ການວິເຄາະການນຳໃຊ້ຢ່າງເລິກເຊິ່ງຂອງ Polycrystalline Diamond Compact (PDC) ໃນອຸດສາຫະກຳເຄື່ອງຈັກທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍຳສູງ

ນາມທຳ

ເພັດປະສົມຫຼາຍຜລຶກ (PDC), ເຊິ່ງເອີ້ນກັນທົ່ວໄປວ່າເພັດປະສົມ, ໄດ້ປະຕິວັດອຸດສາຫະກໍາເຄື່ອງຈັກທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍໍາສູງຍ້ອນຄວາມແຂງ, ຄວາມຕ້ານທານການສວມໃສ່, ແລະ ຄວາມໝັ້ນຄົງທາງຄວາມຮ້ອນທີ່ໂດດເດັ່ນ. ເອກະສານສະບັບນີ້ໃຫ້ການວິເຄາະຢ່າງເລິກເຊິ່ງກ່ຽວກັບຄຸນສົມບັດວັດສະດຸ, ຂະບວນການຜະລິດ, ແລະ ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂັ້ນສູງຂອງ PDC ໃນເຄື່ອງຈັກທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍໍາສູງ. ການສົນທະນາກວມເອົາບົດບາດຂອງມັນໃນການຕັດຄວາມໄວສູງ, ການບົດທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍໍາສູງ, ເຄື່ອງຈັກຂະໜາດນ້ອຍ, ແລະ ການຜະລິດອົງປະກອບການບິນອະວະກາດ. ນອກຈາກນັ້ນ, ສິ່ງທ້າທາຍຕ່າງໆເຊັ່ນ: ຕົ້ນທຶນການຜະລິດສູງ ແລະ ຄວາມແຕກຫັກງ່າຍແມ່ນໄດ້ຮັບການແກ້ໄຂ, ພ້ອມກັບແນວໂນ້ມໃນອະນາຄົດໃນເຕັກໂນໂລຊີ PDC.

1. ບົດນໍາ

ການເຄື່ອງຈັກທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍໍາສູງຕ້ອງການວັດສະດຸທີ່ມີຄວາມແຂງ, ຄວາມທົນທານ, ແລະ ຄວາມໝັ້ນຄົງທາງຄວາມຮ້ອນທີ່ດີກວ່າເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຄວາມແມ່ນຍໍາໃນລະດັບໄມຄຣອນ. ວັດສະດຸເຄື່ອງມືແບບດັ້ງເດີມເຊັ່ນ: ເຫຼັກກ້າທັງສະແຕນຄາໄບ ແລະ ເຫຼັກກ້າຄວາມໄວສູງມັກຈະບໍ່ມີປະສິດທິພາບໃນສະພາບທີ່ຮຸນແຮງ, ເຊິ່ງນໍາໄປສູ່ການນໍາໃຊ້ວັດສະດຸທີ່ກ້າວຫນ້າເຊັ່ນ: Polycrystalline Diamond Compact (PDC). PDC, ວັດສະດຸສັງເຄາະທີ່ອີງໃສ່ເພັດ, ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງປະສິດທິພາບທີ່ບໍ່ມີໃຜທຽບເທົ່າໃນການເຄື່ອງຈັກວັດສະດຸແຂງ ແລະ ແຕກຫັກງ່າຍ, ລວມທັງເຊລາມິກ, ວັດສະດຸປະສົມ, ແລະ ເຫຼັກກ້າທີ່ແຂງ.

ເອກະສານສະບັບນີ້ ສຳຫຼວດຄຸນສົມບັດພື້ນຖານຂອງ PDC, ເຕັກນິກການຜະລິດຂອງມັນ, ແລະ ຜົນກະທົບດ້ານການຫັນປ່ຽນຂອງມັນຕໍ່ກັບເຄື່ອງຈັກທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍໍາສູງ. ນອກຈາກນັ້ນ, ມັນຍັງກວດສອບສິ່ງທ້າທາຍໃນປະຈຸບັນ ແລະ ຄວາມກ້າວໜ້າໃນອະນາຄົດໃນເຕັກໂນໂລຊີ PDC.

2. ຄຸນສົມບັດຂອງວັດສະດຸຂອງ PDC

PDC ປະກອບດ້ວຍຊັ້ນຂອງເພັດ polycrystalline (PCD) ທີ່ຕິດກັບຊັ້ນຮອງສະເຕນຄາໄບພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂຄວາມກົດດັນສູງ ແລະ ອຸນຫະພູມສູງ (HPHT). ຄຸນສົມບັດຫຼັກລວມມີ:

2.1 ຄວາມແຂງທີ່ສຸດ ແລະ ຄວາມຕ້ານທານການສວມໃສ່

ເພັດເປັນວັດສະດຸທີ່ຮູ້ຈັກກັນດີທີ່ສຸດ (ຄວາມແຂງຂອງ Mohs ເທົ່າກັບ 10), ເຮັດໃຫ້ PDC ເໝາະສຳລັບການປຸງແຕ່ງວັດສະດຸຂັດ.

