BR102020018482A2 - Processo de fabricação de brocas e/ou pontas em diamante-cvd para desgaste, abrasão e/ou corte de materiais biológicos e afins - Google Patents
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Abstract
A presente invenção corresponde a um processo de fabricação de dispositivos metálicos ou não metálicos de desgaste, abrasão e/ou corte, onde os próprios dispositivos são revestidos com diamante-CVD, para serem usados como elementos giratórios de desgaste, abrasão e/ou corte, ou seja, brocas de alta e/ou baixa rotação e como elementos vibratórios sônicos e/ou ultrassônicos de desgaste, abrasão e/ou corte. A superfície da região dos ditos dispositivos que causa o desgaste, a abrasão e/ou o corte tem um relevo de diferentes níveis de rugosidades, obtidas, com trilhas ou recartilhos que podem ser contínuos ou intermitentes, com dimensões que podem ser controladas, feitos por via mecânica e/ou por via de incidência de radiação laser e/ou por via de quaisquer outros métodos, como químicos, eletroquímicos, etc.. A dita superfície com os diferentes níveis de rugosidades, tem propósito de aumentar a superfície exposta para nucleação e crescimento do diamante-CVD, aumentando a aderência química e ajudando o travamento mecânico do diamante-CVD na superfície do dispositivo. As ditas trilhas ou recartilhos ou conjuntos destes podem ser produzidos sobre uma superfície lisa ou sobre outros tipos de relevos, e a superfície aumentada poderá passar por processos de modificação, como sub-implantação e/ou implantação de íons, carbonitretação, cementação, impregnação de pós metálicos, etc.. Ilimitados formatos de brocas e pontas podem ser obtidos, com regiões seletivas de deposição do diamante-CVD, ampliando as aplicações destes dispositivos, especialmente nas áreas da odontologia e da medicina.
Description
[001] A presente invenção tem como principal objeto a criação de dispositivos de desgaste, de abrasão e/ou de corte de alto desempenho para aparelhos rotativos e aparelhos ultrassônicos, que corresponde a um processo inventivo inédito que combina a preparação da superfície do dito dispositivo ou parte dela e a deposição e/ou crescimento de diamante-CVD sobre esta superfície preparada que pode ser metálica ou não metálica, e que doravante será chamada apenas de superfície. Nesta invenção, o processo inédito promove a soma da aderência química e da aderência mecânica entre o diamante-CVD e a dita superfície, devidamente preparada. O objeto da presente invenção está caracterizado pela forma como se prepara a dita superfície que maximiza a área de superfície com a criação de uma estrutura rugosa para deposição de diamante-CVD, de forma a maximizar a aderência química e a aderência mecânica do dito diamante-CVD com a dita superfície. O diamante-CVD emerge desta estrutura rugosa formando uma pedra única de diamante-CVD que maximiza, também, o desempenho de desgaste, de abrasão e/ou de corte do dito dispositivo. Esta dita superfície é preparada com relevos de altas rugosidades e de baixas rugosidades embutidas, com formatos apropriados que permitem utilizar, também e, especialmente, a diferença de coeficiente de expansão térmica entre o material da haste, por exemplo, um metal como o molibdênio e o diamante-CVD e, que de uma forma apropriada estes dois ditos efeitos, ou seja, a superfície aumentada de altas e baixas rugosidades e o coeficiente de dilatação térmica do dito material do dispositivo, se somem para garantir a alta aderência do diamante-CVD à superfície de forma a suportar a ação de um processo de desgaste, de abrasão e/ou de corte de um dispositivo de alta ou baixa rotação, chamados doravante apenas de brocas de rotação, ou simplesmente de brocas e de forma a suportar a ação de um processo de desgaste, de abrasão e/ou de corte de um dispositivo alimentado por vibração sônica e/ou ultrassônica, chamados doravante apenas de pontas ultrassônicas, ou simplesmente de pontas. O material, por exemplo um metal, da haste da broca e da ponta, como dito acima, pode ser de titânio e suas ligas, de tungstênio, de carbetos de tungstênio com cobalto e/ou níquel como liga, de aços com modificações de superfície, de molibdênio e suas ligas, etc.
[002] A Invenção descreve um processo de fabricação de dispositivos metálicos ou não metálicos de desgaste, abrasão e/ou corte, bem como, os próprios dispositivos que são revestidos com diamante-CVD, para serem usados como elementos giratórios de desgaste, abrasão e/ou corte, ou seja, brocas de alta e/ou baixa rotação e como elementos vibratórios sônicos e/ou ultrassônicos de desgaste, abrasão e/ou corte. Sendo estes dispositivos de desgaste, de abrasão e/ou de corte de alto desempenho para aparelhos rotativos e aparelhos ultrassônicos, geralmente utilizados em várias aplicações, especialmente nas áreas da odontologia e da medicina.
[003] Especificamente, para as pontas ultrassônicas, dirigidas especialmente para as áreas da odontologia e da medicina, usa-se preferencialmente o metal molibdênio e suas ligas devido às suas propriedades de permitir melhor aderência do diamante-CVD e por permitir dobras importantes às aplicações desejadas e, ainda, por permitir a propagação do som de forma eficiente e sem danos para o metal, que maximiza a área de superfície com a criação de uma estrutura rugosa para deposição de diamanteCVD, de forma a maximizar a aderência química e a aderência mecânica do dito diamante-CVD com a dita superfície.
[004] O propósito desta invenção é melhorar o custo/benefício de seu uso extensivo em aparelhos rotativos e, principalmente em aparelhos de ultrassom, sendo estes últimos com o princípio de funcionamento magnetostrictivo ou piezoelétrico.
[005] Nesta mesma linha de trabalho, com a descoberta científica de se obter o diamante a partir da fase vapor, o diamante-CVD, que pode ser depositado em uma superfície metálica, por exemplo, a partir de uma mistura de hidrogênio e um componente hidrocarboneto, por exemplo, o metano, o acetileno, etc., novas buscas inovadoras começaram a aparecer para muitas aplicações, especialmente algumas que levaram para as aplicações nas áreas odontológica e médica.
[006] É objetivo, ainda desta invenção, o crescimento de diamante-CVD cuja espessura sobre a superfície preparada pode variar desde fração de um micrometro até centenas de micrometros.
[007] Ainda, como objetivo do presente invento, outras preparações das ditas superfícies aumentadas devido às altas e baixas rugosidades, podem ser feitas, embora não necessariamente, tais como o processo de semeadura de partículas, por exemplo, de diamante, de dimensões desde nanométricas até micrométricas, de subimplantação iônica e/ou implantação iônica de diferentes tipos de íons que favoreçam a aderência do diamante CVD à dita superfície e/ou que evite a difusão de carbono e outros átomos para o interior do dito material da haste, por exemplo, de molibdênio que compõem a dita broca ou a dita ponta. A preparação de superfície pode ainda ser feita via adição de materiais diferentes do material da haste. A dita adição de materiais pode ser feita por meios difusivos em altas temperaturas, ou por meio de fusão a laser ou por meio de fusão a plasma, qualquer que seja a forma de se obter o plasma.
[008] Assim, para atender às exigências, preferivelmente das áreas odontológica e médica, dois pontos importantíssimos foram melhorados, também, objetos do presente invento, que são a aderência do filme ou camada de diamante à haste, por exemplo, metálica e a velocidade de desgaste, de abrasão e/ou de corte, além da atividade da cavitação ultrassônica ficar mais eficiente. Para o aumento da dita velocidade, desenvolveu-se o conceito de superfícies lisas (ou com relevos iniciais) com trilhas ou recartilhos de rugosidades elevadas, para cada aplicação, relacionadas com as dimensões das próprias trilhas ou recartilhos e, ainda, mas não necessariamente, com rugosidades menores no interior destas ditas trilhas ou recartilhos. As diferentes formas geométricas e de diferentes dimensões das trilhas ou recartilhos estão relacionadas com a ação mecânica sobre a dita superfície, e/ou com a interação da radiação laser e/ou com outras técnicas de produzir trilhas ou recartilhos, por exemplo, técnicas de ataque químico ou eletroquímico, sobre a superfície dos ditos materiais das brocas ou pontas, por exemplo, o molibdênio. O aumento de velocidade foi ainda maior com a superposição de trilhas maiores sobre trilhas menores e/ou com a superposição de trilhas menores sobre as maiores, também, objeto da presente invenção. Quanto à aderência substancialmente maior, esta ficou caracterizada pelo aumento de área da dita superfície lisa (ou com relevos inicias) devido ao aumento das reações químicas dos átomos de carbono com os átomos da superfície metálica e pelo fato de as trilhas ou recartilhos terem um formato de “labirinto” de onde emergem o diamante-CVD, e que se “abrem” com o aumento de temperatura, para o início de crescimento do dito diamante-CVD e que se fecham diminuindo-se a temperatura com o término do crescimento do diamante-CVD, isto é, voltando à temperatura ambiente.
[009] Ainda, e mais importante, esta rugosidade caracterizada pelo relevo e pelas trilhas ou recartilhos via processo mecânico e/ou a laser, e/ou por processos químicos ou eletroquímicos pode ter também, sua profundidade e sua largura bem controladas, tornando-se possível definir um fator de mérito, que é a largura média da trilha ou recartilho dividido pela profundidade média da dita trilha ou do dito recartilho. A otimização deste fator de mérito está relacionada com a espessura da camada de diamante-CVD, com a rugosidade final que se quer alcançar e com a melhor aderência química e mecânica do dito diamante-CVD ao material da haste. Desta forma, para uma determinada aplicação a rugosidade será definida para se obter a maior superfície possível que promova a melhor “prensagem” e/ou uma “ancoragem” mecânica do diamante entre as paredes das trilhas ou recartilhos.
[010] O dito fator de mérito poderá variar desde valores menores que uma unidade até valores maiores que uma unidade, preferivelmente, não muito maior nem muito menor que uma unidade. Lembra-se ainda, que a rugosidade menor, das trilhas ou dos recartilhos, está presente em toda a superfície, seja nas paredes, seja nos vales, seja nos platôs das ditas trilhas ou dos ditos recartilhos produzidos sobre uma superfície lisa ou sobre uma superfície de diferentes relevos.
