ES2262037T3

ES2262037T3 - Recubrimiento de cuchillas con diamante amorfo.

Info

Publication number: ES2262037T3
Application number: ES04000179T
Authority: ES
Inventors: Thomas G. Decker; Gregory P. Lundie; David L. Pappas; Richard P. Welty; Robert C. Parent
Original assignee: Gillette Co LLC
Current assignee: Gillette Co LLC
Priority date: 1994-04-25
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2015-04-21
Also published as: EP0757615A1; CN1270878A; EP1440775A1; JPH09512447A; ZA953313B; RU2004117619A; TW370572B; CN1108231C; KR100417972B1; PL178753B1; PL179312B1; JP2005095658A; ATE263005T1; EP0757615B1; RU2238185C2; BR9507514A; US5940975A; DE69532805T2; UA51619C2; ATE329734T1

Abstract

Una cuchilla de afeitar que tiene un filo de corte limitado por una primera superficie inclinada (54) y una segunda superficie inclinada (56), cuyo filo de corte tiene una arista (52) en la unión de dichas superficies inclinadas primera y segunda (54, 58), las cuales abarcan un ángulo definido por la arista y las superficies inclinadas primera y segunda, caracterizada porque el filo de corte incluye un recubrimiento (60) de material de diamante amorfo sobre las superficies inclinadas primera y segunda (54, 56), cuyo material de diamante amorfo tiene al menos un 40 por ciento de unión de carbono ap3.

Description

Recubrimiento de cuchillas con diamante amorfo.

Esta invención se refiere a afeitadoras y cuchillas de afeitar mejoradas, y a procedimientos para producir cuchillas de afeitar o herramientas de corte similares con filos de corte agudos y duraderos, y en particular a recubrimientos de diamante amorfo de las cuchillas con el uso de una fuente de arco catódico filtrado. La invención tiene una utilidad particular para formar un recubrimiento muy duro y rígido de alta relación dimensional sobre filos de corte muy delgados de cuchillas de afeitar.

Una cuchilla de afeitar está formada típicamente de un material de sustrato adecuado tal como metal o cerámica, y el filo tiene forma de cuña con una arista final que tiene un radio aproximadamente inferior a 1.000 angstroms, y las superficies conformadas de la cuña comprenden un ángulo inferior a 30º. Dado que la acción del afeitado es severa, y que con frecuencia se producen daños en el filo de la cuchilla, para mejorar y facilitar la capacidad de afeitar se ha propuesto el uso de una o más capas suplementarias de material recubriente, y/o para aumentar la dureza y la resistencia a la corrosión del filo de afeitar.

Se ha propuesto un cierto número de materiales recubrientes, tales como metales y materiales polímeros, así como otros materiales que incluyen carbono similar al diamante (DLC). Cada una de dichas capas de material suplementario debe tener una compatibilidad de adherencia, de modo que cada capa permanezca firmemente adherida al sustrato durante toda la vida útil de la cuchilla de afeitar, y deseablemente proporcione características tales como un afeitado mejorado, dureza y/o resistencia a la corrosión mejoradas, al tiempo que no afecte adversamente a la geometría y efectividad del filo de la cuchilla de afeitar.

La patente de EE.UU. núm. 5.032.243 de Bache y col., describe unos materiales de sustrato de cuchilla aguzados mediante bombardeo de iones desde fuentes de iones que tienen los ejes de sus haces dirigidos a los filos de las cuchillas de afeitar. Las patentes de EE.UU. núm 5.232.568 de Parent y col. y núm. 5.295.305 de Rahn y col, muestran unas cuchillas que tienen una capa intermedia interpuesta entre el sustrato y el recubrimiento de tipo de diamante, en las que la capa intermedia es depositada sobre el sustrato, y luego es depositado el recubrimiento de tipo de diamante sobre dicha capa intermedia. Otro ejemplo de dicha disposición está en el documento WO 93/00204, que describe un sustrato 50 que define una arista 52 sobre y en torno a la cual es aplicada una capa de carbono similar a diamante (DLC), con la interposición de molibdeno.

Las soluciones anteriores no han sido totalmente satisfactorias, y sería deseable simplemente el uso de un procedimiento de pulimentación del filo para formar el sustrado aguzado (en vez de la formación de haz de iones mostrada en el documento de Bache y col.), seguido por la deposición directa del recubrimiento de diamante amorfo sobre el sustrato (sin incluir la operación de depositar una capa intermedia). Por tanto, sería deseable poder iniciar el trabajo con un sustrato de cuchilla delgada producida mediante pulimentación mecánica, e impartir la rigidez y la dureza a dicho sustrato por deposición directa sobre él de un recubrimiento de diamante amorfo.

De acuerdo con la invención, los filos de corte de las cuchillas de afeitar son dotados de propiedades mecánicas mejoradas mediante la aplicación al filo aguzado del sustrato de un recubrimiento de material de diamante amorfo. Dichos materiales pueden caracterizarse por tener al menos un 40 por ciento de unión de carbono sp3, una dureza de al menos 45 gigapascales, y un módulo de al menos 400 gigapascales. Además, dichos materiales no son corroídos por soluciones acuosas calientes y por los compuestos utilizados comúnmente en el afeitado. Los materiales que poseen estas características serán indicados como diamante amorfo en el curso de esta exposición. Al contrario del material de diamante amorfo de esta invención, los recubrimientos de carbono de tipo de diamante tradicionales (DLC) producidos por métodos tradicionales tales como deposición catódica no presentan durezas tan altas. A diferencia del diamante amorfo de esta exposición, los recubrimientos de DLC presentan típicamente unas durezas que no superan los 30 gigapascales.

La extrema dureza y rigidez del recubrimiento de diamante amorfo aplicado puede proporcionar resistencia a filos de cuchillas de afeitar muy delgadas. La patente de EE.UU. núm. 4.720.918 de Curry y col., describe filos de este tipo que se incluyen aquí como ejemplos y que no necesitan ser considerados como limitadores. Un filo de cuchilla muy delgado puede proporcionar un aumento en el confort del afeitado, pero es práctico sólo si el filo es suficientemente resistente como para soportar dicho afeitado. Un filo delgado, que incluye los descritos en la patente de EE.UU. núm. 4.720.918 aunque sin limitarse a ellos, reforzado con 400 a 2000 angstroms de diamante amorfo, comprenderá un filo acabado que es significativamente más delgado que los utilizados en la actualidad para el afeitado, pero dotado de suficiente resistencia para soportar aquél, lo que se debe a la extraordinaria resistencia del recubrimiento de diamante amorfo.

Otra contribución a un filo delgado es la gran relación dimensional que se logra mediante el procedimiento particular de deposición de arco catódico utilizado en esta invención, para fabricar los recubrimientos de diamante amorfo. La "relación dimensional" se explica con gran detalle con referencia a la fig. 3 en la exposición que sigue, pero se entiende, a los fines de este resumen, como la relación entre (a) y (b), en la que (a) es una primera distancia desde la arista del recubrimiento hasta la arista del sustrato, y (b) es una segunda distancia desde la superficie del recubrimiento a la arista del sustrato.

La relación dimensional proporciona una medición útil del efecto de un recubrimiento sobre la geometría del filo de la cuchilla subyacente del sustrato, es decir, que cuanto mayor o más alta es la relación dimensional del recubrimiento, más "aguda" es la cuchilla recubierta, en comparación con una cuchilla recubierta con una relación dimensional inferior. Otra consecuencia de la extraordinaria resistencia de los recubrimientos de diamante amorfo de esta invención es que la aplicación de dicho recubrimiento a una cuchilla de afeitar de sección transversal normal proporcionará a ésta una mayor duración.

De acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona un filo en forma de cuña y una capa de diamante amorfo sobre la arista y flancos del filo en forma de cuña, preferiblemente con un grosor de al menos 400 angstroms, que define un radio de la arista aproximadamente inferior a 500 angstroms, y una relación dimensional de 2:1 a 4:1. La cuchilla presenta unas excelentes propiedades de afeitado y larga vida.

En realizaciones preferidas, el sustrato de la cuchilla de afeitar es de acero, el recubrimiento de diamante amorfo es al menos cuatro veces tan duro como el sustrato de acero, el filo en forma de cuña está formado por una secuencia de operaciones de abrasión mecánica, y la capa de diamante amorfo está formada de iones de carbono dotados de un blanco de grafito utilizado como fuente de arco catódico filtrado.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento para formar una cuchilla de afeitar, que incluye las operaciones de: disponer un sustrato; formar sobre un borde de dicho sustrato un filo aguzado en forma de cuña que incluya un ángulo inferior a 30º y un radio de la arista (es decir, el radio estimado del círculo mayor que pueda ser situado dentro de la arista final del filo, cuando dicha arista es examinada con un microscopio electrónico de exploración de al menos 25.000, y preferiblemente menos de 1.200 angstroms); y depositar mediante evaporación de arco catódico filtrado, una capa de diamante amorfo sobre el borde aguzado, para proporcionar un radio en el extremo de la arista de la capa de diamante amorfo inferior aproximadamente a 1000 angstroms. La capa de diamante amorfo puede ser depositada mediante varias técnicas, y todas ellas tienen en común la deposición energética de carbono como una especie altamente ionizada. Aunque para esta finalidad podrían ser utilizados métodos de arco catódico, arco anódico, descomposición de plasma de gases de hidrocarbono, deposición catódica con post-ionización mediante rf acoplada inductivamente, ablación por laser, deposición de onda absortiva de láser (LAWD), y deposición de haz de iones directo, en la realización preferida de esta invención se utiliza arco catódico filtrado.

