JP2015526300A - 結合研磨体およびその形成方法 - Google Patents

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Abstract

結合材料内に含有される研磨粒子を有する結合研磨体を含む研磨物品であって、結合材料は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、および酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を有する混合物から形成されるガラス質材料を含み、混合物は、酸化ビスマスの量（重量％）未満の酸化アルミニウムの量（重量％）を含み、酸化アルミニウムの量（重量％）は、酸化ホウ素の量（重量％）未満である、研磨物品。【選択図】図１

Description

下記は、結合研磨体を対象とし、特に、微結晶性アルミナ研磨粒子との使用に適したガラス質結合を有する結合研磨体を対象とする。
研磨工具は、全般的に、材料除去用途向けに、結合材料内に含有される研磨砥粒を有するように形成される。超研磨砥粒（例えば、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ））、または微結晶性アルファアルミナ（ＭＣＡ）研磨砥粒とも称されるシードされた（さらには、シードされていない）焼結ゾルゲルアルミナ研磨砥粒を、そのような研磨工具に用いることができる。結合材料は、樹脂等の有機材料、またはガラスもしくはガラス状材料等の無機材料とすることができる。特に、ガラス状結合材料を使用し、かつ、ＭＣＡ砥粒または超研磨砥粒を含有する結合研磨工具は、研削について商業的に有用である。
ある結合研磨工具、特にガラス状結合材料を利用するものは、しばしば約１１００℃以上の高温形成過程を必要とし、ＭＣＡの研磨砥粒に悪影響を及ぼす可能性がある。実際に、研磨工具を形成するために必要なそのような高温において結合材料は、研磨砥粒、特にＭＣＡ砥粒と反応し、研磨剤の完全性を損なう可能性があり、砥粒の鋭さおよび性能特性を低下させることが認識されている。その結果、産業界は、形成過程中の研磨砥粒の高温劣化を抑制するために、結合材料を形成するために必要な形成温度を低下させる方向に移行してきた。
例えば、ＭＣＡ砥粒とガラス状結合剤との間の反応量を低減させるために、米国特許第４，５４３，１０７号は、約９００℃という低さの温度での焼成に適した結合剤組成物を開示している。代替の手法において、米国特許第４，８９８，５９７号は、約９００℃という低さの温度での焼成に適した、少なくとも４０％のフリット材料を含む結合剤組成物を開示している。１０００℃付近の温度で形成することができる結合材料を利用する他のそのような結合研磨物品としては、米国特許第５，２０３，８８６号、米国特許第５，４０１，２８４号、米国特許第５，５３６，２８３号、および米国特許第６，７０２，８６７号が挙げられる。それでも、産業界は、そのような結合研磨物品の性能の向上を引き続き求めている。
一態様によれば、研磨物品は、微結晶性アルミナを含む研磨粒子を含む結合研磨体を含み、結合材料内に含有される研磨粒子は、酸化バリウム（ＢａＯ）および二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含む混合物から形成されるガラス質材料を含み、混合物は、少なくとも約１．２の酸化バリウムと二酸化ケイ素との比率（ＢａＯ／ＳｉＯ２）を有する。
別の態様によれば、研磨物品は、結合材料内に含有される研磨粒子を含む結合研磨体を含み、結合材料は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、および酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を含む混合物から形成されるガラス質材料を含み、混合物は、重量パーセントで測定したときに、約１．２〜約２０の範囲内の酸化ビスマスと酸化アルミニウムとの比率（Ｂｉ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３）を有する。
さらに別の態様において、研磨物品は、結合材料内に含有される研磨粒子を含む結合研磨体を含み、結合材料は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、および酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を含む混合物から形成されるガラス質材料を含み、混合物は、酸化ビスマスの量（重量％）未満の酸化アルミニウムの量（重量％）を含み、酸化アルミニウムの量（重量％）は、酸化ホウ素の量（重量％）未満である。
本開示は、添付図面を参照することによって、よりよく理解され得、その数多くの特徴および利点が当業者に明らかになり得る。
従来の結合研磨物品および実施形態に従う研磨物品に関する、３つの異なる送り速度での、電力と時間との線図である。 従来の結合研磨物品および実施形態に従う研磨物品に関する、３つの異なる送り速度での、仕上げ（Ｒａ）と時間との線図である。 従来の結合研磨物品および実施形態に従う研磨物品に関する、３つの異なる送り速度での、累積砥石摩耗（インチ）と時間との線図である。 従来の結合研磨物品および実施形態に従う研磨物品に関する、３つの異なる送り速度での、累積研削比と累積除去材料との線図である。 従来の結合研磨物品および実施形態に従う研磨物品に関する、弾性係数の線図である。 従来の結合研磨物品および実施形態に従う研磨物品に関する、サンドブラスト硬度またはＳＢＨ（ｍｍ）の線図である。 従来の結合研磨物品および実施形態に従う研磨物品に関する、破壊係数の線図である。
下記は、ワークピースの研削および成形に適し得る、結合研磨物品を対象とする。特に、本明細書の実施形態の結合研磨物品は、結合材料内に研磨粒子を組み込むことができる。本明細書の実施形態の結合研磨物品を使用するのに適した用途としては、例えば、センタレス研削、円筒研削、クランク軸研削、種々の表面研削作業、ベアリングおよび歯車研削作業、クリープフィード研削、ならびに種々の工具室用途を含む、研削作業が挙げられる。
一実施形態によれば、一実施形態の結合研磨物品の形成方法は、好適な化合物および成分の混合物を形成して、結合材料を形成することによって開始することができる。本明細書の実施形態の結合材料は、酸化物化合物等の無機材料の化合物で形成することができる。例えば、１つの好適な酸化物材料としては、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２またはシリカ）が挙げられる。一実施形態によれば、結合材料は、結合材料の総重量に対して、約３０重量％以下の二酸化ケイ素から形成することができる。他の実施形態において、二酸化ケイ素の含有量は、約２６重量％以下、約２４重量％以下、約２２重量％以下、さらには約２０重量％以下等、より少なくすることができる。さらに、ある実施形態において、結合材料は、結合材料の総重量に対して、少なくとも約４重量％、少なくとも約６重量％、少なくとも約８重量％、少なくとも約９重量％、さらには少なくとも約１０重量％の程度等、少なくとも約２重量％の二酸化ケイ素から形成され得る。二酸化ケイ素の量は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
結合材料はまた、ある含有量の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）も組み込むことができる。例えば、結合材料は、結合材料の総重量に対して、少なくとも約０．２重量％の酸化アルミニウムを含むことができる。他の実施形態において、酸化アルミニウムの量は、少なくとも約０．４重量％、少なくとも約０．６重量％、少なくとも約０．８重量％、少なくとも約０．９重量％、さらには少なくとも約１重量％とすることができる。ある事例において、結合材料は、結合剤の総重量に対して、約１０重量％以下、約８重量％以下、約６重量％以下、約４重量％以下、さらには約３重量％以下の量の酸化アルミニウムを含み得る。酸化アルミニウムの量は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
