CN104136171B - 使用多晶体cvd合成金刚石修整机来修整磨轮的方法以及制造它的方法 - Google Patents
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Abstract
一种使用多晶体CVD合成金刚石修整机来修整轮的方法，该方法包括：使得轮旋转；以及使得轮的工作表面与多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面接触；其中，多晶体CVD合成金刚石修整机定向成这样，使得多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面的前边缘由比多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面的后边缘大的颗粒来形成。
Description
技术领域
本发明的某些实施例涉及多晶体CVD金刚石轮修整机部件以及利用它的方法。
背景技术
研磨、抛光和切割轮用于多种工业处理中。这些轮大致包括磨粒基体，该磨粒基体形成环绕轮的外周表面的工作表面。在使用中，这样的轮旋转和与要研磨、抛光或切割的部件接触。在使用过程中，这样的轮能够从它们的初始轮轮廓变形、由于在轮的工作表面处的研磨粒的形成圆角而变光滑、或者变得载有污染材料。修整轮将除去轮的工作表面的一部分，以便使得轮返回至它的初始轮廓、除去形成圆角的研磨粒以便露出新鲜的研磨粒、和/或从轮上清洁污染材料。这通过使得轮旋转和使得轮修整机工具横过轮的工作表面运动而实现。
图1表示了轮修整的处理。具有工作表面4的轮2沿方向R旋转。修整机工具6(该修整机工具6包括在保持器10中的修整机工件8)施加在轮的工作表面上，并沿方向X横过轮的工作表面来回运动，该方向X垂直于在接触点处的轮旋转方向或工作表面，并平行于轮的旋转轴线。材料从轮的工作表面上除去，以便重新获得良好的工作表面，从而能够延长轮的工作寿命。
已经发现，金刚石材料由于它的极端硬度和耐磨性而有利地用于制造修整机工具。这样的金刚石修整机工具大致包括安装在保持器中的金刚石工件，该保持器例如可以使用金属材料来制造。金刚石工件可以使用单晶体的天然、CVD合成或HPHT合成金刚石材料来制造。也可选择，金刚石工件可以包括粘在粘合材料基体中的大量金刚石颗粒。还可以选择，金刚石工件可以使用多晶体CVD合成金刚石材料来制造，该多晶体CVD合成金刚石材料包括通过金刚石与金刚石粘接(由于CVD生长方法)而直接粘接在一起的大量金刚石颗粒。
本发明特别涉及金刚石修整机工具，其中，工具的金刚石工件由多晶体CVD金刚石工件形成。这样的多晶体CVD合成金刚石修整机如图2中所示来制造。首先，例如使用微波等离子体触发的CVD金刚石合成技术来制造多晶体CVD金刚石材料20的独立盘。然后，多个修整机块22从多晶体CVD金刚石材料20的盘上激光切割(为了清楚，只表示了一个修整机块22)。修整机块22具有工作表面24。修整机块安装在保持器26中，其中工作表面24暴露以便用于修整用途。在使用过程中，工作表面24施加在轮的工作表面上，如图1中所示。经过一段时间，工作表面24磨损，修整机块沿长度l逐渐变得更短，如图2中所示，直到它完全磨去和需要新的工具。
本发明的实施例的目的是降低多晶体CVD合成金刚石修整机部件的磨损率，从而增加它们的使用寿命。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种使用多晶体CVD合成金刚石修整机来修整轮的方法，该方法包括：
使得轮旋转；以及
使得轮的工作表面与多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面接触；
其中，多晶体CVD合成金刚石修整机定向成这样，使得多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面的前边缘由比多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面的后边缘大的颗粒来形成。
根据本发明的第二方面，设有一种制造多晶体CVD合成金刚石修整机的方法，该方法包括：
制造多晶体CVD合成金刚石材料的独立片(wafer)，该独立片有成核面和生长面，该生长面包括比成核面大的颗粒；
切割多晶体CVD合成金刚石材料的独立片，以便形成多晶体CVD合成金刚石修整机；以及
标记多晶体CVD合成金刚石修整机，以便指示多晶体CVD合成金刚石修整机的哪一侧对应于包括较大颗粒的生长面，因此，在使用中，多晶体CVD合成金刚石修整机能够一致地定向成使得多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面的前边缘由比多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面的后边缘大的颗粒来形成。
附图说明
