Polycrystalline diamond compact (PDC) cutters

Kompaktowe frezy z polikrystalicznego diamentu (PDC)

Diament to najtwardszy znany materiał.Ta twardość nadaje mu doskonałe właściwości do cięcia dowolnego innego materiału.PDC jest niezwykle ważny w wierceniu, ponieważ łączy małe, niedrogie, wytworzone przez człowieka diamenty w stosunkowo duże, przerośnięte masy losowo zorientowanych kryształów, które można uformować w użyteczne kształty zwane tablicami diamentowymi.Stoły diamentowe są częścią noża, która styka się z formacją.Oprócz swojej twardości stoły diamentowe PDC mają podstawową cechę dla wierteł wiertniczych: skutecznie łączą się z materiałami z węglika wolframu, które można lutować (mocować) do korpusów wierteł.Diamenty same w sobie nie łączą się ze sobą, ani nie można ich przymocować przez lutowanie.

Syntetyczny diament

Ziarno diamentowe jest powszechnie używane do opisania drobnych ziaren (≈0.00004 cala) syntetycznego diamentu używanego jako kluczowy surowiec do frezów PDC.Pod względem chemikaliów i właściwości, sztuczny diament jest identyczny z naturalnym diamentem.Wytwarzanie żwiru diamentowego wymaga chemicznie prostego procesu: zwykły węgiel jest podgrzewany pod ekstremalnie wysokim ciśnieniem i temperaturą.W praktyce jednak wykonanie diamentu nie jest łatwe.

Poszczególne kryształy diamentu zawarte w ziarnie diamentowym są różnie zorientowane.To sprawia, że materiał jest mocny, ostry, a ze względu na twardość zawartego diamentu niezwykle odporny na zużycie.W rzeczywistości losowa struktura znaleziona w wiązanym diamentie syntetycznym działa lepiej pod względem ścinania niż diamenty naturalne, ponieważ naturalne diamenty są kryształami sześciennymi, które łatwo pękają wzdłuż uporządkowanych, krystalicznych granic.

Jednak ziarno diamentowe jest mniej stabilne w wysokich temperaturach niż naturalny diament.Ponieważ katalizator metaliczny uwięziony w strukturze ziarna ma wyższą szybkość rozszerzalności cieplnej niż diament, rozszerzalność różnicowa powoduje ścinanie wiązań diament-diament i, jeśli obciążenia są wystarczająco duże, powoduje awarię.Jeśli wiązania zawodzą, diamenty są szybko tracone, więc PDC traci swoją twardość i ostrość i staje się nieskuteczne.Aby zapobiec takiej awarii, frezy PDC muszą być odpowiednio chłodzone podczas wiercenia.

Stoły diamentowe

Aby wyprodukować stół diamentowy, ziarno diamentowe jest spiekane z węglikiem wolframu i metalicznym spoiwem, tworząc warstwę bogatą w diamenty.Mają kształt przypominający wafel i powinny być wykonane tak grube, jak to możliwe konstrukcyjnie, ponieważ objętość diamentu zwiększa żywotność.Najwyższej jakości stoły diamentowe mają wymiary od ≈2 do 4 mm, a postęp technologiczny zwiększy grubość stołu diamentowego.Podłoża z węglika wolframu mają zwykle około 0,5 cala wysokości i mają taki sam kształt przekroju poprzecznego i wymiary jak stół diamentowy.Dwie części, stół diamentowy i podłoże, tworzą frez (ryc. 4).

Formowanie PDC w przydatne kształty dla przecinarek polega na umieszczeniu ziarna diamentowego wraz z jego podłożem w naczyniu ciśnieniowym, a następnie spiekaniu w wysokiej temperaturze i ciśnieniu.

Frezy PDC nie mogą przekraczać temperatury 1,382°F [750°C].Nadmierne ciepło powoduje szybkie zużycie, ponieważ zróżnicowana rozszerzalność cieplna między spoiwem a diamentem ma tendencję do łamania przerośniętych kryształków ziarna diamentu w stole diamentowym.Siły wiązania między stołem diamentowym a podłożem z węglika wolframu są również zagrożone przez zróżnicowaną rozszerzalność cieplną.

Czas publikacji: 08.04-2021