CN100493850C - 用于磨料制品的复合物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结构磨料制品(20)、磨料制品的制造方法、以及磨料制品的使用方法。形成磨料制品(20)的磨料组合物(22)具有至少500微米的高度，以及，组合物(22)中的磨粒(24)具有的平均粒度为至少40微米，在有些实施方式中为至少约85微米。

Description

用于磨料制品的复合物
技术领域
本发明涉及一种磨料制品，特别涉及一种结构磨料制品、制造方法和使用方法。更具体地，该结构磨料制品具有较大构形，并且包括大陶瓷磨粒。
背景技术
用磨料制品对工件表面进行打磨和抛光已有一百多年。这些应用涵盖了深度磨削、高压金属打磨加工，乃至例如眼镜片的精细抛光。通常，磨料制品为多个磨粒彼此粘结在一起而制成(例如，粘合磨料或砂轮)，或磨粒粘结到衬底而制成(例如，涂敷磨料)。涂敷磨料通常具有单层磨粒或者有时具有两层磨粒。一旦这些磨粒损耗，涂敷磨料基本上就损坏了，通常只能扔掉。
对于这种单层磨粒，美国专利No.4,652,275(Bloecher等人)、No.4,799,939(Bloecher等人)和No.5,039,311(Bloecher)披露了一种解决方案。这些参考文献中披露的涂敷磨料制品，具有多个粘合于衬底的磨料团块。磨料团块是一种成形块，包含磨粒、粘结剂、可选的助磨剂以及可选的其他添加剂。这些磨料团块主要构成形成磨料制品的磨粒的三维涂层。
另一种磨粒的三维涂层是磨料抛光膜片(abrasive lapping film)。如美国专利No.4,644,703(Kaczmarek等人)、No.4,773,920(Chasman等人)和No.5,015,266(Yamamoto)中所披露，抛光膜片由包含磨粒和粘结剂的磨料淤浆与衬底粘合而成。尽管在要求工件上精细表面抛光的抛光应用中，这些研磨膜在广泛的商业领域都很成功，但对许多其他应用而言，这些抛光膜片并不总具有期望的打磨速度。
三维涂覆磨粒的最新进展提供了一种通常称之为“结构磨料”的磨料制品。例如美国专利5,152,917(Pieper等人)披露了各种结构磨料制品的构造。Pieper教导了一种结构磨料，该磨料可得到相对较高的磨削速度并在工件表面上形成较精细的抛光表面。这种结构磨料包括粘结到衬底上的非随机性、精确成形的磨料复合物。
其他涉及结构磨料制品及其制造方法的参考文献包括美国专利No.5,855,632(Stoetzel等人)、No.5,681,217(Hoopman等人)、No.5,435,816(Spurgeon等人)、No.5,378,251(Culler等人)、No.5,304,223(Pieper等人)和No.5,014,468(Ravipati等人)。
Pieper以及其他人的结构磨料专利是磨料领域的重大进步，但对于大切削量和延长寿命而言，始终存在改进的余地。
发明内容
本申请涉及一种结构磨料制品、磨料制品的制造方法、以及磨料制品的使用方法。具体地，该磨料制品是一种包括多个三维磨料组合物的结构磨料制品，各组合物包括在粘结剂中的磨粒。特别地，组合物是“大”组合物，具有至少500微米(0.02英寸)的高度。另外，组合物中的磨粒是“大”陶瓷磨粒，具有至少40微米的平均粒度。在有些实施方式中，磨粒具有至少约85微米的平均粒度。在进一步的实施方式中，组合物中的磨粒是“粗”陶瓷颗粒，具有至少100微米的平均粒度。在有些实施方式中，使用的陶瓷颗粒具有至少400微米的平均粒度。
常规底胶/面胶磨料制品具有相同尺寸和类型的磨粒，与其相比，较大构形组合物和大陶瓷磨粒，提供了这样一种磨料制品，其具有更一致的打磨、更长的打磨寿命和更一致的表面粗糙度。另外，与使用相同磨粒但构形较小的结构磨料制品相比，较大构形组合物加之大陶瓷磨粒，提供了这样的磨料制品，其具有更一致的打磨、更长的打磨寿命和更一致的表面粗糙度。
在一种具体实施方式中，本发明涉及一种结构磨料制品，包括具有正面的衬底和多个在该正面上的磨料组合物。各磨料组合物具有：多个陶瓷磨粒，其具有至少85微米的平均粒度；以及有机成分，其包括辐射可固化粘结剂，有机成分占磨料组合物重量的15-40％。从衬底正面测量的组合物高度为至少500微米。在使用中，磨料制品在第一时间产生第一打磨速度和第一表面粗糙度，以及在第二时间产生第二打磨速度和第二表面粗糙度，第一时间与第二时间间隔至少20分钟，第二打磨速度小于第一打磨速度但不超出50％。在有些实施方式中，第二打磨速度小于第一打磨速度但不超出30％，以及，甚至不超出15％。
陶瓷磨粒具有的平均粒度可以为至少100微米、至少约200微米、或者大约100-400微米。陶瓷磨粒可以是加晶种或不加晶种的。另外，或可选择地，陶瓷磨粒可以包括至少一种稀土氧化物改性剂，诸如钇、钕、镧、钴和镁的氧化物。
从衬底正面测量的磨料组合物高度可以为至少600微米、或者至少750微米。此高度可以至少局部由抛物线函数限定。抛物线函数可以包括平方根函数。
本发明涉及用于研磨表面的各种结构磨料制品，该结构磨料制品包括：多个磨料组合物，其具有至少500微米的高度；以及分散在粘结剂中的陶瓷磨粒，其具有至少85微米的平均粒度。在一种实施方式中，构造该磨料制品，用于在第一时间研磨表面，以获得第一打磨速度和第一表面粗糙度，并且在第一时间之后20分钟的第二时间研磨该表面，以获得小于第一打磨速度不超出50％的第二打磨速度。在其他实施方式中，构造该磨料制品，用于在第二时间研磨表面，以获得小于第一打磨速度不超出30％的第二打磨速度，或者，在第二时间研磨表面，以获得小于第一打磨速度不超出15％的第二打磨速度。另外，或可选择地，第二时间可以为第一时间之后30分钟。在另一种实施方式中，研磨包括使用测试过程I，从而在周期1产生第一打磨速度，并在周期240产生第二打磨速度，第二打磨速度小许第一打磨速度不超出15％。在又一种实施方式中，研磨包括使用测试过程II，从而在周期1产生第一打磨速度，并在周期12产生第二打磨速度，第二打磨速度小于第一打磨速度不超出50％。在又一种实施方式中，研磨包括使用测试过程III，从而在周期1产生第一打磨速度，并在周期30产生第二打磨速度，第二打磨速度小于第一打磨速度不超出30％。
此外，本发明包括一种结构磨料制品，与基准磨料制品相比，该结构磨料制品提供更一致的打磨速度，基准磨料制品例如具有底胶和面胶以及重力沉积的熔融氧化铝磨粒团块的常规涂敷磨料。当使用测试过程III时，经过30个周期，结构磨料制品具有的打磨速度减少量，不超出对比打磨速度减少量的50％。
本发明还涉及一种结构磨料制品的制造方法。该方法的步骤包括：设置具有正面的衬底，并在正面上施加多个磨料组合物。各磨料组合物包括：多个陶瓷磨粒，其具有至少85微米平均粒度；以及有机成分，其包括辐射可固化粘结剂，有机成分占磨料组合物重量的15-40％。从衬底正面测量的组合物高度为至少500微米。该方法还可以包括：提供淤浆，该淤浆包括粘结剂前体和分散于其中的多个陶瓷磨粒；设置生产工具，在其中具有多个凹腔；将淤浆涂敷进凹腔中；使淤浆与衬底的正面接触；固化粘结剂前体；以及使淤浆从生产工具脱离。
可以在使淤浆从生产工具脱离之前，固化粘结剂前体，或者，可以在固化粘结剂前体之前，使淤浆从生产工具脱离。类似的，可以在使淤浆与衬底的正面接触之前或者之后，将淤浆涂敷进凹腔中。
附图说明
图1是根据本发明具有第一种结构磨料构形的磨料制品的放大剖视图。
图2是第二种结构磨料构形的示意性斜上方轴侧图。
图3是关于制造图1和图2的磨料制品的生产过程的示意图。
图4是关于制造图1和图2的磨料制品的另一种生产过程的示意图。
图5是实施例16的磨料制品的显微照片。
