KR100537474B1 - 연마재료 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 경입자를 제 위치에 유지시키기 위해, 보유 매트릭스 내에 분산된 연마 품질을 제공하는 복수의 경입자(75)를 구비하여 구성되는 연마재료 제조 방법으로서, 상기 복수의 경입자를 지지할 수 있는 캐리어(60)에 대한 개구를 갖는 마스크(50)를 위치시키는 단계와, 경입자가 부착되는 상기 캐리어로부터 떨어진 상기 마스크의 외측 표면 상에 부착 능력을 제공하는 단계, 상기 마스크의 외측 표면에 복수의 경입자를 적용하여, 상기 마스크의 외측 표면에 적용된 경입자 중 일부가 마스크의 개구를 통과하여 마스크의 개구에 대응하는 상기 캐리어 상에 경입자의 패턴을 형성하고, 상기 마스크의 외측 표면에 적용된 경입자 중 다른 일부가 상기 마스크에 부착되도록 하는 단계, 상기 캐리어 상에 경입자의 패턴을 남기면서 캐리어로부터 부착된 경입자를 포함하는 마스크를 분리하는 단계, 보유 매트릭스재료로 하여금 캐리어 상의 경입자를 적어도 부분적으로 에워싸도록 하는 단계 및, 상기 보유 매트릭스재료를 가열하여 상기 재료가 상기 패턴내에서 상기 경입자를 유지하는 보유 매트릭스를 형성하게 하는 단계를 구비하여 이루어진다.

Description

연마재료 제조 방법{ABRASIVE SURFACE AND ARTICLE AND METHODS FOR MAKING THEM}

본 발명은 연마 및 내마모 표면과 이들 표면을 구비하는 물품에 관한 것으로, 특히 표면에 연마 및 내마모 품질을 제공하는 계획적으로 분산된 경입자(hard particles)를 포함하는 이러한 표면을 달성하기 위한 새롭고 개선된 방법을 개시한다.

본 명세서에 참조로 통합된 미국특허 번호 제4,925,457호와; 제5,092,910호 및; 제5,049,165호 뿐 아니라 제5,380,390호; 제5,203,880호; 제5,190,568호; 제5,817,204호; 제5,620,489호; 제5,991,330호 및; 제5,980,678호 모두는 연마 물품의 표면상에 계획적인 방법으로 균일하게 분산된 경입자를 제공하기 위한 방법을 가르친다.

국제공보 WO98/51448호는 천공된 형판(stencil) 또는 마스크를 기구 예비성형물에 대해 위치시켜서 천공이 공동을 정의하게 하고, 이들 공동을 페이스트 형태의 금속 브레이징(braising) 합성물로 충전 및 포장한 후, 절개면에 덧붙여진 브레이징 페이스트의 불연속적인 입자를 남기면서 형판을 제거하는 방법을 개시한다. 경입자(연마 낟알들)는 페이스트 입자 상에 퇴적되거나 페이스트 입자와 미리 혼합되고, 브레이징 상태에서 예비성형물을 발화시킴으로써 제 위치에 고정된다.

본 명세서에 참조로 통합된 미국특허 제5,380,390호, 제5,817,204호, 제5,980,678호에서는, 다양한 접착재료와 적어도 하나의 마스크가 합성 연마재료의 열처리에 앞서 기재 및/또는 캐리어 상에 경입자를 유지하고, 경입자의 비균일한 분산을 형성하기 위해 사용된다. 예컨대, 접착제로 기재를 코팅하고, 접착코팅된 기재에 걸쳐서 마스크를 위치시키며, 이 기재를 다량의 경질의 접착 입자와 접촉시켜서 경입자가 마스크의 개구를 통과하여 기재에 부착되게 한 후, 접착제에 의해 유지되지 않은 모든 복수의 경입자를 제거하고, 선택적으로 마스크를 제거함으로써, 연마재료가 형성될 수 있다. 그 다음, 기재의 패턴 내에 남는 경입자는 소결가능하거나 가용성인 매트릭스재료로 에워싸여지는 한편, 경입자는 접착제에 의해 임시로 유지된다. 열 및/또는 압력의 연속 처리가 접착재료를 완료시킨다.

마스크는, 기재와 경입자를 접촉시키기 전에 기재에 대해 위치되는 매쉬 또는 그 밖의 셀룰러 재료의 형태를 취할 수 있다. 그 다음, 매쉬 또는 그 밖의 셀룰러 재료에 따라서, 마스크는 경입자 및/또는 영역 또는 입자 덩어리의 분산을 결정하게 된다. 더욱이, 마스크는 가열에 앞서 제거하거나, 남겨져서 연마재료의 통합부분이 될 수 있다. 더욱이, 본 발명에 기재된 바와 같이, 기재는 소결가능한 예비성형물로 될 수 있고, 재료의 소결 전에 사전에 위치된 경입자의, 롤 압축과 같은 다양한 가압수단으로 경입자는 압박되거나 압축될 수 있다.

본 발명에 더욱 기재된 바와 같이, 매트릭스재료는 소결가능하고, 가용성인 재료로 될 수 있고, 열적(예컨대, 플라즈마) 도포나 증기 퇴적과 같은 압력에 연관된 온도에 의해 퇴적될 수 있는데, 재료의 열적 퇴적은 소결가능한 재료와 등가물로 고려된다. 소결의 변동에 따라서, 가열 또는 압축의 개시 전에 어셈블리의 적어도 한 측면상에 가용성 재료를 위치시킴으로써, 매트릭스재료는 가용성 재료로 포화될 수도 있는데, 가열 동안 가용성 재료는 용해되고, 삼투압 작용에 의해 매트릭스재료 내로 운반된다.

본 명세서에 참조로 통합된 미국특허 번호 제5,620,489호는, 다량의 파우더로 되고 소결가능한 매트릭스재료와 액체 교결제의 혼합물로 만들어진 부드럽고, 쉽게 변형되고 가요성인 예비성형물 형태의 소결가능한 매트릭스재료를 개시한다. 그 다음, 복수의 연마입자는, 적어도 부분적으로 예비성형물 내에 포함될 수 있는데, 그 다음 소결되어 연마물품을 형성한다. 예컨대, 교결제-파우더 혼합물은 지지 표면 상에 투여되고, 예비성형물을 형성하기 위한 닥터 블레이드(doctor blade)에 의해 균일한 두께로 섞일 수 있다. 예컨대, 입자를 예비성형물의 적어도 한 측면상에 위치시킨 후, 입자를 예비성형물 내로 압박함으로써, 복수의 연마 입자가 예비성형물 내에 포함될 수 있다. 예비성형물이 소결되기 전에 또는 소결되는 동안, 연마입자는 예비성형물 내에 압박될 수 있다. 더욱이, 셀룰러 타입 매쉬 또는 마스크 재료에 의해 정의될 수 있는 임의적인 또는 계획적인 방법으로, 입자가 예비성형물 내에 포함될 수 있다.

본 명세서에 참조로 통합된 미국특허 번호 제5,791,330호는 연마입자의 계획적인 분산을 갖는 유사한 연마재료에 관한 것으로, 연마입자를 위치시키는데 사용된 후에 매쉬재료는, 매트릭스재료를 소결하는 것에 앞서 물리적으로 부분적으로 또는 완벽하게 제거되거나, 매트릭스재료 내에 균일하게 분산된 연마 입자를 남기면서 매트릭스재료를 소결하는데 사용되는 온도에서 용해되거나 분해될 수 있다. 또한, 본 특허는, 구조적인 부재가 매트릭스재료와 연마 입자 및 매쉬재료 사이에 또는 적어도 이들의 한 측면상에 위치될 수 있고, 금속 또는 비금속 합성물이나 파우더, 섬유, 매쉬, 심(shims), 호일 및, 이들의 소정의 조합물로 될 수 있는 것을 개시한다. 구조적인 부재의 합성물은 매트릭스재료의 합성물과 다를 수 있고, 이들은, 바람직하게는 압력 하에서 소결된 연마 재료로 소결되거나 납땜될 수 있다. 또한, 본 특허는 적합한 소결가능한 매트릭스재료 또는 소결가능한 매트릭스재료의 합성물로서, 붕소와, 크롬, 아연을 포함하거나 포함하지 않은 강철과 같은 카바이드 형성소자를 구비하여 구성되고, 그 브레이징 및 용융재료가 합성물과 함께 첨가제로서 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 처리에 의해 만들어지는 다양한 형상의 절단 구획을 도시하는 마스크의 평면도,

