聚晶金刚石（PDC）切削齿和PDC钻头从最初被推向市场至今已有几十年的历史了，纵观其几十年的发展历程，虽然在其初期阶段经历了诸多挫折，发展也十分缓慢，但最终PDC钻头凭借在切削齿、钻头稳定性和钻头水力结构等方面的不断改善而逐步取代了牙轮钻头。现在PDC钻头在世界范围内已占据了钻井总进尺的90％以上。
自美国通用电气（GE）公司于1971年发明聚晶金刚石（PDC）切削齿后，该技术对几乎所有的材料去除工业都产生了重大的影响。通过回顾聚晶金刚石切削齿、相关钻头结构以及其它对提高钻头性能和钻井效率起到重要促进作用的各种因素的发展历程，可深入了解PDC钻头是如何逐步取代由原美国休斯工具公司（HTC）于1909年所发明的牙轮钻头的。以下将从不同的视角对PDC切削齿和PDC钻头的发展历程进行简要回顾。
PDC齿和PDC钻头技术最初是由GECarboloy公司通过美国休斯工具公司于1972年间引入到石油天然气钻井工业的。
早期的齿通常是这样构成的，即一个8．38mm直径的硬质合金圆片，厚度为2．8mm，表面上有一层没有经过倒角处理的、厚度为0．5mm的PDC层。当时市场上还有一种后来被称之为柱状齿的Compax“slugsystem”PDC齿，这种齿的结构是将PDC块用钎焊方式连接到硬质合金齿柱上，以便能够更为容易的将这种齿安装到钢体钻头上，从而给钻头设计人员带来更大的便利。
在PDC齿被引入到石油勘探工业的一年之前，美国休斯工具公司推出了具有创新意义的“O”型密封滑动轴承碳化钨镶齿（TCI）牙轮钻头，这种钻头在钻井性能方面实现了巨大的变化，钻头寿命和钻头可靠性都翻了几番。这两种发明都是在石油钻井业市场连续15年下滑的情况下推出的。
随着当时在墨西哥湾、波斯湾沿岸国家、北非以及其它地区高产大型油田的发现和持续开发，再在北美盆地已经密集开发过的区域内进行钻井的需求已不再具有很大的吸引力了，如果要消化来自相同技术和经济源头的两种有关钻头的发明存在很大的难度，况且当时碳化钨镶齿（TCI）钻头已经被钻井界的客户广为接受，所以，这种情况延缓了PDC技术的进一步发展。
1973年，美国通用电气（GE）公司在德克萨斯州南部KingRanch地区的一口埃克森公司的井中对其早期PDC钻头结构进行了现场试验，在试验钻井过程中，钻头的清洗被认为存在着问题，有三颗齿在钎焊连接处失效，另有两颗齿与碳化钨齿柱一起断裂。此后，该公司又在美国科罗拉多州Hudson地区对第二只钻头进行了试验，这只钻头针对切削齿的清洗问题对水力结构进行了改进，据报道该钻头在砂岩－页岩地层中实现了较快的钻速，但是在钻进过程中严重偏离了预定的井眼轨迹，且仍然由于钎焊连接的原因出现了少量的掉齿问题。
1974年4月，在美国犹他州的SanJuan地区又试验了第三只钻头。这只钻头在齿柱结构和钻头轮廓方面都有所改进，该钻头取代了邻井的三只钢齿牙轮钻头，但却发生了掉喷嘴和钻头损坏问题，当时被认为是由于钻入硬地层而在钻进几近结束时才发生的问题，或是由于掉落的喷嘴所造成的问题。
从1974到1976年，各钻头公司和企业家对切削齿方面的各种改进进行了评估，许多现有的问题都被进行了重点研究，而这类研究结果被有机的融入到了美国通用电气（GE）公司于1976年12月份商业化推出的StratapaxPDC齿产品系列之中。
虽然PDC切削齿是在钻井市场处于低迷时期被推出的，但新型PDC钻头却是在钻井市场重返繁荣的背景下被推出的。在1977年间，用于石油天然气钻井的在用钻机数达到了20年来的最高峰（1977年12月时为3，444台）。
当时有许多个人和公司都对新型PDC齿进行了试验，并试图开发出应用这类新型切削齿的钻头产品。在这一时期，Stratabit公司引领了许多技术创新，比如带有倒角的切削齿、非平面界面切削齿、鱼尾式钻头以及对钻头的租赁和维修业务方式等。
