本發(fā)明涉及一種金剛石—硬質(zhì)合金復(fù)合片（簡稱金剛石復(fù)合片或PDC），屬于超硬材料制造領(lǐng)域。特別是金剛石復(fù)合片鉆頭鉆齒。

背景技術(shù)：

金剛石-硬質(zhì)合金復(fù)合片（簡稱金剛石復(fù)合片或PDC）是將混有一定比例燒結(jié)助劑的金剛石微粉與硬質(zhì)合金基體進行組裝后，采用專用壓機在4-6GPa，1400-1600℃的超高壓高溫條件下燒結(jié)制得。PDC由聚晶金剛石層和硬質(zhì)合金基體兩部分構(gòu)成，綜合了聚晶金剛石層的高耐磨性和硬質(zhì)合金基體良好的韌性和可焊性。使其在石油鉆探、地質(zhì)鉆探及煤田開采等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。一種好的聚晶金剛石復(fù)合片的性能指標主要包括：具有很高的耐磨性、很好的抗沖韌性及良好的耐熱性。在PDC生產(chǎn)中，通常將一定粒度配比的金剛石微粉與燒結(jié)助劑混合后，經(jīng)超高壓高溫燒結(jié)而成。金剛石在常壓、高溫條件下容易轉(zhuǎn)變成石墨；在高溫時，只有保持超高壓條件下才可以保持金剛石形態(tài)。為了讓金剛石處于相穩(wěn)定狀態(tài)，一般都是采用先加壓，然后再升溫工藝。因為先加壓，然后再升溫，因此在燒結(jié)助劑熔化前，金剛石顆粒間必然存在空隙，金剛石與金剛石顆粒之間接觸點間受到更大的壓力，必然存在金剛石顆粒間的相互擠壓和金剛石顆粒破裂。雖然部分金剛石顆粒完全破裂后，成為小顆粒金剛石可以填充空隙，但是有的金剛石特別是粗顆粒金剛石經(jīng)超高壓后，內(nèi)部容易出現(xiàn)了裂紋，這些有微裂紋的金剛石因裂紋過細，燒結(jié)助劑無法進入，在燒結(jié)過程中得不到修復(fù)，裂紋被保留到最終產(chǎn)品中，不利于產(chǎn)品的耐磨性和抗沖擊性。更為不利的是由于PDC的聚晶金剛石層主要依靠粗顆粒金剛石相互結(jié)合，形成骨架。這種骨架結(jié)構(gòu)的好壞決定了產(chǎn)品的耐磨性和抗沖擊性。在燒結(jié)加壓過程中，往往造成主要粗顆粒金剛石破裂、粉碎，嚴重影響了聚晶層骨架顆粒的數(shù)量、形狀和強度，因此，產(chǎn)品的抗沖擊性和耐磨性會受到嚴重的影響。而且，金剛石微粉的形狀、粒徑配比是預(yù)先設(shè)計好的，這些配方設(shè)計目的很多時候是為了提高金剛石微粉的堆積密度，進而提高金剛石體積比，降低燒結(jié)助劑的含量，達到提高產(chǎn)品性能的目的。但經(jīng)過高壓過程后，很多金剛石顆粒發(fā)生了破裂而形成不規(guī)則形狀的細小金剛石顆粒。該破裂程度是未知且不可控的，原先設(shè)計的金剛石配方經(jīng)高壓后已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，該變化導致原設(shè)計的最合理的金剛石的堆積密度實際上達不到預(yù)定目標；這樣經(jīng)超高壓高溫燒結(jié)后，最終得到的聚晶金剛石層中的金剛石體積比下降，殘存在聚晶金剛石層中的燒結(jié)助劑含量增高。而在制造PDC或制造整體聚晶金剛石時通常采用鈷、鎳、鐵作為燒結(jié)助劑（一般為鈷或鈷合金），從而獲得金剛石顆粒之間互相直接燒結(jié)在一起形成D-D結(jié)合結(jié)構(gòu)（金剛石-金剛石結(jié)合），達到提高產(chǎn)品抗沖擊和耐磨性的目的。由于鈷、鎳、鐵等燒結(jié)助劑的熱膨脹系數(shù)是金剛石的約10倍，當工作溫度很高時，鐵、鈷、鎳等相膨脹遠大于金剛石骨架的膨脹，產(chǎn)生熱應(yīng)力。熱應(yīng)力達到一定值后，會破壞金剛石骨架，使聚晶金剛石出現(xiàn)裂紋，造成應(yīng)力損害；而且在PDC用作工具工作時，局部能達到七八百攝氏度，甚至上千攝氏度。研究表明，作為高壓下促使石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸挠|媒金屬—鈷、鎳、鐵，常壓下也會促進金剛石向石墨的轉(zhuǎn)變。因此，PDC中的鐵族金屬相會因工作點高溫溫度不同在一定程度上減低PDC的耐磨性，造成熱損害。因此，聚晶金剛石層中的鐵，鈷，鎳等燒結(jié)助劑含量越高，越不利于產(chǎn)品的耐熱性。當前的問題主要是因為金剛石微粉在超高壓高溫燒結(jié)過程中的加壓階段出現(xiàn)了金剛石不可控的破裂，從而造成金剛石顆粒有裂紋和骨架粗顆粒金剛石的減少，影響了產(chǎn)品耐磨性和抗沖擊性；金剛石的破裂還改變了原設(shè)計配方，金剛石粒徑變小，導致聚晶金剛石層的燒結(jié)助劑含量增加，降低了產(chǎn)品的耐熱性。解決這些問題已成為急需。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決金剛石微粉在超高壓高溫燒結(jié)過程中的加壓階段出現(xiàn)了金剛石不可控的破裂，從而造成金剛石顆粒有裂紋和骨架粗顆粒金剛石的減少，影響了產(chǎn)品耐磨性和抗沖擊性；金剛石的破裂還改變了原設(shè)計配方，金剛石粒徑變小，導致聚晶金剛石層的燒結(jié)助劑含量增加，產(chǎn)品的耐熱性差等問題。本發(fā)明提供一種用于鉆頭鉆齒的聚晶金剛石復(fù)合片的制作方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種用于鉆頭鉆齒的金剛石復(fù)合片，其特征是由下列重量份數(shù)的原料制成：較粗粒徑的高強度金剛石微粉5-9份，較細粒徑的低強度金剛石微粉5-1份，燒結(jié)助劑0-2份與硬質(zhì)合金基體進行組裝；所述較粗粒徑的高強度金剛石微粉粒徑為10-40μm，是由三型料以上強度的單晶金剛石破碎所得；較細粒徑的低強度金剛石微粉粒徑為2-15μm，是由一型料以下強度的單晶金剛石破碎所得。所述高強度金剛石微粉是由高強度單晶金剛石通過破碎、整形和凈化處理而得到的；所述高強度單晶金剛石一般為三型料以上強度的單晶金剛石；所述低強度金剛石微粉可以是由低強度單晶金剛石通過破碎、整形和凈化處理而得到的，也可以是對金剛石微粉進行其他預(yù)處理達到降低強度或硬度得到的。所述較粗粒徑金剛石的粒徑一般為10-40um；較細粒徑金剛石的粒徑一般為2-15um；且較粗粒徑和較細粒徑金剛石的平均粒徑比例為2:1至5:1之間，最優(yōu)比例為3：1。

