JP2018513928A - 超硬質構造物とその製造方法 - Google Patents

Abstract

超硬質多結晶性構造物は、当たり面を形成する露出面及び周囲のサイドエッジを有する耐熱性多結晶性超硬質材料の本体を含んでなる第１の領域と、第１の領域に対して基質を形成する第２の領域と、第１及び第２領域の間に少なくとも部分的に挿入された第３の領域とを含んでなり、第３の領域は、コバルトを含んでなるバインダー−触媒を有する多結晶性ダイヤモンド材料よりも耐酸性の材料、及び／又は超硬合金材料よりも耐酸性の材料を含んでなる。

Description

この開示は、超硬質構造物及びそのような構造物の製造方法、特に限定するわけではないが、基質に取り付けられた多結晶性ダイヤモンド（ＰＣＤ）構造体を含んでなる構造物、及び特に限定するわけではないが、岩石の分解若しくは掘削、又は地面への穿孔に使用するそれ同一のものを含んでなる工具に関する。

多結晶性ダイヤモンド（ＰＣＤ）及び多結晶性立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）などの多結晶性超硬質材料は、岩石、金属、セラミック、合成物及び木製材料などの硬質又は研磨材料を切削、機械加工、掘削又は分解するための多種多様な工具に使用し得る。特に、ＰＣＤ材料を含んでなる切削部材の形態で工具インサートは、油及びガスを引き抜くために地面に穿孔するドリルビットに広く使用される。超硬質工具インサートの作業寿命は、工具インサートの乖離及び欠け、又は摩耗を含む超硬質材料の破損が限度とされ得る。

岩石のドリルビット又は他の切削工具に使用するこれらの切削部材は、典型的に、接触面の端／表面を有する基質、及び、例えば、焼結プロセスによって基質の接触表面に結合した切削層を形成する超硬質材料の形態の本体を有する。基質は、一般的に炭化タングステン−コバルト合金を形成し、ある時は、超硬炭化タングステンとして呼ばれ、超硬質材料層は、典型的に多結晶性ダイヤモンド（ＰＣＤ）、多結晶性立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）又は耐熱性多結晶性ダイヤモンドなどの耐熱性生成物のＴＳＰ材料である。

多結晶性ダイヤモンド（ＰＣＤ）は、実質的に相互成長したダイヤモンド粒子の塊を含んでなる超硬質材料（超砥粒材料（ｓｕｐｅｒａｂｒａｓｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）又は超硬質材料（ｕｌｔｒａ ｈａｒｄ ｍａｔｅｒｉａｌ）とも呼ばれる）の例であり、ダイヤモンド粒子間の隙間を定義する骸骨のような塊を形成する。ＰＣＤ材料は、典型的に少なくとも約８０体積％のダイヤモンドを含んでなり、従来から、例えば、約５ＧＰａよりも高い超高圧、かつ少なくとも約１２００℃の温度にダイヤモンド粒子の凝集塊をさらすことによって作られる。隙間に全体的又は部分的に充填する材料は、充填剤又はバインダー材料と呼び得る。

ＰＣＤは、典型的にダイヤモンド粒子の相互成長を促進するコバルトなどの焼結助剤の存在下で形成する。ＰＣＤの適切な焼結助剤は、通常は、ダイヤモンドをある程度溶解し、その再析出を触媒するそれらの機能から、ダイヤモンド用の溶剤−触媒材料とも呼ばれる。ダイヤモンド用の溶剤−触媒は、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力及び温度条件において、ダイヤモンドの成長又はダイヤモンド粒子間の直接のダイヤモンド対ダイヤモンドの相互成長を促進することができる材料であると理解される。その結果として、焼結されたＰＣＤ生成物中の隙間は、残留溶剤−触媒材料を用いて全体的又は部分的に充填され得る。最も典型的には、ＰＣＤは、しばしば、ＰＣＤ用のコバルトの溶剤−触媒を根源として供給するコバルト−超硬炭化タングステン基質を形成する。ダイヤモンド粒子間の実質的な明確な相互成長を促進しない材料は、ダイヤモンド粒子によってそれら自身で強い結合を形成し得るが、ＰＣＤ用の溶剤−触媒の焼結に適切でない。

適切な基質を形成するために使用し得る超硬炭化タングステンは、炭化タングステン微粒子／粒子とコバルトとを混合し、その次に、共に加熱して固化させることによってコバルトマトリックス中に分散された炭化物微粒子から形成される。ＰＣＤ若しくはＰＣＢＮなどの超硬質材料層を有する切削部材を形成するために、ダイヤモンド微粒子若しくは粒子、又はＣＢＮ粒子を、ニオブエンクロージャーなどの耐火金属エンクロージャー内の超硬炭化タングステン本体に隣接して配置し、そして、ダイヤモンド粒子又はＣＢＮ粒子間の粒子間結合が起こるように高圧かつ高温にさらして、多結晶性超硬質ダイヤモンド又は多結晶性ＣＢＮ層を形成する。

いくつかの例において、基質は、超硬質材料層への取り付け前に完全に硬化させても良く、他の場合には、基質は未熟、すなわち、完全に硬化していなくても良い。後者の場合は、基質はＨＴＨＰ焼結プロセス中に完全に硬化させても良い。基質は、粉末形態であっても良く、及び超硬質材料層を焼結するために使用される焼結プロセス中に凝固させても良い。

地面の穿孔する分野において改善された生産性に対する増え続ける意欲は、岩石を掘削するために使用される材料に増え続ける要求を提起する。具体的には、改善された耐磨滅性及び耐衝撃性を有するＰＣＤ材料は、より速い切削速度及びより長い工具寿命を達成するために必要とされる。

ＰＣＤ材料を含んでなる切削部材又は工具インサートは、油及びガスの掘削産業における地面穿孔用ドリルビットに広く使用される。岩石掘削及び他の操作は、高い耐磨滅性及び耐衝撃性を必要とする。多結晶性ダイヤモンド（ＰＣＤ）研磨カッターの成功を制限する因子の一つは、ＰＣＤと被削材との間の摩擦による熱の発生である。この熱は、ダイヤモンド層の熱分解を引き起こす。熱分解は、ＰＣＴ層のひび割れ及び乖離の増加、並びに研磨摩耗の増加を引き起こすダイヤモンドのグラファイトへの逆変換によって、カッターの摩耗速度を増加する。

ＰＣＤ複合材の耐磨滅性を改善するために使用される方法は、しばしば、複合材の耐衝撃性の低下をもたらす。

カッターに使用されるＰＣＤ及びＰＣＢＮの大部分の耐摩耗性グレードは、大抵、摩耗する前にカッターの破壊的因子をもたらす剥離によって機能しなくなる。剥離は、切削工具の当たり部位から先端自由表面まで伝播する亀裂によって生じると考えられる。これらのカッターの使用中、亀裂は、破壊的不具合が起こる限界長に達するまで、すなわちＰＣＤ又はＰＣＢＮの大部分が、脆い態様で剥離するようになるまで成長する。構成成分又は構造体の破壊的不具合は、亀裂が与えられた構造物の材料の「限界亀裂長」に達するまで成長することを意味する。「限界亀裂長」とは、亀裂の伝播が、構成成分の残りの非当たり部位とは無関係に破壊的不具合をもたらして制御不可能になる亀裂の許容可能な長さである。従って、従来の焼結されたＰＣＤ及びＰＣＢＮの使用中に突然起こる長くて急速に成長する亀裂は、工具寿命をより短くする可能性がある。

さらに、その高い強度にもかかわらず、多結晶性ダイヤモンド（ＰＣＤ）及びＰＣＢＮ材料は、大抵、その低い破壊靱性のために衝撃因子の影響を受けやすい。材料の高い強度及び耐磨滅性に悪影響を与えずに破壊靱性を改善することが、困難な課題である。

従って、良好な又は改善された磨滅、破壊及び耐衝撃性を有する超硬質複合物、及びそのような複合物を形成する方法が必要とされている。

第１態様から見ると、
当たり面を形成する露出面及び周囲のサイドエッジを有する耐熱性多結晶性超硬質材料の本体を含んでなる第１の領域と、
第１の領域に対して基質を形成する第２の領域と、
第１及び第２の領域の間に少なくとも部分的に挿入された第３の領域と、
を含んでなる超硬質多結晶性構造物であって、
第３の領域が、コバルトを含んでなるバインダー−触媒相を有する多結晶ダイヤモンド材料よりも耐酸性の材料、及び／又は超硬合金材料よりも耐酸性の材料を含んでなる、超硬質多結晶性構造物を提供する。

いくつかの例で、第３の領域は、当たり面まで延在して、当たり面の部分を形成しても良い。

更なる態様から見ると、
当たり面の一部を形成する自由な外部表面を有する耐熱性多結晶性超硬質材料の本体を含んでなる第１の領域と、
第１の領域に対して基質を形成する第２の領域と、
第１及び第２の領域の間に少なくとも部分的に挿入された第３の領域と、
を含んでなる露出された当たり面を有する超硬質多結晶性構造物であって、
第３の領域が、約４ＭＰａ√ｍ〜約１５ＭＰａ√ｍの破壊靱性を有するセラミック材料を含んでなり、第３の領域が、当たり面まで延在して、当たり面の更なる一部を形成する、超硬質多結晶性構造物を提供する。

更なる態様から見ると、上記で定義された超硬質多結晶性構造物を含んでなる工具であり、切削用、製粉用、破砕用、掘削用、地面穿孔用、岩石掘削用又はその他研磨剤用途用である工具を提供する。

