KR101697387B1 - 낮은 원형율을 갖는 성형된 연마 입자 - Google Patents

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Abstract

성형된 연마 입자로서, 알파 알루미나를 포함하고, 성형된 연마 입자의 종축을 따라 소정의 단면 형상을 가지며, 단면 형상은 비원형 단면 평면을 포함하고, 성형된 연마 입자는 약 15% 내지 0%의 평균 원형율을 포함하는 성형된 연마 입자가 제공된다.

Description

낮은 원형율을 갖는 성형된 연마 입자{SHAPED ABRASIVE PARTICLES WITH LOW ROUNDNESS FACTOR}
본 특허출원은 2009년 9월에 출원된 미국 특허출원 제12/570,067호에 대해 우선권을 주장하며, 이는 2009년 6월 22일자로 출원된 미국 가출원 제61/219,161호를 기반으로 하며, 그 개시 내용이 전체적으로 참고로 포함되어 있다.
연마 입자 및 이 연마 입자로 만들어진 연마 용품들은 상품의 제조과정에서 다양한 재료 및 표면을 마모시키거나, 마무리하거나 또는 연삭하는 데 유용하다. 이와 같이, 연마 입자 및/또는 연마 용품의 비용, 성능 또는 수명을 개선시키려 하는 요구가 계속될 것이다.
삼각형의 성형된(shaped) 연마 입자 및 이 삼각형의 성형된 연마 입자를 사용한 연마 용품이 버그(Berg)의 미국 특허 제5,201,916호; 로웬호스트(Rowenhorst)의 미국 특허 제5,366,523호(제Re 35,570호); 및 버그의 제5,984,988호에 개시되어 있다. 일 실시 형태에서, 연마 입자의 형상은 정삼각형을 포함하였다. 삼각형의 성형된 연마 입자는 절삭률(cut rate)이 높은 연마 용품을 제조하는 데 유용하다.
성형된 연마 입자는 일반적으로 랜덤하게 파쇄된 연마 입자보다 뛰어난 성능을 가질 수 있다. 연마 용품의 형상을 제어함으로써 연마 입자의 최종 성능을 제어할 수 있다. 본 발명자들은 낮은 원형율(roundness factor)을 갖는 성형된 연마 입자의 단면 형상을 제조함으로써, 개선된 연삭 성능이 나타난다는 것을 밝혀내었다.
성형된 연마 입자가 기판을 연삭하는 데 사용되는 경우, 성형된 연마 입자는 사용 중에, 성형된 연마 입자의 종축에 횡방향으로 배향된 파단면(fracture plane)을 따라 쪼개짐으로써 파쇄되는 경향이 있는 것으로 여겨진다. 이들 파단면은 전형적으로는, 성형된 연마 입자의 기부로부터 그의 연삭 정점까지 연장되는 성형된 연마 입자의 종축에 대해 정확히 90도 각도로 배향되지는 않는다. 이와 같이, 파단면은 성형된 연마 입자의 기부와 종축에 대해 경사지는 경향이 있다. 경사진 파단면은 파단면의 가장 높은 부분의 에지를 따라 연삭력을 집중시키는 경향이 있다. 종종 이러한 에지는 성형된 연마 입자의 2개의 면이 예를 들어 성형된 연마 입자의 단면 파단면의 코너에서 만나는 곳이다. 성형된 연마 입자의 파단면의 가장 높은 코너가 이제 연삭면을 형성하기 때문에, 가장 높은 코너는 가능한 예리한 것이 중요하다. 대안적으로, 에지의 일부분이 연삭면을 형성한다면, 정밀하게 예리하게 된 끌(chisel)의 날(blade)과 유사하게 거동하도록 에지는 가능한 평탄하고 매끄러운 것이 중요하다.
코너와 에지의 예리함은 성형된 연마 입자를 형성하는 데 사용되는 주형 공동에 체류하는 동안, 성형된 연마 입자의 개선된 충전 및 감소된 수축을 제공하는 처리 조건에 의해 개선될 수 있다고 여겨진다. 특히, 건조 속도가 증가함에 따라, 성형된 연마 입자를 제조하기 위해 주형 공동을 충전하는 데 사용되는 졸 겔의 산성 수준이 또한 파단면의 더 예리한 코너 및 에지를 생성하기 위해 증가되어야 한다는 것이 밝혀져 있다. 킬른(kiln) 내에서 성형된 연마 입자를 소성(firing)한 후에, 상이한 산성 수준으로 제조된 성형된 연마 입자가 본질적으로 동일한 경도를 가졌기 때문에, 졸 겔의 산성 수준이 성형된 연마 입자의 연삭 성능 및 얻어진 예리함에 상당한 영향을 미칠 것이라는 점은 예상치 못하였다. 코너 예리함에 있어서의 추가 개선은 운반 및 취급 동안, 전구체 성형된 연마 입자에 대한 손상을 최소화함으로써 발생할 수 있다. 주형으로부터 제거되는 전구체 성형된 연마 입자는 성형된 연마 입자가 최종 경화된 상태로 소성되는 킬른 내로 이송 및 운반되는 동안 에지가 둥글게 될 수 있다.
성형된 연마 입자의 연삭 성능은 평균 원형율과 상관되었는데, 이때 보다 낮은 평균 원형율을 갖는 성형된 연마 입자가 개선된 연삭 성능을 갖는다. 따라서, 일 실시 형태에서, 본 발명은 성형된 연마 입자에 속하며, 성형된 연마 입자는 알파 알루미나를 포함하고 성형된 연마 입자의 종축을 따라 소정의 단면 형상을 가지며, 단면 형상은 비원형 단면 평면을 포함하고, 성형된 연마 입자는 약 15% 내지 0%의 평균 원형율을 포함한다.
당업자라면 본 개시 내용이 예시적인 실시 형태의 설명일뿐 본 개시 내용의 보다 넓은 태양들을 한정하려는 것은 아니며, 이 예시적인 구성에서 보다 넓은 태양들이 구현된다는 것을 이해할 것이다.
<도 1>
도 1은 삼각형 형상을 갖는 성형된 연마 입자의 평면도.
<도 2>
도 2는 도 1의 성형된 연마 입자의 측면도.
<도 3>
도 3은 도 1의 성형된 연마 입자로부터 제조된 코팅된 연마 용품을 도시하는 도면.
<도 4>
도 4는 도 1의 4-4를 따라 취해진 삼각형의 성형된 연마 입자의 단면 평면의 현미경 사진.
<도 5>
도 5는 성형된 연마 입자의 각각의 면의 가장 높은 2개의 지점에 접선방향으로 그려진 선에 의해 경계지어진 도 4의 삼각형의 성형된 연마 입자의 단면 평면의 측정된 영역을 도시하는 도면.
<도 6>
도 6은 도 5의 접선과 도 4의 성형된 연마 입자의 면 사이에 존재하는 영역을 도시하는 도면.
<도 7>
도 7은 삼각형의 성형된 연마 입자의 종래 기술의 단면 평면의 측정된 영역을 도시하는 도면.
<도 8>
도 8은 도 7의 종래 기술의 삼각형의 성형된 연마 입자의 단면 평면의 면과 접선 사이의 영역을 도시하는 도면.
<도 9>
도 9는 낮은 평균 원형율을 갖는 성형된 연마 입자의 연삭 성능을 종래 기술의 성형된 연마 입자와 비교하는 그래프.
본 명세서 및 도면에서 도면 부호를 반복하여 사용하는 것은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징 또는 요소를 나타내려는 것이다.
정의
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "포함하다", "갖다", 및 "포함되다"라는 단어의 형태는 법률적으로 동등하며 제한이 없다. 따라서, 열거한 요소, 작용, 단계 또는 한정 이외에도 추가의 열거되지 않은 요소, 작용, 단계 또는 한정이 존재할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "연마 분산액(abrasive dispersion)"이라는 용어는 주형 공동(mold cavity) 내로 도입되는 알파 알루미나로 변환될 수 있는 알파 알루미나 전구체를 의미한다. 이 조성물은 충분한 휘발성 성분이 제거되어 연마 분산액을 응고시킬 때까지 연마 분산액으로 지칭된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "전구체 성형된 연마 입자(precursor shaped abrasive particle)"라는 용어는, 주형 공동 내에 있을 때 연마 분산액으로부터 충분한 양의 휘발성 성분을 제거하여, 주형 공동으로부터 제거되고 후속의 처리 작업에서 몰딩된 형상을 실질적으로 유지할 수 있는 응고체를 형성함으로써 생성되는 소결되지 않은 입자를 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "성형된 연마 입자"라는 용어는 연마 입자의 적어도 일부가, 전구체 성형된 연마 입자를 형성하는 데 사용되는 주형 공동으로부터 복제된 소정의 형상을 갖는 세라믹 연마 입자를 의미한다. (예를 들어, 미국 가출원 제61/016965호에 기재된 것과 같은) 연마 파편의 경우를 제외하고는, 성형된 연마 입자는 일반적으로 성형된 연마 입자를 형성하는 데 사용되었던 주형 공동을 실질적으로 복제하는 소정의 기하학적 형상을 가질 것이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이 성형된 연마 입자는 기계적 파쇄 작업에 의해 얻어지는 연마 입자를 배제한다.
