CN101678532A - 粘合的磨料物品和制造方法 - Google Patents

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Abstract

在此提供了一种粘合的磨料物品，该物品包括在一种包括硅酸盐的粘合基质中由立方氮化硼制成的磨料颗粒。这种粘合的磨料进一步包括一种反应产物，该反应产物处于这些磨料颗粒与包括一种过渡金属氮化物的粘合基质之间的界面处。另外，本发明涉及一种制造方法，该方法包括提供一种包括过渡金属氧化物的玻璃粉；使该玻璃粉与包括立方氮化硼的磨料颗粒相结合；使该玻璃粉和磨料颗粒成型以形成一个生坯物品；并且在转变温度下烧结该生坯物品以便在玻璃质粘合基质中形成磨料颗粒，该转变温度将处于磨料颗粒和玻璃质粘合基质的界面处的过渡金属氧化物转变成过渡金属氮化物。

Description

粘合的磨料物品和制造方法
技术领域
本披露是针对粘合的磨料物品并且特别地是针对具有结晶粘合基质的粘合的磨料物品。
背景技术
磨料一般被用在多种机加工操作中，范围从精抛光至大批材料的切除以及切削。例如，由疏松颗粒组成的自由磨料被用在抛光应用的悬浮液中，如在半导体工业中的化学机械抛光(CMP)。可替代地，磨料可以是处于被固定的磨料物品的形式，如粘合的以及涂敷的磨料，这可以包括如研磨砂轮、带、滚轮、盘以及类似物。
固定磨料一般不同于自由磨料之处在于固定磨料利用在材料基质内的磨料颗粒或砂砾，该材料基质固定了这些磨料颗粒的彼此相对的位置。普通的固定磨料砂砾可以包括氧化铝、碳化硅、不同矿物如石榴石、以及超级磨料如金刚石和立方氮化硼(cBN)。特别提及粘合的磨料物品，这些磨料砂砾在一种粘合材料中彼此相对被固定。虽然可以使用多种不同的粘合材料，但是常用的是玻璃化的粘合材料，如非晶相玻璃材料。然而，常规的粘合磨料(例如，具有玻璃化粘合的氧化铝、碳化硅、金刚石、以及立方氮化硼)的性能特性受到该粘合的特性以及这些磨料颗粒的成分的限制。值得注意的是，在粘合基质与磨料颗粒之间的粘合可能是不够充分的，这样在研磨过程中这些磨料颗粒很容易从该粘合基质中脱离，减小了研磨或抛光过程的有效性。
工业界继续需要具有改进的特性的粘合的磨料。所感兴趣的特性包括机械稳定性、强度、可操作寿命、以及改进的研磨性能。
发明内容
根据一个第一实施方案，提供了一种粘合的磨料物品，该磨料物品包括磨料颗粒，这些磨料颗粒包括在由一种硅酸盐制成的一个粘合基质内的立方氮化硼。该粘合的磨料还包括一种反应产物，该反应产物位于在这些磨料颗粒与包括一种过渡金属氮化物的粘合基质之间的界面处。
根据一个第二实施方案，提供了制造粘合的磨料的一种方法，该方法包括提供由一种过渡金属氧化物制成的玻璃粉。该方法进一步包括使该玻璃粉与具有立方氮化硼的磨料颗粒相结合并且使该玻璃粉和磨料颗粒成型以形成一个生坯物品。该方法进一步包括在一个转变温度下烧结该生坯物品以形成处于玻璃质粘合基质中的磨料颗粒，这样在该转变温度下，该过渡金属氧化物在这些磨料颗粒与该玻璃质粘合基质的界面处转变成一种过渡金属氮化物。
附图说明
通过参见附图可以更好的理解本披露，并且使其许多特征和优点对于本领域的普通技术人员而言变得清楚。
图1是展示根据一个实施方案形成一种粘合的磨料物品的过程的流程图。
图2a是展示根据在此的实施方案形成的粘合的磨料物品的一部分的图像。
图2b是展示根据常规技术形成的粘合的磨料物品的一部分的图像。
图3是展示根据在此的实施方案形成的粘合的磨料物品与对比样品的弹性模量(MOE)对比的图表。
图4是展示根据在此的实施方案形成的粘合的磨料物品与对比样品的断裂模量(MOR)对比的图表。
图5是展示根据在此的实施方案形成的粘合的磨料物品与对比样品的硬度对比的图表。
在不同附图中使用相同的参见符号表明相似的或相同的事项。
具体实施方式
参见图1，提供了一张流程图以展示一个过程，通过该过程形成了根据一个实施方案一种粘合的磨料。该过程是通过提供包括一种过渡金属氧化物反应物的玻璃粉在步骤101开始的。该粉末总体上是玻璃状的(非晶相的)，这样不小于约80vol％的玻璃是非晶相的。根据一个具体的实施方案，该玻璃粉可以包括更大含量的非晶相，如不小于约90vol％、或甚至不小于约95vol％的非晶相。总体上讲，可以通过混合适当比例的原料并且将原料混合物熔融以便在高温下形成一种玻璃来完成玻璃粉的形成。在玻璃的充分熔融并且混合之后，可以将该玻璃冷却(骤冷)并且粉碎成粉末。
总体上讲，该玻璃粉可以被进一步加工，如通过研磨加工以提供具有适合的粒度分布的玻璃粉。典型地，该玻璃粉具有不大于约100微米的平均粒度。在一个具体实施方案中，该玻璃粉具有不大于75微米的平均粒度，如不大于约50微米、或甚至不大于约10微米。然而，该玻璃粉的平均粒度典型地是在约5.0微米与约75微米之间的范围内。
该玻璃粉的组合物可以使用式aM2O-bMO-cM2O3-dMO2-eM2O5描述。如该式所表示的，该玻璃粉组合物可以包括多种金属氧化物、并且具体是不止一种金属氧化物，这样这些氧化物作为一种复合氧化物材料共同存在。在一个具体实施方案中，该玻璃粉包括具有一价阳离子(M1+)金属氧化物，如那些由通式M2O表示的金属氧化物。由M2O表示的适合的金属氧化物构成可以包括如Li2O、Na2O、K2O、以及Cs2O的化合物。
根据另一个实施方案，并且如在该通式中提供的，该玻璃粉可以包括其他金属氧化物。具体地，该玻璃粉可以包括具有二价阳离子(M2+)的金属氧化物，如由通式MO表示的那些金属氧化物。由MO表示的适当的金属氧化物构成可以包括如MgO、CaO、SrO、BaO、以及ZnO的化合物。
另外，该玻璃粉可以包括具有三价阳离子(M3+)的金属氧化物，特别地由通式M2O3表示的那些金属氧化物。由M2O3表示的适合的金属氧化物构成可以包括如Al2O3、B2O3、Y2O3、Fe2O3、Bi2O3、以及La2O3的化合物。
值得注意的是，按照以上通式中所表明，该玻璃粉可以包括具有M4+价态的阳离子、如由MO2表示的金属氧化物。特别适合的MO2构成包括SiO2、ZrO2、以及TiO2。