도 2는 대안적인 형상의 절단 구획을 도시하는 다른 마스크의 평면도,

도 3은 캐리어의 표면 상에 도 1 또는 도 2의 마스크와 유사한 마스크를 나타내는 어셈블리의 단면도,

도 4는 적용된 복수의 경입자를 갖는 도 3의 어셈블리의 단면도,

도 5는 마스크, 캐리어 또는 서로에 부착하지 않은 경입자의 제거 후에 어셈블리를 나타내는 도 4와 유사한 도면,

도 6은 캐리어에 경입자를 부착하는 것을 돕기 위한 접착코팅의 사용을 나타내는 도 5와 유사한 도면,

도 7은 사용된 경입자 타입의 다양한 변형을 나타내는 도 5와 유사한 도면,

도 8은 경입자 타입의 또 다른 변형을 나타낸 도 7과 유사한 도면,

도 9는 캐리어로부터 부착된 경입자를 갖는 마스크의 분리를 나타내는 개략적인 도면,

도 9a 및 도 9b는 매트릭스재료를 보유하는데 있어서, 경입자를 고정하는 방법을 나타내는 개략적인 도면,

도 10은 캐리어로의 경입자의 압축을 나타내는 개략적인 도면,

도 11은 도 10의 압축의 결과로서, 캐리어 내에 매립된 경입자를 나타내는 확대도,

도 12는 캐리어에 적용된 추가 유지재료를 갖는 도 11의 재료를 나타낸 도면,

도 13은 경입자 및 마스크의 압축을 나타내는 도 10과 유사한 개략적인 도면,

도 14는 경입자 및 마스크의 크기 사이의 또 다른 변형을 나타내는 도 7 및 도 8과 유사한 도면,

도 15는 압축된 도 14의 재료를 나타낸 도면,

도 16은 추가 유지재료에 의해 보유되는 경입자를 갖는 도 15의 재료를 나타낸 도면, 도 16a는 추가 유지재료에 의해 보유되는 경입자를 갖는 도 16의 재료를 나타낸 도면,

도 17은 대안적인 마스크를 나타낸 도 5와 유사한 도면,

도 18은 대안적인 캐리어를 나타낸 도 4와 유사한 도면,

도 19는 도 18과 유사하고, 사용된 경입자의 타입에서의 변형을 나타낸 도면,

도 19a는 마스크의 제거 후, 도 19의 재료를 나타낸 도면,

도 20은 어셈블리를 함께 유지하기 위한 장치를 나타내는 개략적인 단면도,

도 21은 마스크의 제거 후, 도 20의 어셈블리를 나타낸 도면,

도 22는 도 12와 유사하고, 매트릭스재료를 보유하는데 있어서 경입자를 고정하기 위한 대안적인 방법을 나타낸 도면,

도 23은 압축 후, 도 22의 재료를 나타낸 도면,

도 24는 재료의 증가된 압축 후의 도 23과 유사한 도면,

도 25는 경입자를 고정하기 위한 또 다른 대안적인 방법을 나타내는 도 22와 유사한 도면,

도 26은 압축 후 도 25의 재료를 나타낸 도면이다.

본 발명은, 이에 한정되지는 않지만, 기계화, 자동화 및 대량생산에 가장 적합한, 바람직하게는 계획적으로 또는 균일하지 않은 패턴으로 분산된 딱딱한 연마 입자를 포함하는 연마 및 내마모 물품을 포함하는 물품을 만들기 위한 새롭고 개선된 발명을 제공한다.

본 발명에 따라서, 경입자를 제 위치에 유지하기 위해서, 보유 매트릭스 내에 분산된 연마 품질을 제공하는 복수의 경입자를 구비하여 구성되는 연마재료 제조 방법이 제공되는데, 이 방법은, 복수의 상기 경입자를 지지할 수 있는 캐리어에 대한 개구를 갖는 마스크를 위치시키는 단계와, 경입자가 부착되는 상기 캐리어로부터 떨어진 상기 마스크의 외측 표면상에 부착수단을 제공하는 단계, 상기 마스크의 외측에 복수의 경입자를 적용하여, 상기 마스크의 외측에 적용되는 상기 경입자 중 일부가 마스크의 개구를 통과하여 마스크의 개구에 대응하는 상기 캐리어 상에 상기 경입자의 패턴을 형성하고, 상기 마스크의 외측에 적용되는 상기 경입자 중 다른 일부가 상기 마스크에 부착되는 단계, 캐리어 상에 상기 경입자의 패턴을 남기면서 부착된 경입자를 포함하는 마스크를 캐리어로부터 분리하는 단계, 보유 매트릭스재료로 하여금 캐리어 상의 경입자를 적어도 부분적으로 에워싸도록 하는 단계 및, 상기 보유 매트릭스재료를 가열하여 상기 재료가 상기 패턴내에서 상기 경입자를 유지하는 보유 매트릭스를 형성하게 하는 단계를 구비하여 이루어진다.

일반적으로, 본 발명의 처리는, 개구를 갖는 적어도 하나의 마스크를 선택하는 처리(예컨대, 스텐실(stencil), 템플릿(template), 셀룰러 타입 재료, 매쉬 등)와, 적어도 몇몇 경입자를 임시로 그리고/또는 영구적으로 지지하거나 수용가능한 캐리어 또는 기재에 대해서 마스크를 위치시키거나 이들과 함께 조립하는 처리를 구비하여 구성된다.

그 다음, 마스크 및 캐리어의 어셈블리는 다량의 경입자를 받아들이는데, 이들 몇몇은 마스크의 개구를 통과하여 캐리어 및 다른 부분 상에 고정되거나 안착되고, 몇몇은 마스크 상으로 진행하여 개구 사이의 마스크의 공간상에 안착된다.

본 발명에 따르면, 캐리어에 인접한 표면에 대향하는 마스크의 외측 표면은 마스크의 외측 표면 상의 공간 상에 경입자를 유지시키기 위해서 경입자가 부착되는 부착수단을 구비한다. 그 다음, 부착수단에 부착된 경입자를 갖는 마스크는 캐리어로부터 분리되고, 이에 의해 분리된 마스크는 복수의 경입자를 효과적으로 제거시켜서, 최종 연마생산물의 부분을 형성하지 않게 한다. 이러한 방법으로 연마재료의 부분을 형성하지 않게 되는 경입자를 제거함으로써, 처리동안 입자 먼지가 적게 야기되고, 이는 보다 쉽고 효과적으로, 예컨대 재사용이나 판매를 위해서 연마재료를 복구하게 한다. 더욱이, 이는, 원하지 않는 경입자가 연마재료의 부분이 될 가능성을 최소화시킨다.

이는 분산된 패턴의 경입자를 캐리어 상에 남기는 것으로 귀결된다. 경입자의 사이즈 및 형상에 의해서 뿐 아니라 주로 마스크의 개구의 사이즈와 형상 및 분산에 따른 마스크의 설계에 따라서, 경입자가 캐리어 상에 분산된다. 따라서, 경입자의 프로그램되거나 계획적인 분산이 캐리어 상에 제공된다.

이 과정에서, 캐리어 상의 경입자의 지지 또는 임시 유지는 캐리어 및/또는 경입자의 특성화 뿐 아니라, 캐리어 및/또는 경입자에 적용된 코팅재료나, 수분 함량, 습도, 중량,(중력 온도의 이용) 온도(예컨대, 네가티브 온도), 자화, 정전력, 방전상태 등과 같은 캐리어 또는 경입자의 표면 특성화에 의해서 제공될 수 있다. 더욱이, 경입자를 캐리어 상에 위치시킨 후, 캐리어에 대해 경입자를 보다 영구적으로 부착하기 위해서 또 다른 물질이 적용될 수 있다. 캐리어에 대한 경입자의 이러한 고정 동안이나 전후에 마스크는 캐리어로부터 제거될 수 있다. 부착 처리 동안에 동시에 또는, 나중에 즉각적으로 마스크를 제거하는 것은 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 구성한다.

마스크의 제거가 수반되면, 바람직하게는 마스크에 부착된 경입자는 마스크로부터 분리되고, 복구되며, 그 다음 또 다른 연마재료를 만들기 위해서 다시 사용된다.

경입자를 마스크에 그리고 서로 부착시키기 위한 수단은, 마스크 상에 코팅되거나 표면 거칠기를 통해 앵커(anchor)되는 접착층을 포함한다. 또한, 고유한 점착성 물질로 만들어지는 마스크도 이용될 수 있다. 그런데, 마스크의 외측 표면에 경입자를 유지시키므로, 마스크가 캐리어로부터 분리될 때 제거되는 소정의 수단이 허용될 수 있다.

바람직하게는, 마스크 및/또는 캐리어에, 그리고/또는 서로에 고정되지 않는 경입자가 캐리어 및 마스크로부터 또는 그들의 어셈블리로부터 제거되므로, 연마재료를 만들기 위해 모여져서 다시 사용될 수 있는 또 다른 복수의 경입자를 형성하게 된다. 이에 한정되지는 않지만, 이들 경입자는, 중력이나, 브러싱(brushing), 블로윙(blowing), 블래스팅(blasting), 픽킹(picking), 흡입, 진공, 스크랩핑(scraping), 색킹(shacking), 탭핑(tapping), 진동, 가열, 자화, 소자, 전기적인 하전 및, 방전을 포함하는 소정의 적합한 방법에 의해 제거될 수 있다.