낮은 원형율을 갖는 성형된 연마 입자
도 1 및 도 2를 참조하면, 예시적인 성형된 연마 입자(20)가 도시되어 있다. 일부 실시 형태에서, 성형된 연마 입자는, 90도 이외의 드래프트각(draft angle)을 갖고, 이하에서 경사진 측벽으로 언급되는 측벽(22)을 포함한다. 성형된 연마 입자(20)가 제조되는 재료는 알파 알루미나를 포함한다. 알파 알루미나 입자는 나중에 본 명세서에서 논의되는 바와 같이 겔화되고, 소정 형상으로 몰딩되며, 그 형상을 유지하도록 건조되고, 하소되며, 이어서 소결되는 산화알루미늄 일수화물의 분산액으로부터 제조될 수 있다. 성형된 연마 입자의 형상은 결합제(binder)를 필요로 함이 없이 유지되어, 이어서 성형된 구조체로 형성되는 결합제 내의 연마 입자를 포함하는 응집물(agglomerate)을 형성한다.
일반적으로, 성형된 연마 입자(20)는 제1 면(24) 및 제2 면(26)을 갖고 두께(t)를 갖는 얇은 본체를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 두께(t)는 약 25 마이크로미터 내지 약 500 마이크로미터 범위이다. 제1 면(24) 및 제2 면(26)은 경사진 측벽일 수 있는 적어도 하나의 측벽(22)에 의해 서로 연결된다. 일부 실시 형태에서, 하나 초과의 경사진 측벽(22)이 존재할 수 있으며, 각각의 경사진 측벽(22)을 위한 경사 또는 각도는, 2008년 12월 17일자로 출원된 발명의 명칭이 "경사진 측벽을 갖는 성형된 연마 입자(Shaped Abrasive Particles With A Sloping Sidewall)"인 계류 중인 미국 특허출원 제12/337075호에 더욱 완전하게 기재된 바와 같이 동일하거나 상이할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 제1 면(24)은 실질적으로 평탄하거나, 제2 면(26)은 실질적으로 평탄하거나, 또는 둘 모두의 면이 실질적으로 평탄하다. 대안적으로, 면은 2008년 12월 17일자로 출원되고 대리인 관리 번호가 64716US002이며 발명의 명칭이 "오목 표면을 갖는 접시형 연마 입자(Dish-Shaped Abrasive Particles With A Recessed Surfaces)"인 공계류 중인 미국 특허출원 제12/336961호에서 보다 상세하게 논의되는 바와 같이 오목형 또는 볼록형일 수 있다. 부가적으로, 2008년 12월 17일자로 출원되고 대리인 관리 번호가 64765US002이며 발명의 명칭이 "개구를 갖는 성형된 연마 입자(Shaped Abrasive Particles With An Opening)"인 공계류 중인 미국 특허출원 제12/337112호에 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 면을 관통하는 개구 또는 구멍이 존재할 수 있다.
일 실시 형태에서, 제1 면(24) 및 제2 면(26)은 실질적으로 서로 평행하다. 다른 실시 형태에서, 제1 면(24) 및 제2 면(26)은 하나의 면이 다른 면에 대해서 경사지고 각각의 면에 접하는 가상선이 점에서 교차하도록 비평행할 수 있다. 성형된 연마 입자(20)의 측벽(22)은 가변일 수 있으며, 이는 일반적으로 제1 면(24) 및 제2 면(26)의 주변부(29)를 형성한다. 일 실시 형태에서, 제1 면(24) 및 제2 면(26)의 주변부(29)는 소정의 기하학적 형상이도록 선택되며, 제1 면(24) 및 제2 면(26)은 하나의 면이 다른 면보다 큰 상태로 크기가 상이하지만 동일한 기하학적 형상을 갖도록 선택된다. 일 실시 형태에서, 제1 면(24)의 주변부(29) 및 제2 면(26)의 주변부(29)는 도시된 삼각형 형상이었다.
성형된 연마 입자(20)의 측벽(22)과 제2 면(26) 사이의 드래프트각 α는 각각의 면의 상대 크기를 변화시키기 위해 달라질 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 형태에서, 드래프트각 α는 대략 90도 내지 대략 130도, 또는 대략 95도 내지 대략 130도, 또는 약 95도 내지 약 125도, 또는 약 95도 내지 약 120도, 또는 약 95도 내지 약 115도, 또는 약 95도 내지 약 110도, 또는 약 95도 내지 약 105도, 또는 약 95도 내지 약 100도 일 수 있다. 미국 특허출원 제12/337075호에서 논의된 바와 같이, 드래프트각 α에 관한 특정 범위가 경사진 측벽을 갖는 성형된 연마 입자로 제조되는 코팅된 연마 용품의 연삭 성능의 놀라운 증가를 생성하는 것으로 밝혀졌다. 특히, 98도, 120도 또는 135도의 드래프트각은 90도의 드래프트각보다 개선된 연삭 성능을 갖는 것으로 밝혀졌다. 연삭 성능의 개선은, 특히 미국 특허출원 제12/337075호의 도 6 및 도 7에서 보여지는 바와 같이 98도 또는 120도의 드래프트각에서 두드러진다.
도 3을 참조하면, 성형된 연마 입자(20)는 연마층에 의해 덮인 배킹(backing)(42)의 제1 주 표면(major surface)(41)을 갖는 코팅된 연마 용품(40)을 제조하는 데 사용될 수 있다. 연마층은 제1 주 표면(41) 위의 메이크 코트(make coat)(44) 및 전형적으로는 측벽(22)에 의해 메이크 코트(44)에 부착되는 복수의 성형된 연마 입자(20)를 포함한다. 사이즈 코트(size coat)(46)는 성형된 연마 입자(20)를 배킹(42)에 더욱 부착 또는 점착시키도록 도포된다. 당업자에게 공지되어 있는 바와 같은 선택적인 수퍼사이즈(supersize) 코팅이 또한 도포될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 성형된 연마 입자(20)는 기부(52)로부터 연삭 팁(54)까지 연장되는 종축(50)을 포함한다. 기부(52)의 측벽(22)은 전형적으로 메이크 코트(44)에 의해, 코팅된 연마 용품(40)의 배킹(42)에 부착된다. 원형율을 결정하기 위해, 성형된 연마 입자(20)는 종축(50)에 대해 90도로 횡방향으로 잘려진다. 횡방향 절단부(C)는 횡방향 절단부가 입자의 전체 길이의 중간 절반부에 걸쳐 있도록, 종축을 따른 입자 전체 길이의 1/4에서 그려진 제1 횡방향 선(56)과 입자의 전체 길이의 3/4에서 그려진 제2 횡방향 선(58) 사이의 위치에 있어야 한다. 바람직하게는, 횡방향 절단부는 종축(50)의 중간점(60)에 가능한 인접하여 위치된다. 성형된 연마 입자(20)를 횡방향으로 절단하는 데 규소 웨이퍼 슬라이싱 톱(silicon wafer slicing saw)이 사용될 수 있거나, 성형된 연마 입자가 적합한 거리까지 연삭될 수 있다. 횡방향 절단부는 생성된 단면 평면의 주변부가 명확하고 잘 한정되도록 상당히 매끄러워야 한다. 필요하다면, 생성된 단면 평면은 균일한 높이로 폴리싱(polishing)될 수 있다.
절단 후의 성형된 연마 입자(20)는, 횡방향 절단부의 단면 평면이 수평이도록, 그 기부(52)에 의해 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM)의 스터브(stub) 상에 장착된다. 단면 평면의 현미경 사진은 SEM에서의 후방 산란 전자 이미징을 사용하여 취해진다. 전체 단면 평면이 관측될 수 있도록 적합한 배율이 사용되며, 단면 평면의 크기는 SEM의 시야를 채우도록 최대화된다. 단면 평면의 전형적인 SEM 이미지가 100X 배율로 도 4에 도시되어 있다.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 성형된 연마 입자(20)의 각각의 면(측벽(22), 제1 면(24) 및 제2 면(26))은 그 면을 따라 임의의 위치에 위치되는 2개의 최고 지점에 접선방향으로 그려진 선(62)에 의해 경계지어짐으로써, 다각형 형상을 갖는 최대 영역(64)을 둘러싼다. 예를 들어, 대체로 삼각형인 단면을 갖는 성형된 연마 입자에 대해, 3개의 선이 그려지며, 대체로 직사각형인 단면에 대해서는 4개의 선이 그려지고, 오각형 단면에 대해서는 5개의 선이 그려지는 등이다.
다음으로, 이미지 J (국립보건원으로부터 입수가능함)와 같은 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여, 도 5에 흑색으로 도시된 것과 같은 단면 평면의 실제 영역(66)이 다각형에 의해 경계지어진 최대 영역(64)으로부터 제거되어 도 6에 흑색으로 도시된 것과 같은 결손 영역(68)을 결정한다. 결손 영역(68)은 성형된 연마 입자(20)의 둥근 코너 및 고르지 않은 에지로 인해 존재하는 영역의 양을 나타낸다. 입자는 보다 예리한 코너 및 보다 평탄한 에지를 갖는 경향이 있기 때문에, 결손 영역(68)을 최소화하는 것이 연삭 성능을 향상시키는 것으로 여겨진다.
이미지 분석 소프트웨어 또는 다른 적절한 측정 기술을 사용하여, 도 5에서 흑색으로 된 실제 영역(66)이 차지하는 면적 및 도 6에서 흑색으로 된 결손 영역(68)이 차지하는 면적이 결정된다. 백분율로서 표현되는 원형율은 결손 영역(68)(도 6에서 흑색)을 실제 영역(66)(도 5에서 흑색)을 나누고, 이에 100을 곱하여 계산된다. 원형율 % = 결손 영역/실제 영역*100이다. 10개의 개별적인 성형된 연마 입자들을 잘라 측정하도록 이 과정이 반복된다. 10개의 샘플에 대한 평균 원형율은 10개의 개별 결과를 평균함으로써 결정된다. 0 퍼센트의 원형율은, 성형된 연마 입자가 완전히 채워진 코너 및 완벽하게 선형인 에지를 가졌음을 가리킨다. 각각의 측부에 접촉하는 정사각형에 의해 원이 경계지어진다면, 원형율은 27.3%일 것이며, 이는 정사각형의 결손 코너를 채우기 위해 원의 면적의 대략 27.3%가 필요하다는 것을 의미한다.
