專利名稱：一種金剛石復(fù)合片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆井設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種金剛石復(fù)合片，本發(fā)明還涉及一種金剛石復(fù)合片的制備方法。
背景技術(shù)：
聚晶金剛石復(fù)合片(PDC,polycrystallinediamond composite)作為一種新型復(fù)合材料，廣泛地應(yīng)用于地質(zhì)鉆探、非鉄金屬及合金、硬質(zhì)合金、石墨、塑料、橡膠、陶瓷和木材等材料的切削加工等領(lǐng)域。聚晶金剛石復(fù)合片是ー種卓越的切削工具與耐磨工具材料，其一般由聚晶金剛石層和基體在高壓高溫下燒結(jié)復(fù)合而成。其中，聚晶金剛石層由無數(shù)微小金剛石顆粒和粘結(jié)劑混合燒結(jié)而成，其具有較高的硬度、耐磨性和較長的工作壽命；基體一般為鎢鈷類硬質(zhì)合金，它具有較好的抗沖擊韌性，為聚晶金剛石層提供良好的支撐，且容易通過釬焊焊接到各種工具上。但是，現(xiàn)有技術(shù)的聚晶金剛石復(fù)合片制成的PDC鉆齒較適合于鉆軟到中硬的均質(zhì)地層。當(dāng)利用其鉆取硬地層或高研磨性地層以及軟硬交替等不均勻質(zhì)地層時，這種金剛石鉆齒易因耐磨性不夠而導(dǎo)致鉆齒使用壽命縮短，影響連續(xù)工作效率。綜上所述，如何提供一種金剛石復(fù)合片及其制備方法，以提高金剛石復(fù)合片的耐磨性，進(jìn)而延長其制成的鉆齒的使用壽命，提高連續(xù)工作效率，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種金剛石復(fù)合片及其制備方法，以提高金剛石復(fù)合片的耐磨性，進(jìn)而延長其制成的鉆齒的使用壽命，提高連續(xù)工作效率。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案一種金剛石復(fù)合片，包括聚晶金剛石層和與所述聚晶金剛石層相復(fù)合的基體；其中，所述聚晶金剛石層的頂層遠(yuǎn)離所述基體；所述聚晶金剛石層的頂層上設(shè)置有多個孔隙，且所述孔隙內(nèi)均設(shè)置有結(jié)晶狀的納米金剛石。優(yōu)選的，上述金剛石復(fù)合片中，所述孔隙通過酸蝕將所述頂層內(nèi)的結(jié)合劑鈷去除而獲取。優(yōu)選的，上述金剛石復(fù)合片中，包括多層層疊在一起的所述聚晶金剛石層，且每層所述聚晶金剛石層的底層均設(shè)置有所述基體。優(yōu)選的，上述金剛石復(fù)合片中，所述聚晶金剛石層為兩層。優(yōu)選的，上述金剛石復(fù)合片中，所述基體為WC+Co硬質(zhì)合金。優(yōu)選的，上述金剛石復(fù)合片中，所述聚晶金剛石層的金剛石體積含量大于80%。 優(yōu)選的，上述金剛石復(fù)合片中，所述聚晶金剛石層的厚度為I. 5mm-2. 5mm,且所述頂層的厚度為O. 15mm-0. 35mm。優(yōu)選的,上述金剛石復(fù)合片中，位于中間層的所述基體的厚度為I. 5mm-2. 5mm。基于上述提供的金剛石復(fù)合片，本發(fā)明還提供了一種金剛石復(fù)合片的制備方法，包括以下步驟I)制備所述聚晶金剛石層；2)在所述聚晶金剛石層的頂層上設(shè)置多個孔隙；3)向所述孔隙內(nèi)填入結(jié)晶狀的納米金剛石； 4)將上述步驟得到的所述聚晶金剛石層與所述基體在高壓高溫下燒結(jié)復(fù)合在一起。優(yōu)選的，上述金剛石復(fù)合片的制備方法中，步驟2)具體為利用酸蝕去除所述頂層內(nèi)的結(jié)合劑鈷，使其上產(chǎn)生多個所述孔隙。本發(fā)明提供的金剛石復(fù)合片包括聚晶金剛石層和與聚晶金剛石層相復(fù)合的基體；其中，聚晶金剛石層的頂層遠(yuǎn)離基體；聚晶金剛石層的頂層上設(shè)置有多個孔隙，且孔隙內(nèi)均設(shè)置有結(jié)晶狀的納米金剛石。