一次合成高强度界面结合的屋脊形聚晶金刚石复合片制造技术

本实用新型专利技术公开一次合成高强度界面结合的屋脊形聚晶金刚石复合片，包括聚晶金刚石层，与金刚石层粘结的碳化钨硬质合金基体层；所述聚晶金刚石层是通过金刚石颗粒和粘结剂在高温高压下烧结而成；所述硬质合金基体为碳化钨基体，呈圆柱形状，与聚晶金刚石层接触界面为高强度结合界面，增加聚晶金刚石层与硬质合金基体层的结合能力，同时界面结构决定曲面聚晶金刚石复合片使用时具有方向性；所述的切削刃齿结构可降低复合片的切削阻力，大幅提升钻进效率。本实用新型专利技术可有效降低生产加工周期，增加聚晶金刚石层与硬质合金基体层的结合力，提高复合片的冲击和耐磨性能。

One step synthesis of high strength interface bonded roof shaped polycrystalline diamond composite sheet

【技术实现步骤摘要】
一次合成高强度界面结合的屋脊形聚晶金刚石复合片
本技术属于超硬复合材料
，其主要涉及石油钻井、工程掘进、矿山等领域，尤其涉及低切削阻力的一次合成高强度界面结合的屋脊形聚晶金刚石复合片。
技术介绍
金刚石因其超高的硬度、耐磨性被视为理想的钻进和切削加工材料，而聚晶金刚石复合片(PCD)克服了单晶金刚石的易解理破损的问题，因为同时拥有硬质合金的抗冲击韧性，现已作为超耐磨抗冲切削元件在旋转钻头、牙轮钻头等工具中使用，广泛应用于石油、煤田钻探等领域。随着钻探深度和条件要求的不断提高，较深复杂地层使用的钻头设计以及聚晶金刚石复合片的冲击、耐磨、耐热性能提出了更高的要求。其中改善金刚石层和合金基体界面的结构，改进表面结构提高切削效率，可以提高PCD复合片的耐磨性，抗冲击性和钻进效率，能够钻进坚硬岩层、坚韧夹层等难钻地层，减少崩齿、卡钻，提高排屑速率。钻探类钻头一般采用平齿、球头形和锥形头等异形形状，但在钻进坚硬地层或坚韧夹层时，复合平齿和普通异形齿极易出现崩刃或掉块，严重时甚至脱层，增大切削阻力，影响钻进速率等。
技术实现思路
本技术目的在于通过改善金刚石层与硬质合金结合处的粘结界面，再通过高温高压一次合成工艺得到高强度界面结合的一次成型的屋脊形聚晶金刚石复合片，此聚晶金刚石复合片在用于钻进坚硬岩层、坚韧夹层等地层，利用其高结合强度和排屑效率的特性提高聚晶金刚石复合片的冲击性能，从而大幅提高钻头寿命、提高钻进效率及钻井平台的操控平稳性。本技术采用的技术方案是：一次合成高强度界面结合的屋脊形聚晶金刚石复合片，包括聚晶金刚石层和与金刚石层粘结的碳化钨硬质合金基体；所述屋脊形结构为金刚石上两个斜面的夹角。进一步：所述碳化钨硬质合金基体非平面端为沟槽状结构，每个沟槽的宽度为1.0-3.0mm。进一步：所述碳化钨硬质合金基体非平面端为凸台结构，凸台高度为1.5-3.0mm。进一步：所述碳化钨硬质合金基体非平面端沟槽内的夹角角度为5-40°。进一步：所述屋脊形的夹角为100~179°。进一步：所述屋脊斜面间以弧面过渡，且弧度为0.1-10°。进一步：所述聚晶金刚石层的厚度不低于2.0mm。进一步：所述聚晶金刚石层的设有倒角，倒角为0.1-1.0mm。本技术的有益效果为：一次合成高强度界面结合的屋脊形聚晶金刚石复合片，利用其高强度的界面结构增加聚晶金刚石层与硬质合金基体层的结合力，利用切削刃的高厚度和不存在受力集中区域，提高复合片的抗冲击性能和排屑效率，从而提高金刚石钻头使用寿命及钻井平台的操控平稳性，大幅降低聚晶金刚石层的崩齿和脱层现象。附图说明图1是本技术中实施例一的立体结构示意图；图2是本技术中实施例一的侧面结构示意图；图3是本技术实施例一中硬质合金基体的立体示意图；图4是本技术实施例一中硬质合金基体的前视图；图5是本技术实施例一中硬质合金基体的俯视图；图6是本技术实施例二的立体结构示意图；图7是本技术中实施例二的侧面结构示意图；图8是本技术实施例二中一次合成高强度界面结合的屋脊形聚晶金刚石复合片的硬质合金基体立体示意图；图9是本技术实施例二中硬质合金基体的前视图；图10是本技术实施例二中硬质合金基体的俯视图。