CN104144769A - 研磨制品和用于精修表面的方法 - Google Patents

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Abstract

一种工程化涂布的研磨制品，具有通过对首先用功能性粉末进行表面涂布的的磨料浆料配方进行压花而形成的磨料结构的三维图案，其中所述磨料浆料包括具有总体上球体的或环形的形状的生的、未烧制的磨料聚集体，所述聚集体由包括磨料粗砂颗粒和纳米颗粒粘结剂的组合物形成。所述涂布的研磨制品能够精修和修复表面、包括涂布的表面中的缺陷。

Description

研磨制品和用于精修表面的方法
技术领域
本公开内容总体上涉及工程化(engineered)研磨制品和与表面的抛光和精修有关的方法，所述表面包括天然和合成基材，例如金属、陶瓷、木材、聚合物、玻璃和石头。
背景技术
研磨制品，例如工程化涂布的研磨制品，用在不同的工业中用于例如通过磨光、研磨或抛光来磨蚀工件。使用工程化涂布的磨料的表面加工跨越从光学器件工业到金属制造工业的宽的工业和消费者范围。表面、特别是金属、玻璃、陶瓷、石头和涂布的表面的有效且高效率的精细抛光提出许多挑战。
表面特性，例如表面粗糙度和表面均匀性可影响工件的外观、性能和寿命。特别地，可测量表面特性例如表面粗糙度、光泽、和表面缺陷的缺乏来确定表面品质。例如，辊和发动机部件依赖于被精密抛光以实现合适的性能和效率的金属表面。
典型地，表面中的任何缺陷通过如下除去：首先用粗晶粒磨料磨蚀，接着随后用逐渐更细的晶粒磨料磨蚀，直至实现期望的光滑度(即，可接受的粗糙度)。因此，所使用的研磨制品的性质将通常影响表面品质。
除表面特性之外，工业对与研磨操作有关的成本也是敏感的。影响操作成本的因素包括表面可被制备的速度和用于制备该表面的材料的成本。典型地，工业寻求具有高的材料移除速率的成本有效的材料。然而，呈现高的移除速率的磨料常常也在实现期望的表面特性方面呈现差的性能。相反，产生期望的表面特性的磨料时常地具有低的材料移除速率。为此原因，表面的制备常常是使用不同级别的磨料的多步过程。典型地，被一个步骤引入的表面瑕疵(例如，刮痕)在一个或多个随后的步骤中使用逐渐更细的晶粒磨料修复(例如，移除)。因此，引入刮痕和表面瑕疵的磨料导致在随后的加工步骤中的增加的时间、努力和材料的支出以及整个加工成本的总体增加。
影响材料移除速率和表面品质的额外因素是以“切屑(swarf)”而“负载”磨料，即，从工件表面磨蚀的材料，其趋向于在研磨颗粒的表面上和在研磨颗粒之间积聚。负载是不期望的，因为其典型地降低研磨制品的效力并且还可通过增加刮痕缺陷的可能性而负面地影响表面特性。
表面特性和材料移除速率还可受研磨制品的耐久性影响。容易地磨损或失去磨料晶粒的研磨制品两者都可呈现低的材料移除速率并且可导致表面缺陷。研磨制品的快速磨损可导致材料移除速率的降低，从而导致用于研磨制品的频繁调换的时间损失和与丢弃的研磨制品有关的增加的废弃物。
持续存在对于促进高效率的磨蚀和改善的表面特性的改善的、成本有效的研磨制品、方法和系统的需求。
附图说明
通过参考附图，可更好地理解本公开内容，且使其许多特征和优点对于本领域技术人员是明晰的。
图1为形成工程化研磨制品的方法的一个实施例的过程图。
图2为显示具有形成四边形平截头体(frustra)的“16四边形(quad)”压花图案的工程化研磨制品的一个实施例的顶视图的照片，所述工程化研磨制品具有施加到所述压花图案的表面的生的未烧制的聚集体，所述生的未烧制的聚集体也分散在固化聚合物中。
图3为显示在四边形平截头体表面上的生的未烧制的聚集体层的与图2相同的实施例的特写照片。
图4为显示工程化涂布的磨料的两个不同实施例的照片，左边的一个具有“16四边形”图案且右边的一个具有“10四边形”图案。
图5为具有分散在聚合物浆料中的生的未烧制的聚集体的工程化涂布的研磨制品的一个实施例的横截面图。
图6为显示根据本发明的磨料带的一个实施例的横截面的来自扫描电子显微镜的显微照片。
图7为显示根据本发明的磨料带的一个实施例的放大横截面的来自扫描电子显微镜的显微照片。
图8为显示根据本发明的形成工程化涂布的磨料的平截头体的分散在固化聚合物中的磨料聚集体的一个实施例的放大横截面的来自扫描电子显微镜的显微照片。
图9为显示根据本发明的分散在固化聚合物中的磨料聚集体的一个实施例的放大横截面的来自扫描电子显微镜的显微照片。
图10为显示根据本发明的磨料带的磨损表面的放大顶视图的来自扫描电子显微镜的显微照片。
图11为显示根据本发明的发明性工程化磨料带的一个实施例和常规软木(cork)磨料带的对比测试的结果的图。
在不同的附图中使用相同的标记符号表示类似或相同的条目。
具体实施方式
提供与附图结合的下列描述以帮助理解本文中公开的教导。下列讨论将焦点在于所述教导的具体实施和实施例。该焦点被提供以帮助描述所述教导且不应解释为对所述教导的范围或适用性的限制。
术语“平均的”当指代数值时，意图表示平均值、几何平均数、或中值。
如本文中所使用的，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“includes(包括)”、“including(包括)”、“具有(has)”、“具有(having)”或其任何其它变型意图涵盖非排他性的包括。例如，包括一系列特征的过程、方法、制品或装置不一定仅限于那些特征，而是可包括未明确列举的其它特征或为这样的过程、方法、制品或装置所固有的其它特征。此外，除非明确地相反说明，“或”是指包含性的或，而不是指排他性的或。例如，以下的任一种满足条件A或B：A是真的(或存在)且B是假的(或不存在)，A是假的(或不存在)且B是真的(或存在)，以及A和B两者都是真的(或存在)。
“一个”或“一种”的使用被用于描述本文中所描述的要素和组分。这样做仅仅是为了方便起见并且给出本发明范围的大体意义。本说明书应被阅读成包括一个(种)或至少一个(种)并且单数也包括复数，或者反之亦然，除非明显其有另外的意思。
除非另外定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域中的普通技术人员通常理解的相同的含义。材料、方法和实例仅是说明性的且不意图为限制性的。到本文中未描述的程度，关于具体的材料和加工行为的许多细节是常规的且可在工程化磨料领域内的教科书和其它来源中找到。
图1显示制造工程化涂布的研磨制品的方法100的具体实施例。所述过程在行动101处通过获得具有总体上球体的或环形的(toroidal)形状的生的、未烧制的磨料聚集体开始，所述磨料聚集体由包括磨料粗砂(abrasivegrit)颗粒和纳米颗粒粘结剂的组合物形成，其中所述纳米颗粒粘结剂形成连续的基体相，所述磨料粗砂颗粒均匀地分布在所述连续的基体相中。在行动103中，聚合物树脂、磨料聚集体、交联剂和催化剂的混合在一起发生以形成磨料浆料配方。在行动105中，将所述磨料浆料配方施加到背衬发生。处理经沉积的浆料配方以使所述浆料配方的至少表面部分变成塑性的但非流动性的发生在行动107中。在行动109中，在所述浆料配方上压花图案发生。在行动113期间，使所述磨料浆料配方固化以保持所述压花图案并因此形成工程化磨料发生。任选地，施加额外的磨料晶粒、功能性粉末、或其它表面处理可发生在行动111期间，在图案的压花109之后但在固化113之前。
