背景技術(shù)：

通常通過(guò)將松散粉末增強(qiáng)材料放入模具中并用粘合劑材料如金屬合金滲透粉末材料來(lái)制造金屬基復(fù)合材料(mmc)工具?？梢酝ㄟ^(guò)使模腔成形和/或通過(guò)將臨時(shí)置換材料定位在模腔的內(nèi)部來(lái)提供所得mmc工具的各種特征。然后可以將一定量的增強(qiáng)材料利用一定量的粘合劑材料放置在模腔內(nèi)。隨后將模具放在熔爐內(nèi)并且使模具的溫度增加到所需溫度以允許粘合劑(例如，金屬合金)液化并滲透基體增強(qiáng)材料。

在石油和天然氣工業(yè)中通常使用各種mmc工具來(lái)形成井筒、使已鉆探的井筒完井以及從已完成的井中生產(chǎn)烴類如石油和天然氣。此類工具的實(shí)例包括：切削工具如鉆頭、擴(kuò)孔器、穩(wěn)定器和取芯鉆頭；鉆孔工具如旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置和泥漿電機(jī)；以及其他井下工具如開(kāi)窗銑刀、封隔器、鉆具接頭和其他易磨損工具。

石油和天然氣工業(yè)中使用的mmc鉆頭不斷暴露于受泥漿壓力、穿透形式、鉆壓和扭矩影響的不同井下條件下。這些不斷變化的變量可能導(dǎo)致出現(xiàn)mmc鉆頭不可修復(fù)地?fù)p壞的情況如刀片斷裂的情況，這可能導(dǎo)致鉆井公司和鉆頭提供商花費(fèi)大量的時(shí)間和金錢。當(dāng)mmc鉆頭的刀片斷裂時(shí)，它們傾向于在類似的位置斷裂，并且通常由于高轉(zhuǎn)矩和/或高鉆壓而丟失。

附圖簡(jiǎn)述

包括以下附圖以說(shuō)明本公開(kāi)的某些方面，并且以下附圖不應(yīng)被視為排他性實(shí)施方案。在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，所公開(kāi)的主題能夠在形式和功能上進(jìn)行很多修改、改變、組合和等同變化。

圖1是可根據(jù)本公開(kāi)的原理制造的示例性鉆頭的透視圖。

圖2是圖1的鉆頭的截面圖。

圖3是可用于制造圖1和圖2的鉆頭的模具組件的截面?zhèn)纫晥D。

圖4a和圖4b是包括示例性預(yù)成型網(wǎng)狀物的另一個(gè)示例性模具組件的截面?zhèn)纫晥D。

圖5a和圖5b描繪了可用于形成預(yù)成型網(wǎng)狀物的示例性單元或元件。

圖6是包括另一個(gè)示例性預(yù)成型網(wǎng)狀物的另一個(gè)示例性模具組件的截面?zhèn)纫晥D。

圖7a和圖7b描繪了包括另一個(gè)示例性預(yù)成型網(wǎng)狀物的另一個(gè)示例性模具組件。

圖8a和圖8b描繪了可用于本文所述的任何模具組件的示例性預(yù)成型網(wǎng)狀物的截面頂視圖。

圖9是包括另一個(gè)示例性預(yù)成型網(wǎng)狀物的另一個(gè)示例性模具組件的截面?zhèn)纫晥D。

圖10a和圖10b是上面示意性地覆蓋有相應(yīng)示例性預(yù)成型網(wǎng)狀物的示例性鉆頭的頂端視圖。

具體實(shí)施方式

本公開(kāi)涉及工具制造，并且更具體地講，涉及金屬基復(fù)合材料工具，金屬基復(fù)合材料工具包括位于金屬基復(fù)合材料工具本體內(nèi)并用于在操作期間阻止裂紋擴(kuò)展的預(yù)成型網(wǎng)狀物；以及與此相關(guān)的生產(chǎn)和使用方法。

本文描述的實(shí)施方案可以用于制造使用一個(gè)或多個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物增強(qiáng)的滲透金屬基復(fù)合材料工具。預(yù)成型網(wǎng)狀物可以選擇性地定位在用于制造金屬基復(fù)合材料工具并嵌入增強(qiáng)材料內(nèi)的滲透室內(nèi)。在液化的粘合劑材料滲透之后，預(yù)成型網(wǎng)狀物可以用作金屬基復(fù)合材料工具本體的骨架增強(qiáng)件。例如，在某些情況下，預(yù)成型網(wǎng)狀物可以以類似于鋼筋混凝土中的鋼筋預(yù)制件的方式來(lái)阻止裂紋擴(kuò)展。然而，除了提供增加的韌性和/或抗裂紋擴(kuò)展性之外，預(yù)成型網(wǎng)狀物還可以允許使用較低強(qiáng)度(并且可能較低成本的)粘合劑材料和/或增強(qiáng)材料以實(shí)現(xiàn)金屬基復(fù)合材料工具的相同的宏觀強(qiáng)度。

本公開(kāi)的實(shí)施方案適用于形成為金屬基復(fù)合材料(mmc)的任何工具或裝置。此類工具或裝置在本文中稱為“mmc工具”，并且可以或可以不用于石油和天然氣工業(yè)。然而，僅僅為了說(shuō)明和描述的目的，以下描述涉及可以在石油和天然氣工業(yè)中使用的mmc工具如鉆頭，但是應(yīng)當(dāng)理解，本公開(kāi)的原理同樣適用于在任何行業(yè)或領(lǐng)域中使用的任何類型的mmc，例如裝甲板、汽車部件(例如，套筒、汽缸襯墊、驅(qū)動(dòng)軸、排氣閥、制動(dòng)轉(zhuǎn)子)、自行車車架、制動(dòng)肋板、航空航天部件(例如，起落架部件、結(jié)構(gòu)管、支柱、軸、連桿、管道、波導(dǎo)、導(dǎo)向葉片、轉(zhuǎn)子葉片套筒、腹翅、致動(dòng)器、排氣結(jié)構(gòu)、殼體、框架)和渦輪泵部件，而不脫離本公開(kāi)的范圍。

參考圖1，示出了可以根據(jù)本公開(kāi)的原理制造的示例性mmc工具100的透視圖。mmc工具100通常在圖1中顯示為可在石油天然氣工業(yè)中用于鉆井的固定切削齒鉆頭。因此，mmc工具100在本文稱為“鉆頭100”，但如上所述，也可以將鉆頭100另選地更換為在石油天然氣工業(yè)中或任何其他工業(yè)中所用的任何類型的mmc工具或裝置，而不脫離本公開(kāi)的范圍?？梢愿鶕?jù)本公開(kāi)的教導(dǎo)內(nèi)容制造的適用于石油天然氣工業(yè)的mmc工具包括但不限于：油田鉆頭或切削工具(例如，固定角鉆頭、牙輪鉆頭、取芯鉆頭、雙中心鉆頭、孕鑲鉆頭、擴(kuò)孔器、穩(wěn)定器、開(kāi)孔器、切削齒)、不可回收的鉆井部件；與井筒套管鉆井相關(guān)的鋁鉆頭體；鉆柱穩(wěn)定器；牙輪鉆頭的牙輪；用于鍛造用于制造牙輪鉆頭的支撐臂的沖模的模型；固定擴(kuò)孔器的臂；可擴(kuò)張擴(kuò)孔器的臂；與可擴(kuò)張擴(kuò)孔器相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部部件；可附接到旋轉(zhuǎn)鉆頭的井口端的套筒；旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向工具；隨鉆測(cè)井工具；隨鉆測(cè)量工具；側(cè)壁取芯工具；打撈矛；套洗工具；用于井下鉆井電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子和/或殼體；用于井下渦輪機(jī)的葉片和殼體；以及其他具有與形成井筒相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜構(gòu)型和/或不對(duì)稱幾何形狀的井下工具。

如圖1所示，鉆頭100可包括或以其他方式限定沿鉆頭頭部104的圓周布置的多個(gè)刀片102。鉆頭頭部104連接至柄106已形成鉆頭體108。柄106可通過(guò)焊接，諸如使用致使圍繞焊接槽112形成焊縫110的激光電弧焊接而連接至鉆頭頭部104。柄106還可包括或以其他方式連接至螺紋銷114，諸如美國(guó)石油協(xié)會(huì)(api)鉆桿螺紋。

