0之間，并在一些實施方案中實施例范圍為例如約0. 1 到20微米。
[0063] 在一些實施方案中，粗金剛石部分對細(xì)金剛石部分的重量比在約50%至約97% 粗金剛石的范圍內(nèi)，且細(xì)金剛石部分的重量比可以為約3%至約50%。在其他實施方案中， 粗粒部分對細(xì)粒部分的重量比將在約70:30至約90:10的范圍內(nèi)。
[0064] 在其它實施方案中，粗粒部分對細(xì)粒部分的重量比可在例如約60:40至約80:20 的范圍內(nèi)。
[0065] 在一些實施方案中，粗粒和細(xì)粒部分的粒徑分布不重疊，并且在一些實施方案中， 在組成多峰分布的單獨的粒度級之間，坯塊（compact)的不同尺寸的成分隔開一個數(shù)量 級。
[0066] 所述實施方案可由在超硬材料的粗粒和細(xì)粒部分之間的至少一個寬雙模尺寸分 布組成，但一些實施方案可以包括三個或甚至四個或更多的尺寸模式，這些模式例如可在 尺寸上隔開一個數(shù)量級，例如平均粒徑為20微米、2微米、200納米和20納米的粒徑的混 合。
[0067] 在一些實施方案中，超硬晶粒聚集體的平均粒徑小于或等于25微米。在一些實施 方案中，所述平均粒徑在約8-20微米之間。
[0068] 將金剛石顆粒/晶粒的尺寸變?yōu)榧?xì)粒部分、粗粒部分或介于兩者間的其它尺寸可 通過已知方法如噴射粉碎較大金剛石晶粒和類似的方法來完成。
[0069] 在超硬材料為多晶金剛石材料的實施方案中，用于形成多晶金剛石材料的金剛石 晶?？梢允翘烊换蛉斯ず铣傻摹?br>[0070] 如本文所使用的，術(shù)語"應(yīng)力狀態(tài)"指的是壓應(yīng)力狀態(tài)、無應(yīng)力狀態(tài)或張應(yīng)力狀態(tài)。 壓應(yīng)力狀態(tài)和張應(yīng)力狀態(tài)可以理解為彼此相反的應(yīng)力狀態(tài)。在圓柱狀的幾何系統(tǒng)中，應(yīng)力 狀態(tài)可以是軸向的、徑向的或周向的或網(wǎng)狀的應(yīng)力狀態(tài)。
[0071] 在一些實施方案中，圖1中示出的超硬材料主體12可以是層狀構(gòu)造或具有多個區(qū) 域，如下所述以及如圖2_5c所示。第一其它實施方案參照圖2來說明，圖2示出PCD結(jié)構(gòu) 12的一個實例，其包括至少兩個空間上分開的處于殘余壓應(yīng)力狀態(tài)的壓縮區(qū)域21和至少 一個處于殘余張應(yīng)力狀態(tài)的張拉區(qū)域22。張拉區(qū)域22位于壓縮區(qū)域21之間并且與其相 連。
[0072] 可以選擇PCD材料的機械性能，如密度、彈性模量、硬度和熱膨脹系數(shù)（CTE)的變 化，以獲得在兩個壓縮區(qū)域之間的張拉區(qū)域的結(jié)構(gòu)。這種變化可以通過金剛石晶粒含量、填 充材料的含量和類型、PCD晶粒的尺寸分布或平均尺寸的變化，并以其本身或者以包括PCD 等級的混合物的金剛石混合物來使用不同等級的PCD而獲得。
[0073] 參照圖3,另一實例是P⑶結(jié)構(gòu)12整體地連接到燒結(jié)碳化物支承體10。P⑶結(jié)構(gòu) 12包括交替的（交錯的）層形式的若干個壓縮區(qū)域21和若干個張拉區(qū)域22。PCD結(jié)構(gòu)12 的形狀可以基本上為圓柱狀，位于工作端并限定工作表面14。PCD結(jié)構(gòu)12可以在非平面界 面17連接到支承體10。壓縮區(qū)域21和張拉區(qū)域22的厚度在約5微米到約200微米的范 圍內(nèi)，或者在一些實施方案中，在約5微米到約300微米的范圍內(nèi)，所述區(qū)域可以設(shè)置為與 PCD結(jié)構(gòu)12的工作表面14基本平行。大體為環(huán)形的區(qū)域26可以繞從支承體10伸出的非 平面部件31設(shè)置。