경입자를 캐리어상에 위치시키고 마스크를 제거한 후, 이 어셈블리는 또 다른 처리에 종속된다. 이 처리는, 적어도 하나 이상의 다음 과정을 포함할 수 있다.

- 경입자를 제 위치에 잠금으로써, 캐리어 내에서 경입자의 유지를 개선하기 위해서, 경입자는 적어도 부분적으로 캐리어 내로 압박될 수 있다. 이 압박 및/또는 잠금은 캐리어로부터 마스크를 제거하는 동안이나 전후에 제공될 수 있다.

- 영구 보유 매트릭스재료(예컨대, 소결가능한 재료, 퇴적가능한 재료 , 가용성 재료, 납땜가능한 재료 또는 열적 경화 재료)를 갖는 캐리어 및 경입자를 제공.

- 가열과, 소결, 블레이징, 융해, 몰딩, 주조, 퇴적(예컨대, 전기적 또는 열적 퇴적) 및, 플레이팅 등의; 또는 압력 하에서 또는 압력의 부재 하에서의 특정 대기 또는 진공 하에서의; 또는 이들의 소정의 조합의 다양한 처리에 의해 경입자와 캐리어 사이에 직접 및/또는 보유 매트릭스재료를 통해서 영구적인 유지를 제공.

이들 또 다른 처리의 결과로서, 경입자는 유지매트릭스 및/또는 캐리어에 영구적으로 부착되거나 본딩되고, 선택적으로 서로 부착되거나 본딩된다.

참조 도면과 함께 그리고, 도시를 위해 선택된 본 발명의 이들 실시예를 참조해서, 도 1 및 도 2는 템플레이트되고, 스텐실되는 셀룰러재료 또는 매쉬재료가 될 수 있는 본 발명에 사용하기 적합한 개구를 갖는 마스크의 예를 나타낸다. 이에 한정되지는 않지만, 이 마스크는 천공, 드릴링, 절단, 납땜, 용접 및 아교 접착 또는 레이저에 의한 방법을 포함하는 다양한 방법으로 만들어질 수 있다. 도 1에 나타낸 마스크(10)는 복수의 관통 개구(15-24)를 구비하여 구성되는데, 이들 각각은 다양하게 형성된다. 도 2에 나타낸 마스크(30)는 복수의 둥근 개구(35)와 복수의 다각형 개구(40)를 나타낸다.

도 3은 마스크(10 또는 30)와 유사한 마스크(50) 어셈블리의 단면도로, 관통 개구(55)와 관통 개구(55) 사이의 마스크 부분(57)을 갖고, 캐리어(60) 상에 안착된다. 본 발명에 따라서 캐리어로부터 떨어진 마스크의 측면은, 경입자가 부착되는 접착층(100)의 코팅과 같은 부착수단이 구비된다. 한편, 마스크는 고유 점착성 물질 또는, 예컨대 빛이나 온도의 영향 하에서 점착성이 되는 물질로 만들어질 수 있으므로, 경입자가 마스크에 직접 부착된다. 그런데, 경입자를 마스크의 외측 표면에 유지해서 마스크에 부착시키는 소정의 수단이 허용될 수 있다.

캐리어는 복수의 경입자를 지지 및/또는 적어도 임시로 유지하는 소정 타입의 기재가 될 수 있다. 이하 보다 상세히 기재된 바와 같이, 캐리어는 플레이트(예컨대, 금속), 호일, 매쉬타입 재료(예컨대, 와이어 매쉬 또는 비-와이어 셀룰러 재료) 또는, 연마재료의 부분을 형성하는 소결재료의 예비성형물일 수 있고, 형성된 후 연마재료로부터 바로 제거되는 기재일 수 있다.

도 4는 복수의 경입자(70)가 마스크(50) 및 캐리어(60) 상에 적용되어 마스크 및 캐리어의 표면을 덮는 것을 나타낸다. 몇몇 경입자(75)는 마스크(50)의 개구를 통해 진행하게 되어 캐리어 상에 안착되고, 몇몇 경입자(80)는 마스크의 부분(57)으로 진행하여 접착층(100)에 의해 제 위치에 유지된다. 따라서, 경입자는 마스크 및 캐리어 뿐 아니라 서로에 대해서 안착 및/또는 고정된다. 도 5는, 요구된다면 마스크에 유지되지 않거나 개구(55)에 의해 유지되지 않는 경입자를 제거한 후 어셈블리가 어떻게 보이는지를 나타낸다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 마스크(50)에 인접한 캐리어(60)의 표면이 부착수단을 제공할 수도 있어서, 개구(55)를 통과한 경입자가 캐리어에 부착된다. 따라서, 캐리어(60)와 마스크(50) 사이에, 코팅층, 예컨대 개구(55) 내에 경입자를 부착하는 얇은 접착층(90) 필름이 제공될 수 있다. 이는, 마스크(50)에 부착되지 않는 복수의 경입자가 도 5에 나타낸 바와 같이 제거됨에 따라서, 경입자가 개구(55) 내에 유지되는 것을 돕는다. 또한, 접착물질이나, 액체 및/또는, 곱슬하게된 그리고/또는 자화된 물질을 경입자에 도포함으로써, 자연적인 정전, 기계적인 상호 잠금에 의해 경입자가 서로 부착될 수 있다.

도 7은 대안적으로, 캐리어 또는 마스크에 의해 유지되지 않는 모든 경입자를 제거한 후, 경입자(80)의 단일층과 경입자(75)의 단일층 만이 마스크(50) 및 캐리어(60)에 직접 또는 접착층(90, 100)을 통해서 부착되는 것을 나타낸다.

경입자의 평균 사이즈와 개구(55)의 크기 및 마스크(50)의 두께(110)에 따라서, 경입자(75)가 도 6에 나타낸 바와 같이 개구 내에서 산더미 또는 기둥으로 배열되거나, 도 7에 나타낸 바와 같이 단일층을 형성할 수 있거나, 도 8에 나타낸 바와 같이 각 개구(55) 내의 단일 입자로만 배열될 수 있음을 이해하여야 한다. 도 8은 접착층(90)을 나타낸다. 상기 접착층(90)은 독립적인 소자이거나, 마스크(50) 또는 캐리어(60)에 첨부되거나/부착된 부분으로 이해되어야 한다.

또한, 마스크의 내부 표면에는 캐리어의 인접한 표면이 부착되는 부착수단이 제공될 수 있다. 이 경우, 부착수단은 기재로부터의 마스크의 분리 공정시, 마스크 및/또는 기재의 벗겨짐이나 파손을 방지하게 된다. 이러한 부착수단의 예는 낮은 점착성 접착제(예컨대, 압력에 민감한 것) 및, 예컨대 기재 또는 캐리어에서 구멍이나 개구 또는 채널을 통한 낮은 흡입/해제 작용이 될 수 있다.

본 발명에 따라서, 경입자가 캐리어 및 마스크에 적용되고, 소정의 초과되거나 부착되지 않은 경입자가 제거된 후, 바람직하게는 부착된 경입자(80)를 포함하는 마스크는 캐리어(60) 상에 경입자의 패턴을 남기면서 캐리어로부터 분리된다. 도 9는 마스크(50) 및 캐리어(60)를 서로 분리하는 처리를 개략적으로 나타낸다. 분리 처리 뿐 아니라 분리 후에, 바람직하게는 마스크(50)는 모두 또는 적어도 대부분의 경입자(80)를 보유하고, 캐리어(60)는 경입자(75)를 보유한다. 특히, 도 9에 나타낸 바와 같이, 마스크로부터 분리시켜서 롤에 감음으로써 마스크(50)는 캐리어(60)로부터 제거될 수 있다. 분리 처리가 연속적이거나 반-연속적인 방법으로, 또는 불연속적 혹은 일괄적인 방법으로 될 수 있는 것으로 이해된다.

캐리어(60)로부터의 마스크(50)의 이와 같은 분리를 돕기 위해서, 접착층(90)이 사용된다면 이들이 서로로부터 분리되는 것을 어렵게 만들지 말아야 한다. 따라서, 대부분의 경우에 있어서의 접착층(90)은 충분한 점착성으로 되어, 경입자(75)가 부착되지만, 캐리어로부터 마스크(50)를 분리하기 어렵게 만들지 않기 위해서 너무 강하게 되지 않아야 한다.

본 발명에 따라서, 캐리어로부터의 마스크의 분리에 수반해서, 캐리어 상에 남겨진 경입자(75)는 보유 매트릭스재료와 접촉하거나 적어도 부분적으로 보유 매트릭스재료로 에워싸여진다. 도 9a에 나타낸 바와 같이, 이는, 예컨대 파우더의 소결가능한 매트릭스재료(76)일 수 있는데, 매트릭스재료를 용해하거나 소결하기 위해서, 요구되는 패턴내에 경입자(75)를 유지하기 위해서, 그리고 접착재료를 형성하기 위해서, 가열된다. 캐리어는 접착재료의 부분이 될 수 있고, 또한 소결 후에 제거될 수 있다.