在所描繪的實(shí)例中，鉆頭100包括其中形成多個(gè)凹陷或凹槽116的五個(gè)刀片102。切割元件118可以固定地安裝在每個(gè)凹陷116內(nèi)。這可以例如通過(guò)將每個(gè)切割元件118釬焊至相應(yīng)的凹槽116中來(lái)完成。隨著鉆頭100在使用時(shí)旋轉(zhuǎn)，切割元件118嚙合巖石和下面的土質(zhì)材料，以挖掘、刮擦或研磨正被穿透的地層的材料。

在鉆井操作期間，可以通過(guò)在螺紋銷114處耦接至鉆頭100的鉆柱(未示出)向井下泵送鉆井液或“泥漿”。鉆井液在定位在噴嘴開(kāi)口122中的一個(gè)或多個(gè)噴嘴120處循環(huán)通過(guò)并離開(kāi)mmc鉆頭100，所述噴嘴開(kāi)口限定在鉆頭頭部104中。排屑槽124形成于每對(duì)相鄰的刀片102之間。切屑、井下碎屑、地層流體、鉆井液等可以穿過(guò)排屑槽124并且在形成于鉆柱的外部和正在鉆探的井筒的內(nèi)壁之間的環(huán)形空間內(nèi)循環(huán)回井表面。

圖2是圖1的鉆頭100的截面?zhèn)纫晥D。在圖2中使用的圖1中的類似數(shù)字是指不再描述的類似部件。如圖所示，柄106可以在焊縫110處牢固地附接至金屬坯料或芯軸202，并且芯軸202延伸至鉆頭體108中。柄106和芯軸202是大致圓柱形結(jié)構(gòu)，其分別限定彼此流體連通的相應(yīng)流體腔204a和204b。芯軸202的流體腔204b可以進(jìn)一步縱向延伸至鉆頭體108中。至少一個(gè)流動(dòng)通道206(示出其中一個(gè))可以從流體腔204b延伸至鉆頭體108的外部。噴嘴開(kāi)口122(在圖2中示出其中一個(gè))可以限定在鉆頭體108的外部處的流動(dòng)通道206的端部處。凹槽116形成于鉆頭體108中，并且被成形或以其他方式構(gòu)造成接納切割元件118(圖1)。鉆頭體108可以在很大程度上包括如下文所述形成和以其他方式制造的硬質(zhì)復(fù)合材料部分208。

圖3是可用于形成圖1和圖2的鉆頭100的模具組件300的截面?zhèn)纫晥D。雖然模具組件300被示出并被討論為用于幫助制造鉆頭100，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地理解，可以使用模具組件300的變型來(lái)幫助制造上述任何滲透的井下工具，而不脫離本公開(kāi)的范圍。如圖所示，模具組件300可以包括幾個(gè)部件，例如模具302、保徑環(huán)304和漏斗306。在一些實(shí)施方案中，漏斗306可諸如通過(guò)相應(yīng)的螺紋嚙合經(jīng)由保徑環(huán)304可操作地耦接至模具302，如圖所示。在其他實(shí)施方案中，在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，保徑環(huán)304可從模具組件300中省略，并且漏斗306可反而諸如經(jīng)由相應(yīng)的螺紋嚙合直接地耦接至模具302。

在一些實(shí)施方案中，如圖所示，模具組件300還可包括放置在漏斗306上方的粘合劑碗308和蓋310。例如，模具302、保徑環(huán)304、漏斗306、粘合劑碗308和蓋310可以各自由石墨或氧化鋁(al2o3)或其他合適的材料制成，或以其他方式包括這些材料。滲透室312可被限定或以其他方式設(shè)置在模具組件300內(nèi)。可使用各種技術(shù)來(lái)制造模具組件300及其部件，包括但不限于機(jī)械加工石墨坯料以生產(chǎn)各種部件，從而限定滲透室312以表現(xiàn)鉆頭100的所需外部特征的負(fù)面或反向輪廓(圖1和圖2)。

諸如固結(jié)砂或石墨的材料可以在所需位置處定位在模具組件300內(nèi)，以形成鉆頭100的各種特征(圖1和圖2)。例如，可以將一個(gè)或多個(gè)噴嘴置換裝置314(示出其中一個(gè))定位成對(duì)應(yīng)于流動(dòng)通道206(圖2)及其各自的噴嘴開(kāi)口122(圖1和圖2)的期望位置和構(gòu)造?？梢岳斫獾氖?，從中心置換裝置316延伸的噴嘴置換裝置314的數(shù)量將取決于鉆頭100中的流動(dòng)通道和相應(yīng)噴嘴開(kāi)口122的所需數(shù)量。圓柱形中心置換裝置316可以放置在支腿314上。此外，一個(gè)或多個(gè)排屑槽置換裝置315(示出其中一個(gè))也可以定位在模具組件300內(nèi)，以對(duì)應(yīng)于排屑槽124(圖1)。

在期望的置換材料已經(jīng)適當(dāng)?shù)匕惭b在模具組件300內(nèi)之后，增強(qiáng)材料318然后可以放置在模具組件300內(nèi)或以其他方式被引入模具組件300中。增強(qiáng)材料318可以包括例如各種類型的增強(qiáng)顆粒。合適的增強(qiáng)顆粒包括但不限于金屬顆粒、金屬合金顆粒、超級(jí)合金顆粒、金屬間化合物顆粒、硼化物顆粒、碳化物顆粒、氮化物顆粒、氧化物顆粒、陶瓷顆粒、金剛石顆粒等或它們的任意組合。

合適的增強(qiáng)顆粒的實(shí)例包括但不限于鎢、鉬、鈮、鉭、錸、銥、釕、鈹、鈦、鉻、銠、鐵、鈷、鈾、鎳、氮化物、氮化硅、氮化硼、立方氮化硼、天然金剛石、合成金剛石、燒結(jié)碳化物、球形碳化物、低合金燒結(jié)材料、鑄造碳化物、碳化硅、碳化硼、立方硼化碳、碳化鉬、碳化鈦、碳化鉭、碳化鈮、碳化鉻、碳化釩、碳化鐵、碳化鎢、粗晶碳化鎢、鑄造碳化鎢、破碎的燒結(jié)碳化鎢、滲碳碳化鎢、鋼、不銹鋼、奧氏體鋼、鐵素體鋼、馬氏體鋼、析出硬化鋼、雙相不銹鋼、陶瓷、鐵合金、鎳合金、鈷合金、鉻合金、合金(即，含鎳鉻合金，可從haynesinternational獲得)、合金(即，可從specialmetalscorporation獲得的含鎳鉻的奧氏體超級(jí)合金)、(即，奧氏體鎳基超級(jí)合金)、合金(即，含鎳鉻合金，可從altempalloys,inc.獲得)、合金(即，含鎳鉻的超級(jí)合金，可從haynesinternational獲得)、合金(即，含鐵鎳的超級(jí)合金，可從megamex獲得)、mp98t(即，鎳-銅-鉻超級(jí)合金，可從spstechnologies獲得)、tms合金、合金(即，鎳基超級(jí)合金，可從c-mgroup獲得)、鈷合金6b(即，鈷基超級(jí)合金，可從hpa獲得)、n-155合金、其任何混合物以及它們的任意組合。在一些實(shí)施方案中，可以涂覆增強(qiáng)顆粒，例如用鈦涂覆的金剛石。

芯軸202可至少部分地由滲透室312內(nèi)的增強(qiáng)材料318支撐。更具體而言，在將足夠體積的增強(qiáng)材料318添加至模具組件300中之后，芯軸202然后可放置在模具組件300內(nèi)。芯軸202可包括大于中心置換裝置316的外徑322的內(nèi)徑320，并且可使用各種夾具(未明確示出)來(lái)在期望位置處將芯軸202定位在模具組件300內(nèi)。然后可將增強(qiáng)材料318填充至滲透室312內(nèi)的期望水平。

