MX2013010083A - Metodos para formar tablas policristalinas y elementos policristalinos y estructuras relacionadas. - Google Patents

Abstract

Métodos para formar un elemento policristalino comprenden disponer una primera pluralidad de partículas que comprenden un material superabrasivo, una segunda pluralidad de partículas que comprenden el material superabrasivo y un material catalizador en un molde. La primera y segunda pluralidad de partículas se sinterizan para formar una tabla policristalina que comprende una primera región que tiene una primera permeabilidad y una segunda región que tiene una segunda permeabilidad más grande. El material catalizador es por lo menos sustancialmente removido de la tabla policristalina. La tabla policristalina se une a un extremo de un sustrato, la por lo menos una segunda región que es interpuesta entre la primera región y el sustrato. Los elementos policristalinos comprenden un sustrato. Una tabla policristalina que comprende un material superabrasivo y que tiene una primera región que exhibe una primera permeabilidad y por lo menos una segunda región que exhibe una segunda permeabilidad más grande se une a un extremo del sustrato.

Description

MÉTODOS PARA FORMAR TABLAS POLICRISTALINAS Y ELEMENTOS - POLICRISTALINOS Y ESTRUCTURAS RELACIONADAS CAMPO TÉCNICO Las modalidades de la presente invención se relacionan generalmente a métodos para formar tablas policristalinas, métodos para formar elementos policristalinos y estructuras relacionadas. Específicamente, las modalidades de la descripción se relacionan a métodos para unir tablas policristalinas completamente lixiviadas o de manera sustancial completamente lixiviadas a sustratos para formar elementos policristalinos, y estructuras intermedias relacionadas con los mismos.

ANTECEDENTES Las herramientas para perforación en la tierra para formar perforaciones de pozos en formaciones de tierra subterráneas pueden incluir una pluralidad de elementos cortantes asegurados a un cuerpo. Por ejemplo, las brocas de barrena rotatorias para perforación en la tierra de cortador fijo (también referidas como "brocas de arrastre") incluyen una pluralidad de elementos cortantes que se unen fijamente a un cuerpo de la broca de barrena. De manera similar, las brocas de barrena rotatorias para perforación en la tierra de cono de rodillo pueden incluir conos que se montan sobre pernos de cojinete que se extienden desde extensiones de un cuerpo de broca tal que cada cono es capaz de girar alrededor del perno de cojinete sobre el cual se monta. Una pluralidad de elementos cortantes, conocidos en la técnica como "insertos", se pueden montar a cada cono de la broca de barrena.

Los elementos cortantes utilizados en tales herramientas para perforación en la tierra frecuentemente incluyen elementos cortantes de compacto de diamante policristalino (frecuentemente referido como "PDC") , también llamados "cortadores", que son elementos cortantes que incluyen un material de diamante policristalino (PCD) , que se puede caracterizar como un material superabrasivo o superduro. Tales materiales de diamante policristalinos se forman al sinterizar y al unir conjuntamente granos o cristales de diamantes sintéticos, naturales o una combinación de sintéticos y naturales relativamente pequeños, llamados "granos" bajo condiciones de alta temperatura y alta presión en la presencia de un catalizador, tal como, por * ejemplo, cobalto, hierro, níquel o aleaciones y mezclas de los mismos, para formar una región de material de diamante policristalino, también llamada una tabla de diamante. Estos procesos son frecuentemente referidos como procesos de alta temperatura/alta presión ("HTHP"). El sustrato de elemento cortante puede comprender un material cermet, es decir, un material compuesto de cerámica-metal, tal como, por ejemplo, carburo de tungsteno cementado con cobalto. En algunos casos, la tabla de diamante policristalina se puede formar sobre el elemento cortante, por ejemplo, durante el proceso de sinterización HTHP. En tales casos, el cobalto u otro material catalizador en el sustrato de elemento cortante se pueden barrer en los granos o cristales de diamanté durante la sinterización y servir como un material catalizador para formar una tabla de diamante de los granos o cristales de diamante. El material catalizador en polvo también se puede mezclar con los granos o cristales de diamante antes de la sinterización de los granos o cristales conjuntamente en un proceso HTHP. En otros métodos, sin embargo, la tabla de diamante se puede formar por separado del sustrato de elemento cortante y subsecuentemente unirse al mismo.

Para reducir los problemas asociados con las diferencias en la expansión térmica y la descomposición química de los cristales de diamante en los elementos cortantes PDC, se han desarrollado compactos de diamante policristalinos "térmicamente estables" (que también se conocen como productos térmicamente estables o "TSPs") . Tal compacto de diamante policristalino térmicamente estable se puede formar al lixiviar el material catalizador fuera de los espacios intersticiales entre los granos inter-enlazados en la tabla de diamante. Cuando la tabla de diamante sé forma por separado y subsecuentemente se une a un sustrato, también conocido en la técnica como un proceso de "re-unión", la unión inadecuada puede dar por resultado la deslaminación de la tabla de diamante del sustrato y la falla prematura del elemento cortante. Además, el material catalizador puede ser barrido1 del sustrato en la tabla policristalina durante el proceso-' de unión, y la tabla policristalina nuevamente puede requerir lixiviación para reducir los problemas asociados con las diferencias en las velocidades de expansión térmica y la descomposición química de los cristales de diamante.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En algunas modalidades, la descripción incluye métodos para formar un elemento policristalino que comprenden disponer una primera pluralidad de partículas que comprenden un material superabrasivo, una segunda pluralidad de partículas que comprenden el material superabrasivo, y un material catalizador en un molde. La primera y segunda pluralidad de partículas se sinteriza en la presencia del material catalizador para formar una tabla policristalina que comprende una primera región que tiene una primera permeabilidad y una segunda región que tiene una segunda permeabilidad más grande. El material catalizador por lo menos sustancialmente se remueve de la tabla policristalina. La tabla policristalina se une a un extremo de un sustrato que comprende un material duro, la por lo menos una segunda región que es interpuesta entre la primera región y el sustrato.

En otras modalidades, la descripción incluye métodos para unir una tabla policristalina a un sustrato que comprenden formar una tabla policristalina de material superabrasivo y que comprende una primera región que tiene una primera permeabilidad y una segunda región que tiene una segunda permeabilidad más grande. El material catalizador por lo menos sustancialmente se remueve de la tabla policristalina. La tabla policristalina hace contacto con un extremo de un sustrato que comprende un material duro, la segunda región que es interpuesta entre la primera región y el sustrato. Por lo menos la segunda región de la tabla policristalina se infiltra con un material fluible desde el sustrato .

