CN104114327A - 复合成型研磨颗粒及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种形成成型研磨颗粒的方法，所述方法包括在单个形成过程中将第一混合物和第二混合物形成为一体的前体成型研磨颗粒，其中所述第一混合物具有与所述第二混合物的组成不同的组成。

Description

复合成型研磨颗粒及其形成方法
技术领域
下文涉及成型研磨颗粒，更具体而言，涉及具有某些特征的复合成型研磨颗粒和形成这样的复合成型研磨颗粒的方法。
背景技术
引入了研磨颗粒的研磨制品可用于各种材料移除操作，包括研磨、精整、抛光等。取决于研磨材料的类型，此类研磨颗粒可能在物品的制造中各种材料的成型或研磨中有用。迄今已配制了具有特定几何形状的某些类型研磨颗粒例如三角形形状研磨颗粒和引入了此类物体的研磨制品。参见例如美国专利第5,201,916号、第5,366,523号和第5,984,988号。
先前，已采用三种基本的技术来生产具有指定形状的研磨颗粒，其为熔合、烧结和化学陶瓷。在熔合方法中，研磨颗粒可通过其面可经或可未经雕刻的冷却辊、向其中灌注熔融材料的模具或浸没在氧化铝熔体中的吸热材料来成型。参见例如美国专利第3,377,660号。在烧结方法中，研磨颗粒可自粒度为至多10微米直径的难熔粉末形成。可与润滑剂和合适的溶剂一起向粉末中加入粘结剂以形成可成型为各种长度和直径的片状物或棒的混合物。参见例如美国专利第3,079,242号。化学陶瓷技术涉及将胶态分散体或水溶胶(有时称为溶胶)转化为凝胶或将约束组分的活动性的任何其它物理状态、干燥并烧制来获得陶瓷材料。参见例如美国专利第4,744,802号和第4,848,041号。
工业继续需要改进的研磨材料和研磨制品。
发明内容
在一个方面，颗粒材料包括具有本体的成型研磨颗粒，所述本体包括第一层和覆盖所述第一层的第二层，所述第一层包括中心区域，所述中心区域包括所述本体的几何中心且具有第一掺杂剂浓度(D1c)，所述第二层包括外围区域，所述外围区域包括与所述几何中心间隔开的所述本体的外表面且具有第二掺杂剂浓度(D2c)，并且其中所述本体具有第一掺杂剂浓度和第二掺杂剂浓度之间至少约0.2重量％的掺杂剂浓度差异(ΔDc)。
在另一个方面，成型研磨颗粒包括本体，所述本体具有第一层和第二层，所述第一层具有第一掺杂剂浓度(D1c)，所述第二层覆盖所述第一层并具有第二掺杂剂浓度(D2c)，并且其中所述第一层和第二层在组成上相差至少一种选自包括Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Zr、Hf、Ce、Pr、V、Nb、Ta、Mn、Fe以及它们的组合的元素的掺杂剂材料。
根据另一个方面，形成成型研磨颗粒的方法包括在单个形成过程中将第一混合物和第二混合物形成为一体的前体成型研磨颗粒，其中所述第一混合物具有与所述第二混合物的组成不同的组成。
在又一个方面，形成成型研磨颗粒的方法包括自第一模头挤出第一混合物通过第一丝网中的开口和自第二模头挤出第二混合物通过第二丝网中的开口以形成包含第一混合物和第二混合物的复合前体成型研磨颗粒，其中所述第一混合物具有与所述第二混合物的组成不同的组成。
对于又一个方面，涂覆研磨制品包含基材和覆盖基材的成型研磨颗粒，所述成型研磨颗粒具有本体，所述本体包括第一部分和第二部分，所述第一部分包括中心区域，所述中心区域包括所述本体的几何中心且具有第一掺杂剂浓度(D1c)，所述第二部分包括外围区域，所述外围区域包括与所述几何中心间隔开的所述本体的外表面且具有第二掺杂剂浓度(D2c)，其中所述本体包括第一掺杂剂浓度和第二掺杂剂浓度之间的掺杂剂浓度差异(ΔDc)。
根据另一个方面，颗粒材料包括具有本体的成型研磨颗粒，所述本体包括第一层、覆盖所述第一层并包含第二掺杂剂的第二层，并且其中第一层和第二层相对于彼此以阶梯式构型布置。
对于另一个方面，颗粒材料包括具有本体的成型研磨颗粒，所述本体包括第一层、覆盖所述第一层并包含第二掺杂剂的第二层以及设置在所述第一层和所述第二层之间的扩散界面。
附图说明
结合附图，可更好地理解本发明，并且其众多特征和优势将是本领域技术人员显而易见的。
图1示出了根据一个实施例的用于形成颗粒材料的系统的示意图。
图2示出了根据一个实施例的用于形成颗粒材料的系统的一部分的示意图。
图3示出了根据一个实施例的分割后的坯体(form)的示意。
图4A示出了根据一个实施例的用于形成颗粒材料的系统的示意。
图4B示出了根据一个实施例的形成颗粒材料中使用的系统的一部分的示意。
图5示出了根据一个实施例的用于形成颗粒材料的系统的一部分的示意。
图6A示出了根据一个实施例的成型研磨颗粒的透视示意图。
图6B示出了根据一个实施例的成型研磨颗粒的透视示意图。
图7示出了根据一个实施例的成型研磨颗粒的透视示意图。
图8示出了根据一个实施例的成型研磨颗粒的透视示意图。
图9-12示出了根据一个实施例的成型研磨颗粒的部分的横截面示意。
图13示出了根据一个实施例的成型研磨颗粒的透视示意图。
图14A示出了根据一个实施例的颗粒材料的透视示意图。
图14B和14C示出了图13A的成型研磨颗粒的一部分的横截面示意。
图15-17示出了根据实施例的成型研磨颗粒的示意。
图18示出了根据一个实施例的包含成型研磨颗粒的涂覆磨料。
图19示出了根据一个实施例的包含成型研磨颗粒的粘结磨料。
图20A示出了根据一个实施例的成型研磨颗粒的透视图。
图20B示出了根据一个实施例的成型研磨颗粒的透视图。
图21示出了根据一个实施例的成型研磨颗粒的透视示意图。
图22示出了根据一个实施例的成型研磨颗粒的图像。
图23A和23B示出了根据一个实施例的具有层的成型研磨颗粒的图像。
具体实施方式
下文涉及形成成型研磨颗粒的方法及此类成型研磨颗粒的特征。所述成型研磨颗粒可用在各种研磨制品中，包括例如粘结研磨制品、涂覆研磨制品等。或者，本文中的实施例的成型研磨颗粒可用在游离磨料技术中，包括例如研磨和/或抛光浆料。
图1示出了根据一个实施例的用于形成颗粒材料的系统100的示意图。显著的是，系统100可用在复合前体成型研磨颗粒的形成中。应理解，复合前体成型研磨颗粒的形成可促进复合成型研磨颗粒的形成。
如图所示，系统100可包括带109，带109可在模头103下沿方向110平移。在特定的情况下，模头103可包括构造为容纳第一混合物101的第一贮存器171和与第一贮存器171分开并构造为容纳第二混合物180的第二贮存器172。特别地，混合物101可为由陶瓷粉末材料和液体形成的凝胶，其中所述凝胶可表征为甚至在生坯(即，未烧制)状态也具有保持给定形状的能力的形状稳定材料。根据一个实施例，所述凝胶可由陶瓷粉末材料形成为离散颗粒的一体化网络。
混合物101可形成为具有特定含量的固体材料如陶瓷粉末材料。例如，在一个实施例中，混合物101可具有混合物101的总重量的至少约25重量％、例如至少约35重量％或甚至至少约42重量％的固体含量。此外，在至少一个非限制性实施例中，混合物101的固体含量还可不大于约75重量％，例如不大于约70重量％、不大于约65重量％或甚至不大于约55重量％。应理解，混合物101中固体材料的含量可在任意上面提及的最小百分数和最大百分数之间的范围内。
根据一个实施例，陶瓷粉末材料可包括氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、碳氧化物、氮氧化物以及它们的组合。在特定的情况下，陶瓷材料可包括氧化铝。更具体而言，陶瓷材料可包括勃姆石材料，其可为α氧化铝的前体。术语“勃姆石”在本文中通常用来指氧化铝水合物，包括通常为Al2O3·H2O并具有大约15％的含水量的矿物勃姆石以及具有高于15％、例如20-38重量％的含水量的拟勃姆石。应指出，勃姆石(包括拟勃姆石)具有特定的并可识别的晶体结构和因此独特的X-射线衍射图案，并因此不同于其它含铝材料，包括其它水合氧化铝如ATH(氢氧化铝)，本文中为勃姆石颗粒材料的制备而使用的一种常用前体材料。
此外，混合物101可形成为具有特定含量的液体材料。一些合适的液体可包括有机材料，如水。根据一个实施例，混合物101可形成为具有小于混合物101的固体含量的液体含量。在更特定的情况下，混合物101可具有混合物101的总重量的至少约25重量％的液体含量。在其它情况下，混合物101内液体的量可更大，例如至少约35重量％、至少约45重量％、至少约50重量％或甚至至少约58重量％。此外，在至少一个非限制性实施例中，混合物的液体含量还可不大于约75重量％，例如不大于约70重量％、不大于约65重量％、不大于约60重量％或甚至不大于约65重量％。应理解，混合物101中液体的含量可在任意上面提及的最小百分数和最大百分数之间的范围内。
此外，为促进根据本文中的实施例的成型研磨颗粒的加工和形成，混合物101可具有特定的储能模量。例如，混合物101可具有至少约1×104Pa、例如至少约4×104Pa或甚至至少约5×104Pa的储能模量。然而，在至少一个非限制性实施例中，混合物101可具有不大于约1×107Pa、例如不大于约1×106Pa的储能模量。应理解，混合物101的储能模量可在任意上面提及的最小值和最大值之间的范围内。储能模量可使用具有Peltier板温度控制系统的ARES或AR-G2旋转流变仪经由平行板系统测量。对于测试，混合物101可在设置为彼此分开大约8mm的两个板之间的间隙内挤出。在向间隙中挤出凝胶后，使限定间隙的两个板之间的距离减至2mm直至混合物101完全填充板之间的间隙。在擦去过量的混合物后，将间隙减小0.1mm并开始测试。所述测试为振荡应变扫描测试，以应变范围介于01％至100％之间的仪器设置在6.28rad/s(1Hz)下使用25-mm平行板进行并且记录的每十倍频率的点(points per decade)为10。在测试完成后1小时内，再次将间隙减小0.1mm并重复测试。测试可重复至少6次。第一次测试可不同于第二和第三次测试。对于每一个试样，仅应报告来自第二和第三次测试的结果。粘度可通过用储能模量值除以6.28s-1来计算。
此外，为促进根据本文中的实施例的成型研磨颗粒的加工和形成，混合物101可具有特定的粘度。例如，混合物101可具有至少约4×103Pa s、至少约5×103Pa s、至少约6×103Pa s、至少约8×103Pa s、至少约10×103Pas、至少约20×103Pa s、至少约30×103Pa s、至少约40×103Pa s、至少约50×103Pa s、至少约60×103Pa s或甚至至少约65×103Pa s的粘度。在至少一个非限制性实施例中，混合物101可具有不大于约1×106Pa s、不大于约5×105Pa s、不大于约3×105Pa s或甚至不大于约2×105Pa s的粘度。应理解，混合物101的粘度可在任意上面提及的最小值和最大值之间的范围内。
此外，混合物101可形成为具有特定含量的有机材料，包括例如可与所述液体不同的有机添加剂，以促进根据本文中的实施例的成型研磨颗粒的加工和形成。一些合适的有机添加剂可包括稳定剂、粘结剂(如果糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖)、可UV固化树脂等。
显著的是，本文中的实施例可采用与常规带材流延操作中所用浆料不同的混合物101。例如，与混合物101内的其它组分相比，混合物101内有机材料(特别是任何上述有机添加剂)的含量可为少数量。在至少一个实施例中，混合物101可形成为具有不大于混合物101的总重量的约30重量％的有机材料。在其它情况下，有机材料的量可更小，例如不大于约15重量％、不大于约10重量％或甚至不大于约5重量％。此外，在至少一个非限制性实施例中，混合物101内有机材料的量还可为混合物101的总重量的至少约0.5重量％。应理解，混合物101中有机材料的量可在任意上面提及的最小值和最大值之间的范围内。
此外，混合物101可形成为具有特定含量的不同于所述液体的酸或碱，以促进根据本文中的实施例的成型研磨颗粒的加工和形成。一些合适的酸或碱可包括硝酸、硫酸、柠檬酸、氯酸、酒石酸、磷酸、硝酸铵、柠檬酸铵。根据一个特定的实施例，使用柠檬酸添加剂，混合物101可具有小于约5、更特别地在约2和约4之间的范围内的pH。
显著的是，第二混合物180可为具有任意与第一混合物101相同的特征的凝胶，所述特征包括例如储能模量、固体材料的量、液体材料的量和有机材料的量。此外，在特定的情况下，第二混合物180可具有至少一种不同于第一混合物101的特征。在特定的情况下，第一混合物101和第二混合180可具有不同的组成，其中两种混合物之间至少一种成分是不同的。例如，第一混合物101可含有第二混合物180中不存在的掺杂剂材料。或者，第二混合物180可具有第一混合物101中不存在的掺杂剂材料。
在又一个实施例中，第一混合物101可在混合物内组分的含量的基础上不同于第二混合物180。例如，所述混合物之一可含有与另一混合物中的添加剂的量不同的量的所述添加剂，如粘结剂、孔隙形成剂、纤维材料等。在另一个实施例中，第一混合物101可含有与第二混合物180相比不同的量的固体材料如陶瓷粉末材料。在再其它的实施例中，第一混合物101可含有与第二混合物180中液体材料的量相比不同的量的液体材料。此外，与第二混合物180相比，第一混合物101可具有不同的性质，例如储能模量。
如图进一步所示，模头103可形成为使得第一混合物101可容纳在与贮存器172分离的贮存器171内。第一混合物101可沿方向191挤出通过模头开口105到模头开口105下面的带109上。事实上，可使第一混合物101在通过模头开口105离开模头103后直接挤出到带109上。这样，在特定的情况下，系统100可用来促进第一混合物101挤出到带109上以形成可沿带109以方向110平移的第一坯体。
根据一个实施例，模头开口105可具有矩形形状。此外，挤出通过模头开口105的混合物101可具有与模头开口105基本上相同的横截面形状。因此，对于某些实施例，混合物101可作为坯体挤出。本文中提及的坯体为任何成型陶瓷体的通称。坯体可具有各种形状和轮廓，具体取决于所需的形状和形成的方法。在所示的实施例中，过程可包括挤出具有片材111的形状的坯体。片材111可具有大体矩形的横截面形状，如在由片材111的厚度(t)和宽度(w)所限定的平面中所观察到。
可通过在混合物101上施加力190(或压力)以促进混合物101挤出通过模头开口105来促进第一材料101的挤出。根据一个实施例，挤出过程中可采用特定的压力。例如，所述压力可为至少约10kPa，例如至少约500kPa。此外，在至少一个非限制性实施例中，挤出过程中采用的压力还可不大于约4MPa。应理解，用以挤出混合物101的压力可在任意上面提及的最小值和最大值之间的范围内。