[011] Desta forma, exemplificando a importância deste fator de mérito, mais especificamente, considerando a dita expansão ou a dilatação volumétrica de um metal, por exemplo, o molibdênio, onde o coeficiente de dilatação térmica deste metal é acima de 5 (cinco) vezes o coeficiente de dilatação térmica do diamante-CVD. Considerando, ainda, que a temperatura de nucleação e de crescimento do diamante CVD é elevada, cerca de 1000C, o dito fator de mérito precisa ser otimizado a fim de se obter um bom travamento mecânico do diamante-CVD à dita superfície. Travamento mecânico esse, auxiliado pela rugosidade com os ditos “labirintos” de onde emerge as camadas de diamante-CVD.
[012] O diamante-CVD aqui é caracterizado como o diamante obtido pelas técnicas CVD’s (do Inglês: Chemical Vapor Deposition). O dispositivo composto de uma haste metálica e de uma camada de diamante-CVD formando uma pedra única pode ser utilizado para desgaste, abrasão e/ou corte, preferivelmente de tecido duro, como materiais dentários e ósseos, com uso preferivelmente na odontologia e na medicina, podendo ser usado, também, para desgaste, abrasão e/ou corte de qualquer material relativamente duro, com os cerâmicos, resinosos, etc.. O diamante-CVD que é nucleado e crescido sinteticamente na dita superfície rugosa, caracterizado pelas suas propriedades superiores, como a alta dureza, o baixo coeficiente de atrito, a biocompatibilidade, o baixo coeficiente de dilatação térmica e as possibilidades de obtê-lo nas diferentes formas e tamanhos com alta aderência em superfícies, por exemplo, metálicas, é o material de escolha para muitas aplicações de alta exigência de uso em instrumentos rotatórios e especialmente de uso com impacto em instrumentos vibratórios. Este é o alcance desejado da presente invenção para as diferentes áreas do conhecimento, preferivelmente para as áreas médicas e odontológicas.
[013] Pode-se utilizar diferentes técnicas de crescimento de diamante-CVD, a MWPACVD (do Inglês – Microwave Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition), a Arc Jet, a Oxi-acethileno, a HFCVD (do Inglês: Hot Filament Chemical Vapor Deposition). Esta última técnica, a HFCVD, foi a escolhida para os estudos que redundaram na presente invenção em virtude de fácil operação, de custo menos elevado e por oferecer uma compreensão melhor de seus princípios físicos e químicos e, também, mais facilidade de escalonamento industrial.
[014] Acrescenta-se, ainda, que o diamante-CVD apenas, na forma como depositado e/ou crescido em uma haste metálica lisa e/ou sem a devida preparação, não é suficiente para garantir a alta aderência requerida para suportar, por exemplo, a ação de uma broca de alta rotação e/ou a ação de uma ponta de ultrassom em uma superfície dura, por exemplo, de um esmalte de dente e, de um material cerâmico, de uma resino, de uma liga metálico como o amalgama, etc., ao mesmo tempo ter a efetividade de desgaste, de abrasão e/ou de corte para as ditas aplicações, por exemplo, na odontologia e na medicina.
[015] Esta devida preparação, bem como e preferivelmente, a forma como ela é feita é parte essencial do presente invento e corresponde em se prover, nas superfícies dos ditos materiais, por exemplo, dos metais, em regiões devidamente delimitadas, um relevo de alta rugosidade, em diferentes níveis, obtido por meios da incidência de radiação laser e/ou por meios mecânicos e/ou por outros processos, por exemplo, por meios químicos, eletroquímicos, etc.. Estes mecanismos de obter a dita preparação da superfície proverão a formação de uma superfície aumentada devida às altas e baixas rugosidades, sendo as rugosidades menores, preferivelmente, embutidas nas maiores de forma a permitir dois importantes efeitos, mas não somente estes, que somados assegurem a boa aderência do diamante-CVD à superfície para que suas propriedades possam ser utilizadas de forma eficiente, ou seja, alta velocidade de desgaste, de abrasão e/ou de corte e alta durabilidade.
[016] Estes dois efeitos importantes são enfaticamente ditos: o aumento substancial de superfície para a nucleação e crescimento do diamante-CVD e o travamento mecânico do filme ou camada espessa de diamante-CVD na dita superfície rugosa. O aumento da área de superfície proverá uma melhor e maior aderência química do diamante-CVD que emerge da superfície metálica com rugosidade similar à rugosidade de preparo inicial da dita superfície da broca ou da ponta, mas podendo se obter diferentes rugosidades após o crescimento do diamante-CVD. Esta rugosidade ou conjunto de rugosidades diferentes proverão, também, o travamento mecânico do filme espesso do dito diamante-CVD prendendo-o mais fortemente à estrutura de paredes, por exemplo na forma de “labirintos” que formam as rugosidades na dita superfície, por exemplo metálica e devido ao efeito da diferença do coeficiente de expansão térmica do metal da haste e do diamante-CVD. Esta estrutura de paredes criadas pelas formas de se produzir as rugosidades na superfície das brocas e pontas podem ser na forma de buracos e/ou orifícios, de densidade e profundidade controladas ou aleatórios ou na forma de trilhas ou recartilhos contínuos ou intermitentes com diferentes formas e dimensões. Esta dita preparação da superfície, ou as formas de se produzir rugosidades de diferentes níveis será doravante chamada apenas de trilhas ou recartilhos.
[017] Esta preparação é enriquecida com uma limpeza química inicial e/ou com um procedimento de semeadura de pó de diamante de dimensões micrométrica e/ou nanométricas e/ou um processo de incorporação de átomos e/ou sub-implantação e/ou implantação de íons, por exemplo o de nitrogênio, que evitam a difusão do átomo de carbono e outros átomos para o interior do material da haste durante o processo de crescimento em temperaturas altas, preferivelmente acima de 500C, podendo ir além de 1000C. Mais especificamente, as ditas altas e baixas rugosidades serão produzidas e controladas via processos mecânicos e/ou processos químicos e/ou eletroquímicos escolhidos para as devidas rugosidades da dita superfície e/ou via incidência de um feixe laser de potência e dimensões adequadas, contínuo ou pulsado com comprimento de onda e modo de oscilação/operação que sejam adequados para tal procedimento.
[018] Como dito, a fim de controlar a velocidade de desgaste, de abrasão e/ou de corte, vários níveis de rugosidades poderão ser criados, por exemplo, partindo de superfícies lisas ou com relevos de diferentes formas, de rugosidade elevada, sobre a qual se produz as ditas trilhas e/ou recartilhos, podendo inclusive, as trilhas ou recartilhos se sobreporem e, criar em uma superfície, inicialmente lisa ou com os ditos relevos, vários níveis de rugosidades. Estas rugosidades, altas e baixas poderão variar desde uma fração de um micrometro até cerca de centenas de micrometros ou até mesmo milímetros.
[019] Esses ditos procedimentos de se obter rugosidades na superfície determinarão a capacidade e/ou desempenho de corte e/ou abrasão, e ainda estabelece uma nova possibilidade de se obter uma superfície, embora com diamante, mas com rugosidade muito baixa que permite procedimentos apenas de raspagem e/ou limpeza e/ou polimento mais eficientes fazendo uso, também, do efeito de cavitação ultrassônica devido ao fato de se ter um melhor contato da superfície muito mais dura do diamante com a superfície dura do esmalte, da dentina, e mesmo de ossos, ou outros materiais duros, como por exemplo os matérias usados em tratamentos dentários.
[020] Chamamos a atenção para o campo desta invenção, pelo uso de diferentes tipos de procedimentos de obtenção das trilhas ou recartilhos, como por exemplo, o mecânico, o de incidência de luz Laser, o químico e/ou eletroquímico, etc., que se obtém o aumento da rugosidade na forma das ditas trilhas ou recartilhos sobre uma superfície lisa ou com relevos de diferentes formas e dimensões, proporcionando um aumento efetivo de abrasão, de desgaste e de corte. Ainda, o diamante-CVD reveste completamente, por mais rugosa que seja a superfície em seu estado final, formando assim uma pedra única de diamante-CVD, onde a parte, por exemplo, metálica da haste com esta preparação, não fica exposta ao material a ser desgastado, abrasionado e/ou cortado.
[021] Reforça-se, dentro do conteúdo do presente invento, que o conjunto de relevos e de trilhas ou recartilhos de diferentes dimensões, combinados, ajudarão a aumentar ainda mais a superfície da haste onde o diamante-CVD será depositado, e consequentemente aumentando ainda mais a aderência química e mecânica do diamante-CVD ao material, por exemplo, metálico da dita haste. Ainda, a diferença do coeficiente de expansão térmica entre o metal da haste e o diamante-CVD é usado favoravelmente para diminuir as tensões extrínsecas criadas na estrutura do diamanteCVD melhorando a aderência química entre o diamante-CVD e a haste metálica e, também, melhorando o travamento mecânico do filme de diamante-CVD à superfície rugosa. Este travamento mecânico será tanto maior quanto maior for a diferença entre os coeficientes de expansão térmica do dito revestimento de diamante-CVD e do dito material das hastes sobre o qual será depositado o diamante-CVD. Este efeito ocorre porque o filme de diamante-CVD é depositado em temperatura elevada, e durante o processo de resfriamento, as paredes dos relevos, das trilhas ou dos recartilhos na superfície, preferivelmente metálica, se retraem mais que o diamante-CVD, aprisionando-o.
[022] Por ser o diamante um material com baixo coeficiente de atrito, biocompatível, etc., e neste caso da presente invenção, o diamante pode formar uma pedra única, este dito diamante-CVD transmite ao tecido a ser desgastado, abrasionado e/ou cortado maior maciez e maior biossegurança, envolvendo apenas a superfície de puro diamante, promovendo menor formação, ou até mesmo, sem formação de particulados, principalmente provenientes do dispositivo de corte, que em geral podem ser contaminantes.
[023] O uso de dispositivos de desgaste, de abrasão e/ou de corte na área odontológica e médica, mais especificamente para esmalte, dentina, cerâmicas e ossos nos novos procedimentos cirúrgicos, tem sido mais intenso nas últimas décadas. Observa-se a busca por mais efetividade de desgaste, de abrasão e/ou de corte, mas também e, principalmente, busca-se um melhor acabamento, menor risco, mais conforto, melhor biossegurança, menor ruído, entre outros benefícios.
[024] Embora já esteja há muito tempo no mercado, brocas de metal duro, o chamado carbeto de tungstênio, bem como brocas com pó de diamante aglomerado em uma das extremidades da haste metálica por meio de soldas galvânicas e outras soldas metálicas e não metálicas, brocas e pontas ainda se encontram em constantes estudos.