由于本發(fā)明提供的金剛石復(fù)合片是在現(xiàn)有技術(shù)的聚晶金剛石復(fù)合片的基礎(chǔ)上，在聚晶金剛石層的頂層上設(shè)置有多個孔隙，孔隙中加進(jìn)結(jié)晶狀的納米金剛石，此時聚晶金剛石層的頂層比底層更加熱穩(wěn)定，該聚晶金剛石層與基體通過高溫高壓燒結(jié)而得到的金剛石復(fù)合片，既有金屬與金屬之間的結(jié)合，又有金剛石微粒之間的結(jié)合，金剛石微小晶體各自任意定向，排列無規(guī)則，所以它具有天然金剛石的硬度和很高的耐磨性，且它的抗沖擊強(qiáng)度高于天然金剛石，不易開裂，性能穩(wěn)定可靠。該金剛石復(fù)合片適合于對物體進(jìn)行切削、鉆探、鉆孔或破碎的工具，特別適合應(yīng)用于包括堅硬或耐磨的材料的工具，例如巖層鉆探或油氣等深井鉆探鉆齒。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的金剛石復(fù)合片提高了耐磨性，進(jìn)而延長了其制成的鉆齒的使用壽命，提高了連續(xù)工作效率。同時，其提高了鉆齒的硬度和磨損壽命，使鉆齒特別適合于難鉆地層及復(fù)雜地層。本發(fā)明提供的金剛石復(fù)合片的制備方法，包括以下步驟I)制備聚晶金剛石層該制備エ藝采用現(xiàn)有技術(shù)中制備聚晶金剛石的方法；2)在聚晶金剛石層的頂層上設(shè)置多個孔隙；3)向孔隙內(nèi)填入結(jié)晶狀的納米金剛石通過離心拋滲或其他方法將結(jié)晶狀的納米金剛石填入或滲入上述孔隙中；4)將上述步驟得到的聚晶金剛石層與基體在高壓高溫下燒結(jié)復(fù)合在一起將聚晶金剛石層與基體層疊在一起放入高溫爐，通過燒制使兩者之間的結(jié)合劑熔合粘結(jié)為一體。本發(fā)明提供的金剛石復(fù)合片的制備方法得到的金剛石復(fù)合片，亦具有本發(fā)明提供的金剛石復(fù)合片的優(yōu)點(diǎn)，在此不再贅述。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本發(fā)明實(shí)施例提供的金剛石復(fù)合片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明另ー實(shí)施例提供的金剛石復(fù)合片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的金剛石復(fù)合片的制備方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例提供了一種金剛石復(fù)合片及其制備方法，提高了金剛石復(fù)合片的耐磨性，進(jìn)而延長了其制成的鉆齒的使用壽命，提高了連續(xù)工作效率。 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。請參閱附圖I所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的金剛石復(fù)合片包括聚晶金剛石層I和與聚晶金剛石層I相復(fù)合的基體2 ;其中，聚晶金剛石層I的頂層11遠(yuǎn)離基體2 ;聚晶金剛石層I的頂層11上設(shè)置有多個孔隙，且孔隙內(nèi)均設(shè)置有結(jié)晶狀的納米金剛石。由于本發(fā)明實(shí)施例提供的金剛石復(fù)合片是在現(xiàn)有技術(shù)的聚晶金剛石復(fù)合片的基礎(chǔ)上，在聚晶金剛石層I的頂層11的孔隙中加進(jìn)結(jié)晶狀的納米金剛石，此時聚晶金剛石層I的頂層11比底層12更加熱穩(wěn)定，聚晶金剛石層I與基體2通過高溫高壓燒結(jié)而得到的金剛石復(fù)合片，既有金屬與金屬之間的結(jié)合，又有金剛石微粒之間的結(jié)合，金剛石微小晶體各自任意定向，排列無規(guī)則，所以它具有天然金剛石的硬度和很高的耐磨性，且它的抗沖擊強(qiáng)度高于天然金剛石，不易開裂，性能穩(wěn)定可靠。該金剛石復(fù)合片適合于對物體進(jìn)行切削、鉆探、鉆孔或破碎的工具，特別適合應(yīng)用于包括堅硬或耐磨的材料的工具，例如巖層鉆探或油氣等深井鉆探鉆齒。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例提供的金剛石復(fù)合片提高了耐磨性，進(jìn)而延長了其制成的鉆齒的使用壽命，提高了連續(xù)工作效率。同吋，其提高了鉆齒的硬度和磨損壽命，使鉆齒特別適合于難鉆地層及復(fù)雜地層。優(yōu)選的，上述實(shí)施例提供的金剛石復(fù)合片中，孔隙通過酸蝕將頂層11內(nèi)的結(jié)合劑鈷去除而獲取。