[發明專利]一種熱穩定型聚晶金剛石復合片及其制備方法

在審

• 申請號: 201510608766.2
• 申請日: 2015-09-22
• 公開（公告）號: CN105156037A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發明（設計）人: 王彬彬
• 申請（專利權）人: 富耐克超硬材料股份有限公司
• 主分類號: E21B10/46
• 分類號: E21B10/46
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 牛愛周

技術領域

本發明屬于聚晶金剛石復合片技術領域，具體涉及一種熱穩定型聚晶金剛石復合片，同時還涉及一種熱穩定型聚晶金剛石復合片的制備方法。

背景技術

聚晶金剛石復合片(Polycrystallinediamondcompact，PDC)是將金剛石粉末添加一定的催化劑與硬質合金基體組裝在一起后，在專用金剛石液壓機上在超高溫高壓條件下燒結制得。它由聚晶金剛石層和硬質合金基體構成，由于聚晶金剛石層硬度高，耐磨性好，加上硬質合金基體的良好韌性和可焊性，使其在石油鉆探、地質鉆探及煤田開采應用中得到廣泛應用。

在制作PDC過程中，一般采用鈷、鎳、鐵作為結合劑制作高耐磨型PDC或采用硅為結合劑制作耐熱型PDC。采用硅作為結合劑制作的PDC，由于Si結合劑以及形成的SiC等物相與金剛石的熱膨脹系數相近，熱應力較小；而且Si在高溫條件下也不存在對金剛石的反催化作用，因此硅結合劑制作的PDC具有較高的熱穩定性。但是由于金剛石顆粒間沒有形成直接結合，而是形成D-M-D結構(金剛石-中間相-金剛石)，所以該種結構的PDC耐磨性較差。

采用鈷、鎳、鐵作為結合劑制作PDC，由于鈷的催化作用，金剛石顆粒之間互相直接燒結在一起形成D-D結合結構(金剛石-金剛石結合)，該結構的聚晶金剛石層的顯微組織是由具有相連骨架結構的金剛石相和彌散分布的“小島狀”金屬相組成。因為金剛石顆粒間結合充分，所以一般采用鈷、鎳、鐵作為結合劑制作的復合片具有很高的耐磨性。

但是，作為高壓下促使石墨轉變為金剛石的結合劑，金屬鈷、鎳、鐵常壓下也會促進金剛石向石墨的轉變，降低聚晶金剛石層的強度；另一方面，金屬鈷的熱膨脹系數將近是金剛石的10倍，當工作溫度很高時，容易產生熱應力，破壞金剛石骨架，使聚晶金剛石出現裂紋，造成應力損害。因此，聚晶金剛石層中的金屬相會因工作點溫度不同在一定程度上降低PDC的熱穩定性。

現有技術中，CN104532016A公開了一種基于人造聚晶金剛石復合片的脫鈷復合酸的脫鈷方法，是將有機酸與兩種以上無機酸混合制成復合酸溶液，再將人造聚晶金剛石復合片在溫度為25～90℃的復合酸溶液中浸漬48～72h。該方法利用復合酸浸漬的方法使聚晶金剛石復合片脫鈷，從而使金剛石以D-D鍵結合，減少金剛石晶粒間Co葉脈狀分布的可能，從而提高了聚晶金剛石復合片的耐磨性。但是，酸浸時需要將整個聚晶金剛石復合片浸漬在復合酸溶液中，酸液不可避免的會對硬質合金基體本身及聚晶金剛石層與硬質合金基體的結合處造成傷害，降低硬質合金基體的力學性能及聚晶金剛石層與硬質合金基體的結合強度，從而對聚晶金剛石復合片的質量和耐磨性能造成嚴重影響。

發明內容

本發明的目的是提供一種熱穩定型聚晶金剛石復合片，解決現有酸浸脫鈷降低聚晶金剛石復合片硬質合金基體的力學性能及聚晶金剛石層與硬質合金基體的結合強度的問題。

本發明的第二個目的是提供一種熱穩定型聚晶金剛石復合片的制備方法。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：

一種熱穩定型聚晶金剛石復合片，是將高溫高壓合成的聚晶金剛石復合體的硬質合金基體表面包裹塑料層后，再將聚晶金剛石復合體浸入酸液中進行酸煮制備的。

塑料層包裹在聚晶金剛石復合體上硬質合金基體表面，在酸煮時只有聚晶金剛石層表面曝露在酸液中，防止酸液對硬質合金基體本身及聚晶金剛石層與硬質合金基體的結合處造成傷害。

所述的熱穩定型聚晶金剛石復合片，具體是由包括下列步驟的方法制備的：

1)取金剛石微粉、金屬催化劑、硬質合金基體裝配成組裝塊，對組裝塊進行真空熱處理后，再進行高溫高壓合成，得聚晶金剛石復合體；

2)在步驟1)所得的聚晶金剛石復合體的硬質合金基體表面包裹塑料層后，再將聚晶金剛石復合體浸入酸液中進行酸煮，即得所述熱穩定型聚晶金剛石復合片。

其中，在聚晶金剛石復合體的硬質合金基體表面包裹塑料層的方法為：在聚晶金剛石復合體表面注塑形成一層塑料層后，再將聚晶金剛石復合體上聚晶金剛石層表面的塑料層剝離。

所有可以用于注塑成型且具有一定耐酸性能的塑料材料都是可用的；優選的，所述塑料層的材料為環氧樹脂、聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。