Sinterización por plasma de microondas.

Procedimiento para producir artículos que presentan una superficie compuesta que incluye partículas abrasivas,

que comprende:

a) depositar de manera repetida una mezcla de partículas abrasivas y una matriz de unión de metal para formar un cuerpo respectivo que incluye prensar cada mezcla en una prensa para formar un cuerpo en crudo;

b) insertar una pluralidad de dichos cuerpos en crudo sobre una bandeja de una pluralidad de bandejas;

c) cargar una bandeja que incluye una pluralidad de dichos cuerpos en crudo en el interior de una cámara de plasma de microondas (10);

d) evacuar por lo menos parcialmente dicha cámara (10);

e) sinterizar los cuerpos en crudo en un plasma de microondas durante un periodo de tiempo para producir dichos artículos;

f) extraer la bandeja de la cámara de plasma (10);

g) extraer los artículos sinterizados de la bandeja; y

h) repetir las etapas b) a g) para las sucesivas bandejas de dicha pluralidad de bandejas.

Sinterización por plasma de microondas Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para sinterizar partículas abrasivas, por ejemplo, polvos metálicos o de diamante para la utilización en superficies resistentes al desgaste/de pulido.

Antecedentes de la técnica

Las herramientas de corte y pulido superabrasivas son utilizadas en aplicaciones que comprenden desde el pulido de vidrio, la odontología, las perforaciones óseas (ortopedia), la mecanización de metales, la mecanización de material compuesto (aeronáutica), etc.

Los procedimientos de pulido tales como el pulido de superficies frontales utilizan típicamente una herramienta con una matriz sólida de partículas abrasivas CBN o diamante en una ligazón de metal, cerámica (vitrificada) o resina. Asimismo, las muelas adiamantadas están realizadas típicamente mediante una de entre varias técnicas de ligazón que incluyen: soldadura fuerte, ligazón de resina, ligazón de metal o ligazón vitrificada según la aplicación requerida.

En la ligazón vitrificada, muy utilizada en la producción de muelas para la industria automovilística, las partículas abrasivas con un ligante de cerámica son quemadas en un horno para alcanzar la fuerza de ligadura óptima. Una desventaja consiste en que este quemado puede prolongarse hasta 2-6 horas. Otra desventaja de dichas muelas es la fragilidad de las ligazones de cerámica, que convierten a estas muelas en menos adecuadas para herramientas sometidas a niveles de vibración elevados.

En la ligazón de metal, el calor es conducido más eficazmente que con los aglomerantes de resina, previniendo así el sobrecalentamiento de la muela. Las muelas ligadas con metal son asimismo más duras, lo que facilita la eficacia del pulido.

Las herramientas están disponibles como dos tipos: compuestos de diamante multicapa y capa de cristal única electrodepositada. El primero es obtenido ejerciendo presión sobre la mezcla de polvo de metal/abrasivo en un horno a temperaturas elevadas. Cuando es utilizada la elaboración por electrodeposición, se hace referencia a las mismas como "herramientas electrodepositadas". Esta herramienta se realiza mediante la electrodeposición de una capa de níquel sobre un sustrato de acero con partículas de diamante ligadas. Generalmente, 5-7% del cristal es cubierto mediante la matriz de unión de níquel. Las ventajas de este procedimiento de fabricación de muela son principalmente la densidad elevada de las partículas de diamante y secundariamente la temperatura de electrodeposición baja, que no afecta al termotratamiento del acero, que lo anula o lo distorsiona. La estructura abierta y la topografía de una capa de pulido electrodepositada es habitualmente útil para alcanzar unos índices de extracción más elevados.

Una de las desventajas de las herramientas electrodepositadas consiste en que puede ser utilizada solamente una única capa de diamante sobre la herramienta. En segundo lugar esta vía no puede ser utilizada para diamantes por debajo de 5 pm, como los granos abrasivos que flotan literalmente sobre la superficie en el baño galvanoplástico. La retención de cristales deficiente es asimismo un problema debido a que son únicamente atrapados mecánicamente en la matriz de ligazón. Ya que la ligazón se desgasta por debajo de 5% o se aplica una presión pesada, el cristal de diamante puede desplazarse de la ligazón, reduciendo la duración de la muela. Con una densidad elevada de las partículas de diamante, la muela tiende a cargar y generar calor. Una exposición del cristal baja reduce la separación de virutas requerida para un corte rápido. Debido a que el nivel de ligazón es de 5-7% del diamante, se expone muy poco al corte.