然后可以將粘合劑材料324放置在增強(qiáng)材料318、芯軸202和中心置換裝置316的頂部。合適的粘合劑材料324包括但不限于銅、鎳、鈷、鐵、鋁、鉬、鉻、錳、錫、鋅、鉛、硅、鎢、硼、磷、金、銀、鈀、銦、其任何混合物、其任何合金及其任何組合。粘合劑材料324的合金的非限制性實(shí)例可以包括銅-磷、銅-磷-銀、銅-錳-磷、銅-鎳、銅-錳-鎳、銅-錳-鋅、銅-錳-鎳-鋅、銅-鎳-銦、銅-錫-錳-鎳、銅-錫-錳-鎳-鐵、金-鎳、金-鈀-鎳、金-銅-鎳、銀-銅-鋅-鎳、銀-錳、銀-銅-鋅-鎘、銀-銅-錫、鈷-硅-鉻-鎳-鎢、鈷-硅-鉻-鎳-鎢-硼、錳-鎳-鈷-硼、鎳-硅-鉻、鎳-鉻-硅-錳、鎳-鉻-硅、鎳-硅-硼、鎳-硅-鉻-硼-鐵、鎳-磷、鎳-錳、銅-鋁、銅-鋁-鎳、銅-鋁-鎳-鐵、銅-鋁-鎳-鋅-錫-鐵等以及它們的任意組合?？缮藤?gòu)粘合劑材料324的實(shí)例包括但不限于virgin^tm粘合劑453d(銅-錳-鎳-鋅，可從belmontmetals有限公司獲得)和銅-錫-錳-鎳和銅-錫-錳-鎳-鐵等級(jí)516、519、523、512、518和520，可從atifirthsterling獲得，以及它們的任意組合。

在一些實(shí)施方案中，粘合劑材料324可以被焊劑層覆蓋(未明確示出)。加入到滲透室312中的粘合劑材料324(和任選的焊劑材料)的量應(yīng)至少足以在滲透過(guò)程中滲透增強(qiáng)材料318。在一些情況下，粘合劑材料324中的一些或全部可以放置在粘合劑碗308中，粘合劑碗308可以用于經(jīng)由穿過(guò)其中延伸的各種導(dǎo)管326將粘合劑材料324分配到滲透室312中。蓋310(如果使用的話)然后可以放置在模具組件300上。然后可以將模具組件300和設(shè)置在其中的材料預(yù)熱并隨后放置在熔爐(未示出)中。當(dāng)爐溫達(dá)到粘合劑材料324的熔點(diǎn)時(shí)，粘合劑材料324將液化并進(jìn)行滲透增強(qiáng)材料318。

在分配給液化粘合劑材料324用于滲透增強(qiáng)材料318的預(yù)定量的時(shí)間之后，可以將模具組件300從熔爐中移除并以受控的速度冷卻。一旦冷卻，模具組件300可以被分離以露出鉆頭體108(圖1和圖2)。然后可以使用根據(jù)公知技術(shù)的后續(xù)加工和后處理來(lái)使鉆頭100(圖1)完工。

根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施方案，鉆頭100或本文提及的任何mmc工具可以制造成具有用于向給定mmc工具的本體添加增強(qiáng)作用的預(yù)成型網(wǎng)狀物。更具體地講，一個(gè)或多個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物可以在裝載增強(qiáng)材料318之前或當(dāng)時(shí)以及在滲透之前選擇性地定位在滲透室312中。如下面更詳細(xì)描述的那樣，預(yù)成型網(wǎng)狀物為給定的mmc工具提供了三維骨架結(jié)構(gòu)，其加強(qiáng)了mmc工具的某些部分，例如mmc鉆頭的刀片區(qū)域(例如，圖1的鉆頭100)。可以理解的是，這可以允許使用者在刀片(例如，圖1的刀片102)處獲得期望的延性，從而有助于在操作期間分散應(yīng)變，這可以減輕災(zāi)變性損傷。此外，預(yù)成型網(wǎng)狀物可以幫助在給定的mmc工具中的關(guān)鍵區(qū)域阻止裂紋擴(kuò)展。

現(xiàn)在參考圖4a和圖4b，同時(shí)繼續(xù)參考圖3，示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的示例性模具組件400的部分截面?zhèn)纫晥D。模具組件400在某些方面可以類似于圖3的模具組件300，并且因此通過(guò)參考圖3可以得到最好地理解，在圖3中，相同的數(shù)字表示不再詳細(xì)描述的相同的元件。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，僅示出模具組件400的一半，如沿著模具組件400的縱向軸線a所截取的。模具組件400和在隨后的連續(xù)圖6、圖7a和圖9中示出的模具組件是圖3的模具組件300的簡(jiǎn)化近似圖，允許對(duì)各種實(shí)施方案的更簡(jiǎn)單的示意圖和簡(jiǎn)單的說(shuō)明。此外，由于具有奇數(shù)個(gè)刀片的鉆頭的直通式截面的不對(duì)稱性質(zhì)(圖1至圖3)，連續(xù)的截面圖限于半部分以示出適用于具有不同數(shù)量的刀片的鉆頭的簡(jiǎn)化的一般構(gòu)型，鉆頭的不同部分如刀片部分(例如，圖2至圖3的右半部分)和排屑槽部分(例如，圖2至圖3的左半部分)除外?？梢岳斫獾氖牵@些半部分中所示的實(shí)施方案可以通過(guò)簡(jiǎn)單地形成用于圍繞噴嘴置換裝置314(圖3)定位的孔從刀片區(qū)域可轉(zhuǎn)移到排屑槽區(qū)域。

與圖3的模具組件300類似，模具組件400可以包括模具302、漏斗306、粘合劑碗308和蓋310。雖然圖4a和圖4b中未示出，但在一些實(shí)施方案中，保徑環(huán)304(圖3)也可以包括在模具組件400中。此外，模具組件400還可以包括芯軸202、中心置換裝置316以及一個(gè)或多個(gè)噴嘴置換裝置或支腿314(圖3)，如上文一般描述的那樣。

然而，與圖3的模具組件300不同，模具組件400還可以包括至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物402，預(yù)成型網(wǎng)狀物402可以在裝載增強(qiáng)材料318(圖3)之前或期間定位在滲透室312內(nèi)。圖4a描繪了增強(qiáng)材料裝載到滲透室312中之前的模具組件400，并且圖4b描繪了增強(qiáng)材料318已裝載后的模具組件400。預(yù)成型網(wǎng)狀物402可包括用作正制造的mmc工具的本體的骨架增強(qiáng)件的本體404。在一些實(shí)施方案中，如圖所示，預(yù)成型網(wǎng)狀物402可以包括從本體404朝向滲透室312的內(nèi)壁延伸的一個(gè)或多個(gè)支座406。支座406可將本體404穩(wěn)定或支撐在滲透室312內(nèi)并且允許本體404相對(duì)于滲透室312的內(nèi)壁大致偏移或插入(即，徑向地和/或縱向地)到期望的偏移間距410。在一些實(shí)施方案中，支座406可以支撐預(yù)成型網(wǎng)狀物402，使得偏移間距410沿滲透室312的內(nèi)壁的全部或一部分是恒定的或一致的。然而，在其他實(shí)施方案中，偏移間距410可圍繞滲透室312的內(nèi)壁變化，尤其是在刀片102(圖1)和排屑槽124(圖1)的位置處。

在一些實(shí)施方案中，如圖所示，支座406中的一個(gè)或多個(gè)可包括桿、銷、柱或從本體404朝向滲透室312的內(nèi)壁延伸的其他支撐構(gòu)件。在其他實(shí)施方案中，如下所述，支座406中的一個(gè)或多個(gè)可以另選地包括從本體404延伸出來(lái)的縱向和/或徑向延伸的翅片。在任一種情況下，支座406可以形成為預(yù)成型網(wǎng)狀物402的整體部分，或以其他方式可以耦接到本體404，諸如通過(guò)定位焊、粘合劑、一個(gè)或多個(gè)機(jī)械緊固件(例如，螺釘、螺栓、銷、卡環(huán)等)、干涉配合件、它們的任意組合等。在其他實(shí)施方案中，可以省去支座406，并且如果預(yù)成型網(wǎng)狀物402被定位在滲透室312內(nèi)，那么這不是必要的，使得預(yù)成型網(wǎng)狀物402位于增強(qiáng)材料318的一部分的頂部或由增強(qiáng)材料318支撐。

預(yù)成型網(wǎng)狀物402可以包括在滲透過(guò)程中能夠與粘合劑材料324(圖3)粘結(jié)的任何可滲透的或多孔的介質(zhì)或材料。在一些實(shí)施方案中，預(yù)成型網(wǎng)狀物的本體404可由限定多個(gè)孔或單元的多個(gè)相交的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件(例如，桿、棒、竿等)制成。本體404可以另選地由選擇性穿孔以形成多個(gè)孔或單元的箔或板制成。本體404中的孔的尺寸可被設(shè)計(jì)成允許在裝載和壓實(shí)過(guò)程中在預(yù)成型網(wǎng)狀物402的任一側(cè)上發(fā)生增強(qiáng)材料318的一定程度的混合。例如，本體404中的孔可以尺寸設(shè)定成使得預(yù)成型網(wǎng)狀物402用作篩子，篩子允許預(yù)定尺寸的增強(qiáng)顆粒穿過(guò)預(yù)成型網(wǎng)狀物402，同時(shí)防止大于預(yù)定尺寸的增強(qiáng)顆粒穿過(guò)。在滲透期間，本體404中的孔可以進(jìn)一步允許粘合劑材料324穿透預(yù)成型網(wǎng)狀物402，從而能夠在預(yù)成型網(wǎng)狀物402的任一側(cè)上滲透增強(qiáng)材料318。粘合劑材料324穿過(guò)多孔預(yù)成型網(wǎng)狀物402的滲透可以有利于在預(yù)成型網(wǎng)狀物402的任一側(cè)上的區(qū)域之間提供增強(qiáng)的機(jī)械互連。