图6是实施例17的磨料制品的显微照片。
具体实施方式
在许多研磨操作中，期望能在磨料寿命内具有打磨速度一致性和可预测的粗糙度。也有这样一些应用，例如，铸造和锻造的即时去浇口(off-hand degating)，其中要求连续减小的打磨速度，由于非常快速的初始打磨完成大部分工作，之后，制品达到钝化、封顶或者磨除顶尖。然而，在作为示例的轴辊研磨和类似的无心研磨/外圆研磨操作的情形下，“无变化的”打磨速度和粗糙度具有首要意义。
在无心研磨应用中，与可比常规(例如，单层底胶/面胶)磨料制品相比，团块产品如3M公司的“Multicut”涂敷磨料和“366FATrizact”颗粒涂敷磨料，呈现更平的打磨和抛光曲线。然而，在中间级和粗糙级范围(例如，50级(平均粒度约500微米)至180级(平均粒度约85微米)，对比VSM公司的“Compact Grain”(“CG”)团块产品，3M公司的Multicut和常规底胶/面胶产品性能方面尚有不足。VSM公司的“Compact Grain”(“CG”)团块产品，诸如“KK718XVitex”，代表了许多无心研磨市场部分中的标准。
结构磨料制品，诸如本申请背景技术中描述的那些，产品使用寿命相当长，提供高度一致的表面粗糙度。目前市售的结构磨料产品，诸如商品名称为“Trizact”，可从美国明尼苏达州St.Paul市的3M公司购买，使用熔融氧化铝和碳化硅磨粒，它们具有从3微米(WA5000级)至大约125微米(P120级)的平均粒度。这些产品用于精细级抛光和磨光应用。由于用来制造结构磨料制品的生产工具的限制，在本发明之前，无法得到更大级别的结构磨料。
本文披露的磨料制品扩展了抛光一致性和延长寿命的概念，包括较高的持续打磨速度，适合于形成所需尺寸、均匀过渡外形(倒圆)和其他磨削研磨应用，这些应用属于粗糙和中间级范围(例如，50级(平均粒度大约500微米)至180级(平均粒度大约85微米))，一般采用常规的底胶/面胶磨料制品或者团块磨料制品。
在延长的寿命期内，本文披露的磨料制品保持其打磨速度。通常的研磨状态下，在磨料制品的预期寿命(通常至少20分钟)期间，具有大陶瓷磨粒的较大构形磨料制品，其打磨速度降低通常不超过约50％。对一些制品，打磨速度降低不超过约30％，而另一些制品，打磨速度降低则不超过约15％。打磨速度降低的量基于各种条件，举例而言，诸如磨料粒度和所应用的研磨测试。
在下列优选实施方式的说明中，参照附图，附图构成说明的一部分，并且，在附图中举例示出了可以实践本发明的具体实施方式。应当理解，可以利用其他的实施方式，并且也可以进行配方或结构的更改，而不脱离本发明的范围。
参照图1，示出根据本文披露的磨料制品20。磨料制品20包括多个粘结于衬底21的磨料组合物22。磨料组合物22包括多个磨粒24，磨粒24分散在粘结剂23中。通过侧边25限定磨料组合物22，在本实施方式中，侧边25是线状的。
陶瓷磨粒
磨料组合物22包括大或粗的陶瓷磨粒24。已经发现，与用常规底胶和面胶树脂涂层将大粒度磨料团块粘结于衬底的磨料制品相比较，在较大构形磨料组合物22中具有大陶瓷磨粒24的磨料制品，具有更高的打磨速度和更长的寿命，并且在整个寿命期间具有一致的打磨速度。当提及磨料粒度时，使用术语“大”意指磨粒具有至少40微米(约P360级或ANSI320级)的平均粒度。当提及磨料粒度时，使用术语“粗”意指磨粒具有至少100微米(约P180级或ANSI150级)的平均粒度。在一些实施方式中，陶瓷磨粒具有至少400微米(约60级)的平均粒度。
适合于本文披露磨料制品的陶瓷磨粒的平均粒度为至少40微米，通常为至少50微米，以及，优选为至少85微米。对本发明的部分磨料制品而言，陶瓷磨粒的尺寸为至少100微米。其他的实施方式具有的陶瓷磨粒为至少200微米，部分为至少300微米，以及，常常为至少400微米。用于一些优选磨料制品的具体磨粒的尺寸(亦即，平均粒度)包括大约45、65、80、100、160、300微米和400微米。
磨料领域公知，磨粒根据“级”或“号”依大小分类，“级”或“号”是粒度的分布或范围，而不是所有颗粒具有相同的尺寸。参见，例如，ANSI B74.18-1996“For Grading of Certain Abrasive Grainon Coated Abrasive Material”中关于磨粒的分级标准。与本文使用的相同，当规定粒度时，意指颗粒分布的平均粒度。
磨料组合物中使用的磨粒是多晶陶瓷磨粒，一般由溶胶凝胶处理制成。陶瓷α-氧化铝磨粒也可以由烧结α-氧化铝(氧化铝)粉末制成。陶瓷磨粒的莫氏硬度一般至少为9。
一般通过以下工艺过程生产烧结溶胶-凝胶氧化铝磨粒，其中包括：制备一水氧化铝的分散体，可以向其中添加改性剂；凝胶化该分散体；干燥该凝胶分散体；粉碎该干燥的凝胶分散体以形成颗粒；煅烧颗粒；以及，焙烧颗粒以形成磨粒。自从在本领域首次发现并公开该工艺过程以来，已经开发并公开了这种基本工艺的各种改进和修改。在温度低于氧化铝熔融温度的条件下，进行焙烧步骤以烧结颗粒。在美国专利No.4,314,827和No.4,518,397(Leitheiser等人)中，更完全地描述了制造氧化铝磨粒的溶胶-凝胶工艺。关于这种工艺的变更包括向分散体中添加α-氧化铝晶种或氧化铁晶种。
合适的市售陶瓷磨粒的实例包括来自美国马萨诸塞州Worchester市Norton Company的“Cerpass”，以及奥地利Villach市Treibacher-Schleifmittel的“Alodur CCCPL”。3M公司销售的多种产品中包括陶瓷磨粒。适合于在磨料制品中使用的一种特殊的陶瓷磨粒，可以从3M公司销售的磨料产品中购买，已知其商品名称为“Cubitron 321”。这种陶瓷磨粒是具有钇、钕、镧、钴和镁的添加剂的未加晶种氧化铝颗粒。
公开制造陶瓷颗粒的方法和各种成分的参考文献包括：美国专利No.4,623,364(Cottringer等人)，公开了使用α-氧化铝晶种；美国专利No.4,964,883(Morris等人)，公开了使用氧化铁晶种；美国专利No.4,881,951(Monroe等人)，公开了向溶胶凝胶中添加稀土氧化物材料；美国专利No.5,611,829(Monroe等人)，公开了结合氧化铁和硅石；美国专利No.5,312,789(Wood)，公开了在烧结之前，将添加剂(诸如稀土氧化物)加入到颗粒中；以及美国专利No.5,201,916(Berg等人)，公开了陶瓷颗粒的成型，所有这些文献公开的内容以引用方式在此并入本文。
磨料组合物的尺寸
本文披露的磨料组合物22包括大尺寸构形或大棱柱形(棱锥形)的结构。已经发现，与采用常规方式制造的大团块产品诸如Multicut、VSM CG以及366FA Trizact磨料制品相比较，对于磨料制品在较大构形磨料组合物22中具有大陶瓷磨粒24，具有更一致的打磨速度和更长的寿命。
从粘合该组合物的衬底表面测量的磨料组合物22最大高度为至少0.02英寸(约500微米)高，通常为至少0.03英寸(约750微米)高，以及，在一种实施方式中，为至少0.04英寸(约1000微米)高。
磨料组合物22可以为任何形状，但优选为一种几何形状，诸如立方体、柱、圆柱、圆锥体、截锥体、半球体、棱锥、截棱锥等。优选的形状是三棱锥和四棱锥。通常优选的是，磨料组合物的横截面面积从衬底开始递减，或者沿其高度递减。在使用期间，随着磨料组合物的磨损，这种可变表面面积导致不一致的压力。另外，在制造磨料制品期间，这种可变表面面积使磨料组合物更容易从生产工具中脱离。
