復(fù)合片基體、使用該基體的復(fù)合片及使用該復(fù)合片的鉆頭的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及復(fù)合片基體、使用該基體的復(fù)合片及使用該復(fù)合片的鉆頭。其中復(fù)合片基體具有用于與復(fù)合片的功能層結(jié)合的結(jié)合面，所述結(jié)合面為設(shè)有凹坑的結(jié)合面，由于復(fù)合片基體用于與復(fù)合片的功能層結(jié)合的結(jié)合面為設(shè)有凹坑的結(jié)合面，因此能夠增大與功能層的結(jié)合面積，提高結(jié)合力，并且，所述凹坑的壁面是用于與復(fù)合片的功能層結(jié)合的平滑曲面，采用平滑曲面能夠減小與功能層結(jié)合時(shí)的內(nèi)應(yīng)力，減小拉應(yīng)力集中，提高復(fù)合片的抗沖擊韌性，從而提高復(fù)合片的結(jié)合牢固程度和產(chǎn)品質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】復(fù)合片基體、使用該基體的復(fù)合片及使用該復(fù)合片的鉆頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及復(fù)合片基體、使用該基體的復(fù)合片及使用該復(fù)合片的鉆頭。

【背景技術(shù)】
[0002] 復(fù)合片是由超硬材料與硬質(zhì)合金基體在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成的，不但具有 金剛石的高硬度、高耐磨性與導(dǎo)熱性，而且具有硬質(zhì)合金的強(qiáng)度與抗沖擊韌性，能夠適應(yīng)較 為嚴(yán)苛的作業(yè)環(huán)境。例如現(xiàn)有技術(shù)中的異形聚晶金剛石復(fù)合齒，是由異形硬質(zhì)合金基體(如 圓錐形、半球形、楔形、拋物線形等）和金剛石微粉在高溫高壓下燒結(jié)而成的一種用于鉆探 開(kāi)采等領(lǐng)域的新型復(fù)合片，金剛石微粉在基體上形成功能層，硬度高，耐磨性好，能夠很好 地滿足工程需要。但是，由于異形硬質(zhì)合金復(fù)合齒的基體和金剛石層的熱膨脹系數(shù)、彈性模 量等性能參數(shù)不同，燒結(jié)成的聚晶金剛石復(fù)合齒內(nèi)部會(huì)存在較大的殘余應(yīng)力，這種殘余的 應(yīng)力主要分布在硬質(zhì)合金基體和功能層的結(jié)合面，會(huì)對(duì)硬質(zhì)合金基體與金剛石的結(jié)合牢固 程度造成很大影響，從而導(dǎo)致異形硬質(zhì)合金復(fù)合齒抗沖擊韌性較差，使用時(shí)容易出現(xiàn)崩裂、 分層等非正常破壞，嚴(yán)重影響聚晶金剛石齒的質(zhì)量和使用壽命，不僅會(huì)影響工程的進(jìn)度，也 會(huì)造成人力、物力及原材料的大量浪費(fèi)。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠提高復(fù)合片的結(jié)合牢固程度的復(fù)合片基體，同 時(shí)，本實(shí)用新型還提供了一種使用該基體的復(fù)合片及使用該復(fù)合片的鉆頭。
[0004] 本實(shí)用新型中復(fù)合片基體采用的技術(shù)方案是：復(fù)合片基體，所述復(fù)合片基體具有 用于與復(fù)合片的功能層結(jié)合的結(jié)合面，所述結(jié)合面為設(shè)有凹坑的結(jié)合面，所述凹坑的壁面 是用于與復(fù)合片的功能層結(jié)合的平滑曲面。
[0005] 所述復(fù)合片基體設(shè)有結(jié)合面的頂部為圓錐形、半球形、楔形或拋物線形，所述凹坑 是壁面為球面的球面凹坑或者是壁面為橢球面的橢球面凹坑。
[0006] 所述凹坑成列設(shè)置并具有多列，各列中的凹坑均沿復(fù)合片基體的徑向排列，各列 凹坑繞復(fù)合片基體的軸線均勻分布。
[0007] 所述凹坑的列數(shù)為偶數(shù)列。
[0008] 本實(shí)用新型中一種復(fù)合片采用的技術(shù)方案是：一種復(fù)合片，包括復(fù)合片基體和功 能層，所述復(fù)合片基體具有用于與所述功能層結(jié)合的結(jié)合面，所述結(jié)合面為設(shè)有凹坑的結(jié) 合面，所述凹坑的壁面是用于與復(fù)合片的功能層結(jié)合的平滑曲面。
[0009] 所述復(fù)合片基體設(shè)有結(jié)合面的頂部為圓錐形、半球形、楔形或拋物線形，所述凹坑 是壁面為球面的球面凹坑或者是壁面為橢球面的橢球面凹坑，所述凹坑成列設(shè)置并具有多 列，各列中的凹坑均沿復(fù)合片基體的徑向排列，各列凹坑繞復(fù)合片基體的軸線均勻分布。 [0010] 所述功能層包括結(jié)合在所述結(jié)合面上的耐沖擊層和結(jié)合在所述耐沖擊層上的超 硬材料層，所述耐沖擊層與超硬材料層之間的結(jié)合面為平整的平面或曲面。
[0011] 本實(shí)用新型中一種鉆頭采用的技術(shù)方案是：一種鉆頭，包括鉆頭本體和固定在鉆 頭本體上的復(fù)合片，所述復(fù)合片包括復(fù)合片基體和功能層，所述復(fù)合片基體具有用于與所 述功能層結(jié)合的結(jié)合面，所述結(jié)合面為設(shè)有凹坑的結(jié)合面，所述凹坑的壁面是用于與復(fù)合 片的功能層結(jié)合的平滑曲面。
[0012] 所述復(fù)合片基體設(shè)有結(jié)合面的頂部為圓錐形、半球形、楔形或拋物線形，所述凹坑 是壁面為球面的球面凹坑或者是壁面為橢球面的橢球面凹坑。
[0013] 所述凹坑成列設(shè)置并具有多列，各列中的凹坑均沿復(fù)合片基體的徑向排列，各列 凹坑繞復(fù)合片基體的軸線均勻分布。
[0014] 本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案，由于復(fù)合片基體用于與復(fù)合片的功能層結(jié)合的結(jié) 合面為設(shè)有凹坑的結(jié)合面，因此能夠增大與功能層的結(jié)合面積，提高結(jié)合力，并且，所述凹 坑的壁面是用于與復(fù)合片的功能層結(jié)合的平滑曲面，采用平滑曲面能夠減小與功能層結(jié)合 時(shí)的內(nèi)應(yīng)力，減小拉應(yīng)力集中，提高復(fù)合片的抗沖擊韌性，從而提高復(fù)合片的結(jié)合牢固程度 和產(chǎn)品質(zhì)量。
[0015] 另外，所述凹坑成列設(shè)置并具有多列，各列中的凹坑均沿復(fù)合片基體的徑向排列， 各列凹坑繞復(fù)合片基體的軸線均勻分布，能夠使合成復(fù)合片時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力均衡，相互抵 消，更好地保證復(fù)合片基體與功能層的牢固結(jié)合。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是本實(shí)用新型中復(fù)合片基體的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2是圖1的俯視圖；
[0018] 圖3是使用圖1中的復(fù)合片基體制成的復(fù)合片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖4是本實(shí)用新型中復(fù)合片基體的實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖5是圖4的俯視圖；
[0021] 圖6是本實(shí)用新型中復(fù)合片基體的實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖7是圖6的俯視圖；
