CN204075223U - 一种金刚石复合片基体 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种金刚石复合片基体，它包括底面和复合面，底面与复合面之间设有环形侧面，复合面边沿设置圆环形的环形平面，复合面中心位置设置圆形平面，圆形平面的水平高度高于环形平面的水平高度，圆形平面与环形平面之间设置环形凹槽，最内侧的环形凹槽外侧壁与环形侧面之间设置多个斜槽，各斜槽沿圆形平面的圆心呈放射状均匀分布。本实用新型的优点在于：增加了基体与金刚石粉的结合面积，提高了复合强度，能够分散硬质合金沟槽部位界面上的残余应力，有利于金刚石粉末流动，保证压实密度一致，使Co在高温液相状态下充分均匀的扩散到金刚石微粉当中，避免形成Co的偏聚。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种金刚石复合片，具体地说是一种金刚石复合片基体。
背景技术
硬质合金基体与金刚石在高温高压下烧结而成的复合片，既具有金刚石的硬度与耐磨性，又有硬质合金的抗冲击性和可焊接性的特点，广泛应用于石油钻井、地质勘探及机械加工等领域。复合片是由聚晶金刚石层(PCD)与硬质合金基体构成的超硬复合材料（PDC）。尽管将PCD和硬质合金连接在一起可以将这两种材料的优点综合在一种单一的产品中，但由于这两种材料物理力学性质的固有差异，它们的界面就成为这种产品最脆弱的区域。在高温高压烧结过程中，由于PCD层与硬质合金基体的热膨胀系数及弹性模量等物性参数相差较大，所以不可避免地在界面处存在严重的热残余应力，导致PCD层与硬质合金基体的附着力不强，PCD层抗冲击性能差，极易形成界面裂纹，工作时PCD层易脱落和断裂，造成钻头失效。因此，合理的界面结构对降低PDC热残应力、提高PDC使用寿命至关重要。为了提高金刚石与基体的结合强度与抗冲击能力，本领域技术人员设计出了带有环形沟槽结构的硬质合金基体，通过增加金刚石层与硬质合金基体之间的接触面积，使金刚石层与硬质合金基体之间的复合强度有所提升，但硬质合金沟槽部位界面上的残余应力难以分散，导致金刚石层容易出现横向裂纹，另外，沟槽结构不利于金刚石粉末流动，难以保证压实密度达到一致，使合金基体中的Co在高温液相状态下难以充分均匀的扩散到金刚石微粉当中，容易造成Co的偏聚。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种金刚石复合片基体，它增加了基体与金刚石粉的结合面积，提高了复合强度，基体复合面上设置放射状分布的斜槽能够分散硬质合金沟槽部位界面上的残余应力，同时有利于金刚石粉末流动，保证压实密度一致，使Co在高温液相状态下充分均匀的扩散到金刚石微粉当中，避免形成Co的偏聚。
本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现：包括底面和复合面，底面与复合面之间设有环形侧面，复合面边沿设置圆环形的环形平面，复合面中心位置设置圆形平面，圆形平面的圆心与环形平面的圆心重合，圆形平面的水平高度高于环形平面的水平高度，圆形平面与环形平面之间设置2-4条环形凹槽，环形凹槽的圆心与圆形平面的圆心重合，最内侧的环形凹槽外侧壁与环形侧面之间设置多个斜槽，各斜槽沿圆形平面的圆心呈放射状均匀分布，斜槽与环形平面之间的夹角θ1的角度为10°到18°。所述环形凹槽为V型槽，环形凹槽两个倾斜侧面之间的夹角θ2的角度为70°-120°，环形凹槽两个倾斜侧面之间以及各相邻环形凹槽倾斜侧面之间均通过圆角过渡。所述斜槽是V型槽，斜槽两个倾斜侧面之间的夹角θ3的角度为70°-120°，斜槽两个倾斜侧面之间通过圆角过渡。环形凹槽两个倾斜侧面之间的圆角半径R1、各相邻环形凹槽倾斜侧面之间的圆角半径R2以及斜槽两个倾斜侧面之间的圆角半径R3均为0.2mm-0.4mm。斜槽的数量为10-18个。所述环形凹槽的宽度W1为2mm-5mm。所述斜槽靠近环形侧面一端的深度H为1mm-3mm。所述圆形平面的直径D为3mm-7mm。所述环形平面的宽度W2为2mm-5mm。圆形平面与环形平面之间的高度差H为1mm-2mm。
