SA3366B1

Polycrystalline compacts including nanoparticulate inclusions, cutting elements and earth-boring tools including such compacts, and methods of forming such compacts

Abstract

Abstract: Polycrystalline compacts that include non-catalytic nanoparticles in the interbonded grains of a hard material in a polycrystalline hard material. polycrystalline compacts. Methods for forming polycrystalline compacts include sintering sintering hard particles and non-catalytic nanoparticles to form a polycrystalline material. Methods for forming cutting elements include infiltration of interbonded grains of a hard material in a polycrystalline material with an array of non-catalytic nanoparticles. Figure 1b

SA3366B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 1

Term

No projected expiry on record.

  1. Priority
  2. Filed
  3. Published
  4. Today

24 claims: 24 independent, 0 dependent

  1. 1
    مدمج عديد بلورات polycrystalline compact، يشتمل على:مجموعة حبيبات grains مادة صلدة hard material، مجموعة حبيبات grains المادة الصلدة hard material تكون مرتبطة في ما بينها لتكوين مادة صلدة عديدة بلوراتpolycrystalline hard material؛ و مجموعة جسيمات نانوية غير تحفيزية موضوعة في المساحات الخلالية بين حبيبات المادة الصلدة hard material، حيث تشتمل مجموعة الجسيمات النانوية غير التحفيزية non-catalytic nanoparticles على واحد على الأقل من فلز، سبيكة فلزية، مركب بين فلزي، كربيد carbide ، نيتريد nitride ، وأكسيد oxide. 1.Polycrystalline compact, including: A group of hard material grains, a group of hard material grains that are linked together to form a polycrystalline hard material. And a group of non-catalytic nanoparticles placed in the interstitial spaces between the grains of the hard material, wherein the group of non-catalytic nanoparticles includes at least one of a metal, a metal alloy, an intermetallic compound, a carbide, a nitride, and an oxide. .
  2. 2
    polycrystalline compact according to Clause 1, where the group of hard material grains includes diamond grains. 2. المدمج عديد البلورات polycrystalline compact وفقاً لعنصر 1، حيث تشتمل مجموعة حبيباتgrains المادة الصلدة hard material على حبيبات ماس diamond.
  3. 3
    The polycrystalline compact according to clause 2, wherein the nanoparticles of the non-catalytic nanoparticles group comprise platelets or fibers. 3. المدمج عديد البلوراتpolycrystalline compact وفقاً لعنصر 2، حيث تشتمل الجسيمات النانوية لمجموعة الجسيمات النانوية غير التحفيزية non-catalytic nanoparticles على صفائح دمويةplatelets أو ألياف fibers.
  4. 4
    polycrystalline compact according to clause 3, wherein the nanoparticles of the non-catalytic nanoparticles group generally comprise spherical nanoparticles. 4. المدمج عديد البلوراتpolycrystalline compact وفقاً لعنصر 3، حيث تشتمل الجسيمات النانوية لمجموعة الجسيمات النانوية غير التحفيزية non-catalytic nanoparticles بشكل عام على جسيمات نانوية كروية spherical nanoparticles.
  5. 5
    The polycrystalline compact according to Clause 1 also includes a catalyst material in the interstitial spaces between the hard material grains. 5. المدمج عديد البلوراتpolycrystalline compact وفقاً لعنصر 1، يشتمل أيضاً على مادة حفازة catalyst material فى المساحات الخلالية بين حبيبات grain المادة الصلدة hard material.
  6. 6
