CN110545959A - 能量加工的聚晶金刚石复合片及相关方法 - Google Patents

Abstract

本文公开的实施例指向用于加工聚晶金刚石台(例如，各自包括聚晶金刚石台的聚晶金刚石复合片)的能量束烧蚀加工方法。本文公开的实施例还指向根据本文公开的能量束烧蚀加工方法中的至少一种所加工的聚晶金刚石台。

Description

能量加工的聚晶金刚石复合片及相关方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年2月9日提交的美国临时申请62/456,785的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

背景技术

耐磨的聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compacts，“PDC”)被用于各种机械应用。例如，PDCs被用于钻孔工具(例如，切割元件、量具修整器等)、加工设备、轴承装置、拉丝机械以及其他机械装置中。

已经发现将PDCs作为旋转钻头中的超硬磨料的切割元件特别有用，比如牙轮钻头和固定切割钻头。PDC切割元件通常包括通常称为金刚石台的超硬磨料的金刚石层/体。使用在金刚石稳定的条件下烧结金刚石颗粒的高压/高温(high-pressure/high-temperature，“HPHT”)处理形成金刚石台并将其键合至衬底上。PDC切割元件也可以直接钎焊到预制的袋、套或其他在钻头体中形成的容器中。衬底可任选地钎焊或以其他方式连接到附接构件，比如圆柱形背衬。旋转钻头通常包括贴附到钻头体上的多个PDC切割元件。还已知的是，当通过压配合、钎焊或将螺柱固定到在钻头体中形成的容器中的其它方式将承载PDC的螺柱安装到旋转钻头的钻头体上时，承载PDC的螺柱可以用作PDC切割元件。

一般通过将硬质合金衬底放入厢体中并且将大量金刚石颗粒放置在硬质合金衬底的表面上来制造传统的PDCs。可以将多个这种厢体装入HPHT压机中。然后在催化剂材料的存在下，在HPHT条件下处理衬底和大量金刚石颗粒，该催化剂材料使得金刚石颗粒彼此键合以形成限定聚晶金刚石(“PCD”)台的键合的金刚石晶粒的基体。催化剂材料常常是用于促进金刚石颗粒的共生的金属-溶剂催化剂(例如，钴、镍、铁或其合金)。

在传统方法中，在HPHT烧结处理中，硬质合金衬底的组分(比如来自钴烧结碳化钨衬底的钴)从邻近大量金刚石颗粒的区域液化并扫过至金刚石颗粒之间的间隙区域。将钴充当催化剂以促进金刚石颗粒之间的共生，这导致键合的金刚石晶粒的基体的形成，在该键合的金刚石晶粒之间具有金刚石与金刚石键合以及被溶剂催化剂所占据的键合的金刚石晶粒之间的间隙区域。

常常需要加工PCD台，比如在PCD台中形成倒角或者切割PDC以提供所需的形状。这种切割通常是通过电火花加工、磨削、研磨或其组合来完成，以去除PCD台和衬底的所需部分。

尽管有这种生产方法，但PDCs的厂商和用户仍在寻求改善的PDC生产方法。

发明内容

本文公开的实施例指向可用于加工PCD的能量束烧蚀加工方法(例如，激光抛光技术、电子束抛光技术、电子束成形技术和/或激光成形技术)。本文公开的实施例还指向根据本文公开的能量束加工方法中的至少一种所加工的PCD台(例如，抛光和/或成形)。

在一个实施例中，公开了一种加工聚晶金刚石(“PCD”)台的方法。该方法包括提供PCD台。该PCD台包括多个键合的金刚石晶粒，该多个键合的金刚石晶粒限定多个间隙区域。该PCD台的至少一个外表面呈现出第一表面粗糙度。该方法还包括引导激光束朝向至少一个外表面的至少一部分有效地使得至少一个外表面的至少一部分呈现出小于第一表面粗糙度的第二表面粗糙度。引导激光束包括引导至少一个第一激光脉冲朝向至少一个外表面以从第一表面区域去除PCD和引导至少一个第二激光脉冲朝向至少一个外表面。至少一个第二激光脉冲与第一表面区域的约25％至约99.95％重叠。

在另一个实施例中，公开了一种PDC。该PDC包括PCD台。该PCD台包括限定多个间隙区域的多个键合的金刚石晶粒。该PCD台还包括至少一个外表面。该至少一个外表面的至少一部分呈现出小于约3μm Ra的表面粗糙度。该至少一个外表面的至少一部分呈现出包括一个或多个微观特征的光栅图案。

在另一个实施例中，公开了一种钻头。该钻头包括钻头体。该钻头还包括至少一个与钻头体连接的刀具。该至少一个刀具包括至少一个PCD台。该PCD台包括限定多个间隙区域的多个键合的金刚石晶粒。该PCD台还包括至少一个外表面。该至少一个外表面的至少一部分呈现出小于约3μm Ra的表面粗糙度。该至少一个外表面的至少一部分呈现出包括一个或多个微观特征的光栅图案。

其他实施例包括将公开的PDCs使用在各种物品和装置中的应用，比如拉丝模、加工设备、摩擦搅拌焊接元件、激光镜、散热器以及其他物品和装置。

来自公开实施例中的任一个的特征可以相互组合使用而不受限制。另外，通过考虑以下详细描述和附图，本发明的其他特征和优势对于本领域普通技术人员而言将变得显而易见。

附图说明

附图示出了本发明的若干实施例，其中，在附图中所示的不同视图或实施例中，相同的附图标记指代相同或类似的元件或特征。

图1A是根据一个实施例的PDC的立体图，该PDC包括沿着其界面表面附接到硬质合金衬底的PCD台。

图1B是PCD台的立体图，该PCD台可以类似于图1的PCD台，但该PCD台不与任何衬底连接。

图1C是PCD台的一个实施例的截面图，该PCD台已被沥滤以形成沥滤区域，该沥滤区域邻近工作表面并且从此向内延伸至未沥滤区域，在该沥滤区域内，催化剂或浸渍剂的浓度没有因为沥滤而显著降低。

图2A-2L是根据不同实施例的不同PCD台的截面图，该PCD台是通过从其中去除PCD材料的一个或多个层/体积而加工的。

图3A是根据一个实施例的PCD台的外表面的至少一部分的示意性俯视图，该PCD台包括在其中形成的多个基本上平行的第一凹槽。

图3B是根据一个实施例的图3A的PCD台的外表面的一部分的示意性截面图。

图3C是根据一个实施例的图3A中所示的PCD台的外表面的至少一部分的示意性俯视图，该PCD台包括多个基本上平行的第一凹槽和在其中形成的多个基本上平行的第二凹槽。

图3D-3G是PCD台的俯视图，该PCD台已从其外表面去除了PCD材料的多个层/体积。

图4A是根据一个实施例的曲线图，该曲线图示出了呈现出高斯能量分布(Gaussian energy distribution)的激光脉冲的能量/强度分布。

图4B是根据一个实施例的PCD台的局部横截面侧视图，该PCD台是使用多个呈现出图4A中所示的高斯能量分布的激光脉冲所加工的。

图4C是根据一个实施例的曲线图，该曲线图了示出了呈现出顶帽能量分布(top-hat energy distribution)的激光脉冲的能量/强度分布。

图4D是根据一个实施例的PCD台的局部侧视图，该PCD台是使用多个呈现出图4C中所示的顶帽能量分布的激光脉冲所加工的。

图5A是根据一个实施例的PCD台的外表面的局部侧视图。

图5B是根据一个实施例的PCD台的表面的局部侧视图。

图6A-6D是根据不同实施例的PCD台的至少一个外表面的示意性俯视平面图，该PCD台示出了形成重叠凹洞、重叠凹槽等的不同方法。

图7A-7H是根据不同实施例的PCD台的外表面的一部分的俯视图，该PCD台被细分为不同的区域。

图8A是根据一个实施例的系统的示意图，该系统被配置为加工PDC的PCD台的至少一个外表面。

图8B是PCD台的外表面的至少一部分的示意图，该示意图示出了在外表面上的和在外表面附近的激光脉冲的路径。

图9A-9K示出了根据不同实施例的PCD台中的形状和/或表面，该PCD台可以使用本文公开的激光技术中的任一个来加工。

图10A是用于地下钻孔应用的旋转钻头的一个实施例的立体图，该地下钻孔应用可包括本文公开的PDC实施例中的至少一个。

图10B是图10A中所示的旋转钻头的俯视图。

图11是推力轴承装置的一个实施例的立体剖视图，该推力轴承装置可包括将所公开的PDC实施例中的至少一个作为轴承元件。

图12是径向轴承装置的一个实施例的立体剖视图，该径向轴承装置可包括所公开的PDC实施例的至少一个作为轴承元件。

具体实施方式

介绍

本文公开的实施例指向可用于加工PCD(例如包含PCD台的PDC)的能量束烧蚀加工方法(例如，激光抛光技术、电子束抛光技术、电子束成形技术和/或激光成形技术)。公开的实施例还指向根据本文公开的加工方法中的至少一种所加工的PCD。与传统的加工方法(例如，研磨、磨削、放电加工等)相比，本文公开的加工方法可以提供改善的方法。例如，与一些加工技术相比，使用金刚石砂轮进行磨削或研磨通常相对较慢，并且昂贵，因为通常是使用金刚石来去除金刚石材料。另外，使用EDM来加工PCD有时是不切实际的或甚至是不可能的，特别是当PCD中的钴或其他导电浸渍剂或催化剂的量相对较低时(例如沥滤的PCD)。另外，如果操作不当，磨削、研磨以及使用EDM来加工PCD的表面可能会损坏PCD台。因此，本文公开的能量束烧蚀加工方法可以提供传统的加工技术的有效替代。

在一个实施例中，可以通过朝向外表面发射多个能量束或能量脉冲(例如，激光束、激光脉冲、电子束或电子束脉冲)来加工PCD材料的至少一个外表面。例如，能量脉冲包括具有小于约1毫秒的持续时间的任何能量脉冲，并且能量束包括具有大于约1毫秒的持续时间的任何能量束。能量束或能量脉冲中的每个可以呈现出有效面积和强度足够的能量来烧蚀PCD材料。能量束或能量脉冲的效面积中的每个可以在PCD材料的表面中形成相应的凹洞。一个或多个凹洞可以形成凹槽。例如，可以通过横穿PCD材料的外表面依次地光栅化(例如移动)能量束或能量脉冲，由多个相继形成的重叠的凹洞形成凹槽。可以通过去除多个PCD材料的区域来形成凹洞和/或凹槽。去除的每个区域可以实现外表面的表面光洁度和/或形状。

在一个实施例中，本文公开的能量束加工方法可以改善PCD台上的表面光洁度。在另一个实施例中，能量束加工方法可以形成可观察的光栅图案。可观察的光栅图案可以由多个凹槽中的至少一些来形成并且呈现出多个凹槽中的至少一些的图案，该凹槽用于从PCD台中去除PCD材料。例如，可以用光学显微镜(例如，多个凹槽的宽度大于约500nm或大于约1μm)、扫描电子显微镜(例如，多个凹槽的宽度大于约1nm、大于约10nm、或约1nm至约500nm)、或者用人类肉眼(例如，多个凹槽的宽度大于约5μm或大于约25μm)来观察可观察的光栅图案。例如，可以使用多个基本上平行的凹槽来加工PCD台，并且因此，可观察的光栅图案可以形成多个基本上平行的线。在另一个实例中，可以使用多个第一凹槽，随后用与多个第一凹槽不平行的多个第二凹槽来加工PCD台(参见图3C)。在这种实例中，可观察的光栅图案可以呈现出多个第一凹槽的图案，并且更主要地，多个第二凹槽的图案。目前发明人认为，这种可观察的光栅图案不是使用传统的加工工艺形成的。

为简单起见，本文公开的能量束加工方法被描述为用于加工PCD材料。然而，可以理解的是，本文公开的能量束加工方法也可用于加工除聚晶金刚石之外的超硬材料。超硬材料包括硬度大于碳化钨的任何材料。例如，超硬材料可包括聚晶金刚石、碳化硅、金刚石-碳化硅组合物、聚晶立方氮化硼、其他合适的超硬材料或其组合。因此，本文公开的能量束加工方法可以用来加工超硬元件(例如，包括至少一种超硬材料的元件)。

聚晶金刚石台和复合片

图1A是根据一个实施例的PDC100的立体图，该PDC100包括沿着其界面表面106附接到硬质合金衬底104的PCD台102。图1B是PCD台102的立体图，该PCD台102可以类似于图1的PCD台102，但该PCD台102不与任何衬底连接。在任一情况下，PCD台102包括多个直接键合在一起的金刚石晶粒，该金刚石晶粒呈现出在其之间的金刚石与金刚石键合(例如，sp³键合)。PCD台102包括至少一个侧表面108、上面的外工作表面110以及在两者之间延伸的可选的倒角112。应注意的是，在钻孔操作期间，还可以将至少一个侧表面108的至少一部分和/或倒角112用作与地层接触的工作表面。

PCD台102的键合在一起的金刚石晶粒可以呈现出约100μm或更小、约40μm或更小(比如约30μm或更小)、约25μm或更小、或约20μm或更小的平均晶粒尺寸。例如，金刚石晶粒的平均晶粒尺寸可为约10μm至约18μm、约8μm至约15μm、约9μm至约12μm、或约15μm至约25μm。在一些实施例中，金刚石晶粒的平均晶粒尺寸可以为约10μm或更小，比如约2μm至约5μm或亚微米。

用于形成PCD台102的金刚石颗粒的金刚石粒径分布可以呈现出单峰，或者可以是双峰或更大的晶粒尺寸分布。在一个实施例中，金刚石颗粒可包含相对较大的尺寸和至少一个相对较小的尺寸。如本文所用，短语“相对较大”和“相对较小”是指相差至少两倍(例如，30μm和15μm)的粒径(通过任何合适的方法)。根据各个实施例，金刚石颗粒可包括呈现出相对较大的平均粒径(例如，50μm、40μm、30μm、20μm、15μm、12μm、10μm、8μm、包括在所提供的相对较大的平均粒径中的任一个之间的范围)的部分和呈现出至少一个相对较小的平均粒径(例如，6μm、5μm、4μm、3μm、2μm、1μm、0.5μm、小于0.5μm、0.1μm、小于0.1μm，包括在所提供的相对较小的平均粒径中的任一个之间的范围)的另一部分。在一个实施例中，金刚石颗粒可包括呈现出在约10μm和约40μm之间的相对较大的平均粒径的部分和呈现出在约1μm和4μm之间的相对较小的平均粒径的另一部分。在一些实施例中，金刚石颗粒可以包含三种或更多种不同的平均粒径(例如，一个相对较大的平均粒径和两个或更多个相对较小的平均粒径)，而不受限制。应注意的是，由于各种不同的原因，比如晶粒生长、金刚石颗粒破裂、由另一碳源提供的碳(例如，金属-溶剂催化剂中的溶解的碳)、或前述的组合，烧结后的金刚石晶粒尺寸可以与用于形成PCD台102的金刚石粒径(例如，如本文所公开的)基本上相同，或者可以与烧结前的金刚石颗粒的平均粒径不同。

