JPS63237820A - ダイヤモンド工具 - Google Patents
ダイヤモンド工具Info
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- JPS63237820A JPS63237820A JP7554387A JP7554387A JPS63237820A JP S63237820 A JPS63237820 A JP S63237820A JP 7554387 A JP7554387 A JP 7554387A JP 7554387 A JP7554387 A JP 7554387A JP S63237820 A JPS63237820 A JP S63237820A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、ダイヤモンド単結晶を用いたダイヤモンド
工具とその製造方法に関し、詳しくは刃先の原子レベル
の平滑化を実現したダイヤモンド工具及びその製造方法
に関するものである。
工具とその製造方法に関し、詳しくは刃先の原子レベル
の平滑化を実現したダイヤモンド工具及びその製造方法
に関するものである。
従来のダイヤモンド工具における刃先の形成・仕上げは
研摩の研ぎ出しによっている。しかしこの方法では、す
くい面や逃げ面などの面の研摩は比較的容易にできるが
、面と面で構成される切刃稜を精度良く仕上げることは
困難であった。即ち、切刃稜はほぼ数10から100程
度の原子で構成される幅でしかないため、研摩粉として
用いるダイヤモンド粉末が如何に粒度の細かい高精度の
ものであったとしても、切刃稜を均一で平滑に仕上げる
のは、事実上不可能である。このため、仕上げられた刃
先を原子レベルで見た場合、第1図に示すようK、突出
した原子や内部に入り込んだクランクにより激しい凹凸
杖態を呈している。
研摩の研ぎ出しによっている。しかしこの方法では、す
くい面や逃げ面などの面の研摩は比較的容易にできるが
、面と面で構成される切刃稜を精度良く仕上げることは
困難であった。即ち、切刃稜はほぼ数10から100程
度の原子で構成される幅でしかないため、研摩粉として
用いるダイヤモンド粉末が如何に粒度の細かい高精度の
ものであったとしても、切刃稜を均一で平滑に仕上げる
のは、事実上不可能である。このため、仕上げられた刃
先を原子レベルで見た場合、第1図に示すようK、突出
した原子や内部に入り込んだクランクにより激しい凹凸
杖態を呈している。
このような刃先の凹凸は、突出原子の脱落やクランク等
から亀裂が工具の内部に向けて進行して、加工中の思い
がけない破損やチッピングをうむ要因になる。即ち、切
削中過大な負荷が生じたとは考えられない切削条件下に
おいて、工具切刃が突発欠損する事故原因の一つは刃先
の形状によるものと考えられ、安定した精密切削の実現
を阻害する要因となっている。
から亀裂が工具の内部に向けて進行して、加工中の思い
がけない破損やチッピングをうむ要因になる。即ち、切
削中過大な負荷が生じたとは考えられない切削条件下に
おいて、工具切刃が突発欠損する事故原因の一つは刃先
の形状によるものと考えられ、安定した精密切削の実現
を阻害する要因となっている。
この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、刃
先の原子レベルでの平滑化を達成して、超精密切削工具
に要求される鋭い切れ味と、刃先の安定性を満足させた
ダイヤモンド工具とその製造方法を提供することを目的
としている。
先の原子レベルでの平滑化を達成して、超精密切削工具
に要求される鋭い切れ味と、刃先の安定性を満足させた
ダイヤモンド工具とその製造方法を提供することを目的
としている。
上記の目的を達成するための本発明のダイヤモンド工具
は、機械加工により刃先を形成後、少なくとも上記刃先
を大気圧中で500〜630K又は、真空中で500〜
1,500 Kで熱処理して成る。またその製造方法は
、機械加工により刃先を形成し、その後少なくとも刃先
を大気圧中で500〜630K又は、真空中で500〜
1,500 Kで熱処理することを特徴とする。
は、機械加工により刃先を形成後、少なくとも上記刃先
を大気圧中で500〜630K又は、真空中で500〜
1,500 Kで熱処理して成る。またその製造方法は
、機械加工により刃先を形成し、その後少なくとも刃先
を大気圧中で500〜630K又は、真空中で500〜
1,500 Kで熱処理することを特徴とする。
以下、その内容を詳述する。
固体を加熱すると、その固体を構成している原子の熱振
動が増大し、ある活性化エネルギ以上のエネルギを持つ
に至った原子は、原子間に介在する空孔等分して移動す
ることができる。(所謂原子の拡散現象が生じる。) 上記の原子の移動を規制する活性化エネルギの大きさは
、原子の界面部においては、その界面部に作用する表面
張力に影響される。
動が増大し、ある活性化エネルギ以上のエネルギを持つ
に至った原子は、原子間に介在する空孔等分して移動す
ることができる。(所謂原子の拡散現象が生じる。) 上記の原子の移動を規制する活性化エネルギの大きさは
、原子の界面部においては、その界面部に作用する表面
