[发明专利]超硬构造及其制造方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及制造超硬构造的方法和由此制造的构造。

背景技术

公开号为2010/0300764的美国专利申请公开了制造PCD材料的方法，该方法包括在存在用于金刚石的金属催化剂材料的情况下，在足够高以使催化剂材料熔化的温度下，使金刚石晶粒的聚合体经受大于6.0吉帕斯卡压力的加压处理，并烧结金刚石晶粒以形成PCD材料。

存在对于具有降低的裂纹发生率的超硬构造的需求。

发明内容

从第一方面来看，可提供用于制造超硬构造的方法，超硬构造包括连接至第二结构的第一结构，第一结构包括具有第一热膨胀系数（CTE）和第一杨氏模量的第一材料，并且第二结构包括具有第二CTE和第二杨氏模量的第二材料；第一CTE和第二CTE基本上彼此不同，并且第一杨氏模量和第二杨氏模量基本上彼此不同；第一或第二材料中的至少一种含有超硬材料；该方法包括形成包含第一材料、第二材料和粘合剂材料的组件，该粘合剂材料被配置为能够将第一和第二材料结合在一起，该粘合剂材料包含金属；使组件经受使粘合剂材料处于液态的足够高的温度和使超硬材料处于热力学稳定的第一压力；降低压力至超硬材料处于热力学稳定的第二压力，保持温度足够高从而保持粘合剂材料处于液态；降低温度以固化粘合剂材料；并降低压力和温度至环境条件以提供超硬构造。

通过公开内容可设想方法和超硬构造的各种配置和组合，并且方法的示例可包括一个或多个在下面各种组合中非穷举和非限制的方面。

在约25℃下测量，第一或第二材料中的一个的CTE可为至少约2.5×10^-6每摄氏度（2.5乘以10的-6次方，每摄氏度）或至少约3.0×10^-6每摄氏度（3.0乘以10的-6次方，每摄氏度）并且至多约5.0×10^-6每摄氏度（5.0乘以10的-6次方，每摄氏度）或至多约4.5×10^-6每摄氏度（4.5乘以10的-6次方，每摄氏度），而且第一或第二材料中的另一个的CTE可为至少约3.5×10^-6每摄氏度（3.5乘以10的-6次方，每摄氏度）或至少约4.5×10^-6每摄氏度（4.5乘以10的-6次方，每摄氏度）并且至多约6.5×10^-6每摄氏度（6.5乘以10的-6次方，每摄氏度）或至多约6.0×10^-6每摄氏度（6.0乘以10的-6次方，每摄氏度）。第一和第二材料的CTE可相差至少约10%、至少约20%或至少约30%。

第一或第二材料中的一个的杨氏模量可为至少约500吉帕斯卡和至多约1300吉帕斯卡或至多约1000吉帕斯卡，而且第一和第二材料中的另一个的杨氏模量为至少约800吉帕斯卡和至多约1600吉帕斯卡或至多约1300吉帕斯卡。第一和第二材料的杨氏模量可相差至少约10%、至少约20%或至少约30%。

第二种材料可包括金刚石晶粒、cBN晶粒、PCD材料和或PCBN材料。第一或第二材料中的至少一个可包括金属。粘合剂材料可包括用于促进第一或第二材料中的至少一个形成的催化剂材料。粘合剂材料可以是用于烧结PCD或PCBN的催化剂或基体材料，如Co、Fe、Ni或Mn。第一和或第二材料可包括粘合剂材料，或可提供粘合剂材料来源的第三结构。

方法可包括在催化剂材料存在的情况下，在烧结压力和烧结温度下烧结超硬材料的多个晶粒的聚合体以形成第二结构。第一压力可基本上为烧结压力。

方法可包括在粘合剂材料存在的情况下将超硬材料的晶粒的聚合体邻近第一结构放置以形成预烧结组件；使预烧结组件经受烧结压力和烧结温度，以熔化粘合剂材料并烧结超硬材料的晶粒，并形成包含多晶超硬材料的第二结构，该多晶超硬材料通过在熔化状态的粘合剂材料连接至第一结构。第一压力可基本上为烧结压力。

方法可包括提供第一结构、含有多晶超硬材料的第二结构，邻近第二结构放置第一结构并形成预构造组件，对预构造组件施加压力，将压力从环境压力增加至第一压力。方法可包括使超硬材料的多个晶粒的聚合体经受超硬材料在其下能够被烧结的烧结压力和烧结温度，并降低压力和温度至环境条件以提供第二结构；第一压力基本上大于烧结压力。

第二压力和第一压力之间的差异可为至少约0.5吉帕斯卡。例如，第一压力可至少为6吉帕斯卡，并且第二压力可为至少约5.5吉帕斯卡，或者第一压力可为至少约7.5吉帕斯卡或至少约8吉帕斯卡，并且第二压力可为至多7吉帕斯卡。