CN204782792U - 一种球形表面的金刚石复合片基体 - Google Patents

Abstract

一种球形表面的金刚石复合片基体，包括圆柱状的主体，凸块底部的直径与圆柱状的主体的直径相同，凸块的形状为球冠状，凸块的表面为球面的一部分，球面的半径为圆柱状的主体的半径的2-4倍；在凸块的表面开有直槽，直槽由横向的直槽和纵向的直槽组成，横向的直槽与纵向的直槽垂直，在横向的直槽和纵向的直槽之间形成有凸齿。本实用新型的聚晶金刚石层为中间薄，边缘厚的圆弧形薄板结构，能分散由结合面引起的局部应力集中,并且能有效降低复合片金刚石层轴向拉应力,提高复合片的抗断裂能力，且金刚石层不易从基体上脱落。

Description

一种球形表面的金刚石复合片基体

技术领域

本实用新型涉及一种金刚石复合片基体，具体涉及一种金刚石复合片基体的表面结构。

背景技术

聚晶金刚石复合片是由硬质合金基体和金刚石微粉在高温高压下烧结而成的一种用于石油、天然气钻探或刀具切削等各个领域的新型复合材料。但是，由于硬质合金和金刚石的热膨胀系数、弹性模量等性能参数不同，烧结成的聚晶金刚石复合片内部会出现残余的应力。尽管将聚晶金刚石层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性质的固有差异，在高温高压烧结过程中，残余的应力分布在硬质合金和金刚石相结合的界面，影响硬质合金基体与金刚石的结合力，且残余应力越大结合力越小。存在残余应力的聚晶金刚石复合片的抗冲击韧性差，容易导致其崩裂、分层等非正常破坏，严重影响聚晶金刚石的质量。因此，如何提高硬质合金与金刚石的结合力，以提高聚晶金刚石复合片的抗冲击韧性，进而提高聚晶金刚石的质量，是本领域技术人员亟需解决的问题。

通过国内检索发现以下专利与本实用新型有相似之处：

申请号为201220746549.1，名称为“一种金刚石复合片基体”的实用新型，此实用新型提供了一种金刚石复合片基体，尤其一种不同的复合面结构的金刚石复合片基体，由圆柱主体和其上的圆台组成，圆台被若干条平行、等宽、等深的凹槽纵横交错切割成均匀分布的若干凸齿，其中位于圆台中间的若干凸齿为方形凸齿，圆台边缘凸齿不完整且近似三角状；三角状凸齿高度低于方形凸齿；这些独特设计使基体具有较强的抗剥落和抗掉边的能力，具有较强的复合强度，同时便于压制成型和脱模。

此实用新型虽然也是圆柱状的主体，且有若干条平行、等宽、等深的凹槽纵横交错，但由于此实用新型主体上方是圆台，圆台的顶部是平面的。而本实用新型主体的上方是球冠状的凸块，凸块的顶部是球面的，能使聚晶金刚石层形成中间薄，边缘厚的圆弧形薄板结构。此薄板结构能分散由结合面引起的局部应力集中,并且能有效降低复合片金刚石层轴向拉应力,提高复合片的抗断裂能力。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：由于硬质合金和金刚石的热膨胀系数、弹性模量等性能参数不同，烧结成的聚晶金刚石复合片内部会出现残余的应力，导致聚晶金刚石复合片的抗冲击韧性差，容易导致崩裂、分层等非正常破坏。而提出一种表面为球面且开有直槽的基体，来分散残余的应力，提高复合片的抗断裂能力。

针以上述问题，本实用新型提出的技术方案是：一种球形表面的金刚石复合片基体，包括圆柱状的主体，还包括球冠状的凸块，在凸块的表面开有直槽，直槽由横向的直槽和纵向的直槽组成，横向的直槽与纵向的直槽垂直，在横向的直槽和纵向的直槽之间形成有凸齿。

进一步地，凸块的形状为球冠，凸块底部的圆的直径与圆柱状的主体的直径相同；凸块的表面为球面的一部分，，球面的半径为圆柱状的主体的半径的2-4倍。

进一步地，在凸块的表面开有横向的直槽，横向的直槽的条数为2-20，横向的直槽的宽度为0.5-2mm,横向的直槽的深度为0.3-1mm，每两条相邻的横向的直槽的间距相同。

