CN110757912A - 一种聚晶金刚石复合片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种聚晶金刚石复合片的制备方法，包括：在脱钴金刚石片上下两侧分别放置碳化钨衬底和高热膨胀系数非触媒材料片材，得到复合结构材料；将所述复合结构材料进行高温高压处理，得到聚晶金刚石复合片。本发明实现了采用高CTE的非触媒材料来渗透脱钴的聚晶金刚石复合片的工作面，从而增加了可以使用的渗透材料范围。这些高CTE的材料在渗透中无需与金刚石发生反应，即保持惰性状态；从而使其对金刚石的渗透填充得以完全，克服了现有的渗透填充材料的缺点。本发明制备得到的聚晶金刚石复合片良产率增大，而且耐热耐磨性更优。本发明还提供了一种聚晶金刚石复合片。

Description

一种聚晶金刚石复合片及其制备方法

技术领域

本发明涉及超硬材料技术领域，尤其涉及一种聚晶金刚石复合片及其制备方法。

背景技术

在石油钻井及勘探应用中，为了提高钻井的效率，钻头上的聚晶金刚石复合片(PDC)钻齿是需要经过酸洗脱钴的，或者至少是部分脱钴，以便增强PDC的受热耐磨性能，使得钻头的寿命得以延长，提高工作效率。在有些特别硬的地质中，钻探深度渐进较慢，钻头发热剧烈，导致钻头上的PDC钻齿无法承受高温；即使是部分脱钴的PDC也无法承受这样的高温，进而导致金刚石碳化，钻齿磨损快，寿命减小。

因此，如何进一步提高PDC的耐热耐磨损性能成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种聚晶金刚石复合片及其制备方法，本发明提供的方法制备得到的聚晶金刚石复合片具有较好的耐热耐磨损性能。

本发明提供了一种聚晶金刚石复合片的制备方法，包括：

在脱钴金刚石片上下两侧分别放置碳化钨衬底和高热膨胀系数非触媒材料片材，得到复合结构材料；

将所述复合结构材料进行高温高压处理，得到聚晶金刚石复合片；

所述高热膨胀系数非触媒材料的热膨胀系数为金刚石热膨胀系数的3倍或3倍以上。

在本发明中，所述碳化钨衬底和高热膨胀系数(CTE)非触媒材料片材分别放置在脱钴金刚石片的上下表面，碳化钨衬底放置在脱钴金刚石片一面的一侧，高CTE非触媒材料片材放置在脱钴金刚石片的另一面的一侧，脱钴金刚石片位于碳化钨衬底和非触媒材料之间。

在本发明中，所述复合结构材料优选还包括钽片、云母片和石墨片；所述钽片、云母片和石墨片依次设置在所述高CTE非触媒材料片材的表面，即所述钽片设置在所述高CTE非触媒材料片材的表面，所述云母片设置在所述钽片的表面；所述石墨片设置在所述云母片的表面。

在本发明中，所述复合材料的制备方法优选包括：

在钽杯中放置脱钴金刚石片，在所述脱钴金刚片的上下表面两侧分别放置碳化钨衬底和高热膨胀系数非触媒材料片材，在所述高热膨胀系数非触媒材料片材的表面依次叠加放置钽片、云母片和石墨片，以石墨片对钽杯进行封口，得到复合结构材料。

本发明对所述钽杯没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的钽材质的杯体即可。在本发明中，所述钽杯的内径优选为15～16mm，更优选为16～17mm，最优选为16.35mm，高度优选为8～12mm，更优选为9～11mm，最优选为10mm。

在本发明中，所述钽杯内部依次叠加放置各片材的方法如图2所示，优选为：在钽杯中先放置碳化钨衬底，在所述碳化钨衬底表面放置脱钴金刚石片(脱钴PDC圆片)；在所述脱钴金刚石片表面放置高CTE(热膨胀系数)非触媒材料片材(填充材料)；在所述高CTE非触媒材料片材表面放置钽片；在所述钽片表面放置云母片；在所述云母片表面放置石墨片对所述钽杯进行封口。

