KR102032428B1 - 형상화 연마 입자 및 형성 방법 - Google Patents

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데이빗 에프. 로아프레
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생-고뱅 세라믹스 앤드 플라스틱스, 인코포레이티드
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Abstract

연마 입자는 형상화 연마 입자를 포함하고 이는 몸체 및 형상화 연마 입자 몸체의 적어도 하나의 표면에 결합되는 다수의 연마 입자들을 포함한다.

Description

형상화 연마 입자 및 형성 방법{SHAPED ABRASIVE PARTICLES AND METHOD OF FORMING SAME}
하기는 형상화 연마 입자들, 더욱 상세하게는, 소정의 특징부들을 가지는 복합 형상화 연마 입자들 및 이러한 복합 형상화 연마 입자들을 형성하는 방법에 관한 것이다.
연마입자들이 통합되는 연마 물품들은 연삭(grinding), 다듬질(finishing), 폴리싱(polishing), 및 기타 등을 포함하는 다양한 물질의 제거 작업에 유용하다. 연마 재료의 유형에 따라 그러한 연마 입자는 상품 제조에서 다양한 재료의 성형 또는 연삭에 유용할 수 있다. 삼각형으로 성형된 연마 입자들 및 그러한 물체를 포함하는 연마 물품들과 같이, 특정한 기하학적 구조를 가지고 있는 특정한 유형의 연마입자들이 현재까지 제조되었다. 예를들면, 미국 특허 번호 제5,201,916호, 제5,366,523호 및 제5,984,988호 참조.
특정 형상을 가지는 연마입자들을 생산하는 데 이용되었던 세 가지 종래 기본 기술은 용융, 소결, 및 화학 세라믹이다. 용융 과정에서, 연마입자들은, 표면이 조각될 수 있거나 조각될 수 없는 냉각 롤러, 용융된 재료가 부어지는 주형, 또는 산화알루미늄 용융물에 침지된 히트 싱크 물질에 의해, 성형될 수 있다. 예를들면, 미국 특허 번호 제3,377,660호 참고. 소결 과정에서는, 직경이 10마이크로미터까지인 입자 크기의 내화 분말로부터 연마 입자들이 형성될 수 있다. 윤활제 및 적절한 용매와 함께, 바인더가 분말에 첨가되어 혼합물이 형성되고 길이와 직경의 판상체 또는 로드로 성형될 수 있다. 예를들면, 미국 특허 번호 제3,079,242호 참고. 화학 세라믹 기술은, 콜로이드 분산액 또는 히드로졸 (간혹 졸(sol)이라 함)을 성분들의 유동성을 보유하는 겔 또는 임의의 기타 물리적 상태로 전환하는 단계, 건조 단계, 및 연소하여 세라믹 물질을 획득하는 단계를 수반한다. 예를들면, 미국 특허 번호 제4,744,802호 및 제4,848,041호 참고. 형상화 연마 입자들 및 관련된 형성 방법 및 이러한 입자들을 통합하는 연마 물품에 관한 다른 관련 개시들은 다음에서 입수된다: http://www.abel-ip.com/publications/.
그러나, 산업계에서는 개선된 연마 재료 및 연마물품에 대한 요구는 여전하다.
제1 양태에 의하면, 연마 입자의 형성 방법은 혼합물을 형성하는 단계 및 적어도 하나의 혼합물 표면에 다수의 연마 입자들을 부착하는 단계 및 몸체 및 적어도 하나의 몸체 표면에 결합되는 다수의 연마 입자들을 가지는 형상화 연마 입자를 형성하는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에서, 연마 물품은 결합재 (bond material) 및 결합재에 연결되는 제1 집합의 연마 입자들을 포함하고, 제1 집합체에서 각각의 입자는 형상화 연마 입자를 포함하고 이는 몸체 및 형상화 연마 입자의 적어도 하나의 몸체 표면에 결합되는 다수의 연마 입자들을 포함한다.
또 다른 양태에서, 연마 입자는 형상화 연마 입자를 포함하고 이는 몸체; 및 형상화 연마 입자의 몸체의 적어도 하나의 표면에 결합되는 다수의 연마 입자들을 포함한다.
첨부되는 도면을 참고함으로써, 본 개시내용은 더 잘 이해될 수 있고, 이의 많은 특징들과 장점들이 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 분명해질 수 있다.
도 1A는 실시태양에 의한 형상화 연마 입자들 형성 시스템 일부를 도시한 것이다.
도 1B는 실시태양에 의한 도 1 시스템 일부를 도시한 것이다.
도 2는 실시태양에 의한 대안의 형상화 연마 입자들 형성 시스템 일부를 도시한 것이다.
도 3은 실시태양에 의한 연마 입자 사진이다.
도 4는 실시태양에 의한 연마 입자의 3차원 사진이다.
도 5는 실시태양에 의한 연마 입자 기본 (base)를 형성하는 형상화 연마 입자의 사시도이다.
도 6A는 실시태양의 연마 입자에 따라 사용되는 형상화 연마 입자의 사시도이다.
도 6B는 실시태양의 연마 입자에 따라 사용되는 비-형상화 연마 입자의 사시도이다.
도 7A-7D는 실시태양의 연마 입자에 따라 사용되는 형상화 연마 입자들을 도시한 것이다.
도 8은 실시태양에 의한 형상화 연마 입자의 단면 이미지이다.
도 9는 실시태양에 의한 형상화 연마 입자의 평면도이다.
도 10은 실시태양에 의한 형상화 연마 입자의 단면도이다.
도 11은 실시태양에 의한 형상화 연마 입자의 단면 사진이다.
도 12A는 실시태양에 의한 코팅 연마 물품의 단면도이다.
도 12B는 실시태양에 의한 연마 입자를 포함하는 코팅 연마 물품의 사시도이다.
도 13A는 실시태양에 의한 결합 연마 물품을 도시한 것이다.
도 13B는 실시태양에 의한 연마 입자를 포함하는 결합 연마 물품을 도시한 것이다.
도 14는 종래 형상화 연마 입자의 사진이다.
도 15는 실시태양에 의한 연마 입자의 사진들이다.
도 16은 실시태양에 의한 연마 입자의 사진들이다.
도 17은 종래 샘플 및 대표 샘플에 대하여 제거된 총 면적 당 힘의 도표이다.
도 18은 3종의 코팅 연마 물품의 샘플들에 대하여 연삭 비에너지 대 제거된 누적 재료의 도표이다.
도 19는 연삭 비에너지 대 가공물에서 제거된 누적 재료의 도표이다.
도 20A-20E는 본원 실시태양들에 의한 대표 연마 입자들의 사진들을 포함한다.
도 21은 종래 샘플들 및 실시태양들에 따른 대표 샘플들에 대한 단일 그릿 (grit) 연삭 시험에 의해 가공물에서 제거되는 총 면적 당 힘의 도표이다.
도 22는 종래 샘플 및 본원 실시태양들에 의한 대표 샘플들에 대한 상대 성능 (% 컷) 도표이다.
다음은 형상화 연마 입자 형성 방법, 더욱 상세하게는 형상화 연마 입자들 및 형상화 연마 입자의 적어도 하나의 몸체 표면 상에 놓이는 다수의 연마 입자들을 포함하는 복합 형상화 연마 입자들에 관한 것이다. 본원 실시태양들의 연마 입자들은 다양한 연마 물품들, 예를들면 결합 연마 물품들, 코팅 연마 물품들, 및 기타 등에 사용될 수 있다. 대안으로, 본원 실시태양들의 형상화 연마 입자 일부는 자유 연마 기술, 예를들면 연삭 및/또는 폴리싱 슬러리에서 활용될 수 있다.
제한되지 않지만, 인쇄, 몰딩, 압축, 스탬핑, 캐스팅, 압출, 절단, 절편화, 가열, 냉각, 결정화, 롤링, 엠보싱, 적층, 식각, 스코어링, 건조, 및 이들의 조합을 포함한 다양한 가공 방법들로 본원 실시태양들의 연마 입자들을 얻을 수 있다. 형상화 연마 입자 형성을 위한 특정 방법은 혼합물, 예컨대 졸-겔 형성을 포함하고, 이는 생산 도구 (예를들면, 스크린 또는 몰드)의 개구에서 형상화되어, 전구체 형상화 연마 입자로 형성된다. 형상화 연마 입자 형성을 위한 스크린 인쇄 방법은 포괄적으로 미국특허번호 8,753,558에 기재된다. 종래 몰딩 공정에 따라 형상화 연마 입자들을 형성하는 적합한 방법은 미국특허번호 5,201,916에 기술된다.
하나의 특정 실시태양에 의하면, 형상화 연마 입자들을 형성하는 방법은 스크린 인쇄 공정일 수 있다. 도 1A는 하나의 비-제한적 실시태양에 의한 복합 형상화 연마입자들 형성을 위한 시스템 (150)을 도시한 것이다. 복합 형상화 연마입자들 형성 공정은 먼저 세라믹 재료 및 액체를 포함한 혼합물 (101) 형성 단계로 개시된다. 특히, 혼합물 (101)은 세라믹 분말 재료 및 액체로 형성되는 겔일 수 있고, 겔은 미가공 (green) (즉, 미소결) 상태에서도 실질적으로 주어진 형상을 유지할 수 있는 형상-안정화 물질로 특정된다. 실시태양에 의하면, 겔은 개별 입자들의 일체적 네트워크로서 세라믹 분말 재료로 형성된다.
혼합물 (101)은 소정 함량의 고체 재료, 액체 재료, 및 첨가제들을 함유하여 본원에 상세하게 설명되는 공정에서 사용하기에 적합한 유변학적 특성들을 가진다. 즉, 소정의 실시예들에서, 혼합물은 소정의 점도, 특히, 본원에 기재된 공정으로 형성될 수 있는 형상-안정한 재료 상 (phase)을 형성하기에 적합한 유변학적 특성들을 가진다. 치수적으로 안정한 재료 상이란 특정 형상을 가지고 형성 이후 적어도 공정 일부에서 이러한 형상이 실질적으로 유지될 수 있는 재료이다. 소정의 예들에서, 형상은 이후 공정에서 유지되어, 형성 공정에서 제공된 초기 형상은 최종-형성 물체 (object)에 존재한다.
혼합물 (101)은 특정 함량의 고체 재료, 예컨대 세라믹 분말 재료를 가지도록 형성된다. 예를들면, 일 실시태양에서, 혼합물 (101)의 고체 함량은 혼합물 (101) 총 중량에 대하여 적어도 약 25 wt%, 예컨대 적어도 약 35 wt%, 또는 적어도 약 38 wt%이다. 또한, 적어도 하나의 비-제한적 실시태양에서, 혼합물 (101)의 고체 함량은 약 75 wt% 이하 예컨대 약 70 wt% 이하, 약 65 wt% 이하, 약 55 wt% 이하, 약 45 wt% 이하, 또는 약 42 wt% 이하이다. 혼합물 (101) 재료 중 고체 함량은 상기 임의의 최소 내지 최대 백분율 사이 범위에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
하나의 실시태양에 따르면, 세라믹 분말재료는 산화물, 질화물, 탄화물, 붕화물, 산탄화물, 산질화물, 및 이들의 조합을 포함한다. 특정한 경우, 세라믹 재료는 알루미나를 포함한다. 더욱 상세하게는, 세라믹 재료는 알파 알루미나 전구체인 베마이트 재료를 포함한다. 용어 “베마이트”는 본원에서 전형적으로 Al2O3ㆍH2O 으로 물 함량이 15% 정도인 베마이트 광물 및, 물 함량이 15% 이상, 예컨대 20-38중량%인 유사(pseudo)베마이트 을 포함한 알루미나 수화물을 표기하도록 일반적으로 사용된다. 베마이트 (유사베마이트 포함)는 특정한 및 차별되는 결정 구조 및 따라서 특유한 X-ray 회절 패턴을 가진다는 것을 이해하여야 한다. 따라서 베마이트는 기타 수화 알루미나들 예컨대 베마이트 미립자 소재 제조에 전구체로 통상 사용되는 ATH (삼수산화알루미늄)를 포함한 기타 알루미늄 재료와는 차별된다.
또한, 혼합물 (101)은 특정 함량의 액상 재료를 가진다. 일부 적합한 액체로는 물을 포함한다. 특정 실시예들에서, 혼합물 (101)의 액체 함량은 혼합물 (101) 총 중량에 대하여 적어도 약 25 wt%이다. 다른 실시예들에서, 혼합물 (101)의 액체 함량은 더 크고, 예컨대 적어도 약 35 wt%, 적어도 약 45 wt%, 적어도 약 50 wt%, 또는 적어도 약 58 wt%이다. 또한, 비-제한적인 적어도 하나의 실시태양에서, 혼합물의 액체 함량은 약 75 wt% 이하, 예컨대 약 70 wt% 이하, 약 65 wt% 이하, 약 62 wt% 이하, 또는 약 60 wt% 이하이다. 혼합물 (101) 중 액체 함량은 상기 임의의 최소 비율 및 최대 비율 사이에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
또한, 본원 실시태양에 의한 형상화 연마입자들 처리 및 형성이 용이하도록, 혼합물 (101)은 특정 저장탄성률을 가진다. 예를들면, 혼합물 (101)의 저장탄성률은 적어도 약 1x104 Pa, 예컨대 적어도 약 4x104 Pa, 또는 적어도 약 5x104 Pa이다. 그러나, 비-제한적인 적어도 하나의 실시태양에서, 혼합물 (101)의 저장탄성률은 약 1x107 Pa 이하, 예컨대 약 2x106 Pa 이하이다. 혼합물 (101)의 저장탄성률은 상기 임의의 최소값 및 최대값 사이의 범위일 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
저장탄성률은 ARES 또는 AR-G2 회전형 레오미터를 이용한 평행판 시스템 및 펠티어 판 (Peltier plate) 온도 조절시스템으로 측정한다. 시험에 있어서, 혼합물 (101)을 서로 대략 8 mm 이격 설정되는 두 판들 사이 간극으로 압출한다. 간극으로 겔을 압출한 후, 혼합물 (101)이 완전히 판들 사이 간극을 채울 때까지 간극을 형성하는 두 판들 사이 간격을 2 mm로 좁힌다. 과잉 혼합물을 닦아낸 후, 간격을 0.1 mm만큼 좁히고 시험을 개시한다. 시험은 변형 범위가 0.01% 내지 100%, 6.28 rad/s (1 Hz)로 설정된 장비로, 25-mm 평행판을 이용하고 10 포인트 감소할 때 기록하는 진동 변형 일소 시험이다. 시험 완료 후 1 시간 내에, 간격을 다시 0.1 mm만큼 좁히고 시험을 반복한다. 시험은 적어도 6 회 반복한다. 제1 시험은 제2 및 제3 시험들과는 다를 수 있다. 각각의 시편에 대한 제2 및 제3 시험들 결과만을 보고하여야 한다.
또한, 본원 실시태양에 의한 형상화 연마입자들 처리 및 성형이 용이하도록, 혼합물 (101)은 특정 점도를 가진다. 예를들면, 혼합물 (101)의 점도는 적어도 약 적어도 약 4x103 Pa s, 적어도 약 5x103 Pa s, 적어도 약 6x103 Pa s, 적어도 약 8x103 Pa s, 적어도 약 10x103 Pa s, 적어도 약 20x103 Pa s, 적어도 약 30x103 Pa s, 적어도 약 40x103 Pa s, 적어도 약 50x103 Pa s, 적어도 약 60x103 Pa s, 또는 적어도 약 65x103 Pa s이다. 비-제한적인 하나의 실시태양에서, 혼합물 (101)의 점도는 약 100x103 Pa s 이하, 예컨대 약 95x103 Pa s 이하, 약 90x103 Pa s 이하, 또는 약 85x103 Pa s 이하이다. 혼합물 (101) 점도는 상기 임의의 최소값 및 최대값 사이의 범위일 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 점도는 상기된 저장탄성률과 동일한 방법으로 측정된다.
또한, 본원 실시태양에 의한 형상화 연마입자들 처리 및 성형이 용이하도록, 혼합물 (101)은 상기 액체와는 구별되는 유기 첨가제들을 포함한 특정 함량의 유기재료들을 가지도록 형성된다. 일부 적합한 유기 첨가제들은 안정화제, 바인더, 예컨대 프룩토오스, 수크로오스, 락토오스, 글루코오스, UV 경화성 수지들, 및 기타 등을 포함한다.
특히, 본원 실시태양들은 종래 성형 공정에서 사용되는 슬러리와 차별되는 혼합물 (101)을 사용한다. 예를들면, 혼합물 (101) 내의 유기재료들, 특히, 임의의 상기 유기 첨가제들의 함량은 혼합물 (101) 내의 다른 성분들과 비교할 때 소량이다. 적어도 하나의 실시태양에서, 혼합물 (101)은 혼합물 (101) 총 중량에 대하여 약 30 wt% 이하의 유기재료를 가지도록 형성된다. 다른 실시예들에서, 유기재료 함량은 더 적고, 예컨대 약 15 wt% 이하, 약 10 wt% 이하, 또는 약 5 wt% 이하이다. 또한, 비-제한적인 적어도 하나의 실시태양에서, 혼합물 (101) 내의 유기재료 함량은 혼합물 (101) 총 중량에 대하여 적어도 약 0.01 wt%, 예컨대 약 0.5 wt%이다. 혼합물 (101) 내의 유기재료 함량은 상기 임의의 최소값 및 최대값 사이의 범위일 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
또한, 본원 실시태양에 의한 형상화 연마입자들 처리 및 성형이 용이하도록 혼합물 (101)은 상기 액체와는 구분되는 특정 함량의 산 또는 염기를 가지도록 형성된다. 일부 적합한 산 또는 염기는 질산, 황산, 시트르산, 염소산, 타타르산, 인산, 질산암모늄, 및 구연산암모늄을 포함한다. 질산 첨가제를 사용하는 특정 실시태양에 의하면, 혼합물 (101)은 약 5 미만, 더욱 상세하게는, 적어도 약 2 내지 약 4 pH 이하를 가진다.
도 1A의 시스템 (150)은, 다이 (103)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 혼합물 (101)은 다이 (103) 일단에 위치한 다이 개구 (105)를 통해 압출되도록 구성되는 다이 (103) 내부에 제공된다. 더욱 도시된 바와 같이, 압출 단계는 힘 (180) (예컨대 압력)을 혼합물 (101)에 인가하여 혼합물 (101)은 다이 개구 (105)를 통해 용이하게 압출된다. 인가 구역 (183)에서 압출되는 동안, 생산 도구 또는 생산 도구 (151)는 벨트 (109) 일부와 직접 접촉된다. 스크린 인쇄 공정은 다이 (103)로부터 다이 개구 (105)를 통하여 방향 (191)으로 혼합물 (101)을 압출하는 단계를 포함한다. 특히, 스크린 인쇄 공정은 혼합물 (101)이 다이 개구 (105)를 통하여 압출될 때 혼합물 (101)이 생산 도구 (151)에 있는 개구 (152)내로 강제로 밀릴 수 있는 생산 도구 (151)를 이용한다.
실시태양에 의하면, 압출 과정에서 특정 압력이 적용된다. 예를들면, 압력은 적어도 약 10 kPa, 예컨대 적어도 약 500 kPa이다. 또한, 적어도 하나의 비-제한적 실시태양에서, 압출 과정에서 사용되는 압력은 약 4 MPa 이하이다. 혼합물 (101)을 압출하기 위하여 적용되는 압력은 상기 임의의 최소값 내지 최대값 사이의 범위에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 특정 실시예들에서, 피스톤 (199)에 의해 전달되는 압력 균일도는 형상화 연마입자들 처리 및 성형을 개선시킬 수 있다. 특히, 혼합물 (101) 및 다이 (103) 폭에 걸쳐 인가되는 압력을 균일하게 제어함으로써 공정 제어를 개선시킬 수 있고 형상화 연마입자들 치수 특성들을 개선시킬 수 있다.
간략히 도 1B를 참조하면, 생산 도구 (예를들면, 스크린) (151) 일부가 도시된다. 도시된 바와 같이, 생산 도구 (151)는 개구 (152), 상세하게는, 생산 도구 (151)를 통과하여 연장되는 다수의 개구들 (152)을 포함한다. 실시태양에 의하면, 개구들 (152)은 스크린의 길이 (l) 및 폭 (w)에 의한 평면에서 관찰할 때 2차원 형상을 가진다. 2차원 형상은 다양한 형상, 예를들면, 다각형, 타원형, 숫자, 그리스 알파벳 문자, 라틴 알파벳 문자, 러시아 알파벳 문자, 다각형들의 조합인 복잡 형상, 및 이들의 조합을 포함하는2차원 형상을 가진다. 특정 실시예들에서, 개구들 (152)은 2차원 다각형들 예컨대 삼각, 직사각, 사각, 오각, 육각, 칠각, 팔각, 구각, 십각, 및 이들의 조합을 가진다.
더욱 도시된 바와 같이, 생산 도구 (151)는 서로에 대하여 특정 방식으로 배향되는 개구들 (152)을 가진다. 도시된 바와 같이 및 하나의 실시태양에 의하면, 각각의 개구 (152)는 서로에 대하여 실질적으로 동일한 방향 및 생산 도구 (151) 표면에 대하여 실질적으로 동일한 방향을 가진다. 예를들면, 각각의 개구 (152)는 생산 도구 (151) 횡축 (158)을 따라 횡방향으로 연장되는 개구들 (152) 제1 줄 (row, 156)에 대하여 제1 평면 (155)을 이루어는 제1 모서리 (154)를 가진다. 제1 평면 (155)은 생산 도구 (151) 길이방향 축 (157)에 실질적으로 직교하는 방향으로 연장된다. 그러나, 다른 경우들에서, 개구들 (152)은 서로 동일한 방향을 가질 필요는 없다는 것을 이해하여야 한다.
또한, 개구들 (152) 제1 줄 (156)은 병진이동 방향에 대하여 형상화 연마입자들에 대한 특정 처리 및 형성이 가능하도록 배향된다. 예를들면, 제1 줄 (156)의 제1 평면 (155)이 병진이동 방향 (171)에 대하여 각을 이루도록 개구들 (152)은 생산 도구 (151)에서 배열된다. 도시된 바와 같이, 제1 평면 (155)은 병진이동 방향 (171)에 실질적으로 직교하는 각을 형성한다. 또한, 일 실시태양에서, 제1 줄 (156)의 제1 평면 (155)은 병진이동 방향에 대하여 예를들면, 예각 또는 둔각을 포함하는 다른 각을 형성하도록 개구들 (152)이 생산 도구 (151)에 배열될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 또한, 개구들 (152)이 줄로 배열될 필요는 없다는 것을 이해하여야 한다. 개구들 (152)은 생산 도구 (151)에서 특정한 정렬 분포로 예컨대 2차원 패턴 형상으로 배열될 수 있다. 달리, 개구들은 생산 도구 (151)에 무작위 방식으로 배치될 수 있다.
도 1A로 돌아가, 혼합물 (101)을 다이 개구 (105)에 통과시키고 혼합물 (101) 일부를 생산도구 (151) 개구들 (152)에 밀어 넣은 후, 하나 이상의 전구체 형상화 연마입자들 (123)은 생산도구 (151) 아래에 놓인 벨트 (109)에 인쇄된다. 특정 실시태양에 의하면, 전구체 형상화 연마입자들 (123)은 대략 개구들 (152) 형상에 및 성형 공정에 의한 형상을 가진다. 특히, 개구들 (152) 내에서 혼합물 (101)의 평균 체류 시간은 약 2 분 이내, 약 1 분 이내, 약 40 초 이내, 또는 약 20 초 이내가 되도록 혼합물 (101)은 생산도구 (151)를 신속하게 통과할 수 있다. 특정 비-제한적 실시태양들에서, 혼합물 (101)은 생산도구 (151)의 개구들 (152)를 통과하여 인쇄되는 동안 실질적으로 변경되지 않으므로, 본래 혼합물로부터 성분 함량이 변하지 않고, 스크린 (151) 개구들 (152)에서 현저한 건조 현상은 발생되지 않는다. 다른 예시들에서, 혼합물 (101)은 개구들 (152)에서 일부 건조되고, 이는 혼합물 (101)이 개구들 (152)로부터 이탈에 조력하고 형상화 연마 입자들의 소정의 형상 특징부 형성을 가능하게 한다.
또한, 시스템 (151)은 인가 구역 (183) 내에서 하부 스테이지 (198)를 포함한다. 형상화 연마입자들이 성형되는 동안, 벨트 (109)는 혼합물 (101) 형성을 위한 적합한 기판을 제공하는 하부 스테이지 (198) 상부로 이동된다.
시스템 (150) 동작 과정에서, 생산도구 (151)는 방향 (153)으로 이동되고 벨트 (109)는, 적어도 인가 구역 (183) 내에서 실질적으로 방향 (153)과 유사한 방향 (110)으로 이동되어, 연속적인 인쇄 작업이 가능하다. 이에 따라, 전구체 형상화 연마입자들 (123)은 벨트 (109) 상에 인쇄되고 추가 처리를 수행하기 위하여 벨트 (109)를 따라 이동된다. 이러한 추가 처리로는 예를들면, 형상화, 다른 재료들 (예를들면, 다수의 연마입자들) 인가, 건조, 소결, 및 기타 등을 포함한 본원의 실시태양들에 기재된 공정들을 포함한다.
