CN102395694A - 多晶金刚石元件 - Google Patents

Abstract

PCD插入件的实施方案包含在界面处接合于烧结碳化物基材的PCD元件的实施方案。该PCD元件具有限定了它们之间的间隙的内部金刚石表面。该PCD元件进一步包含工作表面和与该工作表面相邻的低熔点区域，其中该间隙至少部分被具有在大气压下低于约1,300摄氏度或在大气压下低于约1,200摄氏度的熔点的低熔点金属材料填充。该PCD元件包括中间区域，该中间区域的间隙至少部分被金刚石的催化剂材料填充。

Description

多晶金刚石元件

技术领域

本发明涉及多晶金刚石(PCD)元件，特别但不排它地涉及适用于攻击工具(attack tools)和刀具例如风镐和旋转式钻机钻头的PCD元件，如可用于采矿、开凿隧道、建筑和油气工业以加工或破碎铺筑材料、岩层等，或钻入地中。

发明背景

钻入地中的钻头所用的刀具插入件(insert)可以包含结合于硬质合金基材的多晶金刚石(PCD)层。此类刀具插入件可称为多晶金刚石复合片(PDC)。

PCD是包含构成限定金刚石晶粒间间隙的骨架块(skeletal mass)的大量基本共生的金刚石晶粒的超硬(也称为超级研磨)材料的一个例子。PCD材料包含至少约80体积％的金刚石，并可以通过在烧结助剂的存在下使金刚石晶粒的聚集体经受高于约5GPa的超高压和至少约1,200℃的温度来制得。

合适的PCD的烧结助剂还可称为金刚石的催化剂材料。金刚石的催化剂材料理解为是在金刚石比石墨热力学更稳定的压力和温度条件下能够促进金刚石晶粒直接共生的材料。某些金刚石的催化剂材料可以在环境压力下，特别是在提高的温度下促进金刚石向石墨的转化。金刚石的催化剂材料的例子是钴、铁、镍和包括其任何种类的某些合金。PCD可以在钴结的碳化钨基材上形成，该基材可提供PCD的钴催化剂材料源。PCD的间隙可以至少部分被称为粘合剂或填料材料的材料所填充。特别地，该间隙可以完全或部分被金刚石的催化剂材料填充。

包含PCD的部件可用在多种用于切削、机加工、钻孔或破碎硬质或磨料材料，例如岩石、金属、陶瓷、复合材料和含木质材料的工具中。例如，PCD本体通常用作在油气钻探工业中用于钻入地中的钻头上的刀具插入件。PCD本体还用于机加工和铣削含金属本体，如可用在自动制造业中。在许多此类应用中，当PCD材料以高能量作用于岩层、工件或本体时，其温度升高。

PCD是极为坚硬和耐磨的，因此它是在某些最极端机加工和钻削条件下并需要高生产率时优选的工具材料。含有特定的金刚石催化剂材料作为填料材料的PCD的缺点可能是其在高于约400℃时相对较差的热稳定性。该催化剂材料可促进PCD在提高的温度，特别是在高于约750℃的温度下(如在PCD复合片的制造和使用中可遇到的那样)的劣化。

美国专利申请公开号US 2007/0079994公开了包括金刚石结合本体的热稳定金刚石结合复合片，所述金刚石结合本体包含在金刚石结合本体表面下延伸一段距离的热稳定区域。该热稳定区域具有包含结合在一起的金刚石晶体的基质第一相与插入到该基质第一相中的第二相的材料显微组织。该第二相包含在高压/高温(HPHT)条件下在一种或多种渗透剂材料与该金刚石晶体之间形成的一种或多种反应产物。渗透剂或置换材料(replacement material)可以包括下列元素的一种或多种：Si、Cu、Sn、Zn、Ag、Au、Ti、Cd、Al、Mg、Ga、Ge，其还可以以含有常规溶剂-催化剂材料(过渡金属)的化合物形式使用，其中该溶剂催化剂因与另一材料反应而失活。

