CN105247157B - 热稳定多晶材料至衬底的阳极键合 - Google Patents

Abstract

本发明提供了钻头或其它井下设备的切削元件和其它表面硬化部件，所述切削元件和表面硬化部件包括阳极地键合至衬底的热稳定多晶材料。还提供了用于制造所述元件和部件的方法和系统。

Description

热稳定多晶材料至衬底的阳极键合

技术领域

本公开总体上涉及包括可与井筒钻探结合使用的热稳定多晶材料的切削元件和其它井下钻井部件以及使用阳极键合的系统和制造方法。

发明背景

经常使用旋转钻头来钻出油气井、地热井和水井。固定切削器钻头或刮刀钻头通常形成有钻头体，所述钻头体具有安置在钻头体的外部部分的选定位置处的切削元件或插入件。钻头和其它井下设备还可以具有各种其它耐磨蚀和/或耐磨损的表面硬化元件。切削元件和表面硬化元件可以由多晶材料制成。

例如，具有多晶切削层(或台面)的切削元件已用在包括井筒钻探和金属机械加工的工业应用中很多年。一种所述材料是多晶金刚石(PCD)，多晶金刚石是结合在一起以形成一体的、坚韧的、高强度块的金刚石(通常是合成的)的多晶块。为了形成切削元件，将切削层结合至衬底材料，所述衬底材料通常是烧结的金属-碳化物。当结合至衬底时，PCD被称作多晶金刚石复合片(PDC)。用在切削元件或表面硬化结构性元件中的多晶材料还可以由其它多晶材料制成，例如多晶立方氮化硼(PCBN)。

已经在积极地研究用于将热稳定多晶材料固定至衬底以便用在钻头切削元件或其它耐磨蚀和/或耐磨损的表面硬化结构性元件中的方法，所述元件是钻头体或其它井下设备的部分。高温高压(HTHP)加工是常见的附接方法。然而，这种方法通常使用另一催化剂，例如钴，并且致使多晶材料的热稳定性降低。

附图简述

图1是根据一个实施方案的含有切削元件的钻头的透视图。

图2是根据一个实施方案的具有附接至衬底的热稳定多晶材料的切削层的切削元件的透视图。

图3A是示出了用于进行阳极键合程序的部件的示意图。一些工艺参数是键合压力(U_B)、电流限制(I_B)和键合温度(T_B)。

图3B是示出了与图3A的阳极键合过程相关联的离子漂移的示意图。

图4A是示出了根据一个实施方案的与含碳酸盐的热稳定多晶材料至衬底的阳极键合相关联的离子漂移的示意图。

图4B是示出了根据一个实施方案的与含碳酸盐的热稳定多晶材料至涂硅的衬底的键合相关联的离子漂移的示意图。

图5是根据一个实施方案的用于将热稳定多晶材料的切削层结合至衬底以形成切削元件的系统的示意图。

图6是根据一个实施方案的制造具有附接至衬底的热稳定多晶材料的切削层的切削元件的方法的框图。

详细描述

本公开的某些实施方案和特征涉及钻头和其它井下设备的包括热稳定多晶材料并且可以与井筒钻探结合使用的切削元件和表面硬化部件，以及使用阳极键合制造所述元件的系统和方法。在一些实例中，具有热稳定多晶材料切削层的切削元件可以附接至钻头头部或其它井下设备，例如扩孔器或扩眼器，所述井下设备可以用以在钻出井筒(例如被钻出以汲取水、天然气或石油的那些井筒)时分裂、切削或压裂岩石和地球地层。在另一实例中，具有热稳定多晶材料的面向外的层的表面硬化部件可以附接至钻头或其它井下设备。所述表面硬化部件可以是耐磨损的使得降低钻头或井下设备由于摩擦热而受损害的可能性，并且可以方便设备在使用期间在井下的移动。表面硬化部件的实例包括钻头头部、量具保护器和防撞器。可以使用电场来将热稳定多晶材料共价地键合至衬底以形成切削元件或表面硬化部件。在一些实例中，热稳定多晶材料至衬底或表面硬化部件的阳极键合最大化切削元件或表面硬化部件的热稳定性。因此，切削元件或表面硬化部件可以具有经改善的热力完整性和耐磨蚀性，并且具有与使用将切削层附接至衬底的常规方法得到的那些浸出暴露相比减少的浸出暴露。

