專利名稱：分段式金剛石復(fù)合片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆頭制造領(lǐng)域，具體涉及一種安裝于鉆頭鉆齒上的分段式金剛石復(fù)合片及其制備方法。
背景技術(shù)：
金剛石復(fù)合片是一種金剛石和硬質(zhì)合金組成的復(fù)合材料，由于它既具有天然金剛石硬度高和耐磨性好的特點(diǎn)，同時(shí)又兼具有硬質(zhì)合金的柔韌性好和可焊性佳的特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于石油鉆井、地質(zhì)勘探、煤田鉆采鉆頭上和機(jī)械加工工具等行業(yè)。傳統(tǒng)的金剛石復(fù)合片主要由上部的金剛石層和下部的硬質(zhì)合金基體組成。其中金剛石層呈圓片狀，其上表面構(gòu)成金剛石復(fù)合片的，具有硬度高、耐磨性好的特點(diǎn)；硬質(zhì)合金基體呈圓柱狀，其下表面構(gòu)成金剛石復(fù)合片與鉆齒的連接面；金剛石層的下表面與硬質(zhì)合金基體的上表面為兩者的結(jié)合面。為了能夠加大金剛石復(fù)合片與鉆齒的結(jié)合力，同時(shí)也為了能夠?qū)⒔饎偸瘡?fù)合片所受應(yīng)力有效傳遞至鉆齒上，目前的聚晶金剛石鉆頭普遍使用下表面為非平面(如圓弧形) 的金剛石復(fù)合片。傳統(tǒng)的金剛石復(fù)合片的生產(chǎn)工藝時(shí)先分別將金剛石層和硬質(zhì)合金基體預(yù)制成型，然后在將預(yù)制成型的金剛石層和預(yù)制成型的硬質(zhì)合金基體在高溫高壓下復(fù)合為一體。然而這種具有非平面下表面的金剛石復(fù)合片在生產(chǎn)過(guò)程中，需要考慮如下問(wèn)題1、由于金剛石層硬度大、無(wú)法通過(guò)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行車削，因此需優(yōu)先保證金剛石層的形狀特別是金剛石層上表面即切削工作面的形狀；2、金剛石層和硬質(zhì)合金基體在燒結(jié)時(shí)，需要保證頂壓機(jī)從硬質(zhì)合金基體下表面向其結(jié)合面的施力才能確保將這兩種不同的材質(zhì)緊密結(jié)合在一起，因此為了讓結(jié)合面獲得更大的施力，硬質(zhì)合金基體的下表面需為平面才能夠盡可能地將施壓應(yīng)力弓I導(dǎo)至金剛石層和硬質(zhì)合金基體的結(jié)合面上。鑒于以上工藝要求，下表面為圓弧形的金剛石復(fù)合片在制作時(shí)，需要先將硬質(zhì)合金基體制成下表面為平面的圓柱形，然后再將硬質(zhì)合金基體與金剛石層在高溫高壓條件下復(fù)合為一體后，最后再由數(shù)控機(jī)床將金剛石復(fù)合片的下表面車削成所需的非平面狀(如圓弧面)。然而這種先將復(fù)合片整體成型后通過(guò)數(shù)控機(jī)床將復(fù)合片的下表面車削成非平面的方式，既需要耗費(fèi)大量的車削時(shí)間；又難以保證每次車削出的非平表面都能夠完全統(tǒng)一； 此外，加工刀頭在車削過(guò)程中的磨損也較為厲害、加工成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種效率高、成本低的分段式金剛石復(fù)合片及其制備方法。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)的分段式金剛石復(fù)合片的制備方法，包括如下步驟(I)用金剛石顆粒制備一個(gè)片狀的金剛石層；(2)用硬質(zhì)合金制備一個(gè)片狀的復(fù)合部，該復(fù)合部是硬質(zhì)合金基體的上部，復(fù)合部的上表面與金剛石層的下表面相配合、復(fù)合部的下表面為平面；(3)用硬質(zhì)合金制備一個(gè)柱狀的連接部，該連接部是硬質(zhì)合金基體的下部，連接部的上表面為平面、連接部的下表面為曲面；(4)讓復(fù)合部的上表面與金剛石層的下表面相接，并使復(fù)合部與金剛石層在高溫高壓條件下復(fù)合成復(fù)合片胚體；(5)讓連接部的上表面與復(fù)合部的下表面相接，并使連接部與復(fù)合片胚體通過(guò)真空擴(kuò)散焊焊接成復(fù)合片本體。