ES2202373T3 - Conjuntos de cristales orientados. - Google Patents

Abstract

SE PRESENTA UN ARTICULO DE FABRICACION QUE COMPRENDE UNOS CRISTALES SENCILLOS SINTETICOS (50, 60, 350) DE TALLA Y FORMA UNIFORME SELECCIONADOS DE ENTRE UN GRUPO QUE CONSISTE EN NITRURO DE BORO CUBICO O DE DIAMANTE Y MANTENIDOS EN UNA FORMACION (FIG. 1, 10, 19, 33) CON UNAS DIRECCIONES CRISTALOGRAFICAS SELECCIONADAS DE LOS CRISTALES ORIENTADAS EN LA MISMA DIRECCION PARA QUE LOS CRISTALES EXHIBAN COMO UN GRUPO UNA DIRECCION CRISTALOGRAFICA COMUN (101, 102, 248, 360, 670, 672) QUE PUEDE SER SELECTIVAMENTE LA DIRECCION MAS DURA O LA QUE ES CASI LA MAS DURA, Y UN METODO DE FABRICACION DE UN ARTICULO. ESTA ORIENTACION SACA PARTIDO DE LAS PROPIEDADES DE DUREZA DE LOS CRISTALES INDIVIDUALES POR MEDIO DE IMPARTIR ESTAS PROPIEDADES AL MONTAJE. DE ESTA FORMA, VARIOS MODELOS DEL ARTICULO SON UTILES COMO UN ABRASIVO, UN PORTADOR, UN FOCO FRIO O UN SEMICONDUCTOR.

Description

Conjuntos de cristales orientados.

Campo técnico

La presente invención se refiere a conjuntos de cristales orientados, y más particularmente, a un conjunto de monocristales sintéticos orientados y a un método para producirlo.

El diamante tiene numerosas propiedades físicas que son bien conocidas y que tienen gran utilidad para los fines industriales pero que, en el pasado, no fueron completamente explotadas. Estas propiedades incluyen la resistencia al desgaste y abrasión, conductividad térmica, aislamiento eléctrico y receptividad al depósito de una capa de diamantes mediante deposición de vapores químicos.

El muy alto grado de resistencia a la abrasión presentado por el diamante varía con la dirección cristalográfica de dureza en un factor de aproximadamente un centenar de veces y esta más resistente dirección está a lo largo de la diagonal de una cara cúbica en el plano de dicha cara. Los cristales de diamante tienen también otra dirección de alta dureza a lo largo de una línea tangencial a una arista del cristal; los cristales de nitruro de boro cúbico (CBN) tienen una dirección similar de alta dureza.

Hasta la presente invención, sin embargo, no fueron reconocidas como ventajosas dichas direcciones cristalográficas de dureza del diamante, CBN y quizás otros materiales, cuando estos materiales se utilizan para obtener un artículo que tenga propiedades de resistencia al desgaste o abrasión u otras características deseadas. Por consiguiente, los dispositivos de la técnica anterior no fueron optimizados para las características de dureza de una superficie dura, incluyendo partículas de diamante y CBN.

Antecedentes de la técnica

En los abrasivos, por ejemplo, las granallas o partículas de la técnica anterior han sido incorporadas en un elemento de respaldo de una manera aleatoria u orientada. La orientación de la técnica anterior ha sido dispersar uniformemente las granallas (patente U.S. nº 4.925.457) para disponer caras planares de las granallas, de modo que se asienten planas contra una pieza de trabajo (patente U.S. nº 3.230.672) o para orientar las partículas de granalla por medios electrostáticos o electromagnéticos (patentes U.S. nº 4.240.807 y nº 5.203.881).

Aunque estas orientaciones pueden proporcionar artículos abrasivos útiles, estos artículos resistentes al desgaste o a la abrasión de la técnica anterior, u otros similares, no han obtenido ventajas de la máxima dureza disponible en los materiales abrasivos usados, tales como diamante y CBN. El contexto de orientar partículas en un elemento de respaldo para poder transferir así la superficie resistente al desgaste o abrasiva, como un conjunto, no ha reconocido las propiedades de dureza de las partículas individuales. Por consiguiente, no era conocido cómo controlar la dureza de la superficie para asegurar que la superficie resultante tuviera la dureza máxima posible o proporcionara un grado predeterminado de dureza para aplicaciones de soporte o abrasivas.

Para las aplicaciones de semiconductores, la solicitud de patente de Geis et al. Y el artículo relacionado (WO 92/01827 publicado con fecha 6 de febrero de 1992 y Geis et al. "Large-Area Mosaic Films Approaching Single-Crystal Quality", Applied Physical Letters vol. 58, nº 22 (3 junio 1991), 2485-2487) reconocen que no se han utilizado completamente las excelentes propiedades eléctricas del diamante. Estas referencias enseñan la colocación de cristales de semillas de diamante sintético de 0,10 mm de diámetro o menor en ranuras o fosas complementarias espaciadas y crecimiento posterior de una película alrededor de las semillas mediante deposición de vapores químicos. Geis et al. separan intencionadamente los cristales de semillas para permitir el crecimiento del cristal CVD para envolver las semillas. Por consiguiente, aunque Geis et al. indican que dicha colocación orienta las direcciones cristalográficas, su método crea espacios o lagunas de sepración entre los cristales de semillas contiguos. Según su información, en el punto donde se funden los cristales contiguos, existe la posibilidad de que puedan producirse defectos de los cristales. Además, Geis et al. se concentraron en las aplicaciones eléctricas y con ello, no enseñan cómo obtener una superficie de apoyo o abrasiva que tenga una dirección cristalográfica de máxima resistencia abrasiva.

Exposición de la invención

La presente invención se refiere a un artículo abrasivo (36, 236, 336) que comprende un elemento de respaldo (38, 238, 338) que tenga una superficie de montaje (40, 240, 340), un grupo de monocristales sintéticos (50, 350) fijados al elemento de respaldo en una relación espaciada y distribuidos sobre dicha superficie de montaje, siendo cada uno de dichos cristales un poliedro con caras laterales que se unen en aristas del cristal, teniendo también cada cristal direcciones predeterminadas de dureza (90, 92, 248, 249) a lo largo de las líneas en el plano de cada cara y tangenciales a cada arista, estando caracterizado el artículo porque las caras y las aristas constituyen partes abrasivas de los cristales y los propios cristales están orientados en el elemento de respaldo con una parte abrasiva seleccionada de cada cristal sobresaliendo hacia afuera de la superficie de montaje (40, 240, 340) con todas las correspondientes líneas de dureza estando en alineación o paralelismo, de modo que el grupo de cristales presente una dirección común de dureza. En una realización de la invención, el artículo abrasivo comprende monocristales sintéticos de tamaño y forma uniformes seleccionados entre el grupo constituido por diamante o nitruro de boro cúbico y mantenido en una formación con direcciones cristalográficas seleccionadas de los cristales orientados en la misma dirección.

La presente invención se refiere también a un método para producir dichos artículos abrasivos a partir de una pluralidad de monocristales sintéticos de la misma forma poliédrica y del mismo tamaño, caracterizados porque cada uno de dichos cristales tiene por lo menos una parte con una dirección cristalográfica de dureza que es la misma en todos los cristales, caracterizada porque por lo menos una parte es de acoplamiento de la pieza de trabajo y que está constituido por las etapas siguientes:

Orientar los cristales a una posición y alinear las partes de acoplamiento de la pieza de trabajo de cada artículo, de modo que todas dichas direcciones de dureza cristalográficas predeterminadas estén alineadas y donde dichas partes de acoplamiento de la pieza de trabajo presenten colectivamente una dirección de dureza cristalográfica común y fijando los cristales juntos tal como estén posicionados y alineados en dicha etapa de orientación, de modo que las partes de acoplamiento de la pieza de trabajo sean posicionadas para acoplar colectivamente una de dichas piezas. El artículo es útil como abrasivo, rodamiento, disipador de calor o un semiconductor.

Un objetivo de la presente invención es hacer máximas las características de una superficie constituida por materiales duros tales como diamante, CBN y quizás otros materiales, para obtener un artículo que tenga varios usos industriales, tales como abrasivos, rodamientos, disipadores de calor y semiconductores.

Otro objetivo de la presente invención para obtener ventajas del hecho de que los monocristales sintéticos de diamante y CBN tienen direcciones cristalográficas predeterminadas que están dispuestas a lo largo de líneas en contacto con algunas partes de sus cristales, alineando estas direcciones cuando los cristales estén posicionados en una formación de trabajo.

Asimismo, es un objetivo obtener ventajas del hecho de que el diamante y CBN son comercialmente sintetizados en formas y tamaños que permiten que los monocristales de estos materiales sean orientados con sus direcciones cristalográficas alineadas.

Otro objetivo es proporcionar un artículo que incluya una formación de monocristales sintéticos para la abrasión de una pieza de trabajo que, a diferencia con las herramientas de la técnica anterior, produzcan una abrasión más rápida, más larga duración, requiera menos frecuencia de sustitución y ajuste, sea menos costoso de utilizar, mantenga tolerancias más largas, ahorre material abrasivo, requiera menos potencia y reduzca al mínimo el deslustre o aplanado de los
granos.

Otro objetivo es proporcionar un método para producir el artículo según la presente invención.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista en planta de una realización de un artículo abrasivo obtenido según la presente invención, pero que muestra al artículo en una escala muy ampliada respecto a su tamaño real.

La Figura 2 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea 2-2 de la Figura 1.

La Figura 3 es una vista isométrica de un cristal único, sintético, cúbico de diamante tal como se utiliza en el artículo de la Figura 1, pero muy ampliada con respecto a esta figura.

La Figura 4 es una vista isométrica de un cristal único, sintético y predominantemente cúbico de diamante, pero con pequeñas facetas octaédricas, tal como se utiliza en la presente invención y también muy ampliada con respecto al tamaño real.

La Figura 5 es una vista ampliada de una cara del cristal cúbico de la Figura 3 que muestra líneas direccionales de dureza y los índices Miller de la cara cúbica y direcciones de dureza.

La Figura 6 ilustra una etapa del método de la presente invención y más concretamente, es una vista isométrica de un vértice de una plantilla que contiene tres cristales cúbicos orientados por la plantilla en posiciones deseadas.

La Figura 7 ilustra una parte de una forma alternativa de la plantilla utilizada al practicar el método al que se hace referencia en la Figura 6.

La Figura 8 ilustra otra etapa del método de la presente invención y más particularmente, es una sección transversal de las plantillas y cristales existentes, tomada a lo largo de la línea 8.8 de la Figura 6, cuando la plantilla está llena de cristales y mostrando
también un elemento de respaldo de resina epoxídica que se superpone a los cristales y la plantilla.