PCD包括互连成晶格结构的个别金刚石“晶体”。金属催化剂(尤其是VIII族金属催化剂)，例如钴，已用以促进金刚石颗粒的再结晶和晶格结构的形成(例如在烧结过程中)。然而，VIII族金属催化剂具有与金刚石相比明显不同的热膨胀系数(CTE)，并且在加热PCD后，金属催化剂和金刚石晶格将以不同的速率膨胀，从而使得在晶格结构中形成裂纹并且导致切削层的退化(在井下使用期间)。此外，在高温(>800℃)下并且在不存在高压的情况下，金属催化剂还会使金刚石恢复成石墨。为了消除这个问题，可以使用强酸来从金刚石晶格结构中“浸出”钴，产生热稳定多晶金刚石材料。对于其它多晶材料，类似的问题发生并且必须要进行解决。具有热稳定多晶材料的切削层的切削元件具有相对较低的磨损速率，即便在切削器温度达到1200℃时。

在一些情况中，多晶材料是由金刚石或通过粘合剂(例如硅)一起被限制在基质复合材料中的其它超硬颗粒制成。表面硬化部件可以包括此类多晶材料作为耐磨蚀和/或耐磨损特征。

为简单起见，详细地描述了以下各者的特征：包括由多晶金刚石(PCD)制成的热稳定多晶材料切削层的钻头切削元件；和用于制造和使用此部件的系统和方法。然而，所述特征类似地涉及钻头或其它井下设备的耐磨蚀或磨损的表面硬化部件以及用于制造和使用所述部件的系统和方法。所述特征还类似地涉及含有其它多晶材料的部件以及用于制造和使用所述部件的系统和方法。

在一个实例中，包括由阳极地键合至衬底的热稳定多晶材料制成的切削层的切削元件附接至钻头，用于地球地层钻探。具有所述切削元件的固定切削器钻头10示出于图1中。钻头头部11连接至柄12以形成钻头体13。多个切削刀片14环绕钻头头部11的圆周安排。在此实例中，存在远离钻头的旋转轴15大体上向外地延伸的五个切削刀片14。凹腔或凹槽16(或被称作插槽和插口)形成在切削刀片14上。切削元件17(或被称作插入件)例如通过铜焊固定地安装在每一凹腔16中。多个切削元件17沿着每一刀片的长度并排安置。每一刀片所承载的切削元件17的数目可以改变。在钻头10在使用中旋转时，切削元件17与地层接触，以便挖去、掏去或凿去被钻的地层的材料。量具保护器18位于多个切削刀片14的向外表面上，在所述向外表面上，它们方便钻头体13的旋转并提供耐磨性。

在另一实例中，包括阳极地键合至衬底的热稳定多晶材料的切削元件20示出于图2中。切削元件20具有圆柱形衬底主体(衬底)22，所述衬底主体具有在本文中被称作界面表面23的端面或上表面23。超硬材料层(切削层)24形成工作表面25和切削边缘26。切削层24的底面27阳极地键合至衬底22的上表面23上。接合表面23和27在本文中被称作界面28。界面28是衬底22的表面23通过阳极键合彼此共价地附接之处。切削层24的顶部暴露表面或工作表面25与底面27对置。切削层24通常可以具有平坦或平面的工作表面25或非平面表面(未单独示出)。

例如，切削层24可以包括热稳定多晶材料。热稳定多晶材料可以包括多晶金刚石、多晶立方氮化硼或另一超级磨蚀材料。衬底22可以是碳化物或金属。例如，碳化物可以包括烧结碳化钨(WC)、碳化硅(SiC)或另一超硬材料。在衬底22是金属的情况下，所述金属可以包括钢、镍/铁合金、因瓦合金或钛。衬底的实例包括金属(例如钢、因瓦合金、钛等)、涂硅的金属、涂硅和烧结的碳化钨、以及碳化硅。切削层24和衬底22中的任一者或两者可以镀有、覆盖有或涂布有金属或硅以方便阳极键合过程。在一些实例中，衬底22可以是包括硅或共价地涂布有硅的碳化物或金属。