PCD台102可呈现出至少约0.040英寸的厚度“t”，比如约0.045英寸至约1英寸、约0.045英寸至约0.500英寸、约0.050英寸至约0.200英寸、约0.065英寸至约0.100英寸、或约0.070英寸至约0.100英寸(例如，约0.09英寸)。该厚度可以根据PCD台102的应用而变化。例如，与用于加工金属的PCD台相比，如果PCD台102用在钻头中，则PCD台102可以更厚。

PCD台102可以包括或可以不包括间隙催化剂或浸渍剂，该间隙催化剂或浸渗剂设置在PCD台102的键合的金刚石晶粒之间的间隙区域的至少一部分中。催化剂或浸渍剂可包括但不限于铁、镍、钴以及前述金属的合金。例如，可以从衬底104中提供催化剂或浸渍剂(例如，来自钴-硬质合金衬底的钴)。在PCD台102的区域基本上不含催化剂或浸渍剂(例如，小于约4重量％，或不大于约2重量％)的实施例中，可以通过沥滤去除催化剂或浸渍剂。比如，通过将PCD台102浸入酸中，比如王水、硝酸、氢氟酸、其混合物或其他合适的酸。例如，沥滤PCD台102可以形成从工作表面110、侧表面108以及倒角112向内延伸至所选择的沥滤深度的沥滤区域。所选择的沥滤深度可以为约100μm至约1000μm、约100μm至约300μm、约300μm至约425μm、约350μm至约400μm、约350μm至约375μm、约375μm至约400μm、约500μm至约650μm或约650μm至约800μm。

图1C是通过PCD台102’的一个实施例的截面图，PCD台102’已被沥滤以形成沥滤区域114，沥滤区域114邻近工作表面110并且由此向内延伸至未沥滤区域116，在沥滤区域114内，催化剂或浸渍剂的浓度没有因为沥滤而显著降低。可以理解的是，可以在沥滤或未沥滤的PCD金刚石台上进行用于去除PCD台(或下面的衬底104)的材料的激光的使用。可以不包括或者包括非常低浓度的导电催化剂或浸渍剂材料的能量束加工(例如，抛光和/或成形)沥滤的金刚石台的能力是特别有利的。例如，EDM加工(例如，抛光和/或成形)沥滤的PCD台结构可能证明是困难的，并且由于要加工的PCD台内的导电性不足，在实际操作中有时是不可能的。能量束加工提供了一种替代方案，该替代方案不需要零件内的最小阈值水平的电导率以允许加工零件。

美国专利7,866,418的公开内容通过引用整体并入本文，该专利公开了在发生增强的金刚石与金刚石键合的条件下形成的PCD台和相关的PCD复合片。由于在HPHT处理中使用烧结压力(例如，至少约7.5GPa)，所以相信这种增强的金刚石与金刚石键合至少部分地发生。其中公开的PCD台和复合片以及制造方法适合于根据本文公开的方法的能量束加工或成形。

再参照图1A，衬底104可包括多个碳化钨和/或其他与金属烧结组分(比如钴、铁、镍或其合金)烧结在一起的碳化物晶粒(例如，碳化钽、碳化钒、碳化铌、碳化铬和/或碳化钛)。例如，在一个实施例中，硬质合金衬底104包括钴烧结碳化钨衬底。在一些实施例中，衬底104可包括两种或更多种不同的碳化物(例如，碳化钨和碳化铬)。

在HPHT处理中，PCD台102可以与衬底104分开成型或与衬底104一体成型。当分开成型时，PCD台102可以随后在另一HPHT处理中附接到衬底104上。这两种HPHT处理中的任一个的温度通常可以为至少约1000℃(例如，约1200℃至约1600℃)，并且这两种HPHT处理中的任一个的压力通常可以为至少约4.0GPa(例如，约5.0GPa至约12.0GPa、约7.0GPa至约9.0GPa、约6.0GPa至约8.0GPa、8GPa至约10GPa、约9.0GPa至约12.0GPa或至少约7.5GPa)。

在HPHT处理中形成的PDCs100和PCD台102中的至少一个外表面(例如，侧表面108、工作表面110和/或倒角112)可以呈现出相对粗糙的表面光洁度。例如，PDCs 100和PCD台102中的至少一个外表面可以呈现出大于约3μm的表面光洁度(本文公开的所有表面光洁度均在R_a中)。大于约3μm的表面光洁度可能是不期望的(例如，可能增加PCD台102的摩擦系数和/或可能在操作期间增加PCD台102的温度)。因此，任选地，可以抛光PCD台102的至少一个外表面以改善其表面光洁度，例如，当PCD台102成形时。然而，如前所述，磨削、研磨、EDM以及其他传统的加工技术可能是缓慢的和/或昂贵的。另外，磨削、研磨、EDM以及其他传统的加工技术可能无法获得下面公开的某些几何形状和/或精细的表面光洁度。在一个实施例中，可以对PCD台102的至少一个外表面进行能量束加工(例如，激光抛光或激光加工)以呈现出约1.5μm或更小的表面光洁度。例如，可以对侧表面108、工作表面110或倒角112中的至少一个进行能量束抛光以呈现出约1.25μm或更小、约1μm或更小、约0.8μm或更小、约0.65μm或更小、约0.5μm或更小、约0.4μm或更小、约0.3μm或更小、约0.25μm或更小、约0.2μm或更小、约0.15μm或更小、约0.13μm或更小、约0.1μm或更小、约0.05μm或更小或约0.025μm或更小的表面光洁度。在另一个实施例中，可以对侧表面108、工作表面110或倒角112中的至少一个进行能量束抛光以呈现出约1.5μm至约0.025μm、约0.65μm至约1.5μm、约0.5μm至约0.75μm、约0.4μm至约0.65μm、约0.10μm至约0.5μm、约0.05μm至约0.25μm或约0.1μm至约0.25μm的表面光洁度。在一个实施例中，可以对侧表面108、工作表面110或倒角112中的至少一个进行能量束抛光以呈现出镜面光洁度(例如，约0.05μm或更小)。表面光洁度可以测量，例如通过表面光度仪(例如，通过R_a)来测量。在一个实施例中，本文公开的激光加工可用于在PCD台的至少一个外表面中形成特征，该特征呈现出约±3.0μm或更小、比如约±2.0μm或更小、约±1.0μm或更少、约±500nm或更小或约±250nm或更小的公差。

在一个实施例中，在使用本文公开的能量束或能量脉冲对至少一个外表面进行抛光之前，可以至少部分地对PDC 100和PCD台102的至少一个外表面进行抛光。例如，在HPHT处理之后，PDC 100和PCD台102的至少一个外表面可以立即呈现出第一表面光洁度。然后可以对该至少一个外表面进行抛光以呈现出比使用传统的抛光技术的第一表面光洁度更精细的第二表面光洁度。第二表面光洁度可以大于3μm(例如，本文公开的大于3μm的表面光洁度中的任一个)或小于约3μm(例如，本文公开的小于3μm的表面光洁度中的任一个)。然后可以对该至少一个外表面进行进一步抛光以呈现出比使用本文公开的能量束或能量脉冲的第二表面光洁度更精细的第三表面光洁度。第三表面光洁度小于约3μm(例如，本文公开的小于3μm的表面光洁度中的任一个)。

在一个实施例中，可以进一步处理在HPHT处理中形成的PDC 100和/或PCD工作台102以呈现出选定的形状。例如，PCD台102可以成形为减小其厚度、使其非平面的外表面变成基本上是平面的、或者使其基本上是平面的表面变成非平面的(例如，凹面或凸面)。在另一个实施例中，PDC 100和/或PCD台102可以成形为在其中形成一个或多个凹槽(例如，凹部)。传统的磨削、研磨、EDM或其他传统的成形技术可能证明在某些几何形状和/或表面光洁度中成形PDC 100和/或PCD 102是困难的和/或昂贵的。

能量束加工方法

本文公开的能量束加工方法可以从PDC 100和/或PCD台102的至少一个外表面上去除材料(例如，抛光和/或成形)。类似地，本文公开的能量束加工方法可以使PDC 100和/或PCD台102成形。例如，使用本文公开的至少一种激光加工技术可以在不显著损坏PDC 100和/或PCD台102的情况下能够加工PDC 100和/或PCD台102。在另一个实例中，使用本文公开的至少一种激光加工技术可以产生PDC 100和/或PCD台102的至少一个外表面，该至少一个外表面呈现出本文公开的相对精细的表面光洁度中的任一个。在一个实施例中，可以仅使用本文公开的能量束加工方法中的一种、本文公开的能量束加工方法中的两种或更多种、或本文公开的能量束加工方法的步骤的任何组合来加工PDC 100和/或PCD台102。

去除PCD材料的多个层/体积

在一个实施例中，可以通过从PCD台102中去除PCD材料的一个或多个层/体积来加工PCD台102的至少一个外表面。图2A-2L是根据不同实施例的不同PCD台的截面图，该PCD台是通过从中去除PCD材料的一个或多个层/体积而加工的。图2A-2L中所示的PCD台和从其中去除PCD材料的方法可用于本文公开的实施例中的任一个。

可以使用至少一个能量脉冲(例如，至少一个激光脉冲或多个激光脉冲)来去除从PCD台中去除的PCD材料的每个层/体积。例如，去除的PCD材料的每个层/体积可包括通过形成单个凹洞、多个凹洞(例如，每个凹洞大致对应于多个突起中的一个)、单个凹槽、多个凹槽、多个重叠凹槽或其组合来去除的PCD材料。

在一个实施例中，从PCD台中去除的PCD材料的每个层/体积可以呈现出小于约50μm的厚度。例如，从PCD台中去除的PCD材料的每个层/体积的厚度可以为约25μm至约50μm、约10μm至约30μm、约5μm至约15μm、约1μm至约10μm、约500nm至约5μm、约250nm至约1μm或小于约500nm。去除的每个层/体积的相对小的厚度可以改善PCD台的外表面的表面光洁度。

参照图2A，从PCD台202a中去除多个层/体积218a以形成倒角212a。每个层/体积218a可以基本上平行于上表面210a。多个层/体积218a中的每个可以通过引导多个能量脉冲朝向PCD台202a的工作表面210a来形成。在一个实施例中，多个能量脉冲中的每个可以基本上垂直于上表面210a。引导基本上垂直于工作表面210a的多个能量脉冲可以使每个能量脉冲使从PCD台202a中去除的PCD材料的量最大化。在一个实施例中，多个激光脉冲中的每个以基本上相同的角度撞击PCD台202a，这使得每个激光脉冲从PCD台202a中去除基本上相同量的PCD材料。用每个激光脉冲去除基本上相同量的PCD材料可以减少(例如，消除)每个层/体积218a的厚度变化，这可以改善PCD台202a的表面光洁度。

在一个实施例中，倒角212a(例如，被暴露的表面)可以呈现出可观察的光栅图案，该光栅图案是通过去除多个层/体积218a中的至少一个而形成的(例如，响应于通过激光烧蚀去除材料而形成的图案，包含如此去除的凹洞和/或凹槽的光栅图案)。光栅图案可以包括一个或多个微观特征(例如，在凹洞和/或凹槽中的一些的宽度小于999μm、比如小于500μm、小于100μm、小于50μm、小于25μm、小于10μm、小于5μm、小于1μm、小于500nm、小于250nm或小于100nm的图案。)例如，当从PCD台202a中去除的层/体积218a不垂直于或不平行于倒角212a时，倒角212a可呈现出可观察的台阶面。在一个实施例中，倒角212a的台阶面可能需要进一步抛光(例如，激光抛光)以改善其表面光洁度。然而，在倒角212a被进一步抛光之后，倒角212a仍然可以呈现出可观察的光栅图案。在一个实施例中，用于去除层/体积218a中的每个的能量束或能量脉冲加工方法可以被配置使得倒角212a呈现出令人满意的表面光洁度(例如，使得倒角212a不需要进一步抛光)。

参照图2B，可以从PCD台202b中去除多个层/体积218b以形成倒角212b。每个层/体积218b可以基本上平行于正在形成的倒角212b。可以通过引导多个能量脉冲(例如，激光脉冲)朝向最终形成倒角212b的表面来形成多个层/体积218b中的每个。例如，可以使多个能量脉冲中的每个发射为基本上垂直于倒角212b并且相对于上表面210b和侧表面208b倾斜。

形成基本上平行于倒角212b的层/体积218b中的每个(例如，暴露的表面)可以形成比图2A中的倒角212a更好的表面光洁度。然而，从PCD台202b中去除的每个层/体积218b的厚度可以变化，尤其是在其边缘附近，因为相对于暴露于能量束或能量脉冲的表面的能量束或能量脉冲211b的角度是变化的。例如，能量束或能量脉冲211b与工作表面210b之间的角度中的至少两个、能量束或能量脉冲211b与侧表面208b之间的角度θ、以及能量束或能量脉冲211b之间的角度α和与工作表面210b和侧表面208b隔开的PCD台202b的暴露表面可以是不同的。角度θ、α的变化可以导致包括一个或多个微观特征和/或非平面(例如，凸曲面)的倒角212b的可观察的光栅图案。然而，本文公开的激光加工方法可以改善倒角212b(例如，使倒角212b更平坦)。例如，由多个能量束或能量脉冲211b形成的凹洞和/或凹槽之间的重叠可以被配置为补偿角度θ、α的变化。在另一个实施例中，延迟可以被配置为补偿角度θ、α的变化。在另一个实施例中，可以改变激光脉冲持续时间以补偿角度θ、α的变化。在另一个实施例中，不同区域(例如，图7A-7H中所示的区域)可以被配置为补偿角度θ、α的变化。例如，可以选择每个区域，使得在能量束或能量脉冲211b相对于区域的表面的角度中的至少一个保持基本上恒定。

参照图2C，从PCD台202c中去除多个层/体积218c和至少一个多个层/体积218c’以形成倒角212c。至少一个第一层/体积218c可以基本上平行于上表面210c，并且至少一个层/体积218c’可以基本上平行于倒角212c。例如，如上所述，可以使用多个层/体积218c来减轻角度变化的影响。类似地，可以使用至少一个层/体积218c’来减小使用层/体积218c形成的台阶面(如关于图2A所述)。

