专利名称：钻探用方形聚晶金刚石的加工方法
技术领域：
本发明涉及一种聚晶金刚石的加工方法，特别是涉及一种钻探用方形聚晶金刚石 的加工方法。
背景技术：
金刚石聚晶PCD (Polycrystalline diamond)是用细颗粒金刚石单晶在高温高 压下烧结而成的，该产品具有很好的耐磨性、热稳定性、抗压强度和抗冲击韧性，广泛用于 地质勘探、石油开采、天然宝石加工业和机械加工修整工具等领域。目前分人造金刚石聚晶 PCD和人造金刚石聚晶TSP两种。主要形状有三角形、正方形、长方形、圆柱形、两端圆弧形， 其产品的多样化适用于各种钻探工具与地质要求。目前，被广泛用于钻探方面的聚晶金刚石大多是圆柱形，为了满足市场的广大要 求，经过本领域技术人员的不断改进，发明了较多形状的钻探用聚晶金刚石。但是，利用现 有合成聚晶金刚石的技术，很难加工成多种形状的聚晶金刚石。即使能够生产出各种形状， 其合格率较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种钻探用方形聚晶金刚石的加工方法。通过本 发明加工方法制备的钻探用方形聚晶金刚石具有较好的热稳定性及较高的抗冲击强度和 更好的耐磨性。为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是
本发明提供一种钻探用方形聚晶金刚石的加工方法，所述加工方法包括以下步骤
a、原料组成以重量百分含量表示，所采用的原料组成为金刚石粉78 82%，硅Si 4 6%和镍Ni 14 16% ；
b、按照步骤a所述的原料组成称取原料金刚石粉、硅和镍，混合均勻后另外加入占原 料总量0. 28 0. 32%的催化剂，将其混合后的原料和催化剂装入方形碳合成模型中，然后 将装有原料和催化剂的碳合成模型放入真空炉内保持118 122分钟；所述真空炉内真空 度为 0. 0009 0. 0012Pa，温度为 600 800°C ；
c、将步骤b抽真空加热后得到的半成品放入金刚石六面顶压力机中进行高温高压合 成，高温高压合成过程中控制六面顶压力机的电流为1795 1805A，加热时间为68 72s， 压力为3. 8 4. 2万公斤，保压时间为85 95s ；
d、高温高压合成后进行卸压，卸压后得到本发明产品方形聚晶金刚石TSP。根据上面所述的钻探用方形聚晶金刚石的加工方法，金刚石粒径40微米用W40表 示，金刚石粒径20微米用W20表示，金刚石粒径5 7微米用W5 7表示；步骤a中所述 原料金刚石粉是由W40、W20和W5 7三种金刚石粉组成，其中W40、W20和W5 7三者在 原料金刚石粉组成中所占的重量百分含量分别为30%、50%和20%。根据上面所述的钻探用方形聚晶金刚石的加工方法，步骤b中所述催化剂为硼。
根据上面所述的钻探用方形聚晶金刚石的加工方法，步骤c中高温高压合成过程 中控制六面顶压力机的电流为1800A，加热时间为70s，压力为4.0万公斤，保压时间为90s。根据上面所述的钻探用方形聚晶金刚石的加工方法，步骤d中所述得到本发明产 品方形聚晶金刚石TSP的长*宽*高的规格为1. 5*1. 5*12mm。本发明的积极有益效果
1、利用本发明技术方案制备而成的方形聚晶金刚石，具有较好的热稳定性及较高 的抗冲击强度和更好的耐磨性；并且产品的合格率较高，其产品合格率高达90%以上。2、利用本发明技术方案能够加工成方形聚晶金刚石，本发明产品能够用于复杂的 底层钻井。本发明产品用于钻探时能够大大提高产品的磨耗比，并且解决了钻探中设备单 一的问题。本发明加工成的方形聚晶金刚石主用用于石油钻头，具有显著的经济效益。具体实施例方式
以下实施例仅为了进一步说明本发明，并不限制本发明的内容。实施例1
本发明钻探用方形聚晶金刚石的加工方法，所述加工方法的详细步骤如下
a、原料组成以重量百分含量表示，所采用的原料组成为金刚石粉80%，硅Si5%和镍 Ni 15% ；
80%的原料金刚石粉是由W40、W20和W5 7三种金刚石粉组成，其中W40、W20和W5 7三者在原料金刚石粉组成中所占的重量百分含量分别为30%、50%和20% ；
