CN116900318A - 一种人造金刚石复合片用基体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人造金刚石复合片用基体，包括硬质合金体(1)，所述硬质合金体(1)的一端面为与金刚石层结合的界面(2)，所述界面(2)为弧面，所述界面(2)从中心向外侧设置有多个同心分布的凸起环(4)，所述凸起环(4)包括多个呈圆形阵列分布的曲面凸起(41)，外层凸起环的曲面凸起(41)的直径大于内层凸起环的曲面凸起(41)的直径。本发明的目的是提供一种人造金刚石复合片用基体，该人造金刚石复合片界面残余应力较小，可以更高的均布应力，并增加了金刚石界面的压应力与合金的把持力。

Description

一种人造金刚石复合片用基体

技术领域

本发明涉及人造金刚石复合片生产设备技术领域，特别是涉及一种人造金刚石复合片用基体。

背景技术

金刚石复合片是采用金刚石微粉与硬质合金基片在超高压高温条件下烧结而成，既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，广泛应用于石油钻井、地质勘探、煤田钻采钻头上和机械加工工具等行业。

现有的人造金刚石复合片用硬质合金基体，其中一种是平面结构，用这种基体生产的人造金刚石复合片，其金刚石层与硬质合金层结合面较小，连接可靠性较差，使用寿命较低；另一种是横向平行槽型结构，这种基体槽型都存在尖角、锐角、直角这类的边角会影响应力的分布，应力根据角集中到某个区域影响整个应力的均匀分布。

综上所述，如何有效地解决金刚石层与硬质合金层结合困难等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种人造金刚石复合片用基体，该人造金刚石复合片界面残余应力较小，可以更高的均布应力，并增加了金刚石界面的压应力与合金的把持力。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种人造金刚石复合片用基体，其特征在于，包括硬质合金体，所述硬质合金体的一端面为与金刚石层结合的界面，所述界面为弧面，所述界面从中心向外侧设置有多个同心分布的凸起环，所述凸起环包括多个呈圆形阵列分布的曲面凸起，外层凸起环的曲面凸起的直径大于内层凸起环的曲面凸起的直径。

可选地，偶数层凸起环的曲面凸起的中心线与奇数层凸起环的曲面凸起的间隔中心线重合。

可选地，所述界面的中心处设置有中心凸起，所述中心凸起位于最内层凸起环的内侧。

可选地，所述曲面凸起和中心凸起的表面为椭球面或者圆球面。

可选地，所述曲面凸起和中心凸起的根部与所述界面的表面通过过渡圆弧连接。

可选地，每个所述凸起环中曲面凸起的数量相同，外层凸起环的曲面凸起与内层凸起环的曲面凸起交错设置。

可选地，所述中心凸起的直径大于最内层凸起环的曲面凸起的直径。

可选地，每个凸起环中的曲面凸起的数量大于8。

本发明所提供的人造金刚石复合片用基体，包括硬质合金体，硬质合金体的一端面为界面，金刚石层与硬质合金体的界面结合。

界面的整体为弧面，经过有限元和热力学分析，和同类产品对比本申请的弧面界面残余应力最小，且分布最均匀。整个复合片金刚石与合金基体分两种应力，金刚石界面的应力是主要考量，基体应力是次要考量。图4、图5中阴影部分的压应力是金刚石层所需，其面积越大对整体的性能越有利。由此可见本发明的弧形界面压应力所占面积较大，对整体的性能很有利。

界面从中心向外周设置多个凸起环，曲面凸起使界面的表面积增加，金刚石层与硬质合金体的界面增加。多个凸起环同心分布，凸起环包括多个曲面凸起，多个曲面凸起呈圆形阵列分布，每个凸起环中的曲面凸起大小、形状、间隔相同。外层凸起环的曲面凸起位置的压应力为金刚石层设计所需，其它位置应力为拉应力。

复合片的压力场是中心点低往外圆逐步递增，所以为保证压力场的均匀性，采用凸起里短外长的特点，同时在增大压应力的前提下保证压力场的均匀性。最外层凸起环的曲面凸起直径最大，最内层凸起环的曲面凸起直径最小，曲面凸起的直径按照由球形曲面中心至界面边缘逐渐变大，通过增加边缘的曲面凸起的直径可增加硬质合金体与金刚石层在掘进岩层时的抗扭强度和抗剪强度。