預(yù)成型網(wǎng)狀物402可以由各種材料制成，例如本文列出的用于增強(qiáng)材料318和粘合劑材料324(圖3)的任何材料。例如，預(yù)成型網(wǎng)狀物402可包括金屬(即，純金屬)、金屬合金、超級(jí)合金、金屬間化合物、硼化物、碳化物、氮化物、氧化物、陶瓷、金剛石、金屬泡沫等以及它們的任意組合。用于預(yù)成型網(wǎng)狀物402的特定候選材料包括共價(jià)鍵合的材料，以及難熔金屬和剛性金屬，例如鈹、鉿、銥、鈮、鋨、錸、銠、釕、鉭、釩、鎳、鉻、鉬、鎢和這些材料之間的任何組合或合金與先前針對(duì)粘合劑材料324所列的那些之間的任何組合或合金?？梢岳斫獾氖?，用于預(yù)成型網(wǎng)狀物402的硬質(zhì)材料或剛性材料可以有利于為mmc工具提供高強(qiáng)度增強(qiáng)，這可以幫助鉆頭的區(qū)域(例如，刀片區(qū)域)增加其剛度或剛性。

預(yù)成型網(wǎng)狀物402可以另選地由延性金屬制成，延性金屬包括但不限于銅、銀、鉛、錫、銦、鉍、鋰、鎂、硅、銻、金、鋅以及它們的合金。用于預(yù)成型網(wǎng)狀物402的延性材料可以在mmc工具的操作期間有助于應(yīng)變分散。更具體地講，延性材料可以通過(guò)分散擴(kuò)展裂紋的應(yīng)變來(lái)阻止mmc工具內(nèi)的裂紋。因此，mmc工具的各部分，例如刀片(即，圖1的刀片102)，不太可能在操作期間突變失效。在mmc鉆頭上由高扭矩或高重量引起的裂紋可能被延性預(yù)成型網(wǎng)狀物402完全減慢或停止，因此將保持刀片完好無(wú)損。

預(yù)成型網(wǎng)狀物402可以另選地由經(jīng)歷同素異形相變的材料制成。例如，氧化鋯(例如，二氧化鋯)在低于1170℃的冷卻后經(jīng)歷從四角形到單斜晶體的同素異形相變。這種轉(zhuǎn)變導(dǎo)致大體積膨脹，從而使得形成的部件破裂。可以向氧化鋯中加入某些材料如釔氧化物(氧化釔)、鈰氧化物、鎂氧化物和鈣氧化物，以抑制這種相變(例如，氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯)。然后，在使用期間，當(dāng)裂紋形成并傳播通過(guò)預(yù)成型網(wǎng)狀物402周圍時(shí)，由這些裂紋引起的應(yīng)變場(chǎng)可能引起局部的同素異形相變，這增加了局部尺度上的體積。這種局部擴(kuò)張可能會(huì)鈍化或停止裂紋擴(kuò)展，從而增加鉆頭壽命。

在一些實(shí)施方案中，預(yù)成型網(wǎng)狀物402可以由多種材料或材料類型組成，使得預(yù)成型網(wǎng)狀物402由剛性部分和延性部分制成。此外，支座406(如果使用的話)可以包括一種或多種不同類型的材料，例如在滲透過(guò)程中溶解在粘合劑材料324中的材料。然而，在其他實(shí)施方案中，支座406可以包括在存在粘合劑材料324的情況下不溶解或僅部分溶解的材料。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，支座406可以由與鉆頭體108(圖1和圖2)的硬復(fù)合部分208(圖2)相同的材料形成，以便最小化所得mmc工具中的非增強(qiáng)區(qū)域的量。

上述材料和材料組合物中的任何一種可以被形成、加工或以其他方式制造成用于預(yù)成形網(wǎng)狀物402的所需形狀和尺寸。適用于制造預(yù)成型網(wǎng)狀物402的技術(shù)包括但不限于：增材制造、燒結(jié)、粉末冶金、鑄造、機(jī)械織造、機(jī)械緊固、定位焊、釬焊、激光鉆孔、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、濺射、脈沖激光沉積、化學(xué)溶液沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、陰極電弧沉積、電流體力學(xué)沉積(即，電噴霧沉積)、離子輔助電子束沉積、電解電鍍、無(wú)電電鍍、熱蒸發(fā)、將預(yù)成型網(wǎng)狀物402的部分浸漬在熔融金屬熔池中以及它們的任意組合。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，預(yù)成型網(wǎng)狀物402的全部或一部分可經(jīng)由增材制造也稱為“3d印刷”來(lái)制造?？捎糜谥圃旎颉坝∷ⅰ鳖A(yù)成型網(wǎng)狀物402的合適的增材制造技術(shù)包括但不限于：激光燒結(jié)(ls)[例如，選擇性激光燒結(jié)(sls)、直接金屬激光燒結(jié)(dmls)]；激光熔化(lm)[例如，選擇性激光熔化(slm)、激光切割]；電子束熔化(ebm)；激光金屬沉積[例如，直接金屬沉積(dmd)、激光工程化凈成形(lens)、定向光制造(dlf)、直接激光沉積(dld)、直接激光制造(dlf)、激光快速成形(lrf)、激光熔化沉積(lmd)]；熔融沉積成型(fdm)；熔絲制造(fff)；選擇性激光燒結(jié)(sls)；立體光刻(sl或sla)；分層實(shí)體制造(lom)；噴射；它們的任意組合；等等。在這樣的實(shí)施方案中，預(yù)成型網(wǎng)狀物402可使用兩種或更多種選擇的材料來(lái)印刷。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，預(yù)成型網(wǎng)狀物402可由至少一種材料制成或以其他方式形成，之后，可將預(yù)成型網(wǎng)狀物402使用合適的涂覆或沉積工藝而用至少另一種材料涂覆。所得的制造成的混合預(yù)成型網(wǎng)狀物402可提供增強(qiáng)的性質(zhì)如剛性芯以抵抗變形，同時(shí)涂覆的材料在預(yù)成型網(wǎng)狀物402與粘合劑材料324或增強(qiáng)材料318之間提供延性或粘合性。

在其他實(shí)施方案中，預(yù)成型網(wǎng)狀物402可以由以最低程度的燒結(jié)援助結(jié)合或燒結(jié)在一起或者完全封裝在陶瓷或有機(jī)粘合劑材料中的增強(qiáng)顆?；蚺c粘合劑材料制成或以其他方式形成。在這樣的實(shí)施方案中，增強(qiáng)顆粒可以包括本文相對(duì)于增強(qiáng)材料318(圖3)所提及的任何增強(qiáng)顆?；虮疚南鄬?duì)于粘合劑材料324(圖3)所提及的任何粘合劑材料或它們的任意組合。在滲透期間，預(yù)成型網(wǎng)狀物402隨后可被粘合劑材料324(圖3)滲透并且成為mmc工具(例如，圖1的鉆頭100)的永久的一部分或在預(yù)成型網(wǎng)狀物402的任一側(cè)上提供互連嚙合。

預(yù)成型網(wǎng)狀物402可以成形或以其他方式制造成多種圖案或構(gòu)型且在滲透室312內(nèi)放置在不同的選擇位置處以提供選擇性增強(qiáng)。例如，一種形式的預(yù)成型網(wǎng)狀物402可包括被構(gòu)造成配合到模具組件400內(nèi)的刀片腔中的嵌入式插入物。增強(qiáng)材料318隨后可被裝載到刀片腔中以將預(yù)成型網(wǎng)狀物402鎖定到適當(dāng)位置?？梢岳斫獾氖牵A(yù)成型網(wǎng)狀物402插入物可以被定位在刀片腔的一些或全部中以在刀片(圖1)處提供期望量的結(jié)構(gòu)性增強(qiáng)。在其他實(shí)施方案中，預(yù)成型網(wǎng)狀物402可以構(gòu)造成使得其預(yù)成型為適合整個(gè)模具組件400，因而為刀片102和流動(dòng)通道206(圖2)提供增強(qiáng)。在這樣的實(shí)施方案中，預(yù)成型網(wǎng)狀物402可在固定置換支腿314(圖3)之前定位在滲透室312中。

