KR102634512B1 - 연마 물품 및 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
연마 물품은 본체를 포함하는 연마 구성요소를 포함할 수 있다. 본체는 결합 매트릭스 및 결합 매트릭스에 포함된 연마 입자를 포함할 수 있다. 한 구체예에서, 본체는 결합 매트릭스의 적어도 일부를 통해 연장되는 상호연결된 상을 포함할 수 있다. 본체는 복수의 개별 구성원을 포함하는 불연속 상을 포함할 수 있다. 개별 구성원 중 적어도 하나는 거시적 기공을 포함할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 본체는 본체의 총 부피에 대해 15 vol% 이상의 공극을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 일반적으로 연마 물품 및 연마 물품 형성 공정에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 적어도 하나의 연마 구성요소를 포함하는 연마 물품 및 이의 형성 공정에 관한 것이다.
건설 산업은 건축 자재의 절단 및 연삭에 다양한 도구를 사용한다. 도로의 오래된 부분을 제거하거나 다시 마무리하려면 절단 및 연삭 도구가 필요하다. 또한, 바닥 및 건물 파사드에 사용되는 석재 슬래브와 같은 마감재 채석 및 준비는 천공, 절단, 및 연마를 위한 도구를 필요로 한다. 일반적으로, 이러한 도구는 플레이트 또는 휠과 같은 코어에 결합된 연마 세그먼트를 포함한다. 연마 세그먼트는 일반적으로 개별적으로 형성된 다음 소결, 브레이징, 용접 등에 의해 코어에 결합된다. 업계는 연마 도구의 개선된 형성을 계속 찾고 있다.
바람직한 구체예(들)의 상세한 설명
구체예는 연마 구성요소를 포함하는 연마 물품으로 도해될 수 있다. 연마 구성요소는 연마 세그먼트 또는 연속 림일 수 있다. 연마 구성요소는 코어에 부착될 수 있다. 연마 물품은 연삭, 드릴링, 절단 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 재료 제거 작업에 적합할 수 있다. 연마 물품의 예는 분할 연삭 휠, 분할 연삭 링, 컷-오프 블레이드, 드릴 비트, 절단기 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 연마 물품은 재료 제거 작업에서 공작물과의 감소된 접촉 표면을 가질 수 있고, 연마 물품과 공작물 사이의 감소된 마찰은 더 우수한 연삭 성능 및 더낮은 전력 소비를 허용할 수 있다.
연마 물품 형성 공정에 대한 추가의 구체예가 도해될 수 있다. 예시적인 공정에서, 연마 물품 형성은 용침제 재료, 금속 결합 재료, 및 연마 입자를 포함하는 연마 구성요소의 미가공체(green body) 형성을 포함할 수 있다. 본원에서 사용 시, 미가공(green)은 최종적으로 형성되지 않은 물품 또는 물품의 일부를 기재하기 위한 것으로 의도된다. 연마 구성요소의 미가공체는 예컨대 열에 의해 추가로 처리되어 최종적으로 형성된 연마 구성요소를 형성할 수 있다. 공정은 개선된 성능을 갖는 연마 물품의 형성을 허용할 수 있다.
연마 물품은 적어도 하나의 본체를 포함하는 연마 구성요소를 포함할 수 있다. 본체는 결합 매트릭스 및 결합 매트릭스 내에 포함된 연마 입자를 포함할 수 있다. 도 1은 예시적인 연마 구성요소의 본체(100)의 단면도의 예시를 포함한다. 본체(100)는 결합 재료 및 연마 입자(104)를 포함하는 결합 매트릭스(102)를 포함할 수 있다. 한 예에서, 결합 재료는 과립(106)을 포함할 수 있다.
한 구체예에서, 결합 재료는 연마 물품의 개선된 형성 및 성능을 촉진할 수 있는 재료를 포함할 수 있다. 한 양태에서, 결합 재료는 금속, 예컨대 원소 금속, 합금, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 결합 재료는 본질적으로 금속으로 구성될 수 있다. 특정 예에서, 금속은 전이 금속 원소, 희토류 원소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 금속은 철, 텅스텐, 코발트, 니켈, 크롬, 티타늄, 은, 세륨, 란탄, 네오디뮴, 마그네슘, 알루미늄, 니오븀, 탄탈륨, 바나듐, 지르코늄, 몰리브덴, 팔라듐, 백금, 금, 구리, 카드뮴, 주석, 인듐, 아연 등, 이들의 합금, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 결합 재료는 본질적으로 금속으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 결합 재료(106)는 본질적으로 합금으로 구성될 수 있다. 합금은 본원에서 언급된 임의의 금속 원소를 포함할 수 있다. 합금의 특정한 예는 철을 포함하는 합금을 포함할 수 있다. 보다 특정한 양태에서, 결합 재료는 본질적으로 철을 포함하는 합금, 예컨대 철계 합금으로 구성될 수 있다.
또 다른 양태에서, 결합 재료는 최대 250 마이크론의 평균 과립 크기를 갖는 과립(106)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 평균 과립 크기는 8 미크론 이상, 9 미크론 이상, 10 미크론 이상, 20 미크론 이상, 40 미크론 이상, 60 미크론 이상, 또는 100 미크론 이상일 수 있다. 또 다른 예에서, 평균 과립 크기는 250 미크론 이하, 220 미크론 이하, 200 미크론 이하, 180 미크론 이하, 150 미크론 이하, 또는 100 미크론 이하일 수 있다. 과립(106)의 평균 과립 크기는 본원에 언급된 임의의 최소값 및 최대값을 포함하는 범위에 있을 수 있음을 이해해야 한다. 특정 양태에서, 과립(106)의 평균 과립 크기는 8 마이크론 내지 250 마이크론일 수 있다.
추가 양태에서, 결합 재료(106)는 연마 물품의 개선된 형성 및 성능을 촉진할 수 있는 특정 용융 온도를 포함할 수 있다. 한 예에서, 결합 재료의 용융 온도는 1200 ℃ 이상, 1220 ℃ 이상, 1250 ℃ 이상, 또는 1300 ℃ 이상일 수 있다. 또 다른 예에서, 결합 재료(106)는 1700 ℃ 이하, 1600 ℃ 이상, 또는 1500 ℃ 이하의 용융 온도를 가질 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 결합 재료는 본원에 언급된 임의의 최소값 및 최대값을 포함하는 범위의 용융 온도를 가질 수 있다. 예를 들어, 결합 재료는 1200 ℃ 내지 1700 ℃ 범위의 용융 온도를 가질 수 있다.
한 구체예에서, 본체(100)는 연마 물품의 개선된 형성 및 성능을 촉진할 수 있는 특정 함량의 결합 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 결합 재료의 함량은 본체의 총 부피에 대해 15 vol% 이상, 예컨대 본체의 총 부피에 대해 18 vol% 이상, 20 vol% 이상, 25 vol% 이상, 27.5 vol% 이상, 35 vol% 이상, 또는 40 vol% 이상일 수 있다. 또 다른 예에서, 연마 구성요소 본체는 본체의 총 부피에 대해 75 vol% 이하, 예컨대 본체의 총 부피에 대해 70 vol% 이하, 65 vol% 이하, 60 vol% 이하, 55 vol% 이하, 52 vol% 이하, 48 vol% 이하, 또는 40 vol% 이상의 결합 재료의 함량을 포함할 수 있다. 본체(100)는 본원에 언급된 최소 및 최대 백분율을 포함하는 함량으로 결합 재료를 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 본체(100)는 본체의 총 부피에 대해 15 vol% 내지 75 vol% 범위의 함량으로 결합 재료를 포함할 수 있다.
또 다른 구체예에서, 본체는 연마 물품의 개선된 성능을 촉진할 수 있는 재료를 포함하는 연마 입자(104)를 포함할 수 있다. 한 양태에서, 연마 입자는 카바이드, 니트라이드, 옥사이드, 보라이드 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 연마 입자(104)는 알루미늄 옥사이드, 티타늄 디보라이드, 티타늄 니트라이드, 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 알루미늄 니트라이드, 석류석, 용융 알루미나-지르코니아, 졸-겔 유래 연마 입자, 다이아몬드, 실리콘 카바이드, 보론 카바이드, 입방 보론 니트라이드, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 연마 입자(104)는 예를 들어, 다이아몬드, 입방 보론 니트라이드(CBN), 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 초정밀연마 입자를 포함할 수 있다. 보다 특정한 양태에서, 연마 입자는 본질적으로 초정밀연마 입자로 구성될 수 있다. 예를 들어, 연마 입자(104)는 본질적으로 다이아몬드, 입방 보론 니트라이드(cBN), 또는 이들의 임의의 조합으로 구성될 수 있다.
또 다른 구체예에서, 본체(100)는 개선된 성능을 갖는 연마 물품의 개선된 형성을 촉진할 수 있는 특정 함량의 연마 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연마 입자는 본체의 총 부피에 대해 2 vol% 이상, 예컨대 8 vol% 이상, 12 vol% 이상, 18 vol% 이상, 21 vol% 이상, 27 vol% 이상, 33 vol% 이상, 37 vol% 이상, 또는 42 vol% 이상의 함량으로 존재할 수 있다. 또 다른 예에서, 연마 입자는 50 vol% 이하, 예컨대 42 vol% 이하, 38 vol% 이하, 33 vol% 이하, 28 vol% 이하, 또는 25 vol% 이하의 함량으로 존재할 수 있다. 연마 입자는 본원에 개시된 임의의 최소 및 최대 백분율을 포함하는 함량으로 본체(100)에 존재할 수 있다. 예를 들어, 연마 입자는 본체의 총 부피에 대해 2 vol% 내지 50 vol%의 함량일 수 있다. 본 개시내용을 읽은 후, 당업자는 연마 입자의 함량이 연마 물품의 적용에 따라 결정될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 연삭 또는 연마 도구의 연마 구성요소는 본체의 총 부피에 대해 3.75 vol% 내지 50 vol% 연마 입자를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 절삭 공구의 연마 구성요소는 본체의 총 부피에 대해 2 vol% 내지 6.25 vol% 연마 입자를 포함할 수 있다. 또한, 코어 드릴링을 위한 연마 구성요소는 본체의 총 부피에 대해 6.25 vol% 내지 20 vol% 연마 입자를 포함할 수 있다.
