CN104540621A - 多晶超硬材料和其制备方法 - Google Patents

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Abstract

制备多晶超硬材料体的方法，包括将超硬材料颗粒聚集块放入罐体中，放入与超硬材料颗粒聚集块直接接触或与其间接接触的陶瓷层，其中该陶瓷层通过材料中间层，如果存在的话，与颗粒隔开，该陶瓷层的表面具有表面拓扑结构，该表面拓扑结构在超硬材料颗粒聚集块中压印与表面拓扑材料互补的图案，陶瓷材料和中间层材料使得它们不会与超硬材料和/或超硬材料颗粒的烧结催化剂材料发生化学反应。对超硬材料颗粒聚集块和陶瓷层施加大于约5.5GPa的压力，并烧结成具有与陶瓷层表面拓扑结构互补的表面拓扑结构的多晶超硬材料体。然后从多晶材料体移除该陶瓷层以及如果有的话移除中间层。本发明进一步公开在第一表面上具有表面拓扑结构的多晶超硬材料体，该第一表面基本没有来自多晶超硬材料体形成中使用的罐体的材料。

Description

多晶超硬材料和其制备方法
技术领域
本发明主要涉及一种用作例如在石油和天然气产业中用于钻井的切割器或用于机械工具的刀片(insert)的多晶超硬材料体，以及其制备方法。
背景技术
已认识到具有成形的拓扑结构的切割表面的切割器和机械工具切割刀片可能在各种应用中有利，同时表面特征在使用中益于转移，例如屑(chip)从由切割器或机械工具加工的工作表面转移，和/或在某些情况中用作断屑器(chip breaker)。并且，与平面切割工具几何结构相比，这些表面拓扑结构可产生明确更好的表面光洁度(surface finish quality)。然而，通常在这些应用中用作切割元件或刀片的材料如PCD或PCBN的高硬度和耐磨性，使得要加工可用作例如断屑器或用于转移使用中产生的碎屑的具有期望表面拓扑结构特征的这些材料非常困难和昂贵。
美国专利号6,106,585公开了一种制作切割元件的方法，其包括通过将大量磨料晶体金刚石或CBN和与磨料晶体接触的大量催化剂金属放入作为防护板金属外壳的小室(cell)或罐子(can)中形成复合块，其中该罐子内部的上表面预形成有凹痕。凹痕表面提供用于在该层上表面形成特征的图案，该特征起到断屑器特征的作用。
需要提供多晶材料超硬主体如用于切割的刀片或具有有效性能的机械工具，和提供用于制作用作这些切割器或刀片的多晶材料体的更有效方法。
发明内容
从第一方面看，提供一种制作多晶超硬材料体的方法，包括：
将超硬材料颗粒聚集块放入罐体(canister)中，
放入与超硬材料颗粒聚集块直接接触或与其间接接触的由陶瓷材料形成的陶瓷层，其中该陶瓷层通过材料中间层与颗粒隔开，该陶瓷层的表面具有表面拓扑结构，该表面拓扑结构在超硬材料颗粒聚集块中压印与表面拓扑材料互补的图案，陶瓷材料和其中存在的中间层材料使得它们不会与超硬材料和/或超硬材料颗粒的烧结催化剂材料发生化学反应；该方法还包括：
在存在用于超硬材料颗粒的烧结催化剂材料时，且在足以熔化催化剂材料的足够高的温度下，对超硬材料颗粒聚集块和陶瓷层施加大于约5.5GPa的压力；
烧结颗粒，以形成具有与陶瓷层表面拓扑结构互补的表面拓扑结构的多晶超硬材料体；以及
从多晶材料体移除该陶瓷层以及如果有的话移除所述中间层。
如上所述，陶瓷材料可与金刚石材料颗粒直接接触或通过材料的其他层与金刚石材料颗粒分离，所述材料的其它层用作在烧结后帮助从多晶材料移除陶瓷材料。
该中间层可包含在陶瓷层上的涂层。
在多晶超硬材料体用作例如用于石油和天然气产业中钻孔的切割器的实施方案中，表面拓扑结构可用于将岩石或泥土从切割器所附接的钻头引离或转移。可替换地或另外地，当多晶超硬材料体用作例如加工工件的切割器或用作用于机械工具的刀片时，该表面拓扑结构可作为适于控制形成的屑的大小和形状的方面的断屑器。这种拓扑结构可包括形成在刀片的耙(rake)表面上的凹陷和/或突出特征，如径向的或外围的脊部和槽部。