En un procedimiento particular, el sustrato es abradido mecánicamente en una secuencia de operaciones de pulimentación, para formar el filo aguzado; una capa de diamante amorfo es depositada mediante arco catódico filtrado, y el recubrimiento de diamante amorfo sobre el filo de corte tiene un grosor de al menos 400 angstroms, la capa de diamante amorfo tiene al menos un 40 por ciento de carbono ap3 de unión, y una dureza de al menos 45 gigapascales; y un recubrimiento polímero adherente puede ser aplicado sobre el filo de corte recubierto con diamante amorfo.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona una unidad afeitadora que comprende una estructura de sostén de la cuchilla que tiene unas superficies exteriores para su acoplamiento a la piel del usuario por delante y por detrás del filo o filos de las cuchillas, y con al menos un miembro de cuchilla sujeto a la estructura de soporte. La estructura de cuchilla de afeitar sujeta a la estructura de sostén incluye un sustrato con un filo de corte en forma de cuña definido por las caras que tienen un ángulo comprendido inferior a 17 grados, a una distancia de cuarenta micrómetros de la arista aguzada, y una capa de material de refuerzo que tiene un grosor de al menos 400 angstroms desde la arista aguzada de dicho sustrato a una distancia de cuarenta micrómetros de la arista aguzada, con un radio en la arista final del material de refuerzo inferior a 500 angstroms y una relación dimensional dentro de un margen de 2:1 a 4:1.

En una unidad afeitadora particular, la estructura de cuchilla de afeitar incluye dos sustratos de acero, los bordes en forma de cuña están dispuestos paralelos entre sí entre las superficies de acoplamiento a la piel, y la capa de refuerzo del filo es de diamante amorfo con un grosor aproximado de 1000 angstroms (típicamente un margen de 400 a 2000 angstroms, en función del sustrato y de los parámetros de tratamiento) y se caracteriza por al menos un 40 por ciento de carbono sp3 de unión y una dureza de al menos 45 gigapascales; y en cada capa del material de diamante amorfo hay un recubrimiento polímero adherente.

La unidad afeitadora puede ser del tipo de cartucho desechable, destinada a su acoplamiento y desacoplamiento a una empuñadura de la afeitadora, o puede ser integral con dicha empuñadura, de modo que la afeitadora completa sea desechada como una unidad cuando la cuchilla o cuchillas pierdan su agudeza. Las superficies de acoplamiento a la piel anteriores y posteriores cooperan con el filo (o filos de las cuchillas) para definir la geometría de la afeitadora. Unidades afeitadoras particularmente preferidas son las del tipo mostrado en las patentes de EE.UU. núm. 3.867.563 y 4.586.255.

Otras características y ventajas de la invención, que incluyen condiciones del procedimiento para aplicar el recubrimiento de diamante amorfo deseado, se apreciarán a medida que se avance en la descripción que sigue de realizaciones particulares, en conjunción con los dibujos, en los que:

-la fig. 1 es una vista en perspectiva de una unidad de afeitar de acuerdo con la invención;

-la fig. 2 es una vista en perspectiva de otra unidad de afeitar de acuerdo con la invención;

-la fig. 3 es una vista esquemática que ilustra un ejemplo de la geometría de un filo de cuchilla de afeitar de acuerdo con la invención;

-la fig. 4 es una vista esquemática del aparato para la puesta en práctica de la invención;

-las figs. 1A a 6A son ilustraciones de la patente de EE.UU. núm. 5.480.527 que se describen aquí en el Anexo A.

En la descripción que sigue se expondrán las características y propiedades de varias realizaciones preferidas de la cuchilla, sustrato, y recubrimiento de diamante amorfo, seguido por una exposición de las condiciones del procedimiento para depositar el recubrimiento deseado.

Con referencia a la fig. 1, la unidad afeitadora 10 incluye una estructura para su fijación a una empuñadura de dicha unidad afeitadora, y un miembro de plataforma 12 moldeado de poliestireno de alto impacto que define una superficie 14 delantera y extendida transversalmente, de acoplamiento a la piel. Montada sobre el miembro de plataforma 12 está la cuchilla delantera 16 que tiene un filo aguzado 18, seguida de otra cuchilla 20 que tiene también un filo aguzado 22. Un miembro de tapa 24 de poliestireno moldeado de alto impacto tiene una estructura que define una superficie 26 de acoplamiento a la piel, dispuesta por detrás del filo 22 de cuchilla, y fijo al miembro de tapa 24 hay un compuesto 28 para ayuda del afeitado.

La unidad de afeitar 30 mostrada en la fig. 2 es del tipo que se expone en la patente de EE.UU. núm 5.586.255 de Jacobson, e incluye un cuerpo moldeado 32 con una parte frontal 34 y una parte posterior 36. Sujeto elásticamente al cuerpo 32 hay un miembro de guarda 38, una unidad 40 de cuchilla anterior, y una unidad 42 de cuchilla posterior. Cada unidad de cuchilla 40, 42 incluye un miembro de cuchilla 44 que tiene un filo aguzado 46. Un compuesto 48 de ayuda al afeitado está sujeto a fricción en un rebaje de la parte posterior 36.

En la fig. 3 se muestra una vista esquemática de la zona de filo de las cuchillas 16, 20, y 44, en la que puede comprenderse mejor la relación dimensional. La cuchilla incluye una parte 50 de cuerpo de acero inoxidable con un filo aguzado en forma de cuña, formado en una secuencia de operaciones de pulimentación para formar la parte 52 de arista, que tiene un radio típicamente inferior a 500 angstroms, con unas caras 54 y 56 que divergen con un ángulo aproximado de 13º. Depositado sobre la arista 52 y las caras 54, 56 hay diamante amorfo 60 que tiene un grosor aproximado de 2.000 angstroms, con una relación dimensional (relación entre la distancia (a) desde la arista 70 del diamante amorfo a la arista 52 de acero inoxidable, y la anchura (b) del recubrimiento 60 de diamante amorfo 60 hasta la arista 52) de aproximadamente
3:1.

Depositada sobre la capa 60 hay una capa telomérica 72 de grosor sustancial al depositarla, pero que se reduce a una monocapa durante el afeitado inicial.

En la fig. 4 se muestra esquemáticamente un aparato para el tratamiento de las cuchillas del tipo mostrado en la fig. 3. Dicho aparato incluye un sistema de deposición por arco catódico filtrado, tal como el fabricado por Vapor Technologies de Boulder, Colorado, que tiene una cámara 80 de acero inoxidable acoplada a un sistema de bombeo por vacío (no mostrado) a través de la válvula 82. Montada en la cámara 80 hay una plataforma 84 del sustrato, enfriada con agua y aislada eléctricamente, sobre la que está dispuesto un aparato giratorio 86 que sostiene una pila de cuchillas de afeitar 88.

Los filos aguzados están alineados perpendicularmente con respecto al plano del dibujo, y se enfrentan hacia abajo desde el soporte 86. Un motor 90 fijo fuera de la cámara 80 proporciona 180 grados de giro de la pila de cuchillas a intervalos predeterminados, con la finalidad de exponer alternativamente el filo de cada cuchilla a un haz de iones de carbono procedentes de una fuente 92 de arco catódico sencillo, que asegura una deposición uniforme sobre ambos chaflanes de la cuchilla.

Dispuestas también en la cámara 80 hay dos fuentes 92, 94 de arco catódico filtrado, cada una de las cuales consiste en un blanco de grafito 96 (cátodo, pureza de 99,99%), un mecanismo 98 de encendido del arco, y un filtro o conducto 100. Dicho filtro 100 sirve para dirigir el flujo de iones de carbono (el plasma del arco) desde el cátodo 96 hacia la pila de cuchillas 88, mediante el uso de unos campos magnéticos solenoidales producidos por los arrollamientos eléctricos 102 a todo lo largo del conducto, y un electroimán 104 situado bajo el conducto. La fuente de arco catódico puede ser también del tipo que aquí se describe, y los campos magnéticos pueden ser controlados de modo que se optimice la actuación del arco con relación a las fuentes, como se describe en la solicitud de patente de EE.UU. pendiente junto con ésta, núm. 08/233.006 de Welty, presentada el 25 de Abril de 1994, cuya descripción se incluye en esta solicitud identificada como Anexo A. Los conductos 106, 108, y 110 de agua de enfriamiento están dispuestos para el blanco 96, el conducto 92, y el soporte 86 de cuchillas, respectivamente.

El conducto está dirigido de modo que proporcione un ángulo de 40 grados entre el plano 112 presentado por las aristas de las cuchillas y el eje central 114 de la salida del conducto. Este ángulo se elige para asegurar que sea depositado un recubrimiento totalmente denso. El blanco de grafito 96 es aproximadamente de 30 cm de largo por 2,5 cm de ancho, y está aislado eléctricamente de la cámara 80, mientras que el conducto 100 está a potencial de tierra. El blanco de grafito 96 está conectado a una fuente de alimentación 118 de CC a través de un interruptor 120. Se dispone de un cableado eléctrico para conectar la pila de cuchillas 88 a través de un interruptor 122 a una fuente de alimentación 124 de CC, o a través del interruptor 126 a una fuente de alimentación 128 de RF. Los detalles de un diseño de arco catódico filtrado preferido y su funcionamiento se exponen con más detalle en la patente de EE.UU antes citada y también pendiente núm. 08/233.006 de Welty.

Un montaje giratorio 86 sostiene la pila de cuchillas 88 con los filos separados 15 cm de la boca del conducto filtrante. La pila 88 de cuchillas es girada entre una posición en la que un chaflán se enfrenta al conducto 92, y una posición similar en la que el chaflán opuesto se enfrenta a dicho conducto 92. Este giro de 180 grados es llevado a cabo cada 10 segundos, lo que asegura que los chaflanes sean recubiertos igualmente.