한 구체예에서, 연마 구성요소는 결합 매트릭스의 적어도 일부를 통해 연장되는 상호연결된 상을 포함하는 본체를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상호연결된 상(108)은 본체(100) 내에서 연장될 수 있다. 한 양태에서, 상호연결된 상(108)은 결합 매트릭스(102)의 적어도 일부를 통해 이차원적으로 연장될 수 있다. 또 다른 양태에서, 상호연결된 상(108)은 결합 매트릭스(102)의 적어도 일부를 통해 삼차원적으로 연장될 수 있다. 또 다른 양태에서, 상호연결된 상(108)은 결합 매트릭스 전체에 걸쳐 연장될 수 있다. 특정 양태에서, 상호연결된 상(108)은 결합 매트릭스 전체에 걸쳐 삼차원적으로 연장될 수 있다.
상호연결된 상(108)은 결합 매트릭스와 상이한 재료를 포함할 수 있다. 한 양태에서, 결합 재료(106)의 용융 온도는 상호연결된 상(108)의 용융 온도보다 높을 수 있다. 예를 들어, 결합 재료(106)의 용융 온도는 상호연결된 상(108)의 용융 온도보다 20 ℃ 이상, 예컨대 상호연결된 상의 용융 온도보다 50 ℃ 이상, 100 ℃ 이상, 또는 150 ℃ 이상 더 높을 수 있다. 또 다른 예에서, 결합 재료(106)의 용융 온도는 상호연결된 상(108)의 용융 온도보다 350 ℃ 이하, 예컨대 상호연결된 상(108)의 용융 온도보다 300 ℃ 이하, 250 ℃ 이하, 또는 200 ℃ 이하 더 높을 수 있다. 더욱이, 결합 재료(106)의 용융 온도는 상호연결된 상(108)의 용융 온도보다 높을 수 있고, 차이는 본원에 언급된 임의의 최소값 및 최대값을 포함하는 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 차이는 20 ℃ 내지 350 ℃ 범위일 수 있다.
또 다른 양태에서, 상호연결된 상(108)은 연마 물품의 개선된 형성 및 성능을 촉진할 수 있는 특정 용융 온도를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 한 예에서, 상호연결된 상(108)은 1200 ℃ 이하, 1180 ℃ 이하, 1150 ℃ 이하, 1100 ℃ 이하, 1050 ℃ 이하, 1000 ℃ 이하, 또는 950 ℃ 이하의 용융 온도를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 상호연결된 상(108)은 600 ℃ 이상, 630 ℃ 이상, 660 ℃ 이상, 700 ℃ 이상, 750 ℃ 이상, 800 ℃ 이상, 850 ℃ 이상, 900 ℃ 이상, 950 ℃ 이상, 1000 ℃ 이상, 1050 ℃ 이상, 1100 ℃ 이상, 1150 ℃ 이상, 또는 1180 ℃ 이상의 용융 온도를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 더욱이, 상호연결된 상(108)은 본원에 언급된 임의의 최소값 및 최대값을 포함하는 범위의 용융 온도를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상호연결된 상(108)은 850 ℃ 내지 1200 ℃ 범위, 또는 900 ℃ 내지 1180 ℃ 범위의 용융 온도를 갖는 재료를 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 상호연결된 상(108)은 연마 물품의 개선된 형성 및 성능을 촉진할 수 있는 특정 금속 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상호연결된 상(108)은 결합 재료와 상이한 금속 원소를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 금속은 구리, 주석, 아연, 이들의 합금, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 상호연결된 상(108)은 구리 또는 구리를 포함하는 합금을 포함할 수 있다. 보다 특정한 예에서, 상호연결된 상(108)은 본질적으로 구리, 구리를 포함하는 합금, 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 특정 양태에서, 상호연결된 상(108)은 본질적으로 구리, 청동, 황동 등 또는 이들의 임의의 조합으로 구성될 수 있다.
추가 구체예에서, 본체는 연마 물품의 개선된 형성 및 성능을 촉진할 수 있는 특정 함량의 상호연결된 상을 포함할 수 있다. 한 양태에서, 본체는 본체의 총 부피에 대해 10 vol% 이상의 상호연결된 상, 예컨대 본체의 총 부피에 대해 15 vol% 이상, 예컨대 18 vol% 이상, 20 vol% 이상, 23 vol% 이상, 27 vol% 이상, 30 vol% 이상, 35 vol% 이상, 또는 40 vol% 이상의 상호연결된 상을 포함할 수 있다. 또 다른 양태에서, 본체는 본체의 총 부피에 대해 80 vol% 이하, 75 vol% 이하, 70 vol% 이하, 60 vol% 이하, 55 vol% 이하, 50 vol% 이하, 45 vol% 이하의 상호연결된 상, 예컨대 본체의 총 부피에 대해 40 vol% 이하, 35 vol% 이하, 31 vol% 이하, 29 vol% 이하, 25 vol% 이하, 또는 21 vol% 이하의 상호연결된 상을 포함할 수 있다. 더욱이, 본체는 본원에 언급된 임의의 최소 및 최대 백분율을 포함하는 범위의 상호연결된 상의 함량을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본체(100)는 본체의 총 부피의 10% 내지 45 vol% 범위, 예컨대 15 vol% 내지 40 vol% 범위로 상호연결된 상의 함량을 포함할 수 있다.
추가 양태에서, 본체는 특정 중량 함량의 상호연결된 상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본체는 본체의 총 중량에 대해 15 wt.% 이상, 예컨대 본체의 총 중량에 대해 20 wt.% 이상, 22 wt.% 이상, 25 wt.% 이상, 28 wt.% 이상, 또는 30 wt.% 이상의 상호연결된 상을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 본체는 본체의 총 중량에 대해 80 wt.% 이하, 75 wt.% 이하, 70 wt.% 이하, 65 wt.% 이하, 60 wt.% 이하, 55 wt.% 이하, 50 wt.% 이하, 예컨대 45 wt.% 이하, 40 wt.% 이하, 또는 35 wt.% 이하의 상호연결된 상을 포함할 수 있다. 상호연결된 상의 함량은 본원에 언급된 임의의 최소 및 최대 백분율을 포함하는 범위에 있을 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 본체는 본체의 총 중량의 15 wt.% 내지 50 wt.% 범위 또는 20 wt.% 내지 45 wt.% 범위 또는 25 wt.% 내지 40 wt.% 범위 또는 30 wt.% 내지 35 wt.% 범위로 상호연결된 상을 포함할 수 있다.
또 다른 구체예에서, 본체(100)는 제어된 공극, 예를 들어, 특정 평균 공극 크기, 특정 함량의 공극, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 한 양태에서, 본체는 연마 물품의 개선된 형성 및 성능을 촉진할 수 있는 비교적 큰 평균 크기를 갖는 기공을 포함할 수 있다. 한 양태에서, 본체(100)는 거시적 기공을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본체(100)는 200 미크론 이상, 250 미크론 이상, 300 미크론 이상, 330 미크론 이상, 360 미크론 이상, 400 미크론 이상, 450 미크론 이상, 470 미크론 이상, 510 미크론 이상, 560 미크론 이상, 600 미크론 이상, 또는 630 미크론 이상의 평균 기공 크기를 갖는 거시적 기공을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 본체는 1.5 mm 이하, 1.2 mm 이하, 1mm 이하, 900 미크론 이하, 800 미크론 이하, 710 미크론 이하, 700 미크론 이하, 670 미크론 이하, 620 미크론 이하, 580 미크론 이하, 520 미크론 이하, 480 미크론 이하, 430 미크론 이하, 390 미크론 이하, 330 미크론 이하, 또는 300 미크론 이하의 평균 크기를 갖는 거시적 기공을 포함할 수 있다. 추가 예에서, 본체는 본원에 언급된 임의의 최소값 및 최대값을 포함하는 범위의 평균 기공 크기를 갖는 거시적 기공을 포함할 수 있다. 예를 들어, 평균 기공 크기는 200 마이크론 내지 1.5 mm 범위, 또는 200 마이크론 내지 710 마이크론 범위, 또는 400 마이크론 내지 700 마이크론 범위일 수 있다. 본 개시내용에서, 본원에서 구체예에 언급된 바와 같이 비교적 큰 평균 크기를 갖는 기공은 거시적 기공으로 지칭된다. 적어도 하나의 양태에서, 본체는 본질적으로 거시적 공극으로 구성된 특정 공극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본체의 공극은 본질적으로 거시적 공극으로 구성될 수 있다. 또 다른 예에서, 본체는 본체의 총 부피에 대해 10 vol% 이하, 예컨대 8 vol% 이하, 5 vol% 이하, 2 vol% 이하, 또는 1 vol% 이하의 더 작은 기공을 포함할 수 있다. 더 작은 기공은 200 마이크론 미만, 예컨대 150 미크론 이하, 100 미크론 이하, 또는 50 미크론 이하의 평균 크기를 갖는 기공을 지칭하도록 의도된다. 특정 예에서, 본체에는 200 마이크론 미만, 150 미크론 이하, 100 미크론 이하, 또는 50 미크론 이하의 평균 크기를 갖는 기공이 본질적으로 없을 수 있다.
한 양태에서, 본체(100)는 연마 물품의 개선된 성능을 촉진할 수 있는 특정 함량의 기공을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본체(100)는 본체의 총 부피에 대해 10 vol% 이상, 12 vol% 이상, 예컨대 15 vol% 이상, 18 vol% 이상, 20 vol% 이상, 23 vol% 이상, 27 vol% 이상, 또는 30 vol% 이상의 공극을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 본체(100)는 본체의 총 부피에 대해 60 vol% 이하, 예컨대 50 vol% 이하, 40 vol% 이하, 35 vol% 이하, 31 vol% 이하, 29 vol% 이하, 25 vol% 이하, 또는 21 vol% 이하의 공극을 포함할 수 있다. 더욱이, 본체는 본원에 언급된 임의의 최소 및 최대 백분율을 포함하는 범위의 공극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본체(100)는 본체의 총 부피의 10 vol% 내지 60 vol% 범위 또는 본체의 총 부피의 12% 내지 40 vol% 범위 또는 본체의 총 부피의 15 vol% 내지 35 vol% 범위로 공극을 포함할 수 있다.
한 구체예에서, 본체(100)는 결합 매트릭스(102)에 포함된 복수의 개별 구성원(110)을 포함하는 불연속 상을 포함할 수 있다. 불연속 상은 상호연결된 상(108), 결합 매트릭스(102), 및 연마 입자(104)와 구별될 수 있다.
