Sculele PDC (unelte cu diamant policristalin compozit) prezintă avantaje semnificative în forarea petrolului, explorarea geologică și prelucrarea cu rezistență ridicată la uzură-uzură-, datorită principiului lor unic de proiectare-, obținând un efect sinergic de superduritate și tenacitate bună printr-o structură compozită dintr-un strat de suprafață policristalin și dioxid de carbon dioxid de carbon (PC) matrice. Acest lucru le permite să mențină capacități eficiente de tăiere și spargere-roci în condiții de lucru complexe și solicitante. Acest design nu este o simplă stivuire a materialelor, ci o abordare de inginerie a sistemelor bazată pe proprietăți complementare ale materialelor și diviziune funcțională. Conceptul său de bază constă în combinarea organică a durității extreme a diamantului cu duritatea la impact a carburii cimentate, depășind limitările de performanță ale unui singur material în condiții extreme.
Structura de bază a unei scule PDC constă din două straturi de materiale cu funcții diferite: un strat de diamant policristalin de suprafață și o matrice de carbură cimentată inferioară. Stratul PCD de suprafață este zona funcțională de tăiere și rupere-rocii a sculei, iar principiul său de proiectare se bazează pe proprietățile cristaline ale diamantului. Diamantul, compus dintr-o rețea densă tridimensională de atomi de carbon legați prin legături covalente puternice, are o duritate apropiată de cea a diamantului natural și o rezistență la uzură care o depășește cu mult pe cea a materialelor ceramice și carburi cimentate convenționale. Prin sinterizarea la-temperatură înaltă, înaltă-presiune (HPHT), pulberea de diamant de dimensiunea micron{- sau submic-se solidifică într-o structură policristalină continuă. Acest proces păstrează duritatea ridicată a diamantului monocristal, în timp ce atenuează fragilitatea prin rețeaua limită de cereale, rezultând o rezistență excelentă la uzură și rezistență la zgârieturi în tăierea plană și forfecarea rocii.
Principiul de proiectare al matricei de carbură cimentată de bază se concentrează pe suportul mecanic și absorbția energiei de impact. Aliajele de tungsten-cobalt utilizate în mod obișnuit (cum ar fi WC-Co) posedă rezistență la compresiune și tenacitate la impact ridicate, dispersând și transferând eficient sarcinile mecanice generate în timpul tăierii, tamponând impactul instantaneu al pietrei sau al piesei de prelucrat asupra stratului de diamant și prevenind fisurarea sau decojirea suprafeței din cauza excesivă. Cobaltul (Co) acționează ca o fază de liant în matrice, iar conținutul său afectează în mod direct echilibrul dintre duritate și duritate: conținutul ridicat de cobalt mărește tenacitatea pentru a face față condițiilor de impact puternic, în timp ce conținutul scăzut de cobalt crește duritatea pentru a îndeplini cerințele de rezistență la uzură la sarcini stabile. Această structură „rigidă-flexibilă” cu două-straturi permite sculelor PDC să efectueze îndepărtarea eficientă a materialului în tăierea continuă, menținând în același timp integritatea structurală în medii cu impact intermitent.
Proiectarea fazei de lipire este crucială pentru conectarea celor două straturi și pentru obținerea performanței sinergice. În timpul procesului de pregătire a stratului de PCD, trebuie introdusă o cantitate adecvată de fază de lipire pentru a promova legarea metalurgică între particulele de diamant. Fazele convenționale de lipire sunt adesea metale de tranziție, cum ar fi cobaltul și nichelul, dar au un anumit efect de grafitizare catalitică, care limitează performanța la temperatură-înaltă a sculei. Prin urmare, pentru condiții de-temperatură înaltă, viteză-înaltă sau șoc termic puternic, designul modern al sculei PDC tinde să utilizeze faze de legare ne{-metalice sau cu activitate-catalitică- scăzută (cum ar fi siliciuri, boruri și carburi). Aceste faze de lipire asigură rezistența de legătură între boabe și suprimă transformarea fazei de diamant-la-grafit, îmbunătățind semnificativ stabilitatea termică și rezistența la oxidare, permițând instrumentului să mențină stabilitatea fazei de diamant peste 700 de grade .
În plus, designul geometriei instrumentului urmează, de asemenea, mecanismele de tăiere și{0}}ruperea pietrei. Selectarea formei coroanei (de exemplu, partea superioară plată, partea superioară rotunjită, partea superioară conică), unghiul de greblare și unghiul de degajare al dinților de tăiere trebuie optimizată pe baza proprietăților mecanice ale materialului țintă și a metodei de îndepărtare. De exemplu, un profil de dinte superior rotunjit poate oferi o traiectorie de forfecare mai continuă și poate reduce sarcina de impact; un design rezonabil al unghiului de greblare poate echilibra forța de tăiere și eficiența de îndepărtare a așchiilor, prevenind blocarea așchiilor sau a zgurii. Forma și distribuția canelurilor de evacuare a așchiilor afectează netezimea îndepărtării așchiilor și evită șlefuirea secundară și uzura stratului de diamant.
În rezumat, principiul de proiectare al sculelor PDC întruchipează o abordare sistematică a „stratării funcționale-complementarității materialelor-optimizării structurale”: stratul de diamant de suprafață este responsabil pentru tăierea ultra-rezistentă la uzură-, carbura cimentată de la bază oferă suport pentru tenacitate și stabilitatea la impact, atingerea fazei de lipire și tamponarea geometrică, optimizarea fazei de lipire și lipirea geometrică. structura se potrivește cu mecanismul de tăiere. Acest design colaborativ multi-dimensional permite instrumentelor PDC să combine eficiența ridicată, durabilitatea și fiabilitatea în condiții extreme de lucru, devenind o soluție de bază pentru a depăși blocajele de performanță ale instrumentelor tradiționale și punând bazele teoretice pentru aplicarea sa într-o gamă mai largă de domenii.