一般而言，每平方厘米有至少25个单独的磨料组合物。在一些情况下，每平方厘米可以有至少50个单独的磨料组合物。一种优选的组合物是线性侧面交会于尖顶或顶点的方底棱锥。另一种优选的组合物是图2中所示的变形棱锥，其具有四边形基底，而棱锥面的几何形状为抛物面函数限定。亦即，该棱锥具有至少局部由抛物面限定的一般曲面，曲面在顶点交会。在一些设计中，抛物面函数包括平方根函数。具体而言，磨料组合物30具有四个侧面(图2中只能看见三个侧面34a、34b、34c)。侧面34a、34b、34c由底边(只能看见两条底边36a、36b)与侧边38a、38b、38c、38d限定，侧边38a、38b、38c、38d在尖顶35处交会。各侧边38a、38b、38c、38d由基于底边36a、36b等的抛物线函数限定。在代理人卷号58725US002的转让申请中详细描述了这种棱锥，该申请与本申请同日提交。对于这两种优选组合物阵列而言，各组合物与各相邻的组合物在基底尺寸上可以相同，或者，各组合物与各相邻的组合物在基底尺寸上也可以不同。例如，在美国专利No.5,672,097(Hoopman等人)中，披露了改变关于相邻组合物的基底尺寸的实例。
如上所述，磨料组合物22包括分散在粘结剂23中的陶瓷磨粒24，该磨料组合物22则粘结于衬底21。
衬底
衬底21具有正反表面，并且可以为任何一种常规磨料衬底。合适的衬底实例包括聚合物薄膜、针织或者机织织物、纸、硬化纤维、无纺布，于其上上有底胶，或者为其结合形式。可以对这些衬底的任一种进行增强处理，以提供增强的强度和抗张强度。衬底在其背面可以有附接装置，以能将最后得到的涂敷磨料与支撑垫或支持垫固定。合适的附接装置的实例包括：压敏粘合剂；一面为钩和环的附接系统；互相啮合附接系统，如美国专利No.5,201,101(Rouser等人)中所公开的；以及带螺纹的凸起，如美国专利No.5,316,812(Stout等人)中所公开的。
粘结剂
将陶瓷磨粒分散在有机粘结剂中，从而形成磨料组合物。粘结剂由粘结剂前体衍生而得，粘结剂前体中含有可聚合的有机树脂。在磨粒制造过程中，粘结剂前体受能量源辐射，引发聚合过程或固化过程。能量源的实例包括热能和辐射能，后者包括电子束、紫外光和可见光。在聚合过程中，树脂聚合且粘结剂前体转化成固体粘结剂。粘结剂前体固化之后，形成磨料复合物。磨料复合物中的粘结剂通常还起到将磨料复合物粘结到衬底上的作用。
有两类优选树脂可用于本发明的结构磨料制品中，即可固化的缩合树脂和可聚合的加成树脂。优选的粘结剂前体包括可聚合的加成树脂，因为这类树脂容易通过暴露于辐射能而固化。可聚合的加成树脂可通过阳离子机理或自由基机理而聚合。取决于所使用的能量源和粘结剂前体的化学性质，有时优选用固化剂、引发剂或催化剂来帮助引发聚合反应。
常用并优选的有机树脂实例包括酚醛树脂(甲阶酚醛树脂和酚醛清漆树脂皆可)、脲甲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、丙烯酸聚氨酯、丙烯酸环氧树脂、烯键式不饱和化合物、具有侧链不饱和羰基的氨基塑料衍生物、具有至少一个侧链丙烯酸酯基的异氰脲酸酯衍生物、具有至少一个侧链丙烯酸酯基的异氰酸酯衍生物、乙烯基醚、环氧树脂及上述之混合物和组合物。术语“丙烯酸酯”包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
丙烯酸化的聚氨酯是以羟基封端的、异氰酸酯NCO伸展的聚酯或聚醚的二丙烯酸酯。市售的丙烯酸聚氨酯产品实例包括：商品名为“UVITHANE 782”，Morton Thiokol Chemical出品，以及“CMD 6600”、“CMD 8400”和“CMD 8805”，Radcure Specialties出品。
丙烯酸环氧酯是环氧树脂的二丙烯酸酯，例如双酚A环氧树脂的二丙烯酸酯。市售的丙烯酸环氧酯产品实例包括商品名为“CMD3500”、“CMD 3600”和“CMD 3700”，Radcure Specialties出品。
烯键式不饱和化合物既包括单体化合物也包括聚合化合物，该单体化合物和聚合化合物含有碳原子、氢原子和氧原子，以及可选地含有氮原子和卤素原子。氧原子或氮原子或二者通常出现在醚基、酯基、氨基甲酸乙酯基、酰胺基和脲基中。烯键式不饱和化合物优选为分子量小于约4,000，并且优选为由含有脂肪族单羟基或脂肪族多羟基的化合物与不饱和羧酸反应而生成的酯，不饱和羧酸例如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、异巴豆酸和顺丁烯二酸等。
烯键式不饱和丙烯酸酯树脂的代表实例包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯苯乙烯、二乙烯基苯、乙烯基甲苯、二丙烯酸乙二醇酯、甲基丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸己二酸酯、二丙烯酸三甘醇酯、三丙烯酸三羟甲基丙烷酯、三丙烯酸甘油酯、三丙烯酸季戊四醇酯、甲基丙烯酸季戊四醇酯、四丙烯酸季戊四醇酯、以及四丙烯酸季戊四醇酯。其他烯键式不饱和树脂包括单烯丙基酯、多烯丙基酯和多甲代烯丙基酯以及羧酸酰胺，例如邻苯二甲酸二烯丙酯、己二酸二烯丙酯和N，N-二烯丙基己二酰二胺。其他含氮化合物还包括三(2-丙烯酰乙氧基)异氰脲酸酯、1，3，5-三(2-甲基丙烯酰乙氧基)-三嗪、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N-乙烯基哌啶酮。
氨基塑料树脂及其衍生物的每个分子或低聚物上具有至少一个α，β侧链不饱和羰基。这些不饱和羰基可以是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或丙烯酰胺型基团。这类材料的实例包括N-(羟甲基)丙烯酰胺、N，N’-氧联二亚甲基双丙烯酰胺、邻位和对位丙烯酰胺甲基化酚醛、丙烯酰胺甲基化酚醛清漆树脂及上述之组合物。美国专利4,903,440和5,236,472进一步描述了这些材料，上述专利在此以引用方式并入本文。
美国专利4,652,274(Boettcher等人)进一步描述了具有至少一个侧链丙烯酸酯基的异氰脲酸酯衍生物、具有至少一个侧链丙烯酸酯基的异氰酸酯衍生物，该专利在此以引用方式并入本文。对于结构磨料制品而言，优选的异氰脲酸酯材料是三(羟乙基)异氰脲酸酯的三丙烯酸酯。
环氧树脂也适合于本发明的结构磨料制品，环氧树脂具有环氧乙烷，并通过开环聚合而成。这类环氧树脂包括单体型环氧树脂和环氧树脂低聚物。一些优选的环氧树脂实例包括2，2-二[4-(2，3-环氧丙氧基)-苯基丙烷](二酚二缩水甘油醚)和市售的商品材料，这些材料可以是如下产品，商品名为“Epon 828”、“Epon 1004”和“Epon 1001F”由Shell Chemical Co.出品，以及商品名为“DER-331”、“DER-332”、和“DER-334”，由Dow Chemical Co.出品。其他合适的环氧树脂包括酚醛树脂清漆的缩水甘油醚(例如，可购自Dow chemical Co.的“DEN-431”和“DEN-428”)。对于环氧树脂，可通过添加适当的阳离子固化剂而以阳离子机理进行聚合；阳离子固化剂产生酸源，以引发环氧树脂聚合。
关于自由基可固化树脂，通常优选为磨料淤浆中还包括自由基固化剂。但是在电子束作为能量源的情况下，由于电子束本身就产生自由基，所以不一定总需要固化剂。自由基热引发剂的实例包括过氧化物，例如过氧化苯甲酰、偶氮化合物、二苯甲酮和醌。对于紫外光或可见光能量源来说，该固化剂有时被称为光引发剂。暴露在紫外光下会产生自由基来源的引发剂实例，包括但不限于选自由下列物质构成的组：有机过氧化物、偶氮化合物、醌、二苯甲酮、亚硝基化合物、丙烯酰卤化物、腙、巯基化合物、吡喃鎓化合物、三丙烯咪唑(triacrylimdazoles)、二咪唑、氯烷基三嗪、安息香醚、联苯酰缩酮、噻吨酮和苯乙酮衍生物及上述之混合物。在美国专利4,735,632(Boettcher等人)中，可以找到暴露于可见光辐射会产生自由基来源的引发剂实例，该专利在此以引用方式并入本文。可见光优选使用的引发剂是可从Ciba Geigy Corporation购买的“Irgacure 369”。