工具は、例えば、地面穿孔用若しくは岩石掘削用のドリルビット、油及びガス掘削産業に使用する回転式固定カッタービット若しくはローリングコーンドリルビット、拡孔工具、拡張可能な工具、リーマー、又は他の地面穿孔工具を含んでも良い。

他の態様から見ると、上記で定義された超硬質多結晶性構成物を含んでなるドリルビット若しくはカッター、又はその結果としての構成部品を提供する。

様々なバージョンを、例として、及び以下の図を参照して説明する。

地面への穿孔用ドリルビットのＰＣＤカッター部材、又は構造物の例の斜視図を示す図である。 非ダイヤモンド相材料を充填され、相互結合したダイヤモンド粒子間の隙間を有するＰＣＤマイクロ構造体の従来型の概略断面図の一部を示す図である。 超硬質構造物の第１の例の概略断面図を示す図である。 超硬質構造物の第２の例の概略断面図を示す図である。 超硬質構造物の第３の例の概略断面図を示す図である。 図５の超硬質構造物の概略平面図を示す図である。 超硬質構造物の第４の例の概略断面図を示す図である。 図７の超硬質構造物の概略平面図を示す図である。 図５の超硬質構造物の別の概略平面図を示す図である。 超硬質構造物の第５の例の概略断面図を示す図である。 超硬質構造物の第６の例の概略断面図を示す図である。 図１０の超硬質構造物を形成するための工程の順序の概略断面図を示す図である。 超硬質構造物の第７の例の概略断面図を示す図である。 超硬質構造物の第８の例の概略断面図を示す図である。

同じ参照は、全ての図において、一般的に同じ特徴を指す。

本明細書で使用される場合、「超硬質材料」は、少なくとも約２８ＧＰａのビッカース硬さを有する材料である。ダイヤモンド及び立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）材料は、超硬質材料の例である。

本明細書で使用される場合、「超硬質構造物」は、多結晶性超硬質材料の本体を含んでなる構造物を意味する。そのような構造物では、そこに基質を取り付けても良い。

本明細書で使用される場合、多結晶性ダイヤモンド（ＰＣＤ）は、大部分が互いに直接相互結合されるダイヤモンド粒子の塊を含んでなり、かつダイヤモンドの含有量が、材料の少なくとも約８０体積パーセントある多結晶性超硬質（ＰＣＳ）材料の一種である。ＰＣＤ材料の一例において、ダイヤモンド粒子間の隙間は、ダイヤモンド用の触媒を含んでなるバインダー材料を少なくとも部分的に充填しても良い。本明細書で使用される場合、「隙間」又は「隙間領域」は、ＰＣＤ材料のダイヤモンド粒子間の領域である。ＰＣＤ材料の例として、隙間又は隙間領域は、実質的に若しくは部分的にダイヤモンド以外の材料によって充填され得るか、又は実質的に空でも良い。ＰＣＤ材料は、少なくとも触媒材料が隙間から除去された領域を含み得、ダイヤモンド粒子間に隙間空隙を残す。

超硬質材料の「触媒材料」は、超硬質材料の成長又は焼結を促進することができる。

本明細書で使用される場合、「基質」という用語は、超硬質材料層を形成する任意の基質を意味する。例えば、本明細書で使用される場合の「基質」は、他の基質に形成された転位層でも良い。

本明細書で使用される場合、「一体的に形成される」という用語は、領域又は部分が互いに連続して生成され、異なる種類の材料では分離されないことを意味する。

本明細書で使用される場合、「耐火金属」という用語は、例えば、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン、レニウム、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ハフニウム、ルテニウム、オスミウム及びイリジウムなどの約２，１２３Ｋ（１，８５０℃）の融点を有するこれらの部材を含むことを意味する。

図１は、基質３上に形成された超硬質材料の層２を有する基質３を含む切削部材１などのＰＣＤ超硬質構造物の例の概略図である。基質３を、超硬炭化タングステンなどの硬質材料から形成しても良い。超硬質材料２は、例えば、少なくとも９５ｖｏｌ％のダイヤモンドを含んでなる高密度多結晶性ダイヤモンド（ＰＣＤ）であっても良い。切削部材１は、ドラックビット本体（示されてはいない）などのビット本体にはめ込んでも良く、例えば、地面への穿孔用ドリルビットのカッターインサートとしての使用が適切であっても良い。

基質の反対側の超硬質材料の露出された先端表面は、当たり面としても公知であり、それと共にエッジ６が、使用時に切削を行う表面である切削面４を形成する。

基質３の一端には、接触表面８がある。図１に示されるように、基質３は、一般的に、円筒であり、かつ周囲の面１０及び周囲の先端エッジ１２を有する。

超硬質材料は、例えば、多結晶性ダイヤモンド（ＰＣＤ）であっても良く、さらに超硬質微粒子又は粒子は、天然及び／又は合成由来でも良い。

基質３を、超硬合金材料などの硬質材料から形成しても良く、例えば、超硬炭化タングステン、超硬炭化タンタル、超硬炭化チタン、超硬炭化モリブデン、又はそれらの混合物であっても良い。基質３を形成するためのそのような適切な炭化物のバインダー金属は、例えば、ニッケル、コバルト、鉄、又は１つ以上のこれらの金属を含有する合金であっても良い。典型的に、このバインダーは、１０〜２０重量％の範囲で存在しても良いが、これは６重量％以下と低くても良い。いくつかのバインダー金属は、圧粉体１の形成中に多結晶性超硬質材料の本体２に浸透し得る。

いくつかの例において、多結晶性超硬質材料の本体２を、９５体積％超のダイヤモンドから形成された高密度ＰＣＤであっても良い。そのようなＰＣＤ本体は、ＵＳ２０１０／００８４１９６として公開された米国特許出願に記載されているような、約８ＧＰａ以上の焼結圧力において、バインダー触媒を有するダイヤモンド粒子の焼結などの公知の方法を使用することによって形成しても良い。

いくつかの例において、多結晶性超硬質材料の本体２を、ＵＳ２００５／０１９１１４として公開された米国特許出願に提示されているような、バインダー触媒を有するナノダイヤモンド粒子の焼結された塊を含んでなる高密度ＰＣＤから形成しても良い。

いくつかの例において、高密度又はバインダレスのＰｃＢＮ、及びナノ材料から形成されたＰｃＢＮ構造物を、公知の方法によっても形成しても良い。

ＰＣＤ材料のいくつかの例において、ダイヤモンド粒子間の隙間を、少なくとも部分的に、ダイヤモンド用の触媒を含んでなるバインダー金属によって充填しても良い。本明細書で使用される場合、「隙間」又は「隙間領域」は、ＰＣＤ材料のダイヤモンド粒子間の領域である。ＰＣＤ材料の例において、隙間又は隙間領域は、実質的に又は部分的にダイヤモンド以外の材料で満たされるか、又はそれらは実質的に空でも良い。ＰＣＤ材料は、少なくとも触媒材料が隙間から除去された領域を含み得、ダイヤモンド粒子間に隙間空隙を残す。

切削部材として使用する際に、多結晶性複合構造物１は、ドラックビット本体（示されてはいない）などのビット本体にはめ込んでも良い。

多結晶性複合構造物１の当たり面又は「すくい面」４は、表面又はカッターを使用して本体から材料を切削する際に、切削された材料の小片を上から流す表面であり、すくい面４は、新たに形成された小片の流れを管理する。この面４は、通常は、当たり面４が、使用時に本体の切削を行うことを目的とするエッジ６と共に表面として、切削部材の頂面又は当たり面とも呼ばれる。本明細書において使用される場合、「切削エッジ」という用語は、カッターの不具合に至るまでのカッターの摩耗進行の任意の特別な段階、又は２つ以上の段階において、上記のような機能的に定義された実際の切削エッジを意味し、実質的に、非摩耗及び未使用状態のカッターに限定されない。

本明細書で使用される場合、「小片」は、使用時に多結晶性複合構造物１によって切削される本体の当たり面から除去された本体のかけらである。

本明細書で使用される場合、「摩耗痕」は、使用時にカッターの摩耗が原因で、カッターの材料の体積の除去によって、形成されるカッターの表面である。フランク面は摩耗痕を含み得る。カッターが使用時に摩耗する場合、材料は、切削エッジの近傍から徐々に除去されてもよく、それによって、摩耗痕を形成するときに、切削エッジ、すくい面及びフランクの位置及び形状を連続的に再定義する。

超硬金属炭化物基質は、従来の構造物であっても良く、この結果としてコバルト、ニッケル若しくは鉄、又はそれらの合金のバインダーの存在中で、圧縮及び焼結されたＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ族の金属のいずれかを含んでも良い。いくつかの例において、金属炭化物は炭化タングステンである。

超硬質材料２の層は、ＰＣＢＮを含んでも良い。ＰＣＢＮを含んでなる構成成分は、主に金属を機械加工するために使用される。ＰＣＢＮ材料は、焼結された立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）粒子の塊を含んでなる。ＰＣＢＮ材料のｃＢＮ含有量は、少なくとも約４０体積％であっても良い。ＰＣＢＮ中のｃＢＮ含有量が少なくとも約７０体積％の際には、ｃＢＮ粒子間の実質的な直接の接触があり得る。ｃＢＮ含有量が、約４０体積％〜約６０体積％の範囲の圧紛体の際には、その時のｃＢＮ粒子間の直接の接触の程度が限度である。ＰＣＢＮは、ｃＢＮが熱力学的に六方晶の形態の窒化ホウ素、すなわち、ｈＢＮよりも安定となる温度及び圧力に、ｃＢＮ粒子の塊を粉末マトリックス相と共にさらすことによって製造する。ＰＣＢＮは、ＰＣＤよりも耐摩耗性が低く、ＰＣＤとは異なる用途に適している。