    polycrystalline compact according to Clause 1, wherein the set of hard material grains includes:a set of smaller grains of the hard material having a first average grain size;A group of large grains of the solid material has a second average grain size that is at least 150 times larger than the first average grain size. 6. المدمج عديد البلورات polycrystalline compact وفقاً لعنصر 1، حيث تشتمل مجموعة حبيبات grains المادة الصلدة hard material على: مجموعة حبيبات صغرى smaller grains للمادة الصلدة hard material لها متوسط حجم حبيبات grain أول؛ و مجموعة حبيبات كبرى للمادة الصلدة لها متوسط حجم حبيبات grain ثاني والذي يكون 150 مرة على الأقل أكبر من متوسط حجم الحبيبات grain الأول.
  7. 7
    Polycrystalline compact according to Element 6, where the average size of the second grain is 250 times (750) times larger than the average size of the first grain. 7. المدمج عديد البلورات polycrystalline compact وفقاً لعنصر 6، حيث يكون متوسط حجم الحبيبات grain الثاني بين (250) مرة (750) مرة أكبر من متوسط حجم الحبيبات grain الأول.
  8. 8
    Polycrystalline compact according to Element 6, where the average grain size of the first grain is between about one nanometer and 150 nanometers, and the average grain size of the second is between about five microns and 40 microns. 8. المدمج عديد البلورات polycrystalline compact وفقاً لعنصر 6، حيث يكون متوسط حجم الحبيبات grain الأول بين حوالى واحد نانومتر و 150 نانومتر ، ويكون متوسط حجم الحبيبات grain الثاني بين حوالى خمسة ميكرون و40 ميكرون.
  9. 9
    The polycrystalline compact according to element 1, wherein the total volume occupied by the aggregate of non-catalytic nanoparticles in the polycrystalline hard material is in the range from 0.01% to 50% of the total volume occupied by the grains Hard material in polycrystalline hard material. 9. المدمج عديد البلورات polycrystalline compact وفقاً لعنصر 1، حيث يكون إجمالي الحجم المحتل من قبل مجموعة الجسيمات النانوية غير التحفيزية non-catalytic nanoparticles في المادة الصلدة عديدة البلورات polycrystalline hard material في مدى يمتد من 0.01٪ إلى 50٪ من إجمالي الحجم المحتل من قبل حبيبات grains المادة الصلدة hard material في المادة الصلدة عديدة البلورات polycrystalline hard material.
  10. 10
    A cutting element, comprising:a substrate;Polycrystalline compact is embedded on the substrate. Polycrystalline compact includes: A group of hard material grains, a group of hard material grains that are linked together to form a polycrystalline hard material. And a group of non-catalytic nanoparticles placed in the interstitial spaces between grains of hard material, wherein the group of nanoparticles includes at least one of a metal, a metal alloy, an intermetallic compound, a carbide, or a nitride. nitride, And oxide. 10. عنصر قطع cutting element، يشتمل على: ركيزة substrate؛ و مدمج عديد بلورات polycrystalline compact على الركيزة substrate. المدمج عديد البلورات polycrystalline compact يشتمل: مجموعة حبيبات grains مادة صلدة hard material، مجموعة حبيبات grains المادة الصلدة hard material تكون مرتبطة في ما بينها لتكوين مادة صلدة عديدة بلوراتpolycrystalline hard material؛ و مجموعة جسيمات نانوية غير تحفيزيةnon-catalytic nanoparticles موضوعة في المساحات الخلالية بين حبيبات grains المادة الصلدة hard material، حيث تشتمل مجموعة الجسيمات النانوية nanoparticles على واحد على الأقل من فلز metal، سبيكة فلزية metal alloy، مركب بين فلزي intermetallic compound، كربيد carbide، نيتريد nitride، وأكسيد oxide.
  11. 11
