CN103477018B - 多晶台、多晶元件和相关方法 - Google Patents

多晶台、多晶元件和相关方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103477018B
CN103477018B CN201280018105.9A CN201280018105A CN103477018B CN 103477018 B CN103477018 B CN 103477018B CN 201280018105 A CN201280018105 A CN 201280018105A CN 103477018 B CN103477018 B CN 103477018B
Authority
CN
China
Prior art keywords
area
particle
polycrystalline
polycrystalline table
crystal grain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201280018105.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103477018A (zh
Inventor
N·J·莱昂斯
D·E·斯科特
A·A·迪乔瓦尼
D·L·内尔姆斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Baker Hughes Holdings LLC
Original Assignee
Baker Hughes Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baker Hughes Inc filed Critical Baker Hughes Inc
Publication of CN103477018A publication Critical patent/CN103477018A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103477018B publication Critical patent/CN103477018B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B24D18/0009—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for using moulds or presses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B24D99/005—Segments of abrasive wheels
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/56—Button-type inserts
    • E21B10/567—Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts
    • E21B10/573—Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts characterised by support details, e.g. the substrate construction or the interface between the substrate and the cutting element
    • E21B10/5735—Interface between the substrate and the cutting element
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
    • Y10T428/24996—With internal element bridging layers, nonplanar interface between layers, or intermediate layer of commingled adjacent foam layers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
    • Y10T428/249981—Plural void-containing components

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

多晶元件，包括基底和附接到基底端部的多晶台。多晶台包括具有第一渗透率的超级磨料材料的第一区域和具有第二更低渗透率的超级磨料材料的至少第二区域，该至少第二区域介于基底和第一区域之间。形成多晶元件的方法，包括将多晶台附接到基底端部，该多晶台包括具有第一渗透率的超级磨料材料的第一区域和具有第二更低渗透率的超级磨料材料的至少第二区域，该至少第二区域介于第一区域和基底之间。从多晶台的至少第一区域除去催化剂材料。