美国专利申请公开号US 2008/0230280公开了包含远离表面布置并包括置换材料的第一区域的PCD结构。该置换材料可以是布置在第一区域中的金刚石晶体之间的间隙区域中的非催化材料。该非催化材料可具有低于约1,200摄氏度的熔化温度，并可以选自低熔点金属材料和/或包括来自周期表第IB族的元素(如铜)的合金。另外希望该置换材料对碳表现出可忽略不计的溶解度或不表现出溶解度。

需要提供具有提高的热稳定性的多晶金刚石(PCD)元件。

发明概述

本发明的一个目的在于提供具有提高的热稳定性的(PCD)元件。

本发明的第一方面提供具有内部金刚石表面的多晶金刚石(PCD)元件，该内部金刚石表面限定了它们之间的间隙，该PCD元件包含工作表面，与该工作表面相邻的低熔点区域，并且其中该间隙至少部分地被具有在大气压下低于约1,300℃、或在大气压下低于约1,200℃的熔点的低熔点金属材料填充；和由低熔点区域限定的边界延伸约5微米至约600微米的距离的中间区域，该中间区域的间隙至少部分地被金刚石的催化剂材料填充。

在一个实施方案中，该PCD元件在界面处结合于基材，该PCD元件的中间区域由低熔点区域与该界面限定的边界延伸。在一些实施方案中，该中间区域由该边界延伸最多约400微米、最多约200微米、最多约100微米、最多约50微米、最多约10微米或甚至最多约5微米的距离。在一些实施方案中，该中间区域由该边界延伸至少约5微米、至少约10微米、至少约50微米、至少约100微米或甚至至少约200微米的距离。

在本发明的一个实施方案中，该中间区域的间隙至少50％被烧结助剂或金刚石的催化剂材料，例如钴填充。

在一些实施方案中，该低熔点区域由该工作表面向该PCD元件内延伸一定深度，该深度为最多约1,000微米、最多约500微米或最多约100微米。在一些实施方案中，该低熔点区域由该工作表面向该PCD元件内延伸一定深度，该深度为至少约5微米、至少约10微米、至少约50微米、至少约100微米或甚至至少约200微米。

在一个实施方案中，该低熔点区域为层体(stratum)或层的形式。在一些实施方案中，该低熔点区域为由工作表面延伸至少约40微米、至少约100微米或甚至至少约200微米的深度的层或层体的形式。

在本发明的一个实施方案中，该低熔点区域中的间隙为至少50％、至少约70％、至少约80％或至少约90％被低熔点金属材料填充。

在本发明的一个实施方案中，该低熔点金属材料具有在大气压下低于1,100℃的熔点。

在本发明的一些实施方案中，该低熔点金属材料具有在大气压下高于约600℃或高于约700℃的熔点。

本发明的实施方案具有这样的优点：当该PCD元件在几百摄氏度的温度下钎焊到工具架(tool carrier)上时，该低熔点金属材料基本不会熔化。

在本发明的一个实施方案中，该低熔点金属材料在大气压下在低于约1,000℃的温度下不能反应生成稳定的碳化物。

本发明的实施方案具有这样的优点：该低熔点金属材料不会与金刚石反应生成碳化物。碳化物晶粒的形成在制造过程中可延缓该低熔点金属材料的渗透速率，并且可能因为伴随着新的相与化合物的生成所发生的体积变化而在该间隙中产生不需要的应力。作为该低熔点金属材料与该PCD的金刚石之间反应的反应产物的碳化物的形成必然要求为该反应牺牲一部分周围的金刚石，这可能危及该显微组织的完整性。

在本发明的一些实施方案中，该低熔点金属材料是单质形式的Ag、Mg、Cu或Pb，或者包括任何这些元素的合金，并且在一些实施方案中该低熔点金属材料是单质形式的Ag或Cu，或者包括这些元素中的任一种的合金。在一个实施方案中，该低熔点金属材料具有基本耐氧化的特征。