    أداة حفر أرضي earth-boring tool تشتمل على:جسم؛ ومدمج عديد بلورات polycrystalline compact محمول بواسطة الجسم، ويشتمل المدمج عديد البلورات polycrystalline compact: مجموعة حبيبات grains مادة صلدة hard material، مجموعة حبيبات grains المادة الصلدة hard material تكون مرتبطة في ما بينها لتكوين مادة صلدة عديدة بلوراتpolycrystalline hard material؛ و مجموعة جسيمات نانوية غير تحفيزيةnon-catalytic nanoparticles موضوعة في المساحات الخلالية بين حبيبات grains المادة الصلدة hard material، حيث تشتمل مجموعة الجسيمات النانوية nanoparticles على واحد على الأقل من فلز metal، سبيكة فلزية metal alloy، مركب بين فلزي intermetallic compound، كربيد carbide، نيتريد nitride، وأكسيد oxide. 11.Earth-boring tool includes: body;and a body-mounted polycrystalline compact. The polycrystalline compact includes: A group of hard material grains, a group of hard material grains that are linked together to form a polycrystalline hard material. And a group of non-catalytic nanoparticles placed in the interstitial spaces between grains of hard material, wherein the group of nanoparticles includes at least one of a metal, a metal alloy, an intermetallic compound, a carbide, or a nitride. nitride, And oxide.
  12. 12
    An earth-boring tool according to element 11, wherein the earth-boring tool is a fixed-cutter rotary drill bit. 12. أداة حفر أرضي earth-boring tool وفقا لعنصر 11، حيث تكون أداة الحفر الأرضي earth-boring tool لقمة حفر دوارة ثابتة القاطع fixed-cutter rotary drill bit.
  13. 13
    طريقة method لتكوين مدمج عديد بلورات polycrystalline compact، تشتمل على تلبد sintering مجموعة جسيمات صلدة hard particles ومجموعة جسيمات نانوية غير تحفيزية non-catalytic nanoparticles لتكوين مادة صلدة عديدة بلورات polycrystalline hard material تشتمل على مجموعة حبيبات مترابطة بينياً interbonded grains لمادة صلدة hard material، حيث تشتمل مجموعة الجسيمات النانوية غير التحفيزية non-catalytic nanoparticles على واحد على الأقل من فلز metal، سبيكة فلزية metal alloy، مركب بين فلزي intermetallic compound، كربيد carbide، نيتريد nitride، وأكسيد oxide. 13.A method for forming a compact polycrystalline, which includes sintering an array of hard particles and an array of non-catalytic nanoparticles to form a polycrystalline hard material, including an array of interbonded grains of a hard material, including An assembly of non-catalytic nanoparticles on at least one of a metal, a metal alloy, or an intermetallic compound. intermetallic compound, carbide, nitride, and oxide.
  14. 14
    The method according to Clause 13 also includes selecting the hard particles of the hard particles group to include a diamond. 14. الطريقة method وفقاً لعنصر 13، تشتمل أيضاً على اختيار الجسيمات الصلدةhard particles لمجموعة الجسيمات الصلدة hard particles لتشتمل على ماس diamond.
  15. 15
    The method according to element 14 further includes selecting the nanoparticles of the non-catalytic nanoparticles group to include platelets or fibers. 15. الطريقة method وفقاً لعنصر 14، تشتمل أيضاً على اختيار الجسيمات النانوية nanoparticles لمجموعة الجسيمات النانوية غير التحفيزية non-catalytic nanoparticles لتشتمل على صفائح دموية platelets أو ألياف fibers.
  16. 16
    The method according to element 15 further includes selecting nanoparticles for the group of non-catalytic nanoparticles to generally include spherical nanoparticles. 16. الطريقة method وفقاً لعنصر 15، تشتمل أيضاً على اختيار الجسيمات النانوية nanoparticles لمجموعة الجسيمات النانوية غير التحفيزية non-catalytic nanoparticles لتشتمل بشكل عام على جسيمات نانوية كروية spherical nanoparticles.
  17. 17
    The method according to Clause 13 also includes catalyzing the formation of inter-granular bonds between grains of hard material. 17. الطريقة method وفقاً لعنصر 13، تشتمل أيضاً على تحفيز catalyzing تكوين روابط بين حبيبية inter-granular bonds بين حبيباتgrains مادة صلدة hard material.
  18. 18