上述方法中，所述步驟(2)的復(fù)合部和步驟(3)的連接部最好均預(yù)先采用硬質(zhì)合金燒筑成型。上述方法中，所述步驟(5)的焊接過(guò)程中最好加入焊接保護(hù)劑。上述方法中，所述復(fù)合片本體最好整體呈圓柱形，此時(shí)金剛石層和硬質(zhì)合金基體的復(fù)合部均呈圓片狀，硬質(zhì)合金基體的連接部呈圓柱狀。上述方法中，所述硬質(zhì)合金基體的連接部的下表面最好為半球面。上述方法中，所述硬質(zhì)合金基體的連接部的高度最好大于復(fù)合片胚體的高度。分段式金剛石復(fù)合片，包括復(fù)合片本體，該復(fù)合片本體整體呈柱形，并主要由金剛石層和硬質(zhì)合金基體組成。所述硬質(zhì)合金基體包括上、下兩個(gè)部分；其中硬質(zhì)合金基體的上部即復(fù)合部呈片狀，該復(fù)合部的上表面與金剛石層的下表面相配合、復(fù)合部的下表面為平面；硬質(zhì)合金基體的下部即連接部呈柱狀，該連接部的上表面為平面、連接部的下表面為曲面。復(fù)合部的上表面與金剛石層的下表面相接，且復(fù)合部與金剛石層在高溫高壓條件下復(fù)合成復(fù)合片胚體；連接部的上表面與復(fù)合部的下表面相接，且連接部與復(fù)合片胚體通過(guò)真空擴(kuò)散焊焊接成復(fù)合片本體。上述方案中，所述復(fù)合片本體最好呈圓柱形，此時(shí)金剛石層和硬質(zhì)合金基體的復(fù)合部均呈圓片狀，硬質(zhì)合金基體的連接部呈圓柱狀。上述方案中，所述硬質(zhì)合金基體的連接部的下表面為最好半球面。上述方案中，所述硬質(zhì)合金基體的連接部的高度最好大于復(fù)合片胚體的高度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)將硬質(zhì)合金基體分為2部分進(jìn)行制備，讓硬質(zhì)合金基體的復(fù)合部先與金剛石層在高溫高壓調(diào)節(jié)下復(fù)合后，再將制備好的硬質(zhì)合金基體的連接部通過(guò)焊接方式連接在復(fù)合片胚體；這對(duì)于生產(chǎn)下表面為曲面的金剛石復(fù)合片而言，可以通過(guò)澆筑成型的方式一次制備出大量的復(fù)合部和連接部待用，從而能夠免除原有工藝只能采用數(shù)控機(jī)床車削所導(dǎo)致的生產(chǎn)效率低和生產(chǎn)成本高的不足，最終使得金剛石復(fù)合片的下表面形狀更精確、生產(chǎn)效率提高和成本降低。


圖I為本發(fā)明一種分段式金剛石復(fù)合片的剖視圖。圖中標(biāo)號(hào)1、金剛石層；2、硬質(zhì)合金基體；2_1、復(fù)合部；2_2、連接部。
具體實(shí)施例方式一種分段式金剛石復(fù)合片的制備方法，包括如下步驟I用金剛石顆粒制備一個(gè)片狀的金剛石層1，該制備金剛石層I的方法可以采用現(xiàn)有金剛石層I的制備方法。制備出的金剛石層I的上表面即復(fù)合片本體的切削工作面形狀也與現(xiàn)有技術(shù)相似，可以為平面、球面、或鋼盔形表面。金剛石層I的下表面的形狀與現(xiàn)有技術(shù)相似，可以為均光滑的平面、或非光滑的表面、或具有凹凸槽的非平面。2用硬質(zhì)合金制備一個(gè)片狀的復(fù)合部2-1，該復(fù)合部2-1是硬質(zhì)合金基體2的上部，復(fù)合部2-1的上表面與金剛石層I的下表面相配合、復(fù)合部2-1的下表面為平面。在本發(fā)明中，制備硬質(zhì)合金基體2的復(fù)合部2-1的具體方法是將液體硬質(zhì)合金倒入具有平面底的模具中澆筑成型。