[0074] 參照圖4, PCD元件1的實例包括在非平面界面25整體連接到燒結(jié)碳化物支承體 10的P⑶結(jié)構(gòu)12,該界面25與P⑶結(jié)構(gòu)12的工作表面14相對。P⑶結(jié)構(gòu)12可以包括約 10-20個延伸的層形式的交替的壓縮區(qū)域21和張拉區(qū)域22。在該實施方案中，不含有層的 區(qū)域26可以與界面25相鄰設(shè)置。層21、22可以是彎曲的或者弓形的，且通常與界面25對 齊，并且可以與PCD結(jié)構(gòu)的側(cè)表面27相交。一些層可以與工作表面14相交。
[0075] 在一些實施方案中，區(qū)域26的厚度可以比單獨的層21、22厚得多，在一些實施方 案中，包括交替層21、22的區(qū)域的厚度可以比與形成PCD材料的基底的燒結(jié)碳化物支承體 10相鄰的區(qū)域26的厚度厚。
[0076] 在一些實施方案中，與支承體10相鄰的區(qū)域26可以包括多個層（未示出），它們 的厚度比單個層21、22厚得多，例如，層21、22的厚度在約5-200微米的范圍內(nèi)，而在與支 承體10相鄰的區(qū)域26中的層的厚度大于約200微米。
[0077] 在一些實施方案中，例如在圖2-4中所示的實施方案中，交替層21、22的厚度在約 5-300微米的范圍內(nèi)，且金剛石材料由具有兩種或更多種不同平均金剛石晶粒尺寸的PCD， 例如兩種或更多種等級的PCD的混合物形成。例如，層21可以由平均金剛石晶粒尺寸為A 和B的聚集金剛石混合物形成，層22也可以由平均金剛石晶粒尺寸為A和B、但與層21的 比率不同的金剛石混合物形成。在可替換的實施方案中，層21可以由平均金剛石晶粒尺寸 為A和B的金剛石混合物形成，層22可以由平均金剛石晶粒尺寸為C的金剛石混合物形 成。應(yīng)理解的是，兩種或更多種金剛石晶粒尺寸的任何其它次序/混合也可以用來形成交 替層21、22。在這些實施方案中，與支承體10相鄰的區(qū)域26可以由比單獨的層21、22厚得 多（例如，大于約200微米）的單個層形成?；蛘?，區(qū)域26可以由用來形成層21、22的金 剛石混合物的包括平均晶粒尺寸為A和B、和/或C的金剛石晶粒的多個層、單個層形成，或 者另一材料或金剛石晶粒尺寸可用于形成與支承體10相鄰的該區(qū)域26中的層。
[0078] 在一些實施方案中，金剛石層21、22和/或在與支承體10相鄰的區(qū)域26中形成 的層（未示出）可以包括以下中的一種或多種，例如高達(dá)20wt%的納米金剛石粉末形式的 納米金剛石添加物、鹽體系、硼化物，Ti、V、Nb的金屬碳化物，或金屬Pd或Ni中的任一種。
[0079] 在一些實施方案中，層21、22和/或在與支承體10相鄰的區(qū)域26中形成的層可 以處于與金剛石構(gòu)造1的縱向軸延伸所通過的平面基本垂直的平面中。例如由于在燒結(jié)過 程中承受超高壓，層可以是平面的、彎曲的、弓形的、圓頂形的或者扭曲的。另選地，交替層 21、22可以以預(yù)定角度與金剛石構(gòu)造1的縱向軸延伸通過的平面對齊，從而通過控制裂紋 擴展來影響性能。
[0080] 圖5是地殼鉆探用鉆頭39的實施例的示意圖，在地殼中插入如圖1所示類型的多 個切削元件1。切削元件1可包括其余附圖中示出的任一種變型。