[025] Dessa forma a presente invenção tem o propósito de melhorar o custo/benefício de seu uso extensivo em aparelhos rotativos e, principalmente em aparelhos de ultrassom, sendo estes últimos com o princípio de funcionamento magnetostrictivo ou piezoelétrico e, como dito, podendo serem usadas em aparelhos de vibração sub sônica.
[026] Na mesma linha de trabalho da invenção aqui proposta, com a descoberta científica de se obter o diamante a partir da fase vapor, o diamante-CVD, que pode ser depositado em uma superfície metálica, por exemplo, a partir de uma mistura de hidrogênio e um componente hidrocarboneto, por exemplo, o metano, o acetileno, etc., novas buscas inovadoras começaram a aparecer para muitas aplicações, especialmente algumas que levaram para as aplicações na área odontológica e médica. Conforme descrito nos artigos científicos de Vladimir J. Trava-Airoldi, Evaldo J. Corat, Angel F. V. Pena, Nélia F. Leite, Vitor Baranauskas e Maria C. Salvadori, "COLUMNAR CVD DIAMOND GROWTH STRUCUTRE ON IRREGULAR SURFACE SUBSTRATES", Diamond and Related Materials, Vol. 4 (1995) 1255-1259; de Vladimir J. Trava-Airoldi, João R. Moro, Evaldo J. Corat, Elaine C. Goulart, Ana P. Silva, Nélia F. Leite, "CYLINDRICAL CVD DIAMOND AS A HIGH-PERFORMANCE SMALLABRADING DEVICE", Surface and Coatings Technology, vol. 108–109 (1998) 437–441; e de Vladimir J. Trava-Airoldi, Evaldo J. Corat, Lucia V. Santos, Alessandra V. Diniz, João R. Moro, Nélia F. Leite, "VERY ADHERENT CVD DIAMOND FILM ON MODIFIED MOLYBDENUM SURFACE", Diamond and Related Materials, vol. 11 (2002) 532–535.
[027] Uma primeira patente foi registrada introduzindo o novo conceito de usar o diamante-CVD, PCT/BR96/00008 e US 6,511,700 B1, na forma de filmes finos e espessos (autossustentados) como elemento de ajuda ao desgaste, à abrasão e/ou ao corte, mostrando-se ser mais preciso e mais durável, entretanto a velocidade de corte ainda permanecia muito baixa, se comparada com os dispositivos rotatórios, ou seja, as brocas de carbeto de tungstênio (carbide), com pó de diamante e solda galvânica, etc.. Brocas tanto de pó de diamante soldado por processos galvânicos e outros, como de carbeto de tungstênio, já eram usados na área da odontologia, em instrumentos rotatórios com baixo custo. Também, os sistemas de crescimento de diamante-CVD ainda não atendiam aos parâmetros de escala necessários para se garantir uma razão do custo/benefício favorável.
[028] Adicionando-se a esses fatos, a aderência do diamante-CVD aos metais, também, não atendia ainda às exigências para se alcançar efetivamente uma melhoria do custo/benefício em termos de desgaste, de abrasão e/ou de corte sem perder a eficiência, onde o travamento mecânico ainda não era conseguido efetivamente.
[029] Mais recentemente, desenvolveram-se sistemas de crescimento de diamanteCVD em configurações mecânicas termicamente mais avançadas, embora mais complexas mas de menor custo. Ao mesmo tempo, novos e recentes estudos mostraram que a aderência em alguns tipos de metais, por exemplo, o molibdênio, pode de fato ser suficiente para garantir um desempenho muito bom de dispositivos de desgaste, de abrasão e/ou de corte desenvolvidos para uso, não apenas em sistema rotativo, mas também em sistema de ultrassom. Neste caso, a modificação de superfície com alta rugosidade, que ajudou no bloqueio da difusão de carbono e um aumento da área de deposição do dito diamante-CVD, respectivamente, levou à descoberta de processo de fabricação de dispositivos que resistissem relativamente bem, não apenas à ação de um instrumento rotatório, mas principalmente à ação de um instrumento de ultrassom. Conforme descritos nos artigos científicos de Vladimir J. Trava-Airoldi, Evaldo J. Corat, Lucia V. Santos, João R. Moro, Nélia F. Leite, “STUDIES OF MOLYBDENUM SURFACE MODIFICATION FOR GROWTH OF ADHERENT CVD DIAMOND FILM”, Materials Research, vol. 6, n2, (2003) 1-5; e Vladimir J. Trava-Airoldi, Evaldo J. Corat e João R. Moro, “CUTTING TOOL AND PROCESS FOR THE FORMATION THEREOF”, PI0103109-0, and PCT 00078 (2001), e US 7.700.195 B2(2010).
[030] A partir deste ponto, deu-se um novo contorno para a ação de desgaste, abrasão e/ou corte, como um primeiro passo no sentido de mostrar a mudança que estava começando a operar, mais especificamente, na área da odontologia, como uma possível alternativa de substituir muitos dos procedimentos até então feitos apenas com instrumentos rotatórios por procedimentos feitos por instrumentos ultrassônicos, utilizando-se das vantagens oferecidas por estes instrumentos. Com uma compreensão melhor das atividades desta área, percebeu-se que a aderência do diamante-CVD à haste metálica precisava ser melhorada, aumentando-se ou diminuindo-se a rugosidade em que o intervalo de velocidade de desgaste, de abrasão e/ou de corte precisava ser melhorado, dando-se destinos diferentes para procedimentos diferentes, dando-se formas diferentes para pontas ultrassônicas de diferentes usos, criando-se processos que permitam crescer diamante em regiões seletivamente estabelecidas e, ainda criando novos dispositivos de desgaste, de abrasão e/ou de corte para preparação de materiais ainda mais duros que o esmalte dentário, como os cerâmicos usados em próteses. Deu-se aos profissionais condições de proceder com preparos e cirurgias muito mais específicas e precisas. Inclui-se aqui, as pontas ultrassônicas para a odontologia e para a medicina, onde se deposita diamante em áreas previamente estabelecidas com diferentes formatos e dimensões, favorecendo o seu uso seletivo, para desgaste, abrasão e/ou corte e ainda, em situações em que apenas uma raspagem e/ou alisamento de superfície seja requerida. Isto significa que é possível fabricar brocas e pontas ultrassônicas com diferentes rugosidades na mesma extremidade, rugosidades estas, que podem variar preferivelmente, desde uma fração de micrometro até cerca de centenas de micrometros e até mesmo milímetros.
[031] Adicionalmente, com esse avanço tecnológico, a ação de cavitação ultrassônica torna-se possível, de forma muito mais eficiente, devido ao fato de a superfície da ponta ultrassônica, em diamante-CVD formando uma pedra única, permanecer em contato por mais tempo com o tecido duro, dito o esmalte, a dentina ou mesmo o osso, entre outros materiais. E, ainda, para dispositivos rotatórios, que seja possível aumentar a velocidade de corte e ao mesmo tempo poder usar em superfícies mais duras, como das cerâmicas, proporcionando o desgaste, a abrasão e/ou o corte mais precisos e com menor agressão.
[032] Para caracterizar o presente invento, as figuras a seguir esclarecem de forma simples o conceito inventivo, preferencialmente, para as respectivas aplicações odontológicas, médicas e a fins, sendo apresentado aqui de forma didática, como um dispositivo genérico com um formato inicialmente cilíndrico e com extremidade arredondada, representando todo e qualquer outro formato e dimensões onde todos os conceitos, do dito invento estão, também, devidamente representados. Particularidades importantes e que são partes importantes do presente invento serão mostrados, também, em outros formatos possíveis. Particularmente, para as pontas ultrassônicas, as dimensões serão determinadas por parâmetros de ressonância da frequência ultrassônica de todo o conjunto que compõe a peça de mão ou a caneta onde se acopla a ponta ultrassônica. Embora a forma de acoplamento não está mostrado nos desenhos, esta pode ser efetuada via um adaptador que se prende à haste a posteriori por diferentes meios de fixação que suporte a ação do ultrassom, por exemplo por meio de fixação por interferência entre outros ou mesmo como sendo um corpo único do material da haste, por exemplo o molibdênio.
[033] A Figura 1 mostra o corpo completo de uma broca ou de uma ponta, de comprimento “L” e de diâmetro “D”, contendo a região onde se deve fazer a preparação da superfície, de forma total ou parcial, para a ação de desgaste, abrasão e/ou corte.
[034] A Figura 2 mostra o exemplo da broca ou da ponta, com destaque para a região de preparação de superfície evidenciando um primeiro nível de trilhas ou de recartilhos cruzados, caracterizando a formação de trilhas ou de recartilhos com um nível de rugosidade elevada.
[035] A Figura 3 mostra as trilhas ou os recartilhos, em um perfil na extremidade de forma a ficarem, sobressalentes em relação ao diâmetro da haste.
[036] A Figura 4 mostra o exemplo de um perfil equivalente ao mostrado na Figura 3, introduzindo ou mostrando um relevo adicional de rugosidade mais elevada, produzido por meios mecânicos e/ou por meios de radiação laser e/ou por meios químicos ou eletroquímicos.
[037] A Figura 5 mostra mais detalhadamente o conceito expresso na Figura 4.
[038] A Figura 6 mostra um novo perfil possível de brocas ou de pontas.
[039] A Figura 7 mostra uma ponta ou broca com perfil de rosca.
[040] A Figura 8 mostra a opção de fazer uma alternância de trilhas ou recartilhos com superfícies simplesmente lisas, sem as trilhas ou os recartilhos, dependendo de uma aplicação específica.
[041] A Figura 9 mostra outro exemplo de alternância de região com e sem trilhas ou recartilhos, onde apenas na extremidade, arredondada, não existem trilhas ou recartilhos.
[042] A Figura 10 mostra outro exemplo de broca ou ponta com áreas seletivas de preparos das superfícies com as diferentes formas de trilhas e recartilhos.
[043] A Figura 11 mostra uma ponta cônica com a área seletiva restrita a uma parte ou partes da região de ação da broca ou da ponta, que não necessariamente se estende até a extremidade.
[044] A Figura12 mostra uma ponta de formato cilíndrico com a área seletiva restrita a uma parte ou partes da ponta ou broca, mas que se estende até a extremidade.
[045] A Figura 13 mostra um formato de ponta de lados paralelos, onde a área de trilhas ou recartilhos podem estar presentes em ambos os lados paralelos ou em apenas um dos lados.
[046] A Figura 14 mostra outro exemplo de formas possíveis de aumentar a rugosidade final na superfície de uma broca ou ponta que é fazer outras trilhas ou os recartilhos de dimensões maiores sobrepostos.
