CN103392051A - 其中具有不同区域的多晶复合片和包括该复合片的切割元件和钻地工具及形成该复合片的方法 - Google Patents

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Abstract

多晶复合片包括包含第一和第二区域的硬质多晶材料。第一区域包含具有第一平均晶粒尺寸的第一硬质材料的多个晶粒，和具有比第一平均晶粒尺寸小的第二平均晶粒尺寸的第二硬质材料的多个晶粒。第一区域包含设置在硬质材料的相互结合的颗粒之间的间隙空间中的催化剂材料。第二区域中的硬质材料的晶粒之间的这样的间隙空间至少基本上不含催化剂材料。在一些实施方案中，第一区域包含硬质材料纳米的多个晶粒。切割元件和钻地工具包括这样的多晶复合片。形成这样的多晶复合片的方法包括从多晶复合片的第二区域内的间隙空间移除催化剂材料，而不从复合片的第一区域内的间隙空间完全移除催化剂材料。

Description

其中具有不同区域的多晶复合片和包括该复合片的切割元件和钻地工具及形成该复合片的方法
优先权要求
本申请要求2011年6月17日提交的名称为“PolycrystallineCompacts Having Differing Regions Therein,Cutting Elements andEarth-Boring Tools Including Such Compacts,and Methods ofForming Such Compacts”的美国专利申请序列号13/162,864的提交日权益，该申请是2011年1月20日提交的名称为“PolycrystallineCompacts Having Differing Regions Therein,Cutting Elements andEarth-Boring Tools Including Such Compacts,and Methods ofForming Such Compacts”的美国专利申请序列号13/010,620的部分延续。
技术领域
本发明整体上涉及多晶复合片，其可用于例如作为用于钻地工具的切割元件，并且涉及形成这样的多晶复合片、切割元件和钻地工具的方法。
背景技术
用于在地下地层中形成井眼的钻地工具通常包括固定于本体的多个切割元件。例如，固定刀具钻地旋转钻头（也称为“刮刀钻头”）包括固定地附接于钻头的钻头体的多个切割元件。类似地，牙轮钻地旋转钻头可包括安装在由钻头体的臂延伸的轴承销上的牙轮，使得每个牙轮能够围绕在其上安装的轴承销旋转。可将多个切割元件安装到钻头的每个牙轮。换句话说，钻地工具通常包括附接有切割元件的钻头体。
在这样的钻地工具中使用的切割元件通常包括多晶金刚石复合片（通常称为“PDC”），其一个或多个表面可充当切割元件的切割面。多晶金刚石材料是包括金刚石材料的互相结合的晶粒或晶体的材料。换句话说，多晶金刚石材料包括金刚石材料的晶粒或晶体颗粒之间直接的粒间结合。本文中术语“晶粒”和“晶体”是同义并且可互换使用。
通常通过在催化剂（例如钴、铁、镍、或其合金和混合物）存在下在高温和高压的条件下将相对较小的金刚石颗粒烧结和结合在一起以在切割元件基材上形成多晶金刚石材料层（例如复合片或“台”），形成多晶金刚石复合片切割元件。这些方法通常称为高温/高压（HTHP）方法。切割元件基材可包含金属陶瓷材料（即陶瓷金属复合材料），例如钴结碳化钨。在这种情况下，在烧结期间切割元件基材中的钴（或其它催化剂材料）可能会进入金刚石晶粒中并且充当用于形成粒间金刚石和金刚石结合的催化剂材料，以及由金刚石晶粒产生的金刚石台。在其它方法中，在HTHP过程中将晶粒烧结在一起之前可将粉末状的催化剂材料与金刚石晶粒混合。
在使用HTHP方法形成金刚石台时，催化剂材料可保留在所得的多晶金刚石复合片中金刚石的晶粒之间的间隙空间中。在使用期间加热切割元件时，由于切割元件与岩层之间的接触点处的摩擦，金刚石台中催化剂材料的存在可导致在金刚石台中的热损伤。
尽管在超过约三百五十摄氏度（350℃）的温度下切割元件内的内应力可开始发展，但是在高达约七百五十摄氏度（750℃）的温度下多晶金刚石复合片切割元件（其中所述催化剂材料保留在多晶金刚石复合片中）通常还是热稳定的。该内应力至少部分是由金刚石台和与其结合的切割元件基材之间热膨胀率的差异所致。热膨胀率的这种差异可导致金刚石台与基材之间的界面处相对大的压缩和拉伸应力，并且可引起金刚石台从基材剥离。在约七百五十摄氏度（750℃）及以上的温度下，由于金刚石台内金刚石材料和催化剂材料的热膨胀系数的差异，金刚石台自身内应力可显著增加。例如，钴比金刚石热膨胀显著更快，这可引起裂纹形成并且在金刚石台内扩展，最终导致金刚石台的劣化和切割元件的无效。
此外，在等于或高于约七百五十摄氏度（750℃）的温度下，多晶金刚石复合片内的一些金刚石晶体可与催化剂反应，使金刚石晶体经历化学分解或反向转化（back conversion）至碳的另一种同素异形体材料或另一种碳基材料。例如，金刚石晶体在金刚石晶界处可石墨化，这可极大地削弱金刚石台。另外，在非常高的温度下，除了石墨，金刚石晶体中的一些也可转化为一氧化碳和二氧化碳。
为了减少与多晶金刚石复合片切割元件中金刚石晶体的热膨胀的不同速率和化学分解相关的问题，开发了所谓的“热稳定”的多晶金刚石复合片（也称为热稳定产品或“TSP”）。通过例如使用酸或酸的组合（例如王水）从金刚石台中相互结合的金刚石晶体之间的间隙空间将催化剂材料（例如钴）浸出，可形成这样的热稳定的多晶金刚石复合片。可从金刚石台移除所有的催化剂材料，或者可仅从其一部分移除催化剂材料。报道了在高达约一千二百摄氏度（1200℃）的温度下热稳定的多晶金刚石复合片（其中将基本上所有的催化剂材料从金刚石台浸出）是热稳定的。然而，还报道了这样的完全浸出的金刚石台比未浸出的金刚石台相对更脆并且更容易受到剪切、压缩和拉伸应力。此外，难以将完全浸出的金刚石台固定于支撑基材。为了提供具有相对于未浸出的多晶金刚石复合片更加热稳定的、但相对于完全浸出的金刚石台也相对更脆并且更容易受到剪切、压缩和拉伸应力的多晶金刚石复合片的切割元件，提供了包括金刚石台的切割元件，其中将催化剂材料从金刚石台的一个部分或多个部分浸出。例如已知：从切割面、从金刚石台侧面或从上述两者将催化剂材料浸出至金刚石台内所需的深度，但没有从金刚石台浸出所有的催化剂材料。
发明内容
在一些实施方案中，本发明包括包含硬质多晶材料的多晶复合片，所述硬质多晶材料包括第一区域和第二区域。第一区域包含具有第一平均晶粒尺寸的第一硬质材料的多个晶粒，和具有比第一平均晶粒尺寸小的第二平均晶粒尺寸的第二硬质材料的多个晶粒。第一硬质材料的多个晶粒的晶粒和第二硬质材料的多个晶粒的晶粒相互穿插（intersperse）并且相互结合。第一区域还包含用于催化第一硬质材料的多个晶粒的晶粒和第二硬质材料的多个晶粒的晶粒之间的粒间结合的形成的催化剂材料。催化剂材料设置在第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒的硬质材料的相互结合的晶粒之间的空隙空间中。沿第一区域与第二区域之间的界面将第二区域与第一区域相邻设置并且直接结合。第二区域包含具有第三平均晶粒尺寸的第三硬质材料的多个晶粒。第三硬质材料的多个晶粒的晶粒相互穿插并且相互结合。第三硬质材料的多个晶粒的相互结合的晶粒之间的间隙空间至少基本上不含用于催化第三硬质材料的多个晶粒的晶粒之间的粒间结合的形成的催化剂材料。
在另外的实施方案中，本发明包括包含大量的多晶金刚石的多晶复合片，所述多晶复合片包括第一区域和浸出的第二区域。第一区域包含第一金刚石的多个晶粒和第二金刚石的多个晶粒。第二金刚石的多个晶粒具有约五百纳米（500纳米）或更小的平均晶粒尺寸，并设置且穿插于第一金刚石的多个晶粒的晶粒之间。第一金刚石的多个晶粒和第二金刚石的多个晶粒相互穿插并且相互结合。第一区域还包括催化粒间金刚石结合的形成的催化剂材料。所述催化剂材料设置在第一金刚石的多个晶粒和第二金刚石的多个晶粒的相互结合的晶粒之间的间隙空间中。将浸出的第二区域与第一区域相邻设置并且直接结合，并且其还包含相互结合的金刚石晶粒。浸出的第二区域的相互结合的金刚石晶粒占浸出的第二区域的约百分之八十（80％）至约百分之九十二（92％）的体积，并且浸出的第二区域的相互结合的金刚石晶粒之间的间隙空间中的空隙至少基本上构成浸出的第二区域的剩余体积。
本发明的其它实施方案包括：包括切割元件基材和结合到所述切割元件基材的这样的多晶复合片的切割元件。本发明的另外的实施方案包括钻地工具，所述钻地工具包含工具本体和至少一种切割元件，所述切割元件包含附接至工具本体的这样的多晶复合片。
