KR102639639B1 - 소결된, 다결정, 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연삭 요소, 그 제조를 위한 방법, 및 그 사용 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수지-접합 연삭 디스크, 특히 절삭 디스크에 사용하는 소결된, 다결정, 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연삭 요소에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 타입의 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연삭 요소를 제조하는 방법 그리고 또한 그 사용에 관한 것이다.
Description
본 발명은 수지 접합 휠에, 특히 절삭 휠에 사용하도록 설계되는 소결된, 다결정, 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 소결된, 다결정, 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소를 제조하는 방법 및 그 사용에 관한 것이다.
본 발명과 관련된 수지 접합 휠을 위한 예로서 사용되는, 절삭 휠은 특별한 타입의 수지 접합 휠이지만, 그 예시는 본 발명을 과도하게 제한하도록 해석되지 않아야 한다. 사실상, 본 발명자는 절삭 휠을 위해 주로 설계되는 연마 요소가 수지 접합 휠에 대체로 적절하다는 것을 본 문서 내에서 밝혀내었다.
절삭 휠은 재료 섹션을 절삭하는 데 주로 사용되는 평탄형 원형 휠이다. 상이한 타입의 절삭 휠이 금속, 스테인리스강, 천연 석재, 콘크리트, 및 아스팔트와 같은 기계가공될 다양한 재료에 사용되고, 여기서 절삭 휠은 2개의 주요 그룹, 즉 수지 접합 절삭 휠 및 다이아몬드 절삭 디스크로 분류된다. 수지 접합 절삭 휠을 제조하기 위해, 예를 들어 커런덤 또는 실리콘 탄화물에 기초하는, 연마 입자가 충전제, 분말 수지 및 액체 수지와 함께 혼합되어 질량체가 생성되고, 생성된 질량체가 특별한 기계에 의해 가압되어 다양한 직경 및 두께의 절삭 휠이 생성된다. 이러한 공정에서, 연삭 재료가 유리 섬유 천 내에 매입되고, 그에 따라 디스크가 절삭 휠의 사용과 관련하여 발생하는 매우 큰 원심력을 견딜 수 있게 한다. 천연 석재, 콘크리트 및 아스팔트를 기계가공하는 데 거의 전적으로 사용되는 다이아몬드 절삭 디스크를 제조하기 위해, 다이아몬드 세그먼트가 소결, 연납땜, 또는 레이저 용접과 같은 상이한 방법에 의해 강철 블레이드 상에 부착된다.
지난 수년간에 걸쳐, 연마 산업은 절삭 휠의 성능을 개선하는 방법을 지속적으로 탐색하여 왔고, 특히 고품질 연마 입자의 사용에 집중하였다. 유럽 특허 제1 007 599 B1호는 상이한 졸-겔 연마 입자의 혼합물을 포함하는 절삭 휠을 기재한다. 유럽 특허 제0 620 082 B1호는 입방정 붕소 질화물 또는 다이아몬드와 같은 상당히 높은 연마성을 갖는 성분 이외에 미정질 필라멘트 알루미늄 산화물 입자를 포함하는 절삭 휠을 기재하고, 여기서 연마 재료는 강철 블레이드 상에 세그먼트의 형태로 존재한다.
미국 특허 출원 제2013/0040537 A1호에 따르면, 사면체 및 피라미드의 형상으로 되어 있는 졸 겔 유래 연마 입자가 다른 고품질 연마 입자와 함께 혼합물로 사용되어 수지 접합 절삭 휠을 생성한다. 유사한 수지 접합 절삭 휠이 미국 특허 출원 제2013/0203328 A1호에 기재되고, 여기서 삼각형 소형판, 프리즘, 또는 절두형 정삼각형 피라미드의 형상으로 되어 있는 졸 겔 유래 세라믹 연마 입자가 다른 고품질 연마 입자 이외에 페놀 수지, 연삭 보조제, 충전제, 및 다른 첨가제와 혼합물로 재차 사용된다.
한정되지 않은 절삭 날과 관련된 고품질 연마 입자에 비해, 놀랍게도, 상당히 개선된 성능이 그러한 연마 입자 혼합물에 의해 도달되었고, 여기서 한정적인 형상을 갖는 연마 입자가 사용되어, 수지 접합 절삭 휠 그리고 또한 일반적인 수지 접합 휠을 생성하였다.
