[發(fā)明專利]多晶金剛石(PCD)復(fù)合產(chǎn)品及其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202080049409.6
• 申請(qǐng)日: 2020-05-27
• 公開（公告）號(hào): CN114144569A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 桑托努·高希;克里斯托弗·約翰·霍華德·沃特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 第六元素(英國)有限公司
• 主分類號(hào): E21B10/567
• 分類號(hào): E21B10/567
• 代理公司: 深圳鷹翅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44658
• 代理人: 王怡瑾;劉春風(fēng)

一種復(fù)合產(chǎn)品具有：多晶金剛石(PCD)材料本體，該本體具有PCD近端和PCD遠(yuǎn)端；電子設(shè)備，該電子設(shè)備包括電子部件；以及連接部分，該連接部分將該電子設(shè)備接合至該本體的PCD遠(yuǎn)端處、并且包括金屬接合材料，該金屬接合材料在大氣壓下具有600℃至950℃的液相線溫度。該電子設(shè)備和該本體中的至少一者包括在該電子部件與該P(yáng)CD近側(cè)邊界之間的電絕緣部分，以在該電子部件與該P(yáng)CD近側(cè)邊界之間建立電路開路條件。還披露了一種用于制造該復(fù)合產(chǎn)品的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本披露總體上涉及復(fù)合產(chǎn)品及其制造方法，這些復(fù)合產(chǎn)品包括接合至多晶金剛石(PCD)材料本體的電子設(shè)備。這些復(fù)合產(chǎn)品可以是用于機(jī)床的切割器元件、具體但不排他地用于鉆地鉆頭，比如用于石油和天然氣勘探；和/或該電子設(shè)備可以是傳感器系統(tǒng)的至少一部分。

背景技術(shù)

多晶金剛石(PCD)材料用于各種各樣的用于切割、機(jī)加工、鉆削或剝蝕堅(jiān)硬或磨損性材料(比如巖石、金屬、陶瓷、復(fù)合材料和含木料的材料)的工具中。例如，用在工業(yè)工具或鑿巖鉆頭中的PCD切割器元件在使用中可能暴露在高溫以及高磨損或侵蝕的條件下。這使得在PCD切割器元件上定位傳感器來測(cè)量局部切割條件或評(píng)估切割器元件的工作條件變得具有挑戰(zhàn)性。

例如，用于在地層中鑿孔以鉆取石油或天然氣的鉆頭包括PCD切割器元件陣列，將驅(qū)動(dòng)它們猛擊地表下方深處的巖石。PCD切割器元件的操作深度增大了評(píng)估其工作條件的難度。由于將鉆頭拉到地面以檢查切割器元件的成本很高，因此需要能夠在鉆頭在井下(DTH)鑿巖時(shí)在原位執(zhí)行此操作。

US 7,487,849披露了從PCD材料層中浸出鈷并通過釬焊材料將浸出的PCD接合至膠接碳化物基底。這可以通過在浸出的PCD與基底之間放置釬焊材料層、將釬焊材料加熱使其熔化、并使其冷卻來實(shí)現(xiàn)。

需要多種多樣的復(fù)合產(chǎn)品以及將電子設(shè)備接合至PCD材料的方法，這些復(fù)合產(chǎn)品包括接合至PCD材料本體的制品、尤其是電子設(shè)備(具體地但不排他地為傳感器設(shè)備)。具體地但不排他地，需要接合至PCD切割工具(比如用于鉆地鉆頭的切割工具)的傳感器設(shè)備。電子設(shè)備的電子部件應(yīng)是電絕緣的，尤其是與它們所接合的主體的某些導(dǎo)電部分電絕緣，以避免電子設(shè)備短路并確保其恰當(dāng)操作。

發(fā)明內(nèi)容

從第一方面來看，提供了一種復(fù)合產(chǎn)品，該復(fù)合產(chǎn)品包括：多晶金剛石(PCD)材料的PCD本體，該本體具有PCD近端和PCD遠(yuǎn)端；電子設(shè)備，該電子設(shè)備包括電子部件；以及連接部分，該連接部分將該電子設(shè)備接合至該P(yáng)CD本體的PCD遠(yuǎn)端處、并且包括金屬接合材料，該金屬接合材料在大氣壓下具有600℃至950℃的液相線溫度；該電子設(shè)備和該P(yáng)CD本體中的至少一者包括在該電子部件與該P(yáng)CD近側(cè)邊界之間的電絕緣部分，以在該電子部件與該P(yáng)CD近側(cè)邊界之間建立電路開路(electrical open circuit)條件。

從第二方面來看，提供了一種制造上述復(fù)合產(chǎn)品的方法，該方法包括：提供包括PCD電絕緣部分的PCD本體；提供該電子設(shè)備，該電子設(shè)備包括電子部件并且具有設(shè)備表面；提供金屬接合材料，該金屬接合材料在大氣壓下具有600℃至950℃的液相線溫度、并且能夠化學(xué)地結(jié)合至該P(yáng)CD材料和該設(shè)備表面；將該金屬接合材料布置在該設(shè)備表面與該P(yáng)CD遠(yuǎn)端之間，該金屬接合材料與該P(yáng)CD近端通過該P(yáng)CD電絕緣部分電絕緣；將該金屬接合材料加熱到至少為該液相線溫度且不高于950℃的溫度以允許該金屬接合材料熔化并且將該本體和該設(shè)備表面連接；以及允許該金屬接合材料冷卻并固化而形成該連接部分，該電絕緣部分將該連接部分與該P(yáng)CD近端電絕緣。