PDC-tööriistadel (polükristallilised teemantkomposiittööriistad) on märkimisväärsed eelised naftapuurimisel, geoloogilisel uurimisel ja kõrge -kulumis-kindlal töötlemisel tänu nende ainulaadsele konstruktsioonipõhimõttele-, mis saavutab ülikõvade ja hea sitkuse sünergilise efekti pinna ja tsemendikihi (polükristallilise polükristalli) komposiitstruktuuri kaudu. võimaldab neil säilitada tõhusat lõikamis- ja{4}}kivimurdmisvõimet keerulistes ja nõudlikes töötingimustes. See disain ei ole lihtne materjalide virnastamine, vaid süsteemitehniline lähenemine, mis põhineb materjali täiendavatel omadustel ja funktsionaalsel jaotusel. Selle põhikontseptsioon seisneb teemandi äärmise kõvaduse orgaanilises kombineerimises tsementeeritud karbiidi löögikindlusega, ületades ühe materjali jõudluspiirangud äärmuslikes tingimustes.
PDC-tööriista põhistruktuur koosneb kahest erineva funktsiooniga materjalikihist: pindmisest polükristallsest teemantkihist ja alumisest tsementeeritud karbiidmaatriksist. Pinnapealne PCD kiht on tööriista lõikamis- ja{1}}kivimurdmisala ning selle disainipõhimõte põhineb teemandi kristallilistel omadustel. Teemant, mis koosneb tihedast kolmemõõtmelisest süsinikuaatomite võrgustikust, mis on seotud tugevate kovalentsete sidemetega, uhkeldab naturaalse teemandi kõvadusega ja kulumiskindlusega, mis ületab tunduvalt tavaliste tsementeeritud karbiidi ja keraamiliste materjalide oma. Kõrg{5}}temperatuuri ja kõrgrõhuga (HPHT) paagutamise teel tahkestub mikroni- või submikron-suurune teemandipulber pidevaks polükristalliliseks struktuuriks. See protsess säilitab üksik{10}kristallteemandi kõrge kõvaduse, vähendades samal ajal haprust läbi tera piiride võrgustiku, mille tulemuseks on suurepärane kulumis- ja kriimustuskindlus tasapinnalisel lõikamisel ja kivimite lõikamisel.
Aluseks oleva tsementeeritud karbiidmaatriksi disainipõhimõte keskendub mehaanilisele toele ja löögienergia neeldumisele. Tavaliselt kasutatavatel volfram-koobaltisulamitel (nagu WC-Co) on suur survetugevus ja löögikindlus, mis hajutavad ja edastavad tõhusalt lõikamisel tekkivaid mehaanilisi koormusi, puhverdavad kivimi või töödeldava detaili hetkelist lööki teemandikihile ning takistavad pinna liigsest pragunemist või koorumist. Koobalt (Co) toimib maatriksis sideainefaasina ja selle sisaldus mõjutab otseselt sitkuse ja kõvaduse vahelist tasakaalu: kõrge koobaltisisaldus suurendab tugevust, et tulla toime tugevate löögitingimustega, samas kui madal koobaltisisaldus suurendab kõvadust, et täita kulumiskindluse nõudeid stabiilse koormuse korral. See "jäik{5}}paindlik" kahekihiline-struktuur võimaldab PDC-tööriistadel tõhusalt materjali eemaldada pideva lõikamise ajal, säilitades samal ajal konstruktsiooni terviklikkuse vahelduva mõjuga keskkondades.
Liimimisfaasi disain on kahe kihi ühendamiseks ja sünergilise jõudluse saavutamiseks ülioluline. PCD kihi ettevalmistamise käigus tuleb teemandiosakeste vahel metallurgilise sideme soodustamiseks sisestada sobiv kogus sidumisfaasi. Tavapärased sidumisfaasid on sageli siirdemetallid, nagu koobalt ja nikkel, kuid neil on teatav katalüütiline grafitiseerumisefekt, mis piirab tööriista kõrgel temperatuuril{2}. Seetõttu kasutatakse kõrgel-temperatuuril, suurel-kiirusel või tugeval termilisel šokil põhinevate tingimuste korral kaasaegne PDC-tööriistade disain madala -katalüütilise-aktiivsusega või mitte-metallilisi sidefaase (nagu silitsiidid, boriidid ja karbiidid). Need sidumisfaasid tagavad terade vahelise sidemetugevuse ja pärsivad teemandi{10}}grafiidifaasi muutumist, parandades oluliselt termilist stabiilsust ja oksüdatsioonikindlust, võimaldades tööriistal säilitada teemandifaasi stabiilsust üle 700 kraadi.
Lisaks järgib tööriista geomeetriline kujundus ka lõikamis- ja kivi{0}}murdmise mehhanisme. Lõikehammaste võra kuju (nt lame ülaosa, ümar ülaosa, kooniline ülaosa), kaldenurga ja lõikenurga valik tuleb optimeerida, lähtudes sihtmaterjali mehaanilistest omadustest ja eemaldamismeetodist. Näiteks võib ümardatud ülemine hambaprofiil tagada pidevama lõiketrajektoori ja vähendada löögikoormust; mõistlik kaldenurga disain võib tasakaalustada lõikejõudu ja laastu eemaldamise tõhusust, vältides laastu või räbu ummistumist. Laastu eemaldamise soonte kuju ja jaotus mõjutavad laastu eemaldamise sujuvust ning väldivad teemantkihi teisest lihvimist ja kulumist.
Kokkuvõtteks võib öelda, et PDC-tööriistade disainipõhimõte kehastab süstemaatilist lähenemist "funktsionaalsele kihilisusele-materjali komplementaarsusele-struktuuri optimeerimisele": pinna teemantkiht vastutab ülikõva ja kulumiskindla lõikamise See mitmedimensiooniline koostöökonstruktsioon võimaldab PDC-tööriistadel kombineerida kõrge efektiivsuse, vastupidavuse ja töökindluse äärmuslikes töötingimustes, muutudes põhilahenduseks, et murda läbi traditsiooniliste tööriistade jõudluse kitsaskohtadest ja luua teoreetilise aluse selle kasutamiseks laiemas valikus valdkondades.
