CN110695363A - 一种用于钻铣加工的平界面多晶金刚石复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于钻铣加工的平界面多晶金刚石复合材料，包括金刚石层和硬质合金基体，所述金刚石层厚度为2mm～10mm，金刚石层与硬质合金基体接触面为平面接触，晶金刚石层与硬质合金基体的接触界面平整度达0.001mm～0.003mm。本发明提供的平界面多晶金刚石复合材料技术，可以有效消除界面处的应力集中，显著提高材料的均匀性，避免在界面处的多晶金刚石层中形成钴的富集区，以及在金刚石复合片的高温高压烧结过程中发生金刚石晶粒的异常长大等缺陷；大量的实验及应用实例表明，用于钻铣加工的平界面多晶金刚石复合材料，在刀具成型效率、刃口精度、使用寿命等方面，相比于传统异形界面多晶金刚石复合材料，均可提高30％以上。

Description

一种用于钻铣加工的平界面多晶金刚石复合材料

技术领域

本发明涉及超硬材料技术领域，具体涉及一种用于钻铣加工的平界面多晶金刚石复合材料。

背景技术

多晶金刚石复合材料(又称金刚石复合片，英文名：Polycrystallineolycrystalline olycrystalline Diamond，常简称PCD或PDC)广泛应用于制作超硬刀具或油气钻采用的钻齿。相比于传统硬质合金、工具钢、陶瓷等制作的刀具及钻齿，多晶金刚石复合材料制作的刀具及钻齿具有高速高效、节能环保、高耐磨高寿命等优点。多晶金刚石复合材料是将多晶金刚石层与硬质合金(WC-Co合金)基体在高温高压下烧结复合而成的。用于制作切削刀具的金刚石复合片，其多晶金刚石层厚一般不超过1mm，而用于制作钻齿或钻铣刀具的多晶金刚石复合材料，其金刚石层厚度一般大于2mm。金刚石复合片应用于油气钻采或金属及无机非金属材料(如：铝合金、玻璃、陶瓷、碳纤维复合材料等)等的钻铣加工时，因在钻铣加工过程中，多晶金刚石工作层需承受高的切应力，加之多晶金刚石工作层的刃口处离界面处的距离通常大于2mm，界面处的剪切应力矩将急剧升高，容易导致金刚石与硬质合金基体在界面处脱层，故其界面通常采用凹凸不平的异形界面(如图1和图2所示)，以增加多晶金刚石层与硬质合金基体的结合力，防止脱层。

然而随着对金刚石复合片性能要求的不断提高，异形界面的多晶金刚石复合材料在刃口成型及钻铣加工过程中会表现出如下缺点：1)凹凸不平的异形界面将导致界面处材料的不均匀，如在界面处的多晶金刚石层中形成钴的富集区，以及在金刚石复合片的高温高压烧结过程中发生金刚石晶粒的异常长大等缺陷，这些材料的不均匀性会严重影响钻铣刀具的加工成型效率与精度；2)凹凸不平的异形界面会在凹槽处或突起处产生应力集中，从而导致在使用过程中于界面应力集中处产生微裂纹，最终导致材料失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：常规的烧结法制备异形界面的多晶金刚石复合材料，其不均匀性会影响钻铣刀具的加工成型，且存在使用过程中存在应力集中易开裂的问题，本发明提供了解决上述问题的一种用于钻铣加工的平界面多晶金刚石复合材料。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于钻铣加工的平界面多晶金刚石复合材料，包括金刚石层和硬质合金基体，所述金刚石层厚度为2mm～10mm，金刚石层与硬质合金基体的结合面为平界面，晶金刚石层与硬质合金基体的结合界面的平整度≤3‰；所述平整性＝平整度/复合材料的直径，所述平整度包括结合界面的起伏度和倾斜度。本发明所指的平整度主要是指结合界面的起伏度和倾斜度，若以结合界面所在水平面为基准，则平整度＝|任意检测位置的高度-结合界面的水平面|。

