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　　申请号：201380068634.4
　　申请人：第六元素研磨剂股份有限公司 第六元素有限公司
　　发明人：奈德瑞·堪 克莱门特·大卫·范德里特

　　摘要：本发明公开了一种多晶超硬构造，其包含多晶金刚石(PCD)材料主体和在形成多晶金刚石材料的相互粘结的金刚石颗粒之间的多个间隙区域；该PCD材料主体包含：沿主体的外侧部分放置的工作表面；基本上不含溶剂/催化材料的第一区域；远离工作表面并在多个所述间隙区域中包含溶剂/催化材料的第二区域；以及沿界面附着至第二区域的基底。第一区域从工作表面延伸一深度，且第二区域在与基底的界面和与第一区域的界面之间的厚度在沿与基底的界面的一个或多个点上为约20μm到约200μm之间。 　　主权利要求：1.一种多晶超硬构造，其包含多晶金刚石(PCD)材料主体和在形成所述多晶金刚石材料的相互粘结的金刚石颗粒之间的多个间隙区域；所述PCD材料主体包含：工作表面，其沿所述主体的外侧部分定位；第一区域，其基本上不含溶剂/催化材料；远离所述工作表面的第二区域，其在所述多个间隙区域中包含溶剂/催化材料；以及基底，其沿界面附着至所述第二区域；其中，所述第一区域从所述工作表面延伸一深度；且所述第二区域在与所述基底的界面和与所述第一区域的界面之间的厚度在沿与所述基底的界面的一个或多个点上为约20μm到约200μm之间。
　　2.如权利要求1所述的多晶超硬构造，其中，所述第二区域的厚 度在约50μm到约200μm之间；或在约100μm到约200μm之间；或在约 150μm到约200μm之间。
　　3.如上述权利要求中任一项所述的多晶超硬构造，其中，在所述 第一区域和所述第二区域之间的界面和/或在所述第二区域和所述基 底之间的界面大体上是平面的；或在所述第二区域和所述基底之间的 界面大体上是非平面的且包含突出进入一个或另一个所述PCD材料主 体或基底一个或多个部分，或从一个或另一个所述PCD材料主体或基 底延伸的一个或多个部分。
　　4.如上述权利要求中任一项所述的多晶超硬构造，其中，所述第 一区域和与所述基底的所述界面间隔或与沿与所述基底的所述界面的 所有点延伸的一个或多个部分间隔。
　　5.如上述权利要求中任一项所述的多晶超硬构造，其中，穿过至 少部分所述工作表面的所述第一区域的深度是大体恒定的；或穿过至 少部分所述工作表面的所述第一区域的深度是变化的。
　　6.如上述权利要求中任一项所述的多晶超硬构造，其中，所述第 一区域大体上穿过整个所述工作表面延伸；或所述第一区域仅穿过部 分所述工作表面延伸。
　　7.如上述权利要求中任一项所述的多晶超硬构造，其中，所述第 一和/或第二区域包含两种或多种金刚石颗粒尺寸的金刚石颗粒。
　　8.如权利要求7所述的多晶超硬构造，其中，所述金刚石颗粒具 有相关的平均自由程；至少部分填充所述第二区域中的多数间隙区域 的所述溶剂/催化剂具有相关的平均自由程； 其中，与所述溶剂/催化剂相关的所述平均自由程的中值除以对于 所述溶剂/催化剂的(Q3－Q1)大于或等于0.5，其中Q1是第一四分位 且Q3是第三四分位；以及 与所述金刚石颗粒相关的所述平均自由程的中值除以对于所述金 刚石颗粒的(Q3－Q1)小于0.6。
　　9.如权利要求8所述的多晶超硬构造，其中，与所述溶剂/催化剂 相关的所述平均自由程的中值除以对于所述溶剂/催化剂的(Q3－Q1) 大于或等于0.6。
　　10.如权利要求8所述的多晶超硬构造，其中，与所述溶剂/催化剂 相关的所述平均自由程的中值除以对于所述溶剂/催化剂的(Q3－Q1) 大于或等于0.8。