La Figura 9 es una vista en sección transversal tomada a lo largo del mismo plano que la Figura 8, pero mostrando el elemento de respaldo y los cristales, es decir, el artículo abrasivo, retirado de la plantilla.

La Figura 10 es una vista en planta de otra realización de un artículo abrasivo obtenido según la presente invención y donde también se muestra en una escala muy ampliada respecto al tamaño real.

La Figura 11 es una vista en sección transversal a lo largo de la línea 11-11 de la Figura 10.

La Figura 12 es una vista lateral del cristal de diamante cúbico de la Figura 3, aunque a una escala reducida respecto a dicha Figura 3, que muestra su orientación tal como se utiliza en el artículo de la Figura 10, pero ampliada con respecto a dicha Figura 10 y mostrando también su segunda más dura línea direccional de dureza e índice de Miller.

La Figura 13 es una vista frontal del cristal de diamante de la Figura 12.

La Figura 14 ilustra una etapa de una realización del presente método utilizado para obtener el artículo mostrado en la Figura 10 y más concretamente, es una vista isométrica de un vértice de una plantilla que contiene dos cristales cúbicos orientados por la plantilla en posiciones deseadas, que difieren de las posiciones de la Figura 6.

La Figura 15 ilustra una etapa similar al de la Figura 8 pero pertenece al método de obtener el artículo mostrado en la Figura 10 y más concretamente es una sección transversal de la plantilla y de los cristales en ella, como si se tomara a lo largo de la línea 15-15 de la Figura 14 cuando la plantilla esté llena de cristales y montando también un elemento de respaldo de resina epoxídica que se superpone a los cristales y la plantilla.

La Figura 16 es una vista en sección transversal a lo largo del mismo plano que la Figura 15, pero mostrando el artículo de la Figura 10 retirado de la

\hbox{plantilla.}

La Figura 17 es una vista en planta de una parte de una variante de la segunda realización de un artículo abrasivo obtenido según la presente invención.

La Figura 18 es una vista isométrica de parte de una plantilla para su utilización en la obtención de la variante mostrada en la Figura 17.

La Figura 19 es una vista en planta de una tercera realización de un artículo abrasivo obtenido según la presente invención con la utilización de cristales de nitruro de boro cúbico tetraédrico y también mostrado a una escala muy ampliada respecto al tamaño real.

Las Figuras 20 y 21 son vistas en sección transversal parciales a lo largo de las líneas 20-20 y 21-21, respectivamente, de la Figura 19.

La Figura 22 es una vista isométrica muy ampliada de un cristal tetraédrico de nitruro de boro cúbico tal como se utiliza en el artículo de la Figura 19, pero muy ampliada respecto a dicha Figura 19 y que muestra las notaciones de Miller para dos de las caras del cristal.

La Figura 23 es una vista de cara del cristal de la Figura 22 a una escala reducida y que muestra también una notación de Miller.

La Figura 24 es una vista de arista del cristal de la Figura 23 pero girada en un ángulo de noventa grados respecto a ella mostrando de nuevo una notación de Miller.

La Figura 25 es una vista isométrica fragmentaria, similar a la de la Figura 18, pero mostrando una plantilla utilizada para obtener el artículo de la Figura 19.

Las Figuras 26 y 27 son vistas en sección transversal similares a las de las Figuras 15 y 16, pero mostrando etapas para obtener el artículo de la Figura 19 y tomada a lo largo del mismo plano que la Figura 21.

La Figura 28 es una vista isométrica de un vértice de una plantilla utilizada para obtener una variante, no mostrada, de la realización ilustrada en la Figura 19.

Las Figuras 29 y 30 son vistas esquemáticas que muestran cómo los artículos de la presente invención se utilizan en una herramienta para desbastar una pieza de trabajo a lo largo de un recorrido lineal y más concretamente, mostrando el artículo de la Figura 19.

Las Figuras 31 y 32 son vistas esquemáticas que muestran cómo los artículos de la presente invención se utilizan en una herramienta para desbastar una pieza de trabajo a lo largo de una trayectoria giratoria pero más concretamente mostrando artículos obtenidos según la realización de la Figura 17.

La Figura 33 es una vista en planta, ampliada aproximadamente dos veces su tamaño real, de un conjunto de cristales cúbicos sintéticos de diamante, o de un material similar, obtenido según la presente invención.

La Figura 34 es una vista en alzado o arista del conjunto de la Figura 33.

La Figura 35 es una vista isométrica de la formación de cristales de diamante cúbicos sintéticos en la que se ilustran las direcciones cristalográficas alineadas de dureza mediante flechas direccionales e índices Miller. De nuevo, los cristales, y por consiguiente el conjunto, están ampliados con respecto al tamaño real. También se observa que los cristales mostrados en la Figura 35 son realmente cúbicos, aunque puedan parecer no serlos debido a las reglas de la proyección isométrica.

La Figura 36 es una vista isométrica de un vértice del conjunto de la Figura 35 que muestra un ligante aplicado a los cristales y que muestra, en líneas de trazos, las aristas de los cristales bajo el ligante.

La Figura 37 es también una vista isométrica de las etapas iniciales de montar cristales de diamante cúbicos en una formación integrada colocando los cristales en contacto adosados sobre la superficie plana inferior y en el vértice de una bandeja inclinada hacia el vértice. La escala está reducida respecto a la Figura 35, pero es todavía mucho mayor que el
tamaño real.

Las Figuras 38a a 38d son vistas esquemáticas ampliadas que ilustran etapas adicionales del método según la invención.

Las Figuras 39a a 39f son también vistas esquemáticas ampliadas que ilustran las etapas adicionales del método según la invención.

Descripción detallada Artículo manufacturado

- Primera realización

La primera realización de la presente invención es un artículo abrasivo resistente al desgaste 36 (Figuras 1 y 2) que incluye un elemento de respaldo cuadrado 38 de plástico o metal, que tiene una superficie de montaje 40 y una superficie posterior 42. Una pluralidad de cristales de diamante cúbicos sintéticos individuales 50 tiene unas primeras partes 52 individualmente incorporadas en una formación del elemento de respaldo y segundas partes 54 que sobresalen hacia afuera desde la superficie de montaje.

El uso de monocristales de diamante sintéticos 50 en la Figura 3 y 60 en la Figura 4 es importante para la presente invención y por ello, a continuación se hará referencia a algunos detalles sobre dichos cristales. En general, estos cristales son poliedros regulares, pero se obtienen en varias formas específicas, a saber, cubos perfectos (Figura 3); una gama de octaedros cúbicos, en donde las caras de los cristales varían desde predominantemente cúbicas y mínimamente octaédricas (Figura 4) a predominantemente octaédricas y mínimamente cúbicas (no mostradas) y octaedros perfectos (no mostrados). Resulta preferible utilizar cristales perfectamente cúbicos, como se muestra en la Figura 3 o cristales predominantemente cúbicos donde predominan las caras cúbicas y las caras octaédricas son mínimas en su tamaño, como se muestra en la Figura 4. No obstante, los principios de esta invención se aplican a otras formas del sistema de cristales cúbicos al que pertenece el diamante, como se entenderá en la siguiente descripción de la tercera realización de esta invención con el uso de nitruro de boro cúbico (CBN).

El cristal cúbico 50 (Figura 3) representa los monocristales de diamantes sintéticos comercialmente disponibles que tienen hasta 1 mm de tamaño. El cristal 50 tiene seis caras laterales 64, doce aristas 70 y ocho vértices 74. Estas caras son, por supuesto, cuadradas y son referidas en la técnica y en la presente como caras cúbicas o como estando en planos
cúbicos.

El cristal en forma de cubo-octaedro 60 (Figura 4) representa también monocristales de diamante sintéticos comercialmente disponibles y tiene seis caras 82, que se suelen referir como caras cúbicas puesto que es su forma predominante y ocho caras octaédricas más pequeñas 84 en los vértices. El cristal 21 se refiere así como un cristal predominantemente cúbico, puesto que las caras octaédricas son relativamente pequeñas en relación con las caras cúbicas.

Con referencia a la Figura 5, se proporciona una breve descripción de algunas características cristalográficas conocidas de un monocristal de diamante sintético, como 50 y 60, que son completamente utilizadas en la presente invención. La Figura 5 muestra una de las caras 64 del cristal 50. El cristal tiene direcciones cristalográficas de máxima resistencia abrasiva o dureza en el plano de su cara cúbica a lo largo de las líneas diagonales 90, 90' y 92, 92' de la cara. También tiene direcciones cristalográficas de resistencia abrasiva mínima o dureza mínima a lo largo de las líneas 94, 94' y 95, 95' que forman un ángulo de 45 grados respecto a las diagonales o direcciones de resistencia máxima. Por lo tanto, el cristal presenta grados de dureza direccional que varían desde las líneas direccionales máximas diagonales a las líneas direccionales mínimas en ángulo recto. Estas líneas de dureza pueden describirse también como siendo tangenciales a sus respectivas caras del cristal. Las notaciones de Miller apropiadas para la cara y las líneas direccionales se indican en la Figura 5. En vista de la simetría de la estructura cristalográfica de los cristales de diamante, cada cara del cristal tiene las mismas direcciones cristalográficas de dureza dentro del plano de su cara.

Una breve referencia a alguna nomenclatura respecto a la simetría de cristales, como 50 ó 60 (Figuras 3 y 4) será de utilidad en la descripción siguiente. Como se conoce, el cristal tiene varios planos de simetría. Uno de dichos planos se refiere en la técnica como un plano cúbico, que es un plano ortogonal que corta el cristal entre y en paralelo con un par de caras opuestas, como en 64. Otro plano de simetría se refiere en la técnica como un plano dodecaédrico y es un plano diagonal que corta el cristal y contiene un par de aristas opuestas, como 70. El cristal tiene también varios ejes de simetría, uno de los cuales se representa, por ejemplo, por la letra y en la Figura 3 y pasa a través del centro y caras opuestas del cristal y es perpendicular a dichas caras, se hará referencia a estos planos y ejes en la siguiente descripción y en las reivindicaciones.

Habiendo descrito características conocidas de los monocristales de diamante cúbicos sintéticos 50, 60, la presente invención se refiere principalmente a la orientación de estos cristales de una manera predeterminada en el artículo 36, del que una realización se muestra en las Figuras 1 y 2. También se indica que la Figura 1 está dibujada a cuatro veces el tamaño real, puesto que los monocristales de diamante cúbicos sintéticos disponibles son de hasta 1 mm de tamaño. También se observa que, para facilidad de ilustración, solamente se muestran cristales solamente cúbicos en la Figura 1, aunque, en la práctica real, algunos de los cristales pueden ser predominantemente cúbicos, como en 60, y por consiguiente, pueden tener pequeñas caras octaédricas 84.