切削层24可以直接阳极地键合至衬底22或者可以阳极地键合至中间层，所述中间层结合至衬底22。在某些实例中，切削层24可以经由中间层(图2，未示出)间接地结合至衬底22。中间层的上表面可以阳极地键合至切削层24的底面27。中间层可以是形成可以结合至切削层24的多晶材料的碳化物的物质。例如，中间层可以是金属，例如钢、镍/铁合金、因瓦合金或钛。中间层可以由对彼此、对衬底22和对多晶材料具有不同亲和性的多种物质制成。中间层还可以是对彼此、对衬底和对切削层24的多晶材料具有不同亲和性的不同物质的多个层。在一些实例中，中间层可以是共价地涂布有硅的金属。中间层的金属可以是易延展的以吸收来自阳极键合过程以及(例如)铜焊过程的残余应力，铜焊过程可以用以将热稳定多晶材料中间层结合至衬底22。残余的热应力可以通过单个中间层或多个中间层来管理。

如图1中所示的钻头10可以是使用阳极键合将切削层24附接至衬底22或中间层来制成。如图3A中所示，可以使用阳极键合将第一材料30共价地键合至第二材料31。第一材料30和第二材料31被放置成彼此邻近并且位于阴极32与阳极33之间。通过将电流施加至阳极来产生静电场，所述静电场可以吸引或排斥存在于第一材料30或第二材料31中的带正电荷和带负电荷的离子以在两种材料之间产生共价键。在第一材料和第二材料是固体时，通过静电场产生的离子漂移在两种材料的表面处发生以方便其共价键合。在一些实例中，阳极和阴极进一步包括用于将热施加至第一材料和第二材料以方便阳极键合的加热元件。阳极键合过程可以在温度受控的环境内部进行。阳极键合过程的参数包括键合电压(U_B)、电流限制(I_B)、键合温度(T_B)以及接触压力和时间。

例如，阳极键合已用以将玻璃共价键合至第二材料，例如硅、金属或其它材料。在此情形中，阳极键合可以涉及对第一材料30(例如玻璃)和第二材料31(例如硅)定位使之通过静电场发生原子接触。如图3B中所示，静电场可以吸引或排斥存在于玻璃中的带正电荷和带负电荷的离子。玻璃可以包括高浓度的碱金属或碱土金属离子(例如Na²⁺)。带正电荷的离子向阴极漂移，从而在邻近于第二材料31的玻璃表面处形成“耗尽区”，而带负电荷的离子向玻璃表面与第二材料之间的界面34漂移至耗尽区中。在界面34处，带负电荷的离子(例如氧)可以与第二材料(例如硅)发生反应以形成共价氧键合层(例如二氧化硅)。

在使用阳极键合作为用于将热稳定多晶材料切削层附接至衬底以在钻头中使用的机制时，将考虑所述热稳定多晶材料和衬底(和中间层，如果包括的话)的特性。

例如，选择热稳定多晶材料、衬底和中间层(或多个中间层)时考虑的因素可以是各自的热膨胀系数(CTE)。CTE是材料温度的每单位升高长度的分数增加。衬底与热稳定多晶材料之间的CTE差异可能会导致热残余应力，所述热残余应力可能会使热稳定多晶材料在冷却后破裂。为了最小化由热残余应力引起的问题，热稳定多晶材料的CTE可以类似于衬底或中间层的CTE(如果使用中间层的话)。

可以在压制过程期间或压制后将玻璃或碱金属或碱土金属添加至热稳定多晶材料(它通常不含有玻璃或所述离子)以方便至衬底的阳极键合。例如，可以用碳酸盐催化剂来替换典型结晶化VIII族金属催化剂，例如钴和镍。碳酸盐催化剂可以提供用于阳极键合的离子。所述碳酸盐催化剂的实例包括碳酸镁(MgCO₃)、碳酸硅(SiCO)、碳酸钠(Na₂CO₃)、碳酸钾(K₂CO₃)、碳酸锶(SrCO₃)、碳酸钙(Ca₂CO₃)和碳酸锂(Li₂CO₃)。在一些实例中，使用多种碳酸盐催化剂来形成热稳定多晶材料。与金属催化剂不同，在形成多晶材料的过程中，碳酸盐催化剂在压制循环之后不起到催化剂的作用。因此，不需要将碳酸盐催化剂从多晶材料移除(例如通过浸出)以产生完全热稳定多晶材料。如图4A中所示，存在于热稳定多晶材料中的带负电荷的氧离子可以向热稳定多晶材料(第一材料30)与衬底(第二材料31)之间的界面34漂移至耗尽区中。在界面34处，氧离子可以与第二材料发生反应以形成共价氧键合层，从而将热稳定多晶材料(第一材料30)共价地附接至衬底(第二材料31)。

