剛石帶或其他可成型/適合的金剛石混合物產(chǎn)品的形式，以便于制造過程。在金剛石粉末以這種生坯狀態(tài)部件的形式提供的情況下，期望在HPHT固結(jié)及燒結(jié)之前采取預(yù)熱步驟，以驅(qū)除所述結(jié)合劑材料。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，由上述HPHT處理得到的所述P⑶材料中的金剛石體積含量可以在約85%至95%范圍內(nèi)。
[0024]金剛石粉末混合物或生坯狀態(tài)部件被加載到所需容器內(nèi)，該容器用于放置于合適的HPHT固結(jié)和燒結(jié)裝置中。啟動(dòng)HPHT裝置將所需HPHT條件施加到所述容器上，以發(fā)生金剛石粉末固化及燒結(jié)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，控制所述裝置，以使所述容器在5000MPa或以上的壓力以及從約1350°C至1500°C的溫度的HPHT處理下承受預(yù)定長的時(shí)間。在此壓力及溫度下，催化劑材料熔化并滲入所述金剛石粉末混合物中，從而燒結(jié)所述金剛石晶粒以形成P⑶。當(dāng)完成HPHT處理后，從HPHT裝置移除所述容器，并從所述容器移除如此形成的PCD材料。
[0025]在HPHT處理期間使用基體(例如，作為催化劑材料的來源)的情況下，在處理K?材料以從其移除所述催化劑材料以形成TSP之前，移除基體?？梢栽谔幚硪孕纬蒚SP期間或之后移除基體。在一個(gè)實(shí)施例中，在處理之前移除任何基體，以加快從PCD本體移除催化劑材料的過程。
[0026]針對經(jīng)處理過程后形成TSP的催化劑材料所使用的術(shù)語“移除”應(yīng)該被理解為在剩余的金剛石結(jié)合本體中已經(jīng)不存在所述催化劑材料的明顯部分。然而，應(yīng)該理解，在所得的金剛石結(jié)合本體中可能仍然殘留一些少量的催化劑材料，例如在間隙區(qū)域和/或附著于金剛石晶體的表面。另外，如本文所使用的指代經(jīng)過所述處理步驟后的所述金剛石結(jié)合本體中的催化劑材料的術(shù)語“基本不含”應(yīng)該被理解為是指在如上所述的TSP材料中仍然可能殘留有一些少/微量催化劑材料。與從所述PCD移除所述催化劑材料不同，可以通過處理用于形成所述PCD的催化劑材料以使所述催化劑材料在結(jié)構(gòu)的操作溫度下不反應(yīng)或不催化，使所述P⑶成為TSP。
[0027]在一個(gè)示例性實(shí)施例中，處理PCD本體使整個(gè)本體基本不含催化劑材料。這可以通過使PCD本體經(jīng)受例如酸性浸濾或王水浴的化學(xué)處理、如電解法的電化學(xué)處理來實(shí)現(xiàn)，通過液態(tài)金屬溶解或者通過在液相燒結(jié)過程中將存在的催化劑材料清除并用另一非催化材料替換的液態(tài)金屬滲入來完成，或通過上述組合完成?？梢栽诟邷亍⒏邏?、高頻震動(dòng)及其組合的條件下執(zhí)行此過程。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，通過例如在諸如美國專利第4224380號(hào)專利中公開的酸性浸濾技術(shù)將催化劑材料從PCD本體移除。
[0028]可以使用熱穩(wěn)定催化劑系，例如碳酸鹽、亞硫酸鹽或黃鐵礦來形成TSP。在此情況下，可能需要高于2000°C的溫度及高于7.0GPa的壓力來形成所述TSP本體。在一個(gè)附加實(shí)施例中，可以由石墨的或非金剛石的碳源形成所述TSP，其需要高于2000°C的溫度及高于10.0GPa的壓力。
[0029]圖1示出了從其移除了催化劑材料而形成的金剛石結(jié)合TSP本體10的一部分。所述TSP本體具有的材料微觀結(jié)構(gòu)包括由結(jié)合在一起的多個(gè)金剛石晶?；蚓w12構(gòu)成的多晶金剛石基質(zhì)相，以及由于從其移除了催化劑材料而布置于所述基質(zhì)內(nèi)所述結(jié)合在一起的金剛石晶粒之間的多個(gè)間隙區(qū)域14，所述間隙區(qū)域以空孔或空隙而存在于所述材料微觀結(jié)構(gòu)中。
[0030]圖2示出了 TSP本體16的一個(gè)示例性實(shí)施例，其中，所述TSP本體包括沿金剛石臺(tái)延伸的頂面22以及沿所述本體的壁部分延伸的側(cè)面24。所述TSP本體包括工作面，根據(jù)特定的最終用途應(yīng)用，該工作面可以包括所述頂面和/或側(cè)面的全部或一部分。盡管圖2中示出的TSP本體是具有大致圓柱形側(cè)面及平的頂面及平的底面的晶圓或圓盤的形式，但是應(yīng)該理解，意圖將不同結(jié)構(gòu)的TSP本體包含于本文公開的超硬結(jié)構(gòu)的范圍之內(nèi)。此外，所述TSP本體16可以包括提供為便于所述結(jié)構(gòu)在其最終用途應(yīng)用中使用的一個(gè)或多個(gè)表面特征。例如，在這一階段的處理中TSP本體可以在其頂面與側(cè)面間包括切角或斜表面部分(其例如沿圓周圍繞頂面的邊緣延伸)，并且此表面可以是工作面。
