CN104963685A - 分层式聚晶金刚石截齿 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种分层式聚晶金刚石截齿，包括硬质合金基体和以及覆盖在硬质合金基体的上表面上的聚晶金刚石层；硬质合金基体的上表面为一锥面；聚晶金刚石层包括至少两层聚晶金刚石横向层，这些聚晶金刚石横向层具有不同的硬度，且每层聚晶金刚石横向层均与硬质合金基体的锥面切线形成一个夹角α。本发明可以有效地抗击岩石对聚晶金刚石表面切线方向的切削力，防止金刚石层整体较早脱落，大幅提高聚晶金刚石截齿的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及超硬材料技术领域，具体涉及一种分层式聚晶金刚石截齿。
背景技术
传统的煤炭和矿物的掘进开采以及隧道的掘进等基本上都是采用硬质合金截齿。然而，硬质合金截齿在使用过程中存在不耐磨和使用寿命短等问题。特别是遇到较硬的岩层，硬质合金截齿使用几分钟就磨损坏了，因而使用成本非常高，且效率非常低。为此，很多公司都在研发聚晶金刚石截齿来取代硬质合金截齿。目前出现的聚晶金刚石截齿由聚晶金刚石层和硬质合金基体组成，其中聚晶金刚石层包括一层或多层平行于内部硬质合金基体上表面的整层聚晶金刚石层。这种平行于内部硬质合金基体的聚晶金刚石层在使用过程中，受到来自岩石正面的撞击力很大，此力会沿着聚晶金刚石层表面切线方向产生一个较大的分力，由于聚晶金刚石层为整层结构，聚晶金刚石层沿受力方向的后方没有硬质合金做支撑，这种切线方向的分力，很容易造成聚晶金刚石层一层一层地剥落，使聚晶金刚石截齿的使用寿命大幅降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有聚晶金刚石截齿易出现剥落现象而使得使用寿命大幅降低的问题，提供一种分层式聚晶金刚石截齿。
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种分层式聚晶金刚石截齿，包括硬质合金基体和以及覆盖在硬质合金基体的上表面上的聚晶金刚石层；硬质合金基体的上表面为一锥面；聚晶金刚石层包括至少两层聚晶金刚石横向层，这些聚晶金刚石横向层具有不同的硬度，且每层聚晶金刚石横向层均与硬质合金基体的锥面切线形成一个夹角α。
上述方案中，夹角α控制在10度到160度之间。
上述方案中，最上层的聚晶金刚石横向层的硬度高于其下一层聚晶金刚石横向层的硬度。
上述方案中，最下层的聚晶金刚石横向层的硬度低于其上一层聚晶金刚石横向层的硬度。
上述方案中，当聚晶金刚石横向层的层数为3层及3层以上时，这些聚晶金刚石横向层的硬度呈硬软交替间隔变化。
上述方案中，所述聚晶金刚石层还进一步包括至少一层聚晶金刚石平行层，该聚晶金刚石平行层平行于内部硬质合金基体的锥面，并设于所有聚晶金刚石横向层的上表面和/或固定于所有聚晶金刚石横向层的下表面与硬质合金基体的上表面之间。
与现有技术相比，本发明具有如下特点：
1、聚晶金刚石层采用至少2层聚晶金刚石横向层组合而成，这些聚晶金刚石横向层与硬质合金基体的锥面切线形成一个夹角，而非平行于内部硬质合金层，这样在使用过程中，岩石对聚晶金刚石层沿切削方向的分力不会造成聚晶金刚石层整体脱落，使寿命大大延长；
2、多层聚晶金刚石横向层采用软硬交替的方式进行排列，由于较硬的聚晶金刚石横向层后面有一层较软的聚晶金刚石横向层作为支撑，使得聚晶金刚石截齿的抗冲击性能大大提高，因而可大幅提高聚晶金刚石截齿的使用寿命。
3、在与聚晶金刚石横向层与硬质合金基体之间增设一层平行于内部硬质合金基体且与硬质合金基体材料相近的聚晶金刚石平行层作为过渡，它能够提高外层聚晶金刚石层与硬质合金基体之间的附着力，使得两者的结合更为牢固；
