[发明专利]一种微观结构均匀的聚晶金刚石复合片的制备方法及产物

说明书

本发明属于超硬复合材料技术领域，尤其涉及一种微观结构均匀的聚晶金刚石复合片的制备方法及产物，所述方法包括对硬质合金基体内装配金刚石微粉及催化剂完成后的高温高压烧结步骤，所述高温高压烧结步骤包括顺次进行的至少两个阶段的高温高压烧结处理，且每个高温高压烧结处理的温度顺次升高、压力相同或顺次升高。本发明通过多个高温高压烧结处理的顺次进行，解决聚晶金刚石复合片界面催化剂喷发式渗透形成的局部团聚的问题，从而大幅度提高复合片的热稳定性、抗冲击性等，进而提高复合片在使用过程中的抗崩、抗脱层效果。

技术领域

本发明属于超硬复合材料技术领域，尤其涉及一种微观结构均匀的聚晶金刚石复合片的制备方法及产物。

背景技术

聚晶金刚石复合片是在高温高压（HTHP）环境下，由金刚石层与硬质合金基体相互烧结形成的一种复合材料，其应用于石油、天然气等钻探工具的耐磨切削元件。然而，传统单一处理的高温高压工艺，硬质合金基体中催化剂熔融并快速增多，进而引起基体中催化剂喷发式渗透到聚晶金刚石层中，致使聚晶金刚石层中存在局部团聚的催化剂或其他基体成分。上述聚晶金刚石层中局部催化剂或其他基体成分大大降低复合片的热稳定性、抗冲击性等，使得复合片在使用过程中发生崩片、脱层等严重失效问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种微观结构均匀的聚晶金刚石复合片的制备方法及产物，本发明通过多个高温高压烧结处理的顺次进行，解决聚晶金刚石复合片界面催化剂喷发式渗透形成的局部团聚的问题，从而大幅度提高复合片的热稳定性、抗冲击性等，进而提高复合片在使用过程中的抗崩、抗脱层效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种微观结构均匀的聚晶金刚石复合片的制备方法，包括对硬质合金基体内装配金刚石微粉及催化剂完成后的高温高压烧结步骤，所述高温高压烧结步骤包括顺次进行的至少两个阶段的高温高压烧结处理，且每个高温高压烧结处理的温度顺次升高、压力相同或顺次升高。

优选的，所述高温高压烧结步骤包括顺次进行的第一阶段高温高压烧结处理和第二阶段高温高压烧结处理，两阶段处理具有相同压力条件下，第一阶段高温高压烧结处理结束后，聚晶金刚石层中的催化剂质量占比至少为5 %；第二阶段高温高压烧结处理结束后，聚晶金刚石层中的催化剂质量占比至少为10%。

优选的，所述第一阶段高温高压烧结处理的温度为1450℃，压力为9.0 GPa，第二阶段高温高压烧结处理的温度为1550℃，压力为9.0 GPa。

优选的，所述高温高压烧结步骤包括顺次进行的第一阶段高温高压烧结处理和第二阶段高温高压烧结处理，第一阶段高温高压烧结处理结束后，聚晶金刚石层中的催化剂质量占比至少为10%；第二阶段高温高压烧结处理结束后，聚晶金刚石层中的催化剂质量占比至少为15%。

优选的，所述第一阶段高温高压烧结处理的温度为1420℃，压力为8.0GPa，第二阶段高温高压烧结处理的温度为1550℃，压力为9.2GPa。

优选的，所述高温高压烧结步骤包括顺次进行的第一阶段、第二阶段和第三阶段高温高压烧结处理，三阶段处理具有相同压力条件下，第一阶段高温高压烧结处理结束后，聚晶金刚石层中的催化剂质量占比至少为4%；第二阶段高温高压烧结处理结束后，聚晶金刚石层中的催化剂质量占比至少为6%；第三阶段高温高压烧结处理结束后，聚晶金刚石层中的催化剂质量占比至少为10%。

优选的，所述第一阶段高温高压烧结处理的温度为1400℃，压力为9.0GPa，第二阶段高温高压烧结处理的温度为1480℃，压力为9.0GPa；第三阶段高温高压烧结处理的温度为1550℃，压力为9.0GPa。