일부 실시태양들에서, 혼합물 (101)이 다이 개구 (105)를 통해 압출되는 동안 벨트 (109) 및/또는 생산도구 (151)는 이동된다. 시스템 (100)에서 도시된 바와 같이, 혼합물 (101)은 방향 (191)으로 압출된다. 벨트 (109) 및/또는 생산도구 (151)의 이동 방향 (110)은 혼합물 (101) 압출 방향 (191)과 각을 이룰 수 있다. 시스템 (100)에서 이동 방향 (110) 및 압출 방향 (191) 간의 각은 실질적으로 직교하는 것으로 도시되지만, 다른 각 예를들면, 예각 또는 둔각이 고려될 수 있다.
벨트 (109) 및/또는 생산도구 (151)는 공정이 용이하도록 특정 속도로 이동될 수 있다. 예를들면, 벨트 (109) 및/또는 생산도구 (151)는 적어도 약 3 cm/s 속도로 이동된다. 다른 실시태양들에서, 벨트 (109) 및/또는 생산도구 (151) 이동 속도는 더욱 빠르고, 예컨대 적어도 약 4 cm/s, 적어도 약 6 cm/s, 적어도 약 8 cm/s, 또는 적어도 약 10 cm/s이다. 또한, 적어도 하나의 비-제한적 실시태양에서, 벨트 (109) 및/또는 생산도구 (151)는 약 5 m/s 이하, 약 1 m/s 이하, 또는 약 0.5 m/s 이하로 방향 (110)으로 이동된다. 벨트 (109) 및/또는 생산도구 (151)의 이동 속도는 상기 임의의 최소값 내지 최대값 사이의 범위에 있을 수 있고 서로 실질적으로 동일한 속도로 이동될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 본원의 실시태양들에 의한 소정의 공정에서, 적합한 처리를 위하여 방향 (191)의 혼합물 (101) 압출 속도와 비교하여 벨트 (109) 이동 속도를 조절할 수 있다.
혼합물 (101)이 다이 개구 (105)를 통과하여 압출된 후, 혼합물 (101)은 다이 (103) 표면에 부착된 칼날 (107) 아래에서 벨트 (109)를 따라 이동된다. 칼날 (107)은 다이 (103) 정면에서 영역을 형성하여 생산도구 (151) 개구들 (152) 내로의 혼합물 (101) 이동을 용이하게 한다.
본원에 기재된 전구체 형상화 연마입자들 (123) 및 최종-형성되는 형상화 연마입자들의 특정 형상들이 가능하도록 소정의 공정 인자들을 제어한다. 조절 가능한 일부 예시적 공정 인자들은 탈락 거리 (197), 혼합물 점도, 혼합물의 저장 탄성률, 하부 스테이지의 기계적 특성들, 하부 스테이지의 기하구조 또는 치수 특성들, 생산도구의 두께, 생산도구 강성률, 혼합물의 고체 함량, 혼합물의 캐리어 함량, 탈락 각도 (release angle), 이동 속도, 온도, 이형제 함량, 혼합물에 대한 인가 압력, 벨트 속도, 건조속도, 건조시간, 건조온도, 및 이들의 조합을 포함한다.
하나의 실시태양에 의하면, 하나의 특정 공정 인자는 충전 위치 및 탈락 위치 간의 탈락 거리 (197) 제어를 포함한다. 특히, 탈락 거리 (197)는 벨트 병진이동 방향 (110)에서 측정되는 다이 (103) 일단 및 생산도구 (151) 및 벨트 (109) 간의 분리 개시 지점 사이의 거리이다.
혼합물 (101)이 스크린 (151) 개구들 (152) 내부로 압출된 후, 벨트 (109) 및 생산도구 (151)는 탈락 구역 (185)으로 이동되고, 여기에서 벨트 (109) 및 생산도구 (151)는 분리되어 전구체 형상화 연마입자들 (123)을 형성한다. 실시태양에 의하면, 생산도구 (151) 및 벨트 (109)는 탈락 구역 (185) 내에서 특정 탈락 각으로 서로 분리된다.
이후, 전구체 형상화 연마입자들 (123)은 다양한 처리 공정들이 수행되는 일련의 선택적인 구역들을 통과하도록 이동된다. 일부 적합한 예시적 처리 공정들 건조, 가열, 경화, 반응, 조사 (radiating), 혼합, 교반, 진동, 평탄화, 하소, 소결, 세분화, 체질 (sieving), 도핑, 함침, 습윤화, 다른 연마입자들을 전구체 형상화 연마입자들의 몸체에 인가 및 이들의 조합을 포함한다. 하나의 실시태양에 의하면, 전구체 형상화 연마입자들 (123)은 선택적인 형상화 구역 (113)을 통과하도록 이동되고, 여기에서 입자들의 적어도 하나의 외면이 본원 실시태양들에 기재된 바와 같이 형상화될 수 있다. 또한, 전구체 형상화 연마입자들 (123)은 선택적인 인가 구역 (131)을 통과하고, 여기에서 재료 예컨대 도펀트 재료 및/또는 다수의 연마입자들은 본원 실시태양들에 기재된 바와 같이 전구체 형상화 연마입자들 (123)의 적어도 하나의 외면에 인가된다.
전구체 형상화 연마입자들 (123) 형성 후, 입자들은 임의의 성형-후 구역 (125)을 통과한다. 전구체 형상화 연마입자들 (123) 처리를 포함한 다양한 공정들이 성형-후 구역 (125)에서 수행될 수 있다. 일 실시태양에서, 성형-후 구역 (125)은 가열 공정을 포함할 수 있고, 여기에서 전구체 형상화 연마입자들 (123)이 건조된다. 건조 단계에서 휘발성 물질, 예컨대 물을 포함한 재료의 특정 함량이 제거될 수 있다. 실시태양에 의하면, 건조 공정은 약 300℃ 이하, 예컨대 약 280℃ 이하, 또는 약 250℃ 이하의 건조 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 하나의 비-제한적 실시태양에서, 건조 공정은 적어도 약 50℃의 건조 온도에서 수행될 수 있다. 건조 온도는 상기 임의의 최고온도 및 최저온도 사이의 범위에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 전구체 형상화 연마입자들 (123)은 특정 속도, 예컨대 적어도 약 0.2 피트/min 및 이하 약 8 피트/min로 성형-후 구역 (125)을 통과하여 이동될 수 있다.
또한, 건조 공정은 특정 주기 동안 수행될 수 있다. 예를들면, 건조 공정은 약 6 시간 이내일 수 있다. 예를들면, 건조 공정은 약 6시간 이내, 예컨대 약 5시간 이내, 약 4시간 이내, 약 2시간 이내, 또는 약 1시간 이내일 수 있다. 또한, 건조 공정은 적어도 약 1분, 예컨대 적어도 약 15분 또는 적어도 약 30분일 수 있다. 건조 시간 구간은 상기 임의의 최소 온도 및 최대 온도 사이의 범위에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를들면, 적어도 하나의 실시태양에서, 전구체 형상화 연마입자들은 1 내지 10분 동안 건조될 수 있고, 이로써 예정된 응력 집중점 및 예정된 응력 집중 벡터에서의 의도적 파쇄 (fracturing)을 가능하게 한다.
전구체 형상화 연마입자들 (123)이 성형-후 구역 (125)을 통과한 후, 전구체 형상화 연마입자들 (123)은 벨트 (109)에서 제거된다. 추가 공정을 위하여 전구체 형상화 연마입자들 (123)은 통 (127)에 회수된다.
실시태양에 의하면, 형성공정 형상화 연마입자들은 소결 공정을 더욱 포함한다. 본원의 실시태양들의 소정 공정에 의하면, 소결 공정은 벨트 (109)에서 전구체 형상화 연마입자들 (123)을 회수한 후 진행된다. 달리, 소결 공정은 벨트 (109)에 전구체 형상화 연마입자들 (123)이 있는 동안 수행될 수 있다. 전구체 형상화 연마입자들 (123)을 소결함으로써 일반적으로 미처리 상태인 입자들을 치밀화한다. 특정 실시예에서, 소결 공정으로 고온 상의 세라믹 재료를 형성한다. 예를들면, 일 실시태양에서, 전구체 형상화 연마입자들 (123)이 소결되어 고온 상의 알루미나, 예컨대 알파 알루미나가 형성된다. 하나의 실시예에서, 형상화 연마입자는 입자 총 중량에 대하여 적어도 약 90 wt%의 알파 알루미나를 포함한다. 다른 실시예들에서, 알파 알루미나 함량은 더 높고 형상화 연마입자는 실질적으로 알파 알루미나로 이루어진다.
소정의 예시들에서, 또 다른 성형-후 공정은 개구 (152)에 있는 동안 또는 전구체 형상화 연마 입자 (123) 형성 후 (즉, 혼합물이 생산 도구의 개구에서 제거된 후) 겔 혼합물의 하나 이상의 표면에 수분 (moisture) 인가를 포함할 수 있다. 수분 인가는 가습이라 칭하고 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 하나 이상의 표면에 다수의 입자들을 용이하게 인가하기 위하여 수행된다. 적어도 하나의 실시태양에서, 수분 인가는 생산 도구 (151)의 개구 (152)에 있는 동안 혼합물의 하나 이상의 표면 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)에 수분을 침착하는 것을 포함한다. 또 다른 예시에서, 수분 인가는 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 적어도 하나의 표면에 외부 영역과 이격되는 내부 영역에서의 점도와 비교할 때 적어도 하나의 표면의 외부 영역 점도를 변화시키기에 충분한 시간 동안 습윤화를 포함한다. 또한, 수분 인가로 인하여 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 표면의 겔화 및 이들과 다수의 연마 입자들과의 충분한 결합이 가능하다. 하나의 실시태양에 의하면, 다수의 연마 입자들은 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 표면에 인가되고 표면 상의 물은 연마 입자 재료의 겔화를 가능하게 하고 가습 표면은 결합을 개선시킨다. 본원에서 다수의 연마 입자들은, 제한되지는 않지만, 미가공 또는 미소결 연마 입자들, 소결 연마 입자들, 및 기타 등을 포함하는 다양한 유형의 입자들을 포함한다.
수분 인가는, 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 적어도 하나의 표면에 인가되지만, 반드시 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 또 다른 표면에 인가될 필요는 없는 선택적 과정이다. 하나의 실시태양에서, 수분 인가는, 예를들면, 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 하나 이상의 표면에 수분 분무를 포함한 수분 침착 (deposition)으로 완료된다. 하나의 실시태양에서, 수분 인가는 특정 수분 함량을 가지는 환경을 혼합물 및/또는 전구체 형상화 연마 입자들이 통과하도록 이동하는 것을 포함한다. 환경 내의 습도 및 온도 및 혼합물 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)가 환경을 통과하는 속도는 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 적어도 하나의 표면에 특정 수분이 만들어지도록 조절될 수 있다. 예를들면, 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 적어도 하나의 표면에 수분을 인가하는 것은 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 하나 이상의 표면을 향하여 기체를 지향하는 것을 포함한다. 더욱 상세한 예시들에서, 수분 인가 공정은 수증기 및/또는 스팀을 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 적어도 하나의 표면에 지향시키는 단계를 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 수분 인가를 구현하기 위하여 특정 수분 함량을 가지는 하나 이상의 도구가 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 하나 이상의 표면과 접촉할 수 있다. 예를들면, 적합한 수분 함량을 가지는 스폰지 또는 기타 물체는 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 하나 이상의 표면과 접촉할 수 있다.
또한, 또 다른 실시태양에서, 또 다른 성형-후 공정은 적어도 하나의 표면에 다수의 연마 입자들의 부착을 용이하게 하도록 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 점도를 변화시키는 것을 포함할 수 있다. 혼합물 점도 변화는 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123) 표면에 제2 재료를 적층하는 것 또는 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 외부 영역의 점도를 변경시키는 공정을 활용하는 것을 포함한다. 예를들면, 소정의 예시들에서, 점도 변화는 유기 또는 무기 접착 재료와 같은 점착 재료의 인가를 포함한다. 하나 이상의 이러한 재료는 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 하나 이상의 표면에 선택적으로 적층되어 표면에 다수의 연마 입자들의 인가를 용이하게 할 수 있다.
또 다른 실시태양에서, 점도 변화는 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)에서 외부 영역에서 이격되고 점도 조정제로 처리되지 않은 내부 영역과 비교할 때 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 외부 영역의 점도를 증감할 수 있는 하나 이상의 점도 조정제 인가를 포함할 수 있다. 이러한 점도 변화는 다수의 연마 입자들 부착에 적합하다.
하나의 실시태양에 의하면, 연마 입자들 형성 공정은 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123) 형성 단계 및 혼합물 (101)의 적어도 하나의 표면 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123) 몸체의 적어도 하나의 표면에 대한 다수의 연마 입자들의 부착 단계를 포함한다. 소정의 예시들에서, 부착 공정은 인가 구역 (131)에서 진행되고, 하나 이상의 인가 헤드 (132)는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 주요 외부 표면들 (예를들면, 상면들)에 다수의 연마 입자들을 용이하게 적층시킨다. 다수의 연마 입자들을 부착시키기 위한 다양한 적합한 공정은 예컨대 분사 (blasting), 분출 (projecting), 압축, 중력 코팅, 몰딩, 스탬핑, 및 이들 조합과 같은 적층 공정을 포함한다. 또한, 인가는 혼합물 (101)이 생산 도구 (151) 내에 있을 때에도 진행될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
하나의 실시태양에 의하면, 다수의 연마 입자들 부착 공정은 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 적어도 하나의 표면을 향하여 다수의 연마 입자들을 강제 분출하는 것을 포함한다. 본원에서 다수의 연마 입자들을 적어도 하나의 표면에 부착한다는 것은 혼합물이 생산 도구 (151) (예를들면, 몰드 또는 스크린)에 보유되어 있을 때 또는 혼합물 (101)이 생산 도구 (151)에서 제거되고 전구체 형상화 연마 입자 (123)이 형성된 후 혼합물 (101) 표면에 다수의 연마 입자들을 부착하는 것을 포함하는 것으로 이해하여야 한다. 일부 또는 모든 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)에는 다수의 연마 입자들이 부착된다. 적어도 하나의 실시태양에서, 혼합물 (101) 또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)에 다수의 연마 입자들을 강제로 분출하는 것은 조절된 힘을 운반체 및 다수의 연마 입자들을 포함하는 적층 재료에 인가하는 단계 및 적어도 일부 다수의 연마 입자들을 혼합물 (101) 또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 표면에 매몰하는 단계를 포함한다. 예를들면, 적층 재료는 기체일 수 있는 운반체를 포함한다. 적합한 기상 재료는 수증기, 스팀, 불활성 기체, 공기, 또는 이들 조합을 포함한다.
적어도 하나의 실시태양에서, 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 하나 이상의 표면 가습 및 연마 입자들 적층은 별도로 진행될 수 있고, 더욱 상세하게는, 가습 공정은 적층 공정 전에 수행될 수 있다. 또한, 대안의 실시태양에서, 수증기 및/또는 스팀 및 다수의 연마 입자들의 혼합물이 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 적어도 하나의 표면에 지향되는 것과 같이 가습 공정 및 적층 공정은 동시에 수행될 수 있다.
운반체 기체 및 다수의 연마 입자들을 분출시키기 위한 힘 또는 압력은 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 표면에 적합한 연마 입자들 부착이 구현되도록 조정될 수 있다. 특히, 힘 또는 압력은, 제한되지는 않지만, 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123) 표면의 점도, 다수의 연마 입자들의 중앙 (median) 입자 크기, 단위 시간 당 분출되는 다수의 연마 입자들 함량 (중량 또는 부피), 분출 과정에서 환경 습도, 분출 과정에서 온도, 생산 도구 또는 겔의 이동 속도, 다수의 연마 입자들에 의해 도포되는 원하는 수준, 또는 이들 조합을 포함하는 하나 이상의 처리 변수에 기초하여 적용될 수 있다.
적어도 하나의 실시태양에서, 전구체 형상화 연마 입자 몸체에 다수의 연마 입자들을 부착하는 공정은 몸체에 대한 실질적 건조 전에 수행될 수 있다. 특히, 소정의 예시들에서, 전구체 형상화 연마 입자들에서 일부 수분은 다수의 연마 입자들에 대한 적합한 부착을 구현한다. 하나의 실시태양에 의하면, 부착 과정에서 전구체 형상화 연마 입자의 수분 함량 (즉, 액체의 중량%)은 혼합물 (101)이 생산 도구 (151)에 있을 때의 수분 함량보다 약 70% 이하의 차이에서 부착 공정이 진행될 수 있다. 백분율 차이는 식 [(Mc1-Mc2)/Mc1]x100%에 따라 계산될 수 있고, 식 중 Mc1은 생산 도구 (151)에 배치될 때 혼합물 (101)의 수분 함량이고 Mc2는 부착 과정에서 전구체 형상화 연마 입자의 수분 함량이다. 다른 예시들에서, 부착 과정에서 전구체 형상화 연마 입자의 수분 함량은 혼합물 (101)이 생산 도구 (151)에 배치될 때의 수분 함량보다 약 60% 이하, 예컨대 약 50% 이하, 약 40% 이하, 약 30% 이하, 약 20% 이하, 또는 약 10% 이하로 차이가 난다. 또한, 적어도 하나의 비-제한적 실시태양에서, 부착 과정에서 전구체 형상화 연마 입자의 수분 함량은 혼합물 (101)이 생산 도구 (151)에 있을 때의 수분 함량과 실질적으로 동일하거나 정확하게 동일하다.
적어도 하나의 실시태양에서, 전구체 형상화 연마 입자의 몸체에 다수의 연마 입자들을 부착하는 공정은 연마 입자들 부착 전에 전구체 형상화 연마 입자 표면에 대한 가습화 단계를 포함한다. 예를들면, 전구체 형상화 연마 입자들 표면에서의 수분 함량은 부착 공정 전에 증가되어, 수분 함량은 혼합물 (101)이 생산 도구 (151)에 배치될 때의 수분 함량과 거의 동일하거나 더욱 높다.
또 다른 실시태양에 의하면, 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123) 몸체에 대한 다수의 연마 입자들의 부착 공정은 다수의 형상화 연마 입자들을 포함하는 연마 입자들의 층에 혼합물 (101) 적층을 포함한다. 예를들면, 생산 도구는 표면에 연마 입자들 층을 가지도록 준비되고, 여기에 혼합물 (101)이 적층되고 전구체 형상화 연마 입자를 성형하여, 혼합물 (101)은 다수의 연마 입자들에 직접 적층된다. 이러한 예시들에서, 혼합물 (101)을 전구체 형상화 연마 입자 (123)로 형상화하는 공정 및 다수의 연마 입자들 부착 공정은 동시에 완성된다. 예를들면, 벨트 (109)의 상면에는 연마 입자들 층이 놓이고 혼합물 (101)은 생산 도구 (151)의 개구 (152)를 통해 벨트 (109)의 상면에 있는 연마 입자들 층으로 압출된다. 이어 생산 도구 (151)는 벨트 (109)에서 분리되고 전구체 형상화 연마 입자 (123)는 벨트 (109)와 접촉되는 저면에 다수의 연마 입자들이 부착된다. 다수의 연마 입자들을 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)의 상면에 부착시키는 적층 공정을 포함한 다수의 연마 입자들을 다른 표면들에 부착시키는 추가 공정이 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 하나 이상의 공정은 다수의 연마 입자들을 혼합물 (101) 및/또는 제한되지는 않지만 전구체 형상화 연마 입자 (123) 몸체의 저면, 상면, 및 측면들을 포함하는 전구체 형상화 연마 입자 (123) 몸체의 하나 이상의 표면에 부착하기 위하여 적용될 수 있다.
또 다른 실시태양에서, 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123) 몸체는 기재 상으로 이동되는 생산 도구에 놓이고, 다수의 연마 입자들은 기재 표면 위에 놓인다. 기재는 생산 도구 및 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123) 측으로 압인되어, 다수의 연마 입자들은 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123) 내에 적층 및 적어도 부분적으로 매몰된다.
하나의 실시태양에 의하면, 다수의 연마 입자들은 미소결 입자들로서 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123) 몸체의 적어도 하나의 표면에 인가 또는 결합된다. 즉, 다수의 연마 입자들은 원재료이고, 혼합물 (101) 및/또는 전구체 형상화 연마 입자 (123)와 함께 더욱 처리되어 형상화 연마 입자 몸체 표면에서 소결 연마 입자를 형성한다. 예를들면, 다수의 연마 입자들은 산화물, 질화물, 탄화물, 붕화물, 산탄화물, 산질화물, 또는 이들 조합 군의 적어도 하나의 재료를 포함하는 원재료를 포함한다. 특정 예시들에서, 다수의 연마 입자들은 상기와 같이 베마이트 또는 유사베마이트 재료를 포함한다. 베마이트 또는 유사베마이트 재료는 시드 재료, 피닝제 (pinning agent), 기타 첨가제, 및 기타 등의 첨가를 포함하여 혼합물과 동일 방식으로 처리된다. 하나의 특정 실시태양에서, 다수의 연마 입자들은 형상화 연마 입자 몸체 형성에 사용되는 혼합물에 함유된 것과 동일한 재료를 포함한다.
하나의 실시태양에서, 다수의 연마 입자들이 전구체 형상화 연마 입자들에 부착된 후 공정은 전구체 형상화 연마 입자들 및 다수의 연마 입자들을 건조하는 단계를 포함한다. 또한, 소정의 예시들에서, 다수의 연마 입자들이 전구체 형상화 연마 입자들에 부착된 후 공정은 전구체 형상화 연마 입자 및 다수의 연마 입자들을 하소하는 단계를 포함한다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 공정은 복합 형상화 연마 입자를 형성하기 위하여 다수의 연마 입자들이 전구체 형상화 연마 입자들에 부착된 후 전구체 형상화 연마 입자 및 다수의 연마 입자들을 소결하는 단계를 포함할 수 있다.
도 2는 실시태양에 따라 형상화 연마 입자들 성형에 사용되는 시스템 일부를 도시한 것이다. 특히, 도 2의 시스템 (150)은 도 1A의 시스템 (150)과 일부 동일한 구성요소를 포함하지만, 도구 (151) 아래에 놓이는 벨트 (109)를 포함하지 않는다. 특히, 도 2의 도구 (151)는, 예컨대 도 1A에 도시된 바와 같이, 스크린 형태로서 캐비티 (152)는 도구 (151) 전체 두께를 관통 연장된다. 또한, 도 2의 도구 (151)는 캐비티 (152)가 도구 (151) 전체 두께의 일부로만 연장되어 저면을 가지고, 따라서 혼합물 (101)을 유지하고 형상화하는 공간 부피는 저면 및 측면들로 형성된다는 것을 이해하여야 한다. 제한되지는 않지만 전구체 형상화 연마 입자들을 형성하기 위하여 캐비티 (152)로부터 혼합물 (101) 제거가 용이하도록 건조 작업을 포함하여 본원의 다른 실시태양들에서 기재된 모든 공정은 도 2에 도시된 시스템으로 적용될 수 있다. 즉, 혼합물 (101)은 도구 (151)의 캐비티 (152)에 있는 동안 일부 적합한 건조 과정이 수행될 수 있다. 또한, 캐비티에 있는 동안 또는 캐비티 (152)에서 제거된 후 (즉, 전구체 형상화 연마 입자들의 표면들에) 다수의 연마 입자들을 혼합물 (101)의 하나 이상의 표면에 부착하는 공정이 도 2의 시스템 (150)에서 적용될 수 있다.
도 2의 시스템은 미국특허번호 9,200,187에 기술된 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 예를들면, 시스템 (150)은 혼합물이 도구 (151)의 캐비티 (152)로 압출되는 동안 도구 (151) 아래에서 인접하는 지지판을 포함할 수 있다. 지지판으로 인하여 캐비티 (152)는 혼합물 (101)로 채워질 수 있다. 도구 (151)는 지지판 위로 이동되되, 혼합물 (101)이 캐비티 (152)에 적층될 때 적층 구역에서 도구는 지지판에 인접하고, 도구 (151)가 적층 구역에서 벗어나 이동될 때, 도구 (151)는 지지판에서 떨어지도록 이동된다.
도구는 토출 구역으로 이동되고, 여기에서 적어도 하나의 토출 조립체는 캐비티 (152) 내의 혼합물 (101)에 토출 재료를 지향시키고 혼합물 (101)을 캐비티로부터 토출시켜 전구체 형상화 연마 입자들을 형성하도록 구성된다. 토출 재료는 기상 성분, 액상 성분, 고상 성분, 및 이들 조합을 포함하는 에어로졸로 구성된다.
