專利名稱：：具有催化材料減少的工作表面的高體積密度的聚晶金剛石的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種可用于耐磨、切割、拉絲、和其它需要工程超硬表面應用的超硬聚晶材料元件。本發(fā)明特別涉及具有很大改善的耐磨性能的聚晶金剛石和類聚晶金剛石(統(tǒng)稱為PCD)元件以及它們的制備方法。一種公知的人造形式PCD元件，是一種兩層或多層PCD元件，其中，聚晶金剛石的一個飾面表面(facingtable)是整體結合到一種低硬度材料如碳化鎢的基體之上的。所述PCD元件，可為一種圓形或半圓形片，或者，可制成其它適合應用的形狀，如中空模、散熱片、摩擦軸承、閥門表面、壓錐、機床心軸等。這種類型的PCD元件，可用于幾乎所有需要硬的耐磨和耐腐蝕的應用之中。所述PCD元件的基體，可硬焊到一種支座上，它經(jīng)常是由粘結的碳化鎢組成的。對于用作切割元件的PCD’s來說，這是一種常用的結構，例如，被容納在所述鉆頭插口中或固定到一個用于機械加工的機床的柱上的固定切削刃或牙輪地鉆鉆頭。這些PCD元件通常被稱作聚晶金剛石刀片(PDC)。在制造這些PDC元件的方法中，存在有許多種變型。例如，在制備方法中可以利用平均金剛石粒徑的變化范圍來增進其耐磨性能，如US4861350、US5468268和US5545748中所述，可將它們公開的全部內(nèi)容并入本文中。而且，用來在PDC的工作表面中或其上提供耐磨性能的方法，公開在US5135061和US5607024中，可將它們引用公開的全部內(nèi)容并入本文中。但是，由于所述耐磨性能隨著所述金剛石的平均粒徑改變而變化，所以，在這些設計中沖擊強度與耐磨性能之間存在著固有的折衷方案(trade-off)。其結果是，具有較高耐磨性能的PDC元件，將會傾向于具有差的沖擊強度，這對用于鉆削應用的PDC’s來說，通常是不可接受的。典型地，在所述金剛石表面中的較高金剛石體積密度，是以犧牲沖擊強度為代價而提高耐磨強度的。但是，現(xiàn)代PDC元件通常是采用在所述金剛石表面和所述基體間的常用復雜幾何界面以及其它物理設計構造，以改善所述沖擊強度。盡管這可允許耐磨性能和沖擊強度可以同時得到最大化，但是，折衷方案仍然存在，而且在本發(fā)明之前的過去數(shù)年中沒有明顯的變化。另一種形式的PCD元件，是一種沒有整體基體的單一PCD元件，其中，一個聚晶金剛石平面是通過機械方法或一種粘結方法固定到一個刀具或耐磨表面之上。這些PCD元件不同于上述的元件，因為金剛石微粒是存在于整個元件之中。這些PCD元件，可以機械固定就位，它們可嵌入一個更大的具有基體的PCD元件之中，或者，作為一種替代方案，它們可采用一種金屬層制造而成，它們可采用一種釬焊法或焊接法結合在一起。大量的這些PCD元件，可由一種單一PCD制成，例如，如US4481016和US4525179中所示，可將它們所有已經(jīng)公開的內(nèi)容在此引作參考。PCD元件最經(jīng)常地是通過在高壓、高溫壓鍛機中燒結金剛石粉末與一種合適的粘結劑-催化材料制成的。一種具體的用來形成這種聚晶金剛石的方法，公開在US3141746中，可將它所公開的全部內(nèi)容在此引作參考。在一種常用的制備PCD元件的方法，金剛石粉末是涂敷到一種預制的結合有鈷的碳化鎢基體的表面之上。這種部件接著在一個壓鍛機中經(jīng)受一個非常高的溫度和壓力的處理。在此過程中，鈷從所述基體遷移到所述金剛石層中，并充當粘結劑-催化材料，使得所述金剛石微粒通過金剛石-金剛石鍵而彼此粘結，從而也使得所述金剛石層結合到所述基體之上。完成的PCD元件，具有至少一種主體，該主體具有彼此粘結的金剛石晶體基質(zhì)，其具有許多含有如上所述的粘結劑-催化材料的間隙。所述金剛石晶體含有第一連續(xù)金剛石基質(zhì)，且所述間隙形成第二連續(xù)的含有所述粘結劑-催化材料的間隙基質(zhì)。而且，必需存在較少量的區(qū)域，其中，金剛石-金剛石生長已經(jīng)封裝了部分所述粘結劑-催化材料。這些“島狀物”不是所述粘結劑-催化材料的連續(xù)間隙基質(zhì)的一部分。在一種常用形式中，所述金剛石主體占85％-95％體積，而所述粘結劑-催化材料占另外5-15％。這類元件容易熱退化，這是由于在所述間隙的鈷粘結劑-催化材料與金剛石基質(zhì)之間，在約400℃溫度時就開始存在不同的熱膨脹。當達到足夠的膨脹，所述金剛石-金剛石鍵就可能會斷裂，就會產(chǎn)生裂紋和碎片。在聚晶金剛石中，在所述粘結到所述金剛石基質(zhì)的金剛石晶體上的間隙區(qū)域中存在所述粘結劑-催化材料，會引起另一種形式的熱退化。由于所述粘結劑-催化材料的存在，所述金剛石在溫度升高時會開始石墨化，典型地限制所述操作溫度在約750℃。盡管鈷是最為常用的粘結劑-催化材料，但是，可采用包括鈷、鎳、鐵和它們的合金的任意VIII族元素。為了降低熱退化，稱作“熱穩(wěn)定”的聚晶金剛石元件已經(jīng)生產(chǎn)出來，作為預制的PCD元件，用于切割和/或耐磨元件，如US4224380所述，可將其所公開的全部內(nèi)容在此引作參考。在一種熱穩(wěn)定PCD元件中，在常規(guī)聚晶金剛石中的鈷或其它粘結劑-催化材料，在形成之后，從所述連續(xù)間隙基質(zhì)中被浸出。許多種用來浸出所述粘結劑-催化材料的方法是公知的。部分浸出方法，例如公開在US4572722和US4797241之中，可將它們所公開的全部內(nèi)容在此引作參考。盡管浸出所述粘結劑-催化材料可以提高所述金剛石的耐高溫性能至約1200℃，但是，這種浸出方法也除去了所述粘結的碳化物基體。而且，由于沒有整體基體或其它可粘結的表面，使得在操作使用時安裝這類材料變得非常困難。用來生產(chǎn)這種“熱穩(wěn)定”PCD元件的方法，通常制備得到相對低的金剛石體積密度，其水平通常約為80體積％或更低。這種低金剛石體積密度能夠保證進行完全浸出處理，但是，最終的成品部件通常在沖擊強度方面是相對弱的。所述低體積密度通常是通過使用一種混合處理并使用相對少量具有平均粒徑約15微米或更低的金剛石晶體而獲得的。這些小顆粒通常在處理之前用一種催化材料進行涂敷。所述混合處理可使得所述金剛石顆粒被廣泛地分隔在最終的制品中，并且，它們用于金剛石-金剛石鍵合的外表面積的較少百分點，通常是低于50％，從而具有低的沖擊強度。在這些所謂“熱穩(wěn)定”聚晶金剛石部件中，對于缺少后來連接到一種加工刀具上的一種合適的可粘結基體，已經(jīng)由多種方法得以解決。一種將一種可粘結基體連接到一種“熱穩(wěn)定”聚晶金剛石預制品的這類方法，公開在US4944772之中，可將其所公開的內(nèi)容在此引作參考。