[发明专利]用于切削元件的聚晶复合片台和制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年3月1日提交的未决的、名称为“Polycrystalline Compact Tables for Cutting Elements and Methods of Fabrication”的美国临时专利申请号61/771,404的申请日权益。

技术领域

本公开内容的实施方案涉及聚晶复合片和形成这样的聚晶复合片的方法。

背景技术

用于在地下地层中形成井眼的钻地工具通常包括固定于本体的多个切削元件。例如，固定式切刀钻地旋转钻头(还称为“刮刀钻头”)包括多个切削元件，其固定连接至固定式切刀钻头的钻头体。类似地，牙轮钻地旋转钻头包括安装在由钻头体的腿部延伸的牙轮轴上的锥体，从而使得每个锥体能够围绕锥体被安装在其上的牙轮轴旋转。在这样的牙轮钻头的每个锥体上可以安装多个切削元件。

在固定式切刀、牙轮和其它钻地工具中使用的切削元件通常包括聚晶复合片切削元件，例如聚晶金刚石复合片(“PDC”)切削元件。所述聚晶复合片切削元件包括聚晶材料例如金刚石或其它超硬材料(在这里总体称为“超硬材料”)的聚晶复合片的切削面。

可以通过在金属溶剂催化剂的存在下将超硬材料的晶粒或晶体烧结并结合在一起来形成聚晶复合片切削元件。(术语“晶粒”和“晶体”在这里同义并可互换地使用)。在高温和高压条件(在这里称为“高压高温过程”(“HPHT过程”)或者“高温高压过程”(“HTHP过程”))下烧结和结合超硬材料晶粒。HPHT过程在超硬材料的晶粒之间形成直接的晶粒间结合，并且晶粒间结合的晶粒形成聚晶材料(例如金刚石或可替代的超硬材料)的“台”。所述台可在切削元件支撑基材上形成或者随后接合至切削元件支撑基材。

发明内容

在一些实施方案中，本公开内容包括用于切削元件的聚晶复合片台，所述台包含具有第一性质的超硬材料晶粒的第一区域和具有不同于第一性质的第二性质的超硬材料晶粒的第二区域。第一区域和第二区域限定了晶粒界面，所述晶粒界面在所述台的垂直横截面内具有弯曲部分。

在其它实施方案中，本公开内容包括用于切削元件的聚晶复合片台，所述台包含超硬材料的第一晶粒的第一簇离散区域和所述超硬材料的第二晶粒的第二簇离散区域。第二晶粒具有与第一晶粒的性质不同的性质。第一簇的至少一个离散区域垂直地设置于第二簇的至少两个离散区域之间。

本公开内容还包括形成用于钻具的切削元件的聚晶复合片的方法。所述方法包含形成台结构。形成台结构包含形成具有第一性质的超硬材料的第一晶粒的第一区域和形成具有第二性质的超硬材料的第二晶粒的第二区域。使所述台结构经受高压高温过程来烧结第一晶粒和第二晶粒。

附图说明

虽然本申请文件以特别地指出并清楚地要求保护被认为是本公开的实施方案的权利要求结尾，但是本公开内容的不同特征和优点将根据下文对参考附图提供的示例性实施方案的说明而更加容易地得到确定，其中：

图1为包括根据本公开内容的实施方案的切削元件的固定式切刀钻地旋转钻头的透视图；

图2为示意性地描述本公开内容的包含聚晶复合片(在这里还称为“台”)的切削元件的俯视和正视的局部切开的透视图；

图3为根据本公开内容的实施方案的台的俯视和正视透视图；

图4为图3的台沿着垂直横截面4-4取得的正面横截面视图；

图5为用于形成图3的台的前体结构的俯视和正视透视图；

图6为图3的台的替代实施方案取自与垂直横截面4-4相同的视图的正面横截面视图；

图7为根据本公开内容的另一种实施方案的台的俯视平面图，其中所述台包含不同性质的晶粒区域，所述晶粒区域以横跨所述台的水平横截面的正方形棋盘状的图案排列；

图8为图7的台沿着垂直横截面X-X取得的正面横截面视图，其中晶粒区域延伸经过所述台的高度(即垂直横截面)；

图9为图7的台沿着垂直横截面X-X取得的正面横截面视图，其中晶粒区域限定了以经过所述台的垂直横截面的棋盘状图案排列的离散区域；

图10为图7的台沿着垂直横截面X-X取得的正面横截面视图，其中离散晶粒区域还以经过所述台的垂直横截面的偏置砖块状图案排列；

图11为图7的台沿着垂直横截面X-X取得的正面横截面视图，其中晶粒区域还以重复经过所述台的垂直横截面的矩形波区域排列；