한편, 소결가능한 매트릭스재료의 예비성형물이, 매트릭스재료(76) 또는 다른 유지 타입 재료에 더해서 또는 이들 대신에 구조의 측면 또는 양 측면에 적용될 수 있다. 도 9b는 소결재료의 예비성형물(77 및 78)이 도 9a의 어셈블리의 양측면에 적용되는 처지를 나타내는데, 플레이트(79)가 어셈블리 상에서 압력을 발휘하게 되고, 연마재료가 소결하도록 열이 적용된다. 매트릭스재료(76)는 생략될 수 있고, 파우더의 소결가능한 매트릭스재료 또는 가용성 재료로 될 수 있다. 매트릭스재료(76)가 가용성재료이면, 이 재료는 예비성형물의 최종 소결온도에서 또는 그 이하에서 용해될 수 있고, 경입자를 서로에 그리고 예비성형물에 의해 제공되는 보유 매트릭스에 부착되는 것을 돕게 된다. 한편, 캐리어(60)는 소결할 수 있는 재료의 예비성형물일 수 있는데, 접착재료를 만드는 상기 처리동안 경입자(75)를 유지하기 위해서 보유 매트릭스를 자체적으로 형성하게 된다.

마스크의 제거 후, 그리고 가열 전의 캐리어(60) 및 경입자(75)의 또 다른 처리는, 특히 캐리어(60)가 소결가능한 매트릭스재료의 예비성형물이면, 도 10에 나타낸 바와 같이 한 쌍의 압축수단, 예컨대 롤(130,140)로 캐리어 내로 경입자를 압박하는 것을 포함한다. 압축 롤은 경입자(75)를 캐리어(60) 내로 압박해서 캐리어를 변형시킨다. 캐리어(60)의 초기 두께(111)는, 압축 또는 변형의 몇몇 상태 하에서 변화될 수 있는데, 결과적인 두께(120)는 초기 두께(111)와 유사하게 된다. 또한, 캐리어(60)의 폭(도면에는 나타나지 않음)은 이러한 압축 하에서 변화될 수 있다.

압축동안, 경입자(75)는 적어도 부분적으로 또는 완전하게 캐리어(60) 내에 매립될 수 있다. 최종 생산물의 다양한 적용은 다양한 돌출 레벨을 요구할 수 있다. 본 발명의 1실시예에 있어서, 단일층의 페이스트 그라인딩 도구의 생산에 있어서는, 도 11에 나타낸 바와 같이 캐리어(60)의 표면(150)에 걸쳐서 경입자의 돌출이 있게 된다. 캐리어(60)의 성질과 경입자(75) 및 캐리어(60)로의 경입자(75)의 관통 깊이에 의존해서, 경입자(75)는 네스트(155;nest) 내에 안착될 수 있고, 이에 의해 캐리어 내에 앵커된다. 바람직하게는, 다른 적용은 캐리어/예비성형물(60) 내로의 경입자(75)의 완전한 돌출을 요구한다.

도 6 및 도 8과 함께 또한 도 11을 고려해서, 압박/압축의 결과로서, 접착층(90)이 네스트(155) 내에 존재하면, 가열, 연소, 흡착작용, 진공 또는, 분해 과정에 의해, 접착물질은 캐리어와 함께 제거될 수 있다. 특히, 세정 처리 환경 및 경입자(75)와 소정의 영구 보유재료 사이의 양호한 보유를 제공하기 위한 가열 하에서의 유기재료와 물 및 가스의 생성을 감소하기 위해서, 접착층(90)의 제거는 제조에 있어서 중요한 단계가 될 수 있다. 이는, 네가티브(진공) 및/또는 보호 및/또는 감소 대기의 사용과 함께 또는 사용 없이, 소결과, 브레이징, 융해, 전기-퇴적 및, 열적 경화 모두를 위해 특히 중요하다.

도 12를 참조하면, 캐리어(60)로의 경입자(75)의 압박/압축 후에, 추가 유지재료(125)가 경입자(75)에 적용될 수 있고, 선택적으로는 적어도 부분적으로 캐리어에 적용될 수 있다. "추가의" 재료(125)를 요구하는 이유는, 캐리어(60) 자체가, 특히 소결가능한 매트릭스재료라면, 경입자를 위한 보유 매트릭스를 제공할 수 있는 것이다. 적당한 가공 후, 추가의 유지재료는 경입자(75)를 캐리어(60)에 영구적으로 본딩하는데 도움을 주게 된다.

캐리어(60)가 소결가능한 재료가 아니고, 예컨대 금속 호일 또는 플레이트 또는 매쉬재료이면, "추가" 재료(125)만이 경입자 및 캐리어(60)의 통합을 제공하는 재료가 될 수 있다. 이 경우, 액체를 매개로 부분들을 함께 통합한 후 납땜재료를 응고시키는 납땜 처리의 기능을 정의함에 따라서, "추가" 재료(125)는 진정한 납땜재료로서 기능할 수 있다. 그러므로, 이 경우, 연마재료를 제조하기 위한 처리 하에서, 땜납은 열(적용되거나 적용되지 않은 부하 및/또는 압력과 함께)에 의해 용해된 후, 응고(적용되거나 적용되지 않은 부하 및/또는 압력과 함께)된다. 납땜재료가 비-납땜 타입 소결가능 재료와 결합(혼합되거나 또는 적용)하면, 적당한 온도에서 용해되는 땜납은 상기 비-납땜 타입의 소결가능 재료의 뼈대(모세 채널) 내로 침입할 수 있다.

이 추가 유지재료는 파우더, 칩, 섬유, 페이스트, 슬러리, 테이프, 시트, 촙(chop)되거나 크러쉬(crush)된 고체 조각 재료, 압축된 파우더 용해된 금속, 바람직하게는 가루로 된 재료 및, 전해용액의 형태를 가질 수 있다. 금속(예컨대, 금속 및 합금 파우더 및 혼합물) 및 비금속 재료(예컨대, 열 플라스틱, 수지, 에폭시)가 될 수 있다. 유지재료는 셀룰러 타입 재료와 금속 베이스 매쉬재료를 포함하는 예비-소결되거나 완전히 소결된 파우더재료와, 주조 파우더 테이프, 롤 압축된 파우더 테이프 또는, 플레이트로부터 선택될 수 있다.

추가의 유지재료가 적용된 시간에 마스크(50)가 캐리어(60)로부터 제거되지 않으면, 마스크와 함께 그들의 이어지는 제거에 도움을 주기 위해서, 유지재료는 경입자(80)를 마스크에 유지하는데 도움을 주는데 사용될 수도 있는 것을 주지하자. 또한, 경입자(80)가 소정의 유지재료를 포함하면, 마스크와 함께의 경입자의 제거를 수반하는 미래의 사용을 위한 경입자의 복구를 허용하기 위해서, 유지재료는 경입자로부터 분리될 수 있게 되어야 한다. 특히, 미래의 사용을 위해 경입자를 되돌리기에 앞서, 경입자는 유지재료로 세정되어야 한다. 그럼에도 불구하고, 몇몇 경우에 있어서, 제거된 경입자는 유지재료의 자취의 존재 하에서, 재사용을 위해서 되돌려질 수 있다.

도 9b 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 캐리어(60)의 압축 및 캐리어 내로의 경입자(75)의 압박은 도 13에 나타낸 바와 같이 마스크(50)를 제거하기 전에 수행될 수 있다. 바람직하게는, 이는 마스크(50)가 얇거나, 변형가능하거나, 신축성이거나, 탄성일 때이다. 플레이트(79)나 롤(130-1,140-1)과 같은 압축수단의 작용 하에서, 마스크(50)는 압축되고, 경입자(80)는 적어도 부분적으로 마스크 내로 압박되며, 경입자(75)도 캐리어(60) 내로 압박된다. 마스크(50)가 제거된 후, 최종 재료는 도 11에 나타낸 것과 유사하게 된다.

롤 압축은 캐리어(60)를 압축하고 경입자(75)를 캐리어 내로 압박하는 많은 가능한 선택사항 중 단지 하나인 것으로 이해되어야 한다. 압축수단은 평판이나, 주름지게 되거나, 직사각형 또는, 원형 등이 될 수 있다. 압축수단은 전기적, 수력, 공력 또는, 진동기계의 부분이나 이들에 부착될 수 있다.

경입자(80 및 75)의 선형 차원(예컨대, 3.0×10^-1 내지 1.0×10^-6의 경입자의 선형 차원)에 비해 마스크(50)가 얇은 물질일 때의 실시예가 도 14 내지 도 16에 도시된다. 도 14는 마스크(50)의 외측 표면 상(150)에 위치된 경입자(80)와 캐리어(60)의 외측 표면(160) 상의 경입자(75)를 나타낸다. 도 15는 경입자(80 및 75)가 마스크(50) 및 캐리어(60) 각각으로 (도 10 및 도 13에 나타낸 바와 같은 압축수단에 의해) 압박된 후의 구조를 나타낸다. 도 16은 마스크(50) 및 마스크에 부착된 경입자(80)를 캐리어로부터 분리한 후 캐리어(60) 및 캐리어에 매립된 경입자(75)의 구조를 나타낸다.