本发明设想了用于切割器结构和刀片的多种实例设置或组合。该切割器结构可包含天然的或合成的金刚石材料或cBN材料。金刚石材料的实例包括多晶金刚石(PCD)材料、热稳定性PCD材料、单晶金刚石材料、通过化学气相沉积(CVD)方法制备的金刚石材料或碳化硅结合的金刚石。cBN材料的实例是多晶立方氮化硼(PCBN)。
从进一步的方面看，提供了在第一表面上具有表面拓扑结构的多晶超硬材料体，该第一表面基本没有来自多晶超硬材料体形成中使用的罐体的材料。
所公开的实施例方法相对来说不复杂和或更经济有效，并且公开的实施例的刀片和切割器结构具有增强的机械加工或切割性能。
附图说明
现参考附图来描述实施方案，其中：
图1是具有在多晶超硬材料体和与其附接的基底之间的平面界面的第一切割器结构的示意横截面图；以及
图2是其中生成的表面拓扑结构是多晶超硬材料体表面周围的倒角形式的第二切割器结构的示意横截面图。
附图中使用的相同标号指代共同的特征。
具体实施方式
图1和2示出使用时可附接到用于石油和天然气钻孔操作的钻头(未示出)的切割器结构。该切割器结构1包括沿界面3结合至基底4如碳化钨基底的PCD或PCBN层2。图1中，PCD或PCBN层2具有非平面的表面拓扑结构8的自由表面6。图2中示出的切割器结构与图1中示出的结构不同，因为该表面拓扑结构设置为在其自由表面的PCD层的外周边缘周围形成倒角9。
图1和2中示出陶瓷冲头(punch)10，其按压在PCD或PCBN层2的自由表面上，该冲头10具有与PCD或PCBN层2的自由表面对应的表面拓扑结构12。
现将简要地解释本文中使用的某些术语和概念。
本文中使用的“超硬(superhard)”或超级硬(ultra-hard)材料的维氏硬度(Vickers hardness)为至少约25GPa。合成的和天然的金刚石、多晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(cBN)和多晶cBN(PCBN)材料是超硬材料的实例。合成金刚石又称为人造金刚石，是已制造的金刚石材料。PCD结构包括或主要由PCD材料组成，PCBN结构包括或主要由PCBN材料组成。超硬材料的其它实例包括包含通过含有陶瓷材料如碳化硅(SiC)的基质或硬质合金材料如钴结合的WC材料(例如，如美国专利号5，453，105或6，919，040中所描述的)保持在一起的金刚石或cBN颗粒的某些复合物材料。例如，某些SiC结合的金刚石材料可包含至少约分散于SiC基质(其可含有少量的除SiC以外形式的Si)中的30体积百分比的金刚石颗粒。SiC结合的金刚石材料的实例在美国专利号7，008，672、6，709，747、6，179，886、6，447，852以及国际申请公布号WO2009/013713中有描述。
本文中使用的多晶金刚石(PCD)材料包含大量的金刚石颗粒(多个金刚石颗粒聚集块)，其主要部分直接相互结合，且其中金刚石含量为材料的至少约80体积百分比。金刚石颗粒之间的间隙可利用包含用于合成金刚石的催化剂材料的粘合剂材料至少部分地填充，或其可基本上是空的。
在合成的或天然的金刚石的热力学稳定性更高于石墨的温度和压力下，用于合成金刚石的催化剂材料能促进合成金刚石颗粒的生长和或合成的或天然的金刚石颗粒的直接相互生长。用于金刚石的催化剂材料的实例是Fe、Ni、Co和Mn以及包括这些的某些合金。包含PCD材料的主体可至少包括将催化剂材料从间隙移除的区域，金刚石颗粒之间留有间隙空位。
PCBN材料包括分散在含有金属或陶瓷材料的基质之内的立方氮化硼(cBN)颗粒。例如，PCBN材料可包含分散在含有含Ti化合物如碳化钛、氮化钛、碳氮化钛和/或含铝化合物如氮化铝和/或含金属如钴和/或钨的化合物的基质材料中的至少约35体积百分比或至少约50体积百分比的cBN颗粒。一些版本(version)(或“等级”)的PCBN材料可包含至少约80体积百分比或甚至至少约90体积百分比的cBN颗粒。