本实用新型的优点在于：增加了基体与金刚石粉的结合面积，提高了复合强度，基体复合面上设置放射状分布的斜槽能够分散硬质合金沟槽部位界面上的残余应力，同时有利于金刚石粉末流动，保证压实密度一致，使Co在高温液相状态下充分均匀的扩散到金刚石微粉当中，避免形成Co的偏聚。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；
图2是本实用新型所述复合面的结构示意图；
图3是图2的A-A剖视结构示意图；
图4是图3中I部放大结构示意图；
图5是图4中B向放大结构示意图。
具体实施方式
本实用新型所述的一种金刚石复合片基体包括底面1和复合面2，底面1与复合面2之间设有环形侧面3，其特征在于：复合面2边沿设置圆环形的环形平面4，复合面2中心位置设置圆形平面5，圆形平面5的圆心与环形平面4的圆心重合，圆形平面5的水平高度高于环形平面4的水平高度，圆形平面5与环形平面4之间设置2-4条环形凹槽6，环形凹槽6的圆心与圆形平面5的圆心重合，最内侧的环形凹槽6外侧壁与环形侧面3之间设置多个斜槽7，各斜槽7沿圆形平面5的圆心呈放射状均匀分布，斜槽7与环形平面4之间的夹角θ1的角度为10°到18°。本实用新型通过设置环形凹槽6增大了基体与金刚石粉的结合面积，提高了复合强度，基体中心部位的环形平面5水平高度高于基体边沿部位环形平面4的水平高度可使合成出来的复合层外圈较厚、内部较薄，减少了金刚石粉的使用量，保证了复合片外圈的强度，延长了复合片的使用寿命，这一结构与基体复合面上设置的斜槽7配合还能够使金刚石粉末由基体复合面中心向周边流动，保证压实密度一致，使合金基体中Co元素在高温液相状态下充分均匀的扩散到金刚石微粉当中，避免形成Co的偏聚，基体复合面上设置的斜槽7呈放射状分布，能够分散环形凹槽6部位界面上的残余应力，防止金刚石层出现横向裂纹。
本实用新型所述环形凹槽6可以采用U型槽、V型槽等多种形式的凹槽，各种形式的凹槽在基体与金刚石结合后产生的残余应力各不相同，其中产生残余应力最小的结构如下：所述环形凹槽6为V型槽，环形凹槽6两个倾斜侧面之间的夹角θ2的角度为70°-120°，环形凹槽6两个倾斜侧面之间以及各相邻环形凹槽6倾斜侧面之间均通过圆角过渡。
本实用新型所述的斜槽7的主要作用是分散环形凹槽6内的残余应力，同时能够使金刚石粉末沿着斜槽7倾斜的底边由复合面中心向周圈分散，而V型槽、U型槽等多种形式的凹槽均能够实现上述技术效果，但斜槽7的位置在压合时同样会产生一定的残余应力，本实用新型为了将斜槽7部位产生的残余应力降至最低，优选采用下述结构：所述斜槽7是V型槽，斜槽7两个倾斜侧面之间的夹角θ3的角度为70°-120°，斜槽7两个倾斜侧面之间通过圆角过渡。
上述结构中环形凹槽6两个倾斜侧面之间的圆角半径R1、各相邻环形凹槽6倾斜侧面之间的圆角半径R2以及斜槽7两个倾斜侧面之间的圆角半径R3均为0.2mm-0.4mm。若圆角半径大于0.4mm则金刚石与基体之间的复合强度会随之大幅降低，若圆角半径小于0.2mm则环形凹槽6或斜槽7内的残余应力不易向外分散。
本实用新型所述斜槽7的数量越多，对残余应力的分散效果越好，但复合面自身强度会随之降低；斜槽7的数量越少，复合面自身的强度越高，但对残余应力的分散效果越差，根据理论计算结果并结合实验数据得知，斜槽7的数量为10-18个时可满足常规使用需求。斜槽7的数量超过18个之后，基体的复合面容易在使用中断裂，斜槽7的数量低于10个时，金刚石层会出现横向裂纹，表明残余应力没有得到有效分散。实际使用中，斜槽7的优选数量为15个，此时复合面自身强度与残余应力的分散效果均处于较高水平。
本实用新型所述环形凹槽6的宽度W1为2mm-5mm。该尺寸能够确保基体复合面与金刚石层之间具有较高的复合强度。
本实用新型所述斜槽7的深度对金刚石粉末的流动性有一定影响，其优选方案为：所述斜槽7靠近环形侧面3一端的深度H为1mm-3mm。如果斜槽7的深度过深，则金刚石粉末的流动性会随之降低。