ある事例において、結合材料を形成するために使用される混合物は、重量パーセントで測定したときの酸化アルミニウムの量と比較して、重量パーセントで測定したときの特定の量の二酸化ケイ素（すなわち、シリカ）を含むことができる。例えば、混合物は、アルミナの量と比較して、より多い含有量の二酸化ケイ素を含むことができる。一実施形態によれば、混合物は、重量パーセントで測定したときの二酸化ケイ素の量と、重量パーセントで測定したときの酸化アルミニウムの量との特定の比率（ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３）を含むことができる。例えば、二酸化ケイ素とアルミナとの比率は、結合材料内の二酸化ケイ素の重量パーセントを酸化アルミニウムの重量パーセントで割ることによって説明することができる。一実施形態によれば、混合物中の二酸化ケイ素と酸化アルミニウムとの比率は、約２８以下とすることができる。他の事例において、二酸化ケイ素と酸化アルミニウムとの比率は、約２６以下、約２４以下、約２２以下、約２０以下、約１８以下、さらには約１６以下とすることができる。さらに、混合物は、二酸化ケイ素の重量パーセントと酸化アルミニウムの重量パーセントとの比率を、少なくとも約１．２、少なくとも約１．５、少なくとも約２、少なくとも約２．４、少なくとも約２．６、少なくとも約３、さらには少なくとも約３．２とすることができるように形成することができる。二酸化ケイ素と酸化アルミニウムとの比率は、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
ある組成物において、混合物は、酸化亜鉛および酸化アルミニウム等の他の材料の量（重量％）と比較して、より多い量（重量％）の二酸化ケイ素を含むことができる。加えて、混合物は、少量の二酸化ケイ素が存在するように形成され得、よって、混合物は、アルカリ土類酸化物、アルカリ酸化物、または酸化亜鉛等の他の材料と比較して、より少ない量（重量％）の二酸化ケイ素を含む。特定の一実施形態において、混合物は、酸化ビスマス、酸化ホウ素、または酸化バリウムと比較して、より少ない量の二酸化ケイ素を含むことができる。
実施形態によれば、混合物、したがって、結合材料は、ある量（重量％）の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）から形成することができる。例えば、結合材料は、結合材料の総重量に対して、約３５重量％以下の酸化ホウ素を組み込むことができる。他の事例において、酸化ホウ素の量は、約３２重量％以下、約３０重量％以下、約２８重量％以下、約２６重量％以下、さらには約２４重量％以下等、より少ない量とすることができる。さらに、混合物は、結合材料の総重量に対して、少なくとも約１２重量％、少なくとも約１４重量％、さらには少なくとも約１５重量％、少なくとも約１６重量％、少なくとも約１８重量％、さらには少なくとも約２０重量％等の、少なくとも約１０重量％の酸化ホウ素を含むことができる。混合物中の酸化ホウ素の量は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
一実施形態によれば、混合物は、二酸化ケイ素の含有量に対して、ある含有量の酸化ホウ素を含むことができる。例えば、混合物は、重量パーセントで測定される二酸化ケイ素の量と比較して、混合物の総重量の重量パーセントで測定したときに、より多い含有量の酸化ホウ素を含み得る。他の実施形態において、混合物は、酸化ホウ素の量と比較して、より多い含有量の二酸化ケイ素を含有し得る。より詳しくは、混合物は、酸化ホウ素および二酸化ケイ素を少なくとも約０．５の特定の比率（Ｂ２Ｏ３／ＳｉＯ２）で含むことができる。ある他の混合物について、酸化ホウ素と二酸化ケイ素との比率は、少なくとも約０．７、少なくとも約０．８、少なくとも約０．９、少なくとも約１、さらには少なくとも約１．１等の、少なくとも約０．６とすることができる。さらに、一実施形態によれば、混合物は、約９以下、約８以下、約７以下、約６以下、約５以下、約４以下、約３以下、約２．８以下、さらには約２．５以下等の、約１０以下の酸化ホウ素と二酸化ケイ素との比率を有することができる。酸化ホウ素と二酸化ケイ素との比率は、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
別の実施形態によれば、混合物は、酸化アルミニウムの量（重量％）と比較して、より多い量（重量％）の酸化ホウ素を含有することができる。さらに、ある他の事例において、混合物は、酸化ホウ素および酸化アルミニウムを特定の比率（Ｂ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３）で含み得る。例えば、酸化ホウ素と酸化アルミニウムとの比率は、少なくとも約４、少なくとも約５、少なくとも約５．５、さらには少なくとも約６等の、少なくとも約３とすることができる。他の一態様において、酸化ビスマスと酸化アルミニウムとの比率は、約２６以下、約２４以下、約２２以下、さらには約２０以下等の、約３０以下とすることができる。酸化ホウ素と酸化アルミニウムとの比率は、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
混合物は、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の、他の成分を含むように形成することができる。一実施形態によれば、酸化ホウ素の量（重量％）は、混合物中の酸化バリウムの量（重量％）未満とすることができる。さらに、混合物は、酸化亜鉛の量（重量％）と比較して、より多い量（重量％）の酸化ホウ素を含み得る。他の事例において、混合物は、混合物の酸化ビスマスの量（重量％）と比較して、より多い量（重量％）の酸化ホウ素を有することができる。
混合物は、特定の含有量の酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）を含有し得る。例えば、混合物は、混合物の総重量に対して、少なくとも約１０重量％の酸化ビスマスを含有し得る。他の事例において、酸化ビスマスの量は、少なくとも約１２重量％、少なくとも約１４重量％、さらには少なくとも約１５重量％等、より多くすることができる。さらに、別の実施形態において、混合物は、混合物の総重量に対して、約２８重量％以下、約２６重量％以下、約２４重量％以下、約２２重量％以下、約２０重量％以下、約１８重量％以下等の、約３０重量％以下の酸化ビスマスを含有することができる。混合物中の酸化ビスマスの量は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
一実施形態によれば、混合物は、酸化ビスマスおよび酸化アルミニウムを特定の比率（Ｂｉ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３）で含有することができる。例えば、酸化ビスマスと酸化アルミニウムとの比率は、少なくとも約２、少なくとも約３、少なくとも約４、少なくとも約４．５、少なくとも約５、さらには少なくとも約５．５等の、少なくとも約１．２とすることができる。他の一態様において、酸化ビスマスと酸化アルミニウムとの比率は、約２０以下、約１９以下、約１８以下、約１７以下、約１６以下、さらには約１５以下とすることができる。酸化ビスマスと酸化アルミニウムとの比率は、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
少なくとも１つの実施形態の混合物は、酸化ビスマスと二酸化ケイ素との間に特定の比率（Ｂｉ２Ｏ３／ＳｉＯ２）を有することができる。酸化ビスマスと二酸化ケイ素との比率は、少なくとも約０．５、少なくとも約０．６、少なくとも約０．７、さらには少なくとも約０．８とすることができる。別の実施形態によれば、酸化ビスマスと二酸化ケイ素との比率は、約１０以下、約９以下、約８以下、約７以下、約６以下、約５以下、約４以下、約３以下、約２．８以下、約２．５以下、さらには約２以下とすることができる。酸化ビスマスと二酸化ケイ素との比率は、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
混合物は、酸化ホウ素の量（重量％）と比較して、より少ない量（重量％）の酸化ビスマスを有するように形成することができる。さらに、混合物は、混合物中の酸化バリウムの量（重量％）と比較して、より少ない量（重量％）の酸化ビスマスを有することができる。さらに別の実施形態によれば、混合物は、二酸化ケイ素の量（重量％）と比較して、より少ない量（重量％）の酸化ビスマスを有するように形成することができる。しかしながら、代替の組成物において、混合物は、二酸化ケイ素の量（重量％）と比較して、より多い量（重量％）の酸化ビスマスを有し得る。さらに、混合物は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の他の成分を含み得、酸化ビスマスの量（重量％）は、酸化亜鉛の量（重量％）と比較して、より多くなり得る。
