[发明专利]聚晶金刚石微粉的制备方法、聚晶金刚石微粉及应用

说明书

本发明揭示了一种聚晶金刚石微粉的制备方法、聚晶金刚石微粉及应用，包括如下步骤：S1、均匀混料；S2、制得芯子；S3、芯子烧结，制得烧结体；S4、烧结体分离，S5、烧结层粉碎，从而产生具有纳米金刚石颗粒凸起粗糙表面的细粒度粉末；S6、细粒度粉末酸处理，制得纯粉末；S7、纯粉末清洁，制得用于生产金刚石复合片所需的聚晶金刚石微粉。本发明的有益效果主要体现在：将含有纳米金刚石颗粒的聚晶金刚石微粉作为原料制备聚晶金刚石复合片，结合了硬度和韧性的特性，且特性分布均匀，能满足PDC高硬度和高韧性性能，最大程度上延长使用寿命。

技术领域

本发明涉及钻探和机加工领域，具体而言，尤其涉及一种聚晶金刚石微粉的制备方法、聚晶金刚石微粉及应用。

背景技术

通常，聚晶金刚石复合片（PDC）应用于钻头上，聚晶金刚石复合片（PDC）制造商通常会提供一些聚晶金刚石复合片PDC给钻头制造商。

PDC钻头制造商一直在寻求性能更好的PDC锯齿。当PDC钻头在进行钻井工作时，安装在钻头上的PDC锯齿与地层接触,并对其研磨和粉碎，如此，PDC锯齿将承受两种不同形式的损坏，（1）与地基摩擦产生的磨损；（2）PDC硬质层撞击硬质岩石或石头时产生的撞击损坏。

目前，市场上常见的聚晶金刚石复合片通常为图1结构，硬质合金基底100上依次烧结粗粒度金刚石颗粒101和细粒度金刚石颗粒102，但是细粒度金刚石颗粒的韧性显著较低，而粗粒度金刚石颗粒102的硬度较低，在硬度和韧性两者之间，往往顾此失彼，不能同时满足PDC高硬度和高韧性性能，严重影响PDC锯齿的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种聚晶金刚石微粉的制备方法、聚晶金刚石微粉及应用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种聚晶金刚石微粉的制备方法，包括如下步骤：

S1、混料步骤：选取10~100nm的纳米金刚石颗粒和1~40um的微米金刚石颗粒，以0.3~5:100的重量比充分混合，得到混合颗粒3；

S2、制芯步骤：选择一难熔金属套筒，并在其内配置一组与其直径相同的难熔金属隔离片，相邻两个难熔金属隔离片之间形成一单片区，每个所述单片区内均设置一催化剂片，所述催化剂片的上方或下方倒入所述混合颗粒；将与难熔金属套筒直径相同的传压块紧贴放置在位于顶端和底端的所述难熔金属隔离片的外侧面上，制得芯子；

S3、烧结步骤：将步骤S2制得的芯子放置在HPHT装配块中，再将所述HPHT装配块整体放入至HPHT设备腔体内，在压力8~10Mpa温度1500~1700℃的环境下加工240~1000s，制得烧结体；

S4、烧结体分离步骤：将步骤S3制得的烧结体放至酸性溶液中，所述酸性溶液与所述烧结体的重量比为2~10：1，所述酸性溶液与所述难熔金属隔离片发生化学反应使得所述难熔金属隔离片脱离，从而制得烧结层；

S5、烧结层粉碎步骤：将烧结层在破碎设备中破碎，破碎后制得1~3mm的烧结层粉末，将烧结层粉末放入球磨机中，并加入酒精进行湿磨，待湿磨完成后将其取出烘干，待烘干完成后通过网筛筛选细粒度粉末，从而获得具有纳米金刚石颗粒凸起粗糙表面的细粒度粉末；

S6、细粒度粉末酸处理步骤：将所述细粒度粉末再放置至酸性溶液中，去除催化剂片和难熔金属隔离片的痕迹，制得纯粉末；

S7、纯粉末清洁步骤：将所述纯粉末分级为不同微米级颗粒，并进一步进行表面处理和清洁，制得用于生产金刚石复合片所需的聚晶金刚石微粉。

优选的，步骤S4和步骤S6中所述酸性溶液为硝酸、氢氟酸和硫酸的混合体，所述硫酸在混合体中的体积比大于30%，所述氢氟酸在混合体中的体积比大于20%。

优选的，所述催化剂片的材料为第VIII族金属或/和第VIII族金属的合金。