CN105189046A - 粘结研磨制品和碾磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种构造为碾磨断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的工件的研磨制品，其包括本体，所述本体包括包含于粘结材料内的磨粒，所述粘结材料包括金属，其中所述本体包括至少约1.3的VAG/VBM比，其中VAG为本体的总体积内的磨粒的体积百分比，VBM为本体的总体积内的粘结材料的体积百分比，其中所述磨粒具有40至60微米的平均粒度。

Description

粘结研磨制品和碾磨方法
技术领域
如下涉及粘结研磨制品，更特别地涉及包括包含于粘结材料内的磨粒的粘结研磨制品，所述粘结材料包括金属或金属合金。
背景技术
机械加工应用中所用的磨料通常包括粘结研磨制品和涂布研磨制品。涂布研磨制品通常为具有背衬和用以将磨粒固定至背衬的粘合剂涂层的层状制品，其最常见的例子为砂纸。粘结研磨工具由轮、盘、片段、磨头、磨刀石和其他工具形状形式的刚性且通常整体三维研磨复合材料组成，所述研磨复合材料可被安装至诸如碾磨和抛光装置的机械加工装置上。
粘结研磨工具通常具有至少两相，包括磨粒和粘结材料。某些粘结研磨制品具有孔隙形式的另外的相。粘结研磨工具可以以多种‘级别’和‘结构’制造，根据本领域的实践，所述‘级别’和‘结构’由研磨复合材料的相对硬度和密度(级别)以及由复合材料内的研磨晶粒的体积百分比、粘结和孔隙率(结构)限定。
一些粘结研磨工具可特别地用于在电子和光学工业中使用的某些类型的工件(包括例如金属、陶瓷和结晶材料)的碾磨和成形。在其他情况中，某些粘结研磨工具可用于工业应用中所用的超磨料材料的成形。在使用金属粘结的研磨制品碾磨和成形某些工件的情况中，通常过程涉及旨在保持粘结研磨制品的显著量的时间和劳力。即，通常，金属粘结的研磨制品需要定期校准和修整操作以保持研磨制品的碾磨能力。
工业持续需要改进的方法和能够碾磨的制品。
发明内容
本公开的一方面包括一种构造为碾磨断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的工件的研磨制品，其包括：包括包含于粘结材料内的磨粒的本体，所述粘结材料包括金属，其中所述本体包括至少约1.3的VAG/VBM比，其中VAG为本体的总体积内的磨粒的体积百分比，VBM为本体的总体积内的粘结材料的体积百分比，其中所述磨粒具有在约20至约60微米之间的范围内的平均粒度。
本公开的另一方面包括一种构造为在周边碾磨操作中碾磨工件的研磨制品，其包括：包括包含于粘结材料内的磨粒的本体，所述粘结材料包括金属，其中所述本体包括至少约1.3的VAG/VBM比，其中VAG为本体的总体积内的磨粒的体积百分比，VBM为本体的总体积内的粘结材料的体积百分比，其中所述磨粒具有在约20至约60微米之间的范围内的平均粒度，且其中所述研磨制品具有杯状形状。
本公开的又一方面包括一种构造为碾磨断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的工件的研磨制品，其包括：包括包含于粘结材料内的磨粒的本体，所述粘结材料包括金属，其中所述本体包括至少约1.3的VAG/VBM比，其中VAG为本体的总体积内的磨粒的体积百分比，VBM为本体的总体积内的粘结材料的体积百分比，且其中在工件的至少边缘上的周边插入碾磨测试操作过程中，工件的边缘具有小于约0.0025英寸的最大碎片尺寸。
本公开的又一方面包括一种从工件上去除材料的方法，其包括：提供断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的工件；使用研磨制品从工件上去除材料，其中所述研磨制品包括本体，所述本体包括包含于粘结材料内的磨粒，所述粘结材料包括金属，其中所述本体包括至少约1.3的VAG/VBM比，其中VAG为本体的总体积内的磨粒的体积百分比，VBM为本体的总体积内的粘结材料的体积百分比，其中所述磨粒具有在约20至约60微米之间的范围内的平均粒度。
本公开的又一方面包括一种从多个工件上去除材料的方法，其包括：提供断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的多个工件；使用研磨制品在至少5个工件上进行连续周边碾磨操作，其中在连续周边碾磨操作之间不修整研磨制品的情况下进行所述连续周边碾磨操作，其中在进行周边碾磨操作之后，所述多个工件具有小于约0.0025英寸的在工件边缘上的平均最大碎片尺寸。
附图说明
通过参照附图，使得本公开可更好地得以理解，且使得本公开的许多特征和优点对于本领域技术人员而言显而易见。
图1包括周边碾磨操作的图示。
图2包括在周边碾磨之前工件的例子。
图3包括在工件的边缘上形成“K”刃背倒角之后工件的例子。
图4-7包括根据一个实施例的粘结研磨本体的微结构的放大图像。
不同图中的相同附图标记的使用表示类似或相同的项目。
具体实施方式
如下通常涉及在材料的三维基体内掺入磨粒的粘结研磨制品。粘结研磨制品使用一定体积的固定于粘结材料的三维基体内的磨粒。此外，如下包括与形成这种粘结研磨制品的方法以及这种粘结研磨制品的应用相关的描述。如下文更详细地描述，已出乎意料地发现本文描述的实施例在碾磨断裂韧性为至少约7MPam0.5的工件之后显示出碎片品质的显著改进。
根据一个实施例，可通过形成含有磨粒和粘结材料的混合物而开始用于形成研磨制品的方法。磨粒可包括硬材料。例如，磨粒可具有至少约7的莫氏硬度。在其他研磨本体中，磨粒可具有至少8，或甚至至少9的莫氏硬度。
在特定情况中，磨粒可由无机材料制得。合适的无机材料可包括碳化物、氧化物、氮化物、硼化物、碳氧化物、硼氧化物、氮氧化物，和它们的组合。磨粒的特定例子包括碳化硅、碳化硼、氧化铝、氧化锆、氧化铝-氧化锆复合材料粒子、氮化硅、SiAlON和硼化钛。在一些情况中，磨粒可包括超磨料材料，如金刚石、立方氮化硼，和它们的组合。在特定情况中，磨粒可基本上由金刚石组成。
磨粒可具有不大于约80微米，不大于约86微米，不大于约84微米，不大于约82微米，不大于约80微米，不大于约78微米，不大于约76微米，不大于约74微米，不大于约72微米，不大于约70微米，不大于约68微米，不大于约66微米，不大于约64微米，不大于约62微米，不大于约60微米，不大于约58微米，不大于约56微米，不大于约54微米，或甚至不大于约52微米的平均粒度。在其他实施例中，磨粒可具有至少约20微米，至少约22微米，至少约24微米，至少约26微米，至少约28微米，至少约30微米，至少约32微米，至少约34微米，至少约36微米，至少约38微米，至少约40微米，至少约42微米，或甚至至少约44微米的平均粒度。在特定情况中，本文的实施例的磨粒可具有在上述平均粒度中的任意者之间的范围内的平均粒度。例如，本文的实施例的磨粒可具有在约40微米至约60微米之间，或甚至约44至约54微米之间的范围内的平均粒度。
进一步对于磨粒而言，磨粒的形态可由纵横比描述，所述纵横比为长度与宽度的尺寸之间的比例。应了解，长度为磨粒的最长尺寸，宽度为给定磨粒的第二最长尺寸。根据本文的实施例，磨粒可具有不大于约2∶1，或甚至不大于约1.5∶1的纵横比(长度∶宽度)。在特定情况中，磨粒可为基本上等轴的，使得磨粒具有大约1∶1的纵横比。
磨粒可包括其他特征，包括例如涂层。磨粒可用涂布材料涂布，所述涂布材料可为无机材料。合适的无机材料可包括陶瓷、玻璃、金属、金属合金和它们的组合。在特定情况中，磨粒可用金属材料，更特别是过渡金属组合物电镀。这种涂布磨粒可有利于磨粒与粘结材料之间的改进的粘结(例如化学粘结)。
也应了解，相同组成的磨粒可具有各种机械性质，包括例如脆度。混合物和最终形成的粘结研磨本体可掺入磨粒的混合物，所述磨粒的混合物可具有相同的组成，但具有不同的机械性质或级别。例如，混合物可包括单一组成的磨粒，使得混合物仅包括金刚石或立方氮化硼。然而，金刚石或立方氮化硼可包括不同级别的金刚石或立方氮化硼的混合物，使得磨粒具有不同的级别和不同的机械性质。
磨粒可以以使得最终形成的研磨制品含有特定量的磨粒的量提供于混合物中。例如，混合物可包括大部分含量(例如大于50vol％)的磨粒。
根据一个实施例，粘结材料可为金属或金属合金材料。例如，粘结材料可包括包含至少一种过渡金属元素的粉末组合物。在特定情况中，粘结材料可包括选自如下的金属：铜、锡、银、钼、锌、钨、铁、镍、锑，和它们的组合。在一个特定实施例中，粘结材料可为包含铜和锡的金属合金。铜和锡的金属合金可为青铜材料，所述青铜材料可由60∶40的重量组成的铜和锡(分别地)形成。
根据一个特定实施例，铜和锡的金属合金可包含一定含量的铜，使得最终形成的粘结研磨制品具有合适的机械特性和碾磨性能。例如，铜和锡金属合金可包含不大于约70％的铜，如不大于约65％的铜，不大于约60％的铜，不大于约50％的铜，不大于约45％的铜，或甚至不大于约40％的铜。在特定情况中，铜的量在约30％至约65％之间，更特别地在约40％至约65％之间的范围内。
