專利名稱：金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于制造石油與地質(zhì)鉆頭鉆齒的金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片， 屬于超硬材料制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片是現(xiàn)在用于制造石油與地質(zhì)鉆頭鉆齒的最好 材料，它是由金剛石層與硬質(zhì)合金襯底在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成的復(fù)合超硬材料，它 兼有金剛石和硬質(zhì)合金兩者的卓越物理機(jī)械性能高硬度、高耐磨性、高抗沖擊性及良好的 耐熱性，是其它工具材料無法相比的。由于鉆頭鉆井時(shí)所遇到的地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，不 同的地層要求復(fù)合片的性能有所擇重，譬如鉆進(jìn)軟_中硬均質(zhì)地層時(shí)，主要要求復(fù)合片的 耐磨性高，抗沖擊性與耐熱性次之；鉆進(jìn)深井或均質(zhì)硬地層時(shí)主要要求復(fù)合片的耐磨性、耐 熱性好，抗沖擊性在其次；而鉆進(jìn)含硬夾層、含礫石的非均質(zhì)地層時(shí)鉆井效果的好壞主要取 決于復(fù)合片的抗沖擊性，耐磨性與耐熱性又次之。而當(dāng)前最令人棘手的問題是鉆頭鉆進(jìn)含 夾層或含礫石的非均質(zhì)地層時(shí)復(fù)合片鉆齒的抗沖擊性不足，在這些非均質(zhì)地層鉆進(jìn)時(shí)鉆齒 承受著很大的沖擊阻力，從而導(dǎo)致復(fù)合片的金剛石層破碎或從硬質(zhì)合金襯底上剝離下來， 使鉆頭過早失效，嚴(yán)重地影響了鉆井效率與鉆井成本。為此，從事金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片研究與生產(chǎn)的科技人員費(fèi)盡心機(jī)作了大量試 驗(yàn)研究工作，其中最有成效的研究成果是把復(fù)合片的金剛石層與硬質(zhì)合金襯底的結(jié)合界面 由平面改為齒槽嚙合的非平面結(jié)構(gòu)，增加了兩層材料之間的結(jié)合強(qiáng)度，降低了兩層材料因 熱膨系數(shù)引起的有害殘余應(yīng)力，從而頗為有效地提高了復(fù)合片的抗沖擊性能，并申請了數(shù) 量眾多的實(shí)用新型專利。但提高復(fù)合片的抗沖擊性的方法，上述改變兩層材料的結(jié)合面的 形狀并非是唯一的，其實(shí)改變金剛石層的金剛石粒度組成，即增大金剛石的粒徑，采用較粗 的金剛石微粉，減少金剛石的比表面積，增加金剛石顆粒表面所包敷的結(jié)合劑-鈷層的厚 度，使金剛石顆粒彼此之間形成一個(gè)相對較厚的緩沖層，當(dāng)鉆頭鉆進(jìn)非均質(zhì)地層復(fù)合片鉆 齒的工作面-金剛石層受到?jīng)_擊時(shí)，可以相應(yīng)減少或避免金剛石層中金剛石顆粒在沖擊力 的作用下破碎或剝落，從而使整個(gè)金剛石層裂紋、破碎或從硬質(zhì)合金襯底上剝離的機(jī)率減 少，復(fù)合片的抗沖擊性能進(jìn)一步提高。鑒于現(xiàn)在制造的金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片所用的金 剛石的粒徑小于40 μ m，根據(jù)上述理論分析及鉆頭鉆進(jìn)非均勻質(zhì)地層時(shí)復(fù)合片鉆齒抗沖擊 強(qiáng)度不夠而破碎的不良后果，可以充分證明有必要增大金剛石的粒徑，以提高復(fù)合片的抗 沖擊性能，滿足石油與地質(zhì)鉆頭鉆進(jìn)非均勻質(zhì)地層的需要。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型之目的旨在通過改變金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片的金剛石層的金剛石 粒度組成，即增大金剛石的粒徑，減少金剛石的比表面積，增加金剛石顆粒表面包敷的鈷層 厚度，從而緩解復(fù)合片承受沖擊力時(shí)對金剛石顆粒乃至整個(gè)金剛石層的不良影響，避免或 減少金剛石顆粒乃至金剛石層的破碎，提高復(fù)合片的抗沖擊強(qiáng)度，為非均質(zhì)地層使用的石 油或地質(zhì)鉆頭提供一種抗沖擊性能更優(yōu)良的復(fù)合片鉆齒。上述目的是通過下列兩種方案實(shí)現(xiàn)的方案一、金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片(圖1)