在另外的实施方案中，本发明包括形成多晶复合片的方法。根据这样的方法，通过将具有第一平均晶粒尺寸的第一硬质材料的多个晶粒与具有比第一平均晶粒尺寸小的第二平均晶粒尺寸的第二硬质材料的多个晶粒混合以形成第一粒料混合物，并且在容器内邻近第一粒料混合物放置具有第三平均晶粒尺寸的第三硬质材料的多个晶粒，形成未烧结的复合片预成型体。然后，可在催化剂材料的存在下在大于约五吉帕斯卡（5.0GPa）的压力和高于1,300℃的温度下烧结复合片预成型体，所述催化剂材料用于催化第一硬质材料的多个晶粒、第二硬质材料的多个晶粒和第三硬质材料的多个晶粒的硬质材料的晶粒之间的粒间结合的形成。烧结该未烧结的复合片预成型体包括：形成硬质多晶材料，其具有包含第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒的相互结合的晶粒的第一区域，和包含第三硬质材料的多个晶粒的相互结合的晶粒的第二区域。随后可从硬质多晶材料的第二区域内的间隙空间移除催化剂材料，而没有从硬质多晶材料的第一区域内的间隙空间完全移除催化剂材料。
附图说明
虽然本说明书以特别指出并清楚地要求保护被视为本发明的实施方案的权利要求书结尾，但是当结合附图阅读时由本发明的一些实施方案的以下描述可以更容易地确定本发明的实施方案的各种特征和优点，其中：
图1是示出包含本发明的多晶复合片的切割元件的一种实施方案的局部剖视立体图，所述多晶复合片包括两个其中具有不同的金刚石密度和催化剂含量的区域;
图2是如图1所示的切割元件的截面侧视图；
图3是示出图1和2的多晶复合片的第一区域的显微组织在放大倍率下可如何出现的简化图，并且示出硬质材料的相互结合并且相互穿插的较大和较小的晶粒，在硬质材料的相互结合的晶粒之间的间隙区域中具有催化剂材料；
图4是示出图1和2的多晶复合片的第二区域的显微组织在放大倍率下可如何出现的简化图，并且示出硬质材料的相互结合并且相互穿插的较大和较小的晶粒，在硬质材料的相互结合的晶粒之间的间隙区域中没有催化剂材料；
图5A是类似于图2的截面侧视图并且示出了包含多晶复合片的切割元件的另一种实施方案，所述多晶复合片包括两个其中具有不同的金刚石密度和催化剂含量的区域；
图5B是图5A所示的切割元件沿图中所示的剖面线5B-5B获取的截面图；
图6A-6F是类似于图5B的截面图并且示出了本发明的切割元件的各种不同的实施方案，所述切割元件包括两个其中具有不同的金刚石密度和催化剂含量的区域；
图7是可在本发明的方法的实施方案中使用的组件的简化截面图，其也用于制造如本文所述的切割元件，例如图1和2所示的切割元件；
图8和9是分别类似于图3和4的简化图，并且示出了在用于形成多晶复合片的烧结过程后并且在用于从第二区域内移除催化剂材料的浸出过程前多晶复合片的第一和第二区域的显微组织在放大倍率下可如何出现；
图10是固定刀具钻地旋转钻头的一种实施方案的立体图，其包括多个类似于图1和2所示的多晶复合片。
具体实施方式
本文呈现的插图不是任何特定的多晶复合片、多晶材料的显微组织、晶粒或钻头的实际视图并且没有按比例绘制，而仅仅是用来描述本发明的理想化表示法。此外，附图之间的共同元件可以保留相同的数字标记。
如本文所使用的，术语“纳米颗粒”意指并且包括具有约五百纳米（500nm）或更小的平均颗粒直径的任何颗粒。
术语“多晶材料”意指并且包括包含通过粒间结合而直接结合在一起的材料多个晶粒（即晶体）的任何材料。在多晶材料内材料的单个晶粒的晶体结构可在空间中随机取向。
如本文所使用的，术语“粒间结合”意指并且包括在材料的相邻晶粒中的原子之间的任何直接的原子结合（例如共价键、金属键等）。
图1是示出包含与切割元件基材14结合的多晶复合片12的切割元件10的一种实施方案的简化图。多晶复合片12包含在支撑切割元件基材14的表面上提供（例如形成或固定）硬质多晶材料16的台或层。
在一些实施方案中，硬质多晶材料16包含多晶金刚石。在其它实施方案中，硬质多晶材料16可包含多晶立方氮化硼。切割元件基材14可包含金属陶瓷材料如钴结碳化钨。
如在下面进一步详细讨论的，多晶复合片12包括具有不同密度的硬质多晶材料16和不同含量的催化剂材料的多个区域。以非限制性实施例的方式，如图1和2所示，多晶复合片12可包括第一区域20和第二区域22。邻近第一区域20可设置第二区域22，并且该第二区域22可沿其间的界面24直接与第一区域20结合。如在下面进一步详细讨论的，还可采用该界面24来限定硬质多晶材料16内浸出的区域和未浸出的区域之间的边界。第一区域20可包含未浸出的区域，并且第二区域22可包含浸出的区域。可以对第一区域20和第二区域22定尺寸并且配置，使得当使用切割元件10切割岩层材料时硬质多晶材料16具有所需的物理性质如耐磨性、断裂韧性和热稳定性。例如，当使用切割元件10切割岩层材料时可以对第一区域20和第二区域22定尺寸并且配置来增强（例如优化）硬质多晶材料16的耐磨性、断裂韧性和热稳定性中的一种或多种。
图3是示出多晶复合片12的第一区域20中的硬质多晶材料16的显微组织在放大倍率下可如何出现的简化放大图，并且图4是示出多晶复合片12的第二区域22中的硬质多晶材料16的显微组织在相同的放大水平下可如何出现的简化的放大视图。如在下面进一步详细讨论的，可以制造多晶复合片12使得第一区域20和第二区域22内的显微组织在便于从第二区域22内移除催化剂材料而不从第一区域20内移除任何显著部分的催化剂材料的一个或多个特性方面是不同的。例如，相对于第二区域22内硬质材料的相互结合的晶粒之间的间隙空间，第一区域20内硬质材料的相互结合的晶粒之间的间隙空间可为更小并且更分散，和/或相对于由第二区域20内硬质材料的相互结合的晶粒之间的间隙空间占据的第二区域22的体积百分比，第一区域20内的硬质材料相互结合的晶粒之间的间隙空间可以占第一区域20相对更小的体积百分比。此外，第一区域20内硬质多晶材料16的密度可高于第二区域22内硬质多晶材料16的密度。例如通过将硬质多晶材料16的纳米颗粒或纳米晶粒纳入第一区域20内而不是第二区域22内的硬质多晶材料16的较大晶粒之间的间隙空间中，在第一区域20中硬质多晶材料16的密度可以呈现为较高。
上面提到并且在下面进一步详细描述的多晶复合片12的结构可使用于从硬质多晶材料16浸出催化剂材料的浸出流体（例如液体酸）相对于第一区域20更容易地流动进入并通过第二区域22内的间隙空间。结果，可从第二区域22移除催化剂材料，而不会从第一区域20显著地移除催化剂材料。
参考图3，多晶复合片12的第一区域20包含多个硬质多晶材料16的相互穿插并且相互结合的晶粒。硬质多晶材料16的这些互相结合的晶粒具有多模态（例如双模态、三模态等）的晶粒尺寸分布。例如如图3所示，硬质多晶材料16可包括具有第一平均晶粒尺寸的第一硬质材料的多个晶粒30，和至少一个具有不同于第一多个晶粒30的第一平均晶粒尺寸的第二平均晶粒尺寸的第二硬质材料的多个晶粒32。第二多个晶粒32可比第一多个晶粒30小。虽然图3示出第二多个晶粒32平均而言比第一多个晶粒30小，但是附图不是按比例并且出于说明的目的已被简化。在一些实施方案中，第一多个晶粒30和第二多个晶粒32的平均尺寸之间的差异可以大于或小于如图3所示的平均晶粒尺寸的差异。在一些实施方案中，第二多个晶粒32可以包含具有约五百纳米（500nm）或更小的平均晶粒尺寸的纳米晶粒。
较大的的多个晶粒30和较小的的多个晶粒32可以相互穿插并且相互结合而形成硬质多晶材料16。换句话说，在硬质多晶材料16包含多晶金刚石的实施方案中，较大的的多个晶粒30和较小的的多个晶粒32可以混合在一起，并且通过粒间的金刚石和金刚石结合而彼此直接结合。
参考图4，多晶复合片12的第二区域22包含具有第三平均晶粒尺寸的硬质多晶材料16的第三多个晶粒40，其中晶粒40也彼此穿插并且相互结合。如图4所示，在一些实施方案中，第二区域22内的硬质多晶材料16的晶粒40可具有单模态的晶粒尺寸分布。然而，在其它实施方案中，第二区域22内的硬质多晶材料16的相互结合的晶粒40可具有多模态（例如双模态、三模态等）的晶粒尺寸分布。然而，在这样的实施方案中，各模式的平均晶粒尺寸可大于约五百纳米（500nm）。换句话说，第二区域22可基本上不含硬质多晶材料16的纳米颗粒或纳米晶粒。
结合参考图3和4，作为非限制性实施例，第一多个晶粒30的第一平均晶粒尺寸和第三多个晶粒40的第三平均晶粒尺寸各自可为至少约五微米（5μm），并且第二多个晶粒32的第二平均晶粒尺寸可为约一微米（1μm）或更小。在一些实施方案中，第二多个晶粒32的第二平均晶粒尺寸可为约五百纳米（500nm）或更小、约两百纳米（200nm）或更小、或甚至约一百五十纳米（150nm）或更小。在一些实施方案中，第一多个晶粒30的第一平均晶粒尺寸和第三多个晶粒40的第三平均晶粒尺寸各自可为约五微米（5μm）至约四十微米（40μm），并且第二多个晶粒32的第二平均晶粒尺寸可为约五百纳米（500nm）或更小（例如约六纳米（6nm）至约一百五十纳米（150nm））。在另外的实施方案中，第一多个晶粒30的第一平均晶粒尺寸和第三多个晶粒40的第三平均晶粒尺寸各自为约一微米（1μm）至约五微米（5μm），并且第二多个晶粒32的第二平均晶粒尺寸可为约五百纳米（500nm）或更小（例如约六纳米（6nm）至约一百五十纳米（150nm））。
在一些实施方案中，第一多个晶粒30的第一平均晶粒尺寸和第三多个晶粒40的第三平均晶粒尺寸各自可为第二多个晶粒32的第二平均晶粒尺寸的至少约五十（50）倍、至少约一百（100）倍、或甚至至少约一百五十（150）倍。
硬质多晶材料16的第一区域20中的第一多个晶粒30和硬质多晶材料16的第二区域22中的第三多个晶粒32可以具有相同的平均晶粒尺寸和晶粒尺寸分布。在另外的实施方案中，它们可以具有不同的平均晶粒尺寸和/或晶粒尺寸分布。
