CN108368729A - 具有碳化物基体的切割元件的机械锁定 - Google Patents

具有碳化物基体的切割元件的机械锁定 Download PDF

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Abstract

一种用于在钻头尖中使用的切割装置具有包括超硬材料的主体。所述主体具有顶表面、前表面、以及与所述顶表面相邻的至少一个侧表面。所述侧表面相对于所述顶表面以30度与150度之间的表面角定向。一个或多个锁定特征位于所述侧表面上。

Description

具有碳化物基体的切割元件的机械锁定
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年12月14日提交且标题为“MECHANICAL LOCKING OF CUTTINGELEMENT WITH CARBIDE MATRIX”的美国临时专利申请号62/267262的优先权和利益，所述申请的公开内容以引用的方式整体并入本文。
背景技术
可出于多种勘探或开采目的将井眼钻探到地表位置或海床中。例如，可钻探井眼以获取储存在地下地层中的流体，诸如液体和气态烃，并且从地层提取流体。用于生产或提取流体的井眼可围绕井眼的壁内衬有套管。多种钻探方法可部分地取决于穿过其钻探井眼的地层的特性利用。另外，存在需要对地下地层进行钻探的其他应用，包括用于地热、水井、建造、电力、通信或采矿应用的镗孔，包括***孔钻探和顶板锚杆支护。
钻探***可穿过多种地层钻探井眼或其他钻孔。地层可包括在疏松材料到岩石地层(诸如花岗岩、玄武岩或变质地层)的范围内的地质地层。钻探***可包括具有多个切割元件的钻头尖，所述多个切割元件位于钻头上用于使材料松散和/或将材料从地层移除以形成井眼。超硬材料常规地用于提供切割元件上的充分耐用以穿透地层并维持钻探***的所需正常运行时间的切割边缘或表面。
超硬材料本身是不可钎焊的，并且若干种材料用于将超硬材料层附连到钻头尖。例如，在常规的固定切割器钻头中，超硬材料以单个切割元件制造，所述切割元件然后附连到可润湿基体以允许超硬材料间接地被钎焊到钻头尖。超硬材料由浸润基体和超硬材料两者的中间材料附连到基体。切割元件在超硬材料的一部分被磨损后在钻头尖中进行替换。
发明内容
提供本概述来介绍一系列概念，这些概念将在以下详述中进一步描述。本概述既不意图认定要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图用来帮助限制要求保护的主题的范围。
在一个实施方案中，切割装置包括主体，所述主体具有长度、宽度和高度。所述主体包括超硬材料并具有顶表面、前表面和第一侧表面。所述前表面与所述顶表面相邻。所述第一侧表面的至少一部分相对于所述顶表面以30度至150度范围内的表面角度定向；并且一个或多个锁定特征位于所述侧表面上。
在另一个实施方案中，切割组件包括切割装置和基体。所述切割装置包括主体，所述主体具有长度、宽度和高度。所述主体包括超硬材料并具有顶表面、前表面和第一侧表面。所述前表面与所述顶表面相邻。所述第一侧表面的至少一部分相对于所述顶表面以30度至150度范围内的表面角度定向；并且一个或多个锁定特征位于所述侧表面上。所述基体包括基体材料并且至少部分地围绕所述切割装置。所述基体的至少部分接合所述一个或多个锁定特征中的至少一个，并且所述基体向所述一个或多个锁定特征中的至少一个施加横向力。
在又一实施方案中，一种制造切割组件的方法包括提供超硬材料坯件并将所述超硬材料坯件分割成至少第一切割装置。所述方法包括在所述第一切割装置的侧表面中形成一个或多个锁定特征以及将第一基体前体定位成与所述第一切割装置的所述一个或多个锁定特征中的至少一个接触。所述方法还包括将与所述第一切割装置的所述一个或多个锁定特征中的至少一个接触的所述第一基体前体固化以产生第一切割组件。
在一些实例中，所述方法还包括将所述超硬材料坯件分割成第二切割装置。在所述第二切割装置的侧表面中形成一个或多个锁定特征，并且将第二基体前体定位成与所述第二切割装置的所述一个或多个锁定特征中的至少一个接触。将与所述第二切割装置的所述一个或多个锁定特征中的至少一个接触的所述第二基体前体固化以产生第二切割组件。
本公开的实施方案的其他特征和优点将在以下描述中阐明，并且将部分地从描述中显而易见，或可通过此类实施方案的实践得以领会。可借助于所附权利要求中具体指出的仪器和组合来实现和获得此类实施方案的特征和优点。这些以及其他特征将从以下描述和所附权利要求中变得更加完整清楚，或可以通过如在下文中阐明的此类实施方案的实践得以领会。
附图说明
为了描述可获得本公开的上述的和其他特征的方式，更具体的描述将通过参见在附图中示出的本发明的特定实施方案来给出。为了更好的理解，贯穿各种附图，相似元件由相似附图标号指定。虽然一些附图可以是概念的示意性或夸张表示，但至少一些附图是按比例绘制的。应理解附图描述一些示例性实施方案，所述实施方案将通过使用附图来另外具体和详细地描述并解释，在附图中：
图1是根据本公开的切割装置的实施方案的透视图；
图2是根据本公开的包括图1的切割装置的切割组件的实施方案的侧剖面图；
图3是根据本公开的图1的切割装置的切割组件的实施方案的侧剖面图；
图4是根据本公开的切割装置的另一实施方案的顶视图；
图5是根据本公开的切割装置的又一实施方案的端视图；
图6是根据本公开的切割装置的另一实施方案的端部剖面图；
图7是根据本公开的切割装置的又一实施方案的端部剖面图；
图8是根据本公开的切割装置的另一实施方案的端部详细剖面图；
图9是根据本公开的切割装置的又一实施方案的端部详细剖面图；
图10是根据本公开的其中具有不同锁定特征的切割装置的实施方案的透视图；
图11是描绘根据本公开制造切割装置的至少一个实施方案的方法的实施方案的流程图；
图12是根据本公开的超硬材料坯件的实施方案的透视图；
图13是根据本公开的来自图12的坯件的多个切割装置的实施方案的透视图；
图14是根据本公开的具有形成于其中的锁定特征的图13的切割装置的实施方案的透视图；
图15是根据本公开的具有图14的切割装置定位在其中的圆柱体的实施方案的部分透视剖面图；
图16是根据本公开的其中具有碳化物基体前体的图15的圆柱体的部分透视剖面图；
图17是根据本公开的包括被固化的图16的碳化物基体前体的切割组件的实施方案的透视图；
图18是根据本公开的被制备用于无心磨削的一对切割组件的实施方案的侧视图；
图19是根据本公开的成一角度嵌入主体中的切割装置的实施方案的侧剖面图；
图20是根据本公开的成一角度嵌入主体中的切割装置的另一实施方案的侧剖面图；并且
图21是根据本公开的具有接触切割装置的相对侧的基体的切割组件的实施方案的侧剖面图。