[0031]在通過使用硬焊接合附接到基體上之前處理如此形成的TSP本體，其中，基體可以是與最終用途裝置分離的部件的形式，例如傳統(tǒng)的用于制造PCD復(fù)合片的基體，或者是最終用途裝置自身的形式。所述處理包括向所述TSP本體的定位成與所述基體交界的表面(即基體界面表面)施加一層金屬材料。所述金屬材料用于增強(qiáng)通過所述硬焊接合與所述基體形成的附接強(qiáng)度的目的，從而通過避免基體脫層而延長使用壽命。
[0032]在一個(gè)示例性實(shí)施例中，通過將金屬材料沉積到TSP本體上來處理所述TSP本體，所述沉積是任意合適的沉積工藝，例如，浸漬、噴涂、化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝、濺射等。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，金屬材料期望是包括碳化物的材料和/或是碳化物形成物、例如在后續(xù)處理中形成碳化物的材料。期望以足夠量和/或厚度施加所述金屬材料，以在所述基體界面上提供所需量的碳化物，用于允許利用非活性硬焊將基體與TSP本體連接在一起的目的。在一些情況下，可以施加多于一層的金屬材料，以在所述TSP本體表面上獲得所需量或含量的碳化物。
[0033]在一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述金屬層的厚度可以在約0.1至10微米范圍內(nèi)，在約0.5至5微米范圍內(nèi)，在約I至3微米范圍內(nèi)。應(yīng)該理解，所述所使用的金屬層的精確厚度將依賴于所施加的金屬材料類型以及所使用的硬焊材料類型。所述處理可以是向所述基體界面表面提供金屬材料表面涂層的處理和/或?qū)⑺鼋饘俨牧弦氲絋SP本體的從基體界面表面延伸一部分深度的區(qū)域中的處理。
[0034]能用于該處理的金屬材料可以包括:含金屬的材料、金屬、金屬合金等，其要么包括碳化物，要么在后續(xù)處理時(shí)生成碳化物，例如是碳化物形成物。如上所述，所述金屬材料用于在所述TSP本體上提供所需量的碳化物，以允許在將所述TSP本體連接到所述基體時(shí)使用非活性硬焊材料。期望使用這些非活性硬焊材料是因?yàn)樗鼈兲峁┝伺c所述金屬基體的牢固連接結(jié)合，并且比在將金剛石結(jié)合本體(PCD及TSP)連接至金屬陶瓷基體的過程中使用的傳統(tǒng)活性硬焊材料相比，其具有相對較高的屈服強(qiáng)度及熔點(diǎn)。如本文所述，術(shù)語“活性硬焊”是指與多晶超硬材料(未經(jīng)處理的)發(fā)生反應(yīng)的硬焊材料。術(shù)語“非活性硬焊”是指不與所述多晶超硬材料(未經(jīng)處理的)發(fā)生發(fā)應(yīng)的硬焊材料。
[0035]能用于此處理的合適的含碳化物的金屬材料包括B、S1、T1、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo及W、它們的組合及合金。示例性含碳化物的金屬材料包括但不限于B4C、SiC、TiC、ZrC、HfC、VC、NbC、TaC、Cr2C3、CrC2、Mo2C、MoC、W2C 及 WC。
[0036]能用于此處理的合適的形成碳化物的金屬材料包括那些當(dāng)置于滲碳處理中時(shí)能夠形成碳化物的材料，可以作為與硬焊相分離的步驟或在所述硬焊過程中執(zhí)行所述滲碳處理。合適的形成碳化物的材料包括耐熔金屬，例如那些選自元素周期表第IV族至第VII族中的金屬。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述金屬材料是鎢(W)，并且所述鎢層被滲碳，以使所述基體界面表面上的主要成分是碳化鎢(WC)。所述金屬材料是鈦并且所述碳化物是碳化鈦(TiC)。
[0037]能用于此處理的金屬材料期望是在所述基體界面表面上產(chǎn)生所需水平或含量的碳化物的材料，以便于使用非活性硬焊材料將所述基體與所述TSP本體連接在一起。非活性硬焊材料是獨(dú)特適于與含碳化物表面形成牢固結(jié)合的材料。因此，以此方式處理所述TSP本體基體界面表面，在所述TSP本體上提供了這樣的碳化物表面，其與已經(jīng)存在于所述基體表面上的碳化物相匹配，從而保證在它們之間形成牢固的硬焊連接。此外，因?yàn)榉腔钚杂埠覆牧暇哂斜然钚杂埠覆牧?通常用于將多晶本體連接至金屬基體)相對較高的屈服強(qiáng)度及熔點(diǎn)，因此，由所述非活性硬焊材料形成的硬焊接合不易于在使用期間脫層及失效，從而延長了由其形成的超硬結(jié)構(gòu)的使用壽命。
[0038]能用于幫助在TSP本體與基體間形成硬焊連接的金屬材料還可以用作阻擋，以防止在所述硬焊作業(yè)期間材料向所述TSP本體內(nèi)的任意不需要的迀移或滲入。此外，所述金屬材料可有助于適配存在于所述TSP本體、硬焊材料及基體之間任意的機(jī)械屬性不匹配，例如熱膨脹屬性的不同，在附接過程期間該不匹