在一些实例中，衬底可以共价地涂布有硅层以方便阳极键合过程。如图4B中所示，存在于热稳定多晶材料中的带负电荷的氧离子向热稳定多晶材料(第一材料30)与衬底(第二材料31)上的硅层之间的界面34漂移至耗尽区中。在界面34处，氧离子可以与硅发生反应以形成共价氧化硅键合层。接着可以将中间层附接至衬底以形成钻头(例如通过烧结)。可以使用一个以上中间层34将热稳定多晶材料(第一材料30)附接至衬底(第二材料31)。

图5是示出了根据某些实施方案的用于制造切削元件的系统的框图。例如，系统50包括阳极33、阴极32、作为切削层的第一材料30(热稳定多晶材料)、和作为与切削层接触的衬底的第二材料31、和电流产生器51。切削层(第一材料30)和衬底(第二材料31)安置于阳极33与阴极32之间，其中阳极33与切削层(第一材料30)接触，而阴极32与衬底(第二材料31)接触。电流产生器51将电流从阳极发送至阴极以产生电场52并且导致切削层(第一材料30)与衬底(第二材料31)之间的阳极键合。

在电流被递送至热稳定多晶材料和衬底时，对热稳定多晶材料和衬底(或中间层)加热可以方便离子移动以改善阳极键合。阳极键合过程发生的温度会影响键合发生所花的时间量。在较冷温度下，键合过程可以缓慢地进行，而在较暖的温度下，键合过程可以更快地发生。选择键合温度时考虑的另一因素是热稳定多晶层的键降级时的温度。键合发生时的温度越低，键合层中的残余应力可能越低，这归因于热膨胀系数(CTE)的几何变化。例如，热稳定多晶金刚石材料可以具有约800℃至1200℃的最大温度极限(取决于大气条件)，在所述温度下，在热稳定多晶材料中金刚石键开始断裂。因此，在一些情况中，针对阳极键合过程所选的温度是像可以在具有最少降级或不具有降级的情况下对热稳定多晶材料加热那样暖。在一些实例中，针对阳极键合过程所选的温度可以低于热稳定多晶层的键发生降级时的温度，但是高到足以增加阳极键合过程发生的速率。在一些实例中，阳极键合过程可以涉及使用相对较低的温度来进行键合。可以增加阳极键合过程的速率的另一因素是静电场的强度。例如，可以增加静电场的强度以促使离子移动。增加静电场的强度还可以使热稳定多晶材料和衬底(或中间层)变热。

在一些情况中，用于阳极键合过程的温度可能远低于用以使接合处断开结合的温度。例如，对于多晶金刚石材料，在低于800℃的温度下，在电流被递送至热稳定多晶材料和衬底时，可以产生阳极键合。然而，在一些情况中，可以将多晶金刚石材料加热至800℃或800℃以上的温度以断开结合。在一些情况中，在电流被递送至热稳定多晶材料和衬底时，阳极键合温度可以增加至(例如)约1,000℃以增加热稳定多晶材料和衬底中的离子移动性。可以进行阳极键合过程，使得在电流被递送至热稳定多晶材料和衬底时，将热稳定多晶材料加热至约100℃与约900℃之间、或约200℃与约800℃之间、或约200℃与约700℃之间、或约200℃与约600℃之间、或约400℃与约800℃之间、或约400℃与约700℃之间、或约400℃与约600℃之间的温度。例如，在电流被递送至热稳定多晶材料和衬底时，可以将热稳定多晶材料加热到至少约100℃、约200℃、约300℃、约400℃、约500℃、约600℃、约700℃或约800℃。

在一些情况中，使用加热元件将热施加至切削层(热稳定多晶材料)、衬底(或中间层)或切削层与衬底(或中间层)以方便阳极键合。在某些实例中，由于产生静电场，阴极32和阳极33可以将热直接提供至切削层和衬底(或中间层)。或者，可以在用于加热的封闭隔室(例如炉子)中进行阳极键合过程。

图6是示出了根据各种实施方案的用于制造切削元件的方法的框图。就图5中所示的环境来描述图6中所示的方法60。在框61中，将切削层(第一材料30；热稳定多晶材料)定位成与衬底(第二材料31；例如阴极)接触。在框62中，将切削层和衬底定位在阳极33与阴极32之间。在定位在系统中后，切削层与阳极33接触，而衬底与阴极32接触。如框64中所指示，将电流施加至阳极33会在阳极33与阴极32之间产生电场52。在框65中，电场52使切削层阳极地键合至衬底，因此形成切削元件。通过电流产生器51来提供电流。