制備出的硬質(zhì)合金基體2的復(fù)合部2-1具有一個(gè)與金剛石層I的下表面向配合的上表面，該上表面結(jié)構(gòu)可以為均光滑的平面、或非光滑的表面、或具有凹凸槽的非平面。復(fù)合部2-1的下表面則考慮到焊接與復(fù)合過(guò)程，制成一個(gè)光滑的平面。3用硬質(zhì)合金制備一個(gè)柱狀的連接部2-2，該連接部2-2是硬質(zhì)合金基體2的下部，連接部2-2的上表面為平面、連接部2-2的下表面為曲面。在本發(fā)明中，制備硬質(zhì)合金基體2的連接部2-2的具體方法是將液體硬質(zhì)合金倒入具有曲面底的模具中澆筑成型。制備出的硬質(zhì)合金基體2的連接部2-2的上表面為了配合復(fù)合部2-1的下表面結(jié)構(gòu)，制成一個(gè)光滑的平面，連接部2-2的下表面即復(fù)合片本體與鉆頭鉆齒的連接面形狀與現(xiàn)有技術(shù)相似，可以為平面、弧面、或半球面，在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，所述硬質(zhì)合金基體2的連接部2-2的下表面為半球面。4讓復(fù)合部2-1的上表面與金剛石層I的下表面相接，并使復(fù)合部2-1與金剛石層I在高溫高壓條件下復(fù)合成復(fù)合片胚體；上述在高溫高壓調(diào)節(jié)下復(fù)合出復(fù)合片胚體的方法與現(xiàn)有金剛石層I和硬質(zhì)合金基體2的復(fù)合方法相似。5讓連接部2-2的上表面與復(fù)合部2-1的下表面相接，并使連接部2_2與復(fù)合片胚體通過(guò)真空擴(kuò)散焊焊接成復(fù)合片本體。為了能夠確保連接部2-2與復(fù)合片胚體的可靠焊接，在本發(fā)明的焊接過(guò)程中，還加入了焊接保護(hù)劑。由于硬質(zhì)合金基體2復(fù)合部2-1的主要作用是為了能夠在高溫高壓條件下與金剛石層I相復(fù)合，以供金剛石層I的顆粒滲入；因此硬質(zhì)合金基體2復(fù)合部2-1的高度無(wú)需過(guò)高，只要其高度略大于金剛石顆粒的滲入厚度即可。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，所述硬質(zhì)合金基體2復(fù)合部2-1的高度的金剛石層I的高度相等。硬質(zhì)合金基體2的連接部2-2的主要作用是為了能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合片本體與鉆齒的連接；因此為了能夠保證硬質(zhì)合金基體2的連接可靠性，所述硬質(zhì)合金基體2的連接部2-2高度應(yīng)大于復(fù)合部2-1的高度。而在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，所述硬質(zhì)合金基體2的連接部2-2的高度H大于復(fù)合片胚體的高度h。通過(guò)上述方法制備出的形狀可根據(jù)鉆頭鉆齒的形狀來(lái)制備，如可以為多邊形棱柱或圓柱形，而在本發(fā)明中，所述復(fù)合片本體整體呈圓柱形，此時(shí)金剛石層I和硬質(zhì)合金基體 2的復(fù)合部2-1均呈圓片狀，硬質(zhì)合金基體2的連接部2-2呈圓柱狀。采用上述方法所制備的一種分段式金剛石復(fù)合片，如圖I所示，其包括復(fù)合片本體。該復(fù)合片本體整體呈柱形，并主要由金剛石層I和硬質(zhì)合金基體2組成。所述硬質(zhì)合金基體2包括上、下兩個(gè)部分；其中硬質(zhì)合金基體2的上部即復(fù)合部2-1呈片狀，該復(fù)合部 2-1的上表面與金剛石層I的下表面相配合、復(fù)合部2-1的下表面為平面；硬質(zhì)合金基體2 的下部即連接部2-2呈柱狀，該連接部2-2的上表面為平面、連接部2-2的下表面為曲面。