通过使金刚石纳米颗粒功能化来制作聚晶金刚石的方法、包括功能化金刚石纳米颗粒的生坯体和形成聚晶金刚石切削元件的方法 |
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| 申请号 | CN201480011691.3 | 申请日 | 2014-02-28 | 公开(公告)号 | CN105189349B | 公开(公告)日 | 2017-11-17 |
| 申请人 | 贝克休斯公司; | 发明人 | V·N·卡巴瑟库; G·阿格拉瓦尔; A·A·蒂吉奥瓦尼; | ||||
| 摘要 | 制作聚晶金刚石的方法，包括：采用氟使金刚石纳米颗粒的表面功能化，将功能化的金刚石纳米颗粒与 聚合物 组合以形成混合物，和使该混合物经受高压和高温(HPHT)条件，以在金刚石纳米颗粒之间形成晶间结合。生坯体，包括：采用氟功能化的多个金刚石纳米颗粒和散布有该多个金刚石纳米颗粒的聚合物材料。形成切削元件的方法，包括：采用氟使金刚石纳米颗粒的表面功能化，和将功能化的金刚石纳米颗粒与聚合物组合以形成混合物。在本体上方形成该混合物，和使该混合物与本体经受HPHT条件，以在金刚石纳米颗粒之间形成晶间结合并将结合的金刚石纳米颗粒固定于该本体。 | ||||||
| 权利要求 | 1.制作聚晶金刚石的方法，包括： |
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| 说明书全文 | 通过使金刚石纳米颗粒功能化来制作聚晶金刚石的方法、包括功能化金刚石纳米颗粒的生坯体和形成聚晶金刚石切削元 件的方法 [0002] 本申请要求2013年3月1日提交的名称为“Methods of Fabricating Polycrystalline Diamond by Functionalizing Diamond Nanoparticles,Green Bodies Including Functionalized Diamond Nanoparticles,and Methods of Forming Polycrystalline Diamond Cutting Elements”的美国专利申请号序列号13/782,341的申请日利益。 技术领域[0003] 本发明的实施方案整体上涉及形成聚晶金刚石材料的方法、形成包括聚晶金刚石材料的切削元件的方法以及可用于形成这样的切削元件的生坯体。 [0004] 背景 [0005] 用于在地下地层中形成井眼的钻地工具通常包括固定于本体的多个切削元件。例如，固定式切刀钻地旋转钻头(还称为“刮刀钻头”)包括多个切削元件，其固定连接至钻头的钻头体。类似地，牙轮钻地旋转钻头包括安装在由钻头体的腿部延伸的牙轮轴上的锥体，从而使得每个锥体能够围绕锥体被安装在其上的牙轮轴旋转。可以将多个切削元件安装到钻头的每个锥体。 [0006] 在这样的钻地工具中使用的切削元件通常包括聚晶金刚石切刀(经常称为“PDC”)，其为包括聚晶金刚石(PCD)材料的切削元件。通过在催化剂(例如钴、铁、镍或其合金和混合物)的存在下在高温和高压的条件下将相对小的金刚石的晶粒或晶体烧结并结合在一起以在切削元件基材上形成聚晶金刚石材料层,来形成这样的聚晶金刚石切削元件。这些过程往往称为“高压高温过程”(“HPHT过程”)。切削元件基材可以是金属陶瓷材料(即陶瓷-金属复合材料)，例如钴-烧结碳化钨。在这样的情况下，切削元件基材中的钴或其它催化剂材料可以在烧结过程中被吸入到金刚石晶粒或晶体中并且充当用于从所述金刚石晶粒或晶体形成金刚石台的催化剂材料。在其它方法中，可在将晶粒或晶体在HPHT过程中烧结在一起之前将粉末状的催化剂材料与金刚石晶粒或晶体混合。 [0007] 钴，其在烧结过程中常用来形成PCD材料，在约1495℃下熔化。可以通过将钴与碳或另外的元素合金化来降低熔化温度，因此可以在高于约1450℃的温度下进行含钴体的HPHT烧结。在使用HPHT过程形成金刚石台时，催化剂材料可以保留在所得的聚晶金刚石台中的金刚石晶粒或者晶体之间的间隙空间中。