CN108472791A - 热稳定的pcd产品中的喷发最小化 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种聚晶金刚石构造，所述聚晶金刚石构造可通过以下方式来制造：使金刚石晶粒在催化剂材料存在下经受高压/高温条件以形成聚晶金刚石材料，所述聚晶金刚石材料包括结合在一起的金刚石晶粒的基质相和安置在所述金刚石晶粒之间的包括所述催化剂材料的间隙区域；处理所述聚晶金刚石材料来从其除去所述催化剂材料以形成基本上不含所述催化剂材料的金刚石本体；以及用喷发最小化材料层将衬底附接至所述金刚石本体，所述喷发最小化材料层在所述衬底和/或金刚石本体的至少一个附接界面表面上具有约2μm至8μm的厚度。

Description

热稳定的PCD产品中的喷发最小化
聚晶金刚石复合片(“PDC”)切割器多年来一直用于工业应用中，包括凿岩和金属机械加工。一般来说，聚晶金刚石(PCD)(或其他超硬材料)的复合片被结合至衬底材料，所述衬底材料是烧结金属碳化物以形成切割结构。PCD包括金刚石(通常是合成的)的聚晶团块，所述金刚石结合在一起以形成整体的刚性高强度团块或晶格。所得到的PCD结构产生增强的耐磨性和硬度性质，从而使PCD材料在需要高水平的耐磨性和硬度的侵蚀性磨损和切割应用中非常有用。
PDC切割器可通过将烧结碳化物衬底置于压力机的容器中而形成。将金刚石晶粒或金刚石晶粒与催化剂粘合剂的混合物置于衬底上并在高压、高温条件下进行处理。这样做时，金属粘合剂(通常为钴)从衬底迁移并穿过金刚石晶粒以促进金刚石晶粒之间的共生。结果，金刚石晶粒变得彼此结合以形成金刚石层，并且所述金刚石层进而结合至衬底。所述衬底通常包括金属-碳化物复合材料，如碳化钨。沉积的金刚石层通常被称为“金刚石台”或“磨料层”。
常规PCD包括85体积％-95体积％的金刚石和余量的粘合剂材料，所述粘合剂材料存在于PCD中在存在于结合的金刚石晶粒之间的间隙内。通常用于形成PCD的粘合剂材料包括第VIII族元素，其中钴(Co)是所使用的最常见的粘合剂材料。
使用PDC切割器进行地层钻探的凿岩钻头的实例在图1中示出。图1示出具有钻头体12的旋转钻头10。钻头体12的下面被形成为具有多个刀片14，所述刀片总体上向外远离钻头的中心纵向旋转轴线16延伸。多个PDC切割器18沿着每个刀片的长度并排安置。由每个刀片携带的PDC切割器18的数量可变化。PDC切割器18被单独钎焊且被接收并固定在相应刀片的插口内。
决定PDC切割器的寿命的一种因素是在且切割器接触点处的热量产生，具体地说由PCD与加工材料之间的摩擦引起的PDC层的暴露部分处。这种热量造成对PCD的呈裂纹形式(由于热膨胀系数的差异所致)的热损伤，所述裂纹导致聚晶金刚石层的剥落、聚晶金刚石与衬底之间的分层以及金刚石转化回为石墨，从而造成快速磨蚀性磨损。常规PDC切割器的热运转范围通常是750℃或更低。
如上所述，常规聚晶金刚石在达700℃-750℃的温度下是稳定的，此后观察到的温度升高可导致聚晶金刚石的永久损伤和结构失效。聚晶金刚石的这种劣化可能是由于与金刚石相比，粘合剂材料钴的热膨胀系数的差异所致。在加热聚晶金刚石时，钴和金刚石晶格将以不同的速率膨胀，这可引起裂纹在金刚石晶格结构中形成并导致聚晶金刚石的劣化。损伤也可能是由于金刚石-金刚石颈部处的石墨形成，从而导致微结构完整性的损失和强度损失。
