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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Schleif- und Polierwerkzeug für Diamant
und ein Verfahren zum Polieren von Diamant zum wirksamen Polieren von
Diamant selbst oder der Materialien, die Diamant enthalten, wie
polykristalliner Diamant, Einkristalldiamant, Dünnschichtdiamant (einschließend eine
Diamantdünnschicht,
die auf einem Substrat durch ein synthetisches Gasphasenverfahren
gebildet wird, oder einen selbststehenden Diamantfilm (Folie oder Platte))
und gesintertes Diamantpreßwerkstück, ohne
Bewirkung von Rissen und Brüchen
darin, und den polierten Diamant (einschließend eine Diamantdünnschicht,
einen polykristallinen Diamanten etc.), den Einkristalldiamanten
und das gesinterte Diamantpreßwerkstück, die
durch den obigen Polierschleifer und das Verfahren erhalten werden.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Diamantdünnschichten,
wie eine der Materialien, die Diamant einsetzen, haben heutzutage
beträchtliche
Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die Diamantdünnschichten (eine Diamantdünnschicht,
die auf einem Substrat gebildet wird, und ein Diamantdünnschichtbeschichtungselement)
oder selbststehende Diamantfilme, jeweils bestehend aus polykristallinen
Diamantkörnern,
sind industriell (künstlich) durch
das synthetische Gasphasenverfahren (CVD-Verfahren) oder dergleichen
hergestellt worden. Jedoch weisen die Diamantdünnschichten, die durch das
obige synthetische Verfahren erhalten werden, welche aus einer großen Anzahl
von Kristallkörnern
bestehen, eine rauhe Oberfläche
auf.
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Wenn
daher die Diamantdünnschicht,
die durch das synthetische Gasphasenverfahren gebildet wird, beispielsweise
in elektronischen Teilen, optischen Teilen, Superpräzisionsteilen
oder Bearbeitungswerkzeugen verwendet wird, muß die Oberfläche der
Diamantschicht geebnet werden.
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Obwohl
ferner ein natürlicher
Einkristalldiamant und ein künstlicher
Einkristalldiamant (beispielsweise gebildet durch das synthetische
Hochdruckverfahren und das synthetische Gasverfahren) nun als verschiedene
Arten industrieller Materialien, wie Schleifabrichtwerkzeug, Schneidwerkzeug,
Prägeplatte,
Wärmeschild
und Röntgenstrahlenfenster, verwendet
werden, oder als ein Juwel verwendet werden, müssen sie zu einer geeigneten
Form endbearbeitet werden, die für
die entsprechenden Anwendungen geeignet ist.
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Für ein gesintertes
Diamantpreßwerkstück, das
Diamant einsetzt, werden seine Charakteristika vollständig eingesetzt,
wobei es weitläufig
verwendet wird in Werkzeugen für
Hochgeschwindigkeitspräzisionsschleifen
oder -polieren von Automobilmotoren, Werkzeugen für Präzisionsschleifen
oder -polieren von Sinterhartmetall, Schleif- oder Schneidwerkzeugen,
abnutzungsresistenten Teilen, Wärmeschilden und
Verpackungen für
Kommunikationsinstrumente, etc.
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Die
gesinterten Diamantpreßwerkstücke enthalten
gewöhnlicherweise
Co, WC, TiC, etc. als ein Bindemitteladditiv, während es einige gibt, die wenig Bindemitteladditiv
oder kein Bindemitteladditiv enthalten. Sofern nicht anderweitig
spezifiziert, schließt "gesinterte Diamantpreßwerkstücke", wenn es hierin verwendet
wird, alle diese gesinterten Preßwerkstücke ein.
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Es
wird leicht verstanden, daß ein
Polieren von Diamanten nicht so einfach ist, da Diamant so hart
ist, daß es
zum Polieren harter Materialien, wie Metallen und Keramiken, oder
für ein
Feinpolieren von Juwelen, verwendet wird.
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Als
ein Verfahren zum Ebnen einer polykristallinen Diamantdünnschicht
oder eines freistehenden Diamantfilms, jeweils mit einem großen Maß an Rauhigkeit
auf seiner Oberfläche,
gibt es ein Scaife-Verfahren, bei dem solche Diamantfilme mit den Diamantpulvern
poliert werden, die zwischen dem Diamantfilm und der harten Gußeisenplatte,
die sich mit einer hohen Geschwindigkeit dreht, liegen (Schleifen und
Polieren unter Verwendung von Diamant).
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Dieses
Verfahren ist zum Polieren von Diamant als ein Juwel verwendet worden;
jedoch ist als ein Verfahren zum Polieren der vorangehenden künstlichen
Diamanten seine Verarbeitungswirksamkeit so niedrig, daß es kaum
zu bedienen ist.
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Insbesondere
für den
vorangehenden Diamanteinkristall variiert dessen Härte dramatisch
von Kristallebene zu Kristallebene oder von Orientierung zu Orientierung.
Die kristallographischen Ebenen, welche poliert werden können, sind
beispielsweise begrenzt auf die (100)- und (110)-Ebenen unter den vorliegenden
Bedingungen, und es ist äußerst schwierig,
die (111)-Ebene zu polieren, welche bezüglich der Härte und thermischen Leitfähigkeit
gegenüber
jeder anderen Ebene überlegen
ist. Tatsächlich
ist es in Erwägung
gezogen worden, daß es
im wesentlichen unmöglich
ist, diese Kristallebene zu polieren.
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Daher
erfordert das Polieren eines Diamanteinkristalls ein solch großes Geschick,
daß das
Polieren durchgeführt
wird, während
die kristallographischen Ebenen und Ausrichtung untersucht werden, um
die Ebene, die möglicherweise
zu polieren ist, zu lokalisieren. Dies hat dazu geführt, daß das Polieren von
Diamant kompliziert und teuer ist.
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Für das gesinterte
Diamantpreßwerkstück tritt
wahrscheinlich, wenn ein Polierverfahren unter Verwendung eines
Diamantschleifers wie oben beschrieben (Schleifen und Polieren unter
Verwendung von Diamant) eingesetzt wird, eine kräftige Stufe (etwa mehrere Mikrometer)
aufgrund eines Unterschieds der Härte an Korngrenzen zwischen
Diamant und Bindemittel oder zwischen den benachbart liegenden Diamantkörnern oder
aufgrund eines Fallens von vielen Diamantkörnern in das gesinterte Preßwerkstück statt.
Wenn daher das gesinterte Diamantpreßwerkstück als ein Bearbeitungswerkzeug
wie oben beschrieben verwendet wird, nimmt die Schleifgenauigkeit
ab. Wenn das gleiche als ein abnutzungsresistentes Teil verwendet
wird, steigt das Problem der Verschlechterung der Brucheigenschaften, und
außerdem
steigt das Problem einer Beschädigung
und des Fallens von Diamantkörnern
in das gesinterte Diamantpreßwerkstück.
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Wie
oben beschrieben, ist Diamant ein so hartes Material, daß es keinen
Ersatz für
dieses gibt; daher ist es lediglich natürlich in Erwägung zu
ziehen, daß es
kein Abrasivmittel für
Diamant außer
Diamant selbst (Schleifen und Polieren unter Verwendung von Diamant)
gibt. Daher sind Schleifvorrichtungen zum Polieren von Diamanten
ausgedacht worden, in denen Diamantabrasivmittel zum Schleifen und
Polieren unter Verwendung von Diamant in unterschiedlichen Arten
von Bindemitteln eingebettet worden sind.
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Beispiele
solche Schleifvorrichtungen schließen ein harzgebundenes Diamantrad
unter Verwendung von Phenolharz, ein Metall gebundenes Diamantrad,
ein keramischgebundenes Diamantrad unter Verwendung von Feldspat/Quarz,
ein galvanisiertes Diamantschleifrad, und ein Diamantrad unter Verwendung
einer intermetallischen Verbindung als ein Bindemittel, siehe beispielsweise
US-A-4,142,869, ein.
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Das
Basiskonzept der obigen Verfahren liegt darin, die Oberfläche des
Diamanten, dem Gegenstand des Polierens, mit Diamantabrasivmittel
einzuritzen (sofern nicht anderweitig bezeichnet bedeutet "Diamant", wenn es hierin
verwendet wird, einen Diamanten selbst, ebenso wie Materialien,
die Diamant enthalten, wie Diamantdünnschicht, freistehender Diamantfilm,
Einkristalldiamant, gesintertes Diamantpreßwerkstück und polykristalliner Diamant,
der ein anderer ist als der obige). Somit sind die Abnutzungswiderstandsfähigkeit
des Diamantabrasivmittels und die Anzahl an Diamantabrasivmittel
die Punkte, die die Verarbeitungseffizienz der Schleifeinrichtungen bestimmen.
Zusätzlich
darf irgendeine Art des Bindemittels als das Halteelement der Diamantkörner kein Hindernis
für das
Polieren sein, und eine neue Schneidkante der Diamantabrasivmittelkörner muß auf der
polierenden Oberfläche
jedesmal erscheinen, wenn die alte abgenutzt wird.
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Ein
Bespiel der obigen Verfahren ist so, daß eine neue Schneidkante des
Diamantabrasivmittels hergestellt wird, um automatisch gemäß der Menge des
in einer Schleifvorrichtung durch anodische Oxidation der Bindung
abgenutzten Diamantabrasivmittels dem Schleifeinrichtungsbindemittel,
wie Gußeisen,
mit der Entwicklung der Abnutzung des Diamantabrasivmittels zu erscheinen
(in diesem Falle wird, solange wie das Diamantabrasivmittel vorliegt,
welches effektiv den zu polierenden Gegenstand poliert, Eisenoxid
auf der Oberfläche
des Bindemittels gebildet, um es davon abzuhalten, elektrolysiert
zu werden).
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Dieses
Verfahren wird als das effizienteste unter den vorangehenden betrachtet.
Jedoch macht auch dieses Verfahren noch Probleme, wie einen komplizierten
Betrieb, hohe Kosten und eine instabile Polierqualität. Bei der
Verwendung des Verfahrens muß für Hochqualitätsdiamantpulver,
die als Abrasivmittel geeignet sind, ein geeignetes Bindemittel
ausgewählt
werden, wobei das ausgewählte
Bindemittel in der Schleifeinrichtung eingebettet werden muß, wobei
die Qualität
desselben bewahrt werden muß, Elektrolyseausrüstung und
Einstellung seiner Bedingungen erforderlich ist, und ein Polieren
und dessen Steuerung ebenfalls erforderlich ist, und wobei die Qualität des Polierens
durch all diese bestimmt wird.
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Wenn
das gegenständliche
Material des Polierens eine Diamantdünnschicht ist, werden, da die Anzahl
an Diamantkörnern
in dem gegenständlichen Material überwältigend
groß ist,
verglichen mit der Anzahl an Diamantkörnern als das Abrasivmittel,
das in dem Polierverfahren angewendet wird, die Poliergeschwindigkeit
und die Poliereffizienz natürlicherweise
begrenzt.
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Wie
oben beschrieben, haben mit dem Verfahren zum Polieren von Diamanten
unter Verwendung eines Schleif- und Polierwerkzeugs für Diamant die
Probleme fortbestanden, die mit der intensiven Abnutzung der Schleifeinrichtung
und der Notwendigkeit einer teuren Poliervorrichtung verbunden waren,
die eine extreme Genauigkeit aufweist und erhöhten Drücken standhält.
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Es
wird ein Verfahren vorgeschlagen, das von dem vorangehenden verschieden
ist, zum Polieren von Diamant durch Pressen von Eisen oder rostfreiem
Stahl gegen diesen. Obwohl Diamant chemisch bei Raumtemperatur stabil
ist, wird er in Graphit umgewandelt und beginnt zu verbrennen, wenn er
auf 700°C
in der Luft erwärmt
wird, und sogar in einer evakuierten Atmosphäre wird er in Graphit umgewandelt,
wenn er auf 1.400°C
oder höher
erwärmt wird.
Das obige Verfahren zum Polieren von Diamant verwendet die Reaktion
von Diamant mit Eisen bei solch hohen Temperaturen.
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Es
ist verstanden worden, daß die
Reaktion von Diamant mit Eisen (Kohlenstoff, welcher die Komponente
von Diamant ist, zersetzt sich in Schmelzen) beginnt, bei etwa 800°C stattzufinden, um
Fe3C (Cementit) zu bilden, welcher bei einer
polierten Ebene während
des Polierverfahrens abgezogen wird, und das Abziehen von Fe3C bewirkt die Entwicklung des Polierens.
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Diese
Reaktion wird ferner bei erhöhten Temperaturen
erleichtert, bei denen die Bildung/Zersetzung von Fe3C
stattfindet, wobei Diamant eine Form von Kohlendioxid annimmt, und
ein Polieren wird entwickelt. Im allgemeinen muß die Reaktionstemperatur unter
Berücksichtigung
der Poliereffizienz 900°C
oder höher
sein.
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Dieses
Verfahren ist als gut betrachtet worden, da es Eisen oder Materialien
auf Eisenbasis verwenden kann, welche als ein Abrasivmittel nicht
teuer sind. Das schwierigste Problem in diesem Verfahren ist jedoch,
daß ein
effizientes Polieren lediglich durch Erwärmen des Polierwerkzeugs oder
des zu polierenden Materials auf hohe Temperaturen erreicht werden
kann. Rostfreier Stahl und Material auf Eisenbasis werden bei hohen
Temperaturen erweicht und deren Festigkeit wird merklich abgesenkt,
was ein stabiles Polieren unmöglich
macht.
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Wenn
insbesondere Eisen bei hohen Temperaturen verwendet wird, muß das Polieren
in einer evakuierten Atmosphäre
oder in einer reduktiven Atmosphäre
durchgeführt
werden, um zu verhindern, daß das
Eisen oxidiert wird. Daher entstehen andere Probleme der Einrichtungen,
die das Polierverfahren verkomplizieren (das Polieren kann nicht
frei und einfach durchgeführt
werden).
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Ebenfalls
beeinflußt
ein Erwärmen
auf solch hohe Temperaturen, wie oben beschrieben, sogar den Diamanten,
welcher Gegenstand des Polierens ist, und bewirkt in den gegenständlichen
Diamanten einen Bruch aufgrund der thermischen Spannung, die durch
einen abrupten Temperaturgradienten während des Brechens und Erwärmens verursacht
wird.
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Ein
Ansatz ist dann durchgeführt
worden, um Chrom und Titan zu verwenden, welche eine starke Affinität mit Kohlenstoff
haben, anstelle von Eisen. Jedoch ist Chrom zu spröde, um einem
Polieren unterworfen zu werden, und Titan ist zu weich, wie Eisen,
und wird leicht oxidiert, um Titanoxide zu bilden. Somit können beide
nicht als ein Abrasivmittel verwendet werden.