正如本领域中已知的，通过在放大倍率下测量显微组织的晶粒可以确定显微组织内晶粒的平均晶粒尺寸。例如，可以使用扫描电子显微镜（SEM）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、或透射电子显微镜（TEM）观察或描绘硬质多晶材料16的表面（例如硬质多晶材料16的抛光和蚀刻的表面）。经常使用可商购的显示系统或图像分析软件与这样的显微镜工具，并且这些显示系统能够测量显微组织内晶粒的平均晶粒尺寸。
硬质多晶材料16的第一区域20中较大晶粒30与较小晶粒32之间的平均晶粒尺寸的巨大差异可导致硬质多晶材料16的第一区域20（相对于硬质多晶材料22的第二区域22内）的显微组织内较小的间隙空间，并且间隙空间的总体积可更均匀地分布在整个硬质多晶材料16的显微组织中，并可能更精细地分散在硬质多晶材料16的显微组织内。
如上面所提到的，第一区域20中硬质多晶材料16的密度可高于第二区域22。作为非限制性实施例，第一多个晶粒30和第二多个晶粒32一起可占硬质多晶材料16的第一区域20的约九十二体积％（92体积％）至约九十九体积％（99体积％），并且第三多个晶粒40可以占硬质多晶材料16的第二区域22的约八十体积％（80体积％）至约九十一体积％（91体积％）。在一些实施方案中，第一多个晶粒30和第二多个晶粒32一起可占硬质多晶材料16的第一区域20的约九十五体积％（95体积％）至约九十九体积％（99体积％），并且第三多个晶粒40可占硬质多晶材料16的第二区域22的约八十五体积％（85体积％）至约八十八体积％（88体积％）。
如图3所示，硬质多晶材料16的第一区域20还可以包括用于催化硬质多晶材料16的晶粒30、32之间的相互结合的形成的催化剂材料50（图3中的黑色阴影部分）。催化剂材料50设置在第一区域20中硬质多晶材料16的相互结合的晶粒30、32之间的间隙空间中。如图4所示，第二区域22中硬质材料的相互结合的晶粒40之间的间隙空间至少基本上不含这样的催化剂材料。晶粒40之间的间隙空间可包含填充有气体（如空气）的空隙42。在其它的实施方案中，可以用另一种固体材料填充晶粒40之间的间隙空间，所述另一种固体材料不是催化剂材料50并且当例如在钻探过程中使用多晶复合片12切割岩层材料时其无助于多晶材料16的劣化。
催化剂材料50（图3）包含能够在硬质多晶材料16的晶粒30、32、40之间形成（并且用于催化形成）粒间结合的催化剂材料。在多晶材料16包含多晶金刚石的实施方案中，催化剂材料50可包含ⅧA族元素（例如铁、钴或镍）或其合金或混合物。在另外的实施方案中，催化剂材料50可以包含碳酸盐材料，例如Mg、Ca、Sr和Ba中的一种或多种的碳酸盐。还可使用碳酸盐催化多晶金刚石的形成。
在一些实施方案中，催化剂材料50可占硬质多晶材料16的第一区域20的约1体积％至约5体积％的，并且可至少基本上占据未由硬质材料的晶粒30、32占据的硬质多晶材料16的第一区域20的剩余部分体积。在硬质多晶材料16的第二区域22中，晶粒40之间的间隙空间中的空隙42可占第二区域22的约8体积％至约20体积％，并且至少基本上占据未由硬质材料的晶粒40占据的第二区域22的剩余部分体积。
硬质材料的晶粒30、32、40之间的间隙空间主要构成硬质多晶材料16的显微组织内的开放、互连网络的空间区域。相对少的部分的间隙空间可构成显微组织内的封闭、孤立的空间区域。需要注意的是，相比第二区域22，第一区域20可构成更多这样的封闭、孤立的空间区域。当提到第二区域22中硬质材料的相互结合的晶粒40之间的间隙空间至少基本上不含这样的催化剂材料时，这意味着尽管从显微组织内晶粒40之间的开放、互连网络的空间区域移除催化剂材料，尽管相对少量的催化剂材料可保留在晶粒40之间的封闭、孤立的空间区域中，因为浸出剂在这样的封闭、孤立的空间区域内可能不能达到催化剂材料的体积。
在一些实施方案中，硬质多晶材料16的第一区域20中相互结合的晶粒30、32之间的间隙空间内的平均自由程可小于硬质多晶材料16的第二区域22中相互结合的晶粒40之间的间隙空间内的平均自由程。例如，硬质多晶材料16的第一区域20中相互结合的晶粒30、32之间的间隙空间内的平均自由程可为硬质多晶材料16的第二区域22中相互结合的晶粒40之间的间隙空间内的平均自由程的约百分之九十（90％）或更小、约百分之七十五（75％）或更小、或甚至约百分之五十（50％）或更小。理论上，使用本领域已知的技术如在Ervin E.Underwood,Quantitative Stereology(Addison-Wesley PublishingCompany,Inc.1970)中提出的那些，可确定第一区域20中的相互结合的晶粒30、32之间的间隙空间内的平均自由程和第二区域22中相互结合的晶粒40之间的间隙空间内的平均自由程。
在本领域还已知通过测量硬质多晶材料的某些磁性质可以确定其中使用铁磁性催化剂材料50（如钴、铁、或镍、或其合金或混合物）的硬质多晶材料如多晶金刚石的许多物理特性。例如，如在以Bertagnolli等人的名字于2010年9月9日公开的美国专利申请公开号US 2010/0225311中教导的，多晶金刚石的本体中相邻的金刚石晶粒之间的平均自由程可与多晶金刚石材料测得的矫顽力相关。相对大的矫顽力表示金刚石晶粒之间的间隙空间中催化剂材料50的铁磁畴内相对较小的平均自由程。因此，通过使用如前面提到的美国专利申请公开号2010/0225311中公开的技术测量第一区域20和第二区域22的矫顽磁力，可以确定第一区域20中相互结合的晶粒30、32之间的间隙空间内的平均自由程和第二区域22中相互结合的晶粒40之间的间隙空间内的平均自由程，而注意（with the caveat）需要在从其中移除催化剂材料之前测量第二区域22中相互结合的晶粒40之间的间隙空间内的平均自由程，如在下文中进一步详细讨论的。这样的技术比在Ervin E.Underwood,Quantitative Stereology(Addison-Wesley Publishing Company,Inc.1970)中提出的更理论的方法更实用。此外，这样的技术可为无损的，而基于定量体视学（Quantitative Stereology）提出的方法可需要破坏样品用于分析。
通过举例而不是限制的方式，如在下面进一步详细讨论的，在从第二区域22中的相互结合的颗粒40之间的间隙空间移除催化剂材料50之前，硬质多晶材料16的第一区域20可表现出约110奥斯特（“Oe”）或更小的矫顽磁力，并且硬质多晶材料16的第二区域22可表现出约110奥斯特（“Oe”）或更大、约125Oe或更大、或甚至约130Oe或更大的矫顽磁力。
在本发明的其它实施方案中，尽管完全成形的硬质多晶材料16可能不包括较小的晶粒32（例如纳米晶粒），但是在第一区域20的形成中还可以使用硬质材料（例如金刚石）的纳米颗粒或纳米晶粒。在用于形成硬质多晶材料16的烧结过程期间，这样的纳米晶粒可能变得并入较大的晶粒30中。然而，在这样的实施方案中，第一区域20可仍具有相对较高密度的硬质材料，并且如上所述当与第二区域22相比时，第一区域20内的间隙空间可相对更小并且更分散。
再次参考图1和2，多晶复合片12具有大致为平面的、柱形的和盘形的结构。多晶复合片12的第一区域20的暴露的、平面主表面26确定切割元件10的前切割面。多晶复合片12的一个或多个侧表面从多晶复合片12的主表面26延伸至切割元件10的侧面上的基材14。在图1和2中所示的实施方案中，硬质多晶材料16的第一区域20和第二区域22各自包含一个大致为平面的层，该层延伸到并且暴露于多晶复合片12的侧面。例如，硬质多晶材料16的第一区域20的侧表面可具有大致柱形的形状，并且硬质多晶材料16的第二区域22的侧表面可以具有成角度的截头圆锥形状，并且可确定或包括切割元件10的倒角表面。
本发明的切割元件10和多晶复合片12的实施方案可以具有图1和2中所示的那些以外的形状和结构。例如，在图5A和图5B中示出了本发明的切割元件110的另一实施方案。切割元件110在许多方面类似于切割元件10，并且包括与切割元件基材14结合的多晶复合片112。多晶复合片112包含如前面所述的在支撑切割元件基材14的表面上提供（例如形成或固定）的硬质多晶材料16的台或层。如图5A和图5B所示，多晶复合片112包括第一区域120和第二区域122。第一区域120和第二区域122可以具有如上关于参考图1-4的第一区域20和第二区域22描述的组成及显微组织。
然而，在图5A和图5B的实施方案中，第一区域120不延伸到并且不暴露于切割元件110的侧面。第二区域122在第一区域120与基材14相对侧上的主要平表面上方延伸，并且还在第一区域120的侧表面上方并且围绕其延伸至基材14。在该结构中，第二区域122的一部分具有围绕第一区域120的圆柱形侧表面延伸的环形形状。可以设想，在多种不同的结构中，第一区域120和第二区域122可以具有各种不同的形状和结构，并且第二区域122的一个或多个部分可延伸穿过或通过第一区域120到基材14。
