CN102574276A - 具有实芯的磨料制品及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了磨料制品以及制备所述制品的方法。所述制品包括一体弹性构件，所述一体弹性构件具有第一和第二对置的主表面，其中所述构件包括居中设置的芯和周边环带，居中设置的芯基本上不具有磨粒，周边环带包括多个研磨区，所述多个研磨区包括磨粒。所述粒子伸出穿过一体构件的至少一个主表面。

Description

具有实芯的磨料制品及其制备方法
技术领域
本发明提供了磨料制品以及制备所述磨料制品的方法。
背景技术
在从原材料形成可用部件的处理过程中，可以使用磨料制品以研磨和抛光表面、将材料分配成不同的片、或切削掉不需要的材料。磨锯或圆刀片是公知的，并可以在多个工业(包括电子工业)中使用以形成有用的部件。最近的趋势是制备这样的磨锯或刀片，所述磨锯或刀片为柔性的和/或薄的，并具有以预定图案固定于基体中和/或固定在刀片载体上的磨粒。但薄的载体和/或基体材料可使得刀片不具有用于切削、尤其是精密切削或在工件(切片)中制备薄狭槽(间隙、切缝)的机械完整性。另外，具有筛轮(screened wheel)或啮合轮(mesh wheel)作为芯并掺入磨粒的刀片易于开裂。当制备精确切口时，用磨粒涂布(例如，电极沉积或电铸)刀片边缘不提供具有磨粒的充分保持以获得良好完整性且具有所需寿命的刀片。目前的刀片可制备宽度为大约1mm或更小的切口(例如精密切口)。
磨料制品包括烧结磨料，所述烧结磨料具有第一部分和第二部分，第一部分含有多个磨粒，第二部分称为“底部(foot)”，并沿着第一部分的一侧。所述底部不具有磨粒，并使得制品能够易于附接至切削工具。
发明内容
由于电子器件和其他工业需要日益更小的部件，需要可在硬材料中切削极薄切缝的磨料制品。在这些工业中还需要这样的磨料制品：所述磨料制品可以产生精密切口而在处理表面上留下最小数目和尺寸的缺陷，并可以在使用过程中抵抗切削表面的磨损或腐蚀。也需要这样的磨料制品：所述磨料制品极薄，但是是增强的，且另外可具有嵌入其中的图案化的硬磨料制品。
在一个方面，本发明提供了磨料制品，其包括一体弹性构件，所述一体弹性构件具有第一和第二对置的主表面，所述构件包括居中设置的芯和周边环带，周边环带包括多个开口或腔室(cell)，其中周边环带包括多个研磨区，所述多个研磨区包括伸出穿过一体弹性构件的主表面中的至少一个的磨粒，其中研磨区从至少一个主表面向外延伸，且其中所述芯基本上不具有研磨区。
在另一方面，本发明提供了磨料制品，其包括两个或更多个一体弹性构件以及设置于所述两个或更多个一体弹性构件之间并与每个构件的至少一个主表面接触的夹层，每个构件都具有第一和第二对置的主表面，构件中的至少一个包括居中设置的芯和周边环带，周边环带包括多个开口或腔室，其中周边环带包括多个研磨区，所述多个研磨区包括伸出穿过一体弹性构件的至少一个主表面的磨粒，其中研磨区从所述至少一个主表面向外延伸，其中所述芯基本上不具有研磨区，且其中夹层包括可研磨材料。
在另一个实施例中，本发明提供了研磨盘，其包括研磨层，以及设置于所述研磨层的至少一侧上的至少一个支承材料层，研磨层具有第一和第二对置的主表面，并包括多个开口或腔室，
其中研磨层包括多个研磨区，所述多个研磨区包括伸出穿过研磨层的主表面中的至少一个的磨粒，其中研磨层延伸超过至少一个支承材料层，并形成周边环带，且其中至少一个支承材料层形成研磨盘的支承凸缘。在一些实施例中，研磨盘可包括两个支承材料层，一个层设置于研磨层的第一主表面上，一个层设置于研磨层的第二主表面上。
在又一方面，本发明提供了制备磨料制品的方法，其包括提供一体弹性构件，所述一体弹性构件具有第一和第二对置的主表面，构件包括居中设置的芯和周边环带，周边环带包括多个开口或腔室，其中腔室可穿透一体弹性构件的至少一个主表面，且其中所述芯基本上不具有腔室；将磨粒设置于腔室中；以及处理一体弹性构件使得磨粒被固定于腔室中。
在另一方面，本发明提供了制备磨料制品的方法，其包括如下步骤：提供一体弹性构件，所述一体弹性构件具有第一和第二对置的主表面，所述构件包括居中设置的芯；使用激光或电子束焊接、硬钎焊、软钎焊、加热、烧结、熔合、渗透、加压、压印、锻造、或它们的组合将周边环带结合至所述居中设置的芯上，所述周边环带具有开口或腔室，其中周边环带包括至少一个研磨区，所述至少一个研磨区包括从一体弹性构件的至少一个主表面伸出的磨粒，其中研磨区从至少一个主表面向外延伸，且其中所述芯基本上不具有研磨区。
在另一方面，本发明提供了制备研磨盘的方法，其包括提供片材，所述片材包括研磨层，所述研磨层具有第一和第二对置的主表面，片材包括多个开口或腔室和设置于研磨层的至少一侧上的至少一个支承材料层；蚀刻穿过至少一个支承材料层以暴露研磨层；以及从片材提取所述研磨盘，
其中所述研磨层包括多个研磨区，所述多个研磨区包括伸出穿过研磨层的主表面中的至少一个的磨粒，且
其中研磨层延伸超过至少一个支承材料层，并形成周边环带，且其中至少一个支承材料层形成研磨盘的支承凸缘。
如本文所使用的：
术语“研磨区”是指提供的弹性构件的周边环带的区域，所述区域具有磨粒，并可指含有至少一个金刚石的腔室或至少一个多个腔室；
术语“心轴”是指支承旋转部件的轴线(axis)或轴(shaft)；
术语“腔室”和“开口”是指材料中的通孔或盲孔、通道、或腔体，其可以具有任何形状-圆形、矩形、方形、八角形、或不规则；