張力に影響される。
すなわち、第1図において1を半円形のクランクとした
場合、そのクランクの先端部にある原子には、表面張力
により外部空間に向かう力が作用し、クランク側から外
部空間側への移動に対する活性化エネルギの大きさを小
さくする。このため、クランクの先端部においては、原
子がクランク界面から外部空間に向かって張り出す頻度
が相対的に高くなると共K、先端部近傍での空孔濃度が
高(なり、先端部分は第3図のa部分に示すごとくに移
動してくる原子により埋められて、クランク長さが小さ
くなってい<、(これはクランク・ヒーリング現象と称
されている。) 一方、刃先表面から外側に突出した原子には、上記のク
ランク先端部とは逆の表面張力が作用し、表面から内側
に向かう力が作用する。このため、表面゛から内側への
移動に対する活性化エネルギの大きさが低下し、原子の
刃先内側に移動する頻度は、刃先の外側に向かう頻度に
より相対的に大きくなる。
場合、そのクランクの先端部にある原子には、表面張力
により外部空間に向かう力が作用し、クランク側から外
部空間側への移動に対する活性化エネルギの大きさを小
さくする。このため、クランクの先端部においては、原
子がクランク界面から外部空間に向かって張り出す頻度
が相対的に高くなると共K、先端部近傍での空孔濃度が
高(なり、先端部分は第3図のa部分に示すごとくに移
動してくる原子により埋められて、クランク長さが小さ
くなってい<、(これはクランク・ヒーリング現象と称
されている。) 一方、刃先表面から外側に突出した原子には、上記のク
ランク先端部とは逆の表面張力が作用し、表面から内側
に向かう力が作用する。このため、表面゛から内側への
移動に対する活性化エネルギの大きさが低下し、原子の
刃先内側に移動する頻度は、刃先の外側に向かう頻度に
より相対的に大きくなる。
以上のような現象により、刃先は原子レベルで凹凸状態
が矯正され、平滑化がはかられることになる。
が矯正され、平滑化がはかられることになる。
上記の平滑化現象は、加熱温度が一定の範囲、即ちダイ
ヤモンド表面に酸化が生じる温度以下で、かつ移動のた
めに十分な熱11ffiエネルギを原子に付与できる温
度以上であることが必要である。
ヤモンド表面に酸化が生じる温度以下で、かつ移動のた
めに十分な熱11ffiエネルギを原子に付与できる温
度以上であることが必要である。
一般に大気圧下で加熱した場合、ダイヤモンド表面は、
500に以下の温度までは酸素分子を吸着した状態で安
定し、630 Kの温度までは大きな変化が見られない
が、630 Kを越えると、連続的酸化(燃焼)が始ま
り、約1150にで急激に燃焼することが観察されてい
る。
500に以下の温度までは酸素分子を吸着した状態で安
定し、630 Kの温度までは大きな変化が見られない
が、630 Kを越えると、連続的酸化(燃焼)が始ま
り、約1150にで急激に燃焼することが観察されてい
る。
加熱温度が63OK−t−越えると、界面から張り出し
て活性化状態にある炭素原子が、活発に酸素と化学的に
結合して酸化物として取り去られ、このためクランクの
長さは逆に大きくなり、刃先の凹凸はより激しくなって
いく、この場合、微小破壊強度の低下も著しい。
て活性化状態にある炭素原子が、活発に酸素と化学的に
結合して酸化物として取り去られ、このためクランクの
長さは逆に大きくなり、刃先の凹凸はより激しくなって
いく、この場合、微小破壊強度の低下も著しい。
一方、加熱温度が500に以下の場合は、原子の熱振動
エネルギが活性化エネルギまでを越えて十分に大きくな
らず、このため原子の移動が生じないため、平滑化の現
象が得られない。
エネルギが活性化エネルギまでを越えて十分に大きくな
らず、このため原子の移動が生じないため、平滑化の現
象が得られない。
以上のことから平滑化の加熱温度は大気圧中では500
〜630にの範囲であることが条件となり、特に600
〜630にの範囲にあるときが最も良好な結果が得られ
る。
〜630にの範囲であることが条件となり、特に600
〜630にの範囲にあるときが最も良好な結果が得られ
る。
また加熱時間は、10分以上であれば、時間が長くなる
ほど平滑化が進行し、より均一な刃先が得られる。なお
、工具の量産性等を併せ考慮すると、600〜630に
の最適温度において、数時間以上の加熱時間をとるのが
適当である。
ほど平滑化が進行し、より均一な刃先が得られる。なお
、工具の量産性等を併せ考慮すると、600〜630に
の最適温度において、数時間以上の加熱時間をとるのが
適当である。
以上大気圧下の熱処理条件について示したが、真空中で
は、酸化が少ない為K、加熱温度をより高くすることが
でき、かつ加熱時間も短縮することができる。真空下に
おける加熱条件は、500 Kから、最高温度が、10
−’Paの圧力下で、1 、500にであり、1,50
0 Kを超えると、ダイヤモンド表面の炭化が発生する
。
は、酸化が少ない為K、加熱温度をより高くすることが
でき、かつ加熱時間も短縮することができる。真空下に
おける加熱条件は、500 Kから、最高温度が、10
−’Paの圧力下で、1 、500にであり、1,50