图6A-6F是类似于图5B的截面图，并且示出了可由第一区域120和第二区域122表现出的多个不同结构。如图6A所示，第二区域122的细长、大致为直线的部分可设置在第一区域120内，并且在第一区域120内可以以辐条状结构径向取向。换句话说，如图6A所示，第二区域122的细长、大致为直线的部分可从靠近第一区域120中心的位置径向向外延伸至第一区域120的侧表面。如图6B所示，第二区域122的细长的、大致为直线的部分可以以其它取向（例如随机或有序的取向）布置在第一区域120内。图6A和图6B所示的第二区域122的细长、大致为直线的部分具有均匀的尺寸。在另外的实施方案中，第二区域122的细长、大致为直线的部分可具有不同的尺寸，如图6C所示，在跨第一区域120内从其一侧到其另一侧可逐渐改变。图6D示出了一种实施方案，在该实施方案中第二区域122延伸通过第一区域120的部分具有圆形的截面形状、均匀的尺寸，并且以有序的阵列位于第一区域120内。图6E示出了一种实施方案，在该实施方案中第二区域122延伸通过第一区域120的部分具有圆形的横截面形状、非均匀的尺寸，并且以有序的阵列位于第一区域120内。图6F示出了一种实施方案，在该实施方案中第二区域122延伸通过第一区域120的部分具有不同的形状、不同的尺寸，并且随机位于第一区域120内。
本发明的其它实施方案包括制造多晶复合片和切割元件例如如上所述的多晶复合片和切割元件的方法。通常，所述方法包括：通过将具有第一平均晶粒尺寸的第一硬质材料的多个晶粒与具有比第一平均晶粒尺寸小的第二平均晶粒尺寸的第二硬质材料的多个晶粒混合以形成第一粒料混合物，并且在容器内邻近第一粒料混合物放置具有第三平均晶粒尺寸的第三硬质材料的多个晶粒来形成未烧结的复合片。然后，可在如本文所述的催化剂材料的存在下将未烧结的复合片烧结以形成具有第一区域和第二区域的硬质多晶材料，所述第一区域包含第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒的相互结合的晶粒，并且所述第二区域包含第三硬质材料的多个晶粒的相互结合的晶粒。在一些实施方案中，烧结过程可包括高温/高压（HTHP）烧结过程。例如，可在大于约五吉帕斯卡（5.0GPa）的压力和大于约1,300℃的温度下进行烧结过程。在一些实施方案中，可在低于约六吉帕斯卡（6.0GPa）的压力下进行烧结过程。在其它实施方案中，可在大于约六点五吉帕斯卡（6.5GPa）的压力下进行烧结过程。随后可从硬质多晶材料的第二区域内的间隙空间移除催化剂材料，而不从硬质多晶材料的第一区域内的间隙空间完全移除催化剂材料。
图7示出了在烧结过程前容器210内未烧结的复合片预成型体200。未烧结的复合片预成型体200具有第一体积的粒料物202和第二体积的粒料物204。如图7所示，未烧结的复合片预成型体200可以任选地进一步具有切割元件基材14。第一体积的粒料物202用于形成图1和2的多晶复合片12的硬质多晶材料16的第一区域20，而第二体积的粒料物204用于形成多晶复合片12的硬质多晶材料16的第二区域22。
容器210可包括一个或多个大致为杯形的构件如杯形构件212、杯形构件214和杯形构件216，可将它们组装并铆接和/或焊接在一起以形成容器210。可将第一体积的粒料物202、第二体积的粒料物204和任选的切割元件基材14设置在内部的杯形构件212内，如图7所示，所述杯形构件212具有圆形的端壁和从圆形的端壁垂直延伸的大致为圆柱形的侧面，使得内部的杯形构件212大致为圆柱形并且包括第一封闭端和相对的第二开口端。
可邻近基材14的表面设置第一体积的粒料物202，可在第一体积的粒料物202与基材14相对的侧上提供第二体积的粒料物204。
至少第一体积的粒料物202和第二体积的粒料物204包括硬质材料如金刚石的晶体或晶粒。为了在HTHP烧结过程期间中催化第一体积的粒料物202中的金刚石晶粒之间和第二体积的粒料物204的金刚石晶粒之间的粒间结合的形成，在烧结过程期间第一体积的粒料物202和第二体积的粒料物204中的金刚石晶粒可在物理上暴露于催化剂材料。换句话说，在开始HTHP过程前，可在第一体积的粒料物202和第二体积的粒料物204中一个或两个中提供催化剂材料颗粒，或在HTHP过程期间可允许或促使催化剂材料从一个或多催化剂材料源迁移至第一体积的粒料物202和第二体积的粒料物204中的每个中。例如，第一体积的粒料物202可任选包括包含催化剂材料的颗粒（例如钴、铁、镍、或其合金和混合物的颗粒）。然而，如果基材14包括催化剂材料，则在烧结过程期间催化剂材料可能从基材14的表面被带入第一体积的粒料物202中，并且催化第一体积的粒料物202中金刚石晶粒之间粒间金刚石结合的形成。在这样的情况下，在第一体积的粒料物202中包括催化剂材料颗粒可能不是必要的或期望的。
第二体积的粒料物204还可任选地包括催化剂材料颗粒。然而在一些实施方案中，在烧结期间可在第二体积的粒料物204与第一体积的粒料物202相对的侧上提供包括催化剂材料的催化剂结构。催化剂结构可包含包括催化剂材料的实心圆柱体或盘，并且可具有类似于基材14的材料组成。在这样的实施方案中，在烧结期间催化剂材料可从催化剂结构被带入第二体积的粒料物204中，并且催化第二体积的粒料物204中金刚石晶粒之间的粒间金刚石结合的形成。在这样的情况下，在第二体积的粒料物204中包括催化剂材料颗粒可能不是必要的或期望的。
在一些实施方案中，可在第二体积的粒料物204内而不是在第一体积的粒料物202内提供催化剂材料颗粒，并且催化剂材料可从基材14被带入第一体积的粒料物202中。将催化剂材料颗粒纳入第二体积的粒料物204中可为期望的，这是因为：由于硬质材料增加的密度和催化剂材料流动通过的第一体积的粒料物202内硬质材料的晶粒之间相对小且分散的间隙空间，在烧结期间通过第一体积的粒料物202的熔融催化剂材料的流量可能相对低。
在一些实施方案中，纳入第一体积的粒料物202或第二体积的粒料物204中的催化剂材料颗粒可具有约10纳米（10nm）至约一微米（1μm）的平均颗粒尺寸。另外，如以Burgess等人的名字于2010年7月29日公开的美国专利申请公开号：US 2010/0186304 A1公开的，选择催化剂颗粒的平均颗粒尺寸使得催化剂颗粒的平均颗粒尺寸和与该颗粒混合的硬质材料晶粒的平均晶粒尺寸的比率为约1:10至约1:1000、或甚至约1:100至约1:1000可为期望的。使用本领域中已知的技术如标准的研磨技术、溶胶-凝胶技术通过形成并且混合包括处于液体溶剂中的催化剂材料颗粒和硬质材料颗粒的浆料，随后干燥浆料等，可将催化剂材料颗粒与硬质材料晶粒混合。
第一体积的粒料物202中的金刚石晶粒具有多模态（例如双模态、三模态等）的晶粒尺寸分布。例如，粒料物中的金刚石晶粒可包含处于未结合状态的具有第一平均晶粒尺寸的第一硬质材料的多个晶粒30、和具有不同于第一多个晶粒30的第一平均晶粒尺寸的第二平均晶粒尺寸的第二硬质材料的多个晶粒32。未结合的第一多个晶粒30和第二多个晶粒32可以具有如先前参考图3和4描述的相对和实际的尺寸，尽管注意到在用于形成硬质多晶材料16的烧结过程期间可发生一定程度的晶粒生长和/或收缩。例如，在烧结过程期间第一多个晶粒30可经历一定程度的晶粒生长，并且在烧结过程期间第二多个晶粒32可经历一定程度的晶粒收缩。换句话说，在烧结过程期间第一多个晶粒30可以损害第二多个晶粒32为代价生长。
第二体积的粒料物204中的金刚石晶粒可具有三分之一的平均晶粒尺寸。在一些实施方案中，第二体积的粒料物204中的金刚石晶粒可具有单模态的晶粒尺寸分布。然而在其它实施方案中，第二体积的粒料物204中的金刚石晶粒可具有多模态（例如双模态、三模态等）的晶粒尺寸分布。然而在这样的实施方案中，各模式的平均晶粒尺寸可大于约五百纳米（500nm）。换句话说，第二体积的粒料物204中的金刚石晶粒可不含硬质材料的纳米颗粒或纳米晶粒。第二体积的粒料物204中的金刚石颗粒可包括前面参考图4描述的硬质材料的未结合的的多个晶粒40。未结合的金刚石颗粒40可具有如前面参考图3和4描述的相对和实际的尺寸，尽管注意到在用于形成硬质多晶材料16的烧结过程期间可发生一定程度的晶粒生长和/或收缩，如前面提到的。
如图7所示在容器210内提供第一体积的粒料物202、第二体积的粒料物204、和任选的基材14后，可使该组件任选地经受冷压过程以压缩容器210中的第一体积的粒料物202、第二体积的粒料物204、和任选的基材14。
随后根据本领域中已知的程序在HTHP过程中烧结所得的组件以形成具有多晶复合片12的切割元件10，通常如前面参考图1和2描述的，所述多晶复合片12包含包括第一区域20和第二区域22的硬质多晶材料16。同时参考图2和7，第一体积的粒料物202（图7）可形成硬质多晶材料16的第一区域20（图2），并且第二体积的粒料物204（图7）可形成硬质多晶材料16的第二区域22（图2）。
虽然取决于被烧结的各种材料的特定组成和数量，HTHP方法的准确操作参数会有所改变，但是加热的压机中的压力可大于五吉帕斯卡（5.0GPa）并且温度可大于约一千五百摄氏度（1,500℃）。在一些实施方案中，加热的压机中的压力可大于约6.5GPa时（例如约6.7GPa）。此外，被烧结的材料可保持在这样的温度和压力下约三十秒（30秒）至约二十分钟（20分钟）之间。在其中碳酸盐催化剂材料50（例如Mg、Ca、Sr和Ba中的一种或多种的碳酸盐）用于催化多晶金刚石形成的实施方案中，粒料混合物可经受大于约7.7吉帕斯卡（7.7GPa）的压力和大于约2,000℃的温度。