本发明对所述碳化钨衬底没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的碳化钨成分的材料作为衬底即可，本发明中所述碳化钨衬底中含钴。在本发明中，所述碳化钨衬底的成分优选包括：

85～95wt％的WC；

5～15wt％的Co。

在本发明中，所述WC(碳化钨)的质量含量优选为88～92％，更优选为90％；所述Co的质量含量优选为8～12％，更优选为10％。

本发明对所述碳化钨衬底的制备方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知碳化钨衬底的制备方法制备上述成分的含钴碳化钨衬底即可，可由市场购买获得，如可采用苏州新锐合金工具股份有限公司提供的碳化钨衬底产品(硬质合金基片)。

本发明对所述碳化钨衬底的形状没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际情况选择合适形状的碳化钨衬底。在本发明中，所述碳化钨衬底优选为柱状；所述碳化钨衬底的直径优选为15～18mm，更优选为16～17mm，最优选为16.15mm；所述碳化钨衬底的高度优选为5～6mm，更优选为5.50mm。

在本发明中，所述脱金刚石片优选为圆片，所述脱钴金刚石的直径优选为15～18mm，更优选为16～17mm，最优选为16.15mm；所述脱钴金刚石片的厚度优选为2～3mm，更优选为2.7mm。

在本发明中，所述脱钴金刚石片可以为完全脱钴的金刚石片也可以为部分脱钴的金刚石片。在本发明中，所述脱钴金刚石片的制备方法优选包括：

将金刚石片和强酸混合后加热，得到处理后的金刚石片；

将所述处理后的金刚石片进行清洗，得到脱钴金刚石片。

在本发明中，所述金刚石片的制备方法优选包括：

在高温高压条件下，将碳化钨衬底压在金刚石粉末上，得到金刚石复合片；

将所述金刚石复合片中碳化钨衬底和金刚石区域分离，得到金刚石片。

在本发明中，所述高温高压条件的温度优选为1500～1700℃，更优选为1550～1650℃，最优选为1600℃；所述高温高压条件的压力优选为6～7GPa，更优选为6.2～6.8GPa，最优选为6.4～6.6Gpa；所述高温高压条件的保持时间优选为5～20分钟，更优选为10～15分钟。

在本发明中，所述碳化钨衬底的形状和成分与上述技术方案所述碳化钨衬底的形状和成分一致，在此不再赘述。

在本发明中，所述金刚石粉末的粒度优选为10～30微米，更优选为15～25微米，最优选为20微米，最最优选为12微米或24微米。

在本发明中，所述金刚石复合片包括碳化钨衬底和设置在所述碳化钨衬底表面的金刚石区域。在本发明中，将碳化钨衬底和金刚石区域分离的方法优选为采用EDM(电火花加工)线锯进行分离。

在本发明中，得到金刚石片后优选对金刚石片进行研磨抛光成型以及对外边圆做倒角。在本发明中，所述金刚石片的尺寸优选为直径为15～20mm，更优选为16～18mm；高为1.5～3.5mm，优选为2.5～3mm；所述倒角的度数优选为45°，垂直距离优选为0.3～0.5mm，更优选为0.4mm。

在本发明中，所述强酸优选为王水，优选将所述金刚石复合片在特氟龙烧杯中和强酸混合。

在本发明中，所述加热的温度优选为110～130℃，更优选为115～125℃，最优选为120℃；所述加热优选在密封装置中进行，所述加热过程中优选冷凝回收蒸发气体。在本发明中，所述加热的时间优选为2周，所述加热过程中优选每隔24小时更换新鲜的强酸。

在本发明中，所述清洗优选为先采用酒精进行清洗，再采用水进行清洗。在本发明中，所述水优选为去离子水。在本发明中，所述水清洗的时间优选为25～35min，更优选为30min。在本发明中，所述酒精清洗的时间优选为25～35min，更优选为30min。在本发明中，所述清洗优选为超声波清洗。

在本发明中，所述清洗完成后先进行干燥，然后冷却至室温，得到脱钴金刚石片。在本发明中，所述干燥的温度优选为140～160℃，更优选为145～155℃，最优选为150℃；所述干燥的时间优选为8～12小时，更优选为10小时。