铜和锡的某些金属合金可具有最小量的锡。例如，金属合金可包含组成的总量的至少约30％的锡。在其他情况中，锡的量可更大，如至少约35％，至少约40％，至少约45％，至少约50％，至少约60％，至少约65％，或甚至至少约75％。某些粘结材料可包括锡的量在约30％至约80％之间，或30％至约70％之间，或甚至约35％至约65％之间的范围内的铜和锡的金属合金。
在一个可选择的实施例中，粘结材料可为锡基材料，其中锡基材料包括金属和金属合金，所述金属合金包含相比于存在于材料中的其他化合物为多数含量的锡。例如，粘结材料可基本上由锡组成。而且，可使用包含不大于约10％的其他合金材料(特别是金属)的某些锡基粘结材料
在某些实施例中，可形成混合物，使得粘结材料的量可小于混合物内磨粒的量。这种混合物有利于具有在本文更详细地描述的某些性质的粘结研磨制品。
除了磨粒和粘结材料之外，混合物还可包含活性粘结组合物前体。活性粘结组合物前体包含可添加至混合物的材料，所述材料之后促进粘结研磨本体的某些组分(包括例如颗粒材料(例如磨粒和/或填料)和粘结材料)之间的化学反应。活性粘结组合物前体可以以较少量，特别是小于存在于混合物内的磨粒的量的量添加至混合物中。
根据一个实施例，活性粘结组合物前体可包括包含金属或金属合金的组合物。更特别地，活性粘结组合物前体可包括包含氢的组合物或络合物。例如，活性粘结组合物前体可包含金属氢化物，更特别地，可包含诸如氢化钛的材料。在一个实施例中，活性粘结组合物前体基本上由氢化钛组成。
混合物通常包含较少量的活性粘结组合物前体。例如，混合物可包含不大于混合物的总重量的约40wt％的活性粘结组合物前体。在其他实施例中，混合物内的活性粘结组合物前体的量可更少，如不大于约35wt％，不大于约30wt％，不大于约28wt％，不大于约26wt％，不大于约23wt％，不大于约18wt％，不大于约15wt％，不大于约12wt％，或甚至不大于约10wt％。在特定情况中，混合物内活性粘结组合物前体的量可在约2wt％至约40wt％之间，如约4wt％至约35wt％之间，约8wt％至约28wt％之间，约10wt％至约28wt％之间，或甚至约12wt％至约26wt％之间的范围内。
混合物还可包含粘结剂材料。粘结剂材料可用于在粘结研磨制品的形成过程中提供合适的强度。某些合适的粘结剂材料可包括有机材料。例如，有机材料可为诸如热固性材料、热塑性材料、粘合剂和它们的组合的材料。在一个特定情况中，粘结剂材料的有机材料包括诸如如下的材料：聚酰亚胺、聚酰胺、树脂、芳纶、环氧树脂、聚酯、聚氨酯、乙酸酯、纤维素，以及它们的组合。在一个实施例中，混合物可包含使用热塑性材料的组合的粘结剂材料，所述热塑性材料构造为在特定温度下固化。在另一实施例中，粘结剂材料可包括适用于促进混合物的组分之间的粘附的粘合剂材料。粘结剂可为液体的形式，包括例如水基或非水基化合物。
通常，粘结剂材料可以以较少的量(以重量计)存在于混合物内。例如，粘结剂可以以显著小于磨粒、粘结材料或活性粘结组合物前体的量的量存在。例如，以混合物的总重量计，混合物可包含不大于约40wt％的粘结剂材料。在其他实施例中，混合物内粘结剂材料的量可更少，如不大于约35wt％，不大于约30wt％，不大于约28wt％，不大于约26wt％，不大于约23wt％，不大于约18wt％，不大于约15wt％，不大于约12wt％，或甚至不大于约10wt％。在特定情况中，混合物内粘结剂材料的量可在约2wt％至约40wt％之间，如约4wt％至约35wt％之间，约8wt％至约28wt％之间，约10wt％至约28wt％之间，或甚至约12wt％至约26wt％之间的范围内。
混合物还可包含一定量的填料。填料可为颗粒材料，所述颗粒材料可由混合物内的某些组分(包括例如磨粒)代替。特别地，填料可为可掺入混合物中的颗粒材料，其中填料在最终形成的粘结研磨本体中基本上保持其初始尺寸和性质。合适的填料的例子可包括氧化物、碳化物、硼化物、硅化物、氮化物、氮氧化物、碳氧化物、硅酸盐、石墨、硅、金属间化合物、陶瓷、中空陶瓷、熔融石英、玻璃、玻璃-陶瓷、中空玻璃球、天然材料(如贝壳)，以及它们的组合。
特别地，某些填料可具有小于磨粒的硬度的硬度。另外，可形成混合物，使得填料以不大于混合物的总体积的约90vol％的量存在。体积百分比用于描述填料的含量，因为填料可取决于颗粒的类型(如中空球相比于重颗粒)而具有不同的密度。在其他实施例中，混合物内填料的量可不大于约80vol％，如不大于约70vol％，不大于约60vol％，不大于约50vol％，不大于约40vol％，不大于约30vol％，或甚至不大于约20vol％。
某些成型过程可使用比磨粒的量更大的量的填料材料。例如，几乎所有的磨粒可由一种或多种填料材料代替。在其他情况中，大多数含量的磨粒可由填料材料代替。在其他实施例中，较少部分的磨粒可由填料材料代替。
此外，填料可具有显著小于磨粒的平均粒度的平均颗粒尺寸。例如，填料的平均颗粒尺寸可比磨粒的平均粒度小至少约5％，如比磨粒的平均粒度小至少约10％，比磨粒的平均粒度小至少约15％，比磨粒的平均粒度小至少约20％，或甚至比磨粒的平均粒度小至少约25％，以磨粒的平均粒度计。
在某些其他实施例中，填料可具有大于磨粒的平均颗粒尺寸，特别是在为中空本体的填料的情况中。
在特定情况中，填料材料可具有不大于约10MPam0.5的断裂韧性(K1c)，如使用可得自瑞士CSM压痕测试仪公司(CSMIndentationTesters，Inc.，Switzerland)或类似公司的金刚石探针经由ISO14577的标准化测试通过纳米压痕测试所测得。在其他实施例中，填料可具有不大于约9MPam0.5，如不大于约8MPam0.5，或甚至不大于约7MPam0.5的断裂韧性(K1c)。而且，填料的平均断裂韧性可在约0.5MPam0.5至约10MPam0.5之间的范围内，如在约1MPam0.5至约9MPam0.5之间的范围内，或甚至在约1MPam0.5至约7MPam0.5之间的范围内。
在形成混合物之后，通过剪切混合物而使其具有适当的流变学特性而继续形成粘结研磨制品的过程。例如，可剪切混合物，直至混合物具有特定粘度，并可具有半液体的稠度(例如泥状稠度)。在其他情况中，混合物可具有低得多的粘度，如糊剂。
在剪切混合物之后，可通过由混合物形成附聚物而继续过程。形成附聚物的过程可最初包括干燥混合物的过程。特别地，可在如下温度下进行干燥过程：所述温度适于固化在包含于混合物内的粘结剂内的有机组分(例如热固性材料)，并去除混合物内的某些挥发物(例如湿气)的一部分。因此，当适当固化粘结剂材料内的有机材料时，混合物可具有硬化或半硬化形式。特别地，合适的干燥温度可不大于约100℃，更特别地在约0℃至约100℃之间的范围内。
在合适的温度下干燥混合物之后，可通过压碎硬化形式而继续形成附聚物的过程。在压碎硬化形式之后，经压碎的粒子包括包含于混合物(包括磨粒和粘结材料)内的组分的附聚物。形成附聚物的过程可随后包括筛选经压碎的颗粒，以获得合适的附聚物尺寸分布。
在形成附聚物之后，可通过将附聚物成形为最终形成的粘结研磨制品的所需形状而继续过程。一种合适的成形过程包括用附聚粒子填充模具。在填充模具之后，可压制附聚物以形成具有模具的尺寸的未经处理的(即未烧结的)本体。根据一个实施例，压制可在至少约0.01吨/in2粘结研磨制品面积的压力下进行。在其他实施例中，压力可更大，如大约至少约0.1吨/in2，至少约0.5吨/in2，至少约1吨/in2，或甚至至少约2吨/in2。在一个特定实施例中，压制在约0.01吨/in2至约10吨/in2之间的范围内，或更特别地在约0.5吨/in2至约3吨/in2之间的范围内的压力下完成。
在成形混合物以形成未经处理的制品之后，可通过处理所述未经处理的制品而继续过程。处理可包括热处理未经处理的制品，特别是烧结未经处理的制品。在一个特定实施例中，处理包括液相烧结以形成粘结研磨本体。特别地，液相烧结包括形成未经处理的制品的某些组分(特别是粘结材料)的液相，从而在烧结温度下，粘结材料的至少一部分以液相且自由流动存在。特别地，液相烧结不是通常用于使用金属粘结材料而形成粘结磨料的过程。
根据一个实施例，处理未经处理的制品包括将未经处理的制品加热至至少400℃的液相烧结温度。在其他实施例中，液相烧结温度可更大，如至少约500℃，至少约650℃，至少约800℃，或甚至至少约900℃。在特定情况中，液相烧结温度可在约400℃至约1100℃之间，如约800℃至约1100℃之间的范围内，更特别地在约800℃至1050℃之间的范围内。
处理，特别是烧结，可进行特定时间。在液相烧结温度下烧结可进行至少约10分钟，至少约20分钟，至少约30分钟，或甚至至少约40分钟的时间。在特定实施例中，在液相烧结温度下烧结可持续在约10分钟至约90分钟之间，如约10分钟至60分钟之间，或甚至约15分钟至约45分钟之间的范围内的时间。
