JP7088598B2 - コーティングされたフィラー粒子を有する金属ハイブリッド研削ホイール - Google Patents

コーティングされたフィラー粒子を有する金属ハイブリッド研削ホイール Download PDF

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Description

研磨物品の性能に関する1つの基準は、研磨物品を形成する成分を形成する結合の完全性である。結合が弱すぎる場合、研磨物品は早期損傷しやすい傾向を有することがある。しかしながら、研磨物品において見出される異なるタイプの成分を考えると、物品全体にわたって良好な結合を確保するのは難しい場合がある。
様々な実施形態に従って、本開示は研磨物品を提供する。研磨物品は、金属マトリックス成分と、金属マトリックス成分内に分散された研磨粒子成分と、金属マトリックス成分内に分散されたフィラー粒子成分と、を含む。フィラー粒子成分の一部は、第1の金属層によって少なくとも部分的にコーティングされている。更に、研磨粒子成分の硬度は、フィラー粒子成分の硬度よりも高い。
様々な実施形態によれば、本開示は、研磨物品がホイールである、研磨物品を使用する方法を提供する。研磨物品は、金属マトリックス成分と、金属マトリックス成分内に分散された研磨粒子成分と、金属マトリックス成分内に分散されたフィラー粒子成分と、を含む。フィラー粒子成分の一部は、第1の金属層によって少なくとも部分的にコーティングされている。更に、研磨粒子成分の硬度は、フィラー粒子成分の硬度よりも高い。基材をホイールと接触させ、ホイールを基材に対し回転させる。
様々な実施形態によれば、研磨物品を形成する方法は、フィラー粒子成分を第1の金属層で少なくとも部分的にコーティングすることを含む。本方法は、少なくとも部分的にコーティングされたフィラー粒子成分、金属マトリックス、及び樹脂を混合して、混合物を形成することを更に含む。研磨粒子成分をその混合物に添加し、その混合物を更に混合する。次いで、その混合物を型と接触させる。
本開示の研磨物品は、様々な利点を含み、そのいくつかは予想外なものである。例えば、本開示のいくつかの実施形態によれば、フィラー粒子成分のフィラー粒子と、金属マトリックス成分との間の結合は、少なくとも部分的にコーティングされたフィラー粒子成分を含まない対応する物品と比較して強度が増大する。本開示のいくつかの実施形態によれば、研磨物品の作動中において、少なくとも部分的にコーティングされたフィラー粒子成分をほとんど又は全く有していない対応する研磨物品を使用する同じ条件下、同じ合計切削量の生成と比べると、8mm/mm/秒の合計切削量を生成するときの消費電力は少ない。様々な実施形態において、少なくとも結合構造の強度が高いと、より多量のフィラー粒子を結合構造に組み込むことができ、結果として、研削操作においてより少ない電力を利用するより自由度の高い切削構造を得ることができる。様々な実施形態において、より少量のコーティングされたフィラー粒子を利用すると、より強い構造を作り出すことができ、結果として、等量のコーティングされていないフィラー粒子を有する研磨物品と比較して、研磨中に、その形態をより長く保持し、また所要電力もより少なくなる。
図面は必ずしも原寸に比例して描かれていないが、同様の数字はいくつかの図面を通じて実質的に同様の成分を指す。図面は、例示的ではあるが限定的ではなく、本明細書で論じられる様々な実施形態を一般的に示す。
様々な実施形態による研削ホイールを示している図である。
様々な実施形態による研削ホイールの一部分の断面図である。
KW単位のy軸上に示されたスピンドル電力(spindle power)を有する様々な研磨物品の電力プロファイルを示しているグラフである。
KW単位のy軸上に示されたスピンドル電力を有する様々な研磨物品の電力プロファイルを示している別のグラフである。
次に、開示された主題のいくつかの実施形態について細部にわたって言及する。実施形態の諸例は部分的に添付の図面に示されている。開示されている主題は、列挙された請求項に関連して記述されるが、例示されている主題は、これらの請求項を開示されている主題に限定することを意図しないことが理解される。
この文書全体にわたって、範囲の形式で表される値は、その範囲の限界として明示的に記載されている数値を含むだけでなく、その範囲内に含まれる全ての個々の数値又は部分範囲も、各数値範囲及び部分範囲が明示的に記載されている場合と同様に含むように、柔軟に解釈すべきである。例えば、「約0.1%~約5%」又は「約0.1%~5%」という範囲は、約0.1%~約5%だけでなく、示された範囲内の各値(例えば、1%、2%、3%、及び4%)及び部分範囲(例えば、0.1%~0.5%、1.1%~2.2%、3.3%~4.4%)も含むと解釈すべきである。「約X~Y」という記述は、特に断りのない限り、「約Y~約X」と同じ意味を有する。同様に、「約X、Y、又は約Z」という記述は、特に断りのない限り、「約X、約Y、又は約Z」と同じ意味を有する。
本文書において、「1つの(a)」、「1つの(an)」、又は「その(the)」という用語は、コンテクスト上明確な別段の指示がない限り、1つ以上を含めるために使用される。「又は」という用語は、特に断りのない限り非排他的な(nonexclusive)「又は」を指すために使用される。「A及びBのうちの少なくとも1つ」という記述は、「A、B、又はA及びB」と同じ意味を有する。加えて、本明細書で用いられている特に定義されていない表現又は用語は、説明のみを目的としており、限定するためではないと理解されるべきである。節の見出しの使用はいずれも、本文書の読み取りを補助することを意図しており、限定と解釈すべきではなく、節の見出しに関連する情報は、その特定の節内又は節外に存在し得る。
本明細書に記載の方法において、行為は、時間的又は操作上の順序が明示的に記載されている場合を除いて、本発明の原理を逸脱することなく任意の順序で行うことができる。更に、特定の行為が別個に行われることが請求項で明示的に記載されていない限り、それらの行為は同時に行うことができる。例えば、Xするという特許請求されている行為及びYするという特許請求されている行為は、単一の操作で同時に行うことができ、結果として生じるプロセスは特許請求されている文言上の範囲内に入る。
本明細書で使用される「約」という用語は、値又は範囲のある程度の変動性、例えば、記述されている値の又は記述されている範囲の限界の10%以内、5%以内、又は1%以内を許容することができ、かつ正確な記述されている値又は範囲を含む。
本明細書で使用される「実質的に」という用語は、少なくとも約50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%、99.9%、99.99%、若しくは少なくとも約99.999%以上等の大部分若しくはほとんど又は100%を指す。
図1及び2は研削ホイール10を示している。いくつかの用途では、研削ホイール10は、炭化タングステンなどの硬質及び/又は脆性な材料を機械加工するために使用することができる。このような材料は、例えばドリル又はミリングツールなどのツール用の工作物に存在し得る。
図1に示すように、研削ホイール10はコア12及び研磨物品14を含む。本明細書で論じられるように、研磨物品14は、金属マトリックス及び樹脂中に配置された研磨粒子及びフィラー粒子から形成することができる。研磨物品14はコア12囲むリムを形成する。コア12は、研磨性の低い、又はいくつかの状況では、鋼又はいくつかの他の金属などのそれほど高価でない材料で作製することができる。あるいは、コア12は、例えばポリマー材料で作製することができる。コア12はまた、2つ以上の材料を含むこともできる。例えば、コア12は、鋼又はアルミニウムなどの金属から部分的に、ポリマー材料から部分的に作製することができる。コア12は、研磨物品14に構造的支持を付与することができる。コア12は、回転運動のために研削ホイール10をスピンドル(図示せず)上に取り付けることができるように、貫通孔又はキャビティ16を提供することができる。
図2は、研磨物品14の断面図を示している。示してあるように、研磨物品14は、ブロンズ粒子18及び合金20などの金属部材を含む金属マトリックス成分を含む。金属マトリックス成分は、研磨粒子成分及びフィラー粒子成分を一緒に保持する結合剤として作用することができる。金属マトリックス成分はまた、ポリイミドを含むことができるポリマー結合剤を含むこともできる。研磨物品14は、更に、金属マトリックス成分内に埋め込まれた研磨粒子22を含む研磨粒子成分を含む。研磨物品14は、金属マトリックス成分内に埋め込まれたフィラー粒子24を含むフィラー粒子成分を更に含む。研磨粒子22は、フィラー粒子24よりも高い硬度を有する。示してあるように、フィラー粒子24は、第1の金属層26によって少なくとも部分的にコーティングされている。