本明細書で使用される場合、ＰＣＤ又はＰＣＢＮのグレードは、ＰＣＤの場合のダイヤモンド粒子、又はＰＣＢＮ粒子の場合のｃＢＮ粒子の体積含有率及びサイズ、粒子間の隙間領域の体積含有率、及び隙間領域内に存在し得る材料の構造物の観点を特徴としたＰＣＤ又はＰＣＢＮ材料である。超硬質材料のグレードは、グレードに適したサイズ分布を有する超硬質粒子の凝集物の塊を供給すること、場合により凝集物の塊に触媒材料又は活性材料を導入すること、及び超硬質材料の触媒材料源の存在下で凝集塊を、超硬質粒子が熱力学的にグラファイト（ダイヤモンドの場合）又はｈＢＮ（ＣＢＮの場合）よりも安定となり、かつ触媒材料が融解される圧力及び温度にさらすことを含むプロセスによって製造しても良い。この条件下で、融解した触媒材料は、供給源から凝集塊に浸透し、焼成プロセスにおいてダイヤモンド粒子間の直接相互成長を促進して、多結晶性超硬質構造体を形成し得る。凝集物の塊は、外れた超硬質粒子又はバインダー材料によって固定された超硬質材料を含み得る。ダイヤモンドの状況で、ダイヤモンド粒子は、天然又は合成のダイヤモンド粒子であっても良い。

多結晶性ダイヤモンドなどの超硬質材料の異なるグレードは、異なる微細構造、又は弾性（又はヤング）率Ｅ、弾性係数、抗折力（ＴＲＳ）、靱性（いわゆるＫｉＣ靱性）、硬度、密度及び熱膨張率（ＣＴＥ）などの異なる機械的性質を有し得る。また、異なるＰＣＤグレードは、使用時に異なっても良い。例えば、異なるＰＣＤグレードの摩耗率及び破壊抵抗は異なっても良い。

ＰＣＤとの関連で、ＰＣＤグレードは、ダイヤモンド用の触媒材料の例である金属コバルトを含んでなる材料によって充填された隙間領域を含み得る。

図１のカッター部材に示される多結晶性超硬質構造体２は、例えば、１以上のＰＣＤグレードを含み得る。

図２で示される場合、従来の多結晶性複合構造物１の形成中に、ＰＣＤの場合のダイヤモンド粒子などの超硬質材料の粒子２２間の隙間２４を、少なくとも部分的に非超硬質相材料によって充填して良い。充填材料としても知られているこの非超硬質相材料は、残留触媒／バインダー材料、例えば、コバルト、ニッケル又は鉄を含んでも良く、及び１つ以上の他の非超硬質相添加物を含んでも良いか、又はその代わりに存在しても良い。

ＰＣＴ出願公開番号ＷＯ２００８／０９６３１４は、１つ以上のＶＮ、ＶＣ、ＨｆＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｍｏ_２Ｃ、ＷＣを含んでなる１つ以上の材料のマトリックス中にダイヤモンドを含んでなる多結晶性超硬質研磨部材、又は多結晶性超硬質研磨部材を含む複合物の形成を可能にするダイヤモンド微粒子のコーティング方法を開示する。また、ＰＣＴ出願公開番号ＷＯ２０１１／１４１８９８は、とりわけ、耐摩耗性を改善するための炭化バナジウムなどの添加を含有するＰＣＤ及びＰＣＤの製造方法を開示する。

特定の理論に拘束されることを望まないが、充填材料内の金属添加剤の組み合わせは、使用時にＰＣＤ材料内に生じ、かつ伝播する亀裂のエネルギーをより良好に分散させる効果を有すると考えられ得、その結果、ＰＣＤ材料の摩耗挙動が変化し、衝撃及び破損に対する耐性が高まり、そしてその結果として、いくつかの用途において作業寿命が延長される。

超硬質材料の粒子は、例えば、ダイヤモンド粒子又は微粒子であっても良い。焼結前の出発混合物においてそれらは、例えば２つの様式、すなわち、供給物は、ダイヤモンド粒子の粗粒分とダイヤモンド粒子の細粒分との混合物を含んでいても良い。いくつかの実施形態において、粗粒分は、例えば、約１０〜６０ミクロンの範囲の平均微粒子／粒子サイズを有しても良い。「平均微粒子又は粒子サイズ」は、個々の微粒子／粒子が、「平均」を表す平均粒子径／粒子サイズによるサイズの範囲を有することを意味する。細粒分の平均微粒子／粒子サイズは、粗粒分のサイズよりも小さい。例えば、細粒分は、粗粒分のサイズの約１／１０〜６／１０の平均粒子サイズを有しても良く、さらにいくつかの実施形態において、例えば、約０．１〜２０ミクロンの範囲でも良い。

いくつかの実施形態において、細粒分ダイヤモンドに対する粗粒分ダイヤモンドの重量比は、約５０％〜約９７％の範囲が粗いダイヤモンドであっても良く、細粒分ダイヤモンドの重量比は、約３％〜約５０％であっても良い。他の実施形態において、粗粒分対細粒分の重量比は、約７０：３０〜約９０：１０の範囲であっても良い。

更なる実施形態において、粗粒分対細粒分の重量比は、例えば、約６０：４０〜約８０：２０の範囲であっても良い。

いくつかの例において、粗粒分と細粒分との粒度分布は重複せず、いくつかの実施形態において、圧粉体の異なるサイズの構成成分は、多様式な分布を構成する別々のサイズの粒分間の大きさによって分離される。

いくつかの例は、超硬質材料の粗粒分及び細粒分の間の広い２つの様式のサイズ分布からなるが、いくつかの例は、例えば、平均微粒子サイズが２０ミクロン、２ミクロン、２００ｎｍ及び２０ｎｍの粒子サイズのブレンドを、例えば、大きさによってサイズを分離する３つ又は４つ以上のサイズモードを含んでも良い。

ダイヤモンド微粒子／粒子を細粒分、粗粒分、又は間の他のサイズのサイジングは、ダイヤモンド粒子のジェットミリング、及び同様のプロセスなどの公知のプロセスを使っても良い。

いくつかの例において、バインダー触媒／溶剤は、コバルト若しくは、鉄若しくはニッケルなどの他のいかなる鉄族元素、又はそれらの合金を含んでも良い。周期表のＩＶ〜ＶＩ族の金属の炭化物、窒化物、ホウ化物及び酸化物は、焼結混合物に添加されても良い非ダイヤモンド材料の他の例である。いくつかの例において、バインダー／触媒／焼結助剤は、コバルトであっても良い。

超硬金属炭化物基質は、従来の組成物であっても良く、従って、コバルト、ニッケル若しくは鉄、又はそれらの合金のバインダーの存在下で、圧縮及び焼結されたＩＶＢ、ＶＢ又はＶＩＢ族の金属のいずれかを含んでも良い。いくつかの例において、金属炭化物は炭化タングステンである。

図３〜１４は、超硬質構造物１の例の概略断面図である。

図３で示されるような第１の例において、超硬質構造物３０は、すくい面又は切削表面４を形成し、かつ切削エッジ６を有する超硬質材料の層３４、基質３２、並びに超硬質材料の層３４及び基質３２の中間領域３６を含む。基質と中間領域３６との間の接触面３７は、実質的に非平面であり、そして、中間領域３６と超硬質材料の層３４との間の接触面３８も実質的に非平面である。図３の例において中間領域３６は、例えば、約４ＭＰａ√ｍ〜約１５ＭＰａ√ｍの破壊靱性を有するセラミック材料、若しくは例えば、耐火金属を含んでなる材料、コバルトのバインダー−触媒相を有する多結晶性ダイヤモンド材料よりも耐酸性である中間領域３６を形成する材料、及び／又は超硬合金材料であっても良い。図３の例において、中間領域３６は、当たり面の部分を形成しないが、超硬質材料の領域によって当たり面から引き離される。加えて、中間領域３６は、基質３２と接触面３７とにわたって広がり、かつ超硬質層３４を基質３２から引き離す。

図４で示される超硬質構造物４０の例は、図３に示されたものと異なり、超硬質材料の層４４と基質４２との間の接触面４８が、実質的に平面であるが、基質４２と中間領域４６との間の接触面４７は図３のように実質的に非平面である。中間領域４６は、例えば、約４ＭＰａ√ｍ〜約１５ＭＰａ√ｍの破壊靱性を有するセラミック材料、若しくは例えば、耐火金属を含んでなる材料、（コバルト）バインダー−触媒相を有する多結晶性ダイヤモンド材料よりも耐酸性である中間領域３６を形成する材料、及び／又は超硬合金材料であっても良い。

図５の超硬質構造物５０の例において、例えば、約４ＭＰａ√ｍ〜約１５ＭＰａ√ｍの破壊靱性を有するセラミック材料、若しくは耐火金属を含んでなる材料、及びコバルトバインダー相などのバインダー−触媒相を有する多結晶性ダイヤモンド材料よりも耐酸性、及び／又は超硬合金材料の中間領域５６は、基質５２と超硬質材料の層５４との間に挿入される。中間領域５６は、超硬質構造物５０の当たり面４まで延在して、超硬質構造物５０の当たり面４の部分を形成する。図６の平面図に示されるように、超硬質層は、セラミックス材料の中間領域５６の外周面の周りに環状の一部を形成する。中間領域５６と基質５２との間の接触面５７は、実質的に非平面であり、中間領域５６と超硬質材料の層５４との間の接触面５８も、実質的に接触面が弓形にへこむ非平面である。

