Široka primjena PDC (Polycrystalline Diamond Composite) alata u bušenju nafte, geološkim istraživanjima i visokoj -otpornosti-otpornosti na habanje proizlazi iz kombinovanih prednosti visoke tvrdoće, visoke otpornosti na habanje i dobre otpornosti na udar uzrokovane njihovom jedinstvenom kompozitnom strukturom. Međutim, ostvarivanje ove prednosti prvenstveno zavisi od naučnog odabira materijala. Sastav materijala, karakteristike faze vezivanja i mikrostruktura površinskog sloja i matrice alata direktno određuju njegove performanse i vek trajanja u različitim radnim uslovima. Stoga je precizno usklađivanje materijala na osnovu zahtjeva primjene preduvjet za oslobađanje potencijala PDC alata.
Osnovna struktura PDC alata sastoji se od površinskog sloja polikristalnog dijamanta (PCD) i donje cementirane karbidne matrice. Svojstva materijala i sinergijski efekti ova dva sloja određuju ukupne performanse. Površinski PCD sloj preuzima glavne zadatke rezanja i{2}}razbijanja kamena, a srž njegovog odabira materijala leži u kvalitetu i raspodjeli veličine čestica dijamantskog praha. Monokristalni dijamantski prah visoke{4}}čistoće- osigurava formiranje jake mreže kovalentne veze između zrna, čime se postiže tvrdoća i otpornost na habanje bliska onoj prirodnog dijamanta. Raspodjela veličine zrna mora uravnotežiti makroskopsku snagu i mikroskopsku oštrinu rezanja; Slojevi fino-slojeva dijamanata nude bolju otpornost na habanje i pogodni su za obradu visoko abrazivnih formacija ili materijala, dok krupnozrnati dijamantski slojevi-imaju prednosti u otpornosti na udar i pogodni su za uslove koji sadrže tvrde čestice ili povremene udare.
Materijal faze vezivanja je ključni faktor koji utiče na termičku stabilnost i izdržljivost PCD sloja. Konvencionalni PCD alati često koriste prelazne metale poput kobalta i nikla kao katalizatora i veziva. Ovi metali kataliziraju pretvaranje dijamanta u grafit na visokim temperaturama, ograničavajući radnu temperaturu i vijek trajanja alata. Za visoke-temperature, velike-brzine ili jake termičke šokove, prioritet treba dati niskoj-katalitičkoj-aktivnosti ili ne-fazama vezanja bez metala (kao što su silicidi, boridi i karbidi). Ovi materijali mogu efikasno inhibirati grafitizaciju, podižući temperaturu termičke dekompozicije na iznad 700 stepeni, istovremeno održavajući dovoljnu čvrstoću vezivanja na granici zrna, omogućavajući alatu da održi performanse rezanja čak i u ekstremnim okruženjima.
Izbor materijala za temeljnu cementnu karbidnu matricu daje prednost žilavosti i pouzdanosti stezanja. Često korištene legure volframa-kobalta (kao što je WC-Co) nude odličnu otpornost na udar, žilavost i obradivost, pružajući robusnu mehaničku potporu PCD sloju, apsorbirajući i dispergirajući udarna opterećenja nastala tokom rezanja i sprječavajući lomljenje dijamantskog sloja zbog prevelike krhkosti. Sadržaj kobalta u matrici može se podesiti kako bi se uspostavila ravnoteža između tvrdoće i žilavosti: visok sadržaj kobalta povećava žilavost, ali blago smanjuje tvrdoću, pogodno za primjene sa visokim{4}}udarcima; Nizak sadržaj kobalta rezultira većom tvrdoćom, pogodnom za otpornost na habanje pri stabilnim opterećenjima. Nadalje, ujednačenost gustine i gustina sinterovanja matrice također utječu na ukupnu čvrstoću i moraju se osigurati kroz strogu kontrolu procesa proizvodnje.
Odabir materijala zahtijeva ciljanu optimizaciju za različite scenarije primjene. Na primjer, kod bušenja nafte i plina suočenih sa visokoabrazivnim pješčanim i krečnjačkim formacijama, poželjniji je fino-sloj finog zrnastog dijamanta sa niskom-fazom katalitičkog vezivanja (PCD), uparen sa cementnom karbidnom matricom srednjeg sadržaja kobalta, kako bi se uravnotežila otpornost na habanje i otpornost na udar. U operacijama geološkog istraživanja jezgre, kada se naiđu na udare šljunka ili međuslojnih, veličina dijamantskog zrna može se na odgovarajući način povećati i žilavost matrice poboljšati kako bi se smanjio rizik od loma zuba. U aplikacijama za preciznu mašinsku obradu kao što su legure visokog -silicijum aluminijuma, pored otpornosti na habanje, mora se uzeti u obzir niski koeficijent trenja i hemijska inertnost materijala kako bi se smanjilo prianjanje alata i oštećenje površine.
Ukratko, odabir materijala za PDC alate je sistematski zadatak koji integriše kvalitet dijamantskog praha, karakteristike faze vezivanja i performanse matrice cementnog karbida. Samo naučnim usklađivanjem materijala i strukturnih parametara svakog sloja prema tvrdoći, abrazivnosti, otpornosti na udar i temperaturnim uslovima specifičnih radnih uslova može se osigurati da alat poseduje odličnu stabilnost i izdržljivost uz postizanje efikasnog rezanja i lomljenja kamena, čime se obezbeđuje pouzdana tehnička podrška za složena radna okruženja.