En modalidades adicionales, la descripción incluye elementos policristalinos , que comprenden un sustrato que comprende un material duro. Una tabla policristalina que comprende un material' superabrasivo y que tiene una primera región que exhibe una primera permeabilidad y por lo menos una segunda región que exhibe una segunda permeabilidad más grande, se une a un extremo del sustrato, la por lo menos una segunda región que es interpuesta entre el sustrato y la primera región.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Mientras que la especificación concluye con las reivindicaciones que particularmente puntualizan y distintamente reclaman lo que se considera como la presente invención, varias características y ventajas de las modalidades de esta invención se pueden aseverar fácilmente a partir de la siguiente descripción de modalidades de la invención cuando se leen en conjunción con los dibujos acompañantes, en los cuales: La FIG. 1 es una vista en perspectiva recortada parcial de un elemento cortante que incluye una tabla policristalina de la presente descripción; La FIG. 2 ilustra una vista de sección transversal de otro elemento cortante que incluye una tabla policristalina en forma domo de la presente descripción; La FIG. 3 representa una vista simplificada de cómo una microestructura de una primera región de una tabla policristalina de la presente descripción puede aparecer bajo aumento ; La FIG. 4 es una vista simplificada de cómo una microestructura de una segunda región de una tabla policristalina de la presente descripción puede- aparecer bajo aumento; La FIG. 5 ilustra una vista de sección transversal de un elemento cortante que incluye otra configuración de una tabla policristalina de la presente descripción; La FIG. 6 representa una vista de sección transversal de un elemento cortante que incluye otra configuración de una tabla policristalina de la presente descripción; La FIG. 7 es una vista de sección transversal de un elemento cortante que incluye un diseño de interfase no plano en una interfase entre un sustrato y una tabla policristalina de la presente descripción; La FIG. 8 ilustra una vista de sección transversal de un elemento cortante que incluye un diseño de interfase no plano en una interfase entre las regiones dentro de una tabla policristalina de la presente descripción; Las FIGS. 9A hasta 9F representan vistas de sección transversal de diseños de interfase no planos que se pueden utilizar en conexión con una tabla policristalina de la presente descripción; La FIG. 10 es una vista de sección transversal de un molde utilizado en un proceso para unir una tabla policristalina de la presente descripción a un sustrato; La FIG. 11 ilustra una vista de sección transversal de una estructura intermedia en un proceso para unir una tabla policristalina de la presente descripción a un sustrato; La FIG. 12 representa una vista simplificada de cómo una microestructura de una segunda región de la estructura intermedia mostrada en la FIG. 11 puede aparecer bajo aumento; La FIG. 13 es una vista de sección transversal de un molde utilizado en un proceso para unir una tabla policristalina a un sustrato; La FIG. 14 ilustra una vista de sección tránsversal de un molde, similar al molde mostrado en la FIG. 10, utilizado en un proceso para unir una tabla policristalina de la presente descripción a un sustrato; y La FIG. 15 ilustra una vista en perspectiva de una herramienta para perforación en la tierra a la cual se puede unir un elemento cortante que incluye una tabla policristalina de la presente descripción.

MODO(S) PARA LLEVAR A CABO EN LA INVENCIÓN Las ilustraciones presentadas en la presente no se proponen para ser vistas reales de cualquier herramienta para perforación en la tierra, elemento cortante o cojinete particular, sino que son simplemente representaciones idealizadas que se emplean para describir las modalidades de la descripción. Adicionalmente, los elementos comunes entre las figuras pueden retener la misma o similar designación numérica.

Los términos "herramienta para perforación en la tierra" y "broca de barrena para perforación en la tierra" como se utilizan en la presente, significan e incluyen cualquier tipo de broca o herramienta utilizada para perforar durante la formación o agrandamiento de una perforación de pozo en una formación subterránea e incluyen, por ejemplo, brocas de cortador fijo, brocas de cono de rodillo, brocas de percusión, brocas de núcleo, brocas excéntricas, brocas bicéntricas, escariadores, pulimentadores , brocas de arrastre, brocas híbridas y otras brocas y herramientas de perforación conocidas en la técnica.

Como se utiliza en la presente, el término "tabla policristalina" significa e incluye cualquier estructura que comprende una pluralidad de granos (es decir, cristales) de material (por ejemplo, material superabrasivo) que se unen directamente de manera conjunta mediante enlaces intergranulares. Las estructuras de cristal de los granos individuales del material se pueden orientar aleatoriamente en el espacio dentro del material policristalino .

. Como se utiliza en la presente, los términos "enlace inter-granular" e "inter-enlazado" significan e incluyen cualquier enlace atómico directo (por ejemplo, covalente, metálico, etc.) entre los átomos en granos adyacentes de material superabrasivo.

El término "sinterización" , como se utiliza en la presente, significa el transporte de masa impulsado por temperatura, que puede incluir la densificación y/o engrosamiento de un componente particulado, y típicamente involucra la remoción de por lo menos una porción de los poros entre las partículas de partida (acompañado por contracción) combinado con coalescencia y unión entre las partículas adyacentes.

Como se utiliza en la presente, los términos "nanopartícula" y "nano-tamaño" significan e incluyen partículas (por ejemplo, granos o cristales) que tienen un diámetro de partícula promedio de 500 nm o menor.

Como se utiliza en la presente, el término "composición de material" significa la composición química y microestructura de un material. En otras palabras, los materiales que tienen la misma composición química, pero una diferente microestructura se consideran que tienen diferentes composiciones de material.

Como se utiliza en la presente, el término "carburo de tungsteno" significa cualquier composición de material que contiene compuestos químicos de tungsteno y carbono, tal como, por ejemplo, WC, W2C y combinaciones de WC y W2C . El carburo de tungsteno incluye, por ejemplo, carburo de tungsteno vaciado, carburo de tungsteno sinterizado y carburo de tungsteno macrocristalino .

Con referencia a la FIG. 1, se muestra una vista en perspectiva recortada parcial de un elemento cortante 100 que incluye una tabla policristalina 102. La tabla policristalina 102 del elemento cortante 100 se une a un extremo de un sustrato 104. La tabla policristalina 102 se puede formar por separado del sustrato 104 y subsecuente ser unida al sustrato 104 en un proceso de reunión. La tabla policristalina 102 comprende una primera región 106 que tiene una primera permeabilidad y una segunda región 108 que tiene una segunda permeabilidad más grande. La segunda región 108 de la tabla policristalina 102 puede estar próxima al sustrato 104, y la primera región 106 se puede disponer en un extremo de la segunda región 108 opuesto al sustrato 104. Asi, la segunda región 108 se puede interponer entre la primera región 106 y el sustrato 104. La tabla policristalina 102 se puede unir al sustrato 104 en una interfaz 110. Asi, la interfase 110 puede comprender un limite entre la segunda región 108 y el sustrato 104. La primera región 106 puede formar un límite con la segunda región 108 en otra interfase 112 dentro de la tabla policristalina 102. En algunas modalidades, una superficie de la primera región 106' puede formar una cara cortante 114 de la tabla policristalina 102.

El elemento cortante 100 se puede formar como un cuerpo generalmente cilindrico. Así, el sustrato 104 puede comprender un cilindro y la tabla policristalina 102 puede comprender otro cilindro o disco unido a un extremo del sustrato 104. El sustrato cilindrico 104 puede tener una sección transversal circular. En algunas modalidades, un bisel 116 se puede formar alrededor de los bordes periféricos de la tabla policristalina 102, el sustrato 104, o ambos.

La tabla policristalina 102 puede comprender un material policristalino superabrasivo, algunas veces utilizado intercambiablemente para dar a entender "superduro". Por ejemplo, el material superabrasivo puede comprender diamante sintético, diamante natural, una combinación de diamante sintético y natural, nitruro de boro cúbico, nitruro de carbono y otros materiales superabrasivos conocidos en la técnica. Los granos individuales del material superduro pueden formar enlaces inter-granulares para formar un material policristalino superabrasivo.

Típicamente, un material policristalino superabrasivo se forma al sinterizar partículas de material superabrasivo en la presencia de un material catalizador utilizando un proceso de alta temperatura/alta presión (HTHP) . El material catalizador adecuado puede incluir, por ejemplo, una aleación (por ejemplo, a base de cobalto, a base de hierro, a base de " níquel, a base de hierro y níquel, a base de cobalto y níquel y a base de hierro y cobalto) o un elemento comercialmente puro (por ejemplo, cobalto, hierro y níquel) que cataliza el crecimiento del grano y el enlace inter-granular . Después de la formación del material policristalino superabrasivo, el material catalizador puede permanecer en los espacios intersticiales entre los granos inter-enlazados de material superabrasivo que forman una estructura policristalina .