具体实施方式
下文将描述本公开的一项或多项具体实施方案。这些所描述实施方案是当前所公开技术的实例。另外，为了简要描述这些实施方案，可能不会在说明书中描述实际实施方案的所有特征。应了解，在任何工程或设计项目中开发任何此类实际实现方式时，均要做出与实施方案特定相关的多个决策以便实现开发人员的特定目标，诸如，遵守***相关约束和业务相关约束，这些约束可能会因实施方案的不同而有所不同。此外，应当了解，这种开发努力可能复杂耗时，但无论如何对受益于本公开的一般技术人员而言，这种开发仍是常规的设计、建造和制造操作。
在介绍本公开各实施方案的元件时，冠词“一”、“一个”和“所述”旨在表示有一个或多个所述元件。术语“包括”、“包括”和“具有”意图具有包括性含义，并且意味着除了所列元件之外，可能还有额外的元件。另外，应理解，对本公开的“一个实施方案”或“一项实施方案”的参考不意图解释为排除也涵盖所列举特征的另外实施方案的存在。
本公开总体上涉及用于生产用于在土和/或其他材料中钻探的切割装置和组件的装置、***和方法。在一些实施方案中，切割装置可具有超硬材料主体。切割装置可机械地连接到基体以形成切割组件。机械连接可由基体的延伸到切割装置的侧表面中的一个或多个凹陷中的至少一部分形成。基体从前体(例如，粉末、金属合金、环氧树脂、凝胶、其他流体或其组合)向固体的固化可以高温(例如，介于600°与1200°之间)发生，并且基体可具有比超硬材料更大的热膨胀系数。基体在从固化过程的冷却期间的热压缩可向凹陷的侧壁施加压缩力，从而朝向基体主体压缩切割装置。
图1-1是根据本公开的切割装置100-1的实施方案的透视图。切割装置100-1可具有包括超硬材料或由其制成的主体102-1。如本文所用，术语“超硬”应理解为是指本领域已知的具有约1,500HV(以kg/mm2为单位的维氏硬度)或更大的晶粒硬度的那些材料。此类超硬材料可包括由固结材料形成的在高于约750℃、并且对于某些应用是高于约1,000℃的温度下能够展示物理稳定性的那些。此类超硬材料可包括但不限于金刚石、多晶金刚石(PCD)、浸析金属催化剂PCD、非金属催化剂PCD、六方金刚石(六方碳)、立方氮化硼(cBN)、多晶cBN(PcBN)、无粘合剂PCD或纳米多晶金刚石(NPD)、Q-碳、无粘合剂PcBN、类金刚石碳、低氧化硼、铝锰硼化物、金属硼化物、硼碳氮、氧化物、氮化物、碳化物和硼化物陶瓷、以及硼-氮-碳-氧***中的示出高于1,500HV的硬度值的其他材料以及以上材料的组合。在至少一个实施方案中，切割装置100可以是单片PCD。例如，切割装置100可在不具有附接基底或金属催化剂相的情况下由PCD复合片构成。在一些实施方案中，超硬材料可具有高于3,000HV的硬度值。在其他实施方案中，超硬材料可具有高于4,000HV的硬度值。在又其他实施方案中，超硬材料可具有大于80HRa(洛氏硬度A)的硬度值。
在一些实施方案中，切割装置100-1可具有在切割边缘108-1处相遇的顶表面104-1和前表面106-1。在一些实施方案中，顶表面104-1可以是基本上平面的。在其他实施方案中，顶表面104-1的至少一部分可以是弯曲的(即，相对于主体102-1凸出和/或凹入)。在一些实施方案中，前表面106-1的至少一部分可相对于主体102-1弯曲。例如，前表面106-1的至少一部分可相对于主体102-1凸出，使得切割边缘108-1的至少一部分是弧形边缘。在另一个实例中，前表面106-1的至少一部分可相对于主体102-1凹入。在其他实施方案中，前表面106-1可以是基本上平面的，使得切割边缘108-1是直边缘。在又其他实施方案中，切割边缘108-1可包括多个边缘(平行边缘)，诸如在倒角上，当切割装置100-1相对于切割装置100-1可切穿的土和/或其他材料移动时，所述边缘提供多个切割表面。在至少一个实施方案中，前表面106-1可具有恒定曲率半径，使得切割边缘108-1是具有恒定曲率半径的弧形边缘。
切割装置100-1可包括一个或多个侧表面110-1。例如，侧表面110-1可从顶表面104-1延伸到底表面112-1。在另一个实例中，侧表面可以是弯曲表面(例如，半椭圆体表面和/或半圆柱体表面)的相对于顶表面104-1在横向上定向的一部分。在一些实施方案中，诸如图1-1所示，切割装置100-1可具有各自与前表面106-1相邻的多个侧表面110-1。切割装置100-1可具有彼此相邻并在其间形成拐角或其他角度的多个侧表面110-1。侧表面110-1的至少一部分可以是平面的、弯曲的(例如，在竖直和/或水平方向上相对于主体102-1凹入和/或凸出)、纹理化的(例如，锯齿形、波状、倒角的、凹凸形等)或其组合。
在其他实施方案中，诸如图1-2所描绘的，切割装置100-2可具有椭圆形或长方形的顶表面104-2以及在水平方向上相对于主体凸出并围绕主体102-2延伸的一个侧表面110-2。一个或多个锁定特征114-2可位于一个侧表面110-2上。在又其他实施方案中，诸如图1-3所描绘的，侧表面110可以是具有一个或多个曲线并围绕顶表面104-2的圆周从顶表面104-3延伸到底表面112的连续侧表面(即，不具有拐角)。在一些实施方案中，侧表面在竖直方向上且在水平方向上可独立地凸出和/或凹入。例如，图1-3示出切割装置100-3的实施方案，切割装置100-3具有在水平方向上凸出且在竖直方向上凹入的侧表面110-3。换句话说，侧表面110-3可在截面中形成沙漏形。
现参照图1-4，在又其他实施方案中，切割装置100-4可具有含平行侧面的顶表面104-4(例如，梯形、矩形、正方形、圆角矩形、八边形或具有平行侧边的其他形状)。例如，平行侧面可以是基本上彼此相对的一个或多个侧表面110-4。
再次参照图1-1，切割装置100-1可包括一个或多个锁定特征114-1。在一些实施方案中，锁定特征114-1可延伸到切割装置100-1的主体102-1中并在其中形成凹陷。在其他实施方案中，锁定特征114-1可背朝切割装置100-1的主体102-1延伸并形成从其延伸的突起。应理解，关于本文所描述和/或所描绘的锁定特征114-1中的任何所描述的几何形状和/或尺寸可适用于凹陷和/或突起。
图2是包括图1-1至图1-4的任何切割装置的100的切割组件116的实施方案的侧剖面图。图2描绘至少部分地嵌入基体118中的切割装置100，其中切割装置的顶表面104暴露。一个或多个锁定特征114可与基体118的至少一部分机械地联锁。在一些实施方案中，至少一个锁定特征114可位于切割装置100的底表面112上。一个或多个锁定特征114从而可在切割装置100与基体118之间提供接口。机械联锁可包括在不使切割装置100和/或基体118塑性变形和/或断裂的情况下不能够分离的联锁。在一些实施方案中，基体可包括基体材料或由其制成，所述基体材料与切割装置100的超硬材料相比具有不同的热膨胀系数。例如，基体材料可以是具有5.0–11.0微米/米开尔文的热膨胀系数的碳化钨，并且超硬材料可以是具有1.3-3.9微米/米开尔文的热膨胀系数的PCD。