도 3은 실시태양에 의한 연마 입자 사진을 포함한다. 연마 입자는 몸체 (301) 및 적어도 하나의 표면 (303) 예컨대 형상화 연마 입자 몸체 (301)의 주면에 부착되는 다수의 연마 입자들 (302)를 가지는 복합 형상화 연마 입자 (300)일 수 있다. 도시된 바와 같이, 형상화 연마 입자는 몸체 (301)의 길이 (L) 및 폭 (W)으로 정의되는 평면에서 관찰할 때 2-차원 삼각 형상을 가진다. 그러나, 형상화 연마 입자들은, 제한되지는 않지만 다각형, 타원체, 숫자, 그리스 알파벳 문자, 라틴 알파벳 문자, 러시아 알파벳 문자, 다각형 조합의 복잡 형상, 및 이들 조합을 포함하는 다른 2차원 형상을 가질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
하나의 실시태양에 의하면, 형상화 연마 입자는 제1 주면 (303), 제1 주면 반대측 제2 주면 (예를들면, 저면), 및 제1 및 제2 주면들 사이를 연장하는 측면을 포함한다. 다수의 연마 입자들 (302)은 몸체의 임의의 표면, 예를들면, 몸체 (301)의 제1 주면 (303)에 결합될 수 있다. 다른 예시들에서, 다수의 연마 입자들 (302)은 적어도 몸체의 두 표면들에 결합될 수 있다. 예를들면, 다수의 연마 입자들 (302)은 적어도 몸체 (301)의 두 주면들, 예컨대 몸체 (301)의 모든 표면들과 비교할 때 최대 표면적을 가지는, 도 3의 입자에서 제1 및 제2 주면들을 포함하는 표면들에 결합될 수 있다. 또 다른 실시태양들에서, 다수의 연마 입자들 (302)은 하나 이상의 측면들을 포함하는 적어도 몸체 (301)의 두 표면들에 결합될 수 있다. 예를들면, 다수의 연마 입자들 (302)은 몸체 (301)의 상면 및 측면에 결합될 수 있다. 대안으로, 다수의 연마 입자들 (302)은 몸체 (301)의 저면 및 측면에 결합될 수 있다. 적어도 하나의 실시태양에서, 다수의 연마 입자들 (302)은 형상화 연마 입자 몸체 (301)의 모든 표면들에 부착될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 소정의 실시태양들은 연마 입자들의 선택적 배치를 적용하여, 소정의 표면들 (예를들면, 몸체 (301)의 하나 이상의 주면들)은 여기에 부착되는 다수의 연마 입자들을 가지되, 하나 이상의 다른 표면들 (예를들면, 몸체 (301)의 측면들)은 실질적으로 다수의 연마 입자들이 부재이다. 실질적으로 연마 입자들이 부재인 표면에는 소수의 연마 입자들을 포함할 수 있지만, 이는 우연히 표면에 적층되거나 결합된 것이고, 전체 표면에 연마 입자들이 완전히 도포되는 것은 아니다. 예를들면, 표면에는 10 이하의 연마 입자들을 포함할 수 있고 실질적으로 연마 입자들이 부재인 것으로 간주된다. 또 다른 예시에서, 표면에 연마 입자들이 결합되지 않고 실질적으로 연마 입자들이 부재이다. 형상화 연마 입자를 포함하고 다수의 연마 입자들이 하나 이상의 표면에 부착되는 이들 연마 입자를 복합 연마 입자라고 부른다.
소정의 예시들에서, 형상화 연마 입자 몸체 상에 다수의 연마 입자들의 도포 백분율을 조절하면 연마 입자 형성, 전개, 및/또는 성능을 개선시킬 수 있다. 본원 실시태양들의 소정의 연마 입자들에 있어서, 다수의 연마 입자들 (302)은 형상화 연마 입자 몸체 (301) 총 표면적의 적어도 약 1%를 덮을 수 있다. 다른 예시들에서, 형상화 연마 입자 몸체 (301) 외면을 덮는 다수의 연마 입자들 (302)은 더 많고, 예컨대 형상화 연마 입자 몸체 (301) 총 표면적의 적어도 약 5%, 적어도 10%, 적어도 20%, 적어도 30% 적어도 40% 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 적어도 90% 적어도 95% 또는 적어도 99%이다. 또한, 적어도 하나의 실시태양에서, 다수의 연마 입자들 (302)은 형상화 연마 입자 몸체 (301) 총 표면적의 99% 이하, 예컨대 95% 이하, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 70% 이하, 60% 이하, 50% 이하, 40% 이하, 30% 이하, 20% 이하, 또는 10% 이하를 덮는다. 형상화 연마 입자 몸체 (301) 총 표면적에 대한 다수의 연마 입자들 (302)의 도포 백분율은 상기 임의의 최소 백분율 및 최대 백분율을 포함한 범위 내에 있다는 것을 이해하여야 한다.
본원 실시태양들의 소정의 연마 입자들에 있어서, 형상화 연마 입자 몸체의 하나의 표면에 대한 다수의 입자들의 도포율은 연마 입자의 형성, 전개, 및/또는 성능을 개선하도록 조절된다. 예를들면, 다수의 연마 입자들 (302)은 형상화 연마 입자 몸체의 외면 (예를들면, 제1 주면, 제2 주면, 측면, 등) 총 표면적의 적어도 약 1%를 덮는다. 다른 예시들에서, 형상화 연마 입자 몸체의 주어진 표면 상의 다수의 연마 입자들의 도포 백분율은 더 클 수 있고, 예컨대 형상화 연마 입자 몸체 (301) 총 표면적의 적어도 약 5%, 적어도 10%, 적어도 20%, 적어도 30% 적어도 40% 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 적어도 90% 또는 적어도 95% 또는 적어도 99% 또는 100%일 수 있다. 또한, 적어도 하나의 실시태양에서, 다수의 연마 입자들 (302)은 형상화 연마 입자 몸체 (301) 총 표면적의 100% 이하 예컨대 99% 이하 또는 95% 이하, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 70% 이하, 60% 이하, 50% 이하, 40% 이하, 30% 이하, 20% 이하, 또는 10% 이하를 덮을 수 있다. 다수의 연마 입자들 (302)은 상기 임의의 최소 백분율 및 최대 백분율을 포함한 범위 내의 형상화 연마 입자 몸체 (301) 총 표면적 백분율을 덮을 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를들면, 다수의 연마 입자들은 제1 주면 총 표면적의 적어도 1% 및 99% 이하를 덮을 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 다수의 연마 입자들은 제1 주면 총 표면적의 적어도 30% 및 99% 이하를 덮을 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 다수의 연마 입자들은 제1 주면 총 표면적의 적어도 40% 및 99% 이하를 덮을 수 있다. 또 다른 양태에 의하면, 다수의 연마 입자들은 제1 주면 총 표면적의 적어도 80% 및 99% 이하를 덮을 수 있다.
본원 실시태양들의 소정의 연마 입자들에 있어서, 형상화 연마 입자 몸체의 하나의 표면에 대한 다수의 입자들 도포율은 연마 입자 형성, 전개, 및/또는 성능을 개선시키도록 조절될 수 있다. 예를들면, 하나의 실시태양에서, 연마 입자는 형상화 연마 입자 몸체 주면 상에 다수의 연마 입자들을 적어도 10 입자들을 포함한다. 또 다른 예시들에서, 몸체 제1 주면 상의 다수의 연마 입자들의 입자 개수는 더 클 수 있고, 예컨대 적어도 12 또는 적어도 15 또는 적어도 18 또는 적어도 20 또는 적어도 22 또는 적어도 25 또는 적어도 27 또는 적어도 30개이다. 또한, 형성 조건들에 따라, 몸체 제1 주면 상의 평균 입자 개수는 500 이하, 예컨대 400 이하 또는 300 이하 또는 200 이하 또는 100 이하 또는 80 이하 또는 60 이하 또는 50개 이하이다. 형상화 연마 입자 몸체 제1 주면 상의 평균 연마 입자 개수는 상기 임의의 최소값 및 최대값을 포함한 범위 내에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를들면, 평균 연마 입자 개수는 적어도 10 및 500 이하, 예컨대 적어도 10 및 200 이하 또는 적어도 15 및 200 이하 또는 적어도 20 및 100 이하이다. 또한, 이러한 평균 개수는 형상화 연마 입자 몸체의 임의의 기타 표면들에 대하여도 그렇다는 것을 이해하여야 한다.
하나의 실시태양에 의하면, 다수의 연마 입자들 (302)은 연마 입자 (300) 총 중량의 적어도 1 wt%, 예컨대 적어도 2 wt%, 적어도 3 wt%, 적어도 4 wt%, 적어도 5 wt%, 적어도 6 wt%, 적어도 7 wt%, 적어도 8 wt%, 적어도 9 wt%, 적어도 10 wt%, 적어도 약 20 wt%, 적어도 약 30 wt%, 적어도 약 40 wt%, 또는 적어도 약 50 wt%에 상당한다. 또한, 비-제한적 실시태양에서, 다수의 연마 입자들 (302)은 연마 입자 (300) 총 중량의 약 80 wt% 이하, 예컨대 약 60 wt% 이하, 약 40 wt% 이하, 약 30 wt% 이하, 또는 약 20 wt% 이하, 10 wt% 이하, 8 wt% 이하, 6 wt% 이하, 5 wt 이하, 또는 4 wt% 이하 또는 3 wt% 이하일 수 있다. 연마 입자 총 중량에 대한 다수의 연마 입자들 (302)의 특정 중량%는 상기 임의의 최소 백분율 및 최대 백분율을 포함한 범위 내에 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한 이러한 백분율은 다수의 연마 입자들에 대하여 계산된 평균 값이고, 연마 입자들 각각은 다수의 연마 입자들이 형상화 연마 입자 몸체의 적어도 하나의 표면에 결합되는 형상화 연마 입자를 포함한다는 것을 이해하여야 한다. 이러한 평균 값들은 무작위 및 통계적으로 연관된 연마 입자들의 샘플 크기로부터 계산된다.
다수의 연마 입자들의 중량%는 다수의 연마 입자들이 적어도 하나의 표면에 결합되는 최소 300 mg의 연마 입자들을 포함한 제1입자 샘플을 입수하여 계산된다. 입자들 무게 (M1)를 측정한다. 적합한 대비를 제공하도록 입자들을 평탄 표면에 펼치고 입자 개수 (N)를 정확하게 계수한다. 카메라로 입자들 사진을 찍고 적합한 영상 소프트웨어, (예를들면, imageJ)를 이용하여, 코팅된 입자들 (N1) 개수를 계수한다. 다수의 연마 입자들을 가지는 그레인의 그릿 당 평균 무게 (Mg1)를 식 Mg1=M1/N1에 따라 계산한다.
동일한 과정을 다수의 연마 입자들이 없는 입자 샘플 (즉, 비피복 (bare) 연마 입자)에 대하여 진행한다. 비피복 샘플에 대한 그릿 당 평균 무게 (Mg2)를 계산한다. 이어 다수의 연마 입자들의 평균 중량%를 식 100x[(Mg2-Mg1)/Mg1]에 따라 계산한다.
다수의 연마 입자들 (302)은 복합 형상화 연마 입자들에 대한 적합한 형성을 구현할 수 있는 특정 유형의 재료에서 선택된다. 예를들면, 다수의 연마 입자들 (302)은 산화물, 탄화물, 질화물, 붕화물, 산탄화물, 산질화물, 산붕화물, 천연 광물, 합성 재료, 탄소계 재료, 및 이들 조합의 군에서 선택되는 재료를 포함한다. 하나의 특정 실시태양에서, 다수의 연마 입자들은 알루미나를 포함하고, 더욱 상세하게는 실질적으로 알파 알루미나로 이루어진다.
적어도 하나의 실시태양에 있어서, 다수의 연마 입자들 (302)은 연마 입자 형성, 전개, 및/또는 성능을 개선시킬 수 있도록 몸체 (301)의 CTE에 대하여 특정 열팽창계수 (CTE)를 가지는 재료를 포함한다. 예를들면 다수의 연마 입자들 (302)의 CTE는 식 [(CTE1-CTE2)/CTE1]x100%에 따라 형상화 연마 입자 몸체 (301)의 CTE와 약 50% 이하로 차이가 있고, 식 중 CTE1은 CTE2보다 더 큰 CTE 값을 나타낸다. 소정의 예시들에서, 다수의 연마 입자들 (302)의 CTE는 몸체 (301)의 CTE보다 작다. 또 다른 실시태양에서, 다수의 연마 입자들 (302)의 CTE는 몸체 (301)의 CTE보다 크다. 또한, 다수의 연마 입자들 (302)의 CTE는 몸체 (301)의 CTE와 비교할 때 약 40% 이하, 약 30% 이하, 약 20% 이하, 또는 약 10% 이하로 다르다. 또한, 하나의 비-제한적 실시태양에서, 다수의 연마 입자들 (302)의 CTE는 몸체 (301)의 CTE와 실질적으로 동일하다. 또 다른 실시태양에서, 다수의 연마 입자들 (302)의 CTE는 몸체 (301)의 CTE와 비교할 때 적어도 약 0.5%, 적어도 약 1%, 또는 적어도 약 3% 다르다. 몸체의 CTE에 대한 다수의 연마 입자들의 CTE 차이는 상기 임의의 최소값 및 최대값을 포함한 범위 내에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 형상화 연마 입자 몸체 및 다수의 연마 입자들의 CTE는 소결 후 최종-형성된 연마 입자에서 측정된다.
실시태양에 따르면, 다수의 연마 입자들 (302)은 분쇄 그레인, 불규칙 형상화 그레인, 세장형 그레인, 응집체, 집합체, 미세 형상화 연마 입자들, 플레이크, 및 이들 조합으로 이루어진 군에서 선택된다. 하나의 특정 예시에서, 다수의 연마 입자들은 실질적으로 대략 불규칙 형상의 분쇄 그레인으로 이루어진다. 플레이크는 입자 폭 및 길이에 비하여 매우 얇은 두께를 가지는 세장형 또는 비-세장형 그레인일 수 있다.
형상화 연마 입자들은 몰딩, 인쇄, 캐스팅, 압출, 및 본원에서 기술된 기타 등을 포함한 특정 공정을 통해 형성될 수 있다. 더욱 상세히 설명될 것이다. 적어도 하나의 실시태양에서, 적어도 일부 다수의 연마 입자들 (302)은 형상화 연마 입자 (301)의 몸체 (301)에 비하여 상당히 더욱 미세한 크기의 형상화 연마 입자들을 포함할 수 있다. 형상화 연마 입자 몸체 (301) 상에 놓이는 다수의 연마 입자들 (302)에 포함되는 형상화 연마 입자들은 본원 실시태양들에 정의된 형상화 연마 입자들의 임의의 속성을 가질 수 있다.
형상화 연마 입자 몸체 (301)는 길이 (L), 폭 (W) 및 높이 (H)를 가지고, 이때 L>W>H이다. 길이는 몸체 (301)의 최장 치수를 정의하고, 일부 예시들에서 폭의 치수와 같을 수 있다. 하나의 실시태양에서, 폭은 일반적으로 몸체 (301)의 제2 최장 치수를 정의하지만, 소정의 예시들에서, 폭은 길이와 동일한 값을 가질 수 있다. 높이는 일반적으로 몸체의 최단 치수를 정의하고 몸체 (301)의 길이 및 폭에 의해 정의되는 평면에 수직 방향으로 연장된다. 하나의 특정 실시태양에 의하면, 폭은 높이보다 더 크거나 같을 수 있다.
실시태양에 따르면, 형상화 연마 입자 몸체 (301)는, 몸체 (301)에서 측정 가능한 최대 치수 (즉, 길이)로 측정되는 평균 입자 크기가, 적어도 약 100 미크론이다. 실제로, 형상화 연마 입자 몸체 (301)의 평균 입자 크기는 적어도 약 150 미크론, 예컨대 적어도 약 200 미크론, 적어도 약 300 미크론, 적어도 약 400 미크론, 적어도 약 500 미크론, 적어도 약 500 미크론, 적어도 약 600 미크론, 적어도 약 800 미크론, 또는 적어도 약 900 미크론이다. 또한, 연마 입자의 평균 입자 크기는 약 5 mm 이하, 예컨대 약 3 mm 이하, 약 2 mm 이하, 또는 약 1.5 mm 이하이다. 연마 입자의 평균 입자 크기는 상기 임의의 최소값 및 최대값을 포함한 범위 내에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
형상화 연마 입자들 또는 다수의 연마 입자들 몸체에 함유되는 연마 그레인 (즉, 결정체)의 평균 그레인 크기는 일반적으로 약 100 미크론 이하이다. 다른 실시태양들에서, 평균 그레인 크기는 더 작을 수 있고, 예컨대 약 80 미크론 이하, 약 50 미크론 이하, 약 30 미크론 이하, 약 20 미크론 이하, 약 10 미크론 이하, 약 1 미크론 이하, 약 0.9 미크론 이하, 약 0.8 미크론 이하, 약 0.7 미크론 이하, 또는 약 0.6 미크론 이하이다. 또한, 연마 입자들 몸체에 함유되는 연마 그레인의 평균 그레인 크기는 적어도 약 0.01 미크론, 예컨대 적어도 약 0.05 미크론, 적어도 약 0.06 미크론, 적어도 약 0.07 미크론, 적어도 약 0.08 미크론, 적어도 약 0.09 미크론, 적어도 약 0.1 미크론, 적어도 약 0.12 미크론, 적어도 약 0.15 미크론, 적어도 약 0.17 미크론, 적어도 약 0.2 미크론, 또는 적어도 약 0.5 미크론이다. 연마 그레인의 평균 그레인 크기는 상기 임의의 최소값 및 최대값 사이의 범위에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
다수의 연마 입자들 (302)은 형상화 연마 입자 몸체 (301)의 하나 이상의 치수에 대하여 특정 중앙 입자 크기를 가질 수 있다. 예를들면, 다수의 연마 입자들 (302)의 중앙 입자 크기 (D50)는 형상화 연마 입자 몸체 (301) 길이 (L)보다 작을 수 있다. 더욱 상세하게는, 다수의 연마 입자들 (302)의 중앙 입자 크기 (D50)는 길이 (L)의 약 90% 이하, 예컨대 몸체 (301) 길이의 약 80% 이하, 약 70% 이하, 약 60% 이하, 약 50% 이하, 약 40% 이하, 약 30% 이하, 약 25% 이하, 약 20% 이하, 약 18% 이하, 약 15% 이하, 약 12% 이하, 약 10% 이하, 약 8% 이하, 약 6% 이하, 또는 약 5% 이하이다. 또한, 또 다른 비-제한적 실시태양에서, 다수의 연마 입자들 (302)의 중앙 입자 크기 (D50)는 길이 (L)의 적어도 약 0.1%, 예컨대 몸체 (301) 길이의 적어도 약 0.5%, 적어도 약 1%, 또는 적어도 약 2%, 적어도 약 3%, 적어도 약 4%, 적어도 약 5%, 적어도 약 6%, 적어도 약 7%, 적어도 약 8%, 적어도 약 9%, 적어도 약 10%, 적어도 약 12%, 적어도 약 15%, 적어도 약 18%, 적어도 약 20%, 적어도 약 25%, 또는 적어도 약 30%이다. 다수의 연마 입자들 (302)의 중앙 입자 크기 (D50)는 상기 임의의 최소 백분율 및 최대 백분율을 포함한 범위 내에 있다는 것을 이해하여야 한다.
하나의 특정 실시태양에 의하면, 다수의 연마 입자들 (302)의 중앙 입자 크기 (D50)는 형상화 연마 입자 몸체 길이 (L)의 적어도 0.1% 및 약 90% 이하이고, 이는 [(D50)/(L)]x100%로 계산된다. 또 다른 실시태양에서, 다수의 연마 입자들 (302)의 중앙 입자 크기 (D50)는 몸체 길이의 적어도 0.1% 및 약 50% 이하, 예컨대 형상화 연마 입자 몸체 길이의 적어도 0.1% 및 약 20% 이하 또는 적어도 0.1% 및 약 10% 이하 또는 적어도 0.1% 및 약 8% 이하 또는 적어도 0.1% 및 약 6% 이하, 또는 적어도 0.1% 및 약 5% 이하 또는 적어도 1% 및 5% 이하이다. 또한, 소정의 예시들에서, 몸체 길이에 대한 다수의 연마 입자들 (302)의 상대 중앙 입자 크기 (D50)는 몸체 상에 연마 입자들의 도포 백분율에 영향을 줄 수 있다는 것에 주목하여야 한다.
또 다른 실시태양에서, 다수의 연마 입자들 (302)의 중앙 입자 크기 (D50)는 폭 (W)의 약 90% 이하, 예컨대 몸체 (301) 폭의 약 80% 이하, 약 70% 이하, 약 60% 이하, 약 50% 이하, 약 40% 이하, 약 30% 이하, 약 25% 이하, 약 20% 이하, 약 18% 이하, 약 15% 이하, 약 12% 이하, 약 10% 이하, 8% 이하, 6% 이하, 또는 5% 이하이다. 또한, 또 다른 비-제한적 실시태양에서, 다수의 연마 입자들 (302)의 중앙 입자 크기 (D50)는 폭 (W)의 적어도 약 0.1%, 예컨대 몸체 (301) 폭의 적어도 약 0.5%, 적어도 약 1%, 적어도 약 2%, 적어도 약 3%, 적어도 약 4%, 적어도 약 5%, 적어도 약 6%, 적어도 약 7%, 적어도 약 8%, 적어도 약 9%, 적어도 약 10%, 적어도 약 12%, 적어도 약 15%, 적어도 약 18%, 적어도 약 20%, 적어도 약 25%, 적어도 약 30%이다. 다수의 연마 입자들 (302)의 중앙 입자 크기 (D50)는 상기 임의의 최소 백분율 및 최대 백분율을 포함한 범위 내에 있다는 것을 이해하여야 한다.
하나의 특정 실시태양에 의하면, 다수의 연마 입자들 (302)의 중앙 입자 크기 (D50)는 형상화 연마 입자 몸체 폭의 적어도 0.1% 및 약 90% 이하이고, 이는 [(D50)/(W)]x100으로 계산된다. 또 다른 실시태양에서, 다수의 연마 입자들 (302)의 중앙 입자 크기 (D50)는 몸체 폭의 적어도 0.1% 및 약 50% 이하, 예컨대 형상화 연마 입자 몸체 폭의 적어도 0.1% 및 약 20% 이하 또는 적어도 0.1% 및 약 10% 이하 또는 적어도 0.1% 및 약 8% 이하 또는 적어도 0.1% 및 약 6% 이하, 또는 적어도 1% 및 약 6% 이하 또는 적어도 1% 및 4% 이하이다. 또한, 소정의 예시들에서, 몸체 폭에 대한 다수의 연마 입자들 (302)의 상대 중앙 입자 크기 (D50)는 몸체 상에 연마 입자들의 도포 백분율에 영향을 줄 수 있다는 것에 주목하여야 한다.
또 다른 실시태양에서, 다수의 연마 입자들 (302)의 중앙 입자 크기 (D50)는 높이의 약 90% 이하, 예컨대 몸체 (301) 높이의 약 80% 이하, 약 70% 이하, 약 60% 이하, 약 50% 이하, 약 40% 이하, 약 30% 이하, 약 25% 이하, 약 20% 이하, 약 18% 이하, 약 15% 이하, 약 12% 이하, 약 10% 이하, 약 8% 이하, 약 6% 이하, 약 5% 이하이다. 또한, 또 다른 비-제한적 실시태양에서, 다수의 연마 입자들 (302)의 중앙 입자 크기 (D50)는 높이의 적어도 약 0.1%, 예컨대 몸체 (301) 높이의 적어도 약 0.5%, 적어도 약 1%, 적어도 약 2%, 적어도 약 3%, 적어도 약 4%, 적어도 약 5%, 적어도 약 6%, 적어도 약 7%, 적어도 약 8%, 적어도 약 9%, 적어도 약 10%, 적어도 약 12%, 적어도 약 15%, 적어도 약 18%, 적어도 약 20%, 적어도 약 25%, 적어도 약 30%이다. 다수의 연마 입자들 (302)의 중앙 입자 크기 (D50)는 상기 임의의 최소 백분율 및 최대 백분율을 포함한 범위 내에 있다는 것을 이해하여야 한다.
하나의 특정 실시태양에 의하면, 다수의 연마 입자들 (302)의 중앙 입자 크기 (D50)는 형상화 연마 입자 몸체 높이의 적어도 0.1% 및 약 90% 이하이고, 이는 [(D50)/(H)]x100에 따라 계산된다. 또 다른 실시태양에서, 다수의 연마 입자들 (302)의 중앙 입자 크기 (D50)는 몸체 높이의 적어도 0.1% 및 약 50% 이하, 예컨대 형상화 연마 입자 몸체 높이의 적어도 0.1% 및 약 20% 이하 또는 적어도 1% 및 약 18% 이하 또는 적어도 5% 및 약 18% 이하 또는 적어도 8% 및 약 16% 이하이다. 또한, 소정의 예시들에서, 몸체 높이에 대한 다수의 연마 입자들 (302)의 상대 중앙 입자 크기 (D50)는 몸체 상에 연마 입자들의 도포 백분율에 영향을 줄 수 있다는 것에 주목하여야 한다.
