KR20020029075A

KR20020029075A - 다공성 세라믹 연마 복합체를 포함하는 금속 결합 연마제품 및 가공물을 연마하기 위한 그의 사용 방법

Info

Publication number: KR20020029075A
Application number: KR1020027000261A
Authority: KR
Inventors: 네구스 비. 아데프리스; 칼 피. 에릭슨
Original assignee: 캐롤린 에이. 베이츠; 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2000-07-06
Publication date: 2002-04-17
Also published as: US6319108B1; JP4582980B2; CN1359322A; WO2001004227A3; TW533229B; EP1198529A2; AU5917400A; JP2003504218A; WO2001004227A2

Abstract

제1 주 표면 및 제2 주 표면을 가진 경질 배면체; 각각이 다공성 세라믹 매트릭스 전체에 분포된 다수의 연마 입자를 포함하는 다수의 세라믹 연마 복합체; 및 세라믹 연마 복합체를 배면체의 하나 이상의 주 표면에 부착시키는 하나 이상의 금속 코팅을 포함하는 연마 제품이 제공된다.

Description

다공성 세라믹 연마 복합체를 포함하는 금속 결합 연마 제품 및 가공물을 연마하기 위한 그의 사용 방법{Metal Bond Abrasive Article Comprising Porous Ceramic Abrasive Composites and Method of Using Same to Abrade a Workpiece}

기판에 연마 입자를 고정시키기 위한 전착 금속의 사용은 연마 산업에서 확립된 관행이다. 연마제의 통상의 전기도금은 원하는 두께가 얻어질 때까지 기판 상에 금속을 침착시키는 것을 포함한다. 그후에, 다이아몬드 또는 입방형 질화 붕소와 같은 연마 입자를 도금 조에 도입하고 도금된 금속 상에 침착시킨다. 금속의 추가의 전착은 연마 입자를 기판에 부착시킨다. 이 전착 과정의 결과로서 단일층의 연마 입자가 전착된 금속 코팅에 의해 기판에 부착된다.

그러한 연마 제품과 관련된 한가지 단점은 단일층의 연마 입자가 무디어지고, 지스러기 (swarf)가 달라붙고 (또는) 연마 과정 중에 금속 결합 코팅으로부터 떨어질 수 있다는 것이다. 결과적으로, 연마 제품의 절삭 효능은 실질적으로 저하될 수 있다. 그러한 연마 제품과 관련된 두번째 단점은 이러한 유형의 연마 제품에 이용될 수 있는 연마 입자의 범위에 관한 것이다. 상세하게는, 금속의 침착이기판에 매우 미세한 등급의 연마 입자 (예를 들면, 약 6 ㎛ 미만)를 부착시키는 데에는 적합하지 않은데, 그 이유는 금속 두께가 매우 미세한 등급의 연마 입자를 실질적으로 빠져들게 하기 때문이다. 그러한 상황에서, 금속 코팅 자체가 연마 과정 중에 가공물과 접촉하여 가공물의 조절되지 않는 긁힘을 일어나게 할 수 있다.

금속 결합 연마 제품의 한가지 가능한 용도는 자성 메모리 디스크 기판, 예를 들면 세라믹 또는 유리 세라믹 기판의 피니싱이다. 적합한 자성 메모리 디스크를 생산하기 위하여, 메모리 디스크 기판은 정밀하게 조절된 치수 및 정밀하게 조절된 표면 피니쉬를 가져야 한다. 전형적으로, 필요한 크기로 만들고 메모리 디스크 기판에 원하는 표면 피니쉬를 부여하는 것은 유동 연마 슬러리를 사용하는 다단계 과정을 포함한다. 이 과정의 첫번째 단계에서, 메모리 디스크 기판은 원하는 두께 및 두께 균일성을 갖도록 하는 크기로 만들어진다. 필요한 크기로 만든 후에, 디스크를 텍스쳐링하여 원하는 표면 피니쉬를 제공할 수 있다.

유동 연마 슬러리가 이 과정에 널리 사용되긴 하지만, 유동 연마 슬러리는 그와 관련된 많은 단점을 갖고 있다. 이러한 단점은 예를 들면 필요한 큰 부피의 슬러리를 취급하는데 있어서의 불편함, 연마 입자의 침강을 방지하고 연마 계면에서의 연마 입자의 농도를 균일하게 하기 위해 필요한 교반, 및 유동 연마 슬러리를 제조하고, 취급하고 폐기 (또는 회수 또는 재순환)하기 위한 추가 장치의 필요성을 포함한다. 추가로, 슬러리 자체는 그의 품질 및 분산 안정성을 확실하게 하기 위해 주기적으로 분석되어야 한다. 또한, 펌프 헤드, 밸브, 공급 라인, 연삭 랩 및 유동 연마 슬러리와 접촉하는 슬러리 공급 장치의 기타 부품은 결국 불필요한 마모를 나타낸다. 더우기, 그 슬러리를 이용하는 공정은 일반적으로 점성 액체인 유동 연마 슬러리가 쉽게 튀기고 담겨지기가 어렵기 때문에 일반적으로 아주 지저분하다.

상기 면에서, 통상의 금속 결합 연마 제품에 비해 증가된 유효 수명을 가진 연마 제품이 요망된다. 바람직하게는, 그러한 연마 제품은 매우 미세한 등급을 포함한 광범위한 연마 입자 등급에 적합할 것이며 유리 세라믹 메모리 디스크를 원하는 크기로 만들고 (만들거나) 텍스쳐링하기 위한 유동 연마 슬러리에 대한 대체 수단으로서 적합할 수 있다.

요약

본 발명은 각종 가공물, 예를 들면 메모리 디스크 기판에 매우 미세한 표면 피니쉬 (예를 들면, 25 Å 이하)를 제공하면서 일정한 빠른 절삭 속도를 제공하는 금속 결합 연마 제품을 제공한다. 연마 제품은 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 가진 경질 배면체 및 그 배면체의 하나 이상의 주 표면에 하나 이상의 금속 결합에 의해 부착된 다수의 세라믹 연마 복합체를 포함한다.

세라믹 연마 복합체 각각은 다공성 세라믹 매트릭스 전체에 분포된 다수의 연마 입자를 포함한다. 세라믹 연마 복합체는 바람직하게는 연마 공정 중에 침식됨으로써 사용되거나 또는 무딘 연마 입자가 연마 복합체로부터 떨어지고 새로운 연마 입자가 가공물에 제공되게 된다. 바람직한 양태에서, 연마 복합체는 약 10 내지 90 중량부의 연마 입자 및 90 내지 10 중량부의 세라믹 매트릭스를 포함하며, 약 4 내지 70%의 기공율을 갖는다. 바람직하게는, 연마 입자는 약 0.05 내지 100㎛의 크기를 가지며, 다이아몬드, 입방형 질화 붕소, 용융 산화 알루미늄, 세라믹 산화 알루미늄, 열 처리된 산화 알루미늄, 탄화 규소, 탄화 붕소, 알루미나 지르코니아, 산화 철, 세리아, 석류석 및 그의 혼합물을 포함한다. 가장 바람직하게는, 연마 입자는 다이아몬드를 포함한다.

세라믹 연마 복합체는 하나 이상의 금속 코팅, 바람직하게는 일련의 금속 코팅에 의해 배면체에 부착된다. 금속 코팅(들)은 바람직하게는 금속 전착 기술을 이용하여 배면체에 도포된다. 금속 코팅(들)에 바람직한 금속으로는 예를 들면 니켈, 구리, 황동, 청동, 강철 및 그의 합금이 있다. 바람직한 양태에서, 금속 코팅(들)은 연마 제품 내의 세라믹 연마 복합체의 높이의 약 5 내지 50%, 더욱 바람직하게는 10 내지 30%의 총합 두께를 갖는다. 임의로, 유기 사이즈 코팅은 금속 코팅(들) 및 세라믹 연마 복합체 상에 도포될 수 있다. 바람직한 유기 사이즈 코팅은 페놀 수지, 에폭시 수지, 아미노플라스트 수지, 우레탄 수지, 아크릴레이트 수지, 이소시아누레이트 수지, 아크릴화 이소시아누레이트 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 아크릴화 에폭시 수지, 아크릴화 우레탄 수지 또는 그의 혼합물을 포함하며, 건조되거나, 열 경화되거나 또는 방사선, 예를 들면 자외선에 대한 노출에 의해 경화될 수 있다.

본 발명의 연마 제품에 바람직한 배면체 재료는 경질이며 평활하고, 금속 코팅의 전착 (즉, 전기도금)에 적합한 것이다. 바람직한 경질 배면체는 약 1 x 10⁶lb/in²(7 x 10⁴㎏/㎠) 이상, 더욱 바람직하게는 약 10 x 10⁶lb/in²(7 x 10⁵㎏/㎠) 이상의 전단 탄성률을 갖는다. 배면체 재료의 예로는 금속, 금속 합금, 금속-매트릭스 복합체, 금속화 플라스틱 또는 중합체 매트릭스 강화 복합체가 있다. 더욱 바람직하게는, 배면체는 청동 시트이며, 가장 바람직하게는 약 0.3 내지 10 ㎜의 두께를 가진 청동 시트이다.

본 발명은 또한

(a) 연마 제품의 세라믹 연마 복합체가 가공물의 표면과 접촉하도록 가공물의 표면과 본 발명의 연마 제품을 접촉시키는 단계;

(b) 가공물과 연마 제품 사이의 계면에 액체를 가하는 단계; 및

(c) 연마 제품이 가공물의 표면을 연마시켜 표면 조도를 제공하도록 가공물과 연마 제품을 서로에 대해 이동시키는 단계

를 포함하는, 본 발명의 연마 제품을 이용하여 가공물을 연마하는 방법을 제공한다.

연마 제품과 가공물 사이의 계면에 가해지기에 바람직한 윤활제는 예를 들면 글리세롤 및 물의 혼합물, 더욱 바람직하게는 물 중의 20 중량% 글리세롤 용액을 포함한다. 바람직한 양태에서, 연마 제품 및 가공물은 약 0.5 내지 45 g/㎟의 압력으로 접촉된다.

또다른 바람직한 방법에서, 연마 제품은 연마 제품의 배면체에 수직인 가상 중심 축을 가진 원판 형태이다. 이 방법에서, 단계 (c)는 원판을 중심 축 주위로 회전시킴으로써 수행된다. 임의로, 가공물은 또한 연마 제품에 대해 이동할 수도 있다.

본 발명의 연마 제품은 약 1.5 ㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 약 1.0 ㎛ 미만, 더더욱 바람직하게는 약 100 Å 미만, 가장 바람직하게는 약 25 Å 미만의 표면 조도 (Ra)를 제공할 수 있다.

본 발명은 다수의 다공성 세라믹 연마 복합체가 부착된 배면체를 포함하는 금속 결합 연마 제품 및 가공물을 연마시키기 위한 그의 사용 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 연마 제품의 양태의 부분 단면도이다.

도 1a는 본 발명의 연마 제품의 양태의 부분 단면도이다.

도 2는 도 1의 연마 제품의 평면도이다.

도 3은 본 발명의 연마 제품의 양태의 평면도이다.

도 4는 본 발명의 연마 제품의 양태의 부분 단면도이다.

도 5는 연마 복합체의 형태를 상세하게 나타내는 단면도이다.

도 6은 세라믹 연마 복합체를 형성하는데 사용된 생산 용구 또는 주형의 단편의 사시도이다.

도 1에 대해서 보면, 본 발명에 따른 연마 제품 (10)의 양태의 단면도 중 하나가 나타나 있다. 연마 제품 (10)은 제1 주 표면 (14) 및 제2 주 표면 (16)을 가진 배면체 (12) 및 배면체 (12)의 정면에 금속 결합 코팅 (20)에 의해 결합된 다수의 세라믹 연마 복합체 (18)을 포함한다. 세라믹 연마 복합체 (18)은 전체에 분포된 수많은 기공 또는 공극에 의해 특징지워지는 다공성 구조를 갖는 세라믹 매트릭스 (24) 전체에 분산된 다수의 연마 입자 (22)를 포함한다.