本发明所提供的人造金刚石复合片用基体，设计合理、结构简单、成本较低。凸起环中的曲面凸起可有效增加硬质合金体与金刚石层的接触面积；能够减少应力的集中，而且曲面凸起与金刚石层的接触节点较多，能够与金刚石层获得较高的结合强度，不易分离；分散式的小突起分布界面，有效地提高了压应力的面积范围，并且应力分布均匀，极大地减少了复合片在使用过程中对界面的冲击，提高冲击韧性和使用寿命。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中一种具体实施方式所提供的人造金刚石复合片用基体的轴测图；

图2为人造金刚石复合片用基体的主视图；

图3为人造金刚石复合片用基体在C-C向的剖视图；

图4为本发明中一种具体实施方式所提供的人造金刚石复合片用基体的俯视图；

图5为界面的示意图。

附图中标记如下：

1-硬质合金体；2-界面；3-中心凸起；4-凸起环；41-曲面凸起；42-过渡圆弧。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种人造金刚石复合片用基体，该人造金刚石复合片界面残余应力较小，可以更高的均布应力，并增加了金刚石界面的压应力与合金的把持力。

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。

请参考图1至图5，图1为本发明中一种具体实施方式所提供的人造金刚石复合片用基体的轴测图；图2为人造金刚石复合片用基体的主视图；

图3为人造金刚石复合片用基体在C-C向的剖视图；图4为本发明中一种具体实施方式所提供的人造金刚石复合片用基体的俯视图；图5为界面的示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的人造金刚石复合片用基体，包括硬质合金体1，硬质合金体1的一端面为与金刚石层结合的界面2，界面2为弧面，界面2从中心向外侧设置有多个同心分布的凸起环4，凸起环4包括多个呈圆形阵列分布的曲面凸起41，外层凸起环的曲面凸起41的直径大于内层凸起环的曲面凸起41的直径。

上述结构中，人造金刚石复合片用基体包括硬质合金体1，硬质合金体1的一端面为界面2，金刚石层与硬质合金体1的界面2结合。

界面2的整体为弧面，经过有限元和热力学分析，和同类产品对比本申请的弧面界面2残余应力最小，且分布最均匀。整个复合片金刚石与合金基体分两种应力，金刚石界面的应力是主要考量，基体应力是次要考量。图4、图5中阴影部分的压应力是金刚石层所需，其面积越大对整体的性能越有利。由此可见本发明的弧形界面压应力所占面积较大，对整体的性能很有利。

界面2从中心向外周设置多个凸起环4，曲面凸起41使界面2的表面积增加，金刚石层与硬质合金体1的界面2增加。多个凸起环4同心分布，凸起环4包括多个曲面凸起41，多个曲面凸起41呈圆形阵列分布，每个凸起环4中的曲面凸起41大小、形状、间隔相同。外层凸起环的曲面凸起41位置的压应力为金刚石层设计所需，其它位置应力为拉应力。

复合片的压力场是中心点低往外圆逐步递增，所以为保证压力场的均匀性，采用凸起里短外长的特点，同时在增大压应力的前提下保证压力场的均匀性。最外层凸起环的曲面凸起41直径最大，最内层凸起环的曲面凸起41直径最小，曲面凸起41的直径按照由球形曲面中心至界面2边缘逐渐变大，通过增加边缘的曲面凸起41的直径可增加硬质合金体1与金刚石层在掘进岩层时的抗扭强度和抗剪强度。

本发明所提供的人造金刚石复合片用基体，设计合理、结构简单、成本较低。凸起环4中的曲面凸起41可有效增加硬质合金体1与金刚石层的接触面积；能够减少应力的集中，而且曲面凸起41与金刚石层的接触节点较多，能够与金刚石层获得较高的结合强度，不易分离；分散式的小突起分布界面，有效地提高了压应力的面积范围，并且应力分布均匀，极大地减少了复合片在使用过程中对界面的冲击，提高冲击韧性和使用寿命。

上述人造金刚石复合片用基体仅是一种优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要做出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式，偶数层凸起环4的曲面凸起41的中心线与奇数层凸起环4的曲面凸起41的间隔中心线重合。

在一些实施例中，不仅每层凸起环4上的曲面凸起41呈圆形阵列分布，层与层之间的曲面凸起41也是均匀、对称排布，层与层之间的曲面凸起41的中心线与间隔中心线重合，曲面凸起41的残余应力不会扩散至相邻层的曲面凸起41，应力分布更加均匀，减少集中应力。

