CN1592672A - 涂有金刚石cvd的超声切割工具 - Google Patents

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Abstract

一种切割工具及其形成的方法。切割工具包括一个基本的主体(1)，具有一个工作的端部(2)，该工作的端部用一种借助CVD生长技术获得的金刚石薄膜涂覆，和具有表面印痕(10)，该印痕的排列和尺寸用于产生一个实质上金刚石薄膜用的位置区的增加，以及与金刚石薄膜干涉程度的增加。本发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、钻孔、研磨和修整，以及尤其是与超声系统相接合。

Description

涂有金刚石CVD的超声切割工具
技术领域
本发明涉及一种切割工具和使用化学气相沉积(CVD)金刚石(在后文称CVD金刚石)生长的技术形成上述工具的方法，以及更具体地说，涉及一种工具和它的形成方法，这种工具使用于这种类型的超声设备，这类设备通常使用于各种材料制成的任何种类表面的切割，钻孔，研磨和修整，比如陶瓷，玻璃，骨质，牙质，氮化物，碳化物，大理石，花岗岩等，以及尤其是使用于切割硬质材料。
背景技术
超声使用于一些用途，比如切割，钻孔，研磨，修整和清洗久已为人们所知。它的优点也是人们熟知的，主要是在难以达到的区域内机加工材料的能力，在这些区域使用转动的机加工方法，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较高频率的机械振动，超声方法，比如超声切割，钻孔，研磨，修整和清洗方法的一个重要的特征是仅加工在工具的直接作用下的材料，对相邻的区域产生最小的影响，导致高的精密度。由于超声在金属材料内传播，有可能使工具带有不同的形状和进入角，从而允许不仅按照工具给出的形状加工，而且能够在难以到达的区域内进行加工(见SU 1456098；US 4330278；US4505676)。超声工具具有一个专门的设计，其可以考虑在工具材料中超声的传播，以及确定机械振动的一个驻波花样。通常，一个工具设计为在它的作用区具有最大的振动，以及在柄部具有最小的振动(WO200029178)。至于工具材料，重要的是所说的材料应是一个良好的超声传输器和具有对超声高的极限强度。工具材料的后一种特性是非常重要的，因为加工的速度取决于超声强度和使用的最大强度可能受到工具材料对超声的最大强度限制。超声工具的作用区取决于被加工的材料。然而，在大多数的用途中，使用由工具的基体材料本身制造的金属端部是足够的。在清洗加工中，人们可以用树脂或塑料基的材料制造端部。对于切割，钻孔，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体的材料，或者带有一种较硬材料的涂层在工具体的材料上是非常重要的发展。但是，这些代替的方法受到一个事实的限制，连接硬质材料至工具主体的界面必须能承受超声的作用而不被破坏。
尤其是对于加工非常硬的材料，或者那些要求特别仔细的材料，比如石块，陶瓷，玻璃，骨质，牙质，氮化物，碳化物等，通常指出用超声加工，比如超声切割，超声钻孔，超声研磨和修整，但是在获得带有适合于这些用途的硬度和强度的工作端部的工具仍有一个限制。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刚石涂覆的工具。然而，普通的金刚石涂覆方法不适合使用于超声工具。借助制造普通的工具广泛使用的电化学沉积镍，金刚石-金属和金刚石-树脂复合材料使带有不同晶粒尺寸的金刚石粉末粘接，不适合于超声工具，因为在工作时金刚石晶粒容易脱离所说的工具迅速地把所说的工具的金属暴露在被加工的材料的表面。为了克服这些限制，发展了使用不同金属的专门的合金，以允许金刚石晶粒的更好的润湿性，以及随后提供更耐超声的金刚石粉末的粘接(SU 563280；SU837610)。使用这些改进，它有可能延长对某些用途中这些工具的寿命，但并没有达到希望的适当的水平。
虽然化学气相沉积(CVD)金刚石涂层已使用于制造工具，但没有涉及在超声工具中使用(US5232568；US5142785；US5376444；US5139372；US4707384；US5022801；WO0962303；BR9500117)。