연마 복합체는 정밀한 기하학적 형태, 예를 들면 각뿔대 형태를 가질 수 있거나 또는 불규칙한 (즉, 정밀하지 않거나 또는 무작위적인) 형태를 가질 수 있다. 도 1에서, 연마 복합체 (18)은 정밀하게 성형된 각뿔대이다. 연마 복합체의 높이는 전형적으로 약 30 내지 1000 ㎛, 바람직하게는 약 70 내지 700 ㎛이다. 연마 복합체 (18)의 높이는 연마 제품 (10)에 걸쳐 일정한 것이 바람직하지만, 가변 높이의 연마 복합체를 가질 수도 있다. 연마 복합체의 폭은 전형적으로 약 30 내지 1000 ㎛, 바람직하게는 약 70 내지 700 ㎛이다. 이제 도 1a에 대해서 보면, 연마 제품 (10a)는 불규칙하게 성형된 연마 복합체 (18a)를 포함한다. 연마 복합체 (18a)는 예를 들면 세라믹 연마 복합체 재료 덩어리를 파쇄시킴으로써 형성될 수 있다. 불규칙하게 성형된 연마 복합체 사이의 적절한 크기 균일성은 통상의 크기 분류 기술, 예를 들면 스크리닝에 의해 제공될 수 있다.

연마 복합체 (18)은 배면체 (12) 상에서 분리되어 서로 이격되어 있다. 개개의 연마 복합체는 배면체 상에서 비무작위적 패턴으로 배열될 수 있거나 또는 무작위로 배열될 수 있다. 인접한 연마 복합체는 배면체 또는 랜드 면 (26)에 의해 서로 분리되는 것이 바람직하다. 이러한 분리는 부분적으로 유체 매질 (예를 들면, 윤활제)이 "습식" 연삭 공정 중에 연마 복합체 사이에서 자유롭게 유동하도록 한다. 유체 매질의 이러한 자유 유동은 연삭 중의 더 양호한 절삭 속도 및 표면 피니쉬에 기여하기 쉽다. 전형적으로, 배면체 (12)의 표면적의 약 25 내지 75%, 바람직하게는 약 30 내지 70%는 세라믹 연마 복합체로 커버된다. 본 발명의 연마 제품에서, 연마 제품의 절삭 속도를 증가시키기 위해 배면체 상의 세라믹 연마 복합체의 피복 면적 (즉, 면 밀도)을 증가시키는 것이 바람직할 수 있다.

도 2는 배면체 (12) 상의 세라믹 연마 복합체 (18)을 나타내는, 연마 제품 (10)의 평면도이다. 도 2에서, 배면체 (12) 상의 전체 주 표면 (14) (복합체 사이의 임의의 랜드 면은 제외함)는 배면체 (12)의 주 표면 (14) 상에 무작위로 위치된 복합체 (18)에 의해 커버된다.

도 3에 대해서 보면, 본 발명의 연마 제품의 다른 양태의 평면도이다. 이 양태에서, 연마 제품 (110)은 금속 결합 코팅 (120)에 의해 배면체 (112)에 결합된 연마 복합체 (118)을 포함한다. 이 양태에서, 연마 복합체 (118)은 배면체 (112) 상의 코팅된 영역 (121) 내에 무작위적으로 위치된다. 이 양태에서, 코팅된 영역 (121)은 삼각형 또는 파이 형태를 갖는다. 코팅된 영역들 (121) 사이에는 미코팅 영역 (123)이 있다. 코팅 및 미코팅 영역은 임의의 소정의 형태, 예를 들면 파이형, 원형, 삼각형, 육각형, 정사각형, 직사각형, 오각형 등을 가질 수 있다. 연마 입자의 코팅 및 미코팅 영역은 예를 들면 특정 반경에서 원주를 따라 측정할 때 일정한 코팅 영역을 갖는 원판형 연마 제품을 제공하도록 고안될 수도 있다.

코팅 및 미코팅 영역을 가진 본 발명의 연마 제품은 도 2 및(또는) 도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명의 몇개의 더 작은 연마 제품으로, 인접한 연마 제품의 적어도 일부 사이에는 공간을 둔 채로 배면체의 주 표면에 "타일붙이기"함으로써 제조될 수도 있다. 연마 제품 타일은 기계적 부착 또는 접착제 부착, 예를 들면 에폭시 접착제에 의해 배면체에 부착될 수 있다. 이러한 양태에서 연마 제품이 구부러진 가공물의 형태에 맞게 하기 위해서는 가요성 배면체가 바람직할 수 있다. 모자이크 연마 패드가 WO 98/50201호 (Roberts et al.)에 보고되어 있다.

도 4에 대해서 보면, 본 발명의 연마 제품의 다른 양태의 단면도가 나타나 있다. 연마 제품 (40)은 제1 주 표면 (44) 및 제2 주 표면 (46)을 가진 경질 배면체 (42)를 포함한다. 이 양태에서, 금속 프리슈트 (preshoot) 코팅 (48)은 배면체 (42)의 제1 주 표면 (44) 상에 도포되었다. 금속 프리슈트 코팅 (48)은 예를 들면 이후에 도포되는 코팅의 부착성을 증가시키기 위하여 배면체 (42)에 도포될 수 있다. 금속 프리슈트 코팅 (48)은 전형적으로 금속 또는 금속 합금을 포함하며 바람직하게는 배면체 및 이후에 도포되는 금속 결합 코팅과 적합성인 금속 또는 금속 합금을 포함한다. 연마 제품 (40)은 또한 금속 코팅 (52)에 의해 배면체에 고정되는 다수의 세라믹 연마 복합체 (50)을 포함한다. 세라믹 연마 복합체 (50)은 다공성 세라믹 매트릭스 (53) 전체에 분포된 다수의 연마 입자 (51)을 포함한다. 금속 코팅 (52)는 단일층으로서 또는 순차적으로 도포되는 일련의 층으로서 제공될 수 있다. 도 4에서, 금속 코팅 (52)는 제1 금속 코팅 (52a) 및 제2 금속 코팅 (52b)를 포함한다. 금속 코팅 (52)를 구성하는 개개의 층 (52a) 및 (52b)는 동일한 금속 또는 금속 합금 또는 상이한 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 이 양태에서는, 유기 사이즈 코팅 (54)가 금속 코팅 (52) 및 세라믹 연마 복합체 (50) 상에 도포된다. 유기 사이즈 코팅 (54)는 열가소성 수지, 예를 들면 페놀 수지이며 세라믹 연마 복합체 (50)의 강도를 증가시키는 기능을 한다.

일부 양태에서는, 세라믹 연마 복합체를 끝이 약간 가늘어진 형태, 예를 들면 각뿔대 또는 원뿔대로 하는 것이 바람직할 수 있다. 도 5는 복합체 (61)의 끝이 가늘어진 형태를 한정하는 기재 (63)과 측벽 (66) 사이에 내각 α를 갖는 세라믹 연마 복합체 (61)을 나타낸다. 각도 α는 90° (즉, 복합체의 끝이 가늘어지지 않음)와 약 45 °사이일 수 있다. 바람직하게는, 각도 α는 75° 내지 89.9°, 더욱 바람직하게는 80° 내지 89.7°, 더더욱 바람직하게는 80° 내지 87°이다. 끝이 가늘어진 형태의 복합체는 사용 중에 연마 복합체 (61)의 조절된 파괴를 돕는 것으로 생각된다. 끝이 가늘어진 형태는 또한 복합체를 성형하는데 사용되는 용구로부터 복합체를 제거하는 것을 돕는다. 도 5에는 또한 측벽 (66)이 상부 표면 (62)와 만나는 코너의 내경인 반경 r이 나타나 있다. 둥근 코너는 재료로 충분히 채워지고 용구로부터 제거되기가 쉬우므로 약간 둥글게 되거나 또는 둥글려진 코너를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 도 5에는 또한 기재 (63)에서 상부 표면 (62)까지 측정되는 세라믹 연마 복합체 (61)의 높이 H가 나타나 있다.

배면체 재료

배면체 재료는 세라믹 연마 복합체의 부착을 위한 기판을 제공하도록 작용한다. 바람직한 배면체는 금속으로 도금, 바람직하게는 전기도금될 수 있으며 바람직하게는 경질이며 평활하다. 본원에 사용된 용어 "평활한"은 표면 텍스쳐 또는 결함의 정도가 배면체에 부착되는 연마 복합체의 크기에 비해 작은 배면체를 설명한다. 본원에 사용된 용어 "경질"은 적어도 자립성인, 즉 그의 고유 중량 하에서 실질적으로 변형되지 않는 배면체 재료를 설명한다. 적합한 경질 배면체는 연마 공정 중에 세라믹 연마 복합체의 상대적 위치 및 배향을 서로에 대해 또한 가공물에 대해 고정시키는 기능을 한다. 경질이란 배면체 재료가 절대로 구부러지지 않는 것을 의미하는 것은 아니다. 경질 배면체는 예를 들면 가해진 하중 하에 변형되거나 또는 구부러질 수 있지만 아주 낮은 압축성을 제공할 수 있다. 바람직한 경질 배면체는 약 1 x 10⁶lb/in²(7 x 10⁴㎏/㎠) 이상, 더욱 바람직하게는 약 10 x 10⁶lb/in²(7 x 10⁵㎏/㎠) 이상의 전단 탄성률을 갖는 재료를 포함한다. 예로서, 중합체에 대한 전단 탄성률 범위는 저밀도 폴리에틸렌의 경우 약 7 x 10⁵lb/in²(4.9 x 10⁴㎏/㎠) 내지는 페놀의 경우 약 1 x 10⁶lb/in²(7 x 10⁴㎏/㎠)이다. 금속에 대한 전단 탄성률 범위는 알루미늄의 경우 약 9.9 x 10⁶lb/in²(6.96 x 10⁵㎏/㎠) 내지는 강철의 경우 약 30 x 10⁶lb/in²(2.1 x 10⁶㎏/㎠)이다. 바람직한 황동 배면체는 약 13 x 10⁶lb/in²(9.14 x 10⁵㎏/㎠) 내지 약 16 x 10⁶lb/in²(1.13 x 10⁶㎏/㎠)의 전단 탄성률을 갖는다.

배면체에 부착될 때, 세라믹 연마 복합체는 배면체 위로 돌출됨으로써 인접 연마 복합체 사이에 릴리프를 형성하게 된다. 이러한 인접 연마 복합체 사이의 릴리프는 배면체와 가공물 사이의 연마 코팅 동안의 액체의 유동 및(또는) 지스러기의 이동을 위한 경로를 형성한다. 적합한 도금가능한 배면체 재료로는 예를 들면 금속, 금속 합금, 금속-매트릭스 복합체 또는 중합체 매트릭스 강화 복합체가 있다. 바람직하게는, 배면체는 약 0.3 내지 10 ㎜의 두께를 갖는 금속 시트, 가장 바람직하게는 약 0.3 내지 10 ㎜의 두께를 갖는 청동 시트이다.

연마 복합체

본 발명의 연마 제품은 다수의 다공성 세라믹 연마 복합체를 포함한다. 다공성 세라믹 연마 복합체는 다공성 세라믹 매트릭스에 분산된 개개의 연마 입자를 포함한다. 연마 복합체는 또한 충전제, 커플링제, 계면활성제, 포옴 억제제 등과 같은 임의의 첨가제를 포함할 수도 있다. 이들 재료의 양은 소정의 특성을 제공하도록 선택된다. 본원에 사용된 용어 "세라믹 매트릭스"는 세라믹, 유리-세라믹 및 유리를 포함한다. 이들 재료는 일반적으로 원자 구조를 고려할 때 동일한 부류에 속한다. 인접 원자의 결합은 전자 이동 또는 전자 공유 과정의 결과이다. 별법으로, 2차 결합으로서 알려진 양 및 음 전하의 인력의 결과로서 더 약한 결합이 존재할 수 있다. 결정성 세라믹, 유리 및 유리 세라믹은 이온 및 공유 결합을 갖는다. 이온 결합은 한 원자로부터 다른 원자로의 전자 이동의 결과로서 이루어진다. 공유 결합은 원자가 전자를 공유한 결과이며 고도로 방향성이 있다. 비교로서, 금속 내의 일차 결합은 금속 결합으로서 알려져 있으며 전자의 비방향성 공유를 포함한다. 중합체는 공유 및 이차 결합의 결과이다.

