Kluczem do doskonałej wydajności termicznie stabilnego diamentu polikrystalicznego (PCD) w trudnych warunkach, takich jak wysoka temperatura i duże obciążenie, leży jego unikalny skład materiału i konstrukcja mikrostruktury. W porównaniu z konwencjonalnymi PCD, wersja stabilna termicznie charakteryzuje się ukierunkowanymi ulepszeniami w zakresie doboru surowców, optymalizacji fazy wiązania i-obróbki końcowej, co znacznie zwiększa jej odporność na ciepło i żywotność, przy jednoczesnym zachowaniu wyjątkowo wysokiej twardości diamentu.
Podstawowa struktura PCD składa się z cząstek diamentu o wielkości od mikronów- do submikronów-, spiekanych razem z fazą wiążącą. W przypadku termicznie stabilnego PCD wielkość cząstek i postać krystaliczna proszku diamentowego są ściśle dobierane, zazwyczaj przy użyciu proszku diamentowego o-pojedynczych-krystalicznych kryształach o wysokiej czystości, aby zapewnić ścisłe wiązanie między ziarnami i ogólną konsystencję mechaniczną. Szczególnie istotne jest kontrolowanie rozkładu wielkości cząstek; zbyt duże cząstki mogą tworzyć słabe strefy wiązania, natomiast zbyt drobne cząstki zmniejszają makroskopową wytrzymałość krawędzi skrawającej. Rozsądny stosunek zapewnia równowagę pomiędzy odpornością na zużycie i odpornością na uderzenia.
Faza wiązania jest kluczowym czynnikiem decydującym o stabilności termicznej. Konwencjonalne PCD powszechnie wykorzystuje metale, takie jak kobalt i nikiel, jako katalizatory i spoiwa. Metale te mogą sprzyjać przemianie diamentu w grafit w wysokich temperaturach, ograniczając jego temperaturę roboczą. Termicznie stabilny PCD wykorzystuje zmodyfikowany układ wiążący, skutecznie tłumiący reakcje transformacji fazowej w wysokich temperaturach poprzez zmniejszenie zawartości metalu katalitycznego lub wprowadzenie niemetalicznych faz wiążących na bazie ceramiki lub węglików--. Na przykład niektóre preparaty wykorzystują krzemki lub borki jako fazy mostkujące, utrzymując metalurgiczne wiązania między cząstkami, jednocześnie zmniejszając aktywność grafityzacji katalitycznej, umożliwiając materiałowi utrzymanie stabilności fazy diamentowej powyżej 700 stopni.
Na etapie-przetwarzania końcowego termicznie stabilny PCD poddawany jest wyżarzaniu w-wysokiej temperaturze, w próżni lub w atmosferze ochronnej, co powoduje dezaktywację resztkowej fazy katalitycznej metalu lub jej migrację do nie-krytycznych obszarów na granicach ziaren, co jeszcze bardziej poprawia temperaturę rozkładu termicznego i odporność na utlenianie. Proces ten znacząco poprawia odporność materiału na zmęczenie cieplne bez znaczącego zmniejszania twardości, czyniąc go mniej podatnym na propagację mikropęknięć pod zmiennymi obciążeniami cieplnymi.
Ponadto na powierzchnię PCD można zastosować obróbkę funkcjonalizującą, aby spełnić różne wymagania aplikacji, takie jak utworzenie niezwykle cienkiej warstwy ochronnej poprzez osadzanie z fazy gazowej w celu dalszej poprawy odporności na korozję lub kontrolowania współczynnika tarcia. Dobór tego rodzaju materiału powierzchniowego jest ściśle powiązany z siłą wiązania z osnową i konieczne jest zapewnienie dopasowania sieci do ziaren diamentu, aby zapobiec rozwarstwianiu się międzywarstw pod wpływem koncentracji naprężeń termicznych.
Ogólnie rzecz biorąc, doskonała wydajność termicznie stabilnego PCD wynika z synergistycznego działania starannie dobranego proszku diamentowego, zoptymalizowanego projektu fazy wiązania i specjalistycznych procesów obróbki cieplnej. Dogłębne zrozumienie głównych materiałów nie tylko pomaga w wyborze materiałów odpowiednich do zadań przetwarzania, ale także stanowi solidną podstawę dla późniejszych innowacji procesowych i poprawy wydajności.