在一种超声切割工具的专门结构中，希望具有钼制的所说工具的基本的主体，因为钼是这样一种材料，超声在其中传播很好以及具有对超声高的极限强度。还有，钼是在一定的条件下允许优质的和较粘附的金刚石生长的一种材料。然而，在金刚石生长的环境中，钼强烈地碳化和转变为对超声作用的断裂有高度的敏感的碳化钼。再者，借助普通的方法在金刚石薄膜和钼之间获得的粘附，其界面不足以耐中等强度的超声作用而不被破坏。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一类切割工具，这类切割工具可以使用于高硬度的材料，这种切割工具允许以CVD金刚石来形成至少一个工作的端部，产生高的抗力和耐久性，以便，例如耐超声作用。
本发明的另一个目的是提供上述类型的切割工具，这种切割工具允许至少在其工作的端部生长一个CVD金刚石层，与形成所说的工具的材料无关，所说的CVD金刚石层产生一个实质上与形成所说的工具的材料的粘附。
本发明的另一个目的是提供一种形成上述的类型的切割工具的方法，这类切割工具使用于高硬度材料。
这些和其它的目的是借助一个切割工具实现，所述的切割工具包括一个基本的主体，具有一个工作的端部，所述工作的端部用一种借助CVD生长技术获得的金刚石薄膜涂覆，所述的工作的端部具有表面的印痕，其排列和尺寸用于产生一个实质上金刚石薄膜用的位置区的增加，以及与金刚石薄膜干涉程度的一个增加。
上述的切割工具的获取是借助形成切割工具的方法，所述的方法包括下列步骤：
a.提供一个带有表面印痕的工作的端部，其排列和尺寸用于产生一个实质上金刚石薄膜用的位置区的增加，以及与金刚石薄膜干涉程度的一个增加；
b.使用物理法和化学法清洗工作的端部的表面；以及
c.提供工作的端部用于金刚石薄膜的成核。
附图说明
以下本发明将根据附图予以说明，附图中：
图1是一个工具的一个工具的端部的示意图，该工具端部带有圆柱形以及是按照现有的技术制造的；
图2是图1所示的工作的端部的放大示意图；
图3是一个工具的一个工作的端部的示意图，该工具端部带有圆柱形以及是按照本发明的方法用CVD金刚石形成的；
图4是图3所示的工作的端部一部分的放大的示意图；
图5是一个环形的工作的端部的示意图，它是按照本发明用CVD金刚石形成的；
图6是图5所示的工作的端部的一部分的放大的示意图；
图7是一个工作的端部的纵剖面示意图，该工具端部具有一个CVD金刚石层是按照本发明的方法在上述的工作的端部上生长的；
图8是一个前视的示意图，示出一种类型的CVD金刚石生长反应器的示意图，它使用于形成本发明的切割工具；
图9是按照本发明的一个切割工具的一个基本的主体的一个工作的端部的放大的示意图。
具体实施方式
下面就有关的一种切割工具来说明本发明，这种工具具体是与超声一起使用的，以及其类型是使用于切割，研磨和其它有关硬质材料的加工，上述的工具包括一个基本的主体1，具有一个工作的端部2，该端部使用一种借助CVD生长技术获得的(薄的或厚的)金刚石薄膜涂覆，以及它在工作的端部2上生长之后限定一个整体的金刚石层。
为了制造用CVD金刚石层涂覆的超声工具，应该考虑下列的因素：工具材料应该是一个良好的超声传输器和具有对超声高的极限强度；它应该是适合于CVD金刚石沉积，能够承受极严酷的沉积环境条件，以及允许优质的和良好粘附性的金刚石薄膜的生长；在沉积CVD金刚石薄膜之后，材料应该保持其有关超声用途的性能，在CVD金刚石涂膜与工具的基本的主体1的材料之间的粘附应该足够高，以便能承受界面上的超声的作用，而不使涂层产生分层。
按照本发明，切割工具至少在其工作的端部2上具有表面的印痕10，其排列和尺寸用于产生实质上CVD金刚石薄膜用的位置区的增加以及与后者的机械干涉程度的增加。
本发明的工具的形成方法包括下列的步骤：提供一个基本的主体1的工作的端部2，它是由一种适合于切割硬质材料的金属材料制造的并且带有表面的印痕10；使用物理法和化学法(例如使用一个带有除油剂的超声槽)清洗上述的工作的端部的表面，以便从上述的表面清除在制造和搬运时产生的碎屑；以及提交工作的端部2用于成核，例如，在一个CVD金刚石薄膜生长的反应器内(图8)，以形成一个整体的金刚石涂膜。
