【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及超硬材料領域，具體涉及一種多晶al2o3-tic-金剛石復合材料及其制備方法與應用。
技術介紹
1、金剛石復合片是采用金剛石粉末與硬質合金基底材料在超高壓高溫條件下燒結而成，既具有金剛石的高硬度、高耐磨性與導熱性，又具有硬質合金的強度與抗沖擊韌性，是制造切削刀具、鉆井鉆頭及其他耐磨工具的理想材料，因此金剛石復合片在現代鉆探領域的鉆頭使用中發揮著至關重要的作用。但隨著國內外鉆井平臺的最深鉆探深度逐漸加深，對油氣鉆探所使用的鉆齒的性能提出了更高的要求，那么就需要對鉆頭上的金剛石復合片也具有更好的性能，例如比較好的抗沖擊強度和硬度。而傳統的金剛石復合片燒結技術通過金剛石粉末與金屬燒結助劑粉末均勻混合后，在高溫高壓下燒結而成。由于金屬燒結助劑與金剛石的熱膨脹系數差異較大，容易造成金剛石復合片在高溫條件下形成熱裂紋失效。這不僅影響金剛石復合片合成過程中的成品率，還影響金剛石復合片在使用過程中因極端受熱條件下的使用壽命，進而影響鉆頭的使用壽命和鉆探成本。此外用于制備多晶金剛石的金剛石粉末價格昂貴，在一定程度上限制了多晶金剛石的大規模應用。
2、常規石油復合片的金剛石層和基體交界處常成為裂紋擴展的薄弱區域，在載荷作用下，易引起斷裂、分層等行為。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于克服現有技術中pdc齒合成材料在高溫高壓合成過程中材料性能不穩定的情況，在研究中本專利技術的申請人提出將al2o3、tic與多晶金剛石復合在一起得到多晶al2o3-tic-金剛石三層復合材料
2、基于此，本專利技術第一方面提供一種多晶al2o3-tic-金剛石復合材料，該復合材料包括多晶金剛石層、多晶al2o3層和多晶tic過渡層；其中，所述多晶金剛石層與多晶al2o3層通過所述多晶tic過渡層結合。
3、氧化鋁具有良好的機械強度和高溫穩定性，因此可以被廣泛應用在各種領域，在金剛石復合片合成中可以減少內應力開裂以及提高切削量的作用；碳化鈦是一種非常硬且具有高耐磨性的材料，常用于制造高硬度和高耐磨性的工具和零部件。碳化鈦的硬度僅次于金剛石和碳化硼，硬度可達1400-2000hv，防磨損性是硬質合金的5-10倍。此外，碳化鈦還具有極高的耐熱性、耐腐蝕性、抗氧化性和穩定性，是一種理想的增強劑。因此在制造金剛石鉆頭的過程中，添加適量的碳化鈦可以顯著提高鉆頭的硬度、耐磨性、抗腐蝕性和抗熱性能。
4、本專利技術中多晶金剛石層與多晶al2o3層通過所述多晶tic過渡層結合形成的復合材料由三種不同物理、化學性能不同的材料復合而成，在本專利技術中各層材料之間能夠相互協同作用，同時彼此獨立，各自保持其固有的物理、化學和機械等特性，且其間存在界面的多相固體材料。各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使復合材料的綜合性能優于原組成材料而滿足各種不同的要求。
5、本專利技術第二方面提供了一種多晶al2o3-tic-金剛石復合材料的制備方法，該制備方法包括：將按順序組裝的含金剛石和任選地燒結助劑a的金剛石成型體、含多晶tic和任選地燒結助劑b的多晶tic成型體、含多晶al2o3和任選地燒結助劑c的多晶al2o3成型體的組裝塊進行燒結、任選地后處理。
6、本專利技術第三方面提供了本專利技術第二方面所述制備方法制備得到的多晶al2o3-tic-金剛石復合材料。
7、本專利技術第四方面提供了本專利技術第一方面或本專利技術第三方面所述多晶al2o3-tic-金剛石復合材料在pdc鉆頭中的應用。
8、通過上述技術方案，本專利技術與現有技術相比，至少具有下述有益效果：
9、(1)本專利技術中的復合材料中的多晶金剛石層與多晶al2o3層通過所述多晶tic過渡層結合，能夠減少因界面強度低造成的復合材料的碎裂和分層等行為，提高復合材料的抗沖擊性；
10、(2)本專利技術中的復合材料具有良好的熱穩定性和機械性能，且復合材料的整體性能、沖擊性能高于一般的商用的石油復合片；
11、(3)本專利技術中的復合材料可用在石油鉆探應用上，且tic和al2o3材料獲取方便，價格較低，具有極大的應用前景。
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1.一種多晶Al2O3-TiC-金剛石復合材料，其特征在于，該復合材料包括多晶金剛石層、多晶Al2O3層和多晶TiC過渡層；
2.根據權利要求1所述的復合材料，其中，
3.根據權利要求2所述的復合材料，其中；
4.根據權利要求1所述的復合材料，其中，
5.根據權利要求1-4中任意一項所述的復合材料，其中，
6.根據權利要求5所述的復合材料，其中，
7.根據權利要求1-6中任意一項所述的復合材料，其中，
8.一種多晶Al2O3-TiC-金剛石復合材料的制備方法，其特征在于，該制備方法包括：
9.根據權利要求8所述的制備方法，其中，
10.根據權利要求8所述的制備方法，其中，
11.根據權利要求10所述的制備方法，其中，
12.根據權利要求11所述的制備方法，其中，
13.根據權利要求8-12中任意一項所述的制備方法，其中，
14.一種由權利要求8-13中任意一項所述制備方法制備得到的多晶Al2O3-TiC-金剛石復合材料。>
15.權利要求1-7、14中任意一項所述多晶Al2O3-TiC-金剛石復合材料在PDC鉆頭中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種多晶al2o3-tic-金剛石復合材料，其特征在于，該復合材料包括多晶金剛石層、多晶al2o3層和多晶tic過渡層；
2.根據權利要求1所述的復合材料，其中，
3.根據權利要求2所述的復合材料，其中；
4.根據權利要求1所述的復合材料，其中，
5.根據權利要求1-4中任意一項所述的復合材料，其中，
6.根據權利要求5所述的復合材料，其中，
7.根據權利要求1-6中任意一項所述的復合材料，其中，
8.一種多晶al2o3-tic-金剛石復合材料的制備方法，其特...
【專利技術屬性】
技術研發人員：邵方源，黃洪春，紀國棟，劉力，汪海閣，劉偉，武強，于璟，陳暢暢，于金平，呼懷剛，劉笑傲，孫鈺淇，
申請(專利權)人：中國石油天然氣集團有限公司，
類型：發明
國別省市：
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