如图进一步所示，系统100可包括从贮存器172沿方向175挤出第二材料180通过模头开口173。显著的是，模头开口173可与模头开口105间隔开并且不同。应理解，可通过沿方向180施加压力来促进第二材料180从第二贮存器172的挤出。在某些情况下，用来挤出第二混合物180的力可与用来从贮存器171挤出第一材料101的力基本上相同。此外，在其它情况下，用来从贮存器172挤出第二混合物180的力可与用来从贮存器171挤出第一材料101的力不同。
根据一个实施例，过程可包括复合片材111的形成，其中系统100可包括第一片材181的形成和覆盖第一片材181的第二片材182的形成。在某些情况下，第一片材181可在第二片材182下面，更特别地，第一片材181可与第二片材182直接接触。此外，应理解，虽然复合片材111示意为由第一片材181和第二片材182形成，但可形成另外的混合物或材料以向复合片材111增加更多的部分或层。
在特定的情况下，系统100可表征为共挤出过程，其中第一混合物101和第二混合物180被同时挤出在平移着的带109上以促进复合片材111的形成。此外，虽然系统100在第一模头开口105和第二模头开口173之间具有所示的特定布置，但可采用替代的模头布置。例如，在其它实施例中，模头开口105和173可相对于彼此以共轴关系布置。在再其它的实施例中，模头开口105和173可以侧向相邻的取向布置，使得模头开口在片材111的宽度维度上肩并肩。此外，应理解，系统100可使用不同的模头，其中每个模头开口与独特且独立的模头相联系。
另外，虽然系统100具有所示的包括两个模头开口105和173的模头103，但其它模头可包括与另外的贮存器相联系的另外的模头开口。例如，模头103可含构造为容纳第三混合物的第三贮存器。与第一混合物101或第二混合物171相比，第三混合物可不同。此外，第三混合物可与第一和第二混合物共挤出以促进包含第一混合物101、第二混合物171以及第三混合物的复合挤出物坯体的形成。
在一些实施例中，在挤出混合物101通过模头开口105的同时，带109可平移。如系统100中所示，混合物101可沿方向191挤出。带109的平移方向110可相对于混合物的挤出方向191成角度。虽然平移方向110与挤出方向191之间的角度在系统100中示意为基本上正交，但也涵盖其它角度，包括例如锐角或钝角。此外，虽然混合物101示意为沿相对于带109的平移方向110成角度的方向191挤出，但在一个替代的实施例中，带109和混合物101可沿基本上相同的方向挤出。
带109可在特定的速率下平移以促进加工。例如，带109可在至少约3cm/s的速率下平移。在其它实施例中，带109的平移速率可更大，例如至少约4cm/s、至少约6cm/s、至少约8cm/s或甚至至少约10cm/s。此外，在至少一个非限制性实施例中，带109还可在不大于约5m/s、不大于约1m/s或甚至不大于约0.5m/s的速率下沿方向110平移。应理解，丝网151可在任意上面提及的最小值和最大值之间的范围内的速率下平移。
对于根据本文中的实施例的某些过程，可控制与混合物101沿方向191的挤出速率相比的带109的平移速率以促进正确的加工。例如，带109的平移速率可与挤出速率基本上相同以确保合适的片材111的形成。
在混合物101被挤出通过模头开口105后，混合物101可在附接到模头103的表面的刀刃107下沿带109平移。刀刃107可促进片材111的形成。片材111可具有特定的维度，包括例如长度(l)、宽度(w)和厚度(t)。根据一个实施例，片材111可具有沿平移着的带109的方向延伸的长度，其可大于宽度，其中片材111的宽度为沿垂直于带109的长度并垂直于片材的长度的方向延伸的维度。片材111可具有厚度184，其中所述长度和宽度大于片材111的厚度184。根据一个实施例，片材111可具有长度(l)、宽度(w)和高度(h)，其中长度＞宽度＞高度。此外，片材111可具有至少约10、例如至少约100、至少约1000或甚至至少约1000的长度∶高度的第二纵横比。
显著的是，片材111的厚度184可为自带109的表面垂直地延伸的维度。根据一个实施例，片材111可形成为具有特定尺寸的厚度184，其中所述厚度可为源自多个测量的片材111的平均厚度。例如，片材111的厚度184可为至少约0.1mm，例如至少约0.5mm。在其它情况下，片材111的厚度184可更大，例如至少约0.8mm、至少约1mm、至少约1.2mm、至少约1.6mm或甚至至少约2mm。此外，在一个非限制性实施例中，片材111的厚度184还可不大于约10mm、不大于约5mm或甚至不大于约2mm。应理解，片材111可具有在任意上面提及的最小值和最大值之间的范围内的平均厚度。
在从模头103挤出混合物101后，片材111可沿带109的表面在方向112上平移。片材111沿带109的平移可促进进一步的加工以形成前体成型研磨颗粒。例如，片材111可在成型区113内经历成型过程。在特定的情况下，成型的过程可包括成型片材111的表面，包括例如片材111的上主表面117。在其它实施例中，片材的其它主表面可经历成型，包括例如底表面或侧表面。对于某些过程，成型可包括通过一个或多个过程如压印、辊压、切割、雕刻、图案化、拉伸、扭转以及它们的组合来改变片材的轮廓。
在一个特定的实施例中，成型的过程可包括在片材111的上主表面117中形成特征119。更特别地，可使成型结构115接触片材111的上主表面117，从而促进上主表面117中特征119或特征的图案的形成。应理解，成型结构115可呈各种形式，包括例如在其表面上具有各种特征的辊，其中在成型结构115与上主表面117之间接触后，这样的特征可被赋予片材111的上主表面117。
此外，应理解，可采用替代的成型结构和成型片材的方法。例如，带109的表面可经纹理化以便该纹理特征被赋予片材111和最终形成的成型研磨颗粒。此外，可使用各种装置来在片材111的侧表面上赋予特征或特征的图案。
根据一个实施例，形成成型研磨颗粒的过程可还包括沿带109平移片材111通过成型区121。根据一个实施例，形成成型研磨颗粒的方法可包括分割片材111以形成前体成型研磨颗粒123。例如，在某些情况下，形成可包括对片材111的一部分打孔。在其它情况下，形成的过程可包括图案化片材111以形成图案化的片材并从所述图案化的片材提取形状。
特定的形成过程可包括切割、压制、冲孔、压碎、辊压、扭转、弯折、干燥以及它们的组合。在一个实施例中，形成的过程可包括片材111的分割。片材111的分割可包括至少一种机械物体的使用，所述机械物体可呈气体、液体或固体材料的形式。分割的过程可包括切割、压制、冲孔、压碎、辊压、扭转、弯折和干燥中的至少之一或组合。此外，应理解，分割可包括通过片材111的一部分打孔或创造局部开口，所述局部开口可不延伸通过片材111的整个高度。例如，分割可包括水喷射切割过程。在另一个实施例中，片材111的分割可包括机械物体的使用，所述机械物体包括刀片、金属丝、圆盘以及它们的组合中的一种或多种。刀片可相对于彼此以多种构型取向以获得所需的分割。例如，刀片可平行于彼此布置，例如以成组的构型。或者，所述机械物体可包括一套彼此相连或彼此独立的螺旋刀片。
或者，形成成型研磨颗粒的过程可包括使用辐射来将片材111分割成离散的前体成型研磨颗粒。例如，辐射的使用可包括使用激光来自片材111划线或者切割离散的成型研磨颗粒。
应理解，可使至少一个刀片平移通过片材111以促进分割。在特定的情况下，使用刀片的分割过程可包括沿多个方向平移刀片通过片材111，所述多个方向包括第一方向和不同于所述第一方向的第二方向。更显著的是，某些分割过程可采用多个可沿多个方向平移过片材111的刀片以促进前体成型研磨颗粒123的形成。
在某些情况下，分割的方法可包括保持片材111中形成的开口或穿孔。在通过机械物体分割片材111后保持开口可促进成型研磨颗粒和成型研磨颗粒的特征以及成型研磨颗粒的批次的特征的合适形成。保持开口可包括至少部分地干燥限定开口的片材111的至少一个表面。至少部分地干燥的过程可包括在开口处引导干燥材料。干燥材料可包括液体、固体或甚至气体。根据一个特定的实施例，干燥材料可包括空气。此外，保持开口的过程可包括在开口处选择性地引导干燥材料如气体并限制气体碰撞片材111的基本上与开口间隔开的其它表面。
在某些情况下，分割的过程可在片材的充分干燥之前进行。例如，分割可在与片材111的初始形成过程中片材的原始液体含量相比不大于约20％的液体自片材111挥发之前进行。在其它实施例中，分割之前或分割过程中允许发生的挥发量可更小，例如不大于片材的原始液体含量的约15％、不大于约12％、不大于约10％、不大于约8％或甚至不大于约4％。
如本文中的实施例的描述所示，分割可与形成的过程同时进行。此外，分割可在形成的过程中连续地进行。分割可不一定包括片材组成的变化，例如在依赖于挥发的烧蚀过程的情况下。
根据一个实施例，分割可在特定的条件下进行以促进形成过程。例如，分割可在受控的分割条件下进行，所述受控的分割条件包括受控的湿度、受控的温度、受控的空气压力、受控的空气流量、受控的环境气体组成以及它们的组合中的至少一者。此类条件的控制可促进片材的干燥的控制并促进具有特定特征的成型研磨颗粒的形成。根据一个特定的实施例，分割可包括一种或多种某些环境条件的监测和控制，所述环境条件包括但不限于湿度、温度、空气压力、空气流量、环境气体组成以及它们的组合。
对于至少一个实施例，可相对于其它过程中使用的环境的温度来控制用于分割的环境的温度(即，分割温度)。例如，分割温度可在与片材的形成(例如，挤出)过程中使用的温度相比基本上不同的温度下进行。或者，片材的形成过程中使用的温度可与分割温度基本上相同。此外，在另一个实施例中，在分割过程中，机械物体可具有大于片材111的温度的温度。在一种替代的条件下，机械物体可具有小于片材111的温度的温度。
对于另一个方面，分割的过程可包括在分割后向片材111中形成的开口提供至少一种开口剂，其中所述开口剂足以在分割后保持片材中的开口。提供开口剂的一些合适的方法可包括沉积、涂覆、喷射、印刷、辊涂、转移以及它们的组合。在一个特定的实施例中，机械物体可被涂覆以至少一种开口剂，其中所述开口剂可从机械物体的表面转移到限定开口的片材的表面。开口剂可包括选自无机材料、有机材料、聚合物以及它们的组合的材料。在一个实施例中，开口剂可为发泡剂、表面活性剂以及它们的组合。
图2示出了形成区121内可采用以促进分割的特定装置的示意。如图所示，分割的过程可包括切割装置201的使用，所述切割装置201具有多个彼此平行地布置的刀片202、203、204、205和206。切割装置201可沿多个方向平移通过片材111以促进前体成型研磨颗粒123的形成。例如，如图2中所示，可首先使切割装置201沿相对于片材111的长度(l)成角度的方向207平移。其后，可使切割装置201沿不同于第一方向207并相对于第一方向207成角度的第二方向209平移。最后，可使切割装置201沿不同于第一方向207或第二方向209的第三方向208平移过片材111以促进前体成型研磨颗粒的形成。虽然本文中已提及单个切割装置201可沿多个方向平移，但应理解可对离散的且一个一个单独的切割方向采用一个一个单独的切割装置。
分割的过程可在单个分割过程中产生不同类型的成型研磨颗粒。可自本文中的实施例的相同过程形成不同类型的成型研磨颗粒。不同类型的成型研磨颗粒包括具有第一二维形状的第一类型成型研磨颗粒和具有不同的二维形状的第二类型成型研磨颗粒。此外，不同类型的成型研磨颗粒可在尺寸上彼此不同。例如，不同类型的成型研磨颗粒可相对于彼此具有不同的体积。能够形成不同类型的成型研磨颗粒的单一过程可特别适于产生某些类型的研磨制品。
如图进一步所示，在用切割装置201分割片材111后，可在片材111中形成多个前体成型研磨颗粒。在特定的情况下，如图2中所示，可自片材111形成第一类型的前体成型研磨颗粒240。前体成型研磨颗粒240可具有大体三角形形状二维形状，如在由片材111的长度(l)和宽度(w)所限定的平面中所观察到。
此外，分割过程可邻近片材111的边缘或在片材111的边缘处形成另一类型的前体成型研磨颗粒243。前体成型研磨颗粒243可具有三角形二维形状，如在由片材111的长度(l)和宽度(w)所限定的平面中所观察到。然而，与前体成型研磨颗粒240相比，前体成型研磨颗粒243可在尺寸上较小。在特定的情况下，前体成型研磨颗粒243可具有不大于前体成型研磨颗粒240的体积的约95％的体积。体积可为通过对至少20个相同类型的成型研磨颗粒进行的体积测量计算的平均值。在其它情况下，前体成型研磨颗粒243可具有不大于前体成型研磨颗粒240的体积的约92％、不大于约90％、不大于约85％、例如不大于约80％、不大于约75％、不大于约60％或甚至不大于约50％的体积。此外，在一个非限制性实施例中，前体成型研磨颗粒243还可具有为前体成型研磨颗粒240的体积的至少约10％、例如至少约20％、至少约30％或甚至至少约40％的体积。前体成型研磨颗粒243与前体成型研磨颗粒240之间体积的差异可在任意上面提及的最小百分数和最大百分数之间的范围内。
可在用来自片材111形成前体成型研磨颗粒240和243的同一分割过程中形成另一类型的前体成型研磨颗粒242。显著的是，前体成型研磨颗粒242可具有四边形二维形状，如在由片材111的宽度(w)和长度(l)所限定的平面中所观察到。根据一个特定的实施例，前体成型研磨颗粒242可具有平行四边形的二维形状。应理解，与如本文中的其它实施例中所描述的其它前体成型研磨颗粒相比，前体成型研磨颗粒242可具有体积差异。
用来自同一片材111形成前体成型研磨颗粒240、242和243的分割过程可产生另一类型的成型研磨颗粒244。显著的是，与前体成型研磨颗粒240、242或243相比，前体成型研磨颗粒244可具有不同的二维多边形形状。如图2的实施例中所示，前体成型研磨颗粒244可具有四边形形状，更特别地，梯形形状，如在由片材111的宽度(w)和长度(l)所限定的平面中所观察到。应理解，与如本文中的其它实施例中所描述的其它前体成型研磨颗粒相比，前体成型研磨颗粒244可具有体积差异。
图3示出了根据一个实施例的分割过程后片材111的一部分的示意。显著的是，片材111可沿第一方向308切割，并随后沿相对于第一方向308成一定角度的第二方向307切割。分割过程可产生如在由片材111的长度和宽度所限定的平面中所观察到具有大体四边形多边形形状的前体成型研磨颗粒321。此外，取决于分割过程，可在用来产生前体成型研磨颗粒321的同一分割过程中产生不同类型的前体成型研磨颗粒322。显著的是，与前体成型研磨颗粒321相比，前体成型研磨颗粒322可在二维形状、尺寸以及它们的组合方面不同。例如，与前体成型研磨颗粒321相比，前体成型研磨颗粒322可具有更大的体积。
再次看图1，在形成前体成型研磨颗粒123后，可使所述颗粒平移通过后成形区125。可在后成形区125中进行各种过程，包括例如加热、固化、振动、注入、掺杂以及它们的组合。
