一种聚晶金刚石复合片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种聚晶金刚石复合片的制备方法，包括：在脱钴金刚石片上下两侧分别放置碳化钨衬底和高热膨胀系数非触媒材料片材，得到复合结构材料；将所述复合结构材料进行高温高压处理，得到聚晶金刚石复合片。本发明专利技术实现了采用高CTE的非触媒材料来渗透脱钴的聚晶金刚石复合片的工作面，从而增加了可以使用的渗透材料范围。这些高CTE的材料在渗透中无需与金刚石发生反应，即保持惰性状态；从而使其对金刚石的渗透填充得以完全，克服了现有的渗透填充材料的缺点。本发明专利技术制备得到的聚晶金刚石复合片良产率增大，而且耐热耐磨性更优。本发明专利技术还提供了一种聚晶金刚石复合片。

A polycrystalline diamond composite sheet and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种聚晶金刚石复合片及其制备方法
本专利技术涉及超硬材料
，尤其涉及一种聚晶金刚石复合片及其制备方法。
技术介绍
在石油钻井及勘探应用中，为了提高钻井的效率，钻头上的聚晶金刚石复合片(PDC)钻齿是需要经过酸洗脱钴的，或者至少是部分脱钴，以便增强PDC的受热耐磨性能，使得钻头的寿命得以延长，提高工作效率。在有些特别硬的地质中，钻探深度渐进较慢，钻头发热剧烈，导致钻头上的PDC钻齿无法承受高温；即使是部分脱钴的PDC也无法承受这样的高温，进而导致金刚石碳化，钻齿磨损快，寿命减小。因此，如何进一步提高PDC的耐热耐磨损性能成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种聚晶金刚石复合片及其制备方法，本专利技术提供的方法制备得到的聚晶金刚石复合片具有较好的耐热耐磨损性能。本专利技术提供了一种聚晶金刚石复合片的制备方法，包括：在脱钴金刚石片上下两侧分别放置碳化钨衬底和高热膨胀系数非触媒材料片材，得到复合结构材料；将所述复合结构材料进行高温高压处理，得到聚晶金刚石复合片；所述高热膨胀系数非触媒材料的热膨胀系数为金刚石热膨胀系数的3倍或3倍以上。在本专利技术中，所述碳化钨衬底和高热膨胀系数(CTE)非触媒材料片材分别放置在脱钴金刚石片的上下表面，碳化钨衬底放置在脱钴金刚石片一面的一侧，高CTE非触媒材料片材放置在脱钴金刚石片的另一面的一侧，脱钴金刚石片位于碳化钨衬底和非触媒材料之间。在本专利技术中，所述复合结构材料优选还包括钽片、云母片和石墨片；所述钽片、云母片和石墨片依次设置在所述高CTE非触媒材料片材的表面，即所述钽片设置在所述高CTE非触媒材料片材的表面，所述云母片设置在所述钽片的表面；所述石墨片设置在所述云母片的表面。在本专利技术中，所述复合材料的制备方法优选包括：在钽杯中放置脱钴金刚石片，在所述脱钴金刚片的上下表面两侧分别放置碳化钨衬底和高热膨胀系数非触媒材料片材，在所述高热膨胀系数非触媒材料片材的表面依次叠加放置钽片、云母片和石墨片，以石墨片对钽杯进行封口，得到复合结构材料。本专利技术对所述钽杯没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的钽材质的杯体即可。在本专利技术中，所述钽杯的内径优选为15～16mm，更优选为16～17mm，最优选为16.35mm，高度优选为8～12mm，更优选为9～11mm，最优选为10mm。在本专利技术中，所述钽杯内部依次叠加放置各片材的方法如图2所示，优选为：在钽杯中先放置碳化钨衬底，在所述碳化钨衬底表面放置脱钴金刚石片(脱钴PDC圆片)；在所述脱钴金刚石片表面放置高CTE(热膨胀系数)非触媒材料片材(填充材料)；在所述高CTE非触媒材料片材表面放置钽片；在所述钽片表面放置云母片；在所述云母片表面放置石墨片对所述钽杯进行封口。本专利技术对所述碳化钨衬底没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的碳化钨成分的材料作为衬底即可，本专利技术中所述碳化钨衬底中含钴。在本专利技术中，所述碳化钨衬底的成分优选包括：85～95wt％的WC；5～15wt％的Co。在本专利技术中，所述WC(碳化钨)的质量含量优选为88～92％，更优选为90％；所述Co的质量含量优选为8～12％，更优选为10％。本专利技术对所述碳化钨衬底的制备方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知碳化钨衬底的制备方法制备上述成分的含钴碳化钨衬底即可，可由市场购买获得，如可采用苏州新锐合金工具股份有限公司提供的碳化钨衬底产品(硬质合金基片)。本专利技术对所述碳化钨衬底的形状没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际情况选择合适形状的碳化钨衬底。在本专利技术中，所述碳化钨衬底优选为柱状；所述碳化钨衬底的直径优选为15～18mm，更优选为16～17mm，最优选为16.15mm；所述碳化钨衬底的高度优选为5～6mm，更优选为5.50mm。