CN101861231B - 硬质和/或脆性材料的研磨加工 - Google Patents

硬质和/或脆性材料的研磨加工 Download PDF

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Abstract

在此披露了具有高度开放的(有孔的)结构以及均匀的磨料砂砾分布的磨料物品。这些磨料物品是使用一种金属基质来制造的并且该开放的结构是用一种孔隙性方案来控制的，该方案包括连通孔隙性(例如，通过沥滤弥散体形成的)、封闭的孔隙性(例如，通过加入空心的微球体和/或牺牲性造孔添加剂而诱导的)、和/或固有的孔隙性(例如，通过选择基质组分来提供所希望的致密度而控制的)。在一些情况下，为了用填充剂和磨料实现接近全密度的金属粘合剂，制造过程的温度是低于所使用的填充剂的熔点，尽管同样可以使用牺牲性填充剂。这些磨料物品在高性能的切削及研磨操作中是有用的，诸如将硅、氧化铝碳化钛、以及碳化硅的晶片背面研磨至非常细的表面光洁度值。在此还披露了使用以及制造的技术。

Description

硬质和/或脆性材料的研磨加工
相关申请
本申请对2007年10月1日提交的美国申请号11/906,263要求优先权，该申请通过引用将以其整体结合在此。 
技术领域
本发明涉及磨料技术，并且更具体地及研磨工具以及用于加工硬质的和/或脆性材料诸如用于电子工业中的半导体晶片的技术。 
背景技术
使用有孔隙的研磨工具来改进机械的研磨过程是普遍熟知的。研磨工具的孔隙典型地提供了研磨流体诸如冷却剂和润滑剂的方法，它们倾向于促进更有效的切割、将冶金学的损伤(例如，表面烧痕)最小化、并且将工具寿命最大化。孔隙还允许清除从研磨的工件上所去除的材料(例如，碎片或切屑)，这是重要的，尤其当被研磨的工件是相对柔软的或当要求表面光洁度需求时(例如像当背面研磨碳化硅晶片的情况)。 
制造具有孔隙性的研磨工具的技术总体上可以归为以下两个类别中的一个。在第一类别中，孔隙结构是通过向该磨料物品中加入包括介质的有机的孔隙而产生的，这些介质是诸如适当尺度的被磨碎的核桃壳或塑料小球。这些介质是牺牲性的，因为它们一旦烧制即热分解，在固化的研磨工具中留下空隙或“孔隙”。这个分类的实例在US专利号5,221,294以及5,429,648中进行了讨论。在第二个分类中，孔隙结构可以通过向磨料物品中加入闭孔材料而产生，诸如空心氧化铝(bubble alumina)。不像牺牲性介质，这种类型的介质幸免于烧制过程，并且保留在被固化的研磨工具中以形成孔隙。这个类别的实例在US专利号5,203,886中进行了讨论。US专利号5,221,294、5,429,648、以及5,203,886的每个通过引用以其整体结合在此。 
在一个可替代的方法中，孔隙性可以通过使用具有例如5∶1或更大的长比直径的长径比的似纤维的磨料颗粒而在磨料物品之中得到。这个方法的实例在US专利号5,738,696和5,738,697中讨论，它们中的每个通过引用以其整体结合在此。这些延长的磨料颗粒的差的填充特征产生了包括提高的孔隙性以及渗透性并且适合用于相对高性能的研磨的一种磨料物品。在另一个可替代的方法中，孔隙性可以通过一种填充剂(例如食盐)的沥滤而在磨料物品之中产生。这个方法的实例在US专利号6,685,755和6,755,729中讨论，它们中的每个通过引用以其整体结合在此。 
随着对产品中的部件诸如发动机、耐火设备、以及电子器件(例如，硅和碳化硅晶片、磁头、以及显示窗口)精度的市场要求的增长，对改进的研磨工具用于陶瓷以及其他相对硬质和/脆性材料的细微精度的研磨以及抛光的需要也已经增长了。因此，存在着对于改进的磨料物品以及研磨工具并且特别是包括一个相对高的程度的孔隙性的那些的一种需要。 
发明内容
本发明的一个实施方案提供了一种复合物，它可以用于将一个工件(例如像碳化硅晶片、蓝宝石、或其他如此硬质材料)研磨加工至希望的表面光洁度。该复合物包括多个磨料颗粒以及一种金属粘合剂，该金属粘合剂与磨料颗粒一起热加工以形成一种复合物。该金属粘合剂包括至少一种起始粉末组分，该组分具有与这些磨料颗粒的平均粒径相比最多大15倍的平均颗粒。在其他构型中，该金属粘合剂中的至少一种起始粉末组分具有更小的平均粒径(例如，其中起始粉末的尺寸比上磨料尺寸的范围从10∶1至2∶1，或甚至更小，诸如其中起始粉末尺寸比磨料尺寸更小的情况)。该复合物具有从大约0.25至40体积百分比的磨料颗粒、从大约10至60百分比的金属粘合剂、以及从大约40至90体积百分比的总的孔隙性。该总的孔隙性包括固有孔隙、封闭孔隙、以及连通孔隙。希望的工件的表面光洁度为500埃或更小，Ra(例如，对于一个碳化硅工件30埃或更小，Ra，或对于一个蓝宝石工件200埃或更小，Ra)。该金属粘合剂可包括，例如，镍、钴、银、铁、锡、锌、钨、钼、铝、铜、以及钛中的一种或多种。该金属粘合剂可以进一步包括硼、硅、磷、石墨、六方氮化硼、二硫化钼、二硫化钨、以及氧化铝中的一种或多种。在一个特别的实施方案中，该金 属粘合剂是一种镍-锡-青铜系统，该系统包括从大约25至60重量百分比的镍、从大约20至60重量百分比的锡、以及从大约20至60重量百分比的青铜。在一种这样的情况下，该青铜具有按重量百分比计从大约95∶5至40∶60的铜-锡比。该复合物可以例如形成磨料轮缘的至少一部分，该轮缘被操作性地连接至一个内芯上(例如，通过一种热稳定的粘合剂)。在一种具体的这样的情况下，该内芯具有一个圆周长和2.4MPa-cm3/g的最小比强度以及0.5g/cm3至8.0g/cm3的内芯密度。 
本发明的另一个实施方案提供了一种用于将一个坚硬材料的工件研磨加工至希望的表面光洁度的方法。该方法包括将工件安装在能够协助研磨加工的一台机器上，并且将一个研磨工具操作性地连接在该机器上。该工具包括一种复合物，该复合物具有与多个磨料颗粒热加工在一起的一种金属粘合剂，这些磨料颗粒具有在0.01至100微米范围内的平均粒径。该金属粘合剂包括至少一种起始粉末组分，该组分具有与这些磨料颗粒的平均粒径相比大最多15倍的平均颗粒。该复合物包括从大约0.25至40体积百分比的磨料颗粒、从大约10至60百分比的金属粘合剂、以及从大约40至90体积百分比的总的孔隙性。该总的孔隙性包括固有孔隙、封闭孔隙、以及连通孔隙。该方法继续使该研磨工具与该工件的一个表面相接触直到获得工件的希望的表面光洁度，其中所希望的表面光洁度为500埃或更小，Ra。注意，使研磨工具与工件的一个表面相接触可以包括使该研磨工具朝该工件移动和/或使该工件朝该磨料移动。在一种具体情况下，该工件包括一种半导体晶片(例如，碳化硅)并且研磨加工包括抛光和/或背面研磨该晶片。在另一种具体的情况下，该工件是一种单晶碳化硅晶片并且所希望的表面光洁度是在15至25埃范围内，Ra。 