[047] A Figura 15 mostra outros formatos de trilhas ou recartilhos.
[048] A Figura 16, mostra em corte transversal perpendicular as fileiras paralelas de trilhas ou recartilhos, de um exemplo da invenção.
[049] A Figura 17 mostra uma região da superfície mostrada, em corte, na Figura16, mas com o diamante-CVD depositado e recobrindo completamente a superfície das trilhas ou dos recartilhos evidenciando o travamento mecânico do diamante-CVD na superfície de rugosidade maior composta pelas planícies e platôs.
[050] A Figura 18 mostra uma Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), como exemplo de formatos de trilhas ou de recartilhos na superfície de uma broca ou ponta, ainda, em MEV mostra-se detalhes de uma das muitas possibilidades de superfície composta por platôs e planícies para as trilhas ou para os recartilhos.
[051] A Figura 19 mostra um exemplo de protótipo de broca ou ponta, agora com diamante-CVD depositado, formando uma pedra única de diamante-CVD, estabelecendo uma nova superfície.
[052] O processo para fabricação de dispositivos de desgaste abrasão e/ou corte como brocas e/ou pontas em diamante-CVD, objeto da presente invenção, realiza a formação de trilhas ou recartilhos sobre uma superfície lisa ou não lisa com um ou mais tipos de relevos adicionais da região ativa, limitada, da haste metálica ou não metálica do dispositivo. As ditas trilhas ou ditos recartilhos são produzidos através de procedimentos via incidência de radiação laser pulsada ou contínua, e/ou através de procedimentos mecânicos e/ou através de procedimentos químicos e/ou eletroquímicos, utilizados sozinhos ou em uma combinação qualquer destes procedimentos; com os ditos recartilhos ou as ditas trilhas com diferentes dimensões e diferentes rugosidades altas e baixas com formatos de “labirintos”, dependendo dos parâmetros utilizados nos procedimentos, produzindo, em um primeiro nível, uma rugosidade, que pode variar desde alguns micrometros até centenas de micrometros, e em um segundo nível de menor rugosidade, que pode variar desde fração de micrometros até cerca de uma centena de micrometros para aumento substancial de área da região ativa, resultando em um preparo especial de superfície da região ativa, limitada, da haste metálica ou não metálica do dispositivo, na qual é realizada a deposição de diamante-CVD cristalino altamente aderente através da técnica de crescimento de diamante-CVD por técnicas CVD. Esta dita aderência é resultado da soma da aderência química proveniente das reações químicas entre átomos dos gases precursores e dos átomos da superfície da haste e da aderência mecânica proveniente do travamento mecânico da camada de diamante-CVD à haste metálica ou não metálica da região ativa dos ditos dispositivos.
[053] Na Figura 1 está mostrado o corpo completo de uma broca ou de uma ponta, de comprimento “L” e de diâmetro “D”, contendo a região onde se deve fazer a preparação da superfície, de forma total ou parcial, para a ação de desgaste, abrasão e/ou corte de comprimento “l” e diâmetro “d”, que pode ser igual ou diferente de “D”, ou ainda com formato diferente ao resto do corpo, podendo ser no formato de cone, no formato de cunha, no formato de superfícies planas, de meia lua, no formato esférico, ou ainda geometrias mais complexas que correspondem a combinações destas, entre outras possibilidades de formas geométricas para a dita região em que a superfície da dita broca ou ponta é preparada, de forma total ou parcial, para a ação de desgaste, abrasão e/ou corte.
[054] A dita preparação da superfície, a partir de uma superfície lisa ou a partir de uma superfície já com relevos, deve ser feita com um aumento da rugosidade em qualquer que seja o formato, que para o presente invento chamamos de forma genérica de trilhas ou recartilhos. Estas ditas trilhas ou recartilhos podem ser feitos por meios mecânicos ou por meios de incidência da radiação laser de comprimento de onda, potência, energia, forma do feixe laser apropriados, ou por meios químicos ou eletroquímicos, ou ainda uma combinação destes procedimentos, perfazendo uma região de rugosidade mais elevada e podendo ser variável. A dita região da superfície preparada será onde se deve depositar o filme ou a camada de diamante-CVD, de diferentes espessuras. Esta região de preparação de superfície rugosa está exemplificada na Figura 2. Para as figuras que seguem, embora exemplificadas inicialmente no formato cilíndrico, vale para todos os formatos, como ditos para a Figura 1.
[055] Na Figura 2 mostra-se, o exemplo da dita broca ou da dita ponta, com destaque para a região de preparação de superfície evidenciando um primeiro nível de trilhas ou de recartilhos cruzados, com ângulo “α” entre si, por exemplo, de 90º, podendo variar de 0º a 180º e com ângulo “β”, por exemplo,de 45º, podendo variar de 0º a 90º, em relação ao eixo axial da haste, caracterizando a formação de trilhas ou de recartilhos com um nível de rugosidade elevada, ou seja, alta rugosidade na superfície, que inicialmente como exemplificado na Figura 1, muito baixa ou lisa ou ainda partindo de um relevo. Dentro destas trilhas ou recartilhos de rugosidade elevada pode-se produzir uma superfície de rugosidade menor, conforme mostra em detalhes na Figura 2. Esta rugosidade menor pode, também, ser produzida por meios mecânicos, por meios da radiação laser ou por meios químicos ou eletroquímicos. Estas rugosidades diferentes podem ser produzidas em um único passo ou em passos subsequentes, dependendo apenas dos tipos de relevos que se deseja produzir e que dependerá da exigência de uma determinada aplicação. O uso da radiação laser, com comprimento de onda, potência, energia e forma do feixe de luz apropriados para os diferentes formatos, dimensões e rugosidades de recartilhos ou trilhas terá preferência por produzir em um único passo ou poucos passos uma diversidade maior de rugosidades. Cabe esclarecer, ainda, que as ditas rugosidades altas e baixas poder, também, ser produzidas por meios de perfurações, com as mesmas ditas técnicas mecânica, radiação laser, química e/ou eletroquímica, perfurações estas que podem ser aleatórias ou alinhadas, que doravante será sempre chamada apenas de trilhas e/ou recartilhos.
[056] A forma de se produzir as trilhas ou recartilhos descritos para a Figura 2 valem para as figuras que se seguem.
[057] Na Figura 3, mostram-se as ditas trilhas ou os ditos recartilhos, em um perfil na extremidade de forma a ficarem, por exemplo, sobressalentes em relação ao diâmetro da haste que pode variar, aqui exemplificado com o diâmetro “D1”, imediatamente antes do início das trilhas ou dos recartilhos, que pode ser diferente de “D” e diferente de “d”. Na Figura 3, para exemplificar, as ditas trilhas ou recartilhos foram feitos de forma cruzada, formando, como exemplo, um ângulo “β” de 45°com relação ao eixo axial e um ângulo “α” de 90° entre si. Os ditos ângulos podem variar da mesma forma como dito na Figura 2.
[058] A Figura 4 mostra como um exemplo, um perfil equivalente ao mostrado na Figura 3, mas agora introduzindo ou mostrando um relevo adicional de rugosidade mais elevada, produzido por meios mecânicos e/ou por meios de radiação laser e/ou por meios químicos ou eletroquímicos, onde as trilhas ou os recartilhos são produzidos sobre este novo relevo de maior rugosidade. Os diâmetros “D”, “D1” e “d” podem ser iguais ou diferentes entre si. Os ângulos “α” e “β” podem variar de acordo como dito nas Figuras 2 e 3. Ainda, o dito relevo de maior rugosidade pode, também, ser produzido sobre as trilhas ou recartilhos de menor rugosidade. O relevo de maior rugosidade pode ser produzido em diferentes formatos, de forma uniforme ou não uniforme, onde a profundidade e largura do maior relevo podem variar.
[059] Estendendo mais o conceito expresso na Figura 4, mostra-se na Figura 5, o conceito da formação de um relevo com platôs e planícies onde a largura de cada platô e de cada planície, pode variar, independentemente, desde um valor máximo próximo do comprimento da região ativa de comprimento “l”, até um valor mínimo, igual a zero.
[060] Em caso de as larguras de ambos, platôs e planícies tenderem a zero, o formato da Figura 5 pode se aproximar do formato mostrado na Figura 4. As áreas nas partes altas e nas partes baixas dos platôs e das planícies, respectivamente, podem também, variar. Ainda, os diâmetros “D”, “D1” e “d” podem variar independentemente.
[061] Na Figura 6 mostra-se um novo perfil possível de brocas ou de pontas onde, novamente, os diâmetros “D”, “D1” e “d” podem variar independentemente, bem como, os diferentes formatos da região ativa podem ser assumidos, que corresponde a um perfil de perfuração com largura, altura e profundidade de platôs e planícies podem variar, onde se pode adotar um ou mais tipos diferentes de trilhas ou de recartilhos, como por exemplo, alternando entre recartilhos mais rugosos e menos rugosos, ou mesmo com recartilhos de formatos diferentes. E ainda, o formato da região ativa pode assumir os ditos diferentes formatos ditos na descrição da Figura 2.
[062] Na. Figura 7 mostra-se uma ponta ou broca com perfil de rosca, onde os diâmetros “D”, “D1” e “d” podem variar independentemente, bem como, diferentes formatos da região ativa podem ser assumidos, e diferentes trilhas ou recartilhos podem ser construídos, como por exemplo, trilhas ou recartilhos mais rugosos intercalados com trilhas ou recartilhos menos rugosos. O ângulo formado entre os recartilhos de maior e de menor rugosidade “γ” podem variar de 0 a 90 graus.
[063] Ainda, como parte do presente invento, pode-se optar por fazer uma alternância de trilhas ou recartilhos com superfícies simplesmente lisas, sem as trilhas ou os recartilhos, dependendo de uma aplicação específica, conforme mostra a Figura 8.
[064] Assim, fica a partir desta forma de se fabricar uma broca ou uma ponta, por exemplo, para tratamento dentário, um novo conceito de se ter áreas seletivas para desgaste, abrasão ou corte. Todas as variações de diâmetros e formatos valem, também, para as descrições das Figuras 7 e 8.
[065] Na Figura 9 mostra-se outro exemplo de alternância de região com e sem trilhas ou recartilhos, onde apenas na extremidade, por exemplo, arredondada, não existem trilhas ou recartilhos, o que estabelece, também, para a aprimoração do conceito de regiões seletivas para crescimento do diamante-CVD. Todas as considerações feitas para os exemplos de brocas e pontas mostradas nas figuras anteriores valem, também, para a Figura 9.