为了克服这个问题，强酸可用于从金刚石晶格结构(薄体积或整个台)中“浸出”钴，以至少减轻从在不同速率下加热金刚石-钴复合材料经历的损伤。简言之，强酸如硝酸或几种强酸(如硝酸和氢氟酸)的组合可用于处理金刚石台，从而从PCD复合材料中除去至少一部分催化剂。通过浸出钴，可形成热稳定的聚晶(TSP)金刚石。在某些实施方案中，浸出金刚石复合材料的选择(少于全部)部分，以便获得热稳定性而不损失抗冲击性。如本文所用，术语TSP包括上述(即部分和完全浸出的)化合物两者。在浸出后剩余的间隙体积可通过进一步固结或通过用第二材料填充所述体积来减小。
然而，包括PCD切割台的切割元件的衬底暴露于浸出溶液是非常不希望的。将衬底暴露于浸出溶液可削弱衬底本身的结构完整性以及将PCD切割台附接至衬底的界面结合。这种易损性导致浸出过程由未附接的PCD切割台执行，所述切割台然后需要经由钎焊或高温高压(HTHP)烧结附接/重附接至衬底。
发明内容
提供本概述来介绍一系列概念，这些概念将在以下详述中进一步描述。本概述并不意图鉴定要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图用作限制要求保护的主题的范围的辅助。
在一方面，本文公开的实施方案涉及一种用于制造聚晶金刚石构造的方法，所述方法包括使金刚石晶粒在催化剂材料存在下经受高压/高温条件以形成聚晶金刚石材料，所述聚晶金刚石材料包括结合在一起的金刚石晶粒的基质相和安置在所述金刚石晶粒之间的包括所述催化剂材料的间隙区域；处理所述聚晶金刚石材料来从其除去所述催化剂材料以形成基本上不含所述催化剂材料的金刚石本体；以及用喷发最小化材料层将衬底附接至所述金刚石本体，所述喷发最小化材料层在所述衬底和/或金刚石本体的至少一个附接界面表面上具有约2μm至8μm的厚度。在一个实施方案中，所述喷发最小化材料包含组合物，所述组合物包含来自元素周期表的第4-6族的元素的至少一种金属、碳化物、氮化物或碳氮化物化合物。在一个实施方案中，所述喷发最小化材料被安置在所述衬底的附接界面表面上。在一个实施方案中，所述喷发最小化材料通过溅射涂布、施加箔、施加粉末层、施加糊料层、浇铸、刷涂、喷涂、化学气相沉积或物理气相沉积中的一种安置在至少一个附接界面表面上。在一个实施方案中，安置在至少一个附接界面表面上的喷发最小化材料的厚度是约2μm至4μm。在一个实施方案中，所述聚晶金刚石材料被形成为不附接至衬底。在一个实施方案中，附接包括浸渗过程。
在另一方面，聚晶金刚石构造包括衬底；热稳定的金刚石本体，其中在所述金刚石本体内和与所述衬底的附接界面附近的间隙区域中的至少一些具有不是用于形成金刚石本体的催化剂材料的浸渗剂；以及安置在所述金刚石本体与所述衬底之间的附接界面表面处的具有约2μm至8μm厚度的喷发最小化材料层。在一个实施方案中，所述喷发最小化材料包含组合物，所述组合物包含来自元素周期表的第4-6族的元素的至少一种金属、碳化物、氮化物或碳氮化物化合物。在一个实施方案中，所述喷发最小化材料的厚度是约2μm至4μm。
在另一方面，一种用于制造热稳定的聚晶金刚石构造的方法包括在衬底或热稳定的金刚石本体的附接界面表面上安置具有约2μm至8μm材料厚度的喷发最小化层，已从所述金刚石本体中除去催化剂材料；将所述衬底或所述热稳定的金刚石本体的附接界面表面与其上安置有所述喷发最小化材料的所述附接界面表面相邻对准；以及用高温高压处理将所述衬底附接至所述热稳定的金刚石本体。在一个实施方案中，所述喷发最小化材料包含组合物，所述组合物包含来自元素周期表的第4-6族的元素的至少一种金属、碳化物、氮化物或碳氮化物化合物。在一个实施方案中，所述喷发最小化材料被安置在所述衬底的附接界面表面上。在一个实施方案中，所述喷发最小化材料通过溅射涂布、施加箔、施加粉末层、施加糊料层、浇铸、刷涂、喷涂、化学气相沉积或物理气相沉积中的一种安置在至少一个附接界面表面上。在一个实施方案中，安置在至少一个附接界面表面上的喷发最小化材料的厚度是约2μm至4μm。在一个实施方案中，附接包括浸渗过程。