为了更好地理解本发明和表示可以怎样实施本发明，下面将参考附图通过示例来介绍本发明的实施例，附图中：
图1表示了轮修整的过程；
图2表示了在制造多晶体CVD合成金刚石修整机时涉及的步骤；
图3表示了多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面；
图4(a)至4(c)表示了多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面相对于要修整的轮的运动的多种可能方位；
图5表示了在使用中修整机部件的优选方位；以及
图6表示了在制造多晶体CVD合成金刚石修整机时涉及的步骤，该多晶体CVD合成金刚石修整机能够在使用中很容易地定向成优选方位。
具体实施方式
多晶体CVD合成金刚石材料具有固有的各向异性。这是因为当多晶体CVD合成金刚石材料的盘生长时，材料的颗粒尺寸逐渐增加。因此，多晶体CVD合成金刚石盘的成核面包括比生长面小的颗粒。当修整机部件从多晶体CVD合成金刚石材料的盘上被激光切割时，如图2中所示，穿过盘厚度的这种颗粒尺寸的各向异性转变成横过修整机部件的工作端表面的、相应的颗粒尺寸各向异性。
本发明人假定在结构中的这种固有的各向异性将导致磨损率的相应各向异性。不过，尽管对于单晶体金刚石修整机部件已经观察到关于特殊结晶平面和方向的不同磨损率的定向性能，但是对于多晶体CVD合成金刚石修整机部件的现有数据提出在修整机部件应用中多晶体CVD合成金刚石材料的磨损率与在使用时多晶体CVD合成金刚石修整机部件的定向无关。
图3表示了修整机部件的工作表面的平面图。工作表面包括：第一边缘30，该第一边缘30包括与盘(修整机部件从该盘切割)的生长表面侧相对应的较大颗粒；第二边缘32，该第二边缘32与第一边缘30相对，该第二边缘32包括较小颗粒，并与盘(修整机部件从该盘切割)的成核表面侧相对应；以及侧边缘34，该侧边缘34从第一边缘延伸至第二边缘，并包括尺寸从第一边缘向第二边缘逐渐减小的颗粒。
当在修整用途中置于轮上时，修整机部件的工作表面可以定向成使得任意一个前述边缘形成前边缘，旋转轮的一部分在该前边缘上面经过。因为侧边缘34对应于相同的结构方位，因此这样形成三个可能的工作方位，如图4(a)至4(c)中所示(在附图中，以与图1中所示类似的方式，轮旋转的方向由参考标号R表示，修整机部件的横向运动由参考标号X表示)：
(i)修整机部件的工作表面可以施加在旋转轮上，以使得第一边缘30形成前边缘。在这种情况下，旋转轮的一部分将首先经过包括较大颗粒的边缘30，然后在后边缘处失去与工作表面的接触之前横过修整机的工作表面传送，该后边缘由包括较小颗粒的第二边缘32形成。该结构在图4(a)中所示。
(ii)修整机部件的工作表面可以施加在旋转轮上，以使得第二边缘32形成前边缘。在这种情况下，旋转轮的一部分将首先经过包括较小颗粒的第二边缘32，然后在后边缘处失去与工作表面的接触之前横过修整机的工作表面传送，该后边缘由包括较大颗粒的第一边缘30形成。该结构在图4(b)中所示。
(iii)修整机部件的工作表面可以施加在旋转轮上，以使得侧边缘34形成前边缘。在这种情况下，旋转轮的一部分将首先经过包括较大和较小颗粒的侧边缘34，然后在后边缘处失去与工作表面的接触之前横过修整机的工作表面传送，该后边缘由也包括较大和较小颗粒的相对侧边缘34形成。该结构在图4(c)中所示。
令人惊讶的是，已经发现当与图4(b)和4(c)中所示的方位比较时，在图4(a)中所示的方位导致减小的磨损率和增加的修整机部件使用寿命。也就是，优选是将修整机部件安装成这样，在修整用途中，使得修整机部件的工作表面的前边缘包括较大颗粒，从而对应于多晶体CVD合成金刚石盘(修整机部件从该盘上切割)的生长表面。在测试中，已经发现更快磨损率和最低使用寿命的方位是这样的方位，其中，前边缘包括最小颗粒，对应于多晶体CVD合成金刚石盘(修整机部件从该盘上切割)的生长表面(图4(b))。将修整机部件重新定向成使得前边缘由工作表面的侧边缘形成将导致磨损率减小，且修整机部件的使用寿命增加30％(图4(c))。不过，将修整机部件重新定向成图4(a)中所示的方位将导致磨损率进一步降低，且修整机部件的使用寿命增加70％。因此，图4(a)中所示的方位明显优于其它可能的方位。
根据上面所述，显然优选是将多晶体CVD合成修整机部件定向成图5中所示的结构。这里，修整机部件正确地定向成使得工作表面的前边缘50对应于盘(修整机部件从该盘切割)的生长面，并包括比后边缘52大的颗粒，该后边缘52对应于盘(修整机部件从该盘切割)的成核面。在附图中，轮54沿方向R旋转，修整机部件沿方向X横过该轮来回运动。