　　11.如权利要求8所述的多晶超硬构造，其中，与所述溶剂/催化剂 相关的所述平均自由程的中值除以对于所述溶剂/催化剂的(Q3－Q1) 大于或等于0.83。
　　12.如权利要求8-11中任一项所述的多晶超硬构造，其中，与所述 金刚石颗粒相关的所述平均自由程的中值除以对于所述金刚石颗粒的 (Q3－Q1)小于0.5。
　　13.如权利要求8-11中任一项所述的多晶超硬构造，其中，与所述 金刚石颗粒相关的所述平均自由程的中值除以对于所述金刚石颗粒的 (Q3－Q1)小于0.47。
　　14.如权利要求8-11中任一项所述的多晶超硬构造，其中，与所述 金刚石颗粒相关的所述平均自由程的中值除以对于所述金刚石颗粒的 (Q3－Q1)小于0.4。
　　15.如上述权利要求中任一项所述的多晶超硬构造，其中，所述 金刚石颗粒包含天然的和/或合成的金刚石颗粒。
　　16.如上述权利要求中任一项或多项所述的多晶超硬构造，其中， 在所述第二区域中的所述溶剂/催化剂包含钴，和/或一种或多种其它的 铁族元素，如铁或镍，或其合金，和/或一种或多种在元素周期表中的 IV-VI族金属的碳化物、氮化物、硼化物和氧化物。
　　17.如上述权利要求中任一项所述的多晶超硬构造，其中，在所 述第二区域中的所述溶剂/催化剂是在形成所述PCD结构时用于烧结 所述PCD主体的所述溶剂/催化剂。
　　18.如上述权利要求中任一项所述的一种多晶超硬构造，其中， 至少部分填充所述多个间隙区域的所述溶剂/催化剂形成非金刚石相 池，每个所述的非金刚石相池具有单独的横截面面积， 其中，所述溶剂/催化剂占所述多晶金刚石材料主体的横截面的总 面积的百分比在约0到12％之间，并且当使用在约1000的放大率和1280 ×960像素的图像区域的图像分析技术进行分析时，在穿过所述多晶材 料主体的横截面的分析图像中的所述非金刚石相池的单个横截面面积 的平均值小于约0.7μm2。
　　19.如权利要求18所述的一种多晶超硬构造，其中，所述溶剂/催 化剂占所述多晶金刚石材料主体的横截面的总面积的百分比在约0到 10％之间，并且当使用在约1000的放大率和1280×960像素的图像区域 的图像分析技术进行分析时，在穿过所述多晶材料主体的横截面的分 析图像中的所述非金刚石相池的单个横截面面积的平均值小于约 0.7μm2。
　　20.如权利要求18所述的一种多晶超硬构造，其中，所述溶剂/催 化剂占所述多晶金刚石材料主体的横截面的总面积的百分比在约0到 8％之间，并且当使用在约1000的放大率和1280×960像素的图像区域 的图像分析技术进行分析时，在穿过所述多晶材料主体的横截面的分 析图像中的所述非金刚石相池的单个横截面面积的平均值小于约 0.7μm2。
　　21.如权利要求18-20中任一项所述的一种多晶超硬构造，其中， 当使用在约1000的放大率和1280×960像素的图像区域的图像分析技 术进行分析时，在穿过所述多晶材料主体的横截面的分析图像中的所 述非金刚石相池的单个横截面面积的平均值小于约0.5μm2。
　　21.如权利要求18-20中任一项所述的一种多晶超硬构造，其中， 当使用在约1000的放大率和1280×960像素的图像区域的图像分析技 术进行分析时，在穿过所述多晶材料主体的横截面的分析图像中的所 述非金刚石相池的单个横截面面积的平均值小于约0.4μm2。
　　22.如权利要求18-20中任一项所述的一种多晶超硬构造，其中， 当使用在约1000的放大率和1280×960像素的图像区域的图像分析技 术进行分析时，在穿过所述多晶材料主体的横截面的分析图像中的所 述非金刚石相池的单个横截面面积的平均值小于约0.34μm2。