在固化的磨料组合物中，粘结剂和其他有机材料(诸如任何引发剂、偶联剂等)通常为全部组合物的约10-15％(重量百分比)。在一些实施方式中，这些有机成分的含量为约15-40％(重量百分比)。可选添加剂
如上所述，磨料组合物22包含分散在粘结剂23中的陶瓷磨粒24。组合物22可以包括其他添加剂，以改变组合物22的特性。
磨料组合物22可以包括稀释剂颗粒或其他填料颗粒，以改变磨料组合物的性能。这些可选颗粒的粒度可以与陶瓷磨粒处在同一级别，但通常更小。合适的颗粒的实例包括：石膏、大理石、石灰石、燧石、硅石、玻璃泡、玻璃珠、水合硅酸铝等。
中级磨粒可以与大陶瓷磨粒同时存在。优选的是，与大陶瓷磨粒相比，任何中级磨粒具有较小的平均粒度。可用磨粒的实例包括：熔融氧化铝(包括褐色氧化铝、热处理氧化铝和白色氧化铝)、绿色碳化硅、碳化硅、氧化铬、铝锆磨料、金刚石、铁氧化物、二氧化铈、立方氮化硼、碳化硼、石榴石，及其混合物。也可以使用陶瓷氧化铝颗粒。
大陶瓷磨粒、填料颗粒或者中级磨粒，在其上可以具有表面涂层或进行处理。表面涂层可以具有许多不同的功能。在有些情况下，表面涂层增强磨粒或其他颗粒与粘结剂的粘合性，改变磨粒的研磨特性等。表面涂层的实例包括：偶联剂、卤化盐、包括硅质的金属氧化物、耐火的金属氮化物、耐火的金属碳化物等。
磨料复合物中可存在助磨剂。助磨剂涵盖各种不同的材料，并且可以是以无机物或有机物为基础的材料。助磨剂化学材料族群的实例包括蜡、有机卤化物、卤化盐和金属及其合金。氯化蜡的实例包括四氯萘、五氯萘和聚氯乙烯。卤化盐的实例包括氯化钠、钾冰晶石、钠冰晶石、铵冰晶石、四氟硼酸钾、四氟硼酸钠、氟化硅、氯化钾、氯化镁。金属的实例包括锡、铅、铋、钴、锑、镉、铁、钛，其他各种助磨剂包括硫、有机硫化物、石墨和金属硫化物。上述助磨剂实例仅为示例之用。结构磨料制品中所使用的一种优选助磨剂是冰晶石，而另一种是四氟硼酸钾(KBF4)。
磨料组合物还可以或者可选择性地含有可选的添加剂，例如，举例而言，润滑剂、润湿剂、触变材料、表面活性剂、颜料、染料、抗静电剂、增塑剂和悬浮剂。对这些材料的含量以及所有材料进行选择，以提供所需性能。
制造磨料制品的方法
在图3中，示意性地图示了一种制造本发明的磨料制品的方法；这种方法一般称为“带”或“网”加工，源于用来提供结构表面的生产工具。
生产工具46离开拆卷站45，该生产工具46为长度方向延伸，并在一个表面上具有多个凹腔。在涂覆站44把磨料淤浆涂在生产工具46上，并使其进入凹腔。涂覆站44可以使用常规涂覆技术，例如挤压式点胶机、刮刀涂布机、帘式涂布机、真空涂模机或挤压式涂布机。在涂覆之前，为了降低淤浆的粘度，可以加热淤浆及/或对淤浆施加超声波能量或进行其他处理。优选地，使淤浆中存在的气泡最少化。在一些实施方式中，优选的涂覆技术是真空流体定向涂覆法(vacuumfluid bearing die)
经涂覆的生产工具46与来自拆卷站42的衬底41接触。衬底41与淤浆接触，从而淤浆浸湿衬底41的正面。在图3中，使用接触轧辊47以有助于接触，并且，接触轧辊47还使所得结构物紧靠支撑鼓43。
能量源48(优选为可见光源)向淤浆中发送充足的能量，使粘结剂前体至少部分固化。能量可以通过衬底或者通过工具传递。术语“部分固化”是指粘结剂前体聚合达到淤浆不会从倒置试管流下的状态。一旦粘结剂前体脱离生产工具，可使之进一步固化。
涂敷之后，将生产工具46再绕到心轴49上，以重复使用生产工具46。将最终得到的磨料制品120绕到心轴121上。如果粘结剂前体尚未完全固化，可以使粘结剂前体完全固化，例如，通过暴露于能量源固化。美国专利5,152,917(Pieper等人)和No.5,435,816(Spurgeon等人)中，进一步描述了根据本文第一种方法制备磨料制品的其他细节和变化，上述文献在此以引用方式并入本文。
尽管上述方法包括，在磨料淤浆处于工具凹腔中时，至少会部分固化粘结剂，但可以理解，全部固化过程可以在生产工具脱除后进行。
另一替代方法中，可把磨料淤浆直接涂到衬底41上而不是涂到生产工具46的凹腔中。然后使涂有淤浆的衬底与生产工具46接触，从而使淤浆流到生产工具46的凹腔中。制备磨料制品的其余步骤与上文详述步骤相同。
在图4中图示了用于制造结构磨料制品的另一种方法。此方法一般可以称为“辊筒”法，源于用来产生结构表面的生产工具。
涂覆站53处，把淤浆54涂到生产工具55的凹腔中。可以用下述多种技术中的任一种把淤浆54涂到生产工具55上，例如挤压式点胶法、辊涂法、刮涂法、帘涂法、真空涂模法或挤压涂布法。同样，在涂覆之前，可以处理淤浆，以降低粘度及/或减少气泡的形成。
用压送辊56使来自拆卷站52的衬底51与含有磨料淤浆的生产工具55接触，使得淤浆浸湿衬底51的正面。接下来，通过使淤浆中的粘结剂前体暴露于能量源57，使其至少部分固化。通过咬送辊58使所得磨料制品59脱离生产工具55，并将磨料制品绕到重绕站60上。
尽管上述方法包括在磨料淤浆处于工具凹腔中时至少部分固化粘结剂，但可以理解，可以在衬底51和淤浆54与生产工具55脱离之后进行全部固化。
在另一替代方法中，可把磨料淤浆直接涂到衬底51上而不是涂到生产工具55的凹腔中。然后使涂有淤浆的衬底与生产工具55接触，从而使淤浆流到生产工具55的凹腔中。制备磨料制品的其余步骤与上文详述步骤相同。
优选使用辐射能固化粘结剂前体。只要生产工具不明显吸收辐射能，辐射能就可以穿透生产工具。此外，辐射能量源应当不会使生产工具明显降解。优选使用热塑性生产工具以及紫外光或可见光。
实例
下列非限制性的实例将进一步说明本发明。除非另作说明，实例中的所有份数、百分比、比率等均以重量计。在全部实例中，使用表1中所列的缩写词。
表1
 
TMPTA 三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，可从Sartomer Co.购买，商品名称为“SR351”
TATHEIC 三(羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯，可从Sartomer Co.购买，商品名称为“SR368”
PH2 2-苯基-2-N，N-二甲氨基-1-(4-吗啉苯基)-1-丁酮，可从CibaGeigy Corp.购买，商品名称为“Irgacure 369”
ASF 无定形二氧化硅填料，可从DeGussa购买，商品名称为“OX-50”
60 CAO 根据美国专利No.5,312,789教导的陶瓷氧化铝，60级(平均粒度约400微米)
80 CAO 根据美国专利No.5,312,789教导的陶瓷氧化铝，80级(平均粒度约300微米)
180 CAO 根据美国专利No.5,312,789教导的陶瓷氧化铝,180级(平均粒度约100-110微米)
JIS400 CAO 根据美国专利No.5,312,789教导的陶瓷氧化铝，JIS400级(平均粒度约35微米)
80 FAO 熔融热处理的氧化铝，80级(平均粒度约200微米)，可从奥地利Villach的Triebacher公司购买
F360 FAO 熔融热处理的氧化铝，F360砂轮级(平均粒度约40微米)，可从Triebacher公司购买
P600 FAO 熔融热处理的氧化铝，FEP A P600级(平均粒度约35微米)，可从Triebacher公司购买