本发明的实施方案具有这样的优点：具有提高的热稳定性，而基本上不会损害强度。

在本发明的一个实施方案中，该PCD元件在界面处结合于硬质合金基材，例如钴结的碳化钨基材，并且在一个实施方案中，该PCD元件通过热膨胀系数介于PCD与该硬质金属之间的结合层而结合于硬质金属基材。在一个实施方案中，该结合层包含金刚石晶粒和金属碳化物，其中该金刚石晶粒基本上不彼此结合。在一个实施方案中，该PCD元件包含远离该工作表面的中间区域，其中该间隙至少50％被金刚石的催化剂材料填充，该中间区域与该界面相邻，且该低熔点区域远离该界面。

本发明的第二方面提供用于工具的插入件，该插入件包含本发明的PCD元件的实施方案。

本发明的第三方面提供包含本发明的插入件的实施方案的工具。

在一些实施方案中，该工具适于机加工、钻孔、钻削、切割或以其它方式形成或破碎硬质或磨料工件或其它块体，例如岩石、混凝土、沥青、金属或硬质复合材料。在一些实施方案中，该工具是用于钻地、钻岩或岩石破碎，例如可用于油气钻探和采矿业的钻头，并且在一个实施方案中，该工具是用于在油气工业中的钻地与钻岩的旋转式刮刀钻头。

本发明的第四方面提供制造PCD元件的方法，该方法包括：提供在该PCD本体的间隙中包含烧结助剂的PCD本体，从一部分多晶金刚石元件中除去至少一部分该烧结助剂以形成与工作表面相邻的多孔区域，并用熔点在大气压下低于约1,300℃或在大气压下低于约1,200℃的低熔点金属材料渗透或渗入该多孔区域的至少一部分。

在一个实施方案中，从该PCD元件中除去基本所有烧结助剂。

本发明的方法的一个实施方案包括防止或避免用该低熔点金属材料填充一部分该多孔区域中的孔隙。

本发明的方法的一个实施方案包括使包含金刚石的催化剂材料例如钴渗透到一部分没有被该低熔点金属材料填充的多孔区域中。

在本发明的一个实施方案中，以使得在用包含金刚石的催化剂材料的材料渗透之前将足够的或特定量的低熔点金属材料引入到该多孔区域中的方式采用受控的温度周期。

附图说明

现在参照下列附图描述非限制性的实施方案，其中

图1显示了PCD元件的实施方案的示意性纵向横截面图。

图2显示了图1中所示的实施方案的区域的示意性放大横截面图。

图3A显示了在制造PCD复合片或插入件的方法的实施方案中使用的元件的示意性透视图。

图3B显示了PCD复合片或插入件的实施方案的示意性透视图。

相同附图标记在所有附图中指代相同特征，除非另行说明。

具体实施方案

如本文中所用，插入件或元件的“工作表面”是在使用中接触被加工的工件或本体的该插入件或元件的任何部分。要理解的是，工作表面的任何部分还是工作表面。

本文中所用的术语“低熔点金属材料”指的是单质或合金形式的金属，其具有金属的特征性质，包括高导电性、导热性和断裂韧性。该术语排除了金属的化合物，例如金属碳化物、氧化物、氮化物、碳氮化物和其它不具有金属性质的陶瓷或互生-低熔点(inter-low meltingpoint)金属材料。

如本文中所用，金刚石的催化剂材料是能够在金刚石比石墨更热力学稳定的压力与温度的条件下促进金刚石晶粒的析出、生长和/或烧结在一起的材料。金刚石的催化剂材料的例子是铁、镍、钴、锰和包含任何这些元素的特定合金。某些金刚石的催化剂材料能够在环境压力下，特别是在提高的温度下促进金刚石向石墨的转化。

参照图1和图2，PCD插入件200的一个实施方案包含在界面116处接合于烧结碳化物基材220的PCD元件100的实施方案。该PCD元件100的实施方案具有内部金刚石表面102，该内部金刚石表面102限定了它们之间的间隙104。该PCD元件100进一步包含工作表面114和与该工作表面114相邻的低熔点区域111，并且其中该间隙104至少部分用熔点在大气压下低于约1,300℃或在大气压下低于约1,200℃的低熔点金属材料填充。中间区域112由边界116延伸约5微米至约600微米的距离，该中间区域112的间隙104至少部分用金刚石的催化剂材料填充。在该实施方案中，该边界是界面(均用附图标记116表示)。