在一些实施方案中，切割装置100与基体118之间的热膨胀差可用于在切割装置100上产生残留应力。例如，可在基体前体的固化期间对基体材料和超硬材料进行加热以形成基体118。在一些实施方案中，基体前体可包括碳化钨粉末或由其制成。在其他实施方案中，基体前体可包括另一种碳化物粉末或由其制成。在又其他实施方案中，基体前体可包括金属或由其制成。在另一个实施方案中，第一基体前体可包括处于悬浮液中或与流体基底混合的基体材料或由其制成。
在将基体前体固化以形成基体118之后冷却基体118和切割装置100时，基体118可比切割装置100收缩更多。切割装置100的一个或多个锁定特征114与基体118之间的机械联锁可将不同热收缩转化为切割装置100上的残留应力(例如，竖直残留应力119-1和/或横向残留应力119-2)，从而朝向基体118压缩切割装置100和/或引导切割装置100的超硬材料内的残留应力。
在一些实施方案中，基体118可包括可钎焊材料。例如，可钎焊材料可以是可由钎焊合金在不降解基部材料的情况下浸润和/或润湿的任何基部材料。例如，基体118可包括碳化物、氧化物、氮化物或硼化物颗粒，诸如碳化钨、碳化硅、碳化硼、氧化铝、氧化锆、氮化硅、或二硼化钛，所述颗粒利用可包含钨、钴、镍、锰、锡、铜、锌、铁、钛、钒、锆或其组合的合金浸润。
图3示出图1-1的切割装置100-1的实施方案的侧视图。切割装置1-1可具有高度120和长度122。切割装置100-1的高度120可以是切割装置100-1的顶表面104-1与底表面112-1之间的距离。侧表面110-1可沿切割装置100-1的高度120延伸。在一些实施方案中，一个或多个锁定特征114-1可相对于切割装置100-1的高度120在侧表面110-1上基本上位于中心，如图3所示。在其他实施方案中，一个或多个锁定特征114-1可位于侧表面110-1上，其中大多数锁定特征更靠近切割装置100-1的底表面112-1(例如，相对于高度120在侧表面110-1上更低)。在又其他实施方案中，一个或多个锁定特征114-1可位于侧表面110-1上，其中大多数锁定特征更靠近切割装置100-1的顶表面104-1(例如，相对于高度120在侧表面110-1上更高)。侧表面110-1、110-2、110-3、110-4的边缘上的拐角可采用半径以避免后续基体铸造操作期间的应力集中。
切割装置100-1的长度122可以是前表面106-1的中心到切割装置100-1上的在切割装置100-1的相对侧上距前表面106-1的中心最远的点的距离。例如，在切割装置100-1的实施方案中，诸如图1和图3所描绘的，长度122可以是前表面106-1的中心到侧表面相遇的与前表面相对的点的距离。图4示出切割装置200的另一个实施方案，其中切割装置200的长度222是前表面206的中心到与前表面206相对的后表面225的距离。在一些实施方案中，后表面225可在第一侧表面210-1与第二侧表面210-2之间延伸。在一些实施方案中，切割装置200可具有位于后表面225上的一个或多个锁定特征。
图4描绘在顶表面204的平面中在第一侧表面210-1的至少一部分与第二侧表面210-2的至少一部分之间形成的横向角226。在一些实施方案中，横向角226可在具有包括30°、45°、45°、50°、60°、70°、80°、90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°、160°、165°中的任何或其间的任何值的上限值和下限值的范围内。在一些实例中，横向角226可在30°至165°的范围内。在其他实例中，横向角226可在60°至120°的范围内。在一些实例中，横向角226可在80°至100°的范围内。在至少一个实例中，横向角226可以是约90°。
在一些实施方案中，切割装置200可具有跨顶表面204延伸的至少部分地与前表面206对齐的宽度224。在一些实施方案中，切割装置200的宽度224可大于切割装置的长度222。在其他实施方案中，切割装置200的宽度224可小于切割装置的长度222。在又其他实施方案中，切割装置200的宽度224可等于切割装置的长度222。
在一些实施方案中，前表面206可具有跨前表面206基本上恒定的曲率半径。在其他实施方案中，前表面206可具有跨前表面206变化的曲率半径。例如，处于或接近前表面206的中心的曲率半径可大于处于或接近第一侧表面210-1和/或第二侧表面210-2的曲率半径。在一些实施方案中，前表面206的至少一部分的曲率半径可大于切割装置200的长度222。在其他实施方案中，前表面206的至少一部分的曲率半径可小于切割装置200的长度222。在其他实施方案中，表面206可以是基本上平坦的。在又其他实施方案中，前表面206的至少一部分的曲率半径可等于切割装置200的长度222。
图5示出根据本公开的切割装置300的另一实施方案的端视图。切割装置300可具有第一侧表面310-1和第二侧表面310-2。第一侧表面310-1和第二侧表面310-2可与前表面306相邻。在一些实施方案中，切割装置300的第一侧表面310-1和/或第二侧表面310-2可基本上垂直于切割装置300的顶表面304。在其他实施方案中，第一侧表面310-1和第二侧表面310-2可分别与顶表面304形成第一表面角328-1和第二表面角328-2。在一些实施方案中，第一表面角328-1和第二表面角328-2可以是相同的。在其他实施方案中，第一表面角328-1和第二表面角328-2可以是不同的，诸如图5所描绘的。
在一些实施方案中，第一表面角328-1和/或第二表面角328-2可在具有包括30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°中的任何或其间的任何值的上限值和下限值的范围内。例如，第一表面角328-1和/或第二表面角328-2可在30°至150°的范围内。在其他实例中，第一表面角328-1和/或第二表面角328-2可在60°至120°的范围内。在又其他实例中，第一表面角328-1和/或第二表面角328-2可在80°至100°的范围内。