各成分は、研磨物品14の異なる体積パーセント(体積%)及び重量パーセント(重量%)を占める。例えば、金属マトリックス成分は、研磨物品14の約10重量%~約50重量%の範囲、又は研磨物品14の約20重量%~約40重量%の範囲であることができ、又は研磨物品14の15重量%、20、25、30、35、40、45重量%未満、と同等、若しくは、を超えることができる。更に、金属マトリックス成分は、研磨物品14の約40体積%~約90体積%の範囲、又は研磨物品14の約50体積%~約80体積%の範囲であることができ、又は研磨物品14の約40体積%、45、50、55、60、65、70、75、80、若しくは85体積%未満、と同等、若しくは、を超えることができる。
図2に示すように、金属マトリックス成分は複数の金属粒子を含む。平均して、約50重量%~約100重量%、又は90重量%~約100重量%、又は55重量%、60、65、70、75、80、85、90重量%、若しくは95重量%未満、と同等、若しくは、を超える金属粒子の硬度は、研磨粒子成分の硬度よりも低い。いくつかの実施例では、個々の金属粒子の硬度は、約2モース硬度~約8モース硬度の範囲、又は約4モース硬度~約6モース硬度の範囲であり、又は3モース硬度、4、5、6、若しくは7モース硬度未満、と同等、若しくは、を超える。
個々の金属粒子は、1つ以上の異なる金属、合金、又はこれらの組み合わせを含むことができる。例えば、金属マトリックス成分の金属粒子は、元素状錫、元素状銀、元素状銅、ブロンズ、これらの合金、又はこれらの混合物を含むことができる。
いくつかの実施例では、金属粒子は100重量%のブロンズである。他の実施例では、金属粒子は、ブロンズが、研磨物品14の約10重量%~約50重量%の範囲、又は研磨物品14の約20重量%~約30重量%の範囲であるように、又は研磨物品14の15重量%、20、25、30、35、40、若しくは45重量%未満、と同等、若しくは、を超えているように、他の金属を含むことができる。研磨物品14の重量パーセントに関して、ブロンズは、約10体積%~約40体積%の範囲、又は研磨物品14の約20体積%~約50体積%の範囲であることができ、又は研磨物品14の15体積%、20、25、30、又は35体積%の未満、と同等、若しくは、を超えることができる。ブロンズは、様々な異なるグレードのブロンズのうちの1つ以上を含むことができる。好適なグレードのブロンズの例としては、50/50ブロンズ、40/60ブロンズ、及び60/40ブロンズが挙げられる。
ブロンズに加えて、金属マトリックス中に含まれ得る他の金属としては、元素状銀、元素状銅、及び元素状錫の合金が挙げられる。その合金は、金属マトリックス成分を形成するためにブロンズなどの別の金属と共に使用することができる。合金はまた、金属マトリックス成分の100%を占めるように単独で使用することもできる。合金は、研磨物品14の約10重量%~約50重量%、又は研磨物品14の約20重量%~約50重量%、又は研磨物品14の約15重量%、20、25、30、35、40、若しくは55重量%の範囲であることができる。更に、合金は、研磨物品14の約10体積%~約50体積%の範囲、又は約20体積%~約40体積%の範囲であることができ、又は研磨物品14の15体積%、20、25、30、35、40、若しくは45体積%未満、と同等、若しくは、を超えることができる。
合金内の元素状銀、元素状銅、及び元素状錫の各々の量は様々な量から選択することができる。例えば、元素状銀は、合金の約1重量%~約20重量%の範囲、又は合金の約5重量%~約15重量%の範囲であることができ、又は合金の5重量%、10、又は15重量%未満、と同等、若しくは、を超えることができる。元素状銅は、合金の約30重量%~約60重量%の範囲、又は合金の約40重量%~約50重量%の範囲であることができ、又は合金の35重量%、40、45、50、若しくは55重量%未満、と同等、若しくは、を超えることができる。元素状錫は、合金の約30重量%~約60重量%の範囲、又は合金の約40重量%~約50重量%の範囲であることができ、又は合金の35重量%、40、45、50、若しくは55重量%未満、と同等、若しくは、を超えることができる。いくつかの例では、合金は、10重量%の元素状銀、45重量%の元素状銅、及び45重量%の元素状錫である。
金属マトリックス成分は、更に、ポリマー結合剤及び金属粒子が接続ネットワークを形成するように金属粒子と一緒に混合されるポリマー結合剤を含むことができる。ポリマー剤の使用は、金属マトリックスの特性を微調整して、異なる種類の研磨粒子に適合させることができる。いくつかの実施例では、ポリマー結合剤は、ポリイミド、又はポリイミドを含む組成物であってもよい。ポリイミドを使用する1つの利点は、耐熱性であり、研磨物品の形成中に高温に耐えることができる点にある。
フィラー粒子成分は金属マトリックス成分内に分散されている。フィラー粒子成分は、研削を補助することができる潤滑性を有することができる。例えば、フィラー粒子成分は、基材とのより良好な接触を促進することができ、それにより、研磨物品を使用するデバイスの消費電力(power draw)を低減することができる。フィラー粒子成分は、研磨物品14の約5体積%~約40体積%の範囲、又は研磨物品14の約15体積%~約30体積%の範囲であることができ、又は研磨物品14の約10体積%、15、20、25、30、若しくは35体積%未満、と同等、若しく、を超えることができる。更に、フィラー粒子成分は、研磨物品14の約2重量%~約20重量%の範囲、又は研磨物品14の約5重量%~約10重量%の範囲であることができ、又は研磨物品14の5重量%、10、若しくは15重量%未満、と同等、若しくは、を超えることができる。フィラー粒子成分は複数のフィラー粒子24を含むことができる。平均して、フィラー粒子24の各々の硬度は研磨粒子成分の硬度よりも低い。例えば、フィラー粒子24の硬度は、平均して、約0.5モース硬度~約8モース硬度の範囲、又は約0.5モース硬度~約4モース硬度の範囲、又は約1モース硬度、2、3、4、5、6、若しくは7モース硬度の範囲であることができる。好適なフィラー粒子24の例としては、グラファイト粒子、窒化ホウ素粒子(例えば六方晶窒化ホウ素粒子)、ガラス粒子、窒化ケイ素粒子、バインダーコークス粒子、又はこれらの混合物が挙げられる。
研磨物品14のいくつかの例では、フィラー粒子成分は、大部分がグラファイト粒子から形成される。例えば、フィラー粒子24の約50重量%~約100重量%、又は約90重量%~約100重量%、又は55重量%、60、65、70、75、80、85、90、又は95重量%未満、と同等、若しくは超は、グラファイト粒子である。
グラファイトは、他のフィラー粒子と共に良好な潤滑剤である。フィラー粒子24と金属マトリックス成分との間の良好な接着は、研磨物品の適切な性能を促進することができる。しかしながら、潜在的な問題点は、フィラー粒子24が金属マトリックス成分及び研磨粒子成分と混合されると、フィラー粒子24とマトリックス成分との間の結合が弱くなり得る点である。例えば、グラファイトフィラー粒子は、それらが研磨粒子成分又は金属マトリックス成分と接触すると、汚れてしまう場合がある。グラファイトの汚れは、研磨物品14の成分間の接着を弱める場合がある。しかしながら、フィラー粒子24を第1の金属層26で少なくとも部分的にコーティングすると、金属マトリックス成分との良好な接着が促進され、実質的に汚れを防止することができる。
フィラー粒子成分の部分のフィラー粒子24がコーティングされている程度は、各フィラー粒子24がコーティングされている程度及びコーティングされているフィラー粒子24の数の両方に関して、様々な値から選択することができる。例えば、フィラー粒子24の約20重量%~約100重量%、又は約50重量%~約100重量%、又は約25重量%、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、若しくは95重量%は、少なくとも部分的にコーティングされてもよい。これらのコーティングされたフィラー粒子24のうち、フィラー粒子成分の部分のそれらのフィラー粒子24の表面積の約20%~約100%、又は約80%~約100%、又は25%、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、若しくは95%未満、と同等、若しくは超が、第1の金属層26によってコーティングされている。