另外，该玻璃粉可以包括具有M5+价态阳离子的金属氧化物，特别是那些由通式M2O5表示的金属氧化物。由M2O5表示的适合的金属氧化物构成可以包括如V2O5、以及Nb2O5的化合物。
另外关于由通式aM2O-bMO-cM2O3-dMO2-eM2O5表示的玻璃粉组合物，提供了系数(a、b、c、d、以及e)以表明每种不同类型的可以存在于该玻璃粉中的金属氧化物(M2O、MO、M2O3、MO2、以及M2O5)的量(以mol％)。这样，系数“a”一般表示在该玻璃粉中的M2O金属氧化物的总量。在该玻璃粉中的M2O金属氧化物的总量(摩尔分数)总体上是在约0.30≤a≤0之间的范围内。根据一个具体实施方案，在该玻璃粉中的M2O金属氧化物的量是在约0.15≤a≤0之间的范围内，并且更具体是在约0.10≤a≤0的范围内。
关于包含二价阳离子M2+的MO金属化合物的存在，此类化合物的总量(摩尔分数)可以由系数“b”定义。总体上讲，在玻璃粉中的MO金属氧化物的总量是在约0.60≤b≤0之间的范围内。根据一个具体的实施方案，MO金属氧化物的量是在约0.45≤b≤0之间的范围内，并且更具体是在约0.35≤b≤0.15之间的范围内。
另外，在该玻璃粉中包含三价阳离子M3+的M2O3金属氧化物的量是由系数“c”表示的。这样，M2O3氧化物的总量(摩尔分数)总体上是在约0.60≤c≤0之间的范围内。根据一个具体的实施方案，在该玻璃粉中的M2O3金属氧化物的量是在约0.40≤c≤0之间的范围内，并且更具体是在约0.30≤c≤0.10之间的范围内。
如在通式aM2O-bMO-cM2O3-dMO2-eM2O5中所描述的，包含M4+阳离子的MO2金属氧化物的量是由系数“d”表示的。总体上讲，在该玻璃粉中的MO2氧化物的总量(摩尔分数)是在约0.80≤d≤0.20之间的范围内。在一个具体实施方案中，在该玻璃粉中的MO2金属氧化物的量是在约0.75≤d≤0.30之间的范围内，并且更具体是在约0.60≤d≤0.40之间的范围内。
如在通式aM2O-bMO-cM2O3-dMO2-eM2O5中所描述的，包含M5+阳离子的M2O5金属氧化物的存在是由系数“e”表示的。总体上讲，在该玻璃粉中的M2O5金属氧化物的总量(摩尔分数)是在约0.20≤d≤0之间的范围内。在一个具体实施方案中，在该玻璃粉中的M2O5金属氧化物的量是在约0.15≤d≤0之间的范围内，并且更具体是在约0.10≤d≤0.01之间的范围内。
关于MO2金属氧化物以及如以上所描述的，一种特别适合的MO2金属氧化物是氧化硅(SiO2)，这样该玻璃粉是一种基于硅酸盐的组合物。特别对于在该玻璃粉中仅存的氧化硅来说，典型地该玻璃粉包括不大于约80mol％的氧化硅。根据另一个实施方案，该玻璃粉包括不大于约70mol％、或甚至不大于约60mol％的氧化硅。再者，在多个具体实施方案中，该玻璃粉中的氧化硅的量是不小于约20mol％。这样，在该玻璃粉中的氧化硅的量一般是在约30mol％与约70mol％之间的范围内，并且具体是在约40mol％与约60mol％之间的范围内。
特别就其他金属氧化物来说，该玻璃粉的某些组合物特别地在氧化硅之外还包括氧化铝(Al2O3)，这样使该玻璃粉是一种硅酸铝。这样，就使用氧化铝的实施方案来说，一般该玻璃粉包括不大于约60mol％的Al2O3。在其他实施方案中，该玻璃粉能以更少的量包括氧化铝，如不大于约50mol％，或甚至不大于约40mol％。典型地，该玻璃粉结合的氧化铝是在约5.0mol％至约40mol％之间的范围内、并且具体是在约10mol％与约30mol％之间的范围内。
根据其他的实施方案，该玻璃粉具体是在氧化硅之外，并且更具体是氧化硅和氧化铝之外还包括氧化镁(MgO)和氧化锂(Li2O)中的至少一种。这样，在该玻璃粉中的氧化镁的量总体上不大于约45mol％，例如不大于40mol％，或甚至不大于35mol％。典型地，具有氧化镁的该玻璃粉组合物利用的量是在约5.0mol％和约40mol％之间的范围内、并且具体是在约15mol％和约35mol％之间的范围内。含镁的硅酸铝玻璃可以被称做具有硅酸镁铝组合物的MAS玻璃。
根据另一个实施方案，该玻璃粉具体是在氧化硅之外、并且更具体是在氧化铝和氧化硅之外还包括氧化锂。这样，在该玻璃粉中的氧化锂的量总体上是不大于约45mol％，如不大于30mol％，或甚至不大于20mol％。典型地，具有氧化锂的该玻璃粉组合物利用的量是在约1.0mol％与约20mol％之间的范围内、并且具体是在约5.0mol％和约15mol％之间的范围内。含锂的硅酸铝玻璃可以被称做具有硅酸锂铝组合物的LAS玻璃。
在其他实施方案中，该玻璃粉具体是在氧化硅之外、并且在一些实施方案中除包含氧化铝和氧化硅的体系之外还可以包括一定含量的氧化钡(BaO)。这样，在该玻璃粉中的氧化钡的量总体上是不大于约45mol％，如不大于30mol％，或甚至不大于20mol％。典型地，具有氧化钡的玻璃粉组合物利用的量是在约0.1mol％与约20mol％之间的范围内、并且更具体是在约1.0mol％与约10mol％之间的范围内。含钡的硅酸铝玻璃可以被称做具有硅酸钡铝组合物的BAS玻璃。
在其他实施方案中，该玻璃粉包括一定量的氧化钙(CaO)，如在含氧化硅的玻璃粉之外，并且在具体实施方案中，在含氧化铝和氧化硅的玻璃粉中。这样，在该玻璃粉中的氧化钙的量总体上是不大于约45mol％，如不大于30mol％，或甚至不大于20mol％。典型地，具有氧化钙的该玻璃粉组合物利用的量是在约0.5mol％与约20mol％之间的范围内、并且具体是在约1.0mol％与约10mol％之间的范围内。在一些实施方案中，氧化钙存在于利用以上提及的其他金属氧化物的体系中，值得注意的是在与MAS或BAS玻璃的组合之中。这样，氧化钙可以形成一种复合氧化物，例如硅酸钙镁铝(CMAS)或硅酸钙钡镁铝(CBAS)。
如以上描述的，该玻璃组合物可以包括其他金属氧化物。根据一个具体实施方案，该玻璃粉组合物包括氧化硼(B2O3)。总体上讲，在该玻璃粉中的氧化硼的量是不大于约45mol％，如不大于30mol％，或甚至不大于20mol％。典型地，具有氧化硼的该玻璃粉组合物利用的量是在约0.5mol％与约20mol％之间的范围内、并且具体是在约2.0mol％与约10mol％之间的范围内。
