速度可以大體上是恒定的，至少直到鈷基 粘合劑材料已經(jīng)凝固。該溫度也可以大幅持續(xù)減小，至少直到該溫度對(duì)于所有鈷基粘合劑 材料充分凝固是足夠低的。然后，該溫度和壓力可以減小到環(huán)境條件，容器從超高壓壓力機(jī) 設(shè)備移除并且構(gòu)造從該容器移除。該構(gòu)造可以包含連接到基底形成的燒結(jié)PCD結(jié)構(gòu)，該P(yáng)CD 結(jié)構(gòu)在通過(guò)同時(shí)燒結(jié)多個(gè)金剛石顆粒形成PCD材料的相同的一般步驟中被連接到基底中。 富含鈷的薄層將存在于PCD結(jié)構(gòu)和將這些結(jié)構(gòu)連接在一起的基底之間。
[0156] 在圖6所示的特定示例性方法中，第一壓力P1為約7. 6GPa，在第一壓力的溫度在 約1500°C到約1600°C的范圍內(nèi)，示例性的第二壓力P2為約6. 8GPa。
[0157] 在圖7所示的特定示例性方法中，第一壓力P1為約7. 7GPa，在第一壓力的溫度在 約1500°C到約1600°C的范圍內(nèi)，示例性的第二壓力P2為約6. 9GPa。
[0158] 在圖8所示的特定示例性方法中，第一壓力P1為約7. 8GPa，在第一壓力的溫度在 約1500°C到約1600°C的范圍內(nèi)，示例性的第二壓力P2為約6. 9GPa。
[0159] 在圖9所示的特定示例性方法中，第一壓力P1為約7. 9GPa，在第一壓力的溫度在 約1500°C到約1600°C的范圍內(nèi)，示例性的第二壓力P2為約5. 5GPa。
[0160] 在圖10所示的特定示例性方法中，第一壓力P1為約9. 9GPa，在第一壓力的溫度為 約2000°C，示例性的第二壓力P2可為約8. lGPa。
[0161] 注意，圖6-10中的線S-L表明在碳的存在下鈷基粘合劑材料的熔化和凝固溫度， 線S-L是使用可用數(shù)據(jù)基于計(jì)算而估算的。在實(shí)踐中，不完全依賴在S-L上的計(jì)算數(shù)值而 是進(jìn)行反復(fù)測(cè)試以發(fā)現(xiàn)用于特定粘合劑材料的熔化和凝固溫度和使用壓力是可取的。
[0162] 如圖6-10所示的用于測(cè)量壓力和溫度循環(huán)的方法是使用所謂的K-型熱電偶和 銅（Cu)和銀（Ag)的熔化溫度知識(shí)來(lái)進(jìn)行測(cè)量。在高達(dá)60千巴時(shí)使用K-型熱電偶測(cè)量的 Cu和Ag的熔點(diǎn)的數(shù)據(jù)時(shí)由P. W. Mirwald和G. C. Kennedy在一篇名為"在60千巴壓力下 的金、銀和銅的恪化曲線-再調(diào)查"（"The melting curve of gold, silver and copper to6〇-Kbar pressure - a reinvestigation, published on 10 November 1979 in the Journal of Geophysical Research volume 84, number B12,pages 6750to 6756,by The American Geophysical Union)的文章中公開(kāi)的。K-型熱電偶也可被稱為"鎳絡(luò)-鎳錯(cuò)" 熱電偶，在"鎳鉻-鎳鋁"熱電偶中，"鎳鉻"組分包含90 %的鎳和10 %的鉻，"鎳鋁"組分包 含95 %的鎳、2 %的錳、2 %的鋁和1 %的硅。該方法包括將第一 K-型熱電偶的接頭插入基 本由Cu組成的主體和將第二K-型熱電偶的接頭插入基本由Ag組成的主體，并將兩個(gè)主體 接近預(yù)燒結(jié)組件放置在容器中。記錄貫穿至少一部分壓力和溫度循環(huán)的來(lái)自兩個(gè)熱電偶的 讀數(shù)，并處理該讀數(shù)，并根據(jù)已公布數(shù)據(jù)將該讀數(shù)轉(zhuǎn)化為壓力和溫度值。
