一种聚晶金刚石复合片及其基体的制作方法

本实用新型涉及钻探设备技术领域，更具体地说，涉及一种聚晶金刚石复合片基体，还涉及一种聚晶金刚石复合片。

背景技术：

金刚石复合片是采用金刚石微粉与硬质合金基体在超高压高温条件下烧结而成，既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，是制造切削刀具、钻井钻头及其他耐磨工具的理想材料。

钻采类金刚石复合片适用于软到中硬地质钻井，具有较高的抗冲击韧性和热稳定性，耐热温度可达750℃，此类产品备有平面及多种槽面结合型，并可根据具体需要设计槽型、研磨、抛光、倒角等，可提供特殊形状的产品。

通常在复合片工作时，外圆圆周是磨削点。在设计复合片基体时复合界面结构沿外圆圆周均匀分布，其目的是生产出的复合片性能也是沿外圆圆周均匀分布。

然而该本身还存在一定设计上的问题，具体体现在常用的复合片由于磨损位置偏向基体的其中一侧，因此使用时表面金刚石聚晶层磨损并不均匀，并且常见的基体与聚晶层之间的结合受限于基体本身顶部界面结构，而常见的基体结构容易出现抗冲击强度低、磨耗不稳定的情况。

综上所述，如何有效地解决聚晶金刚石复合片其基体与聚晶层结合抗冲击强度不足、磨耗过高等的技术问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的第一个目的在于提供一种聚晶金刚石复合片基体，该聚晶金刚石复合片基体的结构设计可以有效地解决聚晶金刚石复合片其基体与聚晶层结合抗冲击强度不足、磨耗过高的技术问题，本实用新型的第二个目的是提供一种包括上述聚晶金刚石复合片基体的聚晶金刚石复合片。

为了达到上述第一个目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种聚晶金刚石复合片基体，包括用于与聚晶金刚石结合的顶部界面，所述顶部界面相对的两侧均设置有向下倾斜的曲面，所述曲面的倾斜角度与复合片的工作倾角一致。

优选的，上述聚晶金刚石复合片基体中，所述曲面的轮廓呈双曲线型，该双曲线的渐近线角度与复合片的工作倾角一致。

优选的，上述聚晶金刚石复合片基体中，所述顶部界面的两侧曲面之间，还设置有平行于所述曲面方向的多个沟槽结构。

优选的，上述聚晶金刚石复合片基体中，所述沟槽结构呈正弦波浪曲面状。

本实用新型提供的聚晶金刚石复合片基体，包括用于与聚晶金刚石结合的顶部界面，所述顶部界面相对的两侧均设置有向下倾斜的曲面，所述曲面的倾斜角度与复合片的工作倾角一致。这种复合片基体设计优化了复合片在正常使用时大量磨损位置的表面设计，在顶部界面的两侧边缘设置向下倾斜的曲面，并且该曲面的倾斜角度与复合片的倾角一致，从而能够保证在该位置基体表面聚晶层的分布能够更加适应复合片的磨销工作情况，从而令复合片工作面的磨损与其上金刚砂聚晶层的分布相一致，以此确保基体顶部界面总是能够平行于磨损工作面，保持了基体表面的聚晶层稳定磨损均匀，并且由于磨损面与基地结构向一致，磨损过程受力均匀也相当于提升了聚晶层的抗冲击强度。综上所述，本实用习性提供的聚晶金刚石复合片基体有效地解决了聚晶金刚石复合片其基体与聚晶层结合抗冲击强度不足、磨耗过高等的技术问题。

为了达到上述第二个目的，本实用新型还提供了一种聚晶金刚石复合片，该聚晶金刚石复合片包括上述任一种聚晶金刚石复合片基体，还包括与所述聚晶金刚石复合片基体顶部界面配合的聚晶金刚石层。由于上述的聚晶金刚石复合片基体具有上述技术效果，具有该聚晶金刚石复合片基体的聚晶金刚石复合片也应具有相应的技术效果。

优选的，上述聚晶金刚石复合片中，所述聚晶金刚石层与所述聚晶金刚石复合片基体共同构成圆柱状构件，所述聚晶金刚石层顶面与聚晶金刚石复合片基体的顶部界面最低点之间的高度差为6mm-9mm，包括端点值。

优选的，上述聚晶金刚石复合片中，所述聚晶金刚石层的轴向与所述顶部界面的曲面渐近线之间的夹角为60°-75°，包括端点值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的聚晶金刚石复合片基体的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的聚晶金刚石复合片基体的侧视结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的聚晶金刚石复合片基体的截面结构示意图。

附图中标记如下：

顶部界面1、沟槽结构2、曲面3。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种聚晶金刚石复合片基体，以解决聚晶金刚石复合片其基体与聚晶层结合抗冲击强度不足、磨耗过高等的技术问题。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-图3，图1为本实用新型实施例提供的聚晶金刚石复合片基体的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的聚晶金刚石复合片基体的侧视结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的聚晶金刚石复合片基体的截面结构示意图。

