[发明专利]多晶金刚石结构

说明书

公开了多晶金刚石结构，所述多晶金刚石结构由金刚石粒的混合物形成，所述金刚石粒包括第一体积的细粒度金刚石粒和第二体积的粗粒度金刚石粒。所述细粒度金刚石粒部分地石墨化，并且所述粗粒度金刚石粒未石墨化。所述金刚石粒的混合物在存在烧结助剂的情况下经受高压/高温烧结工艺条件，从而形成多晶金刚石。所述多晶金刚石结构中的粗粒度金刚石粒之间的接触区域基本上不含石墨。

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2016年6月28日的美国临时申请号62/355,434的优先权和权益，该申请的全文以引用方式并入本文。

背景技术

本领域已知的多晶金刚石(PCD)材料由金刚石粒或晶体和烧结助剂形成，并且通过高压/高温(HP/HT)工艺合成。已知此类PCD材料具有高度的耐磨性，使其成为需要这种高度的耐磨性的工业应用(诸如用于加工和磨损的切割工具，以及地下采矿和钻井中的切割元件)中普遍地使用的材料选择。在此类应用中，常规的PCD材料可以以例如与切割和钻井工具一起使用的切割元件的表面层或材料主体的形式提供，以赋予其所期望的耐磨水平。

传统上，此类应用中使用的PCD切割元件是通过将一层或多层这种基于PCD的材料施加到这种基于PCD的材料的主体、或形成这种基于PCD的材料的主体以与合适的基底材料附接而形成。已知的示例性PCD切割元件可以包括基底、PCD表面层或主体，以及任选地一个或多个过渡或中间层，以改善PCD表面层或主体与下面的基底支撑层之间的结合和/或提供这两者之间的过渡性质。此类切割元件应用中使用的基底包括碳化物，诸如渗碳碳化钨(WC-Co)。

发明内容

在一些实施方案中，如本文公开的多晶金刚石结构由金刚石粒的混合物形成，所述金刚石粒包括：第一体积的细粒度金刚石粒，所述第一体积的细粒度金刚石粒具有约0.01微米至6微米的平均粒度；以及第二体积的粗粒度金刚石粒，所述第二体积的粗粒度金刚石粒具有大于6微米的平均粒度。所述细粒度金刚石粒部分地石墨化，并且所述粗粒度金刚石粒未石墨化。所述金刚石粒的混合物还可以包含烧结助剂，其中所述烧结助剂的全部可以与所述部分地石墨化的细粒度金刚石粒熔合在一起。在一个示例中，基于所述第一体积的金刚石粒和所述第二体积的金刚石粒的总体积，所述混合物包含占少部分体积含量的所述细粒度金刚石粒和占大部分含量的所述粗粒度金刚石粒。

在一些实施方案中，所述多晶金刚石结构通过使所述金刚石粒的混合物在存在所述烧结助剂的情况下经受高压/高温烧结工艺条件而形成。所得到的多晶金刚石结构包括结合在一起的金刚石粒，其中所述结合在一起的金刚石粒包括所述粗粒度金刚石粒和所述细粒度金刚石粒，所述粗粒度金刚石粒大多彼此结合在一起，所述细粒度金刚石粒大多插置在所述结合在一起的粗粒度金刚石粒之间存在的间隙区域内。所述多晶金刚石结构中的粗粒度金刚石晶粒之间的接触区域基本上不含石墨。所述间隙区域可以包括或可以不包括烧结助剂。所述多晶金刚石结构可以包括附接于其的金属基底。

在一些实施方案中，如本文公开的多晶金刚石结构可以通过以下方式形成：将一定体积的细粒度金刚石粒与烧结助剂组合；以及使所述体积的细粒度金刚石粒和所述烧结助剂经受适于使所述细粒度金刚石粒部分地石墨化的条件。将所述部分地石墨化的细粒度金刚石粒与基本上不含石墨或非石墨化的粗粒度金刚石粒组合以形成混合物。使所述混合物经受高压/高温工艺条件来烧结所述金刚石粒以形成所述多晶金刚石结构。

提供本发明内容是为了介绍将在以下具体实施方式中进一步描述的一些概念。本发明内容既不意在识别所要求保护的主题的关键或必要特征，也不意在用来帮助限制所要求保护的主题的范围。

附图说明

参考本说明书、权利要求和附图，可更好地理解如本文公开的PCD结构的这些及其它特征和优点，在附图中：

图1是根据本申请的实施方案制备的金刚石粒组合物的示意图；

图2是根据本申请的实施方案的包括连结到基底的图1的PCD材料的PCD结构的透视侧视图；