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Ein
Laserpolieren ist ebenfalls als eine Alternative versucht worden;
jedoch ist dessen Dimensionsgenauigkeit schlecht und es ist weit
davon entfernt, verwendet zu werden.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Aufgabe der
Erfindung
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Demzufolge
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schleif- und
Polierwerkzeug für
Diamant und ein Verfahren zum Polieren von Diamant bereitzustellen,
die das Polieren von Diamant selbst oder der Materialien, die Diamant
enthalten, wie Einkristalldiamant, Diamantdünnschicht (einschließend eine
Diamantdünnschicht,
die auf einem Substrat durch die chemische Dampfbeschichtung gebildet
wird, oder einen freistehenden Diamantfilm (Folie oder Platte)),
gesintertes Diamantpreßwerkstück und polykristallinen
Diamant, welcher ein anderer ist als der vorangehende, bei niedrigen
Temperaturen (einschließlich
Raumtemperatur) ohne Verursachung von Rissen, Brüchen oder Abbau der Qualität darin
ermöglichen,
und die Verwendung der gegenwärtig
verwendeten Vorrichtungen, einschließlich einer Oberflächenschleifvorrichtung,
einer Feinschleifvorrichtung und anderer Poliervorrichtung, zu ermöglichen,
während
eine stabile Leistung des Abrasivmittels beibehalten wird, ferner
ermöglichend den
einfachen Betrieb unter Bereitstellung einer stabilen Polierqualität bei niedrigen
Kosten, und um den Diamanten bereitzustellen, der einem Polierverfahren
unterzogen worden ist, den Einkristalldiamanten und das gesinterte
Diamantpreßwerkstück, der
bzw. das durch die obige Polierschleifvorrichtung und das Verfahren
erhalten wird.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein effizientes
und kostengünstiges Schleif-
und Polierbearbeiten von Diamantdünnschichtkomponenten dreidimensionaler
Form und Diamantdünnschichtbeschichtungskomponenten
bereitzustellen, von denen angenommen wird, in naher Zukunft mit
der Entwicklung der Diamantdünnschichtanwendung
stark zuzunehmen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Der
gegenwärtige
Erfinder hat gefunden, daß spezielle
Metallmaterialien mit Diamant effektiv reagieren können, bei
niedrigen Temperaturen oder gewöhnlicher
Temperatur oder unter Erwärmen
poliert werden können,
und die Abnutzungsverschlechterung von Abrasivmittel extrem sogar
in der atmosphärischen
Luft steuern können.
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Basierend
auf dieser Erkenntnis stellt die vorliegende Erfindung bereit:
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- (1) ein Schleif- und Polierwerkzeug für Diamant, welches
Werkzeug hergestellt ist aus einem Schleifmaterial, das eine intermetallische
Verbindung enthält,
die aus einem oder mehreren Elementen, das bzw. die ausgewählt ist
bzw. sind aus der Gruppe von Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd,
Os, Ir und Pt, und einem oder mehreren Elementen, das bzw. die ausgewählt ist
bzw. sind aus der Gruppe von Ti, V, Zr, Nb, Mo, Hf Ta und W, besteht,
dadurch gekennzeichnet, daß die
intermetallische Verbindung die Hauptkomponente des Schleifmaterials
ist.
- (2) ein Schleif- und Polierwerkzeug für Diamant gemäß dem obigen
Absatz (1), wobei das Schleifmaterial 90 Volumen-% oder mehr der
intermetallischen Verbindung enthält,
- (3) ein Schleif- und Polierwerkzeug für Diamant gemäß Absatz
(1), wobei das Schleifmaterial vollständig aus der intermetallischen
Verbindung zusammengesetzt ist,
- (4) ein Verfahren zum Polieren von Diamant, welches ein Polieren
des Diamants mit einem Schleif- und Polierwerkzeug umfaßt, während der
Bereich, der einem Polieren unterworfen wird, auf 100–800°C erwärmt wird,
gekennzeichnet durch Verwendung eines Schleif- und Polierwerkzeugs, das
aus einem Schleifmaterial hergestellt wird, das als seine Hauptkomponente
eine intermetallische Verbindung enthält, die aus einem oder mehreren
Elementen, das bzw. die ausgewählt
ist bzw. sind aus der Gruppe von Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ru,
Rh, Pd, Os, Ir und Pt, und einem oder mehreren Elementen, das bzw.
die ausgewählt
ist bzw. sind aus der Gruppe von Ti, V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta und W,
besteht.
- (5) ein Verfahren zum Polieren von Diamant gemäß dem obigen
Absatz (4), wobei der Bereich, der einem Polieren unterworfen wird,
auf 300–500°C erwärmt wird,
und
- (6) ein Verfahren zum Polieren von Diamant gemäß dem obigen
Absatz (4) oder (5), wobei der Gehalt der intermetallischen Verbindung
90 Volumen-% oder höher
ist.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ferner bereit:
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- (7) ein Verbundschleif- und Polierwerkzeug
für Diamant
gemäß dem obigen
Absatz (1), wobei das Schleifmaterial ein Verbund aus einer intermetallischen
Verbindung, bestehend aus einem oder mehreren Elementen ausgewählt aus
der Gruppe von Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Os, Ir und
Pt, und einem oder mehreren Elementen ausgewählt aus der Gruppe von Ti,
V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta und W, und einen Diamantabrasivmittel, einem Sinterhartmetall
oder Keramiken ist.
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Sofern
nicht anderweitig spezifiziert, schließt "intermetallische Verbindung", wenn sie hierin
verwendet wird, eine intermetallische Verbundverbindung ein.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Differentialinterferenzmikrofotographie der Oberfläche einer
Diamantdünnschicht, die
auf einer Polierschleifvorrichtung mit einer intermetallischen TiNi-Verbindung
nach Beispiel 1 bei Raumtemperatur für eine Minute poliert worden
ist.
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2 ist
eine Differentialinterferenzmikrofotographie der Oberfläche einer
Diamantdünnschicht, die
auf der gleichen Polierschleifvorrichtung wie in der Beschreibung
von 1 bei Raumtemperatur für 5 Minuten poliert worden
ist;
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3 ist
eine Differentialinterferenzmikrofotographie mit einer Vergrößerung von
x400 der Oberfläche
einer Diamantdünnschicht,
die auf einer Polierschleifvorrichtung nach Beispiel 2 mit einer
intermetallischen TiFe2-Verbindung bei Raumtemperatur für 1 Minute
poliert worden ist;
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4 ist
eine Differentialinterferenzmikrofotographie mit einer Vergrößerung von
x1.000 der Oberfläche
einer Diamantdünnschicht,
die auf der gleichen Polierschleifvorrichtung und unter den gleichen
Bedingungen wie in der Beschreibung von 3 poliert
worden ist;
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5 ist
eine Differentialinterferenzmikrofotographie mit einer Vergrößerung von
x400 der Oberfläche
einer Diamantdünnschicht,
die auf einer Polierschleifvorrichtung von Beispiel 3 mit einer
intermetallischen TiCo-Verbindung bei Raumtemperatur für 1 Minute
poliert worden ist;
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6 ist
eine Differentialinterferenzmikrofotographie mit einer Vergrößerung von
x1.000 der Oberfläche
einer Diamantdünnschicht,
die auf der gleichen Polierschleifvorrichtung und unter den gleichen
Bedingungen wie in der Beschreibung von 5 poliert
worden ist;
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7 ist
eine Differentialinterferenzmikrofotographie mit einer Vergrößerung von
x400 der Oberfläche
einer Diamantdünnschicht,
die auf einer Polierschleifvorrichtung von Beispiel 4 mit einer
intermetallischen TiMn2-Verbindung bei Raumtemperatur
für 1 Minute
poliert worden ist;
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8 ist
eine Differentialinterferenzmikrofotographie mit einer Vergrößerung von
x1.000 der Oberfläche
einer Diamantdünnschicht,
die auf einer Polierschleifvorrichtung von Beispiel 5 mit einer
intermetallischen TiCr2-Verbindung bei Raumtemperatur für 1 Minute
poliert worden ist;
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9 ist
eine Differentialinterferenzmikrofotographie mit einer Vergrößerung von
x1.000 der Oberfläche
einer Diamantdünnschicht,
die auf einer Polierschleifvorrichtung von Beispiel 6 mit einer
intermetallischen TiAl-Verbindung bei einer Rotationsgeschwindigkeit
von 500 rpm bei Raumtemperatur poliert worden ist;
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10 ist
eine Differentialinterferenzmikrofotographie mit einer Vergrößerung von
x1.000 der Oberfläche
einer Diamantdünnschicht,
die auf der gleichen Polierschleifvorrichtung und unter den gleichen
Bedingungen wie in der Beschreibung von 9 poliert
worden ist, außer
daß die
Rotationsgeschwindigkeit 3.000 rpm war;
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11 ist
eine optische Mikrofotographie der nicht polierten Oberfläche der
Diamantdünnschicht,
die in Beispiel 7 als ein Bezug gezeigt ist;
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12 ist
eine optische Mikrofotographie (mit einer Vergrößerung von x1.000) der Oberfläche einer
Diamantdünnschicht,
die auf einer Polierschleifvorrichtung nach Beispiel 7 mit einer
intermetallischen TiAl-Verbindung
bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 400 rpm bei Raumtemperatur
für 4 Minuten
poliert worden ist;
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13 ist
eine optische Mikrofotographie (mit einer Vergrößerung von x1.000) der Oberfläche einer
Diamantdünnschicht,
die auf der gleichen Polierschleifvorrichtung und unter den gleichen
Bedingungen wie in der Beschreibung von 12 poliert worden
ist, außer
daß die
Polierzeit 8 Minuten war;
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14 ist
eine optische Mikrofotographie (mit einer Vergrößerung von x1.000) der Oberfläche einer
Diamantdünnschicht,
die auf der gleichen Polierschleifvorrichtung und unter den gleichen
Bedingungen wie in der Beschreibung von 13 poliert worden
ist, außer
daß die
Polierzeit 12 Minuten war;
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15 ist
eine optische Mikrofotographie (mit einer Vergrößerung von x1.000) der Oberfläche einer
Diamantdünnschicht,
die auf der gleichen Polierschleifvorrichtung und unter den gleichen
Bedingungen wie in der Beschreibung von 14 poliert worden
ist, außer
daß die
Polierzeit 16 Minuten war;
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16 ist
eine optische Mikrofotographie (mit einer Vergrößerung von x1.000) der Oberfläche einer
Diamantdünnschicht,
die auf der gleichen Polierschleifvomchtung und unter den gleichen
Bedingungen wie in der Beschreibung von 15 poliert worden
ist, außer
daß die
Polierzeit 20 Minuten war;
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17 ist
eine Elektronenmikrofotographie der Oberfläche eines freistehenden Diamantfilms
vor dem Polieren, wie es in Beispiel 10 beschrieben ist;
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18 ist
eine Elektronenmikrofotographie der Oberfläche eines freistehenden Diamantfilms nach
Polieren beim Erwärmen
einer Polierschleifvorrichtung nach Beispiel 10 mit einer intermetallischen TiAl-Verbindung;
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19 ist
eine vergrößerte Elektronenmikrofotographie
der Oberfläche
des gleichen freistehenden Diamantfilms wie in der Beschreibung
von 18.
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20 sind
Mikrofotographien (A) und (B) der Oberfläche eines natürlichen
Diamanten (Einkristall) nach und vor dem Polieren auf einer Polierschleifvorrichtung
mit einer intermetallischen TiAl-Verbindung;
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21 ist
eine Elektronenmikrofotographie der Oberfläche eines gesinterten Diamantpreßwerkstücks nach
Polieren auf einer Polierschleifvorrichtung mit einer intermetallischen
TiAl-Verbindung;
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22 ist
eine Elektronenmikrofotographie der Oberfläche eines gesinterten Diamantpreßwerkstücks vor
dem Polieren auf der gleichen Polierschleifvorrichtung wie in der
Beschreibung von 21;
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23 ist
eine optische Mikrofotographie (mit einer Vergrößerung von x625) der Oberfläche einer
gasphasensynthetisierten Diamantdünnschicht nach Polieren auf
einer Polierschleifvorrichtung mit einer intermetallischen Zr-Ni-Verbindung
(Zr7Ni10);
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24 ist
eine optische Mikrofotographie (mit einer Vergrößerung von x625) der Oberfläche eines
gesinterten Diamantpreßwerkstücks nach
Polieren auf der gleichen Polierschleifvorrichtung wie in der Beschreibung
von 23;
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25 ist
eine optische Mikrofotographie (mit einer Vergrößerung von x625) der Oberfläche eines
gesinterten Diamantpreßwerkstücks nach
Polieren auf einer Polierschleifvorrichtung mit einer intermetallischen
Nb-Co-Verbindung
(Nb6Co7);
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26 ist
eine optische Mikrofotographie (mit einer Vergrößerung von x625) der Oberfläche einer
gassynthetisierten Diamantdünnschicht
nach Polieren auf einer Polierschleifvorrichtung mit einer intermetallischen
Ni-Nb-Verbindung (Ni3Nb);
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27 ist
eine optische Mikrofotographie (mit einer Vergrößerung von x625) der Oberfläche eines
gesinterten Diamantpreßwerkstücks nach
Polieren auf einer Polierschleifvorrichtung mit einer intermetallischen
Verbundverbindung, die aus einer intermetallischen Ti-Ni-Verbindung
(TiNi) und einer intermetallischen Nb-Co-Verbindung (Nb6Co7) besteht; und
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28 ist
eine optische Mikrofotographie (mit einer Vergrößerung von x625) der Oberfläche eines
gesinterten Diamantpreßwerkstücks nach
Polieren auf einer Polierschleifvorrichtung mit Metall-Intermetall-Verbundverbindung,
die aus einer Ti-Al-Intermetallverbindung (TiAl)-2Cr (Metall) und
einer Nb-Co-Intermetallverbindung (Nb6Co7) besteht.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein
Schleif- und Polierwerkzeug für
Diamant der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise durch das
Pulvermetallurgieverfahren hergestellt werden. In diesem Falle werden
eine Art oder mehrere von Pulvern, die ausgewählt sind als Materialpulver
aus der Gruppe von Ti, V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta und W, und eine Art
oder mehrere von Pulvern, die ausgewählt sind als Materialpulver
aus der Gruppe von Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Os, Ir
und Pt, jeweils mit dem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von
150 μm oder
kleiner (bevorzugt 10 μm oder
kleiner) (im folgenden, sofern nicht anderweitig bezeichnet, werden
diese Pulver als "Pulver
für eine Schleifvorrichtung" bezeichnet) auf
eine solche Weise hergestellt, daß jede zu bildende intermetallische Verbindung
(im folgenden, sofern nicht anderweitig bezeichnet, schließt die intermetallische
Verbindung "die
Verbindung, dessen Gehalt an intermetallischer Verbindung 90 Volumen-%
oder höher
ist" ein) die gleiche
Zusammensetzung und das gleiche Verhältnis aufweist wie diejenigen
der Schleifvorrichtung mit intermetallischer Verbindung der vorliegenden
Erfindung, werden dann in einer Kugelmühle gemischt, schließlich zu
einer Pulvermischung getrocknet.