所要求保护的主题的其他方面和优点将从以下描述和所附权利要求中显而易见。
附图说明
图1是PDC钻头的图解。
图2是来自在经由浸渗过程将碳化物衬底附接至浸出的金刚石本体过程中形成的碳化物衬底的喷发的可视化。
图3是示出在经由浸渗过程将碳化物衬底附接至浸出的金刚石本体之前已被喷发最小化材料涂布的碳化物衬底中没有喷发的可视化。
图4是常规形成的再附接的热稳定的金刚石复合片的横剖面图。
图5是使用本公开的方法形成的再附接的热稳定的金刚石复合片的截面视图。
具体实施方式
在一些情况下，HTHP工艺用于将TSP结合至碳化钨衬底。在HTHP附接过程期间，经常观察到从碳化钨衬底延伸到TSP层中的喷发。所述喷发通常由碳化钨晶粒和钴金属池构成，所述碳化钨晶粒和钴金属池在HTHP附接过程期间沉淀并生长到TSP层中。喷发可以是比常规间隙区域大至少一个数量级。喷发延伸到TSP层中及其相对尺寸是不可预测的，但它们的存在通常对TSP碳化物复合片的磨损性能和切割性能不利。
本文公开的实施方案总体上涉及用于减少或消除在经由HTHP加工将TSP层附接至衬底期间发生喷发的方法和材料。具体地说，本文公开的实施方案涉及在TSP层和/或衬底的附接界面表面处使用喷发最小化材料来控制在HTHP加工期间将TSP层附接至衬底期间的喷发。本文公开的实施方案的使用可促进在TSP层与衬底之间形成界面结合，所述界面结合具有比通过不采用喷发最小化材料的方法形成的界面结合更高的结构完整性和强度。
形成聚晶金刚石
聚晶金刚石体本可以常规方式形成，如通过高压、高温烧结“绿色”颗粒以在所述颗粒之间产生晶间结合。“烧结”可涉及高压、高温(HPHT)工艺。简言之，为了形成聚晶金刚石本体，将金刚石晶体颗粒的未烧结团块置于HPHT设备的反应单元的金属外壳内。金属催化剂(如钴或其他第VIII族金属)可包含在晶体颗粒的未烧结团块中以促进晶间金刚石与金刚石结合。催化剂材料可以粉末的形式提供并与金刚石晶粒混合，或者可在HPHT烧结过程中浸渗到金刚石晶粒中。示例性最低温度是约1200℃，并且示例性最低压力是约3.55GPa。一般来说，加工可在约4至7GPa范围内的压力和约1300℃至1600℃范围内的温度下发生。本领域普通技术人员将会理解，可使用各种温度和压力，并且本公开的范围不限于具体提及的温度和压力。
适用于形成聚晶金刚石本体的金刚石晶粒可包括任何类型的金刚石颗粒，包括具有广泛范围的粒度的天然或合成金刚石粉末。例如，此类金刚石粉末可具有在亚微米尺寸至100微米以及在其他实施方案中1至80微米范围内的平均粒度。此外，本领域技术人员将会理解，金刚石粉末可包括具有单模态或多模态分布的晶粒。
可将金刚石粉末与所需的催化剂材料组合，并且然后将反应单元置于足以引起金刚石颗粒之间的晶间结合的加工条件下。应注意，如果在晶体颗粒的粉末状团块中存在过多的另外非金刚石材料，则明显的晶间结合可能在烧结过程期间受到阻碍。未发生明显晶间结合的这种烧结材料不在PCD的定义内。在这种形成晶间结合之后，可形成聚晶金刚石本体，所述聚晶金刚石本体在一个实施方案中具有至少约80体积％的金刚石，其中金刚石晶粒之间的剩余余量的间隙区域被催化剂材料占据。在其他实施方案中，这种金刚石含量可占所形成的金刚石本体的至少85体积％，并且在另一个实施方案中至少90体积％。然而，本领域技术人员将理解，可在其他实施方案中使用其他金刚石密度。因此，根据本公开浸出的聚晶金刚石本体包括在本领域中经常被称为“高密度”聚晶金刚石的聚晶金刚石。本领域技术人员将理解，常规地，随着金刚石密度增加，浸出时间(和不能有效浸出的可能性)类似地增加。
此外，本领域技术人员将理解，频繁地，通过将金刚石颗粒置于反应单元中的预制衬底上并烧结来将金刚石层烧结至碳化物衬底。然而，本公开不限于此。而是，根据本公开产生的聚晶金刚石本体在其产生期间可以或可以不附接至衬底。在聚晶金刚石本体在其产生期间附接至衬底的实施方案中，可通过已知的任何方法除去衬底以留下形成的聚晶金刚石，所述方法包括衬底的机械加工或研磨。
在一个具体实施方案中，在HPHT工艺期间，使用来自衬底，例如WC-Co衬底的作为浸渗剂提供的溶剂催化剂材料来形成聚晶金刚石体。在聚晶金刚石本体与衬底一起形成的此类实施方案中，可能希望在浸出之前从衬底除去聚晶金刚石部分，以使得浸出剂可以无防护的方式，即在无实质性限制的情况下从金刚石本体的每一侧攻击金刚石本体。
浸出过程
在各种实施方案中，使在结合的金刚石晶粒之间的间隙空间中具有催化剂材料的成形的PCD本体经受浸出过程，由此催化剂材料至少部分地从PCD本体中除去。如本文所用，术语“除去”是指PCD本体中催化剂材料的存在减少，并且应理解为意指大部分催化剂材料不再存在于PCD本体中。然而，本领域技术人员将理解，虽然PCD本体可基本上不含催化剂材料，但痕量的催化剂材料仍可保留在间隙区域内的PCD本体的微结构中和/或粘附至金刚石晶粒的表面。
在PCD本体已经受浸出处理后，残留在材料PCD微结构中的催化剂材料的量可例如根据诸如处理条件(包括处理时间)的因素而变化。此外，本领域技术人员将理解，在某些应用中可能需要允许少量催化剂材料停留在PCD本体中。在一个具体实施方案中，所述PCD本体可包括达1重量％至2重量％的催化剂材料。然而，本领域技术人员将理解，浸出的PCD本体中存在的残余催化剂的量可取决于材料的金刚石密度和本体厚度。
如上所述，常规的浸出过程涉及用浸出剂暴露待浸出的物体。在选择的实施方案中，浸出剂可以是弱酸、强酸或多种酸的混合物。在其他实施方案中，浸出剂可以是苛性材料，如NaOH或KOH。合适的酸可包括例如硝酸、氢氟酸、盐酸、硫酸、磷酸或高氯酸，以及任何有机酸(如甲酸、乳酸、草酸、柠檬酸或乙酸)或这些酸的组合。此外，可根据需要使用其他酸性和碱性浸出剂。本领域普通技术人员将理解，浸出剂的摩尔浓度可根据浸出所需的时间、对危险的担忧等来进行调整。
另外，在选择的实施方案中，加速技术可应用于浸出过程以减少用于达到相同水平的催化剂除去的处理时间的量。在一个具体实施方案中，可通过使浸出环境且因此使PCD本体经受升高的压力来加速PCD本体的浸出。如本文所用，术语“升高的压力”是指大于大气压的压力。合适的压力水平可包括约5至345巴范围内以及在另一个实施方案中约5至100巴范围内的升高的压力水平。然而，本领域技术人员将理解，特定压力可取决于例如所使用的具体设备、选择的温度、存在的浸出剂的量(和类型)以及系统总体积。另外，在一个或多个实施方案中，浸出剂的温度可相对于环境温度在浸出过程期间增加至达到约浸出溶液的沸点的温度。在又一个实施方案中，浸出剂的温度可达浸出溶液的沸点的三倍。此外，在一个或多个实施方案中，可使用施加超声能量来加速浸出过程。超声能量是呈声音形式的机械振动能量，其以超过可听声音(18,000个周期/秒和更大)的频率操作。超声堆叠通常由转换器或压电式换能器、任选的增强器和超声波发生器(也称为扬声器)形成。与不使用超声能量的浸出相比，超声能量的使用可产生浸出深度随时间的80％至90％增加，从而提供所需的浸出时间的减少和制造效率的提高。