参照图2D，可以从初始上表面210d中去除层/体积218d至最终上表面228d来选择多个层/体积218d以减小PCD台202d的厚度。可以在PCD台202d中形成倒角212d之前、与PCD台202d中形成倒角212d基本上同时或在PCD台202d中形成倒角212d之后从PCD台202d中去除层/体积218d。可以根据本文公开的任何合适的方法来形成倒角212d。

参照图2E，PCD台202e最初包括至少一个侧表面208e、初始上表面210e以及可选的倒角212e。可以从初始上表面210e的至少一部分中去除多个层/体积218e，以形成至少一个凹槽220e。另外，PCD台202e可包括PCD台202e的图2E中标记为222e的最上面的外表面222e(例如，与PCD台202e的界面表面206隔开最远)。例如，最上面的外表面222e可以是基本上平坦的、圆的或尖的。

通过去除多个层/体积218形成的凹槽220可以由至少一个表面所限定。例如，凹槽220可以由PCD台202e的至少一个内过渡表面226e和至少一个最下面的外表面228e所限定，该最下面的外表面228e比最上面的外表面222e更接近界面表面206。在一些实施例中，内过渡表面226e可以是锥形的、圆锥形的、精确的、垂直的、台阶形的、凸曲面的、圆柱形凹曲面的、水平的或基本上平面的或前述几何形状的组合中的至少一种。在一些实施例中，最下面的外表面228e可以是台阶形的、锥形的、凸曲面的、凹曲面的、基本上平面的、基本上平行于或不平行于界面表面206的、基本上平行于或不平行于初始上表面210e的、或基本上平行于或不平行于最上面的外表面222e的中的至少一种。在一个实施例中，层/体积218e中的至少一个可以呈现出小于在其之前去除的层/体积218e的横向尺寸(基本上垂直于图1A的PDC100或图1B的PCD台102的中心轴113来测量)，从而形成锥形的、阶梯形的或弯曲的表面。在一个实施例中，省去内过渡表面226e，使得凹槽220仅由最下面的外表面228e所限定。

参照图2F，可以去除多个层/体积218f以基本上平面化和/或抛光PCD台202f的弯曲(例如，凸曲面或凹曲面)的初始上表面210f。例如，可以在HPHT处理期间形成PCD台202f的弯曲的初始上表面210f。层/体积218f中的每个可以是基本上平面的(例如，基本上平行于最终上表面228f)，并且其横向尺寸可以随着每个后续层/体积218f而增加。

参照图2G，可以去除至少一个第一层/体积218g和至少一个第二层/体积218g’以平面化PCD台202g的上表面210g。例如，第一层/体积218g可以基本上平行于初始上表面210g。然后，使用图2F中所示的相同方法，第二层/体积218g’可以形成最终上表面228g。

参照图2H，多个层/体积218h可以被配置为形成PCD台202h的凹曲面的上表面228h。例如，PCD台202h最初可以呈现出基本上平面的上表面210h。然而，应注意的是，PCD台202h最初也可以呈现出非平面的上表面。然后，多个层/体积218h可以从PCD台202h中去除PCD材料，以形成和/或抛光凹曲面的上表面228h。在一个实施例中，多个层/体积218h中的每个基本上平行于上表面210h。在一个实施例中，多个层/体积218h中的每个基本上与凹曲面的上表面228h一致。在一个实施例中，层/体积218h中的至少一个可以基本上平行于上表面210h，并且层/体积218h中的至少一个可以基本上与凹曲面的上表面228h一致。

参照图2I，可以去除多个层/体积218i以形成PCD台202i的凸曲面的上表面228i。例如，PCD台202i最初可以呈现出基本上平面的或非平面的上表面210i。可以从PCD台202i中去除多个层/体积218i，以形成和/或抛光凸曲面的上表面228i。在一个实施例中，层/体积218i中的至少一个(例如，所有)可以基本上平行于上表面210i和/或层/体积218i中的至少一个(例如，所有)可以基本上与凸曲面的上表面228i一致。

参照图2J，可以从PCD台202j的横向部分213j中去除多个层/体积218j。例如，层/体积218j可以被配置为减小PCD台202j的横向尺寸(例如，垂直于图1A和图1B的中心轴113测量了横向尺寸)。在另一个实例中，多个层/体积218j可以被配置为改变PCD台202j的侧面横截面形状。例如，多个层/体积218j可以被配置为将PCD台202j的横截面形状从圆形横截面形状(例如，PCD台202j是圆柱形)改变为大致矩形的横截面形状、大致椭圆形的横截面形状、大致三角形的横截面形状、大致截断的饼形横截面形状、或其他合适的横截面形状。在另一个实例中，多个层/体积218j可以被配置为改变PCD台202j的横截面形状以形成花键(例如，如图9H-9I所示)。在另一个实例中，层/体积212j可以被配置为去除PCD台202j的侧表面208j上的不规则性。

在一个实施例中，能量束或能量脉冲可以被配置为照射PCD台的至少一个侧表面。例如，参照图2K，能量束或能量脉冲211k可以照射PCD台202k的至少一个侧表面208k以去除多个层/体积218k，从而形成倒角212k。在另一个实例中，参照图2L，能量束或能量脉冲211m可以照射PCD台202m的至少一个侧表面208m，以去除PCD材料的多个层/体积218m，从而去除PCD台202m的外侧部分213m。在这种实例中，层/体积218m可以被配置为减小PCD台202m的横向尺寸、改变PCD台202m的横截面形状或从PCD台202m去除不规则性。

应注意的是，图2A-2L中所示的激光加工方法可以以任何合适的方式或以任何合适的顺序组合。例如，PCD台可包括根据图2A所示的方法加工的倒角，并且可以根据图2D所示的方法加工PCD台的上表面。

应注意的是，图2A-2L中所示的PCD台是独立的(例如，未附接至衬底)。在一个实施例中，在每个PCD台被加工之后，独立的PCD台202a-202m可以分别附接至衬底。然而，在其他实施例中，在加工这种PCD台之前，每个PCD台202a-202m可以附接至衬底。还应注意的是，可以使用图2A-2L所示的去除PCD材料的相同的方法从衬底中去除材料。例如，可以使用图2J或图2L所示的方法从衬底的外侧部分去除材料。在另一个实例中，可以使用图2-2C和图2K所示的方法在衬底的侧表面和衬底的最底面之间形成倒角。

参照图2A-2L，可以在从这种PCD台中去除PCD材料的一个或多个层/体积之前或之后沥滤PCD台202a-202m中的任一个。例如，任何PCD台202a-202m中的沥滤区域可以从暴露于浸出剂(leaching agent)的表面延伸至相对均匀的深度。因此，如果在沥滤处理之后去除PCD材料的一个或多个层/体积，则PCD材料的一个或多个层/体积可以去除沥滤区域的至少一部分。这可能导致PCD台的沥滤区域的厚度变化。然而，在一个实施例中，如果在沥滤处理之前去除PCD材料的一个或多个层/体积，则沥滤区域可以从PCD台的暴露表面延伸相对均匀的距离。换句话说，在一个实施例中，沥滤区域的沥滤轮廓可以基本上对应于PCD台的外表面的形状，该沥滤轮廓至少部分地通过使用能量束加工技术来产生。

以非平行角度延伸的凹槽

如前所述，去除层/体积中的每个以形成PCD台的选定的形状可以由多个凹槽来形成。例如，可以通过形成多个基本上平行的第一凹槽来从PCD台的至少一部分(例如，从PCD台的整个表面或单个不同区域(图7A-7H))中去除PCD材料的第一层/体积以及在第一层/体积之后，可以通过形成多个第二凹槽来从PCD台的至少一部分(例如，从PCD台的整个表面或单个不同区域(图7A-7H))中去除PCD材料的第二层/体积。

图3A是根据一个实施例的PCD台302的外表面330的至少一部分的示意性俯视图，该PCD台302包括在其中形成的多个基本上平行的第一凹槽。除非本文另有描述，否则PCD台302及其材料、部件、元件或加工方法可以与PCD台102、202a-202m(图1-2L)及其各自的材料、部件、元件或加工方法类似或相同。PCD台302或其材料、部件、元件或加工方法可用于本文公开的PCD台和/或加工方法中的任一个。

参照图3A，PCD台302可包括从其中去除的PCD材料的第一层/体积。可以通过用能量束形成多个基本上平行的第一凹槽332来去除PCD材料的第一层/体积。例如，第一凹槽332中的每个可以由多个第一激光脉冲来形成。在一个实施例中，第一凹槽332可以跟随多个基本上直的线。然而，第一凹槽中的一个或多个可以以大致弯曲的方式、大致成角度的方式、大致正弦的方式、大致摇摆的方式(例如，其中具有多个环的连续的线)或任何其他合适的方式延伸。

图3B是根据一个实施例的PCD台302的外表面330的一部分的示意性截面图。图3B示出了第一凹槽332中的每个形成由最底部342和两个侧壁338所限定的通道。两个侧壁限定了分隔通道的每个的脊。第一凹槽332中的每个呈现出平均深度D，该平均深度D是从侧壁338的顶部到最底部342测量的。

去除第一和第二层/体积的一个问题是，如果第二凹槽334(图3C)基本上平行于第一凹槽332，则相对于与由两个侧壁338所限定的脊相邻的PCD材料，第二凹槽334可以优先去除与最底部342相邻的PCD材料。例如，第二凹槽334可以去除与两个侧壁338相邻的PCD材料的相对少的量，同时去除与最底部342相邻的PCD材料的相对大的量。相对于与两个侧壁338相邻的PCD材料，这种优先去除与最底部342相邻的PCD材料可以增加通道的深度D或者限制/防止呈现出相对浅的深度D的通道的形成。

为了解决该问题，第二凹槽334可以与第一凹槽不平行。图3C是根据一个实施例的PCD台302的外表面330的至少一部分的示意性俯视图，该PCD台302包括多个基本上平行的第一凹槽332(用虚线示出)和在其中形成的多个基本上平行的第二凹槽334。PCD台302可以包括从其中去除的PCD材料的第二层/体积。可以通过用能量束或能量脉冲(例如激光束或激光脉冲)形成多个基本上平行的第二凹槽334(用实线示出)来去除PCD材料的第二层/体积。第二凹槽334示出为跟随多个基本上直的线，然而，第二凹槽334中的一个或多个可以以任何合适的路径延伸(如上文所述相对于多个第一凹槽332)。

第二凹槽334可以相对于第一凹槽332以角度θ定向。角度θ可以大于0°或小于180°。例如，角度θ可以大于0°至约20°、约15°至约45°、约30°至约60°、约50°至约80°、约60°至约90°、约70°至约100°、约90°至约120°、约110°至约140°、约130°至约160°、或约150°至小于180°。目前发明人认为，将角度θ增加大于0°的微量(例如，3°)或略小于180°的微量(例如，177°)可以通过减少或防止第二凹槽334加固由第一凹槽332形成的通道和脊来改善PCD台302的表面光洁度。然而，目前发明人认为，如果角度θ显著大于0°并且显著小于180°，则PCD台302的表面光洁度可以相对光滑。例如，角度θ可以是约20°至约160°、约30°至约150°、约45°至约135°、或约60°至约120°。

在一个实施例中，在从PCD台302中去除几层/几体积的PCD材料之后，从PCD台302去除第一层/第一体积的PCD材料时形成的通道和凹槽的残余物、特征和/或阴影(例如，轻微的迹象或痕迹)仍然可以保留。因此，目前发明人认为，可以通过将角度θ选择为具有等于约小于180的任何素数的量级的角度来改善PCD台302的表面光洁度。这种角度θ可以减少或防止在后续层/体积中形成的凹槽加固由先前的凹槽形成的残余物、特征、阴影、通道和/或脊。在一个实施例中，角度θ可以选择为α或β。α可包括是素数的任何角度，比如选自约1°、约7°、约11°、约13°、约17°、约19°、约23°、约29°、约31°、约37°、约41°或约43°的素数，以及β可包括选自(90°-α)、(90°+α)或(180°-α)的任何角度。

在一个实施例中，用于去除第一层/第一体积PCD材料的凹槽与用于在第一层/第一体积PCD材料之后立即去除第二层/第二体积PCD材料的凹槽之间的角度可以选自在选定的图案中重复的两个或更多个不同的角度。例如，可以选择两个或更多个不同的角度和重复两个或更多个角度的图案，使得形成的每个不同的多个凹槽的定向不与其他多个凹槽的取向平行，直到已经使用了至少180个不同的角度为止。例如，可以从角度γ和δ中选择多个凹槽之间的角度，并且可以选择角度γ和δ以交替图案(例如，γδγδγδγδ)重复。在这种实例中，γ可以是90°，δ可以是α、-α、(45°+α)或(45-α)。例如，多个第一凹槽和多个第二凹槽之间的角度可以是γ、多个第二凹槽和多个第三凹槽之间的角度可以是δ、多个第三凹槽和多个第四凹槽之间的角度可以是γ，等等。然而，可以理解的是，可以选择其他合适的角度γ和δ。

在一个实施例中，在每个多个凹槽形成之后，可以通过改变激光束相对于PCD台302移动(例如，PCD台302是基本上静止的)的方向(例如，角度)来选择后续多个凹槽PCD材料之间的角度。在一个实施例中，在多个第一凹槽形成之后并且在多个第二凹槽形成之前，可以通过相对于激光器件旋转PCD台来选择形成为PCD材料的后续多个凹槽之间的角度。在一个实施例中，在每个多个凹槽形成之后，可以通过改变PCD台302相对于激光器件移动(例如，激光器件是基本上静止的)的方向(例如，角度)来选择角度θ。

在一个实施例中，通过从PCD台302去除最新层/体积PCD材料而形成的至少一些凹槽的光栅图案可以是可观察的并且可以包括一个或多个微观特征。在一个实施例中，通过在PCD材料的最新的层/体积之前去除PCD材料的一层/体积而形成的凹槽的残余物和/或阴影也可以形成包括一个或多个微观特征的可观察的光栅图案。

图3D-3G是PCD台的俯视图，使用激光烧蚀沿着平行的图案(例如，参见图3A和3C)去除每层，该PCD台已具有从其外表面去除的多个层/体积PCD材料。在图3D所示的实施例中,将在形成为PCD材料的多个凹槽中的每个之间的角度θ(参见图3A和3C)选择为0(例如，跟随相同的光栅图案以激光烧蚀凹槽)。如图3D所示，将角度θ选择为0导致相对粗糙的表面光洁度。在图3E所示的实施例中，将形成为PCD材料的多个凹槽中的每个之间的角度θ选择为3°。如图3E所示，即使相对小的角度θ也改善了PCD台的表面光洁度。另外，

