背景

在石油和天然氣工業(yè)中通常使用各種工具來形成井筒、使已鉆探的井筒完井以及從已完成的井中生產(chǎn)烴類如石油和天然氣。此類工具的實例包括：切削工具如鉆頭、擴孔器、穩(wěn)定器和取芯鉆頭；鉆孔工具如旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置和泥漿馬達(dá)；以及其他井下工具如開窗銑刀、封隔器、鉆具接頭和其他易磨損工具。這些工具以及石油和天然氣工業(yè)領(lǐng)域以外其他幾種類型的工具通常形成為金屬基體復(fù)合物(mmc)，且在本文中稱為“mmc工具”。

通常通過將松散粉末增強材料放入模具中并用粘結(jié)劑材料如金屬合金浸潤粉末材料來制造mmc工具。可以通過使模腔成形和/或通過將臨時置換材料定位在模腔的內(nèi)部來提供所得mmc工具的各種特征。然后可以將一定量的增強材料與一定量的粘結(jié)劑材料放置在模腔內(nèi)。隨后將模具放在熔爐內(nèi)并且使模具的溫度增大到所需溫度以允許粘結(jié)劑(例如，金屬合金)液化并浸潤基體增強材料。

mmc工具通常是抗侵蝕的并具有較高的沖擊強度。mmc工具的外表面通常需要在極端條件下操作。因此，定制mmc工具的外表面的材料性質(zhì)以延長給定mmc工具的操作壽命可能是有利的。

附圖簡述

以下圖示被包括來說明本公開的某些方面，并且不應(yīng)該被看作是排他性實施方案。所公開的主題能夠在不脫離本公開的范圍的情況下在形式和功能上進行相當(dāng)多的修改、改變、組合以及等效化。

圖1是可以根據(jù)本公開的原理制造的示例性鉆頭的透視圖。

圖2是圖1的鉆頭的橫截面圖。

圖3是可用于制造圖1和圖2的鉆頭的模具組件的橫截面?zhèn)纫晥D。

圖4a和圖4b是另一個示例性模具組件的橫截面?zhèn)纫晥D并且包括示例性邊界形式。

圖5是包括另一個示例性邊界形式的另一個示例性模具組件的橫截面?zhèn)纫晥D。

圖6是包括另一個示例性邊界形式的另一個示例性模具組件的橫截面?zhèn)纫晥D。

圖7a和圖7b描繪了包括另一個示例性邊界形式的另一個示例性模具組件。

圖8a和圖8b描繪了包括另一個示例性邊界形式的另一個示例性模具組件。

圖9a和圖9b描繪了包括另一個示例性邊界形式的另一個示例性模具組件。

圖10a和圖10b描繪了包括另一個示例性邊界形式的另一個示例性模具組件。

圖11a和圖11b描繪了可用于本文所述的任何模具組件的示例性邊界形式的橫截面頂視圖。

圖12是包括另一個示例性邊界形式的另一個示例性模具組件的橫截面?zhèn)纫晥D。

圖13a至圖13d是上面示意性地覆蓋有相應(yīng)示例性邊界形式的示例性鉆頭的頂端視圖。

圖14是包括另一個示例性邊界形式的另一個示例性模具組件的橫截面?zhèn)纫晥D。

圖15a至圖15c描繪了圖14的環(huán)形隔離件與心軸之間的各種界面構(gòu)型。

圖16是包括另一個示例性邊界形式的另一個示例性模具組件的橫截面?zhèn)纫晥D。

圖17是包括另一個示例性邊界形式的另一個示例性模具組件的橫截面?zhèn)纫晥D。

詳述

本公開涉及工具制造，并且更具體地講，涉及使用浸潤室內(nèi)的邊界形式制造的金屬基體復(fù)合工具，以隔離開具有宏觀不同性質(zhì)的區(qū)域以及與此相關(guān)的相關(guān)聯(lián)生產(chǎn)和使用方法。

本文所述的實施方案可用于制造具有至少兩個帶宏觀不同性質(zhì)的區(qū)的浸潤的金屬基體復(fù)合工具。這可通過使用位于浸潤室內(nèi)的一個或多個邊界形式容納至少兩種類型的增強材料和/或粘結(jié)劑材料來實現(xiàn)。這可有利于允許將呈現(xiàn)不同宏觀性質(zhì)的特定增強材料選擇性地放置在浸潤的金屬基體復(fù)合工具中，這可導(dǎo)致浸潤的金屬基體復(fù)合工具在期望的局部區(qū)域獲得較高的剛度和/或耐腐蝕性。例如，在一個實例中，可以將耐腐蝕性或高性能材料選擇性地放置在浸潤的金屬基體復(fù)合工具的外表面上，而浸潤的金屬基體復(fù)合工具的內(nèi)部可由較堅韌且較低成本的材料制成。

本公開的實施方案適用于形成為金屬基體復(fù)合物(mmc)的任何工具或裝置。此類工具或裝置在本文中稱為“mmc工具”并且可以用于或可以不用于石油和天然氣工業(yè)。然而，僅僅為了說明和描述的目的，以下描述涉及在石油和天然氣工業(yè)中使用的mmc工具如鉆頭，但是應(yīng)當(dāng)理解，本公開的原理同樣適用于在任何行業(yè)或領(lǐng)域中使用的任何類型的mmc，如裝甲板、汽車部件(例如，套筒、汽缸襯墊、驅(qū)動軸、排氣閥、制動轉(zhuǎn)子)、自行車車架、制動肋板、航空航天部件(例如，起落架部件、結(jié)構(gòu)管、支柱、軸、連桿、管道、波導(dǎo)、導(dǎo)向葉片、轉(zhuǎn)子刀片套筒、腹翅、致動器、排氣結(jié)構(gòu)、殼體、框架)和渦輪泵部件，而不脫離本公開的范圍。

參考圖1，示出了可以根據(jù)本公開的原理制造的示例性mmc工具100的透視圖。mmc工具100通常在圖1中描繪為可在石油和天然氣工業(yè)中用于鉆井的固定切削器鉆頭。因此，mmc工具100在本文稱為“鉆頭100”，但如上所述，也可以將鉆頭100另選地更換為在石油和天然氣工業(yè)中或任何其他工業(yè)中所用的任何類型的mmc工具或裝置，而不脫離本公開的范圍。可以根據(jù)本公開的教導(dǎo)內(nèi)容制造的用于石油和天然氣工業(yè)的合適mmc工具包括但不限于：油田鉆頭或切削工具(例如，定角鉆頭、牙輪鉆頭、取芯鉆頭、雙心鉆頭、孕鑲鉆頭、擴孔器、穩(wěn)定器、開孔器、切削器)、不可回收的鉆井部件；與井筒套管鉆井相關(guān)聯(lián)的鋁鉆頭本體；鉆柱穩(wěn)定器；牙輪鉆頭的牙輪；用于鍛造制造用于牙輪鉆頭的支撐臂的沖模的模型；固定擴孔器的臂；可擴張擴孔器的臂；與可擴張擴孔器相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部部件；附接到旋轉(zhuǎn)鉆頭的井口端的套筒；旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向工具；隨鉆測井工具；隨鉆測量工具；側(cè)壁取芯工具；打撈矛；套洗工具；用于井下鉆井馬達(dá)的轉(zhuǎn)子、定子和/或殼體；用于井下渦輪機的刀片和殼體；以及其他具有復(fù)雜構(gòu)型和/或與形成井筒相關(guān)聯(lián)的非對稱幾何形狀的井下工具。

如圖1所示，鉆頭100可包括或以其他方式限定沿鉆頭頭部104的圓周布置的多個刀片102。鉆頭頭部104連接到柄部106形成鉆頭本體108。柄部106可通過焊接諸如使用致使圍繞焊接槽112形成焊縫110的激光電弧焊接而連接到鉆頭頭部104。柄部106還可包括或以其他方式連接到螺紋銷114，諸如美國石油協(xié)會(api)鉆桿螺紋。

在所示實例中，鉆頭100包括五個刀片102，其中形成多個凹陷或凹穴116。切削元件118可以固定地安裝在每個凹陷116內(nèi)。這可以例如通過將每個切削元件118釬焊到對應(yīng)凹陷116中來完成。隨著鉆頭100在使用時旋轉(zhuǎn)，切削元件118接合巖石和底層土地材料，以挖掘、刮掉或磨去正被穿透的地層的材料。

在鉆井操作期間，鉆井流體或“泥漿”可以通過在螺紋銷114處聯(lián)接到鉆頭100的鉆柱(未示出)在井下泵送。鉆井流體循環(huán)通過鉆頭100并且在一個或多個噴嘴120處離開鉆頭100，一個或多個噴嘴120定位在限定于鉆頭頭部104中的噴嘴開口122中。排泄槽124形成在每對相鄰的刀片102之間。切屑、井下碎屑、地層流體、鉆井流體等可以穿過排泄槽124并在鉆柱的外部部分和正鉆探的井筒的內(nèi)壁之間形成的環(huán)形空間內(nèi)循環(huán)回到井表面。

圖2是圖1的鉆頭100的橫截面?zhèn)纫晥D。圖2中所用的來自圖1的相似數(shù)字是指不再描述的類似部件。如圖所示，柄部106可以在焊縫110處牢固地附接到金屬坯料或心軸202，并且心軸202延伸到鉆頭本體108中。柄部106和心軸202是大致圓柱形結(jié)構(gòu)，其分別限定相互流體連通的對應(yīng)流體腔204a和204b。心軸202的流體腔204b可以進一步縱向地延伸到鉆頭本體108內(nèi)。至少一個流動通道206(示出其中一個)可以從流體腔204b延伸到鉆頭本體108的外部。噴嘴開口122(在圖2中示出其中一個)可以限定在流動通道206的端部在鉆頭本體108的外部。凹穴116形成在鉆頭本體108中并且被成形或以其他方式構(gòu)造成接納切削元件118(圖1)。

圖3是可用于形成圖1和圖2的鉆頭100的模具組件300的橫截面?zhèn)纫晥D。雖然模具組件300被示出并被討論為用于幫助制造鉆頭100，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地理解，可以使用模具組件300的變型來幫助制造上述任何浸潤的井下工具，而不脫離本公開的范圍。如圖所示，模具組件300可以包括幾個部件，例如模具302、量規(guī)環(huán)304和漏斗306。在一些實施方案中，漏斗306可以經(jīng)由量規(guī)環(huán)304如通過對應(yīng)的螺紋接合件可操作地聯(lián)接到模具302，如圖所示。在其他實施方案中，可以從模具組件300中省去量規(guī)環(huán)304，且代替可以將漏斗306諸如經(jīng)由對應(yīng)螺紋接合件直接聯(lián)接到模具302，而不脫離本公開的范圍。

在一些實施方案中，如圖所示，模具組件300還可包括放置在漏斗306上方的粘結(jié)劑碗308和蓋310。例如，模具302、量規(guī)環(huán)304、漏斗306、粘結(jié)劑碗308和蓋310可以每個由石墨或氧化鋁(al2o3)或其他合適的材料制成或以其他方式包括它們。浸潤室312可以限定或以其他方式設(shè)置在模具組件300內(nèi)?？梢允褂酶鞣N技術(shù)來制造模具組件300及其部件，包括但不限于機械加工石墨坯料以產(chǎn)生各種部件，且從而限定浸潤室312以顯示鉆頭100(圖1和圖2)的所需外部特征的反面輪廓或反相輪廓。