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Als
ein Materialpulver kann ein feinatomisiertes Pulver verwendet werden.
Das Pulver für
eine Schleifvorrichtung, das zuvor in einem gegebenen Verhältnis durch
das mechanische Legierungsbildungsverfahren legiert worden ist,
kann ebenfalls verwendet werden.
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Ein
gesintertes Preßwerkstück weist
eine hohe Dichte auf, wenn das Sintern durchgeführt wird unter Verwendung einer
feinen und einheitlichen Pulvermischung, was vorteilhafterweise
zu einer Herstellung einer einheitlichen und dichten Schleifvorrichtung
führt.
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Diese
Pulver können
ein elementares Metallpulver, ein zuvor legiertes Pulver (eine intermetallische
Verbindung) und ein Verbundpulver derselben sein.
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Die
obige gemahlene Pulvermischung wird zunächst einer Verarbeitung in
einer Form unterzogen. Anschließend
wird sie beispielsweise einer isostatischen Kaltpreßbehandlung
(CIP-Behandlung) unterworfen, gefolgt von einem Heißpreßsintern (HP-Behandlung)
bei 1.000–1.300°C unter einem Druck
von 500 kgf/cm2, oder sie wird einer CIP-Behandlung,
gefolgt von einer isostatischen Heißpreßbehandlung (HIP-Behandlung)
bei 1.000–1.300°C unter einem
Druck von 500 kgf/cm2 unterworfen, so daß ein gesintertes
Preßwerkstück hoher
Dichte (wünschenswerterweise
ist die relative Dichte 99% oder höher) hergestellt wird.
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Die
Bedingungen, wie Temperatur und Druck, unter denen eine CIP-Behandlung,
HP-Behandlung und
HIP-Behandlung durchgeführt
werden, sind nicht auf die vorangehenden beschränkt, andere Bedingungen können eingestellt
werden unter Berücksichtigung
der Arten des verwendeten Materials, der Dichte des gesintertes
Preßwerkstücks, die
erhalten werden soll, etc.
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Alternativ
kann ein gesintertes Preßwerkstück hergestellt
werden durch das Verfahren, das Pulsabgabesintern, bei dem eine
Pulvermischung in eine Graphitform eingeführt wird, zwischen den oberen
und unteren Stempeln (Elektroden) kompaktiert wird, während es
durch Beaufschlagung eines Pulsstroms auf die Elektroden erwärmt wird.
Dieses Verfahren wird anstelle der Durchführung einer CIP-Behandlung,
HP-Behandlung und HIP-Behandlung, die oben beschrieben wurden, verwendet.
In diesem Falle stellt die Verwendung des obigen mechanisch legierten
Pulvers ein dichtes und einheitlicheres gesintertes Preßwerkstück bereit.
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Die
Legierungspolierschleifvorrichtung der vorliegenden Erfindung, deren
Hauptkomponente eine intermetallische Verbindung ist, kann hergestellt werden
unter Verwendung der Schmelzverfahren, wie eines Vakuumbogenschmelzens,
eines Plasmaschmelzens, eines Elektronenstrahlschmelzens und eines
Induktionsschmelzens. Beim Durchführen eines solchen Schmelzens
wird eine beträchtliche Gasmenge,
insbesondere Sauerstoff, in dem Material aufgenommen. Zusätzlich weisen
Aluminium und Titan, die Elemente, die eine intermetallische Verbindung,
wie sie oben beschrieben wird, ausmachen, eine starke Tendenz auf,
sich mit Sauerstoff zu vereinen. Demzufolge muß das Schmelzen in einer evakuierten
Atmosphäre
oder in einer Inertgasatmosphäre
durchgeführt
werden.
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Die
Legierungsschleifvorrichtungsgußteile mit
den intermetallischen Verbindungen als eine Hauptkomponente tendieren
dazu, gegenüber
den gesinterten Legierungsschleifvorrichtungen mit den gleichen
als eine Hauptkomponente bezüglich
der mechanischen Festigkeit unterlegen zu sein. Wenn demzufolge
solche Gußteile
hergestellt werden, muß das
Auftreten einer Segregation und die Erzeugung von Grobkörnigem in
dem Verfahren des Schmelzens und der Verfestigung durch Steuerung
der Herstellungstemperatur vermieden werden.
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Das
gesinterte Preßwerkstück oder
der Rohblock, der aus den obigen Pulvermetallurgie- oder Schmelzverfahren
erhalten wird, wird in Schleifvorrichtungsformen geschnitten, von
denen jede endbearbeitet wird zu einer Form, die für eine Schleifvorrichtung
geeignet ist, wie einer Oberflächenschleifmaschine
und einer Feinschleifmaschine. Das gesinterte Preßwerkstück oder
das Gußteil,
dem seine endgültige
Form gegeben wird, wird mit einer Komponente wie einem Legierungsschleifvorrichtungshalteelement
fixiert, um so ein Schleif- und Polierwerkzeug für Diamant zu werden.
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Nun
wird der Gegenstand des Polierens beispielhaft unter Einsatz einer
Diamantdünnschicht oder
eines freistehenden Diamantfilms beschrieben. Die Diamantdünnschicht
oder der freistehende Diamantfilm kann durch das gut bekannte chemische Dampfbeschichten
(CVD) gebildet werden.
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Die
chemische Dampfbeschichtung schließt beispielsweise ein Verfahren
ein, bei dem Diamant auf einem Substrat, erwärmt auf 500°C–1.100°C, aus einem verdünnten, gemischten
Gas aus Kohlenwasserstoffgas, wie Methan, und Wasserstoff durch
eine offene Quarzröhre,
eingesetzt an einer Position nahe einem auf hohe Temperatur erwärmten Wolfram
(etwa 200°C)
abgeschieden wird; eine Mikrowellenplasma-CVD oder eine RF-Plasma-CVD
(Radiofrequenz) oder ein DC-Bogenplasmastrahlverfahren (Gleichstrom)
unter Verwendung einer Plasmaentladung anstelle des obigen Wolframs;
und ein Verfahren, bei dem Diamant zersetzt und aus einem Kohlenwasserstoff
enthaltenden Gas (Sauerstoff-Acetylen) durch Aufschlagen der obigen
Gasflamme auf ein Substrat in der atmosphärischen Luft bei hoher Geschwindigkeit
abgeschieden wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist für
die Diamantdünnschicht
oder den selbststehenden Diamantfilm anwendbar, die bzw. der durch
die vorangehenden Verfahren oder die Verfahren, welches andere sind
als die vorangehenden, gebildet wird.
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Ein
natürlicher
Diamant und ein künstlicher Diamant
können
ebenfalls leicht poliert werden. Es wird gesagt, daß die (111)-Ebene
eines Diamanteinkristalls nicht mit den gegenwärtigen Methoden poliert werden
kann, jedoch weist die Schleifvorrichtung der vorliegenden Erfindung
eine solche hervorragende Leistung auf, daß sie das Polieren der (111)-Ebene
in gerade einmal wenigen kurzen Minuten vervollständigen kann.
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Wegen
der Methoden, die das Polieren einer (111)-Ebene eines Diamanteinkristalls
ermöglichen, kann
die (111)-Ebene hoher Qualität
in einer Schneidfläche
eines Schneidwerkzeugs verwendet werden. Zusätzlich können wertgesteigerte und Hochleistungsdiamanteinkristalle
erhalten werden, wie Hochleistungseinkristalldiamantabrichtwerkzeug unter
Verwendung der (111)-Ebene als ein Präzisionsausrichter für eine Schleifvorrichtung
und einen hochthermisch leitenden Wärmeschild.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann, sogar wenn der Gegenstand des Polierens ein gesintertes
Diamantpreßwerkstück ist,
eine Politur äußerst hoher
Qualität
erreicht werden. Unterschiede der Härte an Korngrenzen zwischen
Diamant und Bindemittel oder zwischen Diamantkörnern, oder eine Stufe aufgrund
des Abfallens eines Diamantabrasivmittels, wie sie bei der Verwendung
des Polierverfahrens unter Verwendung einer Diamantschleifpoliervorrichtung
(Schleifen und Polieren unter Verwendung von Diamant) beobachtet
werden, treten nicht auf. Demzufolge tritt das Problem des Schleifens
und Polierens, das durch den obigen Schritt bewirkt wird, jeweils
nicht auf.
-
Ferner
kann gemäß der vorliegenden
Erfindung eine äußerst einheitliche
Politur erreicht werden, sogar mit einem gesinterten Diamantpreßwerkstück; demzufolge
tritt das Problem der Verschlechterung der Brucheigenschaften, welche
dazu tendiert, aufzutreten, wenn Diamant als abnutzungsresistente
Teile verwendet wird, nicht auf.
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Mit
einer Schleifvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird Diamant
poliert durch Schieben der Schleifvorrichtung gegen den Diamanten,
während sich
die Schleifvorrichtung drehen kann oder sich relativ zu dem Diamanten
bewegen kann, und wobei der Bereich, der dem Polieren unterworfen
wird, bei Raumtemperatur (gewöhnliche
Temperatur) gehalten wird oder derselbe auf 100–800°C erwärmt wird.
-
Wenn
die Dicke der Diamantdünnschicht oder
dergleichen, die auf einem Substrat auf die obige An und Weise gebildet
wird, klein ist, beispielsweise etwa 10 μm, da die Stufe auf der Oberfläche des Diamanten
mehrere Mikrometer ist, ist die Widerstandsfähigkeit des Polierens klein
und das Polieren kann zufriedenstellend bei gewöhnlicher Temperatur durchgeführt werden.
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An
Stellen, wo Diamant in Kontakt mit der Schleifvorrichtung kommt,
wird die Temperatur lokal und beträchtlich durch Reibungswärme angehoben. Unter
solchen Bedingungen werden Carbide, Carbonitride oder dergleichen
der Komponeten der Schleifvorrichtung der vorliegenden Erfindung
(Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Os, Ir und Pt, oder Ti,
V, Zr, Nb, Mo, Hf Ta und W), wie TiC, TiAlC und TiAlCN, gebildet
und eventuell abgezogen. Vermutlich fördert dies effektiv den Fortschritt
des Polierens des Diamanten (chemisches Polieren).
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Wenn
auf der anderen Seite die Dicke der Diamantdünnschicht dick ist und der
Kristallkorndurchmesser ebenfalls groß ist (Filmdicke von mehreren 10 μm oder größer, Korndurchmesser
mehrere μm – mehrere
10 μm),
obwohl die Widerstandsfähigkeit gegenüber dem
Polieren gesteigert wird, wird das Polieren effektiv durch Beaufschlagung
von Wärme durchgeführt.
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Wenn
Wärme beaufschlagt
wird, wird das Polieren durchgeführt,
während
die Schleifvorrichtung und/oder wenigstens ein Teil des Bereichs,
der dem Polieren unterworfen wird, erwärmt wird, und die Temperatur
des Bereichs wird gesteuert, um, wie oben beschrieben, bei 100–800°C gehalten
zu werden.
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Wenn
die Erwärmungstemperatur
von außerhalb
kleiner als 100°C
ist, ist die Festigkeit der Legierungsschleifvorrichtung nicht zufriedenstellend, eine
Rißbildung
einschließlich
einem Abplatzen tritt wahrscheinlich in der Schleifvorrichtung auf.
Auf der anderen Seite wird der Diamant selbst auf beinahe die gleiche
Temperatur wie die Schleifvorrichtung durch das obige Erwärmen und
durch die Reibungswärme
erwärmt.
Und wenn die Temperatur 800°C überschreitet,
treten Risse oder Brüche
häufiger
in dem Diamanten aufgrund der Wärmebeeinflussung des
Diamanten auf, und der Diamant wird wahrscheinlich beschädigt. Somit
muß die
Erwärmungstemperatur
gesteuert werden, um 800°C
nicht zu überschreiten.
Die geeignete Erwärmungstemperatur
ist 300–800°C.
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Die
Gesamtwärme,
die auf den Bereich, der einem Polieren unterworfen wird, von außerhalb
beaufschlagt wird, wird gesteuert, um in den obigen Temperaturbereich
zu passen. Obwohl die Temperatur eingestellt werden muß unter
Berücksichtigung der
Temperatursteigerung durch Reibungswärme, ist eine abrupte Temperatursteigerung,
die 800°C überschreitet,
kein Problem. Die Erwärmungstemperatur, die
in der vorliegenden Erfindung eingestellt wird, schließt keine
solche abrupte Temperatursteigerung ein.
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Das
Schleif- und Polierwerkzeug für
Diamant der vorliegenden Erfindung wird gekennzeichnet durch eine äußerst hohe
Härte bei
Raumtemperatur relativ zu rostfreiem Stahl. Während die Härte der Polierschleifvorrichtung
mit intermetallischer Verbindung der vorliegenden Erfindung, erhalten
durch die Pulvermetallurgie, Hv 500–1.000 Kg/mm2 ist,
ist diejenige von rostfreiem Stahl lediglich etwa Hv-200 Kg/mm2. Mit anderen Worten erreicht die Festigkeit der
Polierschleifvorrichtung mit intermetallischer Verbindung der vorliegenden
Erfindung das 2,5- bis 5-fache derjenigen von rostfreiem Stahl.
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Ferner
verliert die Schleifvorrichtung mit intermetallischer Verbindung
gemäß der vorliegenden Erfindung
ihre Härte
sogar bei hohen Temperaturen nicht sehr stark, und sie weist eine
ausgezeichnete Eigenschaft auf, daß ihre Härte mit der Temperatur zunimmt,
bis die Temperatur etwa 600°C
erreicht.
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Noch
wichtiger zeigt das Schleif- und Polierwerkzeug für Diamant
der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Abnutzungswiderstandsfähigkeit
gegenüber
Diamant. Dies wird leicht verstanden aus der Tatsache, daß der Umfang
an Abplatzung bei Abnutzung der Schleifvorrichtung kleiner ist als
derjenige von Sinterhartmetall (WC + 16% Co: Hv-1.500 Kg/mm2), dessen Härte viel höher ist als diejenige der Schleifvorrichtung.
