CN105556050A - 切削元件、形成切削元件的相关方法及相关的钻地工具 - Google Patents

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Abstract

一种切削元件包括支撑基体和聚晶复合片，聚晶复合片被附接到支撑基体的端部上。聚晶复合片包括靠近支撑基体端部的区域、以及至少基本侧向包围所述区域且渗透性比所述区域小的另一区域。还描述了用于形成切削元件的方法和钻孔工具。

Description

切削元件、形成切削元件的相关方法及相关的钻地工具
优先权声明
本申请请求享有美国临时申请序列第13/953,307号的申请日的权益，该美国临时专利申请的申请日为2013年7月29日，名称为：切削元件、用于形成切削元件的相关方法及相关的钻地工具。
技术领域
本公开的实施例涉及切削元件、用于形成切削元件的相关方法、以及相关的钻孔工具。
背景技术
用于在地下地层中形成井眼的钻孔工具可包括固定到主体上的多个切削元件。例如，固定刀片式钻孔旋转钻头(“刮刀钻头”)包括多个切削元件，它们被牢固附接到钻头的钻头体上。类似地，牙轮式钻孔旋转钻头可包括牙轮，牙轮安装在牙轮轴上，牙轮轴从钻头体的腿部延伸，使得每个牙轮能绕牙轮轴旋转(该牙轮安装在该牙轮轴上)。多个切削元件可被安装到钻头的每个牙轮上。使用切削元件的其他钻孔工具例如包括取芯钻头、双中心钻头、偏心钻头、混合钻头(如，与固定式切削元件相组合的滚动部件)、铰刀和套管铣磨工具。
使用在这样的钻孔工具中的切削元件的基体上通常包括一定体积的聚晶金刚石(PCD)材料。聚晶金刚石的表面起到所谓的聚晶金刚石复合片(PDC)切削元件的切削面的作用。PCD材料是包括相互连接的金刚石材料颗粒或晶体的材料。换句话说，PCD材料的金刚石材料颗粒或晶体之间包括直接的粒间粘结。文中使用的术语“颗粒”和“晶体”同义，可交换使用。
通常通过下述方式来形成PDC切削元件：在存在催化剂(如，钴、铁、镍或它们的合金和混合物)的情况下，在高温高压条件下，将相对小的金刚石(合成、天然金刚石或它们的组合物)颗粒(称之为“砂砾”)烧结和粘结在一起，形成PCD材料层(块或台)。这些过程通常称之为高温/高压(或HTHP)过程。支撑基体可包括金属陶瓷材料(即，陶瓷-金属复合材料)，如，钴钨硬质合金。在一些情况下，例如，在HTHP过程期间，PCD材料可形成在切削元件上。在这样的情况下，支撑基体中的催化剂材料(如，钴)在烧结过程期间可迅速移动到金刚石颗粒中，起到催化剂材料的作用，用于由金刚石颗粒形成金刚石台。在HTHP过程中将颗粒烧结在一起之前，粉末催化剂材料还可与金刚石颗粒混合。在其他方法中，金刚石台可与支撑基体分开形成，之后被附接到支撑基体上。
在使用HTHP过程形成金刚石台时，催化剂材料可保持在相互粘结的PDC颗粒之间的孔隙空间中。PDC中存在催化剂材料对PDC切削元件在使用期间由于切削元件和地层之间的接触点处的摩擦而受热时，对在PDC中产生的热损伤有贡献。因此，催化剂材料(如，钴)例如可通过使用酸或酸组合物(如，王水)而从孔隙空间中被浸取出来。几乎全部催化剂材料可从PDC中去除掉；或催化剂材料可仅从PDC的一部分中去除掉，例如，从PDC的切削面、从PDC的侧部或从PDC的切削面和PDC的侧部去除掉合适深度中的催化剂材料。浸取速度和均匀性可至少局部取决于PDC对浸出剂的渗透性。PDC的渗透性受PDC的孔隙率和平均自由程影响，孔隙率和平均自由程又受PDC内的平均颗粒尺寸和粒度分布影响。当多层或多区域PDC被浸取时，暴露于浸出剂中的较粗糙层或区域的浸取速度比较精细层或区域的要快。不幸的是，这样加速浸取会导致PDC内的浸取深度不均匀，还会导致切削元件由于从附接到PDC上的支撑基体上不合适地去除催化剂而有缺陷。
发明内容
文中所述的实施例包括切削元件、用于形成切削元件的方法和钻孔工具。例如，根据文中所述的一个实施例，切削元件包括支撑基体和附接到支撑基体端部上的聚晶复合片。聚晶复合片包括靠近支撑基体端部的区域、和至少基本上侧向包围所述区域且渗透性比所述区域要小的另一区域。
在另外的实施例中，一种用于形成切削元件的方法包括将一组包括硬质材料的颗粒提供到容器中。将另一组颗粒提供到容器中，所述另一组颗粒基本上被所述一组颗粒侧向包围。将支撑基体提供到容器中，使其位于所述一组颗粒和所述另一组颗粒上方。在存在催化剂的情况下烧结所述一组颗粒和所述另一组颗粒，以形成聚晶复合片，所述聚晶复合片包括靠近支撑基体端部的区域、以及至少基本侧向包围所述区域且渗透性小于所述区域的另一区域。将至少一部分催化剂材料从聚晶复合片上去除掉。
在另外的实施例中，本公开包括一种钻孔工具，其包括至少一个切削元件。所述切削元件包括：支撑基体和聚晶复合片，聚晶复合片被附接到支撑基体的端部上。聚晶复合片包括靠近支撑基体的端部的区域、和至少大体上侧向包括所述区域且渗透性小于所述区域的另一区域。
附图说明
图1是根据本公开的某实施例的切削元件的某实施例的局部剖开透视图；
图2是根据本公开的另一实施例的切削元件的某实施例的局部剖开透视图；
图3是根据本公开的另一实施例的切削元件的某实施例的局部剖开透视图；
图4是简化的截面图，示出了图1至3中的任一图中的切削元件的聚晶复合片的区域的微观结构的放大效果；
图5是简化的截面图，示出了图1至3中的任一图中的切削元件的聚晶复合片的另一区域的微观结构的放大效果；
图6根据本公开的某实施例示出了形成切削元件的过程中的容器的简化截面图；
图7根据本公开的某实施例示出了形成切削元件的过程中的容器的简化截面图；
图8是固定刀片式钻孔旋转钻头的某实施例的透视图，该钻头包括本公开的切削元件。
具体实施方式
描述了用于钻孔工具的切削元件，也描述了用于形成切削元件的方法和钻孔工具。在一些实施例中，切削元件包括附接到支撑基体的端部上的聚晶复合片。聚晶复合片包括第一区域，第一区域从支撑基体延伸并侧向包围第二区域。聚晶复合片的第一区域的渗透性比聚晶复合片的第二区域的要小。浸取过程期间，第一区域的结构尺寸(即，形状)和渗透性可便于提高浸取速度均匀性和浸取深度均匀性(与许多传统的聚晶复合片相比)，从而，与许多传统切削元件和工具相比，会降低对切削元件的损害和切削元件上的缺陷，会减少制造废料，提高性能和可靠性。
下面的描述提供了具体细节(如，材料类型和工艺条件)，以透彻描述本公开的实施例。但是，本领域的普通技术人员将理解到，本公开的实施例可在不使用这些具体细节的情况下被实施。的确，本公开的实施例可与本领域使用的传统制造技术相结合实施。另外，下面提供的描述并不形成用于制造一结构(如，切削元件)、工具或组件的完整工艺流程。下面仅详细描述对于理解本公开的实施例而言所需的那些过程步骤和结构。可采用传统的制造技术来执行由各种结构形成完整结构、完整工具或完整组件的另外步骤。还请注意，本申请附带的任何图仅用于阐释目的，因此未按比例尺绘制。另外，这些图共有的元件可保留相同的数字标记。
文中使用的术语“包括”、“具有”、“包含”及其在语法上等同的术语是包容性术语或开放性术语，不排除另外的、未描述的元件或方法步骤，但还包括更多的限制性术语“由…组成”和“完全由…组成”及其在语法上等同的术语。文中使用的术语“可以(may)”相对于材料、结构、特征或方法步骤而言表示，其被预计用于实施本公开的实施例，相较于更具限制性的术语“为(is)”而言优先使用这样的术语，以避免暗含应该或必须排除可与其组合使用的其他适配材料、结构、特征和方法。
文中使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”(不定冠词“a”，“an”，和“the”)旨在也包括复数形式，除非上下文中另外清楚指出。
文中使用的术语“和/或”包括一个或多个列出的相关术语的任何和所有组合。
文中使用的关系术语，如“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“之上”、“之下”等用于清楚和方便理解本公开和附图，并不意味着或依赖于任何特定优选、方位或次序，除非上下文中另外清楚指出。
文中针对指定参数、属性或条件所使用的术语“基本上”，意为本领域的技术人员对该指定参数、属性或条件发生小程度变化(如在可接受的制造公差范围内变化)的理解程度。
文中使用的术语“配置”表示至少一种结构和至少一种装置中的一个或多个的形状、材料成分和配置，其便于以预定或预期方式操作所述结构和装置中的一个或多个。
文中使用的术语“钻孔工具”和“钻孔钻头”意为和包括用于在地下地层中形成或扩大井眼期间钻孔的任何类型钻头或工具，例如，包括固定刀片式钻头、牙轮钻头、冲击钻头、取芯钻头、偏心钻头、双芯钻头、铰刀、磨机、刮刀钻头、混合钻头(如，与固定切削元件组合的固定部件)和本领域公知的其他钻头和工具。
文中使用的术语“聚晶复合片”意为和包括包含聚晶材料的任何结构，所述聚晶材料由涉及施压(如，压缩)给前体材料或用于形成聚晶材料的材料的过程形成。进而，文中使用的术语“聚晶材料”意为和包括包含多个材料颗粒或晶体的任何材料，所述多个材料颗粒或晶体以粒间粘结的方式直接粘结在一起。各个材料颗粒的晶体结构可任意定向在聚晶材料内的空间中。
文中使用的术语“粒间粘结”意为和包括相邻的硬质材料颗粒中的原子之间的任何直接原子粘结(如，共价、金属粘结)。
文中使用的术语“硬质材料”意为和包括鲁氏硬度值大约或等于约3000Kgf/mm2(29420MPa)的任何材料。硬质材料的非限制性实例包括金刚石(如，天然金刚石、人工金刚石或它们的组合物)或立方氮化硼。相反地，文中使用的术语“非硬质材料”意为和包括鲁氏硬度值小于约3000Kgf/mm2(29420MPa)的任何材料。
文中使用的术语“颗粒尺寸”意为和包括从疏松材料的二维截面所测的几何平均直径。可通过使用本领域公知的技术(如，ErvinE.Underwood,定量立体测量学,103-105(艾迪生-韦斯利出版公司，1970)中阐述的技术)，来确定一组颗粒的几何平均直径。
文中使用的术语“催化剂材料”意为和包括，能在HTHP过程期间促进形成硬质材料颗粒之间的粒间粘结，但至少有助于在温度升高、压力升高、以及在用于在地下地层中形成井眼的钻井作业中可遇到的其他条件下减弱粒间粘结和降解颗粒材料的任何材料。例如，用于金刚石的催化剂材料包括钴、铁、镍、元素周期表的VIIIA组中的其他元素、以及它们的合金。
文中使用的术语“生的”意为未烧结。因此，文中使用的术语“生的结构或区域”意为和包括未烧结的结构或区域，其包括多个分离的颗粒，可通过粘结剂材料保持在一起，一定尺寸和形状的未烧结结构可通过随后的制造过程(包括但不局限于机械加工和稠化)形成适用于钻孔的部件或元件。
文中使用的术语“烧结”意为温度驱动质量传递，可包括微粒成分的稠化和/或粗化，通常涉及，初始颗粒之间的至少一部分孔的消除(伴随着收缩)、以及相邻颗粒之间的联接和粘结。
图1示出了根据文中所公开的实施例的切削元件100。切削元件100包括在联接面106处粘结到支撑基体104上的聚晶复合片102。在另外的实施例中，在不具有支撑基体104的情况下可形成和/或使用聚晶复合片102。如图1所示，切削元件100可以是圆柱形或盘形。在另外的实施例中，切削元件100可以是不同的形状，如，圆顶形、锥形或凿形。
支撑基体104可具有第一端面114、第二端面116和大致为圆柱形的侧面118，该侧面在第一端面114和第二端面116之间延伸。如图1所示，第一端面114和第二端面116可基本上平坦。在另外的实施例中，第一端面114和/或第二端面116可以不平坦(因此，支撑基体104和聚晶复合片102之间的联接面106可以不平坦)。另外，如图1所示，支撑基体104可以大致为圆柱形。在另外的实施例中，支撑基体104可以是不同的形状，如圆顶形、锥形或凿形。
支撑基体104可由相对硬且耐磨损的材料形成，可包括相对硬且耐磨损的材料。以非限制性实例的方式，支撑基体104可由陶瓷-金属复合材料(通常称之为“金属陶瓷”材料)形成，包括所述材料。在一些实施例中，支撑基体104可由硬质合金材料(如，硬质碳化钨材料，硬质碳化钨中的碳化物颗粒通过金属粘结剂材料粘结在一起)形成，包括所述材料。文中所述的术语“碳化钨”意为，含有碳和钨的化合物(如，WC，W2C)、以及WC与W2C的组合物的任何材料成分。碳化钨例如包括铸造碳化钨、烧结碳化钨和粗晶碳化钨。金属粘结剂材料例如可包括催化剂材料，如钴、镍、铁或它们的合金和混合物。在至少一些实施例中，支撑基体104由钴钨硬质合金形成，包括钴钨硬质合金。
聚晶复合片102可被设置在支撑基体104的第二端面116上或覆盖在其上。聚晶复合片102包括至少一个侧面120(也称之为聚晶复合片102的“筒”)和切削面108(也称之为聚晶复合片102的“顶部”)，切削面108与支撑基体104的第二端面116相背布置。聚晶复合片102在切削面108的外围处还可包括斜切边缘112。图1中所示的斜切边缘112具有单个斜切表面，但是，斜切边缘112还可具有另外的斜切表面，这样的斜切表面可以以与斜切边缘112的斜切角不同的斜切角定位，这在本领域是众所周知的。此外，作为斜切边缘112的替代结构，聚晶复合片102的多个边缘中的一个边缘可以是圆形或包括至少一个斜切表面和至少一个弓形表面的组合结构。如图1所示，聚晶复合片102的侧面120可以与支撑基体104的侧面118大致共面，聚晶复合片102的切削面108可平行于支撑基体104的第一端面114延伸。因此，聚晶复合片102可以是圆柱形或盘形。在另外的实施例中，聚晶复合片102可以具有不同的形状，如圆顶形、锥形或凿形。聚晶复合片102的厚度可在约1毫米(mm)至约4mm的范围内，如，约1.5mm至约3.0mm。在一些实施例中，聚晶复合片102的厚度在约1.8mm至约2.2mm的范围内。
聚晶复合片102可由PCD材料形成，包括PCD材料。PCD材料占聚晶复合片102的体积百分比可大于或等于约百分之七十(70％)，如大约或等于约百分之八十(80％)、或大约或等于约百分之九十(90％)。PCD材料可包括金刚石(如，天然金刚石、人造金刚石或它们的组合物)颗粒或晶体，它们粘结在一起形成聚晶复合片102，下面将对此进一步详细描述。金刚石颗粒之间的孔隙空间或区域可填充有其他材料，或可至少局部不含有其他材料，下面也将对此进一步详细描述。在另外的实施例中，聚晶复合片102可由不同的聚晶材料(如，立方氮化硼聚晶、氮化碳和本领域公知的其他硬质材料)形成，包含所述材料。
继续参照图1，聚晶复合片102包括多个区域110。例如，如图1所示，聚晶复合片102可包括第一区域110A和第二区域110B。第一区域110A可从聚晶复合片102的切削面108和侧面120朝内延伸。第一区域110A的环形延伸部分122可在聚晶复合片102的侧向外围处朝支撑基体104延伸。在一些实施例中，环形延伸部分122可在联接面106的一个或多个部分处抵接支撑基体104。第一区域110A可至少局部包围第二区域110B。进而，第二区域110B可被设置在第一区域110A的至少一部分和支撑基体104之间。如图1所示，第一区域110A可基本上包围第二区域110B的上部分和侧部分(如，径向外部分)。因此，在一些实施例中，第二区域110B可不延伸(如，侧向延伸和/或纵向延伸)至聚晶复合片102的外围(如，切削面108、斜切边缘112和侧面120)。在另外的实施例中，第二区域110B的一段或一部分可位于第一区域110A的环形延伸部分122的至少一部分和支撑基体104之间。第二区域110B的该段可延伸至聚晶复合片102的侧面120，或者可不延伸至聚晶复合片102的侧面120。如图1所示，所述多个区域110中的相邻区域(如，第一区域110A和第二区域110B)之间的联接面可基本平坦。在另外的实施例中，所述多个区域110中的相邻区域之间的一个或多个联接面可以不平坦。
参照图2，在另外的实施例中，聚晶复合片102可呈现第一区域110A和第二区域110B的不同配置。例如，如图2所示，第一区域110A可从聚晶复合片102的侧面120朝内延伸，但是可基本上不从聚晶复合片102的切削面108朝内延伸。第一区域110A可基本上径向或侧向包围第二区域110B的外部分，但是并没有覆盖第二区域110B的全部上部分。因此，第二区域110B可从聚晶复合片102的切削面108的至少一部分延伸并形成所述至少一部分。如图2所示，第二区域110B可形成聚晶复合片102的整个切削面108，第一区域110A可形成聚晶复合片102的整个侧面120和整个斜切边缘112。在另外的实施例中，第二区域110B可形成聚晶复合片102的整个切削面108和整个斜切边缘112，第一区域110A可形成聚晶复合片102的侧面120的至少一部分。第一区域110A例如可抵接支撑基体104，可从支撑基体104延伸至聚晶复合片102的斜切边缘102或延伸到所述斜切边缘之下。在另外的实施例中，第二区域110B可形成聚晶复合片102的切削面108的一部分，第一区域110A可形成聚晶复合片102的整个侧面120和整个斜切边缘112，还可形成聚晶复合片102的切削面108的另一部分。如图2所示，所述多个区域110中的相邻区域之间(如，第一区域110A和第二区域110B之间)的联接面可大致平坦。在另外的实施例中，所述多个区域110中的相邻区域之间的一个或多个联接面可以不平坦。
参照图3，在另外的实施例中，聚晶复合片102可以包括另外的区域。例如，如图3所示，聚晶复合片102可包括第一区域110A、第二区域110B和第三区域110C。第三区域110C可从聚晶复合片102的切削面102朝内延伸，第一区域110A可从聚晶复合片102的侧面120朝内延伸。第三区域110C和第一区域110A可至少局部包围第二区域110B。例如，第三区域110C可覆盖第一区域110A和第二区域110B的上部分，第一区域110A可径向或侧向包围第二区域110B的外部分。如图3所示，第三区域110C可形成聚晶复合片102的整个切削面108和整个斜切边缘112，第一区域110A可形成聚晶复合片102的侧面120的至少一部分。第一区域110A例如可抵接支撑基体104，可从支撑基体104延伸至聚晶复合片102的斜切边缘112或所述斜切边缘112之下。在另外的实施例中，第三区域110C可不形成聚晶复合片102的切削面108和斜切边缘112二者中的至少一个的全部部分。例如，第三区域110C可覆盖第二区域110B，可被第一区域110A径向或侧向包围，使得第一区域110A延伸至聚晶复合片102的切削面108。在另外的实施例中，第三区域110C的至少一部分可包围第一区域110A和第二区域110B二者中的至少一个的径向或侧向外部分的至少一部分。如图3所示，所述多个区域110中的相邻区域之间(如，第一区域110A和第二区域110B之间、第一区域110A和第三区域110C之间、第二区域110B和第三区域110C之间，等等)的联接面可以大致平坦。在另外的实施例中，所述多个区域110中的相邻区域之间的一个或多个联接面可以不平坦。
一起参照图1至图3，聚晶复合片102的所述多个区域110中的至少一个区域的渗透率不同于聚晶复合片102的至少一个其他区域的渗透率。以非限制实例的方式，图1至3所示的实施例中的每个实施例中的第一区域110A的渗透率比第二区域110B的要小或低。所述多个区域110中的至少一个区域(如，第一区域110A)的渗透率相对于所述多个区域110中的至少一个其他区域(如，第二区域110B)而言降低，这种渗透性降低可至少部分地通过所述多个区域110中的每个不同区域内的平均粒径和粒度分布控制，下面将对此进一步详细描述。由于所述多个区域110中的不同区域的渗透率不同，以及聚晶复合片102的先前所述结构配置(如，第一区域110A至少包围第二区域110B的接近支撑基体104的侧向或径向外部分)，这样则能以大致相等的速率(如，大致均一的速率)至少从第一区域110A和第二区域110B上去除掉材料(如，催化剂材料)，从而可减少对切削元件100的损害和切削元件100的缺点。
图4是放大图，示出了图1至3中所示的第一区域110A的微观结构的放大效果。第一区域110A包括散置的相互粘结的颗粒124，它们形成聚晶材料三维网。颗粒124的粒度分布是多模式的。例如，如图4所示，第一区域110A可包括较大颗粒126和较小颗粒128。在另外的实施例中，颗粒124的粒度分布可以是单模式的(如，可不存在较小颗粒128)。较大颗粒126和较小颗粒128之间的直接粒间粘结用虚线130示出。较大颗粒126可由硬质材料形成，包括硬质材料。较大颗粒126可以是单分散性的(即，所有较大颗粒126的尺寸大致相等)，或者可以是多分散性的(即，较大颗粒126的尺寸在一定范围内，按平均值计算)。较小颗粒128可由硬质材料和非硬质材料中的至少一种材料形成，可包含所述至少一种材料。较小颗粒128可以是单分散性的(即，所有较小颗粒128的尺寸大致相等)，或可以是多分散性的(即，较小颗粒128的尺寸在一定范围内，按平均值计算)。第一区域110A包含的较小颗粒128的体积或重量百分比可为约0.01％至约99％，如，较小颗粒128的体积百分比为约0.01％至约50％，或者较小颗粒128的重量百分比为0.1％至约10％。
第一区域110A中的较大颗粒126和较小颗粒128相互粘结，两者之间存在孔隙空间132(在图4中用阴影黑色表示)。孔隙空间132可至少局部填充有固体材料，如，催化剂材料和无碳材料中的至少一种材料。在至少一些实施例中，孔隙空间132中的固体材料可在第一区域110A的厚度范围内变化。例如，接近支撑基体104(图1至图3)和聚晶复合片102(图1至图3)的联接面106(图1至图3)的孔隙空间132可填充有第一固体材料(如，催化剂材料)，接近聚晶复合片102的外围表面或裸露表面(如，切削面108和/或侧面120(图1至3))的孔隙空间132可填充有第二固体材料(如，固态惰性填料)。至少一些孔隙空间132可填充有第一固体材料和第二固体材料的组合物。在另外的实施例中，至少一些孔隙空间132可包括位于第一区域110A内的空闲空间，其内没有固体或液体物质(但是，气体(如空气)可存在于该空闲空间中)。可在形成聚晶复合片102之后从孔隙空间132中去除掉(如，浸取掉)固体材料，来形成这样的空闲空间，下面将对此进一步详细描述。例如，可从第一区域110A的孔隙空间132中浸取掉催化剂材料，浸取深度等于或小于第一区域110A和第二区域110B(图1至图3)之间的联接面的深度。在一些实施例中，第一区域110A的孔隙空间132可基本上不含催化剂材料。
图5是放大图，示出了图1至图3所示的聚晶复合片102的第二区域110B的微观结构的放大效果。第二区域110B包括散置的相互粘结的颗粒134，它们形成聚晶材料三维网。如下面进一步详细所述，颗粒134的平均粒径可大于第一区域110A(图4)的颗粒124(图4)的平均粒径。第二区域110B的颗粒134的粒度分布可以是多模式的。例如，如图5所示，第二区域110B可包括较大颗粒136和较小颗粒138。在另外的实施例中，颗粒134的粒度分布可以是单模式的(如，没有较小颗粒138)。较大颗粒136和较小颗粒138之间的直接粒间粘结在图5中用虚线140表示。较大颗粒136可由硬质材料形成，包含硬质材料。形成较大颗粒136的材料与形成第一区域110A的较大颗粒126的材料可相同，或者，至少一部分较大颗粒136的形成材料可与第一区域110A的较大颗粒126的不同。较大颗粒136可以是单分散性的(即，所有较大颗粒136的尺寸大致相等)，或可以是多分散性的(即，较大颗粒136的尺寸在一定范围内，按平均值计算)。在一些实施例中，较大颗粒136的平均粒径大于第一区域110A的较大颗粒126的平均粒径。在另外的实施例中，较大颗粒136的平均粒径大致等于第一区域110A的较大颗粒126的平均粒径。较小颗粒138可由硬质材料和非硬质材料中的至少一种材料形成，包含所述至少一种材料。形成较小颗粒138的材料可与第一区域110A的较小颗粒128的相同，或者，较小颗粒138的至少一部分可由形成第一区域110A的较小颗粒128的材料不同的材料形成，包含所述不同的材料。较小颗粒138可以是单分散性的(即，所有较小颗粒138的尺寸大致相同)，或者可以是多分散性的(即，较小颗粒138的尺寸在一定范围内，按平均值计算)。在一些实施例中，较小颗粒138的平均粒径大于第一区域110A的较小颗粒128的平均粒径。在另外的实施例中，较小颗粒138的平均粒径大致等于第一区域110A的较小颗粒128的平均粒径。第二区域110B中包含的较小颗粒138的体积百分比或重量百分比可为约0.01％至约99％，如，较小粒径138的体积百分比为约0.01％至50％，或较小颗粒138的重量百分比为0.1％至约10％。
第二区域110B中的较大颗粒136和较小颗粒138相互粘结，两者之间存在孔隙空间142(在图5中用阴影黑色表示)。如下面进一步详细所述，孔隙空间142可以大于第一区域110A的孔隙空间132，和/或孔隙空间142占第二区域110A的体积百分比大于孔隙空间132占第一区域110A的体积百分比。孔隙空间142可以至少局部填充有固体材料，如，催化剂材料和无碳材料中的至少一种材料。在至少一些实施例中，孔隙空间142内的固体材料可在第二区域110B的厚度范围内变化。例如，接近支撑基体104(图1)和聚晶复合片102的联接面106(图1)的孔隙空间142可填充有第一固体材料(如，催化剂)，更接近聚晶复合片102的外围表面或裸露表面(如，切削面108(图1)和/或侧面120(图1))的孔隙空间142可填充有第二固体材料(如，惰性固体材料)。至少一些孔隙空间142可填充有第一固体材料和第二固体材料的组合物。孔隙空间142内的固体材料可与第一区域110A的孔隙空间132内的固体材料大致相同，或者至少一些孔隙空间142内的固体材料可与第一区域110A的至少一些孔隙空间132内的固体材料不同。在另外的实施例中，至少一些孔隙空间142可包括位于第二区域110B内的空闲空间，其内不含有固体或液体物质(但是气体(如空气)可存在于该空闲空间中)。可在形成聚晶复合片102之后从孔隙空间142中去除掉(如，浸取掉)固体材料，来形成这样的空闲空间，下面将对此进一步详细描述。在一些实施例中，第二区域110B的孔隙空间142中基本上填充有催化剂材料。催化剂材料例如可从第一区域110A(图1至4)的至少一部分(如，全部部分或不超过全部部分)的孔隙空间132(图4)中被浸取掉，但可基本上保持在第二区域110B的孔隙空间142内。
一起参照图1至5，至少相对于第二区域110B而言，第一区域110A的渗透率可更小或更低，原因在于，第一区域110A中的颗粒124(图4)的体积百分比大于第二区域110B中的颗粒134(图5)的体积百分比。第一区域110A中包含的颗粒124的体积百分比大于或等于约92％，第二区域110B中包含的颗粒134的体积百分比小于或等于约91％。以非限制性实例的方式，第一区域110A中包含的颗粒124的体积百分比可以为约96％至约99％，第二区域110B中包含的颗粒134的体积百分比可以为约85％至约95％。因此，与第二区域110B的相互粘结的颗粒124间的孔隙空间的体积百分比相比，第一区域110A中的相互粘结的颗粒124间的孔隙空间的体积百分比相对较小。如果第一区域110A中包含的颗粒124的体积百分比相对较大，那么，与第二区域110B的颗粒134间的孔隙空间142相比，颗粒124间的孔隙空间132会较小和/或更小，从而，供浸出剂穿过的通路会更小和/或更受限。
继续参照图1至5，至少相对于第二区域110B而言，第一区域110A的渗透率更小或更低，原因在于，第一区域110A中的颗粒124的平均粒径可小于第二区域110B中的颗粒134的平均粒径。以非限制性实例的方式，第一区域110A的颗粒124的平均粒径可小于或等于约15微米(μm)(如，在约5μm至约15μm的范围内，在约10μm至约15μm的范围内，或者在约10μm至约12μm的范围内)，第二区域110B的颗粒134的平均粒径可大于约15μm(如，在约15μm至约30μm的范围内，在约15μm至约20μm的范围内，或者在约18μm至约20μm的范围内)。在一些实施例中，第一区域110A的颗粒124的平均粒径在约10μm至约12μm的范围内，第二区域110B的颗粒134的平均粒径在约15μm至约20μm的范围内。在另外的实施例中，第一区域110A中的至少一些颗粒124和/或第二区域110B中的至少一些颗粒134可包括纳米尺寸的颗粒(即，直径小于约500纳米的颗粒)。在第一区域110A的颗粒124的平均颗粒尺寸小于第二区域110B的颗粒134的平均颗粒尺寸时，与第二区域110B的颗粒134间的孔隙空间142相比，第一区域110A的颗粒124间的孔隙空间132较小和/或更小，从而，供浸出剂穿过的通路更小和/或更受限。此外，第一区域110A的颗粒124的粒度分布采用多模式，会使第一区域110A的颗粒124间的孔隙空间132比第二区域110B的颗粒134间的孔隙空间142更小和/或更窄，从而，供浸出剂穿过的通路更小和/或更受限。
进一步参照图1至5，至少相对于第二区域110B而言，第一区域110A的渗透性更小或更低，原因在于，与第二区域110B的孔隙空间142相比，第一区域110A的孔隙空间132的相互连接性相对较小。例如，第二区域110B的相互粘结的颗粒134间的孔隙空间142内的平均自由程可为第一区域110A的相互粘结的颗粒124间的孔隙空间132内的平均自由程的约10％或更大、约25％或更大，或者，甚至约50％或更大。可通过使用本领域公知的技术(如，ErvinE.Underwood,定量立体测量学,(艾迪生-韦斯利出版公司，1970)中阐述的技术)，来确定第二区域110B的相互粘结的颗粒134间的孔隙空间142内的平均自由程和第一区域110A的相互粘结的颗粒124间的孔隙空间132内的平均自由程。
在聚晶复合片102包括多于两个的区域的实施例中，聚晶复合片102的每个逐渐径向或侧向朝外的区域可邻接支撑基体104并从支撑基体104延伸，其渗透性相对于聚晶复合片102的至少一个其他区域(其被设置成从聚晶复合片102径向或侧向朝内)的渗透性而言逐渐减小(如，至少受每个逐渐径向或侧向朝外的区域内的颗粒体积百分比、平均粒径和粒度分布影响)。此外，在聚晶复合片102包括的至少一个区域(如，图3所示的实施例中的第三区域110C)覆盖至少两个径向或横向布置的区域的实施例中，所述的至少一个区域(如，第三区域110C)的渗透性可大致等于其下方的一个或多个区域的渗透性，或者其渗透性可不同于其下方的区域的渗透性。以非限制性实例的方式，参照图3，第三区域110C的渗透性可不同于第一区域110A和第二区域110B中的至少一个区域的渗透性，如，其渗透性小于第一区域110A和第二区域110B中的至少一个区域的渗透性(如，小于第一区域110A和第二区域110B中的每个区域的渗透性，或大致等于第一区域110A的渗透性且小于第二区域110B的渗透性)，或其渗透性大于第一区域110A和第二区域110B中的至少一个区域的渗透性(如，大于第一区域110A和第二区域110B中的每个区域的渗透性，或大致等于第二区域110B的渗透性且大于第一区域110A的渗透性)。
现在将参照图6描述形成本公开的切削元件100(图1至3)的方法的实施例，图6示出了形成图1所示的聚晶复合片102的过程中的容器144的截面图。将转变成聚晶复合片102(图1)的第一区域110A(图1和4)的相互连接的颗粒124(图4)的第一组颗粒146可被形成或设置在容器144内；将转变成聚晶复合片102(图1)的第二区域110B(图1和5)的相互连接的颗粒134(图5)的第二组颗粒148可被形成或设置在容器144内，靠近第一组颗粒146；支撑基体104可被形成或设置在第一组颗粒146和第二组颗粒148上方。
第一组颗粒146可在容器144内被形成或设置成聚晶复合片102的第一区域110A的形状。例如，第一组颗粒146可通过合适的粘结剂材料，被一起粘结成第一区域110A的形状。粘结剂材料可包括能让第一组颗粒146被配置成适于聚晶复合片102的第一区域110A的形状的任何材料，该材料在随后的HTHP过程的初始阶段可被去除掉(如，挥发掉)。在另外的实施例中，在不使用粘结剂材料的情况下，第一组颗粒146可被形成为第一区域110A的形状。在一些实施例中，第一组颗粒146可被压制(如，通过使用或不使用粘结剂材料)以形成聚晶复合片102的生的第一区域110A(如，呈现第一区域110A的大体形状的生结构)。在压制期间，非平坦结构(如，先前结合图1至3所述的非平坦结构)可被称之为生的第一区域110A。第一组颗粒146的粒度分布可以是多模式(如，双模式、三模式等)，或可以是单模式。例如，第一组颗粒146可包括具有第一平均粒径的颗粒、和具有第二平均粒径的颗粒，第二平均粒径不同于第一平均粒径。如先前针对聚晶复合片102的第一区域110A的相互连接的颗粒124的尺寸所述，第一组颗粒146包括具有相对实际尺寸的颗粒，但是请注意，在用于形成聚晶复合片102的随后过程(如，HTHP过程)中可出现一定程度的晶粒生长和/或皱缩。
第二组颗粒148在容器144内可被形成或设置成聚晶复合片102的第一区域110A的形状。在一些实施例中，第二组颗粒148在不使用粘结剂材料的情况下，可被形成或设置成聚晶复合片102的第一区域110A的形状。例如，第二组颗粒148可被设置到容器144中，成为一组基本不粘结的(如，可流动的)颗粒。在另外的实施例中，例如在需要聚晶复合片102的第一区域110A具有一个或多个不平坦部分或延伸部分(如，凸起部分和/或凹陷部分)的实施例中，第二组颗粒148可通过合适的粘结剂材料，被粘结在一起而成第二区域110B的形状。该粘结剂材料可与用来将第一组颗粒148粘结在一起的粘结剂材料基本相同或不同。可选地，第二组颗粒148可被压入聚晶复合片102的生的第二区域110B(如，呈现第二区域110B的大体形状的生的(green)结构)中，其方式基本类似于前面针对第一组颗粒146所述的方式。第一组颗粒146可大致径向或侧向包围第二组颗粒148。如图6所示，在一些实施例中，第一组颗粒146可用作杯而容纳第二组颗粒148。第二组颗粒148的粒度分布可以是多模式(如，双模式、三模式等)，或可以是单模式。例如，第二组颗粒148可包括具有第一平均粒径的颗粒和具有第二平均粒径的颗粒，其中第二平均粒径不同于第一平均粒径。如先前针对聚晶复合片102的第二区域110B中的相互粘结的颗粒134所述，第二组颗粒148包括具有相对实际尺寸的颗粒，但是请注意，在用于形成聚晶复合片102的随后过程(如，HTHP过程)中可出现一定程度的晶粒生长和/或皱缩。
继续参照图6，催化剂材料150还可被设置在容器144内，催化器材料可用于在比所要求的要更低的温度和压力下促进第一组颗粒146和第二组颗粒148中的颗粒之间的粒间粘结。催化剂材料150可被设置在支撑基体104内，可选地，可被设置在第一组颗粒146和第二组颗粒146中的至少一组颗粒间。在一些实施例中，催化剂材料150可以以散置的催化剂粉末形式被设置在第一组颗粒146和第二组颗粒148中的至少一组颗粒内。可选择催化剂粉末的平均粒径，使得催化剂粉末的平均粒径和催化剂粉末与之混合的颗粒的平均粒径之比在约1:10至约1:1000的范围内，或者甚至在约1:100至约1:1000的范围内，如美国专利申请公开第2010/0186,304A1号中所公开，该美国专利申请以Burgess等的名义于2010年7月29日公开，于2013年5月7日被授予专利权，专利号为US8,435,317。可通过使用本领域公知的技术(如，标准的制粉工艺)来将催化剂材料150的颗粒与第一组颗粒146和第二组颗粒148中的至少一组颗粒混合，其方式是，将包括催化剂材料150的颗粒与第一组颗粒146和第二组颗粒148二者中的至少一组颗粒的浆体形成和混合成液体溶剂，然后干燥该浆体，等等。在另外的实施例中，催化剂材料150可包括至少一种催化剂箔或盘，其被夹置在支撑基体104、第一组颗粒146和第二组颗粒148中的至少一种之间。在另外的实施例中，催化剂材料150可被涂覆在第一组颗粒146和第二组颗粒148中的至少一组中的至少一些颗粒上。通过使用化学溶液沉淀工艺(在本领域通常称之为溶胶-凝胶涂层工艺)，第一组颗粒146和第二组颗粒148中的至少一组的颗粒可被涂覆有催化剂材料150。
如图6所示，容器144可封装第一组颗粒146、第二组颗粒148和支撑基体104。容器144可包括内杯152，第一组颗粒146、第二组颗粒148和支撑基体104三者中的每个的至少一部分可被设置在内杯152中。容器144还可包括顶端元件154和底端元件156，它们可绕内杯152被组装和粘结在一起(如，被模锻粘结)，第一组颗粒146、第二组颗粒148和支撑基体104位于其中。根据本领域公知的过程，密封的容器144然后经历HTHP过程，以烧结第一组颗粒146和第二组颗粒148，形成具有聚晶复合片102的切削元件100，如先前参照图1至3概略所述，聚晶复合片102包括第一区域110A和第二区域110B。例如，一起参照图1和6，第一组颗粒146(图6)可形成聚晶复合片102(图1)的第一区域110A，第二组颗粒148(图6)可形成聚晶复合片102(图1)的第二区域110B。
尽管HTHP过程的准确操作参数将根据正被烧结的各种材料的具体成分和数量变化，但是，热压制过程中的压力可高于或等于约5.0GPa，温度可高于或等于约1400℃。在一些实施例中热压制过程中的压力可高于或等于约6.5吉帕斯卡(GPa)，如，高于或等于约6.7GPa，或高于或等于约8.0GPa。另外，正被烧结的材料可保持在这样的温度和压力下一段时间，该段时间在约30秒和约20分钟之间。
现在将参照图7描述用于形成本公开的切削元件100(图1至3)的方法的另一实施例，图7示出了用于形成图1所示的聚晶复合片102的另一过程中的容器144的截面图。被单独形成为聚晶复合片102(图1)的第一区域110A(图1)的第一聚晶复合片158可被设置在容器144内，被单独形成为聚晶复合片102(图1)的第二区域110B(图1)的第二聚晶复合片160可被设置在容器144内，靠近第一聚晶复合片158，支撑基体104可被设置在第一聚晶复合片158和第二聚晶复合片160上方。第一聚晶复合片158的渗透性可小于第二聚晶复合片160的渗透性。
第一聚晶复合片158、第二复合片160和支撑基体104可在容器144中经历烧结过程，如，先前所述的HTHP过程。第一聚晶复合片158和第二聚晶复合片160可在存在催化剂材料150的情况下被烧结。催化剂材料150在用于形成第一聚晶复合片158和第二聚晶复合片160的初始烧结过程之后，可保持在第一聚晶复合片158和第二聚晶复合片160的相互粘结的颗粒之间的至少一些孔隙空间中。但是，在一些实施例中，第一聚晶复合片158和第二聚晶复合片160二者中的至少一种复合片至少可被局部浸取，以在被设置到容器144中之前从所述至少一种复合片上去除掉至少一些催化剂材料150。在另外的实施例中，催化剂材料150可被设置成盘或箔的形式，被夹置在支撑基体104、第一聚晶复合片158和第二聚晶复合片160中的至少一个之间。HTHP过程可形成具有聚晶复合片102的切削元件100，如先前参照图1至3概略所述，聚晶复合片102包括第一区域110A和第二区域110B。例如，一起参照图1和7，第一聚晶复合片158(图7)可形成聚晶复合片102(图1)的第一区域110A，第二聚晶复合片160(图7)可形成聚晶复合片102(图1)的第二区域110B。
一起参照图1至7，在使用本公开的方法将聚晶复合片102(图1至3)形成和附接到支撑基体104(图1至3)上之后，聚晶复合片102可经历浸取过程以从聚晶复合片102的多个区域110(图1至3)中的至少一个区域上去除掉一种或多种固体材料。例如，浸出剂可用于从聚晶复合片102的第一区域110A的相互连接的颗粒124(图4)间的孔隙空间132(图4)中去除掉催化剂材料150(图6和7)，和/或从聚晶复合片102的第二区域110B的相互连接的颗粒134(图5)间的孔隙空间142(图5)中去除掉催化剂材料150。合适的浸出剂在本领域是公知的，例如在美国专利No.5,127,923(受让人为Bunting等，于1992年7月7日授权)和美国专利No.4,224,380(受让人为Bovenkerk等，于1980年9月23日授权)中被更充分描述。以非限制性实例的形式，王水(即，浓硝酸和浓盐酸的混合物)、沸腾盐酸和沸腾氢氟酸中的至少一种物质可用作浸出剂。在一些实施例中，浸出剂可包括温度高于或等于约110℃的盐酸。切削元件100(图1至3)的与被浸取表面不同的表面(如，支撑基体104的表面和/或聚晶复合片102的预定表面)可用保护性材料(如，聚合材料，其耐蚀或抵抗浸出剂带来的其他损害)覆盖(如，涂覆)。聚晶复合片102的待被浸取的裸露(如，露出的)表面(如，切削面108、斜切边缘112、侧面120等的裸露部分)例如可通过浸渍或浸没而接触浸出剂。浸出剂可被设置成接触聚晶复合片102的裸露表面一段时间，该段时间为约30分钟至约60小时，取决于聚晶复合片102的尺寸和材料需要去除的深度。
继续参照图1至7，在一些实施例中，催化剂材料150可从聚晶复合片102的区域110(其接近切削面108、斜切边缘112、侧面120中的至少一种)上去除掉，去除深度为约40μm至约400μm，如，约100μm至约250μm。在其他的实施例中，聚晶复合片102的区域110可被深度浸取，浸取深度大于约250μm。在另外的实施例中，聚晶复合片102的区域110的浸取深度可小于约100μm。从聚晶复合片102的一个或多个区域110上去除掉催化剂材料150，可提高聚晶复合片102在使用期间的热稳定性，这对于本领域的普通技术人员而言是众所周知的。聚晶复合片102的一个或多个其他区域110中存在催化剂材料150可提高切削元件100的耐久性和冲击强度。在一些实施例中，催化剂材料150可从聚晶复合片102的第一区域110A的相互连接的颗粒124(图4)间的孔隙空间132(图4)中去除掉，但是基本上不从聚晶复合片102的第二区域110A的相互连接的颗粒134(图5)间的孔隙空间142(图5)中去除掉。例如，催化剂材料150可从聚晶复合片102上去除掉，去除深度小于或等于第一区域110A和第二区域110B之间的联接面的深度。
有利地，聚晶复合片102的至少第一区域110A的结构配置(即，形状)和渗透性(如，其受颗粒体积百分比、平均颗粒尺寸、粒度分布、平均自由程等影响)与许多传统的聚晶复合片相比，可实现下述效果中的至少一种，即可便于提高浸取率均匀性和提高浸取深度均匀性。例如，在至少侧向包围(如果不是侧向和纵向包围)的配置情况下，聚晶复合片102的第二区域110B和聚晶复合片102的第一区域110A能允许将催化剂材料150从第二区域110B的至少侧向部分上浸取掉，浸取速度基本上等于催化剂从第一区域110A的至少侧向部分上被浸取的速度。进而，控制聚晶复合片102内的浸取速度可便于提高对浸取深度的控制，对浸取深度的控制可限制不合适地从支撑基体104上去除掉催化剂材料150(如果不排除这种情况的话)，而使用传统的聚晶复合片会导致不合适地从支撑基体104上去除掉催化剂材料150。在一些实施例中，第一区域110A相对于第二区域110B的配置(如，形状和渗透性)可基本上限制从第二区域110B和支撑基体110A上去除掉催化剂材料150(如果不能防止此现象的话)(如，催化剂材料150的去除可局限于第一区域110A)。这种改进进而可相对降低对使用聚晶复合片102的切削元件100的损害和所述切削元件100上的缺陷，从而减少制造废料(如，由于不能满足预定质量标准而被处理掉的有缺陷的切削元件)，可提高切削元件100和使用切削元件100的钻孔工具的性能和可靠性。
文中所述的切削元件100(如，图1至3)的实施例可被固定到钻孔工具上，可根据本公开的其他实施例用于去除掉地下地层材料。钻孔工具例如可以是旋转钻头、冲击钻头、取芯钻头、偏心钻头、铰刀、铣刀等。以非限制性实例的方式，图8示出了固定刀片式钻孔旋转钻头162，其包括多个切削元件100(图1至3)，每个切削元件100包括先前所述的聚晶复合片102(如，图1至3)。旋转钻头162包括钻头体164，切削元件100粘结到钻头体164上。切削元件100可被钎焊、熔焊或以其他方式被固定到形成在钻头体14的外表面上的凹部内。
尽管已经针对一些实施例描述了本公开，但是本领域的普通技术人员将意识和理解到，本公开并不局限于此。更确切地说，可在不超出本发明的范围的情况下，可对文中所述的实施例进行增加、删除和改进，下面要求了本发明的范围。此外，一个实施例的特征可与另一实施例的特征组合，但仍包含在本发明的由发明人所构思的范围内。另外，本发明能够应用于具有不同钻头轮廓和不同刀具类型的钻头中。

Claims (20)

1.一种切削元件，其包括：
支撑基体；和
聚晶复合片，其附接到所述支撑基体的端部上并包括：
靠近所述支撑基体的所述端部的区域；和
至少基本侧向包围所述区域且渗透率低于所述区域的另一区域。
2.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述区域内的孔隙空间基本上填充有催化剂材料，其中，所述另一区域内的其他孔隙空间基本上没有催化剂材料。
3.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述区域包括第一体积百分比的相互连接的材料颗粒，其中，所述另一区域包括第二体积百分比的相互连接的材料颗粒，所述第二体积百分比大于所述第一体积百分比。
4.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述区域包括具有第一互连性的孔隙空间，其中，所述另一区域包括具有较小的第二互连性的其他孔隙空间。
5.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述区域的材料的平均颗粒尺寸大于所述另一区域的材料的平均颗粒尺寸。
6.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述区域的相互连接的颗粒材料间包括第一体积百分比的孔隙空间，其中，所述另一区域的相互连接的颗粒材料间包括较小的第二体积百分比的孔隙空间。
7.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述区域和所述另一区域的相互连接的颗粒的粒度分布均是多模式的。
8.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述另一区域基本上从所述支撑基体的端部延伸。
9.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述另一区域被设置在所述区域和聚晶复合片的侧面之间。
10.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述另一区域基本上从所述支撑基体的端部延伸至所述支撑基体的切削面。
11.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述另一区域基本上包围所述区域的上部分和侧向部分。
12.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述区域基本上从所述支撑基体的端部延伸至所述聚晶复合片的切削面。
13.根据权利要求1所述的切削元件，其还包括附加区域，所述附加区域覆盖所述区域和所述另一区域中的至少一个。
14.一种用于形成切削元件的方法，其包括以下步骤：
将包括硬质材料的一组颗粒提供到容器中；
将另一组颗粒提供到所述容器中，所述另一组颗粒基本上被所述一组颗粒侧向包围；
将支撑基体提供到所述容器中，使其位于所述一组颗粒和所述另一组颗粒上方；
在存在催化剂的情况下烧结所述一组颗粒和所述另一组颗粒，以形成聚晶复合片，所述聚晶复合片包括靠近支撑基体端部的区域、和至少基本侧向包围所述区域且渗透性小于所述区域的另一区域；和
将至少一部分催化剂材料从所述聚晶复合片上去除掉。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，将包括硬质材料的一组颗粒提供到容器中的步骤包括：将所述一组颗粒形成为所述另一区域的合适形状。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，将所述一组颗粒形成为所述另一区域的合适形状的步骤包括：在存在粘结剂材料的情况下压制所述一组颗粒，以在将所述另一组颗粒提供到所述容器之前形成合适形状的生的结构。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，将包括硬质材料的一组颗粒提供到所述容器中的步骤包括：将所述一组颗粒提供到预成型容器中，该容器被配置成用作杯而容纳所述另一组颗粒中的至少一些颗粒。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，从聚晶复合片中去除掉至少一部分催化剂材料的步骤包括，从聚晶复合片上去除掉催化剂材料至这样的深度，即该深度小于或等于所述另一区域和所述区域之间的联接面的深度。
19.一种钻孔工具，其包括至少一个切削元件，所述切削元件包括：支撑基体；和
聚晶复合片，其附接到支撑基体的端部上并包括：
靠近支撑基体的端部的区域；和
至少局部侧向包围所述区域且渗透性小于所述区域的另一区域。
20.根据权利要求19所述的钻孔工具，其中，所述钻孔工具包括钻孔旋转钻头。
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