在一个实施例中，后成形区125包括加热过程，前体成型研磨颗粒123可在其中干燥。干燥可包括特定含量的材料包括挥发物如水的移除。根据一个实施例，干燥过程可在不大于约300℃、例如不大于约280℃或甚至不大于约250℃的干燥温度下进行。此外，在一个非限制性实施例中，干燥过程还可在至少约50℃的干燥温度下进行。应理解，干燥温度可在任意上面提及的最小温度和最大温度之间的范围内。
此外，前体成型研磨颗粒123可在特定的速率下平移通过后成形区，例如至少约0.2英尺/分钟并且不大于约8英尺/分钟。
此外，干燥过程可进行特定的持续时间。例如，干燥过程可不大于约六小时。
在前体成型研磨颗粒123平移通过后成形区125后，可从带109移除所述颗粒。可将前体成型研磨颗粒123收集在箱柜127中以进一步加工。
根据一个实施例，形成成型研磨颗粒的过程可还包括烧结过程。对于某些过程，烧结可在自带109收集前体成型研磨颗粒123之后进行。或者，烧结可为当前体成型研磨颗粒123在带上的同时进行的过程。可采用前体成型研磨颗粒123的烧结以使通常呈生坯状态的颗粒致密化。在特定的情况下，烧结过程可促进陶瓷材料的高温相的形成。例如，在一个实施例中，前体成型研磨颗粒123可烧结为使得形成氧化铝的高温相，例如α氧化铝。在一种情况下，成型研磨颗粒可包含颗粒的总重量的至少约90重量％的α氧化铝。在其它情况下，α氧化铝的含量可更大，使得成型研磨颗粒可基本上由α氧化铝构成。
虽然系统100已经示意为具有一定的与某些区相联系的过程的布置，但应理解，这样的过程可按不同的顺序完成。此外，虽然某些过程已经描述为与带109横贯通过的某些区相联系，但所述过程不一定需要如图所示以传送带组件方式实施。本文中的任何过程可自系统100完全分离。
图4A示出了根据另一个实施例的复合前体成型研磨颗粒的形成中可使用的系统的示意图。在特定的情况下，系统400可被统称为用于形成复合前体成型研磨颗粒的丝网印刷过程。根据一个实施例，系统400可包括构造为沿方向453平移并具有开口452的丝网451，开口452构造为当丝网451在模头403下面通过时接收自模头403挤出的材料。如图进一步所示，系统400可包括构造为沿方向410平移并在施加区465内在模头403下面行进的带409。系统400可包括模头403，模头403包括多个用于向丝网451的开口452中递送不同的混合物的贮存器，从而促进复合前体成型研磨颗粒的形成。显著的是，在印刷过程中，材料可自模头403挤出并通过丝网中的开口452到达带409上。
根据一个实施例，模头403可包括构造为容纳第一混合物401的贮存器411。如图进一步所示，可将混合物401置于力(或压力)下以促进第一混合物401沿方向491挤出通过模头开口407。第一混合物401可具有本文中的实施例中描述的任意混合物的任意特征。在特定的情况下，贮存器411可限定为第一壁431与第二壁432之间的容积。
如图进一步所示，模头403可包括构造为在壁432和壁433之间限定的容积内容纳第二混合物402的第二贮存器412。在特定的情况下，可通过向第二混合物402施加力(或压力)来使第二混合物402自贮存器412沿方向492挤出通过模头开口408。第二混合物402可具有本文中的实施例中描述的任意混合物的任意特征。显著的是，第二混合物402可与第一混合物401不同或相同。
如图进一步所示，模头403可包括限定为壁433与壁434之间的容积的贮存器413。根据一个实施例，可通过向第三混合物405施加力(或压力)并沿方向493挤出第三混合物405通过模头开口419来自贮存器413挤出第三混合物405。第三混合物403可具有本文中的实施例中描述的任意混合物的任意特征。显著的是，第三混合物403可与第一混合物401不同或相同。此外，第三混合物403可与第二混合物402不同或相同。
在运行过程中，可运行模头使得第一混合物401可通过第一模头开口407挤出并到丝网451上。在特定的情况下，第一混合物401的至少一部分可被挤出到丝网451的开口452中，更特别地，通过丝网451的开口452并到带409上。此外，在运行过程中，第二混合物402可自贮存器412挤出到丝网451上。在特定的情况下，自模头开口408挤出并到丝网451上的第二材料402的至少一部分可填充丝网内的开口452。显著的是，所述过程可进行为使得第一材料401和第二材料402同时挤出通过相应的模头开口407和408。
此外，在运行过程中，第三材料405可自贮存器413挤出并通过模头开口493到达丝网451上。在特定的情况下，可使第三材料405挤出通过模头开口419并到丝网451上，以便开口452被第三材料405至少部分地填充。
如应理解，可采用所述系统使得至少第一混合物401和第二混合物402可被同时挤出到丝网451的开口452中。此外，应理解，虽然模头403示意为具有一个一个单独的彼此纵向位移的贮存器411、412和413，但也涵盖贮存器与模头开口之间的其它布置。例如，在一个替代的实施例中，第一模头开口407和第二模头开口408可相对于彼此共轴地布置。此外，第三模头开口，例如模头开口419，也可相对于第一模头开口407和第二模头开口408共轴地布置。
简要地看图4B，其示意了丝网451的一部分。如图所示，丝网451可包括开口452，更特别地，包括多个延伸通过丝网451的体积的开口452。根据一个实施例，开口452可具有如在由丝网的长度(l)和宽度(w)所限定的平面中所观察到的二维形状，包括各种形状，例如多边形、椭圆形、数字、希腊字母表字母、拉丁字母表字母、俄语字母表字符、包括多边形形状的组合的复杂形状以及它们的组合。在特定的情况下，开口452可具有二维多边形形状如三角形、矩形、四边形、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形、十边形以及它们的组合。
在迫使混合物401、402和403通过其相应的模头开口407、408和419并通过丝网451中的开口452后，前体成型研磨颗粒423可被印刷在设置于丝网451之下的带409上。根据一个特定的实施例，前体成型研磨颗粒423可具有基本上复制开口452的形状的形状以及基本上复制开口452的如在由丝网的长度和宽度所限定的平面中所观察到的形状的至少一个二维形状。显著的是，可使混合物401、402和403在开口452中合并并以快速方式迫使通过丝网，使得混合物401、402和403在开口452内的平均停留时间可小于约2分钟、小于约1分钟、小于约40秒或甚至小于约20秒。在一个非限制性实施例中，混合物401、402和403可在印刷过程中随其行进通过丝网开口452时基本不变，更特别地，可在丝网451的开口452中不经历可感知的挥发性物质损失或干燥。
在运行过程中，可使丝网451沿方向453平移同时可使带409沿与方向423基本上相似的方向410平移以促进连续的印刷操作。这样，前体成型研磨颗粒423可被印刷到带409上并沿带409平移以经历进一步加工。应理解，进一步加工可包括本文中的实施例中描述的过程，包括例如成型、施加掺杂剂材料、干燥、烧结等。事实上，如图所示，可使前体成型研磨颗粒423平移通过成型区113，在其中，前体成型研磨颗粒423的至少一个外表面可如本文中的实施例中所述成型。可使前体成型研磨颗粒423平移通过施加区131，其中可向颗粒的至少一个外表面施加掺杂剂材料。并且此外，可使前体成型研磨颗粒423在带409上平移通过后成形区425，在其中可如本文中的实施例中所述在前体成型研磨颗粒423上进行各种过程，包括例如干燥。
虽然某些前述实施例已描述了使用丝网的丝网印刷过程，但应理解，这样的丝网印刷过程可采用多个丝网。例如，用于形成复合成型研磨颗粒的一个丝网印刷过程可包括第一丝网的使用、第二丝网的提供以及第二丝网的开口内第二混合物的提供，其中第一丝网被完全或部分地填充以第一混合物，第二丝网可不同于第一丝网。可将第二丝网置于第一丝网上方或自第一丝网形成的前体成型研磨颗粒上方。可在第一混合物的前体成型研磨颗粒上提供第二混合物以形成复合前体成型研磨颗粒。应理解，第一丝网和第二丝网可具有但不必一定采用不同尺寸的开口、不同的开口二维形状以及它们的组合。
此外，在某些情况下，第一丝网和第二丝网可作为复合丝网同时使用来成型第一和第二混合物。此外，第一丝网和第二丝网可在单独的过程中使用。例如，其中第一混合物于第一时间在第一丝网中提供而第二混合物于第二时间在第二丝网中提供。如上所述，第一时间和第二时间可彼此同时，例如在同时使用第一丝网和第二丝网来成型第一和第二混合物时。此外，第一时间和第二时间可不同，使得可首先在第一丝网的开口中提供第一混合物，并且可在已在第一丝网的开口中形成第一混合物后在第一混合物上提供第二混合物。第二丝网可在第一丝网上取向为促进第一丝网中的开口与第二丝网中的开口对齐以促进第二混合物向容纳在第一丝网的开口中的第一混合物上的合适递送。此外，在一个替代的实施例中，可首先从第一丝网的开口移除第一混合物以产生第一混合物的前体成型研磨颗粒。其后，可使第一混合物的前体成型研磨颗粒相对于第二丝网的开口取向，并且可将第二混合物置于第二丝网的开口中并到第一混合物的前体成型研磨颗粒上以促进包含第一混合物和第二混合物的复合前体成型研磨颗粒的形成。
图5示出了根据一个实施例的用于形成复合前体成型研磨颗粒的系统的一部分的示意。显著的是，模头503可包括一系列相对于彼此共轴布置的模头开口。例如，模头503可包括包围第二贮存器512的第一贮存器511。在一个实施例中，贮存器511可由环形模头开口507限定。如图进一步所示，贮存器512可限定在壁532和533之间，构造为容纳第二混合物402并沿方向593挤出通过模头开口508。模头开口508可设置在第一贮存器511的环形模头开口507的中心内。模头开口507和508相对于彼此的布置可促进特定类型的复合前体成型研磨颗粒的形成，这将在本文中的进一步的实施例中描述。显著的是，模头503提供了模头开口507和508的一种可选布置，模头开口507和508可用来以不同的布置递送不同的混合物以促进在本体内具有不同材料的特定布置的复合成型研磨颗粒的形成。
本文中的实施例的过程可引入一种或多种掺杂剂前体的使用，所述掺杂剂前体可促进最终形成的成型研磨颗粒中掺杂剂的形成。掺杂剂前体可为具有第一形貌和/或组成的材料，所述材料通过一个或多个过程改变而形成具有不同于掺杂剂前体的形貌或组成的对应掺杂剂。此外，提供掺杂剂前体的特定方式可促进最终形成的成型研磨颗粒中对应掺杂剂的特定布局和浓度。
在某些方面，可向一种或多种混合物中引入一种或多种掺杂剂前体。掺杂剂前体的一些合适的实例可包括有机材料，其可呈化合物或络合的形式，包括但不限于聚合物。此外，一些其它合适的掺杂剂前体可包括无机材料，例如氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、碳氧化物、氮氧化物、盐化合物以及它们的组合的化合物。
在一个实施例中，本文中的实施例的混合物之一可包含可为混合物内的离散材料相的掺杂剂前体。例如，掺杂剂前体可呈颗粒材料的形式，包括但不限于胶体混合物。
掺杂剂前体颗粒材料还可具有一定的平均粒度，包括例如构造为在成型研磨颗粒中形成平均尺寸小于成型研磨颗粒的平均晶粒尺寸的掺杂剂材料的平均粒度。在一个特定的实施例中，掺杂剂前体颗粒材料可具有不大于约200微米、例如不大于约150微米、不大于约100微米、不大于约80微米、不大于约50微米、不大于约20微米或甚至不大于约10微米的平均粒度。此外，在另一个非限制性实施例中，掺杂剂前体颗粒材料还可具有至少约1nm、例如至少约10nm、至少约100nm或甚至至少约500nm的平均粒度。应理解，掺杂剂前体颗粒材料可具有在任意上面提及的最小值和最大值之间的范围内的平均粒度。
或者，掺杂剂前体可在与混合物的溶液中，例如呈固溶体的形式。可向混合物中加入一些呈盐的形式的掺杂剂前体并与混合物的相形成固溶体，而不是为一个不同的相。
应理解，可以任意组合使用多种掺杂剂前体。另外，就本文中的实施例的一种或多种混合物而论，可使用不止一种掺杂剂前体。在特定的情况下，不同的混合物可包含不同含量的相同掺杂剂前体。此外，不同的混合物可包含不同的掺杂剂前体。
本文中的实施例的成型研磨颗粒可具有由长度(l)、宽度(w)和厚度(t)限定的本体，长度(l)可为成型研磨颗粒的任意侧的最长维度，宽度(w)定义为通过成型研磨颗粒的中点的成型研磨颗粒的最长维度，厚度(t)定义为沿垂直于长度和宽度的方向延伸的成型研磨颗粒的最短维度。在特定的情况下，长度可比宽度大或与宽度相等。此外，宽度可比厚度大或与厚度相等。
另外，成型研磨颗粒的本体可具有特定的二维形状。例如，所述本体可具有如在由长度和宽度所限定的平面中所观察到的二维形状，所述二维形状具有多边形形状、椭圆形形状、数字、希腊字母表字符、拉丁字母表字符、俄语字母表字符、采用多边形形状的组合的复杂形状以及它们的组合。特定的多边形形状包括三角形、矩形、四边形、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形、十边形、它们的任意组合。
成型研磨颗粒的本体可由陶瓷材料制成，包括例如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、碳氧化物、氮氧化物以及它们的组合。在特定的情况下，所述本体可包含氧化铝。更具体而言，所述本体可基本上由α氧化铝构成。
图6A示出了根据一个实施例的复合成型研磨颗粒的透视示意图。如图所示，复合成型研磨颗粒600可具有本体601，本体601包括上主表面602和与上主表面602相背的底主表面603。上主表面602和底主表面603可由侧表面606、605和604彼此分开。如图所示，成型研磨颗粒600的本体601可具有三角形二维形状，如在由本体601的长度和宽度所限定的上主表面602的平面中所观察到。特别地，本体601可具有长度(l)、延伸通过本体601的中点691的宽度(w)和厚度(t)。根据一个实施例，本体601可具有定义为长度∶宽度的比率的第一纵横比。在某些情况下，本体601的第一纵横比可为至少约1.2∶1，例如至少约1.5∶1、至少约2∶1、至少约3∶1或甚至至少约4∶1。此外，第一纵横比还可不大于约100∶1。应理解，本体601的第一纵横比可在任意上面提及的最小比率和最大比率之间的范围内。
此外，本体601可具有由长度∶厚度的比率所定义的第二纵横比。在某些情况下，本体601的第二纵横比可为至少约1.2∶1，例如至少约1.5∶1、至少约2∶1、至少约3∶1、至少约4∶1、至少约5∶1或甚至至少约10∶1。此外，在至少一个非限制性实施例中，本体601还可具有不大于约100∶1的第二纵横比。应理解，第二纵横比可在任意上面提供的最小比率和最大比率之间的范围内。
