CN103608544A - 选择性浸取的切削器 - Google Patents

Abstract

公开的是一种制造被用作钻头切削元件（10）的多晶金刚石（PCD）切削元件的方法。该方法包括利用结合剂-催化材料来浸取由金刚石颗粒（202）形成的PCD本体，以从所述PCD本体的切削表面的多个部分去除基本上全部的所述结合剂-催化材料。切削表面的一部分（24）被标识为切削区域，在使用切削元件来切削材料时，切削区域由切削元件的切削动作来加热。浸取PCD本体包括在切削表面的被标识为切削区域的部分中执行相对地深的浸取，而切削表面的围绕被标识为切削区域的至少一部分（26）中执行相对地浅的浸取。

Description

选择性浸取的切削器

相关申请的交叉引用

本发明要求享有于2011年4月20日提交的第1106765.9号英国专利申请的优先权，其全部内容在此通过援引而被并入。

技术领域

本发明涉及多晶金刚石切削元件，并且涉及用于浸取（沥取）的方法以及用于制造该多晶金刚石切削元件的方法。

背景技术

为了本说明书的目的，多晶金刚石和类多晶金刚石的元件作为PCD元件是公知的。PCD元件由在相邻的原子之间具有异常短的原子间距的碳基材料形成。一种类型的类似于PCD的类金刚石材料被称为碳氮化合物（CN），其被描述于美国专利第5,775,615号中。一般而言，PCD元件是通过将多种材料的混合物，在高温和高压下加工成内部键合（inter-bonded）的超硬碳基晶体的多晶基体来形成的。PCD元件的共同特点是在其形成期间使用了催化材料，催化材料的残渣经常会对元件在运行时的最大可用操作温度造成限制。

PCD元件的公知的制造形式是两层或多层PCD元件，其中多晶金刚石的端面薄片（facing table）被一体地键合（bonded）到如碳化钨等较小硬度材料的基底上。PCD元件可为一种圆形片或部分圆形片，或者可形成其他形状。这种类型的PCD元件可在需要硬的耐磨以及耐腐蚀的材料的几乎任何应用中使用。PCD元件的基底可被钎焊到载体，载体通常也由烧结碳化钨（cemented tungsten carbide）形成。对于被用作切削元件例如在固定切削器或者旋转切削器的地钻钻头中的PCD，这是在被容纳在钻头的插口中时的普通构造。这些PCD元件通常被称为多晶金刚石切削器（PDC）。

典型地，金刚石薄片中的较高金刚石体积密度以冲击强度为代价来增大耐磨性。然而，现代的PDC典型地利用金刚石薄片与基底之间的复杂几何界面以及其他物理设计构造来提高冲击强度。虽然这样允许耐磨性和冲击强度被同时最大化，但是仍不免有所牺牲。

另一种形式的PCD元件是没有一体基底的单体式PCD元件，其中，多晶金刚石薄片借助机械方式或结合处理被固定到工具或磨损表面。这些PCD元件与上述那些PCD元件的不同之处在于，金刚石颗粒遍布整个元件。这些PCD元件可被机械地保持就位，它们可被嵌入到具有基底的更大的PCD元件中，或者替代性地，它们可借助金属层来制造，该金属层可借助钎焊或者焊接处理来键合。多个这些PCD元件可由单个PCD来制成，例如，如美国专利第4,481,016号和第4,525,179号所示，这两个专利公开的全部内容在此通过援引而被并入。

PCD元件最经常地是通过在高压、高温（HPHT）锻压机中烧结金刚石粉末与合适的结合剂-催化材料来形成的。一种以这种方式形成多晶金刚石的具体方法在美国专利第3,141,746号中被公开，该专利公开的全部内容在此通过援引而并入。在一种普通的用于制造PCD元件的处理中，金刚石粉末被施加到预成形的包含钴的碳化钨基体的表面上。然后，该组件在锻压机中承受非常高的温度和压力。在此处理中，钴从基体迁移到金刚石层中，并且充当结合剂-催化材料，使得金刚石颗粒借助金刚石-金刚石键合（diamond-to-diamond bonding）而彼此结合，并且还使得金刚石层结合到基体。

完成的PCD元件具有至少一个本体，其具有金刚石晶体形成的基体，这些金刚石晶体借助晶间键（intercrystalline bond）而彼此键合，并且在如上所述的包含结合剂-催化材料的晶体之间形成很多空隙。金刚石晶体包括第一连续式金刚石基体，并且上述空隙形成结合剂-催化材料的第二连续式空隙基体。另外，必须存在相对较少的区域，其中，金刚石-金刚石生长已经封装了部分的结合剂-催化材料。这些“岛状区域”不是结合剂-催化材料的连续式空隙基体的一部分。

由于空隙中的钴结合剂-催化材料与金刚石基体之间的热膨胀之差，这样的PCD元件会在约400摄氏度的温度开始承受热退化（thermal degradation）。一旦热膨胀充分，金刚石-金刚石键合就会破裂，并且会出现裂缝和缺口。热膨胀之差还可被称为热膨胀系数差。

而且在多晶金刚石中，在粘附到金刚石基体的那些金刚石晶体上的空隙区域中存在结合剂-催化材料，会引起另一种形式的热退化。由于结合剂-催化材料的存在，会引起金刚石随温度升高而石墨化，从而典型地将操作温度限制在约750摄氏度。

虽然钴是最常用的结合剂-催化材料，可采用包括钴、镍、铁、及其合金的任何Ⅷ族元素。

为了减少热退化，所谓的“热稳定”多晶金刚石元件已经被生产出来，作为用于耐切削和/或耐磨元件的预形成PCD元件，如美国专利第4,224,380号所述，该专利公开的全部内容在此通过援引而并入。在一种热稳定的PCD元件中，在传统的多晶金刚石元件中发现的钴或其他结合剂-催化材料在形成之后从连续式空隙基体被浸取。用于浸取结合剂-催化材料的多种方法是公知的。例如美国专利第4,572,722号和第4,797,241号中公开了一些浸取方法，这两个专利公开的全部内容在此通过援引而并入。

浸取结合剂-催化材料可将金刚石的耐热性能升高到约1200摄氏度。然而，这种浸取处理还具有去除烧结的碳化物基底的趋势。另外，在没有一体式基底或其他可结合表面的情况下，在安装这种材料以供操作中使用上存在严重的困难。某些人认为在距离基底小于500微米的距离不进行浸取是可取的。

用于制造这种“热稳定”PCD元件的方法典型地产生相对较低的金刚石体积密度，其典型地处于80%体积比或者更低的等级。这种低金刚石体积密度能够实现彻底的浸取处理，但是，最终的成品部件典型地在冲击强度方面相对较弱。低体积密度典型地是通过利用混合处理，并利用平均粒度约为15微米或者更小的相对较小的金刚石晶体来实现的。这些小颗粒在加工之前典型地涂布有催化材料。混合处理引起金刚石颗粒在成品中被广泛地间隔开，并且这些金刚石颗粒的外表面上专用于金刚石-金刚石键合的面积百分比相对较小（经常小于50%），也促成了低冲击强度。

在这些所谓的“热稳定的”多晶金刚石部件中，缺乏以后用于附接到工作工具上的合适的可结合基底的问题是利用多种方法来解决的。一种这样的将可结合的基底附接到“热稳定”多晶金刚石预成形体的方法在美国专利第4,944,772号中被示出，该专利公开的全部内容在此通过援引而并入。在这种处理中，多孔的多晶金刚石预成形体被首先制造，并且随后其在高温、高压且有催化材料的情况下，借助另一材料的阻挡层（理论上，该阻挡层防止催化材料再次渗入多孔的多晶金刚石预成形体）被再次烧结。最终产品在预成形体与阻挡层之间典型地具有突然过渡区，导致运行中的有问题的压力集中。这种产品被认为与一体式本体相比，更像是被接合在一起的合成物。

另外，将可键合的基底附接到“热稳定的”多晶金刚石部件的相似的处理在美国专利第4,871,377号和第5,127,923号中示出，这两个专利的全部内容在此通过援引而并入。据信，全部这些处理均存在多晶金刚石预成形体中的金刚石-金刚石结合因为高温和高压再烧结处理而退化的弱点。人们认为，这种退化通常会将最终产品的冲击强度进一步降低到低于预成形体的冲击强度的不可接受的低水平。

在热稳定的多晶金刚石的替代形式中，硅被用作催化材料。借助硅催化材料制造多晶金刚石的处理与以上描述的处理相当相似，不同之处仅在于，在合成温度和压力下，大部分硅发生反应从而形成碳化硅，碳化硅不是有效的催化材料。热阻稍微得到改善，但是由于残留一些剩余的硅（通常均匀地分布在空隙基体的空隙中），所以仍然会产生热退化。此外，因为没有可结合表面，所以这种类型的PCD存在安装问题。

最近，另一类型的PCD已可供利用，其中在烧结金刚石粉末时，碳酸盐如镁、钙、锶以及钡的粉状碳酸盐被用作结合剂-催化材料。这类PCD典型地具有比先前类型的PCD元件更大的耐磨性能和硬度。然而，由于与传统和热稳定的多晶金刚石的情形相比，烧结需要在大很多的压力下进行，所以这种材料很难以工业规模生产。由此导致的一个结果就是，采用该方法产生的多晶金刚石的本体小于传统的多晶金刚石元件。而且，由于在空隙中仍留有残余的结合剂-催化材料，所以热退化仍然会发生。而且，因为没有一体的基底或其他可结合表面，所以难以将该材料安装到工作表面。

在一些公知的技术中，物理气相沉积（PVD）和/或化学气相沉积（CVD）处理被用来施加金刚石或类金刚石涂层。PVD和CVD金刚石涂布处理是众所周知的，并且例如在美国专利第5,439,492号、第4,707,384号、第4,645,977号、第4,504,519号、第4,486,286号中被描述，这些专利的全部内容在此通过援引而并入。

以金刚石或类金刚石涂层来涂布表面的PVD和/或CVD处理例如可用于在表面上提供一组紧密压实的外延方向的金刚石晶体或其他超硬晶体。虽然这些材料因为被如此紧密地压实而具有非常高的金刚石密度，但在相邻的晶体之间没有大量的金刚石-金刚石键合，使得它们整体相当脆弱，并且当被施加高剪切负载时易于破裂。结果是，虽然这些涂层具有非常高的金刚石密度，它们趋向于在机械上脆弱，导致当在高负载应用中使用时、例如当被用作钻头切削元件时，具有非常差的冲击韧性和抗磨损性。

