FR2832339A1 - Outil abrasif poreux et son procede de fabrication - Google Patents
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Abstract
L'invention fournit un article abrasif incluant d'environ 40 à environ 80% en volume de porosité interconnectée, qui peut être utilisé comme segment pour une meule segmentée. Elle propose également un procédé de fabrication d'un tel article.
Description
ladite seconde plate-formes (43, 45).
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La présente invention concerne, de manière générale, les abrasifs et les outils abrasifs convenant au meulage et
au polissage de surface de matériaux durs et/ou cassants.
Cette invention concerne, de manière plus particulière, les articles abrasifs liés, hautement poreux, ayant une structure poreuse interconnectée et leurs procédés de production. Les abrasifs de cette invention sont utiles dans les opérations de meulage de hautes performances, comme l'amincissement (Lachgrinding) de plaquettes de silicium, d'alumine et de carbure de titane et de carbure de siliclum, qui sont habituellement utilisées dans la
fabrication de composants électroniques.
L'utilisation d'abrasifs poreux pour améliorer les
procédés de meulage mécanique est généralement bien connue.
Les pores fournissent habituellement un accès aux fluides de meulage, comme les liquides de refroidissement et les lubrifiants, qui ont tendance à promouvoir une coupe plus efficace, à réduire au minimum les dommages métallurgiques (par exemple, la brûlure de la surface), et à porter au maximum la durée de vie de l'outil. Les pores permettent aussi l'élimination du matériau (par exemple, les copeaux ou la boue) enlevé de l'objet en cours de meulage, ce qui est important spécialement quand l'objet en cours de meulage est relativement souple ou quand des exigences de finition de surface sont contraignantes (par exemple, dans
le cas de l'amincissement des plaquettes de silicLum).
Des tentatives antérieures de fabrication d' articles abrasifs et/ou d'outils incluant une porosité peuvent
généralement être classées dans l'une de deux catégories.
Dans la première catégorie, une structure poreuse est créce par l'addition, dans l' article abrasif, de matériaux organiques induisant la formation de pores (comme des coquilles de noix broyées). Ces milieux se décomposent thermiquement par calcination, laissant des vides ou des pores dans lioutil abrasif durci. Des exemples de cette catégorie sont le brevet US-A-5 221 294 aux noms de Carmen et al., et 5 429 648 au nom de Wu, et les brevets japonais A-91-161273 aux noms de Grotoh et al., A-91- 281174 aux noms de Satoh et al. Dans la seconde catogorie, une structure poreuse peut être créée par l'addition de matériaux à cellules fermées, comme des bulles d'alumine, dans un article abrasif. Voir par exemple, le brevet US-A-5 203 886 aux noms de Sheldon et al. Selon une approche formant variante Wu et al. divulguent, dans les brevets US-A-5 738 696 et 5 738 697, un article abrasif et un procédé pour le fabriquer, incluant des grains abrasifs semblables à des fibres ayant
un rapport de forme longueur sur diamètre d'au moins 5:1.
Les caractéristiques médiocres de bourrage des grains abrasifs allongés déLouchent sur un article abrasif ayant une porosité et une perméabilité augmentées, et convenant à
un meulage de relativement haute performance.
Au fur et à mesure qu'a augmenté la demande du marché en composants de précision dans des produits tels que les moteurs, les équipements réfractaires, et les dispositifs électroniques (par exemple, les plaquettes de carbure de siliclum et de silicTum, les têtes magnétiques et les fenêtres d'écran), le besoin a augmenté en des outils abrasifs améliorés pour un meulage et un polissage fins, de précision, de céramiques et d'autres matériaux relativement durs et/ou cassants. Les outils abrasifs connus dans l'art n'ont pas démontré être entièrement satisfaisants pour ce qui est de répondre aux besoins cités ci-dessus. Par conséquent, il existe un besoin en des articles abrasifs améliorés et des outils abrasifs améliorés, et en particulier, en abrasifs ayant un degré relativement élevé
de porosité.
Un aspect de la présente invention vise un procédé de fabrication d'un article abrasif. Le procédé inclut la formation d'un mélange de grains abrasifs, d'un matériau liant et de particules de dispersoïde, le mélange renfermant d' environ 0,5 à environ 25 % en volume de grains abrasifs, d' environ 19,5 à environ 49,5 % en volume de matériau liant, et d' environ 50 à environ 80 % en volume de
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particules de dispersoïde. Le procédé inclut en outre le pressage du mélange en un composite chargé abrasif, le traitement thermique du composite, et l' immersion du composite dans un solvant pendant une période de temps convenable pour dissoudre sensiblement tout le dispersoïde, le dispersoïde étant soluble dans le solvant, de sorte que le produit résultant est exempt de dispersoïde. En outre, le grain abrasif et le matériau liant sont sensiblement insolubles dans le solvant. L'étape de pressage et l'étape de traitement thermique peuvent être sensiblement mises en oeuvre simultanément. Dans une forme d'exécution particulière, le traitement thermique est mis en oeuvre par chauffage pendant au moins une heure à une température comprise entre environ 100 et environ 200 C. Ainsi, le mélange peut étre pressé pendant au moins 5 minutes à une température comprise entre environ 370 et environ 795 C à
des pressions comprises entre environ 20 et environ 33 MPa.
L'une au moins des surfaces du composite peut étre abrasé après le traitement thermique et avant l'immersion. Le pourcentage volumique de dispersoïde dans le mélange est avantageusement égal ou supérieur à environ 50% en volume et égale ou inférieur à environ 70% en volume. Dans une variante de cet aspect, le matériau liant inclut d' environ à environ 85 % en poids de cuivre, d' environ 15 à environ 65 % en poids d'étain, et d' environ 0,2 à environ 1,0 % en poids de phosphore. Dans une autre variante de cet aspect, le dispersoïde est constitué de chlorure de sodium
granulaire, et le solvant est constitué d'eau bouillante.
Dans un autre aspect, cette invention vise un segment abrasif pour une meule segmentée. Le segment abrasif inclut un composite incluant une pluralité de grains superabrasifs et une matrice de liant métallique, frittés ensemble à une température allant d' environ 370 à environ 795 C, le composite ayant en son sein une pluralité de pores interconnectés, le composite renfermant d' environ 0, 5 à environ 25 % en volume de grains abrasifs, d' environ 19,5 à environ 49,5 % de liant métallique et d'environ 50 à
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environ 80 % en volume de porosité interconnoctée. La matrice de liant métallique inclut d' environ 35 à environ % en poids de cuivre, d' environ 30 à environ 65 % en poids d'étain et d' environ 0,2 à environ 1, 0 % en poids de phosphore. La pluralité des grains superabrasifs est sélectionnée dans le groupe consistant en le diamant et le nitrure de bore cubique, les grains superabrasifs ayant une taille moyenne de particule inférieure à environ
300 microns.
Dans un autre aspect, cette invention vise une meule segmentée. La meule inclut un noyau ayant une résistance spécifique minimale de 2,4 MPa-cm3/g, une masse spécifique de noyau de 0,5 à 8,0 g/cm3, et un périmètre cTrculaire. La meule inclut en outre une couronne abrasive comprenant une pluralité de segments, chacun de ces segments incluant un composite ayant une pluralité de grains abrasifs et une matrice de liant métallique, frittés ensemble à une température dans la gamme allant d' environ 370 à environ 795 C, le composite ayant en son sein une pluralité de pores interconnectés, le composite incluant d' environ 50 à environ 80 % en volume de porosité interaonnectée. La meule comprend encore en outre un liant stable thermiquement entre ledit noyau et chacun des segments de ladite pluralité. De plus, dans un autre aspect, cette invention vise un procédé de fabrication d'un article abrasif ayant denviron 40 à environ 80 % en volume de porosité interconnoctée. Le procédé inclut la formation d'un mélange de grains abrasifs, de matériau liant organique ou autre nonmétallique, et de particules de dispersoïde, le mélange renfermant d' environ 0,5 à environ 25 % en volume de grains abrasifs, d' environ 19,5 à environ 65 % en volume de matériau liant organique, et d' environ 40 à environ 80 % en volume de particules de dispersoïde. Le procédé inclut en outre le pressage du mélange en un composite chargé abrasif, la transformation thermique du composite, et l' immersion du composite dans un solvant pendant une
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période de temps convenable pour dissoudre sensiblement tout le dispersoïde, le dispersoïde étant soluble dans le solvant. Dans une variante de cet aspect, le dispersoïde est constitué de sucre grarulaire et le solvant est constitué d'eau bouillante. Selon encore un autre aspect, cette invention vise un segment abrasif d'une meule segmentée. Le segment abrasif inclut un composite renfermant une pluralité de grains superabrasifs et une matrice de liant non-métallique durcis ensemble, le composite ayant en son sein une pluralité de pores interconnectés et renfermant d' environ 0,5 à environ % en volume de grains abrasifs, d' environ 19,5 à environ % de liant non-métallique et d' environ 40 à environ 80 % en volume de porosité interaonnectée. La pluralité des grains superabrasifs est sélectionnée dans le groupe consistant en le diamant et le nitrure de bore cubique, la pluralité de grains superabrasifs ayant une taille moyenne
de particule inférieure à environ 300 microns.
Selon encore un autre aspect, cette invention vise une meule segmentée. La meule inclut un noyau ayant une résistance spécifique minimale de 2,4 MPa-cm3/g, une masse spécifique de noyau de 0,5 à 8,0 g/cm3, et un périmètre circulaire. La meule inclut en outre une couronne abrasive comportant une pluralité de segments, chacun de ces segments incluant un composite de grains abrasifs et une matrice de liant non-métallique durcis ensemble, le composite ayant en son sein une pluralité de pores interconnectés et renfermant d' environ 40 à environ 80 % en volume de porosité interaonnoctée. La meule inclut en outre un liant stable thermiquement entre le noyau et chacun des
segments de la pluralité.
Les figures 1A et ls sont des représentations schématiques, respectivement de profil et de face, d'un mode de réalisation d'un segment abrasif de cette invention;
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la figure 2A est une représentation partielle schématique de l'un des modes de réalisation d'une meule incluant seize segments abrasifs selon les figures lA-lB; la figure 2B est une coupe transversale prise le long de la ligne "A-A" de la figure 2A; et la figure 2C est une vue partiellement agrandie
montrant la portion 110 de la figure 2B.