실시태양에 따르면, 다수의 연마 입자들 (302)의 중앙 입자 크기 (D50)는 약 1 mm 이하, 예컨대 약 800 미크론 이하, 약 500 미크론 이하 또는 300 미크론 이하 또는 200 미크론 이하 또는 100 미크론 이하 또는 90 미크론 이하 또는 80 미크론 이하 또는 70 미크론 이하 또는 65 미크론 이하 또는 60 미크론 이하 또는 50 미크론 이하 또는 40 미크론 이하이다. 또한, 하나의 비-제한적 실시태양에서, 다수의 연마 입자들 (302)의 중앙 입자 크기 (D50)는 적어도 약 0.1 미크론, 예컨대 적어도 약 0.5 미크론 또는 적어도 1 미크론 또는 적어도 2 미크론 또는 적어도 3 미크론 또는 적어도 5 미크론 또는 적어도 10 미크론 또는 적어도 15 미크론 또는 적어도 20 미크론 또는 적어도 25 미크론 또는 적어도 30 미크론이다. 연마 입자의 중앙 입자 크기는 상기 임의의 최소값 및 최대값을 포함한 범위 내에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를들면, 다수의 연마 입자들의 중앙 입자 크기 (D50)는 적어도 0.1 미크론 및 500 미크론 이하 또는 적어도 0.5 미크론 및 100 미크론 이하 또는 적어도 1 미크론 및 65 미크론 이하이다. 소정의 예시들에서, 다수의 연마 입자들 (302)의 중앙 입자 크기 (D50)는 연마 입자들 형성, 전개, 및/또는 성능에 영향을 미칠 수 있다는 것에 주목하여야 한다.
적어도 하나의 실시태양에 있어서, 다수의 연마 입자들 중 적어도 일부 연마 입자들은 형상화 연마 입자 몸체 (301)의 적어도 하나의 표면에 적어도 부분적으로 매몰될 수 있다. 또한, 소정의 예시들에서, 일부는 다수의 연마 입자들 (302) 중 대부분의 연마 입자들을 포함하고 형상화 연마 입자 몸체 (301)의 적어도 하나의 표면에 적어도 부분적으로 매몰된다. 또 다른 실시태양에 의하면, 일부 다수의 연마 입자들은 다수의 연마 입자들 중 소부분의 입자들일 수 있고 몸체 (301)의 적어도 하나의 표면 내부에 적어도 부분적으로 매몰될 수 있다. 매몰 입자들은 몸체 (301) 표면 상에 놓인 입자들과 반대로 몸체 (301) 외면 아래 몸체 안으로 연장되지만, 매몰되어 몸체 (301) 부피 내로 연장될 필요는 없다 (예를들면, 소정의 코팅 형태로 인가되는 입자들)는 것을 이해하여야 한다. 또한, 매몰 연마 입자들의 형태들은 패턴화 표면 형태들, 예컨대 홈 또는 원형 돌출부와는 차별되고, 연마 입자들은 형상화 연마 입자 몸체 내부로 매몰되고, 다수의 연마 입자들은 표면에서 돌출되는 예리하고 불규칙한 코너 (예를들면, 분쇄되고 불규칙한 형상화 연마 입자들 관점에서)을 가진다. 특정 이론에 구속되지 않고, 다수의 연마 입자들의 예리하고 불규칙한 표면들, 및 형상화 연마 입자 표면 상에 연마 입자들의 무작위 분포는 복합 연마 입자의 자기-예리화 (self-sharpening) 거동에 영향을 주고, 따라서 연마 입자 및 연관된 연마 물품의 성능을 개선시킨다. 다수의 연마 입자들은 또한 예를들면 코팅 연마재의 결합 층 또는 결합 연마 물품 내의3차원 결합재 용적을 포함한 소정의 결합 기질 재료에서 연마 입자들에 대한 개선된 보존을 구현할 수 있다.
하나의 실시태양에 의하면, 다수의 연마 입자들 중 적어도 하나의 연마 입자는 형상화 연마 입자 몸체 표면에 부착되되 접촉 예각을 정의한다. 특히, 본원 방법으로 다수의 연마 입자들을 제공함으로써 다수의 연마 입자들 중 하나 이상의 연마 입자들이 용이하게 예각을 형성하면서 몸체에 부착된다. 무작위 연마 입자들 샘플을 얻을 수 있다. 각각의 연마 입자를 몸체 중간을 통과하며 길이방향 축에 직교하도록 절단하거나 연삭한다. 적합한 단면을 얻으면, 예컨대 도 10에 도시된 바와 같이, 형상화 연마 입자 (1001) 몸체가 명확하게 도시되고 적어도 하나의 주면 (1004)에 부착되는 다수의 연마 입자들 (1002)이 또한 관찰된다. 각각의 연마 입자를 에폭시 수지로 붙이고, 경화 및 고화시킨다. 각각의 연마 입자를 에폭시 수지로 붙인 후, 웨이퍼 절단 톱으로 각각의 연마 입자 및 각각의 연마 입자를 둘러싸는 에폭시 일부를 절단하여, 구분되는 샘플들을 만들고 이는 에폭시로 포위되는 연마 입자 전체를 포함한다. 이어 각각의 샘플을 연마하여 그레인 일부를 제거하고 노출된 그레인의 접촉면적을 평가할 수 있는 직교 평면을 노출시킨다. 얻어진 단면 주위가 잘 형성되도록 직교 평면은 매끄러워야 한다. 필요하다면, 얻어진 단면 평면을 균일한 높이로 연마할 수 있다.
상기와 같이 샘플들을 준비한 후, 각각의 연마 입자를 장착하고 광학 현미경 (예를들면, Olympus DSX500)으로 관측 시야 2 mm 및 10X 배율에서 관찰한다. 광학 현미경을 이용하여, 도 11과 같은 각각의 연마 입자의 단면 사진을 얻는다. 적합한 영상 프로그램, 예컨대 imageJ (National Institute of Health에서 입수)를 이용하여, 연마 입자의 인접 표면 및 몸체 표면에 의한 접촉각을 측정한다.
도 11을 참고하면, 연마 입자 (1101)는 몸체 (1104) 주면 (1103)과 접촉각 (1102)을 형성한다. 특히, 적어도 일부 연마 입자들의 몸체와의 접촉각은 90 도 미만이다. 예를들면, 연마 입자의 접촉각은 88 도 미만, 예컨대 85 도 미만 또는 80 도 미만 또는 75 도 미만 또는 70 도 미만 또는 65 도 미만 또는 60 도 미만 또는 55 도 미만 또는 50 도 미만 또는 45 도 미만 또는 40 도 미만 또는 35 도 미만 또는 30 도 미만 또는 25 도 미만 또는 20 도 미만 또는 15 도 미만 또는 10 도 미만 또는 5 도 미만이다. 또 다른 실시태양에서, 연마 입자 접촉각은 적어도 1 도 또는 적어도 5 도 또는 적어도 10 도 또는 적어도 15 도 또는 적어도 20 도 또는 적어도 25 도 또는 적어도 30 도 또는 적어도 35 도 또는 적어도 40 도이다. 연마 입자 접촉각은 상기 임의의 최소값 및 최대값을 포함한 범위 내에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
또 다른 실시태양에서, 적어도 일부 다수의 연마 입자들 (302)은 형상화 연마 입자 몸체 (301)의 적어도 하나의 표면에 직접 결합된다. 더욱 상세하게는, 적어도 일부 다수의 연마 입자들 (302)은 형상화 연마 입자 몸체 (301)의 적어도 하나의 표면에 소결-결합된다. 적어도 하나의 실시태양에서, 다수의 연마 입자들 (302) 중 모든 연마 입자들은 형상화 연마 입자 몸체 (301)의 적어도 하나의 표면에 소결-결합된다.
도 4는 실시태양에 의한 연마 입자 상면에 대한3차원 사진이다. 도시된 바와 같이, 연마 입자 (400)는 상면 (402)에 다수의 연마 입자들이 부착된 몸체 (401)를 포함한다. 3차원 매핑 사진에 도시된 바와 같이, 다수의 연마 입자들은 다수의 무작위 배열된 피크 및 골을 가지는 거친 윤곽의 상면을 형성한다. 이러한 거친 윤곽으로 인하여 매끈한 표면들을 가지는 형상화 연마 입자에 비하여 다양한 고정 연마 물품에서 연마 입자의 결합이 개선된다. 또한, 상면 (402)의 거칠고 가변적 윤곽으로 인하여 종래, 매끈한 표면의 형상화 연마 입자에 비하여 더 많은 예리한 연마 표면들이 존재하므로 다양한 고정 연마재에서 연마 성능이 개선된다. 소정의 예시들에서, 거친 윤곽이 존재함으로써 일반적으로 종래 형상화 연마 입자들, 특히 코팅 연마 물품에서 바람직한 방법인 특정 방향으로 연마 입자를 배치할 필요성이 제한된다. 또한, 다른 실시태양들에서, 다수의 연마 입자들을 포함하는 하나 이상의 표면이 고정 연마 물품 내에서 하나 이상의 기준 축 (references axe)에 대하여 조절된 방향을 가지도록, 고정 연마재에서 연마 입자들을 특정 방향으로 전재하는 것이 유리할 수 있다.
하나의 실시태양에 의하면, 다수의 연마 입자들은 제1 주면에 부착되고 제1 주면의 표면 거칠기는 더욱 적은 연마 입자들이 부착되는 몸체의 또 다른 표면 (예를들면, 측면)의 표면 거칠기보다 더욱 크다. 하나의 특정 실시태양에서, 제1 주면은 다수의 연마 입자들이 결합되고 몸체는 측면에 결합되는 임의의 연마 입자들이 실질적으로 부재이고, 이러한 예시들에서, 제1 주면의 표면 거칠기는 측면보다 훨씬 크다. 표면 거칠기는 임의의 적합한 기술, 예를들면 광 계측 기술로 측정될 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 제1 주면은 다수의 연마 입자들이 결합되고 몸체에서 제2 주면에 결합된 임의의 연마 입자들은 실질적으로 부재이고, 이러한 예시들에서, 제1 주면의 표면 거칠기는 제2 주면 보다 훨씬 크다.
도 5는 실시태양에 의한 형상화 연마 입자의 사시도를 포함한다. 형상화 연마 입자 (500)는 주면 (502), 주면 (503), 및 주면들 (502, 503) 사이에서 연장되는 측면 (504)을 포함하는 몸체 (501)를 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 형상화 연마 입자 (500)의 몸체 (501)는 박형 (thin) 몸체이고, 주면들 (502, 503)은 측면 (504)보다 더 넓다. 또한, 몸체 (501)는 꼭지점에서 밑변으로 연장되고 주면 (502)의 중간점 (550)을 지나는 축 (510)을 포함한다. 축 (510)은 주면 (502) 중간점 (550)을 지나는 주면의 최장 치수를 정의하고, 기하구조에 따라 몸체의 길이 또는 폭이 될 수 있지만, 도 5의 도시된 실시태양에서는 폭을 형성한다. 몸체 (501)는 동일 주면 (502)의 축 (510)에 대체로 수직 연장되어 몸체 (501) 치수를 정의하는 축 (511)을 더욱 포함하고, 도시된 정삼각형 실시태양에서 몸체 (501) 길이를 형성한다. 마지막으로, 도시된 바와 같이, 몸체 (501)는 수직축 (512)을 포함하고, 박형 몸체에서는 몸체 (501) 높이 (또는 두께)를 정의한다. 박형 (thin) 몸체에 있어서, 축 (510)의 길이는 수직축 (512)과 같거나 길다. 도시된 바와 같이, 높이 (512)는 주면들 (502, 503) 사이에 연장되고 축들 (510, 511)에 의해 정의되는 평면에 수직인 측면 (504)을 따라 연장된다. 본원에서 연마 입자들의 길이, 폭, 및 높이를 언급하는 것은 연마 입자들 배치 (batch)로부터 적합한 연마 입자 샘플 채취 크기에 의해 얻어진 평균 값들을 언급하는 것이라는 것을 이해하여야 한다.
형상화 연마 입자들은 본원 실시태양들의 연마 입자의 임의의 특징부들을 포함한다. 예를들면, 형상화 연마 입자들은 결정 재료, 더욱 상세하게는, 다결정 재료를 포함한다. 특히, 다결정 재료는 연마 그레인을 포함한다. 하나의 실시태양에서, 예를들면, 형상화 연마 입자 몸체를 포함하는 연마 입자 몸체는 실질적으로 유기 재료, 예를들면, 바인더가 부재이다. 적어도 하나의 실시태양에서, 연마 입자들은 실질적으로 다결정 재료로 이루어진다.
연마 입자 사용에 적합한 일부 재료는 질화물, 산화물, 탄화물, 붕화물, 산질화물, 산붕화물, 다이아몬드, 탄소계 재료, 및 이들 조합을 포함한다. 특정 예시들에서, 연마 입자는 산화물 또는 복합체, 예컨대 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화티타늄, 산화이트륨, 산화크롬, 산화스트론튬, 산화규소, 산화마그네슘, 희토류 산화물, 및 이들 조합을 포함한다. 하나의 특정 실시태양에서, 연마 입자들은 몸체 총 중량에 대하여 적어도 95 wt% 알루미나를 포함한다. 적어도 하나의 실시태양에서, 연마 입자들은 실질적으로 알루미나로 이루어진다. 또한, 소정의 예시들에서, 연마 입자들은 몸체 총 중량에 대하여 99.5wt% 이하의 알루미나를 포함한다. 또한, 특정 예시들에서, 형상화 연마 입자들은 시드화 (seeded) 졸-겔로부터 형성된다. 적어도 하나의 실시태양에서, 본원 실시태양들의 연마 입자들은 실질적으로 철, 희토류 산화물, 및 이들 조합이 부재이다.
소정의 실시태양들에 의하면, 소정의 연마 입자들은 형상화 연마 입자 몸체 또는 다수의 연마 입자들의 연마 입자 몸체 내에서 적어도 두 종의 상이한 유형의 그레인을 포함하는 조성 복합 물품일 수 있다. 상이한 유형의 그레인은 서로 상이한 조성을 가지는 그레인이라는 것을 이해하여야 한다. 예를들면, 형상화 연마 입자 몸체는 적어도 두 종의 상이한 유형의 그레인을 포함하도록 형성될 수 있고, 2종의 상이한 유형의 그레인은 질화물, 산화물, 탄화물, 붕화물, 산질화물, 산붕화물, 탄소계 재료, 다이아몬드, 천연 광물, 희토류-함유 재료, 및 이들 조합일 수 있다.
도 5는 상부 주면 (502) 또는 주면 (503)의 평면으로 정의되는2-차원 형상, 대략 2-차원 삼각형, 예컨대 정삼각형을 가지는 형상화 연마 입자를 도시한 것이다. 본원 실시태양들의 형상화 연마 입자들은 이에 국한되지 않고 다른 2-차원 형상을 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를들면, 본원 실시태양의 형상화 연마 입자들은 몸체 주면에 의해 형성되는 2-차원 형상의 몸체를 가지는 입자들을 포함하고, 상기 형상은 다각형, 불규칙 다각형, 아치형 또는 만곡 면들 또는 일부 면들을 포함하는 불규칙 다각형, 타원체, 숫자, 그리스 알파벳 문자, 라틴 알파벳 문자, 러시아 알파벳 문자, 간지 (Kanji) 문자, 다각형 형상 조합의 복잡 형상, 별 형상, 중앙 영역에서 연장되는 아암을 가지는 형상 (예를들면, 십자-형상화 몸체) 및 이들 조합을 포함하는 형상 군에서 선택될 수 있다.
또한 형상화 연마 입자들은 주면의2-차원 형상으로만 정의되는 박형에만 국한되는 것이 아니라, 3차원 형상을 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를들면, 몸체는 다면체, 각뿔, 타원체, 구체, 각기둥, 통형, 원추형, 사면체, 정육면체, 직육면체, 능면체, 절두 각뿔, 절두 타원체, 절두 구체, 절두 원추형, 오면체, 육면체, 칠면체, 팔면체, 구면체, 십면체, 그리스 알파벳 문자, 라틴 알파벳 문자, 러시아 알파벳 문자, 간지 문자, 복잡 다각형, 불규칙 형상화 윤곽, 화산 형상, 단상태 (monostatic) 형상, 및 이들 조합으로 이루어진 군에서 선택되는3차원 형상을 가질 수 있다. 단상태 형상은 단일 안정 정지 위치를 가지는 형상이다. 따라서, 단상태 형상을 가지는 형상화 연마 입자들 기재에 인가되고 단 하나의 안정 정지 위치를 가지므로 일률적으로 동일한 위치로 배향된다. 예를들면, 단상태 형상을 가지는 형상화 연마 입자들은 코팅 연마 제품 형성에서 사용되는 중력 코팅으로 입자들을 지지대 (backing)에 인가할 때 적합하다. 더욱 상세하게는, 형상화 연마 입자들은 단상태 형상이고, 단 하나의 불안정 균형점을 가지는 형상의3차원 물체를 의미한다. 하나의 특정 실시태양에 의하면, 형상화 연마 입자는 굄뵈쯔 (gomboc) 형상을 가질 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 형상화 연마 입자는 적어도 4개의 표면들을 가지는 단상태 다면체일 수 있다.
도 6A은 실시태양에 의한 형상화 연마 입자의 사시도를 포함한다. 특히, 형상화 연마 입자 (600)는 몸체 (601)를 포함하고, 이는 표면 (602) 및 표면 (603)을 가지며, 이들을 끝면 (602, 603)으로 칭한다. 몸체는 끝면 (602, 603) 사이에서 연장되고 이들과 연결되는 표면들 (604, 605, 606, 607)을 더욱 포함한다. 도 6A의 형상화 연마 입자는 세장형 형상화 연마 입자이며 표면 (605)을 따라 연장되고 끝면 (602, 603) 사이 중간점 (640)을 지나는 길이방향 축 (610)을 가진다. 몸체 (601)는 끝면 (602, 603)에 의해 형성되는 대략 4각 단면 윤곽을 가지므로 표면 (605)은 길이방향 축 (610)을 설명하기 위하여 선택된 것이라는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 표면들 (604, 605, 606, 607)은 서로 대략 동일한 크기를 가진다. 그러나 표면 (602, 603)이 상이한 형상, 예를들면 직사각 형상을 정의하는 다른 세장형 연마 입자들에서는, 표면들 (604, 605, 606, 607) 중 하나는 다른 것보다 더욱 크고, 이러한 표면들의 최대 표면은 주면을 형성하고, 따라서 길이방향 축은 이들 최대 표면을 따라 연장된다. 더욱 설명되는 바와 같이, 몸체 (601)는 표면 (605)에 의해 형성되는 동일한 평면 내에서 길이방향 축 (610)과 수직의 측방축 (611)을 포함한다. 더욱 설명되는 바와 같이, 몸체 (601)는 연마 입자 높이를 형성하는 수직축 (612)을 더욱 포함하고, 수직축 (612)은 표면 (605)의 길이방향 축 (610) 및 측방축 (611)에 의해 정의되는 평면에 수직 방향으로 연장된다.
도 5의 박형 연마 입자와 같이, 도 6A의 세장형 형상화 연마 입자는 도 5의 형상화 연마 입자에 대하여 정의된 것과 같은 다양한 2-차원 형상을 가질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 몸체 (601)의 2-차원 형상은 끝면 (602, 603) 주연 형상에 의해 정의될 수 있다. 세장형 형상화 연마 입자 (600)는 본원 실시태양들의 형상화 연마 입자들에 대한 임의의 속성을 가질 수 있다.
도 6B는 비-형상화 연마 입자인 세장형 입자를 도시한 것이다. 형상화 연마 입자들은 몰딩, 인쇄, 캐스팅, 압출, 및 기타 등을 포함한 특정 공정을 통해 성형된다. 동일한 2-차원 및 3차원 형상을 가지는 형상화 연마 입자들에 있어서 형상화 연마 입자들은 각각의 입자가 서로 실질적으로 동일한 표면들 및 에지들 배열을 가지도록 형성된다. 따라서, 형상화 연마 입자들은 표면들 및 에지들 배열에 있어서 동일한 2-차원 및 3차원 형상을 가지는 군의 다른 형상화 연마 입자들과 높은 형상 충실도 및 일관성을 가질 수 있다. 반대로, 비-형상화 연마 입자들은 상이한 공정으로 형성되고 상이한 형상 속성을 가진다. 예를들면, 비-형상화 연마 입자들은 전형적으로 분쇄 공정으로 형성되고, 여기에서 재료 덩어리가 형성되고 분쇄되고 체질로 소정 크기의 연마 입자들을 얻는다. 그러나, 비-형상화 연마 입자는 대체로 무작위 표면들 및 에지들 배열을 가지고, 몸체 주위 표면들 및 에지들 배열에 있어서 일반적으로 인식 가능한 임의의 2-차원 또는 3차원 형상이 결여된다. 또한, 동일한 군 또는 배치의 비-형상화 연마 입자들은 일반적으로 서로 일관된 형상이 결여되어, 표면들 및 에지들은 서로 비교하면 무작위 배열된다. 따라서, 비-형상화 그레인 또는 분쇄 그레인은 형상화 연마 입자들과 비교할 때 상당히 낮은 형상 충실도를 가진다.
도 6B에서 더욱 설명되는 바와 같이, 세장형 연마 물품은 비-형상화 연마 입자이고 몸체 (651) 및 입자의 최장 치수를 정의하는 길이방향 축 (652), 길이방향 축 (652)에 수직 연장되고 입자의 폭을 정의하는 측방축 (653)을 가진다. 또한, 세장형 연마 입자는 길이방향 축 (652) 및 측방축 (653)의 조합으로 형성되는 평면에 대략 수직 연장되는 수직축 (654)에 의해 정의되는 높이 (또는 두께)를 가질 수 있다. 더욱 설명되는 바와 같이, 세장형, 비-형상화 연마 입자의 몸체 (651)는 몸체 (651) 외면을 따라 연장되는 대략 무작위 에지들 (655) 배열을 가질 수 있다.
이해되는 바와 같이, 세장형 연마 입자는 길이방향 축 (652)으로 정의되는 길이, 측방축 (653)으로 정의되는 폭, 및 높이를 정의하는 수직축 (654)을 가진다. 이해되는 바와 같이, 몸체 (651)는 길이가 폭보다 긴 길이: 폭의1차 종횡비를 가질 수 있다. 또한, 몸체 (651) 길이는 높이 이상일 수 있다. 마지막으로, 몸체 (651)의 폭은 높이 (654) 이상일 수 있다. 실시태양에 따르면, 길이: 폭의 1차 종횡비는 적어도 1.1:1, 적어도 1.2:1, 적어도 1.5:1, 적어도 1.8:1, 적어도 2:1, 적어도 3:1, 적어도 4:1, 적어도 5:1, 적어도 6:1, 또는 적어도 10:1이다. 또 다른 비-제한적 실시태양에서, 세장형 형상화 연마 입자 몸체 (651)의 길이: 폭의 1차 종횡비는 100:1 이하, 50:1 이하, 10:1 이하, 6:1 이하, 5:1 이하, 4:1 이하, 3:1 이하, 또는 2:1 이하이다. 몸체 (651)의 1차 종횡비는 상기 임의의 최소 비율 및 최대 비율을 포함한 범위 내에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 모든 비-형상화 연마 입자들이 세장형 연마 입자들은 아니고, 일부 비-형상화 연마 입자들은 실질적으로 등축일 수 있고, 따라서 임의의 길이, 폭, 및 높이의 조합은 실질적으로 동일할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 비-형상화 연마 입자들은 형상화 연마 입자 표면에 놓이고 결합되는 다수의 연마 입자들로 사용될 수 있다. 또한 비-형상화 연마 입자들은 다수의 연마 입자들이 결합되는 연마 입자의 몸체로서 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
또한, 세장형 연마 입자 (650) 몸체 (651)는 폭: 높이의2차 종횡비를 포함하고 적어도 1.1:1, 예컨대 적어도 1.2:1, 적어도 1.5:1, 적어도 1.8:1, 적어도 2:1, 적어도 3:1, 적어도 4:1, 적어도 5:1, 적어도 8:1, 또는 적어도 10:1이다. 또한, 또 다른 비-제한적 실시태양에서, 몸체 (651)의 2차 종횡비 폭: 높이는 100:1 이하, 예컨대 50:1 이하, 10:1 이하, 8:1 이하, 6:1 이하, 5:1 이하, 4:1 이하, 3:1 이하, 또는 2:1 이하이다. 폭: 높이의2차 종횡비는 상기 임의의 최소 비율 및 최대 비율을 포함한 범위 내에 있다는 것을 이해하여야 한다.
또 다른 실시태양에서, 세장형 연마 입자 (650)의 몸체 (651)는 길이: 높이의3차 종횡비를 가지고 적어도 1.1:1, 예컨대 적어도 1.2:1, 적어도 1.5:1, 적어도 1.8:1, 적어도 2:1, 적어도 3:1, 적어도 4:1, 적어도 5:1, 적어도 8:1, 또는 적어도 10:1이다. 또한, 또 다른 비-제한적 실시태양에서, 몸체 (651)의3차 종횡비 길이: 높이는 100:1 이하, 예컨대 50:1 이하, 10:1 이하, 8:1 이하, 6:1 이하, 5:1 이하, 4:1 이하, 3:1 이하이다. 몸체 (651)의 3차 종횡비는 상기 임의의 최소 비율 및 최대 비율을 포함한 범위 내에 있다는 것을 이해하여야 한다.
