一种多晶复合片，其包含：包含硬质材料的多个相互键合的晶粒的多晶材料，和位于硬质材料的相互键合的晶粒之间的间隙中的金属材料。至少一部分该金属材料包含金属合金，其包含两种或更多种元素。该两种或更多种元素的第一元素包括钴、铁和镍的至少一种。该两种或更多种元素的第二元素包括镝、钇、铽、钆、锗、钐、钕和镨的至少一种。该金属合金可以包括共晶或者近共晶组合物，并且可以具有相对低的熔点。一种切割元件和一种钻地工具，其包括这种多晶复合片。一种方法，其包括形成这种多晶复合片、切割元件和钻地工具。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种多晶复合片，其包含：包含硬质材料的多个相互键合的晶粒的多晶材料，和位于硬质材料的相互键合的晶粒之间的间隙中的金属材料。至少一部分该金属材料包含金属合金，其包含两种或更多种元素。该两种或更多种元素的第一元素包括钴、铁和镍的至少一种。该两种或更多种元素的第二元素包括镝、钇、铽、钆、锗、钐、钕和镨的至少一种。该金属合金可以包括共晶或者近共晶组合物，并且可以具有相对低的熔点。一种切割元件和一种钻地工具，其包括这种多晶复合片。一种方法，其包括形成这种多晶复合片、切割元件和钻地工具。【专利说明】包括在硬质材料晶粒之间的间隙中的金属合金组合物的多晶复合片，包括这种多晶复合片的切割元件和钻地工具，和相关方法优先权要求本申请要求2011年2月17日提交的、名称为“包括在硬质材料晶粒之间的间隙中的金属合金组合物的多晶复合片，包括这样的多晶复合片的切割元件和钻地工具，和相关方法”的美国专利申请序列号13/029，930的提交日权益。
本专利技术总体上涉及多晶复合片，其可以例如作为切割元件用于钻地工具，和涉及形成这种多晶复合片、切割元件和钻地工具的方法。专利技术背景用于在地下地层的形成井筒的钻地工具通常包括多个固定在工具体上的切割元件。例如，固定刀具的钻地旋转钻头(也称作“刮刀钻头”)包括多个切割元件，其固定连接到钻头的钻头体上。类似地，牙轮钻地旋转钻头会包括牙轮，其安装到从钻头体的支架延伸的轴承销上，以使得每个牙轮能够绕它所安装到的轴承销旋转。多个切割元件可以安装到钻头的每个牙轮上。换句话说，钻地工具经常包括切割元件所连接到的体(例如钻头体或者牙轮)。在这种钻地工具中所用的切割元件经常包括多晶金刚石复合片(经常称作“roc”)，其一个或多个表面可以充当切割元件的切割面。多晶金刚石材料是包括金刚石材料的相互键合的晶粒或者晶体的材料。换句话说，多晶金刚石材料包括在金刚石材料的晶粒或者晶体之间的直接的晶粒间键。术语“晶粒”和“晶体”在这里是同义和可互换使用的。多晶金刚石复合片切割元件典型的是在催化剂(例如钴、铁、镍或者它们的合金和混合物)存在下，在高温和高压条件下将相对小的金刚石晶粒烧结和结合在一起以形成多晶金刚石材料在切割元件基底上的层(例如复合片或者“台”)而形成的。这些处理经常称作高温/高压(HTHP)处理。这种切割元件基底可以包含金属陶瓷材料(即，陶瓷-金属复合材料)，例如钴烧结碳化钨。在这样的情况中，切割元件基底中的钴(或其他催化剂材料)可以在烧结过程中进入金刚石晶粒中，并且充当催化剂材料，用于由金刚石晶粒形成晶粒间的金刚石-金刚石键，和形成金刚石台。在其他方法中，粉末状的催化剂材料在将晶粒在HTHP处理中烧结到一起之前可以与金刚石晶粒相混合。通过使用HTHP处理形成金刚石台，催化剂材料可以保持在所形成的多晶金刚石复合片中的金刚石晶粒之间的间隙中。金刚石台中催化剂材料的存在会导致当切割元件在使用过程中受热时金刚石台中的热损伤，这归因于在切割元件和地层之间的接触点处的摩擦。虽然切割元件中的内应力在超过约三百五十摄氏度(350°C )的温度时会开始形成，但多晶金刚石复合片切割元件(在其中催化剂材料保持在该多晶金刚石复合片中)通常在高到约七百五十摄氏度(750°C)的温度是热稳定的。这种内应力至少部分归因于金刚石台和它所结合到的切割元件基底之间的热膨胀率的差异。这种热膨胀率差异会在金刚石台和基底之间的界面处产生相当大的压应力和张应力，并且会导致金刚石台从基底上脱层。