60 NCAO 陶瓷氧化铝，60级，可从Saint Gobain Ceramic Materials购买，商品名称为“Cerpass-XLT”
SCA 硅烷偶联剂，3-甲基丙烯酸丙氧基三甲氧基硅烷，可从Crompton Corp.购买，商品名称为“A-174NT”
KBF4 98％纯度的微粉碎四氟硼酸钾(KBF<sub>4</sub>)，其中通过325目筛的至少占重量的95％，以及，通过200目筛的占重量的100％
FGP 铝-硼-硅酸盐玻璃粉，-325目，可从美国俄亥俄州Cleveland市Ferro Corporation购买，商品名称为“3226-3”
KB1 光引发剂，2，2-二甲氧基-1，2-二苯基乙酮，可从LambertiS.P.A.to Sartomer Co.购买，商品名称为“ESACURE KB1”
PRO TMPTA/TATHEIC/KB1的59.41/39.6/0.99混合物，可从Sartomer Co.购买，商品名称为“Pro1555”
CaSi 表面改性偏硅酸钙填料，可从美国纽约州Willsboro市NYCO公司购买，商品名称为“Wollastocoat M400”
用于制造磨料制品的常规加工1
通过将列于下表2中的磨粒、粘结剂前体和其他材料混合，制备磨料淤浆。使用高剪切混合机，以约1200转/分钟，混合淤浆约10分钟。
表2
 
实施例 TMPTA PH2 KBF4 PRO CaSi ASF FGP SCA 矿物
1 1658 16.5 1368 1368 27 4109
2 1658 16.5 1368 1368 38 4109
3 1168 11.6 964 964 19 2894
4 1168 11.6 964 964 19 2894
5 8 772 400 14 400 30 1201
6 8 772 400 14 400 30 1201
7 612 6.2 600 14 30 1201
8 612 6.2 600 14 30 1201
9 612 6.2 800 14 30 1201
10 612 6.2 800 30 30 1300
11 612 6.2 800 30 30 1300
12 612 6.2 800 14 30 1201
13 772 8 700 14 30 950
14 772 8 700 14 30 950
15 772 8 700 14 30 950
16 612 6.2 1000 16 30 1201
17 612 6.2 1200 16 30 1201
用于磨料制品的衬底是X-Weight聚酯衬底，在衬底正面，具有乳胶/酚醛树脂预上面胶处理(85份/15份，基于固化的树脂)。对衬底施加预涂面胶，然后加热，以基本上去掉所有的挥发性物质，并且使酚醛树脂胶化。
生产工具是透明的聚丙烯工具，该聚丙烯工具由带模切突起的镀镍母工具模压而成。聚丙烯工具具有多个凹腔，凹腔由矩形底面(包括方形底面)的棱锥体形图案限定。这样布置棱锥形特征物，使得其底部彼此相对抵靠。棱锥形工具特征物的特征物构形特征和标称尺寸的类型如表3中所述。
表3
 
工具类型 棱锥底面的几何形状 棱锥底面宽度英寸英寸(微米) 平均棱锥底面宽度英寸(微米) 棱锥高度英寸(微米) 棱锥边构形特征
CK#7 正方形 0.06(1524) 0.06(1524) 0.024(610) 线形
025SQRT 矩形 0.03-0.065(762-1593) 0.05(1270) 0.025(635) 平方根
030SQRT 矩形 0.045-0.09(1103-2205) 0.65(1651) 0.03(762) 平方根
040SQRT 矩形 0.065-0.12(1593-2940) 0.85(2159) 0.04(1016) 平方根
在与图3中所示装置相似的装置上，使用生产工具的环形带，制造实例1-15的磨料制品。以大约15米/分钟(50英尺/分钟)进行生产操作。在衬底正面上，刮涂大约18厘米宽的磨料淤浆。将刀隙设定为大约457-635微米(18-25密耳)。在夹辊的压迫下，使涂敷淤浆的衬底与生产工具的凹腔接触，然后，用来自两个以600瓦/英寸运作的可见光灯(“D”灯泡，Fusion Corp.销售的商品)的可见光，照射淤浆。生产工具与衬底之间的压区压力为约60磅(27千克)。将磨料制品移出图3的装置之后，根据需要，在115℃下，加热磨料制品24小时，以将组合物与衬底处理进行完全固化。在测试之前，不要弯折磨料制品。
用于制造磨料制品的常规加工2
通过用手工将淤浆混合物铺涂到衬底正面上，在表面上撒布CaSi粉末，将工具按压进淤浆中，移开成形的未固化磨料材料，并且使用一个600W的“D”灯泡，在工具外部用可见光以7.5米/分钟(25英尺/分钟)对样品进行固化，形成实例16-17的磨料制品。
表4总结了实例1-17所使用的磨粒和用于形成组合物的工具。
表4
 
实施例 矿物等级及类型 大约的矿物尺寸(微米) 工具特征物类型 组合物高度英寸(微米)
1 80 CAO 300 025 SQRT 0.025(635)
2 60 CAO 400 030 SQRT 0.03(762)
3 80 CAO 300 #7 CK 0.024(610)
4 80 FAO 300 #7 CK 0.024(610)
5 180 CAO 100-110 030 SQRT 0.03(762)
6 180 CAO 100-110 040 SQRT 0.04(1016)
7 180 CAO 100-110 030 SQRT 0.03(762)
8 180 CAO 100-110 040 SQRT 0.04(1016)
9 80 CAO 85 030 SQRT 0.03(762)
10 80 CAO 300 040 SQRT 0.04(1016)
11 80 FAO 300 040 SQRT 0.04(1016)
12 60 CAO 400 040 SQRT 0.04(1016)
13 F360 FAO 40 030 SQRT 0.03(762)
14 P600 FAO 30 030 SQRT 0.03(762)
15 JIS400 CAO 30 030 SQRT 0.03(762)
16 60N CAO 040 SQRT 0.04(1016)
17 60 NCAO 040 SQRT 0.04(1016)
如上所述制成的磨料制品，根据下面描述的测试过程I至III进行测试。也对列于表8中的多个可商购的磨料制品进行测试。测试结果示于表9中。
测试过程I
将磨料制品形成为7.6厘米×335厘米(3英寸×132英寸)的环带。将该带安装在标准工具张紧座(Standard Tool Backstand)研磨机上，使用表5中所述的条件。用手将工件夹持在水平位置，以及，用手持压力计(Shimpo FGV-50)测量大约120牛顿(28磅)的力，使工件的薄边压靠于接触轮。以5厘米/秒(2英寸/秒)的速度，将工件横向越过接触轮的面一次，就完成一个测试周期。记录来自最初16个工件各自打磨的平均量作为初始打磨速度(克/周期)，以及，记录来自最后16个工件各自打磨的平均量作为最终打磨速度(克/周期)。记录整个测试持续期间(80或240个周期)的打磨的累积总量作为总打磨量(克)。夹持工件，使得工件的水平面大致与接触轮的转动轴平行，并且，与磨料带的接触线位于接触轮轴线下方大约25厘米(10英寸)处。
表5
 
磨料带尺寸 7.6厘米×335厘米(3英寸×132英寸)
机器 Standard Tool Backstand Lathe研磨机(5hp型)，俄亥俄州Cincinnati市Standard Electric Tol Co.