本发明提供的平界面多晶金刚石复合材料技术，可以有效消除界面处的应力集中，显著提高材料的均匀性，避免在界面处的多晶金刚石层中形成钴的富集区，以及在金刚石复合片的高温高压烧结过程中发生金刚石晶粒的异常长大等缺陷；大量的实验及应用实例表明，用于钻铣加工的平界面多晶金刚石复合材料，在刀具成型效率、刃口精度、使用寿命等方面，相比于传统异形界面多晶金刚石复合材料，均可提高30％以上；此外该多晶金刚石复合材料界面结合性能好，具有较高的抗冲击韧性，其界面结合强度优于异形界面的金刚石复合片，偏相当，抗冲击韧性可提高30％以上。

一种用于钻铣加工的平界面多晶金刚石复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将平界面金刚石粉块和平界面硬质合金基体块置于六面顶压机中，在高温高压条件下合成；合成压力为5.0GPa～8.0GPa，合成温度为1400℃～1700℃，保温保压时间为1min～100min；待保温保压结束后经降压、降温最终获得平界面多晶金刚石复合材料；在六面顶压机中增压升温以及后续的保温保压过程中，六面顶压机的六个方向的顶压活塞始终保持一致的同步性和对中性。

进一步地，所述六面顶压机施压过程中六个方向的顶压活塞同步性偏差≤0.2mm，对中性偏差≤0.2mm。

进一步地，待保温保压结束后，以50℃/min～500℃/min的速率降温，以0.3GPa/min～3GPa/min的速率降压。

用于合成多晶金刚石复合材料的六面顶压机，包括依次连接的油缸、缸盖、活塞、均压垫和顶锤，还包括位移传感器组件和激光对中组件，所述位移传感器组件用于检测活塞相对于油缸的位移信息，并将检测到的位移信息发送至控制中心，通过控制中心控制油缸液压油油量大小，实现各压缸位移偏差小于0.2mm；所述激光对中组件设于缸盖的端面，用于检测前后、左右、上下三个方位的活塞对中性；所述六面顶压机用于上述多晶金刚石复合材料的制备方法中。

现有技术中用于制作切削刀具的金刚石复合片，此类刀具对金刚石复合片的性能要求相对较低，其多晶金刚石层厚一般不超过1mm，常采用六面顶压机经高温高压烧结制备就可满足需求；而用于制作钻齿或钻铣刀具的多晶金刚石复合材料，此类刀具对金刚石复合片的性能要求较高，且其金刚石层厚度一般大于2mm，因此对于该类型刀具用的金刚石复合片高温高压制备工艺提出更高的要求，常规用于制备普通切削刀具的金刚石复合片的烧结法用于此类金刚石复合片，性能无法达标，其中金刚石层与硬质合金基底之间的结合性能较差，为了提高两者的结合性能，传统上采用硬质合金基体异形界面通过高温高压合成金刚石复合片。但是采用常规的烧结法制备获得的异形界面多晶金刚石复合材料，虽然改善了界面结合力不强的问题，但是易导致材料内部界面附近微结构不均匀性，其不均匀性会影响钻铣刀具的加工成型，且存在使用过程中存在应力集中、易开裂的问题。

在采用六面顶压机经高温高压烧结法制备金刚石复合片的过程中，温度、压力以及六面顶压机六个加压活塞驱动的顶锤操作的同步性和对中性会对金刚石复合片性能起到重要的影响，铰链式六面顶压机，由于它的同步性、对中性等不及单压源立方体超高压容器，试样的受力情况较为复杂，操作难度较大；需要保持六个加压活塞所驱动顶锤的高度同步性和对中性，若在加压或保压等操作过程中，出现同步性偏差较大、对中性不准确等问题，均能使金刚石复合片因受力不均、局部应力集中等原因造成多晶金刚石复合片破裂、脱层、界面严重变形、残余应力过大等结果。