为了方便将切削层和衬底定位在阳极与阴极之间，阳极和阴极中的至少一者可以处于固定位置中，而另一者是可移动的。阳极和阴极可以都是可移动的。可以手动地或使用装配系统机器地对系统的部件进行定位。所述系统可以包括一个或多个传感器以方便各种部件(未图示)的定位。在框63中，在切削层和衬底位于阳极与阴极之间后，将电流递送至阳极。

在一些实例中，所述方法进一步包括在电流被递送至阳极33时对切削层或衬底进行加热。在某些实例中，阳极33、阴极32或两者包括加热元件。在一些情况中，阳极33、阴极32或两者充当加热元件，所述加热元件在电流被递送至阳极33时对热稳定多晶材料进行加热。参见(例如)图5。或者，可以在用于加热的封闭隔室(例如炉子)中进行阳极键合过程。在一些情况中，在键合过程期间，将热稳定多晶材料加热到至少100℃。在一些实例中，在键合过程期间，将热稳定多晶材料加热至上述范围中的温度。

本文中描述的特征可以提供根据以下实例中的一者或多者的具有提高的耐磨性的切削元件或表面硬化部件。

实例1:一种部件包括衬底和阳极地键合至所述衬底的热稳定多晶材料的切削层。

实例2:实例1的部件的特征可以是包括多晶金刚石或立方氮化硼的热稳定多晶材料。

实例3:实例1至2中的任一者的部件的特征可以是包括碳酸盐的热稳定多晶材料。

实例4:实例1至3中的任一者的部件的特征可以是包括碳酸镁、碳酸硅、碳酸钠、碳酸钾、碳酸锶、碳酸钙或碳酸锂中的至少一者的碳酸盐。

实例5:实例1至4中的任一者的部件的特征可以是包括碳化物或金属的衬底。

实例6:实例1至5中的任一者的部件的特征可以是包括烧结碳化钨或碳化硅的碳化物衬底。

实例7:实例1至6中的任一者的部件的特征可以是包括钢、镍/铁合金、因瓦合金或钛的金属衬底。

实例8:实例1至7中的任一者的部件的特征可以是包括镍或钴的金属衬底。

实例9:实例1至8中的任一者的部件的特征可以是碳化物衬底或金属衬底，所述衬底包括硅或者包括共价地涂布有硅的碳化物或金属。

实例10:实例1至9中的任一者的部件的特征可以是经由中间层间接地结合至所述衬底的切削层。

实例11:实例1至10中的任一者的部件的特征可以是阳极地键合至所述中间层的切削层，其中所述中间层结合至所述衬底。

实例12:实例1至11中的任一者的部件的特征可以是包括金属的中间层。

实例13:实例1至12中的任一者的部件的特征可以是包括钢、镍/铁合金、因瓦合金或钛的金属中间层。

实例14:实例1至13中的任一者的部件的特征可以是包括共价地涂布有硅的金属的金属中间层。

实例15:实例1至14中的任一者的部件可以是切削元件、量具保护器、防撞器或其它耐磨蚀或耐磨损的表面硬化部件。

实例16:实例1至15中的任一者的部件可以附接至钻头、稳定器或扩孔器。

实例17:一种用于制造实例1至16中的任一者的部件(例如用于制造部件)的系统包括阳极、阴极、与所述热稳定多晶材料接触的所述衬底和用于将电流从所述阳极发送至所述阴极的电流产生器。所述热稳定多晶材料和所述衬底安置在所述阳极与所述阴极之间。所述阳极与所述热稳定多晶材料接触，而所述阴极与所述衬底接触。所述电流产生电场并且导致所述热稳定多晶材料与所述衬底之间的阳极键合。

实例18:实例16的系统可以包括加热元件，所述加热元件包括用于加热的封闭隔室，所述阳极、所述阴极、所述衬底和所述热稳定多晶材料被放置至所述封闭隔室中。

实例19:实例16的系统可以包括加热元件，所述加热元件包括与所述阳极、所述阴极、所述衬底或所述热稳定多晶材料中的至少一者接触的一个或多个加热元件部件。

实例20:一种制造根据实例1至16中任一者所述的部件的方法包括将所述热稳定多晶材料定位成与衬底接触以及将所述热稳定多晶材料和所述衬底定位在阳极与阴极之间。所述热稳定多晶材料与所述阳极接触，所述衬底与所述阴极接触。将电流递送至所述阳极以在所述阳极与所述阴极之间产生电场。所述电场使所述热稳定多晶材料阳极地键合至所述衬底。

