[发明专利]包括切割元件的复合部件

说明书

技术领域

本发明总体涉及一种包括切割元件的复合部件，所述切割元件包括固定于基体的超硬切割台。一些实施例涉及该复合部件的用于保护超硬切割台与基体之间的直接或间接连接的结构特征。其他实施例涉及用于保护超硬切割台与基体之间的连接的方法和用于将切割元件固定于工具本体中的方法。

背景技术

包括超硬切割台的切割元件广泛用于切割、碾磨、研磨、钻孔及其他磨削作业中。例如，在油气钻探工业中，切割元件广泛应用于用来钻入地表的钻头内部。

超硬切割台通常由大量结合到粘着多晶聚结体的超硬微粒构成，典型为金刚石或立方氮化硼。举例来说，多晶金刚石（PCD）是一种包括大量内生长金刚石颗粒和金刚石颗粒间的空隙的超硬材料。PCD通常通过使大量聚集的金刚石颗粒经受超高压和超高温而制成。完全或部分地填充空隙的材料被称为填料或粘合剂材料。PCD通常在烧结助剂下形成，烧结助剂促进了金刚石颗粒的内生长。烧结助剂由于起到了分解金刚石至一定程度并催化其再析出的作用，通常被称作用于金刚石的溶剂/催化剂材料。用于金刚石的溶剂/催化剂被理解为能够促进金刚石生长以及促进直接金刚石-金刚石键在金刚石热稳定的温度和压力下的形成。溶剂/催化剂材料的例子可以是钴、铁、镍和锰以及包括一种或多种这些材料的合金。因此，烧结PCD产品内部的空隙通常完全或部分地填充剩余溶剂/催化剂材料。

超硬切割台通常支撑在某种支撑件或基体上。例如，众所周知的是，超硬切割台支撑在烧结碳化物基体或支撑件上。基体提供合适的装置，用于将包括切割台和基底的切割元件接附在工具本体内。有利的是，其还在超硬切割台是脆性的情况下提供支撑。包含超硬切割台的典型切割元件，包括在大体上圆柱形的基体上的圆盘形切割台，圆柱形的基体例如为大体上圆柱形的烧结碳化物基体（例如碳化钨基体），圆盘形切割台例如为圆盘形PCD台。基体具有与圆盘形切割元件相同或类似的直径。烧结碳化物基体本身包含粘合剂材料，例如钴、镍、铁、锰或这些材料中的一种或多种的合金。

术语切割“台”在本领域广泛使用。虽然本领域中这种台的结构通常为大体上扁平的圆盘，但是切割“台”不需要特殊的形状，除非其形状能够提供可以施加切割或磨削作用的表面。

通常通过将形成切割台所需的组分以微粒形式置于反应容器中的基体上，然后放入高压/高温设备的反应区，经受高压和高温（HPHT），而制得超硬切割台。例如，可以将诸如金刚石微粒的超硬微粒连同诸如钴的溶剂/催化剂微粒放在这种容器中的基体上，例如烧结碳化钨基体，经受HPHT。在HPHT处理期间，组分混合物中的催化剂/溶剂材料和/或存在于烧结碳化物基体中的任何粘合剂材料，例如钴等，可以移动穿过和/或进入大部分超硬微粒而充当催化剂，这些催化剂/溶剂材料使得超硬微粒彼此结合。制造完成后，切割元件包括烧结碳化物层和切割“台”层，切割“台”层包括彼此结合的超硬微粒（例如金刚石微粒）的粘着母体，母体带有包含在这些超硬微粒之间的粘合剂材料的空隙。在许多参考文献中描述了支撑在基体上的切割台的制造，例如WO2008/015622、US2006/0060391和US7533740。

在本领域中还已知，例如WO2008/015622中，增加超硬元件中存在的溶剂/催化剂材料，会损害切割元件的热稳定性。缓和该问题的处理是已知的。例如，US2006/0060391描述了PCD本体的处理，通过合适的工艺，例如酸浸法、王水浴法、电解法或其组合，从PCD本体的选定区域移除基本上全部的催化剂材料。

US2006/060391中也指出，PCD本体可以形成为带有或不带有结合于其的基体材料。

WO2010/117834和US7533740是描述将预成形的热稳定金刚石切割台固定到基体的参考文献的例子。

在例如钻头等的使用中，切割台与基体组合通常被安装到例如形成钻头本体的下面的刀片中的插口内。其在例如US2008/0185189中有所描述。切割元件通常钎焊在插口中的适当位置上。

发明内容

从一个方面看，本发明提供了一种复合部件，其包括超硬切割台、基体和金属或合金层；超硬切割台具有第一表面，该超硬切割台的第一表面与基体的第一表面连接，金属或合金层邻接于切割台和基体的第二表面，从而围绕切割台和基体的第一表面之间的连接；（i）金属或合金层和（ii）与其相邻的切割台和基体的第二表面中的一个或两个，在形状上大体相配合，以防止其间的相对运动。