在实现本发明的一种方式中，物理清洗是独立于化学清洗的，其中例如工作的端部是经受一个除油操作，最好是在带有除油剂的槽中进行。在本实施例中，上述的物理的和化学的清洗步骤是借助把工作的端部2放至一个带有除油剂的超声槽内。
提供表面印痕10是借助在工作端部2的表面进行机械加工，制出致密的压花或划痕，促进生长的CVD金刚石薄膜的相互接合以及增加薄的或厚的金刚石膜将要生长的区域。
在提供表面印痕10之后的制备步骤是借助在超声槽内处理表面的方法获得的，超声槽带有溶剂，离子亚植入的功率范围例如为由10ev至约2000ev，并带有至少一个氮和/或碳，氧和氢的原子团的原子，它们有可能根据基本的主体1的材料形成不同的化合物。
在实现本发明的一种方式中，在金刚石薄膜成核步骤之前，还有一个附加的步骤是使工作的端部分2进行从所说的工作的端部2清除氧化物的工序，例如将其放置在一个富原子氢的环境中进行清洗操作。这样的氧化物的清除允许增加在工作的端部2上生长的金刚石薄膜的粘附性。
致密的压花和/或划痕的机械加工能够是对于任何类型的基本的主体1是相同的，而清洗操作和在一个氢环境中的清洗过程根据所说的基本的主体1的材料可以是不同的。
在本发明的一个实施例中，当工作的端部2的材料不允许金刚石薄膜适当的生长时，本发明的切割工具的形成方法在上述的物理的和化学的清洗步骤之后提供一个附加的步骤，其中上述的工作的端部2经受使用离子轰击的一个表面处理，并且该处理的强度和时间计算成化学上转化工作的端部2的表面，使其适合于成核，上述的轰击实现的方式是例如通过使用离子浸入法或借助直接的电流放电进行离子亚植入。
在使用离子浸入法的离子亚植入的制备步骤中，后者产生在一个功率范围内，例如，由约0.2kev至100kev。进行这个步骤是由于需要增强粘附性和使用例如氮和/或碳和/或氢的离子，并且有可能形成复合材料。这种处理增加CVD金刚石涂层和工具的基本的主体1的材料之间的粘附性，阻止碳和氢扩散至上述的基本的主体1的内部，保护材料使其在CVD金刚石沉积过程中超声传播特征和对超声的极限强度不会损失，这是由于当上述的材料例如是钢或其合金，钼或其合金，铌或其合金，以及钛或其合金时，阻止大范围的碳化物或氢层的形成。
在离子亚植入的步骤中，工作的端部2的表面以及紧接上述的表面下的一层集聚一个改性层，优先地是氮，碳和氢离子，其改进将在工作的端部2上生长的金刚石薄膜的粘附性。
本发明的切割工具的形成的方法产生在，例如，一个适当的CVD生长反应器内(图8)，在其中在一组基本的主体1之间放置细丝3，每个基本的主体1被位于底板5上的相应的基底托盘4支承，底板5例如可以垂直地移动(或者在图6所示的环形工具的情况下可以旋转地运动)以便允许基本的主体1相对于细丝3作相对的位移。
图9示出一个基本的主体1的工作的端部2，它具有表面的印痕10，在其上面将按照本发明实现CVD金刚石的生长。
金刚石晶粒的生长的控制涉及到，例如，均匀地贯穿每个基本的主体1的工作的端部2的延伸部，这一控制是借助控制某些参数，比如细丝3和基本的主体1之间的距离来达到。
生长参数对保证一个粗糙的表面，并且带有优先获取的结晶学结构(111)，该结构完全聚集的晶粒有可用于借助超声的能量作用的研磨用途的合适的尺寸是重要的。
按照本发明制备的工具不需要任何类型的专门的焊接，因为金刚石已经以希望的尺寸保持在基本的主体1的工作的端部2的材料上。
本发明的解决方案产生一种工具，其工作的端部2具有高的耐久性，比现有技术获得的工作的端部2的耐久性高约30倍，现有技术如图1和图2所示，其中工作的端部2接收借助电镀金刚石晶粒形成的一个金刚石涂层，限定的一个结构带有如上所述的缺点。
本解决方案允许获得不同形状的工作的端部2，可用于不允许使用转动工具的地方，或者至少是不适当的地方，例如，在带有反向装置的牙科处理方面(US3956826)和/或接近用于其中至转动系统(US5875896)或接近要求移动以清除研磨过程产生的材料的那些系统不可能的场所。
此外，按照本发明获得的切割工具可以使用于代替现在已有的转动工具，因为除了保证无论材料是否处于超声器件的作用下被加工的材料减少损伤，该工具切割速度也相当高，以及它具有比转动装置有关的更好的表面光洁度的加工。