現(xiàn)在參考圖5a和圖5b，示出了根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的可用于形成預(yù)成型網(wǎng)狀物402的示例性單元或元件。更具體地講，圖5a描繪了可形成預(yù)成型網(wǎng)狀物402的一部分的第一元件502a的等距視圖，并且圖5b示出了可形成預(yù)成型網(wǎng)狀物402的第二元件502b的等距視圖。第一元件502a包括立方形骨架結(jié)構(gòu)，并且第二元件502b包括角錐狀骨架結(jié)構(gòu)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，元件502a、502b可以另選地包括任何可實(shí)現(xiàn)三維多面體的骨架結(jié)構(gòu)，諸如但不限于富勒烯、八面體、立方八面體、菱形四面體、菱形十二碳五烯、菱形三酮多面體、它們的任意組合等等。額外的可接受多面體包括棱柱組(例如，三角棱柱、五角棱柱、十角棱柱)、截頂多面體組(例如，截頂四面體、截頂立方體、截頂三十二面體)、反棱柱組(例如，四角反棱柱、六角反棱柱、十角反棱柱、五角反棱柱)、具有凸面的均勻星形多面體組(例如，八面半八面體、四面半六面體、大二十面體)、星形多面體組(例如，星形八面體、星形十二面體、星形截頂六面體)、半正多面體組(例如，半正立方體、半正十二面體)、非凸多面體組(例如，大十二合六面體、大三十二面體)、它們的任意組合等，而不脫離本公開(kāi)的范圍。如圖5a和圖5b所示，單獨(dú)的元件502a、502b可組合且以其他方式結(jié)合形成較大的預(yù)成型網(wǎng)狀物402。在一些實(shí)施方案中，可使用兩種或更多種類型的元件502a、502b形成預(yù)成型網(wǎng)狀物402。

作為骨架三維多面體，每個(gè)元件502a、502b均可限定延伸穿過(guò)元件502a、502b的本體且以其他方式位于相鄰結(jié)構(gòu)元件之間的多個(gè)開(kāi)口或路徑。在一些實(shí)施方案中，開(kāi)口尺寸(例如，直徑、長(zhǎng)度、寬度等)可被控制成作為增強(qiáng)材料318(圖4a和圖4b)的某些粒度的篩子。例如，預(yù)成型網(wǎng)狀物402可以被構(gòu)造成相對(duì)于滲透室312的內(nèi)壁偏移短距離，并且可以限定尺寸設(shè)定成增強(qiáng)材料318的大顆粒保持在滲透室312的壁之處或附近的開(kāi)口，同時(shí)允許較小的顆粒穿過(guò)預(yù)成型網(wǎng)狀物402并向mmc工具的核心遷移。可以理解的是，這可能有利于mmc工具的耐腐蝕性，因?yàn)檩^大的顆粒將在滲透后保留在mmc工具的周邊附近。在其他實(shí)施方案中，開(kāi)口的尺寸可以足夠大以允許增強(qiáng)材料318的所有粒度自由流動(dòng)穿過(guò)預(yù)成型網(wǎng)狀物402。在其他實(shí)施方案中，這些開(kāi)口可基于mmc工具內(nèi)(即，圖4a和圖4b的滲透室312內(nèi))的可預(yù)見(jiàn)的位置放置來(lái)自定義。

由于預(yù)成型網(wǎng)狀物402可由多個(gè)元件502a、502b制成，所以預(yù)成型網(wǎng)狀物402可以是模塊化的，因?yàn)榭梢赃x擇預(yù)成型網(wǎng)狀物402的期望形狀，然后依次添加各個(gè)元件502a、502b以使形狀完整，這不同于兒童的積木。元件502a、502b可以相互連接以保持其相對(duì)位置，直到增強(qiáng)材料318(圖4a和圖4b)被裝載到滲透腔312(圖4a和圖4b)中，然后將元件502a、502b鎖定在適當(dāng)位置以供滲透。因此，可以將預(yù)成型網(wǎng)狀物402構(gòu)造成適合模具組件400內(nèi)的所需位置(圖4a和圖4b)，從而以高自定義水平為mmc工具提供增強(qiáng)。

現(xiàn)在參考圖6，同時(shí)繼續(xù)參考圖4a和圖4b，示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的另一示例性模具組件600的部分截面?zhèn)纫晥D。模具組件600在某些方面可以類似于圖4a和圖4b的模具組件400，并且因此通過(guò)參考圖4a和圖4b可以得到最好地理解，在圖4a和圖4b中，相同的數(shù)字表示不再描述的相同的元件。模具組件600可包括預(yù)成型網(wǎng)狀物602，預(yù)成型網(wǎng)狀物602在某些方面可以類似于圖4a和圖4b的預(yù)成型網(wǎng)狀物402，諸如由相似的材料制成且經(jīng)由任何上述工藝和方法制造而成。

然而，與預(yù)成型網(wǎng)狀物402不同，預(yù)成型網(wǎng)狀物602不包括支座406。相反，預(yù)成型網(wǎng)狀物602可以另選地懸置在滲透室312內(nèi)。例如，在一些實(shí)施方案中，預(yù)成型網(wǎng)狀物602可以耦接到芯軸202，諸如通過(guò)定位焊、粘合劑、一個(gè)或多個(gè)機(jī)械緊固件(例如，螺釘、螺栓、銷、卡環(huán)等)、干涉配合件、它們的任意組合等。然而，在其他實(shí)施方案中，增強(qiáng)材料318的一部分可以被裝載到滲透室312中達(dá)到期望的深度，并且預(yù)成型網(wǎng)狀物602然后可以被放置在已裝載的增強(qiáng)材料318上，并且隨后可以將剩余的增強(qiáng)材料318裝載在預(yù)成型網(wǎng)狀物的頂部。在其他實(shí)施方案中，預(yù)成型網(wǎng)狀物602可以替代地耦接至設(shè)置在芯軸202上方或周圍的特征，諸如僅在裝載過(guò)程中使用的定心夾具(未示出)。一旦裝載過(guò)程完成，并且在滲透過(guò)程之前，將從模具組件600中除去定心夾具。

圖7a和圖7b描繪了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的另一個(gè)示例性模具組件700。更具體地講，圖7a示出了模具組件700的部分截面?zhèn)纫晥D，并且圖7b示出了模具組件700沿圖7a所示線截取的截面頂視圖。模具組件700在某些方面可以類似于圖4a和圖4b的模具組件400，并且因此通過(guò)參考圖4a和圖4b可以得到最好地理解，在圖4a和圖4b中，相同的數(shù)字表示不再描述的相同的元件。模具組件700可包括預(yù)成型網(wǎng)狀物702，預(yù)成型網(wǎng)狀物702在某些方面可以類似于圖4a和圖4b的預(yù)成型網(wǎng)狀物402，諸如由相似的材料制成且經(jīng)由任何上述工藝和方法制造而成。

此外，與預(yù)成型網(wǎng)狀物402類似，預(yù)成型網(wǎng)狀物702可以包括本體704和從本體704朝向滲透室312的內(nèi)壁延伸的一個(gè)或多個(gè)支座706。支座706可以穩(wěn)定或支撐滲透室312內(nèi)的本體704并允許本體704與滲透室312的內(nèi)壁大體偏移或嵌入(即，徑向地和/或縱向地)。然而，與預(yù)成型網(wǎng)狀物402不同，預(yù)成型網(wǎng)狀物702的一個(gè)或多個(gè)支座706可以包括垂直設(shè)置的翅片或板，其沿本體704的一部分朝向滲透室312的內(nèi)壁縱向地延伸。支座706可以形成為預(yù)成型網(wǎng)狀物702的整體部分，或以其他方式可以耦接到本體704，諸如通過(guò)定位焊、粘合劑、一個(gè)或多個(gè)機(jī)械緊固件(例如，螺釘、螺栓、銷、卡環(huán)等)、干涉配合件、它們的任意組合等。在所示實(shí)施方案中，翅片狀支座706可以沿本體704縱向延伸到中間點(diǎn)。