別の態様によれば、混合物は、特定の含有量の酸化バリウム（ＢａＯ）を含有し得る。例えば、混合物は、混合物の総重量に対して、少なくとも約１２重量％の酸化ビスマスを含有し得る。他の事例において、酸化ビスマスの量は、少なくとも約１６重量％、少なくとも約１８重量％、少なくとも約２０重量％、少なくとも約２４重量％、少なくとも約２８重量％、さらには少なくとも約３０重量％等、より多くすることができる。さらに、別の実施形態において、混合物は、混合物の総重量に対して、約４８重量％以下、約４５重量％以下、約４２重量％以下、約４０重量％以下、さらには約３８重量％以下の酸化バリウムを含有することができる。混合物中の酸化バリウムの量は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
一実施形態によれば、混合物は、酸化バリウムおよび酸化アルミニウムを特定の比率（ＢａＯ／Ａｌ２Ｏ３）で含有することができる。例えば、酸化バリウムと酸化アルミニウムとの比率は、少なくとも約１．２、少なくとも約１．８、少なくとも約２、少なくとも約３、少なくとも約５、少なくとも約７、少なくとも約９、さらには少なくとも約１０とすることができる。他の一態様において、酸化バリウムと酸化アルミニウムとの比率は、約４０以下、約３８以下、約３６以下、約３４以下、さらには約３２以下とすることができる。酸化バリウムと酸化アルミニウムとの比率は、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
少なくとも１つの実施形態の混合物は、酸化バリウムと二酸化ケイ素との間に特定の比率（ＢａＯ／ＳｉＯ２）を有することができる。酸化バリウムと二酸化ケイ素との比率は、少なくとも約０．５、少なくとも約０．６、少なくとも約０．７、少なくとも約０．８、少なくとも約０．９、少なくとも約１、少なくとも約１．２、さらには少なくとも約１．５とすることができる。別の実施形態によれば、酸化バリウムと二酸化ケイ素との比率は、約１０以下、約９以下、約８以下、約７以下、約６以下、約５以下、約４．５以下、約４．２以下、さらには約４以下とすることができる。酸化バリウムと二酸化ケイ素との比率は、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
混合物、したがって、結果として生じる結合材料は、二酸化ケイ素の量（重量％）と比較して、より少ない量（重量％）の酸化バリウムを有するように形成することができる。しかしながら、代替の組成物において、混合物は、二酸化ケイ素の量（重量％）と比較して、より多い量（重量％）の酸化バリウムを有し得る。さらに、混合物は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の他の成分を含み得、酸化バリウムの量（重量％）は、酸化亜鉛（重量％）の量と比較して、より多くなり得る。加えて、混合物は、混合物中の酸化アルミニウムの量（重量％）と比較して、より多い量（重量％）の酸化バリウムを有することができる。
一態様において、混合物は、特定の含有量の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含有し得る。例えば、混合物は、混合物の総重量に対して、少なくとも約２重量％の酸化亜鉛を含有し得る。他の事例において、酸化亜鉛の量は、少なくとも約４重量％、少なくとも約６重量％、少なくとも約８重量％、少なくとも約９重量％、さらには少なくとも約１０重量％等、より多くすることができる。さらに、別の実施形態において、混合物は、混合物の総重量に対して、約２０重量％以下、約１８重量％、約１６重量％以下、さらには約１２重量％以下等の、約２２重量％以下の酸化亜鉛を含有することができる。混合物中の酸化亜鉛の量（重量％）は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
一実施形態によれば、混合物は、酸化アルミニウムの量（重量％）と比較して、より多い量（重量％）の酸化亜鉛を含有することができる。さらに別の態様において、混合物は、酸化亜鉛および酸化アルミニウムを特定の比率（ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３）で含むことができる。例えば、酸化亜鉛と酸化アルミニウムとの比率は、少なくとも約１．２、少なくとも約１．５、少なくとも約２、少なくとも約２．２、少なくとも約２．６、少なくとも約３、少なくとも約３．２、さらには少なくとも約３．５とすることができる。別の実施形態において、酸化亜鉛と酸化アルミニウムとの比率は、約３０以下、約２６以下、約２２以下、約２０以下、約１８以下、約１４以下、約１２以下とすることができる。酸化バリウムと酸化アルミニウムとの比率は、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
一実施形態によれば、混合物は、二酸化ケイ素の量（重量％）と比較して、より少ない量（重量％）の酸化亜鉛を含有することができる。あるいは、混合物は、二酸化ケイ素の量（重量％）と比較して、より多い量（重量％）の酸化亜鉛を含有することができる。
一実施形態の場合、混合物は、酸化亜鉛および二酸化ケイ素を特定の比率（ＺｎＯ／ＳｉＯ２）で含むことができる。酸化亜鉛と二酸化ケイ素との比率は、少なくとも約０．２、少なくとも約０．３、少なくとも約０．４、少なくとも約０．５、さらには少なくとも約０．６とすることができる。別の実施形態によれば、酸化亜鉛と二酸化ケイ素との比率は、約５以下、約４以下、約３以下、約２以下、さらには約１．８以下とすることができる。酸化亜鉛と二酸化ケイ素との比率は、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
一実施形態によれば、結合材料は、アルカリ酸化物化合物（Ｒ２Ｏ）を含む混合物から形成することができ、ここで、Ｒは、元素周期表のＩＡ群の元素から選択される金属を表す。例えば、混合物は、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、および酸化セシウム（Ｃｓ２Ｏ）、ならびにそれらの組み合わせ等の、アルカリ酸化物化合物（Ｒ２Ｏ）を含み得る。
アルカリ酸化物化合物（Ｒ２Ｏ）の含有量は、少量であり得る。例えば、混合物は、約８重量％以下、約６重量％以下、約４重量％以下、さらには約２重量％以下等の、約１０重量％以下のアルカリ酸化物化合物の総量を有し得る。
さらに、混合物は、３つ以下の異なるアルカリ酸化物化合物（Ｒ２Ｏ）を有し得る。さらに他の組成物において、混合物は、２つ以下の異なるアルカリ酸化物化合物、さらには１つ以下のアルカリ酸化物を有し得る。特定の一実施形態によれば、混合物は、アルカリ酸化物化合物を本質的に含まないものとすることができる。より詳しくは、混合物は、酸化リチウムを本質的に含まないもの、酸化ナトリウムを本質的に含まないもの、酸化カリウムを本質的に含まないもの、または酸化セシウムを本質的に含まないものであり得る。
ある実施形態において、混合物は、混合物の総量に対して、少なくとも約１２重量％の、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、および酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）等の、アルカリ土類酸化物化合物（ＲＯ）の総量を含み得る。他の実施形態によれば、混合物中のアルカリ土類酸化物の量は、少なくとも約１６重量％、少なくとも約１８重量％、少なくとも約２０重量％、少なくとも約２４重量％、少なくとも約２８重量％、さらには少なくとも約３０重量％等、より多くなり得る。別の実施形態において、混合物中のアルカリ土類酸化物の総含有量は、約４８重量％以下、約４５重量％以下、約４２重量％以下、約４０重量％以下、さらには約３８重量％等の、約４８重量％以下とすることができる。混合物中のアルカリ土類酸化物の総含有量は、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
