y m的平均尺寸；少于3 %的碳化物顆粒具有大于1 y m的平均尺 寸。將碳化鎢粉末與包含Co，Ni和Cr或碳化鉻的粘合劑材料進(jìn)行研磨，包含在混合粉末中 的總碳當(dāng)量為例如相對于碳化鎢的約6%。然后將混合粉末壓實(shí)以形成生坯，并將生坯進(jìn)行 燒結(jié)以產(chǎn)生燒結(jié)碳化物主體。
[0108] 生還可以在例如至少1400°C且最高1440°C的溫度下燒結(jié)至少65分鐘且最多85 分鐘的時間。
[0109] 在一些實(shí)施例中，包含在燒結(jié)碳化物材料中的總碳當(dāng)量（ETC)相對于碳化鎢為約 6. 12%〇
[0110] 在一些實(shí)施例中，碳化鎢粉末的尺寸分布可具有0. 4 ym的平均E⑶和0. 1 ym的 標(biāo)準(zhǔn)偏差的特征。
[0111] 參考以下示例對實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)地描述，這些示例僅用于說明并且不是為了限 制本發(fā)明的范圍。
[0112] 實(shí)施例1
[0113] 將足以在最終金剛石混合物中獲得2質(zhì)量％的量的亞微米鈷粉在球磨機(jī)的甲醇 衆(zhòng)體中用WC研磨介質(zhì)進(jìn)行1小時來首先進(jìn)行解聚（de-agglomerated)。然后將平均粒徑為 2 ym的金剛石粉末的細(xì)粒粒級（fraction)加入到所述衆(zhòng)體中以在最終混合物中獲得10質(zhì) 量％的量。引入額外的研磨介質(zhì)并加入另外的甲醇以獲得適合的漿體；將所得物再研磨一 小時。然后以在最終混合物中獲得88質(zhì)量％的量加入平均粒徑約20 ym的金剛石的粗粒 粒級。再對漿體補(bǔ)充另外的甲醇和研磨介質(zhì)，然后再研磨2小時。將漿體從球磨中移除并 干燥，以得到金剛石粉末混合物。
[0114] 然后將金剛石粉末混合物放入合適的HpHT容器中，使其與碳化鎢基底相鄰并在 約6. 8GPa的壓力和約1500°C的溫度下燒結(jié)。
[0115] 實(shí)施例2
[0116] 將足以在最終金剛石混合物中獲得2. 4質(zhì)量％的量的亞微米鈷粉在球磨機(jī)的甲 醇漿體中用WC研磨介質(zhì)進(jìn)行1小時來首先進(jìn)行解聚。然后將平均粒徑為2 ym的金剛石 粉末的細(xì)粒粒級以在最終混合物中獲得29. 3質(zhì)量％的量加入到所述漿體中。引入額外的 研磨介質(zhì)并進(jìn)一步加入甲醇以獲得適合的漿體；將所得物再研磨一小時。然后平均粒徑約 20 y m的金剛石的粗粒粒級被加入從而在最終混合物中獲得68. 3質(zhì)量％的量。再對漿體補(bǔ) 充另外的甲醇和研磨介質(zhì)，然后再研磨2小時。將漿體從球磨機(jī)中移除并干燥，以得到金剛 石粉末混合物。
[0117] 然后將金剛石粉末混合物放入合適的HPHT容器中，使其與碳化鎢基底相鄰并在 約6. 8GPa的壓力和約1500°C的溫度下燒結(jié)。
[0118] 燒結(jié)金剛石結(jié)構(gòu)的金剛石含量大于90體積％，該分布的最粗粒粒級大于60重 量％且優(yōu)選大于70重量％。
[0119] 在多晶金剛石材料中，單獨(dú)的金剛石粒子/顆粒在很大程度上通過金剛石橋或金 剛石頸（neck)粘結(jié)到相鄰的粒子/顆粒上。該單獨(dú)的金剛石粒子/顆粒保持其一致性 (identity)，或通常具有不同的取向。這些單獨(dú)的金剛石顆粒/粒子的平均顆粒/粒子尺 寸可以利用圖像分析技術(shù)來測定。在掃描電子顯微鏡上收集圖像并使用標(biāo)準(zhǔn)圖像分析技術(shù) 進(jìn)行分析。從這些圖像中，能夠提取有代表性的金剛石粒子/顆粒尺寸分布。
