[发明专利]低内应力的金刚石复合片的制备方法

说明书

本发明涉及低内应力的金刚石复合片的制备方法，将净化处理过的硬质合金基座和金刚石微粉装入金属杯内，扣上盖杯，装入合成块，将合成块放入六面顶压机内进行高温高压烧结；高压通过叶腊石传递，电流通过上下导电钢圈传入碳片与碳管，使其发热，将盐管和高熔点金属杯加热至1400～1500℃，高熔点金属杯所包裹的金刚石微粉和硬质合金基座处于温度1400～1500℃、压力6～7GPa高温高压环境中进行烧结；继而降温，再进行至少一次的高压升温，再降压降温到常压室温。通过热处理工艺均匀细化复合片上部金刚石层内催化触媒，复合片下部硬质合金层靠近界面附近的WC晶粒分布均匀，抑制WC晶粒异常长大，降低复合片的内应力。

技术领域

本发明涉及高温高压合成金刚石硬质合金复合片的方法，尤其涉及一种低内应力的金刚石复合片的制备方法。

背景技术

金刚石硬质合金复合片由金刚石微粉和硬质合金基座在高温高压条件下烧结而成，上部为金刚石层，下部为硬质合金基座，具有金刚石的高硬度、高耐磨性和硬质合金的抗冲击性能，用于制造金刚石钻头，应用于石油、天然气、页岩气的勘探和开采。

目前，采用高温高压烧结得到金刚石硬质合金复合片。由于金刚石复合片是在高温超高压条件下借助金属钴等作为烧结剂烧结而成。完成烧结后的金刚石复合片内部存在巨大的内应力，其来源于两个方面，其一，金刚石复合片属于两种材料的上下结构，下部是硬质合金基座，硬质合金是由碳化钨晶粒和金属钴烧结而成，上部由金刚石晶粒和金属钴烧结而成，上下两种不同材料会产生应力；其二，上层中金刚石和结合剂金属钴的热膨胀系数相差较大，微观上也存在内应力。内应力通常并不会在宏观上造成金刚石复合片的破坏，但在实际使用中，金刚石复合片在高载荷下高频次撞击地层，此时金刚石复合片在外力和内应力的双重作用下会产生疲劳破坏，使得金刚石复合片失效。常规的工艺有多种消除或减小内应力的方法，如将工件放置在大自然中经历春夏秋冬日晒雨淋，或一次或多次反复对工件进行加热-冷却处理，或对工件进行零下200度左右的深冷处理，或对工件进行高频振动敲击处理，或对工件进行超声波处理等等，但其效果差强人意。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种低内应力的金刚石复合片的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

低内应力的金刚石复合片的制备方法，特点是：对金刚石微粉进行酸、碱净化处理，硬质合金基座表面喷砂去除杂质，将净化处理过的硬质合金基座和金刚石微粉装入金属杯内，将已装入硬质合金基座和金刚石微粉的金属杯放入真空炉内进行高温净化处理，将净化处理后的金属杯扣上盖杯，装入合成块，将合成块放入六面顶压机内进行高温高压烧结；高压通过叶腊石传递，电流通过上下导电钢圈传入碳片与碳管，使其发热，将盐管和高熔点金属杯加热至1400～1500℃，使得其内高熔点金属杯所包裹的金刚石微粉和硬质合金基座处于温度1400～1500℃、压力6～7GPa高温高压环境中进行烧结；

继而降温，再进行至少一次的高压升温，再降压降温到常压室温。

进一步地，上述的低内应力的金刚石复合片的制备方法，其中，烧结后高压降温，再进行1次高压升温。

进一步地，上述的低内应力的金刚石复合片的制备方法，其中，1400～1500℃、6～7GPa烧结，于压力6～7GPa高压状态下降温到室温，于压力6～7GPa高压状态下升温到1000～1100℃，再降压到常压降温到室温。

进一步地，上述的低内应力的金刚石复合片的制备方法，其中，烧结后降压降温，再进行1次高压升温。

进一步地，上述的低内应力的金刚石复合片的制备方法，其中，1400～1500℃、6～7GPa烧结，于压力6～7GPa高压状态下降温到室温，降压至5～6GPa状态下升温到1000～1100℃，再降压到常压降温到室温。

进一步地，上述的低内应力的金刚石复合片的制备方法，其中，烧结后至常压常温，再进行2次高压升温。