그 결과에 고무되어, 연마 산업은 수지 접합 연삭 휠, 특히 절삭 휠의 성능 면에서 추가적인 개선을 계속하여 탐색하고 있다.
이와 같이, 본 발명의 하나의 목적은 종래 기술에 비해 장점을 갖는 수지 접합 휠, 특히 절삭 휠에 사용하는 연마 재료를 제공하는 것이다.
상기 문제점은 수지 접합 연삭 휠 내의, 특히 수지 접합 절삭 휠 내의 연마 입자를 대체하도록 설계되는 소결된, 다결정, 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소에 의해 해결된다.
본 발명의 또 다른 목적은 수지 접합 연삭 휠에 사용하는 소결된, 다결정, 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 문제점은 연성 세라믹 전구체 재료를 생성하고, 소결된, 다결정, 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소의 평탄형, 기하학적 구조의 전구체를 생성된 연성 세라믹 전구체 재료로부터 형성하고, 형성된 전구체를 다결정, 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소로 소결함으로써 해결된다.
본 발명의 또 다른 목적은 개선된 수지 접합 연삭 휠, 특히 절삭 휠을 제공하는 것이다.
이러한 문제점은 소결된, 다결정, 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소를 적용하여 수지 접합 연삭 휠, 특히 절삭 휠 내의 연마 입자를 대체함으로써 해결된다.
상기 소결된, 평탄형, 기하학적 구조의 연마 요소는 균질한 미세조직, 전체 소결체에 걸친 일관된 화학 조성물, 및 균일한 구조의 기하형상을 갖는 소결된 성형체이다. 소결체는 제1 표면 그리고 제1 표면에 대향하고 그에 평행한 제2 표면을 갖는다. 표면 둘 모두가 50 내지 2000 ㎛의 두께(t)를 갖는 측벽에 의해 분리된다. 소결된 성형체의 직경-두께 비율은 30 초과, 바람직하게는 50 초과이다. 소결된 성형체의 미세조직을 형성하는 결정의 평균 직경은 10 ㎛ 미만, 바람직하게는 5 ㎛ 미만이다.
바람직하게는, 소결된, 다결정, 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소의 화학 조성물은 알루미늄 산화물 및/또는 Al, B, Si, Ti 및 Zr으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 원소 중 적어도 하나의 탄화물, 산화물, 질화물, 산-탄화물, 산-질화물 및 탄-질화물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 다른 화학 화합물에 기초한다.
소결된, 다결정, 평탄형, 기하학적 구조의 연마 요소의 비커스 경도(HV)는 바람직하게는 적어도 15 GPa, 더 바람직하게는 적어도 18 GPa이다.
바람직한 실시예에서, 소결된, 다결정, 평탄형, 기하학적 구조의 연마 요소의 밀도는 이론적인 밀도의 95% 초과, 더 바람직하게는 이론적인 밀도의 97.5% 초과이다.
바람직하게는, 연마 요소는 둥근 디스크 또는 원의 세그먼트이고, 각각은 그 직경 및 두께와 관련하여 그로부터 형성될 연삭 휠에 맞게 조정된다.
바람직한 실시예에서, 연마 요소는 리세스를 포함하는 천공된 세라믹 본체로서 설계된다. 바람직하게는, 세라믹 본체의 천공부 또는 리세스는 기하학적으로 성형된 개구 또는 리세스를 포함하는 균질한 기하학적 구조를 형성한다. 연마 요소의 개구와 질량 부분 사이의 체적 비율은 바람직하게는 디스크의 전체 사용가능 직경에 걸쳐 일정하고, 여기서 사용가능 직경은 연마 요소와 관련된 기계가공 중에 사용되는, 연마 요소의 영역으로서 이해되어야 한다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 소결된, 다결정, 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소는 그 자체가 연삭 휠에 요구된 다공성을 부여하기에 충분한 다공성을 갖거나, 추가로 천공되거나 리세스를 포함하는, 다공성 세라믹 본체이고, 여기서 이러한 경우에 천공부 또는 리세스는 덜 생성된다. 본 발명의 의미 내의 다공성 세라믹 본체는 대략 작은 공극이 충분하게 배치되는 그러한 세라믹 본체이지만, 위에 언급된 천공부 및 리세스는 큰 체적을 갖고, 바람직하게는 기하학적 구조이다.