[066] Na Figura 10, mostra-se outro exemplo de broca ou ponta com áreas seletivas de preparos das superfícies com as diferentes formas de trilhas e recartilhos, onde ocorrerá a deposição seletiva de diamante-CVD, mais especificamente, na parte plana não está com trilhas ou recartilhos enquanto que na parte não plana está com as ditas trilhas ou os ditos recartilhos. As áreas destes dispositivos, com e sem as trilhas ou recartilhos pedem ser invertidas, também, ou ainda as ditas trilhas ou os ditos recartilhos ocuparem apenas partes destas ditas áreas.
[067] Mais três exemplos genéricos para caracterizar as inúmeras possibilidades de área seletiva de trilhas ou recartilhos, estão mostrados na Figura 11, Figura 12 e Figura13. Na Figura 11 mostra-se uma broca ou uma ponta cônica com a área seletiva restrita a uma parte ou partes da região de ação da broca ou da ponta, que não necessariamente se estende até a extremidade. Na Figura12 mostra-se uma broca ou uma ponta de formato cilíndrico com a área seletiva restrita a uma parte ou partes da ponta ou broca, mas que se estende até a extremidade. Na Figura 13 mostra-se um formato de lados paralelos, onde a área de trilhas ou recartilhos podem estar presentes em ambos os lados paralelos ou em apenas um dos lados, ou ainda, em apenas partes destes lados, incluindo a extremidade e as suas bordas. Estas ditas bordas, especificamente, podem ter formatos diversos, como por exemplo, na forma de “faca” ou “serra” para que o desgaste, abrasão e/ou corte seja potencializado.
[068] Para todos os exemplos citados acima, e que são partes importantes do presente invento, as considerações quanto às dimensões, geometrias, trilhas ou recartilhos, ângulos etc., são também aplicáveis.
[069] Ainda como parte do presente invento, outro exemplo de formas possíveis de aumentar a rugosidade final na superfície de uma broca ou ponta é fazer as trilhas ou os recartilhos de dimensões maiores ainda sobre as trilhas ou os recartilhos de dimensões menores e vice versa, conforme mostra a Figura 14. O ângulo “φ” formado entre o eixo da broca ou ponta e os recartilhos ou as trilhas maiores pode variar independentemente entre 0 e 90 graus.
[070] Abrange ainda o conceito do presente invento, outros formatos de trilhas ou recartilhos. Neste caso os formatos para as ditas trilhas ou para os ditos recartilhos não são apenas em linhas retas e cruzando-se ou não entre si, e sim formando estruturas diferentes das apresentadas, como por exemplo, na forma de losango, conforme mostrado na Figura 15. Novamente, para este novo formato de trilhas ou recartilhos, bem como para outros, todas as variações de dimensões destes recartilhos ou trilhas, de eventuais relevos, de sobreposições, de regiões seletivas, etc., podem ser produzidas em diferentes perfis, geometrias, tamanhos, etc., da mesma forma como mostrado nas Figuras 2 a 14.
[071] Na Figura 16, mostra-se em corte transversal perpendicular às fileiras paralelas de trilhas ou recartilhos, neste exemplo, com o ângulo β igual a zero, evidenciando os ditos vales e os ditos platôs que determinam a alta rugosidade da dita superfície e mostra, também, que toda a superfície das trilhas ou dos recartilhos nos vales e nos platôs estão com a dita rugosidade menor em toda a sua extensão evidenciando o que chamamos de rugosidade baixa. A dita rugosidade menor, no exemplo da Figura 16, embora não necessariamente, está presente tanto nos vales como nos platôs de cada trilha ou recartilho, aumentando ainda mais a área de superfície onde o diamante-CVD será depositado.
[072] A Figura 17 corresponde a uma região da superfície mostrada, em corte, na Figura 16, mas com o diamante-CVD depositado e recobrindo completamente a superfície das trilhas ou dos recartilhos evidenciando o dito travamento mecânico do diamante-CVD na superfície de rugosidade maior composta pelas planícies e platôs e, também, este dito travamento mecânico é potencializado pela superfície de rugosidade menor que recobre toda a extensão das ditas planícies e dos ditos platôs. Observandose que as rugosidades maiores e menores além de proporcionarem um aumento substancial de área de superfície, promovem como dito, o travamento mecânico do diamante-CVD à superfície do dito dispositivo. O diamante depositado cobre de forma completa a dita superfície com trilhas ou recartilhos e de forma completamente coalescente. O detalhe 41 da Figura 17 mostra, em destaque, uma ampliação da superfície de diamante recobrindo os platôs e as planícies de forma uniforme e o detalhe 42 da Figura 17 mostra, em destaque, detalhes da superfície de diamante, que assume uma rugosidade sobreposta às rugosidades das ditas superfícies. A tecnologia de diamante CVD, permite que este, o dito diamante-CVD, seja depositado de forma seletiva na área de corte ou de abrasão selecionada para diferentes tipos de dispositivos, ditos de broca de alta rotação e pontas de ultrassom. Mostraram-se vários exemplos representativos de extremidades ou regiões de brocas ou de pontas com trilhas ou recartilhos contínuos ou descontínuos que podem assumir diferentes geometrias e dimensões em regiões selecionadas onde se deseja promover o desgaste, abrasão e/ou corte de um material duro, como por exemplo, o tecido dentário, o tecido ósseo, ou outro tipo de material, e também, região da dita broca ou ponta sem trilhas ou recartilhos, onde não será crescido ou mantido o diamante-CVD e, portanto, não será usado para desgaste ou corte dos ditos tecidos e/ou materiais.
[073] Evidenciam-se, assim, dispositivos que podem ser obtidos exclusivamente com a tecnologia de deposição de diamante-CVD, onde a área de ação de corte, desgaste e/ou abrasão pode ser devidamente selecionada.
[074] Para evidenciar com completa clareza o princípio da presente invenção, como um exemplo de protótipo de haste para broca ou ponta sem diamante-CVD, mostra-se na Figura 18 uma Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), como um exemplo de formatos de trilhas ou de recartilhos na superfície de uma broca ou ponta, para representar os diferentes formatos possíveis das ditas trilhas ou recartilhos, onde se concentra e/ou se limita a deposição do diamante-CVD das trilhas ou recartilhos, nas ditas regiões seletivas.
[075] Na Figura 18 mostra-se ainda, em MEV detalhes de uma das muitas possibilidades de superfície composta por platôs e planícies para as trilhas ou para os recartilhos em linhas retas e cruzando-se entre si, como por exemplo, em 90 graus.
[076] Protótipos dos ditos dispositivos foram construídos utilizando o conceito da presente invenção.
[077] Na Figura 19, novamente como exemplo de protótipo de broca ou ponta, agora com diamante-CVD depositado, formando uma pedra única de diamante-CVD, estabelecendo uma nova superfície, e cuja rugosidade final dependerá, também, da rugosidade das ditas trilhas ou recartilhos, caracterizando uma superfície de corte, de abrasão e/ou de desgaste para qualquer tipo de tecido duro, como por exemplo, de materiais dentários, de materiais ósseos, de materiais cerâmicos, etc.Qualquer que seja a rugosidade da superfície final em diamante-CVD, esta será, também, dependente das rugosidades das trilhas ou dos recartilhos produzidos para as aplicações específicas. E, também, um importante aspecto do presente invento é que independentemente do valor da rugosidade nas trilhas ou nos recartilhos o processo de aumento de área de superfície para deposição do diamante-CVD, bem como o processo de travamento mecânico ficam garantidos. Ainda, o tamanho médio dos grãos de nucleação do diamante CVD que promovem a coalescência e posterior crescimento da camada de diamante-CVD pode variar destes alguns nanômetros até dezenas de micrometros. Ainda, e especialmente, para as pontas ultrassônicas, as ditas hastes podem e, em geral serão dobradas com uma ou mais dobras, em diferentes ângulos e em diferentes posições a fim de melhorar seu desempenho, que dependerá dos parâmetros de ressonância ultrassônica, para as diferentes aplicações nas áreas médicas e odontológicas.
[078] A presente invenção de processo e de dispositivos descreve como obter uma broca para alta e/ou baixa rotação e/ou uma ponta ultrassônica para desgaste, abrasão e/ou corte de material duro, desde polímeros até materiais cerâmicos, mas preferivelmente, materiais dentários, dentina e esmalte, e desgaste ou abrasão e/ou corte de ossos. A aplicação sugere, preferencialmente, nas áreas médica e odontológica em todos os seus segmentos de atuação.
[079] O processo aqui proposto corresponde a criação de superfícies de altas e baixas rugosidades em diferentes geometrias, diferentes perfis e em diferentes dimensões e a formação de “labirintos”, de onde deve emergir o diamante-CVD recobrindo completamente a superfície, que caracterizam diferentes tipos de dispositivos de desgaste, abrasão e/ou corte dos ditos tecidos ou dos ditos materiais duros. As ditas superfícies de diferentes rugosidades, de área aumentada, permitem a deposição de quantidade maior de diamante-CVD, podendo ser de uma única camada ou várias camadas em espessuras que podem variar desde alguns nanômetros até centenas de micrometros.
[080] A alta aderência química é obtida pela alta densidade de ligações químicas dos átomos de carbono com os átomos do material base cuja superfície é preparada com diferentes relevos e as ditas trilhas ou os ditos recartilhos e potencializada devido ao aumento substancial da área, para a deposição do dito diamante-CVD. A aderência química assim caracterizada fica potencializada pelas ditas altas e baixas rugosidades obtidas pelo processo e/ou pelos ditos processos de confecção das trilhas ou recartilhos, que podem ser via processos mecânicos, processos de incidência de radiação laser e/ou processos químicos e/ou eletroquímicos ou em um conjunto destes.
[081] A contribuição à aderência mecânica está relacionada com dois efeitos muito importantes, e partes integrantes da presente invenção, sendo eles, o de travamento mecânico devido ao crescimento do diamante-CVD em superfícies completamente irregulares, inclusive com a formação de “labirintos” e o de travamento mecânico devido à diferença do coeficiente de expansão térmica do diamante-CVD e do material base. Este material base, preferencialmente o molibdênio, tem coeficiente de expansão térmica superior em cerca de 5X o coeficiente de expansão térmica do diamante-CVD. Neste caso, caracteriza-se o travamento mecânico uma vez que o dito diamante-CVD é depositado na dita superfície rugosa com relevos, trilhas ou recartilhos em temperaturas elevadas, preferivelmente acima de 500ºC. No processo de resfriamento, independentemente da forma e dimensão dos ditos dispositivos, a dita broca de rotação ou a dita ponta de ultrassom, a contração deste material de base, será maior que a contração do diamante-CVD, promovendo um travamento mecânico deste nos interstícios e/ou “labirintos” criados na formação das ditas trilhas ou dos ditos recartilhos.
