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Fresas de diamante policristalino compacto (PDC)

El diamante es el material más duro que se conoce. Esta dureza le confiere propiedades superiores para cortar cualquier otro material. El PDC es extremadamente importante para la perforación, ya que agrega diamantes artificiales pequeños y económicos en masas relativamente grandes de cristales orientados al azar que se pueden formar en formas útiles llamadas tablas de diamantes. Las tablas de diamantes son la parte de un cortador que contacta con una formación. Además de su dureza, las mesas de diamante PDC tienen una característica esencial para los cortadores de brocas: se adhieren de manera eficiente con materiales de carburo de tungsteno que se pueden soldar (unir) a los cuerpos de las brocas. Los diamantes, por sí mismos, no se unirán ni se unirán mediante soldadura fuerte.

Diamante sintético

El grano de diamante se usa comúnmente para describir los granos diminutos (≈0,00004 pulg.) De diamante sintético que se usa como materia prima clave para los cortadores de PDC. En términos de productos químicos y propiedades, el diamante artificial es idéntico al diamante natural. La fabricación de arena de diamante implica un proceso químicamente simple: el carbón ordinario se calienta a una presión y temperatura extremadamente altas. En la práctica, sin embargo, hacer diamantes no es nada fácil.

Los cristales de diamante individuales contenidos en el grano de diamante están orientados de forma diversa. Esto hace que el material sea fuerte, afilado y, debido a la dureza del diamante contenido, extremadamente resistente al desgaste. De hecho, la estructura aleatoria que se encuentra en el diamante sintético enlazado funciona mejor en cizallamiento que los diamantes naturales, porque los diamantes naturales son cristales cúbicos que se fracturan fácilmente a lo largo de sus límites cristalinos ordenados.

Sin embargo, el grano de diamante es menos estable a altas temperaturas que el diamante natural. Debido a que el catalizador metálico atrapado en la estructura de la arena tiene una tasa de expansión térmica más alta que el diamante, la expansión diferencial coloca los enlaces de diamante a diamante bajo cizallamiento y, si las cargas son lo suficientemente altas, provoca fallas. Si los enlaces fallan, los diamantes se pierden rápidamente, por lo que el PDC pierde su dureza y nitidez y se vuelve ineficaz. Para evitar tal falla, los cortadores de PDC deben enfriarse adecuadamente durante la perforación.

Mesas de diamantes

Para fabricar una mesa de diamante, el grano de diamante se sinteriza con carburo de tungsteno y aglutinante metálico para formar una capa rica en diamantes. Tienen forma de oblea y deben hacerse tan gruesos como sea posible estructuralmente, porque el volumen del diamante aumenta la vida útil. Las mesas de diamante de la más alta calidad son de ≈2 a 4 mm, y los avances tecnológicos aumentarán el grosor de la mesa de diamante. Los sustratos de carburo de tungsteno son normalmente de ≈0,5 pulgadas de alto y tienen la misma forma y dimensiones de sección transversal que la mesa de diamante. Las dos partes, mesa de diamante y sustrato, forman un cortador (Fig. 4).

La formación de PDC en formas útiles para cortadores implica colocar arena de diamante, junto con su sustrato, en un recipiente a presión y luego sinterizar a alta temperatura y presión.

No se puede permitir que los cortadores de PDC excedan temperaturas de 1,382 ° F [750 ° C]. El calor excesivo produce un desgaste rápido, porque la expansión térmica diferencial entre el aglomerante y el diamante tiende a romper los cristales de grano de diamante intercrecidos en la mesa de diamantes. La resistencia de la unión entre la mesa de diamante y el sustrato de carburo de tungsteno también se ve comprometida por la expansión térmica diferencial.


Hora de publicación: Abr-08-2021