进一步地，在凸块的表面开有纵向的直槽，纵向的直槽的条数与横向的直槽的条数相同，纵向的直槽的宽度与横向的直槽的宽度相同，纵向的直槽的深度与横向的直槽的深度相同，每两条相邻的纵向的直槽的间距相同。

进一步地，横向的直槽的截面形状与纵向的直槽的截面的截面形状是相同的，且直槽的截面的侧边与直槽的截面的底部的连接是采用圆弧过渡或尖角过渡。

进一步地，直槽的截面的形状是方形、梯形、U形、V形、圆弧形或多边形中的一种。

进一步地，主体、凸块和凸齿是一个整体，每个凸齿的顶部在同一球面上。

本实用新型的优点是：

1.由于基体的表面为球面，使得聚晶金刚石层形成中间薄，边缘厚的圆弧形薄板结构。根据工程力学的薄板理论，这种中间薄、边缘厚的圆弧形界面结构形式不仅可以分散由结合面引起的局部应力集中,并且能有效降低复合片金刚石层轴向拉应力,提高复合片的抗断裂能力。

2.平面界面的复合片在烧结过程中中间部分所受压力偏低，球面的结构使复合片中部可压缩的金刚石粉的量减少，从而增加复合片中部的压力，进而提高其耐磨性。

3）球面的凸块上纵横分布的直槽增加了复合片金刚石层与基体的接触面积，可提高金刚石与基体的结合强度，使得金刚石层不易从基体上脱落。

附图说明

图1为本实用新型的剖视示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为本实用新型的俯视示意图；

图4为在本实用新型上复合了金刚石层的剖视示意图；

图中：1主体、2凸块、3直槽、4凸齿、41凸齿的顶部、5直槽的截面、51截面的底部、52直线边、6金刚石层。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型做一步的描述：

实施例一

金刚石复合片是由硬质合金基体和金刚石微粉在高温高压下烧结而成的一种复合材料。如图1所示，金刚石复合片的基体是由主体1和凸块2组成的一个整体，主体1为圆柱体，凸块2为球冠状。凸块2的底部是一个圆，凸块2底部的直径为图1中虚线所示，凸块2底部的直径与主体1的直径是相同的。由于凸块2是球冠状的，因此凸块2的表面是一个球面的一部分，所述球面的半径为圆柱状的主体1的半径的2-4倍。

如图4所示，将凸块2的表面制造成球面是为了让质合金基体上方的聚晶金刚石层6形成中间薄，边缘厚的圆弧形薄板结构。根据工程力学的薄板理论，这种中间薄、边缘厚的圆弧形界面结构形式不仅可以分散由结合面引起的局部应力集中,并且能有效降低复合片金刚石层6轴向拉应力,提高复合片的抗断裂能力。而且基体的表面制造成球面，会使凸块2的中间略高，在烧结聚晶金刚石层6时，聚晶金刚石层6的中间部位所受的压力会大于连缘部分，能避免基体为平面界面的复合片在烧结过程中中间部分所受压力偏低，从而增加复合片中部的压力，进而提高其耐磨性。

如图1和图3所示，在凸块2的表面开有横向的直槽3和纵向的直槽3，横向的直槽3与纵向的直槽3垂直，在横向的直槽3和纵向的直槽3之间形成有凸齿4。横向的直槽3的条数为2-20，横向的直槽3的宽度为0.5-2mm,横向的直槽3的深度为0.3-1mm，每两条相邻的横向的直槽3的间距相同。纵向的直槽3的条数、宽度、深度分别与横向的直槽3的条数、宽度、深度相同，每两条相邻的纵向的直槽3的间距相同。

如图1和图2所示，主体1、凸块2和凸齿4是一个整体，由于凸块2在开直槽3前，凸块2的表面是球面的一部分，因此，开直槽3后每个凸齿的顶部41在同一球面上。也正因为截面两侧的垂向直线边52的长度在各个位置都是相同的，也就是说，每个凸齿的顶部41与每条直槽3的底部之间的间距是相同的，因此凸齿的顶部41在同一球面上，直槽3的底部也都在同一球面上。凸齿4是在开槽后形成的，开直槽3后，一个表面为平滑的球面的凸块2，变成了由凸起的凸齿4和凹陷的直槽3组形的凹凸不平的凸块2。