在這種方法中，先制造出一種多孔性聚晶金剛石預制品，接著，它在存在一種催化材料下于高溫和壓力下與一種其它材料的阻擋層進行再燒結，理論上，所述阻擋層可以防止所述催化材料再次浸潤所述多孔性聚晶金剛石預制品。所得到的制品通常在所述預制品和所述阻擋層之間具有一個突變，從而在使用時引起應力集中問題。這種制品應該認為是一種連接的復合體而不是整體主體。其它相似的將一種可粘結基體連接到“熱穩(wěn)定”聚晶金剛石部件上的方法，公開在US4871377和US5127923之中，可將它們所公開的全部內(nèi)容在此引作參考。應認為，所有這些方法的弱點是所述聚晶金剛石預制品中金剛石-金剛石鍵在所述高溫和壓力下的再燒結處理中的退化?？梢哉J為，這種破壞/分裂，通常還可將最終制品的沖擊強度降低至低于所述預制品的不可接受的低水平。在一種替代形式的熱穩(wěn)定聚晶金剛石中，是采用硅作為所述催化材料。采用一種硅催化材料制成聚晶金剛石的方法，與上述方法是非常相似的，不同之處在于合成溫度和壓力不同，所述硅的大部分反應形成碳化硅，而它不是一種有效的催化材料。其耐熱性能得到一定改善，但是，仍然會發(fā)生熱退化，這是由于仍留有一些殘余的硅，它們通常是均勻地分布在所述間隙基質(zhì)的間隙之中。而且，對于這種PCD元件，也存在著安裝困難的問題，因為不存在可粘結的表面。最近，可以利用另一種PCD，其中，在燒結所述金剛石粉末時，是采用碳酸鹽如Mg，Ca，Sr和Ba的碳酸鹽粉末作為所述粘結劑-催化材料。這類PCD較之先前類型的PCD元件，通常具有很高的耐磨性能和硬度。但是，所述材料是難以工業(yè)規(guī)模進行生產(chǎn)的，這是因為與常規(guī)和熱穩(wěn)定聚晶金剛石情形相比，它需要非常高的壓力進行燒結。其一個結果就是，采用這種方法制備得到的聚晶金剛石主體小于常規(guī)聚晶金剛石元件。而且，由于在所述間隙中仍留有殘余的粘結劑-催化材料，熱退化仍然可能會發(fā)生。而且，由于不存在整體基體或其它可粘結表面，要將這種材料安裝到工作表面之上是很困難的。把熱穩(wěn)定PCD’s與安裝系統(tǒng)結合起來以應用它們改善的溫度穩(wěn)定性的努力，還沒有取得預期的成功，這是由于它們具有低的沖擊強度。例如，在US4726718、US5199832、US5025684、US5238074、US5009963中公開了多種安裝多層PCD元件的方法，可將它們所公開的全部內(nèi)容引入到本文之中。盡管這些設計中多數(shù)已經(jīng)取得了商業(yè)成功，但是，所述設計在結合高的耐磨損和/或耐磨蝕性同時保持在非熱穩(wěn)定PCD中可獲得的韌性水平方面不是特別有效的。其它類型的用于表面的金剛石或類金剛石涂層，公開在US4976324、US5213248、US5337844、US5379853、US5496638、US5523121、US5624068中，可將它們所公開的全部內(nèi)容引入到本文之中。相似的涂層還公開在GB2268768、PCT96/34131，和EPC500253、787820、860515之中，用于高負荷刀具表面。在這些公開物中，金剛石和/或類金剛石涂層，是涂敷到用于耐磨損和/或耐腐蝕的表面之上。在多數(shù)上述申請之中，是采用物理氣相沉積(PVD)和/或化學氣相沉積(CVD)方法，來涂敷所述金剛石或類金剛石涂層的。PVD和CVD金剛石涂敷方法，是眾所周知的，例如，它們公開在US5439492、US4707384、US4645977、US4504519、US4486286之中，可將它們并入在本文中。采用金剛石或類金剛石涂層以涂敷表面的PVD和/或CVD方法，例如，也可用來在一個表面上提供一組緊密壓實的外延取向的金剛石晶體或其它超硬晶體。盡管這些材料具有非常高的金剛石密度，但是，由于它們是緊密壓實的，使得在相鄰晶體之間沒有大量的金剛石-金剛石鍵，從而使得它們整體上是很脆弱的，當施加高的剪切負荷時，它們易于破碎。其結果是，盡管這些涂層具有非常高的金剛石密度，但是，它們傾向于機械性能差，從而使得它們在用于高負荷應用如切割元件、軸承裝置、耐磨元件和模具時，具有非常差的沖擊強度和耐磨性能。人們還嘗試著提高這些金剛石或類金剛石涂層的韌性和耐磨性能，通過涂敷到一種碳化鎢基體上并接著在高壓、高溫環(huán)境下進行處理，如US5264283、US5496638、US5624068所述，可將它們所公開的內(nèi)容全部并入本文。盡管這類加工處理可以改善所述金剛石層的耐磨性能，但是，在所述高密度金剛石層和所述基體之間的突變，使得所述金剛石層在非常低的應變，類似于在具有阻擋層的復合結構中遇到的上述問題時就會在所述界面處容易地發(fā)生大規(guī)模的斷裂。這將轉(zhuǎn)化為在使用時具有非常差的韌性和抗沖擊性能。當采用鈷或其它VIII族金屬粘結劑-催化材料制成的PCD元件相互緊靠著作為軸承材料時，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在使用時其磨擦系數(shù)傾向于提高。如在此將其所有公開內(nèi)容引作參考的US5560716和系列的EP617207中所述，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)從所述PCD軸承元件的表面中除去(利用鹽酸消除)所述富鈷磨擦膜(它在使用時易于形成)，將暫時減輕這個問題。很顯然，當兩個PCD元件相互靠著作為軸承時，在操作過程中，所述鈷的一部分從所述PCD表面遷移到所述軸承的負載區(qū)域，引起提高磨擦。目前人們認為，這種鈷的來源，可能是所述軸承元件加工處理的殘余副產(chǎn)物，這是由于酸擦拭修理不能有效地除去所述鈷至所述表面下的任何明顯深度。因為所述鈷僅從所述PCD的表面被除去，所以，在這些軸承元件中發(fā)生熱退化時的溫度沒有有效變化。因此，所述粘結劑-催化材料的有害作用仍然保持，且所述金剛石層的熱退化由于存在所述催化材料，仍然還會發(fā)生。發(fā)明簡述本發(fā)明提供一種超聚晶金剛石或類金剛石元件，它具有極大改善的耐磨性能而沒有沖擊強度的損失。為了便于說明，統(tǒng)稱為PCD元件，這些元件是采用一種粘結劑-催化材料在高溫、高壓(HTHP)處理中制成的。所述PCD元件，具有大量部分粘結的金剛石或類金剛石晶體，其形成一種連續(xù)的金剛石基質(zhì)主體，其具有的金剛石體積密度大于85％。在所述金剛石晶體間的間隙，其形成一種連續(xù)的含有催化材料的間隙基質(zhì)。在所述HTHP處理過程中，所述金剛石基質(zhì)平面形成并整體地結合到一含有所述催化材料的基體上。