如本文中所使用的，术语“聚集体”可用于指由以使得相对难以通过施加压力或搅动将聚集体颗粒分离或分解成更小的颗粒的方式组合的多个更小的颗粒制成的颗粒。这与术语“附聚物”是相反的，“附聚物”在本文中用来指由以使得相对容易例如通过施加压力或手动搅动将附聚物颗粒分离或将附聚物颗粒分解回到更小的颗粒的方式组合的多个更小的颗粒构成的颗粒。
磨料聚集体
根据一个实施例，提供特别适合用于其中实施磨蚀以移除材料和改善表面品质的机械加工操作的磨料聚集体。磨料聚集体可通过基于浆料的加工形成。实施例可利用喷雾干燥，其中将包含所述聚集体的构成材料和液体载体例如水的浆料混合在一起，使其雾化成小滴，并干燥。一些实施例将磨料粗砂、粘结剂、分散剂和交联剂组合。
合适的生的、未烧制的磨料聚集体包括，例如，在Starling的美国专利No.8,038,751的方法中描述的和根据该方法制造的那些。通过参考引入Starling的美国专利No.8,038,751的与生的、未烧制的磨料聚集体有关的教导用于所有目的。合适的磨料聚集体也可从圣戈班磨料磨具公司(Saint-Gobain Abrasives，Inc.)以商标得到且是生的、未烧制的磨料聚集体的示例。根据一些实施例，所述研磨制品包括具有复合结构的生的未烧制的磨料聚集体，所述复合结构包括具有在微米颗粒(microparticle)范围内的尺寸的磨料粗砂和纳米颗粒粘结剂两者，所述纳米颗粒粘结剂提供所述磨料聚集体的基体，所述磨料粗砂嵌入或包含在所述基体中。
典型地，所述磨料聚集体用在没有将改变所述磨料聚集体的微晶尺寸、晶粒尺寸、密度、拉伸强度、杨氏模量等的显著的后形成热处理例如煅烧、烧结或重结晶的研磨制品中。这样的热处理过程，虽然是常见的且通常在超过400℃、通常500℃和更高的情况下实施、对于一些陶瓷物质在范围从800℃到1200℃和更高的情况下容易地实施，但不用在本文中。
所述磨料聚集体具有以磨料粗砂在纳米颗粒粘结剂中的均匀分布为特征的显著的形态。另外，所述磨料聚集体具有总体上球形的或环形的形状，所述磨料聚集体由包括磨料粗砂颗粒和纳米颗粒粘结剂的组合物形成。所述聚集体可为实心的球、球状体和圆环(toroid)。或者，所述聚集体可为中空的球、球状体和圆环。当在放大下观察时，如图6到图10的扫描电子显微照片中所显示的，所述磨料聚集体具有总体上球形的形状，特征为圆形的或球形的。然而，在一些情况中，可观察到所述磨料聚集体在所述磨料聚集体的中心附近具有空隙，且由此呈现更环形的或像环的形状，也如在图6到图10的扫描电子显微照片中看到的。可观察到所述磨料粗砂材料的单独颗粒分散在所述磨料聚集体的表面上方和其内部中。注意，图6到图10显示在树脂粘结剂体系中结合在一起的分散的单独的磨料聚集体。
可调节所述磨料聚集体的尺寸和尺寸范围且其可取决于许多因素，包括混合物的组成、以及如果在磨料聚集体形成中使用喷雾干燥器，喷雾干燥器的进料速率。例如，已使用喷雾干燥器成功地制造了具有包括如下的那些的尺寸的磨料聚集体：约15微米、20微米、35微米、40微米、45微米、50微米、55微米、60微米、65微米、和70微米。这些磨料聚集体可包括范围从约5到约15微米的磨料粗砂颗粒。在具体实施例中，所述磨料聚集体尺寸范围从约20微米到约70微米、约30微米到约65微米、或约35微米到约60微米。在另一实施例中，平均磨料聚集体尺寸范围从约45到约55微米、或约50微米。
所述磨料聚集体的进一步研究已揭示，在一些实施例中，球状体是中空，而在其它实施例中，所述聚集体是实心的，和在甚至其它实施例中，所述聚集体基本上被晶粒(grain)和/或纳米颗粒粘结剂填充。中空颗粒可被类比成厚壳的短柄墙球(racquet ball)，其具有在所述磨料聚集体的平均粒度的约0.08到约0.4倍范围内的壁厚(tw)。可调节工艺参数和组成参数以实现不同的壁厚。
一旦形成，如果期望的话，在施加到背衬或以其它方式用在抛光操作中之前，可将所述磨料聚集体分级和/或分离成不同的尺寸范围。所述磨料聚集体的分级可通过筛分、拣选或重力分离技术完成。在一个实施例中，所述磨料聚集体可经由通过标准尺寸网筛，例如标准170网筛而分级，所述标准170网筛容许具有约90微米的平均粒度的颗粒通过。
磨料粗砂颗粒
形成所述磨料聚集体的磨料粗砂颗粒通常具有大于约3、且优选从约3到约10的莫氏硬度。对于特定应用，所述磨料粗砂颗粒具有至少5、6、7、8或9的莫氏硬度。在一个实施例中，所述磨料粗砂颗粒具有9的莫氏硬度。通常认为所述磨料粗砂颗粒用作所述磨料聚集体中的主要活性研磨或抛光剂。合适的研磨组合物的实例包括非金属无机固体例如碳化物、氧化物、氮化物和一些碳质材料。氧化物包括氧化硅(例如石英，方英石和玻璃形式)、氧化钸、氧化锆、氧化铝。碳化物和氮化物包括，但不限于，碳化硅、铝、氮化硼(包括立方氮化硼)、碳化钛、氮化钛、氮化硅。碳质材料包括金刚石，其广义地包括合成金刚石、金刚石状碳、和相关的碳质材料例如富勒体(fullerite)和聚集体金刚石纳米棒。材料还可包括一系列天然存在的开采的矿物例如石榴石、方英石、石英、金刚砂、长石作为实例。本公开内容的一些实施例利用金刚石、碳化硅、氧化铝、和/或氧化钸材料，其中碳化硅被显示是特别有效的。另外，技术人员将理解，拥有期望的硬度特性的各种其它组合物可用作本公开内容的磨料聚集体中的磨料粗砂颗粒。另外，在根据本公开内容的一些实施例中，在相同的磨料聚集体中可使用两种或更多种不同磨料粗砂颗粒的混合物。
如应从前述描述所理解的，在实施例中可利用多种磨料粗砂颗粒。在前述内容中，立方氮化硼和金刚石被认为是“超级磨料”颗粒，且已经找到对于专门的机械加工操作(包括高度严格的抛光操作)的广泛的商业用途。此外，所述磨料粗砂颗粒可在引入所述磨料聚集体中之前被处理以在单独的颗粒上形成冶金学涂层。所述超级磨料粗砂特别适合用于涂布的。典型的冶金学涂层包括镍、钛、铜、银以及其合金和混合物。
通常，所述磨料粗砂颗粒的尺寸位于微米颗粒范围内。如本文中所使用的，术语“微米颗粒”可用于指具有约0.1微米到约50微米，优选至少约0.2微米、约0.5微米、或约0.75微米，且不大于约30微米例如不大于约25微米、不大于约20微米、或不大于约15微米的平均粒度的颗粒。具体实施例具有约0.3微米到约20微米的平均粒度。所述磨料粗砂颗粒的尺寸可根据所使用的粗砂颗粒的类型而改变。例如，金刚石粗砂颗粒可具有约0.3到约20微米的尺寸，碳化硅粗砂颗粒可具有约0.3到约20微米的尺寸，且氧化铝粗砂颗粒可具有约0.3到约20微米的尺寸。