由于每条横向的直槽3的底部与每条纵向的直槽3的底部都在同一球面上，所以每条直槽3的底部都是球面上的一条长条形边，而直槽的截面5的底部就是直槽3的截面与直槽3的底部相交的一条圆弧边。且横向的直槽3和纵向的直槽3的截面都是由两条侧边的垂向直线边52和一条底部的圆弧边围成。截面两侧的垂向直线边52的长度，也就是直槽3的深度在各个位置都是相同的；截面两侧的垂向直线边52的间距，也就是直槽3的宽度在各个位置都是相同；只是截面的位置不同截面的底部51的圆弧边形状会有所不同。

将凸块2的表面制造成凹凸不平的形状，是为了通过增加金刚石层6与硬质合金基体之间的接触面积，使金刚石层6与硬质合金基体之间的复合强度有所提升，以及让金刚石层6与硬质合金基体之间由于膨胀系数不同而产生的残余应力被分散，不易出现裂纹。

综上所述，硬质合金基体的表面是球面的一部分的凸块2，凸块2上开多条横向的直槽3和纵向的直槽3后，金刚石微粉在高温高压下烧结成聚晶金刚石层6,聚晶金刚石层6一部分布在直槽3中，聚晶金刚石层6还有一部分会高出凸齿4。而高出凸齿4的那部分聚晶金刚石层6则形成中间薄，边缘厚的圆弧形薄板结构,此结构可以分散由结合面引起的局部应力集中,并且能有效降低复合片金刚石层6轴向拉应力,提高复合片的抗断裂能力。

另外，基体的表面制造成球面，使凸块2的中间略高，在烧结聚晶金刚石层6时，聚晶金刚石层6的中间部位所受的压力会增大，能避免基体为平面界面的复合片在烧结过程中中间部分所受压力偏低的问题，进而提高其耐磨性。

而将凸块2的表面制造成凹凸不平的形状，是为了通过增加金刚石层6与硬质合金基体之间的接触面积，使金刚石层6与硬质合金基体之间的复合强度有所提升，防止金刚石层6由于内部的残留应力产生开裂、脱落的现象。

实施例二

其结构与实施例一大致相同,但是将直槽的截面5的形状改成方形、梯形、U形、V形、圆弧形或多边形中的一种，而直槽的截面5的侧边与截面的底部51的连接则采用圆弧形过渡或尖角过渡，优选为圆弧形过渡。

很显然，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，作出的若干改进或修饰都应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种球形表面的金刚石复合片基体，包括圆柱状的主体（1），凸块（2）底部的直径与圆柱状的主体（1）的直径相同，其特征在于，凸块（2）的形状为球冠状，凸块（2）的表面为球面的一部分，球面的半径为圆柱状的主体（1）的半径的2-4倍；在凸块（2）的表面开有直槽（3），直槽（3）由横向的直槽（3）和纵向的直槽（3）组成，横向的直槽（3）与纵向的直槽（3）垂直，在横向的直槽（3）和纵向的直槽（3）之间形成有凸齿（4）。

2.根据权利要求1所述的一种球形表面的金刚石复合片基体，其特征在于，在凸块（2）的表面开有横向的直槽（3），横向的直槽（3）的条数为2-20，横向的直槽（3）的宽度为0.5-2mm,横向的直槽（3）的深度为0.3-1mm，每两条相邻的横向的直槽（3）的间距相同。

3.根据权利要求1所述的一种球形表面的金刚石复合片基体，其特征在于，在凸块（2）的表面开有纵向的直槽（3），纵向的直槽（3）的条数与横向的直槽（3）的条数相同，纵向的直槽（3）的宽度与横向的直槽（3）的宽度相同，纵向的直槽（3）的深度与横向的直槽（3）的深度相同，每两条相邻的纵向的直槽（3）的间距相同。

4.根据权利要求1所述的一种球形表面的金刚石复合片基体，其特征在于，横向的直槽的截面（5）形状与纵向的直槽的截面（5）的形状是相同的，且直槽的截面（5）的侧边与直槽的截面的底部（51）的连接是采用圆弧过渡或尖角过渡。

5.根据权利要求4所述的一种球形表面的金刚石复合片基体，其特征在于，直槽的截面（5）的形状是方形、梯形、U形、V形、圆弧形或多边形中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种球形表面的金刚石复合片基体，其特征在于，主体（1）、凸块（2）和凸齿（4）是一个整体，每个凸齿的顶部（41）在同一球面上。