En las Figuras 1 y 2, cada cristal 50 está individualmente montado en el elemento de respaldo 38, con su primera o parte de montaje 52 (Figura 2), que es aproximadamente la mitad del cristal, incorporada en el elemento de respaldo y su segunda parte abrasiva 54, que es aproximadamente la otra mitad del cristal, está fuera del elemento de respaldo. Otra manera de expresar la orientación de cada cristal en el conjunto es indicar que cada cristal está montado en la formación con uno de sus planos cúbicos paralelos a la superficie de montaje 40. La cara 64 de cada cristal, en la extremidad de la parte abrasiva 54, se refiere como una cara abrasiva y es paralela a la superficie de montaje 40 y coplanar con las caras abrasivas de todos los demás cristales. Estas caras abrasivas coplanares definen así una superficie de trabajo 96 para el artículo 36.

De manera casual, la magnitud de la extensión de los cristales 50 dentro o fuera del elemento de respaldo 38 es importante para un funcionamiento adecuado del artículo 36, pero no es una característica de la presente invención. En la realización mostrada en la Figura 1, es preferible que las partes de montaje 52 de los cristales 50 estén incorporadas en el elemento de respaldo a una distancia de 0,6 mm suficiente para mantener los cristales fijados en el elemento de respaldo de modo que se impida su desplazamiento cuando se aplique una fuerza a los cristales en el acoplamiento de la pieza de trabajo, mientras que se proporcionan suficientes superficies de acoplamiento de la pieza de trabajo. Técnicas específicas para la unión de partículas abrasivas, tales como cristales 50, 60, en un elemento de respaldo plástico o metálico son bien conocidas, pero son más adelante descritas de manera general como una parte del método de la invención.

Los cristales 50, en la realización de la Figura 1, son preferiblemente de distribución uniforme alrededor del elemento de respaldo 38 en una configuración del tipo de tablero de ajedrez y por este motivo, están dispuestos en hileras ortogonales, indicadas por las líneas 97, 98 e hileras diagonales indicadas por las líneas 99, 100, en relación con el elemento de respaldo cuadrado. Las hileras están en relación espaciada y los cristales adyacentes, en cada hilera, están separados entre sí. Ha de entenderse que la forma cuadrada específica del elemento de respaldo, el modelo de distribución en tablero de ajedrez específico o la formación de hileras, el espaciado específico de los cristales y la densidad o concentración de los cristales, mostrados en la Figura 1, no son elementos esenciales de la invención y pueden variarse dependiendo de la aplicación del artículo 36.

Sin embargo, de significancia esencial para la invención es la orientación de los cristales 50 entre sí. Con referencia a la Figura 1, los cristales están individualmente fijados en el elemento de respaldo 38 con sus direcciones máximas de dureza cristalográfica, como 90, 90', alineados a lo largo de las diagonales paralelas de la formación que se extienden en direcciones NE/SO (nordeste/suroeste) para utilizar una analogía de la brújula. De manera análoga, las direcciones 92, 92' están alineadas a lo largo de las diagonales NO/SE (noroeste/sureste). Por supuesto, resultará evidente que la orientación de los cristales no está limitada a dichas direcciones de brújula específicas ni a la orientación del artículo representado en el dibujo. Con dicha orientación, las líneas de direcciones de dureza máxima de los cristales, en cada hilera diagonal 99, están alineadas a lo largo de líneas comunes, como 101, 102 y estas líneas comunes de todas las hileras diagonales son paralelas entre sí. Dicho de otro modo, las correspondientes líneas de direcciones de dureza máxima de los cristales individuales están en alineación, o paralelas, con las correspondientes líneas de dureza máxima de todos los demás cristales. Asimismo, estas líneas 90, 90' y 92, 92' de dureza máxima son tangenciales a sus respectivas extremidades de caras 64, están situadas en la superficie de trabajo 96 y son paralelas a la superficie de montaje 40 del elemento de respaldo 38.

Ha de hacerse la observación de que tal como aquí se utilizan y en la tecnología cristalográfica, los términos "alinear" y "alineados" significan apuntar en la misma dirección, pero pueden también significar ser coincidentes con una línea única. Por consiguiente, las líneas de dureza máxima 90 de los cristales 50 en la Figura 1 están "alineadas" en el sentido de que todas ellas apuntan en una dirección NE en la Figura 1, mientras que las líneas direccionales 90 de los cristales en una hilera diagonal dada están "alineadas" por cuanto son coincidentes a lo largo de una línea común.

Por el contrario, las correspondientes líneas, tal como 94, de las direcciones de dureza mínima de todos los cristales 50 (Figura 1) en cada una de las hileras ortogonales NS 98 están en condiciones de alineación, según se representa por las líneas comunes, 104 y 106, y la totalidad de las correspondientes líneas de dureza máxima, en cada una de dichas hileras, son paralelas con las de las demás hileras NS. Lo mismo es cierto para las hileras de EO. Las líneas de dureza mínima son así también tangenciales a sus respectivas extremidades de caras 64, se apoyan en las superficies de trabajo 96 y son paralelas a la superficie de montaje 40.

Por lo tanto, se entenderá que el conjunto ordenado, grupo, elemento de respaldo o formación de cristales 50 (Figura 1) presenta líneas direccionales
comunes, tales como 101 y 102, de dureza máxima que están dispuestas en sentido diagonal del elemento de respaldo 38 y son paralelas a la superficie de montaje 40. Si la superficie de trabajo 96 (Figura 2) se desplaza a través de una pieza de trabajo (Figuras 29-32) en una de estas direcciones diagonales, tal como NE/SO, los cristales presentarán su dureza máxima a las piezas de trabajo. Por el contrario, si la superficie de trabajo se desplaza en relación con una pieza de trabajo en la dirección a 45 grados respecto a la línea común 102, es decir, en una dirección NS (Norte-Sur) o EO (Este-Oeste), la superficie presentará su dureza mínima a las piezas de trabajo. La superficie formada por los cristales presenta así direcciones comunes de durezas máxima y mínima y todos los grados de dureza entre ellas, lo mismo que un cristal individual. Con la presente invención, las características de un cristal individual se imparten al conjunto ordenado completo de los cristales.

Con referencia a la Figura 2, puesto que las partes abrasivas 54 de los cristales 50 sobresalen hacia afuera del elemento de respaldo 38, de manera equidistante desde la superficie de montaje 40 con sus caras 64 definiendo la superficie de trabajo planar 96, los cristales son capaces de entrar en contacto con una pieza de trabajo, no mostrada, de manera simultánea y aplicar así fuerza a dicha pieza de una manera uniforme. Por lo tanto, el desgaste sobre los cristales y la acción de abrasión sobre una pieza de trabajo tienen una distribución uniforme.

Método para producir la primera realización del artículo

El método para producir la primera realización del artículo 36 (Figura 1) de la presente invención se describe con referencia a las Figuras 6 a 9. El método utiliza una plantilla 120, de la que solamente una parte se muestra en la Figura 6. La plantilla tiene una superficie superior o placa 122 y una pluralidad de zonas rebajadas, cavidades o bolsas de perfil semicúbico 124 que se extienden hacia abajo en el cuerpo de la plantilla desde la superficie superior y que sirven como receptores para los cristales 50. Cada zona rebajada puede describirse como teniendo la forma de una parte de un cubo cortada a lo largo de uno de sus planos cúbicos. Puesto que se muestra solamente una parte de la plantilla 120, sólo se muestran unas pocas de las zonas rebajadas. Sin embargo, se entenderá que una plantilla completa es algo más grande que el artículo abrasivo 36 y tiene el mismo número y formación de zonas rebajadas como cristales habrá en el artículo a obtener. Por consiguiente, una plantilla completa para obtener el artículo mostrado en la Figura 1 incluye cincuenta zonas rebajadas en diez hileras de cinco cada una, que se extienden a lo largo y ancho de la plantilla, con las zonas rebajadas en hileras adyacentes compensándose entre sí.

Las zonas rebajadas 124 (Figura 6) en la plantilla 120 son de forma y tamaño uniformes. Cada zona rebajada tiene una longitud y anchura (es decir, las dimensiones que tienen en el plano de la superficie 122) algo mayores que las dimensiones de las aristas de un cristal cúbico 50 y una profundidad no tan profunda como la de dichas aristas. Por consiguiente, en esta realización del método, las zonas rebajadas son algo mayores que un cuadrado de 1 mm y tienen una profundidad de 0,6 mm. Cada zona rebajada tiene una pared
inferior 126 y paredes laterales y finales 128 y 130 que forman ángulo recto con la pared inferior. Las zonas rebajadas pueden configurarse con esquinas interiores ligeramente biseladas, no mostradas en la figura, similares a la forma de las caras 84 de los cristales predominantemente cúbicos 60 (Figura 4) que tienen caras octaédricas menores.

De manera significativa, las zonas rebajadas 124 (Figura 6) están orientadas en la plantilla 120 en posiciones que orientarán los cristales 50, 60 de modo que sus correspondientes direcciones cristalográficas de dureza máxima, tales como 90, estén alineadas. Por lo tanto, la totalidad de las paredes laterales 128 son paralelas entre sí y la totalidad de las paredes extremas 130 son paralelas con las otras paredes extremas. Para conseguir una proyección equidistante de los cristales respecto a la superficie de montaje del elemento de respaldo 40, la totalidad de las paredes inferiores 126 están en un plano común 138 (Figura 8).

De manera alternativa, puede utilizarse una plantilla modificada 120a (Figura 7) con zonas rebajadas modificadas 124a. En este caso, la pared inferior 126a de cada zona rebajada 124a forma un ángulo hacia arriba de unos pocos grados respecto al plano común 138. Más concretamente, la pared inferior 126a forma un ángulo en diagonal ascendente respecto a una esquina inferior de la zona rebajada a la esquina diagonalmente opuesta. Se entenderá que las correspondientes esquinas, por ejemplo, todas las esquinas de NE, están similarmente inclinadas hacia arriba de modo que forman una angulación uniforme a través de toda la plantilla 120a.

La plantilla 120 ó 120a (Figuras 6 y 7) están hechas de plástico, tal como polietileno o tetrafluoroetileno, o de metal, tal como acero o aluminio, y están perfiladas realizando una fusión del plástico o metal contra una forma maestra, no mostrada, que tiene salientes de formas cúbicas. Como alternativa, la plantilla se obtiene mediante la estampación o prensado de material plástico o metálico con una matriz de múltiples salientes maestra de forma apropiada o una matriz de forma cúbica única, de nuevo no mostrada, puesto que dichas técnicas de la laboreo de metales son bien conocidas en la técnica.

Al realizar el método de la presente invención, se selecciona un suministro de monocristales de diamante sintéticos 50, 60 de formas cúbicas o predominantemente cúbicas de aproximadamente el mismo tamaño, actualmente de 1 mm. Es importante dimensionar los cristales mediante una selección de precisión, utilizando preferiblemente pantallas con aberturas cuadradas. Asimismo, puede utilizarse un control de las formas mediante pesaje automatizado de monocristales o asentamiento en un fluido utilizando la Ley de Stokes.