[0163] 可以使用各種超高壓壓力機(jī)，包括帶式的、四面體多鐵砧、立方體多鐵砧、沃克型 或環(huán)形壓力機(jī)。壓力機(jī)類(lèi)型的選擇有可能取決于待制造的超硬構(gòu)造的體積和所希望的用于 燒結(jié)超硬材料的壓力和溫度。例如，四面體的和立方體的壓力機(jī)可能適合于在至少約7GPa 或至少約7. 7GPa的壓力下燒結(jié)商業(yè)上可行體積的POT材料。
[0164] 一些示例性方法可包括使P⑶構(gòu)造在至少約500°C、至少約600°C或至少約650°C 的溫度經(jīng)受熱處理至少約5分鐘、至少約15分鐘或至少約30分鐘。在一些實(shí)施例中，溫度 可以為至多約850°C、至多約800°C或至多約750°C。在一些實(shí)施例中，可以使P⑶結(jié)構(gòu)經(jīng) 受熱處理至多約120分鐘或至多約60分鐘。在一個(gè)實(shí)施例中，可以在真空中使PCD結(jié)構(gòu)經(jīng) 受熱處理。例如，申請(qǐng)?zhí)枮?, 517, 902的美國(guó)專利公開(kāi)了一種預(yù)成型元件的熱處理形式，該 預(yù)成型元件具有用鈷粘合劑將P⑶結(jié)合至燒結(jié)碳化鶴的基底的P⑶臺(tái)面（facing table)。 在六方密排晶體結(jié)構(gòu)中，基底包括具有至少30%體積的鈷粘合劑的界面區(qū)。
[0165] 當(dāng)不希望受特定理論約束時(shí)，該方法由于構(gòu)造內(nèi)的剩余應(yīng)力減小可能導(dǎo)致超硬構(gòu) 造破裂的可能性或頻率減小。
[0166] 下面將更詳細(xì)地描述其他非限制性示例。
[0167] 實(shí)施例3
[0168] 用于鉆巖（rock-boring)鉆頭的P⑶插入件可以如下所述進(jìn)行制造。
[0169]制備包含設(shè)置在大致圓柱形燒結(jié)碳化物基底的近端的多個(gè)金剛石顆粒的聚集體 的預(yù)燒結(jié)組件。聚集體包含多個(gè)包含在有機(jī)粘合劑材料內(nèi)分散的金剛石顆粒的晶片，金剛 石顆粒的平均尺寸為至少約15 ym且至多約30 ym。基底包含約90重量％的通過(guò)含有Co 的粘合劑材料粘合在一起的WC顆粒。預(yù)燒結(jié)組件被裝在金屬外殼中并被加熱以燃燒包含 在晶片中的有機(jī)粘合劑，有外殼的預(yù)燒結(jié)組件被壓縮在容器中，用于超高壓、高溫多鐵砧壓 力機(jī)設(shè)備。
[0170] 預(yù)燒結(jié)組件經(jīng)受約7. 7GPa的壓力和約1550°C的溫度以使金剛石顆粒彼此直接燒 結(jié)，進(jìn)而形成通過(guò)來(lái)自基底的包含鈷的熔化的粘合劑材料的薄膜連接至基底的近端的PCD 材料層。該壓力減小至約5. 5GPa，該溫度減小至約1450 °C，維持包含在P⑶中的金剛石是 熱力學(xué)穩(wěn)定的（相對(duì)于石墨，一種較軟的碳的同素異形體）和粘合劑材料處于液相的條件。 然后，該溫度減小至約l〇〇〇°C以凝固粘合劑材料并形成包含通過(guò)凝固的粘合劑材料結(jié)合至 基底的PCD層的構(gòu)造，然后，該壓力和溫度減小至環(huán)境條件。
[0171] 所述構(gòu)造在基本無(wú)氧的大氣中的大體環(huán)境壓力下經(jīng)受660°C熱處理約2小時(shí)，然 后冷卻至環(huán)境溫度。熱處理后，P⑶層無(wú)明顯裂紋。
[0172] 所述構(gòu)造通過(guò)研磨和拋光進(jìn)行處理，以為鉆巖鉆頭提供插入件。
[0173] 為了比較，參考構(gòu)造如下所述進(jìn)行制造。預(yù)燒結(jié)組件參照上述示例性預(yù)燒結(jié)組件 進(jìn)行制備。預(yù)燒結(jié)組件經(jīng)受約7. 7GPa的壓力和約1550°C的溫度以使金剛石顆粒彼此直 接燒結(jié)，進(jìn)而形成通過(guò)來(lái)自基底的包含鈷的熔化的粘合劑材料的薄膜連接至基底的近端的 PCD材料層。該溫度減小至約1000°C以凝固粘合劑材料并形成包含通過(guò)凝固的粘合劑材料 結(jié)合至基底的PCD層的構(gòu)造，然后，該壓力和溫度減小至環(huán)境條件。所述構(gòu)造在基本無(wú)氧的 大氣中的大體環(huán)境壓力下經(jīng)受660°C熱處理約2小時(shí)，然后冷卻至環(huán)境溫度。熱處理后，在 P⑶層的邊上有明顯的嚴(yán)重裂紋。