热稳定性的PCD材料包含至少一部分或一定量，其在暴露于约400摄氏度以上或甚至约700摄氏度以上的温度之后，其硬度或耐磨性基本没有发生结构劣化或变质。例如，含有用于金刚石的小于约2重量百分比的催化剂金属如以催化活性形式(例如，元素形式)的Co、Fe、Ni、Mn的PCD材料可以是热稳定性的。基本不含催化活性形式的催化剂材料的PCD材料是热稳定性PCD的实例。例如，其中间隙基本是空的或至少部分填充有陶瓷材料如SiC或盐材料如碳酸盐化合物的PCD材料是热稳定性的。至少具有显著区域的PCD结构被描述为是热稳定性PCD，用于金刚石的催化剂材料从该显著区域耗尽，或在该显著区域中催化剂材料以与催化剂具有相对较小活性形式。
如上解释的，可通过在存在适合的粘合剂或催化剂材料时将多个金刚石或cBN颗粒分别烧结至基底，如硬质合金基底，以提供PCD材料和PCBN材料。因此生产的PCD或PCBN结构很可能形成为与基底连结，是包含在各个结构形成为烧结体的过程中与基底结合的PCD或PCBN结构的构建体的主要部分。
机械工具是动力机械装置，其可用于通过机械加工来制造包括如金属、复合材料、木头或聚合物的材料，这样从称为工件的主体选择性移除材料。切割器刀片的耙面(rake face)是一个表面或多个表面，当工具用于从主体移除材料时屑在该表面上流动，该耙面引导新形成的屑的流动。屑是被使用中的机械工具从主体的工作表面移除的主体的碎片。控制屑形成和引导屑流动是工具实现铝、钛和镍的高级合金的高生产率的机械加工和或高表面光洁度加工的重要方面。断屑器特征的几何形状可根据多种加工因素如工件材料、切割速度、切割操作和期望的表面光洁度选择。
在第一实施方案中，通过下面的方法形成多晶超硬材料体。将超硬材料颗粒聚集块放入罐体中，由不会与超硬材料发生化学反应的陶瓷材料形成的陶瓷层与该超硬材料颗粒聚集块接触，该陶瓷层包含具有表面拓扑结构的表面。另外地或可替换地，该陶瓷材料可使得其不会与用于在烧结时将超硬材料的颗粒互相结合的烧结催化剂材料发生化学反应。在一些实施方案中，陶瓷材料的表面拓扑结构与超硬材料的颗粒直接接触，以在其内压印与该表面拓扑结构互补的图案。在其它实施方案中，陶瓷材料可与颗粒间接接触，通过薄层或涂层与其隔开以在后烧结中帮助陶瓷材料从烧结的超硬材料分离。在这种情况下，任一种涂层或附加涂层同样由不与超硬材料和/或烧结催化剂材料发生化学反应的材料形成。然后在存在用于超硬材料颗粒的烧结催化剂材料时，在足以熔化催化剂材料的足够高的温度下，对超硬材料颗粒聚集块和陶瓷层施加大于约5.5GPa的压力。然后烧结该颗粒，形成具有与陶瓷层表面拓扑结构互补的表面拓扑结构的多晶超硬材料体。然后例如通过冲击从多晶材料体移除陶瓷层。
该陶瓷层可很容易地从多晶材料体移除，因为没有与陶瓷材料的化学反应能够使得两种主体很容易地分开。任何残余的陶瓷可通过轻微喷砂移除，形成良好的半抛光表面光洁度。可用于生成超硬材料中的表面拓扑结构的陶瓷材料可包括例如不会被碳热反应还原的氧化物陶瓷材料，包括氧化镁、氧化钙、氧化锆、氧化铝。
在一些实施方案中，大于约5.5GPa-7GPa以上的压力可例如用于烧结多晶超硬材料，且烧结可发生在例如约1300-约1800摄氏度之间的温度。
如上所述，一些实施方案中，陶瓷材料的表面拓扑结构可涂覆一层，该层在烧结之前直接与颗粒接触且是利于从多晶超硬材料的烧结主体移除陶瓷主体的组合物。这样的涂层的实例可包括氧化锆、氧化铝、碳酸钙或氧化钙。
在可替换的实施方案中，陶瓷材料与要烧结的多晶超硬材料颗粒直接接触。
超硬材料的实例可包括金刚石材料颗粒，如天然的或合成的金刚石颗粒聚集块，或例如立方氮化硼颗粒聚集块。在一些实施方案中，将超硬材料颗粒放入罐体的步骤包括提供多个包含该颗粒的片材(sheet)并在罐体中堆叠这些片材，以形成超硬颗粒的聚集体。在其它实施方案中，可使用沉降或电泳沉积技术将超硬材料颗粒沉积于罐体中。
在一些实施方案中，陶瓷材料可由例如与颗粒接触但不会通过碳热反应还原的氧化物陶瓷材料中的一种或多种组成。这些材料的实例包括含有氧化物氧化镁、氧化钙、氧化锆和/或氧化铝的氧化物陶瓷材料中的任何一种或多种。