因此本发明采用异于传统工艺的多晶金刚石复合片平界面技术，通过改进制备方法及设备，在克服上述异形界面缺陷的同时、获得具有高界面结合力的金刚石复合片。该改进后的六面顶压机具有常规的油缸、缸盖、活塞、均压垫和顶锤等部件，并通过设置位移传感器组件和激光对中组件获得良好的同步性和对中性。位移传感器组件用于检测活塞相对于油缸的位移信息，并将检测到的位移信息发送至控制中心，通过控制中心控制油缸液压油流量大小以调整对应活塞的推动进度；激光对中组件设于缸盖的端面及顶锤端面，用于检测前后、左右、上下三个方位的活塞对中性，即前后方位设置的两个活塞中，一个活塞端面设有激光发射器，另一个活塞端面设置激光接收器，设置初始状态下，另一个活塞端面上的激光接收器接收到激光信号时，前后两个活塞轴心线延伸线重合，同理设置激光对准器保障左右、上下两者活塞的对中性，使前后、上下、左右活塞轴心线的延伸线相互垂直，并在三维笛卡尔坐标中交于一点，并确保偏差小于0.2mm。

进一步地，所述活塞上开设有通孔I，油缸上设有通孔II，通孔I、通孔II和活塞三者的轴心线重合；所述位移传感器组件包括套管、传感器、检测杆、磁环；所述套管包括活动套管和固定套管，所述固定套管的一端密封固定在油缸的外侧端面、另一端贯穿通孔II后伸入通孔I内，所述活动套管的一端在均压垫和活塞的接触面之间密封固定、另一端伸入通孔I内且套设在固定套管外；活动套管随活塞运动，且固定套管外壁与活动套管内壁之间通过密封环盖密封接触；所述均压垫与活塞接触的端面上设有安装槽，安装槽内设有传感器，所述检测杆的一端与传感器连接、另一端经活动套管伸入固定套管内，固定套管内设有与检测杆适配的磁环。

本发明主要采用磁致伸缩位移传感器检测活塞的位移量并配套其他安装组件构成位移传感器组件，主体骨架结构包括活动套管和固定套管，其中固定套管贯穿、且密封固定在油缸上，在使用过程中始终保固定状态，在其内壁上安装磁环；活动套管贯穿活塞，且活动套设在固定套管上，活动套管的一端与活塞密封固定连接、另一端与固定套管密封接触，活动套管随着活塞运动而同步动作从而带动检测杆相对磁环运动，实现对活塞相对于油缸的位移检测。

进一步地，所述活动套管的一端端口向外延伸有环形压片，所述活塞朝向均压垫的端面上开设有密封孔，密封孔与通孔I两者同轴心线，密封孔的内径大于通孔I的内径、且大于安装槽的内径，密封孔与通孔I连接处形成台阶；所述密封孔内设有密封圈，密封圈压紧在环形压片下表面和台阶端面之间，环形压片上表面与均压垫下端面接触；所述固定套管的另一端伸出通孔II外的管段设有外螺纹，通过密封螺母旋接在固定套管的螺纹段固定。

本发明提供的用于安装磁致伸缩位移传感器的套管可拆卸安装在油缸及活塞上，构成一套独立的组件结构，便于后期的拆装、检修工作，以始终保持位移传感器组件对活塞位移的检测精准度。

