Ключ до чудових характеристик термостабільного полікристалічного алмазу (PCD) у суворих умовах, таких як висока температура та високе навантаження, полягає в його унікальному складі матеріалу та дизайні мікроструктури. Порівняно зі звичайним PCD, термостабільна версія має цілеспрямовані покращення у виборі сировини, оптимізації фази зв’язування та подальшій -обробці, що значно підвищує його термостійкість і термін служби, зберігаючи надзвичайно високу твердість алмазу.
Основна структура PCD складається з алмазних частинок розміром від мікрон- до субмікрон-, спечених разом із сполучною фазою. У термостабільному PCD розмір частинок і кристалічна форма алмазного порошку строго відібрані, як правило, використовується монокристалічний алмазний порошок високої -чистоти- для забезпечення міцного зв’язку між зернами та загальної механічної консистенції. Контроль розподілу частинок за розміром є особливо важливим; надмірно грубий розмір частинок може створити слабкі зони зчеплення, тоді як надмірно дрібний розмір частинок зменшує макроскопічну міцність ріжучої кромки. Розумне співвідношення забезпечує баланс між зносостійкістю та ударостійкістю.
Фаза склеювання є вирішальним фактором, що визначає термічну стабільність. Звичайний PCD зазвичай використовує такі метали, як кобальт і нікель, як каталізатори та сполучні речовини. Ці метали можуть сприяти перетворенню алмазу в графіт при високих температурах, обмежуючи його робочу температуру. Термостабільний PCD використовує модифіковану систему зв’язування, яка ефективно пригнічує реакції фазового перетворення за високих температур шляхом зменшення вмісту каталітичного металу або введення керамічних або карбідних-не-металевих зв’язуючих фаз. Наприклад, деякі склади використовують силіциди або бориди як мостикові фази, зберігаючи металургійний зв’язок між частинками, одночасно знижуючи активність каталітичної графітизації, що дозволяє матеріалу підтримувати стабільність алмазної фази вище 700 градусів.
На етапі після-обробки термічно стабільний PCD піддається відпалу під високо{1}}температурним вакуумом або захистом атмосфери, спричиняючи деактивацію каталітичної фази залишкового металу або міграцію до не-критичних областей на границях зерен, тим самим додатково покращуючи температуру термічного розкладання та стійкість до окислення. Цей процес значно покращує стійкість матеріалу до термічної втоми без суттєвого зниження твердості, роблячи його менш схильним до поширення мікротріщин під час змінних теплових навантажень.
Крім того, до поверхні PCD можна застосувати функціональну обробку, щоб відповідати різним вимогам до застосування, наприклад, утворювати надзвичайно тонкий захисний шар шляхом осадження з парової фази для подальшого підвищення стійкості до корозії або контролю коефіцієнта тертя. Вибір цього типу матеріалу поверхні тісно пов’язаний із міцністю зв’язку з матрицею, і необхідно забезпечити відповідність решітки з алмазними зернами, щоб запобігти розшаруванню між шарами, спричиненому концентрацією термічної напруги.
Загалом, чудові характеристики термостабільного PCD обумовлені синергетичним ефектом ретельно відібраного алмазного порошку, оптимізованої конструкції фази склеювання та спеціальних процесів термічної обробки. Глибоке розуміння основних матеріалів не тільки допомагає у виборі матеріалів, які відповідають завданням обробки, але й закладає міцну основу для подальших інноваційних процесів і підвищення продуктивності.