[0120] 通常，多晶金剛石材料的主體將在HPHT處理中產(chǎn)生并粘結(jié)到燒結(jié)碳化物基底上。 在這個過程中，對粘合劑相和金剛石粒子進(jìn)行排列，以使得粘合劑相均勻分布并具有小尺 度是有利的。
[0121] 燒結(jié)結(jié)構(gòu)的均勻性或一致性通過對采集到的大量圖像進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)評價來定義。粘 結(jié)劑相的分布可通過使用電子顯微鏡容易地與金剛石相的分布進(jìn)行區(qū)分，然后可用與在 EP0974566中公開的方法相類似的方法測定粘合劑相的分布。此方法可對沿幾條任意畫出 的通過顯微結(jié)構(gòu)的線的粘結(jié)劑相的平均厚度進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)評價。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說， 這種粘合劑厚度測量值也被稱為"平均自由程"。對于整體組成或粘合劑含量以及平均金剛 石粒徑相似的兩種材料來說，平均厚度較小的材料將更均勻，因?yàn)檫@意味著在金剛石相中 粘合劑的"更小尺度"的分布。此外，這種測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差越小，結(jié)構(gòu)越均勻。大標(biāo)準(zhǔn)偏差 表明粘合劑厚度在顯微結(jié)構(gòu)上變化很大，即該結(jié)構(gòu)不均勻，而包含多種不同的結(jié)構(gòu)類型。
[0122] 以下面列出的方式獲得根據(jù)各實(shí)施例形成的各種樣品的粘結(jié)劑和金剛石平均自 由程測量值。除非本文另有說明，PCD材料主體內(nèi)的平均自由程大小指的是在包含PCD材 料主體的表面上或通過該主體的截面上測量且沒有進(jìn)行立體校正的大小。例如，通過在拋 光表面上進(jìn)行的圖像分析獲得測量值，并且在本文中所述的數(shù)據(jù)中沒有進(jìn)行薩爾特科夫 (Saltykov)校正。
[0123] 在測量量的平均值或其它通過圖像分析測定的統(tǒng)計參數(shù)中，使用表面或截面（下 文中稱為樣品）的不同部分的幾個圖像來提高統(tǒng)計數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。用于測量一個 給定的量或參數(shù)的圖像數(shù)目可以是例如10至30之間。如果所分析的樣品是均勻的，對于 PCD的情況取決于放大率，可認(rèn)為10至20幅圖像足夠充分地代表該樣品。
[0124] 為了清楚辨認(rèn)顆粒間和相間界限，圖像的分辨率需要足夠高，對于本文中所述的 測量值，使用了 1280X960像素的圖像區(qū)域。通過使用反向散射電子信號所拍攝的掃描電 子顯微照片（SEM)的方式獲得用于圖像分析的圖像。選擇反向散射模式以提供基于不同原 子數(shù)的高對比度，并降低對表面損傷的敏感度（與次級電子成像模式相比）。
[0125] 1.使用線EDM切削POT燒結(jié)體的樣件并拋光。使用掃描電子顯微鏡以1000倍放 大倍數(shù)拍攝樣品表面的至少10幅反向散射電子圖像。
[0126] 2.將原始圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像。通過確保在灰度等級直方圖中金剛石峰值亮度出 現(xiàn)在10至20之間來設(shè)定圖像的對比度水平。
[0127] 3.自動閾值特性用于二值化圖像，特別是用于獲得金剛石和粘合劑相的清晰分辨 率。
[0128] 4?使用來自 Soft ImagingSystem?GmbH (Olympus Soft ImagingSolutions GmbH的商標(biāo)）的商品名analySIS Pro的軟件，并從分析中排除接觸圖像邊界的任何顆粒。 這需要適當(dāng)選擇圖像放大率：