进一步地，所述活动套管位于通孔I内的管段外表面设有波纹片，所述波纹片沿活动套管周向呈波浪起伏分布；波纹片的波纹顶点处与通孔I内壁接触。

通过在活动套管外壁设置波纹片，利于减小摩擦阻力以及传压介质在活动套管外壁和通孔I内壁之间间隙内的流动阻力。

进一步地，所述激光对中组件包括安装环套、调节环套、定位环套和激光器，所述安装环套可拆卸固定在缸盖的端面上，安装环套远离缸盖的端面上设有同轴心向上延伸的固定环；所述调节环套套设在固定环外，调节环套的内壁与固定环外壁之间通过滚珠滚动接触；所述定位环套包括竖直管段和水平压板段、呈T字型结构，竖直管段套设在固定环内，竖直管段外壁与固定环内壁通过螺纹连接，水平压板段用于压紧调节环套；活塞外壁与安装环套内壁及定位环套内壁间隙配合；所述激光器安装于调节环套内，调节环套自由端端面设有激光发射/接收孔。

本发明通过设置安装环套，用于将调节环套、定位环及激光器等部件可拆卸安装在缸盖端面上，通过设置调节环套，调节环套与固定环之间通过滚珠转动连接，方便通过转动调节环套调整激光发射/接收孔的方位；在调整好激光发射/接收孔的方位后，前后或左右或上下缸盖上的激光发射孔和激光接收孔对准后，即可向内转动定位环套，使定位环套上的水平压板段用于压紧调节环套起到限位作用。

进一步地，所述安装环套的端面还设有沿周向连续分布的角度尺，所述调节环套的底部侧壁上设有与角度尺适配的指示键。方便实现前后、左右、上下的激光发射孔和激光接收孔的快速对准。

本发明具有如下的优点和有益效果：

现有技术中用于制作切削刀具的金刚石复合片，此类刀具对金刚石复合片的性能要求相对较低，其多晶金刚石层厚一般不超过1mm，常采用六面顶压机经高温高压烧结制备就可满足需求；而用于制作钻齿或钻铣刀具的多晶金刚石复合材料，此类刀具对金刚石复合片的性能要求较高，且其金刚石层厚度一般大于2mm，因此对于该类型刀具用的金刚石复合片加工工艺提出更高的要求，常规用于制备普通切削刀具的金刚石复合片的高温高压烧结法用于此类金刚石复合片，性能无法达标，其中金刚石层与硬质合金基底之间的结合性能较差，为了提高两者的结合性能，传统上采用异形界面通过高温高压烧结获取最后的金刚石复合片。但是采用常规的高温高压烧结法制备获得的异形界面多晶金刚石复合材料，虽然改善了结合力不强的情况，但是易存在材料内部微结构不均匀的问题，尤其在异形界面的起伏转折处(界面曲率大)容易形成钴的富集区及金刚石颗粒的异常长大，其不均匀性会影响钻铣刀具的加工成型，且导致使用过程中产生应力集中、易开裂的问题。

1、本发明提供的平界面多晶金刚石复合材料技术，可以有效消除界面处的应力集中，显著提高材料的均匀性，避免在界面处的多晶金刚石层中形成钴的富集区，以及在金刚石复合片的高温高压烧结过程中发生金刚石晶粒的异常长大等缺陷；大量的实验及应用实例表明，用于钻铣加工的平界面多晶金刚石复合材料，在刀具成型效率、刃口精度、使用寿命等方面，相比于传统异形界面多晶金刚石复合材料，均可提高30％以上；其抗冲击韧性相比常规使用的异形界面金刚石复合片也可以提高30％以上。

2、本发明提供的多晶金刚石复合材料，采用平界面技术制备，金刚石层厚度可达到2～10mm，多晶金刚石层与硬质合金的界面平整性优于千分之三，如：直径为50mm的金刚石复合片，金刚石层厚2.5mm，其界面起伏度不超过0.15mm。

3、在采用六面顶压机经高温高压烧结法制备金刚石复合片的过程中，温度、压力以及六面顶压机六个加压活塞驱动的顶锤操作的同步性和对中性会对金刚石复合片性能以及界面平整性的保持起到重要的影响，铰链式六面顶压机，由于它的同步性、对中性等不及单压源立方体超高压容器，试样的受力情况较为复杂，操作难度较大；需要保持高度的同步性和对中性，若在加压或保压等操作过程中，出现同步性偏差较大、对中性不准确等问题，均能使金刚石复合片因受力不均、局部应力集中等原因造成破碎、脱层、界面变形等结果。因此本发明通过改进制备方法及设备，以克服上述异形界面缺陷的同时、获得具有高结合力的平界面金刚石复合片。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的油缸及活塞整体结构示意图；