さらに、混合物は、３つ以下の異なるアルカリ土類酸化物化合物を有し得る。さらに他の組成物において、混合物は、２つ以下の異なるアルカリ土類酸化物化合物、さらには１つ以下のアルカリ土類酸化物化合物を有し得る。特定の一実施形態によれば、混合物は、ＣａＯ、ＭｇＯ、またはＳｒＯを本質的に含まないものとすることができる。
特定の事例において、混合物は、例えばＭｎＯ２、ＺｒＳｉＯ２、ＣｏＡｌ２Ｏ４、およびＭｇＯを含む、少含有量のある酸化物化合物を含むことができる。一実施形態において、混合物は、約１重量％以下の、ＭｎＯ２、ＺｒＳｉＯ２、ＣｏＡｌ２Ｏ４、およびＭｇＯの群の酸化物化合物のうちのいずれかを含むことができる。一実施形態によれば、混合物は、ＭｎＯ２、ＺｒＳｉＯ２、ＣｏＡｌ２Ｏ４、およびＭｇＯを含む群の酸化物化合物のうちのいずれかを本質的に含まないものとすることができる。
ある実施形態において、混合物は、約３．０重量％以下のリン酸化物（Ｐ２Ｏ５）を含み得る。特定の実施形態によれば、混合物は、リン酸化物を本質的に含まないものであり得る。
結合材料に加えて、混合物は、研磨粒子を含み得る。ある事例において、結合研磨物品を形成するために使用される混合物は、例えば非凝集研磨粒子および研磨剤凝集体の組み合わせを含む、異なる種類の研磨粒子材料の組み合わせを含むことができる。非凝集研磨粒子は、研磨剤凝集体からの異なる別個の粒子材料とすることができる。非凝集研磨粒子は、結晶性または多結晶性材料を画定する個々の研磨粒子とすることができる。研磨剤凝集体は、ともに結合され、結合剤内に含有される研磨粒子の集合体とすることができる。
非凝集研磨粒子は、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化窒化物、酸化炭化物、およびそれらの組み合わせを含むことができる。研磨粒子は、超研磨材料とすることができる。非凝集研磨粒子における使用に適した１つの例示的な酸化物材料は、アルミナである。特定の実施形態によれば、非凝集研磨粒子は、本質的にアルミナで構成することができ、より具体的には、本質的に微結晶性アルミナで構成することができる。
研磨粒子は、約２５０ミクロン以下である平均粒径を有することができる。他の実施形態において、研磨粒子の平均粒径は、約２２５ミクロン以下、約２００ミクロン以下、約１８０ミクロン以下、さらには約１５０ミクロン以下等、より小さいものとすることができる。さらに、研磨粒子の平均粒径は、少なくとも５ミクロン、少なくとも約１０ミクロン、少なくとも約２０ミクロン、少なくとも約３０ミクロン、さらには少なくとも約５０ミクロン等の、少なくとも約１ミクロンとすることができる。研磨粒子の平均粒径は、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
微結晶性アルミナで作製された研磨粒子をさらに参照すると、微結晶性アルミナは、サブミクロンサイズである平均砥粒径を有する砥粒（すなわち、微結晶）で形成することができることが認識されるであろう。実際に、微結晶性アルミナの平均砥粒径は、約０．５ミクロン以下、約０．２ミクロン以下、約０．１ミクロン以下、さらには約０．０８ミクロン以下等の、約１ミクロン以下とすることができる。さらに、ある事例において、平均砥粒径は、少なくとも約０．０１ミクロンとすることができる。微結晶性アルミナで作製される研磨粒子の平均砥粒径は、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
加えて、混合物は、１つ以上の添加物を含み得る。いくつかの好適な添加物としては、例えば酸化物を含む、混合物中の他の材料とは異なる無機材料を含むことができる。一実施形態によれば、添加物は、結晶相または非晶相の酸化ジルコニウム、シリカ、チタニア、およびそれらの組み合わせを含むことができる。
ある事例において、添加物は、１つ以上の気孔形成剤を含むことができる。いくつかの好適な気孔形成剤は、有機材料、天然材料、ポリマー材料、無機材料、およびそれらの組み合わせを含むことができる。一実施形態によれば、本体は、バブルアルミナ、バブルムライト、中空ガラス球、中空セラミック球、中空ポリマー球、ポリマー、有機化合物、繊維様材料、ナフタレン、パラジクロロベンゼン（ＰＤＢ）、シェル、木材、およびそれらの組み合わせ等の、１つ以上の気孔形成剤から形成することができる。より特定の事例において、結合研磨体は、少なくとも約２つの異なる気孔形成剤の組み合わせから形成することができ、本体は、バブル材料および有機系気孔形成剤の組み合わせから形成される。有機系気孔形成剤は、クルミシェルとすることができる。
ある実施形態において、結合研磨体を形成するために使用される混合物は、混合物の総重量に対して、少なくとも約１重量％の量の気孔形成剤を含むことができる。他の事例において、混合物中の気孔形成剤の含有量は、少なくとも約３重量％、少なくとも約４重量％、さらには少なくとも約５重量％等の、少なくとも約２重量％とすることができる。さらに、混合物中の気孔形成剤の総含有量は、混合物の総重量に対して、約１５重量％以下、約１２重量％以下、約１０重量％以下、さらには約９重量％以下とすることができる。結合研磨体を形成するための混合物内の気孔形成剤の総含有量は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内とすることができることがさらに認識されるであろう。
混合物を好適に形成した後に、該混合物を成形することができる。好適な成形過程としては、鋳造、モールディング、プレス、押し出し、およびそれらの組み合わせが挙げられる。特定の事例において、成形は、プレス作業および／またはモールディング作業、ならびにそれらの組み合わせを含む。例えば、一実施形態において、混合物は、金型内で混合物をコールドプレスすることによって成形して、素地を形成することができる。
素地体を好適に形成した後に、素地体は、好適な結合材料を有する研磨物品の形成を助長するために、特定の温度で焼成することができる。特に、ガラス質相結合材料を利用する本明細書の実施形態について、焼成作業は、約９００℃以下である焼成温度で行うことができる。特定の実施形態において、焼成温度は、約８６０℃以下、約８４０℃以下、約８００℃以下、約７８０℃以下、さらには約７６０℃以下等、より低くすることができる。さらに、焼成温度は、少なくとも約４００℃、少なくとも約５００℃、さらには少なくとも約６００℃であり得る。上述の結合成分について特に低い焼成温度が利用され得、よって、極端に高い温度が回避され、したがって、形成過程中の研磨粒子の劣化を制限することが認識されるであろう。
特定の一実施形態によれば、結合研磨体は、ガラス質相材料を有する結合材料を含む。特定の事例において、結合材料は、単相ガラス質材料とすることができる。さらに、結合材料は、結晶性材料を本質的に含み得ない。
最終的に形成された結合研磨体は、性能の向上を助長し得る特定の含有量の結合材料、研磨粒子、および気孔を有することができる。例えば、結合研磨物品の本体は、結合研磨体の総容積に対して、少なくとも約５％の気孔率を有することができる。他の実施形態において、気孔の量は、結合研磨体の総量に対して、少なくとも約１５容積％、少なくとも約２０容積％、少なくとも約２４容積％、少なくとも約２８容積％、少なくとも約３０容積％、または少なくとも約３２容積％等の、少なくとも約１０容積％のように多くすることができる。一実施形態によれば、結合研磨体は、結合研磨体の総容積に対して、約６５容積％以下、約６３容積％以下、約６０容積％以下、さらには約５８容積％以下等の、約７０容積％以下である気孔率を有することができる。結合研磨体は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内の気孔率を有することができることが認識されるであろう。
さらに、特定の事例において、結合研磨体は、相互接続した気孔である気孔の一部分を有することができ、相互接続した気孔は、本体を通って延在し、結合研磨体の外面に対して開口するチャネルの相互接続ネットワークとして画定される。一実施形態によれば、気孔の総容積の少なくとも約５％は、相互接続した気孔である。他の事例において、相互接続した気孔の含有量は、総気孔の少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、さらには少なくとも約５０％等、より多くすることができる。さらに、特定の実施形態において、相互接続した気孔の量は、気孔の総容積の約９０％以下、さらには約８５％以下等の、約９５％以下であり得る。結合研磨体は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内の相互接続した気孔の含有量を有することができること認識されるであろう。