이제, 도 7(실제 영역(66)) 및 도 8(결손 영역(68))을 참조하면, 버그의 미국 특허 제5,201,916호; 로웬호스트의 제5,366,523호(제Re 35,570호); 및 버그의 제5,984,988호에 개시된 방법에 따라 생성된 삼각형의 성형된 연마 입자(로웬호스트 입자)에 대한 전형적인 단면 평면이 도시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 종래 기술에 의해 생성된 삼각형의 성형된 연마 입자는 훨씬 더 둥근 코너 및 훨씬 더 큰 에지 파형을 갖는 경향이 있다.
하기의 표 1은 본 발명 대 종래 기술의 성형된 연마 입자에 대한 평균 원형율을 보고한다.
Figure 112012005049252-pct00001
종래 기술의 로웬호스트 입자의 평균 원형율은 20.0%였는데, 이는 정사각형에 의해 경계지어지는 완벽한 원으로부터 기인할 27.3%의 원형율에 상당히 근접한다. 따라서, 로웬호스트 입자는 상당히 둥근 단면 평면을 갖는다. 대조적으로, 본 발명의 성형된 연마 입자는 훨씬 덜 둥근 단면 평면을 갖는데, 이는 도 9에 도시된 바와 같은 상당히 개선된 연삭 성능을 초래하는 것으로 여겨진다. 본 발명의 다양한 실시 형태에서, 성형된 연마 입자에 대한 평균 원형율은 약 15% 내지 0%, 또는 약 13% 내지 0%, 또는 약 12% 내지 0%, 또는 약 12% 내지 약 5%일 수 있다.
성형된 연마 입자(20)는 다양한 3차원 형상을 가질 수 있다. 주변부(29)의 기하학적 형상은 삼각형, 직사각형, 원형, 타원형, 별 형상, 또는 다른 규칙 또는 불규칙 다각형의 형상일 수 있다. 일 실시 형태에서는, 등변 삼각형 주변부가 사용되었으며, 다른 실시 형태에서는, 2등변 삼각형 주변부가 사용되었다.
또한, 성형된 연마 입자의 횡방향 절단부에 기인한 단면 평면의 기하학적 형상이 변경될 수 있다. 모든 실시 형태에서, 비원형 단면 형상이 사용된다. 원형 단면 형상은 둥글며, 이는 보다 무딘 것으로 여겨진다. 비원형 단면 형상은, 하나 이상의 예리한 코너가 존재할 수 있고 하나 이상의 측부가 끌의 날과 유사하게 대체로 선형일 수 있기 때문에, 개선된 연삭 성능을 갖는 것으로 여겨진다. 바람직하게는, 단면 형상은, 삼각형, 직사각형, 사다리꼴 또는 오각형을 포함하지만 이로 한정되지 않는 다각형 형상이다. 일 실시 형태에서, 성형된 연마 입자의 주변부는 도 1에 도시되는 바와 같이 삼각형이었으며, 단면 형상은 도 2 및 도 4에 도시되는 바와 같이 사다리꼴이었다.
성형된 연마 입자(20)는 다양한 체적 종횡비(aspect ratio)를 가질 수 있다. 체적 종횡비는 체적의 중심을 통과하는 최대 단면적을, 중심을 통과하는 최소 단면적으로 나눈 비로서 정의된다. 일부 형상의 경우, 최대 또는 최소 단면적은 그 형상의 외부 기하학적 형상에 대해 기울어지거나, 비스듬하거나, 경사진 평면일 수 있다. 예를 들어, 구체는 1.000의 체적 종횡비를 가지는 한편, 정육면체는 1.414의 체적 종횡비를 가질 것이다. 길이 A와 동일한 각각의 측부 및 A와 동일한 균일한 두께를 갖는 등변삼각형의 형태의 성형된 연마 입자는 1.54의 체적 종횡비를 가질 것이며, 균일한 두께가 0.25A까지 감소되면, 체적 종횡비는 2.64까지 증가된다. 더 큰 체적 종횡비를 갖는 성형된 연마 입자는 향상된 절삭 성능을 갖는 것으로 여겨진다. 본 발명의 다양한 실시 형태에서, 성형된 연마 입자에 관한 체적 종횡비는 약 1.15 초과, 또는 약 1.50 초과, 또는 약 2.0 초과, 또는 약 1.15 내지 약 10.0, 또는 약 1.20 내지 약 5.0, 또는 약 1.30 내지 약 3.0일 수 있다.
성형된 연마 입자는 제1 면(24)에 존재하는 성형된 연마 입자의 첨단부 또는 코너에서 훨씬 작은 곡률 반경을 가질 수 있다. 버그의 미국 특허 제5,201,916호; 로웬호스트의 제5,366,523호(제Re 35,570호); 및 버그의 제5,984,988호에 개시된 등변삼각형의 성형된 연마 입자는 평균 팁 반경에 대해서 103.6 마이크로미터의 삼각형의 꼭지점에 관한 곡률 반경(꼭지점을 주변의 일 변으로부터 다음의 변까지 측정됨)을 가졌다. 곡률 반경은 도립 광학 현미경(inverted light microscope)과 인터페이싱된 클레멕스 이미지 분석(Clemex Image Analysis) 프로그램 또는 다른 적합한 이미지 분석 소프트웨어와 같은 이미지 분석을 이용하여 제1 또는 제2 면의 폴리싱된 단면으로부터 측정될 수 있다. 각각의 삼각형 정점부에 관한 곡률 반경은 100X 배율로 단면에서 보았을 때 각각의 정점부에서 3개의 점을 한정함으로써 평가될 수 있다. 직선 에지로부터 곡선의 시작으로의 천이가 있는 팁의 곡선의 시작점, 팁의 정점부, 및 만곡된 팁으로부터 다시 직선 에지로의 천이부에 점이 배치된다. 이어서 이미지 분석 소프트웨어가 3개의 점(곡선의 시작점, 중간점 및 끝점)에 의해 한정되는 호(arc)를 그리고 곡률 반경을 계산한다. 적어도 30개의 정점부에 관한 곡률 반경이 측정 및 평균되어 평균 팁 반경을 결정한다. 본 방법에 의해 제조된 성형된 연마 입자는 훨씬 더 정밀하게 제조된다. 이와 같이, 성형된 연마 입자에 관한 평균 팁 반경은 훨씬 더 작다. 본 발명에 따라 제조된 성형된 연마 입자에 관한 평균 팁 반경은 19.2 마이크로미터 미만인 것으로 측정되었다. 본 발명의 다양한 실시 형태에서, 평균 팁 반경은 75 마이크로미터 미만, 또는 50 마이크로미터 미만, 또는 25 마이크로미터 미만일 수 있다. 더 예리한 팁이 더 침습성(aggressive)인 초기 절삭을 촉진하여 사용 동안에 성형된 연마 입자의 파쇄가 개선된다고 여겨진다.
본 발명에 따라 제조된 성형된 연마 입자(20)는 연마 용품에 포함되거나 성긴 형태로 사용될 수 있다. 연마 입자들은 일반적으로 사용 전에 주어진 입자 크기 분포로 분류된다. 그러한 분포는 전형적으로 거친 입자에서 미세한 입자까지 일정 범위의 입자 크기를 갖는다. 연마재 분야에서 이 범위는 때때로 "거친", "대조", 및 "미세" 부분으로 지칭된다. 연마재 산업에서 승인된 분류 표준에 따라서 분류된 연마 입자들은 수치 한계 내에서 각 공칭 등급에 대한 입자 크기 분포를 규정한다. 그러한 산업 승인 분류 규정(즉, 연마재 산업에서 규정된 공칭 등급)에는 미국 규격 협회(American National Standards Institute, Inc., ANSI) 표준, 연마 제품의 유럽 생산자 연맹(Federation of European Producers of Abrasive Products, FEPA) 표준, 및 일본 공업 규격(Japanese Industrial Standard, JIS) 표준으로 알려진 것들이 포함된다.
ANSI 등급 명칭(즉, 규정된 공칭 등급)은 ANSI 4, ANSI 6, ANSI 8, ANSI 16, ANSI 24, ANSI 36, ANSI 40, ANSI 50, ANSI 60, ANSI 80, ANSI 100, ANSI 120, ANSI 150, ANSI 180, ANSI 220, ANSI 240, ANSI 280, ANSI 320, ANSI 360, ANSI 400 및 ANSI 600을 포함한다. FEPA 등급 명칭은 P8, P12, P16, P24, P36, P40, P50, P60, P80, P100, P120, P150, P180, P220, P320, P400, P500, P600, P800, P1000 및 P1200을 포함한다. JIS 등급 명칭은 JIS8, JIS12, JIS16, JIS24, JIS36, JIS46, JIS54, JIS60, JIS80, JIS100, JIS150, JIS180, JIS220, JIS240, JIS280, JIS320, JIS360, JIS400, JIS600, JIS800, JIS1000, JIS1500, JIS2500, JIS4000, JIS6000, JIS8000 및 JIS10,000을 포함한다.
