[发明专利]用于PDC、PCBN或其他硬材料或超硬材料的声发射韧性测试

说明书

相关申请

本申请是2010年4月28日提交的题为“Acoustic Emission Toughness Testing For PDC,PCBN,Or Other Hard Or Superhard Materials(用于PDC、PCBN或其他硬材料或超硬材料的声发射韧性测试)”的美国专利申请No.12/769,221的部分延续，前述美国申请是2010年4月6日提交的题为“Acoustic Emission Toughness Testing For PDC,PCBN,Or Other Hard Or Superhard Material Inserts(用于PDC、PCBN或其他硬材料或超硬材料插入件的声发射韧性测试)”的美国专利申请No.12/754,784的部分延续，这两篇文献均援引包含于此。

本申请也与题为“Acoustic Emission Toughness Testing For PDC,PCBN,Or Other Hard Or Superhard Material Inserts(用于PDC、PCBN或其他硬材料或超硬材料插入件的声发射韧性测试)”并于2010年4月6日提交的美国专利申请No.12/754,738相关，该申请也援引包含于此。

技术领域

本发明总体而言涉及用于测试硬材料或超硬材料的固有强度或韧性的方法、装置和软件，并且更具体地涉及用于使用声发射来测试例如岩石样本和井下工具的插入件的硬材料或超硬材料的固有强度或韧性的方法、装置和软件。

背景

图1示出超硬材料100，其中根据本发明的示例性实施例，该超硬材料100可插入到诸如钻头或扩孔器之类的井下工具（未示出）内。如图1所示，超硬材料100的一个示例是用于岩石钻头的切削元件100、或者切削器或插入件。然而，超硬材料100可基于其所应用到的场合而形成在其它结构中。在其它实例中，超硬材料100是可从井眼内或从其它来源获得的岩石样本。切削元件100通常包括具有接触面115的基底110、以及切削台120。切削台120是使用极硬的层制造而成的，其中根据一个示例，所述极硬的层通过烧结工艺与接触面115接合。根据一些示例，基底110通常是由碳化钨钴或碳化钨制成的，而切削台120是用诸如多晶金刚石（“PCD”）或多晶立方氮化硼（“PCBN”）之类的多晶极硬材料层形成的。这些切削元件100是根据本领域内技术人员已知的工艺和材料制造而成的。尽管切削台120被示为具有基本上为平坦的外表面，但是切削台120在其他实施例中可具有可替代形状的外表面，比如拱顶形、凹形或其他非平坦形状的外表面。尽管已经提供了切削元件100的一些示例性制程，但是可以根据应用使用本领域普通技术人员公知的其他制程和结构。尽管岩石钻探是超硬材料100可在其中使用或从中获得的一个应用（并且其将在下面予以描述），但是超硬材料100可以用于各种其它场合或从各种其他场合中获得，包括但不限于机械加工、木工和采石。

不同的PCD、PCBN、硬和超硬材料等级可供切削器100用在各种场合下，比如使用不同钻头设计来钻凿不同的岩层、或者对不同的金属或材料进行机械加工。与这些切削器100相关联的常见问题包括：切削台120在使用期间的掉屑、剥离、部分断裂、开裂和/或剥落。这些问题导致切削台120和/或基底110的过早故障。通常，在切削台120在钻凿期间与地层接触的区域处，切削台120上产生的高量级应力能导致这些问题。这些问题由于与维修、生产停工时间和劳动力成本相关联的成本而提高了钻凿的成本。因此，诸如钻头设计者或现场应用工程师之类的终端用户针对任何给定的钻凿或机械加工任务来选择最佳表现等级的切削器100以减少这些常见问题的发生。例如，终端用户通过使用常规方法所确定的平衡切削器100的耐磨性和抗冲击性来选择合适的切削器100。通常，可供终端用户使用以针对特定场合选择合适级别切削器100的信息是从如下各项中导出的：历史数据记录，该历史数据记录示出不同等级的PCD、PCBN、硬或超硬材料在特定领域内的表现；和/或实验室功能测试，该实验室功能测试尝试在测试不同切削器100的同时模拟各种钻凿或机械加工条件。当前存在两种主要类型的用于钻凿业中的实验室功能测试。这些测试是磨损测试和冲击测试。