所述金剛石基質(zhì)主體具有一個工作表面，其中，在鄰近所述工作表面的所述主體中的間隙基質(zhì)的部分，是基本不含所述催化材料的，而剩余的間隙基質(zhì)含有所述催化材料。典型地，所述金剛石基質(zhì)平面主體的少于約70％是不含所述催化材料的。所述基本不含所述催化材料的工作表面，不會遭受在所述工作表面的其它區(qū)域遭遇的熱退化，從而可改善耐磨性能，而不會損失沖擊強度。在切割元件中，所述處理的工作表面可為所述主體飾面表面的一部分、所述主體的周邊表面的一部分、或所有這些表面的一部分。在另一種實施方式中，所述催化材料為鈷或其它鐵族金屬，所述減少所述催化材料的方法，是在一種酸刻蝕工藝中從一PCD元件的表面附近的間隙中將它浸出?？梢灶A期，從所述表面中除去所述催化材料的方法，也可通過放電作用、或其它電子或電鍍方法、或通過蒸發(fā)作用進行。公開了又一種制造一種PCD元件的方法，其中，所述元件包括與一金屬基體整體形成的主體，所述主體包括粘結金剛石晶體和催化材料。所述處理是通過處理所述主體使其某一體積中基本不含所述催化材料并同時允許所述催化材料保留在至少部分所述主體剩余體積之中，并允許所述基體在處理所述主體時保持基本不受影響。公開了一種元件，它含有大量的部分粘結的金剛石晶體、一種催化材料和一種間隙基質(zhì)；所述主體具有一個工作表面。在鄰近所述工作表面主體中的間隙基質(zhì)，基本不含所述催化材料，而剩余間隙基質(zhì)中含有所述催化材料。相似地，公開了一種PCD元件，它具有催化材料、間隙基質(zhì)、和具有一工作表面的主體。鄰近所述工作表面的主體中的間隙基質(zhì)，基本是不含所述催化材料的，而剩余的間隙基質(zhì)含有所述催化材料。此外，公開了一種PCD元件，它具有一帶一個工作表面的主體。在遠離所述工作表面的主體的第一體積中含有一種催化材料，在鄰近所述工作表面的主體的第二體積，是基本不含所述催化材料的。還公開了一種PCD元件，它包括一種含有與一種金屬基體整體形成的主體的金剛石。所述主體具有至少85體積％的金剛石密度(byvolumediamonddensity)和一種間隙基質(zhì)。鄰近一個工作表面的主體中的間隙基質(zhì)是基本不含所述催化材料的，而所述主體與所述基體接觸的間隙區(qū)域之處，含有所述催化材料并具有大于0.15mm的平均厚度。此外，公開了一種PCD元件，它包括一種具有與一種金屬基體整體形成的工作表面的粘結的金剛石的主體。所述主體具有至少85體積％的金剛石密度。在遠離所述工作表面的主體的第一體積中含有一種催化材料，在鄰近所述工作表面的主體的第二體積，是基本不含所述催化材料的。還公開了一種PCD元件，它包括一種與一種金屬基體整體形成的主體。所述主體具有大量具有表面的粘結的金剛石晶體和一種催化材料。所述主體還具有至少85體積％的金剛石密度。在所述主體中的至少30％晶體與所述催化材料接觸，并且，在距離一個工作表面至少0.1mm深度之內(nèi)的剩余晶體中的大部分的表面，是基本不含所述催化材料的。另外，公開了一種預制切割元件。所述切割元件包括一種具有大量與一種金屬基體整體形成的部分粘結的超硬晶體的超硬聚晶材料的主體、大量存在于所述超硬晶體之間的間隙區(qū)域和一種催化材料。所述主體具有至少85體積％的金剛石密度和一個切割表面。在鄰近所述切割表面的至少一部分的間隙區(qū)域，是基本不含所述催化材料的，而剩余間隙區(qū)域的至少30％含有所述催化材料。本發(fā)明所述PCD可用于耐磨、切割、拉絲、和其它需要工程超硬表面應用的超硬聚晶材料元件。具體的應用是用作固定切削刃型或牙輪型的旋轉(zhuǎn)式鉆頭中的切割元件，用作中空模、散熱片、摩擦軸承、閥門表面、壓錐、機床心軸等。本發(fā)明所述PCD元件，可用來加工磨損的木材產(chǎn)物、含鐵材料和非鐵材料以及非常硬或腐蝕的工程材料如石頭和瀝青等。附圖簡要說明圖1A為本發(fā)明一種典型的PCD元件。圖1B為本發(fā)明一種典型的PCD，用作切割元件。圖2為一種采用本發(fā)明所述一種PCD元件的固定切削刃旋轉(zhuǎn)式鉆頭的側視圖。圖3為一種采用本發(fā)明所述一種PCD元件的牙輪旋轉(zhuǎn)式鉆頭的透視圖。圖4為一種用于采用本發(fā)明所述PCD元件的機床中的嵌件的透視圖。圖5為一種用于牙輪鉆頭和固定切削刃鉆頭中的圓頂狀PCD元件的透視圖。圖6為現(xiàn)有技術的一種PCD元件表面的顯微照片，用來說明所述間隙區(qū)域中的粘結劑-催化材料。圖7為本發(fā)明所述PCD元件的一個顯微照片，用來說明在所述間隙區(qū)域中具有一種催化材料的第一部分和所述間隙區(qū)域中沒有所述催化材料的第二部分。圖8為現(xiàn)有技術的一種PCD元件的顯微結構示意圖，用來說明所述粘結金剛石晶體，它具有間隙區(qū)域和單個晶體的隨機晶體取向。圖9為如圖7所示本發(fā)明所述PCD元件的一個顯微結構示意圖，用來表明所述不含催化材料區(qū)域相對于所述PCD元件表面的深度。圖10為本發(fā)明所述PCD元件的多個實施方式的相對磨耗指數(shù)的曲線。圖11A為本發(fā)明所述PCD元件的一個封裝的PCD實施方式的前視圖。圖11B為本發(fā)明所述PCD元件的另一個封裝的PCD實施方式的截面圖。圖11C為本發(fā)明所述PCD元件的又一個封裝的PCD實施方式的截面圖。圖12A為本發(fā)明所述PCD元件另一種實施方式的CVD/PVD涂敷表面的透視圖。圖12B為如圖12A所示本發(fā)明所述PCD元件的實施方式的晶體結構的放大透視圖。圖13為一種具有本發(fā)明所述PCD元件的拉絲模的截面圖。圖14為一種具有本發(fā)明所述PCD元件的散熱片的透視圖。圖15為一種具有本發(fā)明所述PCD元件的軸承的透視圖。圖16A和16B為一種具有本發(fā)明所述PCD元件的閥門的配合件的前視圖。圖17A為一種具有本發(fā)明所述PCD元件的壓錐的側視圖。圖17B為一種具有本發(fā)明所述PCD元件的沖床的部分截面圖。圖18為一種具有本發(fā)明所述PCD元件的測量裝置的透視圖。圖19為用來說明現(xiàn)有技術切割元件與本發(fā)明切割元件的典型耐磨性能相對耐沖擊性能的曲線。發(fā)明的詳細描述及優(yōu)選實施方式本發(fā)明所述聚晶金剛石或類金剛石材料(PCD)元件2，如圖1A所示。所述PCD元件2具有大量部分粘結的超硬金剛石或類金剛石的晶體60，(如圖7和9所示)一種催化材料64、和一種由在所述晶體60中的間隙62所形成的間隙基質(zhì)68。所述元件2還具有一個或多個工作表面4，且所述金剛石晶體60和所述間隙62形成所述PCD元件2的所述主體8的體積。