具体就在该玻璃粉中的过渡金属氧化物反应物来说，如在此使用的，术语“过渡金属氧化物反应物”是指选定的一组过渡金属氧化物，这些过渡金属氧化物被提供在该玻璃粉中并且在烧结该粘合的磨料过程中发生反应以形成一种金属氮化物。因此，适合的过渡金属氧化物反应物包括TiO2、Cr2O3、V2O5、ZrO2、和Nb2O5以及它们的多种组合或复合氧化物。
虽然以上说明已经指出了存在的属类的氧化物如MO、M2O、M2O3、M2O5、以及MO2，但是以下说明是具体针对存在的如以上描述的在此用作过渡金属氧化物反应物的那些金属氧化物。总体上讲，在该玻璃粉中的过渡金属氧化物反应物的总量是不大于约25mol％。根据一个具体实施方案，在该玻璃粉中的过渡金属反应物的总量可以是更少的，如不大于约20mol％，如不大于约15mol％，或甚至不大于约10mol％。典型地，这些过渡金属氧化物反应物的总量是在约1.0mol％与约20mol％之间的范围内，并且具体是在约2.0mol％与约15mol％之间的范围内。
具体就过渡金属氧化物反应物TiO2来说，在其他氧化物之外还可以存在这种反应物，具体是在氧化硅之外，并且具体是在氧化铝和氧化硅之外。总体上讲，该玻璃粉包含不大于约20mol％的量的氧化钛。根据另一个实施方案，该玻璃粉包括不大于15mol％的TiO2。典型地，具有过渡金属氧化物反应物TiO2的玻璃粉组合物利用的量是在约1.0mol％与约15mol％之间的范围内，并且更具体是在约2.0mol％与约10mol％之间的范围内。
具体就过渡金属氧化物反应物Cr2O3来说，在其他氧化物之外还可以存在这种反应物，具体是在氧化硅之外，并且具体是在氧化铝和氧化硅之外。总体上讲，在该玻璃粉中的氧化铬的量是不大于约20mol％。再者，该玻璃粉可以包括更少的量，如不大于15mol％的Cr2O3。典型地，具有过渡金属氧化物反应物Cr2O3的玻璃粉组合物利用的量是在约1.0mol％与约15mol％之间的范围内，并且更具体是在约2.0mol％与约10mol％之间的范围内。
具体就过渡金属氧化物反应物V2O5来说，总体上在其他氧化物之外还可以存在这种反应物，具体是在氧化硅之外，并且具体是在氧化铝和氧化硅之外。总体上讲，该玻璃粉包括不大于约20mol％的V2O5。根据另一个实施方案，该玻璃粉包括不大于15mol％的V2O5。典型地，过渡金属氧化物反应物V2O5利用的量是在约1.0mol％与约15mol％之间的范围内，并且更具体是在约2.0mol％与约10mol％之间的范围内。
具体就存在的ZrO2来说，在其他氧化物之外还可以存在这种反应物，具体是在氧化硅之外，并且具体是在氧化铝和氧化硅之外。作为在该玻璃粉中的一种过渡金属氧化物反应物，总体上讲，该玻璃粉包含不大于约20mol％的ZrO2。根据另一个实施方案，该玻璃粉包括不大于15mol％的ZrO2。典型地，过渡金属氧化物反应物ZrO2存在的量是在约1.0mol％与约15mol％之间的范围内，并且更具体是在约2.0mol％与约10mol％之间的范围内。
具体就过渡金属氧化物反应物Nb2O5来说，在其他氧化物之外还可以存在这种反应物，具体是在氧化硅之外，并且具体是在氧化铝和氧化硅之外。总体上讲，该玻璃粉包含不大于约20mol％的量的Nb2O5。根据另一个实施方案，该玻璃粉包括不大于15mol％的Nb2O5。典型地，具有过渡金属氧化物反应物Nb2O5的玻璃粉组合物利用的量是在约1.0mol％与约15mol％之间的范围内，并且更具体是在约2.0mol％与约10mol％之间的范围内。
在步骤101提供该玻璃粉之后，该过程在步骤103通过使该玻璃粉与包括立方氮化硼的磨料颗粒结合以形成一种混合物而继续。就该混合物的构成来说，总体上该混合物包括不小于约25vol％的磨料颗粒。根据一个具体实施方案，该混合物包括不小于约40vol％的磨料颗粒，如不小于约45vol％，或甚至不小于约50vol％的磨料颗粒。再者，磨料颗粒的量被限制为使该混合物总体上包括不大于约60vol％的磨料颗粒。具体地讲，在该混合物中的磨料颗粒一般存在的量是在约30vol％与约60vol％之间的范围内。
就这些磨料颗粒来说，这些磨料颗粒包括硬的磨料材料，并且特别地包括如立方氮化硼的超级磨料材料。再者，根据一个具体实施方案，这些磨料颗粒包括立方氮化硼，并且更具体地，这些磨料颗粒基本上是由立方氮化硼构成的。在某些实施方案中，一定百分比的磨料颗粒(这些磨料颗粒总体上原本是立方氮化硼)可以被替代磨料颗粒代替，如氧化铝、碳化硅、碳化硼、碳化钨、以及硅酸锆。这样，替代磨料颗粒的量总体上是不大于总磨料颗粒的约40vol％，如不大于约25vol％，或甚至不大于约10vol％。
这些磨料颗粒总体上具有不大于约500微米的平均粒度。具体地讲，这些磨料颗粒的平均粒度是不大于约200微米，或甚至不大约100微米。总体上讲，该平均粒度是在约1.0微米与约250微米之间的范围内，并且具体是在约35微米与约180微米之间的范围内。
就在该混合物中与这些磨料颗粒结合的玻璃粉的量来说，该混合物可以包括不小于约10vol％的玻璃粉，如不小于约15vol％的玻璃粉。再者，玻璃粉的量被限制为使该混合物包括不大于约60vol％的玻璃粉，如不大于约50vol％的玻璃粉，或甚至不大于约400vol％的玻璃粉。具体地讲，该混合物总体上包括在约10vol％与约30vol％之间范围内的玻璃粉的量。
该混合法可以包括一个干混法或一个湿混法。具体地讲，该混合法包括一种湿混法，这样加入了至少一种液体以促进该玻璃粉和磨料颗粒的混合。根据一个具体实施方案，该液体是水。在此类实施方案中，以适合于促进充分混合的量值加入水，并且使该混合物一般包含至少约6.0vol％的水，如至少约10vol％。再者，该混合物一般包括不大于约20vol％的水，如不大于约15vol％的水。
该混合物可以包括其他添加剂，如一种粘合剂。总体上讲，该粘合剂是一种有机材料。适合的粘合剂材料可以包括有机材料，这些有机材料含有乙二醇(例如聚乙二醇)、糊精、树脂、胶、或醇(例如聚乙烯醇)、或它们的组合。总体上讲，该混合物包括不大于约15vol％的一种粘合剂，如不大于约10vol％。根据一个具体实施方案，提供在该混合物中的粘合剂是在约2.0vol％与约10vol％之间的范围内。