대안적으로, 성형된 연마 입자(20)는 ASTM E-11 "시험 목적용 쇠그물 및 체에 대한 표준 규격(Standard Specification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes)"에 따른 미국 표준 시험용 체를 사용하여 공칭 선별 등급(nominal screened grade)으로 분류될 수 있다. ASTM E-11은 지정된 입자 크기에 따른 재료의 분류를 위해 프레임에 장착된 짜여진 쇠그물 매체를 사용하여 시험용 체의 설계 및 구성을 위한 요건을 규정하고 있다. 전형적인 명칭은 -18+20으로 나타낼 수 있는데, 이는 성형된 연마 입자(20)가 18번 체에 관한 ASTM E-11 규격을 만족시키는 시험용 체를 통과하고 20번 체에 관한 ASTM E-11 규격을 만족하는 시험용 체에 걸려서 유지된다는 것을 의미한다. 일 실시 형태에서, 경사진 측벽(22)을 갖는 성형된 연마 입자(20)는 입자의 대부분이 18메시 시험용 체를 통과하고 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 50메시 시험용 체에 걸려서 유지될 수 있게 하는 입자 크기를 갖는다. 본 발명의 다양한 실시 형태에서, 경사진 측벽(22)을 갖는 성형된 연마 입자(20)는 -18+20, -20+25, -25+30, -30+35, -35+40, -40+45, -45+50, -50+60, -60+70, -70+80, -80+100, -100+120, -120+140, -140+170, -170+200, -200+230, -230+270, -270+325, -325+400, -400+450, -450+500 또는 -500+635를 포함하는 공칭 선별 등급을 가질 수 있다.
일 태양에 있어서, 본 발명은 연마 산업에서 규정된 공칭 등급 또는 공칭 선별 등급을 갖는 복수의 성형된 연마 입자를 제공하는데, 여기서 복수의 연마 입자들의 적어도 일부는 성형된 연마 입자(20)이다. 다른 태양에 있어서, 본 발명은 본 발명에 따라 만들어진 성형된 연마 입자(20)들을 분류하여 연마 산업에서 규정된 공칭 등급 또는 공칭 선별 등급을 갖는 복수의 성형된 연마 입자(20)를 제공하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
원하는 경우, 연마재 산업에서 규정된 공칭 등급 또는 공칭 선별 등급을 갖는 성형된 연마 입자(20)가 다른 공지의 연마 또는 비연마 입자와 혼합될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 복수의 연마 입자의 총 중량에 기초하여, 연마재 산업에서 규정된 공칭 등급 또는 공칭 선별 등급을 갖는 복수의 연마 입자 중 적어도 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 또는 심지어 100 중량%가 본 발명에 따라 제조된 성형된 연마 입자(20)이다.
성형된 연마 입자(20)와의 혼합에 적합한 입자에는 미국 특허 제4,799,939호 및 제5,078,753호에 개시된 것과 같은 종래의 연마 그레인, 희석용 그레인 또는 부식성 응집물이 포함된다. 종래의 연마 그레인의 대표적인 예에는 용융 산화알루미늄, 탄화규소, 가닛(garnet), 용융 알루미나 지르코니아, 입방정 질화붕소, 다이아몬드 등이 포함된다. 희석용 그레인의 대표적인 예에는 대리석, 석고 및 유리가 포함된다. 상이하게 성형된 연마 입자(20)(예를 들어, 삼각형 및 정사각형)들의 블렌드, 또는 상이한 드래프트각을 갖는 경사진 측벽을 갖는 성형된 연마 입자(20)들의 블렌드(예를 들어, 120도 드래프트각을 갖는 입자와 혼합된 98도 드래프트각을 갖는 입자)가 본 발명의 용품에 사용될 수 있다.
성형된 연마 입자(20)는 또한 표면 코팅을 가질 수 있다. 연마 용품 내의 결합제와 연마 그레인 사이의 점착력을 개선시키는 표면 코팅이 공지되어 있거나, 이 표면 코팅은 성형된 연마 입자(20)들의 정전 침착(electrostatic deposition)을 돕도록 사용될 수 있다. 그러한 표면 코팅은 미국 특허 제5,213,591호, 제5,011,508호, 제1,910,444호, 제3,041,156호, 제5,009,675호, 제5,085,671호, 제4,997,461호 및 제5,042,991호에 개시되어 있다. 또한, 표면 코팅은 성형된 연마 입자가 캡핑(capping)되는 것을 방지할 수 있다. 캡핑은 마모되고 있는 공작물로부터의 금속 입자가 성형된 연마 입자의 상부에 융착되는 현상을 설명하는 용어이다. 상기 기능을 실행하는 표면 코팅은 당업자에게 알려져 있다.
낮은 원형율을 갖는 성형된 연마 입자를 구비한 연마 용품
도 3을 참조하면, 배킹(42)의 제1 주 표면(41) 위에 도포되는, 이하에서 메이크 코트(44)로 지칭되는 제1 결합제 층을 갖는 배킹(42)을 포함한다. 연마층을 형성하는 복수의 성형된 연마 입자(20)가 메이크 코트(44)에 부착되거나 부분적으로 매립되어 있다. 이하에서 사이즈 코트(46)로 지칭되는 제2 결합제 층이 성형된 연마 입자(20) 위에 있다. 메이크 코트(44)의 목적은 성형된 연마 입자(20)를 배킹(42)에 고정시키는 것이고, 사이즈 코트(46)의 목적은 성형된 연마 입자(20)를 보강하는 것이다. 당업자에게 공지된 바와 같은 선택적인 수퍼사이즈 코팅이 또한 도포될 수 있다. 성형된 연마 입자(20)의 대부분은 팁(48)(도 1의 연삭 팁(54))및 정점이 배킹(42)으로부터 멀리 향하도록 그리고 성형된 연마 입자가 측벽(22)에 의거하도록 배향된다. 경사진 측벽이 사용되는 경우, 성형된 연마 입자(20)는 도시된 바와 같이 대체로 기울어지거나 경사지게 된다.
경사 배향을 추가로 최적화하기 위해, 경사진 측벽을 갖는 성형된 연마 입자가 개방형 코트 연마층 내의 배킹에 적용된다. 폐쇄형 코트 연마층은 메이커(maker)를 통한 단일 패스(pass)에서 연마 용품의 메이크 코트에 적용될 수 있는 연마 입자 또는 연마 입자의 블렌드의 최대 중량으로서 정의된다. 개방형 코트는 적용될 수 있는, 즉 코팅된 연마 용품의 메이크 코트에 적용되는 그램 단위의 최대 중량보다 무게가 덜 나가는 연마 입자 또는 연마 입자의 블렌드의 양이다. 개방형 코트 연마층은 100% 미만의 연마 입자에 의한 메이크 코트의 피복률(coverage)로 이어져 입자들 사이에 개방 영역 및 눈에 보이는 수지층을 남겨둘 것이다. 본 발명의 다양한 실시 형태에서, 연마층 내의 퍼센트 개방 영역은 약 10% 내지 약 90%, 또는 약 30% 내지 약 80%, 또는 약 40% 내지 약 70%일 수 있다.
경사진 측벽을 갖는 성형된 연마 입자가 너무 많이 배킹에 적용되는 경우, 메이크 및 사이즈 코트를 경화시키기 전에 입자가 기울어지거나 경사지게 하기에 불충분한 입자들 사이의 공간이 존재할 것으로 여겨진다. 본 발명의 다양한 실시 형태에서, 개방형 코트 연마층을 갖는 코팅된 연마 용품 내의 50, 60, 70, 80 또는 90 퍼센트 초과의 성형된 연마 입자가 90도 미만의 배향각 β (도 3)를 갖고 기울어지거나 경사진다.
이론에 의해 구애되고자 함이 없이, 90도 미만의 배향각 β는 경사진 측벽을 갖는 성형된 연마 입자의 절삭 성능을 향상시키는 것으로 여겨진다. 놀랍게도, 이 결과는 코팅된 연마 용품 내의 Z축 둘레에서의 성형된 연마 입자의 회전 배향에 무관하게 발생하는 경향이 있다. 도 3은 모든 입자가 동일한 방향으로 정렬된 것을 보여주도록 이상화되었지만, 실제의 코팅된 연마 디스크는 랜덤하게 분포되고 회전된 입자를 가질 것이다. 연마 디스크가 회전하고 성형된 연마 입자가 랜덤하게 분포되기 때문에, 일부 성형된 연마 입자는 90도 미만의 배향각 β으로 공작물 내로 가압될 것인데, 이때 공작물은 초기에 제2 면(26)과 부딪히게 되는 한편, 이웃하는 성형된 연마 입자는 정확하게 180도 회전되어 있을 수 있는데, 이때 공작물은 제1 면(24) 및 성형된 연마 입자의 배면과 부딪힌다. 디스크의 회전 및 입자들의 랜덤한 분포에 의해, 성형된 연마 입자들의 절반 미만은 공작물이 초기에 제1 면(24) 대신 제2 면(26)과 부딪히게 할 수 있다. 그러나, 공작물과의 규정된 접촉점 및 규정된 회전 방향을 갖는 연마 벨트에 대해, 각각의 성형된 연마 입자가 90도 미만의 배향각 β으로 연장되는 것 및 공작물이 도 3에 이상화된 것과 같이 먼저 제2 면(26)으로 가압되는 것을 보장하도록 벨트 상의 경사진 측벽을 갖는 성형된 연마 입자를 정렬시키는 것이 가능할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 형태에서, 코팅된 연마 용품의 연마층 내의 경사진 측벽을 갖는 적어도 대부분의 성형된 연마 입자에 대한 배향각 β는 약 50도 내지 약 85도, 또는 약 55도 내지 약 85도, 또는 약 60도 내지 약 85도, 또는 약 65도 내지 약 85도, 또는 약 70도 내지 약 85도, 또는 약 75도 내지 약 85도, 또는 약 80도 내지 약 85도일 수 있다.