-
Das
Schleif- und Polierwerkzeug für
Diamant der vorliegenden Erfindung ist zum Polieren von Diamant
geeignet, aufgrund seines verhältnismäßig kleinen
Umfangs an Abplatzung oder Abnutzung, zusätzlich weist es eine Eigenschaft
einer markanten Steigerung der Abnutzung von Diamant auf.
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Wie
für Ti,
wenn es unabhängig
verwendet wird, obwohl es die Reaktion mit Kohlenstoff fördert, wird
es weicher mit der Temperaturzunahme, und insbesondere in der atmosphärischen
Luft wird es leicht oxidiert, um Titanoxide zu bilden und dient kaum
als ein Abrasivmittel.
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Jedoch
kann ein Polieren ohne Risse, Brüche
durch Verwendung des Schleif- und Polierwerkzeugs für Diamant
der vorliegenden Erfindung auf eine solche Art und Weise durchgeführt werden,
um die Schleifvorrichtung gegen den Diamanten zu schieben und dieselbe
relativ dazu zu drehen oder zu bewegen, während der Bereich, der dem
Polieren unterworfen wird, bei Raumtemperatur gehalten oder auf
100–800°C erwärmt wird.
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Beim
Beaufschlagen von Wärme
von außerhalb
beim Durchführung
des Polierens liegt der besonders wirksame Erwärmungstemperaturbereich bei
300–500°C. Diamant
wird durch die obige Beaufschlagung von Wärme wärmebeeinflußt, um mit dem Schleif- und
Polierwerkzeug für
Diamant der vorliegenden Erfindung reaktiver zu werden. Somit wird
die Reaktion von Kohlenstoff, die Komponente von Diamant, mit Ti,
der Komponente der Schleifvorrichtung, einfacher, was zu einem effektiven
Abplatzen bei Bruch von feinen Vorsprüngen von Diamantkristallkörnern führt.
-
In
dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren für Diamantdünnschichten wird, wenn eine besonders
dicke Diamantdünnschicht
gebildet wird, das Polieren im wesentlichen Maße schwierig, da Diamantkristallkörner grober
werden und die Rauhigkeit auf der Oberfläche des Diamantkristalls stärker wird.
Jedoch kann ein solcher schwer zu polierender Diamant ebenfalls
leicht ohne Bewirkung von Rissen, Brüchen und extremer Abnutzung
in der Schleifvorrichtung durch Verwendung der Schleifvorrichtung der
vorliegenden Erfindung und durch Durchführen des Polierens während eines
Erwärmens
des Bereichs, der dem Polieren unterworfen wird, auf 100–800°C poliert
werden. Es ist ferner bestätigt
worden, daß die
Beaufschlagung von Wärme
in dem obigen Temperaturbereich die Korngrenzen der Legierungsschleifvorrichtung
stärkt,
wodurch Korngrenzenbrüche
oder – risse
kaum darin auftreten.
-
Vermutlich
wird an Stellen, wo Diamant in Kontakt mit der Schleifvorrichtung
kommt, TiC, TiAlC, TiAlCN, etc. wegen der Brechwärme und der Wärme von
außerhalb
gebildet, was ein intensives chemisches Polieren bewirkt, wodurch
das Polieren von Diamant fortschreiten kann.
-
Das
Schleif- und Polierwerkzeug für
Diamant der vorliegenden Erfindung ist natürlicherweise anwendbar auf
einen Teil des anderen Verfahrens zum Polieren von Diamanten durch
Vorteilsnahme der bemerkenswerten Eigenschaften desselben. Alle
diese Anwendungen sind innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung.
-
Beim
Herstellen eines Schleif- und Polierwerkzeugs für Diamant, welches aus einer
einfachen intermetallischen Verbindung besteht, existiert manchmal
ein einzelnes Komponentenelement der obigen intermetallischen Verbindung
als ein einfaches Element, oder es wird manchmal eine Verunreinigungsspur
eingemischt, als Komponenten, die andere sind als die intermetallische
Verbindung. Sogar in einem solchen Falle kann die Schleifvorrichtung vollständig die
Funktion einer Schleifvorrichtung zeigen, solange sie 90 Volumen-%
oder mehr der intermetallischen Verbindung der vorliegenden Erfindung enthält.
-
Wie
unten beschrieben, kann die Schleifvorrichtung der vorliegenden
Erfindung mit Elementen verwendet werden, die die intermetallische
Verbindung (Metall) ausmachen, welche andere sind als solche, die
die obige intermetallische Verbindung oder Legierungen, Sinterhartmetalle,
Halbmetallelemente, Nichtmetallelemente, Keramiken (einschließlich Glas),
Diamantabrasivmittel oder organische Verbindungen (Polymere) ausmachen,
kombiniert oder vermischt mit diesen. Demzufolge ist die Schleifvorrichtung,
die 90 Volumen-% oder mehr der intermetallischen Verbindung der
vorliegenden Erfindung enthält,
lediglich gezeigt, um ein geeignetes Beispiel der Schleifvorrichtung
unter Verwendung der obigen intermetallischen Verbindung als eine
einfache Verbindung zu veranschaulichen, und ist nicht beabsichtigt,
um die Schleifvorrichtung der vorliegenden Erfindung zu begrenzen.
-
Beispielsweise
kann eine Art oder mehrere von Elementen, die ausgewählt sind
aus der Gruppe von Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Os, Ir
und Pt, oder eine Art oder mehrere von Elementen, die ausgewählt sind
aus der Gruppe von Ti, V, Zr, Nb, Mo, Hf Ta und W, von denen jedes
ein Hauptelement ist, das die intermetallische Verbindung der vorliegenden
Erfindung ausmacht, oder Elemente, welches andere sind als die obigen,
zugegeben werden, um die Stärke
und Festigkeit des Schleif- und Polierwerkzeugs für Diamant
zu erhöhen,
welches die intermetallische Verbindung der vorliegenden Erfindung
umfaßt.
-
Unter
zahlreichen Arten von intermetallischen Verbindungen gibt es einige
Arten, welche zu spröde
sind, um für
eine Schleifvorrichtung unabhängig
verwendet zu werden. Jedoch kann deren Stärke und Festigkeit verbessert
werden durch Kombinieren derselben mit den Materialien, welche Stärke und Festigkeit
verbessern können,
oder durch Bilden von intermetallischen Verbundverbindungen mit
anderen intermetallischen Verbindungen. Demzufolge können die
intermetallischen Verbindungen, welche nicht unabhängig verwendet
werden können,
ebenfalls für eine
Schleifvorrichtung verwendet werden, wenn sie die wie oben beschriebene
Form einnehmen. Alle Schleifvorrichtungen, die die obigen intermetallischen
Verbindungen und die obigen Materialien enthalten, sind ebenfalls
in der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.
-
Ferner
können
Keramiken, Diamant oder Sinterhartmetalle zugegeben werden, um die
Härte des
Schleif- und Polierwerkzeugs für
Diamant zu verbessern. Alle diese Schleifvorrichtungen, die Keramiken
oder Sinterhartmetalle enthalten, sind ebenfalls in der vorliegenden
Erfindung eingeschlossen.
-
Ferner
ist gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Teil oder das gesamte des Schleif- und Polierwerkzeugs
für Diamant
aus den obigen intermetallischen Verbindungen zusammengesetzt, welche
die große
Verbesserung in den Funktionen einer Schleifvorrichtung ermöglichen.
Solche Schleifvorrichtungen schließen beispielsweise eine Verbundschleifvorrichtung
ein, in welcher intermetallische Verbindungen Diamantabrasivmittel
binden, wie gegenwärtig
verwendete; eine Verbundschleifvorrichtung der intermetallischen
Verbindung der vorliegenden Erfindung und Keramiken; eine Verbundschleifvorrichtung der
intermetallischen Verbindung und Metall oder Sinterhartmetall oder
dergleichen, bei der die obige intermetallische Verbindung als Abrasivmittel
verwendet wird; und der Komplex derselben.
-
Wie
oben beschrieben, werden bei der Herstellung einer Verbundschleifvorrichtung
oder einer gemischten Schleifvorrichtung die Zubereitung der obigen
Materialien (Volumenprozentanteil) und der Volumenprozentanteil
des Bindemittels, das verwendet wird, optional gemäß ihrer
Verarbeitungszwecke oder -anwendungen ausgewählt und sind nicht auf eine
bestimmte Zubereitung oder einen Volumenprozentanteil begrenzt.
Ferner kann die obige Schleifvorrichtung gemeinsam mit einem Teil
des gegenwärtig
verwendeten Schleifvorrichtungssegments verwendet werden. Alle diese
sind in der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.
-
Die
Diamanten, deren Oberfläche
durch das einfache und hochgenaue Polierverfahren der vorliegenden
Erfindung geebnet worden sind, können
effektiv ihre Anwendungen steigern, wie als ein Diamantmaterial
hoher Leistung. Insbesondere wird der Einkristalldiamant als ein
Hochleistungseinkristalldiamantabrichtwerkzeug, ein hochthermoleitfähiges Wärmeschild,
etc. verwendet; das gesinterte Diamantpreßwerkstück wird als ein genaues, gesintertes Diamantpreßwerkstückmaschinierungswerkzeug oder
abnutzungsresistente Teile verwendet; und die Diamantdünnschicht
oder der freistehende Diamantfilm, der bzw. die gemäß der vorliegenden
Erfindung erhalten wird, wird als ein Material verwendet, das für elektronische
Vorrichtungen geeignet ist, wie Stromkreissubstrat, Radiofrequenzvorrichtung,
Wärmeschild,
verschiedene Arten von optischen Teilen, Oberflächenakustikwellenelement (Filter),
Flachdisplay, Halbleiter- und Strahlungsensor, mechanische Präzisionsteile
und verschiedene Arten von Gleitteilen.
-
[Beispiele und Vergleichsbeispiel]
-
Die
vorliegende Erfindung wird klarer verstanden werden durch Bezugnahme
auf die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele. Jedoch sind diese
Beispiele beabsichtigt, um beim Verständnis der vorliegenden Erfindung
zu helfen, und sind nicht konstruiert, die vorliegende Erfindung
einzuschränken.
Variationen und andere Beispiele, die durchgeführt werden, ohne von dem Geist
und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, sind in der vorliegenden
Erfindung eingeschlossen.
-
(Schleifvorrichtung und
Herstellungsbedingungen derselben)
-
Eine
Art oder mehre von Pulvern, die ausgewählt sind aus der Gruppe von
Ti, V, Zr, Nb, Mo, Hf Ta und W, und eine Art oder mehre von Pulvern,
die ausgewählt
sind aus der Gruppe von Al, Cr, Mn Fe, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Os,
Ir und Pt, wurden in einem Verhältnis
gemischt, welches die Bildung der intermetallischen Verbindungen
der vorliegenden Erfindung ermöglicht,
wobei die gemischten Materialpulver (2–10 μm) in eine Kugelmühle gefüllt wurden,
um sie einem Vermahlen für
100–300
Stunden in mechanisch legierte Pulver zu unterziehen, und diese
legierten Pulver wurden unter einem Druck von 50 MPa bei 950°C für 5 Minuten
durch das Pulsabgabesintern gesintert, um jeweils gesinterte intermetallische Verbindungspreßwerkstückschleifvorrichtungen
bereitzustellen.
-
(Gegenstand des Polierens)
-
- – Diamantdünnschicht:
Eine Diamantdünnschicht wird
gebildet auf einem polykristallinen Si-Substrat von 4 mm Dicke unter
Verwendung einer H2/CH4-Gasmischung
durch das Heißfilamentverfahren.
- – Dicke
der Diamantdünnschicht:
10 μm (die
Stufe ist mehrere um oder kleiner), 300 μm, 500 μm
- – Abmessung:
19 mm × 19
mm
- – gesintertes
Diamantpreßwerkstück
- – Diamanteinkristall
-
(Polierbedingungen für Schleifvorrichtung)
-
- – Temperatur:
Raumtemperatur (15–30°C) oder der
Bereich, der dem Polieren unterworfen wird, ist auf 100–800°C erwärmt
- – Rotationsgeschwindigkeit:
400–3.000
rpm
- – Form
der Schleifvorrichtung: ϕ 30 mm
- – Schubbeladung:
1 kgf–10
kgf
- – Dauer:
1–10 Minuten
-
(Beispiel 1)
-
Eine
Poliervorrichtung mit einer intermetallischen TiFe2-Verbindung
wurde unter den vorstehenden Bedingungen hergestellt, und die vorstehende Diamantdünnschicht
wurde bei Raumtemperatur unter Verwendung der obigen Schleifvorrichtung
poliert. Das Polieren wurde mit einer Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit
von 3.000 rpm für
eine Minute durchgeführt.
-
Die
Ergebnisse sind in 1 und 2 gezeigt. 1 und 2 sind
Differentialinterferenzmikrofotographien mit einer Vergrößerung von
x400 bzw. x1.000 der Diamantdünnschicht
nach dem Polieren.
-
In 1 und 2 bezeichnen
die schwarzschattierten Bereiche die nicht polierten Bereiche und
weiße
Bereiche (sie erscheinen in der Fotographie grau) die polierten
Bereiche. Wie erkannt werden kann, wurde das Polieren schnell für gerade
eine kurze Minute vorangetrieben.
-
Obwohl
das Polieren bei Raumtemperatur durchgeführt wurde, fand lediglich eine
geringe Abnutzung in der Schleifvorrichtung statt, zusätzlich gab es
keine Risse oder Brüche.
Die Polierschleifvorrichtung mit der intermetallischen TiFe2-Verbindung zeigte eine hohe Polierleistung.
-
(Beispiel 2)
-
Eine
Polierschleifvorrichtung mit einer intermetallischen TiCo-Verbindung
wurde unter den vorstehenden Bedingungen hergestellt, und die vorstehende
Diamantdünnschicht
wurde bei Raumtemperatur unter Verwendung der obigen Schleifvorrichtung
poliert. Das Polieren wurde mit einer Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit
von 3.000 rpm für
1 Minute durchgeführt.
Die Ergebnisse sind in 3 und 4 gezeigt. 3 und 4 sind
Differentialinterferenzmikrofotographien mit einer Vergrößerung von
x400 bzw. x1.000 der Diamantdünnschicht
nach dem Polieren.
-
In 3 und 4 bezeichnen
die schwarzschattierten Bereiche die nicht polierten Bereiche und
weiße
Bereiche (sie erscheinen in der Fotographie grau) die polierten
Bereiche. Wie erkannt werden kann, wurde das Polieren schnell für gerade
1 kurze Minute vorangetrieben, gerade wie in den obigen Beispielen.
