Сверхтвердые конструкции и способы их получения - RU2017133614A
Код документа: RU2017133614A
Формула
1. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция, содержащая:
первую область, содержащую тело из термически стойкого поликристаллического сверхтвердого материала, имеющее открытую поверхность, образующую рабочую поверхность, и периферийную боковую грань;
вторую область, образующую подложку для первой области; и
третью область по меньшей мере частично размещенную между первой и второй областями; причем:
третья область содержит материал, более кислотостойкий, чем поликристаллический алмазный материал, имеющий фазу связующего-катализатора, содержащую кобальт, и/или более кислотостойкий, чем цементированный карбидный материал.
2. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по п.1, в которой третья область простирается до рабочей поверхности и образует часть рабочей поверхности.
3. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по п.1 или 2, в которой материал третьей области обладает трещиностойкостью приблизительно от 4 МПа√м до 15 МПа√м.
4. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-3, в которой третья область имеет внешнюю периферийную поверхность, причем первая область простирается вокруг по меньшей мере части внешней периферийной поверхности третьей области.
5. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому одному из предшествующих пунктов, в которой первая область содержит один или несколько сегментов, расположенных в одной или нескольких выточках в третьей области.
6. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-5, в которой материал третьей области содержит тугоплавкий металл.
7. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по п.6, в которой тугоплавкий металл включает любой один или несколько из: ниобия, молибдена, тантала, вольфрама, рения, титана, ванадия, хрома, циркония, гафния, рутения, осмия и иридия или их сплав.
8. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-5, в которой материал третьей области содержит металлокерамический материал.
9. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-5, в которой материал третьей области содержит керамический материал.
10. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-5 или 9, в которой материал третьей области содержит любой один или несколько из: поликристаллический кубический нитрид бора (PcBN), суперсплав металлов, материал на основе нитрида кремния, материал на основе диоксида циркония, нитрид кремния, карбид кремния, оксид алюминия, карбид титана, нитрид титана, борид титана, карбид вольфрама, борид титана, нитрид алюминия, борид алюминия, суперсплав титана.
11. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-5, в которой материал третьей области содержит любой один или несколько из: оксида, нитрида, карбида, карбонитрида, и/или оксикарбида любого одного или нескольких из: тантала, титана, циркония, гафния, ванадия, ниобия, молибдена, вольфрама, хрома, рения, марганца, меди.
12. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция, имеющая открытую рабочую поверхность, содержащая:
первую область, содержащую тело из термически стойкого поликристаллического сверхтвердого материала, имеющее свободную наружную поверхность, образующую часть рабочей поверхности;
вторую область, образующую подложку для первой области; и
третью область по меньшей мере частично размещенную между первой и второй областями; причем:
третья область содержит керамический материал, обладающий трещиностойкостью приблизительно от 4 МПа√м до 15 МПа√м, причем третья область простирается до рабочей поверхности и образует дополнительную часть рабочей поверхности.
13. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-12, в которой материал третьей области имеет трещиностойкость приблизительно от 6 МПа√м до 10 МПа√м.
14. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-13, в которой материал третьей области имеет сопротивление поперечному разрыву (TRS) приблизительно от 600 до 2500 МПа.
15. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-14, в которой материал третьей области имеет TRS приблизительно от 1000 до 2500 МПа.
16. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-15, в которой третья область имеет содержание металла приблизительно 10 масс.% или меньше.
17. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-16, в которой третья область имеет содержание металла приблизительно 4 масс.% или меньше.
18. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-17, в которой третья область имеет содержание металла приблизительно 5 масс.% или меньше.
19. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-18, в которой третья область имеет содержание металла приблизительно 3 масс.% или меньше.
20. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-19, в которой третья область по существу не содержит металла.
21. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-20, в которой первая область имеет содержание алмаза приблизительно от 95 до 100 объемных %.
22. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-21, в которой первая область по существу не содержит каталитический материал для алмаза, причем указанная область образует термически стойкую первую область.
23. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по п.22, в которой термически стойкая первая область содержит, самое большее, 2 масс.% каталитического материала для алмаза.
24. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-23, в которой термически стойкая первая область содержит поликристаллический алмазный (PCD) материал без связующего.
25. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-24, в которой термически стойкая первая область содержит алмаз, полученный химическим осаждением из газовой фазы (CVD).
26. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-25, в которой термически стойкая первая область содержит поликристаллический сверхтвердый материал, образованный из нанозерен алмаза.
27. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-26, в которой первая область соединена со второй областью вдоль первой границы раздела, а вторая область соединена с третьей областью вдоль второй границы раздела, причем одна, или другая, или обе из первой или второй границ раздела являются по существу неплоскими.
28. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по п.27, в которой одна, или другая, или обе из первой или второй границ раздела имеют один или несколько желобков, или канавок на них или вдоль них.
29. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-28, которая имеет продольную ось, причем толщина третьей области вдоль плоскости, параллельной продольной оси, составляет приблизительно от 1 до 6,5 мм.
30. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-29, в которой третья область соединена с первой областью и/или второй областью с помощью паяного соединения и/или спеченного соединения вдоль первой и/или второй границ раздела, соответственно.
31. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-30, дополнительно содержащая четвертую область, размещенную по меньшей мере частично между третьей областью и подложкой или между первой и второй областями.
32. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по п.31, в которой четвертая область содержит металлокерамический материал.
33. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по п.31 или 32, в которой четвертая область содержит по меньшей мере одно соединение переходного металла.
34. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.31-33, в которой четвертая область содержит материал, имеющий TRS около 200 МПа или больше.
35. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-34, в которой третья область простирается от подложки в направлении рабочей поверхности, причем третья область имеет внешнюю периферийную поверхность, и первая область простирается вокруг внешней периферийной поверхности третьей области.
36. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по п.35, в которой тело из поликристаллического сверхтвердого материала имеет толщину от рабочей поверхности вдоль периферийной боковой грани до границы раздела с подложкой по меньшей мере приблизительно 3 мм; и
в которой по меньшей мере часть третьей области имеет толщину, измеренную в плоскости, простирающейся вдоль продольной оси конструкции по меньшей мере около 3 мм.
37. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-36, в которой третья область простирается до рабочей поверхности и образует часть рабочей поверхности.
38. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-37, в которой третья область простирается на расстояние приблизительно 0,5 мм или меньше от режущей поверхности.
39. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-38, в которой тело из поликристаллического сверхтвердого материала содержит зерна природного и/или синтетического алмаза, и/или зерна кубического нитрида бора.
40. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-39, в которой подложка образована из цементированного карбидного материала.
41. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по п.40, в которой цементированная карбидная подложка содержит частицы карбида вольфрама, соединенные вместе связующим материалом.
42. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по п.41, в которой связующий материал содержит один или несколько из: Co, Ni и Cr или их сплава.
43. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция по любому из пп.1-42, в которой глубина первой термически стойкой области от рабочей поверхности вдоль периферийной боковой грани составляет по меньшей мере приблизительно 3,5 мм или больше.
44. Сверхтвердая поликристаллическая конструкция для вращающегося срезающего долота для буровых работ внутри земли или для ударного бурового долота, содержащая сверхтвердую поликристаллическую конструкцию по любому из пп.1-43.
45. Инструмент, содержащий сверхтвердую поликристаллическую конструкцию по любому из пп.1-43, который предназначен для резания, дробления, измельчения, бурения, буровых работ в земле, бурения горной породы или другого абразивного применения.
46. Инструмент по п.45, который содержит буровое долото для буровых работ в земле или бурения горной породы.
47. Инструмент по п.45, который содержит вращающееся долото с запрессованными резцами для использования в нефтяной и газовой буровой промышленности.
48. Инструмент по п.45, где инструмент представляет собой коническую шарошку бурового долота, инструмент для расширения скважины, расширяемый инструмент, расширительное долото или другой инструмент для буровых работ в земле.
49. Буровое долото, или режущий инструмент или их компонент, содержащий сверхтвердую поликристаллическую конструкцию по любому из пп.1-43.