第1の金属層26は、フィラー粒子成分の約0.1重量%~約40重量%の範囲、又は約1重量%~約10重量%の範囲であることができ、又は0.5重量%、1、5、10、15、20、25、30、若しくは35重量%未満、と同等、若しくは、を超えることができる。第1の金属層26の厚さは、約0.1ミクロン~約5ミクロンの範囲、又は約0.1ミクロン~約1ミクロンの範囲であることができ、又は0.5ミクロン、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、若しくは4.5ミクロン未満、と同等、若しくは、を超えることができる。
第1の金属層26は連続層であり得る。これは図2に示されており、第1の金属層26は完全に接続されている。あるいは、第1の金属層26は不連続層の場合がある。例えば、第1の金属層26は、フィラー粒子24に沿って分散されたいくつものパッチ又は塊り(globs)を形成する場合がある。
第1の金属層26は少なくとも1つの金属を含む。1つ以上の金属は、第1の金属層26の約70重量%~約100重量%の範囲、又は約90重量%~約100重量%の範囲であることができ、75重量%、80、85、90、若しくは95重量%未満、と同等、若しくは、を超えることができる。少なくとも1つの金属は、任意の好適な金属、例えば元素状銅、元素状錫、元素状銀、ブロンズ、元素状クロム、元素状チタン、又はこれらの合金であり得る。使用すべき金属又は合金を決定するファクターとしては、第1の金属層26と金属マトリックス成分との間に形成される結合の強度を挙げることができる。更に、特定の金属は、研磨粒子成分の硬度よりも硬度が低いため、選択することができる。いくつかの実施例によれば、第1の金属層26は、元素状ニッケル、その合金、又はこれらの組み合わせを実質的に含まない。
研磨物品14のいくつかの追加の例では、第2の金属層は、フィラー粒子成分を少なくとも部分的にコーティングすることができる。第2の金属層は、第1の金属層26によって既に少なくとも部分的にコーティングされているフィラー粒子24をコーティングすることができる。すなわち、第2の金属層は、第1の金属層26、又は少なくとも部分的にコーティングされているフィラー粒子24のコーティングされていない部分を、本質的にコーティングすることができる。第2の金属層は、第1の金属層26によってまだコーティングされていないフィラー粒子24をコーティングすることができる。第2の金属層は、層の厚さ及び各フィラー粒子24において占める重量パーセントを含む、第1の金属層26の特性のうちの多くを共有することができる。更に、第2の金属層は、第1の金属層26に適するとして本明細書に記載される任意の金属又は合金を含んでもよく、それらは第1の金属層26に含まれる金属又は合金と同じであってもよく、又は異なっていてもよい。
図2に示すように、第1の金属層26、金属マトリックス、及び研磨粒子成分のうちの少なくとも1つの間に境界面が形成される。本明細書に記載されるように、研磨物品14の性能は、成分間の接続の完全性が増すと増大する。したがって、境界面に形成される接続は、研磨物品14の性能を向上させるのに役立ち得る。第2の金属層を含む研磨物品14の例では、第1の金属層26、第2の金属層、金属マトリックス成分、及び研磨粒子成分のうちの少なくとも1つの間に境界面を形成することができる。
研磨粒子成分は、研磨物品14の約10体積%~約40体積%の範囲、又は約20体積%~約30体積%の範囲であることができ、又は15体積%、20、25、30、又は35体積%未満、と同等、若しくは、を超えることができる。研磨粒子成分は、研磨物品14の約5重量%~約40重量%の範囲、又は約10重量%~約20重量%の範囲であることができ、又は10重量%、15、20、25、30、若しくは35重量%未満、と同等、若しくは、を超えることができる。
研磨粒子成分は複数の研磨粒子22を含む。平均して、研磨粒子22の硬度は、約6モース硬度~約12モース硬度の範囲、又は約7モース硬度~約9モース硬度の範囲であり、又は7モース硬度、8、9、10、若しくは11モース硬度未満、と同等、若しくは、を超える。研磨粒子22は、ダイヤモンド粒子、立方晶窒化ホウ素粒子、又はこれらの混合物などの様々な好適な研磨粒子のいずれかから選択することができる。
研磨粒子成分中の各研磨粒子22の量は、様々な好適な量から選択することができる。例えば、研磨粒子22の約50重量%~約100重量%、又は約90重量%~約100重量%、又は55重量%、60、65、70、75、80、85、90、若しくは95重量%未満、と同等、若しくは、超は、ダイヤモンド粒子であり得る。
図2に示すように、いくつかの状況では、フィラー粒子24と同様の方法で研磨粒子22を第3の金属層28でコーティングすることが望ましい場合がある。これは、研磨粒子22と金属マトリックス成分とフィラー粒子24との間のより良好な結合を促進することができる。研磨粒子成分の研磨粒子22がコーティングされている程度は、各研磨粒子22がコーティングされている程度及びコーティングされている研磨粒子22の数の両方に関して、様々な値から選択することができる。例えば、各研磨粒子22の約20重量%~約100重量%、又は約50重量%~約100重量%、又は約25重量%、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、若しくは95重量%は、少なくとも部分的にコーティングされてもよい。これらのコーティングされた研磨粒子22のうち、これらの研磨粒子22の表面積の約20%~約100%、又は約80%~約100%、又は25%、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、若しくは95%未満、と同等、若しくは超が、第3の金属層28によってコーティングされている。
第3の金属層28は、研磨粒子成分の約1重量%~約40重量%の範囲、又は約1重量%~約10重量%の範囲であることができ、又は5重量%、10、15、20、25、30、若しくは35重量%未満、と同等、若しくは、を超えることができる。第3の金属層28の厚さは、約0.1ミクロン~約5ミクロンの範囲、又は約0.1ミクロン~約1ミクロンの範囲であることができ、又は0.5ミクロン、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、若しくは4.5ミクロン未満、と同等、若しくは、を超えることができる。
第3の金属層28は連続層であり得る。これは図2に示されており、第3の金属層28は完全に接続されている。あるいは、第3の金属層28は不連続層であり得る。例えば、第3の金属層28は、研磨粒子22に沿って分散されたいくつものパッチ又は塊りを形成する場合がある。
第3の金属層28は少なくとも1つの金属を含む。その金属は、第3の金属層28の約70重量%~約100重量%の範囲、又は約90重量%~約100重量%の範囲であることができ、75重量%、80、85、90、若しくは95重量%未満、と同等、若しくは、を超えることができる。特定の金属は、元素状銅、元素状錫、元素状銀、ブロンズ、又はこれらの合金を含む多くの異なる金属のうちの1つであり得る。使用すべき金属又は合金を決定するファクターとしては、第3の金属層28と金属マトリックス成分との間に形成される結合の強度を挙げることができる。更に、特定の金属は、研磨粒子22の硬度よりも硬度が低いため、選択することができる。いくつかの実施例によれば、第3の金属層28は、元素状ニッケル、その合金、又はこれらの組み合わせを実質的に含まない。
研磨物品14のいくつかの追加の例では、第4の金属層は、研磨粒子成分を少なくとも部分的にコーティングすることができる。第4の金属層は、第3の金属層28によって既に少なくとも部分的にコーティングされている研磨粒子22をコーティングすることができる。すなわち、第4の金属層は、第3の金属層28、又は少なくとも部分的にコーティングされている研磨粒子22のコーティングされていない部分を、本質的にコーティングすることができる。更に、第4の金属層は、第3の金属層28によってまだコーティングされていない研磨粒子22をコーティングすることができる。第4の金属層は、各研磨粒子22の層の厚さ及び重量パーセントを含む、第3の金属層28の特性のうちの多くを共有することができる。更に、第4の金属層は、第3の金属層28の任意の金属又は合金を含むことができる。あるいは、第4の金属層は、第3の金属層28の金属とは異なる少なくとも1つの金属を含むことができる。