図７に示される超硬質構造物６０の例は、図５とは異なり、超硬質材料の層６４と中間領域６６との間の接触面６８が、図７中で断面図に表現された斜面に示される湾曲くぼみではなく傾斜であり、中間領域６６は、基質から突出し、かつ超硬質材料の層６４を通って切削面４まで延在する切頂円錐を含んでなる。図７の例において、中間領域６６は、例えば、約４ＭＰａ√ｍ〜約１５ＭＰａ√ｍの破壊靱性を有するセラミック材料、若しくは例えば、耐火金属を含んでなる材料、コバルトのバインダー−触媒相を有する多結晶性ダイヤモンド材料よりも耐酸性である中間領域３６を形成する材料、及び／又は超硬材料であっても良い。

中間領域６６は、基質６２と超硬質材料の層６４との間に挿入される。中間領域６６は、超硬質構造物６０の当たり面４まで延在して、超硬質構造物６０の当たり面４の部分を形成する。図６及び図８の平面図に示されるように、超硬質層は、中間領域６６の外周面の周りに環状の一部を形成しても良いか、又は超硬質材料の層６４は、中間領域６４を有する切削エッジの周りに挿入されたセグメントの形態の中にあっても良い。中間領域６６と基質６２との間の接触面６７は、図７に示されるように実質的に非平面であっても良いか、又は実質的に平面であっても良い。そのような構造物の利点は、使用後に異なる切削エッジを、切削された表面に示すことができるように、構造物が回転可能なことであり、並びに使用中にセグメントが、構造物の限られた面積に損傷を限定するように作用し得ることである。

図９に示すように、いくつかの例において、特に中間領域が切削面４まで延在して、切削面４の部分を形成する例では、中間領域と超硬質材料の層との間の接触面は、例えば、切削面４から構造物のフランク面まで延在する隆起又は溝を有する。

図１０に示される超硬質構造物８０の例において、構造物は、第１の中間領域８６及び第２の中間領域８８によって超硬質材料の層８４から引き離される基質８２を含んでなる。説明された例において、基質８２と第２の中間領域との間の接触面８９は、実質的に非平面であり、第１及び第２の中間領域８６及び８８の間の接触面８７は、実質的に平面であり、そして第１の中間領域８６と超硬質材料の層８４との接触面８５は、実質的に非平面である。第１及び第２の中間領域８６及び８８の一方若しくは他方又は両方は、例えば、約４ＭＰａ√ｍ〜約１５ＭＰａ√ｍの破壊靱性を有するセラミック材料、若しくは例えば、耐火金属を含んでなる材料、コバルトのバインダー−触媒相を有する多結晶性ダイヤモンド材料よりも耐酸性である中間領域３６を形成する材料、及び／又は超硬材料、又は少なくとも１つの遷移金属を含み得るサーメント材料であっても良い。第２の中間領域は、例えば、約２００ＭＰａ以上のＴＲＳを有する材料を含んでも良い。

特定の理論に拘束されることを望まないが、基質８２に隣接する第２の中間領域８８を有することにより、基質８２と第１の中間領域８６との間のＣＴＥの急激な変化がなくなり得、異なる組成物の層間の残留応力を最小限にすることによって、基質から焼結された超硬質層のひび割れ及び／又は層間剥離の抑制を補助する。

図１１で示される例において、超硬質構造物９０は、基質９２、超硬質材料の層９４、及び基質９２から超硬質材料の層９４を引き離す超硬質材料の層９４と基質９２との間の中間領域９６を含んでなる。基質と中間領域９６との間の接触面９７は、説明された例において実質的に非平面であり、並びに中間領域９６と超硬質材料の層９４との間の接触面９８も、実質的に非平面であり、かつ２つの層の間にはめ合い嵌合を提供するための１つ以上の溝又は隆起を含んでも良い。

図３〜１１で説明されたいずれか１つ以上の例などのいくつかの例において、中間領域３６、４６、５６、６６、８６、９６における材料は、例えば、約６ＭＰａ√ｍ〜約１０ＭＰａ√ｍの破壊靱性を有しても良い。いくつかの例において、中間領域３６、４６、５６、６６、８６、９６の材料は、例えば、約８００ＭＰａ〜約２５００ＭＰａのＴＲＳを有しても良く、さらにいくつかの例において、ＴＲＳが約１０００ＭＰａ〜約２５００ＭＰａであっても良い。

１つ以上の例において、中間領域３６、４６、５６、６６、８６、９６は、例えば、約１０重量％以下、又は約５重量％以下、又は約４重量％以下、又は約３重量％以下、又は１重量％以下の金属含有量を有しても良く、一方で他の例において、中間領域３６、４６、５６、６６、８６、９６は、例えば、金属を実質的に含有していなくても良い。

いずれか１つ以上の例による超硬質多結晶性構造物において、超硬質材料の層３４、４４、５４、６４、７２、８４、９４は、耐熱性ＰＣＤなどの耐熱性材料を含んでなり、かつ約９５体積％〜約１００体積％のダイヤモンド含有量を有しても良い。耐熱性超硬質材料の層は、例えば、耐熱性の第１の領域を形成する領域に、ダイヤモンド用の触媒材料を実質的に含まなくても良く、例えば、多くても約２重量パーセントのダイヤモンド用の触媒材料を含んでも良い。

いくつかの例において、耐熱性超硬質材料の層は、バインダレスＰＣＤ材料、及び／又はＣＶＤダイヤモンド、及び／又はナノダイヤモンド粒子から形成された多結晶性超硬質材料を含んでなる。

いくつかの例において、中間領域３６、４６、５６、６６、７４、８６、９６を形成する材料は、サーメット材料、及び／又はＰｃＢＮ、金属超合金、窒化ケイ素を基礎とした材料、ジルコニアを基礎とした材料、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化チタン、窒化チタン、ホウ化チタン、炭化タングステン、ホウ化チタン、窒化アルミニウム、ホウ化アルミニウム、タングステン超合金のいずれか１つ以上を含んでも良い。いくつかの例において、中間領域３６、４６、５６、６６、７４、８６、９６を形成する材料は、例えば、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン、レニウム、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ハフニウム、ルテニウム、オスミウム及びイリジウム、又はそれらの合金のいずれか１つ以上を含んでなる耐火金属を含んでも良い。いくつかの例において、中間領域３６、４６、５６、６６、７４、８６、９６を形成する材料は、タンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、モリブデン、タングステン、クロム、レニウム、マグネシウム、銅のいずれか１つ以上の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物及び／又はオキシ炭化物のいずれか１つ以上を含んでも良い。

いずれか１以上の例において、超硬質構造物は縦軸を有し、縦軸に平行な平面に沿った中間領域３６、４６、５６、６６、８６、９６の厚さは、例えば、約１ｍｍ〜約６．５ｍｍであっても良く、さらに中間領域３６、４６、５６、６６、８６、９６は、超硬質材料の層及び／又は第２の中間領域８８と結合しても良く、及び／又はそれぞれの接触面に沿って、ろう付け接合及び／又は焼結接合によって基質３２、４２、５２、６２、８２、９２に結合しても良い。

耐熱性超硬質層３４、４４、５４、６４、８４、９４を製造するために使用される超硬質材料の粒子は、例えば、ダイヤモンド粒子若しくは微粒子、又は例えば、ｃＢＮ粒子若しくは微粒子であっても良い。焼結前の出発混合物においてそれらは、例えば２つの様式、すなわち、供給物が、超硬質粒子の粗粒分と超硬質粒子の細粒分との混合物を含んでいても良い。いくつかの実施形態において、粗粒分は、例えば、約１０〜６０ミクロンの範囲の平均微粒子／粒子サイズを有しても良い。「平均微粒子又は粒子サイズ」は、個々の微粒子／粒子が、「平均」を表す平均粒子径／粒子サイズによるサイズの範囲を有することを意味する。細粒分の平均微粒子／粒子サイズは、粗粒分のサイズよりも小さく、例えば、細粒分は、粗粒分のサイズの約１／１０〜６／１０の平均粒子サイズを有しても良く、さらにいくつかの実施形態において、例えば、約０．１〜２０ミクロンの範囲でも良い。

いくつかの実施形態において、細粒分に対する粗粒分の重量比は、約５０％〜約９７％の範囲が粗い超硬質粒子であっても良く、細粒分の重量比は、約３％〜約５０％であっても良い。他の実施形態において、粗粒分と細粒分との重量比は、約７０：３０〜約９０：１０の範囲であっても良い。

更なる実施形態において、粗粒分対細粒分の重量比は、例えば、約６０：４０〜約８０：２０の範囲であっても良い。

いくつかの例において、粗粒分と細粒分との粒度分布は重複せず、いくつかの実施形態において、圧粉体の異なるサイズの構成成分は、多様式な分布を構成する別々のサイズの粒分間の大きさによって分離される。

いくつかの例は、超硬質材料の粗粒分及び細粒分の間の広い２つの様式のサイズ分布からなるが、いくつかの例は、例えば、平均微粒子サイズが２０ミクロン、２ミクロン、２００ｎｍ及び２０ｎｍの粒子サイズのブレンドを、例えば、大きさによってサイズを分離する３つ又は４つ以上のサイズモードを含んでも良い。

ダイヤモンド微粒子／粒子を細粒分、粗粒分、又は間の他のサイズのサイジングは、ダイヤモンド粒子のジェットミリング、及び同様のプロセスなどの公知のプロセスを使っても良い。