一実施形態において、結合研磨体は、気孔および研磨粒子の含有量と比較して、少ない含有量（容積％）の結合材料を含有することができる。例えば、結合研磨体は、結合研磨体の総容積に対して、約５０容積％の結合材料を有することができる。他の事例において、結合研磨体は、結合研磨体の総容積に対して、約４６容積％以下、約４２容積％以下、約３６容積％以下、約３２容積％以下、約２６容積％以下、約２２容積％以下、さらには約１８容積％以下の結合材料を含有するように形成することができる。特定の一事例において、結合研磨体は、結合研磨体の総容積に対して、少なくとも約２容積％、少なくとも約３容積％、少なくとも約４容積％、少なくとも約６容積％、さらには少なくとも約１０容積％等の、少なくとも約１容積％の結合材料を有することができる。結合研磨体は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内の結合材料の含有量を有することができることが認識されるであろう。
一実施形態によれば、結合研磨体は、結合研磨体の総容積に対して、少なくとも約１０容積％の研磨粒子の総含有量を有することができる。ある他の事例において、結合研磨体中の研磨粒子の総含有量は、結合研磨体の総容積に対して、少なくとも約１５容積％、少なくとも約２０容積％、少なくとも約２５容積％、少なくとも約３０容積％、少なくとも約３２容積％、少なくとも約３４容積％、さらには少なくとも約３６容積％等、より多い研磨粒子とすることができる。別の特定の実施形態によれば、結合研磨体は、結合研磨体の総容積に対して、約８０容積％以下、約７０容積％以下、約６５容積％以下、約６０容積％以下、約５５容積％以下、約５０容積％以下、約４５容積％以下、さらには約４２容積％以下の研磨粒子を有するように形成することができる。結合研磨体内の研磨粒子の含有量は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
結合研磨体の成分相（例えば、研磨剤粒子材料、気孔、結合剤、フィラー等）の総含有量が合計で１００％を超えないことが十分に理解されるであろう。
結合研磨物品は、特定の融点を有するように構成される結合材料を含むことができる。一実施形態において、結合材料の融点は、約１１００℃以下、さらには約１０００℃以下等の、約１２００℃以下とすることができる。さらに、結合材料の融点は、少なくとも約６００℃、さらには少なくとも約７００℃等の、少なくとも約５００℃とすることができる。結合材料の融点は、上述の最高温度および最低温度のいずれかの範囲内であり得ることが認識されるであろう。
結合研磨物品は、特定のガラス転移温度を有するように構成される結合材料を含むことができる。一実施形態において、結合材料のガラス転移温度は、約７００℃以下、さらには約６００℃以下等の、約８００℃以下とすることができる。さらに、結合材料のガラス転移温度は、少なくとも約４００℃、さらには約４５０℃等の、少なくとも約３５０℃とすることができる。結合材料のガラス転移温度は、上述の最高温度および最低温度のいずれかの範囲内であり得ることが認識されるであろう。
結合研磨物品は、特定の軟化点温度を有するように構成される結合材料を含むことができる。一実施形態において、結合材料の軟化点温度は、約７００℃以下、さらには約６００℃以下等の、約８００℃以下とすることができる。さらに、結合材料の軟化点温度は、少なくとも約４００℃、さらには少なくとも約５００℃等の、少なくとも約３００℃とすることができる。結合材料の軟化点温度は、上述の最高温度および最低温度のいずれかの範囲内であり得ることが認識されるであろう。
本明細書の実施形態の結合研磨剤は、ある物理的性質を有することができる。例えば、結合研磨体は、約４６容積％〜約５０容積％の範囲の研磨粒子の量、および約７容積％〜約１１容積％の範囲の結合材料の量、ならびに残りの気孔の量を有する構造に対して、少なくとも約２０ギガパスカル（ＧＰａ）の弾性係数を有することができる。一実施形態において、結合研磨体の弾性係数は、少なくとも約２５ＧＰａ、少なくとも約３０ＧＰａ、少なくとも約３５ＧＰａ、少なくとも約４０ＧＰａ、さらには少なくとも約４５ＧＰａ等、より大きくすることができる。さらに、結合研磨体の弾性係数は、約８０ＧＰａ、さらには約６０ＧＰａ以下等の、約１００ＧＰａ以下であり得る。結合研磨体の弾性係数は、上述の最大値および最小値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。棒材の弾性係数（Ｅ−Ｍｏｄ）は、Ｇｒｉｎｄｏｓｏｎｉｃ（Ｊ．Ｗ．Ｌｅｍｍｅｎｓ ＩＮＣ、Ｂｒｉｄｇｅｔｏｎ、ＭＯ）の指示値および算出密度によって測定されたことが認識されるであろう。
別の態様によれば、結合研磨体は、約４６容積％〜約５０容積％の範囲の研磨粒子の量、および約７容積％〜約１１容積％の範囲の結合材料の量、ならびに残りの気孔の量を有する構造に対して、少なくとも約１ｍｍのサンドブラスト硬度（ＳＢＨ）を有することができる。
一実施形態において、結合研磨体のＳＢＨは、少なくとも約１．２ｍｍ、さらには少なくとも約１．５ｍｍ等、より大きくすることができる。さらに、結合研磨体のＳＢＨは、約５ｍｍ以下、さらには約４ｍｍ以下であり得る。結合研磨体のＳＢＨは、上述の最大値および最小値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。下記手順を使用してサンドブラスト試験が行われたことが認識されるであろう。すなわち、最初に、測深ロッドの下でテーブル上のガラスプレート材料等の標準物を較正し、そして、該標準物をブラストシールの表面と接触するように配置した。４８ｃｃの容積を有するチャンバ内で１５ｐｓｉの空気圧力を使用して、１０秒の単一サイクル時間にわたって、標準グレードのサンド材料を標準物（または試料）の表面に吹き付けた。単一サイクルの後に標準物に形成された孔の深さを測定し、記録した。標準物に形成された孔の深さが適切な範囲内にあることを確認して、本明細書の実施形態に従って形成した試料を試験した。認識されるように、深さの値が低くなるほど、研磨物品は硬くなる。
さらに別の実施形態において、結合研磨体は、約４６容積％〜約５０容積％の範囲の研磨粒子の量、および約７容積％〜約１１容積％の範囲の結合材料の量、ならびに残りの気孔の量、ならびに残りの気孔の量を有する構造に対して、少なくとも約１５メガパスカル（ＭＰａ）の破壊係数（ＭＯＲ）を有することができる。一実施形態において、結合研磨体のＭＯＲは、少なくとも約１８ＭＰａ、少なくとも約２０ＭＰａ、さらには少なくとも約２５ＭＰａ等、より大きくすることができる。さらに、結合研磨体のＭＯＲは、約５０ＭＰａ以下、さらには約４５ＭＰａであり得る。結合研磨体の弾性係数は、上述の最大値および最小値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。ＭＯＲは、インストロン試験機上での４点曲げにおける試験棒について測定したことが認識されるであろう。使用した荷重セルは、１０キロニュートン（ｋＮ）であり、使用した速度試験は、０．０５インチ／分であったことが認識されるであろう。
結合研磨体の研削能力に対する本明細書の参照は、センタレス研削、円筒研削、クランク軸研削、種々の表面研削作業、ベアリングおよび歯車研削作業、クリープフィード研削、ならびに種々の工具室の研削過程等の研削作業に関連することができる。さらに、研削作業用の好適なワークピースとしては、無機材料または有機材料が挙げられる。特定の事例において、ワークピースとしては、金属、金属合金、プラスチック、または天然材料が挙げられる。一実施形態において、ワークピースとしては、鉄系金属、非鉄系金属、金属合金、金属超合金、およびそれらの組み合わせが挙げられる。別の実施形態において、ワークピースとしては、例えばポリマー材料を含む、有機材料が挙げられる。さらに他の事例において、ワークピースは、例えば木材を含む、天然材料であり得る。
別の実施形態によれば、研磨粒子は、成形研磨粒子とすることができる。成形研磨粒子は、明確に画定され、かつ、規則的な配設（すなわち、ランダムではない）縁部および側部を有することができ、したがって、識別可能な形状を画定する。例えば、成形研磨粒子は、長さ、幅、および高さのうちの任意の２つの次元によって画定される平面で見たときに、多角形を有し得る。いくつかの例示的な多角形は、三角形、四角形（例えば、長方形、正方形、台形、平行四辺形）、五角形、六角形、七角形、八角形、九角形、十角形等とすることができる。加えて、成形研磨粒子は、プリズム形状等の多面体形状によって画定される、３次元形状を有することができる。さらに、成形研磨粒子は、湾曲した縁部および／または表面を有し得、よって、成形研磨粒子は、凸形状、凹形状、楕円形状を有することができる。
