回填的具有高导热性的多晶金刚石刀具
阅读：1020发布：2020-12-14
专利汇可以提供回填的具有高导热性的多晶金刚石刀具专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且处理固定到基底的金刚石台的前表面，例如通 过酸 侵蚀，以去除间隙催化剂 粘合剂 和形成热通道。然后将材料引入到金刚石台的前表面，该引入的材料回填金刚石台的前表面以填充由去除热通道中催化剂粘合剂而留下的间隙空位到期望的深度。选择的材料较催化剂粘合剂具有较小的 热膨胀 和/或较催化剂粘合剂具有较多的导热性和/或较催化剂粘合剂具有较低的 热容 。，下面是回填的具有高导热性的多晶金刚石刀具专利的具体信息内容。
1.PDC刀具，其包括：
基底；和
固定到所述基底的金刚石台，所述金刚石台包括金刚石晶体和间隙催化剂粘合剂，所述金刚石台进一步具有带有热通道的前表面，其中所述间隙催化剂粘合剂已被去除和另外形成以在所述热通道中另外包括材料，所述材料较所述催化剂粘合剂具有较小的热膨胀和/或较所述催化剂粘合剂具有较多的导热性和/或较所述催化剂粘合剂具有较低的热容，所述材料被引入以填充由去除所述热通道中所述催化剂粘合剂而留下的至少一些间隙空位到期望的深度。
2.权利要求1所述的PDC刀具，其中所述材料是立方氮化硼或立方氮化硼的组分。
3.权利要求1所述的PDC刀具，其中所述材料是选自碳、锗、锌、铝、硅、钼、硼、磷、铜、银和金的元素材料。
4.权利要求3所述的PDC刀具，其中所述材料是权利要求3列出的所述元素材料中的两种或更多种的组合或包括权利要求3列出的所述元素材料中的一种或多种的合金之一。
5.权利要求1所述的PDC刀具，其中所述材料包括碱土碳酸盐。
6.权利要求1所述的PDC刀具，其中所述材料包括硫酸盐。
7.权利要求1所述的PDC刀具，其中所述材料包括氢氧化物。
8.权利要求1所述的PDC刀具，其中所述材料是氧化钨。
9.权利要求1所述的PDC刀具，其中所述材料是碳化硼。
10.权利要求1所述的PDC刀具，其中所述材料是TiC0.6。
11.权利要求1所述的PDC刀具，其中所述材料是铁氧化物或双氧化物之一。
12.权利要求1所述的PDC刀具，其中所述材料是金属间材料。
13.权利要求1所述的PDC刀具，其中所述材料是陶瓷材料。
14.权利要求1所述的PDC刀具，其中所述材料通过吸液被引入到所述金刚石台热通道。
15.权利要求1所述的PDC刀具，其中所述材料通过热等静压被引入到所述金刚石台热通道。
16.权利要求1所述的PDC刀具，其中所述材料通过低温方法或冷压或二者被引入到所述金刚石台热通道。
17.权利要求1所述的PDC刀具，其中所述材料通过离子注入被引入到所述金刚石台热通道。
18.权利要求1所述的PDC刀具，其中所述材料通过放电等离子烧结、场辅助的烧结或脉冲电流烧结之一被引入到所述金刚石台热通道。
19.权利要求1所述的PDC刀具，其中所述期望的深度在0.010mm至1.0mm之间。
20.方法，包括：
从固定到基底的金刚石台的前表面——所述金刚石台包括金刚石晶体和间隙催化剂粘合剂——去除所述间隙催化剂粘合剂以形成热通道；和
将材料引入所述金刚石台的所述前表面，所述引入的材料回填所述金刚石台的所述前表面以填充由去除所述热通道中所述催化剂粘合剂而留下的间隙空位到期望的深度，所述材料较所述催化剂粘合剂具有较小的热膨胀和/或较所述催化剂粘合剂具有较多的导热性和/或较所述催化剂粘合剂具有较低的热容。
21.权利要求20所述的方法，其中去除包括从所述金刚石台的所述前表面沥滤所述间隙催化剂粘合剂。
22.权利要求20所述的方法，其中所述材料是立方氮化硼。
23.权利要求20所述的方法，其中所述材料是选自碳、锗、锌、铝、硅、钼、硼、磷、铜、银和金的元素材料。
24.权利要求23所述的方法，其中所述材料是权利要求23列出的所述元素材料中的两种或更多种的组合或包括权利要求23列出的所述元素材料中的一种或多种的合金之一。
25.权利要求20所述的方法，其中所述材料包括碱土碳酸盐。