应注意，所述磨料粗砂颗粒可由更小的颗粒的磨料聚集体例如磨料聚集体纳米颗粒形成，尽管更通常，磨料粗砂由在微米颗粒范围内的单一颗粒形成。如本文中所使用的，术语“纳米颗粒”可用于指具有约5nm到约150nm、典型地小于约100nm、80nm、60nm、50nm、或小于约50nm的平均粒度的颗粒。例如，多个纳米尺寸的金刚石颗粒可聚集在一起以提供金刚石粗砂的微米颗粒。所述磨料粗砂颗粒的尺寸可根据所使用的粗砂颗粒的类型而改变。
所述磨料粗砂颗粒可通常构成所述磨料聚集体的在约0.1％到约85％之间。所述磨料聚集体更优选包括在约10重量％到约50重量％之间的所述磨料粗砂颗粒。
在一个实施例中，磨料聚集体可使用单一尺寸的磨料粗砂颗粒形成，对于所期望的抛光应用，所述粗砂颗粒和所得聚集体两者的尺寸都可被定制。在其它实施例中，两种或更多种不同尺寸的磨料粗砂颗粒的混合物可组合使用以形成具有可归因于粗砂粒度中的每一种的有利特性的磨料聚集体。
纳米颗粒粘结剂
根据本公开内容的磨料聚集体还包括如上所述的纳米颗粒粘结剂材料。所述纳米颗粒粘结剂通常形成具有粘结剂的性质的连续的基体相，其起到使所述磨料粗砂颗粒在所述磨料聚集体中成型并保持在一起的作用。在这点上，应注意，所述纳米颗粒粘结剂，尽管形成连续的基体相，但其自身通常由彼此密切接触、连结和在一定程度上原子结合的可单独鉴别的纳米颗粒构成。然而，由于由此形成的磨料聚集体的生的、未烧制的状态，所述单独的纳米颗粒通常不像在烧结的陶瓷材料的情况中那样熔合在一起以形成晶粒。如本文中所使用的，纳米颗粒粘结剂的描述扩展到一种或多种粘结剂物质。
所述纳米颗粒粘结剂材料可包括非常细的陶瓷和碳质颗粒例如在液体胶体或悬浮体中的纳米尺寸的二氧化硅(称作胶体二氧化硅)。纳米颗粒粘结剂材料还可包括，但不限于，胶体氧化铝、纳米尺寸的氧化钸、纳米尺寸的金刚石、和其混合物。在本公开内容的一些实施例中，优选使用胶体二氧化硅作为纳米颗粒粘结剂。例如，已被成功使用的可商购得到的纳米颗粒粘结剂包括胶体二氧化硅溶液BINDZEL 2040 BINDZIL 2040(可得自乔治亚州的玛利埃塔(Marietta，Georgia)的依卡化学品公司(Eka Chemicals Inc.))和NEXSIL 20(可得自马萨诸塞州阿什兰(Ashland，Massachusetts)的南卡纳米技术公司(Nyacol Nano Technologies，Inc.))。
在将混合物喷雾干燥以形成聚集体之前，所述混合物可包括按湿基准计范围在约0.1％到约80％之间、优选范围在约10％到约30％之间的量的纳米颗粒粘结剂材料。在所形成的磨料聚集体中，所述纳米颗粒粘结剂材料可构成所述聚集体的在约1％到约90％之间、优选所述聚集体的在约20％到约80％之间、且最优选所述聚集体的在约50％到约75％之间，所有都是以干燥重量基准计。
增塑剂
用于形成所述磨料聚集体的浆料还有利地包括主要用作用于促进磨料粗砂在由此形成的聚集体内的分散的增塑剂(也称作分散剂)的材料。
增塑剂包括有机和无机材料两者，包括表面活性剂和其它表面张力调节物质。具体实施例利用有机物质，例如聚合物和单体。在一个示例性实施例中，所述增塑剂为多元醇。例如，所述多元醇可为单体多元醇或可为聚合物多元醇。示例性单体多元醇包括1，2-丙二醇；1，4-丙二醇；乙二醇；丙三醇；季戊四醇；糖醇例如麦芽糖醇(malitol)、山梨糖醇、异麦芽酚(isomalt)、或其任意组合；或其任意组合。示例性聚合物多元醇包括聚乙二醇；聚丙二醇；聚(四亚甲基醚)二醇；聚环氧乙烷；聚环氧丙烷；丙三醇和环氧丙烷、环氧乙烷、或其组合的反应产物；二醇和二羧酸或其衍生物的反应产物；天然油多元醇；或其任意组合。在一个实例中，所述多元醇可为聚酯多元醇，例如二醇和二羧酸或其衍生物的反应产物。在另一实例中，所述多元醇为聚醚多元醇，例如聚乙二醇、聚丙二醇、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、或丙三醇和环氧丙烷或环氧乙烷的反应产物。特别地，所述增塑剂包括聚乙二醇(PEG)。
填料
用于形成所述磨料聚集体的混合物可含有一种或多种填料。合适的填料包括：金属碳酸盐；例如碳酸钙和碳酸钠；二氧化硅，例如石英、玻璃珠和玻璃泡；硅酸盐，例如滑石、粘土和偏硅酸钙；金属硫酸盐，例如硫酸钡、硫酸钙和硫酸铝；金属氧化物例如氧化钙、氧化铝，包括勃姆石和/或拟薄水铝石；矿物磷酸盐例如磷灰石，包括羟基磷灰石、氟磷灰石、氯磷灰石、和溴磷灰石；和矿物水合物，例如三水合铝。
助磨剂
形成浆料的磨料聚集体还可含有一种或多种助磨剂。合适的助磨剂可为基于无机的，例如卤化物盐，例如钠冰晶石、四氟硼酸钾等；或基于有机的，例如氯化蜡，例如聚氯乙烯。
磨料涂布的浆料和制备
在一个实施例中，所述磨料聚集体优选与可用于将所述磨料聚集体粘附到背衬的表面的能固化的树脂材料、或能固化的树脂混合物配方组合。用于将所述磨料聚集体与所述树脂粘结材料组合的方法包括磨料浆料形成，其中将所述磨料聚集体、树脂和其它添加剂组合在一起直至彻底混合。所述磨料浆料可另外包括其它成分，例如触变剂、双功能材料、引发剂、交联剂、表面活性剂、链转移剂、稳定剂、分散剂、固化剂、反应介质、颜料、染料、着色剂和填料。在一个实施例中，所述浆料可包括聚合物树脂(单体、低聚物、以及其组合和混合物)、磨料聚集体、一种或多种光引发剂、和一种或多种填料。在另一实施例中，所述磨料浆料可任选地包括一种或多种添加剂，例如消泡剂。
使用例如高剪切混合器将所有浆料成分彻底地混合在一起。混合可使用高剪切条件进行。典型地，混合发生直至成分被彻底地混合。已令人惊讶地观察到，生的、未烧制的磨料聚集体能够耐受与磨料浆料配方的制备有关的高剪切混合条件。这对于聚集体的实心和中空的球、球状体和圆环结构的保持是特别显著的。
在磨料浆料成分的混合期间，所述成分可分批地逐一添加到浆料或者一次性地全部添加到浆料。通常，所述成分逐一添加到磨料浆料。如果所述成分逐一或分批地添加，则可搅动所述浆料一段时间直至所述成分已充分地混合到所述浆料中。取决于添加到磨料浆料的成分，典型的搅动时间范围从约1分钟到约2小时。
在一个实施例中，首先将单体和/或低聚物组分在高剪切条件下混合在一起。然后在继续混合的同时向混合物添加任何引发剂、润湿剂、消泡剂、分散剂等。然后在继续混合的同时向混合物添加任何悬浮剂、助磨剂、填料等。然后在继续混合的同时向混合物添加生的、未烧制的磨料聚集体直至所有组分彻底地混合以完成磨料浆料配方的形成。
在一个实施例中，所述磨料浆料配方具有可包括如下的组成：
约20重量％到约60重量％的总的聚合物树脂(单体、低聚物、或其组合)，
约5.0重量％到约40重量％的总的磨料聚集体，
约5重量％到约60重量％的总的填料，和
约0.2重量％到约10重量％的总的引发剂，其中百分数是基于所述磨料浆料的总重量。任选地，还可向所述磨料浆料添加约0.05重量％到约5重量％的总的添加剂。调节包括任何任选的添加剂的磨料浆料组分的量，使得总量合计达100重量％。
在一个具体实施例中，所述磨料浆料配方具有可包括如下的组成：