Obwohl das Polieren bei Raumtemperatur wie in den obigen Beispielen
durchgeführt wurde,
fand lediglich eine geringe Abnutzung in der Schleifvorrichtung
statt, zusätzlich
gab es keinen Bruch oder Risse. Die Polierschleifvorrichtung mit
der intermetallischen TiCo-Verbindung zeigte eine gute Polierleistung.
-
(Beispiel 3)
-
Eine
Polierschleifvorrichtung mit einer intermetallischen TiNi-Verbindung
wurde unter den vorstehenden Bedingungen hergestellt, und die vorstehende
Diamantdünnschicht
wurde bei Raumtemperatur unter Verwendung der obigen Schleifvorrichtung
poliert. Zwei Polierarten wurden bei einer Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit
von 3.000 rpm für
1 Minute bzw. 5 Minuten durchgeführt.
-
Die
Ergebnisse sind in 5 und 6 gezeigt. 5 und 6 sind
Differentialinterferenzmikrofotographien (mit einer Vergrößerung von x1.000)
der Diamantdünnschicht
nach dem 1-minütigen
Polieren bzw. dem 5-minütigen
Polieren. Die optische Mikrofotographie (mit einer Vergrößerung von x1.000)
der nicht polierten Diamantdünnschicht
zeigt die gleiche unebene Oberfläche
wie in 11, die unten beschrieben wird.
-
In 5 bezeichnen
die schwarzschattierten Bereiche die nicht polierten Bereiche und
weiße
Bereiche (sie erscheinen in der Fotographie grau) die polierten
Bereiche. Eine Stufe entlang der Kristallkörner wird in der Figur kaum
beobachtet, was anzeigt, daß das
Polieren schnell für
gerade 1 kurze Minute vorangetrieben wurde.
-
6 zeigt
die Diamantdünnschicht
nach dem 5-minütigen
Polieren. Wie erkannt werden kann, wurde das Polieren weiter vorangetrieben
und beinahe die gesamten nicht polierten Bereiche verschwanden.
-
Obwohl
das Polieren bei Raumtemperatur durchgeführt wurde, fand lediglich eine
geringe Abnutzung in der Schleifvorrichtung statt, zusätzlich gab es
keinen Bruch oder Risse. Die Polierschleifvorrichtung mit der intermetallischen
TiNi-Verbindung zeigte eine äußerst hohe
Schleifleistung.
-
(Beispiel 4)
-
Eine
Polierschleifvorrichtung mit einer intermetallischen TiMn2-Verbindung wurde unter den vorstehende
Bedingungen hergestellt, und die vorstehende Diamantdünnschicht
wurde bei Raumtemperatur unter Verwendung der obigen Schleifvorrichtdung
poliert. Das Polieren wurde bei einer Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit
von 3.000 rpm für
1 Minute durchgeführt.
Die Ergebnisse sind in 7 gezeigt. 7 ist
eine Differentialinterferenzmikrofotographie mit einer Vergrößerung von x400
der Diamantdünnschicht
nach dem Polieren.
-
In 7 bezeichnen
die schwarzschattierten Bereiche die nicht polierten Bereiche und
die weißen linearen
Bereiche (sie erscheinen in der Fotographie grau) die polierten
Bereiche. Wie erkannt werden kann, wurde das Polieren schnell für gerade
1 kurze Minute vorangetrieben, wie in dem obigen Beispiel 3. Obwohl
das Polieren bei Raumtemperatur durchgeführt wurde, zeigt die Polierschleifvorrichtung
mit der intermetallischen TiMn2-Verbindung
eine hohe Polierleistung.
-
Die
Polierschleifvorrichtung mit der intermetallischen TiMn2-Verbindung
tendiert jedoch dazu, ein wenig spröde zu sein, verglichen mit
den anderen Schleifvorrichtungen der vorliegenden Erfindung.
-
(Beispiel 5)
-
Eine
Polierschleifvorrichtung mit einer intermetallischen TiCr2-Verbindung wurde unter den vorstehenden
Bedingungen hergestellt, und die vorstehende Diamantdünnschicht
wurde bei Raumtemperatur unter Verwendung der obigen Schleifvorrichtung
poliert. Das Polieren wurde mit einer Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit
von 3.000 rpm für
1 Minute durchgeführt.
Die Ergebnisse sind in 8 gezeigt. 8 ist
eine Differentialinterferenzmikrofotographie mit einer Vergrößerung von x1.000
der Diamantdünnschicht
nach dem Polieren.
-
In 8 bezeichnen
die schwarzschattierten Bereiche die nicht polierten Bereiche und
weiße
Bereiche (sie erscheinen in der Fotographie grau) die polierten
Bereiche. Wie erkannt werden kann, wurde das Polieren schnell für gerade
1 kurze Minute vorangetrieben, wie in dem obigen Beispiel 3. Obwohl
das Polieren bei Raumtemperatur durchgeführt wurde, zeigte die Polierschleifvorrichtung
mit der intermetallischen TiCr2-Verbindung
eine hohe Polierleistung.
-
(Beispiel 6)
-
Eine
Polierschleifvorrichtung mit einer intermetallischen TiAl-Verbindung
wurde unter den vorstehenden Bedingungen hergestellt, und die vorstehende
Diamantdünnschicht
wurde bei Raumtemperatur unter Verwendung der obigen Schleifvorrichtung
poliert. Zwei Polierarten wurden bei einer Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit
von 500 rpm bzw. 3.000 rpm für
5 Minuten durchgeführt.
-
Die
Ergebnisse sind in 9 und 10 gezeigt. 9 und 10 sind
Differentialinterferenzmikrofotographien mit einer Vergrößerung von x1.000
der Diamantdünnschicht
nach dem Polieren.
-
In 9 und 10 bezeichnen
die schwarzschattierten Bereiche die nicht polierten Bereiche und
weiße
Bereiche (sie erscheinen in der Fotographie grau) die polierten
Bereiche. Wie erkannt werden kann, wurde das Polieren schnell für 5 kurze Minuten
vorangetrieben. Obwohl das Polieren bei Raumtemperatur durchgeführt wurde,
zeigte die Polierschleifvorrichtung mit der intermetallischen TiAl-Verbindung
eine hohe Polierleistung.
-
Nach
dem Polieren wurde die Stufe an der Korngrenze mit einem Oberflächenrauhigkeitstest getestet.
Das Ergebnis war 0,02 μm
oder kleiner, was anzeigt, daß die
polierte Ebene eine ausgezeichnete Flachheit aufweist.
-
Kürzlich ist
die Verwendung einer elastischen Wellenvorrichtung mit einer Diamantdünnschichtoberfläche untersucht
worden, in welcher regelmäßig angeordnete
Elektroden auf einer ZnO-Dünnschicht
oder dergleichen angeordnet sind, abgeschieden auf der Oberfläche der
Diamantdünnschicht,
die dem Polierverarbeiten unter Verwendung der Hochschallgeschwindigkeit
der Diamantdünnschicht
unterzogen worden ist, als ein Radiofrequenzbandfilter oder ein
optischer Kommunikationszeitnehmer in der GHz-Bandkommunikation. In der Diamantdünnschicht,
die dem Polierverarbeiten aus dem Stand der Technik unterworfen
worden ist, ist jedoch die Stufe auf der bearbeiteten Oberfläche der Diamantdünnschicht
0,02–0,04 μm, und eine
solche große
Stufe auf der Oberfläche
der Diamantdünnschicht
hat zu der Variation im Abstand zwischen den regelmäßig angeordneten
Elektroden beigetragen, oder zu der Verschlechterung und Abweichung
in der Leistung der Wellenvorrichtung mit elastischer Oberfläche, da
sie eine Instabilität
der Leistung der piezoelektrischen Dünnschicht induziert.
-
Auf
der anderen Seite ist in der Diamantdünnschicht, die dem Polierverarbeiten
mit einer Polierschleifvorrichtung der vorliegenden Erfindung unterzogen
worden ist, die Stufe an der Korngrenze äußerst klein, wie oben beschrieben;
demzufolge wird sie sehr effektiv als ein Gleitmaterial unter schwerer Last
oder als eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung
verwendet.
-
(Beispiel 7)
-
Die
vorstehende Diamantdünnschicht
wurde unter Verwendung der vorstehenden Polierschleifvorrichtung
und einer intermetallischen TiAl-Verbindung bei einer Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit
von 400 rpm bei Raumtemperatur poliert. Und die Zustände des
nicht polierten Films und des polierten Films nach unterschiedlichen
Polierstufen während
4–20 Minuten
nach dem Beginn (5 Stufen, d. h. 4, 8, 12, 16, 20 Minuten) wurden
beobachtet. Die Schubbelastung wurde Stück um Stück innerhalb des Bereichs von
1–5 kgf
gesteigert. Die Ergebnisse sind in 11–16 gezeigt
(optische Mikrofotographien mit einer Vergrößerung von x1.000).
-
11 zeigt
die Oberfläche
der nicht polierten Diamantdünnschicht.
Wie erkannt werden kann, aggregieren feine Kristallkörner. In 12 und 13 wird
erkannt, daß die
Spitzen der konvexen Bereiche des Diamantkristalls graduell abgeflacht werden
(graue Bereiche) mit dem Voranschreiten des Polierens, und sie kommen
soweit, um sich miteinander zu verbinden.
-
In 14-16 ist
die Oberfläche
der Diamantdünnschicht
abgeflacht, und die nicht polierten Bereiche (schwarzschattierte
Bereiche) nehmen allmählich
ab. Wie für
die Polierschleifvorrichtung mit der intermetallischen TiAl-Verbindung
wurden ihre gute Flachheit und Glattheit sogar aufrechterhalten nach
dem Polierverarbeiten, und lediglich eine geringe Abnutzung fand
während
des Polierverarbeitens statt.
-
Somit
wurde bestätigt,
daß die
Diamantdünnschicht
wirksam mit der Polierschleifvorrichtung mit der intermetallischen
Verbindung der vorliegenden Erfindung poliert werden kann.
-
(Beispiel 8)
-
Eine
Polierschleifvorrichtung mit einer intermetallischen TiCu-Verbindung
wurde hergestellt, und die vorstehende Diamantdünnschicht wurde bei Raumtemperatur
unter Verwendung der obigen Schleifvorrichtung poliert. Das Polieren
wurde bei einer Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit von 3.000
rpm für
1 Minute durchgeführt.
-
Obwohl
diese Polierschleifvorrichtung mit der intermetallischen Verbindung
ein wenig den anderen Schleifvorrichtungen der vorliegenden Erfindung
bezüglich
der Polierleistung (nicht in den Figuren gezeigt) unterlegen ist,
wurde gefunden, daß die Diamantdünnschicht
mit dieser Polierschleifvorrichtung bei Raumtemperatur poliert werden
kann.
-
(Beispiel 9)
-
Eine
Polierschleifvomchtung mit einer intermetallischen Verbundverbindung,
bestehend aus TiAl, TiFe2, TiCr2 und
TiNi, wurde hergestellt, und die vorstehende Diamantdünnschicht
wurde mit einer Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit von 3.000
rpm für
1 Minute poliert.
-
Diese
Schleifvorrichtung zeigte den gleichen Grad an Polierleistung wie
die Polierschleifvorrichtung mit der intermetallischen TiAl-Verbindung
(nicht in den Figuren gezeigt). Es wurde bestätigt, daß die Polierschleifvorrichtung
mit der intermetallischen Verbundverbindung mit der obigen Zusammensetzung
ebenfalls eine Polierleistung hat, die äquivalent ist zu derjenigen
der Polierschleifvomchtung mit der intermetallischen TiAl-Verbindung.
-
(Vergleichsbeispiel 1)
-
Zum
Vergleich wurde die Diamantdünnschicht
bei Raumtemperatur mit einer Ti-6 Gew.-% Al-4 Gew.-% V-Legierung
mit einer sehr hohen Festigkeit und Stärke poliert. In diesem Falle
wurde eine Ti-6 Gew.-% Al-4 Gew.-% V-Legierung verwendet, die durch
das Schmelzverfahren hergestellt wurde. Das Polieren wurde bei einer
Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit von 3.000 rpm für 5 Minuten durchgeführt.
-
Das
Ergebnis zeigt, daß obige
Ti-6 Gew.-% Al-4 Gew.-% V-Legierung an der Oberfläche der
Diamantdünnschicht
anhaftete und schnell abgenutzt wurde, jedoch nicht die Diamantdünnschicht
insgesamt polieren konnte. Somit wurde bestätigt, daß die Legierungszusammensetzung,
die Ti und Al alleine enthält,
nicht Diamant polieren konnte.
-
(Beispiel 10)
-
Das
mechanisch legierte TiAl-Pulver als Materialpulver der gleichen
Menge an Ti-Pulver und Al-Pulver wurde in eine Form gefüllt, um
vorgeformt zu werden.
-
Dann
wurde die vorgeformte Legierung einem Heißpressensintern (HP-Behandlung)
unter den Bedingungen von 1.000–1.300°C, 500 Kgf/cm2 unterworfen, um eine gesinterte intermetallische
TiAl-Verbindungsscheibe von 30 mm Durchmesser und 5 mm Dicke zu
ergeben. Die relative Dichte der intermetallischen TiAl-Verbindungsscheibe
war 99,9%.
-
Diese
Scheibe wurde zu einer Form einer Schleifvorrichtung endbearbeitet,
die Schleifvorrichtung wurde an einer Drehbank fixiert, und eine
Anzahl an freistehenden Diamantschichten wurde unter Verwendung
der Schleifvorrichtung unter den Bedingungen, die unten gegeben
werden, poliert. Eine Elektronenmikrofotographie der Oberfläche der
freistehenden Diamantschicht vor dem Polieren ist in 17 gezeigt.
-
(Gegenstand des Polierens)
-
- – Freistehender
Diamantfilm: Eine Diamantdünnschicht
von 500 μm
wurde auf einem Substrat durch das Mikrowellenplasma-CVD gebildet,
und ein freistehender Diamantfilm wurde durch Entfernen des Substrats
erhalten.
-
(Polierbedingungen)
-
- – Rotationsgeschwindigkeit
der Drehbank: 1.600 rpm
- – Heizmittel:
Der dem Polieren unterworfene Bereich wurde auf 100–800°C mit einem
Gasbrenner erwärmt.
- – Schublast:
5 kgf–10
kgf
- – Dauer:
1–10 Minuten
-
Eine
Elektronenmikrofotographie der Oberfläche des freistehenden Diamantfilms
nach dem Polieren ist in 18 und 19 gezeigt. 19 ist eine
teilweise vergrößerte Ansicht
(Fotographie) von 18. In diesem Beispiel war die
Heiztemperatur 350±50°C, der Schubdruck
war 10 kgf und die Polierdauer war 3 Minuten.
-
In
der Elektronenmikrofotographie der Oberfläche des freistehenden Diamantfilms
vor dem Polieren, die in 17 gezeigt
ist, wird eine starke Stufe der Diamantkristallkörner (20–100 μm in der Korngröße) beobachtet.