4、在聚晶金刚石横向层的外部增设一层抗冲击能力较高的聚晶金刚石平行层，起到对横向聚晶金刚石层的保护作用，使截齿的寿命得到进一步的提高。
附图说明
图1为一种分层式聚晶金刚石截齿。
图2为另一种分层式聚晶金刚石截齿。
图3为又一种分层式聚晶金刚石截齿。
图中标号：1、硬质合金基体；2、聚晶金刚石层；2-1、聚晶金刚石横向层；2-2、聚晶金刚石平行层。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示的一种分层式聚晶金刚石截齿，由硬质合金基体1和覆盖在硬质合金基体1上的聚晶金刚石层2组成。硬质合金基体1的上表面为一锥面，该锥面的顶部可以为球面状或钢盔状。在本实施例中，所述硬质合金基体1的上表面为1个顶部呈球面状的锥面。
为了提高聚晶金刚石层2的性能，所述聚晶金刚石层2由至少2层硬度不同的聚晶金刚石横向层2-1组成。每层聚晶金刚石横向层2-1均为薄片状，且每层聚晶金刚石横向层2-1与内部的硬质合金基体1的上表面的锥面切线形成一个夹角α。在本发明中，聚晶金刚石横向层2-1与内部硬质合金基体1的锥面的切线形成的夹角α控制在10度到160度之间。
聚晶金刚石横向层2-1具有不同的硬度。在硬度分配上，这些聚晶金刚石横向层2-1可以自下而上硬度逐渐增大，也可以自下而上硬度逐渐减小，也可以采用软硬交替间隔的方式。在本实施例中，所述聚晶金刚石横向层2-1采用硬度交替的方式，即整个聚晶金刚石层2采用一层硬度高的聚晶金刚石横向层2-1，一层硬度低的聚晶金刚石横向层2-1，又一层硬度高的聚晶金刚石横向层2-1，再一层硬度低的聚晶金刚石横向层2-1，……，这种交替叠置的方式来构成。这样在截齿的使用过程中，前面较硬的聚晶金刚石横向层2-1后面都有一层较软的聚晶金刚石横向层2-1作为支撑，使得聚晶金刚石截齿的抗冲击性能大大提高，因而可大幅提高聚晶金刚石截齿的使用寿命。鉴于硬度较高的聚晶金刚石横向层2-1相较于硬度较低的聚晶金刚石横向层2-1金刚石比例相应要高，因而具有较高的耐磨性能；硬度较低的聚晶金刚石横向层2-1相较于硬度较高的聚晶金刚石横向层2-1金刚石比例相应要低，因而具有较高的抗冲击性能，起到支撑前面硬度较高的聚晶金刚石横向层2-1作用。考虑到最上层聚晶金刚石横向层2-1即齿尖最前部位的聚晶金刚石横向层2-1为整个聚晶金刚石层2的主要受力面，最上层聚晶金刚石横向层2-1的硬度最高。考虑到最上层聚晶金刚石横向层2-1下面的一层要对上一层硬度较高的聚晶金刚石横向层2-1起到支撑作用，因而此层聚晶金刚石横向层2-1的硬度较低，金刚石比例较低，抗冲击性能较高。据此，在本实施例中，整个聚晶金刚石层2的硬度自上而下依次为硬、软、硬、软、硬、软……相间。
上述较软的聚晶金刚石横向层2-1和较硬的聚晶金刚石横向层2-1仅为相邻两层聚晶金刚石横向层2-1的相对说法，在具体硬度值的选择上，所有硬度高的聚晶金刚石横向层2-1可以为同一硬度值，也可以为不同的硬度值；当然所有硬度低的聚晶金刚石横向层2-1可以为同一硬度值，也可以为不同的硬度值。在本实施例中，所有聚晶金刚石横向层2-1仅存在两种硬度值，即所有硬度高的聚晶金刚石横向层2-1的硬度值相同，所有硬度低的聚晶金刚石横向层2-1的硬度值相同。
横向多层聚晶金刚石层2是由硬、软、硬、软相间的多层聚晶金刚石层2组成，其锥形顶部第一层聚晶金刚石横向层2-1要求的耐磨性要求高，其金刚石比例相应要高，硬度就高，接下来的第二层聚晶金刚石横向层2-1要求是对第一层聚晶金刚石横向层2-1起到支撑作用，因此其金刚石比例要求相应较低，硬度就软，接下来又是一层硬一层软的聚晶金刚石横向层2-1，直至锥面的底部。这种结构由于在较硬的聚晶金刚石横向层2-1后面有一层较软的聚晶金刚石横向层2-1做支撑，可以有效地抗击岩石对聚晶金刚石层2表面切线方向的分力，防止金刚石层整体较早脱落，这种硬-软-硬-软相间的分层结构，可大幅提高聚晶金刚石截齿的使用寿命。
