本發(fā)明主要涉及挖掘工具的尖端及其制造方法和包括所述尖端的挖掘工具，其中所述尖端含有多晶金剛石(PCD)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：
美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2010/0065338公開(kāi)了具有以非平面邊界結(jié)合至硬質(zhì)合金基底的超硬材料的高抗沖擊力工具。超硬材料可以是具有10至100微米平均晶粒尺寸的多晶結(jié)構(gòu)并優(yōu)選地含有1至5重量百分比的鈷濃度。美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2009/0273224公開(kāi)了具有以非平面邊界結(jié)合至硬質(zhì)合金基底的超硬材料的高抗沖擊耐磨工具。所述超硬材料具有至少0.100英寸的厚度并形成35至55度的夾角。所述超硬材料具有多個(gè)基本上不同的金剛石層。多個(gè)層的每一層具有不同的催化材料濃度。鄰近超硬材料基底的金剛石層具有比在超硬材料遠(yuǎn)端的金剛石層更高的催化材料濃度。鄰近基底的金剛石層可具有在5％和10％之間的催化材料濃度。在超硬材料遠(yuǎn)端的金剛石層可具有在2％和5％之間的催化材料濃度。在超硬材料遠(yuǎn)端的金剛石層可被濾取并含有0％至1％的催化材料濃度。美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)7,588,102公開(kāi)了包括在以非平面界面結(jié)合至硬質(zhì)合金基底的金屬基質(zhì)中的金剛石晶粒燒結(jié)主體的工具。沖擊表面具有至少一個(gè)足夠遠(yuǎn)離非平面界面的區(qū)域，在高壓高溫處理時(shí)，有限量的金屬?gòu)乃龌椎竭_(dá)所述區(qū)域，該量包括所述區(qū)域體積的5至0.1的體積百分比，導(dǎo)致所述區(qū)域具有高密度的金剛石晶粒。該專利進(jìn)一步公開(kāi)了高抗沖擊工具的制造方法，所述方法包括提供金剛石或金剛石類晶粒主體和具有非平面界面的硬質(zhì)合金基底的步驟，所述主體包括具有遠(yuǎn)離所述界面至少0.100至0.500英寸區(qū)域的沖擊表面并在對(duì)鈷而言足夠長(zhǎng)從而到達(dá)所述區(qū)域的高壓、高溫處理下將所述主體燒結(jié)至基底上，使得所述鈷濃度變?yōu)樗鰠^(qū)域體積的5％至0.1％。需要一種包括具有高斷裂抗性的PCD尖端的挖掘工具。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
從第一個(gè)方面看，本發(fā)明提供了一種用于挖掘工具的尖端，其包括連接至基底主體的多晶金剛石(PCD)結(jié)構(gòu)，所述PCD結(jié)構(gòu)具有沖擊表面，該沖擊表面包括與基底主體的邊界相對(duì)的頂端；其中至少所述PCD結(jié)構(gòu)的外部體積包括位于金剛石晶粒之間的填充材料，在外部體積中所述填充材料的含量大于PCD材料重量的5％；外部體積靠近(即相鄰、接近或以最多50微米分隔)至少包括頂端的沖擊表面的區(qū)域，并且位于頂端和基底主體邊界之間的PCD結(jié)構(gòu)的厚度至少約2.5mm或至少約3mm。對(duì)于所公開(kāi)的尖端能想到多種配置和組合，以下是其非窮舉、非限定性示例，其特征可與其它示例的特征相結(jié)合地存在。在一些示例的配置中，填充劑材料可包括或基本上由用于金剛石的催化劑材料構(gòu)成，或者其可基本上不存在用于金剛石的催化劑材料。例如，填充劑材料可包括鈷、鐵和或鎳。在一些示例中，PCD結(jié)構(gòu)可基本上由含有填充劑材料的PCD材料構(gòu)成，所述填充劑材料的含量大于PCD材料重量的5％。