本发明的另一个实施方案提供了一种用于制造一种复合物的方法，该组合物可以用于将一个工件研磨加工至希望的表面光洁度。该方法包括提供多个磨料颗粒、并且将一种金属粘合剂与这些磨料颗粒一起热加工以形成一种复合物。该金属粘合剂包括至少一种起始粉末组分，该组分具有与这些磨料颗粒的平均粒径相比最多大15倍的平均粒径。该复合物具有从大约0.25至40体积百分比的磨料颗粒、从大约10至60百分比的金属粘合剂、以及从大约40至90体积百分比的总的孔隙性。该总的孔隙性包括固有孔隙、封闭孔隙、以及连通孔隙。这些颗粒具有在0.01至100微米范围内的平 均粒径。在一种具体情况下，该金属粘合剂是一种镍-锡-青铜系统，该系统包括从大约25至60重量百分比的镍、从大约20至60重量百分比的锡、以及从大约20至60重量百分比的青铜，其中该青铜具有按重量百分比计从大约95∶5至40∶60的铜-锡比。在一种这样的情况下，该方法包括使镍粉与多个磨料共混以形成一种混合物，将锌粉共混进该混合物之中；并且将青铜粉共混进包括该锌粉末的混合物之中。将该青铜粉共混进该混合物之中可以进一步包括以下各项中的至少一项：将空心玻璃球共混进该混合物之中，将牺牲性孔-诱导物材料共混进该混合物之中，以及将一种弥散体共混进该混合物之中。在一种这样的情况下，该弥散体包括多个立方体型的颗粒(尽管同样可以使用或者规则的或者不规则的其他形状)。在另一种这样的情况下，将一种金属粘合剂与这些磨料颗粒一起进行热加工包括将该混合物进行热加工(例如，烧结、热压、以及热压印)以形成一种磨料物品。其他适当的成型方法(例如像流延，以形成生坯带(green tape)磨料物品并且然后烧结生坯带物品、或注塑模制一个生坯物品并且然后烧结该生坯物品)根据本披露将是清楚的。热加工之后，该方法可以包括将该磨料物品浸没在一种溶剂中以沥滤出该弥散体，由此在该磨料物品之中留下连通孔隙。连通孔隙可以用例如具有熔点的一种弥散体来诱导，其中该复合物在低于该弥散体的熔点的温度下被热加工。封闭孔隙可以用例如具有软化点以及熔点的一种空心填充剂来诱导，其中该复合物在低于该空心填充剂的软化点或熔点中的至少一个的温度下被热加工。封闭孔隙可以用例如具有降解温度的一种造孔添加剂来诱导，其中该复合物在高于该造孔添加剂的降解温度的温度下被热加工。该方法可以包括将该复合物操作性地连接(例如，通过一种热稳定的粘合剂)在一个内芯上以形成一个工具的磨料轮缘的至少一部分。在一种具体的这样情况下，该内芯具有一个圆周长和例如2.4MPa-cm3/g的最小比强度以及0.5g/cm3至8.0g/cm3的内芯密度。 
在此描述的特征和优点不是概括所有的，具体地讲，本领域的普通技术人员将通过阅读附图、说明书以及权利要求书而清楚许多另外的特征和优点。此外，应指出在本说明书中使用的语言主要是为可读性和指导性目的而进行选择的，而不是为了限制本发明主题的范围。 
附图说明
图1a-c各自展示了依照本发明的一个实施方案的一种金属粘合剂中青铜的量与该粘合剂的特性之间的各种关系，这些特性是密度、孔隙性、以及硬度。 
图2a和2b是依照本发明的一个实施方案的一种热压的镍-锡-青铜粘合剂系统的SEM照片，展示了不具有或具有最小孔隙性的密集结构。 
图3a和3b是依照本发明的一个实施方案的一种镍-锡-青铜粘合剂系统的断裂面的SEM照片，展示了具有产生自玻璃球的封闭孔隙性、连同产生自沥滤盐的连通孔隙性的一种有孔隙的结构。 
图4a和4b是依照本发明的一个实施方案的一种镍-锡-青铜粘合剂系统的抛光面的SEM照片，展示了具有产生自玻璃球的封闭孔隙性、固有孔隙性、连同产生自沥滤盐的连通孔隙性的一种有孔隙的结构。 
图5A-5D证明了用依照本发明的一个实施方案配置的一种轮的研磨显著降低了该工件的表面粗糙度(Ra)。 
图6展示了依照本发明的一个实施方案的一种镍-锡-青铜粘合剂中的总的孔隙性与该粘合剂的耐磨损性之间的关系。 
具体实施方式
披露了用于生产具有高度开放的结构(例如，40％至80％的孔隙性)以及均匀的磨料砂砾分布的磨料物品的技术。在这样一些实施方案中，这些磨料物品是使用一种金属基质制造的，并且在加工期间具有优异的抗氧化性，该金属基质包括细的镍、锡、青铜以及磨料。产生的磨料物品是在高性能的研磨操作中有用的，诸如将硅、氧化铝碳化钛、以及碳化硅晶片(典型地用于制造电子部件)背面研磨至非常精细的表面光洁度值。在更概括的意义上，产生的磨料物品可以去除原料并且在具有硬度值(例如，范围从大约500HV至3200HV)的材料上产生镜面光洁度。此类工件材料的断裂韧性的范围典型地从大约0.6MPa.m至20MPa.m。 
在背面研磨SiC晶片中，因为这些相对低的力稳态的状态将对工件的热以及机械损害最小化。 
概述
如之前所说明的，具有高度开放的结构的磨料结构可以使用多种技术来产生，包括填充剂诸如食盐的沥滤(参见之前结合的US专利号6,755,729)。此类结构可以包括例如一种基于铜-锡的粘合剂系统与包埋在该粘合剂之中的希望尺寸的磨料砂砾。使用一种铜-锡粘合剂系统使之能够在大大低于该填充剂熔点的温度下加工此类结构。例如，在比食盐的熔点更低的温度下的基于铜-锡的粘合剂系统。所使用的铜粉的典型尺寸是大约44微米(-325筛目)。这样一个尺寸允许铜的低氧化并且确保了一种相对好的砂砾分布。 
然而，为了生产超精细的表面光洁度，该磨料砂砾的平均尺寸被降低为10微米以下。当这些磨料颗粒被降低至这样细微的尺寸，它们倾向于在与粗的44微米的铜一起使用时更容易附聚。这产生了差的砂砾分布并且不能在工件上产生超精细的表面。 
改进该磨料砂砾分布的一种方法是降低所使用的铜的尺寸。然而，因为铜的尺度被减小了，其表面积比体积的比率增加，导致快速的氧化。这种氧化随后导致了在每个铜颗粒的表面上一个氧化层的形成以及它与锡的差的烧结能力。这样一种粘合剂的砂砾保持能力也大大下降，导致质量差且不一致的产品。减小这种情况的一种方法是选择甚至处于细微的尺寸也具有减小的氧化趋势的金属以及合金。 
