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)：
金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片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，它兼有金剛石與硬質(zhì)合金的優(yōu)良性能，被廣泛用作石油鉆頭上的鉆削元件—鉆齒。由于鉆井時(shí)鉆頭上的鉆齒要承受地層強(qiáng)大的切削阻力、摩擦阻力與沖擊力，因此要求金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片具有很高的硬度、耐磨性、耐熱性與抗沖性，否則復(fù)合片的金剛石層局部即鉆削地層的刃口部位會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的磨損甚至破碎，從而影響鉆頭的鉆井深度、鉆井效率及使用范圍。一般來(lái)說(shuō)過(guò)去制造的金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片比較適合于軟—中硬地層的鉆井，其強(qiáng)度與抗磨損能力還不能完全滿足中硬以上地層、研磨性強(qiáng)的地層、非均質(zhì)破碎地層及三千米以下地層的鉆井要求。為此近十年來(lái)各復(fù)合片生產(chǎn)廠家紛紛致力于研制具有更高物理機(jī)械性能的金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片以滿足石油、天然氣勘探與開(kāi)采的需要，譬如為提高金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片的抗沖擊強(qiáng)度，實(shí)用新型專利ZL942015363.3、ZL95209001.5、ZL96245178.9、ZL99216286.6以及ZL00203712.2分別提出了在硬質(zhì)合金襯底結(jié)合面上開(kāi)直槽、環(huán)形槽、環(huán)直槽、徑向輻射狀槽以及月牙形凹槽等若干種方案，使復(fù)合片的金剛石層與硬質(zhì)合金襯底相互嚙合，金剛石層深入硬質(zhì)合金襯底的槽中，在兩者之間形成一個(gè)具有金剛石和硬質(zhì)合金的過(guò)渡層，這種結(jié)構(gòu)相對(duì)于金剛石與硬質(zhì)合金襯底單純的平面接觸而言，有利于降低因兩層材料熱膨脹系數(shù)(金剛石層為3.8×10-6/℃，硬質(zhì)合金層為6.3×10-6/℃)顯著差異而引起的殘余應(yīng)力，從而比較有效地提高了復(fù)合片的抗磨損與抗沖擊性能，比較有效地提高了金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片鉆頭的鉆井效果。然而根據(jù)進(jìn)一步地分析表明，上述專利所設(shè)計(jì)制造的金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片仍然存在較大的殘余應(yīng)力，在使用中出現(xiàn)殘余應(yīng)力引起的裂紋，所以有必要對(duì)復(fù)合片介面的結(jié)合形狀作進(jìn)一步的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型之目的是通過(guò)改變金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片的金剛石層與硬質(zhì)合金襯底結(jié)合面的形狀，進(jìn)一步增加金剛石層與襯底的接觸面積，降低殘余應(yīng)力(單位面積上的內(nèi)力)，提高抗沖擊性能；以及增加復(fù)合片有效工作位置金剛石層邊緣的厚度，提高抗磨損性能，為石油勘探與開(kāi)采提供一種適合于中硬以上地層、強(qiáng)研磨性地層、非均質(zhì)地層以及深井鉆進(jìn)鉆頭用的金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片。
上述目的是通過(guò)下列方案實(shí)現(xiàn)的金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片(圖1)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。硬質(zhì)合金襯底(2)上面有一圓柱形凸臺(tái)(3)，凸臺(tái)(3)被相互垂直的溝槽(4)分割成許多方形小突起，見(jiàn)圖2。如圖1、圖2所示襯底(2)的凸臺(tái)(3)完全埋入金剛石層(1)之中，凸臺(tái)(3)上面的溝槽(4)及被其所分割形成的方形小突起與金剛石層嚙合成一體，大大增加了金剛石層與襯底的接觸面積，可進(jìn)一步降低接觸介面部位的殘余應(yīng)力。另外如圖1所示金剛石層邊緣即有效工作位置的厚度比其它位置要厚，從而可增加抗磨損性能。
