[发明专利]一种耐热型聚晶金刚石复合片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉超硬材料制造领域领域，尤其涉及一种耐热型聚晶金刚石复合片及其制备方法。

背景技术

金刚石复合片是将金刚石粉末添加一定的结合剂与硬质合金基体组装在一起后，在专用金刚石液压机上在超高压高温条件下烧结制得。它由一层多晶金刚石层和硬质合金基体构成。由于多晶金刚石层硬度高、耐磨性好，加上硬质合金基体的良好韧性和可焊性，使其在石油钻探、地质钻探及煤田开采应用中得到广泛应用。

在制作PDC过程中，一般采用钴、镍、铁作为结合剂制作高耐磨型PDC或采用硅为结合剂制作耐热型PDC。

采用钴、镍、铁作为结合剂制作PDC，由于钴的催化作用，金刚石颗粒之间互相直接烧结在一起形成D-D结合结构（金刚石-金刚石结合），该结构的聚晶金刚石的显微组织是由具有相连骨架结构的金刚石相和弥散分布的“小岛状”金属相组成。因为金刚石颗粒间结合充分，所以一般采用钴、镍、铁作为结合剂制作复合片具有很高的耐磨性。

但是作为高压下促使石墨转变为金刚石的结合剂金属—钴、镍、铁，常压下也会促进金刚石向石墨的转变，降低金刚石聚晶强度。另一方面，金刚石的热膨胀系数只是钴的十分之一，当工作温度很高时，容易产生热应力，破坏金刚石骨架，使聚晶金刚石出现裂纹，造成应力损害。因此，金刚石聚晶层中的铁族金属相会因工作点温度不同在一定程度上降低PDC的热稳定性。

采用硅作为结合剂制作的PDC，由于Si结合剂以及形成的SiC等物相与金刚石的热膨胀系数相近，热应力较小；而且Si在高温条件下也不存在对金刚石的反催化作用，因此，硅结合剂制作的PDC具有较高的热稳定性。但由于金刚石颗粒间没有形成直接结合，而是形成D-M-D结构（金刚石-过渡相-金刚石），所以该种结构的PDC耐磨性较差。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种耐热型聚晶金刚石复合片及其制备方法，旨在解决目前目前金刚石复合片不能兼具高耐磨性和热传导（耐热）性的问题。

本发明的技术方案如下：

一种耐热型聚晶金刚石复合片，其中，所述聚晶金刚石复合片由硬质合金基体和结合在硬质合金基体上的聚晶金刚石层构成，所述聚晶金刚石层由具有D-D键结构的多晶金刚石颗粒与强碳化合物烧结而成其组分按质量百分比计为：

多晶金刚石颗粒 80-95%；

强碳化合物      5-20%。

所述的耐热型聚晶金刚石复合片，其中，所述多晶金刚石颗粒粒径为5-500μm，所述强碳化合物的粒径为1-100μm。

所述的耐热型聚晶金刚石复合片，其中，所述多晶金刚石颗粒由混合粒径或单一粒径的金刚石颗粒组成。

所述的耐热型聚晶金刚石复合片，其中，所述多晶金刚石颗粒按质量百分比计包括：

60～90um粒径的多晶金刚石颗粒        55-65%；

40～60um粒径的多晶金刚石颗粒        15-30%；

10～20um粒径的多晶金刚石颗粒        5-20%。

所述的耐热型聚晶金刚石复合片，其中，所述强碳化合物为Si、Ti-Si-B、Si-Ni、TiC、TiNC等物质中的一种或多种。

所述的耐热型聚晶金刚石复合片，其中，所述聚晶金刚石层按质量百分比计由以下组分烧结而成：

60～90um粒径的多晶金刚石颗粒        60%；

40～60um粒径的多晶金刚石颗粒        20%；

10～20um粒径的多晶金刚石颗粒        10%；

10～20um粒径的Ti-Si-B                10%。

所述的耐热型聚晶金刚石复合片，其中，所述多晶金刚石颗粒由金刚石颗粒以D-D键结合而成，所述金刚石颗粒的粒径为1-30μm。

一种如上所述的耐热型聚晶金刚石复合片的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤：

A、利用金刚石颗粒烧结形成多晶金刚石颗粒；

B、将所述多晶金刚石颗粒和强碳化合物混合装入金属杯或碳模（石墨模具）中之后，再将硬质合金基体装入；

C、将装配好的组件在500-700℃温度条件下真空处理2-10h；

D、将真空处理后的组件装入叶蜡石，在5000-6000MPa压力， 1500-1600℃温度条件下烧结30-600秒；

E、将烧结好的聚晶金刚石复合片按照目标尺寸进行后续加工。