一旦浸出步骤完成并且PCD本体从浸出剂中移除，金刚石本体的浸出部分的所得材料微结构可包括结合在一起的金刚石晶粒的第一基质相和多个分散在所述基质相内的空的间隙区域的第二相。换言之，在浸出过程结束时，经处理的间隙区域可以是基本上空的，以使得第二相可被描述为分散在整个金刚石结合的基质相中的多个空隙或空区域。因此，金刚石本体的浸出部分可基本上不含用于最初形成或烧结金刚石本体的催化剂材料，并且可被称为热稳定的聚晶金刚石(TSP)。
附接过程
为了便于其在用于钻孔操作的设备中使用，可将浸出的PCD本体附接至合适的衬底以形成能够附接至钻头、切割工具或其他最终应用或装置的切割工具切割元件。然而，一旦用于初始形成金刚石本体的催化剂材料从金刚石本体中除去，剩余的微结构就包含具有多个间隙空隙的多晶基质相，从而形成基本上为多孔材料微结构的金刚石本体。浸出的金刚石本体的多孔微结构不仅缺乏机械强度，而且缺乏能够与衬底形成强附接结合的材料组分。在一个或多个实施方案中，可使用浸渗工艺来进行浸出的PCD本体附接至衬底。在此方面有用的衬底可包括用于形成常规PCD的衬底，例如由含有所需浸渗剂的金属、陶瓷和/或金属陶瓷材料形成的那些衬底。在浸渗附接过程期间，随后对浸出的且热稳定的金刚石本体进行处理，以使得一个区域中的空的间隙区域包括浸渗剂材料，而另一个区域中的间隙区域保持为空或基本上不含浸渗剂材料。在具体实施方案中，由于浸渗剂材料可源自附接至热稳定的金刚石本体的衬底，所以附接界面表面附近的区域可包括热稳定的金刚石本体的先前空的间隙区域中的浸渗剂材料，而热稳定的金刚石本体中不在附接界面附近的间隙区域保持为空或基本上不含浸渗剂材料(作为它们距附接界面的距离的函数)，即距附接界面表面更远的间隙区域具有比更靠近附接界面表面的间隙区域更少的拥有浸渗剂的可能性。
如本文所用，术语“浸渗剂材料”应理解为是指除用于最初形成金刚石本体的催化剂材料之外的材料，并且可包括在元素周期表的第VIII族中鉴定的材料，所述材料随后在用于形成金刚石本体的催化剂材料已从金刚石本体中除去之后引入到烧结的金刚石本体中。在具体实施方案中，浸渗剂材料可在组成上与用作形成PCD的催化剂的材料相同，所述催化剂材料然后在浸出过程期间除去。在替代实施方案中，浸渗剂材料可在组成上不同于用作形成PCD的催化剂的材料。此外，术语“浸渗剂材料”并不意图限制用于将这种材料引入已经形成的金刚石本体中的具体方法或技术。
在示例性实施方案中，衬底由WC—Co形成，其可作为预烧结体或作为粉末状层提供。衬底可定位在浸出的金刚石本体附近，并且使组件经受足以引起衬底中的钴熔融并浸渗到聚晶金刚石基质中的空隙或孔隙中且填充所述空隙或孔隙的HPHT条件，由此在浸出的金刚石本体与WC—Co衬底的界面表面之间形成附接。HPHT结合过程可包括例如将浸出的金刚石本体和衬底置于密封罐内并使所述罐及其内容物经受升高的压力(如大于5,000MPa)和升高的温度(如大于1300℃)。与用于形成PCD本体的HPHT烧结步骤相比，HPHT结合过程可具有不同的持续时间、温度和压力。
