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Cortadores compactos de diamante policristalino (PDC)

O diamante é o material mais duro conhecido. Esta dureza confere propriedades superiores para o corte de qualquer outro material. O PDC é extremamente importante para a perfuração, pois agrega diamantes minúsculos e baratos feitos pelo homem em massas intercruzadas relativamente grandes de cristais orientados aleatoriamente que podem ser formados em formatos úteis chamados de placas de diamante. As mesas de diamante são a parte de um cortador que entra em contato com uma formação. Além de sua dureza, as placas de diamante PDC têm uma característica essencial para fresas de brocas: elas se ligam de forma eficiente com materiais de carboneto de tungstênio que podem ser soldados (fixados) aos corpos da broca. Os diamantes, por si só, não se unem, nem podem ser fixados por brasagem.

Diamante sintético

O grão de diamante é comumente usado para descrever grãos minúsculos (≈0,00004 pol.) De diamante sintético usado como a principal matéria-prima para cortadores PDC. Em termos de produtos químicos e propriedades, o diamante artificial é idêntico ao diamante natural. Fazer o grão de diamante envolve um processo quimicamente simples: o carbono comum é aquecido sob pressão e temperatura extremamente altas. Na prática, porém, fazer diamantes está longe de ser fácil.

Os cristais de diamante individuais contidos no grão de diamante são orientados diversamente. Isso torna o material forte, afiado e, devido à dureza do diamante contido, extremamente resistente ao desgaste. Na verdade, a estrutura aleatória encontrada no diamante sintético ligado tem um desempenho melhor em cisalhamento do que os diamantes naturais, porque os diamantes naturais são cristais cúbicos que se quebram facilmente ao longo de seus limites ordenados e cristalinos.

No entanto, o grão de diamante é menos estável em altas temperaturas do que o diamante natural. Como o catalisador metálico preso na estrutura do grão tem uma taxa de expansão térmica mais alta do que o diamante, a expansão diferencial coloca as ligações diamante-a-diamante sob cisalhamento e, se as cargas forem altas o suficiente, causa falha. Se as ligações falham, os diamantes são perdidos rapidamente, então o PDC perde sua dureza e nitidez e se torna ineficaz. Para evitar tal falha, os cortadores PDC devem ser resfriados adequadamente durante a perfuração.

Mesas de diamante

Para fabricar uma mesa de diamante, o grão de diamante é sinterizado com carboneto de tungstênio e ligante metálico para formar uma camada rica em diamante. Eles têm o formato de um wafer e devem ser feitos da forma mais espessa possível, pois o volume do diamante aumenta a vida útil. As mesas de diamante da mais alta qualidade têm ≈2 a 4 mm e os avanços da tecnologia aumentarão a espessura da mesa de diamante. Os substratos de carboneto de tungstênio têm normalmente ≈0,5 pol. De altura e têm a mesma forma de seção transversal e dimensões da mesa de diamante. As duas partes, mesa de diamante e substrato, constituem um cortador (Fig. 4).

A formação do PDC em formatos úteis para cortadores envolve a colocação de grãos de diamante, junto com seu substrato, em um vaso de pressão e, em seguida, sinterização em alta temperatura e pressão.

Os cortadores PDC não podem exceder as temperaturas de 1.382 ° F [750 ° C]. O calor excessivo produz desgaste rápido, porque a expansão térmica diferencial entre o aglutinante e o diamante tende a quebrar os cristais de granulação de diamante integrados na mesa de diamante. As resistências de união entre a mesa de diamante e o substrato de carboneto de tungstênio também são prejudicadas pela expansão térmica diferencial.


Horário da postagem: Abr-08-2021