所述沖擊表面的區(qū)域可基本上在整個(gè)PCD結(jié)構(gòu)的沖擊表面上延伸，或者至少在沖擊表面的一般為圓錐形的部分上延伸。外部體積可以從沖擊表面的區(qū)域延伸至距沖擊表面的區(qū)域至少100微米的深度，或者其可以從距沖擊表面的區(qū)域最多50微米的深度延伸至距沖擊表面的區(qū)域至少100微米的深度。在一些配置中，PCD結(jié)構(gòu)可以在從沖擊表面的區(qū)域延伸至距沖擊表面的區(qū)域最多50微米深度的區(qū)帶內(nèi)基本上不存在填充劑材料。外部體積部分可包括靠近沖擊表面區(qū)域的區(qū)域，其具有小于5重量百分比的催化劑含量，或者至距沖擊表面區(qū)域不大于約50微米的沖擊表面區(qū)域的深度上基本上沒(méi)有催化劑材料，或者外部體積可包括直接與沖擊表面相鄰的大于5重量百分比的催化劑材料。PCD結(jié)構(gòu)的沖擊表面可限定大體上修圓的圓錐形狀，頂端為圓錐體的修圓點(diǎn)。PCD結(jié)構(gòu)和基底主體之間的邊界可基本上為平面或非平面，并且可包括基底主體中的凹陷和/或從基底主體突出的凸起。基底主體中的凹陷可以配置為大體上與PCD結(jié)構(gòu)的頂端相對(duì)。在一些配置中，基底被配置為使得邊界表面包括與頂端相對(duì)的從基底主體突出的凸面區(qū)域。凸面區(qū)域可以是由基底主體限定的大體上連續(xù)的凸圓邊界表面的區(qū)域(除了包括在邊界表面上的比較小的凹陷和/或凸起之外)，或凸面區(qū)域可以被具有平面或其它非凸面形狀的區(qū)域圍繞。PCD結(jié)構(gòu)可基本上由單一等級(jí)的PCD構(gòu)成或其可以包括多個(gè)以多種方式配置的PCD等級(jí)，比如以層狀或疊層配置。貫通PCD結(jié)構(gòu)的催化劑材料的含量可以基本上均勻、基本上非均勻或在從至少約5重量百分比至約20重量百分比的PCD材料的范圍內(nèi)變化。PCD結(jié)構(gòu)包括多個(gè)層，其被配置為使得相鄰的層含有不同的PCD等級(jí),相鄰的層通過(guò)金剛石晶粒的共生而相互直接結(jié)合。沖擊表面可限定大體圓錐形狀，其包括修圓的頂端，該頂端具有至少約1mm和最多約4mm的縱向曲率半徑(即在通過(guò)頂端并與基底的邊界相交的平面中)，所述沖擊表面相對(duì)于所述基底主體的邊界配置，沖擊表面配置為與基底主體邊界相對(duì)。位于頂端和基底主體邊界之間的PCD結(jié)構(gòu)的厚度可以最多約10mm。沖擊表面的至少部分或沖擊表面的至少部分的切線可以與尖端的外周側(cè)成角度設(shè)置，所述角度至少約為35度并且最多約為55度，尖端的外周側(cè)包括基底的外周側(cè)。在一個(gè)具體示例中，該角度可基本上為43度。在一些配置中，PCD結(jié)構(gòu)的體積可以為基底主體體積的至少70％和最多150％；且在另一個(gè)配置中，PCD結(jié)構(gòu)可具有小于基底體積的70％并大于基底體積的50％的體積。在一些示例的配置中，尖端可包括位于PCD結(jié)構(gòu)和基底之間的中間體積，所述中間體積大于PCD結(jié)構(gòu)的體積并包括中間材料，該中間材料具有的平均楊氏模量是PCD材料平均楊氏模量的至少60％和最多90％。從第二個(gè)方面看，本發(fā)明提供了一種制造本公開(kāi)所涉及的尖端的方法，所述方法包括提供包括多個(gè)金剛石晶粒和用于金剛石的催化劑源的聚合體，使聚合體形成為適合于燒結(jié)本發(fā)明涉及的PCD結(jié)構(gòu)的構(gòu)造；抵靠基底主體或中間基底主體的內(nèi)部邊界放置聚合體，以形成預(yù)燒結(jié)組件，催化劑材料源被設(shè)置在至少靠近外部邊界、遠(yuǎn)離內(nèi)部邊界的聚合體的區(qū)域中，并使預(yù)燒結(jié)組件經(jīng)受其中金剛石晶粒能被燒結(jié)在一起的壓力和溫度，以形成具有遠(yuǎn)離內(nèi)部邊界的沖擊表面的PCD結(jié)構(gòu)，在距沖擊表面約100微米的深度內(nèi)或靠近沖擊表面的PCD結(jié)構(gòu)的部分包括大于5重量百分比的催化劑材料；其中位于頂端和內(nèi)部邊界之間的聚合體厚度至少約2.5mm或至少約3mm。