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)：
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)越性能，被廣泛地用于石油鉆頭上的鉆削元件一鉆齒。鉆井時鉆頭上的復(fù)合片鉆齒承受地層強大的切削阻力與沖擊力，復(fù)合片的金剛石層除磨損外，還有可能從硬質(zhì)合金襯底上剝落下來，嚴重影響鉆頭的鉆井速度與鉆井深度。金剛石層從硬質(zhì)合金襯底上剝離開是鉆頭的鉆井時最不希望出現(xiàn)的事故，其后果是要提鉆，更換新的鉆頭，嚴重影響鉆井效率與鉆井成本。然而這種現(xiàn)象卻時有發(fā)生， 特別是當鉆進非均質(zhì)地層如含硬夾層地層、礫石地層時發(fā)生的概率很大，因此鉆頭制造與鉆頭使用者對復(fù)合片制造者提出了強烈的要求，要求進一步提高復(fù)合片的金剛石層和硬質(zhì)合金襯底層的結(jié)合強度與抗沖擊性能。為此實用新型專利ZL94201536. 3、ZL99216286. 6、 ZL00203712. 2、ZL200420059000. 0、ZL20062012907. 4、ZL200620129634. 8 分別提出了在硬質(zhì)合金襯底結(jié)合面上開直槽、環(huán)形槽、環(huán)直槽等若干種方案，使復(fù)合片的金剛石層與硬質(zhì)合金襯底相互嚙合，以此來提高兩者之間的結(jié)合強度與抗沖擊性能，實踐證明其中一些方案是比較好的，當鉆進均質(zhì)地層時，除了金剛石層正常磨損之外，金剛石層很少從硬質(zhì)合金襯底上剝落下來。但是在難以鉆進的非均質(zhì)地層及超深井中，這些復(fù)合片的金剛石層仍有可能從硬質(zhì)合金襯底上剝落，證明兩層之間的結(jié)合強度及抗沖擊性能仍需提高。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對上述專利技術(shù)不足之處，通過選擇更加合理的結(jié)合界面幾何形狀，從而實現(xiàn)提供一種金剛石層與硬質(zhì)合金襯底結(jié)合強度更高，抗沖擊性能更好的金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片。上述目的是通過下述方案來實現(xiàn)的如圖所示之金剛石/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在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成，金剛石層1經(jīng)過燒結(jié)附著在硬質(zhì)合金襯底2上。金剛石層1與硬質(zhì)合金襯底2的結(jié)合界面具有較為合理的幾何形狀在硬質(zhì)合金襯底2的中心部位有1個圓柱形凸臺3，圓柱形凸臺3的頂面中心有1個淺圓坑 4 ；環(huán)繞著圓柱形凸臺3分布著1圈以上呈環(huán)狀排列的弧形齒5，弧形齒5的頂面中心有一個弧形淺凹槽6 ；弧形齒5是被4條以上的徑向輻射狀凹槽7分割而成，弧形齒5與徑向輻射狀凹槽7的數(shù)量是對應(yīng)相等的。上面所述之結(jié)合界面幾何形狀結(jié)構(gòu)，盡可能大的增加了金剛石層1與硬質(zhì)合金襯底2的界面接觸面積，并使兩者緊密地嚙合在一起，從而有效地增加了它們的結(jié)合強度及抗沖擊性能。根據(jù)所生產(chǎn)的金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片大小規(guī)格的要求，本實用新型所述的圓柱形凸臺3的直徑為0. 5 2mm，高度0. 5 2mm ；圓柱形凸臺3頂面的淺圓坑4的直徑為0. 3 1. 6mm，深度為0. 3 Imm ；弧形齒5的圈數(shù)為1圈以上，弧形齒5的個數(shù)為4個以上，其寬度為0. 5 4mm，高度為0. 5 2mm ；弧形齒5頂面的弧形淺凹槽6的寬度為0. 3 3. 5mm，深度為0. 3 Imm ；徑向輻射狀凹槽7的個數(shù)為4個以上，其寬度為0. 5 4mm，深度為 0. 5 2mm。由于本實用新型的金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片的金剛石層與硬質(zhì)合金襯底之間結(jié)合界面具有上述獨特的幾何形狀設(shè)計，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點1、增加了金剛石層與硬質(zhì)合金襯底的接觸面積與嚙合力，從而提高了兩層材料之間的結(jié)合強度與抗沖擊性能；2、呈環(huán)狀排列的弧形齒相對以往呈一個方向排列的直齒或呈兩個方向縱橫排列的直齒而言無方向性，當把金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片作為鉆齒焊接到石油鉆頭體上時無需選擇方向，即金剛石層圓周上的任一部位都可作為鉆削地層的切削刃，這給鉆頭制造帶來了方便； 3、這種獨特的界面設(shè)計相對于以往的界面設(shè)計而言，更能有效降低金剛石層與硬質(zhì)合金襯底因熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，減少或避免石油鉆頭鉆井時鉆齒的金剛石層從硬質(zhì)合金襯底上剝落下來。

