一种聚晶金刚石复合片的制备结构及其制备方法与流程

本发明涉及复合超硬材料，具体是一种聚晶金刚石复合片的制备结构及其制备方法。

背景技术：

1、聚晶金刚石复合片是采用金刚石微粉和硬质合金基体在超高压高温条件下烧结而成，既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，是制造切削工具、钻井钻头及其他耐磨工具的理想材料。

2、聚晶金刚石复合片(pdc)是由聚晶金刚石层与碳化钨(wc)硬质合金基体两部分组成的超硬复合材料，兼具金刚石的硬度、耐磨性及碳化钨的韧性，广泛应用于各类油气钻井的钻头。目前，pdc主要通过聚晶金刚石微粉与碳化钨硬质合金基体在高温高压下直接烧结得到。在烧结过程中，碳化钨硬质合金基体中的钴(co)熔融，向金刚石微粉中渗透扩散，催化金刚石晶粒之间形成强的d-d键，实现金刚石微粉的粘接。在烧结时合金基体设置于金刚石微粉的下方(如图所示2)，合金基体中的co会以上渗的方式溶解部分金刚石，催化金刚石晶粒之间形成强的d-d键，但是合金基体中的co沿金刚石微粉一端进行渗透，极易导致金刚石微粉远端co的渗透不完全，造成金刚石颗粒间的金属钴分布不均，出现因热膨胀系数的差异而形成大量的热残余应力的现象，影响聚晶金刚石复合片的耐热性和抗冲击性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种聚晶金刚石复合片的制备结构及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种聚晶金刚石复合片的制备结构，包括合金基体、金刚石微粉、合金垫片以及包裹在合金基体、金刚石微粉、合金垫片外部的金属内杯、金属中杯、金属外杯，所述合金基体、金刚石微粉以及合金垫片均装填于金属内杯与金属中杯的内部，且合金基体与合金垫片分别位于金刚石微粉的两端，在金刚石微粉底部设置合金基体的基础上，在金刚石微粉顶端也加装与合金基体材质相同的合金垫片，在进行烧结时合金基体与合金垫片中的钴熔融均可向金刚石微粉进行渗透，使熔融的钴可沿底部与顶部向金刚石微粉进行渗透，从而使金刚石微粉中钴渗透完全，使金刚石颗粒间的金属钴分布均匀，避免出现因热膨胀系数的差异而形成大量热残余应力的现象。

3、作为本发明进一步的方案：所述金属中杯的数量为两组，且两组金属中杯对称设置，所述金属内杯套装于合金基体的外部，且金属内杯位于两组金属中杯之间。

4、作为本发明进一步的方案：所述金属外杯套装于靠近所述金刚石微粉一组金属中杯的外部，且金属外杯包裹于金属内杯的外部，所述金属外杯与金属内杯为紧配状态，金属内杯、金属中杯、金属外杯与合金基体、金刚石微粉、合金垫片之间采用套装或填充的组合方式，组装简便。

5、作为本发明进一步的方案：所述合金垫片与合金基体的直径值与金属中杯的内径值适配，所述合金垫片的高度值为合金基体高度值的二十五分之一，通过缩减合金垫片的高度尺寸，保证在进行烧结时，合金垫片中具有足够的金属钴向金刚石微粉进行渗透，同时便于后续聚晶金刚石复合片成型后将合金垫片切除，以降低加工难度。

6、一种聚晶金刚石复合片的制备结构的制备方法，包括以下操作步骤：清洗、配混料：对金刚石微粉进行清洗；

7、真空净化：对合金基体、金刚石微粉外部的套件净化处理；

8、外组装：对合金基体、金刚石微粉、合金垫片以及金属内杯、金属中杯、金属外杯按照设定进行组装；

9、合成：采用六面顶压机在高温高压下对聚晶金刚石复合片进行合成；

10、喷砂打磨：对聚晶金刚石复合片进行喷砂打磨；

11、机加：采用数控加工设备将聚晶金刚石复合片加工成型；

12、外观以及尺寸检验：性能检验：入库。

13、作为本发明进一步的方案：所述真空净化还包括对合金基体的预处理，所述预处理包括但不限于对合金基体的清洗、打磨以去除氧化层。

14、作为本发明进一步的方案：所述外组装还包括对金属内杯、金属中杯以及金属外杯检验、焙烧，利用叶腊石块制备的坩埚等设备对金属内杯、金属中杯以及金属外杯进行焙烧，检验主要为了对金属内杯、金属中杯以及金属外杯的外观以及尺寸进行检测。

