11 Número de publicación: Int. Cl. 7 : B23K 26/ Inventor/es: Cullen, Barry James. 74 Agente: Carpintero López, Francisco

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1 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 Número de publicación: Int. Cl. 7 : B23K 26/00 B28D 1/22 12 TRADUCCIÓN DE PATENTE EUROPEA T3 86 Número de solicitud europea: Fecha de presentación: Número de publicación de la solicitud: Fecha de publicación de la solicitud: Título: Corte de materiales ultra-duros. Prioridad: ZA Titular/es: ELEMENT SIX (Pty.) Ltd. Debid Road, Nuffield 19 Springs, ZA 4 Fecha de publicación de la mención BOPI: Inventor/es: Cullen, Barry James 4 Fecha de la publicación del folleto de la patente: Agente: Carpintero López, Francisco ES T3 Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, Madrid

2 Corte de materiales ultra-duros. DESCRIPCIÓN Antecedentes de la invención Esta invención se refiere al corte de materiales ultra-duros. 1 2 Los materiales ultra-duros son aquellos que en sí mismos tienen una elevada dureza, por ejemplo, partículas de una dureza de aproximadamente o más en la escala de dureza de MOHS, o materiales que contienen partículas de este tipo y son de una dureza similar. Ejemplos concretos son los diamantes naturales o sintéticos y el nitruro de boro cúbico, o el diamante policristalino (DPC) o el nitruro de boro cúbico policristalino (NBCP). Los materiales ultra-duros, especialmente los de naturaleza sintética, pueden producirse en tamaños relativamente grandes y es necesario cortarlos para diversas aplicaciones. Por ejemplo, se puede producir DPC en forma de un disco grande y es preciso cortar este disco en piezas más pequeñas, teniendo dichas piezas su aplicación, por ejemplo, en brocas de taladros o en cuchillas. Además, las placas de diamante producidas por depósito de vapor químico (DVQ) son cortadas en piezas más pequeñas para su empleo como disipadores de calor para dispositivos semiconductores o en aplicaciones mecánicas. En el pasado se han usado diversos procedimientos para el corte de materiales ultra-duros. Ejemplos estos procedimientos son la electroerosión y el corte con láser. El corte con láser ha utilizado tradicionalmente láseres de varilla que tienen la desventaja de que, en general, se produce daño en los materiales ultra-duros. Este material dañado debe ser eliminado posteriormente. Esta eliminación aumenta el coste de fabricación de un producto de un material ultraduro y desperdicia el propio material. Por ejemplo, el documento EP-A describe un procedimiento de corte de material ultra-duro de acuerdo con la parte caracterizadora de la reivindicación 1 que usa un haz de láser excímero pulsado. 3 Según la presente invención se proporciona un procedimiento para cortar material ultra-duro, incluyendo la etapa de usar un haz de láser para efectuar el corte; caracterizado por el hecho de que el haz de láser es un haz de láser de placa. El término material ultra-duro, tal y como se usa en el presente documento y en las reivindicaciones, se refiere a una partícula de una dureza de o más en la escala de dureza de MOHS, o un material que contiene este tipo de partículas y tiene una dureza similar. Ejemplos concretos de materiales de este tipo son los diamantes naturales o sintéticos y el nitruro de boro cúbico, el diamante policristalino (DPC) y el nitruro de boro cúbico policristalino (NBCP). Descripción de las realizaciones La invención usa un láser de placa. Un láser de placa puede comprender una placa de material de caras paralelas alargadas y caras terminales que están cortadas cada una de ellas para definir un ángulo de Brewster. El haz de láser entra y sale a través de las caras terminales de ángulo de Brewster y experimenta reflexiones internas totales en las dos caras paralelas alargadas. Esto reduce la distorsión térmica y el efecto de lente produciendo una menor divergencia del haz. Al restringir la oscilación del láser al modo TEM 00 (transversal electric mode o modo eléctrico transversal), únicamente se reduce todavía más la divergencia del haz. Esto tiene como consecuencia un haz más afilado y paralelo con una mayor profundidad de foco que resulta beneficioso para el corte de precisión de materiales ultra-duros con láser. Además, la gran reducción de la divergencia del haz hace posible un diámetro del punto focal más pequeño. Se ha encontrado que el empleo del láser de placa mejora la eficiencia del corte y reduce el daño del material ultraduro. Por lo tanto, es posible un mayor rendimiento de productos o piezas más pequeños de material que cuando se utiliza un láser de varilla. Un láser de placa permite además una mejor distribución del calor y el uso de una potencia más baja. El uso de un láser de placa tiene aplicación con cualquier material ultra-duro, especialmente DPC y NBCP, con soporte o sin soporte. Un DPC o NBCP con soporte comprende una capa de DPC o NBCP ligada a un sustrato o soporte que generalmente es carburo cementado. El carburo cementado puede ser cualquiera de los conocidos en la técnica, como carburo de tungsteno cementado, carburo de titanio cementado o carburo de tántalo cementado. Durante su uso, se puede usar un láser de placa para producir un corte completo a través de un material ultra-duro produciendo dos o más piezas separadas. Alternativamente, el corte puede ser solo parcial a través del material, a uno o ambos lados. La invención tiene una aplicación especial para el corte de DPC y NBCP con soporte o sin soporte. Se ha encontrado que el láser de placa, al cortar a través del DPC o NBCP, permite que se formen enlaces débiles de grafito o de nitruro de boro hexagonal, según el caso, dejando una estructura débilmente enlazada. Con el DPC o NBCP sobre soporte de carburo, se forman también enlaces débiles de carburo en el soporte de carburo. El daño adicional al DPC, NBCP y al soporte de carburo es menor al cortar con láser de placa que en comparación con el corte con láser de varilla. 2

