金剛石鉆頭的質量指標主要有硬度、耐磨性、抗沖擊韌性、抗彎強度和胎體線膨脹系數,另外,還有胎體密度、胎體熱性能和包鑲金剛石能力等。胎體密度實際上間接反映了胎體硬度和耐磨性;胎體熱性能涉及其線膨脹系數;而包鑲金剛石能力的指標雖然重要,但難以用儀器檢測。在這些胎體性能指標中,硬度與耐磨性是最重要的指標,關系到鉆頭對巖石的適應性和鉆進效率。熱壓金剛石鉆頭的胎體性能主要由胎體材料和熱壓工藝確定,其中前者是矛盾的主要方面。深部鉆探對金剛石鉆頭金剛石鉆頭胎體性能的基本要求如下:
(1)要有足夠的抗壓、抗沖擊強度和硬度,且胎體硬度與所鉆巖石相適應;
(2)對金剛石有良好的潤濕性,能把金剛石牢固包鑲住,同時具有一定的化學穩定性,在高溫下不與金剛石起反應;
(3)熔點較低,對金剛石的熱腐蝕作用小;
(4)胎體的線膨脹系數與金剛石盡可能接近,減少金剛石的應力影響;
(5)易于成形,并能與鉆頭鋼體牢固地焊接。
鉆頭胎體的性能要適應所鉆進巖層的性質,確保金剛石能夠適時出刃,這是孕鑲金剛石鉆頭的設計與選型的基本要點。根據深部鉆探特點,可以采用預合金粉作為胎體材料,這是由于預合金粉比機械混合粉末元素分布均勻,從根本上避免了成分偏析,使胎體組織均勻、性能趨于一致;預合金粉合金化充分,使胎體具有較高硬度及抗沖擊強度,可大大提高鉆頭的抗壓、抗彎強度,增強對金剛石的包鑲能力,提高金剛石鉆頭壽命。
