專利名稱：涂有金剛石cvd的超聲切割工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種切割工具和使用化學(xué)氣相沉積(CVD)金剛石(在后文稱CVD金剛石)生長(zhǎng)的技術(shù)形成上述工具的方法，以及更具體地說，涉及一種工具和它的形成方法，這種工具使用于這種類型的超聲設(shè)備，這類設(shè)備通常使用于各種材料制成的任何種類表面的切割，鉆孔，研磨和修整，比如陶瓷，玻璃，骨質(zhì)，牙質(zhì)，氮化物，碳化物，大理石，花崗巖等，以及尤其是使用于切割硬質(zhì)材料。
背景技術(shù)：
超聲使用于一些用途，比如切割，鉆孔，研磨，修整和清洗久已為人們所知。它的優(yōu)點(diǎn)也是人們熟知的，主要是在難以達(dá)到的區(qū)域內(nèi)機(jī)加工材料的能力，在這些區(qū)域使用轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)加工方法，或者要求高的位移幅度的方法是不可能的。
借助使用低的幅度和較高頻率的機(jī)械振動(dòng)，超聲方法，比如超聲切割，鉆孔，研磨，修整和清洗方法的一個(gè)重要的特征是僅加工在工具的直接作用下的材料，對(duì)相鄰的區(qū)域產(chǎn)生最小的影響，導(dǎo)致高的精密度。由于超聲在金屬材料內(nèi)傳播，有可能使工具帶有不同的形狀和進(jìn)入角，從而允許不僅按照工具給出的形狀加工，而且能夠在難以到達(dá)的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行加工(見SU 1456098；US 4330278；US4505676)。超聲工具具有一個(gè)專門的設(shè)計(jì)，其可以考慮在工具材料中超聲的傳播，以及確定機(jī)械振動(dòng)的一個(gè)駐波花樣。通常，一個(gè)工具設(shè)計(jì)為在它的作用區(qū)具有最大的振動(dòng)，以及在柄部具有最小的振動(dòng)(WO200029178)。至于工具材料，重要的是所說的材料應(yīng)是一個(gè)良好的超聲傳輸器和具有對(duì)超聲高的極限強(qiáng)度。工具材料的后一種特性是非常重要的，因?yàn)榧庸さ乃俣热Q于超聲強(qiáng)度和使用的最大強(qiáng)度可能受到工具材料對(duì)超聲的最大強(qiáng)度限制。超聲工具的作用區(qū)取決于被加工的材料。然而，在大多數(shù)的用途中，使用由工具的基體材料本身制造的金屬端部是足夠的。在清洗加工中，人們可以用樹脂或塑料基的材料制造端部。對(duì)于切割，鉆孔，研磨和修整加工，工具的工作的端部的材料要求比被加工的材料更硬或更耐磨。因此，使用的工作的端部的材料不同于工具主體的材料，或者帶有一種較硬材料的涂層在工具體的材料上是非常重要的發(fā)展。但是，這些代替的方法受到一個(gè)事實(shí)的限制，連接硬質(zhì)材料至工具主體的界面必須能承受超聲的作用而不被破壞。
尤其是對(duì)于加工非常硬的材料，或者那些要求特別仔細(xì)的材料，比如石塊，陶瓷，玻璃，骨質(zhì)，牙質(zhì)，氮化物，碳化物等，通常指出用超聲加工，比如超聲切割，超聲鉆孔，超聲研磨和修整，但是在獲得帶有適合于這些用途的硬度和強(qiáng)度的工作端部的工具仍有一個(gè)限制。代替的方案是，如果有可能，可以使用在不太硬的工具作用下的研磨粉末以及金剛石涂覆的工具。然而，普通的金剛石涂覆方法不適合使用于超聲工具。借助制造普通的工具廣泛使用的電化學(xué)沉積鎳，金剛石-金屬和金剛石-樹脂復(fù)合材料使帶有不同晶粒尺寸的金剛石粉末粘接，不適合于超聲工具，因?yàn)樵诠ぷ鲿r(shí)金剛石晶粒容易脫離所說的工具迅速地把所說的工具的金屬暴露在被加工的材料的表面。為了克服這些限制，發(fā)展了使用不同金屬的專門的合金，以允許金剛石晶粒的更好的潤(rùn)濕性，以及隨后提供更耐超聲的金剛石粉末的粘接(SU 563280；SU837610)。使用這些改進(jìn)，它有可能延長(zhǎng)對(duì)某些用途中這些工具的壽命，但并沒有達(dá)到希望的適當(dāng)?shù)乃健?br> 雖然化學(xué)氣相沉積(CVD)金剛石涂層已使用于制造工具，但沒有涉及在超聲工具中使用(US5232568；US5142785；US5376444；US5139372；US4707384；US5022801；WO0962303；BR9500117)。
