KR0168657B1 - 유리 접착된 소결된 졸 겔 알루미늄성 연마체 - Google Patents

유리 접착된 소결된 졸 겔 알루미늄성 연마체 Download PDF

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Abstract

졸 겔 알루미늄성 그릿 입자 및 유리 접착제로 부터 제조된 유리 접착 연마체는 실리카가 강화된 표면이 성성되도록 그릿 입자의 포면을 처리함으로써 개선된 연마 성능을 나타낸다.

Description

[발명의 명칭]
유리 접착된 소결된 졸 겔 알루미늄성 연마체
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 연마체(abrasive body)의 연마 성능을 증진시키기 위해, 소성(firing) 전에 실리카를 생성시키는 물질(실리카 생성 물질)을 가함으로써 개질시킨 유리 접착된 소결된 졸 겔 알루미늄성 연마체[예: 연마 휘일, 세그먼트, 샤프닝 스톤(sharpening stone) 등]에 관한 것이다.
졸 겔 알루미늄성 연마 입자의 표면을 실리카 또는 실리카 생성 물질[예: 콜로이드성 실리카 또는 규소를 함유하는 유기 화합물(예: 규산염, 실란, 규소 에테르, 규소 에스테르 및 실리콘)]로 처리하면 생성되는 유리 접착된 연마 제품의 연마 성능이 크게 향상되는 것으로 밝혀졌다. 이러한 처리는 연마 입자를 연마체로 만들기 전의 제조 공정 동안에 수행할 때 효과적인 것으로 밝혀졌다.
본 발명은 특히 졸 겔 알루미늄성 연마 그레인(grain)을 사용하여 제조한 유리 접착된 연마 휘일에 관한 것이다. 유리 접착된 연마 휘일은 그레인을 접합시키기 위해 유리 상을 사용하며 따라서 상당히 높은 온도(유리화를 위해 약 800℃ 이상인 온도, 수지의 경우 약 400℃ 이하의 온도)에서 제조한다는 점에서 페놀-알데히드와 같은 수지 접착된 휘일과 다르다. 유리 접착된 휘일은 고온에서 제조되기 때문에 사용시 수지 접착 휘일보다 고온에 잘 견딜 수 있다. 또한, 소결된 졸 겔 알루미늄성 연마 그레인은 용융된 알루미나(fused alumina)와 같은 다른 알루미늄성 연마 그레인과는 별개인 것으로 공지되어 있음에 주목해야 한다. 미합중국 특허 제4,543,107호에는 졸 겔 그레인으로부터 제조한 유리 접착 휘일은 용융된 알루미나 그레인으로부터 제조한 유사한 휘일보다 낮은 온도에서 제조해햐 한다고 기술되어 있다. 일반적으로, 통상적인 유리 접착을 위해서는 졸 겔 그레인을 약 1100℃ 이하에서 제조해야만 하고 또한 보다 고점성의 알루미나 및 실리카 접착을 위해서는 약 1220℃ 이하에서 제조해야 만족스러운 휘일을 수득한다.
연마 그레인 피복물 등으로서 사용되어온 규소 함유 물질은 비교적 저온에서 제조되는 수지 접착된 휘일(예: 페놀-포름알데히드 등)에는 개선된 특성을 부여하지만, 유리 접착된 휘일에는 그렇지 않다. 이는 규소 함유 물질이 다수 제품의 발수성(water repellency)을 개선시키고 수지 접착된 연마 휘일이 사용중에 존재하는 냉각수의 효과로 인해 붕괴(degradation)된다는 것이 공지되어 있으므로 놀라운 사실이 아니다. 수지 휘일에 대한 그레인의 규소 처리는 수지 접착된 연마 제품을 효과적으로 방수시켜 강도 저하를 방지하고 수지 접착된 연마 제품의 유효 수명동안 연마 등급의 보유성을 증가시킨다. 유리 접착된 연마체는 물에 의한 분해에 대한 고유한 내성이 있으므로, 이러한 처리는 수행하지 않는다. 또한, 유리 접착체는 초고온에서 제조되기 때문에, 고열에 의해 파괴될 어떠한 유기 실란도 존재하지 않으므로 생성되는 연마 휘일의 성능에 아무런 영향을 미치지 않는다. 통상적인 용융된 알루미늄성 그레인의 경우, 하기에 나타낸 바와 같이 실란이 예상대로 파괴된다.
또한, 유리 접착된 휘일은 먼저 연마 보조제로서 용융 황에 함침시킨다. 용융 황은 소성 후에 휘일 위에 놓여지므로 휘일을 형성하는데 사용되는 개개의 알루미나 그레인에 영향을 미치지 못한다.