约10重量％到约45重量％的总的聚合物树脂(单体、低聚物、或其组合)，
约5.0重量％到约20重量％的总的磨料聚集体，
约10重量％到约40重量％的总的填料，
约0.2重量％到约2.5重量％的总的引发剂，和
约0.1重量％到约5.0重量％的总的添加剂，其中百分数是基于所述磨料浆料的总重量。调节磨料浆料组分的量，使得总量合计达100重量％。
在正制备所述磨料浆料配方时可监控其粘度。在一个实施例中，在添加固体组分之前，可将所述磨料浆料的粘度保持在特定范围内。在添加固体组分之后，所述磨料浆料可具有在特定范围内的粘度。
在一个实施例中，所述磨料浆料可具有在约4.0∶1.0到约0.8∶1.0，例如约3.5∶1.0到约1.0∶1.0、或约3.0∶1.0到约1.0∶1.0的范围内的总的聚合物树脂对总的生的、未烧制的磨料聚集体的比例。在另一实施例中，所述磨料浆料可具有范围从约2.5∶1.0到约0.8∶1.0，例如约2.0∶1.0到约1.0∶1.0的聚合物树脂对填料的比例。
聚合物树脂
合适的聚合物树脂材料包括选自如下的能固化的树脂：能辐射固化的树脂，例如使用电子束、UV辐射、或可见光能固化的那些树脂，例如如下的丙烯酸酯化的低聚物：丙烯酸酯化的环氧树脂、丙烯酸酯化的聚氯酯、以及聚酯丙烯酸酯，和丙烯酸酯化的单体，包括单丙烯酸酯化的、多丙烯酸酯化的单体，和能热固化的树脂例如酚醛树脂、脲/甲醛树脂和环氧树脂，以及这样的树脂的混合物。实际上，在配方中存在有能辐射固化的组分常常是方便的，其可在已将配方沉积之后相对快地固化以增加沉积的形状的稳定性。在该应用的背景中，理解术语“能辐射固化的”包括使用可见光、紫外(UV)光和电子束辐射作为致使固化的试剂。在一些实施例中，热固化功能和辐射固化功能可由同一分子中的不同官能团提供。
树脂粘结剂配方还可包括非反应性热塑性树脂，其可通过提升可腐蚀性而提升沉积的磨料复合物的自锐(self-sharpening)特性。这样的热塑性树脂的实例包括聚丙二醇、聚乙二醇、和聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物等。
在一个实施例中，所述聚合物树脂包含包括如下的能辐射固化的树脂的混合物：丙烯酸酯化的环氧树脂的丙烯酸酯化的低聚物、酸性丙烯酸酯低聚物、单丙烯酸酯化的单体、和多丙烯酸酯化的单体。在一个具体实施例中，所述磨料浆料中的聚合物树脂的总量可为至少约5重量％、至少约10重量％、至少约15重量％、或至少约20重量％。在另一实施例中，所述磨料浆料中的聚合物树脂的量可不大于约75重量％、不大于约70重量％、不大于约65重量％、或不大于约50重量％。所述磨料浆料中的聚合物树脂的量可在包括任意一对在前的上限和下限的范围内。在一个具体实施例中，所述磨料浆料中包括的聚合物树脂的量可在至少约20重量％到不大于约70重量％，例如至少约25重量％到不大于约65重量％的范围内。
聚集体一如先前所讨论的，合适的磨料聚集体为在Starling的美国专利No.8,038,751的方法中描述的和根据该方法制造的那些。优选的是可从圣戈班磨料模具公司(Saint-Gobain Abrasives，Inc.)以商标得到的磨料聚集体。在一个具体实施例中，磨料聚集体可含有氧化铝磨料粗砂。在一个实施例中，所述磨料浆料中的磨料聚集体的量可为至少约0.5重量％、至少约1.0重量％、至少约3.0重量％、或至少约5.0重量％。在另一实施例中，所述磨料浆料中的磨料聚集体的量可不大于约40重量％、不大于约35重量％、不大于约30重量％、不大于约25重量％、或不大于约20重量％。所述磨料浆料中的磨料聚集体的量可在包括任意一对在前的上限和下限的范围内。在一个具体实施例中，所述磨料浆料中包括的磨料聚集体的量可在至少约1.0重量％到不大于约40重量％，例如至少约5.0重量％到不大于约25重量％的范围内。
填料-填料可引入到所述磨料浆料配方中以调节配方的流变能力以及固化粘结剂的硬度和韧度。有用的填料的实例包括：金属碳酸盐例如碳酸钙、碳酸钠；二氧化硅例如石英、玻璃珠、玻璃泡；硅酸盐例如滑石、粘土、偏硅酸钙；金属硫酸盐例如硫酸钡、硫酸钙、硫酸铝；金属氧化物例如氧化钙、氧化铝；和三水合铝。在一个实施例中，所述磨料浆料中的填料的量可为至少约10重量％、至少约15重量％、至少约20重量％、或至少约25重量％。在另一实施例中，所述磨料浆料中的填料的量可不大于约60重量％、不大于约55重量％、不大于约50重量％、不大于约45重量％、或不大于约40重量％。所述磨料浆料中的填料的量可在包括任意一对在前的上限和下限的范围内。在一个具体实施例中，所述磨料浆料中包括的填料的量可在至少约20重量％到不大于约60重量％，例如至少约5.0重量％到不大于约25重量％的范围内。
助磨剂-所述磨料浆料配方可包括助磨剂以提高研磨效率和切削速率。有用的助磨剂可为基于无机的，例如卤化物盐，例如钠冰晶石、四氟硼酸钾等；或基于有机的，例如氯化蜡，例如聚氯乙烯。在一些实施例中，所述配方中的助磨剂为冰晶石和四氟硼酸钾。助磨剂，典型地具有范围从约1到80微米，例如从约5到30微米的粒度。助磨剂的重量百分数可范围从约0.0％到50％，例如从约10％到30％。
引发剂-在所述磨料浆料配方中可包括合适的聚合引发剂，例如光引发剂。在一个实施例中，所述引发剂可为自由基聚合引发剂。在一个具体实施例中，所述引发剂可为二酰基氧化膦。在另一具体实施例中，所述引发剂可为α-羟基酮。在所述磨料浆料混合物中可使用超过一种类型的引发剂或引发剂的混合物。在一个实施例中，所述磨料浆料中的引发剂的量可为至少约0.1重量％、至少约0.15重量％、或至少约0.2重量％。在另一实施例中，所述磨料浆料中的引发剂的量可不大于约8.0重量％、不大于约6、0重量％、不大于约4.0重量％、或不大于约3.0重量％。所述磨料浆料中的引发剂的量可在包括任意一对在前的上限和下限的范围内。在一个具体实施例中，包括在所述磨料浆料中的引发剂的量可在至少约0.1重量％到不大于约8.0重量％，例如至少约0.2重量％到不大于约5.0重量％的范围内。
所述磨料浆料配方可任选地进一步包括一种或多种添加剂，包括：偶联剂，例如硅烷偶联剂，例如可得自奥斯佳特种有机硅公司(Osi Specialties，Inc.)的A-174和A-1100，有机钛酸酯和铝锆酸盐；抗静电剂，例如石墨、炭黑等；悬浮剂，例如火成二氧化硅，例如Cab-0-Sil MS、Aerosil200；抗负载剂，例如硬脂酸锌；润滑剂例如蜡；润湿剂；染料；填料；粘度调节剂；分散剂；和消泡剂。所述添加剂可为单独的或者与其它类型的添加组合的相同或不同的类型。在一个实施例中，在所述磨料浆料中的总的添加剂的量可为至少约0.1重量％、至少约1重量％、或至少约5重量％。在另一实施例中，在所述磨料浆料中的总的添加剂的量可不大于约25重量％、不大于约20重量％、不大于约15重量％、或不大于约12重量％。在所述磨料浆料中的总的添加剂的量可在包括任意一对在前的上限和下限的范围内。在一个具体实施例中，所述磨料浆料中包括的总的添加剂的量可在至少约0.1重量％到不大于约20重量％，例如至少约0.1重量％到不大于约15重量％的范围内。
