¿Qué es el cortador de bits PDC?

El diamante es el material más duro conocido. Esta dureza le confiere propiedades superiores para cortar cualquier otro material. El PDC (compacto de diamante policristalino) es extremadamente importante para la perforación porque agrega diamantes diminutos, económicos y hechos por el hombre en masas intercrecidas relativamente grandes de cristales orientados al azar que se pueden formar en formas útiles llamadas tablas de diamantes. Las mesas de diamante son la parte de un cortador que hace contacto con una formación. Además de su dureza, las mesas de diamante PDC tienen una característica esencial para los cortadores de brocas: se unen 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 entre sí, ni se pueden unir mediante soldadura fuerte.

Diamante sintético

El grano de diamante se usa comúnmente para describir granos diminutos (≈0,00004 pulgadas) 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 un diamante está lejos de ser fácil.

Los cristales de diamante individuales contenidos en la arena 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 los diamantes sintéticos aglomerados se comporta mejor en el corte 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 los diamantes naturales. Debido a que el catalizador metálico atrapado en la estructura del grano tiene una tasa de expansión térmica más alta que el diamante, la expansión diferencial somete a cizallamiento a las uniones de diamante a diamante y, si las cargas son lo suficientemente altas, provoca fallas. Si fallan los enlaces, 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, la arena de diamante se sinteriza con carburo de tungsteno y un aglutinante metálico para formar una capa rica en diamantes. Tienen forma de oblea y deben hacerse tan gruesos como sea estructuralmente posible 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 normalmente tienen una altura de ≈0,5 pulgadas y tienen la misma forma y dimensiones de sección transversal que la mesa de diamante. Las dos partes, la mesa de diamante y el sustrato, forman un cortador.

Construcción de cortador de PDC.

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 las temperaturas de 750 °C [1382 °F]. El calor excesivo produce un desgaste rápido debido a que la expansión térmica diferencial entre el aglutinante y el diamante tiende a romper los cristales de arena de diamante intercrecidos en la mesa de diamante. Las fuerzas de unión entre la mesa de diamante y el sustrato de carburo de tungsteno también se ven comprometidas por la expansión térmica diferencial.

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