在一種超聲切割工具的專門結(jié)構(gòu)中，希望具有鉬制的所說工具的基本的主體，因?yàn)殂f是這樣一種材料，超聲在其中傳播很好以及具有對(duì)超聲高的極限強(qiáng)度。還有，鉬是在一定的條件下允許優(yōu)質(zhì)的和較粘附的金剛石生長(zhǎng)的一種材料。然而，在金剛石生長(zhǎng)的環(huán)境中，鉬強(qiáng)烈地碳化和轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)超聲作用的斷裂有高度的敏感的碳化鉬。再者，借助普通的方法在金剛石薄膜和鉬之間獲得的粘附，其界面不足以耐中等強(qiáng)度的超聲作用而不被破壞。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一類切割工具，這類切割工具可以使用于高硬度的材料，這種切割工具允許以CVD金剛石來形成至少一個(gè)工作的端部，產(chǎn)生高的抗力和耐久性，以便，例如耐超聲作用。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述類型的切割工具，這種切割工具允許至少在其工作的端部生長(zhǎng)一個(gè)CVD金剛石層，與形成所說的工具的材料無關(guān)，所說的CVD金剛石層產(chǎn)生一個(gè)實(shí)質(zhì)上與形成所說的工具的材料的粘附。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種形成上述的類型的切割工具的方法，這類切割工具使用于高硬度材料。
這些和其它的目的是借助一個(gè)切割工具實(shí)現(xiàn)，所述的切割工具包括一個(gè)基本的主體，具有一個(gè)工作的端部，所述工作的端部用一種借助CVD生長(zhǎng)技術(shù)獲得的金剛石薄膜涂覆，所述的工作的端部具有表面的印痕，其排列和尺寸用于產(chǎn)生一個(gè)實(shí)質(zhì)上金剛石薄膜用的位置區(qū)的增加，以及與金剛石薄膜干涉程度的一個(gè)增加。
上述的切割工具的獲取是借助形成切割工具的方法，所述的方法包括下列步驟a.提供一個(gè)帶有表面印痕的工作的端部，其排列和尺寸用于產(chǎn)生一個(gè)實(shí)質(zhì)上金剛石薄膜用的位置區(qū)的增加，以及與金剛石薄膜干涉程度的一個(gè)增加；b.使用物理法和化學(xué)法清洗工作的端部的表面；以及c.提供工作的端部用于金剛石薄膜的成核。


以下本發(fā)明將根據(jù)附圖予以說明，附圖中圖1是一個(gè)工具的一個(gè)工具的端部的示意圖，該工具端部帶有圓柱形以及是按照現(xiàn)有的技術(shù)制造的；圖2是圖1所示的工作的端部的放大示意圖；
圖3是一個(gè)工具的一個(gè)工作的端部的示意圖，該工具端部帶有圓柱形以及是按照本發(fā)明的方法用CVD金剛石形成的；圖4是圖3所示的工作的端部一部分的放大的示意圖；圖5是一個(gè)環(huán)形的工作的端部的示意圖，它是按照本發(fā)明用CVD金剛石形成的；圖6是圖5所示的工作的端部的一部分的放大的示意圖；圖7是一個(gè)工作的端部的縱剖面示意圖，該工具端部具有一個(gè)CVD金剛石層是按照本發(fā)明的方法在上述的工作的端部上生長(zhǎng)的；圖8是一個(gè)前視的示意圖，示出一種類型的CVD金剛石生長(zhǎng)反應(yīng)器的示意圖，它使用于形成本發(fā)明的切割工具；圖9是按照本發(fā)明的一個(gè)切割工具的一個(gè)基本的主體的一個(gè)工作的端部的放大的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面就有關(guān)的一種切割工具來說明本發(fā)明，這種工具具體是與超聲一起使用的，以及其類型是使用于切割，研磨和其它有關(guān)硬質(zhì)材料的加工，上述的工具包括一個(gè)基本的主體1，具有一個(gè)工作的端部2，該端部使用一種借助CVD生長(zhǎng)技術(shù)獲得的(薄的或厚的)金剛石薄膜涂覆，以及它在工作的端部2上生長(zhǎng)之后限定一個(gè)整體的金剛石層。