Description

多晶台、多晶元件和相关方法
优先权要求
本申请要求2011年3月4日提交的、名称为“多晶台、多晶元件和相关方法”的美国专利申请序列号13/040,921的提交日权益。
技术领域
本发明的实施方案总体上涉及多晶台、多晶元件和相关方法。具体地，本发明的实施方案涉及具有存在基本上完全浸提的区域的多晶台的多晶元件和形成这样的多晶元件的方法。
背景技术
用于地下地层形成井筒的钻地工具可以包括多个安装在机身上的切割元件。例如，固定刀具的钻地旋转钻头(也称作“刮刀钻头”)包括多个切割元件，其固定附接到钻头的钻头体。类似地，牙轮钻地旋转钻头可以包括牙轮，其安装到从钻头体的支架延伸的轴承销，以使得每个牙轮能够绕着它安装到其上的轴承销旋转。多个切割元件可以安装到钻头的每个牙轮。
用于这种钻地工具的切割元件经常包括多晶金刚石复合片(经常称作“PDC”)切割元件，也称作“刀具”，其是包括多晶金刚石(PCD)材料的切割元件，其特征可以是作为超级磨料或者超硬质材料。这种多晶金刚石材料是如下来形成的：在高温和高压条件下、在催化剂(例如钴、铁、镍或者它们的合金和混合物)存在下，将相对小的合成、天然或者合成和天然金刚石晶粒或晶体的组合(称作“粗砂”)烧结和结合在一起，以形成多晶金刚石材料层，也称作金刚石台。这些处理经常称作高温/高压(“HTHP”)处理。切割元件基底可以包含金属陶瓷材料，即陶瓷-金属复合材料，例如钴烧结碳化钨。在一些例子中，多 晶金刚石台可以例如在HTHP烧结处理过程中在切割元件上形成。在这些例子中，切割元件基底中的钴或其他催化剂材料可以在烧结过程中进入金刚石晶粒或晶体中，并且充当催化剂材料用于由金刚石晶粒或晶体形成金刚石台。在HTHP处理中将晶粒或者晶体一起烧结之前，也可以将粉末化的催化剂材料与金刚石晶粒或晶体混合。但是在其他方法中，金刚石台可以与切割元件基底分别形成，并随后附接到其上。
为了减少与PDC切割元件中热膨胀差异和金刚石晶体的化学损坏有关的问题，已经开发了“热稳定的”多晶金刚石复合片(也称作热稳定产品或者“TSP”)。这种热稳定的多晶金刚石复合片可以通过将催化剂材料从金刚石台中的相互键合的晶粒之间的间隙中浸提出来而形成。但是，常规金刚石台会需要长达五周或者甚至更长的时间来从相互键合的晶粒之间的间隙中浸提基本上全部的催化剂材料，这减慢了生产。
发明内容
在一些实施方案中，本发明包括多晶元件，其包括基底和附接到基底端部的多晶台。多晶台包括具有第一渗透率的超级磨料材料的第一区域和具有第二更低渗透率的超级磨料材料的至少第二区域，该至少第二区域介于基底和第一区域之间。
在其他实施方案中，本发明包括形成多晶元件的方法，其包括：将包含超级磨料材料的第一多个粒子、包含超级磨料材料的第二多个粒子、催化剂材料和包含大量硬质材料的第三多个粒子置于模具中。在催化剂材料存在下烧结第一和第二多个粒子，并且也烧结第三多个粒子以形成附接到基底的多晶台，该多晶台具有包含第一渗透率的第一区域和包含第二更低渗透率的至少第二区域，该至少第二区域介于第一区域和基底之间。从多晶台的至少第一区域除去催化剂材料。
另外的实施方案中，本发明包括形成多晶元件的方法，其包括将多晶台附接到基底端部，该多晶台包含具有第一渗透率的超级磨料材料的第一区域和具有第二更低渗透率的超级磨料材料的至少第二区 域，该至少第二区域介于第一区域和基底之间。从多晶台的至少第一区域除去催化剂材料。
在仍然另外的实施方案中，本发明包括形成多晶元件的方法，其包括形成具有第一渗透率的第一多晶台。将第一多晶台结合到附接于基底的具有另一更低渗透率的另一多晶台。从至少第一多晶台浸提催化剂材料。
在其他实施方案中，本发明包括形成多晶元件的方法，其包括在催化剂材料存在下形成超级磨料材料的第一多晶台，第一多晶台具有具有第一渗透率的第一区域和具有第二更低渗透率的第二区域。从第一多晶台的至少第一区域中至少基本上完全浸提催化剂材料。将第一多晶台结合到附接于硬质材料基底端部的超级磨料材料的另一多晶台，使第二区域介于第一区域和另一多晶台之间。
附图说明
虽然说明书结束于具体指出和明确主张何为本发明的权利要求书，但是当结合附图来阅读时，可以从下面对本发明实施方案的说明中更容易地确定本发明实施方案的不同特征和优点，附图中：
图1是具有本发明的多晶台的切割元件的局部剖视透视图；
图2示意了具有本发明的穹形多晶台的另一切割元件的截面侧视图；
图3是具有本发明的另一多晶台构造的另一切割元件的截面侧视图；
图4示意了具有本发明的另一多晶台构造的切割元件的截面侧视图；
图5示意了具有本发明的多晶台的切割元件的截面侧视图，该多晶台具有在多晶台和基底之间的界面处的非平坦界面设计；
图6示意了具有本发明的多晶台的切割元件的截面侧视图，该多晶台具有在多晶台的区域之间的界面处的非平坦界面设计；
图7A-7F是本发明的多晶台的界面设计的截面顶视图；
图8表示了在用于形成本发明的多晶台的方法中的模具的截面图；
图9示意了在用于形成本发明的多晶台的另一方法中的模具的截面图；
图10表示了在用于形成本发明的多晶台的另一方法中的模具的截面图；
图11是本发明的多晶台的区域的简化截面图；
图12示意了本发明的多晶台的另一区域的简化截面图；
图13是在浸提处理后，图10所示区域的简化截面图；和
图14是钻地钻头的透视图，该钻地钻头具有附接到其上的切割元件，至少一个切割元件具有本发明的多晶台。
具体实施方式
这里所提出的图示并不表示任何具体的钻地工具、切割元件或轴承的实际视图，而仅仅是理想化的表示，其用于描述本发明的实施方案。此外，图之间共同的元件能够保持相同或类似的附图标记。
作为此处使用的，术语“钻地工具”和“钻地钻头”表示和包括用于在地下地层中形成和扩大井筒过程中用于钻探的任何类型的钻头或者工具，并且包括例如固定刀具钻头、牙轮钻头、冲击钻头、取芯钻头、偏心钻头、双中心钻头、扩眼钻头、研磨机、刮刀钻头、混合式钻头和本领域已知的其他钻探钻头和工具。
作为此处使用的，术语“超级磨料材料”表示和包括Knoop硬度值是约3,000Kgf/mm2(29,420MPa)或更高的任何材料。超级磨料材料包括例如金刚石和立体氮化硼。超级磨料材料也可以表述为“超硬”材料。
作为此处使用的，术语“多晶台”表示和包括任何这样的结构，其包含通过晶粒间键直接结合到一起的材料的多个晶粒(即晶体)。该材料的单个晶粒的晶体结构可以在多晶材料内的空间内无规定向。
作为此处使用的，术语“晶粒间键”和“相互键合的”表示和包 括在超级磨料材料相邻晶粒中的原子之间的任何直接原子键(例如共价键、金属键等)。
作为此处使用的，术语“纳米粒子”和“纳米尺寸”表示和包括平均粒径是约1nm-500nm的任何粒子(例如晶体或晶粒)。
作为此处使用的，术语“生坯”表示未烧结的。
作为此处使用的，术语“生坯部件”表示包含多个离散粒子的未烧结的结构，该多个离散粒子可以通过粘合剂材料保持在一起，该未烧结的结构具有一定的尺寸和形状，从而允许通过随后的制造方法(包括但不限于机加工和致密化)由该结构形成适用于钻地应用的部件或组件。
作为此处使用的，术语“烧结”表示温度驱动的质量传递，其可以包括微粒组分的致密化和/或粗化，并且典型地包括(通过收缩实现)除去起始粒子之间的至少一部分的孔，并结合相邻粒子之间的聚结和结合。
作为此处使用的，术语“材料组成”表示材料的化学组成和微观结构。换句话说，具有相同化学组成但是不同微观结构的材料被认为具有不同的材料组成。
作为此处使用的，术语“碳化钨”表示包含钨和碳的化学化合物的任何材料组合物，化合物例如WC、W2C以及WC和W2C的组合。碳化钨包括例如铸造碳化钨、烧结碳化钨和粗晶碳化钨。
参见图1，表示了切割元件100的局部剖视透视图。切割元件100包括附接到基底104端部上的多晶台102。多晶台102可以包括在平坦基底界面116处附接到圆柱形基底104端部上的圆盘。多晶台102包括第一区域106和至少第二区域108。第一区域106可以包括层，该层包括多晶台102的切割面110并且朝着基底104延伸。第二区域108可以介于第一区域106和基底104之间。界面112可以位于第一区域106和第二区域108之间的边界处。可以在多晶台102、基底104或者二者的外周边缘处形成倒角114。