메이크 코트(44) 및 사이즈 코트(46)는 수지성 접착제를 포함한다. 메이크 코트(44)의 수지성 접착제는 사이즈 코트(46)의 수지성 접착제와 동일하거나 상이할 수 있다. 이들 코트에 적합한 수지성 접착제의 예로는 페놀 수지류, 에폭시 수지류, 우레아-포름알데히드 수지류, 아크릴레이트 수지류, 아미노플라스트 수지류(aminoplast resins), 멜라민 수지류, 아크릴레이티드 에폭시 수지류, 우레탄 수지류 및 이들의 조합이 포함된다. 수지성 접착제 외에도, 메이크 코트(44) 또는 사이즈 코트(46), 또는 둘 모두의 코트는, 예를 들어 충전제, 연삭 보조제, 습윤제, 계면활성제, 염료, 안료, 커플링제, 점착 증진제 및 이들의 조합과 같은 당업계에 알려진 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 충전제의 예에는 탄산칼슘, 실리카, 활석, 점토, 칼슘 메타실리케이트, 돌로마이트, 알루미늄 설페이트 및 이들의 조합이 포함된다.
연삭 보조제가 코팅된 연마 용품에 적용될 수 있다. 연삭 보조제는, 그것의 첨가가 연마의 화학적 및 물리적 공정에 상당한 영향을 미쳐서, 그 결과로 개선된 성능을 가져오는 미립자 물질로서 정의된다. 연삭 보조제는 매우 다양한 상이한 물질들을 포괄하며, 무기물질 또는 유기물질계일 수 있다. 연삭 보조제의 화학적 그룹의 예에는 왁스, 유기 할라이드 화합물, 할라이드 염, 및 금속과 이들의 합금이 포함된다. 유기 할라이드 화합물은 전형적으로 마모 중에 분쇄되어 할로겐 산 또는 기체 할라이드 화합물을 방출할 것이다. 이러한 물질의 예에는 염소화 왁스, 예를 들어 테트라클로로나프탈렌, 펜타클로로나프탈렌, 및 폴리비닐클로라이드가 포함된다. 할라이드 염의 예에는 염화나트륨, 칼륨 빙정석, 나트륨 빙정석, 암모늄 빙정석, 사플루오로붕산칼륨, 사플루오로붕산나트륨, 플루오르화규소, 염화칼륨, 염화마그네슘이 포함된다. 금속의 예에는 주석, 납, 비스무스, 코발트, 안티몬, 카드뮴, 철 및 티타늄이 포함된다. 다른 연삭 보조제에는 황, 유기 황 화합물, 흑연 및 금속 황화물이 포함된다. 또한, 상이한 연삭 보조제들의 조합을 이용하는 것이 본 발명의 범주에 속하며, 일부 경우에 이는 상승 효과를 낼 수 있다. 일 실시 형태에서, 연삭 보조제는 빙정석 또는 사플루오로붕산칼륨이다. 그러한 접착제의 양은 원하는 특성을 제공하도록 조절될 수 있다. 수퍼사이즈 코팅(supersize coating)을 이용하는 것이 또한 본 발명의 범주에 속한다. 수퍼사이즈 코팅은 전형적으로 결합제 및 연삭 보조제를 함유한다. 결합제는 페놀 수지류, 아크릴레이트 수지류, 에폭시 수지류, 우레아-포름알데히드 수지류, 멜라민 수지류, 우레탄 수지류 및 이들의 조합과 같은 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 미국 특허 제5,441,549호(헬민(Helmin))에 개시되어 있는 바와 같이, 열경화성 에폭시 수지, 경화제, 열경화성 탄화수소 수지, 연삭 보조제, 분산제 및 안료를 포함하는 수퍼사이즈 코팅이 사용된다.
접합된 연마 용품, 부직포 연마 용품 또는 연마 브러시에 성형된 연마 입자(20)가 사용될 수 있음이 또한 본 발명의 범주에 속한다. 접합된 연마제는 결합제에 의해서 함께 접합되어 성형된 덩어리를 형성하는 복수의 성형된 연마 입자(20)를 포함할 수 있다. 접합된 연마제를 위한 결합제는 금속성 결합제, 유기 결합제 또는 유리질 결합제일 수 있다. 부직포 연마재는 유기 결합제에 의해서 섬유 부직 웨브에 접합된 복수의 성형된 연마 입자(20)를 포함한다.
낮은 원형율을 갖는 성형된 연마 입자를 제조하는 방법
제1 공정 단계는 알파 알루미나로 변환될 수 있는 시드형(seeded) 또는 비-시드형(non-seeded) 연마 분산액을 제공하는 단계를 포함한다. 알파 알루미나 전구체 조성물은 흔히 휘발성 성분인 액체를 포함한다. 일 실시 형태에서, 휘발성 성분은 물이다. 연마 분산액은 주형 공동을 충전하고 주형 표면을 복제할 수 있도록 연마 분산액의 점도를 충분히 낮게 하기 위해 충분한 양의 액체를 포함하지만, 나중에 액체를 주형 공동으로부터 제거하는 것이 엄청나게 비싸지게 할 정도로 많은 액체를 포함해서는 안된다. 일 실시 형태에서, 연마 분산액은 알루미늄 옥사이드 모노하이드레이트(베마이트(boehmit))의 입자와 같이 알파 알루미나로 변환될 수 있는 2 중량% 내지 90 중량%의 입자와, 적어도 10 중량%, 또는 50 내지 70 중량%, 또는 50 내지 60 중량%의 물과 같은 휘발성 성분을 포함한다. 역으로, 연마 분산액은 일부 실시 형태에서 30 내지 50 중량%, 또는 40 내지 50 중량%의 고체를 함유한다.
베마이트 이외의 알루미늄 옥사이드 하이드레이트가 또한 사용될 수 있다. 베마이트는 공지의 기술로 제조될 수 있거나 구매될 수 있다. 구매가능한 베마이트의 예에는 둘 모두 사솔 노스 아메리카, 인크.(Sasol North America, Inc.)로부터 입수가능한 상표명 "디스페랄(DISPERAL)" 및 "디스팔(DISPAL)", 또는 바스프 코포레이션(BASF Corporation)으로부터 입수가능한 상표명 "하이큐-40(HiQ-40)"을 갖는 제품이 포함된다. 이들 알루미늄 옥사이드 모노하이드레이트는 비교적 순수한데, 즉 이들은 모노하이드레이트 이외에 조금이라도 있다면 비교적 작은 하이드레이트상을 포함하며 큰 표면적을 갖는다. 생성되는 성형된 연마 입자(20)의 물리적 특성은 일반적으로 연마 분산액에 사용되는 물질의 유형에 따라 좌우될 것이다.
일 실시 형태에서, 연마 분산액은 겔 상태에 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "겔"은 액체 내에 분산된 고체의 3차원 네트워크(network)이다. 연마 분산액은 개질 첨가제 또는 개질 첨가제의 전구체를 함유할 수 있다. 개질 첨가제는 연마 입자의 일부 바람직한 특성을 향상시키거나 후속 소결 단계의 효과를 증대시키는 기능을 할 수 있다. 개질 첨가제 또는 개질 첨가제의 전구체는 가용성 염의 형태, 전형적으로는 수용성 염의 형태일 수 있다. 이들은 전형적으로 금속을 함유하는 화합물로 이루어지며, 그리고 마그네슘, 아연, 철, 규소, 코발트, 니켈, 지르코늄, 하프늄, 크롬, 이트륨, 프라세오디뮴, 사마륨, 이테르븀, 네오디뮴, 란탄, 가돌리늄, 세륨, 디스프로슘, 에르븀, 티타늄 및 이들의 혼합물의 산화물의 전구체일 수 있다. 연마 분산액에 존재할 수 있는 이들 첨가제의 구체적인 농도는 당업자에 따라서 달라질 수 있다. 전형적으로, 개질 첨가제 또는 개질 첨가제의 전구체를 도입하면 연마 분산액이 겔로 될 것이다. 또한 연마 분산액은 또한 일정 기간에 걸친 열의 적용에 의해 겔로 유도될 수 있다.
또한 연마 분산액은 수화되거나 하소된 산화알루미늄의 알파 알루미나로의 변환을 향상시키기 위한 핵형성제(시딩)를 함유할 수 있다. 본 발명에 적합한 핵형성제는 변환의 핵이 될 알파 알루미나, 알파 산화철 또는 그 전구체, 산화 티타늄 및 티탄산염, 산화 크롬, 또는 그 외의 다른 재료로 된 미세 입자를 포함한다. 사용되는 경우 핵형성제의 양은 알파 알루미나의 변환을 일으킬 수 있을 정도로 충분하여야 한다. 그러한 연마 분산액의 핵을 형성하는 것은 슈와벨(Schwabel)의 미국 특허 제4,744,802호에 개시되어 있다.
보다 안정한 하이드로솔 또는 콜로이드 연마 분산액을 제조하기 위해 연마 분산액에 펩타이징제(peptizing agent)가 첨가될 수 있다. 적절한 펩타이징제는 일염기산(monoprotic acid)이거나 또는 초산, 염산, 포름산 및 질산과 같은 산 화합물이다. 다양성자 산(multiprotic acid)이 또한 사용될 수 있지만, 이는 연마 분산액을 신속하게 겔로 만들어서 추가의 성분을 취급하거나 그것에 도입하는 것을 어렵게 할 수 있다. 베마이트의 일부 상업적 공급원은 안정한 연마 분산액을 형성하는 것을 도와줄 산 역가(acid titer)(예를 들어 흡수된 포름산 또는 질산)를 함유한다.