Con la superficie 122 (Figura 6) de la plantilla 120 mantenida en un plano generalmente horizontal, se depositan los cristales 50, 60 sobre la superficie superior y se dispersan sobre ella y quedan así en una orientación aleatoria alrededor de la superficie superior. Más cristales se depositan que zonas rebajadas 124, con el fin de asegurar una cantidad suficiente para rellenar toda la zona rebajada. La plantilla es objeto de vibración o sacudidas y, si fuera necesario, ligeramente inclinada para hacer que los cristales graviten individualmente hacia las zonas rebajadas y sean recibidos en ellas. Debido a la forma complementaria de las formas rebajadas y los cristales y el tamaño de las zonas rebajadas ligeramente mayor en relación con el tamaño del cristal, los cristales se alojan individualmente en las zonas rebajadas donde se estabilizan, con una cara inferior 64 de cada cristal depositada de forma plana sobre la pared inferior 126 de su zona rebajada y con sus caras laterales 64 en relación paralela adyacente a las paredes laterales y extremas 128 y 130. Los cristales sobresalen de la superficie superior 122 de la plantilla en una distancia menor que la dimensión de sus aristas, preferiblemente 0,4 mm en la realización ilustrada. Si se emplea la plantilla 120a que utiliza paredes inferiores inclinadas 126a, como se muestra en la Figura 7, las correspondientes esquinas superiores 74 de los cristales 50 son inclinadas hacia arriba en relación con sus esquinas superiores diagonalmente opuestas a lo largo de una diagonal, como en 99 (Figura 1) de la plantilla. Mientras la totalidad de las zonas rebajadas están siendo rellenadas o después de rellenarse, la plantilla se inclina ligeramente y de nuevo es objeto de vibración o sacudidas para eliminar los cristales sobrantes de entre las hileras, de modo que la superficie superior 122 esté limpia de cristales mientras se mantienen los cristales en las zonas rebajadas en cuyo interior fueron recibidos y están allí en sus posiciones orientadas.

Cada zona rebajada 124 ó 124a (Figuras 6 y 7) se rellenan así temporalmente con un cristal 50 ó 60 y los cristales están así orientados con la totalidad de sus direcciones cristalográficas correspondientes de dureza máxima 90, 90' y 92, 92' alineadas y las correspondientes direcciones de dureza mínima, como 94, 94' y 96, 96', análogamente alineadas. Las caras inferiores 64 de los cristales se apoyan planas contra las paredes inferiores 126 de sus zonas rebajadas y son así coplanares con el plano 138 y la primera parte de montaje 52 de los cristales sobresale hacia afuera desde la plantilla.

El método de la invención siguiente se refiere a las etapas para fijar los cristales 50, 60 en la orientación descrita y para retirarlos de la plantilla, como en 120 (Figura 6). La plantilla utilizada tiene una superficie superior no adhesiva 122 y paredes de zonas rebajadas no adhesivas 126, 128 y 130, que pueden realizarse obteniendo la plantilla de polietileno o tetrafluoroetileno en la forma anteriormente indicada. Una capa 150 (Figura 8) de plástico no curado, tal como una resina epoxídica, se aplica sobre la superficie superior 122, que cubre y sumerge completamente las partes de montaje 52 de los cristales en el plástico. Esta capa se cura luego y después del curado, esta superposición de plástico se convierte en el elemento de respaldo 38 que fija los cristales en sus posiciones de alineación cristalográfica con las caras 64 apoyándose contra las paredes inferiores 126 de las zonas rebajadas 124 en su relación coplanar. El elemento de respaldo y la matriz de cristales se eliminan luego como una unidad desde la plantilla proporcionando así el artículo 36 (Figura 9).

En su forma básica, el artículo 36 (Figuras 1, 2 y 9) comprende solamente una capa de cristales 50 y puede ser de cualquier área superficial práctica con cualquier número práctico de cristales, limitado solamente por el uso o aplicación particular del artículo. A modo de ejemplo solamente, el artículo 36 incluye cincuenta cristales, cada uno midiendo aproximadamente 1 milímetro cuadrado, en un elemento de respaldo 38 con las dimensiones de

\hbox{25 mm x 25 mm x 5 mm.}

Si se desea para algunas aplicaciones, los artículos múltiples, tal como 36, pueden ligarse juntos en una relación coplanar adosada para formar un área superficial mucho mayor, no mostrada. Además, múltiples artículos pueden unirse en una relación apilada por capas, tampoco mostrada. En cualquier caso, todos los cristales son posicionados de modo que sus direcciones cristalográficas estén orientadas en la misma dirección, de acuerdo con los principios de esta
invención.

Artículo manufacturado

-Segunda realización

La segunda realización del artículo se identifica por la referencia numérica 236 en las Figuras 10 y 11. Este artículo incluye también convenientemente un elemento de respaldo cuadrado 238 que tiene un área o superficie de montaje 240. Monocristales de diamante sintéticos 50 y/o 60 se utilizan para esta realización y son los mismos que los empleados para la primera realización de la Figura 1. Como antes, los cristales están, de manera preferente, uniformemente distribuidos alrededor de la superficie de montaje y están situados en hileras ortogonales y diagonales en un diagrama del tipo tablero de ajedrez. La segunda realización difiere de la primera, sin embargo, en la orientación de los cristales, pero esta orientación diferente alinea también direcciones de durezas
seleccionadas.

De nuevo, resulta de utilidad establecer algunos principios cristalográficos como un fundamento para comprender la segunda realización. Con referencia a las Figuras 12 y 13, es conocido que la segunda dirección cristalográfica más dura con una dureza de un cristal de diamante 50 ó 60 está a lo largo de una línea 248 que es tangencial a una arista 70 del cristal y también perpendicular a la diagonal 249 (Fig. 13) del cristal que interfecta dicha arista. La notación de Miller apropiada, para esta segunda línea direccional de dureza se indica en los dibujos. Se entenderá que existe una segunda línea direccional más dura similar, tangencial y perpendicular a cada arista del cristal. También se observará que el cristal 50 tiene otro eje de simetría representado por la diagonal 249 y que este eje pasa a través de una arista del cristal, a través del centro del cristal y a través de la arista opuesta y es perpendicular a dichas aristas.

Para aprovechar esta segunda dirección más dura, los cristales 50 (Figuras 10 y 11) están individualmente montados en el elemento de respaldo 238 de modo que un plano dodecaédrico de cada cristal sea coplanar con la superficie de montaje 240 o esté ligeramente en un lado u otro de dicha superficie de montaje y paralela a ella. Se deduce entonces, tal como mejor se visualiza en la Figura 11, que el plano dodecaédrico que es perpendicular al primer plano dodecaédrico antes mencionado es perpendicular también a dicha superficie de montaje. Con dicho montaje, la mitad aproximada de cada cristal en un lado de la superficie de montaje queda embebida en el elemento de respaldo y la otra mitad aproximada está fuera de dicho elemento. Y lo que es más importante, todas las aristas expuestas 70a, a las que se les denomina aristas de abrasión, de las mitades del cristal son paralelas o están alineadas entre sí y son equidistantes y paralelas a la superficie de montaje y juntas definen una superficie de trabajo 250 (Figura 11). De este modo, los cristales están orientados en el elemento de respaldo, de modo que sus direcciones cristalográficas de dureza indicadas por las líneas 248 (Figura 10)
estén alineadas o paralelas con las líneas direccionales de todos los demás cristales, dependiendo de si sus cristales están en la misma hilera EO (Este-Oeste) o en una hilera EO paralela.

De este modo, cuando las aristas de abrasión 70a (Figuras 10 y 11) del artículo 236 están en contacto con, y se desplazan en movimiento relativo a, una pieza de trabajo, no mostrada, en la dirección de las líneas 253, 254 (es decir, la dirección EO en la Figura 10), el efecto combinado de las direcciones de dureza alineadas de los cristales 50 se presenta a las piezas de trabajo. Aunque la dirección de dureza 248 no es la dirección más dura del cristal, es la dirección de dureza más próxima al máximo y por ello, permite aplicar una mejor fuerza abrasiva por los cristales, a diferencia de las direcciones de dureza no alineadas de granallas, partículas o cristales, que están aleatoriamente situados con respecto a la dirección cristalográfica, según era habitual en la técnica anterior.

Método de obtención de la segunda realización del artículo

El artículo 236 (Figura 10) se obtiene de una manera similar al artículo 36 (Figura 1), con la excepción de que se utiliza una plantilla diferente 260 (Figura 14) para admitir la orientación diferente de los cristales 50. En la plantilla 260, de la que se muestra solamente una parte en la Figura 14, las zonas rebajadas 264 tienen la forma de aproximadamente una mitad de cubo, cuando el cubo se corta a lo largo de un plano de cara diagonal o dodecaédrico de dicho cubo. Dicho de otro modo, las zonas rebajadas tienen una forma en V con un ángulo incluido de 90 grados. En general, los parámetros para construir la plantilla y las zonas rebajadas son los mismos que para la plantilla 120 (Figura 6). Es decir, las zonas rebajadas son algo mayores que los cristales para facilitar el alojamiento de los cristales en ellas y tienen paredes extremas 265 y paredes laterales 266 que se juntan en las esquinas inferiores o aristas 268 que son tangentes y que se apoyan en un plano común 270 (Figura 15).

Una plantilla alternativa 280 (Figura 18) puede utilizarse con la segunda realización del método. Esta plantilla tiene zonas rebajadas en forma de V, ranuras o cavidades 282 que tienen paredes laterales 284, paredes extremas 286 y aristas inferiores 288, que tienen la misma forma que las zonas rebajadas 264 excepto que se extienden a casi la longitud o anchura completa de la plantilla, estando encerrada por las paredes extremas 286.

Como con el método descrito con referencia a las Figuras 6 a 9, se sigue un método similar para la obtención del artículo 236 (Figura 10). En resumen, los cristales clasificados con un tamaño prácticamente uniforme 50 están distribuidos de una manera aleatoria sobre la plantilla 260 ó 280 y la plantilla es objeto de vibración para hacer que los cristales caigan dentro de las zonas rebajadas 264 ó 282. En estas zonas rebajadas 264, existe un cristal por zona, pero con las zonas rebajadas 282, una línea de cristales se aloja con las caras adyacentes 64 de los cristales contiguos preferentemente en contacto. De nuevo, las plantillas 260 ó 280 están ligeramente inclinadas y son objeto de vibración o sacudidas para eliminar los cristales sobrantes, mientras se mantienen los cristales orientados en las zonas rebajadas.