[0081] 參照圖6A，用于制造 P⑶元件的預(yù)燒結(jié)組件40的實例可以包括支承體30,包含靠 著支承體30的非平面端裝填的金剛石晶粒的區(qū)域46,和堆疊在區(qū)域46上的通常以圓盤或 晶片41、42形式的多個交替的含金剛石聚集體。在一些方案中，聚集體可以是疏松的金剛 石晶?；蝾w粒（granule)的形式?？梢约訜犷A(yù)燒結(jié)組件，以移除包含在堆疊圓盤中的粘合 劑材料。
[0082] 參照圖6B，P⑶元件100的實例包括P⑶結(jié)構(gòu)200, P⑶結(jié)構(gòu)200包括多個由各個 不同多模等級的P⑶材料形成的交替層210、220,和不包括層的部分260。部分260可以根 據(jù)支承體300的非平面端的形狀配合地形成，并且在超高壓處理過程中與該非平面端整體 地結(jié)合。不同等級的PCD或金剛石晶粒尺寸或等級的混合物的交替層210、220通過直接的 金剛石-金剛石交互生長結(jié)合，以形成整體、堅固且分層的P⑶結(jié)構(gòu)200。由于經(jīng)受了超高 壓，PCD層210、220的形狀在某種程度上可以是彎曲的、弓形的或者扭曲的。在該方法的一 些方案中，考慮到在超高壓和高溫處理過程中結(jié)構(gòu)可能變形，聚集體可以設(shè)置在預(yù)燒結(jié)組 件中，以在PCD結(jié)構(gòu)內(nèi)獲得多種其它層結(jié)構(gòu)。
[0083] 由于層不同的平均金剛石晶粒尺寸，層21、22、210、220可以包括不同的各P⑶等 級。不同量的催化劑材料可以滲透到在預(yù)燒結(jié)組件中包括的不同類型的圓盤410、420中， 因為它們包括的金剛石晶粒具有不同的平均尺寸，由此在金剛石晶粒之間的空間尺寸不 同。相應(yīng)的交替的P⑶層21、22、210、220可以因此包括不同的、交替量的用于金剛石的催 化劑材料。在張拉區(qū)域內(nèi)填料的體積百分比含量可以大于在每一個壓縮區(qū)域內(nèi)的填料的體 積百分比含量。
[0084] 在一個實例中，壓縮層的金剛石晶粒的平均尺寸可以比張拉層的金剛石晶粒的平 均尺寸大。
[0085] 雖然不希望被特定的理論約束，但當(dāng)允許分層的PCD結(jié)構(gòu)從其形成的高溫冷卻 時，包含不同量的金屬催化劑材料的交替層可以以不同的速率收縮。這可能是因為當(dāng)從高 溫冷卻時，金屬收縮比金剛石實質(zhì)上要大得多。這種不同的收縮率可以引起相鄰的層彼此 向著對方推壓，由此在它們中產(chǎn)生相對的應(yīng)力。
[0086] 參照圖6B描述的P⑶元件100可以通過磨削加工來改變其形狀，從而形成基本上 如圖4描述的PCD元件。這可能涉及移除一些彎曲的層的部分，以形成基本為平面的工作 表面和基本為圓柱狀的側(cè)表面。催化劑材料可以從與工作表面或側(cè)表面、或工作表面和側(cè) 表面兩者相鄰的PCD結(jié)構(gòu)的區(qū)域移除。這可以通過用酸處理PCD結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，以從金剛石 晶粒之間濾去催化劑材料，或者通過其它方法如電化學(xué)方法來實現(xiàn)。因此可以提供基本為 多孔的熱穩(wěn)定的區(qū)域，該區(qū)域從PCD結(jié)構(gòu)的表面延伸至少約50微米或至少約100微米的深 度。已經(jīng)示出一些具有50至80微米厚層（在該厚層中，該濾出深度約250微米）的實施方 案，來顯示大幅改善的性能，例如與未瀝濾的PCD產(chǎn)品相比，在瀝濾之后在性能上加倍。在 一個實例中，基本為多孔的區(qū)域可以包括至多2wt %的催化劑材料。
