CN111364919A - 弧形聚晶金刚石复合片及设有该复合片的钻头 - Google Patents

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CN111364919A CN202010118643.1A CN202010118643A CN111364919A CN 111364919 A CN111364919 A CN 111364919A CN 202010118643 A CN202010118643 A CN 202010118643A CN 111364919 A CN111364919 A CN 111364919A
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刘维
高德利
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    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B10/43—Rotary drag type drill bits with teeth, blades or like cutting elements, e.g. fork-type bits, fish tail bits characterised by the arrangement of teeth or other cutting elements
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Abstract

本申请公开一种弧形聚晶金刚石复合片及设有该复合片的钻头，该复合片包括：沿轴向延伸的硬质合金基座，基座在轴向的一端具有第一表面，第一表面不是平面；固定在基座第一表面上的聚晶金刚石层，聚晶金刚石层具有与第一表面相配合的第二表面，第二表面不是平面；聚晶金刚石层具有远离第二表面的第三表面；第三表面上具有脊线，聚晶金刚石层沿脊线延伸，脊线延伸方向与轴向垂直；在垂直于脊线延伸方向且与轴向平行的平面内，第三表面包括第一线条、第二线条和第三线条；第二线条具有中点，脊线由中点组成；第一线条、第三线条与脊线中至少有一条为弧线。本申请所提供的复合片，能够极大增强复合片综合性能，例如抗冲击性能、耐磨性和热稳定性。

Description

弧形聚晶金刚石复合片及设有该复合片的钻头
技术领域
本申请涉及钻探设备技术领域，尤其涉及一种弧形聚晶金刚石复合片及设有该复合片的钻头。
背景技术
本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。
聚晶金刚石复合片(PDC)是由聚晶金刚石层与硬质合金基体在高温高压下烧结成的复合材料。由于它既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，同时又兼具硬质合金的强度与抗冲击韧性，故PDC是制造切削刀具、钻井钻头及其他耐磨工具的理想材料，在石油钻探、地质勘探和机械加工等领域中获得了广泛的应用。
常规PDC的金刚石层为平面状，当PDC边缘刮削岩石时，金刚石层边缘所受的旋转冲击和向下的压力，其分力正好沿金刚石平面方向，全部作用在金刚石层上，容易造成金刚石层的崩缺，特别是遇到破碎岩层，钻头抖动等情况，PDC的金刚石层由于结构关系极易从边缘沿平面崩缺，造成PDC较早失效，使PDC的寿命大幅下降。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本申请的目的之一是提供一种弧形聚晶金刚石复合片及设有该复合片的钻头，该复合片能够极大增强复合片综合性能，例如抗冲击性能、耐磨性和热稳定性。
为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
一种弧形聚晶金刚石复合片，包括：
沿轴向延伸的硬质合金基座，所述基座在轴向的一端具有第一表面，所述第一表面不是平面；
固定在所述基座第一表面上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层具有与所述第一表面相配合的第二表面，所述第二表面不是平面；所述聚晶金刚石层具有远离所述第二表面的第三表面；所述第三表面上具有脊线，所述聚晶金刚石层沿所述脊线延伸，所述脊线延伸方向与所述轴向垂直；在垂直于所述脊线延伸方向且与所述轴向平行的平面内，所述第三表面包括第一线条、第二线条和第三线条，所述第二线条用于连接所述第一线条和第三线条；所述第二线条具有中点，所述脊线由所述中点组成；所述第一线条、第三线条与脊线中至少有一条为弧线。