바람직한 실시예에서, 연마 요소의 화학 조성물은 알루미늄 산화물에 기초하고, 여기서 화학 조성물은 적어도 50 중량% 알루미늄 산화물 그리고 임의로 SiO2, MgO, TiO2, Cr2O3, MnO2, Co2O3, Fe2O3, NiO, Cu2O, ZnO, ZrO2 및 희토류 산화물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 산화물을 포함한다. 그러나, Al, B, Si, Ti, 및 Zr으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 원소의 산화물, 탄화물, 질화물, 산-탄화물, 산-질화물, 및 탄-질화물에 기초하는 다른 화학 조성물이 또한 본 발명에 따른 세라믹 연마 요소를 제조하는 데 적절한 재료이다.
세라믹 연마 요소의 제조는 상이한 방식으로 수행될 수 있고, 여기서 모든 경우에, 우선, 연성 세라믹 질량체가 생성되고, 생성된 연성 세라믹 질량체로부터 세라믹 연마 요소의 평탄형, 기하학적 구조의 전구체가 형성되고, 형성된 전구체가 다결정, 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소로 소결된다.
예를 들어, 세라믹 질량체 또는 세라믹 전구체 재료가 분산제의 존재 하에서의 α-알루미나 원료의 습식 볼 밀링, 및 유기 결합제 그리고, 임의로, 가소제 및/또는 소포제의 후속적인 첨가에 의해 획득될 수 있다. 분산액이 안정된 콜로이드 분산액의 형성 시까지 수 시간 동안 혼합되고, 혼합된 분산액이 최대 3 mm의 두께를 갖는 필름으로 테이프 캐스팅에 의해 가공된다. 테이프 캐스팅된 필름이 건조되고, 평탄형, 기하학적 구조의 연마 요소의 전구체가 절단되고, 절단된 전구체가 후속적으로 하소 및 소결된다.
위에 언급된 공정 이외에, 성형가능한 세라믹 질량체가 획득되고 획득된 세라믹 질량체로부터 적절한 연마 요소가 형성 및 소결될 수 있기만 하면 어떤 방법이라도 적절하다.
예를 들어, 졸-겔 공정이 또한 연성 세라믹 질량체를 생성하는 데 적합하고, 여기서 그 내에 용해 또는 분산된 세라믹 전구체를 갖는 액체 상을 포함하는 졸-겔 조성물이 예를 들어, α-알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아 또는 그 혼합물과 같은 세라믹 재료로 변환될 수 있다. 알루미나 계열의 세라믹을 제조하는 데 적절한 졸은 상표 "디스팔(Dispal)", "디스페랄(Disperal)", "푸랄(Pural), 또는"카타팔(Catapal)"을 갖는 상업적으로 입수가능한 베이마이트 졸이다.
졸-겔 조성물은 개질 첨가제 또는 개질 첨가제의 전구체를 추가로 포함할 수 있다. 개질 첨가제는 소결된, 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소의 요구된 성질을 향상시키도록 기능할 수 있다. 전형적인 개질 첨가제 또는 개질 첨가제의 전구체는 마그네슘, 아연, 철, 실리콘, 코발트, 니켈, 지르코늄, 하프늄, 크롬, 희토류, 또는 그 혼합물의 산화물, 탄화물, 질화물, 산-탄화물, 산-질화물, 탄-질화물 또는 수용성 염이다.
추가로 또는 대안으로서, 졸-겔 조성물은 수화 또는 하소된 알루미늄 산화물의 α-알루미늄 산화물로의 변태를 향상시키고 결정 성장을 억제하는 핵 생성제를 함유할 수 있다. 이러한 목적에 적절한 핵 생성제는 α-알루미나, α-산화제2철 또는 그 전구체, 티타늄 산화물 및 티타네이트, 크롬 산화물 또는 α-알루미나로의 변태 시에 핵을 생성시킬 어떤 다른 재료의 미세 입자를 포함한다.
이러한 방식으로 특히 미세한 결정질 조직, 높은 경도, 및 우수한 인성을 갖는 연마 요소가 획득될 수 있다는 것이 졸-겔 공정의 특별한 장점이다. 또한, 졸-겔 방법에서, 필름이 형성되고, 후속적으로 건조된다. 평탄형, 기하학적 구조의 연마 요소의 전구체가 절단되고, 후속적으로 소결된다. 대안으로서, 졸-겔 유래 겔이 직접적으로 적절하게 형성 및 소결될 수 있다.