[082] O dito diamante-CVD poderá ser depositado por qualquer uma das técnicas de deposição, mas preferivelmente pela técnica HFCVD (do Inglês - hot filament chemical vapor deposition) por apresentar o melhor custo/benefício para produção do diamanteCVD em extremidades dos ditos dispositivos de desgaste, corte e/ou de abrasão, e especialmente por permitir, também, a obtenção do diamante-CVD com boa uniformidade de espessura em toda a região da superfície preparada, com boas propriedades e em escala industrial.
[083] Para um melhor esclarecimento do presente invento de processo e de dispositivos, descreve-se a seguir a sequência de preparos da dita superfície, a partir dos processos de fabricação dos relevos, das trilhas ou dos recartilhos até os processos após a deposição de diamante-CVD, exemplificadas nas diferentes formas das ranhuras que chamamos de trilhas ou recartilhos, inclusive, em diferentes relevos, nas diferentes dimensões e diferentes rugosidades, as ditas altas e baixas rugosidades, que podem ser obtidas pelos métodos mecânicos e/ou pela incidência de radiação Laser e/ou por processos químicos e/ou eletroquímicos, por exemplo, de corrosão. Usa-se no primeiro passo, ainda sem nenhuma preparação, como mostrado na Figura 1 uma haste com corpo (01), de preferência metálico, por exemplo, e preferencialmente em molibdênio, que é usinada, por exemplo, em formato cilíndrico, com uma região de atividade de desgaste, abrasão e/ou corte (2) com a extremidade (3), por exemplo, arredondada para representar o corpo completo de uma broca para instrumento rotativo de alta e/ou baixa rotação e, também, para representar o corpo completo de uma ponta para instrumento ultrassônico. Para uso como dispositivos de desgaste, abrasão e/ou corte em instrumento ultrassônico a dita haste poderá preferivelmente ser dobrada uma ou mais vezes com diferentes ângulos e em diferentes posições, dependendo da indicação de uso e, também, para o uso em aparelhos ultrassônicos, não está mostrado a adaptação ou conexão da dita ponta às demais partes do circuito de ultrassom, ou seja, a conexão à peça de mão ou caneta sônica ou ultrassônica. Esclarece-se que esta adaptação pode ser feita por meios de fixação (por meios de parafusos, encaixe por interferência, entre outros) que resista à ação do ultrassom ressonante. A peça de adaptação pode ser feita com o mesmo material da haste ou outro material, ou ainda pode ser parte de uma peça única usinada nas devidas dimensões. Torna-se evidente, que é parte deste invento não apenas o processo e os dispositivos oriundos deste dito processo destinados para tratamentos odontológicos e médicos, mas também, e bem evidenciado o processo e os dispositivos usados em sistemas de desgaste, abrasão e/ou corte de baixa e alta rotação, por exemplo, o CAD/CAM, entre outros, para preparação de superfícies de materiais de toda natureza, por exemplo, os materiais cerâmicos, os materiais resinosos, etc..
[084] As dimensões destas ditas hastes, em diâmetro “D” (04), podem variar desde fração de milímetro até além de uma dezena de milímetros, preferivelmente entre 0,1 e 3,0 milímetros e, em comprimento total “L” (05), podendo variar desde fração de um milímetro até dezenas de milímetros. A região de desgaste, abrasão e/ou de corte pode, também, variar em comprimento “l” (06) desde fração de milímetro até cerca de dezenas de milímetros. Da mesma forma o diâmetro da dita região de desgaste, abrasão e/ou de corte “d” (07) pode variar desde fração de milímetros até cerca de uma dezena de milímetros. Os formatos destas hastes, especialmente a região de desgaste, abrasão e/ou corte, também, podem ser diferentes, por exemplo, cilíndricas, cônicas, uma combinação de cilíndricas e cônicas, ou outro formato qualquer não cilíndrico nem cônico com qualquer combinação de formas, como por exemplo, em formatos de cunhas, ogivas, e/ou combinações das ditas formas, podendo ter rebaixos bruscos e suaves denotando a passagem do diâmetro “D” (04) para o diâmetro “d” (07). A dimensão da área ativa (02) inicia na extremidade (03) e pode se estender pelo corpo (01) da haste, desde fração de milímetros até acima de uma dezena de milímetros, dependendo da aplicação específica, e ainda, podem ter diferentes formas, dependendo também, das aplicações que podem exigir diferentes velocidades de desgaste, de abrasão e/ou de corte e diferentes rugosidades de acabamento na superfície do material desgastado, abrasionado e/ou cortado.
[085] Na Figura 2, está evidenciada a dita região ativa (02) com superfície caracterizada pelas trilhas ou recartilhos de alta rugosidade (08) e com detalhes de sua superfície de baixa rugosidade (09) e que como dito, de comprimento “l” (06) que se estende pelo corpo do dispositivo (01) de comprimento “L” (05) com extremidade, aqui exemplificada na forma arredondada (03). As ditas trilhas ou os ditos recartilhos podem ser feitos na superfície lisa por via da ação mecânica, da ação da radiação laser ou ainda da ação química e/ou eletroquímica na forma de orifícios alinhados ou não alinhados, aqui representados como trilhas ou recartilhos na forma cruzada ou não, com diferentes ângulos “α” (10) entre si, e/ou com diferentes ângulos “β” (11) entre os ditos recartilhos ou trilhas e o eixo da haste.
[086] Na Figura 3, outro modelo genérico possível de broca ou ponta de corpo (01) mostra uma delimitação da área ativa (02) de comprimento “l” (06) e diâmetro “d” (07) que pode ser maior ou menor que “D” (04) com um degrau (12), caracterizando uma mudança de diâmetro do corpo (01) para “D1” (13), diferente de “D” (04) e de “d” (07), que pode estar antes ou depois, ou ainda, imediatamente antes da área ativa (02) que pode assumir qualquer formato e que pode compreender toda a dita área ativa (02) ou parte dela, com o devido relevo contendo as trilhas ou os recartilhos de rugosidade alta (08) e de rugosidade baixa (09). Nesta configuração o recartilho de rugosidade alta (08) pode ter uma rugosidade maior ou menor e consequentemente atender a uma necessidade de se ter uma velocidade maior ou menor de desgaste, de abrasão e/ou de corte do dito dispositivo, a broca ou a ponta, e dar ao tecido ou material desgastado, abrasionado e/ou cortado um acabamento final mais grosso ou mais fino, respectivamente. A mudança dos diâmetros foi introduzida para mostrar as muitas possibilidades de formas e dimensões de brocas e pontas que podem receber a preparação de superfície com os diferentes relevos e diferentes trilhas ou recartilhos, objeto do presente invento.
[087] Na Figura 4 mostra-se o corpo da haste (01) com o dito degrau (12) cuja altura pode variar de fração de milímetro a alguns milímetros, podendo ou não delimitar a área ativa (02), onde na dita área ativa (02) um novo relevo (14) é criado podendo assumir diferentes formas, onde sobre esse dito relevo (14) faz-se as ditas trilhas ou os ditos recartilhos de rugosidade alta (08) que pode conter a rugosidade mais baixa (09).
[088] Este formato, da dita broca ou ponta possibilita um maior aumento da velocidade de desgaste, de abrasão ou corte ao dito dispositivo. Com estas configurações, de recartilhos (08) sobre relevos (14) aumenta-se, ainda mais, a rugosidade da superfície final. Este conceito de aumento de rugosidade pode ser aplicado a qualquer modelo de broca para aparelho rotativo ou ponta para aparelho ultrassônico. Esta dita velocidade de desgaste, de abrasão e/ou de corte, também, poderá depender das dimensões e/ou espessuras da camada de diamante-CVD depositada. A Figura 4 está mostrada em corte, para evidenciar o dito relevo (14).
[089] Na Figura 5 mostra-se um novo modelo de broca ou ponta com seu corpo (01) com região ativa (02) com o dito relevo (14), contendo um platô (15) e uma planície (16), sobre os quais se produz as trilhas ou recartilhos de rugosidade alta (08) que contém as rugosidades baixas (09). As dimensões dos ditos platôs e planícies podem variar independentemente em largura “l1” (17) e “l2” (18), respectivamente e, também, em altura “l3” (19). Este tipo de dispositivo pode ser projetado de forma a obter alta eficiência de desgaste, de abrasão e/ou de corte. O relevo, composto pelos ditos platôs (15) e as ditas planícies (16) formam a maior rugosidade da superfície, enquanto as trilhas ou recartilhos de alta rugosidade (08) e de baixa rugosidade (09) sobre os ditos platôs (15) e as ditas planícies (16) formam superfícies de rugosidades menores.
[090] Na Figura 6 mostra-se um dispositivo semelhante ao descrito na Figura 5, entretanto, com trilhas ou recartilhos de rugosidade maior (08) e rugosidade menor (09) ou rugosidade externa (08) e rugosidade interna (09), respectivamente, sobre os platôs (15) e as planícies (16). As rugosidades das trilhas ou recartilhos que podem ter dimensões diferentes, com rugosidade maior (08a) e rugosidades menores (09a) para os platôs (15) e para as planícies (16), e ao mesmo tempo se cruzarem ou não na extensão da parte ativa (02). Estas estruturas de relevos, trilhas ou recartilhos podem ser produzidas sobre quaisquer tipos de materiais com diferentes formas e dimensões.
[091] Na Figura 7 mostra-se uma haste com corpo (01), com parte ativa (02) e extremidade, também para exemplificar, arredondada (03) com recartilho ou trilhas de rugosidade alta (08) e rugosidade baixa (09) de diferentes valores. Podendo uma trilha ou recartilho de maior rugosidade (08) e menor rugosidade (09) ser sobreposta à outra de rugosidade maior (08a) e rugosidade menor (09a) diferentes, ou ainda simplesmente não se sobreporem, sendo ambas iniciando em uma superfície lisa ou em uma superfície com relevo. Estes ditos recartilhos ou trilhas de diferentes dimensões e, naturalmente, com rugosidades diferentes podem ser cruzados com ângulo “γ” (20) que pode variar de 0 grau até próximo de 180 graus, para que se tenha o melhor desempenho possível de desgaste, de abrasão e/ou de corte nas devidas aplicações. A distância entre os recartilhos ou trilhas de diferentes rugosidades maiores e menores, bem como o número destes respectivos recartilhos pode variar de acordo com a aplicação da broca ou da ponta.
