CN114856452A - 一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及超硬材料领域，具体公开了一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片及其制造方法，其金刚石复合片包括硬质合金基体和金刚石层，所述金刚石层包括细粒度聚晶层和粗粒度聚晶层，所述粗粒度聚晶层呈柱状且设于所述金刚石层中轴线处，所述细粒度聚晶层呈环状贴合在所述粗粒度聚晶层径向周侧，所述细粒度聚晶层弧面外周壁与所述硬质合金基体弧面外周壁平齐。本申请位于内圈的粗粒度聚晶层能均匀且有效承接环形细粒度聚晶层内应力，可有效避免片状细粒度聚晶层局部遭受冲击后发生崩裂的现象，并且在不影响其他性能且降低成本的同时提高了金刚石复合片的抗冲击性能。
Description
技术领域
本申请涉及超硬材料领域，尤其是涉及一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片及其制造方法。
背景技术
聚晶金刚石复合片（简称“复合片”）是一种将硬质合金基体和金刚石粉末在高温高压下烧结而成的超硬材料，具有高硬度、高耐磨的优异性能。主要使用在金刚石钻头上，现已广泛应用于地质钻探、石油、天然气、页岩气、煤炭开采等领域。随着勘探开发的发展，复杂地层使用的钻头设计所需的复合片的性能不断提升，特别是对复合片的抗冲击性能提出了更高的要求。
既要保证金刚石复合片的耐磨性，又要提高复合片的抗冲击性是各大金刚石复合片厂家一直研究的焦点。众所周知，复合片的金刚石层中金刚石的粒度越大抗冲击性越好，粒度越小耐磨性越好。现有技术主要是通过调节金刚石粒度来提高产品的抗冲击韧性和耐磨性，这种结构的聚晶金刚石设有两层金刚石层，上端金刚石层由细粒度金刚石构成切削刃，保证产品具有较高的耐磨性，而靠近硬质合金基体端的金刚石层由粗颗粒金刚石组成，使得产品具有较好的抗冲击韧性。
但是在实际钻探应用过程中，发明人发现，金刚石钻头在实际工作中，为充分利用金刚石复合片的切削性能和方便岩屑的排出，金刚石复合片多以倾斜状焊接在钻头上。如此，当金刚石复合片在钻头上工作时，钻头具有一个向下的力，金刚石层会受到竖直方向的反作用力以及钻头旋转时来自地层的阻力，对金刚石层进行受力分解后可得沿金刚石层径向和轴向的两个方向的力，而金刚石复合片的实际工作区域仅在金刚石层的边缘倒角处，因此即使将金刚石聚晶层设置为上述粒度不同的上下两层式金刚石层，细粒度聚晶层在旋转冲击岩层时，局部受力的细粒度聚晶层依然会发生受力不均匀使其抗冲击韧性仍然不佳、易崩裂而失效的现象，降低了金刚石复合片产品的使用寿命。
发明内容
为了改善金刚石复合片钻进切削时细粒度聚晶层抗冲击韧性较弱的问题，本申请提供一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片及其制造方法。
本申请第一方面提供的一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片采用如下的技术方案：
一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体和金刚石层，所述金刚石层包括细粒度聚晶层和粗粒度聚晶层，所述粗粒度聚晶层呈柱状且设于所述金刚石层中轴线处，所述细粒度聚晶层呈环状贴合在所述粗粒度聚晶层径向周侧，所述细粒度聚晶层弧面外周壁与所述硬质合金基体弧面外周壁平齐。
通过采用上述技术方案，倾斜安装在钻头上的金刚石复合片在跟随钻头工作的过程中，位于外层的细粒度聚晶层在钻头钻探过程中主要起切削作用，其与地层的接触表面积及接触频率最高、可以视为工作区域；而粗粒度聚晶层由于设在金刚石层的中心部位，其与地层的接触频率极低、可以视为非工作区域。