多晶台102可以包含多晶超级磨料材料。例如，多晶台102可以 包含天然金刚石、合成金刚石、天然和合成金刚石的组合、立方体氮化硼、氮化碳和本领域已知的其他超级磨料材料。超级磨料材料的单个晶粒可以例如通过金刚石-金刚石键相互键合以形成三维多晶结构。用于催化形成多晶材料的晶粒间键的催化剂材料可以包含例如第VIIIB族金属(例如钴、铁、镍或者它们的合金和混合物)。
基底104可以包含硬质材料。例如，硬质材料可以包括陶瓷-金属复合材料(即“金属陶瓷”材料)，其包含分散在整个金属基质材料中的多个硬质陶瓷粒子。硬质陶瓷粒子可以包括碳化物、氮化物、氧化物和硼化物(包括碳化硼(B4C))。更具体地，硬质陶瓷粒子可以包括由例如W、Ti、Mo、Nb、V、Hf、Ta、Cr、Zr、Al和Si的元素制成的碳化物和硼化物。作为举例而非限制，能够用于形成硬质陶瓷粒子的材料包括碳化钨、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)、二硼化钛(TiB2)、碳化铬、氮化钛(TiN)、氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)和碳化硅(SiC)。陶瓷-金属复合材料的金属基质材料可以包括例如钴基、铁基、镍基、铁和镍基、钴和镍基以及铁和钴基合金。基质材料也可以选自市售的纯单质，例如钴、铁和镍。例如，硬质材料可以包含在钴基质中的多个碳化钨粒子(在本领域中称作钴烧结碳化钨)。
参见图2，表示了另一种切割元件100’的截面侧视图。切割元件100’包括附接到基底104端部上的多晶台102。多晶台102可以包括中空穹形，包括穹形凸起的基底104形成了多晶台102附接到其上的穹形界面116。在其他实施方案中，多晶台102可以包括实心穹形(例如半球)，其在平坦基底界面116处附接到多晶台102。在另外的实施方案中，多晶台102可以包括其他形状例如凿形、碑形或者本领域已知的用于切割面110的其他形状和构造。多晶台102包括第一区域106和至少第二区域108。第一区域106可以包括穹形层，该层包括多晶台102的切割面110并且朝着基底104延伸。第二区域108可以介于第一区域106和基底104之间。基底104可以包括中间层118。中间层118可以包含多晶台102的超级磨料材料和基底104的其余部分的硬质材料的组合。超级磨料材料和硬质材料的浓度可以包括穿过中间 层118的一定深度的超级磨料材料和硬质材料的变化的百分比梯度，以在多晶台102和基底104之间提供过度。因此，中间层118可以在多晶台和基底之间实现更坚固的附接。
参见图3，表示了另一切割元件100的截面侧视图。切割元件100包括附接到基底104端部上的多晶台102。多晶台102可以包含第一区域106和至少第二区域108。第一区域106可以从多晶台102的切割面110朝着基底104延伸，并且具有在多晶台102的外周处朝着基底104延伸的环形扩充。环形扩充可以在基底界面116的一部分处邻接于基底104。因此，第二区域108不会延伸到多晶台102的外周，第一区域106的环形扩充在第二区域108的放射状外部将其包围。第二区域108可以介于第一区域106和基底104之间。
参见图4，表示了另一切割元件100的截面侧视图。切割元件100包括附接到基底104端部上的多晶台102。多晶台102可以包括第一区域106、第二区域108和第三区域120。第一区域106可以从多晶台102的切割面110朝着基底延伸到与第二区域108的界面112。第二区域108可以介于第一区域106和第三区域120之间。第三区域120可以从第二区域108延伸到基底界面116，多晶台102在此处附接到基底104。因此，第三区域120可以邻接布置于第二区域108与第一区域106相对的端部上。
参见图5，表示了另一切割元件100的截面侧视图。切割元件100包括附接到基底104端部上的多晶台102。多晶台102包括第一区域106和至少第二区域108。第二区域108可以介于第一区域106和基底104之间。多晶台102和基底104之间的基底界面116可以包括非平坦界面设计。例如，非平坦界面设计可以包括一系列交替的凸起和凹进、同心环、放射状延伸辐条或者本领域已知的其他非平坦界面设计。
参见图6，表示了另一切割元件100的截面侧视图。切割元件100包括附接到基底104端部上的多晶台102。多晶台102包括第一区域106和至少第二区域108。第二区域108可以介于第一区域106和基底104之间。第一区域106和第二区域108之间的界面112可以包括非 平坦界面设计。例如，非平坦界面设计可以包括一系列交替的凸起和凹进、同心环、放射状延伸辐条或者本领域已知的其他非平坦界面设计。在第一区域106和第二区域108之间的界面112以及多晶台102和基底104之间的基底界面116二者均包括非平坦界面设计的实施方案中，位于第一区域106和第二区域108之间的界面112处的非平坦界面设计可以与位于多晶台102和基底104之间的基底界面116处的非平坦界面设计至少基本上相同。替代地，位于第一区域106和第二区域108之间的界面112处的非平坦界面设计可以不同于位于多晶台102和基底104之间的基底界面116处的非平坦界面设计。作为具体的非限定性例子，位于第一区域106和第二区域108之间的界面112处的非平坦界面设计可以包括同心环，和位于多晶台102和基底104之间的基底界面116处的非平坦界面设计可以包括放射状延伸辐条。
参见图7A-7F，表示了切割元件100的截面顶视图。所示截面取自多晶台102内，并且表示了第一区域106和第二区域108的部分。如所示的，多晶台102可以包括在第一区域106和第二区域108之间的非平坦界面设计。类似的非平坦界面设计也可以位于多晶台102和基底104之间的基底界面116处(参见图5)。但是，要注意第一区域106和第二区域108之间的边界没有图5-7F所示那样清楚，这是因为第一区域106和第二区域108可能包含尺寸不同的相同超级磨料材料的晶粒，和因为在多晶台102形成过程中会发生晶粒的一些移位、压碎、压裂和生长。因此，所示形状和设计是作为用于示例性目的简化例子。
在图1-7F所示的每个实施方案中，多晶台102的第一区域106可以包括第一渗透率的多晶区域。图1-7F所示的每个实施方案的第二区域108可以包括第二更低渗透率的多晶区域。第一区域106可以至少基本上完全浸提催化剂材料。因此，第一区域106可以至少基本上没有催化剂材料，否则在形成多晶台102后催化剂材料会保留在超级磨料材料的相互键合的晶粒之间的间隙中。当所称多晶台102的第一区域106中的超级磨料材料的相互键合的晶粒之间的间隙可以至少基 本上没有催化剂材料时，意味着催化剂材料被从第一区域106的微观结构内的晶粒之间的空间区域的开放、互连的网络中除去，尽管相对少量的催化剂材料可能保留在晶粒之间封闭、隔离的空间区域中，这是因为浸提剂不能达到这样的封闭、隔离的空间区域内大量的催化剂材料。在第一区域106和第二区域108(即，具有比第一区域106降低的渗透率的第二区域108)之间的渗透率差异会使得与从第二区域108除去催化剂材料相比，相对迅速地从第一区域106除去催化剂材料。
第二区域108可以具有比第一区域106更低的渗透率，因为第二区域108包含的超级磨料材料的体积百分比可以大于第一区域106的超级磨料材料的体积百分比。例如，可以形成多晶台102，其具有2011年1月20日提交的、Scott等人的美国专利申请No.13/010,620所述的微观结构。作为非限定性例子，第一区域106可以包含小于或等于91体积%的超级磨料材料，而第二区域108可以包含大于或等于92体积%的超级磨料材料。作为具体的非限定性例子，第一区域106可以包含约85-约95体积%的超级磨料材料，而第二区域108可以包含约96-约99体积%的超级磨料材料。因此，与第一区域106的超级磨料材料的相互键合的晶粒之间间隙的体积百分比相比，第二区域108包含的超级磨料材料的相互键合的晶粒之间间隙的体积百分比相应更小。在第二区域108包含较高体积百分比的超级磨料材料的情况中，超级磨料材料的相互键合的晶粒之间会存在更少和更小的互连空间，和因此更少和更窄的路径供浸提剂渗透。