[092] Na Figura 8, em uma haste de corpo (01) e extremidade arredondada (03), evidencia-se em sua parte ativa (02) uma região com trilhas ou recartilhos de rugosidade alta (08) e baixa (09) e que se alternam com uma região sem trilhas ou recartilhos (21). A linha limítrofe entre a região com recartilhos ou trilhas e a região sem recartilhos ou trilhas formam um ângulo θ (22) que pode variar de 0 a 90 graus. As dimensões com e sem recartilhos ou trilhas podem variar de acordo com a aplicação requerida pelo dispositivo. Esta região sem trilhas ou recartilhos (21) não necessariamente terá o diamante-CVD depositado. Novamente a broca ou a ponta pode assumir diferentes formas e dimensões, como dito acima, com regiões seletivas de desgaste, abrasão e/ou corte pré-determinadas. Estas ditas diferentes regiões podem ser reproduzidas em brocas e pontas de quaisquer formas e dimensões.
[093] Na Figura 9 mostra-se um exemplo de ponta com corpo (01), região ativa (02) com trilhas ou recartilhos de rugosidade alta (08) e, novamente, podendo ter a rugosidade baixa (09), preferencialmente, em parte da região ativa, onde na extremidade (03), mostrada aqui como arredondada não tem recartilhos ou trilhas (23) e, portanto, não necessariamente terá diamante-CVD depositado e não ser região de desgaste, abrasão e/ou corte, representando, desta forma, uma broca ou uma ponta com região seletiva de desgaste, abrasão e/ou corte. Regiões estas, ditas seletivas de desgaste, abrasão e/ou corte podem ser produzidas em brocas ou pontas de quaisquer formas e dimensões. Ainda, as regiões com e sem trilhas ou recartilhos podem assumir quaisquer formas e dimensões, dentro das dimensões permitidas para cada modelo de broca para aparelhos rotativos e/ou para aparelhos ultrassônicos.
[094] Na Figura 10, mais um exemplo, como parte do presente invento, mostra mais uma forma de se produzir o processo de preparação de superfície e crescimento de diamante-CVD de forma a se obter um novo modelo de dispositivo, que como dito, só é possível de ser obtido de forma direta com a soma dos processos de preparo da superfície, com as diferentes ditas rugosidades e com o processo de crescimento e diamante-CVD. Mostra-se uma broca ou uma ponta com corpo (01) com sua área de ação (02) com trilhas ou recartilhos de alta rugosidade (08) e baixa rugosidade (09), com extremidade, por exemplo, arredondada (03), cujo perfil (secção reta) é de uma “meia lua” de espessura “E1” (24) onde as ditas trilhas ou os ditos recartilhos, são efetuados apenas de um dos lados, onde aqui, entretanto, neste exemplo, a área sem trilhas ou recartilhos é a parte, por exemplo, plana (25), enquanto a parte de superfície arredondada foi preparada com trilhas ou recartilhos que podem ser de rugosidades altas (08) e rugosidades baixas (09). O contrário também pode ser construído. Ainda, tanto a região lisa, como a região com as ditas trilhas ou os ditos recartilhos podem assumir outras formas independentemente.
[095] Na Figura 11, mostra-se mais uma forma de evidenciar as regiões com e sem trilhas ou recartilhos. Mostra-se uma broca ou ponta com corpo cilíndrico (01) e parte ativa, por exemplo, cônica (02) com extremidade arredondada (03), com parte da superfície preparada com as ditas trilhas ou os ditos recartilhos de rugosidade alta (08) e de rugosidade baixa (09). A região preparada pode assumir diferentes formas e dimensões. Na Figura 11 não está mostrada a rugosidade baixa (09). A Figura 11 mostra a parte não preparada (26) de forma que se possam alternar as superfícies preparadas e não preparadas com as ditas trilhas ou os ditos recartilhos de acordo com as dimensões e formatos das regiões não preparadas (26) e preparadas com as ditas trilhas e os ditos recartilhos. Novamente, entende-se como região não preparada como a região sem as ditas trilhas ou os ditos recartilhos.
[096] Na Figura 12, da mesma forma como evidenciado na Figura 11, mostra mais um exemplo de ponta ou broca de corpo (01) e região de ação de desgaste, abrasão e/ou corte (02) com a intercalação de uma região com as ditas trilhas ou os ditos recartilhos de rugosidade alta (08) e de rugosidade baixa (09) com a região de superfície sem a dita preparação (27). Novamente, as regiões das ditas superfícies preparadas e não preparadas podem assumir dimensões e formas diferentes nos diferentes formatos de brocas e pontas. A região preparada pode assumir diferentes formas e dimensões.
[097] Na Figura 13, um novo exemplo, como parte do presente invento, mostra-se uma broca ou uma ponta de corpo (01) e região ativa (02), onde se evidenciam duas superfícies paralelas (28), ou cônicas, lisas ou com relevos, sendo um lado ou os dois lados com as ditas trilhas ou os ditos recartilhos com a rugosidade alta (08) e a rugosidade baixa (09), formando uma região de desgaste, abrasão e/ou corte, que pode corresponder a toda a superfície plana ou apenas uma parte desta dita superfície plana. As superfícies delimitadas pela borda (29), de espessura “E2” (30) entre as duas superfícies planas ou cônicas podem ou não ser preparadas com as ditas trilhas ou os ditos recartilhos de alta rugosidade (08) e/ou baixa rugosidade (09). Ainda, a superfície da dita borda (29) pode ter um perfil de corte ou um relevo adicional, por exemplo, na forma de “serra” com as ditas trilhas ou os ditos recartilhos de diferentes dimensões.
[098] Na Figura 14, mostra-se mais um exemplo, sempre real, de uma ponta com corpo (01) e parte ativa (02) com recartilhos e trilhas de rugosidade alta (08) e rugosidade baixa (09) e com um relevo adicional (31) que permite aumentar a rugosidade final do dispositivo, ou seja, da dita broca ou da dita ponta. Este relevo adicional pode ser feito via processo mecânico, e/ou via processo de incidência de radiação laser e/ou via processo de químico e/ou eletroquímico. O ângulo, “φ” (32), formado entre este dito relevo (31) e o eixo axial da broca ou ponta pode variar de 0 a 90 Graus.
[099] A Figura 15 exemplifica um modelo alternativo de broca e/ou ponta de corpo (01) com a região de desgaste (02) e extremidade, por exemplo, também arredonda (03) e diâmetro “D” (04) com os ditos recartilhos ou as ditas trilhas com rugosidade alta (08) e rugosidade baixa (09), não na forma de linhas retas cruzadas ou não cruzadas, mas na forma de “zigzag” formando sequências de losangos (33) lado a lado. O dispositivo na forma apresentada na Figura 15 pode assumir quaisquer tamanhos e formas, como dito nas descrições das Figuras 02 a 14.
[100] Na Figura 16 mostra-se, de forma esquemática, uma secção reta (34) de uma broca ou ponta na região de desgaste, abrasão e/ou corte, onde as ditas trilhas ou os ditos recartilhos formam um ângulo α (10) de 90 graus entre si e um ângulo β (11) de zero grau com o eixo axial da dita broca ou da dita ponta. Na Figura 16, mostra-se de forma esquemática, devido à ação mecânica e/ou à ação da radiação laser e/ou à ação química a formação de pequenos platôs (35) e pequenas planícies (36) que correspondem às trilhas ou aos recartilhos que caracterizam a rugosidade alta (08) e cujo contorno ou paredes destes pequenos platôs (35) e destas ditas pequenas planícies (36) são produzidas com a dita rugosidade baixa (09).
[101] Na Figura17 mostra-se a Figura 16, ou seja, a secção reta (34) com o diamanteCVD depositado (37) recobrindo completamente todas as superfícies dos recartilhos ou das trilhas de rugosidades altas (08) e baixas (09) formando novos pequenos platôs (38) e novas pequenas planícies (39) recobertos com o diamante-CVD (37). Observase que a camada ou as camadas de diamante-CVD (37) recobre de forma completamente coalescente, toda a dita superfície preparada formando uma pedra única de diamante-CVD, mantendo suas características de rugosidades altas (40) e rugosidades baixas (41) assimiladas das rugosidades altas e baixas das trilhas ou recartilhos somando-se a rugosidade intrínseca do diamante-CVD (42). O diamanteCVD é crescido em uma estrutura colunar, cuja rugosidade específica dependerá dos parâmetros de nucleação e de crescimento. Mais especificamente, a rugosidade final da superfície em diamante-CVD, que atuará como superfície de desgaste, abrasão e/ou corte nas ditas superfícies duras, por exemplo, esmalte, dentina, ossos, materiais cerâmicos, etc.. A Figura 17 mostra, também, o detalhe dos dois tipos de travamento mecânico, sendo o primeiro um travamento mecânico que as rugosidades altas e baixas das ditas trilhas ou dos recartilhos proporcionam, bem evidenciado na intersecção entre a superfície do material base, por exemplo, de molibdênio e do diamante-CVD (43). O segundo é um travamento mecânico oriundo da diferença do coeficiente de expansão térmica do material base e do diamante-CVD. Por exemplo, o coeficiente de expansão térmica do diamante-CVD é 1,0 x 10-6 e do molibdênio é de 4,8 x 10-6, ou seja, o coeficiente de expansão térmica do molibdênio é 4,8 vezes maior que o coeficiente de expansão térmica do diamante-CVD. Este valor de 4,8 vezes, não é muito elevado, e neste exemplo, embora auxilie muito quanto ao travamento mecânico, e as tensões internas geradas pelo efeito de travamento mecânico não são muito elevadas, o que ajuda, também, na durabilidade do dispositivo de desgaste, abrasão e/ou de corte. O dito travamento é potencializado pelo fato de o processo de crescimento de diamante-CVD ocorrer em temperaturas relativamente altas, de cerca de 1000ºC. Ao fim de processo, ou seja, do processo de crescimento do diamante-CVD sobre as ditas superfícies rugosas ocorre o resfriamento para a temperatura ambiente causando o efeito de aprisionamento ou de travamento do dito diamante-CVD (37) de forma muito forte sem que as tensões internas sejam muito elevadas. O dito travamento mecânico somado à aderência química na superfície aumentada assegura ao dispositivo, na região de desgaste (02) da dita broca para aparelho rotativo ou da dita ponta para aparelho ultrassônico a obrigatoriedade do desgaste da superfície de diamante-CVD. Dado que a dureza do diamante-CVD é a maior entre todos os materiais conhecidos, cerca de 30 vezes mais alta que a dureza do esmalte dentário e cerca de 15 vezes maior que a dureza de grande parte dos materiais cerâmicos, a exigência de desgaste do dito diamante-CVD depositado, uma vez submetido à ação de desgaste, abrasão e/ou corte, dará maior durabilidade ao dispositivo, especialmente quando comparado com os dispositivos para as mesmas aplicações, feitos com as tecnologias já existentes.