本公开的衬底可包括具有分散在粘合剂金属基质中的硬质颗粒的耐磨材料。示例性衬底材料可包括分散在钴粘合剂中的碳化钨颗粒，如烧结碳化钨和钴(WC/Co)。此类衬底材料包括由碳化钨颗粒制成的硬质颗粒相和由钴制成的金属粘合剂相。碳化钨衬底可具有例如在一些实施方案中约6微米或更小(细晶粒)或者在其他实施方案中大于6微米(粗晶粒)范围内的粒度，以及从选自6重量％、8重量％和10重量％的下限至选自10重量％、12重量％、14重量％和16重量％的上限范围内的粘合剂含量。
如先前所述，经由浸渗过程将衬底附接至浸出的金刚石本体的过程可导致WC晶粒和浸渗剂金属池的沉淀(下文称为喷发)，这可对所形成的复合材料的性能有害。图2示出碳化物衬底202与超硬本体(未图示，以使得可观察到界面)之间的界面200的可视化。界面200包括来自碳化物衬底202的喷发204，所述喷发在经由浸渗过程将碳化物衬底附接至浸出的金刚石本体过程中形成。喷发204可例如通过金刚石颗粒与浸渗材料之间的化学反应而形成。在一个实施方案中，所述喷发由以下化学反应产生：
C+Co(W,C)＝WC+Co，
其中C是金刚石相，并且Co(W,C)是浸渗的金属相，其可用W和C溶解。所述反应产生由大部分WC相以及Co组成的喷发体积。在一个实施方案中，在所述喷发中发现的WC相是以此反应中的金刚石相形成为代价而形成。增加再结合压力和/或温度可促进喷发形成。
申请人已经发现，通过利用安置在衬底或浸出的金刚石本体的至少一个界面表面上的喷发最小化材料，可降低并潜在消除喷发的量。
图3示出衬底302与超硬本体(未图示，以使得可观察到界面)之间的界面300的可视化。在一个实施方案中，界面300在衬底302中没有喷发。在一个实施方案中，衬底302已被喷发最小化材料(未图示)如TiC涂布。在更一般的实施方案中，所述喷发最小化材料可包含组合物，所述组合物包含来自元素周期表的第4-6族的元素的至少一种碳化物、氮化物或碳氮化物化合物。在更具体的实施方案中，所述喷发最小化材料可包括来自TiC、Mo2C、Cr3C2、WC、NbC、TaC、ZrC、VC以及TiCN的组的至少一种化合物。在另一个实施方案中，所述喷发最小化材料可包括耐熔金属。
此外，喷发可在金刚石本体内产生不均匀的微结构。具体地说，使用将碳化钨衬底附接至金刚石本体的常规方法形成的喷发可包括以树形或分枝图案延伸到金刚石本体中的沉淀的碳化钨晶粒和钴池。因此，附接的聚晶金刚石本体可具有包括多个结合在一起的金刚石晶粒的微结构、安置在结合在一起的金刚石晶粒之中的多个间隙区域以及从碳化钨衬底与金刚石本体之间的界面延伸一定距离到金刚石本体中并穿过结合在一起的金刚石晶粒和间隙区域的沉淀的碳化钨晶粒和钴池的延伸部分。然而，根据本公开的方法形成的金刚石复合片可具有基本上没有喷发的附接的金刚石本体。例如，附接的聚晶金刚石本体可具有基本上均匀的微结构，所述微结构包括多个结合在一起的金刚石晶粒和安置在结合在一起的金刚石晶粒之中的多个间隙区域。
图4示出通过将金刚石本体410HPHT结合至碳化钨衬底420而无需使用添加剂材料(如上所述)形成的金刚石复合片400的实例。在附接步骤期间，碳化钨和钴的喷发430以分枝图案从衬底420沉淀到金刚石本体410中。从将金刚石本体410附接至碳化钨衬底420的HPHT结合过程中发生的喷发430与可在HPHT结合过程期间浸渗到金刚石本体410中的衬底材料不同。例如，如上所述，喷发430可由沉淀的碳化钨和钴制成，其具有延伸到金刚石本体中的树状或枝状形式。在HPHT结合过程期间，衬底材料也可浸渗到金刚石本体内。当HPHT结合过程的温度达到衬底材料的熔化温度时发生浸渗。例如，当HPHT结合过程温度达到钴的熔点时，来自碳化钨衬底的钴可熔化并浸渗到金刚石本体中，由此填充至少一部分间隙区域。此外，在附接至衬底之前，金刚石本体410可包括结合在一起的金刚石晶粒和在结合在一起的金刚石晶粒之间的基本上空的间隙区域。在HPHT结合过程之后，金刚石本体410可具有安置在间隙区域内的一定量的浸渗的钴，由此降低热稳定性。
