[發(fā)明專利]多晶金剛石(PCD)復合產(chǎn)品及其制造方法

在審

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

一種復合產(chǎn)品具有：多晶金剛石(PCD)材料本體，該本體具有PCD近端和PCD遠端；電子設備，該電子設備包括電子部件；以及連接部分，該連接部分將該電子設備接合至該本體的PCD遠端處、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。該電子設備和該本體中的至少一者包括在該電子部件與該PCD近側邊界之間的電絕緣部分，以在該電子部件與該PCD近側邊界之間建立電路開路條件。還披露了一種用于制造該復合產(chǎn)品的方法。

技術領域

本披露總體上涉及復合產(chǎn)品及其制造方法，這些復合產(chǎn)品包括接合至多晶金剛石(PCD)材料本體的電子設備。這些復合產(chǎn)品可以是用于機床的切割器元件、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/或該電子設備可以是傳感器系統(tǒng)的至少一部分。

背景技術

多晶金剛石(PCD)材料用于各種各樣的用于切割、機加工、鉆削或剝蝕堅硬或磨損性材料(比如巖石、金屬、陶瓷、復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量局部切割條件或評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，將驅動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、并使其冷卻來實現(xiàn)。

需要多種多樣的復合產(chǎn)品以及將電子設備接合至PCD材料的方法，這些復合產(chǎn)品包括接合至PCD材料本體的制品、尤其是電子設備(具體地但不排他地為傳感器設備)。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)的傳感器設備。電子設備的電子部件應是電絕緣的，尤其是與它們所接合的主體的某些導電部分電絕緣，以避免電子設備短路并確保其恰當操作。

發(fā)明內(nèi)容

從第一方面來看，提供了一種復合產(chǎn)品，該復合產(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遠端；電子設備，該電子設備包括電子部件；以及連接部分，該連接部分將該電子設備接合至該PCD本體的PCD遠端處、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；該電子設備和該PCD本體中的至少一者包括在該電子部件與該PCD近側邊界之間的電絕緣部分，以在該電子部件與該PCD近側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；提供該電子設備，該電子設備包括電子部件并且具有設備表面；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、并且能夠化學地結合至該PCD材料和該設備表面；將該金屬接合材料布置在該設備表面與該PCD遠端之間，該金屬接合材料與該PCD近端通過該PCD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PCD近端電絕緣。