KR20020034194A - 산소 제거 금속을 포함하는 융합 연마재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 융합 금속 매트릭스 연마재 및 융합 금속 매트릭스 연마재의 제조 방법에 관한 것이다. 융합 금속 매트릭스 연마재는 다수의 금속-코팅된 연마 입자 및 결합 금속과 유효량의 산소 제거 금속을 포함하는 융합 금속 매트릭스를 포함한다. 금속-코팅된 연마 입자는 연마 입자들을 서로 결합시키는 융합 금속 매트릭스내에 분포한다. 산소 제거 금속은 산소에 대한 "제거제"(즉, "수용체")로서의 기능을 함으로써 연마 입자상의 접착-개선 금속 코팅이 산화되는 것을 방지한다.

Description

산소 제거 금속을 포함하는 융합 연마재{Fused Abrasive Bodies Comprising an Oxygen Scavenger Metal}
본 발명은 융합 금속 결합 연마재 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
초연마 입자(예를 들면, 다이아몬드 및 입방정 보론 니트라이드)를 연마재내에 고정시키는데 금속 매트릭스를 사용하는 것은 공지되어 있다. 이러한 금속 매트릭스 연마재를 연필깎개 휠(pencil-edging wheel)과 같은 연마용 휠(grinding wheel) 등에 사용할 수 있다. 이상적으로는, 금속 매트릭스와 연마 입자와의 결합은 연마 입자가 작업편을 연마하는 동안 연마 입자가 매트릭스내에 고정되기에 충분히 강해야 한다.
금속 매트릭스내에 연마 입자를 더 잘 고정시키기 위해 금속 코팅을 사용하는 것이 공지되어 있다. 예를 들면 다이아몬드 연마 입자를 유리하게는, 금속 카바이드를 형성함으로써 다이아몬드 표면에 화학결합하는 카바이드-형성 금속으로 코팅시킬 수 있다. 금속 코팅은, 전형적으로는 매끄러워서 다른 것들과 결합하기 어려운 표면을 갖는 다이아몬드 또는 입방정 보론 니트라이드 연마 입자의 표면에 텍스처(texture)를 부여할 수 있다. 텍스처가 부여된 표면은 코팅된 연마 입자가 기계적 접착에 의해 금속 매트릭스내에 보다 강하게 고정될 수 있도록 허용한다. 접착-개선(adhesion-promoting) 코팅에 적합한 금속의 예에는 예를 들면 몰리브덴,티탄 및 크롬이 포함되며, 이들을 용융염 피복법(hot salt method) 또는 증착법(vapor deposition method)으로 코팅할 수 있다.
전형적으로, 금속 매트릭스 연마재를 융합에 의해 제조한다. 융합 공정은 잘 공지되어 있으며, 여기에는 예를 들면 소결(sintering), 땜질(brazing), 용융(melting), 함침(impregnation) 또는 이들의 조합이 포함된다. 금속 매트릭스 연마재를 제조하기 위해서는, 전형적으로 금속 분말과 연마 입자를 포함하는 융합 조성물(fusible composition)을, 금속 분말 입자가 서로 결합하면서 응고되기에 충분한 시간동안 일정 온도로 가열한다. 예를 들면 소결에 의한 융합 공정은 전형적으로 비교적 고온, 예를 들면 700 내지 1100℃ 및 승온에서 대기중에서 수행한다. 이러한 조건에서는 소결 조성물의 여러 성분들이 산화될 수 있다. 연마 입자상에 매우 얇게 코팅되어 있는 접착-개선 코팅이 산화되면 코팅의 접착-개선 기능이 손상될 수 있다. 따라서, 산화를 감소 또는 제거하기 위한 재료 및 기법을 개발해 왔다.
산화를 최소화할 수 있는 방법중 한가지는 내산화층(oxidation-resistant layer)을 접착-개선 코팅상에 코팅시키는 것이다. 그러나, 연마 입자를 2가지 이상의 물질로 코팅시켜야 하기 때문에 이러한 방법은 비용이 더 많이 든다. 더욱이, 외부 코팅이 접착-개선 코팅에 잘 접착하지 않으면 연마 입자와 금속 매트릭스간의 계면이 약해질 수 있다. 미국 특허 제 5,024,860 호에는 연마 입자를 매트릭스내에 보다 잘 고정시키려는 목적으로, 크롬, 티탄 또는 지르코늄 카바이드-형성층을 다이아몬드 입자상의 다층 코팅의 일부로서 사용한다고 기록되어 있다. 두가지의 카바이드-형성층, 즉 얇은 기저층(base layer) 및 두꺼운 내산화층을 코팅한다. 이러한 두꺼운 다층 구조물은 보다 얇은 단일 코팅보다는 강한 내산화성을 갖는다.