处理未经处理的制品还可包括在特定气氛中进行液相烧结过程。例如，气氛可为压力不大于约10-2托的减压气氛。在其他实施例中，减压气氛可具有不大于约10-3托，不大于约10-4托，如不大于约10-5托，或甚至不大于约10-6托的压力。在特定情况中，减压气氛可在约10-2托至约10-6托之间的范围内。
另外，在处理未经处理的制品的过程中，特别是在液相烧结过程中，气氛可为非氧化(即还原)气氛。用于形成还原气氛的合适的气体物种可包括氢气、氮气、稀有气体、一氧化碳、离解氨，以及它们的组合。在其他实施例中，可在处理未经处理的制品的过程中使用惰性气氛，以限制金属和金属合金组分的氧化。
在完成处理过程之后，形成在金属粘结材料内掺入磨粒的粘结研磨制品。根据一个实施例，研磨制品可具有本体，所述本体具有特定特征。例如，根据一个实施例，粘结研磨本体可具有比本体内的粘结材料的体积显著更大体积的磨粒。粘结研磨本体可具有至少约1.3的VAG/VBM比，其中VAG表示在粘结研磨本体的总体积内磨粒的体积百分比，且VBM表示在粘结研磨本体的总体积内粘结材料的体积百分比。根据另一实施例，VAG/VBM比可为至少约1.5，如至少约1.7，至少约2.0，至少约2.1，至少约2.2，或甚至至少约2.5。在其他实施例中，可形成粘结研磨本体，使得VAG/VBM比在约1.3至约9.0之间，如约1.3至约8.0之间，如约1.5至约7.0之间，如约1.5至约6.0之间，约2.0至约5.0之间，约2.0至约4.0之间，约2.1至约3.8之间，或甚至约2.2至约3.5之间的范围内。
更特别地，粘结研磨本体可包括以粘结研磨本体的总体积计至少约30vol％的磨粒。在其他情况中，磨粒的含量更大，如至少约45vol％，至少约50vol％，至少约60vol％，至少约70vol％，或甚至至少约75vol％。在特定实施例中，粘结研磨本体包括以粘结研磨本体的总体积计约30vol％至约90vol％之间，如约45vol％至约90vol％之间，约50vol％至约85vol％之间，或甚至约60vol％至约80vol％之间的磨粒。
粘结研磨本体可包括以粘结研磨本体的总体积计不大于约45vol％的粘结材料。根据某些实施例，粘结材料的含量可更小，如不大于约40vol％，不大于约30vol％，不大于约25vol％，不大于约20vol％，或甚至不大于约15vol％。在特定实施例中，粘结研磨本体包括以粘结研磨本体的总体积计约5vol％至约45vol％之间，如约5vol％至约40vol％之间，约5vol％至约30vol％之间，或甚至约10vol％至约30vol％之间的粘结材料。
根据另一实施例，本文的粘结研磨本体可包括一定量的孔隙。例如，粘结研磨本体可具有以粘结研磨本体的总体积计至少5vol％的孔隙。在其他实施例中，粘结研磨本体可具有以本体的总体积计至少约10vol％，如至少约12vol％，至少约18vol％，至少约20vol％，至少约25vol％，至少约30vol％，或甚至至少约35vol％的孔隙。而且，在其他实施例中，粘结研磨本体可包括以本体的总体积计不大于约80vol％的孔隙。在其他制品中，粘结研磨本体可具有以本体的总体积计不大于约70vol％，不大于约60vol％，不大于约55vol％，不大于约50vol％，不大于约48vol％，不大于约44vol％，不大于约40vol％，或甚至不大于约35vol％的孔隙。应了解，孔隙可落入如上所列的最小值和最大值中的任意者之间的范围内。
可形成粘结研磨本体，使得粘结研磨本体内的一定含量的孔隙为互连孔隙。互连孔隙限定延伸通过粘结研磨本体的体积的互连通道(即孔穴)的网络。例如，本体的大部分孔隙可为互连孔隙。实际上，在特定情况中，可形成粘结研磨本体，使得存在于粘结研磨本体内的孔隙的至少60％，至少约70％，至少约80％，至少约90％，或甚至至少约95％为互连孔隙。在某些情况中，基本上全部的存在于本体内的孔隙为互连孔隙。因此，粘结研磨本体可由两相的连续网络限定，所述两相为由粘结和磨粒限定的固相和由在整个粘结研磨本体内在固相之间延伸的孔隙限定的第二连续相。
根据另一实施例，对于粘结研磨本体的总体积，相比于粘结材料(VBM)，粘结研磨本体可具有特定比例(VP)的颗粒材料，所述颗粒材料包括磨粒和填料。应了解，颗粒材料和粘结材料的量作为本体总体积的部分以组分的体积百分比测得。例如，本文的实施例的粘结研磨本体可具有至少约1.5的比例(VP/VBM)。在其他实施例中，比例(VP/VBM)可为至少约1.7，至少约2.0，至少约2.2，至少约2.5，或甚至至少约2.8。在特定情况中，比例(VP/VBM)可在1.5至约9.0之间，如约1.5至8.0之间，如约1.5至约7.0之间，约1.7至约7.0之间，约1.7至约6.0之间，约1.7至约5.5之间，或甚至约2.0至约5.5之间的范围内。这样，粘结研磨本体可掺入比粘结材料更高含量的颗粒材料(包括填料和磨粒)。
根据一个实施例，研磨本体可包括可比存在于粘结研磨本体的总体积内的磨粒的量(vol％)更小、相等或甚至更大的填料的量(vol％)。某些磨粒可使用以粘结研磨本体的总体积计不大于约75vol％的填料。根据某些实施例，本体中的填料的含量可不大于约50vol％，不大于约40vol％，不大于约30vol％，不大于约20vol％，或甚至不大于约15vol％。在特定实施例中，粘结研磨本体包括以粘结研磨本体的总体积计约1vol％至约75vol％之间，如约1vol％至约50vol％之间，约1vol％至约20vol％之间，或甚至约1vol％至约15vol％之间的填料。在一种情况中，粘结研磨本体可基本上不含填料。
本文的实施例的粘结研磨本体可具有特定含量的活性粘结组合物。如应该了解，活性粘结组合物可为由活性粘结组合物前体与粘结研磨本体的某些组分(包括例如磨粒、填料和粘结材料)之间的反应而形成的反应产物。活性粘结组合物可促进本体内的颗粒(例如磨粒或填料)与粘结材料之间的化学粘结，这可有利于将颗粒保持在粘结材料内。
特别地，活性粘结组合物可包含不同的相，所述不同的相可设置于粘结研磨本体的不同区域中。此外，取决于组合物的位置，活性粘结组合物可具有特定的组成。例如，活性粘结组合物可包含沉淀相和界面相。沉淀相可存在于粘结材料内，并可作为不同的相而分散遍及粘结材料的体积。界面相可设置于颗粒材料(即磨粒和/或填料)与粘结材料之间的界面处。界面相可围绕本体的颗粒材料的表面积的大部分延伸。尽管未完全了解，但据推理，不同的相和活性粘结组合物的组成差异归因于成型过程，特别是液相烧结。
因此，粘结材料可为包括粘结相和沉淀相的复合材料，所述粘结相和沉淀相为分开的相。沉淀相可由包含活性粘结组合物的至少一种元素和粘结材料的至少一种元素的组合物制得。特别地，沉淀相可包含最初作为粘结材料提供于混合物中的至少一种金属元素。沉淀相可为金属或金属合金化合物或络合物。在特定实施例中，沉淀相可包含选自如下的材料：钛、钒、铬、锆、铪、钨，以及它们的组合。在更特定的情况中，沉淀相包含钛，并可基本上由钛和锡组成。
粘结材料的粘结相可包含过渡金属元素，特别是包含于用于形成混合物的最初粘结材料中的金属元素。这样，粘结相可由选自如下的金属组的材料形成：铜、锡、银、钼、锌、钨、铁、镍、锑，和它们的组合。在特定情况中，粘结相可包含铜，并可为铜基化合物或络合物。在某些实施例中，粘结相基本上由铜组成。
界面相可包含活性粘结组合物的至少一种元素。此外，界面相可包含颗粒材料的至少一种元素。这样，界面相可为通过活性粘结组合物与颗粒之间的化学反应而形成的化合物或络合物。某些界面相材料包括碳化物、氧化物、氮化物、硼化物、氮氧化物、硼氧化物、碳氧化物，和它们的组合。界面相可包含金属，更特别地可为掺入金属的化合物，如金属碳化物、金属氮化物、金属氧化物、金属氮氧化物、金属硼氧化物，或金属碳氧化物。根据一个实施例，界面相基本上由选自如下的材料组成：碳化钛、氮化钛、氮硼化钛、氧化钛铝，和它们的组合。
此外，界面相可具有至少约0.1微米的平均厚度。然而，更特别地，取决于界面相所覆盖的颗粒材料的尺寸，界面相可具有不同的厚度。例如，对于平均尺寸小于10微米的磨粒和/或填料，界面相可具有在颗粒的平均尺寸的约1％至20％之间的范围内的厚度。对于平均尺寸在约10微米至约50微米之间的范围内的颗粒材料，界面相可具有在颗粒的平均尺寸的约1％至约10％之间的范围内的厚度。对于平均尺寸在约50微米至约500微米之间的范围内的颗粒材料，界面相可具有在颗粒的平均尺寸的约0.5％至约10％之间的范围内的厚度。对于平均尺寸大于约500微米的颗粒材料，界面相可具有在颗粒的平均尺寸的约0.1％至约0.5％之间的范围内的厚度。
图4-7包括根据一个实施例的粘结研磨本体的微结构的放大图像。图4包括粘结研磨本体的一部分的横截面的扫描电子显微图像(以背散射模式操作)，所述粘结研磨本体包括磨粒801和在磨粒801之间延伸的粘结材料803。如所示，粘结材料803包含两个不同的材料相：由更浅的颜色表示的延伸通过粘结材料803的体积的沉淀相805，以及由更深的颜色表示的延伸通过粘结材料803的体积的粘结相806。