图8和9是分别类似于图3和4的那些的简化图，并且示出了在用于形成多晶复合片12的烧结过程后多晶复合片12的第一区域20和第二区域22的显微组织在放大倍率下可如何出现。图8与图3相同，并且在烧结后的第一区域20的显微组织（图8）可与最终的切割元件10中的显微组织（图3）相同。然而正如本文前面所描述的，在本发明的另外的实施方案中，虽然硬质材料（例如金刚石）的纳米颗粒或纳米晶粒可用于第一区域20的形成，但是完全成形的硬质多晶材料16可不包括较小的晶粒32（例如纳米晶粒），因为在用于形成硬质多晶材料16的烧结过程期间这样的纳米晶粒可变得并入较大的晶粒30中。
如图9所示，在烧结过程后，用于催化硬质多晶材料16的晶粒40之间的粒间结合的形成的催化剂材料50（图3中的黑色阴影）可以存在于第二区域22中的硬质多晶材料16的相互结合的晶粒40之间的间隙空间内。
因此在烧结过程后，例如可使用酸浸出方法从金刚石晶粒40之间移除多晶复合片12中的硬质多晶材料16的第二区域22中的金刚石晶粒40之间的间隙空间中的催化剂材料50。具体地，如本领域已知的并且在美国专利第5,127,923号和美国专利第4,224,380号中更充分地描述的，可以使用王水（浓硝酸（HNO3）和浓盐酸（HCl）的混合物）从多晶复合片12的第二区域22中的金刚石晶粒40之间的间隙空间至少基本上移除催化剂材料50。还已知使用沸腾的盐酸（HCl）和沸腾的氢氟酸（HF）作为浸出剂。一种特别合适的浸出剂是处于高于110℃的温度下的盐酸（HCl），可以将其与硬质多晶材料16的第二区域22的暴露表面接触提供持续约2小时至约60小时的时间段，这取决于包含硬质多晶材料16的本体的尺寸。可用保护性材料如耐蚀刻或耐源自浸出剂的其它损坏的聚合物材料覆盖（例如涂覆）切割元件10除了被浸出的那些表面如基材14的表面和/或硬质多晶材料16的第一区域20的暴露的侧表面。然后，例如通过将切割元件10的多晶复合片12的第二区域22的至少一部分浸渍或浸入到浸出流体中，可将待浸出的表面暴露于并且带到与浸出流体接触。
浸出流体将会从其暴露的表面渗入切割元件10的多晶复合片12的第二区域22中。由浸出流体所达到从暴露的表面进入多晶复合片的第二区域22的深度或距离将是第二区域22暴露于浸出流体的时间（即浸出时间）的函数。由于第一区域20中的硬质材料增加的密度和浸出流体必须流动通过的第一区域20内硬质材料的晶粒30、32之间相对小且分散的间隙空间，在浸出过程期间通过多晶复合片12的第一区域20的浸出流体的流量可相对低于通过第二区域22的流量。换句话说，界面24可充当妨碍或阻碍浸出流体进一步流入硬质多晶材料16中并且具体地进入硬质多晶材料16的第一区域20中的屏障。结果，一旦浸出流体到达第一区域20与第二区域22之间的界面24（图1和2），则可降低浸出深度作为时间的函数而增加的速率。因此，通过将第一区域20与第二区域22之间的界面24定位在硬质多晶材料16内期望的、所选的深度和位置处，可选择和确定从多晶材料16浸出催化剂材料50的特定的所需深度。界面24可用于妨碍或阻碍浸出流体的流动并且因此妨碍或阻碍催化剂材料50从硬质多晶材料16超出定位界面24的期望的、所选的浸出深度浸出。用另一种方式说明，使用硬质多晶材料16的第一区域20中硬质材料的较小晶粒32作为浸出流体的屏障，可阻碍浸出流体流动通过晶粒30、32之间的硬质多晶材料16的第一区域20。
尽管以比催化剂材料50从硬质多晶材料16的第二区域22浸出更慢的浸出速率，然而，一旦浸出流体到达界面24，持续暴露于浸出流体就可引起催化剂材料50从硬质多晶材料16的第一区域20进一步的浸出。催化剂材料50从第一区域20的这样的浸出可能是不期望的，并且可以选择浸出过程的持续时间使得催化剂材料50不以任何显著的数量（即以可测量地改变多晶复合片12的耐磨性或断裂韧性的任何数量）从第一区域20浸出。
因此，使用浸出流体催化剂材料50可从硬质多晶材料16的第二区域22内的间隙空间浸出，而不从硬质多晶材料16的第一区域20内的间隙空间完全移除催化剂材料50。在一些实施方案中，催化剂材料50可保持在至少基本上所有（例如在约98体积％或更多）的硬质多晶材料16的第一区域20内的间隙空间。
在浸出硬质多晶材料16的第二区域22后，硬质多晶材料16的第二区域22内的硬质材料的相互结合的晶粒40之间的间隙空间可至少基本上不含催化剂材料50。因此，如前面参考图4描述的，第二区域22中硬质材料的相互结合的晶粒40之间的间隙空间可包含空隙42。
可以形成本发明的多晶复合片和切割元件如上面参考图1-4描述的切割元件10和多晶复合片12的实施方案并且将其固定于用于在地下岩层中形成井眼的钻地工具。作为一个非限制性实施例，图10示出了一种固定刀具类型的钻地旋转钻头300，其包括多个如本文前面描述的切割元件10。旋转钻头300包括钻头体302，并且切割元件10与钻头体302结合。在钻头体302的多个叶片306每个的外表面中形成的凹部（pocket）304内可以钎焊（或以其它方式固定）切割元件10。
如本文所述的切割元件和多晶复合片可以结合于并且用于其它类型的钻地工具，包括例如牙轮钻头、冲击钻头、取芯钻头、偏心钻头、双心钻头、铰刀、可膨胀的铰刀、铣磨刀、混合钻头，和本领域中已知的其它钻头和工具。
下面提出其它的非限制性的示例性实施方案：
实施方案1：一种多晶复合片，其包含：
硬质多晶材料，其包含：
第一区域，其包含：
具有第一平均晶粒尺寸的第一硬质材料的多个晶粒；
具有比第一平均晶粒尺寸小的第二平均晶粒尺寸的第二硬质材料的多个晶粒，第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒的晶粒相互穿插并且相互结合；和
用于催化第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒的晶粒之间的粒间结合的形成的催化剂材料，所述催化剂材料设置于第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒的硬质材料的相互结合的晶粒之间的间隙空间中；
第二区域，其邻近第一区域设置并且沿第一区域与第二区域之间的界面与第一区域直接结合，所述第二区域包含具有第三平均晶粒尺寸的第三硬质材料的多个晶粒，所述第三硬质材料的多个晶粒的晶粒相互穿插并且相互结合，其中第三硬质材料的多个晶粒的相互结合的晶粒之间的间隙空间至少基本上不含用于催化第三硬质材料的多个晶粒的晶粒之间的粒间结合的形成的催化剂材料。
实施方案2：实施方案1的多晶复合片，其中第一平均晶粒尺寸和第三平均晶粒尺寸各自是第二平均晶粒尺寸的至少约50倍。
实施方案3：实施方案2的多晶复合片，其中第一平均晶粒尺寸和第三平均晶粒尺寸各自是第二平均晶粒尺寸的至少约100倍。
实施方案4：实施方案3的多晶复合片，其中第一平均晶粒尺寸和第三平均晶粒尺寸各自是第二平均晶粒尺寸的至少约150倍。
实施方案5：实施方案1-4中任一项的多晶复合片，其中第一平均晶粒尺寸与第三平均晶粒尺寸相等。
实施方案6：实施方案1的多晶复合片，其中第一平均晶粒尺寸和第三平均晶粒尺寸各自为至少约五微米（5μm），并且第二平均晶粒尺寸为约五百纳米（500nm）或更小。
实施方案7：实施方案1或实施方案6的多晶复合片，其中第二平均晶粒尺寸为约两百纳米（200nm）或更小。
实施方案8：实施方案1的多晶复合片，其中第一平均晶粒尺寸和第三平均晶粒尺寸各自为约一微米（1μm）至约五微米（5μm），并且第二平均晶粒尺寸为约五百纳米（500nm）或更小。
实施方案9：实施方案1的多晶复合片，其中第一平均晶粒尺寸和第三平均晶粒尺寸各自为约五微米（5μm）至约四十微米（40μm），并且其中第二平均晶粒尺寸为约六纳米（6nm）至约一百五十纳米（150nm）。
实施方案10：实施方案1-9中任一项的多晶复合片，其中第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒一起占第一区域的约九十二体积％（92体积％）至约九十九体积％（99体积％）。
实施方案11：实施方案1-10中任一项的多晶复合片，其中第三硬质材料的多个晶粒占第二区域的约八十体积％（80体积％）至约九十一体积％（91体积％）。
实施方案12：实施方案11的多晶复合片，其中第三硬质材料的多个晶粒占第二区域的约八十五体积％（85体积％）至约八十八体积％（88体积％）。
实施方案13：实施方案11或实施方案12的多晶复合片，其中第一区域的剩余部分体积至少基本上由催化剂材料构成。
实施方案14：实施方案10-13中任一项的多晶复合片，其中第二区域的剩余部分体积至少基本上由空隙构成。
实施方案15：实施方案1-14中任一项的多晶复合片，其中在第一区域中第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒的硬质材料的相互结合的晶粒之间的间隙空间内的第一平均自由程约为在第二区域中第三硬质材料的多个晶粒的硬质材料的相互结合的晶粒之间的间隙空间内的第二平均自由程的百分之九十（90％）或更少。