図2に示すように、第3金属層28、金属マトリックス成分、及び研磨粒子成分のうちの少なくとも1つの間に境界面が形成される。研磨物品14の性能は、その中にある成分間の接続の完全性が増すと増大し得る。したがって、境界面に形成された接続は、研磨物品14の性能を向上させるのに役立ち得る。第4の金属層を含む研磨物品14の例では、第1の金属層26、第3の金属層、金属マトリックス、及びフィラー粒子成分の組み合わせのいずれの間にも境界面を形成することができる。
フィラー粒子24と同様に、第1の金属層26、第2の金属層、金属マトリックス成分、研磨粒子成分、第3の金属層28、及び第4の金属層の組み合わせのいずれの間にも境界面を形成することができる。これにより、研磨物品14の性能を向上させることができる。
様々な実施例によれば、研磨物品14を使用する方法には、研磨物品14を含むホイールと基材を接触させることが含まれる。次いで、ホイールを基材に対して回転させることができる。ホイールが回転すると、材料が基材から除去される。研磨物品14は、炭化タングステンなどの硬質又は脆性な材料を機械加工するのに好適であり得る。そのような材料は、工具、例えばドリル又はミリングツールのための前駆工作物(precursor work pieces)中に存在し得る。
本明細書に記載されるように、炭化タングステンなどの材料は硬質又は脆性である。これにより、研磨物品14を組み込んでいるデバイスによって消費される電力量が増大する場合がある。しかしながら、本明細書の実施例で示すように、少なくとも部分的にコーティングされたフィラー粒子成分をほとんど又は全く有していない対応する物品を使用する同じ条件下、同じ合計切削量の生成と比べると、8mm/mm/秒の合計切削量を生成するために研磨物品14を使用するデバイスによって消費される電力は少なくなる。
様々な実施形態によれば、研磨物品14を形成する方法は、フィラー粒子成分のフィラー粒子24を第1の金属層26又は第2の金属層で少なくとも部分的にコーティングすることを含む。少なくとも部分的にコーティングされたフィラー粒子24は、金属マトリックス成分の金属及び樹脂(例えばポリアミド樹脂)と混合されて、混合物を形成する。十分に混合した後、研磨粒子成分の研磨粒子22を混合物に添加し、混合物を更に混合する。研磨粒子22は、任意選択的に、第3の金属層28又は第4の金属層でコーティングすることができる。
混合物を十分に混合した後、型内に堆積させることができる。いくつかの例では、研磨物品14がコア12の周囲に形成するように型内にコア12を予め配置することができる。コア12を含まない例では、その場合、型は、その中に混合物が堆積される開放構造であることができ、研磨物品14は後改質ステップでコアに接着させることができる。
型はプレスすることができ、型の温度を約345℃~約500℃に、又は約410℃~約430℃に、又は410℃、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、若しくは490℃未満、と同等、若しくは、を超える温度に、上昇させ、保持することができる。次いで、型の温度を、約160℃~約200℃、又は約170℃~約190℃、又は170℃、180、若しくは190℃未満、と同等、若しくは、を超える温度に低下させ、保持することができる。次いで、型の温度を室温まで下げることができ、研磨物品14を取り出す。
フィラー粒子24又は研磨粒子22を少なくとも部分的にコーティングすることは、単にコーティングされていないフィラー粒子又はコーティングされていない研磨粒子22を金属マトリックス成分に添加して、研磨物品14を形成することとは異なる前処理ステップであり得る。
フィラー粒子24又は研磨粒子22をコーティングする1つの好適な方法では、沈殿コーティングによってコーティングすることができる。例えば、フィラー粒子24をコーティングするために、最初に、それらは金属を含有する水溶液又はスラリーに曝露することができる。これにより、金属を含有する塩がフィラー粒子24の表面に堆積する。その後の加熱によりその沈殿塩は分解され、フィラー粒子24の表面上に第1の金属層26を残す。他のバリエーションでは、沈殿及び堆積プロセスを開始するために、ゾルゲル法を使用することができる。これらの方法のバリエーション全てにおいて、沈殿剤の濃度勾配、pH、温度、又は他の前駆体分解を使用して、フィラー粒子24上のコーティングとして第1の金属層26を得ることができる。
フィラー粒子24上に溶融、溶液、又はスラリーの形態における金属の噴霧(噴霧乾燥又は噴霧霧化)は、コーティングされたフィラー粒子24を得る別の好適な方法である。更に、フィラー粒子24の表面に金属を電気めっきすることは、フィラー粒子24をコーティングする別の方法であり得る。
フィラー粒子24を金属でコーティングする別の好適な方法は、プラズマ蒸着法であり得る。この方法は、気相から薄膜としてコーティングを成長させることを含むことができる。この方法では、フィラー粒子24は、フィラー粒子24の表面上での金属の堆積及び/又は成長を促進する条件下で金属の蒸気に曝露される。この方法では、金属を揮発性にし、その揮発性金属がフィラー粒子24の表面に接触するような条件下に金属が置かれ、その表面で蒸気金属が堆積して金属コーティングを形成する。
別途注記のない限り、実施例及び本明細書の他の部分における全ての部、百分率、比率等は、体積によるものである。特に記載のない限り、他の全ての試薬はSigma-Aldrich Company(St.Louis,Missouri)などのファインケミカル業者から入手したか、又は入手可能であり、あるいは知られている方法で合成することができる。
本実施例で使用される材料及び試薬に関する略語は表1のとおりである。
Figure 0007088598000001
実施例1
マグネトロンスパッタリングによる物理蒸着を使用して銅コーティングされたグラファイト粒子を調製した。コーティングされたグラファイト粒子の調製に使用される装置は、米国特許第8,698,394号(McCutcheonら)及び米国特許第7,727,931号(Breyら)に開示された。最初に、クロムの結合層をグラファイト粒子上に堆積させた。99.9%の純粋なクロムターゲットを、1883グラムのGRA粒子上へ10ミリトルのアルゴンスパッタリングガス圧力、2キロワットで、4時間、直流マグネトロンスパッタリングした。粒子は、コーティングプロセス中に4rpm(resolutions per minute)混転させた。チャンバにアルゴンを充填し、クロムターゲットを99.9%の純粋な銅ターゲットで置き換えた。銅を、10ミリトルのアルゴン圧力、4キロワットの電力で25時間スパッタリングした。銅コーティング後、スズの薄い層を、同じアルゴン圧力、1キロワット電力で、4時間、スズ金属ターゲットを使用してスパッタリングした。コーティングされたグラファイトの密度は1立方センチメートル当たり2.606グラムであり、コーティングされていないグラファイトの密度は1立方センチメートル当たり2.263グラムであった。金属の重量パーセントは13%と計算された。
金属マトリックス成分BRO1(90.6グラム)、BRO2(90.4グラム)、及び銅コーティングされたグラファイト粒子(19.1グラム)を、ボールミル(C and M Topline(Goleta,California)から入手可能なTL-2バレルを有するRotary Tumbler Base 2-Bar)中で30分間混合し、それらを一緒に完全に混合した。混合プロセスが完了したら、DIA(31.3グラム)を混合物に添加し、これを振盪してDIAを金属マトリックス粒子中に分散させた。硬化スチール型(外径101ミリメートル×内径80ミリメートル、厚さ12.2ミリメートル)を調製し、得られた混合物をその容積に添加し、次いで、水平にし、金属マトリックス/ダイヤモンドブレンドを均一に広げて分散させて、研削ホイールリムを作製した。次いで、上部型プレートを加え、アセンブリを一平方インチ当たり4トンの圧力に予圧した。次いで、型を加熱プラテンに入れ、400~435℃において、一平方インチ当たり8トンの圧力で圧縮した。その型をこの温度及び圧力で5分間保持し、次いで、圧力下、180~235℃の温度に冷却した。次いで、ホイールを型から取り出した。
得られた溝付きホイールは、(体積%)22.3部のDIA、28.9部のBRO1、28.8部のBRO2、及び20.0部の銅コーティングされたグラファイト粒子を含んでいた。
比較例A
Tyrolit Schleifmittelwerke Swarovski K.G.(Schwaz,Austria)からSTARTEC XP-P+DCとして入手したメタルボンド研削ホイール。