26.权利要求20所述的方法，其中所述材料包括硫酸盐。
27.权利要求20所述的方法，其中所述材料包括氢氧化物。
28.权利要求20所述的方法，其中所述材料是氧化钨。
29.权利要求20所述的方法，其中所述材料是碳化硼。
30.权利要求20所述的方法，其中所述材料是TiC0.6。
31.权利要求20所述的方法，其中所述材料是铁氧化物或双氧化物之一。
32.权利要求20所述的方法，其中所述材料是金属间材料。
33.权利要求20所述的方法，其中所述材料是是陶瓷材料。
34.权利要求20所述的方法，其中引入所述材料包括进行吸液过程。
35.权利要求20所述的方法，其中引入所述材料包括进行热等静压。
36.权利要求20所述的方法，其中引入所述材料包括进行低温过程或冷压过程或进行这两种过程。
37.权利要求20所述的方法，其中引入所述材料包括进行离子注入。
38.权利要求20所述的方法，其中引入所述材料包括进行放电等离子烧结、场辅助的烧结或脉冲电流烧结之一。
39.权利要求20所述的方法，其中所述期望的深度在0.010mm至1.0mm之间。
回填的具有高导热性的多晶金刚石刀具
[0002] 本申请要求2010年3月2日提交的美国专利申请号12/716,208的权益，该专利申请要求2009年3月27日提交的美国临时专利申请号61/164,155的优先权，其公开在此通过引用被并入。
技术领域
[0003] 本发明总体上涉及多晶金刚石刀具(玻璃割刀，diamond cutter)。
[0004] 发明背景
[0005] 多晶金刚石刀具，也称作多晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compacts)(PDCs)，由合成的金刚石或天然的金刚石晶体——其被固定在由碳化钨制成的基底上——制成。用于制造这些装置的烧结法通常由优质切割级(saw-grade)金刚石晶体开始。将金刚石晶体在存在充当粘合剂的液态金属合成催化剂——最常见的是钴——的情况下，在大约1400℃的温度和大约61千巴(kbar)的压力下烧结在一起。可使用其它催化剂，包括来自第VIII族金属的元素(以及第VIII族金属的合金)、硅和其它合金如碳酸镁。1400℃的温度通常保持大约5至10分钟。然后将系统冷却和最后减压。升压速率(pressure rate)、加热速率和冷却速率取决于使用的设备类型(带式或六面顶压机(cubic press))、使用的具体催化剂和使用的切割级金刚石晶体。通常，在相同的高温、高压处理期间将金刚石粘合到碳化钨基底。
[0006] 公知的是，PDC刀具根据三种不同方式磨损，其由刀具尖峰的温度表征(参见，Ortega和Glowka，“Studies of the Frictional Heating of Polycrystalline Diamond Compact Drag Tools During Rock Cutting，”June 1982；以 及 Ortega 和 Glowka，“Frictional Heating and Convective Cooling of Polycrystalline Diamond Drag Tools During Rock Cutting，”Soc.of Petr.Eng.Journal，April 1984；其公开在此通过引用被并入)。750℃以下，主要的磨损方式是烧结金刚石的微碎裂(micro-chipping)。750℃以上，磨损方式从各个金刚石颗粒的微碎裂变成更严重的磨损形式。这种更严重的磨损形式由以下原因引起：1)沿着金刚石晶粒间界(diamond grain boundary)的应力，其由金刚石与残留金属夹杂物之间有差别的热膨胀引起，和2)随着接近800℃，金刚石与钴的化学反应使金刚石变回石墨。