為了制造用CVD金剛石層涂覆的超聲工具，應(yīng)該考慮下列的因素工具材料應(yīng)該是一個(gè)良好的超聲傳輸器和具有對(duì)超聲高的極限強(qiáng)度；它應(yīng)該是適合于CVD金剛石沉積，能夠承受極嚴(yán)酷的沉積環(huán)境條件，以及允許優(yōu)質(zhì)的和良好粘附性的金剛石薄膜的生長(zhǎng)；在沉積CVD金剛石薄膜之后，材料應(yīng)該保持其有關(guān)超聲用途的性能，在CVD金剛石涂膜與工具的基本的主體1的材料之間的粘附應(yīng)該足夠高，以便能承受界面上的超聲的作用，而不使涂層產(chǎn)生分層。
按照本發(fā)明，切割工具至少在其工作的端部2上具有表面的印痕10，其排列和尺寸用于產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上CVD金剛石薄膜用的位置區(qū)的增加以及與后者的機(jī)械干涉程度的增加。
本發(fā)明的工具的形成方法包括下列的步驟提供一個(gè)基本的主體1的工作的端部2，它是由一種適合于切割硬質(zhì)材料的金屬材料制造的并且?guī)в斜砻娴挠『?0；使用物理法和化學(xué)法(例如使用一個(gè)帶有除油劑的超聲槽)清洗上述的工作的端部的表面，以便從上述的表面清除在制造和搬運(yùn)時(shí)產(chǎn)生的碎屑；以及提交工作的端部2用于成核，例如，在一個(gè)CVD金剛石薄膜生長(zhǎng)的反應(yīng)器內(nèi)(圖8)，以形成一個(gè)整體的金剛石涂膜。
在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種方式中，物理清洗是獨(dú)立于化學(xué)清洗的，其中例如工作的端部是經(jīng)受一個(gè)除油操作，最好是在帶有除油劑的槽中進(jìn)行。在本實(shí)施例中，上述的物理的和化學(xué)的清洗步驟是借助把工作的端部2放至一個(gè)帶有除油劑的超聲槽內(nèi)。
提供表面印痕10是借助在工作端部2的表面進(jìn)行機(jī)械加工，制出致密的壓花或劃痕，促進(jìn)生長(zhǎng)的CVD金剛石薄膜的相互接合以及增加薄的或厚的金剛石膜將要生長(zhǎng)的區(qū)域。
在提供表面印痕10之后的制備步驟是借助在超聲槽內(nèi)處理表面的方法獲得的，超聲槽帶有溶劑，離子亞植入的功率范圍例如為由10ev至約2000ev，并帶有至少一個(gè)氮和/或碳，氧和氫的原子團(tuán)的原子，它們有可能根據(jù)基本的主體1的材料形成不同的化合物。
在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種方式中，在金剛石薄膜成核步驟之前，還有一個(gè)附加的步驟是使工作的端部分2進(jìn)行從所說的工作的端部2清除氧化物的工序，例如將其放置在一個(gè)富原子氫的環(huán)境中進(jìn)行清洗操作。這樣的氧化物的清除允許增加在工作的端部2上生長(zhǎng)的金剛石薄膜的粘附性。
致密的壓花和/或劃痕的機(jī)械加工能夠是對(duì)于任何類型的基本的主體1是相同的，而清洗操作和在一個(gè)氫環(huán)境中的清洗過程根據(jù)所說的基本的主體1的材料可以是不同的。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)工作的端部2的材料不允許金剛石薄膜適當(dāng)?shù)纳L(zhǎng)時(shí)，本發(fā)明的切割工具的形成方法在上述的物理的和化學(xué)的清洗步驟之后提供一個(gè)附加的步驟，其中上述的工作的端部2經(jīng)受使用離子轟擊的一個(gè)表面處理，并且該處理的強(qiáng)度和時(shí)間計(jì)算成化學(xué)上轉(zhuǎn)化工作的端部2的表面，使其適合于成核，上述的轟擊實(shí)現(xiàn)的方式是例如通過使用離子浸入法或借助直接的電流放電進(jìn)行離子亞植入。
