从钻头寿命到穿透速率，PDC材料在钻探中的改变游戏规则的影响。
多晶立方氮化硼钻头是石油和天然气勘探与钻探中关键的钻探工具，在市场上的年规模超过45亿美元。因为其优异的性能，如高硬度、热导率、抗冲击性和耐磨性，可切割这些地层。
固定PDC切割器产生的剪切效应已被证明比滚转式钻头的压碎效应更有效。大多数PDC钻头由实心钢块铣削成的本体或由金属粘结剂浸渍碳化钨颗粒制成。
钻头本体有刀片，实际PDC切割器以平坦或形状钻石台的形式安装在刀片上，以及开放区域或槽，用于切削物和泥浆流向环空。
PDC切割器被钎焊并安装在刀片上。流动通道用于排除泥浆和切削物。然而，当钻探非常硬和磨损的地层时，市场上的PDC钻头面临很大的挑战。
目前市场上的PDC切割器不能提供足够的耐磨性、抗冲击性或热稳定性来应对这种具有挑战性的钻探环境。
低穿透率和短钻头寿命导致使用多个钻头钻取单个井段，这对井经济不利。当前技术的主要弱点来自于制造PDC切割器时不可避免地使用金属催化剂。
典型的PDC切割器的扫描电子显微镜结构，显示了钻石结构中的钴催化剂分布。传统上，PDC切割器可以在相对较低的压力和温度下制造，约为5.5 GPa和1400°C，这是由于金属催化剂。然而这些金属粘结剂将多晶立方氮化硼材料的硬度降低到约50-70 Gpa。
更严重的是，当地层或岩石钻探操作产生高摩擦热时，PDC层中的金属催化剂粘结剂将不利地帮助钻石变回石墨。
此外切削和钻探过程使PCD材料暴露于高应力环境，在特定温度下，带有钴粘结剂的PDC切削边缘往往会产生微裂纹，当应力大于特定温度下PDC切割器中钻石颗粒的结合强度时，钻石颗粒会脱落或崩溃。
造成这一现象的原因在于钴金属粘结剂和钻石之间弹性模量和热膨胀系数的差异，导致高应力和高温工作环境中钻石和粘结剂的体积变化不匹配。
因此在PDC材料内产生了大应力，导致早期失效。因此，整个钻头行业试图从钻石结构中浸出金属粘结剂以提高热稳定性。
但这可能会降低PDC切割结构的断裂韧性并缩短钻头寿命。开发一种无催化剂或无粘结剂的PDC切割器将成为一种理想的、改变游戏规则的技术解决方案，有潜力在钻探技术中实现“一次钻至总深度”的目标。
本章将重点介绍在石油和天然气工业中发展无催化剂或无粘结剂微型多晶立方氮化硼PDC工具和相关钻头技术的研究和开发。超高压和超高温技术使这一可能成为现实。UHPHT技术是许多先进超硬材料开发的尖端技术。
多晶立方氮化硼钻头是石油和天然气勘探与钻探中关键的钻探工具，在市场上的年规模超过45亿美元。PDC切割器是PDC钻头的主要和关键组件，因为其优异的性能，如高硬度、热导率、抗冲击性和耐磨性，可切割这些地层。
装备有PDC切割器的PDC钻头因其长寿命和高穿透速率而在石油和天然气钻探中广受欢迎。固定PDC切割器产生的剪切效应已被证明比滚转式钻头的压碎效应更有效。
大多数PDC钻头由实心钢块铣削成的本体或由金属粘结剂浸渍碳化钨颗粒制成。钻头本体有刀片，实际PDC切割器以平坦或形状钻石台的形式安装在刀片上，以及开放区域或槽，用于切削物和泥浆流向环空。
PDC切割器被钎焊并安装在刀片上。流动通道用于排除泥浆和切削物。然而，当钻探非常硬和磨损的地层时，市场上的PDC钻头面临很大的挑战。目前市场上的PDC切割器不能提供足够的耐磨性、抗冲击性或热稳定性来应对这种具有挑战性的钻探环境。
低穿透率和短钻头寿命导致使用多个钻头钻取单个井段，这对井经济不利。当前技术的主要弱点来自于制造PDC切割器时不可避免地使用金属催化剂。
典型的PDC切割器的扫描电子显微镜结构，显示了钻石结构中的钴催化剂分布。传统上，PDC切割器可以在相对较低的压力和温度下制造，约为5.5 GPa和1400°C，这是由于金属催化剂。然而这些金属粘结剂将多晶立方氮化硼材料的硬度降低到约50-70 Gpa。
更严重的是，当地层或岩石钻探操作产生高摩擦热时，PDC层中的金属催化剂粘结剂将不利地帮助钻石变回石墨。
此外切削和钻探过程使PCD材料暴露于高应力环境，在特定温度下，带有钴粘结剂的PDC切削边缘往往会产生微裂纹，当应力大于特定温度下PDC切割器中钻石颗粒的结合强度时，钻石颗粒会脱落或崩溃。
石油和天然气工业中发展无催化剂或无粘结剂微型多晶立方氮化硼PDC工具和相关钻头技术的研究和开发。超高压和超高温技术使这一可能成为现实。UHPHT技术是许多先进超硬材料开发的尖端技术。