借助超声进行钻孔和/或修整的这些工具可以具有直线的或倾斜的形状(圆柱形，锥形，倒锥形，球形，火焰形，环形等)，在难到达区域内提供一个研磨或钻孔干涉，使用于任何的用途，或者在牙科和/或外科手术，或者在工业加工中。
本发明的工具具有下列的优点：它实质上在干涉下较少损伤材料，因为它比旋转运动产生的冲击小；它对研磨或钻孔产生更好的最终的表面光洁度，因为借助对超声振动幅度，工作的端部2的制备和CVD金刚石的晶粒尺寸的控制，使借助表面印痕对工作的端部2限定的粗糙度被控制；在牙科领域中使用的情况下，它避免了金属与人体组织或任何被修整的材料的接触；它不产生类似于高速电动机产生的强烈的噪声；它产生表面处理的较好的表面光洁度，也就是带有较小的粗糙度；在使用后较容易清洗，以及与使用旋转器件的钻孔和/或修整加工比较产生较小的冲击，它对被处理的组织引起较小的损伤，因为切割或打孔或简单的修整是更精确和更少侵蚀，导致围绕处理区没有裂缝。在用于切割和/或修整主要是玻璃，陶瓷，石料等的环形的器件的情况下，全部的这些优点同样地存在。
在使用CVD金刚石环形磨盘的情况下(图5和6)，与使用超声的钻孔技术相结合，应该指出，在本解决方案中，不需要像普通的技术那样把任何附加的研磨材料的粉末用于修整，它使得过程绝对清洁，也不引入任何其它的钻孔剂。
在普通的解决方案中，使用于相同目的的工具，无论是在牙科和医学领域使用的，以及在玻璃，陶瓷等的工业穿孔中使用的，它们是用金刚石粉末制造的(比如图1和2所示的，用电镀焊接，或用其它方法连接至一种支承材料)这些工具使金刚石粉末较容易地释放，导致被处理的表面与支承的金属接触，造成极短的使用寿命。
本发明的切割工具(图3-6)，其中借助CVD技术生长的金刚石层是在上述的工具的基本的主体1的工作的端部2上形成的一个整体件，与普通方法获得的不同，提供一个长的使用寿命，没有金刚石的释放以及不允许被处理的表面暴露到支承材料。以一个整体件金刚石层形成的工作的端部2的特点是完全连续的，以及同时又是粗糙的，并且带有的晶粒尺寸足够小，以保证钻孔和修整时希望的表面光洁度和希望的精确性。形成一个整体件和带有实质上均匀的晶粒尺寸的这种特点示于图3-6。
借助正确地控制CVD金刚石的生长参数，而获得粗糙的表面，由于晶粒的尺寸可以控制地生长，这种参数例如，在一个工作的端部2上提供的为介于20至100μm，例如，带有表面印痕10是在一个CVD金刚石薄膜层沉积之前产生在其上的，该薄膜层复制了上述的表面印痕或者当基本的主体1的材料(如钢)与金刚石的生长不相容时，以及当把工作的端部2提供至上述的离子亚植入的步骤不进行时，它也可以产生在，例如一个中间层30上，该中间层是由一种具有传输特性和强度以及还可与金刚石生长相容的材料制造的和设置在基本的主体1中。提供上述的中间层30允许工作的端部2的表面能够在其上面接收金刚石薄膜的成核。
虽然钼及其合金(以及其它的材料)具有使用超声加工的性能，它们不适合于金刚石沉积和/或如在现有的CVD金刚石生长技术的一个含有高浓度的氢和碳的环境中当经受高的金刚石生长温度时它们的性能改变。在金刚石生长环境中，钼大量地碳化，转变为碳化钼，它对超声作用的断裂非常敏感。还有，通常借助普通的方法获得的在金刚石薄膜和钼之间的粘附性不足以用于界面以承受中等强度的超声作用而不引起断裂。
综上所述，本发明提供一种解决方案，加入允许CVD金刚石薄膜的粘附的沉积的一个中间层30，以及在上述的沉积之后一个性能恢复的方法。
按照本发明，中间层30具有外部的表面印痕10，它产生一个实质上金刚石薄膜的位置区的增加，以及与后者机械干涉程度的增加。
在一个可能的实施例中，中间层30复制了工作的端部2的表面印痕10，上述的中间层30例如是一个薄膜，它沉积在工作的端部2上。在另一个实施例中，中间层30是在工作的端部2上沉积之后，以一种方式处理过的，以便具有外部的表面印痕10，以及它是用一种适当的技术获得的，以及设计以产生一个实质上金刚石薄膜的位置区的增加，以及与后者机械干涉程度的一个增加。
按照本发明以及在使用超声的这种类型的工具上，基本的主体1是用金属材料制造的，具有良好的超声传输性，对超声高的极限强度，保持上述的性能的能力，以及CVD金刚石生长的适宜性。