在使用離子浸入法的離子亞植入的制備步驟中，后者產(chǎn)生在一個(gè)功率范圍內(nèi)，例如，由約0.2kev至100kev。進(jìn)行這個(gè)步驟是由于需要增強(qiáng)粘附性和使用例如氮和/或碳和/或氫的離子，并且有可能形成復(fù)合材料。這種處理增加CVD金剛石涂層和工具的基本的主體1的材料之間的粘附性，阻止碳和氫擴(kuò)散至上述的基本的主體1的內(nèi)部，保護(hù)材料使其在CVD金剛石沉積過程中超聲傳播特征和對(duì)超聲的極限強(qiáng)度不會(huì)損失，這是由于當(dāng)上述的材料例如是鋼或其合金，鉬或其合金，鈮或其合金，以及鈦或其合金時(shí)，阻止大范圍的碳化物或氫層的形成。
在離子亞植入的步驟中，工作的端部2的表面以及緊接上述的表面下的一層集聚一個(gè)改性層，優(yōu)先地是氮，碳和氫離子，其改進(jìn)將在工作的端部2上生長(zhǎng)的金剛石薄膜的粘附性。
本發(fā)明的切割工具的形成的方法產(chǎn)生在，例如，一個(gè)適當(dāng)?shù)腃VD生長(zhǎng)反應(yīng)器內(nèi)(圖8)，在其中在一組基本的主體1之間放置細(xì)絲3，每個(gè)基本的主體1被位于底板5上的相應(yīng)的基底托盤4支承，底板5例如可以垂直地移動(dòng)(或者在圖6所示的環(huán)形工具的情況下可以旋轉(zhuǎn)地運(yùn)動(dòng))以便允許基本的主體1相對(duì)于細(xì)絲3作相對(duì)的位移。
圖9示出一個(gè)基本的主體1的工作的端部2，它具有表面的印痕10，在其上面將按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)CVD金剛石的生長(zhǎng)。
金剛石晶粒的生長(zhǎng)的控制涉及到，例如，均勻地貫穿每個(gè)基本的主體1的工作的端部2的延伸部，這一控制是借助控制某些參數(shù)，比如細(xì)絲3和基本的主體1之間的距離來達(dá)到。
生長(zhǎng)參數(shù)對(duì)保證一個(gè)粗糙的表面，并且?guī)в袃?yōu)先獲取的結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)(111)，該結(jié)構(gòu)完全聚集的晶粒有可用于借助超聲的能量作用的研磨用途的合適的尺寸是重要的。
按照本發(fā)明制備的工具不需要任何類型的專門的焊接，因?yàn)榻饎偸呀?jīng)以希望的尺寸保持在基本的主體1的工作的端部2的材料上。
本發(fā)明的解決方案產(chǎn)生一種工具，其工作的端部2具有高的耐久性，比現(xiàn)有技術(shù)獲得的工作的端部2的耐久性高約30倍，現(xiàn)有技術(shù)如圖1和圖2所示，其中工作的端部2接收借助電鍍金剛石晶粒形成的一個(gè)金剛石涂層，限定的一個(gè)結(jié)構(gòu)帶有如上所述的缺點(diǎn)。
本解決方案允許獲得不同形狀的工作的端部2，可用于不允許使用轉(zhuǎn)動(dòng)工具的地方，或者至少是不適當(dāng)?shù)牡胤剑?，在帶有反向裝置的牙科處理方面(US3956826)和/或接近用于其中至轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)(US5875896)或接近要求移動(dòng)以清除研磨過程產(chǎn)生的材料的那些系統(tǒng)不可能的場(chǎng)所。
此外，按照本發(fā)明獲得的切割工具可以使用于代替現(xiàn)在已有的轉(zhuǎn)動(dòng)工具，因?yàn)槌吮ＷC無論材料是否處于超聲器件的作用下被加工的材料減少損傷，該工具切割速度也相當(dāng)高，以及它具有比轉(zhuǎn)動(dòng)裝置有關(guān)的更好的表面光潔度的加工。