La présente invention inclut un article abrasif poreux qui peut être utile dans des applications de meulage, de polissage ou de coupe de précision. Un exemple de meule abrasive de la présente invention est un segment abrasif 10 pour une meule segmentée 100 (voir, par exemple, les figures 2A-2B, qui sont décrites en détail ci-dessous dans le cadre de l'Exemple 1). Un mode de réalisation d'un article abrasif de cette invention inclut d' environ 50 à environ 80 % en volume de porosité interconnoctée. Un autre mode de réalisation d'un article abrasif de cette invention inclut un liant non-métallique, tel qu'un matériau liant organique (par exemple, une résine phénolique) et inclut d' environ 40 à environ 80 % en volume de porosité interconnectée. Cette invention vise aussi un procédé de fabrication d' articles abrasifs poreux. Les meules (par exemple, la meule 100) comportant un ou plusieurs articles abrasifs (par exemple, le segment 10) de cette invention sont potentiellement avantageuses pour le meulage en poli miroir de matériaux durs et/ou cassants, comme les plaquettes de silicTum, le carbure de siliclum, le carbure d'alumine et de titane, et analogues. Ces meules peuvent en outre être avantageuses en ce sens qu'elles peuvent éliminer le besoin en un dressage (ou autre conditionnement) de la face de meulage de la meule durant le meulage en poli-miroir des matériaux ci-dessus. D'autres avantages potentiels de cette invention deviendront
apparents dans la discussion et les exemples qui suivent.
Un aspect de la présente invention a résulté du fait que l'on a réalisé, contrairement à une opinion classique (voir, par exemple, le brevet japonais 60-118 469 au nom de
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Ishihara), que les articles abrasifs incluant plus de 50 % en volume de porosité interconnectée, et en particulier incluant d' environ 50 à environ 80 % en volume de porosité interconnectée, peuvent fournir des performances de meulage supérieures dans le meulage de matériaux durs et/ou cassants, sans sensiblement sacrifier l'intégrité mécanique de l' article abrasif. Les modes de réalisation des articles abrasifs de cette invention, par conséquent, renferment au moins 50 % en volume de porosité interconnoctée et des quantités efficaces d'au moins un grain d'abrasif et d'un matériau liant. Les articles abrasifs peuvent en outre inclure optionnellement des charges, des lubrifiants et autres composants connus de l'homme de l'art. Ces articles abrasifs renferment de préférence d' environ 50 à environ 80 % en volume de porosité interaonnectée, et mieux denviron 50 à environ 70 % en volume de porosité interconnectée. Tout grain abrasif peut sensiblement être utilisé dans les articles abrasifs de cette invention. Les abrasifs classiques peuvent inclure, mais ne sont pas limités à, l'alumine, la silice, le carbure de silicium, l'alumine- oxyde de ziraonium, le grenat et l'émeri en grains de tailles comprises dans la gamme allant d' environ 0,5 à environ 5 000 microns, de préférence denviron 2 à environ 300 microns. On peut utiliser des grains superabrasifs incluant, sans que cela soit limitatif, le diamant et le nitrure de bore cubique (CBN), avec ou sans enrobage métallique, ayant sensiblement des tailles de grains similaires à celles des grains classiques. La sélection du type et de la taille du grain abrasif varie habituellement selon la nature de la pièce et le type de procédé de meulage. Pour un meulage de finition fine (c 'est-à-dire un poli-miroir), les grains superabrasifs ayant une taille de particules plus petite, comme ceux dans la gamme allant d' environ 0,5 à environ 120 microns ou même d' environ 0,5 à environ 75 microns, peuvent être souhaitables. En général, des tailles de grain plus petites
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(c 'est-à-dire plus fines) sont préférées pour un meulage fin et des opérations de finition/polissage de surface, alors que des tailles de grain plus grandes (cest-à-dire plus grossières) sont préférées pour des opérations de façonnage, d'amincissement et autres, dans lesquelles une
quantité relativement grande de matériau doit être enlevée.
Tout type de matériau liant utilisé de manière commune dans la fabrication d' articles abrasifs liés peut sensiblement être utilisé comme matériau de matrice dans l' article abrasif de cette invention. Par exemple, un liant métallique, organique, résineux ou vitrifié (avec des agents de durcissement appropriés si nécessaire) peut être utilisé, un liant métallique étant généralement souhaitable. Un liant métallique ayant une résistance à la fracture allant d' environ 1,0 à environ 6,0 MPam /2 est généralement souhaitable, une résistance à la fracture dans la gamme allant de 1,0 à environ 3,0 MPaml' étant préférable. D'autres détails concernant la résistance à la fracture sont fournis dans les brevets US-A-6 093 092 et 6 102 789 aux noms de Ramanath et al., auxquels on se
réfère par la suite comme étant les brevets Ramanath.
Les matériaux utiles dans une matrice de liant métallique incluent, mais ne sont pas limités à, le bronze, le cuivre et les alliages de zinc (par exemple, le laiton), le cobalt, le fer, le nickel, l'argent, l'aluminium, l'indium, l'antimoine, le titane, le zirconium et leurs alliages, et le mélange de ceux-ci. On a constaté qu'un mélange de cuivre et d'étain est généralement une composition de matrice de liant métallique souhaitable. Les compositions incluant d' environ 35 à environ 85 % en poids de cuivre et d' environ 15 à environ 65 % en poids d'étain
peuvent convenir aux articles abrasifs de cette invention.
Les compositions incluant d' environ 35 à environ 70 % en poids de cuivre, d' environ 30 à environ 65 % en poids d'étain, et optionnellement d' environ 0,2 à environ 1,0 % en poids de phosphore (comme dans les alliages de cuivre phosphore) sont préférées. Ces matériaux liants peuvent
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optionnellement être utilisés avec du titane ou de l'hydrure de titane, du chrome ou d'autres matériaux réactifs superabrasifs connus capables de former une liaison chimique carture ou nitrure entre le grain et le liant à la surface du grain superabrasif sous les conditions de frittage sélectionnées pour consolider le pilier grain/liant. Des interactions grain/liant plus fortes réduisent généralement "l 'arrachage" de grain qui a tendance à causer des dommages à la pièce et à raccourcir
la durée de vie de l'outil.
Un exemple de liant organique convenable est une résine thermodurcissable, mais d'autres types de résines peuvent être utilisés. De préférence, la résine est soit une résine époxy, soit une résine phénolique, et elle peut être utilisée sous forme liquide ou de poudre. Des exemples spécifiques de résines thermodurcissables convenables incluent les résines phénoliques (par exemple, novolac et résole), époxy, polyester insaturé, bismaléimide,
polyimide, ester cyanate, mélamines et analogues.
Des modes de réalisation de l 'article abrasif de cette invention renferment d' environ 50 à environ 0 % en volume de porosi té interconnectée dans laquel le la tai l le moyenne des pores est dans la gamme d'environ 25 à environ 500 microns. La porosité interconnectée est formée durant la fabrication par ajout, aux grains abrasifs, d'une quantité suffisante de particules de dispersoïde et d'un mélange liant pour assurer qu'un pourcentage relativement élevé de particules de dispersoïde est en contact avec d'autres particules de dispersoïde dans l' article abrasif
moulé (avant et après le frittage).
Un mode de réalisation poreux souhaitable renferme d' environ 0,5 à environ 25 % en volume de superabrasifs et d' environ 30,5 à environ 49,5 % en volume de matrice de liant métallique frittés ensemble à une température comprise dans la gamme allant d' environ 370 à environ 795 C sous une pression comprise dans la gamme allant d' environ à environ 33 MPa. La matrice de liant métallique inclut
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denviron 35 à environ 70 % en poids de cuivre, d'environ à environ 65 % en poids d'étain, et d' environ 0,2 à environ 1,0 % en poids de phosphore. Le superabrasif est constitué de diamant ayant une taille de particule dans la gamme allant d' environ 0,5 à environ 300 microns (et dans des modes de réalisation particuliers, d' environ 0,5 à
environ 75 microns).
D'autres modes de réalisation poreux souhaitables renferment d' environ 40 à environ 80 % en volume de porosité interconnectée dans laquelle la taille moyenne des pores est dans la gamme allant d' environ 150 à environ 500 microns. Ces modes de réalisation renferment en outre d' environ 0,5 à environ 25 % en volume de superabrasifs et denviron 19,5 à environ 65 % en volume de liant organique durcis ensemble à des températures dans la gamme allant d' environ 100 à environ 200 C (ou de 400 à environ 450 C pour les résines polyimides) sous des pressions comprises dans la gamme allant d' environ 20 à environ 33 MPa. (Les dispersoïdes ayant une forme aciculaire, par exemple, ayant un rapport de forme 2 2:1, peuvent être utilisés de manière souhaitée pour atteindre environ 40 à 50 % en volume de porosité interconnectée). Les articles abrasifs de cette invention peuvent être fabriqués en utilisant des procédés
classiques de fabrication métallurgie des poudres/polymère.
Ces poudres d'abrasifs, de liant et de dispersoïde de composition et de taille convenables sont bien mélangées, moulées en une forme convenable, et frittées/durcies à une température et une pression relativement hautes pour produire un composite relativement dense, de préférence ayant une densité d'au moins 95 % de la densité théorique (et habituellement d' environ 98 à 99 % de la densité théorique). Pour les articles abrasifs incluant une matrice de liant métallique, les poudres sont habituellement frittées à des températures comprises dans la gamme allant d' environ 370 à environ 795 C à des pressions comprises dans la gamme allant d' environ 20 à environ 33 MPa. Par exemple, dans un mode de réalisation, le mélange de poudres est d'abord chauffé à 401 C pendant 20 minutes. Les poudres sont ensuite frittées à une température de 401 C et à une pression de 22, 1 MPa pendant 10 minutes. Après refroidissement, les composites chargés abrasifs, incluant les dispersoïdes qui sont sensiblement en contact les uns avec les autres, sont immergés dans un solvant dans le but diéliminer de manière sélective (c 'est-à-dire dissoudre) les dispersoïdes. L' article abrasif résultant a une structure semblable à celle d'une mousse incluant un mélange d'abrasif et de matrice liante et ayant un réseau de pores interconnectés distribués effectivement de manière aléatoire (c 'est-à-dire de vides résultants de la
dissolution du dispersoïde).
Tout dispersoïde qui peut être dissous facilement dans un solvant tel que de l'eau, de l'alcool, de l'acétone, et analogues, peut sensiblement être utilisé. En général, les dispersoïdes qui sont solubles dans l'eau, comme le chlorure de sodium, le chlorure de potassium, le chlorure de magnésium, le chlorure de calcium, le silicate de sodium, le carbonate de sodium, le sulfate de sodium, le sulfate de potassium, le sulfate de magnésium, et analogues, et les mélanges de ceux-ci, sont préférés. Pour l'utilisation dans quelques applications de meulage (comme les plaquettes de siliclum et autres composants électroniques), l'utilisation d'un dispersoïde non ionique (c 'est-à-dire qui ntest pas un sel), comme le sucre, la dextrine, les oligomères polysaccharides, peut être souhaitable. Ceux que l'on préfère entre tous sont les dispersoïdes ayant une solubilité relativement grande dans l'eau et une cinétique de dissolution relativement rapide, comme le chlorure de sadium ou le sucre. Les dispersoïdes préférables peuvent aussi montrer un point de fusion (pf)
relativement élevé pour résister au procédé de frittage.
Par exemple, le chlorure de sodium a un point de fusion d' environ 800 C. Pour les articles abrasifs requérant des températures de frittage très élevées, on peut utiliser des dispersoïdes comme le silicate d'alumine et de sodium (pf
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1 650 C), le sulfute de magnésium (pf 1 124 C), le phosphate de potassium (pf 1 340 C), le silicate de potassium (pf 976 C), le métasilicate de sodium (pf
1 088 C) et les mélanges de ceux-ci.