将材料放入罐体中的步骤可颠倒或改变其顺序，例如放入与颗粒聚集块接触的陶瓷层的步骤可以在将颗粒放入罐体的步骤之后。可替换的，可在将颗粒放入罐体之前将陶瓷层放入罐体中。
通过该方法形成的多晶超硬材料体在从材料体移除陶瓷层时可具有自由外表面，其具有与大部分多晶材料体相同的质量。这与例如传统形成的PCD形成对比，传统形成的PCD中，由于金刚石、钴粘合剂和罐体材料之间的相互作用，与大部分PCD相比，烧结时与使用的罐体材料直接接触的PCD层通常具有较次的质量。因此，在传统PCD切割器中，通常有必要通过研磨、喷砂或其它方法移除上表面。根据一个或多个实施方案形成的PCD中不要求这些步骤，因为多晶超硬材料体在第一表面上具有表面拓扑结构，该第一表面基本没有来自多晶超硬材料形成中使用的罐体的材料。
在一些实施方案中，如图1和2中所述，超硬材料如PCD材料的主体可形成在基底上，该基底在烧结前被放入罐体中，多晶超硬材料体在烧结时沿着与基底之间的界面结合到基底。该界面可以是大致平面的，如图1和2中所示，或者是大致非平面的。
该基底可例如由硬质合金材料形成。在一些实施方案中，烧结的主体的厚度高达约6000微米。
形成烧结的多晶材料体之后，进行抛光处理(finishing treatment)，以处理该超硬材料体，从至少一些相互结合的颗粒之间的间隙移除烧结催化剂。
陶瓷材料的表面拓扑结构可根据多晶主体的给定应用的要求并且根据其最终用途决定的主体的期望形状而设计。例如，在如图2所示的一些实施方案中，陶瓷材料的表面拓扑结构构建为在烧结时多晶超硬材料体赋予倒角边缘。
根据上述方法形成的多晶主体可具有许多应用。例如，它们可用作用于机械工具的刀片，其中根据一个或多个实施方案，切割结构包括多晶超硬材料体，且这种应用中多晶材料的表面拓扑结构可用作断屑器。在这些刀片中，可与刀片基座连接的切割器结构的平均厚度例如为至少100微米，且在一些实施方案中，平均厚度为至多1000微米。
在一些实施方案中，切割器结构在大致与耙面相一致的界面表面上连结到刀片基座。
在其它实施方案中，根据上述方法形成的多晶主体可用作用于钻入泥土的切割器，或用作用于钻入泥土的回转剪切钻头、或冲击钻钻头或用于采矿或沥青降解的镐(pick)的PCD元件。可替换地，根据一个或多个实施方案，用于钻入泥土的钻头或钻头组件可包括多晶超硬材料体。
下面更详细地描述非限制性实施例以说明该方法。
实施例1
表面拓扑结构可根据给定钻井或机械加工应用的要求并且考虑切割器结构或机械工具刀片的预期形状而设计。可提供钴硬质合金基底主体，并提供陶瓷塞，该陶瓷塞具有包含与用于切割器或机械工具刀片的期望表面拓扑结构的互补(即相反)的表面拓扑结构的表面。可通过将多个金刚石颗粒形成为相对基底表面的聚集体，并将组件封装在由例如氧化铝或其它陶瓷材料形成的护套(jacket)内来制备预压组件。将在烧结时将期望表面拓扑结构赋予金刚石主体的陶瓷塞表面与金刚石颗粒接触，如图1和2所示。该金刚石颗粒平均大小为至少约1微米和至多约20微米，该聚集对于要生产的厚度为至少约1mm的PCD层足够厚(即包含足够大量的金刚石颗粒)。对预压组件施加至少约5.5GPa的超高压和至少约1250摄氏度的温度，以熔化基底主体中包含的钴，并烧结金刚石颗粒至彼此，形成与基底结合的包含PCD结构的复合物块(compositecompact)。可通过例如轻微冲击从烧结的PCD材料移除陶瓷塞，可在酸中处理PCD结构以移除内生长金刚石颗粒之间的间隙区域内的残余钴。从PCD结构移除大量的钴很可能大幅增加PCD结构的热稳定性，且将可能降低PCD材料的劣化风险。因此根据其期望的应用可对形成的复合物块进行进一步加工。例如，如果其要用作机械工具刀片，可通过研磨对其进行进一步处理，以提供包含具有良好定义的断屑器特征的PCD切割器结构的机械工具刀片。
实施例2