b、按照步骤a所述的原料组成称取原料金刚石粉、硅和镍，混合均勻后另外加入占 原料总量0. 30%的催化剂硼，将其混合后的原料和催化剂硼装入方形碳合成模型中，然后 将装有原料和催化剂的碳合成模型放入真空炉内保持120分钟；所述真空炉内真空度为
0.OOlPa，温度为 7000C ；
C、将步骤b抽真空加热后得到的半成品放入金刚石六面顶压力机中进行高温高压合 成，高温高压合成过程中控制六面顶压力机的电流为1800A，加热时间为70s，压力为4.0万 公斤，保压时间为90s;
d、高温高压合成后进行卸压，卸压后得到本发明产品方形聚晶金刚石TSP。经过上述加工方法，得到本发明产品方形聚晶金刚石TSP的长*宽*高的规格为
1.5*1. 5*12mm。实施例2:
本发明钻探用方形聚晶金刚石的加工方法，所述加工方法的详细步骤如下
a、原料组成以重量百分含量表示，所采用的原料组成为金刚石粉78%，硅Si6%和镍 Ni 16% ；
78%的原料金刚石粉是由W40、W20和W5 7三种金刚石粉组成，其中W40、W20和W5 7三者在原料金刚石粉组成中所占的重量百分含量分别为30%、50%和20% ；
b、按照步骤a所述的原料组成称取原料金刚石粉、硅和镍，混合均勻后另外加入占 原料总量0. 28%的催化剂硼，将其混合后的原料和催化剂硼装入方形碳合成模型中，然后 将装有原料和催化剂的碳合成模型放入真空炉内保持122分钟；所述真空炉内真空度为 0. 0009Pa，温度为 8000C ；
C、将步骤b抽真空加热后得到的半成品放入金刚石六面顶压力机中进行高温高压合成，高温高压合成过程中控制六面顶压力机的电流为1805々，加热时间为688，压力为3.8万 公斤，保压时间为95s;
d、高温高压合成后进行卸压，卸压后得到本发明产品方形聚晶金刚石TSP。经过上述加工方法，得到本发明产品方形聚晶金刚石TSP的长*宽*高的规格为 1. 5*1. 5*12mm。实施例3:
本发明钻探用方形聚晶金刚石的加工方法，所述加工方法的详细步骤如下
a、原料组成以重量百分含量表示，所采用的原料组成为金刚石粉82%，硅Si4%和镍 Ni 14% ；
82%的原料金刚石粉是由W40、W20和W5 7三种金刚石粉组成，其中W40、W20和W5 7三者在原料金刚石粉组成中所占的重量百分含量分别为30%、50%和20% ；
b、按照步骤a所述的原料组成称取原料金刚石粉、硅和镍，混合均勻后另外加入占 原料总量0. 32%的催化剂硼，将其混合后的原料和催化剂硼装入方形碳合成模型中，然后 将装有原料和催化剂的碳合成模型放入真空炉内保持118分钟；所述真空炉内真空度为
0.0012Pa，温度为 600°C ；
C、将步骤b抽真空加热后得到的半成品放入金刚石六面顶压力机中进行高温高压合 成，高温高压合成过程中控制六面顶压力机的电流为1795A，加热时间为72s，压力为4. 2万 公斤，保压时间为85s;
d、高温高压合成后进行卸压，卸压后得到本发明产品方形聚晶金刚石TSP。经过上述加工方法，得到本发明产品方形聚晶金刚石TSP的长*宽*高的规格为
1.5*1. 5*12mm。实施例4:
本发明钻探用方形聚晶金刚石的加工方法，所述加工方法的详细步骤如下
a、原料组成以重量百分含量表示，所采用的原料组成为金刚石粉79%，硅Si6%和镍 Ni 15% ；
79%的原料金刚石粉是由W40、W20和W5 7三种金刚石粉组成，其中W40、W20和W5 7三者在原料金刚石粉组成中所占的重量百分含量分别为30%、50%和20% ；
b、按照步骤a所述的原料组成称取原料金刚石粉、硅和镍，混合均勻后另外加入占 原料总量0. 29%的催化剂硼，将其混合后的原料和催化剂硼装入方形碳合成模型中，然后 将装有原料和催化剂的碳合成模型放入真空炉内保持121分钟；所述真空炉内真空度为
0.0009Pa，温度为 650°C ；
C、将步骤b抽真空加热后得到的半成品放入金刚石六面顶压力机中进行高温高压合 成，高温高压合成过程中控制六面顶压力机的电流为1802々，加热时间为698，压力为3.9万 公斤，保压时间为92s;
d、高温高压合成后进行卸压，卸压后得到本发明产品方形聚晶金刚石TSP。经过上述加工方法，得到本发明产品方形聚晶金刚石TSP的长*宽*高的规格为