超硬質材料が多結晶性ダイヤモンド材料である例において、多結晶性ダイヤモンド材料を形成するために使用されるダイヤモンド粒子は、天然又は合成であっても良い。

いくつかの例において、多結晶性超硬質材料はＰＣＢＮであり、超硬質微粒子又は粒子はｃＢＮを含んでなる。

いくつかの例において、ダイヤモンド粒子などの超硬質材料の粒子の結合を補助するために使用されるバインダー触媒／溶剤は、コバルト若しくは、鉄若しくはニッケルなどの他のいかなる鉄族元素、又はそれらの合金を含んでも良い。周期表のＩＶ〜ＶＩ族の金属の炭化物、窒化物、ホウ化物及び酸化物は、焼結混合物に添加されても良い非ダイヤモンド材料の他の例である。いくつかの例において、バインダー／触媒／焼結助剤は、Ｃｏであっても良い。

超硬金属炭化物基質は、従来の組成物であっても良く、従って、コバルト、ニッケル若しくは鉄、又はそれらの合金のバインダーの存在下で、圧縮及び焼結されたＩＶＢ、ＶＢ又はＶＩＢ族の金属のいずれかを含んでも良い。いくつかの例において、金属炭化物は炭化タングステンである。

例の超硬質構造物は、例えば以下のように作っても良い。

本明細書で使用される場合、「素地」は、焼結される粒子、及びバインダー、例えば有機バインダーなどと共に粒子を固定する手段を含んでなる本体である。

超硬質構造物の例は、超硬質材料の粒子又は微粒子、非反応相、及び有機バインダーなどのバインダーを含んでなる素地を準備する方法によって製造しても良い。また素地は、超硬質粒子の焼結を促進するための触媒材料を含んでも良い。素材は、粒子又は微粒子とバインダー／触媒とを組み合わせること、及び意図された焼結体と実質的に一般的に同じ形状を有する本体にそれらを成形すること、そしてバインダーを乾燥することによって製造しても良い。少なくともいくつかのバインダー材料は、例えば、それを焼失させることによって除去しても良い。素地は、圧縮プロセス、射出プロセス、又は鋳造、押出、堆積のモデリング方法などの他の方法を含む方法によって形成しても良い。

基質及び中間領域は、予め形成することが好ましい。いくつかの例において、基質は、炭化タングステンなどの硬質材料の粒子の素地を、その自由端にある接触面の特徴部を含む所望の形状に圧縮すること、及び基質部材を形成するために素地を焼結することによって予め形成しても良い。別の例において、基質接触面の特徴部は、焼結された円筒体の硬質材料から機械加工して、接触面の特徴部の所望の形状を形成しても良い。基質は、例えば、コバルト、ニッケル若しくは鉄、又はそれらの混合物などの触媒材料と結合したＷＣ微粒子を含んでも良い。予め形成された基質と、ダイヤモンド微粒子又は立方晶窒化ホウ素微粒子などの超硬質材料の微粒子とを含んでなる超硬質構造物の素地を、基質上に配置し、当該技術分野で公知のように、超高圧炉でカプセル内に封入され得るプレ焼結物アセンブリを形成しても良い。特に、超砥粒微粒子を、例えば粉末形態で、例えば、ニオブ、タンタル又はチタンから形成された金属カップの内側に配置する。予め形成された基質及び中間領域を、カップの内側に配置し、必要な粉末塊が、予め形成された炭化物基質の接触面の特徴部の周りに圧縮することができるように超硬質粉末に液圧で圧縮して、プレ複合物を形成する。その次に、プレ複合物を、約１０５０℃で脱ガスする。プレ複合物を、他端に第２のカップを配置することによって閉じ、プレ複合物を、冷間等方圧プレス又はＥＢ溶接によって封止する。その次に、プレ複合物を焼結して、接触面に沿って基質に結合された超硬質材料の焼結体を形成する。

いくつかの例において、超硬質粒子はダイヤモンド粒子であっても良く、基質は、基質中のコバルトがダイヤモンド粒子を焼結するための触媒源であるコバルト−超硬炭化タングステンであっても良い。プレ焼結物アセンブリは、追加の触媒材料源を含んでも良い。

一例を挙げれば、本方法は、プレ焼結物アセンブリを含んでなるカプセルを圧縮機に装填すること、及び超高圧及び超硬質材料が、超硬質粒子を焼結するために熱力学的に安定な温度に素地をさらすことを含む。いくつかの例において、素地はダイヤモンド粒子を含んでなり、アセンブリをさらす圧力は少なくとも約５ＧＰａであり、温度は少なくとも約セ氏１３００度である。いくつかの例において、アセンブリをさらしても良い圧力は、約５．５〜６ＧＰａであるが、いくつかの例において、約７．７ＧＰａ以上であっても良い。また、いくつかの例において、焼結プロセスに使用される温度は、約１４００〜約１５００℃の範囲であっても良い。

本方法のバージョンは、例えば、０〜３重量％のコバルトなどの金属バインダーの形態における触媒材料を、焼結前にダイヤモンド粒子と混合する追加の工程を含むＰＣＴ出願公開番号ＷＯ２００９／２３９０３４に開示された方法によってダイヤモンド複合材構造体を製造することを含んでも良い。ダイヤモンド微粒子及びコバルトなどの金属バインダー材料を含んでなる粉末ブレンドは、これらの粒子を組み合わせること、及びそれらを共にブレンドすることによって調整しても良い。効果的な粉末調製技術は、湿式又は乾式の多方向混合、遊星ボールミル粉砕及びホモジナイザーによる高せん断混合などの粉末をブレンドするために使用しても良い。一例を挙げれば、ダイヤモンド微粒子の平均サイズは、約１〜少なくとも約５０ミクロンであっても良く、粉末を混合することによって、他の微粒子と組み合わせても良く、ある場合には、手で粉末を共に撹拌しても良い。本方法のバージョンにおいて、その後のバインダー材料への変換に適切な前駆体材料は、粉末ブレンドを含んでも良く、本方法の１つのバリエーションおいて、金属バインダー材料は、素地への浸透に適切な形態で導入しても良い。粉末ブレンドは、例えば、一軸圧縮又は冷間等方圧プレス（ＣＩＰ）などの他の圧縮により素地を形成するために、ダイス又はモールドに堆積し、かつ圧縮しても良い。素地は、焼結物品を形成するために当該技術分野で公知の焼成プロセスにさらしても良い。１つのバージョンにおいて、本方法は、プレ焼結物アセンブリを含んでなるカプセルを、圧縮機に装填すること、並びに超高圧及び超硬質材料が、超硬質粒子を焼結するために熱力学的に安定な温度に素地をさらすことを含む。

焼結後、多結晶性超硬質構造物は、所望のサイズに砕いても良く、そのように生産された多結晶性超硬質材料の本体に約０．４ｍｍの高さの４５°面取りを含んでも良い。

ＰＣＤの例において、焼結物品は、非ダイヤモンドのカーボンブラックの一部又は全部をダイヤモンドに変換し、ダイヤモンド複合構造物を生成するための熱的に安定な圧力及び温度に、その後に処理するためにさらしても良い。当該技術分野で公知であるダイヤモンド合成の超高圧炉を使用しても良く、圧力は少なくとも約５．５ＧＰａであっても良く、温度は第２の焼結プロセスのために少なくとも約セ氏１，２５０度であっても良い。

ダイヤモンド用の溶剤／触媒は、様々な方法でダイヤモンド粒子の凝集塊に導入しても良く、焼結工程の前、又は焼結工程の一部で、ダイヤモンド粒子含む粉末形態で溶剤／触媒材料をブレンドすること、ダイヤモンド粒子の表面上に溶剤／触媒材料を堆積すること、又は基質以外の材料源から凝集塊に溶剤／触媒材料を侵入させることを含む。ダイヤモンド粒子の表面上に、コバルトなどのダイヤモンド用の溶剤／触媒を堆積する方法は、当該技術分野で公知であり、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、スパッタコーティング、電気化学的方法、無電解コーティング方法及び原子層堆積（ＡＬＤ）を含む。それぞれの利点及び欠点は、焼結補助材料及び堆積されるコーティング構造物の性質、及び粒子の特徴に依存することが理解されよう。

ひとつの例において、コバルトなどのバインダー／触媒は、第１に前駆体材料を堆積し、その次に前駆体材料を、元素状金属コバルトを含んでなる材料に変換することによってダイヤモンド粒子の表面上に堆積しても良い。例えば、第１工程において炭酸コバルトは、以下の反応：

Ｃｏ（ＮＯ_３）_２ ＋ Ｎａ_２ＣＯ_３ → ＣｏＣＯ_３ ＋ ２ＮａＮＯ_３

を使用して、ダイヤモンド粒子表面上に堆積しても良い。

コバルトの炭酸塩若しくは他の前駆体、又はダイヤモンド用の他の溶剤／触媒の堆積は、ＰＣＴ特許公報番号ＷＯ／２００６／０３２９８２に記載される方法によって行ってもよい。その次に、炭酸コバルトは、例えば、以下：

ＣｏＣＯ_３ → ＣｏＯ ＋ ＣＯ_２

ＣｏＯ ＋ Ｈ_２ → Ｃｏ ＋ Ｈ_２Ｏ

などの熱分解反応によって、コバルト及び水に変換しても良い。

他の例において、コバルト粉末又は炭酸コバルトなどのコバルトの前駆体は、ダイヤモンド粒子とブレンドしても良い。コバルトなどの溶剤／触媒の前駆体を使用する場合、凝集塊を焼結する前に、元素の形態で溶剤／触媒材料を生産する反応を行うために材料を熱処理することを必要としても良い。

いくつかの例において、超硬合金基質は、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｒの合金を含んでなるバインダー材料と共に結合された炭化タングステン微粒子から形成しても良い。炭化タングステン微粒子を、基質の少なくとも７０重量パーセント及び多くても９５重量パーセントで形成しても良い。バインダー材料は、Ｎｉを約１０〜５０重量％、Ｃｒを約０．１〜１０重量％含んでも良く、残りの重量パーセントはＣｏを含んでなる。