自二十世纪七十年代后期到八十年代后期，在钻井工艺、钻头设计和钻头水力结构方面的各种发明相继推出。在这些方面的改进加上PDC齿持续的技术开发，为PDC切削齿更为广泛的商业成功铺平了道路。在切削齿领域、日益增长的钻头市场以及钻头公司客户需求等方面的竞争也同时推动了PDC技术的向前发展。
成立于1979年的Valdiamant公司于八十年代早期向钻头公司提供了其研发的原型PDC切削齿。该公司是作为客户订制切削齿的供货商的形式而进入市场的，在其研发制造过程中尽可能的与钻头公司合作并采纳钻头公司的合理建议。该研究部门在开发首批在商业上成功的非平面界面（NPI）齿方面起到了很大的作用，这种齿在当时被称为爪形齿（ClawCutter），是由Stratabit公司于1984年间推向市场的。Valdiamant还是首家推出19mm直径PDC齿的研发实体，这种规格的齿现在已成为业内的一种标准齿。
DeBeersIndustrialDiamondDivision（DEBID），现已更名为元素6（Element6），于1981年进入PDC切削齿市场。由DEBID推出的典型的PDC齿带有1mm厚的金刚石层，这比由GE公司前期生产的齿上的金刚石层要厚很多。切削齿上更多的金刚石能够带来更好的韧性、更好的耐磨性以及更好的散热性能。
到1986年时，DEBID已经能够提供直径达50mm的PDC齿了。稍后一段时间，DEBID与一家主要钻头制造商合作领先研发并推出了带有梯度金刚石层的PDC切削齿，这种齿在表面上有一层细晶粒的金刚石，具有良好的耐磨性，其下方在去除应力的界面上辅以一层晶粒较大的金刚石层，该层具有更好的韧性。这种切削齿特征最后成为一种在市场上起主导地位的钻头产品系列的基础。
美国合成（USS）公司是于1983年进入PDC切削齿市场的。该公司自1991年以来一直奉行与客户合作研发生产钻井市场专用切削齿的策略，于1997年一跃成为PDC切削齿市场份额领先者且直至今日仍然占据着这一位置。
石油天然气行业的在用钻机数在1981年12份时达到了6，227台的历史新高，其中有4，520台钻机在美国，达到了10年前潜在钻井客户的三倍以上。此时各钻头公司皆争先向钻井客户推出其改进型钻头和切削齿技术，而钻井客户也更乐于接受这类新技术。当时在美国市场上对于PDC钻头而言的坏消息是，在当时的技术现状下，只有很小一部分地区的地层适合于应用PDC钻头钻进，而牙轮钻头则仍然是钻井市场的主导产品。
从二十世纪七十年代后期到八十年代早期，钻井活动经历了一个快速增长时期，而后随着产品供应过剩和油价的走低，在八十年代中期又经历了快速的回落阶段。然而，在此钻井工业实质性萎缩的一段时间内，对PDC切削齿和钻头的研发却一直没有止步，PDC钻头的钻井进尺份额缓慢但却稳步的增长着，截止1990年，此份额占到了5％。
美国钻井市场在1989年间创下了历史新低，在1992年又再创新低，而在1999年间则几近崩溃。从事钻头制造的一些公司被迫合并成为规模较小但在财政方面却更具竞争力且拥有更多技术资源的竞争型公司，这些公司继续为这一十分低迷的市场开发并推出新技术和改进型钻头产品。当时形成了这样一种格局，即几家主要的钻头供应商在一个竞争性极强的市场上展开竞争，任何技术或市场的领先都只能是昙花一现、稍纵即逝。然而，在此期间PDC切削齿的性能仍在被不断改进。
大多数主要的油公司都与钻头公司合作开发新型PDC钻头、改进应用技术并确定能够成功应用这些新型产品和技术的相关地层，切削齿和钻头供应商同时也为客户提供这方面的指导。
二十世纪八十年代后期，在全球范围内掀起了对钻头断齿问题及其对钻头寿命的最终影响的更为广泛的研究，钻井工业界许多机构都开展了对钻头振动和钻井力学等方面的研究。