第二区域108可以具有比第一区域106更低的渗透率，因为第二区域108包含的超级磨料材料的晶粒的平均粒度可以小于第一区域106的超级磨料材料的晶粒的平均粒度。例如，第二区域108的晶粒包含的平均粒度可以为第一区域106的晶粒的平均粒度的1/50-1/150。作为另一例子，第一区域106可以包含平均粒度至少5μm的晶粒，和第二区域108可以包含平均粒度小于1μm的晶粒。作为具体的非限定性例子，第一区域106可以包含平均粒度约3μm-约40μm的晶粒，和第二区域108可以包含晶粒混合物，其中至少一些晶粒的平均粒度是500nm、200nm、150nm和甚至小到6nm。较大晶粒可以散布在纳米尺寸晶粒(即，平均粒径1nm-500nm的晶粒)之间。当第二区域108包含平均粒度更小的超级磨料材料的晶粒时，相互键合的晶粒之间会存在更少和更小的互连空间，和因此更少和更窄的路径供浸提剂渗透。在一些实施方案中，第二区域108的超级磨料材料的至少一些晶粒可以包含纳米尺寸晶粒(即，直径小于约500nm的晶粒)。另外，在第二区域108中使用晶粒的多峰尺寸分布会在超级磨料材料的相互键合的晶粒之间产生更少和更小的互连空间。
此外，第二区域108可以具有比第一区域106更低的渗透率，因为与第一区域108的间隙的互连性相比，第二区域108可以包含互连性更低的间隙。例如，第一区域106中的相互键合的晶粒之间的间隙内的平均自由路径可以比第二区域108中的相互键合的晶粒之间的间隙内的平均自由路径多约10%或更多、约25%或更多或者甚至约50%或更多。理论上，第一区域106中的相互键合的晶粒之间的间隙内的平均自由路径和第二区域108中的相互键合的晶粒之间的间隙内的平均自由路径可以使用本领域已知的技术来测定，例如在ErvinE.Underwood,Quantitative Stereology,(Addison-Wesley Publishing Company，Inc.1970)中所述的那些。
参见图8，表示了用于形成多晶台102的方法中的模具122的截面图。包含超级磨料材料的第一多个粒子124可以置于模具122中。包含超级磨料材料的第二多个粒子126也可以置于模具122中，与第一多个粒子124相邻。包含大量硬质材料的第三多个粒子128可以任选地置于模具122中，第二多个粒子126介于第一多个粒子124和第三多个粒子128之间。
第二多个粒子126的粒子可以具有多峰(例如双峰，三峰等)粒度分布。例如，处于未结合状态的第二多个粒子126可以包含具有第一平均粒度的粒子和具有不同于第一平均粒度的第二平均粒度的粒子。未结合的第二多个粒子126包含的粒子可以具有如前面关于多晶台102的第二区域108所述的相对和实际尺寸，尽管要注意在用于形成 多晶台102的烧结处理过程中会发生某些程度的晶粒生长和/或收缩。
在一些实施方案中，第一多个粒子124的粒子可以具有单峰粒度分布。但是在其他实施方案中，第一多个粒子124的粒子可以具有多峰(例如双峰、三峰等)粒度分布。但是在这样的实施方案中，每个峰的平均粒度可以是约1μm或更大。换句话说，第一多个粒子124的粒子可以没有超级磨料材料的纳米粒子。未结合的第一多个粒子124包含的粒子可以具有如前面关于多晶台102的第一区域106的晶粒所述的相对和实际尺寸，尽管要注意在用于形成多晶台102的烧结处理过程中会发生某些程度的晶粒生长和/或收缩，如前所述。
当处于未结合状态时，在模具122中，第一多个粒子124可以包括第一填装密度，和第二多个粒子126可以包括第二更大填装密度。例如，第二多个粒子126可以包括多峰粒度分布，这使得粒子126填装更致密。相反，第一多个粒子124可以包括例如单峰粒度分布，其填装不如第二多个粒子126那样致密。
催化剂材料130也可以置于模具122中，催化剂材料可以用于在比不用催化剂材料时所需更低的温度和压力下催化形成第一和第二多个粒子124和126的粒子之间的晶粒间键。催化剂材料可以包括催化剂粉末，该催化剂粉末分散在至少第三多个粒子128之间，和任选地分散在第一和第二多个粒子124和126之间。在一些实施方案中，催化剂粉末可以提供在第二多个粒子126中，而非第一多个粒子124中，和催化剂材料130可以从第二多个粒子126之间进入第一多个粒子124。令人期望的是可以将催化剂粉末分散在第一多个粒子124之间，因为在烧结处理过程中熔融催化剂材料130通过第二多个粒子126的流速会是相对慢的，这归因于其中形成的多晶材料降低的渗透率，和催化剂材料130能够从中流过的第二多个粒子126的粒子之间相对小的和分散的间隙。但是，在粒子之间进行结合之前，催化剂材料可以在第一多个粒子124之间掠过，并因此可以以足以确保第一多个粒子充分烧结的速率在粒子之间流动。催化剂材料130可以包括催化剂箔或者圆盘，其介于第三多个粒子128和第二多个粒子126之间或者第 二多个粒子126和第一多个粒子124之间。此外，催化剂材料130可以涂覆到第二多个粒子126的至少一些粒子上。例如，第二多个粒子126的至少一些粒子可以使用化学溶液沉积方法(本领域中通常已知为溶胶-凝胶涂覆方法)，用催化剂材料130涂覆。在置于模具122中之前，第三多个粒子128可以充分烧结以形成具有最终密度的基底104。第二多个粒子126可以与催化剂材料130(例如以催化剂粉末的形式)一起压制，以形成多晶台102的生坯第二区域136。在该压制过程中，非平坦界面设计(例如前面关于图5-7F所述的非平坦界面设计)可以赋予生坯基底132、生坯第二区域136或者二者。
在一些实施方案中，催化剂粉末(其分散在第一多个粒子124之间或第二多个粒子126之间)形式的催化剂材料130的平均粒度可以是约10nm-约1μm。此外，令人期望的是可以选择催化剂粉末的平均粒度，以使得催化剂粉末的平均粒度与同催化剂粉末混合的粒子的平均粒度之比处于约1:10-约1:1000的范围，或者甚至处于约1:100-约1:1000的范围，如2010年7月29日公布的、Burgess等人的美国专利申请公开No.2010/0186304A1所公开的。可以使用本领域已知的技术(例如标准研磨技术)，通过形成和混合包括在液体溶剂中的催化剂材料130的粒子以及第一、第二或第三多个粒子124、126和128的浆体，和随后干燥该浆体等，将催化剂材料130的粒子与第一、第二或第三多个粒子124、126和128混合。
任选的第四多个粒子129也可以置于模具122中。第四多个粒子129可以分散在第一多个粒子124之间。第四多个粒子129可以包含非催化剂材料(例如镓、铟或钨)，该材料使用浸提剂可以除去。第四多个粒子129在第一多个粒子124之间的混合会使得第二多个粒子126具有比第一多个粒子124更大的填装密度。
模具122可以包括一个或多个大致杯形的元件，例如杯形元件134a、杯形元件134b和杯形元件134c，它们可以组装和型锻和/或焊接在一起来形成模具122。第一、第二和第三多个粒子124、126和128和催化剂材料130可以置于内杯形元件134c内，如图8所示，其具有环形端壁和从环形端壁垂直延伸的大致圆柱形的侧壁，以使得内杯形元件134c大致为圆柱形，并且包括第一封闭端和第二、相对的开放端。
在模具122中提供第一多个粒子124、第二多个粒子126和任选的第三和第四多个粒子128和129后，组件可以任选地进行冷压处理以在模具122中压实第一多个粒子124、第二多个粒子126和任选的第三和第四多个粒子128和129。在包含硬质材料的任选的第三多个粒子128以完全烧结的基底的形式存在的实施方案中，第一、第二和任选的第四多个粒子124、126和129可以简单地凭靠第三多个粒子128来压实。
然后，所形成的组件可以根据本领域已知的程序在HTHP处理中烧结，以形成具有多晶台102的切割元件100，该多晶台包含超级磨料多晶材料并且包括第一区域106和第二区域108，总体上如前面关于图1-6所述。一起参见图1和8，第一多个粒子124可以形成多晶台102的第一区域106，和第二多个粒子126可以形成多晶台102的第二区域108。
虽然HTHP处理的精确操作参数可以根据烧结中的不同材料的具体组成和量而变化，但是加热的压机中的压力可以大于约5.0GPa和温度可以大于约1,400℃。在一些实施方案中，加热的压机中的压力可以大于约6.5GPa(例如约6.7GPa)。此外，烧结中的材料可以在这样的温度和压力保持约30秒至约20分钟的时间段。