当在使用过程中加热切削元件时，由于在切削元件与地层之间的接触点处的摩擦，催化剂材料在金刚石台中的存在可导致金刚石台中的热损坏。其中催化剂材料保留在金刚石台中的聚晶金刚石切削元件通常是热稳定的直到约750℃的温度，但是聚晶金刚石台内的内部应力可在超过约350℃的温度下开始发展。该内部应力至少部分是由于金刚石台和与其结合的切削元件基材之间的热膨胀速率的差异。热膨胀速率的这种差别可导致在金刚石台与基材之间的界面处相对大的压缩和拉伸应力，并可导致金刚石台从基材脱层。在约750℃以上的温度下，由于金刚石台本身内的金刚石材料与催化剂材料的热膨胀系数的差异，金刚石台内的应力可显著增加。例如，钴热膨胀显著快于金刚石，这可导致裂纹在包括钴的金刚石台内形成和扩展，最终导致金刚石台的劣化和切削元件的无效。 [0008] 为减少与聚晶金刚石切削元件中不同的热膨胀速率相关的问题，开发了所谓的“热稳定的”聚晶金刚石(TSD)切削元件。可通过例如使用酸从金刚石台中的金刚石晶粒之间的间隙空间浸出催化剂材料(例如钴)来形成这样的热稳定的聚晶金刚石切削元件。可以从金刚石台移除所有的催化剂材料，或可以仅移除一部分。报道了其中从金刚石台浸出基本上所有的催化剂材料的热稳定聚晶金刚石切削元件为热稳定的直到约1200℃的温度。然而还报道了：与未浸出的金刚石台相比，完全浸出的金刚石台是相对更脆并且容易受到剪切、压缩和拉伸应力。为了努力提供具有相对于未浸出的金刚石台是更加热稳定、但是相对于完全浸出的金刚石台也相对不太脆并且不太容易受到剪切、压缩和拉伸应力的金刚石台的切削元件，提供切削元件，其包括金刚石台，其中从金刚石台浸出所述催化剂材料的仅一部分。 [0009] 发明概述 [0010] 在一些实施方案中，制作聚晶金刚石的方法，包括：采用氟使金刚石纳米颗粒的表面功能化，将功能化的金刚石纳米颗粒与聚合物组合以形成混合物，和使该混合物经受高压和高温(HPHT)条件，以在金刚石纳米颗粒之间形成晶间结合。 [0011] 在某些实施方案中，生坯体包括采用氟功能化的多个金刚石纳米颗粒和散布有该多个金刚石纳米颗粒的聚合物材料。 [0012] 在其它实施方案中，形成切削元件的方法，包括：采用氟使金刚石纳米颗粒的表面功能化，并且将功能化的金刚石纳米颗粒与聚合物组合以形成混合物。在本体上方提供该混合物，并且使该混合物与本体经受HPHT条件，以在金刚石纳米颗粒之间形成晶间结合并将结合的金刚石纳米颗粒固定于该本体。 [0014] 图1是说明金刚石纳米颗粒的简化视图； [0015] 图2是说明图1的金刚石纳米颗粒在采用氟功能化后的简化视图； [0016] 图3是说明与聚合物混合的图2的功能化的金刚石纳米颗粒的简化视图； [0017] 图4是说明包括图3的功能化的金刚石纳米颗粒和聚合物的材料片材的简化视图； [0018] 图5是说明与金刚石砂粒混合的图3的功能化的金刚石纳米颗粒和聚合物的简化视图； [0019] 图6是生坯体的局部剖开的透视图，该生坯体包括在基材上方的颗粒-聚合物混合物体积； [0020] 图7是通过使图6的结构经受HPHT烧结过程而形成的切削元件的局部剖开的透视图；和 [0021] 图8说明了固定式切刀钻地旋转钻头，其包括聚晶金刚石切削元件，例如在图7中所示的切削元件。具体实施方案 [0022] 在这里所呈现的说明并不意味着是任何特定的材料、设备、系统或方法的实际视图，而是用于描述某些实施方案的仅仅理想化的表示。为了在说明中清楚起见，实施方案当中的共同的各种特征和元件可以用相同或类似的附图标记引用。 [0023] 如在这里所使用的，术语“钻头”是指并包括在井眼的形成或扩大过程中用于钻探的任何类型的钻头或工具，并且例如包括旋转钻头、冲击钻头、取心钻头、偏心钻头、双中心钻头、扩孔钻、可膨胀扩孔钻、磨机、刮刀钻头、牙轮钻头、混合式钻头和本领域中已知的其它钻探头和工具。 [0024] 术语“聚晶材料”是指并包括包含通过晶间结合直接结合在一起的材料的多个晶粒(即晶体)的任何材料。