層界面為組合結構的金剛石複合片鑽齒的製作方法

2023-07-19 22:59:11 1

專利名稱：層界面為組合結構的金剛石複合片鑽齒的製作方法
技術領域：
層界面為組合結構的金剛石複合片鑽齒技術領域[0001]本實用新型屬於超硬材料領域，尤其涉及一種金剛石-硬質合金複合片(簡稱金 剛石複合片或PDC)，主要用於金剛石複合片鑽頭(簡稱PDC鑽頭)的鑽齒。
背景技術：
[0002]金剛石複合片是將金剛石粉末添加一定的結合劑與硬質合金基體組裝在一起 後，在專用金剛石液壓機上在超高壓高溫條件下燒結製得。它由一層多晶金剛石層和硬 質合金基體構成。由於多晶金剛石層硬度高、耐磨性好，加上硬質合金基體的良好韌性 和可焊性，使其在石油鑽探、地質鑽探及煤田開採應用中得到廣泛應用。[0003]目前市場上金剛石複合片鑽齒的聚晶金剛石層(PCD層)與硬質合金基體的結合 面都採用了非平面的結構，完全取代了過去的兩層之間以平面結合的結構。採用非平面 結合增大了兩層之間的接觸面積，提高了層之間的結合力。同時兩層之間的相互交錯也 起到了機械嚙合作用，大大提高了結合面的抗剪切力。實驗數據和應用效果均表明非平 面結合的金剛石複合片鑽齒有明顯高的抗衝擊性。[0004]國內外關於非平面結合的結構設計已有很多報導，市場上這類產品也是各式各 樣。大體分為兩類一類是以一個平面為基準，開出各種類型的凹槽或在此平面上凸起 多組各種幾何形狀，實現非平面結構；另一類是在中心區域凸起一個圓形臺階，各種幾 何形狀分別在兩個基準面上做出。這種結構不但具有前述一般非平面結構的優點，還利 用了聚晶金剛石燒結體積收縮的特點在圓形臺階周圍形成一個箍緊的內力，這可以使聚 晶金剛石與硬質合金基體結合更加牢固，硬質合金抗衝擊性好的特點可以更好地表現出 來。因此，這類非平面結構也被認為是當今國內外產品中最先進的結構形式。[0005]我們在製造非平面結構金剛石複合片鑽齒過程中也發現了臺階型非平面結構存 在著不足之處。首先，臺階的存在影響到超高壓燒結時金剛石粉末的流動性，燒結出的 聚晶金剛石層很難保證各部位的材質均勻性。特別是臺階上的聚晶金剛石部分和臺階下 圓環聚晶金剛石部分，兩者在質量上存在一定差異。其二，臺階結構雖然產生了有利的 箍緊力，在超高壓燒結時也阻止了外圈金剛石粉的正常收縮，燒結後會產生切向殘餘拉 應力。這對聚晶金剛石的性能是不利的。發明內容[0006]本實用新型的目的在於針對現有金剛石複合片鑽齒存在的上述問題，提供一種 能加強界面的結合力，並且能減少燒結時產生的殘餘應力的層界面為組合結構的金剛石 複合片鑽齒。[0007]本實用新型的目的是這樣實現的本實用新型包括金剛石層和硬質合金基體， 與金剛石層結合的硬質合金基體上的結合界面包括外環和中心區兩部分，所述外環的基 準面為圓臺側面，在該基準面上均勻設有波浪形齒，所述中心區設有2至數個同心的環 形凹槽，環形凹槽之間連接成波浪形。[0008]本實用新型的技術效果在於[0009]1、本實用新型在結合界面的外環不是採用臺階結構，而是採用了均勻設有波浪 形齒的圓臺側面，該結構可以保證超高壓燒結時金剛石粉末的正常收縮，可以將因界面 結構引起的殘餘應力減至最低。[0010]2、在結合界面的中心區設有波浪形的同心環形凹槽，並且在凸起部分可以再 被波浪形的若干個小凹槽分割成幾段，進一步利用凹凸變化加強了界面的結合力。