借助超聲進(jìn)行鉆孔和/或修整的這些工具可以具有直線的或傾斜的形狀(圓柱形，錐形，倒錐形，球形，火焰形，環(huán)形等)，在難到達(dá)區(qū)域內(nèi)提供一個(gè)研磨或鉆孔干涉，使用于任何的用途，或者在牙科和/或外科手術(shù)，或者在工業(yè)加工中。
本發(fā)明的工具具有下列的優(yōu)點(diǎn)它實(shí)質(zhì)上在干涉下較少損傷材料，因?yàn)樗刃D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的沖擊?。凰鼘?duì)研磨或鉆孔產(chǎn)生更好的最終的表面光潔度，因?yàn)榻柚鷮?duì)超聲振動(dòng)幅度，工作的端部2的制備和CVD金剛石的晶粒尺寸的控制，使借助表面印痕對(duì)工作的端部2限定的粗糙度被控制；在牙科領(lǐng)域中使用的情況下，它避免了金屬與人體組織或任何被修整的材料的接觸；它不產(chǎn)生類似于高速電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的強(qiáng)烈的噪聲；它產(chǎn)生表面處理的較好的表面光潔度，也就是帶有較小的粗糙度；在使用后較容易清洗，以及與使用旋轉(zhuǎn)器件的鉆孔和/或修整加工比較產(chǎn)生較小的沖擊，它對(duì)被處理的組織引起較小的損傷，因?yàn)榍懈罨虼蚩谆蚝?jiǎn)單的修整是更精確和更少侵蝕，導(dǎo)致圍繞處理區(qū)沒有裂縫。在用于切割和/或修整主要是玻璃，陶瓷，石料等的環(huán)形的器件的情況下，全部的這些優(yōu)點(diǎn)同樣地存在。
在使用CVD金剛石環(huán)形磨盤的情況下(圖5和6)，與使用超聲的鉆孔技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)該指出，在本解決方案中，不需要像普通的技術(shù)那樣把任何附加的研磨材料的粉末用于修整，它使得過程絕對(duì)清潔，也不引入任何其它的鉆孔劑。
在普通的解決方案中，使用于相同目的的工具，無論是在牙科和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域使用的，以及在玻璃，陶瓷等的工業(yè)穿孔中使用的，它們是用金剛石粉末制造的(比如圖1和2所示的，用電鍍焊接，或用其它方法連接至一種支承材料)這些工具使金剛石粉末較容易地釋放，導(dǎo)致被處理的表面與支承的金屬接觸，造成極短的使用壽命。
本發(fā)明的切割工具(圖3-6)，其中借助CVD技術(shù)生長(zhǎng)的金剛石層是在上述的工具的基本的主體1的工作的端部2上形成的一個(gè)整體件，與普通方法獲得的不同，提供一個(gè)長(zhǎng)的使用壽命，沒有金剛石的釋放以及不允許被處理的表面暴露到支承材料。以一個(gè)整體件金剛石層形成的工作的端部2的特點(diǎn)是完全連續(xù)的，以及同時(shí)又是粗糙的，并且?guī)в械木Я３叽缱銐蛐?，以保證鉆孔和修整時(shí)希望的表面光潔度和希望的精確性。形成一個(gè)整體件和帶有實(shí)質(zhì)上均勻的晶粒尺寸的這種特點(diǎn)示于圖3-6。
借助正確地控制CVD金剛石的生長(zhǎng)參數(shù)，而獲得粗糙的表面，由于晶粒的尺寸可以控制地生長(zhǎng)，這種參數(shù)例如，在一個(gè)工作的端部2上提供的為介于20至100μm，例如，帶有表面印痕10是在一個(gè)CVD金剛石薄膜層沉積之前產(chǎn)生在其上的，該薄膜層復(fù)制了上述的表面印痕或者當(dāng)基本的主體1的材料(如鋼)與金剛石的生長(zhǎng)不相容時(shí)，以及當(dāng)把工作的端部2提供至上述的離子亞植入的步驟不進(jìn)行時(shí)，它也可以產(chǎn)生在，例如一個(gè)中間層30上，該中間層是由一種具有傳輸特性和強(qiáng)度以及還可與金剛石生長(zhǎng)相容的材料制造的和設(shè)置在基本的主體1中。提供上述的中間層30允許工作的端部2的表面能夠在其上面接收金剛石薄膜的成核。