人们已经做出一些尝试，通过将金刚石或类金刚石涂层施加到碳化钨基底上，并随后在高压、高温环境中加工上述涂层来提高这些涂层的韧性和耐磨性，如美国专利第5,264,283号、第5,496,638号、第5,624,068号中所描述的，这些专利的全部内容在此通过援引而并入。虽然这种类型的加工可提高金刚石层的耐磨性，但是高密度金刚石层与基底之间的突然转变使得金刚石层在非常低的应变条件下就会在界面处容易受到大规模破裂的影响，这与具有阻挡层的复合结构所遇到的上述问题相似。这仍然会在使用中转化为非常差的韧性和抗冲击性。

美国专利第6,601,662号公开了PCD切削元件，其适合于主要通过使这些元件自磨锐（self-sharpening）来控制切削或工作面的磨损轮廓，以增加切削元件的操作寿命，由此使更大比例的切削器本体能够被磨损并且在有效地切削材料时使用。

切削元件的工作表面的一部分被处理，以通过深度大于约0.2mm的酸蚀处理，从靠近PCD元件的工作表面的空隙浸取基本上全部的催化剂材料，以便增大切削元件的耐磨性。特别是，这样使超硬的多晶金刚石或类金刚石元件具有大大提高的耐磨性，而不损失冲击强度。

每个切削元件还具有未被处理的另一表面，使得一些催化材料保持在空隙中，或者替代地，另一表面仅被部分地处理，或者受到至少比上述工作表面的一部分更少的处理。在一个实施例中，处理中指示出逐渐的（连续的）改变。以这种方式，被处理的更耐磨的部分使得元件成为自磨锐的。

其他公开的解决方案包括被处理表面以及未处理表面，这使得一些催化材料保持在空隙中，并且还包括另一表面，该另一表面仅被部分地处理，或者受到比被处理表面更少的处理。

改变PCD切削元件的前工作表面和侧工作表面上的耐磨性的不同方案也被公开。而且，每个工作表面具有被处理表面和未处理表面，使得一些催化材料保持在空隙中。所公开的元件具有两个工作表面（例如，PCD本体端面和侧壁），使得一个表面或两个表面可具有改变的耐磨性。仅被部分地处理或者受到至少比被处理表面更少的处理的另一表面还可被包括以替代在未处理表面的多个部位。

美国专利第5,517,589号、第7,608,333号、第7,740,673号以及第7,754,333号以及申请序列号为11/776,389和12/820,518的美国专利申请公开了多种热稳定金刚石的多晶金刚石结构。

颁发给Diamant-Boart Stratabit（USA）公司，并且被转让给哈里伯顿能源服务公司（Halliburton Energy Services,Inc.,）的美国专利第5,120,327号公开了一种碳化物基底和被粘附到该基底表面的金刚石层。该表面包括多个分隔开的脊部，在这些脊部之间形成有凹槽。

发明内容

根据本发明的第一方案，提供一种制造多晶金刚石（PCD）切削元件的方法，其包括：利用结合剂-催化材料来浸取由金刚石颗粒形成的PCD本体，以从PCD本体的切削表面的多个部分去除基本上全部的结合剂-催化材料，其中，该方法包括将切削表面的一部分标识为切削区域，在使用切削元件来切削材料时，该切削区域由切削元件的切削动作来加热；而且其中，浸取PCD本体包括在切削表面的被标识为切削区域的那部分中执行相对地深的浸取，而在切削表面的围绕被标识为切削区域的至少一部分中执行相对地浅的浸取。

在本发明的实施例中，在执行相对地深的浸取时，切削表面的围绕被标识的切削区域的那部分被遮蔽。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，在执行相对地浅的浸取之前，相对地深的浸取被执行。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，相对地浅的浸取被应用于PCD本体的基本上全部的切削表面。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，在切削表面的中心部基本上不执行浸取。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，执行相对地浅的浸取包括在PCD本体的从切削表面延伸的侧表面上执行相对地浅的浸取。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，PCD本体基本上呈圆柱形，并且切削表面是圆柱体的多个端面之一；并且其中，被标识的切削区域包括在切削表面与圆柱形侧壁之间，围绕切削表面延伸的切削边缘的至少一部分。在此，切削边缘可以是位于切削表面与侧壁之间的倒角的边缘。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，标识在使用切削元件来切削材料时、由切削元件的切削动作来加热的切削区域包括标识多个区域，所述多个区域依据PCD切削元件在使用中的方向而独立地作为切削区域工作；并且浸取PCD本体包括在切削表面的被标识为切削区域的多个区域中的每一个区域中执行相对地深的浸取，而在切削表面的围绕每个被标识为切削区域的至少一部分中执行相对地浅的浸取。在此，执行相对地深的浸取可包括对切削表面的被标识为切削区域的全部多个部分同时进行浸取。而且，多个区域中的两个或三个或更多个部分可以基本上相同，并且被设置为围绕PCD本体的轴线旋转对称，由此在使用被保持在切削工具中的切削元件时，在两个或三个或更多个区域中的第一个区域已独立地作为切削区域工作并且被磨损之后，PCD本体能够围绕该轴线旋转，以将被磨损的第一个切削区域带出切削方向，并且将两个或三个或更多个区域中的另一个区域带入切削方向。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，切削元件包括一个或多个标记以指示被标识的切削区域的位置。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，被标识的切削区域包括基本上全部的切削边缘，上述切削边缘基本上完全地围绕切削表面延伸。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，浸取还包括在被相对地深地浸取部分与相对地浅地浸取部分之间的过渡区中执行不同深度的浸取，以获得期望的浸取深度轮廓。

根据本发明的第二方案，提供一种由PCD本体制造多晶金刚石（PCD）切削元件的方法，该PCD本体包括：限定空隙区的晶间键合金刚石颗粒的金刚石基体，空隙区包含结合剂-催化材料，该方法包括：从金刚石基体的第一表面区，将基本上全部的结合剂-催化材料去除至不小于约0.15mm的深度；以及从金刚石基体的围绕第一表面区的第二表面区，将基本上全部的结合剂-催化材料去除至不小于约0.01mm并且不大于约0.12mm的深度，其中第一表面区包括围绕PCD本体的切削面的至少一部分延伸的切削边缘的至少一部分。

在本发明的多个实施例中，从金刚石基体的第一表面区去除基本上全部的结合剂-催化材料包括将基本上全部的结合剂-催化材料去除至不小于约0.18mm、或不小于约0.2mm、或不小于约0.22mm的深度。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，从金刚石基体的第二表面区去除基本上全部的结合剂-催化材料包括将基本上全部的结合剂-催化材料去除至不小于约0.02mm或不小于约0.03mm的深度。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，从金刚石基体的第二表面区去除基本上全部的结合剂-催化材料包括将基本上全部的结合剂-催化材料去除至不大于约0.1mm、或不大于约0.08mm、或不大于约0.05mm的深度。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，结合剂-催化材料通过浸取来去除；而且其中，当第一表面区被浸取时，金刚石基体的第二表面区被遮蔽。

在本发明的这些或其他实施例中，第二表面区包括PCD本体的侧表面的至少一部分，该侧表面从切削面延伸并且在切削边缘处与切削面会合。在此，第一表面区可包括PCD本体的侧表面的一部分。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，切削边缘是倒角的。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，第一表面区包括至少两个或至少三个分离区域，这些分离区域包括各自的切削边缘部分，这些切削边缘部分分别围绕切削面的至少两个或至少三个分离部分延伸的。在此，切削元件可包括一个或多个用以指示分离区域的位置的标记。而且，这些分离区域基本上可以相同，并且被设置为围绕PCD本体的轴线旋转对称。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，第一表面区包括切削边缘，该切削边缘基本上完全地围绕切削面延伸。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，PCD本体基本上呈圆柱形，并且切削面是圆柱体的多个端面之一。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，第二表面区包括与第一表面区分开的基本上全部的切削面。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，第二表面区不包括切削面的中心区域。

根据本发明的第三方案，提供一种钻头，其包括根据本发明的第一和/或第二方案制造的切削元件。

根据本发明的第四方案，提供一种多晶金刚石（PCD）切削元件，其包括PCD本体，该PCD本体显示出切削面，并围绕切削面的至少一部分限定切削边缘，其中，PCD本体包括晶间键合金刚石颗粒的金刚石基体，金刚石基体限定包含结合剂-催化材料的空隙区；其中，位于金刚石基体的表面处的第一区直到不小于约0.15mm的深度基本上不包括结合剂-催化材料，第一区包括所述切削边缘的至少一部分；而且其中，位于金刚石基体的围绕第一区的表面处的第二区直到不小于约0.01mm并且不大于约0.12mm的深度基本上不包含结合剂-催化材料。

在本发明的多个实施例中，位于金刚石基体的表面处的第一区直到不小于约0.18mm、或不小于约0.2mm、或不小于约0.22mm的深度基本上不包括结合剂-催化材料。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，位于金刚石基体的表面处的第二区直到不小于约0.02mm、或不小于0.03mm的深度基本上不包含结合剂-催化材料。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，位于金刚石基体的表面处的第二区直到不大于约0.1mm、或不大于约0.08mm、或不大于约0.05mm的深度基本上不包含结合剂-催化材料。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，位于金刚石基体的表面处的第二区包括PCD本体的侧表面的至少一部分，该侧表面从切削面延伸并且在切削边缘处与切削面会合。在此，位于金刚石基体的表面处的第一区包括PCD本体的侧表面的一部分。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，切削边缘是倒角的。

在本发明的这些或其他实施例中，位于金刚石基体的表面处的第一区包括至少两个或至少三个分离区域，这些分离区域包括各自的切削边缘部分，这些切削边缘部分分别围绕切削面的至少两个或至少三个分离部分延伸。在此，切削元件可包括一个或多个用以指示分离区域的位置的标记。而且，分离区可以基本上相同，并且被设置为围绕PCD本体的轴线旋转对称。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，第一表面区包括切削边缘，该切削边缘基本上完全地围绕切削面延伸。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，PCD本体基本上呈圆柱形，并且切削面是圆柱体的多个端面之一。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，位于金刚石基体的表面处的第二区包括在金刚石基体的表面处与第一区分开的基本上全部的切削面。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，位于金刚石基体的表面处的第二区不包括切削面的中心区域。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，在位于金刚石基体的表面处的第一区与位于金刚石基体的表面处的第二区之间存在有过渡区，在过渡区中基本上不包含结合剂-催化材料的深度根据热稳定性深度轮廓而基本上连续地改变。