코트링거(Cottringer)등의 미합중국 특허 제4,623,364호 및 현재 계류중인 미합중국 특허원 제023,346호(출원일: 1987년 3월 9일)에는 결정성 알파 알루미나, 또는 알루미나 일수화물(monohydrate)의 결정성 알파 알루미나로의 전환을 촉진시킬 수 있는 다른 물질을 사용하여 시딩(seeding)된 알루미나 일수화물의 겔을 가열함으로써 연마 그릿을 포함하는 각종 세라믹체를 제조하는 방법이 기술되어 있다.
이렇게 시딩된 졸 겔 알루미나 연마 그릿은 시딩 과정을 사용하지 않은 라이타이저(Leitheiser)등의 미합중국 특허 제4,518,397호에 따라 제조된 졸 겔 연마 그릿보다 알파 알루미나 결정의 크기가 초미세하고, 경도가 높으며, 밀도가 큰 것이 특징이다. 이와 유사하게, 슈바벨(Schwabel)의 미합중국 특허 제4,744,802호에는 핵형성제로 알파 산화제2철을 사용하는, 치밀한 고강도의 졸 겔 소결된 알루미나 연마 그릿을 제조하기 위한 시딩 또는 핵형성 과정이 기술되어 있다.
기재된 본원 발명의 목적을 위해, 용어 소결된 졸 겔 알루미나 연마제는 당해 분야에서 사용된 기타의 졸 겔 기술 뿐만 아니라, 미합중국 특허 제4,518,397호, 제4,623,364 및 제4,744,802호중의 어느 하나에 교시된 바에 따라 제조된 연마제를 포함한다.
그릿을 유리 접착된 연마체로 만들기 전에, 알루미늄성 졸 겔 연마 그릿 입자의 표면을 실리카 또는 실리카 생성 물질로 단독으로 또는 다른 연마제와 배합하여 처리함으로써 이러한 연마체의 연마 성능이 뚜렷이 증진된다는 것이 밝혀졌다.
졸 겔 기술에 의해 제조되지 않은 통상적인 용융된 알루미늄 연마제를 사용하여 동일한 방법으로 동일하게 처리하여 사용하고자 해도 이와 같이 연마 성능이 개선된 유리 접착된 연마체를 수득할 수 없으므로 이는 특히 기대하지 않았던 결과이다.
개선된 연마 휘일이 생성되는 현상이 완전히 이해되는 것은 아니지만, 통상적인 용융된 알루미나 연마체의 매우 큰 궁극적인 결정체에 비하여 매우 미세한 소결된 졸 겔 알루미늄성 연마제 결정체의 표면 반응성이 증가되는 것과 관계가 있는 것으로 고려되는 것이 일반적이다.
본 발명의 유리 접착된 연마체는 적어도 한 부분이 실리카 또는 실리카 생성물질로 처리된 졸 겔 알루미늄성 그릿과 유리 접착제로 구성된다.
알루미늄성 그릿은 미세결정성 베마이트(boehmite), 물 및 산(예: 질산)과 같은 수화된 알루미나로부터 제조된 무수 겔을 분쇄하고 소성시키는 졸 겔 기술로 제조한다. 초기의 졸은 추가로 10 내지 15중량% 이하의 첨정석(spinel), 뮬라이트, 이산화망간, 티타니아, 마그네시아, 세리아, 다량(예: 40% 이상)으로 가할 수 있는 지르코니아 분말 또는 지르코니아 전구체, 또는 다른 혼화성 첨가제 또는 이의 전구체를 함유할 수 있다. 이들 첨가제는 보통파괴 인성, 경도, 파쇄성, 파괴 역학 또는 건조 거동과 같은 특성을 개선시키기 위해 첨가된다. 가장 바람직한 양태에 있어서, 졸이나 겔은 소결시 수화된 알루미나 입자의 알파 알루미나로의 전환을 촉진시키는데 효과적인 양으로 분산된 초미세한 결정성 시드 물질 또는 이의 전구체를 함유한다. 이러한 적합한 시드는 당해 분야에 널리 공지되어 있다. 시드물질의 양은 수화된 알루미나의 약 10중량%를 초과해서는 안되고 보통 약 5%를 초과할 경우 이점이 없다. 시드가 적당히 미세(바람직하게는 그램당 약 60㎡ 이상)할 경우, 약 0.5 내지 10%, 바람직하게 약 1 내지 5%의 양을 사용한다. 시드는 또한 질산제2철 용액과 같은 전구체 형태로 첨가할 수도 있다. 일반적으로, 시드 물질은 알파 알루미나와 등구조이어야하고 결정 격자 치수가 유사(약 15% 이내)해야 하며 알파 알루미나로의 전환이 일어나는 온도(약 1000 내지 1100℃)에서 무수 겔로 존재해야 한다. 시드를 사용하거나 사용하지 않고, 적합한 겔을 제조하는 방법은 분쇄 및 소성 과정으로서 당해 분야에 널리 공지되어 있고 이의 상세한 설명은 문헌에서 쉽게 입수할 수 있으므로 본 발명에서는 기술하지 않는다.