考慮到由于聚合體開(kāi)始燒結(jié)以形成PCD結(jié)構(gòu)引起聚合體尺寸的潛在變化，位于頂端和邊界之間的聚合體厚度將足夠大使得位于頂端和基底邊界之間的燒結(jié)PCD結(jié)構(gòu)的厚度至少約為2.5mm。對(duì)于本發(fā)明所公開(kāi)的方法，可以想到各種配置和組合。例如，聚合體可被配置為具有遠(yuǎn)離基底主體或中間基底主體內(nèi)部邊界的大體為圓錐形的外部邊界。外部邊界可包括修圓的頂端。在一個(gè)配置中，內(nèi)部邊界可包括與頂端相對(duì)的凹陷。從第三個(gè)方面看，可以提供包括根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的尖端的挖掘組件。尖端可以連接至安裝在鋼制基座內(nèi)的支撐主體，支撐主體包括插入軸；鋼制基座具有孔，其被配置為容納插入軸，并包括連接部件，用于將鋼制基座聯(lián)接至工具承載體，比如挖掘輥筒；所述支撐主體的體積至少為6cm3，至少為10cm3或至少為15cm3。插入軸可以在孔內(nèi)過(guò)盈配合。在一些示例中，基底主體可包括硬質(zhì)合金，其具有至少約7G·cm3/g和最多約11G·cm3/g的磁飽和度和至少約9kA/m和最多約14kA/m的矯頑力?；字黧w可包括或由硬質(zhì)合金材料構(gòu)成，所述硬質(zhì)合金材料包括至少約5重量百分比的鈷和最多約8重量百分比的鈷，至少約90Ra的羅氏硬度，至少約2,500MPa的橫向斷裂強(qiáng)度和/或至少約120Oe和最多約170Oe的磁矯頑力。具有較低粘合劑含量的硬質(zhì)合金有可能提供增大的硬度和對(duì)使用尖端的支撐，其可以幫助降低斷裂風(fēng)險(xiǎn)。從第四個(gè)方面看，可以提供包括本公開(kāi)內(nèi)容涉及的挖掘工具的挖掘設(shè)備，其被連接至運(yùn)輸工具，該運(yùn)輸工具用于相對(duì)于將被剝蝕的主體驅(qū)動(dòng)挖掘工具。本公開(kāi)內(nèi)容涉及的挖掘器尖端在使用中可具有增強(qiáng)的抗斷裂性而基本不降低耐磨性。盡管希望不被具體理論限定，但這可能是因?yàn)榭拷鼪_擊表面的金剛石晶粒之間的間隙內(nèi)存在充足的材料，其可以提高尖端的斷裂韌性，其中一個(gè)原因可能是使用時(shí)在沖擊表面上產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險(xiǎn)降低。這可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)于尖端設(shè)計(jì)選擇(比如邊界的構(gòu)造)的范圍增大。因此，根據(jù)公開(kāi)內(nèi)容的挖掘器可以具有延長(zhǎng)的工作壽命。所公開(kāi)的方法具有這一特點(diǎn)，即可以制成相對(duì)厚的PCD結(jié)構(gòu)，其中在PCD結(jié)構(gòu)和基底之間靠近遠(yuǎn)離邊界的表面的催化劑含量可以較高。盡管希望不被具體理論限定，這可能是因?yàn)樗龇椒ú灰揽縼?lái)自催化劑源的催化劑材料的滲透，其可能導(dǎo)致遠(yuǎn)離所述源的催化劑材料含量基本上少于靠近所述源的催化劑材料含量?？