在本专利技术中，所述脱金刚石片优选为圆片，所述脱钴金刚石的直径优选为15～18mm，更优选为16～17mm，最优选为16.15mm；所述脱钴金刚石片的厚度优选为2～3mm，更优选为2.7mm。在本专利技术中，所述脱钴金刚石片可以为完全脱钴的金刚石片也可以为部分脱钴的金刚石片。在本专利技术中，所述脱钴金刚石片的制备方法优选包括：将金刚石片和强酸混合后加热，得到处理后的金刚石片；将所述处理后的金刚石片进行清洗，得到脱钴金刚石片。在本专利技术中，所述金刚石片的制备方法优选包括：在高温高压条件下，将碳化钨衬底压在金刚石粉末上，得到金刚石复合片；将所述金刚石复合片中碳化钨衬底和金刚石区域分离，得到金刚石片。在本专利技术中，所述高温高压条件的温度优选为1500～1700℃，更优选为1550～1650℃，最优选为1600℃；所述高温高压条件的压力优选为6～7GPa，更优选为6.2～6.8GPa，最优选为6.4～6.6Gpa；所述高温高压条件的保持时间优选为5～20分钟，更优选为10～15分钟。在本专利技术中，所述碳化钨衬底的形状和成分与上述技术方案所述碳化钨衬底的形状和成分一致，在此不再赘述。在本专利技术中，所述金刚石粉末的粒度优选为10～30微米，更优选为15～25微米，最优选为20微米，最最优选为12微米或24微米。在本专利技术中，所述金刚石复合片包括碳化钨衬底和设置在所述碳化钨衬底表面的金刚石区域。在本专利技术中，将碳化钨衬底和金刚石区域分离的方法优选为采用EDM(电火花加工)线锯进行分离。在本专利技术中，得到金刚石片后优选对金刚石片进行研磨抛光成型以及对外边圆做倒角。在本专利技术中，所述金刚石片的尺寸优选为直径为15～20mm，更优选为16～18mm；高为1.5～3.5mm，优选为2.5～3mm；所述倒角的度数优选为45°，垂直距离优选为0.3～0.5mm，更优选为0.4mm。在本专利技术中，所述强酸优选为王水，优选将所述金刚石复合片在特氟龙烧杯中和强酸混合。在本专利技术中，所述加热的温度优选为110～130℃，更优选为115～125℃，最优选为120℃；所述加热优选在密封装置中进行，所述加热过程中优选冷凝回收蒸发气体。在本专利技术中，所述加热的时间优选为2周，所述加热过程中优选每隔24小时更换新鲜的强酸。在本专利技术中，所述清洗优选为先采用酒精进行清洗，再采用水进行清洗。在本专利技术中，所述水优选为去离子水。在本专利技术中，所述水清洗的时间优选为25～35min，更优选为30min。在本专利技术中，所述酒精清洗的时间优选为25～35min，更优选为30min。在本专利技术中，所述清洗优选为超声波清洗。在本专利技术中，所述清洗完成后先进行干燥，然后冷却至室温，得到脱钴金刚石片。在本专利技术中，所述干燥的温度优选为140～160℃，更优选为145～155℃，最优选为150℃；所述干燥的时间优选为8～12小时，更优选为10小时。在本专利技术中，所述高CTE非触媒材料是指比金刚石的CTE大3倍及3倍以上的材料，金刚石的CTE为1.18×10-6m/mK，如金属钴的CTE是金刚石的10.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚晶金刚石复合片的制备方法，包括：/n在脱钴金刚石片上下两侧分别放置碳化钨衬底和高热膨胀系数非触媒材料片材，得到复合结构材料；/n将所述复合结构材料进行高温高压处理，得到聚晶金刚石复合片；/n所述高热膨胀系数非触媒材料的热膨胀系数为金刚石热膨胀系数的3倍或3倍以上。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚晶金刚石复合片的制备方法，包括：
在脱钴金刚石片上下两侧分别放置碳化钨衬底和高热膨胀系数非触媒材料片材，得到复合结构材料；
将所述复合结构材料进行高温高压处理，得到聚晶金刚石复合片；
所述高热膨胀系数非触媒材料的热膨胀系数为金刚石热膨胀系数的3倍或3倍以上。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳化钨衬底的成分包括：
85～95wt％的WC；
5～15wt％的Co。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱钴金刚石片的制备方法包括：
将金刚石片和强酸混合后加热，得到处理后的金刚石片；
将所述处理后的金刚石片进行清洗，得到脱钴金刚石片。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述金刚石片的制备方法包括：
在高温高压条件下，将碳化钨衬底压在金刚石粉末上，得到金刚石复合片；
将所述金刚石复合片中碳化钨衬底和金刚石区域分离，得到金刚石片。


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【专利技术属性】
技术研发人员：孟宪朋，张雷，
申请(专利权)人：聊城全超新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37