이와 같이 제조된 각각의 알루미늄성 그릿은 필수적으로 결정 크기가 약 10μ 미만, 바람직하게는 약 1μ 미만인 수많은 비다공성의 알파 알루미나 결정체로 구성되어 있다. 연마제의 밀도는 이론적 밀도치의 약 95% 이상이다.
이어서, 알루미늄성 그릿을 실리카로 처리하거나 처리된 그릿으로 제조되는 연마체를 소성하는 동안에 그릿의 표면에 실피카를 생성하는 규소 화합물로 처리한다. 본 발명에서는 소성 전이나 후에 각각의 그릿 입자에 실리카로 강화된 표면(silica-enriched surface)을 생성하는 어떠한 규소 함유 화합물도 사용할 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 규소 화합물은 규소를 함유하는 유기 화합물(예: 실란, 규산염, 규소 에테르, 규소 에스테르 및 실리콘) 뿐만 아니라 콜로이드성 실리카도 포함한다. 연마 성능의 차이점을 두기 위해 실리카로 강화된 표면의 상이한 공급원을 발견했지만, 이의 특정 공급원이 중요한 것으로 밝혀지지는 않았으며 지금까지 처리제로서 콜로이드성 실리카를 사용했을 경우 최상의 결과가 관찰되었다. 관찰된 성능의 차이점은 그릿 표면에 특정 규소 화합물이 부착된 양, 또는 사용된 특정 소성 조건하에서의 규소 화합물의 실리카로의 전환 정도, 또는 실리카로 강화된 층의 두께, 또는 실리카의 존재로 인하여 연마체내에 발생된 압축의 정도에 기인할 수 있다.
바람직하게는, 규소 화합물은 실리카 그 자체[예: 열분해법 실리카(fumed silica), 콜로이드성 실리카 또는 실리카 겔]이거나 유기 실란일 수 있고, 더욱 바람직하게는 각각의 졸 겔 알루미늄성 그릿 위의 보다 균일한 피막 제조를 도와주는 관능기(functional group)를 함유할 수 있다. 이러한 관능기의 예는 아미노, 비닐, 아크릴로, 메타크릴로 및 머캅토이다. 이러한 관능기를 함유하는 실란은 수많은 시판회사로부터 쉽게 구입할 수 있다. 열분해법 실리카는 단독으로 또는 실란과 같은 실리카 생성 물질과의 혼합물 형태로 사용하는 것이 특히 유리하다.
알루미늄성 그릿을 규소 화합물로 처리하는 방법은 균일성을 보장하기 위해 충분히 혼합하면서 그릿을 목적하는 양의 규소 화합물과 균일하게 블렌딩시킴으로써 용이하게 수행할 수 있다. 이러한 처리는 그릿과 접착제를 목적하는 연마체로 만들기 전의 제조 과정 중의 어느 시점에서도 수행할 수 있다. 규소 화합물을 연마체를 생산하는 제 1 단계에서와 같이 혼합하면서 그릿에 가한 다음, 유리 접착시킬 전구체와 다른 목적하는 성분을 가하는 것이 가장 편리하다. 또다른 방법으로, 그릿을 규소 화합물과 함께 혼합하여 전처리할 수 있고 연마체를 만들 경우 후속적으로 사용하기 위해 처리한 그릿을 저장한다. 일반적으로, 규소 화합물은 졸 겔 알루미늄성 그릿의 표면을 습윤시키기 때문에, 특정 규소 화합물을 증가시키면서 일반적으로 혼합하는 것이 가장 필요한 것으로 밝혀졌다.
나타낸 바와 같이, 본 발명의 연마체는 기술한 바와 같이 처리되는 적어도 한 분획의 알루미늄성 그릿과 유리 접착제로 구성된다. 사용되는 연마제 및 접착제의 특정 양은 광범위하게 변화시킬 수 있다. 적합한 조성물은 접착제 약 3 내지 76용적%, 연마제 약 24 내지 62용적% 및 기공(pore) 약 0 내지 73용적%를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 연마체가 약 3 내지 39용적%의 접착제, 약 30 내지 56용적%의 연마제 및 약 0 내지 67용적%의 기공을 함유한다. 중공 유리구(hollow glass bead), 고형 유리구, 기포 함유 유리 입자, 기포 함유 알루미나 등과 같은 매질을 유도하는 통상적인 기공을 당해 연마체에 혼입시킴으로써 등급 및 구조 번호 변화에 대한 범위를 더 크게 한다.