图3E示出了PCD台的外表面呈现出包括一个或多个微观特征的可观察的光栅图案。在图3E所示的实施例中,将形成为PCD材料的多个凹槽中的每个的定向之间的角度θ选择为79°。如图3F所示，将角度θ选择为素数导致改善的表面光洁度。另外，图3F还示出了PCD台的外表面呈现出可观察的光栅图案，该光栅图案由PCD台的最新的层/体积中的凹槽和先前形成的凹槽的残余物、特征和/或阴影所形成。在图3G所示的实施例中,将形成为PCD材料的多个凹槽中的每个之间的角度θ选择为γ和δ的交替图案，其中γ是90°，δ是41°。如图3G所示，选择一系列定向角，其中这种定向角中的至少一个是素数，这导致了改善的表面光洁度。另外，图3G还示出了PCD台的外表面仍呈现出可观察的光栅图案，该光栅图案由PCD台的最新的层/体积中的凹槽和先前形成的残余物、特征和/或阴影所形成。

呈现出大致顶帽能量分布的能量脉冲

图4A是根据一个实施例的示出了能量/强度分布439的曲线图，该能量/强度分布439作为呈现出大致高斯能量分布(例如，能量分布呈现出大致钟形曲线形状)的激光脉冲的波束宽度的函数。图4B是根据一个实施例的PCD台402a的局部横截面侧视图，该PCD台402a是使用多个呈现出图4A的高斯能量分布439的激光脉冲所加工的。如图所示，PCD台402a的外表面430a包括在其中形成的多个凹洞440a。凹洞440a中的每个包括最底部442a和侧壁438a。此外，脊437a将相邻的凹洞440a分隔。图4B示出了由呈现出高斯能量分布439的激光脉冲形成的凹洞440a的特征在于：呈现出相对圆的形状的最底部442a；限定相对大的脊的两个侧壁438a；以及相对大的深度d₁。例如，凹洞440a的形状和相对大的深度d₁是由具有大致圆形的光束形状横截面并且在其中心处展现出更大的能量分布的高斯能量分布439引起的。

可以通过扁平化凹洞的最底部和减小侧壁的尺寸来改善本文公开的PCD台中的任一个的表面光洁度。图4C是根据一个实施例的示出了能量/强度分布的曲线图，该能量/强度分布作为呈现出大致顶帽能量分布的激光脉冲的波束宽度的函数。图4D是根据一个实施例的PCD台402b的局部侧视图，该PCD台402b是使用多个呈现出图4C中所示的顶帽能量分布的激光脉冲所加工的。除非本文另有描述，否则PCD台402b及其材料、部件、元件或加工PCD台402b的方法可以与PCD台102、202a-i、302(图1-3B)及其各自的材料、部件、元件或加工PCD台102、202a-i、302的方法类似或相同。PCD台402b或其材料、部件、元件或加工PCD台402b的方法可用于本文公开的PCD台和/或加工方法中的任一个。

参照图4C，所示的顶帽能量分布441不同于图4A中的高斯能量分布439，因为顶帽能量分布441的顶部和侧面分别比高斯能量分布的顶部和侧面相对较平和相对更垂直。如图4D所示，顶帽能量分布441的形状产生多个凹洞440b，该凹洞440b与图4B中所示的脊437a相比呈现出相对较平的最底部442b和相对较小的脊437b。该几何形状是由于该激光脉冲比呈现出高斯能量分布439的激光脉冲在临近激光脉冲中心的位置处去除较少的PCD材料并且在与激光脉冲的中心隔开的位置处去除更多的PCD材料而形成的。因此，凹洞440b可以呈现出比图4B中的凹洞440a的平均深度d₁更小的平均深度d₂，这可以改善PCD台402b的外表面430b的表面光洁度。

能量束脉冲持续时间

可以通过减少用于去除PCD材料的层/体积的能量束或能量脉冲的能量束脉冲持续时间来改善PCD台的表面光洁度。图5A是根据一个实施例的PCD台502a的外表面530a的局部侧视图。图5B是根据一个实施例的PCD台502b的表面530b的局部侧视图。除非本文另有描述，否则PCD台502a、502b及其材料、部件、元件或加工PCD台502a、502b的方法可以与PCD台102、202a-i、302、402a-b(图1-4C)及其各自的材料、部件、元件或加工PCD台102、202a-i、302、402a-b的方法类似或相同。PCD台502a、502b或其材料、部件、元件或加工PCD台502a、502b的方法可用于本文公开的PCD台和/或加工方法中的任一个。

参照图5A，外表面530a包括在其中形成的多个凹洞540a。在一个实施例中，可以使用呈现出相对长的激光脉冲持续时间(例如，大于约500微秒(“μs”))的激光脉冲来形成凹洞540a。每个凹洞540a包括最底部542a和侧壁538a。相对长的脉冲持续时间使得凹洞540a中的每个相对大。例如，凹洞540a呈现出相对大的平均宽度W₁和相对大的平均深度d₁。相对大的平均深度d₁可以限制PCD台502a的表面光洁度。

参照图5B，外表面530b包括在其中形成的多个凹洞540b。使用呈现出相对短的激光脉冲持续时间(例如，小于用于形成图5A中的凹洞540a的脉冲持续时间，比如小于500μs)的激光脉冲来形成凹洞540b。每个凹洞440a包括最底部542b和侧壁538b。激光脉冲的相对短的脉冲持续时间可以使凹洞540b中的每个相对小。例如，凹洞540b可以呈现出相对小的平均宽度W₂和相对小的深度d₂。相对短的平均深度d₂可以使得PCD台502b的外表面430b呈现出比图5A中的表面530a更精细的表面光洁度。

如图5A和5B所示，减小激光脉冲的激光脉冲持续时间可以改善正在加工的PCD台的表面光洁度。参照图5B，用于加工PCD台502b的激光脉冲的激光脉冲持续时间可以在微秒(“μs”)范围内(例如，约500μs至约1μs)、纳秒(“ns”)范围内(例如，约1000ns至约1ns)、皮秒内(“ps”)范围(例如，约1000ps至约1ps)、或在飞秒(“fs”)范围内(例如，约1000fs至约1fs)。例如，用于加工PCD台502b的激光脉冲的激光脉冲持续时间可以为约500μs至约250μs、约300μs至约150μs、约200μs至约100μs、约150μs至约50μs、约75μs至约1μs，约10μs至约450ns、约500ns至约250ns、约300ns至约150ns、约200ns至约100ns、约150ns至约50ns、约75ns至约1ns、约10ns至约450ps、约500ps至约250ps、约300ps至约150ps、约200ps至约100ps、约150ps至约50ps、约75ps至约1ps、约10ps至约450fs、约800fs至约500fs、约600fs至约400fs、约500fs至约300fs、约400fs至约200fs、约300fs至约100fs、或约150fs至约1fs。

再参照图5A，激光脉冲的相对长的激光脉冲持续时间可对PCD台502a造成热损坏。例如，呈现出在μs范围内的或更大的激光脉冲持续时间的激光脉冲可能使得不会烧蚀PCD材料的热能转而转移到临近凹洞540a的PCD材料中。由于相对小的区域中的相对大的温度梯度、PCD材料的热膨胀系数和PCD台502a的间隙组分(例如，金属溶剂催化剂)中的差异、或由于其他有害影响，该热能可能在PCD台502a中造成损坏。PCD台502中的大的热应力可以潜在地使PCD台502a中形成微裂纹。

再参照图5B，减小激光脉冲的激光脉冲持续时间减少了传递到PCD台502b的热能的量，这可以减少损坏PCD台502b的量。因此，用于加工PCD台502b的激光脉冲的相对短的激光脉冲持续时间可以保持PCD台502b的韧性和/或强度。例如，与呈现出在μs范围内的激光脉冲持续时间的激光脉冲相比，呈现出在ns范围内的激光脉冲持续时间的激光脉冲显著地减少了PCD台502b中的损坏量。

在一个实施例中，将激光脉冲的激光脉冲持续时间减小至ps范围可以改变去除PCD材料的机制。在某些条件下，激光脉冲可以通过光烧蚀处理去除PCD材料。光烧蚀处理从PCD台502b中去除PCT材料而基本上不损坏剩余的PCD材料。例如，目前发明人认为，当激光脉冲持续时间接近ps范围的中间(例如，小于约700ps、小于约500ps，小于约250ps)时，光烧蚀成为材料去除的主要机制。以及当激光脉冲持续时间接近ps范围的下端(例如，小于约100ps、小于约50ps、小于约10ps)时，光烧蚀成为材料去除的唯一机制。目前发明人认为，当激光脉冲持续时间在fs范围内时，光烧蚀处理是唯一的PCD材料机制。因此，目前发明人认为用具有小于约700ps、小于约500ps、小于约250ps、小于约100ps、小于约50ps、或小于约10ps的持续时间的激光脉冲激光加工可导致对PCD台502b基本上没有热损坏。

如图5A和5B所示，呈现出相对长的激光脉冲持续时间的激光脉冲比呈现出相对短的激光脉冲持续时间的激光脉冲每激光脉冲去除更多的PCD材料。因此，仅使用相对短的激光脉冲持续时间去除PCD材料可能是耗时的。因此，在一个实施例中，激光脉冲持续时间可以随着PCD台被加工而变化。例如，当去除PCD材料的初始层/体积时，激光脉冲的激光脉冲持续时间可以相对长(例如，在μs或ns范围内，大于500μs)。在去除PCD材料的初始层/体积之后，激光脉冲的激光脉冲持续时间可以减小至ps范围和/或至fs范围。例如，可以使用呈现出第一脉冲激光持续时间的激光脉冲去除一个或多个第一层/体积或光栅图案，并且随后可以使用呈现出小于第一激光脉冲持续时间的第二脉冲激光持续时间的激光脉冲去除一个或多个第二层/体积或光栅图案。随后，可以使用呈现出小于第二激光脉冲持续时间的第三激光脉冲持续时间的激光脉冲来去除一个或多个第三层/体积或光栅图案，等等。在一个实施例中，可以使用呈现出选择用于光烧蚀PCD材料的激光脉冲持续时间的激光脉冲来去除PCD材料中的一个或多个最终层/体积。在这种实施例中，PCD台可以基本上没有损坏。

可以基于这种激光脉冲的激光脉冲持续时间来选择所选的激光脉冲的频率。例如，可以选择频率以使得传递至PCD台的热能的至少一些在另一个激光脉冲产生更多热能之前被消散。例如，可以将频率选择为约20kHz至约2MHz、比如约20kHz至约100kHz、约50kHz至约200kHz、约150kHz至约300kHz、约250kHz至约500kHz、约450kHz至约750kHz、约700kHz至约1MHz、约900kHz至约1.5MHz、约1.25MHz至约1.75MHz、或约1.5MHz至约2MHz。

激光脉冲重叠

后续激光脉冲的光束横截面(例如，激光脉冲的有效面积、或可选的凹洞、凹槽、或由这种激光脉冲形成的等)可以重叠，以改善PCD台的表面的表面光洁度。图6A-6D是根据不同实施例的PCD台的至少一个外表面的示意性俯视平面图，该PCD台示出了形成重叠能量束、凹洞、重叠凹槽等的不同方法。本文使用的短语“扫描阴影”是指暴露于能量束(例如激光束)的区域或由这种暴露形成的任何可辨别的特征(例如，凹洞、凹槽等)。图6A-6D中所示的方法可以用于本文公开的PCD台和/或加工方法中的任一个。

图6A示出了根据一个实施例的重叠相邻扫描阴影凹槽的方法。例如，图6A中所示的方法包括引导第一激光脉冲朝向PCD台的至少一个外表面。第一激光脉冲可以呈现出第一扫描阴影640a。第一扫描阴影640a呈现出第一表面区域。在引导第一激光脉冲朝向PCD台的外表面的一部分之后，可以引导第二激光脉冲朝向这种PCD台的外表面的另一部分。通过第二激光脉冲去除的外表面的部分与扫描阴影644一起在图6A中示出。第一激光脉冲可以在PCD台的外表面中形成第一凹洞，该第一凹洞呈现出第一表面区域，并且第二激光脉冲可以在PCD台的外表面中形成第二凹洞(未示出)，该第二凹洞呈现出第二表面区域。第一凹洞和/或第二凹洞可以是至少部分圆形的。第一凹洞和第二凹洞共同形成凹槽(未示出)。

第二激光脉冲可以从扫描阴影640a的第一表面区域的约25％至约99.95％中照射和去除PCD材料。例如，第二激光脉冲可以从第一扫描阴影632b的第一表面区域的大于约50％、约30％至约50％、约40％至约60％、约50％至约70％、约60％至约80％、约70％至约90％、约80％至约95％、大于75％、大于90％、或大于约95％中照射和去除PCD材料。使用上述百分比中的任一个从扫描阴影640a的第一表面区域中照射和去除PCD材料可以通过减小在相邻的凹洞之间形成的脊的尺寸来改善PCD台的外表面的表面光洁度。

在一个实施例中，可以引导一个或多个附加激光脉冲沿着选定长度朝向外表面(例如，以形成凹槽)。此外，附加激光脉冲可以根据上述百分比中的任一个从后续形成的凹洞(例如，对应于扫描阴影644的第二凹洞)的各自的表面区域中照射和去除PCD材料。例如，第三激光脉冲可以从由第二激光脉冲形成的第二凹洞的第二表面区域的25％至约99.95％中照射和去除PCD材料，从而形成呈现出第三表面区域的第三凹洞。任选地，第四激光脉冲从由第三激光脉冲形成的第三凹洞的第三表面区域的25％至约99.95％中照射和去除PCD材料，从而形成呈现出第四表面区域的第四凹洞，等等。

图6B示出了根据一个实施例的重叠不同扫描阴影的方法。例如，图6B中所示的方法包括引导多个第一激光脉冲朝向PCD台的至少一个外表面630b(为清楚起见未标记)以形成第一扫描阴影632b(用实线示出)。第一扫描阴影632b可以表示PCD材料已经从中被去除的特征。可以根据图6A中所示的方法来形成第一扫描阴影632b。第一扫描阴影632b沿着基准线645b延伸并呈现出第一表面区域。

在产生第一扫描阴影632b之后，图6B中所示的方法还包括引导多个第二激光脉冲朝向至少一个外表面630b以产生第二扫描阴影632b’(用虚线示出)。例如，第二扫描阴影632b’可以表示PCD材料已经从中被去除的特征。(例如，从第一扫描阴影632b种的一部分和/或从第二扫描阴影632b’中的一部分)。可以根据图6A中所示的方法来形成第二扫描阴影632b’。第二扫描阴影632b’可以沿着基准线645b’延伸，该基准线645b’基本上平行于参考线645b。