图2为本发明的套管立体结构示意图；

图3为本发明的套管轴向截面结构示意图；

图4为本发明的活动套管径向截面结构示意图；

图5为本发明的激光对中组件爆炸图结构示意图；

图6为本发明的激光对中组件径向截面结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：1-油缸，2-缸盖，3-活塞，4-均压垫，5-顶锤；6-位移传感器组件，61-套管，62-传感器，63-检测杆，64-磁环，65-环形压片，66-波纹片；7-激光对中组件，71-安装环套，72-调节环套，73-定位环套，74-激光器，75-固定环，76-激光发射/接收孔，77-角度尺，78-指示键；8-通孔I，9-通孔II，10-安装槽，11-密封孔，12-密封圈。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供了一种用于钻铣加工的平界面多晶金刚石复合材料，包括金刚石层和硬质合金基体，所述金刚石层厚度为2mm～10mm，金刚石层与硬质合金基体的结合面为平界，复合片直径50mm，晶金刚石层与硬质合金基体的结合界面平整度达0.015mm～0.1mm，其界面平整性优于千分之三。

实施例2

本实施例提供了一种用于钻铣加工的平界面多晶金刚石复合材料的制备方法，具体步骤如下：将平界面金刚石粉压块和平界面硬质合金基体块置于六面顶压机中，在高温高压条件下合成；合成压力为5.0GPa～8.0GPa，优选如6GPa～7GPa；合成温度为1400℃～1700℃，优选如1500℃～1600℃；保温保压时间为1min～100min，优选如5min～80min，进一步优选如15min～40min；待保温保压结束后经降压、降温最终获得平界面多晶金刚石复合材料；在六面顶压机中增压升温以及后续的保温保压过程中，六面顶压机的六个方向的顶压活塞始终保持一致的同步性和对中性。

所述六面顶压机施压过程中同步性偏差≤0.2mm，对中性偏差≤0.2mm；待保温保压结束后，以50℃/min～500℃/min的速率降温，优选80℃/min～200℃/min；以0.3GPa/min～3GPa/min的速率降压，优选0.8GPa/min～2GPa/min。

实施例3

本实施例提供了一种用于钻铣加工的平界面多晶金刚石复合材料的制备方法，与实施例2提供的方法相同，本实施优选合成压力为6GPa，合成温度为1500℃，保温时间为15min，待保温保压结束后，以100℃/min的速率降温，以0.3GPa/min的速率降压；硬质合金基体为添加常规助剂的钨钴类合金；区别在于采用如下铰链六面顶液压机：

六面顶液压机包括依次连接的油缸1、缸盖2、活塞3、均压垫4和顶锤5，缸盖2、活塞3、均压垫4和顶锤5均为常规结构，油缸1上由进(回)油孔等常规结构，未在图中标出；均压垫4通过螺栓可拆卸固定在活塞3的端部。还包括位移传感器组件6和激光对中组件7，位移传感器组件6用于检测活塞3相对于油缸2的位移信息，并将检测到的位移信息发送至控制中心，通过控制中心控制油缸液压大小；所述激光对中组件7设于缸盖2的端面，用于检测前后、左右、上下三个方位的活塞对中性。