優(yōu)選地，所述元件2是與一種金屬基體6整體形成的，典型地是碳化鎢與一種鈷粘結材料。為了有效地用于耐磨應用中，在所述主體8中的金剛石體積密度，必須大于85體積％，優(yōu)選是高于90％。所述工作表面4為所述PCD主體8的任意部分，它在操作中可以與將要加工的物體進行接觸。在本說明書中，在討論所述工作表面4時，應該能夠理解，它適用于所述主體8的任意部分，它們可能是暴露的和/或用作一個工作表面。而且，所有工作表面4的任意部分，在其中和其自身，都是一個工作表面。在制造過程中，在高溫和高壓(HTHP)條件下，在所述晶體60中的間隙62填充有所述催化材料64，接著在所述晶體60中形成鍵合。在所述制造過程的下一個步驟中，部分所述催化材料64有選擇地從部分所述間隙62中被減少。其結果是，遠離所述工作表面4的所述PCD元件2的主體8的第一體積，含有所述催化材料64，且鄰近所述工作表面4的主體8的第二體積，基本是不含所述催化材料64。所述基本不含所述催化材料64的間隙62，是由標記66表示的。因此，鄰近至少一部分所述工作表面4的主體8的間隙基質(zhì)68是基本不含所述催化材料64的，而剩余的間隙基質(zhì)68含有所述催化材料64。如前所述，所述PCD元件2優(yōu)選是在所述HPHT處理中結合到一個低硬度材料的基體6上，通常是粘結的碳化鎢或其它金屬材料，但是，基體6的使用不是必須的。由于所述鄰近所述工作表面4的主體是基本不含所述催化材料64的，基本上降低了所述粘結劑-催化材料64的有害作用，所以由于所述催化材料64的存在而引起的所述工作表面4的熱退化作用，就可得到有效地消除。其結果是得到一種新型PCD元件2，它具有近似于所謂熱穩(wěn)定PCD元件的增強的熱性能，同時可保持所述傳統(tǒng)PDC元件的韌性、制造方便性、和結合能力。這可轉(zhuǎn)化為切割應用中的較高耐磨損性能、在散熱片應用中的較高熱傳遞能力、在軸承應用中的較高負荷能力、在閥門應用中的較低表面形變性能，以及有利地應用在包括中空模、壓錐、機床心軸和磨損元件等大量其它應用中。所述新型PCD元件2的具體應用的細節(jié)，隨后在本說明書中將作更為詳細的討論。現(xiàn)在參考圖6現(xiàn)有技術PCD元件的顯微照片，以及圖8現(xiàn)有技術PCD元件的顯微結構示意圖，眾所周知，所述金剛石或類金剛石晶體60存在著無序的晶相取向，如由每個晶體60解理面的平行線所示。可以看出，鄰近晶體60與其中的孔隙空間62結合在一起。由于所述解理面是以與鄰近晶體60不同的方向進行取向的，所以，基本上不存在用于金剛石破碎的直接路徑。這種結構可允許PCD材料能夠在其中通常有高沖擊負荷的超負荷環(huán)境中很好地工作。在用高溫高壓壓煅機結合所述晶體60的處理中，所述晶體60中孔隙空間62，被一種粘結劑-催化材料64所填充。正是這種催化材料64，使得能夠在所述壓煅機中于相對低的壓力和溫度下在鄰近金剛石晶體60之間形成粘結?，F(xiàn)有技術PCD元件具有至少一種相互粘結的晶體60的連續(xù)基質(zhì)，它具有許多含有一種粘結劑-催化材料64的間隙62，通常為鈷或其它VIII族元素。所述晶體60含有一種第一金剛石連續(xù)基質(zhì)，所述間隙62形成一種稱為間隙基質(zhì)68的第二連續(xù)基質(zhì)，其含有所述粘結劑-催化材料。另外，需要存在較少量的區(qū)域，其中所述金剛石-金剛石生長已經(jīng)封裝了部分所述粘結劑-催化材料。這些島狀物不是所述粘結劑-催化材料64的所述連續(xù)間隙基質(zhì)68的一部分。參見圖7和9，它是本發(fā)明所述PCD元件2的橫截面示意圖。所述PCD元件2可按照與如上所述現(xiàn)有技術PCD元件相同方式制成。在一個優(yōu)選實施方式中，在預清潔操作之后或在所述制造方法之后的任意時間，所述PCD元件2的工作表面4、70、72，按一種可從所述鄰近主體中除去部分所述粘結劑-催化材料的方法進行加工。其結果是在鄰近所述工作表面的所述金剛石晶體60間的間隙62，是基本不含所述催化材料64，由標記66表示。所述不含所述催化材料64的工作表面4、70、72部分，不易受在所述PCD其它區(qū)域遭遇的熱退化的影響，從而獲得改善的熱性能。本發(fā)明所述PCD元件2的主體8中的平均金剛石體積密度，其范圍約為85-99％。所述高金剛石體積密度可通過使用具有一定顆粒尺寸范圍的金剛石晶體60而獲得，其平均顆粒尺寸范圍約30-60微米。盡管也可使用許多其它尺寸范圍和百分點，典型地，所述金剛石混合物可含有在5-15微米范圍的20％-60％的金剛石晶體60、在25-40微米范圍的20％-40％金剛石晶體60、和在50-80微米范圍的20％-40％金剛石晶體60。這種大金剛石晶體和小金剛石晶體60的混合物，可允許所述金剛石晶體60具有其外表面面積的相對高的百分點貢獻于金剛石-金剛石鍵合，通常接近95％，從而具有相對高的表面耐磨性能。存在有許多種用來從所述間隙62中除去或減少所述催化材料64的方法。在一種方法中，所述催化材料64是鈷或其它鐵族材料，所述除去所述催化材料64的方法是在一個酸蝕刻處理中從接近PCD元件2的工作表面4、70、72的間隙62中將其浸出，至大于約0.2mm的深度。從接近所述表面中除去所述催化材料64的方法，可以通過放電、或其它電子或電鍍方法或蒸發(fā)方法實現(xiàn)。在另一種用于從所述間隙62中減少所述催化材料64的方法中，所述催化材料64可通過使它與另一種材料進行化學結合如合金化而被減少，從而使得它不再充當催化材料。在這種方法中，一種材料可仍然保留在所述金剛石晶體60的間隙之中，但是，該材料不再充當一種催化材料64-有效地將它除去。在又一種用于從所述間隙62中減少所述催化材料64的方法中，所述催化材料64是通過使其轉(zhuǎn)化為一種不再充當催化材料的材料而將它除去的。這種方法可通過晶體結構變化、晶相變化、機械“加工”、熱處理或其它方法而得以實現(xiàn)。這種方法可應用于非金屬或非反應活性催化材料。而且，一種材料仍然可以保留在所述金剛石晶體的間隙62之中，但該材料不再充當一種催化材料64-有效地除去所述催化材料。一旦鄰近所述工作表面4、70、72的催化材料64已經(jīng)變得是無效時，本發(fā)明所述PCD元件2就不再易受到在現(xiàn)有技術PCD元件中經(jīng)常發(fā)生的熱退化的影響。如前所述，存在有已知由所述催化材料64引起的熱退化兩種模式。第一熱退化模式是在低至約400℃溫度時開始的，它是歸因于在所述間隙62中的催化材料64與所述晶體60之間存在不同的熱膨脹。在充分膨脹時，所述金剛石-金剛石鍵合就會斷裂，并形成裂紋和碎片。第二熱退化模式是在約750℃時開始的。