作为一种优选的实施方式，所述第一线条与所述第三线条向远离所述第二表面的方向凸出；所述第一线条和所述第三线条的曲率在0.1mm-1以下；所述第二线条为弧线或直线；所述脊线为弧线或直线。
作为一种优选的实施方式，所述第一线条与所述第三线条向靠近所述第二表面的方向凹进；所述第一线条和所述第三线条的曲率在0.1mm-1以下；所述第二线条为弧线或直线；所述脊线为弧线或直线。
作为一种优选的实施方式，所述第一线条与所述第三线条其中之一向远离所述第二表面的方向凸出，另一线条向靠近所述第二表面的方向凹进；所述第一线条和所述第三线条的曲率在0.1mm-1以下；所述第二线条为弧线或直线；所述脊线为弧线或直线。
作为一种优选的实施方式，所述第一线条与所述第三线条为直线；所述第二线条为弧线或直线；所述脊线为弧线。
作为一种优选的实施方式，在垂直于所述脊线延伸方向且与所述轴向平行的平面内，所述第一表面中间高、两边低；所述第一表面上设有多个凸起和/或凹陷，所述凸起和/或凹陷的起伏趋势与所述第三表面的起伏趋势相同。
作为一种优选的实施方式，所述基座由单晶碳化钨粉末与第一粘结剂烧结而成，所述第一粘结剂为金属，所述第一粘结剂的含量为5-15％；所述聚晶金刚石层包括金刚石颗粒和第二粘结剂，所述第二粘结剂为金属及其碳化物或者非金属。
作为一种优选的实施方式，所述第二表面的最低点至所述第三表面的最高点沿所述轴向的距离是2mm-10mm；所述第一线条两端点的连线与所述第三线条两端点的连线的夹角范围为89°-179°；所述聚晶金刚石层的外边缘具有倒角，所述倒角包括单倒角、双倒角、多重倒角中的一种或多种。
一种设有弧形聚晶金刚石复合片的钻头，所述钻头包括如上任一实施方式所述的弧形聚晶金刚石复合片。
作为一种优选的实施方式，所述钻头具有沿周向均匀分布的多个刀翼，所述刀翼上设有前排齿和后排齿，所述前排齿和/或后排齿包括所述弧形聚晶金刚石复合片，所述前排齿的齿尖点位于所述钻头的冠部曲线上；所述弧形聚晶金刚石复合片沿所述轴向的轮廓与所述冠部曲线的切线与所述脊线之间具有预定角度。
有益效果：
本申请实施方式所提供的弧形聚晶金刚石复合片，通过将聚晶金刚石层第三表面设计为包括第一线条、第二线条和第三线条，并在第一线条、第三线条与脊线中至少有一条为弧线，可以根据需要选择增强复合片的抗冲击性能和/或攻击性。同时，基座的第一表面和聚晶金刚石层的第二表面不是平面，可以减轻聚晶金刚石层与基座之间的残余应力，增强聚晶金刚石层与基座之间的结合强度。
参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施方式中所提供的一种弧形聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3为实施例②提供的一种弧形聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图4为实施例③、⑥提供的一种弧形聚晶金刚石复合片的左视图；
图5为实施例④提供的一种弧形聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图6为实施例⑤提供的一种弧形聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图7为实施例⑦提供的一种弧形聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图8为图7的左视图；
图9为实施例⑧提供的弧形聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图10为实施例⑨提供的弧形聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图11为实施例⑩提供的弧形聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图12为实施例
Figure BDA0002392282030000041
提供的弧形聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图13为实施例