第二扫描阴影632b’可以通过使第二扫描阴影632b’在与第一方向645b不平行(例如，基本上垂直)的方向上相对于第一扫描阴影632b偏移而与第一扫描阴影632b重叠。例如，用于形成第二扫描阴影632b’的多个第二激光脉冲可以从第一扫描阴影632b的第一表面区域的约25％至约99.95％中照射和/或去除PCD材料。例如，第二激光脉冲可以从第一扫描阴影632b的第一表面区域的大于约50％、约30％至约50％、约40％至约60％、约50％至约70％、约60％至约80％、约70％至约90％、约80％至约95％、大于75％、大于90％、或大于约95％中照射和去除PCD材料。使用上述百分比中的任一个从第一扫描阴影632b的第一表面区域中照射和/或去除PCD材料可以通过减小在第一和第二扫描阴影632b和632b’之间形成的脊的尺寸来改善PCD台的外表面的表面光洁度。

在一个实施例中，第一扫描阴影632b呈现出最大横向尺寸646b。第二扫描阴影632b’在与第一方向645b不平行的方向上偏移，使得第二扫描阴影632b’与第一扫描阴影632b的最大横向尺寸646b重叠约25％至约99.95％。例如，第二扫描阴影632b’可以与一扫描阴影632b的最大横向尺寸646b的大于约50％、约30％至约50％、约40％至约60％、约50％至约70％、约60％至约80％、约70％至约90％、约80％至约95％、大于75％、大于90％或大于约95％重叠。

图6C示出了根据一个实施例的重叠不同扫描阴影的方法。例如，图6C中所示的方法包括引导多个第一激光脉冲朝向PCD台的至少一个外表面630c(为清楚起见未标记)以形成第一扫描阴影632c(用实线示出)。除非本文另外公开，否则该第一扫描阴影632c可以与图6B的第一扫描阴影632b相同或类似。例如，第一扫描阴影632c可以沿着基准线645c延伸。在形成第一扫描阴影632c之后，图6C中所示的方法还包括引导多个第二激光脉冲朝向至少一个外表面630c以形成第二扫描阴影632c’(用虚线示出)。除非本文另外公开，否则该第二扫描阴影632c’可以与图6B的第二扫描阴影632b’相同或类似。例如，第二扫描阴影632c’可以沿着基准线645c’延伸，该基准线645c’基本上平行于基准线645c。

第二扫描阴影632c’可以至少部分地与第一扫描阴影632c重叠。例如，扫描阴影632c’可以在x方向上相对于第一扫描阴影632c偏移。例如，第一扫描阴影632b’可以呈现出第一起始点648c和第一结束点649c。类似地，第二扫描阴影632c’可以包括第二起始点650c和第二结束点651c。在一个实施例中，第一起始点648c可以通过第一偏移652c与第二起始点650c隔开。在一个实施例中，第一结束点649c可以通过第二偏移653c与第二结束点651c隔开，第二偏移653c与第一偏移652c相同或不同。

第一扫描阴影632c可以呈现出最大尺寸646c。第一和/或第二偏移652c、653c可以是宽度尺寸646c的1％至约99.95％。例如，第一和/或第二偏移652c、653c可以大于或小于最大宽度尺寸646c的约50％、约1％至约25％、约20％至约40％、约30％至约50％、约40％至约60％、约50％至约70％、约60％至约80％、约70％至约90％、约80％至约95％、大于最大宽度尺寸646c的75％、大于最大宽度尺寸646c的90％或大于最大宽度尺寸646c的约95％。使用上述偏移中的任一个来使第一和第二扫描阴影632c、632c’的起始点和/或结束点偏移可以通过减小第一和第二扫描阴影632c、632c’之间形成的脊的尺寸来改善PCD台的外表面的表面光洁度。

图6D示出了根据一个实施例的重叠不同扫描阴影的方法。特别地，图6D示出了重叠扫描阴影的方法，该重叠扫描阴影的方法是图6B和6C中所示的方法的组合。因此，除非本文另外公开，否则该第一扫描阴影632d可以与图6B-6C的第一扫描阴影632b、632c相同或类似。例如，第一扫描阴影632d沿着基准线645d延伸，包括第一起始点648d和第一结束点649d，并且呈现出最大宽度尺寸646d和第一表面区域。另外，除非本文另外公开，否则该第二扫描阴影632d’与图6B-6C的第二扫描阴影632b’、632c’相同或类似。例如，第二扫描阴影632d’沿着基准线645d’延伸，该基准线645d’基本上平行于基准线645d并且呈现出第二起始点650d和第二结束点651d。

第二扫描阴影632d’可以通过在x和y方向上使第二扫描阴影632d’相对于第一扫描阴影632d偏移而与第一扫描阴影632d重叠。因此，根据相关公开的百分比中的任一个，第二扫描阴影632d’可以根据图6B中所示的方法使得从第一扫描阴影632d的第一表面区域中去除PCD材料。另外，第二扫描阴影632d’可以呈现出类似于相对于图6C描述的第一和/或第二偏移652c、653c的第一和/或第二偏移652d、653d。图6D中所示的方法可以通过减小由第一扫描阴影632d形成的脊的尺寸来改善PCD台的外表面630d的表面光洁度。

增加本文公开的连续扫描阴影之间的重叠实施例的区域中的任一个可以改善PCD台的外表面的表面光洁度。然而，这也可能增加加工PCD台所需的时间。因此，在一个实施例中，本文公开的重叠中的任一个可以随着PCD台被加工而变化。例如，连续扫描阴影之间的初始重叠最初可以相对小，然而，随着后续PCD材料被去除，该重叠可以增加。例如，可以使用第一重叠区域从PCD台中去除PCD材料中的一个或多个第一扫描阴影(例如，从扫描阴影的表面区域的第一选定百分比中去除PCD材料)，并且在第一扫描阴影之后，可以使用大于第一重叠区域的第二重叠区域来去除PCD材料中的一个或多个第二扫描阴影(例如，从扫描阴影的表面区域的第二选定百分比中去除PCD材料，该第二选定百分比大于第一选定百分比)。

从多个不同区域中去除PCD材料

从PCD台中去除的PCD材料的量可以取决于多个不同的因素而变化。例如，每个激光脉冲呈现出焦距。理论上，当PCD台的外表面处于焦距时，每个激光脉冲去除最大量的PCD材料。然而，当外表面远离焦点定位时，每个激光脉冲去除较少的金刚石材料。因此，每个激光脉冲呈现出可操作的焦距范围，该焦距范围是从外表面到焦距的距离，在该距离处从PCD台中去除PCD材料的可接受的量。当外表面处于焦距时，PCD材料的可接受的量可以为去除的PCD材料的量的至少10％，至少25％、至少50％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％、至少97.5％或至少99％。可操作的焦距范围(例如，从焦距的距离)可以大于约±1nm，比如约±10nm至约±100nm，约±50nm至约±500nm、约±250nm至约约±1μm、约±750nm至约±5μm、约±1μm至约±5μm、约±5μm至约±50μm、或大于约±50μm。可操作的焦距范围可以小于焦距的±10％，比如小于焦距的约±5％、小于约±2.5％、约±0％至约±2％、约±1％至约±3、约±2.5％至约±5％、约±4％至约±7％、或约±5％至约±10％。

在另一个实施例中，当激光脉冲与PCD台的外表面之间的角度约为90°时，每个激光脉冲去除最大量的PCD材料。然而，当激光脉冲与外表面之间的角度(测量为激光方向与平面的PCD表面之间的最小角度或激光方向与平面或弯曲表面的斜坡之间的最小角度)偏离90°时，每个激光脉冲去除较少的PCD材料。因此，每个激光脉冲呈现出可操作的角度范围，该角度范围是外表面和激光脉冲之间的角度，在该角度处从PCD台中去除PCD材料的可接受的量。可操作的角度范围可为约45°至约90°，比如约60°至约90°、约75°至约90°、约80°至约90°、约85°至约90°、约86°°至约90°、约87°至约90°、约88°至约90°、约89°至约90°、或约89.5°至约90°。

在一个实施例中，PCD台的外表面可以足够大，使得从整个外表面中去除PCD材料的一层/体积可以导致外表面的部分在可操作的焦距范围之外和/或在可操作的角度范围之外。这可能导致PCD材料的凹面和/或不同的去除速率。一种解决方案是连续移动激光器件、PCD台、或采用检流镜(图8A的检流镜868)，使得外表面连续地处于可操作的焦距范围和可操作的角度范围内。然而，由于在移动期间产生的固有振动，这种移动可能产生延迟，需要昂贵的设备，和/或可能限制表面光洁度。

一种解决方案是将PCD台的外表面细分为多个不同的区域。每个区域呈现出形状和尺寸，使得整个区域能够在可操作的焦距和/或可操作的角度范围内。这使得每个区域能够在活跃地去除PCD材料的同时从其中一次性去除PCD材料的一个或多个层/体积，而不需要移动激光器件、PCD台或检流镜。因此，从PCD台的每个不同区域中去除的PCD材料的每个层/体积的厚度保持相对恒定(例如，变化至多75％、至多50％、至多25％、至多15％、至多10％、至多5％、至多2％、至多1％、或至多0.5％)。在从第一区域中去除一个或多个层/体积之后，可以防止激光脉冲撞击PCD台(例如，关闭激光器件)并且移动PCD台和/或激光器件使得外表面的第二区域在可操作的焦距范围和/或可操作的角度范围内，然后使得激光脉冲撞击PCD台以从第二区域中去除PCD材料的一个或多个层/体积。

可以将整个外表面细分为多个区域。例如，多个区域可以彼此邻接和/或可以呈现出连续边缘(例如，在其间不重叠和/或不产生缝隙)。这种配置可以确保从其中去除的PCD材料在整个外表面上相对一致。

在一个实施例中，多个区域中的至少一些可以呈现出相同的形状、尺寸或定向中的至少一个。在一个实施例中，多个区域中的至少两个可以呈现出不同的形状、尺寸或定向中的至少一个。在一个实施例中，可以使用第一区域图案来去除PCD材料的一个或多个第一层/体积，并且可以使用不同于第一区域图案或相对于第一区域图案偏移的第二区域图案来去除PCD材料的一个或多个第二层/体积。

图7A-7H是根据不同实施例的PCD台的外表面的一部分的俯视图，该PCD台被细分为不同的区域。除非本文另有描述，否则PCD台及其材料、部件、元件或加工方法(例如加工)可以与PCD台202a-i、302、402a-b、502a-b(图1-5B)及其各自的材料、部件、元件或加工PCD台的方法类似或相同。图7A-7H的PCD台或其材料、部件、元件或加工PCD台的方法可用于本文公开的PCD台或加工PCD台的方法中的任一个。

图7A示出了被细分为多个区域760a的外表面730a，该区域760a中的每个呈现出大致矩形(例如，大致正方形)的形状。如图7A所示，多个区域760a中的至少一些呈现出基本上相同的尺寸/面积，并且区域760a被共同布置以形成网格状图案。然而，应注意的是，区域760a可以以任何合适的方式布置和/或定尺寸。例如，区域760a中的至少一行可以相对于区域760a中的相邻行偏移，使得区域760a不形成连续的列。在另一个实施例中，区域760a中的至少一列可以相对于区域760a中的相邻行偏移，使得区域760a不形成连续的行。在另一个实施例中，区域760a中的至少一个可以呈现出比另一区域760a更大或更小的尺寸。在另一个实施例中，区域760a中的至少一部分可以以非网格状图案(例如，随机定位、定尺寸和/或定向)布置。在一个实施例中，通过从区域760a中的一个中去除PCD材料而形成的凹槽或扫描阴影中的每个可以呈现出相同的长度(例如，从而使得更容易确定正确的延迟。

图7B示出了被细分为多个区域760b的外表面730b，该区域760b中的每个呈现出大致三角形或部分三角形的形状。如图7B所示，区域760b中的至少一些可以呈现出相同的尺寸/面积并且被布置以形成网格状图案。然而，类似于区域760a(图7A)，该行中的至少一个可以相对于相邻行偏移，区域760b中的至少一个可以比另一个区域760b更大或更小，和/或区域760b中的至少一部分可以形成非网格状图案。

参照图7C，外表面730c被细分为多个区域760c，该区域760c中的每个呈现出大致六边形或部分六边形的形状。如图7C所示，区域760c中的至少一些区域可以呈现出相同的尺寸/面积并且被布置以形成网格状图案。然而，类似于区域760a(图7A)，该行中的至少一个可以相对于相邻行偏移，区域760b中的至少一个可以比另一个区域760b更大或更小，和/或区域760c中的至少一部分可以形成非网格状图案。

图7A-7C示出了可以是连续的不同形状的实例(例如，不形成缝隙和/或重叠)。然而，可以理解的是，本文公开的区域可以呈现出多个连续的不同形状，比如其他多边形(例如，梯形)、非等边非等角五边形的形状等。

在一个实施例中，本文公开的区域可以呈现出多个不同形状。图7D示出了被细分为多个呈现出不同形状的区域的外表面730d。例如，外表面730d可以被细分为多个呈现出大致五边形的形状的第一区域760d和多个呈现出大致多边形的形状(例如，大致菱形的形状)的第二区域760d’。然而，应注意的是，第一和第二区域760d、760d’可以呈现出任何形状而不受限制。从多个形状形成区域使得区域呈现出不自身嵌套的形状(例如，具有旋轮线的圆形、具有菱形的等边和/或等角五边形)。如图7D所示，第一和第二区域760d、760d’形成网格状图案。然而，可以以任何合适的方式布置第一和第二区域760d、760d’。例如，图7E示出了外表面730e，该外表面730e包括围绕中心点762布置的多个第一和第二区域760e、760e’。

图7F示出了被细分为多个第一区域760f的外表面730f。在所示的实施例中，第一区域760f中的每个呈现出大致矩形的形状。然而，应注意的是，第一区域760f可呈现出本文公开的形状中的任一个或多个形状。可以通过用激光形成多个第一凹槽732f来从第一区域760f的每个中去除PCD材料。第一凹槽732f可以基本上彼此平行。

参照图7G，在通过在第一区域760f中形成第一凹槽732f(使用虚线示出第一区域760f和第一凹槽732f)来去除PCD材料的选定量之后，可以将至少一个外表面730f细分为多个第二区域760g。如图7G所示，四个第二区域760g将每个第一区域760f细分。在一个实施例中，第二区域760g中的每个呈现出与每个第一区域760f基本上类似的形状、尺寸和定向。在一个实施例中，第二区域760g中的每个可以呈现出与第一区域760f不同的形状、尺寸或定向中的至少一个。可以通过形成多个第二凹槽732g(使用带有激光的实线示出)来从第二区域760g的每个中去除PCD材料。第二凹槽732g可以基本上彼此平行。

