[发明专利]一种金刚石复合片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钻井设备技术领域，更具体地说，涉及一种金刚石复合片，本发明还涉及一种金刚石复合片的制备方法。

背景技术

聚晶金刚石复合片（PDC，polycrystalline diamond composite）作为一种新型复合材料，广泛地应用于地质钻探、非铁金属及合金、硬质合金、石墨、塑料、橡胶、陶瓷和木材等材料的切削加工等领域。

聚晶金刚石复合片是一种卓越的切削工具与耐磨工具材料，其一般由聚晶金刚石层和基体在高压高温下烧结复合而成。其中，聚晶金刚石层由无数微小金刚石颗粒和粘结剂混合烧结而成，其具有较高的硬度、耐磨性和较长的工作寿命；基体一般为钨钴类硬质合金，它具有较好的抗冲击韧性，为聚晶金刚石层提供良好的支撑，且容易通过钎焊焊接到各种工具上。

但是，现有技术的聚晶金刚石复合片制成的PDC钻齿较适合于钻软到中硬的均质地层。当利用其钻取硬地层或高研磨性地层以及软硬交替等不均匀质地层时，这种金刚石钻齿易因耐磨性不够而导致钻齿使用寿命缩短，影响连续工作效率。

综上所述，如何提供一种金刚石复合片及其制备方法，以提高金刚石复合片的耐磨性，进而延长其制成的钻齿的使用寿命，提高连续工作效率，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种金刚石复合片及其制备方法，以提高金刚石复合片的耐磨性，进而延长其制成的钻齿的使用寿命，提高连续工作效率。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种金刚石复合片，包括聚晶金刚石层和与所述聚晶金刚石层相复合的基体；其中，所述聚晶金刚石层的顶层远离所述基体；

所述聚晶金刚石层的顶层上设置有多个孔隙，且所述孔隙内均设置有结晶状的纳米金刚石。

优选的，上述金刚石复合片中，所述孔隙通过酸蚀将所述顶层内的结合剂钴去除而获取。

优选的，上述金刚石复合片中，包括多层层叠在一起的所述聚晶金刚石层，且每层所述聚晶金刚石层的底层均设置有所述基体。

优选的，上述金刚石复合片中，所述聚晶金刚石层为两层。

优选的，上述金刚石复合片中，所述基体为WC+Co硬质合金。

优选的，上述金刚石复合片中，所述聚晶金刚石层的金刚石体积含量大于80%。

优选的，上述金刚石复合片中，所述聚晶金刚石层的厚度为1.5mm-2.5mm，且所述顶层的厚度为0.15mm-0.35mm。

优选的，上述金刚石复合片中，位于中间层的所述基体的厚度为1.5mm-2.5mm。

基于上述提供的金刚石复合片，本发明还提供了一种金刚石复合片的制备方法，包括以下步骤：

1）制备所述聚晶金刚石层；

2）在所述聚晶金刚石层的顶层上设置多个孔隙；

3）向所述孔隙内填入结晶状的纳米金刚石；

4）将上述步骤得到的所述聚晶金刚石层与所述基体在高压高温下烧结复合在一起。

优选的，上述金刚石复合片的制备方法中，步骤2）具体为：

利用酸蚀去除所述顶层内的结合剂钴，使其上产生多个所述孔隙。

本发明提供的金刚石复合片包括聚晶金刚石层和与聚晶金刚石层相复合的基体；其中，聚晶金刚石层的顶层远离基体；聚晶金刚石层的顶层上设置有多个孔隙，且孔隙内均设置有结晶状的纳米金刚石。

由于本发明提供的金刚石复合片是在现有技术的聚晶金刚石复合片的基础上，在聚晶金刚石层的顶层上设置有多个孔隙，孔隙中加进结晶状的纳米金刚石，此时聚晶金刚石层的顶层比底层更加热稳定，该聚晶金刚石层与基体通过高温高压烧结而得到的金刚石复合片，既有金属与金属之间的结合，又有金刚石微粒之间的结合，金刚石微小晶体各自任意定向，排列无规则，所以它具有天然金刚石的硬度和很高的耐磨性，且它的抗冲击强度高于天然金刚石，不易开裂，性能稳定可靠。该金刚石复合片适合于对物体进行切削、钻探、钻孔或破碎的工具，特别适合应用于包括坚硬或耐磨的材料的工具，例如岩层钻探或油气等深井钻探钻齿。

与现有技术相比，本发明提供的金刚石复合片提高了耐磨性，进而延长了其制成的钻齿的使用寿命，提高了连续工作效率。同时，其提高了钻齿的硬度和磨损寿命，使钻齿特别适合于难钻地层及复杂地层。

本发明提供的金刚石复合片的制备方法，包括以下步骤：

1）制备聚晶金刚石层：

该制备工艺采用现有技术中制备聚晶金刚石的方法；

2）在聚晶金刚石层的顶层上设置多个孔隙；