[0007] 现有技术教导通过利用酸侵蚀将钴催化剂从PDC金刚石台上去除到小于100μm或也许在100至200μm之间或以上的深度而延长刀具寿命的方法。酸从金刚石层的表面沥滤出基本上所有的间隙的钴到期望的深度，留下间隙开口。该处理抑制金刚石和催化剂金属之间有差别的热膨胀的可能，并至少在来自金刚石台前表面的沥滤深度的区域增加热扩散系数。这些产品作为沥滤的PDC为本领域的技术人员所知，它们较非沥滤的PDC具有工业认可的性能改进。沥滤过程需要的酸可以是苛刻的并难于安全操作。
[0008] 沥滤的PDC刀具已被认为较非沥滤的刀具具有改进的性能，因为以下几个原因：
[0009] 第一：位于沿着金刚石台的前表面的热通道中没有间隙的钴提高对钻孔流体的传热，跨过金刚石台表面的传热，和通过金刚石对金刚石结合的存在到刀具内部的传热。沿着热通道的传热有助于使刀具尖峰的温度保持在临界温度以下，超过该临界温度由于金刚石碎裂，就会被破坏。这至少部分是由于缺少显著有差别的导热性特性(注释：金刚石的导热-1 -1 -1 -1性是2000W m K ，与之相比，钴的导热性是60W m K )。另外，虽然钴已被除去和被沥滤的刀具间隙中的空隙替代，但是空隙(其也具有差的热散射特性)对跨过金刚石与金刚石结合的热散射，较间隙的钴存在时所经历的呈现产生较小的干扰。这在一定程度上解释了为什么沥滤的刀具较非沥滤的刀具性能更好。
[0010] 第二：钴已被除去的区域不呈现遭受钴热膨胀造成的键断裂。这至少部分是由于-1 -1缺少显著有差别的热膨胀特性(注释：钴的热膨胀系数是13μm m K ，与之相比，金刚石的-1 -1
热膨胀系数是1μm m K )。根据公知常识，该第二点已是沥滤的PDC刀具成功的关键原因。
热膨胀系数是1μm m K )。根据公知常识，该第二点已是沥滤的PDC刀具成功的关键原因。
[0011] 第三，位于沿着金刚石台前表面的热通道的热容降低，这导致热扩散系数的实质性提高。
[0012] 虽然前述和沥滤的刀具技术的优势，但是本领域对通过提供具有较好热性质的沥滤的PDC刀具来改进存在需要。
[0013] 参考了以下现有技术文件：美国专利号4,016,736；4,124,401；4,184,079；4,605,343；4,940,180；5,078,551；5,609,926；5,769,986；5,857,889；6,779,951；
6,887,144和7,635,035；公开的PCT申请WO 01/79583；Wang，“A Study on the Oxidation Resistance of Sintered Polycrystalline Diamond with Dopants，”Science and Technology of New Diamond，pp 437-439，1990；Salvadori，“Metal Ion Mixing in Diamond，”Surface and Coatings Technology，June 2000，p.375；Pu，“The Application of Ion Beam Implantation for Synthetic Diamond Surface Modification，”IEEE Int.Conf.on Plasma Science，1197；Weishart，“N-type Conductivity in High-fluence Si-implanted Diamond，”Journal of Applied Physics，vol.97，issue 10，2005；Vankar，“Ion Irradiation Effects in Diamond and Diamond Like Carbon Thin Films，”1995；
Dearnaley，“The Modification of Material by Ion Implantation，”Physics in Technology 14，1983；Stock，“Characterization and Mechanical Properties of Ion-implanted Diamond Surfaces，”Surface and Coatings Technology，vols.146-147，