研磨的速度 2122表面米/分钟(6963表面英尺/分钟)
接触轮 直径35.3厘米(14英寸)，85A硬度计，锯齿形(serrated)1:1
工件 304不锈钢板～15.2厘米×30.5厘米×～0.3厘米(～6英寸×12英寸×～0.120英寸)
研磨压力 ～120牛顿(～28磅)手持压力
进料速率 5厘米/秒(2英寸/秒)
冷却剂 无
测试过程II
将磨料制品形成为30厘米×244厘米(12英寸×96英寸)的环带。将该带安装在ACME平头抛光机(Flat-Head Finisher)上，使用的条件列于表6中。带的有效打磨面积为15厘米×244厘米，以及，工件的研磨面测量为15厘米×1.2厘米。在以10.7米/分运行的输送带上，使工件连续地送到机器中。进行测试，直至抛光1200英尺(366米)的工件板，并且在整个测试过程中，向下调节机器的接触轮，以在工件上保持恒定的压力。在超出零荷载条件下，研磨压力由皮带驱动电动机牵拉力amp监测。记录来自最初5个工件板的打磨的累积量(100英尺(30.5米)或者一个周期)，作为初始打磨速度(克/周期)；以及，记录来自最后5个工件板的打磨的累积量作为最终打磨速度(克/周期)。在测试期间(1200英尺(366米))打磨的总量记录作为总打磨量。
表6
 
磨料带尺寸 30厘米×244厘米(12英寸×96英寸)
机器 30厘米(12英寸)ACME平头抛光机，美国密歇根州底特律市ACME Manufacturing Co.
研磨速度 1372表面米/分钟(4500表面英尺/分钟)
输送带速度 10.7米/分钟(35英尺/分钟)
接触轮 直径20厘米(8英寸)，70A硬度计，1:1锯齿形
研磨压力 1.3amp/厘米(3.3amp/英寸)
工件 304不锈钢板15.2厘米×1.2米×～0.3厘米(6英寸×48英寸×～0.120英寸)
冷却剂 Chemtool CT 2552(8％浓度)
测试过程III
将磨料制品形成为10厘米×137厘米(4英寸×54英寸)的环带。将环带安装在ACME无心研磨机上，使用下表7中描述的条件。工件是直径3.2厘米×91厘米长(1.250英寸×36英寸)的1045碳钢或304不锈钢圆棒。在向带-工件界面注入冷却剂的条件下，使各工件通过ACME机器5个周期。每个周期使圆棒的通过方向颠倒。记录测试最初5个周期中打磨的平均量作为初始打磨速度(克/周期)。记录测试最后5个周期中打磨的平均量作为最终打磨速度(克/周期)。手动方式调节AMCE无心研磨机的调节轮，以在各研磨周期中在工件上自始至终保持恒定压力。在超出零荷载条件下，研磨压力由皮带驱动电动机牵拉力amp监测。测试持续时间为30、60、65或80个周期，如所说明的。对任一实例而言，在打磨速度降到关于该实例记录的初始打磨的至少60％时，停止测试。记录在测试持续时间内打磨的累积总量，作为总打磨量(克)。
表7
 
磨料带尺寸 10厘米×137厘米(4英寸×54英寸)
机器 美国密歇根州Detroit市ACME ManufacturingCo.，ACME Model 47无心研磨机
研磨的速度 1219表面米/分钟(4000表面英尺/分钟)
调节轮速度 50转/分钟
送料通过速率 3.05米/分钟(10英尺/分钟)
接触轮 直径20厘米(8英寸)，70A硬度计，平滑面
研磨压力 0.148amp/厘米(0.375amp/英寸)
工件 1045碳钢或304不锈钢圆棒，直径3.2厘米×91厘米(1.250英寸×36英寸)
冷却剂 Chemtool CT 2552(5％浓度)
表面粗糙度测量
在每次第十五研磨周期结束时，测量根据测试过程3进行测试的工件的表面粗糙度(Ra)。Ra是以微米表示的刮痕深度算术平均值。使用Mahr Perthometer表面光度仪(M4P型，可从俄亥俄州Cincinnati市的Mahr Corporation购买)。
表8
 
比较例 说明
A “979F Multicut C”，购自美国明尼苏达州St.Paul市3M Company(常规涂敷磨料，具有底胶和面胶以及重力沉积陶瓷氧化铝磨粒团块；ANSI 80级(平均粒度大约190微米)
B “777F”，购自3M Company(常规涂敷磨料，具有底胶和面胶以及静电沉积陶瓷和熔融氧化铝磨粒；ANSI 60级(平均粒度大约400微米)
C “R824 NorzonPlus”，购自美国马萨诸塞州Worcester市NortonCompany(常规涂敷磨料，具有底胶和面胶以及静电沉积熔融氧化铝磨粒；ANSI 50级(平均粒度大约510微米)
D “A 100 366FA TRIZACT”，购自3M Company(结构磨料制品，具有大约100微米平均粒度的重力沉积的熔融氧化铝颗粒团块)
E “369F Multicut A”，购自3M Company(常规涂敷磨料，具有底胶和面胶以及重力沉积的熔融氧化铝磨粒团块；FEPA P180级(平均粒度约85微米)
F “KK7I8X Vitex”，购自美国密苏里州O’Fallon市VSM Abrasives，(常规涂敷磨料，具有底胶和面胶以及静电沉积熔融氧化铝磨粒；FEPA P180级(平均粒度约85微米)
G “KK718X Vitex”，购自VSM Abrasives，(常规涂敷磨料，具有底胶和面胶以及静电沉积熔融氧化铝磨粒；FEPA P120级(平均粒度约125微米)
H “977F”，购自3M Company(常规涂敷磨料，具有底胶和面胶以及静电沉积陶瓷氧化铝磨粒；ANSI 120级(平均粒度约115微米)
I “777F”，购自3M Company(常规涂敷磨料，具有底胶和面胶以及静电沉积陶瓷和熔融氧化铝磨粒；FEPA P120级(平均粒度约125微米)
J “964F”，购自3M Company(常规涂敷磨料，具有底胶和面胶以及电沉积陶瓷氧化铝磨粒；FEPA P120级(平均粒度约125微米)
K “369F Multicut A”，购自3M Company(常规涂敷磨料，具有底胶和面胶以及重力沉积的熔融氧化铝磨粒团块；FEPA P120级(平均粒度约125微米)
L “KK718X Vitex”，购自VSM Abrasives，(常规涂敷磨料，具有底胶和面胶以及重力沉积熔融氧化铝磨粒团块；FEPA P80级(平均粒度约200微米)
M “KK718X Vitex”，购自VSM Abrasives，(常规涂敷磨料，具有底胶和面胶以及重力沉积的熔融氧化铝磨粒团块；FEPA P60级(平均粒度约400微米)
N “KK718X Vitex”，购自VSM Abrasives，(常规涂敷磨料，具有底胶和面胶以及重力沉积的熔融氧化铝磨粒团块；FEPA P320级(平均粒度约50微米)
表9
 
实例 初始打磨速度克/周期 最终打磨速度克/周期 Δ％，初始打磨速度与最终打磨速度 初始Ra微英寸 最终Ra微英寸 总周期 总打磨量克
1 2.75 2.56 6.9 80 213
2 2.94 2.56 12.9 240 650