[0023] 圖8是使用圖3中的復(fù)合片的鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖，同時(shí)也是本實(shí)用新型中一種鉆 頭的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖中各附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)的名稱為：1復(fù)合齒，2硬質(zhì)合金基體，3結(jié)合面，4凹坑，5耐 沖擊層，6金剛石層，7鉆頭本體。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 本實(shí)用新型中復(fù)合片的一個(gè)實(shí)施例如圖1~圖3所示，是一種用于潛孔鉆的異形聚 晶金剛石復(fù)合齒1，包括硬質(zhì)合金制成的復(fù)合片基體，即硬質(zhì)合金基體2,還包括結(jié)合在硬 質(zhì)合金基體2上的功能層，該功能層包含兩層結(jié)構(gòu)，分別為結(jié)合在硬質(zhì)合金基體2的結(jié)合面 3上的耐沖擊層5和結(jié)合在所述耐沖擊層5上的金剛石層6。
[0026] 硬質(zhì)合金基體2為半球形基體，其底部為圓柱狀，頂部為半球形并設(shè)有用于與硬 質(zhì)合金基體2結(jié)合的結(jié)合面3。該結(jié)合面3為設(shè)有凹坑4的結(jié)合面3,所述凹坑4的壁面是 橢球面，形成橢球形凹坑4,橢球形凹坑4的深度為0. lmnT3mm，具體深度可以根據(jù)硬質(zhì)合金 基體2的尺寸、復(fù)合片的使用場(chǎng)合等因素確定。橢球形凹坑4底部中心點(diǎn)的法向通過(guò)球形 的結(jié)合面3所對(duì)應(yīng)的球心，便于加工，并能夠保證應(yīng)力的均勻。所述凹坑4設(shè)置有八列，各 列的凹坑4均沿硬質(zhì)合金基體2的徑向排列，并且各列凹坑4繞硬質(zhì)合金基體2的軸線均 勻分布。八列凹坑4兩兩相對(duì)，從俯視圖上看成米字形結(jié)構(gòu)。在結(jié)合面3上設(shè)置上述凹坑 4,形成了非平面結(jié)構(gòu)，能夠增大與功能層的結(jié)合面積，提高結(jié)合力，并且，所述凹坑4的壁 面是平滑曲面，能夠減小與功能層結(jié)合時(shí)的內(nèi)應(yīng)力，減小應(yīng)力集中，從而提高復(fù)合片的結(jié)合 牢固程度。另外，凹坑4的列數(shù)為偶數(shù)列，兩兩相對(duì)，能夠使合成復(fù)合片時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力均 衡，相互抵消，更好地保證復(fù)合片基體與功能層的牢固結(jié)合。
[0027] 耐沖擊層5的原料包括20-50 μ m粒度的普通金剛石微粉75%，2. 5-5. 0 μ m晶粒度 的 WC 粉 15%，5-20. 0 μ m Co 粉 6%，1-10. 0 μ m Ni 粉 2% 和 1-10. 0 μ m TiC 粉 2%。制造復(fù)合 片時(shí)，將耐沖擊層原料和金剛石層原料與硬質(zhì)合金基體2利用壓力機(jī)壓實(shí)組裝，然后在合 成塊中高溫高壓合成，經(jīng)后續(xù)加工即形成聚晶金剛石復(fù)合齒1。其中耐沖擊層5與硬質(zhì)合 金基體2按上述設(shè)有凹坑的結(jié)合面3結(jié)合，金剛石層6與耐沖擊層5以半球形的平整結(jié)合 面3結(jié)合。在制造過(guò)程中，由于凹坑4的壁面是平滑曲面，也有利于功能層原料的壓實(shí)，保 證產(chǎn)品質(zhì)量。
[0028] 本實(shí)用新型中復(fù)合片基體的實(shí)施例一即上述復(fù)合片的實(shí)施例中的硬質(zhì)合金基體 2,為半球形基體。在其他實(shí)施例中，復(fù)合片基體也可以替換為其他形式，例如圖4和圖5所 示的圓錐形基體，再如圖6和圖7所示的拋物線形基體，還可以是現(xiàn)有技術(shù)中其他形狀的基 體，如楔形基體。
[0029] 本實(shí)用新型中一種鉆頭的一個(gè)實(shí)施例如圖8所示，包括鉆頭本體7和鑲嵌固定在 鉆頭本體7頂部的異形聚晶金剛石復(fù)合齒1，鉆頭本體7的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)相同，異形聚晶 金剛石復(fù)合齒1及上述實(shí)施例中的復(fù)合片基體，具體結(jié)構(gòu)此處不再贅述。