연마 분산액은 임의의 적합한 수단, 예를 들어 펩타이징제를 함유하는 물과 알루미늄 옥사이드 모노하이드레이트를 단순히 혼합함으로써, 또는 펩타이징제가 첨가되는 알루미늄 옥사이드 모노하이드레이트 슬러리를 형성함으로써 형성될 수 있다. 혼합 중에 기포를 형성하거나 공기를 함유하는 경향을 줄이기 위해 소포제 또는 다른 적합한 화학물질이 첨가될 수 있다. 필요에 따라서 습윤제, 알코올 또는 커플링제와 같은 추가의 화학물질이 첨가될 수 있다. 알파 알루미나 연마 그레인은 1997년 7월 8일자의 에릭슨(Erickson) 등의 미국 특허 제5,645,619호에 개시된 것과 같이 실리카 및 산화철을 함유할 수 있다. 알파 알루미나 연마 그레인은 1996년 9월 3일자의 라미(Larmie)의 미국 특허 제5,551,963호에 개시된 것과 같이 지르코니아를 함유할 수 있다. 대안적으로, 알파 알루미나 연마 그레인은 2001년 8월 21일자의 카스트로(Castro)의 미국 특허 제6,277,161호에 개시된 것과 같이 미세구조체 또는 첨가제를 가질 수 있다.
제2 공정 단계는 적어도 하나의 주형 공동, 바람직하게는 복수의 공동을 갖는 주형을 제공하는 단계를 포함한다. 주형은 대체로 평탄한 바닥 표면 및 복수의 주형 공동을 가질 수 있다. 복수의 공동이 제조 공구에 형성될 수 있다. 제조 공구는 벨트, 시트, 연속 웨브, 윤전 그라비아 롤(rotogravure roll)과 같은 코팅 롤, 코팅 롤에 장착된 슬리브, 또는 다이일 수 있다. 일 실시 형태에서, 제조 공구는 중합체성 재료를 포함한다. 적합한 중합체성 재료의 예에는 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리(에테르 설폰), 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 이들의 조합과 같은 열가소성 재료, 또는 열경화성 재료가 포함된다. 일 실시 형태에서, 전체 공구는 중합체성 또는 열가소성 재료로 제조된다. 다른 실시 형태에서, 복수의 공동의 표면과 같이 건조 중에 졸-겔과 접촉하는 공구의 표면은 중합체성 또는 열가소성 재료를 포함하며, 공구의 다른 부분은 다른 재료로 제조될 수 있다. 예로서 표면 장력 특성을 변화시키기 위해 적합한 중합체성 코팅이 금속 공구에 도포될 수 있다.
중합체성 또는 열가소성 공구는 금속 마스터 공구로부터 복제될 수 있다. 마스터 공구는 제조 공구에 요구되는 역패턴을 가질 것이다. 마스터 공구는 제조 공구와 동일한 방식으로 제조될 수 있다. 일 실시 형태에서, 마스터 공구는 금속, 예를 들어 니켈로 제조되며, 다이아몬드 선삭된다. 중합체성 시트 재료를 마스터 공구와 함께 가열하여, 그 둘을 함께 압축함으로써 중합체성 재료가 마스터 공구 패턴에 의해 엠보싱될 수 있다. 중합체성 또는 열가소성 재료를 또한 마스터 공구 상으로 압출 또는 캐스팅한 다음 압축할 수 있다. 열가소성 재료를 고형화되도록 냉각하여 제조 공구를 생성한다. 열가소성 제조 공구가 이용되는 경우, 과도한 열이 발생하여 열가소성 제조 공구를 변형시켜서 수명을 제한하지 않도록 주의하여야 한다. 제조 공구 또는 마스터 공구의 설계 및 제조에 관한 더 많은 정보를 미국 특허 제5,152,917호(피퍼(Pieper) 등), 제5,435,816호(스퍼전(Spurgeon) 등), 제5,672,097호(후프만(Hoopman) 등), 제5,946,991호(후프만 등), 제5,975,987호(후프만 등) 및 제6,129,540호(후프만 등)에서 볼 수 있다.
공동에의 접근은 주형의 상부 표면 또는 바닥 표면의 개구로부터 할 수 있다. 일부 경우에, 공동은 주형의 전체 두께에 대하여 연장될 수 있다. 대안적으로, 공동은 주형의 두께의 단지 일부에 대하여 연장될 수 있다. 일 실시 형태에서, 상부 표면은 공동이 실질적으로 균일한 깊이를 갖는 주형의 바닥 표면에 실질적으로 평행하다. 주형의 적어도 하나의 측면, 즉 공동이 형성된 측면은 휘발성 성분이 제거되는 단계 동안에 주위의 대기에 노출된 채로 유지될 수 있다.
공동은 규정된 삼차원 형상을 갖는다. 일 실시 형태에서, 공동의 형상은 상부에서 볼 때 공동의 바닥 표면이 상부 표면의 개구보다 약간 작도록 하는 경사진 측벽을 갖는 삼각형인 것으로 설명될 수 있다. 경사진 측벽은 연삭 성능을 향상시키고 전구체 연마 입자를 주형으로부터 더 쉽게 제거할 수 있게 하는 것으로 여겨진다. 다른 실시 형태에서, 주형은 복수의 삼각형 공동을 포함하였다. 복수의 삼각형 공동의 각각은 정삼각형을 포함한다.
대안적으로, 원형, 직사각형, 정사각형, 육각형, 별 형상 또는 이들의 조합과 같은 다른 공동 형상이 사용될 수 있는데, 이들 형상은 모두 실질적으로 균일한 깊이 치수를 갖는다. 깊이 치수는 상부 표면으로부터 바닥 표면 상의 최저 지점까지의 수직 거리와 같다. 주어진 공동의 깊이는 균일할 수 있거나 그 길이 및/또는 폭을 따라서 변할 수 있다. 주어진 주형의 공동은 동일한 형상이거나 상이한 형상일 수 있다.
제3 공정 단계는 임의의 종래 기술에 의해 주형의 공동을 연마 분산액으로 충전하는 단계를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 나이프 롤 코터(knife roll coater) 또는 진공 슬롯 다이 코터(vacuum slot die coater)가 사용될 수 있다. 필요한 경우 주형으로부터 입자를 제거하는 것을 돕기 위해 주형 이형제가 사용될 수 있다. 전형적인 주형 이형제는 땅콩유 또는 광유와 같은 오일, 어유(fish oil), 실리콘, 폴리테트라플루오로에틸렌, 아연스테아레이트 및 흑연을 포함한다. 일반적으로, 주형 이형제가 필요한 경우, 주형의 단위 면적당 약 0.016 ㎎/㎠ (0.1 ㎎/in2) 내지 약 0.47 ㎎/㎠ (3.0 ㎎/in2), 또는 약 0.016 ㎎/㎠ (0.1 ㎎/in2) 내지 약 0.78 ㎎/㎠ (5.0 ㎎/in2)의 주형 이형제가 존재하도록, 졸-겔과 접촉하는 제조 공구의 표면에, 물 또는 알코올과 같은 액체 중의 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 주형 이형제, 예를 들어 땅콩유가 적용된다. 일 실시 형태에서, 주형의 상부 표면을 연마 분산액으로 코팅한다. 연마 분산액을 상부 표면 상에 펌핑할 수 있다. 다음으로, 스크래퍼(scraper) 또는 레벨러 바아(leveler bar)를 사용하여 연마 분산액을 주형의 공동 내로 완전히 밀어 넣을 수 있다. 공동으로 들어가지 않은 연마 분산액의 잔여분은 주형의 상부 표면으로부터 제거하여 재활용할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 연산 분산액의 적은 부분은 상부 표면에 남을 수 있고, 다른 실시 형태에서는 상부 표면에 실질적으로 분산액이 없다. 스크래퍼 또는 레벨러 바아에 의해 가해지는 압력은 전형적으로 689.5 ㎪(100 psi) 미만, 또는 344.7 ㎪(50 psi) 미만, 또는 68.9 ㎪(10 psi) 미만이다. 일부 실시 형태에서, 생성되는 성형된 연마 입자(20)의 두께의 균일성을 보장하기 위해서 연마 분산액의 노출된 표면은 실질적으로 상부 표면을 넘어서 연장하지 않는다.
제4 공정 단계는 휘발성 성분을 제거하여 분산액을 건조시키는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 휘발성 성분은 빠른 증발 속도에 의해 제거된다. 일부 실시 형태에서, 증발에 의한 휘발성 성분의 제거는 휘발성 성분의 비등점을 초과한 온도에서 일어난다. 건조 온도에 대한 상한은 종종 주형이 제조되는 재료에 따라 좌우된다. 폴리프로필렌 공구의 경우, 이 온도는 플라스틱의 용융점 미만이어야 한다.
일 실시 형태에서, 약 40 내지 50 퍼센트 고형물로 된 수분산액 및 폴리프로필렌 주형의 경우, 건조 온도는 약 90℃ 내지 약 165℃, 또는 약 105℃ 내지 약 150℃, 또는 약 105℃ 내지 약 120℃일 수 있다. 더 높은 온도는 향상된 제조 속도로 이어질 수 있지만, 또한 주형으로서의 그 사용 수명을 제한하는 폴리프로필렌 공구의 열화로 이어질 수도 있다.