El sustrato 104 puede comprender un material duro adecuado para el uso en aplicaciones para perforación en la tierra.. Por ejemplo, el material duro puede comprender un material compuesto de cerámica-metal (es decir, un material "cermet") que comprende una pluralidad de partículas de cerámica duras dispersas por todo un material de matriz de metal. Las partículas de cerámica duras pueden comprender carburos, nitruros, óxidos y boruros (incluyendo carburo de boro (B4C) ) . Más específicamente, las partículas de cerámica duras pueden comprender carburos y boruros hechos de los elementos tales como W, Ti, Mo, Nb, V, Hf, Ta, Cr, Zr, Al y Si. A manera de ejemplo y no de limitación, los materiales que se pueden utilizar para formar partículas de cerámica duras incluyen carburo de tungsteno, carburo de titanio (TiC) , carburo de tantalio (TaC) , diboruro de titanio (TiB2) , carburos de cromo, nitruro de titanio (TiN) , óxido de aluminio (?1203) , nitruro de aluminio (AIN) y carburo de silicio (SiC) . El material de matriz de metal del material compuesto de cerámica-metal puede incluir, por ejemplo, a base de cobalto, a base de hierro, a base de níquel, a base de hierro y níquel, a base de cobalto y níquel y a base de hierro y cobalto. El material de matriz también se puede seleccionar de elementos comercialmente puros, tales como, por ejemplo, cobalto, hierro y níquel. Como un ejemplo no limitante, específico, el material duro puede comprender una pluralidad de partículas de carburo de tungsteno en una matriz de cobalto, conocida en la técnica como carburo de tungsteno cementado con cobalto.

Con referencia a la FIG. 2, se muestra otro elemento cortante 100', tal como, por ejemplo, un inserto para un cono de rodillo en una broca de barrena para perforación en la tierra de cono de rodillo, que incluye una tabla policristalina en forma de domo 102. La tabla policristalina 102 del elemento cortante 100' se une a un extremo de un sustrato 104. La tabla policristalina 102 se puede formar por separado del sustrato 104 y subsecuentemente ser unida al sustrato 104 en un proceso de re-unión. La tabla policristalina 102 incluye una primera región 106 que tiene una primera permeabilidad y una segunda región 108 que tiene una segunda permeabilidad más grande. La segunda región 108 se puede interponer entre la primera región 106 y el sustrato 104. El sustrato 104 puede comprender una región intermedia 118 próxima a la segunda región 108 y formar un limite con la segunda región 108 en la interfaz 110 entre la tabla policristalina 102 y el sustrato 104. La región intermedia 118 puede comprender una capa o estrato de material entre la tabla policristalina 102 y el resto del sustrato 104. La región intermedia 118 puede comprender una combinación del material superabrasivo de la tabla policristalina 102 y el material duro del resto del sustrato 104. Asi, la región intermedia 118 puede aumentar la resistencia de unión de la tabla policristalina 102 al sustrato 104, al proporcionar una transición más gradual entre los materiales de la misma.

La tabla policristalina 102 puede comprender una forma de domo, tal como, por ejemplo, una hemiesfera. La tabla policristalina 102 puede comprender una forma de domo hueco, como es mostrado. El sustrato 104 puede comprender una protuberancia en forma de domo correspondiente · que hace contacto con la tabla policristalina 102 en la interfase 110 entre los mismos. Un resto del sustrato 104 puede ser de forma cilindrica. En otras modalidades, la tabla policristalina 102 puede comprender un domo sólido dispuesto sobre un sustrato cilindrico 104. En todavía otras modalidades, la tabla policristalina 102 y el elemento cortante 100 pueden tener otras formas, conformaciones y configuraciones conocidas en la técnica, tales como, por ejemplo, en forma de cincel, piedra sepulcral, etc.

Con referencia a la FIG. 3, se muestra una vista simplificada de cómo una microestructura de una primera región 106 de una tabla policristalina 102, tal como la primera región 106 mostradas en las FIGS. 1, 2 y 5 hasta 9F, puede aparecer bajo aumento. La primera región 106 puede comprende una distribución de tamaño de grano bi-modal, que incluye granos más grandes 120 y granos más pequeños 122 de material superabrasivo . En otras modalidades, la primera región 106 puede comprender una distribución de tamaño de grano mono-modal o una distribución de tamaño de grano multi-modal diferente a la distribución bi-modal (por ejemplo, tri-modal, quinti-modal , etc.) Una distribución de tamaño de grano multi-modal puede permitir que los granos 120 y 122 sean más densamente empacados (es decir, granos relativamente más pequeños 122 pueden ocupar porciones de los espacios intersticiales entre los granos más grandes 120 que de otra manera estarían libres de material superabrasivo) , dando por resultado una densidad más alta de material superabrasivo dentro de la primera región 106. En algunas modalidades, la primera región 106 puede incluir por lo menos algunos granos de nano-tamaños (es decir, granos que tienen un diámetro de partícula promedio de 500 nm o menor) de material superabrasivo. Por ejemplo, los granos más pequeños 122 en la distribución de tamaño de grano bi-modal pueden comprender granos de nano-tamaño. Los granos más grandes 120 pueden tener un tamaño de grano promedio de, por ejemplo, mayor que 5 µp?, y los granos más pequeños 122 pueden tener un tamaño de grano promedio de, por ejemplo, menor que 1 µp? . Como ejemplos no limitantes, específicos, los granos más grandes 120 pueden tener un tamaño de grano promedio de 5 µp? , 25 µp? o aún 40 µ??, y los granos más pequeños pueden tener un tamaño de grano promedio de 1 µ??, 500 nm, 250 nm, 150 nm, o aún 6 nm.

La primera región 106 puede tener un primer porcentaje en volumen de material superabrasivo. Por ejemplo, los granos 120 y 122 de material superabrasivo pueden ocupar entre 92% y 99% en volumen de la primera región 106 de la tabla policristalina 102. Como un ejemplo no limitante, especifico, los granos 120 y 122 de material superabrasivo pueden ocupar 95% en volumen de la primera región 106 de la tabla policristalina 102. Una distribución de tamaño de grano multimodal, por ejemplo, puede permitir que la primera región 106 tenga un porcentaje en volumen relativamente, alto de granos 120 y 122 de material superabrasivo. Alternativamente o además, la utilización de granos relativamente pequeños puede permitir que los granos 120 y 122 sean más densamente empacados que los granos relativamente más grandes, y por lo tanto impartir un porcentaje en volumen más alto de material superabrasivo a la primera región 106. Debido a que un gran porcentaje del volumen de la primera región 106 es ocupado por los granos 120 y 122 de material superabrasivo, puede haber relativamente espacios intersticiales menores y más pequeños 124 a través de los cuales puede fluir en fluido. Asi, la primera región 106 puede exhibir una permeabilidad relativamente baja.

La primera región 106 puede tener una primera interconectividad entre los espacios intersticiales 124 que se dispersan entre los granos inter-enlazados 120 y 122 de material superabrasivo. Por ejemplo, por lo menos algunos de los espacios intersticiales 124 pueden formar una red interconectada, abierta dentro de la microestructura de la primera región 106 a través de la cual puede fluir un fluido. Otros de los espacios intersticiales 124 pueden permanecer en regiones espaciales aisladas, cerradas entre los granos 120 y 122, en las cuales no puede fluir un fluido o en las cuales el flujo puede ser por lo menos impedido. Debido a que relativamente menos de los espacios intersticiales 124 se puede conectar a la red interconectada, abierta, dentro de la microestructura de la primera región 106, el flujo de fluido a través de esa red puede ser impedido. Asi, la primera región 106 puede exhibir una permeabilidad relativamente baja.