본 발명의 연마 생성물은 유리 접착제로 접착시킨다. 어떠한 통상적인 유리 접착 조성물이라도 본 발명에서 사용할 수 있으나, 단 접착제와 졸 겔 알루미늄성 그릿 사이에 유해한 상호 작용이 일어나는 매우 높은 온도에서 노화(maturing)되지 않는 것을 사용한다. 일반적으로 비교적 낮은 소성 온도(예: 약 1100℃ 미만)를 필요로 하는 접착제를 사용한다. 적합한 유리 접착 조성물은 오. 호멜 캄파니(O. Hommel Company, Pittsburg, PA)와 그 밖의 회사에서 쉽게 구입할 수 있다. 접착제는 당해 분야에 널리 공지된 것과 같이 약 50용적% 이하의 충전제나 연마 보조제를 함유할 수 있다. 유리 접착제는 충전제의 혼입을 쉽게 하는 반면 이러한 접착제가 노화되는 데 높은 온도가 필요하므로 유용한 물질에는 다소 제한적이다. 그러므로, 적합한 충전제는 특정 유리 접착제의 노화 온도에 따라 남정석, 뮬라이트, 하석 섬장암(nepheline syenite), 흑연 및 이황화몰리브덴을 함유한다.
사용된 실제 접착제에 의해 우선 결정된 통상적인 조건하에서 유리 접착체를 소성시킨 후, 이를 통상적인 방법으로 용융된 황과 같은 연마 보조제 또는 에폭시 수지와 같은 비히클(vehicle)에 함침시켜 휘일의 동공 속에 연마 보조제를 넣을 수 있다.
연마체는 충전제와 연마 보조제 이외에도, 총 연마체의 약 1 내지 90용적%의 양으로 하나 이상의 제2 연마제를 함유할 수 있다. 제2 연마제는, 예를 들면, 그릿의 크기가 보다 미세할 경우 충전제로서 작용하고, 보다 조악할 경우 보조 연마제 또는 제2 연마제로서 작용한다. 몇몇 연마 과정에 있어서, 제2 연마제는 피복된 졸 겔 알루미늄성 연마 그릿에 대한 희석제로서 작용한다. 다른 적용에 있어서, 제2 연마제는 전체 효율에 있어서 또는 연마되는 물질의 마무리 공정에 있어서 유리 접착된 생성물의 전체 연마 특성을 향상시킬 수 있다. 제2 연마제는 용융 알루미나, 동시 용융된 알루미나-지르코니아, 소결된 알루미나-지르코니아, 탄화규소, 질화붕소 입방체, 다이아몬드, 플린트(flint), 석류석, 기포 함유 알루미나, 기포 함유 알류미나-지르코니아 등일 수 있다.
처리된 졸 겔 연마 그릿 및 상기 그릿을 함유하는 유리 접착된 연마체는 일반적으로 하기 실시예에서 나타낸 바와 같이 선행 기술의 처리되지 않은 연마체보다 더 우수하다. 연마체는 크롬, 티타늄 및 알루미늄과 같은 금속 뿐만 아니라, 스테인레스 강, 주강(cast steel), 경화된 공구 강, 주철(cast iron)[예: 연성 철, 가단 철, 타원형 흑연 철, 냉각 철 및 모듈 철(modular iron)]과 같은 모든 유형의 금속을 연마하는데 적합하다. 이들을 함유하는 모든 연마제 및 유리 접착체를 사용할 경우, 본 발명의 연마제 및 접착체는 몇몇의 금속 연마시 다른 것에 비해 효과적이고 몇몇의 연마 용도에 있어서 다른 것에 비해 효과적이다. 내부에 사용되는 연마제가 본 발명에서 기술된 처리된 연마제일 경우, 휴대가 가능한 현저히 우수한 절단기, 정밀기(precision), 세그먼트(segment), 트랙 연마기 및 공구 샤프닝 휘일(tool sharpering wheel)이 생성된다.
하기 비제한적 실시예에서, 모든 부 및 %는 달리 언급하지 않는 한 중량에 대한 것이다. 또한, 본원에서 사용되는 용어 연마 그릿은 연마 물질의 각각의 입자를 뜻한다.
[실시예 Ⅰ]
ANSI 크기 54의 시딩된 소결 졸 겔 알루미나 연마 그릿을 미합중국 특허 제4,623,364호에 기재된 방법에 따라 제조하고 미합중국 특허 제4,543,107호의 교시 내용에 따라 휘일을 시험하는 데 사용한다. 연마 그릇을 1.5중량%의 특별한 규소 함유 화합물(예: 각종 실란, 콜로이드성 실리카)로 각각 처리하고 즉시 유리 접착제와 혼합하는 것을 제외하고는 상기한 과정을 이용한다.
