[发明专利]多晶金刚石致密体中的铁梯度，包含其的坯料、刀具和切削工具，以及制造方法

说明书

多晶金刚石致密体、多晶金刚石坯料、多晶金刚石刀具和引入其以用于切削、铣削、磨削、钻削和其它研磨操作，特别是用于金属切削应用或地质构造钻探应用中的工具包含具有铁含量梯度的金刚石台面，所述铁含量随着进入到所述金刚石台面的体积中的距离增加而增加。所述铁梯度在例如间歇铣削试验中增加了耐磨性。本公开内容还涉及：制造多晶金刚石致密体，包含多晶金刚石致密体的坯料和刀具，引入了这种致密体、坯料和刀具的切削工具的方法，所述多晶金刚石致密体在所述金刚石台面中具有铁浓度梯度；和使用这种致密体、坯料、刀具、切削工具和钻头进行切削、铣削、磨削和钻削，特别是金属机械加工或钻岩的方法。

技术领域

本公开内容涉及磨料结构，特别地涉及多晶金刚石致密体(polycrystallinediamond compact，又称多晶金刚石复合片)、坯料和刀具以及包含其的切削工具。更具体地，本公开内容涉及在所述金刚石基体中具有铁浓度梯度的多晶金刚石基体，由此例如在多晶坯料的情况下，所述金刚石基体中的铁的量从外表面朝向基材到内部体积中下降。具有Fe梯度的这种金刚石基体能够在自立的无支撑致密体中实施或在坯料或刀具实施方式中由基材来支撑。各种致密体、坯料和刀具能够用作切削工具上的切削元件。本公开内容还涉及：制造在金刚石台面(table)中具有铁浓度梯度的多晶金刚石致密体，坯料和刀具，引入了这种致密体、坯料和刀具的切削工具的方法；以及使用这种致密体、坯料、刀具和切削工具进行切削、铣削、磨削和钻削，特别是金属机械加工或钻岩的方法。

背景技术

在下面的讨论中，参考了特定的结构和/或方法。然而，如下参考不应解释为承认这些结构和/或方法构成现有技术。申请人明确保留证明这种结构和/或方法不合适作为反对本发明的现有技术的权利。

磨料致密体由大量金刚石或立方氮化硼粒子构成，所述粒子结合成粘着的多晶硬质团聚体。磨料致密体，特别是基于多晶金刚石(PCD)粒子的磨料致密体，具有各种形状和尺寸，但通常是圆柱形的并且包含大量粘着地附着或接合到基材的磨料粒子。

磨料致密体，特别是基于多晶金刚石的磨料致密体的一种应用是用于切削工具中，例如用于金属机械加工应用或用于地质构造钻探应用。在制造粘着的多晶硬质团聚体期间一体化形成的或随后安装在一起的附着在基材上的致密体形成坯料和刀具。例如通过钎焊或通过诸如铸造中的一体化成形能够将致密体、坯料和刀具安装在工具上。通常在切削、铣削、磨削和钻削应用中，很大的力作用在大量磨粒粒子的工作表面的点或切削刃上。结果，在接触的切削刃或点内部或后面会产生裂纹，并且这些裂纹可能传播到并穿过所述粘着的多晶硬质团聚体。此外，各种研磨操作产生的热量可能对所述粘着的多晶硬质团聚体、尤其是金刚石粒子由于如下原因而产生负面影响：首先，造成金刚石反向转化为碳，这会降低所述磨料致密体的强度；其次，造成热膨胀，这由于所述磨料致密体中的各种材料、特别是所述粘着的多晶硬质团聚体部分内的所述金刚石材料与任何催化剂材料之间的热膨胀系数的差异而导致磨料致密体开裂。此外，磨料致密体经受冲击损坏，导致大裂纹传播通过所述粘着的多晶硬质团聚体，这可能导致材料的大量损失，即因剥落或崩裂而损失。

因此，可能有利的是如下的粘着的多晶硬质团聚体，特别是多晶金刚石致密体、坯料或刀具，其具有特定组成并且具有如下特征中的一个或多个：在升高的温度下反向转化率低；热膨胀系数差低以减少热膨胀开裂；和韧性高以将冲击损坏最小化。

发明内容

本公开内容涉及多晶金刚石致密体、多晶金刚石坯料、多晶金刚石刀具和引入了其的用于切削、铣削、磨削、钻削和其它研磨操作的工具，特别是在金属机械加工应用中或用于地质构造钻探应用中的工具，其中所述金刚石台面的铁含量梯度随着进入所述金刚石台面的体积内的距离增加而增加，这赋予所述金刚石台面改进的机械性能。其它特征和优点将在下列说明中阐述，且部分地将由所述说明而变得明显，或可以通过本发明的实践而学习。本公开内容的目的和其它优点将通过结构、尤其是其书面说明和权利要求书以及附图中所指出的结构来实现并得到。