此外，本体601可具有由宽度∶厚度的比率所定义的第三纵横比。在某些情况下，本体601的第三纵横比可为至少约1.2∶1，例如至少约1.5∶1、至少约2∶1、至少约3∶1、至少约4∶1、至少约5∶1或甚至至少约10∶1。此外，在至少一个非限制性实施例中，本体601还可具有不大于约100∶1的第三纵横比。应理解，第三纵横比可在任意上面提供的最小比率和最大比率之间的范围内。
本文中的实施例的成型研磨颗粒可具有特定的尺寸，如由本体的长度所量度。例如，成型研磨颗粒可具有不大于约5mm的中值粒度。或者，中值粒度可更小，例如不大于约4mm、不大于约3mm、不大于约2mm或甚至不大于约1.5mm。在又一个方面，成型研磨颗粒的中值粒度可为至少约10微米、至少约100微米、至少约200微米、至少约400微米、至少约600微米或甚至至少约800微米。应理解，成型研磨颗粒的中值粒度可在任意上面的最小值和最大值之间的范围内。
本文中的实施例的成型研磨颗粒可具有特定的晶粒尺寸，特别是对于α氧化铝的晶粒来说。例如，成型研磨颗粒可具有不大于约500微米、例如不大于约250微米或甚至不大于约100微米、不大于约50微米、不大于约20微米或甚至不大于约1微米的平均晶粒尺寸。在另一个方面，平均晶粒尺寸可为至少约0.01微米，例如至少约0.05微米、至少约0.08微米或甚至至少约0.1微米。应理解，成型研磨颗粒的平均晶粒尺寸可在任意上面的最小值和最大值之间的范围内。
在某些情况下，本文中的实施例的复合成型研磨颗粒可在每个本体的不同区域内包含不同的材料。更特别地，在某些情况下，复合成型研磨颗粒可在本体内的不同区域中包含不同浓度的掺杂剂。例如，对于图6A的复合成型研磨颗粒，本体601可包含层状结构。更特别地，所述本体可包括第一层621、在第一层621下面的第二层622和在第二层622下面的第三层623。在特定的情况下，第一层621可形成为使得其限定上主表面602的显著部分，更特别地，限定上主表面的基本上整个表面。另外，第三层623可形成为使得其限定本体的显著部分，包括例如底主表面603。在特定的情况下，本体601可结构化为使得第三层623形成本体601的底主表面603的基本上整个面积。
在特定的情况下，如图所示，本体601可形成为使得包括604、605和606在内的侧表面可由第一层621、第二层622和第三层623的组合形成。应理解，层621、622和623中的每一个可在组成上彼此不同。在特定的情况下，第一层621的组成可与第二层622的组成相差至少一种成分。在更特定的情况下，第一层621的组成可与第二层622的组成相差特定掺杂剂材料的存在。
用于层621、622或623中的任意层中的合适的掺杂剂材料可包括元素或化合物，包括碱元素、碱土元素、稀土元素、铪、锆、铌、钽、钼、钒以及它们的组合。在一个特定的实施例中，掺杂剂材料包含元素或包含元素如锂、钠、钾、镁、钙、锶、钡、钪、钇、镧、铯、镨、铌、铪、锆、钽、钼、钒、铬、钴、铁、锗、锰、镍、钛、锌以及它们的组合的化合物。
本体601可形成为使得层621、622和623中的任一层可含有特定量的掺杂剂，其可部分地基于形成层的相应混合物中所提供的掺杂剂或相邻层中掺杂剂的量。在特定的情况下，对于层内存在的掺杂剂总量而言，本体601的任意层内掺杂剂的量可为至少约0.2重量％，例如至少约0.6重量％、至少约1重量％、至少约1.4重量％、至少约1.8重量％、至少约2重量％、至少约2.5重量％、至少约3重量％、至少约3.5重量％、至少约4重量％或甚至至少约5重量％。此外，根据一个非限制性实施例，层621、622和623的任意层中掺杂剂材料的总量还可不大于该层的总重量的约30重量％，例如不大于约26重量％、不大于约24重量％、不大于约20重量％、不大于约18重量％或甚至不大于约16重量％。任一层内掺杂剂的量可在任意上面提及的最小百分数和最大百分数之间的范围内。
在另一个实施例中，任意层之间掺杂剂材料浓度的差异可为至少5％，如由等式[(C1-C2)/C1]×100％所定义，其中C1为较高掺杂剂材料浓度的层而C2为较低掺杂剂材料浓度的层。在其它情况下，所述浓度差异可更大，例如为至少约10％、至少约20％、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％。此外，在其它情况下，所述差异还可不大于约100％，例如不大于约99％、不大于约95％、不大于约85％、不大于约75％、不大于约65％、不大于约55％、不大于约45％、不大于约35％、不大于约25％、不大于约15％或甚至不大于约10％。应理解，任意层之间掺杂剂浓度的差异可在任意上面提及的最小百分数和最大百分数之间的范围内。
在某些情况下，本体601可具有中心区域，该中心区域包括本体601的几何中心602。相对于本体601的其它部分，例如外表面，例如上主表面602或底主表面603，所述中心区域可具有特别低的掺杂剂材料含量。在某些情况下，本体601的中心区域可基本上不含掺杂剂材料。根据一个特定的实施例，本体601可形成为使得本体601的中心区域可具有第一掺杂剂浓度(D1c)，而与本体601的几何中心691间隔开的本体的外围区域可具有第二掺杂剂浓度(D2c)。在某些情况下，本体601的中心区域可呈层的形式并与本体601的上主表面602和底主表面603间隔开。此外，中心区域可与侧表面中之一如侧表面604、605或606的至少一部分相交。在图6A的特定实施例中，中心区域可由层622限定。因此，中心区域可与上主表面602和底主表面603间隔开。此外，中心区域可设置在由层621限定的外围区域和由层623限定的外围区域之间。也就是说，中心区域可至少部分地在外围区域621下面并部分地覆盖由层623限定的外围区域。
对于至少一个实施例，外围区域可与本体601的主表面如上主表面602、底主表面603或者侧表面604、605或606相交。应理解，在特定的情况下，外围区域可与本体601的外表面中之一或组合相交。根据复合成型研磨颗粒600，外围区域可由层621或层623限定。因此，本体601的外围区域可包括层621，层621与本体601的上主表面602以及侧表面604、605和606相交。另外，本体601可具有由层623限定并与本体601的底主表面603以及侧表面604、605和606相交的第二外围区域。
根据另一个实施例，中心区域可形成为具有第一掺杂剂浓度，所述第一掺杂剂浓度不同于本体内外围区域的第二掺杂剂浓度。在某些情况下，第一掺杂剂浓度可大于第二掺杂剂浓度。此外在其它情况下，第二掺杂剂浓度可大于第一掺杂剂浓度。根据至少一个实施例，本体可具有不同于第二掺杂剂浓度的第一掺杂剂浓度并因此限定一个掺杂剂浓度差异。在某些情况下，如由掺杂剂材料相对于本体的总重量的重量％的差异所量度，掺杂剂浓度差异可为至少约0.2重量％。在再其它的情况下，掺杂剂浓度差异可更大，例如为至少约0.4重量％、至少约0.6重量％、至少约1重量％、至少约1.4重量％或甚至至少约1.8重量％。此外，掺杂剂浓度差异可不大于约30重量％，例如不大于约20重量％、不大于约15重量％、例如不大于约12重量％、不大于约11重量％、不大于约10重量％、不大于约8重量％或甚至不大于约6重量％。应理解，掺杂剂浓度差异可在任意上面提及的最小百分数和最大百分数之间的范围内。还应理解，任意区域(例如，外围区域或中心区域)中掺杂剂的总量可在任意上面的最小百分数和最大百分数之间的范围内。
图6B示出了根据一个实施例的复合成型研磨颗粒的透视示意图。如图所示，复合成型研磨颗粒650可具有本体651，本体651包括上主表面652和与上主表面652相背的底主表面653。上主表面652和底主表面653可由侧表面654、655和656彼此分开。成型研磨颗粒650的本体651可具有三角形二维形状，如在由本体651的长度和宽度所限定的上主表面652的平面中所观察到。特别地，本体651可具有纵横比、中值粒度和晶粒尺寸特征，如本文中的实施例中所述。
在某些情况下，本文中的实施例的复合成型研磨颗粒可在每个本体的不同区域内包含不同的材料。更特别地，在某些情况下，所述复合成型研磨颗粒可在本体内不同的区域中包含不同的掺杂剂浓度。对于本文中的任意实施例，浓度可指掺杂剂材料的重量百分数或体积百分数。所述重量百分数或体积百分数可基于整个本体、特定的区域或层的重量或体积计。
例如，就图6B的复合成型研磨颗粒而论，本体651可包含层状结构。所述本体可包括第一层657和在第一层657下面的第二层658。在特定的情况下，第一层657可形成为使得其限定底主表面653的显著部分，更特别地，可基本上限定底主表面653的整个外表面。另外，在一个实施例中，第二层658可限定本体651的显著部分，包括例如上主表面652。在特定的情况下，本体651可结构化为使得第二层658形成本体651的上主表面652的面积的至少一部分。在一个特定的实施例中，第一层657可与第二层658直接接触。
第一层657可具有基本上平面的结构，所述结构在本体651的整个长度和宽度上延伸并限定本体651的外表面的相当大部分。另外，第二层658可具有基本上平面的结构，所述结构在本体651的整个长度和宽度上延伸并限定本体651的外表面的相当大部分。
在特定的情况下，如图所示，本体651可形成为使得包括654、655和656在内的侧表面可由第一层657和第二层658的组合形成。如图所示，本体651可形成为使得第一层657可具有第一厚度(t1)并且第二层658可具有第二厚度(t2)。在特定的实施例中，第一厚度和第二厚度可基本上相同。在还其它的情况下，第一厚度和第二厚度可基本上不同。例如，第一厚度和第二厚度可彼此相差至少约5％、至少约10％、至少约20％或甚至至少约30％。此外，在一个非限制性实施例中，第一厚度和第二厚度还可彼此相差不大于约90％，例如不大于约80％、不大于约70％、不大于约50％。应理解，第一厚度和第二厚度之间的厚度差异可在任意上面的最小百分数和最大百分数之间的范围内。
根据一个实施例，第一厚度可为本体的平均厚度的至少约5％。在其它情况下，第一厚度可更大，例如为至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％或甚至至少约50。在一个非限制性实施例中，第一厚度可不大于本体的平均厚度的约99％，例如不大于约90％、不大于约80％、不大于约70％、不大于约60％、不大于约50％、不大于约40％或甚至不大于约30％。应理解，第一厚度可在任意上面提及的最小百分数和最大百分数之间的范围内。此外，相对于本体的平均厚度而言，第二厚度可具有与第一厚度相同的属性。此外，其它另外的层，例如中间层，可具有相同的特征。
应理解，层657和658中的每一个可在组成上彼此不同。在特定的情况下，第一层657的组成与第二层658的组成可相差至少一种元素。在更特定的情况下，第一层657的组成与第二层658的组成可相差至少一种掺杂剂材料或甚至多种掺杂剂材料。
适用于层657和658中的任意层的掺杂剂材料可包括元素或化合物如碱元素、碱土元素、稀土元素、铪、锆、铌、钽、钼、钒或它们的组合。在一个特定的实施例中，掺杂剂材料包含元素或包含元素如锂、钠、钾、镁、钙、锶、钡、钪、钇、镧、铯、镨、铌、铪、锆、钽、钼、钒、铬、钴、铁、锗、锰、镍、钛、锌以及它们的组合的化合物。
本体651可形成为使得层657和658中的任一层可相对于彼此含有不同的量的掺杂剂。在某些情况下，第一层657可包括本体651的中心区域，该中心区域包括本体601的几何中心602。在其它实施例中，第二层658可包括本体651的外围区域。根据一个实施例，第一层657可具有第一掺杂剂浓度(D1c)，而第二层可具有第二掺杂剂浓度(D2c)。根据另一个实施例，第一层657可具有第一掺杂剂浓度，所述第一掺杂剂浓度不同于本体内第二层658的第二掺杂剂浓度。在某些情况下，第一掺杂剂浓度可大于第二掺杂剂浓度。此外在其它示例性本体中，第二掺杂剂浓度可大于第一掺杂剂浓度。根据至少一个实施例，本体651可具有不同于第二掺杂剂浓度的第一掺杂剂浓度并因此限定一个掺杂剂浓度差异(ΔDc)。
在特定的情况下，本体651的两个层657和658之间的掺杂剂浓度差异(ΔDc)可为本体651内存在的掺杂剂的总量的至少约0.2重量％，例如至少约0.6重量％、至少约1重量％、至少约1.4重量％、至少约1.8重量％、至少约2重量％、至少约2.5重量％、至少约3重量％、至少约3.5重量％、至少约4重量％或甚至至少约5重量％。此外，根据一个非限制性实施例，层657和658中任一层之间掺杂剂材料的量的总差异还可不大于本体的总重量的约30重量％、不大于约26重量％、不大于约24重量％、不大于约20重量％、不大于约18重量％或甚至不大于约16重量％。所述层中的任一层之间掺杂剂材料的量的差异可在任意上面提及的最小百分数和最大百分数之间的范围内。如本文中所提及，虽然前面的重量百分数基于本体的重量述及，但应理解，相同的百分数可基于相应的层的重量。例如，如果第一层657具有该层的总重量的5重量％的掺杂剂而第二层658具有该层的总重量的2重量％的相同掺杂剂，则两个层之间的重量百分数差异可计算为3重量％。
在另一个实施例中，层657和658之间掺杂剂材料浓度的差异可为至少5％，如由等式[(C1-C2)/C1]×100％所定义，其中C1为较高掺杂剂材料浓度的层而C2为较低掺杂剂材料浓度的层。在其它情况下，所述浓度差异可更大，例如为至少约10％、至少约20％、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％。此外，在其它情况下，所述差异还可不大于约100％，例如不大于约99％、不大于约85％、不大于约75％、不大于约65％、不大于约55％、不大于约45％、不大于约35％、不大于约25％、不大于约15％或甚至不大于约10％。应理解，任意层之间掺杂剂浓度的差异可在任意上面提及的最小百分数和最大百分数之间的范围内。
根据一个实施例，第二层658可包含第二掺杂剂，所述第二掺杂剂包含锆。更特别地，所述第二掺杂剂可包含氧化锆，更特别地，可基本上由氧化锆构成。对于某些实施例，第二层658可包含比第一层657中的氧化锆含量高的氧化锆含量。在另一个实施例中，第一层657和第二层658之间的氧化锆掺杂剂浓度差异可为至少约0.2重量％，例如至少约0.5重量％、至少约1重量％、至少约1.4重量％、至少约1.8重量％或甚至至少约2重量％。此外，根据一个非限制性实施例，层657和658中任一层之间掺杂剂材料的量的总差异还可不大于本体的总重量的约50重量％，例如不大于约30重量％、不大于约25重量％、不大于约20重量％、不大于约15重量％或甚至不大于约12重量％。第一层657和第二层658之间氧化锆掺杂剂材料的量的差异可在任意上面提及的最小百分数和最大百分数之间的范围内。
根据一个特定的方面，第一层657可包含不同于第二层658内的第二掺杂剂的第一掺杂剂，更特别地，第一层657可基本上不含第二层658中存在的第二掺杂剂材料。同样，在某些情况下，第二层658可包含不同于第一层657内的第一掺杂剂的第二掺杂剂，更特别地，第二层658可基本上不含第一层657中存在的第一掺杂剂材料。