具体实施方式为了更清楚地理解本技术，以下将结合附图，对本技术加以详细说明，所描述的具体实施例仅用于解释本技术，并非限定本技术的具体实施方式。基于本技术中实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前体下所获得其它所有实施例，均将属于本技术保护的范畴。本技术包括聚晶金刚石层100及与其相粘结的硬质合金基体200。聚晶金刚石层是由两个斜面101、102构成的屋脊形结构，两个屋脊斜面间以弧面103过渡，且聚晶金刚石层的表面外边缘存在一定的倒角104。硬质合金支基体200包括边缘平台201和202，以及非平面端沟形槽203。实施例一如图1-5所示，本实施例的聚晶金刚石通过高温高压一次烧结成型，PCD的直径15.88mm。高度13.2mm，金刚石厚度3.5mm。聚晶金刚石层两个斜面夹角为164°，两个屋脊斜面间以过渡弧面为R2.0，PCD层倒角为0.5mm；硬质合金基底边缘平台201距合金台面高度为2.2mm，边缘平台202距合金台面高度为1.8mm，沟槽203宽度为2mm，沟槽的夹角为30°；此类型的聚晶金刚石层复合片，合金径向沟槽较深，与PCD层结合紧密，且由于切削刃处PCD厚；相比激光加工的屋脊齿，成本降低20%以上；相比同尺寸的平面结构的复合片抗冲击性、耐磨性分别提高50%和100%以上，适用于坚韧且硬度相对均匀的地层。实施例二如图6-10所示，本实施例的聚晶金刚石通过高温高压一次烧结成型，PCD的直径13.44mm。高度13.2mm，金刚石厚度3.0mm。聚晶金刚石层两个斜面夹角为160°，两个屋脊斜面间以过渡弧面为R3.0，PCD层倒角为0.7mm；硬质合金基底边缘平台201距合金台面高度为1.8mm，边缘平台202距合金台面高度为1.4mm，沟槽203宽度为1.2mm，沟槽的夹角为25°；此类型的聚晶金刚石层复合片，通过实验室检测对比同尺寸的平面结构的复合片，结果表明该一次合成高强度界面结合的屋脊形聚晶金刚石复合片抗冲击性、耐磨性相比平面结构复合片分别提高40%和80%以上。以上所述仅为本技术的优选实施例，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本技术的技术方案前提下，还可做出若干修改或等同替代，这均视为本技术的保护范畴。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一次合成高强度界面结合的屋脊形聚晶金刚石复合片，其特征在于：包括聚晶金刚石层和与金刚石层粘结的碳化钨硬质合金基体；所述屋脊形结构为金刚石上两个斜面的夹角。/n

【技术特征摘要】
1.一次合成高强度界面结合的屋脊形聚晶金刚石复合片，其特征在于：包括聚晶金刚石层和与金刚石层粘结的碳化钨硬质合金基体；所述屋脊形结构为金刚石上两个斜面的夹角。


2.根据权利要求1所述的一次合成高强度界面结合的屋脊形聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述碳化钨硬质合金基体非平面端为沟槽状结构，每个沟槽的宽度为1.0-3.0mm。


3.根据权利要求1所述的一次合成高强度界面结合的屋脊形聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述碳化钨硬质合金基体非平面端为凸台结构，凸台高度为1.5-3.0mm。


4.根据权利要求1所述的一次合成高强度界面结合的屋脊形聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述碳化钨硬质合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：高上攀，赵东鹏，杜卫锋，李宏利，李思成，方海江，
申请(专利权)人：河南四方达超硬材料股份有限公司，
类型：新型
国别省市：河南;41