在美国俄克拉荷马州塔尔萨的阿莫科钻井研究中心，一个研究小组曾对切削齿损坏以及钻头性能等专题进行过研究，EastmanChristensen公司在发明许可协议框架下实现了阿莫科钻井研究中心多项专利技术的商业化，形成了其抗回旋PDC钻头产品系列。
改进型钻头使切削齿能够顺利的钻进而不会承受会引起大量断齿的很高和灾难性的负荷。钻井工业界的多项钻头记录表明，钻井进尺由此实现了大幅增长；而且，随着该技术以及紧接其后的改进型非平面界面齿的推出，PDC钻头市场有了一个很大的发展。在1990和1992年间，PDC钻头所占的钻井进尺比例从5％提高到了9％。
PDC切削齿之所以能够获得成功的另一个重要因素是计算机模型的开发，计算机模型有助于PDC钻头的合理设计和对PDC钻头行为更好的理解。计算流体力学（CFD）和有限元分析（FEA）在钻头制造业也都被广泛应用于切削齿的设计、钻头体强度计算以及钻头制造工艺之中。再后来，计算机模型又被用于钻头和钻井应用的具体特征分析，以便能够使钻头技术与具体的钻井需求达到更好的相互匹配。
随着稳定型钻头的开发，设计师便可集中精力改进钻头切削齿了。于是，在二十世纪九十年代早期，专家们自然就开始研究残余应力对切削齿性能的影响以及如何测量和控制这种残余应力。
带有非平面界面和对残余应力更好控制的专有切削齿也成为当时业界的一种标准，许多PDC齿供应商、钻头公司、油公司和个人都对许多不同的界面申报了专利，但还是用了长达几年的时间才从1984年的非平面界面齿发展到PDC齿供应商愿意接受为大的客户订制“专门设计”的或称之为“署名”切削齿的概念并自行解决库存和制造难度等方面的问题，美国合成（USS）公司在这方面的成功为这一概念在业内奠定了基调。
随着在稳定型钻头框架内对非平面界面PDC切削齿的广泛应用，PDC钻头的性能在二十世纪九十年代早期又有了一个很大的提高，截止1995年，PDC钻头在全球的钻井进尺比例提高到了近15％。自二十世纪九十年代至今，相继推出了PDC切削齿上金刚石层的许多改进技术，这些技术提高了齿的耐用性、耐磨性、热稳定性、PDC钻头性能的一致性并同时扩展了PDC钻头的应用范围。
早期的PDC齿一般都采用一种较粗的单模态或双模态金刚石粉料，但到了二十世纪九十年代，多模态粉料却成为业内的一种标准做法。1999年，一种具有梯度金刚石层的PDC齿被成功推向市场，这种齿在表面有一层细晶粒的耐磨金刚石层，其下面由一层较粗晶粒的抗冲击性能较好的金刚石层所支撑，该支撑金刚石层的下方则是经过去应力设计的界面，这种PDC切削齿设计技术至今仍被广为应用。
美国休斯？克里斯坦森（HughesChristensen）公司领导了针对具体用途的、经过精心设计的署名PDC切削齿的潮流。这种齿能够通过精心设计PDC齿的残余应力、负荷承载能力、金刚石层厚度、耐磨性、金刚石颗粒混合情况以及齿的倒角等细节从而使齿能够针对具体的钻井情况而被安装在钻头的特定部位，进而优化切削齿和钻头的性能。
在二十世纪九十年代中期，人们开始在PDC切削齿上广泛应用倒角技术，而多倒角技术则是在1995年间以专利的形式被采用的。如果倒角技术应用正确，切削齿在钻井过程中的抗断裂能力能够提高100％。在PDC齿切削刃几何形状方面的创新也可进一步提高齿的性能，美国贝克？休斯（BakerHughes）公司近年来就在齿上成功采用了一种双倒角技术，而另一项创新也是贝克？休斯公司于1995年推出的抛光PDC切削齿技术，实验室研究和现场试验都证明这种齿在某些地层可大幅减小齿的摩擦损坏。
