[发明专利]形成多晶元件的方法以及通过该方法形成的结构

说明书

优先权请求

本申请请求享有美国专利申请序列13/040,947号的申请日的权益，该美国专利申请于2011年3月4日申请，发明名称为“形成多晶元件的方法以及通过该方法形成的结构”。

技术领域

本发明的实施例总体上涉及用于钻地工具的支撑件和切削元件、以及形成这种支撑件和切削元件的方法。具体而言，本发明公开的实施例涉及将多晶层附连到基底上的方法、以及通过该方法形成的支撑件和切削元件。

背景技术

用于在地下地层中形成井眼的钻地工具可包括多个固定到钻头体上的切削元件。例如，固定刀片式旋转钻地钻头(也称之为“刮刀钻头”)包括多个切削元件，它们固定连接到钻头的钻头体上。类似地，牙轮旋转钻地钻头可包括牙轮，这些牙轮安装在从钻头体的巴掌伸展的牙轮轴上，使安装在牙轮轴上的每个牙轮能绕牙轮轴旋转。多个切削元件可安装到钻头体的每个牙轮上。

用于这类钻地工具上的切削元件通常包括聚晶金刚石复合片(通常称之为“PDC”)切削元件(也称之为刀片)，这类切削元件包括聚晶金刚石(PCD)材料，聚晶金刚石材料的特征在于其可用作为超硬磨料或超硬材料。在有催化剂(如，钴、铁、镍或它们的合金以及它们的混合物)存在的情况下，在高温高压条件下，烧结相对小的人工金刚石晶粒或晶体、天然金刚石晶粒或晶体（称为“砾砂”）、或人工金刚石晶粒或晶体与天然金刚石晶粒或晶体两者的混合物并将它们粘结在一起，以形成一层聚晶金刚石材料(也称之为金刚石层)，从而，以这种方式可形成这类聚晶金刚石材料。这类过程通常称之为高温/高压(HTHP)过程。切削元件基底可包括金属陶瓷材料、即，陶瓷-金属复合材料，如钴钨硬质合金。在某些情况下，例如，在高温/高压烧结过程中，聚晶金刚石层可形成在切削元件上。在这类情况下，在烧结期间，切削元件基底上的钴或其他催化剂材料可被迅速带到金刚石晶粒或晶体中，它们起到催化剂材料的作用，用于由金刚石晶粒或晶体形成金刚石层。在高温/高压过程中，将晶粒或晶体烧结在一起之前，可将粉末催化剂材料与金刚石晶粒或晶体混合。但是，在其他方法中，金刚石层可与切削元件基底分开形成，然后再附连到基底上。

发明内容

在某些实施例中，本发明公开的内容包括形成多晶元件的方法，该方法包括在第一基底上形成多晶层。可从多晶层的至少一部分中去除掉催化剂材料。可从所述第一基底的其余部分上去除掉所述多晶层和第一基底的附连到所述多晶层上的部分。第一基底的该部分可附连到另一基底上。

在某些实施例中，本发明公开的内容包括形成多晶元件的方法，该方法包括：在有催化剂材料存在的情况下，对含有超硬磨料材料的多个颗粒进行高温/高压处理，以形成附连到第一基底上的多晶层，其中，该超硬磨料材料布置在硬质材料块的末端上。可从多晶层的至少一部分中去除掉催化剂材料。可从第一基底的其余部分上去除掉多晶层和第一基底的附连到多晶层上的部分。可将第一基底的所述部分附连到另一基底上，使第一基底的该部分介置在多晶层和所述另一基底之间。

在某些实施例中，可对第一基底仅进行粗糙研磨以去除掉一些基底材料，然后将该第一基底附连到另一基底上。

在其他实施例中，本发明公开的内容包括多晶元件，该多晶元件包括：多晶层，所述多晶层附连到第一基底的部分上，多晶层形成在该部分上；以及另一基底，其附连到第一基底的所述部分上。

附图说明

说明书内容导出权利要求书的内容，权利要求书具体阐明并清楚请求保护本发明所主张的内容，但是，结合附图阅读下面对本发明的实施例进行的描述，可更容易看出本发明的实施例的各种特征和优点，附图如下：

图1是旋转式钻地钻头的牙轮的截面图；

图2示出了根据本发明公开的一实施例的切削元件的透视图，该切削元件具有圆盘形多晶层；

图3示出了根据本发明公开的另一实施例的切削元件的透视图，该切削元件具有穹窿状多晶层；

图4示出了根据本发明公开的一实施例的轴向支撑件的分解透视图；

图5示出了根据本发明公开的另一实施例的径向支撑件的分解透视图；

图6示出了根据本发明公开的一实施例的切削元件的截面图，该切削元件具有穹窿状多晶层；

图7示出了根据本发明公开的另一实施例的切削元件的截面图，该切削元件具有穹窿状多晶层；

图8示出了根据本发明公开的一实施例的切削元件的截面图，该切削元件具有圆盘状多晶层；

图9示出了根据本发明公开的另一实施例的切削元件的截面图，该切削元件具有多晶层；