本领域技术人员将意识到，取决于应用的类型，可以制造多种形状与尺寸的PCD插入件。当用于使插入件可能经受高温并因此高热稳定性为重要的用途时，该插入件是特别有利的。尤其有利的用途是作为用于油气工业中钻岩和钻地的旋转式钻头用插入件。

参照图3A，制造PCD元件的方法的一个实施方案包括提供已经用本领域公知的超高压和高温(HPHT)法制造的PCD插入件300。该插入件300包含整体结合于烧结碳化物硬质金属基材320的PCD元件310。该PCD元件310的微观间隙(未显示)基本上被钴催化剂材料填充。至少一部分PCD元件310从插入件300上分离以制造PCD本体311。分离该PCD元件310的一种方法是磨去基材320。处理该PCD本体311以便从间隙中除去催化剂材料以制造多孔和热稳定的PCD元件312。该多孔PCD元件312随后在一侧上接触第二烧结碳化物基材340并在相对侧上接触低熔点金属材料的源330。该源330可以是薄箔或片体，或粉末的形式。该基材340包括碳化钨晶粒和钴金属粘合剂，该金属粘合剂能够充当催化剂材料以促进金刚石晶粒的生长和烧结。在超过约5GPa的超高压下，在高到足以熔化该低熔点金属材料并熔化基材340的钴金属粘合剂的温度下(使得其部分渗透到该多孔PCD元件312中)处理如此“夹”在基材340和箔或片体330之间的多孔PCD元件312。可以以使得在钴金属粘合剂材料熔化并渗透到多孔PCD元件312中之前将足够量或特定量的低熔点金属材料引入到该多孔PCD元件312中的方式控制该温度周期。在该处理后，取出所得插入件并加工至最终的尺寸和公差以制造图3B中显示的包含接合于烧结碳化物基材220的PCD元件100的成品PCD插入件200的实施方案。

在一个实施方案中，该PCD本体具有至少约1.5毫米或至少约1.8毫米的在一对相对表面之间的厚度，一对表面之一接触低熔点金属材料源，一对表面的另一个接触金刚石的催化剂材料源。

本发明的方法的一个实施方案包括：将低熔点金属材料源加热至该低熔点金属材料的熔点与该催化剂材料的熔点之间的范围内的温度，保持该温度在该范围内一段足以完成该低熔点金属材料的渗透或渗入的时间。在一个实施方案中，将该温度随后提高至高于该催化剂材料的熔点一段时间用以完成引入该催化剂材料。

该方法的一个实施方案包括：将多孔PCD本体的一个表面与银源接触，使该PCD本体的另一表面与钴源接触以形成组件，使该组件经受至少约5.5GPa的压力，将该组件加热至在高于该压力下银熔点且低于该压力下钴熔点的范围内的温度，保持温度在该范围内至少约2分钟或至少约3分钟的时间，随后将该温度提高至高于该压力下钴熔点的温度。

该方法的一个实施方案包括：将多孔PCD本体的一个表面与铜源接触，使该PCD本体的另一表面与钴源接触以形成组件，使该组件经受至少约5.5GPa的压力，将该组件加热至在高于该压力下铜熔点和低于该压力下钴熔点的范围内的温度，保持温度在该范围内至少约1分钟或至少约2分钟的时间，随后将该温度提高至高于该压力下钴熔点的温度。

在一些实施方案中，该时间段为最多约15分钟或甚至最多约10分钟。

可以在超高压炉中通过在金刚石的催化剂材料存在下在至少约5.5GPa的压力和至少约1,300℃的温度下将金刚石晶粒烧结在一起制得该烧结PCD本体。该催化剂材料可包含常规的过渡金属型金刚石催化剂材料，例如钴、铁或镍或其特定的合金。随后可以例如通过使用酸浸法或本领域已知另一类似方法从该PCD本体或所需区域中除去大多数粘合剂催化剂材料以使该烧结PCD本体(作为整体或其一个区域)热稳定。

