專利名稱：一種層界面為弧形的聚晶金剛石復合片的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種超硬復合材料，特別涉及一種層界面為弧形的聚晶金剛石復
么μ-口片ο
背景技術：
聚晶金剛石復合片是由聚晶金剛石層與硬質合金基體在高溫高壓條件下燒結而成的超硬復合材料。由于它具備聚晶金剛石層極高的耐磨性和硬質合金基體的抗沖擊韌性，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。目前市場上金剛石復合片鉆齒的聚晶金剛石層與硬質合金基體的結合面都采用了非平面的結構，完全取代了過去的兩層之間以平面結合的結構。采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。但是，在制造非平面結構金剛石復合片鉆齒過程中，臺階型非平面結構存在著不足之處。首先，臺階的存在影響了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。其次，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，燒結后會產生切向殘余拉應力，這對聚晶金剛石的性能是不利的。還有，臺階型界面結構的聚晶金剛石復合片的厚度變化很不連續，工作時產生的應力在整個界面的傳導分散不通暢，應力容易在局部匯聚，導致界面處出現高度的局部化的應力集中，這將使得具有突然失效的破裂產生，影響聚晶金剛石復合片的使用壽命ο因此，現有聚晶金剛石復合片還有待改進和提高。 發明內容鑒于上述現有技術的不足之處，本實用新型的目的在于提供層界面為弧形的聚晶金剛石復合片，為了達到上述目的，本實用新型采取了以下技術方案—種聚晶金剛石復合片，包括聚晶金剛石層和硬質合金基體，其中所述硬質合金基體與聚晶金剛石層的結合面為上凸的弧形結合面，在弧形結合面上至少開設有一道徑向凹槽或一道周向凹槽。所述的聚晶金剛石復合片，其中所述的弧形結合面上開設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合片，其中所述結合面的最高點與最低點的高度差介于 0. 1 5mm。所述的聚晶金剛石復合片，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合片，其中所述徑向凹槽是以弧形結合面的頂點為中心，沿弧形結合面向四周呈放射狀分布。所述的聚晶金剛石復合片，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合片，其中所述周向凹槽是以結合面頂點為圓心的同心圓環。所述的聚晶金剛石復合片，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合片，其中所述徑向凹槽和周向凹槽是連續式的凹槽或者間斷式的凹槽。本實用新型提供的聚晶金剛石復合片由于采用了更為合理的層界面結構，能使聚晶金剛石層與硬質合金基體的牢固度進一步增強，保證超高壓燒結時金剛石粉末的正常收縮，同時提高抗沖擊性能，降低界面軸向的拉應力和剪切應力。
圖1為本實用新型聚晶金剛石復合片結合面的平視圖。圖2為本實用新型聚晶金剛石復合片結合面徑向凹槽立體圖。圖3為本實用新型聚晶金剛石復合片結合面周向凹槽立體圖。圖4為本實用新型聚晶金剛石復合片結合面徑向凹槽和周向凹槽相互貫穿的立體圖。
具體實施方式
本實用新型提供一種層界面為弧形的聚晶金剛石復合片，為使本實用新型的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實例對本實用新型進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。如圖1所示，一種聚晶金剛石復合片，包括聚晶金剛石層和硬質合金基體，聚晶金剛石復合片是由二者復合而成，聚晶金剛石復合片的直徑為19. 05毫米，厚度為13. 20毫米。硬質合金基體1與聚晶金剛石層的結合面2為非平面結構，其中，結合面2為上凸的弧形結合面，結合面的最高點即頂點21與最低點20的高度差介于0. 1 5mm，優選高度差為 Imm0實施例一如圖2所示，在圓弧形結合面的徑向上，以頂點21為中心，沿弧形結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的數量為3 50道，凹槽深度為0. 1 2mm。優選方案，徑向凹槽3的長度，從邊緣起算只有四分之三結合面的半徑長，整個結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。實施例二[0028]如圖3所示，在圓弧形結合面的周向上，設有1 10個同心圓環組成的凹槽，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。