以下の実施例は、本発明の例示としてのみ提供され、限定することを意図するものではない。

実施例１：
図３、４及び１１の超硬質構造物は、以下のように形成しても良い。

コバルトディスク（２００ミクロンの厚さ）を、Ｎｂカップの底に配置する。２０ミクロンの平均粒子サイズを有する約２グラムのダイヤモンド粉末を、カップに装填する。約９９．７％の酸化アルミニウムを含んでなる予め形成されたセラミック材料の本体を、ダイヤモンド粉末の中に挿入する。予め形成されたセラミックは、端面から約１ｍｍまで延在するダイヤモンド粒子の突起を有する。約１３％のＣｏを含んでなる予め形成された超硬合金基質を、カップ内の予め形成されたセラミック材料に隣接して配置する。アセンブリは、Ｔｉキャップを使用してカップを二重にし、１１００℃で約３０分間脱ガスする。このユニットを封止し、約５．７ＧＰａの圧力及び約１４５０℃の温度で、少なくとも３０秒間焼結して、ＰＣＤ構造物を形成する。ＰＣＤ構造物を焼結後に回収し、約２．５ｍｍに近いダイヤモンドテーブル厚さ（切削表面からセラミックする材料の中間領域による接触面まで）、及び全体の高さ約１３．００ｍｍ（基質を含む）を有する直径約１６．００ｍｍまで十分に加工する。

その次に、ＰＣＤ構造物を酸浸出などの焼結後処理にさらして、多結晶性ダイヤモンド層を形成する超硬質粒子間の隙間から残留バインダーを除去する。中間領域の材料は、隙間にＣｏを含むＰＣＤ及び／又は超硬ＷＣのいずれよりも酸損傷に対してより耐性があり、超硬質構造物３０、４０、９０は、封止若しくはマスキング、又は酸からのバリア保護の他の形態のいずれかによって浸出プロセス中に保護された基質３２、４２、９２、及び中間領域３６、４６、９６によって基質３２、４２、９２から分離された耐熱性超硬質材料の層３４、４４、９４を含んでなる。隙間にコバルト含有するＰＣＤ及び／又はＷＣをよりも耐酸性である中間領域の材料の耐酸性は、２０％のＨＣｌ及び残りの８０％が水の酸浸出混合物を形成する場合、沸騰するＨＣｌ及び水の混合物中で３０時間後に酸損傷に対する耐性があるかどうかを、中間領域の材料が、その出発重量の１０％未満の減少を示すかを確認することによって決定する。

実施例２：
図５〜９の超硬質材料は、以下のように形成しても良い。

約３００ミクロンに近い厚さを有する約５重量％のＦｅを含有するコバルトディスクを、Ｔａカップの底に配置する。その次に、約１０ミクロンの平均粒子サイズを有する約１．５グラムのダイヤモンド粉末をカップに装填する。約９９．７％の酸化アルミニウムを含んでなる予め形成されたセラミック材料の本体を、ダイヤモンド粉末の中に挿入する。約１３％のＣｏを含んでなる図５〜９の例において示されるような所望の接触面を有する予め形成された超硬合金基質を、セラミック材料の本体に隣接して配置する。アセンブリは、スチール缶を使用してカップを二重にし、約１１００℃、約３０分間、及び封止された状態で真空脱ガスする。アセンブリを高温及び高圧の装置内に配置し、約８ＧＰａの圧力及び約１４５０℃の温度で、少なくとも３０秒間焼結して、焼結されたＰＣＤ構造物を形成する。焼結されたＰＣＤ構造物を回収し、約２．５ｍｍに近いダイヤモンドテーブル厚さ、及び全体の高さ約１３．００ｍｍ（基質を含む）を有する直径約１６．００ｍｍまで十分に加工する。図５〜９に示されるようなセラミック材料の本体は、構造物の当たり面まで延在して、構造物の当たり面の部分を形成し、例えば、約３ｍｍの軸厚さを有し得る。

その次に、ＰＣＤ構造物を酸浸出などの焼結後処理にさらして、多結晶性ダイヤモンド層を形成する超硬質粒子間の隙間から残留バインダーを除去する。中間領域の材料は、隙間にＣｏを含むＰＣＤ及び／又は超硬ＷＣのいずれよりも酸損傷に対してより耐性があり、超硬質構造物５０、６０、７０は、封止若しくはマスキング、又は酸からのバリア保護の他の形態のいずれかによって浸出プロセス中に保護された基質５２、６２及び中間領域５６、６６、７４によって基質５２、６２から分離された耐熱性超硬質材料の層５４、６４、９２を含んでなる。隙間にコバルトを含有するＰＣＤ及び／又はＷＣよりも耐酸性である中間領域の材料の耐酸性は、２０％のＨＣｌ及び残りの８０％が水の酸浸出混合物を形成する場合、沸騰するＨＣｌ及び水の混合物中で３０時間後に酸損傷に対する耐性があるかどうかを、中間領域の材料が、その出発重量の１０％未満の減少を示すかを確認することによって決定する。

実施例３：
図１０の超硬質材料は、以下のように形成しても良い。

コバルトディスク（約２００ミクロンの厚さを有する）は、Ｎｂカップの底に配置する。約６ミクロンの平均粒子サイズを有する約１．８グラムのダイヤモンド粉末をカップに装填する。約９９．７％の酸化アルミニウムを含んでなる予め形成されたセラミック材料の本体を、ダイヤモンド粉末の中に挿入する。予め形成されたセラミック材料の本体は、端から約１．２ｍｍまで延在するダイヤモンド粉末の突起を有する。約５０ミクロンの厚さを有するＴｉＣ−ＮｉＭｏを含んでなる予め形成されたディスクを、セラミック材料の本体、及びＷＣなどの超硬合金を含んでなる予め形成された基質に隣接して配置し、約１３重量％のＣｏを、カップ内のサーメントディスク上に配置する。アセンブリはカップを二重にし、約１１００℃、約３０分間、及び封止された状態で真空脱ガスする。アセンブリを高温及び高圧の装置内に配置し、約７．５ＧＰａの圧力及び約１４５０℃の温度で、少なくとも３０秒間焼結して、焼結されたＰＣＤ構造物を形成する。焼結されたＰＣＤ構造物を回収し、加工し、かつ分析する。ＰＣＤ構造物は、約２．２ｍｍのダイヤモンド層厚さ、並びに約１６ｍｍの直径及び全体の高さ（約１２ｍｍの基質を含む）とを有するように仕上げても良い。

図１０に示されるようなセラミック材料の本体は、構造物の当たり面から、例えば、約１ｍｍまで引き離されており、例えば、約３ｍｍの軸厚さを有し得る。

その次に、ＰＣＤ構造物を酸浸出などの焼結後処理にさらして、多結晶性ダイヤモンド層を形成する超硬質粒子間の隙間から残留バインダーを除去する。中間領域の材料は、隙間にＣｏを含むＰＣＤ及び／又は超硬ＷＣのいずれよりも酸損傷に対してより耐性があり、超硬質構造物８０は、封止若しくはマスキング、又は酸からのバリア保護の他の形態のいずれかによって浸出プロセス中に保護された基質８２、並びに中間領域８６及び中間サーメット領域８８によって基質８２から分離された耐熱性超硬質材料の層８４を含んでなる。隙間にコバルトを含有するＰＣＤ及び／又はＷＣよりも耐酸性である中間領域の材料の耐酸性は、２０％のＨＣｌ及び残りの８０％が水の酸浸出混合物を形成する場合、沸騰するＨＣｌ及び水の混合物中で３０時間後に酸損傷に対する耐性があるかどうかを、中間領域の材料が、その出発重量の１０％未満の減少を示すかを確認することによって決定する。

ＴｉＣ−ＮｉＭｏディスクは、超硬合金基質とセラミック材料の本体との間の接着性の改善を補助し得る。

実施例４
図３、４及び１１の超硬質材料は、別法として以下のように形成しても良い。

約１３重量％のＣｏを含んでなる超硬合金から形成されたディスク（３ｍｍの厚さ）を、Ｎｂカップの底に配置する。約１５ミクロンの平均粒子径を有する約１．８ダイヤモンド粉末をカップに装填する。予め形成された炭化ケイ素セラミック材料の本体を、ダイヤモンド粉末の中に挿入する。予め形成されたＳｉＣセラミック材料は、端面から約１ｍｍまで延在するダイヤモンド粒子の突起を有する。約１１％のＣｏを含有する予め形成された超硬合金基質を、セラミック材料の本体に隣接して配置する。アセンブリはカップを二重にし、約１１００℃、約３０分間、及び封止された状態で真空脱ガスする。アセンブリを高温及び高圧の装置内に配置し、約７．２ＧＰａ及び約１４５０℃で少なくとも３０秒間焼結して、焼結されたＰＣＤ構造物を形成する。焼結されたＰＣＤ構造物を回収し、加工し、かつ分析する。ＰＣＤ構造物は、例えば約２．５ｍｍのダイヤモンド層厚さ、並びに、例えば、約１６ｍｍの直径及び約１３ｍｍの基質を含む全体の高さを有するように仕上げても良い。