图6至图9描绘包括不同几何形状和尺寸的锁定特征的切割装置的不同实施方案的端部剖面图。虽然图6至图9所描绘的切割装置的实施方案示出凹入切割装置中的锁定特征，但应理解，本文所述的几何形状和尺寸可相同地适用于从切割装置突出的锁定特征。例如，图6示出具有凹入切割装置400的第一侧表面410-1中的第一锁定特征414-1的切割装置400的实施方案。第一锁定特征414-1可具有宽度430-1和高度432-1。所描绘凹陷的宽度430-1可以是第一锁定特征414-1延伸到切割装置400的主体402中的距离，而在具有突起锁定特征(诸如从第二侧表面410-2突出的第二锁定特征414-2)的切割装置的实施方案中，宽度430-2可以是突起背朝切割***件的主体402延伸的距离。本文所述的凹陷和/或突起的任何实施方案可相对于侧表面反转为具有等同几何形状和/或尺寸的凹陷和/或突起。
图6示出具有第一侧表面410-1的切割装置400的实施方案，第一侧表面410-1具有第一锁定特征414-1。切割装置400包括具有第二锁定特征414-2的第二侧表面410-2。在一些实施方案中，切割装置400可具有相同的多个切割特征。在其他实施方案中，诸如图6所示的切割装置400，第一锁定特征414-1和第二锁定特征414-2可不同于彼此。例如，第一锁定特征414-1可以是凹陷，并且第二锁定特征414-2可以是突起。在另一个实例中，第一锁定特征414-1可具有在纵向截面中平坦的端部433-1(例如，端部433-1可以是椭圆的、矩形的、多边形的、不规则的或其组合)，并且第二锁定特征414-2可具有锥形、圆形或以其他方式在纵向截面中具有顶点的端部433-2(例如，端部433-1可以是尖头的或半圆形的)。
在一些实施方案中，切割装置400可具有第一锁定特征414-1，第一锁定特征414-1具有为切割装置400的宽度424的百分比的宽度430-1，所述百分比在具有包括2％、5％、10％、15％、20％、25％中的任何或其间的任何值的上限值和下限值的范围内。例如，第一锁定特征414-1可具有在切割装置400的宽度424的2％至25％的范围内的宽度430-1。在其他实例中，第一锁定特征414-1可具有在切割装置400的宽度424的5％至20％的范围内的宽度430-1。在又其他实例中，第一锁定特征414-1可具有为切割装置400的宽度424的约10％的宽度430-1。
图7是具有第一侧表面510-1和第二侧表面510-2的切割装置500的另一实施方案的端部剖面图。第一锁定特征514-1可以是在纵向截面中具有弯曲侧壁535-1的圆形锁定特征。例如，第一锁定特征514-1可以是半球形凹陷或突起。第二锁定特征514-2可具有在纵向截面中截断的成角度侧壁535-2。例如，第二锁定特征514-2在纵向截面中可以是梯形，诸如截头圆锥形凹陷或突起。
图8是具有多排锁定特征的切割装置600的另一实施方案的端部剖面图。在一些实施方案中，切割装置600可具有位于相同侧表面610上的第一锁定特征614-1和第二锁定特征614-2。在一些实施方案中，第一锁定特征614-1和第二锁定特征614-2可彼此竖直地偏移。例如，第一锁定特征614-1可以是下部锁定特征，并且第二锁定特征614-2可以是上部锁定特征。下部锁定特征可比上部锁定特征更靠近切割装置600的底表面612，上部锁定特征可比下部锁定特征更靠近切割装置600的顶表面604。在一些实施方案中，下部锁定特征和上部锁定特征(即，第一锁定特征614-1和第二锁定特征614-2)可在侧表面610上彼此竖直地对齐，使得第一锁定特征614-1的至少一部分和第二锁定特征614-2的至少一部分在相同端部截面中可见，诸如图8所示。
图9示出锁定特征的又一实施方案。切割装置700可包括在第一锁定特征714-1的端部733中具有脊部734的第一锁定特征714-1。在一些实施方案中，脊部734可以是端部733的比端部733的周围部分具有更小宽度730的部分。例如，端部733可具有相对于第一侧表面710-1比脊部734具有更大宽度730的两个或更多个部分。第二锁定特征710-2可与切割装置700的底表面712相邻，并且第二锁定特征710-2可从切割装置700延伸以形成从切割装置700的主体702延伸的肩部。在另一个实施方案中，锁定特征可以是与切割装置700的顶表面704相邻的凹入主体702中的凹陷，从而形成从切割装置700的主体702延伸的肩部。
图10是具有至少一个侧表面810的切割装置800的又一实施方案的透视图，至少一个侧表面810在其中具有一个或多个锁定特征。切割装置800可具有第一锁定特征814-1、第二锁定特征814-2和第三锁定特征814-3。在一些实施方案中，锁定特征814-1、814-2、814-3中的一个或多个相对于侧表面810可具有相同纵横比。纵横比可以是锁定特征高度832相对于锁定特征长度837的比率。在其他实施方案中，锁定特征814-1、814-2、814-3中的一个或多个相对于侧表面810可具有不同纵横比。在一些实施方案中，锁定特征可具有大于1的纵横比(即，高度832比长度837)，诸如图10所示的第一锁定特征814-1。在其他实施方案中，锁定特征可具有约1的纵横比(即，高度832和长度832相等)，诸如图10所示的第二锁定特征814-2。在又其他实施方案中，锁定特征可具有小于1的纵横比，诸如图10所示的第三锁定特征814-3。在一些实施方案中，锁定特征可沿侧面的基本上整个长度延伸。
图10示出椭圆形(例如，圆形)横截面的锁定特征的实施方案。在其他实施方案中，锁定特征可具有其他横截面形状，诸如三角形、矩形、五边形、八边形、规则多边形、弯曲的、不规则的或其组合。
如本文所述，关于本文的任何实施方案所述的几何形状和/或尺寸可与本文的任何其他实施方案结合。例如，参照图10所描述的纵横比可与参照图6所描述的宽度结合。在其他实例中，如参照图7所描述的在纵向截面中具有弯曲轮廓的锁定特征可与参照图8所描述的多排锁定特征结合。在又其他实例中，参照图8所描述的上部锁定特征可以是诸如参照图6所描述的突起锁定特征，并且参照图8所描述的下部锁定特征可以是诸如参照图6所描述的凹陷锁定特征。在另一实例中，图9的脊部734可与参照图7所描述的侧壁几何形状结合。
图11示出根据本公开的用于制造切割组件的方法936的实施方案。方法936包括提供938超硬材料坯件以及将坯件分割940成至少包括第一切割装置的一个或多个片，如本文所述。方法936还包括在第一切割装置的侧表面中形成942一个或多个锁定特征以及将第一基体前体定位944成与一个或多个锁定特征中的至少一个接触。在定位944第一基体前体之后，所述方法还包括将第一基体前体固化946以形成切割组件的基体，如本文所述。例如，固化可包括烧结、液相浸润、部分液相浸润、催化固化、其他压实过程或其组合。
