[发明专利]聚晶金刚石复合片及其制备方法

说明书

本发明提供一种聚晶金刚石复合片及其制备方法，该金刚石复合片的制备方法包括预压成型步骤，预压成型步骤包括将金刚石微粉放置在金属圆杯中，通过压块对金属圆杯内的金刚石微粉进行预压，金刚石微粉形成工作层预成型体，压块的按压端上沿压块的周向设置有外倒角，通过设置有外倒角的压头对金属圆杯内的金刚石微粉进行预压，形成的工作层预成型体对应外倒角的位置形成有凸起，增加了金刚石复合片边缘处微粉的数量，提高了边缘处的致密度的同时，增加了金刚石复合片的工作面积，并且工作层预成型体各处的厚度均匀一致，提高了生产的稳定性和金刚石复合片的整体性能。

技术领域

本发明涉及超硬复合材料领域，具体是涉及一种聚晶金刚石复合片及其制备方法。

背景技术

金刚石复合片钻头(PDC钻头)在石油、天然气钻探方面有着广泛的应用，随着常规石油、天然气开采资源的逐渐减少，大力发展页岩油、页岩气是未来的大趋势，页岩油等难开采地质对PDC钻头的性能要求越来越高。

金刚石复合片是将金刚石微粉和硬质合金基体(硬质合金层)在高温高压下烧结在一起，金刚石微粉烧结成聚晶金刚层，使复合片具有金刚石的超高硬度和耐磨性，硬质合金基体具有可焊接性，便于应用于各种不同的工作环境。

在现有的金刚石复合片的制备方法中有一种钴扩散催化烧结法，在金刚石微粉高温高压下烧结在一起的过程中，硬质合金基体中的钴在高温下熔融，在高压下从硬质合金基体扩散到整个金刚石微粉层中，金刚石晶粒接触的地方会生长烧结在一起，形成D-D键(金刚石-金刚石键)，同时钴将部分金刚石溶解然后重新析出形成D-D键。

在现有的金刚石复合片的制备方法中，通常金刚石微粉放置在金属圆杯中，将金属圆杯内的金刚石微粉颠平，然后将硬质基体放置在金属圆杯中，再将金属圆杯放置在叶腊石块中，将叶腊石块放置在高温高压设备中，对金刚石微粉和硬质基体进行一次高温高压烧结。该种制备方法将金刚石微粉与硬质基体同时进行一次加压烧结成金刚石复合片后，就进行异型金刚石复合片上切削刃的加工。

但是该种制备方法得到的金刚石复合片的耐磨性能和抗冲击性能较差，参见图1，通过上述制备方法使得金刚石复合片上的聚晶层1上各处的厚度参差不齐，导致聚晶层1上各处的致密度不同。参见图2，聚晶层1和过渡层2之间的界线是一条非圆滑的曲线，过渡层上各处的厚度参差不齐。

对同一种型号的金刚石复合片的抗冲击性能测试和同一个复合片上的四个不同位置进行磨口面积测试，抗冲击性能测试方法如下：将不同的金刚石复合片放入抗冲击装置中，在相同的冲击力(50J)下，观察金刚石复合片在冲压不同次数后的损坏程度。参见图3，通过上述的制备方法制备得到的部分金刚石复合片在通过2次、12次、21次、22次、25次、34次和46次冲击，出现不同程度的破损，而部分金刚石复合片在经过50次冲击后，却只有小部分磨损，由此可见，通过上述的制备方法制备得到的金刚石复合片质量参差不齐，使用性能不稳定。在磨口面积测试中，四个不同位置分别是0°、90°、180°和270°，磨口面积测试方法如下：用金刚石复合片对花岗岩进行车削，在车削一定体积花岗岩之后，分别对金刚石复合片不同位置分别经过0次、10次、20次、30次和40次的车削。参见图4和图5，在经过相同次数的车削后，目测四个位置的磨口面积的大小明显不一致，由此可见，该种制备方法制备的金刚石复合片的聚晶层1和过渡层2的厚度均出现参差不齐的现象，导致同一复合片的不同部位的性能较大差异，使得金刚石复合片上的聚晶层的耐磨性能和抗冲击性能较薄弱，使得金刚石复合片的使用寿命短。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种提高聚晶金刚石复合片的耐磨性能和抗冲击性能的聚晶金刚石复合片。

本发明的第二目的是提供一种用于制备上述的金刚石复合片的制备方法。