[发明专利]一种热稳定型聚晶金刚石复合片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚晶金刚石复合片技术领域，具体涉及一种热稳定型聚晶金刚石复合片，同时还涉及一种热稳定型聚晶金刚石复合片的制备方法。

背景技术

聚晶金刚石复合片(Polycrystallinediamondcompact，PDC)是将金刚石粉末添加一定的催化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温高压条件下烧结制得。它由聚晶金刚石层和硬质合金基体构成，由于聚晶金刚石层硬度高，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。但是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-中间相-金刚石)，所以该种结构的PDC耐磨性较差。

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层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、铁作为结合剂制作的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，降低聚晶金刚石层的强度；另一方面，金属钴的热膨胀系数将近是金刚石的10倍，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，聚晶金刚石层中的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。

现有技术中，CN104532016A公开了一种基于人造聚晶金刚石复合片的脱钴复合酸的脱钴方法，是将有机酸与两种以上无机酸混合制成复合酸溶液，再将人造聚晶金刚石复合片在温度为25～90℃的复合酸溶液中浸渍48～72h。该方法利用复合酸浸渍的方法使聚晶金刚石复合片脱钴，从而使金刚石以D-D键结合，减少金刚石晶粒间Co叶脉状分布的可能，从而提高了聚晶金刚石复合片的耐磨性。但是，酸浸时需要将整个聚晶金刚石复合片浸渍在复合酸溶液中，酸液不可避免的会对硬质合金基体本身及聚晶金刚石层与硬质合金基体的结合处造成伤害，降低硬质合金基体的力学性能及聚晶金刚石层与硬质合金基体的结合强度，从而对聚晶金刚石复合片的质量和耐磨性能造成严重影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种热稳定型聚晶金刚石复合片，解决现有酸浸脱钴降低聚晶金刚石复合片硬质合金基体的力学性能及聚晶金刚石层与硬质合金基体的结合强度的问题。

本发明的第二个目的是提供一种热稳定型聚晶金刚石复合片的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种热稳定型聚晶金刚石复合片，是将高温高压合成的聚晶金刚石复合体的硬质合金基体表面包裹塑料层后，再将聚晶金刚石复合体浸入酸液中进行酸煮制备的。

塑料层包裹在聚晶金刚石复合体上硬质合金基体表面，在酸煮时只有聚晶金刚石层表面曝露在酸液中，防止酸液对硬质合金基体本身及聚晶金刚石层与硬质合金基体的结合处造成伤害。

所述的热稳定型聚晶金刚石复合片，具体是由包括下列步骤的方法制备的：

1)取金刚石微粉、金属催化剂、硬质合金基体装配成组装块，对组装块进行真空热处理后，再进行高温高压合成，得聚晶金刚石复合体；

2)在步骤1)所得的聚晶金刚石复合体的硬质合金基体表面包裹塑料层后，再将聚晶金刚石复合体浸入酸液中进行酸煮，即得所述热稳定型聚晶金刚石复合片。

其中，在聚晶金刚石复合体的硬质合金基体表面包裹塑料层的方法为：在聚晶金刚石复合体表面注塑形成一层塑料层后，再将聚晶金刚石复合体上聚晶金刚石层表面的塑料层剥离。

所有可以用于注塑成型且具有一定耐酸性能的塑料材料都是可用的；优选的，所述塑料层的材料为环氧树脂、聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。