[0011]圖1是實施例的立體圖。[0012]圖2是實施例中硬質合金基體的立體圖。[0013]圖3、圖4、圖5分別是實施例中硬質合金基體的主視圖、縱向剖面圖、俯視 圖。
具體實施方式
[0014]參見圖1，本實施例的金剛石複合片鑽齒由金剛石層1和硬質合金基體2組成。[0015]參見圖2至圖5，與金剛石層1結合的硬質合金基體2上的結合界面為組合結 構，結合界面包括外環3和中心區兩部分，所述外環3的基準面為圓臺側面，在該基準面 上均勻設有波浪形齒，所述中心區設有兩個同心的環形凹槽4和6，環形凹槽4和6連接 成波浪形，在環形凹槽4和6之間的凸起上等間距地設有四個圓弧凹槽5。本實用新型中 的環形凹槽及圓弧凹槽的數量不限於此，可設有2-數個。[0016]本實用新型在硬質合金基體與金剛石層的結合界面上的所有凹凸之間全部採用 圓滑過渡，360°對稱，使金剛石複合片鑽齒的內界面上的殘餘內應力減至最低。[0017]本實施例的金剛石複合片鑽齒的外徑尺寸為19.05毫米，厚度為13.20毫米；硬 質合金基體2與金剛石層1的結合界面上外環3的寬度為2毫米，外環3的基準面與硬質 合金基體2的端面的夾角為15°，環形凹槽4和6深0.3毫米，圓弧凹槽5寬1.5毫米。
權利要求1.一種層界面為組合結構的金剛石複合片鑽齒，包括金剛石層和硬質合金基體，其 特徵在於與金剛石層結合的硬質合金基體上的結合界面包括外環和中心區兩部分，所 述外環的基準面為圓臺側面，在該基準面上均勻設有波浪形齒，所述中心區設有2至數 個同心的環形凹槽，環形凹槽之間連接成波浪形。
2.根據權利要求1所述的層界面為組合結構的金剛石複合片鑽齒，其特徵在於在 所述環形凹槽之間的凸起上等間距地設有四個圓弧凹槽。
3.根據權利要求2所述的層界面為組合結構的金剛石複合片鑽齒，其特徵在於所 述圓弧凹槽寬1.5毫米。
4.根據權利要求1或2或3所述的層界面為組合結構的金剛石複合片鑽齒，其特徵在 於所述外環的基準面與硬質合金基體的端面的夾角為15°。
5.根據權利要求1或2或3所述的層界面為組合結構的金剛石複合片鑽齒，其特徵在 於所述環形凹槽為0.3毫米深。
6.根據權利要求1或2或3所述的層界面為組合結構的金剛石複合片鑽齒，其特徵在 於其外徑尺寸為19.05毫米，厚度為13.20毫米，外環的寬度為2毫米。
7.根據權利要求1或2或3所述的層界面為組合結構的金剛石複合片鑽齒，其特徵在 於所述硬質合金基體與金剛石層的結合界面上的所有凹凸之間全部採用圓滑過渡。
專利摘要本實用新型為一種層界面為組合結構的金剛石複合片鑽齒，包括金剛石層和硬質合金基體，與金剛石層結合的硬質合金基體上的結合界面包括外環和中心區兩部分，所述外環的基準面為圓臺側面，在該基準面上均勻設有波浪形齒，所述中心區設有2至數個同心的環形凹槽，環形凹槽之間連接成波浪形。本實用新型可以保證超高壓燒結時金剛石粉末的正常收縮，可以將因界面結構引起的殘餘應力減至最低，並且本實用新型可以加強界面的結合力。
文檔編號E21B10/46GK201802316SQ20102025365
公開日2011年4月20日 申請日期2010年7月8日 優先權日2010年7月8日
發明者李尚劼 申請人:深圳市海明潤實業有限公司