比較例B
3M Company(Saint Paul,Minnesota)からWENDT NAXOFLUTEMAXとして入手した研削ホイール。
比較例C
3M Company(Saint Paul,Minnesota)からD320 630HJとして入手したハイブリッド溝付きホイール。
比較例D
Saint Gobain(Courbevoie,France)からPARADIGMとして入手した研削ホイール。
研削試験
サンプルの研削ホイールの各々は、以下のように使用する前に、ツルーイング及びドレッシングを行った。サンプルをスチール製のアーバー上に取り付け、バランシングを行った。そのようなプロセスで一般に使用される120グリット、Hグレード、及びビトリファイドボンドの炭化ケイ素ホイールでサンプルをツルーイングした。サンプルを、1分当たり約5000表面フィートで運転された炭化ケイ素ホイールの約1/10表面速度で回転させた。サンプルホイールを回転させながら、ホイールが正確な状態であると見なされるまで、0.001インチの切削深さ及び1分当たり20インチの横送り速度でツルーイングした。各サンプルについては、研削のためのグリットを露出させるために220メッシュの炭化ケイ素ホイールでドレッシングも行った。220メッシュのホワイト酸化アルミニウムスティックを使用したドレッシングは、同じ基準点から開始するために、全ての研削の開始時に完了させた。
次いで、ホイールを、10%のコバルト、タングステンカーバイドロッド(直径0.5インチ及び長さ4インチ、Sandvik(Stockholm,Sweden)から入手した)上に直線的な溝を研削することによって試験した。研削は、ANCA Company(Melbourne,Australia)から入手したTX7+グラインダーを用いて行った。2つの試験条件を使用した。両方の条件において、ホイール速度は1秒当たり18メートルであり、切削の深さは4ミリメートルであり、切削の幅は3.75ミリメートルであった。試験条件1では、材料除去速度Q’(1秒当たり1mmのホイール幅で何mmの材料が除去されるかを示す)は8mm/mm/秒であり、送り速度は1分当たり120ミリメートルであった。試験条件2では、Q’を10.7mm/mm/秒と設定し、送り速度は1分当たり160ミリメートルであった。
試験条件1の下で得られた試験データを、以下の表1及び図1に要約する。
Figure 0007088598000002
試験条件2の下で得られた試験データを、以下の表2及び図2に要約する。
Figure 0007088598000003
本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく、本開示の様々な修正及び変更を当業者が行うことができ、本開示は上記で説明した例示的な実施形態に過度に限定されるべきでないことを理解されたい。
追加の実施形態
以下の例示的な実施形態を示すが、その番号付けは重要度を示すものと解釈されるものではない。
実施形態1は、
金属マトリックス成分と、
金属マトリックス成分内に分散された研磨粒子成分と、
金属マトリックス成分内に分散されたフィラー粒子成分と、
を含み、
フィラー粒子成分の一部が、第1の金属層によって少なくとも部分的にコーティングされていて、研磨粒子成分の硬度が、フィラー粒子成分の硬度よりも高い、研磨物品を提供する。
実施形態2は、金属マトリックス成分が研磨物品の約10重量%~約50重量%である、実施形態1による研磨物品を提供する。
実施形態3は、金属マトリックス成分が研磨物品の約20重量%~約40重量%である、実施形態1又は2のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態4は、金属マトリックス成分が研磨物品の約40体積%~約90体積%である、実施形態1~3のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態5は、金属マトリックス成分が研磨物品の約50体積%~約80体積%である、実施形態1~4のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態6は、金属マトリックス成分が複数の金属粒子を含む、実施形態1~5のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態7は、約50重量%~約100重量%の金属粒子の硬度が研磨粒子成分の硬度よりも低い、実施形態6による研磨物品を提供する。
実施形態8は、約90重量%~約100重量%の金属粒子の硬度が研磨粒子成分の硬度よりも低い、実施形態6又は7のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態9は、金属粒子の硬度が約2モース硬度~約8モース硬度の範囲である、実施形態6~8のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態10は、金属粒子の硬度が約4モース硬度~約6モース硬度の範囲である、実施形態6~9のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態11は、金属粒子が、元素状錫、元素状銀、元素状銅、ブロンズ、又はこれらの合金を含む、実施形態6~10のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態12は、金属粒子がブロンズを含む、実施形態6~11のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態13は、金属粒子が100重量%のブロンズである、実施形態6~12のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態14は、ブロンズが研磨物品の約10体積%~約60体積%である、実施形態13による研磨物品を提供する。
実施形態15は、ブロンズが研磨物品の約20体積%~約50体積%である、実施形態13又は14のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態16は、ブロンズが研磨物品の約10重量%~約50重量%である、実施形態13~15のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態17は、ブロンズが研磨物品の約20重量%~約30重量%である、実施形態13~16のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態18は、ブロンズが60/40ブロンズ、50/50ブロンズ、及び40/60ブロンズのうちの少なくとも1つである、実施形態13~17のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態19は、金属マトリックス成分が、ブロンズと、元素状銀、元素状銅、及び元素状錫の合金とを含む、実施形態1~18のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態20は、合金が研磨物品の約10体積%~約50体積%である、実施形態19による研磨物品を提供する。
実施形態21は、合金が研磨物品の約20体積%~約40体積%である、実施形態19又は20のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態22は、合金が研磨物品の約10重量%~約50重量%である、実施形態19~21のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態23は、合金が研磨物品の約20重量%~約40重量%である、実施形態19~22のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態24は、元素状銀が合金の約1重量%~約20重量%である、実施形態19~23のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態25は、元素状銀が合金の約5重量%~約15重量%である、実施形態19~24のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態26は、元素状銅が合金の約30重量%~約60重量%である、実施形態19~25のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態27は、元素状銅が合金の約40重量%~約50重量%である、実施形態19