图12至图18示出方法936的实例和另外实施方案。图12示出超硬材料坯件1048的实施方案。例如，坯件1048可包括超硬材料或由其制成，诸如热稳定多晶金刚石(TSP)、粘合剂浸析的多晶金刚石(PCD)(例如，钴浸析)、无粘合剂PCD、碳酸盐PCD(诸如碳酸钙PCD、碳酸镁PCD、碳酸锶PCD、碳酸钡PCD、以及其他碳酸盐PCD)、PCD涂覆的碳化钨、烧结碳化钨、立方氮化硼、氮化碳、硼碳氮、掺杂有碳化钛的碳化钨、碳化钽和/或碳化铌、碳化硅、氧化铝、其他超硬材料或其组合。在至少一个实施方案中，切割装置100可以是单片PCD复合片。
在一些实施方案中，坯件1048可以是在高温高压***中形成的无粘合剂PCD。例如，无粘合剂PCD可在10吉帕斯卡至25吉帕斯卡的压力范围内并在1500℃至3000℃的温度范围内烧结。在其他实施方案中，坯件1048可包括含粘合剂的PCD。在具有基于金属催化剂的粘合剂的一些实施方案中，PCD可在5吉帕斯卡至8吉帕斯卡的压力范围内并在1300℃至1600℃的温度范围内烧结。在具有基于碳酸盐催化剂的PCD的其他实施方案中，PCD可在6吉帕斯卡至10吉帕斯卡的压力范围内并在1500℃至2400℃的温度范围内烧结。例如，坯件1048可包括具有钴粘合剂的PCD。在另一个实例中，坯件1048可包括具有碳酸镁粘合剂的PCD。在一些实施方案中，粘合剂可至少部分地从坯件1048浸析。例如，具有钴粘合剂的PCD可具有从PCD酸浸析的钴中的至少一些以得到TSP。在其他实施方案中，粘合剂可至少在高温下分解。例如，具有碳酸镁粘合剂的PCD可具有通过将坯件1048加热到超过500℃的温度来分解成一氧化碳和/或二氧化碳的碳酸镁中的至少一些。
在一些实施方案中，粘合剂材料的至少50％可在形成坯件1048之后从超硬材料移除。在其他实施方案中，粘合剂材料的至少80％可在形成坯件1048之后从超硬材料移除。在又其他实施方案中，基本上全部粘合剂材料可在形成坯件1048之后从超硬材料移除。在又其他实施方案中，粘合剂材料的至少5％可在形成坯件1048之后从超硬材料移除。
图12示出基本上圆形形状的坯件1048的实施方案。在其他实施方案中，坯件1048可具有其他形状，包括椭圆形、三角形、矩形、五边形、八边形、规则多边形、弯曲的、不规则的或其组合。
图13描绘被分割成至少包括第一切割装置1000的多个片的图12的坯件1048。坯件1048可由激光、电火花线切割机(EDM)、水力喷射、其他适当的切割方法或其组合分割成多个片。在一些实施方案中，可将坯件1048切割成相等部分，诸如图13的圆形坯件1048的相等成角度部分的切割装置1000。在其他实施方案中，可将坯件1048切割成不相等部分，诸如将矩形坯件分割成图13所描绘的相等成角度部分的切割装置1000。在又其他实施方案中，可将坯件1048分割成具有不同尺寸和/或几何形状的多个切割装置。
应理解，虽然在分割坯件1048之前，坯件1048可具有从其浸析和/或分解的粘合剂，如本文所述，但在一些实施方案中，坯件1048可在粘合剂的浸析和/或分解之前被分割。在其他实施方案中，粘合剂可在分割坯件1048之前至少部分地浸析和/或分解，并且粘合剂的另一部分可在将坯件1048分割成多个片之后至少部分地浸析和/或分解。在分割坯件1048之后浸析和/或分解可增大浸析和/或分解粘合剂的效率，因为表面积对体积的比率在分割坯件1048时增大。
图14是图13的切割装置1000的透视图。在将图13的坯件1048分割成多个片后，切割装置1000可具有一个或多个侧表面1010，如本文所述。一个或多个锁定特征1014可形成在侧表面1010中和/或上。在一些实施方案中，多个锁定特征1014中的一个可由激光、电火花线切割机(EDM)、水力喷射、其他适当的切割方法或其组合形成。虽然图14所描绘的锁定特征1014是凹陷锁定特征，如本文所述，但锁定特征1014可以是凹陷和/或突起。在至少一个实施方案中，多个圆形凹陷可利用激光烧蚀到主体中。在其他实施方案中，突起可在切割装置1000的表面上通过将材料从切割装置1000移除以留下剩余突起来形成。在又其他实施方案中，突起可在切割装置1000的表面上通过增材制造形成。在另外的实施方案中，锁定特征可通过近净成形烧结和/或机加工形成。
图15是具有图14的切割装置1000定位在其中的模具1050的实施方案的部分剖面图。模具1050可具有空腔1052，空腔1052具有内壁1054和基部1056。模具1050可被构造来传递足以将基体前体固化的温度和压力。例如，模具1050可以是石墨模具。在其他实例中，模具1050可包括一种或多种耐火材料，诸如氧化铝、二氧化硅、碳化硅、氮化硼、碳化钨、碳化铪、或其他耐火材料或其组合。
切割装置1000可定位在模具1050的空腔1052中，使得切割装置1000的前表面1006接近和/或接触模具1050的内壁1054，并且切割装置1000的顶表面1004接近和/或接触模具1050的基部1056。如本文所述，切割装置1000的底表面1012可包括锁定特征1014。然后基体前体可被引入模具1050的空腔1052中并且定位在切割装置1000的锁定特征1014中的至少一个内。在一些实施方案中，底表面1012可包括一个或多个表面特征，诸如凹槽图案、弯曲表面、凹凸形表面、刻槽表面、或工业已知的作为非平面接口的其他表面特征，所述接口在此作用于限制底表面相对于基体的平面内移动并向切割装置施加残留压缩。在一些实施方案中，切割装置1000可暂时以所需位置和/或取向附连到模具1050。
图16是在其上具有盖1058的图15的模具1050的实施方案的部分剖面图。模具1050可将热和压力传递到空腔1052中的切割装置1000和基体前体1059以便将基体1018中的基体前体固化，如图17所示。在一些实施方案中，基体前体可在高于800℃的固化温度下固化以形成基体1018。在其他实施方案中，基体前体可在高于900℃的固化温度下固化以形成基体1018。在又其他实施方案中，基体前体可在高于1000℃的固化温度下固化以形成基体1018。在一些实施方案中，切割装置1000的超硬材料可以是热稳定的以便至少部分地由于粘合剂材料的先前移除而经受固化温度，如参照图12所述。
图17-1至图17-4示出具有切割装置1000和基体1018的切割组件1016-1、1016-3、1016-4的实施方案，切割装置1000和基体1018通过切割装置和基体1018的一个或多个锁定特征的接合来机械地联锁。在将基体1018固化后，切割组件1016-1可处于或接近800℃或更高的固化温度。例如，将基体1018固化可包括在小于1吉帕斯卡的压力下并在500℃至1300℃的温度范围内进行固化。在至少一个实例中，将基体1018固化可包括在大气压力下并在1050℃的温度下进行固化。如本文所述，切割装置1000和基体1018可包括具有不同热膨胀系数的不同材料或由其制成。切割组件1016-1从固化温度至环境温度的冷却可在多个锁定特征中的一个处产生朝向基体1018压缩切割装置1000的残留应力。