Auf der anderen Seite wird die Stufe abgesenkt und die Oberfläche erscheint
abgerundet, wie aus der Elektronenmikrofotographie derselben nach
dem Polieren erkannt werden kann, wie in 18 gezeigt
ist.
-
Somit
wurde bestätigt,
daß der
freistehende Diamantfilm in einer äußerst kurzen Zeit poliert werden
kann. Weder Risse noch Brüche
finden in dem freistehenden Diamantfilm statt, und ein Abbau der Qualität wird auch
nicht beobachtet.
-
Die
Schleifvorrichtung der intermetallischen TiAl-Vervbindungsscheibe
wurde nach dem Polieren überprüft. Nach
zehnmaligem Polieren fand beinahe keine Abnutzung in der Schleifvorrichtung
statt, und sie war wieder verwendbar.
-
Das
gleiche Polieren wie oben wurde bei unterschiedlichen Temperaturen
von 200°C,
300°C, 400°C, 500°C, 600°C, 700°C und 800°C durchgeführt, während der
Schubdruck, die Rotationsgeschwindigkeit der Drehbank und die Polierdauer
geändert
wurden.
-
Als
ein Ergebnis wurde gefunden, daß,
da die Schleifvorrichtungshärte
der intermetallischen TiAl-Verbindungsscheibe bei Temperaturen von
kleiner als 100°C
abgebaut wird und dies in der Schleifvorrichtung stattfindet, die
Polierleistung der Schleifvorrichtung für den Diamantfilm (Dickfilm)
eines großen Korndurchmessers
bei den obigen Temperaturen schlecht ist.
-
Es
wurde ebenfalls gefunden, daß die
Temperatur über
800°C wahrscheinlich
dafür ist,
Risse und Brüche
in dem freistehenden Diamantfilm zu bewirken und ist nicht bevorzugt.
Die bevorzugte Erwärmungstemperatur
liegt in dem Bereich von 300°–500°C.
-
Es
wurde bestätigt,
daß die
Temperaturen in dem Bereich von 300–500°C äußerst geeignete Bedingungen
sind, unter denen weder Risse noch Brüche in der intermetallischen
TiAl-Verbindungsscheibenschleifvorrichtung
stattfinden, die Festigkeit und Härte derselben auf einem äußerst hohen
Niveau gehalten werden kann, ein stabiles Polieren hoher Qualität schnell
durch geführt
werden kann und lediglich eine geringe Abnutzung in der Schleifvorrichtung stattfindet.
-
An
Stellen, wo der freistehende Diamantfilm in Kontakt mit der Schleifvorrichtung
kommt, wird die Temperatur beträchtlich
durch die Reibungswärme und
die von außerhalb
beaufschlagte Wärme
angehoben. Es wird vermutet, daß unter
solchen Bedingungen ein chemisches Polieren, beispielsweise, aufgrund
der Bildung von TiC, TiAlC, TiAlCN, etc. statttfindet, welches ermöglicht,
daß das
Polieren des Diamant effektiv voranschreiten kann.
-
Es
wurde gefunden, daß in
dem obigen Temperaturbereich der Diamant auch nicht beschädigt wird,
und es ein ausgezeichneter Zustand sowohl für den Diamanten als auch die
Schleifvorrichtung ist.
-
Wie
oben beschrieben, ist ein Erwärmen während des
Polierens des Diamanten sehr wichtig, insbesondere wenn die Dicke
des Diamanten mehrere 10 μm
oder mehr ist.
-
Im
allgemeinen werden in Diamantdünnfilmen
mit Dicken von mehreren 10 μm
oder größer, mit dem
Dünnschichtwachstum,
Kristallkörner
mit unterschiedlichen kristallographischen Orientierungen auf der
Oberfläche
des Dünnfilms
gebildet, deren Korngröße mehrere μm bis mehrere
10 μm ist.
Und eine deutliche Stufe wird unter den Kristallkörnern gebildet.
Im Falle des obigen freistehenden Diamantfilms mit einer Dicke von
500 μm erreichte
die Kristallstufe auf der Oberfläche
des Films etwa 20–100 μm.
-
Beim
Polieren eines solchen Diamantfilms findet eine nicht einheitliche
Zugspannung in der Polieroberfläche
der Schleifvorrichtung statt, welche in der Schleifvorrichtung die
Ausgangspunkte für
einen Sprödigkeitsbruch
liefert.
-
In
einem solchen Falle finden, wenn das Polieren bei Raumtemperatur
durchgeführt
wird, eine deutliche Abnutzung und infinitesimales aufgrund der deutlichen
Stufe, die oben beschrieben wurde, in der Schleifvorrichtung statt,
dehnt sich mit Fortschritt des Polierens aus und kann einen Bruch
während
des Polierverarbeitens bewirken. Die Beaufschlagung von Wärme auf
den Bereich, der einem Polieren unterworfen wird, wird gekennzeichnet
dadurch, daß sie
solche Bruchausgangspunkte stumpf machen kann.
-
In
diesem Beispiel ist es, obwohl ein Gasbrenner als ein Heizmittel
zum Erwärmen
des Bereichs, der einem Polieren unterworfen wird, verwendet wird,
natürlich,
daß andere
Heizmittel ebenfalls verwendet werden können. Ein Gleichstromheiz- oder
induktives Radiofrequenzheizverfahren, das auf die Schleifvorrichtung
beaufschlagt wird, ist wirksam.
-
Wie
oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung das Polieren durchgeführt,
während
die Schleifvorrichtung in Kontakt mit dem Diamantfilm kommen kann.
Natürlicherweise
wird Reibungswärme
an ihren Kontaktbereichen erzeugt. Somit wird ein Heizen bestimmt
unter Berücksichtigung sowohl
der Wärme
von außerhalb
als auch der Reibungswärme.
-
Wenn
der Schubdruck und die Schleifvomchtungsrotationsgeschwindigkeit
hoch sind, wird eine übermäßige Kraft
sowohl auf die Schleifvorrichtung als auch den Diamantenfilm übertragen,
welche eine Beschädigung
des Diamantfilms und der Schleifvorrichtung bewirken kann. Die obigen
Bedingungen können
jedoch optional gemäß den Situationen
abgeändert
werden und sind nicht feste restriktive Erfordernisse.
-
Die
Polierdauer kann ebenfalls geeignet geändert werden; wenn jedoch die
Polierschleifvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
ist die Polierdauer nicht ein Problem, da das Polieren effizient
in einer kurzen Zeit durchgeführt
werden kann.
-
(Reibungs-/Abnutzungstest)
-
Ein
Reibungs-/Abnutzungstest wurde für
den Diamanten, der einem Polierverfahren unterzogen worden ist,
der in dem obigen Beispiel 10 erhalten wurde, und die polykristalline
Diamantdünnschicht von
500 μm Dicke,
als ein Vergleichsmaterial, welche unter den gleichen Bedingungen
gebildet wurde wie der obige Diamant, der einem Polierverfahren
unterzogen worden ist, durchgeführt,
wobei das Substrat nicht entfernt wurde, und wurde einem Polierbearbeiten
mit einer gegenwärtig
verwendeten Polierschleifvorrichtung unterworfen.
-
Der
pin/on/disk-artige Bruch/Bruch-Test (pin/on/disk type of fracture/fracture
test) wurde unter Verwendung einzelner Steckeinkristalldiamantstifte jeweils
mit unterschiedlichem Radius der Stiftspitze (Krümmungsradius R = 0,025 mm,
0,25 mm) in der atmosphärischen
Luft unter nicht schmierenden Bedingungen durchgeführt.
-
Gemäß den Messungen
vor dem obigen Test war die durchschnittliche Stufe in der polierten
Ebene an Korngrenzen des Diamants, der einem Polierverfahren als
ein Vergleichsmaterial unterzogen worden war, 0,12 μm, und die
durchschnittliche Stufe in der polierten Ebene an Korngrenzen des
Diamants, der einem Polierverfahren unterzogen worden war, das in
Beispiel 10 erhalten wurde, war 0,03 μm.
-
Für jeden
der obigen Diamanten, der einem Polierverfahren unterzogen worden
ist, wurden die Belastung und die durchschnittlichen Reibungskoeffizienten
vergleichend gemessen unter Verwendung von stabilen Werten der Geschwindigkeit
des Gleitabstands von 500 m. Die Messungen beider zeigten Werte
von so niedrig wie 0,02–0,03.
-
In
dem Vergleichsmaterial nahm jedoch, insbesondere wenn sein Stiftkrümmungsradius
R = 0,025 mm war, die maximale Rauhigkeit der bearbeiteten Oberfläche nach
dem Bruch schnell mit der Zunahme der Belastung zu. Wenn die Belastung
1,96 N war, war die Oberflächenrauhigkeit
Ry über
1 μm.
-
Aus
der Beobachtung der abgenutzten Oberfläche des Vergleichsmaterials
unter Verwendung eines Lasermikroskops wurde bestätigt, daß es abgenutzte
Teile des Stifts auf beiden Seiten der Bruchrillen gab. Und die
Bruchgeschwindigkeit der bearbeiteten Oberfläche nahm schnell mit der Zunahme
der Belastung zu (Zunahme des maximalen Hertzschen Kontaktdrucks).
-
Bei
dem einem Polierverfahren unterzogenen Diamanten, der in Beispiel
10 erhalten wurde, bleib auf der anderen Seite, wenn der Stiftkrümmungsradius
R = 0,025 mm und die Belastung 1,96 N war, die Oberflächenrauhigkeit
Ry die gleiche wie die anfängliche,
und die Bruchgeschwindigkeit war so klein wie 4,0 × 10-12 mm3/mm oder weniger.
-
Die
obigen Ergebnisse zeigen, daß unter
einem maximalen Hertzschen Kontaktdruck Risse teilweise an dem unebenen
Bereich der bearbeiteten Oberfläche
sich entwickeln, und dadurch wird die Abnutzung gesteigert. Es ist
offensichtlich, daß die
Stufe auf der polierten Ebene an Korngrenzen des Diamants, der einem
Polierverfahren unterzogen worden ist, stark die Ergebnisse des
Bruch/Bruch-Tests beeinflußt.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann, wie oben beschrieben, ein Diamant, der einem Polierverfahren
unterzogen worden ist, dessen Stufe auf der polierten Ebene 0,1 μm oder kleiner
ist, verwirklicht werden. Und ein solcher Diamant, der einem Polierverfahren
unterzogen worden ist, wird gekennzeichnet durch eine geringe Bruchgeschwindigkeit, ein
hochverläßliches
Bruchverhalten, das eine lange Zeitdauer andauert, und eine stabile
niedrige Brucheigenschaft, sogar unter den schweren Bedingungen.
Demzufolge kann er ferner gekennzeichnet werden durch einen hohen
Nutzwert auf den Gebieten des Ingenieurwesens und der Medizin, beispielsweise
für mechanische
Ultrapräzisionsteile,
künstliche Verbindungen,
Dentalteile etc.
-
(Vergleichsbeispiel 2)
-
Ein
Polieren wurde unter Verwendung der Schleifvorrichtung aus Sinterhartmetall
(WC + 16% Co) und dem gleichen freistehenden Diamantfilm wie in
dem obigen Beispiel unter den gleichen Bedingungen wie in dem obigen
Beispiel versucht. Jedoch konnte die Schleifvorrichtung aus Sinterhartmetall den
freistehenden Diamantfilm bei Heiztemperaturen von 100–800°C überhaupt
nicht polieren. Im Gegensatz wurde die Schleifvorrichtung durch
den freistehenden Diamantfilm abgeschliffen.
-
Daher
wurde ein Polieren bei einer angehobenen Temperatur von 1.000°C versucht.
Zu Beginn reagierte die Schleifvorrichtung teilweise mit dem Diamanten
und der freistehende Diamantfilm wurde poliert. Jedoch wurde die
Polierschleifvorrichtung allmählich
erweicht und das Polieren konnte nicht fortgeführt werden.
-
(Vergleichsbeispiel 3)
-
Ein
Polieren wurde durchgeführt
unter Verwendung der Peripherie der Scheibenschleifvorrichtung aus
rostfreiem SUS304-Stahl mit einem Außendurchmesser von 204 mm × 5 mm in
der Dicke und einem ähnlichen
freistehenden Diamantfilm auf einer Oberflächenschleifmaschine bei Raumtemperatur. Die
Schleifkante der Peripherie der Schleifvorrichtung wurde gebildet,
um 0,1 mm dick zu sein, die Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit
war 5.000 rpm.
-
Das
Polieren wurde unter den obigen Bedingungen wie oben für etwa 20
Sekunden durchgeführt,
während
die Tiefe des Einschnittumfangs in der Z-Richtung geändert wurde.
Wenn die maximale Belastung 250 kg/cm2 oder
weniger war (Reaktionskraft in der Z-Richtung: 3 kgf) wurde die Schleifvorrichtung abgeschliffen,
jedoch der freistehende Diamantfilm nicht poliert.
-
Wenn
die maximale Belastung auf 540 kg/cm2 (Reaktionskraft
in der Z-Richtung: 8 kgf) eingestellt wurde, hafteten die Schleifvorrichtungskomponenten
fest an dem polierten Bereich an und die Ablagerung war schwer zu
entfernen, sogar mit einer starken Säure, obwohl der freistehende
Diamantfilm poliert wurde, während
Funken abgegeben wurden. In beiden der obigen Fälle fanden Risse oder Brüche im freistehenden
Diamantfilm statt.
-
Das
Polieren wurde durchgeführt,
während die
Schleifvorrichtung auf etwa 1.000°C
erwärmt
wurde, um die Polierleistung zu verbessern. Das Polieren des freistehenden
Diamantfilms wurde ein wenig erleichtert; jedoch wurde die Anhaftung
der Schleifvorrichtungskomponenten weiter gesteigert, und der freistehende
Diamantfilm wurde in allen Poliertests, die mit Wärme durchgeführt wurden,
gebrochen.
-
Obwohl
ein Poliertest unter konstantem Druck ebenfalls durchgeführt wurde
unter Verwendung der Kantenoberfläche der obigen Scheibenschleifvorrichtung,
waren die Ergebnisse die gleichen wie oben.
-
Da
die thermische Expansionsgeschwindigkeit der obigen Schleifvorrichtung
groß ist,
wird umso mehr Wärme
beaufschlagt, desto weniger stabil sie aufgrund einer Veränderung
in der polierten Kontaktposition mit der Temperatur während des
Polierbearbeitens ist. Demzufolge muß ein übermäßiger Polierdruck aufgebracht
werden, welcher ein Bruch während
des Polierbearbeitens des Diamantfilms bewirken wird.
