[发明专利]石油钻探用金刚石－碳化硅复合钻齿及其制备方法

权利要求书

1.一种石油钻探用金刚石-碳化硅复合钻齿，由基底(2)和与基底烧结成一体的齿冠(1)组成，基底(2)的材料为硬质合金，其特征在于齿冠(1)的材料为纳米结构的金刚石-碳化硅复合物，所述纳米结构的金刚石-碳化硅复合物的微观结构是微米级的金刚石颗粒间形成直接结合，微米级金刚石颗粒的缝隙间充填有纳米级的碳化硅粘结剂、纳米碳管纤维外层同无定形非晶硅反应形成的纳米碳化硅管和纳米级的金刚石颗粒。

2.一种石油钻探用金刚石-碳化硅复合钻齿的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：

(1)备料

微米级晶粒的金刚石粉或微米级晶粒和纳米级晶粒的金刚石粉5重量份～6重量份，微米级晶粒的硅粉或无定形非晶硅粉1重量份～1.25重量份，纳米碳管纤维0.75重量份～1重量份；成型的硬质合金基底；

(2)原料处理与成型

或将步骤(1)中的金刚石粉、微米级晶粒的硅粉混合后进行球磨，球磨时间以微米级晶粒的硅粉成为无定形非晶硅粉为限，然后将球磨后的混合粉料与步骤(1)中的纳米碳管纤维混合均匀，形成金刚石-非晶硅-纳米碳管纤维混合粉料；

或将步骤(1)中的金刚石粉、无定形非晶硅粉、纳米碳管纤维直接混合均匀，形成金刚石-非晶硅-纳米碳管纤维混合粉料；

将金刚石-非晶硅-纳米碳管纤维混合粉料放入模具中并盖上硬质合金基底，然后于室温、压强5MPa～20MPa下保持压力1分钟～5分钟成型为坯件；

(3)高压烧结

将步骤(2)压制成型的坯件放入高压装置中，在压强5GPa～10GPa下烧结固化，烧结温度为1400K～2600K，烧结时间为20秒～60秒，即制得纳米结构的金刚石-碳化硅复合钻齿。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于在压强5Gpa～7GPa下烧结固化。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于烧结温度为1400K～2300K。

5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于烧结温度为1600K～2000K。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于当金刚石粉由纳米级晶粒的金刚石粉和微米级晶粒的金刚石粉组成时，微米级晶粒的金刚石粉的重量百分数为60％～90％，纳米级晶粒的金刚石粉的重量百分数为10％～40％。