比较例A 3.06 1.12 63.4 80 153
比较例B 5.00 1.38 72.4 240 596
3 429 228 46.8 12 3680
4 303 176 41.9 12 2653
比较例C 429 126 70.6 12 2596
5 54.4 45.6 16.2 74 41 65 2927
6 57.6 42.2 26.7 82 51 80 4433
比较例D 35.8 16.8 53.1 47 21 60 1441
比较例E 53.6 11.4 78.3 76 31 30 1131
比较例F 33.8 8.8 74.0 47 16 45 1140
比较例G 58.0 20.6 64.5 83 41 65 2927
7 38.2 30.3 21 57 47 30 1030
8 40.1 30.8 23 79 63 30 1084
比较例H 53.4 22.2 58 81 38 20 674
比较例I 51.6 18.2 65 92 34 20 609
比较例J 32.8 9.2 72 39 16 15 272
比较例K 48.8 19.4 60 66 45 30 1027
9 92.4 84.0 9.1 176 130 60 5449
10 93.6 82.0 12.4 168 111 60 5380
11 73.0 54.4 25.5 100 74 60 3720
12 112.0 97.2 13.2 214 159 60 6232
比较例L 69.0 46.4 32.8 138 88 60 3326
比较例M 79.6 44.4 44.2 164 90 60 3415
13 16.8 5.6 66.7 16 7 35 399
14 17.2 5.0 70.9 15 7 35 392
15 23.8 11.2 52.9 28 12 35 641
比较例N 14.6 4.4 69.9 20 9 35 296
实施例1-2和比较例A-B
根据测试过程I，测试实施例1-2和比较例A-B。表9中的测试结果显示：在不锈钢工件上模拟的干态即时研磨应用中，与常规涂敷磨料制品和常规团块涂敷磨料制品相比，具有较大构形和大陶瓷颗粒的磨料制品，提高了打磨一致性并延长了使用寿命。
实施例3-4和比较例C
使用304不锈钢工件，根据测试过程II，测试实施例3-4和比较例C。表9中的测试结果显示：在模拟的湿态平磨应用中，与具有较大构形但包括非陶瓷磨粒(实施例4)相比较，以及与常规涂敷磨料制品相比较，具有较大构形和大陶瓷颗粒(实施例3)的磨料制品，提高了打磨速度、提高了打磨一致性、并且延长了使用寿命。
实施例5-6和比较例D-G
使用1045低碳钢工件，根据测试过程III，测试实施例5-6和比较例D-G。表9中的测试结果显示：在模拟的湿态无心研磨应用中，与常规团块涂敷磨料制品相比较，具有较大构形和大陶瓷颗粒的磨料制品，提高了打磨一致性、提高了抛光一致性，并且延长了使用寿命。
实施例7-8和比较例H-K
使用304不锈钢工件，根据测试过程III，测试实施例7-8和比较例H-K。表9中的测试结果显示：在模拟的湿态无心研磨应用中，与常规涂敷磨料制品相比较，以及与常规团块涂敷磨料制品相比较，具有较大构形和大陶瓷颗粒的磨料制品，提高了打磨一致性、提高了抛光一致性，并且延长了寿命。
实施例9-11和比较例L
使用1045低碳钢工件，根据测试过程III，测试实施例9-11和比较例L。表9中的测试结果显示：与常规团块磨料制品相比较，具有较大构形和大陶瓷颗粒的磨料制品，提高了打磨一致性、提高了抛光一致性，并且延长了寿命。关于实施例10和11的结果显示：与具有较大构形但包含非陶瓷磨粒的磨料制品(实施例11)相比较，本发明的磨料制品(实施例10)，提高了打磨速度、提高了打磨一致性，并且延长了使用寿命。
实施例12和比较例M
使用1045低碳钢工件，根据测试过程III，测试实施例12和比较例M。表9中的测试结果显示：在模拟的湿态无心研磨应用中，与常规团块磨料制品相比较，具有较大构形和大陶瓷颗粒的磨料制品，提高了打磨一致性、提高了抛光一致性，并且延长了寿命。实施例13-15和比较例N
使用1045低碳钢工件，根据测试过程III，测试实施例13-15和比较例N。表9中的测试结果显示：在模拟湿态无心研磨应用中，与常规团块磨料制品相比较，具有较大构形和大陶瓷颗粒的磨料制品(实施例15)，提高了打磨一致性，并且延长了寿命。关于实施例13-15的结果显示：与具有较大构形但包含非陶瓷磨粒的实施例(实施例13-14)相比较，具有较大构形和大陶瓷磨粒的磨料制品(实施例15)，提高了打磨速度、提高了打磨一致性，并且延长了使用寿命。
实施例16-17
实施例16和17的显微照片示于图5和图6中。这些显微照片表示通过在生产工具外部固化制成的较大构形磨料组合物。
以上说明、实例和数据，提供了本文披露磨料制品的制造和使用的详尽描述。不脱离本发明披露的精神和范围，可有许多种实施方式，所以，本发明由所附权利要求限定。

Claims (32)

1.一种结构磨料制品，包括：
(a)具有正面的衬底；
(b)在所述正面上的多个磨料组合物，各所述磨料组合物包括：
(i)多个陶瓷磨粒，具有至少85微米的平均粒度；以及
(ii)有机成分，包括辐射可固化粘结剂，所述有机成分占所述磨料组合物重量的15-40％；从所述衬底的所述正面测量的所述磨料组合物的高度为至少500微米；
其中，在使用中，所述结构磨料制品在第一时间产生第一打磨速度和第一表面粗糙度，以及在第二时间产生第二打磨速度和第二表面粗糙度，所述第一时间与所述第二时间间隔至少20分钟；
其中，所述第二打磨速度小于所述第一打磨速度，所述第二打磨速度与所述第一打磨速度的差值绝对值不超出所述第一打磨速度的50％。
2.根据权利要求1所述的结构磨料制品，其中，所述第二打磨速度小于所述第一打磨速度，所述第二打磨速度与所述第一打磨速度的差值绝对值不超出所述第一打磨速度的30％。
3.根据权利要求2所述的结构磨料制品，其中，所述第二打磨速度小于所述第一打磨速度，所述第二打磨速度与所述第一打磨速度的差值绝对值不超出所述第一打磨速度的15％。
4.根据权利要求1所述的结构磨料制品，其中，所述陶瓷磨粒具有至少200微米的平均粒度。
5.根据权利要求1所述的结构磨料制品，其中，所述陶瓷磨粒具有100-400微米的平均粒度。
6.根据权利要求1所述的结构磨料制品，其中，从所述衬底的所述正面测量的所述磨料组合物的高度为至少600微米。
7.根据权利要求6所述的结构磨料制品，其中，从所述衬底的所述正面测量的所述磨料组合物的高度为至少750微米。
8.根据权利要求1所述的结构磨料制品，其中，所述磨料组合物包含由抛物线函数限定的侧边。
9.根据权利要求8所述的结构磨料制品，其中，所述抛物线函数包括平方根函数。
10.根据权利要求1所述的结构磨料制品，其中，所述陶瓷磨粒包含至少一种稀土氧化物改性剂。
11.根据权利要求1所述的结构磨料制品，其中，所述陶瓷磨粒是加晶种的陶瓷氧化铝。
