KR20010022321A

KR20010022321A - 연마 입자 배합물을 포함하는 연마 제품

Info

Publication number: KR20010022321A
Application number: KR1020007000900A
Authority: KR
Inventors: 아브라함슨제랄드알
Original assignee: 스프레이그 로버트 월터; 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니
Priority date: 1997-08-01
Filing date: 1998-06-24
Publication date: 2001-03-15
Also published as: JP4072317B2; WO1999006500A1; US5876470A; EP1007599B1; DE69807900D1; JP2002506084A; BR9810853A; CN1265699A; DE69807900T2; CA2296522A1; EP1007599A1

Abstract

본 발명은, 희귀토 산화물 변성된 연마 입자와 알파 알루미나 시드 처리된 또는 산화철 핵화된 연마 입자와의 혼합물을 함유하는 연마 제품, 특히 절삭 휠에 관한 것이다. 상기 희귀토 산화물은 이론적 산화물을 기준으로 하여 연마 입자의 약 0.1 중량% 내지 10 중량%의 양으로 존재한다. 하나의 실시 형태에서, 희귀토 산화물 변성된 연마 입자는 봉형이다.

Description

연마 입자 배합물을 포함하는 연마 제품{ABRASIVE ARTICLES COMPRISING A BLEND OF ABRASIVE PARTICLES}

융합된 알루미나 연마 입자는 수백년에 가까운 기간동안 연마 용도로 사용되어 왔다. 융합된 알루미나 연마 입자는, 알루미나 원료를 그 융점 이상의 온도로 가열하고, 급냉시킨 후 분쇄시켜 알루미나 연마 입자를 형성시키는 방식으로 제조한다. 1980 년대 초기에는, 실질적으로 개량된 신규 유형의 알루미나 연마 입자("졸 겔" 또는 "졸 겔 유도" 연마 입자로 통칭됨)가 시판되었다. 졸 겔 연마 입자는 융합 공정이 아닌 소결 공정에 준하여 제조하였다. 졸 겔 연마 입자는, 물 및 알루미나 모노히드레이트(보에마이트)를 포함하는 분산액 또는 졸을 제조하고, 이 분산액을 겔화시키고, 이 겔화된 분산액을 건조시킨 후, 건조된 분산액을 입자 형태로 분쇄시키며, 이 입자를 하소시킨 다음, 하소된 입자를 알루미나의 융점 이하의 온도에서 소결시킴으로써 제조하는 것이 통상적이다. 상기 분산액은 하나 이상의 산화물 변성제, 핵화제 및/또는 이들의 전구 물질을 포함하는 경우가 종종 있다. 졸 겔 연마 입자의 제조 방법을 비롯하여 졸 겔 연마 입자와 관련된 추가 세부 사항은 미국 특허 제4,314,827호(레이타이저 외 다수), 제4,623,364호(코트린저 외 다수), 제4,744,802호(슈와벨), 제4,881,951호(우드 외 다수), 제5,011,508호(왈드 외 다수), 제5,090,968호(펠로우), 제5,201,916호(버그 외 다수), 제5,213,591호(셀리카야 외 다수), 및 제5,366,523호(로웬호스트 외 다수)에 보고되어 있다.

졸 겔 연마 입자는 통상 연마 입자, 예를 들면 코팅된 연마 제품, 부직 연마 제품 및 결합된 연마 제품 내에 혼입된다. 결합된 연마 제품으로는 연마 휠, 스톤, 숫돌 및 절삭 휠이 있다. 휠 내에 연마 입자를 유지시키거나 또는 결합시키는 데 사용되는 결합제는 통상적으로 수지 또는 유기 중합체이나, 세라믹 또는 유리(즉, 유리질 결합제) 등의 무기 재료를 사용할 수도 있다.

절삭 휠은 통상적으로 통상의 절삭 작업에 사용되는 얇은 소형 휠이다. 상기 휠은 통상적으로 직경이 수 인치이고 두께는 수 밀리미터이다. 이것은 약 1000∼50,000 RPM의 속도로 작동시킬 수 있으며, 금속 또는 유리를 예를 들어 공칭 길이까지 절삭하는 등의 작업에 사용된다. 또한, 절삭 휠은 "공업용 절삭 톱날"로 공지되어 있으며, 주물(鑄物) 등의 일부 고정물에서는 "절단 톱"으로 공지되어 있다.

시판되는 절삭 휠의 예로는 3엠(미국 미네소타 세인트 폴 소재)에서 상표명 "General Purpose Cut-Off Wheel"로 시판되는 것이 있다. 이들 3엠 절삭 휠은 융합된 산화알루미늄 연마 입자를 사용한다. 다른 시판 절삭 휠로는 유나이티드 어브레시브스 인코포레이티드(미국 미시간 불칸 소재)에서 상표명 "Vulcan"으로 시판되는 휠, 및 스페드컷(미국 캘리포니아 아델난토 소재)에서 시판하는 휠이 있다. 이들 예시된 휠은 모두 연마 입자로서 100%의 융합된 갈색 산화알루미늄을 주로 사용한다. 이러한 절삭 휠은 통상적으로 연철(예, 1018 MS) 및 유리 등의 보다 부드러운 가공물의 절삭에 사용된다.

절삭 성능을 향상시키고 절삭 휠의 가격을 절감시키기 위해, 제조업자들은 또한 2 유형 이상의 연마 입자로 구성된 배합물을 함유하는 휠을 제조한다. 일부 경우에는, 값비싼 연마 입자를 보다 낮은 품질의 저렴한 연마 입자로 대체시킨다. 예를 들어, 미국 특허 제3,867,795호(하워드)에는 절삭 휠 및 이 절삭 휠의 제조 방법이 개시되어 있다. 이들 절삭 휠은 융합된 산화알루미늄과 융합된 알루미나-지르코니아 연마 입자와의 배합물을 포함할 수도 있다. 알루미나-지르코니아는, 니켈 합금 또는 스텐레스 스틸 재료를 절삭하는 데 특히 유용한 중간 가격의 연마 입자이다. 3엠에서 상표명 "GREEN CORPS"로 시판하는 휠은, 융합된 알루미나 연마 입자와, 약 4.5%의 산화마그네슘을 함유하는 산화철이 핵화된 세라믹 연마 입자가 동량으로 구성하는 배합물을 사용한다. 노톤 컴파니(미국 매사츄세츠주 우스터 소재)에서는, 융합된 갈색 산화알루미늄과 융합된 알루미나-지르코니아 연마 입자를 동량으로 함유하는 절삭 휠을 제조하였다. 또한, 노톤에서는, 융합된 알루미나-지르코니아 연마 입자와 시드 처리된 세라믹 산화알루미나 입자(이 세라믹 산화알루미나 입자는 비고정된 연마 입자 형태로 상표명 "SG"로 시판됨)를 동량으로 함유하는 절삭 휠을 상표명 "Medallion"으로 시판하고 있다.

졸 겔 공정으로 제조한 세라믹 산화알루미늄 연마 입자는 탄소 강철 제품을 절삭하는 데 특히 유용하다. 고가의 연마 입자와 저품질의 연마 입자를 조합시키면, 사용되는 연마 입자의 가격을 기준으로 하여 휠의 전체 가격이 저하된다. 또한, 휠에 보다 저품질의 연마 입자를 사용하면 휠의 절삭 성능이 저하될 수도 있다.

연마재 산업 분야에서는 기존의 고가 연마 입자를 사용하여 절삭 휠의 성능을 향상시키는 한편, 양호한 제품 성능을 유지시키면서 가격은 허용 가능한 수준으로 유지시키는 방법을 계속 모색하고 있다. 다양한 유형의 제품에 대해 양호한 성능을 발휘하면서 가격은 합당한 수준인 휠을 제조하는 것이 요망된다.

본 발명은 2종 이상의 다른 연마 입자 혼합물을 포함하는 연마 제품, 특히 연마 휠에 관한 것이다. 제1 연마 입자는 시드 처리된 또는 핵화된 알파 알루미나, 바람직하게는 산화철 핵화된 알파 알루미나를 포함하고, 제2 연마 입자는 희귀토 산화물 변성된 알파 알루미나를 포함한다.

도 1은 본 발명의 절삭 휠의 사시도이다.