雖然鉬及其合金(以及其它的材料)具有使用超聲加工的性能，它們不適合于金剛石沉積和/或如在現(xiàn)有的CVD金剛石生長(zhǎng)技術(shù)的一個(gè)含有高濃度的氫和碳的環(huán)境中當(dāng)經(jīng)受高的金剛石生長(zhǎng)溫度時(shí)它們的性能改變。在金剛石生長(zhǎng)環(huán)境中，鉬大量地碳化，轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟f，它對(duì)超聲作用的斷裂非常敏感。還有，通常借助普通的方法獲得的在金剛石薄膜和鉬之間的粘附性不足以用于界面以承受中等強(qiáng)度的超聲作用而不引起斷裂。
綜上所述，本發(fā)明提供一種解決方案，加入允許CVD金剛石薄膜的粘附的沉積的一個(gè)中間層30，以及在上述的沉積之后一個(gè)性能恢復(fù)的方法。
按照本發(fā)明，中間層30具有外部的表面印痕10，它產(chǎn)生一個(gè)實(shí)質(zhì)上金剛石薄膜的位置區(qū)的增加，以及與后者機(jī)械干涉程度的增加。
在一個(gè)可能的實(shí)施例中，中間層30復(fù)制了工作的端部2的表面印痕10，上述的中間層30例如是一個(gè)薄膜，它沉積在工作的端部2上。在另一個(gè)實(shí)施例中，中間層30是在工作的端部2上沉積之后，以一種方式處理過的，以便具有外部的表面印痕10，以及它是用一種適當(dāng)?shù)募夹g(shù)獲得的，以及設(shè)計(jì)以產(chǎn)生一個(gè)實(shí)質(zhì)上金剛石薄膜的位置區(qū)的增加，以及與后者機(jī)械干涉程度的一個(gè)增加。
按照本發(fā)明以及在使用超聲的這種類型的工具上，基本的主體1是用金屬材料制造的，具有良好的超聲傳輸性，對(duì)超聲高的極限強(qiáng)度，保持上述的性能的能力，以及CVD金剛石生長(zhǎng)的適宜性。
在基本的主體1是用所選的一種材料制造的情況下，中間層30可以是一個(gè)碳化硅薄膜。
在工具與超聲一起使用的情況下，其振幅和頻率根據(jù)特定的用途計(jì)算，基本的主體1的材料也是特定的作為超聲頻率和功率的一個(gè)函數(shù)。
按照本發(fā)明，本切割工具的基本的主體1的材料可以進(jìn)一步選自下列組中之一，包括鋼及其合金，鉬及其合金，鈮及其合金和鈦及其合金。
為了獲得希望的研磨和切割特性，例如，本發(fā)明控制在工作的端部2上產(chǎn)生的表面的印痕10的特性以及它是借助壓花和/或劃痕，和/或借助噴砂，噴玻璃顆粒材料等，和/或借助修整上述的工作的端部2的表面而獲得的。
按照本發(fā)明，工作的端部2的制備不僅允許增加金剛石沉積的界面區(qū)，還可以增加機(jī)械干涉區(qū)，它保持在上述的工作的端部2上生長(zhǎng)的CVD金剛石層。
應(yīng)該指出，所獲得的在CVD金剛石薄膜和本工具的基本的主體1的材料之間的粘附水平使得允許進(jìn)行以前是無法使用普通的超聲工具進(jìn)行的切割，鉆孔，研磨和修整操作。
權(quán)利要求
1.一種切割工具，包括一個(gè)基本的主體(1)，具有一個(gè)工作的端部(2)，所述的工作的端部用一種借助CVD生長(zhǎng)技術(shù)獲得的金剛石薄膜涂覆，其特征在于，所述的主體(1)還包括表面印痕(10)，其排列和尺寸用于產(chǎn)生一個(gè)實(shí)質(zhì)上金剛石薄膜用的位置區(qū)的增加，以及與金剛石薄膜的機(jī)械干涉程度的增加。
2.如權(quán)利要求1所述的切割工具，其特征在于，表面印痕(10)是借助壓花和劃痕限定的至少一種形式獲得的。
3.如權(quán)利要求1所述的切割工具，其特征在于，表面印痕(10)是借助修整和噴射限定的至少一種形式獲得的。
4.如權(quán)利要求1，2和3任何一項(xiàng)所述的切割工具，使用在一個(gè)超聲設(shè)備上，其特征在于，基本的主體(1)是用一種金屬材料制造的，具有良好的超聲傳輸性，對(duì)超聲高的極限強(qiáng)度，保持上述的性能的能力以及對(duì)金剛石薄膜生長(zhǎng)的適宜性。