세장형 연마 입자 (650)는 본원 실시태양들에서 기술된 기타 연마 입자들의 소정의 속성 제한되지는 않지만, 조성, 미세구조 특징부들 (예를들면, 평균 그레인/결정 크기), 경도, 공극률, 및 기타 등을 가질 수 있다.
도 7A는 실시태양에 의한 형상화 연마 입자의 평면도를 도시한 것이다. 상세하게는, 형상화 연마 입자 (700)는 본원 실시태양들의 다른 형상화 연마 입자들의 특징부들, 예컨대 상부 주면 (703) 및 상부 주면 (703) 반대측 바닥 주면 (보이지 않음)을 가지는 몸체 (701)를 포함한다. 상부 주면 (703) 및 바닥 주면은 서로 적어도 하나의 측면 (705)으로 이격되고, 측면은 하나 이상의 구분되는 측부들, 예를들면, 측면 (705) 제1 부분 (706), 측면 (705) 제2 부분 (707), 및 측면 (705) 제3 부분 (708)을 포함한다. 상세하게는, 측면 (705) 제1 부분 (706)은 제1 코너 (709) 및 제2 코너 (710) 사이에서 연장된다. 측면 (705) 제2 부분 (707)은 제2 코너 (710) 및 제3 코너 (711) 사이에서 연장된다. 특히, 제2 코너 (710)는 측면 (705)의 두 측부들을 연결하는 외부 코너이다. 제2 코너 (710) 및 제3 코너 (711)는, 또한 외부 코너이고, 서로 인접하되 이들 사이에 다른 외부 코너가 배치되지 않는다. 또한, 측면 (705) 제3 부분 (708)은 제3 코너 (711) 및 제1 코너 (709) 사이에서 연장되고, 이들 모두 외부 코너이며 서로 인접하되 이들 사이에 다른 외부 코너가 배치되지 않는다.
도시된 바와 같이, 몸체 (701)는 제1 선형부 (741) 및 제2 선형부 (743) 사이 및 외부 코너들 (709, 710) 사이에 배치되는 제1 만곡부 (742)를 가지는 제1 부분 (706)을 포함한다. 제2 부분 (707)은 측면 (705) 제1 부분 (706)과 외부 코너 (710)에 의해 분리된다. 측면 (705) 제2 부분 (707)은 제3 선형부 (751) 및 제4 선형부 (753)를 연결하는 제2 만곡부 (752)를 포함한다. 또한, 몸체 (701)는 측면 (705) 제1 부분 (706)과 외부 코너 (709)에 의해 분리되고 제2 부분 (707)과 외부 코너 (711)에 의해 분리되는 제3 부분 (708)을 포함한다. 측면 (705) 제3 부분 (708)은 제3 만곡부 (762)를 포함하고 이는 제5 선형부 (761) 및 제6 선형부 (763)를 연결한다.
도 7B는 실시태양에 의한 형상화 연마 입자 (730)의 평면도를 도시한 것이다. 형상화 연마 입자의 평균 팁 첨예도일 수 있는 팁 첨예도는, 몸체 (732)의 외부 코너 (731)에 대한 최적합 원 (best fit circle) 반경을 결정함으로써 측정된다. 예를들면, 도 7B를 참조하면, 몸체 (732) 상부 주면 (733)의 평면도가 도시된다. 외부 코너 (731)에서, 최적합 원이 형상화 연마 입자 (730) 몸체 (732) 사진 상에 놓이고, 외부 코너 (731) 곡률에 대한 최적합 원 반경은 외부 코너 (731)에 대한 팁 첨예도 값을 정의한다. 몸체 (732)의 각각의 외부 코너에 대하여 측정을 반복하여 단일 형상화 연마 입자 (730)에 대한 평균 개별 팁 첨예도를 결정한다. 또한, 형상화 연마 입자들 배치의 형상화 연마 입자들에 대한 적합한 샘플 크기에 대하여 측정을 반복하여 평균 배치 팁 첨예도를 유도한다. 임의의 적합한 컴퓨터 프로그램, 예컨대 imageJ를 적합한 배율의 사진 (예를들면, SEM 사진 또는 광학 현미경 사진)와 함께 사용하여 최적합 원 및 팁 첨예도를 정확하게 측정한다.
본원 실시태양들의 형상화 연마 입자들은 본원 실시태양들의 고정 연마 물품들의 적합한 성능을 구현할 수 있는 특정 팁 첨예도를 가질 수 있다. 예를들면, 형상화 연마 입자 몸체의 팁 첨예도는 80 미크론 이하, 예컨대 70 미크론 이하, 60 미크론 이하, 50 미크론 이하, 40 미크론 이하, 30 미크론 이하, 20 미크론 이하, 또는 10 미크론 이하이다. 또 다른 비-제한적 실시태양에서, 팁 첨예도는 적어도 2 미크론, 예컨대 적어도 4 미크론, 적어도 10 미크론, 적어도 20 미크론, 적어도 30 미크론, 적어도 40 미크론, 적어도 50 미크론, 적어도 60 미크론, 또는 적어도 70 미크론이다. 몸체의 팁 첨예도는 상기 임의의 최소값 및 최대값 사이의 범위에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
형상화 연마 입자의 또 다른 그레인 특징부는 형상 지수 (Index)이다. 형상화 연마 입자 몸체의 형상 지수는 몸체 길이 및 폭의 2차원 평면 (예를들면, 상부 주면 또는 바닥 주면)에서 관찰될 때, 동일한 길이 및 폭의 평면에서 관찰될 때의 몸체 내부에 전체가 피팅되는 최대 최-적합 내부 원의 반경에 대한, 몸체에 중첩되는 최-적합 외부 원의 외부 반경 값으로 정의된다. 예를들면, 형상화 연마 입자 (770)의 도 7C을 참조하면 형상 지수 계산을 설명하기 위하여 중첩된 두 원들이 제공된다. 제1 원은 몸체 (770)에 중첩되되, 몸체 (770)의 전체 주연을 경계 내로 맞출 수 있는 최소 원을 나타내는 최-적합 외부 원이다. 외부 원은 반경 (Ro)을 가진다. 예컨대 도 7C에 도시된 형상에 있어서, 외부 원은 3개의 외부 코너 각각에서 몸체 주연과 교차할 수 있다. 그러나, 소정의 불규칙 또는 복잡 형상에 있어서, 몸체는 각각의 코너가 동일 간격에서 원을 교차하도록 원 내부에 균일하게 피팅되지 않을 수 있지만, 여전히 최-적합, 외부 원은 형성될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 임의의 적합한 컴퓨터 프로그램, 예컨대 imageJ를 이용하여 적합한 배율의 사진 (예를들면, SEM 사진 또는 광학 현미경 사진)과 함께 외부 원을 만들어 반경 (Ro)을 측정할 수 있다.
도 7C에 도시된 바와 같이 제2의 내부 원은 몸체 (770)에 중첩되되, 몸체 (770) 길이 및 폭의 평면에서 관찰될 때 몸체 (770) 주연 내부에 전체적으로 놓이는 최대 원을 나타내는 최적합 원이다. 내부 원은 반경 (Ri)을 가질 수 있다. 소정의 불규칙 또는 복잡 형상에 있어서, 내부 원은 원의 주연이 예컨대 도 7C의 형상에서 도시되는 바와 같이 몸체 부분들과 동일한 간격으로 접촉되도록 몸체 내부에 균일하게 ?추어질 수 없다는 것을 이해하여야 한다. 그러나, 여전히 최-적합, 내부 원이 형성될 수 있다. 임의의 적합한 컴퓨터 프로그램, 예컨대 imageJ를 적합한 배율의 사진 (예를들면, SEM 사진 또는 광학 현미경 사진)과 함께 사용하여 내부 원을 만들고 반경 (Ri)을 측정한다.
형상 지수는 외부 반경을 내부 반경으로 나누어 계산한다 (즉, 형상 지수 = Ri/Ro). 예를들면, 형상화 연마 입자 몸체 (770)의 형상 지수는 대략 0.35이다. 또한, 정삼각형은 일반적으로 형상 지수가 대략 0.5이지만, 기타 다각형, 예컨대 육각형 또는 오각형의 형상 지수 값들은 0.5보다 크다. 실시태양에 따르면, 형상화 연마 입자들의 형상 지수는 적어도 0.15, 적어도 0.20, 적어도 0.25, 적어도 0.30, 적어도 0.35, 적어도 0.40, 적어도 0.45, 적어도 약 0.5, 적어도 약 0.55, 적어도 0.60, 적어도 0.65, 적어도 0.70, 적어도 0.75, 적어도 0.80, 적어도 0.85, 적어도 0.90, 적어도 0.95이다. 또한, 또 다른 비-제한적 실시태양에서, 형상화 연마 입자의 형상 지수는 1 이하, 예컨대 0.98 이하, 0.95 이하, 0.90 이하, 0.85 이하, 0.80 이하, 0.75 이하, 0.70 이하, 0.65 이하, 0.60 이하, 0.55 이하, 0.50 이하, 0.45 이하, 0.40 이하, 0.35 이하, 0.30 이하, 0.25 이하, 0.20 이하, 또는 0.15 이하이다. 형상화 연마 입자들의 형상 지수는 상기 임의의 최소값 및 최대값 사이의 범위에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 7D은 또 다른 실시태양에 의한 형상화 연마 입자의 평면도이다. 형상화 연마 입자 (780)는 상부 주면 (783) 및 상부 주면 (783) 반대측 바닥 주면 (보이지 않음)을 포함한 본원 실시태양들의 기타 형상화 연마 입자들의 특징부들을 가지는 몸체 (781)를 가진다. 상부 주면 (783) 및 바닥 주면은 하나 이상의 구분되는 측부를 포함하는 적어도 하나의 측면 (784)에 의해 서로 분리된다. 하나의 실시태양에 의하면, 몸체 (781)는 불규칙 6각형으로 형성되고, 몸체 (781) 길이 및 폭의 평면에서 관찰될 때 몸체는 6각 (즉, 6-면의) 2차원 형상을 가지고, 적어도 두 면들, 예컨대 면들 (785, 786)은, 서로 상이한 길이를 가진다. 특히, 면들 중 하나를 따르는 최장 치수는 본원에서 몸체 (781) 폭으로 이해되고 몸체 길이는 몸체의 일 면에서 다른 곳으로 (예를들면, 코너에서 코너 반대측 평탄 면으로) 몸체 (781) 중간점을 통해 연장되는 최장 치수이다. 또한, 도시된 바와 같이, 어떠한 면들도 서로 평행하지 않는다. 또한, 도시되지는 않지만, 임의의 면들은 이에 대한 곡률을 가지며, 면들이 몸체 (781) 내부를 향하여 만곡되는 오목 곡률을 포함한다.
도 8은 실시태양에 의한 연마 입자 일부에 대한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 단면에서 관찰될 때 연마 입자는 제1 주면 (802), 제2 주면 (803), 및 제1 및 제2 주면들 (802, 803) 사이 연장되는 측면 (804, 805)을 가지는 몸체 (801)를 가지는 형상화 연마 입자를 포함한다. 연마 입자 (800)는 형상화 연마 입자 몸체 (801)의 소정의 표면들에 결합되는 다수의 연마 입자들을 더욱 포함한다. 다수의 연마 입자들은 연마 입자들의 군들로서 차별되는 하나 이상의 입자들의 무리를 포함하고, 상이한 군들은 서로 구분되는 적어도 하나의 연마 특징을 가질 수 있다. 연마 특징들은 제한되지는 않지만 평균 입자 크기, 평균 결정 크기, 경도, 인성, 2-차원 형상, 3차원 형상, 형상화 연마 입자들, 비-형상화 연마 입자들, 조성, 입석각 (standing angle), 방향, 및 이들 조합을 포함한다. 상이한 군들을 이용하면 주어진 적용 분야에서의 연마 입자들의 맞춤식이 가능하다. 또한, 상이한 군들은 형상화 연마 입자 몸체 (801)의 상이한 표면들에 결합되거나 결합되지 않을 수 있다. 즉, 하나의 실시태양에서, 몸체 (801)의 동일한 단일 표면은 연마 입자들의 다수의 군들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시태양들에서, 형상화 연마 입자 몸체 (801)에는 연마 입자들의 상이한 군들은 몸체 (801)의 상이한 표면들에 결합된다.
상세하게는, 연마 입자 (800)는 다수의 연마 입자들을 포함하고, 이는 제1 주면 (802) 일부에 부착된 제1 군의 연마 입자들 (810)을 포함한다. 제1 군의 연마 입자들 (810)은 미세 형상화 연마 입자들 (811)을 포함하고, 이들은 형상화 연마 입자 몸체 (801)의 평균 입자 크기보다 상당히 작은 평균 입자 크기를 가진다. 미세 형상화 연마 입자들은 본원 실시태양들에서 기술된 다른 형상화 연마 입자들의 속성을 가질 수 있다. 하나의 특정 실시태양에서, 미세 형상화 연마 입자들은 형상화 연마 입자 몸체의2차원 형상과 실질적으로 동일한2-차원 형상을 가질 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 미세 형상화 연마 입자들은 형상화 연마 입자 몸체의2차원 형상과 상이한 2-차원 형상을 가질 수 있다. 또한 미세 형상화 연마 입자들은 본원에서 기술된 임의의 3차원 형상을 가질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
특히, 미세 형상화 연마 입자들은 몸체 (801)의 길이, 폭, 및/또는 높이에 대한 중앙 입자 크기를 가질 수 있다. 형상화 연마 입자 몸체의 길이, 폭, 또는 높이에 대한 다수의 연마 입자들의 중앙 입자 크기와 관련하여 본원에 기재된 동일한 관계가 다수의 연마 입자들이 미세 형상화 연마 입자들을 포함할 때에도 적용된다. 미세 형상화 연마 입자들은 길이<폭<높이를 가지며, 미세 형상화 연마 입자들의 평균 길이는 형상화 연마 입자 몸체의 길이보다 짧다.
예를들면, 미세 형상화 연마 입자들 (810)의 평균 길이는 몸체 (801) 길이의 약 90% 이하, 예컨대 또는 형상화 연마 입자 몸체 (801)의 약 80% 이하 또는 약 70% 이하 또는 약 60% 이하 또는 약 50% 이하 또는 약 40% 이하 또는 약 30% 이하 또는 25% 이하 또는 20% 이하 또는 약 18% 이하 또는 약 15% 이하 또는 약 12% 이하 또는 약 10% 이하 또는 8% 이하 또는 6% 이하 또는 5% 이하이다. 또 다른 비-제한적 실시태양에서, 미세 형상화 연마 입자들 (811)의 평균 길이는 몸체 (801) 길이의 적어도 약 0.1% 또는 형상화 연마 입자 몸체 (801)의 적어도 약 0.5% 또는 적어도 약 1% 또는 적어도 약 2% 또는 적어도 약 3% 또는 적어도 약 4% 또는 적어도 약 5% 또는 적어도 약 6% 또는 적어도 약 7% 또는 적어도 약 8% 또는 적어도 약 9% 또는 적어도 약 10% 또는 적어도 약 12% 또는 적어도 약 15% 또는 적어도 약 18% 또는 적어도 약 20% 또는 적어도 약 25% 또는 적어도 약 30%이다. 미세 형상화 연마 입자들의 평균 길이는 상기 임의의 최소 백분율 및 최대 백분율 사이의 범위 내에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
또한, 미세 형상화 연마 입자들의 특정 평균 폭은 형상화 연마 입자 몸체 (801)의 길이보다 작다. 하나의 실시태양에 의하면, 미세 형상화 연마 입자들 (811)의 평균 폭은 몸체 (801) 길이의 약 90% 이하, 예컨대 형상화 연마 입자 몸체 길이의 약 80% 이하 또는 약 70% 이하 또는 약 60% 이하 또는 약 50% 이하 또는 약 40% 이하 또는 약 30% 이하 또는 약 25% 이하 또는 약 20% 이하 또는 약 18% 이하 또는 약 15% 이하 또는 약 12% 이하 또는 약 10% 이하 또는 약 8% 이하 또는 약 6% 이하 또는 약 5% 이하이다. 또한, 또 다른 실시태양에서, 미세 형상화 연마 입자들 (811)의 평균 폭은 몸체 (801) 길이의 적어도 약 0.1%, 예컨대 형상화 연마 입자 몸체 길이의 적어도 약 0.5% 또는 적어도 약 1% 또는 적어도 약 2% 또는 적어도 약 3% 또는 적어도 약 4% 또는 적어도 약 5% 또는 적어도 약 6% 또는 적어도 약 7% 또는 적어도 약 8% 또는 적어도 약 9% 또는 적어도 약 10% 또는 적어도 약 12% 또는 적어도 약 15% 또는 적어도 약 18% 또는 적어도 약 20% 또는 적어도 약 25% 또는 적어도 약 30%이다. 미세 형상화 연마 입자들의 평균 폭은 상기 임의의 최소 백분율 및 최대 백분율 사이의 범위 내에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
또 다른 실시태양에 있어서, 미세 형상화 연마 입자들 (811)의 평균 높이는 형상화 연마 입자 몸체 (801) 길이보다 작다. 예를들면, 미세 형상화 연마 입자들 (811)의 평균 높이는 몸체 (801) 길이의 약 90% 이하, 예컨대 형상화 연마 입자 몸체 (801) 길이의 약 80% 이하 또는 약 70% 이하 또는 약 60% 이하 또는 약 50% 이하 또는 약 40% 이하 또는 약 30% 이하 또는 약 25% 이하 또는 약 20% 이하 또는 약 18% 이하 또는 약 15% 이하 또는 약 12% 이하 또는 약 10% 이하 또는 약 8% 이하 또는 약 6% 이하 또는 약 5% 이하이다. 또한, 하나의 비-제한적 실시태양에서, 미세 형상화 연마 입자들 (811)의 평균 높이는 몸체 (801) 길이의 적어도 약 0.01%, 예컨대 형상화 연마 입자 몸체 (801) 길이의 적어도 약 0.1% 또는 적어도 약 0.5% 또는 적어도 약 1% 또는 적어도 약 2% 또는 적어도 약 3% 또는 적어도 약 4% 또는 적어도 약 5% 또는 적어도 약 6% 또는 적어도 약 7% 또는 적어도 약 8% 또는 적어도 약 9% 또는 적어도 약 10% 또는 적어도 약 12% 또는 적어도 약 15% 또는 적어도 약 18% 또는 적어도 약 20% 또는 적어도 약 25% 또는 적어도 약 30%이다. 미세 형상화 연마 입자들의 평균 높이는 상기 임의의 최소 백분율 및 최대 백분율 사이의 범위 내에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 8에서, 몸체 (801)에 올려진 대부분의 다수의 연마 입자들은 미세 형상화 연마 입자들일 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 소정의 예시들에서, 몸체 (801) 상에 놓이는 다수의 연마 입자들 중 실질적으로 모든 연마 입자들이 미세 형상화 연마 입자들일 수 있다.
복합 형상화 연마 입자 (800)는 또한 몸체 (801) 제1 주면 (802)에 부착되는 제2 군의 연마 입자들 (812)을 더욱 포함한다. 제2 군의 연마 입자들 (812)은 비-형상화 연마 입자들 (813)일 수 있다. 하나의 실시태양에 의하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 몸체 (801)의 적어도 하나의 표면, 예컨대 연마 입자 (800)의 제1 주면 (802)은 두 상이한 유형의 연마 입자들의 혼합물을 가질 수 있다. 제1 군 및 제2 군의 연마 입자 (810, 812)들은 본원에 기술된 임의의 기술을 이용하여 제1 주면 (802)에 배치될 수 있다. The 제1 군 및 제2 군의 연마 입자들 (810, 812)은 제1 주면 (802)에 동시에 또는 별개로 적층될 수 있다.
또한, 제1 군의 연마 입자들 (810)은 제1 평균 입자 크기를 가지고, 미세 형상화 연마 입자들의 경우에는 평균 길이로 정의되고, 제2 군의 연마 입자들 (812)은 제2 평균 입자 크기를 가지고, 미세 형상화 연마 입자들의 경우 평균 길이로 정의된다. 소정의 예시들에서 제1 및 제2 평균 입자 크기들은 서로 상이할 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 제1 및 제2 평균 입자 크기들은 실질적으로 동일할 수 있다. 제1 군 및 제2 군의 연마 입자들 (810, 812)의 연마 입자들 (811, 813) 상대 크기는 연마 입자들에 대한 소망 인가 정도에 따라 조절될 수 있다.
더욱 설명되는 바와 같이, 연마 입자 (800)는 몸체 (801) 제2 주면 (803)에 결합되는 제3 군의 연마 입자들 (817)을 포함할 수 있다. 제3 군의 연마 입자들 (817)은 미세 형상화 연마 입자들 (818)을 포함할 수 있고, 이들은 형상화 연마 입자 몸체 (801)에 비해 상당히 더 작은 평균 입자 크기를 가진다. 미세 형상화 연마 입자들 (818)은 제1 군의 연마 입자들 (810)의 형상화 연마 입자들 (811)과 비교하여 상이한 2-차원 형상을 가질 수 있다.
또한, 적어도 일부 미세 형상화 연마 입자들 (818)은 형상화 연마 입자 몸체 (801) 표면 (803)에 대해 입석 위치로 배열될 수 있다. 연마 입자들 (817) 군은 형상화 연마 입자들로 도시되지만, 또한 몸체 (801) 표면 (803)에 대하여 입석 위치로 배열할 수 있는 형상화 또는 비-형상화일 수 있는 세장형 연마 입자들을 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 실시태양에 따르면, 입석 방향은 형상화 연마 입자 몸체 표면에서 이격되는 미세 형상화 연마 입자 몸체의 최대 표면 (즉, 주면)에 의해 정의된다. 또한, 미세 형상화 연마 입자들 (818) 입석 방향은 미세 형상화 연마 입자 (820) (또는 세장형 연마 입자, 형상화 또는 비-형상화) 길이방향 축 (819) 및 몸체 (801) 주면 (803) 사이의 입석각 (820)으로 정의된다. 입석각 (820)은 적어도 5 도, 예컨대 적어도 10 도, 적어도 20 도, 적어도 30 도, 또는 적어도 40 도 또는 적어도 50 도 또는 적어도 60 도 또는 적어도 70 도 또는 적어도 80 도 또는 적어도 85 도이다. 적어도 하나의 실시태양에서, 미세 형상화 연마 입자들 (818)은 몸체 (801) 표면 (803)에 대한 입석 방향으로 존재하고 도 8에 도시된 바와 같이 실질적으로 수직 입석각 (820)을 형성한다.
또한, 또 다른 실시태양에서, 연마 입자들 (817) 군은 평탄하게 배치되는 일부 연마 입자들 (830)을 포함한다. 배치된 평탄 방향에서, 연마 입자들 (831)의 길이방향 축은 몸체 (801) 표면 (803)과 실질적으로 평행하다.
도 9는 실시태양에 의한 연마 입자의 평면도이다. 도시된 바와 같이, 연마 입자 (900)는 몸체 (901) 및 몸체 (901) 주면 (905)에 배치되고 결합되는 다수의 연마 입자들 (940)을 가지는 형상화 연마 입자를 포함한다. 도시된 바와 같이, 하나의 실시태양에 의하면, 다수의 연마 입자들 (940)은 몸체 (901)의 하나 이상의 표면에 하나 이상의 분포로 배열될 수 있다.
도시된 바와 같이, 하나의 실시태양에서, 다수의 연마 입자들 (940)은 상이한 군들을 포함한다. 예를들면, 다수의 연마 입자들 (940)은 제1 군의 연마 입자들 (902)을 포함하고, 이는 몸체 (901) 표면 (905)에 조절된 분포로 배열되는 미세 형상화 연마 입자들 (903)을 포함한다. 미세 형상화 연마 입자들 (903)은 몸체 (901) 표면 (905)에 대하여 평탄하게 배치될 수 있다. 미세 형상화 연마 입자들 (903)은 다수의 반복 단위로 정의되는 패턴으로 배열될 수 있고, 다수의 반복 단위에서 각각의 반복 단위는 실질적으로 서로 동일하다. 실시태양에 도시된 바와 같이, 미세 형상화 연마 입자들 (903)은, 점선으로 도시된 바와 같이 실질적으로 삼각형 반복 단위에 의해 형성되는 패턴으로 배열된다. 적어도 하나의 실시태양에서, 연마 입자 (900)는 미세 연마 입자들 (903)이 몸체 (901) 대부분 또는 실질적으로 전체 표면 (905)에 걸쳐 도시된 바와 같이 조절된 분포로 연장되도록 형성될 수 있다. 이러한 특성은 본원에 도시된 바와 같이 임의의 연마 입자의 군들에 대하여도 그러하다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 소정의 예시들에서, 하나 이상의 연마 입자들의 군들은 몸체 (901)의 동일한 표면에 배치되고 결합될 수 있고 서로에 대하여 상이한 분포 및/또는 방향을 형성할 수 있다.