术语“多腔材料”、“孔材料”、和“网状材料”是指包括至少一个多个开口的材料，并包括网孔材料、切削材料或膨胀材料，例如，金属、侵蚀材料、蚀刻材料、轰击材料、钻孔材料和穿通材料、多孔材料、和筛网；
术语“所述芯基本上不具有研磨区”是指芯的区域的小于5％具有研磨区；
术语“所述芯基本上不具有开口或腔室”是指芯的区域的小于5％具有开口或腔室；
术语“金刚石”是指可以具有任何形状和形式的任何类型的硬磨粒，并包括单个粒子(石材)、聚集体、颗粒、簇、和它们的多个(plurality)；
术语“盘”是指薄的平的圆形物体或类似于这种物体的形状；
术语“提取的”是指通过本文所定义的多个分离方法中的任一个从部件上移出的至少一个制品，所述部件大于所述制品，例如多个制品的幅材或板材；
术语“翅片”是指弹性构件的外周边环带，其厚度小于其附接的盘的至少一个部件；
术语“一体构件”和“一体弹性构件”和“弹性构件”是指为完整单元的盘、板材、或箔，其中居中设置的芯部分、周边环带(如果超过一个)、和任选的翅片均为同一结构的部件；
术语“预成型件”是指在被处理(被烧结)之前可烧结的材料；
术语“弹性”是指材料的性质，所述性质允许材料为柔性的并允许在被弯曲、扭曲、拉伸、或压缩之后快速地重新获得其初始形状；
术语“基本上固体”是指除了在使用研磨工具的过程中被磨损掉之外，至少在研磨工具的使用寿命中不流动或改变形状的材料，例如刀片；以及
术语“支承凸缘”是指与心轴同轴并支承一体弹性构件的圆形卡圈。
所提供的制品和方法可以满足对于极薄研磨刀片的市场需要，所述极薄研磨刀片的厚度大约为250微米或更小、100微米或更小、或甚至50微米或更小，所述极薄研磨刀片为弹性的，可被增强，并可用于在多种材料(包括硅和二氧化硅、铝酸钛、玻璃、陶瓷)中制造极精密的薄切口，并可用于半导体晶片切片应用中。所述制品也可用于抛光电子元件(如硅片、铝酸钛、复合材料、玻璃、陶瓷、硅、芯片、电路板、集成电路)上的区域，或可以用于纳米制造工业或精密石材工业中的切削和抛光操作(例如机械处理红宝石)。
上述发明内容并非旨在描述本发明的每种实施方式的每个公开的实施例。接下来的附图简要说明以及详细描述对示例性的实施例作出了更具体的说明。
附图说明
图1为可以从其提取所提供的一体弹性构件的板材的俯视图。
图1A-1C为图1的板材的各种实施例的侧视图。
图2为所提供的一体弹性盘的俯视图。
图2A和2B为图2的构件的实施例的侧视图。
图2C为图2A的一部分的分解图。
图3为所提供的一体弹性盘的俯视图，且图3A为所提供的一体弹性盘的侧视图。
图3B和3C为所提供的一体弹性构件的实施例的侧视图。
图4A和4B为所提供的一体弹性盘的实施例的侧视图，所述一体弹性盘包括保持材料，所述保持材料包括磨粒。
图5A和5B为所提供的一体弹性构件的实施例的侧视图，所述一体弹性构件包括翅片。
图6A为所提供的一体弹性构件的实施例的侧视图。
图6B和6C为所提供的一体弹性构件的实施例的侧视图，所述一体弹性构件包括轴开口和支承凸缘。
图7为可以用于制备所提供的一体弹性构件的实施例的掩模的俯视图。
图7A为在图7的掩模的侧视图，所述掩模包括粘合剂片材。
图7B为图7A的所指部分的分解图。
图8A和8B说明了在用于制备所提供的一体弹性构件的方法中的两个步骤。
图9A-9C说明了包括支承凸缘的所提供的制品的实施例。
具体实施方式
下面的描述参照作为本说明书一部分的附图，附图中以图示方式示出了若干具体实施例。应当理解，在不偏离本发明的范围或精神的前提下可以考虑其他的实施例并进行实施。因此，以下的具体实施方式不应被理解成具有限制性意义。
除非另外指明，在所有情况下，说明书和权利要求书中用来表述特征尺寸、量和物理特性的所有数字均应理解为由术语“约”来修饰。因此，除非另外指明，上述说明书和所附权利要求书中给出的数值参数均为近似值，利用本发明公开内容的教导，本领域技术人员根据所需获得的特性，这些近似值可有所不同。通过端值表示的数值范围包括该范围内的所有数字(如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及该范围内的任何范围。
提供了磨料制品，所述磨料制品可用于在极硬材料(如可用于例如电子工业中的那些材料)中制备极薄或狭窄切缝、切口、或凹槽。所提供的制品包括一体弹性构件，所述一体弹性构件具有第一和第二对置的主表面。通常，所述一体弹性构件可为盘的形状。预期的盘通常为圆形的，并类似于锯片。然而，取决于它们的用途，它们可具有其他形状。当用于切削凹槽或切缝时，它们通常为圆形。但它们也可具有其他形状，例如，可以用于切削和抛光二者的细长往复式刀片。
通常，所提供的制品为一定程度地轴对称或径向对称的，从而允许通过将它们安装在心轴(在心轴上的一个或多个刀片，排锯)上并旋转所述心轴而使用所述制品。也可设想所述盘可为波状或被折叠而具有波纹，例如被打褶而在径向方向上具有褶绉的折叠。所述磨料制品为弹性的，因为它们可在一定程度上屈曲、弯曲、扭曲、膨胀、拉伸、或压缩，但随后可以快速恢复其之前的形状。这样，当使用时，它们可抵抗损失碎片(losing pieces)、缺口、断裂、或开裂。所述弹性性质也允许所述刀片充分利用包括于其中的硬磨料的性质。