復(fù)合部2-1的上表面與金剛石層I的下表面相接，且復(fù)合部2-1與金剛石層I在高溫高壓條件下復(fù)合成復(fù)合片胚體；連接部2-2的上表面與復(fù)合部2-1的下表面相接，且連接部2-2 與復(fù)合片胚體通過(guò)真空擴(kuò)散焊焊接成復(fù)合片本體。上述復(fù)合片本體的形狀可根據(jù)鉆頭鉆齒的形狀來(lái)制備，如可以為多邊形棱柱或圓柱形，而在本發(fā)明中，所述復(fù)合片本體整體呈圓柱形，此時(shí)金剛石層I和硬質(zhì)合金基體2的復(fù)合部2-1均呈圓片狀，硬質(zhì)合金基體2的連接部2-2呈圓柱狀。金剛石層I的上表面即復(fù)合片本體的切削工作面形狀與現(xiàn)有技術(shù)相似，可以為平面、球面、或鋼盔形表面。金剛石層I的下表面和硬質(zhì)合金基體2復(fù)合部2-1的上表面構(gòu)成金剛石層I與硬質(zhì)合金基體2之間的結(jié)合面，該結(jié)合面的形狀與現(xiàn)有技術(shù)相似，可以為均光滑的平面、或相互配合的非光滑的表面、或具有凹凸槽的非平面。硬質(zhì)合金基體2連接部2-2的下表面即復(fù)合片本體與鉆頭鉆齒的連接面形狀與現(xiàn)有技術(shù)相似，可以為平面、弧面、或半球面，在本發(fā)明中，所述硬質(zhì)合金基體2的連接部2-2的下表面為半球面。由于硬質(zhì)合金基體2復(fù)合部2-1的主要作用是為了能夠在高溫高壓條件下與金剛石層I相復(fù)合，以供金剛石層I的顆粒滲入；因此硬質(zhì)合金基體2復(fù)合部2-1的高度無(wú)需過(guò)高，只要其高度略大于金剛石顆粒的滲入厚度即可。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，所述硬質(zhì)合金基體2復(fù)合部2-1的高度的金剛石層I的高度相等。硬質(zhì)合金基體2的連接部2-2的主要作用是為了能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合片本體與鉆齒的連接；因此為了能夠保證硬質(zhì)合金基體2的連接可靠性，所述硬質(zhì)合金基體2的連接部2-2高度應(yīng)大于復(fù)合部2-1的高度。而在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，所述硬質(zhì)合金基體2的連接部2-2的高度H大于復(fù)合片胚體的高度h。
權(quán)利要求
1.分段式金剛石復(fù)合片的制備方法，其特征是包括如下步驟(1)用金剛石顆粒制備一個(gè)片狀的金剛石層(I);(2)用硬質(zhì)合金制備一個(gè)片狀的復(fù)合部(2-1)，該復(fù)合部(2-1)是硬質(zhì)合金基體(2)的上部，復(fù)合部(2-1)的上表面與金剛石層(I)的下表面相配合、復(fù)合部(2-1)的下表面為平面；(3)用硬質(zhì)合金制備一個(gè)柱狀的連接部(2-2)，該連接部(2-2)是硬質(zhì)合金基體(2)的下部，連接部(2-2)的上表面為平面、連接部(2-2)的下表面為曲面；(4)讓復(fù)合部(2-1)的上表面與金剛石層(I)的下表面相接，并使復(fù)合部(2-1)與金剛石層(I)在高溫高壓條件下復(fù)合成復(fù)合片胚體；(5)讓連接部(2-2)的上表面與復(fù)合部(2-1)的下表面相接，并使連接部(2-2)與復(fù)合片胚體通過(guò)真空擴(kuò)散焊焊接成復(fù)合片本體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分段式金剛石復(fù)合片的制備方法，其特征在于所述步驟(2) 