在约七百五十摄氏度(750°C )和更高的温度，由于金刚石台中金刚石材料和催化剂材料之间热膨胀系数的差异，金刚石台本身中的应力会明显增加。例如，钴热膨胀明显快于金刚石，这会导致金刚石台中裂纹形成和蔓延，最终导致金刚石台劣化和切割元件失效。此外，在处于或高于约七百五十摄氏度(750°C )的温度，多晶金刚石复合片中的一些金刚石晶体会与催化剂材料反应，导致金刚石晶体经历化学损坏或者转化回碳的另一种同素异形体或者另一碳基材料。例如，该金刚石晶体可以在金刚石晶体边界处石墨化，其会明显削弱该金刚石台。另外，在极高的温度，除了石墨，一些金刚石晶体也会转化成一氧化碳和二氧化碳。为了减少与多晶金刚石复合片切割元件中的热膨胀差异和金刚石晶体的化学损坏有关的问题，已经开发了所谓的“热稳定的”多晶金刚石复合片(其也称作热稳定的产物或者“TSP”)。这种热稳定的多晶金刚石复合片可以通过使用例如酸或者酸的组合(例如王水)，将催化剂材料(例如钴)从金刚石台中相互键合的金刚石晶体之间的间隙中浸提出来而形成。全部的催化剂材料可以从金刚石台中除去，或者催化剂材料可以仅从金刚石台的一部分中除去。已经报道了热稳定的多晶金刚石复合片(在其中基本上全部的催化剂材料已经从金刚石台中浸提出去)在高到约一千二百摄氏度(1200°C)的温度是热稳定的。但是，也报道了与非浸提的金刚石台相比，这种完全浸提的金刚石台相对更脆和易受到剪应力、压应力和张应力损坏。另外，难以将完全浸提的金刚石台固定到载体基底上。对于与非浸提的多晶金刚石复合片相比更加热稳定，而与完全浸提的金刚石台相比也不那么脆和易受到剪切、压缩和张应力损坏的的多晶金刚石复合片而言，在提供具有这种多晶金刚石复合片的切割元件的努力中，已经提供了包括金刚石台的切割元件，其中催化剂材料已经从该金刚石台的一个或多个部分中浸提。例如，已知的是从切割面、从金刚石台侧或者从二者到该金刚石台内所需深度浸提催化剂材料，但是不从金刚石台中浸提全部的催化剂材料。
技术实现思路
在一些实施方案中，本专利技术包括多晶复合片。该多晶复合片包含:包含硬质材料的多个相互键合的晶粒的多晶材料，和位于硬质材料的相互键合的晶粒之间的间隙中的金属材料。至少一部分该金属材料包含金属合金，其包含两种或更多种元素。该两种或更多种元素的第一元素包括钴、铁和镍的至少一种。该两种或更多种元素的第二元素包括镝、钇、铽、钆、锗、钐、钕和镨的至少一种。该金属合金可以具有约七百五十摄氏度(750°C )或更低的溶融温度。多晶复合片的另一实施方案包含:包含硬质材料的多个相互键合的晶粒的多晶材料，和位于硬质材料的相互键合的晶粒之间的间隙中的金属材料。至少一部分该金属材料包含具有至少两种元素的近共晶组合物的金属合金。该至少两种元素的第一元素包括钴、铁和镍的至少一种。该至少两种元素的第二元素包括镝、钇、铽、钆、锗、钐、钕和镨的至少一种。本专利技术另外的实施方案包括切割元件，其包括切割元件基底和连接到该切割元件基底的多晶复合片。该多晶复合片包含:包含硬质材料的多个相互键合的晶粒的多晶材料，和位于硬质材料的相互键合的晶粒之间的间隙中的金属材料。至少一部分该金属材料包含金属合金，其包含两种或更多种元素。该两种或更多种元素的第一元素包括钴、铁和镍的至少一种。该两种或更多种元素的第二元素包括镝、钇、铽、钆、锗、钐、钕和镨的至少一种。该金属合金可以具有约七百五十摄氏度(750°C )或更低的熔融温度。切割元件另外的实施方案包括切割元件基底和连接到该切割元件基底的多晶复合片。该多晶复合片包含:包含硬质材料的多个相互键合的晶粒的多晶材料，和位于硬质材料的相互键合的晶粒之间的间隙中的金属材料。至少一部分该金属材料包含金属合本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·A·迪乔瓦尼，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：
国别省市：
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