諸如固結(jié)砂或石墨的材料可以在所需位置處定位在模具組件300內(nèi)，以形成鉆頭100(圖1和圖2)的各種特征。例如，可以將一個或多個噴嘴置換件314(示出其中一個)定位成對應(yīng)于流動通道206(圖2)及其各自的噴嘴開口122(圖1和圖2)的期望位置和構(gòu)造。可以理解的是，從中心置換件316延伸的噴嘴置換件314的數(shù)量將取決于鉆頭100中的流動通道和對應(yīng)噴嘴開口122的所需數(shù)量。圓柱形固結(jié)中心置換件316可以放置在支腿314上。此外，一個或多個排泄槽置換件315也可以定位在模具組件300內(nèi)，以對應(yīng)于排泄槽124(圖1)。

在期望材料(例如，中心置換件316、噴嘴置換件314、排泄槽置換件315等)已經(jīng)安裝在模具組件300內(nèi)之后，增強材料318然后可以放置在模具組件300內(nèi)或以其他方式被引入模具組件300中。增強材料318可以包括例如各種類型的增強顆粒。合適的增強顆粒包括但不限于金屬顆粒、金屬合金顆粒、超合金顆粒、金屬間化合物顆粒、硼化物顆粒、碳化物顆粒、氮化物顆粒、氧化物顆粒、陶瓷顆粒、金剛石顆粒等或它們的任意組合。

合適的增強顆粒的實例包括但不限于鎢、鉬、鈮、鉭、錸、銥、釕、鈹、鈦、鉻、銠、鐵、鈷、鈾、鎳、氮化物、氮化硅、氮化硼、立方氮化硼、天然金剛石、合成金剛石、燒結(jié)碳化物、球形碳化物、低合金燒結(jié)材料、鑄造碳化物、碳化硅、碳化硼、立方硼化碳、碳化鉬、碳化鈦、碳化鉭、碳化鈮、碳化鉻、碳化釩、碳化鐵、碳化鎢、粗晶碳化鎢、鑄造碳化鎢、破碎的燒結(jié)碳化鎢、滲碳的碳化鎢、鋼、不銹鋼、奧氏體鋼、鐵素體鋼、馬氏體鋼、析出硬化鋼、雙相不銹鋼、陶瓷、鐵合金、鎳合金、鈷合金、鉻合金、合金(即，含鎳鉻合金，可從haynesinternational獲得)、合金(即，可從specialmetalscorporation獲得的含奧氏體鎳鉻的超級合金)、(即，奧氏體鎳基超級合金)、合金(即，含鎳鉻合金，可從altempalloys，inc.獲得)、合金(即，含鎳鉻的超級合金，可從haynesinternational獲得)、合金(即，含鐵鎳的超級合金，可從megamex獲得)、mp98t(即，鎳-銅-鉻超級合金，可從spstechnologies獲得)、tms合金、合金(即，鎳基超級合金，可從c-mgroup獲得)、鈷合金6b(即，鈷基超級合金，可從hpa獲得)、n-155合金、其任何混合物以及其任意組合。在一些實施方案中，可以涂覆增強顆粒，例如用鈦涂覆的金剛石。

心軸202可以由增強材料318至少部分地支撐在浸潤室312內(nèi)。更具體地講，在將足夠體積的增強材料318加入到模具組件300中之后，然后可以將心軸202放置在模具組件300內(nèi)。心軸202可以包括大于中心置換件316的外徑322的內(nèi)徑320，并且可以使用各種夾具(未明確示出)來將心軸202定位在模具組件300內(nèi)的期望位置處。然后可以將增強材料318在浸潤室312內(nèi)填充到期望水平。

然后可以將粘結(jié)劑材料324放置在增強材料318、心軸202和中心置換件316的頂部。合適的粘結(jié)劑材料324包括但不限于銅、鎳、鈷、鐵、鋁、鉬、鉻、錳、錫、鋅、鉛、硅、鎢、硼、磷、金、銀、鈀、銦、其任何混合物、其任何合金及其任何組合。粘結(jié)劑材料324的合金的非限制性實例可以包括銅-磷、銅-磷-銀、銅-錳-磷、銅-鎳、銅-錳-鎳、銅-錳-鋅、銅-錳-鎳-鋅、銅-鎳-銦、銅-錫-錳-鎳、銅-錫-錳-鎳-鐵、金-鎳、金-鈀-鎳、金-銅-鎳、銀-銅-鋅-鎳、銀-錳、銀-銅-鋅-鎘、銀-銅-錫、鈷-硅-鉻-鎳-鎢、鈷-硅-鉻-鎳-鎢-硼、錳-鎳-鈷-硼、鎳-硅-鉻、鎳-鉻-硅-錳、鎳-鉻-硅、鎳-硅-硼、鎳-硅-鉻-硼-鐵、鎳-磷、鎳-錳、銅-鋁、銅-鋁-鎳、銅-鋁-鎳-鐵、銅-鋁-鎳-鋅-錫-鐵等以及它們的任意組合。可商購粘結(jié)劑材料324的實例包括但不限于virgin^tm粘結(jié)劑453d(銅-錳-鎳-鋅，可從belmontmetals有限公司獲得)和銅-錫-錳-鎳和銅-錫-錳-鎳-鐵等級516、519、523、512、518和520，可從atifirthsterling獲得，以及它們的任意組合。

在一些實施方案中，粘結(jié)劑材料324可以被焊劑層覆蓋(未明確示出)。加入到浸潤室312中的粘結(jié)劑材料324(和任選的焊劑材料)的量應(yīng)至少足以在浸潤過程期間浸潤增強材料318。在一些情況下，粘結(jié)劑材料324中的一些或全部可以放置在粘結(jié)劑碗308中，粘結(jié)劑碗308可以用于經(jīng)由穿過其中延伸的各種導(dǎo)管326將粘結(jié)劑材料324分配到浸潤室312中。蓋310(如果使用的話)然后可以放置在模具組件300上。然后可以將模具組件300和設(shè)置在其中的材料預(yù)熱并隨后放置在熔爐(未示出)中。當(dāng)爐溫達(dá)到粘結(jié)劑材料324的熔點時，粘結(jié)劑材料324將液化并進行浸潤增強材料318。

在液化粘結(jié)劑材料324分配預(yù)定量的時間以浸潤增強材料318之后，然后可以將模具組件300從熔爐中移除并以受控的速度冷卻。一旦冷卻，模具組件300可以被分離以露出鉆頭本體108(圖1和圖2)。然后可以使用根據(jù)公知技術(shù)的后續(xù)加工和后處理來使鉆頭100(圖1)完工。

根據(jù)本公開的實施方案，鉆頭100或本文提及的任何mmc工具可以通過在裝載增強材料318之前(或當(dāng)時)以及在浸潤之前使用位于浸潤室312中的一個或多個邊界形式而被制造成具有至少兩個帶宏觀不同性質(zhì)的區(qū)域。如下文更詳細(xì)描述，此類邊界形式可以簡化裝載和浸潤過程，并且允許浸潤室312必要時容納多種類型的增強材料318和/或粘結(jié)劑材料324，這可能導(dǎo)致隔離或分離的浸潤?？梢岳斫獾氖?，這可以允許用戶將呈現(xiàn)不同宏觀性質(zhì)的特定增強材料318選擇性地放置在鉆頭本體108(圖2)中，這可導(dǎo)致鉆頭本體108在期望的局部區(qū)域獲得較高的剛度和/或耐腐蝕性。

現(xiàn)在參考圖4a和圖4b，同時繼續(xù)參考圖3，示出了根據(jù)一個或多個實施方案的示例性模具組件400的部分橫截面?zhèn)纫晥D。為了簡單起見，僅示出模具組件400的一半，如沿著模具組件400的縱向軸線a所截取的。應(yīng)該注意的是，連續(xù)圖(圖4至圖10、圖12、圖14、圖16至圖17)中示出的模具組件是圖3的模具組件300的簡化近似圖，允許對各種實施方案的更簡單的示意圖和簡單的說明。此外，由于具有奇數(shù)個刀片的鉆頭的直通式橫截面的不對稱性質(zhì)(圖1至圖3)，連續(xù)的橫截面圖限于半部分以示出適用于具有不同數(shù)量的刀片的鉆頭的簡化的一般構(gòu)型，鉆頭的不同部分如刀片部分(例如，圖2至圖3的右半部分)和排泄槽部分(例如，圖2至圖3的左半部分)除外?？梢岳斫獾氖?，這些半部分中所示的實施方案可以通過簡單地形成用于圍繞噴嘴置換件314(圖3)定位的孔從刀片區(qū)域可轉(zhuǎn)移到排泄槽區(qū)域。

模具組件400在某些方面可以類似于圖3的模具組件300，并且因此通過參考圖3可以得到最好的理解，其中相同的數(shù)字表示不再詳細(xì)描述的相同的元件。例如，與模具組件300類似，模具組件400可以包括模具302、漏斗306、粘結(jié)劑碗308和蓋310。雖然圖4a和圖4b中未示出，但在一些實施方案中，量規(guī)環(huán)304(圖3)也可以包括在模具組件400中。模具組件400還可以包括心軸202、中心置換件316以及一個或多個噴嘴置換件或支腿314(圖3)，如上文一般描述的那樣。

然而，與圖3的模具組件300不同，模具組件400還可以包括至少一個邊界形式402，邊界形式402可以在裝載增強材料318(圖3)之前或期間定位在浸潤室312內(nèi)。邊界形式402可以用作隔離分區(qū)，該隔離分區(qū)至少通過增強材料318的裝載過程而保持完好無損。在一些實施方案中，如圖所示，邊界形式402可以包括本體404和從本體404朝向浸潤室312的內(nèi)壁延伸的一個或多個支座或肋狀物406。肋狀物406可將本體404穩(wěn)定或支撐在浸潤室312內(nèi)并且允許本體404從浸潤室312的內(nèi)壁大致偏移或插入(即，徑向地和/或縱向地)到偏移間距410。在一些實施方案中，肋狀物406可以支撐邊界形式402，使得偏移間距410沿浸潤室312的相鄰部分的全部或一部分是恒定的或一致的。然而，在其他實施方案中，偏移間距410可圍繞浸潤室312的內(nèi)壁變化，尤其是在刀片102(圖1)和排泄槽124(圖1)的位置處。

在一些實施方案中，如圖所示，肋狀物406中的一個或多個可包括桿、銷、柱或從本體404朝向浸潤室312的內(nèi)壁延伸的其他支撐構(gòu)件。在其他實施方案中，如下更詳細(xì)描述，肋狀物406中的一個或多個可以另選地包括從本體404延伸出來的縱向和/或徑向延伸的翅片。在任一種情況下，肋狀物406可以形成為邊界形式402的整體部分，或以其他方式可以諸如通過定位焊、粘合劑、一個或多個機械緊固件(例如，螺釘、螺栓、銷、卡環(huán)等)、干涉配合件、它們的任意組合等聯(lián)接到本體404。

在本體404相對于浸潤室312的內(nèi)壁以偏移間距410偏移的情況下，浸潤室可以被有效地隔離成至少兩個區(qū)，該至少兩個區(qū)可以容納增強材料318(圖3)的至少兩個不同組合物的裝載。更具體地講，圖4a描繪了裝載增強材料318之前的模具組件400，并且邊界形式402示為將浸潤室312隔離成至少第一區(qū)312a和第二區(qū)312b。第一區(qū)312a被定位在浸潤室312的中心或芯部，并且第二區(qū)312b與第一區(qū)312a通過邊界形式402隔開并且鄰近浸潤室312的內(nèi)壁定位。