Asimismo, los problemas de fabricación aumentan al resultar más complicadas las piezas. Por ejemplo, en algunas formas complicadas las partículas de diamante pueden estar completamente cubiertas en una zona mientras únicamente presentan un nivel bajo por ejemplo 15% de cristal cubierto en otra zona de la muela.

Otra técnica implica ejercer presión sobre el abrasivo/polvo de metal y calentar de manera inductiva la mezcla. Mientras que este procedimiento es rápido, la dificultad estriba en que la porosidad dentro de la muestra se pierde durante la acción de calentamiento. La porosidad es de una importancia clave para la acción de pulido.

Es asimismo conocido el quemado de microondas no basado en plasma, por ejemplo, como es divulgado en "Advances in High-Temperature Microwave Processing" Cheng J., Cherian K., International Journal of Thermal Technology, 8 de agosto, 27.

Dana, USA f http://dana . mediaroom.com/index.php/press releases/281 aplican plasmas de microondas atmosféricos para la sinterización de polvos de metal para la utilización en la industria del automóvil.

E. L. Kerner y D.L. Johnson, Am. Ceram. Soc. Bull, 64(8), 1985, 1132-1136 divulgan el efecto de sinterlzaclón de un plasma de microondas sobre un polvo de metal de alúmina.

J.M. Lourenco, A.M. Maliska, A.N. Klein, J.L. Rene Muzart, Mater. Res. 7(2), Sao Carlos abril/junio de 24 divulgan la sinterlzaclón de la cerámica en un plasma de descarga luminiscente. Los documentos US261685 y DE 434652 se refieren a la utilización de calentamiento de resistencia y microondas combinados para la fabricación de componentes de cerámica y máquinas herramienta respectivamente.

El documento CN 1431167 divulga la sinterización por plasma de microondas de biocerámica.

El documento CN 145762 divulga la fabricación de componentes de cerámica de ZnO utilizando una sinterización por microondas.

El documento DD248538 divulga la utilización de plasmas electrolíticos para la pulverización de partículas en la fabricación de herramientas de pulido.

El documento JP25298892 divulga un tratamiento por láser para la sinterización local de cobalto que contiene carburo de tungsteno.

El documento US2622386 divulga un sistema de chorro plasmático para la sinterización de polvos de titania y alúmina.

El documento US265716 divulga la mejora de la eficacia de una sinterización de chorro plasmático de microondas atmosférico utilizando un catalizador plasmático (nanopartículas de carbono, nanotubos, etc.).

El documento JP2412135 divulga la adición de fósforo (,1-15%) al níquel que es electrodepositado alrededor del diamante en una fresa dental.

El documento CA2214276 divulga la deposición de un diamante sobre fresas ortodónticas utilizando técnicas de deposición de vapor químico (CVD).

El documento CA2552934 describe la utilización de la sinterización por plasma de microondas de entre otras técnicas como una vía para la ligadura de diamante a un trépano de moletas cónico. El diamante policristalino es ligado al sustrato mediante por lo menos un procedimiento seleccionado de entre prensado en caliente, sinterización mediante corriente de plasma pulsada, prensadura isostática caliente, prensadura semiisostática, compactación omnidireccional rápida, compactación dinámica, compactación por explosión, extrusión de polvo, ligadura por difusión, sinterización por microondas, sinterización asistida por plasma, y sinterización por láser.

El documento DE 198 54 385 divulga un procedimiento para producir un artículo abrasivo, en el que una mezcla de partículas abrasivas y una matriz de unión de metal son depositadas y prensadas en una prensa para formar un cuerpo en crudo ("green"), a continuación dicho cuerpo en crudo es cargado en el interior de una cámara de plasma de microondas, la cámara es evacuada por lo menos parcialmente y el cuerpo verde es sinterizado en un plasma de microondas durante un periodo de tiempo.