La taille de particule de ces dispersoïdes est habituellement dans la gamme allant d' environ 25 à environ 500 microns. Dans un mode de réalisation souhaitable, les dispersoïdes incluent une distribution de taille de particule d' environ 74 à environ 210 microns [c 'est-à-dire incluant les particules de dispersoïde passant au tamis de maille américaine (Standard Sieve) 70 (ci-après, plus fines que Mesh 70, ou -70 mesh) et retenues au tamis de maille américaine 200 (ci-après plus grosses que Mesh 200, ou +200 mesh]. Dans un autre mode de réalisation souhaitable, les dispersoïdes incluent une distribution de taille de particule d' environ 210 à environ 300 microns (c 'est-à-dire incluant des particules de dispersoïde plus fines que U.S. Mesh 50 et plus grosses que U.S. Mesh 70). Dans encore un autre mode de réalisation souhaitable, dans lequel le sucre est utilisé comme dispersoïde, on peut utiliser des distributions de tai l le de particule dans la gamme al lant d' environ 150 à environ 500 microns(c'est-à-dire incluant des particules de dispersoïde plus fines que U.S. Mesh 35
et plus grosses que U.S. Mesh 100).
Les articles abrasifs décrits ci-dessus peuvent être utilisés pour fabriquer sensiblement tout type d'outils de meulage. Généralement, les outils souhaitables incluent les meules de surface (par exemple, les meules abrasives ANSI de type 2A2T ou de type 2A2TS et les meules abrasives de type 1A et lAl), de même que des meules de coupe (par exemple, les meules ANSI de type 2 ou de type 6, ou les meules de coupe en forme de cloche de type ll9V). Les meules abrasives peuvent inclure un noyau (par exemple, le noyau 20 des figures 2A-2C) ayant un alésage central pour monter la meule sur une machine de meulage, le noyau étant concu pour supporter une couronne abrasive poreuse disposée le long de sa périphérie (voir par exemple la meule 100 à
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la figure 2A, qui est discutée plus en détail ci-dessous dans le cadre de l'Exemple 1). Ces deux portions de la meule sont habituellement tenues ensemble par un liant adhésif qui est thermiquement stable sous des conditions de meulage, et la meule et ses composants sont conçus pour tolérer les efforts générés par les vitesses périphériques de la meule qui peuvent atteindre au moins 80 m/seconde, et de manière souhaitable jusqu'à 160 m/seconde ou plus. La liaison thermiquement stable est choisie dans le groupe consistant en une liaison adhésive époxy, une liaison métallurgique, une liaison mécanique, une liaison par
diffusion, et leurs combinaisons.
Dans un mode de réalisation, le noyau est de forme sensiblement circulaire. Le ncyau peut comprendre sensiblement n'importe quel matériau ayant une résistance spécifique minimale de 2,4 MPa-cm3/g, et de manière plus souhaitable, dans la gamme allant d' environ 40 à environ MPa-cm/g. Le matériau du noyau a une masse spécifique de 0,5 à 8,0 g/cm3, et de manière souhaitable denviron 2,0 à environ 8,0 g/cm3. Des exemples de matériaux convenables sont l'acier, l'aluminium, le titane, le bronze, leurs composites et leurs alliages, et les combinaisons de ceux-ci. Des plastiques renforcés ayant la réaistance spécifique minimale indiquce peuvent aussi être utilisés pour construire le noyau. Les composites et les matériaux de noyau renforcés incluent habituellement une face continue d'un métal ou d'une matrice plastique, souvent initialement fournie sous forme de poudre, à laquelle des fibres ou des grains ou des particules de matériau plus dur, plus résilient et/ou moins dense, sont ajoutés comme phase discontinue. Des exemples de matériaux renforcés convenant à l'utilisation dans le noyau des outils de cette invention sont des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres d'aramide, des fibres de céramique, des particules céramiques, des grains de céramique et des matériaux creux formant charges tels que des sphères de verre, de mullite, d'alumine et Z-Light. Généralement, les
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matériaux de noyau métallique souhaitables incluent l'acier
ANSI 4140 et les alliages daluminium 2024, 6065 et 7178.
De plus amples détails concernant les matériaux de noyau convenables, leurs propriétés, et analogues, sont fournis dans les brevets Ramanath. Une meule (par exemple, la meule 100 représentée dans la figure 2A) peut être fabriquée par la formation en premier de segments individuels de porosité, composition et dimension présélectionnées, comme décrit cidessus (voir, par exemple, le segment 10 représenté aux figures lA-lB, dont il est discuté plus en détail ci-dessous selon l'Exemple 1). Les meules peuvent être moulées et frittées, cuites, ou durcies par une variété de procédés connus dans l'art. Parmi ces procédés se trouvent lepressage à chaud (à des pressions d' environ 14-28 MPa), le pressage à froid (à des pressions d' environ 400-500 MPa ou plus), et l'estampage à chaud dans un moule en acier (à des pressions d' environ 90-100 MPa). L'homme de l'art reconnaîtra facilement que le pressage à froid (et dans une moindre mesure l'estampage à chaud) sont utiles seulement pour les particules de dispersoïde ayant une forte résistance à la
compression (c 'est-à-dire une résistance à l'écrasement).
Pour les articles abrasifs à liant métallique, la pression à chaud (à environ 350-500 C et 22 MPa) est préférée. Pour les articles abrasifs à liant organique dans lesquels un dispersoïde contenant un sucre est utilisé, le pressage à froid ou "tiède" (à des températures en dessous d' environ C) peut être souhaitable. Des détails additionnels concernant les techniques de traitement thermique et de pressage sont fournis dans le brevet américain
US-A-5 827 337.
A la suite du pressage, du procédé thermique, et de l'immersion dans un solvant, les segments sont habituellement finis par des techniques classiques, telles que le meulage ou la coupe utilisant des meules vitrifices ou des meules de coupe en carbure, pour produire un segment de couronne abrasif ayant les dimensions et les tolérances désirées. Les segments peuvent ensuite être fixés à la périphérie du noyau au moyen d'un adhésif convenable (voir, par exemple, les figures 2A-2C, qui sont aussi discutées ci-dessous). Des adbésifs souhaitables incluent la résine époxy 353-NDT (EPO-TEK, Billerica, MA) à un rapport pondéral de 10:1 de la résine au durcisseur, et une résine époxy HT-18 Technodyne (obtenue auprès de Taoka Chemicals, Japon) et son durcisseur amine modifié mélangé dans un rapport d'environ 100 parties en poids de résine pour environ 19 parties en poids de durcisseur. De plus amples détails concernant les adhésifs, leurs propriétés et ltapplication de ceux-ci à des meules à liant métallique
sont fournis dans les brevets Ramanath.
Une variante du procédé de fabrication de meule inclut la formation d'unités de précurseur de segment à partir d'un mélange de poudres dabrasif, de liant et de dispersoïde, le moulage des unités de segment autour de la circonférence du noyau, et l'application de chaleur et de pression pour crécr et fixer les segments in situ
(c 'est-à-dire en co-frittant le noyau et la couronne).
Après le co-frittage, la meule est immergée dans un solvant sélectionné pour dissoudre les dispersoïdes de la couronne, résultant en une couronne abrasive hautement poreuse (comme décrit précédemment). Pour cette variante du procédé, il peut être souhaitable dutiliser des dispersoïdes qui ne contiennent pas d' ions chlorure (par exemple, le chlorure de sodium), dans le cas o le matériau du noyau est constitué d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium (par exemple, l'alliage 7075), puisque les alliages d'aluminium
peuvent être piqués en présence d'ions chlorure.
Les articles abrasifs et les outils abrasifs de cette invention (par exemple, la meule 100 représentée dans la figure 2A et discutée plus en détail ci-dessous) sont souhaitables pour meuler des matériaux céramiques incluant différents oxydes, des carbures, des nitrures et des siliciures, tels que le nitrure de silicTum, le dioxyde de silicTum et l'oxynitrure de silicium, l'oxyde de ziraonium stabilisé, l'oxyde d'aluminTum (par exemple, le saphir), le carbure de bore, le nitrure de bore, le diLorure de titane et le nitrure d'aluminium, et les composites de ces céramiques, de même que certains composites de matrice métallique, tels que les cartures cimentés, le diamant polycristallin et le nitrure de bore cubique polycristallin. Des céramiques monocristallines ou polycristallines peuvent être meulées avec ces outils abrasifs. De plus, les articles abrasifs et les outils abrasifs de cette invention conviennent particulièrement pour des matériaux de meulage utilisés dans des applications électroniques, telles que les plaquettes de silicium (utilisées dans la fabrication de semi-conducteurs), les carbures de titane et d'alumine (utilisés dans la fabrication de têtes magnétiques), et
d'autres matériaux substrats.
Les modifications des différents aspects de la présente invention décrite ci-dessus sont données simplement à titre d'exemples. I1 est entendu que d'autres modifications aux modes de réalisation illustrés apparaîtront facilement à l'homme de l'art. Toutes ces modifications et variations sont réputées être dans l' esprit et la portée de la présente invention tels définis
par les revendications annexées.
Les exemples suivants illustrent simplement différents modes de réalisation des articles et des procédés de cette invention. I1 ne doit pas être considéré que la portée de cette invention est limitée par les modes de réalisation spécifiques décrits ici, mais plutôt qu'elle
est définie par les revendications qui suivent. Sauf
indication contraire, toutes les quantités exprimées en parties ou en pourcentages dans les exemples le sont en poids.
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EXEMPLE 1
Les meules abrasives 100 selon les principes de cette invention ont été préparées sous la forme de meules de diamant à liant métallique de type 2A2TS en utilisant les matériaux et les procédés décrits ci-dessous. Un alliage métallique sous forme de poudre (défini ci-dessous) a été mélangé avec du sel de table non iodé (obtenu auprès de Shaw's, Inc., Worcester, MA), avec un rapport pondéral de 65:35 entre l'alliage métallique et le sel de table, ce qui correspond au rapport en volume de
31,56:68,44 entre l'alliage métallique et le sel de table.
Le sel de table (de manière prédominante du chlorure de sodium) a été broyé dans un broyeur Spex_ (fabriqué par SPEX Company, Metuchen, NJ) et tamisé pour fournir une 1 5 distribution de tai l le de particule dans la gamme al lant d' environ 74 à environ 210 microns (c 'est-à-dire plus
grosse que U.S. Mesh 200 et plus fine que U.S. Mesh 70).
L'alliage métallique sous forme de poudre incluait un mélange de 43,74 % en poids de poudre de cuivre (qualité FS Dendritic, taille de particule 325 mesh, obtenu auprès de Sintertech International Marketing Corp. Ghent, NY), 6,24 % en poids de poudre de phosphore/cuivre (qualité 1501, taille de particule -325 mesh, obtenu auprès de New Jersey Zinc Company, Palmerton, PA), et 50,02 % en poids de poudre d'étain (qualité MD115, taille de particule -100/+325 mesh, 0,5 % maximum, obtenu auprès de Alcan Metal Powders, Inc.,
Elizabeth, NJ).