한 양태에서, 불연속 상은 거시적 기공을 포함할 수 있다. 예를 들어, 개별 구성원(110)의 적어도 일부는 각각 거시적 기공(112)을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 대부분의 개별 구성원(110)은 각각 거시적 기공(112)을 포함할 수 있다. 보다 특정한 예에서, 개별 구성원(110) 각각은 거시적 기공(112)을 포함할 수 있다. 또 다른 특정 예에서, 대부분의 개별 구성원(110) 각각은 거시적 기공(112)으로 구성될 수 있다. 또 다른 보다 특정한 예에서, 개별 구성원(110) 각각은 거시적 기공(112)으로 구성될 수 있다.
일부 예에서, 불연속 상은 상호연결된 상의 잔류물(114)을 포함하는 개별 구성원(120)을 포함할 수 있다. 잔류물(114) 및 상호연결된 상(108)은 동일한 재료를 포함할 수 있다. 한 예에서, 잔류물(114)은 상호연결된 상(108)에 연결될 수 있다. 추가 예에서, 불연속 상은 각각 거시적 기공을 포함하는 복수의 개별 구성원을 포함할 수 있고, 여기서 개별 구성원 중 적어도 하나는 상호연결된 상의 잔류물을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 불연속 상은 상호연결된 상의 잔류물(114) 및 거시적 기공(112)을 각각 포함하는 복수의 개별 구성원(120)을 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 개별 구성원(110 또는 120)은 상호연결된 상(108)에 연결될 수 있는 거시적 기공(112)을 포함할 수 잇다. 예를 들어, 개별 구성원(110)은 상호연결된 상에 의해 정의되는 거시적 기공(112)을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 거시적 기공(112)은 상호연결된 상에 연결될 수 있고 결합 매트릭스(102) 및 연마 입자(104) 중 적어도 하나에 연결될 수 있다. 한 예에서, 개별 구성원(110)은 상호연결된 상(108) 및 결합 매트릭스(102) 및 연마 입자(104) 중 적어도 하나에 의해 정의된 거시적 기공(112)을 포함할 수 있다.
특정 양태에서, 불연속 상은 본질적으로 거시적 기공, 상호연결된 상의 잔류물을 포함하는 거시적 기공, 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
도 2는 구체예에 따른 연마 구성요소의 본체(200)의 단면의 도해를 포함한다. 본체(200)는 결합 매트릭스(202) 및 결합 매트릭스(202) 내에 포함된 연마 입자(204)를 포함할 수 있다. 상호연결된 상(208)은 결합 매트릭스(202)의 적어도 일부를 통해 연장될 수 있다.
본체(200)는 거시적 기공(214)을 각각 포함하는 복수의 개별 구성원(212)을 포함하는 불연속 상을 포함할 수 있다. 거시적 기공(214)은 재료(216)에 의해 정의될 수 있다. 한 양태에서, 재료(216)는 결합 재료(206), 상호연결된 상(208), 또는 두 가지 모두와 상이할 수 있다. 예를 들어, 재료(216)는 결합 재료(206)의 용융 온도, 상호연결된 상(208)의 용융 온도, 또는 둘 모두보다 높은 용융 온도를 가질 수 있다. 또 다른 예에서, 재료(216)는 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 세라믹 재료는 옥사이드, 카바이드, 보라이드 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특정 산화물은 알루미나를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 개별 구성원(212)은 재료(216)에 의해 완전히 정의되는 거시적 기공을 포함한다. 일부 예에서, 불연속 상은 재료(216)에 의해 부분적으로 정의된 거시적 기공(214)을 포함하는 개별 구성원(220)을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 개별 구성원(220)은 거시적 기공(214) 및 거시적 기공(214)에 포함된 재료(216)의 일부를 포함할 수 있다.
한 구체예에서, 불연속 상은 각각 거시적 기공을 포함하는 개별 구성원, 예컨대 개별 구성원(110, 120, 212, 220), 또는 이들의 임의의 조합으로 구성될 수 있다. 추가 구체예에서, 본체(100)는 상호연결된 상에 연결된 거시적 기공을 각각 포함하는 개별 구성원으로 구성된 불연속 상을 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 불연속 상은 개별 구성원으로 구성될 수 있고, 여기서 개별 구성원은 상호연결된 상에 연결된 거시적 기공으로 구성될 수 있다. 특정 예에서, 불연속 상은 개별 구성원(110, 120) 또는 임의의 조합으로 구성될 수 있다. 추가 구체예에서, 불연속 상은 개별 구성원으로 구성될 수 있고, 여기서 각각의 개별 구성원은 상호연결된 상, 결합 매트릭스, 또는 둘 모두와 상이한 재료에 의해 적어도 부분적으로 정의되는 거시적 기공을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 불연속 상은 개별 구성원(212, 220), 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
한 구체예에서, 본체는 충전제를 포함할 수 있다. 한 양태에서, 충전제는 결합 매트릭스에 포함된 단리된 입자를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 충전제는 상호연결된 상으로부터 분리될 수 있다. 한 양태에서, 충전제는 결합 매트릭스, 상호연결된 상, 및 불연속 상 중 적어도 하나와 상이한 재료를 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 충전제는 불연속 상과 상이한 재료를 포함할 수 있다. 추가 양태에서, 충전제는 무기 재료를 포함할 수 있다. 충전제의 특정한 예는 옥사이드, 카바이드, 니트라이드, 보라이드, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 충전제의 보다 특정한 예는 흑연, 텅스텐 카바이드, 보론 니트라이드, 텅스텐 디설파이드, 실리콘 카바이드, 알루미늄 옥사이드, 알루미나 실리카, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
추가 양태에서, 충전제는 2000 미크론 이하, 예컨대 1800 미크론 이하, 1500 미크론 이하, 1200 미크론 이하, 1000 미크론 이하, 800 미크론 이하, 600 미크론 이하, 500 미크론 이하, 400 미크론 이하, 300 미크론 이하, 200 미크론 이하, 150 미크론 이하, 120 미크론 이하, 100 미크론 이하, 또는 80 미크론 이하의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 또 다른 양태에서, 충전제는 60 미크론 이상, 예컨대 65 미크론 이상, 70 미크론 이상, 75 미크론 이상, 80 미크론 이상, 90 미크론 이상, 또는 100 미크론 이상의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 더욱이, 충전제는 본원에 언급된 임의의 최소값 및 최대값을 포함하는 범위의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 특정 예에서, 비교적 큰 입자 크기를 갖는 충전제, 예컨대 알루미나 실리카가 사용될 수 있다. 예를 들어, 특정 충전제는 수 밀리미터, 예컨대 1 mm 이상 또는 2 mm 이상의 평균 크기를 가질 수 있다.
한 구체예에서, 본체는 연마 물품의 개선된 성능을 촉진할 수 있는 특정 함량의 충전제를 포함할 수 있다 한 양태에서, 본체는 본체의 총 부피에 대해 5 vol% 이상의 충전제, 예컨대 본체의 총 부피에 대해 7 vol% 이상, 10 vol% 이상, 12 vol% 이상, 15 vol% 이상, 또는 20 vol% 이상의 충전제를 포함할 수 있다. 또 다른 양태에서, 본체는 본체의 총 부피에 대해 30 vol% 이하의 충전제, 예컨대 본체의 총 부피에 대해 25 vol% 이하, 20 vol% 이하, 또는 17 vol% 이하의 충전제를 포함할 수 있다. 더욱이, 본체는 본원에 언급된 임의의 최소 및 최대 백분율을 포함하는 함량의 충전제를 포함할 수 있다.
도 3은 연마 물품을 형성하기 위한 예시적인 공정(300)을 예시하는 흐름도를 포함한다. 공정(300)은 블록(301)에서 시작하여, 결합 재료, 연마 입자, 및 용침제 재료를 포함하는 혼합물을 형성할 수 있다. 혼합물은 본 개시내용의 구체예에서 언급된 임의의 결합 재료 및 연마 입자를 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 결합 재료는 내마모 성분, 예컨대 텅스텐 카바이드를 포함할 수 있다. 결합 재료는 분말 형태일 수 있다. 예를 들어, 결합 재료는 개별 성분의 입자 또는 사전 합금된 입자의 블렌드를 포함할 수 있다.
한 구체예에서, 혼합물은 연마 물품의 개선된 형성 및 성능을 촉진할 수 있는 특정 함량의 결합 재료를 포함할 수 있다. 한 양태에서, 혼합물은 혼합물의 총 중량에 대해 15 wt.% 이상, 예컨대 20 wt.% 이상, 25 wt.% 이상, 28 wt.% 이상, 30 wt.% 이상, 33 wt.% 이상, 35 wt.% 이상, 38 wt.% 이상, 40 wt.% 이상, 42 wt.% 이상, 45 wt.% 이상, 또는 46 wt.% 이상의 결합 재료를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 혼합물은 혼합물의 총 중량에 대해 90 wt.% 이하, 예컨대 80 wt.% 이하, 75 wt.% 이하, 70 wt.% 이하, 65 wt.% 이하, 60 wt.% 이하, 55 wt.% 이하 50 wt.% 이하, 48 wt.% 이하, 또는 46 wt.% 이하의 결합 재료를 포함할 수 있다. 추가 예에서, 혼합물은 혼합물의 총 중량에 대해 15 wt.% 이상 및 90 wt.% 이하의 결합 재료를 포함할 수 있다.
혼합물은 본 개시내용의 구체예에서 언급된 임의의 연마 입자를 포함할 수 있다. 한 구체예에서, 연마 입자는 연마 물품의 개선된 형성 및 성능을 촉진할 수 있는 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 평균 입자 크기는 30 미크론 이상, 예컨대 35 미크론 이상, 40 미크론 이상, 45 미크론 이상, 50 미크론 이상, 55 미크론 이상, 60 미크론 이상, 70 미크론 이상, 80 미크론 이상, 85 미크론 이상, 95 미크론 이상, 100 미크론 이상, 125 미크론 이상, 140 미크론 이상, 또는 180 미크론 이상일 수 있다. 또 다른 예에서, 연마 입자는 900 미크론 이하, 예컨대 860 미크론 이하, 750 미크론 이하, 700 미크론 이하, 620 미크론 이하, 500 미크론 이하, 450 미크론 이하, 400 미크론 이하, 350 미크론 이하, 280 미크론 이하, 또는 250 미크론 이하의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 연마 입자는 본원에 개시된 임의의 최소값 및 최대값을 포함하는 범위 내의 평균 입자 크기를 가질 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 연마 입자의 평균 입자 크기는 30 미크론 이상 및 900 미크론 이하를 포함하는 범위 이내일 수 있다. 연마 입자 크기는 연마 물품의 적용에 적합하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 조대 연마 입자는 다이아몬드를 포함하는 연마 입자를 필요로 하는 특정 응용분야에 바람직할 수 있다.