例如，细微的镍(例如，5微米以下)代替铜的替换将维持低水平的氧化以及优异的至锡的烧结能力。虽然镍本身要求超过1000C的加工温度，但是锡的加入将该加工温度降低至1000C以下并且使用于研磨磨轮中的粘合剂变脆。假如使用具有相对低的熔点的弥散体，诸如氯化钠(食盐，它具有大约800C的熔点)来产生这些开放的结构，则可能需要加工温度的进一步降低。加工温度的这种降低可以实现，并且依照本发明的一个实施方案，通过加入一种材料，诸如青铜(例如，按重量计50/50的铜-锡合金)。近似全密度可以通过在低如750C的温度下热压(或其他适当的加工)一种复合物来获得，该复合物由按重量计35/35/30的细镍、锡、以及50/50的青铜合金构成。 
依照本发明的这样一个实施方案，制造这样一种镍-锡-青铜粘合剂包括首先形成该青铜合金(例如，通过结合铜以及锡)，并且其次使该青铜的粉末与适当量值的镍和锡相混合。注意，一种可商购的青铜合金可以在此使用。包括相同百分比的镍、锡、以及铜的一种元素的复合物(即，立即使作为元素的粉末的所有组分相混合)产生了不同的性能性质并且可能不适合用于所有应用中。例如，一种元素的复合物产生了比镍、锡、以及青铜合金复合物更硬的一种金属粘合剂。如将在接下来讨论的，在研磨应用中，该粘合剂的硬度、结合该粘合剂的孔隙性(固有的、封闭的、和/或连通的孔隙性)，直接影响产生的研磨工具在使用期间如何断裂以及该工具的自我修整的能力，连同工件上产生的表面光洁度的质量。找到此类变量对于一个给定应用的适当的平衡通常是一个不平凡的工作。在一个晶片研磨或抛光应用中(诸如背面研磨碳化硅晶片)，与一种元素的复合物相关联的过度的硬度可能提供低于所希望的结果。在此类情况下，可以有效地使用一种镍、锡、以及青铜合金的复合物。 
在一个示例性的研磨应用中，这时这样一种镍、锡、以及青铜合金复合物与细如1至2微米(或甚至更细)的磨料砂砾以及一种足够量值的盐(例如，按体积计超过50％)相混合。将该混合物热压以压实磨料结构。盐从烧结的结构中的沥滤提供了一种磨料物品，它具有受控的连通孔隙性并且是很好地适合用于研磨材料，诸如半导体晶片。另外的封闭孔隙性可以通过引入空心的微球体、诸如玻璃或陶瓷或金属球体而在该磨料结构中获得。也可以使用在加工期间从该工具中烧掉的牺牲性孔诱导物，诸如压碎的核桃壳或塑料小球。 
可替代地，细镍和锡(50/50)的、不具有青铜合金的相同复合物，提供了一种更固有地有孔隙的结构(例如，高达大约22％有空隙的)，而没有加入任何盐或其他弥散体孔诱导物。根据本发明将懂得，在给定的加工参数下(特别是温度和压力)，可以增加该青铜合金的含量或另外进行操作以控制这一固有孔隙性(即，镍-锡粘合剂系统中的青铜合金越多，固有孔隙性越小；镍-锡粘合剂系统中的青铜合金越少，固有孔隙性越大)。 
因此，产生的磨料物品中的孔隙性可以是固有孔隙性(例如，基于为该粘合剂系统选择的组分/复合物以及加工参数诸如温度和压力是受控的)、封闭孔隙性(例如，通过使用幸免于烧制过程的持续的孔隙诱导物 和/或牺牲性孔隙诱导物而受控的)和/或连通孔隙性(例如，通过使用可滤去的弥散体诸如盐是受控的)。注意，该固有孔隙性不仅仅是偶然的或偶然事件的作用，而是有效地以一种受控的方式提供，基于所选择的粘合剂组分以及加工参数。可以细微地调整固有的、封闭的、以及连通的孔隙性的组合来满足给定应用的性能指标。 
另外注意其他材料可以代替镍和/或锡，例如像，钴、银、铁、锡、锌、钨、钼、铝、铜、以及钛；并且有时候加入少量的硼、硅和/或磷。在任何情况下，产生的磨料复合物可以是例如热压的、烧结的、热压印的、或用适当的粉末冶金学方法另外加工的，以形成有确定了大小和形状的磨料物品，用于不同的应用中，包括半导体材料的加工。 
磨料物品结构和复合物
依照本发明的一个实施方案构造的一种磨料物品可以采取任何数目的形式，取决于的以下因素诸如即将到来的应用以及所希望的生产成本。在此描述的不同的实施方案是适合用于例如坚硬质或脆性材料的研磨加工中、并且特别用于诸如背面研磨硅、氧化铝碳化钛、以及碳化硅半导体晶片的操作中。另一个示例性应用可以是磨料珩磨工具，它们可以用于硬质和/或脆性材料的研磨以及抛光。根据本披露其他这样的应用将是清楚的。 
在一个具体的实施方案中，提供了用于研磨轮的一种磨料物品，其中该物品可以是一整个轮的一个区段或其他离散的部分。可替代地，该磨料物品可以是一种整体的轮设计。该磨料物品包括一种复合物，该复合物包括多个磨料颗粒以及一起烧结的一种金属粘合剂(若希望的话，也可以使用其他适当的粉末冶金学方法，诸如热压、热压印、以及注塑模制)。另外，该复合物包括在其中布置的固有的、封闭的、以及连通孔隙的组合。在这个示例性的实施方案中，该复合物包括从大约0.25至40体积百分比的磨料颗粒、从大约10至60百分比的金属粘合剂、以及从大约40至90体积百分比的总孔隙性(它可以包括固有的、封闭的、和/或连通孔隙)。 
这些磨料颗粒可以是例如，超级磨料颗粒诸如金刚石和/或立方氮化硼。可替代地，或除此以外，这些磨料颗粒可以是例如，氧化铝、碳化硅、碳化硼、和/或氧化锆(根据本披露其他适当的磨料颗粒将是清楚的)。这些颗粒的大小将取决于具体应用及其不同的性能指标(例如，希 望的去除率以及表面光洁度)，但是在一个具体的实施方案中，这些磨料颗粒具有在0.01至300微米范围内的平均粒径。在其他实施方案中，该平均粒径是100微米或更小。在其他实施方案中，该平均粒径是5微米或更小。 
相应的孔类型的体积可能改变，如根据本披露将理解的。在一个实施方案中，连通孔隙的体积是在50％至80％的范围内，封闭孔隙的体积是在0.01％至90％的范围内，并且固有孔隙的体积是在0.01％至20％的范围内。这些孔隙的大小同样可以改变。例如，并且依照一个实施方案，连通孔隙的平均尺寸是在40至400微米的范围内，封闭孔隙的平均尺寸是在5至400微米的范围内，并且固有孔隙的平均尺寸是40微米以下。在一种具体的情况下，对于高于64％的孔隙性所要求的更高填充效率，该孔的尺寸分布为7∶1。例如，假设在一种粘合剂中使用具有一个大小的球状的盐颗粒。从几何形状来看，用此类球体能获得的最佳填充密度是按体积计64％。剩余的体积被开放空间所占据。假如盐颗粒之间的空间填充有金属粘合剂和金刚石，在该盐被沥滤出之后可获得的最大的孔隙性水平为64％。为了提高该孔隙性水平，可以用更小尺寸的盐颗粒来填充盐颗粒之间的空间。可以适合该空间的盐颗粒的最大尺寸(直径)是原来的盐颗粒的直径的七分之一。这种类型的填充可以用越来越小的盐颗粒来继续以由此将该填充效率(或在该示例性情况下，沥滤之后的孔)提高至一个高的值。然而，注意，产生的结构的固有强度必须适合用于给定的应用。 