Los granos dentro de la primera región 106, tales como los granos más grandes y más pequeños 120 y 122, se pueden inter-enlazar en tres dimensiones para formar una estructura policristalina de material superabrasivo . Los espacios intersticiales 124 entre los granos inter-enlazados 120 y 122 de material superabrasivo pueden ser por lo menos sustancialmente libres de material catalizador. Asi, el material catalizador puede haber sido removido, tal como, por ejemplo, mediante un proceso de lixiviación, de toda o sustancialmente toda la primera región 106. Cuando se dice que los espacios intersticiales 124 entre los granos interenlazados 120 y 122 de material superabrasivo en la primera región 106 de la tabla policristalina 102 pueden ser por lo 1.9 menos süstancialmente libre de material catalizador, se propone que el material catalizador se remueve de la red interconectada, abierta de las regiones espaciales entre los granos 120 y 122 dentro de la microestructura de la primera región 106, aunque una cantidad relativamente pequeña de material catalizador puede permanecer en las regiones espaciales aisladas, cerradas entre los granos 120 y 122, ya que un agente de lixiviación no puede ser capaz de alcanzar los volúmenes de material catalizador dentro de tales regiones espaciales aisladas, cerradas.

Con referencia a la FIG. 4, se muestra una vista simplificada de cómo una microestructura de una segunda región 108 de una tabla policristalina 102, tal como las segundas regiones 108 mostradas en las FIGS. 1, 2 y1 5 hasta 9F, pueden aparecer bajo aumento. La segunda región 108 puede comprender una distribución de tamaño de grano mono-modal. En otras modalidades, la segunda región puede comprender una distribución de tamaño de grano multi-modal. En cualquier caso, los granos 126 dentro de la segunda región 108 pueden tener un tamaño de grano promedio más grande que el tamaño de grano en promedio de los granos 120 y 122 dentro de la primera región 106 (ver la FIG. 3) . Por ejemplo, los granos 126 dentro de la segunda región 108 pueden tener un tamaño de grano promedio que es 50 a 150 veces más grande que el tamaño de grano promedio de los granos 120 y 122 dentro de la primera región 106. Los granos 126 dentro de la segunda región 108 pueden tener un tamaño de grano promedio que es, por ejemplo, por lo menos 5 m. Asi, la segunda región 108 puede estar libre de o sustancialmente carente de granos de nano-tamaño. Como ejemplos no limitantes específicos, los granos 126 dentro de la segunda región 108 pueden tener un tamaño de grano promedio de 5 ym, 25 ym o aún 40 µp?. En algunas modalidades, los granos 126 dentro de la segunda región 108 pueden tener el mismo tamaño de grano promedio como por lo menos algunos granos (por ejemplo, granos más grandes 120) dentro de la primera región 106. En otras modalidades, los granos 126 dentro de la segunda región 108 pueden tener un tamaño de grano promedio que es más grande que cualquier tamaño de grano promedio de los granos (por ejemplo, granos más grandes 120 o granos más pequeños 122) dentro de la primera región 106.

La segunda región 108 puede tener un segundo porcentaje en volumen de material superabrasivo que es más grande porcentaje en volumen de material superabrasivo de la primera región 106. Por ejemplo, los granos 126 del material superabrasivo pueden ocupar menor que 91% o aún tan bajo como 80% en volumen de la segunda región 108 de la tabla policristalina 102. Como un ejemplo no limitante, específico, los granos 126 de material superabrasivo pueden ocupar 85% en volumen de la segunda región 108 de la tabla policristalina 102. Una distribución de tamaño de grano mono-modal, por ejemplo, puede permitir que la segunda región 108 tenga un bajo porcentaje en volumen de granos 126 de material superabrasivo cuando se compara con el porcentaje en volumen de material superabrasivo en la primera región 106. Alternativamente o además, la utilización de granos más grandes puede permitir que los granos 126 sean menos densamente empacados que los granos ' más pequeños (por ejemplo, los granos 120 y 122 de la primera región 106) y por lo tanto impartir un porcentaje en volumen menor de material superabrasivo a la segunda región 108 como se compara con el porcentaje en volumen de material superabrasivo en la primera región 106. Debido a que un porcentaje más pequeño del volumen de la segunda región 108 es ocupado por los granos 126 de material superabrasivo, puede haber espacios intersticiales relativamente en mayor número y más grandes 124 a través de los cual puede fluir un fluido. Asi, la segunda región 108 puede exhibir una permeabilidad más alta que la primera región 106.

La segunda región 108 puede tener una segunda interconectividad más grande entre los espacios intersticiales 124 que se dispersan entre los granos interenlazados 126 de material superabrasivo cuando se compara con la primera interconectividad entre los espacios intersticiales 124 dentro de la primera región 106. Por ejemplo, una cantidad más grande de los espacios intersticiales 124 puede formar una red interconectada, abierta dentro del micro estructura de la segunda región 108 a través de la cual puede fluir un fluido. Menos de los espacios intersticiales 124 en la segunda región 108 pueden permanecer en las regiones espaciales aisladas, cerradas, entre los granos 126, a los cuales no puede fluir el fluido o a los cuales el flujo puede ser por lo menos impedido. Debido a que relativamente más de los espacios intersticiales 124 se pueden conectar a la red interconectada, abierta dentro de la microestructura de la segunda región 108, el flujo de fluido a través de esa red se puede impedir aún menor grado. Asi, la segunda región 108 puede exhibir una permeabilidad más grande que la primera región 106.

. Los granos 126 de material superabrasivos se pueden inter-enlazar para formar una estructura policristalina. Un material catalizador se puede disponer en los espacios intersticiales 124 entre los granos inter-enlazados 126 de material superduro. El mismo material catalizador también se puede encontrar en el sustrato 104 (ver las FIGS. 1 y 2) . Por ejemplo, la matriz de metal del material duro del sustrato 104 puede comprender un material catalizador que fluye y migra (es decir, se barre) del sustrato 104 en la segunda región 108 de la tabla policristalina 102 mientras que la tabla policristalina 102 se une en un extremo del sustrato 104, por ejemplo, durante un proceso de re-unión. En algunas modalidades, el material catalizador dispuesto en los espacios intersticiales 124 entre los granos inter-enlazados 126 de material superabrasivo puede ser un material catalizador diferente que un material catalizador inicialmente utilizado para formar la tabla policristalina 102. Como un ejemplo no limitante, especifico, se puede utilizar cobalto para catalizar la formación de la tabla mesa policristalina 102, y níquel subsecuentemente se puede barrer en la segunda región 108 de la tabla policristalina 102 durante un proceso de re-unión. En otras modalidades, el material catalizador dispuesto en los espacios intersticiales 124 entre los granos inter-enlazados 126 de material superabrasivo pueden ser los mismos como el material catalizador inicialmente utilizado para formar la tabla policristalina 102.

Con referencia a la FIG. 5, se muestra un elemento cortante 100 que incluye otra configuración de una tabla policristalina 102. La primera región 106 de la tabla policristalina 102 puede extenderse en la periferia de la tabla policristalina 102 hacia el sustrato 104, formando un cuerpo anular entre la segunda región 108 y un exterior del elemento cortante 100. Así, la primera región 106, que puede ser por lo menos sustancialmente libre de material catalizador, puede extenderse de la cara cortante 114 del elemento cortante 100 hacia el sustrato 104 y alrededor de la periferia de la tabla policristalina 102. La segunda región 108 puede ser interpuesta entre la primera región 106 y el sustrato 104.