~26のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態28は、元素状錫が合金の約30重量%~約60重量%である、実施形態19~27のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態29は、元素状錫が合金の約40重量%~約50重量%である、実施形態19~28のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態30は、フィラー粒子成分が研磨物品の約5体積%~約40体積%である、実施形態1~29のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態31は、フィラー粒子成分が研磨物品の約15体積%~約30体積%である、実施形態1~30のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態32は、フィラー粒子成分が研磨物品の約2重量%~約20重量%である、実施形態1~31のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態33は、フィラー粒子成分が研磨物品の約5重量%~約10重量%である、実施形態1~32のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態34は、フィラー粒子成分が複数のフィラー粒子を含む、実施形態1~33のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態35は、フィラー粒子の硬度が約0.5モース硬度~約8モース硬度の範囲である、実施形態34による研磨物品を提供する。
実施形態36は、フィラー粒子の硬度が約0.5モース硬度~約4モース硬度の範囲である、実施形態34又は35のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態37は、フィラー粒子が、グラファイト粒子、窒化ホウ素粒子、ガラス粒子、窒化ケイ素粒子、バインダーコークス粒子、又はこれらの混合物である、実施形態34~36のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態38は、フィラー粒子の約50重量%~約100重量%がグラファイト粒子である、実施形態34~37のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態39は、フィラー粒子の約90重量%~約100重量%がグラファイト粒子である、実施形態34~38のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態40は、第1の金属層によって少なくとも部分的にコーティングされているフィラー粒子成分の部分が、フィラー粒子の約1重量%~約100重量%である、実施形態34~39のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態41は、第1の金属層によって少なくとも部分的にコーティングされているフィラー粒子成分の部分が、フィラー粒子の約50重量%~約100重量%である、実施形態34~40のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態42は、第1の金属層によって少なくとも部分的にコーティングされているフィラー粒子成分の部分の各フィラー粒子の表面積の約20%~約100%が、第1の金属層によってコーティングされている、実施形態34~41のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態43は、第1の金属層によって少なくとも部分的にコーティングされているフィラー粒子成分の部分の各フィラー粒子の表面積の約80%~約100%が、第1の金属層によってコーティングされている、実施形態34~42のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態44は、第1の金属層がフィラー粒子成分の約0.1重量%~約40重量%である、実施形態1~43のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態45は、第1の金属層がフィラー粒子成分の約1重量%~約10重量%である、実施形態1~44のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態46は、第1の金属層の厚さが約0.1ミクロン~約5ミクロンの範囲である、実施形態1~45のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態47は、第1の金属層の厚さが約0.1ミクロン~約1ミクロンの範囲である、実施形態1~46のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態48は、第1の金属層が連続層である、実施形態1~47のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態49は、第1の金属層が不連続層である、実施形態1~48のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態50は、第1の金属層が金属を含む、実施形態1~49のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態51は、金属が第1の金属層の約70重量%~約100重量%である、実施形態50による研磨物品を提供する。
実施形態52は、金属が第1の金属層の約90重量%~約100重量%である、実施形態50又は51のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態53は、金属が、元素状銅、元素状錫、元素状銀、ブロンズ、又はこれらの合金である、実施形態50~52のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態54は、第1の金属層が元素状ニッケル、これらの合金、又はこれらの組み合わせを実質的に含まない、実施形態50~53のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態55は、フィラー粒子成分を少なくとも部分的にコーティングする第2の金属層を更に含む、実施形態1~54のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態56は、第2の金属層が第1の金属層の金属とは異なる金属を含む、実施形態55による研磨物品を提供する。
実施形態57は、第1の金属層、金属マトリックス、及び研磨粒子成分のうちの少なくとも1つの間に境界面を更に備える、実施形態1~56のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態58は、第1の金属層、第2の金属層、金属マトリックス、及び研磨粒子成分のうちの少なくとも1つの間に境界面を更に備える、実施形態55による研磨物品を提供する。
実施形態59は、研磨粒子成分が研磨物品の約10体積%~約40体積%である、実施形態1~58のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態60は、研磨粒子成分が研磨物品の約20体積%~約30体積%である、実施形態1~59のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態61は、研磨粒子成分が研磨物品の約5重量%~約40重量%である、実施形態1~60のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態62は、研磨粒子成分が研磨物品の約10重量%~約20重量%である、実施形態1~61のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態63は、研磨粒子成分が複数の研磨粒子を含む、実施形態1~62のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態64は、研磨粒子の硬度が約6モース硬度~約12モース硬度の範囲である、実施形態63による研磨物品を提供する。