所提供的一体弹性构件(例如盘)可为基本上实心的，并包括居中设置的芯，所述居中设置的芯基本上不具有研磨区。所述构件具有第一和第二对置的主表面。通常，在居中设置的芯中不存在研磨区，但该居中设置的芯可包括用于旋转工具的轴的开口。形成至少一个周边环带的一个或多个研磨区和/或多个腔室可以从居中设置的芯径向向外延伸，并与居中设置的芯接触。每个周边环带都可以具有无规排列的或以一种或多种图案或阵列排列的至少一个多个研磨区或腔室。所述研磨区或腔室可接纳或包括金刚石，所述金刚石可从一体弹性构件的主表面中的至少一个延伸或伸出。各个金刚石的尺寸(最大直径)可以等于、小于、或大于一体弹性构件的两个主表面之间的距离。一些金刚石可以伸出穿过弹性构件的主表面中的至少一个，或可以伸出穿过一体弹性构件的两个主表面。在一些实施例中，一体弹性构件的开口或腔室的至少一些、通常大多数被金刚石和金刚石保持材料填充。所述保持材料不仅通过将金刚石保持在适当位置而提供完整性，还例如通过与一体弹性构件的材料的至少一些元素至少部分熔合和/或扩散、和/或填充所述开口或腔室，而给一体弹性构件提供完整性。
在一些实施例中，粘合剂或粘性材料，例如压敏粘合剂，可以堵塞来自一体弹性盘的主表面之一的至少一些开口或腔室。在金刚石的这种临时保持被另一保持类型(例如，通过烧结或沉积材料永久保持金刚石)代替之前，所述粘合剂或粘性材料可临时将金刚石保持在一体弹性构件的开口或腔室中(通常在环面中)。在一些实施例中，一体弹性构件可用作掩模以有序分布或图案化金刚石。用于分布磨粒/金刚石的示例性掩模和它们在所提供的磨料制品中的用途公开于例如美国专利No.4,925,457；No.5,092,910；No.5,049,165；和No.5,620,498(均为Tselesin)中。在开口或腔室中可以存在一个或超过一个金刚石。如果最外侧的周边环带具有比接触所述环面或附接所述环面的构件的芯或部件更小的厚度，则所述最外侧的周边环带可以为翅片。居中设置的芯的最外侧点的直径可以为最远端周边环带的最外侧点的直径的约50.0％至约99.5％。
所提供的弹性构件可以极薄，并可以在其最厚点处具有约250微米或更小、约100微米或更小、或甚至约50微米或更小的厚度。所述弹性构件可以在其整体上具有相同的厚度，或者所述弹性构件可以具有不同的区，所述不同的区具有不同的厚度。所述不同的区可以从弹性构件(例如盘)的中心径向延伸，并可以包括居中设置的芯和任何周边环带，所述周边环带包括最外侧环面，如果最外侧环面的厚度小于弹性构件的芯的厚度或小于最外侧环面所附属、连接、整合、或附接的周边环带的厚度，则该最外侧环面可以称为翅片。翅片可以具有小于约100微米、小于约60微米、或甚至小于约30微米的厚度；或者具有与金刚石的平均直径大约相同或小于金刚石的平均直径的厚度。
所提供的制品可以通过查看附图而进一步了解。图1为板材或片材或箔或掩模100的俯视图，可以通过合适的提取方式(如激光切削、磨料切削、带刃工具切削、水喷切削、电蚀切削、和机械分散(mechanicaldistraction)(破损、压印)、或这些方法的任意组合)从所述板材或片材或箔或掩模100提取所提供的制品。板材100具有居中设置的芯102和周边环带104。居中设置的芯102和周边环带104均具有第一主表面(在图中显示)和第二对置的主表面(在纸平面以下)。芯102和环面104彼此接触。周边环带104包括多个研磨区，所述多个研磨区包括腔室106，磨粒可以置于腔室106中。周边环带104包括腔室、空穴、穿孔、凹槽、或其他空隙，例如可以从制品的一侧延伸穿过所述制品至所述制品的另一侧的多腔(cellular)或多孔(porous)区域，也称为研磨区。如图2A-2C可以看出，环面和相应的研磨区的腔室可以含有一个或多个磨粒。
图1A-1C为板材或箔100的各种实施例的侧视图。每个实施例具有居中设置的芯102和周边环带104或翅片部分105。在图1A所示的实施例中，芯102和环面104的厚度相同，并具有与板材110相同的厚度。在图1B所示的实施例中，芯102比环面105厚，所述芯具有与板材120相同的厚度。当环面105比所述芯更薄时，其称为翅片。图1C显示了一个实施例，其中芯102比翅片105厚，但所述芯和板材周边130具有相同厚度。也可设想其他实施例，如包括居中设置的芯和超过一个包括多个研磨区的部分的那些实施例。可使用本文描述的技术从板材提取所提供的磨料制品(一体弹性盘)。在一些实施例中，板材可以含有所提供的盘的多个预成型件或区、区域。这些多个预成型件在板材上的尺寸、形状、或排列可不同。在一些实施例中，板材可以为例如具有极长长度的幅材，从所述幅材可以提取所提供的磨料制品。
板材和磨料制品的居中设置的芯以及周边环带或部分(如果存在研磨区的多个区域)可由相同材料或不同材料制成。它们通常由可以包括如下的材料制成：粉末或预成型件形式的金属、钢、合金、沉积物质、或已烧结或可烧结材料。这些材料可以包括来自元素周期表的第3-15族的至少一个元素。通常，对于研磨工具(例如刀片)的不同应用，板材100的元素或完整(整个)材料选自铜、镍、铁、钼、钴、铝、和锆、钢、不锈钢、青铜、和它们的组合。
图2为从诸如图1所示的板材提取或切削的示例性的所提供的一体弹性盘或掩模200的俯视图。盘200具有居中设置的芯204，周边环带202，所述周边环带202具有包括多个腔室206的一个区域，所述多个腔室206含有磨粒208。图2A和2B为两个实施例210和220的侧视图。实施例210具有居中设置的芯204和周边环带202。图2C为实施例210的周边环带202的分解图，并包括位于腔室206内的硬磨粒208。所述硬磨粒可以从第一主表面207a延伸穿过一体弹性盘至第二主表面207b。实施例220具有翅片205(最外侧周边环带)，所述翅片205以类似于实施例210的方式包括磨粒。为了清楚表示，在腔室208内未显示金刚石的临时或永久保持材料。保持材料在主表面207a和207b上的任选存在也未显示。