表面拓扑结构可根据给定机械加工应用的要求并且考虑机械工具刀片的预期形状而设计。可提供陶瓷主体，其具有包含与用于超硬材料的期望表面拓扑结构互补(即相反)的表面拓扑结构的表面。可通过将多个立方氮化硼(cBN)颗粒形成为相对预形成的基底表面的聚集体，并将组件封装在由例如陶瓷材料如氧化铝形成的护套内来制备预压组件。在烧结时将期望表面拓扑结构赋予给主体的陶瓷塞表面与立方氮化硼(cBN)颗粒接触，如图1和2所示。该聚集体还可包括包含86重量％的cBN颗粒的粉末和包含70.0重量％的Al、11.7重量％的Co和18.3重量％的W的粘合剂材料的混合物。该cBN颗粒的平均大小在约12微米至约17微米的范围内，且聚集体对于要生产的厚度为至少约1mm的PCBN层足够厚。对预压组件施加至少约5GPa的超高压和至少约1300摄氏度的温度，以烧结聚集体形成与基底结合的包含形成的PCBN结构的复合物块。该陶瓷塞可通过轻微冲击基本上移除，可通过例如喷砂处理PCBN结构以移除残余陶瓷材料，如果有的话。因此可通过如研磨对形成的复合物块加工，以提供包含具有良好断屑器特征的PCBN切割器结构的机械工具刀片。
总之，一些实施方案描述了要用于切割工具、钻井和其它应用中的具有设计的形状和表面特征的PCD/PCBN复合片。还描述了通过在用于制作其的高压系统中构建预复合物和容器组装组件制造这种复合片的方法。这包括使用如氧化铝的陶瓷嵌套材料，其在1500℃的升温时可锻造但在用于生产复合片的高压条件下保持其形状。在从将要求最小机械加工以实现用作切割工具的最终公差的HPHT烧结周期恢复后，这样生产的超硬材料体具有表面特征。

Claims (32)

1.一种制作多晶超硬材料体的方法，其包括：
将超硬材料颗粒聚集块放入罐体中，
放入与所述超硬材料颗粒聚集块直接接触或与其间接接触且由陶瓷材料形成的陶瓷层，其中所述陶瓷层通过材料中间层与所述颗粒隔开，所述陶瓷层的表面为表面拓扑结构，所述表面拓扑结构在所述超硬材料颗粒聚集块中压印与所述表面拓扑结构互补的图案，所述陶瓷材料和其中存在的所述中间层材料使得它们不会与所述超硬材料和/或超硬材料颗粒的烧结催化剂材料发生化学反应；所述方法还包括：
在存在用于所述超硬材料颗粒的烧结催化剂材料时，在足以熔化所述催化剂材料的温度下，对所述超硬材料颗粒聚集块和所述陶瓷层施加大于约5.5GPa的压力；
烧结所述颗粒，形成具有与所述陶瓷层的表面拓扑结构互补的表面拓扑结构的多晶超硬材料体；并且
从所述多晶材料体移除所述陶瓷层以及如果有的话移除所述中间层。
2.如权利要求1所述的方法，其中放入与所述超硬材料颗粒接触的所述陶瓷层的所述步骤包括放入所述陶瓷材料，其中所述陶瓷材料通过所述材料中间层与其间接接触，所述中间层包含在所述陶瓷层上的涂层。
3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中对所述超硬材料颗粒施加压力的步骤包括对所述颗粒施加大于7GPa的压力。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述颗粒包括金刚石材料颗粒，放入与所述颗粒接触的陶瓷材料的所述步骤包括放入与所述颗粒接触且由不会被碳热反应还原的氧化物陶瓷材料中的一种或多种而形成的陶瓷材料。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述陶瓷材料由包括氧化镁、氧化钙、氧化锆和/或氧化铝的氧化物陶瓷材料中的任一种或多种形成。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中放入与所述颗粒聚集块接触的陶瓷层的所述步骤在将所述颗粒放入所述罐体的所述步骤之后。