参见图9，表示了用于形成多晶台102的另一方法中的模具122的截面图。置于模具122中的是独立形成的具有第一渗透率的多晶台102a。附接到基底104端部的具有第二更低渗透率的另一多晶台102b也置于模具中。独立形成的多晶台102a、另一多晶台102b和基底104可以在模具122中进行烧结处理，例如前述的HTHP处理。独立形成的多晶台102a和另一多晶台102b可以在催化剂材料130存在下烧结。例如，在用于形成独立形成的和另一多晶台102a和102b的初始烧结处理之后，催化剂材料130可以保留在超级磨料材料的相互键合的晶粒之间的间隙中。但是在一些实施方案中，在将独立形成的多晶台102a置于模具122中与另一多晶台102b相邻之前，可以至少部分浸提它以除去其中的至少一些催化剂材料130。替代地或者除了已经存在的催化剂材料130之外，催化剂材料130可以以介于独立形成的和另一多晶台102a和102b之间的圆盘或者箔的形式来提供。因此，独立形成的多晶台102a可以具有第一渗透率和可以用于在所形成的多晶台102中形成具有第一渗透率的第一区域106。类似地，另一多晶台102b可以具有第二更低渗透率和可以用于在所形成的多晶台102中形成具有第二更低渗透率的第二区域108。
参见图10，表示了用于形成多晶台102的另一方法中的模具122的截面图。置于模具122中的是独立形成的多晶台102a。独立形成的多晶台102a可以包括具有第一渗透率的第一区域106和具有第二更低渗透率的第二区域108。独立形成的多晶台102a可以位于另一多晶台102b上，并且第二区域108介于第一区域106和另一多晶台102b之间。独立形成的多晶台102a在置于模具122之前，可以至少基本上完全浸提。在烧结过程中，第二区域108会阻止该催化剂材料130从基底104和另一多晶台102b流入独立形成的多晶台102a。因此，第一区域106可以保持至少基本上完全没有催化剂材料130，而不需要随后的浸提或者需要较少的随后的浸提。在这样的实施方案中，所形成的多晶台102可以是特别类似于图4所示的多晶台。在其他实施方案中，独立形成的多晶台102a可以不是至少基本上完全浸提的，并且催化剂材料130可以保留在独立形成的多晶台102a内的第一和第二区域106和108中。
使用关于图8和9所述的方法，包括具有第一渗透率的第一区域106和具有第二更低渗透率的至少第二区域108的多晶台102可以附接到基底104的端部上。然后，多晶台102可以进行浸提处理以从其中的至少第一区域106基本上完全除去催化剂材料130。因此，可以形成如图1-7F任一所示的切割元件100。
参见图11，显示了通过前述方法所形成的多晶台102的第二区域108放大后的简化截面图。第二区域108可以包括多峰粒度分布，存 在超级磨料材料的较大晶粒138和超级磨料材料的较小晶粒140。较小晶粒140可以包含纳米尺寸的粒子。较大晶粒138和较小晶粒140可以相互键合以形成多晶材料。催化剂材料130可以位于超级磨料材料的相互键合的晶粒138和140之间的间隙中。因此，第二区域108可以包含位于超级磨料材料的相互键合的晶粒138和140之间的间隙中的一定体积百分比的催化剂材料130。
参见图12，显示了通过前述方法所形成的多晶台102的第二区域106在进行浸提处理之前的放大后的简化截面图。第一区域106可以包含单峰粒度分布，存在尺寸聚集在单一平均粒度附近的晶粒142。第一区域106可以没有纳米尺寸粒子。粒子142可以相互键合以形成多晶材料。催化剂材料130可以位于超级磨料材料的相互键合的晶粒142之间的间隙中。因此，第一区域106可以包含位于超级磨料材料的相互键合的晶粒142之间的间隙中的一定体积百分比的催化剂材料130。将图11与图12所示的微观结构进行比较，位于第二区域108内的超级磨料材料的相互键合的晶粒138和140之间的间隙中的催化剂材料130的体积百分比可以小于位于第一区域106内的超级磨料材料的相互键合的晶粒142之间的间隙中的催化剂材料130的体积百分比。
参见图13，显示了关于图12所示的第一区域106在进行了浸提处理后的情况的简化截面图。具体地，作为本领域已知的和在美国专利No.5,127,923和美国专利No.4,224,380中更充分描述的，王水(浓硝酸(HNO3)和浓盐酸(HCl)的混合物)可以用于从多晶台102的第一区域106中的晶粒142之间的间隙至少基本上除去催化剂材料130。还已知的是使用沸腾的盐酸(HCl)和沸腾的氢氟酸(HF)作为浸提剂。一种特别合适的浸提剂是温度110℃以上的盐酸(HCl)，根据多晶台102的尺寸，可以提供该盐酸与多晶台102的第一区域106的暴露表面接触约2小时-约60小时的时间段。如图1-6任一所示，与待浸提的表面(例如基底104的表面)和/或多晶台102的第二区域108暴露的侧表面不同，切割元件100的表面可以覆盖(例如涂覆)有保护材料(如聚合物材料)， 其耐受来自浸提剂的浸蚀或者其他损坏。然后，可以通过例如将切割元件100的多晶台102的第一区域106的至少一部分浸渍或者浸入到浸提流体中，使待浸提的表面暴露于浸提流体并与之接触。
浸提剂将从其暴露表面渗入切割元件100的多晶复合片102的第一区域106中。浸提流体从暴露表面进入多晶台102的第一区域106所达到的深度或距离将是第一区域106暴露于浸提流体的时间(即浸提时间)和浸提剂渗过第一区域106的微观结构的速率的函数。在浸提处理过程中，浸提流体流过多晶台102的第二区域108的速率可以相对低于穿过第一区域106的流速，这归因于第二区域108降低的渗透率。换句话说，第一和第二区域106和108之间的界面112可以充当阻挡物，来阻碍或阻止浸提流体进一步流入多晶台102中，具体来说流入多晶台102的第二区域108中。结果是，一旦浸提流体到达第一区域106和第二区域108之间的界面112(图1-6)，则浸提深度作为时间函数而增加时的比率将以显著的程度降低。因此，通过将第一区域106和第二区域108之间的界面112置于多晶台102内所需的、所选的深度或位置，可以选择和限定具体的所需深度，在该深度时从多晶台102浸提催化剂材料130是理想的。界面112可以用于阻碍或者阻止浸提流体的流动和因此阻碍或者阻止从多晶台102浸提出催化剂材料130超出界面112所在的所需的、所选的浸提深度。所述的另一方式，在多晶台102的第二区域108中使用超级磨料材料的较小晶粒140作为浸提流体的阻挡物，可以阻止浸提流体从晶粒138和140之间流过多晶台102的第二区域108。
一旦浸提流体到达界面112，则连续暴露于浸提流体会导致从多晶台102的第二区域108进一步浸提催化剂材料130，尽管浸提速率比催化剂材料130从多晶台102的第一区域106浸提出来的浸提速率更慢。不希望将催化剂材料130从第二区域108浸提出来，并且可以选择浸提处理的持续时间，以使得不以任何显著量(即，会可测量地改变多晶台102的强度或者断裂韧度的任何量)从第二区域108浸提催化剂材料130。
因此，可以使用浸提流体从多晶台102的第一区域106内的间隙中将催化剂材料130浸提出来，而不会完全从多晶台102的第二区域108内的间隙中除去催化剂材料130。在一些实施方案中，催化剂材料130可以保留在多晶台102的第二区域108内的至少基本全部(例如约98体积%或更多的)间隙内。相反，催化剂材料130可以基本上完全从多晶台102的第一区域106除去。如图12所示，第一区域106内的相互键合的晶粒142之间的间隙在浸提处理后可能包含空隙144。空隙144可以用环境流体(例如空气)填充，并且基本上完全没有催化剂材料130。
参见图14，钻地钻头146的透视图，该钻头具有附接到其上的切割元件100(例如前面关于图1-7F所述的任何切割元件)，至少一个切割元件具有本发明的多晶台102。钻地钻头146包括钻头体148，其具有从钻头体148延伸的刀片150。切割元件100可以固定在刀片150中形成的凹处152内。但是，此处所述的切割元件100和多晶台102可以结合到和用于其他类型的钻地工具，包括例如牙轮钻头、冲击钻头、取芯钻头、偏心钻头、双中心钻头、扩眼钻头、可膨胀扩眼钻头、研磨机、混合式钻头和本领域已知的其他钻探钻头和工具。
前述说明书涉及出于说明和解释目的具体实施方案。但是很显然对本领域技术人员来说，可以对上述实施方案进行许多增加、删除、改变和变化，而不脱离下文要求的所公开的实施方案的范围，包括其法律等价物。这意味着所附的权利要求书应当解释为包括全部这样的改变和变化。