한 구체예에서, 혼합물은 연마 물품의 개선된 형성 및 성능을 촉진할 수 있는 함량의 연마 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 혼합물은 혼합물의 총 중량에 대해 5 wt.% 이상, 예컨대 8 wt.% 이상, 10 wt.% 이상, 12 wt.% 이상, 15 wt.% 이상, 18 wt.% 이상, 20 wt.% 이상, 22 wt.% 이상, 25 wt.% 이상, 28 wt.% 이상, 20 wt.% 이상, 또는 33 wt.% 이상의 연마 입자를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 혼합물은 혼합물의 총 중량에 대해 55 wt.% 이하, 예컨대 49 wt.% 이하, 41 wt.% 이하, 38 wt.% 이하, 또는 35 wt.% 이하의 연마 입자를 포함할 수 있다. 추가 구체예에서, 혼합물은 혼합물의 총 중량에 대해 5 wt.% 이상 및 55 wt.% 이하의 연마 입자를 포함할 수 있다.
한 구체예에서, 혼합물은 고체 재료를 포함하는 용침제 재료를 포함할 수 있다. 한 양태에서, 용침제 재료는 중실 입자, 중공 입자, 구멍을 갖는 입자, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 거시적 입자의 형태일 수 있다. 특정 양태에서, 거시적 입자는 본질적으로 중공 입자로 구성될 수 있다. 또 다른 양태에서, 용침제 재료는 연마 물품의 개선된 형성 및 성능을 촉진할 수 있는 특정 평균 입자 크기를 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 용침제 미시적 입자는 입자가 본체의 형성 과정을 견디기에 충분한 강성을 갖도록 허용할 수 있는 특정 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 또 다른 특정 양태에서, 특정 평균 크기는 원하는 형상 및 구조의 미가공체의 형성을 촉진하고 개선된 강도 및 상호연결된 공극을 갖는 미가공체의 제어된 형성을 허용할 수 있다. 예를 들어, 거시적 입자는 200 미크론 이상, 300 미크론 이상, 330 미크론 이상, 360 미크론 이상, 400 미크론 이상, 450 미크론 이상, 470 미크론 이상, 510 미크론 이상, 560 미크론 이상, 600 미크론 이상, 630 미크론 이상, 660 미크론 이상, 또는 710 미크론 이상의 평균 크기를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 거시적 입자는 1.5 mm 이하, 1.2 mm 이하, 1 mm 이하, 800 미크론 이하, 900 미크론 이하, 750 미크론 이하, 710 미크론 이하, 670 미크론 이하, 620 미크론 이하, 580 미크론 이하, 520 미크론 이하, 480 미크론 이하, 430 미크론 이하, 390 미크론 이하, 또는 330 미크론 이하의 평균 크기를 포함할 수 있다. 특정 예에서, 거시적 입자는 본원에 언급된 임의의 최소값 및 최대값을 포함하는 범위의 평균 크기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 거시적 입자는 300 마이크론 내지 750 마이크론 범위의 평균 크기를 포함할 수 있다.
추가 양태에서, 용침제 재료는 결합 재료와 상이할 수 있다. 예를 들어, 용침제 재료는 결합 재료와 상이한 용융 온도보다 낮은 용융 온도를 가질 수 있다. 또 다른 예에서, 용침제 재료는 1200 ℃ 이하, 1180 ℃ 이하, 1150 ℃ 이하, 1100 ℃ 이하, 1050 ℃ 이하, 1000 ℃ 이하, 또는 950 ℃ 이하의 용융 온도를 가질 수 있다. 또 다른 예에서, 용침제 재료는 600 ℃ 이상, 650 ℃ 이상, 700 ℃ 이상, 750 ℃ 이상, 800 ℃ 이상, 850 ℃ 이상, 900 ℃ 이상, 950 ℃ 이상, 1000 ℃ 이상, 1050 ℃ 이상, 1100 ℃ 이상, 1150 ℃ 이상, 또는 1180 ℃ 이상의 용융 온도를 가질 수 있다. 더욱이, 용침제 재료는 본원에 언급된 임의의 최소값 및 최대값을 포함하는 범위의 용융 온도를 가질 수 있다.
한 양태에서, 용침제 재료는 무기 재료, 예컨대 금속을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 용침제 재료는 본질적으로 금속으로 구성될 수 있다. 금속의 예는 구리, 주석, 아연, 이들의 합금, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 용침제 재료는 합금, 예컨대 구리를 포함하는 합금을 포함할 수 있다. 보다 특정한 양태에서, 용침제 재료는 청동, 황동, 구리, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 보다 더 특정한 양태에서, 용침제 재료는 청동, 황동, 구리, 또는 이들의 임의의 조합으로 구성될 수 있다. 일부 예에서, 용침제 재료는 티타늄, 은, 망간, 인, 알루미늄, 마그네슘, 또는 이들의 임의의 조합을 추가로 포함할 수 있다.
한 구체예에서, 혼합물은 연마 물품의 개선된 형성 및 성능을 촉진할 수 있는 함량의 용침제 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 혼합물은 혼합물의 총 중량에 대해 5 wt.% 이상, 예컨대 8 wt.% 이상, 10 wt.% 이상, 12 wt.% 이상, 또는 15 wt.%이상의 용침제 재료를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 혼합물은 혼합물의 총 중량에 대해 30 wt.% 이하, 예컨대 25 wt.% 이하, 22 wt.% 이하, 20 wt.% 이하, 또는 18 wt.% 이하의 용침제 재료를 포함할 수 있다. 추가 구체예에서, 혼합물은 혼합물의 총 중량에 대해 5 wt.% 이상 및 25 wt.% 이하의 용침제 재료를 포함할 수 있다.
혼합물은 본 개시내용의 구체예에서 언급된 임의의 충전제를 임의로 포함할 수 있다. 충전제는 최종적으로 형성된 연마 물품의 특성을 수정하거나 형성 공정을 촉진하기 위해 첨가될 수 있다. 예를 들어, 실리카 겔, SiC, Al2O3 등을 포함하는 충전제가 첨가되어 연마 도구의 내마모성을 개선할 수 있다. 충전제는 분말, 과립, 입자, 또는 이들의 조합 형태일 수 있다. 충전제는 최종적으로 형성된 연마 물품에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다.
한 구체예에서, 혼합물은 연마 물품의 개선된 형성 및 성능을 촉진할 수 있는 함량의 충전제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 충전제는 혼합물의 총 중량에 대해 0.5 wt.% 이상, 예컨대 1.5 wt.% 이상, 2.5 wt.% 이상, 4 wt.% 이상의 함량을 가질 수 있다. 또 다른 예에서, 충전제는 혼합물의 총 중량에 대해 12 wt.% 이하, 예컨대 11 wt.% 이하, 9 wt.% 이하, 또는 7.5 wt.% 이하의 함량을 가질 수 있다. 추가 구체예에서, 충전제의 함량은 본원에 언급된 임의의 최소 또는 최대 백분율을 포함하는 범위일 수 있다. 예를 들어, 혼합물은 0.5 wt.% 이상 및 12 wt.% 이하의 충전제 함량을 포함할 수 있다.
공정(300)은 블록(303)에서 계속되어 혼합물로부터 미가공체를 계속해서 형성할 수 있다. 한 양태에서, 미가공체 형성은 혼합물 성형을 포함할 수 있다. 예시적인 구현에서, 혼합물은 원하는 형상을 제공할 수 있는 몰드와 같은 성형 장치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 몰드는 연마 세그먼트 또는 연속 림의 형상을 제공할 수 있다. 일부 예에서, 몰드는 복수의 미가공체 성형 및 형성을 촉진하기 위해 복수의 영역을 포함할 수 있다.
추가 양태에서, 미가공체 형성은 혼합물에 압력을 가하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 혼합물은 예컨대 냉간 프레싱에 의해 프레싱되어, 결합 재료, 연마 입자, 및 용침제 재료를 포함하는 미가공체를 형성할 수 있다. 예시적인 구현에서, 냉간 프레싱은 100 MPa 내지 2500 MPa의 압력에서 수행될 수 있다. 또 다른 양태에서, 미가공체는 다공성일 수 있다. 특정 양태에서, 미가공체는 상호연결된 기공의 네트워크를 가질 수 있다. 또 다른 특정 양태에서, 미가공체는 미가공체의 총 부피에 대해 10 vol% 내지 35 vol%의 상호연결된 공극을 가질 수 있다.
공정(300)은 블록(305)으로 계속되어, 코어 상에 연마 구성요소를 형성할 수 있다. 한 구체예에서, 공정(300)은 연마 구성요소의 최종적으로 형성된 본체 형성을 포함할 수 있다. 한 양태에서, 열은 미가공체의 적어도 일부에 가해져 최종적으로 형성된 본체의 형성을 촉진할 수 있다. 예를 들어, 전체 미가공체는 최종적으로 형성된 본체 형성을 위해 가열될 수 있다. 한 양태에서, 가열은 미가공체의 적어도 일부의 적어도 일부를 용침하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가열은 용침제 재료의 용융 온도보다 높고 결합 재료의 용융 온도보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 추가 예에서, 미가공체 내의 용침제 재료가 용융되고 액체를 형성하여 미가공체의 적어도 일부를, 예컨대 모세관 작용에 의해 용침하도록 가열이 수행될 수 있다. 예시적인 구현에서, 미가공체가 가열되어 미가공체 내의 용침제 재료를 용융시킬 수 있고, 액체 용침제 재료가 상호연결된 기공의 네트워크 내로 유동하여 상호연결된 상을 형성할 수 있다. 특정 양태에서, 96% 이상, 98% 이상, 99% 이상, 또는 모든 상호연결된 공극이 미가공체 내의 용침제 재료에 의해 충전될 수 있다. 또 다른 특정 양태에서, 상호연결된 상이 용침제 재료로부터 형성될 수 있도록 가열이 수행될 수 있다. 추가 양태에서, 거시적 기공은 액체 용침제 재료가 상호연결된 기공의 네트워크 내로 이끌릴 때 형성될 수 있다.