경입자의 영구적인 유지를 제공하기 위한 경입자(75)를 포함하는 압축된 캐리어(60)의 또 다른 가공은, 이에 한정되지는 않지만, 압력 하에서 또는 압력의 부재 하에서의 그리고/또는 진공 하에서 또는 진공의 부재 하에서의 가열과, 소결, 브레이징, 융해, 경화 및, 이들의 조합과; 연속적으로나 반연속적으로 또는 일괄적인 방법으로 수행되는 열적 도포 및, 전기적 퇴적 및; 이들의 조합을 포함하는 다양한 방법을 구비하여 구성된다. 다양한 이들 처리가 그 내용이 본 명세서에 참조로 통합된 미국특허번호 제5,203,880호를 포함하는 미국 특허에 개시된다.

상기된 바와 같이, 경입자(75)의 캐리어(60) 내로 그리고/또는 밖으로의 돌출 수준은 0-100%로 변화될 수 있다.

도 16a는 캐리어(60) 내로 침투된 선택적인 추가 유지재료(125)를 사용하는 경입자(75)를 포함하는 압축된 캐리어(60)로 만든 연마재료를 하나만 나타낸 도면이다.

도 17은 경입자(75)를 수용하는 캐리어(60)의 표면(180)에 대향하는 마스크의 적어도 측면(170) 상에 복수의 포켓 또는 채널(65)을 갖는 마스크(50)를 나타낸다. 소정의 압력(예컨대, 도 13에 나타낸 바와 같이) 및/또는 진공 하에서, 마스크를 표면(180)에 밀봉하기 위해서, 이들 포켓(65)으로부터 공기가 적어도 부분적으로 제거된다. 결과적으로, 마스크(50)는 캐리어의 표면(180)에 부착된다. 마스크의 이 설계 및 적용 방법은 (예컨대, 도 9에 나타낸 바와 같이) 캐리어로부터의 마스크의 용이한 분리를 허용한다. 공기가 이들 포켓(65)으로 침투하게 하는 다른 방법(예컨대, 진공을 해방하는)이 채용될 수 있다. 포켓(165)을 구비하여 구성되는 특정한 마스크를 가져야 할 필요성에도 불구하고, 제조 공정에 있어서 캐리어로부터의 접착층의 제거가 부가적인 과정를 요구할 수 있기 때문에, 이 방법이 접착층(90) 또는 다른 재료를 갖는 임시로 부착되는 마스크(50) 및 캐리어(60) 보다 장점을 가질 수 있다. 포켓 또는 채널(165)은, 이에 한정되지는 않지만 압축과, 몰딩, 에칭 및, 미세 복제를 포함하는 다양한 방법으로 만들어질 수 있다.

본 발명에서 사용되는 마스크는 금속 합금과 비금속 재료; 예컨대 에스테르인 유기재료; 실크; 직물; 종이 및, 호일, 얇은 필름 테이프, 시트 및, 플레이트를 포함하는 다양한 부류 및 기원의 다양한 재료를 사용하여 만들어질 수 있다. 사용되는 마스크 및/또는 접착제는 점착성의 재료 및 아교; 압력에 민감한 접착제; 일면 및 양면 접착재료(바람직하게는, 테이프, 시트 및, 플레이트); 압력에 민감한 접착 테이프; 플라스틱; 수지; 고무; 페이스트; 유리; 세라믹, 섬유, 유리; 젤; 와이어 매쉬 필터를 포함하는 매쉬타입 재료, 짜여지거나 짜여지지 않은 매쉬, 확장되고, 천공되며, 절개되고 드릴로 뚫리며 그 밖의 기계 가공되고/또는 변형된 재료; 주조를 포함하는 파우더 및/또는 섬유 재료, 압축 및 적어도 부분적으로 소결된 재료 및; 이들의 소정의 결합 및 이들과 그 밖의 재료와의 소정의 결합물이 될 수 있다. 바람직하게, 마스크는 변형가능하고 신축가능하며, 탄성으로 될 수 있다. 마스크의 두께는, 이에 한정되지는 않지만 경입자(예컨대, 경입자의 2.0 내지 10×10^-6의 선형 차원/사이즈)의 선형 차원과 비슷하거나 실질적으로 작을 수 있다.

마스크를 만들기 위한 처리는 레이저 방출, 천공 또는 절단 뿐 아니라 전자, 기계적인 에칭 처리를 포함한다. 레이저 천공을 포함하는 다양한 처리가 실제 사이즈(예컨대, 24인치 폭 100피트 길이)의 마스크 또는 감김 롤이나 홀 실린더(소위, 드럼) 또는 씸(seam)이 있거나 없는 연속적인 벨트 형태의 마스크를 제공할 수 있다. 실시예로서, 압력에 민감한 접착 시트 또는 (일면 또는 양면) 테이프가 테이프에 관통 개구를 절단 또는 천공하는 레이저 천공 도구에 의해 마스크로 전환될 수 있다.

마스크는, 마스크의 다양한 측면 상에 다양한 접착 성질을 가질 수 있다. 예컨대, 캐리어에 인접한 마스크의 측면은 캐리어로부터의 마스크의 분리를 용이하게 하기 위해서 캐리어의 표면에 비해 낮은 점착 성능을 가질 수 있는 반면, 경입자를 수취하는 마스크의 측면은 마스크에 대한 경입자의 양호한 접착을 용이하게 하고 그러므로 서로로부터 마스크 및 캐리어를 분리하는 동안 캐리어상에 경입자가 낙하하는 것을 최소화하기 위해서 경입자에 대해 비교적 강한 부착 성능을 갖는다.

캐리어는, 이에 한정되지는 않지만, 금속, 합금, 비합금재료; 유기재료; 실크; 직물; 종이, 호일, 테이프, 플레이트, 플라스틱, 수지; 고무; 페이스트; 유리, 세라믹, 섬유 유리; 와이어 매쉬, 필터, 짜여진 그리고 짜여지지 않는 매쉬, 확장되고 천공되며, 절개되고, 드릴로 구멍이 뚫린 그리고, 그 밖의 기계 가공되고/또는 변형된 재료를 포함하는 매쉬타입재료; 이에 한정되지는 않지만 압분체, 롤 압축된 재료, 주조 파우더 및/또는 섬유, 소결 및/또는 부분적으로 소결 및/또는 팽창된 재료를 포함하는, 이에 한정되지는 않지만 예비성형물을 포함하는 파우더 및/또는 섬유 재료 및; 이들의 소정의 조합 및 이들과 그 밖의 재료와의 소정의 조합물을 포함하는 다양한 재료로 만들어질 수 있다. 캐리어는 가요성의 딱딱한 단일층 또는 합성의 다중층일 수 있고; 하나 또는 다수의 재료를 구비하여 구성될 수 있으며, 압축 및/또는 열처리 전후의 고체재료 또는 파우더재료일 수 있는데, 개구 구멍을 포함하는 개구 및 모세 채널을 구비하여 구성될 수 있다. 캐리어는 가요성이고, 딱딱한 다공성 및 비-다공성재료이고, 주조 및 롤 작업된 재료이며, 합금, 합성물, 소결되지 않은 파우더, 예비 소결되고 완전히 소결된 재료일 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는, 소결가능한 재료의 예비성형물, 예컨대 주조된 파우더 예비성형물이 캐리어(60)로서 사용된다. 이 예비성형물은 그 내용이 본 명세서에 참조로 통합된 미국특허 제5,620,489호에 개시된다. 이것은 주조 및/또는 경화 및/또는 예비 소결 및/또는 완전하게 소결된 것으로서 사용될 수 있다. 상기 과정에서, 캐리어로서의 이 주조 재료는 마스크 내의 개구를 통과하는 경입자를 수취하고, 경입자를 캐리어에 압박함으로써 이들이 캐리어에 부착되게 한다. 이는, 경입자를 캐리어(60)에 부착하는데 있어서, 양을 감소시키게 하거나 또는 소정의 접착재료를 사용하지 않게 한다. 이러한 접착재료의 최소화 또는 부재는 생산성 및 최종 생산물의 양에 기여한다.

도 3 내지 도 17이, 예컨대 플레이트나 호일 또는 테이프인 고체재료로서 캐리어(60)를 나타내는 반면, 도 18은 캐리어(60-2)가 매쉬 또는 셀룰러 타입 재료로 될 수 있는 것을 나타낸다. 연마 재료를 만들기 위한 처리 과정에 대해서 도 18은 도 4와 유사하고, 복수의 경입자(70-2)와 셀룰러 캐리어의 개구(190) 내에서의 복수의 경입자(75-2), 마스크(50-2) 상의 복수의 경입자(80-2)를 나타낸다. 또한, 도 18은 경입자가 마스크에 의해 덮여지지 않은 개구(190)를 통해 낙하하는 것을 방지하는 그 밖의 재료나 캐리어(200)에 의해, 셀룰러 캐리어(60-2)가 측면의 대향하는 마스크(50-2)로부터 밀봉되는 것을 나타낸다.