另外就其他添加剂来说，该混合物可以包括成孔物或一种孔诱发材料，以促进形成一种多孔的最终粘合的磨料结构。因此，成孔物总体上包括无机的或有机的材料。典型地适合的有机材料可以包括：聚乙烯基丁酸酯、聚氯乙烯、蜡(例如，聚乙烯蜡)、植物种子、植物外壳、二戊基磺基琥珀酸钠(sodium diamyl sulfosucanate)、甲基乙基酮、萘、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸酯聚合物类、对二氯苯、以及它们的组合。典型地是以微粒的形式来提供此类成孔物，这样当加热时该微粒材料被气化并且留下了孔。因此，该成孔物具有不大于约0.5mm的平均微粒大小，或甚至不大于约0.05mm。此外，适合的无机材料可以包括无机材料的珠粒，具体是如玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷、或它们的组合的一类材料的空心球。
典型地，提供在该混合物中的成孔物的量是不大于约35vol％。在另一个实施方案中，该混合物包括不大于约30vol％的成孔物，如不大于约20vol％，或甚至不大于约15vol％的成孔物。根据一个具体实施方案，该混合物包括的成孔物的量是在约1.0vol％与约35vol％之间的范围内，并且更具体是在约5.0vol％与约25vol％之间的范围内。
此外，应认识到该混合物可以包括“天然孔隙率”或在磨料颗粒、玻璃粉、以及其他添加剂的混合物的块体中存在空泡或孔。因此，取决于成型技术，这种天然孔隙率可以保留在最终粘合的磨料物品中。这样，在多个具体实施方案中，可以不使用成孔物，而可以利用在该混合物中的天然孔隙率，并且通过成型以及烧结过程来保留该天然孔隙率以形成具有希望量的孔隙率的最终粘合的磨料物品。总体上讲，该混合物的天然孔隙率是不大于约40vol％。尽管在一些具体实施方案中，该混合物中的天然孔隙率是更小的，如不大于约25vol％，或不大于约15vol％。总体上讲，在该混合物中的天然孔隙率的量是在约5.0vol％与约25vol％之间的范围内。
虽然该混合步骤可以包括混合玻璃粉、磨料颗粒以及其他以上描述的组合物，但是根据一个具体实施方案，可以首先在水中混合该粘合剂和这些磨料颗粒。然后，可以将具有添加的组合物(即，磨料颗粒和粘合剂)的水与玻璃粉、以及成孔物(若存在的话)结合。
再次参见图1，在步骤103将玻璃粉与磨料颗粒混合之后，该方法在步骤105继续通过使混合物成型来形成一种生坯物品。该混合物到一种生坯物品的成型可以包括成型过程，该过程给予该生坯物品所希望的最终轮廓或基本上是所希望的最终轮廓。如在此使用的，术语“生坯物品”是指尚未完全烧结的坯料。因此，成型过程可以包括的过程如铸造、模制、挤压、以及压制、或它们的组合。根据一个实施方案，该成型过程是一种模制过程。
在于步骤105形成生坯物品之后，该过程在步骤107继续并且包括预烧该生坯物品。总体上讲，该预烧步骤包括加热该生坯物品，以促进挥发物(例如，水和/或有机材料或成孔物)的气化。这样，加热该混合物总体上包括加热至大于约室温(22℃)的温度。根据一个实施方案，该预烧过程包括将该生坯物品加热至不小于约100℃的温度，如不小于约200℃，或甚至不小于约300℃。根据一个具体实施方案，加热是在约22℃与约850℃之间的温度下完成的。
在步骤107预烧该生坯物品之后，该过程在步骤109继续，这是通过在转变温度下烧结该生坯物品以形成在粘合基质中包括磨料颗粒的粘合的磨料颗粒以及在这些磨料颗粒与该粘合基质的界面处的一种反应产物过渡金属氮化物。总体上讲，该转变温度是这样的一个温度，它足以将存在于玻璃粉中的一个实质性部分的过渡金属氧化物反应物转变成一种过渡金属氮化物。因此，该转变温度一般不小于约800℃。其他实施方案使用更高的转变温度，如不小于约1000℃，或不小于约1200℃，或甚至不小于约1300℃。该转变温度总体上是在约1000℃与约1800℃之间的范围内，并且具体是在约1100℃与约1500℃之间的范围内。
烧结总体上是在一个受控气氛中进行的。根据一个实施方案，如受控气氛可以包括一个非氧化的气氛。非氧化气氛的实例可以包括惰性气氛，如使用一种稀有气体的气氛。根据一个实施方案，该气氛由氮气，如不小于约90vol％的氮气构成。其他实施方案使用更大浓度的氮气，如不小于约95vol％，或甚至不小于99.99vol％，这样该气氛基本上是由氮气构成的。根据一个实施方案，在氮气气氛中的烧结过程开始于最初抽空环境大气至不大于约0.05巴的一个降低的压力。在一个具体实施方案中，重复这个过程以使烧结室被多次抽空。在抽空之后，该烧结室可以用无氧氮气来吹扫。
进一步就该烧结过程来说，如该过程进行了一个特定持续时间段。总体上讲，烧结进行了不小于约10分钟的持续时间段。根据另一个实施方案，在烧结温度下进行烧结的持续时间是例如不小于约60分钟、或甚至不小于约240分钟。典型地，烧结进行约20分钟与约4小时之间、并且具体是在约30分钟与约2小时之间的一个持续时间段。
另外，在转变温度下的烧结过程中，该粘合基质总体上具有高含量的非晶相，如不小于约50vol％的非晶质。更典型地，该粘合基质具有更高含量的非晶相，如不小于约60vol％，或不小于约70vol％，或甚至不小于约80vol％。高含量的非晶相促进了在这些磨料颗粒与粘合基质的界面处的过渡金属氧化物反应物向过渡金属氮化物的转化。
在步骤步骤109的烧结之后，粘合的磨料可以在步骤111经历进一步的可任选的处理，这包括冷却操作以形成具有多晶陶瓷相的粘合基质。例如，粘合的磨料可以经历一种受控制的冷却和可任选的受控制的结晶作用以促进粘合基质材料的结晶。在此类操作中，总体上从该烧结温度的冷却速率是不大于约50℃/mn。其他实施方案可以使用更低的斜坡速率，如不大于约40℃/min，或甚至不大于约30℃/min。根据一个具体实施方案，冷却是以不大于约20℃/min的速率下进行的。