2001；“Modification of Diamond Single Crystals by Chromium Ion Implantation with Sacrificial Layers，”Analytical and Bioanalytical Chemistry，vol.374，nos.7-8，2002；其公开在此通过引用被并入。
6,887,144和7,635,035；公开的PCT申请WO 01/79583；Wang，“A Study on the Oxidation Resistance of Sintered Polycrystalline Diamond with Dopants，”Science and Technology of New Diamond，pp 437-439，1990；Salvadori，“Metal Ion Mixing in Diamond，”Surface and Coatings Technology，June 2000，p.375；Pu，“The Application of Ion Beam Implantation for Synthetic Diamond Surface Modification，”IEEE Int.Conf.on Plasma Science，1197；Weishart，“N-type Conductivity in High-fluence Si-implanted Diamond，”Journal of Applied Physics，vol.97，issue 10，2005；Vankar，“Ion Irradiation Effects in Diamond and Diamond Like Carbon Thin Films，”1995；
Dearnaley，“The Modification of Material by Ion Implantation，”Physics in Technology 14，1983；Stock，“Characterization and Mechanical Properties of Ion-implanted Diamond Surfaces，”Surface and Coatings Technology，vols.146-147，
2001；“Modification of Diamond Single Crystals by Chromium Ion Implantation with Sacrificial Layers，”Analytical and Bioanalytical Chemistry，vol.374，nos.7-8，2002；其公开在此通过引用被并入。
发明内容
[0014] 本发明人认为目前可用的PDC刀具的主要缺点不是由于钴相对于金刚石不一致的热膨胀性质，而是由于这样的事实：PDC刀具——甚至具有沥滤的金刚石台——显示远离工作面上金刚石尖峰的差的热导热性。根据本发明，被构造或处理——尤其是沿着金刚石台前面的工作面(沿着热通道)——以显著提高导热性的刀具，将不但胜过常规的PDC刀具，而且也胜过沥滤的PDC刀具。提高的导热性降低以下危险：1)沿着金刚石晶粒间界的应力，其由金刚石与残留金属夹杂物之间有差别的热膨胀引起，和2)金刚石与钴的化学反应使金刚石变回石墨。
[0015] 根据实施方式，提供用于生成在PDC刀具中使用的热稳定的金刚石台的方法。该方法包括通过回填PDC刀具增加金刚石台的导热性，其中合成催化剂材料(如钴)已被去除到期望的深度，具有较小的热可膨胀和/或较多的导热性和/或较低的热容材料。换言之，提供的较小的热可膨胀和/或较多的导热性和/或较低的热容材料沿着前表面填充由金刚石台中除去的催化剂材料留下的间隙空位到期望的深度。上面提到的期望的深度可以是，例如，在0.010mm至1.0mm之间。
