改善沥滤的刀具的性能的方法技术

一种具有多晶结构的经清洗沥滤的组件，一种用于清洗经沥滤组件以形成经清洗沥滤的组件的方法和装置，以及一种用于确定清洗经沥滤组件的效率的方法。该清洗沥滤的组件包括至少一个经沥滤层。该经沥滤层具有从中去除的至少一部分副产品材料。该副产品材料在形成经沥滤层的沥滤工艺中被沉积到经沥滤层。该用于清洗的装置和方法包括罐、置于罐内的清洗液以及被浸没到清洗液内的至少一部分经沥滤层。在某些示例性实施例中，换能器发出超声波进入经沥滤层。用于确定清洗效率的方法包括：清洗经沥滤组件以形成经清洗沥滤的组件，测量经清洗沥滤组件的一个或多个电容值，重复清洗和测量直到获得稳定的下限电容值为止。

【技术实现步骤摘要】
改善沥滤的刀具的性能的方法关联申请本申请关联于2012年2月21日提交的题为“UseofCapacitancetoAnalyzePolycrystallineDiamond(使用电容来分析多晶金刚石)”的美国专利申请No.13/401,188、2012年2月21日提交的题为“UseofEddyCurrenttoAnalyzePolycrystallineDiamond(使用涡流来分析多晶金刚石)”的美国专利申请No.13/401,231以及2012年2月21日提交的题为“UseofCapacitanceandEddyCurrenttoAnalyzePolycrystallineDiamond(使用电容和涡流来分析多晶金刚石)”的美国专利申请No.13/401,335，所有这些文献均援引包含于此。
本专利技术总地针对具有多晶结构的经沥滤组件，更具体地涉及将至少一部分沥滤的副产品材料从多晶结构内的沥滤层去除的经沥滤组件，将至少一部分副产品材料从这些经沥滤组件去除的方法以及测试该去除方法的效率的方法。
技术介绍
多晶金刚石复合片(PDC)已被用于工业应用，包括岩石钻凿应用和金属机加工应用。该复合片已表现出优于一些其它类型的切割元件的优势，例如更好的耐磨性和耐冲击性。PDC可在增进金刚石-金刚石接合的催化剂/溶剂的参与下通过在被称为“金刚石稳定区”的高压和高温(HPHT)状态下将各金刚石微粒烧结在一起来形成，所述“金刚石稳定区”一般高于40千帕并在1200℃和2000℃之间。对于烧结的金刚石复合片的催化剂/溶剂的一些例子是钴、镍、铁和其它Ⅷ族金属。PDC通常具有高于70％体积的金刚石含量，典型为大约80％至大约98％。根据一个例子，无衬的PDC可机械接合至工具(未示出)。替代地，PDC接合于衬底，由此形成PDC刀具，该PDC刀具一般可插入到或安装至井下工具(未示出)，例如钻头或扩眼器。图1示出根据现有技术具有多晶金刚石(PCD)切割台110或复合片的PDC刀具100的侧视图。尽管在示例性实施例中描述了PCD切割台110，但其它类型的切割台，包括多晶氮化硼(PCBN)复合片，被用于其它类型的刀具。参见图1，PDC刀具100一般包括PCD切割台110和耦合至PCD切割台110的衬底150。PCD切割台110大约为十分之一英寸(2.5毫米)厚，该厚度根据PCD切割台110所使用的应用而变化。衬底150包括顶表面152、底表面154以及从顶表面152的外周向底表面154的外周延伸的衬底外壁156。PCD切割台110包括切割表面112、对向表面114以及从切割表面112的外周向对向表面114的外周延伸的PCD切割台外壁116。PCD切割台110的对向表面114耦合至衬底150的顶表面152。典型地，PCD切割台110使用高压和高温(HPHT)挤压耦合至衬底150。然而，可使用其它本领域内技术人员已知的方法来将PCD切割台110耦合至衬底150。在一个实施例中，一旦PCD切割台110耦合至衬底150，PCD切割台110的切割表面112基本平行于衬底的底表面154。另外，PDC刀具100已图示为具有正圆柱形状；然而，PDC刀具100在其它示例性实施例中形成为其它几何或非几何形状。在某些示例性实施例中，对向表面114和顶表面152是基本平坦的；然而在其它示例性实施例中，对向表面114和顶表面152是不平坦的。另外，根据一些示例性实施例，在切割表面112的至少一部分外周周围形成斜面(未示出)。根据一个例子，PDC刀具100是通过独立地形成PCD切割台110和衬底150并随后将PCD切割台110接合于衬底150而形成的。替代地，一开始形成衬底150并随后通过将多晶金刚石粉末放置在顶表面152上并使多晶金刚石粉末和衬底150处于高温和高压工艺下而将PCD切割台110形成在衬底150的顶表面152上。替代地，衬底150和PCD切割台110在同一时间形成并接合在一起。尽管已简单提到了形成PDC刀具100的几种方法，但也可使用本领域内技术人员已知的其它方法。根据形成PDC刀具100的一个例子，通过使一层金刚石粉末和碳化钨、钴粉末的混合物处于HPHT状态下来使PCD切割台110形成并接合至衬底150。