Con referencia a la FIG. 6, se muestra un elemento cortante 100 que incluye otra configuración de una tabla policristalina 102. La tabla policristalina 102 puede incluir una tercera región 128 de material superabrasivo policristalino . La tercera región 128 se puede disponer en un extremo de la primera región 106 opuesta a la segunda región 108. Asi, la primera región 106 se puede interponer entre la segunda región 108 y la tercera región 128, y la segunda región 108 se puede interponer entre la primera región 106 y el sustrato 104. La primera, segunda y tercera región 106, 108 y 128 se pueden proporcionar en capas o estratos sobre el sustrato 104. Una superficie expuesta de la tercera región 128 puede formar la cara cortante 114 del elemento cortante 100. La tercera región 128 puede tener una tercera permeabilidad que es menor que la primera permeabilidad de la primera región 106. En algunas modalidades, la tercera región 128 puede comprender sustancialmente la misma composición de material como la segunda región 108. En otras modalidades, la tercera región 128 puede tener una composición de material que es diferente de la composición del material de la primera y segunda región 106 y 108. La tercera región 128, similar a la primera región 106, puede ser por lo menos sustancialmente libre de material catalizador que de otra manera puede ser dispuesto en los espacios intersticiales entre los granos inter-enlazados de material superabrasivo.

Con referencia a la FIG. 7, se muestra un elemento cortante 100 que incluye un diseño de interfase no plano en la interfase 110 entre el sustrato 104 y la tabla policristalina 102. El diseño de la interfase no plano puede aumentar la resistencia de unión de la tabla policristalina 102 al sustrato 104, para de esta mansera prevenir o minimizar la probabilidad de deslaminación de la tabla policristalina del sustrato 104. El diseño de la interfase no plano puede comprender una pluralidad de protuberancias y huecos que incrementan el ' área de contacto total de la interfase 110 entre el sustrato 104 y la tabla policristalina 102. El diseño de interfase no plano puede comprender, por ejemplo, una serie de anillos concéntricos, espigas que se extiende radialmente, u otros diseños de interfase nó planos conocidos en la técnica.

Con referencia a la FIG. 8, se muestra un elemento cortante 100 que incluye un diseño de interfase no plano en otra interfase 112 entre la primera y segunda región 106 y 108 dentro de la tabla policristalina 102. El diseño de interfase no plano puede permitir que regiones seleccionadas (por ejemplo, la primera región 106) sean por lo menos sustancialmente libre de material catalizador mientras que otras regiones (por ejemplo, la segunda región 108) pueden tener material catalizador dispuesto en los espacios intersticiales entre los granos inter-enlazados de material superabrasivo . Asi, el material catalizador no se puede presentar en regiones deseables, seleccionadas, tales como, por ejemplo, cerca de la cara cortante 114 o alrededor de la periferia de la tabla policristalina 102. El diseño de interfase no plano también puede aumentar la unión entre la primera y la segunda región 106 y 108 al incluir una pluralidad de protuberancia y huecos que incrementan el área de contacto total de la otra interfase 112 entre la primera y segunda región 106 y 108. El diseño de interfase nó plano puede comprender, por ejemplo, una serie de anillos concéntricos, espigas que se extiende radialmente u otros diseños de interfase no planos conocidos en la técnica.

Con referencia a las FIGS. 9A hasta 9F, se muestran diseños de interfase no planos que se pueden utilizar en conexión con una tabla policristalina 102 y/o un sustrato 104. Las vistas mostradas son secciones transversales tomadas dentro de la tabla policristalina 102, y representan porciones de la primera región 106 y la segunda región 108. Aunque los diseños de interfase no planos se representan como que están dentro de la tabla policristalina 102 entre la primera y segunda región 106 y 108 de material policristalino superabrasivo, diseños de interfase similares del mismo modo se pueden disponer entre la tabla policristalino 102 y el sustrato 104 (ver la FIG. 7) .

Con referencia a la FIG. 10, se muestra un molde 130 utilizado en un proceso para unir una tabla policristalina 102 a un substrato 104. El molde 130 puede incluir uno o más miembros generalmente en forma de vaso, tal como un miembro en forma de vaso 132a, un miembro en forma de vaso 132b y un miembro en forma de vaso 132c, que se pueden ensamblar y pegar y soldar conjuntamente para formar el molde 130. Un sustrato 104, un material catalizador 134, una primera pluralidad de partículas de 136 y una segunda pluralidad de partículas 138 se pueden disponer dentro del miembro en forma de vaso interior 132c, como se muestra en la FIG. 10, que tiene una pared de extremo circular y una pared de lado lateral generalmente cilindrica que se extiende perpendicularmente de la pared extremo circular, tal que el miembro en forma de vaso interior 132c en generalmente cilindrico e incluye un primer extremo cerrado y un segundo extremo abierto, opuesto. Asi, el molde 130 puede impartir una forma generalmente cilindrica a un elemento cortante 100 formado en el mismo. En otras modalidades, el molde puede impartir otras formas a un elemento cortante, tal como las formas previamente discutidas en conexión con la FIG. 2. Además, el sustrato 104 se pueden omitir de algunas otras modalidades, y solamente el material catalizador 134, la primera pluralidad de partículas de 136, y la segunda pluralidad de partículas 138 se pueden disponer en el molde 130. En todavía otras modalidades, partículas de cerámicas y partículas de metal se pueden disponer en el molde y sinterizarse subsecuentemente para formar un sustrato 104 que comprenden las partículas de cerámica en una matriz de metal.

La primera pluralidad de partículas 136 se puede configurar para formar una primera región 106 de una tabla policristalina 102 que tiene una primera permeabilidad. La segunda pluralidad de partículas 138 se puede configurar para formar una segunda región 108 de una tabla policristalina 102 que tiene una segunda permeabilidad más grande. Así, la primera y la segunda pluralidad de partículas 136 y 138 puede comprender un material superabrasivo, tal como cualquiera de los materiales superabrasivos previamente discutidos en conexión con la FIG. 1. La primera pluralidad de partículas 136 puede tener una primera densidad de empacamiento, y la segunda pluralidad de partículas 138 puede tener una segunda densidad de empacamiento menor en el molde 130. Por ejemplo, la segunda pluralidad de partículas 138 puede tener una distribución de tamaño de partícula mono-modal y la primera pluralidad de partículas 136 puede tener una distribución de tamaño de partícula multi-modal que se empaca más densamente que la segunda pluralidad de partículas 138. La primera pluralidad de partículas 136 puede tener un primer tamaño de partícula promedio y la segunda pluralidad de partículas 138 puede tener un segundo tamaño de partícula, promedio más grande, tal como, por ejemplo, cualquiera de los tamaños y diferencias de tamaños discutidos previamente en conexión con las FIGS. 3 y 4, aunque se observa que las partículas pueden experimentar algún incremento de tamaño y también pueden experimentar alguna disminución de tamaño (por ejemplo, mediante el aplastamiento y fracturación bajo presión durante un proceso HTHP) ya que las partículas se unen para formar los granos de un material policristalino superabrasivo . Por lo menos algunas de las partículas de la primera pluralidad de partículas 136 pueden comprender nanopartículas .