도 2는 도 1의 절삭 휠을 2-2 선을 따라 나타낸 단면도이다.

바람직한 실시 형태에 대한 상세한 설명

도 1은 본 발명의 실시 형태 중 하나에 따라 제조한 절삭 휠(10)의 사시도이다. 절삭 휠(10)은 두께(T)(도 2에 도시)를 갖는데, 이 두께는 절삭 휠(10)의 직경(D)보다 실질적으로 작다. 절삭 휠은 통상 두께가 1 mm(0.035 인치) 내지 16 mm(0.63 인치), 바람직하게는 1 mm 내지 8 mm(0.315 인치)이고, 직경은 약 2.5 cm(1 인치) 내지 100 cm(40 인치), 통상적으로는 약 7 cm(3 인치) 내지 13 cm(5 인치)이나, 직경이 100 cm(40 인치)인 휠은 공지되어 있다. 절삭 휠(10)을 예를 들어 전동 도구에 부착시키는 데에는 중심 구멍(12)을 사용한다. 중심 구멍은 통상적으로 직경이 약 0.5 cm 내지 2.5 cm이다.

본 발명의 절삭 휠은 제1 연마 입지(20)(시드 처리 또는 핵화된 알루미나 연마 입자)와 제2 연마 입자(21)(희귀토 산화물 변성된 알루미나 연마 입자)를 포함하며, 이들은 결합제(25)에 의해 함께 결합된다. 결합제 또는 결합 매질은 유기 결합제 또는 무기 결합제일 수 있다. 통상의 무기 결합제로는 유리, 세라믹 결합제 및 금속 결합제가 있다.

본 발명의 절삭 휠은 통상적으로 성형 공정을 통해 제조한다. 액상 유기 물질, 분말형 무기 물질 또는 분말형 유기 물질 중 하나인 결합제 또는 결합 매질을 성형 과정 중에 연마 입자와 혼합한다. 일부 경우에는, 액상 매질(수지 또는 용매)을 입자에 도포하여 연마 입자의 외면을 습윤시킨 후, 습윤된 입자를 분말형 매질과 혼합한다. 본 발명의 절삭 휠은 압축 성형 공정, 사출 성형 공정, 전이 성형 공정 등을 통해 제조할 수도 있다. 성형은, 가열 또는 냉간 압착 방식, 또는 당업자들에게 공지된 임의의 적당한 방식에 의해 수행할 수 있다.

페놀 수지는 가장 통상적으로 사용되는 유기 결합제이고, 분말형과 액상형으로 모두 사용된다. 페놀 수지는 널리 사용되나, 다른 유기 결합제를 사용하는 것도 본 발명의 영역 내에 포함된다. 이들 결합제로는 에폭시, 우레아 포름알데히드, 고무, 쉘락, 아크릴레이트 작용성 결합제 등이 있다. 또한, 페놀 결합제는, 페놀의 특성을 개선 또는 변경시키기 위해 또다른 결합제 물질로 변성시킬 수도 있다. 예를 들어, 전체 결합제의 인성을 향상시키기 위해 페놀을 고무로 변성시킬 수도 있다.

유리화된 결합제 또는 유리 결합제는 다른 종의 금속 산화물의 혼합물로 제조할 수도 있다. 이들 금속 산화물 유리질 결합제의 예로는 실리카, 알루미나, 산화칼슘, 산화철, 산화티탄, 산화마그네슘, 산화나트륨, 산화칼륨, 산화리튬, 산화망간, 산화붕소, 산화인 등이 있다. 중량을 기준으로 한 유리질 결합제의 구체예로는 47.61%의 SiO₂, 16.65%의 Al₂O₃, 0.38%의 Fe₂O₃, 0,35%의 TiO₂, 1.58%의 CaO, 0.10%의 MgO, 9.63%의 Na₂O, 2.86%의 K₂O, 1.77%의 Li₂O, 19.03%의 B₂O₃, 0.02%의 MnO₂, 0.22%의 P₂O₅및 63%의 실리카, 12%의 알루미나, 1.2%의 산화칼슘, 6.3%의 산화나트륨, 7.5%의 산화칼륨, 10%의 산화붕소가 있다. 몰비를 기준으로 한 유리질 결합제의 다른 예로는 3.77%의 SiO₂, 0.58%의 Al₂O₃, 0.01%의 Fe₂O₃, 0.03%의 TiO₂, 0.21%의 CaO, 0.25%의 MgO, 0.47%의 Na₂O, 0.07%의 K₂O가 있다. 유리 결합된 연마 제품의 제조 과정 중에, 분말 형태의 유리 결합제는 임시 결합제, 통상적으로는 유기 결합제와 혼합할 수도 있다. 유리화된 결합제는, 프릿, 예를 들어 1% 내지 100%의 프릿, 통상적으로 20% 내지 100%의 프릿으로 제조할 수도 있다. 프릿 결합제에 사용되는 통상의 물질의 일부 예로는 장석, 산화붕소, 석영, 소다 석회, 납, 산화아연, 화이팅(whiting), 삼산화안티몬, 이산화티탄, 실리코불화나트륨, 플린트 크리올라이트, 붕산 및 이들의 혼합물이 있다. 이들 재료는 통상적으로 분말 형태로 함께 혼합하고, 이 혼합물을 하소시켜 융합시킨 후, 이 융합된 혼합물을 냉각시킨다. 냉각된 혼합물은 분쇄하고 매우 미세한 분말로 선별한 후 프릿 결합제로 사용한다. 이들 프릿 결합제가 숙성하는 온도는 그 화학적 특성에 따라 좌우되나, 통상은 약 600℃ 내지 약 1800℃이다.

금속 결합제의 예로는 주석, 구리, 알루미늄, 니켈 및 이들의 혼합물이 있다.

대부분의 경우, 스크림 강화 재료는 회전 파열 강도, 즉 사용 중 휠의 회전에 의해 발생하는 원심력을 견딜 수 있는 휠의 능력을 향상시키기 위해 절삭 휠 내에 혼입된다. 또한, 휠의 마모 특성 또는 내열성은 스크림 강화 재료를 사용하여 향상시킬 수도 있다. 도 2는 도 1의 절삭 휠을 2-2 선을 따라 취한 단면도이다. 제1 연마 입자(20), 제2 연마 입자(21) 및 결합제가 도시되어 있다. 절삭 휠(10)은 제1 스크림(15) 및 제2 스크림(16)을 포함하며, 이들은 절삭 휠(10)의 외면에 위치하고 있다. 통상적으로, 휠의 각 외면 상에는 한 조각의 스크림 강화 재료가 배치된다. 대안적으로, 추가의 강도를 제공하기 위해 휠 내에 하나 이상의 강화용 스크림 조각을 혼입시킬 수도 있다. 이 스크림은 임의의 적당한 재료로 제조할 수 있다. 예를 들어, 스크림은 직물 또는 편직물일 수 있다. 스크림 내 섬유는 유리 섬유로 제조하는 것이 바람직하다. 일부 경우, 스크림은 결합 보조제(예, 실란 결합제)를 함유할 수도 있다. 또한, 스크림은 폴리아미드, 폴리에스테르 또는 폴리아르아미드 등의 유기 섬유를 함유할 수도 있다. 일부 경우, 결합 매질 내에 강화용 스테이플 섬유를 포함시키되 이들 섬유들이 절삭 휠 전체에 걸쳐 균질하게 분산되도록 포함시키는 것이 바람직할 수도 있다.

본 발명의 절삭 휠에는 2가지 유형의 연마 입자가 사용된다. 이들 모두 알파 알루미나계 연마 입자로서, 이중 하나의 입자는 적당한 핵화제(예, 알파 알루미나 시드 입자, 산화철 또는 이것의 전구체, 산화크롬, 산화망간, 산화티탄 등)에 의해 핵화되거나 또는 시드 처리된 것이고, 나머지 입자는 연마 입자의 총 산화물 함량을 기준으로 한 이론적 산화물에 준하여 계산했을 때 0.01% 이상, 바람직하게는 0.1∼10%의 희귀토 산화물 변성제를 함유한다. 이들 제1 및 제2 연마제 입자는 소결 공정, 바람직하게는 졸 겔 공정에 의해 제조할 수 있다. 이들 2개 연마 입자, 시드 처리 또는 핵화된 연마 입자와 희귀토 산화물 변성된 연마 입자를 조합하면, 연마 제품, 특히 절삭 휠에 사용했을 때 다른 연마 입자 또는 입자 배합물에 비해 우수한 성능을 제공한다. 이들 2개의 다른 졸 겔 입자의 배합물이 상승 효과를 제공한다는 점은 의외적이다.