(1)关于位移传感器组件的结构为：活塞3上开设有通孔I8，油缸1上设有通孔II9，通孔I8、通孔II9和活塞3三者的轴心线重合；位移传感器组件6包括套管61、传感器62、检测杆63、磁环64；套管61包括活动套管611和固定套管612，固定套管612的一端密封固定在油缸1的外侧端面、另一端贯穿通孔II9后伸入通孔I8内，活动套管611的一端在均压垫4和活塞3的接触面之间密封固定、另一端伸入通孔I8内且套设在固定套管612外；活动套管611随活塞3运动，且固定套管612外壁与活动套管611内壁之间通过密封环盖613密封接触；均压垫4与活塞3接触的端面上设有安装槽10，安装槽10内设有传感器62，所述检测杆63的一端与传感器62连接、另一端经活动套管611伸入固定套管612内，固定套管612内设有与检测杆63适配的磁环64。

活动套管611的一端端口向外延伸有环形压片65，活塞3朝向均压垫4的端面上开设有密封孔11，密封孔11与通孔I8两者同轴心线，密封孔11的内径大于通孔I8的内径、且大于安装槽10的内径，密封孔11与通孔I8连接处形成台阶；密封孔11内设有密封圈12，密封圈12压紧在环形压片65下表面和台阶端面之间，环形压片65上表面与均压垫4下端面接触；固定套管612的另一端伸出通孔II9外的管段设有外螺纹，通过密封螺母12旋接在固定套管612的螺纹段固定。活动套管611位于通孔I8内的管段外表面设有波纹片66，波纹片66沿活动套管611周向呈波浪起伏分布；波纹片66的波纹顶点处与通孔I8内壁接触，在径向截面上，波纹片66由多个波纹沿活动套管611外壁周向等间距分布构成，每个波纹包括依次连接、且凹向相反的弧段I661、弧段II662和弧段III663，其中弧段II662凹向朝向活动套管611，另两个弧段的凹向背向活动套管611、且在弧段II662两侧对称分布。此外为了保障活动套管611和固定套管612内部气压平衡，还设置连通外部的气压平衡通道等结构。

(2)关于激光对中组件7的结构为：所述激光对中组件7包括安装环套71、调节环套72、定位环套73和激光器74，安装环套71通过螺栓固定在缸盖2的端面上，安装环套71远离缸盖2的端面上设有同轴心向上延伸的固定环75；调节环套72套设在固定环75外，调节环套72的内壁与固定环75外壁之间通过滚珠滚动接触；定位环套73包括竖直管段和水平压板段、呈T字型结构，竖直管段套设在固定环75内，竖直管段外壁与固定环75内壁通过螺纹连接，水平压板段用于压紧调节环套72；活塞3外壁与安装环套71内壁及定位环套73内壁间隙配合；激光器74安装于调节环套72内，调节环套72自由端端面设有激光发射/接收孔76。安装环套71的端面还设有沿周向连续分布的角度尺77，调节环套72的底部侧壁上设有与角度尺77适配的指示键78；为了保障六个活塞3的整体对中性，还可在调节环套72上安装激光测距传感器，如在上下位置的活塞3上对应的调节环套73上安装激光测距传感器，用于同时检测上方的活塞3到前后、左右四个活塞3的距离、检测下方活塞到前后、左右四个活塞3的距离，在相应的前后、左右四个活塞3上对应的调节环套73外部设置与测距激光束垂直的反射区域。

采用本发明提供的六面顶压机构，可有效保障在施压过程中同步性偏差≤0.2mm，对中性偏差≤0.2mm。

性能测试：

以常规的WC-Co作为硬质合金基体为例，通过本发明提供的方法和设备制备平界面多晶金刚石复合片，合成压力为6.5GPa～7GPa，合成温度为1550℃～1600℃；保温保压时间为20min～30min；六面顶压机施压过程中同步性偏差≤0.1mm，对中性偏差≤0.1mm；待保温保压结束后，以100℃/min～120℃/min；以0.9GPa/min～1.2GPa/min的速率降压，获得编号为1-4的平界面多晶金刚石复合片材作为试验样品。此外设置对照组案例，以平整性均大于3‰的样品作为对比例，对应编号为5-6。进行性能测试如下，测试结果如表1所示。