결정성 세라믹은 실리카 기재 규산염 (예를 들면, 내화점토, 멀라이트, 자기 및 포트랜드 시멘트), 비-규산염 산화물 (예를 들면, 알루미나, 마그네시아, MgAl₂O₄및 지르코니아) 및 비-산화물 세라믹 (예를 들면, 탄화물, 질화물 및 흑연)으로 세분될 수 있다.

비결정성 유리는 결정성 세라믹과 조성면에서 동등하다. 특별한 처리 기술의 결과로서, 이들 재료는 일반적인 결정성 세라믹 처럼 긴 범위를 갖지 않는다.유리-세라믹은 조절된 열-처리의 결과로서 90% 이상의 결정성 상(들)을 형성하며 나머지는 입자 경계를 채우는 비결정성 상이다. 유리 세라믹은 세라믹 및 유리 둘다의 이점을 겸비하며 큰 기계적 및 물리적 특성을 제공한다.

바람직한 세라믹 매트릭스는 금속 산화물, 예를 들면 산화 알루미늄, 산화 붕소, 산화 규소, 산화 마그네슘, 산화 나트륨, 산화 망간, 산화 아연 및 그의 혼합물을 포함하는 유리를 포함한다. 바람직한 세라믹 매트릭스는 Si₂O, B₂O₃및 Al₂O₃을 포함한 알루미나-보로실리케이트 유리이다. 바람직한 알루미나-보로실리케이트 유리는 발란스를 Si₂O로 하여 약 18%의 B₂O₃, 8.5%의 Al₂O₃, 2.8%의 BaO, 1.1%의 CaO, 2.1%의 Na₂O, 1.0%의 Li₂O를 포함한다. 약 45 ㎜ 미만의 입도를 가진 그러한 알루미나-보로실리케이트 유리는 스페셜티 글래스 인코포레이티드 (Specialty Glass Incorporated; Oldsmar Florida)로부터 시판된다.

본원에 사용된 용어 "다공성"은 그의 덩어리 전체에 분포된 기공 또는 공극을 갖는 것으로 특징지워지는 세라믹 매트릭스의 구조를 설명하는데 사용된다. 기공은 복합체의 외부 표면에 개방되거나 또는 시일될 수 있다. 세라믹 매트릭스 내의 기공은 사용된 (즉, 무딘) 연마 입자가 복합체로부터 떨어지는 것을 유도하는 세라믹 연마 복합체의 조절된 파괴를 돕는 것으로 생각된다. 기공은 또한 지스러기 및 사용된 연마 입자를 연마 제품과 가공물 사이의 계면으로부터 제거하기 위한 경로를 제공함으로써 연마 제품의 성능 (예를 들면, 절삭 속도 및 표면 피니쉬)을 증가시킬 수도 있다. 전형적으로, 공극은 복합체 부피의 약 4 내지 70%를 구성하며, 바람직하게는 복합체 부피의 약 5 내지 60%를 구성하며, 가장 바람직하게는 복합체 부피의 약 6 내지 60%를 구성한다. 다공성 세라믹 매트릭스는 당 업계에 공지된 기술에 의해, 예를 들어 세라믹 매트릭스 전구체의 조절된 연소에 의해 또는 세라믹 매트릭스 전구체 내의 기공 발포제, 예를 들면 유리 기포의 포함에 의해 형성될 수 있다.

일반적으로, 세라믹 연마 복합체의 평균 크기는 복합체에 사용된 연마 입자의 평균 크기의 약 3배 이상이다. 본 발명에 유용한 연마 입자는 바람직하게는 약 0.05 내지 200 ㎛, 더욱 바람직하게는 약 0.1 내지 120 ㎛, 더더욱 바람직하게는 약 0.15 내지 100 ㎛의 평균 입도를 갖는다. 소정의 연마 입자의 입도는 예를 들면 가공물에 대해 소정의 절삭 속도 및(또는) 소정의 표면 조도를 제공하도록 선택될 수 있다. 종종, 연마 입자의 입도는 통상적으로 알려진 연마 입자 크기 분류 방법인 "메쉬" 또는 "등급"으로서 보고된다. 연마 입자는 8 이상, 더욱 바람직하게는 9 이상의 모오스 경도를 갖는 것이 바람직하다. 적합한 연마 입자의 예로는 다이아몬드, 입방형 질화 붕소, 용융 산화 알루미늄, 세라믹 산화 알루미늄, 열 처리된 산화 알루미늄, 탄화 규소, 탄화 붕소, 알루미나 지르코니아, 산화 철, 세리아, 석류석 및 그의 혼합물이 있다. 바람직하게는, 연마 입자는 다이아몬드이다. 다이아몬드 연마 입자는 천연 또는 합성 제조된 다이아몬드일 수 있으며 "수지 적층 다이아몬드", "톱날 등급 다이아몬드" 또는 "금속 결합 다이아몬드"일 수 있다. 단일 다이아몬드는 그와 관련된 독특한 마면을 가진 뭉툭한 형태 또는 불규칙한 형태를 가질 수 있다. 이들 단일 다이아몬드 입자는 단결정질 또는 다결정질, 예를들면 마이포다이아몬드 인크. (Mypodiamond Inc.)로부터 "마이폴렉스 (Mypolex)"라는 상품명으로 시판되는 다이아몬드일 수 있다. 단일 다이아몬드 입자는 금속 코팅 (니켈, 알루미늄, 구리 등), 무기 코팅 (예를 들면, 실리카) 또는 유기 코팅과 같은 표면 코팅을 함유할 수 있다. 세라믹 연마 복합체는 또한 한가지를 넘는 유형의 연마 입자의 블렌드를 함유할 수도 있다. 예를 들면, 다이아몬드 연마 입자는 제2의 더 연질의 연마 입자와 혼합되는 것이 유리할 수 있다. 그러한 상황에서, 제2 연마 입자는 다이아몬드 연마 입자보다 더 작은 평균 입도를 갖는 것이 바람직할 것이다.

연마 복합체는 연마 입자 약 10 내지 90 중량부 및 연마 입자 이외의 임의의 충전제 및(또는) 기타 첨가제를 포함하는 세라믹 매트릭스 90 내지 10 중량부를 포함할 수 있다. 다이아몬드 연마 입자와 관련된 비용으로 인해, 연마 복합체는 연마 입자 약 15 내지 85 중량부 및 세라믹 매트릭스 약 85 내지 15 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 연마 복합체는 연마 입자 약 20 내지 80 중량부 및 세라믹 매트릭스 약 80 내지 20 중량부를 포함하며, 더더욱 바람직하게는 연마 복합체는 연마 입자 약 25 내지 75 중량부 및 세라믹 매트릭스 약 75 내지 25 중량부를 포함한다.

세라믹 연마 복합체는 정밀하게 성형되거나 또는 불규칙하게 성형 (즉, 정밀하지 않게 성형)될 수 있다. 불규칙하게 성형된다면, 연마 복합체는 전형적으로 목적하는 연마 제품에 대해 비교적 균일한 연마 복합체 크기를 제공하기 위하여 크기에 따라서 분류될 것이다. 세라믹 연마 복합체는 바람직하게는 정밀한 기하학적형태를 갖는다. 처음에는, 연마 입자가 세라믹 연마 복합체의 표면 위로 돌출되지 않는 것이 바람직하다. 연마 제품이 가공물을 연마하는데 사용될 때, 세라믹 매트릭스는 새로운 연마 입자를 드러내도록 파괴된다. 연마 복합체 형태는 임의의 형태일 수 있으며 많은 기하학적 형태, 예를 들면 입방, 블록상, 원기둥, 각기둥, 각뿔, 각뿔대, 원뿔, 원뿔대, 구, 십자 또는 편평한 상부 표면을 가진 기둥상 중에서 선택될 수 있다. 또다른 형태는 반구이고 미국 특허 제5,681,217호에 더 기재되어 있다. 형성된 연마 제품은 혼합된 다른 연마 복합체 형태 및 크기를 가질 수 있지만, 동일한 형태 및 크기를 가진 연마 복합체가 목적하는 연마 제품에 대해 사용되는 것이 일반적으로 바람직하다. 기재의 단면 형태는 상부 표면과 상이할 수 있는 것으로 예측된다. 예를 들면, 연마 복합체의 기재는 사각형이고 상부 표면은 원형이다. 일반적으로, 연마 복합체는 모든 치수가 거의 동일한 크기를 갖는 것, 예를 들면 입방체가 바람직하다.

전형적으로 일시 결합제, 세라믹 매트릭스 전구체, 연마 입자 및 성분들을 습윤화하기에 충분한 양의 용매, 전형적으로 물을 함께 혼합하여 성형가능한 슬러리를 제조함으로써 세라믹 연마 복합체가 제조된다. 그후에, 성형가능한 슬러리를 적합한 주형에 넣고, 공기 건조시키고 경화된 연마 복합체 전구체를 제거한다. 복합체 전구체를 주형으로부터 제거한 후에, 그것을 스크린을 사용하여 개개의 복합체로 분리할 수 있다. 마지막으로, 복합체 전구체를 산화 대기 (예를 들면, 공기) 중에서 연소시켜 다공성 세라믹 연마 복합체를 제조한다.

정밀하게 성형된 연마 복합체를 제조하는 한가지 방법은 하나 이상의 캐비티, 바람직하게는 다수의 캐비티를 함유하는 생산 용구 또는 주형을 사용한다. 도 6을 참고로 하면, 주형 (70)은 일반적으로 평면 표면 (72) 및 다수의 캐비티 (74)를 갖는다. 주형 (70)은 경질 재료 (예를 들면, 금속)로 제조될 수 있거나 또는 중합체 필름과 같은 연질 재료를 형성할 수 있다. 주형은 벨트, 시트, 연속 시트 또는 웹, 코팅 롤 (예를 들면, 그라비아 롤), 코팅 롤 상에 장착된 슬리이브 또는 다이 형태일 수 있으며, 니켈 도금된 표면을 비롯한 금속, 금속 합금, 세라믹 또는 중합체로 구성될 수 있다. 생산 용구, 그의 제조 방법, 재료 등에 대한 정보는 미국 특허 제5,152,917호 및 5,435,816호 및 EP 0 615 816A에 기재되어 있다.

캐비티 (74)는 세라믹 연마 복합체의 형태를 형성하는 원인이 되며 일반적으로 소정의 연마 복합체 형태의 역 형태 및 크기인 특정의 3차원적 형태를 갖는다. 캐비티는 임의의 기하학적 형태, 예를 들면 원기둥, 반구형, 각뿔, 입방, 각뿔대, 각기둥, 원뿔, 원뿔대, 또는 삼각형, 정사각형, 원, 직사각형, 육각형, 오각형 등의 상부 표면 단면을 가진 임의의 형태를 가질 수 있다. 캐비티의 치수 및 형태는 건조 공정 중에 일어나는 수축을 고려하여 소정의 연마 복합체 크기 및 형태를 얻도록 선택된다.

슬러리는 다이 코팅, 진공 다이 코팅, 분무, 롤 코팅, 전사식 코팅, 나이프 코팅 등과 같은 임의의 통상의 기술에 의해 주형의 캐비티 내에 코팅될 수 있다. 주형이 편평한 상부 또는 비교적 평행인 측벽을 갖는 캐비티를 포함한다면, 임의의 공기 취입을 최소화하기 위한 코팅 중에 진공을 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 스크레이퍼 또는 레벨러 바아는 슬러리를 주형의 캐비티로 압입시키는데 이용될 수있다. 캐비티에 유입되지 않는 슬러리의 일부는 주형으로부터 제거되어 재순환될 수 있다.

임의로, 박리 코팅은 슬러리를 캐비티로 도입하기 전에 캐비티 (74)의 표면을 포함한 주형 (70)의 표면에 도포될 수 있다. 박리 코팅의 기능은 건조된 슬러리의 주형으로부터의 용이한 제거를 가능하게 하는 것이다. 박리 코팅을 형성하는데 이용되는 전형적인 재료는 실리콘 및 플루오로케미칼과 같은 저 표면 에너지 재료를 포함한다.

슬러리를 주형의 캐비티로 도입한 후에, 다음 단계는 슬러리로부터 휘발성 성분의 적어도 일부를 제거하는 것이다. 바람직하게는, 휘발성 성분은 예를 들면 실온, 고온 또는 그의 혼합 온도에서의 증발에 의해 제거된다. 고온은 전형적으로 약 40 내지 300 ℃의 범위이다. 빠른 건조 속도는 형성된 연마 복합체 입자에서의 불필요한 균열을 방지하기 위해 피해져야 한다. 슬러리가 주형으로부터 제거될 때 그의 정밀한 형태를 유지하도록 충분량의 휘발성 성분이 슬러리로부터 제거되어야 한다.