实施方案16：实施方案15的多晶复合片，其中第一平均自由程约为第二平均自由程的百分之七十五（75％）或更少。
实施方案17：实施方案16的多晶复合片，其中第一平均自由程约为第二平均自由程的百分之五十（50％）或更少。
实施方案18：实施方案1-17中任一项的多晶复合片，其中第二区域包含硬质多晶材料的浸出区域。
实施方案19：实施方案1-18中任一项的多晶复合片，其中催化剂材料包含钴或钴基合金。
实施方案20：实施方案1-19中任一项的多晶复合片，其中第一硬质材料的多个晶粒、第二硬质材料的多个晶粒、和第三硬质材料的多个晶粒中的至少一个的硬质材料包含金刚石。
实施方案21：一种多晶复合片，其包含：
多晶金刚石的体积，其包含：
第一区域，其包含：
第一金刚石的多个晶粒；
具有约五百纳米（500nm）或更小的平均晶粒尺寸的第二金刚石的多个晶粒，其设置并且穿插在第一金刚石的多个晶粒的晶粒之间，所述第一金刚石的多个晶粒和第二金刚石的多个晶粒相互穿插并且相互结合；和
用于催化在第一金刚石的多个晶粒和第二金刚石的多个晶粒的相互结合的晶粒之间的间隙空间中设置的粒间金刚石结合的形成的催化剂材料；和
邻近第一区域设置并且直接与第一区域结合的浸出的第二区域，所述浸出的第二区域包含相互结合的金刚石晶粒，浸出的第二区域的相互结合的金刚石晶粒占浸出的第二区域的体积的约百分之八十（80％）至约百分之九十二（92％），浸出的第二区域的相互结合的金刚石晶粒之间的间隙空间中的空隙至少基本上构成浸出的第二区域的剩余部分体积。
实施方案22：一种切割元件，其包含：
切割元件基材；和
与切割元件基材结合的多晶复合片，所述多晶复合片包含：
硬质多晶材料，其包含：
第一区域，其包含：
具有第一平均晶粒尺寸的第一硬质材料的多个晶粒；
具有比第一平均晶粒尺寸小的第二平均晶粒尺寸的第二硬质材料的多个晶粒，第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒的晶粒相互穿插并且相互结合；
用于催化第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒的晶粒之间的粒间结合的形成的催化剂材料，所述催化剂材料设置于第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒的相互结合的晶粒之间的间隙空间中；
第二区域，其邻近第一区域设置并且沿第一区域与第二区域之间的界面与第一区域直接结合，所述第二区域包含具有第三平均晶粒尺寸的第三硬质材料的多个晶粒，所述第三硬质材料的多个晶粒的晶粒相互穿插并且相互结合，其中第三硬质材料的多个晶粒的相互结合的晶粒之间的间隙空间至少基本上不含用于催化第三硬质材料的多个晶粒的晶粒之间的粒间结合的形成的催化剂材料。
实施方案23：一种钻地工具，其包含：
工具本体；和
附接至工具本体的至少一种切割元件，所述至少一种切割元件包含：
一种多晶复合片，其包含：
硬质多晶材料，其包含：
第一区域，其包含：
具有第一平均晶粒尺寸的第一硬质材料的多个晶粒；
具有比第一平均晶粒尺寸小的第二平均晶粒尺寸的第二硬质材料的多个晶粒，第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒的晶粒相互穿插并且相互结合；
用于催化第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒的晶粒之间的粒间结合的形成的催化剂材料，所述催化剂材料设置于第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒的相互结合的晶粒之间的间隙空间中；
第二区域，其邻近第一区域设置并且沿第一区域与第二区域之间的界面直接与第一区域结合，所述第二区域包含具有第三平均晶粒尺寸的第三硬质材料的多个晶粒，所述第三硬质材料的多个晶粒的晶粒相互穿插并且相互结合，其中第三硬质材料的多个晶粒的相互结合的晶粒之间的间隙空间至少基本上不含用于催化第三硬质材料的多个晶粒的晶粒之间的粒间结合的形成的催化剂材料。
实施方案24：一种形成多晶复合片的方法，其包括：
形成未烧结的复合片预成型体，其包括：
将具有第一平均晶粒尺寸的第一硬质材料的多个晶粒与具有比第一平均晶粒尺寸小的第二平均晶粒尺寸的第二硬质材料的多个晶粒混合以形成第一粒料混合物；并且
在容器内邻近第一粒料混合物放置具有第三平均晶粒尺寸的第三硬质材料的多个晶粒；
在用于催化第一硬质材料的多个晶粒、第二硬质材料的多个晶粒和第三硬质材料的多个晶粒的晶粒之间的粒间结合的形成的催化剂材料的存在下，在大于约五吉帕斯卡（5.0GPa）的压力和大于约1,300℃的温度下烧结复合片预成型体，烧结所述未烧结的复合片预成型体包括形成具有第一区域和第二区域的硬质多晶材料，所述第一区域包含由第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒形成的硬质材料的相互结合的晶粒，所述第二区域包含由第三硬质材料的多个晶粒形成的硬质材料的相互结合的晶粒，所述第一区域具有的硬质材料的第一密度高于第二区域中的硬质材料的第二密度；并且
从硬质多晶材料的第二区域内的间隙空间移除催化剂材料，而不从硬质多晶材料的第一区域内的间隙空间完全移除催化剂材料。
实施方案25：实施方案24的方法，其中从硬质多晶材料的第二区域内的间隙空间移除催化剂材料，而不从硬质多晶材料的第一区域内的间隙空间完全移除催化剂材料包括：使用浸出流体将催化剂材料从硬质多晶材料的第二区域内的间隙空间浸出。
实施方案26：实施方案25的方法，其中从硬质多晶材料的第二区域内的间隙空间移除催化剂材料，而不从硬质多晶材料的第一区域内的间隙空间完全移除催化剂材料还包括：使用硬质多晶材料的第一区域中的第二硬质材料的多个晶粒的晶粒作为浸出流体的屏障来阻碍流体通过第一硬质材料的多个晶粒之间的硬质多晶材料的第一区域的流动。
实施方案27：实施方案25或实施方案26的方法，还包括：将催化剂材料保留在硬质多晶材料的第一区域内至少基本上所有的间隙空间。
实施方案28：实施方案24-27中任一项的方法，其中形成未烧结的复合片预成型体还包括：在容器内邻近第一粒料混合物放置第三硬质材料的多个晶粒前，将催化剂材料颗粒与第三硬质材料的多个晶粒混合。
实施方案29：实施方案24-28中任一项的方法，其中在大于约五吉帕斯卡（5.0GPa）的压力和大于约1,300℃的温度下烧结复合片预成型体包括在小于约六吉帕斯卡（6.0GPa）的压力下烧结复合片预成型体。
实施方案30：实施方案24-28中任一项的方法，其中在大于约五吉帕斯卡（5.0GPa）的压力和大于约1,300℃的温度下烧结复合片预成型体包括在大于约六点五吉帕斯卡（6.5GPa）的压力下烧结复合片预成型体。
实施方案31：实施方案30的方法，其中烧结复合片预成型体还包括烧结复合片预成型体小于约两分钟（2.0分钟）。
出于说明和解释的目的，前面的描述是针对特定的实施方案。然而显而易见：在不脱离本文所公开的实施方案如下文请求保护的（包括合法等价物）范围的情况下，对于本领域技术人员对上面提出的实施方案的许多修改和变化是可能的。其目的在于下面的权利要求被解释为包括所有这些修改和变化。

Claims (18)

1.一种多晶复合片，其包含：
硬质多晶材料，其包含：
第一区域，其包含：
具有第一平均晶粒尺寸的第一硬质材料的多个晶粒；
具有比第一平均晶粒尺寸小的第二平均晶粒尺寸的第二硬质材料的多个晶粒，第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒的晶粒相互穿插并且相互结合；和
用于催化第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒的晶粒之间的粒间结合的形成的催化剂材料，所述催化剂材料设置于第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒的相互结合的晶粒之间的间隙空间中；及
第二区域，其邻近第一区域设置并且沿第一区域与第二区域之间的界面直接与第一区域结合，所述第二区域包含具有第三平均晶粒尺寸的第三硬质材料的多个晶粒，所述第三硬质材料的多个晶粒的晶粒相互穿插并且相互结合，其中第三硬质材料的多个晶粒的相互结合的晶粒之间的间隙空间至少基本上不含用于催化第三硬质材料的多个晶粒的晶粒之间的粒间结合的形成的催化剂材料。
2.根据权利要求1的多晶复合片，其中第一平均晶粒尺寸和第三平均晶粒尺寸各自是第二平均晶粒尺寸的至少约50倍。
3.根据权利要求2的多晶复合片，其中第一平均晶粒尺寸和第三平均晶粒尺寸各自是第二平均晶粒尺寸的至少约100倍。
4.根据权利要求3的多晶复合片，其中第一平均晶粒尺寸和第三平均晶粒尺寸各自是第二平均晶粒尺寸的至少约150倍。
5.根据权利要求1-4中任一项的多晶复合片，其中第一平均晶粒尺寸与第三平均晶粒尺寸相等。