평탄형, 기하학적 구조의 연마 요소를 제조하는 추가적인 적절한 방법은 사출 성형, 가압, 압출, 롤 형성 그리고 예를 들어, 3D-인쇄, 스테레오-리소그래피, 및 적층식 물체 제조와 같은 쾌속 조형법 또는 부가식 제조법이다.
본 발명은 도면에 의해 추가로 설명된다.
도 1 내지 도 8은 상이한 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소의 2 차원 평면도를 도시한다.
도 9는 상이한 기하형상의 리세스의 요약을 보여준다.
도 10a 내지 도 10c는 상이한 레이크 각도를 개략적으로 도시한다.
위의 도면에 설명된 기하학적 구조의 선택은 본 발명을 과도하게 제한하도록 해석되지 않아야 한다. 위에 도시된 구조 이외에, 많은 다른 구조가 가능하고, 본 발명에 따라 문제점을 해결하는 데 적절하다.
도 1 내지 도 8은 상이한 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소의 2 차원 평면도를 도시한다.
도 9는 상이한 기하형상의 리세스의 요약을 보여준다.
도 10a 내지 도 10c는 상이한 레이크 각도를 개략적으로 도시한다.
위의 도면에 설명된 기하학적 구조의 선택은 본 발명을 과도하게 제한하도록 해석되지 않아야 한다. 위에 도시된 구조 이외에, 많은 다른 구조가 가능하고, 본 발명에 따라 문제점을 해결하는 데 적절하다.
도 1은 반경방향으로 성형된 둥근 세라믹 연마 요소의 평면도를 도시한다. 요소의 중앙에서, 요소로부터 설계되는 연삭 휠의 허브에 대응하는 중심 구멍(1)이 관찰될 수 있다. 연마 요소의 본체(2)는 별-모양이고, 여기서 빔(3)의 단부는 중심 구멍(1)에 직각으로 위치되고, 연마 요소로부터 설계되는 휠의 직경에 대응하는 직경을 갖는 원을 형성한다. 빔(3) 사이에서, 요구된 다공성을 연삭 휠에 제공하는 데 적절한 개구(4)가 관찰될 수 있다. 개구(4)의 치수는 연삭 휠의 질량 부분에 대한 개구(4)의 체적 비율이 기계가공 중에 사용가능한 휠의 전체 직경에 걸쳐 일정하도록 되어 있다. 이와 같이, 연삭 휠의 다공성 그리고 그와 더불어 연마 조건은 전체 연삭 공정의 반경방향 마모 중에 일정하다는 것이 보증된다. 이러한 비율은 한정된 휠 직경에서, 각각, 원주부(U, U')와 관련된, 거리 A/B 및 A'/B'의 비율에 의해 도 1에 도시된다.
도 2 및 도 3은 반경방향으로 성형된 연마 요소의 평면도를 또한 도시하고, 여기서 도 2에서의 빔(3)은 중심 구멍(1)에 대해 경사져 있다. 도 3에서, 빔(3)은 추가로 곡선형이다. 또한, 이들 경우에, 개구(4)는 연마 요소의 질량 부분에 대한 개구의 체적 비율이 휠의 전체 마모 직경에 걸쳐 일정한 방식으로 설계되고, 이것은 원주부와 관련된, 각각, 거리 A/B 및 A'/B'의 비율에 의해 도시된다.
평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소를 특징으로 하는 또 다른 특징은 디스크의 접선에 직각인 기준 평면으로부터의 레이크 표면(어택 표면)의 경사 각도에 해당하는 레이크 각도(γ)이다. 3개의 상이한 타입의 레이크 각도 즉 양, 음 또는 심지어 0이 가능하다. 양의 레이크 각도(γ)는 절삭력 및 그에 따라 절삭 동력 요건을 감소시키는 것을 돕고, 반면에 음의 레이크 각도(γ)는 연마 요소 또는 연삭 휠의 날-강도 및 수명을 증가시킨다. 레이크 각도(γ)는 도 3, 도 4, 도 8, 도 10a, 도 10b, 및 도 10c에 의해 추가로 설명된다.
도 3에 따른 연마 요소는 18˚의 양의 레이크 각도(γ)를 갖는다. 연삭 공정 중에, 레이크 각도(γ)는 연삭 휠의 마모 증가(반경 감소)에 따라 0까지 떨어진다.
