[实用新型]聚晶金刚石钻头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种聚晶金刚石钻头，属于机械和工具领域。

背景技术

聚晶金刚石复合片(polycrystallinediamondcompact，PDC)属于新型功能材料，是采用金刚石微粉与硬质合金衬底在超高压高温条件下烧结而成，既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，是制造切削刀具、钻井钻头及其他耐磨工具的理想材料。

复合片因其本身的优越性，在国内外竞相研制和生产，而且品种规格很多。美国GE公司是最先推出复合片的生产厂家，它的主要产品有compax，后又生产出stratapax，后者为钻探专用产品，它的耐磨性比硬质合金高l00～150倍，可与天然金刚石媲美。其他如南非、日本也都于20世纪70～80年代推出不同类型的复合片。中国从20世纪80年代初开始研制金刚石复合片，1975年，成都工具所研制出FJ系列刀具用PDC，1979年，北京人工晶体所研制出JYF型PDC刀片，1981年，贵阳第六砂轮厂研制出JFS-F系列PDC刀片，1987年，郑州磨料磨具磨削研究所成功研制出石油钻头用PDC，1988进行小批 量生产，商品代号JFZR，1990年组建新亚公司实现规模化生产，大大加速了PDC在我国的普及应用。至今，国产PDC规格齐全，基本能够满足国民经济发展的需要。

钴是石墨和金刚石互相转变的催化剂。在高压高温下它可使石墨转化为金刚石，但在常压或压力不够高而温度较高的情况下，又促使金刚石转化为石墨。由于聚晶金刚石层中含有少量的钴，故其耐温性较差，只能耐受700℃的温度。当温度高于700℃或温度虽低于但长时间接近700℃时，一方面钴对金刚石的侵蚀作用使得金刚石颗粒晶界处石墨化，结合强度变差，另一方面残留的钴比金刚石的热膨胀系数高得多，其高温膨胀驱使金刚石颗粒间结合键断裂从而使PDC层变得松散甚至出现裂纹。温度越高，这种影响就越大。

石油开采中所用的钻头很多是采用这种PDC片作为钻齿。金刚石是目前人类可获得的最硬物质，这个特性使得金刚石复合片钻头可以获得很长的使用寿命。极好的钻头可以一次性完成一口油井的钻探，而不需要多次更换钻头。

随着人们对提高打井效率和降低钻井成本要求的不断提高，传统的PDC钻头齿越来越不能满足高速打井的需要。因为打井速度提高了，则钻头的PDC部分与岩石泥沙切削磨削的速度就要提高，于是PDC表面的温度就会提高，表面硬度和强度下降，从而严重降低钻头的使用寿命。

人们采用了很多办法来提高PDC齿的耐高温性能。多数企业采用的办法是提高PDC层中金刚石颗粒地键合强度、降低PCD层中的残余钴含量。

英国公司ReedHycalogUK，Ltd.获得了一个酸处理去钴的专利UnitedStatesPatentNo.6,861,098。专利的内容是采用酸腐蚀或其它化学方法使PDC层表面及一定深度的钴被去除，其原来的位置变成一个个的小空洞。这种办法虽然使得PCD层表面的强度下降20-30％，但由于表层一定深度不再含钴，其耐温性得到很大提高，钻头的使用寿命也得以大幅提高。

该专利的做法虽在很大程度上改善了PDC钻头齿的性能，但由于PCD表层存在很多微孔，其抗冲击性下降了20％以上。另外，微孔的存在也使得PDC钻头齿不能达到最佳的耐磨性和使用寿命。

此外，即使PDC片表面形成有金刚石薄膜，但金刚石薄膜经常发生剥离脱落，无法达到工作中的强度和高附着力要求。

实用新型内容

为了克服现有技术结构的不足，本实用新型提供一种聚晶金刚石钻头。

聚晶金刚石钻头，包含：PDC片，以及金刚石薄膜，形成在所述PDC片上表面，其特征在于，还包含：一氮化硅层或碳化硅层，形成在所述PDC片与金刚石薄膜之间；平坦化层，形成在所述金刚石薄膜与所述氮化硅层或碳化硅层之间。

可选地，所述PDC片的厚度为2-10mm。

可选地，所述金刚石薄膜的厚度为0.5-1mm。

可选地，所述氮化硅层或碳化硅层的厚度为0.01-0.1mm。

可选地，所述氮化硅层或碳化硅层的厚度为0.05-0.08mm。

可选地，所述平坦化层为聚乙烯醇月桂酸酯。

综上，本实用新型提供的钻头提高了金刚石膜层的均一性。

附图说明

图1为本实用新型钻头的截面图结构。

具体实施方式