，可以對單獨的、未結(jié)合的顆?；?qū)υ谥黧w內(nèi)結(jié)合在一起的顆粒進行ECD尺寸分布和多個顆粒平均尺寸的測量。如本文所用，大量顆粒的“多峰尺寸分布”包括多于一個峰，或可以被分解為多于一個尺寸分布的疊加，每個尺寸分布具有一個單獨的峰，每個峰對應于各自的“模式”。多峰多晶主體通常通過提供多個顆粒的多于一個的來源，每個來源含有基本上不同平均尺寸的顆粒，并將顆?；騺碜运鰜碓吹念w?；旌显谝黄鸲苽洹Ｈ绫疚乃?，“顆粒連續(xù)性” K是對顆粒與顆粒的接觸或結(jié)合，或者接觸與結(jié)合兩者的組合的測量，并且根據(jù)下面的公式計算，該公式使用多晶超硬材料的拋光截面的成像分析獲得的數(shù)據(jù)K =IOOX [2Χ(δ-β)]/[(2Χ(δ-β))+δ ],其中 δ 為超硬顆粒的周長,而 β 為粘結(jié)劑的周長。超硬顆粒的周長是與其他超硬顆粒接觸的超硬顆粒表面的分數(shù)。對于給定的體積，其被測量為顆粒與顆粒接觸的總面積除以超硬顆粒的總表面面積。粘結(jié)劑周長是不與其他超硬顆粒接觸的超硬顆粒表面的分數(shù)。實際上，連續(xù)性的測量借助于拋光截面表面的成像分析完成，并且對通過位于所分析截面內(nèi)的所有顆粒與顆粒界面上所有點的線的組合長度進行合計，以確定超硬顆粒的周長，并且類似地用于粘結(jié)劑周長。為了獲得多晶 結(jié)構(gòu)內(nèi)顆?；蜷g隙尺寸的測量，可以使用已知為“當量圓直徑”的方法。在該方法中，使用PCD材料的拋光表面的掃描電子顯微照片(SEM)圖像。放大率和對比度對于在圖像內(nèi)識別至少幾百個金剛石顆粒應該是足夠的。金剛石顆?？梢耘c圖像內(nèi)的金屬相區(qū)分，且可以借助于常用圖像分析軟件來確定每個單獨金剛石顆粒的尺寸當量圓。這些圓的分布收集后經(jīng)統(tǒng)計學評估。無論本文的PCD材料內(nèi)的金剛石平均顆粒尺寸指的是哪里，應理解其指平均當量圓直徑。一般地，該測量的標準偏差越大，結(jié)構(gòu)的均勻性越小。P⑶切削元件的實施方案也可以用作計量剪切器(gauge trimmer),并可用在其他種類的鉆地工具。例如，切削元件的實施方案也可以用在牙輪鉆頭的錐體上、鉸床、磨機、雙心鉆頭、偏心鉆頭、取心鉆頭和包括固定刀具和滾動牙輪兩者的所謂混合鉆頭上。用于圖像分析的圖像可借助于使用背反射電子信號取得的掃描電子顯微照片(SEM)而獲得。相比之下，光學顯微照片一般不具有充足的聚焦深度且不能給出基本上不同的對比度。足夠的對比度對于連續(xù)性的測量是重要的，因為可以根據(jù)灰度的對比度來識別顆粒間的邊界。借助于圖像分析軟件可從SEM圖像中確定連續(xù)性。具體地，可以使用商標名analySIS Pro,來源于軟件成像系統(tǒng)有限公司(Soft Imaging System GmbH)(奧林巴斯軟件成像方案有限公司，Olympus Soft Imaging Solutions GmbH的商標)的軟件。該軟件具有“分離顆?！边^濾器，如果有待分離的結(jié)構(gòu)為緊密的結(jié)構(gòu)，則該過濾器根據(jù)操作手冊只提供滿意的結(jié)果。因此，在應用該過濾器前填滿任何孔隙是重要的。例如，可以使用“Morph.Close”指令或從“Fillhole”模塊獲得幫助。除了該過濾器之外，“分離器(Separator) ”為另一個可獲得的強有力的用于顆粒分離的過濾器。根據(jù)操作手冊，該分離器也可以用于顏色-和灰度-值圖像。
盡管不希望被任何具體理論束縛，但在填充材料中Ti和金屬M附加物的組合可導致在一些實施方案中的填充材料內(nèi)含有T1、M或W，或這些元素特定組合的微粒非常精細的分散。在一些實施方案中，這可以對所使用的PCD材料中裂紋產(chǎn)生和擴展的能量具有更好的分散效果，從而導致PCD材料的改變的耐磨特性和增強的抗沖擊性和抗斷裂性，因此在一些應用中延長了使用壽命。