圖4b描繪了增強材料318裝載到浸潤室312之后的模具組件400，示為第一組合物318a裝載到第一區(qū)312a中且第二組合物318b裝載到第二區(qū)312b中。因此，邊界形式402可有利于促進隔離的區(qū)312a、312b，其可以裝載不同組合物或不同類型的增強材料318，這可導(dǎo)致第一區(qū)312a和第二區(qū)312b在浸潤后呈現(xiàn)不同的機械性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、熱性質(zhì)、原子性質(zhì)、磁性質(zhì)或電性質(zhì)。例如，為第一組合物318a選擇的特定材料可導(dǎo)致鉆頭本體108(圖1和圖2)在浸潤后具有延展性芯部，而為第二組合物318b選擇的特定材料可導(dǎo)致鉆頭本體108在浸潤后具有剛性的或堅硬的外殼。

在一些實施方案中，為了防止邊界形式402在裝載過程期間坍塌或變形，可以同時裝載第一組合物318a和第二組合物318b?？梢岳斫獾氖牵@可以減少可從邊界形式402的相對側(cè)施加的不平衡力。替代地，可能希望邊界形式402在從一側(cè)裝載的過程中經(jīng)歷一定程度的偏轉(zhuǎn)，且由此導(dǎo)致邊界形式402圍繞本體404的圓周彎曲或起伏。在這樣的實施方案中，可以首先將第一組合物318a或第二組合物318b之一裝載到浸潤室312中，以允許本體404向外彎曲并且另外產(chǎn)生起伏的圓周表面，隨后可以將第一組合物318a或第二組合物318b中的另一個裝載到浸潤室312中。所得到的本體404的可變圓周表面可以有利于增大隔離開的第一區(qū)312a與第二區(qū)312b之間的粘合表面區(qū)域和拔出強度。

在裝載過程期間，可以在浸潤室312的特定區(qū)域中控制第一組合物318a和第二組合物318b的壓實程度。這可以通過對第一組合物318a和第二組合物318b的一個或兩個的裝載過程進行適當(dāng)排序來實現(xiàn)。可以理解的是，這可以允許更好地控制鉆頭本體108(圖1和圖2)的選擇位置中的侵蝕和/或韌性。例如，鉆頭本體108的提供刀片102(圖1)的區(qū)域可以在裝載期間受到較高程度的壓實，以減小顆粒間距離并提高耐腐蝕性或抗偏轉(zhuǎn)性。然而，鉆頭本體108的中心區(qū)域或芯部區(qū)域可以接收減少的壓實量或完全不壓實，以增強在這些位置處的韌性性質(zhì)。這可以通過首先裝載第二區(qū)312b并壓實部分裝載的模具組件400，且然后裝載第一區(qū)312a并將完全裝載的模具組件400壓實到較小程度(或不壓實)來實現(xiàn)。

在一些實施方案中，邊界形式402(即，本體404)可以包括固體結(jié)構(gòu)，例如由一種或多種材料制成的剛性或半剛性箔或板。在這樣的實施方案中，邊界形式402可以是不透性構(gòu)件，其基本上防止了第一和第二組合物318a在裝載和壓實過程期間的混合。邊界形式402(即，本體404)以及本文所述的任何邊界形式的厚度可以取決于應(yīng)用和/或用于邊界形式402的材料，并且可以在邊界形式402的選擇性部分或位置上變化。例如，本體404的厚度可以取決于用于邊界形式402的特定材料的擴散速率和熔點。例如，由銅制成的邊界形式402可以薄至約0.03125(1/32)英寸，且厚至約0.25(1/4)英寸。另一方面，由鎳制成的邊界形式402與銅相比具有較高的熔點和剛度，可能薄至約0.015625(1/64)英寸，且厚至約0.125(1/8)英寸，而不脫離本公開的范圍。

在其他實施方案中，邊界形式402可以包括多孔結(jié)構(gòu)如滲透性或半透性網(wǎng)狀物、格柵或穿孔板，其允許在裝載過程和壓實過程期間在第一組合物318a與第二組合物318b之間發(fā)生一定量的混合。在這樣的實施方案中，本體404可由限定多個孔或單元的多個相交的細(xì)長構(gòu)件(例如，桿、棒、竿等)制成。本體404可以另選地由選擇性穿孔以形成多個孔或單元的箔或板制成。本體404中的孔的大小可被設(shè)計成允許在裝載期間在邊界形式402的相反側(cè)上第一組合物318a和第二組合物318b發(fā)生一定程度的混合。例如，本體404中的孔可以大小設(shè)定成使得邊界形式402用作篩子，篩子允許預(yù)定大小的增強顆粒穿過邊界形式402，同時防止大于預(yù)定大小的增強顆粒穿過。在浸潤期間，本體404中的孔可以進一步允許粘結(jié)劑材料324(圖3)穿透邊界形式402，并在邊界形式402的任一側(cè)上浸潤第一組合物318a和第二組合物318b。在至少一個實施方案中，粘結(jié)劑材料324可以穿透邊界形式402以在邊界形式402的相對側(cè)上與第二粘結(jié)劑材料混合。在任一種情況下，粘結(jié)劑材料324滲入滲透性或半透性網(wǎng)狀物、格柵或穿孔板可以在邊界形式402的任一側(cè)上的區(qū)域之間提供增強的機械互鎖，由此有助于防止內(nèi)部區(qū)312a在操作期間從外部區(qū)312b拔出或扭曲。

在其他實施方案中，邊界形式402可以包括一個或多個滲透性部分和一個或多個不透性部分，而不脫離本公開的范圍。例如，本體404可以包括被構(gòu)造成鄰近一個或多個對應(yīng)排泄槽124(圖1)區(qū)域定位的一個或多個滲透性部分以及被構(gòu)造成定位在一個或多個對應(yīng)刀片102(圖1)區(qū)域內(nèi)的一個或多個不透性部分。

邊界形式402可由各種材料制成，如本文列出的用于增強材料318(圖3)和粘結(jié)劑材料324(圖3)的任何材料。邊界形式402的附加候選材料包括難熔金屬和剛性金屬如鈹、鉿、銥、鈮、鋨、錸、銠、釕、鉭、釩和這些材料與先前針對粘結(jié)劑材料324所列的那些材料之間的任何組合或合金。在一些實施方案中，邊界形式402的全部或一部分可以另選地由聚合物或泡沫(聚合的或金屬的)制成。此外，邊界形式402可包括多種材料。在這樣的實施方案中，本體404可以包括一種或多種類型的材料，并且肋狀物406可以包括一種或多種不同類型的材料，例如將溶解在粘結(jié)劑材料324中的材料。

用于制造邊界形式402的特定材料的選擇可以用于各種目的。例如，在一些實施方案中，可以選擇邊界形式402的材料使其成為mmc工具(例如，圖1和圖2的鉆頭100)的永久部件，使得在浸潤期間由于擴散到粘結(jié)劑材料324(圖3)中而較少地腐蝕或沒有腐蝕。在這樣的實施方案中，邊界形式402的材料可以包括例如鎢、錸、鋨或鉭，其可能不能溶解在粘結(jié)劑材料324中。邊界形式402的材料可以替代地由金屬基體復(fù)合材料或其他類似組合物制成，以防止邊界形式402所占據(jù)的區(qū)域缺乏增強顆粒。

在其他實施方案中，可以選擇邊界形式402的材料使其成為mmc工具(例如，圖1和圖2的鉆頭100)的暫時部件，使得所述材料在浸潤期間基本上或完全溶解到粘結(jié)劑材料324中。在這樣的實施方案中，邊界形式402的材料可以包括例如銅或鎳，其大致可溶解于粘結(jié)劑材料324中。邊界形式402可以替代地由暫時材料和永久材料的混合物制成，其中例如本體404可以包括不可溶材料或永久材料，并且肋狀物406可以包括可溶材料或暫時材料。在這樣的實施方案中，肋狀物406可以包括類似于粘結(jié)劑材料324的材料，并且因此在浸潤期間溶解到粘結(jié)劑材料324中。附加構(gòu)型可以包括由可溶解的內(nèi)層和外層組成的邊界形式402，其包含設(shè)置在這些層之間的增強材料。這種構(gòu)型可以允許通過可溶解的內(nèi)層和外層輸送增強顆粒，以在內(nèi)部區(qū)312a和外部區(qū)312b與邊界形式402之間產(chǎn)生更均勻或一致的增強。

在其他實施方案中，可以選擇邊界形式402的材料使其成為mmc工具的半永久部件，使得所述材料在浸潤期間可觀地(但不是全部地)擴散到粘結(jié)劑材料324中。在這樣的實施方案中，邊界形式402的材料可以包括例如銅-鈮合金，其在粘結(jié)劑材料324中是半可溶的。因此，在存在多種粘結(jié)劑材料324的應(yīng)用中，可以至少在邊界形式402的一側(cè)上產(chǎn)生功能梯度。邊界形式402的本體404可以替代地包括涂覆有第二材料的第一材料，第二材料在浸潤期間優(yōu)先隨粘結(jié)劑材料324擴散。第二材料可以包括例如鎳，其可以擴散到粘結(jié)劑材料324中，但也增加了強度。

在另外的實施方案中，邊界形式402可以使用沉積在邊界形式402的相對側(cè)上的多種材料如分層的箔、涂層或鍍層來生產(chǎn)或制造，以便于在每個區(qū)312a、312b中進行某些關(guān)鍵反應(yīng)。在這樣的實施方案中，邊界形式402的本體404可以由例如鎢制成，并且在面向第一區(qū)312a的一側(cè)上涂覆有銅，且在面向第二區(qū)312b的相對側(cè)上涂覆有鎳。銅可以擴散到浸潤第一區(qū)312a的第一粘結(jié)劑材料中，且從而增加mmc工具的芯部的延展性，同時鎳可以擴散到浸潤第二區(qū)312b的第二粘結(jié)劑材料中，且從而增加mmc工具的外部部分的強度或剛性。隨著涂層的擴散或溶解，鎢本體404可能會暴露，這在至少一個實施方案中可能與第一粘結(jié)劑材料和第二粘結(jié)劑材料中的一種或兩種產(chǎn)生另一關(guān)鍵反應(yīng)并促進擴散、局部增強等。

在一個或多個實施方案中，上述材料和材料組合物中的任何一種可以形成、機器加工和以其他方式制造成用于邊界形式402的所需形狀和大小。在至少一個實施方案中，邊界形式402的全部或一部分可經(jīng)由添加劑制造也稱為“3d印刷”來制造?？捎糜谥圃旎颉坝∷ⅰ边吔缧问?02的合適的添加劑制造技術(shù)包括但不限于：激光燒結(jié)(ls)[例如，選擇性激光燒結(jié)(sls)、直接金屬激光燒結(jié)(dmls)]；激光熔化(lm)[例如，選擇性激光熔化(slm)、激光切割]；電子束熔化(ebm)；激光金屬沉積[例如，直接金屬沉積(dmd)、激光工程化凈成形(lens)、定向光制造(dlf)、直接激光沉積(dld)、直接激光制造(dlf)、激光快速成形(lrf)、激光熔化沉積(lmd)]；熔融沉積成型(fdm)；熔絲制造(fff)；選擇性激光燒結(jié)(sls)；立體光刻(sl或sla)；分層實體制造(lom)；噴射；它們的任意組合；等等。在這樣的實施方案中，邊界形式402可以使用兩個或更多個所選材料進行印刷。

在其他實施方案中，邊界形式402可以由以最低程度的燒結(jié)援助結(jié)合或燒結(jié)在一起或者完全封裝在陶瓷或有機粘結(jié)劑材料中的增強顆?；蛘辰Y(jié)劑材料制成和以其他方式形成。在這樣的實施方案中，增強顆?？梢园ū疚南鄬τ谠鰪姴牧?18(圖3)所提及的任何增強顆?；虮疚南鄬τ谡辰Y(jié)劑材料324(圖3)所提及的任何粘結(jié)劑材料或它們的任意組合。在浸潤期間，邊界形式402隨后可被粘結(jié)劑材料324(圖3)浸潤并且成為mmc工具(例如，圖1的鉆頭100)的永久的一部分或在區(qū)312a、312b之間提供互鎖。