Figure BDA0002392282030000042
提供的另一弧形聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图14为实施例
Figure BDA0002392282030000043
提供的弧形聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图15为本申请实施方式提供的一种聚晶金刚石层的微观结构示意图；
图16为本申请实施方式提供的一种设有弧形聚晶金刚石复合片的钻头的结构示意图；
图17为本申请实施方式提供的一种前排齿或后排齿沿其轴向的俯视图，该俯视图平面与所述轴向垂直。
附图标记说明：
1、聚晶金刚石层；11、第一线条；12、第二线条；13、第三线条；14、脊线；2、基座；3、金刚石颗粒；4、第二粘结剂；5、前排齿；6、后排齿；101、钻头中轴线；102、冠部曲线；103、复合片沿所述轴向的轮廓。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
为了便于说明，本说明书中将弧形聚晶金刚石复合片的第一线条11所在一侧定义为“左”，将第三线条13所在一侧定义为“右”；将聚晶金刚石层1所在一侧定义为“上”，将基座2所在一侧定义为“下”。
请参阅图1至图10。本申请实施方式提供一种弧形聚晶金刚石复合片，其包括基座2和聚晶金刚石层1。
其中，所述基座2沿轴向延伸，由硬质合金制成。所述基座2在轴向的一端具有第一表面。所述第一表面不是平面。所述聚晶金刚石层1固定在所述基座2的第一表面上。所述聚晶金刚石层1具有与所述第一表面相配合的第二表面，所述第二表面与所述第一表面相接触。所述第二表面不是平面。所述聚晶金刚石层1具有远离所述第二表面的第三表面。所述第三表面上具有脊线14，所述聚晶金刚石层1沿所述脊线14延伸。所述脊线14延伸方向与所述轴向垂直。需要说明的是，本申请所述“脊线的延伸方向”是指脊线14整体的延伸方向，例如在读者面对图2、图4、图8时，脊线14的延伸方向为从左至右或从右至左的方向，虽然脊线14有向上或向下的趋势，但其整体是从左至右或从右至左的，与上下方向的轴向垂直。
在垂直于所述脊线14延伸方向且与所述轴向平行的平面内，也即在所述复合片沿轴向且垂直于脊线14延伸方向的截面内，所述第三表面包括第一线条11、第二线条12和第三线条13。所述第二线条12用于连接所述第一线条11和第三线条13。所述第二线条12具有中点，即位于第二线条12中间位置的点。所述脊线14由所述中点组成。所述第一线条11、第三线条13与脊线14中至少有一条为弧线。
本申请实施方式所提供的弧形聚晶金刚石复合片，通过将聚晶金刚石层1第三表面设计为包括第一线条11、第二线条12和第三线条13，并在第一线条11、第三线条13与脊线14中至少有一条为弧线，可以根据需要选择增强复合片的抗冲击性能和/或攻击性。同时，基座2的第一表面和聚晶金刚石层1的第二表面不是平面，可以减轻聚晶金刚石层1与基座2之间的残余应力，增强聚晶金刚石层1与基座2之间的结合强度。
本申请实施方式对所述第一线条11、第三线条13在垂直于轴向的方向上的长度不做限制。优选的，第一线条11和第三线条13在垂直于轴向的方向上的长度相等，第二线条12位于复合片的中部。其中第二线条12可以是直线，也可以是弧线。
在本申请实施方式中，所述脊线14可以是直线，也可以是弧线。优选的，所述脊线14为弧线。该弧线可以外凸(即远离第二表面)或内凹(即靠近第二表面)。采用外凸脊线14的复合片，将具有更好的耐用性和抗冲击性能。采用內凹脊线14的复合片，将具有更强的攻击性，能够实现更快的机械钻速。
脊线14采用外凸或者内凹的弧线，更加有利于复合片切削岩石所产生的岩屑的流动和排除，且有利于钻井液的流动，易于使复合片实现清岩和冷却，从而提高复合片的使用寿命和机械钻速，减少泥包的产生。
在本申请的一种实施方式中，所述第一线条11与所述第三线条13向远离所述第二表面的方向凸出。所述第一线条11和所述第三线条13的曲率在0.1mm-1以下。由于拱起的几何结构能承受更大的冲击，该结构可以增强复合片的耐用性并延长其使用寿命，尤其当复合片用于钻进非均质地层和硬地层时。此时所述第二线条12为弧线或直线；所述脊线14为弧线或直线。