또 다른 실시태양에 의하면, 다수의 연마 입자들 (940)은 제2 군의 연마 입자들 (910)을 포함하고, 이는 몸체 (901) 표면 (905)에 무작위 분포로 배열되는 미세 형상화 연마 입자들 (911)을 포함한다. 미세 형상화 연마 입자들 (911)은 몸체 (901) 표면 (905)에 대하여 입석 방향으로 서 있을 수 있다. 미세 형상화 연마 입자들 (911)은 임의의 식별 가능한 반복 단위가 결여되고 따라서 서로 실질적으로 무작위 분포로 배열된다. 다른 유형의 연마 입자들이 사용될 수 있고 다른 연마 입자들의 방향이 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 적어도 하나의 실시태양에서, 연마 입자 (900)는 미세 연마 입자들 (911)이 몸체 (901) 대부분 또는 실질적으로 전체 표면 (905)에 걸쳐 도시된 바와 같이 무작위 분포로 연장되도록 형성될 수 있다.
또 다른 실시태양에서, 다수의 연마 입자들 (940)은 제3 군의 연마 입자들 (920)을 포함하고, 이는 몸체 (901) 표면 (905)에 조절된 분포로 배열되는 미세 형상화 연마 입자들 (921)을 포함한다. 미세 형상화 연마 입자들 (921)은 몸체 (901) 표면 (905)에 대하여 입석 방향으로 서 있을 수 있다. 실시태양에 도시된 바와 같이, 미세 형상화 연마 입자들 (921)은 점선으로 도시된 바와 같이 실질적으로 직사각 반복 단위에 의해 정의되는 패턴으로 배열된다. 적어도 하나의 실시태양에서, 연마 입자 (900)는 미세 연마 입자들 (903)이 몸체 (901) 대부분 또는 실질적으로 전체 표면 (905)에 걸쳐 도시된 바와 같이 조절된 분포로 연장되도록 형성될 수 있다. 기타 유형의 연마 입자들이 사용될 수 있고 기타의 연마 입자들 방향이 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
또 다른 실시태양에 있어서, 다수의 연마 입자들 (940)은 제4 군의 연마 입자들 (930)을 포함하고, 이는 몸체 (901) 표면 (905)에 무작위 분포로 배열되는 비-형상화 연마 입자들 (931)을 포함할 수 있다. 비-형상화 연마 입자들 (931)은 서로 실질적으로 무작위 배열된다. 적어도 하나의 실시태양에서, 연마 입자 (900)는 비-형상화 연마 입자들 (931)이 몸체 (901) 대부분 또는 실질적으로 전체 표면 (905)에 걸쳐 도시된 바와 같이 무작위 분포로 연장되도록 형성될 수 있다.
적어도 하나의 실시태양에서, 연마 입자의 다수의 연마 입자들 중 적어도 일부는 연마 입자 외면들의 적어도 일부를 덮고 있는 코팅재를 가진다. 코팅재는 무기, 유기, 비정질, 결정, 다결정, 세라믹, 금속, 수지, 에폭시, 중합체, 산화물, 탄화물, 질화물, 붕화물, 탄소계 재료, 및 이들 조합 군에서 선택되는 재료를 포함한다.
실시태양에 따르면, 본원 실시태양들의 연마 입자들은 특히 거친 및 톱니형 표면을 가진다. 매끈한 표면들 및 예리한 에지들을 가지는 연마 입자들이 최선의 성능을 제공한다고 업계 일부에서 알려져 있다. 그러나 놀랍게도 본원의 출원인은 부착된 다수의 연마 입자들로 인한 거친 표면을 가지는 그레인은 하나 이상의 표면에 다수의 그레인이 부착되지 않은 그레인 (즉, 매끈한 표면의 그레인)과 비교할 때 성능이 개선된다는 것을 알았다.
적어도 하나의 특정 실시태양에서, 연마 입자는 제1 주면 및 측면에 의해 제1 주면과 분리되는 제2 주면을 가지는 형상화 연마 입자 몸체를 포함하고, 다수의 연마 입자들은 적어도 제1 주면 또는 제2 주면에 부착되고 측면은 실질적으로 다수의 연마 입자들이 부재이다. 또 다른 예시들에서, 연마 입자는 제1 주면 및 측면에 의해 제1 주면과 분리되는 제2 주면을 가지는 형상화 연마 입자 몸체를 포함하고, 다수의 연마 입자들은 제1 주면 및 제2 주면에 부착되고 측면에는 실질적으로 다수의 연마 입자들이 부재이다. 또한, 다수의 연마 입자들은 형상화 연마 입자 몸체의 하나 이상의 측면 상에 배치되고 결합될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 12A는 실시태양에 의한 연마 미립자를 포함한 코팅 연마 물품의 단면도이다. 특히, 연마 입자들의 하나 이상의 표면 상에 다수의 연마 입자들이 도시되지 않지만, 본원 실시태양들에 따라 존재할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 도시된 바와 같이, 코팅 연마재 (1200)는 기재 (1201) 및 기재 (1201) 표면에 적층되는 메이크 코트 (1203)를 포함한다. 코팅 연마재 (1200)는 제1 유형의 형상화 연마 입자 형태의 제1 유형의 연마 미립자 (1205), 제2 유형의 형상화 연마 입자 형태의 제2 유형의 연마 미립자 (1206), 및 형상화 연마 입자들에서 반드시 필요하지 않고 무작위 형상을 가지는 부형 (diluent) 연마 입자 형태의 제3 유형의 연마 미립자를 더욱 포함한다. 코팅 연마재 (1200)는 연마 미립자 (1205, 1206, 1207), 및 메이크 코트 (1204)에 적층되고 결합되는 사이즈 코트 (1204)를 더욱 포함한다.
하나의 실시태양에 의하면, 기재 (1201)는 유기 재료, 무기 재료, 및 이들 조합을 포함한다. 소정의 예시들에서, 기재 (1201)는 직물 재료를 포함한다. 그러나, 기재 (1201)는 부직물일 수 있다. 특히 적합한 기재 재료는 유기 재료, 예컨대 중합체, 및 특히, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리이미드 예컨대 DuPont의 KAPTON, 종이를 포함한다. 일부 적합한 무기 재료는 금속, 금속 합금, 및 특히, 구리, 알루미늄, 강의 포일, 및 이들 조합을 포함한다.
메이크 코트 (1203)는 단일 공정으로 기재 (1201) 표면에 도포되거나, 또는 대안으로, 연마 미립자 (1205, 1206, 1207)가 메이크 코트 (1203) 재료에 조합되고 혼합물로서 기재 (1201) 표면에 인가된다. 적합한 메이크 코트 (1203) 재료는 유기 재료, 특히 중합체 재료, 예를들면, 폴리에스테르, 에폭시 수지, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리실록산, 실리콘, 아세트산 셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 천연고무, 전분, 셀락, 및 이들 혼합물을 포함한다. 하나의 실시태양에서, 메이크 코트 (1203)는 폴리에스테르 수지를 포함한다. 이후 코팅된 기재를 가열하여 수지 및 연마 미립자를 기재에 경화시킨다. 일반적으로, 이러한 경화 공정에서 코팅된 기재 (1201)를 약 100 ℃ 내지 약 250 ℃ 미만으로 가열할 수 있다.
또한, 코팅 연마 물품은 본원 실시태양들의 연마 입자들을 나타내는 연마 미립자 (1205, 1206, 1207)를 포함한 다양한 유형의 연마 입자들의 하나 이상의 집합체를 포함한다는 것을 이해하여야 한다. 본원 실시태양들은 본원 실시태양들의 연마 입자들을 나타내는 제1 집합의 연마 입자들 (예를들면, 연마 미립자 (1205))을 가지는 고정 연마 물품 (예를들면, 코팅 연마 물품)을 포함한다. 임의의 고정 연마재는 제한되지는 않지만, 본원에서 기술된 하나 이상의 연마 특징들을 포함한 하나 이상의 방식으로 제1 집합의 연마 입자들과 차별되는 본원 실시태양들에 의한 또 다른 유형의 연마 입자를 나타내는 제2 집합의 연마 입자들을 더욱 포함할 수 있다. 동일한 특징부들이 결합 연마 물품에 활용될 수 있다.
연마 미립자 (1205, 1206, 1207)는 본원 실시태양들에 의한 상이한 유형의 형상화 연마 입자들을 포함한다. 상이한 유형의 형상화 연마 입자들은 본원 실시태양들에서 기술된 바와 같이 조성, 2-차원 형상, 3차원 형상, 크기, 및 이들 조합에 있어서 서로 다르다. 도시된 바와 같이, 코팅 연마재 (1200)는 대략 2-차원 삼각 형상을 가지는 제1 유형의 형상화 연마 입자 (1205) 및 2-차원 사각 형상을 가지는 제2 유형의 형상화 연마 입자 (1206)를 포함한다. 코팅 연마재 (1200)는 상이한 함량의 제1 유형 및 제2 유형의 형상화 연마 입자들 (1205, 1206)을 포함한다. 코팅 연마재는 반드시 상이한 유형의 형상화 연마 입자들을 포함할 필요는 없고, 실질적으로 단일 유형의 형상화 연마 입자로 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 이해되는 바와 같이, 상이한 유형의 형상화 연마 입자들, 부형 입자들이 있는 형상화 연마 입자들, 및 기타 등을 포함한 혼합 형태를 포함한 본원 실시태양들의 형상화 연마 입자들은 다양한 고정 연마재 (예를들면, 결합 연마재, 코팅 연마재, 비-직물 연마재, 박형 휠 (thin wheel), 절단 휠, 강화 연마 물품, 및 기타 등)에 통합된다. 또한, 소정의 실시태양들에 의하면, 미립자 배치는 예정 방향에서 고정 연마 물품에 통합되고, 각각의 형상화 연마 입자는 서로 및 연마 물품 일부 (예를들면, 코팅 연마재 지지대)에 대하여 예정 방향을 가질 수 있다.
연마 입자들 (1207)은 제1 및 제2 유형의 형상화 연마 입자들 (1205, 1206)과는 다른 부형 입자들일 수 있다. 예를들면, 부형 입자들은 제1 및 제2 유형의 형상화 연마 입자들 (1205, 1206)과 조성, 2-차원 형상, 3차원 형상, 크기, 및 이들 조합에 있어서 다르다. 예를들면, 연마 입자들 (1207)은 무작위 형상을 가지는 종래, 분쇄 연마 그릿을 나타낸다. 연마 입자들 (1207)은 제1 및 제2 유형의 형상화 연마 입자들 (1205, 1206)의 중앙 입자 크기보다 작은 중앙 입자 크기를 가질 수 있다.
연마 미립자 (1205, 1206, 1207)가 함유된 메이크 코트 (503)가 충분히 형성된 후, 연마 미립자 (1205) 위에 미립자를 제자리에 결합시키도록 사이즈 코트 (1204)가 형성된다. 사이즈 코트 (1204)는 실질적으로 중합체로 이루어진 유기 재료를 포함하고, 특히, 폴리에스테르, 에폭시 수지, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리실록산, 실리콘, 아세트산 셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 천연고무, 전분, 셀락, 및 이들 혼합물을 이용할 수 있다.
도 12B는 실시태양에 의한 연마 입자를 포함하는 코팅 연마 물품의 부분 사시도이다. 특히, 도 12B의 도시된 실시태양은 연마 물품 (1230)을 포함하고, 이는 몸체를 가지는 형상화 연마 입자 (1232)를 포함한 연마 입자 (1231)를 포함하고 형상화 연마 입자 몸체의 제1 주면 (1235)에는 다수의 연마 입자 (1234)가 결합된다. 특히 코팅 연마 물품은 길이방향 축 (1237) 및 측방축 (1238)을 가지는 지지대 (1236)를 포함한다. 하나의 실시태양에서, 연마 입자 (1231)는 지지대 (1236)에 배치되고 본원에 기재된 바와 같이 하나 이상의 접착층 (예를들면, 메이크 코트, 사이즈 코트, 등)을 이용하여 지지대 (1236)에 특정 방향으로 결합될 수 있다. 소정의 예시들에서, 다수의 형상화 연마 입자 (1234)를 포함하는 제1 주면 (1235)의 방향이 지지대 (1236)의 길이방향 축 (1237) 및/또는 측방축 (1238)에 대하여 특정 방향을 가지도록 연마 입자 (1231)는 지지대 (1236) 상에 조절된 방향으로 배치된다. 예를들면, 소정의 예시들에서, 예컨대 연마 입자 (1232)에 있어서, 다수의 연마 입자 (1234)를 포함하는 제1 주면 (1235)은 길이방향 축 (1237)에 실질적으로 수직 및 측방축 (1238)에 실질적으로 평행하게 배향될 수 있다. 소정의 기타 예시들에서, 다른 방향이 필요할 수 있고, 예를들면, 형상화 연마 입자 (1244) 몸체 제1 주면 (1243)에 다수의 연마 입자들 (1242)이 부착되는 연마 입자 (1241)는, 제1 주면 (1243)이 측방축 (1238)에 실질적으로 수직이고 길이방향 축 (1237)에 실질적으로 평행하게 조절된 방향을 가질 수 있다. 또한 연마 입자들은 지지대 상에 하나 이상의 연마 입자들의 방향이 측방축 (1238) 및/또는 길이방향 축 (1237)에 대하여 조절된 각을 형성하도록 다른 조절된 방향을 가질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 연마 입자들 방향은 형상화 연마 입자 개수 및/또는 덮이는 표면 유형 (즉, 제1 주면 및/또는 제2 주면 및/또는 측면)에 따라 조절될 수 있다. 또한, 코팅 연마 물품은 지지대 (1236) 상에 하나 이상의 연마 입자들의 군들을 포함하고, 각각의 연마 입자들의 군은 서로 유사한 적어도 하나의 연마 특징을 가질 수 있다. 적합한 소정 유형의 연마 특징들의 예시로는 다수의 연마 입자들의 코팅 유형, 다수의 연마 입자들의 크기, 형상화 연마 입자 몸체 형상, 형상화 연마 입자 및/또는 다수의 연마 입자의 조성, 방향, 경사각, 및 본원에 기술된 실시태양들 임의의 기타 특징부들을 포함한다. 또한, 지지대 상의 상이한 군들의 연마 입자들은 본원에 기재된 적어도 하나의 연마 특징들이 상이하다.
도 13A는 실시태양에 의한 연마 미립자가 포함된 결합 연마 물품을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 결합 연마재 (1300)는 결합재 (1301), 결합재에 함유되는 연마 미립자 (1302), 및 결합재 (1301) 내의 공극 (1308)을 포함한다. 특정 예시들에서, 결합재 (1301)는 유기 재료, 무기 재료, 및 이들 조합을 포함한다. 적합한 유기 재료는 중합체, 예컨대 에폭시, 수지, 열경화성 소재, 열가소성 소재, 폴리이미드, 폴리아미드, 및 이들 조합을 포함한다. 소정의 적합한 무기 재료는 금속, 금속 합금, 유리상 재료, 결정상 재료, 세라믹스, 및 이들 조합을 포함한다.
결합 연마재 (1300)의 연마 미립자 (1302)는 본원 실시태양들에 기재된 바와 같이 상이한 유형의 형상화 연마 입자들의 임의의 특징부들을 포함하는 상이한 유형의 형상화 연마 입자들 (1303, 1304, 1305, 1306)을 포함한다. 특히, 상이한 유형의 형상화 연마 입자들 (1303, 1304, 1305, 1306)은 본원 실시태양들에 기술된 바와 같이 조성, 2-차원 형상, 3차원 형상, 크기, 및 이들 조합에 있어서 서로 다르다.
결합 연마재 (1300)는 부형 연마입자들을 나타내는 연마 미립자 소재 (1307)를 포함하고, 이들은 형상화 연마입자들 (1303, 1304, 1305, 1306)과 조성, 2차원 형상, 3차원 형상, 크기, 및 이들의 조합에 있어서 상이하다.
결합 연마재 (1300) 공극 (1308)은 개방 공극, 폐쇄 공극, 및 이들의 조합일 수 있다. 공극 (1308)은 결합 연마재 (1300) 몸체 총 부피 기준으로 주 함량(vol%)으로 존재할 수 있다. 달리, 공극 (1308)은 결합 연마재 (1300) 몸체 총 부피 기준으로 부 함량(vol%)으로 존재할 수 있다. 결합재 (1301)는 결합 연마재 (1300) 몸체 총 부피 기준으로 주 함량(vol%)으로 존재할 수 있다. 달리, 결합재 (1301)는 결합 연마재 (1300) 몸체 총 부피 기준으로 부 함량(vol%)으로 존재할 수 있다. 또한, 연마 미립자 (1302)는 결합 연마재 (1300) 몸체 총 부피 기준으로 주 함량(vol%)으로 존재할 수 있다. 달리, 연마 미립자 (1302)는 결합 연마재 (1300) 몸체 총 부피 기준으로 부 함량(vol%)으로 존재할 수 있다.
도 13B는 본원 실시태양들의 연마 입자들을 포함하는 결합 연마 물품을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 결합 연마재 (1350)는 몸체 (1351)를 포함하고, 이는 몸체 (1351)의 결합 기질 재료 (1352)에 함유되는 연마 입자 (1360) 및 연마 입자 (1370)를 포함한다. 연마 입자 (1360)는 형상화 연마 입자 (1361) 및 형상화 연마 입자 (1361) 몸체의 적어도 제1 주면 (1363)에 결합되는 다수의 연마 입자들 (1362)을 포함한다. 특히, 연마 입자 (1360)는 결합 연마재 (1350) 몸체 (1351)의3차원 부피 내에서 특정 위치를 가진다. 또한, 연마 입자 (1360)는 몸체 (1351)의 반경방향 축 (1381) 및/또는 측방축 (1382)에 대하여 조절되고 예정된 방향을 가진다. 하나의 실시태양에 의하면, 형상화 연마 입자 (1361) 몸체의 제1 주면 (1363)이 반경방향 축 (1381)에 실질적으로 평행하게 또는 결합 연마재 (1350) 몸체 (1351)의 주면들 (1354, 1355)에 실질적으로 평행하므로 연마 입자 (1360)는 몸체 (1351) 내에서 평탄하게 누인 것으로 간주되는 방향을 가진다. 또한, 형상화 연마 입자 (1361)의 제1 주면 (1363)은 측방축 (1382)에 실질적으로 수직이다. 소정의 예시들에서, 결합 연마재는 연마 입자 (1360)과 같은 방향의 몸체 내 일부 연마 입자들을 포함하고, 이는 결합 연마재 형성 및/또는 결합 연마재 성능을 개선시킬 수 있다.
더욱 설명되는 바와 같이, 연마 입자 (1370)는 형상화 연마 입자 (1371) 및 형상화 연마 입자 (1371) 몸체의 적어도 제1 주면 (1373)에 결합되는 다수의 연마 입자들 (1372)을 포함한다. 특히, 연마 입자 (1370)는 결합 연마재 (1350) 몸체 (1351)의3차원 부피 내에서 특정 위치를 가질 수 있다. 또한, 연마 입자 (1370)는 몸체 (1351)의 반경방향 축 (1381) 및/또는 측방축 (1382)에 대하여 조절되고 예정된 방향을 가질 수 있다. 하나의 실시태양에 의하면, 형상화 연마 입자 (1371) 몸체의 제1 주면 (1373)이 측방축 (1382)에 실질적으로 평행하고 결합 연마재 (1350) 몸체 (1351)의 주면들 (1354, 1355)에 실질적으로 수직하므로 연마 입자 (1360)는 몸체 (1351) 내에서 직립으로 간주되는 방향을 가질 수 있다. 또한, 형상화 연마 입자 (1371)의 제1 주면 (1373)은 실질적으로 반경방향 축 (1381)에 수직일 수 있다. 다른 예시들에서, 연마 입자 (1370)는 측방축에 대하여 경사되어 조절된 경사각을 형성하도록 몸체 (1351) 내에서 배향된다. 이러한 상황에서, 연마 입자 (1371)는 반경방향 축 (1381)에 실질적으로 수직이 아니고 또는 측방축에 실질적으로 평행하지 않는 제1 주면을 가질 수 있다. 이러한 조절된 경사각은 5 도 및 85 도 사이의 임의의 각을 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 실질적으로 평행 또는 실질적으로 수직 방향을 언급하는 것은 축 또는 평면 및 기준 축 간의 차이가 5 도 이하를 언급하는 것이다. 또한, 이해되는 바와 같이, 연마 입자들은 측방축 (1382) 및 반경방향 축 (1381) 주위로 다양한 회전 방향들을 가질 수 있다. 경사각을 언급할 때, 반경방향 경사각이 존재하고, 이는 반경방향 축 (1381) 및 반경방향에서 최대 성분을 가지는 주면 방향의 반경방향 벡터 사이에 형성되는 최소 각으로 정의된다는 것을 이해하여야 한다. 또한 측방 경사각이 존재하고 이는 측방축 (1382) 및 측방에서 최대 성분을 가지는 주면 방향 벡터 사이에 형성되는 최소 각으로 정의된다.
많은 상이한 양태들 및 실시태양들이 가능하다. 이들 양태 및 실시태양 일부가 하기된다. 본 명세서를 독해한 후, 당업자는 이들 양태 및 실시태양은 단지 예시적인 것이고 본 발명의 범위를 제한하지 않는다는 것을 이해할 것이다. 실시태양들은 하기 나열된 사항들 중 임의의 하나 이상의 항목들에 따른다.
항목들:
항목 1. 연마 입자로서, 몸체, 및 몸체의 적어도 하나의 표면에 결합되는 다수의 연마 입자들을 포함하는 형상화 연마 입자를 포함하는, 연마 입자.
항목 2. 항목 1에 있어서, 형상화 연마 입자 몸체는 몸체의 길이 및 폭의 평면에서 관찰될 때 다각형, 타원체, 숫자, 그리스 알파벳 문자, 라틴 알파벳 문자, 러시아 알파벳 문자, 다각형 조합의 복잡 형상, 및 이들 조합으로 이루어진 군에서 선택되는2-차원 형상을 포함하는, 연마 입자.
항목 3. 항목 1에 있어서, 다수의 연마 입자들은 몸체의 주면에 결합되거나 또는 다수의 연마 입자들은 몸체의 적어도 두 표면들에 결합되거나 또는 다수의 연마 입자들은 몸체의 적어도 두 주면들에 결합되는, 연마 입자.
항목 4. 항목 1에 있어서, 다수의 연마 입자들의 일부 입자들은 형상화 연마 입자 몸체 부피 내로 매몰되거나 또는 다수의 연마 입자들의 일부 연마 입자들은 몸체의 적어도 하나의 표면 내에 매몰되거나 또는 다수의 연마 입자들은 형상화 연마 입자 몸체의 적어도 하나의 표면에 소결-결합되거나 또는 다수의 연마 입자들의 일부 연마 입자들은 형상화 연마 입자 몸체의 적어도 하나의 표면에 소결-결합되는, 연마 입자.
항목 5. 항목 4에 있어서, 일부 입자들은 다수의 연마 입자들의 소부분의 입자들을 포함하거나 또는 일부 입자들은 다수의 연마 입자들의 대부분의 the 입자들을 포함하는, 연마 입자.
항목 6. 항목 1에 있어서, 다수의 연마 입자들은 몸체 총 표면적의 적어도 1% 또는 적어도 5% 또는 적어도 10% 또는 적어도 20% 또는 적어도 30% 또는 적어도 40% 또는 적어도 50% 또는 적어도 60% 또는 적어도 약 70% 또는 적어도 약 80% 또는 적어도 약 90% 또는 적어도 약 95%를 덮고, 다수의 연마 입자들은 몸체 총 표면적의 95% 이하 또는 90% 이하 또는 80% 이하 또는 60% 이하 또는 50% 이하 또는 40% 이하 또는 30% 이하를 덮는, 연마 입자.
항목 7. 항목 1에 있어서, 몸체는 제1 주면, 제2 주면, 및 제1 주면 및 제2 주면 사이를 연장하는 측면을 포함하고, 다수의 연마 입자들은 제1 주면에 결합되고 측면에는 실질적으로 다수의 연마 입자들의 연마 입자들이 부재인, 연마 입자.
항목 8. 항목 1에 있어서, 다수의 연마 입자를 포함하는 몸체의 표면은 몸체의 주면 상에 무작위 배열된 다수의 연마 입자들을 포함하고, 몸체의 측면에는 실질적으로 다수의 연마 입자들이 부재인, 연마 입자.
항목 9. 항목 1에 있어서, 몸체는 제1 주면 및 측면에 의해 제1 주면과 분리되는 제2 주면을 포함하고, 다수의 연마 입자들은 제1 주면에 부착되고 제1 주면은 측면의 표면 거칠기보다 큰 표면 거칠기를 가지는, 연마 입자.
항목 10. 항목 1에 있어서, 다수의 연마 입자들은 산화물, 탄화물, 질화물, 붕화물, 산탄화물, 산질화물, 산붕화물, 천연 광물, 합성 재료, 탄소계 재료, 및 이들 조합으로 이루어진 군에서 선택되는, 연마 입자.