12.根据权利要求1所述的结构磨料制品，其中，所述陶瓷磨粒是未加晶种的陶瓷氧化铝。
13.一种研磨表面的方法，所述方法包括：
(a)提供一种在衬底的正面上包括多个磨料组合物的结构磨料制品，各所述磨料组合物包括：
(i)分散在粘结剂中平均粒度至少85微米的多个陶瓷磨粒；以及
(ii)从所述衬底的所述正面测量的高度为至少500微米；
(b)在第一时间研磨所述表面，以获得第一打磨速度和第一表面粗糙度；以及
(c)在所述第一时间之后至少20分钟的第二时间，研磨所述表面，以获得第二打磨速度，所述第二打磨速度小于所述第一打磨速度，所述第二打磨速度与所述第一打磨速度的差值绝对值不超出所述第一打磨速度的50％。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，在第二时间研磨所述表面包括：
(a)在第二时间研磨所述表面，以获得第二打磨速度，所述第二打磨速度小于所述第一打磨速度，所述第二打磨速度与所述第一打磨速度的差值绝对值不超出所述第一打磨速度的30％。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在第二时间研磨所述表面包括：
(a)在第二时间研磨所述表面，以获得第二打磨速度，所述第二打磨速度小于所述第一打磨速度，所述第二打磨速度与所述第一打磨速度的差值绝对值不超出所述第一打磨速度的15％。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，在第二时间研磨所述表面包括：
在所述第一时间之后30分钟的第二时间，研磨所述表面。
17.一种结构磨料制品，包括：
(a)具有正面的衬底；
(b)在所述正面上的多个磨料组合物，各所述磨料组合物包括：
(i)多个陶瓷磨粒，具有至少85微米的平均粒度；以及
(ii)包括辐射可固化粘结剂的有机成分，所述有机成分占所述磨料组合物重量的15-40％；从所述衬底的所述正面测量的所述磨料组合物的高度为至少500微米；
其中，当使用测试过程I时，所述结构磨料制品在周期1产生第一打磨速度，并且在周期240产生第二打磨速度，所述第二打磨速度小于所述第一打磨速度，所述第二打磨速度与所述第一打磨速度的差值绝对值不超出所述第一打磨速度的15％。
18.一种结构磨料制品，包括：
(a)具有正面的衬底；
(b)在所述正面上的多个磨料组合物，各所述磨料组合物包括：
(i)多个陶瓷磨粒，具有至少85微米的平均粒度；以及
(ii)包括辐射可固化粘结剂的有机成分，所述有机成分占所述磨料组合物重量的15-40％；从所述衬底的所述正面测量的所述磨料组合物的高度为至少500微米；
其中，当使用测试过程II时，所述结构磨料制品在周期1产生第一打磨速度，并且在周期12产生第二打磨速度，所述第二打磨速度小于所述第一打磨速度，所述第二打磨速度与所述第一打磨速度的差值绝对值不超出所述第一打磨速度的50％。
19.一种结构磨料制品，包括：
(a)具有正面的衬底；
(b)在所述正面上的多个磨料组合物，各所述磨料组合物包括：
(i)多个陶瓷磨粒，具有至少85微米的平均粒度；以及
(ii)包括辐射可固化粘结剂的有机成分，所述有机成分占所述磨料组合物重量的15-40％；从所述衬底的所述正面测量的所述磨料组合物的高度为至少500微米；
其中，当使用测试过程III时，所述结构磨料制品在周期1产生第一打磨速度，并且在周期30产生第二打磨速度，所述第二打磨速度小于所述第一打磨速度，所述第二打磨速度与所述第一打磨速度的差值绝对值不超出所述第一打磨速度的30％。
20.一种结构磨料制品，包括：
(a)具有正面的衬底；
(b)在所述正面上的多个磨料组合物，各所述磨料组合物包括：
(i)多个陶瓷磨粒，具有至少85微米的平均粒度；以及
(ii)包括辐射可固化粘结剂的有机成分，所述有机成分占所述磨料组合物重量的15-40％；从所述衬底的所述正面测量的所述磨料组合物的高度为至少500微米；
其中，当使用测试过程III时，经过30个周期之后，所述结构磨料制品具有的打磨速度减小，其减小不超出对比打磨速度减小的50％，
其中，所述对比打磨速度减小，是通过对常规涂敷磨料进行测试过程III获得的，所述常规涂敷磨料具有底胶和面胶以及重力沉积的熔融氧化铝磨粒团块。
21.一种制造磨料制品的方法，包括：
(a)提供具有正面的衬底；
(b)施加步骤，在所述正面上施加多个磨料组合物，各所述磨料组合物包括：
(i)多个陶瓷磨粒，具有至少85微米的平均粒度；以及
(ii)包括辐射可固化粘结剂的有机成分，所述有机成分占所述磨料组合物重量的15-40％；从所述衬底的所述正面测量的所述磨料组合物的高度为至少500微米。
22.根据权利要求21所述的制造磨料制品的方法，其中所述施加步骤包括：
(a)提供淤浆，该淤浆包括粘结剂前体和分散于其中的所述多个陶瓷磨粒；
(b)设置其中具有多个凹腔的生产工具；
(c)将所述淤浆涂敷到所述凹腔中；
(d)使所述淤浆与所述衬底的正面接触；
(e)固化步骤，固化所述粘结剂前体；以及
(f)使所述淤浆脱离所述生产工具。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，在使所述淤浆脱离所述生产工具的步骤之前，进行所述粘结剂前体的所述固化步骤。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，在所述粘结剂前体的所述固化步骤之前，进行使所述淤浆脱离所述生产工具的步骤。
25.根据权利要求22所述的方法，其中，在使所述淤浆与所述衬底的正面接触的步骤之前，进行将所述淤浆涂敷进入所述凹腔中的步骤。
26.根据权利要求22所述的方法，其中，在将所述淤浆涂敷进入所述凹腔中的步骤之前，进行使所述淤浆与所述衬底的正面接触的步骤。
27.根据权利要求22所述的方法，其中，所述提供淤浆的步骤包括：
提供这样的淤浆，该淤浆包括粘结剂前体和具有至少200微米平均粒度的陶瓷磨粒。
28.根据权利要求22所述的方法，其中，所述提供淤浆的步骤包括：
提供这样的淤浆，该淤浆包括粘结剂前体和具有100-400微米平均粒度的陶瓷磨粒。
29.根据权利要求22所述的方法，其中，所述提供淤浆的步骤包括：
提供这样的淤浆，该淤浆包括粘结剂前体和具有至少600微米平均粒度的陶瓷磨粒。
30.根据权利要求22所述的方法，其中，所述提供淤浆的步骤包括：
提供这样的淤浆，该淤浆包括粘结剂前体和陶瓷磨粒，所述陶瓷磨粒包括至少一种稀土氧化物改性剂。
31.根据权利要求21所述的方法，其中，在所述正面上施加多个磨料组合物的步骤包括：
施加多个磨料组合物，从所述衬底的所述正面测量的各所述磨料组合物的高度为至少750微米。
32.根据权利要求21所述的方法，其中，在所述正面上施加多个磨料组合物的步骤包括：
施加多个磨料组合物，各所述磨料组合物具有由抛物线函数限定的侧边。
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