다음에는, 연마 복합체 전구체가 주형의 캐비티로부터 제거된다. 건조 공정 중의 슬러리의 수축은 중력에 의한 주형으로부터의 제거를 가능하게 할 수 있다. 외부 수단은 주형으로부터의 연마 복합체 전구체의 제거를 돕는데 이용될 수 있다. 그러한 외부 수단의 예로는 주형과 접촉하도록 놓여져서 입자 전구체가 떼어지도록 주형을 진동시키는 초음파 구동성 진동 장치가 있다. 적합한 초음파 장치는 브랜슨 울트라소닉 인스트루먼츠 (Branson Ultrasonic Instruments; Danbury CT)로부터"브랜슨 (BRANSON) 902R"이라는 상품명으로 시판된다.

형성된 연마 복합체 전구체는 주형으로부터의 제거 후에 일시 결합제가 다 타버리고 세라믹 매트릭스 전구체가 다공성 세라믹 매트릭스로 전환되도록 연소된다. 전형적으로, 일시 결합제는 약 350 내지 550 ℃의 온도에서 약 1 내지 3시간의 기간 동안 다 타버린다. 바람직하게는, 온도는 일시 결합제를 다 태우기 위해 약 2 ℃/분의 속도로 거의 실온에서 약 450 ℃의 온도까지 변화되며 그후에 약 450 ℃에서 약 1.5시간 동안 유지된다. 일시 결합제를 다 태운 후에, 연마 복합체 전구체는 세라믹 매트릭스 전구체가 세라믹으로 전환되도록 연소된다. 연소는 전형적으로 연마 복합체 전구체를 약 1 내지 3시간의 기간 동안 약 600 내지 950 ℃의 온도로 가열시킴으로써 일어난다. 더 낮은 연소 온도 (예를 들면, 약 750 ℃ 미만)에서는, 산화 대기가 바람직할 수 있다. 더 높은 연소 온도 (예를 들면, 약 750 ℃를 초과함)에서는, 불활성 대기 (예를 들면, 질소)가 바람직할 수 있다. 연소를 위한 시간은 각종 인자에 좌우되지만, 전형적으로 연소될 연마 복합체 전구체 200 g 당 약 1시간의 기간이 충분하다. 바람직하게는, 연소 단계는 연속 공정으로 수행된다. 그러한 공정에서는, 일시 결합제를 먼저 다 태우고 이어서 온도를 소정의 연소 온도까지 변화시킨다. 연소는 세라믹 매트릭스 전구체를 다공성 세라믹 매트릭스로 전환시킨다. 연소 이후에, 다공성 세라믹 연마 복합체 입자는 실온으로 냉각된다.

본 발명은 세라믹 연소 복합체를 형성하는데 이용되는 기술에 의해 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들면, 성형 입자는 성형 다이를 통해 고점성슬러리를 압출시키고 이어서 입자를 길이로 절삭시킴으로써 형성될 수 있다. 그러한 기술은 예를 들면 유럽 특허 출원 0 615 816A (Broberg)에 보고되어 있다.

불규칙하게 (즉, 정밀하지 않게) 성형된 세라믹 연마 복합체를 사용하는 것도 또한 본 발명의 범위 내에 든다. 정밀하지 않게 성형된 세라믹 연마 복합체는 예를 들면 슬러리 덩어리를 연소시키고 그후에 형성된 세라믹 연마 복합체 덩어리를 미분쇄시켜 입자를 형성함으로써 생산될 수 있다. 입자는 그후에 당 업계에 공지된 기술, 예를 들면 스크리닝을 이용하여 크기 분류되어 불규칙하게 성형된 세라믹 연마 복합체의 원하는 크기 분포를 형성할 수 있다.

금속 결합 코팅

본 발명의 연마 제품에서, 연마 복합체는 하나 이상의 금속 코팅에 의해 배면체에 부착된다. 금속 코팅은 바람직하게는 전기도금 방법에 의해 배면체에 도포된다. 전기도금에 적합한 금속은 예를 들면 니켈, 구리, 구리 합금 (예를 들면, 황동 또는 청동), 강철 및 그의 합금을 포함한다. 일부 양태에서는, 일련의 금속 결합 코팅 (예를 들면, 프리슈트 코팅, 제조 코팅 및 사이즈 코팅)을 연마 제품에 도포하는 것이 바람직할 수 있다.

금속 코팅(들)을 도포하기 위한 바람직한 전기도금 기술은 다음 단계를 이용하여 수행된다. 먼저, 전도성 배면체를 전기도금액에 침수시키고 전원에 연결시킨다. 전기도금액은 전기도금될 금속 이온을 함유한다. 예를 들어, 니켈이 선택될 때, 전기도금액은 황산 니켈 또는 설팜산 니켈의 용액일 수 있다. 전원은 또한 전기도금액에 적어도 부분적으로 침수되는 전착될 금속 막대 또는 블록에 연결된다.금속의 전기도금은 배면체와 금속 막대 또는 블록 사이에 전위차를 인가함으로써 수행된다. 이는 전기도금액에 존재하는 금속 이온이 배면체 상에 침착되도록 한다. 세라믹 연마 복합체를 배면체에 부착시키기 위하여, 연마 복합체를 배면체 상에 위치시키고 이어서 금속 코팅 또는 일련의 금속 코팅을 전착시킨다.

바람직한 양태에서는, 얇은 "프리슈트" 코팅이 세라믹 연마 복합체의 도입 전에 배면체에 도포된다. 프리슈트 코팅을 위한 바람직한 전기도금액은 황산 니켈이다. 프리슈트를 도포한 후에, 다음 단계는 세라믹 연마 복합체를 도포하고 그 복합체를 금속 코팅 또는 일련의 코팅을 이용하여 배면체에 부착시키는 것이다. 이를 위해서는, 세라믹 연마 복합체가 전기도금액에 가해진다. 배면체 상에 소정의 세라믹 연마 복합체의 면 밀도를 제공하기에 충분한 복합체가 전기도금액에 가해진다. 전형적으로는, 배면체의 코팅된 표면적의 약 25 내지 75%가 세라믹 연마 복합체로 커버되며, 더욱 바람직하게는 코팅된 표면적의 30 내지 70%가 커버된다. 바람직하게는, 전기도금액을 교반시켜 배면체 상에 세라믹 연마 복합체의 균일한 코팅을 제공한다. 복합체는 전기도금액을 통해 스며들어 배면체 상에 놓여진다. 배면체 상에 놓여진 후에, 금속은 세라믹 연마 복합체 사이의 배면체 상에 전기도금됨으로써 세라믹 연마 복합체를 배면체에 부착시키는 금속 코팅을 형성하게 된다. 바람직하게는, 금속 코팅은 니켈로 제조되고 설팜산 니켈 용액을 이용하여 도포된다. 임의로, 제2 금속 코팅이 제1 금속 코팅 상에 도포될 수 있다. 제2 코팅은 제1 코팅과 동일한 금속일 수 있거나 또는 상이한 금속일 수 있다. 바람직하게는, 그 코팅은 니켈 금속을 포함하며 황산 니켈의 전기도금액을 이용하여 도포된다.

임의로, 마스크를 배면체 상에 놓아 특정 부분의 배면체에 세라믹 연마 복합체가 부착되는 것을 방지할 수 있다. 그러한 기술은 미국 특허 제4,047,902호 (Wiand)에 보고되어 있다. 이렇게 하여, 세라믹 연마 복합체가 없는 이산된 배면체 부분을 가진 패턴화된 연마 코팅이 형성될 수 있다.

금속 코팅(들)의 총합 두께는 전형적으로 약 1 내지 200 ㎛이며, 전형적으로는 연마 제품에 사용된 세라믹 연마 복합체의 평균 높이의 약 5 내지 50%, 바람직하게는 약 10 내지 30%이다. 본원에 사용된 세라믹 연마 복합체의 높이는 복합체의 기재 (즉, 배면체 상에 놓여있는 쪽)에서부터 복합체의 상부 표면까지 측정되며, 정해진 복합체의 경우 그것은 배면체에 대한 복합체의 배향에 좌우된다. 예로서, 높이가 300 ㎛인 세라믹 연마 복합체를 가진 연마 제품의 경우, 금속 코팅(들)은 전형적으로 약 15 내지 150 ㎛, 바람직하게는 약 30 내지 90 ㎛의 총합 두께를 가질 것이다. 이렇게 하여, 세라믹 연마 복합체는 통상적인 연마 공정 중에 외부 금속 결합 코팅이 가공물의 표면과 접촉하지 않도록 금속 결합 코팅(들) 위에 돌출된다. 이러한 특징이, 외부 금속 코팅이 연마 공정 중에 가공물과 접촉하는 경우 일어날 수 있는 가공물의 비조절된 긁힘의 방지를 도울 수 있는 것으로 생각된다.

유기 사이즈 코팅

본 발명의 연마 제품은 임의로 세라믹 연마 복합체 및 금속 코팅 상에 도포된 유기 사이즈 코팅을 포함할 수도 있다. 유기 사이즈 코팅은 일반적으로 유기 수지 또는 중합체로서 설명될 수 있으며, 임의로 1종 충전제, 1종 이상의 습윤제,1종 이상의 연삭 조제를 포함할 수 있다. 유기 사이즈 코팅은 바람직하게는 연마 복합체 및 금속 코팅(들) 상에 도포되며, 연마 복합체의 강도 및(또는) 배면 재료에 대한 연마 복합체의 결합 강도를 증가시키는 기능을 한다. 적합한 유기 사이즈 코팅은 열경화성 수지, 예를 들면 페놀 수지, 에폭시 수지, 아미노플라스트 수지, 우레탄 수지, 아크릴레이트 수지, 이소시아누레이트 수지, 아크릴화 이소시아누레이트 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 아크릴화 에폭시 수지, 아크릴화 우레탄 수지 또는 그의 혼합물을 포함한다. 이러한 코팅은 유기 용매 또는 물 중의 용액으로서 또는 100% 고체로서 제공될 수 있다. 유기 사이즈 코팅은 예를 들면, 롤 코팅, 분무, 브러슁 또는 전사식 코팅을 비롯한 임의의 통상의 코팅 기술을 이용하여 도포될 수 있다. 통상의 유기 사이즈 코팅은 열 경화되거나 또는 건조되지만, 방사선에 대한 노출에 의해 경화될 수 있는 수지도 또한 본 발명의 범위 내에 든다. 유기 사이즈 코팅의 코팅량은 전형적으로 약 0.2 내지 0.8 g/㎠이며, 더욱 바람직하게는 약 0.3 내지 0.7 g/㎠이다.

유기 사이즈 코팅은 임의의 첨가제, 예를 들면 표면 변형 첨가제, 커플링제, 충전제, 발포제, 섬유, 대전방지제, 경화제, 현탁제, 감광제, 윤활제, 습윤제, 계면활성제, 안료, 염료, UV 안정화제 및 산화방지제를 더 포함할 수 있다. 연마 제품 내에 포함된 이러한 재료의 양은 목적하는 특성을 제공하도록 선택된다.

커플링제의 예로는 실란, 티탄산염 및 지르코알루민산염이 있다. 유기 사이즈 코팅은 어느 곳이나 약 0 내지 30 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 25 중량%의 커플링제를 포함할 수 있다. 시판되는 커플링제의 예는 오시 스페샬티스 (OsiSpecialties; Danbury, CT)로부터 시판되는 "A174" 및 "A1230"을 포함한다. 시판 커플링제의 또다른 예로는 켄리치 페트로케미칼스 (Kenrich Petrochemicals; Bayonne, NJ)로부터 "KR-TTS"라는 상품명으로 시판되는 이소프로필 트리이소스테로일 티탄산염이 있다.

유기 사이즈 코팅은 충전제를 더 포함할 수 있다. 충전제는 입상 재료이며 일반적으로 0.1 내지 50 ㎛, 전형적으로 1 내지 30 ㎛의 평균 입도를 갖는다. 본 발명에 유용한 충전제의 예는 금속 탄산염 (예를 들면, 탄산 칼슘 - 백악, 방해석, 이회암, 트래버어틴, 대리석 및 석회암; 탄산 칼슘 마그네슘, 탄산 나트륨 및 탄산 마그네슘), 실리카 (예를 들면, 석영, 유리 구슬, 유리 기포 및 유리 섬유), 규산염 (예를 들면, 활석, 점토 - 몬모릴로나이트; 장석, 운모, 규산 칼슘, 메타규산 칼슘, 알루미노규산 나트륨, 규산 나트륨, 규산 리튬 및 함수 및 무수 규산 칼륨), 금속 황산염 (예를 들면, 황산 칼슘, 황산 바륨, 황산 나트륨, 황산 알루미늄 나트륨, 황산 알루미늄), 석고, 질석, 목분, 삼수화 알루미늄, 카본 블랙, 금속 산화물 (예를 들면, 산화 칼슘 - 석회; 산화 알루미늄, 산화 세륨, 산화 주석, 산화 제2 주석; 이산화 티탄) 및 금속 아황산염 (예를 들면, 아황산 칼슘), 열가소성 입자 (폴리카보네이트, 폴리에테르이미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리술폰, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 폴리프로필렌, 아세탈 중합체, 폴리우레탄, 나일론 입자) 및 열경화성 입자 (예를 들면, 페놀수지 기포, 페놀수지 비드, 폴리우레탄 포옴 입자) 등이 있다. 충전제는 할로겐화물 염과 같은 염일 수도 있다. 할로겐화물 염의 예는 염화 나트륨, 칼륨 빙정석, 나트륨 빙정석,암모늄 빙정석, 테트라플루오로붕산 칼륨, 테트라플루오로붕산 나트륨, 플루오르화 규소, 염화 칼륨 및 염화 마그네슘을 포함한다. 금속 충전제의 예는 주석, 납, 비스무스, 코발트, 안티몬, 카드뮴, 티탄 철을 포함한다. 그외의 다른 충전제는 황, 유기 황 화합물, 흑연 및 금속 황화물을 포함한다. 유기 사이즈 코팅은 전형적으로 약 40 내지 60 중량%의 충전제, 더욱 바람직하게는 약 45 내지 60 중량%의 충전제, 가장 바람직하게는 약 50 내지 60 중량%의 충전제를 포함한다. 바람직한 충전제는 메타규산 칼슘, 산화 화이트 알루미늄, 탄산 칼슘, 산화 세륨 및 그의 혼합물을 포함한다. 특히 바람직한 충전제 혼합물은 메타규산 칼슘 및 산화 화이트 알루미늄이다.

현탁제의 예는 데구사 코포레이션 (DeGussa Corp.; Ridgefield Park, NJ)으로부터 "OX-50"이라는 상품명으로 시판되는 150 ㎡/g 미만의 표면적을 가진 비정질 실리카 입자이다. 현탁제의 첨가는 연마 슬러리의 총 점도를 낮출 수 있다. 현탁제의 사용은 미국 특허 제5,368,619호에 더 기재되어 있다.

연마 제품은 가공물을 연마하기 위한 목적하는 구성에 따라 소정의 형태 또는 성형품으로 전환될 수 있다. 전형적인 형태는 약 8 인치 (20.3 ㎝)의 직경을 가진 원판이다. 전환은 슬릿팅, 다이 절삭, 레이저 절삭, 수류 절삭 또는 임의의 적합한 수단에 의해 이루어질 수 있다.

가공물의 연마 방법

가공물, 예를 들면 세라믹, 유리-세라믹 및 유리 가공물을 연마하는데 사용되는 본 발명의 연마 제품은 놀랍게도 재료의 많은 양을 제거하고 비교적 짧은 시간에 아주 평활한 표면을 제공한다. 예를 들면, 본 발명의 연마 제품은 약 1.5 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 1.0 ㎛ 이하, 더더욱 바람직하게는 100 Å 이하, 가장 바람직하게는 25 Å 이하의 표면 조도 값 (Ra)을 제공할 수 있다. Ra는 연마 산업에 이용되는 표면 피니쉬 또는 조도의 통상적인 척도이다. 일반적으로, Ra 값이 낮을수록, 표면 피니쉬가 평활해진다. Ra는 기준 중심선으로부터의 분포 편차의 절대값의 산술 평균의 합계로서 정의된다. Ra (표면 조도)는 예를 들면, 랭크 테일러 호브슨 (Rank Taylor Hobson; Leicester, England)으로부터 "TAYLOR-HOBSON SURTRONIC 3"이라는 상품명으로 알려진 프로필로메터를 사용하여 측정될 수 있다. 이론에 따르길 바라는 것은 아니지만, 본 발명의 연마 제품에 의해 제공되는 미세한 표면 피니쉬 (즉, 낮은 Ra)는 인접 연마 복합체 사이의 오목부에 의해 제공되며 또한 세라믹 연마 복합체 자체 내의 기공에 의해 제공되는 높은 지스러기 제거도의 원인이 될 수 있다. 본 발명의 연마 제품에 의해 제공되는 미세한 표면 피니쉬는 또한 연마 공정 중의 금속 코팅과 가공물 사이의 접촉을 최소화하는, 바람직하게는 제거하는 세라믹 연마 복합체와 금속 코팅(들) 사이의 공간 관계로 인한 것일 수도 있다.

연마 중에, 연마 제품은 가공물을 기준으로 이동하며, 가공물 상에 약 0.5 내지 45 g/㎟, 더욱 바람직하게는 약 0.7 내지 40 g/㎟의 힘으로 하향 압입된다. 하향력이 너무 크면 연마 제품은 긁힘 깊이를 다듬지 않을 수 있으며, 일부 예에서는 긁힘 깊이를 증가시킬 수 있다. 또한, 하항력이 너무 크면 연마 제품이 과도하게 마모될 수 있다. 반대로, 하항력이 너무 작으면, 연마 제품이 가공물로부터 재료를 효과적으로 제거하지 않을 수 있다. 몇몇 용도에서는, 가공물이 연마 제품 상에 하향 압입될 수 있다.

언급된 바와 같이, 가공물 또는 연마 제품 또는 둘다는 연삭 단계 중에 다른 것을 기준으로 이동할 수 있다. 이러한 이동은 회전 운동, 랜덤 운동 또는 직선 운동일 수 있다. 회전 운동은 연마 제품을 회전 용구에 부착시킴으로써 이루어질 수 있다. 가공물 및 연마 제품은 동일한 방향 또는 반대 방향으로 회전할 수 있지만, 동일한 방향이라면 회전 속도는 다르다. 바람직한 방법에서, 연마 제품은 원판 형태이며 그의 중심 축 주위로 회전한다. 기계의 경우, 작업 rpm은 연마 제품에 따라서 약 30,000 rpm 이하, 바람직하게는 약 10 rpm 내지 약 25,000 rpm, 더욱 바람직하게는 약 20 rpm 내지 약 20,000 rpm일 수 있다. 랜덤 궤도 운동은 랜덤 궤도 용구에 의해 이루어질 수 있으며, 직선 운동은 연속 연마 벨트에 의해 이루어질 수 있다. 가공물과 연마 제품 사이의 상대 이동은 가공물의 치수에 좌우될 수도 있다. 가공물이 비교적 크면, 가공물이 정지 상태로 유지되는 동안 연삭 중에 연마 제품을 이동시키는 것이 바람직할 수 있다.

가공물을 연삭 또는 연마시키는 바람직한 방법은 액체 또는 윤활제를 사용하는 "습식" 연마 공정이다. 윤활제는 그와 관련된 몇가지 이점을 갖는다. 예를 들면, 윤활제 존재하의 연마는 연마 중의 열 형성을 억제하며 지스러기를 연마 제품과 가공물 사이의 계면으로부터 제거한다. "지스러기"는 연마 제품에 의해 연마되는 실제 파쇄물을 설명하는데 사용되는 용어이다. 몇몇 예에서, 지스러기는 연마되는 가공물의 표면을 손상시킬 수 있다. 따라서, 계면으로부터 지스러기를 제거하는 것이 바람직할 수 있다. 윤활제 존재하의 연마는 가공물 표면 상에 더 미세한 피니쉬를 형성하게 할 수도 있다.

적합한 윤활제는 다음 성분 중 1종 이상을 포함하는 수 기재 용액을 포함한다: 아민, 광유, 케로센, 미네랄 스피리츠, 오일의 수용성 에멀젼, 폴리에틸렌이민, 에틸렌 글리콜, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 프로필렌 글리콜, 아민 붕산염, 붕산, 아민 카르복실산염, 파인유, 인돌, 티올아민염, 아미드, 헥사히드로-1,3,5-트리에틸트리아진, 카르복실산, 소듐 2-메르캅토벤조티아졸, 이소프로판올아민, 트리에틸렌디아민 테트라아세트산, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 벤조트리아졸, 소듐 2-피리딘티올-1-옥사이드 및 헥실렌 글리콜. 윤활제는 부식 억제제, 진균 억제제, 안정화제, 계면활성제 및(또는) 유화제를 포함할 수도 있다.

시판되는 윤활제는 예를 들면 BUFF-O-MINT (Ameratron Products로부터 시판됨), 챌린지 (CHALLENGE) 300HT 또는 605HT (Intersurface Dynamics로부터 시판됨), 심테크 (CIMTECH) GL2015, 심테크 CX-417 및 심테크 100 (CIMTECH는 Cincinnati Milacron으로부터 시판됨), 다이아몬드 쿨 (DIAMOND KOOL) 또는 헤비 듀티 (HEAVY DUTY) (Rhodes로부터 시판됨), K-40 (LOH Optical로부터 시판됨), 쿼커 (QUAKER) 101 (Quaker State로부터 시판됨), 신틸로 (SYNTILO) 9930 (Castrol Industrial로부터 시판됨), TIM HM (Master Chemical로부터 시판됨), 롱-라이프 (LONG-LIFE) 20/20 (NCH Corp.로부터 시판됨), 블라세커트 (BLASECUT) 883 (Blaser Swisslube로부터 시판됨), ICF-31NF (Du Bois로부터 시판됨), 스펙트라-쿨 (SPECTRA-COOL) (Salem으로부터 시판됨), 서쿨 (SURCOOL) K-11 (Texas Ntal로부터시판됨), AFG-T (Noritake로부터 시판됨), 세이프티-쿨 (SAFETY-COOL) 130 (Castrol Industrial로부터 시판됨) 및 러스틀릭크 (RUSTLICK) (Devoon으로부터 시판됨)이라는 상품명으로 공지된 것을 포함한다.

몇몇 용도에서, 연마 제품은 지지 패드에 결합된다. 지지 패드는 포옴 (예를 들면, 폴리우레탄 또는 고무 포옴), 고무, 엘라스토머 또는 임의의 다른 적합한 재료로 제조될 수 있다. 지지 패드 재료의 경도 및(또는) 압축성은 원하는 연삭 특성 (절삭 속도, 연마 제품 수명 및 가공물 표면 피니쉬)를 제공하도록 선택된다.

지지 패드는 연마 제품이 고정되는 연속적이고 비교적 편평한 표면을 가질 수 있다. 별법으로, 지지 패드는 연마 제품이 고정되는 일련의 돌출 부분 및 낮은 부분이 존재하는 불연속적 표면을 가질 수 있다. 불연속적 표면의 경우, 연마 제품은 돌출 부분에만 고정될 수 있다. 반대로, 연마 제품은 전체 연마 제품이 전체적으로 지지되지 않도록 하나 이상의 돌출 부분에 고정될 수 있다. 지지 패드 내의 불연속적 표면은 윤활제의 원하는 유동 및 원하는 연삭 특성 (절삭 속도, 연마 제품 수명 및 가공물 표면 피니쉬)를 제공하도록 선택될 수 있다.

지지 패드는 원형, 직사각형, 정사각형, 타원 등과 같은 임의의 형태를 가질 수 있다. 지지 패드는 약 5 ㎝ 내지 1,500 ㎝의 크기 (최장 치수)일 수 있다.

연마 제품은 감압 접착제, 후크 및 루프 부착, 기계적 부착 또는 영구 접착제에 의해 지지 패드에 고정될 수 있다. 부착은 연마 제품이 지지 패드에 단단하게 고정되고 유리 연삭의 어려움 (습식 환경, 발열 및 압력)을 극복하는 것이어야 한다.