　　23.如上述权利要求中任一项所述的一种多晶超硬构造，其中， 所述多晶金刚石材料主体的最大尺寸为约6mm或更大。
　　24.如上述权利要求中任一项所述的一种多晶超硬构造，其中， 所述多晶金刚石材料主体的厚度为约0.3mm或更大，或约3mm或更大。
　　25.如上述权利要求中任一项所述的一种多晶超硬构造，其中， 所述PCD主体包含占所述金刚石主体的总体积至少约90％到95％之间 的体积的金刚石。
　　26.一种用于地壳钻探的刀具，其包含如上述权利要求中任一项 所述的多晶超硬构造。
　　27.一种用于地壳钻探的旋转剪机、用于冲击钻头或用于采矿或 沥青降解的挖掘机的PCD元件，其包含权利要求1-25中任一项所述的 多晶超硬构造。
　　28.一种钻头或一种用于地壳钻探的钻头的组件，其包含权利要 求1-25中任一项所述的一种多晶超硬构造。
　　29.一种制造热稳定的多晶金刚石构造的方法，其包含以下步骤： 处理包含多晶金刚石主体的多晶金刚石构造，所述多晶金刚石主 体包含多个相互粘结的金刚石颗粒和设置在其间的间隙区域，从而从 所述金刚石主体的第一区域移除溶剂/催化剂材料，同时允许所述溶剂 /催化剂材料留在所述金刚石主体的第二区域中； 进一步包括，在处理步骤期间，控制所述第一区域的深度以便其 从所述金刚石主体的工作表面延伸至一深度，其中所述第二区域在与 所述基底的界面和与所述第一区域的界面之间的厚度在沿与所述基底 的界面的一个或多个点上为约20μm到约200μm之间。
　　30.如权利要求29所述的方法，其中，所述PCD构造进一步包含沿 界面粘结至所述PCD材料主体的基底，所述方法进一步包括在所述处 理步骤之前的防止所述基底暴露在所述处理步骤期间使用的处理剂的 步骤。
　　31.如权利要求29或30中任一项所述的方法，其中，所述处理步 骤包括控制所述第一区域的深度以便其从所述金刚石主体的工作表面 延伸从所述界面或从沿所述界面在所有点延伸的一个或多个部分间隔 的深度。
　　32.如权利要求29-31中任一项所述的方法，其中，所述处理步骤 包括控制所述第一区域的深度以便其从所述金刚石主体的工作表面延 伸至与所述界面间隔的大于约20μm的深度。
　　33.如权利要求32所述的方法，其中，所述第一区域在沿所述界 面的一个或多个点处与所述界面间隔50至200μm之间的距离。
　　34.如权利要求29-33中任一项所述的方法，其中，所述处理步骤 包括控制穿过至少部分所述工作表面的所述第一区域的深度是大体恒 定的；或穿过至少部分所述工作表面是变化的。
　　35.如权利要求29-34中任一项所述的方法，其中，所述处理步骤 包括控制所述处理以便所述第一区域大体上穿过整个所述工作表面延 伸。
　　36.如权利要求29-34中任一项所述的方法，其中，所述处理步骤 包括遮蔽部分所述工作表面，以便在处理过程中，所述第一区域仅穿 过部分所述工作表面延伸。
　　37.如权利要求29-36中任一项所述的方法，其中，在所述处理步 骤之前，形成所述PCD构造，所述形成步骤包括： 提供大量金刚石颗粒； 安排所述大量金刚石颗粒以形成预烧结组件；以及 在用于所述金刚石颗粒的催化剂/溶剂材料存在下在约5.5GPa或 更高的超高压力和所述金刚石材料比石墨更加热力学稳定的温度下处 理所述预烧结组件以将所述金刚石材料的颗粒烧结在一起以形成多晶 金刚石构造。
　　38.如权利要求29-37中任一项所述的方法，其中，在所述处理步 骤之前，所述方法进一步包括将所述多晶金刚石主体加工至成品尺寸。