存在于PCD本体311中的催化剂材料可以通过本领域已知多种方法的任一种除去，例如电解浸蚀、蒸发技术、酸浸法(例如通过浸没在含有氢氟酸、硝酸或其混合物的液体中)，或借助氯气(如在国际专利公开号WO 2007/042920中公开的那样)，或通过另一方法(例如，如公开在南非专利号2006/00378中)。

在该方法的一个实施方案中，提供类似于图3A中PCD插入件300的PCD插入件。通过本领域已知的方法基本耗尽与该PCD元件的工作表面相邻的区域的催化剂材料，使得该区域为多孔的。将低熔点金属材料引入到该多孔区域的孔隙中。可以控制引入方法的参数来保持在部分多孔区域中的孔隙率。随后将催化剂材料渗透到该遮蔽或钝化区域的残留孔隙中。这可以通过以下方式实现：使催化剂材料源与该PCD元件的工作表面接触，将PCD插入件和该源组装到用于HPHT烧结PCD的类型的容器(capsule)中并使该组件经受该催化剂材料熔化且金刚石比石墨更热力学稳定的超高压力和温度。在一些实施方案中，该压力为至少约5.5GPa、至少约6GPa或至少约6.5GPa。在一个实施方案中，该压力为约6.8GPa。

本发明的低熔点金属材料对于金刚石而言是基本惰性的，并且基本上不会促进其在环境压力下的溶解或劣化。它们可以充当该PCD元件中的导热填料。尽管不希望被任何特定理论束缚，但认为低熔点金属材料在使用时可经历的高温(即最高约1,100℃)下不使金刚石劣化。在该低熔点金属材料处于固相的温度下，其在间隙中的存在可以提高该PCD的强度。此外，与浸出的PCD相比，该低熔点金属材料的高导热性可进一步提高该多晶金刚石元件的热稳定性。在该低熔点金属材料处于或接近熔化相的温度下，由于该低熔点金属材料在热膨胀或熔化时从间隙中渗出，因此可以防止应力在PCD中累积。接近其熔点的固体金属通常具有大大降低的屈服强度，这减少了热膨胀系数失配可导致的微应力的累积。金属的熔化或软化可具有在高温下润滑该多晶金刚石元件运动的附加益处。该低熔点金属材料的低熔点意味着在制造中需要相对低的温度以便将其渗透到多晶金刚石元件中。在本发明的方法的一些实施方案中，渗透的速率和程度可以通过控制温度以控制其粘度来容易地控制，而不需要使用非常高的温度。

实施例

现在将参照下列非限制性实施例(仅以举例方式)描述本发明。

实施例1

将直径约16毫米并用于油气钻探用旋转式刮刀钻头的PCD插入件用作起始元件。该插入件基本上是柱形的，并包含整体结合于Co结的WC硬质金属基材的PCD层。该PCD层约2.3毫米厚，金刚石晶粒尺寸分布为多峰类型，包含平均晶粒尺寸为小于约20微米的烧结金刚石晶粒，金刚石晶粒之间的间隙用Co(在烧结该PCD的步骤过程中来自于该硬质金属基材的催化剂金属)填充。将基本上所有硬质金属基材从PCD层机加工掉，从而提供PCD片体。随后通过将其浸没在氢氟酸和硝酸的混合物中几天以便从该PCD片体上除去基本上所有的Co，得到多孔的、分离的PCD片体。该PCD片体在真空中热处理以除去(即“脱气”)可能存在的任何残余有机杂质。

该多孔PCD片体随后用钴从一侧再渗透，并从相对侧用铜再渗透，并同时再结合于第二钴结WC基材。在高于约5GPa的超高压力下(在该压力下金刚石是热力学稳定的)和约1,400℃的温度(在该温度下Co在超高压下是熔化的)下进行该再渗透步骤。为了进行该步骤，制备预成型(pre-form)组件，该预成型组件包含放置到柱形基材上的多孔PCD片体，以及放置在该多孔PCD片体之上的铜薄膜。该铜膜小于0.5毫米厚，并已经在丙酮浴中超声清洗过。