En un ejemplo de secuencia de tratamiento particular, una pila de cuchillas 88 (de 2,5 cm de largas) se sujeta sobre el montaje giratorio 86, el agua de enfriamiento del soporte es conectada, y la cámara 80 en evacuada. La presión en la cámara 80 se ajusta a 50 militorrs con argón fluyente. El interruptor 122 es cerrado para proporcionar -400 voltios de CC a la pila de cuchillas, poniendo en ignición la descarga de plasma de CC, en la que las cuchillas son limpiadas durante diez minutos. Después de la operación de limpieza: I) la presión en la cámara es ajustada a 0,1 militorrs de argón; II) son excitadas las bobinas de campo 102 para un conducto sencillo 92; III) es cerrado el interruptor 120 del blanco de grafito 96; IV) la fuente de alimentación 124 para las cuchillas es ajustada a -1000 voltios de CC; y V) es encendido / iniciado un arco sobre el blanco de grafito 96 con el cebador mecánico 98. La corriente del arco se establece en 100 A. Un plasma intenso de iones de carbono es emitido desde el conducto 92, y es depositado sobre las cuchillas 88, que giran 180 grados cada 10 segundos.

Después de que el arco ha funcionado durante 2 minutos, la fuente de alimentación polarizada se establece en -50 voltios, y la deposición continúa durante un tiempo total de 16 minutos. El recubrimiento de la cuchilla con diamante amorfo resultante tiene un grosor aproximado de 1000 angstroms sobre cada cara. El radio de la arista de la cuchilla es aproximadamente de 350 angstroms, y la relación dimensional es aproximadamente de 2,5:1.

En otro ejemplo de la secuencia del procedimiento, son accionadas simultáneamente las dos fuentes de arco catódico, con la segunda fuente 94 situada opuesta a la primera fuente 92, de modo que ambas caras de la cuchilla sean recubiertas simultáneamente con el mismo ángulo aproximado de incidencia. En este caso, la pila 88 de cuchillas no es girada, sino que por el contrario es desplazada a través de la zona en la que se intersectan los plasmas emitidos desde ambas fuentes. Todos los demás aspectos de la secuencia del procedimiento son idénticos a los indicados anteriormente.

Un recubrimiento telomérico 72 de politetrafluoroetileno (PTFE) es aplicado luego a los filos de las cuchillas recubiertos con diamante amorfo. El procedimiento requiere el caldeo de las cuchillas en una atmósfera neutral de argón, y la disposición sobre los filos de corte de las cuchillas de un polímero adherente y reductor de fricción de PTFE sólido. Los recubrimientos 72 y 60 son adheridos firmemente al cuerpo 50 de la cuchilla, partiendo de una fuerza de corte baja de fieltro de lana húmeda (siendo la fuerza inferior de los primeros cinco cortes de fieltro de lana húmeda aproximadamente de 0,45 kg), y las aplicaciones repetidas soportadas de fuerzas de corte de fieltro de lana indican que el recubrimiento 60 de diamante amorfo no resulta afectado sustancialmente por exposición a condiciones severas de este ensayo de corte de fieltro, y permanece firmemente adherido al cuerpo 50 de la cuchilla incluso después de la inmersión en agua destilada a 80ºC durante dieciséis horas.

Los elementos de cuchilla resultantes fueron montados en las unidades de cartucho 30 del tipo mostrado en la fig. 2, y los resultados del afeitado fueron excelentes.

Condiciones del procedimiento

La siguiente exposición de las características y propiedades de las cuchillas, sustratos, y recubrimientos de diamante amorfo pueden ser mejor comprendidas con la descripción específica que sigue de las condiciones del procedimiento adecuadas descritas en general anteriormente. En primer lugar se resumirán las fuentes de arco catódico preferidas y se describirán las condiciones del procedimiento preferidas.

Fuente de arco catódico.- Un recubrimiento de deposición de diamante amorfo puede ser aplicado con el uso de un material de fuente de plasma de arco catódico filtrado convencional, como se describe en la patente de EE.UU. núm. 5.279.723 de Falabella y col. No obstante, en una realización preferida, el recubrimiento de deposición es aplicado de acuerdo con la solicitud también pendiente antes referenciada, que aquí se adjunta como Anexo A. Aunque la fuente rectangular de dicho Anexo A adjunto es particularmente adecuada para la puesta en práctica de esta invención, ésta no queda así limitada. Igualmente, puede ser utilizada otra fuente sin filtrar o convencional, y se entiende que esta invención no ha de limitarse a fuentes de arco catódico filtrado.

Condiciones y ajustes del procedimiento.- Las condiciones del procedimiento incluyen una polarización escalonada para el sustrado; una deposición media igual sobre ambos lados de la cuchilla; y atención al ángulo de presentación.

Una polarización alta inicial dentro de un margen de 200 a 2000 voltios es aplicada al sustrato en la deposición durante hasta dos minutos, para establecer la adherencia. En una segunda etapa, una polarización inferior, dentro de un margen de 10 a 200 voltios, es aplicada entonces para optimizar la estructura del recubrimiento de carbono duro de diamante amorfo, y para establecer la deseada estructura cristalina. Aunque al menos son deseables las dos etapas citadas de acuerdo con esta invención, puede ser deseable también proporcionar otra reducción de tensión de polarización incremental descendente, como por ejemplo, la adición de una etapa de polarización intermedia a 500 voltios.

La deposición del diamante amorfo es extendida con un régimen medio igual (o simultáneamente) sobre ambos lados de la cuchilla. Mediante el ajuste de al menos dos fuentes, para la deposición simultánea, y/o la variación cíclica del ángulo de presentación de la cuchilla establecido con relación a la fuente de deposición, la capa recubriente será aplicada igualmente, o con un régimen medio de depósito igual, a ambos lados. Teniendo en cuenta el hecho de que cada una de las cuchillas tiene un filo de corte limitado por unas superficies inclinadas primera y segunda, que forman una arista en la unión de dichas superficies inclinadas, y que un juego de cuchillas:

-pueden ser dispuestas en una pila de ellas que presentan una superficie plana formada por las aristas; o

-pueden estar dispuestas en carrusel, o de otro modo;

el concepto de en capas requiere: I) utilizar al menos dos fuentes, de modo que la velocidad de deposición sea instantáneamente igual en ambos lados del filo de corte; o II) emplear un movimiento del juego de cuchillas (pila o carrusel) con relación a una fuente única (una alternancia cíclica de la presentación de las cuchillas con respecto a la fuente, tal como basculación de la pila, giro del carrusel, u otra presentación secuencial), con objeto de que el recubrimiento sea extendido sobre ambos lados del filo de corte de cada cuchilla de afeitar aproximadamente a igual velocidad en el tiempo.

Es decir, que para aplicar un recubrimiento de 1000 angstroms de grosor, el método preferido de esta invención no extenderá todos los 1000 angstroms sobre el primer lado, y luego todos los 1000 angstroms sobre el segundo lado de una pila de cuchillas, sino que por el contrario: I) se hará una deposición simultánea sobre ambos lados; o II) se efectuará un ciclo de alternancias dentro de un margen de 3 a 500 angstroms sobre el primer lado, luego de 3 a 500 angstroms sobre el segundo lado, y así sucesivamente hasta que los 1000 angstroms u otro grosor deseado sea acumulado sobre ambos lados del filo de corte de cada cuchilla. Aunque lo expuesto es un método preferido, se entiende que la invención no se limita a ello, y puede ser puesta en práctica con una extensión de las capas desigual o sin uniformidad.

Ha de tenerse en cuenta que el ángulo de presentación es de cierta importancia, Las condiciones de baja presión (alto vacío) producen una corriente de plasma altamente direccional de carbono ionizado. Las cuchillas son presentadas con un ángulo medido desde una línea normal al plano formado por las aristas de las cuchillas apiladas (o medido desde la línea que divide el ángulo abarcado por la arista y las superficies inclinadas primera y segunda del filo de corte de una cuchilla sin apilar), que es superior a 20º pero inferior a 90º, El ángulo de presentación está destinado a dirigir la corriente de plasma más direccionalmente contra uno u otro lado de los bordes de corte de las cuchillas.

Como es sabido convencionalmente, el procedimiento de deposición de esta invención puede ser llevado a cabo con o sin un gas tal como argón; la limpieza de la cámara puede ser efectuada con una descarga luminiscente de CC o RF; y la polarización del sustrato puede ser hecha con fuentes de CC o RF (y dicha polarización puede ser utilizada para conformar la arista de la cuchilla).

Debe apreciarse que esta invención permite el refuerzo de una cuchilla delgada al tiempo que mantiene su agudeza (es decir, que imparte tenacidad y rigidez a la cuchilla delgada sin perjudicar la agudeza de la arista). Mientras que una cuchilla de afeitar más convencional podría ser recubierta con un grosor de un orden de magnitud de 100 a 350 angstroms, el método de esta invención depositará un recubrimiento de diamante amorfo con un grosor quizá tan alto como de 3.000 angstroms (medido sobre la superficie de la cuchilla dispuesta lejos de la arista), y tan alto como de 5.000 angstroms medido en dicha arista. Como antes se ha dicho, todo esto se consigue al tiempo que se mantiene una alta relación dimensional.

Se apreciará que las cuchillas de afeitar destinadas a ser recubiertas con este método se supone son más delgadas que una cuchilla usual, y más agudas, y que las relaciones dimensionales de 2:1 y mayores permitidas por el procedimiento de esta invención, junto con la enorme resistencia del recubrimiento de carbono duro de diamante amorfo, da a la cuchilla una cierta categoría por sí misma.

Anexo A

Fuente de plasma rectangular de arco por vacío Campo de la invención

Esta invención se refiere a evaporación de arco por vacío, y más particularmente a evaporación de arco catódico filtrado de un cátodo plano rectangular montado en un conducto de plasma rectangular. La fuente rectangular puede ser de longitud extendida indefinidamente, por lo que la invención tiene utilidad particular para el recubrimiento o la implantación de iones sobre un sustrato largo o grande.