所述的溝槽(4)相互垂直，其行距、寬度與深度的尺寸可根據(jù)需要而定，行距越小則溝槽(4)的數(shù)量越多，行距以小于2mm為宜。當(dāng)凸臺(tái)(3)的直徑一定，溝槽(4)數(shù)量越多及深度越深時(shí)，襯底(2)與金剛石層(1)嚙合面積也越大。
所述的溝槽(4)的斷面形狀有三角形、正方形、長(zhǎng)方形、梯形、圓弧形或它們的組合形。
本金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片與已有技術(shù)相比，由于硬質(zhì)合金襯底(2)的凸臺(tái)(3)上布滿縱橫垂直的溝槽(4)，相對(duì)于過(guò)去單一方向排列的溝槽具有以下的優(yōu)點(diǎn)1、襯底(2)與金剛石層(1)的嚙合接觸面積增加近一倍，殘余應(yīng)力隨著接觸面積的增大而相應(yīng)下降，復(fù)合片的抗沖擊強(qiáng)度及耐熱性隨著殘余應(yīng)力的下降而提高；2、金剛石層邊緣即有效工作位置的厚度增加了1mm以上，抗磨損能力大為提高；(3)按本專利制造的復(fù)合片焊接到鉆頭基體上時(shí)無(wú)需選擇其方向，使焊接更為方便快捷，焊接效率提高。


圖1為本實(shí)用新型金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片的示意圖。
圖2為本實(shí)用新型金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片的硬質(zhì)合金襯底示意圖。
圖中(1).金剛石層，(2).硬質(zhì)合金襯底，(3).凸臺(tái)，(4).溝槽。
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)，由金剛石層(1)和硬質(zhì)合金襯底(2)在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成，其襯底(2)的圓柱形凸臺(tái)(3)上均布著垂直相交的溝槽(4)，槽距為2mm，槽的斷面形狀為梯形，槽頂寬1mm，槽底寬0.8mm，槽深0.8mm，各平面相交處均有R0.1mm的圓弧過(guò)渡。
實(shí)施例2如實(shí)施例1所述之金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片(圖1)，襯底(2)的圓柱形凸臺(tái)(3)上均布著垂直相交的溝槽(4)，不同的是槽距為1.6mm，槽的斷面形狀為圓弧形，圓弧半徑R0.4mm，槽寬0.8mm，槽深0.4mm，圓弧面與平面相交處均有R0.1mm的圓弧過(guò)渡。
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)在超高壓高溫下燒結(jié)而成，其特征是襯底(2)與金剛石層(1)的結(jié)合面上有一圓柱形凸臺(tái)(3)，凸臺(tái)(3)被垂直相交的溝槽(4)分割為許多方形小突起。
2.如權(quán)利要求1所述之金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片，其特征是圓柱形凸臺(tái)(3)被垂直相交的溝槽(4)所分割，溝槽(4)的行距小于2mm。
3.如權(quán)利要求1或2所述之金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片，其特征是溝槽(4)的斷面形狀有三角形、正方形、長(zhǎng)方形、梯形、圓弧形或它們的組合形。
專利摘要本實(shí)用新型金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片是由金剛石層(1)與硬質(zhì)合金襯底(2)在超高壓高溫下燒結(jié)而成，適合用作石油鉆頭上的鉆齒。其特征是在硬質(zhì)合金襯底(2)與金剛石層(1)的結(jié)合面上有一圓柱形凸臺(tái)(3)，凸臺(tái)(3)被垂直相交的溝槽(4)分割為許多方形小突起，可增加金剛石層與襯底的接觸面積，提高復(fù)合片鉆齒的抗沖擊能力，以及增加金剛石層邊緣的厚度，提高復(fù)合片鉆齒的抗磨損能力，從而改善鉆頭的使用效果，擴(kuò)大鉆頭的應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)B23P5/00GK2738939SQ200420059000
公開(kāi)日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2004年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月8日
發(fā)明者趙云良, 趙爽之 申請(qǐng)人:趙云良