這種模式是由所述粘結劑-催化材料64在接近750℃時接觸所述晶體60并使所述晶體60石墨化的催化能力所引起的。當所述晶體60進行石墨化時，它們經(jīng)歷很大的體積增大，從而與所述主體4斷裂和不再粘結。即使在所述金剛石晶體60表面上的催化材料64的數(shù)個微米的涂層，也能引起這種熱退化模式。因此，本領域技術人員應該能夠理解，為了獲得最大的利益，所述催化材料64必須要從所述金剛石晶體60中的間隙62以及所述金剛石晶體60表面中除去。如果所述催化材料64從所述金剛石晶體60表面和所述間隙62中都被除去，則在該區(qū)域所述金剛石晶體60的熱退化開始溫度就會達到1200℃。但是，這種雙退化模式，提供了一些未曾預期的利益。例如，在許多應用中，設計所述工作表面的磨損速率是受人歡迎的。在本發(fā)明中，這可通過如在需要最大耐磨性能區(qū)域中改變所述處理方法而得以實現(xiàn)，所述催化材料可從所述間隙62和所述金剛石晶體60的表面中被減少。在其中需要較低耐磨損性能的區(qū)域，例如在一個自動磨銳刀具中，這些區(qū)域應該進行處理以便從所述間隙62中減少所述催化材料64，但是，如果不是全部的話，可以允許部分金剛石晶體60仍然保持與所述催化材料接觸。應該可以清楚地看到，從所述金剛石晶體60表面除去，是比從所述間隙62中除去所述催化材料64更為困難的。為此，根據(jù)為有效降低熱退化而采用的減少所述催化材料的方法，從所述工作表面4中減少所述催化材料64的深度，可根據(jù)所述用來減少所述催化材料64的方法而變化。在某些應用中，改善所述熱臨界值在高于400℃但低于750℃是足夠的，因此，一種較低強度催化材料64減少方法是容許的。其結果是，可以理解，存在大量催化材料64減少方法的組合，它們可應用來獲得特定應用所需要的催化材料64減少的水平。在本發(fā)明中，當所述術語“基本不含”是指所述間隙62、所述間隙基質(zhì)68、或所述主體8的體積中的催化材料64，應該能夠理解，大多數(shù)(如果不是全部的話)鄰近金剛石晶體60的表面，仍然具有一個所述催化材料64的涂層。相似地，當所述術語“基本不含”是指在所述金剛石晶體60表面上的催化材料64時，在所述鄰近間隙62中仍然存在催化材料64。由于所述催化材料64被除去或減少，所以，熱退化的兩種主要機理就不會存在。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，所述催化材料64必須被除去的深度，應當足以允許所述粘結晶體60能夠帶走由熱事件產(chǎn)生的熱量至低于所述晶體60(在該處存在有所述催化材料64)的退化溫度。在一系列的實驗室測試中，將熱量輸入到構造為切割元件10的一個PCD元件2中。由于這種測試是設計作為這些切割元件的標準磨損測試，所以，它提供了所述催化材料64除去各種不同深度的適當對比的切割元件10。在這些測試中，需要慎重小心，以確保所述減少方法從所述間隙62和從所述金剛石晶體60表面除去所述催化材料64。所述測試是這樣設計的，可使得可重復輸入的熱量施加到所述PCD切割元件10的切割邊緣持續(xù)一段已知的時間。一旦所述測試結束，就對磨耗指數(shù)進行計算。所述磨耗指數(shù)越高，則其耐磨性能就越好。由于所述測試的性質(zhì)，可以設想，提高的磨耗指數(shù)值表示所述切割元件10的工作表面70、72具有提高的耐熱退化性能。由圖10曲線圖中的曲線A可以看出，當所述催化材料64減少深度達到0.1mm時，所述切割元件10的磨耗指數(shù)結果有顯著的提高。因此，對于通用于切割元件10中的熱輸入類型來說，當所述催化材料64在被從間隙62和從所述金剛石晶體60表面除去時，0.1mm深度是距離所述工作表面4、70、72的臨界減少深度。在其它測試中，當切割元件10是由一種用來除去所述催化材料64的更為經(jīng)濟方法制成時，認為所述磨損相對減少深度的關系如圖10中曲線“B”所示。用于這些切割元件中所述催化材料64減少方法，不如曲線“A”的方法用于從所述金剛石晶體60表面除去所述催化材料64有效。因此，它不是有效的，直到從所述間隙62除去大部分所述催化材料64達到約0.2mm深度，在該處所述磨損率提高到曲線“A”的水平。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這些切割元件10的沖擊強度與未處理元件相比基本沒有變化。現(xiàn)在參見圖19，為了形象地說明本發(fā)明在保持沖擊強度同時在耐磨性能方面改善的對比，一種典型的公知且廣泛確立用于現(xiàn)有技術切割元件的耐沖擊性能相對耐磨性能的關系由曲線W所示。在所述曲線上的P點相對地說明本發(fā)明的切割元件的性能?？梢钥闯?，P位于所述曲線右上角區(qū)域，對于本領域技術人員來說，它說明在保持沖擊強度的同時，切割元件在耐磨性能方面有顯著和實質(zhì)性的改善?？梢哉J為，在某些有利的地方，如圖10曲線“C”所示的磨損率相關的熱退化，可以設計到PCD元件2中。例如，使遠離接觸中心的彎曲切割元件10的邊緣較所述中心點更快地磨損，是理想的。這將會傾向于保持所述切割元件的彎曲形狀，而不是使它變?yōu)橐粋€平坦的表面。改善的耐熱退化性能，可改善磨損率，這是因為金剛石是一種極其良好的熱導體。如果在工作表面4、70、72的磨擦事件引起一個突然的極大熱量輸入，則所述粘結的金剛石晶體就會在遠離所述事件的所有方向上傳導所述熱量。這將會允許在所述材料中存在一個非常高的溫度梯度，可能為1000℃/mm或更高。這樣陡的梯度將會使得所述工作表面4、70、72能夠達到950℃，但不會引起明顯的熱退化(如果直到距離所述熱源剛好0.2mm深度，鄰近所述工作表面的間隙62和所述金剛石晶體60表面基本不含所述催化材料64時)。應該清楚，所述溫度梯度將會根據(jù)所述晶體60的尺寸和晶體間粘結量而變化。一種有利的表征它的方法是所述主體8中金剛石的體積密度。在常規(guī)制造方法中，隨著所述金剛石體積密度增大，在所述材料中的可能溫度梯度也會增大。這暗示著，除了增大的金剛石體積密度之外，其它方面等同于在圖10中曲線“B”的材料，隨后可制備出接近于圖10中曲線“A”的磨耗指數(shù)。在用于地鉆鉆頭的切割元件10的現(xiàn)場測試中，從所述間隙62中基本除去所有催化材料64達到距離一個工作表面4、70、72約0.2-0.3mm的距離D，在耐磨方面可以獲得顯著的改善，結合有鉆入速率提高40％，且耐磨性能提高了40％，而不損耗沖擊強度。耐磨性能的改善表明由于催化材料64引起熱退化，金剛石晶體的磨損大大降低。所述鉆入速率提高被認為是歸因于所述切割元件由于耐磨性能提高而能夠保持“更鋒利”更長時間的能力。