另外，受控的冷却和结晶过程可以包括一个保持过程，其中将粘合的磨料物品保持在高于该粘合基质材料的玻璃化转变温度(Tg)的结晶温度下。典型地，该粘合的磨料物品可以被冷却至不小于高于Tg约100℃的一个温度下，如不小于高于Tg约200℃，或甚至不小于高于Tg约300℃的一个温度下。总体上讲，该结晶温度是不小于约800℃，如不小于约900℃，或甚至不小于约1000℃。具体地讲，该结晶温度是在约900℃至约1300℃之间的范围内，并且更具体是在约950℃至约1200℃之间的范围内。
将该粘合的磨料物品总体上在结晶温度下保持不小于约10min的一段持续时间。在一个实施方案中，将该粘合的磨料物品在结晶温度下保持不小于20min，如不小于约60min，或甚至不小于约2小时。在结晶温度下保持该粘合的磨料的典型的持续时间是在约30min至约4小时之间的范围内，并且具体是在约1小时至约2小时之间的范围内。应认识到在该可任选的冷却和结晶过程中的气氛是和在烧结过程中的气氛是相同的并且因此包括一种受控气氛，具体是一种无氧、富氮的气氛。
在使用一个冷却操作的此类实施方案中，该粘合基质可以具有一个相当大的多晶陶瓷相，这样不小于约50vol％的该粘合基质是结晶的。根据一个具体实施方案，不小于约60vol％，或不小于约75vol％，或甚至不小于约90vol％的该粘合基质可以是结晶的。
总体上讲，该多晶陶瓷相包括具有不小于约0.05微米的平均大小的多种微晶粒或结晶颗粒。在一个具体实施方案中，该平均微晶粒大小是不小于约1.0微米，如不小于约10微米，或甚至不小于约20微米。再者，该平均微晶粒大小总体上是不大于约100微米，这样该平均微晶粒大小是在约1.0微米与100微米之间的范围内。
总体上讲，多晶陶瓷相的微晶粒构成可以包括氧化硅、氧化铝、或二者的组合。这样，该多晶陶瓷相的微晶粒可以包括晶体，如β-石英，它可以在一种固溶体中结合其他金属氧化物，这些金属氧化物被结合在最初的玻璃粉中。具体而言，该多晶陶瓷相可以包括硅酸铝相。根据另一个具体实施方案，该多晶陶瓷相的微晶粒可以包括复合的氧化物晶体，例如像堇青石、顽辉石、假蓝宝石、钙长石、钡长石、透辉石、尖晶石、以及β-锂辉石，其中在一种固溶体中特别地发现了β-锂辉石。
再者，一部分粘合基质还可以包括非晶相。这种非晶相(如多晶陶瓷相)可以包括氧化硅和氧化铝以及可以在该原始玻璃粉中存在的额外的金属氧化物类。典型地，该非晶相是以不大于该粘合基质的总体积的约50vol％的量存在。这样，一个非晶相总体上是以少数的量存在，这样它是以不大于约40vol％，如不大于约30vol％，或更少，如不大于约15vol％的量存在。根据一个具体实施方案，一个非晶相是以在约0vol％至约40vol％之间的量存在的，并且更具体是在约5.0vol％与约20vol％之间的范围内。
在最终形成的粘合的磨料物品中，这些磨料颗粒总体上包括不小于该粘合的磨料物品的总体积的约25vol％。根据一些实施方案，这些磨料颗粒总体上包括不小于最终形成的粘合的磨料物品的总体积的约35vol％，如不小于约45vol％，或甚至不小于约50vol％。根据一个具体实施方案，这些磨料颗粒包括在最终形成的磨料物品的总体积的约35vol％与约60vol％之间。
该粘合的磨料物品总体上包括一定程度的、不小于该粘合的磨料物品的总体积的约5.0vol％的孔隙率。典型地，孔隙率的量值是更多，以使该孔隙率不小于该粘合的磨料的总体积的约10vol％，如不小于约15vol％，约20vol％，或甚至不小于约30vol％。再者，孔隙率的量被限制为使该孔隙率不大于约70vol％，如不大于约60vol％，或甚至不大于约50vol％。根据一个具体实施方案，该粘合的磨料物品的孔隙率是在约20vol％与约50vol％之间的范围内。这样的孔隙总体上是开放的和闭合的孔隙的组合。
另外就该粘合的磨料物品的孔隙来说，平均孔径大小一般不大于约500微米。在一个实施方案中，该平均孔径大小是不大于约250微米，如不大于约100微米，或甚至不大于75微米。根据一个具体实施方案，该平均孔径大小是在约1.0微米与约500微米之间的范围内，并且具体是在约10微米与约250微米之间的范围内。
总体上讲，该粘合基质是以不大于该最终形成的粘合的磨料物品的总体积的约60vol％的量存在。这样，该粘合的磨料总体上包括不大于约50vol％的粘合基质，如不大于约40vol％，或甚至不大于约30vol％。因此，该粘合基质一般存在于该最终形成的粘合的磨料物品的总体积的约10vol％与约30vol％之间的量的范围内。
应认识到，该粘合基质包括最初存在于初始玻璃粉中的那些化合物，但除外那些过渡金属氧化物反应物。即，该粘合基质基本上包括和玻璃粉相同的构成，值得注意的是它包括以上说明的金属氧化物，并且具体是复合金属氧化物，并且更具体是基于硅酸盐的组合物，例如像，硅酸铝、MAS、LAS、BAS、CMAS、或CBAS组合物。
如上述所描述的，该粘合基质基本上具有与初始玻璃相同的金属氧化物，但除外过渡金属氧化物反应物，该过渡金属氧化物反应物在烧结过程中在原位转变成一种金属氮化物。如在此使用的，过渡金属氮化物包括作为一种过渡金属氧化物反应物加入该初始玻璃粉中的那些化合物并且作为一种过渡金属氮化物存在于最终形成的粘合的磨料中。因此，过渡金属氮化物包括TiN、CrN、VN、ZrN、以及NbN、或它们的多种组合或复合氮化物。
具体地讲，在该粘合的磨料中的过渡金属氮化物的总量总体上不大于约20mol％。根据另一个实施方案，一种或多种过渡金属氮化物的总量是不大于约15mol％，如不大于约10mol％。在粘合的磨料中的过渡金属氮化物的总量典型地是在约1.0mol％与约20mol％之间的范围内，或具体是在约4.0mol％与约15mol％之间的范围内。
就一个具体过渡金属氮化物来说，该粘合的磨料总体上包括不大于约15mol％的TiN。根据另一个实施方案，该粘合的磨料包括不大于约10mol％的TiN，如不大于约8.0mol％，或甚至不大于约6.0mol％的TiN。在最终形成的粘合的磨料中的TiN含量总体上是在约1.0mol％与约15mol％之间的范围内，并且具体是在约4.0mol％与约10mol％之间的范围内。
