[其他]新型人造金刚石聚晶——硬质材料复合齿

说明书

本发明涉及一套构思新颖、结构独特的新型人造金刚石聚晶-硬质材料复合齿。这类新型复合齿可作为切削刃，用在石油、煤炭、矿山和地质等各类钻探工具上。

美国通用电气公司现生产的人造金刚石聚晶-硬质合金复合片齿是用钎焊方法将人造金刚石聚晶-硬质合金复合片焊在硬质合金柱的斜面上。这种复合片齿的缺点是形状单一，对岩性软硬变化的适应能力差，随着齿的磨损，切削刃不断变宽，刃口与岩石的接触面也随之增大，导致钻速下降，尤其钻进较硬的地层时会因切削刃磨钝而造成爆刃。此外，在这种复合片齿中，由于人造金刚石聚晶-硬质合金复合片本身的耐热温度较低，因此这种复合片齿只能耐700℃以下的温度。这种复合片齿也就不能直接采用温度较高的金刚石烧结工艺镶嵌到铸造碳化钨合金钻头体上，而只能用低温钎料将其钎焊到钻头体上或用过盈配合将其冷压入钻头体孔中。

本发明的任务是要提供一套切削岩石效率高、适应岩性面宽、寿命长的新型人造金刚石聚晶-硬质材料复合齿。这类齿可广泛用于石油、煤炭、矿山和地质钻探工具上。本发明的新型人造金刚石聚晶-硬质材料复合齿有下列优点：

本发明复合齿中有一类是可根据岩性特点选择一片或多片不同形状、不同厚度和不同耐磨性的聚晶薄片直接钎焊到硬质材料支撑体上制成的。硬质材料支撑体的材质和形状也可以根据岩性特点选用，其常用的材质可选硬质合金、钢、铸造碳化钨-金刚石聚晶和铜合金烧结体等。因此，本发明的这类复合齿就具有梯度硬质材料的特点，能在切削岩石过程中不断产生合理的自锐作用，且能始终保持较锋利的刃口;

本发明的复合齿形状多样，这不仅可以根据岩性特点选择合理形状的切削刃，而且在切削过程中能不断自磨成合理的形状，利于提高钻速。

本发明的复合齿耐热性高，在保护气氛中可耐1200℃左右的高温，除能满足现有复合齿钻头的制造工艺外，还能用通用金刚石钻头高温烧结工艺直接制成钻头。

图1    是圆形人造金刚石聚晶片复合齿;

图2    是三角形人造金刚石聚晶片复合齿;

图3    是方形人造金刚石聚晶片复合齿;

图4    是椭园形人造金刚石聚晶片复合齿;

图5    是多层圆形人造金刚石聚晶片复合齿;

图6    是多层三角形人造金刚石聚晶片复合齿;

图7    是多层方形人造金刚石聚晶片复合齿;

图8    是多层椭圆形人造金刚石聚晶片复合齿;

图9    是圆形单片镶嵌式人造金刚石聚晶片复合齿;

图10    是圆形双片镶嵌式人造金刚石聚晶片复合齿;

图11    是三角形单片镶嵌式人造金刚石聚晶片复合齿;

图12    是方形单片镶嵌式人造金刚石聚晶片复合齿;

图13    是方形双片镶嵌式人造金刚石聚晶片复合齿;

图14    是椭园形单片镶嵌式人造金刚石聚晶片复合齿;

图15    是曲面状人造金刚石聚晶复合齿;

图16    是条状镶嵌式人造金刚石聚晶复合齿;

图17    是多片异形镶嵌式人造金刚石聚晶复合齿。

本发明的新型人造金刚石聚晶-硬质材料复合齿的具体结构可以用附图更清楚地说明：

图1-4是本发明新型人造金刚石聚晶-硬质材料复合齿的第一种类型的几个实例。其结构特点是将不同形状和厚度的人造金刚石聚晶片（1）直接钎焊在硬质材料支撑体（2）上。硬质材料支撑体的材质可是硬质合金、钢、铸造碳化钨-金刚石聚晶和铜合金的烧结体等。其形状可是圆柱体、长方体、椭圆柱体等。这类复合齿具有结构简单、制造容易的优点。

图5-8是本发明新型人造金刚石聚晶-硬质材料复合齿的第二种类型的几个实例。其结构特点是将不同形状的二种或二种以上的耐磨性不同的聚晶片钎焊在一起，钎焊时，应按聚晶耐磨性高低顺序排列。然后再将

焊在一起的多层聚晶体（1）耐磨性差的一面焊到硬质材料支撑体（2）的斜面上。硬质材料支撑体的材质和形状与本发明新型人造金刚石聚晶-硬质材料复合齿的第一种类型的相同。这种多层聚晶复合齿，由于多层聚晶体与硬质材料组成了耐磨梯度材料，在钻进过程中能产生合理的自锐作用。这类复合齿，能根据岩性特点选用梯度材质的组合，以此调节复合齿的自锐程度，使其达到最佳效果。

图9-14是本发明新型人造金刚石聚晶-硬质材料复合齿的第三种类型的几个实例。其结构特点与图1-4类似，不同之处在于硬质材料支撑体（2）中包镶或焊有一至多片不同形状人造金刚石聚晶片。这种类型的复合齿，在钻进岩石过程中，能自磨成合理的形状，提高钻速和切削刃的寿命。

图15-17是本发明新型人造金刚石聚晶-硬质材料复合齿的第四种类型的几个实例。其结构特点是将曲面状或条状聚晶（1）镶焊在硬质材料支撑体（2）的工作面上，或烧结包镶在硬质材料支撑体（2）内。