[发明专利]一次合成高强度界面结合的屋脊形聚晶金刚石复合片

说明书

本发明公开一次合成高强度界面结合的屋脊形聚晶金刚石复合片，其包括聚晶金刚石层，与金刚石层粘结的碳化钨硬质合金基体层；所述聚晶金刚石层是通过金刚石颗粒和粘结剂在高温高压下烧结而成；所述硬质合金基体为碳化钨基体，呈圆柱形状，与聚晶金刚石层接触界面为高强度结合界面，增加聚晶金刚石层与硬质合金基体层的结合能力，同时界面结构决定曲面聚晶金刚石复合片使用时具有方向性；所述的切削刃齿结构可降低复合片的切削阻力，大幅提升钻进效率。本发明可有效降低生产加工周期，增加聚晶金刚石层与硬质合金基体层的结合力，提高复合片的冲击和耐磨性能。

技术领域

本发明属于超硬复合材料技术领域，其主要涉及石油钻井、工程掘进、矿山等领域，尤其涉及低切削阻力的一次合成高强度界面结合的屋脊形聚晶金刚石复合片。

背景技术

金刚石因其超高的硬度、耐磨性被视为理想的钻进和切削加工材料，而聚晶金刚石复合片(PCD)克服了单晶金刚石的易解理破损的问题，因为同时拥有硬质合金的抗冲击韧性，现已作为超耐磨抗冲切削元件在旋转钻头、牙轮钻头等工具中使用，广泛应用于石油、煤田钻探等领域。随着钻探深度和条件要求的不断提高，较深复杂地层使用的钻头设计以及聚晶金刚石复合片的冲击、耐磨、耐热性能提出了更高的要求。其中改善金刚石层和合金基体界面的结构，改进表面结构提高切削效率，可以提高PCD复合片的耐磨性，抗冲击性和钻进效率，能够钻进坚硬岩层、坚韧夹层等难钻地层，减少崩齿、卡钻，提高排屑速率。

钻探类钻头一般采用平齿、球头形和锥形头等异形形状，但在钻进坚硬地层或坚韧夹层时，复合平齿和普通异形齿极易出现崩刃或掉块，严重时甚至脱层，增大切削阻力，影响钻进速率等。

发明内容

本发明目的在于通过改善金刚石层与硬质合金结合处的粘结界面，再通过高温高压一次合成工艺得到高强度界面结合的一次成型的屋脊形聚晶金刚石复合片，此聚晶金刚石复合片在用于钻进坚硬岩层、坚韧夹层等地层，利用其高结合强度和排屑效率的特性提高聚晶金刚石复合片的冲击性能，从而大幅提高钻头寿命、提高钻进效率及钻井平台的操控平稳性。

本发明采用的技术方案是：一次合成高强度界面结合的屋脊形聚晶金刚石复合片，包括聚晶金刚石层和与金刚石层粘结的碳化钨硬质合金基体；所述屋脊形结构为金刚石上两个斜面的夹角。

进一步：所述碳化钨硬质合金基体非平面端为沟槽状结构，每个沟槽的宽度为1.0-3.0mm。

进一步：所述碳化钨硬质合金基体非平面端为凸台结构，凸台高度为1.5-3.0mm。

进一步：所述碳化钨硬质合金基体非平面端沟槽内的夹角角度为5-40°。

进一步：所述屋脊形的夹角为100~179°。

进一步：所述屋脊斜面间以弧面过渡，且弧度为0.1-10°。

进一步：所述聚晶金刚石层的厚度不低于2.0mm。

进一步：所述聚晶金刚石层的设有倒角，倒角为0.1-1.0mm。

本发明的有益效果为：一次合成高强度界面结合的屋脊形聚晶金刚石复合片，利用其高强度的界面结构增加聚晶金刚石层与硬质合金基体层的结合力，利用切削刃的高厚度和不存在受力集中区域，提高复合片的抗冲击性能和排屑效率，从而提高金刚石钻头使用寿命及钻井平台的操控平稳性，大幅降低聚晶金刚石层的崩齿和脱层现象。

附图说明

图1是本发明中实施例一的立体结构示意图；

图2是本发明中实施例一的侧面结构示意图；

图3是本发明实施例一中硬质合金基体的立体示意图；

图4是本发明实施例一中硬质合金基体的前视图；

图5是本发明实施例一中硬质合金基体的俯视图；