[发明专利]聚晶金刚石复合片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超硬材料领域，具体涉及一种聚晶金刚石复合片及其制备方法。

背景技术

金刚石复合片通常是通过将添加一定量的催化剂的金刚石粉末与硬质合金基体组装在一起，然后装在专用金刚石液压机上，在超高温高压条件下烧结制得的。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。

现有的聚晶金刚石复合片在制作的过程，常常采用钴、镍、铁等金属作为结合剂制作聚晶金刚石复合片，在该金属结合剂的催化作用下，金刚石颗粒之间互相直接烧结在一起形成金刚石相，该金刚石相中的金刚石颗粒之间充分结合形成金刚石-金刚石的结合结构，使得该类聚晶金刚石复合片具有较高的耐磨性。此外，该类聚晶金刚石复合片还包括弥散分布在所述金刚石相中的“小岛状”金属催化剂相，但上述金属结合剂不但在高压下会促使石墨转变为金刚石，而且在常压下也会促使金刚石向石墨的转变，降低聚晶金刚石层的强度；另外，金属结合剂的热膨胀系数明显高于金刚石，当工作温度变化时，上述聚晶金刚石层中的金属催化剂相容易产生热应力，破坏金刚石骨架，使聚晶金刚石层出现裂纹，造成应力损害。因此，上述聚晶金刚石层中的金属催化剂相会因工作温度的不同在一定程度上降低聚晶金刚石复合片的热稳定性，从而影响上述聚晶金刚石复合片的使用寿命。

因此，上述聚晶金刚石复合片的热稳定性需要进一步提高，以延长其使用寿命。

发明内容

由鉴于此，本发明的目的是提供一种聚晶金刚石复合片及其制备方法，以克服现有的聚晶金刚石复合片的缺陷和不足。

为了实现以上目的，本发明提供一种聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体层和合成于所述硬质合金基体层上的聚晶金刚石层，其中，所述聚晶金刚石层的上表面是由金刚石构成的纯聚晶金刚石层。

其中，优选地，所述聚晶金刚石层的合成原料包括金刚石微粉和金属催化剂。所述硬质合金基体可以为钨钴合金、钨钛钴合金或钨钛钽合金。本发明所述的硬质合金基体不限于上述列举的种类，只要具有较高硬度的合金都在本发明的保护范围内。

所述纯聚晶金刚石层中的金刚石互连接形成骨架结构。所述纯聚晶金刚石层中的金刚石骨架的周围形成多个微孔或间隙。整个所述聚晶金刚石层可以均为所述纯聚晶金刚石层。另外，所述聚晶金刚石层也可以由上层和下层构成，所述聚晶金刚石层的上层是由金刚石组成的纯聚晶金刚石层；所述聚晶金刚石层的下层与所述硬质合金基体层的上表面连接，所述聚晶金刚石层的下层为聚晶金刚石层前驱体，该聚晶金刚石层前驱体包括由金刚石构成的金刚石相和弥散分布在所述金刚石相中的金属催化剂相。所述金刚石相的结构与所述纯聚晶金刚石的结构基本相同，金刚石颗粒相互连接形成骨架结构。所述金属催化剂分散在相邻的金刚石颗粒之间形成的微孔间隙处。所述聚晶金刚石层前驱体是以金刚石微粉和金属催化剂为原料，采用传统方法制备出的聚晶金刚石层。所述纯聚晶金刚石层是由所述聚晶金刚石层前驱体经过酸洗之后形成的。

本发明提供一种上述聚晶金刚石复合片的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、提供金刚石微粉和金属催化剂，采用高温高压法在硬质合金基体的上表面合成聚晶金刚石层前驱体，形成聚晶金刚石复合片粗品，其中，所述聚晶金刚石层前驱体包括由金刚石构成的金刚石相和弥散分布在所述金刚石相中的金属催化剂相；

步骤二、采用耐蚀材料在所述聚晶金刚石复合片粗品的硬质合金基体的表面形成一层基体耐蚀层；

步骤三、对所述聚晶金刚石层前驱体的上表面进行酸洗，以去除所述聚晶金刚石层前驱体上表面中的金属催化剂相，形成所述纯聚晶金刚石层；

步骤四、移除所述基体耐蚀层，得到聚晶金刚石复合片成品。

基于上述制备方法，所述步骤二包括：先将所述耐蚀材料形成在整个所述聚晶金刚石复合片粗品的表面上，再去除形成在所述聚晶金刚石层表面的所述耐蚀材料，得到所述基体耐蚀层。

其中，所述基体耐蚀层是由所述耐蚀材料形成的，所述基体耐蚀层可以通过喷涂、印刷所述耐蚀材料等方式形成；所述耐蚀材料不会与所述聚晶金刚石层发生化学反应，而且，所述基体耐蚀层与所述聚晶金刚石层的结合力比较弱，容易去除。

基于上述制备方法，所述步骤二包括：将所述聚晶金刚石复合片粗品中的所述硬质合金基体完全浸入所述耐蚀材料中，所述聚晶金刚石层伸出所述耐蚀材料的表面；然后从所述耐蚀材料中取出所述聚晶金刚石复合片粗品，所述耐蚀材料在所述硬质合金基体的表面形成所述基体耐蚀层。