0 Kを超えると、ダイヤモンド表面の炭化が発生する
。
ところで、原子の移動による平滑化現象は、物体内に介
在するクランクの長さを小さくする現象であるため、物
体の微小破壊強度の増強にも寄与していると考えられる
。実際K、熱処理前後における破壊強度の変化を測定し
た結果を第2図に示すが、熱処理前後において、約12
%の明らかな強度上昇が見られた。テスト条件は573
にの温度で2時間加熱したものである。このように破壊
強度と平滑化現象とは明らかな相関関係があり、云い換
えれば、破壊強度の上昇の度合を知ることにより、平滑
化の進行度を判別する目安とすることができる。
在するクランクの長さを小さくする現象であるため、物
体の微小破壊強度の増強にも寄与していると考えられる
。実際K、熱処理前後における破壊強度の変化を測定し
た結果を第2図に示すが、熱処理前後において、約12
%の明らかな強度上昇が見られた。テスト条件は573
にの温度で2時間加熱したものである。このように破壊
強度と平滑化現象とは明らかな相関関係があり、云い換
えれば、破壊強度の上昇の度合を知ることにより、平滑
化の進行度を判別する目安とすることができる。
ところで、ダイヤモンド内部の欠陥や不純物は、電子ス
ピン共鳴(E S R)により同定することができ、さ
らに不純物等の含有を示す相対値を基準にすることによ
り、ダイヤモンド原石の品質を選別することができる。
ピン共鳴(E S R)により同定することができ、さ
らに不純物等の含有を示す相対値を基準にすることによ
り、ダイヤモンド原石の品質を選別することができる。
そこで、ESRを用いて、予め欠陥の少ない高品質のダ
イヤモンド原石を選別し、その原石に機械加工により刃
先を形成後、熱処理を行なうようにすれば、より高い平
滑化処理を行なうことができる。その具体例と効果を実
施例2に示す。
イヤモンド原石を選別し、その原石に機械加工により刃
先を形成後、熱処理を行なうようにすれば、より高い平
滑化処理を行なうことができる。その具体例と効果を実
施例2に示す。
〔実施例1〕
平滑化の効果をみるためK、刃先を研摩加工しただけの
バイトと、研摩後熱処理を施したバイトとを用いて比較
テストを行った。被削材は無酸素銅を使用し、被削材を
プランジ切削後、被削材に転写した面粗さを測定した。
バイトと、研摩後熱処理を施したバイトとを用いて比較
テストを行った。被削材は無酸素銅を使用し、被削材を
プランジ切削後、被削材に転写した面粗さを測定した。
熱処理条件は630にで20時間である。テストの結果
、研摩だけの場合は、Rmaxで20n*であったのに
対し、研摩後熱処理したものは、8n■となり、明らか
な平滑化の効果が得られた。
、研摩だけの場合は、Rmaxで20n*であったのに
対し、研摩後熱処理したものは、8n■となり、明らか
な平滑化の効果が得られた。
〔実施例2〕
試料には切削工具用天然Ia型ダイヤモンドを使用し、
電子スピン共鳴によって、P2 centerと呼ばれ
る(111)面上にある3個の炭素原子が窒素に置き変
わっている欠陥による共鳴が多いものと少ないものを選
び、(111)面を18000ダイヤモンド粉末で研磨
して用いた。この共鳴の相対強度はプレートレフトと呼
ばれる円板状の欠陥の総量に比例している。
電子スピン共鳴によって、P2 centerと呼ばれ
る(111)面上にある3個の炭素原子が窒素に置き変
わっている欠陥による共鳴が多いものと少ないものを選
び、(111)面を18000ダイヤモンド粉末で研磨
して用いた。この共鳴の相対強度はプレートレフトと呼
ばれる円板状の欠陥の総量に比例している。
テストは、大気中でのダイヤモンド表面が酸素吸着によ
って安定している温度領域である573にで2時間加熱
した時のダイヤモンド球圧子を用いたヘルツ強度試験に
より測定した微小破壊強度の強度変化である結果を第4
図と第5図に示す。
って安定している温度領域である573にで2時間加熱
した時のダイヤモンド球圧子を用いたヘルツ強度試験に
より測定した微小破壊強度の強度変化である結果を第4
図と第5図に示す。
これによると、欠陥が少ない試料(第4図)では約15
%、多い試料(第5図)では約8%の強度上昇が見られ
る。図6の白丸は、欠陥の少ない試料について加熱時間
を変えて実験を行ない、それぞれの強度値から、破壊確
率が0.5の時のクランク長さの変化を算出した結果を
示す、ヒーリング長さは、加熱時間に対して直線的に増
加しており、前述したヒーリング機構およびクランクモ
デルの妥当性が裏付けられたと考えられる。欠陥の多い
試料(図4中の黒丸)ではヒーリング速度も遅く、直線
的な増加もしていない、これは原石中に含まれる欠陥が
空孔の導入および炭素原子の移動を妨げるためであると
考えられる。
%、多い試料(第5図)では約8%の強度上昇が見られ
る。図6の白丸は、欠陥の少ない試料について加熱時間
を変えて実験を行ない、それぞれの強度値から、破壊確
率が0.5の時のクランク長さの変化を算出した結果を
示す、ヒーリング長さは、加熱時間に対して直線的に増
加しており、前述したヒーリング機構およびクランクモ
デルの妥当性が裏付けられたと考えられる。欠陥の多い
試料(図4中の黒丸)ではヒーリング速度も遅く、直線