5.如權(quán)利要求4所述的切割工具，其特征在于，基本的主體(1)的材料是選自下列組中之一，該組包括鋼及其合金，鉬及其合金，鈮及其合金和鈦及其合金。
6.如權(quán)利要求1所述的切割工具，其特征在于，基本的主體(1)的材料對(duì)金剛石生長(zhǎng)的適宜性是借助提供一個(gè)中間層(30)獲得的，該中間層是由一種具有傳輸特性和強(qiáng)度的材料制造的，以及還能夠與金剛石生長(zhǎng)相容，上述的中間層(30)還包括外部的表面的印痕(10)，產(chǎn)生一個(gè)實(shí)質(zhì)上金剛石薄膜用的位置區(qū)的增加，以及與金剛石薄膜機(jī)械干涉程度的增加。
7.如權(quán)利要求6所述的切割工具，其特征在于，中間層(30)復(fù)制了工作的端部(2)的表面的印痕(10)。
8.如權(quán)利要求7所述的切割工具，其特征在于，中間層(30)是以一個(gè)薄膜的形式沉積在工作的端部(2)上。
9.如權(quán)利要求8所述的切割工具，其特征在于，薄膜是用碳化硅制造的。
10.如以上的權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的切割工具，其特征在于，工作的端部(2)具有一個(gè)環(huán)形的橫截面。
11.一種形成切割工具的方法，所述的切割工具包括一個(gè)基本的主體(1)，具有一個(gè)工作的端部(2)，用一種借助CVD生長(zhǎng)技術(shù)獲得的金剛石薄膜涂覆，其特征在于，所述的方法包括下列步驟a.提供一個(gè)帶有表面印痕(10)的工作的端部，其排列和尺寸用于產(chǎn)生一個(gè)實(shí)質(zhì)上金剛石薄膜用的位置區(qū)的增加，以及與金剛石薄膜干涉程度的一個(gè)增加；b.使用物理法和化學(xué)法清洗工作的端部(2)的表面；以及c.提供工作的端部(2)用于金剛石薄膜的成核。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在步驟a中使工作的端部(2)經(jīng)受壓花和劃痕過程之一。
13.如權(quán)利要求11和12中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟a中使工作的端部(2)經(jīng)受修整和噴射過程之一。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，步驟b包括一個(gè)把工作的端部(2)提供至一個(gè)超聲槽的步驟。
15.如權(quán)利要求11和14中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，步驟b包括把工作的端部(2)提供至一個(gè)除油操作的步驟。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，在除油操作中，工作的端部(2)被提供至一個(gè)帶有除油溶劑的槽。
17.如權(quán)利要求11，12，13，14和15中任何一項(xiàng)所述的方法，其中切割工具使用于一個(gè)超聲設(shè)備，其特征在于，該方法在步驟a之前包括提供一個(gè)基本的主體(1)的步驟，所述的主體是用金屬材料制造的，具有良好的超聲傳輸性，對(duì)超聲高的極限強(qiáng)度，金剛石薄膜生長(zhǎng)的適宜性，和在上述的生長(zhǎng)之后保持上述性能的能力。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，基本的主體(1)的材料是選自下列組中之一，該組包括鈮及其合金以及鈦及其合金。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述的方法在步驟b之后包括一個(gè)使工作的端部(2)經(jīng)受使用離子轟擊的一個(gè)表面處理的附加的步驟，并且其強(qiáng)度和時(shí)間是這樣計(jì)算的，使化學(xué)上轉(zhuǎn)化上述的表面和使它適合于生核。