도 4는 원형 디스크형 연마 요소를 도시한다. 연마 요소의 본체(2)는 연삭 휠의 허브에 대응하는 중심 구멍(1)을 갖는다. 이러한 경우에, 연삭 휠의 다공성은 휠의 반경 증가에 따라 더 커지는 둥근 구멍(4)에 의해 보증되고, 그에 따라 연마 요소의 질량 부분에 대한 개구(4)의 체적 비율은 여기에서도 연삭 공정 중에 사용되는 직경에 걸쳐 일정하고, 이것은 원주부와 관련된 거리 A/B 및 A'/B'의 비율에 의해 재차 도시된다. 연마 요소의 레이크 각도(γ)는 +29˚로부터 출발하여 연마 휠 반경의 감소에 따라 감소하다가 0을 지나면서 부호가 바뀌고 음의 범위 내로 들어가 -90˚까지 떨어진다. 다음의 라인의 둥근 구멍(4)과 관련하여, 레이크 각도(γ)는 +90˚로부터 출발하여 0까지 떨어져 부호가 바뀌고 후속적으로 음의 범위 내로 들어가 -90˚까지 떨어진다. 이러한 동작은 새로운 열의 구멍마다 반복된다.
도 5 내지 도 8은 다른 기하학적 구조를 갖는 개구(4)를 포함하는 원형 디스크형 연마 요소를 또한 도시한다. 사다리꼴 개구(4)가 도 5에 도시되고, 마름모꼴 개구(4)가 도 6에 도시되고, 육각형 벌집형 개구(4)가 도 7에 도시되고, 삼각형 개구(4)가 도 8에 도시된다. 모든 경우에, 연마 요소의 질량 부분에 대한 개구(4)의 체적 비율은 연삭 공정 중에 사용되는 휠의 전체 직경에 걸쳐 일정하고, 이것은 원주부와 관련된 거리 A/B 및 A'/B'의 비율에 의해 재차 도시된다. 도 8에 따른 연마 요소의 레이크 각도(γ)는 32˚이고, 전체 연삭 공정에 걸쳐 일정하게 유지된다.
레이크 각도(γ)는 도 10a 내지 도 10c에 의해 대체로 도시되고, 여기서 도 10a는 양의 레이크 각도(γ)를 도시하고, 도 10b에 따른 레이크 각도(γ)는 0이고, 도 10c는 음의 레이크 각도(γ)를 도시한다. 절삭 중에, 연마 요소(7)는 칩(6)을 공작물(5)로부터 발생시키고, 여기서 양의 레이크 각도(γ)는 절삭력 및 그에 따라 절삭 동력 요건을 감소시키는 것을 돕고, 반면에 음의 레이크 각도(γ)는 연마 요소(7)의 날-강도 및 수명을 증가시킨다.
위에 언급된 바와 같이, 도 1 내지 도 8에 도시된 연마 요소의 실시예는 본 발명의 범주를 과도하게 제한하도록 해석되지 않아야 하는 임의적인 선택사항이다. 적절한 형상의 개구 또는 구멍인 추가적인 기하학적 표면의 예가 도 9에 도시된다. 또한, 이러한 요약은 본 발명을 과도하게 제한하도록 해석되지 않아야 한다.
따라서, 도 1 내지 도 8에 도시된 완전 원형의 연마 요소 이외에, 유사한 구조를 갖는 원의 세그먼트를 제작 및 사용하는 것이 또한 가능하다. 가공 중에 그 제작 및 취급이 더 용이하고 파손 위험성이 낮다는 것이 세그먼트의 장점이다. 원의 적절한 세그먼트는 완전 원형의 연마 요소의 1/2, 1/3, 1/4, 또는 1/8을 갖는 부분이다.
마지막으로, 연마 요소의 기하학적 구성은 연삭 휠의 적용 분야에 주로 의존한다. 본 기술분야의 통상의 기술자라면 연삭 조건이 가장 적절하게 조정가능한, 간단하게 재현가능한 기하학적 형상을 선택할 것이다.