在本发明中，所述高CTE非触媒材料是指比金刚石的CTE大3倍及3倍以上的材料，金刚石的CTE为1.18×10^-6m/m K，如金属钴的CTE是金刚石的10.15倍，而低CTE的材料如硅Si和碳化硅SiC，分别是金刚石CTE的2.54和2.35倍。

在本发明中，所述高CTE非触媒材料优选熔点适宜渗透到脱钴金刚石片内并不与金刚石进行反应的材料，从而使获得的渗透层具有良好的耐热耐磨性。在本发明中，所述高CTE非触媒材料可以为金属、合金、硼化物或玻璃，优选为Pb、Zn、Ge、Cu、Mn、Gd、Sn、Be、Mg、Bi、Ag、Cu-Be合金或B₂O₃。

在本发明中，所述玻璃的熔点优选为800～1000℃，更优选为850～950℃，最优选为900℃。在本发明中，所述玻璃的成分优选包括：

75～85wt％的二氧化硅；

10～17wt％的氧化硼；

2～5wt％的氧化钠；

2～3wt％的氧化铝。

在本发明中，所述二氧化硅的质量含量优选为78～82％，更优选为80％；所述氧化硼的质量含量优选为12～14％，更优选为13％；所述氧化钠的质量含量优选为4％。

在本发明中，所述高CTE非触媒材料片材的厚度优选为0.04～0.06mm，更优选为0.05mm；所述高CTE非触媒材料片材的直径优选为15～18mm，更优选为16～17mm，最优选为16.15mm。

在本发明中，所述钽片的厚度优选为0.12～0.14mm，更优选为0.13mm；所述钽片的直径优选为15～18mm，更优选为16～17mm，最优选为16.3mm。在本发明中，所述钽片能够用来密封钽杯，避免高温高压处理过程中液态金属外泄。

在本发明中，所述云母片的直径优选为16～17mm，更优选为16.3mm；所述云母片的厚度优选为0.12～0.14mm，更优选为0.13mm。在本发明中，所述云母片具有保温作用。

在本发明中，所述石墨片的厚度优选为2～3mm，更优选为2.5～2.6mm，最优选为2.54mm；所述石墨片的设置位置使其部分高出钽杯，优选石墨片厚度的一半高出钽杯。在本发明中，所述石墨片的直径优选为16～17mm，更优选为16.3mm。

在本发明中，所述高温高压处理过程中，优选将复合结构材料采用石墨进行封装，具体为：

将所述复合结构材料(即钽杯整体)插入一个石墨套筒里面，石墨套筒两端采用石墨片进行密封。

在本发明中，所述高温高压处理过程中优选将上述石墨封装的复合结构材料放入适于高温高压的盛放装置中再放入高温高压腔内进行高温高压处理。

在本发明中，所述高温高压处理过程中施加的压力沿着碳化钨衬底向高CTE非触媒材料片材方向或者石墨片方向，即在复合结构材料中的碳化钨衬底和高CTE非触媒材料片材或石墨片的表面施加压力，施加的压力使碳化钨衬底、脱钴金刚石片、高热膨胀系数非触媒材料片材，以及钽片、云母片和石墨片相互之间压紧。在本发明中，所述高温高压处理的时间优选为25～35分钟，更优选为30分钟；所述高温高压处理的压力优选大于6GPa，更优选为6～7GPa，最优选为6.5GPa；所述高温高压处理的温度优选为1400～1600℃，更优选为1450～1550℃，最优选为1450℃。在本发明中，所述高温高压处理过程中钽杯中脱钴金刚石片粘附在碳化钨衬底上的时间优选为14～16分钟，更优选为15分钟。