在一些实施方案中，切割装置1000的超硬材料与基体1018的基体材料之间的连接可以是在切割装置1000与基体1018之间不具有任何浸润层或其他粘结层的机械连接。换句话说，切割装置1000和基体1018可由机械和/或摩擦构件直接彼此连接。在其他实施方案中，机械粘结可补充切割装置1000与基体1018之间的浸润层或其他粘结层。换句话说，除了已知粘结方法外，可使用基体1018和切割装置1000的机械接合。
切割组件1016-1可具有组件高度1060和组件长度1062。在一些实施方案中，切割组件1016可具有圆形横截面，并且组件长度1062可以是切割组件1016-1的直径。在其他实施方案中，切割组件1016可具有其他形状，诸如椭圆形、三角形、矩形、五边形、八边形、规则多边形、弯曲的、不规则的或其组合。
组件高度1060可大于或等于切割装置高度1020。在一些实施方案中，切割装置高度1020可以是组件高度1060的百分比，所述百分比在具有包括10％、20％、30％、40％、50％、60％中的任何或其间的任何值的上限值和下限值的范围内。例如，切割装置高度1020可在组件高度1060的10％至60％的范围内。在其他实例中，切割装置高度1020可在组件高度1060的15％至50％的范围内。在又其他实例中，切割装置高度1020可在组件高度1060的20％至40％的范围内。在另外的实例中，切割装置高度1020可在组件高度1060的25％至35％的范围内。在至少一个实例中，切割装置高度1020可以是组件高度1060的约30％。
组件长度1062可大于或等于切割装置长度1022。在一些实施方案中，切割装置长度1022可以是组件长度1062的百分比，所述百分比在具有包括10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％中的任何或其间的任何值的上限值和下限值的范围内。例如，切割装置长度1022可在组件长度1062的10％至100％的范围内。在其他实例中，切割装置长度1022可在组件长度1062的20％至90％的范围内。在又其他实例中，切割装置长度1022可在组件长度1062的30％至80％的范围内。在另外的实例中，切割装置长度1022可在组件长度1062的40％至70％的范围内。在至少一个实例中，切割装置长度1022可以是组件长度1062的约50％。在组件长度1062是组件直径的实施方案中，切割装置长度1022可等于组件半径。
在一些实施方案中，切割组件1016-1可以是圆形截面(例如，圆柱体)。切割装置1000可如本文所述具有曲率半径。切割组件1016-1可具有等于切割装置1000的至少一部分的曲率半径的半径(即，组件长度1062的一半)。例如，切割组件1016-1的半径可等于切割装置1000的曲率半径，并且切割装置1000可形成切割组件1016-1的周边的连续部分。在另一个实例中，切割装置1000的曲率半径可大于切割组件1016-1的半径。在又一实例中，切割装置1000的曲率半径可小于切割组件1016-1的半径。在一些实施方案中，切割组件1016-1的至少一部分可被磨削以在基体1018与切割装置1000之间提供连续边缘和/或围绕切割组件提供连续周边。在其他实施方案中，切割组件1016-1的至少一部分可被磨削以减小切割组件长度1062和/或高度1060，从而控制用于在钻头尖或其他应用中使用的尺寸。
图17-2示出包括基体1018的切割组件1016-3的实施方案，基体1018具有从其向外延伸的突起锁定特征1064。突起锁定特征1064可与钻头体上的空腔中的凹陷接合，从而允许切割组件1016-3相对于主体以特定取向***其中。在一些实施方案中，突起锁定特征1064中的一个或多个可沿切割组件1016-3的整个高度纵向延伸。在其他实施方案中，突起锁定特征1064中的一个或多个可纵向地延伸穿过切割组件1016-3的高度的仅一部分。
在一些实施方案中，切割组件1016-3可包括从基体1018向外延伸的1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个或更多个突起锁定特征1064。例如，突起锁定特征1064可基本上与切割装置1000相对定位在基体1018上。在其他实例中，突起锁定特征1064可以预定间隔从基体1018隔开延伸，使得突起锁定特征1064的图案可对应于钻头体中的空腔中的特定凹陷。突起锁定特征1064的图案从而可指示切割组件1016-3可***钻头体中的哪些空腔。例如，钻头体的鼻部区域中的空腔可具有第一凹陷图案，并且钻头体的肩部区域中的空腔可具有第二凹陷图案。
图17-3示出包括基体1018的切割组件1016-4的实施方案，基体1018具有从其向外延伸的凹陷锁定特征1066。凹陷锁定特征1066可与钻头体上的空腔中的凹陷接合，从而允许切割组件1016-4相对于主体以特定取向***其中。在一些实施方案中，凹陷锁定特征1066中的一个或多个可沿切割组件1016-4的整个高度纵向延伸。在其他实施方案中，凹陷锁定特征1066中的一个或多个可纵向地延伸穿过切割组件1016-4的高度的仅一部分。
在一些实施方案中，切割组件1016-4可包括朝向基体1018向内延伸的1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个或更多个凹陷锁定特征1066。例如，凹陷锁定特征1066可基本上与切割装置1000相对定位在基体1018中。在其他实例中，凹陷锁定特征1066可以预定间隔隔开延伸到基体1018中，使得凹陷锁定特征1066的图案可对应于钻头体中的空腔中的特定突起。凹陷锁定特征1066的图案从而可指示切割组件1016-4可***钻头体中的哪些空腔。例如，钻头体的鼻部区域中的空腔可具有第一凹陷图案，并且钻头体的肩部区域中的空腔可具有第二凹陷图案。
图17-4示出具有凹陷锁定特征1066的切割组件1016-4的实施方案，凹陷锁定特征1066在定位在钻头体1070中时与突起1068可滑动地接合。基体1018可至少部分地取决于凹陷锁定特征1066的位置以相对于钻头体1070的取向支撑切割装置1000。切割组件1016-4被示为具有仅部分地延伸穿过基体1018的凹陷锁定特征1066。在一些实施方案中，凹陷锁定特征1066的高度可至少部分地确定切割组件1016-4在***钻头体1070中时的位置。
图18示出被制备用于第一切割组件1016-1和第二切割组件1016-2的磨削的第一切割组件1016-1和第二切割组件1016-2的实施方案。在一些实施方案中，切割组件的硬度可根据切割组件的取向而变化。切割装置可包括比基体的基体材料具有更大硬度的超硬材料，并且超硬材料可不对称地位于基体内。例如，磨削速率(即，材料从切割组件的移除速率)可根据切割装置的超硬材料相对于基体材料的取向而变化。