본 발명에 적합한 감압 접착제의 대표적인 예는 라텍스 크레이프, 로진, 아크릴산 중합체 및 공중합체; 예를 들면 폴리부틸아크릴레이트, 폴리아크릴레이트 에스테르, 비닐 에테르; 예를 들면 폴리비닐 n-부틸 에테르, 알키드 접착제, 고무 접착제; 예를 들면 천연 고무, 합성 고무, 염소화 고무 및 그의 혼합물을 포함한다.

또한, 연마 제품은 그것을 지지 패드에 고정시키기 위해 후크 및 루프 타입 부착 시스템을 함유할 수 있다. 루프 직물은 코팅된 연마제의 배면 상에 있을 수 있으며 후크는 받침 패드 상에 있다. 또한, 후크는 코팅된 연마제의 배면 상에 있을 수 있으며 루프는 받침 패드 상에 있다. 이 후크 및 루프 타입 부착 시스템은 미국 특허 제4,609,581호, 5,254,194호, 5,505,747호 및 PCT WO 95/19242호에 더 기재되어 있다.

다음 비제한적 실시예는 본 발명을 더 예시할 것이다. 실시예의 모든 부, 백분율, 비 등은 달리 명시하지 않으면 중량 기준으로 한 것이다.

실시예 1

탈이온수 36 중량부에 덱스트린 (A.E. Stanley Mfg. Co. (Decatur, IL 소재)로부터 "STANDEX 230"이라는 상품명으로 시판됨) 64 중량부를 용해시켜 일시 결합제 용액을 제조하였다.

일시 결합제 용액 108.0 g, 18% B₂O₃, 8.5% Al₂O₃, 2.8% BaO, 1.1% CaO, 2.1%Na₂O, 2,9% K₂O, 1.0% Li₂O 및 63.6% SiO₂를 포함하는 알루미나-보로실리케이트 유리 (Specialty Glass Inc. (Oldsmar, FL 소재)로부터 시판됨) 120.0 g, 6 ㎛의 공칭 입도를 가진 다이아몬드 연마 입자 (American Boarts Crushing Inc. (Boca Raton, FL 소재)로부터 시판됨) 120.0 g을 포함하는 슬러리를 프로펠러 혼합 블레이드로 5분 동안 철저히 교반시키고 이어서 초음파 조 (Cole-Palmer Instrument Co. (Chicago, IL)로부터의 Model Cole-Palmer 8852)에서 47 kHz의 주파수로 30분 동안 교반시켰다. 다음에, 형성된 슬러리를 폴리프로필렌 생산 용구의 캐비티 내에 코팅시키고 과량의 슬러리를 닥터 블레이드로 제거하였다. 생산 용구는 미국 특허 제5,152,917호 (Pieper et al.)의 교시에 따라서 제조하였다. 폴리프로필렌 생산 용구 내의 캐비티는 356 ㎛의 깊이, 493 ㎛ x 493 ㎛의 개구 및 302 ㎛ x 302 ㎛의 기재를 가진 각뿔대 형태였다. 생산 용구의 캐비티 내의 슬러리를 실온에서 1시간 동안 공기 건조시키고 이어서 75 ℃에서 1시간 동안 압입 공기 건조시켰다. 건조시킨 후에, 건조된 연마 복합체 전구체를 생산 용구의 배면과 초음파 구동성 진동 티탄 바아 (Branson Ultrasonic Instruments (Danbury CT 소재)로부터 "BRANSON 902R"이라는 상품명으로 시판됨)를 접촉시켜 생산 용구로부터 떼어냈다. 그후에, 건조된 전구체를 내화성 토갑 (土匣) (Ipsen Ceramic (Pecatonica, IL 소재)으로부터 시판됨)에서 연소시켰다. 연소 온도를 2 ℃/분의 속도로 실온에서 450 ℃의 온도까지 변화시켰으며 그후에 450 ℃에서 1.5시간 동안 유지하여 일시 결합제를 다 태웠다. 그후에, 전구체를 2 ℃/분의 속도로 720 ℃로 가열하였으며 공기 대기 중에 720 ℃에서 1.5시간 동안 유지하였다. 연소 이후에, 형성된 다공성 세라믹 연마 복합체를 약 2 ℃/분의 속도로 실온으로 냉각시켰다.

형성된 연마 복합체의 강도는 강압 게이지 (Shimpo Instruments (Lincolnwood, IL 소재)로부터의 Model FGV-50A)를 사용하여 압축시켜 측정하였다. 세라믹 연마 복합체에 대한 중간 파괴 하중은 약 12 lb (5.5 ㎏)였다. 형성된 다공성 세라믹 연마 복합체의 현미경사진은 약 1 내지 20 ㎛ 범위의 크기를 가진 기공의 존재를 나타내었다.

직경이 약 8 inch (20.3 ㎝)이고 두께가 0.060 inch (1.52 ㎜)인 원판 형태의 청동 배면체를 황산 니켈 조 (황산 니켈 약 280 g/리터, 염화 니켈 60 g/리터 및 붕산 44 g/리터를 포함함)로부터의 니켈 프리슈트 코팅으로 309 암페어/㎡의 전류 밀도로 5분 동안 도금하였다. 그후에, 니켈 코팅된 청동 배면체를 설팜산 니켈 조 (설팜산 니켈 약 475 g/리터, 염화 니켈 25 g/리터 및 붕산 33 g/리터를 포함함)로 이동시켰다. 설팜산 니켈 조로 도입된 상기 세라믹 연마 복합체는 그 조에 있는 동안 니켈 코팅된 청동 배면체의 표면 상에 중력의 영향 하에 침강되었다. 연마 복합체를 배면체의 표면 상에 약 0.06 g/㎠의 밀도로 무작위 방식으로 침착시켰다. 연마 복합체를 설팜산 니켈 조로부터의 니켈 코팅을 247 암페어/㎡의 전류 밀도로 1.5시간 동안 전기도금하여 배면체에 부착시켰다.

연마 복합체가 부착되어 있는 배면체를 황산 니켈 조 (황산 니켈 약 280 g/리터, 염화 니켈 60 g/리터 및 붕산 44 g/리터를 포함함)로 이동시켜 여기서 제2 니켈 코팅을 432 암페어/㎡의 전류 밀도로 100분 동안 도포하였다. 모든 침착은3.5 볼트의 인가 전압에서 수행되었다.

실시예 1의 연마 제품의 연마 성능은 3 inch (7.62 ㎝) x 0.5 inch (1.27 ㎝)의 플로트 글래스 디스크 (플로트 글래스는 Brin Northwestern (Mpls, MN 소재)으로부터 시판되고 원하는 크기로 수류 절삭됨) 상에서 얻어진 제거 속도 (즉, 절삭 속도)를 측정하여 평가하였다. 연마 제품을 가변 속도 연마기 (Buehler Ltd (Lake Bluff, IL 소재)로부터 "BUEHLER ECOMET"라는 상품명으로 시판됨) 상에서 8.4 psi (5900 ㎏/㎡)의 접촉 압력으로 500 rpm에서 회전시켰다. 물 중에 20 중량% 글리세롤 (E.M. Science (Cherry Hill, NJ 소재)로부터 시판됨)을 포함하는 윤활제를 연마 제품과 가공물 사이에 약 24.4 ft³/분 (400 ㎤/분)의 유속으로 도포하였다. 이 시험 결과를 표 1에 요약하였다.

비교예 A

비교예 A는 미네소타 마이닝 앤 매뉴팩쳐링 캄파니 (Minnesota Mining and Manufacturing Company; St. Paul, MN)로부터 시판되는 6 ㎛ 금속 결합된 다이아몬드 디스크이다. 비교예 A는 전기도금 금속 코팅에 의해 표면에 6 ㎛ 다이아몬드 연마 입자의 단일층이 부착된 8 inch (20.3 ㎝) 청동 디스크를 포함한다.

비교예 A의 연마 제품의 연마 성능은 3 inch (7.62 ㎝) x 0.5 inch (1.27 ㎝)의 플로트 글래스 디스크 (플로트 글래스는 Brin Northwestern (Mpls, MN 소재)으로부터 시판되고 일정 크기로 수류 절삭됨) 상에서 얻어진 제거 속도 (즉, 절삭 속도)를 측정하여 평가하였다. 연마 제품을 가변 속도 연마기 (Buehler Ltd (LakeBluff, IL 소재)로부터 "BUEHLER ECOMET"라는 상품명으로 시판됨) 상에서 8.4 psi (5900 ㎏/㎡)의 접촉 압력으로 500 rpm에서 회전시켰다. 물 중에 20 중량% 글리세롤 (E.M. Science (Cherry Hill, NJ 소재)로부터 시판됨)을 포함하는 윤활제를 연마 제품과 가공물 사이에 약 24.4 ft³/분 (400 ㎤/분)의 유속으로 도포하였다. 이 시험 결과를 표 1에 요약하였다.

	실시예 1	비교예 A
시간(시)	총 절삭물(g)	절삭 속도(g/분)	총 절삭물(g)	절삭 속도(g/분)
0.1	0.53	0.156	0.01	0.002
4.9	48.58	0.46475	0.01	0
10.2	119.78	0.15575	0.01	0
14.9	168.86	0.27775	0.01	0
19.6	229.92	0.13175	0.01	0
23.9	257.33	0.179449	0.01	0

실시예 2

일시 결합제 용액 81.0 g, 18% B₂O₃, 8.5% Al₂O₃, 2.8% BaO, 1.1% CaO, 2.1% Na₂O, 2,9% K₂O, 1.0% Li₂O 및 63.6% SiO₂를 포함하는 알루미나-보로실리케이트 유리 (Specialty Glass Inc. (Oldsmar, FL 소재)로부터 시판됨) 120.0 g, 74 ㎛의 공칭 입도를 가진 다이아몬드 연마 입자 (American Boarts Crushing Inc. (Boca Raton, FL 소재)로부터 시판됨) 60.0 g을 포함하는 슬러리를 프로펠러 혼합 블레이드로 5분 동안 철저히 교반시키고 이어서 초음파 조 (Cole-Palmer Instrument Co. (Chicago, IL 소재)로부터의 Model Cole-Palmer 8852)에서 47 kHz의 주파수로 30분 동안 교반시켰다. 다음에, 형성된 슬러리를 폴리프로필렌 생산 용구의 캐비티 내에 코팅시키고 과량의 슬러리를 닥터 블레이드로 제거하였다. 생산 용구는 미국 특허 제5,152,917호 (Pieper et al.)의 교시에 따라서 제조하였다. 폴리프로필렌 생산 용구 내의 캐비티는 356 ㎛의 깊이, 493 ㎛ x 493 ㎛의 개구 및 302 ㎛ x 302 ㎛의 기재를 가진 각뿔대 형태였다. 생산 용구의 캐비티 내의 슬러리를 실온에서 1시간 동안 공기 건조시키고 이어서 75 ℃에서 1시간 동안 압입 공기 건조시켰다. 건조시킨 후에, 건조된 연마 복합체 전구체를 초음파 구동성 티탄 바아 (Branson Ultrasonic Instruments (Danbury, CT 소재)로부터 "BRANSON 902R"이라는 상품명으로 시판됨)를 이용하여 생산 용구로부터 떼어냈다. 그후에, 건조된 전구체를 내화성 토갑 (土匣) (Ipsen Ceramic (Pecatonica, IL 소재)으로부터 시판됨)에서 연소시켰다. 연소 온도를 2 ℃/분의 속도로 실온에서 450 ℃의 온도까지 변화시켰으며 그후에 450 ℃에서 1.5시간 동안 유지하여 일시 결합제를 다 태웠다. 그후에, 전구체를 2 ℃/분의 속도로 720 ℃로 가열하였으며 공기 대기 중에 720 ℃에서 1.5시간 동안 유지하였다. 연소 이후에, 형성된 다공성 세라믹 연마 복합체를 약 2 ℃/분의 속도로 실온으로 냉각시켰다.

형성된 연마 복합체의 강도는 강압 게이지 (Shimpo Instruments (Lincolnwood, IL 소재)로부터의 Model FGV-50A)를 사용하여 압축시켜 측정하였다. 그 복합체에 대한 중간 파괴 하중은 약 12 lb (5.5 ㎏)였다. 형성된 다공성 세라믹 연마 복합체의 현미경사진은 약 1 내지 20 ㎛ 범위의 크기를 가진 기공의 존재를 나타내었다.