[0030] 在上述實(shí)施例中，結(jié)合面3上的凹坑4為橢球形凹坑4,并且凹坑4設(shè)置有均勻排 列的偶數(shù)列。在本實(shí)用新型的其他實(shí)施例中，凹坑4也可以是壁面為平滑曲面的其他形式 凹坑4，例如壁面為球面的球面凹坑4 ;而凹坑4的排列方式也不限于上述實(shí)施例中的方式， 列數(shù)也不限于八列，例如各凹坑4可以按傾斜交叉的網(wǎng)格狀排列。另外，在其他實(shí)施例中， 復(fù)合片基體也可以為設(shè)有上述凹坑4的平面基體，而復(fù)合片也可以用于潛孔鉆復(fù)合齒1之 外的場(chǎng)合，例如煤礦掘進(jìn)領(lǐng)域使用的截齒、工程施工領(lǐng)域使用的旋轉(zhuǎn)刀頭等。
【權(quán)利要求】
1. 復(fù)合片基體，所述復(fù)合片基體具有用于與復(fù)合片的功能層結(jié)合的結(jié)合面，其特征在 于：所述結(jié)合面為設(shè)有凹坑的結(jié)合面，所述凹坑的壁面是用于與復(fù)合片的功能層結(jié)合的平 滑曲面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合片基體，其特征在于：所述復(fù)合片基體設(shè)有結(jié)合面的頂 部為圓錐形、半球形、楔形或拋物線形，所述凹坑是壁面為球面的球面凹坑或者是壁面為橢 球面的橢球面凹坑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合片基體，其特征在于：所述凹坑成列設(shè)置并具有多 列，各列中的凹坑均沿復(fù)合片基體的徑向排列，各列凹坑繞復(fù)合片基體的軸線均勻分布。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合片基體，其特征在于：所述凹坑的列數(shù)為偶數(shù)列。
5. -種復(fù)合片，包括復(fù)合片基體和功能層，所述復(fù)合片基體具有用于與所述功能層結(jié) 合的結(jié)合面，其特征在于：所述結(jié)合面為設(shè)有凹坑的結(jié)合面，所述凹坑的壁面是用于與復(fù)合 片的功能層結(jié)合的平滑曲面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種復(fù)合片，其特征在于：所述復(fù)合片基體設(shè)有結(jié)合面的頂 部為圓錐形、半球形、楔形或拋物線形，所述凹坑是壁面為球面的球面凹坑或者是壁面為橢 球面的橢球面凹坑，所述凹坑成列設(shè)置并具有多列，各列中的凹坑均沿復(fù)合片基體的徑向 排列，各列凹坑繞復(fù)合片基體的軸線均勻分布。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種復(fù)合片，其特征在于：所述功能層包括結(jié)合在所述 結(jié)合面上的耐沖擊層和結(jié)合在所述耐沖擊層上的超硬材料層，所述耐沖擊層與超硬材料層 之間的結(jié)合面為平整的平面或曲面。
8. -種鉆頭，包括鉆頭本體和固定在鉆頭本體上的復(fù)合片，所述復(fù)合片包括復(fù)合片基 體和功能層，所述復(fù)合片基體具有用于與所述功能層結(jié)合的結(jié)合面，其特征在于：所述結(jié)合 面為設(shè)有凹坑的結(jié)合面，所述凹坑的壁面是用于與復(fù)合片的功能層結(jié)合的平滑曲面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種鉆頭，其特征在于：所述復(fù)合片基體設(shè)有結(jié)合面的頂部 為圓錐形、半球形、楔形或拋物線形，所述凹坑是壁面為球面的球面凹坑或者是壁面為橢球 面的橢球面凹坑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的一種鉆頭，其特征在于：所述凹坑成列設(shè)置并具有多 列，各列中的凹坑均沿復(fù)合片基體的徑向排列，各列凹坑繞復(fù)合片基體的軸線均勻分布。
【文檔編號(hào)】E21C35/183GK203879388SQ201420295894
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】王瑞利, 王增勝, 何春霞, 郭會(huì)娟, 李杏, 周澤義 申請(qǐng)人:黃河科技學(xué)院