El material catalizador 134 puede comprender cualquiera de los materiales catalizadores discutidos previamente en conexión con la FIG. 1. En modalidades donde la primera y la segunda pluralidades de partículas 136 y 138 se disponen en el molde 130 con un sustrato 104, el material catalizador 134 se puede presentar dentro del sustrato 104. Por ejemplo, el sustrato 104 puede comprender un material cermet, y la matriz de metal del material cermet puede ser un material catalizador. Además, el material catalizador 134 se puede disponer en el molde 130 en la forma de un polvo catalizador que se puede intermezclar con, e interdispersar entre la primera y/o segunda pluralidad de partículas de 136 y 138. En algunas modalidades, el material catalizador extra 134 (por ejemplo, una cantidad de material catalizador que excede la cantidad mínima necesaria para catalizar el crecimiento de grano y el inter-enlace de las partículas) se pueden intermezclar con, e interdispersar entre la segunda pluralidad de partículas 138. Al hacerlo · de esta manera, la densidad de empacamiento de la segunda pluralidad de partículas 138 además se puede disminuir como se compara con la densidad de empaquetamiento de la primera pluralidad de partículas 136. En algunas modalidades, el material catalizador 134 se puede recubrir sobre las superficies exteriores de otras partículas en el molde 130 utilizando, por ejemplo, un proceso de deposición de solución química, comúnmente conocida en la técnica como un proceso de "sol-gel". Por ejemplo, por lo menos algunas partículas de la primera pluralidad de partículas 136 se pueden recubrir con el material catalizador 134. En las modalidades donde la primera' pluralidad de partículas 136 comprende por lo menos algunas de nanopartículas , las nanopartículas se pueden recubrir con el material catalizador 134. El material catalizador 134 se puede disponer particularmente dentro o cerca de la primera pluralidad de partículas 136 debido a que el flujo de material catalizador 134 entre la primera pluralidad de partículas 136 se puede restringir o impedir. Al proporcionar el material catalizador 134 próximo a la primera pluralidad de partículas 136, se puede asegurar la sinterización y el crecimiento del grano adecuados.

Otra pluralidad de partículas 140 que comprenden un material no-catalizador removible mediante un agente de lixiviación también se puede disponer opcionalmente en el molde 130. Por ejemplo, la- otra pluralidad de partículas 140 puede comprender galio, indio o tungsteno. La otra pluralidad de partículas 140 se puede inter mezclar con, e interdispersar entre la segunda pluralidad de partículas 138. Al disponer la otra pluralidad de partículas 140 en el molde 130, la densidad de empacamiento de la segunda pluralidad de partículas 138 además se puede disminuir como es comparada con la densidad de empacamiento de la primera pluralidad de partículas 136.

La primera pluralidad de partículas 136, la segunda pluralidad de partículas 138, el sustrato opcional 104, y la otra pluralidad de partículas opcional 140 se pueden sinterizar en la presencia del material catalizador 134. Por ejemplo, un proceso HTHP se puede utilizar para sinterizar la primera pluralidad de partículas 136 y la segunda pluralidad de partículas 138 para formar una tabla policristalina 102 que tiene una primera región 106 que tiene una primera permeabilidad y una segunda región 108 que tiene una segunda permeabilidad más grande. En modalidades donde un sustrato 104 también está presente en el molde 130, la tabla policristalina 102 así formada se puede unir sobre un extremo de sustrato 104, la segunda región 108 que es interpuesta entre la primera región 106 y el sustrato 104. Aunque los parámetros específicos del proceso HTHP pueden variar dependiendo de los materiales utilizados y las cantidades de material en el molde 130, una presión de por lo menos 5 GPa se puede aplicar al molde 130, mientras que la temperatura se puede elevar arriba de 1320°C, y la primera y la segunda pluralidad de partículas 136 y 138, junto con cualesquiera de-los otros materiales y estructuras en el molde 130, pueden permanecer en una presión pico y temperatura pico durante aproximadamente 5 minutos. Por ejemplo, la presión aplicada pico puede ser 6 GPa, 7 GPa, 8 GPa o aún más grande. La temperatura pico puede ser, por ejemplo, 1400°C o aún más grande. El ciclo de tiempo se puede ajusfar de modo que el tiempo en la presión y temperatura pico es menor que 5 minutos o mayor que 5 minutos. Las condiciones exactas se pueden seleccionar para impartir una microestructura final deseada (por ejemplo, las microestructuras representadas en las FIGS. 3 y 4) y las propiedades asociadas a la tabla policristalina 102 resultante. Así, una tabla policristalina 102 que comprende una primera región 106 que tiene una primera permeabilidad y una segunda región 108 que tiene un segunda permeabilidad más grande puede ser formada.

Después de la sinterización, la tabla policristalina 102 puede comprender un primer porcentaje en volumen de material catalizador 134. La primera región 106 de la tabla policristalina 102 puede comprender un primer porcentaje en volumen de material catalizador 134 dispuesto en los espacios intersticiales entre los granos interenlazados de material superabrasivo. La segunda región 108 puede comprender un segundo porcentaje en volumen más grande de material de catalizador 134 dispuesto en los espacios intersticiales entre los granos de inter-enlazados de material superabrasivo. Por ejemplo, la primera región 106 de la tabla policristalina 102 puede comprender entre 1% y 8% en volumen de material catalizador 134. En contraste, la segunda región 108 puede comprender mayor que 9% en volumen de material catalizador 134, y aún puede comprender hasta 20% en volumen de material catalizador. Como ejemplos no limitantes, específicos, la primera región 106 puede comprender 5% en volumen de material catalizador 134 dispuesto en los espacios intersticiales entre los granos inter-enlazados de material superabrasivo, y la segunda región 108 puede comprender 15% en volumen de material catalizador 134 dispuesto en los espacios intersticiales entre los granos inter-enlazados de material superabrasivo.

Con referencia a la FIG. 11, se muestra una estructura intermedia 142 en un proceso para unir una, tabla policristalina 102 a un substrato 104. La estructura intermedia 142 puede comprender una tabla policristalina 102 de material policristalino superabrasivo . La tabla policristalina 102 puede comprender una primera región 106 que tiene una primera permeabilidad y una segunda región 108 que tiene una segunda permeabilidad más grande. En modalidades en donde la tabla policristalina 102 se forma sobre un extremo de un sustrato 104, el sustrato 104 se puede remover de la tabla policristalina 102, por ejemplo, mediante maquinado de descarga eléctrica, mediante la disolución en ácido, mediante la remoción con láser, mediante el maquinado con carburo ultrasónico o mediante otros procesos para remover un sustrato 104 de material duro conocido en la técnica. La estructura intermedia 142 puede ser por lo menos sustancialmente libre de material catalizador. El material catalizador movido de la tabla policristalina 102 mediante un agente de lixiviación tal como, por ejemplo, agua regia. Como en la primera región 106 de la tabla policristalina 102 puede tener una permeabilidad relativamente baja, la tabla policristalina 102 se puede exponer al agente de lixiviación durante una cantidad de tiempo más grande para asegurar que la primera región 106 sea de manera sustancial completamente lixiviada. Por ejemplo, la tabla policristalina 102 se puede lixiviar durante 3 semanas, 4 semanas, 5 semanas o aún más tiempo para asegurar que el material catalizador sea por lo menos sustancialmente removido de la tabla policristalina 102. Una micro-estructura de la primera región 106 de la. tabla policristalina 102 puede ser sustancialmente la misma como la microes'tructura mostrada y descrita en la FIG. 3.

Con referencia a la FIG. 12, una vista simplificada de cómo una microestructura de la segunda región 108 de la estructura intermedia 142 mostrada en la FIG. 11 puede aparecer bajo aumento. La segunda región 108 comprende granos 126 de material superabrasivo que tiene enlaces intergranulares formados en una estructura policristalina. Los espacios intersticiales 124 entre granos inter-enlazados 126 son por lo menos sustancialmente libres de material catalizador, ya que el material catalizador puede haber sido removido del mismo.

