[发明专利]一种齿面金刚石复合片及其制造方法

说明书

本发明公开了一种齿面金刚石复合片及其制造方法。本发明的齿面金刚石复合片包括硬质合金基体层和与基体层连接的聚晶金刚石层，聚晶金刚石层端面上设置有曲面沟槽结构，曲面沟槽包括设置在聚晶金刚石层端面上的若干个平行凸起的棱和棱间的沟槽。本发明将金刚石粉末与基体层一体化烧结成型，工艺操作简单，避免二次加工，大大节约了制造成本。本发明的金刚石复合片用作钻头时，金刚石层端面上的曲面沟槽结构为工作部位，其具有高耐磨性和高切削效率，抗冲击性能好、热稳定性好、使用寿命长，适应地层多等特点，本发明的齿面金刚石复合片做成的钻头，可以明显改进钻齿的破岩效率，提高钻头的钻进速度，降低钻探起钻频率，降低开采成本。

技术领域

本发明属于超硬复合材料技术领域，具体涉及一种齿面金刚石复合片及其制造方法。

背景技术

聚晶金刚石复合片是一种将硬质合金基体和金刚石粉末在高温高压下烧结而成的超硬材料，具有高硬度、高耐磨的优异性能。主要使用在金刚石钻头上，现已广泛应用于地质钻探、石油、页岩气开采领域。聚晶金刚石复合片是金刚石钻头上的切削元件，因此其切削效率和耐磨性直接影响了金刚石钻头的钻进效率和进尺深度。

众所周知，地质钻探、石油、页岩气开采的成本高昂，提升金刚石钻头的钻进效率和进尺深度，即金刚石复合片的切削效率和耐磨性，对于降低开采成本有重大意义。既要保证金刚石复合片的耐磨性，又要提金刚石高复合片的切削效率是各大金刚石复合片厂家和金刚石钻头厂家关注的研发热点。

目前，金刚石复合片钻齿的金刚石端面大都是平面、球面或弧形面，用这些金刚石复合片做成钻头，在钻进初期由于钻齿的着力点小，钻头的钻进速度比较快。随着钻齿端面工作部位由平面、球面或圆弧面被磨损成平面，钻齿与岩石的接触面积也在加大，表现为钻头越来越钝，钻头的钻进速度变慢。因此，如何提供一种高耐磨、高切削效率的金刚石复合片及其制造工艺，以提高金刚石钻头的耐磨性和切削效率、降低开采成本，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为了克服现有技术的上述不足，提供了一种齿面金刚石复合片及其制造方法，以提高金刚石钻头的耐磨性和切削效率、降低开采成本。为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种齿面金刚石复合片，包括硬质合金基体层和聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层连接在硬质合金基体层上；所述聚晶金刚石层端面上设置有曲面沟槽结构，曲面沟槽包括设置在聚晶金刚石层端面上的若干个平行凸起的棱和棱间的沟槽。

进一步地，所述硬质合金基体层为圆柱状，聚晶金刚石层底面直径与圆柱状的硬质合金基体层的直径相同。

进一步地，若干个平行凸起的棱呈几何对称的分布在聚晶金刚石层端面上。

进一步地，所述聚晶金刚石层端面边缘位置棱的高度不高于中间位置棱的高度。

进一步地，所述棱的横截面呈三角形、梯形、方形或圆弧形中任一种形状。

本发明还提供了一种上述的任一项的齿面金刚石复合片的制造方法，包括以下步骤：

1)将金刚石粉末装在金属杯中，将硬质合金基体放置在金刚石粉末上，然后将硬质合金基体、金刚石粉末和金属杯压实；所述金属杯底部设置有若干个朝外平行凸起的棱；

2)将压实的金刚石粉末、硬质合金基体和金属杯总成进行净化处理；

3)将净化处理后的金刚石粉末、硬质合金基体和金属杯总成用盐片和盐管包裹起来形成盐柱；

4)将包裹好的盐柱组装在合成复合片专用合成模中，整体构成一块合成块；

5)将合成块进行高温高压烧结，得到金刚石复合片毛坯；

6)将金刚石复合片毛坯加工成标准尺寸；