각각의 변수를 사용하여 연마 시험을 수행하기 위해 직경이 5(127㎜)이고, 두께가 ½(12.7㎜)이며 동공 크기가 1¼인 시험 휘일을 제조한다. 소성시킨 후, 각각의 휘일의 표면의 폭이 시험 전과 비교해 ¼(6,345㎜)로 감소한다. 각각의 휘일의 제조방법은 다음과 같다:
[휘일 A(표준 휘일)]
1000g의 54 그릿 시딩된 소결된 졸 겔 알루미나 연마제를 혼합 보울(mixing bowl) 속에 칭량해 넣고 29㏄의 물로 습윤시킨다. 계속 혼합하는 동안, 12g의 덱스트린과 표 Ⅰ에 기재된 조성물인 119.7g의 접착제 F를 가하고 20g의 덱스트린을 추가로 가한다. 최종 덱스트린을 가하고 2분 동안 혼합한 후, 혼합물을 압축시켜 휘일을 수득한다. 압축시킨 각각의 휘일의 중량은 367.9g이고 압축시킨 용적은 168.05㏄이다.
[휘일 B(Y9576TM처리)]
1000g의 54 그릿 시딩된 소결된 졸 겔 알루미나 연마제를 혼합 보울 속에 칭량해 넣고 유니온 카바이드 캄파니(Union Carbide Co., Tarrytown, NY)에서 상품명 Y9576TM으로 구입한 유기 관능성 실란인 15g의 페닐아미노알킬트리메톡시실란으로 습윤 시킨다. 계속 혼합하는 동안, 14㏄의 물, 12g의 덱스트린, 119.7g의 접착제 F를 가하고 20g의 덱스트린을 추가로 가한다. 혼합 시간, 압축시킨 휘일의 중량 및 용적은 휘일 A와 동일하다.
[휘일 C(A1102TM처리)]
1000g의 54 그릿 시딩된 소결된 졸 겔 알루미나 연마제를 보울 속에 칭량해 넣고 상품명 A1102TM의 유기 관능성 실란으로서 유니온 카바이드 캄파니에서 구입한 15g의 아미노실란으로 습윤시킨다. 계속 혼합하는 동안, 14㏄의 물, 12g의 덱스트린, 119.7g의 접착제 F를 가하고 20g의 덱스트린을 추가로 가한다. 혼합 시간, 압축시킨 휘일의 중량 및 용적은 휘일 A와 동일하다.
[휘일 D(Y9492TM처리)]
1000g의 54 그릿 시딩된 소결된 졸 겔 알루미나 연마제를 혼합 보울 속에 칭량해 넣고, 상품명 Y9492TM의 아미노 관능성 실란으로서 유니온 카바이드에서 구입한 15g의 아미노알킬 트리옥시디실란으로 습윤시킨다. 계속 혼합하는 동안, 50㏄의 물, 12g의 덱스트린, 119.7g의 접착제 F 및 추가로 20g의 덱스트린을 가한다.
2분 동안 혼합한 후, 혼합물을 압축시켜 휘일을 수득하며, 여기서 각각의 휘일의 압축된 상태의 중량은 378.8g이고 압축 용적은 168.05㏄이다.
[휘일 E(콜로이드성 실리카 처리)]
1000g의 54 그릿 시딩된 소결된 졸 겔 알루미나 연마제를 혼합 보울 속에 칭량해 넣고, 상품명 루독스(Ludox) AS-40TM으로서 이. 아이. 듀퐁 캄파니(E.I.DuPont Co., wilmington, DE)에서 구입한 15g의 콜로이드성 실리카로 습윤시킨다. 계속 혼합하는 동안, 14㏄의 물, 12g의 덱스트린, 119.7g의 접착제 F 및 추가로 20g의 덱스트린을 가한다. 2분 동안 혼합한 후, 혼합물을 압축시켜 휘일을 수득하며, 여기서 압축시킨 휘일의 중량 및 용적은 휘일 A와 동일하다.
모든 시험 휘일에 사용되는 유리 접착제인 접착제 F의 조성은 표 Ⅰ에 기재되어 있다. 이 접착제는 유리 접착제이기 때문에, 소성되지 않은 조성물과 소성된 조성물이 동일하다.
Figure kpo00001
휘일 A 내지 E를 공기 건조시키고 공기 중에서 900℃에서 43시간 동안 소성시킨 다음, 당해 온도에서 16시간 동안 침지시킨 후 실온으로 냉각시킨다. 소성시킨 후, 휘일 표면의 폭을 ¼(6.35㎜)로 감소시킴으로써 슬롯 연마 시험용 휘일을 제조한다.
