[發明專利]一種金剛石復合片及其制備方法

有效

• 申請號: 201210160613.2
• 申請日: 2012-05-22
• 公開（公告）號: CN102678057A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 徐躍華
• 申請（專利權）人: 株洲西迪硬質合金科技有限公司
• 主分類號: E21B10/56
• 分類號: E21B10/56;B32B9/04
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 魏曉波

技術領域

本發明涉及鉆井設備技術領域，更具體地說，涉及一種金剛石復合片，本發明還涉及一種金剛石復合片的制備方法。

背景技術

聚晶金剛石復合片（PDC，polycrystalline?diamond?composite）作為一種新型復合材料，廣泛地應用于地質鉆探、非鐵金屬及合金、硬質合金、石墨、塑料、橡膠、陶瓷和木材等材料的切削加工等領域。

聚晶金剛石復合片是一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復合而成。其中，聚晶金剛石層由無數微小金剛石顆粒和粘結劑混合燒結而成，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，現有技術的聚晶金剛石復合片制成的PDC鉆齒較適合于鉆軟到中硬的均質地層。當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地層時，這種金剛石鉆齒易因耐磨性不夠而導致鉆齒使用壽命縮短，影響連續工作效率。

綜上所述，如何提供一種金剛石復合片及其制備方法，以提高金剛石復合片的耐磨性，進而延長其制成的鉆齒的使用壽命，提高連續工作效率，是目前本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種金剛石復合片及其制備方法，以提高金剛石復合片的耐磨性，進而延長其制成的鉆齒的使用壽命，提高連續工作效率。

為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種金剛石復合片，包括聚晶金剛石層和與所述聚晶金剛石層相復合的基體；其中，所述聚晶金剛石層的頂層遠離所述基體；

所述聚晶金剛石層的頂層上設置有多個孔隙，且所述孔隙內均設置有結晶狀的納米金剛石。

優選的，上述金剛石復合片中，所述孔隙通過酸蝕將所述頂層內的結合劑鈷去除而獲取。

優選的，上述金剛石復合片中，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置有所述基體。

優選的，上述金剛石復合片中，所述聚晶金剛石層為兩層。

優選的，上述金剛石復合片中，所述基體為WC+Co硬質合金。

優選的，上述金剛石復合片中，所述聚晶金剛石層的金剛石體積含量大于80%。

優選的，上述金剛石復合片中，所述聚晶金剛石層的厚度為1.5mm-2.5mm，且所述頂層的厚度為0.15mm-0.35mm。

優選的，上述金剛石復合片中，位于中間層的所述基體的厚度為1.5mm-2.5mm。

基于上述提供的金剛石復合片，本發明還提供了一種金剛石復合片的制備方法，包括以下步驟：

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置多個孔隙；

3）向所述孔隙內填入結晶狀的納米金剛石；

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復合在一起。

優選的，上述金剛石復合片的制備方法中，步驟2）具體為：

利用酸蝕去除所述頂層內的結合劑鈷，使其上產生多個所述孔隙。

本發明提供的金剛石復合片包括聚晶金剛石層和與聚晶金剛石層相復合的基體；其中，聚晶金剛石層的頂層遠離基體；聚晶金剛石層的頂層上設置有多個孔隙，且孔隙內均設置有結晶狀的納米金剛石。

由于本發明提供的金剛石復合片是在現有技術的聚晶金剛石復合片的基礎上，在聚晶金剛石層的頂層上設置有多個孔隙，孔隙中加進結晶狀的納米金剛石，此時聚晶金剛石層的頂層比底層更加熱穩定，該聚晶金剛石層與基體通過高溫高壓燒結而得到的金剛石復合片，既有金屬與金屬之間的結合，又有金剛石微粒之間的結合，金剛石微小晶體各自任意定向，排列無規則，所以它具有天然金剛石的硬度和很高的耐磨性，且它的抗沖擊強度高于天然金剛石，不易開裂，性能穩定可靠。該金剛石復合片適合于對物體進行切削、鉆探、鉆孔或破碎的工具，特別適合應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。

與現有技術相比，本發明提供的金剛石復合片提高了耐磨性，進而延長了其制成的鉆齒的使用壽命，提高了連續工作效率。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雜地層。

本發明提供的金剛石復合片的制備方法，包括以下步驟：

1）制備聚晶金剛石層：

該制備工藝采用現有技術中制備聚晶金剛石的方法；

2）在聚晶金剛石層的頂層上設置多個孔隙；