根据本发明的第五方案，提供一种对多晶金刚石（PCD）本体进行浸取的方法，其包括：确定在PCD本体的工作表面的工作部位处预期出现的操作温度；确定若未进行浸取而且在应用所述工作部位处的操作温度的条件下，在PCD本体中经历的温度的等温线，其中，等温线表明将使未浸取的PCD本体将经历热退化处的持续温度的深度；以及设定用于PCD本体的浸取轮廓（leaching profile），该浸取轮廓基本上对应于工作部位的区域中的等温线。

本发明的实施例还包括：根据所设定的浸取轮廓进行浸取而且在应用工作部位处的操作温度的条件下，确定PCD本体中所经历温度的更新等温线，其中，等温线表明将使未浸取的PCD本体经历热退化的持续温度的深度；以及通过标识更新等温线与所设定的浸取轮廓之间的差异来调节浸取轮廓，并且调节所设定的浸取轮廓，以减小在浸取轮廓的比等温线深的部分的浸取深度，同时消除等温线指示出的容易发生热退化的区域。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，调节浸取轮廓包括调节工作表面中的不是工作部位的部位的浸取深度，以调节通过PCD本体并且离开工作部位的热传导。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，确定更新等温线和调节浸取轮廓的步骤被迭代式地重复进行，用于使调节后的浸取轮廓代替所设定的浸取轮廓，以在消除容易发生热退化的区域的同时，最小化整个浸取轮廓的浸取深度。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，确定在PCD本体的工作表面的工作部位处预期出现的操作温度包括利用钻头来仿真钻孔操作，在该钻头中，PCD本体被用作钻头的切削元件。

在根据本发明的上述实施例的替代方式中，确定若未进行浸取而且在应用工作部位的操作温度的条件下，在PCD本体中所经历的温度的等温线还包括确定处于部分磨损状态的PCD本体的等温线；在部分磨损状态，位于PCD本体的工作表面的工作部位处的材料相对于未磨损的PCD本体已被磨损；以及设定用于PCD本体的、基本上对应于工作部位的区域中的等温线的浸取轮廓包括基于所确定的处于部分磨损状态的PCD本体的等温线，来设定未磨损的PCD本体的浸取轮廓。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，PCD本体的浸取轮廓依据钻头上的切削元件的倾角而被进一步设定。

根据本发明的第六方案，提供一种钻头，其包括根据本发明的第五方案来浸取的PCD本体。

根据本发明的第七方案，提供一种多晶金刚石（PCD）切削元件，其具有分开且受到浸取的多个切削区域，这些切削区域位于两个或三个或更多个的分离位置，这些切削区域被设置为从切削元件的轴线偏移，以围绕所述轴线彼此旋转式地移位，由此在将切削元件固定到切削工具时，通过围绕轴线来调节切削元件的旋转方向，两个或三个或更多个切削区域中的每一个切削区域能够被独立地带入切削位置，在切削工具的使用期间，这些切削区域在切削位置执行切削。

本发明的实施例还包括表明两个或三个或更多个切削区域的位置的一个或多个标记。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，通过在使用后调节切削元件在切削器中的旋转方向，切削区域能够被依次连续地用于切削，以在切削位置利用切削元件的未磨损的切削区域来替换已磨损的切削区域。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，每个受到浸取的切削区域包括PCD切削元件的切削面的边缘的一部分。在此，相应的部分是相同的切削面的边缘或多个边缘的多个部分。

根据本发明的第八方案，提供一种在其端部具有切削面的多晶金刚石（PCD）切削元件，该切削面限定基本上完全围绕该切削面延伸的边缘，其中，边缘的一个或多个部分被浸取以形成切削边缘；而且其中，切削面的中心未被浸取。

在本发明的实施例中，围绕切削面的基本上整个边缘被浸取以形成切削边缘。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，边缘是倒角的。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，浸取延伸到切削元件的侧壁的至少一部分上。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，切削元件基本上呈圆柱形。在此，切削元件的横截面基本上呈圆形。

在本发明的这些实施例或其他实施例中，PCD元件包括晶间键合金刚石颗粒的基体，该基体限定空隙区，空隙区中包含结合剂-催化材料的；而且其中，基本上全部的结合剂-催化材料已经从基体的浸取部分被去除到预定的深度。

根据本发明的第九方案，提供一种制造多晶金刚石（PCD）切削元件的方法，其包括：除了位于两个或三个或更多个的分离位置的切削区域之外，遮蔽基本上所有的切削元件，上述的切削区域被设置为从切削元件的轴线偏移，以围绕所述轴线彼此旋转式地移位；以及浸取被遮蔽的切削元件，以对切削区域进行浸取。

根据本发明的第十方案，提供一种制造具有位于其端部的切削面的多晶金刚石（PCD）切削元件的方法，切削面限定基本上完全围绕切削面延伸的边缘，该方法包括：遮蔽切削面的至少中心部；以及对被遮蔽的切削元件进行浸取，以在切削面的中心被遮蔽而不被浸取的条件下浸取边缘的一个或多个部分，以形成一个或多个切削边缘。

在本发明的第九或第十方案的实施例中，PCD切削元件在遮蔽之前不被浸取。

本发明的第九和第十方案的这些实施例或其他实施例还包括去除遮蔽物并且再次浸取PCD切削元件。在此，该方法还可包括，在去除遮蔽物之后并在再次浸取PCD切削元件之前，以不同的遮蔽图案再次遮蔽PCD切削元件。

在本发明的第九和第十方案的这些或其他实施例中，该方法包括在每次以不同的遮蔽图案应用于遮蔽或者每次暴露PCD切削元件的一个或多个不同的部分的条件下，浸取PCD切削元件总共3次或者更多次；其中，这些遮蔽图案之一可包括基本上没有将遮蔽应用于PCD切削元件的金刚石基体的表面。

附图说明

为了能够更好地理解本发明，并且显示出本发明可如何实现，现在将仅以示例方式参考附图，在附图中：

图1示出固定刀片旋转钻头的三维立体图，该钻头具有安装到切削刀片的PCD切削元件；

图2是PCD切削元件的三维立体图；

图3是通过图2的PCD切削元件截取的剖视图；

图4是位于PCD本体的表面处的浸取部分的示意图，其代表性地示出多晶微观结构；

图5是通过具有倒角的边缘的PCD切削元件截取的示意性剖视图，其说明性地示出在PCD本体的切削面、切削边缘以及侧壁处将PCD本体浸取至基本上均匀的深度；

图6A和图6B分别示出根据本发明的PCD切削元件的实施例的三维立体图和剖视图；

图7A和图7B分别示出根据本发明的PCD切削元件的实施例的三维立体图和剖视图；

图8A和图8B分别示出根据本发明的PCD切削元件的实施例的三维立体图和剖视图；

图9A和图9B分别示出根据本发明的PCD切削元件的实施例的三维立体图和剖视图；

图10A和图10B分别示出根据本发明的PCD切削元件的实施例的三维立体图和剖视图；

图11A和图11B分别示出根据本发明的PCD切削元件的实施例的三维立体图和剖视图；

图12示意性地示出用于PCD切削元件的磨损图案，该PCD切削元件被安装在固定刀片旋转钻头的切削刀片上，如在侧视图中所见，同时对应的视图在图12A和图12B中被示出，如分别沿图12中的箭头A和B的方向所见；

图12C和图12D示出图12、图12A和图12B的PCD切削元件如何在固定刀片旋转钻头的切削刀片的插口中旋转，从而将PCD切削元件的不同的切削区域成功地带入切削位置；

图13A到图13C示意性地示出在说明性的示例中，连续的遮蔽和浸取步骤可被如何执行，从而在PDC切削元件中获得期望的浸取轮廓；

图14A到图14D示意性地示出在说明性的示例中，连续的遮蔽和浸取步骤可被如何执行，从而在PDC切削元件中获得期望的浸取轮廓；

图15A和图15B示意性地示出在说明性的示例中，连续的遮蔽和浸取步骤可被如何执行，从而在PDC切削元件中获得期望的浸取轮廓；

图16A到图16C示意性地示出在说明性的示例中，连续的遮蔽和浸取步骤可被如何执行，从而在PDC切削元件中获得期望的浸取轮廓；

图17A到图17C示出一种用于确定PCD切削元件的期望的浸取轮廓的示意图；

图18A到图18C示出一种用于确定PCD切削元件的期望的浸取轮廓的示意图；而

图19A和图19B示意性地示出当切削元件被保持在钻头中所处的倾角改变时，用于PCD切削元件的磨损轮廓可被如何改变，以及期望的浸取轮廓可如何依据其（倾角）来确定。

具体实施方式

在具体地参照附图之前，应注意PCD元件和PCD切削元件（也称为多晶金刚石切削器，或者PDC）的一些一般特征。

为了本说明书的目的，多晶金刚石以及类多晶金刚石元件被共同称为PCD元件。这些元件在高温、高压（HTHP）处理中形成有结合剂-催化材料。PCD元件具有多个被部分地键合的金刚石或类金刚石晶体，这些金刚石或类金刚石晶体形成连续式金刚石基体薄片或本体。在适合用于工业生产的锻压机中能够获得的相对较低的压力和温度条件下，结合剂-催化材料允许在相邻的金刚石晶体之间形成晶间键。

金刚石基体本体可具有大于85%的金刚石体积密度。在处理期间，金刚石晶体之间形成进入包含结合剂-催化材料的连续式空隙基体中的空隙。金刚石基体本体具有工作表面，用于多晶金刚石切削元件（也被称为多晶金刚石切削器，或者PDC）的该工作表面也被称为切削表面。PCD本体中的空隙基体的邻近工作表面并且从工作表面延伸的一个或多个部分基本上没有催化材料，而剩余的空隙基体包含催化材料。

因为PCD本体的邻近工作表面的部分基本上没有结合剂-催化材料，所以结合剂-催化材料的有害效果大幅减小，并且由于催化材料的存在，工作表面的热退化能够被有效地消除。结果是，PCD元件对于热退化的抵抗力的表面生成温度为高于750摄氏度，高达约1200摄氏度，同时在整个空隙基体上保持包含结合剂-催化材料的PDC元件的韧性、制造便利性以及结合能力。这在切削应用中转化成较高的耐磨性。这些益处能够获得而不损失元件的冲击强度。

金刚石基体薄片（PCD本体）优选地在HTHP处理期间被一体地键合到包含结合剂-催化材料的基底。优选地，空隙区中的PCD本体接触基底的层包含结合剂-催化材料，并且具有大于0.15mm的平均厚度，以便将金刚石基体薄片固定到基底。