但是，可以認為，當所述主體8的金剛石體積密度從85％-90％的范圍提高到95％-99％的范圍時，所需要的產(chǎn)生一特定磨耗指數(shù)的距離D將會減小。因此，也可以認為，小于0.1mm的距離D可能會在一種主體的金剛石密度接近99％的切割元件中，提供與主體中具有85-90％金剛石體積密度的0.2-0.3mm的D距離大致相同的磨耗指數(shù)。當從所述間隙62中除去所述催化材料64，所述放在下面的基體6、32不受影響是非常重要的。所以，至少所述金剛石層的一部分具有存留在所述間隙62中的所述催化材料64，也是非常重要的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當從一種具有與所述基體6、32的平面界面的平坦表面中減少所述催化材料64時，一種含有所述催化材料64的最小厚度約0.15mm的薄層是必須保留的，以保證所述放在下面的基體6、32不受影響。量化PDC’s的這種含量是困難的，因為所述減少方法和所述基體的某些交互作用是容許的，以及幾何結構將會是復雜的。但是，一種用來量化它的方法是與所述基體6、32接觸的所述主體8的部分，必須具有留存在所述間隙62中的所述催化材料64，其平均厚度大于0.15mm。另一種用來量化它的方法是表示留存在所述間隙62中催化材料64的最小量，以體積百分比表示。已經(jīng)知道，對于一種非常薄的平坦金剛石層，在一種0.5mm厚主體中需要一個0.15mm含所述催化材料64的薄層。所以，對于本發(fā)明的PDC來說，假定所述主體8體積的最小30％必須具有含所述催化材料64的間隙62，是合理的，特別是對于通常使用的PDC刀片的尺寸范圍來說。還存在其它可能的PCD元件構造，它們可從如上所述的減少或除去所述催化材料64中獲益。如圖11A、11B和11C所示，本發(fā)明的另一種實施方式為一種復合PCD元件102。所述PCD元件102具有一個主體108，它帶有一種VIII族粘結劑-催化材料作為第二預制PCD元件110嵌入在其中。所述嵌入的PCD元件110可與所述封裝PCD元件120的工作表面104齊平，如圖11A所示，或者，它可全部嵌入在所述封裝PCD元件120之中，如圖11B所示。這種嵌入的PCD元件110，是在一種采用Mg，Ca，Sr和Ba的粉末碳酸鹽作為所述粘結劑-催化材料的方法中制成的，它被制成一種復合PCD元件，如共同轉(zhuǎn)讓的未決美國專利申請?zhí)?9/390074中所述，可在此引作參考。在此實施方式中，由于所述嵌入預制PCD元件110是在較高壓力下形成的，所以所述金剛石密度可以制成是高于所述封裝PCD元件120的密度。在此構造中，由于所述嵌入PCD元件110具有一種具有較高活性溫度的催化材料，舉例來說，它們可以有利地用來減少僅僅所述封裝PCD元件120工作表面中的所述催化材料。而且，所述嵌入PCD元件110可放置在所述封裝PCD元件120之中，以充分利用所述嵌入PCD元件110的較高耐沖擊性能并具有所述封裝元件120的改善的耐磨損性能。如圖9、11A、11B和11C所示，所述元件102具有大量部分粘結的金剛石晶體60、催化材料64和具有一個工作表面104的主體108。鄰近所述工作表面104的主體的體積112，具有明顯高于所述主體108中其它地方114的金剛石密度，且所述體積112是基本不含所述催化材料64的。多個嵌入的PCD元件110可以布置在所述復合元件100中，如圖11C所示，它們是以這樣一種方式進行布置的，使得能夠獲得最好的沖擊性能和改善的磨損性能。減少所述嵌入PCD元件110中的催化材料以及所述封裝PDC元件120中的催化材料，是理想的。這種結合將會提供一種元件，它具有在商用金剛石元件中能夠獲得的最高可能的沖擊強度以及最高可能的耐磨損性能。在圖12A和12B中，給出了本發(fā)明另一種實施方式的PCD元件202。在此實施方式中，所述PCD元件202首先是按現(xiàn)有技術方法制成的。在已經(jīng)制成一個表面之后，采用一種CVD或PVD方法，以便提供沉積在所述PCD元件202的一部分210上的一個未來工作表面204上的一系列緊密堆集外延取向的金剛石晶體260。所述組件接著進行高壓高溫處理，從而使所述沉積金剛石晶體260和所述原始PCD中的所述金剛石晶體相互形成金剛石-金剛石鍵合。這種金剛石-金剛石鍵合可能歸因于存在從所述原始PCD元件202的表面浸入的所述催化材料64。在經(jīng)過清潔之后，所述工作表面204的一部分，進行處理以便從所述CVD或PVD沉積層中減少所述催化材料64。最終制品是這樣一種PCD元件，它具有一部分的工作表面204，其體積214的金剛石密度大于所述PCD元件202的其它表面280的密度。該高金剛石密度的區(qū)域214隨后減少所述催化材料64。所述PCD元件202的其它表面的部分，也可減少粘結劑-催化材料。一般地，如圖11A、11B、11C、12A和12B所示的元件102、202，它們可標記為PCD元件102、202，它們具有一個帶有工作表面104、204的主體108、208。鄰近所述工作表面104、204的金剛石密度明顯高于所述主體108、208中其它地方密度，且是基本不含所述催化材料64的。本發(fā)明所述PCD元件2的一個特別有用的應用，是如圖1B、4和5所示的切割元件10、50、52。所述PCD切割元件10、50、52的工作表面，可為一種頂點工作表面70和/或周邊工作表面72。圖1B所述PCD切割元件10是這樣一種元件，它可典型地用于固定切削刃型旋轉(zhuǎn)鉆頭12中，或用于其它類型鉆井工具的保徑鉆頭。圖5所示PCD切割元件50，可以成型為圓頂形39。這種類型的PCD切割元件，具有一個延伸基部51，用于插入到一牙輪鉆頭38或兩種旋轉(zhuǎn)鉆頭12、38的主體中的插口(socket)之中，下面將對它們作詳細的描述。圖4所示PCD切割元件52，適合用于一種機械加工方法中。盡管圖4所述切割元件52的構造是長方形的，但是，本領域技術人員應該能夠理解，這種元件可以是三角形的、四邊形的或許多其它適合加工難以采用常規(guī)工具進行加工的高度磨損制品的形狀。所述PCD切割元件10，可為一種固定切削刃旋轉(zhuǎn)鉆頭12的預制切割元件10(如圖2所示)。所述鉆頭的鉆頭體14，是由大量刮刀16形成的，它們通常是從所述鉆頭的旋轉(zhuǎn)中心縱向軸18向外延伸的。沿著每個刮刀的正面20并排地間隔的是本發(fā)明所述的大量PCD切割元件10。典型地，所述PCD切割元件10具有一個呈圓形小片的主體，它具有一個薄的所述金剛石或類金剛石(PCD)材料的前飾面表面30，在一高壓高溫壓煅機中結合到一種低硬度材料如粘結碳化鎢或其它金屬材料的基體32上。