PDC (polükristalliline teemantkomposiit) tööriistade laialdane kasutamine naftapuurimisel, geoloogilisel uurimisel ja suure{0}}kulumiskindlusega-mehaanilisel töötlemisel tuleneb nende ainulaadsest komposiitstruktuurist tulenevate suure kõvaduse, suure kulumiskindluse ja hea löögikindluse kombineeritud eelistest. Selle eelise realiseerimine sõltub aga eelkõige materjalide teaduslikust valikust. Tööriista pinnakihi ja maatriksi materjali koostis, sidumisfaasi omadused ning mikrostruktuur määravad otseselt selle jõudluse ja kasutusea erinevates töötingimustes. Seetõttu on PDC-tööriistade potentsiaali vallandamise eeltingimuseks täpne materjalide sobitamine, mis põhineb rakendusnõuetel.
PDC-tööriista põhistruktuur koosneb polükristallilise teemandi (PCD) pinnakihist ja alumisest tsementeeritud karbiidmaatriksist. Nende kahe kihi materjali omadused ja sünergistlikud mõjud määravad üldise jõudluse. Pinnapealne PCD-kiht täidab peamisi lõikamis- ja kivipurustamisülesandeid ning selle materjalivaliku põhiolemus seisneb teemantpulbri kvaliteedis ja osakeste suuruses. Kõrge -puhtusastmega ühe-kristallideemandipulber tagab tugeva kovalentse sideme võrgustiku moodustumise terade vahel, saavutades seeläbi loodusliku teemandi kõvaduse ja kulumiskindluse. Tera suuruse jaotus peab tasakaalustama makroskoopilise tugevuse ja mikroskoopilise lõiketeravuse; Peeneteralised teemandikihid pakuvad paremat kulumiskindlust ja sobivad väga abrasiivsete moodustiste või materjalide töötlemiseks, samas kui jämedateralistel-teemantkihtidel on löögikindluse eelised ja need sobivad tingimustesse, mis sisaldavad kõvasid osakesi või vahelduvaid lööke.
Ühendusfaasi materjal on võtmetegur, mis mõjutab PCD kihi termilist stabiilsust ja vastupidavust. Tavalistes PCD tööriistades kasutatakse katalüsaatorite ja sideainetena sageli siirdemetalle, nagu koobalt ja nikkel. Need metallid katalüüsivad teemandi muundumist grafiidiks kõrgel temperatuuril, piirates tööriista töötemperatuuri ja eluiga. Kõrge -temperatuuri, suure-kiiruse või tugeva termilise šoki korral tuleks eelistada madala-katalüütilise-aktiivsusega või mitte-metallilisi sidefaase (nagu silitsiidid, boriidid ja karbiidid). Need materjalid võivad tõhusalt pärssida grafitiseerumist, tõstes termilise lagunemise temperatuuri üle 700 kraadi, säilitades samal ajal piisava terapiiride sidumise tugevuse, võimaldades tööriistal säilitada lõikejõudlust isegi äärmuslikes keskkondades.
Aluseks oleva tsementeeritud karbiidmaatriksi materjali valikul seatakse esikohale sitkus ja kinnituskindlus. Tavaliselt kasutatavad volfram-koobaltisulamid (nagu WC-Co) pakuvad suurepärast löögikindlust, sitkust ja töödeldavust, pakkudes PCD-kihile tugevat mehaanilist tuge, neelavad ja hajutavad lõikamisel tekkivaid löögikoormusi ning takistavad teemantkihi purunemist liigsest rabedusest. Koobaltisisaldust maatriksis saab reguleerida, et saavutada tasakaal kõvaduse ja sitkuse vahel: kõrge koobaltisisaldus suurendab tugevust, kuid vähendab veidi kõvadust, sobib suure-löögiga rakenduste jaoks; madal koobaltisisaldus tagab suurema kõvaduse, mis sobib kulumiskindluseks stabiilsete koormuste korral. Lisaks mõjutavad maatriksi tiheduse ühtlus ja paagutamise tihedus ka üldist tugevust ning need tuleb tagada tootmisprotsessi range kontrolliga.
Materjali valimine nõuab sihipärast optimeerimist erinevate rakendusstsenaariumide jaoks. Näiteks nafta- ja gaasipuurimisel, mis on kaetud väga abrasiivsete liivakivi- ja lubjakivimoodustistega, on kulumis- ja löögikindluse tasakaalustamiseks eelistatav madala-katalüütilise sidumisfaasiga (PCD) peeneteraline teemantkiht, mis on ühendatud keskmise koobaltisisaldusega tsementeeritud karbiidmaatriksiga. Geoloogiliste uuringute käigus saab kruusa või kihtidevahelise kokkupõrke korral teemandi tera suurust asjakohaselt suurendada ja maatriksi tugevust parandada, et vähendada hammaste purunemise ohtu. Täppistöötlusrakendustes, nagu kõrge -räni alumiiniumisulamid, tuleb lisaks kulumiskindlusele arvestada ka materjali madalat hõõrdetegurit ja keemilist inertsust, et vähendada tööriista haardumist ja pinnakahjustusi.
Kokkuvõttes on PDC-tööriistade materjalivalik süstemaatiline ülesanne, mis ühendab teemantpulbri kvaliteedi, sidumisfaasi omadused ja tsementeeritud karbiidmaatriksi jõudluse. Ainult iga kihi materjali ja konstruktsiooniparameetrite teadusliku vastavusse viimisega vastavalt konkreetsete töötingimuste kõvadusele, abrasiivsusele, löögikindlusele ja temperatuuritingimustele saab tagada tööriista suurepärase stabiilsuse ja vastupidavuse, saavutades samal ajal tõhusa lõikamise ja kivide purustamise, pakkudes seega usaldusväärset tehnilist tuge keerukates töökeskkondades.
