KR100359501B1

KR100359501B1 - 연산제트류절단및가공방법과그장치,이에이용되는연삭제트류절단매질

Info

Publication number: KR100359501B1
Application number: KR1019960700982A
Authority: KR
Inventors: 로렌스 제이 로우즈
Original assignee: 익스트루드 혼 코포레이션
Priority date: 1993-08-27
Filing date: 1994-08-29
Publication date: 2003-01-24
Also published as: CA2170351C; DE69427166D1; JPH09502664A; EP0715560A4; MX9406550A; JP3913773B2; CN1133574A; DE69427166T2; RU2161086C2; EP0715560B1; EP0715560A1; WO1995005921A1; US5527204A; ATE200872T1; KR960703707A; CN1094813C; US5679058A; CA2170351A1; TW267123B

Abstract

연삭재가 유동성 제트류 매질(64)에 현탁되어 고속 고압(75)으로 작업물(76)에 분사되는 연삭 제트류 절단은, 높은 전단 조건하에서 우선적으로 끊어지는 재형성이 가능한 희생 화학결합을 가지는 폴리머 매질의 형성에 의하여 개선된다. 매질 및 현탁된 연삭재의 분사는 절단을 수행하면서, 재형성 가능한 희생 화학결합을 끊어지게 한다. 화학결합은 재형성되어, 매질 및 연삭재의 재순환을 가능하게 하여 본 발명의 방법에 재사용할 수 있다. 제트류는 14∼80MPa의 압력에서 유효하다.

Description

연삭 제트류 절단 및 가공방법과 그 장치, 이에 이용되는 연삭제트류 절단매질{THE ABRASIVE JET STREAM CUTTING AND MACHINING METHOD AND THE APPARATUS THE SAME, THE ABRASIVE JET STREAM CUTTING MEDIUM USED FOR THEM}

연삭 수류 제트(abrasive water jets) 기술은 절단 및 가공작업에 넓게 이용되어 성장해 왔으며, 특히 금속시트 및 플레이트의 신속하고 경제적인 절단 및 관련 성형작업에 효과적이다. 일반적으로 스테인레스강, 티타늄, 니켈 합금, 강화 폴리머 복합재료, 세라믹, 유리, 돌 등과 같이 가공하기 어려운 물질을 절단하는데 적용되어 왔다. 이와 같은 기술은 일반적으로 적은 힘이 매우 집중적으로 작용되어 절단하게 됨으로써, 결정구조의 붕괴나 복합재료의 박리(delamination)없이, 열 응력이나 변형을 최소로 하여 이와 같은 물질들을 절단할 수 있다는데 특히 이점이 있다.

연삭 수류 제트 절단을 위해서는 응집, 조준된 고압수류가 소구경의 오리피스(orifice)를 통과하여 제트류를 형성하도록 조정하는 특수한 노즐 어셈블리가 사용된다. 일반적으로, 노즐 오리피스를 통과시키기 위해 매질에 가해지는 압력은 약 200MPa(약 30,000psi) 이상의 고압이다.

일반적으로 노즐 어셈블리는 텅스텐 카바이드 또는 텅스텐 보라이드와 같이 내마모성인 물질로 제조된다. 오리피스는 다이아몬드 또는 사파이어로 제조될 수 있다. "혼합튜브(mixing tube)"를 통과하도록 수류를 조절하고, "혼합튜브"의 입구와 오리피스로부터 나오는 수류의 배출구 사이의 영역에 있는 튜브 내로 연삭입자를 도입시킴으로써, 연삭입자를 노즐 오리피스로부터 배출되는 고속 수류에 첨가시킨다. 전형적으로 수인치 길이인 혼합튜브는, 상대적으로 정적이며 느린 연삭입자가 고속주류에 혼입되어 가속되어지는 난류(turbulent flow)를 포함하는 영역으로, 노즐의 출구 속력은 마하 3정도로 높다. 혼입(entrainment)과정에서는 연삭입자가 튜브벽에 충돌하고 또 서로 충돌하는 동안 수류가 감속, 분산되는 경향이 있다.

수류가 분산되면 절단면이 상대적으로 넓어지고, 에너지는 낭비되며, 팅스텐카바이드 또는 텅스텐 보라이드와 같은 내마모성 물질로 만들어진 튜브의 경우에도 빨리 닳게 된다. 어떤 연구에서는 연삭입자의 70% 정도가 절단할 작업물에 도달되기 전에 파괴된다는 사실을 밝히고 있다.

최근의 연구에 의하여, 연삭재 없는 수류 제트에 수용성 폴리머를 사용하여 증점시킴으로써 응집성의 제트류를 획득, 유지시키고, 미스팅(misting), 스플래싱(splashing)과 같은 현상을 감소시킬 수 있다. 절단면은 더 좁아졌으나,작업압력과 속도는 여전히 높은 상태로 남아있다.

수류제트 내에 미립의 연삭재를 현탁시키는 것도 알려져 있으며, 이는 일반적으로 시스템 내에서 현탁제로서 작용하는 수용성 폴리머의 증점효과에 의존한다. 연삭재는, 물만으로 자르거나 증점제를 사용한 물로 자르는 것보다 훨씬 효과적이지만, 전혀 다른 새로운 국면에서 단점들을 갖는다.

선행기술의 문제점

제트류 가공에 사용되는 고압 및 유속으로 인하여, 제트류의 응집성을 유지하는 것은 상당히 어렵다. 증정제의 사용은 중대한 기술개선을 이루었지만, 이러한 작업은 물이나 수용성 폴러머를 모두 재사용할 수 없고, 또 이러한 작업에 내재된 높은 전단응력은 폴리머를 분해시키며, 분해된 폴리머는 물 속에 녹아 잔류되어 폐기물 처리해야 하므로 비용이 더 들게되는 경향이 있다.

연삭 제트류 절단 및 밀링(milling)을 위해 연삭재가 시스템에 첨가되는 경우, 여러 문제점들과 비용은 더 크다.

연삭 수류 제트 절단 작업을 위해 사용되는 노즐은 보다 복잡하며, 수류에 연삭재를 첨가하기 위하여 보통 노즐 어셈블리에 바로 인접하거나 노즐의 일부로 되어있는 보조장비가 필요하다. 어셈블리는 연삭재를 매질내로 도입하는 혼합쳄버와, 수류를 가속화시키는 포커싱 튜브(focusing tube) 및 흐름이 응집된 제트류가 작업물에 분사되도록 조준시키는 작은 오리피스를 포함한다.

상대적으로 고속인 수류에 연삭입자를 주입시켜야 하기 때문에 혼합쳄버 및 이에 관련된 하드웨어는 복잡하다. 혼합쳄버의 내부 표면 및 오리피스가 연삭되는범위를 최소화하기 위하여 혼합쳄버는 가능한 한 입자를 수류 내부로 주입하는 것이 요구된다. 각 성분들은 광범위하게 다른 밀도를 가지기 때문에 중점된 유체 내에서도 연삭입자가 뚜렷한 속도로 구분되어 침전되는 경향이 있어, 일반적으로 노즐의 어셈블리 단계 이전에 성분들을 프리믹스 할 수 없었다. 이런 시스템에서 추가적인 증점화는 비용상 효과적이지 않다.

주로 물질의 큰 밀도차와, 주입된 입자와 빠른 수류 사이의 큰 속도차, 그리고 이로 인해 연삭입자가 수류에 의해 가속되어야 하는 필요성으로 인하여 연삭재를 수류 내에 균일하게 분산시키는 것은 어렵다고 알려져 있다. 매질 내로의 입자 혼합은 종종 불완전하고 불균일하며, 연삭재를 가속해야하는 필요성은 매질의 흐름을 느리게 하고, 불완전한 혼합은 흐름의 분산 및 오리피스를 벗어나는 수류 또는 그 일부의 궤도를 변화시키는 비일관성(inconsistent) 및 불균일성을 유발시켜 절단면의 폭이 크고, 불균일하며 부정확하게 작업물을 절단한다.

혼합공정에서 연삭재는 노즐 부품의 내부를 빠르게 마모시켜, 적정 조건하에서는 노즐 및 오리피스의 유효수명이 수 시간이고, 보다 열악한 조건에서는 수명이 수 분으로 단축된다, 예로서, 노즐 및 포커싱 튜브를 정밀하게 배열하는 것이 중요하다.

또한 입자의 혼입은 수류 제트를 응집시키기보다는 분산시키는 경향이 있어, 그 결과 절단면이 넓게 되어 절단 작업에 여분의 시간과 노력이 들게된다.

연삭재가 도입되는 수류 제트의 농도가 충분히 높은 경우, 전단응력의 감소로 매질을 재사용할 수 없게되고, 비용은 증가된다. 흔히 사용되는 연삭재를 효과적으로 현탁시키기 위해서는, 상당량의 폴리머로 적정 농도를 획득하여야 한다.

수류 제트 노즐 오리피스는 일반적으로 약 0.25mm(약 0.010in)이다. 연삭재가 도입될 때, 사용가능한 최소 혼합튜브의 지름은 오리피스 지름의 3배이상, 즉 약 0.75mm(약 0.030in) 또는 그 이상이다. 노즐이 작을수록 작업동안 과도하게 부식되어 수명이 매우 짧아진다. 노즐이 넓을수록, 수류 및 절단면이 넓어져, 절단 단위당 매질 및 연삭재가 더 많이 소비된다.