因此，邊界形式402可以被構(gòu)造成不僅在裝載期間將增強材料318隔離成至少第一區(qū)312a和第二區(qū)312b，而且還可以被構(gòu)造成在浸潤后為mmc工具(例如，圖1的鉆頭100)提供增強?？梢岳斫獾氖?，這可以取決于應(yīng)用和所使用的材料來提高mmc工具的各種機械性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、熱性質(zhì)、原子性質(zhì)、磁性質(zhì)或電性質(zhì)如韌性和剛性。此外，在制造邊界形式402時使用不同類型的增強顆粒和/或粘結(jié)劑材料合金可能會影響mmc工具內(nèi)的局部殘余應(yīng)力的形成?？梢岳斫獾氖?，這可對操作期間mmc工具的機械性能具有重要影響。例如，通過定制增強材料和/或粘結(jié)劑材料合金的位置、類型和/或分布，可以針對具體應(yīng)用調(diào)整mmc工具的所得和/或凈殘余應(yīng)力分布。每個區(qū)312a、312b中的局部應(yīng)力場也可能會影響mmc工具的整體失效模式。例如，內(nèi)部區(qū)312a或邊界形式402可以充分收縮以在外部區(qū)312b中產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。因此，通過明智地選擇增強材料和/或粘結(jié)劑材料組合，可以優(yōu)化mmc工具的性能。

現(xiàn)在參考圖5，同時繼續(xù)參考圖4a和圖4b，示出了根據(jù)一個或多個實施方案的另一個示例性模具組件500的部分橫截面?zhèn)纫晥D。模具組件500在某些方面可以類似于圖4a和圖4b的模具組件400，且因此參考圖4a和圖4b可以得到最好的理解，其中相同數(shù)字表示將不再描述的相同的元件。模具組件500可以包括邊界形式502，邊界形式502在某些方面可以類似于圖4a和圖4b的邊界形式402，諸如由相似的材料制成且經(jīng)由任何上述工藝和方法制造而成。然而，與邊界形式402不同，邊界形式502不包括肋狀物406。相反，邊界形式502可以懸置在浸潤室312內(nèi)以提供偏移間距410，且由此限定至少第一區(qū)312a和第二區(qū)312b，其被構(gòu)造成接納增強材料318(圖3)的第一組合物318a和第二組合物318b。

在一些實施方案中，如圖所示，邊界形式502可以諸如經(jīng)由定位焊、粘合劑、一個或多個機械緊固件(例如，螺釘、螺栓、銷、卡環(huán)等)、干涉配合件、它們的任意組合等聯(lián)接到心軸202。然而，在其他實施方案中，邊界形式502可以替代地聯(lián)接到設(shè)置在心軸202上方的特征，諸如僅在裝載過程期間使用的定心夾具(未示出)。一旦裝載過程完成，并且在浸潤過程之前，將從模具組件500中除去定心夾具。邊界形式502的幾何形狀可垂直地升高以如圖5所示接觸心軸202的外徑，或它可如圖4a和圖4b所述向內(nèi)傾斜(例如，朝向縱向軸線a)。在這樣的情況下，邊界形式502可在完成操作之后(例如，圖2)與鉆頭的最終后斜表面重合。應(yīng)當(dāng)注意的是，圖2示出了已完工鉆頭的橫截面，其中心軸202的一些外部材料已被移除。

在所示實施方案中，邊界形式502可以包括不透性結(jié)構(gòu)，其基本上防止了第一和第二組合物318a在裝載過程期間混合。然而，在其他實施方案中，邊界形式502可以另選地如上所述包括滲透性結(jié)構(gòu)或混合的滲透性/不透性結(jié)構(gòu)。此外，邊界形式502可以呈現(xiàn)與圖4a和圖4b的邊界形式402相比更大的厚度504。邊界形式502的厚度可以取決于應(yīng)用和/或用于制造邊界形式502的特定材料。在一些實施方案中，厚度504可以在邊界形式502的選擇性部分或位置上變化，以便與鉆頭本體108(圖1和圖2)的選擇性區(qū)域重合。

圖6是根據(jù)一個或多個實施方案的另一個示例性模具組件600的部分橫截面?zhèn)纫晥D。模具組件600在某些方面還可以類似于圖4a和圖4b的模具組件400，且因此參考圖4a和圖4b可以得到最好的理解，其中相同數(shù)字表示將不再描述的相同的元件。模具組件600可以包括可以在某些方面與圖4a至圖4b的邊界形式402和圖5的邊界形式502類似的邊界形式602。例如，與邊界形式502類似，邊界形式602可以懸置在浸潤室312內(nèi)以提供偏移間距410，且由此限定至少第一區(qū)312a和第二區(qū)312b。在所示實施方案中，邊界形式602描繪為聯(lián)接到心軸202，但同樣可如上所述自其他特征懸置。

然而，與邊界形式502不同，邊界形式602可以包括多孔結(jié)構(gòu)如滲透性或半透性網(wǎng)狀物、格柵或穿孔板，其允許在裝載過程和壓實過程期間在第一組合物318a與第二組合物318b之間發(fā)生一定量的混合。此外，在一些實施方案中，在裝載和壓實過程后，在浸潤過程的準(zhǔn)備中，邊界形式602可以從心軸202脫離。然而，應(yīng)當(dāng)理解，圖5的邊界形式502也可以在浸潤過程的準(zhǔn)備中從心軸202脫離，且本文所述的與心軸202相互作用的任何其他邊界形式同樣如此。

圖7a和圖7b描繪了根據(jù)一個或多個實施方案的另一個示例性模具組件700。更具體地講，圖7a示出了模具組件700的部分橫截面?zhèn)纫晥D，且圖7b示出了沿圖7a所示的線截取的模具組件700的橫截面頂視圖。模具組件700在某些方面可以類似于圖4a和圖4b的模具組件400，且因此參考圖4a和圖4b可以得到最好的理解，其中相同的數(shù)字表示將不再描述的相同的元件。模具組件700可以包括在某些方面可以與圖4a和圖4b的邊界形式402類似的邊界形式702。例如，與邊界形式402類似，邊界形式702可以包括本體704和從本體704朝向浸潤室312的內(nèi)壁延伸的一個或多個肋狀物706。肋狀物706可將本體704穩(wěn)定或支撐在浸潤室312內(nèi)并且允許本體704從浸潤室312的內(nèi)壁大致偏移或插入(即，徑向地和/或縱向地)偏移間距410。

然而，與邊界形式402不同，邊界形式702的一個或多個肋狀物706可以包括沿本體704的一部分朝向浸潤室312的內(nèi)壁縱向地延伸的垂直設(shè)置的翅片或板。肋狀物706可以形成為邊界形式702的整體部分，或以其他方式可以諸如通過定位焊、粘合劑、一個或多個機械緊固件(例如，螺釘、螺栓、銷、卡環(huán)等)、干涉配合件、它們的任意組合等聯(lián)接到本體704。在所示實施方案中，翅片形肋狀物706可以沿本體704縱向地延伸到中間點。

如圖7b所示，邊界形式702可包括從本體704徑向地延伸的多個肋狀物706(示出六個)。一些肋狀物706可以如上所述是翅片形的，而另一些可以是朝向浸潤室312的內(nèi)壁延伸的簡單的支撐構(gòu)件如桿、銷或柱。圖7b所示橫截面的潛在實施方案可以是六刀片式鉆頭，其中六個肋狀物對應(yīng)于六個排泄槽124(圖1)或六個刀片102(圖1)。可以理解的是，可以采用多于或少于六個肋狀物706，而不脫離本公開的范圍。此外，雖然肋狀物706在圖7b中描繪為圍繞本體704的圓周彼此等距離隔開，但肋狀物706可以另選地彼此隨意隔開。

在所示實施方案中，本體704描繪為呈現(xiàn)大致圓形橫截面形狀。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本體704可以另選地呈現(xiàn)各種其他橫截面形狀如卵形、多邊形(例如，三角形、方形、五角形、六角形等)、橢圓形、規(guī)則多邊形(例如，三角形、方形、五角形、六角形等)、不規(guī)則多邊形、波狀、齒形或它們的任意組合，包括不對稱幾何形狀、銳角、圓角頂點或倒角頂點和倒棱頂點。在其他實施方案中，可以修改本體704的橫截面形狀使其符合刀片102(圖1)的形狀，如相對于mmc工具(例如，圖1和圖2的鉆頭100)的外表面具有恒定的偏移間距。在這樣的實施方案中，本體704的橫截面形狀可以是大致齒形的，如本文參照圖11b所述。

在其他實施方案中，本體704的橫截面形狀可以包括圖案化的或變化的起伏或圍繞其圓周限定的其他類似結(jié)構(gòu)。可以理解的是，本體704的波狀或可變外圓周可以有利于增大第一區(qū)312a與第二區(qū)312b之間的表面區(qū)域，并且增大表面區(qū)域可以促進粘合并且提高第一區(qū)312a和第二區(qū)312b的宏觀區(qū)域之間的剪切強度。此外，本體704的可變外圓周可以有利于幫助防止第二組合物318b在浸潤后以及在mmc工具(例如，圖1和圖2的鉆頭100)的操作使用期間與第一組合物318a脫接合。

圖8a和圖8b描繪了根據(jù)一個或多個實施方案的另一個示例性模具組件800。圖8a示出了模具組件800的部分橫截面?zhèn)纫晥D，且圖8b示出了沿圖8a所示的線截取的模具組件800的橫截面頂視圖。模具組件800在某些方面可以類似于圖4a和圖4b的模具組件400，且因此參考圖4a和圖4b可以得到最好的理解，其中相同的數(shù)字表示將不再描述的相同的元件。模具組件800可以包括在某些方面與圖7a和圖7b的邊界形式702類似的邊界形式802。例如，與邊界形式702類似，邊界形式802可以包括本體804和從本體804朝向浸潤室312的內(nèi)壁延伸的一個或多個垂直設(shè)置的且翅片形狀的肋狀物806。然而，邊界形式802的肋狀物806可以沿本體804縱向地延伸到幾乎縱向軸線a。

如圖8b所示，邊界形式802可包括圍繞本體804的圓周彼此等距離隔開的六個肋狀物806。一些肋狀物806可以如上所述是翅片形的，而另一些可以是朝向浸潤室312的內(nèi)壁延伸的簡單的支撐構(gòu)件如桿、銷或柱?？梢岳斫獾氖牵梢圆捎枚嘤诨蛏儆诹鶄€肋狀物806，而不脫離本公開的范圍。此外，雖然肋狀物806在圖8b中描繪為圍繞本體804的圓周彼此等距離隔開，但肋狀物806可以另選地彼此隨意隔開。

圖9a和圖9b描繪了根據(jù)一個或多個實施方案的另一個示例性模具組件900。圖9a示出了模具組件900的部分橫截面?zhèn)纫晥D，且圖9b示出了沿圖9a所示的線截取的模具組件900的橫截面頂視圖。模具組件900在某些方面可以類似于圖4a和圖4b的模具組件400，且因此參考圖4a和圖4b可以得到最好的理解，其中相同的數(shù)字表示將不再描述的相同的元件。模具組件900可以包括在某些方面與圖8a和圖8b的邊界形式802類似的邊界形式902。例如，與邊界形式802類似，邊界形式902可以包括本體904和從本體904朝向浸潤室312的內(nèi)壁延伸的一個或多個翅片形肋狀物906。然而，邊界形式902的肋狀物906可以沿本體904縱向地延伸并且以其他方式離散地定位在縱向軸線a處或附近。

