ПДЦ алати (поликристални дијамантски композитни алати) поседују значајне предности у бушењу нафте, геолошким истраживањима и високо-отпорној- машинској обради због свог јединственог принципа дизајна-постижући синергистички ефекат супертврдоће и добре жилавости кроз композитну структуру површинског поликристалног слоја од поликристалног цемента и дијамантског слоја од поликристалног ПЦ-а. матрицу.Ово им омогућава да одрже ефикасне способности сечења и{4}}разбијања камена у сложеним и захтевним радним условима. Овај дизајн није једноставно слагање материјала, већ приступ системског инжењеринга заснован на комплементарним својствима материјала и функционалној подели. Његов основни концепт лежи у органском комбиновању екстремне тврдоће дијаманта са ударном жилавошћу цементираног карбида, превазилазећи ограничења перформанси једног материјала у екстремним условима.
Основна структура ПДЦ алата састоји се од два слоја материјала са различитим функцијама: површинског поликристалног дијамантског слоја и доње цементиране карбидне матрице. Површински ПЦД слој је функционална област за сечење и разбијање камена{1}}ала, а принцип његовог дизајна је заснован на кристалним својствима дијаманта. Дијамант, састављен од густе тродимензионалне мреже атома угљеника повезаних јаким ковалентним везама, има тврдоћу која се приближава тврдоћи природног дијаманта и отпорност на хабање која је далеко већа од тврдоће конвенционалних цементираних карбида и керамичких материјала. Синтеровањем на високим{5}}температурама, високим-притиском (ХПХТ), дијамантски прах величине микрона- или субмикрона- се учвршћује у континуалну поликристалну структуру. Овај процес задржава високу тврдоћу монокристалног дијаманта{10}}и истовремено ублажава ломљивост кроз граничну мрежу зрна, што резултира одличном отпорношћу на хабање и отпорност на гребање при равном сечењу и резању камена.
Принцип дизајна основне цементне карбидне матрице се фокусира на механичку подршку и апсорпцију енергије удара. Често коришћене легуре волфрама-кобалта (као што је ВЦ-Цо) поседују високу чврстоћу на притисак и ударну жилавост, ефикасно распршују и преносе механичка оптерећења настала током сечења, ублажавају тренутни удар стене или радног предмета на дијамантски слој и спречавају пуцање површине или љуштење услед превелике крхкости. Кобалт (Цо) делује као везивна фаза у матрици, а његов садржај директно утиче на равнотежу између жилавости и тврдоће: висок садржај кобалта побољшава жилавост да се носи са јаким ударним условима, док низак садржај кобалта повећава тврдоћу како би се испунили захтеви за отпорност на хабање при стабилним оптерећењима. Ова „крута-флексибилна“ двослојна-структура омогућава ПДЦ алатима да изврше ефикасно уклањање материјала у континуираном сечењу уз одржавање структуралног интегритета у окружењима повремених удара.
Дизајн фазе везивања је кључан за повезивање два слоја и постизање синергијских перформанси. Током процеса припреме ПЦД слоја, потребно је увести одговарајућу количину фазе везивања да би се промовисало металуршко везивање између дијамантских честица. Уобичајене фазе везивања су често прелазни метали као што су кобалт и никл, али имају одређени ефекат каталитичке графитизације, што ограничава перформансе алата на високим{2}}има. Због тога, за услове високе{4}}температуре, велике-брзине или јаког топлотног удара, савремени дизајн ПДЦ алата тежи да користи ниске-каталитичке-активности или не-фазе везивања (као што су силициди, бориди и карбиди). Ове фазе везивања обезбеђују чврстоћу везе између зрна и потискују трансформацију дијамантске{10}}у{11}}фазне фазе, значајно побољшавајући термичку стабилност и отпорност на оксидацију, омогућавајући алату да одржи стабилност дијамантске фазе изнад 700 степени.
Штавише, дизајн геометрије алата такође прати механизме за сечење и{0}}разбијање камења. Избор облика круне (нпр. раван врх, заобљени врх, конусни врх), нагибни угао и угао зазора резних зуба треба да се оптимизује на основу механичких својстава циљаног материјала и методе уклањања. На пример, заобљени горњи профил зуба може обезбедити континуиранију путању смицања и смањити ударно оптерећење; разуман дизајн нагибног угла може уравнотежити силу резања и ефикасност уклањања струготине, спречавајући блокаду струготине или шљаке. Облик и дистрибуција жлебова за евакуацију струготине утичу на глаткоћу уклањања струготине и избегавају секундарно брушење и хабање дијамантског слоја.
Укратко, принцип дизајна ПДЦ алата оличава систематски приступ „функционалног слојевитог слоја-комплементарности материјала-структуралне оптимизације“: површински дијамантски слој је одговоран за ултра-тврдо и хабање-отпорно сечење, основни цементни карбид обезбеђује отпорност на жилавост, отпорност на жилавост, стабилизацију фазе и отпорност на топлотну фазу и јаку географску стабилност структура одговара механизму за сечење. Овај више-димензионални дизајн за сарадњу омогућава ПДЦ алатима да комбинују високу ефикасност, издржљивост и поузданост у екстремним радним условима, постајући основно решење за пробијање уских грла у погледу перформанси традиционалних алата и постављање теоријске основе за његову примену у ширем спектру области.