图5-7包括图4的粘结研磨本体的同一区域的放大图像，其中使用微探针分析来确定存在于本体的某些区域中的所选元素。图5包括在如下模式下的图4的区域的微探针图像：所述模式设定为确定铜多的区域，使得更浅的区域表示存在铜的区域。根据一个实施例，粘结材料803可包含铜和锡的金属合金。根据一个更特定的实施例，相比于沉淀相805，粘结材料803的粘结相806(其为粘结材料803的至少两个不同的相中的一者)可具有更大量的存在的铜。
图6包括图4和5的区域的放大图像，其中使用微探针分析来确定存在于粘结研磨本体的某些区域中的所选元素。图6使用在如下模式下的微探针：所述模式设定为确定具有存在的锡的区域，使得更浅的区域表示锡更多的区域。如所示，相比于粘结相806，粘结材料803的沉淀相805具有更多含量的锡。
图7包括图4-6的区域的放大图像，其中使用微探针分析。特别地，图7使用如下模式下的微探针：所述模式设定为确定具有存在的钛的区域，使得更浅的区域表示钛更多的区域。如所示，相比于粘结相806，粘结材料803的沉淀相805具有更多含量的钛。图7也提供了在磨粒801和粘结材料803的界面处的界面相1101的证据。如图7所证实，界面相1101包含特别高含量的钛，表明活性粘结组合物前体的钛可优先迁移至颗粒(即磨粒801)的界面，并与磨粒化学反应而形成如本文所述的界面相化合物。
图4-7提供了预料不到的现象的证据。尽管未完全了解，但包含铜和锡的最初粘结材料在加工过程中分离，这据推理是由于液相烧结过程。锡和铜变成不同的相：分别为沉淀相805和粘结相806。此外，锡优先与存在于活性粘结组合物前体材料中的钛结合，以形成沉淀相805。
根据一个实施例，粘结研磨本体可包含以粘结材料的总体积计至少约1vol％的活性粘结组合物，所述活性粘结组合物包含活性粘结组合物的所有的相，如界面相和沉淀相。在其他情况中，粘结内的活性粘结组合物的量可更大，如至少约4vol％，至少约6vol％，至少约10vol％，至少约12vol％，至少约14vol％，至少约15vol％，或甚至至少约18vol％。在特定情况中，粘结材料含有在约1vol％至约40vol％之间，如约1vol％至约30vol％之间，约1vol％至约25vol％之间，约4vol％至约25vol％之间，或约6vol％至约25vol％之间的范围内的活性粘结组合物的量。在一些情况中，活性粘结组合物的量在粘结材料的总体积的约10vol％至约30vol％之间，约10vol％至约25vol％之间，或甚至约12vol％至约20vol％之间的范围内。
可形成粘结研磨本体，使得粘结材料可具有特定的断裂韧性(K1c)。粘结材料的韧性可经由微米压痕测试或纳米压痕测试而测得。微米压痕测试通过如下原理测量断裂韧性：通过在材料(包括例如在此情况中，在粘结材料中)内的特定位置处加载压痕器而在抛光样品上产生裂纹。例如，合适的微米压痕测试可根据公开于“IndentationofBrittlematerials”MicroindentationTechniquesinMaterialsScienceandEngineering，ASTMSTP889，D.B.Marshall和B.R.Lawn，第26-46页中的方法进行。根据一个实施例，粘结研磨本体具有平均断裂韧性(K1c)不大于约4.0MPam0.5的粘结材料。在其他实施例中，粘结材料的平均断裂韧性(K1c)可不大于约3.75MPam0.5，如不大于约3.5MPam0.5，不大于约3.25MPam0.5，不大于约3.0MPam0.5，不大于约2.8MPam0.5，或甚至不大于约2.5MPam0.5。粘结材料的平均断裂韧性可在约0.6MPam0.5至约4.0MPam0.5之间的范围内，如在约0.6MPam0.5至约3.5MPam0.5之间的范围内，或甚至在约0.6MPam0.5至约3.0MPam0.5之间的范围内。
本文的实施例的研磨制品可具有特定性质。例如，粘结研磨本体可具有至少约2000psi，如至少约4000psi，更特别地至少约6000psi的断裂模量(MOR)。
当本文的实施例的粘结研磨本体用于某些碾磨操作中时，其显示出特定的有利性质。特别地，粘结研磨轮可在非修整碾磨操作中使用，其中在本体已进行校准操作之后，粘结研磨本体不需要修整操作。通常，完成校准操作以提供研磨本体所需的轮廓和形状。在校准之后，通常使用硬度相等或更硬的研磨元件来修整研磨本体，以去除磨损粒子并暴露新的磨粒。修整为常规研磨制品的耗时的必要过程，以确保研磨制品的适当操作。已发现，本文的实施例的粘结研磨本体在使用过程中需要明显更少的修整，并具有相比于常规研磨制品显著改进的性能参数。在特定实施例中，粘结研磨本体可为基本上自修整的，使得粘结材料中的一些可在碾磨过程中脱离，由此暴露新的磨粒表面。
例如，在一个实施例中，在非修整碾磨操作过程中，一个实施例的粘结研磨本体可具有不大于约40％的功率方差，其中功率方差由等式[(Po-Pn)/Po]x100％描述。Po表示在初始碾磨循环时使用粘结研磨本体碾磨工件的碾磨功率(Hp或Hp/in)，Pn表示对于第n个碾磨循环碾磨工件的碾磨功率(Hp或Hp/in)，其中n≥4。因此，功率方差测量从初始碾磨循环到随后的碾磨循环的碾磨功率的改变，其中进行至少4个碾磨循环。
特别地，碾磨循环可以以连续的方式完成，这意味着在碾磨循环之间不对粘结研磨制品进行校准或修整操作。本文的实施例的粘结研磨本体在某些碾磨操作过程中可具有不大于约25％的功率方差。在其他实施例中，粘结研磨本体的功率方差可不大于约20％，如不大于约15％，或甚至不大于约12％。某些研磨本体的功率方差可在约1％至约40％之间，如约1％至约20％之间，或甚至约1％至约12％之间的范围内。
在进一步提及功率方差时，应注意初始碾磨循环的碾磨功率(Po)与在第n个碾磨循环时碾磨工件所用的碾磨功率(Pn)之间的改变可在多个碾磨循环中测量，其中“n”大于或等于4。在其他情况中，“n”可大于或等于6(即至少6个碾磨循环)，大于或等于10，或甚至大于或等于12。此外，应了解第n个碾磨循环可表示连续碾磨循环，其中在碾磨循环之间不在研磨制品上完成修整。
根据一个实施例，粘结研磨本体可在碾磨操作中使用，其中材料去除速率(MRR’)为至少约1.0in3/min/in[10mm3/sec/mm]。在其他实施例中，使用本文的实施例的粘结研磨本体的碾磨操作可以以至少约4.0in3/min/in[40mm3/sec/mm]，如至少约6.0in3/min/in[60mm3/sec/mm]，至少约7.0in3/min/in[70mm3/sec/mm]，或甚至至少约8.0in3/min/in[80mm3/sec/mm]的材料去除速率进行。使用本文的实施例的粘结研磨本体的某些碾磨操作可以以在约1.0in3/min/in[10mm3/sec/mm]至约20in3/min/in[200mm3/sec/mm]之间的范围内，在约5.0in3/min/in[50mm3/sec/mm]至约18in3/min/in[180mm3/sec/mm]之间的范围内，在约6.0in3/min/in[60mm3/sec/mm]至约16in3/min/in[160mm3/sec/mm]之间的范围内，或甚至在约7.0in3/min/in[70mm3/sec/mm]至约14in3/min/in[140mm3/sec/mm]之间的范围内的材料去除速率(MRR’)进行。此外，在某些实施例中，可获得上述特定MRR’，并同时在工件中，特别是在工件边缘上产生低的最大碎片尺寸，如下文更详细地描述。
此外，粘结研磨本体可在碾磨操作中使用，其中粘结研磨本体以特定的表面速度旋转。表面速度指轮在与工件的接触点处的速度。例如，粘结研磨本体可以以至少1500表面英尺/分钟(sfpm)，如至少约1800，如至少约2000sfpm，至少约2500sfpm，至少约5000sfpm，或甚至至少10000sfpm的速度旋转。在特定情况中，粘结研磨本体可以以在约2000sfpm至约15000sfpm之间，如约2000sfpm至12000sfpm之间的范围内的速度旋转。
在一个特定情况中，已发现本文描述的粘结研磨本体特别适用于进行周边碾磨操作。例如，周边碾磨操作可用于将切割工具插件形成至精确的规格。周边碾磨涉及在工件的边缘处或接近工件的边缘接触工件。研磨制品通常为轮或杯的形状，待与工件接触的研磨本体的表面为平直的。周边碾磨可碾磨平直表面、锥体或有角表面(如倒角)、狭槽、紧挨肩部的平直表面、凹进表面、剖面等。例如，图1示出了周边碾磨操作的一个例子。杯形研磨制品10可旋转地安装至心轴。固定工件30，使得研磨本体50的平直表面40接触工件30。磨轮还可构造为使得其可相对于工件移动以与工件接触，从而产生所需的工件尺寸。在特定实施例中，周边碾磨操作可包括碾磨工件的边缘，以产生具有诸如“K”刃背或“T”刃背的形状的倒角。当形成切割工具插件时，产生“K”刃背或“T”刃背倒角是特别有用的。图2示出了在周边碾磨操作之前的工件30的例子，所述工件30具有第一表面60和与第一表面60相邻的第二表面70。图3示出了在周边插件碾磨操作在工件30的边缘上产生“K”刃背倒角80之后的工件30的例子。如所示，“K”刃背80设置于第一表面60与第二表面70之间。相比于碾磨工件的主表面，在例如工件的“K”刃背的周边碾磨过程中，工件的“K”刃背更易于削切。常规研磨制品不能完成工件的周边碾磨(包括以可接受的工件品质(即削切品质，如最大碎片尺寸)和可接受的加工条件(如材料去除速率和碾磨效率)碾磨而形成“K”刃背)。
