De sleutel tot de superieure prestaties van thermisch stabiel polykristallijn diamant (PCD) onder zware omstandigheden zoals hoge temperaturen en hoge belasting ligt in de unieke materiaalsamenstelling en het microstructuurontwerp. Vergeleken met conventionele PCD biedt de thermisch stabiele versie gerichte verbeteringen in de selectie van grondstoffen, optimalisatie van de bindingsfase en na-nabewerking, waardoor de hittebestendigheid en levensduur aanzienlijk worden verbeterd terwijl de extreem hoge hardheid van diamant behouden blijft.
De basisstructuur van PCD bestaat uit diamantdeeltjes van micron- tot submicron-grootte die aan elkaar zijn gesinterd met een bindingsfase. Bij thermisch stabiele PCD worden de deeltjesgrootte en kristalvorm van het diamantpoeder strikt geselecteerd, waarbij doorgaans gebruik wordt gemaakt van hoog-zuiver enkelvoudig- kristaldiamantpoeder om een goede hechting tussen de korrels en de algehele mechanische consistentie te garanderen. Het beheersen van de deeltjesgrootteverdeling is bijzonder cruciaal; Een te grove deeltjesgrootte kan zwakke hechtingszones creëren, terwijl een te fijne deeltjesgrootte de macroscopische sterkte van de snijkant vermindert. Een redelijke verhouding zorgt voor een evenwicht tussen slijtvastheid en slagvastheid.
De hechtingsfase is een cruciale factor die de thermische stabiliteit bepaalt. Conventionele PCD gebruikt gewoonlijk metalen zoals kobalt en nikkel als katalysatoren en bindmiddelen. Deze metalen kunnen de transformatie van diamant in grafiet bij hoge temperaturen bevorderen, waardoor de bedrijfstemperatuur ervan wordt beperkt. Thermisch stabiele PCD maakt gebruik van een aangepast bindingssysteem, waardoor fasetransformatiereacties bij hoge temperaturen effectief worden onderdrukt door het katalytische metaalgehalte te verminderen of door keramische of carbide-gebaseerde niet-metaalbindende fasen te introduceren. Sommige formuleringen gebruiken bijvoorbeeld siliciden of boriden als brugfasen, waardoor de metallurgische binding tussen deeltjes behouden blijft terwijl de activiteit van katalytische grafitisering wordt verminderd, waardoor het materiaal de stabiliteit van de diamantfase boven 700 graden kan behouden.
In de post-verwerkingsfase ondergaat thermisch stabiel PCD een uitgloeiing onder hoge- temperatuurvacuüm of atmosfeerbescherming, waardoor de resterende metaalkatalytische fase wordt gedeactiveerd of migreert naar niet-kritische gebieden bij korrelgrenzen, waardoor de thermische ontledingstemperatuur en de oxidatieweerstand verder worden verbeterd. Dit proces verbetert de thermische vermoeiingsweerstand van het materiaal aanzienlijk zonder de hardheid aanzienlijk te verminderen, waardoor het minder gevoelig is voor de verspreiding van microscheuren onder wisselende hittebelastingen.
Bovendien kunnen functionaliteitsbehandelingen op het PCD-oppervlak worden toegepast om aan verschillende toepassingsvereisten te voldoen, zoals het vormen van een extreem dunne beschermende laag door middel van opdamping om de corrosieweerstand verder te verbeteren of de wrijvingscoëfficiënt te beheersen. De keuze van dit type oppervlaktemateriaal hangt nauw samen met de hechtsterkte met de matrix, en het is noodzakelijk om ervoor te zorgen dat het rooster overeenkomt met de diamantkorrels om delaminatie tussen de lagen veroorzaakt door thermische spanningsconcentratie te voorkomen.
Over het geheel genomen komen de superieure prestaties van thermisch stabiele PCD voort uit het synergetische effect van zorgvuldig geselecteerd diamantpoeder, een geoptimaliseerd ontwerp van de hechtingsfase en gespecialiseerde warmtebehandelingsprocessen. Een diepgaand begrip van de belangrijkste materialen helpt niet alleen bij het selecteren van materialen die passen bij de verwerkingstaken, maar legt ook een solide basis voor daaropvolgende procesinnovatie en prestatieverbetering.