钴一般与碳化钨混合并位于形成衬底150的位置。金刚石粉末被设置在钴和碳化钨混合物的顶部并位于形成PCD切割台110的位置。然后使整个粉末混合物处于HPHT条件下以使钴熔化并利于胶合或粘合碳化钨以形成衬底150。熔化的钴也扩散或渗入金刚石粉末并充当用于合成金刚石接合物并形成PCD切割台110的催化剂。因此，钴既充当用于粘合碳化钨的粘合剂又充当烧结金刚石粉末以形成金刚石-金刚石接合的催化剂/溶剂。钴也有利于在PCD切割台110和胶合的碳化钨衬底150之间形成强接合。钴已是PDC制造工艺的优选组成部分。由于主要知识涉及在这些工艺中使用钴，传统PDC制造工艺使用钴作为粘合剂材料以形成衬底150并也作为金刚石合成的催化剂材料。主要知识和工艺需要之间的协作已导致将钴用作粘合剂材料和催化剂材料两者，然而，如本领域技术人员所知，替代性金属，例如铁、镍、铬、锰和钽以及其它适合材料，可用作金刚石合成的催化剂。当将这些替代性材料用作金刚石合成的催化剂以形成PDC切割台110时，钴或例如镍镉或铁的某些其它材料一般用作用于胶合碳化钨以形成衬底150的粘合剂材料。尽管诸如碳化钨和钴的一些材料已例如被提供作为示例，然而可使用本领域内技术人员已知的其它材料来形成衬底150、PCD切割台110并在衬底150和PCD切割台110之间形成接合。图2是根据现有技术的图1的PCD切割台110的示意性微结构图。参见图1和图2，PCD切割台110具有与其它金刚石微粒210接合的金刚石微粒210、形成在金刚石微粒210之间的一个或多个间隙空间212以及沉积在间隙空间212内的钴214。在烧结工艺中，间隙空间212或空隙形成在碳-碳接合部之间并位于金刚石微粒210之间。钴214在金刚石粉末中的扩散导致钴214被沉积在这些间隙空间212内，该间隙空间212在烧结工艺中形成在PCD切割台110内。一旦PCD切割台110形成并投入工作，已知当温度达到临界温度时PCD切割台110快速地磨损。该临界温度大约为750℃并当PCD切割台110切割岩层或其它已知材料时达到这个温度。人们相信高磨损率是由金刚石微粒210和钴214之间的热膨胀率差和在钴214和金刚石微粒210之间发生的化学反应或石墨化造成的。金刚石微粒210的热膨胀系数大约为1.0×10-6毫米-1×开氏－1(mm-1K-1)，而钴214的热膨胀系数是大约13.0×10-6mm-1K-1。因此，钴214在该临界温度之上远快于金刚石微粒210地膨胀，由此使金刚石微粒210之间的接合变得不稳定。PCD切割台110在高于约750℃的温度下变得热退化并且其切割效率显著恶化。已做出在这些高温下减慢PCD切割台110磨损的努力。这些努力包括执行PCD切割台110的传统酸沥滤工艺，该工艺将一些钴214从间隙空间212去除。传统沥滤工艺牵涉到与沉积在PCD切割台110的间隙空间212内的钴214或其它粘合剂/催化剂材料反应的酸溶液(未示出)。这些本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种副产品去除装置，包括：罐，所述罐包括底部和基本在所述底部外周的周围并背离所述底部的外周延伸的壁，从而在其中形成容腔；放置在所述容腔内的清洗液；以及包括多晶结构的组件，所述多晶结构包括经沥滤层和毗邻于所述经沥滤层的未沥滤层，所述经沥滤层具有比所述未沥滤层更低的催化剂材料浓度，所述经沥滤层包括沉积在其中的多个副产品材料；其中至少一部分经沥滤层被浸没到所述清洗液中；并且所述至少一部分副产品材料可溶于所述清洗液。

【技术特征摘要】
2012.02.21 US 13/401,452;2012.05.29 US 13/482,2851.一种用于清洗多晶结构的方法，所述方法包括：获得经沥滤组件，所述经沥滤组件包括多晶结构，所述多晶结构包括至少一个经沥滤层，所述经沥滤层包括沉积在其中的一种或多种副产品材料，所述副产品材料是在从所述经沥滤层去除至少一部分催化剂材料的沥滤工艺中形成的；从所述经沥滤层去除至少一部分副产品材料，由此形成经清洗沥滤的组件；在形成所述经清洗沥滤的组件之后，测量所述经清洗沥滤的组件的电容值；并且重复去除步骤和测量步骤，直到所述电容值减小到稳定的下限为止。2.如权利要求1所述的方法，其中：获得多个经沥滤组件，在所述去除步骤中包含所述经沥滤组件，并且在所述测量步骤中测量每个经沥滤组件的电容值。3.如权利要求1所述的方法，其中，去除至少一部分副产品材料包括：将至少一部分经沥滤的层插入清洗液；以及使至少一部分副产品材料溶解在所述清洗液中。4.如权利要求3所述的方法，其中，去除...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·贝林，V·钦塔曼乃尼，
申请(专利权)人：威达国际工业有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：