Термостабилен PCD, съкращение от Thermally Stable Polycrystalline Diamond, е вид свръхтвърд композитен материал, разработен от традиционен поликристален диамант (PCD) чрез специална модификация на процеса. Това позволява на диамантения слой да запази оригиналната си структура и свойства дори при висока-температурна среда. Първоначалната му разработка имаше за цел да преодолее дефекта на обикновения PCD, който претърпява термично активиране при високи-температурни условия, което води до превръщането на диаманта в графит. Това разширява обхвата му на приложение при високи-температури, високо-скоростно рязане и взискателни приложения за пробиване.
Обикновеният PCD се образува чрез синтероване на диамантени частици с микрон-размер с метални катализатори (като кобалт и никел) при висока температура и налягане. Диамантените частици образуват непрекъсната три-измерна мрежеста структура под действието на катализатора, като по този начин притежават твърдост и устойчивост на износване, близки до тези на естествения диамант. Въпреки това, металният катализатор насърчава превръщането на диаманта в графит при високи температури (обикновено надвишаващи 700 градуса), причинявайки намаляване на твърдостта, намаляване на устойчивостта на износване и дори структурно разпадане, ограничавайки приложението на PCD в среда с висока-температура като рязане с висока-скорост и дълбоко пробиване на кладенци. Пробивът в термично стабилния PCD се крие в премахването или пасивирането на вредните ефекти на металните катализатори. Обичайните методи включват високо{9}}температурна термична обработка на композитния лист след синтез (обикновено 600–850 градуса в инертна атмосфера), което насърчава утаяването на остатъчните катализатори или превръщането им в инертна фаза. Едновременно с това между диамантените зърна се образува стабилен карбиден интерфейсен слой, който инхибира процеса на графитизация.
След тази обработка диамантеният слой от термично стабилен PCD може да запази оригиналната си кристална структура и механични свойства при по-високи температури (като цяло издържа на краткотраен-термичен шок при 700–850 градуса, с-дългосрочни стабилни работни температури над 650 градуса), значително забавяйки влошаването на производителността, причинено от термично активиране. Тази характеристика му дава значително предимство при високо-скоростно фрезоване, сухо рязане, дълбоко-сондиране на нефт и газ и високо-температурно геоложко сондиране, като не само подобрява живота на инструмента, но също така повишава безопасността и стабилността на процесите на обработка и пробиване.
В структурно отношение термично стабилният PCD запазва три{0}}измерната свързваща мрежа между диамантените частици, а неговата макроскопична твърдост и устойчивост на износване са сравними с конвенционалните PCD. Въпреки това, поради намаленото съдържание на катализатор или модификация на интерфейса, неговата ударна якост може леко да варира, което изисква подходящ избор въз основа на работните условия. По отношение на производствените процеси термично стабилният PCD има по-строги изисквания за параметрите на синтеза, режимите на термична обработка и прецизността на последващата обработка, което налага баланс между осигуряване на термична стабилност и поддържане на здравина на междуфазно свързване и точност на размерите.
В обобщение, термично стабилният PCD е усъвършенстван композитен материал, който позволява на поликристалния диамант да поддържа своята ултра{0}}твърдост и устойчивост на износване в по-широк температурен диапазон чрез инхибиране на реакцията на каталитична графитизация на метални катализатори при високи температури. Появата му не само разширява границите на приложение на PCD, но също така предоставя решаваща материална подкрепа за ефективно и надеждно рязане и пробиване при екстремно високи-температурни условия, имайки значително техническо и икономическо значение за прецизното производство и енергийното развитие.