在一个实施例中，第二凹槽732g可以与第一凹槽732f不平行。例如，以相对于第一凹槽732f的非平行角度形成第二凹槽732g，以减小、抑制或防止第二凹槽732g加固由第一凹槽732f形成的通道和/或脊。例如，第二凹槽732g可以以本文公开的角度θ中的任一个相对于第一凹槽732f延伸。

在一个实施例中，通过在第一区域760f内形成凹槽来去除PCD材料可以在第一区域760f中的至少一些之间产生脊或通道。例如，可以在第一区域760f中的至少一些之间形成通道和/或脊。为了补偿这些通道和/或脊并改善表面光洁度，第二区域760g可以相对于第一区域760f偏移。例如，第二区域760g可以相对于第一区域760f偏移x方向偏移748g和/或y方向偏移752g中的至少一个。x方向偏移748g可以是沿着x方向延伸的第一和/或第二区域760f、760g的最大尺寸的约1％至约99.95％(例如，约1％至约10％、约5％至约25％、约20％至约40％、约30％至约50％、约40％至约60％、约55％至约75％、约70％至约90％、或约80％至约99％)。y方向偏移752g可以是沿着y方向延伸的第一和/或第二区域760f、760g的最大尺寸的约1％至约99.95％(例如，约1％至约10％、约5％至约25％、约20％至约40％、约30％至约50％、约40％至约60％、约55％至约75％、约70％至约90％、或约80％至约99％)。

图7H示出了被细分为多个区域760h的外表面730h。例如，多个区域760h可以基本上类似于第一和/或第二区域760f、760f’(图7F-7G)。例如，区域760h中的每个通过形成基本上平行的凹槽732h而从其中去除PCD材料。然而，凹槽732h可以分别与相邻区域760h的凹槽732h、733h以及735h不平行。

参照图7A-7H，在PCD台被加工之后，可以观察到通过从PCD台中去除PCD材料而形成的凹槽和/或区域图案，从而形成包括微观特征的可观察的光栅图案的至少一部分。类似地，也可以观察到由于在最新的扫描或光栅化每个区域之前，从PCD台中去除PCD材料而导致的凹槽和/或区域图案的残留物和/或阴影，从而形成包括一个或多个微观特征的可观察的光栅图案的至少一部分。

使用多个凹洞去除PCD材料

如前所述，可以使用多个凹洞去除PCD材料。在一个实施例中，多个凹洞中的至少一些不形成多个凹槽。在这种实施例中，凹洞可用于形成不能用凹槽来形成的复杂图案。例如，可以使用与像素如何形成位图图像类似的方法来使用凹洞以在至少一个外表面上形成图像。在这种实例中，凹洞可以在外表面中形成选定的光栅图案，其中光栅图案形成图像或单词。在另一个实例中，凹洞可以随机定位在至少一个外表面中。在任一实例中，凹洞的密度可在外表面上变化，这可能引起外表面的表面光洁度根据PCD材料的应用可控制地且选择性地变化。

在一个实施例中，用于去除PCD材料的多个凹洞中的至少一些可以呈现出不同的参数。例如，凹洞的至少一些可以由以第一角度照射至少一个外表面(例如，平面的外表面)的能量束或能量脉冲来形成，而其他凹坑可以由以不同于第一角度的第二角度照射至少一个外表面的能量束或能量脉冲来形成。用以不同角度照射至少一个外表面的能量束或能量脉冲来形成凹洞可以影响光如何从外表面反射和/或从PCD材料中去除多少PCD材料。在另一个实例中，形成一些凹洞的能量束或能量脉冲可以呈现出与形成其他凹洞的其他能量束或能量脉冲不同的不同脉冲持续时间或强度。在这种实例中，可以可控制地和选择性地改变凹洞的深度和外表面的表面光洁度。在另一个实例中，形成一些凹洞的能量束或能量脉冲可以呈现出高斯能量分布，而形成其他凹洞的能量束或能量脉冲可以呈现出顶帽能量分布。在这种实例中，可以可控制地和选择性地改变表面光洁度和/或凹洞的深度。

延迟

图8A是根据一个实施例的系统864的示意图，该系统864被配置为加工PDC800的PCD台802的至少一个外表面830。系统864包括激光器件866和至少一个检流镜868。系统864可用于加工本文公开的任何PCD。

在一个实施例中，激光器件866可以被配置为执行本文公开的激光加工方法中的任一个。例如，激光器件866可以被配置为发射多个呈现出大致顶帽能量分布的激光束/激光脉冲870、多个呈现出本文公开的激光特性中的任一个的激光脉冲，等等。例如，激光器件866可以是来自IPG的CLPF和CLPFT飞秒脉冲Cr：Z nse/S中红外激光器、来自IPG的ELPP-1645-10-100-20Er:YAG光纤泵浦锁模激光器、来自Lumentum的皮秒微加工激光器、来自IPL的YLPP-R系列镱皮秒光纤激光器、来自IPG的镱脉冲光纤激光器型号YLP-HP-1-100-200-200、来自IPG的镱脉冲光纤激光器型号YLP-V2-1-100-100-100或其他合适的激光器件。

如前所述，系统864包括至少一个检流镜868(例如，两个镜、三个或更多个镜)。检流镜868可以并入到激光器件866中或者可以与激光器件866隔开。检流镜868被定位成使激光装置866发射的激光束/激光脉冲870从其表面872反射。检流镜868的反射表面872被配置为反射激光束/激光脉冲870，而基本上不吸收激光脉冲870的能量。

检流镜868呈现出至少一个自由度。例如，检流镜868可以被配置为绕至少一个旋转轴R(例如，俯仰、偏转或滚转中的一个)旋转。然而，检流镜868可以绕两个旋转轴旋转、绕三个旋转轴旋转、在x方向上平移、在y方向上平移、或在z方向上平移、或者前述的合适组合。检流镜868的移动改变了激光束在PCD台602的外表面630上的位置(例如，使用激光脉冲870加工的位置)。例如，检流镜868的移动可以使激光光栅化外表面830，改变多个由去除PCD材料而形成的第一凹槽和多个由去除另外的PCD材料而形成的第二凹槽之间的角度(图3B)，使图6A-6D所示的偏移去加工图7A-I所示的外表面830的不同区域，或执行本文公开的加工实施例中的任一个。

然而，检流镜868的移动可能需要延迟以形成本文公开的表面光洁度。未能正确地配置延迟会导致在凹槽内去除PCD材料的量的变化中的至少一个(例如，不正确的激光打开和/或激光关闭延迟、过长多延迟)、无法完成凹槽(例如，标记延迟太短)、在外表面830的错误部分上形成凹槽(例如，跳跃延迟太短、标记延迟太短)、不能形成锐角(例如，多延迟太短)、产生老化效应(例如，多延迟太长、激光延迟太短)、和/或增加加工PCD台802所需的时间。可能需要延迟来补偿检流镜868和激光器件866的移动之间的滞后、加速到预期速度和/或从检流镜868的预期速度减速所需的滞后和稳定时间、在不同标记之间改变所需的时间滞后、或激光脉冲的强度的变化。因此，本文公开的方法可以包括被选择以减少或防止至少一些上述问题的跳跃延迟、标记延迟、多延迟、激光延迟或激光器延迟中的至少一个(例如，PCD台的外表面830可以呈现出本文公开的表面光洁度中的任一个的这种)。

在一个实施例中，系统864可以被配置为以减少或消除对上述延迟中的至少一个的需要的方式移动检流镜868。这种配置可以减少和/或消除使用不适当延迟的风险。图8B是PCD台802的外表面830中的至少一部分的示意图，该示意图示出了在外表面830上的和在外表面830附近的激光束/激光脉冲870的路径。图8B所示的外表面830中的部分可以是整个外表面830或与图7A-7H中所示的区域类似的外表面的区域。例如，虽然图8B示出了外表面830是正方形的，但可以理解的是，外表面830可以是圆形的、三角形的、五边形的、不规则形的或任何其他合适的形状，比如图7A-7H中所示的区域的形状中的任一个。图8B中所示的能量束技术可用于本文公开的方法中的任一个。

检流镜868可以被配置为移动使得激光束/激光脉冲870的路径形成至少多条第一线874和多条第二线876。多条第一线874可以基本上彼此平行。在一个实施例中，多条第一线874包括多条平行线、多条全等曲线、多条正弦线、多条摆动线、或任何其他合适的线、路径或图案，但不限于此。

第一线874中的每个包括中间部分878和两个起始/结束部分880。起始/结束部分880从第二线876延伸到中间部分878，并且中间部分878在两个起始/结束部分880之间延伸。多条第二线876可以在相邻的第一线874的起始/结束部分880之间延伸。应注意的是，可以使用本文公开的重叠技术中的任一个来重叠多条第一线874。

图8B示出了第一线874的中间部分878从PCD台802的上表面830的至少一部分中去除PCD材料。例如，第一线874的中间部分878可以从整个上表面830中去除PCD材料。在另一个实例中，第一线874的中间部分878可以从上表面830的一部分中去除PCD材料。例如，第一线874的中间部分878可以从PCD台802的上表面830的一段中去除PCD材料，比如图7A-7H中所示的段中的任何一个。在另一个实例中，第一线874的中间部分878可以使用图2A-2L中所示的方法从PCD材料的部分中去除PCD材料。在另一个实例中，中间部分878可以包括PCD台830或衬底的侧表面中的至少一部分。

在一个实施例中，图8A中所示的系统864可以被配置为用激光束/激光脉冲870照射外表面，使得在外表面830中形成的凹槽以基本上恒定的速度形成。这可能使得去除的PCD材料的量沿着凹槽基本上恒定。然而，在形成第一线874中的一条之后，检流镜868可能需要完全停止或至少减速，并且在形成下一条第一线874之前可能需要加速。分别从预期速度使检流镜868减速或使检流镜868加速至预期速度可以改变通过每个激光脉冲去除的PCD材料的量。

因此，参照图8B，选择起始/结束部分880以使得检流镜868加速至预期速度和从预期速度减速。例如，当能量束(例如，激光束、激光脉冲等)沿着每条第一线874的中间部分878以基本上恒定的速度移过外表面830时，该能量束可以照射外表面830。当系统864开始和停止从PCD台802中去除PCD材料时，可以控制检流镜868以展示选择的预期速度。例如，当激光束/激光脉冲870将要照射起始/结束部分880时，系统864可以停止照射外表面830(例如，激光器件866关闭)。这是因为当激光束/激光脉冲870沿着起始/结束部分880和第二线876行进时，检流镜868正在加速和减速。因此，只有当激光束/激光脉冲870以基本上恒定的速度移动时，才可以控制激光脉冲870照射外表面830，从而确保每个激光束/激光脉冲基本上去除PCD材料的相同量。这可以改善加工PCD台的一致性并且可以改善外表面830的表面光洁度。

如前所述，图8B所示的方法可用于减少或消除对延迟的至少一些的需要，比如多延迟或标记延迟。

二级处理

在一个实施例中，在已经使用能量束技术加工PCD台之后，可以使用非能量束技术来加工本文公开的PCD台中的任一个。例如，非能量束技术可用于进一步改善PCD台的表面光洁度。在另一个实施例中，非能量束技术可能比使用能量束技术更有效(例如，更快、更便宜)，尤其是对于相对精细的表面光洁度。

在一个实施例中，可以使用珩磨(honing)技术进一步加工PCD台。珩磨技术可包括使用珩磨材料从PCD台的外表面中去除PCD材料。珩磨材料呈现出高度易碎的磨料和/或弱键。因此，珩磨材料相对于PCD台优先磨损。珩磨材料的优先磨损使得珩磨材料符合PCD材料的表面并去除相对少的PCD材料的量。另外，珩磨材料可能在正在去除的PCD台的外表面中留下交叉阴影或随机定向的划痕。在一个实施例中，可以使用CNC加工器件、旋转轮、珩磨轮或手动器件来执行珩磨技术。

在一个实施例中，可以使用抛光或研磨技术进一步加工PCD台。抛光/研磨技术可以使用振动工具、研磨工具、手动工具、超声波抛光工具或其他配置成抛光或搭接超硬材料的器件来执行。例如，用于进一步加工PCD台的工具可包括磨料(例如，金刚石粉末)。为了最小化对PCD台的损坏，可以使用相对慢的进磨速率加工PCD台。

在一个实施例中，可以使用刷洗技术进一步加工PCD台。刷洗技术可包括涂有磨料的刷子(例如铝刷)或包括设置在其中的磨料。刷洗技术可包括使刷子摩擦PCD台的至少一个外表面。

在一个实施例中，可以使用松散的研磨剂或糊剂进一步加工PCD台。松散的研磨剂包括未合并在在液体介质(例如油、水或糊剂)中的研磨颗粒，而糊剂包括合并在液体介质中的研磨颗粒。松散的研磨剂和/或糊剂可以接触PCD台的外表面以进一步加工PCD台。例如，松散的研磨剂和/或糊剂可用于上面公开的珩磨、抛光或刷洗技术。

在一个实施例中，可以使用衬垫进一步加工PCD台。该衬垫包括纤维材料，该纤维材料具有分散在其中的磨料。该衬垫可呈现出任何形状，比如圆形的或正方形的形状。该衬垫可以接触PCD台的至少一个外表面以进一步加工PCD台。例如，该衬垫可用于上面公开的珩磨、抛光或刷洗技术。在另一个实例中，衬垫可以与上面公开的松散的研磨剂和/或糊剂一起使用。

在一个实施例中，可以使用玻璃化的或树脂键合的材料来进一步加工PCD台。玻璃化的或树脂键合的材料可包括设置在基体中的磨料颗粒，并可用于形成磨削轮或抛光轮、研磨垫或抛光垫、刷子或其他器件。玻璃化的或树脂键合的材料可以接触PCD台的至少一个外表面以进一步抛光和/或成形PCD台。玻璃化的或树脂键合的材料可用于上面公开的珩磨、抛光、研磨或刷洗技术。

可以使用本文公开的方法形成PCD台的形状

可以理解的是，本文公开的方法(例如，激光技术、二级处理技术等)可用于形成呈现出任何合适的形状的PCD台。例如，本文公开的方法可用于形成使用磨削、研磨、EDM或其他传统的成形技术难以形成或不可能形成的PCD台。另外，本文公开的方法可用于将PCD台的任何外表面加工成本文公开的表面光洁度中的任一个，包括使用磨削、研磨、EDM或其他传统的加工技术难以加工或不可能加工的外表面。图9A-9G示出了根据不同实施例的可以使用本文公开的激光加工方法中的任一个在PCD台中加工的形状和/或表面，该形状和/或表面使用传统的加工或成形技术难以加工。然而，可以理解的是，本文公开的加工技术可用于以其他合适的形状、形貌、构造或几何形状来加工PCD台而不受限制。