在本申请的另一种实施方式中，所述第一线条11与所述第三线条13向靠近所述第二表面的方向凹进。所述第一线条11和所述第三线条13的曲率在0.1mm-1以下。第一线条11与第二线条12相交处的切线和第三线条13与第二线条12相交处的切线之间的夹角，小于第一线条11两端点的连线与第三线条13两端点的连线之间的夹角，这样能够取得更好的点破岩应力集中效果，从而增强攻击性。由于复合片与地层之间的接触面积减小，复合片受到的摩擦力减小，从而取得更小的机械比能，使得复合片能够更加容易地吃入地层。在吃入同等深度的地层时，该结构的复合片所需的钻井能量(例如钻压和扭矩)将更小。同时由于当前工艺水平限制，聚晶金刚石层1的厚度在加工时有高度上限，本实施方式提供的结构能在同等高度下取得更加尖锐的攻击角，以增强复合片的攻击性。此时所述第二线条12为弧线或直线；所述脊线14为弧线或直线。
在本申请的又一种实施方式中，所述第一线条11与所述第三线条13其中之一向远离所述第二表面的方向凸出，另一线条向靠近所述第二表面的方向凹进。所述第一线条11和所述第三线条13的曲率在0.1mm-1以下。采用外凸或者内凹的弧线，更加有利于复合片切削岩石所产生的岩屑的流动和排除，且有利于钻井液的流动，易于使复合片实现清岩和冷却，从而提高复合片的使用寿命和机械钻速，减少泥包的产生。通过对第一线条11和第三线条13选择不同的外凸和内凹组合，能够在复合片的左右两侧实现不同的设计目的，外凸可以增强复合片的耐用性并延长其使用寿命，内凹可以增强攻击性。后续根据钻头的设计需要，由于在钻头冠部曲线102的不同位置的复合片与地层相互作用机理不同，因此可以选择具有不同强化后功能的复合片实现特殊的设计目的。此时所述第二线条12为弧线或直线；所述脊线14为弧线或直线。
在本申请的再一种实施方式中，所述第一线条11与所述第三线条13为直线。此时所述第二线条12为弧线或直线。所述脊线14为弧线。
根据脊线14、第一线条11、第二线条12、第三线条13不同形状的选择，本申请具有多种实施例，为了更清楚地说明本申请提供的复合片，以下给出其中几种实施例。需要说明的是，实际并不限于以下几个实施例。
①第一线条11和第三线条13为向下凹进的弧线，第二线条12为向上凸起的弧线，曲率在0.05mm-1以上；脊线14为直线。如图1和图2所示。
例如，复合片的直径是16mm；第一线条11和第三线条13的曲率均为0.05mm-1；第二线条12的曲率是0.5mm-1；所述第一线条11两端点的连线与所述第三线条13两端点的连线的夹角为130°。
再例如，复合片的直径是16mm；第一线条11和第三线条13的曲率为0.002mm-1；第二线条12的曲率是0.5mm-1；所述第一线条11两端点的连线与所述第三线条13两端点的连线的夹角为130°。
②第一线条11和第三线条13为向下凹进的弧线，第二线条12为直线，脊线14为直线。如图3和图2所示。
例如，复合片的直径是16mm；第一线条11和第三线条13的曲率均为0.05mm-1；第二线条12的长度是2.5mm；所述第一线条11两端点的连线与所述第三线条13两端点的连线的夹角为130°。
③第一线条11和第三线条13为向下凹进的弧线，第二线条12为直线，脊线14为向上凸起的弧线。如图3和图4所示。
例如，复合片的直径是16mm；第一线条11和第三线条13的曲率为1/15mm-1；第二线条12的长度是2.5mm；所述第一线条11两端点的连线与所述第三线条13两端点的连线的夹角为130°；脊线14的曲率是1/15mm-1，脊线14与竖直边的夹角是100°。
④第一线条11和第三线条13为向上凸起的弧线，第二线条12为向上凸起的弧线，曲率在0.05mm-1以上；脊线14为直线。如图5和图2所示。
例如，复合片的直径是16mm；第一线条11和第三线条13的曲率为0.002mm-1；第二线条12的曲率是0.5mm-1；所述第一线条11两端点的连线与所述第三线条13两端点的连线的夹角为130°。
再例如，复合片的直径是16mm；第一线条11和第三线条13的曲率为1/15mm-1；第二线条12的曲率是0.5mm-1；所述第一线条11两端点的连线与所述第三线条13两端点的连线的夹角为130°。
⑤第一线条11和第三线条13为向上凸起的弧线，第二线条12为直线，脊线14为直线。如图6和图2所示。
例如，复合片的直径是16mm；第一线条11和第三线条13的曲率为0.05mm-1；第二线条12的长度为2mm；所述第一线条11两端点的连线与所述第三线条13两端点的连线的夹角为130°。