如圖9b所示，本體904描繪為呈現(xiàn)大致圓形橫截面形狀。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本體904可以另選地呈現(xiàn)其他橫截面形狀如卵形、多邊形(例如，三角形、方形、五角形、六角形等)、橢圓形、規(guī)則多邊形(例如，三角形、方形、五角形、六角形等)、不規(guī)則多邊形、波狀、齒形或它們的任意組合，包括不對稱幾何形狀、銳角、圓角頂點或倒角頂點和倒棱頂點以及它們的任意組合，而不脫離本公開的范圍。

圖10a和圖10b描繪了根據(jù)一個或多個實施方案的另一個示例性模具組件1000。圖10a示出了模具組件1000的部分橫截面?zhèn)纫晥D，且圖10b示出了沿圖9a所示的線截取的模具組件1000的橫截面頂視圖。模具組件1000在某些方面可以類似于圖4a和圖4b的模具組件400，且因此參考圖4a和圖4b可以得到最好的理解，其中相同的數(shù)字表示不再描述的相同的元件。

模具組件1000可以包括在某些方面與圖8a和圖8b的邊界形式802類似的邊界形式1002。例如，與邊界形式802類似，邊界形式1002可以包括本體1004和從本體1004朝向浸潤室312的內(nèi)壁延伸的一個或多個翅片形肋狀物1006。然而，邊界形式1002的肋狀物1006可以在離散的位置處沿本體1004縱向地延伸。例如，一些肋狀物1006可以從本體1004并且沿著浸潤室312的內(nèi)壁縱向地延伸到中間點，并且其他肋狀物1006可以位于縱向軸線a處或附近。如圖10b所示，邊界形式1002可以包括圍繞本體1004的圓周彼此等距離隔開的三個肋狀物1006，但是也可以包括多于或少于三個肋狀物1006，肋狀物1006可以另選地彼此隨意間隔開，而不脫離本公開的范圍。各種其他肋狀物1006可以定位在縱向軸線a處或附近(圖10a)。

圖11a和圖11b描繪了可用于本文所述的任何模具組件的示例性邊界形式1102a和1102b的橫截面頂視圖。如圖所示，邊界形式1102a、1102b可每個包括本體1104。在圖11a中，第一邊界形式1102a的本體1104可呈現(xiàn)圍繞其圓周包括起伏的橫截面形狀。在其他實施方案中，起伏可以是方形化褶皺，而不脫離本公開的范圍。此外，第一邊界形式1102a可包括圍繞本體1104的圓周彼此等距離隔開的四個肋狀物1106，但同樣可以包括可以另選地彼此隨意間隔開的多于或少于四個肋狀物1106。肋狀物1106可以是翅片形或桿狀肋狀物，如本文一般所述。

在圖11b中，第二邊界形式1102b的本體1104可呈現(xiàn)呈大致齒形的橫截面形狀。更具體地講，本體1104可以提供或以其他方式限定多個齒葉1108，并且每個齒葉1108均可被配置成定位在對應(yīng)刀片102(圖1)內(nèi)且以其他方式與對應(yīng)刀片相對應(yīng)。在圖11b中，可以省去肋狀物1106或?qū)⑵涓鶕?jù)需要定位在其他位置處以有助于使邊界形式與浸潤室312(圖3)的內(nèi)壁保持偏移。在其他實施方案中，或者除了波狀和/或齒形本體1104外，邊界形式1102a、1102b可進一步變得粗糙以在隔離開的區(qū)312a、312b之間提供額外的粘合力(圖4a至圖4b、圖5、圖6、圖7a、圖8a、圖9a和圖10a)。

在一些實施方案中，第二邊界形式1102b還可以包括在浸潤室內(nèi)定位在選擇位置處的一個或多個邊界套筒或管1110。邊界管1110可由任何材料且經(jīng)由本文參考任何邊界形式所述的任何工藝制成。因此，邊界管1110可以是永久構(gòu)件，半永久構(gòu)件，或暫時構(gòu)件。此外，邊界管1110可以與本文所述的任何邊界形式結(jié)合使用或獨立地使用。因此，在至少一個實施方案中，可以從第二邊界形式1102b中省去本體1104，并且邊界管1110可僅包括第二邊界形式1102b的組成部分。

在所示實施方案中，邊界管1110描繪為布置在齒葉1108內(nèi)，或布置在其中隨后形成對應(yīng)刀片102(圖1)的區(qū)域內(nèi)。邊界管1110可以沿著刀片102的全部或一部分區(qū)域縱向地延伸，使得可以在這些位置處進行局部材料變化。因此，邊界管1110可以有利于提供一種隔離結(jié)構(gòu)，該隔離結(jié)構(gòu)允許將增強材料318(圖3)的較堅韌區(qū)域裝載到刀片102的中間，同時允許將較剛性或較堅硬的增強材料318裝載并以其他方式定位在刀片102的外表面上。

雖然在圖11b中描繪為呈現(xiàn)大致圓形橫截面形狀，但邊界管1110可以另選地呈現(xiàn)不同橫截面形狀，諸如卵形、橢圓形、規(guī)則多邊形(例如，三角形、方形、五角形、六角形等)、不規(guī)則多邊形、波狀、齒形或它們的任意組合，包括不對稱幾何形狀、銳角、圓角頂點或倒角頂點和倒棱頂點以及它們的任意組合。可以理解的是，邊界管1110的橫截面形狀可以至少部分取決于mmc工具的幾何設(shè)計。邊界管1110可以表征為分支構(gòu)件，導(dǎo)致內(nèi)部材料的原地“骨架”框架具有期望的機械性質(zhì)，如改進的剛性或更高的材料韌性。

現(xiàn)在參考圖12，同時繼續(xù)參考先前的圖，示出了根據(jù)一個或多個實施方案的另一個示例性模具組件1200的橫截面?zhèn)纫晥D。模具組件1200在某些方面可以類似于圖4a和圖4b的模具組件400，且因此參考圖4a和圖4b可以得到最好的理解，其中相同的數(shù)字表示不再描述的相同的元件。模具組件1200可以包括在某些方面可以與圖5的邊界形式502類似的邊界形式1202。在至少一個實施方案中，如圖所示，邊界形式1202可以例如通過聯(lián)接到心軸202或另一特征而懸置在浸潤室312內(nèi)。

邊界形式1202還可以包括本體1204和從本體1204朝向浸潤室312的內(nèi)壁延伸的一個或多個肋狀物1206(其中的兩個示出為第一肋狀物1206a和第二肋狀物1206b)。肋狀物1206可以每個包括水平設(shè)置的環(huán)形板或翅片，這些環(huán)形板或翅片從本體1204以基本上垂直于縱向軸線a的角度徑向地延伸。在所示實施實施方案中，邊界形式1202和肋狀物1206可以用于將浸潤室312隔離開并以其他方式分離成多個區(qū)。更具體地講，第一區(qū)312a位于浸潤室312的中心或芯部處，第二區(qū)312b與第一區(qū)312a通過邊界形式1202隔開并且在模具組件300的底部鄰近浸潤室312的內(nèi)壁定位，第三區(qū)312c與第一區(qū)312a和第二區(qū)312b通過本體1204和第一肋狀物1206a隔開，且第四區(qū)312d與第一區(qū)312a和第三區(qū)312c通過本體1204和第二肋狀物1206b隔開。

因此，第一肋狀物1206a和第二肋狀物1206b可用于沿縱向軸線a分開或隔開第二區(qū)、第三區(qū)和第四區(qū)312a至312c。此外，應(yīng)當(dāng)理解得是，可以存在超過兩個肋狀物1206a、1206b而不脫離本公開的范圍，且由此產(chǎn)生超過四個區(qū)312a至312d。此外，在一些實施方案中，肋狀物1206a、1206b可以從邊界形式1202以與垂直于縱向軸線a偏離的角度延伸，而不脫離本公開的范圍。

在一些實施方案中，可以使不同類型的增強材料318(圖3)沉積在每個區(qū)312a至312d中，以定制沿mmc工具(例如，圖1和圖2的鉆頭100)的縱向軸線的材料特性。例如，在所示實施方案中，第一組合物318a可以被裝載到第一區(qū)312a中，第二組合物318b可以被裝載到第二區(qū)312b中，第三組合物318c可以被裝載到第三區(qū)312c中，且第四組合物318d可以被裝載到第四區(qū)312d中。因此，邊界形式1202可有利于促進隔離的區(qū)312a至312d可以裝載不同類型的增強材料組合物318a至318d，這可導(dǎo)致各個區(qū)312a至312d在浸潤后沿縱向軸線a呈現(xiàn)相同或不同的機械性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、熱性質(zhì)、原子性質(zhì)、磁性質(zhì)或電性質(zhì)。

在一些實施方案中，邊界形式1202可以包括不透性結(jié)構(gòu)，其基本上防止了組合物318a至318d在裝載過程期間混合。在這樣的實施方案中，肋狀物1206a、1206b可以包括邊界形式1202的可以在裝載和壓實過程期間依次安裝的單獨的組成部分。例如，可以在第二組合物318b被裝載到第二區(qū)312b中后，將第一肋狀物1206a安裝在浸潤室312中。類似地，可以在第三組合物318c被裝載到第三區(qū)312c中后，將第二肋狀物1206b安裝在浸潤室312中。

然而，在其他實施方案中，邊界形式1202可以如上所述包括大致滲透性結(jié)構(gòu)。在這樣的情況下，環(huán)形板狀肋狀物1206a、1206b也可以是滲透性的并且可以形成為邊界形式1202的整體部分，或以其他方式可以通過定位焊、粘合劑、一個或多個機械緊固件(例如，螺釘、螺栓、銷、卡環(huán)等)、干涉配合件、它們的任意組合等聯(lián)接到本體1204。此外，在這樣的實施方案中，限定在滲透性肋狀物1206a、1206b中的孔或單元可大小設(shè)定為允許預(yù)定大小的增強顆粒穿過肋狀物1206a、1206b以將第二組合物312b和第三組合物312c分別沉積在第二區(qū)312b和第三區(qū)312c中。因此，在至少一個實施方案中，邊界形式1202可以在裝載和壓實過程期間作為篩子操作。

現(xiàn)在參考圖13a至圖13d，示出了根據(jù)一個或多個實施方案的上面示意性地覆蓋有相應(yīng)示例性內(nèi)部邊界形式橫截面的鉆頭1300的頂端視圖。更具體地講，圖13a描繪了示意性地覆蓋在鉆頭1300上的第一邊界形式1302a，圖13b描繪了示意性地覆蓋在鉆頭1300上的第二邊界形式1302b，圖13c描繪了示意性地覆蓋在鉆頭1300上的第三邊界形式1302c，且圖13d描繪了示意性地覆蓋在鉆頭1300上的第四邊界形式1302d。如圖所示，每個邊界形式1302a至1302d可以包括本體1304和從本體1304徑向延伸的一個或多個肋狀物1306。一些肋狀物1306可以如上所述是垂直設(shè)置的翅片，而另一些可以是朝向浸潤室312(圖3)的內(nèi)壁延伸并為本體1304提供支撐的簡單的支撐構(gòu)件如桿、銷或柱。每個邊界形式1302a至1302d的本體1304描繪為呈現(xiàn)大致圓形橫截面形狀，但應(yīng)當(dāng)理解的是，任何邊界形式1302a至1302d的本體1304可以另選地呈現(xiàn)其他橫截面形狀，諸如橢圓形、規(guī)則多邊形(例如，三角形、方形、五角形、六角形等)、不規(guī)則多邊形、波狀、齒形或它們的任意組合，包括不對稱幾何形狀、銳角、圓角頂點或倒角頂點和倒棱頂點，而不脫離本公開的范圍。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，本體1304的橫截面形狀可沿本體1304的高度變化并且可以其他方式包括多個上述橫截面形狀，以符合本公開。