통상적으로, 졸 겔 입자는 휘발성 성분, 해교제 및 알루미나 모노히드레이트(보에마이트)를 함유하는 분산액 또는 졸을 제조하고, 이 분산액을 겔화시킨 후, 이 겔화된 분산액을 건조시키고, 이 건조된 분산액을 전구체 입자로 분쇄시킨 다음, 이 전구체 입자를 하소시킨 후, 이 하소된 입자를 알루미나의 융점 이하의 온도에서 소결시킴으로써 제조한다. 또한, 상기 분산액은 하나 이상의 산화물 변성제, 시드 또는 핵화제 및/또는 이들의 전구 물질을 포함하는 경우도 종조 있다. 생성되는 연마 입자의 결정 미소 구조 및/또는 물리적 특성을 변화시키기 위해 금속 산화물(종종 금속 산화물 변성제로 칭함)을 혼입시킬 수도 있다.

본 발명에 따른 연마 입자 내에 혼입될 수 있는 금속 산화물의 예로는 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO), 산화코발트(CoO), 산화니켈(NiO), 산화지르코늄(ZrO₂), 산화티탄(TiO₂), 산화철(Fe₂O₃), 산화이트륨(Y₂O₃), 산화망간(MnO), 산화프라세오디뮴(Pr₂O₃), 산화사마륨(Sm₂O₃), 산화이터븀(Yb₂O₃), 산화네오디뮴(Nd₂O₃), 산화란탄(La₂O₃), 산화가돌리늄(Gd₂O₃), 산화세륨(Ce₂O₃), 산화디스프로듐(Dy₂O₃), 산화에르븀(Er₂O₃), 산화유로퓸 (Eu₂O₃), 산화하프늄(HfO₂), 산화크롬(Cr₂O₃), 산화스트론튬(SrO), 산화칼슘(CaO), 산화나트륨(Na₂O) 및 이들의 조합물이 있으나, 이들이 반드시 바람직한 것은 아니다. 이들 금속 산화중 특정의 것은 알루미나와 반응하여 알루미나와의 반응 생성물을 형성할 수 있는 한편, 다른 것들은 금속 산화물 상태로 잔류하게 된다. 예를 들어, 코발트, 니켈, 아연 및 마그네슘의 산화물은 통상적으로 알루미나와 반응하여 스피넬을 형성하는 한편, 산화지르코늄 및 산화하프늄은 알루미나와 반응하지 않는다. 대안적으로, 산화디스프로슘 및 산화가돌리늄과 알루미나와의 반응 생성물은 통상적으로 가넷이다. 산화프라세오디뮴, 산화이터븀, 산화에르븀 및 산화사마륨과 알루미나와의 반응 생성물은 회티탄석 및/또는 가넷 구조를 갖는다. 또한, 산화이트륨은 알루미나와 반응하여 가넷 결정 구조를 가진 Y₃Al₅O₁₂와 반응할 수 있다. 특정의 희귀토 산화물과 이가 금속 양이온은 알루미나와 반응하여 식 LnMAl₁₁O₁₉[식 중, Ln은 La³⁺, Nd³⁺, Ce³⁺,Pr³⁺, Sm³⁺, Gd³⁺, Er³⁺, 또는 Eu³⁺등의 3가 금속 이온이고, M은 Mg²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺또는 Co²⁺등의 2가 금속 양이온임)로 표시되는 희귀토 알루미네이트를 형성한다. 그러한 알루미네이트는 육각형의 결정 구조를 갖는다.

상기 분산액은 시드 또는 핵화제, 또는 알파 알루미나 전구 물질(알파 알루미나 모노히드레이트)을 알파 알루미나로 변형시키는 것을 촉진시키는 물질을 함유할 수도 있다. 적당한 물질로는 알파 알루미나의 미립자, 또는 알파 산화철(II), 산화크롬, 산화티탄, 및 알파 알루미나의 변형을 핵화시키는 임의의 다른 물질의 미립자 또는 전구 물질이 있다. 시드 또는 핵화제를 첨가하면 생성된 알루미나 연마 입자 중에 보다 작은 결정체 또는 기포가 형성되며, 이로써 보다 내구성이 있는 연마 입자가 제조된다.

졸 또는 분산액이 제조된 후에는, 이들을 예를 들어 강제 공기 오븐 내에서 건조시켜 다공성 고형물을 형성시킨다. 건조시킨 후, 건조된 분산액을 통상적으로 분쇄시켜 불규칙적인 전구체 입자를 형성시킨 다음 하소시킨다. 상기 분산액을 하소시키기 전에, 임의로 겔, 건조된 겔 또는 전구체 입자를 성형시킬 수 있다. 하소 과정(예비 하소 과정으로도 칭해짐)에 의하면 실질적으로 모든 결합 휘발성 물질이 제거되며, 이 과정은 통상적으로 약 400∼800℃의 온도에서 수행한다. 이후, 소결 과정(하소 과정으로도 칭함)은 알루미나의 융점 이하의 온도에서 수행한다. 통상의 소결 온도는 약 1100∼1650℃, 바람직하게는 약 1250∼1400℃이다.

졸 겔 연마 입자 및 이들 유형의 입자의 제조 방법과 관련된 추가 세부 사항은, 예를 들어 미국 특허 제4,314,827호(레이타이저 외 다수), 제4,744,802호(슈와벨), 및 제4,881,951호(우드 외 다수)에 개시되어 있다.

알파 알루미나 시드 처리된 연마 입자

통상적으로, 알파 알루미나 시드 처리된 연마 입자는 알파 알루미나와 임의의 첨가제를 포함한다. 알파 알루미나 시드 처리된 연마 입자와 이 입자를 제조하는 방법은 예를 들어 미국 특허 제4,623,364호(코트린저 외 다수) 및 제4,744,802호(슈와벨)에 개시되어 있다.

입상 알파 알루미나 시드의 양은 상당히 다를 수 있다. 알루미나 연마 입자의 총중량으로 기준으로 하여 약 0.01 중량% 내지 약 50 중량%의 함량 내에서 적당한 시드 처리가 이루어지나, 이 범위를 벗어난 양도 유용한 것으로 판단된다, 그러나, 약 2% 미만, 통상적으로 1% 미만을 적정량으로 말할 수 있다. 또한, 알파 알루미나 입자의 입자 크기는 상당히 달라질 수 있으며, 약 80∼700 nm의 입자 크기가 유용한 것으로 밝혀졌다.

알파 알루미나 시드 입자의 원료는 그다지 중요하지 않다. 시판되는 미립자로는 스미토모 케미칼 컴파니 리미티드에서 상표명 "AKP-50"으로 시판되는 것이 있다. 대안적으로, 알파 알루미나 시드 입자는 현장에서, 예를 들어 알파 알루미나 세라믹 용기 내에서 또는 알파 알루미나 밀링 볼을 사용하여 상기 분산액을 볼 밀링하여 제조할 수도 있다.

통상적으로, 알파 알루미나 시드 처리된 알루미나 연마 입자는 서브 미크론 단위의 고밀도 등축 알루미늄 결정을 가진 비기포형 미소 구조를 가지고, 경도가 약 16 GPa 이상이다.

산화철 핵화된 연마 입자

통상적으로, 산화철 핵화된 연마 입자는 연마 입자의 총 산화물 함량을 기준으로 한 이론적 산화물을 기준으로 하여 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 산화철을 함유한다. 산화철 핵화된 연마 입자 및 이 입자의 제조 방법과 관련된 세부 사항은, 예를 들어 미국 특허 제4,744,802호(슈와벨) 및 제4,964,883호(모리스 외 다수)에 개시되어 있다.