De la poudre abrasive fine de diamant, de distribution de taille de particule denviron 3 à environ 6 microns a été ajoutée au mélange sel de table/alliage métallique (2,67 grammes de diamant ont été ajoutés à 61,29 grammes de mélange sel de table/alliage métallique) et la combinaison a été soigneusement mélangée en utilisant un mixeur Turbula_ (fabriqué par Glen Mills, Inc., Clifton, NJ) jusqutà ce qu'il soit uniformément mélangé. Le mélange résultant renfermait environ 5 % en volume de diamant, environ 30 % en volume de matrice de liant métallique et environ 65 % en volume de sel de table. Trois gouLtes diessence minérale DL 42= (obtenue auprès de Worcester Chemical, Worcester, MA) ont été ajoutées au mélange avant de mélanger pour aider à empêcher la séparation des ingrédients. Le mélange a été ensuite séparé en seize portions égales (chacune correspondant à l'un des seize
segments abrasifs 10 utilisés dans la meule abrasive 100).
Chaque portion a été placée dans un moule en graphite et pressée à chaud à une température de 407 C pendant 10 minutes à 22,1 MPa [3 200 livres/pouce2 (psi)] jusqu'à ce qu'ait été formée une matrice ayant une densité cible supérieure à 95 % de la théorie. Après le refroidissement, les segments 10 ont été immergés dans une quantité relativement grande (par exemple, 0,5 litre) d'eau bouillante pendant 45 minutes dans le but d'enlever le sel de ce mélange. Les segments 10 sont ensuite soigneusement rincés avec de l'eau déionisée (DI). Ce procédé a été répété pour s' assurer un complet enlèvement du sel. La perte de poids résultante et des mesures aux rayons X de la dispersion d'énergie (EDX) ont confirmé que sensiblement
tout le sel de table avait été enlevé des segments.
Les figures lA-lB représentent schématiquement l'un des segments 10. Chacun de ces segments 10 a été meulé aux dimensions et tolérances requises pour correspondre à la périphérie du noyau en aluminTum usiné 20 (meule de type 2A2TS représentée aux figures 2A-2C). Les segments 10 ont un profil arqué avec un rayon extérieur de courbure 11 de 127 mm (5 pouces) et un rayon intérieur de courbure 12 de 124 mm (4,9 pouces). Quand ils sont vus de devant (ou de derrière), les segments 10 ont une dimension en longueur 13 de 47 mm (1,8 pouce) et une dimension en largeur 14 de
6,3 mm (0,25 pouce).
Les segments 10 ont été utilisés pour construire une meule 100 de type 2A2TS pour meulage face avant, comme représenté à la figure 2A. La meule 100 inclut seize segments espacés symétriquement 10, liés à un noyau en aluminium 20, produisant une meule 100 ayant un diamètre
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extérieur 102 d' environ 282 mm (11,1 pouces) et une couronne fendue 104. La zone du ncyau en aluminTum 20 dans laquelle sont insérés les segments est sensiblement trapézoïdale rectangle, avec son côté opposé à l'angle droit adjacent à la grande base, faisant un angle de 45 avec ladite grande base. Comme représenté en 110, la couronne segmentée dépasse d'une distance 112 de la face du noyau en aluminium 20 d' environ 3,9 mm (0,16 pouce). Les segments abrasifs 10 et le noyau en aluminTum 20 ont été assemblés au moyen d'un système de ciment résine époxy/durcisseur amine (adhésif Technodyne HT-18, obtenu auprès de Taoka Chemicals, Japon) pour fabriquer des meules ayant une couronne fendue 104 consistant en seize segments abrasifs 10. Les surfaces de contact du noyau et des segments 10 ont été dégraissées et sablées pour assurer une
adhésion adéquate.
EXEMPLE 2
Evaluation de la performance de meulaqe Une meule segmentaire à liant métallique (meule 2-A), fabriquée selon le procédé de l'Exemple 1, cidessus, a été testée pour ses performances d'amincissement de finition de plaquettes de silicium. Une meule disponible commercialement de la même taille de grain et de la même concentration en liant résine (spécification de la meule D3/6MIC-IN.656-BX623, obtenue auprès de Saint Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA) recommandée pour l'amincissement de finition de plaquettes de siliclum, servait de meule de comparaison et a été testée en même temps que la meule de cette invention. Cette meule de comparaison incluait environ 5 % en volume d'abrasif de diamant, environ 62 % en volume de sphères de verre creuses, environ 12 % en volume de résine et environ 21 % en volume de porosité. Les sphères de verre incluaient environ 15 % en volume de coquille de verre. Par conséauent, on peut considérer que la meule de comparaison incluait environ 9,3 % en volume de coquille de verre et environ 73,7 % en volume de porosité non interconnectée 2 o 2832339 (c 'est-à-dire environ 21 % en volume de porosité, plus environ 52,7 % en volume dintérieur creux des sphères de
verre creuses).
Les conditions de test du meulage étaient les suivantes: Conditions de test du meulace: Machine Strastaugh Modèle 7AF Spécifications Grosse broche Norton#3-RlB69 de la meule Broche fine D3/6PIC-IN.656-BX623 (comparaison) Meule 2--A Taille de la Type 2A2TSSA 280 x 29 x 229 mm meule (11 x 1 1/8 x 9 pouces) Mode de Meulage double Meulage grossier suivi dun meulage meulage fin Procédé de meu: age fin
Vitesse de la 4350 tours/min.
meule Liquide de eau déionisée refroidissement Débit du 11 litres/min. (3 gallons/min.) 1lqulde de retroidissement Pièce plaquettes de siliclum d' orientation N type travaillée 100, 150 mm (6 pouces) de diamètre, 0,66 mm (0,026 pouce) d'épaisseur de départ (obtenues auprès de Silicon Quest, CA) Matériau étape 1: 10 m, étape 2: 5 m, étape 3: enlevé 5 m, levée: 2 m Vitesse étape 1: 1 m/s., étape 2: 0,7 m/s.,
d'avancée étape 3: 0,5 m/s., levée: 0,5 m/s.
Vitesse de 699 tours/min., constante travail Courte pause 100 révolutions toutes les Procédé de meu] age grossier
Vitesse de la 3400 tours/min.
meule Liquide de eau délonisée refroidissement Déhit du 11 litres/min. (3 gallons/min.) liquide de refroidissement Pièce plaquettes de silicium d' orientation N type travaillée 100, 150 mm de diamètre (6 pouces), 0,66 mm (0,026 pouce) d'épaisseur de départ (obtenues auprès de Silicon Quest, CA) Matériau étape 1: 10 m, étape 2: 5 m, étape 3: enlevé 5 m, levée: 10 m Vitesse étape 1: 3 m/s., étape 2: 2m/s., étape
d'avancée 3: 1 m/s., levée: 5 m/s.
Vitesse de 590 tours/min., constante travail Courte pause 50 révolutions toutes les Lorsque les outils abrasifs requièrent un dégauchissage et un dressage, les conditions établies pour ce test sont les suivantes: Opération de déqauchissaae et de dressaqe Meule néant grossière Meule fine utilisation d'un plateau de dressage grossier Strasbaugh de 150 mm (6 pouces) de diamètre
Vitesse de la 1200 tours/min.
meule Courte pause 25 révolutions toutes les Matériau étape 1: 150 m, étape 2: 10 m, levoe: enlevé 20 m Vitesse étape 1: 5 m/s., étape 2: 0,2 m/s., d'avancée levée: 2 m/s Vitesse de 50 tours/min., constante travail Les résultats pour le test de meulage de l'Exemple 2 sont rapportés cidessous dans le Tableau 1. Cinquante plaquettes ont été meulées de manière fine en utilisant la meule de comparaison à liant résine et la meule poreuse de cette invention (la meule 2-A). Comme rapporté dans le Tableau 1, la meule de comparaison et la meule de l' invention montrent, toutes deux, une force normale maximale relativement stable pour au moins cinquante plaquettes. Chaque meule requiert aussi approximativement la même force normale maximale. Ce type de performance de meulage est hautement souhaitable pour l'amincissement de plaquettes de silicium car ces conditions de force relativement faible et de stabilité réduisent au minimum
les dommages mécaniques et thermiques à la pièce.
De plus, la meule poreuse de cette invention fournit la performance de meulage fortement souhaitable décrite ci-dessus pour au moins cinquante plaquettes sans
nécessiter de dressage.
En résumé, l'Exemple 2 montre que la meule de l' invention fournit une performance d'amincissement fortement souhaitable sur des plaquettes de siliclum, alors que, de manière inattendue (pour une meule à liant métallique), elle utilise moins de puissance qu'une meule
comparable à liant résine.
TABLEAU 1
Meule de comparaison Meule de test Nombre de Intensité Force Intensité Force placuettes maximale du normale maximale du normale courant, maximale, courant, maximale, Ampères Newtons Ampères Newtons
10,7 66,9 8,0 62,4
10,5 66,9 8,3 66,9
10,6 66,9 8,4 62,4
10,9 66,9 9,0 66,9
11,3 66,9 8,1 62,4
10,7 66,9 8,4 60,0
10,8 66,9 8,3 62,4
10,5 62,4 8,4 60,0
10,5 62,4 8,4 66,9
10,1 66,9 8,8 60,0
EXEMPLE 3
Evaluation de la Performance de meulace Une meule segmentée à liant métallique (meule 3-A), fabriquée selon le procédé de l'Exemple 1, cidessus, a été testée quant à sa performance d'amincissement de finition fine sur des plaquettes de silicium gravées. Une meule disponible commercialement, qui est décrite plus en détail dans l'Exemple 2 cidessus, recommandée pour le meulage d'amincissement de finition pour plaquettes de silicium, servait de meule de comparaison et a été testée en méme
temps que la meule de cette invention.
Les conditions de test de meulage étaient les suivantes: Conditions de test du meulaqe: Machine StrasLaugh Mod le 7AF Spécifications Grosse broche néant de la meule Broche fine D3/6mic-2OBX623C (comparaison) Meule 3--A Taille de la Type 2A2TSSA 280 x 29 x 229 mm meule (11 x 1 1/8 x 9 pouces) Mode de Meulage unique utilisation d'une broche fine meulage seulement Procédé de meu: age fin
Vitesse de la 4350 tours/min.
meule Liquide de eau déionisoe refroidissement DéLit du 11 litres/min. (3 gallons/min.) liquide de refroidissement Pièce plaquettes de silicium dorientation N type travaillée 100, 150 mm (6 pouces) de diamètre, 0,66 mm (0,026 pouce) d'épaisseur de départ (obtenues auprès de Silicon Quest, CA) Matériau étape 1: 10 m, étape 2: 5 m, étape 3: enlevé 5 m, levée: 2 m Vitesse étape 1: 1 m/s., étape 2: 0,7 m/s.,
d'avancée étape 3: 0,5 m/s., levée: 0,5 m/s.