然而，现在参考图5，当使用本公开的喷发最小化材料来将金刚石本体再附接至衬底以形成金刚石复合片时，喷发可能不会发生。具体地说，图5示出通过热稳定的金刚石本体510HPHT结合至碳化钨衬底520形成的金刚石复合片500，其中本公开的喷发最小化材料在HPHT结合过程之前被施加至热稳定的金刚石本体510和/或碳化物衬底520的附接界面表面。用喷发最小化材料形成的最终热稳定的金刚石复合片500(即，与衬底结合的热稳定的金刚石本体)可具有热稳定的金刚石本体微结构，所述微结构由多个结合在一起的金刚石晶粒和在所述结合在一起的金刚石晶粒之间的多个间隙区域；并且基本上没有喷发。如上所述，在一些实施方案中，在HPHT结合过程期间，来自衬底520的钴可浸渗到热稳定的金刚石本体510中。在此类实施方案中，热稳定的金刚石本体可具有安置在多个先前排空的间隙区域内的浸渗的钴。此外，在一些实施方案中，在HPHT结合过程期间，一定量的喷出最小化材料可从衬底浸渗到热稳定的金刚石本体的间隙区域中。例如，根据一些实施方案，可将由除碳化钨之外的过渡金属碳化物材料(如碳化铬)制成的喷发最小化材料添加至碳化钨衬底，诸如通过在所述衬底与热稳定的金刚石本体之间的附接界面处提供添加剂材料。在HPHT结合过程中，一定量的喷发最小化材料连同一定量的来自衬底的钴可浸渗到热稳定的金刚石本体中，并且可安置在先前空的间隙区域的至少一部分内。
在一个或多个实施方案中，喷发最小化材料可被安置在浸出的金刚石本体和/或它将附接至的基底的附接界面表面上。在更具体的实施方案中，喷发最小化材料可仅安置在所述衬底的附接界面表面上。喷发最小化材料可通过任何已知的方法安置在附接界面表面上，但是溅射涂布所述喷发最小化材料可以是施加喷发最小化材料的有效方法。在一些实施方案中，喷发最小化材料可例如通过施加箔、施加粉末层、施加糊料层、浇铸、刷涂、喷涂、化学气相沉积(“CVD”)或物理气相沉积(“PVD”)方法涂布到界面表面上。在一些实施方案中，喷发最小化材料可呈粉末组合物的形式，所述粉末组合物通过在附接其他部件(即，浸出的金刚石本体或衬底)之前将粉末组合物置于至少一个附接界面表面附近而安置在至少一个附接界面表面上。在一些实施方案中，不管施加方法，安置在至少一个附接界面表面上的喷发最小化材料的厚度可以是约2μm至8μm。在更具体的实施方案中，安置在至少一个附接界面表面上的喷发最小化材料的厚度可以是约2μm至4μm。
虽然以上仅详细描述了一些示例性实施方案，但本领域技术人员将容易了解的是，在实质上不脱离本公开的情况下，许多修改在示例性实施方案中是可能的。因此，所有此类修改都意图包括在本公开的范围内。

Claims (16)

1.一种用于制造聚晶金刚石构造的方法，所述方法包括：
使金刚石晶粒在催化剂材料存在下经受高压/高温条件以形成聚晶金刚石材料，所述聚晶金刚石材料包括结合在一起的金刚石晶粒的基质相和安置在所述金刚石晶粒之间的包括所述催化剂材料的间隙区域；
处理所述聚晶金刚石材料来从其除去所述催化剂材料以形成基本上不含所述催化剂材料的金刚石本体；以及