홀링거 등(Hollinger, et al)은 "저압, 응집성의 연삭재 현탁액 제트류를 사용한 정밀 절단", 5차 미국 수류제트회의, 토론토, 캐나다, 8. 29∼31, 1989. 에서, 메틸 셀룰로오즈와 적절한 증점제인 "수퍼워터"(버클리 케미컬사 제품)의 수용액 내에서 연삭재의 분산이 향상되었음을 보고하고 있다. 작업은 충분한 점도를 얻는 것에 기초하여, 폴리머 용액내에 연삭재가 미리 섞이도록 1.5∼2중량%의 증점제를 사용하므로써 연삭재를 노즐에서 주입해야하는 필요를 제거하였다. 홀링거 등은 0.254mm(0.1in) 정도의 작은 오리피스가 사용되는 것이 효과적일 수 있다는 것을 밝혔다.

이어서 홀링거 등의 기술은, 1990년 8월 29일에 출원되어 1993년 2월 9일 발행된 미국특허 제5,184,434호에 구체적으로 기재되어 있다. 채용된 폴리머의 가교결합은 여기서 고려되지 않았다.

호웰즈(Howells)의 "1974년∼1989년까지의 수퍼 워터를 사용한 폴리머 블래스팅의 리뷰(Polymerblasting with Super-Water from 1974 to 1989: a Review)", 국제 워터 제트 기술 저널, 제1권, 제1호, 3월, 1990년, 16pp. 참조. 호웰즈는 연삭재가 사용되거나 사용되지 않거나, 폴리머 제트류 매질이 재순환 및 재사용될 수 없는 이유에 관해 밝히고 있다. 8, 9면 참조.

여러 경우에 있어서, 선행기술에서 사용된 물 또는 수용액을 기반으로 한 시스템들은 물의 존재 또는 물이 만들어낼 수 있는 부식을 견딜수 없는 어떤 물질 또는 특정 작업물에는 사용될 수 없다. 이러한 환경에는 제트류 절단이 적용될 수 없다.

선행기술의 폴리머를 베이스로 한 모든 증점된 시스템에서는 시스템 내에 적용되는 높은 전단속도(shear rates)에 의한 폴리머 사슬의 분해로 인하여, 현재까지 제트류 매질을 회수하여 재사용하기 위한 효과적인 기술이 불가능하였으며, 그 결과 상당량의 폐기물 처리 및 폴리머와 연삭재 소모에 상당한 비용이 소요되어왔다.

본 발명의 목적 및 요약

본 발명의 목적은 종래기술의 문제를 해결한 제트류 절단 및 가공 매질을 제공하는 것이다.

특히 본 발명의 목적은 연삭재 입자를 효과적으로 현탁시켜, 응집되고 안정적인 제트류를 형성함으로써 높은 효율로 절단면을 좁게 절단하고, 재사용이 가능하여 원자재비를 줄이고 폐기물 처리를 감소시킬 수 있는, 폴리머로 증정된 제트류가 프리믹스(premix)된 매질을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 저압력에서, 종래기술에서 요구되는 유량(flow volume)을 적용하여 제트류 절단을 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 연삭 제트류 절단과 밀링을 위해 종래기술에서 사용되어 왔던 것보다 더 작은 지름의 오리피스를 사용할 수 있도록 하는 것이다.

다른 목적은 통상적인 연삭 수류 제트 가공 및 절단에 요구된 것보다 훨씬 작고 짧은 간단한 노즐을 사용하여 연삭재 제트류 절단을 가능하게 하는 것이다.

또 다른 목적은 증점된 제트류 매질의 재순환 및 재사용을 기초로 한, 저비용의 제트류 절단 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시예에서 본 발명의 목적은 종래 제트류 절단 작업에 사용할 수 없었던 작업물이나 물질에, 제트류 절단 및 가공을 적용할 수 있게 하는 비수성(non-aqueous) 제트류 매질을 제공하는 것이다.

이하의 개시로 명백하게 되는 본 발명의 또 다른 목적들은 높은 전단 조건에서의 절단 및 가공처리동안 우선적으로 파괴되어 끊어지고, 그 후 공정내애서의 재순환 및 재사용에 적합한 형태로 매질을 재구성하기위하여 재형성되는 재형성 가능한(reformable) 희생(sacrificial) 화학결합을 가지는 폴리머로 된 제트류 매질을 제조함으로써 이루어질 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 수류 제트는 이온 가교결합된 수용성 폴리머에 의해 증점되며, 여기서 이온성 가교결합은 주기율표 3족∼8족의 금속염에 의해 형성된다.

제2의 실시예에서, 수성 제트는 수용성 폴리머의 하이드로겔(hydrogel)로 이루어지며, 주기율표 2족∼8족의 금속염의 겔-촉진 수용성 염과 가교결합된 것이 바람직하다. 이러한 시스템 내에서의 가교결합은 분자간 결합, 즉 폴리머 분자 사이의 수소결합을 기초로 한다.

제3의 실시예에서, 비수성 매질은 그 자체가 제트류의 주요 성분을 이루는 가교결합된 폴리머의 분자간 결합으로 형성된다. 작업시 폴리머는 연삭재 입자를 현탁시킨다. 작업시의 전단응력하에서, 폴리머는 폴리머의 가교결합을 형성하는 분자간 결합이 파괴되어 부분적으로 끊어질 수 있다. 작업물에 제트 작업을 수행한 후, 폴리머는 수집되고, 가교결합은 재형성되어, 매질은 공정에서 재사용하기 위하여 재순환된다.

연삭재의 입자직경이 충분히 작다면, 오리피스의 지름도 약 0.1mm(약 0.004 in) 정도의 크기로, 보다 작은 것이 효과적이다.

본 발명은 제트류 절단 분야에 관한 것으로서, 특히 액체 매질내의 연삭입자의 현탁액을 작업물(workpiece)의 표면에 고압 및 고속으로 펌프하여 절단작업을 실행하는 연삭 제트류 절단(abrasive jet stream cutting)에 관한 것이다. 이러한 작업은 유용품의 제작시 금속시트(sheet)와 플레이트의 절단에 광범위하게 사용된다.

제1도는 재사용을 위해 재순환되는 매질을 제공하는 본 발명의 개략적인 횡단면도;

제2도는 본 발명에 따른 바람직한 노즐 형태의 횡단면도이다.

본 발명은 기본적으로 제트류 절단 작업을 위해 사용되는 폴리머 포함 제트류의 제조 및 사용에 부가되는 전단응력이 필수적으로 높다는 사실에 근거한다. 노즐 어셈블리에 적용되는 전단응력을 최소화하기 위해 여러가지 방법들이 취해질 수 있지만, 작업물 표면에 가해지는 제트류의 충격력 역시 높아 폴리머 구조를 끊는다. 높은 전단응력은 절단 작업에 내재되어 있는 성질이므로 플리머 붕괴를 감소시키기 위한 기술은 어떤 면에서는 절단 작업 자체와 모순되는 것이여, 따라서 한계가 있다.

종래기술에서 일반적으로 사용되는, 1.5 또는 2중량%의 증점제 또는 폴리머 물질의 제트류 매질 내로의 포함은 작업 비용중 상당비율을 차지한다. 폴리머를 수성 매질내에 용해시키기 위한 시간과 에너지 또한 작업 비용중 상당한 요소이며, 만일 적절하게 계획되지 않는다면 폴리머 용해에 상당한 시간이 들게되므로 작업이 현저히 지연된다. 일관적으로 조절되지 않는다면, 용액 내의 변화들로 인해서 절단과 가공 작업의 균일성이 떨어지며 결과물의 품질에 손상을 줄 수 있다.

사용 후에는, 분해된 폴리머 용액을 모아서 처리하는 부담이 있으며, 결과의 폐기물은 알려진 다른 용도가 없다. 취급 및 폐기비용은 일반적으로 작업비용의 상당부분을 차지한다.

이러한 상황에서는, 보다 복잡하고 비싼 폴리머를 사용하여 얻어진 작업상의 어떤 특정한 이익은 추가된 비용에 의해 상쇄되는 경우가 일반적이다.

제트류 절단 시스템 내에서 폴리머는 폴리머를 형성하는 화학결합, 특히 폴리머 주쇄를 형성하는 화학결합이 끊어짐으로써 분해된다. 이러한 작용의 결과, 폴리머의 분자량은 감소되고, 이에 따라 점도도 감소되어, 연삭입자를 효과적으로 현탁시켜 응집된 제트류를 형성하고 장비의 연삭재 부식을 감소시키기 위한 매질의 능력이 상실된다.

본 발명에서, 이러한 문제점들은 제트류 절단 작업시 끊어진 화학결합을 재형성할 수 있는 폴리머 물질을 사용함으로써 극복되며, 따라서 재순환 및 재사용이 가능한 완전히 유효한 형태로 재구성된다. 따라서, 노즐 내의 높은 전단응력과 작업물에 가해지는 충격의 영향으로 절단 작업시 화학결합이 끊어질 수는 있지만, 이러한 효과는 더 이상 제트류 매질의 유용성을 감소시키지 않는다.

실제로 본 발명에 사용되는 폴리머들은 여러 번의 작업 사이클동안 작업내에서 재순환될 수 있다. 그러나 폴리머 주쇄(보통 공유결합)의 분해가 심해지면 순환회수는 제한된다. 일반적으로, 본 발명의 더욱 바람직한 폴리머들은 교체 전까지 20∼100회 이상 시스템을 통해 순환될 수 있다.