Claims (19)

1.一种多晶元件，其包括：
基底；和
多晶台，该多晶台附接到基底端部，并且包括具有第一渗透率的超级磨料材料的第一区域和具有第二更低渗透率的超级磨料材料的至少第二区域，该至少第二区域介于基底和第一区域之间，
其中第一区域包含第一体积百分比的超级磨料材料的相互键合的晶粒之间的间隙，和至少第二区域包含第二更小体积百分比的超级磨料材料的相互键合的晶粒之间的间隙。
2.权利要求1的多晶元件，其中第一区域至少基本上完全浸提了催化剂材料。
3.权利要求1的多晶元件，其中多晶台的第一和至少第二区域之间的界面包括非平坦界面。
4.权利要求1-3任一项的多晶元件，其中多晶台进一步包括在与第一区域相对的端部上与至少第二区域相邻的第三区域。
5.权利要求1-3任一项的多晶元件，其中第一区域包含第一体积百分比的超级磨料材料，和至少第二区域包含第二更大体积百分比的超级磨料材料。
6.权利要求1-3任一项的多晶元件，其中第一区域包含第一平均粒度的超级磨料材料的晶粒，和至少第二区域包含第二更小平均粒度的超级磨料材料的晶粒。
7.权利要求6的多晶元件，其中至少第二区域包含至少一些纳米尺寸的晶粒。
8.权利要求1-3任一项的多晶元件，其中第一区域包含具有第一互连性的间隙，和至少第二区域包含具有第二更低互连性的间隙。
9.一种形成多晶元件的方法，其包括：
将包含超级磨料材料的第一多个粒子、包含超级磨料材料的第二多个粒子、催化剂材料和包含大量硬质材料的第三多个粒子置于模具中；
在所述催化剂材料和第三多个粒子存在下，烧结第一和第二多个粒子以形成附接到基底的多晶台，该多晶台具有包含第一体积百分比的超级磨料材料的相互键合的晶粒之间的间隙的第一区域，和包含第二更小体积百分比的超级磨料材料的相互键合的晶粒之间的间隙的至少第二区域，第一区域表现出第一渗透率和至少第二区域包括第二更低渗透率，该至少第二区域介于第一区域和基底之间；和
从多晶台的至少第一区域除去催化剂材料。
10.权利要求9的方法，进一步包括：
在将第二多个粒子置于模具中之前，压制第二多个粒子以形成生坯部件。
11.权利要求10的方法，其中在将第二多个粒子置于模具中之前，压制第二多个粒子以形成生坯部件包括：赋予生坯部件非平坦界面设计。
12.权利要求9的方法，进一步包括：
将第四多个粒子置于模具中，第四多个粒子包含能通过浸提剂除去的非催化剂材料并且分散在第一多个粒子之间。
13.权利要求9-12任一项的方法，其中将包含超级磨料材料的第一多个粒子、包含超级磨料材料的第二多个粒子、催化剂材料和包含大量硬质材料的第三多个粒子置于模具中包括：将具有第一填装密度的第一多个粒子和具有第二更大填装密度的第二多个粒子置于模具中。
14.权利要求9-12任一项的方法，其中将包含超级磨料材料的第一多个粒子、包含超级磨料材料的第二多个粒子、催化剂材料和包含大量硬质材料的第三多个粒子置于模具中包括：将具有第一平均粒度的第一多个粒子和具有第二更小平均粒度的第二多个粒子置于模具中。
15.权利要求14的方法，其中将具有第一平均粒度的第一多个粒子和具有第二更小平均粒度的第二多个粒子置于模具中包括：将包含至少一些纳米粒子的第二多个粒子置于模具中。
16.权利要求9-12任一项的方法，进一步包括：
在将第一多个粒子置于模具中之前，使用化学溶液沉积、用所述催化剂材料涂覆至少一些第一多个粒子。
17.权利要求9-12任一项的方法，其中在所述催化剂材料和第三多个粒子存在下，烧结第一和第二多个粒子以形成附接到基底的多晶台，该多晶台具有包括第一渗透率的第一区域和包括第二更低渗透率的至少第二区域，包括：在催化剂材料和第三多个粒子存在下，烧结第一和至少第二多个粒子以形成多晶台，该多晶台具有第一区域和至少第二区域，第一区域包含位于超级磨料材料的相互键合的晶粒之间的间隙中第一体积百分比的催化剂材料，和至少第二区域包含位于超级磨料材料的相互键合的晶粒之间的间隙中第二更小体积百分比的催化剂材料。
18.一种形成多晶元件的方法，其包括：
将多晶台附接到基底端部，该多晶台包括包含第一体积百分比的超级磨料材料的相互键合的晶粒之间的间隙的第一区域，和包含第二更小体积百分比的超级磨料材料的相互键合的晶粒之间的间隙的至少第二区域，第一区域表现出第一渗透率和该至少第二区域表现出第二更低渗透率，该至少第二区域介于第一区域和基底之间；和
从多晶台的至少第一区域除去催化剂材料。
19.一种形成多晶元件的方法，其包括：
形成具有第一体积百分比的超级磨料材料的相互键合的晶粒之间的间隙的第一多晶台，该第一多晶台表现出第一渗透率；
将第一多晶台结合到具有第二更小体积百分比的超级磨料材料的相互键合的晶粒之间的间隙的另一多晶台，该另一多晶台表现出另一更低渗透率，该另一多晶台附接到基底上；和
从至少第一多晶台浸提催化剂材料。
CN201280018105.9A 2011-03-04 2012-02-29 多晶台、多晶元件和相关方法 Active CN103477018B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/040,921 US10099347B2 (en) 2011-03-04 2011-03-04 Polycrystalline tables, polycrystalline elements, and related methods
US13/040,921 2011-03-04
PCT/US2012/027071 WO2012121942A2 (en) 2011-03-04 2012-02-29 Polycrystalline tables, polycrystalline elements, and related methods