Con referencia a la FIG. 13, se muestra un molde 130' utilizado en un proceso para unir una tabla policristalina 102 a un substrato 104. El molde 130' puede ser el mismo molde 130 mostrado en la FIG. 10, o puede ser otro molde. La tabla policristalina por lo' menos de manera sustancial completamente lixiviada 102 se puede colocar en el molde, y un sustrato 104 se puede colocar en el molde también. En algunas modalidades, el sustrato 104 puede ser el mismos sustrato 104 que se removió previamente de la tabla policristalina 102. En otras modalidades, el sustrato 104 puede ser un sustrato diferente que comprende un material duro. En todavía otras modalidades, una pluralidad de partículas de cerámicas y partículas de metal se pueden disponer en el molde 130' en el lugar ádecuado del sustratos completamente formado 104. Una superficie de- la segunda región < 108 de la tabla policristalina 102 opuesta a la primera región 106 puede colindar con una superficie de extremo del sustrato 104. La segunda región 108 se puede interponer entre la primera región 106 y el sustrato 104. La tabla policristalina 102 luego se puede unir a un extremo del sustrato 104, tal como, por ejemplo, al someter la tabla policristalina 102 y el sustrato 104 a otro proceso de sinterización. El proceso de sinterización puede ser otro proceso HTHP, o puede involucrar presiones y temperaturas que son menores que las requeridas para un proceso HTHP. Por ejemplo, la presión aplicada pico puede ser menor que 5 GPa, o puede ser 5 GPa, 6 GPa, 7 GPa, 8 GPa o aún más grande. La temperatura pico puede ser, por ejemplo, menor que 1320°C, puede ser 1400°C, o puede ser aún más grande que 1400°C. Además, el proceso de sinterización puede permanecer en temperatura y presión picos durante un tiempo relativamente corto, tal como, por ejemplo, menor que 10 minutos, menor que 8 minutos, menor que 5 minutos o aún menor que 2 minutos. Como un ejemplo no limitante, específico, el proceso de sinterización puede permanecer en temperatura y presión picos durante 5 minutos. Por consiguiente, una prensa cúbica, como es conocida en la técnica, puede ser particularmente adecuada para aplicar presión al molde 130. Alternativamente, una prensa de banda, como es conocida en la técnica, se puede utilizar para aplicar presión al molde 130. Las condiciones exactas se pueden seleccionar para impartir una microestructura final deseada (por ejemplo, las microestructuras representadas en las FIGS. 3 y 4) y propiedades asociadas a la tabla policristalina 102 resultante.

Durante el proceso de sinterización, un material fluible dentro del sustrato 104, tal como, por ejemplo, un material catalizador de metal 134' o un material fundible no de catalizador puede fundirse e infiltrarse en la segunda región 108 de la tabla policristalina 102. En algunas modalidades, el material catalizador 134' puede ser eí mismo como el material catalizador 134 utilizado para formar la tabla policristalina 102. Como un ejemplo no limitante especifico, cobalto comercialmente puro se puede utilizar para forma tanto la tabla policristalina 102 como para unir la tabla policristalina 102 a un sustrato 104 después de la lixiviación. En otras modalidades, el material catalizador 134' puede ser diferente del material catalizador 134 utilizado para formar la tabla policristalina. Como ejemplos no limitantes, específicos, una aleación a base de cobalto .se puede utilizar para formar la tabla policristalina 102 y una aleación a base de níquel se puede utilizar para unir la tabla policristalina 102 a un substrato 104 después de la lixiviación, o una aleación a base de cobalto se puede utilizar para formar la tabla policristalina 102 y cobalto comerci.almente puro se puede utilizar para unir la tabla policristalina 102 a un substrato 104 después de la lixiviación. En todavía otras modalidades, un disco, lámina delgada o malla de material catalizador 134' se pueden disponer entre la tabla policristalina 102 y el sustrato 104, sin embargo, la permeabilidad relativamente baja de la segunda región 108 puede volverse de esta manera innecesaria.

Como la segunda región 108 puede teher una permeabilidad relativamente baja, por lo menos como es comparada la primera región 106, el material fluible puede barrerse en la segunda región 108 de manera relativamente rápida. Así, el tiempo en el proceso de sinterización para unir la tabla policristalina 102 al sustrato 104 se puede reducir cuando se compara con los procesos de re-unión convencionales. Además, la primera región 106 puede formar una barrera que impide el flujo del material de catalizador 134' en la misma. Así, la primera región 106 puede permanecer por lo menos sustancialmente libre de material catalizador 134' mientras que el material catalizador 134' se puede barrer en la segunda región 108 de la tabla policristalina 102.

Con referencia a la FIG. 14, se muestra un molde 130, similar al molde 130 mostrado en la FIG. 10, utilizado en un proceso para unir una tabla policristalina 102 a un substrato 104. Además de la primera y la segunda pluralidad de partículas 136 y 138 de material superabrasivo y el sustrato 104, una tercera pluralidad de partículas 144 que comprende el material superabrasivo se puede disponer en el molde. La tercera pluralidad de partículas 144 se puede configurar para formar la tercera región 128 mostrada y descrita en conexión con la FIG. 6. Así, la tercera pluralidad de partículas 144 se puede disponer en un extremo de la primera pluralidad de partículas 136 opuesta a la segunda pluralidad de partículas 138. En otras palabras , la primera pluralidad de partículas 136 se puede interponer entre la segunda pluralidad de partículas 138 y la tercera pluralidad de partículas 144. El material catalizador 134 se puede distribuir entre la tercera pluralidad de partículas 144 en la forma de un polvo de catalizador o se puede recubrir sobre la tercera pluralidad de partículas. Además, el material catalizador 134 se puede disponer en el molde 130 en la forma de un disco, lámina delgada o malla. Como se muestra, el material catalizador 134 se puede disponer en la forma de un disco, lámina delgada o malla entre la primera y segunda pluralidades de partículas de 136 y 138. En otras modalidades, el material catalizador 134 se puedé disponer en la forma de un disco, lámina delgada o malla entre la segunda pluralidad de partículas 138 y el substrato 104, entre la primera pluralidad de partículas 136 y la tercera pluralidad de partículas 144, o sobre un extremo de la' tercera pluralidad de partículas 144 opuesto a la primera pluralidad de partículas 136.

Con referencia a la FIG. 15, se muestra una herramienta para perforación en la tierra 146 a la cual un elemento cortante 100 (por ejemplo, cualquiera de los elementos cortantes 100 y 100' descritos previamente en colección con las FIGS. 1, 2 y 5 hasta 9F) se puede unir. La herramienta para perforación en la tierra 146 puede comprender una broca de barrena para perforación en la tierra y puede tener un cuerpo de broca 148 con cuchillas 150 que se extienden desde el cuerpo de broca 148. Los elementos cortantes 100 se pueden asegurar dentro de las cavidades 152 formadas en las cuchillas 150. Sin embargo, los elementos cortantes 100 y tablas policristalinas 102 como son descritos en la présente se pueden unir y utilizar en otros tipos de herramientas para perforación en la tierra, incluyendo, por ejemplo, brocas de barrena de cono de rodillo, brocas de percusión, brocas de núcleo, brocas excéntricas, brocas bicéntricas, escariadores, escariadores expandibles, pulimentadores , brocas híbridas y otras brocas y herramientas para perforación conocidas en la técnica.

