專利名稱：一種層界面為弧形的聚晶金剛石復(fù)合片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種超硬復(fù)合材料，特別涉及一種層界面為弧形的聚晶金剛石復(fù)
么μ-口片ο
背景技術(shù)：
聚晶金剛石復(fù)合片是由聚晶金剛石層與硬質(zhì)合金基體在高溫高壓條件下燒結(jié)而成的超硬復(fù)合材料。由于它具備聚晶金剛石層極高的耐磨性和硬質(zhì)合金基體的抗沖擊韌性，使其在石油鉆探、地質(zhì)鉆探及煤田開采應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。目前市場上金剛石復(fù)合片鉆齒的聚晶金剛石層與硬質(zhì)合金基體的結(jié)合面都采用了非平面的結(jié)構(gòu)，完全取代了過去的兩層之間以平面結(jié)合的結(jié)構(gòu)。采用非平面結(jié)合增大了兩層之間的接觸面積，提高了層之間的結(jié)合力。同時(shí)兩層之間的相互交錯也起到了機(jī)械嚙合作用，大大提高了結(jié)合面的抗剪切力。但是，在制造非平面結(jié)構(gòu)金剛石復(fù)合片鉆齒過程中，臺階型非平面結(jié)構(gòu)存在著不足之處。首先，臺階的存在影響了超高壓燒結(jié)時(shí)金剛石粉末的流動性，燒結(jié)出的聚晶金剛石層很難保證各部位的材質(zhì)均勻性。特別是臺階上的聚晶金剛石部分和臺階下圓環(huán)聚晶金剛石部分，兩者在質(zhì)量上存在一定差異。其次，臺階結(jié)構(gòu)雖然產(chǎn)生了有利的箍緊力，在超高壓燒結(jié)時(shí)也阻止了外圈金剛石粉的正常收縮，燒結(jié)后會產(chǎn)生切向殘余拉應(yīng)力，這對聚晶金剛石的性能是不利的。還有，臺階型界面結(jié)構(gòu)的聚晶金剛石復(fù)合片的厚度變化很不連續(xù)，工作時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力在整個界面的傳導(dǎo)分散不通暢，應(yīng)力容易在局部匯聚，導(dǎo)致界面處出現(xiàn)高度的局部化的應(yīng)力集中，這將使得具有突然失效的破裂產(chǎn)生，影響聚晶金剛石復(fù)合片的使用壽命ο因此，現(xiàn)有聚晶金剛石復(fù)合片還有待改進(jìn)和提高。 發(fā)明內(nèi)容鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本實(shí)用新型的目的在于提供層界面為弧形的聚晶金剛石復(fù)合片，為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采取了以下技術(shù)方案—種聚晶金剛石復(fù)合片，包括聚晶金剛石層和硬質(zhì)合金基體，其中所述硬質(zhì)合金基體與聚晶金剛石層的結(jié)合面為上凸的弧形結(jié)合面，在弧形結(jié)合面上至少開設(shè)有一道徑向凹槽或一道周向凹槽。所述的聚晶金剛石復(fù)合片，其中所述的弧形結(jié)合面上開設(shè)有徑向凹槽和周向凹槽，徑向凹槽與周向凹槽相互貫穿。所述的聚晶金剛石復(fù)合片，其中所述結(jié)合面的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的高度差介于 0. 1 5mm。所述的聚晶金剛石復(fù)合片，其中所述徑向凹槽有3 50道，周向凹槽有1 6道。所述的聚晶金剛石復(fù)合片，其中所述徑向凹槽是以弧形結(jié)合面的頂點(diǎn)為中心，沿弧形結(jié)合面向四周呈放射狀分布。所述的聚晶金剛石復(fù)合片，其中所述放射狀分布的凹槽的凹凸變化是采用正弦曲線過渡的。所述的聚晶金剛石復(fù)合片，其中所述周向凹槽是以結(jié)合面頂點(diǎn)為圓心的同心圓環(huán)。所述的聚晶金剛石復(fù)合片，其中所述周向凹槽的橫截面為圓弧形。所述的聚晶金剛石復(fù)合片，其中所述徑向凹槽和周向凹槽的深度為0. 1 2mm， 寬度為0. 1 5mm。所述的聚晶金剛石復(fù)合片，其中所述徑向凹槽和周向凹槽是連續(xù)式的凹槽或者間斷式的凹槽。本實(shí)用新型提供的聚晶金剛石復(fù)合片由于采用了更為合理的層界面結(jié)構(gòu)，能使聚晶金剛石層與硬質(zhì)合金基體的牢固度進(jìn)一步增強(qiáng)，保證超高壓燒結(jié)時(shí)金剛石粉末的正常收縮，同時(shí)提高抗沖擊性能，降低界面軸向的拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力。

