[发明专利]一种聚晶金刚石复合片及其制造方法

摘要

本发明公开了一种聚晶金刚石复合片及其制造方法，本发明的聚晶金刚石复合片包括硬质合金基体层和聚晶金刚石层，聚晶金刚石层连接在硬质合金基体层上，聚晶金刚石层由若干子金刚石层构成，通过球磨工艺向每个子金刚石层中均引入钨元素；每个子金刚石层中钨元素含量不同，使聚晶金刚石层内钨元素梯度分布。本发明的制造工艺操作简单，钨元素分布均匀；本发明的金刚石复合片既保证了金刚石复合片固有的耐磨性，又提高了抗冲击性，具有耐磨性能高、抗冲击性能好、热稳定性能好、切削效率高、使用寿命长、适应地层多等特点，极大的降低了钻探过程中的起钻频率，降低开采成本、提高开采效率。

主权项

1.一种聚晶金刚石复合片，其特征在于：包括硬质合金基体层(1)和聚晶金刚石层(2)，所述聚晶金刚石层(2)连接在硬质合金基体层(1)上；所述聚晶金刚石层(2)由若干子金刚石层构成，每个子金刚石层中均含有钨元素；每个子金刚石层中钨元素含量不同，使聚晶金刚石层(2)内钨元素梯度分布；远离硬质合金基体层(1)的聚晶金刚石层(2)中钨元素含量低于靠近硬质合金基体层(1)的聚晶金刚石层(2)中钨元素含量。

2.根据权利要求1所述的一种聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述聚晶金刚石层(2)按质量份数计，包括70‑95份的10‑40微米粒度的金刚石颗粒和5‑30份的1‑10微米粒度的金刚石颗粒。

3.根据权利要求1所述的一种聚晶金刚石复合片，其特征在于：钨元素在远离硬质合金基体层(1)表层的子金刚石层中含量为0.5‑2％，由聚晶金刚石层(2)表层到里层，下一层子金刚石层中的钨含量为上一层的1‑4倍。

4.根据权利要求1所述的一种聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述聚晶金刚石复合片的硬质合金基体层(1)和聚晶金刚石层(2)整体构成圆柱状。

5.一种权利要求1‑4中任一项的聚晶金刚石复合片的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)取10‑40微米粒度的金刚石颗粒70‑95份、1‑10微米粒度的金刚石颗粒5‑30份和硬质合金球150‑625份混合，将混合颗粒分成若干份，分别将每一份混合颗粒放置在材质为聚四氟乙烯的容器中，密封好；

2)将步骤1)的每个装有混合颗粒的聚四氟乙烯容器放置在行星球磨机上进行球磨处理，根据球磨时间不同，得到若干批球磨处理后的金刚石粉末；

3)分别净化处理步骤2)的各批球磨处理后的金刚石粉末；

4)依次将球磨时间短的金刚石粉末、球磨时间长的金刚石粉末放入金属杯中，再将硬质合金基体放置在金刚石粉末上面，然后将硬质合金基体和金刚石粉末压实；

5)将压实的硬质合金基体、金刚石粉末和金属杯总成组装在合成复合片的专用合成模中，整体构成一块合成块；

6)高温高压烧结步骤5)的合成块，得到金刚石复合片毛坯；

7)将金刚石复合片毛坯加工成标准尺寸；

8)对加工后的金刚石复合片按照要求进行质量检测得到符合要求的成品。

6.根据权利要求5所述的一种聚晶金刚石复合片的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中的硬质合金球为直径为2‑8mm的球体，所述硬质合金球由84‑95％的碳化钨和5‑16％的钴制成。

7.根据权利要求5所述的一种聚晶金刚石复合片的制造方法，其特征在于：金刚石颗粒和硬质合金球混合颗粒的球磨处理具体步骤为：

1)开启行星球磨机，设置球磨转速为150‑300转/分钟；

2)取若干份由金刚石颗粒和硬质合金球组成的混合颗粒，每份装在一个聚四氟乙烯容器中，并将每个装有混合颗粒的聚四氟乙烯容器放置在行星球磨机上，每份混合颗粒设置不同的球磨时间后开始球磨处理；球磨完成后，分别取出每份金刚石粉末和硬质合金球，各自在网筛上过滤掉硬质合金球，留下各自球磨处理后的金刚石粉末，并做好标记待用。

8.根据权利要求5所述的一种聚晶金刚石复合片的制造方法，其特征在于：净化处理工序包括以下步骤：

1)将球磨处理后的金刚石粉末放置在烧结炉中在氢气气氛下，600‑700℃保温30‑60分钟，完成后降到室温，取出金刚石粉末；

2)再将金刚石粉末放置在真空烧结炉中，在真空度值不高于10^‑2Pa的条件下，600‑800℃保温45‑120分钟，完成后降到室温，取出金刚石粉末待用。

9.根据权利要求5所述的一种聚晶金刚石复合片的制造方法，其特征在于：步骤6)中合成块的烧结温度为1300‑1700℃，压力为5‑8GPa。

10.根据权利要求5所述的一种聚晶金刚石复合片的制造方法，其特征在于：金刚石复合片毛坯加工标准尺寸工序包括以下步骤：

1)金刚石复合片毛坯进行外圆研磨，将金刚石复合片毛坯的外圆加工至标准尺寸；

2)加工金刚石复合片毛坯的硬质合金基体层端面至标准尺寸；

3)加工金刚石复合片毛坯的聚晶金刚石层端面至标准尺寸；

4)倒角加工金刚石复合片毛坯的聚晶金刚石层和硬质合金基体层至标准尺寸。