또 다른 양태에서, 용침은 추가 용침제 재료를 사용함으로써 촉진될 수 있다. 예를 들어, 미가공체의 공극과 비교하여 미가공체가 더 낮은 함량의 용침제 거시적 입자를 포함하는 경우 추가의 용침제 재료가 사용될 수 있다. 예를 들어, 용침제 슬러그는 미가공체에 열을 가하기 전에 미가공체의 표면에 배치될 수 있다. 용침제 슬러그는 구리, 청동, 예컨대 구리-주석 청동, 황동, 구리-주석-아연 합금, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 용침제 슬러그는 미가공체 내의 용침제 거시적 입자와 동일한 조성을 포함할 수 있다. 용침제 슬러그는 추가 용침제 재료의 분말을 냉간 프레싱하여 형성될 수 있다. 분말은 개별 성분의 입자 또는 사전 합금된 입자를 포함할 수 있다. 대안적으로, 용침제 슬러그는 당업계에 공지된 다른 야금 기술에 의해 형성될 수 있다. 추가 양태에서, 가열이 수행되어 미가공체 내의 용침제 재료를 용융시키고 용침제 슬러그를 미가공체에 용침시킬 수 있다. 예를 들어, 96% 이상, 98% 이상, 99% 이상, 또는 모든 상호연결된 공극은 용침 과정에 의해 충전되어 상호연결된 상을 형성할 수 있다.
또 다른 양태에서, 가열은 미가공체 소결을 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 가열은 소결 및 용침을 포함할 수 있고, 보다 구체적으로, 소결은 용침과 동시에 수행될 수 있다.
또 다른 양태에서, 가열은 연마 물품의 개선된 형성 및 성능을 촉진하기 위해 특정 온도에서 수행될 수 있다. 한 예에서, 가열은 900℃ 이상, 950 ℃ 이상, 1000 ℃ 이상, 1050 ℃ 이상, 1100 ℃ 이상, 1150 ℃ 이상, 또는 1180 ℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있다. 추가 예에서, 가열은 1200 ℃ 이하, 1180 ℃ 이하, 1150 ℃ 이하, 1100 ℃ 이하, 1050 ℃ 이하, 1000 ℃ 이하, 또는 950 ℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 더욱이, 가열은 본원에 언급된 임의의 최소값 및 최대값을 포함하는 범위의 온도에서 수행될 수 있다.
한 양태에서, 가열은 환원성 분위기에서 수행될 수 있다. 일반적으로, 환원성 분위기는 산소와 반응할 수 있는 양의 수소를 포함할 수 있다. 가열은 노, 예컨대 배치로 또는 터널로에서 수행될 수 있다.
한 구체예에서, 연마 구성요소의 최종적으로 형성된 본체는 코어에 부착될 수 있다. 한 양태에서, 본체는 미가공체를 가열, 예컨대 소결 및 용침한 후 최종적으로 형성될 수 있다. 또 다른 양태에서, 복수의 최종적으로 형성된 본체는 코어에 부착될 수 있다.
추가 양태에서, 최종적으로 형성된 본체를 코어에 부착하는 것은, 하나 이상의 연마 구성요소 본체가 코어에 결합될 수 있도록, 예를 들어, 용접, 브레이징, 레이저, 전자 빔, 또는 이들의 임의의 조합을 사용하여 수행될 수 있다. 구현에서, 본체는 배킹(backing)에 결합되고 배킹을 통해 코어에 부착될 수 있다. 예를 들어, 본체는 용침제 재료에 의해 배킹에 결합될 수 있다. 예시적인 배킹은 철계 재료를 포함할 수 있다. 배킹의 특정한 예는 강철을 포함할 수 있다. 예시적인 구현에서, 미가공체는 배킹에 인접하게 배치될 수 있고, 열의 적용에 의해, 용융된 용침제 재료가 미가공체의 상호연결된 기공 및 본체와 배킹 사이의 갭을 충전할 수 있다. 예에서, 배킹은 기공을 포함할 수 있고 코어에 대한 부착을 더욱 촉진하기 위해 용침제 재료에 의해 조밀화될 수 있다. 특정 예에서, 본체의 상호연결된 상은 배킹으로 연장될 수 있다. 따라서, 배킹의 공극은 더 조밀한 배킹이 요구되는 적용에서 미가공체에 적절한 양의 용침제 거시적 입자를 포함하기 위해 고려될 수 있다. 추가 예에서, 후속 단락에서 설명된 바와 같이 거시적 입자 이외의 추가 용침제 재료가 첨가되어 배킹에 대한 본체의 결합 및/또는 코어에 대한 배킹의 결합을 촉진할 수 있다. 적용분야에 따라, 코어는 링, 링 섹션, 플레이트, 컵 휠 본체, 또는 디스크, 예컨대 중실 금속 디스크의 형태일 수 있다. 코어는 열처리 가능한 강철 합금, 예컨대 25CrMo4, 75Cr1, C60, 강철 65Mn, 또는 얇은 단면을 갖는 코어용 유사 강철 합금 또는 St 60과 같은 단순 구조 강철 또는 두꺼운 코어용의 유사한 것을 포함할 수 있다. 적합한 코어는 당업계에 공지된 다양한 야금 기술에 의해 형성될 수 있다.
또 다른 구체예에서, 본체를 코어에 부착하는 것은 최종적으로 형성된 연마 구성요소 본체를 형성하는 것과 동시에 수행될 수 있다. 한 양태에서, 하나 이상의 미가공체는 코어에 가깝게, 예컨대 코어에 인접하여 배치될 수 있다. 가열은 본원에서 구체예에 기재된 바와 같이 수행될 수 있다. 예를 들어, 미가공체는 가열에 의해 용침 및/또는 소결될 수 있다. 특정 예에서, 용침제 재료의 일부는 코어와 하나 이상의 연마 구성요소 본체 사이에 잔존하여 본질적으로 용침제 재료로 구성된 결합 영역이 코어와 하나 이상의 본체 사이에 형성될 수 있다. 결합 영역은 코어 및 연마 구성요소와 구별되는 식별 가능한 영역일 수 있다. 결합 영역은 약 90 wt.% 이상 용침제 재료, 예컨대 약 95 wt.% 이상 결합 금속, 예컨대 약 98 wt.% 이상 용침제 재료를 포함할 수 있다. 용침제 재료는 결합 영역 및 하나 이상의 최종적으로 형성된 본체 전체에 걸쳐 연속적일 수 있다. 일부 예에서, 추가 용침제 재료, 예컨대 용침제 슬러그, 또는 청동을 포함하는 또 다른 재료 등이 코어 및 미가공체 중 적어도 하나와 접촉하여 배치되어 코어 상의 하나 이상의 연마 구성요소의 형성을 촉진할 수 있다. 다른 예에서, 본체를 코어에 부착하는 것은 공지된 방법을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 미국 공개 번호 2010/0035530 A1은 코어에 대한 연마 구성요소 부착 공정을 개시하고 그 전체가 본원에 포함된다.
또 다른 구체예에서, 미가공체를 형성하는 것 및 미가공체를 코어에 부착하는 것은 동시에 수행될 수 있다. 예시적인 구현에서, 코어는 몰드에서 혼합물과 접촉하여 배치될 수 있다. 연마 구성요소의 미가공체의 형성 및 코어에 대한 결합을 촉진하기 위해 혼합물에 압력이 가해질 수 있다. 또 다른 예에서, 복수의 미가공체는 압력의 적용에 의해 형성되고 코어에 결합될 수 있다. 특정 구현에서, 코어 상의 하나 이상의 미가공체 형성은 프레싱, 예컨대 냉간 프레싱의 단일 작업을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 열간 프레싱, 등방압 프레싱 등이 수행되어 코어에 결합된 하나 이상의 미가공체를 형성할 수 있다. 열은 하나 이상의 미가공체의 적어도 일부에 가해져 용침 및/또는 소결을 촉진하여 하나 이상의 최종적으로 형성된 본체를 형성할 수 있다. 특히, 용침제 재료의 일부는, 코어에 대한 하나 이상의 최종적으로 형성된 본체의 결합이 가열과 동시에 수행될 수 있도록, 코어와 하나 이상의 최종적으로 형성된 본체 사이의 결합 영역을 형성할 수 있다. 일부 예에서, 용침 슬러그는 하나 이상의 미가공체의 용침 및/또는 코어에 대한 하나 이상의 최종적으로 형성된 본체의 결합을 촉진하기 위해 사용될 수 있다.
도 4는 연마 물품을 형성하기 위한 또 다른 예시적인 공정(400)을 예시하는 흐름도를 포함한다. 공정(400)은 블록(401)에서 시작하여, 결합 재료, 연마 입자 및 기공 형성제를 포함하는 미가공체를 형성할 수 있다. 미가공체는 임의로 충전제를 포함할 수 있다. 미가공체는 미가공체와 동일한 조성을 포함하는 혼합물로부터 공정(300)에 대해 구체예에 기재된 바와 같이 형성될 수 있다. 미가공체는 미가공체의 총 부피에 대해 예컨대 10 vol% 내지 35 vol%의 상호연결된 공극을 가질 수 있다.
한 양태에서, 기공 형성제는 조성, 입자 크기, 또는 이들의 임의의 조합에서 연마 입자와 상이한 미시적 입자를 포함할 수 있다. 또 다른 양태에서, 기공 형성제는 결합 재료와 상이한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기공 형성제는 결합 재료보다 높은 용융 온도를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 기공 형성제는 세라믹 재료, 예컨대 옥사이드, 카바이드, 보라이드 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 산화물의 특정한 예는 알루미나를 포함할 수 있다. 또 다른 양태에서, 기공 형성제는 세라믹 재료를 포함하는 중공 거시적 입자를 포함하거나, 특정 예에서 본질적으로 이로 구성될 수 있다.
한 양태에서, 기공 형성제는 연마 물품의 개선된 형성 및 성능을 촉진할 수 있는 평균 입자 크기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기공 형성제는 150 미크론 이상, 200 미크론 이상, 250 미크론 이상, 300 미크론 이상, 330 미크론 이상, 360 미크론 이상, 400 미크론 이상, 450 미크론 이상, 470 미크론 이상, 510 미크론 이상, 560 미크론 이상, 600 미크론 이상, 630 미크론 이상, 660 미크론 이상, 710 미크론 이상, 750 미크론 이상, 780 미크론 이상, 또는 800 미크론 이상의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 또 다른 예에서, 기공 형성제는 900 미크론 이하, 예컨대 850 미크론 이하, 800 미크론 이하, 750 미크론 이하, 710 미크론 이하, 670 미크론 이하, 620 미크론 이하, 580 미크론 이하, 520 미크론 이하, 480 미크론 이하, 430 미크론 이하, 390 미크론 이하, 또는 330 미크론 이하의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 더욱이, 기공 형성제는 본원에 언급된 임의의 최소값 및 최대값을 포함하는 범위의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.
