聚晶金刚石钻头制造技术

一种聚晶金刚石钻头，包含：PDC片，以及金刚石薄膜，形成在所述PDC片上表面，其特征在于，还包含：一氮化硅层或碳化硅层，形成在所述PDC片与金刚石薄膜之间；平坦化层，形成在所述金刚石薄膜与所述氮化硅层或碳化硅层之间。综上，本实用新型专利技术提供的钻头结构提高了金刚石膜层的均一性。

【技术实现步骤摘要】
聚晶金刚石钻头
本技术涉及一种聚晶金刚石钻头，属于机械和工具领域。
技术介绍
聚晶金刚石复合片(polycrystallinediamondcompact，PDC)属于新型功能材料，是采用金刚石微粉与硬质合金衬底在超高压高温条件下烧结而成，既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，是制造切削刀具、钻井钻头及其他耐磨工具的理想材料。复合片因其本身的优越性，在国内外竞相研制和生产，而且品种规格很多。美国GE公司是最先推出复合片的生产厂家，它的主要产品有compax，后又生产出stratapax，后者为钻探专用产品，它的耐磨性比硬质合金高l00～150倍，可与天然金刚石媲美。其他如南非、日本也都于20世纪70～80年代推出不同类型的复合片。中国从20世纪80年代初开始研制金刚石复合片，1975年，成都工具所研制出FJ系列刀具用PDC，1979年，北京人工晶体所研制出JYF型PDC刀片，1981年，贵阳第六砂轮厂研制出JFS-F系列PDC刀片，1987年，郑州磨料磨具磨削研究所成功研制出石油钻头用PDC，1988进行小批量生产，商品代号JFZR，1990年组建新亚公司实现规模化生产，大大加速了PDC在我国的普及应用。至今，国产PDC规格齐全，基本能够满足国民经济发展的需要。钴是石墨和金刚石互相转变的催化剂。在高压高温下它可使石墨转化为金刚石，但在常压或压力不够高而温度较高的情况下，又促使金刚石转化为石墨。由于聚晶金刚石层中含有少量的钴，故其耐温性较差，只能耐受700℃的温度。当温度高于700℃或温度虽低于但长时间接近700℃时，一方面钴对金刚石的侵蚀作用使得金刚石颗粒晶界处石墨化，结合强度变差，另一方面残留的钴比金刚石的热膨胀系数高得多，其高温膨胀驱使金刚石颗粒间结合键断裂从而使PDC层变得松散甚至出现裂纹。温度越高，这种影响就越大。石油开采中所用的钻头很多是采用这种PDC片作为钻齿。金刚石是目前人类可获得的最硬物质，这个特性使得金刚石复合片钻头可以获得很长的使用寿命。极好的钻头可以一次性完成一口油井的钻探，而不需要多次更换钻头。随着人们对提高打井效率和降低钻井成本要求的不断提高，传统的PDC钻头齿越来越不能满足高速打井的需要。因为打井速度提高了，则钻头的PDC部分与岩石泥沙切削磨削的速度就要提高，于是PDC表面的温度就会提高，表面硬度和强度下降，从而严重降低钻头的使用寿命。人们采用了很多办法来提高PDC齿的耐高温性能。多数企业采用的办法是提高PDC层中金刚石颗粒地键合强度、降低PCD层中的残余钴含量。英国公司ReedHycalogUK，Ltd.获得了一个酸处理去钴的专利UnitedStatesPatentNo.6,861,098。专利的内容是采用酸腐蚀或其它化学方法使PDC层表面及一定深度的钴被去除，其原来的位置变成一个个的小空洞。这种办法虽然使得PCD层表面的强度下降20-30％，但由于表层一定深度不再含钴，其耐温性得到很大提高，钻头的使用寿命也得以大幅提高。该专利的做法虽在很大程度上改善了PDC钻头齿的性能，但由于PCD表层存在很多微孔，其抗冲击性下降了20％以上。另外，微孔的存在也使得PDC钻头齿不能达到最佳的耐磨性和使用寿命。此外，即使PDC片表面形成有金刚石薄膜，但金刚石薄膜经常发生剥离脱落，无法达到工作中的强度和高附着力要求。
技术实现思路
为了克服现有技术结构的不足，本技术提供一种聚晶金刚石钻头。聚晶金刚石钻头，包含：PDC片，以及金刚石薄膜，形成在所述PDC片上表面，其特征在于，还包含：一氮化硅层或碳化硅层，形成在所述PDC片与金刚石薄膜之间；平坦化层，形成在所述金刚石薄膜与所述氮化硅层或碳化硅层之间。可选地，所述PDC片的厚度为2-10mm。可选地，所述金刚石薄膜的厚度为0.5-1mm。可选地，所述氮化硅层或碳化硅层的厚度为0.01-0.1mm。可选地，所述氮化硅层或碳化硅层的厚度为0.05-0.08mm。可选地，所述平坦化层为聚乙烯醇月桂酸酯。综上，本技术提供的钻头提高了金刚石膜层的均一性。附图说明图1为本技术钻头的截面图结构。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本技术的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部内容。图式中相同的号码代表相同或相似的组件。另一方面，众所周知的组件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本技术造成不必要的限制。制备实施例1如图1所示，一种聚晶金刚石钻头，采用化学气相沉积的方法在PDC片101的PDC表面依次沉积一层氮化硅1021和一层0.5-1mm厚的CVD金刚石薄膜103。由于氮化硅1021的设置，可以减缓PDC片101与金刚石薄膜103之间的应力，从而降低金刚石薄膜从PDC片101上脱落的风险。其中，氮化硅1021的厚度为0.01-0.1mm，优选0.05-0.08mm，此外，氮化硅材料也可以用碳化硅材料代替。进一步地，专利技术人做了大量的实验研究，找出了金刚石薄膜103的涂层厚度优选范围，当金刚石薄膜103的厚度为0.5-1mm时，整个金刚石薄膜的强度和工作时的附着力达到了最佳，当厚度小于0.5mm时，金刚薄膜层的强度会达不到要求，当金刚石薄膜的厚度大于1mm时，金刚薄膜层工作时的附着力可能会出现一定问题。此外，PDC片的厚度为2-10mm。此外，金刚石薄膜与氮化硅层或碳化硅层之间还包含一平坦化层1022，该平坦层的制作是为了在沉积金刚石之前，形成一层平坦的薄膜，以增强金刚石的均一性，平坦化层的材料可以为聚乙烯醇月桂酸酯。本技术还可有其它多种实施例，在不背离本技术精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本技术作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本技术所附的权利要求的保护范围。以上仅为本技术的较佳实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚晶金刚石钻头，包含：PDC片，以及金刚石薄膜，形成在所述PDC片上表面，其特征在于，还包含：一氮化硅层或碳化硅层，形成在所述PDC片与金刚石薄膜之间，平坦化层，形成在所述金刚石薄膜与所述氮化硅层或碳化硅层之间。

【技术特征摘要】
1.一种聚晶金刚石钻头，包含：PDC片，以及金刚石薄膜，形成在所述PDC片上表面，其特征在于，还包含：一氮化硅层或碳化硅层，形成在所述PDC片与金刚石薄膜之间，平坦化层，形成在所述金刚石薄膜与所述氮化硅层或碳化硅层之间。2.如权利要求1所述的聚晶金刚石钻头，其特征在于：所述PDC片的厚度为2-10mm。3.如权利要求1所述的聚晶金刚石钻头...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚闯，吴剑波，朱长征，余斌，
申请(专利权)人：上海征世科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31