7.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中在所述颗粒被放入所述罐体之前所述陶瓷层被放入所述罐体中。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中形成所述多晶超硬材料体的步骤包括形成具有自由外表面的主体，所述陶瓷层从所述自由外表面移除，其中所述自由外表面具有与大部分多晶材料体相同的质量。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，包括在基底上形成PCD材料体，所述基底在烧结之前被放入所述罐体中，所述多晶超硬材料体在烧结时与所述基底沿其之间的界面结合，所述界面大致是平面的或非平面的。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述基底由硬质合金材料形成。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中将超硬材料颗粒聚集块放入所述罐体中的步骤包括将天然的或合成的金刚石颗粒聚集块放入所述罐体中。
12.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中将超硬材料颗粒聚集块放入所述罐体中的步骤包括将立方氮化硼颗粒聚集块放入所述罐体中。
13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中移除所述陶瓷层的所述步骤包括通过冲击移除所述陶瓷层。
14.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述烧结步骤包括在约1300至约1800摄氏度之间的温度下烧结。
15.如前述权利要求中任一项所述的方法，还包括处理所述超硬材料体，以在烧结后从在所述超硬材料中相互结合的颗粒之间的间隙移除催化剂材料。
16.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述超硬材料颗粒放入所述罐体中的所述步骤包括提供多个包含所述颗粒的片材和在所述罐体中堆叠所述片材，以形成所述超硬颗粒的聚集体。
17.如权利要求1-15中任一项所述的方法，其中将所述超硬材料颗粒放入所述罐体中的所述步骤包括使用沉降或电泳沉积技术将所述颗粒沉积到所述罐体。
18.如前述权利要求中任一项所述的方法，还包括构建所述陶瓷材料的表面拓扑结构，以在烧结时将倒角边缘赋予所述多晶超硬材料体。
19.一种多晶超硬材料体，其在第一表面上具有表面拓扑结构，所述第一表面基本没有来自所述多晶超硬材料体形成中使用的罐体的材料。
20.如权利要求19所述的多晶超硬材料体，还包括与所述体的第二表面沿其之间的界面结合的基底，所述界面是平面的或非平面的。
21.如权利要求20所述的多晶超硬材料体，其中所述基底由硬质合金材料形成。
22.如权利要求19-21中任一项所述的多晶超硬材料体，其中所述多晶材料是由天然的或合成的金刚石颗粒或多晶立方氮化硼形成的多晶金刚石材料。
23.如权利要求19-21中任一项所述的多晶超硬材料体，其中所述第一表面具有与大部分多晶材料体相同的质量。
24.如权利要求19-23中任一项所述的多晶超硬材料体，其中所述体的厚度为高达约6000微米。
25.一种用于机械工具的刀片，其包括与刀片基座连结的切割器结构，所述切割器结构包括如权利要求19-24中任一项所述的多晶超硬材料体，所述第一表面形成耙面，以及所述第一表面的表面拓扑结构形成断屑器拓扑结构。
26.如权利要求25所述的刀片，其中所述切割器结构的平均厚度为至少100微米。
27.如权利要求25或26中所述的刀片，其中所述切割器结构的平均厚度为至多1000微米。
28.如权利要求25-27中任一项所述的刀片，其中所述切割器结构与所述刀片基座在所述刀片基座的界面表面结合，所述界面表面大致与所述耙面相一致。
29.一种用于如权利要求25-28中任一项所述的刀片的切割器结构。
30.一种用于钻入泥土的切割器，其包含如权利要求19-24中任一项所述的多晶超硬材料体。
31.一种用于钻进泥土的回转剪切钻头、冲击钻钻头或用于采矿或沥青降解的镐的PCD元件，其包含如权利要求19-24中任一项所述的多晶超硬材料体。
32.一种用于钻入泥土的钻头或钻头组件，其包含如权利要求19-24中任一项所述的多晶超硬材料体。
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