所述切割元件10經(jīng)預制后接著通常結合到一個基本上圓柱形的支座34上，所述支座也可是由粘結碳化鎢形成的，或者，作為一種替代方案，它可直接連接到所述刮刀上。所述PCD切割元件10具有工作表面70和72。所述圓柱形支座34被容納在所述刮刀16的一個相應形狀的插口或凹槽中。所述支座34通常是經(jīng)過焊接或熱壓安裝在所述插口中。在操作中，所述固定切削刃鉆頭12進行旋轉(zhuǎn)，并施加重量。這將強迫所述切割元件10進入到被鉆孔的土地之中，從而實現(xiàn)切割和/或鉆孔作用。所述PCD切割元件10，也可應用到所述鉆頭12的計量區(qū)域(gaugeregion)36上，提供一種計量鉸孔作用并保護所述鉆頭12免于在所述計量區(qū)域36過度磨損。為了盡可能近地間隔這些切割元件10，將這些元件切割成如所示的長方形形狀之類的形狀是理想的，它們將更易于安裝在所述計量區(qū)域36中。在第二種實施方式中，本發(fā)明所述切割元件50(如圖5所示)，位于如圖3所示的牙輪型鉆頭38上。牙輪鉆頭38典型地具有一個或多個截頂?shù)臐L動圓錐刀具40、41、42，其布置在所述鉆頭主體46的支柱44上的一個支承軸上。所述切割元件50可安裝為成排地布置在滾動刀具40、41、42上的大量鑲入式截坯刀(cuttinginsert)中的一個或多個，或者，可替代的是，所述PCD切割元件50可沿著所述鉆頭38的支柱44進行布置。所述PCD切割元件50具有一個主體，它是呈結合到一低硬度基體37之上的金剛石或類金剛石材料的一個飾面表面35的形式。在本發(fā)明此實施方式中，所述飾面表面35是呈一種圓頂表面39的形式，并具有工作表面70和72。因此，在所述飾面表面35與所述基體37之間經(jīng)常存在有多個過渡層，以有助于更均勻地分散在制造過程中所產(chǎn)生的應力，這些是本領域技術人員公知的。在操作中，所述牙輪鉆頭38進行旋轉(zhuǎn)，并施加重量。這將強迫在所述成排滾動圓錐刀具40、41、42中的所述鑲入式截坯刀50進入到土地之中，并且當所述鉆頭36進行旋轉(zhuǎn)時，所述滾動刀具40、41、42進行旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)鉆孔作用。在另一種實施方式中，本發(fā)明所述PCD切割元件52是呈三角形、長方形或適合用于加工操作中鑲入式截坯刀的其它形狀的材料。在此實施方式中，所述切割元件52具有一個主體，它是呈結合到一種低硬度基體56之上的金剛石或類金剛石材料的一個飾面表面54的形式，其具有工作表面70和72。典型地，所述切割元件52接著將被切割為大量的更小的小片，它們隨后連接到一個嵌件(insert)58上(它是安裝在一個機床的工具架中的)。所述切割元件52，可通過硬焊、粘結、焊接或夾緊而被連接到所述嵌件之上。在一高溫高壓制造方法中，最終將所述切割元件52制成為所述嵌件形狀也是可行的。如圖13-18所示，本發(fā)明所述PCD元件2、102、202，也可用于其它應用，如中空模，例如用作拉絲模，圖13中，采用本發(fā)明所述一種PCD元件302的300。利用PCD元件2、102、202的優(yōu)良熱傳遞性能和其電絕緣性能作為帶有本發(fā)明PCD元件312的散熱片310，也是可行的。其它的應用包括帶有一個PCD軸承元件322的磨擦軸承320，如圖15所示，和具有本發(fā)明PCD元件342的表面342的閥340、344的配合件，如圖16A和16B所示。另外，用于劃線、硬度計、表面粗加工等的壓錐360，也可具有如圖17A所示的本發(fā)明的PCD元件362。沖床370也可具有一個或兩個由本發(fā)明所述PCD材料制成的模372、374，如圖17B所示。而且，機床心軸382和其它類型的用于測量裝置380的磨損元件，如圖18所示，也可由本發(fā)明所述PCD元件制成。應該能夠理解，聚晶金剛石的幾乎每種應用都將會從本發(fā)明所述催化材料減少的PCD元件中獲益。盡管本發(fā)明已經(jīng)對于附圖進行了說明，但是，應該能夠明白，在本發(fā)明所述范圍和精神之內(nèi)，除了本文已經(jīng)給出或建議的這些之外，也可作出其它和另外改進。權利要求1.一種PCD元件，含有一個具有與一種金屬基體整體形成的工作表面的粘結金剛石的主體，所述主體具有至少85體積％的金剛石密度，其中，遠離所述工作表面的主體的第一體積含有一種催化材料，鄰近所述工作表面的主體的第二體積基本不含所述催化材料。2.如權利要求1所述的PCD元件，其中所述第二體積延伸到距離所述工作表面至少約0.1mm的深度。3.如權利要求2所述的PCD元件，其中所述第二體積延伸到距離所述工作表面約0.2-0.3mm之間的深度。4.如權利要求1所述的PCD元件，其中所述主體第一體積與所述基體接觸，并具有大于0.15mm的平均厚度。5.如權利要求1所述的PCD元件，其中，留存在所述主體第二體積中的大部分所述催化材料粘結到所述金剛石晶體的表面之上。6.如權利要求1所述的PCD元件，其中，在所述主體第二體積中的催化材料的量隨著與所述第一體積的距離連續(xù)減少。7.如權利要求1所述的PCD元件，其中，所述第一體積占大于所述遠離工作表面的主體的30％。8.如權利要求7所述的PCD元件，其中，所述基體是帶有鐵族粘結劑材料的碳化鎢。9.如權利要求1所述的PCD元件，包括一種預制切割元件，它具有一飾面表面和一切割表面，其中所述工作表面包括所述切割表面的一部分。10.如權利要求9所述的PCD元件，其中所述切割元件是安裝在一種固定切削刃旋轉(zhuǎn)鉆頭的切割面上。11.如權利要求9所述的PCD元件，其中所述切割元件是安裝在一種牙輪鉆頭的主體上。12.如權利要求1所述的PCD元件，其中，所述主體包括金剛石晶體和間隙基質(zhì)，且其中位于所述第二體積中的間隙基質(zhì)部分是基本不含所述催化材料的，而在所述主體與所述基體接觸之處的間隙基質(zhì)含有所述催化材料并具有大于0.15mm的平均厚度。13.如權利要求12所述的PCD元件，其中所述第二體積延伸到距離所述工作表面至少約0.1mm的深度。14.如權利要求13所述的PCD元件，其中所述第二體積延伸到距離所述工作表面約0.2mm-0.3mm之間。15.如權利要求12所述的PCD元件，其中，所述第一體積占大于遠離工作表面的主體的30％。16.如權利要求12所述的PCD元件，其中，位于在所述主體第二體積中的大部分金剛石晶體具有一基本不含催化材料的表面。17.如權利要求12所述的PCD元件，其中，留存在所述主體第二體積中的催化材料粘結到所述金剛石晶體的表面上。18.