拷ぷ鞅砻娴妮^高鈷含量可以改善使用時(shí)挖掘器尖端的抗斷裂性，并且該抗斷裂性可與尖端配置的其它公開(kāi)的特點(diǎn)相結(jié)合而被進(jìn)一步提高，這可能會(huì)影響PCD結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)和/或PCD結(jié)構(gòu)內(nèi)裂紋擴(kuò)展動(dòng)態(tài)。盡管可能會(huì)影響其它性能和特點(diǎn)，比如耐磨性，但是這看起來(lái)不會(huì)對(duì)所公開(kāi)的尖端在使用時(shí)的性能產(chǎn)生有害影響。所述方法也可以具有這一特點(diǎn)，即鈷從基底滲透到金剛石聚合體中的特定的有害效果可能下降，且特別地，在基底和PCD結(jié)構(gòu)之間的界面上的鈷池可能存在明顯減少。期望這反過(guò)來(lái)降低了對(duì)更復(fù)雜的非平面界面的需要，所述界面一方面減緩了沿著界面的剪切斷裂，而且也可能導(dǎo)致復(fù)雜的剩余應(yīng)力。附圖說(shuō)明下面參考附圖，對(duì)例示本公開(kāi)內(nèi)容的非限定性示例的配置進(jìn)行描述，其中：圖1示出了用于挖掘工具的尖端的示例的示意性側(cè)視圖；圖2、圖3和圖4示出了用于挖掘工具的尖端的示例的截面圖；并且圖5和圖6示出了挖掘工具的示例的示意性縱向截面圖。具體實(shí)施方式參考圖1、圖2、圖3和圖4，尖端100的示例包括連接至各自基底主體130的各自的PCD結(jié)構(gòu)120，每個(gè)PCD結(jié)構(gòu)120具有大體為錐形的沖擊表面124，其包括與基底130的邊界132相對(duì)的圓形頂端122。包括鄰近的沖擊表面124的PCD結(jié)構(gòu)120的基本上整個(gè)體積包括至少約6或7重量百分比的含鈷的催化劑材料?；装Y(jié)碳化鎢而PCD結(jié)構(gòu)包括至少約85體積百分比的合成金剛石。圓形頂端具有至少約1.5mm和最多約4mm的縱向曲率半徑(在圖2中由L表示縱向軸)。在一個(gè)具體的配置中，曲率半徑可約為2.25mm。在圖2例示的尖端100的示例中，在PCD結(jié)構(gòu)120和基底130之間的邊界132包括與PCD結(jié)構(gòu)的頂端122相對(duì)的基底130中的凹陷。凹陷另外形成為基底130的大體圓頂形的端部，形成中空點(diǎn)，其中凹陷至少部分被棱圍繞。凹陷可具有至少約0.5mm和最多約10mm的縱向曲率半徑(即在平行于L的平面中)和至少約0.1mm和最多約1mm的距周圍的棱的深度。PCD結(jié)構(gòu)可以具有至少約3mm和最多約8mm或最多約10mm的從頂端122至凹陷底部的高度。在圖3例示的尖端100的示例中，在PCD結(jié)構(gòu)120和基底130之間設(shè)置中間基底134，在PCD結(jié)構(gòu)和中間基底134之間的邊界132大體圓錐形并且大體上與沖擊表面124共形。中間基底134在邊界136連接至基底，遠(yuǎn)離PCD結(jié)構(gòu)122，并且包括金屬碳化物晶粒和金剛石晶粒。中間結(jié)構(gòu)134具有PCD結(jié)構(gòu)120和基底130硬度的中間值的硬度，并可包括具有至少約650GPa和最多約900GPa楊氏模量的材料，并且PCD結(jié)構(gòu)的楊氏模量至少約為1,000GPa。在圖4例示的尖端100的示例中，每個(gè)PCD結(jié)構(gòu)120包括多個(gè)分層或?qū)?26，連續(xù)的分層126包括交替排列的不同等級(jí)的PCD材料。分層126可以構(gòu)造為將使用時(shí)靠近沖擊表面124產(chǎn)生的裂紋引導(dǎo)至遠(yuǎn)離PCD結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域或遠(yuǎn)離基底的邊界132。