Qu'est-ce que le coupe-bit PDC ?

Le diamant est le matériau le plus dur connu. Cette dureté lui confère des propriétés supérieures pour couper tout autre matériau. Le PDC (comprimé de diamant polycristallin) est extrêmement important pour le forage car il agrège de minuscules diamants artificiels peu coûteux en masses relativement grandes et imbriquées de cristaux orientés au hasard qui peuvent être formés en formes utiles appelées tables de diamant. Les tables diamantées sont la partie d'une fraise qui entre en contact avec une formation. Outre leur dureté, les tables diamantées PDC ont une caractéristique essentielle pour les fraises-trépans : elles se lient efficacement aux matériaux en carbure de tungstène qui peuvent être brasés (attachés) aux corps des trépans. Les diamants, par eux-mêmes, ne se lient pas et ne peuvent pas non plus être attachés par brasage.

Diamant synthétique

Le grain de diamant est couramment utilisé pour décrire de minuscules grains (≈0,00004 pouce) de diamant synthétique utilisé comme matière première clé pour les fraises PDC. En termes de produits chimiques et de propriétés, le diamant artificiel est identique au diamant naturel. La fabrication de grains de diamant implique un processus chimiquement simple : le carbone ordinaire est chauffé sous une pression et une température extrêmement élevées. En pratique, cependant, fabriquer un diamant est loin d'être facile.

Les cristaux de diamant individuels contenus dans le grain de diamant sont diversement orientés. Cela rend le matériau solide, tranchant et, en raison de la dureté du diamant contenu, extrêmement résistant à l'usure. En fait, la structure aléatoire trouvée dans les diamants synthétiques collés fonctionne mieux en cisaillement que les diamants naturels, car les diamants naturels sont des cristaux cubiques qui se fracturent facilement le long de leurs frontières cristallines ordonnées.

Cependant, le grain de diamant est moins stable à haute température que les diamants naturels. Étant donné que le catalyseur métallique piégé dans la structure des grains a un taux de dilatation thermique plus élevé que le diamant, la dilatation différentielle place les liaisons diamant à diamant sous cisaillement et, si les charges sont suffisamment élevées, provoque une défaillance. Si les liaisons échouent, les diamants sont rapidement perdus, de sorte que le PDC perd sa dureté et sa netteté et devient inefficace. Pour éviter une telle défaillance, les fraises PDC doivent être suffisamment refroidies pendant le forage.

Tableaux diamant

Pour fabriquer une table diamantée, le grain de diamant est fritté avec du carbure de tungstène et un liant métallique pour former une couche riche en diamant. Ils ont la forme d'une plaquette et doivent être aussi épais que possible structurellement car le volume de diamant augmente la durée de vie. Les tables diamantées de la plus haute qualité mesurent ≈2 à 4 mm, et les progrès technologiques augmenteront l'épaisseur de la table diamantée. Les substrats en carbure de tungstène ont normalement une hauteur de ≈0,5 pouce et ont la même forme et les mêmes dimensions en coupe transversale que la table diamantée. Les deux parties, la table diamantée et le substrat, constituent une fraise

Construction de fraise PDC.

La formation de PDC dans des formes utiles pour les fraises implique de placer du grain de diamant, avec son substrat, dans un récipient sous pression, puis de le fritter à haute température et pression.

Les coupeurs PDC ne peuvent pas dépasser des températures de 1 382 °F [750 °C]. Une chaleur excessive produit une usure rapide car la dilatation thermique différentielle entre le liant et le diamant a tendance à casser les cristaux de grains de diamant imbriqués dans la table de diamant. Les forces de liaison entre la table diamantée et le substrat en carbure de tungstène sont également compromises par la dilatation thermique différentielle.

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