最终形成的粘合的磨料物品可以包括其他过渡金属氮化物，如CrN。总体上讲，该粘合的磨料总体上包括不大于约15mol％的CrN。根据另一个实施方案，该粘合的磨料包括不大于约10mol％的CrN，如不大于约8.0mol％，或甚至不大于约6.0mol％的CrN。在最终形成的粘合的磨料中CrN的含量总体上是在约1.0mol％与约15mol％之间的范围内，并且具体是在约4.0mol％与约10mol％之间的范围内。
其他过渡金属氮化物，如VN可以存在于该粘合的磨料物品中，并且总体上讲，该粘合的磨料包括不大于约15mol％的VN。根据另一个实施方案，该粘合的磨料包括不大于约10mol％的VN，如不大于约8.0mol％，或甚至不大于约6.0mol％的VN。在最终形成的粘合的磨料中VN的含量总体上是在约1.0mol％与约15mol％之间的范围内，并且具体是在约4.0mol％与约10mol％之间的范围内。
最终形成的粘合的磨料物品可以包括其他过渡金属氮化物，如ZrN。总体上讲，该粘合的磨料总体上包括不大于约15mol％的ZrN。根据另一个实施方案，该粘合的磨料包括不大于约10mol％的ZrN，如不大于约8.0mol％，或甚至不大于约6.0mol％的ZrN。在最终形成的粘合的磨料中ZrN的含量总体上是在约1.0mol％与约15mol％之间的范围内，并且具体是在约4.0mol％与约10mol％之间的范围内。
其他过渡金属氮化物如NbN可以存在于该粘合的磨料物品中，并且总体上讲，该粘合的磨料包括不大于约15mol％的NbN。总体上讲，该粘合的磨料总体上包括不大于约15mol％的NbN。根据另一个实施方案，该粘合的磨料包括不大于约10mol％的NbN，如不大于约8.0mol％，或甚至不大于约6.0mol％的NbN。在最终形成的粘合的磨料中NbN的含量总体上是在约1.0mol％与约15mol％之间的范围内，并且具体是在约4.0mol％与约10mol％之间的范围内。
另外就在该粘合的磨料中存在过渡金属氮化物来说，总体上讲，该氮化物位是在这些磨料颗粒与该粘合基质之间的界面处以使它与这些磨料颗粒处于直接接触。根据一个实施方案，存在于该粘合的磨料中的过渡金属氮化物总含量中不小于约50vol％是与这些磨料颗粒处于直接接触的。再者，与这些磨料颗粒处于直接接触的过渡金属氮化物的量可以是更大的，如不小于在该粘合的磨料中的过渡金属氮化物的总体积的约60vol％，或不小于约75vol％，或甚至不小于约95vol％。
因为该过渡金属氮化物可以形成为处于这些磨料颗粒与该粘合基质的界面出并且与界面直接相接触，总体上讲，该过渡金属氮化物覆盖了不小于这些磨料颗粒的总有效表面积的约30％。根据其他实施方案，该过渡金属氮化物覆盖了更大量的磨料颗粒，如不小于这些磨料颗粒的总有效表面积的约40％，或不小于约50％，或甚至不小于约75％。
总体上讲，该粘合基质是一个高度均一的相，这样它或者具有一个非晶相、晶相、或者具有上述二者的一个组合，但值得注意的是该粘合基质具有受限制的孔隙率和空泡。典型地，与该粘合基质的总体积相比该粘合基质具有不大于约10vol％的空泡。根据一个具体实施方案，不大于约5.0vol％的粘合基质是空泡，如不大于约2.0vol％，或甚至不大于约1.0vol％。
该粘合基质材料的热膨胀率典型地是低的，如不大于约80×10-7/K-1。根据一个具体实施方案，该粘合基质具有的热膨胀率不大于约60×10-7/K-1，如不大于约50×10-7/K-1，或甚至不大于约40×10-7/K-1。这样，该粘合基质的热膨胀系数典型地是在约10×10-7/K-1与约80×10-7/K-1之间的范围内。
烧结后的粘合基质总体上具有不小于约80MPa的挠曲强度。在其他实施方案中，该粘合基质的挠曲强度是更大的，如不小于约90MPa，不小于约100MPa，或在一些情况下，不小于约110MPa。根据一个具体实施方案，该粘合基质的挠曲强度是在约90MPa与约150MPa之间的范围内。
除此类特征之外，该烧结后的粘合基质总体上还具有不小于约0.8MPam1/2的韧度。在其他实施方案中，该粘合基质的韧度可以是更大的，如不小于约1.5MPa m1/2，或甚至不小于约2.0MPa m1/2。
就该粘合的磨料物品的特性来说，总体上该形成的粘合的磨料物品具有不小于约20MPa的断裂模量(MOR)。然而，MOR可以是更大的，如不小于约40MPa，或不小于约50MPa，或甚至不小于约60MPa。在一个具体实施方案中，该粘合的磨料物品的MOR是不小于约70MPa，并且典型地是在约50MPa与约150MPa之间的范围内。
另外就该粘合的磨料物品的特性来说，根据一个实施方案，这些粘合物品具有不小于约40GPa的弹性模量(MOE)。在另一个是实施方案中，MOE是不小于约80GPa，如不小于约100GPa，并且甚至不小于约140GPa。总体上讲，该粘合的磨料物品的MOE是在约40GPa与约200GPa之间的范围内，并且具体是在约60GPa与约140GPa之间的范围内。
实例
参见图2，第一个图像图2a展示了根据在此的实施方案的粘合的磨料物品的一部分。如图2a所展示的，该部分的粘合的磨料包括在粘合基质207中的磨料颗粒205。这个样品包括具有硅酸镁铝组合物的多晶陶瓷相粘合基质。在图2a中所展示的样品在氮气气氛中在1320℃下烧结了60分钟，并且以在3.0℃/min与8.0℃/min之间的速率下进行冷却。第二张图像图2b展示了根据其他方法制造的粘合的磨料物品的一部分，值得注意的是在粘合基质211中的磨料颗粒209。这个样品是具有部分结晶的粘合基质的粘合的磨料物品，该粘合基质包括硅酸锂铝。图2b的粘合的磨料是在1000℃在氮气中烧结了4小时。这些样品各自包括50vol％的立方氮化硼磨料颗粒和16vol％的玻璃粉。总体上讲，这些混合物各自还包括多种添加剂，量值为15vol％的水和5.0vol％的用作粘合剂的聚乙二醇。该混合物还包括约14vol％的天然孔隙率。这些样品各自具有大致34vol％的孔隙率、16vol％的粘合基质、以及50vol％的磨料颗粒。
相比之下，在图2b中的粘合的磨料的粘合基质211展示了很大程度的孔隙率和空泡，特别地在磨料颗粒209之间。此外，粘合基质211在颜色上是不均匀的，说明存在不同的相，具体是一个非晶相和一个晶相。应认识到在粘合基质211的磨料颗粒209之间的孔隙和空泡定义了在粘合基质211中的应力集中的位置，因此产生了对断裂和破损更敏感的粘合基质。通过比较，图2a的粘合基质207包括一种均匀的材料，它具有高度结晶度、低度孔隙率以及在这些磨料颗粒之间基本没有空泡、连同这些磨料颗粒205的有效润湿性。