分層126可以配置為大體上與沖擊表面124的至少一部分共形，并且可以具有大約30至300微米范圍的厚度。參考圖5和圖6，挖掘工具示例的配置200每個(gè)包括在連接界面212上連接至支撐主體210的尖端100，并且支撐主體210包括插入軸，該插入軸被冷縮配合在形成于基底220中的孔內(nèi)。基底220具有柄部222，用于通過(guò)聯(lián)接機(jī)構(gòu)(未示出)將挖掘器200安裝到滾筒上(未示出)。在圖5所示的配置示例中，柄部222基本上不與支撐主體210的插入軸對(duì)齊，而在圖6所示的配置示例中，柄部222大體上與支撐主體210的插入軸對(duì)齊。支撐主體210的體積可以至少約為10cm3并且支撐主體210的插入軸的長(zhǎng)度可以至少等于其直徑、和/或至少約為4cm。如本文所用，冷縮配合是元件之間的一種過(guò)盈配合，其通過(guò)在至少一個(gè)元件中的相對(duì)尺寸變化而取得(形狀也可能有一些變化)。這通常是通過(guò)在安裝之前加熱或冷卻一個(gè)元件并在安裝之后容許其回到環(huán)境溫度而取得的。冷縮配合被理解為與壓配合相反，在壓裝中元件被推入另一個(gè)元件內(nèi)的孔或凹陷中，其可能涉及在元件之間產(chǎn)生很大的摩擦應(yīng)力。在一些變型中，支撐主體210包括硬質(zhì)合金材料，其包括具有最多約8微米的平均尺寸和金屬粘合劑材料的最多約10重量百分比的金屬碳化物晶粒，比如鈷(Co)。將支撐主體210冷縮配合進(jìn)入基底220中可容許使用較硬等級(jí)的硬質(zhì)合金，其可能增大對(duì)于尖端100的支撐并降低斷裂的風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)在將對(duì)包括連接至基底形成的PCD結(jié)構(gòu)的尖端的示例制造方法進(jìn)行描述。一般而言，尖端可以通過(guò)將包括多個(gè)金剛石晶粒的聚合體放置在硬質(zhì)合金基底主體上并使所得到的組件存在于用于金剛石的催化劑材料中經(jīng)過(guò)超高壓和高溫，在該超高壓和高溫下，為了將金剛石晶粒燒結(jié)在一起并對(duì)于連接至基底主體的PCD結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，金剛石比石墨更加熱力學(xué)穩(wěn)定。硬質(zhì)合金基底主體中的粘合劑材料可以提供催化劑材料源，比如鈷、鐵或鎳或混合物或包括其中任一種的合金。催化劑材料源可例如以被混合的粉末或金剛石晶粒上的沉淀物的形式設(shè)置在金剛石晶粒的聚合體內(nèi)。催化劑材料源可靠近聚合體的邊界而不是在聚合體和基底主體之間的邊界設(shè)置，例如，靠近將對(duì)應(yīng)于燒結(jié)PCD結(jié)構(gòu)的沖擊表面的聚合體的邊界。在一些示例方法中，聚合體可包括基本上松散的金剛石晶粒，或通過(guò)粘合劑材料固定在一起的金剛石晶粒。聚合體可以采取晶粒、圓盤(pán)、薄片或薄板的形式，并且可以含有用于金剛石的催化劑材料和/或例如用于降低異常金剛石晶粒的生長(zhǎng)的添加劑，或聚合體可基本上不存在催化劑材料或添加劑。在一些方法示例中，可提供包括由粘合劑材料固定在一起的多個(gè)金剛石晶粒的采用薄片形式的聚合體。薄片可由現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法制成，比如通過(guò)擠壓或流延成型方法，其中包括具有適合于制造期望的各自PCD等級(jí)的各自尺寸分布的金剛石晶粒的懸浮液，并且粘合劑材料被擴(kuò)散在表面上并容許干燥。也可使用制造含金剛石的薄片的其它方法，比如在美國(guó)專利號(hào)5,766,394和6,446,740中所描述的方法。用于沉積含有金剛石層的可選方法包括噴涂法，比如熱噴涂。