在圖13a中，邊界形式1302a描繪為具有在鉆頭1300的刀片1308之間等距間隔開的六個肋狀物1306。如圖所示，每個肋狀物1306均可徑向地延伸，直到例如到達(dá)對應(yīng)排泄槽1310的外表面。在其他實施方案中，一個或多個肋狀物1306可以從本體1304延伸，但在不到排泄槽1310的外表面處停住，而不脫離本公開的范圍。

在圖13b中，第二邊界形式1302b的肋狀物1306可從本體1304延伸并伸入刀片1308中。在一些實施方案中，一個或多個肋狀物1306可以延伸以接觸對應(yīng)一個或多個刀片1308的外表面。然而，在其他實施方案中，肋狀物1306可以如圖所示延伸到刀片的區(qū)域中，而不接觸刀片1308的外側(cè)。第二邊界形式1302b可以在鉆頭1300內(nèi)的其他關(guān)鍵位置(例如在排泄槽1310內(nèi))中使用其他肋狀物(未示出)，以使邊界形式1302b最小程度地暴露于刀片1308的外表面?？梢岳斫獾氖?，將肋狀物1306定位在刀片1308的區(qū)域中可以有利于在浸潤之后提供刀片1308內(nèi)鉆頭1300的結(jié)構(gòu)增強。在這樣的情況下，超過一個肋狀物1306可以伸入每個刀片1308中。

在圖13c中，第三邊界形式1302c的肋狀物1306描繪為將刀片1308與排泄槽1310和鉆頭1300的中心部分大致隔開。在這樣的實施方案中，增強材料318(圖3)的不同組合物可以設(shè)置在刀片1308、排泄槽1310和鉆頭1300的中心部分中，從而選擇性地修改和優(yōu)化每個隔離區(qū)域中的機械性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、熱性質(zhì)、原子性質(zhì)、磁性質(zhì)或電性質(zhì)。例如，為刀片1308選擇的增強材料318可以在浸潤之后在刀片1308處產(chǎn)生剛性的耐腐蝕材料。然而，為排泄槽1310選擇的增強材料318可能在浸潤之后形成具有優(yōu)化的表面特性的剛性材料，并且為鉆頭1300的中心部分選擇的增強材料318可在浸潤之后產(chǎn)生抵抗裂紋形成和/或傳播的延展性和韌性材料。

在圖13d中，與邊界形式1302c類似，邊界形式1302d的肋狀物1306將刀片1308與排泄槽1310和鉆頭1300的中心部分大致隔開。然而，邊界形式1302d還可以包括位于每個刀片1308中的分離器1312。分離器1312可以是柱形結(jié)構(gòu)，其將刀片1308與鉆頭1300的其他區(qū)域隔離并以其他方式分離。在一些實施方案中，如圖所示，分離器1312可以呈現(xiàn)卵形橫截面形狀，但可以替代呈現(xiàn)適合于特定應(yīng)用所需的任何橫截面形狀。在所示實施方案中，增強材料318(圖3)的不同組合物可以設(shè)置在刀片1308、排泄槽1310和鉆頭1300的中心部分中，從而選擇性地修改和優(yōu)化每個隔離區(qū)域中的機械性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、熱性質(zhì)、原子性質(zhì)、磁性質(zhì)或電性質(zhì)。例如，選擇成裝載到分離器1312中的增強材料318可在浸潤后在刀片1308處產(chǎn)生剛性材料，而選擇成裝載到分離器1312外部刀片1308處的增強材料318可產(chǎn)生更耐腐蝕材料。為排泄槽1310選擇的增強材料318可在浸潤之后形成具有優(yōu)化的表面特性(例如，防泥包)的剛性材料，并且為鉆頭1300的中心部分選擇的增強材料318可在浸潤之后產(chǎn)生抵抗裂紋形成和/或傳播的延展性和韌性材料。為鉆頭1300的中心部分選擇的增強材料318也可用于聯(lián)鎖所有的內(nèi)部刀片區(qū)。

在圖13a至圖13d的任何實施方案中，應(yīng)當(dāng)理解的是，單一類型的粘結(jié)劑材料324(圖3)可以用于浸潤由四個邊界形式1302a至1302d隔開的每個區(qū)。然而，在至少一個實施方案中，可以使用兩種或更多種類型的粘結(jié)劑材料324來選擇性地浸潤隔開的區(qū)，而不脫離本公開的范圍。

此外，在圖13a至圖13d的任何實施方案中，應(yīng)當(dāng)理解的是，在任何邊界形式1302a至1302d中可以包括水平延伸的肋狀物如圖12的邊界形式1202的肋狀物1206a、1206b。在這樣的實施方案中，可以在整個鉆頭1300上產(chǎn)生任意大小和形狀的隨機或預(yù)定數(shù)量的區(qū)域。實施方案可以包括沿刀片1308的整個高度的一種材料組合物和沿排泄槽1310的高度的三種(垂直)材料組合物。另一個實施方案可能是相反的，其中排泄槽1310包括一種材料組合物，并且刀片1308沿其高度變化。第三實施方案可能包括具有垂直材料組合物的刀片1308，這些垂直材料組合物獨立于排泄槽1310中的不同組合物或連同這些不同組合物，在厚度上拋物線地發(fā)生變化[例如，第一深度(最接近頂點)一英寸，第二深度二英寸，第三深度四英寸]。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地認(rèn)識到可以實現(xiàn)的其他幾個實施方案和變型，而不脫離本公開的范圍。

現(xiàn)在參考圖14，同時繼續(xù)參考先前的圖，示出了根據(jù)一個或多個實施方案的另一個示例性模具組件1400的橫截面?zhèn)纫晥D。模具組件1400在某些方面可以類似于圖4a和圖4b的模具組件400，且因此參考圖4a和圖4b可以得到最好的理解，其中相同的數(shù)字表示不再描述的相同的元件。模具組件1400可以包括在某些方面可以與圖5的邊界形式502類似的邊界形式1402。在至少一個實施方案中，如圖所示，邊界形式1402可以例如通過聯(lián)接到心軸202或另一合適特征而懸置在浸潤室312內(nèi)。然而，在其他實施方案中，邊界形式1402可以替代地(或除此之外)包括將邊界形式1402支撐在浸潤室312內(nèi)的一個或多個肋狀物(未示出)。如圖所示，邊界形式1402可以與浸潤室的內(nèi)壁以偏移間距410偏移，且由此限定至少第一區(qū)312a和第二區(qū)312b，其被構(gòu)造成接納增強材料318(圖3)的第一組合物318a和第二組合物318b。

在一些實施方案中，邊界形式1402可以包括不透性結(jié)構(gòu)，其基本上防止了組合物318a、318b在裝載和壓實過程期間混合。然而，在其他實施方案中，邊界形式1402可以如上所述包括滲透性或半透性結(jié)構(gòu)，且因此能夠允許在裝載過程和壓實過程期間組合物318a、318b發(fā)生一定量的混合。在其他實施方案中，邊界形式1402可以包括滲透性的部分和不透性的其他部分，而不脫離本公開的范圍。

模具組件1400中的碗308可以被分區(qū)以限定至少第一粘結(jié)劑腔1404a和第二粘結(jié)劑腔1404b。一個或多個第一導(dǎo)管326a和一個或多個第二導(dǎo)管326b可以限定通過碗308，以便于分別促進浸潤室312與第一粘結(jié)劑腔1404a和第二粘結(jié)劑腔1404b之間的連通。在操作中，第一粘結(jié)劑材料324a可以定位在第一粘結(jié)劑腔1404a中，并且第二粘結(jié)劑材料324b可以定位在第二粘結(jié)劑腔1404b中。在浸潤過程期間，第一粘結(jié)劑材料324a和第二粘結(jié)劑材料324b可以液化并分別經(jīng)由第一導(dǎo)管326a和第二導(dǎo)管326b流入第一區(qū)312a和第二區(qū)312b中。因此，第一粘結(jié)劑材料324a可被配置成浸潤第一組合物318a并且第二粘結(jié)劑材料324b可被配置成浸潤第二組合物318b。

在一些實施方案中，環(huán)形隔離件1406可以定位在浸潤室312中以防止液化的第一粘結(jié)劑材料324a和第二粘結(jié)劑材料324b在分別浸潤第一組合物318a和第二組合物318b之前混合。如圖14所示，環(huán)形隔離件1406可以擱置在心軸202上和否則從心軸202延伸以分開浸潤室312。在一些實施方案中，不是將粘結(jié)劑材料324a、324b放置在粘結(jié)劑碗308中，而是相反可以使粘結(jié)劑材料324a、324b在環(huán)形隔離件1406的相對側(cè)上沉積在浸潤室312中，并且浸潤過程可以如上所述進行。

第一粘結(jié)劑材料324a和第二粘結(jié)劑材料324b可以包括本文列出的適合于圖3的粘結(jié)劑材料324的任何材料。然而，在一些實施方案中，第一粘結(jié)劑材料324a和第二粘結(jié)劑材料324b可以包括不同的材料組合物，這可導(dǎo)致第一區(qū)312a和第二區(qū)312b在浸潤后呈現(xiàn)不同的機械性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、熱性質(zhì)、原子性質(zhì)、磁性質(zhì)或電性質(zhì)。例如，為第一組合物318a和第一粘結(jié)劑材料324a選擇的特定材料可導(dǎo)致鉆頭本體108(圖1和圖2)在浸潤后具有延展性芯部，而為第二組合物318b和第一粘結(jié)劑材料324b選擇的特定材料可導(dǎo)致鉆頭本體108在浸潤后具有剛性的或堅硬的外殼。在這樣的實施方案中，第一粘結(jié)劑材料324a可以呈現(xiàn)高的銅濃度，這將導(dǎo)致更高的延展性，而第二粘結(jié)劑材料324b可以呈現(xiàn)高的鎳濃度，這將導(dǎo)致更剛性的復(fù)合材料。

圖15a至圖15c描繪了在分開浸潤室312時環(huán)形隔離件1406與心軸202之間的各種界面構(gòu)型。例如，在圖15a中，心軸202可以限定和以其他方式提供凹槽1502，并且環(huán)形隔離件1406的端部可以被接納在凹槽1502內(nèi)。凹槽1502可以有利于防止環(huán)形隔離件1406與心軸202脫接合。環(huán)形隔離件1406以擱置在凹槽內(nèi)，或者可以另選地諸如通過焊接、粘合劑、機械緊固件、干涉配合件或它們的任意組合聯(lián)接到凹槽。

在圖15b中，環(huán)形隔離件1406可以聯(lián)接到心軸202，其可以提供或以其他方式限定成角度的上表面1504，其有助于防止環(huán)形隔離件1406相對于心軸202橫向地平移并且在操作期間與其分離。環(huán)形隔離件1406可以經(jīng)由定位焊、粘合劑、一個或多個機械緊固件(例如，螺釘、螺栓、銷、卡環(huán)等)、它們的任意組合等聯(lián)接到成角度的上表面1504。將環(huán)形隔離件1406聯(lián)接到心軸202可以防止環(huán)形隔離件1406在操作期間與心軸202分離，且從而確保浸潤室312保持分開。