Vitesse de 699 tours/min., constante travail Courte pause 100 révolutions toutes les Lorsque les outils abrasifs requièrent un dogauchissage et un dressage, les conditions établies pour ce test sont les suivantes: Opération de déqauchissaqe et de dressaqe Meule fine utilisation d'un plateau de dressage grossier Strasbaugh de 150 mm (6 pouces) de diamètre
Vitesse de la 1200 tours/min.
meule Courte pause 25 révolutions toutes les Matériau étape 1: 150 m, étape 2: 10 m, levée: enlevé 20 m Vitesse étape 1: 5 m/s., étape 2: 0,2 m/s., d'avancoe levée: 2 m/s Vitesse de 50 tours/min., constante travail Les résultats pour le test de meulage de l'Exemple 3 sont rapportés cidessous dans le Tableau 2. Cinquante-cinq plaquettes de silicium gravées ont été amincies en finition
fine en utilisant la meule de comparaison à liant résine.
Dans l'amincissement des plaquettes de silicium gravées, une étape de meulage grossier n'est pas utilisée, puisque la surface du siliclum gravée est relativement lisse. Comme le montre le Tableau 2, la force normale maximale augmente de manière relativement continue au fur et à mesure que le nombre de pièces meulées augmentent, pour finalement atteindre une valeur pour laquelle la machine de meulage s'arrête. Soixante-quinze plaquettes de silicium gravées ont été meulées en utilisant la meule poreuse de cette invention. Comme le montre aussi le Tableau 2, les forces
27 2832339
normales maximales restent basses et stables tout au long de l'expérience. Ces résultats démontrent clairement la
nature auto-dressante de la meule de l' invention.
Ce type de performance de meulage est hautement souhaitable dans l'amincissement de plaquettes de silicium car ces conditions de force relativement basse et de stabilité réduisent au minimum les dommages mécaniques et thermiques causés à la pièce. De plus, la nature autodressante de la meule peut fournir une opération d'amincissement dans laquelle il n'est pas nécessaire de dresser la meule (ou de la conditionner d'une autre manière). En conséquence, les meules de cette invention peuvent fournir des rendements augmentés, des coûts réduits, et des résultats de meulage plus reproductibles
que ceux atteints en utilisant des meules classiques.
En résumé, l'Exemple 3 montre que la meule de l' invention fournit une performance d'amincissement hautement souhaitable sur les plaquettes de silicium gravées, tout en éliminant sensiblement la nécessité de dresser la meule. La performance de la meule de l' invention est sensiblement supérieure à celle des meules à liant
résine classiques dans cette application.
28 2832339
TABLEAU 2
| Meule de comparaison Meule de test Nombre de Intensité Force Intensité Force plaquettes maximale du normale maximale du normale courant, maximale, courant, maximale, Ampères Newtons Ampères Newtons
8,9 75,8 8,2 62,4
9,0 84,7 8,1 62,4
9,0 98,1 8,0 62,4
9,2 107,0 8,3 66,9
9,4 115,9 8,1 62,4
9,6 124,9 8,5 62,4
9,9 156,1 8,3 66,9
10,3 182,8 8,1 66,9
10,8 214,0 8,1 66,9
11,5 231,9 7,9 66,24
11,5 245,3 8,1 66,9;
* * 7,8 62,4,
* * 8,0 66,9,
* * 8,0 62,4,
* * 8,1 66,9
* La machine de meulage s'est arrêtée car la force normale a excédé les limites de la machine.
EXEMPLE 4
Evaluation de la performance de meulace Deux meules segmentées à liant métallique, fabriquces de manière similaire au procédé de l'Exemple 1, cidessus, ont été testées pour leur performance de meulage. Les deux meules renfermaient environ 14 % en volume de diamant abrasif ayant une distribution de taille de particule d' environ 63 à environ 74 microns (c 'est-à-dire des particules plus fines que U.S. Mesh 200 et plus grossières que U.S. Mesh 230). Les meules renfermaient en outre environ 21 % en volume de liant métallique (ayant la composition décrite dans l'Exemple 1) et environ 65 % en volume de porosité interconnectée. La première meule (meule 4-A) a été fabriquée en utilisant un dispersoïde de sel de table U.S. Mesh -70/+200, comme décrit dans l'Exemple 1, avec vraisemblablement pour résultat une taille de pores dans la gamme allant d' environ 74 à environ 210 microns (la taille de pores est présumée être approximativement de la même taille que celle du dispersoïde de sel enlevé). La seconde meule (meule 4-B) a été fabriquée en utilisant du sel de table U.S. Mesh -50/+70, vraisemblablement avec pour résultat une taille de pores dans la gamme d'environ 210 à environ 300 microns. Bien que cela n'ait pas été mesuré, on peut s'attendre à ce que la meule ayant une plus grande taille de pores incluait aussi une taille plus grande de filaments de liant métallique. Le terme "filament" est utilisé comme le fait normalement l'homme de l'art, pour se référer à un matériau de matrice de connexion (c 'est-à-dire l'ossature de la structure poreuse) disposé entre les pores interconnectés. Les deux meules décrites cidessus ont été utilisées pour meuler de manière grossière des plaquettes de 4,5 pouces2 de AlTiC. Les conditions de test de meulage étaient les suivantes: Conditions de test du meulaqe: Machine StrasLaugh Mod!le 7AF Spécifications Grosse broche Meule 4-A de la meule Meule 4-B Broche fine néant Taille de la Type 2A2TSSA 280,16 x 28,90 x 228,65 mm meule (11 x 1 1/8 x 9 pouces) Mode de Meulage unique meulage grossier seulement meulage Procédé de meulage grossier
Vitesse de la 2506 tours/min.
meule Liquide de eau déionisce refroidissement Débit du 11 litres/min. (3 gallons/min.) liquide de refroidissement Pièce plaquettes de carbure d'alumine et de titane travaillée 3M-310, 114,3 mm2 (4,5 pouces2), 2,0 mm (0,8 pouce) d'épaisseur de départ (obtenues auprès de Minnesota Mining and Manufacturing Corporation, Minneapolis, MN) Matériau étape 1: 100 m, étape 2: 100 m, étape enlevé 3: 100 m, levée: 20 m Vitesse étape 1: 0,7 m/s., étape 2: 0,7 m/s., d'avancée étape 3: 0,7 m/s., levée: 0,5 m/s Vitesse de 350 tours/min., constante travail Courte pause O révolution toutes les Lorsque les outils abrasifs requièrent un dégauchissage et un dressage, les conditions établies pour ce test sont les suivantes: Opération de déqauchissaqe et de dressaqe Meule utilisation dun plateau de dressage grossière grossier StrasLaugh de 150 mm (6 pouces) de diamètre
Vitesse de la 1200 tours/min.
meule Courte pause 25 révolutions toutes les Matériau étape 1: 150 m, étape 2: 10 m, levée: enlevé 20 m Vitesse étape 1: 5 m/s., étape 2: 0,2 m/s., d'avancée levée: 2 m/s Vitesse de 50 tours/min., constante travail Les résultats pour le test de meulage de l'Exemple 4 sont rapportés cidessous dans le Tableau 3. On a observé que les deux meules meulaient avec succès les plaquettes de AlTiC, montrant des forces normales maximales relativement stables avec le temps et un enlèvement de matière suffisant. La première meule ayant une taille de pores relativement fine (et vraisemblablement une taille de filaments de liant métallique relativement fine) a été utilisée pour meuler la plaquette de AlTiC durant environ 25 minutes (1 500 secondes). Une force normale maximale relativement stable d' environ 35 N a été observée et environ 1 150 microns de AlTiC ont été enlevés de la plaquette (soit un taux d'enlèvement de matière d' environ 46 microns/min.). On a observé que la meule s'est usée sur environ 488 microns (soit un rapport matériau enlevé/usure de la meule d' environ 2,4). La seconde meule ayant une taille de pore relativement grossière (et vraisemblablement une taille de filaments de liant métallique relativement grossière) a été utilisée pour meuler la plaquette de AlTiC pendant environ 7 minutes (420 secondes). Une force normale maximale relativement stable d' environ 94 N a été observée et environ 2900 microns de AlTiC ont été enlevés de la plaquette (soit un taux denlèvement de matière d' environ 414 microns/min.). On a observé que la meule s'est usée sur environ 18 microns (soit un rapport matériau enlevé/usure
de la meule d' environ 160).
En résumé, l'Exemple 4 montre que les meules hautement poreuses de cette invention conviennent bien au meulage de plaquettes de AlTiC. De plus, cet exemple montre que les propriétés de résistance à l'usure et d' autodressage des meules de cette invention peuvent être adaptées à la demande en ajustant la taille relative des pores des articles abrasifs. Sans vouloir être lié par une théorie particulière, on peut penser que l' augmentation de l'usure de la meule incluant des pores relativement fins est liée à un affaiblissement du liant métallique au fur et
à mesure qu'est réduite la taille du filament de liant.
Néanmoins, cet exemple indique que les propriétés de la meule peuvent être élaborées pour convenir à des applications spécifiques en ajustant la taille relative des
pores dans ladite meule.
TABLEAU 3
Caractéristique de la meule Force normale Usure de la (taille du sel) maximale, N meule, microns 1 Meule 4-B 93,6:7 8,
1 (-50/+70)
l 1 Meule 4-A 35,7487,6
1 (-70/+200)
33 2832339
EXEMPLE 5
Evaluation de la erformance de meulaqe Conditions de test du meulaqe: Une meule segmentée à liant métallique (meule 5-A), fabriquce selon le procédé de l'Exemple 1 ci-dessus, a été testée quant à sa performance d'amincissement de finition de plaquettes de carbure de siliclum monocristallline de mm (2 pouces). Une meule disponible commercialement, qui est décrite plus en détail dans l'Exemple 2 ci-dessus, recommandée pour lamincissement de finition de plaquettes de silicium, servait de meule de comparaison et a été
testée en même temps que la meule de cette invention.
Les conditions de test de meulage étaient les suivantes: Conditions de test de meulace Machine Strasbaugh Mod!le 7AF Spécifications Grosse broche ASDC320-7.5MXL2040(S.P.) de la meule Broche fine D3/6MIC-20BX623C (comparaison) Meule 5--A Taille de la Type 2A2TSSA 280,16 x 28,90 x 228, 65 mm meule (11 x 1 1/8 x 9 pouces) Mode de Meulage double Meulage grossier suivi dun meulage meulage fin Procédé de meulage fin
Vitesse de la 4350 tours/min.
meule Liquide de eau délonisée refroidissement DéLit du 11 litres/min. (3 gallons/min.) liquide de refroidissement Pièce plaquettes de carture de siliclum travaillée monocristallines, 50 mm (2 pouces) de diamètre, 300 m (0,0075 pouce) d'épaisseur de départ (obtenues auprès de CREE Research, Inc.) Matériau étape 1: 15 m, étape 2: 15 m, enlevé levée:5 m Vitesse étape 1: 0,5 m/s., étape 2: 0,2 m/s.,
d'avancée levée: 1,0 m/s.
