[实用新型]单晶嵌入式金刚石复合片

说明书

本实用新型公开了一种单晶嵌入式金刚石复合片，属于金刚石复合片制备技术领域。本实用新型所述金刚石复合片分为两层，一层为硬质合金层，另一层为聚晶金刚石层中心嵌入了单晶金刚石的复合金刚石层。所述聚晶金刚石中心嵌入了单晶金刚石的复合金刚石层通过高温高压烧结的方法与硬质合金基体层紧密熔融结合在一起。本实用新型用在石油钻井、地质勘探、煤田钻采的钻头上和机械加工的工具上时，能够使复合片的耐磨度与抗冲击性增强，尤其是对复合片中心硬度要求较高的钻头和切削工具，可大大提高其使用寿命。

技术领域

本实用新型属于金刚石复合片制备技术领域，特别是涉及一种单晶嵌入式的金刚石复合片及其制备方法。

背景技术

目前，金刚石复合片被广泛应用于石油钻井以及地质钻探等行业，钻井钻头的不同位置对金刚石复合片有着不同功能的要求。其中一些应用领域对金刚石复合片产品中心位置的耐磨性和抗冲击性能具有更高的要求。传统意义上的金刚石复合片主要由硬质合金基体与聚晶金刚石层组成，是由金刚石微粉与结合剂混合在一起，并同硬质合金基体在超高温、高压条件下烧结而成，因受到结合剂的影响，使金刚石复合片的硬度无法与单晶金刚石相比较。随着金刚石复合片产业的发展，多种特殊形状的金刚石复合片(例如锥形、球形、面包型以及屋脊形等)虽可以一定程度上提高产品的抗冲击性能，但受到材料本身性质的影响，提高的程度有限。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种单晶嵌入式金刚石复合片的制备方法，旨在解决现有金刚石复合片中心硬度、抗冲击性能与耐磨性受材料本身性质影响，提高程度有限的问题。

本实用新型的技术方案结合附图说明如下：

提供了一种单晶嵌入式金刚石复合片，打破传统制造金刚石复合片以及聚晶金刚石高压压砧的工艺，其结构由嵌入了单晶金刚石2的聚晶金刚石层3和硬质合金层4组成，通过高温高压烧结处理使硬质合金层4与嵌入了单晶金刚石2的聚晶金刚石层3紧密熔融结合在一起；单晶金刚石2嵌入在聚晶金刚石层3中心，单晶金刚石2的最大平面与硬质合金层4的平面相平行且接触在一起，单晶金刚石2的粒度与聚晶金刚石层3厚度相等，使单晶金刚石2贯穿整个聚晶金刚石层，其上顶面能够与空气接触。

所述硬质合金层4是由WC-Co硬质合金构成。

所述单晶金刚石2的粒度可根据复合片中聚晶金刚石层所需厚度的不同进行调整，一般在1～4mm之间。

所述单晶金刚石形状不一定规则，只要其粒度(高度)与聚晶金刚石层的厚度相同即可。

所述的单晶嵌入式金刚石复合片的制备方法，其包括以下步骤：

1)、制备预烧结体：将聚晶金刚石微粉装入到第一金属杯中，聚晶金刚石微粉的量应控制在其经过高温高压烧结后得到成品的厚度等于单晶金刚石的粒度；用模具在装好的聚晶金刚石微粉正中心处压出一个与单晶金刚石大小一致的凹槽；将单晶金刚石放入凹槽，保持单晶金刚石的最大平面在最上方。用平头模具再次将聚晶金刚石微粉与单晶金刚石压实，转动模具使聚晶金刚石微粉包裹住形状不规则的单晶金刚石，仅留单晶金刚石的最大平面暴露在外面，使其与压实的聚晶金刚石微粉处于同一平面上。然后将硬质合金基体装入到第一金属杯中。最后扣上第二金属杯和第三金属杯，得到装配好的金属杯组件5。将装配好的金属杯组件5在550～650℃、真空度为10^-1～10^-3Pa的条件下进行真空净化2小时，得到金刚石复合片预烧结体。

2)高温烧结：将所述单晶嵌入式金刚石复合片的预烧结体合成块放在六面顶压机中，在5.5～7.5GPa和1200～1600K的条件下加热400～500s进行烧结，得到单晶嵌入式金刚石复合片毛坯。

所述高温烧结的步骤之后还包括对所述聚晶金刚石复合片进行研磨、抛光处理的步骤。

本实用新型的技术效果如下：