用于形成一体弹性盘的周边研磨环面的可烧结材料的至少一部分可以基本上充分填充所述腔室以封装所述硬磨粒并充当保持材料。整个板材或盘可以被加热，例如在压缩或不压缩情况下烧结，或硬钎焊或等离子体喷涂，以将磨粒或研磨纤维与衍生自保持材料的粉末粒子(如果存在)的保持材料结合在一起，并将磨粒保持在适当位置。或者，取决于所需磨料制品的最终特性，所述保持材料可以包括树脂、橡胶、或类似的聚合物材料。可以使用热塑性塑料，将所述热塑性塑料加热以封装粒子，并随后冷却以将粒子保持在适当位置。可以使用热固性树脂，所述腔室用所述树脂填充，然后通过热、水分、或电磁能固化所述树脂以将磨粒保持在适当位置。
用于保持磨粒的保持材料可以包括选自元素周期表的第3-15族的至少一种元素。通常，对于不同应用，磨料制品(刀片)和不同磨粒可以包括选自如下的至少一种元素：铜、镍、钴、铁、钼、铝、锆、铬、钨、钛、磷、硅、锡、铋、锌、和它们的组合。这些材料的一些，例如钨、铬、钛，可与金刚石的碳形成碳化物，结果提高了金刚石在烧结保持材料中的保持。可烧结保持材料(所谓的“基体材料”)是磨料制品领域普通技术人员公知的，并包括金属粉末、金属纤维组合物、粉末、或纤维混合物，上述所有材料为游离的或预成型的。示例性的可烧结的烧结材料和它们在所提供的磨料制品中的使用公开于例如美国专利No.4,925,457；No.5,092,910、No.5,049,165；和No.5,620,498(均为Tselesin)中。
或者，取决于所需磨料制品的最终特性，所述基体材料可以包括树脂、橡胶、陶瓷复合材料、或其他聚合物材料。可以使用热塑性塑料，将所述热塑性塑料加热以封装粒子，并随后冷却以将粒子保持在适当位置。可以使用热固性树脂，腔室用所述树脂填充，然后例如通过热、水分、或电磁能固化所述树脂以将粒子保持在适当位置。或者，磨粒的保持可以通过电极沉积方法(例如，电涂布或电成型方法)或化学或物理气相沉积方法提供，并可以包括碳化物形成元素(例如，硼、硅、铬、钛或钨)和/或列于元素周期表的第3-15族中的一种(其他)元素(例如，镍、钼、铜、或铝)。
如上所述，所述磨粒可包括多种材料。合成或天然的金刚石是公知的，并常用作切削、磨削、或抛光研磨材料，但许多其他硬质物质也是可用的。例如，可使用立方晶型氮化硼、碳化硼、碳化钨、碳化硅或其他碳化物、或粉碎接合碳化物以及氧化铝或其他陶瓷。Mohs硬度为8或更大的磨粒是典型的。这些材料的混合物也可以用作磨料。其他示例性的磨粒公开于例如美国专利No.5,791,330(Tselesin)中。
在一些应用中，期望的是具有类似尺寸的磨粒，例如，所述磨粒可具有窄的粒度分布。这可以允许所述磨粒以更均匀的水平从周边环带伸出，从而产生更均匀的磨损(abrading)和加工工件的经磨损表面。磨粒的尺寸均匀性可产生由研磨工具在经磨损(例如切削或研磨)表面上留下的更小且更少的碎片。在其他情况中，可期望的是具有更广的粒度分布，从而产生更不均匀的从周边环带伸出的粒子高度分布。这可以允许另外从周边环带伸出的更大的粒子在切削应用过程中显示更高的局部压力，从而产生更有力(例如更快)的机械加工但更粗糙(形态)的经磨损表面。可通过使用相同类型的磨粒或通过使用两个或更多个不同类型的磨粒的混合物，从而使用磨粒尺寸和/或磨粒粒度分布的混合物。
在两个不同腔室和/或研磨区域中的磨粒的组成、尺寸、形状、和物理/机械性质可以不同。通常，居中设置的芯基本上不具有磨粒。如果使用包括至少一个研磨区的板材来提取所提供的磨料制品，则板材的超出最外侧周边环带的至少一些区域也可以基本上不具有磨粒。这可以有助于从用于形成产品的板材或结构提取产品--特别是当磨粒为金刚石时，例如在美国专利No.6,482,244(Tselesin)中。磨粒可以无规或有规地分布于一个或多个区域中或所述盘的所选区域中。通常，磨粒有规地分布于所述盘的至少一个周边环带中。硬磨粒可以为单个粒子，或可以为包括单个硬粒子的聚集体或颗粒的形式。
图3为圆形弹性研磨盘的实施例300的俯视图示，所述实施例300包括居中设置的芯304和周边环带302。在周边环带302内为多个腔室，所述多个腔室限定多个研磨区。在腔室306内设置了至少一个硬磨粒308，所述至少一个硬磨粒308通过腔室内的保持材料307而被保持在适当位置。外层(为了清楚的目的，在图3、3A和3B中未显示)，例如保持材料307，可以覆盖所述盘的至少一面(侧)的表面的至少一部分，这种表面可包括在所述腔室306之间的表面，且这种外层可包括或不包括在无规或图案化阵列(排列)中的硬磨粒。图3A为一个实施例310的侧视图，所述实施例310具有居中设置的芯304、周边环带302，其中周边环带302包括腔室306，每个腔室306含有硬磨粒308。所述腔室也可以含有保持材料307。