成形研磨粒子は、１、２、３等、Ａ、Ｂ、Ｃ等の、任意の英数字の形態とすることができる。さらに、成形研磨粒子は、ギリシャ文字、現代ラテン文字、古代ラテン文字、ロシア文字、任意の他の文字（例えば、漢字）、商標指示、記号、それらの任意の組み合わせから選択される文字の形態とすることができる。
成形研磨粒子は、長さ（ｌ）、高さ（ｈ）、および幅（ｗ）を画定する本体を有することができ、ここで、長さは、高さ以上であり、高さは、幅以上である。さらに、特定の態様において、本体は、少なくとも約１：１の長さ：高さの比率によって画定される主アスペクト比を含み得る。本体はまた、少なくとも約５０％の直立配向の可能性も含み得る。
別の態様において、成形研磨粒子は、長さ（ｌ）、幅（ｗ）、および高さ（ｈ）を有する本体を有することができ、ここで、長さ、幅、および高さは、それぞれ、縦軸、横軸、および垂直軸に対応し得、また、縦軸、横軸、および垂直軸は、３つの垂直な平面を画定し得る。この態様において、本体は、３つの垂直な平面のいずれかに関して、非対称の幾何学形状を含み得る。
さらに別の態様において、成形研磨粒子は、縦軸、横軸、および垂直軸によって画定される３つの垂直平面における３回対称を含む複合３次元幾何学形状を有する、本体を含み得る。さらに、本体は、縦軸、横軸、または垂直軸のうちの１つに沿って本体の内部全体を通って延在する、開口部を含み得る。
さらに別の態様において、成形研磨粒子は、長さ（ｌ）、幅（ｗ）、および高さ（ｈ）によって画定される複合３次元幾何学形状を有する、本体を含み得る。本体はまた、質量中心および幾何学的中間点も含み得る。質量中心は、高さを画定する本体の垂直軸に沿って少なくとも約０．０５（ｈ）の距離（Ｄｈ）だけ、幾何学的中間点から変位され得る。
別の態様において、成形研磨粒子は、長さ（ｌ）、幅（ｗ）、および高さ（ｈ）を画定する、本体を含み得る。本体は、基準面および上面を含み得る。さらに、基準面は、上面の断面形状とは異なる断面形状を含む。
さらに別の態様において、成形研磨粒子は、略平坦な底部を有する本体と、略平坦な底部から延在するドーム形状の頂部とを含み得る。
別の態様において、成形研磨粒子は、長さ（ｌ）、幅（ｗ）、および高さ（ｈ）を含む、本体を含み得る。長さ、幅、および高さは、それぞれ、縦軸、横軸、および垂直軸に対応し得る。さらに、本体は、本体の長さを画定する縦軸に沿った捩れを含み得、よって、基準面は、上面に対して回転して、捩れ角を確立する。
さらに別の態様において、成形研磨粒子は、第１の端面および第２の端面と、第１の端面と第２の端面との間に延在する少なくとも３つの隣接する側面と、隣接する側面の各対の間に確立される縁部構造とを含み得る。
別の態様において、成形研磨粒子は、中央部分と、中央部分の長さ全体に沿って中央部分から外向きに延在する少なくとも３つの放射状のアームとを含み得る。
実施例１
図１は、従来の結合研磨物品および本明細書の実施形態に従って形成された２つの研磨物品試料に関する、３つの異なる送り速度での電力と時間との線図を含む。線図１０１は、試料１、すなわち、本明細書の一実施形態に従って形成された結合研磨物品の性能を表す。試料１は、約４２容積％〜約５６容積％の気孔率、約４２容積％〜約５２容積％の範囲内の研磨粒子含有量（すなわち、微結晶性アルミナ粒子）、および約６容積％〜約１４容積％の範囲内の結合材料含有量を有する、結合研磨体である。試料１は、コールドプレスされ、そして、約７５０℃の温度で焼成される。結合材料は、下の表１で与えられる混合物の総重量に対する重量パーセントで提供されるような結合材料成分の組成物を有する混合物から形成される。結合材料成分の総含有量は、合計で１００％になることが認識されるであろう。
線図１０２は、試料２、すなわち、本明細書の一実施形態に従って形成された結合研磨物品の性能を表す。試料２は、約４２容積％〜約５６容積％の気孔率、約４２容積％〜約５２容積％の範囲内の研磨粒子含有量（すなわち、微結晶性アルミナ粒子）、および約６容積％〜約１４容積％の範囲内の結合材料含有量を有する、結合研磨体である。試料２は、混合物をコールドプレスして成形素地物品を形成し、そして、該素地物品を７５０℃の温度で焼成することによって形成される。結合材料は、下の表２で与えられる混合物の総重量に対する重量パーセントで提供されるような結合材料成分の組成物を有する混合物から形成される。結合材料成分の総含有量は、合計で１００％になることが認識されるであろう。
線図１０３は、従来の試料１（ＣＳ１）、すなわち、従来の手法に従って形成された結合研磨物品の性能を表す。の性能を表す。試料ＣＳ１は、約４２容積％〜約５６容積％の気孔率、約４２容積％〜約５２容積％の範囲内の研磨粒子含有量（すなわち、微結晶性アルミナ粒子）、および約６容積％〜約１４容積％の範囲内の結合材料含有量を有する、結合研磨体である。試料ＣＳ１は、混合物をコールドプレスして成形素地物品を形成し、そして、該素地物品を９００℃の温度で焼成することによって形成される。結合材料は、下の表３で与えられる混合物の総重量に対する重量パーセントで提供されるような結合材料成分の組成を有する混合物から形成される。結合材料成分の総含有量は、合計で１００％になることが認識されるであろう。
試料１および２は、湿式外径プランジ研削作業で試験され、この試験中に、電力消費、表面仕上げ（部品品質の尺度）、砥石摩耗、および研削比を測定した。試験パラメータは、下に示される。
図１で例示されるように、試料１および２は、試料ＣＳ１と比較して、同等の研削時間あたりの電力要件を有する。試験した異なる送り速度の範囲にわたって、より低い焼成温度を有するにもかかわらず、試料１および２は、試料ＣＳ１と同様に機能したことに留意されたい。実際に、試料１は、試験した全ての送り速度についてより低い電力要件を示し、従来の試料ＣＳ１と比較して向上した性能を示している。
表面仕上げは、部品品質の尺度であり、１μの最小目盛りを有するＳｙｓｔｅｍ５０００を使用して測定される。図２は、従来の結合研磨試料ＣＳ１ならびに実施形態に従って形成された試料１および試料２に関する、３つの異なる送り速度での仕上げ（Ｒａ）と時間との線図を含む。例示されるように、試料１および２は、比較試料ＣＳ１と本質的に同じ性能を有した。
砥石摩耗は、０．０００１インチの最小目盛りを有するダイヤルゲージを使用して測定した。図３は、従来の結合研磨試料（ＣＳ１）および実施形態に従う研磨物品試料（試料１および２）に関する、３つの異なる送り速度での累積砥石摩耗（インチ）と時間との線図を含む。例示されるように、試料１および２は、比較試料（ＣＳ１）と本質的に同じ性能を示した。実際に、ある送り速度において、試料１または試料２は、従来の試料（ＣＳ１）よりも良好に機能した。
研削比は、砥石摩耗および除去材料の測定値から計算した。図４は、従来の結合研磨試料（ＣＳ１）および本実施形態に従って形成された研磨物品試料（試料１および試料２）に関する、３つの異なる送り速度での累積研削比と累積除去材料との線図を含む。例示されるように、試料１および２は、比較試料（ＣＳ１）と本質的に同じ性能を示した。さらに、ある送り速度において、試料１または試料２は、従来の試料ＣＳ１よりも良好に機能した。
弾性係数（Ｅ−ｍｏｄ）は、Ｇｒｉｎｄｏｓｏｎｉｃの指示値および算出密度から測定した。図５は、従来の結合研磨試料（ＣＳ１）および実施形態に従って形成された研磨物品試料（試料１および試料２）に関する、弾性係数の線図を含む。例示されるように、試料１および２は、かなり低い焼成温度で形成されているにもかかわらず、比較試料ＣＳ１と本質的に同じ弾性係数を有した。
図６は、従来の結合研磨剤試料（ＣＳ１）および研磨物品試料（試料１および試料２）に関する、ＳＢＨ（ｍｍ）の線図を含む。例示されるように、試料１および２は、かなり低い焼成温度で形成されているにもかかわらず、比較用試料（ＣＳ１）と比較して、同等のＳＢＨを有する。サンドブラスト硬度の測定は、４８ｃｃの容積を有するチャンバ内で１５ｐｓｉの空気圧力を使用して、１０秒の単一サイクル時間にわたって、標準グレードのサンド材料を試料の表面に吹き付けたときに発生する孔の深さを測定することによって行った。図７は、従来の結合研磨物品（ＣＳ１）および試料研磨物品（試料１および試料２）に関する、破壊係数（ＭＯＲ）の線図を含む。例示されるように、試料１および２は、比較試料ＣＳ１と比較して、僅かに低いＭＯＲを有する。ＭＯＲは、インストロン試験機における４点曲げ試験設備を使用して行った。