盡管不希望被任何具體理論束縛，但以各自碳化物混合物的形式引入Ti或金屬M 或兩者的優(yōu)點可起因于以下事實，即限制或避免了 O的共同引入，因為Ti的氧化物形式非常穩(wěn)定且氧氣對金剛石顆粒的燒結(jié)以形成PCD會產(chǎn)生不良影響。
現(xiàn)在參考下面的不旨在作為限制的實施例，對實施方案進行更加詳細的描述。
實施例1
通過將兩種不同來源的金剛石顆?；旌显谝黄鸲苽淞穗p峰混合的金剛石粉末， 第一種來源中的金剛石顆粒的平均尺寸為約2微米，第二種來源中的為約5微米，以形成金剛石顆粒的聚集混合體?；旌系慕饎偸w粒在酸中處理，以去除可能存在的表面雜質(zhì)。然后使用行星式球磨，通過將VC微粒和TiC微粒與金剛石粉末混合而將碳化釩和碳化鈦引入到金剛石粉末混合物中。TiC微粒的平均尺寸為約3微米，VC微粒的平均尺寸為約4微米。粉末中TiC微粒的含量為金剛石粉末的約O. 5wt%,VC微粒的含量為金剛石粉末的約O. 5wt%0
將包覆的金剛石粉末的聚集體放在燒結(jié)鈷WC基材上并封裝，以形成預燒結(jié)組件， 然后所述預燒結(jié)組件在真空中排出氣體，以便從金剛石顆粒中去除表面雜質(zhì)。使預燒結(jié)組件在超高壓力爐中經(jīng)受約6. 5GPa的壓力和約1，550° C的溫度，從而燒結(jié)金剛石顆粒并形成含有與碳化物基材整體形成的P⑶材料層的P⑶還塊(compact)。在燒結(jié)過程期間,來自基材并含有溶解的W或WC或兩者的熔化鈷，在溶液中滲入到金剛石顆粒的聚集體中。PCD 材料的圖像分析顯示金剛石含量為約89vol%，金剛石顆粒的連續(xù)性為約62%，按照當量圓直徑的燒結(jié)金剛石顆粒的平均尺寸為約3. 8微米。
對PCD坯塊進行加工，以形成試驗PCD刀具嵌件用于進行磨損試驗。磨損試驗涉及在垂直刀架磨削裝置中使用該嵌件，以切削一段長度的含有花崗巖的工件材料，直到由于斷裂或過度磨損而使嵌件失效。在嵌件被認為已經(jīng)失效之前，工件被切削通過的距離可以是期望的使用工作壽命的標示。為了比較，除了沒有引入V和Ti之外，采用與試驗刀片相同的方式制備對照PCD刀片嵌件。使用試驗嵌件獲得的切削距離幾乎是使用對照嵌件獲得的切削距離的兩倍，并且在試驗嵌件上的磨痕比在對照嵌件上明顯磨痕少約30%。
實施例2
如實施例2所述制備和測試試驗PCD刀具嵌件和對照PCD刀具，不同之處在于在燒結(jié)前粉末中TiC微粒的含量為金剛石粉末的約1. 5wt%，且VC微粒的含量為金剛石粉末的約1. 5wt%。使用試驗嵌件獲得的切削距離比使用對照嵌件獲得的切削距離長約40%，并且在試驗嵌件上的磨痕為在對照嵌件上明顯磨痕的約一半。
實施例3
通過將三種不同來源的金剛石顆?；旌显谝黄鸲苽淙寤旌辖饎偸勰谝环N來源中的金剛石顆粒的平均尺寸為約O. 8微米，第二種來源中的金剛石顆粒的平均尺寸為約2微米，第三種來源中的金剛石顆粒的平均尺寸為約10微米，以形成金剛石顆粒的聚集混合體?；旌系慕饎偸w粒在酸中處理，以去除可能存在的表面雜質(zhì)。然后使用行星式球磨，通過將VC微粒和TiC微粒與金剛石粉末混合而將碳化釩和碳化鈦引入到金剛石粉末混合物中。TiC微粒的平均尺寸為約3微米，且VC微粒的平均尺寸為約4微米。粉末中TiC微粒的含量為金剛石粉末的約1. 5wt%, VC微粒的含量為金剛石粉末的約1. 5wt%。將包覆的金剛石粉末的聚集體放在燒結(jié)鈷WC基材上并封裝，以形成預燒結(jié)組件，然后所述預燒結(jié)組件在真空中排出氣體，以便從金剛石顆粒中去除表面雜質(zhì)。使預燒結(jié)組件在超高壓力爐中經(jīng)受約6. 