粘合劑材料可包括水基有機(jī)粘合劑，比如甲基纖維素或聚乙二醇(PEG)，并且可提供包括具有不同尺寸分布、金剛石含量或添加劑的金剛石晶粒的不同薄片。例如，可提供含有從約10微米至約80微米的范圍的平均尺寸金剛石的薄片，圓片可由薄片切割，或薄片可被破碎。薄片也可含有用于金剛石的催化劑材料(比如鈷)、和/或用于催化劑材料的前體材料、和/或用于抑制金剛石晶粒異常生長(zhǎng)或提高PCD材料性能的添加劑。例如，薄片可含有約0.5重量百分比至約5重量百分比的碳化釩、碳化鉻或碳化鎢。在示例方法的一些類型中，金剛石晶粒的聚合體可包括用于催化劑材料的前體材料。例如，聚合體可包括金屬碳酸鹽前體材料，特別是金屬碳酸鹽晶體，且該方法可包括將粘合劑前體材料轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的金屬氧化物，典型地通過(guò)熱解或分解，將金屬氧化物基的粘合劑前體材料與大量金剛石晶?；旌?，并且研磨混合物以產(chǎn)生分散在金剛石晶粒表面上的金屬氧化物前體材料。金屬碳酸鹽晶體可選自碳酸鈷、碳酸鎳、碳酸銅等等，特別是碳酸鈷?？梢匝心ゴ呋瘎┣绑w材料直到金屬氧化物的平均晶粒尺寸在從約5nm至約200nm的范圍內(nèi)。例如在碳存在的真空中和/或通過(guò)氫還原，金屬氧化物可以還原至金屬分散體系。金屬碳酸鹽，比如碳酸鈷晶體的控制熱解提供了生產(chǎn)相應(yīng)金屬氧化物例如氧化鈷(Co3O4)的方法，其可以被還原至鈷金屬分散體系。氧化物的還原可以在碳存在的真空中和/或通過(guò)氫還原實(shí)施?？梢蕴峁┌ㄓ操|(zhì)合金的基底主體，其中燒結(jié)體或粘合劑材料包括用于金剛石的催化劑材料，比如鈷。基底主體可具有非平面或基本上為平面的近端，在其上形成PCD結(jié)構(gòu)。例如，可以配置近端以降低或至少改變PCD中的殘余應(yīng)力?？梢栽O(shè)置具有大體為圓錐形內(nèi)表面的杯狀物，以用于在基底主體上組裝金剛石聚合體，其可以采用含有金剛石薄片的組件的形式?？梢詫⒕酆象w放置在杯狀物中，并配置為基本上與內(nèi)表面共形地匹配。然后基底主體可以插入到杯狀物內(nèi)，使近端先進(jìn)入，然后推動(dòng)金剛石晶粒的聚合體。通過(guò)放置在其上的第二杯狀物，基底主體可以靠著聚合體固定，并且是第一和第二杯狀物相互配合或連接以形成預(yù)燒結(jié)組件?？蓪㈩A(yù)燒結(jié)組件放置在用于超高壓壓制的小容器中，并使其經(jīng)受至少約5.5GPa的超高壓和攝氏1300度的溫度，從而燒結(jié)金剛石晶粒并形成含有燒結(jié)至基底主體上的PCD結(jié)構(gòu)的構(gòu)造。在所述方法的一個(gè)類型中，當(dāng)在超高壓和高溫下處理預(yù)燒結(jié)組件時(shí)，支撐主體內(nèi)的粘合劑材料熔化并滲透到金剛石晶粒的聚合體。來(lái)源于支撐主體和/或來(lái)源于聚合體內(nèi)提供的源的融化的催化劑材料的存在有可能通過(guò)相互共生促進(jìn)金剛石晶粒的燒結(jié)以形成PCD結(jié)構(gòu)。在操作時(shí)，安裝在驅(qū)動(dòng)設(shè)備上的挖掘工具可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)設(shè)備而朝著待剝蝕的結(jié)構(gòu)向前驅(qū)動(dòng)，并且在前端具有尖端。例如，多個(gè)挖掘工具可以安裝在滾筒上用于剝蝕瀝青，如可以用于破碎路面用于路面重鋪。滾筒連接至運(yùn)輸工具并引起滾動(dòng)。當(dāng)滾筒被移到靠近道路表面時(shí)，挖掘工具隨著滾筒滾動(dòng)而重復(fù)地撞擊到道路中，因此前端破碎瀝青。類似的方法可以用于在煤礦中破碎煤的形成物。下文詳細(xì)描述配置的非限定性示例。