一种石油钻头用金刚石硬质合金复合片的制作方法

本实用新型涉及超硬材料制造领域，具体涉及一种石油钻头用金刚石硬质合金复合片。

背景技术：

目前，传统的石油钻头用金刚石复合片基体与金刚石层主要采用两种界面结合形式：一种是采用平面结合，即金刚石复合片用硬质合金基体呈圆柱形状，与金刚石层呈平面结合；另一种是复杂型面结合，即金刚石复合片用硬质合金基体的端面被设计成各种槽型，与金刚石层呈非平面结合。

金刚石复合片是通过硬质合金衬底中的钴及金刚石微粉中添加的结合剂共同扫越金刚石层，加上相邻金刚石颗粒的碳原子在1600℃、7GPa以上压力状态下形成的共价键，从而形成复合型的超硬材料烧结体。

金刚石复合片在烧结过程中，反映在宏观上必然是金刚石层密度的增加，体积缩小，由于体积缩小产生收缩应力。在停热固化过程中，硬质合金基体与金刚石层热膨胀系数的差异而引起的热应力和收缩不一的内应力。

金刚石层及界面应力的存在引起界面产生缺陷，削弱界面的粘附力，使结合强度下降，表现在金刚石层在使用过程中的非正常破损，严重影响产品的使用寿命。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是目前的金刚石层在使用过程中非正常破损，影响产品的使用寿命，提供一种改善金刚石层及界面应力，提高金刚石复合片产品使用寿命的石油钻头用金刚石硬质合金复合片。

为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案：一种石油钻头用金刚石硬质合金复合片，包括金刚石层和硬质合金衬底，硬质合金衬底设有圆柱形凸台，圆柱形凸台上均匀分布有若干个正六边形凸台，正六边形凸台的中心设有凹槽，相邻正六边形凸台之间设有沟槽，沟槽围绕正六边形凸台均匀分布；硬质合金衬底上的圆柱形凸台预埋设置在金刚石层中，圆柱形凸台上面的正六边形凸台、凹槽、沟槽均与金刚石层啮合。

所述圆柱形凸台的直径比硬质合金衬底的直径小1-3mm，圆柱形凸台的高度为0.5-2mm, 圆柱形凸台中心高、边缘低，圆柱形凸台上表面与水平面夹角为0-5°。

所述正六边形凸台的边长为1.5-5mm,高度为0.5-2mm，正六边形凸台围绕圆柱形凸台的中心均匀分布，正六边形凸台分布排列1-3周。

所述正六边形凸台中心的凹槽为多边形凹槽或圆形凹槽，所述多边形正六边形凹槽，凹槽的深度为0.5-2mm，凹槽底部通过圆弧过渡。

所述沟槽的宽度为0.5-1.5mm、深度为1-2mm，沟槽的横截面形状为矩形、倒梯形或倒三角形，沟槽槽底为弧面。

采用上述结构的本实用新型通过改变金刚石与硬质合金结合面槽型来改善金刚石复合片产品内部的应力分布达到提高产品抗冲击性及质量稳定性的目的，经过样品试验和模拟试验表明：本实用新型比同类产品的平均抗冲击强度提高5%以上，样品的质量稳定性有明显提高。

附图说明

图1为本实用新型剖视结构示意图；

图2为本实用新型硬质合金衬底俯视结构示意图。

图号说明：1金刚石层、2硬质合金衬底、3圆柱形凸台、4正六边形凸台、5凹槽、6沟槽。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型包括金刚石层1和硬质合金衬底2，硬质合金衬底2设有圆柱形凸台3，圆柱形凸台3上均匀分布有若干个正六边形凸台4，正六边形凸台4的中心设有凹槽5，相邻正六边形凸台4之间设有沟槽6，相邻正六边形凸台4之间由沟槽6分隔，沟槽6围绕正六边形凸台4均匀分布；硬质合金衬底2上的圆柱形凸台3预埋设置在金刚石层1中，圆柱形凸台3上面的正六边形凸台4、凹槽5、沟槽6均与金刚石层1啮合，大大增加了金刚石层1和硬质合金衬底2的接触面积，有效降低了残余应力，提高了复合片的物理机械性能。本实用新型金刚石层1与硬质合金衬底2在超高压高温下烧结而成。

所述圆柱形凸台3的直径比硬质合金衬底2的直径小1-3mm，圆柱形凸台3的高度为0.5-2mm, 圆柱形凸台3中心高、边缘低，圆柱形凸台3上表面与水平面夹角为0-5°。本实用新型圆柱形凸台3的直径比衬底2的直径小2.5mm，圆柱形凸台3高度为1.2mm。

所述正六边形凸台4的边长为1.5-5mm,高度为0.5-2mm，正六边形凸台4围绕圆柱形凸台3的中心均匀分布，正六边形凸台4分布排列1-3周，根据圆柱形凸台3和正六边形凸台4的尺寸而定。本实用新型正六边形凸台4的边长2.3mm，高1.2mm。

所述正六边形凸台4中心的凹槽5为多边形凹槽或圆形凹槽，所述多边形正六边形凹槽，凹槽5的深度为0.5-2mm，凹槽5底部通过圆弧过渡。本实用新型凹槽为正六边形凹槽，正六边形凹槽边长0.85mm，深0.7mm。

所述沟槽6的宽度为0.5-1.5mm、深度为1-2mm，沟槽6的横截面形状为矩形、倒梯形或倒三角形，沟槽6槽底为弧面，槽底为0.5-1.5mm的圆弧。本实用新型沟槽6横截面为梯形，梯形沟槽6的槽顶宽1mm、槽底宽0.8mm、槽深0.8mm；相邻面有0.3-0.5mm的过渡圆弧。

所述圆柱形凸台3、正六边形凸台4、凹槽5、沟槽6在高度方向应有5-10度的拔模角度，相邻表面有0.3-0.5mm的过渡圆弧。