[102] A Figura 18 mostra como exemplo, uma micrografia eletrônica de varredura de um dispositivo real, dito broca ou ponta, com corpo (01) com parte ativa de desgaste, de abrasão e/ou de corte (02), por exemplo, com extremidade arredondada (03) com recartilhos ou trilhas evidenciando a rugosidade alta (08) e sem diamante-CVD depositado. No destaque, com ampliação maior, mostram-se os detalhes da superfície com rugosidade menor (09) na superfície interna e externa dos recartilhos ou trilhas, ou seja, superfícies que perfazem os ditos pequenos platôs (35) e as ditas pequenas planícies (36).
[103] Na Figura 19, observa-se a mesma broca ou ponta mostrada na Figura 18, com corpo (01) e parte ativa (02) com os recartilhos ou trilhas recobertas com o diamanteCVD (37). Em detalhe, com maior ampliação mostra-se uma das possíveis estruturas do diamante-CVD recobrindo completamente a superfície da região ativa (02) da broca ou da ponta, formando a dita pedra única de diamante-CVD (37) com o dito platô pequeno (38) e a dita planície pequena (39) correspondente de diamante-CVD, caracterizando a rugosidade alta (40) e a rugosidade baixa (41). Observa-se, também, que surge uma nova rugosidade (42) que depende apenas dos parâmetros de crescimento do diamante-CVD (37) e que é inerente apenas da superfície final do dito recobrimento de diamante-CVD (37), que ajuda no desempenho dos ditos dispositivos, independentemente da área específica de aplicação.
[104] Assim, pelas características de configuração e funcionamento, acima descritas, pode-se notar claramente que o PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE BROCAS E/OU PONTAS EM DIAMANTE-CVD PARA DESGASTE, ABRASÃO E/OU CORTE DE MATERIAIS BIOLÓGICOS E AFINS, aqui descrito, trata-se de um processo novo para o Estado da Técnica qual reveste-se de condições de inovação, atividade inventiva e industrialização inéditas, que o fazem merecer o Privilégio de Patente de Invenção.
Claims (10)
- PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE BROCAS E/OU PONTAS EM DIAMANTE-CVD PARA DESGASTE, ABRASÃO E/OU CORTE DE MATERIAIS BIOLÓGICOS E AFINS, processo para fabricação de dispositivos de desgaste abrasão e/ou corte como brocas e/ou pontas em diamante-CVD, caracterizado por realizar a formação de trilhas ou recartilhos sobre uma superfície lisa ou não lisa com um ou mais tipos de relevos adicionais da região ativa, limitada, da haste metálica ou não metálica do dispositivo, com ditas trilhas ou ditos recartilhos produzidos através de procedimentos via incidência de radiação laser pulsada ou contínua, e/ou através de procedimentos mecânicos e/ou através de procedimentos químicos e/ou eletroquímicos, utilizados sozinhos ou em uma combinação qualquer destes procedimentos; com os ditos recartilhos ou as ditas trilhas com diferentes dimensões e diferentes rugosidades altas e baixas com formatos de “labirintos”, dependendo dos parâmetros utilizados nos procedimentos, produzindo, em um primeiro nível, uma rugosidade, que pode variar desde alguns micrometros até centenas de micrometros, e em um segundo nível de menor rugosidade, que pode variar desde fração de micrometros até cerca de uma centena de micrometros para aumento substancial de área da região ativa, resultando em um preparo especial de superfície da região ativa, limitada, da haste metálica ou não metálica do dispositivo, na qual é realizada a deposição de diamante-CVD cristalino altamente aderente, cuja aderência é resultado da soma da aderência química e da aderência mecânica, por travamento mecânico à haste metálica ou não metálica da região ativa dos ditos dispositivos, através da técnica de crescimento de diamante-CVD por técnicas CVD.
- PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE BROCAS E/OU PONTAS EM DIAMANTE-CVD PARA DESGASTE, ABRASÃO E/OU CORTE DE MATERIAIS BIOLÓGICOS E AFINS, processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela técnica de crescimento de diamante-CVD por técnicas CVD, ser a técnica de crescimento por meio de deposição química na fase vapor auxiliado por filamento quente (HFCVD – do Inglês - Hot Filament Chemical Vapor Deposition), onde a camada de diamante-CVD recobrir a superfície previamente preparada, formando uma camada completamente fechada ou coalescente em uma estrutura de pedra única, cuja rugosidade final estará relacionada com a rugosidade da superfície lisa ou não lisa preparada com as ditas trilhas ou os ditos recartilhos composta, também, com a rugosidade inerente do diamante-CVD.
- PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE BROCAS E/OU PONTAS EM DIAMANTE-CVD PARA DESGASTE, ABRASÃO E/OU CORTE DE MATERIAIS BIOLÓGICOS E AFINS, processo, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por preparar superfície lisa ou não lisa com um ou mais tipos de relevos adicionais da região ativa, limitada, da haste metálica ou não metálica do dispositivo, com relevos e/ou trilhas ou recartilhos de forma seletiva, propiciando o crescimento do diamante-CVD de alta aderência apenas nas ditas regiões seletivas da região ativa da haste.
- PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE BROCAS E/OU PONTAS EM DIAMANTE-CVD PARA DESGASTE, ABRASÃO E/OU CORTE DE MATERIAIS BIOLÓGICOS E AFINS, processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela formação de um ou mais tipos de relevos adicionais da região ativa da superfície não lisa ser realizada via incidência de radiação laser pulsada ou contínua, e/ou através de procedimentos mecânicos e/ou através de procedimento químico e/ou eletroquímico, ou ainda por uma combinação qualquer destes procedimentos.
- PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE BROCAS E/OU PONTAS EM DIAMANTE-CVD PARA DESGASTE, ABRASÃO E/OU CORTE DE MATERIAIS BIOLÓGICOS E AFINS, processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela formação dos ditos relevos adicionais serem contínuos e/ou intermitentes com diferentes geometrias e diferentes dimensões, que podem assumir um formato de rosca, retos ou não retos, cruzando-se ou não cruzando-se entre si e cujos perfis pode ser de formatos triangulares, retangulares, quadrados, ou outro qualquer, podendo ser obtidos, também, na forma de saliências isoladas produzidas aleatoriamente e/ou ordenadamente na superfície, delimitadas pela área da ação de desgaste, abrasão e/ou corte do dispositivo.
- PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE BROCAS E/OU PONTAS EM DIAMANTE-CVD PARA DESGASTE, ABRASÃO E/OU CORTE DE MATERIAIS BIOLÓGICOS E AFINS, processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ainda produzir outras trilhas ou outros recartilhos em dimensões e geometrias iguais ou diferentes, preferivelmente maiores, sobrepostos às ditas trilhas ou aos ditos recartilhos já formados propiciando um aumento maior de rugosidade; onde as ditas trilhas ou os ditos recartilhos sobrepostos de forma cruzados, em diferentes ângulos ou paralelos, podendo estar próximos ou distantes entre si desde fração de micrometros até centenas de micrometros; podendo ser produzidos de forma contínua ou descontinua, pelos processos via incidência da radiação laser, e/ou via processos mecânicos, e/ou via procedimentos químicos e/ou eletroquímicos.
- PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE BROCAS E/OU PONTAS EM DIAMANTE-CVD PARA DESGASTE, ABRASÃO E/OU CORTE DE MATERIAIS BIOLÓGICOS E AFINS, processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por apresentar ainda a implantação e/ou sub-implantação de íons de átomos e/ou de moléculas, preferivelmente de nitrogênio, por qualquer que seja a técnica, preferivelmente via descarga em plasma na presença ou não de outros gases, nas regiões seletivas da região ativa da haste do dispositivo.
- PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE BROCAS E/OU PONTAS EM DIAMANTE-CVD PARA DESGASTE, ABRASÃO E/OU CORTE DE MATERIAIS BIOLÓGICOS E AFINS, processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ainda apresentar a adição de material metálico ou não metálico, na forma de pós e/ou na forma de colóides auxiliados ou não pela incidência de radiação laser sobre a superfície lisa da região ativa da haste do dispositivo, antes e/ou durante e/ou após a construção dos ditos relevos adicionais da região ativa sobre a dita superfície lisa e/ou antes e/ou durante e/ou depois da construção das ditas trilhas ou dos ditos recartilhos sobre a dita superfície lisa.
- PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE BROCAS E/OU PONTAS EM DIAMANTE-CVD PARA DESGASTE, ABRASÃO E/OU CORTE DE MATERIAIS BIOLÓGICOS E AFINS, processo, de acordo com a reivindicação 1 e 8, caracterizado por ainda apresentar a adição e/ou semeadura de partículas de diamante, de metais, cerâmicas, e outras, em dimensões desde manométricas até micrométricas após o processo de construção dos ditos relevos adicionais e/ou das ditas trilhas ou dos ditos recartilhos, por meio de qualquer que seja a técnica, preferivelmente via banho de ultrassom em qualquer meio líquido que contenha as ditas partículas.
- PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE BROCAS E/OU PONTAS EM DIAMANTECVD PARA DESGASTE, ABRASÃO E/OU CORTE DE MATERIAIS BIOLÓGICOS E AFINS, processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela superfície da região ativa da haste do dispositivo compreender toda a área do dito dispositivo ou ser limitada por apenas uma parte, podendo ser preferivelmente em uma das extremidades da broca para os dispositivos rotativos ou ponta para os dispositivos para vibração sônica ou ultrassônica, podendo apresentar formato reto, de diferentes dimensões e geometrias, para sistemas rotativos e para sistemas sônicos e/ou ultrassônicos, preferivelmente para uso em sistemas rotativos de baixa e/ou alta rotação e, também, formato, de diferentes dimensões e geometrias, com uma ou mais dobras em diferentes posições da dita haste, formando diferentes ângulos em relação ao eixo axial e em diferentes direções para uso preferivelmente em sistemas sônicos e/ou ultrassônicos.
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