此外，在其它实施例中，在加工过程中，掺杂剂可自一个相邻的层向另一个中扩散。特别地，受控的加工可促进层之间掺杂剂的受控扩散，使得最初存在于单个层中的掺杂剂材料的受控递送可传送至一个或多个相邻的层以形成具有特定的掺杂剂含量或甚至表现出阶跃函数扩散边界的合适的复合成型研磨颗粒。
虽然所示的本体651包括具有大体三角形二维形状的第一层657和覆盖第一层657并具有基本上相似的三角形二维形状的第二层658，但应理解，本文中的实施例的复合本体可包括多个层，其中每个层可相对于彼此具有不同的二维形状。例如，如图20A中所示，成型研磨颗粒可形成为具有本体2001，本体2001包括具有如在由本体2001的长度和宽度所限定的平面中所观察到的第一二维形状的第一层2002和覆盖第一层2002、具有第二二维形状的第二层2003。特别地，如图所示，第一层2002可具有大体多边形二维形状而第二层2003可具有大体椭圆形或圆形二维形状。
图20B示出了另一个实施例的示意，该实施例包括成型研磨颗粒2004，成型研磨颗粒2004包括具有第一二维形状的第一层2005和具有第二二维形状的第二层2006。图20A和20B是示例性的，并且应理解，本文中的实施例的成型研磨颗粒可包括多个层，所述多个层包括多种不同的二维形状，包括但不限于多边形、椭圆形、数字、希腊字母表字符、拉丁字母表字符、俄语字母表字符、具有多边形形状的组合的复杂形状、截角形状以及它们的组合，其中所述本体包括多边形形状，如由在长度和宽度维度所限定的平面中所观察到，其中所述本体包括选自三角形、矩形、四边形、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形、十边形以及它们的组合的多边形形状。前述包括截角形状，其中角的特征的至少一部分遗失或是形状改变，这可以是某些加工技术的结果。
此外，如图20A和20B中明显可见，成型研磨颗粒包括层的组合，其中每个层可相对于彼此具有不同的二维形状并且层的任意一个维度也可具有不同的维度特征。这样的成型研磨颗粒的提供可促进研磨制品中颗粒的替代或改进的部署并还可促进研磨制品的改进的性能或用途。例如，第一层2002的二维形状可具有与第二层2003的二维形状的平均长度(或直径)显著不同的平均长度(或直径)。此外，第一层2002的二维形状可具有与第二层2003的二维形状的平均宽度显著不同的平均宽度。另外，第一层2002的二维形状可具有与第二层2003的二维形状的平均厚度显著不同的平均厚度。
同样如图20A和20B中所示，每个层可相对于彼此具有不同的面积或体积。例如，第一层2002的二维形状的平均面积(例如，主外表面的平均表面积)可与第二层2003的二维形状的平均面积显著不同。另外，第一层2002的二维形状的平均体积可与第二层2003的二维形状的平均体积显著不同。例如，第一层2002可具有显著大于第二层2003的体积的体积，以便第一层2002比第二层2003包含本体2001的总体积的更大体积部分。此外，在一个替代的实施例中，第一层2002可具有显著小于第二层2003的体积的体积。
再次看图6B，本体可包括设置在第一层657和第二层658之间的扩散界面659。在一个实施例中，扩散界面659可限定第一层657和第二层658的边界。此外，扩散界面659可分离第一层657和第二层658。根据一个实施例，本体651可具有限定第一层657和第二层658之间的扩散边界的扩散界面659，其中扩散界面659的第一侧上(例如，第一层657内)至少一种掺杂剂的浓度可与扩散界面659的相背侧上(例如，第二层658内)同一掺杂剂的浓度显著不同。应理解，扩散界面659可限定表征第一层657和第二层658之间不止一种掺杂剂浓度的差异的边界。在某些情况下，扩散界面659可限定第一层657和第二层658之间至少一种掺杂剂的浓度的阶跃函数差异，包括例如第二层568中第二掺杂剂的浓度与第一层657中所述第二掺杂剂的浓度相比的阶跃函数差异。
扩散界面659可在第一层657和第二层658之间的整个面积上延伸。在某些情况下，扩散界面659可在本体651的整个长度上延伸。此外，扩散界面659可在本体651的整个宽度上延伸。应理解，扩散界面659可具有平面轮廓或者是弯曲的、弓形的或不规则的轮廓。扩散界面659的形状和取向可部分取决于限定扩散界面的相应层或部分的形状和取向。
根据另一个方面，具有多个部分如第一层657和第二层658的成型研磨颗粒可形成为使得所述部分(或层)中之一可相对于第二相邻部分处于压缩中，而第二部分可相对于对应的相邻部分处于拉伸中。例如，就图6B的成型研磨颗粒而论，第一层657可相对于第二层658处于压缩中而第二层658可相对于第一层657处于拉伸中。或者，第二层658可相对于第一层657处于压缩中。
成型研磨颗粒的本体的一个或多个部分(例如，层657和658)中压缩和拉伸的相对状态可通过所述部分的形状、维度和组成中的至少之一相对于彼此的选择来控制。在特定的情况下，成型研磨颗粒的本体可形成为使得第一部分和第二部分之间应力(或应变)的差异为至少约5％，例如至少约10％、至少约20％、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％。此外，在另一情况下，第一部分和第二部分之间应力(或应变)的差异还可不大于约90％，例如不大于约80％、不大于约70％、不大于约60％、例如不大于约50％、不大于约40％、不大于约30％、例如不大于约20％、不大于约10％或甚至不大于约5％。应理解，本体中的第一部分和第二部分之间应力(或应变)的差异可在任意上面提及的最小百分数和最大百分数之间的范围内。
如本文中所提及，本体651可还包括另外的部分或层。例如，本体651可包括至少一个设置在第一层657和第二层658之间的中间层。中间层可与第一层657具有基本上相同的组成。另外，中间层可与第二层658具有基本上相同的组成。或者，中间层可具有与第一层的组成相比基本上不同的组成，其可包括掺杂剂材料方面的至少一个差异。同样，中间层可具有与第二层的组成相比基本上不同的组成，其可包括至少一种掺杂剂材料的差异。
中间层可设置在第一层657和第二层658之间并在除上述扩散界面外限定一个另外的扩散界面。因此，本体可具有第一层与中间层之间的第一扩散界面(例如，第一中间扩散界面)和中间层与第二层658之间的第二扩散界面(例如，第二中间扩散界面)。所有扩散界面都可具有根据本文中的实施例描述的扩散界面的性质。
图7示出了根据一个实施例的成型研磨颗粒的透视示意图。复合成型研磨颗粒700可包括本体701，本体701具有上主表面702、通过侧表面704、705和706与上主表面702分开的下主表面703。复合成型研磨颗粒700为复合材料的层的一种替代的布置，特别地，为本体701内不同的层的核一壳布置。根据一个实施例，本体701可包括与本体的外侧表面(包括侧表面704、705和706)相交的第一层721。在特定的情况下，第一层721可与外侧表面704、705和706相交并限定外侧表面704、705和706。如图进一步所示，第一层721可限定上主表面702和下主表面703的至少一部分。事实上，如图所示，第一层721可具有大体环形的形状，其中第二层723和第三层724设置在第一层721的内部体积内。
如图所示，本体可形成为使得如由层721限定的外围区域可包围限定另一区域如复合成型研磨颗粒的中心区域的另一层的至少一部分。此外，本体701可包括设置在第一层721的内部体积内的第二层723。第二层723的一部分可与上主表面702相交。另外，第二层723的一部分可与底主表面703相交。事实上，第二层723的一部分可与上主表面702和下主表面703的一部分相交并限定上主表面702和下主表面703的一部分。显著的是，第二层723可与本体的外表面的至少一部分例如外侧表面704、705和706间隔开。根据一个实施例，第二层可限定中心区域，所述中心区域具有可与第一层721的组成不同的组成。在特定的情况下，第二层723可限定本体701的中心区域，所述中心区域具有不同于第一层721内的掺杂剂浓度的掺杂剂浓度，如本文中的其它实施例中所述。此外，第二层723可限定第一层721和第三层724之间的中间层。
如图进一步所示，复合成型研磨颗粒700可包括本体，所述本体包括设置在第二层723和第一层721的体积内的第三层724。第三层724可为中心区域并可包括本体704的几何中心，所述几何中心为本体701的体积中点。根据一个实施例，第三层724可为中心区域，其可与本体的一个或多个外表面(包括例如外侧表面704、705和706)间隔开。另外，第三层724可为本体701的中心区域，其可与上主表面702和底表面703的一部分相交并限定上主表面702和底表面703的一部分。然而，应理解，第三层724可不一定限定本体701的外表面的任何部分和与本体701的外表面的任何部分相交，而是可整个包含在与任何外表面间隔开的内部体积内。
根据一个实施例，本体可包括中心区域，所述中心区域与外围区域的体积部分相比占本体的总体积的特定体积部分(体积％)。例如，本体701可含有与外围部分的体积部分相比占本体的总体积的较小体积部分的中心区域。此外，在替代的实施例中，本体701可形成为使得中心区域可与外围区域的体积部分相比占据本体的总体积的较大体积部分。
图8示出了根据一个实施例的复合成型研磨颗粒的透视示意图。如图所示，复合成型研磨颗粒800可包括本体801，本体801具有上主表面802和由侧表面804、805和806与上主表面802间隔开的下主表面803。虽然前面的实施例显示为外围区域和中心区域具有大体对称的形状，但应理解，本文中的实施例的替代的复合研磨颗粒可采用具有非对称形状的外围区域和中心区域。例如，如图8中所示，本体可包括与外表面的各部分相交并限定外表面的各部分的第二层部分823的无规布置，所述各部分包括上主表面802、下主表面803以及侧表面804、805和806。此外，本体801可包括第一层821，第一层821可包括本体801的几何中心891。
另外，第一层821可与本体801的外表面的各部分相交并限定本体801的外表面的各部分，所述各部分包括例如上主表面802、下主表面803以及侧表面804、805和806。在特定的情况下，第一层821可限定延伸遍及本体801的大多数体积的连续相或基质，其中第二层部分以彼此间隔开的分散且离散的区域存在。因此，在一个特定的实施例中，第一层821可代表本体的中心区域。另外，在某些情况下，第二层部分823可限定本体801的外围区域。
根据一个实施例，限定本体801的中心区域的第一层821可具有非对称形状。非对称形状可在由本体801的长度和宽度或者本体801的宽度和厚度所限定的平面中观察到。此外，本体801可包括限定外围区域的第二层部分823，其中所述外围区域可具有非对称形状。在特定的情况下，如由第二层部分823所限定的外围区域可具有如在由本体801的长度和宽度所限定的平面中或由本体801的宽度和厚度所限定的平面中所观察到的非对称形状。
图9示出了根据一个实施例的成型研磨颗粒的一部分的横截面示意。显著的是，成型研磨颗粒可包括本体901，本体901具有底表面904、与底表面904相背的上主表面902以及接合底表面904和上主表面902的侧表面903。如图进一步所示，本体901可包括侧表面905，侧表面905与接合底表面904和上主表面902的侧表面903相背。根据一个特定的实施例，本体901可具有曲线形的上主表面902。显著的是，在一些情况下，上主表面902可具有凸起的轮廓，使得本体901在中点(tm)处的厚度大于在任一侧表面(ts)903或905处的厚度。对于一些实施例，与上主表面902相比，底表面902可以是基本上平面的。
图10示出了根据一个实施例的替代的成型研磨颗粒的横截面示意。显著的是，成型研磨颗粒可具有本体1001，本体1001包括底表面1004、与底表面1004相背的上主表面1002以及彼此相背并接合底表面1005和上主表面1002的侧表面1003和1005。如图所示，本体1001可具有特别独特的轮廓，其中上主表面1002具有凸起的轮廓，并且底表面1004也具有凸起的轮廓使得中点(tm)处的厚度显著大于本体1001在由表面1001和1005所限定的边缘(te)处的厚度。
图11示出了根据一个实施例的替代的成型研磨颗粒的横截面示意。显著的是，成型研磨颗粒可具有本体1101，本体1101包括底表面1104、与底表面1104相背的上主表面1102以及彼此相背并将底表面1104和上主表面1102分开的侧表面1103和1105。如图所示，本体1101可具有独特的轮廓，其中上主表面1102可具有凹进的轮廓并且底表面1104可具有基本上平面的轮廓使得中点(tm)处的厚度显著小于本体1101在由表面1101和1105所限定的边缘(te)处的厚度。
图12示出了根据一个实施例的替代的成型研磨颗粒的横截面示意。显著的是，成型研磨颗粒可具有本体1201，本体1201包括底表面1204、与底表面1204相背的上主表面1202以及彼此相比并将底表面1204和上主表面1202分开的侧表面1203和1205。如图所示，本体1201可具有独特的轮廓，其中上主表面1202可具有凹进的轮廓并且底表面1204可具有凹进的轮廓使得中点(tm)处的厚度显著小于本体1201在由表面1201和1205所限定的边缘(te)处的厚度。
根据一个实施例，本文中的实施例的成型研磨颗粒可形成为使得至少两个外表面相对于彼此具有显著不同的二维形状。特别地，成型研磨颗粒可具有有着与上主表面的二维形状显著不同的二维形状的底主表面。在更特定的实施例中，所述二维形状可为本文中的实施例中提及的二维形状中的任意一种。例如，底表面可为第一多边形形状而上主表面可为不同的多边形形状。
图13示出了根据一个实施例的成型研磨颗粒的透视示意图。成型研磨颗粒1300包括本体1301，本体1301具有底表面1304和由侧表面1305、1306和1307与底表面1304间隔开的上表面1303。如图13中所示，底表面1304可具有大体三角形形状，而上表面1303可具有椭圆形形状。
图14A示出了根据一个实施例的成型研磨颗粒的透视示意图。显著的是，本体1401可具有第一长边1402、第二长边1403和第三长边1404。此外，本体1401可包括联结至第一长边1402和第二长边1403的第一短边1405。本体1401可还包括联结至第一长边1402和第三长边1404的第二短边1406。虽然可认为成型研磨颗粒的本体1401具有如在由长度和宽度所限定的平面中所观察到的大体五边形形状，但在特定的情况下，本体1401可限定为截角三角形，其中第一短边1405和第二短边1406限定否则将存在角如角1422的平整表面。显著的是，这样的截角形状可为通过本文中描述的过程形成的成批成型研磨颗粒的显著部分。