⑥第一线条11和第三线条13为向上凸起的弧线，第二线条12为向上凸起的弧线，曲率在0.05mm-1以上；脊线14为向上凸起的弧线。如图5和图4所示。
例如，复合片的直径是16mm；第一线条11和第三线条13的曲率为1/15mm-1；第二线条12的曲率是0.5mm-1；所述第一线条11两端点的连线与所述第三线条13两端点的连线的夹角为130°；脊线14的曲率是1/15mm-1，脊线14与竖直边的夹角是100°。
再例如，复合片的直径是16mm；第一线条11和第三线条13的曲率为0.002mm-1；第二线条12的曲率是0.5mm-1；所述第一线条11两端点的连线与所述第三线条13两端点的连线的夹角为130°；脊线14与竖直边的夹角是是91°。
⑦第一线条11和第三线条13为向上凸起的弧线，第二线条12为直线，脊线14为向下凹进的弧线。如图7和图8所示。
例如，复合片的直径是16mm；第一线条11和第三线条13的曲率为1/15mm-1；第二线条12的长度是3mm；所述第一线条11两端点的连线与所述第三线条13两端点的连线的夹角为130°；脊线14的曲率是1/15mm-1，脊线14与竖直边的夹角是80°。
⑧第一线条11为向下凹进的弧线，第三线条13为向上凸起的弧线，第二线条12为向上凸起的弧线，曲率在0.05mm-1以上；脊线14为直线。如图9和图2所示。
例如，复合片的直径是16mm；第一线条11和第三线条13的曲率为1/15mm-1，第二线条12的曲率是0.5mm-1；所述第一线条11两端点的连线与所述第三线条13两端点的连线的夹角为130°。
⑨第一线条11为向下凹进的弧线，第三线条13为向上凸起的弧线，第二线条12为直线，脊线14为直线。如图10和图2所示。
例如，复合片的直径是16mm；第一线条11和第三线条13的曲率为1/15mm-1；第二线条12的长度是1mm；所述第一线条11两端点的连线与所述第三线条13两端点的连线的夹角为130°。
⑩第一线条11和第三线条13为直线；第二线条12为直线，其长度在脊线14所在方向上非线性变化；脊线14为向上凸起的弧线。如图11和图4所示。
例如，复合片的直径是16mm；第二线条12在最高处的长度是1mm；所述第一线条11两端点的连线与所述第三线条13两端点的连线的夹角为130°；脊线14的曲率是1/15mm-1，脊线14与竖直边的夹角是95°。
Figure BDA0002392282030000081
第一线条11和第三线条13为直线；第二线条12为向上凸起的弧线，曲率在0.05mm-1以上；脊线14为向上凸起的弧线。如图12、图13和图4所示。
例如，复合片的直径是16mm；第二线条12的曲率为0.5mm-1；所述第一线条11两端点的连线与所述第三线条13两端点的连线的夹角为130°；脊线14与竖直边的夹角是95°。
又例如，复合片的直径是16mm；第二线条12的曲率为0.5mm-1；所述第一线条11两端点的连线与所述第三线条13两端点的连线的夹角为150°；脊线14与竖直边的夹角是100°。
Figure BDA0002392282030000091
第一线条11和第三线条13为直线；第二线条12为向上凸起的弧线，曲率在0.05mm-1以上；脊线14为向下凹进的弧线。如图14和图8所示。
例如，复合片的直径是16mm；第二线条12的曲率为0.5mm-1；所述第一线条11两端点的连线与所述第三线条13两端点的连线的夹角为130°；脊线14的曲率是1/15mm-1，脊线14与竖直边的夹角是87°。
在本申请实施方式中，在垂直于所述脊线14延伸方向且与所述轴向平行的平面内，所述第一表面中间高、两边低。所述第一表面上设有多个凸起和/或凹陷，所述凸起和/或凹陷的起伏趋势与所述第三表面的起伏趋势相同，以减轻聚晶金刚石层1与基座2之间的残余应力，增强聚晶金刚石层1与基座2之间的结合强度。例如，当第三表面的第一线条11、第三线条13向上凸起时，第一表面左半面上的多个凸起和/或凹陷中，位于中间位置的高度较高，位于两边位置的高度较低，第一表面右半面上的多个凸起和/或凹陷中，位于中间位置的高度较高，位于两边位置的高度较低；当第三表面的第一线条11向上凸起、第三线条13向下凹进时，第一表面左半面上的多个凸起和/或凹陷中，位于中间位置的高度较高，位于两边位置的高度较低，第一表面右半面上的多个凸起和/或凹陷中，位于中间位置的高度较低，位于两边位置的高度较高。