在基本的主体1是用所选的一种材料制造的情况下，中间层30可以是一个碳化硅薄膜。
在工具与超声一起使用的情况下，其振幅和频率根据特定的用途计算，基本的主体1的材料也是特定的作为超声频率和功率的一个函数。
按照本发明，本切割工具的基本的主体1的材料可以进一步选自下列组中之一，包括钢及其合金，钼及其合金，铌及其合金和钛及其合金。
为了获得希望的研磨和切割特性，例如，本发明控制在工作的端部2上产生的表面的印痕10的特性以及它是借助压花和/或划痕，和/或借助喷砂，喷玻璃颗粒材料等，和/或借助修整上述的工作的端部2的表面而获得的。
按照本发明，工作的端部2的制备不仅允许增加金刚石沉积的界面区，还可以增加机械干涉区，它保持在上述的工作的端部2上生长的CVD金刚石层。
应该指出，所获得的在CVD金刚石薄膜和本工具的基本的主体1的材料之间的粘附水平使得允许进行以前是无法使用普通的超声工具进行的切割，钻孔，研磨和修整操作。

Claims (31)

1.一种切割工具，包括一个基本的主体(1)，具有一个工作的端部(2)，所述的工作的端部用一种借助CVD生长技术获得的金刚石薄膜涂覆，其特征在于，所述的主体(1)还包括表面印痕(10)，其排列和尺寸用于产生一个实质上金刚石薄膜用的位置区的增加，以及与金刚石薄膜的机械干涉程度的增加。
2.如权利要求1所述的切割工具，其特征在于，表面印痕(10)是借助压花和划痕限定的至少一种形式获得的。
3.如权利要求1所述的切割工具，其特征在于，表面印痕(10)是借助修整和喷射限定的至少一种形式获得的。
4.如权利要求1，2和3任何一项所述的切割工具，使用在一个超声设备上，其特征在于，基本的主体(1)是用一种金属材料制造的，具有良好的超声传输性，对超声高的极限强度，保持上述的性能的能力以及对金刚石薄膜生长的适宜性。
5.如权利要求4所述的切割工具，其特征在于，基本的主体(1)的材料是选自下列组中之一，该组包括钢及其合金，钼及其合金，铌及其合金和钛及其合金。
6.如权利要求1所述的切割工具，其特征在于，基本的主体(1)的材料对金刚石生长的适宜性是借助提供一个中间层(30)获得的，该中间层是由一种具有传输特性和强度的材料制造的，以及还能够与金刚石生长相容，上述的中间层(30)还包括外部的表面的印痕(10)，产生一个实质上金刚石薄膜用的位置区的增加，以及与金刚石薄膜机械干涉程度的增加。
7.如权利要求6所述的切割工具，其特征在于，中间层(30)复制了工作的端部(2)的表面的印痕(10)。
8.如权利要求7所述的切割工具，其特征在于，中间层(30)是以一个薄膜的形式沉积在工作的端部(2)上。
9.如权利要求8所述的切割工具，其特征在于，薄膜是用碳化硅制造的。
10.如以上的权利要求中任何一项所述的切割工具，其特征在于，工作的端部(2)具有一个环形的横截面。
11.一种形成切割工具的方法，所述的切割工具包括一个基本的主体(1)，具有一个工作的端部(2)，用一种借助CVD生长技术获得的金刚石薄膜涂覆，其特征在于，所述的方法包括下列步骤：
a.提供一个带有表面印痕(10)的工作的端部，其排列和尺寸用于产生一个实质上金刚石薄膜用的位置区的增加，以及与金刚石薄膜干涉程度的一个增加；
b.使用物理法和化学法清洗工作的端部(2)的表面；以及
c.提供工作的端部(2)用于金刚石薄膜的成核。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤a中使工作的端部(2)经受压花和划痕过程之一。
13.如权利要求11和12中任何一项所述的方法，其特征在于，在步骤a中使工作的端部(2)经受修整和喷射过程之一。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤b包括一个把工作的端部(2)提供至一个超声槽的步骤。
15.如权利要求11和14中任何一项所述的方法，其特征在于，步骤b包括把工作的端部(2)提供至一个除油操作的步骤。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在除油操作中，工作的端部(2)被提供至一个带有除油溶剂的槽。
