专利名称：金刚石/硬质合金复合片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于制造石油与地质钻头钻齿的金刚石/硬质合金复合片， 属于超硬材料制造领域。
背景技术：
金刚石/硬质合金复合片是由金刚石层与硬质合金衬底在超高压高温条件下烧结而成的复合超硬材料，它兼有金刚石与硬质合金的优越性能，被广泛地用于石油钻头上的钻削元件一钻齿。钻井时钻头上的复合片钻齿承受地层强大的切削阻力与冲击力，复合片的金刚石层除磨损外，还有可能从硬质合金衬底上剥落下来，严重影响钻头的钻井速度与钻井深度。金刚石层从硬质合金衬底上剥离开是钻头的钻井时最不希望出现的事故，其后果是要提钻，更换新的钻头，严重影响钻井效率与钻井成本。然而这种现象却时有发生， 特别是当钻进非均质地层如含硬夹层地层、砾石地层时发生的概率很大，因此钻头制造与钻头使用者对复合片制造者提出了强烈的要求，要求进一步提高复合片的金刚石层和硬质合金衬底层的结合强度与抗冲击性能。为此实用新型专利ZL94201536. 3、ZL99216286. 6、 ZL00203712. 2、ZL200420059000. 0、ZL20062012907. 4、ZL200620129634. 8 分别提出了在硬质合金衬底结合面上开直槽、环形槽、环直槽等若干种方案，使复合片的金刚石层与硬质合金衬底相互啮合，以此来提高两者之间的结合强度与抗冲击性能，实践证明其中一些方案是比较好的，当钻进均质地层时，除了金刚石层正常磨损之外，金刚石层很少从硬质合金衬底上剥落下来。但是在难以钻进的非均质地层及超深井中，这些复合片的金刚石层仍有可能从硬质合金衬底上剥落，证明两层之间的结合强度及抗冲击性能仍需提高。
发明内容本实用新型的目的是针对上述专利技术不足之处，通过选择更加合理的结合界面几何形状，从而实现提供一种金刚石层与硬质合金衬底结合强度更高，抗冲击性能更好的金刚石/硬质合金复合片。上述目的是通过下述方案来实现的如图所示之金刚石/硬质合金复合片是由金刚石层1与硬质合金衬底2在超高压高温条件下烧结而成，金刚石层1经过烧结附着在硬质合金衬底2上。金刚石层1与硬质合金衬底2的结合界面具有较为合理的几何形状在硬质合金衬底2的中心部位有1个圆柱形凸台3，圆柱形凸台3的顶面中心有1个浅圆坑 4 ；环绕着圆柱形凸台3分布着1圈以上呈环状排列的弧形齿5，弧形齿5的顶面中心有一个弧形浅凹槽6 ；弧形齿5是被4条以上的径向辐射状凹槽7分割而成，弧形齿5与径向辐射状凹槽7的数量是对应相等的。上面所述之结合界面几何形状结构，尽可能大的增加了金刚石层1与硬质合金衬底2的界面接触面积，并使两者紧密地啮合在一起，从而有效地增加了它们的结合强度及抗冲击性能。根据所生产的金刚石/硬质合金复合片大小规格的要求，本实用新型所述的圆柱形凸台3的直径为0. 5 2mm，高度0. 5 2mm ；圆柱形凸台3顶面的浅圆坑4的直径为0. 3 1. 6mm，深度为0. 3 Imm ；弧形齿5的圈数为1圈以上，弧形齿5的个数为4个以上，其宽度为0. 5 4mm，高度为0. 5 2mm ；弧形齿5顶面的弧形浅凹槽6的宽度为0. 3 3. 5mm，深度为0. 3 Imm ；径向辐射状凹槽7的个数为4个以上，其宽度为0. 5 4mm，深度为 0. 5 2mm。