일 실시 형태에서, 베마이트 졸-겔의 샘플이 이하의 방법을 사용하여 제조되었다: 상표명 "디스페랄"을 갖는 알루미늄 옥사이드 모노하이드레이트 분말(40%)이 10분 동안 고전단 혼합에 의해 1.85% 질산 수용액(60%)에 분산되었다. 생성된 졸-겔은 코팅 전에 적어도 24시간 동안 에이징(aging)되었다. 이 졸-겔을 깊이가 0.71 ㎜(28 밀)이고 각 변이 2.79 ㎜(110 밀)인 삼각형의 성형된 주형 공동을 갖는 제조 공구 내로 밀어 넣었다. 주형의 측벽과 바닥 사이의 드래프트각 α는 98도였다. 제조 공구는 주형 공동의 100%가 삼각형의 한 변과 90도 각도로 교차하는 공동의 바닥 표면으로부터 융기하는 8개의 평행한 리지(ridge)를 갖도록 제조되었다. 이하에서 언급되는 대리인 관리번호가 64792US002인 계류 중의 미국 특허출원 제61/138268호에 개시된 바와 같이, 평행한 리지는 0.277 ㎜마다 이격되었으며 리지의 단면은 높이가 0.0127 ㎜이고 팁에서의 각 리지의 측면들 사이의 각도가 45도인 삼각형 형상이었다.
졸-겔을 진공 슬롯 다이 코팅 스테이션을 사용하여 공동 내로 밀어넣어 제조 공구의 모든 개구를 완전히 충전하였다. 졸-겔 코팅된 제조 공구는 6.1 미터(20 피트) 구역 1 섹션에서 141.6 kL/m (5000 cfm)의 공기 속도로 섭씨 116도(화씨 240도), 6.1 미터(20 피트) 구역 2 섹션에서 121.8 kL/m (4300 cfm)의 공기 속도로 섭씨 116도(화씨 240도) 및 6.1 미터(20 피트) 구역 3 섹션에서 99.1 kL/m (3500 cfm)의 공기 속도로 섭씨 107도(화씨 225도)로 설정된, 분당 5.3 미터(분당 17.5 피트)의 18.3 미터(60 피트) 대류 공기 오븐을 통과하였다. 제조 공구를 초음파 혼(ultrasonic horn) 위로 통과시켜 제조 공구로부터 전구체 성형된 연마 입자를 제거하였다.
제5 공정 단계는 주형 공동으로부터 전구체 성형된 연마 입자를 제거하는 단계를 포함한다. 전구체 성형된 연마 입자는 주형에서 이하의 공정들, 즉 주형 공동으로부터 입자를 제거하기 위한 중력, 진동, 초음파 진동, 진공 또는 가압 공기를 단독으로 또는 조합하여 사용함으로써 공동으로부터 제거될 수 있다.
전구체 연마 입자는 주형의 외부에서 추가로 건조될 수 있다. 연마 분산액이 주형 내에서 원하는 수준까지 건조된 경우, 추가의 건조 단계는 필요하지 않다. 그러나, 일부 경우에는, 연마 분산액이 주형 내에 체류하는 시간을 최소화하기 위해 이 추가의 건조 단계를 이용하는 것이 경제적일 수 있다. 전형적으로, 전구체 성형된 연마 입자는 섭씨 50도 내지 섭씨 160도, 또는 섭씨 120도 내지 섭씨 150도의 온도에서, 10분 내지 480분, 또는 120분 내지 400분 동안 건조될 것이다.
제6 공정 단계는 전구체 성형된 연마 입자를 하소시키는 단계를 포함한다. 하소 동안에, 본질적으로 모든 휘발성 재료가 제거되며, 연마 분산액 중에 존재하는 다양한 성분이 산화금속으로 변환된다. 전구체 성형된 연마 입자는 일반적으로 섭씨 400도 내지 섭씨 800도의 온도까지 가열되며, 자유수(free water)와 90 중량%를 초과하는 임의의 결합된 휘발성 재료가 제거될 때까지 이 온도 범위 내에 유지된다. 선택적 단계에서, 함침 공정에 의해 개질 첨가제를 도입하는 것이 바람직할 수 있다. 수용성 염이 함침에 의해 하소된 전구체 성형된 연마 입자의 세공 내로 도입될 수 있다. 그리고, 전구체 성형된 연마 입자는 다시 예비소성된다. 이 선택 사항은 유럽 특허 제293,163호에 추가로 설명되어 있다.
제7 공정 단계는 하소된 전구체 성형된 연마 입자를 소결하여 알파 알루미나 입자를 형성하는 단계를 포함한다. 소결 전에, 하소된 전구체 성형된 연마 입자는 완전히 치밀화되지 않으며, 따라서 성형된 연마 입자로서 사용하는 데 필요한 경도가 부족하다. 소결은 하소된 전구체 성형된 연마 입자를 섭씨 1,000도 내지 섭씨 1,650도의 온도까지 가열하고, 실질적으로 모든 알파 알루미나 모노하이드레이트(또는 등가물)가 알파 알루미나로 변환되고 다공도가 15 체적% 미만으로 감소될 때까지 이 온도 범위 내에 유지함으로써 이루어진다. 이 수준의 변환을 달성하기 위해 하소된 전구체 성형된 연마 입자가 소결 온도에 노출되어야 하는 시간 길이는 다양한 인자에 따라서 달라지지만 보통은 5초 내지 48시간이 전형적이다. 다른 실시 형태에서, 소결 단계의 지속 시간은 1분 내지 90분의 범위이다. 소결 후에, 경사진 측벽을 갖는 성형된 연마 입자는 비커스(Vickers) 경도가 10 ㎬, 16 ㎬, 18 ㎬, 20 ㎬, 또는 그 초과일 수 있다.
전술한 공정을 변경하기 위해 재료를 하소 온도로부터 소결 온도까지 급속하게 가열하고, 연마 분산액을 원심분리하여 슬러지, 폐기물 등을 제거하는 것과 같은 다른 단계를 사용할 수 있다. 또한 이 공정은 필요에 따라 공정들 중 둘 이상을 조합함으로써 변경될 수 있다. 본 발명의 공정을 수정하는 데 사용할 수 있는 종래의 공정 단계들은 레이티져(Leitheiser)의 미국 특허 제4,314,827호에 보다 완전하게 설명되어 있다.
또한, 성형된 연마 입자는 2008년 12월 17일자로 출원되고 대리인 관리번호가 64792US002이며, 발명의 명칭이 "홈을 갖는 성형된 연마 입자(Shaped Abrasive Particles With Grooves)"인 공계류 중의 미국 가출원 제61/138268호에 개시된 것과 같이, 면들 중 하나의 면 상에 홈을 가질 수 있다. 홈은 주형으로부터 전구체 성형된 연마 입자를 제거하는 것을 더 용이하게 하는 것으로 밝혀진 주형 공동의 바닥 표면 내의 복수의 리지에 의해 형성된다. 성형된 연마 입자를 제조하는 방법에 관한 더 많은 정보가 2008년 12월 17일자로 출원되고 대리인 관리번호가 63512US002이며, 발명의 명칭이 "연마 파편, 개구를 갖는 성형된 연마 입자, 또는 접시형 연마 입자를 제조하는 방법(Method Of Making Abrasive Shards, Shaped Abrasive Particles With An Opening, Or Dish-Shaped Abrasive Particles)"인 미국 특허출원 제12/337,001호에 개시되어 있다.
실시예
본 발명의 목적 및 이점들은 하기의 비제한적 실시예에 의해 더욱 예시된다. 이들 실시예에 열거된 구체적인 재료 및 그 양뿐만 아니라 그 외의 조건 및 상세 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 달리 언급되지 않는다면, 이들 실시예 및 본 명세서의 나머지 부분의 모든 부, 백분율, 비 등은 중량 기준이다.
실시예 1: REO-도핑된 성형된 연마 입자의 제조
베마이트 겔을 이하의 절차에 의해 제조하였다. 즉, 상표명 "디스페랄"을 갖는 알루미늄 옥사이드 모노하이드레이트 분말(1,235 부)을 물(3,026 부) 및 70% 수성 질산(71 부)을 함유하는 용액 중에 연속적으로 혼합함으로써 분산시켰다. 이어서, 생성된 졸을 연속 건조기 내에서 대략 125℃의 온도로 가열하여 44% 고형물 분산액을 생성하였다. 이 졸-겔을 손으로 펼쳤고, 깊이가 0.71 ㎜(28 밀)이고 각 변이 2.79 ㎜(110 밀)인 삼각형의 성형된 공동 크기 및 치수를 갖는 제조 공구 내로 손으로 밀어 넣었다. 주형의 측벽과 바닥 표면 사이의 드래프트각 α는 98도였다. 제조 공구를 주형 공동의 50%가 삼각형의 한 변과 90도 각도로 교차하는, 공동의 바닥 표면으로부터 융기하는 8개의 평행한 리지를 갖도록 제조하였고, 나머지 공동은 매끄러운 바닥 주형 표면을 가졌다. 평행한 리지들은 위에서 언급한 공계류 중인 특허출원 대리인 관리번호 64792US002에 설명된 바와 같이 0.277 ㎜마다 이격되었으며 리지의 단면은 팁에서의 각 리지의 측면들 사이의 각도가 45도, 높이가 0.0127 ㎜인 삼각형 형상이었다.
메탄올 중 1 퍼센트의 땅콩 기름의 분산액을 제조 공구에 발라, 대략 46.5 마이크로그램/제곱센티미터 (0.3 ㎎/sq. in)의 땅콩 기름의 이형 코팅을 달성하였다. 이어서, 졸-겔을 공구의 모든 개구가 완전히 채워질 때까지 공동 내로 손으로 균일하게 밀어 넣었다. 졸-겔 코팅된 제조 공구를 섭씨 55도로 설정된 대류 공기 오븐에 위치시키고, 1시간 동안 건조시켜 제조 공구의 공동에 있는 동안 전구체 성형된 연마 입자를 생성하였다. 제조 공구를 초음파 혼 위로 통과시켜 제조 공구로부터 전구체 성형된 연마 입자를 제거하였다. 전구체 성형된 연마 입자를 대략 섭씨 650도에서 하소시킨 후에, 이하의 농도, 즉 1.0%의 MgO, 1.2%의 Y2O3, 4.0%의 La2O3 및 0.05%의 CoO의 혼합된 질산염 용액(산화물로서 보고됨)으로 포화시켰다. 과잉의 질산염 용액을 제거하였으며, 포화된 전구체 성형된 연마 입자를 건조시켰고, 그 후에 입자를 다시 섭씨 650도에서 하소시켰으며, 대략 섭씨 1400도에서 소결시켰다. 하소 및 소결 둘 모두를 회전식 튜브 킬른(rotary tube kiln)을 사용하여 실시하였다. 실시예 1의 성형된 연마 입자에 대한 평균 원형율은 7.8%인 것으로 측정 및 결정되었다.