實(shí)施例1通過(guò)形成包括約8重量百分比的Co和92重量百分比的WC晶粒的緊密混合物的生坯，機(jī)加工生坯至需要的形狀，并燒結(jié)生坯以形成包括硬質(zhì)合金材料的基底，可以提供包括PCD結(jié)構(gòu)的尖端的基底?；卓删哂斜慌渲脼橹锌?qǐng)A頂形的近端，其中一般為圓頂形的端部包括在頭部中心基本上修圓的凹陷。凹陷可具有距周圍頂部，圓形棱約0.3mm的深度，且其可具有通過(guò)凹陷中心的縱向平面約1mm的曲率半徑。近端可包括從棱延伸至基底圓柱形側(cè)表面的圓周截錐的外部體積，并且多個(gè)小凸起可以在截錐表面形成。棱的頂部是修圓的。可以提供采取薄片形式的金剛石晶粒的聚合體，該薄片含有通過(guò)粘合劑材料固定在一起的金剛石晶粒。薄片將包括具有約20微米的平均尺寸的金剛石晶粒并通過(guò)流延成型法制成。該方法涉及提供金剛石晶粒、鈷粉和懸浮在液體懸浮劑中的碳化釩粉末的懸浮液，鑄造懸浮液成為薄片形并容許其干燥以形成自身可支撐的含金剛石薄片。在干燥后，薄片將含有約3重量百分比的碳化釩和約1重量百分比的鈷。薄片可以破碎成碎片并且碎片被放置在杯狀物中，其內(nèi)部將限定PCD結(jié)構(gòu)的沖擊表面的需要形狀(考慮到在燒結(jié)時(shí)可能產(chǎn)生的預(yù)計(jì)變形)，并且基底的近端可以插入杯狀物中并朝著含金剛石的碎片推進(jìn)，以形成預(yù)燒結(jié)組件。預(yù)燒結(jié)組件可以在加熱下脫氣以燒掉含在碎片中的粘合劑材料，放置在用于超高壓壓制的小容器中，并將其置于至少約6GPa的超高壓和至少約攝氏1,300度的高溫中，以燒結(jié)金剛石晶粒，從而形成包括連接至基底的PCD緊密結(jié)構(gòu)的坯塊。可將坯塊從小容器移除并進(jìn)一步加工成最后尺寸，以提供挖掘工具的尖端?？晒烙?jì)的是，緊密結(jié)構(gòu)會(huì)具有約1,036GPa的楊氏模量、約0.105的泊松比和約3.69X10-6/C的熱膨脹系數(shù)；而且基底會(huì)具有約600GPa的楊氏模量、約0.21的泊松比和約5.7X10-6/C的熱膨脹系數(shù)。使用有限元數(shù)學(xué)分析法，計(jì)算得出緊密結(jié)構(gòu)會(huì)包括如圖3B所示的具有剩余軸向抗壓應(yīng)力的區(qū)域。實(shí)施例2每個(gè)含有具有不同平均尺寸并通過(guò)有機(jī)粘合劑固定在一起的金剛石晶粒的第一和第二薄片，通過(guò)流延成型法制成。該方法涉及提供懸浮在液體粘合劑中的金剛石晶粒的各自的懸浮液，鑄造懸浮液成為薄片形并容許其干燥以形成自身可支撐的含金剛石薄片。在第一層中的金剛石晶粒的平均尺寸是從約5微米至約14微米的范圍，在第二層中的金剛石晶粒的平均尺寸是從約18微米至約25微米的范圍。兩層也含有約3重量百分比的碳化釩和約1重量百分比的鈷。在干燥后，薄片約0.12mm厚。具有約13mm直徑的十五個(gè)圓形盤(pán)片從每個(gè)薄片上切割，以提供第一和第二組圓盤(pán)形薄片?？梢蕴峁┯蔁Y(jié)鈷碳化鎢形成的基底主體。基底主體可以大體為圓柱形形狀，具有約13mm的直徑和以中心凸起部件形成的非平面端部?？梢蕴峁┫薅ù篌w為圓錐形的模具，用于組裝預(yù)燒結(jié)組件。含有金剛石的薄片可被放置在模具中，交替堆疊在相互頂部上，使來(lái)自第一和第二組盤(pán)形薄片交錯(cuò)。具有從約18微米至約25微米范圍平均尺寸的松散的金剛石晶粒層可被放置在薄片最上面的頂部，而將基底主體插入到杯狀物中，使非平面端部朝著層推進(jìn)。由此形成的預(yù)燒結(jié)組件可被組裝在用于超高壓壓制的小容器中，并將其置于約6.8GPa的壓力和至少約攝氏1,450度的溫度中，以大約10分鐘燒結(jié)金剛石晶粒，從而形成包括連接至基底主體的PCD結(jié)構(gòu)的PCD構(gòu)造。