圖1為本實(shí)用新型聚晶金剛石復(fù)合片結(jié)合面的平視圖。圖2為本實(shí)用新型聚晶金剛石復(fù)合片結(jié)合面徑向凹槽立體圖。圖3為本實(shí)用新型聚晶金剛石復(fù)合片結(jié)合面周向凹槽立體圖。圖4為本實(shí)用新型聚晶金剛石復(fù)合片結(jié)合面徑向凹槽和周向凹槽相互貫穿的立體圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供一種層界面為弧形的聚晶金剛石復(fù)合片，為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)例對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。如圖1所示，一種聚晶金剛石復(fù)合片，包括聚晶金剛石層和硬質(zhì)合金基體，聚晶金剛石復(fù)合片是由二者復(fù)合而成，聚晶金剛石復(fù)合片的直徑為19. 05毫米，厚度為13. 20毫米。硬質(zhì)合金基體1與聚晶金剛石層的結(jié)合面2為非平面結(jié)構(gòu)，其中，結(jié)合面2為上凸的弧形結(jié)合面，結(jié)合面的最高點(diǎn)即頂點(diǎn)21與最低點(diǎn)20的高度差介于0. 1 5mm，優(yōu)選高度差為 Imm0實(shí)施例一如圖2所示，在圓弧形結(jié)合面的徑向上，以頂點(diǎn)21為中心，沿弧形結(jié)合面向四周分布有呈放射狀的波浪形凹槽，稱為徑向凹槽3，徑向凹槽3之間的凹凸變化采用弧線過渡， 例如正弦曲線，徑向凹槽3的數(shù)量為3 50道，凹槽深度為0. 1 2mm。優(yōu)選方案，徑向凹槽3的長度，從邊緣起算只有四分之三結(jié)合面的半徑長，整個結(jié)合面上共均勻分布了 M個徑向凹槽3，徑向凹槽3的凹凸變化采用正弦曲線過渡，每個凹槽 21深度都為0. 3mm。實(shí)施例二[0028]如圖3所示，在圓弧形結(jié)合面的周向上，設(shè)有1 10個同心圓環(huán)組成的凹槽，稱為周向凹槽4，周向凹槽4的橫截面為圓弧形，周向凹槽4深0. 1 2mm，寬0. 1 5mm。優(yōu)選方案，沿結(jié)合面設(shè)有3個的徑向等距離均勻分布的周向凹槽4，深度為0. 3mm, 寬度為1mm，周向凹槽4之間采用弧線過渡。實(shí)施例三如圖4所示，結(jié)合實(shí)施例一和實(shí)施例二的特征。徑向凹槽與周向凹槽相互交叉貫通分布在結(jié)合面上，形成類似于地球經(jīng)緯線型的非平面結(jié)構(gòu)。周向凹槽之間以及徑向凹槽之間均采用弧線過渡。所述的結(jié)合面可以選擇上凸弧形結(jié)合面的全部或部分。徑向凹槽和周向凹槽的橫截面可以是圓弧形也可以是梯形或其他形狀的多邊形凹槽。所述的徑向凹槽和周向凹槽可以是連續(xù)式的，也可以是間斷式的。本實(shí)用新型中，由于是圓弧形結(jié)合面結(jié)構(gòu)，可以將這兩個力在結(jié)合面處都分解為沿圓弧面切向和指向圓弧面中心的兩個分力。迎面的沖擊力和向下壓的正壓力在圓弧面的切向的分力方向是相反的，可以相互抵消一部分，從而提高聚晶金剛石層的抗沖擊性能。其二，由于結(jié)合面為圓弧形結(jié)合面，更有利于聚晶金剛石層的燒結(jié)。因?yàn)樵诟邏焊邷責(zé)Y(jié)過程中，燒結(jié)區(qū)的溫度場和壓力場是不均勻的在徑向上，溫度是中間高邊緣低，而壓力場則剛好相反。所以在燒結(jié)過程中，邊緣的金剛石微粉燒結(jié)的熱力學(xué)驅(qū)動力大于中心金剛石微粉燒結(jié)的熱力學(xué)驅(qū)動力，邊緣燒結(jié)更容易進(jìn)行；同時(shí)，相對中心而言，邊緣溫度提前達(dá)到鈷的滲透溫度，鈷擴(kuò)散的時(shí)間更充分，所以邊緣比中心更容易燒結(jié)好。針對燒結(jié)腔體中溫度場和壓力場不均勻的這一固有特點(diǎn)，將結(jié)合面設(shè)計(jì)成圓弧形結(jié)合面結(jié)構(gòu)后，聚晶金剛石層的厚度從邊緣到中心逐漸減薄，降低了中間的燒結(jié)難度；圓弧形結(jié)合面凸起深入到聚晶層，對中心也起到了增壓的作用，彌補(bǔ)了中心的壓力不足。所以這種圓弧形結(jié)合面結(jié)構(gòu)更容易實(shí)現(xiàn)均質(zhì)燒結(jié)。通過有限元分析計(jì)算和室內(nèi)試驗(yàn)檢測顯示這種邊緣厚，中間薄的聚晶金剛石層結(jié)構(gòu)，在保證聚晶金剛石層工作面厚度的條件下，極大的降低界面軸向的拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力，改善了聚晶金剛石復(fù)合片的應(yīng)力分布，提高了聚晶金剛石層的使用壽命。