[0174] 實(shí)施例4
[0175] 用于鉆巖鉆頭的P⑶插入件可以如下所述進(jìn)行制造。
[0176] 制備包含設(shè)置在大致圓柱形燒結(jié)碳化物基底的近端的具有一般盤(pán)狀形狀的PCD 結(jié)構(gòu)的預(yù)燒結(jié)組件。已經(jīng)在包含有在小于約7GPa的超高壓和高溫下（在該溫度下，金剛石 比石墨更加熱力學(xué)穩(wěn)定）同時(shí)燒結(jié)多個(gè)金剛石顆粒的聚集體的先前步驟中制造了 PCD結(jié) 構(gòu)?；装s90重量％的通過(guò)包含Co的粘合劑材料粘合在一起的WC顆粒。預(yù)燒結(jié)組 件被裝在金屬外殼中并被加熱以燃燒包含在晶片中的有機(jī)粘合劑，有外殼的預(yù)燒結(jié)組件被 壓縮在容器中，用于超高壓、高溫多鐵砧壓力機(jī)設(shè)備。
[0177] 預(yù)燒結(jié)組件經(jīng)受約7. 7GPa的壓力和約1550°C的溫度以更改P⑶結(jié)構(gòu)的顯微結(jié)構(gòu)。 該壓力減小至約5. 5GPa，且該溫度減小至約1450°C，維持包含在P⑶中的金剛石是熱力學(xué) 穩(wěn)定的（相對(duì)于石墨，一種較軟的碳的同素異形體）和粘合劑材料處于液相的條件。然后， 該溫度減小至約l〇〇〇°C以凝固粘合劑材料并形成包含通過(guò)凝固的粘合劑材料結(jié)合至基底 的PCD層的構(gòu)造，然后，該壓力和溫度減小至環(huán)境條件。
[0178] 所述構(gòu)造在基本無(wú)氧的大氣中的大體環(huán)境壓力下經(jīng)受660°C熱處理約2小時(shí)，然 后冷卻至環(huán)境溫度。熱處理后，P⑶層無(wú)明顯裂紋。
[0179] 所述構(gòu)造通過(guò)研磨和拋光進(jìn)行處理，以為鉆巖鉆頭提供插入件。
[0180] 如在本文所使用的，P⑶結(jié)構(gòu)22, 200或基底30, 300或P⑶結(jié)構(gòu)或基底的一些部 分的厚度是基本垂直于界面24測(cè)量的厚度。在一些實(shí)施例中，P⑶結(jié)構(gòu)或P⑶材料主體 22, 200可以具有一般薄片、圓盤(pán)或圓盤(pán)狀的形狀，或?yàn)橐话銓訝钚问?。在一些?shí)施例中，POT 結(jié)構(gòu)22, 200的厚度可以為至少約0? 3mm、至少約0? 5mm、至少約0? 7mm、至少約1mm、至少約 1. 3mm或至少約2mm。在一個(gè)實(shí)施例中，P⑶結(jié)構(gòu)22, 200的厚度可以在約2mm到約3mm范 圍內(nèi)。
[0181] 在一些實(shí)施例中，基底30, 300可以具有薄片、圓盤(pán)或柱狀（post)的形狀，以及可 以是一般圓柱形的?；?0, 300可以具有例如至少等于或大于P⑶材料主體22, 200的軸 向厚度的軸向厚度，以及在厚度上可以為例如至少約1mm、至少約2. 5mm、至少約3mm、至少 約5mm或甚至至少約10mm。在一個(gè)實(shí)施例中，基底30, 300的厚度可以為至少2cm。
[0182] P⑶結(jié)構(gòu)22, 200可以例如僅一側(cè)連接至基底30, 300，P⑶結(jié)構(gòu)的相對(duì)側(cè)不粘結(jié)到 基底 30，300。
[0183] 在一些實(shí)施例中，P⑶材料主體22, 200的最大尺寸是6mm左右或更大，例如，在 P⑶材料主體在外形上是圓柱形的實(shí)施例中，主體的直徑為6mm左右或更大。