在上述各个具体实施例的基础上，界面2的中心处设置有中心凸起3，中心凸起3位于最内层凸起环的内侧。

在一些实施例中，在界面2的中心处设置中心凸起3，中心凸起3布置在最内层凸起环的内侧空间，增加硬质合金体1与金刚石层在中心位置的接触面，保证中心位置的结合强度。并且，此时最内层凸起环不用太小，最内层凸起环的曲面凸起41也不用太小，降低加工难度。

在上述各个具体实施例的基础上，曲面凸起41和中心凸起3的表面为椭球面或者圆球面。

在一些实施例中，曲面凸起41和中心凸起3的表面可以为椭球面，也可以为圆球面。不同层的曲面凸起41形状可以相同，也可以不同，具体形式可以根据实际应用情况而定。椭球面和圆球面能够令硬质合金体1与金刚石层在受力方面具有较高的抗压性能，硬质合金体1与金刚石层的结合强度更高。

在上述各个具体实施例的基础上，曲面凸起41和中心凸起3的根部与界面2的表面通过过渡圆弧42连接。

在一些实施例中，中心凸起3和曲面凸起41根部通过过渡圆弧42与界面2的表面连接，减少残余应力，能够进一步地提高硬质合金体1与金刚石层的结合强度。

在上述各个具体实施例的基础上，每个凸起环4中曲面凸起41的数量相同，每个凸起环4中的曲面凸起41均匀分布，将整个圆环上均匀布满。外层凸起环的曲面凸起41与内层凸起环的曲面凸起41交错设置，外层凸起环的曲面凸起41与内层凸起环的曲面凸起41不对中，分散应力，减少残余应力。

在上述各个具体实施例的基础上，中心凸起3的直径大于最内层凸起环的曲面凸起41的直径。

在一些实施例中，中心凸起3的直径大于最内层的曲面凸起41的直径，中心凸起3具有加强作用，能够大大提高人造金刚石复合片的掘进能力。

在上述各个具体实施例的基础上，每个凸起环4中的曲面凸起41的数量大于8。

在一些实施例中，为了提高硬质合金体1与金刚石层的结合能力，每个凸起环4中的曲面凸起41数量大于8，合金齿的大面为圆弧面，为硬质合金体1与金刚石层提供较多的连接节点；并且，数量也不宜太多，太多会使每个曲面凸起41太小，不易于烧结成型。比如每个凸起环4中的曲面凸起41数量为9个，既可以保证硬质合金体1与金刚石层提供较多的连接节点，也可以保证每个曲面凸起41的大小不会太小，方便成型，连续性界面设计可以有效得防止裂纹延续生长。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的人造金刚石复合片用基体进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种人造金刚石复合片用基体，其特征在于，包括硬质合金体(1)，所述硬质合金体(1)的一端面为与金刚石层结合的界面(2)，所述界面(2)为弧面，所述界面(2)从中心向外侧设置有多个同心分布的凸起环(4)，所述凸起环(4)包括多个呈圆形阵列分布的曲面凸起(41)，外层凸起环的曲面凸起(41)的直径大于内层凸起环的曲面凸起(41)的直径。

2.根据权利要求1所述的人造金刚石复合片用基体，其特征在于，偶数层凸起环(4)的曲面凸起(41)的中心线与奇数层凸起环(4)的曲面凸起(41)的间隔中心线重合。

3.根据权利要求2所述的人造金刚石复合片用基体，其特征在于，所述界面(2)的中心处设置有中心凸起(3)，所述中心凸起(3)位于最内层凸起环的内侧。

4.根据权利要求3所述的人造金刚石复合片用基体，其特征在于，所述曲面凸起(41)和中心凸起(3)的表面为椭球面或者圆球面。

5.根据权利要求4所述的人造金刚石复合片用基体，其特征在于，所述曲面凸起(41)和中心凸起(3)的根部与所述界面(2)的表面通过过渡圆弧(42)连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的人造金刚石复合片用基体，其特征在于，每个所述凸起环(4)中曲面凸起(41)的数量相同，外层凸起环的曲面凸起(41)与内层凸起环的曲面凸起(41)交错设置。

7.根据权利要求3-5任一项所述的人造金刚石复合片用基体，其特征在于，所述中心凸起(3)的直径大于最内层凸起环的曲面凸起(41)的直径。

8.根据权利要求1-5任一项所述的人造金刚石复合片用基体，其特征在于，每个凸起环(4)中的曲面凸起(41)的数量大于8。