DE4029285A1 - Ultrasonic machining appts. for hard brittle work - has silicon machining tool pref. with protective layer of silicon nitride in holder, and ultrasonic transducer - Google Patents
Ultrasonic machining appts. for hard brittle work - has silicon machining tool pref. with protective layer of silicon nitride in holder, and ultrasonic transducerInfo
- Publication number
- DE4029285A1 DE4029285A1 DE19904029285 DE4029285A DE4029285A1 DE 4029285 A1 DE4029285 A1 DE 4029285A1 DE 19904029285 DE19904029285 DE 19904029285 DE 4029285 A DE4029285 A DE 4029285A DE 4029285 A1 DE4029285 A1 DE 4029285A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- tool
- silicon
- machining
- ultrasonic
- protective layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B35/00—Machines or devices designed for superfinishing surfaces on work, i.e. by means of abrading blocks reciprocating with high frequency
- B24B35/005—Machines or devices designed for superfinishing surfaces on work, i.e. by means of abrading blocks reciprocating with high frequency for making three-dimensional objects
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
- B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
- B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
- B28D5/04—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools
- B28D5/047—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools by ultrasonic cutting
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Ultraschall bearbeitung insbesondere hartspröder Werkstoffe, bei dem das Bearbeitungswerkzeug wenigstens teilweise aus Silicium besteht.The invention relates to an arrangement for ultrasound machining in particular hard brittle materials, in which the Machining tool consists at least partially of silicon.
Aus "Keramikbearbeitung", Carl Hanser Verlag, München 1989, Seiten 423 bis 443, ist ein Verfahren bekannt, mit dem hart spröde Werkstoffe, beispielsweise Keramik, Glas, Glaskeramik oder auch Quarze, mit Hilfe des Ultraschallschwingläppens bearbeitet werden. Dabei werden die benötigten mechanischen Schwingungen durch ein Schwingungssystem erzeugt, das im we sentlichen aus einem Ultraschallgenerator, einem Ultraschall wandler, einem Ultraschalltransformator und einer Sonotrode mit einem Bearbeitungswerkzeug besteht. Zwischen dem Bearbeitungs werkzeug und einem Werkstück ist ein Läppgemisch vorgesehen. Das formübertragende Bearbeitungswerkzeug läßt dabei infolge seiner longitudinalen Schwingungen die in einer Flüssigkeit dispergierten Läppkörner, die beispielsweise aus Borcarbid oder auch Diamant bestehen können, mit ihren Spitzen stoßartig in die Werkstücksrandzone eingreifen, so daß kleinste Späne in folge Mikrorißbildung und fluiddynamischer Effekte abgetrennt und mit der Läppsuspension aus dem Wirkspalt gespült werden. Zeitlich und räumlich aufsummiert führen diese Mikrorisse zur Abbildung des Profilwerkzeugs im Werkstück. Als Werkzeugmate rial kann dabei beispielsweise eine Chrom-Nickel- oder Chrom- Vanadium-Legierung vorgesehen sein.From "Keramikverarbeitung", Carl Hanser Verlag, Munich 1989, Pages 423 to 443, a method is known by which hard brittle materials, for example ceramics, glass, glass ceramics or quartz, with the help of ultrasonic vibratory lapping to be edited. The required mechanical Vibrations generated by a vibration system, which in the we mainly from an ultrasound generator, an ultrasound transducer, an ultrasonic transformer and a sonotrode with a processing tool. Between editing a lapping mixture is provided for the tool and a workpiece. The shape-transferring processing tool leaves as a result its longitudinal vibrations are in a liquid dispersed lapping grains, for example made of boron carbide or can also exist diamond, with their tips jerky in engage the workpiece edge zone so that the smallest chips in follow microcracking and fluid dynamic effects separated and rinsed out of the active gap with the lapping suspension. These microcracks add up in time and space Illustration of the profile tool in the workpiece. As a tool mat For example, a chrome-nickel or chrome Vanadium alloy can be provided.