前述の実施形態は、最新技術からの脱却を表す、研磨製品、特に、結合研磨製品を対象とする。本出願で説明されるように、本明細書の実施形態の結合研磨体は、特定の量および種類の研磨粒子、特定の量および種類の結合材料、および特定の量の気孔を含む、限定的でない特徴の組み合わせを利用する。特に、結合材料は、酸化ホウ素、酸化バリウム、酸化ビスマス、および酸化亜鉛が挙げられるが、それらに限定されない材料の特定の組み合わせの混合物から形成することができる。驚くべきことに、結合材料は、より低い焼成温度を助長する一方で、最新技術の研磨物品に対して同等の研削性能を有する。
前述において、具体的な実施形態およびある構成要素に対する参照は、例示的なものである。連結または接続されているものとしての構成要素に対する参照は、本明細書で論じられる方法を実行するために認識されるように、該構成要素間の直接的な接続、または１つ以上の介在する構成要素を通した間接的な接続のいずれかを開示することが意図されることが認識されるであろう。このように、上で開示される主題は、実例となるものであり、制限的なものではないとみなすべきであり、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲内に含まれる、全ての当該の修正、改良、および他の実施形態を包含することが意図される。したがって、本発明の範囲は、法律によって許容される最大の範囲まで、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物の最も広義の許容される解釈によって決定されるべきであり、前述の詳細な説明によって制限または限定されないものとする。
本開示の要約は、特許法を遵守するために提供され、それが特許請求の範囲の範囲または意味を解釈するために使用されることも、限定するために使用されることもないであろうという理解の下で提出される。加えて、前述の発明を実施するための形態において、種々の特徴は、本開示を合理化するという目的で単一の実施形態にグループ化され得るか、または単一の実施形態で説明され得る。本開示は、特許請求される実施形態が各請求項で明確に列挙されるものよりも多い特徴を必要とする意図を反映するものとして解釈されるべきでない。むしろ、下記の特許請求の範囲が反映するように、発明の主題は、開示される実施形態のいずれかの全ての特徴よりも少ないものを対象とし得る。したがって、以下の特許請求の範囲は、発明を実施するための形態に組み込まれ、各請求項は、特許請求される主題を個別に定義するものとしてそれ自体が自立している。

Claims (51)

  1. 研磨物品であって、
    結合材料内に含有される研磨粒子を含む結合研磨体であって、前記結合材料は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、および酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を含む混合物から形成されるガラス質材料を含む、結合研磨体を含み、前記混合物は、酸化ビスマスの量（重量％）未満の酸化アルミニウムの量（重量％）を含み、前記酸化アルミニウムの前記量（重量％）は、酸化ホウ素の量（重量％）未満である、研磨物品。
  2. 研磨物品であって、
    結合材料内に含有される研磨粒子を含む結合研磨体であって、前記結合材料は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、および酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を含む混合物から形成されるガラス質材料を含む、結合研磨体を含み、前記混合物は、重量パーセントで測定したときに、約１．２〜約２０の範囲内の酸化ビスマスと酸化アルミニウムとの比率（Ｂｉ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３）を有する、研磨物品。
  3. 研磨物品であって、
    微結晶性アルミナを含む研磨粒子を含む結合研磨体であって、結合材料内に含有される前記研磨粒子は、酸化バリウム（ＢａＯ）および二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含む混合物から形成されるガラス質材料を含み、前記混合物は、少なくとも約１．２の酸化バリウムと二酸化ケイ素との比率（ＢａＯ／ＳｉＯ２）を有する、研磨物品。
  4. 前記研磨粒子は、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化窒化物、酸化炭化物、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される材料を含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  5. 前記研磨粒子は、超研磨剤を含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  6. 前記研磨粒子は、微結晶性アルミナを含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  7. 前記研磨粒子は、多結晶質であり、前記研磨粒子は、約１ミクロン以下の平均砥粒径を有する、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  8. 前記結合研磨体は、前記本体の総容積に対して、少なくとも約１０容積％、かつ、約８０容積％以下の研磨粒子を含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  9. 前記結合研磨体は、前記結合研磨体の前記総容積の少なくとも約５容積％、かつ、約７０容積％以下の気孔率を有する、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  10. 前記結合材料は、単相ガラス質材料を含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  11. 前記結合材料は、結晶性材料を本質的に含まない、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  12. 前記本体は、前記本体の前記総容積に対して、約５０容積％以下の結合材料を含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  13. 前記結合材料は、約１０００℃以下の融点を有する、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  14. 前記結合材料は、約６００℃以下のガラス転移温度を有する、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  15. 前記結合材料は、約６００℃以下の軟化点温度を有する、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  16. 前記混合物は、酸化ビスマスおよび酸化アルミニウムを少なくとも約１．２、かつ、約１９以下の比率（Ｂｉ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３）で含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  17. 前記混合物は、酸化バリウムおよび酸化アルミニウムを少なくとも約１．２、かつ、約４０以下の比率（ＢａＯ／Ａｌ２Ｏ３）で含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  18. 前記混合物は、酸化ホウ素および酸化アルミニウムを少なくとも約３、かつ、約３０以下の比率（Ｂ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３）で含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  19. 前記混合物は、酸化ホウ素および二酸化ケイ素を少なくとも約０．