17.如权利要求11，12，13，14和15中任何一项所述的方法，其中切割工具使用于一个超声设备，其特征在于，该方法在步骤a之前包括提供一个基本的主体(1)的步骤，所述的主体是用金属材料制造的，具有良好的超声传输性，对超声高的极限强度，金刚石薄膜生长的适宜性，和在上述的生长之后保持上述性能的能力。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，基本的主体(1)的材料是选自下列组中之一，该组包括铌及其合金以及钛及其合金。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述的方法在步骤b之后包括一个使工作的端部(2)经受使用离子轰击的一个表面处理的附加的步骤，并且其强度和时间是这样计算的，使化学上转化上述的表面和使它适合于生核。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，附加的步骤是使用离子亚植入的制备，其功率范围由约10ev至约200ev。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，离子亚植入的附加的步骤是离子浸入，其功率范围由约0.2ev至约100ev。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，离子浸入是使用下列至少一种元素的原子：碳、氮、氧和氢。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，在离子亚植入的附加的步骤中，工作的端部(2)经受直流放电。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，直流放电是使用在氢气氛中氮和碳限定的元素之一。
25.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述的方法包括一个提供一个中间层(30)的附加的步骤，中间层使基本的主体(1)的材料适合于金刚石生长，以及中间层它是用一种材料制造的，该材料具有传输的特性和强度，以及还与金刚石生长相容，上述的中间层(30)还具有外部的表面印痕(10)，产生一个实质上金刚石薄膜的位置区的增加，以及与金刚石薄膜干涉程度的增加。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，使用中间层(30)复制工作的端部(2)的表面印痕(10)。
27.如权利要求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)上沉积限定中间层(30)的薄膜一个附加的步骤。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，此薄膜是一个碳化硅薄膜。
29.如以上权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，工作的端部(2)具有一个环形的横截面。
30.如以上权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，在成核的步骤之前它包括使工作的端部(2)经受一个从其表面清除氧化物的操作的附加的步骤。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，清除氧化物的步骤是使工作的端部(2)在带有原子氢的环境中经受一个清洗操作。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102753117A (zh) * 2009-12-21 2012-10-24 有限会社锦部制作所 研磨用工作尖

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2013105348A1 (ja) * 2012-01-10 2015-05-11 住友電工ハードメタル株式会社 ダイヤモンド被覆工具
DE102012215191A1 (de) * 2012-03-14 2013-09-19 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Werkzeug für Ultraschallschweißvorrichtung
CN106011776B (zh) * 2016-07-14 2018-09-21 上海开山中夏节能科技有限公司 一种钛管表面种植金刚石微晶的方法
BR102020018482A2 (pt) * 2020-09-10 2022-03-22 Destinar Distribuidora Ltda Processo de fabricação de brocas e/ou pontas em diamante-cvd para desgaste, abrasão e/ou corte de materiais biológicos e afins
US20230008344A1 (en) * 2021-07-07 2023-01-12 Todd C. SNYDER Dental bur

Family Cites Families (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3956826A (en) 1974-03-19 1976-05-18 Cavitron Corporation Ultrasonic device and method
SU563280A1 (ru) 1974-10-15 1977-06-30 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Проблем Материаловедения Ан Украинской Сср Состав алмазоносного инструмента
SU837610A1 (ru) 1979-10-08 1981-06-15 Ереванский Политехнический Институтим. Карла Mapkca Масса дл изготовлени алмазногоульТРАзВуКОВОгО иНСТРуМЕНТА
US4330278A (en) 1980-06-30 1982-05-18 Howard Martin Endodontic flow-through ultrasonic instrument holder device
US4505676A (en) 1983-09-30 1985-03-19 Dentsply Research & Development Corp. Endodontic unit
SE442305B (sv) 1984-06-27 1985-12-16 Santrade Ltd Forfarande for kemisk gasutfellning (cvd) for framstellning av en diamantbelagd sammansatt kropp samt anvendning av kroppen
US4764434A (en) * 1987-06-26 1988-08-16 Sandvik Aktiebolag Diamond tools for rock drilling and machining
IE892863L (en) * 1988-09-09 1990-03-09 Galderma Rech Dermatologique Abrasive compacts
US5011515B1 (en) * 1989-08-07 1999-07-06 Robert H Frushour Composite polycrystalline diamond compact with improved impact resistance
DE69112465T2 (de) 1990-03-30 1996-03-28 Sumitomo Electric Industries Polykristallines Diamantwerkzeug und Verfahren für seine Herstellung.