항목 11. 항목 1에 있어서, 다수의 연마 입자들은 분쇄 그레인, 불규칙 형상화 그레인, 세장형 그레인, 응집체, 집합체, 및 이들 조합으로 이루어진 군에서 선택되는, 연마 입자.
항목 12. 항목 1에 있어서, 형상화 연마 입자 몸체는 길이>폭>높이를 포함하고, 다수의 연마 입자들은 중앙 입자 크기 (D50)를 가지고, 중앙 입자 크기 (D50)는 형상화 연마 입자 몸체 길이 이하 또는 중앙 입자 크기 (D50)는 형상화 연마 입자 몸체 폭 이하 또는 중앙 입자 크기 (D50) 형상화 연마 입자 몸체 높이 이하인, 연마 입자.
항목 13. 항목 1에 있어서2, 다수의 연마 입자들의 중앙 입자 크기 (D50)는 몸체 길이의 약 90% 이하 또는 몸체 길이의 적어도 약 0.1%인, 연마 입자.
항목 14. 항목 1에 있어서, 다수의 연마 입자들은 연마 입자 총 중량의 적어도 1 wt% 또는 약 80 wt% 이하를 포함하는, 연마 입자.
항목 15. 항목 12에 있어서, 중앙 입자 크기 (D50)는 형상화 연마 입자 몸체 폭 이하 또는 다수의 연마 입자들의 중앙 입자 크기 (D50)는 몸체 폭의 약 90% 이하 또는 적어도 약 0.1%인, 연마 입자.
항목 16. 항목 1에 있어서, 다수의 연마 입자들의 CTE는 형상화 연마 입자 몸체의 CTE보다 약 50% 이하 상이한, 연마 입자.
항목 17. 항목 15에 있어서, 중앙 입자 크기 (D50)는 형상화 연마 입자 몸체 높이 이하 또는 다수의 연마 입자들의 중앙 입자 크기 (D50)는 몸체 높이의 약 90% 이하 또는 적어도 약 0.1%인, 연마 입자.
항목 18. 항목 1에 있어서, 적어도 일부 다수의 연마 입자들은 미세 형상화 연마 입자들을 포함하고, 또는 실질적으로 모든 다수의 연마 입자들은 미세 형상화 연마 입자들을 포함하는, 연마 입자.
항목 19. 항목 18에 있어서, 미세 형상화 연마 입자들은 길이<폭<높이를 가지고, 미세 형상화 연마 입자들의 평균 길이는 형상화 연마 입자 몸체의 길이 미만인, 연마 입자.
항목 20. 항목 19에 있어서, 미세 형상화 연마 입자들의 평균 길이는 형상화 연마 입자 몸체 길이 약 90% 이하 또는 적어도 약 0.1%인, 연마 입자.
항목 21. 항목 19에 있어서, 미세 형상화 연마 입자들의 평균 폭은 형상화 연마 입자 몸체 길이 미만 또는 he 미세 형상화 연마 입자들의 평균 높이는 형상화 연마 입자 몸체 길이 미만인, 연마 입자.
항목 22. 항목 19에 있어서, 일부 미세 형상화 연마 입자들은 형상화 연마 입자 몸체 표면에 대하여 입석 방향으로 위치하는, 연마 입자.
항목 23: 항목 1에 있어서, 다수의 연마 입자들은 몸체 표면에 무작위 분포로 배열되는, 연마 입자.
항목 24. 항목 1에 있어서, 다수의 연마 입자들은 몸체 표면에 조절된 분포로 배열되는, 연마 입자.
항목 25. 항목 24에 있어서, 조절된 분포는 다수의 반복 단위에 의해 형성되는 패턴을 포함하고, 다수의 반복 단위들 중 각각의 반복 단위는 실질적으로 서로 동일한, 연마 입자.
항목 26. 항목 1에 있어서, 다수의 연마 입자들 중 일부 연마 입자들은 무기, 유기, 비정질, 결정, 다결정, 세라믹, 금속, 수지, 에폭시, 중합체, 산화물, 탄화물, 질화물, 붕화물, 또는 이들 조합의 군에서 선택되는 재료를 포함하는, 연마 입자.
항목 27. 항목 1에 있어서, 다수의 연마 입자를 포함하는 몸체 표면은 몸체 주면 상의 무작위 배열된 다수의 연마 입자들을 포함하고, 몸체 측면은 실질적으로 다수의 연마 입자들이 부재인, 연마 입자.
항목 28. 항목 1에 있어서, 몸체는 제1 주면 및 측면에 의해 제1 주면과 분리되는 제2 주면을 포함하고, 다수의 연마 입자들은 적어도 제1 주면 또는 제2 주면에 부착되고 측면에는 실질적으로 다수의 연마 입자들이 부재인, 연마 입자.
항목 29. 항목 1에 있어서, 몸체는 제1 주면 및 측면에 의해 제1 주면에서 이격되는 제2 주면을 포함하고, 다수의 연마 입자들은 제1 주면 및 제2 주면에 부착되고 측면에는 실질적으로 다수의 연마 입자들이 부재인, 연마 입자.
항목 30. 항목 1에 있어서, 연마 입자는 고정 연마 물품에 통합되는, 연마 입자.
항목 31. 항목 1에 있어서, 코팅 연마 물품을 더욱 포함하고, 이는 기재 및 기재에 적층되는 연마 입자를 포함하고, 연마 입자는 코팅 연마재 상에 기재의 길이방향 또는 측방 축에 대하여 다수의 연마 입자들을 포함하는 적어도 하나의 표면의 방향으로 정의되는 예정 방향을 가지는, 연마 입자.
항목 32. 항목 1에 있어서, 결합 연마 물품을 더욱 포함하고, 이는 결합 기질 재료를 포함하는 몸체를 포함하고, 연마 입자는 몸체 상에 몸체의 길이방향 또는 측방 축에 대하여 다수의 연마 입자들을 포함하는 적어도 하나의 표면의 예정 위치 및 방향에 의해 정의되는 예정 위치 및 방향을 가지는, 연마 입자.
항목 33. 연마 물품으로서, 결합재; 및 결합재에 연결되는 제1 집합의 연마 입자들을 포함하고, 제1 집합체의 각각의 입자는 형상화 연마 입자를 포함하고, 이는 몸체; 및 형상 연마 입자 몸체의 적어도 하나의 표면에 결합되는 다수의 연마 입자들을 포함하는, 연마 물품.
항목 34. 연마 입자 형성 방법으로서, 혼합물 형성 단계 및 다수의 연마 입자들을 혼합물의 적어도 하나의 표면에 부착하는 단계 및 몸체 및 몸체의 적어도 하나의 표면에 결합되는 다수의 연마 입자들을 가지는 형상화 연마 입자 형성 단계를 포함하는, 연마 입자 형성 방법.
항목 35. 항목 34에 있어서, 혼합물 형성 단계는 인쇄, 몰딩, 캐스팅, 절단, 흡열냉각 (ablating), 펀칭, 건조, 크랙킹, 소결, 가습화, 및 이들 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 공정을 포함하는, 연마 입자 형성 방법.
항목 36. 항목 34에 있어서, 혼합물 형성 단계는 전구체 형상화 연마 입자 형성 및 다수의 연마 입자들을 전구체 형상화 연마 입자의 적어도 하나의 표면에 부착하는 것을 포함하는, 연마 입자 형성 방법.
항목 37. 항목 34에 있어서, 혼합물 형성은 혼합물을 생산 도구의 개구에 적층하고 다수의 연마 입자들을 생산 도구의 개구에 있는 혼합물의 적어도 하나의 표면에 부착하는 것을 포함하는, 연마 입자 형성 방법.
항목 38. 항목 34에 있어서, 몸체의 실질적인 건조 전에 다수의 연마 입자들이 혼합물 몸체에 부착되는, 연마 입자 형성 방법.
항목 39. 항목 34에 있어서, 다수의 연마 입자들을 부착하는 단계는 다수의 연마 입자들을 몸체 표면에 적층하는 것을 포함하고, 적층 단계는 분사, 분출, 압축, 중력 코팅, 몰딩, 스탬핑, 및 이들 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 공정을 포함하는, 연마 입자 형성 방법.
항목 40. 항목 34에 있어서, 혼합물은 다수의 연마 입자들을 포함하는 연마 입자 층을 포함하는 생산 도구에서 형성되는, 연마 입자 형성 방법.
항목 41. 항목 34에 있어서, 다수의 연마 입자들 부착 전에 혼합물의 적어도 하나의 표면에 수분 인가를 더욱 포함하는, 연마 입자 형성 방법.
항목 42. 항목 34에 있어서, 다수의 연마 입자들 부착 단계는 적어도 하나의 표면에 적층 재료를 지향하는 단계를 포함하고, 적층 재료는 다수의 연마 입자들 및 운반체 기체를 포함하는, 연마 입자 형성 방법.
항목 43. 항목 42에 있어서, 운반체 기체는 수증기, 스팀, 불활성 기체 요소, 및 이들 조합을 포함하는, 연마 입자 형성 방법.
항목 44. 항목 34에 있어서, 혼합물은 다수의 연마 입자들을 포함하는 연마 입자 층을 포함하는 생산 도구에서 형성되는, 연마 입자 형성 방법.
항목 45. 항목 34에 있어서, 다수의 연마 입자들 부착 전에 혼합물의 적어도 하나의 표면에 수분 인가를 더욱 포함하는, 연마 입자 형성 방법.
항목 46. 항목 45에 있어서, 수분 인가 단계는 다수의 연마 입자들 부착 전에 혼합물의 적어도 하나의 표면에 기체를 지향하는 것을 포함하는, 연마 입자 형성 방법.
항목 47. 항목 45에 있어서, 수분 인가 단계는 생산 도구에 있는 혼합물의 적어도 하나의 표면에 스팀을 지향하는, 연마 입자 형성 방법.
항목 48. 항목 45에 있어서, 수분 인가 단계는 외부 영역과 이격되는 내부 영역에서의 혼합물 점도에 비하여 적어도 하나의 표면의 외부 영역의 점도를 변화시키기에 충분한 시간 동안 혼합물의 적어도 하나의 표면에 습윤화 단계를 포함하는, 연마 입자 형성 방법.
항목 49. 항목 34에 있어서, 외부 영역과 이격되는 내부 영역에서의 혼합물 점도에 비하여 적어도 하나의 표면을 포함하는 몸체 외부 영역의 점도를 변화시키는 단계, 및 다수의 연마 입자들을 혼합물의 외부 영역에 인가하는 단계를 포함하는, 연마 입자 형성 방법.
실시예들:
실시예 1
3종의 형상화 연마 입자 샘플들을 제조하여 성능 비교 시험하였다. 제1 비교 샘플 (CS1)은 3M Corporation에서 3M984F로서 상업적으로 입수되는 종래 형상화 연마 입자이다. 몸체의 평균 폭은 1400 미크론이고 높이는 대략 300 미크론이다. 샘플 CS1의 형상화 연마 입자들은 희토류 원소 도핑된 알파-알루미나 조성을 가지고, 평균 팁 첨예도는 대략 20 미크론, 평균 강도는 대략 606 MPa 및 평균 단면의 형상 인자 (factor)는 대략 0.15이다. 도 14는 샘플 CS1의 형상화 연마 입자의 사진을 보인다.
본원 실시태양들을 나타내는 두 샘플들 (샘플 S1 및 샘플 S2)은 대략 45-50 wt% 베마이트를 포함하는 겔 혼합물에서 성형되었다. 베마이트는 Sasol Corp. 에서 Catapal B로 입수되고 탈이온수로 30 중량%의 Catapal B 및 질산의 혼합물을 고압가열 (autoclaving)하여 개질하였다. 오토클레이브에서 질산-대-베마이트 비율은 대략 0.025이다. 혼합물을 오토클레이브에 넣고 100 ℃ 내지 250 ℃에서 5 분 내지 24 시간 처리하였다. 이어 고압가열된 Catapal B 졸을 종래 수단으로 건조하였다. 또한 Disperal로서 Sasol Corp. 에서 상업적으로 입수되는 대안의 베마이트를 사용할 수 있다. 혼합물의 총 알루미나 함량에 대하여 1% 알파 알루미나 시드를 베마이트와 혼합하여 접종하였다. 예를들면 US 4,623,364에 기술된 종래 기술을 이용하여 커런덤 (corundum)을 밀링하여 알파 알루미나 시드 제조하였다. 혼합물은 겔 혼합물 형성에 사용되는 45-50 wt% 물 및 2.5-4 wt% 추가 질산을 더욱 포함한다. 성분들을 종래 설계의 행성식 (planetary) 혼합기에서 혼합하고 혼합물에서 기체 성분들 (예를들면, 거품)을 제거하기 위하여 감압으로 혼합하였다.
겔을 손으로 스테인레스 강재의 생산 도구의 개구에 적층하여 샘플 S1을 형성하였다. 생산 도구의 캐비티는 생산 도구의 양측에서 개방되어, 생산 도구의 전체 두께를 관통 연장하는 장치이다. 생산 도구의 캐비티 또는 개구는 평면에서 관찰할 때 정삼각 2차원 형상을 가지고, 길이는 대략 2.77mm, 폭은 대략 2.4mm 및 깊이는 대략 0.59mm이다. 전구체 형상화 연마 입자들이 생산 도구에서 용이하게 탈락하도록 생산 도구의 개구 표면을 올리브유 윤활제로 도포하였다. .
겔을 적층한 후, 생산 도구의 캐비티에 있는 동안 혼합물의 제1 면을 스폰지로 가습화하였다. 생산 도구 내의 혼합물 형성에 사용된 동일한 겔 혼합물의 다수의 건조, 미소결 입자들을 생산 도구의 캐비티에 있는 혼합물의 가습화 표면에 적층하였다. 다수의 미소결 입자들의 최대 입자 크기는 100 US 메쉬 미만이 되도록 다수의 미소결 입자들을 100 US 메쉬 (150 미크론 개구를 가지는 ASTM E-11)로 체질하였다. 다수의 연마 입자들의 흡착 수분 함량은 입자 총 중량에 대하여 대략 10-15%이다.
이어 생산 도구를 돌려 생산 도구의 캐비티에 있는 동안 겔 혼합물의 반대쪽 면을 스폰지로 가습화하였다. 이어 다수의 연마 입자들을 가습화 표면에 적용하여, 생산 도구의 캐비티에 있는 노출된 겔 혼합물의 양 주면들을 다수의 연마 입자들로 코팅하였다. 과잉 연마 입자들을 제거하고 혼합물 및 다수의 연마 입자들을 캐비티 내에서 대략 50 ℃에서 10 분 동안 IR 램프 및 팬을 이용하여 건조함으로써 전구체 연마 입자들을 만들었다. 전구체 연마 입자들을 생산 도구에서 제거하고 대략 1325℃에서 대략 10 분 간 소결하여 적어도 98% 이론 밀도를 달성하였다. 얻어진 연마 입자들의 몸체는 2-차원 삼각 형상이며 길이는 대략 1550 미크론, 폭은 대략 1350 미크론, 및 높이는 대략 300 미크론이다. 도 11A 및 11B는 샘플 S1의 대표 연마 입자에 대한 단면 사진들을 포함한다. 샘플 S1 연마 입자의 평균 강도는 대략 847 MPa, 평균 팁 첨예도는 20 미크론, 형상 지수는 대략 0.5이고, 평균 단면 형상 인자는 대략 29%이다.
샘플 S1에 대해 상기된 바와 같은 동일한 겔 혼합물을 이용하여 샘플 S2를 만들었다. 겔 혼합물을 다이에 넣고 본원 실시태양들에 기술된 바와 같이 다이 아래로 이동되는 PEEK로 제작된 생산 도구의 개구로 압출하였다. 생산 도구의 개구는 샘플 S1에서 사용된 생산 도구에서 기술된 바와 동일하되, 생산 도구의 두께는 대략 0.54 mm이었다. 샘플 S2의 제1 배치 (샘플 배치 S2B1)에서, 다수의 연마 입자들을 중력으로 생산 도구의 캐비티에 있는 겔 혼합물의 단일 면에 적층하였다. 다수의 연마 입자들은 샘플 S1에서 사용된 것과 동일한 것이었다. 도 15는 샘플 배치 S2B1의 대표 연마 입자에 대한 평면도이고 측면도이다.
샘플 S2의 제2 배치 (샘플 배치 S2B2)에서, 생산 도구의 캐비티에 있는 동안 혼합물 양 주면들에 다수의 연마 입자들을 적층하였다. 제1 주면에 있어서, 다수의 연마 입자들을 중력으로 (예를들면, 입자들을 생산 도구 및 캐비티 내의 겔 혼합물에 뿌려서) 적층하였다. 반대측 주면에 있어서는, 생산 도구 저면에 반복적으로 압축하여 연마 입자들을 캐비티에 있는 겔 혼합물의 저면에 인가함으로써 다수의 연마 입자들을 표면에 포함시켰다. 따라서, 캐비티 내에 있는 동안 겔 혼합물 양 주면들에 다수의 연마 입자들은 인가되었다. 다수의 연마 입자들은 샘플 S1에서 설명된 것과 동일한 것이었다. 도 16은 샘플 배치 S2B2의 연마 입자 평면 사진 및 측면 사진을 포함한다.
샘플 S2의 양 배치들에 있어서, 생산 도구는 압력을 생산 도구 상면 및 저면에 인가하여 연마 입자들을 캐비티에 있는 겔 혼합물에 매몰하는 것을 조력하는 일조의 롤러들을 통과하여 이동시킨다.
샘플 S2의 양 배치들에 있어서, 혼합물을 대략 5 분 동안 대략 50-55 ℃에서 IR 램프 및 팬을 이용하여 건조하였다. 샘플 S2의 양 배치들에 있어서, 샘플들을 생산 도구에서 제거하고 샘플 S1에 제시된 조건들에 따라 소결하였다 샘플 배치 S1B1의 연마 입자들의 평균 팁 첨예도는 20 미크론, 형상 지수는 대략 0.5, 및 평균 단면 형상 인자는 대략 21%이다. 샘플 배치 S1B2의 연마 입자들의 평균 팁 첨예도는 20 미크론, 형상 지수는 대략 0.5, 및 평균 단면 형상 인자는 대략 30%이다.
샘플들 CS1 및 S1에 대하여 주면 배향 및 측면 배향에서 단일 그릿 연삭 테스트 (SGGT)에 따라 시험하였다. SGGT 수행에 있어서, 하나의 단일 형상화 연마 입자를 에폭시 재료로 그릿 홀더에 결합 유지시킨다. 형상화 연마 입자를 원하는 배향 (즉, 주면 배향 또는 측면 배향)으로 고정시키고 휠 속도 22 m/s로 스크래치 길이 8 인치 및 초기 스크래치 깊이 30 미크론으로304 스테인레스 강재의 가공물에 횡단 주행시킨다. 형상화 연마 입자는 가공물에 단면적 (AR)의 홈을 만든다. 각각의 샘플 세트에 대하여, 각각의 형상화 연마 입자는 8 인치 길이에 걸쳐 15 회 통과하고, 각각의 배향에 대하여10개의 개별 입자들을 시험하고 결과를 분석한다. 시험은 가공물 표면에 평행 방향 및 홈 방향에서 그릿에 의해 발휘되는 가공물에 대한 접선력을 측정하는 것이고, 스크래치 길이 처음에서 끝까지 홈 단면적의 실제 변화를 측정하여 형상화 연마 입자 마모를 결정한다. 각각의 통과에 대하여 홈 단면적의 실제 변화를 측정할 수 있다. SGGT에 있어서, 실제 홈 단면적은 표면 아래 홈 단면적 및 표면 위로 변위된 재료의 단면적 사이 차이로 정의된다. 성능 (Ft/A)은 실제 홈 단면적에 대한 접선력의 비율로 정의된다.
SGGT는 가공물에 대하여 형상화 연마 입자들의 상이한 두 배향들에서 수행된다. SGGT는 주면 배향에서 형상화 연마 입자들의 제1 샘플 세트에 대하여 수행되고, 각각의 형상화 연마 입자의 주면은 연삭 방향에 대하여 수직 배향이므로 주면에서 가공물 연삭이 개시된다. 주면 배향에서 형상화 연마 입자들의 샘플 세트를 이용한 SGGT 결과로 주면 배향에서 형상화 연마 입자들의 연삭 효율 측정이 가능하다.
SGGT는 또한 측면 배향에서 형상화 연마 입자들의 제2 샘플 세트에 대하여 수행되고, 각각의 형상화 연마 입자 측면은 연삭 방향에 대하여 수직 배향이므로 주면에서 가공물 연삭이 개시된다. 측면 배향에서 형상화 연마 입자들의 샘플 세트를 이용한 SGGT 결과로 측면 배향에서 형상화 연마 입자들의 연삭 효율 측정이 가능하다.
도 17은 샘플 CS1 및 샘플 S1에 대하여 정면 배향 (즉, 좌측 막대) 및 측면 배향 (즉, 우측 막대)에 대하여 가공물에서 제거되는 총 면적 당 힘의 도표를 포함한다. 제거되는 총면적 당 힘은 형상화 연마 입자들의 연삭 효율 측정치이고, 더 작은 제거 총면적 당 힘은 더욱 효율적인 연삭 성능을 나타낸다. 도시된 바와 같이,
샘플 S1은 샘플 CS1과 비교할 때 실질적으로 동등 성능을 보였다. 예전에 당업자가 연마 입자들의 최선의 효율적 절단 작용은 (즉, 끌과 같이) 예리한 에지들 및 매끈한 표면들로 표시되는 높은 형상 충실도를 가지는 입자들로 인한 것이라고 개시된 것을 고려하면 이러한 결과는 아주 놀라운 것이다. 예를들면, 미국특허번호 4,261,706, 5,603,738 및 미국특허공개번호 20100319269 참고. 그러나, 연마 입자들 및 상대적으로 매끈한 면들 및 예리한 에지들을 가지는 종래 연마 입자들 간의 차이라는 관점에서 종래 연마 입자들과 비교할 때 본원 실시태양들의 연마 입자들은 현저한 성능 차이를 보였다. 특히, 본원의 연마 입자들의 표면들은 형상화 연마 입자의 하나 이상의 표면 상에 무작위 배열된 돌출부 및 골을 포함한 불규칙한 윤곽에 특징이 있고, 이는 최선의 성능을 위하여 형상화 연마 입자의 표면들을 매끈하게 및 에지들을 예리하게 만들도록 제안하는 종래 기술의 교시와는 대비된다.
연마 입자들 샘플 배치 S2B1는 아래에 제시되는 구조를 가지는 코팅 연마 물품으로 형성되었다. 림 당 18 파운드의 마감 천 지지판을 입수하고 표 1에 제공되는 페놀 포름알데히드를 포함하는 메이크 제제로 코팅하였다. 메이크 코트가 도포된 웨브에 전착 공정으로 림 당 샘플 배치 S2B1의 연마 입자들40 파운드를 인가하였다. 이러한 메이크 코팅된 웨브 및 그레인의 부분 구조체를 2시간 동안 80℃에서 오븐 건조하였다.
표 1: 메이크 제제
메이크 제제 성분 공급업자 백분율
충전제 NYAD Wollast 325 NYCO 34%
습식 Witcona 1260 Witco 0.10%
수지, 단일 Comp 94-908 Durez 57%
Nalco 2341 소포제 Nalco 0.10%
PET-3MP (PTM) Bruno Bloc 5.70%
물 --- 3.10%
이어 코팅 연마 구조체는 림 당 14 파운드의 페놀 포름알데히드 사이즈 코트로 코팅된다. 사이즈 코트의 상세 조성이 표 2에 제시된다. 웨브는 2 시간 동안 120℃로 설정된 건조 벌브 온도를 가지는 건조기를 통해 이송된다.
표 2: 사이즈 제제
사이즈 제제 성분 공급업자 백분율
백색 염료 E-8046 Acrochem Corp 0.70%
습식 Witcona 1260 Witco 0.20%
Solmod Tamol 165A Rohm ＆ Haas 0.90%
충전제 Syn Cryolite Solvay 42.40%
수지 단일 Comp 94-908 Durez 48.30%
Nalco 2341 소포제 Nalco 0.10%
PET-3MP 폴리티올 (PTM) Bruno Bloc 2.50%
염료 Unisperse 블랙 Ciba 0.20%
물 --- 4.80%
이어 코팅 연마 샘플을 대류식 오븐에 넣고 오븐 온도 125℃에서 12 시간 동안 경화 후 단계를 수행하였다.
또한 제3의 코팅 연마재 샘플, 샘플 S3을 제작하였다. 샘플 S3의 연마 입자들을 샘플 배치 S2B1의 연마 입자들 제조 공정에 따라 제조하되, 형상화 연마 입자 상에 다수의 연마 입자들이 적층되지 않는다. 샘플 S3의 코팅 연마재 구조는 샘플 배치 S2B1 입자들을 포함하는 코팅 연마재와 동일하다. 3M Corporation에서 상업적으로 입수한 984F를 종래 코팅 연마 물품으로서 샘플 CS1의 입자들을 시험하였다.