将磨料浆料施加到背衬
优选使用刮板式摊铺机将包含磨料聚集体粒子的磨料浆料施加到背衬以形成涂层。或者，可使用狭缝式模头、光滑滚动(smooth rolling)、凹版印刷或反向凹版印刷涂布的方法施加浆料涂层。在将背衬以所期望的涂布的速度供应到刮板式摊铺机下方时，将磨料浆料以所期望的厚度施加到背衬。
背衬材料包括，任何柔性的网膜(web)，例如聚合物膜、纸、布(包括纺织、无纺、或起绒(fleeced)布)、金属膜、硬化纤维、无纺基材、前述物质的任意组合、以及前述材料的经处理的形式。在一个实施例中，所述背衬包括聚合物膜，例如如下的膜：聚酯、聚氯酯、聚丙烯、聚酰亚胺例如来自杜邦(DuPont)的KAPTON。在另一实施例中，所述背衬包括聚酯布。膜被打底子(prime)以促进所述磨料聚集体至所述背衬的粘合。为了强度、支持或尺寸稳定性，所述背衬可层压到另一基材。层压可在磨料制品形成之前或之后完成。所述磨料制品可为环形带、圆盘、片材或柔性带的形式，其依一定尺寸制造(size)以能够使其与工件接触。
在一个具体实施例中，所述磨料浆料配方在所述背衬上的沉积可以两个或更多个层进行。因此，例如，可最初沉积具有第一磨料晶粒的浆料配方，然后在顶上沉积具有不同磨料晶粒的第二层。然后可使上层的晶粒含量比下层中的晶粒高或者具有与下层中的晶粒相比较好的品质。替代地，或另外，上层可提供有助磨剂组分，而下层没有。
这样的途径、以及可容易地想到的类似的其它途径容许涂布的研磨制品更高效率地研磨。
还可规定(provide)，当将所述配方以多个层沉积时，可能由于较高浓度的磨料晶粒或助磨剂的添加，上层自身为较粘稠的配方。这可提供其中使浆料配方的表面部分变成塑性的但非流动性的操作的部分或全部。
使磨料浆料的表面变成塑性的但非流动性的
如Wei等人的美国专利No.5,833,724和Wei等人的美国专利No.5,863,306中所述的，可通过使磨料浆料配方的至少表面部分变成塑性的单非流动性的而形成工程化磨料，将上述美国专利的整个公开内容包括在本文中用于所有目的。这是指，所述表面是充分塑性的，使得其可使用压花工具压花，但在移除压花工具之后其将基本上保持压花形状至少30秒。如果在基材之上的压花形状的竖直高度不降低超过10％，则认为形状得以“基本上保持”。
在压花之前，以这样的方式调节粘结剂/磨料配方的粘度：限制在配方常规地沉积的低粘度下将趋向于发生的流动。然而，将整个配方的粘度调节到较高的水平是不必要的。其常常是足够的，如果外部暴露部分快速地达到较高的粘度的话，因为这可然后充当表皮以保持压花形状，即使内部部分保持相对低的粘度较长的时间也是如此。
至少表面层的粘度调节可例如通过向配方中引入挥发性溶剂而实现，当将配方沉积在背衬材料上时，可能在升高的环境温度的帮助下或通过局部鼓吹热气，所述挥发性溶剂迅速丧失。
当然，温度也可影响粘度。因此使这些竞争性效果平衡以确保结果是增加粘度是重要的。有助于该方向的一个因素将是在能热固化的树脂体系的情况下升高的温度导致加快的固化的趋势。另一选择将是降低结构的温度使得粘度增加。这可例如通过如下完成：使其上具有沉积的磨料浆料配方的层的基材在冷硬轧辊下和/或在冷气流下通过。
除通过改变温度或除去液体的调节之外，还可通过增加固体负载来改变粘度。通常，磨料浆料的表面层实现较高粘度以保持随后在其上压花的形状是足够的。因此，将细碎的“功能性粉末”施加到结构的表面将起作用以在结构上形成具有增加的粘度的局部的“表皮”，导致其保持施加的形状，直至固化使形状变成永久的。
在本应用中，术语“功能性粉末”用于指调节配方的性质的细碎的(即，具有小于250微米的平均颗粒尺寸D50的)材料。这与粘度调节或固化配方的改善的性质例如研磨效率一样简单。所述功能性粉末还可起作用以用作树脂配方和压花工具之间的脱模剂或阻隔物，从而减少粘着问题和容许从压花工具的改善的释放。
所述粉末可在磨料浆料配方之上以单层形式施加或者以若干层施加以形成具有独特的研磨性质的结构化的复合材料。这实际上是本实施例的有利和优选的方面。
所述粉末自身可为磨料晶粒，额外的生的、未烧制的磨料聚集体，多种粉末状材料，或先前的赋予的有利性质的组合。可用作所述功能性粉末的磨料晶粒可由任何类型的磨料晶粒和粒度构成，且可与磨料浆料配方中使用的晶粒相同或不同并可导致独特的研磨特性。所述功能性粉末还可由如下种类中的任意构成：助磨剂、抗静电添加剂、任何类型的填料、和润滑剂。
取决于应用，在具体实施例中，沉积在浆料表面上的功能性粉末可向研磨制品赋予独特的研磨特性。功能性粉末的实例包括：1)磨料晶粒-所有类型和粒度；2)填料-碳酸钙、粘土、二氧化硅、硅灰石、三水合铝等；3)助磨剂-KBF、冰晶石、卤化物盐、卤化烃等；4)抗负载剂-硬脂酸锌、硬脂酸钙等；5)抗静电剂-炭黑、石墨等；6)润滑剂-蜡、PTFE粉末、聚乙二醇、聚丙二醇、聚硅氧烷等。
所述功能性粉末层的沉积可使用多种常规的沉积方法完成，包括重力涂布的、静电涂布的、喷射、振动涂布的等。不同功能性粉末的沉积可同时或以按顺序的方式发生，以产生压花之前的复合结构。
在磨料浆料的表面上压花图案
在已实现粘度的增加之后，将层压花以施加图案。该图案可包括配方的隔离的岛状物、或被谷分开的脊的图案。所述图案通常被设计成提供具有多个与背衬等距的研磨表面的研磨制品，其中研磨表面的面积随着层的腐蚀而增加。在研磨表面之间，通常提供沟槽以容许研磨流体的循环和通过研磨产生的切屑的移除。
压花可通过压花工具例如被迫使与配方的层接触的板实现，常常更简单地，所述工具可包括具有雕刻在其表面上的所期望的图案的辊，当与浆料配方接触时，所述辊施加雕刻在表面上的图案的反像。另外，可加热或冷却所述压花工具以贡献于粘度的上升以使配方表面变成塑性的但非流动性的。然而，所述加热不应到这样的水平：粘结剂在与工具接触的同时固化。通过调节树脂配方或表面层的粘度，最终目标是在压花之后，将由压花工具所施加的形状基本上保持至少30秒、优选一分钟。最优选地，将所述形状保持直至可实现粘结剂组分的稍后固化。
压花图案可为有益于产生或促进磨料表面的任何图案。合适的图案包括突起、凹陷、或其组合。所述突起和凹陷可在形状、高度、深度、横向间隔、径向定向、及其组合方面是规则的或不规则的。在一个实施例中，所述突起可具有形状，例如脊，或作为规则或不规则的几何平截头体(也称作角锥形(pyramidal)平截头体)，例如圆锥形状、角锥形状、棱柱形状、立方形状、四边形形状、或其任意组合。这样形状的突起可如下排序：以间隔为约5到约80行每英寸的行紧密地布置。或者，所述形状的突起可均匀地或无规地分布，其中间隔为约5到约80行每英寸。在另一实例中，所述突起可包括以10到60个角锥每英寸依尺寸制造和隔开的角锥形。在具体实施例中，所述图案可为下列图案中的一种或组合：