한 구체예에서, 미가공체는 연마 물품의 개선된 형성 및 성능을 촉진할 수 있는 특정 함량의 기공 형성제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 혼합물은 미가공체의 총 중량에 대해 5 wt.% 이상, 예컨대 8 wt.% 이상, 10 wt.% 이상, 12 wt.% 이상, 15 wt.% 이상, 18 wt.% 이상, 20 wt.% 이상, 22 wt.% 이상, 25 wt.% 이상, 28 wt.% 이상, 20 wt.% 이상, 또는 33 wt.% 이상의 기공 형성제를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 미가공체는 미가공체의 총 중량에 대해 35 wt.% 이하, 예컨대 30 wt.% 이하, 28 wt.% 이하, 25 wt.% 이하, 20 wt.% 이하, 18 wt.% 이하, 또는 15 wt.% 이하의 기공 형성제를 포함할 수 있다. 추가 구체예에서, 미가공체는 미가공체의 총 중량에 대해 5 wt.% 이상 및 35 wt.% 이하의 기공 형성제를 포함할 수 있다.
추가 양태에서, 미가공체를 형성하고 미가공체를 코어에 결합하는 것은 공정(300)에 관련하여 구체예에 기재된 바와 같이 동시에 수행될 수 있다.
한 구체예에서, 공정(400)은 미가공체의 적어도 일부를 가열하는 것을 포함할 수 있다. 한 양태에서, 가열은 블록(403)에 도시된 바와 같이, 미가공체의 적어도 일부를 용침하는 것을 포함할 수 있다. 예시적인 구현에서, 용침은 용침제 재료를 미가공체의 일부에 적용하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본원에서 구체예에 기재된 바와 같은 용침제 슬러그는 미가공체의 표면 위에 배치될 수 있다. 가열이 수행되어 용침제 재료를 용융시키고 미가공체를 용침할 수 있다. 예시적인 용침 공정에서, 96% 이상, 98% 이상, 99% 이상, 또는 모든 상호연결된 기공이 용침제 재료로 충전될 수 있다. 또 다른 양태에서, 가열은 미가공체 소결을 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 가열이 수행되어 미가공체를 동시에 용침 및 소결할 수 있다.
공정(400)은 블록(405)에서 코어 상에서 연마 구성요소를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 한 양태에서, 하나 이상의 최종적으로 형성된 연마 구성요소 본체는, 예컨대 용접, 브레이징, 또는 레이저를 사용에 의해 공정(300)과 관련된 구체예에서 설명된 바와 같이 코어에 부착될 수 있다.
또 다른 양태에서, 하나 이상의 연마체를 코어에 부착하는 것은 용침과 동시에 수행될 수 있다. 한 예에서, 하나 이상의 미가공 연마 구성요소 본체는 하나 이상의 미가공체가 형성될 때 코어에 결합되 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 미가공체는 코어에 가깝게, 예컨대 코어에 인접하여 배치될 수 있다. 용침제 재료는 코어 및/또는 하나 이상의 미가공체와 접촉하여 배치될 수 있다. 일부 예에서, 용침제 재료는 하나 이상의 미가공체와 코어 사이에 배치될 수 있다. 공정(300)와 관련하여 구체예에 기재된 바와 같이 가열이 수행되어 용침제 재료를 용융시켜 하나 이상의 미가공체를 용침할 수 있고, 용침제 재료의 일부가 결합 영역을 형성하는 하나 이상의 본체와 코어 사이에 남을 수 있다.
또 다른 구체예에서, 결합 재료, 연마 입자, 기공 형성제, 및 용침제 재료를 포함하는 혼합물이 형성될 수 있다. 혼합물은 본원에서 구체예에 기재된 바와 같이 하나 이상의 미가공체로 형성될 수 있다. 미가공체는 본원에서 구체예에 기재된 바와 같이 가열, 예컨대 용침 및 소결되어, 코어에 결합될 수 있다.
도 5는 연마 물품(500)의 일부의 예시를 포함한다. 연마 물품(500)은 코어(502), 결합 영역(506) 및 연마 세그먼트(504)를 포함한다. 도 6은 연마 물품(600)의 일부의 예시를 포함한다. 연마 물품(600)은 코어(602), 결합 영역(606) 및 연속 림(604)을 포함한다. 도 7은 본원의 구체예에 따라 형성된 예시적인 컷-오프 블레이드의 예시를 포함한다.
여러 상이한 양태 및 구체예가 가능하다. 이러한 양태 및 구체예 중 일부가 본원에 설명된다. 본 명세서를 읽은 후, 당업자는 양태 및 구체예가 단지 예시적인 것이며 본 발명의 범위를 제한하지 않음을 이해할 것이다. 구체예는 아래 나열된 구체예 중 어느 하나 이상에 따를 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명이 더 잘 이해될 수 있고, 이의 수많은 특징 및 장점이 당업자에게 명백해진다.
도 1은 구체예에 따른 연마 구성요소의 단면의 도해를 포함한다.
도 2는 구체예에 따른 또 다른 연마 구성요소의 단면의 도해를 포함한다.
도 3은 구체예에 따른 공정을 포함하는 흐름도를 포함한다.
도 4는 구체예에 따른 또 다른 공정을 포함하는 흐름도를 포함한다.
도 5는 구체예에 따른 예시적인 연마 물품의 일부의 예시를 포함한다.
도 6은 본원의 또 다른 구체예에 따른 예시적인 연마 물품의 예시를 포함한다.
도 7은 구체예에 따른 컷-오프 블레이드의 예시를 포함한다.
당업자는 도면의 요소가 단순성과 명료성을 위해 예시되며 반드시 일정 비율로 그려지지는 않았음을 이해한다. 예를 들어, 도면의 일부 요소의 치수는 본 발명의 구체예의 이해를 향상시키는 데 도움이 되도록 다른 요소에 비해 과장될 수 있다. 상이한 도면에서 동일한 참조 기호의 사용은 유사하거나 동일한 구체예를 나타낸다.
도 1은 구체예에 따른 연마 구성요소의 단면의 도해를 포함한다.
도 2는 구체예에 따른 또 다른 연마 구성요소의 단면의 도해를 포함한다.
도 3은 구체예에 따른 공정을 포함하는 흐름도를 포함한다.
도 4는 구체예에 따른 또 다른 공정을 포함하는 흐름도를 포함한다.
도 5는 구체예에 따른 예시적인 연마 물품의 일부의 예시를 포함한다.
도 6은 본원의 또 다른 구체예에 따른 예시적인 연마 물품의 예시를 포함한다.
도 7은 구체예에 따른 컷-오프 블레이드의 예시를 포함한다.
당업자는 도면의 요소가 단순성과 명료성을 위해 예시되며 반드시 일정 비율로 그려지지는 않았음을 이해한다. 예를 들어, 도면의 일부 요소의 치수는 본 발명의 구체예의 이해를 향상시키는 데 도움이 되도록 다른 요소에 비해 과장될 수 있다. 상이한 도면에서 동일한 참조 기호의 사용은 유사하거나 동일한 구체예를 나타낸다.
구체예
구체예 1. 본체를 포함하는 연마 구성요소를 포함하는 연마 물품으로서, 본체는 다음을 포함하는 연마 물품:
결합 재료 및 결합 매트릭스 내에 포함된 연마 입자를 포함하는 결합 매트릭스;
결합 매트릭스의 적어도 일부를 통해 연장되는 상호연결된 상; 및
결합 매트릭스 내의 불연속 상, 여기서 불연속 상의 개별 구성원은 거시적 기공을 포함한다.
구체예 2. 본체를 포함하는 연마 구성요소를 포함하는 연마 물품으로서, 본체는 다음을 포함하는 연마 물품:
결합 재료 및 결합 매트릭스 내에 포함된 연마 입자를 포함하는 결합 매트릭스;
결합 매트릭스의 적어도 일부를 통해 연장되는 상호연결된 상; 및
본체의 총 부피에 대해 15 vol% 이상의 공극.
구체예 3. 구체예 2의 연마 물품, 여기서 본체는 결합 매트릭스 내의 불연속 상을 추가로 포함하고, 여기서 불연속 상의 개별 구성원은 거시적 기공을 포함한다.
구체예 4. 구체예 1 또는 3의 연마 물품, 여기서 불연속 상은 복수의 개별 구성원을 포함하고, 여기서 대부분의 개별 구성원은 거시적 기공을 포함한다.
구체예 5. 구체예 1, 3, 또는 4의 연마 물품, 여기서 불연속 상은 복수의 개별 구성원을 포함하고, 여기서 각각의 구성원은 거시적 기공을 포함한다.
구체예 6. 구체예 1 내지 5 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 본체는 본체의 총 부피에 대해 15 vol% 이상, 18 vol% 이상, 20 vol% 이상, 23 vol% 이상, 27 vol% 이상, 또는 30 vol% 이상의 공극을 포함한다.
구체예 7. 구체예 1 내지 6 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 본체는 본체의 총 부피에 대해 35 vol% 이하, 31 vol% 이하, 29 vol% 이하, 25 vol% 이하, 또는 21 vol% 이하의 공극을 포함한다.
구체예 8. 구체예 6 또는 7의 연마 물품, 여기서 90% 이상의 공극은 거시적 공극을 포함하고, 또는 92% 이상, 95% 이상, 97% 이상, 또는 99% 이상의 공극은 거시적 공극을 포함한다.
구체예 9. 구체예 1 및 3 내지 8 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 본체는 200 미크론 이상, 250 미크론 이상, 300 미크론 이상, 330 미크론 이상, 360 미크론 이상, 400 미크론 이상, 450 미크론 이상, 470 미크론 이상, 510 미크론 이상, 560 미크론 이상, 600 미크론 이상, 또는 630 미크론 이상의 거시적 기공의 평균 기공 크기를 포함할 수 있다.
구체예 10. 구체예 1 및 3 내지 9 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 본체는 1.5 mm 이하, 1.2 mm 이하, 1 mm 이하, 900 미크론 이하, 800 미크론 이하, 710 미크론 이하, 670 미크론 이하, 620 미크론 이하, 580 미크론 이하, 520 미크론 이하, 480 미크론 이하, 430 미크론 이하, 390 미크론 이하, 330 미크론 이하, 또는 300 미크론 이하의 거시적 기공의 평균 기공 크기를 포함한다.
구체예 11. 구체예 1 및 3 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 거시적 기공은 상호연결된 상에 연결된다.
구체예 12. 구체예 4 내지 11 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 각각의 거시적 기공은 상호연결된 상에 연결된다.