从而工作区域的细粒度聚晶层在工作时具有较强的耐磨性，能够为钻头提供持续有效的切削效果，在此过程中，环形设置的细粒度聚晶层承受外力冲击后的内应力能较为均匀地分散至内圈中的粗粒度聚晶层中，能有效避免整片式的细粒度聚晶层局部遭受冲击后容易发生应力集中而导致崩裂的现象，也即位于非工作区域的粗粒度聚晶层则主要为细粒度聚晶层提供抗冲击韧性，从而使得在确保金刚石层耐磨性不变的基础上，显著提高了金刚石层的抗冲击性能。
并且借助对金刚石层的结构设计，在非工作区域选用了成本更低却能提高抗冲击性的粗粒度金刚石，也实现了在降低成本的同时提高了金刚石复合片整体性能的效果，对当下金刚石复合片的加工制造具有较大的促进意义，具有较大的经济价值。
可选的，所述粗粒度聚晶层截面圆半径r与所述金刚石层截面圆半径R的比值为1/8＜r:R＜2/3。
通过采用上述技术方案，将金刚石层非工作区域限定在一定范围内，以免对金刚石层工作区域要求的抗耐磨性能造成影响。
可选的，所述细粒度聚晶层按重量份数记，包括70-95份的10-40粒度的金刚石颗粒和5-30份的1-10粒度的金刚石颗粒；
所述粗粒度聚晶层按重量份数记，包括60-90份的20-60粒度的金刚石颗粒和10-40份的1-20粒度的金刚石颗粒。
通过采用上述技术方案，粗粒度聚晶层和细粒度聚晶层均由较大粒径金刚石颗粒和较小粒径金刚石颗粒混合组成，使得较小粒径的金刚石颗粒能尽可能充分地嵌入较大粒径的金刚石颗粒之间的缝隙中，使得在未高温高压烧结前，粗粒度聚晶层和细粒度聚晶层即已具有较高的密实度，有助于提升金刚石层的成型质量。
可选的，所述粗粒度聚晶层至少设置一层；且当所述粗粒度聚晶层设为多层时，越靠近所述细粒度聚晶层的所述粗粒度聚晶层中金刚石颗粒的平均粒径越小。
通过采用上述技术方案，当粗粒度聚晶层设置为多层后，细粒度聚晶层承受外部冲击的内应力经多层粗粒度聚晶层逐级缓冲，缓冲效果更好，也即金刚石层的抗冲击性能得到了进一步的提高，并且金刚石复合片的原料成本也得到了进一步降低。
可选的，所述粗粒度聚晶层呈圆柱状或锥台状。
通过采用上述技术方案，粗粒度聚晶层呈圆柱状时，细粒度聚晶层呈圆环状，则细粒度聚晶层中的内应力能较为均匀地传递至粗粒度聚晶层中，尽可能确保了金刚石层的抗冲击性能的均衡性。
而当粗颗粒聚晶层呈锥台状时，相较于其呈圆柱状时，粗粒度聚晶层与细粒度聚晶层之间的接触面积增大，使得在烧结时粗粒度聚晶层与细粒度聚晶层之间的结合效果更佳；并且尤其当粗粒度聚晶层的锥台的下底与硬质合金贴合时，粗粒度聚晶层的锥面能为细粒度聚晶层提供更加多向的支撑效果，也即粗粒度聚晶层不仅能为细粒度聚晶层提供沿金刚石层径向的缓冲效果，还能提供部分沿金刚石层轴向的缓冲效果，又进一步提高了金刚石层整体的多向抗冲击性能。
可选的，所述粗粒度聚晶层与所述细粒度聚晶层结合部呈凹凸结构。
通过采用上述技术方案，进一步增加了粗粒度聚晶层与细粒度聚晶层之间的接触面积，在一方面提高了成型后细粒度聚晶层和粗粒度聚晶层直接结合的紧密度，另一方面也使得细粒度聚晶层与粗粒度聚晶层之间的内应力传导更为灵敏，进而提高粗粒度聚晶层对金刚石层抗冲击性能提升的效果。
本申请第二方面提供的一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片制造方法采用如下的技术方案：
一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片制造方法，用于制造上述高抗冲击性聚晶金刚石复合片，包括以下步骤：
S1.原料预处理，取10-40粒度的金刚石颗粒70-95份、1-10粒度的金刚石颗粒5-30份，混合并进行球磨处理，得到细粒度金刚石粉末；取20-60粒度的金刚石颗粒60-90份、和1-20粒度的金刚石颗粒10-40份，混合并进行球磨处理，得到粗粒度金刚石粉末；
S2.原料净化，分别对所述步骤S1中的所述细粒度金刚石粉末和所述粗粒度金刚石粉末进行氢气净化处理；