Bei diesem bekannten Verfahren kann auch am Werkzeug ein Ver schleiß auftreten, dessen Ausmaß von den Härten der beteilig ten Oberflächen abhängt. Wegen dieses unvermeidlichen Ver schleißes ist besonders die Wirtschaftlichkeit der Werkzeugher stellung von Bedeutung. Beispielsweise in der Feinwerktechnik und insbesondere in der Mikrosystemtechnik sowie der Vakuum-Mi kroelektronik sind dabei jedoch Bearbeitungsschritte erforder lich, die bei den bekannten Werkzeugmaterialien nur schwer oder überhaupt nicht durchgeführt werden können.In this known method, a Ver Wear occur, the extent of which depends on the hardness of the involved depends on the surface. Because of this inevitable ver wear is particularly the cost-effectiveness of toolmakers position of importance. For example in precision engineering and especially in microsystem technology and vacuum mi However, microelectronics require processing steps Lich, difficult or with the known tool materials can't be done at all.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das bekannte Ver fahren zur Ultraschallbearbeitung zu verbessern, insbesondere soll ein Werkzeugmaterial angegeben werden, das auch zur Her stellung komplexer Formen mit hoher Präzision geeignet ist, deren kritische Abmessungen im Bereich zwischen einigen 10µm und 100µm liegen können.The invention is based on the object, the known Ver drive to improve ultrasound processing, in particular a tool material is to be specified, position complex shapes with high precision, their critical dimensions in the range between a few 10 µm and can be 100µm.
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß sich Sili cium als Ausgangsmaterial zur Ausbildung komplexer Formen im Submillimeterbereich besonders eignet und sie besteht in dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1. Vorzugsweise ist monokristallines Silicium vorgesehen. Die Form des Werkzeuges kann mit den bekannten Verfahren der Mikrostrukturtechnik, beispielsweise der Photolithographie, dem isotropen oder aniso tropen Ätzen, dem Sputtern oder auch dem Aufdampfen ausgebildet werden.The invention is now based on the knowledge that Sili cium as a starting material for the formation of complex forms in Submillimeter range is particularly suitable and it consists in the characterizing feature of claim 1. Preferably monocrystalline silicon provided. The shape of the tool can with the known methods of microstructure technology, for example photolithography, isotropic or aniso tropical etching, sputtering or vapor deposition will.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Oberfläche des Werkzeuges mit einer Schutzschicht versehen. Diese Schutz schicht kann beispielsweise aus Siliciumnitrid bestehen, das bei guter Haftung eine größere Härte als Silicium aufweist und sich somit gut zur Oberflächenvergütung eignet.In an advantageous embodiment, the surface of the Apply a protective layer to the tool. This protection Layer can for example consist of silicon nitride has a greater hardness than silicon with good adhesion and is therefore well suited for surface treatment.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur eine Anordnung zur Ultraschall bearbeitung mit einem Werkzeugmaterial gemäß der Erfindung schematisch veranschaulicht ist. To further explain the invention, reference is made to the drawing Reference, in the figure an arrangement for ultrasound machining with a tool material according to the invention is illustrated schematically.
In der dargestellten Anordnung ist eine Sonotrode 2 mit einem in der Figur nicht dargestellten Ultraschallgenerator verbun den. Diese Sonotrode 2 verstärkt die Amplitude der vom Ultra schallgenerator erzeugten Ultraschallschwingung. Die Sonotrode 2 ist mit einem Werkzeughalter 4 versehen, der ein Bearbei tungswerkzeug 6 trägt, das in den Werkzeughalter 4 beispiels weise eingespannt oder auch eingeschraubt ist. Das Bearbeitungs werkzeug 6 besteht erfindungsgemäß aus Silicium und ist in ei ner bevorzugten Ausführungsform an seiner auf ein Werkstück 8 wirkenden formgebenden Oberfläche 10 mit einer Schutzschicht 12 versehen, die beispielsweise aus Siliciumnitrid, Siliciumcar bid, Titannitrid oder auch Chromcarbid besteht. Diese Schutz schicht 12 kann beispielsweise nach der Ausgestaltung des Be arbeitungswerkzeuges 6 auf dessen Oberfläche 10 abgeschieden werden, und ihre Dicke wird beispielsweise 0,1µ nicht wesent lich unterschreiten und nicht wesentlich mehr als 15µ betra gen. Zwischen die formgebende Oberfläche 10 des Bearbeitungs werkzeugs 6 und das Werkstück 8 wird von einer Läppgemischzu führung 14 ein Läppgemisch 16 gebracht.In the arrangement shown, a sonotrode 2 is connected to an ultrasound generator (not shown in the figure). This sonotrode 2 amplifies the amplitude of the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic generator. The sonotrode 2 is provided with a tool holder 4 , which carries a machining tool 6 , which is clamped or screwed in the tool holder 4, for example. The machining tool 6 is made of silicon according to the invention and in a preferred embodiment is provided on its shaping surface 10 acting on a workpiece 8 with a protective layer 12 which consists, for example, of silicon nitride, silicon carbide, titanium nitride or chromium carbide. This protective layer 12 may, for example, processing tool are deposited on the surface 10 6 according to the embodiment of Be, and its thickness is, for example, 0,1μ not fall below Wesent Lich and not substantially more Betra gen than 15μ. Between the shaping surface 10 of the machining tool 6 and the workpiece 8 is brought from a lapping mixture guide 14 a lapping mixture 16 .