도 19는 도 18의 변형을 나타내고, 경입자(75-3)의 단일층 또는 셀룰러 캐리어(60-3) 내의 셀(cell)당 하나의 경입자가 형성될 수 있는 것을 나타낸다. 재료(200-3)에 대해서, 셀룰러 캐리어(60-3)가 분산 마스크로서의 역할을 할 수 있고, 이 경우 캐리어(200-3)가 제2캐리어로 되는 것을 주지하자. 또한, 마스크인 캐리어(60-3)가 그 표면에 마스크(50-3) 및 캐리어-마스크(60-3)의 조합 효과에 따라서 경입자(75-3)를 남기면서 제2캐리어(200-3)로부터 제거될 수 있다. 제2캐리어(200-3)는 동일한 재료로 만들어질 수 있고, 소정의 캐리어 재료(60)와 동일한 재료에 의해 만들어질 수 있다. 더욱이, 제2캐리어(200-3) 및/또는 경입자(75-3)는 상기된 것과 동일한 방법으로 처리될 수 있다. 도 19a는 마스크(50-3) 및 마스크 캐리어(60-3)의 제거 후 그리고 보유 매트릭스재료로 경입자를 에워싸기 이전에 도 19의 제2캐리어(200-3)를 나타낸다.

바람직한 실시예에 있어서, 마스크는 와이어 매쉬와 한측면에 개구를 갖는 양면 압력 민감형 접착테이프의 조합물이다. 이 방법에 있어서, 경입자는 테이프 내의 개구 및 각 개구 내의 경입자에 대응하는 캐리어 상에 패턴을 형성하게 되는데, 패턴은 와이어 매쉬에 대응한다.

도 20은, 경입자의 충전 및 제거 공정에 있어서 캐리어 및 마스크를 함께 단단히 유지하는데 사용될 수 있는 통상적인 유지수단을 나타낸다. 도면은 캐리어(650), 셀룰러 캐리어-마스크(680), 분산 마스크(700) 및, 셀룰러 캐리어 마스크의 개구 내의 경입자(720)와 대향하는 부하 소자(760,740) 내의 경입자(770)를 나타낸다. 소자(650,680,700)에 대해 압력을 제공하고 제어하며, 이들을 함께 유지시키는 부하는 부하 소자의 중량이나, 부가적인 중량 부하 또는, 기계적인 힘(800), 예컨대 C-클램프의 소자에 대한 압력의 적용, 자기장의 적용 등에 의해 생성될 수 있다. 캐리어 및 마스크를 함께 유지하는 이 방법이 이들을 분리하고 최종 연마 생성물의 부분을 형성하지 않게 되는 경입자를 제거하는 용이한 방법을 제공하는 것을 볼 수 있다. 유지를 위한 이 원리는, 반자동 또는 완전 자동기계(예컨대, 로봇의 사용)에 의해 쉽게 행해질 수 있다. 마스크(700) 및 캐리어-마스크(680)의 제거 후, 그것 상에 분산되고 또한 캐리어 내로 압박되는 경입자(720)와 함께 요구된다면, 캐리어(650)의 도 21에 나타낸 구조를 달성한다.

본 발명의 목적에 대해서, 용어 "소결", "압력 하에서의 소결 또는 열 압착", "고체상태 내의 소결", "액체상태 내의 소결", "액체 소결", "부분적인 소결", "침투와 함께 소결", "냅땜", "융해", "퇴적", "열적 경화", "열적 도포", "전자 퇴적", "전기도금" 및 이들의 동의어 및 대용어는 동일한 것, 즉 유용한 연마 재료 및/또는 도구로의 구성요소의 통합을 의미하는 것으로, 캐리어 또는 연마 도구 상에서 또는 이들 없이 경입자의 영구적인 유지(연마 물품 내에서의 경입자의 생존기간)를 제공한다.

캐리어가 금속 호일 또는 플레이트 또는 완전하게 소결된 재료 또는 고체 금속 기구 캐리어(예컨대, 강철)이면, 충분한 열 및/또는 압력 및/또는 대기가 캐리어 및 유지재료 모두에 적용될 때, 이 재료는 소결되거나 용해되고, 경입자를 캐리어에 영구적으로 부착 또는 첨부시키는 납땜 또는 융해 재료의 역할을 한다.

캐리어가 베이스 유지재료(예컨대, Ni-Cr-P 첨가물을 선택적으로 구비하여 구성되는 비-소결되거나 부분적으로 소결된 Co-Ni-Fe 파우더 합성물)의 파우더 합성물 및/또는 예비성형물이면, 추가의 유지재료(도 12의 참조부호 125와 같은)가 사용될 수 있다. 충분한 열 및/또는 압력 및/또는 대기가 캐리어 및 또는 추가의 유지재료 모두에 적용될 때, 이 추가의 유지재료는 용해되고 캐리어 내로 침투하게 된다. 액상일 때, 이 재료는 베이스 유지재료의 구멍 내로 침입하여 이들을 채우게 되는 한편, 동시에 베이스 유지재료의 구성요소와 추가의 유지재료 및 경입자 사이에서 몇몇 처리(예컨대, 확산, 분해, 감소, 산화, 흑연화, 에칭)가 일어나게 된다. 그러므로, 침입 처리에 있어서, 추가의 유지재료는 베이스 유지재료를 변경한다. 동시에, 이 재료 및/또는 그 구성요소는 경입자를 자체에 그리고 베이스 유지재료에 부착시킨다. 결과적으로, 경입자는 소결된 캐리어와 추가의 유지재료의 조합에 의해 보유된다. 이 처리는 "침입에 의한 소결" 또는 "침입"으로 불릴 수 있고, 또한 "융해에 의한 소결" 등으로 불릴 수 있다.

모울드 내에서 가열이 발생되고, 압력이 경입자 및/또는 유지재료로 조립된 캐리어 또는 유지재료의 구성요소에 대해 적용될 때, 처리는 액체 상태를 갖거나 또는 갖지 않는 "압력 하에서의 소결"로 불린다. 액상의 생성은 캐리어와 유지재료 및 그들의 구성요소의 합성 및 조합에 의존한다.

가장 강하고 가장 신뢰할 수 있는 경입자의 통합 및 본딩을 제공하기 위해서, 유지 또는 보유 매트릭스재료는, 보호물 및/또는 네가티브 대기압 하에서 또는 이들의 부재 하에서, 모울드 내에서 소결된, 소결가능한 매트릭스재료로 될 수 있다. 더욱이, 이는 보호 및/또는 네가티브 대기압과; 캐리어 및/또는 추가의 유지재료에 의해 생성된 액상과 함께 노(爐) 내에서 일어나게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 미국특허 제5,620,489호에 개시된 바와 같은 소결가능한 매트릭스재료의 매끄럽고 용이하게 변형될 수 있는 파우더 예비성형물이 캐리어로서 사용되고, (적어도 경입자 및/또는 캐리어상에 뿌림으로써)파우더 형태의 추가의 유지재료가 요구되는 패턴으로 경입자를 안정되게 하는데 도움을 주는데 사용된다.

도 22는 도 12의 변형을 나타낸다. 도 12의 추가의 유지재료(125)가 캐리어(60-1)에 대해서 위치되는 예비성형물(125-1)로 도면에 나타낸다. 경입자(75-1)는 예비성형물(125-1) 상에서 바람직한 패턴으로 상기 방법과 동일 방법으로 분산된다. 도 23은 적어도 부분적으로 재료(125-1) 내로 압박된 이들 경입자(75-1)를 나타내는데, 도 24에 나타낸 바와 같이 재료(125-1)를 통해서 캐리어(60-1) 내로 압박된다.

도 25는 도 22 내지 도 24의 변형을 나타낸다. 여기서, 도 22의 재료(125-1)는 요구되는 패턴으로 상기 방법과 동일 방법으로 캐리어(60-1) 상에 분산된 경입자(75-2)의 상부에 위치된 예비성형물(125-2)이다. 도 26은 재료(125-2) 및 캐리어 내로 부분적으로 압박된 이들 경입자(75-2)를 나타낸다. 경입자는 예비성형물(125-2) 및 캐리어의 표면으로부터 돌출될 수 있다. 유지표면에 걸쳐서 경입자의 돌출을 제공하기 위한 수단이 본 명세서에 참조로 통합된 미국특허 제5,203,880호에 개시된다. 이들 수단은 합성재료의 가열 동안 또는, 전후에 사용될 수 있다.