在一些实施方案中，第一切割组件1016-1的磨削可包括将第一切割组件1016-1定位成与第二切割组件1016-2相邻。第一切割组件1016-1可具有如本文所述包括超硬材料或由其制成的第一切割装置1000-1，并且第二切割组件1016-2可具有包括超硬材料或由其制成的第二切割装置1000-2。第一切割组件1016-1可被定向成使第一切割装置1000-1在第一方向上，并且第二切割组件1016-2可被定向成使第二切割装置1000-2在相反的第二方向上。第一切割组件1016-1和第二切割组件1016-2可在磨削期间旋转以从其环圆周地移除材料。在第一方向上的第一切割装置1000-1和在相反第二方向上的第二切割装置1000-2的相反取向可允许第一切割组件1016-1和第二切割组件1016-2通过逼近旋转对称切割组件以更平衡的方式磨削(例如，不同旋转位置处的移除速率可比磨削单个不对称切割组件更类似)。
在其他实施方案中，超过两个切割组件可彼此相邻连续地定位。超过两个切割组件可相对于彼此旋转地定向(例如，绕公共旋转轴)，其中超过两个切割组件的切割装置以相等角间隔定向。例如，图18示出旋转地定向成使得第一切割装置1000-1和第二切割装置1000-2以大约180°间隔定向的第一切割组件1016-1和第二切割切割组件1016-2的实例。在其他实例中，三个切割组件可旋转地定向成使得三个切割组件的切割装置以大约120°间隔定向。在又其他实例中，四个切割组件可旋转地定向成使得四个切割组件的切割装置以大约90°间隔定向。
如本文所述，切割装置可使用一种或多种机械锁定方法和/或机构嵌入基体中以改善切割装置的保持。图19示出在基体1118内以角度α定向的切割装置1100的实施方案。在一些实施方案中，切割装置1100可以角度α定向成使得切割装置1100的中心线1164定向成在切割操作期间基本上与接触力1166对准。在其他实施方案中，切割装置1100可独立于接触力1166相对于基体1118的顶表面以角度α定向。在至少一个实施方案中，切割装置1100和基体1118可使用本文所述的机械联锁中的一个或多个机械地联锁以将切割装置1100进一步保持在基体1118中。切割装置1100的形状可以是盘形、近盘形、扇形或盘形或近盘形的区段、其他形状或其组合。
角度α可在取决于切割装置1100在安装在钻头体中时的预期取向的范围内。接触力1166可在钻头体在井眼中抵靠地球地层或抵靠套管或水泥旋转期间施加。在一些实施方案中，角度α在具有上限值、下限值或包括1°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°中的任何或其间的任何值的上限值和下限值的范围内。例如，角度α可大于1°。在其他实例中，角度α可小于45°。在又其他实例中，角度α可在1°至45°的范围内。在另外的实例中，角度α可在5°至40°的范围内。在又另外的实例中，角度α可在10°至35°的范围内。在至少一个实例中，角度α可以是约20°。
在通过发明人的试验中，切割装置以0°、30°和45°嵌入基体中。所得切割组件被冲击试验为不能与不同取向的切割组件的切割装置的破坏能相比较。下表示出试验的结果：
角度 破坏能
0° 35J
30° 50J
45° 30J
切割装置以30°角度α定向的切割组件具有最高破坏能。在试验中，切割装置以45°角度α定向的切割组件具有小于切割装置以0°角度α定向的切割组件的破坏能。试验在碳化物基体中的热稳定PCD铸件的盘被磨削为圆柱体的情况下执行。
图20示出以角度α定位在基体1218中的切割装置1200的另一个实施方案。切割装置1200可嵌入基体1218中，其中顶表面1268向下磨削以包括切割装置1200和基体1218两者。在一些实施方案中，切割装置1200的中心线1264可垂直于切割装置1200的背部表面1270和/或平行于切割装置1200的底表面1272。切割装置1200的角度α是切割组件1216的中心线1264与顶表面1268之间的角度。
图21是切割装置1300机械地锁定在基体1318中的切割组件1316的又一实施方案的侧剖面图。在一些实施方案中，根据本公开的切割装置1300和/或基体1318可产生应力集中。在一些实施方案中，切割组件1316可包括基体1318的延伸到切割装置1300的顶表面1304上方的一部分。基体1318的在顶表面1304上方的部分可形成可在基体1318中提供切割装置1300的附加支撑和/或保持的顶部块1368。
在一些实施方案中，切割装置1300的顶表面1304的由顶部块1368覆盖的一部分可在具有上限值、下限值或包括0％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％中的任何或其间的任何值的上限值和下限值的范围内。例如，切割装置1300的顶表面1304的由顶部块1368覆盖的部分可大于0％。在其他实例中，切割装置1300的顶表面1304的由顶部块1368覆盖的部分可小于80％。在又其他实例中，切割装置1300的顶表面1304的由顶部块1368覆盖的部分可介于0％与80％之间。在另外的实例中，切割装置1300的顶表面1304的由顶部块1368覆盖的部分可介于10％与70％之间。在还另外的实例中，切割装置1300的顶表面1304的由顶部块1368覆盖的部分可介于20％与60％之间。
在一些实施方案中，顶部块1368可在基体1318中提供切割装置1300的附加支撑和/或保持。在至少一个实施方案中，顶部块1368可与基体1318一体地形成。在其他实施方案中，顶部块1368可通过钎焊、焊接、机械紧固件、粘合剂或其组合附连到基体1318。
在一些实施方案中，顶部块1368可在切割边缘1308的方向上渐缩。顶部块1386可相对于切割装置1300的顶表面1304以角度1370渐缩。在一些实施方案中，角度1370可在具有上限值、下限值或包括1°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°中的任何或其间的任何值的上限值和下限值的范围内。例如，角度1370可大于1°。在其他实例中，角度1370可小于75°。在又其他实例中，角度1370可在1°至75°的范围内。在另外的实例中，角度1370可在5°至70°的范围内。在又另外的实例中，角度1370可在10°至60°的范围内。在至少一个实例中，角度1370可以是约45°。