所述材料的单独晶粒的晶体结构在聚晶材料内的空间中可以是无规取向的。 [0025] 如在这里所使用的，术语“晶间结合”是指并包括材料的相邻晶粒内的原子之间的任何直接的原子键(例如离子的、共价的、金属的，等等)。 [0026] 如在这里所使用的，术语“晶粒尺寸”是指并包括从经过块体材料的二维截面测量的几何平均直径。可以使用本领域中已知的技术来确定一组颗粒的几何平均直径，例如在Ervin E.Underwood,QUANTITATIVE STEREOLOGY,103-105(Addison-Wesley Publishing Company,Inc.,1970)中提出的那些。 [0027] 图1是说明金刚石纳米颗粒100的简化视图。可通过化学气相沉积、爆轰合成、机械研磨或任何其它方法来形成金刚石纳米颗粒100。金刚石纳米颗粒100可具有任何所选择的尺寸分布，其可以是单峰或多峰(双峰，三峰等)。金刚石纳米颗粒100可以具有从约1nm(纳米)至约150nm、从约1nm至约20nm、从约20nm至约50nm、从约50nm至约100nm或甚至从100nm至约150nm的平均直径。在一些实施方案中，金刚石纳米颗粒可具有从约2nm至约10nm的平均直径。例如，金刚石纳米颗粒100可具有从约4nm至5nm的平均直径。观察到这样的金刚石纳米颗粒100可以自组织成尺寸为从约20nm至约30nm的一次聚集体，其又可形成较大的弱结合的尺寸范围为从几百纳米到微米的二次聚集体。 [0028] 可以采用氟使金刚石纳米颗粒100功能化。图2是说明功能化的金刚石纳米颗粒104的简化视图。所述功能化的金刚石纳米颗粒104包括在金刚石纳米颗粒100的至少一部分上方的氟涂层102。 [0029] 如在2010年10月26日授权的名称为“Functionalization of Nanodiamond Powder Through Fluorination and Subsequent Derivatization Reactions”的美国专利号7,820,130中描述的，可通过在升高的温度(例如从约50℃至约500℃)下使金刚石纳米颗粒100与氟气(F2)接触来形成氟涂层102。氟涂层102的氟原子可与金刚石纳米颗粒100的碳原子共价结合。氟涂层102可以是金刚石纳米颗粒100上方的单层。功能化的金刚石纳米颗粒104中氟的量可以是金刚石纳米颗粒100的平均直径的函数。例如，如果该氟涂层102具有给定的厚度(例如一个单层)，那么较小的功能化的金刚石纳米颗粒104将具有高于较大的功能化的金刚石纳米颗粒104的氟浓度。功能化金刚石纳米颗粒104可包括例如从约1％至约30重量％的氟，例如从约5％至约20重量％的氟。在一些实施方案中，功能化的金刚石纳米颗粒104可包括约15重量％的氟。 [0030] 如图3所示，可以将功能化的金刚石纳米颗粒104与聚合物106组合以形成混合物108，使得在烧结时聚合物106促进晶间金刚石至金刚石结合的形成。该聚合物106可包括材料，例如聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚苯乙烯(PS)，聚丙烯腈(PAN)，聚丁二烯(PBD)，聚丁烯(PB)，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，聚碳硅烷(PCS)等等。可以选择该聚合物106不含氧。在随后的烧结过程中，氧可导致碳的氧化，从而弱化结合。可以选择该聚合物106包括主要C－H单键、双键或芳族键(例如如在PE、PP和PS中的)。该聚合物106还可以包括不倾向于干扰金刚石至金刚石结合的形成的其它元素，例如氮和硅。该聚合物106例如可以是热塑性聚合物或热固性聚合物。可以将该聚合物106作为液体(例如处于熔融状态，在热塑性塑料的情况下)或固体与功能化的金刚石纳米颗粒104混合。例如，可以将该聚合物106与功能化的金刚石纳米颗粒104在聚合物106是液体的温度下混合。