ຄວາມຕ້ານທານການສວມໃສ່ທີ່ດີກວ່າຍືດອາຍຸການໃຊ້ງານຂອງເຄື່ອງມື, ຫຼຸດຜ່ອນເວລາທີ່ຢຸດເຮັດວຽກໃນເຄື່ອງຈັກທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍໍາສູງ.

2.2 ການນຳຄວາມຮ້ອນສູງ

ການລະບາຍຄວາມຮ້ອນທີ່ມີປະສິດທິພາບຊ່ວຍປ້ອງກັນການຜິດຮູບທາງຄວາມຮ້ອນໃນລະຫວ່າງການຕັດເຄື່ອງຈັກດ້ວຍຄວາມໄວສູງ.

ຫຼຸດຜ່ອນການສວມໃສ່ຂອງເຄື່ອງມື ແລະ ປັບປຸງຜິວໜ້າໃຫ້ສວຍງາມ.

2.3 ຄວາມໝັ້ນຄົງທາງເຄມີ

ທົນທານຕໍ່ປະຕິກິລິຍາເຄມີກັບວັດສະດຸເຫຼັກ ແລະ ບໍ່ແມ່ນເຫຼັກ.

ຫຼຸດຜ່ອນການເສື່ອມສະພາບຂອງເຄື່ອງມືໃນສະພາບແວດລ້ອມທີ່ມີການກັດກ່ອນ.

2.4 ຄວາມທົນທານຂອງການແຕກຫັກ

ວັດສະດຸຮອງພື້ນທັງສະເຕນຄາໄບດ໌ຊ່ວຍເພີ່ມຄວາມຕ້ານທານແຮງກະແທກ, ຫຼຸດຜ່ອນການບิ่น ແລະ ການແຕກຫັກ.

3. ຂະບວນການຜະລິດຂອງ PDC

ການຜະລິດ PDC ກ່ຽວຂ້ອງກັບຂັ້ນຕອນທີ່ສໍາຄັນຫຼາຍຢ່າງຄື:

3.1 ການສັງເຄາະຜົງເພັດ

ອະນຸພາກເພັດສັງເຄາະແມ່ນຜະລິດຜ່ານ HPHT ຫຼື ການວາງໄອເຄມີ (CVD).

3.2 ຂະບວນການເຜົາໄໝ້

ຜົງເພັດຖືກເຜົາລົງເທິງຊັ້ນຮອງພື້ນຂອງທັງສະເຕນຄາໄບດ໌ພາຍໃຕ້ຄວາມກົດດັນທີ່ຮຸນແຮງ (5–7 GPa) ແລະອຸນຫະພູມ (1,400–1,600°C).

ຕົວເລັ່ງໂລຫະ (ເຊັ່ນ: ໂຄໂບລ) ຊ່ວຍໃຫ້ການຜູກມັດລະຫວ່າງເພັດກັບເພັດງ່າຍຂຶ້ນ.

3.3 ການປະມວນຜົນຫຼັງການປະມວນຜົນ  

ການແກະສະຫຼັກດ້ວຍເລເຊີ ຫຼື ການແກະສະຫຼັກດ້ວຍໄຟຟ້າ (EDM) ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອປັ້ນ PDC ໃຫ້ກາຍເປັນເຄື່ອງມືຕັດ.

ການປິ່ນປົວພື້ນຜິວຊ່ວຍເພີ່ມການຍຶດຕິດ ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນຄວາມກົດດັນທີ່ຍັງເຫຼືອ.

4. ການນຳໃຊ້ໃນເຄື່ອງຈັກທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍຳສູງ

4.1 ການຕັດວັດສະດຸທີ່ບໍ່ແມ່ນເຫຼັກດ້ວຍຄວາມໄວສູງ

ເຄື່ອງມື PDC ເກັ່ງໃນການເຄື່ອງຈັກອາລູມິນຽມ, ທອງແດງ, ແລະວັດສະດຸປະສົມເສັ້ນໄຍຄາບອນ.

ການນຳໃຊ້ໃນລົດຍົນ (ການເຄື່ອງຈັກລູກສູບ) ແລະ ເອເລັກໂຕຣນິກ (ການເຈາະ PCB).

4.2 ການບົດຢ່າງລະອຽດລະອໍຂອງອົງປະກອບທາງແສງ

ໃຊ້ໃນການຜະສົມເລນ ແລະ ກະຈົກສຳລັບເລເຊີ ແລະ ກ້ອງສ່ອງທາງໄກ.

ບັນລຸຄວາມຫຍາບຂອງພື້ນຜິວລະດັບ submicron (Ra < 0.01 µm).

4.3 ການເຄື່ອງຈັກຂະໜາດນ້ອຍສຳລັບອຸປະກອນການແພດ

ເຄື່ອງເຈາະຈຸນລະພາກ PDC ແລະ ໂຮງສີປາຍຜະລິດຄຸນລັກສະນະທີ່ສັບສົນໃນເຄື່ອງມືຜ່າຕັດ ແລະ ການຝັງ.

