Brevet FR2326698A1 — publié le 19770429

L'invention concerne des outils de coupe et un procédé pour leur fabrication. plus précisément, l'invention concerne des outils de coupe a diamant présentant un tranchant-allongé. Ces outils de coure, souvent appels couteaux à diamant, sont utiles comme lames de microtome. On utilise deouis des années des outils de coupe à diamant pour obtenir des tranches ultra-minces. Des couteaux sont préférés aux couteaux formés d'un métal aur ou de verre parce outil est possible de meuler le diamant pour obtenir un tranhant absolument rectiligne et durable, extraordinairement aigu. Un procédé de fabrication de couteaux le ce -erre est décrit dans le brevet des E.U.A. N 3 06C 781. Malgré la finesse extrême du tranchant de ces couteaux, les tranches ainces qu'ils donnent ont souvent des caractéris- tiques ancrmales qui semble causées par une compression de la tranche pendant qu'on la coupe. Bien que le tranchant coupe netteji-ent la tranche, il semble que les tranches sectionnées collent aux flancs du tranchant à mesure qu'il poursuit son chemin.La compression de la tranche n'est pas causée par la pression exercée par le tranchant sur celle-ci La s bien par le frottement exerce sur La tr nche par les flancs de l'outil de coupe à son passage à travers la section. Si c'est bien cela qui se pro@uit, la lubrification des flancs de l'outil de coupe doit réduire sinon éliminer la compression de la tranche. Toutefois, les diamants sont dIfficiles à mouiller par de nombreux liquIdes. in particulier, les diamants sont hydropnobes et ne sont pas bien nouillés par l'eau. Il est usuel en mierotomie de prévoir un bac collecteur rempli d'eau auprès du tranchant du diamant de façon que les tranches séparées slé- cartent du couteau à diamant en flottant et peuvent donc être facilement recueillies, mais souvint, l'eau placée dans ce bac collecteur ne lubrifie pas le diamant. On a trouvé mainte nsr que si l'on brevet la surface du diamant d'une mat ère pouvant être mouillée par un liouide lubrifiant désiré, tel que l'eau, le @iamant est luprifie et la compression disparaît ou au moins, est réduite à un niveau acceptable. La technique consistant à revêtir des tranchants en utilisant diverses matières est tres perfectionnée. Toutefois, cette technique s'occupe presque uniquement de la fabrication d'outils de coupe perfectionnés en métal, particulièrement de lames de rasoir. On utilise à cet effet divers procédés et divers revêtements mais la raison o'ere du revêtement est presque universellement de déposer-une matière de renforcement de tranchant sur la surface de coupe de la lame de rasoir. Une exception est, bien entendu, une tentative visant à réduire le frottement du rasoir en revetant la lame d'un polymère de fluorocarbure. On a revêtu les diamants eux-mêmes de diverses matières, y compris des métaux, mais c'était généralement pour former un substrat permettant de lier le diamant à une meule. Voir par exemple le brevet des b--.U.. IQ:'0 9.585.013. Dans un tel procédé, le diamant est entièrement encapsulé d'un métal assez mou qui s'use pendant l'étape de meulage, décousrait le tranchant de diamant. Aucun de ces procédés ne vise à améliorer la mouillabilité du diamant, ce qui fait l'objet de l'invention. l'invention a pour objet un outil de coupe perfectionné comprenant un corps de diamant muni d'un tranchant allongé d'une épaisseur inférieure à 0,05 micron et dont le bout et les flancs du tranchant portent une couche de métal ayant une épaisseur d'environ G,002 à 0,01 micron. L'invention comprend aussi un procédé de fabrication de l'outil ci-dessus, consistant à nettoyer la surface du tranchant en soumettant celui-ci à une décharge électrique à haute tension, et à revêtir le bout et les flancs du tranchant en déposant sous vide sur celui-ci environ 0,002 à 0,01 micron d'un métal. Dans le mode d'exécution préféré, l'étape de nettoyage consiste à nettoyer d'abord chimiquement la surface du tranchant puis à soumettre le tranchant à une étape de nettoyage au plasma et le procédé de revêtement de la surface du tranchant consiste à déposer environ 0,00)5 à 0,005 micron d'un métal hydrophile sur la surface du tranchant. Dans un mode d'exécution spécialement préféré, le procédé consiste à déposer sous vide sur la surface du tranchant un métal qui peut être le platine, le tungstène ou une combinaison de ceux-ci. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera Dien com- prendre comzent l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est une vue en coupe agrandie du tranchant perfectionné de l'invention. La figure 2 est une vue schématique d'un appareil convenant à la pratique de l'invention. La figure 1 représente un outil de coupe à diamant Il comprenant un corps de diamant 12 supporté dans un manche en métal 13. Le procédé d'assemblage du diamant au métal est bien connu et est décrit en particulier dans le brevet des E.U.s. jO 3 192 c20. Sn outre, le procédé permettant d'affûter des outils de coupe de ce genre jusqu'à ce que le tranchant ait une épaisseur inférieure à 0,05 micron est décrit dans le brevet des ,U.. E v.C60.781 déjà cité. Cependant, l'outil de coupe particulier représenté sur la figure 1 est perfectionné par application d'un mince revêtement de métal 14 sur le bout et les flancs du tranchant du diamant. Le but poursuivi, comme on l'a dit, est de former sur le diamant un revêtement qui soit mouillé par un lubrifiant particulier désiré. le choix du lubrifiant est laissé à l'utilisateur du couteau. Normalement, on utilise l'eau mais on peut choisir tout liquide tel qu'un solvant organique, selon les besoins du cas particulier. Dans la description ci-après, on suppose que le liquide lubrifiant est 11 eau. Toutefois, il faut noter que c'est pour la commodité de la description et que cela ne limite aucunement l'invention. Si le liquide lubrifiant est l'eau, le métal choisi pour le revêtement doit être un métal hydrophile. Des exemples de métaux appropriés sont le platine, le tungstène ou leurs combinaisons. La particularité déterminante de l'invention est l'épaisseur de la couche de revêtement appliquée au tranchant. La couche doit avoir une épaisseur d'environ G,002 à 0,01 micron, de préférence d'environ 0,0035 et 0,0C5 micron. bi la couche a une épaisseur supérieure à G,01 micron, le tranchant prend la caractéristique du métal et on perd la dureté et la finesse de tranchant qui caractérisent le diamant. Si la couche a une épaisseur inférieure à environ 0,002 micron, elle a tendance à se décoller en très peu de temps (quelques heures). Ce décollement semble causer par les forces de séparation exercées par les molécules d'eau qui s 'infiltrent entre la couche de revêtement et le diamant. On ne peut pas trouver d'explication satisfaisante de ce fait, mais on a trouvé que si le revêtement n'a pas une épaisseur supérieure à 0,002 micron, il se sépare du diamant. Une fois que l'on sait qu'il est à conseiller de revêtir le diamant d'une couche mouillable, le procédé d'application de cette couche au diamant est assez facile à comprendre. En premier lieu, il faut que la surface du tranchant soit propre. A cet effet, on soumet généralement la surface du tranchant à une décharge électrique à haute tension, de préférence dans la gamme des effluves, ce qui nettoie la surface du diamant par bombardement ionique. Â cet effet, on place le diamant dans un appareil comme celui de la figure 2. On place l'outil de coupe à diamant Il dans une cellule à vide 15 comprenant une cloche 16 et un support 17. On le monte sur un support 18 dans la cellule et on réduit la pression dans la cellule à environ 100 microns de Eg au moyen d'une pompe à vide non représentée. On engendre alors une décharge électrique entre deux électrodes 19 et 20, au moyen d'une source de courant classique non représentée. Les ions formés dans cette décharge bombardent la surface du diamant, le nettoyant efficacement. is électrodes peuvent être formées de toute matière appropriée telle que l'acier inoxydable et le procédé de nettoyage de la surface de matériaux par bombardement ionique est bien connu de l'homme de l'art. On obtient de meilleurs résultats si, avant de nettoyer la surface avec une décharge électrique à haute tension, on commence par nettoyer chimiquement le diamant. À nouveau, le procédé de nettoyage chimique de matériaux est bien connu de l'homme de l'art. Un procédé approprié consiste à tremper d'abord le diamant dans une solution d' "Âlconox" pendant six jours, puis à rincer le diamant dans l'eau pendant plusieurs minutes, puis à le plonger dans l'alcool pendant