S3.中心区域定型，在所述步骤S2中净化后的所述粗粒度金刚石粉末中加入粘连剂，搅拌均匀后装入金属料杯中，通过装粉模具定型后，进行压实、成型取出所述装粉模具得到初级半成品；
S4.半成品成型，在所述步骤S3中的所述初级半成品的所述金属料杯中加入所述步骤S2中处理后的所述细粒度金刚石粉末，压实形成中级半成品；
S5.粘连剂净化处理，将所述中级半成品放入真空烧结炉中进行所述粘连剂脱除处理，得到高级半成品；
S6.烧结，将所述步骤S5中的所述高级半成品与硬质合金基体（1）组装在合成模中构成合成块，高温高压烧结所述合成块，烧结温度为1300-1850℃，压力为5.5-8.5Gpa，得到金刚石复合片毛坯；
S7.精加工，将所述步骤S5中的所述金刚石复合片毛坯加工成标准尺寸得到金刚石复合片成品；
S8.质量检测，对所述步骤S7中的所述金刚石复合片成品进行质量检测。
通过采用上述技术方案，在制备金刚石复合片时，先在粗粒度金刚石粉末中混合粘连剂，再以装粉模具进行定型，可确保压实后将装粉模具取出时粗粒度金刚石粉末能独立成型为粗粒度聚晶层坯料，随后再加入细粒度金刚石粉末压实成型为中级半成品也即金刚石层坯料，可使在步骤S6中烧结后，金刚石层能形成预设的粗粒度聚晶层在内、细粒度聚晶层在外的预设分层结构，从而金刚石复合片在钻头上工作时能具有较大的抗冲击性能。
在此过程中，粘连剂能起到对粗粒度金刚石粉料的定型作用，并且在步骤S5中通过粘连剂脱除处理，能有效避免粘连剂对金刚石层烧结质量的影响，在满足金刚石层特殊结构设计的要求下，不会对金刚石层的烧结质量造成影响，实现了高抗冲击性聚晶金刚石复合片制造方法的完整性。
可选的，所述步骤S2中进行氢气净化处理时，将所述细粒度金刚石粉末或所述粗粒度金刚石粉末置于氢气气氛中，并在600-700℃保温30-120分钟，完成后降到室温，取出所述细粒度金刚石粉末或所述粗粒度金刚石粉末。
通过采用上述技术方案，分别将细粒度金刚石粉末和粗粒度金刚石粉末进行氢气净化处理，氢气在高温下与原料金刚石粉末中的杂质、催化剂被氧化的钨等发生还原反应，可以对原料金刚石粉末进行提纯，以提高金刚石层的烧结质量，提高金刚石复合片在使用过程中的耐磨性能和抗冲击性能。
可选的，所述步骤S3中装粉模具为多个弧形散片拼装而成。
通过采用上述技术方案，拼装而成的装粉模具使得粗粒度聚晶层坯料被压实定型后，能在金属料杯狭小的空间中将装粉模具便捷地取出，并且不会对粗粒度聚晶层坯料与装粉模具接触的部位造成影响，提高了金刚石复合片的加工效率。
可选的，所述步骤S5中所述中级半成品在所述真空烧结炉中以真空度值不高于10-2Pa的条件下，400-500℃保温90-150分钟；
随后继续对所述高级半成品进行真空热处理，其处理方式为将所述步骤S5中所述真空烧结炉继续升温至700-1150℃，保温30-120分钟，完成后降到室温，取出待用。
通过采用上述技术方案，通过两段式升温加热，一方面可对粗粒度金刚石粉末中混合的粘连剂进行有效分解、处理；另一方面在700-1150℃的高温下能继续对金刚石层坯料进行进一步净化，去除掺杂在金刚石层坯料孔隙中的吸附性气体，进而确保金刚石层的烧结质量及成型物性。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过将粗粒度聚晶层设在金刚石层的中心区域并视非工作区域、将细粒度聚晶层环设在金刚石层的外层并视为工作区域，在确保了金刚石复合片在工作时的耐磨性不变的基础上，借助粗粒度聚晶层对细粒度聚晶层受外力冲击后的内应力的缓冲，使得环形设置的细粒度聚晶层能更为均匀地将内应力分散至粗粒度聚晶层中，有效避免整片式的细粒度聚晶层局部遭受冲击后容易发生应力集中而导致崩裂的现象，极大提高了金刚石复合片整体的抗冲击性能；并且由于粗粒度聚晶层成本更低，从而实现了在降低成本的同时提高了金刚石复合片整体性能的效果，对当下金刚石复合片的加工制造具有较大的促进意义，具有较大的经济价值；
