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一种聚晶金刚石复合片及其制备方法，该金刚石复合片的制备方法包括预压成型步骤，预压成型步骤包括将金刚石微粉放置在金属圆杯中，通过压块对金属圆杯内的金刚石微粉进行预压，金刚石微粉形成工作层预成型体，压块的按压端上沿压块的周向设置有外倒角，通过设置有外倒角的压头对金属圆杯内的金刚石微粉进行预压，形成的工作层预成型体对应外倒角的位置形成有凸起，增加了金刚石复合片边缘处微粉的数量，提高了边缘处的致密度的同时，增加了金刚石复合片的工作面积，并且工作层预成型体各处的厚度均匀一致，提高了生产的稳定性和金刚石复合片的整体性能。

【技术实现步骤摘要】
聚晶金刚石复合片及其制备方法
本专利技术涉及超硬复合材料领域，具体是涉及一种聚晶金刚石复合片及其制备方法。
技术介绍
金刚石复合片钻头(PDC钻头)在石油、天然气钻探方面有着广泛的应用，随着常规石油、天然气开采资源的逐渐减少，大力发展页岩油、页岩气是未来的大趋势，页岩油等难开采地质对PDC钻头的性能要求越来越高。金刚石复合片是将金刚石微粉和硬质合金基体(硬质合金层)在高温高压下烧结在一起，金刚石微粉烧结成聚晶金刚层，使复合片具有金刚石的超高硬度和耐磨性，硬质合金基体具有可焊接性，便于应用于各种不同的工作环境。在现有的金刚石复合片的制备方法中有一种钴扩散催化烧结法，在金刚石微粉高温高压下烧结在一起的过程中，硬质合金基体中的钴在高温下熔融，在高压下从硬质合金基体扩散到整个金刚石微粉层中，金刚石晶粒接触的地方会生长烧结在一起，形成D-D键(金刚石-金刚石键)，同时钴将部分金刚石溶解然后重新析出形成D-D键。在现有的金刚石复合片的制备方法中，通常金刚石微粉放置在金属圆杯中，将金属圆杯内的金刚石微粉颠平，然后将硬质基体放置在金属圆杯中，再将金属圆杯放置在叶腊石块中，将叶腊石块放置在高温高压设备中，对金刚石微粉和硬质基体进行一次高温高压烧结。该种制备方法将金刚石微粉与硬质基体同时进行一次加压烧结成金刚石复合片后，就进行异型金刚石复合片上切削刃的加工。但是该种制备方法得到的金刚石复合片的耐磨性能和抗冲击性能较差，参见图1，通过上述制备方法使得金刚石复合片上的聚晶层1上各处的厚度参差不齐，导致聚晶层1上各处的致密度不同。参见图2，聚晶层1和过渡层2之间的界线是一条非圆滑的曲线，过渡层上各处的厚度参差不齐。对同一种型号的金刚石复合片的抗冲击性能测试和同一个复合片上的四个不同位置进行磨口面积测试，抗冲击性能测试方法如下：将不同的金刚石复合片放入抗冲击装置中，在相同的冲击力(50J)下，观察金刚石复合片在冲压不同次数后的损坏程度。参见图3，通过上述的制备方法制备得到的部分金刚石复合片在通过2次、12次、21次、22次、25次、34次和46次冲击，出现不同程度的破损，而部分金刚石复合片在经过50次冲击后，却只有小部分磨损，由此可见，通过上述的制备方法制备得到的金刚石复合片质量参差不齐，使用性能不稳定。在磨口面积测试中，四个不同位置分别是0°、90°、180°和270°，磨口面积测试方法如下：用金刚石复合片对花岗岩进行车削，在车削一定体积花岗岩之后，分别对金刚石复合片不同位置分别经过0次、10次、20次、30次和40次的车削。参见图4和图5，在经过相同次数的车削后，目测四个位置的磨口面积的大小明显不一致，由此可见，该种制备方法制备的金刚石复合片的聚晶层1和过渡层2的厚度均出现参差不齐的现象，导致同一复合片的不同部位的性能较大差异，使得金刚石复合片上的聚晶层的耐磨性能和抗冲击性能较薄弱，使得金刚石复合片的使用寿命短。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种提高聚晶金刚石复合片的耐磨性能和抗冲击性能的聚晶金刚石复合片。本专利技术的第二目的是提供一种用于制备上述的金刚石复合片的制备方法。为了实现上述的第一目的，本专利技术提供的聚晶金刚石复合片制备方法依次进行预压成型步骤和高温高压步骤，预压成型步骤包括将金刚石微粉放置在金属圆杯中，通过压块对金属圆杯内的金刚石微粉进行预压，金刚石微粉形成工作层预成型体，压块的按压端上沿压块的周向设置有外倒角；高温高压步骤包括：将工作层预成型体和硬质合金基体在高温高压设备中进行高温高压烧结。由上述方案可见，通过设置有外倒角的压头对金属圆杯内的金刚石微粉进行预压，形成的工作层预成型体对应外倒角的位置形成有凸起，增加了金刚石复合片边缘处微粉的数量，提高了边缘处的致密度，并且金刚石微粉经过预压后形成工作层预成型体，工作层预成型体各处的厚度均匀一致，增加金刚石复合片的工作面积，从而提高了金刚石复合片的耐磨性和抗冲击性，延长金刚石复合片的使用寿命。进一步的方案是，外倒角为直倒角，外倒角的角度为10°～45°。进一步的方案是，外倒角的角度为15°～25°。可见，外倒角的角度在上述范围内时，得到的金刚石复合片的抗冲击性能达到最优。进一步的方案是，压块对金刚石微粉进行预压的次数≥1次，每次预压的压力为0.1MPa～1MPa。