Esta invención de refiere a los beneficios de un arco catódico filtrado (corriente de vapor totalmente ionizada, con eliminación de salpicaduras de gotitas), en combinación con los beneficios de una fuente rectangular (evaporación uniforme desde la fuente y deposición uniforme sobre el sustrato, con el uso de movimiento lineal) con objeto de conseguir un recubrimiento uniforme o implantación sobre un sustrato grande con contaminación mínima del sustrato por gotitas del material de origen fundido.

Antecedentes de la invención

En las últimas décadas, la evaporación por arco de vacío ha llegado a ser de amplio uso comercial para la deposición de metales, aleaciones, y recubrimiento de compuestos metálicos sobre un sustrato que ha de ser recubierto. Descargas de arco en vacío han sido utilizadas también como fuentes de iones para tales aplicaciones de implantación de iones, aceleradores de haz, y propulsión de cohetes.

El procedimiento de evaporación de arco por vacío para recubrir o implantar un sustrato incluye un blanco de cátodo compuesto de un material que ha de ser depositado, y un sustrato que ha de ser recubierto. El blanco es vaporizado por medio de una corriente alta, baja tensión, y descarga de plasma en una cámara de vacío que ha sido evacuada a una presión típicamente inferior a 0,001 mbares. Los sustratos que se han de recubrir o implantar son colocados usualmente en la cámara de vacío frente a la superficie evaporable del blanco, a una distancia típicamente de 10 a 100 cm. Márgenes de corrientes de arco típicas comprenden de entre 25 y 1000 amperios, con tensiones de de entre 15 y 50 voltios.

La descarga de plasma de arco conduce corriente eléctrica entre un cátodo y un ánodo a través del plasma creado por la vaporización y la ionización del material de blanco por el arco. El cátodo (electrodo negativo) es una estructura de fuente aislada eléctricamente, que es consumida al menos parcialmente durante el procedimiento. La parte consumible del cátodo es denominada el blanco, y con frecuencia es fabricada de un elemento reemplazable sujeto a un elemento no consumible enfriado, denominado cuerpo del cátodo. El ánodo (electrodo positivo) puede ser una estructura aislada eléctricamente dentro de la cámara de vacío, o puede ser una propia cámara de vacío, y no es consumida en el procedimiento.

Un arco es encendido sobre la superficie evaporable del blanco del cátodo, comúnmente por medio de un contacto eléctrico, chispa de alta tensión, o irradiación de láser. La descarga de plasma en arco que se emite está altamente localizada en uno o más puntos del arco móviles, sobre la superficie del blanco del cátodo, pero es distribuida sobre un área grande en el ánodo. La densidad de corriente extremadamente alta en el punto del arco en el cátodo, se estima es de 10^{6} a 10^{8} amperios/cm^{2}, con lo que resulta el caldeo local, la evaporación, y la ionización del material de fuente del cátodo.

Cada punto del arco emite un chorro de plasma en una dirección aproximadamente perpendicular a la superficie de blanco del cátodo, que forma una pluma luminosa extendida dentro de la zona entre el cátodo y el ánodo. El sustrato que ha de ser recubierto o implantado es colocado entre el cátodo y el ánodo o adyacente a ellos. El vapor del material del cátodo es típicamente más acelerado hacia la superficie del sustrato por la tensión aplicada, y se condensa sobre y resulta embebido dentro de la superficie del sustrato. Gases reactivos pueden ser introducidos dentro de la cámara de vacío durante el procedimiento de evaporación, de lo que resulta la formación de compuestos de material que implican al material del blanco, un gas reactivo, y/o el material del sustrato.

Por debajo aproximadamente de 70 a 100 amperios de corriente de arco, en función del material del blanco, sólo existe un único emplazamiento del arco sobre la superficie del material de fuente de cátodo. A corrientes de arco más altas, pueden existir muchos emplazamientos de arco simultáneamente sobre la superficie del blanco, cada uno de los cuales porta una fracción igual de la corriente de arco total. Un emplazamiento de arco, en ausencia de campos magnéticos aplicados, tiende a moverse al azar en torno a la superficie del blanco, dejando una senda de formas microscópicas a modo de cráter sobre la superficie del blanco.

Un campo magnético aplicado exteriormente ejerce una fuerza sobre el chorro del arco en una dirección perpendicular a ambas líneas del campo y al arco, y puede tener una influencia dominante sobre el movimiento medio a gran escala del emplazamiento del arco, aunque el movimiento a pequeña escala del arco permanece semialeatorio. La dirección de movimiento del emplazamiento del arco en un campo magnético es opuesta o "retrógrada" con respecto a la dirección prevista del vector JxB, basado en la ley de Ampere, considerando la corriente de electrones emitida desde el cátodo. Este fenómeno es debido a efectos dinámicos complejos dentro del chorro de arco, y han sido ampliamente expuestos y tratados.

Un efecto colateral indeseable de la vaporización del material del blanco en el emplazamiento del arco, es la producción de gotitas de dicho material del blanco fundidas, que son expulsadas desde al material del blanco por las fuerzas de reacción debidas a la expansión del chorro de vapor. Estas gotitas son comúnmente llamadas macropartículas, y el margen de su diámetro comprende desde submicrómetros hasta decenas de micrómetros. Las macropartículas pueden resultar embebidas en el recubrimiento cuando llegan al sustrato que se ha de recubrir, formando irregularidades objetables, o dichas macropartículas pueden pegarse al sustrato y caerse más tarde, produciendo picaduras en aquél.

Se han ideado varias actuaciones para reducir el número de macropartículas incorporadas dentro del recubrimiento sobre el sustrato, cuyas actuaciones quedan en general dentro de dos grupos: 1) una primera categoría usa cierta forma de campo magnético para controlar y acelerar el arco, lo que reduce así la generación de macropartículas; y 2) una segunda categoría utiliza un aparato filtrante entre la fuente del cátodo y el sustrato, de modo que transmita la fracción ionizada de la salida del cátodo al sustrato, pero bloquee las gotitas fundidas.

Los métodos magnéticos de la primera categoría son en general más sencillos que los métodos filtrantes, pero no eliminan por completo la producción de macropartículas. Los métodos filtrantes de la segunda categoría son en general más efectivos para la retirada de las macropartículas que los métodos magnéticos, pero requieren un aparato complejo y reducen significativamente la salida de la fuente.

Los métodos filtrantes trabajan por colocación del sustrato fuera de línea recta de la superficie del blanco del cátodo, de modo que las macropartículas emitidas desde el cátodo no choquen directamente sobre el sustrato. Un conducto filtrante en ángulo está interpuesto entre el cátodo y el sustrato para el transporte el plasma hacia dicho sustrato.

Para alcanzar el sustrato, el plasma cargado emitido desde la fuente del cátodo es desviado electromagnéticamente dentro del conducto filtrante a través de un ángulo de 45 a 180º, de modo que pase a través de la curvatura en el conducto filtrante y choque sobre el sustrato. Las macropartículas sin cargar no son desviadas por el campo electromagnético, y continúan por un camino que golpea contra las paredes del conducto filtrante, de modo que idealmente, dichas macropartículas no alcanzan el sustrato. No obstante, en la práctica, el rebote de las macropartículas contra las paredes del filtro y/o el arrastre de pequeñas partículas en el plasma, puede dar por resultado la transmisión de algunas macropartículas a través del filtro, que alcancen el sustrato.

Los arcos catódicos filtrados previamente se han basado en un cátodo circular o cilíndrico y en la geometría del filtro, con aplicaciones potenciales que se limitan en general a pequeños sustratos o formas especiales.

Ejemplos de trabajos primitivos hechos en el campo de la evaporación de arco se describen en varias patentes de los EE.UU., que incluyen la núm. 484.582 de Edison, que describe el uso de evaporación por arco en vacío para depositar un recubrimiento sobre un sustrato; núm. 2.972.695 de Wroe, que describe un aparato de evaporación por arco en vacío estabilizado magnéticamente; núms. 3.625.848 y 3.836.451 de Snaper, que describen un aparato de evaporación por arco con configuraciones de electrodo particulares, y el uso de un campo magnético para aumentar el régimen de evaporación y dirigir los iones al sustrato; y núms. 3.783.231 y 3.793.179, de Sablev y col., que describen configuraciones particulares de electrodos y de escudos, así como el uso de un campo magnético activado siempre que el emplazamiento del arco se desplace fuera de la superficie de evaporación deseada del material de fuente del cátodo.

Ejemplos de arcos catódicos confinados dentro de una pista magnética o circular sobre el cátodo se ilustran en las patentes de los EE.UU. núms. 4.724.058 de Morrison, 4.673.477 de Ramalingam y col,; y 4.849.088 de Veltrop y col. Cada una de las citadas publicaciones describe un aparato de evaporación de arco que utiliza un campo magnético en arco en forma de túnel de bucle cerrado, que confina el emplazamiento del arco a una pista magnética de bucle cerrado en un emplazamiento fijo o móvil sobre la superficie del cátodo. Se dice que el confinamiento y aceleración del arco por el campo magnético reduce la producción de macropartículas por la descarga en arco. Los medios requeridos para generar dicho campo magnético son ampliamente conocidos en la técnica de deposición catódica de magnetrón plano. Es conocido también, por ejemplo, mover los medios generadores de campo electromagnético del arco, ya sea mecánicamente, como enseñan Ramalingan y col. y Veltrop y col., o mediante el uso de múltiples electroimanes, como enseña Morrison.