本实用新型的实施例提供的聚晶金刚石复合片基体，包括用于与聚晶金刚石结合的顶部界面1，顶部界面1相对的两侧均设置有向下倾斜的曲面3，曲面3的倾斜角度与复合片的工作倾角一致。其中基体一般采用硬质合金，顶部配合聚晶金刚石层构成完整的复合片。

这种复合片基体设计优化了复合片在正常使用时大量磨损位置的表面设计，在顶部界面1的两侧边缘设置向下倾斜的曲面3，并且该曲面3的倾斜角度与复合片的倾角一致，从而能够保证在该位置基体表面聚晶层的分布能够更加适应复合片的磨销工作情况，从而令复合片工作面的磨损与其上金刚砂聚晶层的分布相一致，以此确保基体顶部界面1总是能够平行于磨损工作面，保持了基体表面的聚晶层稳定磨损均匀，并且由于磨损面与基地结构向一致，磨损过程受力均匀也相当于提升了聚晶层的抗冲击强度，有效地解决了聚晶金刚石复合片其基体与聚晶层结合抗冲击强度不足、磨耗过高等的技术问题。

为进一步优化上述实施例的聚晶金刚石复合片基体中曲面3的具体结构设计，曲面3的轮廓呈双曲线型，该双曲线的渐近线角度与复合片的工作倾角一致，此处曲面3的轮廓是指从基体设置有曲面3的一侧向曲面3观察，可获得双曲线形的轮廓线，该设计保证了曲面3能够呈现具有适当弧度的向磨损面贴近的形状，保证其磨损受力时基体对表层的聚晶层提供均匀的支撑力。

在此基础上优选的设计是令曲面3位置的斜坡面下沉距离大于中部的沟槽结构2，保证在该斜坡面位置的基体表层具有附着更厚的聚晶层的结构基础，令磨损平面位置的基体更加耐磨。

硬质合金基体的界面结构在外圆圆周上不是均匀分布的，这样的设计只对局部工作点做加强就可以达到提高复合片性能的目的，比对整个复合片做加强更容易，成本也更低；本设计也相当于在曲面3处增加聚晶复合层厚度，可以使曲面3斜坡对应处的聚晶金刚石的高度增加很多，以该点作为磨削点，可以有效提高耐磨性；基体两侧曲面3轮廓为双曲线曲面3，与聚晶复合层有足够的结合强度和支撑能力。双曲面3结构可有效改善高温高压合成过程中的应力分布，从而达到以上目的；双曲线的渐近线角度和复合片径向磨削角度一致，和轴向冲击方向垂直，这样的角度可以有效提高抗冲击能力。

在上述实施例对曲面3进一步优化的基础上，该聚晶金刚石复合片基体可在顶部界面1的两侧曲面3之间，设置有平行于曲面3方向的多个沟槽结构2，其中优选的设计是令沟槽结构2呈正弦波浪曲面3状。沟槽结构2的方向和曲面3斜坡方向相平行，提高界面结合强度和分散工作应力。采用正弦轮廓界面的设计为对上述效果的进一步强化，并且能够令沟槽和双曲线斜坡面之间过渡平缓，有效分散内部应力。

基于上述实施例中提供的聚晶金刚石复合片基体，本实用新型还提供了一种聚晶金刚石复合片，该聚晶金刚石复合片包括上述实施例中任意一种聚晶金刚石复合片基体，还包括与所述聚晶金刚石复合片基体顶部界面1配合的聚晶金刚石层。由于该聚晶金刚石复合片采用了上述实施例中的聚晶金刚石复合片基体，所以该聚晶金刚石复合片的有益效果请参考上述实施例。

上述聚晶金刚石复合片中，聚晶金刚石层与聚晶金刚石复合片基体共同构成圆柱状构件，聚晶金刚石层顶面与聚晶金刚石复合片基体的顶部界面最低点之间的高度差为6mm-9mm，包括端点值。

此高度差设计高于工作时聚晶金刚石聚晶层实际的磨损高度，在整个磨削过程中，只有聚晶金刚石参与磨损。聚晶金刚石磨削热小，导热性能好，不会积累磨削热，会有更好的热稳定性。

在此基础上进一步的聚晶金刚石层的轴向与顶部界面的曲面渐近线之间的夹角为60°-75°，包括端点值。复合片整体在焊接到钻探设备的钻头上时，焊接角度与钻头轴向成15°-30°的角度，也就是说复合片在钻井过程中切削角度为15°-30°，因此设计加曲面渐近线(渐进面)与聚晶金刚石聚晶层上表面的夹角在60°-75°之间时，总是能够保证磨销平面与下方的基体界面基本平行，通过调整承受冲击的角度，极大程度的提高抗冲击性能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。