“17六边形(Hexagonal)”图案由深度为559微米、在顶部的等边为1000微米且在底部的等边为100微米的单元(cell)构成；
“25三螺旋形(Tri-helical)”图案由具有508微米深度和750微米的顶部开口宽度的以相对于辊轴(roll axis)45度切割的连续的沟槽(channel)构成；
“40三螺旋形”图案由具有335微米深度和425微米的顶部开口宽度的以相对于辊轴45度切割的连续的沟槽构成；
“45角锥形”图案由具有221微米的深度和425微米的边长尺寸的基于正方形的、颠倒的角锥形状的单元构成；
“10四边形”图案由具有500微米的深度、2500微米的顶部开口宽度和1620微米的底部开口宽度的四边角锥形平截头体构成。其它具体实施例包括：25无规(random)三螺旋形、35无规三螺旋形、50无规三螺旋形、25三螺旋形、40三螺旋形、50三螺旋形、75三螺旋形、45角锥形、10四边形、16四边形、或其任意组合。以上角锥形、四边形(“四边形”)、六边形和三螺旋形图案的间隔和深度的额外变型被预期且可根据本实施例使用。
常常优选的是，在压花过程之后压花表面是相对发粘的，以便在完成固化之前可在其上沉积功能性粉末，使得固化的完成导致所述功能性粉末变得粘附到压花形状的外表面。当所述功能性粉末为磨料时，这大大地增加初始切削的侵蚀性。另外，如果所述功能性粉末为助磨剂或抗负载添加剂，则其在复合材料中位于相对于磨料晶粒最佳的位置。或者，可在不管是固化的还是未固化的压花表面上方施加精细的粘合剂层，之后进一步涂布的以上讨论的类型的功能性粉末。所述粘合剂可为与所述磨料浆料配方中所存在的相同或不同的类型。
使磨料浆料固化
固化-固化可通过使用辐射或热源实现。在固化是热式时，合适的装置可包括烘箱、热灯、加热器、及其组合。在固化通过光引发剂激活时，可提供辐射源。在一个实施例中，可采用紫外(UV)辐射固化。在一个具体实施例中，可使用多个UV源，例如两个300瓦源：一个D灯泡和一个H灯泡，其中通过图案化基材在UV源下方通过的速率控制曝光。在另一实施例中，UV固化之后紧跟着热固化。
一旦树脂完全固化，则工程化涂布的磨料被完成且可用于多种原料移除、精修和抛光应用。
本实施例利用没有溶剂或水(痕量杂质可存在)的聚合物树脂，因此固化之后的聚合物树脂(即，固化磨料浆料配方，或简单地固化磨料配方)的重量百分数组成与对于在固化之前的未固化磨料浆料给出的基本上相同。在一个实施例中，所述固化磨料配方具有可包括如下的组成：
约20重量％到约60重量％的总的聚合物树脂(单体、低聚物、或其组合)，
约5.0重量％到约40重量％的总的磨料聚集体
约5重量％到约60重量％的总的填料，和
约0.2重量％到约10重量％的总的引发剂，其中百分数是基于所述固化磨料配方的总重量。任选地，约0.05重量％到约5重量％的总的添加剂也可存在于所述固化磨料配方中。调节包括任何任选的添加剂的磨料配方组分的量使得总量合计达100重量％。
在一个具体实施例中，所述固化磨料配方具有可包括如下的组成：
约10重量％到约45重量％的总的聚合物树脂(单体、低聚物、或其组合)，
约5.0重量％到约20重量％的总的磨料聚集体，
约10重量％到约40重量％的总的填料，
约0.2重量％到约2.5重量％的总的引发剂，和
约0.1重量％到约5.0重量％的总的添加剂，其中百分数是基于磨料浆料的总重量。调节固化磨料组分的量使得总量合计达100重量％。
表面的磨蚀
研磨制品可用于表面的原料移除、精修和抛光，所述表面包括未涂布的表面和涂布的表面。使用所述研磨制品，可通过手动或自动化过程进行所述表面的抛光。例如，可使用抛光机器，例如可得自特别是如下的那些：俄亥俄州韦斯特莱克(Westlake，Ohio)的司特尔公司(Struers，Inc.)、研磨设备和机器公司(Grinding Equipment&Machinery Company，LLC.)(“GEM”)(美国俄亥俄州扬斯敦(Youngstown，Ohio，USA))、罗泽美国公司(Loeser-USA Inc.)(美国密歇根州布赖顿(Brighton，Michigan，USA))、休坡菲钠机器公司(Supfina Machine Company，Inc.)(美国罗得岛州北京斯敦(NorthKingstown，Rhode Island，USA))、和丹纳布雷公司(Dynabrade Inc.)(美国纽约州克拉伦斯(Clarence，New York，USA))。这样的抛光机器和工艺是本领域中已知的且典型地利用片材、圆盘、环形带、带或聚合物膜形式的研磨制品的实施例。
现有技术的常规的精修工艺典型地通过多步增量过程实现。表面首先由相对粗的磨料抛光，然后再用稍微更细的粗砂磨料材料抛光。通常重复该过程若干次，其中每一后继的抛光是使用逐渐更细的粗砂磨料实施的直至表面被抛光到所期望的光滑程度。常规上需要该类型的多步抛光程序，因为通常理解磨料的晶粒必须在与将要移除的缺陷(例如，刮痕、线尾(pigtail)、鱼眼、灰尘)的尺寸相同的尺度上。
然而，与常规的多步程序相反，已相当令人惊奇地且出乎意料地观察到，可使用减小数量的抛光步骤、有时甚至以单个步骤，以及仅使用单个研磨制品、而不是多个不同的研磨制品将涂布的表面抛光到可接受的表面粗糙度。该结果是相当令人惊奇且高度有利的。这导致实现所期望的抛光光滑程度所需的时间的显著减少、以及由于通过不必在相继的不同研磨制品中进行调换而节省了时间以及无需使用多个研磨制品所导致的成本的显著减低。不受理论束缚，据信所述优点可至少部分地得自与由磨料浆料组合物的压花得到的三维磨料结构组合的生的、未烧制的磨料聚集体的独特性质的协同效果。
各种表面粗糙度参数是本领域中已知的且用于描述磨蚀表面的表面品质。表面的算术平均(“平均”)粗糙度或Ra是在给定标准长度范围内表面的整体高度分布(profile)的变化程度的量度。均方根粗糙度Rq，也称作Rrm，是在给定标准长度范围内粗糙度的均方根的量度。最大峰或最大高度Ry量度在沿着标准长度的最高峰和最低谷之间的最大距离。十点平均粗糙度Rz是五个最高峰和五个最低谷的平均值的量度。较低的Ra、Rq、Ry和Rz值通常指示较光滑的且具有其在表面上的不同位置之间的总体高度的较低变化的表面(即，其通常具有较光滑的表面分布)。
或者，对于品质评估，存在许多主观性的且取决于的有经验的人类操作者的观察结果的表面品质参数。例如，视觉评估、触觉和甚至是在磨蚀过程期间产生的声音可用于评价磨蚀过程期间的表面品质。
在下列非限制性的实例中进一步详细地说明本公开内容的性质和优点。除非另外说明，否则温度以摄氏度表示，压力是环境压力，且浓度以重量百分数表示。
组分列表
具有50％三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)的双酚-A环氧二丙烯酸酯(新泽西州伍德兰公园(Woodland Park，New Jersey)的氰特工业公司(Cytec Industries Inc.))。