Ejemplos de cátodos cilíndricos y alargados están incluidos en las patentes de EE.UU. núms. 4.609.564 y 4.859.489 de Pinkhasov; 5.037.522 de Vergason; y 5.269.898 de Welty, y en todas ellas se describe el uso de un cátodo alargado en forma de cilindro o vástago, y se hace uso del campo automagnético de la corriente de arco para forzar su movimiento a todo lo largo del cátodo. Welty enseña que la generación de macropartículas puede ser reducida mediante la aplicación de un componente de campo magnético axial adicional, para acelerar y controlar el movimiento del arco.

La patente de EE.UU. núm. 4.492.845 de Kijuchko y col., describe un aparato de evaporación de arco que utiliza un cátodo anular, y en el que la superficie del cátodo evaporable es su pared exterior, que hace frente a un ánodo cilíndrico de mayor diámetro y longitud que el cátodo. Los sustratos que han de ser recubiertos son dispuestos dentro del cátodo anular, no frente a la superficie evaporable, y son recubiertos por un material ionizado reflejado por el campo electromagnético en el ánodo. Se describe un campo magnético coaxial para mejorar la reflexión desde el ánodo. Las macropartículas expulsadas desde la superficie del cátodo no son reflejadas eléctricamente por el ánodo (aunque pueden rebotar en él mecánicamente). Como resultado, se reducen las macropartículas que se incorporan al recubrimiento.

Ejemplos de esfuerzos para reducir el número de macropartículas incorporadas al recubrimiento del sustrato, mediante el uso de alguna forma de aparato filtrante entre la fuente de cátodo y el sustrato, para transmitir la fracción ionizada cargada de la salida del cátodo y para bloquear las partículas sin cargar, son mostrados en los trabajos de Aksenov/Axenov, Falabella, y Sanders.

Una publicación de Aksenov y col. ("Transporte de corrientes de plasma en un sistema óptico de plasma curvilíneo", Revista soviética de la Física de Plasma, 4(4), 1978) describe el uso de un conducto cilíndrico de plasma que contiene una curvatura de 90 grados, con unas bobinas electromagnéticas para crear un campo magnético solenoidal a través del conducto, y con un cátodo circular de evaporación de arco en un extremo del conducto y un sustrato en el otro extremo. El plasma emitido por el cátodo es reflejado desde las paredes del conducto por los campos magnético y eléctrico presentes, y es transportado a lo largo del campo magnético a través del conducto hasta el sustrato, mientras que las macropartículas sin carga no son desviadas por los campos magnético o electrostático y son interceptadas por las paredes del conducto.

La patente de EE.UU. núm. 5.279.723 de Falabella y col., describe un aparato esencialmente similar al filtro original de Aksenov, que utiliza un conducto cilíndrico con una curvatura de 45 grados, y un cátodo y ánodo circular o cónico, e incluye mejoras para diversos componentes, incluidos la forma del cátodo y las pantallas interiores, que reducen la transmisión de las macropartículas.

La patente de EE.UU. núm. 4.452.686 de Axenov y col. describe un conducto filtrante cilíndrico recto sin curvatura, un cátodo circular situado en un extremo del conducto, bobinas electromagnéticas para generar un campo magnético solenoidal a través del conducto, y con un electrodo adicional situado en el centro del conducto que bloquea la línea de mira directa de deposición del cátodo en el sustrato. El plasma emitido por el cátodo es desviado por los campos magnético y eléctrico en la pared del conducto y el electrodo central, y es transportado a lo largo del campo magnético a través del conducto y en torno al electrodo central. Las macropartículas sin carga no son desviadas por los campos magnético o eléctrico, y son interceptadas por el electrodo central.

La patente de EE.UU. núm. 5.282.944 de Sanders y col. describe un dispositivo algo similar al de la patente 4.452.686 de Axenov, que utiliza un conducto filtrante cilíndrico recto y un escudo central que impide que las macropartículas emitidas con ángulos bajos desde el cátodo alcancen el sustrato directamente. Las bobinas de electroimán generan un campo magnético dentro del conducto que es sustancialmente solenoidal cerca de la pared del conducto. La superficie evaporable del cátodo, en este caso, es la superficie exterior de un cilindro corto orientado coaxialmente con el conducto de filtro, de modo que el plasma emitido desde el cátodo sea dirigido radialmente en la pared exterior del conducto del filtro, y sea desviada a través de aproximadamente 90 grados por el campo magnético y el campo eléctrico en las paredes del conducto, y transportado a lo largo del campo magnético hasta el extremo del conducto en el que está situado el sustrato. Se describen unos electrodos internos para mejorar la deflexión del plasma en el extremo del conducto filtrante circular opuesto al extremo en el que está situado el sustrato.

Ninguna de las publicaciones de la técnica anterior describe un cátodo que tenga una superficie evaporable de forma rectangular y el uso de inversión de la polaridad del campo magnético para controlar el movimiento del arco sobre la superficie del cátodo, ni se describe un conducto filtrante que tenga una sección transversal rectangular. De acuerdo con ello, con independencia del trabajo antes ilustrado, existe aún la necesidad de un arco catódico filtrado mejorado. Preferiblemente, el arco catódico filtrado incluirá una fuente de deposición rectangular.

Fuentes de deposición rectangulares son deseables para el recubrimiento de grandes sustratos, recubrimiento de un material laminado en forma de rollo, y para recubrir corrientes continuas de sustratos más pequeños sobre un transportador lineal o un carrusel circular. El desarrollo en los años 1970 de cátodos de deposición catódica de magnetrón plano y rectangular ha conducido a una comercialización amplia de la deposición catódica para recubrir sustratos de tales configuraciones (véase, por ejemplo, el cátodo de deposición catódica por magnetrón de Welty, patentes de los EE.UU. núms. 4.865.708 y 4.892.633).

Las fuentes de arco catódico filtrado tienen la ventaja de que la corriente de vapor del material del cátodo emitido desde la fuente, está totalmente ionizada, a diferencia de los métodos de deposición no basados en arco, tales como la evaporación y la deposición catódica. La corriente de vapor totalmente ionizado procedente de una fuente rectangular, permitirá un mayor control sobre la energía de los átomos que llegan al sustrato para recubrimiento o implantación, y aumentará la reactividad del vapor en la formación de compuestos con gases reactivos en el sistema, o directamente con el sustrato.

La presente invención materializa los beneficios de un arco catódico filtrado (corriente de vapor totalmente ionizado, eliminación de salpicaduras de gotitas), así como los beneficios de una fuente rectangular (evaporación uniforme desde la fuente y deposición uniforme sobre el sustrato con el uso de movimiento lineal), con objeto de recubrir o implantar un sustrato grande o largo. Por tanto, un objetivo de la presente invención es proporcionar un arco catódico filtrado sobre un cátodo de arco de vacío rectangular, para llevar a cabo las tareas que no pueden ser logradas por la técnica anterior.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona medios para generar y dirigir un haz de plasma sobre un área rectangular, con la finalidad de formar un recubrimiento o efectuar la implantación de iones sobre un sustrato. Un cátodo rectangular está montado en un conducto en ángulo de sección transversal rectangular, que confina el plasma y lo desvía hacia la zona del sustrato, mientras intercepta las gotitas fundidas de material del cátodo generadas también por el arco. La zona del conducto de plasma en el que está montado el cátodo es citada aquí como el brazo de entrada del conducto, mientras que el sustrato está montado adyacente a un brazo de salida de dicho conducto.

Se crea un campo magnético dentro del conducto que dirige el plasma a través de aquél, al tiempo que simultáneamente se hace que el arco se mueva en una dirección a lo largo del cátodo rectangular. Cuando el arco alcanza el final del cátodo, un sensor proporciona una señal sobre la base de la cual se invierte la polaridad de al menos una parte del campo magnético, lo que hace que el arco invierta su dirección y se mueva hacia el extremo opuesto del cátodo. La polaridad del campo magnético es conmutada cuando el arco alcanza cualquier extremo del cátodo, y se efectúa así un barrido con el arco hacia delante y hacia atrás a todo lo largo del cátodo rectangular.

Aunque la polaridad (dirección) del campo magnético es invertida repetidamente, la forma del campo magnético y su orientación con respecto al conducto permanecen con preferencia sustancialmente iguales, y el plasma es transmitido a través del conducto con cualquier polaridad. En una realización preferida de la invención, una zona de líneas de campo magnético convergentes adyacentes al cátodo forma un espejo magnético que refleja el plasma hacia la salida del conducto.

El movimiento del arco a todo lo largo del blanco del cátodo es debido al componente del campo magnético adyacente a la superficie del blanco, que es paralelo al plano de dicha superficie del blanco y perpendicular al eje largo del blanco rectangular. Para componentes de flujo magnético con esta orientación, son posibles dos polaridades (direcciones). Cuando el campo tiene una polaridad, el arco se mueve a todo lo largo del cátodo en la dirección dada por el vector retrógrado JxB, como antes se ha descrito. Cuando el campo tiene la polaridad opuesta, el arco se mueve a todo lo largo del cátodo en la dirección opuesta.

Mediante la inversión de la polaridad del campo magnético sobre la base de la señales procedentes de los sensores situados en los extremos del cátodo, mientras se mantiene la orientación de las líneas de flujo con respecto a la superficie del blanco, la dirección de movimiento del arco a todo lo largo del cátodo puede ser invertida periódicamente, lo que hace que el arco se desplace adelante y atrás a todo lo largo del cátodo rectangular, siguiendo una línea relativamente recta.