4.4 ການເຄື່ອງຈັກຊິ້ນສ່ວນອາວະກາດ  

ການເຄື່ອງຈັກໂລຫະປະສົມໄທທານຽມ ແລະ CFRP (ໂພລີເມີທີ່ເສີມດ້ວຍເສັ້ນໄຍຄາບອນ) ດ້ວຍການສວມໃສ່ເຄື່ອງມືໜ້ອຍທີ່ສຸດ.

4.5 ເຊລາມິກຂັ້ນສູງ ແລະ ການເຄື່ອງຈັກເຫຼັກແຂງ

PDC ມີປະສິດທິພາບດີກ່ວາ cubic boron nitride (CBN) ໃນການປຸງແຕ່ງຊິລິກອນຄາໄບ ແລະ ສະເຕນຄາໄບ.

5. ສິ່ງທ້າທາຍ ແລະ ຂໍ້ຈຳກັດ

5.1 ຕົ້ນທຶນການຜະລິດສູງ

ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການສັງເຄາະ HPHT ແລະ ວັດສະດຸເພັດຈຳກັດການຮັບຮອງເອົາຢ່າງກວ້າງຂວາງ.

5.2 ຄວາມແຕກຫັກງ່າຍໃນການຕັດທີ່ຂັດຂວາງ

ເຄື່ອງມື PDC ມັກຈະເກີດການບิ่นເມື່ອເຄື່ອງຈັກຕັດໜ້າດິນທີ່ບໍ່ຕໍ່ເນື່ອງ.

5.3 ການເສື່ອມສະພາບດ້ວຍຄວາມຮ້ອນທີ່ອຸນຫະພູມສູງ

ການສ້າງກຣາຟິເຕຊັນເກີດຂຶ້ນສູງກວ່າ 700°C, ເຊິ່ງຈຳກັດການນຳໃຊ້ໃນການປຸງແຕ່ງວັດສະດຸເຫຼັກແບບແຫ້ງ.

5.4 ຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ທີ່ຈຳກັດກັບໂລຫະເຫຼັກ

ປະຕິກິລິຍາເຄມີກັບທາດເຫຼັກນໍາໄປສູ່ການສວມໃສ່ໄວຂຶ້ນ.

6. ແນວໂນ້ມ ແລະ ນະວັດຕະກຳໃນອະນາຄົດ  

6.1 PDC ທີ່ມີໂຄງສ້າງນາໂນ

ການປະສົມປະສານຂອງເມັດເພັດນາໂນຊ່ວຍເພີ່ມຄວາມທົນທານ ແລະ ຄວາມຕ້ານທານການສວມໃສ່.

6.2 ເຄື່ອງມື PDC-CBN ແບບປະສົມ

ການລວມ PDC ກັບໄນໄຕຣດໂບຣອນກ້ອນ (CBN) ສຳລັບເຄື່ອງຈັກໂລຫະເຫຼັກ.

6.3 ການຜະລິດເພີ່ມເຕີມຂອງເຄື່ອງມື PDC  

ການພິມ 3D ຊ່ວຍໃຫ້ສາມາດສ້າງຮູບຮ່າງທີ່ສັບສົນໄດ້ ສຳລັບວິທີແກ້ໄຂເຄື່ອງຈັກທີ່ກຳນົດເອງ.

6.4 ການເຄືອບຂັ້ນສູງ

ການເຄືອບຄາບອນຄ້າຍຄືເພັດ (DLC) ຊ່ວຍປັບປຸງອາຍຸການໃຊ້ງານຂອງເຄື່ອງມືໃຫ້ດີຂຶ້ນຕື່ມອີກ.

7. ສະຫຼຸບ

PDC ໄດ້ກາຍເປັນສິ່ງທີ່ຂາດບໍ່ໄດ້ໃນເຄື່ອງຈັກທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍໍາສູງ, ເຊິ່ງສະເໜີປະສິດທິພາບທີ່ບໍ່ມີໃຜທຽບເທົ່າໃນການຕັດຄວາມໄວສູງ, ການບົດທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍໍາສູງ, ແລະ ການເຄື່ອງຈັກຂະໜາດນ້ອຍ. ເຖິງວ່າຈະມີສິ່ງທ້າທາຍເຊັ່ນ: ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍສູງ ແລະ ຄວາມແຕກຫັກງ່າຍ, ແຕ່ຄວາມກ້າວໜ້າຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໃນວິທະຍາສາດວັດສະດຸ ແລະ ເຕັກນິກການຜະລິດສັນຍາວ່າຈະຂະຫຍາຍການນຳໃຊ້ຂອງມັນຕື່ມອີກ. ນະວັດຕະກໍາໃນອະນາຄົດ, ລວມທັງ PDC ທີ່ມີໂຄງສ້າງນາໂນ ແລະ ການອອກແບບເຄື່ອງມືປະສົມ, ຈະເຮັດໃຫ້ບົດບາດຂອງມັນແຂງແກ່ນຂຶ້ນໃນເຕັກໂນໂລຊີເຄື່ອງຈັກລຸ້ນຕໍ່ໄປ.