當(dāng)然，孔隙也可以通過其它浸出技術(shù)將結(jié)合劑鈷去除，或采用機(jī)械方法制造。結(jié)合劑包含用于金剛石的溶劑或催化劑，結(jié)合劑也可以是能夠與金剛石反應(yīng)形成金屬化合物的難熔金屬。本發(fā)明另一實(shí)施例提供的金剛石復(fù)合片中，包括多層層疊在一起的聚晶金剛石層1，且每層聚晶金剛石層I的底層12均設(shè)置有基體2 ;每層聚晶金剛石層I的頂層11上均設(shè)置有多個孔隙，且孔隙內(nèi)均設(shè)置有結(jié)晶狀的納米金剛石。由于上述實(shí)施例提供的金剛石復(fù)合片的每層聚晶金剛石層I的頂層11的孔隙中均加進(jìn)了結(jié)晶狀的納米金剛石，聚晶金剛石層I的頂層11比底層12更加熱穩(wěn)定，聚晶金剛石層I與基體2通過高溫高壓燒結(jié)而得到金剛石復(fù)合片，既有金屬與金屬之間的結(jié)合，又有金剛石微粒之間的結(jié)合，金剛石微小晶體各自任意定向，排列無規(guī)則，所以它具有天然金剛石的硬度和很高的耐磨性，且它的抗沖擊強(qiáng)度高于天然金剛石，不易開裂，性能穩(wěn)定可靠。該金剛石復(fù)合片適合于對物體進(jìn)行切削、鉆探、鉆孔或破碎的工具，特別適合應(yīng)用于包括堅硬或耐磨的材料的工具，例如巖層鉆探或油氣等深井鉆探鉆齒。此外，與本發(fā)明上一實(shí)施例提供的具有單層的聚晶金剛石層I的金剛石復(fù)合片相比，本實(shí)施例提供的金剛石復(fù)合片的抗磨損性和抗沖擊性明顯增強(qiáng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的另ー實(shí)施例提供的金剛石復(fù)合片提高了耐磨性，進(jìn)而延長了其制成的鉆齒的使用壽命，提高了連續(xù)工作效率。同時，其提高了鉆齒的硬度和磨損壽命，特別適合于難鉆地層及復(fù)雜地層。具體的，聚晶金剛石層I為兩層，如附圖2所示。當(dāng)然，本實(shí)施例提供的金剛石復(fù)合片也可以包括其它層數(shù)的聚晶金剛石層1，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的工作場合來選取。具體的，上述實(shí)施例提供的金剛石復(fù)合片中，基體2為WC+Co硬質(zhì)合金。WC+Co硬 質(zhì)合金屬于鎢鈷類合金，基體2還可以采用其他種類的硬質(zhì)合金。為了使本發(fā)明實(shí)施例提供的金剛石復(fù)合片滿足一定的硬度和耐磨性要求，聚晶金剛石層I的金剛石體積含量大于80%。上述實(shí)施例提供的金剛石復(fù)合片中，聚晶金剛石層I的厚度為I. 5mm-2. 5mm，且頂層11的厚度為O. 15mm-0. 35mm。聚晶金剛石層I以及其頂層11也可以為其他尺寸的厚度，可根據(jù)實(shí)際場合進(jìn)行選擇，本發(fā)明實(shí)施例不做限定。為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，上述實(shí)施例提供的金剛石復(fù)合片中，位于中間層的基體2的厚度為I. 5mm-2. 5mm。在制造該金剛石復(fù)合片的過程中，優(yōu)選的將聚晶金剛石層I和處于中間位置的基體2制造成相同的厚度，以便于對多層聚晶金剛石層I以及基體2的厚度的加工；當(dāng)然，也可以選擇不同的厚度尺寸。請參閱附圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種金剛石復(fù)合片的制備方法，包括以下步驟SI)制備聚晶金剛石層I :該制備エ藝采用現(xiàn)有技術(shù)中制備聚晶金剛石的方法；S2)在聚晶金剛石層I的頂層11上設(shè)置多個孔隙；S3)向孔隙內(nèi)填入結(jié)晶狀的納米金剛石通過離心拋滲或其他方法將結(jié)晶狀的納米金剛石填入或滲入上述孔隙中；S4)將上述步驟得到的聚晶金剛石層I與基體2在高壓高溫下燒結(jié)復(fù)合在一起將聚晶金剛石層I與基體2層疊在一起放入高溫爐，通過燒制使兩者之間的結(jié)合劑熔合粘結(jié)為一體。本發(fā)明實(shí)施例提供的金剛石復(fù)合片的制備方法得到的金剛石復(fù)合片，亦具有本發(fā)明實(shí)施例提供的金剛石復(fù)合片的優(yōu)點(diǎn)，在此不再贅述。