表1性能测试结果

抗冲击韧性实验测试条件如下所示：

采用重砣潮冲击法进行抗冲击检测实验，以试样破坏时的抛落次数(冲击总能量)作为衡量试验样品抗冲击性能的指标，单次冲击功为1J。

热处理实验测试条件如下所示：

将样品置于马弗炉中热处理，在750℃处理2h。

样品的多晶金刚石层与硬质合金基体之间结合界面的平整度检测：超声波无损检测。

以WC-Co作为硬质合金基体为例，通过本发明制备的平界面多晶金刚石复合片，在刀具成型效率、刃口精度、使用寿命等方面，相比于传统异形界面多晶金刚石复合材料，均可提高30％以上；结合强度较高，抗冲击韧性可提高30％以上；在设定冲击力作用下，多晶金刚石层中金刚石颗粒不剥落，金刚石层不开裂、崩刃、不分层，金刚石-硬质合金基体在界面处不脱层；

而通过常规的高温高压烧结法获得的平界面金刚石复合片(平整度为1％)，在相同的冲击力作用下，金刚石与硬质合金基体在界面处会发生脱层问题；对于通过常规的高温高压烧结法获得的异形界面金刚石复合片，在相同的冲击力作用下，金刚石与硬质合金基体在界面处会发生开裂、崩刃问题。

这是由于，不同厚度的金刚石层，在相同所受阻力作用下，所受力矩不同，对于切削刀具用的平界面金刚石复合片，厚度较小，所受力矩较小，对与平界面结合技术要求较低；而用于钻齿的平界面金刚石复合片，厚度较大，所受力矩较大，对于平界面结合技术要求较高，否则，金刚石层与基体结合处容易出现脱层问题。对于用于钻齿的异形界面金刚石复合片，凹凸不平的异形界面将导致界面处微结构的不均匀，在凹槽处或突起产生应力集中，从而导致在使用过程中，在较大力矩作用下，在界面应力集中处产生微裂纹，最终导致材料失效。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于钻铣加工的平界面多晶金刚石复合材料，包括金刚石层和硬质合金基体，其特征在于，所述金刚石层厚度为2mm～10mm，金刚石层与硬质合金基体的结合面为平界面，晶金刚石层与硬质合金基体的结合界面的平整性≤3‰；所述平整性＝平整度/复合材料的直径，所述平整度包括结合界面的起伏度和倾斜度。

2.基于权利要求1所述的一种用于钻铣加工的平界面多晶金刚石复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将平界面金刚石粉块和平界面硬质合金基体块置于六面顶压机中，在高温高压条件下合成；合成压力为5.0GPa～8.0GPa，合成温度为1400℃～1700℃，保温保压时间为1min～100min；待保温保压结束后经降压、降温最终获得平界面多晶金刚石复合材料；在六面顶压机中增压升温以及后续的保温保压过程中，六面顶压机的六个方向的顶压活塞始终保持一致的同步性和对中性。

3.根据权利要求2所述的一种用于钻铣加工的平界面多晶金刚石复合材料的制备方法，其特征在于，所述六面顶压机施压过程中六个方向的顶压活塞同步性偏差≤0.2mm，对中性偏差≤0.2mm。

4.根据权利要求2所述的一种用于钻铣加工的平界面多晶金刚石复合材料的制备方法，其特征在于，待保温保压结束后，以50℃/min～500℃/min的速率降温，以0.3GPa/min～3GPa/min的速率降压。

5.用于合成多晶金刚石复合材料的六面顶压机，其特征在于，包括依次连接的油缸(1)、缸盖(2)、活塞(3)、均压垫(4)和顶锤(5)，还包括位移传感器组件(6)和激光对中组件(7)，所述位移传感器组件(6)用于检测活塞(3)相对于油缸(2)的位移信息，并将检测到的位移信息发送至控制中心，通过控制中心控制油缸液压油油量大小；所述激光对中组件(7)设于缸盖(2)的端面，用于检测前后、左右、上下三个方位的活塞对中性；所述六面顶压机用于权利要求2-5任一项所述的制备方法中。