在圖15c中，環(huán)形隔離件1406可以定位在由心軸202限定或以其他方式提供的雙角度上表面1506上。在一些實施方案中，環(huán)形隔離件1406可以擱置在雙角度上表面1506上，這可以提供傾斜底座，傾斜底座進一步有助于防止環(huán)形隔離件1406相對于心軸202橫向地平移并且在操作期間與其分離。然而，在其他實施方案中，環(huán)形隔離件1406可以經(jīng)由定位焊、粘合劑、一個或多個機械緊固件(例如，螺釘、螺栓、銷、卡環(huán)等)、它們的任意組合等聯(lián)接到雙角度上表面1506。

現(xiàn)在參考圖16，同時繼續(xù)參考先前的圖，示出了根據(jù)一個或多個實施方案的另一個示例性模具組件1600的橫截面?zhèn)纫晥D。模具組件1600在某些方面可以類似于圖4a和圖4b的模具組件400，且因此參考圖4a和圖4b可以得到最好的理解，其中相同的數(shù)字表示不再描述的相同的元件。模具組件1600可以包括類似于圖14的邊界形式1402的邊界形式1602，邊界形式1602限定至少第一區(qū)312a和第二區(qū)312b，其接納增強材料318(圖3)的第一組合物318a和第二組合物318b。

然而，模具組件1600的漏斗306可以提供且以其他方式限定被構(gòu)造成接納第二粘結(jié)劑材料324b的漏斗粘結(jié)劑腔1604?？梢栽诼┒?06中限定一個或多個導(dǎo)管1608，以便于在漏斗粘結(jié)劑腔1604與浸潤室312之間，以及更具體地講，在漏斗粘結(jié)劑腔1604與第二區(qū)312b之間進行連通。在操作中，第一粘結(jié)劑材料324a可以放置在浸潤室312中或以其他方式置于粘結(jié)劑碗308中，并且第二粘結(jié)劑材料324b可以沉積在漏斗粘結(jié)劑腔1604中。在浸潤過程期間，粘結(jié)劑材料324a、324b可以液化并流入浸潤室312中且更具體地講分別流入第一區(qū)312a和第二區(qū)312b中。漏斗306還可以限定徑向突出物1610，其延伸到浸潤室312中并且通常防止第一粘結(jié)劑材料324a進入第二區(qū)312b。因此，第一粘結(jié)劑材料324a可被配置成浸潤第一組合物318a并且第二粘結(jié)劑材料324b可被配置成浸潤第二組合物318b。

第一粘結(jié)劑材料324a和第二粘結(jié)劑材料324b可以包括本文列出的適合于圖3的粘結(jié)劑材料324的任何材料。然而，在一些實施方案中，粘結(jié)劑材料324a、324b可以包括不同的材料組合物，這可導(dǎo)致第一區(qū)312a和第二區(qū)312b在浸潤后呈現(xiàn)不同的機械性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、熱性質(zhì)、原子性質(zhì)、磁性質(zhì)或電性質(zhì)。在這樣的實施方案中，第一組合物318a和第二組合物318b可以包括或可以不包括相同的材料組合物(例如，增強顆粒)。

現(xiàn)在參考圖17，同時繼續(xù)參考先前的圖，示出了根據(jù)一個或多個實施方案的另一個示例性模具組件1700的橫截面?zhèn)纫晥D。模具組件1700在某些方面可以類似于圖4a和圖4b的模具組件400，且因此參考圖4a和圖4b可以得到最好的理解，其中相同的數(shù)字表示不再描述的相同的元件。模具組件1700在某些方面也可以類似于圖14和圖16的模具組件1400和1600。例如，與模具組件1400類似，模具組件1700可以包括碗308，碗308被分區(qū)以限定至少第一粘結(jié)劑腔1404a和第二粘結(jié)劑腔1404b以及對應(yīng)的第一導(dǎo)管326a和第二導(dǎo)管326b，以便于分別在浸潤室312與第一粘結(jié)劑腔1404a和第二粘結(jié)劑腔1404b之間進行連通。此外，模具組件1700還可以包括環(huán)形隔離件1406，以防止液化的第一粘結(jié)劑材料324a和第二粘結(jié)劑材料324b在分別浸潤第一組合物318a和第二組合物318b之前混合。與模具組件1600類似，模具組件1700還可以包括漏斗306，漏斗306限定漏斗粘結(jié)劑腔1604和導(dǎo)管1608，導(dǎo)管1608便于在漏斗粘結(jié)劑腔1604與浸潤室312之間進行連通。漏斗粘結(jié)劑腔1604可被構(gòu)造成接納第三粘結(jié)劑材料324c。

然而，與模具組件1400和1600不同，模具組件1700可包括第一邊界形式1702a和第二邊界形式1702b，該第一邊界形式和該第二邊界形式被定位在浸潤室312內(nèi)并將浸潤室312隔離成至少第一區(qū)312a、第二區(qū)312b和第三區(qū)312c。第一區(qū)312a被定位在浸潤室312的中心或芯部，第二區(qū)312b與第一區(qū)312a通過第一邊界形式1702a隔開，并且第三區(qū)312c與第二區(qū)312b通過第二邊界形式1702b隔開并且鄰近浸潤室312的內(nèi)壁定位。因此，第一邊界形式1702a和第二邊界形式1702b可以在浸潤室312內(nèi)以一種類型的嵌套關(guān)系彼此偏移，并且第二區(qū)312b可以大致插入第一區(qū)312a與第三區(qū)312c之間。

在裝載和壓實過程期間，第一組合物318a可以被裝載到第一區(qū)312a中，第二組合物318b可以被裝載到第二區(qū)312b中，且第三組合物318c可以被裝載到第三區(qū)312c中。因此，邊界形式1702a、1702b可有利于促進隔離的區(qū)312a至312c可以裝載相同或不同的組合物或類型的增強材料318(圖3)，這可導(dǎo)致第一區(qū)、第二區(qū)和第三區(qū)312a至312c在浸潤后呈現(xiàn)不同的機械性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、熱性質(zhì)、原子性質(zhì)、磁性質(zhì)或電性質(zhì)。

在至少一個實施方案中，如圖所示，邊界形式1702a、1702b可以例如通過聯(lián)接到心軸202或浸潤室312的側(cè)壁而懸置在浸潤室312內(nèi)。然而，在其他實施方案中，邊界形式1702a、1702b中的一個或兩個可以替代地(或除此之外)包括將邊界形式1702a、1702b支撐在浸潤室312內(nèi)的一個或多個肋狀物(未示出)。在一些實施方案中，邊界形式1702a、1702b中的一個或兩個可以包括不透性結(jié)構(gòu)，其基本上防止了組合物318a至318c在裝載和壓實過程期間混合。然而，在其他實施方案中，邊界形式1702a、1702b中的一個或兩個可以如上所述包括大致滲透性結(jié)構(gòu)，且因此能夠允許在裝載過程和壓實過程期間組合物318a至318c發(fā)生一定量的混合。

在操作中，第一粘結(jié)劑材料324a可以定位在第一粘結(jié)劑腔1404a中，第二粘結(jié)劑材料324b可以定位在第二粘結(jié)劑腔1404b中，并且第三粘結(jié)劑材料324c可以定位在漏斗粘結(jié)劑腔1604中。另選地，第一粘結(jié)劑材料324a和第二粘結(jié)劑材料324b可以在環(huán)形隔離件1406的相對側(cè)上放置在浸潤室312內(nèi)。在浸潤過程期間，第一粘結(jié)劑材料324a和第二粘結(jié)劑材料324b可以液化并流入浸潤室312中且更具體地講分別流入第一區(qū)312a和第二區(qū)312b中。此外，第三粘結(jié)劑材料324c可以液化并通過導(dǎo)管1608流入第三區(qū)312c中。因此，第一粘結(jié)劑材料324a可被配置成浸潤第一組合物318a，第二粘結(jié)劑材料324b可被配置成浸潤第二組合物318b，并且第三粘結(jié)劑材料324c可以被配置成浸潤第三組合物318c。

粘結(jié)劑材料324a至324c可以包括本文列出的適合于圖3的粘結(jié)劑材料324的任何材料。然而，在一些實施方案中，粘結(jié)劑材料324a至324c中的一種或多種可以包括不同的材料，這可導(dǎo)致區(qū)312a至312c在浸潤后呈現(xiàn)不同的機械性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、熱性質(zhì)、原子性質(zhì)、磁性質(zhì)或電性質(zhì)。在這樣的實施方案中，組合物318a至318c中的一種或多種可以不同于其他組合物且另外不包括相同類型的增強顆粒。這個實施方案可有利于允許操作員將特定材料選擇性地放置在鉆頭本體108(圖1和圖2)內(nèi)和周圍的期望位置處，且由此獲得優(yōu)化的機械性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、熱性質(zhì)、原子性質(zhì)、磁性質(zhì)或電性質(zhì)。例如，第三區(qū)312c可以包含鉆頭本體108的包括刀片102(圖1)的區(qū)域。因此，將特定組合物318c放置在第三區(qū)312c中以便由特定粘結(jié)劑材料324c浸潤產(chǎn)生具有高耐腐蝕性或硬度的材料可能是有利的。此外，將特定組合物318a放置在第一區(qū)312a中以便由特定粘結(jié)劑材料324a浸潤產(chǎn)生具有高延展性的材料可能是有利的。此外，將特定組合物318b放置在可能鄰近排泄槽124(圖1)的第二區(qū)312b中以便由特定粘結(jié)劑材料324b浸潤產(chǎn)生具有有利的殘余壓縮應(yīng)力的材料可能是有利的。

雖然在圖17中僅描繪兩個邊界形式1702a、1702b，但應(yīng)當(dāng)理解的是，可以采用超過兩個邊界形式，而不脫離本公開的范圍?？梢岳斫獾氖?，可以使用各種邊界形式，并且這些邊界形式以大致水平或嵌套的方式定位，使得所得mmc工具的底部(例如，切削區(qū)域)是使用耐腐蝕材料制成的，并且心軸202附近的材料可以包括更具韌性和/或與心軸202的材料更相容的材料。多個水平或嵌套的邊界形式可以從通常需要高耐腐蝕性的切削器區(qū)域轉(zhuǎn)移到可以容易地加工的鉆頭級區(qū)域。因此，可以產(chǎn)生功能梯度材料，以大大提高給定mmc工具的不同區(qū)域中可能的定制水平。

本文所公開的實施方案包括：

a.一種用于浸潤的金屬基體復(fù)合物(mmc)工具的模具組件系統(tǒng)，所述模具組件系統(tǒng)包括：模具組件，所述模具組件限定浸潤室；至少一個邊界形式，所述至少一個邊界形式被定位在所述浸潤室內(nèi)并且使所述浸潤室隔離成至少第一區(qū)和第二區(qū)；增強材料，所述增強材料沉積在所述浸潤室內(nèi)并且包括裝載到所述第一區(qū)中的第一組合物和裝載到所述第二區(qū)中的第二組合物；以及至少一種粘結(jié)劑材料，所述至少一種粘結(jié)劑材料浸潤所述第一組合物和所述第二組合物，其中所述第一組合物和所述第二組合物的浸潤導(dǎo)致在所述浸潤的mmc工具中在所述第一區(qū)與所述第二區(qū)之間存在不同的機械性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、熱性質(zhì)、原子性質(zhì)、磁性質(zhì)或電性質(zhì)。

b.一種用于浸潤的金屬基體復(fù)合物(mmc)鉆頭的模具組件系統(tǒng)，所述模具組件系統(tǒng)包括：模具組件，所述模具組件限定浸潤室并且包括模具和可操作地聯(lián)接到所述模具的漏斗，其中所述浸潤室限定多個刀片腔；至少一個邊界形式，所述至少一個邊界形式被定位在所述浸潤室內(nèi)并且使所述浸潤室隔離成至少第一區(qū)和第二區(qū)；增強材料，所述增強材料沉積在所述浸潤室內(nèi)并且包括裝載到所述第一區(qū)中的第一組合物和裝載到所述第二區(qū)中的第二組合物；以及至少一種粘結(jié)劑材料，所述至少一種粘結(jié)劑材料浸潤所述第一組合物和所述第二組合物，其中所述第一組合物和所述第二組合物的浸潤導(dǎo)致在所述浸潤的mmc鉆頭中在所述第一區(qū)與所述第二區(qū)之間存在不同的機械性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、熱性質(zhì)、原子性質(zhì)、磁性質(zhì)或電性質(zhì)。