具體的，上述實(shí)施例提供的金剛石復(fù)合片的制備方法中，步驟S2)具體為利用酸蝕去除頂層11內(nèi)的結(jié)合劑鈷，使其上產(chǎn)生多個孔隙。當(dāng)然，孔隙也可以通過其它浸出技術(shù)將結(jié)合劑中的其他物質(zhì)去除，或采用機(jī)械方法制造。本說明書中各個實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種金剛石復(fù)合片，包括聚晶金剛石層(I)和與所述聚晶金剛石層(I)相復(fù)合的基體(2);其中，所述聚晶金剛石層(I)的頂層(11)遠(yuǎn)離所述基體(2);其特征在干， 所述聚晶金剛石層(I)的頂層(11)上設(shè)置有多個孔隙，且所述孔隙內(nèi)均設(shè)置有結(jié)晶狀的納米金剛石。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金剛石復(fù)合片，其特征在于，所述孔隙通過酸蝕將所述頂層(11)內(nèi)的結(jié)合劑鈷去除而獲取。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金剛石復(fù)合片，其特征在干，該金剛石復(fù)合片包括多層層疊在一起的所述聚晶金剛石層(I )，且每層所述聚晶金剛石層(I)的底層(12)均設(shè)置有所述基體(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金剛石復(fù)合片，其特征在于，所述聚晶金剛石層(I)為兩層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金剛石復(fù)合片，其特征在于，所述基體(2)為WC+Co硬質(zhì)合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金剛石復(fù)合片，其特征在于，所述聚晶金剛石層(I)的金剛石體積含量大于80%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金剛石復(fù)合片，其特征在于，所述聚晶金剛石層(I)的厚度為I.5mm-2. 5mm,且所述頂層(11)的厚度為 O. 1 Smm-Q. 35mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金剛石復(fù)合片，其特征在于，位于中間層的所述基體(2)的厚皮為 I. 5mm-2. 5mm。
9.一種金剛石復(fù)合片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 .1)制備所述聚晶金剛石層(I); .2)在所述聚晶金剛石層(I)的頂層(11)上設(shè)置多個孔隙； .3)向所述孔隙內(nèi)填入結(jié)晶狀的納米金剛石； .4)將上述步驟得到的所述聚晶金剛石層(I)與所述基體(2)在高壓高溫下燒結(jié)復(fù)合在一起。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的金剛石復(fù)合片的制備方法，其特征在于，步驟2)具體為 利用酸蝕去除所述頂層(11)內(nèi)的結(jié)合劑鈷，使其上產(chǎn)生多個所述孔隙。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種金剛石復(fù)合片，包括聚晶金剛石層和與所述聚晶金剛石層相復(fù)合的基體；其中，所述聚晶金剛石層的頂層遠(yuǎn)離所述基體；所述聚晶金剛石層的頂層上設(shè)置有多個孔隙，且所述孔隙內(nèi)均設(shè)置有結(jié)晶狀的納米金剛石。本發(fā)明提供的金剛石復(fù)合片提高了耐磨性，進(jìn)而延長了其制成的鉆齒的使用壽命，提高了連續(xù)工作效率。本發(fā)明還提供了一種金剛石復(fù)合片的制備方法，包括步驟1)制備所述聚晶金剛石層；2)在所述聚晶金剛石層的頂層上設(shè)置多個孔隙；3)向所述孔隙內(nèi)填入結(jié)晶狀的納米金剛石；4)將上述步驟得到的所述聚晶金剛石層與所述基體在高壓高溫下燒結(jié)復(fù)合在一起。
文檔編號E21B10/56GK102678057SQ20121016061
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者徐躍華 申請人:株洲西迪硬質(zhì)合金科技有限公司