plusieurs minutes, puis à le plonger dans le xylène pendant plusieurs minutes, puis à le plonger dans l'alcool pendant plusieurs minutes, puis à le plonger dans le chloroforme pendant plusieurs minutes et enfin, à le plonger dans l'éther pendant plusieurs minutes. Après cette étape de nettoyage chimique, on soumet le diamant au bombardement ionique. L'étape suivante du procédé consiste à revêtir la surface du diamant de la couche métallique. On peut le faire en déposant le métal sous vide sur le tranchant du diamant. A nouveau, cette technique est bien connue de l'homme de l'art. On la pratlque en réduisant encore la pression dans la cellule à vide jusqu'à la gamme de travail appropriée, soit environ micron de Hg et en chauffant le métal à déposer sur la surface du tranchant pour augmenter sa tension de vapeur. Les conditions dans lesquelles on procède dépendent du type de revêtement métallique nécessaire et sont bien connues de l'homme de l'art. Un moyen commode consiste à utiliser une nacelle contenant le métal à déposer.Un autre procédé commode, illustré sur la figure 2, consiste à prendre un filament 23 de métal à déposer. Ce filament est supporté entre deux porte-filaments 21 et 22 et on le chauffe en faisant passer un courant à travers les porte-filament et le filament, au moyen d'une source de courant classique, non représentée. La température à laquelle on élève le filament et le temps pendant lequel on applique le vide poussé G la cellule à vide doivent être réglés de façon telle qu'au moins C,OUz micron de métal se dépose sur le tranchant et qu'il ne s'en dépose pas plus de 0,01 micron environ. dotant donné qu'il est commode d'inclure dans la cellule à vide pendant l'étape de nettoyage un métal à déposer sur le diamant, le métal doit avoir une tension de vapeur assez faible pour ne pas s'évaporer ni revêtir le diamant pendant l'étape de nettoyage. Pour fabriquer des diamants revêtus de tungstène, on prend un lament de tungstène de de à 7,3 cm de longueur et 0,7o mm de diamètre. Pour fabriquer des diamants revêtus de tungstène platine, on utilise le meuve filament de tungstène que ci-dessus enveloppé d'un fil de platine de C,2 mm de diamètre et 3 à 4 cm de longueur. On anène l'un ou l'autre filament à 10 cm au maximum du tranchant du diamant et on réduit la pression dans la cellule à vide à 0,03 mieron de Hg. On fait passer un courant de 40 A à travers le filament pendant 3 minutes, après Quoi on porta le courant à 45 A pendant 2 minutes. On élève alors la pression dans la cloche à vide jusqu'au niveau atmos purique et on retire le diamant. Lorsqu'on examine au microscope électronique des tranches découpées avec les deux couteaux avant et agrès ce traitement, les tranches découpées avant le traitement présentent une compression, les tranches coupées après le traitement n'en présentent pas. REVb'NDICÂTI0Na 1. Outil de coupe perfectionné comprenant un corps de diamant muni d'un tranchant allongé d'une épaisseur inférieure à 0,05 micron, caractérisé en ce que le bout et les flancs du tranchant portent une couche de métal ayant une épaisseur d'environ 0,002 à 0,01 micron. 2. Outil de coupe selon la revendication 1, dans lequel le métal est un métal hydrophile. 3. Outil de coupe selon la revendication 2, dans lequel la couche a une épaisseur d'environ O,G03 à 0,005 micron. 4. Outil de coupe selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans lequel le métal est le platine, le tungstène ou une combinaison de ceux-ci. 5. Procédé de fabrication d'un outil de coupe selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on soumet celui-ci à une décharge électrique à haute tension et-qu'on revêt le bout et les flancs du tranchant en déposant sous vide sur celui-ci environ 0,002 à 0,01 micron d'un métal, m. Procédé selon la revendication 5, dans lequel on nettoie la surface du tranchant en soumettant celui-ci à une décharge de plasma. 7. Procédé selon la revendication 5 ou la revendication 6, dans lequel l'étape de revêtement consiste à déposer sous vide un métal qui peut être le platine, le tungstène ou une combinaison de ceux-ci. 8. Procédé selon une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel on nettoie en outre chimiquement la surface du tranchant avant de le soumettre à une décharge électrique à haute tension.