在图3B所示的另一实施例320中，所述研磨盘包括使用夹层309结合的两个弹性盘。该实施例包括居中设置的芯304和周边环带302。夹层309可以为粘合剂或金刚石保持材料或将所述两个盘牢固结合在一起的任何其他材料。在一些实施例中，可以通过本领域普通技术人员已知的任何其他方法(例如通过烧结)将所述盘焊接、硬钎焊、软钎焊、胶粘、或结合在一起，由此提供具有保持材料307的夹层309。图3C为所提供的磨料制品的另一实施例330，其包括使用两个夹层309结合在一起的三个弹性研磨盘，所述两个夹层309可相同或可不相同。实施例330包括居中设置的芯304和周边环带302。
图4A和4B为所提供的磨料制品的另外两个实施例410和420的侧视图。实施例410包括一体弹性盘，所述一体弹性盘具有中央设置的部分404和周边环带402，所述周边部分402具有限定研磨区的腔室406，所述腔室406含有磨粒408。包括磨粒411的外部保持材料412与由腔室406所限定的多个研磨区中的至少一个研磨区的至少一部分接触，所述腔室406包括磨粒408。在图4A中所示的实施例中，外部保持材料412具有与一体弹性盘的周边环带402接触的磨粒。外部保持材料通常由可烧结保持材料制成，所述可烧结保持材料与在弹性盘剩余部分中所用的可烧结保持材料相同。然而，其可以为可包括相同组分但具有不同比例的另一材料、陶瓷、聚合物、或设计用以将磨粒保持在腔室中和/或有助于减小研磨盘和加工工件之间的摩擦的其他材料。磨粒411可以接触或不接触一体弹性盘或研磨盘的周边环带的第一和第二对置的主表面，或者可以从所述第一和第二对置的主表面伸出或伸出穿过所述第一和第二对置的主表面。
图4B显示了实施例420，所述实施例420具有与图4A所示的实施例相同的特征，但包括两个一体弹性盘，所述一体弹性盘具有居中设置的芯404、周边环带402，所述周边环带402包括包含于腔室406内的磨粒408，所述实施例420具有围绕所述周边环带的保持材料，所述保持材料可以含有磨粒411。基体材料的部分可位于所述两个一体弹性盘之间并充当夹层409。包括若干(多层)一体弹性盘的刀片通常比包括单个一体弹性盘的刀片更刚性且机械上更稳固。
图5A和5B一起说明了所提供的磨料制品的另一实施例。图5A为类似于图2B所示的实施例或一体弹性盘510，所述一体弹性盘510具有中央设置的部分504和周边环带505，所述周边环带505为包括磨粒508的翅片形式。图5B为实施例520的侧视图示，所述实施例520包括图5A所示的实施例，其在图5A中的翅片505的每一侧上具有两个外层512。外层512增强了制品(刀片)520的研磨周边，并可以包括无规或图案化阵列中的硬磨粒。如在前述实施例中一样，所述盘的主要是实心的芯提供了所述刀片的整体完整性。也如在前述实施例中一样，多腔环面和多腔翅片为所述刀片的最脆弱部分即保持材料和硬磨粒提供了支承和完整性。由于一体弹性盘或翅片的小的厚度，所述盘或翅片的材料可能在刀片切削工件的过程中易于磨损和断裂(比保持材料更快磨损)，由此刀片不显示或显示最小的磨损抗性(阻碍)和性能。
可以修饰和修整包括研磨环面的所提供的磨料制品。也可以通过初始修饰研磨环面大约与所述芯一样厚而形成研磨翅片。在这种情况下，在处理(例如烧结)研磨盘支承内的一体弹性盘也可以增强研磨盘和/或研磨盘的部件(例如研磨环面)。
图6A示出了所提供的磨料制品610的实施例，所述磨料制品610包括一体弹性盘，所述一体弹性盘具有居中设置的芯604和周边环带602。周边环带602包括包含磨粒609的腔室606、外层607、和包含其他磨粒611的保持材料或基体612。居中设置的芯604包括轴开口613，所述轴开口613可用于将制品610安装在工具的心轴上。图6A还显示了一体弹性盘610可如何切削进入基材615而产生切缝614。图6B显示了包括图6A所示的一体弹性盘的实施例，其也包括支承凸缘616(易于在工业中得到)以保持所述研磨盘或刀片。支承凸缘616可以包括例如经由螺纹而彼此互连(固定)的两个部件616a和616b，并可以包括轴开口(这种细节在图6B中未显示)。至少在锯上旋转刀片并通过刀片切削工件的过程中，支承凸缘616的彼此适当互连的部件616a和616b经由压缩力和摩擦力夹持(钉合、夹住、夹钳)和保持在它们之间的刀片。使用(通过)伸出超过固定器或支承凸缘616的最外边缘的刀片的一部分来切削工件。可以将部件616a和616b分开以释放或移除在它们之间夹持的刀片。
图6C为磨料制品的实施例的图示，所述磨料制品包括单个一体弹性盘，还包括支承凸缘616以如图6A所示保持所述刀片，未显示保持材料。图6B和6C所示的支承凸缘616可以由任何刚性材料制成，并通常为铝、锆、或合金，例如不锈钢、复合材料、或聚合物。支承凸缘可以包括至少两个部件和/或为双面的(如在图6B和6C中的部件616常规所示)，或可以包括一个部件和/或为单面的，并可被临时或永久固定至研磨盘或刀片。图6C为不具有保持材料的如图6A所示的一体弹性盘和研磨盘/刀片的实施例的图示，所述实施例也包括支承凸缘616以保持刀片。
图7为类似于图1所示的板材100及其互补物(complement)的掩模700的俯视图，所述掩模700可用于制备所提供的一体弹性盘的实施例。掩模700具有相对于周边环带740或相对于周边环带740和掩模700的边缘二者而居中设置的芯720。周边环带740包括空穴或腔室706。图7A为层合至粘合剂片材703的掩模701的侧视图示。图7B为图7A的一部分的分解图，并显示设置于掩模701的腔室706中的磨粒708，所述磨粒708至少部分接触粘合剂或粘性材料或层703，并使用粘合剂或粘性材料或层703临时保持，所述层703本身可为粘合剂或粘性材料，或为所述片材的覆盖物。如果所述制品具有可烧结粉末材料或沉积有保持材料，则所述制品(在其预加工阶段中在存在或不存在保持材料下的掩模、粘合剂材料、金刚石的组件)可被处理，例如烧结以提供所提供的磨料制品的实施例。