Vitesse de 350 tours/min., constante travail Courte pause 150 révolutions toutes les Procédé de meulage grassier
Vitesse de la 3400 tours/min.
meule Liquide de eau délonisée refroidissement DéLit du 11 litres/min. (3 gallons/min.) liquide de refroidissement Pièce plaquettes de carbure de silicium travaillée monocristallines, 50 mm (2 pouces) de diamètre, 300 Am (0,0075 pouce) d'épaisseur de départ (obtenues auprès de CREE Research,Inc.) Matériau étape 1: 10 m, étape 2: 10 Am levée: enlevé 5 Am Vitesse étape 1: 0,7 m/s., étape 2: 0,3 m/s.,
d'avancée levée: 1,0 m/s.
Vitesse de 350 tours/min., constants travail Courte pause O révolution toutes les Oération de déaauchissace Meule néant grossière Meule fine utilisation d'un plateau de dressage grossier StrasLaugh de 150 mm (6 pouces) de diamètre
Vitesse de la 1200 tours/min.
meule Courte pause 25 révolutions toutes les Matériau étape 1: 150 m, étape 2: 10 m, levée: enlevé 20 m Vitesse étape 1: 5 m/s., étape 2: 0,2 m/s., d'avancée levée: 2 m/s Vitesse de 50 tours/min., constante travail Les résultats pour le test de meulage de l'Exemple 5 sont rapportés cidessous dans le Tableau 4. La meule abrasive à liant résine commerciale a été virtuellement incapable de meuler la plaquette de carbure de silicium,
comme indiqué par les taux d'enlèvement extrêmement bas.
D'un autre côté, la meule hautement poreuse de cette invention a meulé avec succès la plaquette de carbure de siliclum extrêmement dure et cassante. Durant chaque passe de 48 minutes, approximativement 15 microns ont été enlevés pour un taux d'enlèvement moyen de 0,31 micron/min. En outre, on a constaté que la meule poreuse de cette invention réduit de manière significative la rugosité de la surface (comme mesurée par un interféromètre à lumière blanche Zygo, Zygo Corporation, Middlefield, CT). Comme le montre le Tableau 4, le meulage avec la meule de l' invention réduit constamment la rugosité moyenne de la surface (Ra) d'une valeur de départ supérieure à
37 2832339
angstroms à moins d' environ 40 angstroms (avec une exception). En résumé, l'Exemple 5 montre que la meule de l' invention fournit une performance de meulage souhaitable sur des plaquettes de carbure de siliclum dures et cassantes. La performance de la meule de l' invention est sensiblement supérieure à celle d'une meule à liant résine
classique dans cette application.
TABLEAU 4
Enlèvement de Rugosité de la Passe # CaractérlsUlque 8 299 de la meule matière, surface, Test, microns Angstroms 6 Meule de3 comparaison
*7,.0 98
19 Meule 5-A17 34 Meule 5-A13 32 21 Meule 5-A15 54,5 22 Meule 5-A15 37,5
EXEMPLE 6
Une mesure quantitative de l'ouverture du milieu poreux par test de perméabilité, basée sur la loi de D'Arcy gouvernant la relation entre le déLit d'écoulement et la pression sur le milieu poreux, a été utilisoe pour évaluer les meules de cette invention. L'appareil de mesure de la perméabilité et le procédé utilisés sont sensiblement identiques à ceux décrits par Wu et al. dans US-A-5 738 697, Exemple 6, à savoir par l'application d'air pressurisé sur une surface plate d'échantillons de test poreux. Des échantillons poreux ont été fabriqués de manière sensiblement similaire au procédé de l'Exemple 1, incluant % en volume d'abrasif diamant de 3/6 micron. Les apports relatifs de sel de table et de liant métallique ont été variés, résultant en échantillons incluant d' environ 0 à environ 80% en volume de porosité interconnectée. Les échantillons ayant un diamètre de 1,5 pouce et une épaisseur de 0,5 pouce ont été comprimés à chaud à 405 C, sous une pression de 21,8 N(3 200 psi). Lors du refroidissement, les échantillons ont été recouverts à la main en utilisant une bouillie abrasive de carbure de silicium (de taille de grain 180) dans le but d'ouvrir les pores à la surface de ceux-ci. Les échantillons ont été ensuite immergés dans de leau bouillante comme décrit dans l'Exemple 1. Quatre échantillons ont été préparés pour chaque valeur de porosité. Les résultats de perméabilité
moyenne sont rapportés ci-dessous dans le Tableau 5.
Les valeurs de perméabilité sont exprimées en unités de volume d'air par unité de temps (Q. en cm3/seconde) par unité de pression [P. en pouces d'eau (1 pouce = 2,54 cm)] et elles ont été mesurées à travers l'épaisseur des échantillons ayant un diamètre de 37,5 mm (1,5 pouce) et une épaisseur de 12,7 mm (0,5 pouce). Comme on pouvait s'y attendre, les valeurs de perméabilité étaient faibles pour les échantillons ayant une porosité effectivement non interconnectée. On a observé que la perméabilité augmentait significativement avec l' augmentation de la porosité. En particulier, les échantillons ayant une porosité interconnectée supérieure à environ 50 % ont été caractérisés comme ayant des valeurs de perméabilité supérieures à environ 0,2 cm3 par seconde par 2,54 cm (par pouce) d'eau lorsque la porosité dépassait environ 50 % en
volume.
TABLEAU 5
Liant Sel de table, Porosité Perméabilité, métallique théorique, Q/P Pourcentage en Pourcentage en poids Pourcentage en (cm3/sec./2,54 c poids volume m H2O/1,27 cm)
0 0 0,030
91,85 8,15 25 0,034
84,7 15,3 40 0,085
74,55 25,45 55 0,287
,0 35,0 65 0,338
58,99 41,01 70 0,562
43,02 56,98 80 n.d. n.d. non disponible
EXEMPLE 7
Des meules segmentées, chacune incluant seize segments, ont été assemblées de manière sensiblement similaire à celle décrite dans l'Exemple 1 (voir ci-dessus). Les segments, cependant, incluaient un liant organique (par opposition au liant métallique décrit dans l'Exemple 1) et ils ont été fabriqués comme décrit ci-dessous: Un sucre granulaire (obtenu auprès de Shaw's, Inc. Worcester, MA) a été secoué dans un bidon pour peinture de un gallon pendant approximativement deux heures en utilisant un mélangeur à peinture (fabriqué par Red Devil@, Inc., Union, NJ), dans le but de rompre les angles et les bords effilés, arrondissant ainsi effectivement les granules de sucre. Le sucre granulaire a été ensuite tamisé pour obtenir une distribution de taille de particule dienviron 250 à environ 500 microns (c 'est-à-dire -35/
+60 U.S. Mesh).
Le liant résine sous forme de poudre a été pré-tamisé à travers un tamis U.S. Mesh 200 dans le but d'enlever les agglomérats. La poudre abrasive fine de diamant ayant une distribution de taille de particule d'environ 3 à environ 6 microns obtenue auprès de Amplex Corporation (Olyphant, Pennsylvania) sous la désignation RB3/6 a été ajoutée à la résine en poudre et mélangée jusqu'à ce qu'on obtienne un mélange sensiblement homogène. Le mélange, renfermant approximativement 80 % en volume de résine et environ 20 % en volume d'abrasif, a été tamisé trois fois à travers un tamis U.S. Mesh 165 et a été alors ajouté au sucre granulaire (préparé comme décrit ci-dessus). Le mélange résine/abrasif/sucre a été ensuite mélangé jusqu'à obtention d'un mélange sensiblement homogène et tamisé deux
fois à travers un tamis U.S. Mesh 24.
Trois mélanges composites ont été fabriqués. Le premier mélange (utilisé dans la fabrication de la meule 7-A) renfermait environ 4 % en volume dabrasif de diamant, environ 20 % en volume de liant résine 33-344 (qui est une résine résole phénolique modifiée par du bis phénol-A, obtenue auprès de Durez Corporation de Dallas, TX), et environ 76 % en volume de sucre granulaire. Le second mélange (utilisé dans la fabrication de la meule 7-B) renfermait environ 6 % en volume d'abrasif diamant, environ 30 % en volume de liant résine 29-346 (qui est une résine novolac phénolique à long flux, obtenue auprès de Durez Corporation de Dallas, TX), et environ 64 % en volume de sucre granulaire. Le troisième mélange (utilisé dans la fabrication de la meule 7-C) renfermait environ 6 % en volume d'abrasif diamant, environ 30 % en volume de liant résine 29-108 (qui est une résine résole modifiée par du biphénol-A à très long flux, obtenue auprès de Durez Corporation de Dallas, TX), et environ 64 % en volume de
sucre granulaire.
Les mélanges résine/abrasif/sucre ont été appariés dans des moules en acier en forme de disque, égalisés, et pressés à une température d' environ 135 C à une pression d' environ 28 MPa (4 100 psi) pendant environ 30 minutes jusqu'à ce que soit obtenue une matrice ayant une densité
approximativement égale à 99 % de la densité théorique.
Après refroidissement, les disques ont été logèrement poncés au papier de verre de grain 180 pour enlever la peau de moulage et enlever le dispersoïde de sucre par immersion dans de l'eau bouillante pendant approximativement deux heures. Après enlèvement du sucre, les disques ont été séchés et cuits pour terminer le durcissement complet de la résine. Le cycle de séchage et de durcissement s'est fait comme suit. Les disques ont été en premier portés progressivement à 60 C sur une période d' environ 5 minutes et maintenus à cette température pendant environ minutes. Les disques ont été ensuite portés progressivement à 90 C sur une période d'environ 30 minutes
et maintenus à cette température pendant 5 heures.
Finalement, les disques ont été portés progressivement à C sur une période d' environ 4 heures et maintenus à cette température pendant environ 5 heures. Après le chanffage, les disques ont été refroidis à la température ambiante et usinés en segments pour être utilisés dans
l'assemblage de meules.
Trois meules segmentées à liant organique ont été testées quant à leur performance d'amincissement fin sur des plaquettes de silicium. Les conditions de test de meulage étaient les suivantes:
42 2832339
Conditions de test de meulaae: Machine Strasbaugh Modèle 7AF Spécifications Grosse broche Norton#3-R7B69 de la meule Broche fine Meule 7-A Meule 7-B Meule 7-C Taille de la Type 2A2TSSA 280 x 29 x 229 mm meule (11 x 1 1/8 x 9 pouces) Mode de Meulage double Meulage grossier suivi d'un meulage meulage fin Procédé de meulage fin
Vitesse de la 4350 tours/min.
meule Liquide de eau délonisoe refroidissement Débit du 11 litres/min. (3 gallons/min.) liquide de refroidissement Pièce plaquettes de silicTum d' orientation N type travaillée 100, 150 mm (6 pouces) de diamètre, 0,66 mm (0,026 pouce) d'épaisseur de départ (obtenues auprès de Silicon Quest, CA) Matériau étape 1: 10 m, étape 2: 5 m, étape 3: enlevé 5 m, levée: 2 m Vitesse étape 1: 1 m/s., étape 2: 0,7 m/s.,
d'avancée étape 3: 0,5 m/s., levée: 0,5 m/s.