如之前讨论的，该固有孔隙性可以通过例如与镍和锡联合使用的一定量值的青铜来提供并且控制。总体来说，青铜的量越大，固有孔隙的体积越低并且产生的磨料物品越致密。同样地，青铜的量越小，固有孔隙的体积越大并且产生的磨料物品是越固有多孔的。图1a-c中示出了分别依照本发明的一个实施方案的金属粘合剂中青铜的量与该粘合剂的特性之间的不同关系，这些特性包括密度、孔隙性、以及硬度。在这个具体的实例中，该青铜是按重量计50∶50的铜-锡合金并且镍比锡的比率为按重量计50∶50，其中该青铜是按体积计大约25％并且镍和锡的体积为大约75％。 
封闭孔隙可以例如通过使用持续的空心孔的诱导物诸如玻璃或陶瓷或金属球体，和/或牺牲性孔的诱导物诸如碳酸钙、压碎的核桃壳、塑料或聚合物小球、热塑性粘合剂、以及蜡来提供并且控制。关于使用持续性孔隙诱导物来提供封闭孔隙性的另外的细节在之前结合的US专利号5,203,886中 提供。关于使用牺牲性孔隙诱导物来提供封闭孔隙性的另外的细节在之前结合的US专利号5,221,294以及5,429,648中提供。 
连通孔隙性可以例如通过使用可沥滤的弥散体诸如氯化钠(熔点为大约800C)、硅酸铝钠(熔点为大约1650C)、硫酸镁(熔点为大约1124C)、磷酸钾(熔点1340C)、硅酸钾(熔点为大约976C)、偏硅酸钠(熔点为大约1088C)、或它们的混合物来提供并且控制。关于使用弥散体来提供连通孔隙性的另外细节在之前结合的US专利号6,685,755和6,755,729中提供。在一个具体的实施方案中，连通孔隙性是通过在烧结该复合物之前向这些磨料颗粒和金属粘合剂中加入一种弥散体、并且然后将所述烧结的复合物浸没在一种溶剂中以溶解该弥散体而形成的。例如，该弥散体可以是氯化钠，并且该溶剂可以是水，且特别地，是沸水。其他实施方案可以采用冷水作为溶剂。在任何这样的情况下，产生的磨料颗粒是基本上不含有弥散体颗粒。 
图2a和2b是不具有诱导孔隙性的一种镍-锡-青铜粘合剂系统的热压粘合剂的SEM照片。可以看到，细微的金刚石颗粒均匀地分布在细微的镍颗粒的边界处。该粘合剂看起来是致密的并且除了少量的固有孔隙性，没有孔隙性的迹象。图3a和3b是依照本发明的一个实施方案一种镍/锡/青铜/金刚石轮区段的断裂表面的SEM照片，其中连通孔隙性是经由后烧制沥滤方法通过盐的去除而产生的，并且封闭孔隙性是与存在于该金属粘合剂之中的玻璃球一起产生的。图4a和4b是依照本发明的一个实施方案的一种镍/锡/青铜/金刚石轮的区段的SEM照片，展示了具有产生自玻璃球的封闭孔隙性、产生自对该粘合剂体系以及加工参数(在这种情况下包括预合金青铜的使用)选择的组分/复合物的固有孔隙性、连同来自沥滤盐的连通孔隙性的一种有孔的结构。如根据本披露将清楚，依照本发明的不同实施方案，这些孔隙性类型(固有的、封闭的、以及连通的)的每种都可以以任意组合用于单独的磨料产品中。 
依照本发明的一个实施方案构成该金属粘合剂的这些组分是处于粉末形式(或至少该金属粘合剂组分的一些子集)。在一种这样的示例性情况下，金属粘合剂中的起始粉末具有比这些磨料颗粒的平均粒径最多大15倍的平均粒径。在另一种这样的示例性情况下，金属粘合剂中的起始粉末具有比这些磨料颗粒的平均粒径最多大10倍的平均粒径。在另一种这样的示 例性情况下，金属粘合剂中的起始粉末具有比这些磨料颗粒的平均粒径最多大2倍的平均粒径。在另一种这样的示例性情况下，金属粘合剂中的起始粉末具有等于或小于这些磨料颗粒的平均颗粒的平均粒径(例如，分别为大约1∶1至0.1∶1的比率)。 
该金属粘合剂的组分可以包括，例如金属以及合金粉末中的任何一种或组合，诸如镍、钴、银、铁、锡、锌、钨、钼、铝、铜、以及钛中的一种或多种。该金属粘合剂可以进一步包括少量加入的硼、硅、和/或磷、石墨、六方氮化硼、二硫化钼、二硫化钨、以及氧化铝。在一个具体的实施方案中，该金属粘合剂基质包括从大约25至60重量百分比的镍、从大约20至60重量百分比的锡、以及从大约20至60重量百分比的青铜合金。该青铜包括，例如可以按重量百分比计从大约95∶5至40∶60改变的铜-锡比。 
如之前说明的，该复合物能以多种方式进行加工，包括烧结、热压、热压印、注塑模制、或另外用适当的粉末冶金学方法加工。在一个示例性实施方案中，连通孔隙性是通过使用一种弥散体(例如，氯化钠)来诱导的，并且该复合物在低于该弥散体的熔点的温度下是可烧结的。可替代地，或除此之外，封闭孔隙性是通过使用残留在最终物品中的造孔添加剂、诸如一种空心填充剂(例如，玻璃球)来诱导的，并且该复合物在低于这些添加剂的软化点或熔点的温度下是可烧结的。可替代地，或除此之外，封闭孔隙性是通过在该物品的加工期间烧掉的的造孔添加剂、诸如压碎的胡桃壳来诱导的，并且该复合物在高于这些添加剂的降解温度的温度下是可烧结的。 
如之前说明的，或者整体的或者分段的研磨轮都可以依照本发明的一个实施方案进行制造。在一个具体的实施方案中，提供了一个分段的研磨轮。该轮包括一个内芯以及一个磨料轮缘，该轮缘包括多个磨料物品或区段。一种热稳定的粘合剂，诸如一种环氧磨料粘合剂、一种冶金学粘合剂、一种机械的粘合剂、一种扩散粘合剂、或其他合适的粘合剂(或它们的组合)被用在该内芯与每个区段之间来保证这些区段在该内芯附近的位置。每个区段包括如在此描述的一种复合物。在一个具体的实施方案中，该复合物包括多个磨料颗粒以及一种一起烧结的金属粘合剂基质，其中该聚合物具有多个布置在其中的连通孔隙，并且包含从大约40至90体积百分比的总的孔隙性。 
尽管具体的结构以及性能参数将从一个实施方案至下一个变化，在一个这样的实例中，该内芯具有一个圆周长和2.4MPa-cm3/g的最小比强度以及0.5g/cm3至8.0g/cm3的内芯密度。具有三组类型的孔隙性的金属粘合剂具有在1MPa.m1/2至6MPa.m1/2范围内的平面应变断裂韧性、在80至800范围内的维氏硬度数、在30GPa至300GPa范围内的杨氏模量、以及在2克/cc至12克/cc的密度。另外，当在一个磨损试验中使用5牛顿的负荷时(如将在实例7中详细说明的)，该复合物具有在5mm3至400mm3范围内的磨损体积。 
依照本发明的不同实施方案配置的示例性研磨轮是利用现在将说明的材料和方法制成2A2TS型金属粘合的轮的形式。根据本披露，许多的其他实施方案将是清楚的，并且本发明并非旨在局限于任何一个具体的实施方案。 
实例1