在某些实施例中，在周边碾磨操作中，研磨制品或轮还可配置为振荡。研磨制品或工件的振荡可在碾磨操作的一部分的过程中或在全部碾磨操作的过程中进行。在特定实施例中，在碾磨诸如“K”刃背的倒角或有角表面的过程中可不存在振荡。
此外，本文的实施例的粘结研磨本体可在碾磨操作中使用，其中在碾磨之后，工件具有不大于约50微英寸(约1.25微米)的平均表面粗糙度(Ra)。在其他情况中，工件的平均表面粗糙度可不大于约40微英寸(约1微米)，或甚至不大于约30微英寸(约0.75微米)。此外，在特定实施例中，在碾磨工件的边缘(如工件的“K”刃背)之后，工件的边缘可具有不大于约50微英寸(约1.25微米)的平均表面粗糙度(Ra)。在其他情况中，工件的边缘的平均表面粗糙度可不大于约40微英寸(约1微米)，或甚至不大于约30微英寸(约0.75微米)。
在其他实施例中，在使用本文的实施例的粘结研磨制品碾磨的过程中，至少三个连续的碾磨操作的平均表面粗糙度方差可不大于约35％。应注意，连续的碾磨操作为在每个碾磨操作之间不进行校准操作的操作。平均表面粗糙度的方差可计算为在工件上每个位置处工件的测量平均表面粗糙度(Ra)的标准偏差，在所述工件上进行每个分开的碾磨操作。根据某些实施例，至少三个连续的碾磨操作的平均表面粗糙度方差可不大于约25％，不大于约20％，不大于约15％，不大于约10％，或甚至不大于约5％。
根据其他实施例，粘结研磨制品可具有至少约1200的G-比。G-比为从工件上去除的材料的体积除以通过磨损而从粘结研磨本体上损失的材料的体积。根据另一实施例，粘结研磨本体可具有至少约1300，如至少约1400，至少约1500，至少约1600，至少约1700，或甚至至少约1800的G-比。在某些情况中，粘结研磨本体的G-比可在约1200至约2500之间，如约1200至约2300之间，或甚至约1400至约2300之间的范围内。可在本文所述的材料去除速率下获得本文所述的G-比值。此外，所述G-比值可在本文描述的多种工件材料类型上获得。
换言之，相比于常规研磨制品，特别是金属粘结研磨制品，粘结研磨制品可具有显著改进的G-比。例如，根据本文的实施例的粘结研磨本体的G-比可比常规研磨制品的G-比大至少约5％。在其他情况中，G-比的改进可更大，如至少约10％，至少约15％，至少约20％，至少约25％，或甚至至少约30％。粘结研磨制品的特定实施例显示出相比于常规粘结磨料在如下范围内的G-比的增加：约5％至约200％之间，约5％至约150％之间，约5％至约125％之间，约5％至约100％之间，约10％至约75％之间，或甚至约10％至约60％之间。
某些粘结研磨本体显示出充分接近稳态碾磨功率的初始碾磨功率。通常，稳态碾磨功率明显不同于常规金属粘结研磨制品的初始碾磨功率。这样，相比于常规金属粘结研磨制品，本文的实施例的粘结研磨本体的碾磨功率从初始碾磨功率的增加特别小。例如，本文的实施例的粘结研磨本体可具有不大于约40％的如由等式[(Pn-Po)/Po]x100％定义的初始碾磨功率的增加。在等式中，Po表示在初始碾磨循环时使用粘结研磨本体碾磨工件的初始碾磨功率(Hp或Hp/in)，Pn表示在第n个碾磨循环时使用粘结研磨本体碾磨工件的碾磨功率(Hp或Hp/in)，其中n≥16。应了解，碾磨循环可为连续的碾磨循环，其中不进行粘结研磨本体的校准或修整。
本文的实施例的粘结研磨本体可适用于碾磨某些工件，如断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的工件。在其他实施例中，工件可具有至少约7.5MPa·m0.5，至少约8.0MPa·m0.5，至少约8.5MPa·m0.5，至少约9MPa·m0.5，至少约9.5MPa·m0.5，至少约10MPa·m0.5，至少约10.5MPa·m0.5，至少约11MPa·m0.5，至少约11.5MPa·m0.5，至少约12MPa·m0.5，至少约12.5MPa·m0.5，或甚至至少约13MPa·m0.5，至少约13.5MPa·m0.5，至少约14MPa·m0.5，至少约14.5MPa·m0.5，至少约15MPa·m0.5，至少约15.5MPa·m0.5，或甚至至少约16MPa·m0.5的断裂韧性。平均断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的材料的例子可包括具有钴粘结剂的碳化钨。此外，诸如碳化钨的材料还可包含较少量的碳化钛、碳化钽或碳化铌。显示出至少约7MPa·m0.5的断裂韧性的工件更难以在高去除速率或进料速率下碾磨，并同时获得可接受的削切，以及使工件或研磨本体上的生热和燃烧达到最少。
当在断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的工件上进行某些碾磨操作(例如周边碾磨操作)时，在使用如本文所述的研磨制品研磨工件之后，工件可显示出小于约0.003英寸，小于约0.0025英寸，小于约0.002，小于约0.0015英寸，小于约0.001英寸，或甚至小于约0.0005英寸的最大碎片尺寸。在特定实施例中，这种最大碎片尺寸可在工件的边缘(如工件的“K”刃背)上获得。特别地，可获得这种最大碎片尺寸，并同时保持或获得本文所述的其他碾磨参数。例如，可使用如本文所述的进料速率、材料去除速率、碾磨效率或它们的组合获得这种最大碎片尺寸。
此外，如下文更详细地讨论，在连续的周边碾磨操作中，工件之间的最大碎片尺寸方差可计算为最大碎片尺寸的标准偏差。根据某些实施例，至少三个连续的碾磨操作的最大碎片尺寸方差可不大于约25％，不大于约20％，不大于约15％，不大于约10％，或甚至不大于约5％。
在比较本文描述的实施例的粘结研磨本体与常规粘结研磨本体(如以全文引用的方式因入本文以用于所有可用目的的美国专利申请公布No.2012/0055098A1的实例中描述的研磨本体)时，常规粘结研磨本体不能在特别地保持例如可接受的进料速率和碾磨效率的同时获得最大碎片尺寸。例如，特别出乎意料的是能够实现大于0.35英寸/min(和更高)的进料速率，并同时保持如本文所述的最大碎片尺寸或如本文所述的在工件与研磨本体的界面处的温度(其中工件具有至少约7MPa·m0.5的断裂韧性)。在某些实施例中，最大碎片尺寸可比常规金属粘结研磨制品的最大碎片尺寸小至少5％。根据另一实施例，相比于常规金属粘结研磨制品，最大碎片尺寸小至少约8％，如小至少约10％，小至少约15％，小至少约20％，小至少约25％，小至少约30％，小至少约40％，或甚至小至少约50％。在特定情况中，最大碎片尺寸的改进可在约5％至约100％之间，如大约5％至约75％之间，约5％至约60％之间，或甚至约5％至约50％之间的范围内。
此外，当在断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的工件上进行某些碾磨操作时，体系的温度可增加至研磨本体、工件或上述两者被损坏(如燃烧)的点。在本文描述的实施例中，在碾磨操作过程中，在研磨制品与工件之间的界面处的温度可不大于1000℃，不大于900℃，或甚至不大于700℃。在特定实施例中，结合如上所述的其他碾磨特性(如进料速率和碾磨效率)，在碾磨操作过程中在研磨制品与工件之间的界面处的温度可如上所述。例如，在大于0.35英寸/min(和更高)的进料速率下，在碾磨操作过程中在研磨制品与工件之间的界面处的温度可如上所述。
在例如具有低的断裂韧性的工件上进行某些碾磨操作时，粘结研磨本体可以以至少1800sfpm的速率操作。在其他情况中，粘结研磨本体可以以至少1900sfpm，至少约2200sfpm，或甚至至少2350sfpm的速率旋转。在特定情况中，在碾磨操作过程中，粘结研磨本体可以以在约1800sfpm至约3100sfpm之间的范围内，更特别地在约1900sfpm至2350sfpm之间的范围内的速率旋转。
另外，本文的实施例的粘结研磨制品适用于在某些进料速率下例如在具有低断裂韧性的工件上的某些碾磨操作。例如，进料速率可大于0.35英寸/min，至少约0.5英寸/min，至少约1英寸/min，至少约1.5英寸/min，或甚至至少约2英寸/min。在其他情况中，进料速率可更大，如至少约3英寸/min，至少约3.5英寸/min，或甚至至少约4英寸/min。特定实施例可在碾磨操作中使用粘结研磨本体，其中进料速率在约2英寸/min至约10英寸/min之间，如约3至约8英寸/min之间的范围内。
在另一实施例中，粘结研磨本体可用于碾磨操作中，其中在使用研磨校准轮校准粘结研磨本体之后，粘结研磨本体能够周边碾磨断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的工件达至少17个连续的碾磨循环而不超过碾磨机的最大主轴功率。这样，粘结研磨本体显示出改进的工作寿命，特别是在碾磨具有低的断裂韧性的工件的情况中。实际上，在使用校准操作之前，粘结研磨本体能够进行至少约20个连续的碾磨循环，至少约25个连续的碾磨循环，或至少约30个连续的碾磨循环。应了解，指代连续的碾磨循环是指代以连续方式进行，而在碾磨循环之间不校准或修整粘结研磨本体的碾磨循环。
在比较本文的实施例的粘结研磨本体与常规粘结研磨本体时，通常，在需要校准操作以再磨锐和表面重修之前，常规粘结研磨制品在断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的工件上进行不超过约16个连续的碾磨循环。这样，相比于常规金属粘结磨料，本文的实施例的粘结研磨本体显示出可操作碾磨时间的改进，如通过在需要校准操作之前或在碾磨功率超过碾磨机的功率容量之前所进行的连续的碾磨循环数量所估量。
工业中所测量的碾磨性能的另一显著改进为部件数/修整，其为在研磨制品需要修整以保持性能之前可由特定的研磨制品机械加工的部件数量的量度。根据一个实施例，相比于常规金属粘结研磨制品，本文的实施例的粘结研磨本体可在断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的工件上具有至少约10％的碾磨效率的增加，如通过部件数/修整所估量。根据另一实施例，相比于常规金属粘结研磨制品，碾磨效率的增加为至少约20％，如至少约30％，至少约40％，或甚至至少约50％。特别地，这种常规金属粘结研磨制品可包括最先进的制品，如可得自圣戈班磨料公司(Saint-GobainAbrasives)的G-ForceandSpector牌研磨制品。在特定情况中，如通过部件数/修整所估量的碾磨效率的增加可在约10％至约200％之间，如大约20％至约200％之间，约50％至约200％之间，或甚至约50％至约150％之间的范围内。在特定实施例中，当碾磨断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的工件(例如碳化钨)时，本文所述的研磨制品可具有至少约5，至少约10，至少约15，至少约20，至少约25，或甚至至少约30部件/修整的如通过部件数/修整所估量的碾磨效率。应了解，在本文所述的碾磨条件下在本文所述的工件上可获得这种改进。特别地，可在保持本文所述的其他碾磨参数的同时获得碾磨效率的这种改进。例如，也可在具有如本文所述的降低的最大碎片尺寸的同时获得碾磨效率的改进。
另外，本文的实施例的粘结研磨制品可具有通过磨损速率而在工业中估量的碾磨性能的改进，所述磨损速率为研磨制品在碾磨过程中经历的磨损的量度。根据一个实施例，本文的实施例的粘结研磨本体可具有磨损速率的改进，使得研磨制品以比常规金属粘结研磨制品的磨损速率低至少5％的速率磨损。根据另一实施例，相比于常规金属粘结研磨制品，磨损速率低至少约8％，如至少约10％，至少约12％，或甚至至少约15％。在特定情况中，磨损速率的改进可在约5％至约100％之间，如约5％至约75％之间，约5％至约60％之间，或甚至约5％至约50％之间的范围内。应了解，在本文所述的碾磨条件下在本文所述的工件上可获得这种改进。
本文的实施例的研磨制品所显示的碾磨性能的另一显著改进包括保持或甚至增加可用碾磨速率，并同时改进工件品质，如本文所述。碾磨速率为在不牺牲表面光洁度或超过机器或粘结研磨制品的碾磨功率的情况下将工件成形的速度。根据一个实施例，本文的实施例的粘结研磨本体可具有碾磨速率的改进，使得研磨制品以比常规金属粘结研磨制品快至少5％的速率碾磨。在其他情况中，相比于常规金属粘结研磨制品，碾磨速率可更大，如大至少约8％，至少约10％，至少约12％，至少约15％，至少约20％，或甚至至少约25％。对于本文的某些粘结研磨制品，碾磨速率的改进可在约5％至约100％之间，如大约5％至约75％之间，约5％至约60％之间，或甚至约5％至约50％之间的范围内。应了解，在本文所述的碾磨条件下在本文所述的工件上可获得这种改进。
特别地，可在保持本文所述的其他碾磨参数的同时获得碾磨速率的这种改进。例如，可在也具有如本文所述的初始碾磨功率的有限增加、如本文所述的表面光洁度的有限变化，以及如本文所述的有限磨损速率的同时获得碾磨速率的改进。
应注意如本文所述的某些性能特性可在周边插入碾磨测试操作中获得。如本文所用，周边插入碾磨操作在Agathon400CombiCNC机上进行，并使用2英寸/min的粗料(rough)进料速率和1.0英寸/min的精修(finish)进料速率。轮在8500SFPM下操作，切割深度为0.025英寸。
本文的粘结研磨本体显示出与常规金属粘结研磨制品不同的组成和碾磨性质。本文的实施例的粘结研磨本体显示出有效碾磨的改进寿命，需要比其他常规金属粘结研磨本体显著更少的修整，并具有相比于最先进的金属粘结研磨本体改进的磨损性质。此外，本文的实施例涉及磨粒的特定方面。应注意，磨粒的尺寸和/或浓度可对本文的实施例的粘结研磨体系的性能和可成型性具有显著影响。例如，在某些情况中，如果磨粒的尺寸过大，则粘结研磨体系的可成型性可为不利的，且研磨制品的性能降低(即在碾磨过程中和碾磨之后的高碾磨力、振动和差的工件表面品质)。而且，如果磨粒的尺寸过小，则粘结研磨体系的性能也可受限。同样地，如果粘结研磨本体中的磨粒的含量过大，则体系可能难以成型为粘结研磨本体。此外，如果磨粒的含量过小，则性能可能受限。
此外，据信本文的粘结研磨本体的形成过程的特定方面是某些组成和微结构特征的原因。本文的实施例的粘结研磨本体包括可归因于形成过程的特征组合，并促进改进的碾磨性能，包括例如活性粘结组合物、活性粘结组合物的特定相和这些相的特定位置、孔隙的类型和量、磨粒的类型和量和尺寸、填料的类型和量、颗粒与粘结剂的比例、磨料与粘结剂的比例，和某些组分的机械性质(例如断裂韧性)。在特定实施例中，已出乎意料地发现，如本文所述的粘结研磨本体在周边碾磨操作过程中显示出显著改进的碾磨特性，如改进的进料速率、材料去除速率、最大碎片尺寸、研磨本体与工件的界面处的温度、碾磨效率，和断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的工件上的磨损速率。特别地，本文描述的粘结研磨制品可具有如上特性的组合，如高进料速率且同时保持工件品质。完全预料不到且出乎意料的是至少临界磨粒尺寸产生这些结果。例如，预期使用比美国专利申请公布No.20120055098的实施例更小的磨粒尺寸会不成功，因为这会降低研磨本体所显示的力/粒子，从而当施加足够的力以显示例如可接受的材料去除速率、进料速率或其他加工特性时，研磨本体将粉碎或工件将从其固定器中被推动。此外，在更细的磨粒尺寸的情况下，更少的磨粒暴露于粘结材料。当存在不足的砂粒暴露时，由接触工件的粘结材料所导致的另外的摩擦分量可能变得显著。
在上文中，对具体实施例和某些组件的连接的提及为示例性的。应了解，提及组件为联接或连接的旨在公开所述组件之间的直接连接或通过一个或多个中间组件的间接连接以进行本文所述的方法。同样，如上公开的主题被认为是说明性的而非限制性的，所附权利要求书旨在涵盖落入本发明的真实范围内的所有这种修改、增强和其他实施例。因此，在法律允许的最大程度内，本发明的范围将由如下权利要求和它们的等同形式的最广允许解释确定，不应由如上具体实施方式限制或限定。
本公开不用于解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在前述描述中，为了简化本公开，各个特征可在单个实施例中组合在一起或进行描述。本公开不解释为反映如下意图：所要求保护的实施例需要除了在每个权利要求中明确记载之外的更多的特征。相反，如如下权利要求所反映的，本发明的主题可涉及比所公开的实施例中的任意者的全部特征更少的特征。
项目1.一种构造为碾磨断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的工件的研磨制品，其包括本体，所述本体包括包含于粘结材料内的磨粒，所述粘结材料包括金属，其中所述本体包括至少约1.3的VAG/VBM比，其中VAG为本体的总体积内的磨粒的体积百分比，VBM为本体的总体积内的粘结材料的体积百分比，其中所述磨粒具有在约20至约60微米之间的范围内的平均粒度。
