一种金刚石复合片的制作方法

本技术涉及一种金刚石复合片，属于超硬材料。

背景技术：

1、聚晶金刚石复合片由于其极高的硬度、高抗冲击性能、优异的化学惰性及良好的热稳定性，广泛应用于石油及天然气钻探行业，随着目前钻探行业向更深地层钻进，由于地质结构越来越复杂，所以对pdc复合片的要求，尤其是对复合片的抗冲击性能、耐磨性等要求越来越高。

2、目前，授权公告号为cn218493556u的中国实用新型专利公开了一种硬质合金基座及聚晶金刚石复合片，其中聚晶金刚石复合片包括硬质合金基座和金刚石层，硬质合金基座的端面上设置有多个凹槽和/或多个凸起，金刚石层能够通过凹槽和/或凸起嵌入硬质合金基体内部，分担高温高压烧结的残余应力，增加了金刚石层与硬质合金基座的接触面积，进而增强了结合面的结合强度。

3、该聚晶金刚石复合片中，金刚石层与硬质合金基座（即硬质合金基体）的结合强度依靠金刚石层与硬质合金基座的接触面积的增加来提升；然而，由于金刚石和硬质合金的材料差异性大，在二者界面结合处往往会存在巨大的残余应力，巨大的残余应力会减小金刚石层与硬质合金基座结合面的结合强度，大大降低金刚石复合片的抗冲击性能，使金刚石复合片因掉块、脱层而失效。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种金刚石复合片，以解决现有技术中由于材料差异性大导致金刚石层与硬质合金基座结合面的结合强度不足的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型中的金刚石复合片采用如下技术方案：

3、一种金刚石复合片，包括硬质合金基体和设置在硬质合金基体上的金刚石层，金刚石层和硬质合金基体之间具有结合面，其特征在于，金刚石层和硬质合金基体的内部设置有跨过所述结合面的复合芯体，复合芯体包括设定比例的金刚石和硬质合金，复合芯体与硬质合金基体之间形成第一过渡面，复合芯体与金刚石层之间形成第二过渡面，所述复合芯体包括至少两种金刚石和硬质合金比例不同的过渡芯体，各过渡芯体中金刚石的含量沿着由硬质合金基体到金刚石层的过渡方向逐渐增多，相邻两个过渡芯体之间形成芯体过渡面。

4、上述技术方案的有益效果在于：本实用新型对现有技术进行了改进，其所提供的金刚石复合片中，为了减小由于金刚石与硬质合金的材料差异性而导致的二者界面结合处存在的较大残余应力，在硬质合金基体与金刚石层内设置复合芯体，复合芯体与硬质合金基体之间形成第一过渡面，由于复合芯体包括设定比例的金刚石和硬质合金，也即复合芯体中既含有金刚石、又含有硬质合金，并非全部为金刚石，所以减小了复合芯体与硬质合金基体之间的材料差异性，那么第一过渡面的残余应力就会小于硬质合金基体与金刚石层直接接触的残余应力；复合芯体与金刚石层之间形成第二过渡面，同理第二过渡面的残余应力小于硬质合金与金刚石直接接触的残余应力；本技术方案使硬质合金基体与金刚石层之间的残余应力产生过渡，相比现有技术而言，两处过渡面的残余应力都减小了，可以使金刚石复合片的抗冲击性能得到提升，减小了金刚石复合片的掉块、脱层风险。相对于复合芯体中仅有一种金刚石和硬质合金比例的锅底芯体而言，本技术方案将复合芯体到金刚石层的材料差异性分为至少两级，进一步减小了两接触面之间的残余应力，进而使金刚石复合片的抗冲击性能提升，减小了金刚石复合片的掉块、脱层风险。

5、进一步地，所述各过渡芯体中包括两个重合过渡芯体，两个重合过渡芯体之间的芯体过渡面与所述结合面重合。

6、上述技术方案的有益效果在于：芯体过渡面与同硬质合金基体与金刚石层的结合面重合，使硬质合金基体仅能接触到过渡芯体中金刚石含量较低的重合过渡芯体，金刚石层仅能接触到过渡芯体中金刚石含量较高的重合过渡芯体，减小了两接触面之间的残余应力。

7、进一步地，所述两个重合过渡芯体均呈圆台状或圆锥状，两个重合过渡芯体均包括大端和小端，两个重合过渡芯体的大端端面相接且面积相等。

8、上述技术方案的有益效果在于：重合过渡芯体呈圆台状或圆锥，便于加工制造；同时，采用母线倾斜圆台状或圆锥结构，增加了两个重合过渡芯与硬质合金基体、金刚石层的结合面积；此外，两个重合过渡芯的大端相接且面积相等，增加了两个重合过渡芯体之间的芯体过渡面的面积。