6.根据权利要求1-4中任一项的多晶复合片，其中第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒一起占第一区域的约九十二体积％（92体积％）至约九十九体积％（99体积％）。
7.根据权利要求6的多晶复合片，其中第三硬质材料的多个晶粒占第二区域的约八十体积％（80体积％）至约九十一体积％（91体积％）。
8.根据权利要求7的多晶复合片，其中第三硬质材料的多个晶粒占第二区域的约八十五体积％（85体积％）至约八十八体积％（88体积％）。
9.根据权利要求1-4中任一项的多晶复合片，其中在第一区域中第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒的硬质材料的相互结合的晶粒之间的间隙空间内的第一平均自由程约为在第二区域中第三硬质材料的多个晶粒的硬质材料的相互结合的晶粒之间的间隙空间内的第二平均自由程的百分之九十（90％）或更少。
10.根据权利要求9的多晶复合片，其中第一平均自由程约为第二平均自由程的百分之七十五（75％）或更少。
11.根据权利要求10的多晶复合片，其中第一平均自由程约为第二平均自由程的百分之五十（50％）或更少。
12.根据权利要求1-4中任一项的多晶复合片，其中第一硬质材料的多个晶粒、第二硬质材料的多个晶粒、和第三硬质材料的多个晶粒中的至少一种的硬质材料包含金刚石。
13.一种钻地工具，其包含：
工具本体；和
附接至工具本体的至少一种切割元件，所述至少一种切割元件包含根据权利要求1-4中任一项所述的多晶复合片。
14.一种形成多晶复合片的方法，其包括：
形成未烧结的复合片预成型体，其包括：
将具有第一平均晶粒尺寸的第一硬质材料的多个晶粒与具有比第一平均晶粒尺寸小的第二平均晶粒尺寸的第二硬质材料的多个晶粒混合以形成第一粒料混合物；并且
在容器内邻近第一粒料混合物放置具有第三平均晶粒尺寸的第三硬质材料的多个晶粒；
在用于催化第一硬质材料的多个晶粒、第二硬质材料的多个晶粒和第三硬质材料的多个晶粒的硬质材料的晶粒之间的粒间结合的形成的催化剂材料的存在下，在大于约五吉帕斯卡（5.0GPa）的压力和大于约1,300℃的温度下烧结复合片预成型体，烧结所述未烧结的复合片预成型体包括形成具有第一区域和第二区域的硬质多晶材料，所述第一区域包含由第一硬质材料的多个晶粒和第二硬质材料的多个晶粒形成的硬质材料的相互结合的晶粒，所述第二区域包含由第三硬质材料的多个晶粒形成的硬质材料的相互结合的晶粒，所述第一区域具有的硬质材料的第一密度高于第二区域中的硬质材料的第二密度；并且
从硬质多晶材料的第二区域内的间隙空间移除催化剂材料，而不从硬质多晶材料的第一区域内的间隙空间完全移除催化剂材料。
15.根据权利要求14的方法，其中从硬质多晶材料的第二区域内的间隙空间移除催化剂材料，而不从硬质多晶材料的第一区域内的间隙空间完全移除催化剂材料还包括：使用硬质多晶材料的第一区域中的第二硬质材料的多个晶粒的晶粒作为浸出流体的屏障来阻碍流体通过第一硬质材料的多个晶粒之间的硬质多晶材料的第一区域的流动。
16.根据权利要求14或权利要求15的方法，其中形成未烧结的复合片预成型体还包括：在容器内邻近第一粒料混合物放置第三硬质材料的多个晶粒前，将催化剂材料颗粒与第三硬质材料的多个晶粒混合。
17.根据权利要求14-16中任一项的方法，其中在大于约五吉帕斯卡（5.0GPa）的压力和大于约1,300℃的温度下烧结复合片预成型体包括在大于约六点五吉帕斯卡（6.5GPa）的压力下烧结复合片预成型体。
18.根据权利要求17的方法，其中烧结复合片预成型体还包括烧结复合片预成型体小于约两分钟（2.0分钟）。
CN201280010698.4A 2011-01-20 2012-01-04 其中具有不同区域的多晶复合片和包括该复合片的切割元件和钻地工具及形成该复合片的方法 Expired - Fee Related CN103392051B (zh)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107923226A (zh) * 2015-07-22 2018-04-17 史密斯国际有限公司 具有抗冲击金刚石体的切割元件
CN108474239A (zh) * 2016-01-13 2018-08-31 斯伦贝谢技术有限公司 成角度的凿子插入件
CN108884707A (zh) * 2016-03-16 2018-11-23 戴蒙得创新股份有限公司 包含具有不同特性的环形区域的多晶金刚石体

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SA111320374B1 (ar) 2010-04-14 2015-08-10 بيكر هوغيس انكوبوريتد طريقة تشكيل الماسة متعدد البلورات من الماس المستخرج بحجم النانو
MX2013001241A (es) 2010-08-13 2013-03-21 Baker Hughes Inc Elementos cortantes que incluyen nanoparticulas en por lo menos una porcion de los mismos, herramientas para perforacion en la tierra que incluyen tales elementos cortantes, y metodos relacionados.
US8763731B2 (en) 2011-01-20 2014-07-01 Baker Hughes Incorporated Polycrystalline compacts having differing regions therein, cutting elements and earth-boring tools including such compacts, and methods of forming such compacts
US10099347B2 (en) * 2011-03-04 2018-10-16 Baker Hughes Incorporated Polycrystalline tables, polycrystalline elements, and related methods
WO2013012919A1 (en) * 2011-07-20 2013-01-24 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compact including a carbonate-catalysed polycrystalline diamond table and applications therefor
US9140072B2 (en) 2013-02-28 2015-09-22 Baker Hughes Incorporated Cutting elements including non-planar interfaces, earth-boring tools including such cutting elements, and methods of forming cutting elements
GB201305873D0 (en) * 2013-03-31 2013-05-15 Element Six Abrasives Sa Superhard constructions & method of making same
US10047567B2 (en) 2013-07-29 2018-08-14 Baker Hughes Incorporated Cutting elements, related methods of forming a cutting element, and related earth-boring tools
GB201316456D0 (en) * 2013-09-16 2013-10-30 Element Six Abrasives Sa A rock removal body
US10633928B2 (en) 2015-07-31 2020-04-28 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Polycrystalline diamond compacts having leach depths selected to control physical properties and methods of forming such compacts
CN108291428A (zh) * 2015-11-30 2018-07-17 史密斯国际有限公司 非平面切削元件上的勺形金刚石台面
US11814904B2 (en) 2015-11-30 2023-11-14 Schlumberger Technology Corporation Cutting structure of cutting elements for downhole cutting tools