将包含如此“夹”在铜箔与该基材之间的PCD片体的组件放置在耐火金属夹套中，随后将其放置在陶瓷支撑体中并随后密封在另一金属箱体(casing)中，如本领域中公知的那样。将该预成型组件组装到用于超高压炉的容器，并经受超高压力和温度。该温度由室温经实现目标压力的一段时间提高至最高水平。

在该再渗透步骤后，将该插入件从该超高压设备中取出，并除去箱体和夹套。沿轴面将该插入件切成两部分，产生两个横截表面。将这些表面之一抛光并通过SEM(扫描电子显微镜法)进行分析，显示了该PCD与该基材良好结合，并且PCD中基本所有间隙都被铜、钴或者铜与钴的组合填充。铜已经由平坦的工作表面渗透至约1.7毫米的深度，具有距该平坦工作表面约1.3毫米深度的区域基本不含钴。距该基材约0.2毫米内的PCD间隙主要被钴填充，尽管显然存在一些铜。

第二测试插入件如上所制得，并经受磨损测试，其包括使用如本领域技术人员所认识到的那样合适地制备的插入件来机加工安装在立式转塔式铣削设备上的花岗岩块。该PCD层表现出优异的耐磨性和热稳定性。

实施例2

使用与实施例1相同的方法制造再渗透插入件，唯一的差别在于使用银箔代替铜箔。同样如实施例1中那样分析和测试该插入件。

银比铜更深地渗透到该PCD中，至距离平坦工作表面约2.2毫米的深度。据认为这是由于银的更低的熔点以及其在比铜更早的阶段熔化，因此在钴熔化并由相反方向渗透之前具有更多时间渗透该多孔PCD的事实。

实施例3

可以使用实施例2中所述方法制备多孔PCD片体，可以在超高压下处理之前将银引入该孔隙。这可以通过将多孔PCD片体放置到石墨容器中并在其上布置银膜来实现，该银膜已经在丙酮浴中超声清洗过。可以随后将该容器放置在炉中并将其内容物在真空中加热至高于银的熔点，即约1,000℃，使银箔熔化并渗透该PCD片体。

实施例4

可使用实施例2中所述方法制备多孔PCD片体，并可以在超高压下处理之前通过溅射法在该PCD片体的平坦表面上沉积非常薄的银膜并随后使其熔化以便将银引入到孔隙中。沉积的银的质量可以计算以便恰好足以使10％的孔隙被银填充，因此提供恰好足够的银以渗透该PCD至其厚度的约10％的深度，即至距该平坦表面约230微米的深度，使剩余孔隙基本是空的。该质量为约12.5毫克。该膜厚度应在整个PCD表面上尽可能均匀。

可以随后将银涂覆的PCD放置在石墨容器中，涂覆的表面远离该石墨容器的底部(即，在其顶面上)，并且将该容器放置到炉中。该容器及其内容物在真空中加热至高于银的熔点，即约1,000℃，使银涂层熔化并渗透该PCD片体。

实施例5

按照实施例1中公开的类似方法制造独立式(free-standing)完全浸出的PCD片体。将尺寸分布可分解为至少两个独立峰的金刚石粉末朝向钴结的碳化钨基材放置，将该组件封装在耐火金属夹套中并经受至少约5.5GPa的超高压和至少约1,500℃的温度以便将该金刚石粉末烧结为结合于基材的PCD层。烧结后，通过磨去该碳化物基底将PCD片体与基材分离，并如本领域中公知那样通过在酸性液体中浸出从PCD的间隙中除去基本上所有的钴，以形成具有整体为片体的多孔PCD本体。