由于是結(jié)合面為圓弧形結(jié)合面的設(shè)計(jì)，采用徑向凹槽與周向凹槽相互結(jié)合。徑向凹槽，可以保證超高壓燒結(jié)時(shí)金剛石粉末的正常收縮，可以將因界面結(jié)構(gòu)引起的殘余應(yīng)力減至最低。周向凹槽，可以將徑向的凹槽聯(lián)通起來，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加界面的結(jié)合強(qiáng)度。另一方面周向凹槽的設(shè)立也增加金剛石微粉周向的流動性?？梢岳斫獾氖牵瑢Ρ绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案及其實(shí)用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種聚晶金剛石復(fù)合片，包括聚晶金剛石層和硬質(zhì)合金基體，其特征在于所述硬質(zhì)合金基體與聚晶金剛石層的結(jié)合面為上凸的弧形結(jié)合面，在弧形結(jié)合面上至少開設(shè)有一道徑向凹槽或一道周向凹槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚晶金剛石復(fù)合片，其特征在于所述的弧形結(jié)合面上開設(shè)有徑向凹槽和周向凹槽，徑向凹槽與周向凹槽相互貫穿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚晶金剛石復(fù)合片，其特征在于所述結(jié)合面的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的高度差介于0. 1 5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚晶金剛石復(fù)合片，其特征在于所述徑向凹槽有3 50道， 周向凹槽有1 6道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的聚晶金剛石復(fù)合片，其特征在于所述徑向凹槽是以弧形結(jié)合面的頂點(diǎn)為中心，沿弧形結(jié)合面向四周呈放射狀分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聚晶金剛石復(fù)合片，其特征在于所述放射狀分布的凹槽的凹凸變化是采用正弦曲線過渡的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的聚晶金剛石復(fù)合片，其特征在于所述周向凹槽是以弧形結(jié)合面頂點(diǎn)為圓心的同心圓環(huán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的聚晶金剛石復(fù)合片，其特征在于所述周向凹槽的橫截面為圓弧形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的聚晶金剛石復(fù)合片，其特征在于所述徑向凹槽和周向凹槽的深度為0. 1 2mm，寬度為0. 1 5mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的聚晶金剛石復(fù)合片，其特征在于所述徑向凹槽和周向凹槽是連續(xù)式的凹槽或者間斷式的凹槽。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種層界面為弧形的聚晶金剛石復(fù)合片，包括聚晶金剛石層和硬質(zhì)合金基體，所述硬質(zhì)合金基體與聚晶金剛石層的結(jié)合面為非平面結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)合面為上凸的弧形結(jié)合面，在弧形結(jié)合面上至少開設(shè)有一道徑向凹槽或一道周向凹槽。由于采用了更為合理的層界面結(jié)構(gòu)，能使聚晶金剛石層與硬質(zhì)合金基體的牢固度進(jìn)一步增強(qiáng)，保證超高壓燒結(jié)時(shí)金剛石粉末的正常收縮，同時(shí)提高抗沖擊性能，降低界面軸向的拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力。
文檔編號E21B10/46GK202055757SQ20112012550
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者孔利軍, 李尚劼 申請人:深圳市海明潤實(shí)業(yè)有限公司