在本发明中，所述高温高压处理完成后优选进行降温、卸压、去除钽杯后将里面的复合片进行研磨抛光处理，得到聚晶金刚石复合片。

本发明提供的聚晶金刚石复合片的制备方法工艺流程如图3所示，具体包括：

提供一个完全脱钴的PDC圆片即完全脱钴的金刚石圆片，其有部分晶粒间存在着空隙；提供一个高CTE材料(高CTE非触媒材料)放在上述完全脱钴的PDC圆片的一个表面上，将一个碳化钨衬底靠在上述完全脱钴的PDC圆片的另一面上，使完全脱钴的PDC圆片夹在高CTE材料和碳化钨衬底之间；将碳化钨衬底、完全脱钴的PDC圆片和高CTE材料在高温高压条件下稳定形成聚晶金刚石复合片，在高温高压过程中，温度低于1400℃时，高CTE材料先扫越渗透到完全脱钴的PDC圆片的晶粒间隙里，能够完全的填充到可扫越的区域；温度高于1400℃时，钴从碳化钨衬底扫越填充到完全脱钴的PDC圆片的剩下的空隙。

本发明提供了一种聚晶金刚石复合片，包括：

碳化钨衬底；

设置在所述碳化钨衬底表面的聚晶金刚石层；

所述聚晶金刚石层包括高热膨胀系数非触媒材料渗透区；

所述高热膨胀系数非触媒材料的热膨胀系数为金刚石热膨胀系数的3倍或3倍以上。

在本发明中，所述聚晶金刚石复合片的制备方法与上述技术方案所述聚晶金刚石复合片的制备方法一致，在此不再赘述。在本发明中，所述聚晶金刚石层即制备聚晶金刚石复合片过程中脱钴金刚石片所形成的区域；所述高热膨胀系数非触媒材料渗透区域位于聚晶金刚石复合片制备过程中脱钴金刚石片与高热膨胀系数非触媒材料片材接触的一侧区域。

在本发明中，所述聚晶金刚石层还包括钴渗透区域，所述钴渗透区域位于聚晶金刚石复合片制备过程中脱钴金刚石片与碳化钨衬底接触的一侧区域。

在本发明中，所述聚晶金刚石复合片的结构示意图如图1或图4所示，图1中包括：

碳化钨衬底；

设置在所述碳化钨衬底表面的聚晶金刚石层；

所述聚晶金刚石层包括高CTE(热膨胀系数)材料渗透区域和钴渗透区域。

如图4所示，在本发明中，所述聚晶金刚石层还包括CTE材料渗透区域和钴渗透区域之间的钴合金区域。

在本发明中，所述CTE材料渗透区域的厚度优选为聚晶金刚石层厚度的75～85％，更优选为78～82％，最优选为80％。在本发明中，如图1所示，所述聚晶金刚石层即为聚晶金刚石复合片的工作层；所述聚晶金刚石层的厚度优选为1.8～2.2mm，更优选为2mm；CTE材料渗透区域(#1区域，非触媒材料)的厚度优选为1.5～2mm，更优选为1.7～1.8mm。在本发明中，所述钴渗透区域的厚度优选为聚晶金刚石层厚度的15～25％，更优选为18～22％，最优选为20％。在本发明中，钴渗透区域(#2区域)的厚度优选为0.28～0.32mm，更优选为0.3mm。在本发明中，如图4所示，在CTE材料渗透区域和钴渗透区域的交界处形成钴合金，钴合金区域(即钴合金层在交界面)的厚度优选为0～0.4mm，更优选为0.1～0.3mm，最优选为0.2mm；所述钴合金区域的厚度在渗透层1.7mm处向下0.2mm记为-0.2mm；向上0.2mm，记为+0.2mm，1.7mm位置处为0位置。

参看图1，本发明提供的聚晶金刚石复合片的#1区域有高CTE非触媒材料，为通过高CTE非触媒材料进行填充的，高CTE非触媒材料并不与金刚石发生反应；所填充的#1区域为整个聚晶金刚石层厚度的75％～85％；所填充的#1区域为完全的填充，不留有空隙；所填充的#1区域的金属材料为Pb、Zn、Ge、Cu、Mn、Gd、Sn、Be、Mg、Bi、Ag、Cu-Be合金；所填充的#1区域的非金属材料为B₂O₃和一些低熔点的玻璃、陶瓷等等；聚晶金刚石复合片的#2区域由来自碳化钨衬底的钴填充的；钴所填充的#2区域为整个PDC金刚石部分(聚晶金刚石层)厚度的15％～25％；填充区域#1的温度低于1400℃，首先被填充；填充区域#2的温度高于1400℃，其次被填充。在本发明中，参看图4，如果用金属材料来填充聚晶金刚石层，在区域#1和#2的交接处有钴和金属填充材料的合金层形成，范围是±0.2mm厚度的钴合金层；如果用非金属材料填充，在区域#1和#2的交接处有明显的界线，用光学显微镜可以分辨出来；用高CTE非触媒、不与金刚石反应的填充材料制备的聚晶金刚石复合片，其耐热耐磨性能要比低CTE非触媒、与金刚石反应的填充材料制备的聚晶金刚石复合片高10～30％。