基底优选为硬度小于PCD本体的材料，通常是烧结碳化钨或者另一种金属材料，但是基底的使用不是必需的。

典型地，PCD切削元件具有呈圆片形式的本体，该本体具有薄的前端面薄片；前端面薄片具有金刚石或类金刚石（PCD）材料的切削面，且在高压高温的锻压机中被键合到诸如烧结碳化钨或其他金属材料的硬度较小的材料的基底。PCD切削元件典型地被预成形，并随后被键合到也由烧结碳化钨形成的通常呈圆柱形的载体上。

在固定刀片旋转钻头的应用中，圆柱形载体被容纳在刀片中的形状对应的插口或凹部中。载体通常将被钎焊或被收缩配合到插口中。

通常，PCD元件的本体中的平均金刚石体积密度的范围应从约85%到约99%。平均金刚石体积密度还可被称为金刚石体积分数。高金刚石体积密度能够利用具有一定范围的粒度的金刚石晶体来实现，该金刚石晶体的平均粒度为约15微米到约60微米，优选地处于约15-25微米的量级。典型地，金刚石混合物可在约1-15微米的范围内包括1%到60%的金刚石晶体；且在25-40微米的范围内包括20%到40%的金刚石晶体；并在50-80微米的直径范围内包括20%到40%的金刚石晶体，不过多个其他尺寸范围和百分比也可使用。大金刚石晶体和小金刚石晶体的混合物可允许这些金刚石晶体的外表面面积中具有专用于金刚石-金刚石结合的相对较高的百分比(经常接近于95%)，从而有助于相对较高的表观抗磨损性（apparent abrasion resistance）。

存在很多用于从空隙中去除或减少催化材料的方法。在一个一般示例中，催化材料是钴或者另一种铁族材料（Ⅷ族金属），并且这种去除催化材料的方法是在酸蚀处理中从靠近PCD元件的工作表面的空隙中浸取催化材料。从靠近表面的位置去除催化材料的方法可通过放电来实现，或通过另一电处理或电镀处理、或者通过蒸发方式来实现。

如前所述，今天已知的由催化材料引起的PCD的热退化存在两种模式。热退化的第一种模式在低至约400摄氏度的温度开始，并且是由于空隙基体中的结合剂-催化材料与晶间键合金刚石基体（intercrystalline bonded diamondmatrix）中的晶体之间的热膨胀之差引起的。当充分加热时，伴随的不均匀膨胀会导致金刚石-金刚石结合破裂，由此会产生裂缝和缺口。

热退化的第二种模式在约750摄氏度的温度开始。该模式是由结合剂-催化材料接触金刚石晶体，从而使这些晶体在温度超过约750摄氏度时石墨化的催化能力引发的。随着晶体石墨化，这些晶体会经历伴随着体积大幅增大的相变，这会导致PCD本体破裂以及与基底分离。甚至催化材料在金刚石晶体的表面上的几微米涂层也能够导致热退化的该模式发生。

因此将理解，为了最大利益，催化材料必须既从金刚石晶体间的空隙被去除，也从金刚石晶体的表面被去除。如果催化材料既从金刚石晶体的表面被去除，又从金刚石晶体之间的空隙被去除，则在上述区域中的金刚石晶体接近1200摄氏度之前，不应发生热退化。

从金刚石晶体的表面去除催化材料比从空隙去除更加困难，这应是显而易见的。基于该原因，依据催化材料被减少的方式来减少热退化是有效的，从工作表面减少催化材料的深度可依据用于减少催化材料的方法来改变。

确实在一些应用中，热阈值提高到400摄氏度以上但低于750摄氏度就足够了，因此，可允许进行比较不强烈的催化材料减少处理。结果，可以理解，存在大量催化材料减少方法的组合，这些方法可被应用，以实现特定的应用所需要的催化材料减少的水平。

在本说明书中，当术语“基本上没有”被用来指结合剂-催化材料已从空隙、空隙基体或者PCD本体的体积中被去除时，应理解，晶间键合金刚石基体中的大多数（如果不是全部的话）相邻晶体的表面仍然可具有结合剂-催化材料的涂层。

为了有效，结合剂-催化材料在工作表面的发热点必须被去除到足以允许PCD本体中存在催化材料的多个区域的温度被保持在低于局部热退化温度的深度。热退化抵抗力的提高会带来磨损率的改善，因为热稳定的晶间键合金刚石基体能够保持其结构完整性，并因此保持其机械强度。

金刚石被认为是热导体。如果工作表面处的摩擦事件导致突然极剧的热输入，则键合的金刚石晶体将沿所有离开该事件的方向来传导热量。这样能够允许通过晶间键合金刚石材料，来获得例如高达1000摄氏度/mm或者更高的极高温度梯度。当然，实际经历的温度梯度将依据金刚石晶体尺寸以及晶体间键合的量而改变。然而，还不清楚这样大的热梯度是否实际存在。

在此公开的PCD元件的一个特别有用的应用是作为切削元件或者PDC（多晶金刚石切削器）。PCD切削元件的工作表面可以是顶部工作表面（端面）和/或外围工作表面。附图中示出的PCD切削元件是典型地可在固定切削器式旋转钻头中使用的切削元件。虽然未示出，另一类型的PCD切削元件被形成为圆顶。这种类型的PCD切削元件能够具有延长的底部，用于插入固定切削器或滚锥式的旋转钻头的本体中或者滚动的切削器钻头中的插口内。

考虑到过去的与PCD元件相关的一般技术构思和细节，现在将特别参照附图进行更详细的说明，在附图中示出本发明的实施例，以及对理解本发明有用的示例。

应理解，附图本质上主要是示意性的，旨在表达本发明的基础技术，而不是必然性地表示出所示部件的相对大小、形状和尺寸。特别是，仅仅为了说明的目的，某些特征可相对于其他特征以放大或夸大的方式示出。

在此处涉及的深度是指PCD元件在任何部分、范围或区域中已经被浸取的深度，该深度将被认为是从PCD元件内的浸取部分与未浸取部分之间的边界到PCD元件的由此发生浸取的最近表面的距离。在大多数情况下，这将对应于从发生浸取的表面测量到的竖直深度。

如上所述，浸取处理能够导致晶间键合金刚石基体的浸取部分变得易碎，因此较不能抵抗冲击。因此，在通过浸取到更大的深度来实现热稳定性的收益和与此相关的韧性和抗冲击性方面的连带损失之间，仍然要进行权衡。

同时，不仅依据PCD切削元件自身的与耐磨性和冲击强度有关的性能，而且依据PCD切削元件被包含在其中的钻头的性能，与PCD切削元件的制造相关的时间、精力以及伴随的费用必须与任何可获得的性能的有效提升相当。

到目前为止，市售的PCD切削元件几乎是专门通过对切削元件的PCD本体的整个外表面上执行统一的浸取处理来制造的。同样，现存的技术仍然挣扎于在PCD切削元件的冲击强度与耐磨性或热完整性之间进行平衡的行为。

因此，驱动因素就是，通过在PCD本体的晶间键合金刚石基体中，使来自空隙区的结合剂-催化材料的减少量最小化，来减少冲击强度上的任何牺牲，同时保持借助现有的浸取式PCD切削器能够实现的对热退化的抵抗力。这主要是通过对PCD切削元件的区域应用限制浸取处理来实现的，在PCD切削元件的所述区域，热量公知地通过切削操作中的切削元件的使用而产生。特别是，通过从切削元件的那些切削元件与被切削材料之间很少发生接触或不接触的区域中消除浸取，PCD切削元件的韧性和冲击强度作为整体能够得到提升。

此外，通过在已知发生切削和磨损的区域，合适地设计浸取轮廓，浸取轮廓能够适合于适应更大的磨损度，以允许切削元件被使用更长的时期来有效地切削材料，从而显著地提高包含切削元件的钻头的钻孔性能。在切削元件变钝并且钻头必须被起出和更换之前，包含具有这种特性的切削元件的钻头能够连续地钻孔更长的时间和更远的距离。以这种方式形成的切削元件也是更能够抗开裂或破裂，因此在钻孔操作期间更不容易发生故障，从而提高包含这种切削元件的钻头的可靠性。

参照图1，图1示出固定刀片旋转钻头1，其具有多个切削器刀片5，这些切削器刀片被布置为从钻头的中心纵轴线基本上径向延伸。每个切削刀片设有多个多晶金刚石（PCD）切削元件10，这些多晶金刚石切削元件被安装为面向操作中的切削刀片5的旋转方向。如本技术领域中公知的，PCD切削元件10可被安装为具有倾角，随着切削刀片5（切削元件10被安装在切削刀片5上）在钻头1的操作中旋转，切削元件10的面22以该倾角靠近被切削的地层材料。钻头上的切削元件通常可被描述为“前倾”或“后倾”。前倾式切削元件趋于挖入被切削的地层材料内，这能够提高钻头的穿透率，但同时将可能增大切削阻力，这会使钻头在使用中失速。后倾式切削元件具有在被切削的地层材料的表面上倚靠或滑动的趋势，这成为与前倾式切削器相反的效果。结果是穿透率较低，但是具有较小的切削阻力和钻头失速的危险。在很多情况下，为了实现钻头失速的危险与钻头进入地层的期望的穿透率之间的平衡，正向的前倾式切削元件与负向的后倾式切削元件的混合可能是最佳的。同时，本领域技术人员将理解，当切削元件被安装在固定刀片旋转钻头1的切削刀片5上时，切削元件的倾角将改变切削元件10的磨损轮廓，以及切削元件10的切削面22上的在切削元件10的使用期间产生热量的点。

转向图2到图4，其示出了PCD切削元件10的基本结构。PCD切削元件10具有PCD本体20，PCD本体20被一体地附接到基底30或者键合到基底30，如上所述。PCD本体20基本上由晶间键合金刚石晶体或颗粒202的基体200构成，基体200限定出位于多个晶体之间的空隙空间212；这些空隙空间基本上相互连接，以形成空隙基体210。在HPHT处理中PCD本体20的形成期间，空隙基体210由结合剂-催化材料214来填充，该结合剂-催化材料促进晶间键的形成。

PCD本体的晶体微观结构在图4中被示意性地示出，其中晶间键合金刚石基体200能够被看见是由借助晶间键而被键合在一起的多个金刚石晶体202形成的。空隙空间212在多个晶体202之间是可见的，并且基本上相互连接，以限定实质上遍布金刚石基体200延伸的空隙基体210。在最初形成PCD本体20时，基本上所有的空隙212均在其中包含结合剂-催化材料214。浸取处理随后被应用，以将结合剂-催化材料214去除到期望深度，在图2、图3和图4中，期望深度被示出为从PCD本体20的浸取的表面22测量的距离D。应注意，如图4所示，PCD本体的浸取部分24与未浸取部分28之间的界面不是平坦和光滑的。因此，应采用平均深度，以便确定浸取深度基本上相似的任何区域中的深度D。

在图2和图3所示的示例中，PCD本体20基本上呈圆柱形，其横截面呈圆形，并具有工作表面22，工作表面基本上垂直于圆柱形的纵轴线。在其他的圆柱形PCD本体中，工作表面22可不垂直于本体的纵轴线，而是与本体的纵轴线成一定角度。

如图2和图3所示，PCD本体20已经从工作表面22被浸取到基本上恒定的深度D，以形成浸取部分24。在该深度D之下留有未浸取部分28；结合剂-催化材料214残留于未浸取部分28中，且被包含在连续式空隙基体210中，该连续式空隙基体由晶间键合金刚石基体200的空隙212形成。如上所述，为了将PCD本体20牢固地结合到其被安装在其上的基底30，结合剂-催化材料214存在于PCD本体20的与切削表面22相对的那一端的至少一部分中是符合期望的。应注意，在很多情况下，工作表面22的顶部上的浸取区域可能具有基本上恒定的浸取深度D。然而，随着浸取部分从PCD本体20的顶表面朝向基底30与PCD本体20之间的边界（也称为界面），沿着PCD本体20的侧表面向下延伸，在PCD本体20的侧面上浸取可能逐渐减少。

转到示意性地示出示例的图5，其中图2和图3所示的PCD本体20的边缘23在应用浸取处理之前已经被倒角。浸取处理随后不仅被应用于切削表面22，而且应用于倒角边缘23以及圆柱形PCD切削元件20的一部分侧壁27。在这种连接中，应注意，由于结合剂-催化材料214在PCD本体20的所述部分中的减少将会减小基底30与PCD本体20之间的键合的完整性，所以重要的是浸取处理不延伸到基底30，那样会导致PCD本体在PCD切削元件10的使用期间与基底30分离。

在公知的浸取处理中，PCD切削元件10在浸取酸浴（即浸蚀处理）中实质上被浸没，这用来从PCD切削元件的表面区域上减少结合剂-催化材料214。实现结合剂-催化材料214的减少的深度基本上取决于所使用的酸的强度和类型两者以及浸取处理被执行的时间长度。

为了防止PCD切削元件10的不需要的区域受到酸的浸取，遮蔽材料40被施加到PCD切削元件的需要防止浸取的那些区域。然而，由于施加遮蔽材料40耗时、人工密集而且至少部分地手动作业，所以目前的工业化生产处理趋于根据简单且基本上均匀的遮蔽图案，简单地遮蔽PCD切削元件的侧壁区域。

转到图6A和图6B，其示出本发明的试图在现存的技术上加以改进的实施例。在该实施例中，PCD切削元件10被遮蔽，以基本上覆盖PCD本体20和基底30的全部，包括切削表面22的实质上大部分，除了被标识为切削区域的部分区域（此部分区域包围边缘23的位于PCD切削元件的侧壁27与切削表面22之间的那一部分）之外。因此，当PCD切削元件10在酸浴中被浸蚀以执行浸取时，结合剂-催化材料214仅从边缘23内的被留下从遮蔽材料40中暴露出来的部分上被去除。因此，基本上全部的PCD本体20作为未浸取部分28被保留，而仅包括边缘部分的暴露出来的切削区域变成浸取部分24。

以这种方式，相当大比例的切削表面22、以及作为整体的PCD本体20保留未被浸取，从而提高了PCD切削本体20的抗冲击性。

此外可认为，由于PCD切削本体20的未浸取部分用来针对较小的浸取部分24增加结构强度、韧性以及完整性，所以浸取部分24与现有技术的PCD切削元件中的相等深度的浸取表面相比将具有更高的抗冲击性。

应注意，图6A中示出的遮蔽图案仅是示例性的，为的是解释以上描述的遮蔽和选择性浸取技术的概念。为了标识出PCD本体20的需要浸取的合适区域，必须标识出PCD切削元件10中的将与被切削的地层材料接触和交界的部分。然而，一旦PCD切削元件10在固定刀片旋转钻头1的刀片5上的位置已知，那么这样的区域就易于与切削元件10的倾角一起由本领域技术人员来确定。因此，需要浸取的合适区域能够被选定，并且对应的遮蔽图案能够在合适区域被浸取之前被应用于PCD切削元件10上。

在这种连接中，应注意，对于固定刀片旋转钻头1（如本申请的图1所示），所有的PCD切削元件10被安装成，PCD本体20的主圆面22在操作期间基本上面向切削刀片5的行进方向。如此，切削元件10的端面22被指定为切削面，并且在大多数情况下，切削动作在端面22的边缘23处发生，而且在PCD本体20的从前切削面22延伸的侧壁27的一部分上发生。

一旦切削元件10的与被切削地层材料发生冲击和摩擦接触的区域已知，则在钻头1的使用中，切削元件10的表面处很可能产生的温度就能够被确定，并且需要被浸取的部分24的范围和深度能够被计算。

这样的选择性浸取的切削元件10的设计者可以选择针对钻头1上的切削器10的单个安装位置来调整浸取图案，在此情况下，原则上可针对钻头1、以及针对在钻头1的每个切削器位置形成的经过具体调整的PCD切削元件10，来设置不同的浸取图案。替代性地，设计者可选择坚固性更好的设计，其中用于钻头1上的切削元件10的单个位置的浸取区域24没有完全地被最小化，而是被扩张以便成为坚固的区域并适合用于不同的切削器位置，不过PCD切削元件10的浸取部分24在被安装在钻头1上的多个切削位置中的任一个切削位置时被适当地旋转，以被定向到切削方向上。在任何情况下，为PCD切削元件10确定的浸取轮廓可根据PCD切削元件10可利用的倾角来调节，并且PCD切削元件10会在操作中经历关联的磨损图案，如以下进一步讨论的。

转到公开了相似实施例的图7A和图7B，其中PCD切削元件10的基本上所有的边缘23均被选择性地浸取，但是切削面22的实质上中心部分留下没有被浸取。这样就形成了浸取部分24，该浸取部分围绕切削面22的外周延伸。如此，当切削元件被安装到钻头（如图1的固定刀片旋转钻头）上时，该切削元件将相对于其围绕纵轴线的旋转位置而方向独立。这样能够简化制造工艺，并且避免当将切削元件安装到钻头1时由于不正确地使PCD切削元件10对准/定向而引起的任何误差。

当安装在此公开的PCD切削元件10时，作为避免定向错误的另一方法(该方法能够应用于本发明的任一个实施例)，对准标记或者合适的对准特征可被设置在PCD切削元件上，例如被设置在围绕基底30的外周的多个位置或者位于基底30的外周上的位置，以便当在钻头上安装PCD切削元件10时指示PCD本体20的浸取切削部（多个）24的方向。事实上，合适的对准特征例如通过设置在切削元件10上的凹槽，以及在钻头的插口中突出的内接合脊或凹口，能够防止将PCD切削元件10安装在不正确的方向，而使得PCD切削元件10通过接合凹槽中的脊，仅能够以正确方向被安装在插口中。在其他情况下，简单的标记（例如，线、有颜色的点或者字符）可提供视觉指示符，人们借助这些视觉指示符将PCD切削元件10安装到钻头1的插口中，从而能够正确地使切削元件10定向。

额外要考虑的是，在图7A和图7A的实施例中，由于浸取部分24完全围绕PCD切削元件10的外周延伸，所以作为整体的PCD切削元件的结构完整性能够因PCD切削元件能够获得更均匀分布的力（包括PCD本体20的晶间基体中经受的那些力）而提高。

还须注意的是，一旦图7A中的PCD切削元件的一个边缘部分24被磨穿，切削元件10就能够被旋转，以将浸取后的切削边缘23的未磨损部分带入钻头1上的切削位置，因此即使在切削边缘23已经沿被安装到钻头1上的切削元件的原始方向被磨损之后，也允许相同的PCD切削元件10被重新使用。

图8A和图8B以及图9A和图9B分别示出PCD切削元件10的设计，除了在这些实施例中，PCD切削元件10设有PCD本体20的侧壁27与切削面22之间的倒角边缘23之外，上述设计与图6A和图6B以及图7A和图7B的实施例的那些设计相等。

如上所述，对于在固定刀片旋转钻头中使用的PCD切削元件10，切削面22基本上面向钻头1的刀片5的旋转方向（切削元件10被安装到钻头1上），面22可被指定为切削面，然而执行切削动作的实质部分可在边缘23处实现。然而，只要涉及本说明书中的技术，切削面22就被认为是PCD切削元件10的端面22，并且倒角边缘仅被指定为边缘23。

倒角边缘23能够在切削面22的边缘处提供较高的结构完整性和抗冲击性，因此提高PCD切削元件10的坚固性及其对脆性破裂的抵抗力。特别是，缓和在边缘角部产生的应力集中。

应理解，除了别的因素之外，应用于边缘23的倒角部的尺寸和范围在图8A、图8B、图9A和图9B中被夸大，并且应用于边缘23的倒角部实际上可以比较不明显。相似地，图8B和图9B中示出的浸取部分24的尺寸、形状和范围纯粹是示例性的，用以帮助读者理解。

转到图10A和图10B，其中示出PCD本体20的边缘23被再次倒角的实施例。在该实施例中，如图10A清楚地示出的，切削区域被限定在围绕切削面22的外周的三个区域，每个切削区域包围PCD本体20的切削面22、切削边缘23以及侧壁27的一部分。在所示实施例中，切削区域被暴露，而PCD切削元件10的剩余部分被遮蔽材料40所遮蔽。当图10A中示出的切削元件随后受到浸取处理时，将在暴露出来的多个切削区域中的每一个切削区域获得浸取部分24，如图10B所示。

在图10A和图10B的实施例中，切削区域（即浸取区域24）以旋转对称方式，围绕PCD切削元件10的纵轴线被有角度地设置。以这种方式，图10A和图10B的PCD切削元件10具有三个指定的切削区域，当在PCD切削元件10被安装于将使用的钻头1的插口中时，上述切削区域能够被独立地带入切削方向，以在一个时刻仅将多个切削区域之一放置在与需要钻孔的地层接触并切削该地层的位置。此后，切削区域24已因钻头1的使用而被磨损，PCD切削元件20因此被从钻头1上卸下，并且围绕纵轴线旋转，以将多个浸取部分中的另一个带入切削方向。

转到图11A和图11B，其公开了与图10A和图10B相似的布置方案，其中有三个被成角度地、旋转对称地设置的切削区域，这些切削区域被设置在围绕PCD切削元件10的外周的分离的位置。

然而，在图11A和图11B的实施例中，还引进了额外的特征。除了提供浸取切削区域24（与图10A和图10B中示出的相似）之外，由图11A和图11B中的附图标记“26”指代的每一个切削区域周围的另一区域也被进行浸取。

如上所述，为了在PCD切削元件中获得热稳定性，浸取区域24必须足够地深，以使得钻头1在使用期间，不会由于切削元件10刮擦和凿击被钻孔的地层，而导致切削动作产生的热量使温度超过PCD本体20的退化温度（PCD本体处于多晶结合金刚石基体200的包含结合剂-催化材料214的区域28中）。

对于图10A和图10B的实施例来说，例如，这可能必须将PCD本体20浸取到区域24中的足够深度，以便允许由切削动作产生的热量被散布开，并且允许在空隙基体210中位于浸取深度D之下的保留结合剂-催化材料214的区域中，温度被充分地降低。

然而，借助图11A和图11B的实施例，通过使相对地浅的浸取区域26围绕被标识为切削区域的受到较深浸取的区域24，浸取区域24的浸取深度D能够被减小。之所以能够如此，是因为浅的浸取区域26中的晶间键合金刚石基体200具有与深的浸取区域24中的金刚石基体同样高的传热能力。如此，围绕深浸取区域24的浅浸取区域26用来从切削区域中的发热点快速地将热量传导出去发热点，从而扩散热量并降低深浸取部分24所经历的温度。结果，借助这种方法，由于浅浸取区域26的热扩散效应，使得在切削区域中如此深的地方将不再经历退化温度，因此深浸取部分24可减小深度。

同时额外的益处在于，随着切削区域因PCD切削元件10用于对地层进行钻孔而被磨损，PCD切削元件10的浸取部分24的侵蚀和磨损将仅使PCD本体20的另一浸取部分与地层接触，这使得期望的耐磨性和硬度保持更长的时间，从而使PCD切削元件10即使在实质磨损已发生之后也能够继续提供切削功能。

就这一点而言，还须注意到，由于在本说明书所公开的多个实施例中，分配给每个切削区域的表面积相对地小，所以深浸取部分24必然需要被浸取到比过去已知的被均匀浸取的切削器所需要的深度更大的深度。由于（再次说明）区域24的较深浸取意味着即使在实质磨损之后PCD切削元件的浸取部分也保持与被切削材料接触，所以这并非一定是完全有害的要求。此外可相信，由于深浸取部分24延伸到PCD本体20的未浸取部分28内，所以周围的直接地邻近深浸取部分24的未浸取部分28有助于提供结构完整性并提供支撑，从而即使当深浸取部分24被浸取到根据现有技术已经预期会发生脆性破坏或者冲击损坏的深度时，也能够保持PCD切削元件的冲击强度。通过将图10A和图10B的深浸取部分24与图11A和图11B中示出的较浅地浸取的周围区域26结合，图11A和图11B的深浸取部分24还能够被减小深度，而不损害PCD切削元件20的热稳定性，但是仍然保持因围绕深浸取部分24的被较深浸取的那些部分的未浸取部分28而增大的强度。

关于图10A、图10B与图11A、图11B两者的实施例，除了别的因素以外，切削区域的数量不限于三个，而是可如期望地围绕PCD切削元件10的外周来设置仅一个或两个切削区域，或者多于三个的切削区域。

转到图12以及图12A到图12D，其示出了切削元件10如何能够在一个切削区域24中被磨损，并且随后旋转以将未磨损的切削区域24带入切削位置的示意图。

图12在左手侧示出PCD切削元件10被安装在固定刀片旋转钻头1的刀片5上的插口中的示意图。PCD本体20沿固定切削器刀片5的旋转方向处于前端，并且基底30被保持在插口中。当PCD切削元件10被用于钻孔操作时，随着钻头1的旋转，边缘23切入地层中。如图12的右手侧示意性地示出的，这导致切削元件的磨损和侵蚀，从而暴露磨损的切削面25。

图12A示出当从箭头A的方向观察时的图12的左手侧的切削元件，而图12B示出当从箭头B的方向观察时的图12的右手侧的切削元件。

图12C示出图12B的磨损的切削元件可如何旋转，以将PCD本体20的另一部分（尤其是切削边缘23的未磨损部分）带入固定刀片旋转钻头1的刀片5的插口中的切削位置。在后续的进一步旋转之前，假定随后有进一步的切削操作将切削边缘23的第三未磨损部分带入切削位置，如图12D所示。

返回参照图11A和图11B，将理解的是，图11B中示出的两深度浸取轮廓仅仅是一个选项，并且可采用任何数量的不同的浸取步骤，以获得期望的浸取轮廓。这样一系列的浸取步骤要求对于每个后续的浸取步骤使用不同的遮蔽图案，并且采用合适类型的浸取酸和合适的浸蚀次数，以在接下来的每个步骤实现期望深度的浸取。以这种方式，能够获得很多合适的不同的浸取轮廓，并且浸取轮廓能够具体地适合于任何给定的PCD切削元件10的特定预期用途。

一般而言，在之前的内容中，并且在本说明书的全部内容中，浸取可被分类为深浸取（如果浸取深度大于100微米）和浅浸取（如果浸取深度小于100微米）。所设想的是，用于均匀浸取轮廓的浸取深度D将处于大约100微米到500微米的量级。对于具有相对地深的浸取区域和相对地浅的浸取区域的那些实施例，所设想的是，浅浸取区域中的浸取深度D将是约120微米或者更小，但是不小于10微米；而深浸取区域中的浸取深度D将是150微米或者更大。如对特定实施例合适，则深浸取区域中的浸取深度可以是100微米或更大、150微米或更大、180微米或更大、或者200微米或更大、或者220微米或更大，但是典型地小于500微米。浅浸取区域中的浸取深度可以是120微米或更小、100微米或更小、80微米或更小、或者50微米或更小。浅浸取区域中的浸取深度可以是10微米或更大、20微米或更大、或者30微米或更大。

图13A到图13C示出用于获得图11A和图11B所示类型的两深度浸取图案的一种可能的浸取处理。在该处理中，遮蔽材料40被应用于PCD切削元件10中的除了需要获得深浸取的区域之外的所有区域。浸蚀随后被执行，以在切削元件10的暴露部分获得深浸取区域24。此后，遮蔽材料40可被部分地去除以暴露PCD本体20的表面的其它区域，或者可被完全地去除，并随后被替换为新的遮蔽材料40和完全新的遮蔽图案。这样的阶段在图13B中示出。进一步的浸取处理随后被执行到较浅的浸取深度，以获得周围的浅浸取区域26，如图13C所示。这样的顺序可被用来获得与图11A和图11B中示出的相似的浸取图案。

此外设想的是，为了在PCD本体20的极端表面（extreme surface）处获得期望的硬度和耐腐蚀性，在很多情况下，基本上在PCD本体20的整个表面上进行浅浸取是可取的。在图13A到图13C的处理中，这可以简单地通过省略图13B中示出的第二遮蔽步骤来实现。作为替代，图15A和图15B的处理可以是优选的，其中浅浸取首先被应用于基本上全部的PCD本体20，如图15A所示。然后，应用遮蔽材料40的遮蔽图案，仅剩下需要被深浸取的区域暴露出来。如图15B所示，PCD本体20随后被再次浸取到更大深度，以形成深浸取部分24。

一般而言，优选的可以是首先在PCD本体20的最大的周围区域26上执行所需的浸取步骤，因为这样就避免了在后续的浸取步骤之前去除遮蔽材料40的需要。这不仅能够减少涉及遮蔽PCD本体20的相关区域的工作，而且还确保了未去除的遮蔽材料40不可能残留在例如金刚石基体200的空隙212中，这种残留可妨碍在PCD本体20的那个区域中进行后续的浸取处理。

在图14A到图14D所示的处理中，描述了遮蔽和浸取步骤的另一顺序。在此情况下，目的是提供具有三个不同深度的浸取轮廓。为此目的，如图14A所示，在位于PCD切削元件20的倒角边缘23处的遮蔽材料40中留下小的暴露区域，并且执行酸蚀以获得深浸取部分24。然后，遮蔽材料40在周围的区域中被部分地去除，或者被完全地去除，并且新的遮蔽图案被应用以暴露出更大的周围的深浸取部分24，如图14B所示。然后，在直接地围绕的区域中，酸蚀被再次执行到较小的深度，以在包括边缘23的一部分的区域中获得阶段深度的浸取轮廓。在图14D中示出的最后的步骤中，剩余的遮蔽材料40被去除，并且最终的浅浸取被执行，以在PCD本体20的表面的剩余区域中形成浅浸取部分26。

图16A到图16C示出本质上倒序的处理，其中，在图16A中，浅浸取在PCD切削元件20的暴露表面的基本上全部或主要部分上被执行。然后，遮蔽材料40被应用于遮蔽图案中，该遮蔽图案排除围绕切削边缘23的一部分的区域，并且随后，相对地深的浸取作为第一次深浸取，被执行到中间深度，以初步形成深浸取部分24，如图16B所示。然后，遮蔽材料40被去除并且新的遮蔽图案被应用，或者额外的遮蔽材料被添加到原始的遮蔽图案，以仅在切削边缘23留下小的暴露区域。然后，最终的深浸取步骤被完成，以使深浸取区域24扩张到最终的期望深度。

将理解的是，虽然图14A到图14D以及图16A到图16C示出的处理表面上试图实现相同的浸取轮廓，但是经由每个处理获得的结果可以是不同的。一方面，浸取是扩散的化学处理，并且取决于在直接地邻近被浸取的表面的空隙中是否含有结合剂-催化材料，扩散的速率和方向在浸蚀期间可针对给定的遮蔽图案而改变。另外，不同的浸蚀步骤可使用不同类型和/或浓度的酸，并且如果简单地以相反的顺序使用，这些浸蚀步骤可给出不同的浸取深度。

当然，可根据试图获得的浸取轮廓来执行更多或更少的遮蔽步骤和/或浸取步骤。

如以上简略地讨论的，可例如取决于特殊的专用PCD切削元件是否是期望的，或者在钻头的不同的切削位置对于安装是否更坚固和有用的，而基于多个不同的考虑因素来确定期望的浸取轮廓。

需要考虑的一个因素是，在PCD切削元件10用于对地层进行钻孔期间，由于PCD切削元件10的表面处产生的热量而产生的热量轮廓。这样产生的热量能够作为热事件被建模或者测量。由热事件导致的温度轮廓（temperatureprofile）因此能够被确定，以识别经历处于退化温度（发生热退化的温度）的温度或超过退化温度的温度的深度和范围。在用于设定浸取轮廓的一个方法中，浸取轮廓的深度可被设定为，至少在围绕表面处的发热点的区域中，基本上对应于温度轮廓的等温线（如退化温度等温线）的深度。当然，可通过递增地增加浸取深度，或通过使用温度比退化温度稍微更低的等温线，而允许有安全裕度。

参照图17A到图17C，当在位于PCD本体20的表面处的给定的区域产生事件温度Te时，热事件被建模，如图17A所示。然后，例如使用热/红外摄像机或使用一个或多个热电偶来实测出温度轮廓，或者基于PCD切削元件10的公知的材料性质而通过仿真来建模出温度轮廓。图17B示出多条等温线Ti（以虚线示出），这些等温线限定出温度轮廓，但是这些等温线在此仅经由图解而示出，而且本方法并不需要（虽然可包括）绘制这些等温线或者使这些等温线成为可见的。实线Td表示退化温度的等温线，其示出了临界温度渗透得如何的深和如何的宽。如图17C所示，在该实施例中，浸取轮廓50由此被设定为基本上对应于Td等温线，从而允许浸取轮廓50的深浸取部分24有适当的误差。在该示例中，浅浸取部分26也以被标识为Dmin的深度，围绕深浸取部分被设置。

根据另一相似的方法，还需要考虑在PCD切削元件10的使用期间磨损的效应。这样的方法在图18A到图18C中被示出，其中的步骤分别反映出图17A到图17C中的那些步骤。在此，当切削元件10处于假定的部分磨损的状态下时，通过建模或测量出PCD切削元件的热量轮廓来计入磨损，如图18A和图18B所示。对于PCD切削元件的部分磨损的条件，实用中的热事件在发生时被再次建模，如图18B所示（其再次示出多个示例性的等温线Ti和退化温度等温线Td）。在图18C中，部分磨损的切削元件的温度轮廓随后被应用于未磨损的切削元件，以限定期望的浸取轮廓50。在该示例中，轮廓50的浸取深度在接近于切削边缘23和/或发热点的区域中，被再次设定为部分磨损的PCD切削元件10的Td线。深度Dmin的浅浸取围绕区域26被再次设置，以有助于热量离开温度产生区域而扩散。

深度Dmin典型地作为判断问题由设计者来设定，但是应当是为了允许金刚石基体的表面横向地远离热产生点而有效地传导热量，并且将热量排放至PCD切削元件之外的最小的深度。这利用了晶间键合金刚石基体的有益的热传导性能。

图19A和图19B示意性地示出在图18A到图18C的方法中使用的假定的磨损轮廓如何能够根据PCD切削元件的倾角而改变。

在图19A和图19B中，磨损条件中的热量轮廓由虚线Td来简单地表示。期望的浸取轮廓50随后如以前一样被设定为接近于Td线。在此，浸取轮廓被示出为在每种情况下已经通过有限数量的步骤来获得，并且浸取轮廓当然必须被设定为能够在制造中可行，并且能够经由现存的浸取和/或相关的减少处理而在技术上获得。通过按照以上方式来考虑磨损轮廓，PCD切削元件甚至在因使用而被部分磨损之后仍能保持热稳定，使得PCD切削元件的切削寿命能够延长。

当然，以这种方式设计的PCD切削元件随后被具体地构造成按照给定的倾角来使用。更坚固的设计能够通过添加一系列重叠的浸取轮廓而获得，以适应不同倾角的磨损。

虽然本说明书中的示例示出二维形式的磨损轮廓、热量轮廓和浸取轮廓，但三维轮廓通常将更为有益。这些三维轮廓可利用现有的CAD程序和建模技术（如有限元分析）来运算。

的确，PCD本体的热材料性能根据结合剂-催化材料是否被包含在金刚石基体的空隙中而改变，这将是显而易见的。一旦初始的浸取轮廓已经被指定，该轮廓随后就能够被测试，以了解PCD切削元件的热量轮廓是否显示出该浸取轮廓基本上不同于针对未浸取的PCD切削元件确定的热量轮廓，并且差异可通过调整浸取轮廓来减小，以将浸取轮廓移动到更靠近修改后的热量轮廓的Td线的位置。如果差异持续，则可运行迭代式的最优化程序，以使差异收敛，进而得到热量轮廓和浸取轮廓一致的设计。

Claims (71)

1.一种制造多晶金刚石（PCD）切削元件的方法，包括：

利用结合剂-催化材料来浸取由金刚石颗粒形成的PCD本体，以从所述PCD本体的切削表面的多个部分去除基本上全部的所述结合剂-催化材料；

其中，所述方法包括将所述切削表面的一部分标识为切削区域，在使用所述切削元件来切削材料时，所述切削区域由所述切削元件的切削动作来加热；而且

其中，浸取所述PCD本体包括在所述切削表面的被标识为所述切削区域的部分中执行相对地深的浸取，而在所述切削表面的围绕被标识为所述切削区域的至少一部分中执行相对地浅的浸取。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在执行所述相对地深的浸取时，所述切削表面的围绕被标识为所述切削区域的部分被遮蔽。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在执行所述相对地浅的浸取之前，所述相对地深的浸取被执行。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述相对地浅的浸取被应用于所述PCD本体的基本上全部的切削表面。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其中，在所述切削表面的中心部基本上不执行浸取。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，执行所述相对地浅的浸取包括在所述PCD本体的从所述切削表面延伸的侧表面上执行所述相对地浅的浸取。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述PCD本体基本上呈圆柱形，并且所述切削表面是圆柱体的多个端面之一；而且其中，被标识的所述切削区域包括在所述切削表面与所述圆柱形侧壁之间，围绕所述切削表面延伸的切削边缘的至少一部分。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述切削边缘是位于所述切削表面与所述侧壁之间的倒角边缘。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：

标识在使用所述切削元件来切削材料时、由所述切削元件的切削动作来加热的切削区域包括标识多个区域，所述多个区域依据所述PCD切削元件在使用中的方向而独立地作为所述切削区域工作；并且

浸取所述PCD本体包括在所述切削表面的被标识为所述切削区域的多个区域中的每一个区域中执行所述相对地深的浸取，而在所述切削表面的围绕被标识为所述切削区域的至少一部分中执行所述相对地浅的浸取。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，执行所述相对地深的浸取包括同时地浸取所述切削表面的被标识为所述切削区域的所有多个部分。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述多个区域中的两个或三个或更多个区域基本上相同，并且被设置为围绕所述PCD本体的轴线旋转对称，由此在使用被保持在切削工具中的所述切削元件时，在所述两个或三个或更多个区域中的第一个区域已独立地作为切削区域工作并且被磨损之后，所述PCD本体能够围绕所述轴线旋转，以将被磨损的第一个切削区域带出切削方向，并且将所述两个或三个或更多个区域中的另一个区域带入所述切削方向。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述切削元件包括一个或多个标记以指示被标识的所述切削区域的位置。

13.根据权利要求7或8所述的方法，其中，被标识的所述切削区域包括基本上全部的所述切削边缘，所述切削边缘基本上完全地围绕所述切削表面延伸。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，浸取还包括在被相对深地浸取的部分与被相对浅地浸取的部分之间的过渡区中执行不同深度的浸取，以获得期望的浸取深度轮廓。

15.一种由PCD本体制造多晶金刚石（PCD）切削元件的方法，所述PCD本体包括：限定空隙区的晶间键合金刚石颗粒的金刚石基体，所述空隙区包含结合剂-催化材料，所述方法包括：

从所述金刚石基体的第一表面区，将基本上全部的结合剂-催化材料去除至不小于约0.15mm的深度；以及

从所述金刚石基体的围绕所述第一表面区的第二表面区，将基本上全部的结合剂-催化材料去除至不小于约0.01mm并且不大于约0.12mm的深度；

其中，所述第一表面区包括围绕所述PCD本体的切削面的至少一部分延伸的切削边缘的至少一部分。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，从所述金刚石基体的第一表面区去除基本上全部的结合剂-催化材料包括将基本上全部的结合剂-催化材料去除至不小于约0.18mm、或不小于约0.2mm、或不小于约0.22mm的深度。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其中，从所述金刚石基体的第二表面区去除基本上全部的结合剂-催化材料包括将基本上全部的结合剂-催化材料去除至不小于约0.02mm、或不小于约0.03mm的深度。

18.根据权利要求15、16或17所述的方法，其中，从所述金刚石基体的第二表面区去除基本上全部的结合剂-催化材料包括将基本上全部的结合剂-催化材料去除至不大于约0.1mm、或不大于约0.08mm、或不大于约0.05mm的深度。

19.根据权利要求15、16、17或18所述的方法，其中，所述结合剂-催化材料通过浸取来去除；而且其中，当所述第一表面区被浸取时，所述金刚石基体的第二表面区被遮蔽。

20.根据权利要求15到19中任一项所述的方法，其中，所述第二表面区包括所述PCD本体的侧表面的至少一部分，所述侧表面从所述切削面延伸并且在所述切削边缘处与所述切削面会合。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述第一表面区包括所述PCD本体的侧表面的一部分。

22.根据权利要求15到21中任一项所述的方法，其中，所述切削边缘是倒角的。

23.根据权利要求15到22中任一项所述的方法，其中，所述第一表面区包括至少两个或至少三个分离区域，所述分离区域包括各自的切削边缘部分，所述切削边缘部分分别围绕所述切削面的至少两个或至少三个分离部分延伸。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述切削元件包括一个或多个用以指示所述分离区域的位置的标记。

25.根据权利要求23或24所述的方法，其中，所述分离区域基本上相同，并且被设置为围绕所述PCD本体的轴线旋转对称。

26.根据权利要求15到22中任一项所述的方法，其中，所述第一表面区包括切削边缘，所述切削边缘基本上完全地围绕所述切削面延伸。

27.根据权利要求15到26中任一项所述的方法，其中，所述PCD本体基本上呈圆柱形，并且所述切削面是圆柱体的多个端面之一。

28.根据权利要求15到27中任一项所述的方法，其中，所述第二表面区包括与所述第一表面区分开的基本上全部的所述切削面。

29.根据权利要求15到27中任一项所述的方法，其中，所述第二表面区不包括所述切削面的中心区域。

30.一种钻头，包括根据权利要求1到29中任一项所述的方法制造的切削元件。

31.一种多晶金刚石（PCD）切削元件，包括：

PCD本体，显示出切削面，并围绕所述切削面的至少一部分限定切削边缘；

其中，所述PCD本体包括晶间键合金刚石颗粒的金刚石基体，所述金刚石基体限定包含结合剂-催化材料的空隙区；

其中，位于所述金刚石基体的表面处的第一区直到不小于约0.15mm的深度基本上不包括所述结合剂-催化材料，所述第一区包括所述切削边缘的至少一部分；而且

其中，位于所述金刚石基体的围绕所述第一区的表面处的第二区直到不小于约0.01mm并且不大于约0.12mm的深度基本上不包含所述结合剂-催化材料。

32.根据权利要求31所述的PCD切削元件，其中，位于所述金刚石基体的表面处的第一区直到不小于约0.18mm、或不小于约0.2mm、或不小于约0.22mm的深度基本上不包括所述结合剂-催化材料。

33.根据权利要求31或32所述的PCD切削元件，其中，位于所述金刚石基体的表面处的第二区直到不小于约0.02mm、或不小于0.03mm的深度基本上不包含所述结合剂-催化材料。

34.根据权利要求31、32或33所述的PCD切削元件，其中，位于所述金刚石基体的表面处的第二区直到不大于约0.1mm、或不大于约0.08mm、或不大于约0.05mm的深度基本上不包含所述结合剂-催化材料。

35.根据权利要求31到34中任一项所述的PCD切削元件，其中，位于所述金刚石基体的表面处的第二区包括所述PCD本体的侧表面的至少一部分，所述侧表面从所述切削面延伸并且在所述切削边缘处与所述切削面会合。

36.根据权利要求35所述的PCD切削元件，其中，位于所述金刚石基体的表面处的第一区包括所述PCD本体的侧表面的一部分。

37.根据权利要求31到36中任一项所述的PCD切削元件，其中，所述切削边缘是倒角的。

38.根据权利要求31到37中任一项所述的PCD切削元件，其中，位于所述金刚石基体的表面处的第一区包括至少两个或至少三个分离区域，所述分离区域包括各自的切削边缘部分，所述切削边缘部分分别围绕所述切削面的至少两个或至少三个分离部分延伸。

39.根据权利要求38所述的PCD切削元件，其中，所述切削元件包括一个或多个用以指示所述分离区域的位置的标记。

40.根据权利要求38或39所述的PCD切削元件，其中，所述分离区域基本上相同，并且被设置为围绕所述PCD本体的轴线旋转对称。

41.根据权利要求31到37中任一项所述的PCD切削元件，其中，所述第一表面区包括切削边缘，所述切削边缘基本上完全地围绕所述切削面延伸。

42.根据权利要求31到41中任一项所述的PCD切削元件，其中，所述PCD本体基本上呈圆柱形，并且所述切削面是圆柱体的多个端面之一。

43.根据权利要求31到42中任一项所述的PCD切削元件，其中，位于所述金刚石基体的表面处的第二区包括在所述金刚石基体的表面处与所述第一区分开的基本上全部的所述切削面。

44.根据权利要求31到43中任一项所述的PCD切削元件，其中，位于所述金刚石基体的表面处的第二区不包括所述切削面的中心区域。

45.根据权利要求31到44中任一项所述的PCD切削元件，其中，在位于所述金刚石基体的表面处的第一区与位于所述金刚石基体的表面处的第二区之间存在有过渡区，在所述过渡区中基本上不包含结合剂-催化材料的深度根据热稳定性深度轮廓而基本上连续地改变。

46.一种对多晶金刚石（PCD）本体进行浸取的方法，包括：

确定在PCD本体的工作表面的工作部位预期出现的操作温度；

确定若未进行浸取而且在应用所述工作部位的操作温度的条件下，在所述PCD本体中所经历的温度的等温线，其中，所述等温线表明将使未浸取的PCD本体经历热退化的持续温度的深度；以及

设定用于所述PCD本体的浸取轮廓，所述浸取轮廓基本上对应于所述工作部位的区域中的所述等温线。

47.根据权利要求46所述的方法，还包括：

若根据所设定的所述浸取轮廓进行浸取而且在应用所述工作部位的操作温度的条件下，确定所述PCD本体中所经历温度的更新等温线，其中，所述等温线表明将使未浸取的所述PCD本体经历热退化的持续温度的深度；以及

通过标识所述更新等温线与所设定的所述浸取轮廓之间的差异来调节所述浸取轮廓，并且调节所设定的所述浸取轮廓，以减小在所述浸取轮廓的比所述等温线深的部分的浸取深度，同时消除所述等温线指示出的容易发生热退化的区域。

48.根据权利要求46或47所述的方法，其中，调节所述浸取轮廓包括调节所述工作表面中的不是所述工作部位的部位的浸取深度，以调节通过所述PCD本体并且离开所述工作部位的热传导。

49.根据权利要求47或48所述的方法，其中，确定更新等温线和调节所述浸取轮廓的步骤被迭代式地重复，用于使调节后的浸取轮廓代替所设定的所述浸取轮廓，以在消除容易发生热退化的区域的同时，最小化整个所述浸取轮廓的浸取深度。

50.根据权利要求46到49中任一项所述的方法，其中，确定在所述PCD本体的工作表面的工作部位预期出现的操作温度包括利用所述钻头来仿真钻孔操作，在所述钻头中，所述PCD本体被用作所述钻头的切削元件。

51.根据权利要求46到50中任一项所述的方法，其中：

确定若未进行浸取而且在应用所述工作部位的操作温度的条件下，在所述PCD本体中所经历的温度的等温线还包括确定处于部分磨损状态的PCD本体的等温线；在所述部分磨损状态，位于所述PCD本体的工作表面的工作部位处的材料相对于未磨损的PCD本体已被磨损；以及

设定用于所述PCD本体的、基本上对应于所述工作部位的区域中的所述等温线的浸取轮廓包括基于所确定的处于所述部分磨损状态的PCD本体的等温线，来设定未磨损的PCD本体的浸取轮廓。

52.根据权利要求50或51所述的方法，其中，所述PCD本体的浸取轮廓依据所述钻头上的切削元件的倾角而被进一步设定。

53.一种钻头，包括根据权利要求46到50中任一项所述的方法来浸取的PCD本体。

54.一种多晶金刚石（PCD）切削元件，具有不同的受到浸取的多个切削区域，所述切削区域位于两个或三个或更多个的分离位置，所述切削区域被设置为从所述切削元件的轴线偏移，以围绕所述轴线彼此旋转式地移位，由此在将所述切削元件固定到切削工具时，通过围绕所述轴线来调节所述切削元件的旋转方向，两个或三个或更多个所述切削区域中的每一个切削区域能够被独立地带入到切削位置，在所述切削工具的使用期间，所述切削区域在所述切削位置执行切削。

55.根据权利要求54所述的PCD切削元件，还包括指示两个或三个或更多个所述切削区域的位置的一个或多个标记。

56.根据权利要求54或55所述的PCD切削元件，其中，通过在使用后调节所述切削元件在切削器中的旋转方向，所述切削区域能够被依次连续地用于切削，以在所述切削位置利用所述切削元件的未磨损的切削区域来替换已磨损的切削区域。

57.根据权利要求54、55、56或57所述的PCD切削元件，其中，每个受到浸取的所述切削区域包括所述PCD切削元件的切削面的边缘的一部分。

58.根据权利要求57所述的PCD切削元件，其中，相应的所述部分是相同的所述切削面的边缘或多个边缘的多个部分。

59.一种在其端部具有切削面的多晶金刚石（PCD）切削元件，所述切削面限定基本上完全围绕所述切削面延伸的边缘，其中，所述边缘的一个或多个部分被浸取以形成切削边缘；而且其中，所述切削面的中心未被浸取。

60.根据权利要求59所述的PCD切削元件，其中，围绕所述切削面的基本上整个边缘被浸取以形成切削边缘。

61.根据权利要求57到60中任一项所述的PCD切削元件，其中，所述边缘是倒角的。

62.根据权利要求54到61中任一项所述的PCD切削元件，其中，所述浸取延伸到所述切削元件的侧壁的至少一部分上。

63.根据权利要求54到62中任一项所述的PCD切削元件，其中，所述切削元件基本上呈圆柱形。

64.根据权利要求63所述的PCD切削元件，其中，所述切削元件的横截面基本上呈圆形。

65.根据权利要求54到64中任一项所述的PCD切削元件，其中，所述PCD元件包括晶间键合金刚石颗粒的基体，所述基体限定空隙区，所述空隙区中包含结合剂-催化材料；而且其中，基本上全部的结合剂-催化材料已经从所述基体的浸取部分被去除到预定的深度。

66.一种制造多晶金刚石（PCD）切削元件的方法，包括：

除了位于两个或三个或更多个的分离位置的切削区域之外，遮蔽基本上所有的所述切削元件，所述切削区域被设置为从所述切削元件的轴线偏移，以围绕所述轴线彼此旋转式地移位；以及

浸取被遮蔽的所述切削元件，以对所述切削区域进行浸取。

67.一种制造具有位于其端部的切削面的多晶金刚石（PCD）切削元件的方法，所述切削面限定基本上完全围绕所述切削面延伸的边缘，所述方法包括：

遮蔽所述切削面的至少中心部；以及

对被遮蔽的所述切削元件进行浸取，以在所述切削面的中心被遮蔽而不被浸取的条件下浸取所述边缘的一个或多个部分，以形成一个或多个切削边缘。

68.根据权利要求66或67所述的方法，其中，所述PCD切削元件在遮蔽之前不被浸取。

69.根据权利要求66到68中任一项所述的方法，还包括去除遮蔽物并且再次浸取所述PCD切削元件。

70.根据权利要求69所述的方法，还包括，在去除所述遮蔽物之后并在再次浸取所述PCD切削元件之前，以不同的遮蔽图案再次遮蔽所述PCD切削元件。

71.根据权利要求66到70中任一项所述的方法，其中，所述方法包括在每次以不同的遮蔽图案应用于遮蔽或者暴露所述PCD切削元件的一个或多个不同的部分的条件下，浸取所述PCD切削元件总共3次或者更多次；其中，所述遮蔽图案之一能够包括基本上没有将遮蔽应用于所述PCD切削元件的金刚石基体的表面。

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