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103477018A CN103477018A (zh) 2013-12-25
CN103477018B true CN103477018B (zh) 2017-08-01

Family

ID=46752406

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280018105.9A Active CN103477018B (zh) 2011-03-04 2012-02-29 多晶台、多晶元件和相关方法

Country Status (10)

Country Link
US (1) US10099347B2 (zh)
EP (2) EP2681398B1 (zh)
CN (1) CN103477018B (zh)
BR (1) BR112013022625A2 (zh)
CA (1) CA2828867C (zh)
MX (1) MX2013010086A (zh)
RU (1) RU2013144426A (zh)
SG (1) SG193270A1 (zh)
WO (1) WO2012121942A2 (zh)
ZA (1) ZA201306587B (zh)

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7036611B2 (en) 2002-07-30 2006-05-02 Baker Hughes Incorporated Expandable reamer apparatus for enlarging boreholes while drilling and methods of use
US8028771B2 (en) 2007-02-06 2011-10-04 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond constructions having improved thermal stability
US7942219B2 (en) 2007-03-21 2011-05-17 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond constructions having improved thermal stability
US9297211B2 (en) 2007-12-17 2016-03-29 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond construction with controlled gradient metal content
WO2010129813A2 (en) 2009-05-06 2010-11-11 Smith International, Inc. Methods of making and attaching tsp material for forming cutting elements, cutting elements having such tsp material and bits incorporating such cutting elements
WO2010148313A2 (en) 2009-06-18 2010-12-23 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond cutting elements with engineered porosity and method for manufacturing such cutting elements
US8695733B2 (en) 2009-08-07 2014-04-15 Smith International, Inc. Functionally graded polycrystalline diamond insert
US8758463B2 (en) 2009-08-07 2014-06-24 Smith International, Inc. Method of forming a thermally stable diamond cutting element
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.
US8858662B2 (en) 2011-03-04 2014-10-14 Baker Hughes Incorporated Methods of forming polycrystalline tables and polycrystalline elements
US20120225277A1 (en) * 2011-03-04 2012-09-06 Baker Hughes Incorporated Methods of forming polycrystalline tables and polycrystalline elements and related structures
US9493991B2 (en) 2012-04-02 2016-11-15 Baker Hughes Incorporated Cutting structures, tools for use in subterranean boreholes including cutting structures and related methods
AR092459A1 (es) 2012-09-07 2015-04-22 Ulterra Drilling Tech Lp Estructuras policristalinas selectivamente lixiviadas para elementos cortantes de barrenos de perforacion
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
US9650836B2 (en) 2013-03-01 2017-05-16 Baker Hughes Incorporated Cutting elements leached to different depths located in different regions of an earth-boring tool and related methods
GB201305873D0 (en) * 2013-03-31 2013-05-15 Element Six Abrasives Sa Superhard constructions & method of making same
US9534450B2 (en) 2013-07-22 2017-01-03 Baker Hughes Incorporated Thermally stable polycrystalline compacts for reduced spalling, earth-boring tools including such compacts, and related methods
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
US9498867B2 (en) 2013-11-26 2016-11-22 Baker Hughes Incorporated Polycrystalline compacts, earth-boring tools including such compacts, and methods of fabricating polycrystalline compacts
US10046441B2 (en) 2013-12-30 2018-08-14 Smith International, Inc. PCD wafer without substrate for high pressure / high temperature sintering
US9845642B2 (en) 2014-03-17 2017-12-19 Baker Hughes Incorporated Cutting elements having non-planar cutting faces with selectively leached regions, earth-boring tools including such cutting elements, and related methods
US9605488B2 (en) 2014-04-08 2017-03-28 Baker Hughes Incorporated Cutting elements including undulating boundaries between catalyst-containing and catalyst-free regions of polycrystalline superabrasive materials and related earth-boring tools and methods
US9714545B2 (en) 2014-04-08 2017-07-25 Baker Hughes Incorporated Cutting elements having a non-uniform annulus leach depth, earth-boring tools including such cutting elements, and related methods
US9863189B2 (en) 2014-07-11 2018-01-09 Baker Hughes Incorporated Cutting elements comprising partially leached polycrystalline material, tools comprising such cutting elements, and methods of forming wellbores using such cutting elements
JP6701742B2 (ja) 2015-01-14 2020-05-27 三菱マテリアル株式会社 掘削チップおよび掘削ビット
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
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
CN106392084A (zh) * 2016-09-26 2017-02-15 深圳市海明润超硬材料股份有限公司 一种聚晶金刚石复合片及其制备方法
TWI617396B (zh) * 2016-09-26 2018-03-11 江信有限公司 矽聚晶燒結物件及其製造方法
BE1024419B1 (fr) * 2016-11-14 2018-02-12 Diarotech S.A. Outil et procédé de coupe de roche pour forages miniers et pétroliers
WO2018226208A1 (en) * 2017-06-05 2018-12-13 Halliburton Energy Services, Inc. Crack mitigation for polycrystalline diamond cutters
DE112018003209T5 (de) * 2017-06-21 2020-03-19 Kyocera Corporation Beschichtetes Werkzeug, Schneidwerkzeug und Herstellungsverfahren eines maschinell bearbeiteten Produkts
CA3055835A1 (en) * 2018-11-08 2020-05-08 Varel International Ind., L.L.C. Method for manufacturing a polycrystalline superhard cutter utilizing leaching passages
CN112388522A (zh) * 2019-08-12 2021-02-23 南昌巨晶砂轮科技有限公司 一种磨削弧齿的磨具的制备方法
EP4103810A4 (en) * 2020-02-10 2024-03-13 Baker Hughes Oilfield Operations Llc TECHNIQUES FOR FORMING SUPERABRASIVE POLYCRYSTALLINE MATERIALS, AND ASSOCIATED METHODS, MATERIALS, CUTTING ELEMENTS AND DRILLING TOOLS