[0016] 用于本申请的材料候选物是立方氮化硼(cubic boron nitide)，其具有大于200W -1 -1 -1 -1m K 的导热性(参见，Nature volume 337，January 26，1989)和1.2μm m K 的热膨胀系数。这些值有利地比得上金刚石的热性质并与其相容，并且较可以根据现有技术沥滤的刀具实施得到的值更好。
[0017] 用于本申请的其它元素材料候选物包括：碳、锗、锌、铝、硅、钼、硼、磷、铜、银和金。可使用这些元素与其它元素的组合以及包括这些元素中的一种或多种的合金。此外，这些材料候选物的热性质优于沥滤的刀具中将存在的间隙催化剂或间隙空位。
[0019] 可以其它合适的方法微粒化或制备本方法选用的材料以施加到目标金刚石台的前表面。然后进行处理，其引起选择的材料迁移进金刚石台，至少部分填充由去除间隙的钴催化剂留下的间隙空位(晶格空隙，interstitial voids)。与该过程有关，一些残留的间隙合成催化剂材料(如钴)可被至少部分地替换。无论如何，与现有技术沥滤的和非沥滤的实施相比，沿着前表面的金刚石台中的材料的存在形成具有提高的热性质(如传导性或膨胀或热容)的热通道。该热通道提供远离刀具尖峰更好的热传导并降低刀具操作期间金刚石台中金刚石材料破坏的可能性。
[0020] 在一个实施方式中，用于实现将材料引入到金刚石台的处理包括吸液处理。
[0021] 在另一个实施方式中，用于实现将材料引入到金刚石台的处理包括热等静压(HIPing)处理。
[0022] 在另一个实施方式中，用于实现将材料引入到金刚石台的处理包括冷压或低温处理(cryogenic treatment)或二者组合。
[0023] 在另一个实施方式中，用于实现将材料引入到金刚石台的处理包括放电等离子烧结(spark plasma sintering)。
[0024] 多种技术可用于将材料施加到目标金刚石台的前表面，包括：漆涂、涂布、浸泡、浸渍、等离子体气相沉积、化学气相沉积和等离子体增强的化学气相沉积。其它技术对本领域的技术人员来说是已知的。要认识到，用于将材料施加到金刚石台前表面的一些技术可另外和同时辅助实行材料迁移进金刚石台。例如，上面描述的沉积技术，可以与等离子体处理和选择性加热结合起来，能造成迁移进金刚石台以至少部分填充由接近金刚石台的表面区域中被除去的合成催化剂材料(如钴)留下的间隙空位。
[0025] 在合适的能级下利用离子注入法，该材料可以可选地被施用和插入。在该方法中，将选择的掺杂剂种类(例如，硼)注入到目标金刚石台的前表面到一定深度。随后的并且可以任选的退火过程可用于使注入的掺杂剂种类扩散到增加的表面深度和/或用于消除由注入法引起的金刚石晶体结构的缺陷。
[0026] 要进一步理解，其它的机械或化学转移方法或过程可以可选地用于注入或迁移较小的热可膨胀和/或高导热性材料以回填沥滤的金刚石台到期望的深度的目的。
[0027] 还要理解，本文描述的过程和技术不但可应用于具有固定到基底的金刚石台的刀具，而且可应用于独立式(free-standing)金刚石台主体(其可随后被固定到基底如碳化钨)。
[0029] 图1图解说明常规构造的PDC刀具；
[0030] 图2图解说明沥滤的常规构造的PDC刀具；
[0031] 图3图解说明与图1和2的刀具相比具有提高的热性质的PDC刀具；
[0032] 图4和5图解说明将改善的热性质材料应用到刀具表面的图案；
[0033] 图6图解说明根据制造方法将涂布材料应用到刀具；
[0034] 图7图解说明方法中的处理步骤的实施；和
[0035] 图8图解说明低温处理机制和过程。
[0036] 附图详述
[0037] 参考图1，图解说明了常规构造的PDC刀具10。要注意，图1不是以任何特定比例绘制的。该刀具包括固定到基底14的金刚石台12。金刚石台12由在液态金属催化剂(由“·”指示)——最常见的是钴——存在下在高压和高温下烧结在一起的金刚石晶体(由“x ”指示)形成。“x”和“·”表示是性质的示例，并非表示说明金刚石台的实际晶体结构，而是显示金刚石晶体“x”和间隙的钴粘合剂“·”在整个金刚石台12的分布存在(钴含量可以从3变化为12％)。基底14通常由碳化钨形成。要认识到，包含基底14是任选的(即，如果需要，金刚石台可以是独立式主体)。
[0038] 当PDC刀具10在切割应用中使用时，其经历显著的热暴露。最常见的是，热在进行切割的金刚石台的边缘(在工作面上)产生。由切割动作产生的热辐射穿过金刚石台12并或许到达基底14。在升高的温度下，由于碎裂和与热对金刚石台构造的不良作用相关的其它破坏作用，金刚石台12开始破坏。
[0039] 为了解决该问题，现有技术教导利用酸侵蚀从PDC金刚石台去除间隙的钴到小于100μm的深度，或也许100至200μm之间或以上的深度。酸侵蚀从金刚石层表面沥滤出基本上所有的间隙的钴到期望的深度。常规构造的沥滤的PDC刀具10在图2中进行图解说明。另外要注意，图2不是以特定比例画的。然而，应该认识到，沥滤操作的结果是接近金刚石台12的顶面(工作面)缺少间隙的金属催化剂(由“·”指示)。沥滤深度16限定热通道18，热通道18的金刚石和钴之间没有严重遭受已知的热性质差异，因此已显示提供与图1中显示的常规PDC刀具相比优越的性能。
[0040] 本发明提供具有热通道的PDC刀具，其热性质优于图2沥滤的PDC刀具。本发明进一步提供制造这种具有改进的热通道的PDC刀具的方法。提高的导热性降低了以下风险：1)沿着金刚石晶粒间界的应力，其由金刚石与残留金属夹杂物之间有差别的热膨胀引起，和/或2)金刚石与钴的化学反应使金刚石变回石墨。
[0041] 参考图3，根据本发明的PDC刀具20包括固定到基底24的金刚石台22。金刚石台22由在液态金属催化剂(由“·”指示)——最常见的是钴——的存在下在高压和高温下烧结在一起的金刚石晶体(由“x”指示)形成。“x”和“·”表示是性质的示例，并非表示说明金刚石台的实际晶体结构，而是显示金刚石台内金刚石晶体“x”和间隙的钴“·”粘合剂的分布存在。基底24通常由碳化钨形成，并且是任选的(即，如果需要，金刚石台可以是独立式主体)。
[0042] 与其工作面相关，PDC刀具20进一步包括热通道28，在该热通道中存在较小的热*可膨胀和/或较多的导热性和/或较低的热容材料(由“”指示，并在本文称为“材料”)。
*
如图2所示，起点是沥滤的PDC刀具，材料(由“”指示)被引入，例如通过覆盖、注入、迁移和/或植入到前表面中以回填由去除合成钴催化剂材料留下的间隙空位到期望深度26。
*
“x”、“·”和“”表示是性质的示例，并非表示说明金刚石台的实际晶体结构，而是显示相对*
于金刚石台22的金刚石晶体“x”和间隙的钴“·”粘合剂的热通道28中材料“”的分布的存在。热通道28被深度26限定，材料从金刚石台的前(工作)面或顶面延伸到深度26。
到深度26的材料的存在提供热通道28，其热性质优于仅通过从金刚石台沥滤出间隙的钴而提供的图2通道18。通道28中提高的导热性降低了以下风险：1)沿着金刚石晶粒间界的应力，其由金刚石与残留金属夹杂物之间有差别的热膨胀引起，和/或2)金刚石与钴的化学反应使金刚石变回石墨。
*
如图2所示，起点是沥滤的PDC刀具，材料(由“”指示)被引入，例如通过覆盖、注入、迁移和/或植入到前表面中以回填由去除合成钴催化剂材料留下的间隙空位到期望深度26。
*
“x”、“·”和“”表示是性质的示例，并非表示说明金刚石台的实际晶体结构，而是显示相对*
于金刚石台22的金刚石晶体“x”和间隙的钴“·”粘合剂的热通道28中材料“”的分布的存在。热通道28被深度26限定，材料从金刚石台的前(工作)面或顶面延伸到深度26。
到深度26的材料的存在提供热通道28，其热性质优于仅通过从金刚石台沥滤出间隙的钴而提供的图2通道18。通道28中提高的导热性降低了以下风险：1)沿着金刚石晶粒间界的应力，其由金刚石与残留金属夹杂物之间有差别的热膨胀引起，和/或2)金刚石与钴的化学反应使金刚石变回石墨。
[0043] 本申请中的材料，例如，替换从金刚石台到深度26沥滤的钴粘合剂。深度26可以在，例如，0.010mm至1.0mm的范围。
[0044] 因此，热通道28的热扩散系数(导热性与容积热容之比)增加。这可通过增加比值的分子(例如，通过具有较高导热性的材料的存在)或降低比值的分母(例如，通过具有较低比热容的材料的存在)或增加分子和降低分母二者组合来实现。要注意，沥滤出钴粘合剂引起导热性增加约2％，而热容下降约63％，引起扩散系数总体增加约43％。这在一定程度上说明沥滤的金刚石台(参见，图2)的优势。如上面所讨论的，用材料回填沥滤的刀具被设计以提供扩散系数的更进一步提高(增加)，其中选择的材料有助于有效地增加关于热通道28的热扩散系数比值的分子和/或降低热扩散系数比值的分母。
[0045] 该材料可在金刚石台22的整个顶面(前表面)上提供(参见，图4)，或根据期望的图案在金刚石台22顶面(前表面)上提供(参见，图5)。针对材料夹杂物选择的图案可更有效地辅助从切割尖峰跨过金刚石台工作面进行通道导热(引导热，channeling heat)。通过应用常规的压印技术(masking techniques)，可提供和限定该图案。在一个示例性实施方式中，材料以图5中所示的图案被提供，该图案包括多个放射状延伸的区域，这些区域包括回填到期望深度的材料。
[0046] 用于本申请的材料候选物是立方氮化硼，其具有大于200W m-1K-1的导热性(参见，-1 -1Nature，卷337，1989年1月26日)和1.2μm m K 的热膨胀系数。这些热性质比得上金刚石的热性质并与其相容，并且是超过间隙空位热性质的改进(其在图2的沥滤钴刀具中将是适当的)。根据立方氮化硼作为涂料或覆盖材料的使用，将使热通道28热和机械性能提高，该材料支持成分材料硼注入、迁移和/或引入到金刚石台以回填由沥滤合成催化剂材料(如钴)留下的间隙空位到期望的深度。
[0047] 用于本申请的其它元素材料候选物包括：碳、锗、锌、铝、硅、钼、硼、磷、铜、银和金。这些元素与其它元素的组合以及包括这些元素中的一种或多种的合金可用作材料。此外，这些材料每种都具有可比得上金刚石的热性质和与其相容的热性质，如果有空隙地包括在金刚石台内，这些材料将呈现超过间隙空位热性质的改进(其在图2的沥滤钴的刀具中将是适当的)。
[0048] 用于本申请的其它材料候选物可选地包括一种或多种碱土碳酸盐如Li2CO3、NaCO3、MgCO3、SrCO3、K2CO3和类似物。
[0049] 用于本申请的其它材料候选物可选地包括一种或多种硫酸盐如Na2SO4、MgSO4、CaSO4和类似物。
[0050] 用于本申请的其它材料候选物可选地包括一种或多种氢氧化物如Mg(OH)2、Ca(OH)2和类似物。
[0051] 用于本申请的另一种材料候选物可选地包括氧化钨(WO3)。
[0052] 用于本申请的另一种材料候选物可选地包括碳化硼(B4C).
[0053] 用于本申请的另一种材料候选物可选地包括TiC0.6。
[0054] 用于本申请的另一种材料候选物可选地包括一种或多种铁氧化物或双氧化物如FeTiO3、Fe2SiO4、Y3Fe5O12、Fe5O12和类似物等。
[0055] 用于本申请的另一种材料候选物可选地包括一种或多种金属间材料。
[0056] 用于本申请的另一种材料候选物可选地包括一种或多种陶瓷材料。
[0057] 多种不同的方法可用于制造PDC刀具20。
[0058] 在第一种方法中，材料30(也被称作“热通道材料”)的涂布被施加到金刚石台22的前表面，金刚石台22已被催化剂粘合剂材料沥滤到深度16(如虚线所指示的)。这显示在图6中。多种技术可用于将材料施加到目标金刚石台的前表面，包括：漆涂、涂布、浸泡、浸渍、等离子体气相沉积、化学气相沉积和等离子体增强的化学气相沉积。
[0059] 然后进行处理，该处理引起材料30(或该材料中的特定成分)回填通过沥滤出在接近金刚石台表面区域32中的合成催化剂材料(如钴)留下的空隙，形成热通道28。这显示在图7中。如果需要，可除去未反应的材料30。
[0060] 在一个实施方式中，应用的处理包括吸液处理。吸液处理过程在公开的美国专利申请2008/0240879和2009/0032169中被公开，其公开在此通过引用被并入。这些吸液过程与实现钴在碳化钨基底中迁移相关联被公开，但被认为实现材料(或该材料的组分)从金刚石台前表面引入或迁移到期望的深度也是适当的。与此相关，引入的材料(或该材料内的组分)回填由在接近金刚石台表面区域32内沥滤出的合成催化剂材料(如钴)留下的间隙空位。
