Les eines PDC (eines compostes de diamants policristal·lí) tenen avantatges significatius en la perforació de petroli, l'exploració geològica i el mecanitzat d'alta -desgast-resistent a causa del seu principi de disseny únic-aconseguint un efecte sinèrgic de superduresa i bona tenacitat a través d'una estructura composta d'una capa de cement policristal·lina superficial i una capa de cement policristal·lina (PC). matriu. Això els permet mantenir capacitats eficients de tall i{4}}ruptura de roques en condicions de treball complexes i exigents. Aquest disseny no és un simple apilament de materials, sinó un enfocament d'enginyeria de sistemes basat en propietats complementàries del material i divisió funcional. El seu concepte bàsic rau a combinar orgànicament l'extrema duresa del diamant amb la duresa a l'impacte del carbur cimentat, superant les limitacions de rendiment d'un sol material en condicions extremes.
L'estructura bàsica d'una eina PDC consta de dues capes de materials amb diferents funcions: una capa superficial de diamant policristalí i una matriu inferior de carbur cimentat. La capa superficial de PCD és l'àrea funcional de tall i{1}}ruptura de roca de l'eina, i el seu principi de disseny es basa en les propietats cristal·lines del diamant. El diamant, format per una densa xarxa tridimensional d'àtoms de carboni units per forts enllaços covalents, té una duresa propera a la del diamant natural i una resistència al desgast que supera amb escreix la dels materials ceràmics i de carbur cimentat convencionals. Mitjançant la sinterització d'alta-temperatura, alta-pressió (HPHT), la pols de diamant de mida- o submicra-es solidifica en una estructura policristalina contínua. Aquest procés manté l'elevada duresa del diamant monocristal{10}}a la vegada que mitiga la fragilitat a través de la xarxa de límits de gra, donant com a resultat una excel·lent resistència al desgast i a les ratllades en el tall pla i el tall de roca.
El principi de disseny de la matriu de carbur cimentat subjacent se centra en el suport mecànic i l'absorció d'energia d'impacte. Els aliatges de tungstè-cobalt utilitzats habitualment (com ara WC-Co) tenen una alta resistència a la compressió i resistència a l'impacte, dispersant i transferint eficaçment les càrregues mecàniques generades durant el tall, amortiguant l'impacte instantani de la roca o la peça sobre la capa de diamant i evitant l'esquerdament o el trencament de la superfície a causa d'un excessiu trencament. El cobalt (Co) actua com una fase aglutinant a la matriu, i el seu contingut afecta directament l'equilibri entre duresa i duresa: un alt contingut de cobalt millora la duresa per fer front a condicions d'impacte fort, mentre que el baix contingut de cobalt augmenta la duresa per satisfer els requisits de resistència al desgast sota càrregues estables. Aquesta estructura de doble-capa "rígida-flexible" permet que les eines PDC realitzin una eliminació eficient de material en el tall continu, mantenint la integritat estructural en entorns d'impacte intermitent.
El disseny de la fase d'unió és crucial per connectar les dues capes i aconseguir un rendiment sinèrgic. Durant el procés de preparació de la capa de PCD, s'ha d'introduir una quantitat adequada de fase d'enllaç per promoure l'enllaç metal·lúrgic entre les partícules de diamant. Les fases d'enllaç convencionals solen ser metalls de transició com el cobalt i el níquel, però tenen un cert efecte de grafitització catalítica, que limita el rendiment de l'eina a alta-temperatura. Per tant, per a condicions d'alta-temperatura, alta-velocitat o xoc tèrmic fort, el disseny modern d'eines PDC tendeix a utilitzar fases d'enllaç-catalítica-de baixa-activitat-o-no metàl·lica (com ara siliciurs, borurs i carburs). Aquestes fases d'enllaç garanteixen la força d'unió entre els grans i suprimeixen la transformació de la fase de diamant-a-grafit, millorant significativament l'estabilitat tèrmica i la resistència a l'oxidació, permetent que l'eina mantingui l'estabilitat de la fase de diamant per sobre dels 700 graus.
A més, el disseny de la geometria de l'eina també segueix els mecanismes de tall i{0}}ruptura de roques. La selecció de la forma de la corona (per exemple, la part superior plana, la part superior arrodonida, la part superior cònica), l'angle de rasclet i l'angle de separació de les dents de tall s'han d'optimitzar en funció de les propietats mecàniques del material objectiu i del mètode d'eliminació. Per exemple, un perfil de dent superior arrodonit pot proporcionar una trajectòria de cisalla més contínua i reduir la càrrega d'impacte; un disseny d'angle de rasclet raonable pot equilibrar la força de tall i l'eficiència d'eliminació d'encenalls, evitant l'obstrucció d'encenalls o escòries. La forma i la distribució de les ranures d'evacuació d'encenalls afecten la suavitat de l'eliminació d'encenalls i eviten la mòlta secundària i el desgast de la capa de diamant.
En resum, el principi de disseny de les eines PDC incorpora un enfocament sistemàtic d'"optimització estructural de la-complementariitat de materials-de capes funcionals": la capa de diamant superficial és responsable d'un tall ultra-resistent i resistent al desgast-, el carbur cimentat subjacent proporciona suport de duresa i estabilitat d'impacte, aconseguint l'optimització de la fase geomètrica i optimització de la fase de bonificació. l'estructura coincideix amb el mecanisme de tall. Aquest disseny col·laboratiu multi-dimensional permet que les eines PDC combinen una alta eficiència, durabilitat i fiabilitat en condicions de treball extremes, convertint-se en una solució bàsica per trencar els colls d'ampolla de rendiment de les eines tradicionals i establir les bases teòriques per a la seva aplicació en una gamma més àmplia de camps.