酸性丙烯酸酯低聚物(新泽西州伍德兰公园(Woodland Park，New Jersey)的氰特工业公司)(宾夕法尼亚州埃克斯顿(Exton，Pennsylvania)的美国沙多玛公司(Sartomer USA，LLC))
BYK-A501-消泡剂(康涅狄格州沃灵福德(Wallingford，Connecticut)的毕克美国公司(BYK USA Inc.))。
2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙烷-光引发剂(新泽西州伍德兰公园(Woodland Park，New Jersey)的氰特工业公司)(新泽西州弗朗汉姆公园(Florham Park，NJ)的巴斯夫公司(BASF Corporation))
*2，2-二甲基-1，2-二苯基乙-1-酮-光引发剂(新泽西州伍德兰公园(Woodland Park，New Jersey)的氰特工业公司)(新泽西州弗朗汉姆公园(Florham Park，NJ)的巴斯夫公司)
二(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基-膦氧化物-光引发剂(新泽西州弗朗汉姆公园(Florham Park，NJ)的巴斯夫公司)
硅酸钙-填料(纽约州威尔斯伯勒(Willsboro，New York)的NYCO矿物公司(NYCO Minerals，Inc.))
Nanozyte 147-生的、未烧制的磨料聚集体，16μm中值一次颗粒尺寸的白色氧化铝WA 1000(马萨诸塞州伍斯特的圣戈班磨料磨具公司(Saint Gobain Abrasives，Inc.，Worcester，Massachusetts))；11.5μm中值一次颗粒尺寸的白色氧化铝WA 1000(马萨诸塞州伍斯特的圣戈班磨料磨具公司(Saint Gobain Abrasives，Inc.，Worcester，Massachusetts))，
实例1-工程化涂布的研磨制品的制造
A.磨料浆料制备
通过将下表中所列的下列组分混合在一起而制造磨料浆料组合物。
表1.磨料浆料组合物
磨料浆料1
组分 重量％
具有50％TMPTA的双酚-A环氧二丙烯酸酯 40.02
酸性丙烯酸酯低聚物 2.2
BYK A501 0.12
2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙烷 1.17
二(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基-膦氧化物 0.33
硅酸钙 36.16
Nanozyte 147(16.5μm) 20.0
总计 100.0
将具有50％ TMPTA的双酚-A环氧二丙烯酸酯的混合物添加到混合容器。在搅拌下向混合物添加酸性丙烯酸酯低聚物、BYK A501和2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙烷。然后添加二(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基-膦氧化物并搅拌直至完全溶解。在搅拌下向混合物添加硅酸钙。然后向混合物添加Nanozyte 147磨料聚集体并搅拌直至彻底混合。
B.磨料带制备
使用刮刀涂布器将磨料浆料组合物1施加至聚酯布背衬。然后将同样的Nanozyte 147磨料聚集体沉积到浆料层上以使磨料浆料配方的至少表面部分是塑性的但非流动性的。之后，通过对磨料浆料配方的表面进行压花而形成如图2和图3中所示的10四边形图案(10角锥形平截头体单元每条线每英寸，具有500微米的深度)。然后将压花表面UV固化以保持三维结构的图案。固化是足够的以确保最终的尺寸稳定性。然后将制造的工程化涂布的研磨制品弯曲并制成6英寸×98英寸的工程化涂布的磨料带。
实例2-金属表面的抛光
将所述工程化涂布的磨料带安装在Loeser RSP374无心研磨机(Centerless Grinder)上用于根据表2中所示的方案进行测试。
表2.Loesser RSP374无心研磨机的测试和机械设置参数
使四十个经预先研磨的不锈钢工件通过无心研磨机器。对于部件1、5、10、15、20和40测量部件的重量和表面光洁度。分别对于各测量的部件，使用Mettler Toledo天平和Mahr Perthometer M2测量移除的金属的量和表面光洁度。在研磨测试期间，使用常规的现有技术的通常用于“最终”精修的软木带(Norton W442C600)作为基准点(bench mark)。
为了展示两个带的精修能力，各自对具有两个不同的新增(in-coming)表面光洁度的部件进行测试：测试1-12-14的平均新增表面光洁度Ra，和测试2-22-25微英寸的平均新增表面光洁度。对比平均输出(outgoing)表面粗糙度(Ra)和材料移除(g/部件)的测试结果总结在表3中且以图形显示在图11。
表3.无心研磨测试结果的总结
实例的带具有常规的带高的材料移除速率(超过所移除的材料的两倍)，仍还令人惊奇地在测试1和测试2两者中都在工件上产生优良的输出表面光洁度(粗糙度较小)。值得注意地，在测试2中，实例带，显然由于其较高的材料移除速率，甚至能够产生相对于常规的带更好的输出表面光洁度，即使工件具有更粗糙的新增表面光洁度。
清楚地表明，与常规的软木带相比，实例的工程化磨料带产生精细的表面光洁度和更好的研磨性能。
实例3-工程化涂布的研磨制品的制造
A.磨料浆料制备
通过将下表1中所列的下列组分混合在一起而制造磨料浆料组合物。
表4.磨料浆料组合物2
磨料浆料1
组分 重量％
双酚-A环氧二丙烯酸酯 12.6
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 29.4
BYK A501 0.12
2，2-二甲基-1，2-二苯基乙-1-酮 1.7
二(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基-膦氧化物 0.18
KBF4 24
硅酸钙 12
Nanozyte 147(11.5μm) 20
总计 100.0
使用先前在上面在实例1A中描述的程序将混合物彻底混合以形成磨料浆料混合物(磨料浆料组合物2)。
B.磨料带制备
使用磨料浆料组合物2使用先前在上面在实例1B中描述的程序构造工程化涂布的研磨制品。如先前在上面描述的在磨料浆料配方的表面上压花35RTH图案(35无规三螺旋形)并使其固化。然后将所制造的工程化涂布的研磨制品弯曲并制造成3英寸×132英寸的工程化涂布的磨料带。
实例4-研磨测试
将所述工程化涂布的磨料带安装在Loeser RSP374无心研磨机上用于根据表4中所示的方案进行测试。
表5.Loesser RSP374无心研磨机的测试和机器设置参数
材料：    304 不锈钢           带速度：   7000 SFM
尺寸：    1″×3″×9 3/4″    测试速度： 7 SFM