雖然支座706在圖7a中顯示為定位在特定位置，但應(yīng)當(dāng)理解，支座706的位置可取決于應(yīng)用發(fā)生變化。例如，在一些實(shí)施方案中，支座706中的一個(gè)或多個(gè)可以沿本體704縱向幾乎延伸到縱向軸線a。在其他實(shí)施方案中，支座706中的一個(gè)或多個(gè)可以沿本體704縱向地延伸并且以其他方式離散地定位在縱向軸線a之處或附近。在其他實(shí)施方案中，支座706中的一個(gè)或多個(gè)可在兩個(gè)或更多個(gè)離散位置處沿本體704縱向地延伸。例如，其中一些支座706可從本體704且沿著滲透室312的內(nèi)壁縱向地延伸到中間點(diǎn)，并且其他支座706可以定位在縱向軸線a之處或附近。

如圖7b所示，預(yù)成型網(wǎng)狀物702可以包括從本體704徑向延伸的多個(gè)支座706(示出六個(gè))。其中一些支座706如上所述可以是翅片狀的，而其他支座可以是簡(jiǎn)單的支撐構(gòu)件，如朝向滲透室312的內(nèi)壁延伸的桿、銷或柱。圖7b所示截面的潛在實(shí)施方案可以是六刀片式鉆頭，其中六個(gè)支座706對(duì)應(yīng)于六個(gè)排屑槽124(圖1)或六個(gè)刀片102(圖1)?？梢岳斫獾氖?，可以采用多于或少于六個(gè)支座706，而不脫離本公開(kāi)的范圍。此外，雖然支座706在圖7b中描繪為圍繞本體704的圓周彼此等距離地間隔開(kāi)，但支座706可以另選地彼此隨意間隔開(kāi)。

在所示實(shí)施方案中，本體704被顯示為呈現(xiàn)大致圓形截面形狀。然而，可以理解的是，本體704可以另選地呈現(xiàn)各種其他截面形狀，諸如卵形、多邊形(例如，三角形、方形、五角形、六角形等)、橢圓形、規(guī)則多邊形(例如，三角形、方形、五角形、六角形等)、不規(guī)則多邊形、波狀、齒形或它們的任意組合，包括不對(duì)稱幾何形狀、銳角、圓角頂點(diǎn)或倒角頂點(diǎn)和倒棱頂點(diǎn)。在其他實(shí)施方案中，本體704的截面形狀可以被調(diào)整為例如符合刀片102(圖1)的形狀，諸如相對(duì)于mmc工具(例如，圖1和圖2的鉆頭100)的外表面具有恒定的偏移間距。在這樣的實(shí)施方案中，本體704的截面形狀可呈大致齒輪形狀，如下文參考圖8b所述。

在其他實(shí)施方案中，本體704的截面形狀可包括圖案化的或變化的起伏或者圍繞其圓周限定的其他類似結(jié)構(gòu)。可以理解的是，本體704的起伏或可變外圓周可有利于增大預(yù)成型網(wǎng)狀物702的相對(duì)側(cè)之間的表面積，并且增大表面積可以促進(jìn)預(yù)成型網(wǎng)狀物702的任一側(cè)上的區(qū)域之間的粘合力并增強(qiáng)他們之間的剪切強(qiáng)度。

圖8a和圖8b描繪了可用于本文所述的任一模具組件的示例性預(yù)成型網(wǎng)狀物802a和802b的截面頂視圖。如圖所示，預(yù)成型網(wǎng)狀物802a和802b可各自包括本體804。在圖8a中，第一預(yù)成型網(wǎng)狀物802a的本體804可呈現(xiàn)圍繞其圓周包括起伏的截面形狀。在其他實(shí)施方案中，起伏可以是方形化褶皺，而不脫離本公開(kāi)的范圍。此外，第一預(yù)成型網(wǎng)狀物802a可包括圍繞本體804的圓周等距離地間隔開(kāi)的四個(gè)支座806，但同樣可以包括可以另選地彼此隨意間隔開(kāi)的多于或少于四個(gè)支座806。支座806可以是翅片狀或桿狀支座，如本文一般所述。

在圖8b中，第二預(yù)成型網(wǎng)狀物802b的本體804可以呈現(xiàn)呈大致齒形的截面形狀。更具體地講，本體804可以提供或以其他方式限定多個(gè)齒葉808，并且每個(gè)齒葉808均可被配置成定位在對(duì)應(yīng)刀片102(圖1)內(nèi)且以其他方式與對(duì)應(yīng)刀片相對(duì)應(yīng)。在圖8b中，可以根據(jù)需要省去支座806或?qū)⑵涠ㄎ辉谄渌恢锰幰杂兄谑诡A(yù)成型網(wǎng)狀物802b與滲透室312(圖3)的內(nèi)壁保持偏移。

在一些實(shí)施方案中，第二預(yù)成型網(wǎng)狀物802b還可包括在滲透室內(nèi)定位在選擇位置處的一個(gè)或多個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物插入物810。預(yù)成型網(wǎng)狀物插入物810可由任何材料且經(jīng)由本文參考任何預(yù)成型網(wǎng)狀物所述的任何工藝制造。在所示實(shí)施方案中，預(yù)成型網(wǎng)狀物插入物810被描繪為布置在齒葉808內(nèi)，或布置在其中隨后形成對(duì)應(yīng)刀片102(圖1)的區(qū)域內(nèi)。預(yù)成型網(wǎng)狀物插入物810可以沿著刀片102的全部或一部分區(qū)域縱向地延伸，使得可以在這些位置處提供局部增強(qiáng)。此外，預(yù)成型網(wǎng)狀物插入物810可以結(jié)合本文所述的任何預(yù)成型網(wǎng)狀物或獨(dú)立地使用。因此，在至少一個(gè)實(shí)施方案中，可以從第二預(yù)成型網(wǎng)狀物802b中省去本體804，并且預(yù)成型網(wǎng)狀物插入物810可僅包括第二預(yù)成型網(wǎng)狀物802b的組成部分。

雖然在圖8b中示為呈現(xiàn)大致圓形截面形狀，但預(yù)成型網(wǎng)狀物插入物810可以另選地呈現(xiàn)另一種截面形狀，諸如卵形、橢圓形、規(guī)則多邊形(例如，三角形、方形、五角形、六角形等)、不規(guī)則多邊形、波狀、齒形或它們的任意組合，包括不對(duì)稱幾何形狀、銳角、圓角頂點(diǎn)或倒角頂點(diǎn)和倒棱頂點(diǎn)以及它們的任意組合?？梢岳斫獾氖?，預(yù)成型網(wǎng)狀物插入物810的截面形狀可以至少部分地取決于mmc工具的幾何設(shè)計(jì)。

現(xiàn)在參考圖9，示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的另一個(gè)示例性模具組件900的截面?zhèn)纫晥D。模具組件900在某些方面可以類似于圖4a和圖4b的模具組件400，并且因此通過(guò)參考圖4a和圖4b可以得到最好地理解，在圖4a和圖4b中，相同的數(shù)字表示不再描述的相同的元件。然而，與模具組件400不同，模具組件900可包括兩個(gè)或更多個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物，示為定位在滲透室312內(nèi)且以嵌套關(guān)系彼此偏移(即，徑向地和/或縱向地)的第一預(yù)成型網(wǎng)狀物902a和第二預(yù)成型網(wǎng)狀物902b。第一預(yù)成型網(wǎng)狀物902a和第二預(yù)成型網(wǎng)狀物902b可以類似于圖a和圖4b的預(yù)成型網(wǎng)狀物402，諸如由相似的材料制成且經(jīng)由任何上述工藝和方法制造而成。雖然在圖9中僅顯示兩個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物902a、902b，但應(yīng)當(dāng)理解的是，可以采用超過(guò)兩個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物，而不脫離本公開(kāi)的范圍。

在一些實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)支座904可使?jié)B透室312內(nèi)的第一預(yù)成型網(wǎng)狀物902a和第二預(yù)成型網(wǎng)狀物902b隔開(kāi)。雖然未示出，可使用一個(gè)或多個(gè)附加的支座來(lái)將第一預(yù)成型網(wǎng)狀物902a支撐在滲透室312內(nèi)。在其他實(shí)施方案中，預(yù)成型網(wǎng)狀物902a和902b中的一個(gè)或兩個(gè)可以替代地耦接至設(shè)置在芯軸202上方或周圍的特征，諸如僅在裝載過(guò)程中使用的定心夾具(未示出)。在其他實(shí)施方案中，增強(qiáng)材料318可以依次裝載有第一預(yù)成型網(wǎng)狀物902a、902b，由此允許預(yù)成型網(wǎng)狀物902a、902b至少部分地由增強(qiáng)材料318支撐。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，第一預(yù)成型網(wǎng)狀物902a和第二預(yù)成型網(wǎng)狀物902b可以包括不同的材料。例如，第一預(yù)成型網(wǎng)狀物902a可由較硬材料制成，而第二預(yù)成型網(wǎng)狀物902b可由更具延性的材料制成。可以理解的是，這可有利于在滲透后為mmc工具在其周邊或附近提供更多的剛度，同時(shí)在其中心或核心提供更具延性的增強(qiáng)。然而，在其他實(shí)施方案中，第一預(yù)成型網(wǎng)狀物902a和第二預(yù)成型網(wǎng)狀物902b可各自由剛性材料制成，而支座904可由延性材料制成。在這樣的實(shí)施方案中，滲透后的所得mmc工具可在某些方向上具有剛性增強(qiáng)，而延性支座904的使用可產(chǎn)生或提高精確定位和/或在剛性增強(qiáng)構(gòu)件之間形成耦接。