[0184] 在所述方法的一些版本中，在燒結(jié)之前，金剛石粒子/顆粒的聚合體（aggregated mass) 一般以具有至少約0. 6mm、至少約1mm、至少約1. 5mm或甚至至少約2mm的厚度的層的 形式設(shè)置在基底的表面。當(dāng)顆粒在超高壓下燒結(jié)時(shí)，金剛石顆粒的所述體的厚度可顯著減 小。
[0185] 在本過(guò)程中使用的超硬粒子可以是天然的或合成的原料。超硬粒子的混合物可以 是多峰的，即其可以包含不同平均粒徑的金剛石粒子或顆粒的粒級(jí)的混合物。典型地，粒級(jí) 的數(shù)量可以為：
[0186] _兩個(gè)粒級(jí)的特殊情況
[0187]-三個(gè)或更多粒級(jí)。
[0188] "平均粒子/顆粒尺寸"意思是單個(gè)粒子/顆粒具有尺寸范圍，平均粒子/顆粒尺 寸表示"平均值"。因此，粒子/顆粒的主要數(shù)量接近于平均尺寸，盡管將有上述的有限數(shù) 量的粒子/顆粒和下述的規(guī)定尺寸。粒子分布的峰值將因此在規(guī)定尺寸處。每種超硬粒子 /顆粒的粒級(jí)的顆粒尺寸分布典型地為其自身的單模態(tài)，但可能在某些情況下時(shí)多模態(tài)的。 在燒結(jié)坯塊中，術(shù)語(yǔ)"平均粒子/顆粒尺寸"是用類(lèi)似的方式加以解釋的。
[0189] 如圖1所不，一個(gè)實(shí)施例制造的多晶金剛石材料的主體存在粘合劑相。這種粘合 劑材料優(yōu)選為用于使用過(guò)的超硬磨料粒子的催化劑/溶劑。用于金剛石的催化劑/溶劑在 本領(lǐng)域中是眾所周知的。在金剛石的情況下，粘合劑優(yōu)選為鈷、鎳、鐵或含有一種或多種這 些金屬的合金。這種粘合劑或者在燒結(jié)處理過(guò)程中通過(guò)滲透進(jìn)入磨料粒子體引入，或者以 微粒形式引入作為磨料粒子體內(nèi)的混合物。滲透可以從提供的墊片或粘合劑金屬層或者從 碳化物支撐物處發(fā)生。典型地，可以使用混合和滲透方法的結(jié)合。
[0190] 在高壓、高溫處理過(guò)程中，催化劑/溶劑材料通過(guò)致密層熔化和移動(dòng)，充當(dāng)催化劑 /溶劑并引起超硬粒子互相結(jié)合。一旦制成，PCD構(gòu)造因此包含互相結(jié)合的超硬（金剛石） 粒子的連貫矩陣，從而形成如上所述的具有包含粘合劑材料的許多間隙或池（pool)的超 硬多晶復(fù)合材料?；旧?，最終的PCD構(gòu)造因此包含兩相復(fù)合體，其中超硬磨料金剛石材料 包含一個(gè)相，粘合劑（非金剛石相）包含另一個(gè)相。
[0191] 在一種形式中，典型地為金剛石的超硬相構(gòu)成按體積計(jì)的80%到95%，溶劑/催 化劑材料構(gòu)成其余的5%到20%。
[0192] 粘合劑相和充滿這種相的空隙或池的數(shù)量的相對(duì)分布主要是由金剛石顆粒的尺 寸和形狀限定的。
[0193] 粘合劑（非金剛石）相可以有助于改善更脆弱的磨料相的抗沖擊性，但當(dāng)粘合劑 相典型地代表結(jié)構(gòu)的更弱和更小的耐磨性級(jí)時(shí)，高的數(shù)量會(huì)易于不利地影響耐磨性。此外， 當(dāng)粘合劑相也是一種活性溶劑/催化劑材料時(shí)，其在結(jié)構(gòu)中增加的存在會(huì)危害坯塊的熱穩(wěn) 定性。
[0194] 圖11a和lib是底片所示的示出了金剛石顆粒間的界限的金剛石強(qiáng)度為0(圖 11a)和金剛石強(qiáng)度為15 (圖lib)的POT材料的拋光部分的加工過(guò)的SEM圖像的示例。這 些邊界線通過(guò)圖像分析軟件提供并用于在通過(guò)PCD材料主體的橫截面中測(cè)量整個(gè)非金剛 石（如粘合劑）表面面積和在實(shí)際SEM圖像中顯不為黑暗區(qū)域而在圖11a和lib中顯不為 相反（即照明區(qū)域）的單個(gè)的非金剛石相（間隙）區(qū)域的表面面積。為了進(jìn)行下面的分析 和將要實(shí)現(xiàn)的結(jié)果，通過(guò)PCD材料主體的橫截面可以任何方向通過(guò)PCD材料主體。下面將 更詳細(xì)地描述圖像分析技術(shù)。