本发明用高CTE、非触媒的材料填充脱钴PDC(脱钴金刚石片)的间隙，在区域#1里可以达到100％的填充，这样的材料在扫越填充间隙时不与金刚石反应，即不破坏原有脱钴PDC(脱钴金刚石片)的耐磨性能，比现有最好的技术更具有高耐热、耐磨性。

制备热稳定PDC(聚晶金刚石复合片)通常是把完全脱钴的金刚石圆片(第一次高温高压烧结获得的)放在碳化钨衬底上，然后经高温高压，使碳化钨里的钴扫越渗透(sweepinfiltration，高温高压下，液态金属合金在高压的推动下，快速流动填充那些金刚石晶粒间空隙)到与之接触的完全脱钴的金刚石片中。从碳化钨里出来的钴通过扫越渗透可以产生足够的把持力使金刚石片固定在碳化钨上，即二次高温高压制备热稳定聚晶金刚石复合片。

现有技术为了控制钴在PDC里的渗透深度，在PDC的工作面上也相应渗透低热膨胀系数(CTE)的非触媒材料，或反应后生成低的，或与金刚石接近的CTE的非触媒材料。但是现有技术中所采用的低CET非触媒材料在扫越渗透时会与金刚石反应，从而影响了后续的渗透完成，造成PDC内部出现局部无填充的区域或渗透不均匀，从而严重影响PDC(聚晶金刚石复合片)性能。

现有技术中低CTE的非触媒材料较少，而且大多在高温高压渗透时与完全脱钴的金刚石晶粒发生反应，并形成固相附着在晶粒间隙里。这样就会导致晶粒间隙变小，阻碍了后续的低CTE非触媒材料的持续流动渗透，其结果就是导致渗透不完全，并在PDC里形成了一些没有填充的区域。这些区域附近的局部应力差会直接导致PDC内部微裂纹的产生，进而影响了PDC的生产良率，和耐热耐磨寿命。本发明采用的高CTE非触媒材料不与金刚石反应，不发生碳化，可以完全扫越填充晶粒的缝隙。本发明采用的高CTE的非触媒材料，如铜Cu和铅Pb(CTE分别是金刚石的15和24倍)，在高温高压下并不与金刚石发生反应；在渗透填充时可以保证整个1.7mm深度内的PDC的晶粒间隙被完全充满，获得的PDC复合片在高温高压烧结后，仍然保持完整的PDC外形，无缺陷，耐热耐磨性能增加。

本发明实现了采用高CTE的非触媒材料来渗透全脱钴的PDC(聚晶金刚石复合片)的工作面，以替代低CTE的非触媒材料，从而增加了可以使用的渗透材料范围。这些高CTE的材料在渗透中无需与金刚石发生反应，即保持惰性状态；从而使其对PDC的渗透填充得以完全，克服了现有的渗透填充材料的缺点。本发明制备得到的PDC良产率增大，而且耐热耐磨性更优。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的聚晶金刚石复合片的结构示意图；

图2为本发明提供的聚晶金刚石复合片的制备方法示意图；

图3为本发明提供的聚晶金刚石复合片的制备方法流程图；

图4为本发明提供的聚晶金刚石复合片的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明以下实施例所采用的碳化钨衬底为苏州新锐合金工具股份有限公司提供的硬质合金基片，钨钴类硬质合金JZ13，钴含量为13wt％。