项目2.一种构造为在周边碾磨操作中碾磨工件的研磨制品，其包括本体，所述本体包括包含于粘结材料内的磨粒，所述粘结材料包括金属，其中所述本体包括至少约1.3的VAG/VBM比，其中VAG为本体的总体积内的磨粒的体积百分比，VBM为本体的总体积内的粘结材料的体积百分比，其中所述磨粒具有在约20至约60微米之间的范围内的平均粒度，且其中所述研磨制品具有杯状形状。
项目3.一种构造为碾磨断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的工件的研磨制品，其包括本体，所述本体包括包含于粘结材料内的磨粒，所述粘结材料包括金属，其中所述本体包括至少约1.3的VAG/VBM比，其中VAG为本体的总体积内的磨粒的体积百分比，VBM为本体的总体积内的粘结材料的体积百分比，其中在工件的至少边缘上的周边插入碾磨测试操作过程中，工件的边缘具有小于约0.0025英寸的最大碎片尺寸。
项目4.一种从工件上去除材料的方法，其包括提供断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的工件；使用研磨制品从工件上去除材料，其中所述研磨制品包括本体，所述本体包括包含于粘结材料内的磨粒，所述粘结材料包括金属，其中所述本体包括至少约1.3的VAG/VBM比，其中VAG为本体的总体积内的磨粒的体积百分比，VBM为本体的总体积内的粘结材料的体积百分比，其中所述磨粒具有在约20至约60微米之间的范围内的平均粒度。
项目5.一种从多个工件上去除材料的方法，其包括提供断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的多个工件；使用研磨制品在至少5个工件上进行连续周边碾磨操作，其中在连续周边碾磨操作之间不修整研磨制品的情况下进行所述连续周边碾磨操作，其中在进行周边碾磨操作之后，所述多个工件具有小于约0.0025英寸的在工件边缘上的平均最大碎片尺寸。
项目6.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述粘结材料包含粘结材料的总体积的至少1vol％，至少5vol％，至少14vol％，至少15vol％，或甚至至少18vol％的活性粘结组合物。
项目7.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述活性粘结组合物包含化合物，所述化合物包括金属或金属合金。
项目8.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述活性粘结组合物包含选自由如下组成的金属元素组的金属元素：钛、钒、铬、锆、铪、钨，和它们的组合。
项目9.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述磨粒基本上由超磨料组成。
项目10.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述活性粘结组合物包含选自碳化物、氮化物、氧化物和它们的组合的化合物。
项目11.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述活性粘结组合物基本上由碳化钛组成。
项目12.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述活性粘结组合物设置于磨粒与粘结材料的界面处。
项目13.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中在所述粘结材料内的活性粘结组合物的一部分在磨粒与粘结材料之间的界面处至少部分围绕磨粒。
项目14.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述粘结材料包含在磨粒之间延伸的粘结柱(bondpost)，其中所述活性粘结组合物分布于所述粘结柱内。
项目15.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述磨粒包含超磨料材料。
项目16.根据权利要求15所述的研磨制品，其中所述磨粒基本上由金刚石组成。
项目17.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述磨粒具有不大于约80微米，不大于约86微米，不大于约84微米，不大于约82微米，不大于约80微米，不大于约78微米，不大于约76微米，不大于约74微米，不大于约72微米，不大于约70微米，不大于约68微米，不大于约66微米，不大于约64微米，不大于约62微米，不大于约60微米，不大于约58微米，不大于约56微米，不大于约54微米，或甚至不大于约52微米的平均粒度。
项目18.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述磨粒具有至少约20微米，至少约22微米，至少约24微米，至少约26微米，至少约28微米，至少约30微米，至少约32微米，至少约34微米，至少约36微米，至少约38微米，至少约40微米，至少约42微米，或甚至至少约44微米的平均粒度。
项目19.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述磨粒具有不大于约3∶1，或甚至不大于约2∶1的纵横比，其中纵横比定义为长度∶宽度尺寸的比例。
项目20.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述磨粒为基本上等轴的。
项目21.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述粘结材料包含至少一种过渡金属元素。
项目22.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述粘结材料包含选自由如下组成的金属组的金属：铜、锡、银、钼、锌、钨、铁、镍、锑，和它们的组合。
项目23.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述粘结材料包含金属合金，所述金属合金包含铜和锡。
项目24.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中VAG/VBM比为至少约1.5，至少约1.7，至少约2.0，至少约2.1，或甚至至少约2.2。
项目25.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中VAG/VBM比在约1.3至约9.0之间，约1.3至约8.0之间，约1.5至约7.0之间，约1.5至约6.0之间，或甚至约2.0至约5.0之间的范围内。
项目26.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中粘结材料包括不大于约4.0MPam0.5，不大于约3.75MPam0.5，不大于约3.5MPam0.5，不大于约3.25MPam0.5，不大于约3.0MPam0.5，不大于约2.8MPam0.5，或甚至不大于约2.5MPam0.5的平均断裂韧性(K1c)。
项目27.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述粘结材料包括在约0.6MPam0.5至约4.0MPam0.5之间，约0.6MPam0.5至约3.5MPam0.5之间，或甚至约0.6MPam0.5至约3.0MPam0.5之间的范围内的平均断裂韧性(K1c)。
项目28.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述本体包括至少约5vol％的孔隙，其中大部分孔隙为互连孔隙，所述互连孔隙限定延伸通过本体体积的互连孔隙的网络。
项目29.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述磨粒包括涂层。
项目30.根据权利要求29所述的研磨制品或方法，其中所述涂层包含金属或金属合金，特别是镍。
项目31.根据权利要求30所述的研磨制品或方法，其中所述涂层包括施用至磨粒的电镀金属层。
项目32.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述填料包括掺入本体中的颗粒材料，所述颗粒材料基本上保持其初始形状和尺寸。
项目33.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述填料包含选自由如下组成的材料组的材料：氧化物、碳化物、硼化物、硅化物、氮化物、氮氧化物、碳氧化物、硅酸盐、石墨、硅、金属间化合物、陶瓷、中空陶瓷、熔融石英、玻璃、玻璃-陶瓷、中空玻璃球，以及它们的组合。
项目34.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述填料包括不大于约10MPam0.5，不大于约9MPam0.5，不大于约8MPam0.5，或甚至不大于约7MPam0.5的断裂韧性(K1c)。