구체예 13. 구체예 1 및 3 내지 12 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 적어도 하나의 불연속 상의 개별 구성원은 상호연결된 상의 잔류물을 포함하는 거시적 기공을 포함한다.
구체예 14. 구체예 13의 연마 물품, 여기서 잔류물은 상호연결된 상에 연결된다.
구체예 15. 구체예 1 및 3 내지 12 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 적어도 하나의 불연속 상의 개별 구성원은 상호연결된 상과 상이한 재료를 포함한다.
구체예 16. 구체예 1, 3 내지 12, 및 15 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 불연속 상의 개별 구성원은 상호연결된 상의 용융 온도보다 높고 결합 재료의 용융 온도보다 높은 용융 온도를 갖는 재료를 포함한다.
구체예 17. 구체예 15 내지 16 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 각각의 개별 구성원은 재료를 포함한다.
구체예 18. 구체예 15 내지 17 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 적어도 하나의 거시적 기공은 재료에 의해 정의된다.
구체예 19. 구체예 15 내지 18 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 적어도 하나의 거시적 기공은 재료를 포함한다.
구체예 20. 구체예 15 내지 19 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 재료는 세라믹 재료를 포함한다.
구체예 21. 구체예 20의 연마 물품, 여기서 세라믹 재료는 금속 산화물을 포함한다.
구체예 22. 구체예 21의 연마 물품, 여기서 금속 산화물은 알루미나를 포함한다.
구체예 23. 구체예 1 내지 22 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 상호연결된 상은 결합 재료와 상이한 재료를 포함한다.
구체예 24. 구체예 1 내지 23 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 상호연결된 상은 결합 재료의 용융 온도보다 낮은 용융 온도를 포함한다.
구체예 25. 구체예 1 내지 24 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 상호연결된 상은 1200 ℃ 이하, 1180 ℃ 이하, 1150 ℃ 이하, 1100 ℃ 이하, 1050 ℃ 이하, 1000 ℃ 이하, 또는 950 ℃ 이하의 용융 온도를 포함한다.
구체예 26. 구체예 1 내지 25 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 상호연결된 상은 850 ℃ 이상, 900 ℃ 이상, 950 ℃ 이상, 1000 ℃ 이상, 1050 ℃ 이상, 1100 ℃ 이상, 1150 ℃ 이상, 또는 1180 ℃ 이상의 용융 온도를 포함한다.
구체예 27. 구체예 1 내지 26 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 상호연결된 상은 금속을 포함하거나 본질적으로 금속으로구성된다.
구체예 28. 구체예 1 내지 27 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 상호연결된 상은 구리, 주석, 아연, 또는 이들의 조합을 포함한다.
구체예 29. 구체예 1 내지 28 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 상호연결된 상은 구리를 포함하는 합금을 포함한다.
구체예 30. 구체예 1 내지 29 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 상호연결된 상은 청동, 황동, 구리, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
구체예 31. 구체예 1 내지 30 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 결합 재료의 용융 온도는 상호연결된 상의 용융 온도보다 20 ℃ 이상, 상호연결된 상의 용융 온도보다 50 ℃ 이상, 100 ℃ 이상, 또는 150 ℃ 이상 더 높다.
구체예 32. 구체예 1 내지 31 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 결합 재료의 용융 온도는 1200 ℃ 이상, 1220 ℃ 이상, 1250 ℃ 이상, 또는 1300 ℃ 이상이다.
구체예 33. 구체예 1 내지 32 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 결합 재료는 1700 ℃ 이하, 1600 ℃ 이상, 또는 1500 ℃ 이하의 용융 온도를 포함한다.
구체예 34. 구체예 1 내지 33 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 결합 재료는 금속을 포함하거나 본질적으로 금속으로 구성된다.
구체예 35. 구체예 1 내지 34 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 결합 재료는 전이 금속 원소, 희토류 원소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
구체예 36. 구체예 1 내지 35 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 결합 재료는 철, 텅스텐, 코발트, 니켈, 크롬, 티타늄, 은, 세륨, 란탄, 네오디뮴, 마그네슘, 알루미늄, 니오븀, 탄탈륨, 바나듐, 지르코늄, 몰리브덴, 팔라듐, 백금, 금, 구리, 카드뮴, 주석, 인듐, 아연, 이들의 합금, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 원소를 포함한다.
구체예 37. 구체예 1 내지 36 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 결합 재료는 철계 합금을 포함한다.
구체예 38. 구체예 1 내지 37 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 연마 입자는 카바이드, 니트라이드, 옥사이드, 보라이드, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 재료를 포함한다.
구체예 39. 구체예 1 내지 38 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 연마 입자는 초정밀연마 입자를 포함한다.
구체예 40. 구체예 1 내지 39 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 연마 입자는 알루미늄 옥사이드, 티타늄 디보라이드, 티타늄 니트라이드, 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 알루미늄 니트라이드, 석류석, 용융 알루미나-지르코니아, 졸-겔 유래 연마 입자, 다이아몬드, 실리콘 카바이드, 보론 카바이드, 입방 보론 니트라이드, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
구체예 41. 구체예 1 내지 40 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 본체는 충전제를 포함한다.
구체예 42. 구체예 41의 연마 물품, 여기서 충전제는 결합 재료에 포함되고 상호연결된 상으로부터 분리된 단리된 입자를 포함한다.
구체예 43. 구체예 41 또는 42의 연마 물품, 여기서 충전제는 옥사이드, 카바이드, 니트라이드, 보라이드, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
구체예 44. 구체예 1 내지 43 중 어느 하나의 연마 물품, 여기서 충전제는 흑연, 텅스텐 카바이드, 보론 니트라이드, 텅스텐 디설파이드, 실리콘 카바이드, 알루미늄 옥사이드, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
구체예 45. 다음 단계를 포함하는 연마 물품 형성 방법:
결합 재료, 용침제 재료, 및 연마 입자를 포함하는 혼합물을 포함하는 다공성 미가공체를 형성하는 단계.
구체예 46. 구체예 45의 방법, 여기서 용침제 재료는 고체 재료이다.
구체예 47. 구체예 45 또는 46의 방법, 여기서 용침제 재료는 거시적 입자를 포함한다.
구체예 48. 구체예 45 내지 47 중 어느 하나의 방법, 여기서 용침제 재료는 중실 거시적 입자, 중공 거시적 입자, 또는 이들의 조합을 포함한다.
구체예 49. 구체예 47 내지 48 중 어느 하나의 방법, 여기서 거시적 입자는 300 미크론 이상, 330 미크론 이상, 360 미크론 이상, 400 미크론 이상, 450 미크론 이상, 470 미크론 이상, 510 미크론 이상, 560 미크론 이상, 600 미크론 이상, 630 미크론 이상, 660 미크론 이상, 또는 710 미크론 이상의 평균 크기를 포함한다.
구체예 50. 구체예 47 내지 49 중 어느 하나의 방법, 여기서 거시적 입자는 750 미크론 이하, 710 미크론 이하, 670 미크론 이하, 620 미크론 이하, 580 미크론 이하, 520 미크론 이하, 480 미크론 이하, 430 미크론 이하, 390 미크론 이하, 또는 330 미크론 이하의 평균 크기를 포함한다.
구체예 51. 구체예 45 내지 50 중 어느 하나의 방법, 여기서 용침제 재료는 결합 재료와 상이하다.
구체예 52. 구체예 45 내지 51 중 어느 하나의 방법, 여기서 용침제 재료는 결합 재료의 용융 온도보다 낮은 용융 온도를 갖는다.
구체예 53. 구체예 45 내지 52 중 어느 하나의 방법, 여기서 용침제 재료는 무기 재료를 포함한다.
구체예 54. 구체예 45 내지 53 중 어느 하나의 방법, 여기서 용침제 재료는 금속을 포함한다.
구체예 55. 구체예 45 내지 54 중 어느 하나의 방법, 여기서 용침제 재료는 구리를 포함한다.
구체예 56. 구체예 45 내지 55 중 어느 하나의 방법, 여기서 용침제 재료는 구리를 포함하는 합금을 포함한다.
구체예 57. 구체예 45 내지 56 중 어느 하나의 방법, 여기서 다공성 미가공체는 충전제 재료를 포함한다.
구체예 58. 구체예 45 내지 57 중 어느 하나의 방법, 이는 미가공체의 적어도 일부를 가열하는 단계를 추가로 포함한다.
구체예 59. 구체예 58의 방법, 여기서 가열은 미가공체의 적어도 일부를 용침하는 것을 포함한다.
구체예 60. 구체예 58 또는 59의 방법, 여기서 가열은 미가공체의 적어도 일부를 동시에 소결 및 용침하는 것을 포함한다.
구체예 61. 구체예 58 내지 60 중 어느 하나의 방법, 여기서 가열은 미가공체 내의 용침제 재료를 용융하여 액체를 형성하고 미가공체의 적어도 일부를 액체로 용침하는 것을 포함한다.
구체예 62. 구체예 58 내지 61 중 어느 하나의 방법, 여기서 가열은 용침제 재료의 용융 온도보다 높고 결합 재료의 용융 온도보다 낮은 온도에서 수행된다.
구체예 63. 구체예 58 내지 62 중 어느 하나의 방법, 여기서 가열은 900 ℃ 이상, 950 ℃ 이상, 1000 ℃ 이상, 1050 ℃ 이상, 1100 ℃ 이상, 1150 ℃ 이상, 또는 1180 ℃ 이상의 온도에서 수행된다.
구체예 64. 구체예 58 내지 63 중 어느 하나의 방법, 여기서 가열은 1200 ℃ 이하, 1180 ℃ 이하, 1150 ℃ 이하, 1100 ℃ 이하, 1050 ℃ 이하, 1000 ℃ 이하, 또는 950 ℃ 이하의 온도에서 수행된다.
구체예 65. 구체예 58 내지 64 중 어느 하나의 방법, 이는 또 다른 용침제 재료를 미가공체의 적어도 표면 부분에 적용하는 것을 추가로 포함한다.
구체예 66. 구체예 45 내지 65 중 어느 하나의 방법, 이는 본체를 코어에 동시에 부착하는 단계를 추가로 포함한다.
구체예 67. 구체예 66의 방법, 여기서 본체를 코어에 부착하는 단계는 미가공체의 적어도 일부를 용침하면서 동시에 수행된다.
구체예 68. 구체예 66의 방법, 여기서 본체를 코어에 부착하는 단계는 용접, 브레이징, 또는 이들의 조합을 포함한다.
구체예 69. 구체예 68의 방법, 여기서 용접은 레이저, 전자 빔, 또는 이들의 조합을 사용하는 것을 포함한다.