用喷发最小化材料层将衬底附接至所述金刚石本体，所述喷发最小化材料层在所述衬底和/或所述金刚石本体的至少一个附接界面表面上具有约2μm至8μm的厚度。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述喷发最小化材料包含组合物，所述组合物包含来自元素周期表的第4-6族的元素的至少一种金属、碳化物、氮化物或碳氮化物化合物。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述喷发最小化材料被安置在所述衬底的所述附接界面表面上。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述喷发最小化材料通过溅射涂布、施加箔、施加粉末层、施加糊料层、浇铸、刷涂、喷涂、化学气相沉积或物理气相沉积中的一种被安置在至少一个附接界面表面上。
5.如权利要求1所述的方法，其中安置在至少一个附接界面表面上的所述喷发最小化材料的所述厚度是约2μm至4μm。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述聚晶金刚石材料被形成为不附接至衬底。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述附接包括浸渗过程。
8.一种聚晶金刚石构造，其包括：
衬底；
热稳定的金刚石本体，其中在所述金刚石本体内和与所述衬底的附接界面附近的间隙区域中的至少一些具有不是用于形成所述金刚石本体的催化剂材料的浸渗剂；以及
安置在所述金刚石本体与所述衬底之间的所述附接界面表面处的具有约2μm至8μm厚度的喷发最小化材料层。
9.如权利要求8所述的聚晶金刚石构造，其中所述喷发最小化材料包含组合物，所述组合物包含来自元素周期表的第4-6族的元素的至少一种金属、碳化物、氮化物或碳氮化物化合物。
10.如权利要求8所述的聚晶金刚石构造，其中所述喷发最小化材料的所述厚度是约2μm至4μm。
11.一种用于制造热稳定的聚晶金刚石构造的方法，所述方法包括：
在衬底或热稳定的金刚石本体的附接界面表面上安置具有约2μm至8μm材料厚度的喷发最小化层，已从所述金刚石本体中除去催化剂材料；
将所述衬底或所述热稳定的金刚石本体的所述附接界面表面与其上安置有所述喷发最小化材料的所述附接界面表面相邻对准；以及
用高温高压处理将所述衬底附接至所述热稳定的金刚石本体。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述喷发最小化材料包含组合物，所述组合物包含来自元素周期表的第4-6族的元素的至少一种金属、碳化物、氮化物或碳氮化物化合物。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述喷发最小化材料被安置在所述衬底的所述附接界面表面上。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述喷发最小化材料通过溅射涂布、施加箔、施加粉末层、施加糊料层、浇铸、刷涂、喷涂、化学气相沉积或物理气相沉积中的一种被安置在至少一个附接界面表面上。
15.如权利要求11所述的方法，其中安置在至少一个附接界面表面上的所述喷发最小化材料的所述厚度是约2μm至4μm。
16.如权利要求11所述的方法，其中所述附接包括浸渗过程。
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