PCD構(gòu)造可以通過(guò)研磨和拋光加工以完成用于道路修復(fù)挖掘器的尖端。下面將簡(jiǎn)要解釋這里所使用的特定術(shù)語(yǔ)和概念。合成和天然金剛石、多晶體金剛石(PCD)、立方硼氮化物(cBN)和多晶體cBN(PCBN)材料為超硬材料的示例。如本文所用的，合成金剛石，其也被稱作人造金剛石，是已經(jīng)被制成的金剛石材料。如本文所用的，多晶體金剛石(PCD)材料包括大量(多個(gè)的聚合體)金剛石晶粒，其主要部分直接相互結(jié)合并且其中金剛石的含量至少約80體積百分比的材料。金剛石晶粒之間的間隙可以至少部分填充有粘合劑材料，其含有合成金剛石的催化劑材料，或其可以基本上是空的。如這里所用的，用于合成金剛石的催化劑材料能夠促進(jìn)合成金剛石晶粒的生長(zhǎng)和/或合成或天然金剛石晶粒在其中合成或天然金剛石晶粒為熱力學(xué)穩(wěn)定的溫度和壓力下的直接交互生長(zhǎng)。用于金剛石的催化劑材料的示例為Fe、Ni、Co、Mn和包含這些的特定合金。含有PCD材料的主體可包括至少如下區(qū)域，催化劑材料被從該區(qū)域的空隙中移除而留下金剛石晶粒之間間隙中空穴的區(qū)域。如這里所用的，PCBN材料包括分散在含有金屬或陶瓷材料的基質(zhì)內(nèi)的立方硼氮化物(cBN)晶粒。如本文所用的，PCD等級(jí)是根據(jù)金剛石晶粒的體積含量和尺寸、金剛石晶粒之間的間隙區(qū)域的體積含量和可能存在于間隙區(qū)域內(nèi)的材料成分為特點(diǎn)的PCD材料的變型。PCD材料的等級(jí)可以通過(guò)該工藝制成，其包括提供具有適合于分級(jí)的尺寸分布的金剛石晶粒的聚合體，可選地將催化劑材料或添加劑材料引入到聚合體中，并使聚合體在用于金剛石的催化劑材料源存在下置于金剛石在其中比石墨更加熱力學(xué)穩(wěn)定且在其中催化劑材料熔化的壓力和溫度下。在這些條件下，熔化的催化劑材料可從源滲透到聚合體中，并可能促進(jìn)在燒結(jié)過(guò)程中金剛石晶粒之間的直接共生，以形成PCD結(jié)構(gòu)。聚合體可包括松散的金剛石晶?；蛲ㄟ^(guò)粘合劑材料固定在一起的金剛石晶粒。不同的PCD等級(jí)可具有不同的微觀結(jié)構(gòu)和不同的機(jī)械性能，比如彈性(或楊氏)模量E、彈性模量、橫向斷裂強(qiáng)度(TRS)、粗糙度(比如所謂的K1C粗糙度)、硬度、密度和熱膨脹系數(shù)(CTE)。不同的PCD等級(jí)也可以在使用時(shí)具有不同的性能。例如，不同PCD等級(jí)的磨損率和抗斷裂性可能不同。下表示出了被稱為PCD等級(jí)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的三個(gè)PCD等級(jí)示例的近似的綜合特性和性能。所有的PCD等級(jí)都包括填充含有作為用于金剛石的催化劑材料的示例的鈷金屬的材料的空隙區(qū)域。超硬材料的其它示例包括含有通過(guò)基質(zhì)固定在一起的金剛石或cBN晶粒的特定復(fù)合物材料，其包括陶瓷材料，比如碳化硅(SiC)或硬質(zhì)合金材料，比如Co粘合的WC材料(例如，如美國(guó)專利號(hào)5,453,105或6,919,040所述)。例如，特定SiC粘合的金剛石材料可包括分散在SiC基質(zhì)中的至少約30體積百分比的金剛石晶粒(其可包括以不是SiC形式的最小量的Si)。SiC粘合的金剛石材料在美國(guó)專利號(hào)7,008,672、6,709,747、6,179,886、6,447,852l和國(guó)際申請(qǐng)公布號(hào)WO2009/013713中描述。如本文所用，挖掘工具的沖擊表面為當(dāng)挖掘工具在使用時(shí)沖擊主體或形成物的表面，其與將被剝蝕的主體或形成物沖擊性接觸。