[发明专利]耐冲击的金刚石层、金刚石复合片及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及超硬材料制品领域，特别涉及一种耐冲击的金刚石层、金刚石复合片及其制备方法，主要用于中硬、硬地层的钻采作业场合。

背景技术

金刚石复合片是指在金刚石磨粒中添加少量金属或非金属粘结剂，经高温、高压合成制得的复合材料，因其具有诸如：硬度高、导热性好、抗冲击性能高等优异性能，而被广泛应用于油田矿山开采、基础设施建设、房屋维修、机械加工、地质勘探等领域，随着科学技术的发展，还成为微电子、通讯、航天等高科技领域不可缺少的关键材料。目前，金刚石复合片普遍采用金刚石微粉作为主要原料，添加少量触媒催化剂Co、Ni等，与硬质合金组合，烧结而成。其产品特点在于：结构十分致密、硬度较高，导致其使用过程中抗冲击性能较差、切削锋利度差，使得钻井过程中钻齿异常破坏现象较多、且进尺太慢。

发明内容

为了克服现有技术金刚石复合片硬度高、脆性大，无法满足大冲击载荷下钻探使用的不足之处，本发明的提供了一种耐冲击的金刚石层、金刚石复合片及其制备方法，使用该方法制得复合片具有抗冲击能力强、锋利度好等优点，特别适合硬质地层的开采钻探工作。

本发明提供了一种耐冲击的金刚石层，其特征在于它是由下述重量配比的原料制成的，金刚石：70-80份、石墨粉：10-20份：触媒：3-12份；所述触媒由下述重量配比的物料组成：铁：45-60份、镍：15-20份、钴：5-15份、锰：5-20份、硅：3-10份。

所述金刚石为80/100粒度，SMD级别金刚石；所述石墨粉为600目以细高纯石墨，石墨化度达到>98%。

所述触媒各组份为400目以细的粉末。

本发明还提供了一种耐冲击的金刚石复合片，包括上述的金刚石层和硬质合金基体，该金刚石复合片可由下述步骤制备获得：

   （1）配料：按下述重量配比称量以下金刚石层原料：金刚石：70-80份、石墨粉：10-20份：触媒：3-12份；所述触媒由下述重量配比的物料组成：铁：45-60份、镍：15-20份、钴：5-15份、锰：5-20份、硅：3-10份；

（2）混料：将步骤1所得的物料混合均匀；

（3）净化处理：将步骤2得到的物料，植入高温炉中进行处理，温度：850-880℃，压力10-100Pa，时间：2.5-4小时；

（4）组装：将步骤3得到的物料装入金属套杯中，然后装入硬质合金基体，制得组合片；将组合片装入合成复合片专用叶腊石块中，形成结构块；

（5）烧结：将步骤4得到的结构块，放在六面顶压机上进行高压、高温烧结，工艺为温度：1320-1380℃，压力5300-5700Mpa，时间：10-25分钟；

（6）电解：将步骤5得到的复合片，置入电解槽内进行电解，除去聚晶层内多余金属。

本发明还提供一种制备上述耐冲击的金刚石复合片的方法，该方法包括下述顺序步骤：

（1）配料：按下述重量配比称量以下金刚石层原料：金刚石：70-80份、石墨粉：10-20份：触媒：3-12份；所述触媒由下述重量配比的物料组成：铁：45-60份、镍：15-20份、钴：5-15份、锰：5-20份、硅：3-10份；

（2）混料：将步骤1所得的物料混合均匀；

（3）净化处理：将步骤2得到的粉料，植入高温炉中进行处理，温度：850-880℃，压力10-100Pa，时间：2.5-4小时；

（4）组装：将步骤3得到的粉料装入金属套杯中，然后装入硬质合金基体，制得组合片；将组合片装入合成复合片专用叶腊石块中，形成结构块；

（5）烧结：将步骤4得到的结构块，放在六面顶压机上进行高压、高温烧结，工艺为温度：1320-1380℃，压力5300-5700Mpa，时间：10-25分钟；

（6）电解：将步骤5得到的复合片，置入电解槽内进行电解，除去聚晶层内多余金属。

所述的物料混合步骤是将物料倒入混料罐中，然后向混料罐中加入同等重量直径为8-10mm的硬质合金球作为混料介质，装在三维混料机进行混料，混料时间为4-6小时。

所述的硬质合金球与物料的重量比为1:1。

所述电解的电解液为硫酸铁溶液，电压为为9-12V， 处理时间为25-30小时。

本发明的耐冲击金刚石复合片选用粗颗粒金刚石，可以形成无数较小的切削单元，切削单元的性能由原始单晶的质量所决定，选用优质金刚石单晶，可保证切削单元性能优异。