Производство и применение резцов PDC (поликристаллический алмазный композит) для горного дела — это системный инженерный проект, состоящий из ряда тесно связанных технологических процессов. Этот процесс включает не только прецизионное изготовление корпуса фрезы, но также процесс согласования сборки со сверлом и этапы подготовки к использованию на-площадке. Контроль качества на каждом этапе напрямую влияет на скало-разрушающую способность и срок службы фрезы.
Процесс начинается с синтеза слоя поликристаллического алмаза. Микропорошок синтетического алмаза высокой-чистоты-тщательно отбирается и равномерно смешивается с металлическим катализатором (например, кобальтом, никелем или их сплавами) в соответствии с определенным распределением частиц по размерам. Эту смесь помещают в среду, передающую давление-, такую как пирофиллит, и спекают в течение нескольких минут до десятков минут при высокой температуре примерно 1400–1600 градусов и высоком давлении 5,5–8 ГПа в шести-прессовом или двустороннем прессовом устройстве. Этот процесс спекания позволяет частицам алмаза соединяться между собой под действием катализатора, образуя непрерывную трехмерную сетчатую структуру и создавая слой поликристаллического алмаза с высокой-твёрдостью и высокой износостойкостью-. Этот процесс требует строгого контроля за однородностью полей температуры и давления во избежание аномального роста зерен или дефектов пористости.
Следующий этап включает приклеивание композитного листа к подложке из цементированного карбида. В качестве подложки выбирается заготовка из вольфрама-цементированного карбида кобальта, прецизионно-обработанная для достижения требуемой формы и размера. Активация поверхности или пред-обработка покрытия применяется к склеиваемой поверхности для улучшения металлургической связи с алмазным слоем. Заготовка слоя поликристаллического алмаза и подложка затем снова спекаются при высокой температуре и давлении для образования прочной металлургической связи на границе раздела, обеспечивая эффективную передачу нагрузки между слоями без расслоения. Температура, давление и продолжительность этого этапа должны быть точно установлены в зависимости от состава подложки и толщины алмазного слоя, баланса прочности соединения и контроля внутреннего напряжения.
Далее идет механическая обработка и геометрическая обработка. Композитный лист разрезается, шлифуется и полируется для получения точной геометрической формы (обычно круглой, но при необходимости ей также может быть придана коническая, топористая- или другая неправильная форма), плоской поверхности склеивания и заданной высоты режущей кромки. Во время обработки используются сверхтвердые инструменты, такие как алмазные круги, чтобы избежать вторичного повреждения поверхности и обеспечить соответствие допусков размеров и шероховатости поверхности проектным требованиям.
Наконец, начинается проверка качества и сортировка. Зерновую структуру слоя алмаза и межфазную связь наблюдали с помощью оптического и сканирующего электронного микроскопов. Свойства поверхности оценивали с помощью твердомера и машины для испытания на истирание. Были проведены точные измерения геометрических размеров, высоты режущей кромки, а также допусков на форму и положение. Готовые изделия с трещинами, сколами по краям или плохой склейкой отбраковывались для обеспечения надежности установленной машины.
Далее последовала сборка и установка сверла. В зависимости от конкретных условий работы горного проекта (твердость руды, диаметр скважины, глубина скважины, метод бурения) были выбраны соответствующие характеристики и количество резцов PDC, которые были расположены в радиальном или спиральном порядке на головке бурового долота. Расстояние и однородность режущей кромки контролировались для обеспечения равномерного покрытия траектории резания и баланса нагрузки. Во время сборки было важно обеспечить прочное соединение между фрезой и корпусом сверла, чтобы предотвратить смещение или отсоединение во время вращения на высокой-скорости.
Наконец, перед применением в полевых условиях были проведены отладка и запись. После установки следует провести испытания без-нагрузки и пробное сверление на низкой-скорости, чтобы убедиться в том, что условия резания и уровень вибрации в норме. Необходимо вести записи таких параметров, как партия фрез, модель бурового долота, применимый тип горной породы, а также рекомендуемое давление бурения и скорость вращения для справки операторам на площадке. Характеристики резания и износ следует регулярно контролировать во время строительства, чтобы оптимизировать последующий выбор и обслуживание.
Процесс изготовления резцов PDC для горного машиностроения представляет собой полную технологическую цепочку от синтеза сверхтвердых материалов до производства пригодного к использованию инструмента на-месте. Точный контроль и обеспечение качества на каждом этапе являются предпосылками его решающей роли в эффективном и стабильном разрушении горных пород в шахтах.
