[发明专利]具有优化的材料组成的多晶金刚石结构

权利要求书

1.包括金刚石主体的金刚石结合结构，所述金刚石主体包括晶间结合的金刚石的基质相，和分布在结合的金刚石之间的多个间隙区，所述金刚石主体在一个位置具有工作面，在另一个位置具有分界面，所述主体的梯度金刚石体积含量约大于1.5%，其特征在于，所述在所述工作面处，金刚石主体具有根据以下标准之一的金刚石体积含量：

金刚石体积分数大于（0.9077）·（平均金刚石晶粒尺寸^Λ0.0221）；或者

金刚石体积分数大于（0.9187）·（平均金刚石晶粒尺寸^Λ0.0183）；或者

金刚石体积分数大于（0.9291）·（平均金刚石晶粒尺寸^Λ0.0148），其中所述平均金刚石晶粒尺寸的单位为微米。

2.根据权利要求1所述的金刚石结合结构，其特征在于，在所述分界面处的金刚石的体积含量小于94%，且由等于或大于所述工作面的金刚石晶粒尺寸形成。

3.根据权利要求1所述的金刚石结合结构，其特征在于，所述金刚石主体包括位于间隙区的催化剂材料，其中所述催化剂材料的体积含量在所述主体内从所述分界面至所述工作面梯度变化。

4.根据权利要求3所述的金刚石结合结构，其特征在于，所述催化剂材料的体积含量从所述工作面至所述分界面增加。

5.根据权利要求3所述的金刚石结合结构，其特征在于，所述金刚石主体包括附加材料，选自位于间隙区的碳化物、氮化物、硼化物、氧化物及它们的组合。

6.根据权利要求5所述的金刚石结合结构，其特征在于，所述附加材料的体积含量从所述工作面至所述分界面变化。

7.根据权利要求3所述的金刚石结合结构，其特征在于，所述催化剂材料在所述工作面的体积含量约小于6%。

8.根据权利要求1所述的金刚石结合结构，还包括在所述分界面结合至所述金刚石主体的基底，其特征在于，所述基底选自陶瓷材料、金属材料、金属陶瓷材料、以及它们的组合。

9.根据权利要求1所述的金刚石结合结构，其特征在于，至少部分的金刚石主体基本不含有催化剂材料，该催化剂材料用于在高压高温条件下形成所述主体。

10.根据权利要求9所述的金刚石结合结构，其特征在于，从所述工作面延伸出一定深度的、所述金刚石主体的部分区域基本不含有催化剂材料。

11.用于钻探地下岩层的钻头，包括多个可操作地连接至钻头主体的切削元件，其特征在于，一个或多个所述切削元件包括如权利要求1所述的金刚石结合结构。

12.包括金刚石主体的金刚石结合结构，所述金刚石主体包括晶粒间结合的金刚石的基质相，和分布在结合的金刚石之间的多个间隙区，所述金刚石主体在一个位置具有工作面，在另一个位置具有分界面，所述主体的梯度金刚石体积含量约大于1.5%，其特征在于，在所述工作面处，金刚石主体具有根据以下标准之一的金刚石体积含量：

烧结平均金刚石晶粒尺寸为2-4微米，金刚石体积分数大于93%；或者

烧结平均晶粒尺寸为4-6微米，且金刚石体积分数大于94%；或者

烧结平均晶粒尺寸为6-8微米，且金刚石体积分数大于95%；或者

烧结平均晶粒尺寸为8-10微米，且金刚石体积分数大于95.5%；或者

烧结平均晶粒尺寸为10-12微米，且金刚石体积分数大于96%。

13.根据权利要求12所述的金刚石结合结构，其特征在于，所述金刚石主体包括位于所述间隙区的催化剂材料，其中所述催化剂材料的体积含量在所述主体内从所述分界面至所述工作面梯度变化。

14.根据权利要求13所述的金刚石结合结构，其特征在于，所述催化剂材料的体积含量从所述工作面至所述分界面增加。

15.根据权利要求12所述的金刚石结合结构，其特征在于，所述金刚石主体包括附加材料，选自位于间隙区的碳化物、氮化物、硼化物、氧化物及它们的组合。

16.根据权利要求15所述的金刚石结合结构，其特征在于，所述附加材料的体积含量从所述工作面至所述分界面变化。