[發明專利]超硬構造及其制造方法

有效

• 申請號: 201280045644.1
• 申請日: 2012-08-01
• 公開（公告）號: CN103813873A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 萊·洪·賴桑;奈德瑞·堪;泰勒延·喬納斯·索諾
• 申請（專利權）人: 第六元素研磨劑股份有限公司
• 主分類號: B22F3/14
• 分類號: B22F3/14;C22C26/00;E21B10/567;B22F7/06
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 謝順星;張晶

技術領域

本發明一般涉及制造超硬構造的方法和由此制造的構造。

背景技術

公開號為2010/0300764的美國專利申請公開了制造PCD材料的方法，該方法包括在存在用于金剛石的金屬催化劑材料的情況下，在足夠高以使催化劑材料熔化的溫度下，使金剛石晶粒的聚合體經受大于6.0吉帕斯卡壓力的加壓處理，并燒結金剛石晶粒以形成PCD材料。

存在對于具有降低的裂紋發生率的超硬構造的需求。

發明內容

從第一方面來看，可提供用于制造超硬構造的方法，超硬構造包括連接至第二結構的第一結構，第一結構包括具有第一熱膨脹系數（CTE）和第一楊氏模量的第一材料，并且第二結構包括具有第二CTE和第二楊氏模量的第二材料；第一CTE和第二CTE基本上彼此不同，并且第一楊氏模量和第二楊氏模量基本上彼此不同；第一或第二材料中的至少一種含有超硬材料；該方法包括形成包含第一材料、第二材料和粘合劑材料的組件，該粘合劑材料被配置為能夠將第一和第二材料結合在一起，該粘合劑材料包含金屬；使組件經受使粘合劑材料處于液態的足夠高的溫度和使超硬材料處于熱力學穩定的第一壓力；降低壓力至超硬材料處于熱力學穩定的第二壓力，保持溫度足夠高從而保持粘合劑材料處于液態；降低溫度以固化粘合劑材料；并降低壓力和溫度至環境條件以提供超硬構造。

通過公開內容可設想方法和超硬構造的各種配置和組合，并且方法的示例可包括一個或多個在下面各種組合中非窮舉和非限制的方面。

在約25℃下測量，第一或第二材料中的一個的CTE可為至少約2.5×10^-6每攝氏度（2.5乘以10的-6次方，每攝氏度）或至少約3.0×10^-6每攝氏度（3.0乘以10的-6次方，每攝氏度）并且至多約5.0×10^-6每攝氏度（5.0乘以10的-6次方，每攝氏度）或至多約4.5×10^-6每攝氏度（4.5乘以10的-6次方，每攝氏度），而且第一或第二材料中的另一個的CTE可為至少約3.5×10^-6每攝氏度（3.5乘以10的-6次方，每攝氏度）或至少約4.5×10^-6每攝氏度（4.5乘以10的-6次方，每攝氏度）并且至多約6.5×10^-6每攝氏度（6.5乘以10的-6次方，每攝氏度）或至多約6.0×10^-6每攝氏度（6.0乘以10的-6次方，每攝氏度）。第一和第二材料的CTE可相差至少約10%、至少約20%或至少約30%。

第一或第二材料中的一個的楊氏模量可為至少約500吉帕斯卡和至多約1300吉帕斯卡或至多約1000吉帕斯卡，而且第一和第二材料中的另一個的楊氏模量為至少約800吉帕斯卡和至多約1600吉帕斯卡或至多約1300吉帕斯卡。第一和第二材料的楊氏模量可相差至少約10%、至少約20%或至少約30%。

第二種材料可包括金剛石晶粒、cBN晶粒、PCD材料和或PCBN材料。第一或第二材料中的至少一個可包括金屬。粘合劑材料可包括用于促進第一或第二材料中的至少一個形成的催化劑材料。粘合劑材料可以是用于燒結PCD或PCBN的催化劑或基體材料，如Co、Fe、Ni或Mn。第一和或第二材料可包括粘合劑材料，或可提供粘合劑材料來源的第三結構。

方法可包括在催化劑材料存在的情況下，在燒結壓力和燒結溫度下燒結超硬材料的多個晶粒的聚合體以形成第二結構。第一壓力可基本上為燒結壓力。

方法可包括在粘合劑材料存在的情況下將超硬材料的晶粒的聚合體鄰近第一結構放置以形成預燒結組件；使預燒結組件經受燒結壓力和燒結溫度，以熔化粘合劑材料并燒結超硬材料的晶粒，并形成包含多晶超硬材料的第二結構，該多晶超硬材料通過在熔化狀態的粘合劑材料連接至第一結構。第一壓力可基本上為燒結壓力。

方法可包括提供第一結構、含有多晶超硬材料的第二結構，鄰近第二結構放置第一結構并形成預構造組件，對預構造組件施加壓力，將壓力從環境壓力增加至第一壓力。方法可包括使超硬材料的多個晶粒的聚合體經受超硬材料在其下能夠被燒結的燒結壓力和燒結溫度，并降低壓力和溫度至環境條件以提供第二結構；第一壓力基本上大于燒結壓力。

第二壓力和第一壓力之間的差異可為至少約0.5吉帕斯卡。例如，第一壓力可至少為6吉帕斯卡，并且第二壓力可為至少約5.5吉帕斯卡，或者第一壓力可為至少約7.5吉帕斯卡或至少約8吉帕斯卡，并且第二壓力可為至多7吉帕斯卡。