使由镍、锡以及青铜组成一种粉末金属合金与细的金刚石、盐、以及空心玻璃球相混合。更详细地，使60.93克的镍粉末(作为123 Nickel获得自AcuPowder International LLC，Union，NJ)与60.93克的锡(作为115Tin也获得自AcuPowder International LLC，Union，NJ)以及1.56克的金刚石(作为RVM-CSG 1-2微米获得自Diamond Innovations，Worthington，OH)在一个Turbula
Figure GPA00001138135600121
混合器中进行共混。然后，向该混合物中加入52.22克的筛至-635U.S.筛目的青铜粉末(作为M3590粉末获得自United StatesBronze Powders，Maryville，TN)连同2.62克空心玻璃球(获得自E.V.Roberts Inc，Carson，CA)以及91.95克的盐(作为金刚石晶体非碘化的盐获得自Shaw’s Supermarkets，Inc，Worcester，MA并且大小确定为-70/+80U.S.筛目)，并且再次Turbula
Figure GPA00001138135600122
混合以提供一个均匀的共混物。产生的混合物包括按体积计29.8％的金属粘合剂、59.6％的盐、以及9.9％的玻璃球。然后将产生的混合物置于一个石墨盘模具中，整平并在750C下在22Mpa(3200psi)下热压10分钟。紧接着冷却，将产生的磨料盘浸在冷水中使存在的盐沥滤出，从而留下一种连通的、有孔隙的结构。加工的性质以及该组分混合物在结构中留下固有孔隙性，并且空心玻璃球也提供了封闭的孔隙性。 
然后将该盘切成所希望形状、尺度以及耐受性的片段来匹配一个机械加工的铝的内芯的圆周。这些区度具有一个弧形的轮廓，该弧形轮廓具有127毫米(5英寸)曲率的外部半径以及124毫米(4.9英寸曲率的内部半径。)使用这些区段来构造一个2A2TS型号的面研磨式研磨轮。这一具体实施方案的研磨轮使用了十六个粘合在该铝的内芯上对称隔开的区段，产生了具有大约282毫米(11.1英寸)的外部直径以及一个开缝轮缘的研磨轮。这些区段自该铝的内芯突出大约5毫米(0.196英寸)的距离。该磨料区段和该铝的内芯用一种环氧树脂/固化剂粘接剂系统(Epotek NDT 353粘合剂，获得自Epotek，MA)进行组装。然后将这些区段机械加工为距铝的内芯相同的高度。然后平衡该轮并测试速度以便使用。 
测试了根据实例1制造的金属粘合的断节轮(“实例1磨轮”)对单晶碳化硅晶片的最终背面研磨性能。出于比较目的，在相同的工件材料上，使用相同的研磨条件，也试验了代替实例1磨轮的用一种可商购的系统制成的具有1至2微米的砂砾尺寸以及铜/锡/磷粘合剂中2.5的浓度的标准磨轮(砂砾规格Polish#1-24-XL073，获得自Saint Gobain Abrasives，Inc，Worcester，MA)。另外，注意使用一种可商购的研磨轮(磨轮规格FINE#4-17-XL073，获得自Saint Gobain Abrasives，Inc)用于粗研磨来去除SiC晶片表面上粗的且相对大的缺陷。所使用的研磨机器具有两个转轴来容纳一个粗研磨轮，跟着是一个细的磨轮。研磨试验条件，包括研磨机器型号、砂轮规格及尺寸、以及研磨模式，如表1中所示。 
Figure GPA00001138135600131
表1：研磨测试条件 
对于粗磨轮其修整和修饰操作条件在表2中示出。已知，修整和修饰操作条件是指磨轮在其使用之前、并且在这种具体情况下、在其在表1中说明的研磨测试条件下的使用之前的准备。这些条件包括修整垫类型、轮速、工件速度、去除材料、进料速率、以及停止时间(dwell)。 
  修整垫   粗垫
[0052] 
  轮速   1200rpm
  工件速度   50rpm
  去除材料   200微米
  进料速率   第一个190微米是2微米/秒，下一个10微米是0.2微米/  秒
  停止时间   25转
表2：修整和修饰操作，粗磨轮 
对于细磨轮，修整和修饰操作条件在表3中示出。正如粗磨轮一样，这些条件包括修整垫类型、轮速、工件速度、去除材料、进料速率、以及停止时间。 
  修整垫   特细垫
  轮速   1200rpm
  工件速度   50rpm
  去除材料   300微米
  进料速率   第一个290微米是1微米/秒，下一个10微米是0.2微米/  秒
  停止时间   25转
表3：修整和修饰操作，细磨轮 
粗研磨方法的细节，包括轮速、冷却剂类型以及流量、去除材料、进料速率、工件速度、以及停止时间，在表4中指明。可以看到，工件材料是76.2mm直径(3英寸)的单晶碳化硅(SiC)晶片，其中每个晶片具有434微米(0.017英寸)的起始厚度。 
  轮速   1100rpm
  冷却剂   去离子水
  冷却剂流速   3加仑/分钟(11升/分钟)
  工件材料   碳化硅晶片，单晶、76.2mm直径(3英寸)、434微米  (0.017英寸)起始厚度(获得自CREE Research，  Inc)
  去除材料   84微米
  进料速率   0.7微米/秒
  工件速度   590rpm
  停止时间   0
表4：粗研磨过程 
在该粗研磨过程之后进行表5中指明的细研磨过程。可以看到，该轮速更快并且该进料速率更慢。相对于粗研磨，在细研磨过程中去除的材料更少，并且停止时间为5转。该细研磨的起始厚度是350微米(0.0138英寸)。 
  轮速   3000rpm
  冷却剂   去离子水
  冷却剂流速   3加仑/分钟(11升/分钟)
  工件材料   碳化硅晶片，单晶、76.2mm直径(3英寸)、350微米  (0.0138英寸)起始厚度(获得自CREE Research，  Inc)
  去除材料   20微米
  进料速率   范围从0.4至0.05微米每秒
  工件速度   590rpm
  停止时间   5转
表5：细研磨过程 
标准磨轮以及依照本发明的一个实施方案配置的实例1磨轮具有相同水平的总的孔隙性、砂砾尺寸、砂砾类型、以及磨料浓度。该标准磨轮不能够研磨并且不去除任何原料。当相同的粘合剂与2至4微米的金刚石一起使用时，该标准磨轮能够以0.05微米每秒的材料去除速率、25lbs的研磨力，将该单晶SiC晶片表面研磨至40至50埃，Ra之间的表面光洁度。这样的结果表明仅仅简单地减小磨料砂砾尺寸而不专门调整该粘合剂在碳化硅表面不会产生出精细的表面光洁度以及原料去除。 
表1中指明的研磨测试的结果在表6中示出。使用实例1磨轮细微研磨了十二个晶片。可以看到，实例1的磨轮展示了相对稳定的峰值法向力。每个磨轮也要求近似相同的峰值法向力。这种类型的研磨性能是高度希望的，例如，在背面研磨SiC晶片中，因为这些相对低的力稳态的状态将对工件的热以及机械损害最小化。 