随后可以将该聚合物106冷却和固化，例如以将混合物108形成为粘性固体。混合物108则可以是未烧结体，但是仍然可以保留形状。 因此，可以将该混合物108挤出、压制、研磨、成形至模具等。在一些实施方案中，可以将混合物108研磨成粉末，并且然后可以将粉末挤压、压制、模制(例如注射成型)、喷雾干燥、旋涂、热或冷轧、带式浇注(tape cast)等。 [0031] 在一些实施方案中，可以将该聚合物106作为固体添加到功能化的金刚石纳米颗粒104。例如，该聚合物106可以是粉末或粒状材料，并且可以与功能化的金刚石纳米颗粒104机械混合。在一些实施方案中，聚合物106和功能化的金刚石纳米颗粒104可为混合粉末。可将该混合物108加热以软化或液化聚合物106，并促进混合物108形成为所选择的形状。 [0032] 该混合物108可以包括从约0.1重量％至约20重量％的聚合物106(即从约80重量％至约99.9重量％的功能化的金刚石纳米颗粒104)。例如，该混合物108可以包括从约0.5重量％至约10重量％的聚合物106(即从约90重量％至约99.5重量％的功能化的金刚石纳米颗粒104)，或约1.0重量％至约5.0重量％的聚合物106(即从约95重量％至约99重量％的功能化的金刚石纳米颗粒104)。可以选择与功能化的金刚石纳米颗粒104混合的聚合物 106的量具有的体积大约等于功能化的金刚石纳米颗粒104之间的间隙空间的体积，使得聚合物106大致填充所述间隙空间。例如，聚合物106的体积可为从约50％至约150％的间隙空间的体积，或从约90％至约110％的间隙空间的体积。 [0033] 在一些实施方案中，混合物108可以包括从约0.1重量％至约50重量％的聚合物106。例如，该混合物108可以包括从约0.5重量％至约20重量％的聚合物106，或约1.0重量％至约10重量％的聚合物106。可以选择与功能化的金刚石纳米颗粒104混合的聚合物 106的量具有的体积大约等于功能化的金刚石纳米颗粒104之间的间隙空间的体积，使得聚合物106大致填充所述间隙空间。例如，聚合物106的体积可为从约50％至约150％的间隙空间的体积，或从约90％至约110％的间隙空间的体积。 [0034] 如图4所示，可以将混合物108形成为片材110，例如通过挤出或通过辊之间的压制(其在本领域中可称作轧制(roll milling))。例如，可如Vijaya K.Rangari等人,“Alignment of Carbon Nanotubes and Reinforcing Effects in Nylon-6Polymer Composite Fibers,”19Nanotechnology 245703(IOP Publishing,2008)”中所述进行挤出。片材110可包括功能化的金刚石纳米颗粒104和聚合物106。片材110每个可以是生坯(未烧结)体，并且可以用于制作其它生坯体，例如通过在彼此上方层叠该片材110以形成片材110叠层。可以形成具有任何所选择的长度、宽度和厚度的片材110。例如，片材110可以具有的厚度为从约0.1mm至约10mm，例如从约0.5mm至约2mm。片材110可以具有相同的组成，或可具有不同的组成。例如，片材110可为如在2012年2月16日公开的名称为“Cutting Elements Including Nanoparticles in at Least One Portion Thereof,Earth Boring Tools Including Such Cutting Elements,and Related Methods”的美国专利申请公开号2012/ 0037431中所描述的。片材110可包括不同平均晶粒尺寸的功能化的金刚石纳米颗粒104，或者可以具有不同量的功能化的金刚石纳米颗粒104或聚合物106。 [0035] 如图5所示，混合物108可以与相对较大的金刚石颗粒112(例如金刚石“砂粒”)混合或散布，以形成第二混合物114。