9、进一步地，所述过渡芯体共有两个且分别构成所述的重合过渡芯体，两个重合过渡芯体均呈圆台状，两个重合过渡芯体均包括大端和小端，两个重合过渡芯体的大端端面相接且面积相等，位于金刚石层内的重合过渡芯体的小端端面与金刚石层的端面之间具有间距。

10、上述技术方案的有益效果在于：由于重合过渡芯体包括金刚石和硬质合金，位于金刚石层内的重合过渡芯体的小端端面与金刚石层的端面之间具有间距，避免了重合过渡芯体直接与被加工物体接触，从而降低金刚石复合片的硬度和耐磨性。

11、进一步地，所述重合过渡芯体中位于硬质合金基体内的重合过渡芯体的小端端面与硬质合金基体的端面齐平。

12、进一步地，增大硬质合金基体与重合过渡芯体之间的接触面积；同时，由于金刚石复合片在制造时，需要先将复合芯体烧结成型，再分别铺设硬质合金微粉、金刚石微粉进行二次烧结形成金刚石复合片，本技术方案便于金刚石复合片的二次烧结。

13、进一步地，所述重合过渡芯体的大端端面的直径为金刚石复合片直径的1/4~1/2。

14、上述技术方案的有益效果在于：重合过渡芯体的大端端面的直径即为芯体过渡面的面直径，当芯体过渡面的直径为金刚石复合片直径的1/4~1/2时，既满足了重合过渡芯体之间结合面积的要求，又保证了金刚石复合片的高抗冲击性和高硬度。

15、进一步地，所述两个重合过渡芯体均呈圆台状，两个重合过渡芯体均包括大端和小端，两个重合过渡芯体的大端端面相接且面积相等，任意一个重合过渡芯体的小端端面的直径是大端端面直径的1/4~1/2。

16、上述技术方案的有益效果在于：使圆台形重合过渡芯体的母线存在一定的斜度，增加了重合过渡芯体与硬质合金基体、金刚石层之间的结合面积。

技术特征：

1.一种金刚石复合片，包括硬质合金基体和设置在硬质合金基体上的金刚石层，金刚石层和硬质合金基体之间具有结合面，其特征在于，金刚石层和硬质合金基体的内部设置有跨过所述结合面的复合芯体，复合芯体包括设定比例的金刚石和硬质合金，复合芯体与硬质合金基体之间形成第一过渡面，复合芯体与金刚石层之间形成第二过渡面；

2.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于，所述各过渡芯体中包括两个重合过渡芯体，两个重合过渡芯体之间的芯体过渡面与所述结合面重合。

3.根据权利要求2所述的金刚石复合片，其特征在于，所述两个重合过渡芯体均呈圆台状或圆锥状，两个重合过渡芯体均包括大端和小端，两个重合过渡芯体的大端端面相接且面积相等。

4.根据权利要求2所述的金刚石复合片，其特征在于，所述过渡芯体共有两个且分别构成所述的重合过渡芯体，两个重合过渡芯体均呈圆台状，两个重合过渡芯体均包括大端和小端，两个重合过渡芯体的大端端面相接且面积相等，位于金刚石层内的重合过渡芯体的小端端面与金刚石层的端面之间具有间距。

5.根据权利要求4所述的金刚石复合片，其特征在于，所述重合过渡芯体中位于硬质合金基体内的重合过渡芯体的小端端面与硬质合金基体的端面齐平。

6.根据权利要求3~5任意一项所述的金刚石复合片，其特征在于，所述重合过渡芯体的大端端面的直径为金刚石复合片直径的1/4~1/2。

7.根据权利要求2所述的金刚石复合片，其特征在于，所述两个重合过渡芯体均呈圆台状，两个重合过渡芯体均包括大端和小端，两个重合过渡芯体的大端端面相接且面积相等，任意一个重合过渡芯体的小端端面的直径是大端端面直径的1/4~1/2。

技术总结本技术提供了一种金刚石复合片，属于超硬材料技术领域，金刚石复合片包括硬质合金基体和设置在硬质合金基体上的金刚石层，金刚石层和硬质合金基体之间具有结合面，金刚石层和硬质合金基体的内部设置有跨过所述结合面的复合芯体，复合芯体包括设定比例的金刚石和硬质合金，复合芯体与硬质合金基体之间形成第一过渡面，复合芯体与金刚石层之间形成第二过渡面。本技术通过复合芯体的过渡作用，将金刚石层与硬质合金基体之间的材料差异性过渡为多级，减小了相邻两过渡面之间的残余应力，进而增加了金刚石层与硬质合金基体的结合强度，提升了金刚石复合片的抗冲击性能并减小了金刚石复合片的掉块、脱层风险。技术研发人员：刘慧苹,郑新杰,张健健,王培草受保护的技术使用者：河南四方达超硬材料股份有限公司技术研发日：20230922技术公布日：2024/6/26