實施方案a和b可以每個具有以下附加元素中的一個或多個的任意組合：元素1：其中所述浸潤的mmc工具是選自由以下各項組成的組的工具：油田鉆頭或切削工具；不可回收的鉆井部件；與井筒套管鉆井相關(guān)聯(lián)的鋁鉆頭本體；鉆柱穩(wěn)定器；牙輪鉆頭的牙輪；用于鍛造用于制造用于牙輪鉆頭的支撐臂的沖模的模型；固定擴孔器的臂；可擴張擴孔器的臂；與可擴張擴孔器相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部部件；可附接到旋轉(zhuǎn)鉆頭的井口端的套筒；旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向工具；隨鉆測井工具；隨鉆測量工具；側(cè)壁取芯工具；打撈矛；套洗工具；用于井下鉆井馬達(dá)的轉(zhuǎn)子、定子和/或殼體；用于井下渦輪機的刀片；裝甲板；汽車部件；自行車車架；制動肋板；航空航天部件；渦輪泵部件；以及它們的任意組合。元素2：其中所述至少一個邊界形式包括本體和從所述本體朝向所述浸潤室的內(nèi)壁延伸的一個或多個肋狀物，并且其中所述一個或多個肋狀物包括選自由以下各項組成的組的結(jié)構(gòu)：桿；銷；柱；垂直設(shè)置的翅片；水平設(shè)置的板；它們的任意組合；等等。元素3：其中所述一個或多個肋狀物與所述浸潤室的所述內(nèi)壁接合并且在所述本體與所述浸潤室的所述內(nèi)壁之間提供偏移間距。元素4：其中所述第一區(qū)被定位在所述浸潤室的中心，并且所述第二區(qū)與所述第一區(qū)通過所述至少一個邊界形式隔開并且鄰近所述浸潤室的所述內(nèi)壁定位。元素5：其中所述偏移間距沿所述浸潤室的所述內(nèi)壁的至少一部分變化。元素6：其中所述本體呈現(xiàn)出選自由以下各項組成的組的橫截面形狀：圓形；卵形；波狀；齒形；橢圓形；規(guī)則多邊形；不規(guī)則多邊形；波狀；不對稱幾何形狀；以及它們的任意組合。元素7：其中所述一個或多個肋狀物包括從所述本體徑向地延伸的水平設(shè)置的環(huán)形板并且所述第一區(qū)被定位在所述浸潤室的中心并且所述第二區(qū)與所述第一區(qū)通過所述本體隔開并且鄰近所述浸潤室的所述內(nèi)壁定位，并且其中所述一個或多個肋狀物限定至少第三區(qū)，所述第三區(qū)鄰近所述浸潤室的所述內(nèi)壁定位并且沿所述模具組件的高度與所述第二區(qū)偏移。元素8：其中所述至少一個邊界形式包括不透性箔或板和滲透性網(wǎng)狀物、格柵或板中的至少一個。元素9：其中所述至少一種粘結(jié)劑材料穿透所述至少一個邊界形式以在所述至少一個邊界形式的任一側(cè)上浸潤所述第一組合物和所述第二組合物的至少一部分。元素10：其中所述至少一個邊界形式包括滲透性部分和不透性部分。元素11：其中所述至少一個邊界形式包括選自由以下各項組成的組的材料：銅；鎳；鈷；鐵；鋁；鉬；鉻；錳；錫；鋅；鉛；硅；鎢；硼；磷；金；銀；鈀；銦；鈹；鉿；銥；鈮；鋨；錸；銠；釕；鉭；釩；它們的任意混合物；它們的任意合金；超合金；金屬間化合物；硼化物；碳化物；氮化物；氧化物；陶瓷；金剛石；聚合物；泡沫；以及它們的任意組合。元素12：其中所述至少一個邊界形式包括在浸潤期間在所述至少一種粘結(jié)劑材料中不可溶解的材料。元素13：其中所述至少一個邊界形式包括在浸潤期間在所述至少一種粘結(jié)劑材料中至少部分可溶解的材料。元素14：其中所述至少一個邊界形式包括使所述第一區(qū)與所述第二區(qū)隔開的本體，并且其中所述本體由第一材料制成并且在至少一側(cè)上涂敷有第二材料。元素15：其中所述至少一個邊界形式懸置在所述浸潤室內(nèi)。元素16：其中所述至少一個邊界形式包括在所述浸潤室內(nèi)定位在選擇位置處的一個或多個管。元素17：其中所述至少一種粘結(jié)劑材料包括第一粘結(jié)劑材料和與所述第一粘結(jié)劑材料不同的第二粘結(jié)劑材料，并且其中所述第一粘結(jié)劑材料浸潤所述第一組合物并且所述第二粘結(jié)劑材料浸潤所述第二組合物。元素18：其中所述至少一個邊界形式包括每個定位在所述浸潤室內(nèi)并將所述浸潤室隔離成所述第一區(qū)、所述第二區(qū)和第三區(qū)的第一邊界形式和第二邊界形式，并且其中所述增強材料還包括裝載到所述第三區(qū)中的將由所述至少一種粘結(jié)劑材料浸潤的第三組合物。元素19：其中與所述浸潤室中的第二位置相比，沉積在所述浸潤室內(nèi)的所述增強材料在所述浸潤室中的第一位置被壓實到更高的程度。

元素20：其中所述至少一種粘結(jié)劑材料包括第一粘結(jié)劑材料和第二粘結(jié)劑材料，并且其中所述模具組件還包括環(huán)形隔離件，所述環(huán)形隔離件定位在所述浸潤室內(nèi)以使所述第一粘結(jié)劑材料和所述第二粘結(jié)劑材料分離，使得所述第一粘結(jié)劑材料浸潤所述第一組合物并且所述第二粘結(jié)劑材料浸潤所述第二組合物。元素21：還包括粘結(jié)劑碗，所述粘結(jié)劑碗被定位在所述漏斗上并且包括：第一粘結(jié)劑腔，所述第一粘結(jié)劑腔接納所述第一粘結(jié)劑材料；第二粘結(jié)劑腔，所述第二粘結(jié)劑腔接納所述第二粘結(jié)劑材料；一個或多個第一導(dǎo)管，所述一個或多個第一導(dǎo)管被限定在所述粘結(jié)劑碗中并且便于在所述第一粘結(jié)劑腔與所述第一區(qū)之間進行連通；以及一個或多個第二導(dǎo)管，所述一個或多個第二導(dǎo)管被限定在所述粘結(jié)劑碗中并且便于在所述第二粘結(jié)劑腔與所述第二區(qū)之間進行連通。元素22：其中所述至少一種粘結(jié)劑材料包括第一粘結(jié)劑材料和第二粘結(jié)劑材料，并且所述漏斗還限定粘結(jié)劑腔和便于在所述粘結(jié)劑腔與所述第二區(qū)之間進行連通的一個或多個導(dǎo)管，并且其中所述第一粘結(jié)劑材料浸潤所述第一區(qū)中的所述第一組合物，并且所述第二粘結(jié)劑材料沉積在所述粘結(jié)劑腔中并且經(jīng)由所述一個或多個導(dǎo)管浸潤所述第二區(qū)中的所述第二組合物。元素23：其中所述至少一個邊界形式包括每個定位在所述浸潤室內(nèi)并將所述浸潤室隔離成所述第一區(qū)、所述第二區(qū)和第三區(qū)的第一邊界形式和第二邊界形式，并且其中所述增強材料還包括裝載到所述第三區(qū)中的第三組合物。元素24：其中所述至少一個邊界形式包括不透性箔或板和滲透性網(wǎng)狀物、格柵或板中的至少一個。元素25：其中所述至少一個邊界形式包括選自由以下各項組成的組的材料：銅；鎳；鈷；鐵；鋁；鉬；鉻；錳；錫；鋅；鉛；硅；鎢；硼；磷；金；銀；鈀；銦；鈹；鉿；銥；鈮；鋨；錸；銠；釕；鉭；釩；它們的任意混合物；它們的任意合金；超合金；金屬間化合物；硼化物；碳化物；氮化物；氧化物；陶瓷；金剛石；聚合物；泡沫；以及它們的任意組合。元素26：其中所述至少一個邊界形式包括定位在所述多個刀片腔的一個或多個內(nèi)的一個或多個管。元素27：其中所述至少一種粘結(jié)劑材料包括第一粘結(jié)劑材料和與所述第一粘結(jié)劑材料不同的第二粘結(jié)劑材料，并且其中所述第一粘結(jié)劑材料浸潤所述第一組合物并且所述第二粘結(jié)劑材料浸潤所述第二組合物。

通過非限制性實例的方式，適用于a和b的示例性組合包括：元素2與元素3；元素3與元素4；元素3與元素5；元素2與元素6；元素2與元素7；元素8與元素9；以及元素20與元素21。

因此，所公開的系統(tǒng)及方法良好適合于獲得所提到的目標(biāo)和優(yōu)點以及本發(fā)明固有的那些目標(biāo)和優(yōu)點。以上公開的特定實施方案只是說明性的，因為本公開的教導(dǎo)內(nèi)容可以對受益于本文教導(dǎo)內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員顯明的不同但等效的方式來修改和實踐。另外，并不意在限于本文所示的構(gòu)造或設(shè)計的細(xì)節(jié)，而是限于隨附權(quán)利要求書中所述內(nèi)容?？梢愿淖儭⒔M合或修改上文公開的特定說明性實施方案，并且所有此類變化都被認(rèn)為在本公開的范圍內(nèi)。本文中說明性地公開的系統(tǒng)和方法可以在不存在本文中未明確公開的任何元件和/或本文中公開的任何可選元件的情況下實踐。雖然組合物和方法已在“包括”、“含有”或“包括”各種部件或步驟方面進行了描述，但是組合物和方法還可以“基本上由各種部件和步驟組成”或“由各種部件和步驟組成”。每當(dāng)公開具有下限和上限的數(shù)字范圍時，就明確公開了落在范圍內(nèi)的任何數(shù)字和任何包括的范圍。具體地講，本文所公開的每個范圍的值(其形式為，“約a至約b”，或相當(dāng)?shù)?，“約a至b”，或相當(dāng)?shù)?，“約a-b”)應(yīng)當(dāng)被理解為是闡述較廣泛范圍的值內(nèi)所包含的每個數(shù)字和范圍。另外，除非專利權(quán)所有人另外明確地和清楚地定義，否則權(quán)利要求書中的術(shù)語具有其一般的普通含義。此外，如權(quán)利要求書中所用的不定冠詞“一(a)”或“一(an)”在本文中定義為意指引入的一個或超過一個的要素。

如本文所使用的，在一系列項之前的短語“至少一個”，以及用于分開所述項中的任何一個的術(shù)語“和”或“或”作為整體修改列表，而不是所述列表中的每一個成員(即，每個項)。短語“至少一個”允許意指包括項中的任一個的至少一個，和/或項的任何組合的至少一個，和/或項中的每一個的至少一個。以舉例的方式，短語“a、b和c中的至少一個”或“a、b或c中的至少一個”各自指代僅a、僅b、或僅c；a、b和c的任何組合；和/或a、b和c中的每一個的至少一個。