Sumario

La presente invención proporciona un procedimiento para producir un artículo que presenta una superficie compuesta que incluye partículas abrasivas según la reivindicación 1.

Las reivindicaciones dependientes 2-15 describen unas formas de realización adicionales de la invención.

La presente invención se refiere a la utilización de tratamientos de plasma de microondas como un procedimiento de sinterización de superabrasivos de ligante metálico.

En particular, la invención proporciona un procedimiento que utiliza un plasma de microondas de baja presión para fabricar compuestos resistentes al desgaste/abrasivos (diamante) de ligantes metálicos.

En una aplicación del procedimiento el polvo de diamante es mezclado con un níquel fino o un polvo metálico comparable, una pieza es conformada ejerciendo presión en un molde y la pieza es sinterizada en un plasma de microondas a continuación.

Una aplicación de las herramientas producidas según la invención es... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para producir artículos que presentan una superficie compuesta que incluye partículas abrasivas, que comprende:

a) depositar de manera repetida una mezcla de partículas abrasivas y una matriz de unión de metal para formar un cuerpo respectivo que incluye prensar cada mezcla en una prensa para formar un cuerpo en crudo;

b) insertar una pluralidad de dichos cuerpos en crudo sobre una bandeja de una pluralidad de bandejas;

c) cargar una bandeja que incluye una pluralidad de dichos cuerpos en crudo en el interior de una cámara de plasma de microondas (1);

d) evacuar por lo menos parcialmente dicha cámara (1);

e) sinterizar los cuerpos en crudo en un plasma de microondas durante un periodo de tiempo para producir dichos artículos;

f) extraer la bandeja de la cámara de plasma (1);

g) extraer los artículos sinterizados de la bandeja; y

h) repetir las etapas b) a g) para las sucesivas bandejas de dicha pluralidad de bandejas.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa d) comprende: evacuar parcialmente dicha cámara a una primera presión baja; e introducir un gas en dicha cámara hasta que dicha presión alcance una segunda presión superior.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que dicho gas comprende uno de entre: hidrógeno; un gas reductor; un gas inerte; o una combinación de los mismos.

4. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que dicha primera presión baja es de ,1 mbar y dicha segunda presión superior es de 2 mbar.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende aumentar la potencia de dicho plasma de microondas durante dicha sinterización.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la mezcla comprende partículas de diamante y una matriz de

unión de níquel.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha matriz de unión de metal comprende uno de entre: cobre, cobalto o níquel cobalto.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dichos artículos proporcionan una superficie resistente al desgaste, en el que dicho depósito comprende prensar dicha mezcla a una presión de aproximadamente 35 MPa y en el que dicha sinterización tiene lugar durante entre 1 y 15 minutos; o dichos artículos comprenden un elemento de pulido y en el que dicho depósito comprende prensar dicha mezcla a una presión de 15 MPa.

9. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho depósito comprende prensar dicha mezcla sobre una superficie de uno entre: un metal, un acero inoxidable; o un sustrato de carburo cementado.

1. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha sinterización se realiza a una primera temperatura y que comprende las etapas siguientes:

extraer y conformar dichos artículos sinterizados; y

sinterizar de manera secundaria dichos artículos conformados a una segunda temperatura de sinterización relativamente superior a dicha primera temperatura de sinterización.

11. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dichas partículas abrasivas comprenden: diamante revestido por uno de entre níquel, cobre, plata, cobalto, molibdeno o sus aleaciones; o uno de entre: nitruro de boro cúbico, carburo de tungsteno, carburo de silicio o partículas de óxido de aluminio.

12. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho depósito comprende prensar dicha mezcla con un punzón de acero y una matriz.

13. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además cargar dichos cuerpos en el interior de dicha cámara (1) desde un carrusel (3).

14. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la mezcla comprende además uno de entre: 2% de carbono en peso; un aditivo dispuesto para aumentar la porosidad en el elemento de pulido; unos abrasivos secundarios de hasta 4% en volumen; un lubricante; un relleno; o un dispersoide.

15. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además: formar aglomerados de dichas partículas abrasivas.