Da die formgebende Oberfläche 10 des Bearbeitungswerkzeuges 6 vorteilhaft beispielsweise mit den bekannten Methoden der Mik krostrukturtechnologie ausgestaltet sein kann, können in das Werkstück 8 auch Formen mit kritischen Abmessungen im Mikrome ter-Bereich eingeprägt werden. Somit eignet sich dieses Verfah ren beispielsweise auch zur Fertigung mikrostrukturierter Ul traschallwandler, wie sie beispielsweise in Ringarrays für die medizinische Diagnostik eingesetzt werden.Since the shaping surface 10 of the machining tool 6 can advantageously be designed, for example, using the known methods of microstructure technology, shapes with critical dimensions in the micrometer range can also be embossed into the workpiece 8 . This process is therefore also suitable, for example, for the production of microstructured ultrasound transducers, such as those used in ring arrays for medical diagnostics.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904029285 DE4029285A1 (en) | 1990-09-14 | 1990-09-14 | Ultrasonic machining appts. for hard brittle work - has silicon machining tool pref. with protective layer of silicon nitride in holder, and ultrasonic transducer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904029285 DE4029285A1 (en) | 1990-09-14 | 1990-09-14 | Ultrasonic machining appts. for hard brittle work - has silicon machining tool pref. with protective layer of silicon nitride in holder, and ultrasonic transducer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4029285A1 true DE4029285A1 (en) | 1992-03-19 |
Family
ID=6414307
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904029285 Withdrawn DE4029285A1 (en) | 1990-09-14 | 1990-09-14 | Ultrasonic machining appts. for hard brittle work - has silicon machining tool pref. with protective layer of silicon nitride in holder, and ultrasonic transducer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4029285A1 (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4332065A1 (en) * | 1992-09-24 | 1994-03-31 | Thera Ges Fuer Patente | Ceramic tooth prosthesis mfg system - using ultrasonic machining process with two successively activated profiled sonotrode crowns |
DE19937707A1 (en) * | 1999-08-10 | 2001-03-01 | Baerlocher Gmbh | Tool surfaces of machines or equipment used for processing materials, especially polymers, have a microstructure reducing actual contact area between polymer and surface |
EP1289009A2 (en) * | 2001-08-25 | 2003-03-05 | Schott Glas | Mechanical structuring of cover materials for use in electrical component assemblies |
DE10141709A1 (en) * | 2001-08-25 | 2003-03-06 | Schott Glas | Process for structuring a covering material for applying on a support substrate comprises preparing a planar plate as covering material and forming grooves on the material so that the grooves are arranged along dissection lines |
WO2006058518A1 (en) * | 2004-12-02 | 2006-06-08 | Mtu Aero Engines Gmbh | Method and device for hardening the surfaces of components |
DE102005038108A1 (en) * | 2005-08-11 | 2007-02-15 | Multi Orbital Systems Gmbh | Surface polishing assembly for e.g. glass, metal, paint, previous stones has two oscillating frames operating in a predefined phase sequence |
DE102009018988A1 (en) * | 2009-04-25 | 2010-10-28 | Mtu Aero Engines Gmbh | Hardening a surface of a complex thin-walled component with varying cross-section by hardening critical surface area using an ultrasonic vibrator and a tool, comprises delivering high-frequency local mechanical impulse to the component |
DE102011010297A1 (en) * | 2011-02-04 | 2012-08-09 | Mtu Aero Engines Gmbh | Method for generating microstructure for blade for turbomachine, involves forming several cutting edges of various heights in side by side on sonotrode used for performing ultrasonic shock treatment |
-
1990
- 1990-09-14 DE DE19904029285 patent/DE4029285A1/en not_active Withdrawn
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4332065A1 (en) * | 1992-09-24 | 1994-03-31 | Thera Ges Fuer Patente | Ceramic tooth prosthesis mfg system - using ultrasonic machining process with two successively activated profiled sonotrode crowns |
US5490810A (en) * | 1992-09-24 | 1996-02-13 | Thera Patent Gmbh & Co. Kg Gesellschaft Fur Industrielle Schutzrechte | Process and device for manufacturing a structural part, especially of a ceramic tooth restoration, and a process of making sonotrode crowns |
DE4332065C2 (en) * | 1992-09-24 | 1998-07-09 | Thera Ges Fuer Patente | Ultrasonic processing device and method for processing workpieces using the ultrasonic processing device |