[0087] 通過例如粘合劑含量的差異，使用具有不同晶粒尺寸的交替層，可以在對PCD構(gòu) 造1、100實施酸浸法時可控地獲得不同的結(jié)構(gòu)，尤其是對于粘合劑不包含V和/或Ti的實 施方案。這樣的結(jié)構(gòu)可以是在HCl酸浸法過程中在每層中的不同的鎢殘余量造成的。本質(zhì) 上，瀝濾速率在每一層中可以是不同的（除非使用含HF的酸），這可以尤其在PCD材料的邊 緣優(yōu)先瀝濾。當(dāng)層厚度大于120微米時這會更加明顯。如果對PCD材料使用HF酸浸法，則 這是不可能發(fā)生的。原因在于，在這樣的過程中，HCl酸去除Co并且留下鎢，而HF酸浸法 會去除粘合劑組分中的任何元素。
[0088] 參照圖7A，P⑶結(jié)構(gòu)200的一個示例性變型包括設(shè)置在交替的結(jié)構(gòu)中的至少三個 基本為平面的層210、220,其基本上平行于P⑶結(jié)構(gòu)200的工作表面240并且與P⑶結(jié)構(gòu)的 側(cè)表面270相交。
[0089] 參照圖7B，P⑶結(jié)構(gòu)200的一個示例性變型包括設(shè)置在交替的結(jié)構(gòu)中的至少三個 層210、220,所述層具有彎曲或弓形的形狀，該層的至少部分傾斜，遠(yuǎn)離PCD結(jié)構(gòu)的工作表 面 240 和切削刃（cutting edge) 280。
[0090] 參照圖7C，P⑶結(jié)構(gòu)200的一個示例性變型包括設(shè)置在交替的結(jié)構(gòu)中的至少三個 層210、220,該層的至少部分傾斜，遠(yuǎn)離P⑶結(jié)構(gòu)的工作表面240,并且通常朝向P⑶結(jié)構(gòu)的 切削刃280延伸。
[0091] 參照圖7D，P⑶結(jié)構(gòu)200的一個示例性變型例包括設(shè)置在交替的結(jié)構(gòu)中的至少三 個層210、220,層中的一些的至少部分基本上與P⑶結(jié)構(gòu)的工作表面240對齊，并且層中的 一些的至少部分通常與P⑶結(jié)構(gòu)的側(cè)表面270對齊。層通?？梢允遣糠汁h(huán)的環(huán)形，并且與 P⑶結(jié)構(gòu)200的大體為圓柱狀的側(cè)表面270基本同心。
[0092] P⑶結(jié)構(gòu)可以具有與工作表面相鄰的表面區(qū)域，該區(qū)域包括具有最大約1050MPa 或最大約1000 MPa楊氏模量的P⑶材料。表面區(qū)域可以包括熱穩(wěn)定rcD材料。
[0093] P⑶結(jié)構(gòu)的一些實施例可以具有至少3個、至少5個、至少7個、至少10個或甚至 至少15個壓縮區(qū)域，而張拉區(qū)域位于它們之間。
[0094] 在一些實施方案中，每一個層的厚度可以是至少約5微米，在其他實施方案中至 少為約30微米，在其他實施方案中至少為約100微米，或在其他實施方案中至少為約200 微米。在一些實施方案中，每一個層的厚度例如可以是至多約300微米，或至多約500微 米。在一些示例性實施例中，每一個層的厚度可以是PCD結(jié)構(gòu)的從工作表面一端上的一點 到在相對的表面上的一點來測量的厚度的至少約〇. 05%、至少約0. 5%、至少約1 %或至少 約2%。在一些實施方案中，每一個層的厚度是PCD結(jié)構(gòu)的厚度的至多約5%。
[0095] 本文使用的術(shù)