Frezy z kompaktowego diamentu polikrystalicznego (PDC)

Diament to najtwardszy znany materiał. Ta twardość zapewnia doskonałe właściwości do cięcia innych materiałów. PDC jest niezwykle ważny dla wiercenia, ponieważ agreguje małe, niedrogie, sztuczne diamenty w stosunkowo duże, przerośnięte masy przypadkowo zorientowanych kryształów, które można uformować w przydatne kształty zwane diamentowymi stołami. Stoły diamentowe są częścią frezu, która styka się z formacją. Oprócz swojej twardości, stoły diamentowe PDC mają zasadniczą cechę dla wierteł wiertarskich: wydajnie 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 łączyć przez lutowanie.

Diament syntetyczny

Ziarno diamentowe jest powszechnie używane do opisania drobnych ziaren (≈ 0,00004 cala) syntetycznego diamentu używanego jako kluczowy surowiec do frezów PDC. Pod względem chemicznym i właściwości diament sztuczny jest identyczny z diamentem naturalnym. Wytwarzanie ziarna diamentowego wymaga prostego chemicznie procesu: zwykły węgiel jest podgrzewany pod ekstremalnie wysokim ciśnieniem i temperaturą. Jednak w praktyce wykonanie diamentu nie jest łatwe.

Poszczególne kryształy diamentu zawarte w żwirze diamentowym mają zróżnicowaną orientację. Dzięki temu materiał jest mocny, ostry, a ze względu na twardość zawartego w nim diamentu wyjątkowo odporny na zużycie. W rzeczywistości przypadkowa struktura znajdująca się w wiązanym syntetycznym diamentie działa lepiej przy ścinaniu niż w naturalnych diamentach, ponieważ naturalne diamenty to sześcienne kryształy, które łatwo pękają wzdłuż uporządkowanych, krystalicznych granic.

Ziarno diamentowe jest jednak mniej stabilne w wysokich temperaturach niż naturalny diament. Ponieważ metaliczny katalizator uwięziony w strukturze żwiru ma wyższy współczynnik rozszerzalności cieplnej niż diament, zróżnicowana ekspansja powoduje, że wiązania diament-diament są poddawane ścinaniu i, jeśli obciążenia są wystarczająco duże, powodują uszkodzenia. Jeśli wiązania zawodzą, diamenty są szybko tracone, więc PDC traci swoją twardość i ostrość i staje się nieskuteczny. Aby temu zapobiec, frezy PDC muszą być odpowiednio chłodzone podczas wiercenia.

Stoły diamentowe

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

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

Frezy PDC nie mogą przekraczać temperatury 750 ° C [1382 ° F]. Nadmierne ciepło powoduje szybkie zużycie, ponieważ zróżnicowana rozszerzalność cieplna pomiędzy spoiwem a diamentem ma tendencję do rozbijania przerośniętych kryształów ziaren diamentu w diamentowym stole. Siła wiązania między stołem diamentowym a podłożem z węglika wolframu jest również zagrożona przez zróżnicowaną rozszerzalność cieplną.

Czas postu: Kwi-08-2021