연마 입자를 제조하는데 사용되는 산화철 원료의 종류는 다양할 수 있다. 일부 경우 핵화제로서 작용하거나 또는 핵화제로서 작용하는 물질을 제공할 수도 있는 산화철 원료로는 헤마타이트(α-Fe₂O₃) 및 이들의 전구 물질[괴타이트(α-FeOOH), 레피도크로사이트(γ-FeOOH), 마그네타이트(Fe₃O₄) 및 마그네마이트(γ-Fe₂O₃)]이 있다. 산화철의 적당한 전구 물질로는, 가열시 α-Fe₂O₃로 전환되는 철 함유 물질이 있다. 산화철 원료는 결정형 입상 물질인 것이 바람직하다. 그러한 입상 물질은 입자의 결정도 및/또는 제조 방법에 따라 구형, 침상형 또는 판형일 수 있다. 입상 물질의 형태와 무관하게, 표면적이 약 60 m²/g 이상(보다 바람직하게는 약 80 m²/g 이상, 가장 바람직하게는 약 100 m²/g 이상)이고 평균 입자 크기는 약 1 ㎛ 미만(보다 바람직하게는 약 0.5 ㎛ 미만)인 것이 바람직하다. 본 명세서에서 "입자 크기"는 연마 입자의 단리된 단일 입자의 최장 크기로 정의된다. 바람직한 실시 형태에서, 결정형 입자는 종횡비가 약 2:1 이상인 침상형이다. 하나의 특히 바람직한 재료는 길이가 약 0.04∼0.1 ㎛이고 폭은 약 0.01∼0.02 ㎛인 침상형 입자를 갖는다. 그러한 입자는 마그녹스 펄라스키 인코포레이티드(미국 버지니아 펄라스키 소재) 등의 다양한 자기 매체 안료 공급업체에서 입수할 수 있다(예를 들어, 평균 입자 크기가 약 0.08 ㎛이고 표면적이 약 104.5 m²/g인 침상형 입자인 옥시수산화철(α-FeOOH)의 수성 페이스트로서 상표명 "GOETHITE A"로 시판).

입상 산화철 원료의 표면적은 통상적으로 콴타크롬 코포레이션(미국 플로리다 보인톤 비치 소재)에서 입수한 상표명 Quantasorb System OS-10을 사용하여 질소 흡수에 의해 측정한다. 입자 크기는, 여러 기술을 이용하여 입자의 최장 크기를 측정함으로써 결정할 수도 있다. 예를 들어, 입자 크기는 투과 전자 현미경을 사용하여 측정할 수 있는데, 입자 군집을 적당한 배율 하에 현미경으로 사진을 찍은 후 입자의 크기를 측정한다. 또다른 입자 크기 측정 기술은, 광선을 입자에 의해 산란시키는 준탄성 광 산란 기술이다. 입자 크기는 입자에 의해 산란된 빛의 강도 변동을 수치적으로 분석하여 결정한다.

통상적으로, 산화철 핵화된 알루미나 연마 입자는 알파 알루미나 시드 연마 입자와 유사한 미소 구조, 즉 서브 미크론 단위의 고밀도의 등축 알루미나 결정으로 구성된 비기포형 미소 구조를 가지고, 경도는 약 16 GPa 이상이다. 통상적으로, 상기 철은 알루미나 중의 고형물 용액 상태 또는 철-알루미나 스피넬 형태로 존재한다.

철 원료를 분산액 또는 전구 물질에 첨가하는 것과 관련된 추가 세부 사항은, 예를 들어 미국 특허 제5,611,829호(먼로 외 다수) 및 제5,645,619호(에릭슨 외 다수)에 기재되어 있다.

희귀토 산화물 변성된 연마 입자

제2 연마 입자는 희귀토 산화물 또는 산화이트륨 변성된 알루미나 연마 입자를 포함한다. 제2 연마 입자는, 1) 한 유형의 희귀토 산화물 변성제만을 포함하거나, 2) 산화이트륨만을 포함하고 희귀토 산화물 변성제는 포함하지 않거나, 3) 하나의 희귀토 산화물 변성제와 산화이트륨을 포함하거나, 4) 2종 이상의 희귀토 산화물 변성제를 포함하거나, 또는 5) 2종 이상의 희귀토 산화물 변성제 및 산화이트륨을 포함할 수 있다. 통상적으로, 바람직한 제2 연마 입자는 산화란탄 및 산화네오디뮴 희귀토 산화물과 산화이트륨을 포함한다.

본 발명의 휘귀토 산화물 또는 산화이트륨 변성된 알루미나 연마 입자는 이론적 산화물을 기준했을 때, 하나 이상의 희귀토 금속 산화물 또는 산화이트륨을 연마 입자의 총 이론적 금속 산화물 함량을 기준으로 0.01 중량% 이상(바람직하게는 0.1 중량% 내지 약 10 중량%, 보다 바람직하게는 약 0.5 중량% 내지 약 10 중량%) 포함한다. 희귀토 금속 산화물은 란타니드 계열의 산화물로 분류된다. 희귀토 금속 산화물로는 산화세륨, 산화프라세오디뮴, 산화네오디뮴, 산화사마륨, 산화유로퓸, 산화가돌리늄, 산화디스프로슘, 산화에르븀, 산화이터븀 및 산화란탄이 있다.

희귀토 산화물은, 가열에 의한 분해시 금속 산화물로 전환되는 임의의 희귀토 금속 산화물(예, 금속 질산염, 금속 아세트산염, 금속 구연산염, 또는 금속 포름산염), 및/또는 입상 형태(입자 크기(즉, 최장 치수)가 바람직하게는 약 5 ㎛ 미만, 보다 바람직하게는 1 ㎛ 미만)임)로서 알루미나계 분산액에 첨가되고/첨가되거나 금속 산화물 졸 상태로 첨가될 수 있는 금속 산화물 입자에 의해 연마 입자 중에 제공될 수 있다.

희귀토 산화물 및/또는 산화이트륨은, 전구 물질을 졸 내에 도입시키거나, 또는 건조된 전구물 또는 하소된 전구물 입자를 희귀토 산화물 또는 이것의 전구 물질에 함침시킴으로써 연마 입자 내에 혼입시킨다. 통상적으로, 졸 내에 변성물을 도입시키는 방법은, 예를 들어 미국 특허 제4,881,951호(우드 외 다수) 및 제5,498,269호(라미), 및 1996.9.18자 출원된 미국 특허 출원 제08/715,672호(우드)에 보고되어 있고, 전구물 입자의 함침 방법은, 예를 들어 미국 특허 제5,164,348호(우드), 및 1997.1.9자 출원된 미국 특허 출원 제08/781,558호(우드)에 기재되어 있다. 미국 특허 제4,770,671호(먼로 외 다수)에는 희귀토 산화물 및 산화이트륨 변성된 연마 입자에 대한 추가 정보가 보고되어 있다.

희귀토 산화물 및 산화이트륨은 알루미나와 반응하여 반응 생성물, 통상적으로 가넷을 형성하는 경향이 있다. 예를 들어, 산화디스프로슘 및 산화가돌리늄과 산화알루미늄과의 반응 생성물은 통상 가넷이다. 산화프라세오디뮴, 산화이터븀, 산화에르븀 및 산화사마륨과 산화알루미늄과의 반응 생성물은 통상적으로 회티탄석 및/또는 가넷 구조를 갖는다. 또한, 산화이트륨은 알루미나와 반응하여, 가넷 결정 구조를 가진 Y₃Al₅O₁₂를 형성할 수 있다. 특정의 희귀토 산화물 및 이가 금속 양이온은 알루미나와 반응하여 식 LnMAl₁₁O₁₉[Ln은 La³⁺, Nd³⁺, Ce³⁺,Pr³⁺, Sm³⁺, Gd³⁺, Er³⁺또는 Eu³⁺등의 3가 금속 이온이고, M은 Mg²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺또는 Co²⁺등의 2가 금속 양이온임]로 표시되는 희귀토 알루미네이트를 형성한다. 그러한 알루미네이트는 육각형 결정 구조를 갖는다.