[0195] 作為非限制性示例，為了觀察，可以通過(guò)以線切割（wire EDM)的方式切割P⑶復(fù) 合坯塊的截面來(lái)暴露圖11a和lib所示的橫截面。為通過(guò)顯微鏡如掃描電子顯微鏡（SEM) 觀察作準(zhǔn)備，可以拋光橫截面，并拍攝一系列的顯微照相圖像。每個(gè)圖像可以通過(guò)圖像分析 軟件進(jìn)行分析，以確定整個(gè)粘合劑區(qū)域和在金剛石顆粒之間的單個(gè)粘合劑區(qū)域。整個(gè)粘合 劑區(qū)域和單個(gè)粘合劑區(qū)域的值是通過(guò)對(duì)在掃描電子顯微鏡上拍攝到的大量的收集圖像進(jìn) 行統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)而確定的。
[0196] 選定的用于顯微結(jié)構(gòu)分析的放大率對(duì)獲得的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有顯著的影響。較低放 大率下的成像提供了典型地在顯微結(jié)構(gòu)中取樣較大顆?；蛱卣鞯臋C(jī)會(huì)，但是當(dāng)在那樣的放 大率下未能充分分辨較小顆?；蛱卣鲿r(shí)，較低放大率下的成像可能傾向于未能代表較小顆 粒或特征。反之，較高放大率允許較高分辨率并且因此可以測(cè)量小尺度特征，但在取樣較大 特征時(shí)其圖像的邊界相交并由此不能進(jìn)行充分測(cè)量。顯然，為任何定量顯微結(jié)構(gòu)分析技術(shù) 選擇合適的放大率是重要的。合適性因此是由作為特性的特征的尺寸決定的。下面將更詳 細(xì)地討論為本文描述的各種測(cè)量值選擇的放大率。
[0197] 除非本文另有規(guī)定，否則在PCD材料主體內(nèi)的整個(gè)粘合劑區(qū)域和單個(gè)粘合劑區(qū)域 的大小指的是在包含PCD材料主體的表面上或通過(guò)其的截面上測(cè)量的大小，并且不進(jìn)行立 體校正。例如，通過(guò)在拋光表面上進(jìn)行的圖像分析獲得測(cè)量值，并且在本文中所述的數(shù)據(jù)中 沒(méi)有進(jìn)行薩爾特科夫（Saltykov)校正。
[0198] 在測(cè)量量的平均值或其它通過(guò)圖像分析測(cè)定的統(tǒng)計(jì)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(gè)圖像來(lái)提高統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。用于測(cè)量一個(gè) 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(duì)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。
[0199] 出于要清楚制出顆粒間和相間界限的目的，圖像的分辨率需要足夠高，對(duì)于本文 中所述的測(cè)量值，使用了 1280X960像素的圖像區(qū)域。
[0200] 在統(tǒng)計(jì)學(xué)分析中，選取在包含PCD材料主體的表面上的不同區(qū)域的15幅圖像，并 在每個(gè)圖像上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。
[0201] 通過(guò)使用反向散射電子信號(hào)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(duì)比度，并降低對(duì)表面損 傷的敏感度（與次級(jí)電子成像模式相比）。
[0202] 多種因素被認(rèn)為對(duì)圖像捕捉是重要的。這些因素為：
[0203] -SEM電壓，為了本文所述的測(cè)量值的目的，SEM電壓保持恒定并在15kV左右；
[0204]-工作距離，其也保持恒定并在8mm左右；
[0205]