УПРОЧНЕННЫЕ АЛМАЗАМИ РЕЖУЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ, СНАБЖЕННЫЙ ИМИ БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ И СПОСОБ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

1. Режущий элемент для использования в бурении подземных пород, содержащий:
подложку;
по меньшей мере один переходной слой, прикрепленный к подложке и включающий непрерывную первую матричную фазу и дискретную первую алмазную фазу, диспергированную в первой матричной фазе, причем объемное содержание первой алмазной фазы в по меньшей мере одном переходном слое составляет примерно 50% или менее; и
рабочий слой, прикрепленный к по меньшей мере одному переходному слою с его стороны, противоположной подложке, и включающий непрерывную вторую матричную фазу и дискретную вторую алмазную фазу, диспергированную во второй матричной фазе, причем объемное содержание второй алмазной фазы в рабочем слое составляет по меньшей мере примерно 50%, и объемное содержание второй алмазной фазы в рабочем слое превышает объемное содержание первой алмазной фазы в по меньшей мере одном переходном слое, и в рабочем слое по меньшей мере по существу отсутствует поликристаллический алмазный материал.
2. Режущий элемент по п.1, в котором каждый из переходного слоя и рабочего слоя дополнительно включает другую дискретную твердую фазу.
3. Режущий элемент по п.1, в котором по меньшей мере один переходной слой включает первый переходной слой и второй переходной слой, причем первый переходной слой прикреплен непосредственно к подложке, второй переходной слой расположен между первым переходным слоем и рабочим слоем и прикреплен непосредственно к ним, и имеет объемное содержание алмаза больше, чем первый переходной слой.
4. Режущий элемент по п.3, в котором объемное содержание алмаза в первом переходном слое составляет примерно от 10 до 37%, а объемное содержание алмаза во втором переходном слое составляет примерно от 37 до 63%.
5. Режущий элемент по п.1, в котором каждая из первой матричной фазы по меньшей мере одного переходного слоя и второй матричной фазы рабочего слоя содержит сплав металла на основе по меньшей мере одного из железа, кобальта и никеля, причем этот сплав металла включает по меньшей мере один компонент для понижения температуры плавления и имеет одну из температуры плавления и температуры затвердевания примерно 1200º или менее.
6. Режущий элемент по п.1, в котором подложка имеет в целом цилиндрический корпус с куполообразным концом, причем по меньшей мере один переходной слой и рабочий слой расположены на поверхности куполообразного конца в целом цилиндрического корпуса.
7. Режущий элемент по п.1, в котором по меньшей мере одна из дискретной первой алмазной фазы и дискретной второй алмазной фазы содержит множество частиц алмаза, формируя градиент концентрации частиц алмаза в по меньшей мере одном из по меньшей мере одного переходного слоя и рабочего слоя.
8. Режущий элемент по п.1, в котором по меньшей мере одна из дискретной первой алмазной фазы и дискретной второй алмазной фазы содержит множество частиц алмаза, формируя градиент среднего размера частиц алмаза в по меньшей мере одном из по меньшей мере одного переходного слоя и рабочего слоя.
9. Режущий элемент по п.1, в котором по меньшей мере одна из дискретной первой алмазной фазы и дискретной второй алмазной фазы содержит множество гранулированных алмазов.
10. Режущий элемент по любому из пп.1-9, в котором объемное содержание второй алмазной фазы в рабочем слое составляет примерно 75% или менее.
11. Буровой инструмент, включающий корпус и по меньшей мере один режущий элемент в соответствии с любым из пп.1-9, установленный на корпусе.
12. Буровой инструмент по п.11, в котором корпус включает шарошку долота роторного бурения.
13. Способ изготовления режущего элемента для использования в бурении подземных пород, при осуществлении которого:
смешивают первое множество дискретных алмазных кристаллов с первым множеством частиц матрицы, каждая из которых содержит первый материал металлической матрицы, для формирования первой смеси твердого вещества, и составляют первую смесь так, что первое множество дискретных алмазных кристаллов составляет по объему примерно 50% или менее твердого вещества первой смеси;
смешивают второе множество дискретных алмазных кристаллов со вторым множеством частиц матрицы, каждая из которых содержит второй материал металлической матрицы, для формирования второй смеси твердого вещества, и составляют вторую смесь так, что второе множество дискретных алмазных кристаллов составляет по объему по меньшей мере примерно 50% твердого вещества второй смеси;
спекают первую смесь для формирования переходного слоя, включающего первое множество дискретных алмазных кристаллов, диспергированных в непрерывной первой матричной фазе, сформированной из первого множества частиц матрицы;
спекают вторую смесь для формирования рабочего слоя, в котором по меньшей мере по существу отсутствует поликристаллический алмазный материал и который включает второе множество дискретных алмазных кристаллов, диспергированных в непрерывной второй матричной фазе, сформированной из второго множества частиц матрицы;
прикрепляют переходной слой к подложке; и
прикрепляют рабочий слой к переходному слою с его стороны, противоположной подложке.
14. Способ по п.13, в котором при прикреплении рабочего слоя к переходному слою приводят в соприкосновение первую смесь с прилегающей второй смесью, и одновременно спекают первую смесь для формирования переходного слоя и спекают вторую смесь для формирования рабочего слоя, когда первая смесь соприкасается со второй смесью.
15. Способ по п.14, в котором при прикреплении переходного слоя к подложке приводят в соприкосновение первую смесь с подложкой, и спекают первую смесь для формирования переходного слоя, когда первая смесь соприкасается с подложкой.
16. Способ по п.15, в котором при прикреплении переходного слоя к подложке приводят в соприкосновение первую смесь со смесью исходных веществ подложки, и одновременно спекают первую смесь для формирования переходного слоя и спекают смесь исходных веществ подложки для формирования подложки, когда первая смесь соприкасается со смесью исходных веществ подложки.
17. Способ по любому из пп.13-16, в котором при спекании второй смеси для формирования рабочего слоя, спекают вторую смесь при давлении по меньшей мере примерно 5,0 ГПа и температуре по меньшей мере примерно 1500ºС в течение менее примерно 1 минуты.
18. Способ по любому из пп.13-16, в котором при спекании второй смеси для формирования рабочего слоя, спекают вторую смесь при давлении ниже примерно 1,0 ГПа и температуре ниже примерно 1100ºС.
19. Способ по любому из пп.13-16, в котором при спекании второй смеси для формирования рабочего слоя, спекают вторую смесь при давлении ниже примерно 10,0 МПа и температуре ниже примерно 1000ºС.
20. Способ по любому из пп.13-16, в котором дополнительно прикрепляют режущий элемент к корпусу бурового инструмента.