El campo magnético reversible adyacente a la superficie evaporable del blanco, que hace que el blanco se mueva a todo lo largo del blanco, puede ser generado utilizando bobinas electromagnéticas situadas fuera del conducto o dentro del cuerpo del cátodo. Es conocido en la técnica anterior generar un campo reversible con el uso de un campo automagnético de la corriente de arco que fluye a través del cátodo rectangular. Por ejemplo, la conexión de la corriente de arco simultáneamente a ambos extremos del cátodo rectangular, y la variación de la fracción de la corriente total que fluye en cada extremo del cátodo, sobre la base de las señales procedentes de los sensores situados en los extremos del cátodo, generará un componente de campo magnético en la orientación requerida para hacer que el arco se mueva a todo lo largo del cátodo, como se describe en la patente de EE.UU. núm. 5.269,898 de Welty.

Al invertirse la dirección en la que la mayor parte de la corriente de arco fluye dentro del cátodo rectangular, sobre la base de las señales procedentes de los sensores, la polaridad (dirección) del componente de campo magnético paralelo a la superficie del blanco se invierte también, con lo que se invierte la dirección de desplazamiento del arco a todo lo largo del blanco. De igual modo y como se describe en la patente de los EE.UU. núm. 5.269.898, el componente de campo magnético que produce el barrido del arco puede ser generado también mediante el paso de una corriente de control a todo lo largo del cátodo, y la inversión de su dirección sobre la base de las señales del sensor, o por conmutación de la entrada de corriente de arco desde un extremo del cátodo al otro, como se describe en la patente de EE.UU. núm. 5.037.522 de Vergason. En la técnica anterior no se ha hecho sugerencia alguna para generar un campo magnético reversible con el uso de medios magnéticos independientes de la corriente que fluye a través del propio cátodo.

El transporte del plasma a través del conducto se debe principalmente al componente de campo magnético adyacente a las paredes del conducto, que es paralelo al plano de las paredes y paralelo al eje de dicho conducto. La difusión de los electrones del plasma a través del campo magnético, hacia las paredes del conducto, crea un componente de campo eléctrico perpendicular a la pared del conducto, que refleja los iones cargados positivamente, lo que les permite así continuar su desplazamiento a lo largo del conducto y en torno a la curvatura de éste. Las macropartículas sin carga no son reflejadas, y por tanto son interceptadas por las paredes del conducto o por las pantallas que pueden estar montadas perpendicularmente con respecto a la pared del conducto y extendidas una corta distancia dentro de él, para reducir el rebote de dichas macropartículas en las citadas paredes. La polaridad de los componentes del campo magnético dentro del conducto y adyacente a las paredes de él, es conmutada con preferencia de modo simultáneo con la polaridad del componente de campo adyacente a la superficie del blanco, que produce el barrido del arco, de modo que la forma del campo magnético a través del conducto permanece igual, con independencia de las inversiones de polaridad. No obstante, queda también dentro del alcance de la presente técnica utilizada, invertir la polaridad del campo sólo en la zona de la superficie del blanco, mientras se mantiene un campo magnético estático (no reversible) en el resto del conducto, con el uso de electroimanes o imanes permanentes. En este último caso, las variaciones en la forma neta del campo magnético pueden causar variaciones periódicas en la transmisión de plasma a través del conducto, en función de la inversión del campo cerca de la superficie del blanco.

Dado que un chorro de plasma es emitido desde el cátodo, principalmente en la dirección perpendicular a la superficie evaporable, dicho chorro tiende a chocar sobre la pared del conducto más fuertemente en la zona de radio exterior de la curvatura del conducto. Para aumentar la transmisión de plasma a través del conducto, es deseable intensificar la fuerza del campo magnético en esta zona. Un factor adicional es que los materiales de blanco del cátodo de diferente peso atómico, y el punto de fusión, son emitidos desde dicho blanco con velocidades y energías cinéticas diferentes. Por tanto, es deseable variar la fuerza del campo magnético, en particular en la zona de la curvatura del conducto, para optimizar la transmisión de materiales diversos. De acuerdo con ello, en una realización preferida se dispone de una bobina electromagnética separada en proximidad al radio exterior de la curvatura del conducto, opuesta a la superficie evaporable del blanco, en la que la corriente puede ser variada con independencia de la corriente en las otras bobinas que generan porciones del campo magnético en el conducto.

Debe apreciarse que en la técnica anterior de los conductos cilíndricos de plasma (o en el camino recto en el que en la técnica anterior podría haberse extendido a un conducto rectangular), en el que una o más bobinas de electroimán están dispuestas circundando el conducto, con objeto de crear un campo magnético solenoidal a través de dicho conducto, los hilos que comprenden la o las bobinas deben necesariamente estar separados más íntimamente en el radio interior de la curvatura del conducto, que en el radio exterior. Esto da por resultado que el campo magnético dentro del conducto tenga mayor fuerza hacia el radio interior del conducto, donde los hilos están separados con más proximidad, y menor fuerza hacia el radio exterior del conducto, donde choca el chorro de plasma del arco. Por tanto, las enseñanzas de la técnica anterior están lejos del aspecto de la presente invención, en cuanto que la fuerza del campo magnético dentro del conducto, en el radio exterior de la curvatura, puede ser reforzada para igualar o superar la fuerza del campo en el radio interior, con objeto de aumentar la transmisión de plasma a través del conducto.

El campo eléctrico perpendicular a la pared del conducto, que refleja los iones cargados positivamente desde dicha pared del conducto, en la técnica anterior y en los aspectos de la presente invención antes descritos, es creado por difusión de los electrones del plasma transversalmente a través de un campo magnético sustancialmente paralelo a las paredes de conducto filtrante. Es posible también reflejar iones lejos de la pared del conducto por un segundo método, es decir, mediante la creación cerca de la pared de una zona en la que las líneas de flujo magnético convergen al aproximarse a la pared en una dirección aproximadamente perpendicular, creando una zona conocida como espejo magnético. Los electrones de plasma que se aproximan a la pared son reflejados o retardados al entrar en la zona de líneas de flujo convergentes, y se crea un gradiente de densidad de electrones que da por resultado un campo eléctrico que refleja también los iones de plasma. Los espejos magnéticos son utilizados comúnmente para confinamiento del plasma en aparatos de laboratorio y otros dispositivos de plasma.

La utilidad de un campo de espejo magnético es descrita en la presente invención por primera vez en la técnica de fuentes de plasma de arco en vacío filtrado. La necesidad de la función proporcionada por el campo de espejo es ilustrada, por ejemplo, en la técnica anterior que se muestra en la patente de EE.UU. núm. 5.282.944 de Sanders y col., en la que un cierto número de anillos aislantes, referenciados con 21 en las figs. 2 y 3 de aquélla, son indicados como necesarios para evitar la pérdida de plasma hacia las paredes del conducto, en las áreas en las que el campo magnético pasa a través de dichas paredes. La inclusión de una zona de campo de espejo magnético en el brazo de entrada de una realización preferida de la técnica presente, crea una dirección preferida para el flujo de plasma hacia el brazo de salida del conducto, mientras que simultáneamente proporciona el componente de campo magnético (paralelo a la superficie del blanco y perpendicular a su eje largo) lo que hace que el arco se desplace hacia abajo del blanco. La inversión de la polaridad del campo de espejo magnético, y por tanto del componente de campo paralelo a la superficie del blanco, hace que la dirección de desplazamiento del arco sobre la superficie del blanco se invierta, sin cambiar la forma o función del campo del espejo.

La combinación y superposición de fuentes de campo magnético variable independientemente proporciona una zona de campo magnético solenoidal en el brazo de salida del conducto de plasma, una zona de campo de "amortiguación" cerca del radio exterior de la curvatura del conducto, y una zona de campo de espejo magnético en el brazo de entrada del conducto adyacente al cátodo proporciona suficiente capacidad de ajuste para permitir la optimización del transporte de plasma a través del conducto para una amplia variedad de materiales de blanco. No obstante, se entiende que no todos estos elementos necesitan estar presentes en una realización de la técnica presente, y que estos elementos no necesitan ser variables independientes, en particular en el caso de una fuente que sea optimizada para un único material de blanco. Por ejemplo, en función del método utilizado para la inversión de la polaridad de la zona del campo magnético cerca de la superficie del blanco, un único electroimán solenoidal que rodea todo el conducto puede ser suficiente.

La presente técnica difiere de la técnica anterior en la forma rectangular del cátodo y conducto de plasma, en el método de control del movimiento del arco sobre el cátodo, y en la forma y control del campo magnético en el conducto de plasma.

En particular, la forma del campo magnético descrita y los métodos de control hacen posible construir una fuente de plasma eficiente y compacta con una abertura de salida rectangular, que pueda ser hecha tan larga como se desee, lo que proporciona así los beneficios de un arco catódico filtrado en combinación con los beneficios de una fuente de deposición rectangular. La técnica de inversión de campo para control del arco sobre la superficie del cátodo, permite que la anchura del cátodo sea mucho menor que lo que es posible con el uso del campo magnético de tipo de pista magnética de la técnica anterior.

Por tanto, el conducto de plasma puede ser hecho mucho más estrecho y corto, con lo que resulta un diseño compacto que es más fácil de integrar en un sistema de vacío, que los filtros voluminosos de la técnica anterior, en particular en sistemas que contienen fuentes de plasma múltiples. El cátodo estrecho y el arco de barrido permiten también una erosión más uniforme del blanco a todo lo largo de él, y la utilización de un material de blanco más alto de lo que es posible con cátodos planos del tipo de pista magnética plana.

Las ventajas de la técnica presente permiten que la longitud de la fuente se extienda indefinidamente, lo que proporciona así los beneficios de deposición o implantación de arco filtrado a aplicaciones que requieren fuentes de vapor rectangulares o extendidas.

Descripción de los dibujos

La fig. 1A es una ilustración esquemática de un arco en vacío filtrado de la técnica anterior, que usa un cátodo circular y un conducto de plasma cilíndrico.

La fig. 2A es una vista esquemática de la fuente de plasma de arco filtrado de la técnica presente.

La fig. 3A es una vista en perspectiva del conjunto de conducto e imanes de la técnica presente.