为了如上所述正确定向修整机部件，优选是使得修整机部件设有合适的标记，以使得前边缘能够很容易地用眼睛来识别。也就是，多晶体CVD合成金刚石修整机设有视觉标记，以便指示正确的方位，因此，在使用中，多晶体CVD合成金刚石修整机能够一致地定向成使得多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面的前边缘由比多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面的后边缘大的颗粒来形成。视觉标记可以提供于修整机的表面上。不过，这样的标记可能在使用中被除去。因此，用于视觉标记的一种可选形式是提供这样的修整机部件，其中，工作表面具有不对称形状。然后，该不对称形状能够用于将工作表面正确地定向成使得前边缘对应于初始多晶体CVD金刚石片(修整机部件从该片上切割)的生长面。例如，多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面可以是梯形形状。特别优选的结构是提供一种梯形工作表面，其中，具有较大颗粒的前边缘是梯形工作表面的最长平行边缘。
前述多晶体CVD合成金刚石修整机能够由以下方法来制造，该方法包括：
制造多晶体CVD合成金刚石材料的独立片，该独立片有成核面和生长面，该生长面包括比成核面大的颗粒；
切割多晶体CVD合成金刚石材料的独立片，以便形成多晶体CVD合成金刚石修整机；以及
标记多晶体CVD合成金刚石修整机，以便指示多晶体CVD合成金刚石修整机的哪一侧对应于包括较大颗粒的生长面，因此，在使用中，多晶体CVD合成金刚石修整机能够一致地定向成使得多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面的前边缘由比多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面的后边缘大的颗粒来形成。
标记可以在切割步骤中成一体地进行，多晶体CVD合成金刚石材料的独立片切割成使得多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面具有不对称形状，如前所述。这样，已经发现，使用例如激光切割的技术来从多晶体CVD合成金刚石材料的盘上切割修整机部件将导致形成切口角。这是因为这样的切割部在前部面处更宽(当与被切割的盘的后部面比较时)，如图6中所示。在图6中，多晶体CVD合成金刚石盘60具有成核面62和生长面64。通过成核面的激光切割66将由于激光切口损失而产生梯形修整机部件68。因此，修整机部件的工作表面70有梯形形状。当使用从多晶体CVD合成金刚石盘的成核面向生长面的切割方向来切割修整机部件时，修整机部件的工作表面将有梯形形状，其中，成核边缘比生长表面边缘短。因此，修整机部件能够很容易地定向成使得前边缘在使用中是梯形工作表面的最长平行边缘，对应于多晶体CVD合成金刚石盘60的生长面。因此，优选是，多晶体CVD合成金刚石材料的独立片沿从成核面向生长面的方向来切割，以便形成多晶体CVD合成金刚石修整机。在这样的结构中，当切割以适合产生可视觉观察的切口损失角度的能量和切割速率来进行时，切口损失角度将导致梯形工作表面，而不需要进一步的处理。例如，切口损失角度可以在1°至10°、1°至8°、1°至6°、2°至6°、或者2°至4°的范围内。切口损失角度应当足够大，以使得它能够视觉观察。不过，切口损失不应当大到使得过多材料在切割处理过程中损失。
尽管已经参考优选实施例来特别表示和介绍了本发明，但是本领域技术人员应当知道，在不脱离由附加权利要求确定的本发明范围的情况下可以对形式和细节进行多种变化。
Claims (16)
1.一种使用多晶体CVD合成金刚石修整机来修整轮的方法，所述方法包括：
使得轮旋转；以及
使得轮的工作表面与多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面接触；
其中，多晶体CVD合成金刚石修整机包括通过金刚石与金刚石粘接而直接粘接在一起的大量金刚石颗粒，
其中，多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面包括：第一边缘，所述第一边缘包括较大颗粒；第二边缘，所述第二边缘与第一边缘相对，所述第二边缘包括较小颗粒；以及侧边缘，所述侧边缘从第一边缘延伸至第二边缘，并包括尺寸从第一边缘向第二边缘逐渐减小的颗粒，以及
多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面施加在旋转的轮的工作表面上，使得第一边缘相对于轮的旋转方向形成前边缘，由此，旋转的轮的一部分将首先经过包括较大颗粒的第一边缘，然后在后边缘处脱离与工作表面的接触之前横过多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面传送，所述后边缘由包括较小颗粒的第二边缘形成。
2.根据权利要求1所述的修整轮的方法，其中：多晶体CVD合成金刚石修整机设有视觉标记，以便表示正确方位，因此，在使用中，多晶体CVD合成金刚石修整机能够一致地定向成使得多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面的前边缘由比多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面的后边缘大的颗粒形成。