Mientras que la presente invención se ha descrito en la presente con respecto a ciertas modalidades, aquellos de habilidad ordinaria en la técnica reconocerán y apreciarán que no es de esta manera limitada. Más bien, muchas adiciones, supresiones y modificaciones en las modalidades descritas en la presente se pueden hacer sin apartarse del alcance de la invención como es reclamada después en la presente, incluyendo los equivalentes legales. Además, las características de una modalidad se pueden combinar con características de otra modalidad mientras que todavía son abarcadas dentro del alcance de la invención como es contemplado por el inventor.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un método para formar un elemento policristalino, caracterizado porque comprende: disponer una primera pluralidad de partículas que comprenden un material superabrasivo, una segunda pluralidad de partículas que comprenden el material superabrasivo, y un material catalizador en un molde; sinterizar la primera y segunda pluralidad de partículas en la presencia del material catalizador para formar una tabla policristalina que comprende una primera región que tiene una primera permeabilidad y una segunda región que tiene una segunda permeabilidad más grande; por lo menos sustancialmente remover el material catalizador de la tabla policristalina, y unir la tabla policristalina a un extremo de un sustrato que comprende un material duro, la por lo menos segunda región que es interpuesta entre la primera región y el sustrato.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende: disponer otro sustrato que comprende un material duro en el molde antes de la sinterización; sinterizar la primera pluralidad de partículas, la segunda pluralidad de partículas y el otro sustrato en presencia del material catalizador para formar una tabla policristalina que comprende una primera región que tiene una primera permeabilidad y una segunda región que tiene una segunda permeabilidad más grande unida a un extremo del otro sustrato, la segunda región que es interpuesta entre la primera región y el otro sustrato, y remover el otro sustrato después de la sinterización .

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende: disponer una tercera pluralidad de partículas que comprenden el material superabrasivo en el molde; y sinterizar la primera, segunda y tercera pluralidades de partículas en la presencia del material catalizador para formar una tabla policristalina que comprende una primera región que tiene una primera permeabilidad, una segunda región que comprende una segunda permeabilidad más grande, y una tercera región dispuesta sobre un extremo de la primera región opuesto a la por lo menos una segunda región.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende: disponer otra pluralidad de partículas que comprenden un material no catalizador removible mediante un agente de lixiviación entre la segunda pluralidad de partículas en una región configurada para formar la segunda región después de la sinterización .

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende: recubrir por lo menos algo de la primera pluralidad de partículas con el material catalizador utilizando la deposición de solución química antes de disponer la primera pluralidad de partículas en el molde.

6. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado porque la disposición de una primera pluralidad de partículas que . comprenden un material superabrasivo, una segunda pluralidad de partículas que comprenden el material superabrasivo, y un material catalizador en un molde comprende disponer la primera pluralidad de partículas que tienen una primera densidad de empacamiento y la segunda pluralidad de partículas que tienen una segunda densidad de empacamiento menor en el molde.

7. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado porque la disposición de una primera pluralidad de partículas que comprenden un material superabrasivo, una segunda pluralidad de partículas que comprenden el material superabrasivo, y un material catalizador en un molde comprende disponer la primera pluralidad de partículas que tienen un primer tamaño de partícula promedio y la segunda pluralidad de partículas que tienen un segundo tamaño de partícula promedio más grande en el molde.

8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la disposición de la primera pluralidad de partículas que tienen un primer tamaño de partícula promedio y la segunda pluralidad de partículas que tienen un segundo tamaño de partícula promedio más grande en el molde comprende disponer la primera pluralidad de partículas que comprenden por lo menos algo de nanopartículas en la molde.

9. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado porque la sinteri zación de la primera y segunda pluralidad de partículas en la presencia del material catalizador para formar una tabla policristalina que comprende una' primera región que tiene una primera permeabilidad y una segunda región que tiene una segunda permeabilidad más grande, comprende formar una tabla policristalina que tiene una primera región que tiene un primer porcentaje en volumen de material superabrasivo y una segunda región que tiene un segundo porcentaje en volumen menor de material superabrasivo.

10. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado porque la sinterización de la primera y segunda pluralidad de partículas en la presencia del material catalizador para formar una tabla policristalina que comprende una primera región que tiene una primera permeabilidad y una segunda región que tiene una segunda permeabilidad más grande, • 5 comprende sinterizar la primera y segunda pluralidades de partículas en la presencia del material catalizador para formar una tabla policristalina que tiene una primera región que comprende un primer porcentaje en volumen de material catalizador dispuesto en los espacios intersticiales entre 10 los granos inter-enlazados de material superabrasivo y una segunda región que comprende un segundo porcentaje en volumen más grande de material catalizador dispuesto en los espacios intersticiales entre los granos inter-enlazados de material superabrasivo. 15

11. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado porque la unión de la tabla policristalina a un extremo de un sustrato, la por lo menos una segunda región que es interpuesta entre la primera región y el sustrato comprende infiltrar por lo menos 20 la segunda región de la tabla cristalina con un material fluible del sustrato durante un proceso de sinterización .

12. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la infiltración de por lo menos la segunda región de la tabla policristalina con un material 25 fluible del sustrato durante un proceso de sinterización comprende infiltrar por lo menos la segunda región de la tabla policristalina con otro material catalizador diferente del material catalizador utilizado para formar la tabla policristalina.

13. Un método para unir una tabla policristalina a un sustrato, caracterizado porque comprende: formar una tabla policristalina de material superabrasivo y que comprende una primera región que tiene una primera permeabilidad y una segunda región que tiene una segunda permeabilidad más grande; por lo menos sustancialmente remover el material catalizador de la tabla policristalina; poner en contacto la tabla policristalina sobre un extremo de un sustrato que comprende un material duro, la segunda región que es interpuesta entre la primera región y el sustrato; y infiltrar por lo menos la segunda región de la tabla policristalina con un material fluible del sustrato.

14. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la formación de una tabla policristalina de material superabrasivo y que comprende una primera región que tiene una primera permeabilidad y una segunda región que tiene una segunda permeabilidad más grande comprende formar la tabla policristalina que comprende una tercera región dispuesta sobre un extremo de la primera región opuesta a la por lo menos una segunda región.

15. El método de conformidad con la reivindicación 13 o la reivindicación 14, caracterizado porque la formación de una tabla policristalina de material superabrasivo y que comprende una primera región que tiene una primera permeabilidad y una segunda región que tiene una segunda permeabilidad más grande comprende formar la tabla policristalina que tiene una primera región que comprende espacios intersticiales entre granos inter-enlazados de material superabrasivo con una primera interconectividad y una segunda región que comprende espacios intersticiales entre granos inter-enlazados de material superabrasivo con una segunda interconectividad más grande.

16. El método de conformidad con la reivindicación 13 o la reivindicación 14, caracterizado porque la formación de una tabla policristalina de material superabrasivo y que comprende una primera región que tiene una primera permeabilidad y una segunda región que tiene una segunda permeabilidad más grande, comprende formar la tabla policristalina que comprende una primera región que tiene una primera densidad de material superabrasivo y una segunda región que tiene una segunda densidad menor de material superabrasivo.

17. Un elemento policristalino , caracterizado porque comprende: un sustrato que comprende un material duro; y una tabla policristalina que comprende un material superabrasivo y que tiene una primera región que exhibe una primera permeabilidad y por lo menos una segunda región que exhibe una segunda permeabilidad más grande unida a un extremo del sustrato, la por lo menos una segunda región que es interpuesta entre el sustrato y la primera región.

18. El elemento policristalino de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la primera región está por lo menos sustancialmente libre de material catalizador.

19. El elemento policristalino de conformidad con la reivindicación 17 o la reivindicación 18, caracterizado porque una interfase entre la tabla policristalina y el sustrato comprende un diseño de interfase no plano.

20. El elemento policristalino de conformidad con la reivindicación 17 o la reivindicación 18, caracterizado porque la tabla policristalina además comprende una tercera región dispuesta sobre un extremo de la primera región opuesta a la por lo menos una segunda región.