La fig. 4A es un corte transversal de un alzado extremo del conjunto de conducto de la técnica presente.

La fig. 5A es un corte transversal de un alzado lateral del conjunto de conducto de la técnica presente.

La fig. 6A es una vista de un corte que muestra las líneas de campo magnético y el espejo de campo magnético de la técnica presente, en relación con el conjunto de conducto y sus juegos de imán.

Descripción de las realizaciones preferidas

La presente invención proporciona un medio para generar y dirigir un haz de plasma sobre un área rectangular, con la finalidad de formar un recubrimiento o efectuar una implantación de iones sobre un sustrato.

La fig. 1A muestra un cátodo 20 de la técnica anterior acoplado a un filtro 22 capaz de separar las macropartículas de un flujo de iones producido por descarga de arco catódico. El cátodo 20 tiene forma troncocónica, y cuenta con una cara circular y unas paredes ahusadas. El filtro 22 incluye dos solenoides, extremo contra extremo, pero situados entre sí con un ángulo de 45º para evitar la línea recta desde el emplazamiento de arco sobre el cátodo hasta un sustrato 24 que ha de ser recubierto, al tiempo que se proporciona un camino para el flujo de los iones y electrones, e incluye una serie de pantallas para retener las macropartículas.

Con referencia a la vista esquemática de la fig. 2A, se entiende que una realización preferida de esta invención incluye un blanco 30 de cátodo sobre un cuerpo 31 de cátodo. El blanco 30 tiene una superficie evaporable 33 de forma sustancialmente rectangular. En una realización preferida, el cátodo 10 es de carbono, pero puede estar compuesto de cualquier material evaporable adecuado. El cuerpo 31 del cátodo está montado sobre un portador 32 y situado en un brazo de entrada 36 del conducto 34 de plasma. El cátodo 30 está conectado a una salida negativa de una fuente de alimentación 28 del arco, y un conducto de plasma 34 (que sirve también como ánodo) está conectado a la salida positiva de la fuente de alimentación del arco. Un encendedor 35 de arco está dispuesto para la ignición de la descarga de arco entre el cátodo 30 y el ánodo 34. El cátodo 30 y la superficie evaporable 33 pueden estar rodeadas también por aisladores 86 (referenciados en la fig. 4A). Un electrodo interno 82 está montado dentro del conducto 34 de plasma, así como el sensor 84.

El conducto 34 de plasma tiene una forma de su sección transversal de dimensiones similares a las del cátodo 30. El conducto de plasma incluye una curvatura en el eje a lo largo de la línea central del conducto de plasma. En la realización aquí mostrada, un punto de curvatura 37 de radio interior equivalente se muestra en una de las paredes del conducto, y está aproximadamente a 90º, pero un ángulo de radio interior dentro de un margen aproximado de 15º a 120º es adecuado para la puesta en práctica de esta invención. Una curvatura de radio exterior equivalente es indicada en general con la referencia numérica 39. El conducto 34 de plasma tiene un brazo de entrada 36 y un brazo de salida 38 a cada lado del punto de curvatura 37 de radio interior. El cátodo 30 está montado sobre un portador aislado 32 en o cerca del extremo del brazo de entrada, de modo que la superficie evaporable 33 del cátodo se enfrente al conducto de plasma. Uno o más sustratos 44 que han de ser recubiertos están situados en una zona en o cerca del extremo del brazo de salida 38.

Un juego de electroimanes está dispuesto en torno al conducto 34 de plasma. El imán 46 está conectado a una fuente de alimentación 52 de bobina, y está situado cerca del brazo de entrada 36 del conducto de plasma. El imán 48 está conectado también a la fuente de alimentación 52 de bobina, y está situado cerca del radio exterior 39 de la curvatura del conducto 34 de plasma. El imán 50 es un solenoide conectado a la fuente de alimentación 52 de bobina, y envuelve una parte del brazo de salida 38 del conducto de plasma. La vista en perspectiva de la fig. 3A muestra los imanes 46, 48, y 50 en relación con el conducto 34 de plasma, con el imán 46 cerca del brazo de entrada 38, el imán 48 cerca del radio exterior 39 de la curvatura, y el imán 50 enrollado en torno al brazo de salida 38.

Con referencia a la fig. 4A, se entiende que el imán 46 incluye una bobina 70 enrollada en torno a un polo central 72 de material magnéticamente permeable, con las placas extremas 74 unidas a cada extremo del polo central. De igual modo, el imán 48 incluye una bobina 76 enrollada en torno a un polo central 78 de material magnéticamente permeable, con las placas extremas 80 unidas a cada extremo del polo central. En la realización mostrada, las placas extremas 80 del imán 48 están hechas de un material magnéticamente permeable, mientras que las placas extremas 74 del imán 46 están hechas de material no permeable, con objeto de conformar el campo magnético de la manera deseada.

De nuevo, y con referencia a la fig. 2A, puede verse que el conducto 54 envía agua al cátodo 30. El conducto 34 de plasma y el electrodo interior 82 pueden estar también preferiblemente refrigerados por agua, aunque las disposiciones para dicha refrigeración no se muestran. Una tensión de polarización puede ser aplicada al sustrato 44, y éste puede ser girado y/o desplazado convencionalmente durante la deposición. En una realización preferida, el conducto 34 de plasma y el sustrato 44 están encerrados dentro de una cámara (no mostrada) y se aplica un vacío. En otra realización preferida, el conducto 34 de plasma y el portador 32 del cátodo están dentro de un vacío, mientras que el exterior del conducto se halla a presión atmosférica.

Pasando ahora a las vistas de los cortes transversales de las figs. 4A y 5A, numeradas con las mismas referencias empleadas anteriormente, pueden ser comprendidos ahora ciertos detalles adicionales del sistema. Puede verse que la curvatura del conducto 34 de plasma sirve para evitar una línea recta entre el cátodo 30 y el sustrato 44 (no mostrado en las figs. 4A o 5A, pero se entiende que está situado en o cerca del extremo del brazo de salida 38 del conducto). Las paredes interiores del brazo de salida 38, del brazo de entrada 36, y de la curvatura del conducto 34 de plasma, están revestidas preferiblemente con un cierto número de pantallas 52 separadas entre sí, sustancialmente perpendiculares a las paredes interiores, y sustancialmente paralelas entre sí.

Con referencia a la fig. 4A, un electrodo interno 82 aislado interiormente puede verse montado dentro del conducto 34 de plasma. Puede ser eléctricamente flotante con respecto al ánodo, o puede estar polarizado positivamente con respecto a dicho ánodo. Con referencia a la fig. 5A, un par de sensores 54 están situados adyacentes a cada extremo de la superficie evaporable del cátodo 30, con el sensor 54A adyacente al extremo izquierdo y el 54B adyacente al extremo derecho.

Los imanes 46, 48, y 50 generan un campo magnético representado por líneas de flujo magnético, que pueden comprenderse mejor con referencia a la fig. 6A. Las líneas 60 de flujo magnético están orientadas en una dirección sustancialmente paralela al eje del conjunto 34 de plasma, dentro del brazo 38 de salida. Las líneas 62 de flujo magnético están orientadas en una dirección sustancialmente paralela a la superficie evaporable 33 del cátodo 30, dentro de la zona del brazo 36 de entrada, cerca del cátodo. Las líneas de flujo magnético convergen en una zona 54 centro del brazo 36 de entrada, y forman un espejo magnético adyacente a la superficie evaporable 33 del cátodo 30.

La representación de las líneas 60 de flujo magnético mostrada en la fig. 6A, fue generada por medio de un programa de análisis magnético de elemento finito, adquirible comercialmente. En el caso particular mostrado, los imanes 50 y 46 tienen 600 amperios-vuelta, mientras que el imán 48 tiene 200 amperios-vuelta. En este caso, la fuerza del campo en el centro del brazo de salida 38 del conducto es aproximadamente de 50 gauss. Puede verse en este caso que la densidad del flujo (fuerza del campo) en el radio exterior 39 de la curvatura del conducto es aproximadamente igual a la densidad del flujo en el radio interior 37 de dicha curvatura. Mediante el ajuste del número de vueltas en la bobina 76 del imán 48, o del flujo de corriente a través de ella (es decir, ajuste de amperios-vuelta), la densidad del flujo en el radio exterior 39 de la curvatura puede ser ajustada con independencia de la densidad de flujo en cualquier otra parte del conducto.

Los sensores 54A y 54B (con referencia a la fig. 5A) son capaces de detectar un emplazamiento de arco y de producir una señal siempre que dicho emplazamiento de arco se aproxime al extremo izquierdo o al extremo derecho respectivamente, del cátodo 30. Los sensores 54 pueden consistir, por ejemplo, en unos hilos aislados eléctricamente extendidos dentro del conducto 34 del plasma, con dicho hilos conectados al ánodo a través de una resistencia (no mostrada) de, por ejemplo, 1000 ohmios, lo que proporciona así una tensión eléctrica siempre que el arco se aproxime al hilo. Alternativamente, los sensores 54 pueden comprender un diodo sensible a la luz que detecta la emisión óptica procedente del chorro de arco, o un detector de campo magnético que detecta el campo magnético del arco. La fuente de alimentación 52 de bobina (con referencia a la fig. 2A), tiene un conmutador capaz de invertir la dirección del flujo de la corriente a través de los imanes, y está conectado por medios de control convencionales (no mostrados) a los sensores 54, de modo que accionen la inversión del campo magnético. Dicha inversión puede producirse simultáneamente en todos los imanes, e invertirá la dirección de las líneas de flujo del campo magnético sin cambiar sustancialmente la forma de las líneas de flujo o su orientación con respecto al conducto de plasma. Alternativamente, sólo uno o ambos imanes 46 y 48 pueden ser invertidos.