的復(fù)合部(2-1)和步驟(3)的連接部(2-2)均預(yù)先采用硬質(zhì)合金澆筑成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的分段式金剛石復(fù)合片的制備方法，其特征在于所述步驟(5)的焊接過(guò)程中加入了焊接保護(hù)劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分段式金剛石復(fù)合片的制備方法，其特征在于所述復(fù)合片本體整體呈圓柱形，此時(shí)金剛石層(I)和硬質(zhì)合金基體(2)的復(fù)合部(2-1)均呈圓片狀，硬質(zhì)合金基體(2)的連接部(2-2)呈圓柱狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分段式金剛石復(fù)合片的制備方法，其特征在于所述硬質(zhì)合金基體(2)的連接部(2-2)的下表面為半球面。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分段式金剛石復(fù)合片的制備方法，其特征在于所述硬質(zhì)合金基體(2)的連接部(2-2)的高度(H)大于復(fù)合片胚體的高度(h)。
7.分段式金剛石復(fù)合片,包括復(fù)合片本體,該復(fù)合片本體整體呈柱形，并主要由金剛石層(I)和硬質(zhì)合金基體(2)組成，其特征在于所述硬質(zhì)合金基體(2)包括上、下兩個(gè)部分；其中硬質(zhì)合金基體(2)的上部即復(fù)合部(2-1)呈片狀，該復(fù)合部(2-1)的上表面與金剛石層(I)的下表面相配合、復(fù)合部(2-1)的下表面為平面；硬質(zhì)合金基體(2)的下部即連接部(2-2)呈柱狀，該連接部(2-2)的上表面為平面、連接部(2-2)的下表面為曲面；復(fù)合部(2-1)的上表面與金剛石層(I)的下表面相接，且復(fù)合部(2-1)與金剛石層(I) 在高溫高壓條件下復(fù)合成復(fù)合片胚體；連接部(2-2)的上表面與復(fù)合部(2-1)的下表面相接，且連接部(2-2)與復(fù)合片胚體通過(guò)真空擴(kuò)散焊焊接成復(fù)合片本體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的分段式金剛石復(fù)合片，其特征在于所述復(fù)合片本體整體呈圓柱形，此時(shí)金剛石層(I)和硬質(zhì)合金基體(2)的復(fù)合部(2-1)均呈圓片狀，硬質(zhì)合金基體(2)的連接部(2-2)呈圓柱狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的分段式金剛石復(fù)合片，其特征在于所述硬質(zhì)合金基體(2) 的連接部(2-2)的下表面為半球面。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的分段式金剛石復(fù)合片，其特征在于所述硬質(zhì)合金基體(2)的連接部(2-2)的高度(H)大于復(fù)合片胚體的高度(h)
全文摘要
本發(fā)明公開一種分段式金剛石復(fù)合片及其制備方法，將硬質(zhì)合金基體分為2部分進(jìn)行制備，讓硬質(zhì)合金基體的復(fù)合部先與金剛石層在高溫高壓調(diào)節(jié)下復(fù)合后，再將制備好的硬質(zhì)合金基體的連接部通過(guò)焊接方式連接在復(fù)合片胚體；這對(duì)于生產(chǎn)下表面為曲面的金剛石復(fù)合片而言，可以通過(guò)澆筑成型的方式一次制備出大量的復(fù)合部和連接部待用，從而能夠免除原有工藝只能采用數(shù)控機(jī)床車削所導(dǎo)致的生產(chǎn)效率低和生產(chǎn)成本高的不足，最終使得金剛石復(fù)合片的下表面形狀更精確、生產(chǎn)效率提高和成本降低。
文檔編號(hào)B23B51/00GK102606080SQ20121007807
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者周付坤 申請(qǐng)人:周付坤