[实用新型]一种聚晶金刚石复合片

说明书

技术领域

本实用新型属于金刚石复合片加工技术领域，具体涉及一种聚晶金刚石复合片。

背景技术

聚晶金刚石复合片（PolycrystallineDiamondCompact，下简称PDC复合片）是一种由聚晶金刚石层覆盖在硬质合金基体表面所组成的复合材料。它兼具了聚晶金刚石层的高耐磨性和硬质合金的韧性、可焊性等优点，因此成为高效的切削工具材料和优良的耐磨材料，并广泛应用于石油与地质钻探和机械加工等领域。

在实际应用中，由于聚晶金刚石复合片（PDC）的催化剂含Co，Ni，Fe等，其中Co的存在，使复合片在常压下不能耐受700℃的高温，并且，Co存在金刚石DD键的界面处，Co和金刚石的膨胀系数不同，会产生热应力，从而造成复合片的应力损坏。

目前，高端复合片均采取脱Co的方式来提高复合片的耐磨性、耐高温性，但表面脱Co后，内层Co仍然存在，在进行一定的磨损后，新的磨损面出现，Co的存在仍然成为降低复合片的综合机械性能的原因，而且有方法指出：将含Co的聚晶金刚石复合片去Co处理后，复合片表面会出现大量的小孔洞，进而降低复合片的耐磨性。

另有研究指出：用化学沉积法（CVD）在去Co后的PDC表面或内部沉积毫米级的金刚石薄膜或厚膜，形成金刚石形核，从而提升复合片的耐磨性。然而该方法仍然存在以下不足：即由于聚晶金刚石复合片内部的Co依然存在，而CVD温度一般在800～1000℃，当温度高于400℃时，Co在金刚石晶粒间开始膨胀，Co体积变大，热应力导致其与金刚石接触部位的畸变能增大，在聚晶金刚石内部出现大量的热缺陷，导致性能下降。

还有研究指出：聚晶金刚石复合片使用不含Co的粘结剂，虽然排除了残余Co对聚晶金刚石复合片的热稳定性差的影响，但此聚晶金刚石复合片不为DD键结合，复合片的耐磨性变差。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种聚晶金刚石复合片。

基于上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种聚晶金刚石复合片，包括圆柱状的复合片基体和工作端面，所述复合片基体包括硬质合金基层和硬质合金基层上表面覆盖的聚晶金刚石层，所述工作端面位于聚晶金刚石层的上端面，所述工作端面上设有多层纳米金刚石层，每层纳米金刚石层包括两层平均晶粒尺寸不同的纳米晶层。

所述聚晶金刚石层的侧面或复合片基体的侧面设有多层纳米金刚石层。

每层纳米金刚石层包括的两层纳米晶层的平均晶粒尺寸分别为20～40nm和60～80nm。

每层纳米晶层的厚度为0.3～0.5um。

多层纳米金刚石层的总厚度为6~20μm。

所述硬质合金基层和聚晶金刚石层通过高温高压烧结成一体。

与现有工艺相比，本实用新型的有益效果为：

1）本实用新型在复合片的外层设有多层纳米金刚石层，与硬质合金基层和聚晶金刚石层配合，提高了聚晶金刚石复合片制品的耐磨性，抗冲击性和韧性，延长了复合片的使用寿命；

2）多层纳米金刚石层采用20～40nm和60～80nm两种不同平均晶粒尺寸的纳米晶层交替排布而成，整体构成保护膜层，一方面，采用这种交替排布的方式有利于阻挡裂纹的延伸，使在晶粒尺寸大的纳米晶层处吸收掉部分的裂纹，进一步增加了复合片的抗冲击性和韧性；另一方面，纳米晶层的平均晶粒尺寸控制在纳米尺寸范围内，沉积层金刚石的总表面积增加，外界裂纹沿着晶界扩展，金刚石总表面积的增加，延缓了裂纹向金刚石的深处扩展的进程；另外，多层纳米金刚石层交替设置便于涂覆，同时也有利于控制多层纳米金刚石层涂覆的厚度，方便操作。

附图说明

图1是实施例1中聚晶金刚石复合片的结构示意图；

图2是实施例2中聚晶金刚石复合片的结构示意图；

图3是实施例3中聚晶金刚石复合片的结构示意图；

图4是实施例1中纳米金刚石层的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

一种聚晶金刚石复合片，如图1和图4所示，包括圆柱状的复合片基体和工作端面3，复合片基体包括硬质合金基层1和硬质合金基层1上表面覆盖的聚晶金刚石层2，硬质合金基层1和聚晶金刚石层2通过在5.5GPa、1600℃下烧结成一体，烧结时间3min；工作端面3位于聚晶金刚石层2的上端面，工作端面3上涂覆有多层纳米金刚石层4。

每层纳米金刚石层4由平均晶粒尺寸20nm纳米晶层5和平均晶粒尺寸60nm纳米晶层6组成。每层纳米晶层的厚度为0.3um。其总厚度为6μm。