其制作方法是：

（1）選擇由三型料以上強度的金剛石單晶制作的10-40um的高強度金剛石微粉與由一型料的低強度金剛石單晶制作的2-15um的金剛石微粉進行均勻混合；該高強度金剛石微粉和低強度金剛石微粉的粒徑比為2:1至5:1之間；最佳粒徑選擇為高強度微粉20-30um；低強度金剛石微粉5-10um；高強度金剛石微粉和低強度金剛石微粉的配比為：高強度微粉重量份數(shù)5-9份，低強微粉重量份數(shù)1-5份；高強度粗顆粒微粉和低強度細顆粒微粉兩者最優(yōu)重量份數(shù)為7份、3份。

（2）上述混合粉中，需加入重量份數(shù)為0-2份的燒結(jié)助劑，燒結(jié)助劑可以是鐵、鈷、鎳或其合金，使燒結(jié)助劑與金剛石粉混合均勻。

（3）將上述混合粉裝入金屬杯中，金屬杯材質(zhì)為鋯、鉬或者鈮，也可以裝入碳模中。

（4）在混合粉上面裝入硬質(zhì)合金基體。

（5）將上述組件裝入葉蠟石，放入超高壓高溫設(shè)備進行燒結(jié)，燒結(jié)條件為：燒結(jié)壓力5000-6000MPa，燒結(jié)溫度1500-1600℃，燒結(jié)時間30-600秒，最佳時間為300秒。

（6）卸壓、冷卻、取出燒結(jié)好的聚晶金剛石復(fù)合片，并后續(xù)機加工到目標尺寸。

本發(fā)明的積極有益效果：公開了一種聚晶金剛石復(fù)合片及其制作方法，其中PDC的聚晶金剛石層的金剛石顆粒是由較粗粒徑的高強度金剛石微粉和較細粒徑的低強度金剛石微粉組成。可以在合成加壓階段選擇性的犧牲低強度金剛石微粉，從而減少高強度粗顆粒微粉的破碎和開裂，提高了以高強粗顆粒金剛石為骨架組成的聚晶金剛石層的強度。因高強度粗顆粒金剛石微粉和低強度細顆粒金剛石微粉的粒徑比例及重量比例都是經(jīng)過預(yù)先計算、模擬分析、試驗驗證，這種配方有利于保護核心粗顆粒金剛石，提高金剛石堆積密度，降低合成后聚晶金剛石層中的燒結(jié)助劑含量，最終提高聚晶金剛石層中的金剛石體積比；而且由于低強度金剛石微粉的存在，相對高強度微粉而言，低強度金剛石微粉破裂后可以更好的填充粗顆粒間的空隙，進一步提升金剛石顆粒的堆積密度。因此，本方案可以全面提升聚晶金剛石層的耐磨性，抗沖擊性和耐熱性。利用本發(fā)明技術(shù)方案在合成加壓過程中，可以選擇性的犧牲低強度細粒度金剛石微粉，達到保護構(gòu)成聚晶金剛石層骨架的高強度粗顆粒金剛石的完好的目的。并且金剛石微粉的破碎可控，可以通過預(yù)先微粉調(diào)配，達到提升金剛石堆積密度的目的，提高聚晶金剛石層的金剛石體積比，從而全面提升產(chǎn)品的耐磨性，抗沖擊性和耐熱性。