優選方案，沿結合面設有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。實施例三如圖4所示，結合實施例一和實施例二的特征。徑向凹槽與周向凹槽相互交叉貫通分布在結合面上，形成類似于地球經緯線型的非平面結構。周向凹槽之間以及徑向凹槽之間均采用弧線過渡。所述的結合面可以選擇上凸弧形結合面的全部或部分。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式的，也可以是間斷式的。本實用新型中，由于是圓弧形結合面結構，可以將這兩個力在結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，由于結合面為圓弧形結合面，更有利于聚晶金剛石層的燒結。因為在高壓高溫燒結過程中，燒結區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。所以在燒結過程中，邊緣的金剛石微粉燒結的熱力學驅動力大于中心金剛石微粉燒結的熱力學驅動力，邊緣燒結更容易進行；同時，相對中心而言，邊緣溫度提前達到鈷的滲透溫度，鈷擴散的時間更充分，所以邊緣比中心更容易燒結好。針對燒結腔體中溫度場和壓力場不均勻的這一固有特點，將結合面設計成圓弧形結合面結構后，聚晶金剛石層的厚度從邊緣到中心逐漸減薄，降低了中間的燒結難度；圓弧形結合面凸起深入到聚晶層，對中心也起到了增壓的作用，彌補了中心的壓力不足。所以這種圓弧形結合面結構更容易實現均質燒結。通過有限元分析計算和室內試驗檢測顯示這種邊緣厚，中間薄的聚晶金剛石層結構，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力和剪切應力，改善了聚晶金剛石復合片的應力分布，提高了聚晶金剛石層的使用壽命。由于是結合面為圓弧形結合面的設計，采用徑向凹槽與周向凹槽相互結合。徑向凹槽，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余應力減至最低。周向凹槽，可以將徑向的凹槽聯通起來，形成網狀結構，增加界面的結合強度。另一方面周向凹槽的設立也增加金剛石微粉周向的流動性。可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本實用新型的技術方案及其實用新型構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬于本實用新型所附的權利要求的保護范圍。
權利要求1.一種聚晶金剛石復合片，包括聚晶金剛石層和硬質合金基體，其特征在于所述硬質合金基體與聚晶金剛石層的結合面為上凸的弧形結合面，在弧形結合面上至少開設有一道徑向凹槽或一道周向凹槽。
2.根據權利要求1所述的聚晶金剛石復合片，其特征在于所述的弧形結合面上開設有徑向凹槽和周向凹槽，徑向凹槽與周向凹槽相互貫穿。
3.根據權利要求1所述的聚晶金剛石復合片，其特征在于所述結合面的最高點與最低點的高度差介于0. 1 5mm。
4.根據權利要求2所述的聚晶金剛石復合片，其特征在于所述徑向凹槽有3 50道， 周向凹槽有1 6道。
5.根據權利要求1 4任一項所述的聚晶金剛石復合片，其特征在于所述徑向凹槽是以弧形結合面的頂點為中心，沿弧形結合面向四周呈放射狀分布。
6.根據權利要求5所述的聚晶金剛石復合片，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.根據權利要求1 4任一項所述的聚晶金剛石復合片，其特征在于所述周向凹槽是以弧形結合面頂點為圓心的同心圓環。
8.根據權利要求1 4任一項所述的聚晶金剛石復合片，其特征在于所述周向凹槽的橫截面為圓弧形。
9.根據權利要求1 4任一項所述的聚晶金剛石復合片，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.根據權利要求1 4任一項所述的聚晶金剛石復合片，其特征在于所述徑向凹槽和周向凹槽是連續式的凹槽或者間斷式的凹槽。
專利摘要本實用新型公開了一種層界面為弧形的聚晶金剛石復合片，包括聚晶金剛石層和硬質合金基體，所述硬質合金基體與聚晶金剛石層的結合面為非平面結構，其特征在于所述結合面為上凸的弧形結合面，在弧形結合面上至少開設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構，能使聚晶金剛石層與硬質合金基體的牢固度進一步增強，保證超高壓燒結時金剛石粉末的正常收縮，同時提高抗沖擊性能，降低界面軸向的拉應力和剪切應力。
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 優先權日2011年4月26日
發明者孔利軍, 李尚劼 申請人:深圳市海明潤實業有限公司