Ključ do vrhunske učinkovitosti toplotno stabilnega polikristalnega diamanta (PCD) v težkih pogojih, kot sta visoka temperatura in visoka obremenitev, je v njegovi edinstveni materialni sestavi in mikrostrukturni zasnovi. V primerjavi z običajnim PCD ima toplotno stabilna različica ciljno usmerjene izboljšave pri izbiri surovin, optimizaciji faz lepljenja in naknadni-obdelavi, s čimer se občutno poveča njegova toplotna odpornost in življenjska doba, hkrati pa ohranja izjemno visoko trdoto diamanta.
Osnovno strukturo PCD sestavljajo mikronski- do submikronski-diamantni delci, sintrani skupaj z vezno fazo. Pri termično stabilnem PCD sta velikost delcev in kristalna oblika diamantnega prahu strogo izbrani, pri čemer se običajno uporablja eno-kristalni diamantni prah visoke-čistosti, da se zagotovi tesna vez med zrni in splošna mehanska konsistenca. Nadzor porazdelitve velikosti delcev je še posebej pomemben; pretirano groba velikost delcev lahko ustvari šibke vezne cone, medtem ko pretirano drobna velikost delcev zmanjša makroskopsko trdnost rezila. Razumno razmerje doseže ravnovesje med odpornostjo proti obrabi in odpornostjo na udarce.
Faza lepljenja je ključni dejavnik, ki določa toplotno stabilnost. Konvencionalni PCD običajno uporablja kovine, kot sta kobalt in nikelj, kot katalizatorje in veziva. Te kovine lahko spodbujajo pretvorbo diamanta v grafit pri visokih temperaturah, kar omejuje njegovo delovno temperaturo. Toplotno stabilen PCD uporablja modificiran vezni sistem, ki učinkovito zavira reakcije fazne transformacije pri visokih temperaturah z zmanjšanjem vsebnosti katalitičnih kovin ali uvedbo keramičnih ali karbidnih-nekovinskih veznih faz. Na primer, nekatere formulacije uporabljajo silicide ali boride kot premostitvene faze, ki ohranjajo metalurško vez med delci, hkrati pa zmanjšujejo aktivnost katalitične grafitizacije, kar omogoča materialu, da ohrani stabilnost diamantne faze nad 700 stopinj.
V fazi po-obdelave se toplotno stabilen PCD žari pod visoko{1}}temperaturnim vakuumom ali zaščito pred atmosfero, zaradi česar se preostala kovinska katalitična faza deaktivira ali preseli v ne-kritična območja na mejah zrn, s čimer se dodatno izboljšata temperatura termične razgradnje in odpornost proti oksidaciji. Ta postopek znatno izboljša odpornost materiala proti toplotni utrujenosti, ne da bi znatno zmanjšal trdoto, zaradi česar je manj nagnjen k širjenju mikrorazpok pri izmeničnih toplotnih obremenitvah.
Poleg tega se lahko na površino PCD uporabi funkcionalizacijska obdelava, da se izpolnijo različne zahteve uporabe, kot je oblikovanje izjemno tanke zaščitne plasti z nanašanjem pare za dodatno izboljšanje odpornosti proti koroziji ali nadzor koeficienta trenja. Izbira te vrste površinskega materiala je tesno povezana z močjo lepljenja z matriko, zato je treba zagotoviti ujemanje rešetke z diamantnimi zrni, da se prepreči razslojevanje vmesnega sloja, ki ga povzroča koncentracija toplotne napetosti.
Na splošno vrhunska učinkovitost termično stabilnega PCD izhaja iz sinergističnega učinka skrbno izbranega diamantnega prahu, optimizirane zasnove faze lepljenja in specializiranih postopkov toplotne obdelave. Poglobljeno razumevanje njegovih glavnih materialov ne le pomaga pri izbiri materialov, ki se ujemajo z nalogami obdelave, ampak tudi postavlja trdne temelje za poznejše inovacije postopkov in izboljšanje učinkovitosti.