직경이 약 8 inch (20.3 ㎝)이고 두께가 0.060 inch (1.52 ㎜)인 원판 형태의 청동 배면체를 황산 니켈 조 (황산 니켈 약 280 g/리터, 염화 니켈 60 g/리터 및 붕산 44 g/리터를 포함함)로부터의 니켈 프리슈트 코팅으로 309 암페어/㎡의 전류 밀도로 5분 동안 도금하였다. 그후에, 니켈 코팅된 청동 배면체를 설팜산 니켈 조 (설팜산 니켈 약 475 g/리터, 염화 니켈 25 g/리터 및 붕산 33 g/리터를 포함함)로 이동시켰다. 설팜산 니켈 조로 도입된 상기 세라믹 연마 복합체는 그 조에 있는 동안 니켈 코팅된 청동 배면체의 표면 상에 중력의 영향 하에 침강되었다. 연마 복합체를 배면체의 표면 상에 약 0.28 g/㎠의 밀도로 무작위 방식으로 침착시켰다. 연마 복합체를 설팜산 니켈 조로부터의 니켈 코팅을 247 암페어/㎡의 전류 밀도로 1.0시간 동안 전기도금하여 배면체에 부착시켰다.

연마 복합체가 부착되어 있는 배면체를 황산 니켈 조 (황산 니켈 약 280 g/리터, 염화 니켈 60 g/리터 및 붕산 44 g/리터를 포함함)로 이동시켜 여기서 제2 니켈 코팅을 308 암페어/㎡의 전류 밀도로 60분 동안 도포하였다. 모든 침착은 3.5 볼트의 인가 전압에서 수행되었다.

실시예 2의 연마 제품의 연마 성능은 3 inch (7.62 ㎝) x 0.5 inch (1.27 ㎝)의 플로트 글래스 디스크 (플로트 글래스는 Brin Northwestern (Mpls, MN 소재)으로부터 시판되고 일정 크기로 수류 절삭됨) 상에서 얻어진 제거 속도 (즉, 절삭 속도)를 측정하여 평가하였다. 연마 제품을 가변 속도 연마기 (Buehler Ltd (LakeBluff, IL 소재)로부터 "BUEHLER ECOMET"라는 상품명으로 시판됨) 상에서 8.4 psi (5900 ㎏/㎡)의 접촉 압력으로 500 rpm에서 회전시켰다. 물 중에 20 중량% 글리세롤 (E.M. Science (Cherry Hill, NJ 소재)로부터 시판됨)을 포함하는 윤활제를 연마 제품과 가공물 사이에 약 24.4 ft³/분 (400 ㎤/분)의 유속으로 도포하였다. 이 시험 결과를 표 2에 요약하였다.

비교예 B

비교예 B는 미네소타 마이닝 앤 매뉴팩쳐링 캄파니 (Minnesota Mining and Manufacturing Company; St. Paul, MN)로부터 시판되는 74 ㎛ 금속 결합된 다이아몬드 디스크이다. 비교예 B는 전기도금 금속 코팅에 의해 표면에 74 ㎛ 다이아몬드 연마 입자의 단일층이 부착된 8 inch (20.3 ㎝) 청동 디스크를 포함한다.

비교예 B의 연마 제품의 연마 성능은 3 inch (7.62 ㎝) x 0.5 inch (1.27 ㎝)의 플로트 글래스 디스크 (플로트 글래스는 Brin Northwestern (Mpls, MN 소재)으로부터 시판되고 일정 크기로 수류 절삭됨) 상에서 얻어진 제거 속도 (즉, 절삭 속도)를 측정하여 평가하였다. 연마 제품을 가변 속도 연마기 (Buehler Ltd (Lake Bluff, IL 소재)로부터 "BUEHLER ECOMET"라는 상품명으로 시판됨) 상에서 8.4 psi (5900 ㎏/㎡)의 접촉 압력으로 500 rpm에서 회전시켰다. 물 중에 20 중량% 글리세롤 (E.M. Science (Cherry Hill, NJ 소재)로부터 시판됨)을 포함하는 윤활제를 연마 제품과 가공물 사이에 약 24.4 ft³/분 (400 ㎤/분)의 유속으로 도포하였다. 이 시험 결과를 표 2에 요약하였다.

	총 절삭물(g)
시간(분)	실시예 2	비교예 B
15	215.57	81.75
25.5	375.89	131.23
54	758.84	258.78
67.3	913.99	314.23

Ra (표면 조도)를 프로필로메터 (Rank Taylor Hobson (Leicester, England 소재)로부터 "TAYLOR-HOBSON SURTRONIC 3"이라는 상품명으로 시판됨)를 이용하여 측정하였다. 실시예 1의 연마 제품에 의해 연마되는 가공물에 대한 Ra는 0.99 내지 1.52 ㎛였다. 비교예 A의 연마 제품에 의해 연마된 가공물의 Ra는 1.72 내지 2.12 ㎛였다.

실시예 3

탈이온수 67.5 중량부에 덱스트린 (A.E. Stanley Mfg. Co. (Decatur, IL 소재)로부터 "STANDEX 230"이라는 상품명으로 시판됨) 22.5 중량부를 용해시켜 일시 결합제 용액을 제조하였다. 일시 결합제 용액을 애스피레이터를 이용하여 여과지를 통해 여과시켜 조 입자를 제거하였다.

일시 결합제 용액 90.0 g, 18.0% B₂O₃, 8.5% Al₂O₃, 2.8% BaO, 1.1% CaO, 2.1% Na₂O, 2,9% K₂O, 1.0% Li₂O 및 63.6% SiO₂를 포함하는 알루미나-보로실리케이트 유리 (Specialty Glass Inc. (Oldsmar, FL 소재)로부터 시판됨) 90.0 g, 0.3 ㎛의 공칭 입도를 가진 다이아몬드 연마 입자 (American Boarts Crushing Inc. (Boca Raton, FL 소재)로부터 시판됨) 30.0 g, 시아나솔 AY50 (American Cyanamid Co.(Parsippany, NJ 소재)로부터 시판됨) 1.2 g 및 다우 애디티브 (Dow Additive) 65 (Dow Corning (Midland, MI 소재)으로부터 시팜됨) 0.4 g을 포함하는 슬러리를 프로펠러 혼합 블레이드로 5분 동안 철저히 교반시키고 이어서 초음파 조 (Cole-Palmer Instrument Co. (Chicago, IL 소재)로부터의 Model Cole-Palmer 8852)에서 47 kHz의 주파수로 30분 동안 교반시켰다. 다음에, 형성된 슬러리를 폴리프로필렌 생산 용구의 캐비티 내에 코팅시키고 과량의 슬러리를 닥터 블레이드로 제거하였다. 생산 용구는 미국 특허 제5,152,917호 (Pieper et al.)의 교시에 따라서 제조하였다. 폴리프로필렌 생산 용구 내의 캐비티는 356 ㎛의 깊이, 493 ㎛ x 493 ㎛의 개구 및 302 ㎛ x 302 ㎛의 기재를 가진 각뿔대 형태였다. 생산 용구의 캐비티 내의 슬러리를 실온에서 1시간 동안 공기 건조시키고 이어서 75 ℃에서 1시간 동안 압입 공기 건조시켰다. 건조시킨 후에, 건조된 연마 복합체 전구체를 초음파 구동성 티탄 바아 (Branson Ultrasonic Instruments (Danbury, CT 소재)로부터 "BRANSON 902R"이라는 상품명으로 시판됨)를 이용하여 생산 용구로부터 떼어냈다. 그후에, 건조된 전구체를 내화성 토갑 (土匣) (Ipsen Ceramic (Pecatonica, IL 소재)으로부터 시판됨)에서 연소시켰다. 연소 온도를 1.5 ℃/분의 속도로 실온에서 400 ℃의 온도까지 변화시켰으며 그후에 400 ℃에서 2.0시간 동안 유지하여 일시 결합제를 다 태웠다. 그후에, 전구체를 1.5 ℃/분의 속도로 700 ℃로 가열하였으며 공기 대기 중에 700 ℃에서 1.0시간 동안 유지하였다. 연소 이후에, 형성된 다공성 세라믹 연마 복합체를 약 2 ℃/분의 속도로 실온으로 냉각시켰다.

형성된 연마 복합체의 강도는 강압 게이지 (Shimpo Instruments(Lincolnwood, IL 소재)로부터의 Model FGV-50A)를 사용하여 압축시켜 측정하였다. 그 복합체에 대한 중간 파괴 하중은 약 12 lb (5.5 ㎏)였다. 형성된 다공성 세라믹 연마 복합체의 현미경사진은 약 1 내지 20 ㎛ 범위의 크기를 가진 기공의 존재를 나타내었다.

직경이 약 8 inch (20.3 ㎝)이고 두께가 0.060 inch (1.52 ㎜)인 원판 형태의 청동 배면체를 황산 니켈 조 (황산 니켈 약 280 g/리터, 염화 니켈 60 g/리터 및 붕산 44 g/리터를 포함함)로부터의 니켈 프리슈트 코팅으로 309 암페어/㎡의 전류 밀도로 5분 동안 도금하였다. 그후에, 니켈 코팅된 청동 배면체를 설팜산 니켈 조 (설팜산 니켈 약 475 g/리터, 염화 니켈 25 g/리터 및 붕산 33 g/리터를 포함함)로 이동시켰다. 설팜산 니켈 조로 도입된 상기 세라믹 연마 복합체는 그 조에 있는 동안 니켈 코팅된 청동 배면체의 표면 상에 중력의 영향 하에 침강되었다. 연마 복합체를 배면체의 표면 상에 약 0.06 g/㎠의 밀도로 무작위 방식으로 침착시켰다. 연마 복합체를 설팜산 니켈 조로부터의 니켈 금속 코팅을 247 암페어/㎡의 전류 밀도로 1.0시간 동안 전기도금하여 배면체에 부착시켰다.

형성된 연마 제품의 연마 성능은 3 inch (7.62 ㎝) AlTiC 세라믹 디스크 가공물 (Minnesota Mining and Manufacturing Co. (St. Paul, MN)로부터 "ALTIC 310"이라는 상품명으로 시판됨) 상에서 얻어진 제거 속도 (즉, 절삭 속도)를 측정하여 평가하였다. 연마 제품을 가변 속도 연마기 (Buehler Ltd (Lake Bluff, IL 소재)로부터 "BUEHLER ECOMET"라는 상품명으로 시판됨) 상에서 8.4 psi (5900 ㎏/㎡)의 접촉 압력으로 500 rpm에서 회전시켰다. 물 중에 20 중량% 글리세롤 (E.M. Science (Cherry Hill, NJ 소재)로부터 시판됨)을 포함하는 윤활제를 연마 제품과 가공물 사이에 약 24.4 ft³/분 (400 ㎤/분)의 유속으로 도포하였다. 이 시험 결과를 표 3에 요약하였다.

시간(분)	총 절삭물(g)
30	0.3419
60	0.6414
90	0.9101
120	1.133

Ra (표면 조도)를 프로필로메터 (Tencor Instruments (Mountainview, CA 소재)로부터 "TENCOR LONGSCAN PROFILOMETER MODEL P-2"라는 상품명으로 시판됨)를 이용하여 측정하였다. 실시예 3의 연마 제품에 의해 연마된 가공물의 Ra는 16 내지 21 Å였다.

실시예 4

실시예 1에 기재된 연마 제품을 유기 사이즈 코팅으로 코팅하였다. 유기 사이즈 코팅 용액은 레졸 페놀 수지 (레졸 페놀 수지는 물 중의 78% 고체였으며 0.75 내지 1.8% 유리 포름알데히드 및 6 내지 8% 유리 페놀을 함유함) 100 g, 수돗물 40 g, 실란 커플링제 (Osi Specialties (Danbury CT 소재)로부터 "A1000"이라는 상품명으로 시판됨) 0.4 g, 습윤제 (Union Carbide로부터 "SILWET L7604"라는 상품명으로 시판됨) 0.4 g, 세리아 연마 화합물 (Rhone-Poulenc Co. (France 소재)로부터 "OPALINE POLISHING COMPOUND"라는 상품명으로 시판됨) 120 g을 포함하였다. 유기 사이즈 코팅 용액의 성분을 비이커에서 합하여 약 30분 동안 혼합하였다. 유기 사이즈 코팅 용액을 실시예 1에 기재된 바와 같이 연마 제품의 연마 코팅 상에 브러싱하였다. 그후에, 연마 제품을 오븐 내에 95 ℃에서 1.5시간 동안, 이어서 105 ℃에서 8시간 동안, 이어서 135 ℃에서 3시간 동안 두어 사이즈 코팅을 경화시켰다. 유기 사이즈 코팅의 코팅량은 0.07 g/in²(0.45 g/㎠)이었다.