或者，可以在添加聚合物106之前将所述功能化的纳米金刚石颗粒104与较大的金刚石颗粒112混合。在一些实施方案中，功能化的金刚石纳米颗粒104、聚合物106和较大的金刚石颗粒112可以在单一操作中进行混合。因此，第二混合物114可以包括功能化的金刚石纳米颗粒104、聚合物106和较大的金刚石颗粒112。如上所述，也可以使较大的金刚石颗粒112功能化。 [0036] 如图5所示，第二混合物114可包括散布的较大金刚石颗粒112，其形成金刚石材料的三维网络。较大的金刚石颗粒112可具有小于1mm、小于0.1mm、小于0.01mm、小于1μm或甚至小于0.1μm的平均颗粒尺度(例如平均直径)。也就是说，较大的金刚石颗粒112可以包括微米金刚石颗粒(处于从约1μm至约500μm(0.5mm)范围内的金刚石晶粒)、亚微米金刚石颗粒(处于从约500nm(0.5μm)至约1μm范围内的金刚石晶粒)和/或金刚石纳米颗粒(具有约500nm或更小的平均颗粒直径的颗粒)。较大的金刚石颗粒112可具有单峰或多峰晶粒尺寸分布。 [0037] 图6示出结构120，其包含处于生坯或未烧结的状态的混合物122(其可以是如图3所示的混合物108，或如图5所示的第二混合物114)。任选地，结构120还可以包括基材124形式的本体。例如，基材124可以包括钴-烧结碳化钨材料的大致柱形体，但是也可以采用不同几何形状和组成的基材。该混合物122可以是在基材124上的台(即层)的形式。可以在基材124的表面上提供(例如形成或固定)该混合物122。在另外的实施方案中，结构120可简单地包含具有任何所需形状的混合物122，并且可以不包括任何基材124。 [0038] 该混合物122可以包含通过堆叠或层叠在本文中所描述的混合物的部分(例如通过在支撑表面上层叠图4中所示的片材110)而形成的复合混合物，在一些实施方案中该支撑表面可以包括基材124形式的本体。混合物的部分可各自具有相同的组成，或可以选择不同部分的组成以提供任何所选择的晶粒构造。例如，该混合物122的内部区域可以具有与混合物122的外部区域不同的尺寸分布的颗粒。在一些实施方案中，混合物122可以是单一的材料块，而没有有区别的层。 [0039] 可以在高压和高温(HPHT)条件(例如高于约900℃的温度和高于5.0GPa的压力)下烧结该混合物108(图3)、114(图5)或122(图6)以形成相邻的功能化的金刚石纳米颗粒104之间或较大的金刚石颗粒112与功能化的金刚石纳米颗粒104之间的晶间结合。烧结过程可引起在聚合物106的C－H键和功能化的金刚石纳米颗粒的C－F键之间的界面化学相互作用，从而导致氟化氢(HF)的释放，和聚合物106的碳原子与一个或多个金刚石颗粒(例如功能化的金刚石纳米颗粒104或较大的金刚石颗粒112)的晶粒结构结合并变得纳入其中。不受任何特定理论的束缚，来自聚合物106的似乎替代功能化的金刚石纳米颗粒104的氟，原位形成材料的相邻晶粒之间的共价键(参见Valery A.Davydov等人“, Synergistic Effect of Fluorine and Hydrogen on Processes of Graphite and Diamond Formation from Fluorographite-Napthalene Mixtures at High Pressures,”115J.Phys.Chem.21000(ACS Publications,2011)；还参见“Merlyn X.Pulikkathara等人“, Medium Density Polyethylene Composites with Functionalized Carbon Nanotubes,”20Nanotechnology 195602(IOP Publishing,2009”。 [0040] 在烧结过程中，由于聚合物106中的碳转化为金刚石，金刚石的总质量可以增加。因此，烧结过程后由聚晶金刚石占据的总体积可以比在不具有氟涂层102或聚合物106的金刚石纳米颗粒的常规烧结之后的聚晶金刚石的体积大。 [0041] 聚合物106的氢原子可以形成氢气(H2)，其可以是还原剂。一些氢气可与混合物中的杂质或催化剂材料(如果存在的话)反应。一些氢气可以与暴露的颗粒表面结合以形成以氢终端的聚晶金刚石。热解也可以形成产物，例如脂肪族和芳香族烃类、蜡类、木炭等。聚合物106的热解的一些产物可在烧结过程中作为气体逸出，或可以保持在所得的结构中。聚合物106的热解可促进金刚石至金刚石结合的形成。 [0042] 该聚合物106可以在比常规HPHT过程中使用的温度低的温度下热解。例如，可以将含有聚合物106的混合物在从约1400℃至约1700℃的温度下进行烧结。在一些实施方案中，可以将混合物在从约1300℃至约1450℃或从约1200℃至约1350℃的温度下进行烧结。该聚合物106可以在低于1000℃、低于500℃、低于300℃或甚至低于200℃的温度下热解。不同的聚合物106具有不同的热解温度，并且可以基于该聚合物106的类型和量来选择工艺条件(例如烧结温度、升温速度、保持时间等)。 [0043] 在HPHT过程中，可以向混合物108(图3)、114(图5)或122(图6)施加压力，例如至少约5.0GPa、至少约6.0GPa、至少约8.0GPa或至少约9.0GPa的压力。 [0044] 图7说明了切削元件200，其可以通过在图6中所示的结构120的HPHT烧结而形成。切削元件200包括通过烧结该混合物122形成的聚晶金刚石202。任选地，切削元件200还可以包括基材204，聚晶金刚石202可以与该基材结合。例如，基材204可以包括钴-烧结碳化钨材料的大致柱形体，但是还可以采用不同的几何形状和组成的基材。聚晶金刚石202可以是在基材204上的聚晶金刚石202的台(即层)的形式。可以在基材204的表面上提供(例如形成或固定)聚晶金刚石202。在另外的实施方案中，切削元件200可简单地包含具有任何所需形状的聚晶金刚石202的体积，并且可以不包括任何基材204。与常规方法相比，通过在本文中描述的方法形成切削元件200可以导致聚晶金刚石202中的金刚石晶粒之间的改进的晶间金刚石至金刚石结合。 [0045] 可以将包括如本文中所述而制作的聚晶金刚石202的切削元件200的实施方案(图7)安装到钻地工具，并且根据本公开内容的其它实施方案用于去除地下地层材料。切削元件200可以包括来自工艺的残留的氟，并可表现出聚晶金刚石202的氟含量梯度。例如，由于在HPHT烧结过程中钴推动氟朝向工作表面，工作表面附近的聚晶金刚石202的部分可具有比距工作表面更远的部分相对更高的浓度。 [0046] 图8说明了固定式切刀钻地旋转钻头210。钻头210包括钻头体212。可以将如本文中所述的多个切削元件200安装在钻头210的钻头体212上。可以将切削元件200钎焊或以其它方式固定在钻头体212的外表面中形成的袋状部内，连接方法有点与基材124是否存在相关。其它类型的钻地工具，例如牙轮钻头、冲击钻头、混合式钻头、扩孔钻等，也可以包括如在本文中所述的切削元件200。 [0047] 通过在本文中所述的方法形成的聚晶金刚石可表现出改进的耐磨性和热稳定性。此外，与常规方法相比，由具有聚合物的混合物形成聚晶金刚石可以是较少能量密集的，因为所述聚合物可在低于常规烧结催化剂的熔点的温度下热解。聚合物可以是相对便宜且供应充足，并作为其它工艺的废物可为可获得的。 [0048] 本公开内容的其它非限制性的示例性实施方案描述如下。 [0049] 实施方案1：制作聚晶金刚石的方法，包括：采用氟使金刚石纳米颗粒的表面功能化，将功能化的金刚石纳米颗粒与聚合物组合以形成混合物，和使该混合物经受高压和高温(HPHT)条件，以在金刚石纳米颗粒之间形成晶间结合。 [0050] 实施方案2：实施方案1的方法，还包括将功能化的金刚石纳米颗粒与金刚石砂粒组合。 [0051] 实施方案3：实施方案1或实施方案2的方法，其中将功能化的金刚石纳米颗粒与聚合物组合包括将功能化的金刚石纳米颗粒与选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚碳硅烷、聚丁二烯、聚丁烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的聚合物组合。 [0052] 实施方案4：任何实施方案1至3的方法，其中将功能化的金刚石纳米颗粒与聚合物组合包括将功能化的金刚石纳米颗粒与液体热塑性聚合物混合。 [0053] 实施方案5：任何实施方案1至4的方法，其中将功能化的金刚石纳米颗粒与聚合物组合包括将功能化的金刚石纳米颗粒与固体热塑性聚合物的多个颗粒混合。 [0054] 实施方案6：任何实施方案1至5的方法，其中将功能化的金刚石纳米颗粒与聚合物组合包括将功能化的金刚石纳米颗粒与聚合物挤出。 [0055] 实施方案7：任何实施方案1至6的方法，还包括使该混合物成形为片材。 [0056] 实施方案8：任何实施方案1至7的方法，其中使该混合物经受HPHT条件包括保持该混合物低于约1350℃。 [0057] 实施方案9：任何实施方案1至8的方法，其中使该混合物经受HPHT条件包括使该混合物经受至少约5.0GPa的压力。 [0058] 实施方案10：任何实施方案1至9的方法，其中将功能化的金刚石纳米颗粒与聚合物组合包括形成混合物，在该混合物中该聚合物占该混合物的从约0.1重量％至约10.0重量％。 [0059] 实施方案11：生坯体，包含：采用氟功能化的多个金刚石纳米颗粒；和散布有该多个金刚石纳米颗粒的聚合物材料。 [0060] 实施方案12：实施方案11的生坯体，还包括散布有该多个金刚石纳米颗粒的金刚石砂粒。 [0061] 实施方案13：实施方案11或实施方案12的生坯体，其中该多个金刚石纳米颗粒和该聚合物材料构成厚度为从约0.1mm至约10mm的至少一个材料片材。 [0062] 实施方案14：任何实施方案11至13的生坯体，其中该聚合物材料包含选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚碳硅烷、聚丁二烯、聚丁烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的材料。 [0063] 实施方案15：任何实施方案11至14的生坯体，其中该热塑性聚合物占该生坯体的从约0.1重量％至约10.0重量％。 [0064] 实施方案16：任何实施方案11至15的生坯体，其中该多个金刚石纳米颗粒的平均直径为从约1nm至约20nm。 [0065] 实施方案17：形成切削元件的方法，包括：采用氟使金刚石纳米颗粒的表面功能化，将功能化的金刚石纳米颗粒与聚合物组合以形成混合物，在本体上方提供该混合物，和使该混合物与本体经受高压和高温(HPHT)条件，以在金刚石纳米颗粒之间形成晶间结合并将结合的金刚石纳米颗粒固定于该本体。 [0066] 实施方案18：实施方案17的方法，其中在本体上方提供该混合物包括在该本体上方提供该混合物的片材。 [0067] 实施方案19：实施方案17或实施方案18的方法，其中使该混合物与本体经受HPHT条件包括保持该本体低于约1350℃。 [0068] 实施方案20：任何实施方案17至19的方法，其中在本体上方形成该混合物包括在切削元件基材上方形成该混合物。 [0069] 实施方案21：切削元件，其通过任何实施方案17至20的方法形成。 [0070] 虽然在本文中关于特定实施方案描述了本发明，但是本领域普通技术人员将认识和理解本发明不限于此。相反地，可对在本文中的描绘和描述的实施方案做出许多添加、删除和改变，而不脱离如下文要求保护的以及合法的等价物的发明范围。此外，可将来自一个实施方案的特征与另一实施方案的特征组合，同时仍然包括在如发明人所设想的本发明的范围之内。此外，本发明在具有不同钻头剖面和不同切刀类型的钻头中具有实用性。 |
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