A continuación, una capa de plástico no curada 290 (Figura 15) se coloca sobre la plantilla 260 ó 280 para cubrir las partes salientes de los cristales 50 y luego se permite el curado y endurecimiento. Una vez curada, la capa de plástico se convierte en el elemento de respaldo 238 con los cristales allí fijados y se retira desde la plantilla dando lugar así al artículo 236 (Figuras 16 y 11).

Artículo manufacturado

- Tercera realización

La tercera realización de esta invención proporciona un artículo 336 (Figuras 19 a 21) similar en principio a los artículos 36 y 236 de la primera y segunda realizaciones, con la excepción de que la tercera realización utiliza monocristales sintéticos 350 de nitruro de boro cúbico (CBN). El artículo incluye un elemento de respaldo o portador 338 para los cristales que tienen una superficie de montaje 340 y una superficie de respaldo 342.

El nitruro de boro cúbico, tal como el diamante, está clasificado en la clase cúbica de cristales, pero, a diferencia del diamante, tiene la estructura esfalérita. El cristal CBN 350 (Figura 22) es, así, un poliedro regular tal como el diamante pero, a diferencia del diamante, tiene una forma tetraédrica. Cristales individuales de CBN, de buena calidad, están comercialmente disponibles, con caras triangular planares 352 que se juntan en aristas vivas 354 y esquinas 356 y tienen dimensiones de hasta 0,5 mm aproximadamente en una arista. Es importante resaltar que, como las realizaciones 36 (Figura 1) y 236 (Figura 11) de esta invención que utilizan cristales de diamante, el CBN utilizado para la tercera realización está en la forma de cristales simples o individuales y ni los granos de CBN usados en la técnica anterior como granos abrasivo o granalla, que son áridos predominantemente triturados de cristales de intercrecimiento, con orientación aleatoria. Como en las otras realizaciones, el uso de cristales simples prácticamente uniformes permite la predeterminación de las direcciones cristalográficas, manipulación de los cristales y orientación resultante en las posiciones deseadas.

Como es conocido, el cristal tetraédrico, tal como 350, tiene varios planos y ejes de simetría. Uno de dichos ejes se refiere en la Figura 23 por la letra de referencia p y es de utilidad en la descripción y reivindicación de la presente invención. El eje p pasa a través del centro de una arista del cristal, a través de su centro y a través del centro de la arista opuesta a la primera arista y es perpendicular a ambas aristas.

No se necesita ningún trabajo especial que tenga correlación con la variación de la resistencia a la abrasión de los cristales de CBN, tal como 350 (Figura 22), con dirección cristalográfica. Sin embargo, la similitud entre las configuraciones atómicas internas de CBN y del diamante lleva a la conclusión de que la dirección más resistente a la abrasión de un cristal de CBN está a lo largo de una línea, tal como 360 (Figuras 19, 22-24), que es perpendicular a una arista, como 354a, del cristal. Esta línea direccional puede también como tangencial al borde 354a y paralela a la arista opuesta 354b, según se ilustra mejor en la Figura 23. Por supuesto, se entiende que la arista 354a se elige a modo de ejemplo solamente y que existe una línea direccional de dureza máxima perpendicular y tangencial a cada una de las aristas 354. En las Figuras 22-24 se muestran las notaciones de Miller para las caras de un cristal de CBN.

Los cristales 350 (Figuras 19-21) están montados en el elemento de respaldo 338 de modo que un plano corta cada cristal siendo paralelo a un par de sus
aristas opuestas, perpendicularmente relacionadas, que se apoya aproximadamente en o cerca de la superficie de montaje 340 (Figura 20) del elemento de respaldo. Dicho plano divide al cristal en dos partes, de modo que con dicho montaje, una de estas partes queda incorporada en el elemento de respaldo y la otra parte está fuera de dicho elemento. En la realización preferida ilustrada en las Figuras 19 a 21, aproximadamente un sesenta por ciento de cada cristal está embebido en el elemento de respaldo y el restante cuarenta por ciento sobresale de dicho elemento. Sin embargo, la característica importante es que la arista expuesta 354a de dicho par de aristas en oposición de cada cristal es paralela a las correspondientes aristas expuestas de todos los demás cristales, como puede observarse fácilmente en la Figura 19 y con la superficie de montaje 340. Además, estas aristas 354a de los cristales en la misma hilera NS, como 366, están en alineación.

Como se mencionó anteriormente con respecto a las demás realizaciones, la tercera realización de la invención no está limitada al espaciamiento específico o número de cristales 350 (Figura 19) o hileras, ni a las hileras ortogonalmente formadas, ni al número o concentración de cristales. Sin embargo, es importante para la invención que las líneas cristalográficas 360 de dureza máxima de las correspondientes aristas, tales como 354a, de todos los cristales estén en alineación, o sean paralelas entre sí. Dicha alineación o paralelismo de las líneas cristalográficas se produce por el montaje de los cristales con las aristas expuestas 354a en alineación o paralelas entre sí.

Método de obtención de la tercera realización del artículo

Esta realización del método es similar a las dos otras realizaciones con la excepción de que las plantillas 390 y 392 (Figuras 25 y 28), similares a las plantillas 280 (Figura 18) y 260 (Figura 14), respectivamente, están construidas para alojar los cristales CBN tetraédricos. El artículo 336 se ilustrado en la Figura 19 se obtiene utilizando la plantilla 390 en la Figura 25. La plantilla 390 tiene zonas rebajadas en forma de V alargadas o cavidades 394 con paredes extremas 396 y paredes laterales 398 que se unen en ángulos predeterminados en las esquinas o aristas inferiores 400 que están todas ellas en un plano común 406 (Figura 26).

A modo de ejemplo, la plantilla completa 390, de la que solamente una parte se muestra en la Figura 25, puede tener unas dimensiones aproximadas de 32 mm x 15 mm x 5 mm y obtenerse a partir de polietileno de alta densidad. Las zonas rebajadas 394 pueden fresarse en sentido longitudinal de la plantilla hasta una profundidad de 0,5 mm y de modo que las paredes laterales 398 tengan un ángulo incluido de 70º32' \pm5º.

Con la plantilla 390 (Figura 25) mantenida en una posición horizontal, los cristales 350 de CBN de tamaño preclasificado, prácticamente uniforme, están distribuidos en la plantilla y de forma aleatoriamente posicionados. Mediante la vibración y pequeña inclinación de la plantilla, se hacen caer los cristales dentro de la zona rebajada 394 con una arista 354a (Figura 26) de cada cristal ajustándose contra el borde inferior 400 de una zona rebajada y siendo así tangente al plano común 406 y con dos caras laterales opuestas 352 (Figura 25) que se apoya contra las paredes laterales 398 de la zona rebajada y con algo menos de la mitad de cada cristal sobresaliendo hacia
afuera desde la plantilla. Inclinando la plantilla hacia un extremo mientras se hace vibrar y golpear la plantilla hace también que los cristales en exceso en la superficie superior de la plantilla y entre las zonas rebajadas caigan fuera de la plantilla.

A continuación, se vierte resina epoxídica (sistema tres, fase dos) sobre la plantilla 390 de modo que proporcione una capa 410 (Figura 26) de una profundidad de 5 mm que cubre la parte saliente de los cristales 350. A continuación, la resina se cura a 60ºC durante dos horas, lo que hace que la resina sea objeto de curado y endurecimiento y forme el elemento de respaldo 338. Los cristales son así individualmente fijados en el elemento de respaldo en sus posiciones orientadas en la plantilla. El elemento de respaldo y sus cristales unidos son retirados luego de la plantilla con lo que se obtiene el artículo 336 (Figura 27) en donde la totalidad de las artistas expuestas 354a de los cristales son paralelas entre sí (Figura 19), lo que hace que las líneas direccionales cristalográficas 370 de dureza máxima estén alineadas o paralelas entre sí y estén contenidas en el plano común de la superficie de trabajo 420 (Figuras 20, 21 y 27) definido por las aristas 354a. Se entenderá que la dirección coplanar de las aristas 354a resulta de que las aristas inferiores 400 de la zona rebajada 394 estén contenidas en un plano común 406 (Figura 26).

Se entenderá ahora cómo la plantilla 392 (Figura 28) que tiene bolsas o zonas rebajadas en forma de V espaciadas 426 se utiliza para crear un artículo, no mostrado, con cristales 350 temporalmente colocados en las bolsas, individualmente fijados en el elemento de respaldo, no mostrado y luego retirados para obtener dicho artículo muy similar al artículo 236 (Figura 10), pero con cristales de CBN en lugar de cristales de diamante.

Las zonas rebajadas, cavidades o ranuras 394 y 426 (Figuras 25 y 28) que actúan como receptores de los cristales 350 para alinear los cristales pueden elegirse para que sean de una longitud algo mayor que la longitud de una arista de un cristal de CBN, en el caso de las zonas rebajadas de la Figura 28 o cualquier múltiplo de esta longitud en el caso de las zonas rebajadas de la Figura 25. De este modo, el diagrama y densidad de los cristales puede ajustarse para obtener el uso óptimo de los cristales CBN para el tratamiento de las piezas de trabajo.

Hasta ahora, se entenderá que la plantilla, como 120, 260, 280, 390 ó 392, utilizada en la presente invención no está limitada a las configuraciones de cavidades o zonas rebajadas particulares mostradas, sino que, más ampliamente, la plantilla se entiende que tiene un área receptora perfilada para alojar y alinear los cristales 50 ó 350, incluyendo dicha área receptora una pluralidad de zonas rebajadas o bolsas o cavidades, tal como 124 ó 264 ó 426, o una o más hendiduras como 282 ó 426 ó 394.

En todas las realizaciones de esta invención, se entenderá que pueden utilizarse agentes ligantes distintos de la resina epoxídica u otras formulaciones plásticas también conocidas en la técnica anterior. En resumen, con las plantillas 120, 260, 280, 390 ó 392 hechas de grafito, un metal de infiltración en polvo o una aleación de infiltradotes en polvo con partículas resistentes a la abrasión, tales como carburo de tungsteno, pueden cubrir primero los cristales 50 ó 350. El conjunto puede calentarse luego para la fusión del metal y crear el elemento de respaldo 38, 238 ó 338,

\hbox{fijando}

los cristales en sus posiciones orientadas. Además, un metal, tal como níquel, puede electrodepositarse sobre los cristales en la plantilla para servir como el elemento de respaldo por un proceso bien conocido. Además, cualquiera de las plantillas puede obtenerse a partir de un material refractario no ligable a cuerpos cerámicos calentados, tales como carburo de silicio o grafito. Una cerámica plástica no termotratada podría depositarse luego sobre los cristales en la plantilla y posteriormente calentarse a una temperatura adecuada para sinterizar el cuerpo cerámico, donde un elemento de respaldo vítreo incorpora los cristales en sus posiciones orientadas.