附圖說明

圖1是常規(guī)金剛石微粉配方受壓前示意圖；

圖2是常規(guī)金剛石微粉配方受壓后示意圖；

圖3是本發(fā)明金剛石微粉配方受壓前示意圖；

圖4是本發(fā)明金剛石微粉配方受壓后示意圖；

圖5是常規(guī)金剛石微粉配方受壓后實物圖；

圖6是本發(fā)明金剛石微粉配方受壓后實物圖。

具體實施方式：

本發(fā)明的一個最佳實施例，取7kg高強度金剛石微粉， 3kg低強度金剛石微粉，0.7kg燒結(jié)助劑混合均勻。高強度微粉為采用50-60目、單顆破碎負荷50-60N的金剛石制作的20-30um微粉；低強度微粉為采用70-80目、單顆破碎負荷等于20-25N的金剛石制作的5-10um微粉。將上述混合粉裝入金屬杯中，金屬杯材質(zhì)為鋯、鉬或者鈮，也可以裝入碳模中；在混合粉上面裝入硬質(zhì)合金基體；將上述組件裝入葉蠟石，放入超高壓高溫設(shè)備進行燒結(jié)，燒結(jié)條件為：燒結(jié)壓力5000-6000MPa，燒結(jié)溫度1500-1600℃，燒結(jié)時間30-600秒，最佳時間為300秒；卸壓、冷卻、取出燒結(jié)好的聚晶金剛石復(fù)合片，并后續(xù)機加工到目標尺寸；高強度粗顆粒金剛石微粉和低強度細顆粒金剛石微粉的粒徑比例及重量比例都是經(jīng)過預(yù)先計算，模擬分析，試驗驗證得到的，這種配方有利于保護核心粗顆粒金剛石，提高金剛石堆積密度，降低合成后聚晶金剛石層中的燒結(jié)助劑含量，最終提高聚晶金剛石層中的金剛石體積比；而且由于低強度金剛石微粉的存在，相對高強度微粉而言，低強度金剛石微粉破裂后可以更好的填充粗顆粒間的空隙，進一步提升金剛石顆粒的堆積密度

本發(fā)明的第二個實施例，取5kg的較粗粒徑的高強度金剛石微粉，5kg的較細粒徑的低強度金剛石微粉，0.1kg的燒結(jié)助劑混合均勻。高強度微粉采用50-60目、單顆破碎負荷50-60N的金剛石制作的20-30um微粉；低強度微粉為采用70-80目、單顆破碎負荷等于20-25N的金剛石制作的5-10um微粉。將上述混合粉裝入金屬杯中，金屬杯材質(zhì)為鋯、鉬或者鈮，也可以裝入碳模中；在混合粉上面裝入硬質(zhì)合金基體；將上述組件裝入葉蠟石，放入超高壓高溫設(shè)備進行燒結(jié)，燒結(jié)條件為：燒結(jié)壓力5000-6000MPa，燒結(jié)溫度1500-1600℃，燒結(jié)時間30-600秒，最佳時間為300秒；卸壓、冷卻、取出燒結(jié)好的聚晶金剛石復(fù)合片，并后續(xù)機加工到目標尺寸。

本發(fā)明的第三個實施例，取9kg的較粗粒徑的高強度金剛石微粉、1kg的較細粒徑的低強度金剛石微粉、0.1kg的燒結(jié)助劑混合均勻。高強度微粉為采用50-60目、單顆破碎負荷50-60N的金剛石制作的20-30um微粉；低強度微粉為采用70-80目、單顆破碎負荷等于20-25N的金剛石制作的5-10um微粉。將上述混合粉裝入金屬杯中，金屬杯材質(zhì)為鋯、鉬或者鈮，也可以裝入碳模中；在混合粉上面裝入硬質(zhì)合金基體；將上述組件裝入葉蠟石，放入超高壓高溫設(shè)備進行燒結(jié)，燒結(jié)條件為：燒結(jié)壓力5000-6000MPa，燒結(jié)溫度1500-1600℃，燒結(jié)時間30-600秒，最佳時間為300秒；卸壓、冷卻、取出燒結(jié)好的聚晶金剛石復(fù)合片，并后續(xù)機加工到目標尺寸。