以下提供了根据在此提供的实施方案形成的粘合的磨料物品的具体实例与根据其他方法制造的粘合的磨料物品的比较。以下表2展示了根据在此描述的实施方案形成的三个样品(样品1-3)的玻璃粉构成(wt％)(另外会成为粘合基质的构成)，以及根据其他方法形成的玻璃粉的构成(对比样品)。
表2
Figure A20088001264400201
在表2中所展示的样品的形成是使用与如以上提供的根据对于表1中的样品的所说明的相同的方法形成的。将这些玻璃组合物各自研磨成粉末，该粉末具有约12微米的平均粒度以及一个高非晶相含量，在至少80vol％的级别上。然后使该玻璃粉与具有约115微米的平均粒径的立方氮化硼磨料颗粒相结合。该混合物包括50vol％的立方氮化硼磨料颗粒和16vol％的玻璃粉。总体上讲，每种混合物还包括多种添加剂，量值为15vol％的水和5.0vol％的用作粘合剂的聚乙二醇。该混合物还包括约14vol％的天然孔隙率。
然后使用压缩模具通过模制该混合物将这些样品成型为生坯物品。在成型之后，将生坯物品预烧至约850℃的温度以释放出使最终粘合的磨料物品成形的有机物以及低挥发性的物质以及助剂。
在预烧过程之后，烧结这些生坯物品。在约1.1atm的富氮气氛中，将样品1-3在典型地1320℃与1380℃之间的高温下烧结60分钟。以在8.0℃/min与13℃/min之间的速率将样品1-3冷却。将对比样品在氮气中在1050℃的温度下烧结约60分钟。所有样品具有大致34vol％的孔隙率、16vol％的粘合基质、以及50vol％的磨料颗粒。
参见图3，提供一张图表，它展示了样品1-3和对比样品的弹性模量。如由图3的图表所展示的，样品1-3显示了超过对比样品的改进的弹性模量。样品1-3各自显示了超过100GPa的弹性模量，并且典型地至少120GPa，并且在一些情况下超过140GPa。相比之下，对比样品具有大致63Gpa的弹性模量。
参见图4，展示了一张图表，它提供了样品1-3和对比样品的断裂模量。总体上讲，样品1-3的粘合的磨料物品显示了超过对比样品的改进的断裂模量。值得注意的是，样品1-3具有大于约60MPa的断裂模量(MOR)，而对比样品具有23MPa的MOR。值得注意的是，样品1和2具有超过70的MOR，并且特别地样品1具有的MOR是大约75，大于比对比样品近4倍。
参见图5，提供的一张图表展示了这些粘合的磨料样品的硬度。值得注意的是，样品1-3各自显示了大于对比样品的硬度。样品1-3展示了大于90(洛氏硬度H级)、并且典型地至少约100的硬度。具体地讲，样品2和3具有超过100的硬度，并且样品3具有接近105的硬度。对比样品没有用于精确测量的足够的硬度但预期具有小于70的硬度。
根据在此的实施方案，提供了具有改进的特性的粘合磨料物品。虽然某些参考文献披露了在玻璃质粘合基质中形成的涂敷的超级磨料颗粒，此类披露受限于它们的粘合基质构成、涂敷方法、以及成型方法。常规的粘合的磨料典型地将助熔剂加入粘合基质构成中以降低必要的烧结温度。较低的烧结温度被认为是对成本、效率、以及减少粘合的磨料组分(即磨料颗粒)的降解有利的。此外，常规的涂敷的超级磨料典型地是具有金属粘合基质的切削工具，而不是用于研磨应用的粘合的磨料物品。相比之下，在此的这些实施方案使用了不同特征的组合，包括粘合基质的构成、烧结过程、原位反应以及氧化物转化成氮化物、以及结晶过程。另外，最终形成的粘合的磨料物品在此结合了多种特征，值得注意的是高孔隙率、在粘合物与磨料颗粒之间的优越的润湿性、具有低孔隙率和空泡的高强度的粘合基质、以及在磨料颗粒与粘合基质之间的界面处形成的反应产物过渡金属氮化物。
虽然已经在具体实施方案的背景中展示并说明了本发明，它并非旨在限制所示出的细节，因为无需以任何方式背离本发明的范围即可以进行不同的变更和代换。例如，可以提供附加的或等效的替代物并且可以使用附加的或等效的生产步骤。这样，本领域的普通技术人员使用不超出常规的实验就可以想出对于在此披露的本发明的进一步的变更以及等效物，并且应当认为所有此类的变更和等效物都是在由以下权利要求所定义的本发明的范围之内。

Claims (58)

1.一种粘合的磨料物品，包括：
磨料颗粒，这些磨料颗粒包括在一种包括硅酸盐的粘合基质内的立方氮化硼，以及一种反应产物，该反应产物位于这些磨料颗粒与包括一种过渡金属氮化物的粘合基质之间的界面处。
2.如权利要求1所述的粘合的磨料，其中该过渡金属氮化物选自下组，其构成为：TiN、CrN、VN、ZrN、以及NbN。
3.如权利要求1所述的粘合的磨料，其中该过渡金属氮化物包括TiN。
4.如权利要求3所述的粘合的磨料，其中该粘合基质包括不大于约15mol％的TiN。
5.如权利要求1所述的粘合的磨料，其中该过渡金属氮化物包括CrN。
6.如权利要求5所述的粘合的磨料，其中该粘合基质包括不大于约15mol％的CrN。
7.如权利要求1所述的粘合的磨料，其中不小于约50vol％的该过渡金属氮化物是与这些磨料颗粒处于直接接触。
8.如权利要求7所述的粘合的磨料，其中使不小于约75vol％的该过渡金属氮化物直接接触这些磨料颗粒。
9.如权利要求8所述的粘合的磨料，其中使不小于约95vol％的该过渡金属氮化物直接接触这些磨料颗粒。
10.如权利要求1所述的粘合的磨料，其中该过渡金属氮化物覆盖不小于约30％的这些磨料颗粒的表面积。
11.如权利要求10所述的粘合的磨料，其中该反应产物过渡金属氮化物覆盖不小于约50％的这些磨料颗粒的表面积。
12.如权利要求11所述的粘合的磨料，其中该反应产物过渡金属氮化物覆盖不小于约75％的这些磨料颗粒的表面积。
13.如权利要求1所述的粘合的磨料，其中该粘合基质包括不大于约80mol％的氧化硅。
14.如权利要求13所述的粘合的磨料，其中该粘合基质包括不小于约10mol％的氧化硅。
15.如权利要求1所述的粘合的磨料，其中该粘合基质包括不大于约60mol％的氧化铝。