如图所示，本体1401可具有限定在第一长边1402和第一短边1405之间的第一角度1407，如在本体1401的上主表面1430处所观察到。根据一个实施例，第一角度1407可大于约90°。在更特定的情况下，第一角度1407可为至少约92°、至少约95°、至少约100°或甚至至少约105°。此外，在一个非限制性实施例中，第一角度可不大于约160°。
本体可还包括形成在第一短边1405和第二长边1403之间的第二角度1408，如在本体1401的上主表面1430处所观察到。根据一个实施例，第二角度1408可与第一角度1407相同。此外，在另一个实施例中，第二角度1408可与第一角度1407不同。根据一种情况，第二角度1408可为钝角。或者，第二角度1408可大于约90°，更特别地，至少约92°、至少约95°、至少约100°或甚至至少约105°。此外，在一个非限制性实施例中，第二角度1408可不大于约160°。
如图进一步所示，成型研磨颗粒的本体1401可包括限定为第二短边1406和第一长边1402之间的角度的第三角度1409，如在本体1401的上主表面1430处所观察到。第三角度1409可与第一角度1407或第二角度1408相同。或者，第三角度1409可与第一角度1407和第二角度1408不同。
本体1401可还包括限定为第二短边1406和第三长边1404之间的角度的第四角度1410。第四角度1410可与第一角度1407、第二角度1408或第三角度1409不同。在特定的情况下，第四角度1410可小于第一角度1407、小于第二角度1408或小于第三角度1409。在至少一个特定的实施例中，第四角度1410可以是基本上直角的(90°)。在再其它的情况下，第四角度1410可大于90°。
本体1410可还包括第三长边1404和第二长边1403之间的第五角度1411，如在本体1401的上主表面1430处俯视所观察到。显著的是，第五角度1411可不同于第一角度1407、第二角度1408、第三角度1409或第四角度1410。在特定的情况下，第五角度1411可小于第一角度1407、小于第二角度1408、小于第三角度1409或甚至小于第四角度1410。第五角度1411可限定三角形的角1422，并因此小于约90°，更特别地小于约70°。虽然本体1401已示意为具有第一短边和第二短边1406，但应理解，本体可引入将第二长边和第三长边1404分开的第三短边。
根据一个实施例，第一短边1405可具有不大于第一长边1402的长度的约60％的长度。在其它实施例中，第一短边1405相对于第一长边1402的长度可更小，例如不大于约50％、或不大于约40％、不大于约30％、不大于约20％或甚至不大于约15％。此外，第一短边1405可为第一长边1402的长度的至少约2％，例如至少约5％、至少约10％、至少约15％或甚至至少约20％。应理解，第一短边1405的长度可在任意上面提及的最小百分数和最大百分数之间的范围内。此外，应理解，第二短边1406的长度可具有第一短边1405相对于第一长边1402的相同特征。另外，相对于第一短边1405的长度而言，第二短边1406的长度可不同。
根据一个实施例，第一长边1402可具有基本上等于第二长边1403的长度(12)的长度(11)。此外，第一长边1402的长度(11)可与第二长边1403的长度(12)显著不同。此外，第一长边1402的长度(11)可与第三长边1404的长度(13)基本上相同。或者，第一长边1402的长度(11)可与第三长边1404的长度(13)显著不同。另外，第二长边1403的长度(12)可与第三长边1404的长度(13)基本上相同。或者，第二长边1403的长度(12)可与第三长边1404的长度(13)显著不同。
图14B示出了图14A的成型研磨颗粒的一部分的横截面示意。显著的是，该横截面图像通过轴1450取得，轴1450由本体1401的一个角1421处的点和本体1401的中点1441定义。根据一个特定的实施例，与在角1421处测得的本体的厚度相比，本体1401可在成型研磨颗粒的中点1441处具有更大的厚度。在某些情况下，成型研磨颗粒可具有至少1.1的角/中点厚度差异，其中所述角/中点厚度差异(c/mΔt)为本体在中点处的厚度除以至少一个角的厚度的量度。在某些实施例中，角/中点厚度差异可更大，例如为至少约1.2、至少约1.4，其中至少约1.6、至少约1.8、至少约2、至少约2.2、至少约2.4、至少约3或甚至至少约4。此外，在一个非限制性实施例中，角/中点厚度差异(c/mΔt)可不大于约20，例如不大于约18、不大于约15、不大于约12、不大于约10、不大于约8、不大于约6或甚至不大于约4。应理解，本文中的成型研磨颗粒可具有角/中点厚度差异(c/mΔt)在任意上面提及的最小值和最大值之间的范围内的本体。
应理解，上面的特征可归因于成型研磨颗粒的批次。所述批次可包括随机选取的至少约20个离散的成型研磨颗粒的样品。可测量样品的每一个离散的成型研磨颗粒来确定代表该批次的样品的中点厚度和角厚度的平均尺寸。
图14C示出了图14A的成型研磨颗粒的一部分的横截面示意。特别地，图14C示出了成型研磨颗粒沿轴1460的横截面示意，轴1460定义为延伸通过中点1441和本体1401的边1403的中点1442的轴。根据一个实施例，本体1401可在本体1401的中点1441处具有比本体1401的边中点1442处的厚度更大的厚度。显著的是，成型研磨颗粒可具有至少1.1的边/中点厚度差异(e/mΔt)，其中所述边/中点厚度差异为本体在中点1341处的厚度除以侧表面在两个角之间的中点处的厚度的量度。在其它实施例中，边/中点厚度差异(e/mΔt)可更大，例如为至少约1.2、至少约1.4，其中至少约1.6、至少约1.8、至少约2、至少约2.2、至少约2.4、至少约3或甚至至少约4。此外，在一个非限制性实施例中，边/中点厚度差异(e/mΔt)可不大于约20，例如不大于约18、不大于约15、不大于约12、不大于约10、不大于约8、不大于约6或甚至不大于约4。应理解，本文中的成型研磨颗粒可具有边/中点厚度差异(e/mΔt)在任意上面提及的最小值和最大值之间的范围内的本体。
应理解，上面的特征可归因于成型研磨颗粒的批次。所述批次可包括随机选取的至少约20个离散的成型研磨颗粒的样品。可测量样品的每一个离散的成型研磨颗粒来确定代表该批次的样品的中点厚度和角厚度的平均尺寸。
图15示出了根据另一个实施例的成型研磨颗粒的示意。如图所示，成型研磨颗粒1500可包括本体1501，本体1501可根据本文中的实施例形成。显著的是，所述成型研磨颗粒可自挤出片材经由冲孔过程形成。本体1501可包括沿纵轴1504延伸的中心部分1502。第一径向臂1506可自中心部分1502沿中心部分1502的长度向外延伸。第二径向臂1508可自中心部分1502沿中心部分1502的长度向外延伸。第三径向臂1510可自中心部分1502沿中心部分1502的长度向外延伸。此外，第四径向臂1512可自中心部分1502沿中心部分1502的长度向外延伸。径向臂1506、1508、1510和1512可在成型研磨颗粒1500的中心部分1502周围是等间隔的。
如图15中所示，第一径向臂1506可包括大体箭头形状的远端1520。第二径向臂1508可包括大体箭头形状的远端1522。第三径向臂1510可包括大体箭头形状的远端1524。此外，第四径向臂1512可包括大体箭头形状的远端1526。
图15还示出，成型研磨颗粒1500可形成为在第一径向臂1506和第二径向臂1508之间具有第一空隙1530。可在第二径向臂1508和第三径向臂1510之间形成第二空隙1532。也可在第三径向臂1510和第四径向臂1512之间形成第三空隙1534。另外，可在第四径向臂1512和第一径向臂1506之间形成第四空隙1536。
图16和17示出了根据另一个实施例的成型研磨颗粒的示意。如图所示，成型研磨颗粒1600可包括本体1601，本体1601具有大体立方体样形状。应理解，成型研磨颗粒也可形成为具有其它多面体形状。本体1601可具有第一端面1602和第二端面1604、在第一端面1602和第二端面1604之间延伸的第一侧面1606、在第一端面1602和第二端面1604之间延伸的第二侧面1608。另外，本体1601可具有在第一端面1602和第二端面1604之间延伸的第三侧面1610，以及在第一端面1602和第二端面1604之间延伸的第四侧面1612。
如图所示，第一端面1602和第二端面1604可彼此平行并由侧面1606、1608、1610和1612分开，从而给出立方体样结构的本体。然而，在一个特定的方面，可使第一端面1602相对于第二端面1604旋转以创建一个扭转角度1614。在特定的情况下，成型研磨颗粒1600可自本文中描述的过程形成，包括分割片材，更特别地，分割已经以特定的方式扭曲或扭转的片材以赋予最终形成的成型研磨颗粒以扭转角度。在某些情况下，本体1601的扭转可沿一个或多个轴并限定特定类型的扭转角度。例如，如图17中向下看纵轴1680的本体俯视图中所示，其中纵轴1680限定本体1601在端面1602上的长度，端面1602平行于由沿本体1601的宽度维度延伸的侧向轴1681和沿本体1601的高度维度延伸的立轴1682所限定的平面。
根据一个实施例，本体1601可具有纵向扭转角度1614，扭转角度1614限定本体1601中关于纵轴的扭转，使得端面1602和1604相对于彼此旋转。如图17中所示，扭转角度1614可由第一边缘1622的切线与第二边缘1624之间的角度量度，其中第一边缘1622和第二边缘1624由共同的边缘1626接合并共用共同的边缘1626，边缘1626在两个侧面(1610和1612)之间纵向延伸。应理解，其它成型研磨颗粒可形成为相对于侧向轴、立轴或它们的组合具有扭转角度。任何此类扭转角度可具有如本文中的实施例中所述的值。
在一个特定的方面，扭转角度1614可为至少约1°。在其它情况下，扭转角度1614可更大，例如为至少约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°。此外，根据某些实施例，扭转角度1614可不大于约360°，例如不大于约330°，例如不大于约300°、不大于约270°、不大于约230°、不大于约200°或甚至不大于约180°。应理解，某些成型研磨颗粒可具有在任意上面提及的最小角度和最大角度之间的范围内的扭转角度。
图18示出了根据一个实施例的引入了研磨颗粒材料的涂覆研磨制品的横截面示意。如图所示，涂覆磨料1800可包括基材1801和覆盖基材1801的表面的构成涂层(make coat)1803。涂覆磨料1800可还包括研磨颗粒材料1806。所述研磨颗粒材料可包括第一类型的成型研磨颗粒1805、第二类型的呈稀释剂研磨颗粒形式具有无规形状的研磨颗粒材料1807，研磨颗粒材料1807可不必为成型研磨颗粒。涂覆磨料1800可还包括覆盖并粘结到研磨颗粒材料1806和构成涂层1804的胶料涂层(size coat)1804。
根据一个实施例，基材1801可包含有机材料、无机材料以及它们的组合。在某些情况下，基材1801可包含织造材料。然而，基材1801可由非织造材料制成。特别合适的基材材料可包含有机材料，包括聚合物，特别地聚酯、聚氯酯、聚丙烯、聚酰亚胺如来自DuPont的KAPTON、纸。一些合适的无机材料可包括金属、金属合金和特别地铜、铝、钢以及它们的组合的箔。
构成涂层1803可在单一过程中施加到基材1801的表面，或作为替代方案，可将研磨颗粒材料1806与构成涂层1803的材料组合并以混合物施加到基材1801的表面。构成涂层1803的合适材料可包括有机材料，特别地聚合物材料，包括例如聚酯、环氧树脂、聚氯酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚硅氧烷、有机硅、醋酸纤维素、硝化纤维素、天然橡胶、淀粉、虫漆以及它们的混合物。在一个实施例中，构成涂层1803可包含聚酯树脂。然后可将经涂覆基材加热以使树脂和研磨颗粒材料固化到基材。通常，在此固化过程中，可将经涂覆基材1801加热到约100℃至低于约250℃之间的温度。
研磨颗粒材料1806可包括根据本文中的实施例的成型研磨颗粒。在特定的情况下，研磨颗粒材料1806可包括不同类型的成型研磨颗粒。如本文中的实施例中所述，不同类型的成型研磨颗粒可在组成、二维形状、三维形状、尺寸以及它们的组合方面彼此不同。如图所示，涂覆磨料1800可包括具有大体三角形二维形状的成型研磨颗粒1805。
研磨颗粒1807的另一类型可为不同于成型研磨颗粒1805的稀释剂颗粒。例如，稀释剂颗粒可在组成、二维形状、三维形状、尺寸以及它们的组合方面与成型研磨颗粒1805不同。例如，研磨颗粒1807可为具有无规的形状的常规压碎研磨用砂粒。研磨颗粒1807可具有小于成型研磨颗粒1805的中值粒度的中值粒度。
在充分形成具有研磨颗粒材料1806的构成涂层1803后，可形成胶料涂层1804以覆盖并粘结研磨颗粒材料1806于适当的位置。胶料涂层1804可包含有机材料，可基本上由聚合物材料构成，并且显著的是，可使用聚酯、环氧树脂、聚氯酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚硅氧烷、有机硅、醋酸纤维素、硝化纤维素、天然橡胶、淀粉、虫漆以及它们的混合物。
图19示出了根据一个实施例的引入了研磨颗粒材料的粘结研磨制品的示意。如图所示，粘结磨料1900可包含粘结材料1901、含在粘结材料中的研磨颗粒材料1902以及粘结材料1901内的孔隙1908。在特定的情况下，粘结材料1901可包含有机材料、无机材料以及它们的组合。合适的有机材料可包括聚合物，例如环氧树脂、树脂、热固性材料、热塑性材料、聚酰亚胺、聚酰胺以及它们的组合。某些合适的无机材料可包括金属、金属合金、玻璃相材料、结晶相材料、陶瓷以及它们的组合。
在一些情况下，粘结磨料1900的研磨颗粒材料1902可包括成型研磨颗粒1903。在特定的情况下，成型研磨颗粒1903可为不同类型的颗粒，如本文中的实施例中所述，这些颗粒可在组成、二维形状、三维形状、尺寸以及它们的组合方面彼此不同。或者，粘结研磨制品可包含单一类型的成型研磨颗粒。
粘结磨料1900可包含为稀释剂研磨颗粒的一类研磨颗粒材料1907，稀释剂研磨颗粒可在组成、二维形状、三维形状、尺寸以及它们的组合方面与成型研磨颗粒1903不同。
粘结磨料1900的孔隙1908可为开放的孔隙、封闭的孔隙以及它们的组合。基于粘结磨料1900的本体的总体积计，孔隙1908可以多数量(体积％)存在。或者，基于粘结磨料1900的本体的总体积计，孔隙1908可以少数量(体积％)存在。基于粘结磨料1900的本体的总体积计，粘结材料1901可以多数量(体积％)存在。或者，基于粘结磨料1900的本体的总体积计，粘结材料1901可以少数量(体积％)存在。另外，基于粘结磨料1900的本体的总体积计，研磨颗粒材料1902可以多数量(体积％)存在。或者，基于粘结磨料1900的本体的总体积计，研磨颗粒材料1902可以少数量(体积％)存在。