희귀토 산화물 및 산화이트륨 변성 연마 입자는 시드 또는 핵화제를 임의로 함유할 수도 있다. 이들 시드 및 핵화제는 전술한 바와 같다. 제2 연마 입자(즉, 희귀토 산화물 또는 산화이트륨 변성된 알루미나 연마 입자)는 실질적으로 시드 또는 핵화제를 함유하지 않는 것이 종종 바람직한 경우가 있다.

제1 및 제2 연마 입자는 임의 비, 예를 들면 90/10 내지 10/90(중량비), 바람직하게는 30/70 내지 70/30의 양으로 혼합할 수도 있다. 2종의 연마 입자의 양(중량비)은 실질적으로 동일(즉, 약 50/50)한 것이 가장 바람직하나, 어느 하나의 입자가 더 많은 60/40의 비도 바람직할 수 있다. 그러나, 절삭되는 제품에 따라 다른 비가 바람직할 수도 있다. 일부 경우, 제3 연마 입자를 포함하는 것이 바람직할 수도 있다. 이 제3 연마 입자는 임의 양일 수도 있으나, 본 발명의 제품 내 연마 입자의 50% 이상은 시드 처리 입자 또는 핵화된 입자와 희귀토 산화물 변성된 연마 입자와의 혼합물로 구성된다.

연마 입자의 입자 크기는 통상적으로 약 0.1 ㎛ 내지 1500 ㎛, 전형적으로는 10 ㎛ 내지 1000 ㎛이며, 180 ㎛ 내지 800 ㎛이 바람직하나, 보다 크고 보다 작은 입자 크기도 유용할 수 있다. 통상적으로, 절삭 휠에 사용되는 연마 입자의 평균 입자 크기는 약 500 ㎛ 내지 700 ㎛로서, 이는 각각 대략 ANSI 그레이드 36 및 24에 상응한다.

본 발명에서는, 한 유형의 연마 입자, 예를 들어 시드 처리된 연마 입자 또는 핵화된 연마 입자의 평균 입자 크기가 나머지 유형의 연마 입자, 즉 희귀토 산화물 변성된 연마 입자의 평균 입자 크기보다 크다. 대안적으로, 희귀토 산화물 변성된 연마 입자는 보다 큰 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 통상적으로, 절삭 작용을 하는 연마 입자는 임의의 충전제 입자 및 연마 입자 배합물보다 큰 것이 바람직하다. 이러한 특정 발명에서, 2개의 연마 입자는 상승적으로 작용하여 고도의 절삭 성능을 제공한다. "상승적"이란, 2개 입자의 조합이 각각의 단독 개별 연마 입자에 비해 우수하게 작용하는 것을 의미한다. 제1 및 제2 연마 입자는 모두 대략 동일한 크기 범위를 갖는 것이 가장 바람직하나, 이것이 반드시 필수적인 것은 아니다.

본 발명에 사용된 연마 입자 중 하나 또는 모두는 불규칙 형태를 갖거나 또는 성형될 수도 있다. 불규칙 형태의 입자는, 예를 들어 전구물 입자를 소결시켜 최종 연마 입자를 형성시키기 전에 전구물 입자를 분쇄시켜 제조한다. 성형된 연마 입자로는 봉(단면적은 임의대로 결정), 피라미드, 및 다각면을 가진 박면 입자가 있다. 성형된 연마 입자 및 이들의 제조 방법은, 예를 들어 미국 특허 제5,090,968호(펠로우) 및 제5,201,916호(버그 외 다수)에 기재되어 있다. 성형된 연마 입자를 제조하는 다른 방법은 1996.9.18자 출원된 미국 특허 출원 제08/715,672호(우드)에 교시되어 있다.

본 발명의 절삭 휠 중의 연마 입자는 대안적으로 응집체 형태, 즉 연마 입자들이 함께 접착되어 형성한 연마 응집체일 수도 있다. 응집체는 미국 특허 제4,311,489호(크레스너), 제4,652,275호(블뢰처 외 다수), 제4,799,939호(블뢰처 외 다수), 제5,039,311호(블뢰처) 및 제5,500,273호(홈즈 외 다수)에 더 기재되어 있다.

또한, 연마 입자의 한면 또는 양면 상에 표면 코팅을 가질 수도 있다. 표면 코팅은 결합제에 대한 접착력을 향상시키는 목적, 연마 입자의 연마 특성을 변성시키는 목적, 또는 다른 목적을 위해 사용할 수도 있다. 표면 코팅의 예는 미국 특허 제4,997,461호(마코프-마테니 외 다수), 제5,011,508호(왈드 외 다수), 제5,131,926호(로스토커), 제5,213,591호(셀리카야 외 다수), 및 제5,474,583호(셀리카야)에 기재되어 있다. 특히 바람직한 코팅은 제5,213,591호(셀리카야 외 다수)에 기재되어 있다.

연마 입자는 휠의 두께 전체에 걸쳐 위치할 수 있거나, 또는 중심쪽에 집중될 수 있는데, 다시 말하면 휠의 외면으로 갈수록 적어질 수 있다. 대안적으로, 연마 입자는 절삭 휠의 외곽 테두리, 즉 주변부에만 위치할 수도 있다. 또다른 변형예에서, 제1 연마 입자는 휠의 한쪽 면에만 존재하고 제2 연마 입자는 나머지 면에 존재할 수도 있다. 또다른 실시 형태에서, 하나의 연마 입자(예, 시드 처리 또는 핵화된 제1 연마 입자)는 휠의 한 면 상에 주로 존재할 수 있고, 나머지 입자(즉, 제2의 희귀토 산화물 또는 산화이트륨 변성된 연마 입자)는 휠의 나머지 면 상에 존재한다. 또는, 연마 입자는 절삭 휠의 외곽 테두리, 즉 주변부에 존재할 수 있고, 나머지 입자는 중심 구멍(12)에 최근접한 휠의 중심부에 존재할 수도 있다. 그러나, 2개의 연마 입자(즉, 희귀토 산화물 변성된 연마 입자 및 시드 처리 또는 핵화된 연마 입자)가 서로 균질한 경우에는 휠의 제조가 보다 용이하므로 바람직하고, 2개 유형의 입자가 서로 근접하게 배치되는 경우에는 상승적 절삭 효과가 최적화된다.

본 발명의 절삭 휠은 또한 다른 연마 입자, 예를 들어 융합된 산화알루미늄(예, 융합된 알루미나-지르코니아), 갈색 산화알루미늄, 청색 산화알루미늄, 탄화규소(예, 녹색 탄화규소), 가넷, 다이아몬드, 입방형 질화붕소, 탄화붕소, 산화크롬, 산화세륨 및 이들의 조합물을 포함할 수도 있다. 그러나, 절삭 휠 중의 약 50 중량% 이상, 바람직하게는 약 80 중량%, 가장 바람직하게는 100%는 시드 처리 또는 핵화된 입자와 희귀토 산화물 변성된 연마 입자와의 혼합물이어야 한다.

추가 첨가제

본 발명의 절삭 휠은 통상적으로 충전제 입자를 포함한다. 충전제 입자는 절삭 휠에 첨가되어 공간을 점유하고/하거나 다공성을 제공한다. 다공성은 절삭휠이 "마멸", 즉 사용된 또는 마모된 연마 입자가 연마되어 새로운 연마 입자를 노출시킬 수 있도록 해준다. 이 마멸 특성은 연마 입자, 결합제 또는 결합 매질 및 첨가제를 비롯한 절삭 휠 배합물에 따라 강하게 좌우된다. 다공성 정도는 절삭 휠의 마멸도에 강하게 영향을 미친다. 절삭 휠은 임의 범위, 예를 들어 약 1 부피% 내지 50 부피%, 통상적으로는 1 부피% 내지 40 부피%의 다공성을 갖는다. 절삭 휠 내에 다공성을 도입시키는 방법으로는, 다공성 바디, 희석제, 충전제 또는 다른 연성 입자를 사용하는 방법이 있다. 절삭 휠에 유용한 충전제의 예로는 버블 및 비드(예, 유리, 세라믹(알루미나), 점토, 중합체, 금속), 코르크, 석고, 대리석, 석회석, 부싯돌, 실리카 및 규산알루미늄이 있으나, 이들에 국한되는 것은 아니다. 버블 및 코르크는 다공성 공급원으로 빈번하게 사용된다. 다공성을 도입시키는 또다른 방법은 제품 내에 확장제를 혼입시키는 방법이다. 유기 또는 부기 결합 매질의 가열 과정 중에 분해되는 불안정 물질은 통상적으로 다공성을 남기게 된다. 이들 불안정 물질은 통상적으로 수지 결합된 제품보다 유리화된(즉, 무기) 물질에 보다 많인 사용된다. 그러한 불안정 물질의 예로는 호도 껍질, 설탕, 디프탈계 탄화수소 및 열가소성 플라스틱이 있다.