[0129] a.如果太低則細(xì)粒子的分辨率降低。
[0130] b.如果太高則：
[0131] i.粗顆粒分離的效率降低。
[0132] ii.大量的粗顆粒被圖像的邊界切除，由此分析了較少的這些顆粒。
[0133] iii由此必須分析更多圖像以獲得有統(tǒng)計學(xué)意義的結(jié)果。
[0134] 5.每個粒子最終通過形成其的連續(xù)像素的數(shù)量來表示。
[0135] 6. AnalySIS軟件程序進(jìn)行探測并分析圖像中的每個粒子。對多個圖像自動重復(fù)此 過程。
[0136] 7.使用灰度等級分析十幅SEM圖像，以確定樣品中與其它相不同的粘合劑池。然 后通過選擇僅識別粘合劑池并排除所有其它相（無論灰色或白色）的粘合劑池含量的最大 值來確定SEM的閾值。一旦確定此閾值，使用該閾值來二值化SEM圖像。
[0137] 8.將一個像素粗的線疊加在整個二值化圖像的寬度上，每根線相距5個像素（以 確保測量在統(tǒng)計學(xué)角度上有足夠的代表性）。被圖像邊界切除的粘合劑相被排除在這些測 量之外。
[0138] 9.測量并記錄沿疊加線的粘合劑池之間的距離一每種被分析的材料至少進(jìn)行 10000次測量。記錄（report)非金剛石相平均自由程和金剛石相平均自由程的中值。
[0139] 還記錄對于金剛石相和非金剛石相兩者的在Q1和Q3的平均自由程測量值。
[0140] Q1通常稱為第一四分位（也稱為下四分位），并且在該數(shù)值以下列有25%的底部 的數(shù)據(jù)。Q3通常稱為第三四分位（也稱為上四分位），并且有75 %的數(shù)據(jù)在其下，且前25 % 的數(shù)據(jù)在其上。
[0141] 由此，確定實(shí)施例具有：
[0142] L 5 > a 彡〇? 50 且 0〈0?60，
[0143] 其中
[0144] a是非金剛石相MFP中值A(chǔ)Q3-Q1)，其給出了"均勻粘合劑池尺寸"的測量值；以 及
[0145] 0 =金剛石MFP中值A(chǔ)Q3-Q1)，其給出了 "寬粒徑分布"的測量值。
[0146] 在一些實(shí)施例中，確定了 1.5 > a彡0.60,或1.5 > a彡0.80,或1.5 > a 彡 0. 83。
[0147]在一些實(shí)施例中，0〈0.60,或〈0.50,或〈0.47,或〈0.4。
[0148] 將參照圖4-10說明產(chǎn)生如圖l_3c所示的包含P⑶材料主體22的P⑶坯塊20的 其他方法。如圖4所示，P⑶結(jié)構(gòu)（第二結(jié)構(gòu)）200鄰近燒結(jié)碳化物基底（第一結(jié)構(gòu)）300 配置，包含Co的粘合劑材料的薄層或薄膜400連接PCD結(jié)構(gòu)200和基底300的主要相對表 面以組成圍繞殼體100中用于超高壓、高溫壓制（未示出）的組件。P⑶結(jié)構(gòu)200中包含 的POT材料的CTE是在約2. 5X1(T7°C到約4X1(T7°C的范圍內(nèi)，基底300中包含的鈷-燒 結(jié)碳化鎢材料的CTE是在約5. 4X 1(T7°C到約6X 1(T6/°C的范圍內(nèi)（CTE值適用于25°C )。 在此示例中，基底300和PCD結(jié)構(gòu)200含有包含Co的粘合劑材料。據(jù)估計，PCD材料的楊 氏模量為約900GPa到約1400GPa，這取決于POT的等級，基底的楊氏模量為約500GPa到約 650GPa，這在很大程度上取決于粘合劑材料的含量和成分。