6.根据权利要求5所述的用于合成多晶金刚石复合材料的六面顶压机，其特征在于，所述活塞(3)上开设有通孔I(8)，油缸(1)上设有通孔II(9)，通孔I(8)、通孔II(9)和活塞(3)三者的轴心线重合；所述位移传感器组件(6)包括套管(61)、传感器(62)、检测杆(63)、磁环(64)；所述套管(61)包括活动套管(611)和固定套管(612)，所述固定套管(612)的一端密封固定在油缸(1)的外侧端面、另一端贯穿通孔II(9)后伸入通孔I(8)内，所述活动套管(611)的一端在均压垫(4)和活塞(3)的接触面之间密封固定、另一端伸入通孔I(8)内且套设在固定套管(612)外；活动套管(611)随活塞(3)运动，且固定套管(612)外壁与活动套管(611)内壁之间通过密封环盖(613)密封接触；

所述均压垫(4)与活塞(3)接触的端面上设有安装槽(10)，安装槽(10)内设有传感器(62)，所述检测杆(63)的一端与传感器(62)连接、另一端经活动套管(611)伸入固定套管(612)内，固定套管(612)内设有与检测杆(63)适配的磁环(64)。

7.根据权利要求6所述的用于合成多晶金刚石复合材料的六面顶压机，其特征在于，所述活动套管(611)的一端端口向外延伸有环形压片(65)，所述活塞(3)朝向均压垫(4)的端面上开设有密封孔(11)，密封孔(11)与通孔I(8)两者同轴心线，密封孔(11)的内径大于通孔I(8)的内径、且大于安装槽(10)的内径，密封孔(11)与通孔I(8)连接处形成台阶；所述密封孔(11)内设有密封圈(12)，密封圈(12)压紧在环形压片(65)下表面和台阶端面之间，环形压片(65)上表面与均压垫(4)下端面接触；所述固定套管(612)的另一端伸出通孔II(9)外的管段设有外螺纹，通过密封螺母(12)旋接在固定套管(612)的螺纹段固定。

8.根据权利要求6所述的用于合成多晶金刚石复合材料的六面顶压机，其特征在于，所述活动套管(611)位于通孔I(8)内的管段外表面设有波纹片(66)，所述波纹片(66)沿活动套管(611)周向呈波浪起伏分布；波纹片(66)的波纹顶点处与通孔I(8)内壁接触。

9.根据权利要求5所述的用于合成多晶金刚石复合材料的六面顶压机，其特征在于，所述激光对中组件(7)包括安装环套(71)、调节环套(72)、定位环套(73)和激光器(74)，所述安装环套(71)可拆卸固定在缸盖(2)的端面上，安装环套(71)远离缸盖(2)的端面上设有同轴心向上延伸的固定环(75)；所述调节环套(72)套设在固定环(75)外，调节环套(72)的内壁与固定环(75)外壁之间通过滚珠滚动接触；所述定位环套(73)包括竖直管段和水平压板段、呈T字型结构，竖直管段套设在固定环(75)内，竖直管段外壁与固定环(75)内壁通过螺纹连接，水平压板段用于压紧调节环套(72)；活塞(3)外壁与安装环套(71)内壁及定位环套(73)内壁间隙配合；所述激光器(74)安装于调节环套(72)内，调节环套(72)自由端端面设有激光发射/接收孔(76)。

10.根据权利要求9所述的用于合成多晶金刚石复合材料的六面顶压机，其特征在于，所述安装环套(71)的端面还设有沿周向连续分布的角度尺(77)，所述调节环套(72)的底部侧壁上设有与角度尺(77)适配的指示键(78)。

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