本实用新型所述圆形平面5和环形平面3的面积越大越有利于缓解金刚石与基体结合面的应力，因此本实用新型在确保环形凹槽6具有足够宽度的基础上，尽可能的增加圆形平面5和环形平面3的面积，具体方案如下：所述圆形平面5的直径D为3mm-7mm。所述环形平面3的宽度W2为2mm-5mm。
本实用新型圆形平面5的水平高度高于环形平面4的水平高度，可使合成出来的复合层外圈较厚、内部较薄，减少了金刚石粉的使用量，增加了复合片的使用寿命，根据理论分析并结合对实验结果的分析，圆形平面5与环形平面4之间的高度差H为1mm-2mm时就足以满足绝大多数使用场合对复合片强度的要求，同时有效减少金刚石粉用量，降低复合片成本。若圆形平面5与环形平面4之间的高度差过大，则金刚石层中部的强度难以满足常规使用要求。
Claims (10)
1.一种金刚石复合片基体，包括底面（1）和复合面（2），底面（1）与复合面（2）之间设有环形侧面（3），其特征在于：复合面（2）边沿设置圆环形的环形平面（4），复合面（2）中心位置设置圆形平面（5），圆形平面（5）的圆心与环形平面（4）的圆心重合，圆形平面（5）的水平高度高于环形平面（4）的水平高度，圆形平面（5）与环形平面（4）之间设置2-4条环形凹槽（6），环形凹槽（6）的圆心与圆形平面（5）的圆心重合，最内侧的环形凹槽（6）外侧壁与环形侧面（3）之间设置多个斜槽（7），各斜槽（7）沿圆形平面（5）的圆心呈放射状均匀分布，斜槽（7）与环形平面（4）之间的夹角θ1的角度为10°到18°。
2.根据权利要求1所述的一种金刚石复合片基体，其特征在于：所述环形凹槽（6）为V型槽，环形凹槽（6）两个倾斜侧面之间的夹角θ2的角度为70°-120°，环形凹槽（6）两个倾斜侧面之间以及各相邻环形凹槽（6）倾斜侧面之间均通过圆角过渡。
3.根据权利要求1所述的一种金刚石复合片基体，其特征在于：所述斜槽（7）是V型槽，斜槽（7）两个倾斜侧面之间的夹角θ3的角度为70°-120°，斜槽（7）两个倾斜侧面之间通过圆角过渡。
4.根据权利要求2或3所述的一种金刚石复合片基体，其特征在于：环形凹槽（6）两个倾斜侧面之间的圆角半径R1、各相邻环形凹槽（6）倾斜侧面之间的圆角半径R2以及斜槽（7）两个倾斜侧面之间的圆角半径R3均为0.2mm-0.4mm。
5.根据权利要求1所述的一种金刚石复合片基体，其特征在于：斜槽（7）的数量为10-18个。
6.根据权利要求1或2所述的一种金刚石复合片基体，其特征在于：所述环形凹槽（6）的宽度W1为2mm-5mm。
7.根据权利要求1或2所述的一种金刚石复合片基体，其特征在于：所述斜槽（7）靠近环形侧面（3）一端的深度H为1mm-3mm。
8.根据权利要求1所述的一种金刚石复合片基体，其特征在于：所述圆形平面（5）的直径D为3mm-7mm。
9.根据权利要求1所述的一种金刚石复合片基体，其特征在于：所述环形平面（3）的宽度W2为2mm-5mm。
10.根据权利要求1所述的一种金刚石复合片基体，其特征在于：圆形平面（5）与环形平面（4）之间的高度差H为1mm-2mm。
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Cited By (2)
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| CN105134086A (zh) * | 2015-08-18 | 2015-12-09 | 中国石油大学(华东) | 具有防粘附特性的聚晶金刚石复合片 |
| CN106121542A (zh) * | 2016-08-26 | 2016-11-16 | 聊城市昌润复合材料有限公司 | 一种多边形金刚石复合片基体 |
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- 2014-08-07 CN CN201420442975.5U patent/CN204075223U/zh not_active Expired - Lifetime
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