图8A和8B示出了制备所提供的磨料制品的方法。在实施例810中，将磨粒808设置于板材(掩模)(例如图7中的700)或板材100(例如图1中的100)或一体弹性盘(例如图2中的200)的腔室806中。将例如预成型件或粉末条带形式的可烧结保持材料807设置于板材或掩模或一体弹性盘的至少一个外侧上。然后可以在高压和/或高温下处理所述盘。在箭头所示的方向上(垂直于板材的面)施加压力，以经由烧结材料与磨粒和板材和/或一体弹性盘的整合而将磨粒至少固定至板材和/或一体弹性盘中或者固定至板材和/或一体弹性盘上。最终产品示于图8B，并类似于图3、3A、3B、3C、4A、4B、5A和5B中所示的实施例。例如，粉末预成型件或粉末条带或柔软且易变形的粉末描述于美国专利No.5,620,498(Tselesin)中。
又一实施例由图9A-9C示出。在该实施例中，将包括磨粒的烧结镍/钴的层置于锆的两个外层之间。将支承材料层结合至所述烧结镍/钴层以制备一个一体片。图9A为包括支承层904(底层在纸平面以下)的片材的俯视图示，所述支承层904已被蚀刻以暴露环面902(在两侧)，所述环面902包括含有金刚石的空穴或腔室。图9B为同一实施例的侧视图，并显示了置于两个支承外层904之间的层902，所述层902包括含有金刚石909的腔室。环面906已被蚀刻穿过两个支承层，以暴露将成为所提供的制品的周边环带的部分。图9C显示了从所述片材提取之后的制品。其包括围绕轴开口908的芯部分902。周边环带902由支承凸缘904支承，所述支承凸缘904由在两侧支承一体弹性盘的支承层(在一个实施例中，所述支承层包含锆)组成。在图9A-9C所示的一个实施例可以具有基本上不具有磨粒的居中设置的芯。或者，由图9A-9C所示的另一实施例可以具有包括在整个片材中连续的磨粒的层。在该实施例中，仍然存在由至少一个支承凸缘增强的居中设置的芯和通过蚀刻区域所提供的周边环带。
所提供的磨料制品可从板材、幅材、或其上设置有一个或多个预成型制品的其他结构提取。在一个实施例中，具有含磨粒的区域的结构可以通常在压力和/或负载下在高温下进行处理，例如在存在或不存在液相下烧结。在该实施例中或任何其他实施例中或实施例的组合中，在烧结之前和/或烧结过程中和/或烧结之后或(在一些实施例中)不存在烧结下，具有含磨粒的研磨区的结构可以包括熔化相的渗透材料。熔化材料或渗透物可以衍生自保持材料、盘材料、或者可从外部来源(从组件外部)传递。此外，可烧结材料可以包括可熔和/或可硬钎焊的材料和/或添加剂，当所述可熔和/或可硬钎焊的材料和/或添加剂熔化时，其可渗入/渗透至例如可烧结材料的非熔化材料或固体部分(骨架)中。因此，“可烧结保持材料”旨在包括(但不限于)例如如美国专利No.5,380,390(Tselesin)中所述的可熔和可硬钎焊材料。应注意，在高温下处理(例如烧结)包括(但不限于)在大气压或常压下、在负压(真空)或在正压下处理，也包括将材料置于压力和/或负载下。处理可以在保护和/或还原、和/或氧化、和/或中性气氛的存在下，在固相和/或液相和/或在液相的部分存在下；在模具或托盘中，在炉子中或在压机(例如烧结压机)中进行。
用于提供磨料制品的一种方法包括当通过使用如美国专利No.5,380,390、No.5,817,204、和No.5,980,678(均为Tselesin)中所公开的掩模制备结构时封闭(blocking)指定区域，所述磨料制品具有基本上不含磨粒的居中设置的芯和含有磨粒的周边环带。或者，所述制品可以通过如下制得：将第一材料沉积至组件的一个部分，所述第一材料具有较低浓度的磨粒或甚至不具有磨粒；将第二材料沉积至其他部分，所述第二材料具有较高浓度的粒子；然后处理(例如烧结)所述材料以形成一体结构。所得结构具有含磨粒的区域和基本上不含磨粒的区域。提供磨料制品的另一方法包括提供可烧结基体材料的多个块体(所述多个块体含有约相同或不同量的磨料)，以对接关系组装所述块体以形成组件，然后优选在压力和/或负载下烧结所述组件，以形成一体结构，所述一体结构包括含粒子的部分和不含粒子的部分。例如，衍生自对接块体的磨料制品描述于美国专利No.6,453,899(Tselesin)中。
可以利用例如电蚀、激光、电子束、气体弧、水喷切削，在使用或不使用机械破损或压裂下，在应用所述方式或其任意组合之前、期间、或之后，从板材、幅材、或其他结构提取所提供的磨料制品。所述提取可沿着部分之间的边界或接合线，或至少部分穿过或大部分穿过所述制品的周边环带。优选地，提取方法为通过使用激光或水喷的切削，所述切削仅进行通过结构的周边环带。或者，研磨产品可以从结构“舀(scoop)”出。例如，从描述于美国专利No.6,482,244和No.6,453,899(均为Tselesin)的加工组件提取磨料制品。
从结构提取的制品可以被进一步处理成任何所需的形状或外观。这些包括切削、修饰、修整、压缩、加热、冷却、烧结、锥旋(coning)、锻造、挤出、硬钎焊、渗透、浸渍、清洗、喷漆、涂布、电镀、粘附、蚀刻、模制和机械加工，所述机械加工可包括清理毛刺、激光、电子束、火焰喷射、水喷切削、钻孔、铣削和磨削或它们的任意组合。
通常，提取的烧结磨料制品或工具可以被成形以固定至工具载体，如圆形研磨切削刀片的心轴或载体、轮子，或切削锯的轴。在安装于载体上之前，提取的处理的烧结的磨料制品可以被机械加工、再切削、清理毛刺、修整、和修饰。所提供的制品可以用作磨削轮、旋转修整器、或如研磨机械加工的切削和/或磨削片段或切削工具的构件。用于工具的单个提取处理的研磨片段的例子包括用于切削和/或带刃工具的切削构件，如用于圆形、链状、往复式和线材切削刀片的尖端的片段。这种工具的用途的另外的例子包括切削工具、磨削工具、抛光工具、研磨工具、修饰工具、铣削工具、粗化工具、去角斜切工具、清理毛刺工具、夹持工具、和摩擦工具。更具体而言，所述构件可以用于形成研磨分段切削刀片，研磨分段钻头，连续研磨表面或边缘，或者连续研磨表面或边缘的仿制品但具有例如通过焊接、煮炼(braising)、和/或机械装配以模仿连续运动而彼此固定、调节和/或结合的片段，以及具有这种特性的组合的工具。例子为面磨削工具、圆柱形工具和其他旋转工具、轮、铅笔轮(pencil wheel)、和锥形工具。可以使用这些工具机械加工的材料的例子包括烧结材料、复合材料、电子封装材料、陶瓷、玻璃、晶片、半导体、合金、钢、金属、非金属、纤维、石墨、碳材料、硬金属、沥青、天然或人工石材、精密石材、混凝土、岩石、研磨剂和超研磨剂、由天然石材、人工石材、或混凝土制得的台面和地板。
本发明提供了一种制备磨料制品的方法，其包括提供一体弹性构件(板材、盘、箔、或掩模)，所述一体弹性构件具有第一和第二对置的主表面，所述弹性构件包括居中设置的芯和周边环带，其中周边环带包括多个腔室，其中腔室穿透周边环带的至少一个主表面或对周边环带的至少一个主表面开放，且其中所述芯基本上不具有腔室；将磨粒设置于腔室中；以及处理所述构件使得磨粒通过永久保持方式而被固定于腔室中。另外，所述方法可以包括提供临时保持材料和衍生永久保持材料的材料(例如，在高温下转变为永久保持材料的粉末)。所述一体弹性构件如上所述。
可以通过本领域普通技术人员已知的许多方式将磨粒引入周边环带中的多个腔室中。可以例如通过下落(falling)、摇动、过筛、擦拭、推进(pushing)、爆破(blasting)、投射(shooting)或自动化放置而引入磨粒。可以通过将粘合剂与周边环带的一个主表面的至少一些区域相邻设置，并使粘合剂粒子下落或过筛至弹性构件的对置的主表面上的孔穴中，而临时将磨粒保持在适当的位置。然后通过粘合剂将在弹性构件的孔穴中的磨粒临时保持在适当的位置，直至整合过程(例如烧结)允许磨粒被固定在适当的位置。在将磨粒设置于周边环带的腔室中之后，可以处理弹性构件以固定粒子。固定可以涉及引起元件之间的扩散和/或反应，和/或形成可随后被固化的流体或熔化材料的任何过程。固定可以包括烧结包括弹性构件的组件，或包括加入可烧结、渗透/浸渍饱和沉积、热固性、或热成形的另一材料。这些另外的材料可以包括，例如，包含金属的粉末、热塑性树脂、热固性树脂、或包含陶瓷的粉末。所述过程可以包括热处理以熔融、熔合、固化、交联、淬火、冷却、退火、喷丸、冲镀(striking)、冷冻、电和磁处理或以其他方式处理所述材料。可用于所提供的方法的过程的例子包括在相对较低(900℃或更低)或相对较高(高于900℃)的温度下烧结、加热以熔融所述材料、施加压力、或将所述材料暴露于电磁辐射(例如UV、可见光、IR、和电子束)。
本发明提供了另一制备磨料制品的方法，其包括如下步骤：提供一体弹性构件，所述一体弹性构件具有第一和第二对置的主表面，所述构件包括居中设置的芯；以及使用激光或电子束焊接、硬钎焊、烧结、加热、熔合、渗透、加压、压印、锻造、或它们的组合将周边环带结合至居中设置的芯上，所述周边环带具有开口或腔室，其中所述周边环带包括至少一个研磨区，所述至少一个研磨区包括从一体弹性构件的至少一个主表面伸出的磨粒，其中研磨区从至少一个主表面向外延伸，且其中所述芯基本上不具有研磨区。
弹性构件的一个或多个周边环带或翅片可以包括这样的材料：所述材料的熔融温度低于弹性构件的芯的熔融温度。在高温下，例如在烧结过程中，这种环面可以熔融而同时所述芯为固体，且环面至少部分渗透至保持材料中，因此改变保持材料的组成，并至少部分提供在磨料制品中腔室的存在。在这种情况下，在烧结之后，设置于腔室中的磨粒保持在它们的初始位置中。
在不脱离本发明的范围和精神的前提下，本发明的各种修改和更改对本领域的技术人员而言将是显而易见的。应当理解，本发明并非意图受本文提出的示例性实施例和实例的不当限制，并且这种实例和实施例仅以举例的方式提出，本发明的范围旨在仅受下文提出的权利要求书的限制。在公开中引用的所有参考文献的全文都以引用的方式并入本文中。

Claims (26)

1.一种磨料制品，包括：
一体弹性构件，所述一体弹性构件具有第一和第二对置的主表面，所述构件包括：
居中设置的芯；和
周边环带，所述周边环带包括多个开口或腔室，
其中所述周边环带包括多个研磨区，所述多个研磨区包括伸出穿过所述一体弹性构件的所述主表面中的至少一个的磨粒，
其中所述研磨区从至少一个主表面向外延伸，且
其中所述芯基本上不具有研磨区。
2.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述一体弹性构件包括盘。
3.根据权利要求2所述的磨料制品，其中所述磨粒的至少一些伸出穿过所述一体弹性构件的所述第一主表面和第二主表面二者。
4.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述居中设置的芯为基本上实心的。
5.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述居中设置的芯包括可烧结材料，所述可烧结材料包含选自元素周期表的第3-15族的至少一种元素。
6.根据权利要求5所述的磨料制品，其中所述元素选自铜、镍、铁、钼、钴、铝、和锆、钢、不锈钢、青铜、和它们的组合。
7.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述周边环带包含元素周期表的第3-15族的至少一种元素。
8.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述制品的厚度在其最厚点处为小于约200微米。
9.根据权利要求1所述的磨料制品，其中所述制品的周边环带的厚度小于所述制品的芯的厚度。
10.根据权利要求9所述的磨料制品，其中所述制品的周边环带的厚度小于约100微米。
11.根据权利要求10所述的磨料制品，其中所述制品的周边环带的至少一部分还包括翅片。
12.根据权利要求11所述的磨料制品，其中所述翅片具有小于约60微米的厚度。
13.根据权利要求1所述的磨料制品，还包括外部保持材料，所述外部保持材料包括磨粒，
其中所述外部保持材料与所述多个研磨区中的至少一个的至少一部分接触，且
其中所述磨粒不穿过所述一体弹性盘从所述第一主表面至少延伸至所述第二主表面。
14.根据权利要求1所述的磨料制品，还包括支承凸缘。
15.一种研磨盘，包括：
研磨层，所述研磨层具有第一和第二对置的主表面，并包括多个开口或腔室；和
至少一个支承材料层，所述至少一个支承材料层设置于所述研磨层的至少一侧上，
其中所述研磨层包括多个研磨区，所述多个研磨区包括伸出穿过所述研磨层的所述主表面中的至少一个的磨粒，
其中所述研磨层延伸超出所述至少一个支承材料层，并形成周边环带，且
其中所述至少一个支承材料层形成所述研磨盘的支承凸缘。
16.根据权利要求15所述的研磨盘，包括两个支承材料层，一个层设置于所述研磨层的第一主表面上，一个层设置于所述研磨层的第二主表面上。
17.一种磨料制品，包括：
两个或更多个一体弹性构件，每个构件具有第一和第二对置的主表面，所述构件中的至少一个包括：
居中设置的芯；和
周边环带，所述周边环带包括多个开口或腔室；以及
夹层，所述夹层设置于所述两个或更多个一体弹性构件之间，并与每个构件的至少一个主表面接触，
其中所述周边环带包括多个研磨区，所述多个研磨区包括伸出穿过所述一体弹性构件的至少一个主表面的磨粒，
其中所述研磨区从所述至少一个主表面向外延伸，
其中所述芯基本上不具有研磨区，且
其中所述夹层包含可研磨材料。
18.根据权利要求17所述的制品，其中所述弹性一体构件中的至少一个包括盘。
19.根据权利要求18所述的制品，其中所述磨粒中的至少一些伸出穿过所述至少一个一体弹性构件的第一主表面和第二主表面二者。
20.根据权利要求17所述的制品，还包括支承凸缘。
21.一种制备磨料制品的方法，包括：
提供一体弹性构件，所述一体弹性构件具有第一和第二对置的主表面，所述构件包括：
居中设置的芯；和
周边环带，所述周边环带包括多个开口或腔室，
其中所述腔室穿透所述一体弹性构件的至少一个主表面，且
其中所述芯基本上不具有腔室；
将磨粒设置于所述腔室中；以及
处理所述一体弹性盘，使得所述磨粒被固定于所述腔室中。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括将保持材料施加至腔室。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述保持材料包括粘合剂。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述处理包括对所述构件进行加热、加压、激光或电子束焊接、硬钎焊、软钎焊、烧结、熔合、渗透、压印、或它们的组合。
25.一种制备磨料制品的方法，包括：
提供一体弹性构件，所述第一弹性构件具有第一和第二对置的主表面，所述构件包括居中设置的芯；以及
使用激光或电子束焊接、硬钎焊、烧结、加热、熔合、渗透、加压、压印、锻造、或它们的组合将具有开口或腔室的周边环带结合至所述居中设置的芯上，
其中所述周边环带包括至少一个研磨区，所述至少一个研磨区包括从所述一体弹性构件的至少一个主表面伸出的磨粒，其中所述研磨区从至少一个主表面向外延伸，且其中所述芯基本上不具有研磨区。
26.一种制备研磨盘的方法，包括：
提供片材，所述片材包括研磨层，所述研磨层具有第一和第二对置的主表面，并包括：
多个开口或腔室；和
至少一个支承材料层，所述至少一个支承材料层设置于所述研磨层的至少一侧上，
蚀刻穿过所述至少一个支承材料层，以暴露所述研磨层；以及
从所述片材提取所述研磨盘，
其中所述研磨层包括多个研磨区，所述多个研磨区包括伸出穿过所述研磨层的所述主表面中的至少一个的磨粒，且
其中所述研磨层延伸超出所述至少一个支承材料层，并形成周边环带，且
其中所述至少一个支承材料层形成所述研磨盘的支承凸缘。
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