その次に、ＰＣＤ構造物を酸浸出などの焼結後処理にさらして、多結晶性ダイヤモンド層を形成する超硬質粒子間の隙間から残留バインダーを除去する。中間領域の材料は、隙間にＣｏを含むＰＣＤ、及び／又は超硬ＷＣのいずれよりも酸損傷に対してより耐性があり、超硬質構造物３０、４０、９０は、封止若しくはマスキング、又は酸からのバリア保護の他の形態のいずれかによって浸出プロセス中に保護された基質３２、４２、９２、及び中間領域３６、４６、９６によって基質３２、４２、９２から分離された耐熱性超硬質材料の層３４、４４、９４を含んでなる。隙間にコバルトを含有するＰＣＤ及び／又はＷＣよりも耐酸性である中間領域の材料の耐酸性は、２０％のＨＣｌ及び残りの８０％が水の酸浸出混合物を形成する場合、沸騰するＨＣｌ及び水の混合物中で３０時間後に酸損傷に対する耐性があるかどうかを、中間領域の材料が、その出発重量の１０％未満の減少を示すかを確認することによって決定する。

実施例５：
図５〜９の超硬質材料は、別法として以下のように形成しても良い。

約５重量％のＦｅを含有する３００ミクロンの厚さのＣｏディスクを、Ｎｂカップの底に配置する。約２５ミクロンの平均粒子サイズを有する約１．５グラムのダイヤモンド粉末をカップに装填する。約９ｍｍの直径及び約１．５ｍｍの高さを有する約９９．７重量％の酸化アルミニウムを含んでなる予め形成されたアルミナディスクを、ダイヤモンド粉末の中心であり、かつ上に配置する。その次に、約３グラムのアルミナ粉末を酸化アルミニウムディスクの上に配置する。約１３重量％のＣｏを含んでなる予め形成された超硬ＷＣ基質を、アルミナディスクに隣接して配置する。アセンブリはカップを二重にし、約１１００℃、約３０分間、及び封止された状態で真空脱ガスする。アセンブリを高温及び高圧の装置内に配置し、約６．５ＧＰａ及び約１４５０℃で、少なくとも３０秒間焼結して、焼結されたＰＣＤ構造物を形成する。焼結されたＰＣＤ構造物を回収し、加工し、かつ分析する。ＰＣＤ構造物は、切削表面からカッターの周囲のサイドエッジに沿って基質を有する接触面までを測定して、約２．５ｍｍのダイヤモンド層厚さを有するように仕上げる。アルミナセラミック領域は、ＰＣＤ構造物の中心に露出され、当たり面の部分を形成する。

その次に、ＰＣＤ構造物を酸浸出などの焼結後処理にさらして、多結晶性ダイヤモンド層を形成する超硬質粒子間の隙間から残留バインダーを除去する。中間領域の材料は、隙間にＣｏを含むＰＣＤ、及び／又は超硬ＷＣのいずれよりも酸損傷に対してより耐性があり、超硬質構造物５０、６０、７０は、封止若しくはマスキング、又は酸からのバリア保護の他の形態のいずれかによって浸出プロセス中に保護された基質５２、６２及び中間領域５６、６６、７４によって基質５２、６２から分離された耐熱性超硬質材料の層５４、６４、９２を含んでなる。隙間にコバルトを含有するＰＣＤ及び／又はＷＣよりも耐酸性である中間領域の材料の耐酸性は、２０％のＨＣｌ及び残りの８０％が水である酸浸出混合物を形成する場合、沸騰するＨＣｌ及び水の混合物中で３０時間後に酸損傷に対する耐性があるかどうかを、中間領域の材料が、その出発重量の１０％未満の減少を示すかを確認することによって決定する。

実施例６：
図５〜９の超硬質材料は、別法として以下のように形成しても良い。

約５重量％のＦｅを含んでなるコバルトディスク（約３００ミクロンの厚さを有する）を、Ｎｂカップの底に配置する。約１２ミクロンの平均粒子サイズを有する約１．８グラムのダイヤモンド粒子をカップに装填する。約７０重量％のアルミナと約３０重量％のＴｉＣとを含んでなり、かつ約９ｍｍの直径及び約１．５ｍｍの厚さを有する予め形成されたアルミナセラミックディスクを、ダイヤモンド粉末の中心であり、かつ上に配置する。９９．９％の純度を有する約９０重量％のアルミナ粉末と、約３０ミクロンの平均粒子サイズを有する約１０重量％のダイヤモンド粉末とを含んでなる約１．５グラムの粉末混合物を、アルミナ−ＴｉＣディスク上のカップに配置する。約１３重量％のＣｏを有する超硬合金基質を、カップ内にアルミナ−ダイヤモンド粉末混合物に隣接して配置する。アセンブリはカップを二重にし、約１１００℃、約３０分間、及び封止された状態で真空脱ガスする。アセンブリを高温及び高圧の装置内に配置し、約６．０ＧＰａ及び約１４５０℃で、少なくとも３０秒間焼結して、焼結されたＰＣＤ構造物を形成する。焼結されたＰＣＤ構造物を回収し、加工し、かつ分析する。ＰＣＤ構造物は、切削表面から構造物の周囲のサイドエッジに沿って基質を有する接触面までを測定して、約２．５ｍｍのダイヤモンド層厚さを有するように仕上げる。アルミナセラミック領域は、ＰＣＤ構造物の中心に露出され、当たり面の部分を形成する。カッターの全体の直径は約１６ｍｍであり、約１３ｍｍの高さであり得る。

その次に、ＰＣＤ構造物を酸浸出などの焼結後処理にさらして、多結晶性ダイヤモンド層を形成する超硬質粒子間の隙間から残留バインダーを除去する。中間領域の材料は、隙間にＣｏを含むＰＣＤ、及び／又は超硬ＷＣのいずれよりも酸損傷に対してより耐性があり、超硬質構造物５０、６０、７０は、封止若しくはマスキング、又は酸からのバリア保護の他の形態のいずれかによって浸出プロセス中に保護された基質５２、６２、中間領域５６、６６、７４によって基質５２、６２から分離された耐熱性超硬質材料の層５４、６４、９２を含んでなる。隙間にコバルトを含有するＰＣＤ及び／又はＷＣよりも耐酸性である中間領域の材料の耐酸性は、２０％のＨＣｌ及び残りの８０％が水の酸浸出混合物を形成する場合、沸騰するＨＣｌ及び水の混合物中で３０時間後に酸損傷に対する耐性があるかどうかを、中間領域の材料が、その出発重量の１０％未満の減少を示すかを確認することによって決定する。

図１２に示すような更なる例において、最終構成物の焼結前に構成成分をカップに装填する順序は、最初に、予め形成された中間領域の材料１０２をカップ内に配置しても良く、続いて、ダイヤモンド粒子１０３を、予め形成された超硬合金基質１００の上に配置しても良く、それらを変更しても良い。その次に、アセンブリを上記例に記載されたように焼結して、最初のＰＣＤ構造物を形成する。基質１００をＥＤＭ又はレーザー技術によって、線Ａ−Ａに沿って焼結されたＰＣＤ層１０３から除去しても良く、例えば、ＰＣＤ層１０２及び中間領域１０３を、ＰＣＤ材料の隙間から残留触媒バインダーを除去するために酸浸出などの処理プロセスにさらして、それを耐熱性にしても良い。その次に、そこに結合した中間領域１０２を有するＴＳ ＰＣＤ１０３を、直接（図１３において示されるように、基質と中間領域との間に実質的に平面接触面が存在するか、又は図１４において示されるように、基質と中間領域との間に実質的に非平面接触面が存在する）、又は更なる新たな中間層１０６を介して、新たな基質１０７に再度取り付けて、例えば、図１０に関して上述したようなサーメット材料から形成しても良い。これは、例えば、ろう付けによって達成しても良い。

変化をもたらす例において、予め形成された中間領域を、約１００ＭＰａ〜約２００ＭＰａ及び約１５００度の温度における熱圧縮を使用する高圧下で、予め形成された基質と結合しても良い。その次に、アセンブリを、例えば、真空化でＴｉｃｕｓｉｌ^ＴＭろう付けペーストを使用して、約８００度の温度で十分に浸出されたＰＣＤテーブルにろう付けしても良い。その次に、構造物を必要な最終寸法に加工する。

特定の理論に拘束されることを望まないが、１つ以上の中間領域が、未浸出ＰＣＤに相当する靱性及び／又は強度を有する材料で形成される例において、例えば、特に従来のＰＣＤを浸出することが、典型的に、約３０％までＰＣＤの強度を減少させる公知のＴＳ超硬質層に対する良好な支持体を、中間層領域は提供すると考えられる。中間層領域は、超硬質構造物の特定の末端用途に適合するための形状であっても良く、例えば、ＴＳ超硬質材料大きな表面積は、摩耗痕が進行するにつれて、摩耗が強靭で強固なセラミック支持中間領域によって支持されるＴＳ領域に含有されるように切削エッジを示しても良い。中間領域の突出部は、超硬質層と比較して、高い耐衝撃性を有しても良く、超硬質構造物の使用中に剥離又は破壊的不具合を回避するために、亀裂を止めるのを助けるように作用する。

中間領域及びＴＳ超硬質層のサイズ及び形状は、超硬質材料の最終用途に合わせて調整しても良い。ＰＣＤおよびＰＣＢＮ切削工具にとって望ましい材料の全体の耐磨滅性を著しく損なうことなく乖離耐性を改善することが可能であると考えられる。

試験中の摩耗痕の発生の観察は、脆いタイプの微小破壊（例えば、乖離及び欠け）を表さないで、大きな摩耗痕を発生させる材料の能力を示し、より長い工具寿命をもたらす。

この結果として、例えばＰＣＤ材料の例は、高い磨滅性と破壊性能との組み合わせを有して形成されても良い。

超硬質構造物は、実質的に円筒であり、かつ実質的に平面の当たり面、又は一般的ドーム状の尖った丸い円錐若しくは円錐台状の当たり面を有するＰＣＤ部材を提供するために、例えば、研磨によって仕上げても良い。ＰＣＤ部材は、例えば、地面穿孔用の回転式せん断（又はドラック）ビット、ハンマードリルビット、採掘またはアスファルト分解のためのピック用の使用に適切であり得る。