Family Cites Families (35)

* 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
US4311490A (en) 1980-12-22 1982-01-19 General Electric Company Diamond and cubic boron nitride abrasive compacts using size selective abrasive particle layers
US5127923A (en) 1985-01-10 1992-07-07 U.S. Synthetic Corporation Composite abrasive compact having high thermal stability
GB2234542B (en) * 1989-08-04 1993-03-31 Reed Tool Co Improvements in or relating to cutting elements for rotary drill bits
GB2273306B (en) * 1992-12-10 1996-12-18 Camco Drilling Group Ltd Improvements in or relating to cutting elements for rotary drill bits
US5954147A (en) 1997-07-09 1999-09-21 Baker Hughes Incorporated Earth boring bits with nanocrystalline diamond enhanced elements
US6592985B2 (en) * 2000-09-20 2003-07-15 Camco International (Uk) Limited Polycrystalline diamond partially depleted of catalyzing material
CN1662446A (zh) * 2002-04-18 2005-08-31 信大科学－生产有限股份公司 含金刚石合成材料的获取方法
US6852414B1 (en) * 2002-06-25 2005-02-08 Diamond Innovations, Inc. Self sharpening polycrystalline diamond compact with high impact resistance
ATE367891T1 (de) 2003-05-27 2007-08-15 Element Six Pty Ltd Polykristalline abrasive diamantsegmente
US20050210755A1 (en) * 2003-09-05 2005-09-29 Cho Hyun S Doubled-sided and multi-layered PCBN and PCD abrasive articles
US20050050801A1 (en) * 2003-09-05 2005-03-10 Cho Hyun Sam Doubled-sided and multi-layered PCD and PCBN abrasive articles
CA2489187C (en) 2003-12-05 2012-08-28 Smith International, Inc. Thermally-stable polycrystalline diamond materials and compacts
EP1750876B1 (en) 2004-05-12 2011-07-06 Baker Hughes Incorporated Cutting tool insert
US7694757B2 (en) * 2005-02-23 2010-04-13 Smith International, Inc. Thermally stable polycrystalline diamond materials, cutting elements incorporating the same and bits incorporating such cutting elements
US7462003B2 (en) 2005-08-03 2008-12-09 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond composite constructions comprising thermally stable diamond volume
KR101406491B1 (ko) 2005-08-16 2014-06-12 엘리먼트 씩스 (프로덕션) (피티와이) 리미티드 미분된 다결정 연마제 물질
US20090152015A1 (en) 2006-06-16 2009-06-18 Us Synthetic Corporation Superabrasive materials and compacts, methods of fabricating same, and applications using same
US7516804B2 (en) * 2006-07-31 2009-04-14 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond element comprising ultra-dispersed diamond grain structures and applications utilizing same
US8034136B2 (en) * 2006-11-20 2011-10-11 Us Synthetic Corporation Methods of fabricating superabrasive articles
US8080074B2 (en) * 2006-11-20 2011-12-20 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compacts, and related methods and applications
US7942219B2 (en) 2007-03-21 2011-05-17 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond constructions having improved thermal stability
US8663349B2 (en) * 2008-10-30 2014-03-04 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compacts, and related methods and applications
CA2749776C (en) * 2009-01-16 2016-01-05 Baker Hughes Incorporated Methods of forming polycrystalline diamond cutting elements, cutting elements so formed and drill bits so equipped
SA110310235B1 (ar) 2009-03-31 2014-03-03 بيكر هوغيس انكوربوريتد طرق لترابط مناضد التقطيع مسبقة التشكيل بركائز عامل القطع وعامل القطع المكونة بهذه العمليات
CA2760984C (en) * 2009-05-20 2018-05-01 Smith International, Inc. Cutting elements, methods for manufacturing such cutting elements, and tools incorporating such cutting elements
US9004199B2 (en) * 2009-06-22 2015-04-14 Smith International, Inc. Drill bits and methods of manufacturing such drill bits
US8727042B2 (en) * 2009-09-11 2014-05-20 Baker Hughes Incorporated Polycrystalline compacts having material disposed in interstitial spaces therein, and cutting elements including such compacts
WO2011017673A2 (en) 2009-08-07 2011-02-10 Smith International, Inc. Thermally stable polycrystalline diamond constructions
US8267204B2 (en) 2009-08-11 2012-09-18 Baker Hughes Incorporated Methods of forming polycrystalline diamond cutting elements, cutting elements, and earth-boring tools carrying cutting elements
CA2770847A1 (en) * 2009-08-18 2011-02-24 Baker Hughes Incorporated Methods of forming polycrystalline diamond elements, polycrystalline diamond elements, and earth-boring tools carrying such polycrystalline diamond elements
US8191658B2 (en) * 2009-08-20 2012-06-05 Baker Hughes Incorporated Cutting elements having different interstitial materials in multi-layer diamond tables, earth-boring tools including such cutting elements, and methods of forming same
EP2483512B1 (en) * 2009-10-02 2019-05-22 Baker Hughes, a GE company, LLC Cutting elements configured to generate shear lips during use in cutting, earth-boring tools including such cutting elements, and methods of forming and using such cutting elements and earth-boring tools
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

Also Published As

Publication number Publication date
BR112013022625A2 (pt) 2016-12-06
CN103477018A (zh) 2013-12-25
EP2681398A2 (en) 2014-01-08
ZA201306587B (en) 2014-06-25
EP3293347A1 (en) 2018-03-14
WO2012121942A3 (en) 2013-01-10
EP2681398A4 (en) 2014-07-16
WO2012121942A2 (en) 2012-09-13
EP2681398B1 (en) 2021-03-31
US10099347B2 (en) 2018-10-16
CA2828867A1 (en) 2012-09-13
SG193270A1 (en) 2013-10-30
RU2013144426A (ru) 2015-04-10
CA2828867C (en) 2018-09-18
MX2013010086A (es) 2013-10-28
US20120222364A1 (en) 2012-09-06
EP3293347B1 (en) 2022-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103477018B (zh) 多晶台、多晶元件和相关方法
US10174562B2 (en) Methods of forming polycrystalline elements from brown polycrystalline tables
CN103477015B (zh) 形成多晶台和多晶元件的方法以及相关结构
CN103477017B (zh) 形成多晶元件的方法以及通过该方法形成的结构
US20190119989A1 (en) Methods of making cutting elements and earth-boring tools and resulting cutting elements
US9022148B2 (en) Diamond bonded construction comprising multi-sintered polycrystalline diamond
US9771497B2 (en) Methods of forming earth-boring tools
CN105556050B (zh) 切削元件、形成切削元件的相关方法及相关的钻地工具
US11242714B2 (en) Polycrystalline diamond compacts having leach depths selected to control physical properties and methods of forming such compacts

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant