CN107405687A - 制作陶瓷或金属间化合物零件的方法 - Google Patents

Abstract

一种零件，包括三维多孔金属工件，所述三维多孔金属工件经由增材制造工艺来打印并且随后经受基于扩散的工艺以将所述多孔金属工件的至少一部分转化成陶瓷工件或金属间化合物工件。

Description

制作陶瓷或金属间化合物零件的方法

背景技术

增材制造(例如，3D打印)可以提供优于传统制造工艺的某些优点。对制造油气工业中所使用的钻头而言，例如，增材制造的最显著的优点之一是设计的灵活性以及产生对于任何其他方式而言不可行的形式和特征的能力。增材制造的类似优点适用于其他工业。增材制造系统，诸如直接金属激光烧结或电子束熔化当前可用于制作或“打印”金属部件。然而，经由增材制造来打印陶瓷材料提出了重大挑战。

一般而言，陶瓷材料使用水或粘合剂诸如聚合物或金属来粘结在一起。然后使用常规陶瓷处理步骤来烧制粘结结构，以将粘结结构转化成陶瓷。在增材制造中，由于陶瓷颗粒的高熔化温度，很难使陶瓷颗粒粘结或熔化来形成增材制造结构。此外，陶瓷颗粒是脆性的，并且因此在每个连续层熔化或烧结并冷却来形成所需结构或零件时对增材制造普遍具有的热应力是敏感的。

附图说明

下图被包括来说明本公开的某些方面，并且不应视为是排他性实施方案。在不脱离本公开的范围的情况下，所公开的主题在形式和功能上能够具有相当多的修改、变更、组合以及等效物。

图1是制作零件的示例性方法的示意性流程图。

图2是可以根据本公开的原理至少部分地制作的示例性钻头的透视图。

图3是图2的钻头的截面图。

图4是用于在形成图2的钻头中使用的示例性模具组件的截面侧视图。

图5是图2的钻头在包括硬复合材料部分和一个或多个局部陶瓷或金属间化合物工件时的截面侧视图。

图6是图2的钻头在包括硬复合材料部分和陶瓷或金属间化合物工件时的截面侧视图。

图7是图2的钻头在包括硬复合材料部分和多个陶瓷或金属间化合物工件时的截面图。

图8是示出适合与本公开的钻头结合使用的钻井组件的一个实例的示意图。

具体实施方式

本公开涉及零件制造，并且更具体地说涉及使用增材制造来制作陶瓷或金属间化合物零件。

本文描述的实施方案提供允许使用增材制造技术来制作陶瓷或金属间材料的工艺或方法。目前公开的方法可以用于例如经由增材制造工艺来打印三维多孔金属工件。随后使多孔金属工件经受基于扩散的工艺，以将多孔金属工件的至少一部分转化成陶瓷工件或金属间化合物工件。通常陶瓷中所包括的粘合剂不需要燃尽，因为所得的陶瓷或金属间结构最初作为金属结构或工件产生，在此之后合适的基于扩散的工艺将金属工件在原位转化成陶瓷或金属间化合物。在一个特定实施方案中，可以通过以下方式来制造零件：打印钨结构并使其渗碳，从而产生碳化钨结构，诸如钻头或钻头部件，所述碳化钨结构随后可以被渗透来形成碳化钨金属基复合材料。将了解，除了颗粒生产方法、泡沫生产方法和所得到的填充粉末结构所共有的形状和结构之外，许多不同的形状和结构也是可能的。

本公开的原理可以应用于油气工业中普遍使用来勘探和开采烃的制造工具或零件。这类工具和零件包括但不限于：油田钻头或切削工具(例如，固定角钻头、牙轮钻头、取芯钻头、双中心钻头、孕镶钻头、扩孔器、稳定器、开孔器、切削件)、不可回收的钻井部件、与井筒的套管钻探相关联的铝质钻头主体、钻柱稳定器、用于牙轮钻头的牙轮、用于制作牙轮钻头的支撑臂的锻模所使用的模具、用于固定扩孔器的臂、用于可扩张扩孔器的臂、与可扩张扩孔器相关联的内部部件、附接至旋转钻头的井上端的套筒、旋转导向工具、随钻测井工具、随钻测量工具、侧壁取芯工具、打捞矛、套铣工具、用于井下钻井马达的转子、定子和/或壳体、用于井下涡轮机的叶片和壳体以及具有与形成井筒相关联的复杂配置和/或不对称几何形状的其他井下工具。

然而，将了解，本公开的原理可以同样应用于可能受益于陶瓷或金属间化合物零件的制作的任何其他工业或领域中所使用的制造工具或零件。例如，本文描述的方法可以应用于制作铠装板、汽车部件(例如，套筒、汽缸衬套、驱动轴、排气门、制动器转子)、自行车框架、制动片、航空航天部件(例如，起落架部件、结构管、支柱、轴、链节、导管、波导、导向叶片、转子叶片套筒、腹鳍、致动器、排气结构、壳体、框架、燃料喷嘴)、涡轮泵部件、筛网、过滤器以及多孔催化剂，而不脱离本公开的范围。本领域技术人员将容易地了解，前述列表并不是全面的列举，而仅仅是示例性的。因此，前述零件和/或部件的列举不应限于本公开的范围。

如本文所使用，术语“零件”指代可能受益于整体或部分地制造为陶瓷或金属间化合物的任何工具、零件、部件或结构。应注意，使用本文描述的原理或方法制作的零件的形状、配置、设计或尺寸仅受用于制作所需零件的所选择的增材制造工艺的限制。例如，通过增材制造和本文公开的原理产生的陶瓷或金属间化合物零件可以呈现各种形式，诸如完整零件、随后渗透或填充来形成金属基或陶瓷基复合材料的多孔网络或者可以用于增强复合材料的各种部件或增强型式。通过增材制造形成的陶瓷或金属间材料的实例包括用于产生更大结构的粉末、中尺度结构和砌块部件。合适的复合材料的实例包括格点式复合材料等等。这类陶瓷或金属间化合物部件可以用于增强金属、合金或金属基复合材料，使得所述零件成为氧化物弥散增强合金的合适的替代物。另外，使用这类陶瓷或金属间化合物部件来产生陶瓷基复合材料可以在中尺度结构的多孔网络中产生额外的增强，这通过常规纤维增强方法是无法实现的。本文公开的原理还可以被采用来产生要求开放多孔结构(诸如过滤器、筛网、催化剂等等)的陶瓷零件。

金属间化合物通常被分为两类：化学计量和非化学计量金属间化合物。化学计量金属间化合物，诸如Al₃Ni具有固定组成(例如，相图上的垂直线)，并且类似于陶瓷材料通常是非常硬的、坚固的和脆性的。非化学计量金属间化合物，诸如AlNi在一定组成范围内出现，并且通常比化学计量金属间化合物更具延展性。因此，非化学计量金属间化合物提供介于陶瓷和化学计量金属间化合物的性质与纯金属和固溶体合金的性质之间的中间性质。更具体而言，化学计量金属间结构提供了类似于陶瓷的增强的刚度和强度，而非化学计量金属间结构提供了中间增强性质(例如，比基体材料(也就是说，粘合剂或合金材料)更硬，但是与陶瓷和化学计量金属间材料相比较具有一定的延展性)。

参考图1，示出了根据一个或多个实施方案的制作零件的示例性方法10的示意性流程图。方法10可以包括像在12处那样使用增材制造工艺来打印三维多孔金属工件。增材制造工艺(例如，3D打印)可以包括但不限于：激光烧结(LS)[例如，选择性激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)]、激光熔化(LM)[例如，选择性激光熔化(SLM)、激光快速制造工艺]、电子束熔化(EBM)、激光金属沉积[例如，直接金属沉积(DMD)、激光工程化净成形(LENS)、直接光制作(DLF)、直接激光沉积(DLD)、直接激光制作(DLF)、激光快速成形(LRF)、激光熔化沉积(LMD)]、其任何组合等等。所得的金属工件可以打印成任何需要的形状、配置、设计或尺寸以对应于待制作的特定零件。

金属工件可以由任何基底金属或基底金属合金制成，所述基底金属或基底金属合金在经受适当的条件之后可以形成碳化物、氮化物、硼化物、氧化物、硅化物或金属间化合物。碳化物可以通过使用以下各项来形成：铝、硼、钙、铈、铬、铒、铁、铪、镧、锂、镁、锰、钼、铌、镨、钪、硅、钽、钛、钒、钨、钇、镱以及锆。氮化物可以通过使用以下各项来形成：铝、硼、钙、铈、钴、铬、铁、镓、铪、铟、锂、镁、锰、钼、铌、镍、钪、硅、钽、钛、钒、钨、钇以及锆。硼化物可以通过使用以下各项来形成：铝、钡、铍、钙、铈、钴、铬、镝、铒、铕、铁、钆、铪、钬、镧、锂、镥、镁、锰、钼、铌、钕、镍、锇、钯、镨、铂、铼、铑、钌、钪、钐、锶、钽、铽、钛、铥、钒、钨、钇、镱以及锆。氧化物可以通过使用以下各项来形成：铝、钡、铍、铋、钙、镉、铈、钴、铬、铯、铜、铒、铁、镓、锗、铪、铟、钾、镧、锂、镁、锰、钼、钠、铌、钕、镍、铅、镨、铷、锑、钪、硅、锡、锶、钽、铽、碲、钛、钒、钨、钇、锌以及锆。硅化物可以通过使用以下各项来形成：钡、硼、钙、铈、钴、铬、镝、铒、铁、钆、铪、钬、铱、镧、锂、镥、镁、锰、钼、铌、钕、镍、锇、钯、镨、铂、铼、铑、钌、钪、钐、锶、钽、铽、碲、钛、铥、钒、钨、钇、镱以及锆。

(化学计量和非化学计量的)金属间化合物可以通过使用形成金属间化合物的至少两种金属元素来形成。除了本文已列出的陶瓷材料之外，形成耐火的铝基金属间化合物的元素的实例包括钴、铬、铜、铁、铪、铱、锰、钼、铌、镍、钯、铂、铼、钌、钪、钽、钛、钒、钨以及锆。耐火的金属间化合物体系的其他实例包括银-钛、银-锆、金-铪、金-锰、金-铌、金-钪、金-钽、金-钛、金-铥、金-钒、金-锆、铍-铜、铍-铁、铍-铌、铍-镍、铍-钯、铍-钛、铍-钒、铍-钨、铍-锆、其任何组合等等。本领域技术人员将容易地了解，在不脱离本公开的范围的情况下，本公开的原理可以适用于本文未列出的几种其他潜在的金属间化合物。

可以用于形成金属工件并随后形成碳化物、氮化物、硼化物、氧化物、硅化物或金属间化合物的合适的基底金属包括但不限于来自任何前述列表的任何元素。可以用于形成金属工件并随后形成碳化物、氮化物、硼化物、氧化物、硅化物或金属间化合物的合适的基底金属合金包括但不限于任何合金，其中最普遍的元素在通过重量测量时来自前述列表之一。

一旦打印，那么就可以使多孔金属工件经受基于扩散的工艺，以将金属工件的至少一部分转化成陶瓷或金属间化合物工件，就像在14处那样。合适的基于扩散的工艺包括但不限于：渗碳、氮化、硼化以及氧化，它们全部都可以将金属工件转化成所需陶瓷或金属间组合物。在基于扩散的工艺期间，金属工件的一些或全部可以经受包括任何载能介质的反应气氛，所述任何载能介质可能会导致产生陶瓷(例如，氧化物、碳化物、硼化物、氮化物、硅化物)或金属间材料(例如，AlNi、TiAl)。合适的介质包括但不限于：甲烷、空气、氧气、吸热型气体、放热型气体、氮气、氨气、木炭、碳、石墨、氮化盐、硼、硅、气化金属(即，气体)、熔融金属或其任何组合。

如将了解，金属工件的孔隙度可以允许反应气氛的介质进入金属工件的内部的一些或全部，并且由此与所述金属工件发生反应并扩散到其所有需要的区域中。在一些实施方案中，可以打印金属工件，使得孔隙度在金属工件的选择区域中或贯穿整个金属工件是相对较低的。这类实施方案可能会产生在其芯体处或在选择区域中可能更具延展性的(例如，仍然是金属的)陶瓷或金属间化合物零件。例如，在这类实施方案中，反应气氛的介质可能无法进入金属工件的中心并与之发生反应，从而产生在其芯体处更具延展性的零件。在其他实施方案中，金属工件的部分可能会被遮蔽，使得反应气氛的介质无法进入掩蔽部分，并且因此在那些区域处不会产生陶瓷或金属间材料。在其他实施方案中，基于扩散的工艺可以提前终止，使得反应气氛的介质无法与金属工件的所有部分完全发生反应，由此也可能产生延性芯体，就像在表面硬化应用中表现得那样。另外，在某些情况下，材料(例如，合金、金属间化合物和陶瓷)的梯度可能获自所述工艺，从而产生功能性质梯度。作为实例，Ni核可以保留有NiAl中间层和NiAl₃外层。

例如，基于扩散的工艺可以在炉内的升高的温度下实施。用于实施基于扩散的工艺的炉可以包括连续或间歇炉，所述连续或间歇炉能够利用反应气氛的所需介质操作。合适的炉包括但不限于：带式炉、真空炉、马弗炉、干馏炉、其任何组合等等。

在一些实施方案中，基于扩散的工艺可以结合使用液态金属浴。更具体地说，液态金属浴可以用于使成分在一起反应以产生陶瓷或金属间化合物零件。在这类实施方案中，金属工件可以浸入液态金属浴中以产生陶瓷或金属间化合物零件。作为实例，在金属工件由镍基金属制成的实施方案中，镍基工件可以浸入铝浴中以产生金属间化合物，诸如AlNi₃、AlNi、Al₃Ni₂或Al₃Ni。如上所述，这个工艺可以进行至完成以将Ni完全转化为金属间组合物，或者所述工艺可以进行至中间阶段，所述中间阶段可以产生整个零件或功能相(和性质)梯度中的那些中间相之一，这取决于基于扩散的工艺的时间和温度循环。

如将了解，方法10可以证明在从几种常用的陶瓷或金属间材料体系制作零件方面是有利的。碳化钨(WC)例如普遍用在油气工业中，以制作坚硬而耐腐蚀的零件。根据本公开，可以使用方法10来制作WC零件。在这类实施方案中，多孔钨质金属工件可以首先使用增材制造根据所需尺寸和形状进行打印，就像在12处那样。在至少一个实施方案中，多孔钨质金属工件可以包括多个中尺度增强部件。像在14处那样，然后可以经由上文描述的基于扩散的工艺来使打印的钨质金属工件渗碳以提供WC零件。可以使用方法10来产生的其他材料体系包括但不限于：Al₂O₃、AlN、BN、B₄C、CrB₂、Cr₂C₃、NbC、SiC、Si₃N₄、TiB₂、TiC、TiN、Ti(C,N)、VC、MgO、Y₂O₃或任何碳化物、氧化物、硼化物、氮化物、硅化物或任何金属间化合物，其中所得金属间化合物或陶瓷的至少一种金属部件能够使用增材制造来打印。

仍然参考图1，在一些实施方案中，方法10可以任选地且还包括像在16处那样利用粘合剂材料渗透陶瓷或金属间化合物工件以产生复合材料。示例复合材料包括金属基、陶瓷基和聚合物基复合材料。金属基复合材料(MMC)通常由利用粘合剂或者渗透或基体材料渗透的增强材料制成。在本实施方案中，陶瓷或金属间化合物工件可以包括增强材料，并且粘合剂材料可以包括但不限于：铜、镍、钴、铁、铝、钼、铬、锰、锡、锌、铅、硅、钨、硼、磷、金、银、钯、铟、钛、钒、锆、铌、铪、钽、铼、钌、锇、铱、其任何混合物、其任何合金以及其任何组合。

渗透工艺可以包括将陶瓷或金属间化合物工件和粘合剂材料放置在炉中。在一些实施方案中，陶瓷或金属间化合物工件和粘合剂材料可以在被引入到炉中之前沉积在容器或模具中。当炉温达到粘合剂材料的熔点时，粘合剂材料会液化并且继续渗透陶瓷或金属间化合物工件的多孔网络。在分配给液化的粘合剂材料来渗透陶瓷或金属间化合物工件的多孔网络的预定时间量之后，所得复合材料那么可以从炉中移除并且以受控的速率冷却。所得的复合材料可以是密封或固体的复合材料零件或工具。

现在参考图2，示出了可以至少部分地根据本公开的原理制作的示例性钻头100的透视图。更具体地说，可以使用图1的方法10来制作钻头100的一个或多个部分。然而，将了解，在不脱离本公开的范围的情况下，对钻头100的论述可以同样适用于本文提及或描述的可以用在油气工业或任何其他工业中的任何零件。

在一些实施方案中，可以使用方法10来制作所有钻头100，但是在其他实施方案中，可以仅使用方法10来制作钻头100的选择部分。如图2所示，钻头100可以包括或以其他方式限定沿着钻头头部104的周向布置的多个切削件刀片102。钻头头部104连接至柄部106来形成钻头主体108。柄部106可以通过焊接，诸如使用激光电弧焊接来连接至钻头头部104，所述焊接导致围绕焊接坡口112形成焊缝110。柄部106还可以包括或以其他方式连接至螺纹销114，诸如美国石油学会(API)钻杆螺纹。

在所展示的实例中，钻头100包括五个切削件刀片102，其中形成了多个凹部或凹窝116。切削元件118可以固定地安装在每个凹部116内。这可以例如通过将每个切削元件118钎焊到对应的凹部116中来完成。在钻头100在使用中旋转时，切削元件118接合岩石和下面的土层材料，以挖掘、刮除或磨掉正被穿透的地层的材料。

在钻井操作期间，钻井流体或“泥浆”可以通过在螺纹销114处耦接至钻头100的钻柱(未示出)而泵送到井下。钻井流体循环穿过钻头100并且在一个或多个喷嘴120处离开所述钻头，所述一个或多个喷嘴定位在限定在钻头头部104中的喷嘴开口122中。排屑槽124形成在邻近的每对切削件刀片102之间。切屑、井下碎屑、地层流体、钻井流体等可以穿过排屑槽124并且在钻柱的外部部分与正钻探的井筒的内壁之间形成的环空内循环回到井表面。

图3是图2的钻头100的截面侧视图。图2中用在图3中的类似数字指代不再描述的类似部件。如图所示，柄部106可以在焊缝110处牢固地附接至金属坯件(或心轴)202，并且金属坯件202延伸到钻头主体108中。柄部106和金属坯件202通常是圆柱形结构，所述圆柱形结构分别限定彼此流体连通的对应的流体腔室204a和204b。金属坯件202的流体腔室204b可以进一步纵向延伸到钻头主体108中。至少一个流动通道206(示出一个)可以从流体腔室204b延伸至钻头主体108的外部部分。喷嘴开口122(图2中示出一个)可以被限定在流动通道206中处于钻头主体108的外部部分处的端部处。凹窝116形成在钻头主体108中并且被成形或以其他方式配置来接纳切削元件118(图2)。钻头主体108可以包括硬复合材料部分208，并且根据本公开的教义，硬复合材料部分208的全部或任何部分可以根据图1的方法来制作。

图4是可以用于形成图2和图3的钻头100的模具组件300的截面侧视图。虽然模具组件300被示出和论述为用于帮助制作钻头100，但是本领域技术人员将容易地了解，可以使用模具组件300以及本文描述的其若干变型来帮助制作上文提及的任何井下工具或零件，而不脱离本公开的范围。如图所示，模具组件300可以包括若干部件，诸如模具302、规环304和漏斗306。在一些实施方案中，漏斗306可以如图所示经由规环304，诸如通过对应的螺纹接合而操作性地耦接至模具302。在其他实施方案中，可以从模具组件300中省略规环304，并且漏斗306可以替代地诸如经由对应的螺纹接合而直接操作性地耦接至模具302，而不脱离本公开的范围。

在一些实施方案中，如图所示，模具组件300还可以包括粘合剂碗部308和放置在漏斗306上方的罩盖310。模具302、规环304、漏斗306、粘合剂碗部308和罩盖310各自可以由例如石墨或氧化铝(Al₂O₃)，或其他合适的材料制成，或者另外包含例如石墨或氧化铝，或者其他合适的材料。渗透室312可以被限定或以其他方式提供在模具组件300内。可以使用各种技术来制造模具组件300以及其部件，所述技术包括但不限于：机械加工石墨坯件以产生各种部件并且由此限定渗透室312以展现出钻头100(图2和图3)的所需外部特征的负轮廓或反向轮廓。

材料诸如固结砂或石墨可以定位在模具组件300内的所需位置处，以形成钻头100(图2和图3)的各种特征。例如，一个或多个喷嘴置换件或支腿314(示出一个)可以被定位成与流动通道206(图3)以及其相应的喷嘴开口122(图2和图3)的所需位置和配置对应。一个或多个排屑槽置换件315也可以定位在模具组件300内，以与排屑槽124(图2)对应。此外，圆柱形形状的中心置换件316可以放置在支腿314上。从中心置换件316延伸的支腿314的数目将取决于钻头100中的流动通道和对应的喷嘴开口122的所需数目。另外，切削件-凹窝置换件(在图4中示出为模具302的部分)可以放置在模具302中以形成切削件凹窝116。

在包括中心置换件316和支腿314的所需材料已经安装在模具组件300内之后，增强材料318之后可以放置在模具组件300内或以其他方式引入到所述模具组件中。增强材料318可以包括例如各种类型的增强颗粒。此外，根据本公开，增强材料318可以包括根据图1的方法10制作的一个或多个陶瓷或金属间化合物工件。陶瓷或金属间化合物工件可以证明增强选择位置上的钻头主体108(图2和图3)，以及更具体地说是增强其硬复合材料部分208(图3)方面是有利的。

合适的增强颗粒包括但不限于以下各项的颗粒：金属、金属合金、超合金、金属间化合物、硼化物、碳化物、氮化物、氧化物、陶瓷、金刚石等等或其任何组合。更具体地说，适合于结合本文描述的实施方案一起使用的增强颗粒的实例可以包括颗粒，所述颗粒包括但不限于：钨、钼、铌、钽、铼、铱、钌、铍、钛、铬、铑、铁、钴、铀、镍、氮化物、氮化硅、氮化硼、立方氮化硼、天然金刚石、人造金刚石、烧结碳化物、球形碳化物、低合金烧结材料、铸造碳化物、碳化硅、碳化硼、立方碳化硼、碳化钼、碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化铬、碳化钒、碳化铁、碳化钨、粗晶碳化钨、铸造碳化钨、破碎的烧结碳化钨、渗碳碳化钨、钢、不锈钢、奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢、沉淀硬化钢、双相不锈钢、陶瓷、铁合金、镍合金、钴合金、铬合金、合金(即，含镍铬的合金，可从Haynes International获得)、合金(即，可从Special Metals公司获得的奥氏体含镍铬的超合金)、(即，奥氏体镍基超合金)、合金(即，可从Altemp Alloys公司获得的含镍铬的合金)、合金(即，可从Haynes International获得的含镍铬的超合金)、合金(即，可从Mega Mex获得的含铁镍的超合金)、MP98T(即，可从SPS Technologies获得的镍-铜-铬超合金)、TMS合金、合金(即，可从C-M Group获得的镍基超合金)、钴合金6B(即，可从HPA获得的钴基超合金)、N-155合金、其任何混合物以及其任何组合。在一些实施方案中，可以涂布增强颗粒。例如，作为非限制性实例，增强颗粒可以包括涂布有钛的金刚石。

在一些实施方案中，本文描述的增强颗粒可以具有以下范围的直径：1微米、10微米、50微米或100微米的下限至1000微米、800微米、500微米、400微米或200微米的上限，其中增强颗粒的直径可以在任何下限至任何上限的范围内并且涵盖其间的任何子集。

金属坯件202在渗透室312内可以至少部分地由增强材料318支撑。更具体地说，在足够体积的增强材料318(包括增强颗粒和一个或多个选择性放置的陶瓷或金属间化合物工件两者)已添加至模具组件300之后，金属坯件202之后可以放置在模具组件300内。金属坯件202可以包括大于中心置换件316的外径322的内径320，并且可以使用各种固定装置(未明确示出)来将金属坯件202定位在模具组件300内的所需位置处。增强材料318之后可以在渗透室312内填充至所需水平。

粘合剂材料324之后可以放置在增强材料318、金属坯件202和芯体316的顶部上。合适的粘合剂材料324包括但不限于：铜、镍、钴、铁、铝、钼、铬、锰、锡、锌、铅、硅、钨、硼、磷、金、银、钯、铟、其任何混合物、其任何合金以及其任何组合。粘合剂材料324的非限制性实例可以包括铜-磷、铜-磷-银、铜-锰-磷、铜-镍、铜-锰-镍、铜-锰-锌、铜-锰-镍-锌、铜-镍-铟、铜-锡-锰-镍、铜-锡-锰-镍-铁、金-镍、金-钯-镍、金-铜-镍、银-铜-锌-镍、银-锰、银-铜-锌-镉、银-铜-锡、钴-硅-铬-镍-钨、钴-硅-铬-镍-钨-硼、锰-镍-钴-硼、镍-硅铬、镍-铬-硅-锰、镍-铬-硅、镍-硅-硼、镍-硅-铬-硼-铁、镍-磷、镍-锰、铜-铝、铜-铝-镍、铜-铝-镍-铁、铜-铝-镍-锌-锡-铁等等以及其任何组合。可商购的粘合剂材料324的实例包括但不限于：VIRGINTM粘合剂453D(可从Belmont Metals公司获得的铜-锰-镍-锌)；以及可从ATI FirthSterling获得的516、519、523、512、518和520等级的铜-锡-锰-镍和铜-锡-锰-镍-铁。

在一些实施方案中，粘合剂材料324可以被焊剂层(未明确示出)覆盖。添加至渗透室312的粘合剂材料324(和任选的焊剂材料)的量应至少足以在渗透工艺期间渗透增强材料318以及任选地一个或多个陶瓷或金属间化合物工件。在一些情况下，粘合剂材料324中的一些或全部可以放置在粘合剂碗部308中，所述粘合剂碗部可以用于经由延伸穿过其中的各种导管326而将粘合剂材料324分配到渗透室312中。罩盖310(如果使用的话)之后可以放置在模具组件300上。模具组件300和安置在其中的材料之后可以进行预热，并且然后放置在炉(未示出)中。当炉温达到粘合剂材料324的熔点时，粘合剂材料324会液化并且继续渗透增强材料318。

在分配给液化的粘合剂材料324来渗透增强材料318的预定时间量之后，模具组件300那么可以从炉中移除并且以受控的速率冷却。一旦冷却，模具组件300就可以被拆解来暴露包括硬复合材料部分208(图3)的钻头主体108(图2和图3)。可以使用根据众所周知的技术的后续处理来完成钻头100(图2)。

如上所述，连同增强颗粒一起，一个或多个陶瓷或金属间化合物工件也可以被包括在增强材料318中以被粘合剂材料324渗透。本文描述的陶瓷或金属间化合物工件可以证明在以下方面是有利的：增强图2和图3的钻头100的硬复合材料部分208(图3)，并且由此帮助提高强度、硬度和/或耐腐蚀性，从而抵抗操作期间的偏转、变形、腐蚀和/或磨损。这类性质一旦使用就可以增加钻头100的寿命。

陶瓷或金属间化合物工件的材料或组合物可以与粘合剂材料324粘结，使得量增加的热应力和机械应力(或负载)可以转移到陶瓷或金属间化合物工件。另外，与粘合剂材料324粘结的组合物因裂纹的蔓延而不太可能从粘合剂材料324中抽离出来。在一些实施方案中，陶瓷或金属间化合物工件的材料或组合物可以被设计成能承受在形成硬复合材料部分208(图3)时所经历的温度和压力，而很少乃至不与粘合剂材料324形成合金或氧化。在其他情况下，大气条件可能会改变(例如，经由减压或气体吹扫或真空而实现的减少的氧含量)以减轻陶瓷或金属间化合物工件的氧化，并且由此增强陶瓷或金属间化合物工件与粘合剂之间的粘结。这类大气条件可能顾及到可能不适合用于标准大气氧浓度的粘合剂组合物。

如上文所指示和所论述，陶瓷或金属间化合物工件可以被制作成展现出任何所需形状、配置和尺寸，这主要取决于最初制作多孔金属工件所使用的选择的增材制造技术的制作能力。在制作钻头100(图2和图3)的本实施方案中，陶瓷或金属间化合物工件在渗透之前可以定位在硬复合材料部分208(图3)的选择区域中。例如，在至少一个实施方案中，陶瓷或金属间化合物工件可以定位在每个刀片102(图2)区域中，以提供结构增强和耐腐蚀性。在其他实施方案中，一个或多个陶瓷或金属间化合物工件可以被布置或以其他方式定位以形成切削件凹窝116(图2和图3)。在其他实施方案中，整个钻头主体108(图2和图3)可以包括有待被粘合剂材料324渗透的单个陶瓷或金属间化合物工件。在另外的实施方案中，一个或多个陶瓷或金属间化合物工件可以被布置或以其他方式定位以形成宏观增强结构，所述宏观增强结构将刀片中的至少一个连接至至少一个其他刀片(例如，以齿突出到每个刀片中的方式定位的齿轮状形状)。

作为非限制性说明，图5-7提供了将本文描述的陶瓷或金属间化合物工件实施到图2和图3的钻头100的钻头主体108中的实例。本领域技术人员将容易地认识到如何使这些教义适应于其他类型的复合材料(即，MMC)工具或零件，而与本公开的范围保持一致。在一些实施方案中，陶瓷或金属间化合物工件在钻头主体108或硬复合材料部分208内的放置可以是局部的。在一些情况下，局部化可以提供增强的强度和刚度，并且可以降低钻头100的腐蚀性质。

图5例如示出了根据一个或多个实施方案的钻头100在包括硬复合材料部分208和一个或多个局部陶瓷或金属间化合物工件502时的截面侧视图。如所示，可以使陶瓷或金属间化合物工件502在钻头主体108中在一个或多个位置上局部化，其中钻头主体108的其余部分由硬复合材料部分208(例如，包括粘合剂材料324和增强颗粒，而不具有陶瓷或金属间化合物工件502)形成。局部陶瓷或金属间化合物工件502在图5中被示出位于喷嘴开口122近侧并且通常位于钻头100的顶点504处，即钻头主体108的可能受益于结构增强的两个区域。如本文所使用，术语“顶点”指代钻头主体108的外表面的中心部分，所述中心部分在钻井期间接合地层并且通常处于切削件刀片102(图1)与钻头主体108的外表面相交以在钻井期间接合地层之处或其附近。如将了解，陶瓷或金属间化合物工件502的局部化可以帮助减轻裂纹开裂和蔓延，同时由于局部区域处的增强颗粒的浓度较低，因此也可控制钻头主体108的腐蚀性质。

作为另一个实例，图6示出了根据一个或多个实施方案的钻头100在包括硬复合材料部分208和一个或多个局部陶瓷或金属间化合物工件502时的截面侧视图。在所示实施方案中，陶瓷或金属间化合物工件502可以包括整体结构，或者它可以表示利用中尺度增强结构或工件增强的区域。如所示，陶瓷或金属间化合物工件502可以位于喷嘴开口122和凹窝116近侧，并且另外涵盖刀片102(图1)和/或钻头主体108的中心。在一些实施方案中，陶瓷或金属间化合物工件502的孔隙度可以随浓度、几何形状，或者沿着径向、周向和/或纵向方向改变。类似于局部化，在一些情况下，可以使用改变陶瓷或金属间化合物工件502的浓度、几何形状或两者来增强强度和刚度并且进一步维持合适的耐腐蚀性。

图7示出了根据一个或多个实施方案的钻头100在包括硬复合材料部分208和多个陶瓷或金属间化合物工件502时的截面侧视图。图7所示的工件502可以是整体结构，或者它们可以表示利用中尺度增强结构或工件增强的区域。更具体地说，陶瓷或金属间化合物工件502被示出为以单独的层或工件502a、502b和502c定位在喷嘴开口122和凹窝116近侧。工件502a-502c的孔隙度可以彼此有所不同和/或在内部变化，以便于改变钻头主体108在渗透之后的机械性质。例如，第一工件502a的孔隙度可以大于第二工件502b的孔隙度，所述第二工件的孔隙度可以大于第三工件502c的孔隙度。因此，第一工件502a在渗透之后可能比第三工件502c硬。有利的是，第一工件502a被展示为位于喷嘴开口122和凹窝116近侧，以提供增加的耐腐蚀性。本领域技术人员将容易地认识到将适用于产生钻头主体108以及所得钻头100的工件502a-502c的各种配置和位置(包括不同浓度、几何形状和尺寸)，所述钻头不太容易出现裂纹开裂和蔓延。

现参考图8，示出了可以采用本公开的一个或多个原理的示例性钻井系统800。钻孔可以通过使用钻井系统800钻入土地802中来产生。钻井系统800可以被配置来驱动定位或以其他方式布置在钻柱806的底部的井底组件(BHA)804，所述钻柱从布置在表面810处的井架808延伸到土地802中。井架808包括方钻杆812以及用于降低和升高方钻杆812和钻柱806的游动滑车813。

BHA 804可以包括钻头814，所述钻头操作性地耦接至工具串816，所述工具串在附接至钻柱806时可以在钻探井筒818内轴向移动。钻头814可以根据本公开的原理且更具体地说使用渗透到钻头主体108中的一个或多个陶瓷或金属间化合物工件来制作并以其他方式产生。在操作期间，钻头814穿透土地802，并且由此产生井筒118。BHA 804在其前进到土地802中时对钻头814提供方向控制。工具串816可以半永久地安装有各种测量工具(未示出)，诸如但不限于，随钻测量(MWD)和随钻测井(LWD)工具，所述测量工具可以被配置来对钻井条件进行井下测量。在其他实施方案中，测量工具如图9所示可以自容于工具串816内。

流体或来自泥浆罐820的“泥浆”可以使用由邻近电源，诸如原动机或马达824供电的泥浆泵822而泵送到井下。泥浆可以从泥浆罐820泵送穿过立管826，所述立管将泥浆输送到钻柱806中并且将所述泥浆传送至钻头814。泥浆离开布置在钻头814中的一个或多个喷嘴，并且在此过程中冷却钻头814。在离开钻头814之后，泥浆经由限定在井筒818与钻柱806之间的环空而循环回到表面810，并且在此过程中将钻井切屑和碎屑返回到表面。切屑和泥浆混合物穿过流动管线828并且被处理，使得清理过的泥浆再次通过立管826返回到井下。

虽然相对于图9中的旋转钻井系统示出和描述了钻井系统800，但是本领域技术人员将容易了解，可以采用许多类型的钻井系统来执行本公开的实施方案。例如，本公开的实施方案中使用的钻车和钻机可以在陆上(如图1所示)或在海上(未示出)使用。根据本公开的实施方案可以使用的海上石油钻机包括例如，浮式平台、固定平台、重力式平台、钻井船、半潜式平台、自升式钻井平台、张力腿平台等等。将了解，本公开的实施方案可以应用于范围从小巧和便携式钻机到笨重和永久型钻机不等的钻机。

此外，虽然本文相对于石油钻井进行了描述，但是本公开的各种实施方案可以用在许多其他应用中。例如，所公开的方法可以用在矿产勘探、环境调查、天然气开采、地下安装、采矿作业、水井、地热井等等的钻探中。另外，在不脱离本公开的范围的情况下，本公开的实施方案可以用在封隔器压力组件、下衬垫悬挂器、下完井钻柱等中。

本文公开的实施方案包括：

A.一种零件，所述零件包括三维多孔金属工件，所述三维多孔金属工件经由增材制造工艺来打印并且随后经受基于扩散的工艺以将多孔金属工件的至少一部分转化成陶瓷工件或金属间化合物工件。

B.一种制造零件的方法，所述方法包括：经由增材制造工艺来打印三维多孔金属工件；以及使多孔金属工件经受基于扩散的工艺并且由此将多孔金属工件的至少一部分转化成陶瓷工件或金属间化合物工件，其中多孔金属工件包括金属或金属合金，所述金属或金属合金在经受基于扩散的工艺的反应气氛之后形成以下各项中的一种：碳化物、氮化物、硼化物、氧化物、硅化物或金属间化合物。

C.一种制作钻头的方法，所述方法包括：将一个或多个陶瓷或金属间化合物工件定位到模具组件中，所述模具组件限定渗透室的至少一部分，其中每个陶瓷或金属间化合物工件通过以下方式来制得：经由增材制造工艺来打印三维多孔金属工件，以及使多孔金属工件经受基于扩散的工艺并且由此将多孔金属工件的至少一部分转化成陶瓷工件或金属间化合物工件，其中多孔金属工件包括金属或金属合金，所述金属或金属合金在经受基于扩散的工艺的反应气氛之后形成以下各项中的一种：碳化物、氮化物、硼化物、氧化物、硅化物或金属间化合物。所述方法还包括将增强材料沉积到渗透室中，并且利用粘合剂材料渗透一个或多个陶瓷或金属间化合物工件和增强材料并且由此产生复合材料。

实施方案A、B和C中的每一个可以具有以下呈任何组合的附加元素中的一项或多项：元素1：其中增材制造工艺选自由以下各项组成的组：激光烧结、激光熔化、电子束熔化、激光金属沉积、熔融沉积成型、熔丝制作、选择性激光烧结、立体光刻、分层实体制造、聚合物喷射以及其任何组合。元素2：其中零件选自由以下各项组成的组：油田钻头或切削工具、不可回收的钻井部件、铝质钻头主体、钻柱稳定器、用于牙轮钻头的牙轮、锻模所使用的模具、用于固定扩孔器的臂、用于可扩张扩孔器的臂、与可扩张扩孔器相关联的内部部件、可附接至旋转钻头的井上端的套筒、旋转导向工具、随钻测井工具、随钻测量工具、侧壁取芯工具、打捞矛、套铣工具、用于井下钻井马达的转子、定子和/或壳体、用于井下涡轮机的叶片、铠装板、汽车部件、自行车框架、制动片、航空航天部件、涡轮泵部件、筛网、过滤器、多孔催化剂以及其任何组合。元素3：其中多孔金属工件包括金属或金属合金，所述金属或金属合金在经受基于扩散的工艺的反应气氛之后形成以下各项中的一种：碳化物、氮化物、硼化物、氧化物、硅化物或金属间化合物。元素4：其中金属选自由以下各项组成的组：铝、锑、钡、铍、铋、硼、镉、钙、铈、铯、铬、钴、铜、铒、铕、钆、镓、锗、铪、钬、铟、铁、镧、铅、镥、锂、镁、锰、钼、钕、镍、铌、锇、钯、铂、钾、镨、铼、铑、铷、钌、钐、钪、硅、钠、锶、钽、碲、铽、铥、锡、钛、钨、钒、钇、镱、锌以及锆。元素5：其中金属合金是来自于由选自由以下各项组成的组的至少两种金属的组合的合金：铝、锑、钡、铍、铋、硼、镉、钙、铈、铯、铬、钴、铜、铒、铕、钆、镓、锗、铪、钬、铟、铁、镧、铅、镥、锂、镁、锰、钼、钕、镍、铌、锇、钯、铂、钾、镨、铼、铑、铷、钌、钐、钪、硅、钠、锶、钽、碲、铽、铥、锡、钛、钨、钒、钇、镱、锌以及锆。元素6：其中金属工件的一些或全部在基于扩散的工艺期间经受反应气氛，所述反应气氛包括选自由以下各项组成的组的介质：甲烷、空气、氧气、吸热型气体、放热型气体、氮气、氨气、木炭、碳、石墨、氮化盐、硼、硅、气化金属、熔融金属以及其任何组合。元素7：其中陶瓷工件或金属间化合物工件利用粘合剂材料渗透以产生复合材料。元素8：其中粘合剂材料是选自由以下各项组成的组的材料：铜、镍、钴、铁、铝、钼、铬、锰、锡、锌、铅、硅、钨、硼、磷、金、银、钯、铟、钛、钒、锆、铌、铪、钽、铼、钌、锇、铱以及其合金。

元素9：其还包括利用粘合剂材料渗透陶瓷工件或金属间化合物工件并且由此产生复合材料。元素10：其中利用粘合剂材料渗透陶瓷工件或金属间化合物工件包括使粘合剂材料液化，并且利用液化的粘合剂材料渗透陶瓷工件或金属间化合物工件的多孔网络的至少一部分。元素11：其还包括利用反应气氛的介质穿透多孔金属工件的多孔网络的至少一部分，其中介质选自由以下各项组成的组：甲烷、空气、氧气、吸热型气体、放热型气体、氮气、氨气、木炭、碳、石墨、氮化盐、硼、硅、气化金属、熔融金属以及其任何组合。元素12：其中使多孔金属工件经受基于扩散的工艺包括掩蔽多孔金属工件的至少一部分并且由此防止反应气氛的介质进入多孔金属工件的至少一部分。元素13：其还包括提前终止基于扩散的工艺，以防止反应气氛的介质进入多孔金属工件的至少一部分。

元素14：其中利用粘合剂材料渗透一个或多个陶瓷或金属间化合物工件包括使粘合剂材料液化，并且利用液化的粘合剂材料渗透一个或多个陶瓷或金属间化合物工件的多孔网络的至少一部分。元素15：其还包括利用反应气氛的介质穿透多孔金属工件的多孔网络的至少一部分，其中介质选自由以下各项组成的组：甲烷、空气、氧气、吸热型气体、放热型气体、氮气、氨气、木炭、碳、石墨、氮化盐、硼、硅、气化金属、熔融金属以及其任何组合。元素16：其中利用粘合剂材料渗透一个或多个陶瓷或金属间化合物工件包括利用选自由以下各项组成的组的粘合剂材料渗透一个或多个陶瓷或金属间化合物工件：铜、镍、钴、铁、铝、钼、铬、锰、锡、锌、铅、硅、钨、硼、磷、金、银、钯、铟、钛、钒、锆、铌、铪、钽、铼、钌、锇、铱以及其合金。元素17：其中模具组件限定一个或多个切削件凹窝，并且其中将一个或多个陶瓷或金属间化合物工件定位到模具组件中包括将一个或多个陶瓷或金属间化合物工件定位在一个或多个切削件凹窝邻近处或附近。元素18：其中模具组件限定一个或多个刀片区域，并且其中将一个或多个陶瓷或金属间化合物工件定位到模具组件中包括将至少一个陶瓷或金属间化合物工件定位到每个刀片区域中。

作为非限制性实例，适用于A、B和C的示例性组合包括：元素3与元素4；元素3与元素5；元素3与元素6；元素7与元素8；以及元素9与元素10。

因此，所公开的系统和方法非常适于实现所提及的目标和优点以及其固有的目标和优点。上文公开的特定实施方案仅是说明性的，因为可以对于受益于本文教义的本领域技术人员而言显而易见的不同但等效的方式修改和实践本公开的教义。另外，并不意在限于本文所示的构造或设计的细节，而是限于所附权利要求书中所述内容。因此，显而易见的是，可以改变、组合或修改上文公开的特定说明性实施方案，并且所有这类变化被认为处于本公开的范围内。本文说明性地公开的系统和方法适当时可以在缺乏本文未确切公开的任何元件和/或本文公开的任何任选的元件下加以实践。虽然组合物和方法已在“包含”、“含有”或“包括”各种组分或步骤方面进行了描述，但是组合物和方法还可以“基本上由各种组分和步骤组成”或“由各种组分和步骤组成”。上文公开的所有数字和范围可以变化某一量。无论何时公开具有下限和上限的数字范围，都确切地公开了落在所述范围内的任何数字和任何包括的范围。具体而言，本文公开的值的每个范围(形式为“约a至约b”，或等效地“大致a至b”，或等效地“大致a-b”)应理解为阐述涵盖在值的较宽范围内的每个数字和范围。另外，除非专利权所有人另外明确地和清楚地定义，否则权利要求书中的术语具有其一般的普通含义。此外，如权利要求书中所使用的不定冠词“一个”或“一种”在本文中被定义为意指其所引入的一个或超过一个元件。如果本说明书和可能以引用的方式并入本文的一个或多个专利或其他文件中的词语或术语的使用存在任何冲突，那么应当采纳与本说明书相一致的定义。

如本文所使用，在一系列项目之前的短语“...中的至少一个”，以及用于分开所述项目中的任一个的术语“和”或“或修饰整个列表，而不是所述列表中的每一个成员(即，每个项目)。短语“...中的至少一个”允许包括项目中的任何一个的至少一个、和/或项目的任何组合的至少一个、和/或项目中的每一个的至少一个的意义。作为举例，短语“A、B和C中的至少一个”或“A、B或C中的至少一个”各自指代仅A、仅B或仅C；A、B和C的任何组合；和/或A、B和C中的每一个的至少一个。

Claims (22)

1.一种零件，所述零件包括：

三维多孔金属工件，所述三维多孔金属工件经由增材制造工艺来打印并且随后经受基于扩散的工艺以将所述多孔金属工件的至少一部分转化成陶瓷工件或金属间化合物工件。

2.如权利要求1所述的零件，其中所述增材制造工艺选自由以下各项组成的组：激光烧结、激光熔化、电子束熔化、激光金属沉积、熔融沉积成型、熔丝制作、选择性激光烧结、立体光刻、分层实体制造、聚合物喷射以及其任何组合。

3.如权利要求1所述的零件，其中所述零件选自由以下各项组成的组：油田钻头或切削工具、不可回收的钻井部件、铝质钻头主体、钻柱稳定器、用于牙轮钻头的牙轮、锻模所使用的模具、用于固定扩孔器的臂、用于可扩张扩孔器的臂、与可扩张扩孔器相关联的内部部件、可附接至旋转钻头的井上端的套筒、旋转导向工具、随钻测井工具、随钻测量工具、侧壁取芯工具、打捞矛、套铣工具、用于井下钻井马达的转子、定子和/或壳体、用于井下涡轮机的叶片、铠装板、汽车部件、自行车框架、制动片、航空航天部件、涡轮泵部件、筛网、过滤器、多孔催化剂以及其任何组合。

4.如权利要求1所述的零件，其中所述多孔金属工件包括金属或金属合金，所述金属或金属合金在经受所述基于扩散的工艺的反应气氛之后形成以下各项中的一种：碳化物、氮化物、硼化物、氧化物、硅化物或金属间化合物。

5.如权利要求4所述的零件，其中所述金属选自由以下各项组成的组：铝、锑、钡、铍、铋、硼、镉、钙、铈、铯、铬、钴、铜、铒、铕、钆、镓、锗、铪、钬、铟、铁、镧、铅、镥、锂、镁、锰、钼、钕、镍、铌、锇、钯、铂、钾、镨、铼、铑、铷、钌、钐、钪、硅、钠、锶、钽、碲、铽、铥、锡、钛、钨、钒、钇、镱、锌以及锆。

6.如权利要求4所述的零件，其中所述金属合金是来自于由选自由以下各项组成的组的至少两种金属的组合的合金：铝、锑、钡、铍、铋、硼、镉、钙、铈、铯、铬、钴、铜、铒、铕、钆、镓、锗、铪、钬、铟、铁、镧、铅、镥、锂、镁、锰、钼、钕、镍、铌、锇、钯、铂、钾、镨、铼、铑、铷、钌、钐、钪、硅、钠、锶、钽、碲、铽、铥、锡、钛、钨、钒、钇、镱、锌以及锆。

7.如权利要求4所述的零件，其中所述金属工件的一些或全部在所述基于扩散的工艺期间经受所述反应气氛，所述反应气氛包括选自由以下各项组成的组的介质：甲烷、空气、氧气、吸热型气体、放热型气体、氮气、氨气、木炭、碳、石墨、氮化盐、硼、硅、气化金属、熔融金属以及其任何组合。

8.如权利要求1所述的零件，其中所述陶瓷工件或所述金属间化合物工件利用粘合剂材料渗透以产生复合材料。

9.如权利要求8所述的零件，其中所述粘合剂材料是选自由以下各项组成的组的材料：铜、镍、钴、铁、铝、钼、铬、锰、锡、锌、铅、硅、钨、硼、磷、金、银、钯、铟、钛、钒、锆、铌、铪、钽、铼、钌、锇、铱以及其合金。

10.一种制造零件的方法，所述方法包括：

经由增材制造工艺来打印三维多孔金属工件；以及

使所述多孔金属工件经受基于扩散的工艺并且由此将所述多孔金属工件的至少一部分转化成陶瓷工件或金属间化合物工件，

其中所述多孔金属工件包括金属或金属合金，所述金属或金属合金在经受所述基于扩散的工艺的反应气氛之后形成以下各项中的一种：碳化物、氮化物、硼化物、氧化物、硅化物或金属间化合物。

11.如权利要求10所述的方法，其还包括利用粘合剂材料渗透所述陶瓷工件或所述金属间化合物工件并且由此产生复合材料。

12.如权利要求11所述的方法，其中利用粘合剂材料渗透所述陶瓷工件或所述金属间化合物工件包括：

使所述粘合剂材料液化；以及

利用液化的粘合剂材料渗透所述陶瓷工件或所述金属间化合物工件的多孔网络的至少一部分。

13.如权利要求10所述的方法，其还包括利用所述反应气氛的介质穿透所述多孔金属工件的多孔网络的至少一部分，其中所述介质选自由以下各项组成的组：甲烷、空气、氧气、吸热型气体、放热型气体、氮气、氨气、木炭、碳、石墨、氮化盐、硼、硅、气化金属、熔融金属以及其任何组合。

14.如权利要求10所述的方法，其中使所述多孔金属工件经受所述基于扩散的工艺包括掩蔽所述多孔金属工件的至少一部分并且由此防止所述反应气氛的介质进入所述多孔金属工件的至少一部分。

15.如权利要求10所述的方法，其还包括提前终止所述基于扩散的工艺，以防止所述反应气氛的介质进入所述多孔金属工件的至少一部分。

16.一种制作钻头的方法，所述方法包括：

将一个或多个陶瓷或金属间化合物工件定位到模具组件中，所述模具组件限定渗透室的至少一部分，其中每个陶瓷或金属间化合物工件通过以下方式制得：

经由增材制造工艺来打印三维多孔金属工件；以及

使所述多孔金属工件经受基于扩散的工艺并且由此将所述多孔金属工件的至少一部分转化成陶瓷工件或金属间化合物工件，其中所述多孔金属工件包括金属或金属合金，所述金属或金属合金在经受所述基于扩散的工艺的反应气氛之后形成以下各项中的一种：碳化物、氮化物、硼化物、氧化物、硅化物或金属间化合物；

将增强材料沉积到所述渗透室中；以及

利用粘合剂材料渗透所述一个或多个陶瓷或金属间化合物工件和所述增强材料并且由此产生复合材料。

17.如权利要求16所述的方法，其中利用所述粘合剂材料渗透所述一个或多个陶瓷或金属间化合物工件包括：

使所述粘合剂材料液化；以及

利用液化的粘合剂材料渗透所述一个或多个陶瓷或金属间化合物工件的多孔网络的至少一部分。

18.如权利要求16所述的方法，其还包括利用所述反应气氛的介质穿透所述多孔金属工件的多孔网络的至少一部分，其中所述介质选自由以下各项组成的组：甲烷、空气、氧气、吸热型气体、放热型气体、氮气、氨气、木炭、碳、石墨、氮化盐、硼、硅、气化金属、熔融金属以及其任何组合。

19.如权利要求16所述的方法，其中利用所述粘合剂材料渗透所述一个或多个陶瓷或金属间化合物工件包括利用选自由以下各项组成的组的粘合剂材料渗透所述一个或多个陶瓷或金属间化合物工件：铜、镍、钴、铁、铝、钼、铬、锰、锡、锌、铅、硅、钨、硼、磷、金、银、钯、铟、钛、钒、锆、铌、铪、钽、铼、钌、锇、铱以及其合金。

20.如权利要求16所述的方法，其中所述模具组件限定一个或多个切削件凹窝，并且其中将所述一个或多个陶瓷或金属间化合物工件定位到所述模具组件中包括将所述一个或多个陶瓷或金属间化合物工件定位在所述一个或多个切削件凹窝邻近处或附近。

21.如权利要求16所述的方法，其中所述模具组件限定一个或多个刀片区域，并且其中将所述一个或多个陶瓷或金属间化合物工件定位到所述模具组件中包括将至少一个陶瓷或金属间化合物工件定位到每个刀片区域中。

22.一种方法，所述方法包括：

从钻井平台将钻柱延伸到井筒中，所述钻柱具有附接至其端部的钻头；以及

利用流体地连接至所述钻柱的泵将钻井流体循环至所述钻头并穿过所述井筒，

其中所述钻头通过以下方式来制造：

将一个或多个陶瓷或金属间化合物工件定位到模具组件中，所述模具组件限定渗透室的至少一部分，每个陶瓷或金属间化合物工件通过以下方式来制作：

经由增材制造工艺来打印三维多孔金属工件；以及

使所述多孔金属工件经受基于扩散的工艺并且由此将所述多孔金属工件的至少一部分转化成陶瓷工件或金属间化合物工件，其中所述多孔金属工件包括金属或金属合金，所述金属或金属合金在经受所述基于扩散的工艺的反应气氛之后形成以下各项中的一种：碳化物、氮化物、硼化物、氧化物、硅化物或金属间化合物；

将增强材料沉积到所述渗透室中；以及

利用粘合剂材料渗透所述一个或多个陶瓷或金属间化合物工件和所述增强材料并且由此产生复合材料。