폴리머 증점제를 유용한 형태로 재구성하기 위한 끊어진 결합의 재형성은 폴리머가 작업시의 높은 전단응력과 충격력하에서 손상된 뒤, 원래의 폴리머 구조를 재구성하기 위해 재형성되는 결합을 포함할 것을 요구한다. 이는 폴리머가 공유결합이 아닌 적정한 수의 다른 화학결합들을 포함해야 하는 것을 요구한다. 공유결합이 깨지면 그 단편들은 반응성이 매우 높기 때문에, 깨진 사슬들은 보통 매우 빠른 사슬종결반응에 의해 종결되어 원래의 결합들을 재형성할 수 없게된다.

본 발명에서는 효과적이라고 입증, 평가된 3종류의 화학결합이 있다. 이들은 이온결합, 분자간 수소결합, 분자간 B:O 결합이다.

이온결합은 다양한 폴리머의 이온성 가교 결합에 종종 이용된다. 본 발명의 실시에 적합한 이러한 폴리머들은 종종 수용성 형태이다. 이러한 폴리머들이 이온적으로 가교결합되면, 이들은 보통 본 발명의 과정에 첨가되는 고밀도의 연삭재 입자들을 내구적으로 현탁시키기에 효과적인 점성을 가지는 물에 팽윤된 겔을 형성한다.

이온적으로 가교결합된 하이드로겔에서, 이온결합들은 폴리머 주쇄의 공유결합보다 약해서 강한 전단응력에 노출시 우선적으로 붕괴되어 끊어진다. 결합이 끊어질 때 생성되는 이온종들(ionic species)은 비교적 안정하여, 본 발명에서 사용된 폴리머 시스템에서는 이들이 끊어진 가교결합의 재형성만을 위해 반응하므로 강한 전단응력이 제거되면 고점도의 하이드로겔 구조를 재형성한다.

다른 실시예에 있어서, 겔을 형성하는 수용성 폴리머는 주기율표 3족~8족의 금속들의 수용성 염류와 같은 겔화 촉진제와 함께 또는 단독으로 하이드로겔을 형성한다. 하이드로겔은 폴리머간의 분자간 결합, 즉 수소결합의 형성에 기초한다. 본 발명에서 상기 결합은 이온결합보다 약하여, 절단 제트의 형성시에 부과되는 높은 전단응력 하에서의 매질 점성의 저하 및 폴리머의 공유결합을 보호하고 사슬절단을 최소화시키는 희생결합을 용이하게 제공한다. 또한 이들 하이드로겔은 분자간 결합이 겔 구조를 이루든지 사용 후 재형성되든지에 무관하게 정체상태의 점성도를 높이며, 이는 연삭재 입자의 침전을 방지하는데 매우 바람직하다.

임의의 겔 형성 폴리머를 포함하여, 많은 수용성 폴리머들이 제트류 절단 제제에 사용되었으나, 이들은 자발적인 겔화가 일어나지 않는 농도에서 겔화 촉진제 없이 사용되었다. 종래의 기술에서 이러한 폴리머의 첨가는 주로 제트류의 응집성을 증진시키는데 중점을 둔 것이었다. 충분한 양의 희생결합을 형성하지 않고는, 폴리머는 단 한번의 사용으로 현저히 분해되어 재사용할 수 없게 된다. 종래기술의 제트류 제제는 일반적으로 폐기물로 버려진다.

폴리머가 다른 형태의 희생되는 분자간 결합에 의해 가교결합된 비수성 폴리머 제제들도 사용할 수 있다. 이러한 제제들은 철금속 등과 같이 물에 약한 재료를절단하고 가공하는데 특히 중요하다.

분자간 결합에 의해 가교결합된 바람직한 비수성 폴리머는 폴리보로실록산계(polyborosiloxanes)이다. 이들 폴리머는 폴리머 사슬에서의 3가의 붕소 원자와 인접한 폴리머 분자 사슬의 산소 원자 사이의 전자쌍 공유에 의하여 가교결합된다. 폴리보로실록산 등의 분자량 등을 포함하여, 본 발명에서 중요한 특정 성질들은 직접적으로 미세하게 조정할 수 있다.

이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 폴리보로실록산의 이용을 기초로 한 절단 매질 제제는 매질의 비수성, 점도 제어의 정밀도, 그리고 실시될 절단 및 가공공정에 적합하도록 정체 점도(rest viscosity)와 높은 전단응력에서 감소된 점도의 균형을 맞추는 능력 등으로 인하여 본 발명에 바람직하다.

또한 수소결합이나 B:O 결합에 의거한 분자간 결합은 공유결합보다 약하며, 특히 본 발명의 비수성 제트류 처리에는 쉽게 분자간 결합을 형성하는 폴리머가 이용된다. 제트류의 생성에 관계되는 높은 전단응력 및 작업물 표면 위에 가해지는 충격력 하에서, 분자간 결합은 폴리머에 가해진 에너지의 일부를 흡수하면서 우선적으로 끊어질 것이며, 폴리머 주쇄를 구성하는 공유결합은 유지될 것이다.

이들 분자간 결합은 일단 높은 전단응력이 제거되면 쉽게 재형성될 수 있고, 시스템에 필요한 가교결합 구조 및 겔과 같은 고점도를 회복할 수 있다.

본 발명에 관련해서, 가교결합 즉 이온 또는 분자간 결합은 공정의 큰 전단 응력 및 강한 충격력 하에서 첫 번째로 끊어지는 것들로, 자신들을 희생시킴으로써 가해진 에너지를 흡수한다. 이들은 종래기술의 물질 및 방법에서 특징적인 영구적,비가역적인 폴리머 사슬의 분해로부터 공유결합을 보호한다는 관점에서 희생결합인 것이다.

붕괴된 결합은 전단응력이 제거될 때, 예로서 매질이 정치되어질 때 자발적으로 재형성된다. 제트류 절단 공정의 작업 동안에 결합이 끊어져서 생성되는 이온종들은 원 폴리머 매질내에 이러한 결합을 형성하는 특징을 지니므로, 이온결합의 기초는 온전히 유지된다. 상기 결합은 우선 가역적으로 형성되고, 언제나 수용성 매질 내에 평형상태로 존재한다. 결합의 재형성 비율은 사용, 변질된 매질내에서의 폴리머 사슬의 이동성에 의하여 현저하게 좌우된다. 매질의 점도가 감소된 조건에서는 이동성이 비교적 현저하며, 겔은 일반적으로 몇 분 내에 재형성될 것이다. 따라서 이온결합이 완전히 재형성된 뒤에 재형성된 겔 내로 연삭재 입자를 다시 분산시키는 것도 가능하지만, 수집된 폴리머 용액과 연삭재의 혼합물에서 연삭재 입자가 하이드로겔에 완전히 균일하게 분산될 수 있게 하는 것이 바람직하다.

강한 전단응력에 의한 폴리머 성분의 점성 감소(thining) 자체는 연삭재 제트류 형성에 유리한데, 이는 수류 제트내에서 제제의 점도가 낮아짐으로써, 가해진 에너지가 연삭재 입자에 높은 비율로 부과되어 절삭 효율을 높이기 때문이다. 폴리머는 매우 응집적인 제트류를 생성하여 장비 내에서의 마모를 최소화하는 역할을 한다.

비점성도 변수(specific viscosity parameters) 및 변화(changes)에 의해 종래의 연삭 수류 제트 기술보다 장비가 단순하게 된다. 연삭재는 사용되는 일반 혼합장비 구조에서 매질 내로 첨가되기 때문에, 종래기술에서 일반적으로 요구되는것과 같이 노즐에 별도로 연삭재를 공급하고, 연삭재 입자를 수류에 공급하거나 혼합튜브를 설치해야할 필요가 없다.

붕괴된 분자간 결합이 자발적으로 신속하게 재형성되어, 필요한 경우 연삭재의 재분산은 보다 간단히 이루어진다.

폴리머 시스템은 제트류 절단 공정 및 끊어진 화학결합의 재형성 동안에 걸쳐 재순환되기 때문에, 각 사이클에서 다소의 공유결합의 붕괴가 일어난다. 비록 각 사이클에서 비가역적으로 붕괴되는 결합의 비율이 크지는 않으나 그 효과가 누적되어, 상당 사이클 후에는 폴리머의 영구적 분해의 정도가 심해진다. 폴리머가 누적성으로 또 비가역적으로 분해되기 때문에, 재형성된 폴리머의 점도는 점차적으로 감소되어, 매질은 결국 바람직하지 않은 점성을 가지게 된다.

현재까지의 노력으로, 본 발명의 수류 제트 절단공정에 이용된 폴리머 증점제들은 교체가 요구되기 전 사이클 100회 정도까지 성공적으로 재활용될 수 있다. 본 발명의 비수성 매질은 적어도 수성 시스템보다 또는 이보다 훨씬 더 내구적이다. 사이클의 수는 물론 특정 폴리머, 처리조건 등에 따라 변하지만, 본 발명의 매질은 단 한번 오리피스를 통과한 후에는 매질을 재사용할 수 없었던 종래기술에 비하여 재활용에 기여하는 바가 크다는 사실은 매우 명백하다. 사용하는 동안 재료의 항상성 및 균일성을 유지하기 위해 주기적으로 또는 연속적으로 "새로운(fresh)" 연삭재 폴리머 혼합물을 소량 첨가하는 것이 일반적으로 바람직하다. 첨가된 만큼의 제제를 장치로부터 제거하여 장비내의 매질 부피를 비교적 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명에 적합한 이온 가교결합된 폴리머들은 2족~8족 금속의 금속염, 금속산화물 또는 금속 유기 겔화제와 이온 가교결합을 형성하는 임의의 수용성 폴리머를 포함한다. 히드록시기를 상당 비율 포함하는 수용성 폴리머들이 바람직하다. 또한 폴리머는 카르복시기, 술폰산기, 아민기 등과 같은 활성의 이온화 반응기 들을 포함한다. 이온 가교결합 폴리머 및 가교결합 시스템은, 가교결합을 하는 화학종들의 이온화를 촉진시키는 조건에서만 이온결합이 형성된다는 것을 제외하고는, 분자간 수소결합에 의해 형성되는 하이드로겔과 유사하다. 이러한 조건에서는 pH 제어, 루이스 산 또는 루이스 염기와 같은 반응 촉매 또는 촉진제의 존재 등이 요구될 수 있을 것이다. 당업자들은 이해하듯이 상기와 같이 이온적으로 가교결합을 하는 폴리머의 형성은 화학분야 문헌에서 잘 알려져 있으며 그 특징이 기술되어 있다.

하이드로겔성 폴리머 및 겔화제는 상당수 알려져 있으며 이들중 어느 것이나 본 발명에서 성공적으로 이용될 수 있다.

히드록시기를 포함하는 바람직한 수용성 폴리머의 예들은, 이들에 제한되는 것은 아니나, 구아검, 잔탄검, 구아검 및/또는 잔탄검의 히드록시프로필 및 히드록시에틸 유도체들 및 히드록시기를 함유하거나 히드록시기로 치환된 관련 검(gum), 히드록시메틸 셀룰로오즈, 히드록시에틸 셀룰로오즈 및 관련 수용성 셀룰로오즈 유도체들이 있으며, 히드록시에틸 메타크릴레이트, 히드록시프로필 메타크릴레이트와 같은 히드록시기를 포함하는 합성 폴리머, 그리고 폴리아크릴아미드 등과 같은 다른 수용성 폴리머들이다. 또한 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리옥시메틸렌 등과 같이 히드록시기로 종료된(terminated) 수용성 저분자량 폴리머 및 올리고머들이 있다. 2족에서 8족 금속의 바람직한 겔화 촉진제들 중에서 붕산, 소듐 보레이트 그리고 티타늄, 알루미늄, 크롬, 아연, 지르코늄 등의 금속유기화합물 등이 사용될 수 있을 것이다.

물에서 약 2∼2.5중량%의 겔화된 용액인 소듐 보레이트가 비용을 적절히 하기 위해 특히 바람직하다. 특히 저렴한 이 하이드로겔은 폴리머 겔의 영구적 분해없이 겔을 재형성함에 따라 14MPa에서의 제트류 절단공정의 12회 사이클까지 견디는 능력을 보였다.

바람직한 비수성의 분자간 결합으로 가교결합된 폴리머는 효과적인 제트류 점성을 가지는 폴리보로실록산 폴리머, 탄화수소 그리스(grease)나 오일 증량제 또는 희석제, 그리고 스테아르산과 같은 가소제 조성물에 의해 제공된다.

폴리보로실록산 폴리머는 분류적으로 강한 분자간 결합을 갖는 종류이며, 제트 형성에 적합한 점도로 적절히 가소화될 경우, 물에 민감성인 적용에 대해 우수한 제트류 매질로서 작용한다. 또한, 폴리보로실록산 제제는 절단 공정이 완료된 후에 작업물의 표면으로부터 쉽게 제거되는, 일반적으로 끈적이지 않는 비점착성 물질이다.

본 발명에서 사용되는 보로실록산 폴리머는 일반적으로 약 200,000∼약 750,000, 바람직하게는 약 350,000~약 500,000의 분자량을 갖는다. B:Si 원자비는 약 1:3~약 1:100, 바람직하게는 약 1:10~약 1:50의 범위내이다.

보로실록산은 여러 종류의 충진제, 연화제 및 가소제들과의 상용성(compatible)이 매우 높다. 원료비를 줄이기 위하여 희석제로서 비활성 충진제를 이용하며, 또한 폴리머를 더 희석하고 점도를 조절하기 위하여 적합한 가소제와 연화제를 이용하는 것은 통상적이다.

연삭재의 양이 감소되는 경우에는 다른 여러 충진제들이 이용될 수 있으나, 본 발명에서 연삭입자는 보통 단일의 비활성 충진제이다. 상술한 바와 같이, 연마제(및 다른 충진제가 이용될 경우에는 그 충진제)는 제제 중량의 약 5~약 60중량%, 바람직하게는 약 25~40중량%의 범위이다.

가소제와 연화 희석제(softening diluents)는 연삭 제트매질의 점도를 조절하기 위해 사용된다. 실리콘 폴리머에 사용되기 적합한 가소제는 상당히 다양하고, 당분야에서 잘 알려져 있으며, 적절한 점도 조절제의 선택은 본 발명에서 아주 중요한 것은 아니다. 적합한 물질의 예로는, 이들에 한정되는 것은 아니지만, 팔미트산, 스테아르산 및 올레산과 같은 탄소수 약 8~30, 특히 탄소수 약 12~20의 지방산; 탄화수소 파라핀 오일, 특히 "탑오일(top oil)"과 같은 경유 및 다른 석유 증류액과 부산물; 식물성유 및 평지씨유, 해바라기씨유, 대두유 등과 같은 부분적으로 또는 완전히 수소화된 식물성유; 자동차 윤활용 그리스(grease) 등과 같은 탄화수소 베이스의 그리스; 디옥틸프탈레이트(DOP)등과 같은 다가 카브록실산의 모노-, 디-, 및 트리-에스테르 등을 들 수 있다. 액체 또는 반고체의 실리콘 오일도 사용될 수 있으며, 이들은 이들의 비용에도 불구하고 탄화수소 베이스의 가소제와 희석제의 분해가 일어날 수 있는 고온 및/또는 산화조건하에서 매질이 이용될 경우 상당한 장점을 제공할 수 있다.

상기한 바와 같이, 가소제와 연화 희석제는 본 발명의 제제의 점도를 조절하기 위하여 첨가된다.

브룩필드 점도계로 측정한 정치(standing) 또는 정체(rest)점도는 주위환경하에서 일반적으로 약 300,000cps인 것이 적당하고 편리하다. 공지된 바와 같이 보로실록산 폴리머는 적용된 전단응력에 대응하여 상당한 점도증가를 나타내며, 심지어 높은 전단응력 하에서는 유동통로를 통한 흐름이 막히는 현상을 나타내기도 한다. 본 발명의 노즐에서의 점도를 직접적 측정하는데 이용할 수 있는 기술은 없지만, 본 발명자들을 약 200,000cps~약 600,000cps의 정치 점도를 갖는 제제가 일반적으로 적당하며, 약 300,000cps의 점도를 갖는 제제가 상당히 바람직하다는 것을 밝혀내었다. 본 발명자들은 적용된 압력과 결과로 얻어진 제트류 부피에 대한 함수로서 유효점도를 계산해 내었고, 노즐에서의 유효한 비점도는 약 5,000포아세~약 20,000포아세인 것으로 믿어진다.

제트류 물질을 모아서 정치시키면 점도는 급속히, 전형적으로는 5분 이내, 가끔은 1분 이내에 최초의 정치 점도(standing viscosity)로 되돌아가게 된다. 이리한 최초 점도로의 회귀는 분자간 B:Si 결합의 재형성 및 사슬 절단이 비교적 적은 수준으로 일어난다는 것을 보여주는 것이다.

사이클이 여러회 반복됨에 따라 약간의 분해가 일어나지만, 일반적으로 20사이클 이상까지는 그 분해의 정도가 심각하지 않으며, 100 사이클 이상까지도 그러한 분해현상이 심하게 발생하지 않을 수 있다. 장기간에 걸친 분해는 사용되지 않은 새로운 매질을 주기적 또는 연속적으로 첨가하고, 첨가되는 새로운 매질의 양만큼 사용한 매질을 제거함으로써 용이하게 벌충될 수 있다. 또한 이러한 공정은 닳아진 연삭 입자를 새로운 날카로운 입자들로 대체하여 주며, 매질 내에 절단 또는 가공된 조각이 쌓이는 것을 제한하여 준다.

본 발명에서, 노즐에 연삭재를 삽입하는 것은 바람직하지 않으며, 일반적으로 요구되지도 않는다. 연삭입자는 별개의 예비작업에서 겔폴리머 내에 혼합되어져서 적합한 고압펌프에 의해 노즐로 펌프되는 것이 바람직하다.

수성 하이드로겔 시스템에서, 폴리머와 겔화제는 전형적으로 매질의 약 1∼20중량%이며 대부분의 경우 약 2∼5중량%이고, 폴리머의 대부분은 매질의 약 2∼3중량%이다. 특정 연삭재, 이의 입자크기와 밀도, 그리고 첨가되는 비율에 따라 어떤 특정한 겔에 대해 맞는 비율을 최적화시킬 수 있는 것이다.

연삭재는 종종 약 2㎛에서 약 1400∼1600㎛(약 16mesh)의 입자크기를 가진다. 보다 일반적으로, 연삭재의 입도는 약 20∼200㎛의 범위일 것이며, 바람직하게는 약 20∼80㎛이다.

제트류 매질은 약 1∼75중량%의 연삭재를 포함할 수 있다. 약 5∼50중랑%, 바람직하게는 약 15∼30중량%가 더욱 바람직하다.

작업시, 제제는 선행기술에서 실시되고 본 기술분야의 당업자들에게 익숙한 제트류 절단과는 여러 면에서 다른 방식으로 사용된다.

본 발명의 내용에서 폴리머 제제는 별개의 두 계(regime)에서 점도에 민감하다. 무엇보다도, 폴리머는 연삭입자가 제제내에서 효과적으로 현탁되도록 충분한 점도를 부여해야 한다. 또한, 높은 전단응력하에서의 제트류 형성은 제트류의 응집성 및 제트류 내에서의 연삭재 입자의 분산의 균일성에 실질적으로 영향을 준다.이러한 변수들은 동적 점도(dynamic viscosity)로 정의된다.

폴리머 용액은 비뉴튼성 유체이지만, 정적(static) 상태에서는 뉴튼성 유체에 가까운 유체 행동을 보인다. 또한 높은 전단응력하에서도 뉴튼성 유체 흐름 특성이 지배적이다.

구형의 입자가 정적 유체내에서 중력하에 임의의 높이로부터 침전되기 위해서는 특정 시간이 요구된다. 이 특정시간은 유체 역학에서 다음 식과 같다.

상기 식에서,

t = 시간

η = 유체의 점도

H = 침전되는 높이

a = 입자의 직경

D_P= 입자의 밀도

D_L= 유체의 밀도

g = 중력가속도

상술한 공식은 다음 가정들에 잘 맞으며, 이 가정들은 본 발명의 목적에 충분히 유효하다는 것이 관찰되었다.

층류(laminar flow); 매우 낮은 속도에서, 연삭재 입자의 침전 특성 및 흐름 특성은 층류이거나 층류에 매우 근접하다.

뉴튼성 유체; 입자침전이 일어나는 거의 정적인 조건하에서, 폴리머 제제는 실질적으로 뉴튼성 흐름 특성을 보일 정도로 충분히 유동성이다.

구형의 입자 형태; 연삭재 입자의 불규칙한 형태는 약간의 오차가 있을 수 있지만, 평균 입자들은 단축 및 장축의 크기가 크게 다르지 않으며, 상당수의 입자들은 평균적이기 때문에, 본 발명에서는 이러한 차이들이 무시될 수 있다.

본 발명의 사용에 적합한 제제는 약 200,000∼500,000센티포아세(cp), 바람직하게는 약 300,000센티포아세(cp)의 낮은 전단속도 점성(shear rate viscosity)(브룩필드)을 가질 것이다.

비중이 3인 320메쉬의 SiC 입자는 인치당 6.8 × 10⁶초의 침전 속도를 가진다(약 11주, 본 발명에 적합).

보다 높은 전단속도에서, 폴리머 제제의 성질은 역학법칙 관계에서 점성이 전단속도에 의존하는 비-뉴튼성으로 된다. 이 의존성은 점성이 다시 적용된 전단응력에 독립적이 되는 높은 전단속도까지 유지되다가 실질적으로 뉴튼성 흐름 특성이 다시 적용된다.

본 발명의 제트류 제제의 특별한 장점중 하나는 유효한 절단 효과를 내기 위하여 제트류 제제에 요구되는 압력의 감소이다. 선행기술에서 일반적으로 요구되는 적어도 200MPa(30,000psi) 이상의 압력과 비교하여, 본 발명에서 일반적으로 요구되는 압력은 약 14∼80MPa(약 2000∼12000psi)의 범위일 것이다.

대개, 적용된 압력은 제트형성 노즐을 가로지르는 압력 강하로써 측정된다. 당업자들에게 쉽게 인식되는 바와 같이, 80MPa까지의 압력은 선행기술에서 일반적으로 요구되는 200MPa 이상의 압력에서 사용되는 복잡한, 고가의, 주의를 요하는 장비를 필요로 하지 않는다. 따라서 본 발명의 실시에는 압력보상 수압펌프, 고압증강장치의 사용 및 심지어는 축압기도 필요치 않으며, 아니면 적어도 크게 단순화시킬 수 있다. 본 발명은 피스톤 펌프와 같이 쉽게 구입가능하고, 저렴한 종래의 양성의 변위펌프를 이용하여 실시할 수 있으며, 상기와 같은 펌프는 요구되는 압력에서 수압등으로 구동될 수 있다.

본 발명에 유효한 노즐 오리피스 직경에서, 노즐 속도는 초당 약 75∼610미터(약 250∼200ft/초) 범위내이고, 바람직하게는 초당 약 150∼460미터(약 500∼1500ft/초)이고, 이는 본 발명의 실시에서 그 유효함이 완전히 입증되었다.

연삭물질의 선택은 본 발명에서는 중요하지 않으며, 보통 이용되는 물질이면 어떤 것도 유효할 것이다. 적합한 물질들의 예는, 알루미나, 실리카, 가넷, 텅스텐 카바이드, 실리콘 카바이드 등을 포함한다. 절단 매질의 재사용은 보다 단단하고, 더 비싼 연마제를 경제적으로 사용할 수 있게 하여, 절단 및 가공작업의 효율성을 개선시킨다. 예로서, 비용 절감을 위하여 가넷이 사용되어 오던 절단 공정에 실리콘 카바이드를 대체하여 사용할 수 있을 것이다.

일반적으로, 연삭재는 약 5∼60중량%의 농도로 제제에 적용될 수 있고, 바람직하게는 약 25∼40중량% 적용될 수 있다. 바람직한 범위에서, 또 어떤 경우에는그 이상에서의 작동이 아주 효과적이고, 일반적으로 연삭 수류 제트 절단에서 사용되는 종래의 농도보다 실질직으로 높다는 것을 알아내었다.

상기에서 언급된 것처럼, 연삭입자의 장축의 크기(직경)는 2∼2000㎛ 범위이고, 바람직하게는 약 20∼200㎛이다. 정교한 표면 마무리가 요구되는 절단에서는, 약 20∼100㎛의 입자크기가 특히 유리하다. 일반적으로, 사용되는 제트 노즐 오리피스의 직경에 상당하는 가장 큰 입자크기가 이용되는 것이 적합할 것이며, 이러한 경우, 입자 직경 또는 장축의 크기는 구멍직경의 약 20%를 초과하지 않으며, 바람직하게는 약 10%를 초과하지 않는 것이 좋다.

만약 입자크기가 더 크다면 오리피스를 가로지른 "브리징(bridging)"이 발생하여 노즐을 통한 흐름이 막힐 수 있는 위험이 있으며, 이러한 현상이 바람직하지 않다는 것은 자명하다. 20% 이하의 입자크기에서 브리징은 거의 일어나지 않으며, 10% 이하에서는 매우 드물다. 노즐 직경은 일반적으로 다른 변수들에 의해 결정된다.

특히, 노즐 오리피스의 직경은 다음의 변수들에 의해 결정된다:

먼저, 오리피스가 넓을수록 제트류도 넓어지고, 이에따라 절단면도 넓어진다. 절단의 정확성은 일반적으로 오리피스 직경에 역비례하여 변한다. 박막물질을 절단하는데 있어서, 일반적으로 오리피스가 작을수록 정확성이 향상되며, 다른 변수들에 따라 세밀함을 향상시키는 것이 가능하다. 절단체 단위길이당 보다 적은양의 절단매질이 사용된다.

두번째로, 오리피스가 넓을수록 제트류의 질량 흐름은 더 커지고, 이에따라절단속도도 커진다. 즉, 오리피스가 넓을수록 다른 요건들에 따라 절단속도도 좋아지는 것이다. 절단체의 길이에 대해 보다 많은 양의 절단매질이 사용된다.

일반적으로 오리피스 직경에 영향을 미치는 다른 변수들보다 이들 상충되는 요건들의 균형을 잡는 것이 우선되어야 한다.

본 발명에서는 약 0.1∼1mm(약 0.004∼0.04인치)의 노즐 직경이 유효하게 사용될 수 있지만 약 0.2~0.5mm(약 0.008~0.020인치)의 직경을 이용하는 것이 바람직하다.

오리피스는 경금속 합금, 텅스텐 또는 실리콘 카바이드와 같은 단단한 외장지나, 세라믹 제제, 또는 사파이어나 다이아몬드와 같은 결정물질 등으로 만들어질 수 있다. 적합한 물질의 선택은 보통 선택된 연삭재의 강도와 노즐 재료의 단가에 의해 결정될 수 있다. 다이아몬드가 바람직하다.

스탠드오프(standoff) 거리 즉, 노즐과 작업물 표면 사이의 거리가 절단의 품질에 중요한 요소라는 것이 입증되었으나 연삭 수류 제트 절단에서 처럼 중요한 것은 아니다. 절단 품질, 특히 절단면의 너비와 모양은 약 2.5cm(약 1인치)까지는 스텐드 오프거리에 의해 크게 영향을 받지만, 본 발명은 약 25∼30cm 까지(약 10∼12인치)의 스탠드오프 거리에서도 절단이 가능하다. 연삭 수류 제트 절단은 12인치 두께 정도의 물질에 이용될 수 있지만, 이러한 기술은 일반적으로 약 2.5cm(약 1인치) 이하의 "자유대기(free-air)" 스탠드 오프거리를 필요로 한다.

본 발명에 따른 제트류 절단은 지금까지 이러한 기술이 적용되어 왔던 어떠한 물질의 절단에도 이용될 수 있다. 특히, 스테인레스강, 니켈 합금, 티타늄, 세라믹, 유리와, 대리석 및 화강암 등과 같은 광석물질, 폴리머 복합체를 포함하는 기계가공이 어려운 특정 물질들과, 특히 섬유 강화된 폴리머 적층체들을 본 발명의 기술에 의하여 상당히 정밀하게 효과적으로 절단할 수 있다.

현탁액 중의 겔로 증점된(gel-thinkened) 폴리머 매질과 연삭물질을 이용함으로써 얻어지는 본 발명의 장점은, 이전에는 사용되지 않던 미세한 크기의 연삭 입자들의 프리믹스된 현탁액을 제공할 수 있다는 점이다. 예를들어, 약 200㎛보다 더 미세한 크기의 연삭입자 특히, 예로서, 약 100㎛보다 작은 것은 이전에는 바람직하지 않았다. 종래의 연삭 유체역학적 제트류 절단 및 가공에서 이와 같은 미세한 입자를 사용함으로써 각진부위(angle)에 연삭물질이 끼게되고, 연삭물질 공급 라인에 고리와 휨을 발생시키는 경향이 있어, 통상적인 혼합쳄버나 혼합튜브내에서 이런 미세한 연삭물질들을 제트류내르 도입시키는 것은 더욱 어렵다. 이러한 어려움들로 인하여 이런 작은 크기의 입자는 연삭 제트류 절단 및 가공에 사용되지 않아왔다.

본 발명에서는 프리믹스된 연삭물질 현탁액을 사용함으로써 노즐 어셈블리에 부가적인 공급라인과 장치가 필요하지 않다. 미세 연삭 입자는 절단과 가공의 품질을 향상시키고, 연삭입자로 인한 절단면에 인접한 작업물 표면의 손상을 감소시킨다. 그러므로 미세 연삭 입자는 적용시 추가적인 마무리 단계를 생략할 수 있어 특히 유용하다.

프리믹스된 연삭 물질 현탁액을 사용함으로써 이루어지는 본질적으로 균일한 연삭물질의 현탁액과, 운반매질의 속도에 상당하는 속도로 움직이는 연삭입자는 연삭물질이 노즐 오리피스에서 브리지되거나 막히는(pack)경향을 크게 감소시킨다. 따라서 노즐 오리피스 직경은 작아질 수 있다. 연삭입자의 크기에 따라 노즐 오리피스 직경은 약 0.1mm(약 0.004인치)정도로 작을 수 있다. 이런 보다 작은 오리피스는, 보다 작은 절단면을 제공하고 매질의 소비율을 감소시킴으로써 절단과 가공의 정밀성을 향상시키는 비교적 작은 직경의 제트류를 제공한다.

매질 내에서의 연삭재의 분산은 간단한 혼합기술을 이용하여 수행될 수 있으며, 이는 본 발명의 실시에서 크게 한정되지 않는다.

상기와 같이, 혼합튜브, 연삭재 공급기계 및 일반적으로 호스와 같은 연삭재 수송 도관이 없어서 본 발명 시스템에 사용하기 위한 노즐의 디자인과 구조는 크게 단순화된다. 이로써 모양과 부피, 복잡성, 비용, 무게 및 작업자의 판단 및 기술에의 의존성이 모두 배제될 수 있어 연삭 제트류 절단과 가공 작업에 상당한 잇점을 부여한다.

또한 사용되는 노즐 특유의 디자인은 제트류 매질의 폴리머 성분에 대한 전단응력의 작용이 최소화되도록 설계되는 것이 바람직하다. 노즐 오리피스의 비교적 큰 입구로부터 출구까지의 노즐의 횡단면적의 변화율은 가능한 모서리 또는 다른 불연속부의 존재없이, 매끄러우며 적당한 연속적인 커브로 전개되는 것이 바람직하다. 매질이 펌프되어 나가는 횡단면적을 감소시킴으로써 흐름을 가속시킬 수 있으며, 따라서 높은 전단응력이 폴리머에 적용된다. 그러나 응력 변화율이 매우 높은 모서리 등에서, 횡단면적의 변화율의 갑작스런 변화에 비례하여 응력이 집중되는 것을 방지함으로써 사슬의 절단 및 폴리머의 분해는 최소화된다.

노즐의 이러한 특징은 또한 매질내에서의 난류방지를 피하게 한다. 제트류의 응집성(coherence)은 노즐 오리피스를 통과하는 층류에 의해 좋아지며, 그 결과 상기 노즐구조는 제트류가 방산되는 것을 최소화할 수 있도록 한다.

유도된 전단응력의 최소화는 본 발명의 모든 면에 도움이 된다. 특히 통과 매질내에 난류를 발생시키기에 충분한 크기의 전단응력은 피해져야 한다. 이러한 난류가 일어나면 매질내에서 폴리머 결합을 깨기에 충분한 크기의 진단응력이 발생한다. 부가된 비가역적인 분자량 감소와 더불어 폴리머 공유결합이 깨지는 것은 전체 폴리머 분해의 징표로, 가능한 한 피하거나 최소화해야 한다.

작업물을 거친 후의 제트류를 포획하는데 사용되는 매질 포획기의 설계를 개선시키는 것도 본 발명의 또다른 면이다. 절단 및 가공 후에도, 전체 제트류는 아닐지라도 일부의 제트류는 여전히 고속으로 이동하기 때문에, 스플래쉬백(splashback), 미스트 발생 및 매질 포획기 하드웨어에의 손상을 최소화 할 수 있는 특수한 매질 포획기가 요구된다. 부가적으로 매질 포획기는 제트류가 제동됨(break-up)에 따라 발생되는 소음을 감소시키고 폴리머의 분해 및 연삭입자의 파괴를 최소화하도록 설계되어야 한다.

기존에는 길게 연장된 튜브(elongated tube)가 매질 포획기로 사용되었다. 이러한 긴 연장튜브는 제트류가 매질 포획기의 바닥에 이르기 전에 표면벽을 따라 제트류가 제동되도록 설계되었다. 다른 방법으로, 매질 포획기는 교체가능한 바닥 삽입물을 포함하였으며, 또는 강철구를 성기게 채워서 제트류를 제동시켰다. 교체 가능한 바닥이 사용되는 경우, 제트류가 바닥면을 절단하게 되는 경우도 있었다.이러한 단점때문에 매질 포획기의 바닥은 교체가 쉽고 저가이도록 설계되어져야 한다. 사용되는 매질 포획기의 타입에 상관없이, 포획된 제트류는 높은 전단응력을 받게되고, 이는 어쩔수없이 플리머의 손상을 촉진시킨다.

본 발명은 도 1의 단면도에서 번호 48로 표시하여 나타낸 바와 같이 새로운 매질 포획 설계를 제공한다. 제트류(50)는 매질 포획기(48)내로 주입되어 완만하게 감속될 수 있다. 여기서 제트류(50)는 금속표면에 충격을 주지 않고, 담거진 매질(52)을 통과하도록 유도된다. 바람직하게는 이 매질(52)은 제트류(50)와 같은 동일한 겔로 증점된 폴리머 용액이거나 현탁액이다. 제트류(50)내의 폴리머분자는 매질 포획기(48)에 의해 포획되고, 따라서 금속표면에 충격을 주고 즉시 감속되어 상당한 거리에 걸쳐 감속하게 된다. 이 연장되어진 감속으로 금속표면에서의 충격으로 인한 크기의 전단응력이 생성되는 것을 피할 수 있다. 여러 다른 물질이 이 수용(receiving)매질(52)로서 사용될 수 있으나, 제트류(50)의 매질과 같은 매질을 사용하지 않을 경우 이에 따른 단점들이 있다. 이러한 단점들에는 희석 및 분리가 어렵거나, 매질이 제트류 절단 및 가공을 위해 재사용되어야 하는 경우는 아주 불가능할 수도 있다는 것을 포함한다.

제트류(76)의 에너지, 특히 절단면을 통과한 제트류(50)의 양과 매질의 깊이에 따라, 제트류(50)는 매질(52)을 통하여 매질 포획기 표면(54)을 통과할 수 있다. 이 문제점을 해결하기 위한 한 방법은 제트류(50)의 에너지에 관계없이 제트류가 매질 포획기 표면(54)을 통과하는 가능성을 막기 위하여 충분한 부피의 매질 포획기(48)를 설치하는 것이다.

본 발명의 매질 포획기(48)는 단순한 구조이고, 제트류(50)의 재사용 여부에 관계없이 사용될 수 있다. 제트류 매질(50)이 재사용되지 않는 경우에는 물을 포함하여 어떤 유체도 매질(52)로서 사용될 수 있다.

종래의 피스톤 변위 펌프는 본 발명의 겔로 증점된 폴리머를 가진 유효한 제트류(76)를 발생시키는데 사용될 수 있고, 하나의 변위펌프 또한 매질(52)을 재순환하는데 사용될 수 있기 때문에, 이러한 설비를 사용하여 매질-회복(return) 절단 및 가공 시스템을 위한 설비를 조립하는 것이 가능하며, 또한 실제로 편리하다.

장치를 사용하기 위해, 제트류 절단과 가공을 위한 매질(64)을 양성 변위 펌프(66)의 실린더(72)내로 투입한다. 노즐(68), 바람직하게는 도 2에 나타낸 구조의 노즐을 변위펌프(66)의 배출구(output)에 직접 연결하거나 또는 매질(75)용 고압도관을 통하여 장착한다. 피스톤 막대(72)에 작용하는 수압 발생기(70)는 피스톤 해드(74)를 밑으로 밀어 매질(64)이 고속 제트류(76)로서 노즐(68)의 오리피스를 통해 배출되게 한다. 제트류(76)는 작업물을 절단하고 가공한다. 제트류는 작업물(78)을 절단하고 가공한 후에, 제트류의 분기된 흐름(divergent flow)이 매질 포획기내로 들어간다. 특정 실시예에서, 매질(52)은 매질(64)와 동일하다. 매질 포획기(48)로 들어간 제트류(50)의 운동량은 점진적으로 사라지고, 제트류(76) 매질은 매질(52)와 혼합된다.

대부분의 매질(64)이 매질 포획기(48)로 들어가면, 매질(52)의 일부는 되돌아가서 변위 펌프(66)내에 매질(64)을 다시 채워 절단/가공을 계속할 수 있다. 매질(64)을 변위 펌프(66)로 되돌려 보내기 위하여 리턴(rsturn)라인(82)상에펌프(80)가 이용된다. 변위 펌프 피스톤 헤드(74)는 수축되어 피스톤 헤드(74)의 압착면 상에 매질(64)을 받아들인다. 필요한 경우, 절단 및 가공에 의해 생긴 파편들을 걸러내기 위하여 리턴라인 상에 필터(84)를 설치할 수 있다. 이러한 여과는 우선적으로는 노즐(68)의 오리피스를 보호하고 막힘을 방지하기 위해 이용한다. 철이나 다른 상자성체(paramagnetic) 물질들이 절단되는 경우는 마그네틱 분리 방법을 이용하여 조각들을 분리할 수 있다. 상기한 바와 같이, 피스톤 헤드(74)에 의해 생긴 추진력(force)은 매질(64)이 노즐을 통과하여 작업물을(78) 효과적으로 가공하기에 충분한 에너지를 가지는 제트류(76)를 생성시키기도록 추진하는데 충분하다. 본 발명을 실시함으로써 설비비의 절감, 신뢰도(reliability)의 증대 및 작업자 안전의 증대등의 장점을 얻을 수 있다.

절단에 있어 본 발명의 성능은 선행기술들의 성능과 적어도 동일하거나 종종 더 우수함을 보여주었다. 본 발명의 시스템의 가장 큰 장점은, 일반적으로 여리 제제에 대해 20∼100사이클 정도로 매질을 재순환 및 재사용 할 수 있는 능력이다. 또 다른 큰 장점은 낮은 압력에서 작업되어 연삭 제트류의 절단 및 가공 작업에 요구되는 설비가 단순화된다는 점이다. 이러한 특징으로 인해 상당한 비용을 절감할 수 있고, 설비 작업자의 기술 및 숙련도에의 의존도를 낮출 수 있다.

본 발명의 제트류의 증대된 응집성으로 다른 요소들이 모두 동일한 경우, 연삭입자에 관련하여 선행기술에서 얻을 수 있는 응집성에 비하여 일반적으로 절단너비가 보다 좁게된다. 절단너비가 좁을수록 절단에 있어 정밀도가 높아지며, 이 하나만으로도 현저한 장점이라고 할 수 있다.

임의의 입자크기에 있어서도, 절단면들의 표면 마무리가 선행기술에 의한 것보다 더 양호한 것을 알 수 있었다. 선행기술의 방법에서 사용될 수 있는 것보다 더 작은 크기의 입자들을 사용할 수 있는 능력을 결부시키는 경우, 생산에 요구되는 설비와 노동력 및 작업 인원수를 감소시키고, 절단면의 표면 마무리 공정을 하지 않을 수도 있다.

본 발명에 사용되는 작업압력은 선행기술의 연삭 제트 절단 공정에서 사용되는 것보다 현저히 적지만, 절단율(cutting rate)은 이에의해 영향을 받지 않으며 여러 경우에 있어 선행기술에서 얻을 수 있는 절단율보다 더 높았다.

실시예

실시예 1∼3

35℃ 정도로 약간 상승시킨 온도에서 약 30분동안, 검(gum)이 완전히 용해될 때까지 물과 검(gum)을 혼합하여 40중량%의 구아검(guar gum)수용액을 제조한다. 제조한 용액에 0.60중량%의 만노오즈, 글루코오즈 및 포타슘 글루쿠로네이트의 고분자 알칼리 디아세틸화 다당류의 아세틸-에스테르를 가하여 용해시킨다. 이 용액에 동량의 35중량% 붕산과 2.0중량%의 소듐보레이트 수용액을 가하여 균일하게 섞여서 하이드로겔의 형성이 시작될 때까지 혼합한다.

형성되는 하이드로겔에 45㎛(325메쉬)의 입자크기를 갖는 SiC를 50부 첨가하고, 결합된 물질들은 연삭재가 균일하게 분산될 때까지 완전히 혼합한다. 그 결과, 무른 분말이 생성되며, 이하 이를 전구 농축물(procursor concentrate)이라 한다.

상기 전구 농축물은 보통 건조 분말 형태로 사용되며, 제트류 절단 및 가공동안에 매질이 통과하는 노즐 오리피스의 크기에 따라 절단 및 가공에 사용되는 미세하게 분할된 연삭재와 적당하게, 물과 다양한 비율로 혼합되어 이용된다. 필수적이지는 않지만, 바람직하게는 소량의 파라핀유 또는 탄화수소 그리스가 본 조성물에 희석제(humectant)로 첨가되어 즉시 사용되지 않을 때 매질상에서 크러스트(crust)의 형성을 방지한다. 다른 크기의 오리피스들에 따른 적합한 제제들의 특성을 부피로 아래 표 1에 나타내었다.

상기에서 정의된 조성물에서 오일(Oil) 성분은 크러스트 생성을 지연 또는 방지시킨다. 또한 오일은 점착도(tackiness)를 조절한다. 오일이 적거나 없는 경우, 매질은 작업자의 손 및 금속에 달라붙게 된다. 따라서 적합한 희석제인 오일은 첨가되는 것이 바람직하다.

때때로, 상기 매질들의 사용수명은 세균이나 곰팡이의 증식으로 인하여 제한된다. 메틸 벤조에이트 또는 파라히드록시 벤조에이트와 같은 살균제를 보통 약 1% 미만 혹은 0.5% 미만으로 소량 첨가해주는 것이 이러한 미생물에 의한 악영향을 방지해준다.

실시예 4 ∼ 26

다음 성분들은 플레니터리 믹서(planetary mixer)에서 혼합되었다.

폴리보로실록산은 분자량이 125,000이고 붕소(boron): 실리콘(silicon)의 비율은 1:25이다. 그리스는 엑손(Exxon)사의 자동차 샤시 윤활용 그리스이다.

이 성분들을 매끄러운 균일 혼합이 이루어질 때까지 주변 조건하에서 혼합한 후, 일정량으로 나눈다. 각 일정량은 표 2에 나타낸 것과 같이 연마재 입자들과 조합, 혼합하여 복수의 제트류 매질을 제조한다. 각 제제는 스테아르산을 첨가하여 정치점도(standing viscosity)가 300,000cp가 되도록 조절된다.

각 매질 제제들을 표 2의 조건하에서 1/4인치의 알루미늄판을 자르는데 사용하여 그 절단 결과를 표 2에 나타내었다.

범례

A = 실시예 번호, E = 노즐 직경,in[dn], I = 절단면 상단(in)[kt]

B = 연삭재, F = 스탠드오프,in[SOD], J = 절단면 바닥(in)[kb]

C = 농도(중량%), G = 압력(psi), K = 절단면 비 Kt/Kb

D = 메쉬, H =공급속도(in/min), L = 절단면 크기 kb/dn, M = SOD/dn

표 2에 나타난 바와 같이 빠르고 효율적이며 고품질의 절단을 이루었다.

실시예 27 ∼ 62

실시예 4∼26에 사용된 기본 제제를 표 3에 나타낸 연마재들과 함께 혼합하여 다시 사용하였다; 스테아르 산을 이용하여 점도를 재조정하여 정치점도가 300,000cp 되게 하고, 제제를 0.25인치 알루미늄 판을 자르는데 사용하였다. 절단 조건들은 표 3에 나타내었다.

판의 절단면 특성은 표면 거칠기에 의해 측정된다. 측정치는 표 3의 G 및 H 컬럼에 나타내었다.

범례

A =실시예, D =스탠드오프 거리,(in), G = Ra(uinch)

B =연삭재, E =압력(psi), H = Ra(um)

C = 메쉬, F = 공급속도(in/min)

측정하여 표 3에 나타낸 표면 마무리는 연삭 제트류 절단에 있어 뛰어난 품질이라는 것을 본 기술분야의 당업자들은 알 수 있을 것이다. 상기의 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것이지, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명의 특정 범위를 수립하는 다음의 청구범위에 의해 한정되고 정의된다.

Claims

다수의 연삭입자가 유동성 제트류 매질 내에 현탁되어 있으며, 작업물에 고속, 고압으로 분사되는 연삭 제트류 절단과 가공방법에 있어서,

A. 고전단 조건하에서 우선적으로 끊어진 재형성 가능한(reformable) 희생(sacrificial) 화학결합을 가지는 폴리머로 된 상기 매질을 제조하고,

B. 상기 재형성 가능한 희생 화학결합을 끊는 전단 조건하에서, 상기 절단 및 가공을 수행하기 위하여 상기 작업물에 상기 매질과 현탁된 연삭재를 분사하고,

C. 상기 화학결합을 재형성하고,

D. 공정 중에 재사용을 위해 상기 매질과 연삭재를 재순환시키는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공방법.
제1항에 있어서, 상기 매질은 제트류를 형성하기 위해 14~80MPa의 압력으로 오리피스를 통해 분사되는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공방법.
제2항에 있어서, 상기 제트류는 초당 75~305m(250~1000ft)의 속도로 분사되는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공방법.
제1항에 있어서, 상기 연삭 입자는 긴 방향의 크기(major dimension)가 2~1,600㎛의 입자크기를 갖는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공방법.
제1항에 있어서, 상기 매질은 2족~8족 금속의 혼합물과 함께 이온적으로 가교결합된 수용성 폴리머의 수성 겔인 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공방법.
제1항에 있어서, 상기 매질은 분자간 결합을 형성하여 겔을 형성하는 비수성의 가소성 폴리머인 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공방법.
제5항에 있어서, 상기 매질은 200,000~600,000 센티포아세(centipoise)의 정치점도(static viscosity)를 가지는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공방법.
제1항에 있어서, 상기 매질은 2족~8족 금속을 포함하는 겔화 촉진제의 작용에 의해 촉진된 분자간 수소결합의 형성으로 겔화된 히드록시기 함유 수용성 폴리머 1~20중량%의 수성 하이드로겔(hydrogel)인 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공방법.
제1항에 있어서, 상기 제트류는 내부의 입구면과 내부의 배출 오리피스면 및 연결 전이구역면(transition zone surface)을 가진 노즐 수단을 통해 상기 중점된 수성 매질을 추진함으로써 상기 제트류를 형성하고; 상기 입구면, 상기 전이구역면, 상기 배출 오리피스면은 상기 노즐수단을 통과하는 상기 증점된 수성 매질과 접촉되고, 상기 전이구역면과 상기 배출 오리피스면은 불연속성이 없이 연속적인 기능을 한정하는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공방법.
제4항에 있어서, 상기 연삭입자는 상기 매질에 50중량%까지 첨가되는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공방법.
제5항에 있어서, 상기 수용성 폴리머는 구아검과 이의 히드록시프로필 유도체, 카르복시메틸에틸 셀룰로오즈를 포함하는 셀룰로오즈 유도체, 또는 폴리아크릴아미드와 폴리옥시메틸렌을 포함하는 합성 히드록시기 폴리머로부터 선택된 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공방법.
제8항에 있어서, 상기 매질은 상기 수용성 폴리머를 1~20 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공방법.
제트류가 작업물에 적용된 후, 저장용기와 상기 제트류를 감속시키기 위한 감속매질을 포함하는 포획수단 내로 상기 제트류를 모으는 것을 특징으로 하는 제트류 절단 및 가공방법.
제13항에 있어서, 상기 감속매질은 상기 제트류의 형성에 사용된 것과 동일한 매질로 이루어진 것을 특징으로 하는 제트류 절단 및 가공방법.
제14항에 있어서, 상기 감속매질과 감속된 매질은 제트류 매질로서 재사용되기 위하여 재순환되는 것을 특징으로 하는 제트류 절단 및 가공방법.
제1항에 있어서, 상기 증점된 수성매질에 희석제 오일을 10중량% 첨가하는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공방법.
제1항에 있어서, 살균제를 상기 증점된 수성매질에 첨가하는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공방법.
제8항에 있어서, 향상된 유체행동을 위하여 수용성 틱소트로프(thixotrope)를 제공하는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공방법.
제11항에 있어서, 상기 겔화제에 고분자 다당류 약 0.25∼0.60중량%를 첨가하는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공방법.
제19항에 있어서, 상기 다당류는 만노오즈, 글루코오즈, 포타슘 글루쿠로네이트와 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 폴리머의 알칼리 디아세틸화 유도체 아세틸 에스테르를 포함하는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공방법.
폴리머 조성물에 분산된 미립연삭재를 포함하는 폴리머 포함 연삭 제트류 절단 매질에 있어서, 상기 폴리머는 높은 전단응력 조건하에서 우선적으로 끊어지고 낮은 전단응력 조건하에서 재형성되는, 재형성 가능한 희생 화학결합을 가지고, 상기 폴리머 조성물은 200,000~500,000센티포아세의 정치점도를 지니고, 14~80MPa의 압력으로 0.1~1mm의 직경을 가진 오리피스를 통한 상기 매질의 흐름에 의해 나타나는 전단 조건 하에서 500~20,000포아세의 동적 점성을 가지는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 매질.
제21항에 있어서, 상기 재형성 가능한 희생 화학결합은 이온결합과 분자간 결합을 포함하는 군으로부터 선택되는 겔형성 가교결합인 것을 특징으로 하는 연삭제트류 절단 매질.
제21항에 있어서, 상기 매질은 수용성 폴리머와 겔 촉진제의 수성 하이드로겔을 포함하는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 매질.
제22항에 있어서, 상기 수용성 폴리머는 구아검과 이의 히드록시프로필 유도체, 카르복시메틸에틸 셀룰로오즈를 포함하는 셀룰로오즈 유도체, 또는 폴리아크릴아미드와 폴리옥시메틸렌을 포함하는 히드록실기로 종료된 합성 폴리머를 포함하며, 상기 겔 촉진제는 하이드로겔 형성을 촉진하기 위하여 붕산, 소듐 보레이트, 하나 이상의 2족∼8족 금속의 유기금속 화합물 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 금속 산화물 또는 금속 유기화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 매질.
제22항에 있어서, 상기 겔 촉진제는 티타늄, 알루미늄, 크롬, 아연, 지르코늄 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 금속의 유기금속화합물인 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 매질.
제25항에 있어서, 상기 하이드로겔은 1~20중량%의 상기 수용성 폴리머와 99~80중량%의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 매질.
제23항에 있어서, 상기 매질은 수용성 틱소트로프(thixotrope)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 매질.
제23항에 있어서, 상기 하이드로겔 폴리머는 붕산 30~40중량%와 반응하는 구아검 50~70중량% 및 붕사(borax) 1.0~2.5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 매질.
제23항에 있어서, 상기 매질은 고분자 수용성 다당류 0.25~0.60중량%를 더포함하는 것을 특징으로 하는 연속 제트류 절단 매질.
제29항에 있어서, 상기 다당류는 포타슘 글루쿠로네이트의 알칼리 디아세틸화 아세틸 에스테르를 포함하는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 매질.
제23항에 있어서, 상기 매질은 희석제 오일 0.5~10.0중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 매질.
제22항에 있어서, 상기 연삭입자는 알루미나, 실리카, 가넷(garnet), 텅스텐 카바이드, 실리콘 카바이드 및 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 매질.
제21항에 있어서, 비수성의 가소화된, 분자간 결합으로 가교결합된 폴리머겔을 포함하고, 200,000~600,000 센티포아세의 정치 점성을 가지는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 매질.
제33항에 있어서, 상기 폴리머는 붕소-산소 분자간 가교결합을 가지는 폴리보로실록산인 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 매질.
제34항에 있어서, 상기 폴리보로실록산은 분자량이 200,000~750,000이고, 붕소-실리콘 원자비가 10~100인 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 매질.
제21항에 있어서, 상기 연삭입자는 최대직경이 2~1,400㎛인 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 매질.
제21항에 있어서, 상기 연삭입자는 최대직경이 2~200㎛인 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 매질.
제21항에 있어서, 상기 연삭입자는 최대직경이 20~100㎛인 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 매질.
제21항에 있어서, 상기 매질은 300,000cp의 정치 점도를 가지는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 매질.
상기 제트류를 형성하기 위하여 노즐수단을 포함하는 가교결합된 폴리머겔 매질을 사용하여 제트류를 형성할 수 있으며, 상기 노즐수단은 입구와 출구 오리피스가 있고, 상기 입구와 출구 오리피스를 연결하는 전이 구역을 가지고, 상기 전이구역은 상기 노즐 수단을 통과하는 상기 가교결합된 폴리머겔 매질과 접촉하는 면을 가지며, 상기 전이구역의 면은 매끄럽고, 적당한 연속적인 커브로 형성되고, 상기 출구 오리피스는 일정한 횡단면적을 가지고 길이 직경의 비가 3 이상인 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공장치.
가교결합된 폴리머겔 매질로부터 형성된 제트류를 가지고 작업물을 절단 및 가공한 후에 상기 제트류가 향하는 매질 포획(media catcher)수단을 포함하며, 상기 매질 포획수단은 상기 제트류를 감속시키기 위해 감속매질을 포함하는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공장치.
제40항에 있어서, 상기 가교결합된 폴리머겔 매질은 연삭입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공장치.
제42항에 있어서, 상기 가교결합된 폴리머겔 매질은 폴리머겔 증점제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공장치.
제41항에 있어서, 상기 감속매질은 상기 겔-증점된 가교결합된 폴리머겔 매질인 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공장치.
제41항에 있어서, 상기 감속매질은 상기 제트류를 감속시킨 후에, 제트류 형성을 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 연삭 제트류 절단 및 가공장치.