Herstellung von PDC-Bitschneidern

Der PDC-Bitschneider wird als Polykristalliner Diamant-Kompaktschneider bezeichnet.Dieses synthetische Material besteht zu 90–95 % aus reinem Diamant und wird zu Presslingen verarbeitet, die in den Körper des Bits eingesetzt werden. Die hohen Reibungstemperaturen, die mit diesen Bohrertypen erzeugt werden, führten zum Aufbrechen des polykristallinen Diamanten und dies führte zur Entwicklung des thermisch stabilen polykristallinen Diamanten – TSP-Diamant.

PCD (Polykristalliner Diamant) wird in einem zweistufigen Hochtemperatur- und Hochdruckverfahren gebildet. Die erste Stufe des Verfahrens besteht darin, die künstlichen Diamantkristalle herzustellen, indem Graphit in Gegenwart eines Katalysators/einer Lösung aus Kobalt, Nickel und Eisen oder Mangan einem Druck von über 600.000 psi ausgesetzt wird. Unter diesen Bedingungen bilden sich schnell Diamantkristalle. Während des Prozesses der Umwandlung des Graphits in Diamant kommt es jedoch zu einer Volumenschrumpfung, die dazu führt, dass der Katalysator/das Lösungsmittel zwischen die sich bildenden Kristalle fließt, wodurch eine interkristalline Bindung verhindert wird, und daher wird in diesem Teil des Prozesses nur ein Diamantkristallpulver hergestellt.

In der zweiten Stufe des Prozesses wird der PKD-Rohling oder „Fräser“ durch einen Flüssigphasen-Sintervorgang geformt. Das in der ersten Stufe des Prozesses gebildete Diamantpulver wird gründlich mit Katalysator/Bindemittel gemischt und Temperaturen über 1400 ℃ und Drücken von 750.000 psi ausgesetzt. Der Hauptmechanismus für das Sintern besteht darin, die Diamantkristalle an ihren Kanten, Ecken und Punkten mit hohem Druck aufzulösen, der durch einen Punkt- oder Kantenkontakt verursacht wird. Darauf folgt epitaxiales Wachstum von Diamanten auf Flächen und an Stellen mit geringem Kontaktwinkel zwischen den Kristallen. Dieser Nachwachsprozess bildet echte Diamant-zu-Diamant-Bindungen, wobei das flüssige Bindemittel aus der Bindungszone ausgeschlossen wird. Das Bindemittel bildet ein mehr oder weniger kontinuierliches Porennetzwerk, das mit einem kontinuierlichen Netzwerk des Diamanten koexistiert. Typische Diamantkonzentrationen im PCD sind 90-97 Vol.-%.

Wenn ein Verbundpressling benötigt wird, bei dem PCD chemisch an ein Wolframcarbidsubstrat gebunden ist, kann ein Teil oder das gesamte Bindemittel für das PCD aus dem angrenzenden Wolframcarbidsubstrat durch Schmelzen und Extrudieren des Kobaltbindemittels aus dem Wolframcarbid erhalten werden.

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