또한, 연마 보조제 입자, 예를 들어 크리올라이트, 염화나트륨, FeS₂(이황화철) 또는 KBF₄를 휠에 첨가할 수도 있다. 연마 보조제는 통상적으로 절삭 계면의 온도를 저하시킴으로써 절삭 휠의 절삭 특성을 향상시키기 위해 첨가된다. 연마 보조제는 단일 입자 형태 또는 연마 보조 입자의 응집체 형태일 수 있다. 정확한 형태의 연마 보조제 입자의 예는 1996.9.11자 출원된 PCT 출원 US96/14570(쿨러 외 다수)에 교시되어 있다.

절삭 휠을 사용하는 방법

본 발명의 절삭 휠은 임의의 직각 연마 도구, 예를 들어 인거졸-란드(미국 밀워키 수 소재) 및 돗코에서 시판하는 것들에 사용할 수 있다. 상기 도구는 전동형 또는 유압형일 수 있으며, 통상적으로 약 1000∼50,000 RPM의 속도로 작동한다. 절삭 휠은 사용 중에 건식 또는 습식으로 작동할 수 있다. 습식 연마 중에는, 휠을 물, 유성 윤활제 또는 수성 윤활제와 함께 사용한다.

본 발명의 절삭 휠은 각종 가공물, 예를 들어 탄소 강철 시트 또는 막대 스톡에 특히 유용하다. 통상의 절삭 휠은 보다 단단하고 보다 이질적인 금속(즉, 스텐레스 스틸, 티탄 등) 또는 보다 유연하고 보다 많은 양의 철을 함유한 금속(즉, 연철, 저합금 강철, 성형 철 등) 중 하나 또는 이들 모두에 대해 양호한 성능을 제공하도록 고안되어 있다.

절삭 휠의 효율은 통상적으로 절삭능으로 측정된다. 이 측정치는 통상적으로 "G 비"로 칭해지며, 제거된 가공물의 부피를 연마 제품의 손실 부피로 나눈 값으로 계산된다. G 비가 클수록, 연마 제품의 손실 부피가 적으면서 가공물의 제거 부피는 보다 많기 때문에 G 비가 작은 경우보다 바람직하다.

본 발명은 결합된 휠, 특히 절삭 휠의 제공을 목적으로 하나, 시드 처리된 또는 핵화된 연마 입자와 희귀토 산화물 변성된 연마 입자와의 혼합물이 다른 연마 입자, 예를 들면 코팅된 연마 제품, 래핑 연마 제품, 구조 연마 제품 및 부직 연마 제품에 유용하다.

코팅된 연마 제품은 통상적으로, "메이크" 코트(즉, 제1 접착제 층)가 상부에 접착되는 가요성 백킹을 포함한다. 메이크 코트 내에는 연마 입자가 매립되고, 이후 상기 연마 입자들은 "사이즈" 코트(즉, 제2 접착제 층)에 의해 덮힌다. "수퍼사이즈" 코팅으로 공지된 임의의 제2 사이즈 코트를 사이즈 코트 상에 도포할 수도 있다. 통상적으로, 수퍼사이즈 코팅은 연마 보조 물질 또는 하중 방지 첨가제를 포함한다. 연마 보조제는 이하에서 더 설명하기로 한다. 백킹은 임의의 적당한 물질, 예를 들어 천, 중합체 필름, 가황 처리된 섬유, 부직 웨브, 종이, 이들의 조합물, 및 이들의 처리 변형물로 구성될 수 있다. 결합제는 임의의 적당한 결합제, 예를 들어 유기 또는 무기 결합제일 수 있다. 연마 입자의 혼합물은 코팅된 연마 제품의 한 층 또는 양 층 중에 존재할 수 있다. 코팅된 연마 제품을 제조하는 바람직한 방법은, 예를 들어 미국 특허 제4,734,104호(브로버그), 제4,751,138호(터미 외 다수), 제5,496,389호(브로버그 외 다수) 및 제5,573,619호(베네딕트 외 다수)에 기재되어 있다.

코팅된 연마 제품은 그 이면 상에 부착 수단을 가짐으로써 이 코팅된 연마 제품이 지지 패드 상에 고정될 수 있다. 그러한 부착 수단은, 예를 들어 후크 및 루프 부착을 위한 루프 직물 또는 압감성 접착제일 수 있다. 코팅된 연마 제품의 이면은 또한 미끄럼 방지 코팅 또는 마찰 코팅을 포함할 수도 있다. 그러한 코팅의 예로는 접착제 중에 분산된 무기 입상 물질(예, 탄산칼슘 또는 석영)이 있다. 코팅된 연마 제품은 통상의 형태(예, 벨트, 시트 및 원반)로 전환시킬 수 있다.

연마 제품의 또다른 예는 래핑 또는 슬러리 코팅된 연마 제품이다. 래핑 연마 제품은, 연마 입자, 결합제 전구 물질(통상적으로 적당한 접착제 물질) 및 임의의 첨가제를 혼합하여 균질한 슬러리를 형성시킴으로써 제조한다. 이 액체 상태의 슬러리를 백킹에 도포하여 연마 입자의 균질한 층을 형성시킨 후 경화시킨다. 래핑 연마 제품에 사용되는 통상적인 코팅 기술의 예로는 나이프 코팅기, 다이 코팅기, 진공 다이, 커튼 코팅기 및 그라비아 롤이 있다. 그라비아 롤을 사용하는 경우에는 종종 연마 코팅 내에 텍스쳐가 부여되며, 이것은 슬러리가 경화되었을 때 코팅 중에 남게된다. 이 텍스쳐 코팅 또는 구조화된 코팅은 불규칙 형태를 가지며 그 형태가 정확하지 않다.

구조 연마 입자는 연마 입자 및 결합제를 포함하는 다수개의 연마 복합재를 포함하며, 상기 결합제는 상기 복합재를 백킹에 결합시킨다. 상기 복합재는 그 형태가 정확할 수 있다. 각 연마 복합재는 그 형태가 정확한 것이 통상적으로 바람직하다. 정확한 형태는 식별 가능한 구별된 경계에 의해 결정된다. 이들 경계는 정확한 형태의 외곽선 또는 굴곡을 형성하며, 어느 정도까지는 하나의 연마 복합재를 또다른 복합재와 분리시킨다. 상기 복합재는 통상적으로, 도구 내 공동을 연마 입자 및 결합제 전구 물질을 포함하는 연마 슬러리로 채운 후, 경화된 복합재가 공동의 역 형상을 갖도록 상기 결합제 전구 물질을 상기 도구 내에서 경화시킴으로써 제조한다. 불규칙 형태의 복합재를 포함하는 텍스쳐 연마 입자를 제조하기 위해서는, 결합제 전구 물질을 경화시키기 전에 상기 슬러리를 도구로부터 제거할 수도 있다. 이 경우, 경화되기 전에 슬러리가 슬럼핑되어 부정확한 형태의 복합재가 형성된다. 구조 연마 제품 및 이것의 제조 방법에 관한 추가의 세부 사항은, 예를 들어 미국 특허 제5,152,917호(피퍼 외 다수), 제5,435,816호(스퍼젼 외 다수), 제5,489,235호(가글리아디 외 다수) 및 PCT 출원 공고 WO 95/07797에 개시되어 있다.

본 발명의 연마 입자 배합물이 유용할 수 있는 또다른 유형의 연마 제품은 부직 연마 제품이다. 부직 연마 제품은 통상적으로 개방된 다공성의 로프티 중합체 필라멘트 구조를 포함하고, 이 구조 전체에 걸쳐 연마 입자가 분산되어 있으며, 이들 입자는 유기 결합제에 의해 결합되어 있다. 필라멘트의 예로는 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유 및 폴리아르아미드 섬유가 있다. 부직 연마 제품에 대한 추가의 세부 사항에 대해서는 미국 특허 제2,958,543호(후버 외 다수)를 참고한다.