실시예 2: REO-도핑된 성형된 연마 입자의 제조
베마이트 졸-겔의 샘플을 이하의 방법을 사용하여 제조하였다: 상표명 "디스페랄"을 갖는 알루미늄 옥사이드 모노하이드레이트 분말(40%)을 10분 동안 고전단 혼합에 의해 1.85% 질산 수용액(60%)에 분산시켰다. 생성된 졸-겔을 코팅 전에 적어도 24시간 동안 에이징시켰다. 이 졸-겔을 깊이가 0.71 ㎜(28 밀)이고 각 변이 2.79 ㎜(110 밀)인 삼각형의 성형된 주형 공동을 갖는 제조 공구 내로 밀어 넣었다. 주형의 측벽과 바닥 사이의 드래프트각 α는 98도였다. 제조 공구를 주형 공동의 100%가 삼각형의 한 변과 90도 각도로 교차하는 공동의 바닥 표면으로부터 융기하는 8개의 평행한 리지를 갖도록 제조하였다. 이상에서 언급되는 대리인 관리번호가 64792US002인 계류 중의 미국 특허출원 제61/138268호에 개시된 바와 같이, 평행한 리지는 0.277 ㎜마다 이격되었으며 리지의 단면은 높이가 0.0127 ㎜이고 팁에서의 각 리지의 측면들 사이의 각도가 45도인 삼각형 형상이었다.
졸-겔을 진공 슬롯 다이 코팅 스테이션을 사용하여 공동 내로 밀어넣어 제조 공구의 모든 개구를 완전히 충전하였다. 졸-겔 코팅된 제조 공구를 6.1 미터(20 피트) 구역 1 섹션에서 141.6 kL/m (5000 cfm)의 공기 속도로 섭씨 116도(화씨 240도), 6.1 미터(20 피트) 구역 2 섹션에서 121.8 kL/m (4300 cfm)의 공기 속도로 섭씨 116도(화씨 240도) 및 6.1 미터(20 피트) 구역 3 섹션에서 99.1 kL/m (3500 cfm)의 공기 속도로 섭씨 107도(화씨 225도)로 설정된, 분당 5.3 미터(분당 17.5 피트)의 18.3 미터(60 피트) 대류 공기 오븐을 통과시켰다. 제조 공구를 초음파 혼 위로 통과시켜 제조 공구로부터 전구체 성형된 연마 입자를 제거하였다.
전구체 성형된 연마 입자를 대략 섭씨 650도에서 하소시키고(15분), 이어서 이하의 농도, 즉 1.0%의 MgO, 1.2%의 Y2O3, 4.0%의 La2O3 및 0.05%의 CoO의 혼합된 질산염 용액(산화물로서 보고됨)으로 포화시켰다. 과잉의 질산염 용액을 제거하였으며, 포화된 전구체 성형된 연마 입자를 건조시켰고, 그 후에 입자를 다시 섭씨 650도에서 하소시켰으며(15분), 대략 섭씨 1400도에서 소결시켰다(5분). 하소와 소결 둘 모두를 회전식 튜브 킬른을 사용하여 실시하였다. 실시예 2의 성형된 연마 입자에 대한 평균 원형율은 9.5%인 것으로 측정 및 결정되었다.
비교예: 종래 기술의 성형된 입자의 제조
버그의 미국 특허 제5,201,916호, 로웬호스트의 제5,366,523호(제Re 35,570호) 및 버그의 제5,984,988호에 개시된 방법에 따라 성형된 연마 입자를 제조하였다. 생성되는 성형된 연마 입자는 전술된 것과 유사한 크기 및 형상의 것이었지만, 에지 및 코너는 덜 뚜렷하게 한정되었다.
연마 입자 제조
본 발명 및 비교의 성형된 연마 입자를 제조한 후에, 각각의 방법의 성형된 연마 입자로부터 코팅된 무한 연마 벨트를 제조하였다. 성형된 연마 입자를, 표 2에 나타낸 바와 같은 페놀 메이크 코트, 사이즈 코트 및 수퍼사이즈 코트 수지 조성을 사용하여 당업계에 잘 알려진 절차에 의해 표 3에 나타낸 연마 용품 구성으로, 미국 특허 제6,843,815호(써버(Thurber) 등)의 표 1의 배킹 실시예 12에 개시된 바와 같은 처리된 폴리에스테르 배킹 상에 정전기적으로 코팅하였다. 페놀 수지는 1 내지 5% 수성 수산화칼륨에 의해 촉매된 레졸(resole) 페놀-포름알데히드 수지, 1.5:1 내지 2.1:1 (페놀:포름알데히드) 축합물로부터 제조될 수 있다. 수퍼사이즈 코트를 사이즈 코트 위에 또한 도포하였다. 사용된 수퍼사이즈 조성은 미국 특허 제5,441,549호(헬민(Helmin))의 실시예 26에 따랐다.
Figure 112012005049252-pct00002
Figure 112012005049252-pct00003
코팅된 연마재 실시예들을 이하의 경화 프로파일에 처했다. 메이크 및 미네랄 코팅들을 섭씨 90도에서 60분 동안, 그리고 섭씨 102도에서 30분 동안 경화시켰다. 사이즈 구성을 섭씨 90도에서 60분 동안, 그리고 섭씨 102도에서 12시간 동안 경화시켰다. 수퍼사이즈 구성을 섭씨 90도에서 30분 동안, 그리고 섭씨 110도에서 2시간 동안 경화시켰다. 벨트들을 공지된 스플라이싱(splicing) 기술을 사용하여 10.16 ㎝ x 91.44 ㎝의 무단 벨트로 전환시켰고, 연삭 시험을 사용하여 평가하였다.
연삭 시험
연삭 시험을 10.16 ㎝ x 91.44 ㎝ 벨트 상에서 행하였다. 공작물은 연마될 표면이 2.54 ㎝ x 2.54 ㎝로 측정된 304 스테인레스강 바아(bar)였다. 20.3 ㎝ 직경이고 70 경도계 고무이며 1:1의 랜드(land) 대 홈의 비인 톱니형 접촉 휠(serrated contact wheel)을 사용하였다. 벨트를 2750 rpm으로 운전하였다. 공작물을 34 ㎪(제곱 인치당 5 파운드)의 수직력으로 벨트의 중앙부에 인가하였다. 시험은 각각의 15초의 연삭 사이클 후에 공작물의 중량 손실을 측정하였다. 이어서, 공작물을 다시 냉각시키고 다시 시험하였다. 절삭률(그램/15초)이 초기 절삭률의 15%였을 때 시험을 종료하였다.
비교 시험 결과가 도 9에 도시되어 있는데, 이는 로웬호스트의 성형된 연마 입자를 사용하는 비교예의 종래 기술의 벨트에 대한 실시예 1 및 실시예 2의 본 발명의 벨트의 개선된 총 절삭량 및 절삭률을 명확하게 보여준다.
본 발명에 대한 다른 변경 및 변형이 첨부된 특허청구범위에 보다 구체적으로 기재되는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 당업자에 의해 실시될 수 있다. 다양한 실시 형태의 태양이 전체적으로 또는 부분적으로 상호 교환될 수 있거나, 다양한 실시 형태의 다른 태양과 조합될 수 있다. 특허증을 위한 상기 출원에서의 모든 인용 문헌, 특허 또는 특허 출원들은 전체적으로 일관된 방식으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 포함되는 문헌의 부분과 본 출원의 부분 사이에 불일치나 모순이 있는 경우, 전술한 기재의 정보가 지배하여야 한다. 당업자가 청구된 발명을 실시하는 것을 가능하게 하기 위한 것임을 고려하면, 전술한 기재는 본 발명의 범주를 제한하는 것으로서 해석되어서는 안되며, 본 발명의 범주는 특허청구범위 및 이에 대한 모든 동등물에 의해 한정된다.

Claims (15)

  1. 알파 알루미나를 포함하고, 성형된 연마 입자의 종축을 따라 소정의 단면 형상을 갖는 성형된 연마 입자이며,
    단면 형상은 비원형 단면을 포함하고, 성형된 연마 입자는 15% 내지 0%의 평균 원형율(Roundness Factor)을 포함하며,
    성형된 연마 입자는 제1 면 또는 제2 면의 단면의 평균 팁 반경을 포함하고, 평균 팁 반경은 75 마이크로미터 미만이며,
    성형된 연마 입자는 더 높은 평균 원형율을 갖는 성형된 연마 입자보다 연삭동안 더 양호한 절삭률을 나타내는, 성형된 연마 입자.
  2. 제1항에 있어서, 측벽에 의해 서로 연결되고 두께 t만큼 이격된 제1 면과 제2 면; 및 제2 면과 측벽 사이의 드래프트각(draft angle) α를 포함하는 성형된 연마 입자.
  3. 제2항에 있어서, 제1 면과 제2 면의 주변부(perimeter)는 삼각형의 형상을 포함하는 성형된 연마 입자.
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