某些实施方案和特征(包括所示的实施方案)的前述描述仅为了进行说明和描述而呈现，并且不欲是详尽的或不欲将本公开限于所公开的精确形式。在不脱离本公开的范围的情况下，其众多修改、改变和使用将是本领域的技术人员显而易见的。在本说明书中在单独的实施方案的情形中描述的某些特征还可以在单个实现方式中以组合来实现。相反地，在单个实现方式的情形中描述的各种特征还可以以多种方式单独地或以任何合适子组合来实现。此外，虽然在上文可以将特征描述为以某些组合起作用，但是组合中的一个或多个特征在一些情况中可以从所述组合中删除，并且所述组合可以针对子组合或子组合的变型。因此，已描述了特定实施方案。其它实施方案是在本公开的范围内。

Claims (18)

1.一种旋转钻头部件，其包括：

衬底；和

热稳定多晶材料，所述热稳定多晶材料阳极地键合至所述衬底，其中所述热稳定多晶材料包括多晶金刚石或多晶立方氮化硼，所述衬底包括碳化物或金属。

2.如权利要求1所述的部件，其中所述热稳定多晶材料包括碳酸盐。

3.如权利要求2所述的部件，其中所述碳酸盐包括碳酸镁、碳酸硅、碳酸钠、碳酸钾、碳酸锶、碳酸钙或碳酸锂中的至少一者。

4.如权利要求1所述的部件，其中所述碳化物包括烧结碳化钨或碳化硅。

5.如权利要求1所述的部件，其中所述金属包括钢、镍/铁合金、因瓦合金或钛。

6.如权利要求1所述的部件，其中所述金属包括镍或钴。

7.如权利要求1所述的部件，其中所述碳化物或所述金属共价地涂布有硅。

8.如权利要求1所述的部件，其中所述热稳定多晶材料经由中间层间接地结合至所述衬底。

9.如权利要求8所述的部件，其中所述热稳定多晶材料阳极地键合至所述中间层，并且其中所述中间层结合至所述衬底。

10.如权利要求8所述的部件，其中所述中间层包括金属。

11.如权利要求10所述的部件，其中所述金属包括钢、镍/铁合金、因瓦合金或钛。

12.如权利要求10所述的部件，其中所述金属共价地涂布有硅。

13.如权利要求1所述的部件，其中所述部件是切削元件、量具保护器、防撞器或耐磨蚀或耐磨损的表面硬化部件。

14.如权利要求1所述的部件，其中所述部件附接至钻头、稳定器或扩孔器。

15.一种用于制造根据权利要求1至14中任一项所述的旋转钻头部件的系统，其包括：

阳极；

阴极；

与所述热稳定多晶材料接触的所述衬底；

其中所述热稳定多晶材料和所述衬底安置在所述阳极与所述阴极之间，并且其中所述阳极与所述热稳定多晶材料接触，所述阴极与所述衬底接触；和

电流产生器，所述电流产生器用于将电流从所述阳极发送至所述阴极以产生电场并且导致所述热稳定多晶材料与所述衬底之间的阳极键合；

其中所述热稳定多晶材料包括多晶金刚石或多晶立方氮化硼，所述衬底包括碳化物或金属。

16.如权利要求15所述的系统，其还包括加热元件，所述加热元件包括用于加热的封闭隔室，所述阳极、所述阴极、所述衬底和所述热稳定多晶材料被放置至所述封闭隔室中。

17.如权利要求15所述的系统，其还包括加热元件，所述加热元件包括与所述阳极、所述阴极、所述衬底和所述热稳定多晶材料中的至少一者接触的一个或多个加热元件部件。

18.一种制造根据权利要求1至14中任一项所述的旋转钻头部件的方法，所述方法包括以下步骤：

将所述热稳定多晶材料定位成与所述衬底接触，其中所述热稳定多晶材料和所述衬底位于阳极与阴极之间，其中所述热稳定多晶材料与所述阳极接触而所述衬底与所述阴极接触；和

将电流递送至所述阳极以在所述阳极与所述阴极之间产生电场并且使所述热稳定多晶材料阳极地键合至所述衬底；

其中所述热稳定多晶材料包括多晶金刚石或多晶立方氮化硼，所述衬底包括碳化物或金属。