  晶片号   侧面号   力，牛顿   力，磅
  33   1   84.52   19
  33   2   84.52   19
  34   1   97.86   22
  34   2   93.41   21
  34-再研磨   1   88.96   20
[0066] 
 34-再研磨  2  88.96  20
 35  1  93.41  21
 35  2  84.52  19
 35-再研磨  1  88.96  20
 35-再研磨  2  93.41  21
 38  1  88.96  20
 38  2  93.41  21
表6：研磨测试结果 
此外，依照本发明的一个实施方案配置的实例1磨轮提供了表6中说明的高度希望的研磨性能，对于至少十五个晶片不需要磨轮的修整。另外，实例1磨轮显著地降低了表面粗糙度，如图5A-5D中所示(通过ZygoCorporation，Middlefield，Connecticut的一台Zygo 白光干涉仪测量)。用实例1磨轮的研磨始终如一地将平均表面粗糙度(Ra)从大于100埃的起始值减小至15至30埃Ra。注意在图5D中编号1、2、和3的位置显示所得到的实际表面光洁度包括16、17、以及22埃Ra。总的来说，实例1磨轮在坚硬质、脆性碳化硅晶片上提供了令人希望的研磨性能。能够得到30埃以及更小的表面光洁度Ra值，它们是相对高于用常规的工具可获得的表面光洁度(40埃的Ra以及更大)。 
在比Strasbaugh机器具有更高刚度的另一台机器上也测试了相同的实例1磨轮的单晶碳化硅晶片的最终背面研磨性能。正如之前的测试一样，使用一种可商购的研磨轮(磨轮规格FINE#4-17-XL073，获得自Saint GobainAbrasives，Inc)用于粗研磨来去除SiC晶片表面上粗的且相对大的缺陷。对于这一具体的研磨测试所采用的机器具有一个转轴，它用来固定粗的以及细的磨轮两者。研磨测试条件在表7中示出。 
Figure DEST_PATH_GPA00001138135100022
表7：研磨测试条件 
在DCM机器上的粗研磨过程的细节，包括轮速、冷却剂类型以及流速、去除材料、进料速率、工件速度、以及停止时间，在表8中指明。正如之前在Strasbaugh机器上的研磨测试一样，工件材料是76.2mm直径(3英寸)的单晶碳化硅(SiC)晶片，其中每个晶片具有434微米(0.017英寸)的起始厚度。 
  轮速   1800rpm
  冷却剂   具有5体积％防锈剂的水
  冷却剂流速   3加仑/分钟(11升/分钟)
  工件材料   碳化硅晶片，单晶、76.2mm直径(3英寸)、434微米  (0.017英寸)起始厚度(获得自CREE Research，  Inc)
  去除材料   50微米
  进料速率   0.24微米/秒
  工件速度   30rpm
  停止时间   0
表8：粗研磨过程 
在该粗研磨过程之后进行表9中指明的在DCM机器上的细研磨过程。轮速更快并且该进料速率更慢。在这种情况下，注意在细研磨过程中去除的材料相对于粗研磨是更大的。该细研磨的起始厚度是350微米(0.0138英寸)。 
  轮速   2500rpm
  冷却剂   具有5体积％防锈剂的水
  冷却剂流速   3加仑/分钟(11升/分钟)
  工件材料   碳化硅晶片，单晶、76.2mm直径(3英寸)、350微米  (0.0138英寸)起始厚度(获得自CREE Resea rch，  Inc.)
  去除材料   140微米
  进料速率   0.12微米每秒
  工件速度   31rpm
  停止时间   0
表9：细研磨过程 
实例1磨轮展示了相对低的为最大负荷的24％的转轴功率。实例1磨轮在DCM机器上的研磨结果与实例1磨轮在Strasbaugh机器上的结果是相似的。然而，因为使用了一台更高刚度的DCM机器，该磨轮磨损是更高的(在去除140微米的晶片中是大约200微米)。得到了78至159埃的表面光洁度Ra。相对于设定的切削深度而言，在高刚度机器上的实际深度大于在一台低刚度的机器诸如Strasbaugh 7AF上得到的深度。另外，冷却剂在高振动下在DCM 上的再循环也可以影响该表面光洁度。因此，研磨机器的特性，诸如它的转轴刚度，也可以在获得所希望的性能诸如目标的原料去除以及表面光洁度中考虑进来。 
实例2：
实例2涉及依照本发明的另一个实施方案的一个示例性研磨磨轮。具体地说，实例2的磨轮与实例1中描述的磨轮是相似的，除了在该粘合剂中没有玻璃球。大约71％的盐被引入该磨轮中，它在使用之前沥滤出来。为生产实例2的磨轮所要求的不同组分的量包括58.89克的镍、58.89克的锡、50.48克的青铜、108.81克的盐、以及1.56克的金刚石。 
测试了根据实例2使用实例1中描述的方法制造的金属粘合的断节的磨轮(“实例2磨轮”)的碳化硅晶片的最终背面研磨性能。如之前参照实例1磨轮描述的，进行了初始粗研磨，来去除该SiC晶片表面上粗的且相对大的缺陷。这些研磨条件如之前参照表1至5所描述的。实例2磨轮的研磨结果与实例1磨轮的是相似的(表6)。然而，依照实例2磨轮的更高水平的盐在制造中产生了较低的产量问题。更详细地，回想起实例1磨轮具有按体积计大约60％的盐(其在使用之前沥滤出来)以及按体积计大约10％的空心玻璃球用于总的70％的孔隙性。另一方面，实例2磨轮具有沥滤出的大约71％的盐并且没有玻璃球。认为两个磨轮都具有几乎相同的量的孔隙性。它们的研磨性能(例如，对于给定量值的去除原料的示例性磨轮磨损、法向研磨力、以及碳化硅上的表面光洁度)在误差界限内是几乎相等的。然而，包含71％的盐的实例2磨轮是相对更难制造的并且产生了必须被更换的偶然破碎的磨轮片段。因此，如实例2磨轮的这样一种产品是技术上可行的，但因为这种产量问题可能不适合于所有应用。 
实例3：
实例3涉及依照本发明的另一个实施方案的一个示例性研磨磨轮。具体来说，实例3的磨轮与实例1中描述的磨轮是相似的，除了使用了一种不同类型的盐。所使用的盐是单晶的且立方体的(作为Purex细微制备的盐，获得自Morton Salt Co.Inc，Chicago，IL并且大小确定为-70/+80U.S.筛目)，与实例1中所使用的多晶的且不规则形状的盐形成对比(作为金刚石晶体非碘化的盐，获得自Shaw’s Supermarkets，Inc，Worcester，MA并且尺寸为-70/+80U.S.筛目)。为生产实例3的磨轮所要求的不同组分的量 包括60.93克的镍、60.93克的锡、52.22克的青铜、91.95克的盐、2.62克的玻璃球、以及1.56克的金刚石。 
