[发明专利]一种金刚石厚膜切削齿的制备方法

说明书

本发明涉及一种金刚石厚膜切削齿的制备方法，包括以下步骤：1)将打磨后的硅衬底置于金刚石微粉悬浮液中，并进行超声处理；2)对超声处理后的硅衬底进行刻蚀；3)采用化学沉积法在硅衬底表面沉积一层金刚石厚膜，之后快速冷却；4)将金刚石厚膜从硅衬底上剥离；5)将金刚石厚膜钎焊在切削齿上。与现有技术相比，本发明利用硅衬底与金刚石厚膜之间热膨胀系数的差异，控制工艺参数使得两者的热应力较大、结合力较弱，再通过手动或借助简单工具将金刚石厚膜剥离，以便焊接到切削齿上，得到表面焊接有金刚石厚膜的切削齿，相比于PDC钻头其耐磨性和使用寿命都得到了较大提高。

技术领域

本发明属于石油钻探技术领域，涉及一种金刚石厚膜切削齿的制备方法。

背景技术

随着现代社会的发展，人们对资源的消耗不断增加，地质找矿钻探正向深部、超深部发展。随着钻探深度的增加，地质硬度也随之增加，使得深孔地质钻探的难度越来越大。普通钻头在钻进坚硬岩石地层时，容易出现钻进效率及采取率低、钻头寿命短等问题，影响了钻探工作的进行。

目前在石油钻探中较为常用的钻头主要有两种：

一种是聚晶金刚石复合片钻头(PDC钻头)，其在适应地层中具有机械钻速快、进尺高、钻压较小特点，在钻井工程中得到了广泛应用，但因为PDC钻头的金刚石复合片中金刚石层只有2mm左右，因而金刚石含量较低，对于研磨性硬地层来说，PDC钻头的金刚石复合片容易脆裂并磨损失效，导致其寿命短，进尺低。因此，PDC钻头在研磨性硬地层中存在一定的局限性。

另一种是孕镶金刚石钻头，其钻头上的金刚石颗粒会随着胎体的不断磨削而持续脱落，最终胎体对金刚石的包镶力度不够而使金刚石发生脱落，从而导致钻头寿命与钻进效率大大降低。

公开号为CN101608533A的中国发明专利公开了一种孕镶金刚石膜的钻头及其制作方法，其先通过化学方法处理掉硅衬底，再通过激光切割机将CVD金刚石厚膜切割成片状和条柱状，与胎体材料烧结成型后再焊接到刚体上，使得钻头的耐磨性更强，钻进效率和使用寿命都得到了提高，但其需要通过化学方法处理硅衬底，并通过激光切割剥离金刚石厚膜，制备方法较为繁琐。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种金刚石厚膜切削齿的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种金刚石厚膜的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)将打磨后的硅衬底置于金刚石微粉悬浮液中，并进行超声处理；

2)对超声处理后的硅衬底进行刻蚀；

3)采用化学沉积法在硅衬底表面沉积一层金刚石厚膜，之后快速冷却；

4)将金刚石厚膜从硅衬底上剥离。

进一步地，步骤1)中，所述的打磨过程为：将硅衬底在盛放有金刚石微粉的砂纸上打磨10-20min。金刚石微粉具有很高的硬度，在打磨过程中可以加速去除硅衬底表面的氧化物并降低其界面能，同时，用金刚石微粉打磨会起到籽晶效应，即残留在硅衬底上的金刚石颗粒会起到同质外延形核的作用，提高形核率。

进一步地，步骤1)中，所述的金刚石微粉悬浮液中，金刚石微粉为微晶金刚石微粉或纳米金刚石微粉，溶剂为乙醇或丙酮。金刚石微粉悬浮液中，金刚石微粉的质量浓度为0.05-0.15g/mL，优选为0.1g/mL。

进一步地，步骤1)中，所述的超声处理过程中，超声波频率为36-45KHz，超声时间为0.2-0.8h。采用超声处理方式，不仅能较彻底地清洗硅衬底表面，同时也可将分散的金刚石微粉播植于硅衬底上，以提高金刚石厚膜的形核率。