的な増加もしていない、これは原石中に含まれる欠陥が
空孔の導入および炭素原子の移動を妨げるためであると
考えられる。
以上説明したようK、この発明のダイヤモンド工具及び
その製造方法によれば、炭素原子の拡散運動等を利用し
て原子レベルにおいて刃先の平滑化を達成するので、切
れ味の鋭い刃先とそれを長期にわたって維持しうる高い
安定性を得ることができ、超精密切削に最良の工具を提
供することができる。
その製造方法によれば、炭素原子の拡散運動等を利用し
て原子レベルにおいて刃先の平滑化を達成するので、切
れ味の鋭い刃先とそれを長期にわたって維持しうる高い
安定性を得ることができ、超精密切削に最良の工具を提
供することができる。
第1図は刃先の原子レベルでの状態を模式的に示す図、
第2図は熱処理前後の破壊強度と破壊確率の関係を示す
グラフ、第3図はクラック長さの変化を模式的に示す図
、第4図は欠陥の少ない試料における熱処理前後の破壊
強度と破壊確率の関係を示すグラフ、第5図は欠陥の多
い試料における熱処理前後の破壊強度と破壊確率の関係
を示すグラフ、第6図は加熱時間とクラック長さの変化
との関係を示すグラフである。
第2図は熱処理前後の破壊強度と破壊確率の関係を示す
グラフ、第3図はクラック長さの変化を模式的に示す図
、第4図は欠陥の少ない試料における熱処理前後の破壊
強度と破壊確率の関係を示すグラフ、第5図は欠陥の多
い試料における熱処理前後の破壊強度と破壊確率の関係
を示すグラフ、第6図は加熱時間とクラック長さの変化
との関係を示すグラフである。
Claims (3)
- (1)機械加工により刃先を形成後、少なくとも上記刃
先を大気圧中で500〜630K、又は、真空中で50
0〜1,500Kで熱処理して成るダイヤモンド工具。 - (2)上記機械加工前の工具材がESR(電子スピン共
鳴)により工具材料として適と判別したものであること
を特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載のダイヤモ
ンド工具。 - (3)機械加工により刃先を形成し、その後少なくとも
上記刃先を大気圧中で500〜630K、又は、真空中
で500〜1,500Kで熱処理することを特徴とする
ダイヤモンド工具の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7554387A JPS63237820A (ja) | 1987-03-26 | 1987-03-26 | ダイヤモンド工具 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7554387A JPS63237820A (ja) | 1987-03-26 | 1987-03-26 | ダイヤモンド工具 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63237820A true JPS63237820A (ja) | 1988-10-04 |
JPH0450135B2 JPH0450135B2 (ja) | 1992-08-13 |
Family
ID=13579218
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7554387A Granted JPS63237820A (ja) | 1987-03-26 | 1987-03-26 | ダイヤモンド工具 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63237820A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1114855A1 (en) * | 1998-08-28 | 2001-07-11 | Hiroshi Ishizuka | Diamond abrasive particles and method for preparing the same |
-
1987
- 1987-03-26 JP JP7554387A patent/JPS63237820A/ja active Granted
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1114855A1 (en) * | 1998-08-28 | 2001-07-11 | Hiroshi Ishizuka | Diamond abrasive particles and method for preparing the same |
EP1114855A4 (en) * | 1998-08-28 | 2004-10-13 | Hiroshi Ishizuka | DIAMOND ABRASIVE PARTICLES AND THEIR PREPARATION PROCESS |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0450135B2 (ja) | 1992-08-13 |
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