건조 슬롯 연마 시험은 슬롯의 길이가 16(40.64㎝)이고 Rc 60으로 경화된 D3 공구 강에서 수행한다. 시험은 휘일 속도를 6500sfpm(33.02smps)으로 설정하고 테이블 속도(table speed)를 50fpm(0.254mps)으로 설정한 브라운 앤드 샤프 표면연마기(Brown and Sharp suface grinder)를 사용하여 실시한다. 시험은 3회의 다운피드(downfeed)로 실시한다: 1.5mils의 다운피드의 경우 100.5mils(2.667㎜)로 되는 것을 제외하고는, 더블 패스(double pass)당 0.5, 1 및 1.5mils(0.0127, 0.0254 및 0.0381mm)로 총100mils(2.54mm)가 되게 한다. 휘일 마모성 wheel wear), 금속 제거성 및 전력을 각각의 송입 속도(infeed rate)에서 측정한다. 시험 결과는 표 Ⅱ에 나타내었다.
Figure kpo00002
휘일 마모 부분의 단위 용적당 제거된 금속 용적의 척도로서 G-비(S/W)는 휘일을 바꾸기 전에 제거된 금속의 총 용적을 결정하므로 연마 휘일의 성능을 측정하는 척도중의 하나이다. 연마 휘일 유용성의 또 하나의 더 중요한 척도는 휘일이 제거할 수 있는 금속의 양 뿐만 아니라 제거 속도도 고려하는 품질 척도(S /W)이다.
표 Ⅱ에 기재된 데이터로부터, 시험한 모든 실리카 생성 휘일 처리에 의해 G-비와 품질이 모두 현저히 향상됨을 알 수 있다. 이것은 특히 휘일의 실제 사용 상태를 보다 근사하게 나타내는 송입비를 실제로 더욱 상승시킨다. 최중(heaviest) 송입의 경우, 휘일 W(콜로이드성 실리카로 처리함)는 처리되지 않은 휘일 A보다 G-비는 156% 높고, 품질은 158%가 더 높다. 이와 유사하게, 휘일 D(Y9492 실란 처리)는 G-비가 111% 높고 품질은 112% 더 높다.
[실시예 II]
실시예 Ⅰ에서와 같이 제조한 휘일에 화이트 앤드 배글리 캄파니(White Bagley Company, Worcester, MA)에서 구입하고 수돗물을 사용하여 1:40으로 희석시킨 수계 냉각제(water-based coolant)인 E55 을 사용하여 추가로 연마 시험을 실시한다. 시험은 휘일 속도를 8500 SFPM(43.2smps)으로 설정하고 Rc55로 경화된 4340 강에서 수행한다. 1.5mil 송입을 실시하지 않는 것을 제외하고는, 다른 시험 조건은 실시예 Ⅰ에서와 동일하다. 습식 연마 시험 결과는 표 Ⅲ에 나타내었다.
Figure kpo00003
또한, 시험된 모든 처리로 연마 성능이 후속적으로 향상된다. 휘일 D 및 E는 최상의 결과를 나타낸다. ½mil 다운피드의 경우 휘일 D는 G-비가 166% 향상되고 품질은 145% 향상된다. 처리된 다른 휘일의 경우, G-비는 휘일 B의 31%로부터 휘일 E의 121%까지 향상되고, 품질은 휘일 C의 11T로부터 휘일 E의 70T까지 향상된다.
[실시예 III]
추가적인 일련의 시험 휘일은 실시예 I에서 휘일 B에 1.5%의 양으로 사용된 실란 Y9576 의 양을 증가시켜 제조한다. Y9576 실한을 각각 0.5%, 1.0% 및 2%로 사용하여 추가의 시험 휘일 F, G 및 H를 제조한다. 제조방법은 1000g의 연마 그릿당 Y9576 실한을 각각 5g, 10g 및 20g으로 사용하는 것을 제외하고는 휘일 B와 동일하다. 휘일 A(%) 및 휘일 B(1.5% Y9576 )와 함께, 휘일 F, G 및 H는 증가된 양의 실란이 평가되는 시리즈(series)를 포함한다. 실시예 Ⅰ 및 Ⅱ에서와 같이, 동일한 연마 시험 과정(경화된 D3 강에서의 건식 연마 시험과 4340 강에서의 습식 연마 시험)을 사용한다. 건식 연마 시험 결과는 표 Ⅳ에 나타내었고 습식 연마 시험결과는 표 Ⅴ에 나타내었다.