5GPa的壓力和約1，550° C的溫度，從而燒結(jié)金剛石顆粒并形成含有與碳化物基材整體形成的PCD材料層的PCD坯塊。在燒結(jié)過程期間，來自基材并含有溶解的W或WC或兩者的熔化鈷，在溶液中滲入到金剛石顆粒的聚集體中。按照當量圓直徑的燒結(jié)金剛石顆粒的平均尺寸為約6微米。對PCD坯塊進行加工，以形成試驗PCD刀具嵌件用于進行磨損試驗。磨損試驗涉及在垂直刀架磨削裝置中使用所述嵌件，以切削一段長度的含有花崗巖的工件材料，直到由于斷裂或過度磨損而使嵌件失效。在嵌件被認為已經(jīng)失效之前，工件被切削通過的距離可以是期望的使用工作壽命的標示。為了比較，除了沒有引入V和Ti之外，采用與試驗刀片相同的方式制備對照PCD刀具嵌件。使用試驗嵌件獲得的切削距離大于使用對照嵌件獲得的切削距離的兩倍，盡管在試驗嵌件上的磨痕幾乎是在對照嵌件上明顯磨痕的兩倍。實施例4通過將兩個種同來源的金剛石顆?；旌显谝黄鸲苽潆p峰混合金剛石粉末，每種來源中的金剛石顆粒的平均尺寸分別為約2微米和5微米，以形成具有約3. 8微米的平均尺寸的金剛石顆粒的聚集 混合體。將混合的金剛石顆粒在酸中處理，以去除可能存在的表面雜質(zhì)。然后通過將V沉積在懸浮液中的金剛石顆粒上而將碳化釩引入到金剛石粉末混合物中。將金剛石粉末懸浮在乙醇和三異丙氧化鑰;(vanadium tr1-1sopropoxide)的前驅(qū)體(一種有機化合物)中，然后以控制的逐滴的方式將去離子水輸入到懸浮液中。計算前驅(qū)體的濃度以獲得沉積在金剛石顆粒上的VC的具體濃度。在經(jīng)過約400分鐘時間后，含釩的有機前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為沉積在金剛石顆粒上的五氧化二釩(V2O5)化合物。然后蒸發(fā)乙醇并且將包覆的金剛石在約100° C下在真空爐中干燥過夜。然后通過已知方法將含有CoCO3的另外的涂層沉積在金剛石顆粒上，以形成含有金剛石顆粒的金剛石粉末，該金剛石顆粒具有沉積在顆粒表面上的V2O5和CoCO3微結(jié)構(gòu)。然后使該粉末在氫氣中經(jīng)受熱處理，以將五氧化二釩還原為碳化釩并將CoCO3還原為Co。XRD分析示出VC和Co存在于金剛石顆粒表面上，并且SEM分析示出這些是以精細分散微粒的形式分布在金剛石顆粒表面上。然后將TiC微粒與包覆的金剛石粉末混合，以形成混合粉末，其中TiC的含量為金剛石粉末的約1. 5wt%,VC的含量為金剛石粉末的約1. 5wt%。將混合粉末的聚集體放在燒結(jié)鈷WC基材上并封裝，以形成預燒結(jié)組件，然后所述預燒結(jié)組件在真空中排出氣體，以便從金剛石顆粒中去除表面雜質(zhì)。然后使預燒結(jié)組件在超高壓力爐中經(jīng)受約6. 5GPa的壓力和約1，550° C的溫度，從而燒結(jié)金剛石顆粒并形成含有與碳化物基材整體形成的PCD材料層的PCD坯塊。在燒結(jié)過程期間，將來自基材并在溶液中含有溶解的W或WC或兩者的熔化鈷滲入到金剛石顆粒的聚集體中。
權(quán)利要求
1.一種PCD主體，其包括相互結(jié)合的金剛石顆粒的骨架體，所述金剛石顆粒之間限定有間隙，至少一些所述間隙含有包括用于金剛石的金屬催化劑材料的填充材料，所述填充材料包括T1、W及選自由V、Y、Nb、Hf、Mo、Ta、Zr Cr、Zr和稀土元素組成的組的附加元素M ;在所述填充材料中Ti的含量為填充材料的至少O. lwt%且至多20wt% ;在所述填充材料中M的含量為填充材料的至少O. lwt%且至多20wt% ;以及在所述填充材料中W的含量為填充材料的至少5wt%且至多50wt%。