또한, 유리된 연마재 슬러리 형태로 연마 입자를 사용하는 것도 본 발명의 영역 내에 포함된다. 이들 연마재 슬러리는 통상적으로 연마 입자와 액체의 혼합물을 포함한다. 이 액체는 통상적으로 물과, 종종 유기 용매이다. 이 액체는 물과 다른 첨가제(예, 녹 방지제, 소포제, 항균 화합물 등)와의 혼합물인 경우가 종종 있다. 유리된 연마재 슬러리는 예를 들어 샌드 블라스팅 유형의 작업 등에서 습윤 상태 또는 건성 상태로 사용할 수 있다. 대안적으로, 유리된 연마재 슬러리는 랩핑 용도의 랩 또는 연마 패드와 함께 사용할 수 있다,

본 발명에 따른 전술한 연마 제품에 적합한 유기 결합제로는 열경화성 유기 중합체가 있다. 적당한 열경화성 유기 중합체의 예로는 페놀 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 멜라민-포름알데히드 수지, 우레탄 수지, 아크릴레이트 수지, 폴리에스테르 수지, 펜던트 α,β-불포화 카르보닐기를 가진 아미노플라스트 수지, 에폭시 수지, 및 이들의 조합물이 있다. 또한, 결합제 및/또는 연마 제품은 첨가제, 예를 들면 섬유, 윤활제, 습윤제, 틱소트로픽 물질, 계면활성제, 안료, 염료, 대전방지제(예, 카본 블랙, 산화바나듐, 흑연 등), 결합제(예, 실란, 티탄산염, 지르코알루미네이트 등), 가소화제, 현탁화제 등을 포함할 수 있다. 이들 임의의 첨가제의 양은 목적하는 특성을 제공하도록 선택한다. 결합제는 연마 입자 및/또는 충전제에 대한 접착성을 향상시킬 수 있다.

또한, 결합제는 통상적으로 입상 물질 형태의 충전 물질 또는 연마 보조제를 함유할 수 있다. 통상적으로, 입상 물질은 무기 물질이다. 충전 물질로 작용하는 입상 물질의 예로는 금속 탄산염, 실리카, 규산염, 금속 황산염, 금속 산화물 등이 있다. 연마 보조제로서 작용하는 입상 물질의 예로는 할라이드 염[예, 염화나트륨, 염화칼륨, 나트륨 크리올라이트, 및 테트라플루오로붕산칼륨], 금속[예, 주석, 납, 비스무스, 코발트, 안티몬, 철 및 티탄], 유기 할라이드[예, 폴리염화비닐 및 테트라클로로나프탈렌], 황 및 황 화합물, 흑연 등이 있다. 연마 보조제는, 화학적 및 물리적 마멸 작용에 대해 유의적인 작용을 갖는 물질로서, 우수한 성능을 나타내 보인다. 코팅된 연마 제품에서, 연마 보조제는 통상적으로 연마 입자의 표면 상에 도포된 수퍼사이즈 코트에 사용되나, 또한 사이크 코트에 첨가할 수도 있다. 연마 보조제는, 필요에 따라 연마 제품의 약 50∼300 g/㎡(바람직하게는 약 80∼160 g/㎡)의 양으로 사용하는 것이 통상적이다.

본 발명의 목적 및 이점은 하기 실시예를 통해 보다 상세히 설명하기로 하나, 이들 실시예에 언급된 구체적 물질 및 양, 그리고 다른 조건 및 세부 사항에 의해 본 발명이 국한되는 것은 아니다. 특별한 언급이 없는 한, 모든 부 및 퍼센테이지는 중량을 기준으로 한다.

본 발명은 시드 처리된 또는 핵화된 알파 알루미나를 포함하는 제1 연마 입자, 그리고 알파 알루미나 및 희귀토 산화물을 포함하는 제2 연마 입자를 포함하는 연마 입자를 제공한다. 제2 연마 입자는 시드 또는 핵화제를 실질적으로 포함하지 않을 수도 있다. 적당한 결합제는 제1 연마 입자와 제2 연마 입자를 함께 결합시켜 연마 입자를 형성시킨다.

연마 입자는 결합된 연마 제품, 통상적으로 연마 휠인 것이 바람직하다. 하나의 특히 바람직한 실시 형태는 절삭 휠로서 통상 공지된 얇은 연마 휠이다. 절삭 휠은 두께가 통상 1 mm(0.035 인치) 내지 8 mm(0.315 인치)이고 직경이 2.5 cm(1 인치) 내지 50 cm(20 인치)인 얇은 절삭 휠이다. 절삭 휠은 일반 목적의 절삭 작업에 사용된다.

절삭 휠의 일반적 제조 방법

절삭 휠은 이하에 기재된 통상의 방법에 따라 제조하였다.

69.31 부의 연마 입자를 패들 혼합기 내에서 4.95 부의 액체 페놀 수지와 혼합하였다. 한편, 13.86 부의 건성 분말형 페놀 수지와 11.88 부의 크리올라이트를 함께 혼합하였다. 수지와 연마 입자의 습윤 혼합물을 건성 분말 혼합물에 서서히 첨가하고 흔들었다. 이로써 생성된, 69.31 중량%의 연마 입자, 18.81 중량%의 수지 및 11.88 중량%의 크리올라이트 연마 보조제로 이루어진 균질한 입상 혼합물을 선별하여 균일한 입자를 얻었다. 이들을 유압식 프레스의 호퍼 내에 넣었다. 생성된 절삭 휠의 크기에 상응하는 다이[직경 10 cm 직경, 두께 0.16 cm, 0.95 cm 직경의 중심 구멍(4" x 0.0625" x 0.375")을 갖춤]를 상기 프레스에 배치하였다. 유리섬유 스크림을 상기 다이의 바닥에 삽입하고, 상기 다이를 충전시키기에 충분한 양의 수지 혼합물을 첨가한 후, 제2 스크림을 상기 혼합물 상에 배치하였다. 이후, 상기 조합물을 약 1410∼2110 kg/㎠(10∼15 psi)로 압축하여 녹색 휠을 제조하였다. 제조된 녹색 휠을 강철 평판과 테플론 코팅된 매트 사이에 배치하였다. 15개의 층을 적재시킨 후 약 7 kg/㎠(100 psi)로 압축시켰다. 압축된 적재물을 가압 하에 185℃로 약 16 시간동안 가열된 오븐 내에 넣고 약 16 시간동안 그 온도로 유지시킨 후 냉각시켰다. 전체 가열 및 냉각 사이클은 40 시간이었다. 휠을 오븐에서 꺼낸 후, 중심 아버 구멍을 표준 크기로 확공시켰다.

실시예 1 및 2는 절삭 휠의 일반적 제조 방법에 따라 제조하였다. 산화철 핵화된 졸 겔 연마 입자(94.3%의 Al₂O₃, 4.5%의 MgO, 1.2%의 Fe₂O₃)를 미국 특허 제5,213,591호(셀리카야 외 다수)에 보고된 방법에 따라 제조한 동량의 희귀토 산화물 변성된 졸 겔 연마 입자와 혼합하였다.

실시예 1의 경우, 산화철 핵화된 연마 입자와 희귀토 산화물 변성된 연마 입자는 모두 ANSI 그레이드 36이었다.

비교예 A에는 ANSI 그레이드 36 희귀토 산화물 변성된 입자만을 사용하고, 산화철 핵화된 입자를 사용하지 않은 점을 제외하고는, 실시예 1에서와 같이 비교예 A를 제조하였다.

실시예 1 및 비교예 A는 1018 연철(20 게이지) 및 304 스텐레스 스틸 가공물에 대해 시험하였다. 절삭 휠을 11,950 RPM으로 작동하는 전동 모터 상에 장착시켰다. 61 cm(24 인치) 길이 및 1.27 cm(0.50 인치) 깊이를 가진 4개의 직선형 절삭부를 0.635 cm/초(0.250 인치/초)의 일정한 횡속도로 가공물 상에 형성시켰다. 상대적 절삭 성능은 이들의 측정된 마모 특성과 비교하였다. 휠의 마모성은 휠에 의해 손실된 중량으로부터 계산하였다. 예시된 휠의 계산된 절삭 효율은 표 1에 "G 비"로서 제시하였다.

실시예 2의 경우, 산화철 핵화된 연마 입자와 희귀토 산화물 변성된 연마 입자를 동량으로 사용하였다. 각 연마 입자는 ANSI 그레이드 36, 50 및 60의 동량 혼합물이었다.

비교예 B는 동일한 3개 등급 비로 희귀토 변성된 연마 입자만을 사용하고 산화철 핵화된 연마 입자는 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 2에서와 같이 제조하였다.

비교예 C는 ANSI 그레이드 36만으로 구성된 산화철 핵화된 연마 입자와, ANSI 그레이드 50 및 60(60/40비)로 구성된 열처리된 융합 산화알루미늄 연마 입자를 사용한 점을 제외하고는 실시예 2에서와 같이 제조하였다.

비교예 D는 ANSI 그레이드 36의 융합된 산화알루미늄만을 사용하고 산화철 핵화된 연마 입자를 사용하지 않은 점을 제외하고는 비교예 C에서와 같이 제조하였다.

실시예 2 및 비교예 B∼D는 전술한 바와 같이 1018 연철 및 304 스텐레스 스틸 가공물에 대해 시험하였다. 결과는 표 1에 기재하였다.

실시예 3은, 산화철 핵화된 연마 입자 및 희귀토 산화물 변성된 연마 입자가 그레이드 36이 아닌 ANSI 그레이드 30인 점을 제외하고는 실시예 1에서와 같이 제조하였다.

비교예 E는, 희귀토 변성된 연마 입자를 사용하고 산화철 핵화된 연마 입자를 사용하지 않은 점을 제외하고는 실시예 3에서와 같이 제조하였다.

비교예 F는, 산화철 핵화된 연마 입자만을 사용하고 희귀토 변성된 연마 입자를 사용하지 않은 점을 제외하고는 실시예 3에서와 같이 제조하였다.

비교예 G는, 연마 입자가 그레이드 30이 아닌 ANSI 그레이드 36인 점을 제외하고는 비교예 F에서와 같이 제조하였다.

비교예 H는, ANSI 그레이드 30 중의 산화철 핵화된 연마 입자와 ANSI 그레이드 40과 60의 융합된 알루미나 연마 입자(60/40 비, 비교예 C에 기재)를 동량으로 사용한 점을 제외하고는 실시예 3에서와 같이 제조하였다.

비교예 I는, 산화철 핵화된 연마 입자가 ANSI 그레이드 36이고, 융합된 알루미나 연마 입자는 ANSI 그레이드 50과 60의 60/40 혼합물인 점을 제외하고는 비교예 H에서와 같이 제조하였다.

실시예 3 및 비교예 E∼I는 전술한 바와 같이 1018 연철 및 304 스텐레스 스틸 가공물에 대해 시험하였다. 그 결과는 하기 표 1에 제시하였다.

실시예 4는, 산화철 핵화된 연마 입자와 희귀토 산화물 변성된 연마 입자가 모두 ANSI 그레이드 36이 아닌 24이고, 절삭 휠의 두께가 0.317 cm(0.125 인치)인 점을 제외하고는 실시예 1에서와 같이 제조하였다.

실시예 5는, 연마 입자가 모두 ANSI 그레이드 24가 아닌 30인 점을 제외하고는 실시예 4에서와 같이 제조하였다.

비교예 J는 희귀토 산화물 변성된 연마 입자를 사용하지 않은 점을 제외하고는 실시예 4에서와 같이 제조하였다.

비교예 K는 희귀토 산화물 변성된 연마 입자를 사용하지 않은 점을 제외하고는 실시예 5에서와 같이 제조하였다.

비교예 L은 희귀토 산화물 변성된 연마 입자 대신 융합된 알루미나 연마 입자를 사용한 점을 제외하고는 실시예 4에서와 같이 제조하였다.

비교예 M은, 융합된 알루미나 연마 입자가 ANSI 그레이드 36과 50의 60/40 혼합물인 점을 제외하고는 비교예 L에서와 같이 제조하였다.

실시예 4 내지 5와 비교예 J∼M은 전술한 바와 같이 1018 연철에 대해 시험하였다. 그 결과는 하기 표 1에 제시하였다.

실시예 6은 실시예 1에 요약한 방법에 따라 제조하였다.

비교예 N은 산화철 핵화된 연마 입자를 사용하지 않은 점을 제외하고는 실시예 6에 요약된 방법에 따라 제조하였다.

비교예 O는 희귀토 변성된 연마 입자를 사용하지 않은 점을 제외하고는 실시예 6에 요약된 방법에 따라 제조하였다.

비교예 P는, 희귀토 산화물 변성된 연마 입자가 아닌 융합된 알루미나 연마 입자를 사용한 점을 제외하고는 실시예 6에 요약된 방법에 따라 제조하였다. 융합된 알루미나 연마 입자는 ANSI 그레이드 50과 60이 60/40의 비로 구성되었다.

실시예 6과 비교예 N∼P는 전술한 바와 같이 1018 연철 및 304 스텐레스 스틸에 대해 시험하였다. 그 결과는 하기 표 1에 제시하였다.

	1018 MSG 비	1018 MS마모율(%)	304 SSG 비	304 SS마모율(%)
실시예 1	58	1.2	13	6.0
비교예 A	44	1.9	19	4.2
실시예 2	48	1.5	23	6.0
비교예 B	40	1.6	18	4.6
비교예 C	45	1.7	10	8.2
비교예 D	26	2.8	8	9.0
실시예 3	70	1.2	13	6.5
비교예 E	39	2.3	19	4.6
비교예 F	63	1.2	14	5.7
비교예 G	53	1.6	6	14.6
비교예 H	52	1.5	--	--
비교예 I	45	1.9	10	9.0
실시예 4	62	1.2	--	--
비교예 J	55	1.4	--	--
실시예 5	40	1.9	--	--
비교예 K	50	1.6	--	--
비교예 L	48	1.6	--	--
비교예 M	53	1.3	--	--
실시예 6	62	1.2	17	5.0
비교예 N	41	2.2	20	4.2
비교예 O	55	1.4	10	8.7
비교예 P	48	1.6	9	10.1
-- 시험하지 않음

Claims

시드 처리된 또는 핵화된 알파 알루미나를 포함하는 제1 연마 입자, 및

희귀토 산화물 또는 산화이트륨 변성된 알파 알루미나를 포함하는 제2 연마 입자

를 포함하는 것이 특징인 연마 제품.
제1항에 있어서, 제1 연마 입자는 산화철 핵화된 것이고, 제2 연마 입자는 실질적으로 시드 또는 핵화제를 함유하지 않는 것임이 특징인 연마 제품.
제1항 또는 제2항에 있어서, 절삭 휠인 것이 특징인 연마 제품.
제1항 또는 제2항에 있어서, 희귀토 산화물 변성된 연마 입자가 연마 입자의 총 이론적 금속 산화물 함량을 기준으로 하여 0.1∼10 중량%의 희귀토 산화물 변성제를 포함하는 것이 특징인 연마 제품.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 연마 입자 및 제2 연마 입자가 40/60 내지 60/40의 중량비로 존재하는 것이 특징인 연마 제품.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 연마 입자 및 제2 연마 입자는 실질적으로 동량으로 존재하는 것이 특징인 연마 제품.
제1항 또는 제2항에 있어서, 희귀토 산화물 변성된 입자가 봉형인 것이 특징인 연마 제품.
제1항 또는 제2항에 있어서, 융합된 산화알루미늄 입자를 더 포함하는 것이 특징인 연마 제품.
제1항 또는 제2항에 있어서, 충전제를 더 포함하는 것이 특징인 연마 제품.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 및 제2 연마 입자가 유기 결합제에 의해 함께 결합되는 것이 특징인 연마 제품.
제1항 또는 제2항에 있어서, 유기 결합제가 페놀 결합제인 것이 특징인 연마 제품.
제1항 또는 제2항에 있어서, 연마 보조제를 더 포함하는 것이 특징인 연마 제품.