在本申请实施方式中，复合片以微米级、或亚微米级、或纳米级的金刚石微粉与硬质合金基座2为原料，在高温高压下(例如5.5GPa、1400℃，或8.5GPa、1800℃，或15GPa、2300℃)烧结而成。复合片在宏观上表现出各项同性，具有较高的硬度和一定的韧性，在某些方面的应用性能优于单晶金刚石。
所述基座2由单晶碳化钨粉末与第一粘结剂烧结而成，所述第一粘结剂为金属，所述第一粘结剂的含量为5-15％，该含量为重量占比。更具体的，该金属为第VIII族过渡金属，例如钴。
所述聚晶金刚石层1包括金刚石颗粒3和第二粘结剂4，所述第二粘结剂4为金属及其碳化物或者非金属。如图15所示，金刚石颗粒3以金刚石-金刚石键(D-D键)相结合，第二粘结剂4以孤岛形式存在。金刚石颗粒3可以使用单一颗粒尺寸，例如可以在直径为50nm-100nm，100nm-1um，1um-10um，10um-20um，20um-50um中任意选取一组尺寸的金刚石颗粒3作为本实施方式所要使用的金刚石颗粒3；也可以使用多峰颗粒尺寸，例如可以选取30％直径为50nm-100nm和70％直径为1um-10um的金刚石颗粒3，或者选取30％直径为0.2um-1um和70％直径为20um-50um的金刚石颗粒3。其中百分比均指重量百分比。具体的，第二粘结剂4可以是第VIII族过渡金属及其碳化物，例如金属钴和金属钨以及钴和钨的碳化物；也可以是碳酸盐、硫酸盐等非金属粘结剂，例如碳酸钙、硫酸钙等。
在本申请实施方式中，所述第二表面的最低点至所述第三表面的最高点沿所述轴向的距离是2mm-10mm。也即聚晶金刚石层1沿上下方向的厚度为2mm-10mm。更优的，聚晶金刚石层1的厚度为2mm-5mm。所述第一线条11两端点的连线与所述第三线条13两端点的连线的夹角范围为89°-179°。所述聚晶金刚石层1的外边缘具有倒角。所述倒角包括单倒角、双倒角、多重倒角中的一种或多种。所述倒角可以是倒圆角或倒平面角。本申请实施方式对倒角的形式不做限制。具体的，本实施方式中的聚晶金刚石层1的所有尖锐边缘，都将使用单倒角、或者双倒角、或者多重倒角，以增加复合片的耐用性，防止过早掉片。
本申请另一实施方式中还提供一种设有弧形聚晶金刚石复合片的钻头。所述钻头包括如上任一实施方式所述的弧形聚晶金刚石复合片。该钻头能够实现弧形聚晶金刚石复合片所解决的技术问题，相应的达到弧形聚晶金刚石复合片能达到的技术效果，具体的本申请在此不再赘述。
如图16所示，在本申请实施方式中，所述钻头具有沿周向均匀分布的多个刀翼。当然，多个刀翼也可以沿钻头周向非均匀地分布，本申请实施方式对此不做限制。刀翼上可以均设置上述实施方式提供的弧形聚晶金刚石复合片；也可以设置部分齿为上述实施方式提供的弧形聚晶金刚石复合片，其余齿为常规的圆柱形聚晶金刚石复合片。
所述刀翼上可以设置单排齿，当然，也可以根据需要设置多排齿。优选的，如图16所示，所述刀翼上设有双排齿，为前排齿5和后排齿6。所述前排齿5和/或后排齿6包括所述弧形聚晶金刚石复合片。后排齿6和前排齿5可以是对齐分布，也可以是交错分布。
当然，可以选取单一形貌的复合片作为前排齿5和/或后排齿6，例如选取上述第①种复合片；也可以选取不同形貌的复合片作为前排齿5和/或后排齿6，例如选取上述第①种和第②种复合片。
在本申请实施方式中，所述前排齿5的所有齿尖点位于所述钻头的冠部曲线102上。后排齿6的所有齿尖点可以在冠部曲线102上，也可以与冠部曲线102具有预定距离，可以高于冠部曲线102，也可以低于冠部曲线102。该预定距离可以为0.1mm-5mm。其中，所述冠部曲线102绕钻头中轴线101旋转一周形成的曲面，能使每一个复合片都与之相切。
在本申请实施方式中，所述弧形聚晶金刚石复合片沿所述轴向的轮廓103与所述冠部曲线102的切线与所述脊线14之间具有预定角度。如图17所示，所述预定角度可以为90°，即脊线14与上述切线垂直。当然，该预定角度也可以不为90°，即脊线14沿顺时针或者逆时针偏离某一角度，沿顺时针方向偏离则预定角度小于90°，沿逆时针方向偏离则预定角度大于90°。例如预定角度可以为95°，即表示脊线14沿逆时针方向偏离5°。当前常规复合片工作时，与地层是正交关系，但是复合片受力和切削接触面并不是关于复合片中的脊线14对称的，可能会向下偏一点，或向上偏一点，因此本实施方式中将脊线14偏离某一角度，可以使脊线14正好在切削接触面的正中，从而提高钻头的切削效率。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本文引用的任何数值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。