3종의 상이한 코팅 연마 샘플 각각에 대하여 표 3에 요약된 조건들에 따라 시험하였다. 특히, 각각의 경우에 2개의 샘플 코팅 연마재들에 대하여 시험하여 결과를 얻었다.
시험 조건들: 시험 방식: 건조 (Dry), 수직 상승 및 하강 (Straight Plunge)
일정 MRR' = 4 inch3/min/inch
벨트 속도 (Vs) = 7500 sfpm (38 m/s)
가공 재료: 304 ss
경도: 96-104 HRB
크기: 0.5 x 0.5 x 12 인치
접촉 폭:0.5 in
접촉 휠: 강재
측정치: 전력, 연삭력, MRR' 및 SGE
SGE = 2.4 Hp.min/인치3에서 비교되는 Cum MR
도 18은 각각의 샘플에 대한 연삭 비에너지 대 제거 재료 누적량 (재료 제거율 4 인치3/min 인치에서)의 도표를 포함한다. 샘플 배치 S2B1의 연마 입자들을 이용하는 코팅 연마재가 샘플 S3의 연마 입자들을 포함하는 코팅 연마재보다 더욱 양호하게 수행되고 샘플 CS1의 연마 입자들을 포함하는 코팅 연마 샘플과 실질적으로 성능이 동등하다는 것이 확실하다.
실시예 2
새로운 연마 입자 샘플 (샘플 S4)을 만들었다. 샘플 S4의 형상호 연마 입자들은 대략 45-50 wt% 베마이트를 포함하는 겔 혼합물에서 성형되었다. 베마이트는 Sasol Corp. 에서 Catapal B로 입수되고 탈이온수로 30 중량%의 Catapal B 및 질산의 혼합물을 고압가열 (autoclaving)하여 개질하였다. 오토클레이브에서 질산-대-베마이트 비율은 대략 0.025이고 100 ℃ 내지 250 ℃에서 5 분 내지 24 시간 처리하였다. 이어 고압가열된 Catapal B 졸을 종래 수단으로 건조하였다. 혼합물의 총 알루미나 함량에 대하여 1% 알파 알루미나 시드를 베마이트와 혼합하여 접종하였다. 예를들면 US 4,623,364에 기술된 종래 기술을 이용하여 커런덤 (corundum)을 밀링하여 알파 알루미나 시드 제조하였다. 혼합물은 겔 혼합물 형성에 사용되는 45-50 wt% 물 및 2.5-4 wt% 추가 질산을 더욱 포함한다. 성분들을 종래 설계의 행성식 (planetary) 혼합기에서 혼합하고 혼합물에서 기체 성분들 (예를들면, 거품)을 제거하기 위하여 감압으로 혼합하였다.
겔을 다이에 넣고 생산 도구의 개구에 압출하되 개구가 충분히 채워지도록 다이 아래에서 생산도구는 적층 속도에 비하여 적합한 속도로 이동된다. 생산 도구의 캐비티는 생산 도구의 양측에서 개방되어, 생산 도구의 전체 두께를 관통 연장하는 장치이다. 생산 도구의 캐비티 또는 개구는 평면에서 관찰할 때 정삼각 2차원 형상을 가지고, 길이는 대략 2.77mm, 폭은 대략 2.4mm 및 깊이는 대략 0.60mm이다. 생산 도구의 두께는 대략 0.60mm이었다. 전구체 형상화 연마 입자들이 생산 도구에서 용이하게 탈락하도록 생산 도구의 개구 표면을 카놀라유 윤활제로 도포하였다. .
겔을 생산 도구의 개구에 적층한 후, 개구에 적층된 겔 재료와 동일한 다수의 건조, 미소결, 입자들은 생산 도구에서 겔 표면에 분사된다. 다수의 연마 입자들이 운반체로서 대략 40 psi 압력의 공기를 이용하여 생산 도구에 있는 겔을 향하여 강제 분사된다. 다수의 연마 입자들의 인가 공정은 용기에서 완료되며, 여기에서 대량의 과잉 또는 미결합 연마 입자들이 포획되고 향후 인가 공정에서 다시 사용된다. 다수의 연마 입자들이 적층되기 전에 겔은 가습화되지 않는다. 적층 전에, 다수의 미소결 입자들의 최대 입자 크기는 100 US 메쉬 미만이 되도록 다수의 건조, 미소결 입자들을 100 US 메쉬 (150 미크론 개구를 가지는 ASTM E-11)로 체질하였다. 다수의 연마 입자들의 흡착 수분 함량은 입자 총 중량에 대하여 대략 10-15%이다. 대략 70%의 전구체 형상화 연마 입자는 제1 주면 상에 적절하게 높은 다수의 건조, 미소결 입자들의 도포율을 가진다.
과잉 건조, 미소결 연마 입자들을 제거하고 혼합물 및 다수의 연마 입자들을 캐비티 내에서 대략 50 ℃에서 30 분 동안 IR 램프 및 팬을 이용하여 건조함으로써 전구체 연마 입자들을 만들었다. 전구체 연마 입자들을 생산 도구에서 제거하고, 800℃에서 예비-소결하고, 대략 1320℃에서 대략 15 분 간 소결하여 적어도 98% 이론 밀도를 달성하였다. 얻어진 연마 입자들의 몸체는 2-차원 삼각 형상이며 길이는 대략 1550 미크론, 폭은 대략 1350 미크론, 및 높이는 대략 300 미크론이다. 샘플 S4 연마 입자의 평균 강도는 대략 20.3 MPa, 평균 팁 첨예도는 30 미크론, 형상 지수는 대략 0.5이다.
또 다른 연마 입자 샘플 (샘플 CS4)을 샘플 S4에 대하여 상기된 바와 같이 동일한 방식으로 형성하되, 단 다수의 연마 입자들이 형상화 연마 입자들 (즉, 미개질 형상화 연마 입자들) 표면 상에 포함하지 않는다.
샘플들 S4 및 CS4의 연마 입자들로부터 두 종의 코팅 연마 물품 샘플들을 형성하여 각각 코팅 연마 샘플 CAS4 및 CACS4를 만들었다. 코팅 연마 샘플들 CAS4 및 CACS4은 실시예 1의 코팅 연마 샘플들에서 샘플들 CS1 및 샘플 배치 S2B1에 대하여 사용된 것과 동일한 방식으로 형성되었다.
각각의 코팅 연마 샘플에 대하여 아래 표 4에 개략된 시험에 따라 시험하였다. 각각의 경우에 2개의 샘플 코팅 연마재들에 대하여 시험하여 결과를 얻었다.
시험 조건들 시험 방식 건조, 일정한 절단 깊이 (상승/하강)
일정 MRR’ = 2.3 인치3/min/인치
벨트 속도 (Vs) = 7500 sfpm (38 m/s)
가공 재료: 1045 탄소강
경도: 85-95 HRB
크기: 1 x 0.25 인치
접촉 폭: o.25 인치
벨트용 접촉 휠: 강재 휠
측정치: 전력, MRR’ 및 SGE
SGE = 3.2 Hp min/인치3에서 비교되는 Cum. MR
도 19는 연삭 비에너지 대 가공물의 제거 재료 누적량 도표이다. 도시된 바와 같이, 샘플 CAS4는 제거 재료 누적량이 개선되고 샘플 CACS4와 비교할 때 특히 시험 끝에서 연삭 비에너지가 낮아진다.
실시예 3
5종의 연마 입자 샘플들 (S5-1, S5-2, S5-3, S5-4, 및 S5-5)을 제조하여 다수의 연마 입자들의 중앙 입자 크기가 형상화 연마 입자들의 적어도 하나의 표면 상에 연마 입자들의 도포 백분율에 미치는 영향을 조사하였다. 아래 표 5는 다수의 연마 입자들의 중앙 입자 크기가, 길이가 대략 1550 μm, 폭이 대략 1350 μm, 및 높이가 대략 320 μm인 대략 2-차원 삼각형상인 형상화 연마 입자의 제1 주면 상에 다수의 연마 입자들의 도포 백분율에 미치는 영향을 요약한 것이다. 연마 입자들은 실시예 2의 샘플 S4 형성에 적용된 것과 동일한 방식으로 형성되되, 단 생산 도구에 있는 겔의 표면들은 다수의 건조, 미소결 연마 입자들이 적층되기 전에 가습화된다. 가습 공정은 생산 도구에 있는 겔의 표면들을 향하는 스팀 (즉 기상 상태의 물 및 현탁 액체 입자들의 혼합)을 활용한다.
샘플 ID 건조 미소결 그레인의 D50 배치 중 도포된 입자들 백분율
S5-1 125 - 89 μm 24%
S5-2 89 - 64 μm 38%
S5-3 64 - 45 μm 95%
S5-4 45 - 38 μm 96%
S5-5 76 - 45 μm 96%
도 20A-20E는 샘플들 S5-1, S5-2, S5-3, S5-4, 및 S5-5 각자의 연마 입자들의 사진들을 포함한다. 특히, 형상화 연마 입자 크기에 대한 다수의 연마 입자들의 중앙 입자 크기는 형상화 연마 입자들 표면 상의 다수의 연마 입자들 도포 백분율에 영향을 미친다.
실시예 6
4종의 연마 입자 샘플들 (샘플 S6-1, 샘플 S6-2, CS1, 및 샘플 S6-3)에 대하여 실시예 1에 기재된 단일 그릿 연삭 시험에 따라 시험하였다. 샘플 S6-1, 샘플 S6-2, 및 샘플 S6-3은 실시예 2의 샘플 S4와 동일한 방식으로 제조하되, 단 샘플 S6-1은 평균 32개의 연마 입자들이 형상화 연마 입자 몸체의 주면에 결합되고 샘플 S6-2는 평균 7개의 연마 입자들이 형상화 연마 입자 몸체의 주면에 결합된다. 샘플 S6-3은 형상화 연마 입자의 표면에 결합되는 다수의 연마 입자들이 없다.
도 21은 샘플 S6-1, S6-2, S6-3, 및 CS1 (실시예 1에 제공된 것과 동일)에 대한 정면 방향 (좌측 막대) 및 측면 방향 (우측 막대)에 대하여 가공물에서 제거되는 총 면적 당 힘의 도표를 포함한다. 놀랍게도, 샘플 S6-2는 샘플 S6-1과 비교할 때 정면 방향에서 절단 효율에 대한 더욱 큰 편차를 보였다. 샘플 S6-1은 또한 정면 방향에서 샘플 S6-3 및 CS1과 비교할 때 절단 효율에서 더욱 낮은 편파를 보였다.
실시예 7
두 종의 연마 입자 샘플들을 제조하였다. 제1 샘플, 샘플 S7-1은 실시예 2의 샘플 S4에서와 동일한 방식으로 형성하되, 단 생산 도구에 있는 겔의 표면들은 다수의 건조, 미소결 연마 입자들이 적층되기 전에 가습화 되었다. 가습 공정은 생산 도구에 있는 겔의 표면들을 향하는 스팀을 활용하였다. 샘플 S7-1의 형상화 연마 입자의 제1 주면에 부착되는 다수의 연마 입자들은 하소되거나 소결되지 않았다. 제2 샘플, 샘플 S7-2는 샘플 S7-1 형성과 동일한 방식으로 성형하되, 단 형상화 연마 입자의 제1 주면에 부착되는 다수의 연마 입자들에 대하여 소결 알파 알루미나 그레인을 이용하였다. 샘플 S7-1은 상당히 더욱 양호한 도포율을 보였고, 90-95%의 입자들이 다수의 연마 입자들로 적절하게 도포되지만 샘플 S7-2는, 형성된 총 입자들 중 단지 60-70%만이 형상화 연마 입자의 제1 주면에 대하여 다수의 연마 입자들로 적합하게 덮인다. 이론적으로 샘플 S7-2에 있어서 전구체 형상화 연마 입자들 표면에 인가되는 소결 연마 입자들은 표면에 잘 결합되지 않지만, 건조 그레인은 추가 처리 전에 겔의 가습화 표면으로 재-겔화 될 수 있으므로 샘플 S7-1 표면에 인가되는 미가공, 미소결 그레인은 결합력이 개선된다.
실시예 8
두 종의 연마 입자 샘플들을 제작하였다. 제1 샘플, 샘플 S8-1은 실시예 2의 샘플 S4 형성과 동일한 방식으로 형성되되, 단 샘플 S8-1의 형상화 연마 입자 제1 주면에 부착되는 다수의 연마 입자들은 하소 또는 소결되지 않는다. 제2 샘플, 샘플 S8-2는 샘플 S8-1 형성과 동일한 방식으로 성형되되, 단 겔 또는 얻어진 형상화 연마 입자의 표면들에 어떠한 연마 입자들이 적층되지 않는다.
샘플들 S8-1 및 S8-2의 연마 입자들을 이용하여 직경 7 인치의 디스크 형태의 코팅 연마 물품들을 만들어 각각 샘플 CAS8-1 및 CAS8-2를 형성하였다. 샘플들 CAS8-1 및 CAS8-2은 다음 공정에 따라 형성되었다:
아래 표 6에 제시된 메이크 코트 제제를 Sachsenroder에서 입수되는 평균 두께 0.95 mm의 섬유 지지판에 인가한다. 메이크 코트의 습식 투하 중량은 9 lbs/림 +/- 0.3 lbs 이고 65-72 Shore A 경도계 경질 고무 롤 상에 강재 롤을 이용하는2롤 코팅 방법으로 인가되었다.
성분 중량 기준%
페놀 수지 (SI HRJ15993) 48.25
Solmod 실란 A1100 0.44
습식 Witconate 1260 0.15
충전제 NYAD 규회석 400 48.25
물 2.91
물을 이용하여 제제 점도를 100℉에서 9500 내지 10500 cps로 조정하였다. 메이크 코트를 인가한 후, 샘플들 S8-1 및 S8-2의 연마 입자들을 실란 처리하고 정전 분출에 의해 메이크 코트에 인가한다. 각각의 샘플에 대한 목표 그레인 중량은 55 lbs/림 +/- 3 lbs이다. 분출 전에 각각의 샘플 입자들을 예비-가열하였다.
입자들을 메이크 코트 및 지지판에 분출한 후, 메이크 코트를 다음과 같은 공정으로 페스툰 (festoon) 오븐에서 경화하였다: 단계 1) 150℉에서 42 분; 단계 2) 170℉에서 42 분; 단계 3) 200℉에서 38 분; 단계 4) 215℉에서 43 분; 및 단계 5) 230℉에서 23 분.
메이크 코트 경화 후, 표 7에 제공되는 조성의 사이즈 코트를 입자들 및 경화된 메이크 코트의 표면에 인가하였다.
성분 중량 기준%
페놀 수지 (SI HRJ15993) 53.04
Solmod Tamol 165A 0.84
공기 Prod DF70 소포제 0.12
블랙 안료 2.41
충전제 Syn Cryolite K 42.43
물 1.16
물을 이용하여 사이즈 코트 제제 점도를100℉에서의 5400 내지 5600 cps 로 조정하였다. 메이크 코트 인가에서 적용된 것과 동일한 설정의 기계로 사이즈 코트를 인가하였다. 시각적 및 두 롤 코터의 갭이 0.045 인치로 설정되는 공지의 표준에 따라 사이즈가 조절되었다.
사이즈 코트 인가 후, 다음 공정을 적용하여 페스툰 오븐에서 재료를 경화하였다: 단계 1) 20 130 ℉ 및 45% RH에서 분; 단계 2) 170 ℉에서 20 분; 단계 3) 190 ℉에서 20 분; 단계 4) 210 ℉에서 20 분; 및 단계 5) 235 ℉에서 30 분. 이후 재료를 올려 후 경화 오븐에서 250℉에서 12 시간 및 경화하였다.
후 경화 오븐에서 롤을 제거하고 지지판을 고정한 후 물을 뿌려 다시 기습화하였다.
각각의 코팅 연마 샘플을 아래 표 8에 요약된 조건들에 따라 시험하였다.
시험 방식 건조, 선형 이동 가공물에서 회전 디스크에 대한 일정한 일
일정 힘 8 lb
디스크 속도 6000 rpm
중 경도 백업 패드 (예를들면, 고무)
가공물 선형 속도 15 fpm
디스크 및 가공물 사이 각은 10 도
가공 재료 A36 열간압연강
접촉 폭 1/8 인치
연삭 시간 1 분 간격
측정치 1 분 간격 당 절삭 그램
1 분 간격 당 디스크 손실 그램
종점: 간격에서 제거된 재료2 g 미만
도 22는 3M Corporation에서982C로 입수되는 종래 코팅 연마 샘플, 샘플 CACS8-3에 대한 샘플들 CAS8-1 및 CAS8-2의 상대 성능 (% 컷)의 도표를 포함한다. 도시된 바와 같이, 샘플 CAS8-1은 종래 코팅 연마 샘플과 비교하여 실질적으로 동일한 성능을 가진다. 반대로, 샘플 CAS8-2는 종래 샘플, 샘플 CAS8-1과 비교할 때 대략 20% 미만의 상대 성능을 보였다.
임의의 실시태양의 연마 입자와 관련하여 본원에서 제공되는 모든 값, 비율, 백분율 및/또는 정량 데이터는, 또한 무작위 및 통계적으로 연관된 대표 연마 입자들의 샘플 크기에서 유도되는 평균일 수 있다. 예를들면, 몸체 상의 다수의 연마 입자들 도포 백분율에 있어서, 이러한 백분율은 또한 무작위 및 연마 입자들 배치의 통계적으로 연관된 샘플 크기로부터 계산될 수 있다. 샘플 크기는 배치 크기에 따라 달라질 수 있다.
특히, 본원에서 또 다른 재료 (예를들면, 재료 Z)가 "부재'인 조성물을 언급하는 것은 재료 Z의 미량 또는 불순 함량을 가지는 조성물로 해석될 수 있지만, 이러한 함량은 실질적으로 조성물의 특성에 영향을 주지 않는다. 예를들면, 재료는 특정 종이 "부재"일 수 있고 이러한 종은 0.1% 이하 또는 0.01% 이하 또는 0.001% 이하로 존재할 수 있다. 본 문구는 상기 실시태양들에서 임의의 다른 개시 사항을 좁히는 것으로 해석되어서는 아니 되고 단지 용어 "부재"를 이용하는 이러한 예시들을 정의하기 위한 것이다. 또한, 특정 종이 명시적으로 표시되지 않는 예시들에서, 출원인은 상기 특정 종이 부재하는 재료를 더욱 정의할 권리를 가지는 것이다. 그러나, 용어 "부재"가 명시적으로 언급되지 않는 한, 이러한 용어는 포괄 용어들, 예컨대 “포함하는 (including),” “가지는 (having),” “구성하는 (comprising),” 및 기타 등을 이용한 이들 실시태양 또는 청구항을 좁히는 것으로 해석될 수 없는 것이다.
개시된 주제는 예시적이고 제한적인 것이 아니며, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 범위에 속하는 이러한 모든 변경, 개선 및 기타 실시태양들을 포괄할 의도이다. 따라서, 법이 허용한 최대로, 본 발명의 범위는 청구범위 및 이의 균등론을 광의로 해석하여 판단되어야 하고 상기 상세한 설명에 제한 또는 한정되어서는 아니된다.
특허법에 부합되고 청구범위 및 의미를 해석 또는 한정하는 것이 아니라는 이해로 요약서가 제출된다. 또한, 상기된 상세한 설명에서, 다양한 특징부들이 개시의 간소화를 위하여 단일 실시태양에서 집합적으로 함께 설명된다. 청구되는 실시태양들이 각각의 청구항에서 명시적으로 언급되는 것 이상의 특징부들을 필요로 한다는 의도로 이러한 개시가 해석되어서는 아니된다. 오히려, 하기 청구범위에서 와 같이, 본 발명의 주제는 개시된 임의의 실시태양의 모든 특징부들보다 적은 것에 관한 것이다. 따라서, 하기 청구범위는 상세한 설명에 통합되고, 각각의 청구항은 그 자체로 청구되는 주제를 별개로 정의하는 것이다.

Claims (15)

  1. 몸체를 포함하는 형상화 연마 입자를 포함하는 연마 입자로서,
    상기 몸체는,
    정 다각형, 불규칙 다각형, 타원체, 숫자, 그리스 알파벳 문자, 라틴 알파벳 문자, 러시아 알파벳 문자, 다각형 조합의 복잡 형상, 선형 및 만곡부를 가지는 형상, 및 이들 조합으로 이루어진 제1군에서 선택되는 2-차원 형상을 갖는 제1 주면;
    정 다각형, 불규칙 다각형, 타원체, 숫자, 그리스 알파벳 문자, 라틴 알파벳 문자, 러시아 알파벳 문자, 다각형 조합의 복잡 형상, 선형 및 만곡부를 가지는 형상, 및 이들 조합으로 이루어진 제1군에서 선택되는 2-차원 형상을 갖는, 제1 주면 이외의 몸체의 표면; 및
    몸체의 제1 주면에 결합되는 다수의 연마 입자들을 포함하고,
    상기 제1 주면 이외의 몸체의 표면은 10 이하의 연마 입자를 포함하는, 연마 입자.
  2. 청구항 1에 있어서, 다수의 연마 입자들은 몸체의 적어도 두 표면들에 결합되는, 연마 입자.
  3. 청구항 1에 있어서, 다수의 연마 입자들의 일부 입자들은 몸체의 제1 주면 내에 매몰되는, 연마 입자.
  4. 청구항 1에 있어서, 다수의 연마 입자들의 일부 입자들은 몸체의 제1 주면에 직접 결합되는, 연마 입자.
  5. 청구항 1에 있어서, 다수의 연마 입자들의 일부 입자들은 형상화 연마 입자 몸체의 제1 주면에 소결-결합되는, 연마 입자.
  6. 청구항 1에 있어서, 다수의 연마 입자들은 산화물, 탄화물, 질화물, 붕화물, 산탄화물, 산질화물, 산붕화물, 천연 광물, 합성 재료, 탄소계 재료, 및 이들 조합으로 이루어진 군에서 선택되는, 연마 입자.
  7. 청구항 1에 있어서, 형상화 연마 입자 몸체는 길이>폭>높이를 포함하고, 다수의 연마 입자들은 중앙 입자 크기 (D50)를 가지고, 중앙 입자 크기 (D50)는 몸체 길이의 적어도 0.1% 및 20% 이하, 몸체 폭의 적어도 0.1% 및 20% 이하, 몸체 높이의 적어도 0.1% 및 20% 이하인, 연마 입자.
  8. 청구항 1에 있어서, 다수의 연마 입자들은 적어도 0.1 미크론 및 80 미크론 이하의 중앙 입자 크기 (D50)를 포함하는, 연마 입자.
  9. 청구항 1에 있어서, 다수의 연마 입자를 포함하는 몸체 표면은 몸체 주면 상의 무작위 배열된 다수의 연마 입자들을 포함하고, 몸체 측면은 10 이하의 연마 입자를 포함하는, 연마 입자.
  10. 청구항 1에 있어서, 연마 입자는 고정 연마 물품에 통합되는, 연마 입자.
  11. 결합재; 및 결합재에 연결되는 연마 입자들의 제1 집합체를 포함하는 연마 물품으로서,
    제1 집합체를 구성하는 각각의 입자는 몸체를 포함하는 형상화 연마 입자를 포함하고,
    상기 몸체는,
    정 다각형, 불규칙 다각형, 타원체, 숫자, 그리스 알파벳 문자, 라틴 알파벳 문자, 러시아 알파벳 문자, 다각형 조합의 복잡 형상, 선형 및 만곡부를 가지는 형상, 및 이들 조합으로 이루어진 제1군에서 선택되는 2-차원 형상을 갖는 제1 주면;
    정 다각형, 불규칙 다각형, 타원체, 숫자, 그리스 알파벳 문자, 라틴 알파벳 문자, 러시아 알파벳 문자, 다각형 조합의 복잡 형상, 선형 및 만곡부를 가지는 형상, 및 이들 조합으로 이루어진 제1군에서 선택되는 2-차원 형상을 갖는, 제1 주면 이외의 몸체의 표면; 및
    몸체의 제1 주면에 결합되는 다수의 연마 입자들을 포함하고,
    상기 제1 주면 이외의 몸체의 표면은 다수의 연마 입자들이 0.1 wt% 이하의 양으로 존재하는 것인, 연마 물품.
  12. 청구항 1에 정의된 연마 입자의 형성 방법으로서,
    세라믹 재료 및 액체를 포함하는 혼합물의 형성 단계;
    다수의 연마 입자들을 혼합물의 적어도 하나의 표면에 부착하는 단계 및
    몸체 및 몸체의 적어도 하나의 표면에 결합되는 다수의 연마 입자들을 가지는 형상화 연마 입자의 형성 단계를 포함하는, 연마 입자의 형성 방법.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 연마 입자는 몸체 총 중량에 대하여 적어도 95 wt% 알루미나를 포함하는, 연마 입자.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 다수의 연마 입자들은 제1 주면 총 표면적의 적어도 1% 및 99% 이하를 덮는, 연마 입자.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 다수의 연마 입자들은 분쇄 그레인, 불규칙 형상화 그레인, 세장형 그레인, 응집체, 집합체, 및 이들 조합으로 이루어진 군에서 선택되는, 연마 입자.
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