Las Figuras 29 y 30 muestran uno de los artículos, tal como 336, como una parte constituyente de una herramienta 500 que se desplaza en relación con una pieza de trabajo 510 a lo largo de un recorrido lineal 520. Se observará que las aristas 354a entran en contacto con las piezas de trabajo juntas, puesto que son tangenciales a una superficie de trabajo o plano común 420. Además, todos los cristales se desplazan a través de las piezas de trabajo perpendicularmente a las aristas 354a o, dicho de otro modo, a lo largo de las líneas comunes 360 (Figura 30) de dureza direccional de todos los cristales. Cada cristal individual acopla la pieza de trabajo de modo que su línea predeterminada de dureza máxima 360 esté alineada con el recorrido 520 de movimiento del cristal. Por lo tanto, una magnitud máxima de acción abrasiva se ejerce por los cristales.

Las Figuras 31 y 32 ilustran los principios de la presente invención para uso en una herramienta 600 que desbasta una pieza de trabajo 610, mostrada en contorno ficticio en la Figura 31, a lo largo de un recorrido giratorio 602. La herramienta comprende un manguito 604 que tiene un extremo anular 606 y una pluralidad de cristales, tal como 50, montados en el extremo, de modo que las aristas vivas, tales como 70a, estén orientadas radialmente desde el manguito. De esta manera, los cristales acoplan la pieza de trabajo de modo que sus líneas individuales 248 de alta dureza estén alineadas con el recorrido giratorio 602 de los cristales. Aunque el dibujo muestra el grupo de cristales montados en cada cuadrante en el extremo del manguito, los cristales pueden estar espaciados o montados en una formación continua alrededor de la circunferencia. El punto importante es que los cristales están montados de modo que cada cristal entre en contacto con la pieza de trabajo con su línea de alta dureza alineada con el recorrido de movimiento del cristal.

Artículo manufacturado

- Cuarta realización

La cuarta realización es de utilidad como soporte, disipador de calor o semiconductor. Esta realización proporciona un conjunto 650 (Figuras 33 y 34) de monocristales sintéticos 50 (o 60, aunque solamente la referencia numérica 50 será utilizada en la descripción siguiente) de diamante fijados juntos en una formación por un ligante 658 que forma un elemento de respaldo. Los cristales están orientados de modo que proporcionen al conjunto propiedades físicas mejoradas similares a las que han sido anteriormente descritas. Una ventaja completa de estas propiedades no puede obtenerse con un cristal individual debido a su tamaño diminuto.

El conjunto 650 de los monocristales de diamante sintéticos 50 mostrados en las Figuras 33 y 34 son de aproximadamente tamaño doble que el real. Para poder explicar los principios de esta invención tal como se incorporan en la cuarta realización, es necesario, sin embargo, utilizar ilustraciones considerablemente más ampliadas del tamaño real que incluso las Figuras 33 y 34. Dicho conjunto ampliado se indica en la Figura 35 por la referencia numérica 660 y puede considerarse como simplemente un segmento del conjunto de la Figura 33.

Los cristales 50 están colocados en el conjunto o formación 660 (Figura 35) en una configuración de mosaico estrechamente empaquetada integrada. Los cristales están en una relación adosada y de arista con arista con las caras laterales adyacentes 64 de cristales contiguos en contacto congruente de coincidencia para eliminar o al menos reducir, en gran medida, cualquier separación entre los cristales y para restringir la intrusión de contaminación o materias extrañas. En el conjunto, todas las caras superiores 64 de los cristales están en un plano común que crea así una superficie superior, dirigida hacia afuera 662 del conjunto y todas las caras inferiores 64 de los cristales son coplanares y definen una superficie inferior dirigida hacia afuera 664.

Los cristales 50 están integrados o ligados juntos en una formación 660 por una o más de varias técnicas de unión, como se describe posteriormente con mayor detalle. Una de estas técnicas de unión es un recubrimiento adhesivo 666 sobre la superficie superior 662, como se muestra en la Figura 36, o sobre la superficie inferior, no mostrada.

De la mayor importancia es que los cristales 50 (figura 35), en virtud de su prácticamente mismo tamaño y forma predominantemente cúbica y en virtud de su conjunto descrito 660 están orientados con sus direcciones cristalográfica de resistencia abrasiva máxima alineadas o paralelas entre sí. La alineación se produce debido a que las direcciones cristalográficas 90, 90' de cada cristal (Figura 5) están alineadas con la correspondiente dirección 90, 90' de todos los demás cristales que se apoyan en una hilera a lo largo de una de las diagonales principales 670 (Figura 5) del conjunto. Análogamente, las direcciones cristalográficas 92, 92' (Figura 5) de los cristales que se apoyan en una hilera a lo largo de la otra diagonal principal 672 (Figura 35) del conjunto alineado. El paralelismo se produce porque estas direcciones, tales como 90, 90', son paralelas a las direcciones de los cristales en otras hileras diagonales más cortas, una de las cuales se indica por la línea 674 en la Figura 35.

Asimismo, las direcciones de resistencia abrasiva mínima 94, 94' (Figura 5) están alineadas y son paralelas entre sí de una manera similar y tal como se representa por la línea 676 en la Figura 35 y esta línea tiene una separación de 45 grados con respecto a las líneas de resistencia máxima 670, 672.

En su forma básica, el conjunto o formación 650 (Fig. 33) ó 660 (Fig. 35), comprende solamente una capa de cristales 50 y puede ser de cualquier área superficial práctica, es decir, cualquier número práctico de cristales, limitado solamente por el espacio de conjunto y el uso o aplicación particular del conjunto. A modo de ejemplo solamente, el conjunto de la Figura 33 incluye doscientos veinticinco cristales con un tamaño real de aproximadamente 15 mm x 15 mm cuadrados y ligeramente en exceso de 1 mm de espesor, lo que permite el espesor del ligante 658. En cambio, el conjunto de la Figura 35 incluye sesenta y cuatro cristales y mediría 8 x 8 x 1 mm del tamaño real.

El perímetro o arista exterior del conjunto 650 no necesita ser rectangular y puede tener otras configuraciones regulares o irregulares, puesto que los principios de la invención se aplican también a lo largo de las diagonales del conjunto, según se establece por las caras de cristales cúbicos 64 (Figura 35) dentro de los márgenes del conjunto. De nuevo, la referencia las superficies superior e inferior 662 y 664 no implica el uso del conjunto en cualquier orientación particular, sino que es para conveniencia en la descripción del conjunto de los cristales 50. Si se desea para algunas aplicaciones, conjuntos múltiples, no mostrados, pueden unirse juntos en una relación coplanar arista con arista para formar un área superficial mucho mayor. Además, pueden unirse múltiples conjuntos en una relación apilada por capas, tampoco mostrada. En cualquier caso, los cristales son ensamblados de modo que sus direcciones cristalográficas estén orientadas en la misma dirección, según los principios de esta invención. Múltiples capas también se producen con la deposición de vapores químicos, según se describe más adelante.

Método de obtención de la cuarta realización del artículo

En general, el método de obtener la cuarta realización puede dividirse en dos partes para fines descriptivos, a saber, montaje inicial de los cristales 50 para formar el conjunto 650 y en segundo lugar unión de los cristales en el conjunto. La Figura 37 ilustra las etapas de ensamblar los cristales y las Figuras 38 y 39 ilustran dos realizaciones de unión de cristales en el conjunto.

La parte inicial del método, a saber, la colocación de los cristales de diamante 50 en un conjunto 660a se describe así por referencia a la Figura 37. Una de las primeras tareas es seleccionar los cristales que se van a utilizar. Se eligen monocristales de diamante sintéticos de forma prácticamente cúbica o de una forma cubo-octaédrica, donde predominan las caras cúbicas. Además, los cristales usados deben ser prácticamente del mismo tamaño. Actualmente están disponibles cristales de hasta aproximadamente 1 mm de arista, pero a medida que mejoran las técnicas de crecimiento sintético, tamaños de cristales mayores pueden hacerse disponibles. Si no está realizado ya, y según se examinó anteriormente, el suministro adquirido debe dimensionarse para asegurar que los cristales usados sean de prácticamente el mismo tamaño, preferiblemente de 0,75 mm a 1 mm o mayor si estuviere disponible. Como se indicó anteriormente, solamente cristales perfectamente cúbicos 50 se muestran en la Figura 37, pero el método descrito es igualmente aplicable a los cristales cubo-octaédricos 60 con caras predominantemente cúbicas 82.

Monocristales de diamante sintéticos 50 se dejan caer (Figura 37), uno a uno, o en número limitado, dentro de una bandeja o receptáculo 680 que tiene una superficie inferior planar 682 y paredes laterales 684 que definen una esquina 686 de la bandeja que tiene la forma de una esquina de un cubo. La bandeja se inclina hacia la esquina y se agita, vibra o golpea suavemente en el plano de la superficie inferior. Cuando los cristales se depositan sobre la superficie inferior 682, alcanzan una posición estable en una de sus caras 64. La estabilidad se produce debido a la forma cúbica de cada cristal, el ángulo de inclinación de la bandeja, la masa del cristal y el material de la bandeja y más concretamente, la superficie inferior 682. A continuación, debido a la inclinación y vibración de la bandeja, los cristales se deslizan hacia la esquina. El ángulo de inclinación de la bandeja y la acción vibratoria se ajustan para conseguir esta estabilización y acción deslizante. En las realizaciones descritas, la bandeja es preferiblemente hecha de polietileno de alta densidad, PTFE, grafito, un material refractario u otro material que tenga un coeficiente de rozamiento para mejorar la estabilidad descrita y la acción deslizante de los cristales de diamante.

A medida que los cristales 50 se deslizan hacia la esquina 686 de la bandeja 680 (Figura 37) se autoalinean con las paredes laterales 684 de la bandeja o con las caras laterales 64 de los cristales que están ya en posiciones orientadas en la esquina y construyen así el conjunto 660a de cristales en una capa, de un cristal de espesor. El uso de alicates de puntas finas, no mostrados pero normalmente disponibles, pueden utilizarse para la reposición de cualquier cristal errante. Las caras laterales de los cristales adyacentes están en contacto congruente entre sí y las caras superiores de todos los cristales en el conjunto forman la superficie planar 662. Esto da lugar a que todos los cristales estén orientados en la misma dirección cristalográfica, según se explicó anteriormente al describir el conjunto 660 en la Figura 35.

Después de que los cristales 50 estén situados en el conjunto 660a (Fig. 37), son unidos juntos de acuerdo con la segunda parte del método, ahora descrita con referencia a las dos realizaciones mostradas en las Figuras 38 y 39. Al describir estas realizaciones, todos los cristales se muestran como cristales cubo-octaédricos 60 con caras predominantemente cúbicas 82, pero se entiende que en el uso real, los cristales pueden ser una mezcla de cristales cúbicos 50 y dichos cristales cubo-octaédricos 60. Solamente los cristales cubo-octaédricos se muestran en las Figuras 38 y 39 debido a una conveniencia ilustrativa y porque facilita la descripción de las etapas de unión y rectificado.