예
0.144 ㎛의 평균 입자 크기(d50)를 갖는 80% α-알루미늄 산화물 현탁액이 1 ㎛ 미만의 평균 입자 크기(d50)를 갖는 α-알루미늄 산화물 출발 분말을 습식 밀링함으로써 획득되었고, 여기서 현탁액은 0.75 중량% 폴리메타크릴레이트(KV5182, 지치머 & 슈워츠(Zschimmer & Schwarz))의 첨가에 의해 안정화되었다. 이어서, 라텍스 결합제(B-100, 다우 케미컬즈(Dow Chemicals))가 안정화된 현탁액에 첨가되었다.
후속적으로, 5 중량%의 1.25% 셀룰로스 수용액(메토셀(Methocel) K15M)이 액체 현탁액에 첨가되어 그 점도를 증가시켰다. 이러한 단계에서, 200 ㎛ 내지 500 ㎛의 상이한 두께를 갖는 필름이 72.6 중량%의 알루미늄 산화물 함량 및 약 1,300 mPa*s의 점도를 갖는 위의 세라믹 전구체를 사용하여 캐스팅되었고, 캐스팅된 세라믹 전구체로부터 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소의 전구체가 도 1 내지 도 8의 구조에 따라 스탬핑되었다.
전구체가 건조되었고, 여기서, 높은 알루미늄 산화물 함량으로 인해, 작은 수축만이 관찰되었고, 크랙 형성은 관찰되지 않았다. 건조된 전구체가 1℃/분의 가열 속도를 사용하여 600℃까지 가열되어 결합제를 제거하였고, 후속적으로 5℃/분의 가열 속도를 사용하여 1600℃의 최고 온도까지 소결되었다. 1600℃에서의 유지 시간은 30분이었다. 그렇게 획득된 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소는 3.94 g/㎤(이론적인 밀도의 98.3%)의 밀도, 18.4 GPa의 비커스 경도(HV), 및 2 ㎛ 미만의 결정자 크기를 갖는다.
절삭 시험
125 mm의 직경을 갖는 수지 접합 절삭 휠을 제조하기 위해, 300 ㎛의 두께를 갖는 도 1에 따른 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소가 사용되었다. 수지가 커런덤 충전제와 추가로 혼합되어 휠의 안정성을 보증하였다. 비교를 위해, 단결정질 커런덤(TSCTSK, 이메리스 퓨즈드 미네랄즈(Imerys Fused Minerals)) 그릿 크기 F46/F60을 포함하는 휠이 기준으로서 사용되었다.
20 mm의 직경을 갖는 둥근 CrNi 스테인리스강 바가 절삭 시험을 위한 공작물로서 사용되었고, 절삭 작업은 8,800 회전/분의 휠 속도 및 6,000 ㎛/초의 절삭 속도를 사용하여 수행되었다. 각각의 시험에 대해, 3회의 예비-절삭 및 12회의 절삭이 수행되었다. 이어서, 휠 마모량이 휠 직경의 감소량에 기초하여 결정되었다. G-비율은 재료 제거량 및 휠 마모량의 비율로부터 계산되었다.
그 결과가 아래의 표 1에 요약된다.
| 예 | G-비율 cm2/cm2 | 성능 (%) |
| 도 1에 따르면, 300 ㎛ |
3.41 | 112 |
| 기준 TSCTSK 46/60 |
3.04 | 100 |
위의 예는 본 발명에 따른 연마 요소의 잠재력을 명확하게 보여준다. 기하학적 구조, 두께 및 그 자체의 다공성을 변화시킴으로써, 맞춤형 연마 요소가 임의의 적용분야에 제공될 수 있다. 다공성 알루미나 계열의 산화물 세라믹은 높은 적절한 다공성을 갖는 적절한 연마 요소이다. 그러한 세라믹의 다공성은 널리-공지된 세라믹 기술에 의해 10% 내지 90%의 공극 체적에 맞게 조정될 수 있다.
또 다른 최적화 잠재성은 하나의 연삭 휠에서 서로에 평행하게 포함되는 여러 개의 연마 요소를 가하는 것으로부터 비롯되고, 여기서 연마 요소의 구멍 패턴은 바람직하게는 서로에 대해 교번되고, 그에 따라 연삭 휠은 휠의 전체 폭에 걸쳐 균질한 다공성 분포를 소유한다. 그러한 휠을 위한 예가 150 ㎛의 두께를 각각 갖는 2개의 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소를 포함하는 이중 적층 교번식 절삭 휠이다.