[0149] 圖5示出了碳在壓力p軸和溫度T軸的示意相圖，線D-G表示金剛石和石墨同素 異形體之間的熱力學(xué)平衡，金剛石在區(qū)域D中更加熱穩(wěn)定，石墨在圖表的區(qū)域G中更加熱 穩(wěn)定。線S-L圖示地示出了在各種壓力下粘合劑材料熔化或凝固的溫度，該溫度傾向于隨 著壓力的增加而增加。注意，該溫度有可能與純粘合劑材料的溫度不同，因?yàn)榻饎偸刑嫉?存在和/或一些溶解的WC可預(yù)期的降低該溫度，因?yàn)槿芤褐刑嫉拇嬖诳深A(yù)期的降低鈷和其 他金屬的熔點(diǎn)。參照圖4描述的組件可能處在約7. 5GPa到約8GPa的第一壓力P1且在約 1450°C到約1800°C溫度的條件下，通過燒結(jié)鄰近基底設(shè)置的金剛石顆粒的聚集體已經(jīng)形成 PCD材料。在一方面的在原位置在燒結(jié)壓力和燒結(jié)溫度下形成PCD和在另一方面的使組件 經(jīng)受第一壓力P1之間沒有實(shí)質(zhì)性中斷；隨后在階段I和在階段II的壓力和溫度的減小之 間的關(guān)系是該方法更相關(guān)的方面。在燒結(jié)溫度時，Co粘合劑材料將會熔化并有望促進(jìn)金剛 石顆粒的直接共生燒結(jié)以形成PCD材料，PCD材料中包含的金剛石在燒結(jié)溫度和燒結(jié)壓力 下在熱力學(xué)上基本比石墨穩(wěn)定的多。
[0150] 進(jìn)一步參照圖5,可以將組件的壓力和溫度減小到階段I、II和III的環(huán)境水平。在 具體示例中，在階段I中，將壓力從第一壓力P1減小到約5. 5GPa到約6GPa的第二壓力P2， 同時將溫度減小到約1350°C到約1500°C，以確保維持壓力-溫度條件，以便金剛石比石墨 在熱力學(xué)上更加穩(wěn)定以及粘合劑材料保持充分熔化。然后，在階段II中，可以將溫度減小到 約1100°C至約1200°C范圍內(nèi)，同時將壓力維持在線D-G以上的金剛石穩(wěn)定區(qū)域D中，以凝 固粘合劑材料；在階段III中，可以用各種方法將壓力和溫度減小到環(huán)境水平。然后，PCD構(gòu) 造可以從壓力機(jī)設(shè)備中移除。注意，階段I、II和III僅用于解釋圖6,并且在實(shí)踐中這些階段 之間可能沒有清晰的區(qū)別。例如，在一個階段結(jié)束時沒有維持壓力和溫度條件的實(shí)質(zhì)性期 間，這些階段可以平穩(wěn)地進(jìn)入另一個階段。或者，一些階段或全部階段可以是不同的并且在 一個階段結(jié)束時，壓力和溫度條件可以持續(xù)一段時間。
[0151] 在一些示例中，例如制造rcD構(gòu)造的預(yù)燒結(jié)組件可以被制備并將其設(shè)置在如下的 第一壓力pi的原位置?？梢蕴峁┮粋€容器，可以將包含多個金剛石顆粒和基底的聚集體組 裝到該容器中，該容器的內(nèi)部形狀通常是期望的PCD結(jié)構(gòu)的形狀（考慮在燒結(jié)步驟中可能 的變形）。該聚集體可以包含大幅松散的金剛石顆?；蚝腥珙w粒狀、盤狀、圓片或片狀前 體結(jié)構(gòu)的金剛石。聚集體也可以包括用于金剛石的催化劑材料或用于催化劑材料的前體材 料，該聚集體可以與金剛石顆?；旌虾?或沉積在金剛石顆粒的表面上。金剛石顆粒的平 均尺寸可以為至少約0. 1 um和/或至多約75 ym，并且可以基本上是單模態(tài)或多模態(tài)的。 聚集體也可以包含用于減小不規(guī)則金剛石或晶粒生長的添加劑，或聚集體也可以基本上無 催化劑材料或添加劑?？蛇x擇地或可替換地，催化劑材料或基體（matrix)材料的另一來源 如鈷可以被提供，如燒結(jié)碳化物基底中的粘合劑材料?？梢詫⒆銐驍?shù)量的聚集體放到容器 中，然后基底可以用近端抵靠該聚集體推進(jìn)而插入容器中。包含聚集體和基底的預(yù)燒結(jié)組 件可以被裝入包含容器的金屬外殼中，經(jīng)受熱處理以燃燒包含在聚集體中的有機(jī)粘合劑以 及密封在適合于超高壓壓制的殼體（其可被稱為容器）中。殼體可以放置在適合的超高壓 壓力機(jī)設(shè)備中并經(jīng)受燒結(jié)壓力和燒結(jié)溫度以形成由包含鈷的熔融粘合劑的薄膜連接的包 含鄰近基底的PCD結(jié)構(gòu)的組件。在如這些示例中，可以認(rèn)為燒結(jié)壓力是第一壓力P1。
[0152] 在示例性布置中，在如下所述的第一壓力P1下在壓力機(jī)設(shè)備中可以制備和提供 用于制造P⑶構(gòu)造的預(yù)燒結(jié)組件。P⑶結(jié)構(gòu)可以在前述的超高壓、高溫工藝中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)。 PCD結(jié)構(gòu)可以含有包含鈷的粘合劑材料，該粘合劑材料位于包含在PCD材料中的金剛石顆 粒間的間隙區(qū)域中。至于PCD材料，PCD結(jié)構(gòu)可以具有至少一個基本無粘合劑材料的區(qū)域。 例如，可以在酸中處理PCD結(jié)構(gòu)以從至少鄰近PCD結(jié)構(gòu)的表面的或基本貫穿整個PCD結(jié)構(gòu) 的體積（或這些可能性之間的變化）的間隙移除粘合劑材料，留下至少一個可含有孔或洞 的區(qū)域。在一些示例中，產(chǎn)生的洞從而可以充滿可包含或不包含粘合劑材料的填充材料。 P⑶結(jié)構(gòu)可以放置在基底上，產(chǎn)生的預(yù)構(gòu)造（pre-construction)組件可以裝入適合于超高 壓壓制的殼體中。殼體可放置在合適的超高壓壓力機(jī)設(shè)備中并在粘合劑材料處于液態(tài)的溫 度下（在圖5的區(qū)域D中的條件下）經(jīng)受第一壓力P1。
[0153] 下面將參照圖6-10描述用于制造示例性P⑶構(gòu)造的示例性方法。在每個圖中，僅 示出了壓力和溫度循環(huán)的一部分，該部分開始于各自的第一壓力P1，在該壓力下包含在構(gòu) 造中的PCD材料通過燒結(jié)開始形成，并且在溫度已經(jīng)充分減小到使粘合劑材料凝固和壓力 已經(jīng)從第二壓力P2減小后結(jié)束。
[0154] 在一些示例中，可提供包含多個鄰近包含鈷-燒結(jié)碳化鎢的基底的表面放置的金 剛石顆粒的聚集體的預(yù)燒結(jié)組件。金剛石顆粒的平均尺寸在約〇. 1到約40 ym的范圍內(nèi)。 可以將預(yù)燒結(jié)組件壓縮在用于超高壓壓力機(jī)設(shè)備的容器中，在該裝置中裝載有該容器。可 以在環(huán)境溫度下將容器增壓至至少約6. 5GPa的壓力并加熱至約1500至約1600°C范圍內(nèi)的 溫度，該溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于包含在基底中的鈷基粘合劑材料的熔點(diǎn)（在所述壓力下）并引起鈷 材料熔化。在該溫度下，預(yù)燒結(jié)組件可以處于約7. 5到約lOGPa范圍內(nèi)的第一壓力P1 (至 少部分由于溫度的增加，P1可以稍微高于7GPa)。所述第一壓力P1和所述溫度可以大體上 維持至少約1分鐘，或保持足夠長時間以將金剛石顆粒燒結(jié)在一起（在這些示例中，燒結(jié)壓 力大體上為P1)。然后，壓力可以從第一壓力P1減小至范圍為約5. 5至約8. 5GPa的第二壓 力P2。在第二壓力下，由于溫度減小至粘合劑材料的凝固溫度，粘合劑材料開始凝固。
[0155] 如果溫度仍保持大于鈷基粘合劑材料將完全凝固時的溫度，則預(yù)燒結(jié)組件的溫度 可以與壓力同時減小。當(dāng)壓力從P2減小時，也可以將溫度通過鈷基粘合劑材料的凝固線而 減小，導(dǎo)致粘合劑材料的凝固。在這些具體示例中，壓力從第一壓力P1大幅持續(xù)減小，在沒 有實(shí)質(zhì)停頓的情況下，通過第二壓力P2并通過粘合劑材料凝固的壓力。溫度和/或壓力的 減小速度可以是變化的或兩者之一或兩者的減小