图9A和9B分别是根据一个实施例的PDC 900a的俯视平面图和截面图，该PDC 900a包括使用本文公开的激光技术中的任一个加工的PCD台902a。例如，PCD台902a可包括至少一个侧表面908a和最上面的外表面910a。PCD台902a还可以包括在侧表面908a和最上面的外表面910a之间延伸的最外侧的倒角912a。在一个实施例中，可以使用本文公开的加工技术中的任一个来加工侧表面908a、最上面的外表面910a或最外侧的倒角912a中的至少一个。在一个实施例中，可以使用至少一种传统的加工技术来加工侧表面908a、最上面的外表面910a和/或最外侧的倒角912a中的至少一个。

PCD台902a还包括至少一个凹部920a。凹部920a由至少一个最下面的外表面928a(其具有比最上面的外表面910a更接近界面表面906a的至少一部分)和至少一个内过渡表面926a(从最上面的外表面910a和最下面的外表面928a延伸)共同限定。凹部920a可以呈现出深度Da，该深度Da是从最上面的外表面910a到最下面的外表面928a测量的。深度Da可以为至少约25μm，比如约25μm至约125μm、约50μm至约175μm、约150μm至约300μm、约250μm至约500μm、或约400μm至约1mm、或大于约1mm。

内过渡表面926a可包括倒角(如图9B所示)、弯曲表面或本文公开的其他内过渡表面中的任一个。最下面的外表面928a可以呈现出任何合适的形貌，比如基本上平面的、凹入弯曲或凸起弯曲。在一个实施例中，最下面的外表面928a可以呈现出大致圆形的形状或任何其他合适的形状。类似地，内过渡表面926a可呈现出圆锥形的形状，至少其最内部分与最下面的外表面928a相遇。凹部920a可以改变残余应力、影响沥滤特性(例如，沥滤时间、沥滤轮廓)、和/或改善PCD台902a的热稳定性(例如，增加的表面积可以改善热去除)。

由于凹部920a的凹入性质，传统的加工技术可能受到限制或者可能不能形成(例如，抛光和/或形成)凹部920a。然而，本文公开的激光加工方法可用于形成和/或抛光凹部920a(例如，抛光最下面的外表面928a或内过渡表面926a中的至少一个)。另外，本文公开的激光技术可用于在最下面的外表面928a和内过渡表面926a之间以及在内过渡表面926a和最上面的外表面910a之间形成相对尖锐的角度。相对尖锐的角度可以呈现出小于100μm的曲率半径，比如小于10μm、小于1μm或小于100nm。然而，在一些实施例中，可以使用传统的技术形成凹部920a的至少一部分和/或形成最下面的外表面928a或内过渡表面926a中的至少一个。

图9C和9D分别是根据一个实施例的PDC 900c的俯视平面图和截面图，该PDC 900c包括使用本文公开的激光技术中的任一个加工的PCD台902c。除非本文另外公开，否则该PCD台902c及其材料、元件、部件以及加工方法可以与PCD台902a(图9A-9B)及其各自的材料、部件、元件或加工方法相同或类似。

PCD台902c可包括至少一个侧表面908c、最上面的外表面910c、以及任选地，在侧表面908a和最上面的外表面910a之间延伸的最外侧的倒角912a。PCD台902c还包括至少一个凹部920c，该凹部920c由至少一个最下面的外表面928c和至少一个内过渡表面926c共同限定，该内过渡表面926c从最上面的外表面910c和最下面的外表面928c延伸。凹部920c可以呈现出深度Dc，该深度Dc是从最上面的外表面910c到最下面的外表面928c测量的。深度Dc可以与图9B中所示的Da相同。最下面的外表面928c可以呈现出大致椭圆的形状或任何其他合适的形状(例如，图9B中所示的大致圆形的形状)。另外，内过渡表面926c可以形成基本上垂直的表面或另一合适的形貌(例如，锥形的、弯曲的)。凹部920c可以改变残余应力、影响沥滤特性、和/或改善PCD台902a的热稳定性。

由于凹部920c的凹入性质，传统的加工技术可能受到限制或者可能不能形成凹部920c。因此，本文公开的激光加工方法可以用于形成凹部920c、抛光凹部920c的表面或形成锐角中的至少一个。然而，在一些实施例中，可以使用传统的技术来加工凹部920c的至少一部分，包括但不限于，在HPHT烧结PCD台902c期间形成凹部920c的至少一部分。

图9E和9F分别是根据一个实施例的PDC 900e的俯视平面图和截面图，该PDC 900e包括使用本文公开的激光技术中的任一个加工的PCD台902e。除非本文另外公开，否则该PCD台902e及其材料、元件、部件以及加工方法可以与PCD台902a、902c(图9A-9D)及其各自的材料、部件、元件或加工方法相同或类似。

PCD台902e可以包括至少一个侧表面908e、最上面的外表面910e、以及可选的最外侧的倒角(未示出)。PCD台902e还包括至少一个凹部920e，该凹部920e由至少一个最下面的外表面928e和多个内过渡表面形成的台阶面共同限定，该台阶面从最上面的外表面910e和最下面的外表面928e延伸。阶梯部分可包括多个相对垂直的表面988e和至少一个相对水平的表面990e。阶梯部分中的每个可以呈现出深度De，该深度De是从水平表面990e到最上面的外表面910c或紧邻的水平表面990e测量的。深度De可以呈现出与图9B中所示的Da相同的深度中的任一个。凹部920e还可以呈现出总深度Dt，该总深度Dt是从最上面的外表面920e到最下面的外表面928e测量的，并且可以大于约50μm，比如约50μm至约250μm、约100μm至约500μm、约400μm至约1mm、或大于约1mm。最下面的外表面928e可呈现出大致矩形的或正方形的形状，或其他合适的形状。相对垂直的和水平的表面988e、990e可以形成环形表面，该环形表面可以对应于或可以不对应于最下面的外表面928e的形状。凹部920e可以改变残余应力、影响沥滤特性、和/或改善PCD台902e的热稳定性。

由于凹部920e的凹入性质，传统的加工技术可能受到限制或者可能不能形成凹部920e。因此，本文公开的激光加工方法可以用于形成凹部920e、抛光凹部920e的表面或形成邻近表面之间的锐角中的至少一个。然而，在一些实施例中，可以使用传统的机加工技术来加工凹部920e的至少一部分。

图9G是根据一个实施例的PDC 900g的立体图，该PDC 900g包括使用本文公开的激光技术中的任一个加工的PCD台902g。除非本文另外公开，否则该PCD台902g及其材料、元件、部件以及加工方法可以与PCD台902a、902c、902e(图9A-9F)及其各自的材料、部件、元件或加工方法相同或类似。

PCD台902g包括至少一个侧表面908g和至少一个最上面的外表面910g。最上面的外表面910g可以呈现出任何合适的形貌，比如平面的、有角的或弯曲的形貌。PCD台902g还包括至少一个凹部920g。在所示的实施例中，至少一个凹部920g包括多个凹部920g，并且多个凹部920g中的每个从侧表面908g朝向PCD台902g的中心991g延伸。然而，多个凹部920g中的至少一个可以不从侧表面908g向内延伸，反而可以至少部分地或完全地被最上面的外表面910g围绕(例如，如图9A、9C以及9E所示)。在一个实施例中，PCD台902g仅包括单个凹部920g。凹部920e可以改变残余应力、影响沥滤特性、或改善PCD台902g的热稳定性中的至少一个。

在一个实施例中，至少一个凹部920g由至少一个最下面的外表面928g和至少一个内过渡表面926g共同限定，该内部过渡表面926g从最下面的外表面928g延伸到最上面的外表面910g。凹部920g可以包括两个表面之间的锐角或(如在最下面的外表面928g和内过渡表面926g之间所示)可以在其之间呈现出过渡弯曲的或平面的表面。在一个实施例中，每个凹部920g可包括多个内过渡表面926g。例如，所示的最下面的外表面928g可以呈现出大致部分圆扇形的形状，并且凹部920g可以包括从最下面的外表面928g的一个边缘延伸的第一内过渡表面和从最下面的外表面928g的另一个边缘延伸的第二内过渡表面。凹部920g可包括在两个相邻的内过渡表面926g之间延伸的过渡表面992g，或者相邻的内过渡表面926g可以在相对尖锐的拐角处相交。凹部920g可以呈现出从最上面的外表面920g到最下面的外表面928g测量的深度(为了清楚起见未示出)，并且可以与图9B中所示的深度Da相同。

在一个实施例中，内过渡表面926g相对于最下面的外表面928g以一个角度(为清楚起见未示出)延伸。例如，内过渡表面926g相对于最下面的外表面928g延伸的角度可以为约15°至约35°、约30°至约50°、约45°至约65°、约60°至约80°、或约70°至约90°。可以基于PDC 900g的应用来选择角度，比如PDC900g是否被配置为用于加工其他材料或用于凿岩。

在一个实施例中，PCD台902g还包括外倒角912g，该外倒角912g从侧表面908g延伸到与侧表面908g相邻的表面。例如，外倒角912g可以从侧表面908g延伸到最上面的外表面910g、最下面的外表面928g、内过渡表面926g、两个相邻表面之间的过渡平面的或弯曲的表面、或其他表面中的至少一个。

在一个实施例中，可以使用本文公开的激光加工方法中的任一个来加工图9G中所示的表面中的任一个。例如，使用传统的加工技术来加工图9G中所示的表面和/或凹部中的至少一个可能是困难的和/或不可能的。在另一个实施例中，可以使用传统的加工技术来加工图9G中所示的表面的至少一个(例如，侧表面908g)。

图9H是根据一个实施例的PCD台902h的俯视平面图，该PCD台902h是使用本文公开的能量束或能量脉冲技术中的任一个加工的。除非本文另外公开，否则该PCD台902h及其材料、元件、部件以及加工方法可以与PCD台902a、902c、902e、902g(图9A-9G)及其各自的材料、部件、元件或加工方法相同或类似。PCD台902h包括工作表面910h和至少一个侧表面908h。已经使用本文公开的能量束或能量脉冲加工技术中的任一个加工PCD台902h以从其中去除外侧部分913h(使用虚线示出)。从PCD台902h中去除外侧部分913h形成了暴露的侧表面994h。在所示实施例中，暴露的侧表面994h基本上是平面的。暴露的侧表面994h可以用作花键。

图9I是根据一个实施例的PCD台902i的俯视图，该PCD台902i是使用本文公开的能量束或能量脉冲加工技术中的任一个而加工的。除非本文另外公开，否则该PCD台902i及其材料、元件、部件以及加工方法可以与PCD台902a、902c、902e、902g、902h(图9A-9H)及其各自的材料、部件、元件或加工方法相同或类似。PCD台902i包括工作表面910i和至少一个侧表面908i。已经使用本文公开的能量束或能量脉冲加工技术中的任一个加工PCD台902i以从其中去除外侧部分913i(使用虚线示出)。从PCD台902i去除外侧部分913i形成了暴露的侧表面994i。在所示实施例中，暴露的侧表面994i是凸曲面的。暴露的侧表面994i可以用作花键。

应注意的是，图9H-9I中的外侧部分913h、913i的不同的成形可以呈现出不同的形状。例如，外侧部分可以呈现出形成凸曲面的暴露的侧表面的形状。还应注意的是，图9H-9I中的PCD台902h、902i可以包括从其中去除的多个外侧部分。例如，PCD台可包括从其中去除的三个外侧部分以形成大致三角形的横截面形状(在俯视图中)或包括从其中去除的四个外侧部分以形成大致矩形的横截面形状(在俯视图中)。

图9I是根据一个实施例的PDC 900j的俯视平面图，该PDC 900j包括使用本文公开的能量束或能量脉冲加工技术中的任一个而加工的PCD台902j。除非本文另外公开，否则该PCD台902j及其材料、元件、部件以及加工方法可以与PCD台902a、902c、902e、902g、902h、902i(图9A-9I)及其各自的材料、部件、元件或加工方法相同或类似。PDC 900j包括在其界面表面906j处键合至衬底904j的PCD台902j。PCD台902j还包括工作表面910j，该工作表面910j不平行于界面表面906j并且不垂直于PCD台902j的至少一个侧表面908j。例如，工作表面910j可以相对于至少一个侧表面908j以角度β延伸。特别地，角度β是从侧表面908j的假想延伸部和从工作表面910j的最靠近界面表面906j和工作表面910j的中心的部分而延伸的假想线测量的。在一个实施例中，角度β小于90°，比如约30°至约50°、约45°至约65°、约60°至约70°、约65°至约85°、或约70°至小于90°。

图9K是根据一个实施例的PDC 900k的侧视图，该PDC 900k包括使用本文公开的能量束或能量脉冲加工技术中的任一个而加工的PCD台902k。除非本文另外公开，否则该PCD台902k及其材料、元件、部件以及加工方法可以与PCD台902a、902c、902e、902g、902h、902i、902j(图9A-9J)及其各自的材料、部件、元件或加工方法相同或类似。PDC 900k包括在其界面表面906k处键合至衬底904k的PCD台902k。PCD台902k还包括工作表面910k和倒角912k，该倒角912k是使用本文公开的能量束或能量脉冲加工技术中的任一个而加工的。例如，倒角912k可以相对于工作表面910k以角度δ延伸。在一个实施例中，角度δ小于90°，比如大于0°至约20°、约15°至约35°、约30°至约50°、约45°至约65°、约60°至约70°、约65°至约85°、或约70°至小于90°。倒角212k也可以延伸到衬底904k中。例如，倒角212k延伸到衬底904k中的深度Dk可以大于约20μm，比如约20μm至约100μm、约75μm至约250μm、约200μm至约500μm、约400μm至约750μm、约700μm至约1mm、或大于约1mm。

参照图9A-9K，可以在形成凹部之前或在形成凹部之后沥滤PCD台。例如，如果在形成凹部之前沥滤PCD台，则PCD台的沥滤区域可以从暴露于浸出剂的PCD台的表面延伸相对均匀的距离。因此，在一个实施例中，沥滤区域的沥滤轮廓将基本上对应于暴露于浸出剂的表面的形状。然而，在沥滤PCD台之后形成凹部将产生PCD台的厚度的变化，尤其是沥滤区域的临近凹部的部分。例如，凹部可以仅延伸通过沥滤区域的一部分、完全延伸通过沥滤区域、或者经过沥滤区域延伸进入PCD台的非沥滤区域。在另一个实例中，如果在形成凹部之后沥滤PCD台，则PCD台的沥滤区域可以从暴露于浸出剂的PCD台的表面相对均匀地延伸(即，从暴露于浸出剂的外表面至一定距离)。例如，如果PCD台的凹部暴露于浸出剂，则PCD台的沥滤区域将呈现出大致对应于凹部的沥滤轮廓。