项目35.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述填料占本体总体积的不大于约75vol％。
项目36.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述填料以小于磨粒的量的量存在，如通过本体的总体积的体积百分比所估量。
项目37.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述活性粘结组合物以在粘结材料的总体积的约1vol％至约40vol％之间，约10vol％至约30vol％之间，10vol％至约25vol％之间，或甚至12vol％至约20vol％之间的范围内的量存在。
项目38.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述本体包括本体的总体积的至少约5vol％，至少约10vol％，至少约20vol％，至少约25vol％，至少约30vol％，或甚至至少35vol％的孔隙。
项目39.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述工件包含碳化钨。
项目40.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述工件具有至少约7.5MPa·m0.5，至少约8.0MPa·m0.5，至少约8.5MPa·m0.5，至少约9MPa·m0.5，至少约9.5MPa·m0.5，至少约10MPa·m0.5，至少约10.5MPa·m0.5，至少约11MPa·m0.5，至少约11.5MPa·m0.5，至少约12MPa·m0.5，至少约12.5MPa·m0.5，或甚至至少约13MPa·m0.5，至少约13.5MPa·m0.5，至少约14MPa·m0.5，至少约14.5MPa·m0.5，至少约15MPa·m0.5，至少约15.5MPa·m0.5，或甚至至少约16MPa·m0.5的断裂韧性。
项目41.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述本体包括本体的总体积的不大于约80vol％，不大于约60vol％，不大于约50vol％的孔隙，本体的总体积的不大于约40vol％，或甚至不大于约35vol％的孔隙。
项目42.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述本体包括至少约1.5，至少约1.7，至少约2.0，或甚至至少约2.2的VP/VBM比，其中VP为所述本体的总体积内的颗粒材料的体积百分比，所述颗粒材料包括研磨晶粒和填料，且VBM为所述本体的总体积内的粘结材料的体积百分比。
项目43.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中VP/VBM比在约1.5至约9.0之间的范围内，或甚至在约1.5至约8.0之间的范围内。
项目44.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中在断裂韧性为至少约7MPa·m1/2的工件的边缘上去除材料之后的最大碎片尺寸小于约0.0025英寸，小于约0.002，小于约0.0015英寸，小于约0.001英寸，或甚至小于约0.0005英寸。
项目45.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述研磨制品在碳化钨工件上显示出至少约1.0in3/min/in[10mm3/sec/mm]，至少约2.0in3/min/in[10mm3/sec/mm]，至少约4.0in3/min/in[40mm3/sec/mm]，如至少约6.0in3/min/in[60mm3/sec/mm]，至少约7.0in3/min/in[70mm3/sec/mm]，或甚至至少约8.0in3/min/in[80mm3/sec/mm]的材料去除速率。
项目46.根据前述权利要求中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述研磨制品构造为可在碳化钨工件上获得至少约0.5英寸/min，至少约1英寸/min，至少约1.5英寸/min，或甚至至少约2英寸/min的进料速率。

Claims (15)

1.一种构造为碾磨断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的工件的研磨制品，其包括：
包括包含于粘结材料内的磨粒的本体，所述粘结材料包括金属，其中所述本体包括至少为约1.3的VAG/VBM比，其中VAG为本体的总体积内的磨粒的体积百分比，VBM为本体的总体积内的粘结材料的体积百分比，其中所述磨粒具有在约20至约60微米之间的范围内的平均粒度。
2.一种构造为碾磨断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的工件的研磨制品，其包括：
包括包含于粘结材料内的磨粒的本体，所述粘结材料包括金属，其中所述本体包括至少约1.3的VAG/VBM比，其中VAG为本体的总体积内的磨粒的体积百分比，VBM为本体的总体积内的粘结材料的体积百分比，且其中在工件的至少边缘上的周边插入碾磨测试操作过程中，工件的边缘具有小于约0.0025英寸的最大碎片尺寸。
3.一种从工件上去除材料的方法，其包括：
提供断裂韧性为至少约7MPa·m0.5的工件；和
使用研磨制品从工件上去除材料，其中所述研磨制品包括本体，所述本体包括包含于粘结材料内的磨粒，所述粘结材料包括金属，其中所述本体包括至少约1.3的VAG/VBM比，其中VAG为本体的总体积内的磨粒的体积百分比，VBM为本体的总体积内的粘结材料的体积百分比，其中所述磨粒具有在约20至约60微米之间的范围内的平均粒度。
4.根据权利要求1、2和3中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述粘结材料包含粘结材料的总体积的至少1vol％的活性粘结组合物。
5.根据权利要求1、2和3中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述活性粘结组合物包含化合物，所述化合物包括金属或金属合金。
6.根据权利要求1、2和3中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述活性粘结组合物包含选自由如下组成的金属元素组的金属元素：钛、钒、铬、锆、铪、钨，和它们的组合。
7.根据权利要求1、2和3中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述活性粘结组合物包含选自碳化物、氮化物、氧化物和它们的组合的化合物。
8.根据权利要求1、2和3中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述活性粘结组合物设置于磨粒与粘结材料的界面处。
9.根据权利要求1、2和3中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述粘结材料包含至少一种过渡金属元素。
10.根据权利要求1、2和3中任一项所述的研磨制品或方法，其中VAG/VBM比为至少约1.5。
11.根据权利要求1、2和3中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述粘结材料包括不大于约4.0MPam0.5的平均断裂韧性(K1c)。
12.根据权利要求1、2和3中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述粘结材料包括在约0.6MPam0.5至约4.0MPam0.5之间的范围内的平均断裂韧性(K1c)。
13.根据权利要求1、2和3中任一项所述的研磨制品或方法，其中活性粘结组合物以在粘结材料的总体积的约1vol％至约40vol％之间的范围内的量存在。
14.根据权利要求1、2和3中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述本体包括至少约1.5的VP/VBM比，其中VP为所述本体的总体积内的颗粒材料的体积百分比，所述颗粒材料包括研磨晶粒和填料，且VBM为所述本体的总体积内的粘结材料的体积百分比。
15.根据权利要求1、2和3中任一项所述的研磨制品或方法，其中所述研磨制品在碳化钨工件上显示出至少约1.0in3/min/in[10mm3/sec/mm]的材料去除速率。
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