Vitesse de 590 tours/min., constante travail Courte pause 100 révolutions toutes les Procédé de meulage grassier
Vitesse de la 3400 tours/min.
meule Liquide de eau délonisoe refroidissement Débit du 11 litres/min. (3 gallons/min.) liquide de refroidissement Pièce plaquettes de silicium d' orientation N type travaillée 100, 150 mm de diamètre (6 pouces), 0,66 mm (0,026 pouce) d'épaisseur de départ (obtenues auprès de Silicon Quest, CA) Matériau étape 1: 10 m, étape 2: 5 m, étape 3: enlevé 5 m, levoe: 10 m Vitesse étape 1: 3 m/s., étape 2: 2 m/s., étape
d'avancée 3: 1 m/s., levée: 5 m/s.
Vitesse de 590 tours/min., constante travail Courte pause 50 révolutions toutes les Lorsque les outils abrasifs requièrent un dégauchissage et un dressage, les conditions établies pour ce test sont les suivantes: Opération de déauchissace et de dressaqe Meule utilisation d'un plateau de dressage grossière grossier Strasbaugh de 150 mm (6 pouces) de diamètre
Vitesse de la 1200 tours/min.
meule Courte pause 25 révolutions toutes les Matériau étape 1: 190 m, étape 2: 10 m, levée: enlevé 20 m Vitesse étape 1: 5 m/s., étape 2: 0,2 m/s., d'avancée levée: 2 m/s Vitesse de 50 tours/min., constante travail Meule FINE utilisation d'un plateau de dressage extra-fin Strasbaugh de 150 mm (6 pouces) de diamètre
Vitesse de la 1200 tours/min.
meule Courte pause 25 révolutions toutes les Matériau étape 1: 150 m, étape 2: 10 m, levée: enlevé 20 m Vitesse étape 1: 5 m/s., étape 2: 0,2 m/s., davancée levée: 2 m/s Vitesse de 50 tours/min., constante travail Les résultats pour le test de meulage de l'Exemple 7 sont rapportés cidessous dans le Tableau 6. Deux cents plaquettes ont été meulées finement en utilisant les meules à liant résine, poreuse de cette invention (les meules 7-A, 7-B et 7-C). Chacune des meules de l' invention manifestait une force normale maximale relativement stable d' environ N (c 'est-àdire d' environ 20 livres) pour au moins 200 plaquettes. Ce type de performance de meulage est hautement souhaitable dans l'amincissement de plaquettes de silicium car ces conditions de force relativement basse et de stabilité réduisent au minimum les dommages mécaniques et thermiques à la pièce. En outre, la meule poreuse de cette invention fournit la performance de meulage hautement souhaitable décrite ci-dessus pour au moins 200 plaquettes
sans besoin de dresser la meule.
De plus, on a observé que le type de résine affectait le taux d'usure de la meule. Les meules 7-A et 7-C montraient des taux d'usure relativement hauts de 2,2 et 1,7 microns par plaquette, respectivement, alors que la meule 7-B (incluant la résine novolac phénolique de long flux) montrait un taux d'usure relativement bas (et
souhaitable) de 0,5 micron par plaquette.
En résumé, l'Exemple 7 montre que les meules de linvention incluant un liant organique fournissent des performances d'amincissement hautement souhaitables sur des
plaquettes de silicium.
TABLEAU 6
| Caractéristique de Force normale Taux d'usure l la meule (Newton) (micron/plaquette) | Meule 7-A 2,2
(DZ 33-344)
1. | Meule 7-B 90 0,5
1 (IZ 29-346)
| Meule 7-C 90 1,7
(IZ 19-108)
Claims (67)
1. Procédé de fabrication d'un article abrasif poreux, caractérisé en ce qu'il comprend: a) la préparation dun mélange de grains abrasifs, d' un matériau liant, et de particules d' un dispersoïde, ledit mélange incluant d' environ 0,5 à environ 25 % en volume de grains abrasifs, d'environ 19,5 à environ 49,5 % en volume de matériau liant, et d' environ 50 à environ 80 % en volume de particules de dispersoïde; b) le pressage dudit mélange en un composite chargé abrasif; c) le traitement thermique du composite; et d) l'immersion dudit composite dans un solvant pendant une période de temps convenable pour dissoudre sensiblement tout ledit dispersoïde, ledit dispersoïde étant soluble dans ledit solvant; lesdits grains abrasifs et ledit matériau liant étant sensiblement insolubles dans ledit solvant, ledit article abrasif ayant au moins 50 % en volume
de porosité interconnoctée.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit pressage (b) et ledit traitement thermique (c) sont
réalisés sensiblement de manière simultanée.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le mélange est pressé pendant au moins cinq minutes à une température dans la gamme allant d' environ 370 à environ 795 C à des pressions dont la gamme allant d' environ 20 à
environ 33 MPa.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le pourcentage en volume de particules de dispersoïde dans ledit mélange est dans la gamme allant de: égal ou supérieur à environ 50 % en volume; à
égal ou inférieur à environ 70 % en volume.
5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel
ledit matériau liant est un liant métallique.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel ledit liant métallique comprend d' environ 35 à environ 85 % en poids de cuivre et d' environ 15 à environ 65 % en poids d'étain. 7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel ledit liant métallique comprend en outre d'environ 0,2 à
environ 1,0 % en poids de phosphore.
8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel
ledit matériau liant est un liant organique.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel ledit liant organique est constitué d'une résine phénolique. 10. Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdits grains abrasifs sont constitués de grains superabrasifs sélectionnés dans le groupe consistant en le
diamant et le nitrure de bore cubique.
11. Procédé selon la revendication 1, dans lequel
lesdits grains abrasif$ sont constitués de diamant.
12. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit grain abrasif comprend une taille de particules moyenne dans la gamme allant de: égale ou supérieure à environ 0,5 micron; à
égale ou inférieure à environ 300 microns.
13. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit grain abrasif comprend une taille de particules moyenne dans la gamme allant de: égale ou supérieure à environ 0,5 micron; à
égale ou inférieure à environ 75 microns.
14. Procédé selon la revendication 1, dans lequel
ledit dispersoïde est un sel soluble dans l'eau.
15. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit dispersoïde est un élément du groupe consistant en le sucre, la dextrine, les polysaccharides oligomères, le chlorure de sodium, le chlorure de potassium, le chlorure de magnésium, le chlorure de calcium, le silicate de sodium, la métasilicate de sadium, le phosphate de potassium, le silicate de potassium, le carbonate de sodium, le sulfate de sodium, le sulfate de potassium, le
sulfate de magnésium et les mélanges de ceux-ci.
16. Procédé selon la revendication 1, dans lequel
ledit dispersoïde est constitué de chlorure de sodium.
17. Procédé selon la revendication 1, dans lequel
ledit dispersoïde est constitué de suare.
13. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit dispersoïde a une taille de particules dans la gamme allant de: égale ou supérieure à environ 25 microns; à
égale ou inférieure à environ 500 microns.
19. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit dispersoïde a une distribution de taille de particules dans la gamme allant de: égale ou supérieure à environ 74 microns; à
égale ou inférieure à environ 210 microns.
20. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit dispersoïde a une distribution de taille de particules dans la gamme allant de: égale ou supérieure à environ 210 microns; à
égale ou inférieure à environ 300 microns.
21. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit dispersoïde est constitué de sucre et a une distribution de taille de particules dans la gamme allant de: égale ou supérieure à environ 150 microns; à
égale ou inférieure à environ 500 microns.
22. Procédé selon la revendication 1, dans lequel
ledit solvant est constitué d'eau.
23. Procédé selon la revendication 1, dans lequel
ledit solvant est constitué d'eau bouillante.
24. Procédé selon la revendication 1, dans lequel au moins une surface du composite est abrasée après ledit
traitement thermique (c) et avant ladite immersion (d).
25. Procédé selon la revendication 1, produisant un article abrasif ayant une perméabilité supérieure ou égale
à environ 0,2 cm3 par seconde par 2,54 cm (par pouce) d'eau.
26. Article abrasif fabriqué par le procédé selon la
revendication 1.
27. Segment abrasif (10) pour meule segmentée (100), ledit segment abrasif comprenant: un composite incluant une pluralité de grains superabrasifs et une matrice de liant métallique frittés ensemble, ledit composite ayant, en son sein, une pluralité de pores interconnoctés, ledit composite incluant d' environ 0,5 à environ 25 % en volume de grains abrasifs, d' environ 19,5 à environ 49,5 % de liant métallique et d' environ 50 à environ 80 % en volume de porosité interconnectée; ladite matrice de liant métallique incluant d' environ à environ 70 % en poids de cuivre, d' environ 30 à environ 65 % en poids d'étain et d' environ 0, 2 à environ 1,0 % en poids de phosphore, les grains superabrasifs de ladite pluralité étant sélectionnés dans le groupe consistant en le diamant et le nitrure de bore cubique, lesdits grains superabrasifs ayant une taille de particules moyenne inférieure à environ
300 microns.
28. Segment abrasif (10) selon la revendication 27, dans lequel le composite est frittable à une température
dans la gamme allant d' environ 370 à environ 795 C.
29. Segment abrasif (10) selon la revendication 27, dans lequel ledit composite comprend: environ 50 % en volume, ou plus, de porosité interconnectée; et environ 70 % en volume, ou moins, de porosité interconnectée. 30. Segment abrasif (10) selon la revendication 27, dans lequel ladite pluralité de pores interconnectés a une taille de pores moyenne dans la gamme allant de: égale ou supérieure à environ 25 microns; à
égale ou inférieure à environ 500 microns.
31. Segment abrasif (10) selon la revendication 27, dans lequel ladite pluralité de pores interconnoctés a une distribution de taille moyenne de pores dans la gamme allant de: égale ou supérieure à environ 74 microns; à
égale ou inférieure à environ 210 microns.
32. Segment abrasif (10) selon la revendication 27, dans lequel ladite pluralité de pores interconnectés a une distribution de taille de pores moyenne dans la gamme allant de: égale ou supérieure à environ 210 microns; à
égale ou inférieure à environ 300 microns.
33. Segment abrasif (10) selon la revendication 27, dans lequel ladite pluralité de grains superabrasifs a une taille de particules moyenne dans la gamme allant de: égale ou supérieure à environ 0,5 micron; à
égale ou inférieure à environ 75 microns.
34. Segment abrasif (10) selon la revendication 27, dans lequel ladite porosité interconnectée est formée par: a) l'ajout d'un dispersoïde aux grains et au liant métallique avant le frittage du composite; et b) l 'immersion dudit composite fritté dans un solvant et la dissolution du dispersoïde; ledit segment abrasif étant sensiblement exempt de
particules de dispersoïde.