2.当粗粒度聚晶层设置为多层后，细粒度聚晶层承受外部冲击的内应力经多层粗粒度聚晶层逐级缓冲，缓冲效果更好，也即金刚石层的抗冲击性能得到了进一步的提高，并且金刚石复合片的原料成本也得到了进一步降低；
3.当粗颗粒聚晶层呈锥台状时，相较于其呈圆柱状时，粗粒度聚晶层与细粒度聚晶层之间的接触面积增大，使得在烧结时粗粒度聚晶层与细粒度聚晶层之间的结合效果更佳；并且尤其当粗粒度聚晶层的锥台的下底与硬质合金贴合时，粗粒度聚晶层不仅能为细粒度聚晶层提供沿金刚石层径向的缓冲效果，还能提供部分沿金刚石层轴向的缓冲效果，又进一步提高了金刚石层整体的多向抗冲击性能；
4.在分别压实外层细粒度聚晶层和内层粗粒度聚晶层时，先在粗粒度聚晶层中混合可在后续处理工艺中能被完全分解的粘接剂，以达到在满足金刚石层特殊结构设计的要求下，不会对金刚石层的烧结质量造成影响的效果，实现了高抗冲击性聚晶金刚石复合片制造方法的完整性。
附图说明
图1是本申请实施例1高抗冲击性聚晶金刚石复合片的剖视结构示意图。
图2是本申请实施例1高抗冲击性聚晶金刚石复合片制造方法的流程示意图。
图3是本申请实施例1的金属料杯和装粉模具的剖视结构示意图。
图4是本申请实施例2高抗冲击性聚晶金刚石复合片的剖视结构示意图。
图5是本申请实施例3高抗冲击性聚晶金刚石复合片的剖视结构示意图。
图6是本申请实施例4高抗冲击性聚晶金刚石复合片的剖视结构示意图。
附图标记：1、硬质合金基体；2、金刚石层；21、细粒度聚晶层；22、粗粒度聚晶层；3、装粉模具；31、弧形散片；32、抱箍；33、延伸杆；34、定位弧片；4、金属料杯。
具体实施方式
以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。
实施例1：
本申请实施例公开一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片。参照图1，高抗冲击性聚晶金刚石复合片包括硬质合金基体1和金刚石层2，金刚石层2包括细粒度聚晶层21和粗粒度聚晶层22，粗粒度聚晶层22呈柱状且设于金刚石层2中轴线处，细粒度聚晶层21呈环状贴合在粗粒度聚晶层22径向周侧，细粒度聚晶层21弧面外周壁与硬质合金基体1弧面外周壁平齐。更具体地说粗粒度聚晶层22呈圆柱状、细粒度聚晶层21呈圆环状且二者同轴；其中，粗粒度聚晶层22截面圆半径r与金刚石层2截面圆半径R的比值为1/8＜r:R＜2/3，在具体选择时，可以根据被应用的钻头的物性要求，将粗粒度聚晶层22半径设为金刚石层2半径的1/5、1/4、1/3或者1/2等，本实施例中取r:R=1/3以作原理说明。
通过如上设置后，倾斜安装在钻头上的金刚石复合片在跟随钻头工作的过程中，位于外层的细粒度聚晶层21在钻头钻探过程中主要起切削作用，其与地层的接触表面积及接触频率最高、可以视为工作区域；而粗粒度聚晶层22由于设在金刚石层2的中心部位，其与地层的接触频率极低、可以视为非工作区域。
从而工作区域的细粒度聚晶层21在工作时具有较强的耐磨性，能够为钻头提供持续有效的切削效果，在此过程中，环形设置的细粒度聚晶层21承受外力冲击后的内应力能较为均匀地分散至内圈中的粗粒度聚晶层22中，能有效避免整片式的细粒度聚晶层21局部遭受冲击后容易发生应力集中而导致崩裂的现象，也即位于非工作区域的粗粒度聚晶层22则主要为细粒度聚晶层21提供抗冲击韧性，从而使得在确保金刚石层2耐磨性不变的基础上，显著提高了金刚石层2的抗冲击性能。
并且借助对金刚石层2的结构改进，在非工作区域选用了成本更低却能提高抗冲击性的粗粒度金刚石颗粒，也实现了在降低成本的同时提高了金刚石复合片整体性能的效果，对当下金刚石复合片的加工制造具有较大的促进意义，具有较大的经济价值。
在其他的实施例中，不仅可以将非工作区域的粗粒度聚晶层22中金刚石颗粒的平均粒度调高，还可以将非工作区域的粗粒度聚晶层22中金刚石颗粒的品级降低，降低市面上聚晶金刚石复合片在加工中普遍对进口高品级金刚石颗粒的依赖，更多地能使用国产金刚石颗粒，从而更能进一步起到降低生产成本的效果，对应的也降低了消费者的使用成本，也能促进国内聚晶金刚石复合片产业的稳步发展。