16.如权利要求1所述的粘合的磨料，其中该粘合基质进一步包括至少一种选自下组的成分，该组成分的构成为：氧化锂、氧化镁、氧化钙、氧化钡、氧化钠、氧化钾、氧化硼、氧化锆、氧化钛、氧化锌、氧化钇、氧化铁、氧化铯、氧化镧、以及氧化铋。
17.如权利要求1所述的粘合的磨料，其中这些磨料颗粒包括不小于该粘合的磨料物品的总体积的约25vol％。
18.如权利要求1所述的粘合的磨料，其中该粘合基质包括不大于该粘合的磨料的总体积的约60vol％。
19.如权利要求1所述的粘合的磨料，其中该粘合基质包括不小于约50vol％的一个多晶陶瓷相。
20.如权利要求19所述的粘合的磨料，其中多晶陶瓷相包括具有不小于约0.05微米的平均微晶粒大小的微晶粒。
21.如权利要求1所述的粘合的磨料，其中该粘合基质进一步包括一个非晶相。
22.如权利要求1所述的粘合的磨料，其中粘合基质以不大于该粘合基质的总体积的约10vol％的量包括多个空泡。
23.如权利要求22所述的粘合的磨料，其中粘合基质以不大于该粘合基质的总体积的约5.0vol％的量包括多个空泡。
24.如权利要求1所述的粘合的磨料，其中该粘合的磨料包括不小于约5.0vol％的孔隙率。
25.如权利要求24所述的粘合的磨料，其中该孔隙率是在该粘合的磨料的总体积的约20vol％与约50vol％之间的范围内。
26.如权利要求1所述的粘合的磨料，其中该孔隙率具有不大于约500微米的平均孔径大小。
27.如权利要求1所述的粘合的磨料，其中该粘合的磨料具有不小于约20MPa的断裂模量(MOR)。
28.如权利要求1所述的粘合的磨料，其中该粘合的磨料具有不小于约40GPa的弹性模量(MOE)。
29.一种方法，包括：
提供一种玻璃粉，该玻璃粉包括一种过渡金属氧化物；
使该玻璃粉与包括立方氮化硼的磨料颗粒相结合；
使该玻璃粉与磨料颗粒成型以形成一种生坯物品；并且
在一个转变温度下烧结该生坯物品以在玻璃质粘合基质中形成磨料颗粒，该转变温度将这些磨料颗粒与该玻璃质粘合基质的界面处的过渡金属氧化物转变成一种过渡金属氮化物。
30.如权利要求29所述的方法，其中该过渡金属氧化物包括选自下组的一种化合物，该组的构成为：TiO2、Cr2O3、V2O5、ZrO2、以及Nb2O5。
31.如权利要求30所述的方法，其中该粉末包括不小于约4.0mol％的TiO2。
32.如权利要求29所述的方法，其中该转变温度不小于约800℃。
33.如权利要求29所述的方法，其中该玻璃质粘合基质在该转变温度下包括不小于约50vol％的非晶相。
34.如权利要求33所述的方法，其中该玻璃质粘合基质在该转变温度下包括不小于约80vol％的非晶相。
35.如权利要求29所述的方法，其中烧结是在基本上由氮气构成的气氛中进行的。
36.如权利要求1所述的方法，其中该玻璃粉包括由通式aM2O-bMO-cM2O3-dMO2描述的一种金属氧化物，其中这些金属氧化物的量(摩尔分数)包括0.30≤a≤0、0.60≤b≤0、0.50≤c≤0、以及0.80≤d≤0.20。
37.如权利要求36所述的方法，其中0.15≤a≤0、0.45≤b≤0、0.40≤c≤0、以及0.75≤d≤0.30。
38.如权利要求37所述的方法，其中0.10≤a≤0、0.35≤b≤0.15、0.30≤c≤0.10、以及0.60≤d≤0.40。
39.如权利要求36所述的方法，其中该金属氧化物M2O包括选自下组的金属氧化物中的一种，该组的构成为：Li2O、Na2O、K2O、以及Cs2O。
40.如权利要求36所述的方法，其中该金属氧化物MO包括选自下组的金属氧化物中的一种，该组的构成为：MgO、CaO、SrO、BaO、以及ZnO。
41.如权利要求36所述的方法，其中该金属氧化物M2O3包括选自下组的金属氧化物中的一种，该组的构成为：Al2O3、B2O3、Y2O3、Fe2O3、Bi2O3、以及La2O3。
42.如权利要求36所述的方法，其中该金属氧化物MO2包括选自下组的金属氧化物中的一种，该组的构成为：SiO2、TiO2、以及ZrO2。
43.如权利要求29所述的方法，其中该方法进一步包括以不大于约50℃/min的速率进行冷却。
44.如权利要求43所述的方法，其中冷却包括保持在不小于该粘合基质材料的玻璃化转变温度之上的约100℃的结晶温度下。
45.如权利要求44所述的方法，其中冷却包括保持在不小于该粘合基质材料的玻璃化转变温度之上的约300℃的结晶温度下。
46.如权利要求44所述的方法，其中保持包括就不小于约10min的持续时间而言保持在一个结晶温度下。
47.如权利要求29所述的方法，进一步包括研磨该粉末以形成具有不大于约100微米的平均粒度的玻璃粉。
48.如权利要求29所述的方法，其中结合包括提供不大于约60vol％的磨料颗粒。
49.如权利要求29所述的方法，其中结合包括提供不大于约60vol％的玻璃粉。
50.如权利要求29所述的方法，其中结合进一步包括提供一种粘合剂。
51.如权利要求50所述的方法，其中该粘合剂包括选自下组的一种有机材料，该组有机材料的构成为：乙二醇、糊精、树脂、聚乙烯、乙烯、丙烯、胶、以及聚乙烯醇。
52.如权利要求50所述的方法，其中该混合物包括不大于约15vol％的粘合剂。
53.如权利要求29所述的方法，其中结合进一步包括提供一种成孔物。
54.如权利要求53所述的方法，其中该成孔物包括一种有机材料。
55.如权利要求54所述的方法，其中该有机材料选自下组，其构成为：聚乙烯基丁酸酯、聚氯乙烯、蜡、植物种子、植物外壳、二戊基磺化琥珀酸钠、甲基乙基酮、萘、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸酯聚合物类、以及对二氯苯、聚乙烯蜡。
56.如权利要求53所述的方法，其中该混合物包括不大于约35vol％的成孔物。
57.如权利要求29所述的方法，其中该方法进一步包括成型包括该粉末以及这些磨料颗粒的生坯物品。
58.如权利要求57所述的方法，其中成型包括选自下组的一种方法，该组方法的构成为：铸造、模制、挤压、以及压制。
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