[實用新型]孕鑲金剛石膜的鉆頭

無效

• 申請號: 200920094024.2
• 申請日: 2009-07-20
• 公開（公告）號: CN201460746U
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發明（設計）人: 李紅東;呂憲義;王啟亮;劉軍偉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: E21B10/46
• 分類號: E21B10/46
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王恩遠

技術領域：

本實用新型屬于機械加工領域，涉及到一種用來勘探、開采能源的地質鉆頭，鉆頭是用孕鑲化學氣相沉積(CVD)金剛石膜而制作的。

背景技術：

傳統孕鑲金剛石鉆頭多采用合金粉末為胎體材料，以微米量級的金剛石顆粒均勻或雜亂地分布在胎體中。由于金剛石顆粒大小不同，分布和受力不均勻，特別是沿著深度分布不均勻，及受胎體的附著性能好壞的影響，金剛石顆粒容易在鉆探過程過脫落，滾動，嚴重影響了金剛石鉆頭的耐磨損性能、鉆進效率和使用壽命。另外，孕鑲金剛石鉆頭的底唇面都根據不同基巖地質體要求進行了形狀設計，因為底唇面都是由合金粉末(包括金剛石粉)或和較大粒度的金剛石晶粒組成的，鉆進過程中，特別是經過堅硬、研磨性強的地層時，一段時間后，鉆頭的底唇面易磨損成為平面或圓弧形，底唇面磨損后，發生功能退化，大幅降低鉆進效率，增加了成本。

與本實用新型最接近的現有技術是一項名稱為“仿生孕鑲金剛石鉆頭及其制造方法”，申請號200610016924.6的專利申請。所設計的一種仿生孕鑲金剛石的鉆頭，是在胎體和耐磨材料中引入金剛石聚晶等材料作為非光滑型態材料，提高了鉆頭的功效，取得較好效果。除了其他材料之外，僅提到用金剛石聚晶柱做耐磨材料。

實用新型內容：

本實用新型要解決的技術問題是，將CVD金剛石膜用于地質鉆頭制造，設計一種在使用過程中不脫粒、性能穩定、耐磨損性高和使用壽命長的鉆頭。

為達到不脫粒、性能穩定、耐磨損性高和使用壽命長的鉆頭；在鉆頭中，用CVD金剛石厚膜代替傳統的金剛石粉末或顆粒或金剛石聚晶，通過一定的分布形態，將CVD金剛石膜或金剛石膜和金剛石顆粒混合嵌入到鉆頭的底唇面或/和側面，使鉆探鉆頭的耐磨性更強，保證鉆頭底唇面的粗糙度和有效出刃，并有效地保徑，特別是提高鉆探堅硬、研磨性強的地層時的能力，提高其鉆進效率、工作距離和使用壽命。該實用新型制造的金剛石膜鉆頭，成本低，工藝簡單，易于推廣。

CVD金剛石膜的制作是采用現有的成型的技術完成的。CVD方法可以是微波等離子體CVD法(MPCVD)、電子輔助熱燈絲CVD法(EA-HFCVD)、直流熱陰極輝光等離子體CVD法或直流噴射等離子體CVD方法等。CVD方法制備的多晶金剛石膜，其硬度接近天然金剛石，另外多晶金剛石膜晶粒之間的強相連性，使用過程中不脫粒，始終保持一定的粗糙度和有效出刃，又耐磨損性高和使用壽命性能穩定的特點，使其稱為制作超硬工具的理想材料。

本實用新型的孕鑲金剛石膜的鉆頭的結構是：

一種孕鑲金剛石膜的鉆頭，由鋼體1和工作層2構成，其特征在于，工作層2由胎體材料3和CVD金剛石膜4組成；金剛石膜4鑲嵌排列在胎體材料3中；所述的金剛石膜4是片狀或/和條柱狀的，金剛石膜4的長度小于或等于工作層2的厚度，寬度1～5mm。

也就是說，金剛石膜4的長邊與鉆頭的軸線平行鑲嵌在胎體材料3中。如果金剛石膜4的長邊與鉆頭的軸線垂直，在使用過程中金剛石膜4容易脫落。

在金剛石膜4之間可以鑲嵌有金剛石晶粒5，也就是在胎體材料3中含有金剛石晶粒5。

還可以在工作層2的內或/和外側面鑲嵌有片狀或者條柱狀金剛石膜；起著保徑的作用。或在工作層2內或/和外側面的金剛石膜4一直延伸到底唇面，同時起到保徑和增強底唇面的作用。

鉆頭成型方式包括一次成型和鑲塊式二次成型。一次成型是指燒結型熱壓金剛石鉆頭，鑲塊式二次成型是先燒結出金剛石孕鑲塊，然后把孕鑲塊鑲焊在銑好的鋼體上形成鉆頭。其中燒結是指的把要燒結的樣品放入加工好的石墨模具中，在中頻感應爐中加熱燒結。燒結采用的保壓壓力根據樣品的面積不同為1～20MPa，燒結溫度為900～1100℃，保溫保壓時間為5～10min。鑲焊是指把樣品放入高頻加熱設備中，在700～900℃的溫度下把燒結好的金剛石孕鑲塊在焊料輔助下與銑好的剛體焊接在一起，最后拋光以處理掉周圍滲出的焊料和其他多余的部分。

采用一次成型方法制作孕鑲金剛石膜的鉆頭的具體過程如下所述：

孕鑲金剛石膜的鉆頭的制作方法，有金剛石膜的切割、鉆頭成型的過程；

所說的金剛石膜的切割，使用CVD方法生長的金剛石膜4是自支撐膜，厚度在0.5～3mm之間，用激光切割機將金剛石膜4切割成片狀或條柱狀；

所說的鉆頭成型，是在石墨模具中放入胎體材料3，在胎體材料3中擺放金剛石膜4作為工作層2；再放入鋼體1；將裝有要燒結樣品的石墨模具放在中頻感應爐中加熱燒結；燒結采用的保壓壓力為1～20MPa，燒結溫度為900～1100℃，保溫保壓時間為5～10min，燒結成一體形成鉆頭。