实施例1

用碳化钨衬底压在平均粒度为12微米的金刚石粉末上，加高温1600℃高压6.5GPa到生长金刚石片后，停留15分钟，卸载，冷却后取出，得到复合片；将所述复合片经过研磨抛光成型，最后尺寸为直径16.15mm、高13mm，在复合片外边圆做45°倒角，垂直距离0.4mm。

将上述复合片用EDM(电火花加工)线锯将复合片的金刚石圆片部分从碳化钨衬底上分离下来；将金刚石圆片放入特氟龙烧杯里，加上王水覆盖圆片，加热到120℃，采用密封装置，冷却回收蒸发气体，保持2周，期间，每24小时更换新鲜的王水；然后将金刚石圆片取出，放入玻璃烧杯里，加酒精，超声波清洗30分钟；然后将金刚石圆片取出，放入玻璃杯里，加去离子水，超声波清洗30分钟；然后将金刚石圆片取出，放入干燥箱，加热150℃，通风10小时；然后将金刚石圆片取出，冷却到室温，放入室温干燥箱保存，得到脱钴的金刚石片。

在钽杯里先放进去一块碳化钨衬底(外径16.15mm)，然后让杯口朝上；接下来，把一片上述脱钴的金刚石片(外径16.15mm)平放在碳化钨衬底上；在上述脱钴的金刚石片上面放上一片0.05mm厚度的金属铜片，直径是16.15mm；在金属铜片上面放上一片钽片(直径16.3mm，厚度0.13mm)，用来覆盖住铜片；在钽片上面放上一片直径为16.3mm厚度为0.13mm的云母片，最后用一个直径为16.3mm的石墨片来封口钽杯(厚度2.54mm)，大概有一半厚的石墨片高于钽杯的外口，得到复合结构材料；

将上述复合结构材料的钽杯紧紧地插进一个石墨套筒里，套筒两端都用石墨片封好。将密封好的套筒装进为高温高压配制的组装组合体里。将上述组合体放进高温高压腔里，加上6.5GPa高压和1450℃的高温，并保持30分钟的运行时间，使脱钴金刚石片牢牢地粘在碳化钨衬底上的时间达到15分钟；所施加的压力方向能够使钽杯中碳化钨衬底、脱钴的金刚石片、金属铜片、钽片、云母片和石墨片紧密的结合在一起。高温高压处理结束之后，降温，卸压，去除钽杯后进行研磨抛光处理，得到聚晶金刚石复合片结构如图1所示，包括：碳化钨衬底；设置在所述碳化钨衬底表面的聚晶金刚石层(其表面为工作面)，所述聚晶金刚石层包括高CTE非触媒材料渗透区域(1#区域)和钴渗透区域(2#区域)。

对本发明实施例1制备的聚晶金刚石复合片进行耐高温耐磨性检测，具体方法为：

采用普通车床为实验机，车床夹上直径为254mm的花岗岩柱，以500rpm的转速旋转。车刀上装有本发明实施例1制备的聚晶金刚石复合片，从花岗岩柱外径以20mm/min的速度沿着径向向内移动进行切削，切削深度5mm。从花岗岩柱外缘切削到圆心为一个完成数目，定义为1；然后再重复上述花岗岩柱的切削过程，记录聚晶金刚石复合片破碎前能够完成多少花岗岩柱的切削；如果聚晶金刚石复合片在往圆心移动中破碎，则记录分数值，如在圆心半径的一半破碎，记录为0.5，最后记录总的切削完成数目。完成数目越多越耐热、耐磨。以铝片为非触媒材料制备的聚晶金刚石复合片为基准参考(即比较例4制备的聚晶金刚石复合片)，比较例4制备的聚晶金刚石复合片完成的花岗岩柱切削数目为100％，其他实施例制备的聚晶金刚石复合片的切削数目根据比较例4的切削数目进行计算以百分比进行表征。