Con referencia primero a la Figura 38a a 38d, las etapas se describen para unir los cristales 50 en un conjunto 660b que tiene utilidad para la resistencia a la abrasión para los fines de cojinetes y disipadores de calor. Se observa que las Figuras 38 y 39 son vistas esquemáticas que implican solamente a unos pocos cristales y están previstas principalmente para mostrar los principios básicos del método. Los monocristales de diamante sintético cubo-octaédricos 60 (Fig. 38a) con grandes caras cúbicas 82 y caras octaédricas relativamente pequeñas 84 y de aproximadamente un mm de tamaño están contenidas y orientadas en una bandeja 680b, por ejemplo en la manera mostrada con referencia a la Figura 37. Los cristales en la bandeja se cubren luego con un polvo de infiltración metálico 690, tal como Macrofil, un producto disponible a través de Kennametal Inc., de Latrobe, Pennsylvania, Estados Unidos, que es capaz de humedecer los cristales al calentarse. El polvo se calienta luego a la temperatura de fusión para fundir el metal en la superficie de los cristales y para llevarlo por acción capilar al interior de los intersticios entre las esquinas superiores o caras octaédricas 84 de los cristales. Ha de entenderse que la bandeja está constituida por un material resistente al calor, tal como grafito, que no es humedecido por el metal. El metal fundido se deja luego enfriar y solidificar para formar un recubrimiento ligante 692 (Figura 38b), donde el conjunto de cristales se retira de la bandeja (Fig. 38c). Por último, la superficie inferior 664b del conjunto se rectifica para eliminar las caras octaédricas y obtener una superficie coplanar suave.

La realización del método descrito ilustrado en las Figuras 37 y 38a-38d proporciona la superficie de apoyo 664b que tiene una dirección de máxima resistencia a la abrasión a lo largo de las diagonales alineadas de los cristales 60, como se describió completamente al examinar la Figura 35. Utilizando los principios de las Figuras 37 y 38a-38d, se obtiene un artículo, tal como 650 (Figura 33), que resulta útil como elemento de soporte con una resistencia a la abrasión excepcionalmente alta a lo largo de la dirección definida. Sin embargo, es significativo destacar que el método también causa, y el artículo presenta, una dirección de resistencia abrasiva mínima y es precisamente a lo largo de esta línea en donde se produce el rectificado para conseguir la superficie planar suave 664b. Por consiguiente, siguiendo los principios de esta invención, las direcciones abrasivas máxima y mínima están completamente conseguidas y explotadas.

Además, el artículo de la cuarta realización es de utilidad como un disipador de calor puesto que las caras cúbicas 82 de los cristales 60 están en contacto íntimo y permiten la máxima conductividad de calor a través de las interfases de los cristales. El ligante metálico 692 entra esencialmente sólo en los intersticios entre las caras octaédricas 84 de los cristales y de este modo, no contamina el cuerpo principal del conjunto ni interfiere con la excelente conductividad térmica del diamante. La superficie de apoyo o el disipador de calor puede ampliarse incluyendo más cristales en el conjunto 650 o duplicando el conjunto y montando los conjuntos de modo que proporcionen una relación borde a borde contiguo, generalmente coplanar, para formar un mayor conjunto de cristales, como se entenderá aunque no se muestre.

Las Figuras 39a a 39f son objeto de referencia al describir otra realización de la parte de unión del método de la presente invención de modo que se proporcione un artículo manufacturado adecuado para usos electrónicos, de disipador de calor o con resistencia a la abrasión. En la Figura 39a, los cristales 60 los cristales son montados como se describió anteriormente en una bandeja o caja 680e que es resistente a la temperatura a 1000ºC y químicamente resistentes a la deposición de vapores químicos (CVD) del diamante. Para esta finalidad, un material de bandeja adecuado es el cemento refractario. Una primera capa 710 (Figura 39b) de diamante se deposita por CVD sobre la superficie superior 662d que une los cristales 60 juntos en el conjunto 660e. Mientras el conjunto está todavía en la bandeja (Figura 39c), un respaldo rígido 712, que puede hacerse de aluminio o vidrio plano unido, es temporalmente cementado, por ejemplo mediante cemento de diamantista, o litocola, tal como goma laca adhesiva, a la primera capa 710 de diamante para mantener el conjunto 660e rígidamente unido para permitir el rectificado. A continuación, el conjunto de los cristales de diamante, que se mantienen juntos por el respaldo rígido, se retira de la bandeja (Figura 39d) y la superficie inferior 664e se acaba por una herramienta de rectificación, mediante fresado químico o mediante mecanizado por láser para proporcionar una superficie coplanar suave 664e con caras octaédricas 84 destruidas.

En la siguiente etapa (Fig. 39e), el elemento de respaldo 712 y el cemento utilizado para unirlo se eliminan por disolución con un disolvente, tal como alcohol, o calentando a una temperatura de aproximadamente 200ºC. Muchos otros cementos temporales podrían también utilizarse y disolverse. Una segunda capa 715 (Fig. 39f) de diamante se deposita luego por CVD sobre la superficie planar 664e. Ha de entenderse que el diamante en la primera y segunda capas 710 y 715 hereda la orientación de la disposición atómica de los cristales de diamante orientados en el conjunto 660e, de modo que el artículo final es un conjunto de diamante monocristal puro, con todas las direcciones cristalográficas orientadas en la misma dirección. El artículo 660e es, de este modo, idóneo para el semiconductor, disipador de calor y fines de soporte aquí examinados.

Como resumen de la presente invención y sus ventajas, cada una de las realizaciones descritas comprende monocristales sintéticos de diamante o CBN, como 50, 60 y 350, mantenidos en una formación con direcciones cristalográficas seleccionadas de los cristales orientados en la misma dirección. En las tres primeras realizaciones, una pluralidad de monocristales sintéticos de diamante o CBN de tamaño y forma prácticamente uniformes están montados en un elemento de respaldo, como 38, 238 y 338, de modo que los cristales estén orientados con las correspondientes direcciones de resistencia a la abrasión alineadas. Con la primera y tercera realizaciones en las Figuras 1 y 19, están alineadas las direcciones de mayor dureza a la abrasión, mientras que en la segunda realización de la Figura 10, están alineadas las direcciones siguientes a de mayor dureza. En las cuatro realizaciones, las extremidades expuestas de acoplamiento de la pieza de trabajo, como 64, 70a, 354a y 64b de los cristales están en un plano común para acoplamiento simultáneo de la pieza de trabajo como si alguno de los cristales son de tamaños algo diferentes. Con la segunda y tercera realizaciones de las Figuras 10 y 19, las aristas vivas, tales como 70 y 354, se presentan a una pieza de trabajo y con la variación de la primera realización (Fig. 7), se presentan aristas vivas, tales como 74. En las realizaciones de las Figuras 7, 10 y 19, por lo tanto, las aristas vivas o esquinas vivas están en una formación en diente de sierra que, junto con las direcciones de dureza alineadas, producen una acción de abrasión especialmente efectiva. También hay que destacar que el espaciamiento entre los cristales facilita la retirada del material objeto de abrasión cuando se procesa una pieza de trabajo.

A partir de lo anteriormente expuesto, se entenderá la existencia de las siguientes ventajas, entre otras, de las tres primeras realizaciones. Puesto que solamente se presentan las direcciones más duras a la abrasión a una pieza de trabajo, el artículo abrasivo ha incrementado su vida ahorrando así material abrasivo; se tiene una abrasión más rápida; requiere menos frecuente sustitución de piezas; mantiene tolerancias dimensionales más largas; reduce al mínimo el ajuste para compensación del desgaste; reduce el deslustre y aplanamiento y permite la variación de la concentración de abrasivos y facilita así su optimización. Asimismo, puesto que todas las extremidades de acoplamiento de la pieza de trabajo de los cristales están en un plano común, aun cuando los cristales individuales puedan variar algo en longitud, los cristales acoplan las piezas de trabajo, de manera simultánea y uniforme, permitiendo así la retirada uniforme de material desde la pieza de trabajo y evitando los problemas de los granos que permanecen altos y haciendo lenta la acción abrasiva. La totalidad de las características y ventajas anteriormente indicadas tienen el efecto de deducir el coste, el tiempo y la mano de obra y mejorar la acción abrasiva.

Los términos "abrasiva" y "abradante" se utilizan a veces en esta técnica en un sentido muy específico para significar un tipo muy concreto de acción de tratamiento de la pieza de trabajo. Sin embargo, ha de entenderse que, tal como aquí se utilizan, estos términos no están limitados a dicho significado concreto, sino que incluyen los de corte, rectificado, desbastado, lapidado, aserrado o cualquier otra forma de tratamiento y acoplamiento de la pieza de trabajo en la multitud de maneras en las que se utiliza una herramienta o superficie dura. También se hace constar que los principios de la invención son más ampliamente aplicables a superficies resistentes al desgaste, que son de utilidad no solamente como elementos de tratamiento de la pieza de trabajo sino como elementos de apoyo.

Además, se entenderá a partir de lo anterior que la cuarta realización proporciona las siguientes ventajas. La alineación de la dirección de más dura a la abrasión, es decir la diagonal de la cara de cubo de los cristales de diamante, proporciona una mejor superficie resistente al desgaste, en comparación con las agregaciones unidas de cristales de diamante aleatoriamente orientados, debido a la presentación de las direcciones un cien por ciento más duras y la ausencia de un agente vinculante más blando. Esta es una ventaja en los cojinetes de empuje o cojinetes de superficie deslizante, sobre todo en aplicaciones con contaminación abrasiva entre las superficies de desgaste. La reducción en el desgaste alarga el tiempo entre el ajuste o la sustitución de cojinetes, retiene las tolerancias dimensionales entre superficies de apoyo para períodos más largos y mantiene la suavidad de las superficies de apoyo para períodos de servicio más largos. Los valores del rozamiento de las direcciones del diamante de más dura a abrasión, entre sí, son más bajos que los valores de fricción para direcciones aleatorias del diamante. El resultado es menos generación de calor, más bajo consumo de potencia y menos esfuerzo mecánico sobre las partes de apoyo.

La más alta conductividad de calor del diamante hace que un disipador de calor superior conduzca el calor fuera de la fuente de calor. La presente invención proporciona un conjunto extendido 650 con casi un cien por ciento de contenido en diamante y de este modo, un contenido homogéneo continuo de diamantes, sin el efecto de dilución de los ligantes utilizados en la unión de cristales de diamante.

