La clau per al rendiment superior del diamant policristalí (PCD) tèrmicament estable en condicions dures com ara alta temperatura i alta càrrega rau en la seva composició de material únic i en el seu disseny de microestructura. En comparació amb el PCD convencional, la versió tèrmicament estable presenta millores específiques en la selecció de matèries primeres, l'optimització de la fase d'enllaç i el post-processament, millorant així significativament la seva resistència a la calor i la seva vida útil alhora que es manté la duresa extremadament alta del diamant.
L'estructura bàsica del PCD consisteix en partícules de diamant de mida - a submicra-sinteritzades juntament amb una fase d'enllaç. En el PCD tèrmicament estable, la mida de les partícules i la forma de cristall de la pols de diamant es seleccionen estrictament, normalment utilitzant pols de diamant de cristall simple-d'alta puresa- per garantir una unió estreta entre els grans i la consistència mecànica general. Controlar la distribució de la mida de les partícules és especialment crucial; La mida de partícula excessivament gruixuda pot crear zones d'unió febles, mentre que la mida de partícula excessivament fina redueix la força macroscòpica de la vora de tall. Una relació raonable aconsegueix un equilibri entre la resistència al desgast i la resistència a l'impacte.
La fase d'unió és un factor crucial que determina l'estabilitat tèrmica. El PCD convencional utilitza habitualment metalls com el cobalt i el níquel com a catalitzadors i aglutinants. Aquests metalls poden afavorir la transformació del diamant en grafit a altes temperatures, limitant la seva temperatura de funcionament. La PCD tèrmicament estable utilitza un sistema d'unió modificat, que suprimeix eficaçment les reaccions de transformació de fase a altes temperatures mitjançant la reducció del contingut de metall catalític o la introducció de fases d'unió no metàl·liques basades en ceràmica o carbur--. Per exemple, algunes formulacions utilitzen siliciurs o borurs com a fases de pont, mantenint l'enllaç metal·lúrgic entre partícules alhora que redueixen l'activitat de la grafitització catalítica, permetent que el material mantingui l'estabilitat de la fase del diamant per sobre dels 700 graus.
En l'etapa posterior al-processament, el PCD tèrmicament estable es sotmet a un recuit sota el buit d'alta-temperatura o la protecció de l'atmosfera, fent que la fase catalítica del metall residual es desactivi o migri cap a regions no-crítiques als límits del gra, millorant així encara més la temperatura de descomposició tèrmica i la resistència a l'oxidació. Aquest procés millora significativament la resistència a la fatiga tèrmica del material sense reduir significativament la duresa, fent-lo menys propens a la propagació de microfissures sota càrregues de calor alternes.
A més, es poden aplicar tractaments de funcionalització a la superfície del PCD per complir diferents requisits d'aplicació, com ara formar una capa protectora extremadament fina mitjançant la deposició de vapor per millorar encara més la resistència a la corrosió o controlar el coeficient de fricció. La selecció d'aquest tipus de material de superfície està estretament relacionada amb la força d'unió amb la matriu, i és necessari garantir la coincidència de la gelosia amb els grans de diamant per evitar la delaminació entre capes causada per la concentració d'estrès tèrmic.
En general, el rendiment superior del PCD tèrmicament estable prové de l'efecte sinèrgic de la pols de diamant acuradament seleccionada, el disseny optimitzat de la fase d'enllaç i els processos especialitzats de tractament tèrmic. Una comprensió profunda dels seus materials principals no només ajuda a seleccionar els materials que coincideixin amb les tasques de processament, sinó que també estableix una base sòlida per a la innovació posterior del procés i la millora del rendiment.