已主要参照井眼钻探和/或钻头尖操作描述切割装置和组件的实施方案，本文所述的切割装置和组件可在除了井眼的钻探外的应用中使用。在其他实施方案中，根据本公开的切割装置和组件可在井眼或用于天然资源的探索和生产的其他井下环境外使用。例如，本公开的切割装置和组件可在用于电线或采矿设备和/或***的放置的钻孔中使用。因此，术语“井眼”、“钻孔”等不应被解释为将本公开的工具、***、组件或方法限制于任何具体工业、场地或环境。
冠词“一”、“一个”和“所述”意图意为先前描述中存在所述元件中的一个或多个。术语“包括(comprising)”、“包括(including)”和“具有”意图具有包括性含义，并且意味着除了所列元件之外，可能还有额外的元件。另外，应理解，对本公开的“一个实施方案”或“一项实施方案”的参考不意图解释为排除也涵盖所列举特征的另外实施方案的存在。例如，关于本文的实施方案所述的任何元件可与本文所述的任何其他实施方案的任何元件结合。本文所述的数字、百分比、比率或其他值意图包括那个值并且还包括“约”或“大约”所述值的其他值，如本公开的实施方案所涵盖的领域中的普通技术人员将理解的。所述值因此应广泛地解释为足以涵盖至少足够接近所述值以执行所需功能或实现所需结果的值。所述值包括至少合适的制造或生产过程中所预期的变化，并且可包括在所述值的5％内、1％内、0.1％内或0.01％内的值。
本领域普通技术人员应鉴于本公开认识到，等效构造不偏离本公开的精神和范围，并且可对本文所公开的实施方案进行各种变化、取代和更改而不背离本公开的精神和范围。包括功能的“手段加功能”条款的等效构造意图覆盖本文所述的执行所述功能的结构，包括以相同方式操作的结构等效物和提供相同功能的等效结构。申请人的表达意图是对于除了词语“用于……的装置”与相关联功能一起出现的权利要求外的任何权利要求不调用手段加功能或其他功能权利要求。对实施方案的落入权利要求的含义和范围内的每个添加、删除和修改应由权利要求涵盖。
如本文所用，术语“大约”、“约”以及“基本上”表示仍然执行所需的功能或实现所需的结果的接近所述量的量。例如，术语“大约”、“约”以及“基本上”可以是指在所述量的少于5％内、少于1％内、少于0.1％内以及少于0.01％内的量。此外，应理解，先前描述中的任何方向或参考框架仅仅是相对方向或移动。例如，对“上”和“下”或“以上”或“以下”的任何参考仅仅是相关元件的相对位置或移动的描述。
本公开可在不背离其精神或特征的情况下以其他特定形式体现。所描述的实施方案应被认为是说明性的而不是限制性的。本公开的范围因此由所附权利要求而不是由前述描述来指示。在权利要求的等效物的含义和范围内的变化都将涵盖在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种切割装置，其包括：
主体，所述主体包括超硬材料，所述主体具有长度、宽度、高度、顶表面、前表面、以及第一侧表面；以及
一个或多个锁定特征，所述一个或多个锁定特征位于所述第一侧表面上，其中所述前表面与所述顶表面相邻，并且所述第一侧表面的至少一部分相对于所述顶表面以30度至150度范围内的表面角定向。
2.如权利要求1所述的切割装置，所述超硬材料是多晶金刚石。
3.如权利要求1所述的切割装置，其还包括所述主体的第二侧表面，所述第一侧表面和所述第二侧表面形成30度与165度范围内的横向角。
4.如权利要求3所述的切割装置，其还包括位于所述第二侧表面上的一个或多个锁定特征。
5.如权利要求1所述的切割装置，所述一个或多个锁定特征中的至少一个具有为所述主体的宽度的至少2％的宽度。
6.如权利要求1所述的切割装置，其还包括位于所述前表面与所述顶表面之间的切割边缘，所述切割边缘是具有大于所述主体的长度的曲率半径的弧形边缘。
7.如权利要求1所述的切割装置，其中所述一个或多个锁定特征中的至少一个是椭圆形横截面。
8.如权利要求1所述的切割装置，其中所述一个或多个锁定特征包括上部锁定特征和下部锁定特征，所述上部锁定特征比所述下部锁定特征更靠近所述顶表面。
9.如权利要求1所述的切割装置，其还包括所述主体的底表面，所述底表面在其上包括一个或多个锁定特征。
10.一种切割组件，其包括：
切割装置，所述切割装置包括，
主体，所述主体包括超硬材料，所述主体具有长度、宽度、高度、顶表面、前表面、底表面、第一侧表面、位于所述前表面与所述顶表面之间的切割边缘，以及
一个或多个锁定特征，所述一个或多个锁定特征位于所述第一侧表面上，
所述第一侧表面的至少一部分，所述至少一部分相对于所述顶表面以30度至150度的范围内的一角度定向；以及
基体，所述基体包括至少部分地围绕所述切割装置的基体材料，所述基体的至少部分接合所述一个或多个锁定特征中的至少一个，所述基体向所述一个或多个锁定特征中的至少一个施加横向力。
11.如权利要求10所述的切割组件，所述基体材料是可钎焊材料。
12.如权利要求10所述的切割组件，所述基体接触所述切割装置的所述顶表面和所述底表面。
13.如权利要求10所述的切割组件，所述切割边缘是具有大于所述主体的长度的曲率半径的弧形边缘。
14.如权利要求10所述的切割组件，所述切割装置在所述基体内定向，所述切割装置被定向成所述切割装置的中心线相对于所述基体的端面成大于1°的角度。
15.一种制造切割组件的方法，所述方法包括：
提供超硬材料坯件；
将所述超硬材料坯件分割成至少第一切割装置；
在所述第一切割装置的侧表面中形成一个或多个锁定特征；
将第一基体前体定位成与所述第一切割装置的所述一个或多个锁定特征中的至少一个接触；以及
将与所述第一切割装置的所述一个或多个锁定特征中的至少一个接触的所述第一基体前体固化以产生第一切割组件。
16.如权利要求15所述的方法，其还包括在将所述第一基体前体固化之前至少部分地分解所述超硬材料中的碳酸镁。
17.如权利要求15所述的方法，其中分割所述坯件包括将所述坯件分割成至少第一切割装置和第二切割装置。
18.如权利要求17所述的方法，其还包括：
在所述第二切割装置的侧表面中形成一个或多个锁定特征；
将第二基体前体定位成与所述第二切割装置的所述一个或多个锁定特征中的至少一个接触；以及
将与所述第二切割装置的所述一个或多个锁定特征中的所述至少一个接触的所述第二基体前体固化以产生第二切割组件。
19.如权利要求18所述的方法，其还包括：
将所述第一切割组件和所述第二切割组件同轴地定位成彼此相邻，其中所述第一切割装置和所述第二切割装置在相反方向上定向；以及
将材料从所述第一切割组件和所述第二切割组件移除以使得所述第一切割组件和所述第二切割组件是圆形横截面。
20.如权利要求15所述的方法，其中形成一个或多个锁定特征包括从所述侧表面激光烧蚀所述超硬材料的一些。
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