-
Zusätzlich werden
aufgrund des thermischen Schocks für den Diamanten Risse in der
Schleifvorrichtung auftreten, welche zu dem Bruch der Schleifvorrichtung
führen
können,
und die Schleifvorrichtung kann niemals zum Polieren verwendet werden. Wenn
andere Schleifvorrichtungen verwendet werden, beispielsweise aus
Sinterhartmetall, oder hartem oder weichem Metall, sind die Ergebnisse
beinahe die gleichen.
-
Es
ist aus dem obigen ersichtlich, daß die Schleifvorrichtung dieser
Vergleichsbeispiele den Schleifvorrichtungen der vorliegenden Erfindung
in bezug auf die Polierleistung unterlegen ist. Ferner konnten die
gegenwärtigen
Erfinder kein Material unter den vorhandenen Materialien auffinden,
welches die Poliereigenschaften aufweist, die äquivalent sind zu denjenigen
der Schleifvorrichtungen der vorliegenden Erfindung.
-
(Vergleichsbeispiel 4)
-
Ein
Polieren wurde an dem gleichen freistehenden Diamantfilm wie in
Beispiel 1 unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, außer daß die Wärme von
außerhalb
nicht beaufschlagt wurde, mit anderen Worten wurde das Polieren
bei Raumtemperatur durchgeführt.
-
Als
ein Ergebnis fanden Risse und Brüche
in der Schleifvorrichtung mit der intermetallischen TiAl-Verbindung
statt, ferner wurde die Schleifvorrichtung mit der intermetallischen
TiAl-Verbindung
durch den rauhen, freistehenden Diamantfilm poliert.
-
Aus
den obigen Ergebnissen wurde gefunden, daß, wenn die Kristallkorngröße 20–100μm war, insbesondere
in dem freistehenden Diamantfilm von mehreren zehn um oder größerer Dicke,
eine Stufe von mehreren μm
bis mehreren 10 μm
bei den Kristallkörnern
mit unterschiedlichen kristallographischen Orientierungen erzeugt
wurde, wenn der Film wächst,
und diese Stufe machte das Polieren bei Raumtemperatur schwierig.
-
Somit
wurde gefunden, daß die
Beaufschlagung von Wärme
von außerhalb
wirksam ist, wenn die Bedingungen der kristallographischen Ebene
d. h. die Kristallkörner
des Diamants, grobkörniger
werden, und eine deutliche Stufe auf der Oberfläche des Diamantfilms erzeugt
wird.
-
(Beispiel 11)
-
Naturdiamant
wurde unter Verwendung der Schleifvorrichtung mit intermetallischer
TiAl-Verbindung
poliert.
-
Rhombischer,
dodecaedrischer Diamanteinkristall des Ib-Naturtyps wurde in einer
Fixierung befestigt und ein Polieren wurde für die (111)-Ebene bei Raumtemperatur
nach Spezifizierung der ebenen Richtung durchgeführt.
-
Die
Ergebnisse des Polierens bei einer Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit
von 2.250 rpm für
3 Minuten sind in 20A gezeigt. Zum
Vergleich ist die (111)-Ebene des gleichen Diamanteinkristalls vor
dem Polieren in 20B gezeigt. Es sind
optische Mikrofotographien vor bzw. nach dem Polieren.
-
Wie
aus 20A und 20B erkannt
werden kann, wurde die (111)-Ebene des Diamanteinkristalls, welche
unter Verwendung des Stands der Technik äußerst schwer zu polieren ist,
zufriedenstellend in gerade 3 kurzen Minuten poliert.
-
(Beispiel 12)
-
Ein
gesintertes Diamantpreßwerkstück, gesintert
unter ultrahoher Drucksynthese, wurde unter Verwendung der gleichen
Schleifvorrichtung mit intermetallischer TiAl-Verbindung poliert,
und Co und WC wurden als ein Bindemittel verwendet. Das Polieren
wurde bei einer Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit von
2.250 rpm bei Raumtemperatur für 30
Minuten unter Verwendung einer Mahlmaschine als eine Verarbeitungsvorrichtung
durchgeführt.
-
Die
Ergebnisse sind in 21 gezeigt. Zum Vergleich ist
das gesinterte Diamantpreßwerkstück vor dem
Polieren in 22 gezeigt. Beide Figuren sind
Elektronenmikrofotographien mit einer Vergrößerung von x1.000.
-
In 21 bezeichnen
die schwarzen Bereiche Diamantkristallkörner und die grauen und weißen Bereiche
das Bindemittel. Wie erkannt werden kann, wird das Polieren zufriedenstellend
sowohl an den Diamantkristallkornbereichen als auch an den Bindemittelbereichen
in gerade 30 kurzen Minuten vorangetrieben.
-
Die
Untersuchung der Oberflächenrauhigkeit nach
dem Polieren zeigte, daß es
beinahe keine Stufe an den Diamantkorn/Bindemittel-Grenzen gab, und
eine ausgezeichnete polierte Ebene, wobei die Oberflächenrauhigkeit
0,5 μm oder
kleiner war, wurde bereitgestellt.
-
Obwohl
Co und WC als ein Bindemittel für das
gesinterte Diamantpreßwerkstück in diesem
Beispiel verwendet wurden, wurden, wenn die anderen Bindemittel,
wie TiC, verwendet wurden, die gleichen Ergebnisse erhalten. Obwohl
ferner eine Schleifvorrichtung mit einer intermetallischen TiAl-Verbindung verwendet
wurde in diesem Beispiel, wurden, wenn die anderen Schleifvorrichtungen
der vorliegenden Erfindung verwendet wurden, die gleichen Ergebnisse
erhalten.
-
(Beispiel 13)
-
Eine
Schleifvorrichtung mit intermetallischer Verbindung/Diamant-Verbund
wurde durch Mischen von Diamantabrasivmittel mit der Schleifvorrichtung mit
intermetallischer Verbindung der vorliegenden Erfindung hergestellt,
und das Polieren einer in der Gasphase synthetisierten Diamantdünnschicht
und eines gesinterten Diamantpreßwerkstück wurde mit dieser Schleifvorrichtung
durchgeführt.
-
Als
eine Schleifvorrichtung mit intermetallischer Verbindung/Diamant-Verbund
wurde eine verwendet, die hergestellt wurde durch Mischen von 9,1 Gew.-%
#325/400 mesh Diamantabrasivmittel mit der intermetallischen TiAl-Verbindung
und Sintern der Mischung integral mit der Peripherie einer Schleifvorrichtung
mit einem Durchmesser von 32 mm. Als eine Verarbeitungsvorrichtung
wurde eine Kugelmühlenmaschine
verwendet, und das Polieren wurde mit einer Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit
von 3.000 rpm durchgeführt.
Zum Vergleich wurde ein Polieren auf die gleiche Weise unter Verwendung
eines gegenwärtig
verwendeten, metallgebundenen Diamantrades durchgeführt.
-
Bezüglich der
Effizienz des Polierbearbeitens war die Schleifvorrichtung mit intermetallischer Verbindung/Diamant-Verbund
der vorliegenden Erfindung in überwältigendem
Maße ausgezeichnet.
Es konnte überhaupt
keine Beschädigung
des Diamantdünnfilms
und des gesinterten Diamantpreßwerkstücks, wie
in Form von Rissen oder Brüchen
und Abplatzung, beobachtet werden.
-
Auf
der anderen Seite verursachte die Verwendung des gegenwärtig verwendeten,
metallgebundenen Diamantrades Risse und Brüche sowohl im Diamantdünnfilm als
auch im gesinterten Diamantpreßwerkstück und bewirkte
ebenfalls ein Abplatzen der Schleifvorrichtung selbst.
-
Bemerkenswerte
Effekte der Schleifvorrichtung mit intermetallischer Verbindung/Diamant-Verbund der vorliegenden
Erfindung wurden aus diesem Beispiel bestätigt.
-
(Beispiel 14)
-
Eine
Schleifvorrichtung mit einer intermetallischen Zr-Ni-Verbindung
(Zr7Ni10) wurde
unter Verwendung von Zr anstelle von Ti unter den gleichen Bedingungen
wie in dem obigen Beispiel hergestellt, und ein Polieren wurde bei
Raumtemperatur für
sowohl in der Gasphase synthetisierten Diamantdünnfilm als auch gesintertes
Diamantpreßwerkstück, das unter
ultrahohem Druck gesintert wurde, durchgeführt.
-
Die
Form der Schleifvorrichtung war im Durchmesser 30 mm, die gleiche
wie in dem obigen Beispiel. Als eine Verarbeitungsvorrichtung wurde eine
Mahlmaschine verwendet, und das Polieren wurde mit einer Schleifvomchtungsrotationsgeschwindigkeit
von 3.000 rpm für
1 Minute durchgeführt.
-
Die
Ergebnisse des Polierens des in der Gasphase synthetisierten Diamantdünnfilms
sind in 23 gezeigt. 23 ist
eine optische Mikrofotographie (mit einer Vergrößerung von x625) der Oberfläche des
in der Gasphase synthetisierten Diamantdünnfilms nach dem Polieren.
-
In
der Figur bezeichnen die schwarzen Bereiche die nicht polierten
Bereiche der Diamantkristallkörner
und die grauen und weißen
Bereiche die polierten Bereiche. In der gleichen Figur wurde beinahe
keine Stufe in den Kristallkörnern
beobachtet. Es ist offensichtlich, daß das Polieren der Diamantkristallbereiche
in gerade 1 Minute vorangetrieben wurde. Die Polierleistung dieser
Schleifvorrichtung war ebenso zufriedenstellend wie beispielsweise
für die
Schleifvorrichtungen der obigen intermetallischen TiAl-Verbindung, die in
den Beispielen dieser Erfindung verwendet wurde.
-
24 ist
eine optische Mikrofotographie (mit einer Vergrößerung von x625) der Oberfläche des
gesinterten Diamantpreßwerkstücks, das
unter ultrahohem Druck gesintert worden ist, nach dem Polieren.
Die schwarzen Bereiche bezeichnen die nicht polierten Bereiche der
Diamantkristallkörner
und die grauen und weißen
Bereiche die polierten Bereiche.
-
Wie
im Falle des in der Gasphase synthetisierten Diamantdünnfilms
wurde das Polieren schnell in gerade einer kurzen Minute vorangetrieben.
Die Polierleistung dieser Schleifvorrichtung war ebenso zufriedenstellend
wie für
die vorstehenden Schleifvorrichtungen mit der intermetallischen
TiAl-Verbindung.
-
(Beispiel 15)
-
Eine
Schleifvorrichtung mit einer intermetallischen Nb-Co-Verbindung
(Nb6Co7) wurde unter
Verwendung von Nb anstelle von Zr unter den gleichen Bedingungen
wie in dem obigen Beispiel hergestellt, und ein Polieren wurde bei
Raumtemperatur sowohl für
in Gasphase synthetisierten Diamantdünnfilm als auch gesintertes
Diamantpreßwerkstück, das
unter ultrahohem Druck gesintert worden ist, durchgeführt.
-
Die
Polierbedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 14; die Form
der Schleifvorrichtung war im Durchmesser 30 mm, die Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit
war 3.000 rpm auf einer Mahlmaschine, und die Polierdauer war 1
Minute.
-
25 ist
eine optische Mikrofotographie (mit einer Vergrößerung von x625) der Oberfläche des
gesinterten Diamantpreßwerkstück, das
unter ultrahohem Druck gesintert worden ist, nach dem Polieren.
Die schwarzen Bereiche bezeichnen die nicht polierten Bereiche der
Diamantkristallkörner
und die grauen und weißen
Bereiche die polierten Bereiche.
-
Wie
erkannt werden kann, wurde das Polieren schnell in gerade einer
kurzen Minute vorangetrieben, wie in den vorangegangenen Fällen. Die
Polierleistung dieser Schleifvorrichtung war ebenso zufriedenstellend
wie für
die vorstehenden Schleifvorrichtungen der intermetallischen Verbindung,
beispielsweise aus TiAl, das in den Beispielen dieser Erfindung
verwendet wurde.
-
Obwohl
in der Figur nicht gezeigt, waren die Polierergebnisse ebenfalls
ausgezeichnet für
den in der Gasphase synthetisierten Diamantdünnfilm, wie in dem Falle von
Beispiel 14. Das Polieren des Diamantfilms wurde in gerade einer
kurzen Minute vorangetrieben.
-
Eine
Schleifvorrichtung mit einer intermetallischen Nb-Al-Verbindung
(Nb2Al) wurde ebenfalls hergestellt, und
ein Polieren wurde bei Raumtemperatur sowohl für eine in der Gasphase synthetisierte Diamantdünnschicht
als auch ein gesintertes Diamantpreßwerkstück, das unter ultrahohem Druck
gesintert worden ist, durchgeführt.
Die gleichen Ergebnisse wie in dem Falle der obigen Schleifvorrichtung mit
der intermetallischen Nb-Co-Verbindung (Nb6Co7) wurden erhalten.
-
(Beispiel 16)
-
Eine
Schleifvorrichtung mit einer intermetallischen Ni-Nb-Verbindung
(Ni3Nb) wurde unter den gleichen Bedingungen
wie in dem obigen Beispiel hergestellt, und ein Polieren wurde bei
Raumtemperatur sowohl für
eine in der Gasphase synthetisierte Diamantdünnschicht als auch ein gesintertes
Diamantpreßwerkstück, das
unter ultrahohem Druck gesintert worden ist, durchgeführt.
-
Die
Polierbedingungen waren wie in Beispiel 14: Die Form der Schleifvorrichtung
war im Durchmesser 30 mm, die Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit
war 3.000 rpm auf einer Mahlmaschine, und die Polierdauer war 1
Minute.
-
26 ist
eine optische Mikrofotographie (mit einer Vergrößerung von x625) der Oberfläche des
in der Gasphase synthetisierten Diamantdünnfilms nach dem Polieren.
Die schwarzen Bereiche bezeichnen die nicht polierten Bereiche der
Diamantkristallkörner
und die grauen und weißen
Bereiche die polierten Bereiche.
-
Wie
erkannt werden kann, wurde das Polieren der Diamantkörner in
gerade einer kurzen Minute vorangetrieben, wie in den vorangegangenen
Fällen. Die
Polierleistung dieser Schleifvorrichtung war ebenso zufriedenstellend
wie für
die vorstehenden Schleifvorrichtungen mit intermetallischer Verbindung,
beispielsweise mit TiAl, das in den Beispielen dieser Erfindung
verwendet wurde.
-
Die
Polierergebnisse (nicht gezeigt) waren ebenfalls für das gesinterte
Diamantpreßwerkstück, das
unter ultrahohem Druck gesintert worden ist, ausgezeichnet, wie
in dem Falle der vorstehenden Beispiele. Das Polieren des gesinterten
Diamantpreßwerkstücks wurde
in gerade einer kurzen Minute vorangetrieben.