DE19937707A1 (en) * | 1999-08-10 | 2001-03-01 | Baerlocher Gmbh | Tool surfaces of machines or equipment used for processing materials, especially polymers, have a microstructure reducing actual contact area between polymer and surface |
DE19937707C2 (en) * | 1999-08-10 | 2003-03-27 | Baerlocher Gmbh | Tool surfaces with a defined microstructure for the rejection of deposits |
EP1289009A2 (en) * | 2001-08-25 | 2003-03-05 | Schott Glas | Mechanical structuring of cover materials for use in electrical component assemblies |
DE10141709A1 (en) * | 2001-08-25 | 2003-03-06 | Schott Glas | Process for structuring a covering material for applying on a support substrate comprises preparing a planar plate as covering material and forming grooves on the material so that the grooves are arranged along dissection lines |
EP1289009A3 (en) * | 2001-08-25 | 2004-09-08 | Schott Glas | Mechanical structuring of cover materials for use in electrical component assemblies |
WO2006058518A1 (en) * | 2004-12-02 | 2006-06-08 | Mtu Aero Engines Gmbh | Method and device for hardening the surfaces of components |
DE102005038108A1 (en) * | 2005-08-11 | 2007-02-15 | Multi Orbital Systems Gmbh | Surface polishing assembly for e.g. glass, metal, paint, previous stones has two oscillating frames operating in a predefined phase sequence |
DE102009018988A1 (en) * | 2009-04-25 | 2010-10-28 | Mtu Aero Engines Gmbh | Hardening a surface of a complex thin-walled component with varying cross-section by hardening critical surface area using an ultrasonic vibrator and a tool, comprises delivering high-frequency local mechanical impulse to the component |
DE102011010297A1 (en) * | 2011-02-04 | 2012-08-09 | Mtu Aero Engines Gmbh | Method for generating microstructure for blade for turbomachine, involves forming several cutting edges of various heights in side by side on sonotrode used for performing ultrasonic shock treatment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sreejith et al. | Material removal mechanisms in precision machining of new materials | |
EP1150792B1 (en) | Method for producing a cutting tool and a cutting tool | |
DE3002510C2 (en) | ||
EP2243595B1 (en) | Process of manufacturing a body with slot as a test crevice | |
EP0254941B1 (en) | Dressing tool for grinding wheels | |
DE69219585T2 (en) | Process for processing silicon nitride ceramic and products made from the same ceramic | |
WO1996010546A1 (en) | Silicon nitride ceramic and method of shaping the same | |
DE4029285A1 (en) | Ultrasonic machining appts. for hard brittle work - has silicon machining tool pref. with protective layer of silicon nitride in holder, and ultrasonic transducer | |
DE102017009688A1 (en) | Method for turning workpieces and apparatus, in particular for carrying out such a method | |
DE102013211324A1 (en) | Method and installation for preparing and coating a workpiece surface | |
CH669355A5 (en) | ||
DE69010293T2 (en) | Ceramic-coated cemented carbide tool with high breaking resistance. | |
EP0038929B1 (en) | Dressing tool | |
EP0529327A1 (en) | Fired ceramic article with a structured surface and method of making the same | |
DE10046973A1 (en) | Manufacture of chemical vapor deposition diamond product, e.g. cutting tool, involves depositing chemical vapor deposition diamond to desired thickness at mold interface, dissolving mold, and mounting remaining diamond in holder | |
DE69131846T2 (en) | HARD MATERIAL CLOTHED WITH DIAMOND, DISPOSABLE INSERT, AND METHOD FOR PRODUCING THIS MATERIAL AND INSERT | |
Iwata et al. | Fundamental analysis of the mechanism of built-up edge formation based on direct scanning electron microscope observation | |
DE68912278T2 (en) | Deformation of associated abrasive products. | |
DE69307052T2 (en) | Diamond wire drawing die and method for producing the diamond wire drawing die | |
Chiu et al. | An experimental study of orthogonal machining of glass | |
DE69207613T2 (en) | Sintered silicon nitride tool | |
EP0391881A3 (en) | Machine element, particularly tool holder with high vibration stability and process for its manufacture | |
DE1170218B (en) | Process for the production of coatings from hard carbides on tools and machine parts | |
EP0713747A1 (en) | Method of fabrication of blanks for guide shoes for one insert reamers and method of finishing for one insert reamers | |
DE2548329A1 (en) | PROCESS FOR CUTTING STRENGTHEN CRYSTALS IN DISC AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE PROCESS |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |