CN103764349B - 液相烧结碳化硅研磨颗粒 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种研磨制品，其包括具有包含于粘结材料内的研磨颗粒的粘结研磨体。所述研磨颗粒包括碳化硅并且基本上不含碳基和硼基烧结助剂材料。在一实施例中，所述粘结材料可以包括酚醛树脂。在另一实施例中，所述粘结研磨体可以包括间隙安置在所述碳化硅研磨颗粒之间的氧化物相。在另一实施例中，所述研磨颗粒可以基本上由碳化硅和氧化铝以至少约8∶1的碳化硅对氧化铝的比率组成。

Description

液相烧结碳化硅研磨颗粒
技术领域
本发明大体上涉及并有研磨颗粒的研磨制品，并且更具体地涉及并有碳化硅研磨颗粒的研磨制品。
背景技术
碳化硅具有多种用途。举例来说，固态烧结碳化硅已经相当成功地用作各种研磨制品(例如粘结研磨制品和涂布研磨制品)中的研磨颗粒。
液相烧结碳化硅与固相碳化硅相当不同。液相烧结碳化硅已经用于制造在腐蚀性环境下使用的密封件和衬里。液相烧结碳化硅通常尚未用作研磨颗粒。
发明内容
在一个方面，一种研磨制品包括在粘结材料内含有研磨颗粒的粘结研磨主体。所述研磨颗粒包括碳化硅并且基本上不含碳基和硼基烧结助剂材料。在一实施例中，所述粘结材料可以包括酚醛树脂。在另一实施例中，所述粘结研磨主体可以包括间隙安置在所述碳化硅研磨颗粒之间的氧化物相。在另一实施例中，所述研磨颗粒可以基本上由至少约8∶1的碳化硅与氧化铝比率的碳化硅和氧化铝组成。
附图说明
通过参看附图，可以更好地理解本发明，并且使所属领域的技术人员清楚其众多特征和优势。
图1包括展示一种制造根据一实施例的液相烧结碳化硅研磨颗粒的方法的流程图。
图2包括根据一实施例的液相烧结碳化硅研磨颗粒的一部分的扫描电子显微镜(SEM)图像。
图3包括根据一实施例的液相烧结碳化硅研磨颗粒的一部分在经历化学蚀刻过程之后的SEM图像。
图4包括固态烧结碳化硅研磨颗粒的一部分的SEM图像。
图5包括固态烧结碳化硅研磨颗粒的一部分在经历化学蚀刻过程之后的SEM图像。
图6包括并有根据一实施例的碳化硅研磨颗粒的粘结磨轮的透视图。
图7-12包括包含根据一实施例的研磨微粒材料的成形研磨颗粒的图示。
图13包括根据一实施例的研磨颗粒的透视图示。
图14包括图13的研磨颗粒的一部分的截面图示。
图15包括展示各种用于磨削钛合金的粘结研磨砂轮的相对性能比的条形图；并且
图16包括展示各种粘结研磨砂轮在磨削白色铸铁工件期间的磨削比(G-ratio)的条形图。
在不同图式中使用相同参考符号表示相似或相同的物件。
具体实施方式
先参看图1，展示一种制造液相烧结碳化硅研磨颗粒的方法，并且一般将其命名为100。方法100在步骤102通过形成包括碳化硅和烧结助剂材料的干燥混合物开始。混合物可以在混合器中形成。烧结助剂材料可以包括氧化物。此外，氧化物可以包括氧化铝。具体来说，氧化物可以基本上由氧化铝组成。
在一些实施例中，碳化硅可以按具有特定粒度分布的粉末形式提供。举例来说，在一个实施例中，碳化硅颗粒可以具有至少约0.18微米、至少约0.23微米或至少约0.27微米的D10值。在另一实施例中，碳化硅颗粒可以具有不超过约0.42微米、不超过约0.37微米或不超过约0.30微米的D10值。应了解，碳化硅颗粒的D10值可以在以上提到的最小与最大值之间的范围内，或包括以上提到的最小和最大值中的任一者。
在一实施例中，碳化硅颗粒可以具有至少约0.75微米、至少约0.83微米或至少约0.90微米的D50值。在另一实施例中，碳化硅颗粒可以具有不超过约1.20微米、不超过约1.04微米或不超过约0.95微米的D50值。应了解，碳化硅颗粒的D50值可以在以上提到的最小值与最大值之间的范围内，或包括以上提到的最小值和最大值中的任一者。
此外，碳化硅颗粒可以具有至少约1.7微米、至少约1.9微米或至少约2.1微米的D90值。在另一实施例中，碳化硅颗粒可以具有不超过约2.6微米、不超过约2.4微米或不超过约2.2微米的D90值。应了解，碳化硅颗粒的D90值可以在以上提到的最小值与最大值之间的范围内，或包括以上提到的最小值和最大值中的任一者。
应了解，烧结助剂材料可以是粉末材料。烧结助剂材料可以包括至少约0.07微米、例如至少约0.08微米、至少约1.2微米或甚至至少约1.5微米的平均粒度。此外，烧结助剂材料可以包括不超过约2.6微米、不超过约2.2微米或不超过约1.8微米的平均粒度。应了解，烧结助剂材料的平均粒度可以在以上提到的最小与最大尺寸之间的范围内，或包括以上提到的最小和最大尺寸中的任一者。
在一实施例中，干燥混合物可以包括相对于干燥混合物的总重量至少约88重量％碳化硅、相对于干燥混合物的总重量至少约91重量％碳化硅或相对于干燥混合物的总重量至少约94重量％碳化硅。在其它情况下，干燥混合物可以包括相对于干燥混合物的总重量不超过约99重量％碳化硅、相对于干燥混合物的总重量不超过约97重量％碳化硅或相对于干燥混合物的总重量不超过约96重量％碳化硅。应了解，干燥混合物的碳化硅含量可以在以上提到的最小与最大值之间的范围内，或包括以上提到的最小和最大值中的任一者。
在特定情况下，干燥混合物可以包括相对于干燥混合物的总重量至少约0.5重量％烧结助剂、相对于干燥混合物的总重量至少约2重量％烧结助剂或相对于干燥混合物的总重量至少约4重量％烧结助剂。在其它情况下，干燥混合物可以包括相对于干燥混合物的总重量不超过约9重量％烧结助剂、相对于干燥混合物的总重量不超过约7重量％烧结助剂或相对于干燥混合物的总重量不超过约5重量％烧结助剂。应了解，干燥混合物的烧结助剂含量可以在以上提到的最小与最大值之间的范围内，或包括以上提到的最小和最大值中的任一者。
在104，方法100可以包括形成包括碳化硅、烧结助剂和液体载剂的湿混合物。液体载剂可以包括水。此外，液体载剂可以包括有机材料。一些合适的有机材料可以包括聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、三乙醇胺(TEA)或其组合。在一种特定情况下，液体载剂可以包括PVA的21％溶液。在一说明性实施例中，液体载剂可以包括PEG400。
在一个实施例中，湿混合物可以包括相对于湿混合物的总重量至少约36重量％水、相对于湿混合物的总重量至少约39重量％水或相对于湿混合物的总重量至少约41重量％水。在其它情况下，湿混合物可以包括相对于湿混合物的总重量不超过约51重量％水、相对于湿混合物的总重量不超过约46重量％水或相对于湿混合物的总重量不超过约43重量％水。应了解，湿混合物的含水量可以在以上提到的最小与最大值之间的范围内，或包括以上提到的最小和最大值中的任一者。
干燥混合物与液体载剂可以被混合直到组成材料充分分散在彼此内为止。混合过程可以具有至少约6小时、至少约14小时或至少约24小时的持续时间。在一些实施例中，混合过程可以具有不超过约48小时、不超过约37小时或不超过约28小时的持续时间。应了解，混合操作的持续时间可以具有在以上提到的最小与最大值之间的范围内或包括以上提到的最小和最大值中的任一者的持续时间。
在一特定实施例中，湿混合物可以包括特定比率的干燥混合物组分(即碳化硅和烧结助剂)与液体载剂。举例来说，比率可以是至少约1∶1，例如至少约1.1∶1、至少约1.18∶1或甚至至少约1.2∶1。此外，在另一方面，比率可以是不超过约1.3∶1，例如不超过约1.25∶1或甚至不超过约1.22∶1。应了解，干燥混合物与液体载剂的比率可以在以上提到的最小与最大比率之间的范围内，或包括以上提到的最小和最大比率中的任一者。
在形成湿混合物之后，方法100可以在106通过处理混合物以形成制品来继续。在一些实施例中，制品可以包括陶瓷制品。处理湿混合物可以包括施加温度、施加压力、施加化学品以促进湿混合物的物理变化或其组合。
在特定情况下，处理过程可以包括烧结过程，其中使碳化硅和烧结助剂材料的晶粒在高温下致密化。举例来说，处理湿混合物可以包括将混合物转移到窑中。混合物可以在窑内被烧结以形成陶瓷制品。在一实施例中，烧结过程可以具有至少约0.5小时、至少约0.7小时或至少约1.0小时的持续时间。在其它情况下，烧结过程可以具有不超过约2.2小时、不超过约1.8小时或不超过约1.4小时的持续时间。应了解，烧结过程的持续时间可以具有在以上提到的最小与最大值之间的范围内或包括以上提到的最小和最大值中的任一者的持续时间。
此外，在一特定方面，混合物可以在至少约1800℃的温度下进行烧结。在另一方面，混合物可以在至少约1850℃、例如至少约1880℃或甚至至少约1910℃的温度下进行烧结。在另一方面，混合物可以在不超过约2100℃、不超过约2070℃或甚至不超过约2030℃的温度下进行烧结。应了解，烧结温度可以在以上提到的最小与最大温度之间的范围内，或包括以上提到的最小和最大温度中的任一者。
在特定情况下，处理可以包括烧结过程，其可以进一步利用施加压力。举例来说，处理可以包括按压，并且更具体地热压，例如热均压(HIPing)。在一些实施例中，热均压过程可以包括以不超过约13℃/min、不超过约10℃/min或不超过约7℃/min的速率加热达到规定温度。在一实施例中，热均压过程的规定温度可以是不超过约1980℃、不超过约1940℃或不超过约1900℃。在某些方面，热均压过程的规定温度可以是至少约1810℃、至少约1840℃或至少约1870℃。应了解，热均压过程的规定温度可以在以上提到的温度之间的范围内，或包括以上提到的温度中的任一者。
热均压操作可以在特定氛围中、例如在包括惰性气体的氛围中进行。在一说明性实施例中，热均压操作可以在氩气氛围中进行。热均压操作还可以在规定压力下进行。在一些实施例中，热均压操作的压力可以是至少约1800atm、至少约1900atm或至少约2000atm。在其它实施例中，热均压操作的压力可以是不超过约2200atm或不超过约2100atm。应了解，热均压操作的压力可以在以上提到的压力之间的范围内，或包括以上提到的压力中的任一者。
另外，热均压过程可以包括持续不超过约2小时、不超过约1.5小时或不超过约1.0小时的持续时间的浸泡操作。在某些实施例中，热均压过程的浸泡持续时间可以是至少约0.5小时或至少约0.8小时。应了解，热均压过程的浸泡持续时间可以在以上提到的值之间的范围内，或包括以上提到的值中的任一者。在完成热均压过程之后，陶瓷制品可以自然地冷却到合适的温度。
值得注意地，烧结过程可以包括液相烧结过程。液相烧结特征在于从混合物内的组分之一的至少一部分形成液相。举例来说，混合物的烧结助剂组分可以经处理，以使得烧结助剂的至少一部分形成液相。因此，所述处理过程可以形成液相烧结碳化硅。
在另一特定方面，处理可以在特定氛围中进行。举例来说，氛围可以包含惰性气体，包括例如氖气、氩气、氮气或其组合。在其它情况下，氛围可以是还原氛围。
在完成106的处理过程之后，方法100可以在108通过使制品发生改变来继续。使陶瓷制品发生改变可以包括形成研磨微粒材料。在一个实施例中，形成研磨微粒材料可以包括粉碎陶瓷制品。举例来说，粉碎过程可以包括在压碎机中压碎陶瓷制品以产生液相烧结碳化硅研磨颗粒(LPS-SiC)。举例来说，压碎机可以是颚式压碎机。然而，另一合适类型的压碎机可以用于压碎陶瓷制品。在一些情况下，压碎操作可以在室温下通过辊式压碎机或喷射研磨机来执行。
在执行108的改变操作之后，方法100可以在110通过分选包括液相烧结碳化硅的研磨颗粒来继续。在110进行的分选过程可以包括按尺寸、形状或其组合分选研磨颗粒。在一个实施例中，研磨颗粒可以使用一种或一种以上网筛进行筛分以便将研磨颗粒分选成一种或一种以上不同砂砾尺寸。
研磨颗粒可以包括至少约0.1微米、至少约1微米、至少约3微米、至少约8微米、至少约12微米、至少约20微米、至少约25微米、至少约30微米、至少约35微米、至少约40微米或甚至至少约50微米的平均粒度。在另一实施例中，研磨颗粒可以包括不超过约3000微米、不超过约2500微米、不超过约1700微米、不超过约1100微米、不超过约800微米、不超过约500微米、不超过约425微米、不超过约375微米、不超过约320微米、不超过约200微米或甚至不超过约90微米的平均粒度。应了解，平均粒度可以在以上提到的最小与最大尺寸之间的范围内，或包括以上提到的最小和最大尺寸中的任一者。
图2包括研磨颗粒200的一部分的SEM图像的图解。具体来说，研磨颗粒200代表根据本发明的一实施例的液相烧结碳化硅研磨颗粒的SEM图像。如图2中所示，SEM图像指示研磨颗粒200可以包括碳化硅晶粒202和烧结助剂材料204。
在一个实施例中，研磨颗粒200可以基本上不含碳基和硼基烧结助剂材料。在另一实施例中，研磨颗粒可以基本上不含氧化钇、二氧化硅、磷酸盐、磷化物、碱金属元素、碱土金属元素、稀土元素、过渡金属元素、硅化物、铝化物或其组合。
本文中实施例的研磨颗粒可以包括碳化硅。在特定情况下，研磨颗粒可以包括由液相烧结碳化硅(LPS-SiC)制成的碳化硅晶粒。实际上，研磨颗粒可以包括基本上由液相烧结碳化硅(LPS-SiC)组成的晶粒。
根据本文中实施例形成的研磨颗粒可以具有至少约90重量％碳化硅、至少约92重量％碳化硅或至少约93重量％碳化硅。在另一实施例中，研磨颗粒可以包括不超过约99重量％碳化硅、不超过约97重量％碳化硅或不超过约95重量％碳化硅。应了解，碳化硅的量可以在以上提到的最小与最大百分比之间的范围内，或包括以上提到的最小和最大百分比中的任一者。
在一特定方面，研磨颗粒200可以包括碳化硅晶粒。碳化硅晶粒可以具有至少约0.01微米、至少约0.05微米、至少约0.1微米、至少约0.4微米、至少约0.6微米或甚至至少约1微米的平均晶粒尺寸。此外，碳化硅晶粒可以具有不超过约100微米、不超过约50微米、不超过约25微米、不超过约10微米或不超过约1微米的平均晶粒尺寸。应了解，平均粒度可以在以上提到的最小与最大尺寸之间的范围内，或包括以上提到的最小和最大尺寸中的任一者。
如图2中所示，本文中实施例的研磨颗粒可以包括含有在颗粒的基体内的烧结助剂材料。具体来说，烧结助剂材料204可以是与碳化硅晶粒202分开并且不同的相。在特定情况下，烧结助剂材料204可以是在碳化硅晶粒202之间的晶粒边界处形成的间隙相。如图2中所示，SEM图像指示研磨颗粒200可以包括碳化硅晶粒202和烧结助剂材料204。
根据一个实施例，烧结助剂材料204可以包括氧化物材料。合适的氧化物可以包括氧化铝。在特定实施例中，烧结助剂材料204可以基本上由氧化铝组成。
根据本文中实施例形成的研磨颗粒可以包括特定含量的烧结助剂材料。举例来说，研磨颗粒可以包括相对于颗粒的总重量不超过约5重量％、不超过约4.5重量％、不超过约4重量％、不超过约3.5重量％或甚至不超过约3重量％含量的烧结助剂材料，其可以包括氧化物。在另一实施例中，研磨颗粒200可以包括相对于颗粒的总重量至少约0.1重量％、至少约0.5重量％、至少约0.8重量％、至少约1重量％、至少约1.5重量％含量的烧结助剂材料，其可以是氧化物。应了解，氧化物含量可以在以上提到的最小与最大百分比之间的范围内，或包括以上提到的最小和最大百分比中的任一者。
在某些情况下，研磨颗粒可以基本上由碳化硅和氧化铝组成。具体来说，研磨颗粒可以包括一定比率的碳化硅与氧化铝。碳化硅与氧化铝比率可以是至少约8∶1、至少约9∶1或至少约10∶1。或者，根据另一实施例，比率可以是不超过约40∶1、不超过30∶1或不超过约25∶1。应了解，比率可以在以上提到的最小与最大比率之间的范围内，或包括以上提到的最小和最大比率中的任一者。
在另一方面，研磨颗粒可以包括至少约96％、至少约97％、至少约98％或至少约99％的理论密度。
此外，在一个实施例中，研磨颗粒可以具有特定强度。举例来说，研磨颗粒的强度可以是至少约700MPa、至少约750MPa、至少约800MPa、至少约825MPa或甚至至少约850MPa，其中强度通过4点弯曲测试根据断裂模量来测量。又，在另一实施例中，研磨颗粒可以包括不超过约1200MPa或甚至不超过约1100MPa的强度，其中强度通过4点弯曲测试根据断裂模量来测量。应了解，强度可以在以上提到的最小与最大强度值之间的范围内，或包括以上提到的最小和最大强度值中的任一者。
根据一实施例，研磨颗粒可以包括至少约27kgf/mm2、例如至少约28kgf/mm2或甚至至少约29kgf/mm2的努氏硬度(Knoop hardness)。在其它情况下，研磨颗粒的努氏硬度可以是不超过约35kgf/mm2、例如不超过约32kgf/mm2或不超过约30kgf/mm2。应了解，努氏硬度可以在以上提到的最小与最大努氏硬度值之间的范围内，或包括以上提到的最小和最大努氏硬度值中的任一者。
图3包括根据一实施例的液相烧结碳化硅研磨颗粒300的一部分在经历化学蚀刻过程之后的SEM图像。
图4包括固态烧结碳化硅研磨颗粒400的一部分的SEM图像。
图5包括固态烧结碳化硅研磨颗粒500的一部分在经历化学蚀刻过程之后的SEM图像。
参看图6，展示粘结磨轮，并且一般将其命名为600。如所展示，粘结磨轮600可以包括大体上圆柱形粘结研磨主体602。粘结研磨主体602可以包括多个在粘结材料内含有的研磨颗粒，其可以是根据本文中实施例形成并且具有根据本文中实施例的研磨颗粒的任一属性的研磨颗粒。值得注意地，研磨颗粒可以是液相烧结碳化硅研磨颗粒。
在一特定方面，粘结材料可以包括有机材料。举例来说，粘结材料可以包括聚合物，例如热固性聚合物。或者，粘结材料可以包括甲醛。适用于粘结材料中的甲醛可以包括树脂，例如酚醛树脂。
在一替代实施例中，粘结材料可以包括无机材料。举例来说，无机材料可以包括金属、金属合金、玻璃质、结晶(例如陶瓷)材料或其组合。在一个特定实施例中，粘结材料可以包括玻璃质材料。在另一情况下，粘结材料可以包括可以呈玻璃质材料形式的陶瓷，例如氧化物。
在另一方面，粘结材料可以包括可以包括无机材料和有机材料的混合粘结材料。
在一实施例中，对于磨削包含金属的工件达到至少约0.0005英寸的切割深度来说，粘结研磨主体302可以包括至少约200的磨削比。磨削比可以是从工件去除的材料重量除以粘结研磨主体302损失的材料重量的量度。具体来说，磨削比可以是至少约210、至少约225、至少约250、至少约275、至少约290、至少约300、至少约310或甚至至少约320。在另一实施例中，磨削比可以是不超过约1000或不超过约900。应了解，磨削比可以在以上提到的最小与最大磨削比之间的范围内，或包括以上提到的最小和最大磨削比中的任一者。
在另一方面，对于包含Ti的工件来说，磨削比可以在约150与400之间的范围内，在约175与约400之间的范围内，在约200与约400之间的范围内，在约225与约400之间的范围内，在约250与约400之间的范围内。
在另一方面，对于包含铁的工件来说，磨削比可以在约150与约800之间的范围内，在约200与约800之间的范围内，在约400与约800之间或约500与约800之间的范围内，在约550与约700之间的范围内。
在另一方面，在以至少约60英尺/分钟的速度磨削钛合金工件、铸铁工件或两者期间，粘结研磨主体302可以具有是包括固相烧结碳化硅研磨颗粒的主体的磨削比的至少约2倍的磨削比。此外，在磨削钛合金工件、铸铁工件或两者期间，粘结研磨主体302可以具有是包括固相烧结碳化硅研磨颗粒的主体的至少约2.5倍、至少约3倍、至少约4倍或至少约5倍的磨削比。
在一些实施例中，研磨颗粒可以被形成为具有特定形状或轮廓。合适的形成技术可以包括挤压、模制、丝网印刷、铸造、冲压、压印、按压、切削和其组合。举例来说，研磨颗粒可以具有特定轮廓，例如多面形状，包括例如三角形、矩形、五角形、六角形、圆锥形、螺旋形、椭圆形和细长形。研磨颗粒可以包括所述形状的组合。在一个特定实施例中，研磨颗粒可以由具有在三个由纵轴、横轴和竖轴界定的垂直平面上包括3重对称性的复杂三维几何形状的主体形成。
图7-12包括具有特定轮廓并且界定成形研磨颗粒的例示性研磨微粒材料，其可以并入本文中所述的成分。如图7中所示，成形研磨颗粒700可以包括大体上棱柱形的主体701，所述主体具有第一端面702和第二端面704。此外，成形研磨颗粒700可以包括在第一端面702与第二端面704之间延伸的第一侧面710。第二侧面712可以与第一侧面710相邻在第一端面702与第二端面704之间延伸。如所展示，成形研磨颗粒700还可以包括与第二侧面712和第一侧面710相邻在第一端面702与第二端面704之间延伸的第三侧面714。
如图7中所描绘，成形研磨颗粒700还可以在第一侧面710与第二侧面712之间包括第一边缘720。成形研磨颗粒700还可以在第二侧面712与第三侧面714之间包括第二边缘722。此外，成形研磨颗粒700可以在第三侧面714与第一侧面712之间包括第三边缘724。
如所展示，成形研磨颗粒700的每一个端面702、704可以大体上是三角形的形状。每一个侧面710、712、714可以大体上是矩形的形状。此外，成形研磨颗粒700在与端面702、704平行的平面上的截面大体上可以是三角形的。应了解，虽然成形研磨颗粒700在与端面702、704平行的平面上的截面形状展示为大体上三角形，但其它形状是可能的，包括任何多角形形状，例如四角形、五角形、六角形、七角形、八角形、九角形、十角形等。此外，成形研磨颗粒的截面形状可以是凸面的、非凸面的、凹面的或非凹面的。
图8包括根据另一实施例的成形研磨颗粒的图示。如所描绘，成形研磨颗粒800可以包括主体801，所述主体可以包括沿着纵轴804延伸的中心部分802。第一径向臂806可以沿着中心部分802的长度从中心部分802向外延伸。第二径向臂808可以沿着中心部分802的长度从中心部分802向外延伸。第三径向臂810可以沿着中心部分802的长度从中心部分802向外延伸。此外，第四径向臂812可以沿着中心部分802的长度从中心部分802向外延伸。径向臂806、808、810、812可以围绕成形研磨颗粒800的中心部分802相等地间隔开。
如图8中所示，第一径向臂806可以包括大体上箭头形的远端820。第二径向臂808可以包括大体上箭头形的远端822。第三径向臂810可以包括大体上箭头形的远端824。此外，第四径向臂812可以包括大体上箭头形的远端826。
图8还指示，成形研磨颗粒800可以被形成为在第一径向臂806与第二径向臂808之间具有第一空隙830。可以在第二径向臂808与第三径向臂810之间形成第二空隙832。还可以在第三径向臂810与第四径向臂812之间形成第三空隙834。另外，可以在第四径向臂812与第一径向臂806之间形成第四空隙836。
如图8中所示，成形研磨颗粒800可以包括长度840、高度842和宽度844。在一特定方面，长度840超过高度842并且高度842超过宽度844。在一特定方面，成形研磨颗粒800可以界定初级纵横比，所述纵横比是长度840与高度842的比率(长度∶宽度)。此外，成形研磨颗粒800可以界定二级纵横比，所述纵横比是高度842与宽度844的比率(宽度∶高度)。最终，成形研磨颗粒800可以界定三级纵横比，所述纵横比是长度840与宽度842的比率(长度∶高度)。
根据一个实施例，成形研磨颗粒可以具有至少约1∶1、例如至少约1.1∶1、至少约1.5∶1、至少约2∶1、至少约2.5∶1、至少约3∶1、至少约3.5∶1、至少4∶1、至少约4.5∶1、至少约5∶1、至少约6∶1、至少约7∶1、至少约8∶1或甚至至少约10∶1的初级纵横比。
在另一情况下，成形研磨颗粒可以被形成为使得主体具有至少约0.5∶1、例如至少约0.8∶1、至少约1∶1、至少约1.5∶1、至少约2∶1、至少约2.5∶1、至少约3∶1、至少约3.5∶1、至少4∶1、至少约4.5∶1、至少约5∶1、至少约6∶1、至少约7∶1、至少约8∶1或甚至至少约10∶1的二级纵横比。
此外，某些成形研磨颗粒可以具有至少约1∶1、例如至少约1.5∶1、至少约2∶1、至少约2.5∶1、至少约3∶1、至少约3.5∶1、至少4∶1、至少约4.5∶1、至少约5∶1、至少约6∶1、至少约7∶1、至少约8∶1或甚至至少约10∶1的三级纵横比。
成形研磨颗粒800的某些实施例就初级纵横比来说可以具有大体上矩形(例如平坦或弯曲)的形状。成形研磨颗粒800就二级纵横比来说的形状可以是任何多面形状，例如三角形、正方形、矩形、五角形等。成形研磨颗粒800就二级纵横比来说的形状还可以是具有任何字母数字字符(例如1、2、3等，A、B、C等)的形状。此外，成形研磨颗粒800就二级纵横比来说的轮廓可以是选自以下的字符：希腊字母、现代拉丁字母、古代拉丁字母、俄语字母、任何其它字母或其任何组合。此外，成形研磨颗粒800就二级纵横比来说的形状可以是日本汉字字符。
图9-10描绘一般命名为900的成形研磨颗粒的另一实施例。如所展示，成形研磨颗粒900可以包括主体901，所述主体具有大体上立方体样的形状。应了解，成形研磨颗粒可以形成为具有其它多面形状。主体901可以具有第一端面902和第二端面904，在第一端面902与第二端面904之间延伸的第一横面906、在第一端面902与第二端面904之间延伸的第二横面908。此外，主体901可以具有在第一端面902与第二端面904之间延伸的第三横面910，和在第一端面902与第二端面904之间延伸的第四横面912。
如所展示，第一端面902与第二端面904可以与彼此平行并且由横面906、908、910和912隔开，从而使主体具有立方体样的结构。然而，在一特定方面，第一端面902可以相对于第二端面904旋转以建立扭转角914。主体901的扭转可以沿着一个或一个以上轴并且界定扭转角的特定类型。举例来说，如图10中主体的在端面902上沿界定主体901的长度的纵轴980向下看的自顶向下视图中所图解说明，所述端面与由沿着主体901的宽度维度延伸的横轴981和沿着主体901的高度维度延伸的竖轴982界定的平面平行。根据一个实施例，主体901可以具有界定主体901围绕纵轴的扭转的纵向扭转角914，以使得端面902与904相对于彼此旋转。如图10中所图解说明，扭转角914可测量为第一边缘922与第二边缘924的切线之间的角度，其中第一边缘922与第二边缘924由在两个横面(910与912)之间纵向延伸的共同边缘926接合并且共有所述共同边缘。应了解，其它成形研磨颗粒可以形成为相对于横轴、竖轴和其组合具有扭转角。所述扭转角中的任一者都可以具有如本文中所述的值。
在一特定方面，扭转角914是至少约1°。在其它情况下，扭转角可以是更大的，例如至少约2°、至少约5°、至少约8°、至少约10°、至少约12°、至少约15°、至少约18°、至少约20°、至少约25°、至少约30°、至少约40°、至少约50°、至少约60°、至少约70°、至少约80°或甚至至少约90°。又，根据某些实施例，扭转角914可以是不超过约360°、例如不超过约330°、例如不超过约300°、不超过约270°、不超过约230°、不超过约200°或甚至不超过约180°。应了解，某些成形研磨颗粒可以具有在以上提到的最小与最大角度中的任一者之间的范围内的扭转角。
此外，主体可以包括沿着纵轴、横轴或竖轴之一延伸穿过主体的整个内部的开口。
图11包括成形研磨颗粒的另一实施例的图示。如所展示，成形研磨颗粒1100可以包括主体1101，所述主体具有具备大体上三角形形状的底面1102的大体上角锥形形状。主体可以进一步包括彼此连接的侧面1116、1117和1118以及底面1102。应了解，虽然主体1101展示为具有角锥形多面形状，但如本文中所述的其它形状是可能的。
根据一个实施例，成形研磨颗粒1100可以被形成为具有孔1104(即开口)，所述孔可以延伸穿过主体1101的至少一部分，并且更具体地说可以延伸穿过主体1101的整个体积。在一特定方面，孔1104可以界定穿过孔1104的中心的中心轴1106。此外，成形研磨颗粒1100还可以界定穿过成形研磨颗粒1100的中心1130的中心轴1108。可以了解，可以在成形研磨颗粒1100中形成孔1104，以使得孔1104的中心轴1106与中心轴1108间隔开距离1110。因此，可以将成形研磨颗粒1100的质量中心移动到成形研磨颗粒1100的几何中点1130下方，其中几何中点1130可以由纵轴1109、竖轴1111和中心轴(即横轴)1108的交叉界定。将质量中心移动到成形研磨晶粒的几何中点1130下方可以增加成形研磨颗粒1100在落下或以其它方式沉积到衬底上时落在同一面(例如底面1102)上的可能性，以使得成形研磨颗粒1100具有预定直立定向。
在一特定实施例中，质量中心沿着主体1101的界定高度的竖轴1110从几何中点1130移位可以是高度(h)的至少约0.05倍的距离。在另一实施例中，质量中心可以从几何中点1130移位至少约0.1(h)、例如至少约0.15(h)、至少约0.18(h)、至少约0.2(h)、至少约0.22(h)、至少约0.25(h)、至少约0.27(h)，至少约0.3(h)、至少约0.32(h)、至少约0.35(h)或甚至至少约0.38(h)的距离。又，主体1101的质量中心可以从几何中点1130移位不超过0.5(h)、例如不超过0.49(h)、不超过0.48(h)、不超过0.45(h)、不超过0.43(h)、不超过0.40(h)、不超过0.39(h)或甚至不超过0.38(h)的距离。应了解，质量中心与几何中点之间的移位可以在以上提到的最小与最大值中的任一者之间的范围内。
在特定情况下，可以将质量中心从几何中点1130移位，以使得当成形研磨颗粒1100呈如图11中所示的直立定向时，质量中心距主体1101的底部(例如底面1102)比距主体1101的顶部更近。
在另一实施例中，质量中心可以沿着主体1101的界定宽度的横轴1108从几何中点1130移位是宽度(w)的至少约0.05倍的距离。在另一方面，质量中心可以从几何中点1130移位至少约0.1(w)、例如至少约0.15(w)、至少约0.18(w)、至少约0.2(w)、至少约0.22(w)、至少约0.25(w)、至少约0.27(w)、至少约0.3(w)或甚至至少约0.35(w)的距离。又，在一个实施例中，质量中心可以从几何中点1130移位不超过0.5(w)、例如不超过0.49(w)、不超过0.45(w)、不超过0.43(w)、不超过0.40(w)或甚至不超过0.38(w)的距离。
在另一实施例中，质量中心可以沿着纵轴1109从几何中点1130移位是主体1101的长度(1)的至少约0.05倍的距离(D1)。根据一特定实施例，质量中心可以从几何中点移位至少约0.1(1)、例如至少约0.15(1)、至少约0.18(1)、至少约0.2(1)、至少约0.25(1)、至少约0.3(1)、至少约0.35(1)或甚至至少约0.38(1)的距离。又，对于某些研磨颗粒来说，质量中心可以移位不超过约0.5(1)、例如不超过约0.45(1)或甚至不超过约0.40(1)的距离。
图12包括根据一实施例的成形研磨颗粒的图示。成形研磨晶粒1200可以包括主体1201，所述主体包括由一个或一个以上侧表面1210、1212和1214与彼此隔开的底表面1202和上表面1204。根据一个特定实施例，主体1201可以被形成为使得底表面1202具有与上表面1204的平面形状不同的平面形状，其中平面形状在由各自的表面界定的平面上观察。举例来说，如图12的实施例中所示，主体1201可以具有大体上具有圆形形状的底表面1202和具有大体上三角形形状的上表面1204。应了解，其它变型是可行的，包括底表面1202与上表面1204的形状的任何组合。
另外，成形研磨颗粒的主体可以具有特定二维形状。举例来说，如在由长度与宽度界定的平面上观察，主体可以具有二维形状，其具有多角形形状、椭球形形状、数字、希腊字母字符、拉丁字母字符、俄语字母字符、利用多角形形状的组合的复杂形状和其组合。特定多角形形状包括三角形、矩形、四角形、五角形、六角形、七角形、八角形、九角形、十角形、其任何组合。
图13包括根据一实施例的研磨颗粒的透视图示。另外，图14包括图13的研磨颗粒的一部分的截面图示。主体1301包括上表面1303、与上表面1303相对的主底表面1304。
上表面1303与底表面1304可以由侧表面1305、1306和1307与彼此隔开。如所展示，如在上表面1303的由主体1301的长度(1)和宽度(w)界定的平面上观察，成形研磨颗粒1300的主体1301可以具有大体上三角形形状。具体来说，主体1301可以具有长度(1)、延伸穿过主体1301的中点1381的宽度(w)。
根据一实施例，成形研磨颗粒的主体1301可以在主体的由拐角1313界定的第一端处具有第一高度(h1)。值得注意地，拐角1313可以代表主体1301上的最大高度点。拐角可以定义为主体1301上的由上表面1303以及两个侧表面1305和1307的接合界定的点或区域。主体1301可以进一步包括与彼此间隔开的其它拐角，包括例如拐角1311和拐角1312。如进一步展示，主体1301可以包括可以由拐角1311、1312和1313与彼此隔开的边缘1314、1315和1316。边缘1314可以由上表面1303与侧表面1306的交叉界定。边缘1315可以由上表面1303与侧表面1305在拐角1311与1313之间的交叉界定。边缘1316可以由上表面1303与侧表面1307在拐角1312与1313之间的交叉界定。
如进一步展示，主体1301可以在主体1301的第二端处包括第二高度(h2)，所述第二端由边缘1314界定并且此外与由拐角1313界定的第一端相对。轴1350可以在主体1301的两端之间延伸。图14是主体1301沿着轴1350的截面图示，其可以沿着主体1301的各端之间的宽度(w)维度延伸穿过主体的中点1381。
根据一实施例，本文中实施例的成形研磨颗粒(包括例如图13和14的研磨颗粒)可以具有平均高度差，所述平均高度差是h1与h2之间的差异的量度。更具体来说，平均高度差可以基于样品的多个成形研磨颗粒来计算。样品可以包括代表性数目的成形研磨颗粒，其可以随机地选自一批，例如至少8个颗粒或甚至至少10个颗粒。一批可以是一组在单次形成过程中并且更具体地在同一单次形成过程中产生的成形研磨颗粒。平均差可以经由使用法国光学科学与技术工业公司(Sciences et Techniques Industrielles de1a Lumiere-France，STIL)的Micro Measure3D表面轮廓仪(白光(LED)色差技术)来测量。
在特定情况下，平均高度差[h1-h2](其中h1更大)可以是至少约50微米。在其它情况下，平均高度差可以是至少约60微米、例如至少约65微米、至少约70微米、至少约75微米、至少约80微米、至少约90微米或甚至至少约100微米。在一个非限制性实施例中，平均高度差可以是不超过约300微米、例如不超过约250微米、不超过约220微米或甚至不超过约180微米。应了解，平均高度差可以在以上提到的最小与最大值中的任一者之间的范围内。
此外，本文中成形研磨颗粒(包括例如图13和14的颗粒)可以具有成形研磨颗粒的至少约0.04的平均高度差[h1-h2]与轮廓长度(lp)的轮廓比，其定义为[(h1-h2)/(lp)]。应了解，主体的轮廓长度可以是在主体相对端之间横过主体的扫描的长度，所述扫描用于产生h1和h2数据。此外，轮廓长度可以是由所测量的多个颗粒的样品计算的平均轮廓长度。在某些情况下，轮廓长度(lp)可以与如本文中实施例中所述的宽度相同。根据一特定实施例，轮廓比可以是至少约0.05、至少约0.06、至少约0.07、至少约0.08或甚至至少约0.09。又，在一个非限制性实施例中，轮廓比可以是不超过约0.3、例如不超过约0.2、不超过约0.18、不超过约0.16或甚至不超过约0.14。应了解，轮廓比可以在以上提到的最小与最大值中的任一者之间的范围内。
此外，本文中实施例的成形研磨颗粒(包括例如图13和14的颗粒的主体1301)可以具有界定底面积(Ab)的底表面1304。在特定情况下，底表面1304可以是主体1301的最大表面。底表面可以具有超过上表面1303的表面积的表面积，其定义为底面积(Ab)。另外，主体1301可以具有界定垂直于底部区域并且延伸穿过颗粒的中点1381的平面区域的截面中点区域(Am)。在某些情况下，主体1301可以具有不超过约6的底部区域与中点区域面积比(Ab/Am)。在更特定情况下，面积比可以是不超过约5.5、例如不超过约5、不超过约4.5、不超过约4、不超过约3.5或甚至不超过约3。又，在一个非限制性实施例中，面积比可以是至少约1.1、例如至少约1.3或甚至至少约1.8。应了解，面积比可以在以上提到的最小与最大值中的任一者之间的范围内。
根据一个实施例，本文中实施例的成形研磨颗粒(包括例如图13和14的颗粒)可以具有至少约40的正规化高度差。正规化高度差可以由等式[(h1-h2)/(h1/h2)]界定，其中h1大于h2。在其它实施例中，正规化高度差可以是至少约43、至少约46、至少约50、至少约53、至少约56、至少约60、至少约63或甚至至少约66。又，在一个特定实施例中，正规化高度差可以是不超过约200、例如不超过约180、不超过约140或甚至不超过约110。
在另一实施例中，本文中成形研磨颗粒(包括例如图13和14的颗粒)可以具有高度变化。不希望受特定理论束缚，认为成形研磨颗粒之间的一定高度变化可以改善多种切割表面，并且可以改善并有本文中成形研磨颗粒的研磨制品的磨削性能。高度变化可以计算为成形研磨颗粒的样品的高度差的标准偏差。在一个特定实施例中，样品的高度变化可以是至少约20。对于其它实施例来说，高度变化可以是更大的，例如至少约22、至少约24、至少约26、至少约28、至少约30、至少约32或甚至至少约34。又，在一个非限制性实施例中，高度变化可以是不超过约180、例如不超过约150或甚至不超过约120。应了解，高度变化可以在以上提到的最小与最大值中的任一者之间的范围内。
根据另一实施例，本文中成形研磨颗粒(包括例如图13和14的颗粒)可以在主体1301的上表面1303上具有椭球形区域1317。椭球形区域1317可以由沟槽区域1318界定，所述沟槽区域可以围绕上表面1303延伸并且界定椭球形区域1317。椭球形区域1317可以包含中点1381。此外，认为上表面中界定的椭球形区域1317可以是形成过程的伪影，并且可以在根据本文中所述的方法形成成形研磨颗粒期间由于强加于混合物的应力而形成。
此外，根据本文中其它实施例描述的倾角可以适用于主体1301。同样，本文中所述的所有其它特征，例如侧表面、上表面和底表面的轮廓、直立定向机率、初级纵横比、二级纵横比、三级纵横比和组成可以适用于图13和14中所展示的例示性成形研磨颗粒。
虽然高度差、高度变化和正规化高度差的前述特征已经关于图13和14的研磨颗粒进行了描述，但应了解，所述特征可以适用于本文中所述的任何其它成形研磨颗粒，包括例如具有实质上梯形二维形状的研磨颗粒。
本文中实施例的成形研磨颗粒可以包括掺杂剂材料，所述掺杂剂材料可以包括例如以下的元素或化合物：碱金属元素、碱土金属元素、稀土元素、铪、锆、铌、钽、钼、钒或其组合。在一个特定实施例中，掺杂剂材料包括元素或化合物，包括例如以下的元素：锂、钠、钾、镁、钙、锶、钡、钪、钇、镧、铯、镨、铌、铪、锆、钽、钼、钒、铬、钴、铁、锗、锰、镍、钛、锌和其组合。
在某些情况下，成形研磨颗粒可以被形成为具有特定含量的掺杂剂材料。举例来说，成形研磨颗粒的主体可以包括相对于主体的总重量不超过约12重量％。在其它情况下，掺杂剂材料的量可以是相对于主体的总重量更少的，例如不超过约11重量％、不超过约10重量％、不超过约9重量％、不超过约8重量％、不超过约7重量％、不超过约6重量％或甚至不超过约5重量％。在至少一个非限制性实施例中，掺杂剂材料的量可以是相对于主体的总重量至少约0.5重量％、例如至少约1重量％、至少约1.3重量％、至少约1.8重量％、至少约2重量％、至少约2.3重量％、至少约2.8重量％或甚至至少约3重量％。应了解，成形研磨颗粒的主体内掺杂剂材料的量可以在以上提到的最小或最大百分比中的任一者之间的范围内。
实例
实例1由具有以下组成的混合物形成：
在混合之后，将具有实例1组成的材料根据热压过程在约1910℃下烧结，以形成具有超过约98％理论密度的制品。然后，将制品压碎、过筛并且并入到树脂粘结材料中，以形成代表粘结研磨制品的研磨片段。将实例1的研磨片段针对湿钛合金工件和干燥白色铸铁工件进行测试，所述工件放在冈本公司(Okamoto Corporation)以6·18DX型号出售的2轴液压表面磨削机器上。在对于钛合金工件来说是约0.0005英寸的进给(即切割深度)和对于白色铸铁工件来说是约0.0015英寸的进给下，磨削器的工作台速度是60英尺/分钟。将实例1的研磨片段针对目前先进技术研磨料进行测试。实例1和目前先进技术研磨料的测试结果展示在图15和图16中。
图15包括展示各种粘结研磨砂轮(包括实例1砂轮)的磨削比的条形图1500。第一粘结研磨砂轮包括在粘结材料内含有的黑碳化硅(37C)颗粒。第二粘结研磨砂轮包括在粘结材料内含有的热压碳化硅(HP-SiC)颗粒。第三粘结研磨砂轮包括在粘结材料内含有的根据实例1的液相烧结碳化硅(LPS-SiC)颗粒。第四粘结研磨砂轮包括在粘结材料内含有的根据实例1的LPS-SiC颗粒。第五粘结磨轮包括在粘结材料内含有的标准氧化铝颗粒。
如所展示，第一粘结磨轮具有约100的磨削比。第二粘结磨轮具有约122.80的磨削比。第三粘结磨轮具有约336.80的磨削比。第四粘结磨轮具有约327.20的磨削比。最终，第五粘结磨轮具有约220.40的磨削比。
图16包括展示各种粘结研磨砂轮用于研磨白色铸铁的磨削比的条形图1600。第一粘结研磨砂轮包括在粘结材料内含有的黑碳化硅(37C)颗粒。第二粘结研磨砂轮包括在粘结材料内含有的热压碳化硅(HP-SiC)颗粒。第三粘结研磨砂轮包括在粘结材料内含有的根据实例1的液相烧结碳化硅(LPS-SiC)颗粒。第四粘结研磨砂轮包括在粘结材料内含有的根据实例1的LPS-SiC颗粒。第五粘结磨轮可以包括在粘结材料内含有的标准氧化铝颗粒。
如所展示，第一粘结磨轮包括约100的磨削比。第二粘结磨轮包括约120.40的磨削比。第三粘结磨轮包括约583.54的磨削比。第四粘结磨轮包括约641.79的磨削比。最终，第五粘结磨轮可以包括约539.18的磨削比。
当与比较磨轮的磨削性能相比时，还包括液相烧结碳化硅研磨晶粒的实例1的砂轮和第四粘结磨轮展现改善的磨削性能。具体来说，就磨削钛合金工件来说，具有液相烧结碳化硅研磨颗粒的磨轮的相对性能比具有是包括固态碳化硅研磨料的磨轮的相对性能比的近3倍的改善。此外，就磨削白色铸铁工件来说，具有液相烧结碳化硅研磨晶粒的磨轮的相对性能比具有优于固态碳化硅研磨晶粒的近5倍改善。当磨削钛工件或白色铸铁工件时，具有液相烧结碳化硅研磨颗粒的磨轮展现优于具有其它研磨内含物(例如第五磨轮的氧化铝晶粒和第一磨轮的黑碳化硅晶粒)的磨轮的改善。
前述实施例是针对代表与目前先进技术的偏离的研磨晶粒。具体来说，因为固态晶粒相对于液相烧结碳化硅研磨晶粒具有增加的硬度和密度，所以通常预期固态碳化硅研磨晶粒性能将优于液相烧结碳化硅研磨晶粒。然而，如图15和图16中所显示，液相烧结碳化硅研磨晶粒性能优于固态碳化硅晶粒。不受特定理论限制，液相烧结碳化硅研磨晶粒的改善的性能可能是由于，与沿着晶粒边界断裂成较小碎片的液相烧结碳化硅研磨晶粒相对，固态碳化硅研磨晶粒太硬并且断裂成较大碎片。举例来说，如图3中看到，经蚀刻的液相烧结碳化硅研磨颗粒的晶粒边界比图5的经蚀刻的固态碳化硅研磨颗粒的晶粒边界更清楚地界定。因此，在磨削期间使用液相烧结碳化硅研磨晶粒时，与较大量的研磨材料被从具有固态碳化硅晶粒的磨轮去除相对，较少材料被从磨轮去除。

Claims (14)

1.一种研磨制品，其包含：
具有包含于粘结材料内的研磨颗粒的粘结研磨主体，所述研磨颗粒包含基于碳化硅的颗粒，所述基于碳化硅的颗粒包含氧化铝和至少90重量％碳化硅，其中所述碳化硅对氧化铝的比率至少为8∶1，并且所述粘结材料包含酚醛树脂，其中所述研磨颗粒不含碳基和硼基烧结助剂材料。
2.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述研磨颗粒包含至少93重量％碳化硅。
3.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述研磨颗粒包含至少10∶1的碳化硅对氧化铝的比率。
4.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述碳化硅基颗粒包含液相烧结碳化硅(LPS-SiC)。
5.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述研磨颗粒包含相对于所述颗粒的总重量至少0.1重量％并且不超过5重量％含量的氧化物。
6.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述研磨颗粒包含至少400MPa并且不超过1200MPa的强度，其中强度通过4点弯曲测试根据断裂模量来测量。
7.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述研磨颗粒包含至少27kgf/mm2并且不超过35kgf/mm2的努氏硬度(Knoop hardness)。
8.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述研磨颗粒的至少一部分包括成形研磨颗粒。
9.根据权利要求8所述的研磨制品，其中所述成形研磨颗粒具有多面形状。
10.根据权利要求8所述的研磨制品，其中所述成形研磨颗粒具有主体，所述主体包括底表面和由一个或多个侧表面与每一个所述底表面隔开的上表面，其中所述底表面具有与所述上表面不同的平面形状。
11.根据权利要求8所述的研磨制品，其中所述成形研磨颗粒具有具备大体上三角形形状的主体。
12.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述粘结材料包含无机材料。
13.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述粘结材料包含热固性聚合物。
14.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述研磨颗粒包含至少9∶1的碳化硅对氧化铝的比率。
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