現(xiàn)在參考圖10a和圖10b，示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的上面示意性地覆蓋有相應(yīng)示例性預(yù)成型網(wǎng)狀物截面的鉆頭1000的頂端視圖。在圖10a中，鉆頭1000可具有嵌套的第一預(yù)成型網(wǎng)狀物1002a和第二預(yù)成型網(wǎng)狀物1002b，與圖9的預(yù)成型網(wǎng)狀物902a、902b類似。此外，雖然在圖10a中僅描繪兩個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物1002a、1002b，但應(yīng)當(dāng)理解的是，可以采用超過(guò)兩個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物，而不脫離本公開(kāi)的范圍。

在一些實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)支座1004可在第一預(yù)成型網(wǎng)狀物1002a與第二預(yù)成型網(wǎng)狀物1002b之間延伸，并且以其他方式用于使預(yù)成型網(wǎng)狀物1002a、1002b保持彼此偏移。其中一些支座1004如上所述可以是垂直設(shè)置的翅片，而其他支座可以簡(jiǎn)單的支撐構(gòu)件如在第一預(yù)成型網(wǎng)狀物1002a與第二預(yù)成型網(wǎng)狀物1002b之間延伸的桿、銷或柱。另選地或除此之外，支座1004中的一個(gè)或多個(gè)可從滲透室312(圖3)的內(nèi)壁延伸出來(lái)，并為第一預(yù)成型網(wǎng)狀物1002a提供支撐。此外，應(yīng)當(dāng)指出的是，支座1004在圖10a中描繪為彼此不規(guī)則地間隔開(kāi)，并且以其他方式不與鉆頭1000的刀片對(duì)準(zhǔn)。然而，在其他實(shí)施方案中，支座1004可以彼此等距離地隔開(kāi)和/或與刀片對(duì)齊，而不脫離本公開(kāi)的范圍。

雖然每個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物1002a、1002b被描繪為呈現(xiàn)大致圓形的截面形狀，但應(yīng)當(dāng)理解的是，預(yù)成型網(wǎng)狀物1002a、1002b中的任一個(gè)可以可替代地呈現(xiàn)其他截面形狀，如橢圓形、規(guī)則多邊形(例如，三角形、方形、五角形、六角形等)、不規(guī)則多邊形、波狀、齒形或它們的任意組合，包括不對(duì)稱幾何形狀、銳角、圓角頂點(diǎn)或倒角頂點(diǎn)和倒棱頂點(diǎn)，而不脫離本公開(kāi)的范圍。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，預(yù)成型網(wǎng)狀物1002a、1002b中的任一個(gè)的截面形狀可沿鉆頭1000的高度變化并且可以其他方式包括多個(gè)上述截面形狀，以符合本公開(kāi)。

圖10b描繪了定位在鉆頭1000的幾個(gè)刀片1006內(nèi)的預(yù)成型網(wǎng)狀物的幾種不同構(gòu)型。例如，在一些刀片1006中，一個(gè)或多個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物1008a可大體沿著刀片的輪廓并且在刀片1006內(nèi)部以其他方式彎曲。在存在超過(guò)一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物的情況下，預(yù)成型網(wǎng)狀物1008a可以呈嵌套關(guān)系。在其他刀片1006中，一個(gè)或多個(gè)附加的預(yù)成型網(wǎng)狀物1008b可以是大致平坦的且平行于對(duì)應(yīng)刀片1006的角度延伸。在其他刀片1006中，一個(gè)或多個(gè)其他預(yù)成型網(wǎng)狀物1008c可以是大致平坦的且垂直于對(duì)應(yīng)刀片1006的角度延伸?？梢岳斫獾氖?，預(yù)成型網(wǎng)狀物可以替代地以平行于刀片1006的角度與垂直于刀片1006的角度之間的任意角度，或垂直于截面(如圖10b所示)與平行于截面之間的任意角度或它們的任意組合延伸，或它們可能成形為沿著mmc工具中的關(guān)鍵特征的輪廓，諸如圍繞噴嘴替代裝置314(圖3)延伸。預(yù)成型網(wǎng)狀物1008a至1008c可具有任何厚度和變化的厚度，以最優(yōu)化所得mmc工具的關(guān)鍵方向上的增強(qiáng)性質(zhì)和/或特征。

本文所公開(kāi)的實(shí)施方案包括：

a.一種模具組件系統(tǒng)，所述模具組件系統(tǒng)包括：模具組件，所述模具組件限定用于形成滲透金屬基復(fù)合材料(mmc)工具的滲透室；增強(qiáng)材料，所述增強(qiáng)材料沉積在所述滲透室內(nèi)；粘合劑材料，所述粘合劑材料滲透所述增強(qiáng)材料；以及至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物，所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物被定位在所述滲透室內(nèi)并且嵌入在所述增強(qiáng)材料內(nèi)，所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物包括多孔本體并且在滲透后向所述滲透mmc工具提供骨架增強(qiáng)。

b.一種用于制造滲透金屬基復(fù)合材料(mmc)工具的方法，所述方法包括：將至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物定位在模具組件的滲透室內(nèi)，所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物包括多孔本體；將增強(qiáng)材料沉積到所述滲透室中，由此將所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物嵌入所述增強(qiáng)材料中；用粘合劑材料滲透所述增強(qiáng)材料，由此提供所述滲透mmc工具；以及將所述滲透mmc工具用所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物在結(jié)構(gòu)上增強(qiáng)。