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，附加的步驟是使用離子亞植入的制備，其功率范圍由約10ev至約200ev。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，離子亞植入的附加的步驟是離子浸入，其功率范圍由約0.2ev至約100ev。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，離子浸入是使用下列至少一種元素的原子碳、氮、氧和氫。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，在離子亞植入的附加的步驟中，工作的端部(2)經(jīng)受直流放電。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，直流放電是使用在氫氣氛中氮和碳限定的元素之一。
25.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述的方法包括一個(gè)提供一個(gè)中間層(30)的附加的步驟，中間層使基本的主體(1)的材料適合于金剛石生長(zhǎng)，以及中間層它是用一種材料制造的，該材料具有傳輸?shù)奶匦院蛷?qiáng)度，以及還與金剛石生長(zhǎng)相容，上述的中間層(30)還具有外部的表面印痕(10)，產(chǎn)生一個(gè)實(shí)質(zhì)上金剛石薄膜的位置區(qū)的增加，以及與金剛石薄膜干涉程度的增加。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，使用中間層(30)復(fù)制工作的端部(2)的表面印痕(10)。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，所述的方法包括在工作的端部(2)上沉積限定中間層(30)的薄膜一個(gè)附加的步驟。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，此薄膜是一個(gè)碳化硅薄膜。
29.如以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，工作的端部(2)具有一個(gè)環(huán)形的橫截面。
30.如以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在成核的步驟之前它包括使工作的端部(2)經(jīng)受一個(gè)從其表面清除氧化物的操作的附加的步驟。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，清除氧化物的步驟是使工作的端部(2)在帶有原子氫的環(huán)境中經(jīng)受一個(gè)清洗操作。
全文摘要
一種切割工具及其形成的方法。切割工具包括一個(gè)基本的主體(1)，具有一個(gè)工作的端部(2)，該工作的端部用一種借助CVD生長(zhǎng)技術(shù)獲得的金剛石薄膜涂覆，和具有表面印痕(10)，該印痕的排列和尺寸用于產(chǎn)生一個(gè)實(shí)質(zhì)上金剛石薄膜用的位置區(qū)的增加，以及與金剛石薄膜干涉程度的增加。本發(fā)明涉及上述的切割工具和得到上述的工具的方法，上述工具一般地使用于切割、鉆孔、研磨和修整，以及尤其是與超聲系統(tǒng)相接合。
文檔編號(hào)B26D7/08GK1592672SQ02813853
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2002年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月8日
發(fā)明者弗拉迪米爾·J·T·艾羅爾迪, 埃瓦爾多·J·科拉特, 若昂·R·莫羅 申請(qǐng)人:圣保羅國(guó)情研究援助基金會(huì)