Claims

제1 주 표면 및 제2 주 표면을 가진 경질 배면체;

각각이 다공성 세라믹 매트릭스 전체에 분포된 다수의 연마 입자를 포함하는 다수의 세라믹 연마 복합체; 및

세라믹 연마 복합체를 배면체의 주 표면에 부착시키는, 세라믹 연마 복합체의 평균 높이보다 낮은 두께를 갖는 하나 이상의 금속 코팅

을 포함하는 연마 제품.
제1항에 있어서, 다공성 세라믹 연마 복합체가 약 5 내지 70%의 기공율을 갖는 연마 제품.
제1항에 있어서, 연마 입자가 9 이상의 모오스 경도를 갖는 연마 제품.
제1항에 있어서, 연마 입자가 다이아몬드, 입방형 질화 붕소, 용융 산화 알루미늄, 세라믹 산화 알루미늄, 열 처리된 산화 알루미늄, 탄화 규소, 탄화 붕소, 알루미나 지르코니아, 산화 철, 세리아, 석류석 및 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 연마 제품.
제1항에 있어서, 연마 입자가 약 0.05 내지 100 ㎛의 크기를 갖는 연마 제품.
제1항에 있어서, 연마 입자가 약 0.05 내지 100 ㎛의 크기를 갖는 다이아몬드 입자를 포함하는 연마 제품.
제1항에 있어서, 세라믹 연마 복합체 및 금속 코팅 상에 도포된 유기 사이즈 코팅을 더 포함하는 연마 제품.
제7항에 있어서, 유기 사이즈 코팅이 페놀 수지, 에폭시 수지, 아미노플라스트 수지, 우레탄 수지, 아크릴레이트 수지, 이소시아누레이트 수지, 아크릴화 이소시아누레이트 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 아크릴화 에폭시 수지, 아크릴화 우레탄 수지 및 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 열경화성 수지를 포함하는 연마 제품.
제1항에 있어서, 다공성 세라믹 매트릭스가 산화 알루미늄, 산화 붕소, 산화 규소, 산화 마그네슘, 산화 나트륨, 산화 망간, 산화 아연 및 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 금속 산화물을 포함하는 유리를 포함하는 연마 제품.
제1항에 있어서, 다공성 세라믹 매트릭스가 Si₂O, B₂O₃및 Al₂O₃을 포함하는알루미나-보로실리케이트 유리를 포함하는 연마 제품.
제1항에 있어서, 배면체가 약 1 x 10⁶lb/in²이상의 전단 탄성률을 갖는 연마 제품.
제1항에 있어서, 배면체가 약 10 x 10⁶lb/in²이상의 전단 탄성률을 갖는 연마 제품.
제1항에 있어서, 배면체가 금속을 포함하는 연마 제품.
제13항에 있어서, 금속 배면체가 알루미늄, 강철, 니켈, 구리, 주석, 아연, 크롬 및 그의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 연마 제품.
제13항에 있어서, 금속 배면체가 약 0.3 내지 10 ㎜의 두께를 갖는 연마 제품.
제1항에 있어서, 금속 코팅이 니켈, 구리, 황동, 청동, 강철 및 그의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 연마 제품.
제1항에 있어서, 금속 코팅이 약 1 내지 200 ㎛의 두께를 갖는 연마 제품.
제1항에 있어서, 금속 코팅이 세라믹 연마 복합체의 평균 높이의 약 5 내지 50%의 두께를 갖는 연마 제품.
제1항에 있어서, 금속 코팅이 세라믹 연마 복합체의 평균 높이의 약 10 내지 30%의 두께를 갖는 연마 제품.
제1항에 있어서, 금속 코팅이 전기도금법을 이용하여 배면체 상에 침착된 연마 제품.
제1항에 있어서, 금속 코팅이 2개 이상의 순차적으로 도포된 금속 층을 포함하는 연마 제품.
제1항에 있어서, 세라믹 연마 복합체가 정밀하게 성형된 연마 제품.
제22항에 있어서, 정밀하게 성형된 세라믹 연마 복합체가 입방, 블록상, 원기둥, 각기둥, 각뿔, 각뿔대, 원뿔, 원뿔대, 십자, 반구, 구 및 편평한 상부 표면을 가진 기둥상으로 이루어진 군에서 선택되는 형태를 갖는 연마 제품.
제1항에 있어서, 세라믹 연마 복합체가 약 30 내지 1000 ㎛의 평균 크기를 갖는 연마 제품.
제1항에 있어서, 세라믹 연마 복합체가 약 10 내지 90 중량부의 연마 입자 및 90 내지 10 중량부의 세라믹 매트릭스를 포함하는 연마 제품.
제1항에 있어서, 세라믹 연마 복합체가 배면체의 주 표면 상에 무작위로 분포되어 있고 그 주 표면의 약 25 내지 75%를 커버하는 연마 제품.
제1항에 있어서, 세라믹 연마 복합체가 배면체 주 표면 상의 코팅된 영역들 내에 무작위로 분포되어 있고 그 코팅된 영역들이 세라믹 연마 복합체가 배면체에 실질적으로 부착되어 있지 않은 미코팅 영역에 의해 서로 분리되어 있는 연마 제품.
제27항에 있어서, 코팅된 영역이 파이형, 직사각형, 원형, 육각형, 삼각형, 오각형 또는 그의 혼합 형태인 연마 제품.
배면체의 주 표면에 2가지 이상의 제1항의 연마 제품이 고정되어 있는 연마 제품.
(a) 연마 제품의 세라믹 연마 복합체가 가공물의 표면과 접촉하도록 가공물의 표면과 제1항의 연마 제품을 접촉시키는 단계;

(b) 가공물과 연마 제품 사이의 계면에 액체를 가하는 단계; 및

(c) 연마 제품이 가공물의 표면을 연마시켜 표면 조도를 제공하도록 가공물과 연마 제품을 서로에 대해 이동시키는 단계

를 포함하는 가공물의 연마 방법.
제30항에 있어서, 액체가 글리세롤과 물의 혼합물을 포함하는 방법.
제30항에 있어서, 가공물이 유리, 유리 세라믹 또는 세라믹을 포함하는 방법.
제32항에 있어서, 가공물이 플로트 글래스 (float glass)인 방법.
제32항에 있어서, 가공물이 AlTiC인 방법.
제30항에 있어서, 연마 제품 및 가공물이 약 0.5 내지 45 g/㎟의 압력으로 접촉되는 방법.
제30항에 있어서, 연마 제품이 원판에 수직인 중심 축을 가진 원판 형태이고이동 단계가 원판을 중심 축 주위로 회전시킴으로써 수행되는 방법.
제30항에 있어서, 가공물의 표면 조도가 약 1.50 ㎛ 이하인 방법.
제30항에 있어서, 가공물의 표면 조도가 약 1.00 ㎛ 이하인 방법.
제30항에 있어서, 가공물의 표면 조도가 약 100 Å 이하인 방법.
제30항에 있어서, 가공물의 표면 조도가 약 25 Å 이하인 방법.
제30항에 있어서, 다공성 세라믹 연마 복합체가 약 5 내지 70%의 기공율을 갖는 방법.
제30항에 있어서, 연마 입자가 9 이상의 모오스 경도를 갖는 방법.
제30항에 있어서, 연마 입자가 다이아몬드, 입방형 질화 붕소, 용융 산화 알루미늄, 세라믹 산화 알루미늄, 열 처리된 산화 알루미늄, 탄화 규소, 탄화 붕소, 알루미나 지르코니아, 산화 철, 세리아, 석류석 및 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 방법.
제30항에 있어서, 연마 입자가 약 0.05 내지 100 ㎛의 크기를 갖는 방법.
제30항에 있어서, 연마 입자가 약 0.05 내지 100 ㎛의 크기를 갖는 다이아몬드 입자를 포함하는 방법.
제30항에 있어서, 연마 입자가 세라믹 연마 복합체 및 금속 코팅 상에 도포된 유기 사이즈 코팅을 더 포함하는 방법.
제46항에 있어서, 유기 사이즈 코팅이 페놀 수지, 에폭시 수지, 아미노플라스트 수지, 우레탄 수지, 아크릴레이트 수지, 이소시아누레이트 수지, 아크릴화 이소시아누레이트 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 아크릴화 에폭시 수지, 아크릴화 우레탄 수지 및 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 열경화성 수지를 포함하는 방법.
제30항에 있어서, 다공성 세라믹 매트릭스가 산화 알루미늄, 산화 붕소, 산화 규소, 산화 마그네슘, 산화 나트륨, 산화 망간, 산화 아연 및 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 금속 산화물을 포함하는 유리를 포함하는 방법.
제30항에 있어서, 다공성 세라믹 매트릭스가 Si₂O, B₂O₃및 Al₂O₃을 포함하는알루미나-보로실리케이트 유리를 포함하는 방법.
제30항에 있어서, 배면체가 약 1 x 10⁶lb/in²이상의 전단 탄성률을 갖는 방법.
제30항에 있어서, 배면체가 약 10 x 10⁶lb/in²이상의 전단 탄성률탄성률 방법.
제30항에 있어서, 배면체가 금속을 포함하는 방법.
제30항에 있어서, 금속 배면체가 알루미늄, 강철, 니켈, 구리, 주석, 아연, 크롬 및 그의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 방법.
제30항에 있어서, 금속 배면체가 약 0.3 내지 10 ㎜의 두께를 갖는 방법.
제30항에 있어서, 금속 코팅이 니켈, 구리, 황동, 청동, 강철 및 그의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함하는 방법.
제30항에 있어서, 금속 코팅이 약 1 내지 200 ㎛의 두께를 갖는 방법.
제30항에 있어서, 금속 코팅이 세라믹 연마 복합체의 평균 높이의 약 5 내지 50%의 두께를 갖는 방법.
제30항에 있어서, 금속 코팅이 세라믹 연마 복합체의 평균 높이의 약 10 내지 30%의 두께를 갖는 방법.
제30항에 있어서, 금속 코팅이 전기도금법을 이용하여 배면체 상에 침착된 것인 방법.
제30항에 있어서, 금속 코팅이 2개 이상의 순차적으로 도포된 금속 층을 포함하는 방법.
제30항에 있어서, 세라믹 연마 복합체가 정밀하게 성형된 것인 방법.
제60항에 있어서, 정밀하게 성형된 세라믹 연마 복합체가 입방, 블록상, 원기둥, 각기둥, 각뿔, 각뿔대, 원뿔, 원뿔대, 십자, 반구, 구 및 편평한 상부 표면을 가진 기둥상으로 이루어진 군에서 선택되는 형태를 갖는 방법.
제30항에 있어서, 세라믹 연마 복합체가 약 30 내지 1000 ㎛의 평균 크기를갖는 방법.
제30항에 있어서, 세라믹 연마 복합체가 약 10 내지 90 중량부의 연마 입자 및 90 내지 10 중량부의 세라믹 매트릭스를 포함하는 방법.
제30항에 있어서, 세라믹 연마 복합체가 배면체의 주 표면 상에 무작위로 분포되어 있고 그 주 표면의 약 25 내지 75%를 커버하는 방법.
제30항에 있어서, 세라믹 연마 복합체가 배면체 주 표면 상의 코팅된 영역들 내에 무작위로 분포되어 있고 그 코팅된 영역들이 세라믹 연마 복합체가 배면체에 실질적으로 부착되어 있지 않은 미코팅 영역에 의해 서로 분리되어 있는 방법.
제30항에 있어서, 코팅된 영역이 파이형, 직사각형, 원형, 육각형, 삼각형, 오각형 또는 그의 혼합 형태인 방법.