可见，通过压块对金刚石微粉进行预压，不仅能够使工作层预成型体的厚度均匀一致，经过预压后的金刚石微粉之间的间隙更小，使得工作层预成型体各处的金刚石微粉之间更加紧密，提供金刚石复合片的耐磨性和抗冲击性。进一步的方案是，工作层预成型体的厚度为1.5mm～3.0mm。进一步的方案是，高温高压步骤具体为：在金属圆杯内放置硬质合金基体，硬质合金基体与工作层预成型体的受压面接触，将放置有硬质合金基体和工作层预成型体的金属圆杯放置在叶腊石块中后，在高温高压设备中进行高温高压烧结。进一步的方案是，在高温高压步骤中，烧结硬质合金基体和工作层预成型体的烧结温度为1350℃～1650℃，烧结压力为6GPa～8GPa。进一步的方案是，制备方法还包括过渡层步骤，过渡层步骤在预压成型步骤和高温高压步骤之间；过渡层步骤包括将过渡层物料放置在工作层预成型体上，通过压块对过渡层物料进行≥1次的预压，过渡层物料形成过渡层预成型体，过渡层预成型体位于工作层预成型体和硬质合金基体之间，过渡层物料包括金刚石微粉和钨粉。可见，在过渡层步骤中，通过压块对过渡层物料进行预压，使过渡层和工作层的厚度比例保持均匀一致，保证了金刚石复合片在烧结过程中的稳定性，保证金刚石复合片的抗冲击形和耐磨性。进一步的方案是，聚晶金刚石复合片的工作层的厚度和聚晶金刚石复合片的过渡层的厚度的比值为1：1～4：1。可见，工作层预成型体的厚度和过渡层预成型体的厚度之间比值范围的控制保证过渡层的厚度的同时，增加了金刚石复合片工作层的工作面积，提高金刚石复合片的烧结质量，保证了金刚石复合片的耐磨性，当比值过小时，工作层厚度降低，工作面积减少，当比值过大，过渡层作用变小，影响金刚石复合片的耐磨性。为实现上述的第二目的，本专利技术提供的聚晶金刚石复合片通过如上述的聚晶金刚石复合片制备方法制备得到，聚晶金刚石复合片包括工作层和硬质合金基体，工作层朝向所述硬质合金基体的一侧上设置有内倒角。附图说明图1是
技术介绍
中的金刚石复合片工作层的放大图。图2是
技术介绍
中的金刚石复合片工作层和过渡层的放大图。图3是
技术介绍
中的金刚石复合片抗冲击测试后的效果图。图4是
技术介绍
中的金刚石复合片磨口面积测试后的效果图。图5是
技术介绍
中的金刚石复合片磨口面积测试后的面积直方图。图6是本专利技术聚晶金刚石复合片中工作层和过渡层的放大图。图7是本专利技术聚晶金刚石复合片各实施例抗冲击测试后的荧光下效果图。图8是本专利技术聚晶金刚石复合片实验组1中各实施例磨口面积测试后的效果图。图9是本专利技术聚晶金刚石复合片实验组2中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于：依次进行预压成型步骤和高温高压步骤；/n所述预压成型步骤包括：将金刚石微粉放置在金属圆杯中，通过压块对所述金属圆杯内的所述金刚石微粉进行预压，所述金刚石微粉形成工作层预成型体，所述压块的按压端上沿所述压块的周向设置有外倒角；/n所述高温高压步骤包括：将所述工作层预成型体和硬质合金基体在高温高压设备中进行高温高压烧结。/n

【技术特征摘要】
1.聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于：依次进行预压成型步骤和高温高压步骤；
所述预压成型步骤包括：将金刚石微粉放置在金属圆杯中，通过压块对所述金属圆杯内的所述金刚石微粉进行预压，所述金刚石微粉形成工作层预成型体，所述压块的按压端上沿所述压块的周向设置有外倒角；
所述高温高压步骤包括：将所述工作层预成型体和硬质合金基体在高温高压设备中进行高温高压烧结。


2.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于：
所述外倒角为直倒角，所述外倒角的角度为10°～45°。


3.根据权利要求2所述的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于：
所述外倒角的角度为15°～25°。


4.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于：
所述压块对所述金刚石微粉进行预压的次数≥1次，每次所述预压的压力为0.1MPa～1MPa。


5.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于：
所述工作层预成型体的厚度为1.5mm～3.0mm。


6.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于：
所述高温高压步骤具体为：在所述金属圆杯内放置硬质合金基体，所述硬质合金基体与所述工作层预成型体的受压面接触，将放置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琪，张海波，戴文久，张辰，
申请(专利权)人：广东钜鑫新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44