美国通用电气公司和日本住友（Sumitomo）公司在二十世纪八十年代间都曾研究过从PDC齿工作表面中脱除其钴催化剂从而提高齿的工作性能，但都没有获得商业化成功，这一技术后来由美国海卡洛格（Hycalog）公司重新开发并获得了专利。事实证明，如果能够从晶粒间隙中将金属物质去除，PDC齿的热稳定性就会大幅提高，使钻头能够在更硬和磨蚀性更大的地层中更好的钻进。这种脱钴技术改善了PDC齿在高研磨性硬岩地层中的耐磨性，进一步拓宽了PDC钻头的应用范围，使其更多的挤占了牙轮钻头的市场份额。
前不久推出的创新型PDC－牙轮混合钻头（美国贝克？休斯公司拥有这种钻头的专利）使油气钻井用钻头的分类变得不像原来那样泾渭分明。这种钻头可实现更长和更为平稳的钻井作业，所以市场份额增长很快。
近年来在PDC切削齿方面的另一项发展是由美国斯伦贝谢公司推出的，即滚动型PDC切削齿。这种齿在钻井过程中可以滚动，从而能使切削刃保持在冷却状态，达到在高温工作状况下减小磨损的目的。另外，有的公司正在研究将PDC切削齿制作成各种不同的形状，在这方面发展的潜力尚有待于人们去进一步完全的理解。所以，如何应用最好的能力将PDC齿制作成其它各种形状而非通常的平、圆形状在未来几年中将是人们攻关的一个领域。
直到近几年前，PDC钻头的增长速度都是相对缓慢的，而且，PDC钻头的市场份额总是紧随着新技术的推出或市场的影响而增长的。
从历史上看，PDC钻头的首次商业钻井成功是在1974和1975年使用由DiamantBoart公司设计的试验钻头分别于波斯湾和北海区域实现的。当然，在大多数市场区域中，PDC钻头也都在持续的发展，但主要是集中在北海地区，二十世纪七十年代晚期许多PDC钻头的成功案例都发生在这一高成本市场区域。然而，尽管呼声很高，到1980年时，全球范围内PDC钻头所占的进尺比例却仍不足2％。
二十世纪八十年代间，钻井活动的焦点逐渐转向了墨西哥湾，这也是一个成本相对较高的钻井区域。截止1988年，墨西哥湾地区所用的PDC钻头数量超越了北海区域，但北海区域的PDC钻头市场收入仍然名列前茅。1988年间，在北海区域使用了大约1，200只PDC钻头，在墨西哥湾区域使用了近1，300只PDC钻头，然而，墨西哥湾区域的PDC钻头市场收入为大约二千五百万美元，而北海区域的PDC钻头市场收入则为约三千四百万美元。1988年间，PDC钻头在全球所占的钻井进尺份额不足5％，到1990年时，该份额上升到了稍大于5％，但截止2000年时，PDC钻头所占的全球钻井进尺比例提高到了24％。
从2000年开始，PDC钻头的应用迅速扩展，几年前还被认为不能用PDC钻头所钻的地层逐渐变得能够用PDC钻头即经济又可靠的钻进。
截止2004年，在钻头行业中，PDC钻头的市场收入占到了大约50％，钻井进尺达到近60％。这种增长一直持续到当今，目前全球范围内PDC钻头的市场收入占大约75～80％，钻井进尺份额则高于90％，当前在北美陆上钻井应用中使用的几乎全部都是PDC钻头。
总之，自二十世纪七十年代被推出并经历了其最初的缓慢增长以后，PDC切削齿逐步推动了石油天然气勘探钻井用钻头工业的不断发展，目前PDC钻头在全球范围内的市场收入占到了大约75～80％并且还在继续增长。PDC技术对钻井工业的影响是巨大的，与20～30年前相比，现在只用当初所用的一小部分时间就可以钻出一口井了，这主要应归功于当今钻头的机械钻速轻易就可以达到过去老式钻头机械钻速的5～10倍。
在过去的15年间，用于钻头工业的金刚石元件已成为超硬磨料工业中成长最快的一个部分，包括垄断资源在内，据估计目前用于钻头的PDC元件的市场年销售额绝对超过5亿美元。现有供货商之间的竞争使PDC切削齿发生了很大的变化；优质切削齿和近优质切削齿市场的新进入者以及各大钻头公司继续引导着创新型材料和生产工艺的改革创新，使PDC切削齿和PDC钻头的性能得以不断改善提高。