3系由金剛石層1與硬質(zhì)合金襯底2在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成，金剛石層1采用粗粒度 金剛石微粉；方案二、金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片(圖2)系由金剛石層1、金剛石層2與硬質(zhì) 合金襯底3在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成，金剛石層1采用細(xì)粒度金剛石微粉，金剛石層2 采用粗粒度金剛石微粉。方案1所述的金剛石層1采用粗粒度的金剛石微粉，其粒徑大于40 μ m，小于 100 μ m0方案2所述的金剛石層1采用細(xì)粒度的金剛石微粉，其粒徑小于40 μ m ；金剛石層 2采用粗粒度金剛石微粉，其粒徑大于40 μ m，小于100 μ m。由于本實(shí)用新型之金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片采用了粗粒度的金剛石微粉，相對已 有制造技術(shù)單純采用細(xì)粒度金剛石微粉而言，金剛石的比表面積較小，包敷在金剛石顆粒 表面的鈷層較厚，能更加有效緩解鉆頭鉆進(jìn)均質(zhì)地層時(shí)沖擊力對復(fù)合片鉆齒工作面-金剛 石層的破壞，從而提高了金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片鉆齒的抗沖擊強(qiáng)度。

圖1為本實(shí)用新型的第一種實(shí)施方案的金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片示意圖。圖2為本實(shí)用新型的第二種實(shí)施方案的金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片示意圖。圖1中1是粗粒度金剛石層，2是硬質(zhì)合金襯底。圖2中1是細(xì)粒度金剛石層，2是粗粒度金剛石層，3是硬質(zhì)合金襯底。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 一種金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片(圖1)，由粗粒度金剛石層1和硬質(zhì)合金 襯底在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成。其金剛石層中金剛石的粒徑為70 80 μ m。實(shí)施例2 —種金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片(圖2)，由細(xì)粒度金剛石層1和粗粒度 金剛石層2、硬質(zhì)合金襯底3在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成。其金剛石層1中金剛石的粒徑 為30 40 μ m，金剛石層2中金剛石的粒徑為80 100 μ m。
權(quán)利要求1. 一種金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片，系由金剛石層(1)與硬質(zhì)合金襯底(2)燒結(jié)而成，其 特征是金剛石層(1)采用粗粒度的金剛石微粉，其金剛石粒徑大于40 μ m，小于100 μ m。
2.一種金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片，系由金剛石層(1)和金剛石層(2)、硬質(zhì)合金襯底 (3)燒結(jié)而成，其特征是金剛石層(1)采用細(xì)粒度的金剛石微粉，其金剛石粒徑小于40μπι; 金剛石層(2)采用粗粒度的金剛石微粉，其金剛石粒徑大于40 μ m，小于100 μ m。
專利摘要本實(shí)用新型金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片是由粗粒度金剛石層1與硬質(zhì)合金襯底2所組成，它是在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成的。由于本實(shí)用新型的金剛石層采用了粗粒度金剛石，金剛石的比表面積小，包敷在金剛石顆粒表面的鈷層較厚，能有效地緩解外力對金剛石顆粒的沖擊破壞，避免或減少整個(gè)金剛石層的破碎或從硬質(zhì)合金襯底上剝離，從而提高了金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片的抗沖擊強(qiáng)度，為鉆進(jìn)非均質(zhì)地層的石油與地質(zhì)鉆頭提供了更加合適的復(fù)合片鉆齒。
文檔編號B32B5/16GK201784215SQ20102020309
公開日2011年4月6日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者趙云良, 趙爽之 申請人:鄭州新亞復(fù)合超硬材料有限公司