５、かつ、約１０以下の比率（Ｂ２Ｏ３／ＳｉＯ２）で含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  20. 前記混合物は、酸化ビスマスおよび二酸化ケイ素を少なくとも約０．５、かつ、約１０以下の比率（Ｂｉ２Ｏ３／ＳｉＯ２）で含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  21. 前記混合物は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含み、前記混合物は、酸化バリウムおよび二酸化ケイ素を少なくとも約０．５の比率（ＢａＯ／ＳｉＯ２）で含む、請求項１および２のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  22. 前記混合物は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含み、前記混合物は、酸化バリウムおよび二酸化ケイ素を少なくとも約１．５、かつ、約１０以下の比率（ＢａＯ／ＳｉＯ２）で含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  23. 前記混合物は、二酸化ケイ素および酸化アルミニウムを少なくとも約１．２、かつ、約２８以下の比率（ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３）で含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  24. 前記混合物は、酸化亜鉛および酸化アルミニウムを少なくとも約１．２、かつ、約３０以下の比率（ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３）で含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  25. 前記混合物は、前記混合物の総重量に対して、少なくとも約１０重量％の酸化ビスマスを含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  26. 前記混合物は、前記混合物の総重量に対して、約３０重量％以下の酸化ビスマスを含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  27. 前記混合物は、酸化ホウ素の量（重量％）と比較して、より少ない量（重量％）の酸化ビスマスを含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  28. 前記混合物は、酸化バリウムの量（重量％）と比較して、より少ない量（重量％）の酸化ビスマスを含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  29. 前記混合物は、酸化亜鉛の量（重量％）と比較して、より多い量（重量％）の酸化ビスマスを含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  30. 前記混合物は、前記混合物の前記総重量に対して、少なくとも約１０重量％、かつ、約３５重量％以下の酸化ホウ素を含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  31. 前記混合物は、酸化バリウムの量（重量％）と比較して、より少ない量（重量％）の酸化ホウ素を含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  32. 前記混合物は、酸化亜鉛の量（重量％）と比較して、より多い量（重量％）の酸化ホウ素を有する、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  33. 前記混合物は、前記混合物の前記総重量に対して、少なくとも約１２重量％、かつ、約４８重量％以下の酸化バリウムを含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  34. 前記混合物は、前記混合物の前記総重量に対して、少なくとも約２重量％、かつ、約３０重量％以下の二酸化ケイ素を含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  35. 前記混合物は、酸化亜鉛の量（重量％）と比較して、より多い量（重量％）の二酸化ケイ素を含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  36. 前記混合物は、前記混合物の前記総重量に対して、少なくとも約２重量％、かつ、約２２重量％以下の酸化亜鉛を含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  37. 前記混合物は、前記混合物の前記総重量に対して、少なくとも約０．２重量％、かつ、約１０重量％以下の酸化アルミニウムを含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  38. 前記結合研磨体は、少なくとも約２０ＧＰａの弾性係数を有する、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  39. 前記結合研磨体は、少なくとも約１ｍｍのＳＢＨを含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  40. 前記結合研磨体は、少なくとも約１５ＭＰａの破壊係数を有する、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  41. 前記混合物は、約３．０重量％以下の酸化リン（Ｐ２Ｏ５）を含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  42. 前記混合物は、前記混合物の前記総重量に対して、少なくとも約１２重量％、かつ、約４８重量％以下の、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）および酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）の群から選択される、アルカリ土類酸化物化合物（ＲＯ）の総量を含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  43. 前記混合物は、３つ以下の異なるアルカリ土類酸化物化合物を含む、請求項４２に記載の研磨物品。
  44. 前記混合物は、ＣａＯを本質的に含まない、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  45. 前記混合物は、ＭｇＯを本質的に含まない、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  46. 前記混合物は、ＳｒＯを本質的に含まない、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  47. 前記混合物は、約１０重量％以下の、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、カリウム酸化物（Ｋ２Ｏ）、および酸化セシウム（Ｃｓ２Ｏ）の群から選択される、アルカリ酸化物化合物（Ｒ２Ｏ）の総量を含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  48. 前記混合物は、３つ以下の異なるアルカリ酸化物化合物を含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  49. 前記混合物は、酸化リチウムを本質的に含まない、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  50. 前記混合物は、酸化ナトリウムを本質的に含まない、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
  51. 前記混合物は、約１重量％以下の、ＭｎＯ２、ＺｒＳｉＯ２、ＣｏＡｌ２Ｏ４、およびＭｇＯから成る群から選択される酸化物化合物を含む、請求項１、２、および３のうちのいずれかに記載の研磨物品。
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