US10605008B2 (en) 2016-03-18 2020-03-31 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Methods of forming a cutting element including a multi-layered cutting table, and related cutting elements and earth-boring tools
CN110295851A (zh) * 2019-06-17 2019-10-01 河北锐石钻头制造有限公司 一种偏心分体式pdc钻头

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86104661A (zh) * 1985-07-05 1986-12-31 通用电气公司 钎焊复合压制品工具及其制造方法
EP1760165A2 (en) * 2005-08-03 2007-03-07 Smith International, Inc. Polycrystalline Diamond Composite Construction Comprising Thermally Stable Diamond Volume
WO2008063568A1 (en) * 2006-11-20 2008-05-29 Us Synthetic Corporation Methods of fabricating superabrasive articles
US20090152015A1 (en) * 2006-06-16 2009-06-18 Us Synthetic Corporation Superabrasive materials and compacts, methods of fabricating same, and applications using same
US20100294571A1 (en) * 2009-05-20 2010-11-25 Belnap J Daniel Cutting elements, methods for manufacturing such cutting elements, and tools incorporating such cutting elements
US20100320006A1 (en) * 2009-06-18 2010-12-23 Guojiang Fan Polycrystalline diamond cutting elements with engineered porosity and method for manufacturing such cutting elements

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4224380A (en) 1978-03-28 1980-09-23 General Electric Company Temperature resistant abrasive compact and method for making same
US5127923A (en) 1985-01-10 1992-07-07 U.S. Synthetic Corporation Composite abrasive compact having high thermal stability
US5954147A (en) 1997-07-09 1999-09-21 Baker Hughes Incorporated Earth boring bits with nanocrystalline diamond enhanced elements
KR101406491B1 (ko) 2005-08-16 2014-06-12 엘리먼트 씩스 (프로덕션) (피티와이) 리미티드 미분된 다결정 연마제 물질
DE202006010863U1 (de) 2006-07-12 2006-10-19 Ortlieb, Hartmut Rucksack- Tasche oder Behälter mit integriertem Außenfach
US7998573B2 (en) * 2006-12-21 2011-08-16 Us Synthetic Corporation Superabrasive compact including diamond-silicon carbide composite, methods of fabrication thereof, and applications therefor
US7866418B2 (en) 2008-10-03 2011-01-11 Us Synthetic Corporation Rotary drill bit including polycrystalline diamond cutting elements
EP2462308A4 (en) * 2009-08-07 2014-04-09 Smith International THERMALLY STABLE POLYCRYSTALLINE DIAMOND CONSTRUCTIONS
US8763731B2 (en) 2011-01-20 2014-07-01 Baker Hughes Incorporated Polycrystalline compacts having differing regions therein, cutting elements and earth-boring tools including such compacts, and methods of forming such compacts
US20120186884A1 (en) 2011-01-20 2012-07-26 Baker Hughes Incorporated Polycrystalline compacts having differing regions therein, cutting elements and earth-boring tools including such compacts, and methods of forming such compacts

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86104661A (zh) * 1985-07-05 1986-12-31 通用电气公司 钎焊复合压制品工具及其制造方法
EP1760165A2 (en) * 2005-08-03 2007-03-07 Smith International, Inc. Polycrystalline Diamond Composite Construction Comprising Thermally Stable Diamond Volume
US20090152015A1 (en) * 2006-06-16 2009-06-18 Us Synthetic Corporation Superabrasive materials and compacts, methods of fabricating same, and applications using same
WO2008063568A1 (en) * 2006-11-20 2008-05-29 Us Synthetic Corporation Methods of fabricating superabrasive articles
US20100294571A1 (en) * 2009-05-20 2010-11-25 Belnap J Daniel Cutting elements, methods for manufacturing such cutting elements, and tools incorporating such cutting elements
US20100320006A1 (en) * 2009-06-18 2010-12-23 Guojiang Fan Polycrystalline diamond cutting elements with engineered porosity and method for manufacturing such cutting elements

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107923226A (zh) * 2015-07-22 2018-04-17 史密斯国际有限公司 具有抗冲击金刚石体的切割元件
CN108474239A (zh) * 2016-01-13 2018-08-31 斯伦贝谢技术有限公司 成角度的凿子插入件
CN108884707A (zh) * 2016-03-16 2018-11-23 戴蒙得创新股份有限公司 包含具有不同特性的环形区域的多晶金刚石体

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