图21示出了根据一个实施例的成型研磨颗粒的侧视图示意。如图所示，成型研磨颗粒2100可包括本体2101，本体2101包括第一层2102和覆盖第一层2102的第二层2103。根据一个实施例，本体2101可具有相对于彼此以阶梯式构型布置的层2102和2103。阶梯式构型可以成型研磨颗粒的本体的两个或更多个部分(例如，层)之间的取向差程度为特征。取向差程度可由一个或多个加工参数来控制或预先确定并可促进研磨颗粒向研磨制品中改进的部署以及研磨制品的性能。
阶梯式构型可由侧向位移2104限定，侧向位移2104可定义为第一层2102的第一边缘2105和第二层2106的第二边缘2106之间的最大侧向距离2107。显著的是，本体2101还显示出阶梯式构型2108，其中第二层2103的一部分悬在第一层2102之上，然而这样的阶梯式构型可不必限定本体2101的侧向位移，因为侧向位移2104与阶梯式构型2108的侧向距离相比具有更大的侧向距离2107。此外，如图20B中所示，侧向位移2109可由第一层2002的边缘和第二层2003的边缘之间沿朝向本体2001的中点2020的方向上的距离2110量度以使得自顶视图进行侧向位移的分析成为可能。本文中的实施例的任意特征，包括例如侧向位移，可使用合适的成像软件(包括例如ImageJ软件)来分析。
根据一个实施例，本体2101可具有由为本体2101的长度的至少约1％的侧向距离2107限定的侧向位移。在其它实施例中，侧向距离2107可更大，例如为本体2101的长度的至少约2％、至少约5％、至少约8％、至少约10％、至少约20％、至少约25％、至少约30％或甚至至少约50％。此外，在一个非限制性实施例中，侧向距离2107可不大于本体2101的长度的约90％，例如不大于约80％、不大于约70％、不大于约60％、不大于约50％、不大于约40％、不大于约30％或甚至不大于约20％。
应理解，本文中的实施例的任意特征可归因于成型研磨颗粒的批次。成型研磨颗粒的批次可包括但不一定包括一组通过同一形成过程制得的成型研磨颗粒。在另一情况下，成型研磨颗粒的批次可为研磨制品如固着研磨制品、更特别地涂覆研磨制品的一组成型研磨颗粒，所述成型研磨颗粒可独立于特定的形成方法，但具有颗粒的特定群体中存在的一个或多个限定性特征。例如，颗粒的批次可包括一定量的适于形成商品级研磨产品的成型研磨颗粒，例如至少约20磅的颗粒。
此外，本文中的实施例的任意特征(例如，纵横比、多个部分、多个层、扩散界面、厚度差异、二维形状差异等)可为单个颗粒的一部分、来自一个批次的颗粒的取样的中值或源自来自一个批次的颗粒的取样的分析的平均值。除非明确指出，否则本文中特征的提及可视为提及基于统计学显著值的中值，所述统计学显著值源自合适数量的一个批次颗粒的随机取样。显著的是，对于本文中的某些实施例，样本大小可包括至少10个、更通常至少40个自一个批次的颗粒随机选取的颗粒。
本文中的实施例中描述的任意特征可为一个批次的成型研磨颗粒的至少一部分中存在的特征。所述部分可为一个批次中颗粒的总数的少数部分(例如，小于50％并且介于1％和49％之间的任意整数)、该批次的颗粒总数的多数部分(例如，50％或更大并且介于50％和99％之间的任意整数)或甚至一个批次的基本上所有颗粒(例如，介于99％和100％之间)。一个批次的任何成型研磨颗粒的一种或多种特征的提供可促进研磨制品中颗粒的替代或改进的部署并还可促进研磨制品的改进的性能或用途。
颗粒材料的批次可包括包含第一类型的成型研磨颗粒的第一部分和包含第二类型的成型研磨颗粒的第二部分。批次内第一部分和第二部分的含量可至少部分地基于某些加工参数来控制。具有第一部分和第二部分的批次的提供可促进研磨制品中颗粒的替代或改进的部署并还可促进研磨制品的改进的性能或用途。
第一部分可包含多个成型研磨颗粒，其中第一部分的每一个颗粒可具有基本上相同的特征，例如相同的二维形状、制得基本上相似的复合体的部分的相同构造(例如，层的相同数量或取向)等。批次可包括不同含量的第一部分。例如，第一部分可以少数量或多数量存在。在特定的情况下，第一部分可以批次内的部分的总含量的至少约1％、例如至少约5％、至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％或甚至至少约70％的量存在。此外，在另一个实施例中，批次可包括不大于批次内的全部部分的约99％、例如不大于约90％、不大于约80％、不大于约70％、不大于约60％、不大于约50％、不大于约40％、不大于约30％、不大于约20％、不大于约10％、不大于约8％、不大于约6％或甚至不大于约4％。批次可包括在任意上面提及的最小百分数和最大百分数之间的范围内的含量的第一部分。
第二部分可包含多个成型研磨颗粒，其中第二部分的每一个成型研磨颗粒可具有基本上相同的类型的二维形状。第二部分可具有本文中的实施例的一种或多种特征，与第一部分的多个成型研磨颗粒相比，所述特征可不同。在某些情况下，批次可包括相对于第一部分而言较少含量的第二部分，更特别地，可包括相对于批次中颗粒的总含量而言少数含量的第二部分。例如，批次可含有特定含量的第二部分，包括例如不大于约40％，例如不大于约30％、不大于约20％、不大于约10％、不大于约8％、不大于约6％或甚至不大于约4％。此外，在至少一个非限制性实施例中，批次可含有批次内的部分的总含量的至少约0.5％，例如至少约1％、至少约2％、至少约3％、至少约4％、至少约10％、至少约15％或甚至至少约20％的第二部分。应理解，批次可含有在任意上面提及的最小百分数和最大百分数之间的范围内的含量的第二部分。
此外，在一个替代的实施例中，批次可包括相对于第一部分而言较大含量的第二部分，更特别地，可包括批次中颗粒的总含量的多数含量的第二部分。例如，在至少一个实施例中，批次可含有批次的全部部分的至少约55％、例如至少约60％的第二部分。
在一个特定的实施例中，批次可包括包含多个成型研磨颗粒的第一部分，其中每一个所述颗粒具有本体，所述本体包括第一层和覆盖第一层的第二层。该批次可包括包含多个成型研磨颗粒的第二部分，其中每一个所述颗粒具有本体，所述本体包括第一层、覆盖第一层的第二层以及设置在第一层和第二层之间的中间层。应理解，前面的实施例为多个示例性批次中之一，其可包括至少第一和第二部分，其中每一个部分包含多个成型研磨颗粒，并且不同部分的每一个颗粒具有至少一种彼此不同的特征。
应理解，批次可包括其它部分，包括例如第三部分，所述第三部分包含多个具有第三特征的成型研磨颗粒，所述第三特征可与第一和第二部分的颗粒的特征不同。批次可相对于第二部分和第一部分而言包含各种含量的第三部分。第三部分可以少数量或多数量存在。在特定的情况下，第三部分可以不大于批次内全部部分的约40％、例如不大于约30％、不大于约20％、不大于约10％、不大于约8％、不大于约6％或甚至不大于约4％的量存在。此外，在其它实施例中，批次可包含最小含量的第三部分，例如至少约1％，例如至少约5％、至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％或甚至至少约50％。批次可包含在任意上面提及的最小百分数和最大百分数之间的范围内的含量的第三部分。此外，批次可包含一定含量的稀释剂，即无规成型研磨颗粒，其可以与本文中的实施例的任意部分相同的量存在。
实例
制得呈凝胶形式的第一混合物，其包含35-46重量％自SasolCorporation商购获得的勃姆石。该混合物还包含水、少数含量的硝酸以及有机材料。将该第一混合物印刷到第一丝网的开口中，该第一丝网具有等边三角形形状的开口，所述开口的边长为大约1-2.5mm，从而在第一丝网中形成第一组前体成型研磨颗粒。
使用第一混合物与掺杂剂前体的固体总重量的大约1重量％的添加剂制得呈凝胶形式的第二混合物。掺杂剂前体为经乙酸盐稳定化的胶态氧化锆，其可以Nyacol商购获得。将第二丝网置于第一组前体成型颗粒上方。第二丝网具有等边三角形形状的开口，所述开口的边长为大约1-2.5mm。将第二混合物印刷到第二丝网的开口中并到第一组前体成型研磨颗粒的表面上。将颗粒干燥并然后在1300℃至1400℃下于空气中烧结15分钟至1小时。
根据实例1形成颗粒并经受成像分析。图22示出了根据实例1的实施例形成的成型研磨颗粒的侧视图像。如图所示，本体2201具有第一层2202和覆盖第一层2202的第二层2203。层2202和2203以阶梯式构型取向并限定相对于本体的长度为大约17％的侧向位移距离，本体的长度由图像中所示第二层2203的边的长度所量度。根据实例1形成的颗粒中的显著部分显示出该阶梯式构型。
图23A和23B示出了根据实例1制得的成型研磨颗粒的图像。图23A的成型研磨颗粒具有本体2301，本体2301包括第一层2302和覆盖第一层2302的第二层2303。如图所示，在线2300处在本体2301的厚度上进行元素线扫描以分析第二层2303的含锆掺杂剂材料向第一层2302中扩散的扩散曲线图。显著的是，在第二层2303内，如2304处所示掺杂剂的含量与如2305处所示第一层2302中掺杂剂的含量相比显著不同。特别地，第二层2303中掺杂剂的含量显著大于第一层2302中掺杂剂的含量。
本体2301包括扩散界面2306，其由第一层2302和第二层2302之间掺杂剂浓度的阶跃函数差异限定。虽然已发生了掺杂剂材料从第二层2303到第一层2302中的一些扩散，但基于第二层2303中2304处锆含量与第一层2302中2305处测得的锆的含量相比的差异，扩散界面是明显的。
图23B的成型研磨颗粒具有本体2311，本体2311包括第一层2312和覆盖第一层2312的第二层2313。如图所示，在线2310处在本体2311的厚度上进行元素线扫描以分析第二层2313的含锆掺杂剂材料向第一层2312中扩散的扩散曲线图。显著的是，在第二层2313内，如2314处所示掺杂剂的含量与如2315处所示第一层2312中掺杂剂的含量相比显著不同，特别地，显著较高。此外，本体2311具有明显的扩散界面2316，其由第一层2312和第二层2312之间掺杂剂浓度的阶跃函数差异限定。虽然已发生了掺杂剂材料从第二层2313到第一层2312中的一些扩散，但基于第二层2313中2314处锆含量与第一层2312中2315处测得的锆的含量相比的差异，扩散界面2316是显而易见的。
本申请与现有技术相偏离。虽然工业已认识到成型研磨颗粒可通过方法如模制和丝网印刷形成，但本文中的实施例的方法与此类方法截然不同。显著的是，本文中的实施例包括促进具有特定特征的成型研磨颗粒的批料的形成的过程特征的组合。此外，本文中的实施例的成型研磨颗粒可具有与其它颗粒截然不同的特征的特定组合，所述特征包括但不限于纵横比、组成、添加剂、二维形状、三维形状、阶梯式构型、不同的二维形状、扩散界面、不同部分、层和区域掺杂剂浓度的差异以及它们的组合。并且事实上，在固着磨料如粘结磨料或涂覆磨料的情况下，一种或多种此类特征预期将促进研磨制品中替代的部署并还可促进改进的性能。
上面公开的主题应视为示意性的而非限制性的，并且附随的权利要求意在涵盖所有此类改变、增强和其它实施例，所述改变、增强和其它实施例将落在本发明的真实范围内。因此，在法律允许的最大程度上，本发明的范围应由下面的权利要求及它们的等价物的最广义的许可解释决定而不应受前面的具体实施方式所约束或限制。
本发明的摘要为符合专利法而提供并在了解其将不被用来解释或限制权利要求的范围或含义的前提下提交。此外，在前面的具体实施方式中，就简化本发明的目的而言，可将各种特征集合在一起或在单个实施例中描述。本发明不应理解为反映所要求保护的实施例比每项权利要求中所明确述及的需要更多特征的意图。相反，如下面的权利要求所反映，本发明的主题可指向小于任意所公开的实施例的所有特征。因此，下面的权利要求被结合到具体实施方式中，每项权利要求独立地限定单独地要求保护的主题。

Claims (84)

1.一种颗粒材料，所述颗粒材料包括：
成型研磨颗粒，所述成型研磨颗粒具有本体，所述本体包括：
第一层，所述第一层包括中心区域，所述中心区域包括所述本体的几何中心且具有第一掺杂剂浓度(D1c)；和
覆盖所述第一层的第二层，所述第二层包括外围区域，所述外围区域包括与所述几何中心间隔开的所述本体的外表面并具有第二掺杂剂浓度(D2c)；和
其中所述本体包含所述第一掺杂剂浓度和所述第二掺杂剂浓度之间至少约0.2重量％的掺杂剂浓度差异(ΔDc)。
2.一种成型研磨颗粒，所述成型研磨颗粒具有本体，所述本体包括：
第一层，所述第一层具有第一掺杂剂浓度(D1c)；和
第二层，所述第二层覆盖所述第一层并具有第二掺杂剂浓度(D2c)；和
其中所述第一层和所述第二层在组成上相差至少一种选自包括Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Zr、Hf、Ce、Pr、V、Nb、Ta、Mn、Fe以及它们的组合的元素的掺杂剂材料。
3.一种颗粒材料，所述颗粒材料包括：
成型研磨颗粒，所述成型研磨颗粒具有本体，所述本体包括：
第一层；
第二层，所述第二层覆盖所述第一层并包含第二掺杂剂；和
其中第一层和第二层相对于彼此以阶梯式构型布置。
4.一种颗粒材料，所述颗粒材料包括：
成型研磨颗粒，所述成型研磨颗粒具有本体，所述本体包括：
第一层；
第二层，所述第二层覆盖所述第一层并包含第二掺杂剂；和
设置在所述第一层和所述第二层之间的扩散界面。
5.根据权利要求1和2中任一项所述的颗粒材料，其中所述第一掺杂剂浓度大于所述第二掺杂剂浓度。
6.根据权利要求1和2中任一项所述的颗粒材料，其中所述第二掺杂剂浓度大于所述第一掺杂剂浓度。
7.根据权利要求3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第一层包含第一掺杂剂浓度，并且其中所述第一掺杂剂浓度大于所述第二掺杂剂浓度。
8.根据权利要求3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第一层包含第一掺杂剂浓度，并且其中所述第二掺杂剂浓度大于所述第一掺杂剂浓度。
9.根据权利要求1所述的颗粒材料，其中所述掺杂剂浓度差异为至少约0.6重量％。
10.根据权利要求1所述的颗粒材料，其中所述掺杂剂浓度差异不大于约30重量％。
11.根据权利要求2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第一层包含第一掺杂剂浓度，并且其中所述本体包含所述第一掺杂剂浓度和所述第二掺杂剂浓度之间至少约0.2重量％的掺杂剂浓度差异(ΔDc)。