Figure kpo00004
Figure kpo00005
이러한 특별한 실란 처리에 대한 표 Ⅳ에 기재된 건식 연마 결과로부터 실란의 양을 0.5% 초과로 증가시키면 성능이 향상되고 1.5% 증가시키면 효과가 2%와 거의 같다는 것을 알았다. 표 Ⅴ에 기재된 습식 연마 결과는 0.5%의 Y9576TM이 거의 효과가 없다는 점에서 유사하다. 이러한 습식 연마 시험의 경우, 하중 1.0% 및 2.0%가 매우 유사한 성능을 보이는 반면 실fkd의 최적량은 1.5%임을 나타낸다.
[비교 실시예 A]
졸 겔 알루미늄성 그릿을 졸 겔 그릿과 유사하게 고순도인 비교적 큰 결정체(예: 약 50 내지 100μ)의 용융된 알루미나 연마제로 대체시키는 것을 제외하고는 실시예 Ⅰ 및 Ⅱ의 방법을 반복한다. 연마 휘일 J 및 K를 실시예 Ⅰ에서와 같이 제조한다. 휘일 J는 규소 처리된 그릿을 함유하지 않는다는 점에서 휘일 A와 유사하고 휘일 K는 Y9576TM의 유기 관능성 실란으로서 유니온 카바이드에서 구입한 1.5%의 페닐아미노알킬트리메톡시실란을 그릿과 혼합한 다음 휘일을 형성하는 다른 성분들을 rk한다는 점에서 휘일 B와 유사하다.
두 휘일은 건식 및 습식 연마 조건하의 실시예 Ⅰ 및 Ⅱ 모두에서와 동일한 물질에서 평가한다. 건식 연마 결과는 표 A에 기재되어 있고 습식 연마 결과는 표 B에 기재되어 있다.
Figure kpo00006
Figure kpo00007
표 6 및 7에서 처리되지 않은 샘플과 실란 처리된 샘플 사이의 결과의 유사성으로부터 알 수 있는 바와 같이, 용융된 α 알루미나 연마 그릿을 실란으로 처리해도 연마 성능이 변하지 않는다.
졸 겔 말루미늄성 연마제의 표면을 언rmq한 물질로 직접 강화하는 것보다 실리카로 강화하는 것이 당해 분야의 숙련가들에게 명백한 방법이고 다른 방법은 본 발명의 범위 안에 있음을 이해해야 한다.
[실시예 Ⅳ]
[52100 강에서의 습식 습롯 연마 결과]
각각의 치수가 5x1/2x7/8인 두 세트의 휘일을 제조한다. 두 세트를 모두 시딩된 졸 겔 알루미나 그릿 80을 사용하고 하기 기술한 것을 제외하고는 실시예 Ⅰ(휘일 A)에서와 같이 일반적인 기술로 제조한다.
두 세트의 휘일에 사용하는 그릿은 상이하게 제조한다. 한 배치(batch)는 처리하지 않고, 다른 배치는 1200g의 알루미늄성 그릿, 6g의 탈이온수, 23.4g의 동물성 접착제계 수성 결합제 및 상품명 C8549하에 캐봇 코포레이션(Cabot corporation)에서 구입한 4.92g의 카브-O-실 열분해법 실리카(carb-o-sil fumed sillican)와 함께 혼합함으로써 열분해법 실리카로 처리한다. 휘일 속의 실리타의 양은 약 0.41중량%이다. 양 배치를 174.96g의 접착제 F(실시예 Ⅰ)와 혼합하고, 건조시킨 다음 연소시켜 휘일을 수득한다.
열분해법 실리카로 처리한 그릿으로 제조한 휘일의 물리적 특성은 샌드 블라스트 통과 밸브(sand blast penetration valve)가 (3.63에 대해 3.08) 현저히 더 낮다는 것을 제외하고는 처리되지 않은 그릿의 물리적 특성과 유사하다.
냉각제로서 5%의 W.S. 오일을 사용하고 휘일 속도를 8500 s.f.p.m으로 하여 Rc 60 내지 62로 경화된 52100 강에서 외부 플는지 연마 시험(external plunge grinding test)을 수행하는 경우, 표 Ⅵ에 기재된 결과가 수득된다.
Figure kpo00008
상기 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 열분해법 실리카 처리는 전력을 적게 소비하는 동안 G-비를 크게 향상시킨다.

Claims (29)

  1. 표면이 실리카로 강화된 소결된 졸 겔 알루미늄성 연마 그릿 입자(i)와 유리 접착제(ⅱ)로 구성되는 접착 연마체(bonded abrasive body).
  2. 제1항에 있어서, 소결된 졸 겔 알루미늄성 연마 그릿 입자가, 시딩(seeding)된 소결된 졸 겔 알루미늄성 연마 그릿 입자인 접착 연마제.
