專利名稱：層界面為組合結(jié)構(gòu)的金剛石復(fù)合片鉆齒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
層界面為組合結(jié)構(gòu)的金剛石復(fù)合片鉆齒技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于超硬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種金剛石-硬質(zhì)合金復(fù)合片(簡(jiǎn)稱金 剛石復(fù)合片或PDC)，主要用于金剛石復(fù)合片鉆頭(簡(jiǎn)稱PDC鉆頭)的鉆齒。
背景技術(shù)：
[0002]金剛石復(fù)合片是將金剛石粉末添加一定的結(jié)合劑與硬質(zhì)合金基體組裝在一起 后，在專用金剛石液壓機(jī)上在超高壓高溫條件下燒結(jié)制得。它由一層多晶金剛石層和硬 質(zhì)合金基體構(gòu)成。由于多晶金剛石層硬度高、耐磨性好，加上硬質(zhì)合金基體的良好韌性 和可焊性，使其在石油鉆探、地質(zhì)鉆探及煤田開采應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。[0003]目前市場(chǎng)上金剛石復(fù)合片鉆齒的聚晶金剛石層(PCD層)與硬質(zhì)合金基體的結(jié)合 面都采用了非平面的結(jié)構(gòu)，完全取代了過去的兩層之間以平面結(jié)合的結(jié)構(gòu)。采用非平面 結(jié)合增大了兩層之間的接觸面積，提高了層之間的結(jié)合力。同時(shí)兩層之間的相互交錯(cuò)也 起到了機(jī)械嚙合作用，大大提高了結(jié)合面的抗剪切力。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用效果均表明非平 面結(jié)合的金剛石復(fù)合片鉆齒有明顯高的抗沖擊性。[0004]國(guó)內(nèi)外關(guān)于非平面結(jié)合的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已有很多報(bào)道，市場(chǎng)上這類產(chǎn)品也是各式各 樣。大體分為兩類一類是以一個(gè)平面為基準(zhǔn)，開出各種類型的凹槽或在此平面上凸起 多組各種幾何形狀，實(shí)現(xiàn)非平面結(jié)構(gòu)；另一類是在中心區(qū)域凸起一個(gè)圓形臺(tái)階，各種幾 何形狀分別在兩個(gè)基準(zhǔn)面上做出。這種結(jié)構(gòu)不但具有前述一般非平面結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，還利 用了聚晶金剛石燒結(jié)體積收縮的特點(diǎn)在圓形臺(tái)階周圍形成一個(gè)箍緊的內(nèi)力，這可以使聚 晶金剛石與硬質(zhì)合金基體結(jié)合更加牢固，硬質(zhì)合金抗沖擊性好的特點(diǎn)可以更好地表現(xiàn)出 來。因此，這類非平面結(jié)構(gòu)也被認(rèn)為是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品中最先進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式。[0005]我們?cè)谥圃旆瞧矫娼Y(jié)構(gòu)金剛石復(fù)合片鉆齒過程中也發(fā)現(xiàn)了臺(tái)階型非平面結(jié)構(gòu)存 在著不足之處。首先，臺(tái)階的存在影響到超高壓燒結(jié)時(shí)金剛石粉末的流動(dòng)性，燒結(jié)出的 聚晶金剛石層很難保證各部位的材質(zhì)均勻性。特別是臺(tái)階上的聚晶金剛石部分和臺(tái)階下 圓環(huán)聚晶金剛石部分，兩者在質(zhì)量上存在一定差異。其二，臺(tái)階結(jié)構(gòu)雖然產(chǎn)生了有利的 箍緊力，在超高壓燒結(jié)時(shí)也阻止了外圈金剛石粉的正常收縮，燒結(jié)后會(huì)產(chǎn)生切向殘余拉 應(yīng)力。這對(duì)聚晶金剛石的性能是不利的。發(fā)明內(nèi)容[0006]本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有金剛石復(fù)合片鉆齒存在的上述問題，提供一種 能加強(qiáng)界面的結(jié)合力，并且能減少燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的層界面為組合結(jié)構(gòu)的金剛石 復(fù)合片鉆齒。[0007]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型包括金剛石層和硬質(zhì)合金基體， 與金剛石層結(jié)合的硬質(zhì)合金基體上的結(jié)合界面包括外環(huán)和中心區(qū)兩部分，所述外環(huán)的基 準(zhǔn)面為圓臺(tái)側(cè)面，在該基準(zhǔn)面上均勻設(shè)有波浪形齒，所述中心區(qū)設(shè)有2至數(shù)個(gè)同心的環(huán) 形凹槽，環(huán)形凹槽之間連接成波浪形。[0008]本實(shí)用新型的技術(shù)效果在于[0009]1、本實(shí)用新型在結(jié)合界面的外環(huán)不是采用臺(tái)階結(jié)構(gòu)，而是采用了均勻設(shè)有波浪 形齒的圓臺(tái)側(cè)面，該結(jié)構(gòu)可以保證超高壓燒結(jié)時(shí)金剛石粉末的正常收縮，可以將因界面 結(jié)構(gòu)引起的殘余應(yīng)力減至最低。[0010]2、在結(jié)合界面的中心區(qū)設(shè)有波浪形的同心環(huán)形凹槽，并且在凸起部分可以再 被波浪形的若干個(gè)小凹槽分割成幾段，進(jìn)一步利用凹凸變化加強(qiáng)了界面的結(jié)合力。