実施形態65は、金属粒子の硬度が約7モース硬度~約9モース硬度の範囲である、実施形態63又は64のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態66は、研磨粒子がダイヤモンド粒子及び立方晶窒化ホウ素粒子のうちの少なくとも1つである、実施形態63~65のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態67は、研磨粒子の約50重量%~約100重量%がダイヤモンド粒子である、実施形態63~66のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態68は、研磨粒子の約90重量%~約100重量%がダイヤモンド粒子である、実施形態63~67のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態69は、研磨粒子の一部が研磨粒子の一部を少なくとも部分的にコーティングする第3の金属層を含む、実施形態63~68のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態70は、研磨粒子の部分が研磨粒子の約20重量%~約100重量%である、実施形態69による研磨物品を提供する。
実施形態71は、研磨粒子の部分が研磨粒子の約50重量%~約100重量%である、実施形態69又は70のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態72は、研磨粒子の部分の各研磨粒子の表面積の約20%~約100%が第3の金属層によってコーティングされている、実施形態69~71のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態73は、研磨粒子の部分の各研磨粒子の表面積の約80%~約100%が第3の金属層によってコーティングされている、実施形態69~72のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態74は、第3の金属層が連続層である、実施形態69~73のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態75は、第3の金属層が不連続層である、実施形態69~74のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態76は、第3の金属層が金属を含む、実施形態69~75のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態77は、金属が第3の金属層の約70重量%~約100重量%である、実施形態76による研磨物品を提供する。
実施形態78は、金属が第3の金属層の約90重量%~約100重量%である、実施形態76又は77のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態79は、金属が元素状銅、元素状錫、元素状銀、ブロンズ、又はこれらの混合物である、実施形態76~78のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態80は、第3の金属層が元素状ニッケル又はこれらの合金を実質的に含まない、実施形態76~79のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態81は、第3の金属層の厚さが約0.1ミクロン~約5ミクロンの範囲である、実施形態69~80のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態82は、第3の金属層の厚さが約0.1ミクロン~約1ミクロンの範囲である、実施形態69~81のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態83は、第3の金属層を少なくとも部分的にコーティングする第4の金属層を更に含む、実施形態69~82のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態84は、第4の金属層が金属を含み、第4の金属層が第3の金属層とは異なる組成を有する、実施形態83による研磨物品を提供する。
実施形態85は、第1の金属層、第2の金属層、金属マトリックス、研磨粒子成分、第3の金属層、及び第4の金属層のうちの少なくとも1つの間に境界面を更に備える、実施形態83又は84のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態86は、
金属マトリックス成分がブロンズと、元素状銀、元素状銅、及び元素状錫の合金とを含み、
フィラー粒子がグラファイトを含み、
研磨粒子がダイヤモンドを含む、実施形態1~85のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態87は、
金属マトリックス成分が研磨物品の約30重量%~約60重量%であり、
フィラー粒子成分が研磨物品の約5重量%~約20重量%であり、
フィラー粒子成分が研磨物品の約5重量%~約20重量%である、実施形態1~86のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態88は、物品がホイールである、実施形態1~87のいずれか1つによる研磨物品を提供する。
実施形態89は、実施形態1~88のいずれか1つによる研磨物品を使用する方法であって、
基材をホイールと接触させることと、
ホイールを基材に対して回転させることと、
を含む、方法を提供する。
実施形態90は、少なくとも部分的にコーティングされたフィラー粒子成分を含まない対応する物品を使用する同じ条件下、同じ合計切削量の生成と比べると、8mm/mm/秒の合計切削量を生成するために物品によって消費される電力が少ない、実施形態89による方法を提供する。
実施形態91は、基材がドリルビット前駆体である、実施形態89又は90のいずれかに1つによる方法を提供する。
実施形態92は、基材が炭化タングステンを含む、実施形態89~91のいずれか1つによる方法を提供する。
実施形態93は、実施形態1~92のいずれか1つによる研磨物品を形成する方法であって、
フィラー粒子成分を第1の金属層で少なくとも部分的にコーティングすることと、
少なくとも部分的にコーティングされたフィラー粒子成分、金属マトリックス、及び樹脂を混合して、混合物を形成することと、
研磨粒子成分をその混合物に添加し、混合物を更に混合することと、
その混合物を型と接触させることと、
を含む、方法を提供する。
実施形態94は、樹脂がポリアミド樹脂を含む、実施形態93による方法を提供する。
実施形態95は、型をプレスすることを更に含む、実施形態93又は94のいずれか1つによる方法を提供する。
実施形態96は、型の温度を上昇させることを更に含む、実施形態95による方法を提供する。
実施形態97は、温度を約345℃~約500℃に上昇させる、実施形態96による方法を提供する。
実施形態98は、温度を約410℃~約430℃に上昇させる、実施形態96又は97のいずれか1つによる方法を提供する。
実施形態99は、型の温度を低下させることを更に含む、実施形態96~98のいずれか1つによる方法を提供する。
実施形態100は、型の温度を約160℃~約235℃に低下させる、実施形態99による方法を提供する。
実施形態101は、型の温度を約170℃~約190℃に低下させる、実施形態99又は100のいずれか1つによる方法を提供する。
実施形態102は、フィラー粒子成分が、プラズマ蒸着によって金属でコーティングされている、実施形態93~101のいずれか1つによる方法を提供する。

Claims (12)

  1. 金属マトリックス成分と、
    前記金属マトリックス成分内に分散された研磨粒子成分と、
    前記金属マトリックス成分内に分散されたフィラー粒子成分と、
    を含み、前記フィラー粒子成分の一部が、第1の金属層によって少なくとも部分的にコーティングされていて、前記研磨粒子成分の硬度が、前記フィラー粒子成分の硬度よりも高く、
    前記第1の金属層によって少なくとも部分的にコーティングされた前記フィラー粒子成分が、前記第1の金属層の第1の金属とは異なる第2の金属を含む第2の金属層によって少なくとも部分的にコーティングされている
    研磨物品。
  2. 前記金属マトリックス成分が複数の金属粒子を含む、請求項1に記載の研磨物品。
  3. 約50重量%~約100重量%の前記金属粒子の硬度が前記研磨粒子成分の硬度よりも低い、請求項2に記載の研磨物品。
  4. 前記金属マトリックス成分が、ブロンズと、元素状銀、元素状銅、及び元素状錫の合金とを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の研磨物品。