US5022801A (en) 1990-07-18 1991-06-11 The General Electric Company CVD diamond coated twist drills
US5376444A (en) 1990-07-27 1994-12-27 Grotepass; Wilhelm P. Diamond coated wear resistant tools
US5236740A (en) * 1991-04-26 1993-08-17 National Center For Manufacturing Sciences Methods for coating adherent diamond films on cemented tungsten carbide substrates
US5142785A (en) 1991-04-26 1992-09-01 The Gillette Company Razor technology
JP2981012B2 (ja) * 1991-05-07 1999-11-22 旭ダイヤモンド工業株式会社 ダイヤモンド被覆工具の製造方法
US5232568A (en) 1991-06-24 1993-08-03 The Gillette Company Razor technology
US5299937A (en) * 1992-07-29 1994-04-05 Si Diamond Technology, Inc. Dental instruments having diamond-like working surface
DE69330052T2 (de) * 1992-12-08 2001-11-15 Osaka Diamond Industrial Co., Sakai Ultrahartes folienbeschichtetes material und dessen herstellung
GB2273306B (en) * 1992-12-10 1996-12-18 Camco Drilling Group Ltd Improvements in or relating to cutting elements for rotary drill bits
US5355969A (en) * 1993-03-22 1994-10-18 U.S. Synthetic Corporation Composite polycrystalline cutting element with improved fracture and delamination resistance
US5431239A (en) * 1993-04-08 1995-07-11 Tibbitts; Gordon A. Stud design for drill bit cutting element
US5379854A (en) * 1993-08-17 1995-01-10 Dennis Tool Company Cutting element for drill bits
JPH0768425A (ja) * 1993-09-03 1995-03-14 Fujitsu Ltd ダイヤモンド被覆工具の製造方法
US5558789A (en) * 1994-03-02 1996-09-24 University Of Florida Method of applying a laser beam creating micro-scale surface structures prior to deposition of film for increased adhesion
JP3728465B2 (ja) * 1994-11-25 2005-12-21 株式会社神戸製鋼所 単結晶ダイヤモンド膜の形成方法
BR9500117A (pt) 1995-01-06 1996-12-31 Inst Nacional De Pesquisas Esp Brocas e serras para perfuraçao e cortes de vidros e pedras em geral desenvolvidas com filmes finos e auto-sustentados de diamante obtidos com a técnica de deposiçao química a partir da fase vapor-cvd(chemical vapor deposition)
BR9500865A (pt) 1995-02-21 1997-04-29 Inst Nacional De Pesquisas Esp Brocas para uso odontológico ou uso correlato de desgaste ou perfuração revestidas com diamante obtido com as técnicas químicas de crescimento a partir da fase vapor -CVD(chemical vapor deposition)
US5688557A (en) * 1995-06-07 1997-11-18 Lemelson; Jerome H. Method of depositing synthetic diamond coatings with intermediates bonding layers
US5776355A (en) * 1996-01-11 1998-07-07 Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corp Method of preparing cutting tool substrate materials for deposition of a more adherent diamond coating and products resulting therefrom
US5662720A (en) * 1996-01-26 1997-09-02 General Electric Company Composite polycrystalline diamond compact
US5875896A (en) * 1996-11-05 1999-03-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Unified semiconductor wafer packaging system to unify irregular shape buffer materials
US5868570A (en) * 1996-12-13 1999-02-09 San Diego Swiss Machining, Inc. Ultrasonic dental tool
GB9703571D0 (en) * 1997-02-20 1997-04-09 De Beers Ind Diamond Diamond-containing body
DE19716330C2 (de) * 1997-04-18 1999-08-26 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Schleifwerkzeug und Verwendung des Verfahrens
US6164968A (en) * 1997-05-28 2000-12-26 Feine; James Trimodular ultrasonic dental device
US6042463A (en) * 1997-11-20 2000-03-28 General Electric Company Polycrystalline diamond compact cutter with reduced failure during brazing
US6199645B1 (en) * 1998-02-13 2001-03-13 Smith International, Inc. Engineered enhanced inserts for rock drilling bits
DE19852642C1 (de) 1998-11-14 2000-03-30 Hielscher Gmbh Ultraschall-Schneideinrichtung
ES2325478T3 (es) * 2000-05-11 2009-09-07 Nobel Biocare Ab Pseudograbado de una herramienta dental de preparacion para la osteotomia recubierta de carbono similar al diamante.
US6641395B2 (en) * 2000-08-02 2003-11-04 Nobel Biocare Ab Endosseous implant drill
US6722883B2 (en) * 2000-11-13 2004-04-20 G & H Technologies Llc Protective coating for abrasive dental tools and burs
DE10109321B4 (de) * 2001-02-27 2004-07-01 Edenta Ag Dentalprodukte Switzerland Dentalwerkzeug

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102753117A (zh) * 2009-12-21 2012-10-24 有限会社锦部制作所 研磨用工作尖

Also Published As

Publication number Publication date
BR0103109B1 (pt) 2011-09-06
US7700195B2 (en) 2010-04-20
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ES2309179T3 (es) 2008-12-16
WO2002100612A2 (en) 2002-12-19
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DE60227942D1 (de) 2008-09-11
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