La cuarta realización proporciona un conjunto extendido con menos huecos 650 de cristales de diamante con direcciones cristalográficas idénticas. La deposición de vapores químicos sobre el conjunto da lugar a una capa delgada de diamante con una sola dirección cristalográfica debido a la relación epitaxial entre la capa con depósito de vapores químicos y el substrato de cristales de diamante orientados. Es importante reconocer que el conjunto tiene una sola dirección cristalográfica que proporciona una calidad de monocristal debido a que el contacto de los cristales contiguos evita espacios entre el cristal que, de no ser así, producirían defectos en los contornos de crecimiento.

Siguiendo los principios de la cuarta realización resulta posible una mejora de la explotación de las propiedades semiconductoras del diamante. Los conjuntos de monocristales depositados químicamente por vapor, tal como 660e, pueden obtenerse aislando en carácter con el uso de diamante puro o pueden doparse con impurezas para proporcionar portadoras P o N para obtener diodos, transistores, detectores de radiación o dispositivos fotoconductores. El substrato del diamante forma un disipador de calor integral para permitir el incremento de la capacidad de corriente eléctrica a los dispositivos y la alta temperatura del diamante y la inmunidad química permiten que los dispositivos funcionen en entornos hostiles.

En el rectificado por rozamiento de materiales duros para reducir las partículas a tamaños más pequeños, el desgaste de la superficie de la máquina por la acción abrasiva de las partículas es costosa porque las piezas se desgastan con rapidez y deben sustituirse y las piezas que se desgastan producen partículas que contaminan el producto objeto de rectificado. Aplicando a las superficies de desgaste, conjuntos o capas 650 de cristales de diamante alineados, que presentan direcciones de dureza a la abrasión de los cristales a las direcciones abradantes de las partículas que se rectifican, el desgaste por máquina puede reducirse en gran medida ahorrando así el coste de nuevas superficies de desgaste y el coste de sustituirlas. La gran reducción de impurezas desde las superficies de desgaste suele ser de importancia crítica en el control de calidad y la minúscula contaminación por superficies de desgaste de diamante es de una naturaleza muy inerte.

La presente invención obtiene ventajas de las propiedades inherentes de los diamantes y los cristales de diamante particularmente sintéticos en la manera descrita, pero ha de entenderse que los principios de esta invención son igualmente aplicables a otros materiales que tienen propiedades cristalinas similares o equivalentes.

Además de los términos "conjunto" y "formación", se utilizan los términos "conjunto ordenado", "lámina", "mosaico", "bloque" y "matriz" para describir el artículo manufacturado proporcionado por la presente invención. Otros términos podrían utilizarse sin afectar a los principios aquí descritos. Se entiende que el uso de estos términos no implica ningún área de superficie particular ni tamaño de los diversos conjuntos mostrados en las Figuras 1, 10, 19 ó 33.

Asimismo, aunque se han mostrado y descrito realizaciones preferidas, varias modificaciones y sustituciones pueden hacerse en las mismas sin desviarse del ámbito de la invención. En consecuencia, ha de entenderse que la presente invención ha sido descrita a modo de ilustración y no de limitación.

Claims (18)

1. Artículo abrasivo (36, 236, 336) que comprende un elemento de respaldo (38, 238, 338) que presenta una superficie de montaje (40, 240, 340), un grupo de monocristales sintéticos (50, 350) fijados al elemento de respaldo en relación espaciada y distribuidos sobre dicha superficie de montaje, siendo cada uno de dichos cristales un poliedro con caras laterales que se encuentran en aristas del cristal, teniendo también cada cristal direcciones predeterminadas de dureza (90, 92, 248, 249) a lo largo de líneas en el plano de cada cara y tangenciales a cada arista, estando dicho artículo caracterizado porque:

las caras y aristas constituyen partes abrasivas de los cristales y los cristales están orientados, en el elemento de respaldo, sobresaliendo una parte abrasiva seleccionada de cada cristal hacia afuera sobre la superficie de montaje (40, 240, 340) con todas las correspondientes líneas de dureza estando en alineación o paralelismo, de tal modo que el grupo de cristales presente una dirección común de dureza.

2. Artículo según la reivindicación 1, en el que los cristales (50) son de diamante de formas cúbicas y tamaño uniforme, teniendo cada cristal partes de caras cuadradas que se encuentran en partes de aristas, estando también caracterizado porque la cara (64) y las partes de aristas (70) constituyen las partes abrasivas de los cristales y todas dichas partes abrasivas seleccionadas sobresalen, de manera equidistante, hacia afuera de la superficie de montaje.

3. Artículo según la reivindicación 1, caracterizado porque una de las partes de caras de cada cristal es la parte abrasiva seleccionada.

4. Artículo según la reivindicación 3, caracterizado porque:

cada parte abrasiva presenta esquinas y una esquina de cada parte abrasiva sobresale hacia afuera de dicha superficie de montaje más que las demás esquinas para proporcionar una pluralidad de elementos abrasivos de aristas vivas.

5. Artículo según la reivindicación 1, caracterizado además porque una de las partes de aristas (70a) de cada cristal es la parte abrasiva seleccionada.

6. Artículo según la reivindicación 1, en el que los cristales (350) son nitruro de boro cúbico de formas tetraédricas y de tamaño uniforme, teniendo cada cristal caras triangulares que se encuentran en las aristas del cristal, y estando caracterizado además porque una arista (354a) de cada cristal es su parte abrasiva.

7. Artículo según la reivindicación 6, caracterizado porque todas las partes abrasivas sobresalen, de manera equidistante, hacia afuera desde las superficies de montaje y constituyen dichas partes seleccionadas de los cristales.

8. Método para producir artículos abrasivos a partir de una pluralidad de monocristales sintéticos de la forma poliédrica y del mismo tamaño en el que cada uno de dichos cristales tiene por lo menos una parte con una dirección cristalográfica de dureza que es la misma en todos los cristales, caracterizado porque por lo menos una parte es de acoplamiento de la pieza de trabajo, y porque comprende las etapas siguientes:

orientar los cristales para situar y alinear dichas partes de acoplamiento de la pieza de trabajo de cada artículo, de modo que todas dichas direcciones cristalográficas predeterminadas de dureza estén alineadas y en el que dichas partes de acoplamiento de la

\hbox{pieza}

de trabajo presenten colectivamente una dirección cristalográfica común de dureza y

fijar los cristales juntos tal como quedaron situados y alineados en la anterior etapa de orientación, de tal modo que las partes de acoplamiento de la pieza de trabajo estén situadas para acoplar colectivamente una pieza de trabajo.

9. Método según la reivindicación 8, caracterizado además porque la etapa de orientación (a) incluye el ajuste de la posición de las partes de acoplamiento de la pieza de trabajo de modo que sean tangenciales a un plano común.

10. Método según la reivindicación 8, caracterizado porque cada uno de los cristales tiene caras que se encuentran en aristas, en el que una cara de cada cristal es una cara de acoplamiento de piezas de trabajo y constituye la parte de acoplamiento de la pieza de trabajo del cristal, presentando cada una de las caras de acoplamiento de la pieza de trabajo una dirección cristalográfica de máxima dureza en el plano de la cara y disponiéndose a lo largo de una diagonal del mismo, y porque dicha etapa de orientación sirve para orientar las caras de acoplamiento de la pieza de trabajo con las mencionadas direcciones cristalográficas de dureza máxima paralelas o colineales entre sí, estando la totalidad de dichas direcciones cristalográficas de dureza máxima alineadas en la misma dirección y presentando los cristales del artículo colectivamente una dirección cristalográfica común de dureza máxima.

11. Método según la reivindicación 8, caracterizado porque cada uno de los cristales tienen caras que se encuentran en las aristas, en el que una arista de cada cristal es una arista de acoplamiento de la pieza de trabajo y constituye la parte de acoplamiento de la pieza de trabajo del cristal, presentando cada una de dichas aristas de acoplamiento de la pieza de trabajo una dirección cristalográfica de dureza que está dispuesta a lo largo de una línea tangencial a su arista de acoplamiento de la pieza de trabajo, y en el que dicha etapa de orientación sirve para orientar las aristas de acoplamiento de la pieza de trabajo con las direcciones cristalográficas de dureza paralelas o colineales entre sí, de tal modo que todas las direcciones cristalográficas de dureza están alineadas en la misma dirección y los cristales del artículo presentan, de manera colectiva, una dirección cristalográfica común de la dureza.

12. Método según la reivindicación 8, caracterizado porque la etapa (a) incluye el montaje de los cristales en una formación generalmente coplanar.

13. Método según la reivindicación 8, caracterizado porque los cristales se seleccionan de entre el grupo constituido por diamante y CBN.

14. Método según la reivindicación 8, caracterizado porque comprende las etapas siguientes:

(a)

como parte de la etapa de orientación, introducir las partes de acoplamiento de la pieza de trabajo de los cristales en una plantilla que tiene un medio receptor con una forma adecuada para situar y alinear dichas partes de acoplamiento de pieza de trabajo para mostrar colectivamente una dirección cristalográfica común de dureza y en el que dichos cristales sobresalen de la plantilla;

(b)

hacer vibrar la plantilla para estabilizar los cristales en el medio receptor y para eliminar los cristales sobrantes;

(c)

aplicar un ligante a los cristales que sobresalen de la plantilla, de tal modo que los cristales están fijados en las posiciones en las que estaban alineados en la plantilla;

(d)

curar por lo menos parcialmente dicho ligante, y

(e)

retirar los cristales y el ligante desde la plantilla.

15. Método según la reivindicación 14, caracterizado porque el medio receptor es una pluralidad de cavidades receptoras con formas adecuadas para estar en correspondencia con la parte de acoplamiento de la pieza de trabajo de cada cristal, y porque dichas partes de acoplamiento de la pieza de trabajo son recibidas en dichas cavidades durante las etapas (a) y (b).

16. Método según la reivindicación 14, caracterizado porque la parte de acoplamiento de las piezas de trabajo de cada cristal es una cara cúbica del cristal, en el que las cavidades receptoras tienen una forma adecuada para recibir las partes de acoplamiento de la pieza de trabajo y, de este modo, tener paredes inferiores y paredes laterales ascendentes, y en el que dichas partes de acoplamiento de la pieza de trabajo de los cristales encajan en las cavidades receptoras contra sus paredes inferiores durante las etapas (a) y (b).

17. Método según la reivindicación 14, caracterizado porque la parte de acoplamiento de la pieza de trabajo de cada cristal es una arista de corte en forma de V y las cavidades receptoras son complementarias con dichas aristas de corte y en donde las aristas de corte en forma de V encajan en las cavidades receptoras durante las etapas (a) y (b).

18. Método según la reivindicación 14, caracterizado porque dichos cristales abrasivos son seleccionados de entre el grupo constituido por diamante y CBN.