様々なバリエーションが多数の例を参照にして説明されているが、当業者であれば、様々な変更がなされても良く、等価物がその部材の代わりに用いられても良く、これらの例は開示された特定のバリエーションを限定するものではない。例えば、ＰＣＤの耐熱性にするために、中間領域が取り付けられたＰＣＤ構造物は、ダイヤモンド粒子間から触媒材料を酸で浸出されるか、又は電気化学的方法などのこれを達成する他の方法にさらしても良い。

Claims (51)

1. 当たり面を形成する露出面及び周囲のサイドエッジを有する耐熱性多結晶超硬質材料の本体を含んでなる第１の領域と、
   前記第１の領域に対して基質を形成する第２の領域と、
   前記第１及び第２の領域の間に少なくとも部分的に挿入された第３の領域と、
   を含んでなる超硬質多結晶性構造物であって、
   前記第３の領域が、コバルトを含んでなるバインダー−触媒相を有する多結晶ダイヤモンド材料よりも耐酸性の材料、及び／又は超硬合金材料よりも耐酸性の材料を含んでなる、超硬質多結晶性構造物。
2. 前記第３の領域が、前記当たり面まで延在し、前記当たり面の部分を形成する、請求項１に記載の超硬質多結晶性構造物。
3. 前記第３の領域の前記材料が、約４ＭＰａ√ｍ〜約１５ＭＰａ√ｍの破壊靱性を有する、請求項１又は２に記載の超硬質多結晶性構造物。
4. 前記第３の領域が外周面を有し、前記第１の領域が前記第３の領域の前記外周面の少なくとも一部の周りに延在する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
5. 前記第１の領域が、前記第３の領域の１つ以上の隅に配置された１つ以上のセグメントを含んでなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
6. 前記第３の領域の前記材料が、耐火金属を含んでなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
7. 前記耐火金属が、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン、レニウム、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ハフニウム、ルテニウム、オスミウム及びイリジウム、又はそれらの合金のいずれか１つ以上を含んでなる、請求項６に記載の超硬質多結晶性構造物。
8. 前記第３の領域の前記材料が、サーメット材料を含んでなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
9. 前記第３の領域の前記材料が、セラミック材料を含んでなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
10. 前記第３の領域の前記材料が、ＰｃＢＮ、金属超合金、窒化ケイ素を基礎とした材料、ジルコニアを基礎とした材料、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化チタン、窒化チタン、ホウ化チタン、炭化タングステン、ホウ化チタン、窒化アルミニウム、ホウ化アルミニウム、超合金チタンのいずれか１つ以上を含んでなる、請求項１〜５及び９のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
11. 前記第３の領域の前記材料が、タンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、モリブデン、タングステン、クロム、レニウム、マグネシウム、銅のいずれか１つ以上の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物及び／又はオキシ炭化物のいずれか１つ以上を含んでなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
12. 露出された当たり面を有する超硬質多結晶性構造物であって、
    当たり面の一部を形成する自由な外部表面を有する耐熱性多結晶性超硬質材料の本体を含んでなる第１の領域と、
    前記第１の領域に対して基質を形成する第２の領域と、
    前記第１及び第２の領域の間に少なくとも部分的に挿入された第３の領域と、
    を含んでなり、
    前記第３の領域が、約４ＭＰａ√ｍ〜約１５ＭＰａ√ｍの破壊靱性を有するセラミック材料を含んでなり、前記第３の領域が、前記当たり面まで延在して、前記当たり面の更なる一部を形成する、超硬質多結晶性構造物。
13. 前記第３の領域中の前記材料が、約６ＭＰａ√ｍ〜約１０ＭＰａ√ｍの破壊靱性を有する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
14. 前記第３の領域中の前記材料が、約６００ＭＰａ〜約２５００ＭＰａのＴＲＳを有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
15. 前記第３の領域中の前記材料が、約１０００ＭＰａ〜約２５００ＭＰａのＴＲＳを有する、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
16. 前記第３の領域が、約１０重量％以下の金属含有量を有する、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
17. 前記第３の領域が、約４重量％以下の金属含有量を有する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
18. 前記第３の領域が、約５重量％以下の金属含有量を有する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
19. 前記第３の領域が、約３重量％以下の金属含有量を有する、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
20. 前記第３の領域が、金属を実質的に含有しない、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
21. 前記第１の領域が、約９５体積％〜約１００体積％のダイヤモンド含有量を有する、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
22. 前記第１の領域がダイヤモンド用の触媒材料を実質的に含まず、前記領域が耐熱性の第１の領域を形成する、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
23. 前記耐熱性の第１の領域が、最大で２重量パーセントのダイヤモンド用の触媒材料を含んでなる、請求項２２に記載の超硬質多結晶性構造物。
24. 前記耐熱性の第１の領域が、バインダレスＰＣＤ材料を含んでなる、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
25. 前記耐熱性の第１の領域が、ＣＶＤダイヤモンドを含んでなる、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
26. 前記耐熱性の第１の領域が、ナノダイヤモンド粒子から形成された多結晶性超硬質材料を含んでなる、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
27. 前記第１の領域が第１の接触面に沿って前記第２の領域と結合し、かつ前記第２の領域が第２の接触面に沿って前記第３の領域と結合し、前記第１又は第２の接触面の一方若しくは他方又は両方が実質的に非平面である、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
28. 前記第１又は第２の接触面の一方若しくは他方又は両方が、その中又はそれに沿って１つ以上の溝又は堀を有する、請求項２７に記載の超硬質多結晶性構造物。
29. 前記構造物が縦軸を有し、前記縦軸に平行な平面に沿って前記第３の領域の厚さが、約１ｍｍ〜約６．５ｍｍである、請求項１〜２８のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
30. 前記第３の領域が、それぞれ前記第１及び／又は第２の接触面に沿って、ろう付け接合又は焼結接合によって前記第１の領域及び／又は前記第２の領域と結合する、請求項１〜２９のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
31. 前記第３の領域及び前記基質の間、又は前記第１の領域及び前記第２の領域の間に少なくとも部分的に挿入された第４の領域をさらに含んでなる、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
32. 前記第４の領域が、サーメット材料を含んでなる、請求項３１に記載の超硬質多結晶性構造物。
33. 前記第４の領域が、少なくとも１つの遷移金属化合物を含んでなる、請求項３１又は３２に記載の超硬質多結晶性構造物。
34. 前記第４の領域が、約２００ＭＰａ以上のＴＲＳを有する材料を含んでなる、請求項３１〜３３のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
35. 前記第３の領域が、前記基質から前記当たり面に向かって延在し、前記第３の領域が外周面を有し、前記第１の領域が前記第３の領域の前記外周面の周りに延在する、請求項１〜３４のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
36. 前記多結晶性超硬質材料の本体が、周囲のサイドエッジに沿って前記当たり面から前記基質との前記接触面まで少なくとも約３ｍｍの厚さを有し、かつ、
    前記第３の領域の少なくとも一部が、前記構造物の前記縦軸に沿って延在する平面で測定された少なくとも約３ｍｍの厚さを有する、請求項３５に記載の超硬質多結晶性構造物。
37. 前記第３の領域が、前記当たり面まで延在して前記当たり面の部分を形成する、請求項１〜３６のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
38. 前記第３の領域が、切削面から約０．５ｍｍ以下の距離まで延在する、請求項１〜３７のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
39. 前記多結晶性超硬質材料の本体が、天然及び／又は合成のダイヤモンド粒子、及び／又は立方晶窒化ホウ素粒子を含んでなる、請求項１〜３８のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
40. 前記基質が、超硬合金材料から形成される、請求項１〜３９のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
41. 前記超硬合金基質が、バインダー材料によって共に結合した炭化タングステン微粒子を含んでなる、請求項４０に記載の超硬質多結晶性構造物。
42. 前記バインダー材料が、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｒ、又はそれらの合金の１つ以上を含んでなる、請求項４１に記載の超硬質多結晶性構造物。
43. 前記当たり面から前記周囲のサイドエッジに沿って前記第１の領域の耐熱性領域までの深さが、少なくとも約３．５ｍｍ以上である、請求項１〜４２のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物。
44. 請求項１〜４３のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物を含んでなる、地面穿孔用の回転式せん断ビット用又はハンマードリルビット用の超硬質多結晶性構造物。
45. 請求項１〜４３のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物を含んでなる工具であって、切削用、製粉用、破砕用、掘削用、地面穿孔用、岩石掘削用又はその他研磨剤用途用である、工具。
46. 前記工具が、地面穿孔用又は岩石掘削用のドリルビットを含んでなる、請求項４５に記載の工具。
47. 前記工具が、油及びガス掘削に使用する回転式固定カッタービットを含んでなる、請求項４５に記載の工具。
48. 前記工具が、ローリングコーンドリルビット、拡孔工具、拡張可能な工具、リーマー又は他の地面穿孔工具である、請求項４５に記載の工具。
49. 請求項１〜４３のいずれか一項に記載の超硬質多結晶性構造物を含んでなるドリルビット若しくはカッター、又はそれらの構成部品。
50. 添付の図において実施形態が説明するようないずれか一つの実施形態を参照した、実質的に上述のような超硬質多結晶性構造物。
51. 添付の図において実施形態が説明するようないずれか一つの実施形態を参照した、実質的に上述のような超硬質多結晶性構造物の製造方法。