1.5*1. 5*12mm。实施例5:
本发明钻探用方形聚晶金刚石的加工方法，所述加工方法的详细步骤如下a、原料组成以重量百分含量表示，所采用的原料组成为金刚石粉81%，硅Si4%和镍 Ni 15% ；
81%的原料金刚石粉是由W40、W20和W5 7三种金刚石粉组成，其中W40、W20和W5 7三者在原料金刚石粉组成中所占的重量百分含量分别为30%、50%和20% ；
b、按照步骤a所述的原料组成称取原料金刚石粉、硅和镍，混合均勻后另外加入占 原料总量0. 31%的催化剂硼，将其混合后的原料和催化剂硼装入方形碳合成模型中，然后 将装有原料和催化剂的碳合成模型放入真空炉内保持119分钟；所述真空炉内真空度为
0.0012Pa，温度为 7500C ；
C、将步骤b抽真空加热后得到的半成品放入金刚石六面顶压力机中进行高温高压合 成，高温高压合成过程中控制六面顶压力机的电流为1798A，加热时间为71s，压力为4. 1万 公斤，保压时间为89s;
d、高温高压合成后进行卸压，卸压后得到本发明产品方形聚晶金刚石TSP。
经过上述加工方法，得到本发明产品方形聚晶金刚石TSP的长*宽*高的规格为
1.5*1. 5*12mm。
权利要求
一种钻探用方形聚晶金刚石的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括以下步骤a、原料组成以重量百分含量表示，所采用的原料组成为金刚石粉78～82%，硅Si 4～6%和镍Ni 14～16%；b、按照步骤a所述的原料组成称取原料金刚石粉、硅和镍，混合均匀后另外加入占原料总量0.28～0.32%的催化剂，将其混合后的原料和催化剂装入方形碳合成模型中，然后将装有原料和催化剂的碳合成模型放入真空炉内保持118～122分钟；所述真空炉内真空度为0.0009～0.0012Pa，温度为600～800℃；c、将步骤b抽真空加热后得到的半成品放入金刚石六面顶压力机中进行高温高压合成，高温高压合成过程中控制六面顶压力机的电流为1795～1805A，加热时间为68～72s，压力为3.8～4.2万公斤，保压时间为85～95s；d、高温高压合成后进行卸压，卸压后得到本发明产品方形聚晶金刚石TSP。
2.根据权利要求1所述的钻探用方形聚晶金刚石的加工方法，其特征在于金刚石粒 径40微米用W40表示，金刚石粒径20微米用W20表示，金刚石粒径5 7微米用W5 7表 示；步骤a中所述原料金刚石粉是由W40、W20和W5 7三种金刚石粉组成，其中W40、W20 和W5 7三者在原料金刚石粉组成中所占的重量百分含量分别为30%、50%和20%。
3.根据权利要求1所述的钻探用方形聚晶金刚石的加工方法，其特征在于步骤b中 所述催化剂为硼。
4.根据权利要求1所述的钻探用方形聚晶金刚石的加工方法，其特征在于步骤c中 高温高压合成过程中控制六面顶压力机的电流为1800A，加热时间为70s，压力为4.0万公 斤，保压时间为90s。
5.根据权利要求1所述的钻探用方形聚晶金刚石的加工方法，其特征在于步骤d中 所述得到本发明产品方形聚晶金刚石TSP的长*宽*高的规格为1. 5*1. 5*12mm。
全文摘要
本发明公开了一种钻探用方形聚晶金刚石的加工方法。本发明加工方法是以金刚石粉、硅和金属镍为基本原料，另外加入一定量的硼，然后将其原料金刚石粉、硅、镍和硼混合后加入碳合成模中，将其合成模放入真空炉内先进行真空加热，将真空加热后的半成品放入金刚石六面顶压力机中进行高温高压合成，高温高压合成后进行卸压，卸压后即可得到本发明产品钻探用方形聚晶金刚石TSP。利用本发明技术方案制备成的聚晶金刚石TSP，具有较好的热稳定性及较高的抗冲击强度和更好的耐磨性，能够满足用于复杂的底层钻井；并且产品的合格率较高，其产品合格率高达90%以上。
文档编号B01J3/06GK101954260SQ20101052402
公开日2011年1月26日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者刘小选, 苏振岭 申请人:郑州三和金刚石有限公司