[发明专利]聚晶金刚石复合片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚晶金刚石复合片及其制备方法。本发明聚晶金刚石复合片包括硬质合金基体层，还包括CVD金刚石层，所述CVD金刚石层与硬质合金基体层层叠结合，所述CVD金刚石层上开设有若干通孔，所述通孔的轴向朝向所述硬质合金基体层，且在所述通孔内填充有聚晶金刚石。本发明聚晶金刚石复合片采用CVD金刚石层作为聚晶金刚石层的“骨架”，将聚晶金刚石层填充至CVD金刚石层的若干通孔内，赋予聚晶金刚石复合片优异的耐磨性能和耐高温性能，而且层结构结合强度。其制备方法制备的聚晶金刚石复合片性能稳定。

技术领域

本发明属于超硬复合材料技术领域，具体的是涉及一种聚晶金刚石复合片及其制备方法。

背景技术

聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compacts，简称PDC复合片)是由硬质合金层与聚晶金刚石层组成的超硬复合材料，其具备了金刚石的高耐磨性和硬质合金的韧性、可焊接性特点。而且，金刚石具有高导热性的优点，在刀具材料的切削使用过程中及时将热量导出，减少热量在聚晶金刚石复合片局部的富集，延长复合片的使用寿命。因此，聚晶金刚石复合片被作为优良的切削刀具材料而被广泛应用，尤其在石油、地质钻探和机械加工行业。

聚晶金刚石复合片一般是将金刚石微粉平铺于硬质合金基体上方，在高温高压条件进行合成的。在合成聚晶金刚石复合片的过程中，硬质合金基体中的Co、Ni和Fe等成分在高温高压下向金刚石微粉层熔渗扩散，促使金刚石颗粒的再结晶生长，实现金刚石颗粒之间的键合及聚晶金刚石层与硬质合金基体的连接。然而，烧结完成之后的复合片成品中，在聚晶金刚石层尤其在金刚石颗粒间隙处，残留大量金属Co、Ni和Fe成分。复合片在高速磨削作用下加工面局部温度都能达到甚至超过700℃，残留金属成分催化金刚石向石墨转化。石墨化现象的发生，一方面，金刚石体积膨胀，对键合的金刚石键产生局部作用力，大大削弱了金刚石颗粒之间的结合强度；另一方面，金属Co的热膨胀系数远远大于金刚石的热膨胀系数，高温下Co等金属与金刚石的界面处，产生很强的作用力，极易形成微观裂纹，使PDC层变得疏松，大大的降低聚晶金刚石复合片的质量。残留在聚晶金刚石层中的Co、Ni和Fe等金属成分，对于成品复合片是有害的。因此，在合成PDC复合片的过程中，应尽可能地减少金属成分在复合片中的含量，以期提高复合片的耐磨性和耐热性。

目前也出现了一些试图降低聚晶金刚石层中的Co、Ni和Fe等金属成分，来提高PDC复合片耐磨性和耐热性的技术。如利用化学气相沉积法(简称CVD法)工艺成熟来生产具有一定厚度的聚晶金刚石为基础，将CVD法与传统的聚晶金刚石复合片合成法相结合，促进PDC复合片的质量提高。但是，在实际应用过程中发现，该方法制备的PDC复合片在聚晶金刚石层与硬质合金基体界面处残余应力较大，主要是由于组成PDC复合片材料物理特性的差异，如热膨胀系数、杨氏模量等。在成品PDC复合片的使用过程中，容易发生聚晶金刚石层脱落的现象。

在公开的另一技术方案中试图改善聚晶金刚石层与硬质合金基体界面处残余应力，增强两者的结合强度，但是依然会导致在形成的聚晶金刚石层中的金属成分如Co残留量较大，依然造成成品PDC复合片的耐磨性、耐热性能较差。

因此，如何有效增强成品PDC复合片的耐磨性、耐热性能同时又能有效增强聚晶金刚石层与硬质合金基体界面的结合力是本领域一直希望解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种聚晶金刚石复合片及其制备方法，以解决现有聚晶金刚石复合片存在的耐磨性、耐热性不理想和/或所含聚晶金刚石层与硬质合金基体界面的结合力差的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种聚晶金刚石复合片。所述聚晶金刚石复合片包括硬质合金基体层，还包括CVD金刚石层，所述CVD金刚石层与硬质合金基体层层叠结合，所述CVD金刚石层上开设有若干通孔，所述通孔的轴向朝向所述硬质合金基体层，且在所述通孔内填充有聚晶金刚石。

本发明的另一方面，提供了一种聚晶金刚石复合片的制备方法，包括如下步骤：