2.如權(quán)利要求1所述的P⑶主體，其中所述附加金屬M為V且Ti和V的組合含量為所述填充材料的至少O. 5wt%且至多10wt%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的P⑶主體，其中所述填充材料包括至少50wt%且至多99wt%的Co。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的PCD主體，其中所述填充材料包括分散在其中的微粒相，所述微粒相包括含有T1、M和W的混合碳化物相。
5.如權(quán)利要求4所述的P⑶主體，所述微粒相為具有至少lOOnm、至多1，OOOnm的平均尺寸的微粒形式。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的PCD主體，所述金剛石顆粒具有大于2微米的平均尺寸。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的P⑶主體，其具有至少62%的金剛石顆粒連續(xù)性。
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的PCD主體，其包括具有雙峰尺寸分布的金剛石顆粒。
9.一種用于制造前述權(quán)利要求中任一項所述的P⑶主體的方法，所述方法包括將Ti和附加金屬M引入金剛石顆粒的聚集體中；M選自由V、Y、Nb、Hf、Mo、Ta、Cr、Zr和稀土金屬如Ce和La組成的組；將所述聚集體放在燒結(jié)鈷WC基材上以形成預燒結(jié)組件，并使所述預燒結(jié)組件經(jīng)受壓力和溫度，在所述壓力和溫度下金剛石比石墨在熱力學上更穩(wěn)定，并且在所述壓力和溫度下基材中的鈷以液態(tài)存在，將所述金剛石顆粒燒結(jié)在一起以形成結(jié)合至基材的P⑶主體。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括使所述預燒結(jié)組件經(jīng)受至少6.OGPa的壓力。
11.如權(quán)利要求9或10所述的方法，還包括以TiC微粒的形式將所述Ti引入到所述聚集體中。
12.如權(quán)利要求9至11中任一項所述的方法，還包括使所述P⑶主體在至少500°C且至多850° C的溫度下經(jīng)受至少30分鐘且至多120分鐘的熱處理。
13.一種工具或工具元件，其包括如權(quán)利要求1至8中任一項所述的P⑶主體。
14.如權(quán)利要求13所述的工具或工具元件，其適合于切削、銑削、磨削、鉆削或鏜削入巖石中。
15.如權(quán)利要求13或14所述的工具或工具元件，所述工具元件為用于鉆入地中的鉆頭的嵌件，并且所述工具為用于鉆入地中的鉆頭。
16.—種基本上如上文中參考如所附附圖中例示的實施方案中任一實施方案所述的PCD主體。
17.一種用于制造基本上如上文中參考如所附附圖中例示的實施方案中任一實施方案所述的P⑶主體的方法。
全文摘要
本發(fā)明提供一種PCD主體，其包括相互結(jié)合的金剛石顆粒的骨架體，所述金剛石顆粒之間限定有間隙。至少一些間隙含有包括用于金剛石的金屬催化劑材料的填充材料，所述填充材料包括Ti、W及選自由V、Y、Nb、Hf、Mo、Ta、ZrCr、Zr和稀土元素組成的組的附加元素M。在填充材料中Ti的含量為至少0.1wt%且至多20wt%。在填充材料中M的含量為填充材料的至少0.1wt%且至多20wt%，并且在填充材料中W的含量為填充材料的至少5wt%且至多50wt%。
文檔編號B22F3/15GK103038380SQ201180033402
公開日2013年4月10日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者卡維施尼·耐度, 漢弗萊·薩姆克羅·路基薩尼·希特赫比 申請人:第六元素研磨劑股份有限公司