而为了确保金刚石颗粒在高温、高压下烧结的效率，细粒度聚晶层21按重量份数记，包括70-95份的10-40粒度的金刚石颗粒和5-30份的1-10粒度的金刚石颗粒；比如可以选取80份30粒度的金刚石颗粒以及20份10粒度的金刚石颗粒混合成细粒度聚晶层21坯料。
粗粒度聚晶层22按重量份数记，包括60-90份的20-60粒度的金刚石颗粒和10-40份的1-20粒度的金刚石颗粒；比如可以选取70份50粒度的金刚石颗粒以及30份15粒度的金刚石颗粒混合成细粒度聚晶层21坯料。
如此，粗粒度聚晶层22和细粒度聚晶层21均由较大粒径金刚石颗粒和较小粒径金刚石颗粒混合组成，使得较小粒径的金刚石颗粒在混合时能尽可能充分地嵌入较大粒径的金刚石颗粒之间的缝隙中，使得在未高温高压烧结前，粗粒度聚晶层22和细粒度聚晶层21即已具有较高的密实度，有助于提升金刚石层的成型质量和烧结效率。
本申请实施例一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片的实施原理为：通过将金刚石层2划分为由细粒度聚晶层21构成的工作区和由粗粒度聚晶层22构成的非工作区，使得倾斜安装在钻头上的金刚石复合片在工作时，细粒度聚晶层21主要为金刚石层2提供高耐磨性，在切削钻进时环形设置的细粒度聚晶层21承受外力冲击后的内应力能较为均匀地分散至内圈中的粗粒度聚晶层22中，能有效避免整片式的细粒度聚晶层21局部遭受冲击后容易发生应力集中而导致崩裂的现象，也即位于非工作区域的粗粒度聚晶层22主要为细粒度聚晶层21提供抗冲击韧性，从而使得在确保金刚石层2耐磨性不变的基础上，显著提高了金刚石层2的抗冲击性能。
并且借助对金刚石层2的结构改进，在非工作区域选用了成本更低却能提高抗冲击性的粗粒度金刚石颗粒，也实现了在降低成本的同时提高了金刚石复合片整体性能的效果，对当下金刚石复合片的加工制造具有较大的促进意义，具有较大的经济价值。
本申请实施例还公开一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片制造方法。参照图2和图3，高抗冲击性聚晶金刚石复合片制造方法包括以下步骤：
S1.原料预处理，取10-40粒度的金刚石颗粒70-95份、1-10粒度的金刚石颗粒5-30份，混合后加入适量的硬质合金球盛放在混合容器中，再将密封后的混合容器置于行星球磨机中进行球磨处理，筛分去除硬质合金球后得到细粒度金刚石粉末。取20-60粒度的金刚石颗粒60-90份、和1-20粒度的金刚石颗粒10-40份，通常采用上述方式混合后并进行球磨处理，得到粗粒度金刚石粉末。
S2.原料净化，分别对步骤S1中的细粒度金刚石粉末和粗粒度金刚石粉末进行氢气净化处理，处理方式为将细粒度金刚石粉末和粗粒度金刚石粉末分别置于真空烧结炉中并在氢气气氛，以600-700℃保温30-120分钟，实际设置温度时可以选择630℃、650℃或者680℃，完成后降到室温，在分别取出细粒度金刚石粉末和粗粒度金刚石粉末。
S3.中心区域定型，在步骤S2中净化后的粗粒度金刚石粉末中加入粘连剂，粘连剂需选择在具有一定黏度且在高温下能完全分解的化学制剂以降低对后续金刚石层2烧结质量的影响，具体的可以选用高纯度石蜡油；将粗粒度金刚石粉末和粘连剂搅拌均匀后装入金属料杯4中，通过装粉模具3居中定位并定型后，进行压实、成型取出装粉模具3得到初级半成品。
S4.半成品成型，在步骤S3中的初级半成品的金属料杯4中加入步骤S2中处理后的细粒度金刚石粉末，压实形成中级半成品。
S5.粘连剂净化处理，将中级半成品放入真空烧结炉中进行粘连剂脱除处理，得到高级半成品。