实施例2：
如图2所示的一种分层式聚晶金刚石截齿，其由硬质合金基体1和聚晶金刚石层2组成。与实施例1不同之处是，在本实施例2中，所述聚晶金刚石层2除了采用了实施例1的横向分层方式外，还配合采用了平行分层结构。即：所述聚晶金刚石层2除了包括聚晶金刚石横向层2-1外，还进一步包括至少一层平行于内部硬质合金基体1的上表面的锥面的聚晶金刚石平行层2-2，聚晶金刚石平行层2-2沿平行于硬质合金基体1的锥面延伸，并固定于所有聚晶金刚石横向层2-1的上表面和/或固定于所有聚晶金刚石横向层2-1的下表面与硬质合金基体1的上表面之间。
在本实施例中，为了能够对聚晶金刚石横向层2-1进行保护，所述聚晶金刚石横向层2-1的最外侧覆盖有一层硬度较低，抗冲击能力较强的聚晶金刚石平行层2-2。而为了能够提高聚晶金刚石横向层2-1与硬质合金基体1之间的结合力，所述聚晶金刚石横向层2-1的最内侧覆盖有一层硬度较低的聚晶金刚石平行层2-2，该聚晶金刚石平行层2-2金刚石比例极低，其材质几乎与硬质合金基体1接近，这样使得整个聚晶金刚石层2与内部硬质合金基体1的结合强度大幅增强，大幅提高截齿的抗冲击性和使用寿命。
实施例3：
如图3所述的一种分层式聚晶金刚石截齿，其由硬质合金基体1和聚晶金刚石层2组成。聚晶金刚石层2可以采用实施例1的方式，即仅聚晶金刚石层2仅包含有聚晶金刚石横向层2-1；也可以采用实施例2的方式，即整个聚晶金刚石层2即包含有聚晶金刚石横向层2-1，又包含有聚晶金刚石平行层2-2。与实施例1和2不同之处是，在本实施例3中，所述截齿的上表面的顶部为钢盔帽形。其中钢盔锥形表面由半球形和环形唇边组成；半球形处于中部，并向上突起；环形唇边环绕在半球形底部周边并向外延伸，环形唇边的内缘与半球形的底部边缘相接，环形唇边的外缘与锥形面相接。
这种齿顶部为钢盔帽形状的多层聚晶金刚石结构的截齿具有较锋利的切削能力，同时由于在较硬的聚晶金刚石横向层2-1后面有一层较软的聚晶金刚石横向层2-1做支撑，可以有效地抗击岩石对聚晶金刚石表面切线方向的切削力，防止聚晶金刚石层2整体较早脱落，大幅提高聚晶金刚石截齿的使用寿命。
Claims (6)
1.分层式聚晶金刚石截齿，包括硬质合金基体(1)和以及覆盖在硬质合金基体(1)的上表面上的聚晶金刚石层(2)；其特征在于：硬质合金基体(1)的上表面为一锥面；聚晶金刚石层(2)包括至少两层聚晶金刚石横向层(2-1)，这些聚晶金刚石横向层(2-1)具有不同的硬度，且每层聚晶金刚石横向层(2-1)均与硬质合金基体(1)的锥面切线形成一个夹角α。
2.根据权利要求1所述的分层式聚晶金刚石截齿，其特征在于：夹角α控制在10度到160度之间。
3.根据权利要求1所述的分层式聚晶金刚石截齿，其特征在于：最上层的聚晶金刚石横向层(2-1)的硬度高于其下一层聚晶金刚石横向层(2-1)的硬度。
4.根据权利要求1所述的分层式聚晶金刚石截齿，其特征在于：最下层的聚晶金刚石横向层(2-1)的硬度低于其上一层聚晶金刚石横向层(2-1)的硬度。
5.根据权利要求1所述的分层式聚晶金刚石截齿，其特征在于：当聚晶金刚石横向层(2-1)的层数为3层及3层以上时，这些聚晶金刚石横向层(2-1)的硬度呈硬软交替间隔变化。
6.根据权利要求1所述的分层式聚晶金刚石截齿，其特征在于：所述聚晶金刚石层(2)还进一步包括至少一层聚晶金刚石平行层(2-2)，该聚晶金刚石平行层(2-2)平行于内部硬质合金基体(1)的锥面，并设于所有聚晶金刚石横向层(2-1)的上表面和/或固定于所有聚晶金刚石横向层(2-1)的下表面与硬质合金基体(1)的上表面之间。
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