检测结果如表1所示。

实施例2

按照实施例1的方法制备聚晶金刚石复合片，与实施例1的区别在于，采用铅片替换实施例1中的铜片。

按照实施例1的方法对本发明实施例2制备的聚晶金刚石复合片进行性能检测，检测结果如表1所示。

比较例1

按照实施例1的方法制备聚晶金刚石复合片，与实施例1的区别在于，采用钴片替换实施例1中的铜片。

按照实施例1的方法对本发明比较例1制备的聚晶金刚石复合片进行性能检测，检测结果如表1所示。

比较例2

按照实施例1的方法制备聚晶金刚石复合片，与实施例1的区别在于，采用Invar(铁镍合金，因瓦合金)替换实施例1中的铜片，Invar的成分为：64wt％的Fe；36wt％的Ni。

按照实施例1的方法对本发明比较例2制备的聚晶金刚石复合片进行性能检测，检测结果如表1所示。

比较例3

按照实施例1的方法制备聚晶金刚石复合片，与实施例1的区别在于，采用Co-B合金片替换实施例1中的铜片，Co-B合金的成分为：90wt％的Co；10wt％的B。

按照实施例1的方法对本发明比较例3制备的聚晶金刚石复合片进行性能检测，检测结果如表1所示。

比较例4

按照实施例1的方法制备聚晶金刚石复合片，与实施例1的区别在于，采用铝片替换实施例1中的铜片。

按照实施例1的方法对本发明比较例3制备的聚晶金刚石复合片进行性能检测，检测结果如表1所示。

表1本发明实施例和比较例制备的聚晶金刚石复合片性能检测

	熔化温度(℃)	CTE(×10<sup>-6</sup>)	耐热耐磨性(％)
				铜片	1080	16.5	130
铅片	630	28.9	130
				钴片	1400	13	30
Invar	1400	5.3	15
				Co-B	1460	～10	35
铝片	650	23.1	100

由以上实施例可知，本发明提供了一种聚晶金刚石复合片的制备方法，包括：在脱钴金刚石片上下两侧分别放置碳化钨衬底和高热膨胀系数非触媒材料片材，得到复合结构材料；将所述复合结构材料进行高温高压处理，得到聚晶金刚石复合片。本发明实现了采用高CTE的非触媒材料来渗透脱钴的聚晶金刚石复合片的工作面，从而增加了可以使用的渗透材料范围。这些高CTE的材料在渗透中无需与金刚石发生反应，即保持惰性状态；从而使其对金刚石的渗透填充得以完全，克服了现有的渗透填充材料的缺点。本发明制备得到的聚晶金刚石复合片良产率增大，而且耐热耐磨性更优。

Claims (10)

1.一种聚晶金刚石复合片的制备方法，包括：

在脱钴金刚石片上下两侧分别放置碳化钨衬底和高热膨胀系数非触媒材料片材，得到复合结构材料；

将所述复合结构材料进行高温高压处理，得到聚晶金刚石复合片；

所述高热膨胀系数非触媒材料的热膨胀系数为金刚石热膨胀系数的3倍或3倍以上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳化钨衬底的成分包括：

85～95wt％的WC；

5～15wt％的Co。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱钴金刚石片的制备方法包括：

将金刚石片和强酸混合后加热，得到处理后的金刚石片；

将所述处理后的金刚石片进行清洗，得到脱钴金刚石片。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述金刚石片的制备方法包括：

在高温高压条件下，将碳化钨衬底压在金刚石粉末上，得到金刚石复合片；

将所述金刚石复合片中碳化钨衬底和金刚石区域分离，得到金刚石片。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述高温高压条件下的温度为1500～1700℃；所述高温高压条件下的压力为6～7GPa。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述加热的温度为110～130℃。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述强酸为王水。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温高压处理的温度为1400～1600℃；所述高温高压处理的压力≥6GPa。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高热膨胀系数非触媒材料包括：Pb、Zn、Ge、Cu、Mn、Gd、Sn、Be、Mg、Bi、Ag、Cu-Be合金、B₂O₃或玻璃。

10.一种聚晶金刚石复合片，包括：

碳化钨衬底；

设置在所述碳化钨衬底表面的聚晶金刚石层；

所述聚晶金刚石层包括高热膨胀系数非触媒材料渗透区；

所述高热膨胀系数非触媒材料的热膨胀系数为金刚石热膨胀系数的3倍或3倍以上。

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