[0061] 在另一个实施方式中，应用的处理包括热等静压(HIPing)处理。本领域的技术人员公知HIPing处理的操作和特性。该过程使组分在高压密封容器(high pressure containment vessel)中经受升高的温度和等静气压(isostatic gas pressure)。该升高的温度和等静气压被认为对实现材料(或该材料的组分)引入金刚石台前表面是有用的。在利用该方法的优选实施方式中，碳化钨基底和最接近碳化钨基底的金刚石层的部分可被包住或掩蔽以防止这些区域被处理，保留对金刚石层工作面的处理。在钴催化剂粘合剂和立方氮化硼材料的情况下，在经受750℃以上的温度时，在等静压力的作用下钴以允许立方氮化硼材料(或其元素硼组分)扩散和填充间隙的孔的速度膨胀。
[0062] 在另一个实施方式中，应用的处理包括冷冲压或低温处理。图8图解说明该处理的实施，在该处理中，将材料涂布的金刚石台前表面保持在液氮箱中持续选择的时期，并保持在真空环境中。加热的外壳用于容纳碳化钨基底和提供一些保护，防止由于液氮箱的过度寒冷对碳化钨基底和/或金刚石台结合的损害。低温和真空压力被认为促进材料(或该材料内的特定组分)引入金刚石台前表面。在该方法的优选实施方式中，可用活塞机制将材料(或该材料内的特定组分)的微粒化颗粒压入金刚石层的表面以进一步引起材料(或该材料的组分)进入金刚石层。
[0063] 在另一个实施方式中，应用的处理包括放电等离子烧结或场辅助的烧结(field assisted sintering)或脉冲电流烧结。关于这些过程的细节对本领域的技术人员来说是已知的(参见，例如，Shen，“Spark Plasma Sintering Assisted Diamond Formation From Carbon Nanotubes At Very Low Pressure，”2006 Nanotechnology 17 pages2187-2191(2206)，其公开通过引用被并入)。烧结技术的脉冲电流的应用引起高速度的局部加热，该热促进材料(或该材料的组分)迁移进入和填充由沥滤金刚石台表面而留下的空出的间隙的孔。
[0064] 在另一个方法中，用于涂布金刚石台前表面的等离子体气相沉积、化学气相沉积和等离子体增强的化学气相沉积提供一些材料渗透进金刚石台，用于回填由沥滤出合成催化剂材料(如钴)而留下的间隙空位。将材料在足够高以蒸发的温度下加热并在低于先前的温度但在750℃以上的温度下凝结。在经受超过750℃的温度时，材料(或该材料的组分)的蒸气扩散和填充由沥滤金刚石台表面而留下的间隙的孔。
[0065] 在另一个方法中，没有进行用材料涂布。取而代之，由于其尤其良好地适于离子注入而选择材料。优选选择硼或磷(或其它已知的p-型或n-型掺杂剂)作为用于离子注入的可能的候选物，因为这些掺杂剂种类的使用在半导体集成电路制造领域是众所周知的。将图2中所示的PDC刀具放在离子注入室内，并将包括该材料的选择类型的离子以高能量注入，用于回填以替代沥滤出的合成催化剂材料(如钴)。注入之后可进行退火热处理以进一步扩散掺杂剂种类和/或修复由注入引起的金刚石晶体结构的损害。
[0066] 要进一步理解，其它机械或化学转移方法或过程可以可选地用于注入或迁移材料(或该材料的组分)以回填去除的合成催化剂材料(如钴)的目的。
[0067] 还要理解，方法、技术和所得的产品不但可应用于具有固定到基底的金刚石台的刀具，而且可应用于独立式金刚石台主体(其可随后被固定到基底如碳化钨)。因此，上面描述的方法可仅被应用到金刚石台(缺少支撑碳化钨基底时)。
[0068] 上面已描述和示例了本发明的实施方式。本发明不限于公开的实施方式。
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