[0011]圖1是實(shí)施例的立體圖。[0012]圖2是實(shí)施例中硬質(zhì)合金基體的立體圖。[0013]圖3、圖4、圖5分別是實(shí)施例中硬質(zhì)合金基體的主視圖、縱向剖面圖、俯視 圖。
具體實(shí)施方式
[0014]參見圖1，本實(shí)施例的金剛石復(fù)合片鉆齒由金剛石層1和硬質(zhì)合金基體2組成。[0015]參見圖2至圖5，與金剛石層1結(jié)合的硬質(zhì)合金基體2上的結(jié)合界面為組合結(jié) 構(gòu)，結(jié)合界面包括外環(huán)3和中心區(qū)兩部分，所述外環(huán)3的基準(zhǔn)面為圓臺(tái)側(cè)面，在該基準(zhǔn)面 上均勻設(shè)有波浪形齒，所述中心區(qū)設(shè)有兩個(gè)同心的環(huán)形凹槽4和6，環(huán)形凹槽4和6連接 成波浪形，在環(huán)形凹槽4和6之間的凸起上等間距地設(shè)有四個(gè)圓弧凹槽5。本實(shí)用新型中 的環(huán)形凹槽及圓弧凹槽的數(shù)量不限于此，可設(shè)有2-數(shù)個(gè)。[0016]本實(shí)用新型在硬質(zhì)合金基體與金剛石層的結(jié)合界面上的所有凹凸之間全部采用 圓滑過渡，360°對(duì)稱，使金剛石復(fù)合片鉆齒的內(nèi)界面上的殘余內(nèi)應(yīng)力減至最低。[0017]本實(shí)施例的金剛石復(fù)合片鉆齒的外徑尺寸為19.05毫米，厚度為13.20毫米；硬 質(zhì)合金基體2與金剛石層1的結(jié)合界面上外環(huán)3的寬度為2毫米，外環(huán)3的基準(zhǔn)面與硬質(zhì) 合金基體2的端面的夾角為15°，環(huán)形凹槽4和6深0.3毫米，圓弧凹槽5寬1.5毫米。
權(quán)利要求1.一種層界面為組合結(jié)構(gòu)的金剛石復(fù)合片鉆齒，包括金剛石層和硬質(zhì)合金基體，其 特征在于與金剛石層結(jié)合的硬質(zhì)合金基體上的結(jié)合界面包括外環(huán)和中心區(qū)兩部分，所 述外環(huán)的基準(zhǔn)面為圓臺(tái)側(cè)面，在該基準(zhǔn)面上均勻設(shè)有波浪形齒，所述中心區(qū)設(shè)有2至數(shù) 個(gè)同心的環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽之間連接成波浪形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層界面為組合結(jié)構(gòu)的金剛石復(fù)合片鉆齒，其特征在于在 所述環(huán)形凹槽之間的凸起上等間距地設(shè)有四個(gè)圓弧凹槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的層界面為組合結(jié)構(gòu)的金剛石復(fù)合片鉆齒，其特征在于所 述圓弧凹槽寬1.5毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的層界面為組合結(jié)構(gòu)的金剛石復(fù)合片鉆齒，其特征在 于所述外環(huán)的基準(zhǔn)面與硬質(zhì)合金基體的端面的夾角為15°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的層界面為組合結(jié)構(gòu)的金剛石復(fù)合片鉆齒，其特征在 于所述環(huán)形凹槽為0.3毫米深。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的層界面為組合結(jié)構(gòu)的金剛石復(fù)合片鉆齒，其特征在 于其外徑尺寸為19.05毫米，厚度為13.20毫米，外環(huán)的寬度為2毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的層界面為組合結(jié)構(gòu)的金剛石復(fù)合片鉆齒，其特征在 于所述硬質(zhì)合金基體與金剛石層的結(jié)合界面上的所有凹凸之間全部采用圓滑過渡。
專利摘要本實(shí)用新型為一種層界面為組合結(jié)構(gòu)的金剛石復(fù)合片鉆齒，包括金剛石層和硬質(zhì)合金基體，與金剛石層結(jié)合的硬質(zhì)合金基體上的結(jié)合界面包括外環(huán)和中心區(qū)兩部分，所述外環(huán)的基準(zhǔn)面為圓臺(tái)側(cè)面，在該基準(zhǔn)面上均勻設(shè)有波浪形齒，所述中心區(qū)設(shè)有2至數(shù)個(gè)同心的環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽之間連接成波浪形。本實(shí)用新型可以保證超高壓燒結(jié)時(shí)金剛石粉末的正常收縮，可以將因界面結(jié)構(gòu)引起的殘余應(yīng)力減至最低，并且本實(shí)用新型可以加強(qiáng)界面的結(jié)合力。
文檔編號(hào)E21B10/46GK201802316SQ20102025365
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者李尚劼 申請(qǐng)人:深圳市海明潤(rùn)實(shí)業(yè)有限公司