如權利要求12所述的PCD元件，其中，在遠離所述第一體積的第二體積中的金剛石晶體，與鄰近所述第一體積的第二體積中的金剛石晶體相比，具有較少的催化材料粘結到它們的表面上。19.如權利要求12所述的PCD元件，其中，在所述主體第二體積中的催化材料的量隨著與所述第一體積的距離而連續(xù)減少。20.如權利要求14所述的PCD元件，包括一種預制切割元件，它具有一飾面表面和一切割表面，其中所述工作表面包括所述切割表面的一部分。21.如權利要求20所述的PCD元件，其中所述切割元件是安裝在一種固定切削刃旋轉(zhuǎn)鉆頭的切割面上。22.如權利要求20所述的PCD元件，其中所述切割元件是安裝在一種牙輪鉆頭的主體上。23.如權利要求12所述的PCD元件，包括一種具有一切割表面的切割元件，適合用作一種機械加工中的鑲入式截坯刀，其中所述工作表面包括所述切割表面的一部分。24.如權利要求12所述的PCD元件，包括一種拉絲模，其中所述工作表面包括所述拉絲模接觸表面的一部分。25.如權利要求12所述的PCD元件，其中，所述基體是帶有一種鐵族粘結劑材料的碳化鎢。26.一種預制切割元件，它包括一種超硬聚晶材料的主體，含有大量與一種金屬基體整體形成的部分粘結的超硬晶體、大量所述超硬晶體中的間隙區(qū)域和一種催化材料，所述主體具有至少85體積％的金剛石密度和一切割表面，其中，鄰近至少一部分所述切割表面的間隙區(qū)域是基本不含所述催化材料的，而所述主體與所述基體接觸之處的間隙區(qū)域含有所述催化材料并具有大于0.15mm的平均厚度。27.如權利要求26所述的PCD元件，其中所述切割元件是安裝在一種固定切削刃旋轉(zhuǎn)鉆頭的切割面上。28.如權利要求26所述的PCD元件，其中所述切割元件是安裝在一種牙輪鉆頭的主體上。29.如權利要求26所述的PCD元件，包括一種具有一切割表面的切割元件，適合用作一種機械加工中的鑲入式截坯刀。30.如權利要求26所述的PCD元件，其中，所述基體是帶有一種鐵族粘結劑材料的碳化鎢。31.一種PCD元件，包括一種含有與一種金屬基體整體形成的主體的金剛石，所述主體具有至少85體積％的金剛石密度和一種間隙基質(zhì)，其中，鄰近一個工作表面的所述主體的間隙基質(zhì)基本不含所述催化材料，而所述主體與所述基體接觸之處的間隙基質(zhì)含有所述催化材料并具有大于0.15mm的平均厚度。32.如權利要求31所述的PCD元件，其中在鄰近所述工作表面中的間隙基質(zhì)直至距離所述工作表面至少約0.1mm的深度，是基本不含所述催化材料。33.如權利要求32所述的PCD元件，其中在鄰近所述工作表面中的間隙基質(zhì)直至距離所述工作表面至少約0.2-0.3mm的深度，是基本不含所述催化材料。34.如權利要求31所述的PCD元件，其中，在鄰近所述主體工作表面的主體中的間隙基質(zhì)具有高于所述主體中其它地方的金剛石密度。35.如權利要求31所述的PCD元件，其中，留存在鄰近所述主體工作表面的主體中的間隙基質(zhì)中的大部分催化材料粘附到金剛石晶體的表面之上。36.如權利要求31所述的PCD元件，其中，在鄰近所述主體工作表面的主體中的間隙基質(zhì)中的催化材料的量隨著與所述剩余間隙基質(zhì)的距離而連續(xù)減少。37.如權利要求31所述的PCD元件，包括一種預制切割元件，它具有一飾面表面和一切割表面，其中所述工作表面包括所述切割表面的一部分。38.如權利要求37所述的PCD元件，其中所述切割元件是安裝在一種固定切削刃旋轉(zhuǎn)鉆頭的切割面上。39.如權利要求37所述的PCD元件，其中所述切割元件是安裝在一種牙輪鉆頭的主體上。40.如權利要求37所述的PCD元件，其中所述基體是帶有一種鐵族粘結劑材料的碳化鎢。41.一種PCD元件，它包括一個與一種金屬基體整體形成的主體，所述主體含有大量具有表面的粘結金剛石晶體和一種催化材料，所述主體具有至少85體積％的金剛石密度，其中，在所述主體中至少30％晶體與所述催化材料進行接觸，且位于距離一工作表面至少0.1mm深度的大部分剩余晶體的表面是基本不含所述催化材料的。42.如權利要求41所述的PCD元件，其中所述主體中大部分晶體是位于距離所述工作表面約0.2mm-0.3mm深度之間。43.如權利要求41所述的PCD元件，其中，所述基體是帶有一種鐵族粘結劑材料的碳化鎢。44.一種制造PCD元件的方法，所述元件包括一種與一種金屬基體整體形成的主體，所述主體含有粘結金剛石晶體和一種催化材料，所述方法包括處理所述主體，使其一個體積基本不含所述催化材料，而允許所述催化材料保留在所述主體的剩余體積的至少一部分之中，并同時允許所述基體在處理所述主體時基本不受影響。45.如權利要求44所述的方法，其中所述體積是通過從所述第二體積中浸出所述催化材料而表現(xiàn)為基本不含催化材料的。46.如權利要求44所述的方法，其中所述體積是通過將所述第二體積中的催化材料轉(zhuǎn)化為一種不再具有催化效果的結構而表現(xiàn)為基本不含催化材料的。47.如權利要求44所述的方法，其中所述體積是通過使所述催化材料進行反應以形成一種不再具有催化效果的物質(zhì)而表現(xiàn)為基本不含催化材料的。48.如權利要求44所述的方法，其中所述體積是通過放電而表現(xiàn)為基本不含催化材料的。49.如權利要求44所述的方法，其中所述體積是通過采用一種電鍍處理而表現(xiàn)為基本不含催化材料的。50.如權利要求44所述的方法，其中所述體積是通過采用一種蒸發(fā)處理而表現(xiàn)為基本不含催化材料的。全文摘要公開一種聚晶金剛石或類金剛石元件，它具有極大改善的耐磨性能，而且沒有沖擊強度的損失。這些元件是采用一種粘結劑－催化材料在一個高溫高壓(HTHP)工序中形成的。所述PCD元件具有一個帶有大量粘結的金剛石或類金剛石晶體形成一種連續(xù)的金剛石基質(zhì)的主體，其金剛石體積密度大于85％。在所述金剛石晶體之間的間隙形成一種含有一種催化材料的連續(xù)間隙基質(zhì)。所述金剛石基質(zhì)表面是在所述HTHP處理中形成的，并與一種含有所述催化材料的金屬基體整體粘結在一起。所述金剛石基質(zhì)主體具有一個工作表面，其中在鄰近所述工作表面的主體中的間隙基質(zhì)部分是基本不含所述催化材料的，而剩余的間隙基質(zhì)含有所述催化材料。典型地，所述金剛石基質(zhì)表面主體的低于約70％是不含所述催化材料的。文檔編號E21B10/573GK1474791SQ0181917公開日2004年2月11日申請日期2001年9月5日優(yōu)先權日2000年9月20日發(fā)明者N·D·格里芬,ND格里芬,P·R·胡赫斯,胡赫斯申請人:坎姆科國際(英國)有限公司