力：      10.5 LB              接触轮     40D光滑
将所述带安装在台式后座研磨机上用于根据表中所列的方案和根据下列程序进行测试。将具有1″×3″的交叉处(intersection)的304不锈钢工件以设定力和速度抵靠着所述带推动30秒。在研磨测试期间，使用通常用于“最终”精修的常规的现有技术的用更细的粗砂松散研磨颗粒制备的带(NortonU243 X4)作为对照。将所述带各自测试总共15分钟的研磨时间。在每30秒研磨之后称取部件的重量。在3、6、9、12和15分钟时在工件表面的不同点处取三个表面光洁度测量结果。分别使用Mettler Toledo天平和Mahr Perthometer M2测量金属移除和表面光洁度。
对比对于15分钟研磨时间的平均切削速率(g/部件)和平均表面粗糙度(Ra-微英寸)的研磨测试结果总结在表6中。
表6.无心研磨测试结果的总结
实例的带具有比常规的带高的材料移除速率(超过所移除的材料的两倍)，仍还令人惊奇地在工件上产生优良的输出表面光洁度(粗糙度较小，更光滑)。令人惊奇地且值得注意地，实例的带能够实现比对照带更光滑的表面光洁度，尽管实例的带的一次颗粒中值尺寸比对照带的一次颗粒中值尺寸的两倍要大。
为了说明和描述的目的，已提供了本发明的优选实施例的前述描述。其不意图为穷尽性的或者将本发明限于所公开的精确形式。根据以上教导，明显的修饰或变型是可能的。努力地选择和描述实施例以提供对本发明的原理及其实际应用的最好说明，且由此使本领域普通技术人员能够以不同的实施例和使用适合于所预期的具体用途的不同的修饰来利用本发明。当根据所附权利要求被公正地、合法地和公平地赋予的范围进行解释时，所有这样的修饰和变型在由所附权利要求所决定的本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种工程化涂布的研磨制品，包括：
背衬；
磨料浆料组合物，和
功能性粉末，
其中所述磨料浆料组合物包括
聚合物树脂，和
分散在所述聚合物树脂内的磨料聚集体，
其中所述磨料聚集体是生的、未烧制的并具有总体上球体的或环形的形状且由包括分散在纳米颗粒粘结剂中的磨料粗砂颗粒的组合物形成，
其中所述磨料浆料设置在所述背衬上，
其中所述功能性粉末设置在所述磨料浆料组合物的表面上，
其中所述磨料浆料组合物的至少表面是塑性的但非流动性的，和
其中所述磨料浆料组合物的表面以图案压花。
2.一种工程化涂布的研磨制品，包括：
背衬；
固化研磨组合物，和
功能性粉末，
其中所述固化研磨组合物包括
固化聚合物树脂，和
分散在所述固化聚合物树脂内的磨料聚集体，
其中所述磨料聚集体是生的、未烧制的并具有总体上球体的或环形的形状且由包括分散在纳米颗粒粘结剂中的磨料粗砂颗粒的组合物形成，
其中所述固化研磨组合物设置在所述背衬上，
其中所述功能性粉末设置在所述固化研磨组合物的表面上，和
其中所述研磨组合物的表面以图案压花。
3.一种制造工程化涂布的研磨制品的方法，包括：
将聚合物树脂和磨料聚集体混合在一起以形成磨料浆料组合物；
将所述磨料浆料组合物施加至背衬；
将功能性粉末设置于所述磨料浆料组合物的表面上，以便使所述磨料浆料组合物的至少表面变成塑性的但非流动性的，
以图案对所述磨料浆料组合物的表面进行压花；和
使所述磨料浆料组合物固化以便保持所述图案；
其中所述磨料聚集体是生的、未烧制的并具有总体上球体的或环形的形状且包括分散在纳米颗粒粘结剂中的磨料粗砂颗粒。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的工程化涂布的研磨制品或方法，其中聚合物树脂的总量范围从20重量％到60重量％，和其中磨料聚集体的总量范围从1重量％到40重量％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的工程化涂布的研磨制品或方法，进一步包括分散在所述聚合物树脂内的填料、引发剂、或添加剂的至少一种。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的工程化涂布的研磨制品或方法，进一步包括分散在所述聚合物树脂内的填料。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的工程化涂布的研磨制品或方法，进一步包括分散在所述聚合物树脂内的引发剂。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的工程化涂布的研磨制品或方法，进一步包括分散在所述聚合物树脂内的添加剂。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的工程化涂布的研磨制品或方法，
其中聚合物树脂的总量范围从20重量％到60重量％；
其中磨料聚集体的总量范围从5.0重量％到40重量％；
其中填料的总量范围从5重量％到60重量％；
其中引发剂的总量范围从0.2重量％到10重量％；和
其中添加剂的总量范围从0.05重量％到5重量％。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的工程化涂布的研磨制品或方法，其中聚合物树脂的总量和磨料聚集体的总量以范围从4.0∶1.0到0.8∶1.0的比例存在。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的工程化涂布的研磨制品或方法，其中聚合物树脂的总量和填料的总量以范围从2.5∶1.0到1.0∶1.0的比例存在。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的工程化涂布的研磨制品或方法，其中所述聚合物树脂是使用电子束、UV辐射或可见光能固化的。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的工程化涂布的研磨制品或方法，其中所述磨料聚集体包括选自碳化物、氧化物、氮化物和碳质材料的磨料粗砂颗粒。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的工程化涂布的研磨制品或方法，其中所述功能性粉末选自磨料聚集体、磨料晶粒、填料、助磨剂、抗负载剂、抗静电剂、润滑剂、及其任意组合。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的工程化涂布的研磨制品或方法，其中压花的图案选自17六边形、25三螺旋形、40三螺旋形、45角锥形、25无规三螺旋形、50无规三螺旋形、25三螺旋形、50三螺旋形、75三螺旋形、10四边形、16四边形、或其任意组合。
16.一种精修表面的方法，包括：
用根据前述权利要求中任一项的工程化涂布的研磨制品研磨表面。
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