  5. 前記フィラー粒子成分が複数のフィラー粒子を含み、前記フィラー粒子が、グラファイト粒子、窒化ホウ素粒子、ガラス粒子、窒化ケイ素粒子、バインダーコークス粒子、又はこれらの混合物である、請求項1~4のいずれか一項に記載の研磨物品。
  6. 前記第1の金属層によって少なくとも部分的にコーティングされているフィラー粒子成分の部分が、前記フィラー粒子の約1重量%~約100重量%である、請求項に記載の研磨物品。
  7. 前記第1の金属層によって少なくとも部分的にコーティングされる前記フィラー粒子成分の部分の各フィラー粒子の表面積の約20%~約100%が、前記第1の金属層によってコーティングされている、請求項1~6のいずれか一項に記載の研磨物品。
  8. 前記第1の金属層が、元素状銅、元素状錫、元素状銀、ブロンズ、又はこれらの合金を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の研磨物品
  9. 前記研磨粒子成分が複数の研磨粒子を含む、請求項1~のいずれか一項に記載の研磨物品。
  10. 前記研磨粒子がダイヤモンド粒子及び立方晶窒化ホウ素粒子のうちの少なくとも1つである、請求項に記載の研磨物品。
  11. 請求項1~10のいずれか一項に記載の研磨物品を形成する方法であって、
    前記フィラー粒子成分を前記第1の金属層で少なくとも部分的にコーティングすることと、
    前記第1の金属層で少なくとも部分的にコーティングされた前記フィラー粒子成分を前記第1の金属層の第1の金属とは異なる第2の金属を含む第2の金属層で少なくとも部分的にコーティングすることと、
    前記第1及び第2の金属層で少なくとも部分的にコーティングされたフィラー粒子成分、前記金属マトリックス、及び樹脂を混合して、混合物を形成することと、
    前記研磨粒子成分を前記混合物に添加し、前記混合物を更に混合することと、
    前記混合物を型と接触させることと、
    を含む、方法。
  12. 前記フィラー粒子成分が、プラズマ蒸着によってコーティングされている、請求項11に記載の方法。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110184507A (zh) * 2019-06-14 2019-08-30 李筱穗 一种能有效提高润滑性能的新型石墨-铝基自润滑材料

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002307313A (ja) 2001-04-11 2002-10-23 Asahi Diamond Industrial Co Ltd 超砥粒ホイール及びその製造方法
JP2004526030A (ja) 2001-03-27 2004-08-26 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 砥粒充填熱硬化性組成物及びその製造、並びに砥粒充填物品及びその製造
JP2005525242A (ja) 2001-11-21 2005-08-25 サンーゴバン アブレイシブズ,インコーポレイティド 多孔質研磨工具及びその製造方法
US20150027062A1 (en) 2011-06-30 2015-01-29 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Abrasive article and method of making

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3402035A (en) * 1965-12-07 1968-09-17 Thomas J. Martin Abrasive wheel having a metal coated graphite lubricant therein
US3984214A (en) * 1973-03-05 1976-10-05 Federal-Mogul Corporation Metal-coated diamond abrasive article containing metal fillers
US4334895A (en) * 1980-05-29 1982-06-15 Norton Company Glass bonded abrasive tool containing metal clad graphite
JPH05277952A (ja) * 1992-03-31 1993-10-26 Mitsubishi Materials Corp メタルボンド砥石
JPH08309665A (ja) * 1995-05-15 1996-11-26 Osaka Diamond Ind Co Ltd 超砥粒砥石及びその製造方法
WO1999048646A1 (en) * 1998-03-27 1999-09-30 Norton Company Abrasive tools
US7124753B2 (en) * 1997-04-04 2006-10-24 Chien-Min Sung Brazed diamond tools and methods for making the same
CA2327634A1 (en) * 1999-12-07 2001-06-07 Powdermet, Inc. Abrasive particles with metallurgically bonded metal coatings
KR100486429B1 (ko) * 2000-09-13 2005-04-29 가부시키가이샤 아라이도 마테리아루 경면 가공용 초지립 휠
DE602004019662D1 (de) 2003-09-26 2009-04-09 3M Innovative Properties Co Nanoskalige goldkatalysatoren, aktivierungsmittel, trägermedien und verwandte methodologien zur herstellung derartiger katalysatorsysteme, insbesondere bei abscheidung des golds auf den trägermedien mittels pvd
US8894731B2 (en) * 2007-10-01 2014-11-25 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Abrasive processing of hard and /or brittle materials
CN101148036A (zh) * 2007-11-07 2008-03-26 南京航空航天大学 半固态连接制作高性能单层钎焊立方氮化硼砂轮的方法
RU2569254C2 (ru) * 2009-08-14 2015-11-20 Сэнт-Гобэн Эбрейзивс, Инк. Абразивное изделие
WO2011123263A1 (en) 2010-03-31 2011-10-06 3M Innovative Properties Company Electronic articles for displays and methods of making same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004526030A (ja) 2001-03-27 2004-08-26 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 砥粒充填熱硬化性組成物及びその製造、並びに砥粒充填物品及びその製造
JP2002307313A (ja) 2001-04-11 2002-10-23 Asahi Diamond Industrial Co Ltd 超砥粒ホイール及びその製造方法
JP2005525242A (ja) 2001-11-21 2005-08-25 サンーゴバン アブレイシブズ,インコーポレイティド 多孔質研磨工具及びその製造方法
US20150027062A1 (en) 2011-06-30 2015-01-29 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Abrasive article and method of making

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