구체예 70. 다음 단계를 포함하는 연마 물품 형성 방법:
다공성 미가공체를 형성하는 단계, 여기서 다공성 미가공체는 결합 재료, 연마 입자, 및 연마 입자와 상이한 거시적 입자를 포함하는 기공 형성제를 포함하는 혼합물을 포함함; 및
미가공체의 적어도 일부를 용침하는 단계.
구체예 71. 구체예 70의 방법, 여기서 거시적 입자는 중공이다.
구체예 72. 구체예 70 또는 71의 방법, 여기서 거시적 입자는 금속 산화물을 포함하는 세라믹 재료를 포함한다.
구체예 73. 구체예 72의 방법, 여기서 세라믹 재료는 알루미나를 포함한다.
구체예 74. 구체예 70 내지 73 중 어느 하나의 방법, 여기서 거시적 입자는 150 미크론 이상, 200 미크론 이상, 250 미크론 이상, 300 미크론 이상, 330 미크론 이상, 360 미크론 이상, 400 미크론 이상, 450 미크론 이상, 470 미크론 이상, 510 미크론 이상, 560 미크론 이상, 600 미크론 이상, 630 미크론 이상, 660 미크론 이상, 또는 710 미크론 이상의 평균 크기를 포함한다.
구체예 75. 구체예 70 내지 74 중 어느 하나의 방법, 여기서 거시적 입자는 1.5 mm 이하, 1.2 mm 이하, 1 mm 이하, 900 미크론 이하, 800 미크론 이하, 750 미크론 이하, 710 미크론 이하, 670 미크론 이하, 620 미크론 이하, 580 미크론 이하, 520 미크론 이하, 480 미크론 이하, 430 미크론 이하, 390 미크론 이하, 또는 330 미크론 이하의 평균 크기를 포함한다.
구체예 76. 구체예 70 내지 74 중 어느 하나의 방법, 이는 미가공체의 적어도 일부를 가열하여 최종적으로 형성된 연마 본체를 형성하는 것을 추가로 포함한다.
구체예 77. 구체예 76의 방법, 여기서 가열은 소결 및 용침을 포함하고, 여기서 소결은 용침과 동시에 수행된다.
구체예 78. 구체예 76 또는 77의 방법, 이는 미가공체의 적어도 일부를 가열하면서 동시에 미가공체를 코어에 부착하는 것을 추가로 포함한다.
실시예
실시예 1
연마 구성요소는 본원에서 구체예에 기재된 바와 같이 형성되었다. 스테인리스 스틸 입자, 다이아몬드 연마 입자의 결합 재료, 및 약 300 마이크론의 평균 입자 크기를 갖는 구리 또는 청동 거시적 입자를 포함하는 용침제 재료를 포함하는 미가공체가 형성된 다음 가열되어 최종적으로 형성된 연마 구성요소를 형성했다. 연마 구성요소의 각각의 중량에 대한 각각의 샘플의 용침제 재료의 함량은 표 1에 포함된다.
| 샘플 | 용침제 재료 | 용침제의 함량 |
| S1 | 구리 | 18 wt.% |
| S2 | 구리 | 23 wt.% |
| S3 | 청동 | 34 wt.% |
| S4 | 청동 | 44 wt.% |
본원에 개시된 구체예는 선행 기술에서 벗어남을 나타낸다. 본원에서 구체예에 기재된 바와 같은 연마 구성요소는 제어된 공극, 예컨대 특정 공극 크기 및/또는 공극의 함량을 포함하는 본체를 가질 수 있다. 결합 재료, 연마 입자, 상호연결된 상, 또는 이들의 임의의 조합과 조합으로 제어된 공극은, 연마 구성요소를 포함하는 연마 물품이 공작물과의 감소된 접촉 표면, 개선된 연삭 성능, 예컨대 공작물의 마감된 표면의 개선된 품질, 및 감소된 전력 소모를 가지도록 할 수 있다. 본원에서 구체예에 기재된 공정은 제어된 공극을 포함하는 연마 구성요소의 형성이 재료 제거 작업에서 개선된 기계적 강도 및 개선된 성능을 갖도록 할 수 있다.
이점, 기타 장점, 및 문제에 대한 해결책은 특정 구체예와 관련하여 위에 설명되었다. 그러나, 이점, 장점, 문제에 대한 해결책 및, 임의의 이점, 장점, 또는 해결책을 발생시키거나 더 두드러지게 만들 수 있는 임의의 특징(들)은 임의의 또는 모든 청구항의 중요하거나, 필요하거나, 필수적인 특징으로 해석되어서는 안된다. 본원에서 하나 이상의 성분을 포함하는 재료에 대한 언급은 재료가 본질적으로 식별된 하나 이상의 성분으로 구성되는 최소 하나의 구체예를 포함하는 것으로 해석될 수 있다. 용어 "본질적으로 구성되는"은 식별된 재료를 포함하고 재료의 특성을 크게 변경하지 않는 소수 내용물(예를 들어, 불순물 내용물)을 제외하고 다른 모든 재료를 배제하는 조성물을 포함하는 것으로 해석될 것이다. 추가로, 또는 대안으로, 특정 비제한적 구체예에서, 본원에서 확인된 임의의 조성물은 명시적으로 개시되지 않은 재료가 본질적으로 없을 수 있다. 본원의 구체예는 재료 내의 특정 화합물에 대한 함량의 범위를 포함하고, 주어진 재료 내의 성분의 함량이 총 100%임을 이해할 것이다.
본원에 설명된 구체예의 명세서 및 예시는 다양한 구체예의 구조에 대한 일반적인 이해를 제공하기 위한 것이다. 명세서 및 도해는 본원에 기재된 구조 또는 방법을 사용하는 장치 및 시스템의 모든 요소 및 특징의 철저하고 포괄적인 설명을 제공하도록 의도되지 않는다. 개별 구체예는 또한 단일 구체예에서 조합되어 제공될 수 있고, 반대로 간결함을 위해, 단일 구체예의 맥락에서 기재된 다양한 특징이 또한 개별적으로 또는 임의의 하위조합으로 제공될 수 있다. 또한, 범위에 언급된 값에 대한 참조는 해당 범위 내의 각각의 모든 값이 포함된다. 많은 다른 구체예가 본 명세서를 읽은 후에만 당업자에게 명백할 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 구조적 치환, 논리적 치환, 또는 또 다른 변경이 이루어질 수 있도록 다른 구체예가 본 개시로부터 사용되고 도출될 수 있다. 따라서, 본 개시는 제한적이기보다는 예시적인 것으로 간주되어야 한다.
Claims (15)
- 본체를 포함하는 연마 구성요소를 포함하는 연마 물품으로서, 상기 본체는:
결합 매트릭스로서, 결합 재료 및 상기 결합 매트릭스 내에 포함된 연마 입자를 포함하는, 상기 결합 매트릭스;
상기 결합 매트릭스의 적어도 일부를 통해 연장되는 상호연결된 상으로서, 상기 본체는 상기 본체의 총 부피에 대해 상기 상호연결된 상의 15 vol% 이상 및 75 vol% 이하를 포함하고, 상기 상호연결된 상은 금속을 포함하는, 상기 상호연결된 상; 및
상기 결합 매트릭스 내의 불연속 상으로서, 상기 불연속 상의 개별 구성원은 거시적 기공을 포함하고,
상기 본체의 공극은 상기 본체의 총 부피에 대해 15 vol% 이상인 연마 물품. - 제1항에 있어서, 상기 상호연결된 상은 상기 결합 재료와 상이한 재료를 포함하는 연마 물품.
- 제1항에 있어서, 상기 상호연결된 상은 상기 결합 재료의 용융 온도보다 낮은 용융 온도를 포함하는 연마 물품.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불연속 상은 복수의 개별 구성원을 포함하고, 상기 개별 구성원들 각각은 거시적 기공을 포함하는 연마 물품.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체는 200 미크론 이상의 평균 기공 크기를 포함하는 연마 물품.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체는 상기 본체의 총 부피에 대해 60 vol% 이하의 공극을 포함하는 연마 물품.
- 제1항에 있어서, 상기 공극의 90% 이상은 거시적 공극을 포함하는 연마 물품.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 거시적 기공은 상기 상호연결된 상에 연결되는 연마 물품.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개별 구성원은 적어도 부분적으로 상기 거시적 기공을 정의하는 재료를 포함하고, 상기 재료는 상기 상호연결된 상의 용융 온도보다 높고 상기 결합 재료의 용융 온도보다 높은 용융 온도를 포함하는 연마 물품.
- 본체를 포함하는 연마 구성요소를 포함하는 연마 물품으로서, 상기 본체는:
결합 매트릭스로서, 결합 재료 및 상기 결합 매트릭스 내에 포함된 연마 입자를 포함하는, 상기 결합 매트릭스;
상기 결합 매트릭스의 적어도 일부를 통해 연장되는 상호연결된 상으로서, 상기 상호연결된 상은 금속 재료를 포함하고 상기 본체의 총 부피에 대해 15 vol% 이상 및 75 vol% 이하인, 상기 상호연결된 상; 및
상기 본체의 총 부피에 대해 15 vol% 이상의 공극을 포함하는 연마 물품. - 제10항에 있어서, 상기 본체는 200 미크론 이상 및 1.5 mm 이하의 평균 기공 크기를 갖는 거시적 기공을 포함하는 연마 물품.
- 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 상호연결된 상은 청동, 황동, 구리, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 연마 물품.
- 제12항에 있어서, 상기 결합 재료는 상기 상호연결된 상과 상이한 금속을 포함하는 연마 물품.
- 연마 물품을 형성하는 방법으로서,
결합 재료, 용침제 재료, 및 연마 입자를 포함하는 혼합물을 형성하는 단계로서, 상기 용침제 재료는 중실 거시적 입자, 중공 거시적 입자, 또는 이들의 조합을 포함하는, 혼합물을 형성하는 단계; 및
상기 혼합물을 다공성 미가공체로 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 혼합물은 상기 혼합물의 총 중량에 대해 상기 용침제 재료의 8 wt.% 이상 및 30 wt.% 이하를 포함하는 방법. - 제14항에 있어서, 상기 미가공체의 적어도 일부를 가열하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 미가공체는 상호연결된 기공을 포함하고, 상기 용침제 재료는 거시적 입자를 포함하고; 상기 가열하는 단계는 상기 상호연결된 기공을 용융된 거시적 입자로 용침시켜서 상기 상호연결된 상을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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