En una configuración deseable del sistema (no mostrada separadamente), los imanes son alimentados independientemente con más de una fuente de alimentación 52 de bobina. El uso de más de una fuente de alimentación de bobina permite que la corriente de los imanes sea variada independientemente entre sí, para ajustar la fuerza del campo magnético con independencia en partes diferentes del conducto de plasma 34. Al mismo tiempo, cada una de las fuentes de alimentación de bobina separadas está dotada de unos sistemas de control. de modo que todas ellas inviertan la dirección de la corriente simultáneamente por actuación de una señal procedente de los sensores 54.

Con la descripción anterior, fácilmente se comprende que el sistema trabaja como sigue.

El iniciador 35 de arco produce la ignición de una descarga de arco entre el cátodo 30 y el conducto de plasma 34 que sirve como ánodo. La descarga de arco se origina en un emplazamiento de arco sobre la superficie evaporable del cátodo, y genera un plasma que contiene un vapor ionizado del material del cátodo.

El conducto 34 de plasma dirige el plasma generado por la descarga de arco procedente del cátodo, hacia un sustrato 44 que ha de ser recubierto y/o implantado, y que está situado en o cerca del brazo de salida 38 del conducto. Dicho conducto 34 de plasma tiene una forma de su sección transversal rectangular, de dimensiones similares al cátodo 30, y tiene una curvatura aproximada de 15 a 180 grados en el eje, a lo largo de su línea central (en la realización ilustrada, el radio interior 37 de la curvatura es de 90 grados), con el brazo de entrada 36 y el brazo de salida 38 separados de la línea recta entre sí por la curvatura. El cátodo 30 está situado en o cerca del extremo del brazo de entrada 36, con su superficie evaporable frente al interior del conducto de plasma, y el sustrato 44 está situado en una zona en o cerca del extremo del brazo de salida 38.

Los imanes 46, 48, y 50 generan dentro del conducto de plasma 34 y sobre la superficie evaporable del cátodo 30 un campo magnético, que está representado por unas líneas de flujo magnético. Dichas líneas de flujo magnético están orientadas en una dirección sustancialmente paralela al eje del conducto 34 dentro del brazo de salida 38. Las líneas de flujo magnético están orientadas sustancialmente paralelas a la superficie evaporable del cátodo 30, dentro de la zona del brazo de entrada 36, en o cerca del cátodo. Las líneas de flujo magnético convergen también en una zona dentro del brazo de entrada 36 del conducto 34 de plasma, y forman un espejo magnético adyacente y paralelo al cátodo rectangular 30. Las líneas de flujo magnético dirigen el vapor ionizado a través de la curvatura del conducto de plasma, y obligan al emplazamiento del arco a un movimiento en general lineal a todo lo largo de la superficie evaporable 33 del cátodo 30. El espejo magnético está orientado en una dirección que refleja el plasma hacia el brazo de salida 38 del conducto 34 de plasma.

Los sensores 54 detectan el emplazamiento del arco, y producen una señal siempre que dicho emplazamiento de arco se aproxime a cualquier extremo de la superficie evaporable. La señal procedente de los sensores acciona un sistema de control que invierte la corriente en la fuente de alimentación 52 de bobina, con lo que se invierte la dirección de las líneas de flujo magnético sin cambiar sustancialmente la forma de dichas líneas de flujo o su orientación con respecto al conducto 34 de plasma. Por tanto, el emplazamiento del arco es obligado, no sólo a hacer un barrido en una dirección lineal sobre la superficie del cátodo rectangular 30, sino también a hacer el barrido hacia delante y hacia atrás en un camino en general de extremo a extremo.

Las paredes interiores del conducto 34 de plasma están recubiertas con unas pantallas 52. Las macropartículas son filtradas por la curvatura del conducto, y dichas pantallas sirven para atrapar las citadas macropartículas.

El sistema incluye una fuente rectangular larga y estrecha, y un conducto relativamente compacto que tiene una sección transversal rectangular de dimensiones similares a las de la fuente. Se crea así un conducto compacto. Por ejemplo, se han obtenido buenos resultados con el uso de un blanco de cátodo aproximadamente de 30 cm de largo y 2,5 cm de ancho, o una relación entre la longitud y la anchura de aproximadamente doce a uno. Dado que el cátodo de esta invención puede ser extendido indefinidamente, es previsible que puedan obtenerse relaciones incluso mayores.

De acuerdo con ello, puede entenderse que esta técnica proporciona un modo para generar y dirigir un haz de plasma sobre un área rectangular, con la finalidad de formar un recubrimiento o efectuar una implantación de iones sobre un sustrato.

Como ya se ha expuesto, los beneficios se logran mediante: a) la forma rectangular del material de la fuente del cátodo; b) la forma rectangular de la sección transversal del conducto de plasma; c) el control del movimiento del arco sobre el cátodo, por inversión de la polaridad del campo magnético, para hacer que dicho arco efectúe un barrido en general en una dirección lineal adelante y atrás a través de la longitud de la fuente rectangular; y d) la forma y control del campo magnético en el conducto de plasma.

En particular, la forma del campo magnético y el control del arco sobre la fuente rectangular, hacen posible construir una fuente de plasma eficiente y compacta con abertura de salida rectangular, y que pueda ser hecha tan larga como se desee, con lo que se proporcionan así los beneficios de un arco catódico filtrado en combinación con los beneficios de una fuente de deposición rectangular. La técnica de inversión del campo para control del arco permite que la anchura de la fuente de cátodo sea mucho menor de lo que es posible con el uso del campo magnético de tipo de pista magnética de la técnica anterior.

El conducto filtrante de plasma puede ser hecho por tanto mucho más estrecho y corto, lo que da por resultado un diseño compacto que es más fácil de integrar en un sistema de vacío, que los filtros voluminosos de la técnica anterior. El cátodo estrecho y el arco de barrido linealmente estrecho, permiten también una erosión más uniforme del blanco a todo lo largo de él, y da por resultado una utilización más alta del material de fuente de lo que es posible con los métodos de tipo de pista magnética plana.

Estas ventajas permiten que la fuente sea de longitud extendida indefinidamente, lo que proporciona así los beneficios de deposición o implantación de arco filtrado, que requieren fuentes de vapor rectangulares o extendidas.

Claims

1. Una cuchilla de afeitar que tiene un filo de corte limitado por una primera superficie inclinada (54) y una segunda superficie inclinada (56), cuyo filo de corte tiene una arista (52) en la unión de dichas superficies inclinadas primera y segunda (54, 58), las cuales abarcan un ángulo definido por la arista y las superficies inclinadas primera y segunda, caracterizada porque el filo de corte incluye un recubrimiento (60) de material de diamante amorfo sobre las superficies inclinadas primera y segunda (54, 56), cuyo material de diamante amorfo tiene al menos un 40 por ciento de unión de carbono ap3.

2. Una cuchilla de afeitar de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicho recubrimiento (80) de material de diamante amorfo tiene un primer grosor medido normal a una de dichas superficies inclinadas primera o segunda, y dicho recubrimiento tiene un segundo grosor medido a lo largo de una línea que divide dicho ángulo, siendo la relación entre dichos grosores segundo y primero de al menos
2:1.

3. Una cuchilla de afeitar de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el recubrimiento (60) tiene un grosor de 400 angstroms a 2.000 angstroms.

4. Una cuchilla de afeitar de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque el material de diamante amorfo está dispuesto directamente sobre un sustrato (50).

5. Una cuchilla de afeitar de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque el sustrato (50) es acero.

6. Una cuchilla de afeitar de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque el filo de corte incluye una capa telómera (72) sobre dicho recubrimiento de diamante amorfo.

7. Una cuchilla de afeitar de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque el recubrimiento de material de diamante amorfo se efectúa mediante la deposición por arco catódico filtrado.

8. Una cuchilla de afeitar de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el recubrimiento de material de diamante amorfo cubre la arista (32).

9. Una cuchilla de afeitar de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque dicho material de diamante amorfo tiene una dureza de al menos 45 gigapascales.

10. Una cuchilla de afeitar de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque dicho material de diamante amorfo tiene un módulo de al menos 400 gigapascales.

11. Una cuchilla de afeitar de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por comprender un sustrato (50) con filo en forma de cuña definido por unas caras (54, 56) que tienen una anchura de al menos aproximadamente 0,1 mm, con un ángulo abarcado inferior a 20 grados, y porque el recubrimiento de diamante amorfo es una capa sobre dicho filo en forma de cuña.

12. Una cuchilla de afeitar de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizada porque dicha capa de diamante amorfo (60) es transparente en la zona de luz visible.

13. Una cuchilla de afeitar de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada porque dicha capa de diamante amorfo (60) tiene una relación dimensional superior a 2:1.

14. Una cuchilla de afeitar de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizada porque un polímero adherente está situado sobre dicha capa de material de diamante amorfo (60).

15. Una cuchilla de afeitar de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizada porque dicha capa de material de diamante amorfo (60) es situada sobre la arista (52) y los flancos de dicho filo en forma cuña, y cuya capa de material de diamante amorfo (60) tiene un grosor de al menos 400 angstroms desde la arista aguzada de dicho sustrato hasta una distancia de cuarenta micrómetros desde dicha arista aguzada (52), y que define un radio (70) de la citada arista inferior a 1000 angstroms.

16. Una cuchilla de afeitar de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizada porque dicho sustrato (5) es de acero, y el filo en forma de cuña está formado por una secuencia de operaciones de abrasión mecanizadas, y el citado material de diamante amorfo (60) es formado mediante procedimiento de arco catódico.

17. Una unidad afeitadora que comprende un cuerpo que sostiene múltiples cuchillas de afeitar, de las que al menos una de dichas cuchillas de afeitar está de acuerdo con la reivindicación 1.