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(Beispiel 17)
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Eine
Schleifvorrichtung mit einer intermetallischen Ti-Pt-Verbindung
(Ti3Pt) und eine Schleifvorrichtung mit
einer intermetallischen Ta-Ru-Verbindung (TaRu) wurden unter den
gleichen Bedingungen wie in dem obigen Beispiel hergestellt, und
ein Polieren wurde bei Raumtemperatur sowohl für eine in der Gasphase synthetisierte
Diamantdünnschicht als
auch ein gesintertes Preßwerkstück, das
unter ultrahohem Druck gesintert worden ist, durchgeführt.
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Die
Polierbedingungen waren in wie Beispiel 14: Die Form der Schleifvorrichtung
war im Durchmesser 30 mm, die Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit
war 3.000 rpm auf einer Mahlmaschine, und die Polierdauer war 1
Minute.
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Die
Polierleistung dieser Schleifvorrichtung war ebenso zufriedenstellend
wie für
die vorstehenden Schleifvorrichtungen mit intermetallischer Verbindung,
beispielsweise mit TiAl, das in den Beispielen dieser Erfindung
verwendet wurde.
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Ferner
wurde bestätigt,
daß, wenn
die Kombination eines Elements der Platingruppe, wie Rh, Pd, Os,
Ir und Pt, mit einem Element, ausgewählt aus der Gruppe von Ti,
V, Zr, Nb, Mo, Hf Ta und W, verwendet wurde, die gleichen Ergebnisse
erhalten werden. Die Verwendung der Schleifvorrichtung, die das Element
der Platingruppe enthält,
ist wirksam, insbesondere wenn der Gegenstand des Polierens von
der Einbettung von Verunreinigungen abgehalten werden soll.
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(Beispiel 18)
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Eine
Schleifvorrichtung mit einer intermetallischen Verbund-Verbindung,
bestehend aus einer intermetallischen Ti-Ni-Verbindung (TiNi) und
einer intermetallischen Nb-Co-Verbindung (Nb6Co7) wurde unter den gleichen Bedingungen wie
in dem obigen Beispiel hergestellt, und ein Polieren wurde bei Raumtemperatur
sowohl für
eine in der Gasphase synthetisierte Diamantdünnschicht als auch ein gesintertes
Diamantpreßwerkstück, das
unter ultrahohem Druck gesintert worden ist, durchgeführt.
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Die
Polierbedingungen waren wie folgt: Die Form der Schleifvorrichtung
war im Durchmesser 30 mm, die Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit war
3.000 rpm auf einer Mahlmaschine als eine Verarbeitungsvorrichtung,
und die Polierdauer war 1 Minute.
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Die
Ergebnisse des Polierens des gesinterten Diamantpreßwerkstücks, das
unter ultrahohem Druck gesintert worden ist, sind in 27 gezeigt. Die
gleiche Figur ist eine optische Mikrofotographie (mit einer Vergrößerung von
x625) des gesinterten Diamantpreßwerkstücks nach dem Polieren. Die schwarzen
Bereiche bezeichnen die nicht polierten Bereiche und die grauen
und weißen
Bereiche die polierten Bereiche. Wie erkannt werden kann, wurde das
Polieren in gerade einer kurzen Minute vorangetrieben. Ferner wurde
bestätigt,
daß das
Abfallen (schwarze Bereiche) des Diamantabrasivmittels bemerkenswert
gering war. Die Polierleistung dieser Schleifvorrichtung war ebenso
zufriedenstellend wie für
die vorstehenden Schleifvorrichtungen mit intermetallischer Verbindung,
beispielsweise mit TiAl, das in den Beispielen dieser Erfindung
verwendet wurde.
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Obwohl
in der Figur nicht gezeigt wurde das Polieren der in der Gasphase
synthetisierten Diamantdünnschicht
auf den Diamantkörnern
in gerade einer kurzen Minute wie für die vorstehenden vorangetrieben.
Die Polierleistung dieser Schleifvorrichtung mit intermetallischer
Verbund-Verbindung war ebenso zufriedenstellend wie für die vorstehenden Beispiele
der vorliegenden Erfindung.
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(Beispiel 19)
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Eine
Schleifvorrichtung mit einer intermetallischen Verbund-Verbindung,
bestehend aus einer intermetallischen Ti-Al-Verbindung (TiAl), einer
intermetallischen Ti-Cr-Verbindung (TiCr2)
und einer intermetallischen Zr-Co-Verbindung (ZrCo2s),
ebenso wie eine Schleifvorrichtung mit einer intermetallischen Verbund-Verbindung,
bestehend aus einer intermetallischen Ti-Ni-Verbindung (TiNi) und einer intermetallischen
Zr-Ni-Verbindung (Zr7Ni10)
wurden in gerade einer kurzen Minute wie die vorstehenden vorangetrieben.
Die Polierleistung dieser Schleifvorrichtung mit intermetallischer
Verbund-Verbindung war ebenso zufriedenstellend wie für die vorstehenden Beispiele
der vorliegenden Erfindung.
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Obwohl
in der Figur nicht gezeigt, wurde das Polieren der in der Gasphase
synthetisierten Diamantdünnschicht
und des gesinterten Diamantpreßwerkstücks, die
unter den gleichen Bedingungen wie in dem obigen Beispiel hergestellt
wurden, durchgeführt,
und das Polieren wurde bei Raumtemperatur sowohl für die in
der Gasphase synthetisierte Diamantdünnschicht als auch das gesinterte
Diamantpreßwerkstück, das
unter ultrahohem Druck gesintert worden ist, durchgeführt.
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Die
Polierbedingungen waren wir folgt: Die Form der Schleifvorrichtung
war im Durchmesser 30 mm, die Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit war
3.000 rpm auf einer Mahlmaschine als eine Verarbeitungsvorrichtung,
und die Polierdauer war eine 1 Minute.
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(Beispiel 20)
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Eine
Schleifvorrichtung mit einer intermetallischen Verbindung (intermetallische
Verbund-Verbindung),
bestehend aus einer intermetallischen Ti-Al-Verbindung (TiAl) – 2Cr (Metall)
und einer intermetallischen NbCo-Verbindung (Nb6Co7) wurde unter den gleichen Bedingungen wie
in dem obigen Beispiel hergestellt, und ein Polieren wurde bei Raumtemperatur
sowohl für
eine in der Gasphase synthetisierte Diamantdünnschicht als auch ein gesintertes Diamantpreßwerkstück, das
unter ultrahohem Druck gesintert worden ist, durchgeführt.
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Die
Polierbedingungen waren wir folgt: Die Form der Schleifvorrichtung
war im Durchmesser 30 mm, die Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit war
3.000 rpm auf einer Mahlmaschine als eine Verarbeitungsvorrichtung,
und die Polierdauer war eine 1 Minute.
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Die
Ergebnisse des Polierens des gesinterten Diamantpreßwerkstücks, das
unter ultrahohem Druck gesintert worden ist, sind in 28 gezeigt. Die
gleiche Figur ist eine optische Mikrofotographie (mit einer Vergrößerung von
x625) des gesinterten Diamantpreßwerkstücks nach dem Polieren.
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Die
schwarzen Bereiche bezeichnen die nicht polierten Bereiche der Diamantkörner und
die grauen und weißen
Bereiche die polierten Ebenen. Wie erkannt werden kann, wurde das
Polieren an den Bereichen der Diamantkristallkörner (einschließend der
gesinterten Additivbereiche) in gerade einer kurzen Minute vorangetrieben.
Die Polierleistung dieser Schleifvorrichtung war ebenso zufriedenstellend
wie für
die vorangegangenen Schleifvorrichtungen mit intermetallischer Verbindung,
beispielsweise aus TiAl, das in den Beispielen dieser Erfindung
verwendet wurde.
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Obwohl
in der Figur nicht gezeigt, wurde das Polieren der in der Gasphase
synthetisierten Diamantdünnschicht
an den Diamantkörnern
in gerade einer kurzen Minute wie für das vorangegangene vorangetrieben.
Die Polierleistung dieser Schleifvorrichtung mit intermetallischer
Verbund-Verbindung war ebenso zufriedenstellend wie für die vorangegangenen
Beispiele der vorliegenden Erfindung.
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(Beispiel 21)
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Ein
Polieren wurde mit der Schleifvorrichtung mit der intermetallischen
Verbindung des Beispiel 14 für
das gesinterte Diamantpreßwerkstück, das
unter ultrahoher Drucksynthese unter Verwendung von Ni und TiC als
ein Bindemittel gesintert worden ist, durchgeführt.
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Die
Polierbedingungen waren wie folgt: Die Schleifvorrichtungsrotationsgeschwindigkeit
war 2.250 rpm auf einer Mahlmaschine als eine Verarbeitungsvorrichtung,
und die Polierdauer war 30 Minuten bei Raumtemperatur.
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Das
Polieren wurde zufriedenstellend sowohl an dem Diamantkristallkornbereich
als auch an den Bindemittelbereichen in gerade 30 kurzen Minuten
vorangetrieben.
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Die
Untersuchung der Oberflächenrauhigkeit nach
dem Polieren zeigte, daß es
beinahe keine Stufe an Korn/Bindemittel-Grenzen gab und eine ausgezeichnete
polierte Ebene mit einer Oberflächenrauhigkeit
von 0,5 μm
oder kleiner bereitgestellt wurde.
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Obwohl
Ni und TiC als ein Bindemittel für
das gesinterte Diamantpreßwerkstück in diesem
Beispiel verwendet wurden, wurden, wenn die anderen Bindemittel
verwendet wurden, die gleichen Ergebnisse erhalten.
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Obwohl
ferner die Schleifvorrichtung mit der intermetallischen Verbindung
des Beispiels 14 in diesem Beispiel verwendet wurde, wurden, wenn
die anderen Schleifvorrichtungen der vorliegenden Erfindung verwendet
wurden, die gleichen Ergebnisse erhalten.
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Die
obigen Schleifvorrichtungen bestehend aus einer intermetallischen
Verbund-Verbindung (einschließend
eine einfache Metallsubstanz) können
durch Verwendung von jeweils einzelnen Komponentenpulvern der Schleifvorrichtung
als ein Ausgangsmaterial hergestellt werden, oder durch Mischen
und Sintern bestimmter intermetallischer Verbindungen, die zuvor
gebildet worden sind.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung hauptsächlich
unter Berücksichtigung
von Beispielen des Polierens, die bei gewöhnlicher Temperatur durchgeführt worden
sind, beschrieben worden ist, sollte verstanden werden, daß das Polieren
durchgeführt
werden kann, während
Wärme in
geeigneter Weise beaufschlagt wird. Die Polierleistung der Schleifvorrichtungen
der vorliegenden Erfindung wird ferner durch die Beaufschlagung
von Wärme
verbessert.
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Wenn
jedoch das Erwärmen
nicht besonders erforderlich ist oder für den zu polierenden Gegenstand
unerwünscht
ist, kann das Polieren gemäß der vorliegenden
Erfindung bei gewöhnlicher
Temperatur durchgeführt
werden.
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Die
Schleifvorrichtungen der vorliegenden Erfindung werden bevorzugt
hergestellt durch die Pulvermetallurgie, da das Verfahren die einfachere Einstellung
der Komponenten ermöglicht
und weder eine Segregation noch eine Grobkörnung des Korns bewirkt. Das
Schmelzverfahren kann ebenfalls verwendet werden, da das Verfahren
eine einfachere Herstellung bereitstellt. Die Verfahren zum Polieren von
Schleifvorrichtungen sind nicht spezifisch begrenzt, sie können in
geeigneter Weise gemäß den Anwendungen
ausgewählt
werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele von verhältnismäßig einfachen
Zusammensetzungen beschrieben worden ist, können die Schleifvorrichtungen
der vorliegenden Erfindung eine einfache Metallsubstanz (zur Bildung
eines Verbundes) enthalten, ein Verbund einer Diamantschleifvorrichtung
oder Keramiken ebenso wie intermetallische Verbindungen sein.
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Solche
mit Funktion als eine Schleifvorrichtung und einschließend die
Schleifvorrichtungen der vorliegenden Erfindungen als deren Teil
sind alle in der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung können alle
von einem Einkristall- oder polykristallinen Diamanten, in der Gasphase
synthetisierte Diamantdünnschicht
oder freistehendem Diamantfilm und gesinterten Diamantpreßwerkstück wirksam
bei niedrigen Temperaturen ohne Verursachung von Rissen, Brüchen oder
Qualitätsabbau
darin durch Verwendung einer Schleifvorrichtung poliert werden,
deren Hauptkomponente eine intermetallische Verbindung ist, die
aus einer Art oder mehr von Elementen besteht, die ausgewählt sind
aus der Gruppe von Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd Os, Ir
und Pt, und einem oder mehreren der Elemente, die ausgewählt sind
aus der Gruppe von Ti, V, Zr, Nb, Mo, Hf Ta, und W, und Schieben
der Schleifvorrichtung gegen den Diamanten, als einen zu polierenden
Gegenstand, Drehen oder Bewegen relativ dazu, während der Bereich, der einem
Polieren unterworfen wird, auf 100–800°C gemäß der Situation erwärmt wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Lebensdauer einer Schleifvorrichtung ebenfalls
gesteigert werden, während
eine stabile Polierleistung bewahrt wird, wobei die gegenwärtig verwendete Vorrichtung,
wie eine Oberflächenschleifmaschine, verwendet
werden kann, und eine Polierbearbeitung eines dreidimensional geformten
Diamantdünnschichtbeschichtungselements
kann ebenfalls effizient durchgeführt werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann sogar die (111)-Ebene des Einkristalls leicht poliert
werden, die so hart ist, daß Leute
denken, daß keine Schleifvorrichtung
diese polieren kann; demzufolge kann ein Hochleistungseinkristalldiamant,
der ausgezeichnete Eigenschaften sowohl bezüglich der Härte als auch der thermischen
Leitfähigkeit
zeigt, erhalten werden. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ebenfalls ein gesintertes Diamantpreßwerkstück leicht
poliert werden, welches im allgemeinen als ein Polier- oder Schleifwerkzeug
verwendet wird, oder als ein Material für verschiedene Arten von abnutzungsresistenten
Teilen oder elektronischen Teilen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ein Polierdiamant erhalten werden, bei dem eine Stufe (Rauhigkeit)
der polierten Ebene an den Kristallkorngrenzen beträchtlich
vermindert ist; demzufolge wird beim Polieren von Diamant der Betrieb
leichter, die Polierqualität
wird stabiler und die Polierkosten werden verringert.