在一个实施例中，本文公开的能量束加工技术可用于改变本文公开的PDC的横截面形状。例如，本文公开的能量束加工技术可用于从PCD台的侧表面中去除PCD材料和/或从键合至PCD台的衬底的侧表面中去除材料(例如，硬质合金)。例如，如果PDC呈现出大致圆形的横截面(例如，PDC是大致圆柱形)，则本文公开的能量束加工技术可用于将PDC的横截面改变为非圆形的(例如，大致椭圆形的、矩形的、正方形的或其他合适的横截面)。当扭矩施加到PDC时，非圆形的横截面可以抑制或防止PDC在凹槽(例如，由钻头体、支撑环等限定的凹槽)内的旋转。

目前发明人认为，本文公开的能量束或能量脉冲加工技术可以形成比使用传统的加工技术形成的PCD材料的表面的轮廓呈现出更好的公差的PCD材料的表面的轮廓。如本文所用，PCD材料的表面的轮廓包括PCD材料的平坦度、圆度、圆柱度、线轮廓度、垂直度、平行度、位置、同心度、对称性或其组合。例如，本文公开的能量束或能量脉冲加工技术可以形成呈现出约±750μm至约±5μm、比如约±750μm至约±500μm、约±600μm至约±400μm、约±500μm至约±300μm、约±400μm至约±200μm、约±300μm至约±100μm、约±200μm至约±50μm、约±75μm至约±25μm、约±50μm至约±30μm、约±40μm至约±20μm、约±30μm至约±10μm、约±25μm至约±5μm、或约±15μm至约±5μm的公差的PCD材料的表面的轮廓(例如，图9A-9K中所示的PCD材料的表面的轮廓中的任一个)。目前本发明人还认为，本文公开的能量束或能量脉冲加工技术可以形成呈现出小于约±5μm、比如小于约±4μm、小于约±3μm、小于约±2μm、小于约±1μm、或小于约±500nm的耐受性的PCD材料的表面的轮廓(例如，图9A-9K中所示的PCD材料的表面的轮廓中的任一个)。

目前发明人认为，本文公开的能量束或能量脉冲加工技术可以形成比使用传统的加工技术形成的轮廓呈现出更好的公差的轮廓。例如，本文公开的能量束或能量脉冲加工技术可形成呈现出约±0.003弧度至约±0.09弧度、比如约±0.05弧度至约±0.09弧度、约±0.025弧度至约±0.075弧度、约±0.01弧度至约±0.05弧度、约±0.009弧度至约±0.02弧度、约±0.005弧度至约±0.01弧度、约±0.0025弧度至约±0.0075弧度、或约±0.002弧度至约±0.005弧度的公差的轮廓(例如，图9A-9K中所示的角中的任一个)。目前发明人还认为，本文公开的能量束或能量脉冲加工技术可以形成呈现出小于约±0.002弧度、比如小于约±0.0015弧度、小于约±0.001弧度、小于约±0.00075弧度、或小于约±0.0005弧度的公差的轮廓(例如，图9A-9K中所示的角中的任一个)。

本文公开的PDC和PCD台的应用

公开的PDC实施例可用于多个不同的应用，包括但不限于用于旋转钻头(图10A和10B)、推力轴承装置(图11)、径向轴承装置(图12)、采矿旋转钻头(例如，顶板螺栓钻头)以及拉丝模中。上述讨论的各种应用仅仅是可以使用PDC实施例的应用的一些实例。计划了其他应用，比如在搅拌摩擦焊接工具中采用所公开的PDC实施例。

图10A是用于地下钻孔应用(比如石油和天然气勘探)的旋转钻头1000的实施例的立体图，图10B是用于地下钻孔应用(比如石油和天然气勘探)的旋转钻头1000的实施例的俯视图。该旋转钻头1000包括至少一个PCD台和/或根据前述PDC实施例中的任一个而配置的PDC。旋转钻头1000包括钻头体1002，该钻头体1002包括具有前导面1006的径向地和纵向地延伸的刀片1004，以及用于将钻头体1002连接到钻柱的螺纹销连接件1008。钻头体1002限定了前端结构，用于通过围绕纵向轴线旋转钻进地层并施加钻压。可以使根据前述PDC实施例中的任一个而构造的至少一个PDC切割元件贴附到钻头体1002上。按照图10B，使多个PDC 1012固定到刀片1004上。例如，每个PDC 1012可以包括键合至衬底1016的PCD台1014。更一般而言，PDC 1012可以包括本文公开的使用本文公开的能量束加工技术中的任一个而加工的任何PDC，而不受限制。例如，PCD台1014中的至少一个外表面可以呈现出本文公开的表面光洁度中的任一个和/或PCD台1014可以呈现出本文公开的形状中的任一个。另外，如果需要，在一些实施例中，多个PDC 1012可以是传统的结构。而且，如本领域中已知的，周向相邻的刀片1004在其间限定所谓的排屑槽1018。另外，旋转钻头1000可包括多个喷嘴腔1020，用于使钻孔液从旋转钻头1000的内部连通到PDC1012。

图11是推力轴承装置1100的一个实施例的立体剖视图，该推力轴承装置可以利用所公开的PDC实施例中的任一个作为轴承元件。该推力轴承装置1100包括相应的推力轴承组件1102。每个推力轴承组件1102包括环形支撑环1104，环形支撑环1104可以由以下材料制造：比如碳钢、不锈钢或其他合适的材料。每个支撑环1104包括多个凹槽(未标记)，该凹槽容纳相应的轴承元件1106。可以通过钎焊、压配合、使用紧固件或其他合适的安装技术使每个轴承元件1106附接到相应凹槽内的相应支撑环1104上。可以根据所公开的使用本文公开的激光技术加工的PDC实施例中的任一个来配置轴承元件1106中的一个或多个或全部，而不受限制。例如，每个轴承元件1106可包括衬底1108和PCD台1110，该PCD台1110包括轴承表面1112，该轴承表面1112呈现出本文公开的表面光洁度和/或形状中的任一个。例如，轴承表面1112可以呈现出包括一个或多个微观特征的光栅图案，并且光栅图案的至少一部分平行于轴承组件1102的旋转。

在使用中，推力轴承组件1102中的一个的轴承表面1112抵靠推力轴承组件1102中的另一个的相对的轴承表面1112。例如，推力轴承组件1102中的一个可以可操作地连接到轴上以随其旋转，并且可以称为“转子”。推力轴承组件1102中的另一个可以保持静止并可以称为“定子”。与未抛光的轴承表面相比，本文公开的相对精细的表面光洁度减小了轴承表面1112的摩擦，这减少了在轴承装置1100的操作期间产生的热量。

图12是径向轴承装置1200的一个实施例的立体剖视图，该径向轴承装置可以利用所公开的PDC实施例中的任一个作为轴承元件。该径向轴承装置1200包括大致位于外座圈1204内的内座圈1202。外圈1204包括贴附到其上的多个轴承元件1210，该轴承元件1210具有相应的轴承表面1212。内圈1202还包括贴附到其上的多个轴承元件1206，该轴承元件1206具有相应的轴承表面1208。可以根据本文公开的使用本文公开的激光技术重的任一个而加工的PDC实施例中的任一个来配置轴承元件1206和1210中的一个或多个或全部，而不受限制。例如，可以使用本文公开的激光加工方法中的任一个来加工轴承表面1208、1212中的一个或多个，以展示本文公开的表面光洁度中的任一个。例如，轴承表面1208、1212可以呈现出包括一个或多个微观特征的光栅图案，并且光栅图案的至少一部分平行于内圈和/或外圈1202、1204的旋转。内圈1202大致定位在外圈1204内，并因此内圈1202和外圈1204可以被配置使得轴承表面1208和1212可以至少部分地彼此接触并且相对于彼此移动作，以使用期间内圈1202和外圈1204相对于彼此旋转的方式。

径向轴承装置1200可用于各种机械应用中。例如，所谓的“牙轮(roller cone)”旋转钻头可受益于本文公开的径向轴承装置1200。更具体地，可以使内圈1202安装到牙轮的心轴上，可以使外圈1204安装到在锥体内形成的内孔中，并且可以组装这种外圈1204和内圈1202以形成径向轴承装置。

虽然本文已经公开了各个方面和实施例，但是可以考虑其他方面和实施例。本文公开的各个方面和实施例是出于说明的目的而非旨在进行限制。另外，本文(包括权利要求)所用的词语“包括”、“具有”及其变型(例如，“包括了”和“具有了”)应是开放式的，并且具有与词语“包含”及其变型(例如，“包含了”和“包含有”)相同的含义。

Claims (23)

1.一种加工聚晶金刚石(“PCD”)台的方法，所述方法包括：

提供所述PCD台，所述PCD台包括多个键合的金刚石晶粒，所述多个键合的金刚石晶粒限定多个间隙区域，其中所述PCD台的至少一个外表面呈现出第一表面粗糙度；及

引导激光束朝向所述至少一个外表面的至少一部分，有效地使得至少一个外表面的所述至少一部分呈现出小于所述第一表面粗糙度的第二表面粗糙度，其中引导所述激光束包括：

引导至少一个第一激光脉冲朝向所述至少一个外表面以从第一表面区域中去除PCD；及

引导至少一个第二激光脉冲朝向所述至少一个外表面，其中所述至少一个第二激光脉冲与所述第一表面区域的约25％至约99.95％重叠。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一表面粗糙度大于约3μm Ra，并且所述第二表面粗糙度小于约3μm Ra。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述PCD台包括提供聚晶金刚石复合片(“PDC”)，所述聚晶金刚石复合片包括附接至所述PCD台的硬质合金衬底。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述至少一个外表面包括至少一个凹部；及

引导激光束朝向所述至少一个外表面的至少一部分包括：引导多个激光脉冲朝向所述至少一个凹部。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

引导至少一个第一激光脉冲朝向所述至少一个外表面以从第一表面区域中去除PCD包括：形成沿第一方向延伸的第一凹槽，所述第一凹槽呈现出第一凹槽表面区域；及

引导至少一个第二激光脉冲朝向所述至少一个外表面包括：形成沿第二方向延伸的第二凹槽，所述第二方向基本上平行于所述第一方向，其中所述第二凹槽至少相对于所述第一凹槽偏移；

其中所述多个第二激光脉冲与所述第一凹陷表面区域的25％至99.95％重叠。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

引导至少一个第一激光脉冲朝向所述至少一个外表面包括：形成沿第一方向延伸的第一凹槽；及

引导至少一个第二激光脉冲朝向所述至少一个外表面包括：形成沿第二方向延伸的第二凹槽，所述第二方向基本上平行于所述第一方向；

其中所述第二凹槽至少在两个方向上相对于所述第一凹槽偏移。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：

形成第一凹槽包括：形成多个第一凹槽，使得所述多个第一凹槽至少基本上彼此平行；及

形成第二凹槽包括：多个第二凹槽，使得所述多个第二凹槽基本上彼此平行；

其中，所述多个第二凹槽相对于多个第一凹槽以非平行角度θ定向。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述角度θ为：

素数；或

(90°-所述素数)、(90°+所述素数)或(180°-所述素数)。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述角度θ为约30°至约150°。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，引导激光束朝向所述至少一个外表面的至少一部分包括：引导呈现出大致顶帽能量分布的多个激光脉冲。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，引导激光束朝向所述至少一个外表面的至少一部分包括：引导呈现出约1纳秒至约500纳秒的激光脉冲持续时间的多个激光脉冲。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，引导激光束朝向所述至少一个外表面的至少一部分包括：引导呈现出约1皮秒至约1000皮秒的激光脉冲持续时间的多个激光脉冲。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，引导激光束朝向所述至少一个外表面的至少一部分包括：引导呈现出约1飞秒至约1000飞秒的激光脉冲持续时间的多个激光脉冲。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，引导激光束朝向所述至少一个外表面的至少一部分包括：去除所述PCD台的一部分，该部分基本上没有可检测的热损伤。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：将所述至少一个外表面细分为多个不同区域，所述多个不同区域中的每个呈现出形状和尺寸，使得其整体在所述多个激光脉冲的可操作焦距范围内和/或所述可操作角度范围内。

16.一种聚晶金刚石复合片(“PDC”)，包含：

聚晶金刚石(“PCD”)台，包括：

限定多个间隙区域的多个键合的金刚石晶粒；及

至少一个外表面，所述至少一个外表面的至少一部分呈现出小于约3μm Ra的表面粗糙度，所述至少一个外表面的所述至少一部分呈现出包括一个或多个微观特征的光栅图案。

17.根据权利要求16所述的PDC，其特征在于，还包括键合至所述PCD台的硬质合金衬底。

18.根据权利要求17所述的PDC，其特征在于：

所述PCD台包括与所述硬质合金衬底相邻的界面表面，所述界面表面与至少一个外表面隔开；及

所述至少一个外表面形成所述PCD台的工作表面。

19.根据权利要求16所述的PDC，其特征在于，所述光栅图案包括多个槽，所述多个槽至少基本上彼此平行并且至少基本上均匀地间隔，所述多个槽呈现出小于约6μm的平均深度。

20.根据权利要求16所述的PDC，其特征在于，所述PCD台包括：

最上面的外表面；

大致与所述最上面的外表面相对的界面表面；

至少一个侧表面，所述侧表面在所述最上面的外表面和所述界面表面之间延伸；

至少一个最下面的外表面，所述最下面的外表面比所述上外表面更接近所述界面表面；及

至少一个内过渡表面，所述内过渡表面在所述最上面的外表面和所述至少一个最下面的外表面之间延伸；

其中，所述PCD台包括至少一个凹部，所述凹部至少部分地被所述最上面的外表面围绕，并且所述凹部至少部分地由所述至少一个最下面的外表面和所述至少一个内过渡表面所限定；

其中所述至少一个最下面的外表面或所述至少一个内过渡表面中的至少一个呈现出小于约3μm Ra的表面光洁度。

21.根据权利要求16所述的PDC，其特征在于，所述至少一个外表面的呈现出小于约3μmRa的表面粗糙度的所述部分呈现出基本上没有可检测的热损伤。

22.根据权利要求16所述的PDC，其特征在于，将所述PDC安装到轴承组件的支撑环上，所述至少一个外表面形成所述轴承组件的轴承表面。

23.一种钻头，包括：

钻头体；及

与所述钻头体连接的至少一个刀具，所述至少一个刀具包括至少一个聚晶金刚石(“PCD”)台，所述PCD台包括：

限定多个间隙区域的多个键合的金刚石晶粒；及

至少一个外表面，所述至少一个外表面的至少一部分呈现出小于约3μm Ra的表面粗糙度，所述至少一个外表面的所述至少一部分呈现出包括一个或多个微观特征的光栅图案。