一种高温高压一次烧结成型的聚晶金刚石钻头的制作方法

1.本实用新型涉及超硬材料技术领域，具体涉及一种高温高压一次烧结成型的聚晶金刚石钻头。


背景技术：

2.将硬质合金与金刚石形成的复合材料为聚晶金刚石（简称为pcd）。pcd既具有金刚石的硬度及耐磨性，又具有硬质合金的强度、抗冲击韧性与良好的可焊接性，是一种卓越的切削工具材料，现已广泛应用于石油、煤炭、地质钻探、机械加工等传统领域。
3.新型材料:如高温合金、石墨、宝石、玻璃陶瓷、碳纤维复合材料等难加工材料需要pcd材料进行加工，尤其是碳纤维复合材料具有比强度高、比模量高和耐腐蚀等优点，在国防军工、航空航天、新能源和轨道交通等领域中得到广泛的应用，随着中国国防军工新技术的不断突破，大飞机和一系列新型战机的研制成功，碳纤维复合材料的用量急剧上升。传统加工材料如硬质合金越来越难以胜任。另外，随着3c行业对高效、高精密、低成本加工技术的需要，pcd也将发挥越来越大的作用。
4.pcd材料一方面因其高硬度、高耐磨性能使其成为理想的切削材料。另一方面使其自身加工变得极其困难。尤其超精密刀具、钻头复杂形状的加工更是效率低，工序复杂、成品率低。针对上述问题，本专利提供一种新型结构的聚晶金刚石，采用高温高压一次成型，后续经过简单加工可满足各种形状刀具材料的需求。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供一种高温高压一次烧结成型的聚晶金刚石钻头，本实用新型的聚晶金刚石钻头采用高温高压法直接将硬质合金基体与金刚石微粉一次烧结成型。硬质合金基体的形状与所需聚晶金刚石形状相互嵌套。硬质合金基体的形状可直接压制烧结成型，也可采用棒状材料加工成型。复合后的棒材经过外圆，复合表面简单加工即可使用。其中，因硬质合金和聚晶金刚石之间耐磨性的差异，硬质合金基体先磨损，聚晶金刚石层后磨损，可达到常规pcd钻头同样效果。同时由于硬质合金的保护作用，显著提高pcd钻头的抗冲击韧性。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种高温高压一次烧结成型的聚晶金刚石钻头，包括聚晶金刚石和硬质合金基体，所述硬质合金基体开设有配合槽，聚晶金刚石设置在配合槽内。
7.进一步地，所述的聚晶金刚石钻头的形状为常规钻头、微型钻头或立铣刀。
8.进一步地，硬质合金基体形状与聚晶金刚石形状相互嵌套，聚晶金刚石钻头的形状为直接压制烧结成型或采用棒状材料加工成型。
9.进一步地，所述聚晶金刚石钻头表面为球形。
10.进一步地，所述聚晶金刚石钻头表面为梯形。
11.进一步地，所述聚晶金刚石钻头表面为锥形。
12.进一步地，所述聚晶金刚石钻头的锥形横截面角度为120
°
。
13.本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：
14.（1）本实用新型中聚晶金刚石钻头的pcd形状可以是常规钻头、微型钻头、立铣刀等加工工具的各种复杂形状。硬质合金基体形状与pcd形状相互嵌套，采用高温高压法一次烧结成型，复合后的棒材经过外圆，复合表面简单加工即可使用，加工高效，可满足各种形状复杂加工工具需求。
15.（2）本实用新型pcd钻头由于硬质合金的保护作用，较常规pcd钻头显著提高其抗冲击韧性。
附图说明
16.图1为本实用新型高温高压一次烧结成型的聚晶金刚石钻头的立体图；
17.图2为本实用新型高温高压一次烧结成型的聚晶金刚石钻头的装配图；
18.图3为本实用新型高温高压一次烧结成型的聚晶金刚石钻头的复合前的组装示意图；
19.图4为本实用新型高温高压一次烧结成型的聚晶金刚石钻头的复合前的剖视图。
20.1、硬质合金基体；2、聚晶金刚石。
具体实施方式
21.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图1-4，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.如图1-4所示：一种高温高压一次烧结成型的聚晶金刚石钻头，包括聚晶金刚石2和硬质合金基体1，硬质合金基体1开设有配合槽，聚晶金刚石2设置在配合槽内，聚晶金刚石钻头是通过金刚石粉末与硬质合金基体1在高温高压下一次烧结而成，温度可达到1000-3000℃，压强达3.0-20gpa，在本实施例中，一次烧结条件为1600℃和9gpa。
23.如图2所示，聚晶金刚石复合片直径为：8mm，高度14mm，聚晶金刚石与硬质合金基体相互嵌套，钻头形状为锥形，其夹角为120
°
，顶尖圆弧过度为r=1mm,实际加工寿命提升50%以上。
24.本实用新型的工作方法（或工作原理）：
25.聚晶金刚石2与硬质合金基体1复合后，经表面加工后即可使用，其中，因硬质合金和聚晶金刚石之间耐磨性的差异，硬质合金基体先磨损，聚晶金刚石层后磨损，可达到常规聚晶金刚石钻头同样效果。同时由于硬质合金的保护作用，显著提高聚晶金刚石钻头的抗冲击韧性
26.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
27.以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。


技术特征：
1.一种高温高压一次烧结成型的聚晶金刚石钻头，其特征在于：包括聚晶金刚石（2）和硬质合金基体（1），所述硬质合金基体（1）开设有配合槽，聚晶金刚石（2）设置在配合槽内；聚晶金刚石钻头的形状为常规钻头、微型钻头或立铣刀；硬质合金基体（1）形状与聚晶金刚石（2）形状相互嵌套，聚晶金刚石钻头的形状为直接压制烧结成型或采用棒状材料加工成型。2.如权利要求1所述的高温高压一次烧结成型的聚晶金刚石钻头，其特征在于：所述聚晶金刚石钻头表面为球形。3.如权利要求1所述的高温高压一次烧结成型的聚晶金刚石钻头，其特征在于：所述聚晶金刚石钻头表面为梯形。4.如权利要求1所述的高温高压一次烧结成型的聚晶金刚石钻头，其特征在于：所述聚晶金刚石钻头表面为锥形。5.如权利要求4所述的高温高压一次烧结成型的聚晶金刚石钻头，其特征在于：所述聚晶金刚石钻头的锥形横截面角度为120
°
。

技术总结
本实用新型提供一种高温高压一次烧结成型的聚晶金刚石钻头，属于超硬材料技术领域，包括聚晶金刚石和硬质合金基体，聚晶金刚石钻头是通过金刚石粉末添加结合剂或者不添加结合剂与硬质合金基体一次烧结而成；本实用新型中聚晶金刚石钻头的PCD形状可以是常规钻头、微型钻头、立铣刀等加工工具的各种复杂形状。硬质合金基体形状与PCD形状相互嵌套，采用高温高压法一次烧结成型，复合后的棒材经过外圆，复合表面简单加工即可使用，加工高效，可满足各种形状复杂加工工具需求；本实用新型PCD钻头由于硬质合金的保护作用，较常规PCD钻头显著提高其抗冲击韧性。显著提高其抗冲击韧性。显著提高其抗冲击韧性。


技术研发人员：万海啸 李新峰 荆留杰
受保护的技术使用者：河南景链新材料有限公司
技术研发日：2022.02.08
技术公布日：2022/8/30