實(shí)施方案a和b可以各自具有以下附加要素中的一個(gè)或多個(gè)的任意組合：要素1：其中所述滲透mmc工具為選自由以下各項(xiàng)組成的組的工具：油田鉆頭或切削工具；不可回收的鉆井部件；與井筒套管鉆井相關(guān)聯(lián)的鋁鉆頭體；鉆柱穩(wěn)定器；牙輪鉆頭的牙輪；用于鍛造用于制造牙輪鉆頭的支撐臂的沖模的模型；固定擴(kuò)孔器的臂；可擴(kuò)張擴(kuò)孔器的臂；與可擴(kuò)張擴(kuò)孔器相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部部件；可附接到旋轉(zhuǎn)鉆頭的井口端的套筒；旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向工具；隨鉆測(cè)井工具；隨鉆測(cè)量工具；側(cè)壁取芯工具；打撈矛；套洗工具；用于井下鉆井電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子和/或殼體；用于井下渦輪機(jī)的葉片；以及它們的任意組合。要素2：其中所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物還包括從所述多孔本體朝向所述滲透室的內(nèi)壁延伸的一個(gè)或多個(gè)支座，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)支座與所述滲透室的所述內(nèi)壁嚙合并且在所述多孔本體與所述滲透室的所述內(nèi)壁之間提供偏移間距。要素3：其中所述偏移間距沿所述滲透室的所述內(nèi)壁的全部或一部分變化。要素4：其中所述一個(gè)或多個(gè)支座包括選自由以下各項(xiàng)組成的組的結(jié)構(gòu)：桿、銷、柱、垂直設(shè)置的翅片、水平設(shè)置的板、它們的任意組合等等。要素5：其中所述多孔本體呈現(xiàn)出選自由以下各項(xiàng)組成的組的截面形狀：圓形、卵形、波狀、齒形、橢圓形、規(guī)則多邊形、不規(guī)則多邊形、波狀、雉堞狀、具有銳角的雉堞狀、具有圓角的雉堞狀、不對(duì)稱幾何形狀以及它們的任意組合。要素6：其中所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物懸置在所述滲透室內(nèi)。要素7：其中所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物包括選自由以下各項(xiàng)組成的組的材料：金屬、金屬合金、超級(jí)合金、金屬間化合物、硼化物、碳化物、氮化物、氧化物、陶瓷、金剛石、金屬泡沫以及它們的任意組合。要素8：其中所述金屬包括選自由以下各項(xiàng)組成的組的硬質(zhì)金屬：鈹、鉿、銥、鈮、鋨、錸、銠、釕、鉭、釩、鎳、鉻、鉬、鎢、它們的任意組合；以及上述與所述粘合劑材料的任何合金。要素9：其中所述金屬包括選自由以下各項(xiàng)組成的組的延性金屬：銅、銀、鉛、錫、銦、鉍、鋰、鎂、硅、銻、金、鋅以及它們的任意合金。要素10：其中所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物包括所述材料中的兩種或更多種。要素11：其中所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物是使用以下至少一種方法制造的：增材制造、燒結(jié)、粉末冶金、鑄造、機(jī)械織造、機(jī)械緊固、定位焊、釬焊、激光鉆孔、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、濺射、脈沖激光沉積、化學(xué)溶液沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、陰極電弧沉積、電流體力學(xué)沉積、離子輔助電子束沉積、電解電鍍、無(wú)電電鍍、熱蒸發(fā)、將所述預(yù)成型網(wǎng)狀物的部分浸漬在熔融金屬熔池中以及它們的任意組合。要素12：其中所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物包括在所述滲透室內(nèi)定位在選擇位置處的一個(gè)或多個(gè)插入物。要素13：其中所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物包括多個(gè)三維多面體骨架元件，所述多個(gè)三維多面體骨架元件結(jié)合形成所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物。要素14：其中所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物包括各自定位在所述滲透室內(nèi)且以嵌套關(guān)系彼此偏移的第一預(yù)成型網(wǎng)狀物和第二預(yù)成型網(wǎng)狀物。要素15：還包括在所述第一預(yù)成型網(wǎng)狀物與所述第二預(yù)成型網(wǎng)狀物之間延伸的一個(gè)或多個(gè)支座。要素16：其中所述第一預(yù)成型網(wǎng)狀物和所述第二預(yù)成型網(wǎng)狀物包括不同的材料。要素17：其中所述滲透mmc工具為具有多個(gè)刀片的鉆頭，并且所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物包括沿著所述多個(gè)刀片之一的輪廓的一個(gè)或多個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物。要素18：其中所述滲透mmc工具為具有多個(gè)刀片的鉆頭，并且所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物包括一個(gè)或多個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物，所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物平行于所述多個(gè)刀片之一的角度、垂直于所述多個(gè)刀片之一的所述角度或以平行于所述多個(gè)刀片之一的所述角度與垂直于所述多個(gè)刀片之一的所述角度之間的角度延伸。

要素19：其中所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物還包括從所述多孔本體朝向所述滲透室的內(nèi)壁延伸的一個(gè)或多個(gè)支座，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)支座與所述滲透室的所述內(nèi)壁嚙合并且在所述多孔本體與所述滲透室的所述內(nèi)壁之間提供偏移間距。要素20：其中將所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物定位在所述滲透室內(nèi)包括使所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物懸置在所述滲透室內(nèi)。要素21：其中所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物包括選自由以下各項(xiàng)組成的組的材料：金屬、金屬合金、超級(jí)合金、金屬間化合物、硼化物、碳化物、氮化物、氧化物、陶瓷、金剛石、金屬泡沫以及它們的任意組合。要素22：其中所述金屬包括選自由以下各項(xiàng)組成的組的硬質(zhì)金屬：鈹、鉿、銥、鈮、鋨、錸、銠、釕、鉭、釩、鎳、鉻、鉬、鎢、它們的任意組合；以及上述與所述粘合劑材料的任何合金。要素23：其中所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物包括一個(gè)或多個(gè)插入物并且其中將所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物定位在所述滲透室內(nèi)包括將所述一個(gè)或多個(gè)插入物在所述滲透室內(nèi)定位在選擇位置處。要素24：其中所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物包括第一預(yù)成型網(wǎng)狀物和第二預(yù)成型網(wǎng)狀物并且其中將所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物定位在所述滲透室內(nèi)包括將所述第一預(yù)成型網(wǎng)狀物和所述第二預(yù)成型網(wǎng)狀物彼此偏移地且以嵌套關(guān)系定位在所述滲透室內(nèi)。要素25：其中所述第一預(yù)成型網(wǎng)狀物和所述第二預(yù)成型網(wǎng)狀物包括不同的材料并且其中將所述滲透mmc工具用所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物在結(jié)構(gòu)上增強(qiáng)包括：將所述滲透mmc工具使用所述第一預(yù)成型網(wǎng)狀物以剛度增強(qiáng)；以及將所述滲透mmc工具使用所述第二預(yù)成型網(wǎng)狀物以延性增強(qiáng)。要素26：其中所述滲透mmc工具為具有多個(gè)刀片的鉆頭，并且所述至少一個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物包括一個(gè)或多個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物，并且其中將所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)成型網(wǎng)狀物定位在限定于所述模具組件中的對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)刀片腔中。

通過(guò)非限制性實(shí)例的方式，適用于a、b和c的示例性組合包括：要素2與要素3；要素2與要素4；要素7與要素8；要素7與要素9；要素7與要素10；要素14與要素15；要素14與要素16；以及要素24與要素25。

因此，所公開(kāi)系統(tǒng)及方法良好適合于獲得所提到的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)以及本發(fā)明固有的那些目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。以上公開(kāi)的特定實(shí)施方案只是說(shuō)明性的，因?yàn)楸竟_(kāi)的教導(dǎo)內(nèi)容可以對(duì)受益于本文教導(dǎo)內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易知的不同但等效的方式來(lái)修改和實(shí)踐。另外，并不意在限于本文所示的構(gòu)造或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)，而是限于隨附權(quán)利要求書(shū)中所述內(nèi)容。因此明顯的是以上公開(kāi)的特定例示性實(shí)施方案可被改變、結(jié)合、或修改，并且所有的此類變化被認(rèn)為在本公開(kāi)的范圍內(nèi)。本文說(shuō)明性公開(kāi)的系統(tǒng)和方法可以合適地在不存在本文未具體公開(kāi)的任何要素和/或本文公開(kāi)的任何可選要素的情況下實(shí)施。雖然組成和方法已在“包含”、“含有”或“包括”各種部件或步驟方面進(jìn)行了描述，但是組成和方法還可以“基本上由各種組部件和步驟組成”或“由各種部件和步驟組成”。上文所公開(kāi)的所有數(shù)字和范圍可以變化某一量。每當(dāng)公開(kāi)具有下限和上限的數(shù)字范圍時(shí)，就明確公開(kāi)了落在范圍內(nèi)的任何數(shù)字和任何包括的范圍。具體地講，本文所公開(kāi)的每個(gè)范圍的值(其形式為，“約a至約b”，或相當(dāng)?shù)兀凹sa至b”，或相當(dāng)?shù)?，“約a–b”)應(yīng)當(dāng)被理解為是闡述較廣泛范圍的值內(nèi)所包含的每個(gè)數(shù)字和范圍。另外，除非專利權(quán)所有人另外明確地和清楚地定義，否則權(quán)利要求書(shū)中的術(shù)語(yǔ)具有其一般的普通含義。此外，如權(quán)利要求書(shū)中所用的不定冠詞“一個(gè)”或“一種”在本文中定義為意指引入的一個(gè)或一個(gè)以上的要素。如果本說(shuō)明書(shū)和可能以引用的方式并入本文中的一個(gè)或多個(gè)專利或其它文件中詞或術(shù)語(yǔ)的使用存在任何沖突，應(yīng)采用與本說(shuō)明書(shū)一致的定義。

如本文所使用的，在一系列項(xiàng)之前的短語(yǔ)“至少一個(gè)”，以及用于分開(kāi)所述項(xiàng)中的任何一個(gè)的術(shù)語(yǔ)“和”或“或”作為整體修改列表，而不是所述列表中的每一個(gè)成員(即，每個(gè)項(xiàng))。短語(yǔ)“至少一個(gè)”允許意指包括項(xiàng)中的任一個(gè)的至少一個(gè)，和/或項(xiàng)的任何組合的至少一個(gè)，和/或項(xiàng)中的每一個(gè)的至少一個(gè)。以舉例的方式，短語(yǔ)“a、b和c中的至少一個(gè)”或“a、b或c中的至少一個(gè)”各自指代僅a、僅b、或僅c；a、b和c的任何組合；和/或a、b和c中的每一個(gè)的至少一個(gè)。