由于本实用新型的金刚石/硬质合金复合片的金刚石层与硬质合金衬底之间结合界面具有上述独特的几何形状设计，因此与现有技术相比有以下优点1、增加了金刚石层与硬质合金衬底的接触面积与啮合力，从而提高了两层材料之间的结合强度与抗冲击性能；2、呈环状排列的弧形齿相对以往呈一个方向排列的直齿或呈两个方向纵横排列的直齿而言无方向性，当把金刚石/硬质合金复合片作为钻齿焊接到石油钻头体上时无需选择方向，即金刚石层圆周上的任一部位都可作为钻削地层的切削刃，这给钻头制造带来了方便； 3、这种独特的界面设计相对于以往的界面设计而言，更能有效降低金刚石层与硬质合金衬底因热膨胀系数不同而产生的残余应力，减少或避免石油钻头钻井时钻齿的金刚石层从硬质合金衬底上剥落下来。
图为本实用新型金刚石/硬质合金复合片的结构示意图。图中1是金刚石层，2是硬质合金衬底，3是圆柱形凸台，4是浅圆坑，5是弧形齿，6 是弧形浅凹槽，7是径向辐射状凹槽。
具体实施方式
实施例1 如图所示，一种金刚石/硬质合金复合片由金刚石层1和硬质合金衬底2在超高压高温条件下烧结而成。两层之间的结合界面中心有个圆柱形凸台3，其直径为1. 2mm,高度为1. 2mm ；圆柱形凸台3的顶面中心有1个浅圆坑4，其直径为0. 8mm，深度为 0. 5mm。环绕着圆柱形凸台3设有2圈弧形齿5，内圈弧形齿5有7个，由7条径向辐射状凹槽7分割而成，外圈弧形齿5有14个，有14条径向辐射状凹槽7分割而成，在内、外圈弧形齿顶面具有弧形浅凹槽6 ；弧形齿5的宽度为1. 2mm,高度为1. 2mm ；弧形浅凹槽6的宽度为 0. 8mm，深度为0. 5mm ；径向辐射状凹槽7的宽度为1mm，深度为1. 2mm。实施例2 如实施例1所述之金刚石/硬质合金复合片(图)，金刚石层1和硬质合金衬底2之间的结合界面的几何形状包括圆柱形凸台3、浅圆坑4、弧形齿5、弧形浅凹槽 6、径向辐射状凹槽7的数量与尺寸除弧形浅凹槽6的宽度为0. 6mm，深度为0. 3mm与实施例 1不同外，其余都相同。
权利要求1.一种金刚石/硬质合金复合片，它是由金刚石层(1)与硬质合金衬底( 在超高压高温条件下烧结而成，其特征在于所述的金刚石层(1)与硬质合金衬底( 之间的结合界面是由1个位于中心的圆柱形凸台(3)及环绕着圆柱形凸台(3)的1圈以上的弧形齿(5) 所构成。
2.根据权利要求1所述之金刚石/硬质合金复合片，其特征在于所述的圆柱形凸台 ⑶的顶面中心有1个浅圆坑⑷。
3.根据权利要求1所述之金刚石/硬质合金复合片，其特征在于所述的弧形齿(5)的顶面有弧形浅凹槽(6)。
4.根据权利要求1或3所述之金刚石/硬质合金复合片，其特征在于所述的弧形齿 (5)是由4条以上的径向辐射状凹槽(7)分割而成。
专利摘要本实用新型金刚石/硬质合金复合片，它是由金刚石层(1)与硬质合金衬底(2)在超高压高温条件下烧结而成，适合用作石油钻头上的钻齿，其特征在于金刚石层(1)与硬质合金的结合界面的中心有1个圆柱形凸台(3)，圆柱形凸台(3)的顶面中心有一个浅圆坑(4)，环绕着圆柱形凸台(3)设置有1圈以上的弧形齿(5)，在弧形齿(5)的顶面有弧形浅凹槽(6)，弧形齿(5)是被4条以上径向辐射状凹槽(7)分割而成。上述这种独特的界面形状设计不仅可增加金刚石层与硬质合金衬底的接触面积，降低界面的残余应力，有效提高两层材料之间的结合强度与抗冲性能，而且把复合片作为钻齿焊接到石油钻头上时无需选择方向，给钻头制造带来了极大的方便。
文档编号E21B10/46GK202117568SQ20112019226
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月9日 优先权日2011年6月9日
发明者赵云良 申请人:李昆扬, 赵云良, 赵爽之