    The method according to element 13, wherein sintering the hard particles and the non-catalytic nanoparticles comprises sintering the hard particles and the non-catalytic nanoparticles in a high temperature/high pressure process. 18. الطريقة method وفقاً لعنصر 13، حيث يشتمل تلبد sintering مجموعة الجسيمات الصلدة hard particles ومجموعة الجسيمات النانوية غير التحفيزية non-catalytic nanoparticles على تلبد sintering مجموعة الجسيمات الصلدة hard particles ومجموعة الجسيمات النانوية غير التحفيزيةnon-catalytic nanoparticles في عملية درجة حرارة عالية/ضغط عالي.
  19. 19
    The method according to element 13, further comprising adhesion of the nanoparticles of the non-catalytic nanoparticle group to the exterior surfaces of the hard particles of the hard particle group before sintering the hard particle group and the non-catalytic nanoparticle group nanoparticles. 19. الطريقة method وفقاً لعنصر 13، تشتمل أيضاً على التصاق adhesion الجسيمات النانوية nanoparticles لمجموعة الجسيمات النانوية غير التحفيزيةnon-catalytic nanoparticles بالأسطح الخارجية exterior surfaces للجسيمات الصلدة hard particles لمجموعة الجسيمات الصلدة hard particles قبل تلبدsintering مجموعة الجسيمات الصلدة hard particles ومجموعة الجسيمات النانوية غير التحفيزية non-catalytic nanoparticles.
  20. 20
    The method according to element 19 further includes functionalizing at least one of the group of hard particles and the group of non-catalytic nanoparticles to induce adhesion of the nanoparticles of the group of non-catalytic nanoparticles to the exterior surfaces of the hard particles. particles for the group of hard particles. 20. الطريقة method وفقاً لعنصر 19، تشتمل أيضاً على توظيف functionalizing واحدة على الأقل من مجموعة الجسيمات الصلدة hard particles ومجموعة الجسيمات النانوية غير التحفيزية non-catalytic nanoparticles لتحفيز التصاق adhesion الجسيمات النانوية nanoparticles لمجموعة الجسيمات النانوية غير التحفيزيةnon-catalytic nanoparticles بالأسطح الخارجية exterior surfaces للجسيمات الصلدة hard particles لمجموعة الجسيمات الصلدة hard particles.
  21. 21
    A method of forming a cutting element, comprising infiltrating the interstitial spaces between interbonded grains of hard material in a polycrystalline material with an array of non-catalytic nanoparticles comprising at least one metal or metal alloy. alloy, intermetallic compound, carbide, nitride, and oxide. 21. طريقة method لتكوين عنصر قطع cutting element، تشتمل على تسلل المساحات الخلالية بين حبيبات المترابطة بينياً interbonded grains للمادة الصلدة hard material في مادة عديدة بلورات polycrystalline material مع مجموعة جسيمات نانوية غير تحفيزية non-catalytic nanoparticles تشتمل على واحد على الأقل من فلز metal، سبيكة فلزيةmetal alloy، مركب بين فلزي intermetallic compound، كربيد carbide، نيتريد nitride، وأكسيد oxide.
  22. 22
    The method according to Item 21 also includes selecting hard material grains to include diamond grains. 22. الطريقة method وفقاً لعنصر 21، تشتمل أيضاً على اختيار حبيبات grains المادة الصلدة hard material لتشتمل على حبيبات ماس diamond grains.
  23. 23
    The method according to element 22 further includes selecting the nanoparticles of the non-catalytic nanoparticles group to include platelets or fibers. 23. الطريقة method وفقاً لعنصر 22، تشتمل أيضاً على اختيار الجسيمات النانوية nanoparticles لمجموعة الجسيمات النانوية غير التحفيزية non-catalytic nanoparticles لتشتمل على صفائح دموية platelets أو ألياف fibers.
  24. 24
    The method according to element 23 further includes selecting the nanoparticles of the non-catalytic nanoparticles group to include spherical nanoparticles. 24. الطريقة method وفقاً لعنصر 23، تشتمل أيضاً على اختيار الجسيمات النانوية nanoparticles لمجموعة الجسيمات النانوية غير التحفيزية non-catalytic nanoparticles لتشتمل على جسيمات نانوية كروية spherical nanoparticles.
Independent claims24