PDC instrumentiem (polikristālisko dimanta kompozītmateriālu instrumentiem) ir ievērojamas priekšrocības naftas urbšanā, ģeoloģiskajā izpētē un augstas -nodilumizturības-apstrādē, pateicoties to unikālajam konstrukcijas principam-, kas panāk supercietības un labas stingrības sinerģisku efektu, izmantojot virsmas kompozītmateriālu struktūru un polikristālisku dimanta slāņa (polikristāliski D) karbīda matricu. ļauj tiem uzturēt efektīvas griešanas un akmeņu -laušanas spējas sarežģītos un prasīgos darba apstākļos. Šis dizains nav vienkārša materiālu sakraušana, bet gan sistēmu inženierijas pieeja, kuras pamatā ir papildu materiālu īpašības un funkcionālais sadalījums. Tā pamatkoncepcija slēpjas dimanta ārkārtējās cietības organiskā apvienošanā ar cementēta karbīda triecienizturību, pārvarot viena materiāla veiktspējas ierobežojumus ekstremālos apstākļos.
PDC instrumenta pamatstruktūra sastāv no diviem materiālu slāņiem ar dažādām funkcijām: virsmas polikristāliskā dimanta slāņa un apakšējās cementētā karbīda matricas. Virsmas PCD slānis ir instrumenta griešanas un iežu sadalīšanas{1}}funkcionālais apgabals, un tā projektēšanas princips ir balstīts uz dimanta kristāliskajām īpašībām. Dimants, ko veido blīvs trīsdimensiju oglekļa atomu tīkls, kas savienots ar spēcīgām kovalentām saitēm, lepojas ar cietību, kas tuvojas dabīgā dimanta cietībai, un tā nodilumizturība ievērojami pārsniedz tradicionālo cementētā karbīda un keramikas materiālu izturību. Augstas -temperatūras, augsta- spiediena (HPHT) saķepināšanas rezultātā mikronu- vai submikronu- izmēra dimanta pulveris tiek sacietēts nepārtrauktā polikristāliskā struktūrā. Šis process saglabā mono{10}kristāla dimanta augsto cietību, vienlaikus mazinot trauslumu caur graudu robežu tīklu, kā rezultātā tiek nodrošināta lieliska nodilumizturība un izturība pret skrāpējumiem plakanā griešanas un iežu griešanas laikā.
Pamatā esošās cementētā karbīda matricas konstrukcijas princips ir vērsts uz mehānisko atbalstu un trieciena enerģijas absorbciju. Parasti izmantotajiem volframa-kobalta sakausējumiem (piemēram, WC-Co) ir augsta spiedes izturība un triecienizturība, kas efektīvi izkliedē un pārnes griešanas laikā radītās mehāniskās slodzes, buferē akmens vai apstrādājamā priekšmeta tūlītējo triecienu uz dimanta slāni un novērš virsmas plaisāšanu vai lobīšanos pārmērīgas trausluma dēļ. Kobalts (Co) darbojas kā saistvielas fāze matricā, un tā saturs tieši ietekmē līdzsvaru starp stingrību un cietību: augsts kobalta saturs uzlabo stingrību, lai tiktu galā ar spēcīga trieciena apstākļiem, savukārt zems kobalta saturs palielina cietību, lai atbilstu nodilumizturības prasībām stabilas slodzes apstākļos. Šī "stingrā -elastīgā" divslāņu-struktūra ļauj PDC instrumentiem veikt efektīvu materiālu noņemšanu nepārtrauktas griešanas laikā, vienlaikus saglabājot struktūras integritāti periodiskas trieciena vidēs.
Savienošanas fāzes dizains ir ļoti svarīgs, lai savienotu divus slāņus un panāktu sinerģisku veiktspēju. PCD slāņa sagatavošanas procesā ir jāievieš atbilstošs savienojuma fāzes daudzums, lai veicinātu metalurģisko saikni starp dimanta daļiņām. Parastās savienošanas fāzes bieži ir pārejas metāli, piemēram, kobalts un niķelis, taču tām ir zināms katalītiskās grafitizācijas efekts, kas ierobežo instrumenta veiktspēju augstā temperatūrā. Tāpēc augstas -temperatūras, liela-ātruma vai spēcīga termiskā trieciena apstākļos mūsdienu PDC rīku dizains parasti izmanto zemas-katalītisko-aktivitātes vai nemetāla savienojuma fāzes (piemēram, silicīdus, borīdus un karbīdus). Šīs savienošanas fāzes nodrošina saķeres stiprību starp graudiem un nomāc dimanta{10}}uz-grafīta fāzes transformāciju, ievērojami uzlabojot termisko stabilitāti un oksidācijas pretestību, ļaujot instrumentam saglabāt dimanta fāzes stabilitāti virs 700 grādiem.
Turklāt instrumenta ģeometriskais dizains atbilst arī griešanas un akmens{0}}laušanas mehānismiem. Vainaga formas (piemēram, plakana augšdaļa, noapaļota augšdaļa, koniska augšdaļa), slīpuma leņķa un griešanas zobu klīrensa leņķa izvēle ir jāoptimizē, pamatojoties uz mērķa materiāla mehāniskajām īpašībām un noņemšanas metodi. Piemēram, noapaļots augšējā zoba profils var nodrošināt nepārtrauktāku bīdes trajektoriju un samazināt trieciena slodzi; saprātīga slīpuma leņķa konstrukcija var līdzsvarot griešanas spēku un skaidu noņemšanas efektivitāti, novēršot skaidu vai izdedžu bloķēšanu. Skaidu evakuācijas rievu forma un sadalījums ietekmē skaidu noņemšanas gludumu un novērš dimanta slāņa sekundāro slīpēšanu un nodilumu.
Rezumējot, PDC rīku projektēšanas princips ietver sistemātisku pieeju "funkcionālai slāņošanai-materiālu komplementaritātei-strukturālajai optimizācijai": virsmas dimanta slānis ir atbildīgs par īpaši cietu un nodilumizturīgu-griešanu, pamatā esošais cementētais karbīds nodrošina stingrības atbalstu un triecienu buferizāciju, fāzes stabilizācijas mehānismu un stipru saķeres struktūru. Šis daudzdimensiju sadarbības dizains ļauj PDC rīkiem apvienot augstu efektivitāti, izturību un uzticamību ekstremālos darba apstākļos, kļūstot par galveno risinājumu, lai pārvarētu tradicionālo rīku veiktspējas vājās vietas un liktu teorētisko pamatu to izmantošanai plašākā jomā.