S6.烧结，将步骤S5中的高级半成品与硬质合金基体1组装在合成模中构成合成块，高温高压烧结合成块，烧结温度为1300-1850℃，压力为5.5-8.5GPa，具体选择时可以选取烧结温度1450℃、1500℃、1600℃等，烧结压力可以选取6.5GPa、7GPa或8GPa等，得到金刚石复合片毛坯。
S7.精加工，将步骤S5中的金刚石复合片毛坯加工成标准尺寸得到金刚石复合片成品，实际加工时先将金刚石复合片毛坯的外圆加工至设计尺寸，再将金刚石复合片毛坯的硬质合金基体1端面加工至设计尺寸，随后将金刚石复合片毛坯的金刚石层2端面加工至设计尺寸，最后对金刚石层2和硬质合金基体1的分别进行倒角。
S8.质量检测，对步骤S7中的金刚石复合片成品进行质量检测。
据此，在制备金刚石复合片时，先在粗粒度金刚石粉末中混合粘连剂，再以装粉模具3进行定型，可确保压实后将装粉模具3取出时粗粒度金刚石粉末能独立成型为位于金属料杯4中心的粗粒度聚晶层22坯料，随后再加入细粒度金刚石粉末压实成型为中级半成品也即金刚石层2坯料，可使在步骤S6中烧结后，金刚石层2能形成预设的粗粒度聚晶层22在内、细粒度聚晶层21在外的预设分层结构，从而金刚石复合片在钻头上工作时能具有较大的抗冲击性能。
在此过程中，将粘连剂选为石蜡油一方面能起到对粗粒度金刚石粉料的定型作用，另一方面在步骤S5中通过在高温下石蜡油能完全分解为二氧化碳和水并自中级半成品中溢出，不会对金刚石层2的烧结造成干涉，在满足金刚石层2特殊结构设计的要求下，不会因粘连剂残留的成分对金刚石层2的烧结质量造成影响，实现了高抗冲击性聚晶金刚石复合片制造方法的完整性。
需要进一步说明的是，步骤S5中粘连剂净化处理方式为将中级半成品在真空烧结炉中以真空度值不高于10-2Pa的条件下，400-500℃保温90-150分钟，最终得到去除粘连剂后的高级半成品，在选择粘连剂的净化温度时，可以设为430℃、450℃或者480°或直接定在500℃；并且在粘连剂净化处理后还应继续对高级半成品进行真空热处理，其处理方式为将步骤S5中真空烧结炉继续升温至700-1150℃，保温30-120分钟，完成后降到室温，取出待用。
由此，通过两段式升温加热，一方面可对中级半成品中的粗粒度金刚石粉末中混合的粘连剂进行有效分解、去除；另一方面在700-1150℃的高温下能继续对金刚石层2的坯料进行进一步净化，去除掺杂在金刚石层2的坯料孔隙中的吸附性气体，进而确保金刚石层2的烧结质量及成型物性。
而在进行步骤S3中，为使装粉模具3既能对粗粒度聚晶层22的坯料进行定型、又可以对其进行居中定位，装粉模具3设为筒状，且其外周壁上固接有多个依次呈相对设置的延伸杆33，延伸杆33上固定有用于紧贴在金属料杯4内壁或外壁的定位弧片34，装粉模具3高度大于金属料杯4高度。
或者在另一实施例中，参照图3，装粉模具3为多个弧形散片31拼装而成，且其外壁套设有抱箍32，本实施例以弧形散片31设为两个为例，此时一个弧形散片31上对应一个延伸杆33，且两个弧形散片31扣合后两个定位弧片34均贴合于金属料杯4外侧壁。
则在粗粒度聚晶层22的坯料进行定型时，对先将装粉模具3置于金属料杯4中，扣合两个弧形散片31并以抱箍32锁紧，此时弧形散片31上的定位弧片34抵紧在金属料杯4外壁，可使两个弧形散片31扣合形成的圆筒与金属料杯4同轴，从而在装粉模具3中装入粗粒度金刚石粉末并压实后，粗粒度聚晶层22的坯料能以设定的形状被安置于金属料杯4的中心区域，确保了金刚石层2在烧结成型后的结构与预设结构相符。
而后再解除抱箍32对弧形散片31的扣合，使两个弧形散片31相互远离，一方面能在金属料杯4狭小的空间中将装粉模具3便捷地取出，另一方面还不会对粗粒度聚晶层22坯料与装粉模具3接触的部位造成影响，提高了金刚石复合片的加工效率。
实施例2：
本申请实施例公开一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片。参照图4，与实施例1的不同之处在于：粗粒度聚晶层22至少设置一层；且当粗粒度聚晶层22设为多层时，越靠近细粒度聚晶层21的粗粒度聚晶层22中金刚石颗粒的平均粒径越小，仅位于最内层的粗粒度聚晶层22呈与细粒度聚晶层21同轴的柱状、其余层的粗粒度聚晶层22均呈与细粒度聚晶层21同轴的环状。本实施例中将粗粒度聚晶层22设为两层且柱状粗粒度聚晶层22层厚大于环状粗粒度聚晶层22层厚。
当粗粒度聚晶层22设置为多层后，细粒度聚晶层21承受外部冲击的内应力经多层粗粒度聚晶层22逐级缓冲，缓冲效果更好，也即金刚石层2的抗冲击性能得到了进一步的提高，并且金刚石复合片的原料成本也得到了进一步降低。
实施例3：
本申请实施例公开一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片。参照图5，与实施例1的不同之处在于：粗粒度聚晶层22呈锥台状，细粒度聚晶层21内环壁与粗粒度聚晶层22的锥面贴合。
由此，粗颗粒聚晶层呈锥台状时，相较于其呈圆柱状时，粗粒度聚晶层22与细粒度聚晶层21之间的接触面积增大，使得在烧结时粗粒度聚晶层22与细粒度聚晶层21之间的结合效果更佳；同时细粒度聚晶层21中内应力通过二者接触面分散、传递时也更为均匀，能在一定程度上提高金刚石层2整体的抗冲击性能。
并且尤其当粗粒度聚晶层22的锥台的下底与硬质合金贴合时，根据倾斜设置的金刚石复合片在工作时的受力分析可知，粗粒度聚晶层22的锥面能为细粒度聚晶层21提供更加多向的支撑效果，也即粗粒度聚晶层22不仅能为细粒度聚晶层21提供沿金刚石层2径向的缓冲效果，还能提供部分沿金刚石层2轴向的缓冲效果，又进一步提高了金刚石层2整体的多向抗冲击性能。
但在实施例1中一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片制造方法的步骤S3中，装粉模具3此时应对应设置为两片能围合成锥筒的弧形散片31以及抱箍32，并且弧形散片31围合成的锥筒应满足：金属料杯4半径与该锥筒下底半径之差大于该锥筒下底半径与该锥筒上底半径之差，以使装粉模具3完成对粗粒度聚晶层22的坯料的定型后，自粗粒度聚晶层22的坯料上剥离弧形散片31后，弧形散片31能自粗粒度聚晶层22的坯料与金属料杯4之间的间隙处取出而不会对成型的粗粒度聚晶层22的坯料外型造成影响。
实施例4：
本申请实施例公开一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片。参照图6，与实施例1或实施例2或实施例3的不同之处在于：粗粒度聚晶层22与细粒度聚晶层21结合部呈凹凸结构，具体的该结合部沿金刚石层2轴向的剖面为波浪状。由此进一步增加了粗粒度聚晶层22与细粒度聚晶层21之间的接触面积，在一方面提高了成型后细粒度聚晶层21和粗粒度聚晶层22直接结合的紧密度，另一方面也使得细粒度聚晶层21与粗粒度聚晶层22之间的内应力传导更为灵敏，进而提高粗粒度聚晶层22对金刚石层2抗冲击性能提升的效果。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体（1）和金刚石层（2），所述金刚石层（2）包括细粒度聚晶层（21）和粗粒度聚晶层（22），其特征在于：所述粗粒度聚晶层（22）呈柱状且设于所述金刚石层（2）中轴线处，所述细粒度聚晶层（21）呈环状贴合在所述粗粒度聚晶层（22）径向周侧，所述细粒度聚晶层（21）弧面外周壁与所述硬质合金基体（1）弧面外周壁平齐。
2.根据权利要求1所述的一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述粗粒度聚晶层（22）截面圆半径r与所述金刚石层（2）截面圆半径R的比值为1/8＜r:R＜2/3。
3.根据权利要求1所述的一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述细粒度聚晶层（21）按重量份数记，包括70-95份的10-40粒度的金刚石颗粒和5-30份的1-10粒度的金刚石颗粒；
所述粗粒度聚晶层（22）按重量份数记，包括60-90份的20-60粒度的金刚石颗粒和10-40份的1-20粒度的金刚石颗粒。
4.根据权利要求1所述的一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述粗粒度聚晶层（22）至少设置一层；且当所述粗粒度聚晶层（22）设为多层时，越靠近所述细粒度聚晶层（21）的所述粗粒度聚晶层（22）中金刚石颗粒的平均粒径越小。
5.根据权利要求2-4任一项所述的一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述粗粒度聚晶层（22）呈圆柱状或锥台状。
6.根据权利要求5所述的一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述粗粒度聚晶层（22）与所述细粒度聚晶层（21）结合部呈凹凸结构。
7.一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片制造方法，用于生产如权利要求1-6任一项所述的一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片，其特征在于：包括以下步骤：
S1.原料预处理，取10-40粒度的金刚石颗粒70-95份、1-10粒度的金刚石颗粒5-30份，混合并进行球磨处理，得到细粒度金刚石粉末；取20-60粒度的金刚石颗粒60-90份、和1-20粒度的金刚石颗粒10-40份，混合并进行球磨处理，得到粗粒度金刚石粉末；
S2.原料净化，分别对所述步骤S1中的所述细粒度金刚石粉末和所述粗粒度金刚石粉末进行氢气净化处理；
S3.中心区域定型，在所述步骤S2中净化后的所述粗粒度金刚石粉末中加入粘连剂，搅拌均匀后装入金属料杯（4）中，通过装粉模具（3）定型后，进行压实、成型取出所述装粉模具（3）得到初级半成品；
S4.半成品成型，在所述步骤S3中的所述初级半成品的所述金属料杯（4）中加入所述步骤S2中处理后的所述细粒度金刚石粉末，压实形成中级半成品；
S5.粘连剂净化处理，将所述中级半成品放入真空烧结炉中进行所述粘连剂脱除处理，得到高级半成品；
S6.烧结，将所述步骤S5中的所述高级半成品与硬质合金基体（1）组装在合成模中构成合成块，高温高压烧结所述合成块，烧结温度为1300-1850℃，压力为5.5-8.5Gpa，得到金刚石复合片毛坯；
S7.精加工，将所述步骤S5中的所述金刚石复合片毛坯加工成标准尺寸得到金刚石复合片成品；
S8.质量检测，对所述步骤S7中的所述金刚石复合片成品进行质量检测。
8.根据权利要求7所述的一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片制造方法，其特征在于：所述步骤S2中进行氢气净化处理时，将所述细粒度金刚石粉末或所述粗粒度金刚石粉末置于氢气气氛中，并在600-700℃保温30-120分钟，完成后降到室温，取出所述细粒度金刚石粉末或所述粗粒度金刚石粉末。
9.根据权利要求7所述的一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片制造方法，其特征在于：所述步骤S3中装粉模具（3）为多个弧形散片（31）拼装而成。
10.根据权利要求7所述的一种高抗冲击性聚晶金刚石复合片制造方法，其特征在于：所述步骤S5中所述中级半成品在所述真空烧结炉中以真空度值不高于10-2Pa的条件下，400-500℃保温90-150分钟；
随后继续对所述高级半成品进行真空热处理，其处理方式为将所述步骤S5中所述真空烧结炉继续升温至700-1150℃，保温30-120分钟，完成后降到室温，取出待用。
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