추가로, 연마 요소의 물리적 성질은 도펀트를 유입시킴으로써 변화될 수 있다. 예를 들어, 연마 요소의 인성 및 파괴 강도는 지르코니아를 유입시킴으로써 개선될 수 있다. 원료 및 제조 방법의 변화는 본 발명에 따른 연마 요소를 변화시켜 최적화할 수 있는 추가적인 가능성이다. 100 nm의 범위 내의 결정 크기를 갖는 특히 미세한 결정질 연마 요소가 졸-겔 방법을 통해 널리-공지된 기술에 의해 획득될 수 있다. 그러한 세라믹 연마 요소는 높은 인성 및 경도를 갖고, 고합금강을 기계가공하는 데 특히 적절하다.
특히 흥미로운 추가적인 적용분야는 치과 기술에 사용되는 100 ㎛ 내지 200 ㎛의 두께 및 1 cm 내지 4 cm의 작은 직경을 갖는 얇은 수지 접합 휠이다.
Claims (12)
- 소결체로 구성되는 소결된, 다결정, 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소이며,
- 균질한 미세조직;
- 전체 소결체에 걸친 일관된 화학 조성물; 및
- 균일한 구조의 기하형상
을 갖고,
소결체는 제1 표면 그리고 제1 표면에 대향하고 그에 평행한 제2 표면을 갖고, 표면 둘 모두가 50 내지 2000 ㎛의 두께(t)를 갖는 측벽에 의해 분리되고, 연마 요소의 직경-두께 비율은 30 초과이고, 소결체의 미세조직을 형성하는 결정의 평균 직경은 10 ㎛ 미만인, 연마 요소에 있어서;
연마 요소는 천공된 세라믹 본체인 것을 특징으로 하는, 연마 요소. - 제1항에 있어서, 소결된, 다결정, 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소의 화학 조성물은 알루미늄 산화물 및/또는 Al, B, Si, Zr 및 Ti로 구성된 그룹으로부터 선택되는 원소 중 적어도 하나의 탄화물, 산화물, 질화물, 산-탄화물, 산-질화물 및 탄-질화물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 다른 화학 화합물에 기초하는 것을 특징으로 하는, 연마 요소.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 연마 요소는 원형 디스크 또는 원의 세그먼트인 것을 특징으로 하는, 연마 요소.
- 제1항에 있어서, 세라믹 본체의 천공부는 기하학적으로 성형된 개구의 균질한 기하학적 구조를 특징적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마 요소.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 연마 요소는 다공성 세라믹 본체인 것을 특징으로 하는, 연마 요소.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 연마 요소의 질량 부분에 대한 개구의 체적 비율은 연마 요소의 전체 사용가능 직경에 걸쳐 일정한 것을 특징으로 하는, 연마 요소.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 연마 요소의 화학 조성물은 적어도 50 중량% 알루미나 그리고 SiO2, MgO, TiO2, Cr2O3, MnO2, Co2O3, Fe2O3, NiO, Cu2O, ZnO, ZrO2, 및 희토류 산화물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마 요소.
- 제1항 또는 제2항에 따른 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소를 제조하는 방법이며,
- 연성 세라믹 전구체 질량체를 생성하는 단계;
- 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소의 전구체를 상기 연성 세라믹 전구체 질량체로부터 형성하는 단계; 및
- 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소의 상기 전구체를 하소 및 소결하여 소결된, 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소를 획득하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제8항에 있어서,
- 분산제의 존재 하에서 1 ㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 α-알루미나를 볼-밀링함으로써 α-알루미나의 물 내의 분산액을 생성하는 단계;
- 유기 결합제 그리고 임의로 가소제 및/또는 소포제를 분산액에 첨가하는 단계;
- 분산액을 수 시간 동안 혼합하여 안정된 콜로이드 분산액을 획득하는 단계;
- 안정된 콜로이드 분산액을 최대 3mm의 두께를 갖는 필름으로 테이프 캐스팅하는 단계;
- 테이프 캐스팅된 필름을 건조하는 단계;
- 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소의 전구체를 절단하는 단계; 및
- 세라믹 연마 요소의 전구체를 하소 및 소결하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 연마 요소는 수지-접합 연삭 휠을 제조하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 연마 요소.
- 제1항 또는 제2항에 따른 소결된, 다결정, 평탄형, 기하학적 구조의 세라믹 연마 요소를 포함하는 절삭 휠.
- 삭제
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