12.根据权利要求2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第一层包含第一掺杂剂浓度，并且其中所述本体包含所述第一掺杂剂浓度和所述第二掺杂剂浓度之间不大于约30重量％的掺杂剂浓度差异(ΔDc)。
13.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述本体包括长度(l)、宽度(w)和厚度(t)，其中所述长度≥宽度并且所述宽度≥厚度，并且其中所述本体包含如在由所述本体的长度和宽度所限定的平面中所观察到的二维形状，所述二维形状选自多边形、椭圆形、数字、希腊字母表字符、拉丁字母表字符、俄语字母表字符、具有多边形形状的组合的复杂形状。
14.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述本体包含选自氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、碳氧化物、氮氧化物以及它们的组合的材料。
15.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述本体基本上由氧化铝构成。
16.根据权利要求1和2中任一项所述的颗粒材料，其中所述第一掺杂剂选自碱元素、碱土元素、稀土元素、铪(Hf)、锆(Zr)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)以及它们的组合。
17.根据权利要求3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第一层包含第一掺杂剂并且所述第一掺杂剂选自碱元素、碱土元素、稀土元素、铪(Hf)、锆(Zr)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)以及它们的组合。
18.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第二掺杂剂选自碱元素、碱土元素、稀土元素、铪(Hf)、锆(Zr)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)以及它们的组合。
19.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述本体包含不大于所述本体的总重量的约12重量％的第一掺杂剂。
20.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述本体包含不大于所述本体的总重量的约12重量％的所述第二掺杂剂。
21.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述本体包括长度(l)、宽度(w)和厚度(t)，其中所述成型研磨颗粒包含至少约1.2∶1的第一纵横比，所述第一纵横比由长度∶宽度的比率定义。
22.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述本体在所述本体的中点处包含比在所述本体的角处的厚度大的厚度，其中所述本体包含至少1.1的角/中点厚度差异，其中所述角/中点厚度差异(c/mΔt)为平均角厚度(tc)除以中点厚度(tm)的量度。
23.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述本体在所述本体的角处包含比所述本体的中点处的厚度大的厚度。
24.根据权利要求1、2和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第一层和所述第二层相对于彼此以阶梯式构型布置。
25.根据权利要求24所述的颗粒材料，其中所述阶梯式构型由所述第一层相对于所述第二层的侧向位移限定。
26.根据权利要求25所述的颗粒材料，其中所述侧向位移包含所述本体的总长度的至少约1％的侧向距离。
27.根据权利要求26所述的颗粒材料，其中所述侧向距离不大于所述本体的总长度的约90％。
28.根据权利要求3所述的颗粒材料，其中所述阶梯式构型由所述第一层相对于所述第二层的侧向位移限定。
29.根据权利要求28所述的颗粒材料，其中所述侧向位移包括所述本体的总长度的至少约1％的侧向距离。
30.根据权利要求29所述的颗粒材料，其中所述侧向距离不大于所述本体的总长度的约90％。
31.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中与所述第二层的体积部分相比，所述第一层占所述本体的总体积的不同体积部分(体积％)。
32.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中与所述第二层的体积部分相比，所述第一层占所述本体的总体积的更大体积部分(体积％)。
33.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，所述颗粒材料还包括中间层，所述中间层包括中间区域，所述中间区域设置在所述第一层和所述第二层的至少一部分之间。
34.根据权利要求33所述的颗粒材料，其中所述中间区域包含第三掺杂剂浓度(D3c)并且其中所述本体包含所述第一掺杂剂浓度和所述第三掺杂剂浓度之间的掺杂剂浓度差异(ΔDc)。
35.根据权利要求34所述的颗粒材料，其中所述本体包含所述第二掺杂剂浓度和所述第三掺杂剂浓度之间的掺杂剂浓度差异(ΔDc)。
36.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第一层是基本上平面的并在所述本体的整个长度上延伸并限定所述本体的外表面的至少一部分。
37.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第二层是基本上平面的并在所述本体的整个长度上延伸并限定所述本体的外表面的至少一部分。
38.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第一层包含第一厚度、所述第二层包含第二厚度，并且其中所述第一厚度和所述第二厚度基本上相同。
39.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第一层包含第一厚度、所述第二层包含第二厚度，并且其中所述第一厚度和所述第二厚度基本上不同。
40.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第一层包含第一厚度、所述第二层包含第二厚度，并且其中所述第一厚度和所述第二厚度相差至少约5％。
41.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第一层包含第一厚度、所述第二层包含第二厚度，并且其中所述第一厚度和所述第二厚度相差不大于约90％。
42.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第一层包含为所述本体的平均厚度的至少约5％的第一厚度。
43.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第二层包含为所述本体的平均厚度的至少约5％的第二厚度。
44.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第一层与所述第二层直接接触。
45.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第二掺杂剂包含氧化锆，并且其中所述第二层包含比所述第一层中的氧化锆含量高的氧化锆含量，并还包含所述第一层与所述第二层之间至少约0.6重量％的氧化锆的掺杂剂浓度差异(ΔDc)。
46.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第一层包含第一掺杂剂并且基本上不含所述第二掺杂剂材料。
47.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第二层基本上不含所述第一层的第一掺杂剂材料。
48.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第一层限定如在由所述本体的长度和宽度所限定的平面中所观察到的第一二维形状，所述第一二维形状选自多边形、椭圆形、数字、希腊字母表字符、拉丁字母表字符、俄语字母表字符、具有多边形形状的组合的复杂形状以及它们的组合。
49.根据权利要求48所述的颗粒材料，其中所述第二层限定如在由所述本体的长度和宽度所限定的平面中所观察到的第二二维形状，所述第二二维形状选自多边形、椭圆形、数字、希腊字母表字符、拉丁字母表字符、俄语字母表字符、具有多边形形状的组合的复杂形状以及它们的组合。
50.根据权利要求49所述的颗粒材料，其中所述第二二维形状不同于所述第一二维形状。
51.根据权利要求49所述的颗粒材料，其中所述第二二维形状占不同于所述第一二维形状的平均体积的平均体积。
52.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的颗粒材料，其中所述第一层相对于所述第二层处于压缩中。
53.根据权利要求1、2和3中任一项所述的颗粒材料，所述颗粒材料还包括设置在所述第一层和所述第二层之间的扩散界面，其中所述扩散界面在所述第一层和所述第二层之间的整个面积上延伸。
54.根据权利要求1、2和3中任一项所述的颗粒材料，所述颗粒材料还包括设置在所述第一层和所述第二层之间的扩散界面，其中所述扩散界面限定并分离所述第一层和第二层。
55.根据权利要求1、2和3中任一项所述的颗粒材料，所述颗粒材料还包括设置在所述第一层和所述第二层之间的扩散界面，其中所述扩散界面限定所述第二掺杂剂自所述第二层向所述第一层中扩散的扩散边界。
56.根据权利要求1、2和3中任一项所述的颗粒材料，所述颗粒材料还包括设置在所述第一层和所述第二层之间的扩散界面，其中所述扩散界面限定所述第一层和所述第二层之间至少一种掺杂剂的浓度的阶跃函数差异。
57.根据权利要求1、2和3中任一项所述的颗粒材料，所述颗粒材料还包括设置在所述第一层和所述第二层之间的扩散界面，其中所述扩散界面将具有第一掺杂剂浓度(D1c)的所述第一层的区域与具有第二掺杂剂浓度(D2c)的所述第二层的区域分离开。
58.根据权利要求4所述的颗粒材料，其中所述扩散界面在所述第一层和所述第二层之间的整个面积上延伸。
59.根据权利要求4所述的颗粒材料，其中所述扩散界面限定并分离所述第一层和第二层。
60.根据权利要求4所述的颗粒材料，其中所述扩散界面限定所述第二掺杂剂自所述第二层向所述第一层中扩散的扩散边界。
61.根据权利要求4所述的颗粒材料，其中所述扩散界面限定所述第一层和所述第二层之间至少一种掺杂剂的浓度的阶跃函数差异。
62.根据权利要求4所述的颗粒材料，其中所述扩散界面限定所述第二层中所述第二掺杂剂的浓度与所述第一层中所述第二掺杂剂的浓度相比的阶跃函数差异。
63.一种形成成型研磨颗粒的方法，所述方法包括：
在单个形成过程中将第一混合物和第二混合物形成为一体的前体成型研磨颗粒，其中所述第一混合物具有与所述第二混合物的组成不同的组成。
64.根据权利要求63所述的方法，其中所述形成包括形成包含所述第一混合物和所述第二混合物的片材。
65.根据权利要求63所述的方法，其中所述形成包括形成包含所述第一混合物和所述第二混合物的复合片材，并且其中所述复合片材包括第一片材和第二片材，所述第一片材包含所述第一混合物，所述第二片材包含所述第二混合物。
66.根据权利要求63所述的方法，其中所述单个形成过程包括所述第一混合物和所述第二混合物的共挤出过程。
67.根据权利要求63所述的方法，其中所述第一混合物包含掺杂剂前体，并且其中所述掺杂剂前体为所述混合物内不同的相。
68.根据权利要求63所述的方法，其中所述第一混合物包含掺杂剂前体，并且其中所述掺杂剂前体在与所述混合物的溶液中。
69.根据权利要求63所述的方法，其中所述第二混合物包含掺杂剂前体，并且其中所述掺杂剂前体为所述混合物内不同的相。
70.根据权利要求63所述的方法，其中所述第二混合物包含掺杂剂前体，并且其中所述掺杂剂前体在与所述混合物的溶液中。
71.根据权利要求63所述的方法，其中形成所述前体成型研磨颗粒包括分割包含所述第一混合物和第二混合物的坯体，并且其中所述分割包括选自切割、压制、冲孔、压碎、辊压、扭转、弯折、干燥以及它们的组合的过程。
72.根据权利要求71所述的方法，其中所述分割包括形成多个具有第一横截面形状的第一类型前体成型研磨颗粒和具有不同于所述第一横截面形状的第二横截面形状的第二类型前体成型研磨颗粒。
73.一种形成成型研磨颗粒的方法，所述方法包括：
自第一模头挤出第一混合物通过第一丝网中的开口；和
自第二模头挤出第二混合物通过第二丝网中的开口以形成包含所述第一混合物和第二混合物的复合前体成型研磨颗粒，其中所述第一混合物具有与所述第二混合物的组成不同的组成。
74.根据权利要求73所述的方法，其中所述第一丝网和所述第二丝网为相同的丝网。
75.根据权利要求73所述的方法，其中所述第一丝网和所述第二丝网为不同的丝网。
76.根据权利要求73所述的方法，其中所述第一混合物和第二混合物被同时挤出到所述开口中。
77.根据权利要求73所述的方法，其中所述第一混合物于第一时间在所述第一丝网中提供而所述第二混合物于第二时间在所述第二丝网中提供。
78.根据权利要求77所述的方法，其中所述第二时间不同于所述第一时间。
79.根据权利要求73所述的方法，其中所述第一混合物通过第一模头开口挤出而所述第二混合物通过第二模头开口挤出，其中所述第一模头开口和第二模头开口相对于彼此共轴地布置。
80.根据权利要求73所述的方法，其中所述第二混合物具有不同于所述第一混合物的储能模量的储能模量。
81.一种涂覆研磨制品，所述涂覆研磨制品包括：
基材；和
成型研磨颗粒，所述成型研磨颗粒覆盖所述基材且具有本体，所述本体包括第一部分和第二部分，所述第一部分包括中心区域，所述中心区域包括所述本体的几何中心且具有第一掺杂剂浓度(D1c)，所述第二部分包括外围区域，所述外围区域包括与所述几何中心间隔开的所述本体的外表面且具有第二掺杂剂浓度(D2c)，其中所述本体包含所述第一掺杂剂浓度和所述第二掺杂剂浓度之间的掺杂剂浓度差异(ΔDc)。
82.根据权利要求81所述的涂覆研磨制品，其中所述基材包含柔性材料。
83.根据权利要求81所述的涂覆研磨制品，所述涂覆研磨制品还包括覆盖所述基材的构成涂层。
84.根据权利要求81所述的涂覆研磨制品，所述涂覆研磨制品还包括覆盖所述基材的胶料涂层。
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