3.根据权利要求2所述的修整轮的方法，其中：视觉标记由具有不对称形状的工作表面来提供。
4.根据权利要求3所述的修整轮的方法，其中：多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面为梯形形状。
5.根据权利要求4所述的修整轮的方法，其中：多晶体CVD合成金刚石修整机定向成使得具有较大颗粒的前边缘是梯形工作表面的最长平行边缘。
6.一种制造多晶体CVD合成金刚石修整机的方法，所述方法包括：
制造多晶体CVD合成金刚石材料的独立片，所述独立片具有成核面和生长面，所述生长面包括比成核面大的颗粒，其中，多晶体CVD合成金刚石材料包括通过金刚石与金刚石粘接而直接粘接在一起的大量金刚石颗粒；
切割多晶体CVD合成金刚石材料的独立片，以便形成多晶体CVD合成金刚石修整机，其中，多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面包括：第一边缘，所述第一边缘包括较大颗粒；第二边缘，所述第二边缘与第一边缘相对，所述第二边缘包括较小颗粒；以及侧边缘，所述侧边缘从第一边缘延伸至第二边缘，并包括尺寸从第一边缘向第二边缘逐渐减小的颗粒；以及
标记多晶体CVD合成金刚石修整机，以便指示多晶体CVD合成金刚石修整机的哪一侧对应于包括较大颗粒的生长面，因此，在使用中，多晶体CVD合成金刚石修整机能够一致地定向成使得多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面施加在旋转的轮的工作表面上，使得第一边缘相对于轮的旋转方向形成前边缘，由此，旋转的轮的一部分将首先经过包括较大颗粒的第一边缘，然后在后边缘处脱离与工作表面的接触之前横过多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面传送，所述后边缘由包括较小颗粒的第二边缘形成。
7.根据权利要求6所述的方法，其中：标记在切割步骤中成一体地进行，多晶体CVD合成金刚石材料的独立片被切割成使得多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面具有不对称形状。
8.根据权利要求7所述的方法，其中：多晶体CVD合成金刚石材料的独立片被切割成使得多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面具有梯形形状。
9.根据权利要求8所述的方法，其中：梯形的工作表面的最长平行边缘对应于生长面，梯形的工作表面的最短平行边缘对应于成核面。
10.根据权利要求9所述的方法，其中：多晶体CVD合成金刚石材料的独立片沿从成核面向生长面的方向被切割，以便形成多晶体CVD合成金刚石修整机。
11.根据权利要求8至10中任意一项所述的方法，其中：以适合产生可视觉观察的切口损失角度的能量和切割速率来进行切割。
12.根据权利要求11所述的方法，其中：切口损失角度在1°至10°、1°至8°、1°至6°、2°至6°、或者2°至4°的范围内。
13.一种多晶体CVD合成金刚石修整机，所述多晶体CVD合成金刚石修整机包括：
通过金刚石与金刚石粘接而直接粘接在一起的大量金刚石颗粒；
工作表面，所述工作表面包括：第一边缘，所述第一边缘包括较大颗粒；第二边缘，所述第二边缘与第一边缘相对，所述第二边缘包括较小颗粒；以及侧边缘，所述侧边缘从第一边缘延伸至第二边缘，并包括尺寸从第一边缘向第二边缘逐渐减小的颗粒，以及
标记，用于指示多晶体CVD合成金刚石修整机的哪一侧对应于包括较大颗粒的生长面，因此，在使用中，多晶体CVD合成金刚石修整机能够一致地定向成使得多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面施加在旋转的轮的工作表面上，使得第一边缘相对于轮的旋转方向形成前边缘，由此，旋转的轮的一部分将首先经过包括较大颗粒的第一边缘，然后在后边缘处脱离与工作表面的接触之前横过多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面传送，所述后边缘由包括较小颗粒的第二边缘形成。
14.根据权利要求13所述的多晶体CVD合成金刚石修整机，其中：所述多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面具有不对称形状。
15.根据权利要求14所述的多晶体CVD合成金刚石修整机，其中：所述多晶体CVD合成金刚石修整机的工作表面具有梯形形状。
16.根据权利要求15所述的多晶体CVD合成金刚石修整机，其中：梯形的工作表面的最长平行边缘对应于生长面，梯形工作表面的最短平行边缘对应于成核面。
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