圖為本實用新型金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1是金剛石層，2是硬質(zhì)合金襯底，3是圓柱形凸臺，4是淺圓坑，5是弧形齒，6 是弧形淺凹槽，7是徑向輻射狀凹槽。
具體實施方式
實施例1 如圖所示，一種金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片由金剛石層1和硬質(zhì)合金襯底2在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成。兩層之間的結(jié)合界面中心有個圓柱形凸臺3，其直徑為1. 2mm,高度為1. 2mm ；圓柱形凸臺3的頂面中心有1個淺圓坑4，其直徑為0. 8mm，深度為 0. 5mm。環(huán)繞著圓柱形凸臺3設(shè)有2圈弧形齒5，內(nèi)圈弧形齒5有7個，由7條徑向輻射狀凹槽7分割而成，外圈弧形齒5有14個，有14條徑向輻射狀凹槽7分割而成，在內(nèi)、外圈弧形齒頂面具有弧形淺凹槽6 ；弧形齒5的寬度為1. 2mm,高度為1. 2mm ；弧形淺凹槽6的寬度為 0. 8mm，深度為0. 5mm ；徑向輻射狀凹槽7的寬度為1mm，深度為1. 2mm。實施例2 如實施例1所述之金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片(圖)，金剛石層1和硬質(zhì)合金襯底2之間的結(jié)合界面的幾何形狀包括圓柱形凸臺3、淺圓坑4、弧形齒5、弧形淺凹槽 6、徑向輻射狀凹槽7的數(shù)量與尺寸除弧形淺凹槽6的寬度為0. 6mm，深度為0. 3mm與實施例 1不同外，其余都相同。
權(quán)利要求1.一種金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片，它是由金剛石層(1)與硬質(zhì)合金襯底( 在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成，其特征在于所述的金剛石層(1)與硬質(zhì)合金襯底( 之間的結(jié)合界面是由1個位于中心的圓柱形凸臺(3)及環(huán)繞著圓柱形凸臺(3)的1圈以上的弧形齒(5) 所構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片，其特征在于所述的圓柱形凸臺 ⑶的頂面中心有1個淺圓坑⑷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述之金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片，其特征在于所述的弧形齒(5)的頂面有弧形淺凹槽(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述之金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片，其特征在于所述的弧形齒 (5)是由4條以上的徑向輻射狀凹槽(7)分割而成。
專利摘要本實用新型金剛石/硬質(zhì)合金復(fù)合片，它是由金剛石層(1)與硬質(zhì)合金襯底(2)在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成，適合用作石油鉆頭上的鉆齒，其特征在于金剛石層(1)與硬質(zhì)合金的結(jié)合界面的中心有1個圓柱形凸臺(3)，圓柱形凸臺(3)的頂面中心有一個淺圓坑(4)，環(huán)繞著圓柱形凸臺(3)設(shè)置有1圈以上的弧形齒(5)，在弧形齒(5)的頂面有弧形淺凹槽(6)，弧形齒(5)是被4條以上徑向輻射狀凹槽(7)分割而成。上述這種獨特的界面形狀設(shè)計不僅可增加金剛石層與硬質(zhì)合金襯底的接觸面積，降低界面的殘余應(yīng)力，有效提高兩層材料之間的結(jié)合強度與抗沖性能，而且把復(fù)合片作為鉆齒焊接到石油鉆頭上時無需選擇方向，給鉆頭制造帶來了極大的方便。
文檔編號E21B10/46GK202117568SQ20112019226
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者趙云良 申請人:李昆揚, 趙云良, 趙爽之