将铜片体朝向该多孔PCD本体的一端放置，钴结的碳化钨基材朝向该PCD本体的相对端放置，将该组件封装在耐火金属夹套中。多孔PCD本体由此夹在该基材和铜片体之间。该铜片体厚度为约0.25毫米，直径基本上与PCD本体的直径相同。铜片体的质量为约420毫克，其等效为该PCD本体的体积的约10％，并且处于被认为超过了浸出过程中产生的全部空隙所需体积的水平。

进一步将该组件以本领域已知用于HPHT烧结的方式封装，并在约1,410℃的温度和约5.2GPa的压力下经受第二高压热周期。将包含含有铜和钴并接合于基材的PCD层的PCD插入件取出并机加工至最终规格以形成PCD刀具插入件。

使该PDC刀具插入件经受铣削测试，其包括高转速切割花岗岩工件，并被认为是热冲击性极高的测试。结果显示了高于对照PCD刀具插入件的热稳定性显著改进，其没有经历铜的再渗透的过程。

实施例6

使用实施例5中公开的方法，但是用520毫克银粉取代该铜片体制造进一步的材料。再一次，选择质量以相应于完全浸取的片体的约10体积％。对第二高压热周期所选条件与实施例5中所用那些条件相同。来自该材料的性能结果表明高于未再渗透PCD的热稳定性的改善。

Claims (17)

1.具有内部金刚石表面的多晶金刚石(PCD)元件，该内部金刚石表面限定了它们之间的间隙，该PCD元件包含：工作表面、与该工作表面相邻并且其中该间隙至少部分被具有低于在大气压下约1,300℃的熔点的低熔点金属材料所填充的低熔点区域，和由低熔点区域限定的边界延伸约5微米至约600微米的距离的中间区域，该中间区域的间隙至少部分被金刚石的催化剂材料填充。

2.按照权利要求1的多晶金刚石元件，其中该中间区域由该边界延伸最多约400微米的距离。

3.按照权利要求1或权利要求2的多晶金刚石元件，其中该中间区域由该边界延伸至少约5微米的距离。

4.按照前述权利要求任一项的多晶金刚石元件，其中该中间区域的间隙至少50％被烧结助剂或金刚石的催化剂材料填充。

5.按照前述权利要求任一项的多晶金刚石元件，其中该低熔点区域由该工作表面向该PCD元件中延伸一定深度，该深度为最多约1,000微米。

6.按照前述权利要求任一项的多晶金刚石元件，其中该低熔点区域由该工作表面向该PCD元件中延伸一定深度，该深度为至少约5微米。

7.按照前述权利要求任一项的多晶金刚石元件，其中该低熔点区域是层体或层的形式。

8.按照前述权利要求任一项的多晶金刚石元件，其中该低熔点区域中的间隙至少50％被该低熔点金属材料填充。

9.按照前述权利要求任一项的多晶金刚石元件，其中该低熔点金属材料具有在大气压下低于1,100℃的熔点。

10.按照前述权利要求任一项的多晶金刚石元件，其中该低熔点金属材料具有在大气压下高于600℃的熔点。

11.按照前述权利要求任一项的多晶金刚石元件，其中该低熔点金属材料在大气压下在低于1,000℃的温度下不能反应形成稳定的碳化物。

12.按照前述权利要求任一项的多晶金刚石元件，其中该低熔点金属材料是单质形式的Ag、Mg、Cu或Pb，或者包括任何这些元素的合金。

13.按照前述权利要求任一项的多晶金刚石元件，其中该低熔点金属材料是单质形式的Ag或Cu，或者包括这些元素中任一种的合金。

14.用于工具的插入件，该插入件包含按照前述权利要求任一项的多晶金刚石元件。

15.包含按照权利要求14的插入件的工具。

16.制造多晶金刚石(PCD)元件的方法，该方法包括：提供在该PCD本体的间隙中包含烧结助剂的PCD本体，从一部分该多晶金刚石元件中除去至少一部分该烧结助剂以形成与工作表面相邻的多孔区域，并用熔点在大气压下低于约1,300℃的低熔点金属材料渗透或渗入该多孔区域的至少一部分。

17.按照权利要求16的方法，其中从该多晶金刚石元件中除去基本上所有烧结助剂。

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