  3. 제1항에 있어서, 소결된 졸 겔 알루미늄성 연마 그릿 입자가, 밀도가 이론치의 95% 이상이고, 지르코니아, 티타니아, 마그네시아, 세리아, 스피넬, 하프니아, 멀라이트, 이산화망간, 이들 산화물의 전구체 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 산화물 50중량% 이하를 함유하는 접착 연마체.
  4. 제1항에 있어서, 연마체가 24 내지 62용적%의 연마제, 3 내지 76용적%의 접착제 및 0 내지 73용적%의 기공(pore)으로 구성되는 접착 연마체.
  5. 제1항에 있어서, 연마체가 30 내지 60용적%의 연마제, 3 내지 40용적%의 접착제 및 0 내지 67용적%의 기공으로 구성되는 접착 연마체.
  6. 제1항에 있어서, 연마체가 용융 알루미나, 동시 용융 알루미나-지르코니아, 소결 알루미나-지르코니아, 탄화규소, 질화붕소 입방체, 다이아몬드, 플린트(flint), 석류석, 기포 함유 알루미나, 기포 함유 알루미나-지르코니아 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 2 내지 90용적%의 제2 연마제를 추가로 함유하는 접착 연마체.
  7. 제1항에 있어서, 유리 접착제가 30용적% 이하의 충전제를 함유하는 접착 연마체.
  8. 제7항에 있어서, 충전제가 남정석, 멀라이트, 하석, 섬장암, 흑연, 이황화몰리브덴 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 접착 연마체.
  9. 제1항에 있어서, 연마체가 공구 샤프닝 휘일(tool sharpening wheel)인 접착 연마체.
  10. 제1항에 있어서, 연마체가 정밀 연마 휘일인 접착 연마체.
  11. 제1항에 있어서, 연마체가 크리프 피드 휘일(creep feed wheel)인 접착 연마체.
  12. 제1항에 있어서, 연마체가 절단 휘일인 접착 연마체.
  13. 제1항에 있어서, 연마체가 휴대용 휘일인 접착 연마체.
  14. 소결된 졸 겔 알루미늄성 연마 입자를 규소 화합물로 피복하고, 피복된 입자를 규소 화합물이 실리카로 전환되고 실리카가 표면에 고착되는 800 내지 1200℃의 온도에서 열처리함을 포함하여, 표면이 실리카로 강화된 소결된 졸 겔 알루미늄성 연마 입자를 제조하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 규소 화합물이 실란, 규산염, 규소 에테르, 규소 에스테르 및 실리콘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 규소 함유 유기 화합물인 방법.
  16. 제14항에 있어서, 연마 입자가 0.5 내지 3중량%의 규소 화합물로 피복되어 있는 방법.
  17. 제14항에 있어서, 규소 화합물이 아미노, 비닐, 아크릴로, 메타크릴로 및 머캅토 관능기로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 관능기를 함유하는 방법.
  18. 소결된 졸 겔 알루미늄성 연마 입자를 실피카 물질로 피복하고, 피복된 입자를 실리카가 표면에 고착되는 800 내지 1200℃의 온도에서 열처리함을 포함하여, 표면이 실리카로 강화된 소결된 졸 겔 알루미늄성 연마 입자를 제조하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 실리카가 콜로이드성 실리카 및 실리카 겔로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 연마 입자가 0.5 내지 3중량%의 실리카로 피복되어 있는 방법.
  21. 연마체를 제조하기 위해 사용되는 각각의 소결된 졸 겔 알루미늄성 연마 그릿 입자를 0.5 내지 3 중량%의 규소 화합물로 피복하고, 피복된 입자를 실리카 피막이 입자의 표면에 고착되어 실리카로 강화된 표면이 형성되는 800내지 1200℃의 온도에서 열처림함을 포함하여, 유리 접착 소결된 졸 겔 알루미늄성 연마체의 연마 성능을 개선하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 규소 화합물이 콜로이드성 실리카 및 실리카겔로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  23. 제21항에 있어서, 규소 화합물이 실란, 규산염, 규소 에테르, 규소 에스테르 및 실리콘으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  24. 제21항에 있어서, 규소 화합물이 실란인 방법.
  25. 제24항에 있어서, 실란이 각각의 졸 겔 알루미늄성 그릿 위에 균일한 피막이 형성되도록 도와주는 하나 이상의 관능기를 함유하는 방법.
  26. 제25항에 있어서, 관능기가 아미노, 비닐, 아크릴로, 메타크릴로 및 머캅토 관능기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  27. 제24항에 있어서, 실란이 아미노 실란인 방법.
  28. 제27항에 있어서, 아미노 실란이 아미노알킬트리옥시 디실란인 방법.
  29. 제21항에 있어서, 소결된 졸 겔 알루미늄성 연마 그릿 입자가, 시딩된 소결된 졸 겔 알루미늄성 연마 그릿 입자인 방법.
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