除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。
披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (10)

1.一种弧形聚晶金刚石复合片，其特征在于，包括：
沿轴向延伸的硬质合金基座，所述基座在轴向的一端具有第一表面，所述第一表面不是平面；
固定在所述基座第一表面上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层具有与所述第一表面相配合的第二表面，所述第二表面不是平面；所述聚晶金刚石层具有远离所述第二表面的第三表面；所述第三表面上具有脊线，所述聚晶金刚石层沿所述脊线延伸，所述脊线延伸方向与所述轴向垂直；在垂直于所述脊线延伸方向且与所述轴向平行的平面内，所述第三表面包括第一线条、第二线条和第三线条，所述第二线条用于连接所述第一线条和第三线条；所述第二线条具有中点，所述脊线由所述中点组成；所述第一线条、第三线条与脊线中至少有一条为弧线。
2.根据权利要求1所述的弧形聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述第一线条与所述第三线条向远离所述第二表面的方向凸出；所述第一线条和所述第三线条的曲率在0.1mm-1以下；所述第二线条为弧线或直线；所述脊线为弧线或直线。
3.根据权利要求1所述的弧形聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述第一线条与所述第三线条向靠近所述第二表面的方向凹进；所述第一线条和所述第三线条的曲率在0.1mm-1以下；所述第二线条为弧线或直线；所述脊线为弧线或直线。
4.根据权利要求1所述的弧形聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述第一线条与所述第三线条其中之一向远离所述第二表面的方向凸出，另一线条向靠近所述第二表面的方向凹进；所述第一线条和所述第三线条的曲率在0.1mm-1以下；所述第二线条为弧线或直线；所述脊线为弧线或直线。
5.根据权利要求1所述的弧形聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述第一线条与所述第三线条为直线；所述第二线条为弧线或直线；所述脊线为弧线。
6.根据权利要求1所述的弧形聚晶金刚石复合片，其特征在于，在垂直于所述脊线延伸方向且与所述轴向平行的平面内，所述第一表面中间高、两边低；所述第一表面上设有多个凸起和/或凹陷，所述凸起和/或凹陷的起伏趋势与所述第三表面的起伏趋势相同。
7.根据权利要求1所述的弧形聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述基座由单晶碳化钨粉末与第一粘结剂烧结而成，所述第一粘结剂为金属，所述第一粘结剂的含量为5-15％；所述聚晶金刚石层包括金刚石颗粒和第二粘结剂，所述第二粘结剂为金属及其碳化物或者非金属。
8.根据权利要求1所述的弧形聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述第二表面的最低点至所述第三表面的最高点沿所述轴向的距离是2mm-10mm；所述第一线条两端点的连线与所述第三线条两端点的连线的夹角范围为89°-179°；所述聚晶金刚石层的外边缘具有倒角，所述倒角包括单倒角、双倒角、多重倒角中的一种或多种。
9.一种设有弧形聚晶金刚石复合片的钻头，其特征在于，所述钻头包括如权利要求1-8任一项所述的弧形聚晶金刚石复合片。
10.根据权利要求9所述的设有弧形聚晶金刚石复合片的钻头，其特征在于，所述钻头具有沿周向均匀分布的多个刀翼，所述刀翼上设有前排齿和后排齿，所述前排齿和/或后排齿包括所述弧形聚晶金刚石复合片，所述前排齿的齿尖点位于所述钻头的冠部曲线上；所述弧形聚晶金刚石复合片沿所述轴向的轮廓与所述冠部曲线的切线与所述脊线之间具有预定角度。
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