Frézy PDC na ropu a plyn, ako základný prvok-rozbíjania kameňa moderných vrtných koruniek, nie sú jednoducho vytvorené z jedného materiálu, ale skôr z kompozitného systému založeného na komplementárnych mechanických vlastnostiach a funkčnej integrácii. Vďaka organickej kombinácii diamantovej vrstvy a matrice zo slinutého karbidu a presnému riadeniu viacúrovňových geometrických parametrov spĺňa táto konštrukcia požiadavky na odolnosť voči opotrebovaniu a zároveň na odolnosť voči opotrebeniu a extrémnu tepelnú stabilitu pri vŕtaní s extrémnymi výhodami. "spojenie tuhosti a flexibility, útoku a obrany."
Hlavnú štruktúru rezačky PDC možno rozdeliť na dve hlavné zložky: povrchovú funkčnú vrstvu a nosnú vrstvu matrice. Povrchová vrstva je polykryštalická diamantová vrstva, ktorá vzniká spekaním diamantových častíc s priemerom niekoľkých mikrometrov až desiatok mikrometrov s kovovým katalyzátorom (zvyčajne kobalt, nikel alebo ich zliatiny) pri vysokej teplote (približne 1400 – 1600 stupňov) a vysokom tlaku (približne 5,5 – 8 GPa). Diamantové častice sa pri katalytickom pôsobení vzájomne prepoja a vytvoria súvislú trojrozmernú sieťovú kryštálovú štruktúru, ktorá dáva tejto vrstve extrémne vysokú tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu, čo jej umožňuje priamo rezať a strihať skalné útvary v zvislých jamách. Diamant samotný má zároveň vynikajúcu tepelnú vodivosť a nízky koeficient tepelnej rozťažnosti, zachováva rozmerovú stálosť pri okamžitých vysokých teplotách vznikajúcich pri vysokorýchlostnom rezaní-a zmierňuje tepelné poškodenie. Nosná vrstva matrice je vyrobená z volfrámu-slinutého karbidu kobaltu s karbidom volfrámu ako kostrou a kobaltom ako spojivovou fázou, pričom má vysokú pevnosť v tlaku a určitý stupeň húževnatosti. To mu umožňuje absorbovať a rozptýliť reakčné sily a nárazové zaťaženie zo dna vrtu, čím sa zabráni prasknutiu alebo oddeleniu diamantovej vrstvy v dôsledku nadmernej krehkosti. Medzi oboma vrstvami je metalurgickým spojením vytvorené robustné rozhranie, ktoré zaisťuje efektívny prenos zaťaženia medzi vrstvami bez zlyhania delaminácie.
Pokiaľ ide o geometriu, tvar a rozmery frézy PDC boli dôsledne optimalizované, aby sa prispôsobili rôznym podmienkam vŕtania. Bežné tvary zahŕňajú kruhové, kužeľovité, sekerovité{1}}tvary a stupňovité nepravidelné tvary, pričom kruhové frézy sú široko používané kvôli ich rovnomernému obvodovému namáhaniu a vyspelému výrobnému procesu. Priemer sa zvyčajne pohybuje od 8 do 19 mm a môže byť zvolený na základe veľkosti vrtáku a tvrdosti formovania. Hrúbka diamantovej vrstvy je všeobecne 0,5 až 2,0 mm; zvýšená hrúbka zlepšuje životnosť opotrebenia, ale môže znížiť odolnosť proti praskaniu v tvrdom rázovom prostredí. Výška výstupku (vzdialenosť, v ktorej diamantová vrstva vyčnieva z povrchu matrice) určuje hĺbku rezu a priestor na odstraňovanie triesok. Príliš vysoká výška môže ľahko spôsobiť poškodenie nárazom, zatiaľ čo príliš nízka výška znižuje účinnosť rezu; musí sa zhodovať podľa indexu vŕtateľnosti útvaru.
Usporiadanie fréz je tiež rozhodujúce v celkovom dizajne vrtákov. Viaceré PDC frézy sú usporiadané v radiálnom alebo špirálovom usporiadaní na korunke vrtáku. Rozostup a uhol každej frézy sú koordinované s krivkou profilu koruny, aby sa dosiahlo úplné pokrytie rezu spodnej diery a znížila sa oblasť opakovaného nárazu. Usporiadanie zubov s vysokou-hustotou môže zvýšiť rýchlosť lámania hornín, ale zvyšuje riziko akumulácie tepla matrice a koncentrácie napätia; Usporiadanie zubov s nízkou{4}}hustotou je prospešné pre rozptyl tepla a tlmenie nárazov, ale môže znížiť rýchlosť mechanického vŕtania. Preto musí konštrukčný návrh nájsť rovnováhu medzi účinnosťou rezania, kapacitou odvádzania tepla a trvanlivosťou konštrukcie.
Okrem toho štruktúra rozhrania a post{0}}techniky spracovania ďalej ovplyvňujú výkon služby rezačky. Niektoré-výrobky vyššej triedy využívajú prechodové vrstvy s gradientom alebo viacvrstvové kompozitné štruktúry, ktoré zavádzajú prechodovú zónu s postupne sa meniacim zložením medzi diamantovou vrstvou a matricou na zmiernenie medzifázového napätia spôsobeného rozdielmi v koeficientoch tepelnej rozťažnosti. Ošetrenie povrchovou mikrotextúrou alebo laserovým leptaním môže zlepšiť podmienky odstraňovania triesok a znížiť pokles rezného výkonu spôsobený priľnavosťou skalných odrezkov.
Stručne povedané, konštrukcia PDC frézy je organickou jednotou materiálových kompozitov, geometrickej optimalizácie a funkčného usporiadania. Dosahuje vysokú-účinnosť lámania hornín a spoľahlivú trvanlivosť prostredníctvom komplementárneho vzťahu medzi vysokou tvrdosťou a odolnosťou diamantovej vrstvy proti opotrebeniu a vysokou nosnosťou matrice-a vďaka precíznemu rozmerovému a dispozičnému dizajnu sa stala kľúčovým technologickým nosičom na riešenie problémov zložitých útvarov v oblasti ťažby ropy a zemného plynu.