3 En un ejemplo de la invención, se cortó un producto de DPC sobre soporte de carburo comercializado con la marca registrada Syndite con un láser de varilla y con un láser de placa. Las condiciones empleadas se muestran en la tabla 1: El daño por láser creado con ambas formas de corte se comparó y los resultados se muestran en la tabla II Es posible evaluar de otras maneras la diferencia del daño en el corte de las piezas de Syndite con láser de placa y de varilla. En primer lugar, el daño destructivo o permanente cuando se utiliza un láser de varilla tiene como consecuencia que la capa de DPC sea muy vulnerable al agrietamiento. El agrietamiento puede hacer que la pieza cortada resulte inútil del punto de vista comercial. El tipo de agrietamiento creado por el láser de varilla casi con certeza se debe al estrés térmico que pone en tensión la superficie del DPC al enfriarse. Por el contrario, el corte con láser de placa usa un nivel mucho más bajo de potencia que genera un estrés térmico menor y ausencia de agrietamiento observable en las piezas cortadas. En segundo lugar, otro tipo de daño es el daño superficial y bajo la superficie, es decir, un daño que se puede eliminar pero que reduce el rendimiento del corte e incrementa el coste de la fabricación de la herramienta. Existe una clara diferencia en el sustrato de carburo después de afilar el borde de 0,0 milímetros con láser de varilla y de placa. En las piezas cortadas con láser de placa, el sustrato de carburo está limpio y exento 3

4 de daños. Por el contrario, las piezas cortadas con un láser de varilla muestran un efecto de piel de cocodrilo en el sustrato de carburo. Un efecto de piel de cocodrilo es un agrietamiento de la fase de calor y es un revestimiento duro y frágil en el carburo que es necesario retirar antes de poder utilizar la pieza para fabricar una herramienta. Se estima que, cuando se emplea un láser de varilla, el efecto se extiende de 0,1 a 0,1 mm desde el borde de corte. Con un láser de placa, este efecto, si existe, sólo se extiende menos de 0,0 mm. El empleo de un haz de láser de placa posee también varias ventajas sobre el corte convencional de los productos policristalinos con soporte o sin soporte con electroerosión (EDM). Por ejemplo, hay un daño menor de los productos policristalinos y del soporte o sustrato, existe un incremento significativo del producto de corte, la necesidad de tratamiento posterior al corte para restablecer la calidad del filo es menor, y existe menos filtrado de metal del soporte y se debilita menos el filo

5 REIVINDICACIONES 1 1. Un procedimiento para cortar un material ultra-duro que incluye la etapa de usar un haz de láser para efectuar el corte; caracterizado porque el haz de láser es un haz de láser de placa. 2. Un procedimiento según la reivindicación 1 en el que el material ultra-duro es DPC o NBCP. 3. Un procedimiento según la reivindicación 2 en el que el DPC o NBCP está ligado a un sustrato. 4. Un procedimiento según la reivindicación 3 en el que el sustrato es un sustrato de carburo cementado.. Un procedimiento según la reivindicación 4 en el que la profundidad del daño al carburo causado por el láser es inferior a 0 µm. 6. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el láser se limita a oscilar en el modo TEM