Широка примена ПДЦ (Полицристаллине Диамонд Цомпосите) алата у бушењу нафте, геолошким истраживањима и машинској обради са великом -отпорношћу- на хабање произилази из комбинованих предности високе тврдоће, високе отпорности на хабање и добре отпорности на ударе изазване њиховом јединственом композитном структуром. Међутим, остваривање ове предности зависи пре свега од научног избора материјала. Састав материјала, карактеристике фазе везивања и микроструктура површинског слоја и матрице алата директно одређују његове перформансе и век трајања у различитим условима рада. Стога је прецизно усклађивање материјала засновано на захтевима апликације предуслов за ослобађање потенцијала ПДЦ алата.
Основна структура ПДЦ алата састоји се од површинског слоја поликристалног дијаманта (ПЦД) и доње цементиране карбидне матрице. Својства материјала и синергијски ефекти ова два слоја одређују укупне перформансе. Површински ПЦД слој преузима главне задатке сечења и{2}}разбијања камена, а срж његовог одабира материјала лежи у квалитету и дистрибуцији величине честица дијамантског праха. Једнокристални дијамантски прах-високе чистоће- обезбеђује формирање јаке мреже ковалентне везе између зрна, чиме се постиже тврдоћа и отпорност на хабање блиска оној природног дијаманта. Расподела величине зрна мора да уравнотежи макроскопску снагу и микроскопску оштрину сечења; фино-слојеви дијаманта са ситним зрнама нуде бољу отпорност на хабање и погодни су за машинску обраду високо абразивних формација или материјала, док слојеви крупнозрнатих дијаманта-имају предности у отпорности на удар и погодни су за услове који садрже тврде честице или повремене ударе.
Материјал фазе везивања је кључни фактор који утиче на термичку стабилност и издржљивост ПЦД слоја. Конвенционални ПЦД алати често користе прелазне метале као што су кобалт и никл као катализатори и везива. Ови метали катализују конверзију дијаманта у графит на високим температурама, ограничавајући радну температуру и животни век алата. За услове високе-температуре, велике-брзине или јаког топлотног удара, приоритет треба дати фазама ниске-каталитичке-активности или не-фазама везивања (као што су силициди, бориди и карбиди). Ови материјали могу ефикасно да инхибирају графитизацију, подижући температуру термичке декомпозиције на изнад 700 степени, истовремено одржавајући довољну чврстоћу везивања на граници зрна, омогућавајући алату да одржи перформансе сечења чак и у екстремним окружењима.
Избор материјала за темељну цементну карбидну матрицу даје предност жилавости и поузданости стезања. Често коришћене легуре волфрама-кобалта (као што је ВЦ-Цо) нуде одличну отпорност на удар, жилавост и обрадивост, обезбеђујући робусну механичку подршку за ПЦД слој, апсорбујући и диспергујући ударна оптерећења настала током сечења и спречавајући ломљење дијамантског слоја услед превелике крхкости. Садржај кобалта у матрици се може подесити како би се успоставила равнотежа између тврдоће и жилавости: висок садржај кобалта повећава жилавост, али благо смањује тврдоћу, што је погодно за апликације са високим{4}}ударцима; низак садржај кобалта доводи до веће тврдоће, погодне за отпорност на хабање под стабилним оптерећењима. Штавише, уједначеност густине и густина синтеровања матрице такође утичу на укупну чврстоћу и морају се обезбедити кроз строгу контролу процеса производње.
Избор материјала захтева циљану оптимизацију за различите сценарије примене. На пример, код бушења нафте и гаса који се суочавају са формацијама пешчара и кречњака са високим степеном абразивности, пожељнији је фино-слој дијаманта са финим зрнама са ниском-фазом каталитичког везивања (ПЦД), упарен са цементном карбидном матрицом средњег садржаја кобалта, да би се уравнотежила отпорност на хабање и отпорност на удар. У операцијама геолошког истраживања језгра, када се наиђу на ударе шљунка или међуслојних слојева, величина зрна дијаманта може се на одговарајући начин повећати и жилавост матрице побољшати како би се смањио ризик од лома зуба. У апликацијама за прецизну машинску обраду као што су легуре алуминијума са високим{5}}силицијумом, поред отпорности на хабање, мора се узети у обзир низак коефицијент трења и хемијска инертност материјала како би се смањила адхезија алата и оштећење површине.
Укратко, избор материјала за ПДЦ алате је систематски задатак који интегрише квалитет дијамантског праха, карактеристике фазе везивања и перформансе матрице цементног карбида. Само научним усклађивањем материјала и структурних параметара сваког слоја према тврдоћи, абразивности, отпорности на удар и температурним условима специфичних радних услова може се обезбедити да алат поседује одличну стабилност и издржљивост уз постизање ефикасног сечења и ломљења камена, чиме се обезбеђује поуздана техничка подршка за сложена радна окружења.