15、作为本发明进一步的方案：所述合成温度在1400℃，合成压力在7.5gpa。

16、作为本发明进一步的方案：所述喷砂打磨目的在于去除聚晶金刚石复合片上的合金垫片。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、1、该聚晶金刚石复合片的制备结构及其制备方法，在金刚石微粉底部设置合金基体的基础上，在金刚石微粉顶端也加装与合金基体材质相同的合金垫片，在进行烧结时合金基体与合金垫片中的钴熔融均可向金刚石微粉进行渗透，使熔融的钴可沿底部与顶部向金刚石微粉进行渗透，从而使金刚石微粉中钴渗透完全，使金刚石颗粒间的金属钴分布均匀，避免出现因热膨胀系数的差异而形成大量热残余应力的现象，以提高聚晶金刚石复合片的耐热性和抗冲击性能。

19、2、该聚晶金刚石复合片的制备结构及其制备方法，通过缩减合金垫片的高度尺寸，保证在进行烧结时，合金垫片中具有足够的金属钴向金刚石微粉进行渗透，同时便于后续聚晶金刚石复合片成型后将合金垫片切除，以降低加工难度。

技术特征：

1.一种聚晶金刚石复合片的制备结构，其特征在于：包括合金基体(1)、金刚石微粉(2)、合金垫片(6)以及包裹在合金基体(1)、金刚石微粉(2)、合金垫片(6)外部的金属内杯(3)、金属中杯(4)、金属外杯(5)，所述合金基体(1)、金刚石微粉(2)以及合金垫片(6)均装填于金属内杯(3)与金属中杯(4)的内部，且合金基体(1)与合金垫片(6)分别位于金刚石微粉(2)的两端。

2.根据权利要求1所述的一种聚晶金刚石复合片的制备结构，其特征在于：所述金属中杯(4)的数量为两组，且两组金属中杯(4)对称设置，所述金属内杯(3)套装于合金基体(1)的外部，且金属内杯(3)位于两组金属中杯(4)之间。

3.根据权利要求1所述的一种聚晶金刚石复合片的制备结构，其特征在于：所述金属外杯(5)套装于靠近所述金刚石微粉(2)一组金属中杯(4)的外部，且金属外杯(5)包裹于金属内杯(3)的外部，所述金属外杯(5)与金属内杯(3)为紧配状态。

4.根据权利要求1所述的一种聚晶金刚石复合片的制备结构，其特征在于：所述合金垫片(6)与合金基体(1)的直径值与金属中杯(4)的内径值适配，所述合金垫片(6)的高度值为合金基体(1)高度值的二十分之一至三十分之一。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种聚晶金刚石复合片的制备结构的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：清洗、配混料：对金刚石微粉(2)进行清洗；

6.根据权利要求5所述的一种聚晶金刚石复合片的制备结构的制备方法，其特征在于：所述真空净化还包括对合金基体(1)的预处理，所述预处理包括但不限于对合金基体(1)的清洗、打磨以去除氧化层。

7.根据权利要求5所述的一种聚晶金刚石复合片的制备结构的制备方法，其特征在于：所述外组装还包括对金属内杯(3)、金属中杯(4)以及金属外杯(5)的检验、焙烧。

8.根据权利要求5所述的一种聚晶金刚石复合片的制备结构的制备方法，其特征在于：所述合成温度在1350℃-1550℃，合成压力在5.5-8gpa。

9.根据权利要求5所述的一种聚晶金刚石复合片的制备结构的制备方法，其特征在于：所述喷砂打磨目的在于去除聚晶金刚石复合片上的合金垫片(6)。

技术总结本发明涉及复合超硬材料技术领域，公开了一种聚晶金刚石复合片的制备结构，包括合金基体、金刚石微粉、合金垫片以及包裹在合金基体、金刚石微粉、合金垫片外部的金属内杯、金属中杯、金属外杯，所述合金基体、金刚石微粉以及合金垫片均装填于金属内杯与金属中杯的内部，且合金基体与合金垫片分别位于金刚石微粉的两端。本发明在金刚石微粉底部设置合金基体的基础上，在金刚石微粉顶端也加装与合金基体材质相同的合金垫片，在进行烧结时合金基体与合金垫片中的钴熔融均可向金刚石微粉进行渗透，使熔融的钴可沿底部与顶部向金刚石微粉进行渗透，从而使金刚石微粉中钴渗透完全，使金刚石颗粒间的金属钴分布均匀。技术研发人员：戴文久,张琪,苏建安受保护的技术使用者：广东钜鑫新材料科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4