测试了根据实例3使用实例1中描述的方法制造的金属粘合的断节的磨轮(“实例3磨轮”)的碳化硅晶片的最终背面研磨性能。如之前参照实例1磨轮描述的，进行了初始粗研磨，来去除该SiC晶片表面上粗的且相对大的缺陷。这些研磨条件如之前参照表1至5所描述的。实例3磨轮的研磨结果与实例1磨轮的是相似的(表6)。然而，依照实例3立方体盐的使用产生了比实例1磨轮低大约2倍的磨轮磨损。 
实例4：
实例4涉及依照本发明的另一个实施方案的一个示例性研磨磨轮。具体来说，实例4的磨轮与实例1中描述的磨轮是相似的，除了在该磨轮中引入了更大体积的孔隙性。该磨轮具有大约75vol％的孔隙诱导物(盐+玻璃球)，与实例1磨轮中产生的70vol％的孔隙诱导物(盐+玻璃球)形成对比。为生产实例4的磨轮所要求的不同组分的量包括50.79克的镍、50.79克的锡、43.53克的青铜、91.94克的盐、3.93克的玻璃球、以及1.56克的金刚石。 
测试了根据实例4使用实例1中描述的方法制造的金属粘合的断节的磨轮(“实例4磨轮”)的碳化硅晶片的最终背面研磨性能。如之前参照实例1磨轮描述的，进行了初始粗研磨，来去除该SiC晶片表面上粗的且相对大的缺陷。这些研磨条件如之前参照表1至5所描述的，除了该SiC工件材料的直径为100mm(4英寸)而不是75mm(3英寸)。为这个工件材料选择了一个高孔隙性的磨轮，这样来降低该磨轮与该工件之间的接触面积。这不仅帮助减小力，而且加快了金刚石的脱离，在一个更大的工件上它将更快地变钝。实例4磨轮研磨结果与实例1磨轮的是相似的(表6)。然而，依照实例4的磨轮的磨轮磨损是实例1磨轮的两倍。这可以归因于以下事实：实例4磨轮具有更高水平的孔隙性，并且它是用来研磨一个更大的晶片。研磨中的力为11lbs。图6展示了依照本发明的一个实施方案的一种镍-锡-青铜粘合剂中的总的孔隙性与该粘合剂的耐磨损性之间的关系。可以看到，磨轮磨损随着总的孔隙性的体积百分比的增加而增加。不管该总的孔隙性包括单独由盐诱导的、还是由盐以及玻璃球两者诱导的，都是这种情况。 
实例5：
实例5涉及依照本发明的另一个实施方案的一个示例性研磨磨轮。具体来说，实例5的磨轮与实例1中描述的磨轮是相似的，除了使用了一种不同类型的镍粉。在实例5的实例中使用的镍粉相对于实例1磨轮中使用的镍粉在尺寸上细得多(作为特细镍粉型号110，获得自Novamet SpecialtyProducts，Wyckoff，NJ)。该镍粉粒径是在1至2微米范围内，这显著地细于实例1磨轮中使用的123镍粉(3.5至4.5微米)。为生产实例5的磨轮所要求的不同组分的量包括60.93克的镍、60.93克的锡、52.22克的青铜、91.95克的盐、2.62克的玻璃球、以及1.56克的金刚石。 
测试了根据实例5使用实例1中描述的方法制造的金属粘合的断节的磨轮(“实例5磨轮”)的碳化硅晶片的最终背面研磨性能。如之前参照实例1磨轮描述的，进行了初始粗研磨，来去除该SiC晶片表面上粗的且相对大的缺陷。这些研磨条件如之前参照表1至5所描述的。实例5磨轮的研磨结果与实例1磨轮的是相似的(表6)。然而，因为在实例5磨轮中使用了更细的镍粉，该磨轮寿命比实例1磨轮的长大约50％(例如，因为更好的烧结以及用细Ni粉获得的金刚石分布) 
实例6：
实例6涉及依照本发明的另一个实施方案的一个示例性研磨磨轮。具体来说，实例6的磨轮与实例1中描述的磨轮是相似的，除了使用了不同尺寸的金刚石和盐。使用了一种相对粗糙的的金刚石(作为RVM-CSG 6-12微米，获得自Diamond Innovations，Worthington，OH)。该盐尺寸为-80/+100US筛目，与实例1磨轮中使用大小确定为-70/+80U.S.筛目的盐形成对比。该实例6磨轮具有大约75体积％的孔诱导物(盐+玻璃球)，与实例1磨轮中产生的70体积％的孔诱导物(盐+玻璃球)形成对比。另外，使用更高的金刚石浓度(浓度为5)。为生产实例6的磨轮所要求的不同组分的量包括50.47克的镍、50.47克的锡、43.26克的青铜、91.36克的盐、3.90克的玻璃球、以及3.13克的金刚石。 
测试了根据实例6使用实例1中描述的方法制造的金属粘合的断节的磨轮(“实例6磨轮”)的碳化硅晶片的最终背面研磨性能。如之前参照实例1磨轮描述的，进行了初始粗研磨，来去除该SiC晶片表面上粗的且相对大的缺陷。这些研磨条件如之前参照表1至5所描述的。实例6磨轮的研磨结果与实例1磨轮的是相似的(表6)。然而，因为在实例7的磨轮中使用了更细 的盐，该磨轮的寿命略微降低(降低大约5％至15％)。然而，注意，更高的金刚石浓度趋向于延长磨轮寿命。因此，假如一种更细的盐或其他弥散体是令人希望的，一种更高的磨料浓度可以与那种更细弥散体联合使用，来保持磨轮寿命相对稳定。 
实例7：
实例7涉及依照本发明的另一个实施方案的一个示例性研磨磨轮。具体来说，实例7的磨轮(“实例7磨轮”)是用包括重量比为35/35/30的镍、锡、以及青铜的一种复合物制成，并且与用包括重量比为35/50/15的元素镍、锡以及铜的一种复合物制成的磨轮作比较。在实例7中使用的青铜是50/50重量比的铜和锡，所以实例7磨轮复合物以及对比的磨轮的元素复合物两者都具有相同水平的镍、锡以及铜。为生产实例7的磨轮所要求的不同组分的量包括69.70克的镍、99.57克的锡、29.87克的铜、91.94克的盐、1.31克的玻璃球、以及1.56克的金刚石。 
为了测定这些不同粘合剂复合物的相对耐久性，使用一种磨损测试。更详细地，该磨损测试基本上包括选取一种已知截面面积的粘合剂样品并且使其以已知负荷以及给定的时间长度研磨一种碳化硅砂砾填充的表面。测量了该粘合剂复合物的体积损失并用来将不同样品分级。取决于尺寸以及数量，这些粘合剂还可以包括金刚石砂砾，它们使得该磨损测试更接近地模拟研磨。 