경입자를 위한 캐리어는, 처리동안 경입자만을 지지하는데 사용되고 나중에 버려지는 고체재료로 될 수 있다. 이 경우, 경입자는 상기된 바와 동일한 요구되는 패턴으로 캐리어 상에 분산된 후, 소결가능한 매트릭스재료와 같은 유지재료로 에워싸여진 다음 소결되므로, 소결된 재료에 매립되어 소결된 재료에 의해 제 위치에 확실하게 유지되는 경입자와 함께 연마물품을 형성한다. 재료는, 소결가능한 매트릭스 파우더를 경입자를 덮도록 적용함으로써 또는 소결가능한 매트릭스재료의 예비성형물을 경입자를 덮도록 및/또는 경입자의 아래에 제공하고 소결동안이나 전후에 예비성형물상에 경입자를 압박함으로써, 제공될 수 있다.

한편, 캐리어(60) 재료 자체는 경입자와 통합 및 본딩되는 유지재료일 수 있다 (예컨대, 코발트, 니켈, 강철, 망간, 몰리브덴, 텅스텐, 니켈-청동 합성물). 고체상태로 소결하거나, 노(爐) 또는 소결 압력의 모울드 내의 부하 또는 압력하에서의 소결은 이러한 재료를 위한 최선의 처리이다.

캐리어를 위한 선택사항은, 캐리어가 추가의 유지-보강재료를 (예컨대, 0.5-10, 바람직하게는 3-7질량%) 포함하는 것이다. 이러한 유지-보강재료의 예로서는 낮은 압력의 청동 필터재료, 예컨대 은, 구리, 아연 및/또는 주석에 기초한 재료 및 고온의 청동 필터, 융해 및 표면경화재료가 있다. 바람직하게는, 이들 유지-보강재료는 원소의 주기율표의 IVA, VA, VIA, VIIA, IIB 및, IVB그룹의 적어도 몇몇 카바이드 형성재료(예컨대, 크롬, 티타늄)와 주기율표의 IB 및 IIB그룹의 몇몇 금속을 구비하여 구성된다. 액상의 존재 하에서의 소결(액상의 30%, 바람직하게는 2-15%까지의)과 침투와 함께의 소결은 이러한 조합된 재료를 위한 최선의 선택이다. 노 및 소결 압력의 모울드 내의 부하 또는 압력 하에서의 소결이 바람직하다.

캐리어 재료를 위한 또 다른 선택은, 이것이 상기된 바와 같은 첨가제와 함께 압도적인 추가의 유지-보강재료(50중량% 이상)로 이루어지는 것이다. 액상의 존재하에서의 침투와 함께의 또는, 몇몇 경우 직접적인 냅땜 및 용융과 함께의 소결은 이러한 조합된 재료를 위한 최선의 선택이다.

캐리어(60)를 위한 또 다른 선택은, 이것이 소정의 상기 재료로 이루어지고, 더욱이 도 12에 나타낸 바와 같은 또 다른 추가의 유지재료를 구비하는 것이다. 추가의 유지재료는 원소의 주기율표의 IVA, VA, VIA, VIIA, IIB 및, IVB그룹의 적어도 몇몇 카바이드 형성재료(예컨대, 크롬, 티타늄) 및/또는 주기율표의 IB 및 IIB그룹의 몇몇 금속을 구비하여 구성된다.

그러므로, 본 발명의 목적을 위해서, 그리고 일반적으로, 바람직하게는 계획적인 방법으로 보유 매트릭스에 의해 보유되는, 바람직하게는 압도적인 금속 구성요소에 의해 보유되는 경입자를 구비하여 구성되는 연마물품을 생성하기 위한 목적을 위해서, 특정한 처리(소결, 침투)가 경입자 내에 영구적으로 보유되는데 사용되는 것은 중요하지 않다.

어셈블리에 대한 추가 부분을 더하거나 더하지 않고, 다양한 단일층을 함께 조립하고, 이들을 단일 어셈블리로 통합함으로써, 상기 단일층의 재료가 다중층으로 될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 처리는 열경화, 가황, 소결, 브레이징을 포함한다 (모두 모울드, 노 내에서; 유도, 통상적인 저항 가열에 의해; 화염/토치, 접착제, 에폭시, 아교 등에 의해).

지지체, 중간층, 도구 작업 표면 및 도구 캐리어는 합성재료 및 그 어셈블리에 더해지거나 이와 함께 조립될 수 있고, 캐리어로서 사용될 수 있다. 이 어셈블리는 합성재료의 최종 처리에 앞서서 또는 후에, 예컨대 소결에 앞서 또는 소결 후에 이루어질 수 있다.

경입자는 연마특성을 제공하는 소종의 천연 및 합성재료, 예컨대 다이아몬드(천연, 합성 및 다결정질); 질화물(예컨대, 규빅 질화붕소), 탄화물, 붕화물, 바람직하게는 가장 높은 경도의 미네랄 연마제 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.

이 방법에 의해 만들어진 물품은, 연마재 및 최고급 연마재 단일 및 다중층 표면, 도구와 내마모 물품 및 부분, 절단, 그라인딩, 러퍼닝(roughening), 드릴링, 드레싱, 폴리싱, 래핑을 위한 도구를 포함한다. 이들 물품의 예는, 이에 한정되지는 않지만, 페이스 및 로터리 그라인딩 디스크, 드럼 및 드레서; 세그먼트; 연마 도구 및 내마모 물품을 위한 제자리로 돌릴 수 있고 자유로이 쓸 수 있는 연마 세그먼트 및 부분; 원형 및 왕복하는 분할되고 연속적인 림 블래이드, 드릴 비트; 철사 톱을 위한 브레드(bread)를 포함한다.

연마 및 내마모 물품 및 부분을 위한 유용한 연마 부분은, (예컨대, 물 제트 및/또는 레이저에 의해) 미국특허 제5,791,330호 및 "소결된 물품을 만들기 위한 방법 및 이에 의해 생산된 생산물"로 명명된 계류중인 미국특허출원 제09/448,840호에 개시된 바와 같이 단일 구조로부터 유용한 연마부분을 추출함으로써 얻어질 수 있다. 그 다음, 추출된 부분은, 예컨대 납땜이나 용접 또는 소결에 의해 함께 통합될 수 있고 단일 유닛으로 사용될 수 있다.

도 12를 참조하면, 경입자가 캐리어에 납땜되거나 융해되고, 그리고 캐리어가 예비-소결되거나 완전하게 소결되는 강철 호일이나 플레이트 같은 고체재료이며, 임시의 유지를 위해서 경입자가 적어도 부분적으로 이 캐리어 내로 압박될 때, 캐리어 내의 경입자의 영구적인 유지가, 캐리어 내로의 경입자의 위치 조정 또는 압박에 앞서서 또는 후에, 납땜되거나 융해된 파우더 또는 예비성형물(선택적으로, 바람직하게는 플럭스와 함께) 형태의 재료를 공급함으로써, 제공될 수 있다. 그 다음, 열처리는 재료를 용해 및 납땜시킴으로써, 경입자를 캐리어에 유지시킨다.

캐리어가 고체재료 또는 완전하게 소결된 물질이면(예컨대, 0-5%의 우세하게 폐쇄된 잔류 다공성), 그리고 캐리어 내로의 입자의 침투가 없으면, 용해 및 납땜된 재료는 경입자를 캐리어에 융해시키게 된다. 이 경우, 용해된 재료의 캐리어 내로의 실질적인 물리적 침입은 없게 된다. 고체 또는 적당하게 예비 소결된 물질로서의 캐리어(60)는 가열 처리동안 수축되지 않는다. 소결체를 포함하는 노 또는 특별한 브레이징 노(바람직하게는 진공에서), 유도 고정물, 개방 화염/토치가 이 처리에 필요한 열을 제공하는데 사용될 수 있다.

다이아몬드를 브레이징하기 위해서는, 융해 및 브레이징 필터 금속 파우더 및 예비성형물에 기초하고, 바람직하게는 크롬, 티타늄, 붕소, 실리카를 포함하는 카바이드 형성 소자를 구비하여 구성되는 니켈이나 코발트가 사용될 수 있다. (중량%로) "4-25%Cr, 0-10%P, 2-3%B, 0-10%Si, 0-4%Fe, 0-15%W, 0-37%Mn, 0-5%Cu, 0-5%Ta, 0-4%Al, 0-0.02%Y, 0-0.05%La, 0-0.03%Re, Ni 및 Co-밸런스"인 합성물은, Sulzer Plasma TeckniK, Inc.(Troy, MI)(AMDRY Braizing Materials로 알려진 재료), Wall Colmony Corporation(Madison Heights, MI)(Colmony Hard Facing Alloys and High Temperature Brasing Filler Metals), Coast Metals(Friendswood, TX)(Hard FGacing Alloys로 알려진 재료) 및, A Handy & Herman Company(Cudahy,WI)의 Lucas-Mihaupt, Inc.(High temperature Braising Alloys and Low Temperature Braising Alloys로 알려진 재료)로부터의 파우더 또는 페이스트 또는 예비성형물(테이프) 형태로 이용할 수 있다.

