[發明專利]一種生長型聚晶金剛石燒結組件及其應用

有效

• 申請號: 201410273072.3
• 申請日: 2014-06-18
• 公開（公告）號: CN104014281A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 胡強;賈曉鵬;馬紅安
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B01J3/06
• 分類號: B01J3/06
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理事務所(普通合伙) 11457
• 代理人: 黃云鐸

技術領域

本發明涉及超硬材料技術領域，具體涉及一種用于以靜高壓法合成聚晶金剛石的燒結組件及其應用。?

背景技術

由于多晶金剛石層導熱性好，硬度高，耐磨性好，使其在石油鉆探、地質鉆探及煤田開采應用中、在高性能電子封裝功能材料領域得到廣泛應用。?

聚晶金剛石的制備主要有兩種方式，一種是氣相沉積法，此方法的優點是制作的聚晶片厚度可精確控制，可制作大直徑的樣品，缺點是耗時長，厚度薄，產能低；另一種聚晶金剛石的制作方法是將金剛石粉末添加一定的結合劑后，在專用金剛石液壓機上在超高壓高溫條件下燒結制得，此類聚晶受高壓腔體限制，目前沒有氣相沉積法制作的樣品直徑大，但優點是燒結時間短，厚度大，產能高。?

目前，高壓燒結類聚晶金剛石產品主要分為三類：一是美國GE公司生長型聚晶金剛石，在自銳性和抗沖擊韌性方面有較大優勢，磨耗比并不特別高；二是De?Beer公司微粉聚晶金剛石，以Si為結合劑，在抗沖擊韌性和磨耗比方面有優勢；三是國內“類混凝土”式結構的聚晶金剛石，特有的結構使其各性能指標有較大的靈活性，多種多樣的添加劑以及碳化物的不同組成方式使其具有各種不同的性能特征。?

從現場應用結合以上分析看出，磨耗比不再是主要指標，因為三種體系聚晶產品其磨耗比都可滿足要求，自銳性和抗沖擊韌性對鉆頭適應復雜?地層需要和提高鉆井速度具有決定作用，這兩個指標因此提升到主要位置。從這一角度來看，美國G.E.公司生長型聚晶金剛石具有更大優勢。?

G.E.公司生長型聚晶金剛石是采用“掃越式催化再結晶法(Sweep?Through?Catalyzed?Recrystallization，即STCR法)”工藝，利用金屬對石墨的強催化作用達到晶體生長。掃越式再結晶法Co液需掃越整個聚晶體，從而使聚晶的厚度受到了限制，對于較復雜的產品就更加無能為力。?

另外，采用靜高壓法合成生長型聚晶金剛石，溫度梯度決定著聚晶金剛石的質量穩定性。合成塊的組裝方式決定著腔體內的溫度分布，因此，組裝不同，溫度梯度會有所不同。此外，在進入高溫高壓合成階段后，由于組裝方式無法改變，因此合成過程中已經無法依靠改變組裝方式來調整合成腔體內的溫度梯度，可以說，就目前的技術而言，在合成過程中還不能做到對溫度梯度的隨意調控，燒結聚晶金剛石的過程中，如果腔體中金剛石聚晶層處于較大的溫度梯度下會帶來如燒結組織結構不均勻，出現“架橋”，黑心現象，并且聚晶金剛石復合片制品穩定重復性差，局部殘余應力較大，嚴重的影響聚晶金剛石工具的性能。?

目前國內主要采用的是直熱式組裝，如圖1，在石墨棒中鉆孔，將金剛石粉和金屬粘接劑填充到石墨孔中，經高溫高壓燒結成聚晶金剛石。此種方式在燒結過程中，聚晶金剛石中的金屬粘接劑與作為加熱源的石墨棒反應，從而影響了石墨棒的電阻，改變了初始的腔體內的穩定溫度場。?

而采用旁熱式組裝，如圖2，在加熱管內放置一個絕緣的腔，腔內放置金剛石粉層和金屬粘接劑層，這樣就將金屬粘接劑與加熱管隔絕，保證了腔體內的溫度場穩定。?

但國內有科研機構研究過這種組裝，得到的結論是金剛石粉只能做到局部燒結，遠離金屬層的金剛石層無法實現燒結。?

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種聚晶金剛石燒結組件，其特征在于，所述聚晶金剛石燒結組件包括：加熱管、絕緣管、熔滲腔、金屬粘結劑、金剛石粉。?

在一種實現方式中，所述加熱管位于所述燒結組件的最外層，?

所述絕緣管位于所述加熱管內部，緊貼所述加熱管，所述絕緣管內部形成第一中空腔體，?

所述熔滲腔位于所述第一中空腔體內部，并且所述熔滲腔的內部形成第二中空腔體，所述金屬粘結劑和所述金剛石粉填充在所述第二中空腔體中。?

在一種實現方式中，所述加熱管呈圓柱狀，該圓柱狀加熱管的上下兩端通過導電發熱片封閉。?

在一種實現方式中，所述金屬粘結劑和所述金剛石粉分別形成金屬粘結劑層和金剛石層，所述金剛石層與所述金屬粘結劑層彼此平行地置于所述第二中空腔體內部，所述金剛石層位于所述金屬粘結劑層的下方。?

在一種實現方式中，所述熔滲腔由多孔材料制成，所述熔滲腔包括圓柱狀的管壁以及上部端蓋和下部端蓋。?

在一種實現方式中，所述加熱管的高度為1.2～10cm。所述加熱管的外徑和高度取決于高壓設備所提供的高壓空間，空間大則加熱管可以相應的增大。?

在一種優選實現方式中，所述熔滲腔的側壁具有雙層結構，熔滲腔的內層的致密性小于外層的致密性。這種結構能夠實現更好地對雜質的吸附。?