[实用新型]一种金刚石复合片基体

说明书

技术领域

本实用新型涉及到一种硬质合金与金刚石的复合材料及其制作方法，具体涉及一 种钻探行业用金刚石复合片基体，也可广泛用于其它采用局部金刚石复合片进行作业的工 矿场所，属金刚石/硬质合金复合材料制备技术领域。

背景技术：

金刚石复合片（PolycrystallineDiamondCompact，简称PDC）是由金刚石微粉与 硬质合金基体在高温（1300-1500°C）超高压（5-7Gpa）条件下烧结而成的一种层状结构复合 超硬材料，采用金刚石复合片作为岩石切削齿的复合片钻头已广泛应用于石油、煤炭、天然 气开采行业。目前钻探用金刚石复合片的金刚石层厚度一般在1.0-2.5mm之间，随着钻井深 度与钻进地层硬度的增加，对复合片耐磨性与使用寿命的要求也越来越高，增加金刚石层 厚度虽有利于提高复合片使用寿命，但金刚石层加厚会使PDC边缘拉应力区宽度成倍增加， 还使得PDC边缘界面附近轴向的最大拉应力和最大剪应力显著加大，造成金刚石层较厚的 PDC界面容易产生裂纹，降低复合片产品烧结时的合格率。如果裂纹在复合片的使用过程中 出现，则可能使金刚石层整体脱落，给钻井工作造成巨大损失。

另一方面，我们在深入的研究中发现，早期的复合片金刚石层厚度不超过0.7mm， 后来实用新型了非平面连接技术才使得金刚石层厚度逐步增加，目前可做到2.5mm左右。非 平面连接是指硬质合金基体与金刚石层间采用台阶形、槽形或简单凸凹形等几何形式联 结。不同的PDC界面结构形式，其内部残余应力的大小与分布规律均不相同。不规则界面结 构通过增加接触面积和特定的结构形式，提高了界面结合力和结构抗剪切的能力，但复杂 的界面形状不可避免的存在局部拉应力集中现象，在冲击试验中，这些区域可能因拉应力 高度集中而发生界面分离或断裂。在金刚石复合片的实际应用中，我们发现金刚石复合片 在镶嵌到钻头上后，就处于一种固定状态，所以工作时全部只是某一部分在工作，因此在金 刚石复合片工作过程中，各部分的受力和磨损状况是不一样的，如果我们只是简单的在硬 质合金基体上复合一层金刚石层，则并不能使得整个金刚石层发挥应有的作用，而且根据 各部分的受力情况，对金刚石复合片的性能要求实际上是不一样的，如果都做成一样的，是 不合适的，这样发而容易出现界面裂纹的风险；因此，有必要对金刚石复合片的结构加以改 进，在增加金刚石层厚度的同时控制复合片出现界面裂纹的风险。

通过专利检索没发现有与本实用新型相同技术的专利文献报道，与本实用新型有 一定关系的专利主要有以下几个：

1、专利申请号为CN201510508988.7，名称为“具有防粘附特性的聚晶金刚石复合 片”的发明专利，该专利公开了一种具有防粘附特性的聚晶金刚石复合片，包括硬质合金 基体和复合于其上的聚晶金刚石层，在聚晶金刚石层的刃面上设置有沟槽结构；沟槽结构 包括沿刃面的径向呈放射状布置的若干径向沟槽，若干径向沟槽将刃面分割成若干个扇 区，以及与径向沟槽连通的若干弧形的周向沟槽，若干周向沟槽以刃面的中心为圆心呈同 心分布，相邻扇区的周向沟槽交错设置。

2、专利号为CN201520471001.4，名称为“一种低切削阻力曲面结构聚晶金刚石复 合片”的实用新型专利，该专利公开了一种低切削阻力曲面结构聚晶金刚石复合片，包括聚 晶金刚石层及与其相粘结的硬质合金基体；所述聚晶金刚石层为曲面结构；所述曲面结构 是由两斜面成一定夹角构成的屋脊形。该专利技术可有效大幅度降低钻进切削阻力，延长 钻头寿命，提高钻井钻进效率及钻井平台的操作平稳性。同时，可提高复合片的聚晶金刚石 层的抗崩裂，有较高的抗冲击性。

3、专利申请号为CN201510021969.1，名称为“一种聚晶金刚石复合片及处理方 法”的发明专利，该专利公开了一种聚晶金刚石复合片及处理方法，所述聚晶金刚石复合片 包括：硬质合金基底；复合在所述硬质合金基底上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层包括 脱除残余金属层和未脱除残余金属层，所述未脱除残余金属层位于脱除残余金属层和硬质 合金基底之间；所述聚晶金刚石层的厚度为1.9mm～2.2mm；脱除残余金属层的厚度为30μm ～50μm；包覆在硬质合金基底底面和全部侧面及聚晶金刚石层部分侧面的保护层。