상기와 동일한 재료 및/또는 그들의 구성요소(예컨대, 코발트 및/또는 니켈)가, 모두 실질적인 개방 다공성(예컨대, 90 내지 30%)을 구비하여 구성되는 파우더 또는 소결되지 않거나 부분적으로 소결된 파우더 예비성형물의 형태로 사용될 수 있다. 또한, 동일 재료가 파우더, 페이스트, 예비성형물의 형태로 추가의 유지재료로서 사용될 수 있다. 이 경우, 파우더 또는 예비성형된 캐리어는 실질적인 개방 다공성을 가지므로, 가열 처리시 수축된다. 가열동안 일어나는 2개의 우세한 처리가 있는데, (1) 캐리어의 수축과 형상 왜곡 및 그 강도의 증가를 수반하는 캐리어의 파우더 구성요소 사이에서의 확산과, 존재한다면 추가의 유지재료의 파우더 구성요소 사이에서의 확산과, (2)가열 및 다공 감소의 공정에서 캐리어의 개방 구멍으로의 용해된 위상의 침투, 침입이 있다. 캐리어 또는 구성요소는 동일 및 낮은 온도에서 유지재료로서 액상을 생성할 수 있는 것을 주지하자. 소결 또는 침투와 함께의 소결 또는 액상의 존재 하에서의 소결로서 이들 2개의 처리의 조합을 기재할 수 있다. 캐리어 내의 그들의 부착위치로부터 경입자를 퇴거시킬 수 있는 가열 처리에서의 수축 및 왜곡의 경향 때문에, 열의 적용은 캐리어 및 경입자의 어셈블리에 대해, 바람직하게는 중량 부하 또는 압력을 수반하게 된다. 이 처리는 노 내에서 또는, 소위 소결 프레스 내에서 수행되고, 통상적으로 압력 하에서의 핫 압축 또는 소결로서 언급된다.

본 발명의 명세서 및 실시예의 고려로부터 본 발명의 다른 실시예는 당업자에 있어서는 명백하다. 명세서 및 특성 실시예는 본 발명의 일례로서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위 및 정신에 속하는 것으로 고려되어야 한다.

Claims (33)

1. 경입자를 제 위치에 유지시키기 위해, 보유 매트릭스 내에 분산된 연마 품질을 제공하는 복수의 경입자를 구비하여 구성되는 연마재료 제조 방법으로서,

   상기 복수의 경입자를 지지할 수 있는 캐리어에 대한 개구를 갖는 마스크를 위치시키는 단계와, 경입자가 부착되는 상기 캐리어로부터 떨어진 상기 마스크의 외측 상에 부착수단을 제공하는 단계, 상기 마스크의 외측 표면에 복수의 경입자를 적용하여, 상기 마스크의 외측 표면에 적용된 상기 복수의 경입자 중 일부가 마스크의 개구를 통과하여 상기 마스크의 개구에 대응하는 상기 캐리어 상에 상기 경입자의 패턴을 형성하고, 상기 마스크의 외측 표면에 적용된 상기 복수의 경입자 중 다른 일부가 상기 마스크에 부착되도록 하는 단계, 상기 캐리어 상에 상기 경입자의 패턴을 남기면서 상기 캐리어로부터 부착된 경입자를 포함하는 마스크를 분리하는 단계, 보유 매트릭스재료로 하여금 상기 캐리어 상의 경입자를 적어도 부분적으로 에워싸도록 하는 단계 및, 상기 보유 매트릭스재료를 가열하여 상기 재료가 상기 패턴내에서 상기 경입자를 유지하는 보유 매트릭스를 형성하게 하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 보유 매트릭스재료는 소결가능한 매트릭스재료인 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 캐리어는 소결가능한 매트릭스재료의 예비성형물인 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 경입자는, 적어도 부분적으로 상기 예비성형물 내로 압박됨으로써, 적어도 부분적으로 소결가능한 매트릭스재료에 의해 에워싸이는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
5. 제4항에 있어서, 재료의 가열 동안, 상기 경입자가 예비성형물 내로 압박되는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
6. 제4항에 있어서, 재료를 가열하기 전에 상기 경입자가 예비성형물 내로 압박되는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 소결가능한 매트릭스재료의 예비성형물이 분산된 경입자를 갖는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
8. 제2항에 있어서, 상기 캐리어로부터 상기 마스크를 분리한 후, 소결가능한 매트릭스재료를 상기 경입자 및 캐리어에 적용함으로써, 상기 경입자가 적어도 부분적으로 소결가능한 매트릭스재료에 의해 에워싸이는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 캐리어는, 마스크 내에서 개구를 통과하는 상기 경입자가 부착되는 접착코팅을 갖는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 캐리어는 접착재료의 부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 캐리어는 매쉬재료인 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 매쉬재료가 접착재료의 부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 캐리어는 가열 후에 접착재료로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
14. 제1항에 있어서, 상기 캐리어에 인접한 마스크의 측면이 마스크를 상기 캐리어에 임시로 부착하는 한편 상기 경입자가 적용된 부착수단을 제공하고, 마스크가 캐리어로부터 분리될 때, 접착제가 마스크와 함께 제거되는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 마스크를 위한 부착수단이 접착코팅인 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
16. 제1항에 있어서, 캐리어로부터 마스크가 분리되기 전에, 상기 경입자가 마스크 내의 개구를 통해 캐리어 내로 압박되는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
17. 제1항에 있어서, 마스크가 제거된 후 그리고, 상기 경입자가 적어도 부분적으로 보유 매트릭스재료로 에워싸이기 전에, 상기 경입자가 캐리어에 압박되는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
18. 제9항에 있어서, 마스크가 캐리어로부터 분리되기 전에, 마스크 또는 캐리어에 부착되지 않은 경입자가 제거되는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
19. 제1항에 있어서, 마스크가 동일 형상의 복수의 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
20. 제1항에 있어서, 부착수단이 상기 마스크의 외측 상에 접착층을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
21. 제1항에 있어서, 상기 마스크는 상기 부착수단을 제공하는 테이프 상에 접착제를 갖는 압력 민감 접착 테이프인 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
22. 제1항에 있어서, 마스크는 부착수단을 제공하는 한측면의 접착제와 상기 경입자가 적용되는 한편 마스크를 캐리어에 임시로 부착하기 위한 다른 측면상의 접착제를 갖는 양면 접착테이프인 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
23. 제1항에 있어서, 마스크를 롤에 감음으로써, 마스크가 캐리어로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
24. 제1항에 있어서, 가열 전에 상기 경입자가 압박되는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
25. 제24항에 있어서, 마스크가 제거된 후, 상기 경입자가 캐리어로 압박되는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
26. 제24항에 있어서, 마스크가 제거되기 전에, 상기 경입자가 캐리어에 압박되는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
27. 제1항에 있어서, 가열 전에 추가의 유지재료가 상기 캐리어상의 경입자에 적용되는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
28. 제27항에 있어서, 추가의 유지재료가 보유 매트릭스재료 보다 낮은 온도에서 용해되는 용해가능한 재료인 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
29. 제27항에 있어서, 추가의 유지재료가 납땜재료인 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
30. 제1항에 있어서, 보유 매트릭스재료가 납땜재료인 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
31. 제1항에 있어서, 보유 매트릭스재료가 납땜재료와 소결가능한 재료의 혼합물인 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
32. 제1항에 있어서, 보유 매트릭스재료의 가열동안, 압력이 캐리어 및 상기 경입자에 적용되는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.
33. 경입자를 제 위치에 유지시키기 위해, 보유 매트릭스 내에 분산된 연마 품질을 제공하는 복수의 경입자를 구비하여 구성되는 연마재료 제조 방법으로서,

    상기 복수의 경입자를 지지할 수 있는 캐리어에 대한 개구를 갖는 마스크를 위치시키는 단계와, 상기 캐리어로부터 떨어진 상기 마스크의 외측에 복수의 경입자를 적용하는 단계, 상기 마스크의 외측에 적용된 상기 복수의 경입자 중 일부가 마스크의 개구를 통과하여 마스크의 개구에 대응하는 상기 캐리어 상에 상기 경입자의 패턴을 형성하고, 상기 마스크의 외측에 적용된 상기 복수의 경입자 중 다른 일부는 상기 마스크에 부착되도록 하는 단계, 상기 캐리어 상에 상기 경입자의 패턴을 남기면서 마스크에 부착된 경입자를 포함하는 마스크를 상기 캐리어로부터 분리하는 단계, 보유 매트릭스재료로 하여금 캐리어 상의 경입자를 적어도 부분적으로 에워싸도록 하는 단계 및, 상기 보유 매트릭스재료를 가열하여 상기 재료가 상기 패턴내에서 상기 경입자를 유지하는 보유 매트릭스를 형성하게 하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마재료 제조 방법.