35. Segment abrasif (10) selon la revendication 27, ayant une perméabilité supérieure ou égale à environ 0,2 cm3
par seconde par 2,54 cm (par pouce) d'eau.
36. Meule segmentée (100) comprenant: un noyau; une couronne abrasive incluant une pluralité de segments selon la revendication 27; et un liant stable thermiquement entre ledit noyau et
chacun de ladite pluralité de segments.
37. Meule segmentée (100) comprenant: un noyau ayant une résistance spécifique minimale de 2,4 MPa-cm3/g, une masse spécifique de noyau de 0, 5 à 8,0 g/cm3, et un périmètre circulaire; une couronne abrasive incluant une pluralité de segments, chacun desdits segments incluant un composite comprenant une pluralité de grains abrasifs et une matrice de liant métallique frittés ensemble, ledit composite ayant, en son sein, une pluralité de pores interconnoctés, ledit composite incluant d' environ 50 à environ 80 % en volume de porosité interconnoctée; et un liant thermiquement stable entre ledit noyau et
chacun de ladite pluralité de segments.
38. Meule segmentée (100) selon la revendication 37, dans laquelle le composite est frittable à une température
dans la gamme allant d' environ 370 à environ 795 C.
39. Meule segmentée (100) selon la revendication 37, dans laquelle ledit liant métallique comprend d' environ 35 à environ 85 % en poids de cuivre et d' environ 15 à environ
% en poids d'étain.
40. Meule segmentée (100) selon la revendication 37, dans laquelle ledit liant métallique comprend en outre
d' environ 0,2 à environ 1,0 % en poids de phosphore.
41. Meule segmentée (100) selon la revendication 37, dans laquelle lesdits grains abrasifs comprennent des grains superabrasifs sélectionnés dans le groupe consistant
en le diamant et le nitrure de bore cubique.
42. Meule segmentée (100) selon la revendication 37,
dans laquelle ledit grain abrasif est constitué de diamant.
43. Meule segmentée (100) selon la revendication 37, dans laquelle ledit grain abrasif a une taille de particules moyenne dans la gamme allant de: égale ou supérieure à environ 0,5 micron; à
égale ou inférieure à environ 300 microns.
44. Meule segmentée (100) selon la revendication 37, dans laquelle ladite pluralité de pores interaonnectés a une taille de pores moyenne dans la gamme allant de: égale ou supérieure à environ 25 microns; à
égale ou inférieure à environ 500 microns.
45. Meule segmentée (100) selon la revendication 37, dans laquelle ladite pluralité de pores interconnoctés a une distribution de taille de pores dans la gamme allant de: égale ou supérieure à environ 74 microns; à
égale ou inférieure à environ 210 microns.
46. Meule segmentée (100) selon la revendication 37, dans laquelle ladite pluralité de pores interconnectés a une distribution de taille de pores dans la gamme allant de: égale ou supérieure à environ 210 microns; à
égale ou inférieure à environ 300 microns.
47. Meule segmentée (100) selon la revendication 37, dans laquelle ladite porosité interconnectée est formoe par: a) l'ajout dun dispersoïde aux grains et au liant métallique de chacun des segments de ladite pluralité, avant le frittage; et b) l' immersion de chacun des segments de ladite pluralité dans un solvant et la dissolution du dispersoïde; chacun des segments de ladite pluralité étant
sensiblement exempt de particules de dispersoïde.
48. Meule segmentée (100) selon la revendication 37, dans laquelle chacun desdits segments a une perméabilité supérieure ou égale à environ 0,2 cm3 par seconde par
2,54 cm (par pouce) d'eau.
49. Meule segmentée (100) selon la revendication 37, dans laquel le ledi t l i ant s table thermiquement es t sélectionné parmi le groupe consistant en liant adhésif époxy, liant métallurgique, liant mécanique, liant de
diffusion et des combinaisons de ceux-ci.
50. Meule segmentée (100) selon la revendication 37, dans laquelle ledit liant thermiquement stable est un liant
adhésif époxy.
51. Meule segmentée (100) selon la revendication 37, dans laquelle: ledit liant métallique comprend d' environ 35 à environ 85 % en poids de cuivre, d' environ 15 à environ % en poids d'étain et d' environ 0,2 à environ 1, 0 % en poids de phosphore; ledit grain abrasif est constitué de diamant ayant une taille de particules d' environ 0,5 à environ 300 microns; et ladite pluralité de pores interaonnectés a une taille de pores moyenne dans la gamme allant d' environ 25 à
environ 500 microns.
52. Procédé de fabrication d'un article abrasif poreux, caractérisé en ce qu'il comprend: a) la préparation d'un mélange de grains abrasifs, de matériau liant non métallique, et de particules d'un dispersoïde, ledit mélange renfermant d' environ 0,5 à environ 25 % en volume de grains abrasifs, d' environ 19,5 à environ 65 % en volume de matériau liant non métallique, et denviron 40 à environ 80 % en volume de particules de dispersoïde; b) le pressage dudit mélange en un composite abrasif chargé; c) le traitement thermique du composite; et d) l' immersion du composite dans un solvant pendant une période de temps convenable pour dissoudre sensiblement tout le dispersoïde, le dispersoïde étant soluble dans le solvant; le grain abrasif et le matériau liant non métallique étant sens iblement insolubl es dans le so lvant; et l' article abrasif ayant d' environ 40 à environ 80 %
en volume de porosité interconnectée.
53. Procédé selon la revendication 52, dans lequel le matériau liant non métallique est constitué d'un matériau
liant organique.
54. Procédé selon la revendication 53, dans lequel le matériau liant organique est constitué d'une résine sélectionnée dans le groupe consistant en les résines phénoliques, les résines époxy, les résines polyesters insaturées, les résines bismaléimides, les résines polyimides, les résines cyanates, les polymères mélamines
et les mélanges de ceux-ci.
55. Procédé selon la revendication 53, dans lequel le matériau liant organique est constitué dune résine phénolique. 56. Procédé selon la revendication 53, dans lequel le matériau liant organique est constitué d'une résine novolac phénolique. 57. Procédé selon la revendication 53, dans lequel le matériau liant organique est constitué d'une résine résole phénolique. 53. Procédé selon la revendication 53, dans lequel ledit grain abrasif est constitué de diamant ayant une taille de particules moyenne dans la gamme allant de: égale ou supérieure à environ 0,5 micron; à
égale ou inférieure à environ 300 microns.
59. Procédé selon la revendication 53, dans lequel les particules de dispersoïde sont sensiblement non ioniques. 60. Procédé selon la revendication 53, dans lequel
les particules de dispersoïde comprennent le sucre.
61. Procédé selon la revendication 53, dans lequel ledit pressage (b) comprend le pressage pendant au moins cinq minutes à une température dans la gamme allant d' environ 100 à environ 200 C à des pressions dans la gamme
allant d' environ 20 à environ 33 MPa.
62. Procédé selon la revendication 53, dans lequel ledit traitement thermique (c) est réalisé après ladite immersion (d) et comprend le chauffage pendant au moins une heure à une température dans la gamme allant d' environ 100
à environ 200 C.
63. Procédé selon la revendication 53, dans lequel au moins une surface du composite est abrasé avant ladite
immersion (d).
64. Segment abrasif (10) pour meule segmentée (100), ledit segment abrasif comprenant: un composite incluant une pluralité de grains superabrasifs et une matrice de liant non métallique durcis ensemble, ledit composite ayant, en son sein, une pluralité de pores interconnectés, ledit composite incluant d' environ 0,5 à environ 25 % en volume de grains abrasifs, d' environ 19,5 à environ 65 % de liant non métallique et d' environ 40 à environ 80 % en volume de porosité interaonnoctée; et les grains superabrasifs de ladite pluralité sont sélectionnés dans le groupe consistant en le diamant et le nitrure de bore cubique, lesdits grains superabrasifs ayant une taille de particules moyenne dau moins environ
300 microns.
65. Segment abrasif (10) selon la revendication 64, dans lequel le composite est durcissable à une température
dans la gamme allant d' environ 100 à environ 200 C.
66. Segment abrasif (10) selon la revendication 64, dans lequel les grains superabrasifs de ladite pluralité sont constitués de diamant et ont une taille de particules moyenne dans la gamme allant de: égale ou supérieure à environ 0,5 micron; à
égale ou inférieure à environ 75 microns.
67. Segment abrasif (10) selon la revendication 64, dans lequel ladite porosité interaonnoctée est formée par: a) l'ajout d'un dispersoïde aux grains et au liant non métallique avant le durcissement du composite; et b) l' immersion dudit composite durci dans un solvant et la dissolution du dispersoïde; ledit segment abrasif étant sensiblement exempt de
particules de dispersoïde.
68. Segment abrasif (10) selon la revendication 67, dans lequel ledit dispersoïde est constitué de sucre, ledit solvant est constitué d'eau et ledit liant non métallique
est constitué de résine phénolique.
69. Meule segmentée (100) comprenant: un noyau ayant une résistance spécifique minimale de 2,4 MPa-cm3/g, une masse spécifique de noyau de 0, 5 à 8,0 g/cm3, et un périmètre circulaire; une couronne abrasive incluant une pluralité de segments, chacun desdits segments incluant un composite de grains abrasifs et une matrice liante non métallique durcis ensemble, ladit composite ayant, en son sein, une pluralité de pores interaonnectés, ledit composite incluant d' environ à environ 80 en volume de porosité interconnoctée; et un liant adhésif stable thermiquement entre ledit
noyau et chacun de ladite pluralité de segments.
70. Meule segmentée (100) selon la revendication 69, dans laquelle le composite est durcissable à une température dans la gamme allant d' environ 100 à environ C. 71. Meule segmentée (100) selon la revendication 69, dans laquelle la matrice de liant non métallique est
constituée d'une matrice de liant organique.
72. Meule segmentée (100) selon la revendication 71, dans laquelle ladite matrice de liant organique est
constituée d'une matrice de résine phénolique.
73. Meule segmentée (100) selon la revendication 71, dans laquelle ladite porosité interconnectée est formoe par: a) l'ajout d'un dispersoïde aux grains et au liant organique avant le durcissement du composite; et b) l'immersion dudit composite durci dans un solvant et la dissolution du dispersoïde; ledit segment abrasif étant sensiblement exempt de
particules de dispersoïde.
74. Meule segmentée (100) selon la revendication 73, dans laquelle ledit dispersoïde est constitué de sucre, ladit solvant est constitué d'eau, et ladite matrice de
liant organique est constituée de résine phénolique.
75. Meule segmentée (100) selon la revendication 71 dans laquelle ladite matrice de liant organique est constituée d'une résine phénolique i ledit grain abrasif est constitué de diamant ayant une taille de particules moyenne dans la gamme allant d' environ 0,5 à environ 300 microns; ledit liant adhésif stable thermiquement est constitué d'un liant adhésif époxy; et ladite porosité interconnoctée est formée par l'ajout d'un dispersoïde de sucre granulaire aux grains abrasifs et au liant organique avant le durcissement du composite et l'immersion du composite durci dans l'eau comme solvant et
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