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　　申請人：史密斯國際有限公司
　　發(fā)明人：D·R·霍爾 R·B·克羅克特 N·坎農(nóng) D·諾里斯 M·K·凱沙維安

　　摘要：一種切割元件可以包括：包括多個金屬碳化物顆粒并具有第一金屬結(jié)合劑含量的第一金屬結(jié)合劑的基體；位于所述切割元件一端的多晶金剛石材料外層，所述多晶金剛石材料包括多個互連的金剛石顆粒以及設(shè)置在所述互連的金剛石顆粒之間的多個間隙區(qū)域，所述多個間隙區(qū)域包含具有第二金屬結(jié)合劑含量的第二金屬結(jié)合劑。所述切割元件還包括在基體和外層之間的至少一個過渡區(qū)域，所述至少一個過渡區(qū)域包括多個耐熔金屬碳化物顆粒和具有第三金屬結(jié)合劑含量的第三金屬結(jié)合劑，所述第三金屬結(jié)合劑含量小于第一金屬結(jié)合劑含量和第二金屬結(jié)合劑含量。 　　主權(quán)利要求：1.一種切割元件，包括：基體，包括多個金屬碳化物顆粒和具有第一金屬結(jié)合劑含量的第一金屬結(jié)合劑；位于所述切割元件的一端處的由多晶金剛石材料構(gòu)成的外層，所述多晶金剛石材料包括：多個互連的金剛石顆粒；以及設(shè)置在所述互連的金剛石顆粒之間的多個間隙區(qū)域，所述多個間隙區(qū)域包含具有第二金屬結(jié)合劑含量的第二金屬結(jié)合劑；以及位于所述基體和外層之間的至少一個過渡區(qū)域，所述至少一個過渡區(qū)域包括多個耐熔金屬碳化物顆粒和具有第三金屬結(jié)合劑含量的第三金屬結(jié)合劑，所述第三金屬結(jié)合劑含量小于第一金屬結(jié)合劑含量和第二金屬結(jié)合劑含量。
　　2.如權(quán)利要求1所述的切割元件，其中，所述至少一個過渡區(qū)域在其 最厚點處具有第一厚度，所述第一厚度小于外層在其最厚點處的第二厚度。
　　3.如權(quán)利要求2所述的切割元件，其中，所述第二厚度至少為所述第 一厚度的兩倍。
　　4.如權(quán)利要求1所述的切割元件，其中，由多晶金剛石材料構(gòu)成的外 層具有非平面的上表面。
　　5.如權(quán)利要求4所述的切割元件，其中，所述非平面的上表面終止于 滾圓頂端。
　　6.如權(quán)利要求1所述的切割元件，其中，所述至少一個過渡區(qū)域包括 小于5重量百分比的金剛石含量，最高可達(dá)95重量百分比的耐熔金屬碳化 物含量，所述第三金屬結(jié)合劑含量為約1到2重量百分比。
　　7.如權(quán)利要求1所述的切割元件，其中，所述至少一個過渡區(qū)域包括 至少兩個過渡區(qū)域，其中，所述至少兩個過渡區(qū)域中的一個與所述外層相 鄰，且包括大于10重量百分比的金剛石含量、小于89重量百分比的耐熔 金屬碳化物含量，而且包括具有約1到8重量百分比的第四金屬結(jié)合劑含 量的第四金屬結(jié)合劑。
　　8.如權(quán)利要求1所述的切割元件，其中，所述多晶金剛石材料還包括 設(shè)置在所述多個間隙區(qū)域中的耐熔金屬。
　　9.如權(quán)利要求8所述的切割元件，其中，所述多晶金剛石材料包括最 高可達(dá)95重量百分比的金剛石含量、至少5重量百分比的第二金屬結(jié)合劑 含量以及最高可達(dá)5重量百分比的耐熔金屬含量。
　　10.如權(quán)利要求1所述的切割元件，其中，所述基體包括至少85重量 百分比的金屬碳化物含量，且所述第一金屬結(jié)合劑含量為至少6重量百分 比。
　　11.如權(quán)利要求1所述的切割元件，其中，所述耐熔金屬碳化物的耐熔 金屬是選自以下組中的至少一種：鎢，鈦，鉭，鈮，鋯以及它們的混合物。
　　12.如權(quán)利要求1所述的切割元件，其中，所述多個互連的金剛石顆粒 具有約0.5至100微米的平均顆粒尺寸。
　　13.如權(quán)利要求1所述的切割元件，其中，所述多個耐熔金屬碳化物顆 粒具有小于10微米的晶粒尺寸。
　　14.如權(quán)利要求1所述的切割元件，其中，所述至少一個過渡區(qū)域具有 比基體更高的硬度和更高的強度。
　　15.一種形成切割元件的方法，包括：鄰近于一個或多個過渡體積的耐熔金屬顆粒與碳源的混合物放置一體 積的金剛石晶粒，所述一個或多個過渡體積包括第一過渡體積，所述第一 過渡體積具有占所述第一過渡體積的總重量的至少60重量百分比的耐熔金 屬顆粒；鄰近于所述一個或多個過渡體積且與所述體積的金剛石晶粒相反地放 置包括多個碳化物顆粒與金屬結(jié)合劑的金屬碳化物基體材料；以及將所述體積的金剛石晶粒、一個或多個過渡體積、和金屬碳化物基體 材料暴露于高壓/高溫?zé)Y(jié)條件下，以形成附連到基體上的燒結(jié)多晶金剛石 體，在所述燒結(jié)多晶金剛石體與基體之間具有至少一個過渡區(qū)域。
　　16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述高壓條件包括約45至90 千巴。
　　17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，第一過渡體積包括占所述第一 過渡體積的總重量的最高可達(dá)90重量百分比的耐熔金屬顆粒。
　　18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述第一過渡體積鄰近所述體 積的金剛石晶粒，并且所述一個或多個過渡體積包括鄰近所述金屬碳化物 基體材料的第二過渡體積。
　　19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述第一過渡體積包括占所述 第一過渡體積的總重量的少于80重量百分比的耐熔金屬顆粒，并且所述第 二過渡體積包括占所述第二過渡體積的總重量的至少80重量百分比的耐熔金屬顆粒。
　　20.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述耐熔金屬顆粒具有小于5 微米的顆粒尺寸。
　　21.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述過渡區(qū)域包括多個耐熔金 屬碳化物顆粒和金屬結(jié)合劑，所述耐熔金屬碳化物顆粒具有約1-15微米的顆粒尺寸。
　　22.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述碳源包括多個金剛石顆粒。
　　23.一種井下切割工具，包括：工具主體，以及固定到所述工具主體上的如權(quán)利要求1所述的至少一個切割元件。