Като основен кам{0}}разрушаващ елемент на съвременните сондажни корони, PDC фрезите за нефт и газ не са просто формирани от един материал, а по-скоро съставна система, базирана на допълващи се механични свойства и функционална интеграция. Чрез органичната комбинация от диамантен слой и матрица от циментиран карбид и прецизния контрол на много-степенни геометрични параметри, тази конструкция отговаря на изискванията за устойчивост на износване на екстремни среди за пробиване, като същевременно се вземат предвид устойчивостта на удар и термичната стабилност, формиране на структурно предимство на "комбиниране на твърдост и гъвкавост, нападение и защита".
Основната структура на PDC ножа може да бъде разделена на два основни компонента: повърхностен функционален слой и матричен поддържащ слой. Повърхностният слой е поликристален диамантен слой, образуван чрез синтероване на диамантени частици с диаметър от няколко микрометра до десетки микрометра с метален катализатор (обикновено кобалт, никел или техни сплави) при висока температура (приблизително 1400–1600 градуса) и високо налягане (приблизително 5,5–8 GPa). Диамантените частици, под каталитично действие, се свързват, за да образуват непрекъсната три-измерна мрежова кристална структура, придавайки на този слой изключително висока твърдост и устойчивост на износване, което му позволява директно да се врязва в скални образувания в дупки. В същото време самият диамант притежава отлична топлопроводимост и нисък коефициент на термично разширение, като поддържа стабилност на размерите при моментните високи температури, генерирани по време на високо-скоростно рязане и смекчава термичните щети. Поддържащият слой на матрицата е направен от волфрамов-кобалтов циментиран карбид, с волфрамов карбид като рамка и кобалт като свързваща фаза, притежаващ както висока якост на натиск, така и известна степен на издръжливост. Това му позволява да абсорбира и разпръсне силите на реакция и ударните натоварвания от дъното на кладенеца, предотвратявайки счупването или отделянето на диамантения слой поради прекомерна крехкост. Между двата слоя се формира здрав интерфейс чрез металургично свързване, което осигурява ефективно прехвърляне на натоварването между слоевете без повреда при разслояване.
По отношение на геометрията, формата и размерите на PDC ножа са строго оптимизирани, за да се адаптират към различни условия на пробиване. Често срещаните форми включват кръгли, конусовидни, с форма на -брадва и стъпаловидни неправилни форми, като кръглите ножове се използват широко поради тяхното равномерно периферно напрежение и зрял производствен процес. Диаметърът обикновено варира от 8 до 19 mm и може да бъде избран въз основа на размера на свредлото и твърдостта на формирането. Дебелината на диамантения слой обикновено е от 0,5 до 2,0 mm; увеличената дебелина подобрява живота на износване, но може да намали устойчивостта на пукнатини при силни ударни среди. Височината на изпъкналост (разстоянието, на което диамантеният слой излиза от повърхността на матрицата) определя дълбочината на рязане и пространството за отстраняване на стружките. Твърде високата височина може лесно да причини повреда при удар, докато твърде ниската височина намалява ефективността на рязане; той трябва да бъде съгласуван според индекса на пробиваемост на пласта.
Разположението на ножовете също е от решаващо значение за цялостния дизайн на свредлото. Множество PDC фрези са подредени в радиален или спирален ред върху короната на свредлото. Разстоянието и ъгълът на всеки нож са координирани с кривата на профила на короната, за да се постигне пълно рязане на покритието на дъното и да се намали зоната на повтарящ се удар. Подредбата на зъбите с висока -плътност може да увеличи скоростта на счупване на скалите, но увеличава риска от натрупване на топлина в матрицата и концентрация на напрежение; подредбата на зъбите с ниска -плътност е полезна за разсейване на топлината и буфериране на удара, но може да намали механичната скорост на пробиване. Следователно структурният дизайн трябва да постигне баланс между ефективността на рязане, капацитета на разсейване на топлината и издръжливостта на конструкцията.
Освен това структурата на интерфейса и техниките за последваща-обработка допълнително влияят върху производителността на услугата на ножа. Някои -продукти от висок клас използват градиентни преходни слоеве или много-слойни композитни структури, въвеждащи преходна зона с постепенно променящ се състав между диамантения слой и матрицата, за да се облекчи междинното напрежение, причинено от разликите в коефициентите на топлинно разширение. Обработките с микротекстуриране на повърхността или лазерно ецване могат да подобрят условията за отстраняване на стружките и да намалят спада в производителността на рязане, причинен от адхезията на скалните изрезки.
В обобщение, конструкцията на PDC ножа е органично единство от композитни материали, геометрична оптимизация и функционално оформление. Той постига високо-ефективно разбиване на скали и надеждна издръжливост чрез допълващата се връзка между високата твърдост и устойчивост на износване на диамантения слой и силния товар-носещ капацитет на матрицата и чрез прецизен дизайн на размерите и оформлението се превърна в ключов технологичен носител за справяне с предизвикателствата на сложните образувания в полето за сондиране на нефт и газ.