在实例7磨轮的情况下，该磨损测试包括制造尺寸6.25x6.25x6.25mm(0.25x0.25x0.25英寸)的粘合剂复合物并且使用双组分的环氧树脂使其连接在直径37.5mm(1.25英寸)且40mm(1.6英寸)长的一个样品保持物上并将其固化。将固化的粘合剂-保持物复合物插入一个样品载体中并用螺钉固定。然后将该样品支架安装在一个抛光机器上，诸如StruersRotoForce4。将预切成254mm(10英寸)直径的一个涂覆的磨料片诸如Buehler Carbimet Special Silicon Carbide放置在选择的工作台上并保持在位。当该样品支架以顺时针方向旋转时，该工作台在逆时针方向以150rpm旋转。以已知的预设负荷将该样品以及粘合剂复合物与涂覆的磨料片接触持续5秒。测量了该粘合剂样品的磨损并用来确定相对耐久性。因为元素的粉末比预合金的材料更好烧结(由于在后者的表面上一个薄的氧化物 层的存在)，依照实例7磨轮包含35/35/30的镍、锡、以及青铜的样品比用元素的粉末制成的样品在它们制成的条件下多磨损4倍。 
为了解说和描述的目的已经给出了以上对本发明的实施方案的说明。它并不旨在是穷尽性的或者将本发明限制在所披露的确切形式上。根据本披露可进行许多修改和变化。此处的意图是使本发明的范围不受本详细说明的限制，而是受所附的权利要求书的限制。 

Claims (15)

1.用于将坚硬材料的工件研磨加工至所希望的表面光洁度的一种复合物，该复合物包括：
多个磨料颗粒，这些颗粒具有在0.01至100微米范围内的平均粒径；以及
一种包含镍-锡-青铜系统的金属粘合剂，该金属粘合剂包括具有与这些磨料颗粒的平均颗粒相比最多大15倍的平均粒径的至少一种起始组分，并且已经与这些磨料颗粒一起进行了热加工以形成一种复合物，该复合物具有从0.25至40体积百分比的磨料颗粒、从10至60百分比的金属粘合剂、以及从40至90体积百分比的总的孔隙性，并且该总的孔隙性包括固有孔隙、封闭孔隙、以及连通孔隙；
其中该工件的希望的表面光洁度为500埃或更小，Ra。
2.如权利要求1所述的复合物，其中，该工件是：(i)一种单晶碳化硅晶片并且所希望的表面光洁度是30埃或更少，Ra；或(ii)蓝宝石并且所希望的表面光洁度是200埃或更少，Ra。
3.如权利要求1所述的复合物，其中，该金属粘合剂具有：(i)在1MPa.m1/2至6MPa.m1/2范围内的平面应变断裂韧性、在200至600的范围内的维氏硬度数、在30GPa至300GPa范围内的杨氏模量、以及在2克/cc至7克/cc范围内的密度，或(ii)当使用5牛顿的负荷时在5mm3至400mm3范围内的磨损体积。
4.如权利要求1所述的复合物，其中，连通孔隙的体积百分比是在50至80的范围内，封闭孔隙的体积百分比是在0.01至90的范围内，并且固有孔隙的体积百分比是在0.01至20的范围内。
5.如权利要求1所述的复合物，其中，这些连通孔隙具有在40至400微米范围内的平均孔径，这些封闭孔隙的具有在5至400微米范围内的平均孔径，并且这些固有孔隙具有40微米以下的平均孔径。
6.如权利要求1所述的复合物，其中，这些磨料颗粒包括金刚石、立方氮化硼、氧化铝、碳化硅、碳化硼、以及氧化锆中的至少一种，并且该金属粘合剂包括：(i)镍、钴、银、铁、锡、锌、钨、钼、铝、铜、以及钛中的一种或多种；以及任选地，(ii)硼、硅、磷、石墨、六方氮化硼、二硫化钼、二硫化钨、以及氧化铝中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的复合物，其中，该金属粘合剂包括从25至60重量百分比的镍、从20至60重量百分比的锡、以及从20至60重量百分比的青铜，其中该青铜具有按重量百分比计从95:5至40:60的铜-锡比。
8.如权利要求1所述的复合物，其中，该复合物形成了一个磨料轮缘的至少一部分，该轮缘通过一种热稳定的粘合剂被操作性地连接至一个内芯上。
9.用于将一个工件研磨加工至一个希望的表面光洁度的一种方法，该方法包括：
将该工件安装在能够协助研磨加工的一台机器上；
将一个研磨工具操作性地连接至该机器上，该工具包括一种复合物，该复合物具有与多个磨料颗粒一起热加工的一种包含镍-锡-青铜系统的金属粘合剂，这些磨料颗粒具有在0.01至100微米范围内的平均粒径，该金属粘合剂包括具有比这些磨料颗粒的平均颗粒大最多15倍的平均粒径的至少一种起始组分，其中该复合物包括从0.25至40体积百分比的磨料颗粒、从10至60百分比的金属粘合剂、以及从40至90体积百分比的总的孔隙性，并且该总的孔隙性包括固有孔隙、封闭孔隙、以及连通孔隙；并且
使该研磨工具与该工件的一个表面相接触直到获得该工件的所希望的表面光洁度，其中所希望的表面光洁度为500埃或更小，Ra。
10.如权利要求9所述的方法，其中，该工件包括一种晶片并且研磨加工包括抛光以及背面研磨该晶片中的至少一种。
11.如权利要求9所述的方法，其中，该工件是：(i)一个单晶碳化硅晶片并且所希望的表面光洁度是30埃或更少，Ra；(ii)蓝宝石并且所希望的表面光洁度是200埃或更少，Ra；或(iii)一个单晶碳化硅晶片并且所希望的表面光洁度是在15至25埃的范围内，Ra。
12.如权利要求9所述的方法，其中，该金属粘合剂包括从25至60重量百分比的镍、从20至60重量百分比的锡、以及从20至60重量百分比的青铜，其中该青铜具有按重量百分比计从95:5至40:60的铜-锡比并且这些磨料颗粒是选自下组，其构成为：金刚石、立方氮化硼、氧化铝、碳化硅、碳化硼、以及氧化锆。
13.用于制造将一个工件研磨加工至一个希望的表面光洁度的一种复合物的方法，该方法包括：
提供多个磨料颗粒，这些颗粒具有在0.01至100微米范围内的平均粒径；并且
将一种包含镍-锡-青铜系统的金属粘合剂与这些磨料颗粒一起热加工以形成一种复合物，该金属粘合剂包括具有比这些磨料颗粒的平均颗粒大最多15倍的平均粒径的至少一种起始组分，其中该复合物具有从0.25至25体积百分比的磨料颗粒、从10至60百分比的金属粘合剂、以及从40至90体积百分比的总孔隙性，并且该总孔隙性包括固有孔隙、封闭孔隙、以及连通孔隙。
14.如权利要求13所述的方法，其中，该金属粘合剂包括从25至60重量百分比的镍、从20至60重量百分比的锡、以及从20至60重量百分比的青铜，其中该青铜具有按重量百分比计从95:5至40:60的铜-锡比，该方法进一步包括：
使镍粉与多个磨料共混以形成一种混合物；
将锡粉共混进该混合物之中；并且
将青铜粉共混进包括该锡粉的混合物之中。
15.如权利要求14所述的方法，其中，将该青铜粉共混进该混合物之中进一步包括以下各项中的至少一项：
将空心玻璃球共混进该混合物之中；
将牺牲性孔诱导物材料共混进该混合物之中；并且
将一种弥散体共混进该混合物之中。
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