비-산화성 대기, 예를 들면 질소 대기 또는 매우 낮은 대기압하에서 융합(예를 들면, 소결)을 수행해도 산화를 최소화할 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 비-산화성 대기를 제공하는 것과 관련해서 비용이 많이 들고 과정이 복잡하기 때문에 바람직하지 못하다. 구체적으로 말하자면, 비-산화성 대기중 융합을 전형적으로는 값비싼 진공로(vacuum furnace)에서 수행한다. 또한, 융합 조성물이 융합 공정동안 소각되어 버리는 유기 화합물(예를 들면, 결합제)를 함유하는 경우, 비-산화성 대기를 유지하는 일은 더 복잡해진다. 산화를 최소화하는 또다른 방법은 금속 분말을 융합시키기 전에 금속 분말로부터 금속 산화물 오염물을 제거하는 것이다. 이러한 제거 공정을 사용하려면 추가의 처리 단계 및 비용이 필요하다.
연마 입자상의 접착-개선 코팅의 산화를 감소시키는데에 전술된 기법들을 사용할 수는 있지만, 융합 연마재내의 연마 입자상 접착-개선 금속 코팅의 산화를 감소시킬 수 있는 보다 편리한 방법이 필요하다.
발명의 개요
본 발명은 금속 매트릭스에 의해 결합된 다수의 금속-코팅된 연마 입자를 포함하는 융합 연마재를 제공한다. 금속-코팅된 연마 입자는 각각 접착-개선 외부 금속 코팅을 갖는 연마 입자를 포함한다. 융합 연마재는 또한 하나 이상의 산소 제거 금속(oxygen scavenger metal)을 유효량으로 포함한다. 적합한 산소 제거 금속은 연마 입자상의 금속 코팅과 경쟁적으로 산화되는 것으로 선택된다. 이렇게 하여 연마재의 융합 동안에 산소가 적어도 부분적으로 산소 제거 금속과 반응함으로써 금속-코팅된 연마 입자가 산화되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 연마 입자상의 접착-개선 코팅의 산화를 적어도 감소시키거나 바람직하게는 제거할 수 있다. 적합한 산소 제거 금속은, 특정 융합 온도에서 특정 금속이 연마 입자상의 접착-개선 코팅 금속과 경쟁적으로 산화되는지를 예측해주는 엘링함(Ellingham) 도표를 보고 선택할 수 있다.
본원에서 사용된 "경쟁적으로 산화된다(competitively oxidized)"란 용어는 산소 제거 금속이 산소와 반응하는 속도가 연마 입자상의 접착-개선 코팅 금속이 산소와 반응하는 속도와 적어도 동일하거나 바람직하게는 그보다 더 빠름을 뜻하는 것이다. 엘링함 도표를 참고하여 더욱 구체적으로 말하자면, 적합한 산소 제거 금속은 (1) 특정 융합 온도에서 연마 입자상의 접착-개선 코팅 금속이 제공하는 산소 분압보다 작거나 동일한 산소 분압을 제공하거나, (2) 특정 융합 온도에서 연마 입자상의 접착-개선 코팅 금속이 제공하는 산화 반응 깁스(Gibbs) 자유 에너지보다 작거나 동일한 산화 반응 깁스 자유 에너지를 제공한다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 산소 제거 금속은 특정 융합 온도에서 연마 입자상의 접착-개선 코팅 금속이 제공하는 산소 분압보다 작거나 동일한 산소 분압을 제공한다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시양태에서, 산소 제거 금속은 특정 융합 온도에서 연마 입자상의 접착-개선 코팅 금속이 제공하는 산화 반응 깁스 자유 에너지보다 작거나 동일한 산화 반응 깁스 자유 에너지를 제공한다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시양태에서, 연마 입자는 다이아몬드 및 입방정 보론 니트라이드를 포함하고, 연마 입자상의 접착-개선 외부 코팅은 티탄, 크롬 또는 이들의 합금을 포함한다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시양태에서, 산소 제거 금속은 알루미늄, 칼슘, 마그네슘, 지르코늄 또는 이들의 조합을 포함하고, 융합 조성물내에 약 0.1 내지 10중량%의 양으로 존재한다.
본 발명의 융합 연마재에 있어서, 연마 입자는 융합된 금속 매트릭스 전체에 걸쳐 불규칙적으로(randomly) 또는 규칙적으로 분포할 수 있다. 연마 입자가 규칙적으로 분포하는 경우, 연마 입자는 융합된 금속 매트릭스내에서 연마 입자의 실질적으로 평행한 평면층에 집중 분포될 수 있다.
본 발명의 금속 매트릭스 연마재는 특히 절삭용 및 연마용 휠에 적합하다. 따라서, 본 발명의 또다른 바람직한 실시양태에서, 본 발명의 금속 매트릭스 연마재를 하나 이상 포함하는 절삭용 및 연마용 휠이 제공된다.
본 발명은 (a) 다수의 금속-코팅된 연마 입자, 결합 금속 분말 및 유효량의 산소 제거 금속 분말을 포함하는 융합 조성물을 제공하고, (b) 단계(a)의 융합 조성물을 소결, 땜질, 용융 또는 함침에 의해 융합시킴을 포함하는, 전술된 융합 금속 매트릭스 연마재의 제조 방법을 제공한다.
본원에서 사용되는 용어들은 다음과 같이 정의된다.
"융합(fused)"이란 금속 분말과 같은 금속 입자들이 열에 의해 서로 결합되는 것을 뜻한다. 금속 입자의 융합을 소결, 땜질, 용융, 함침 또는 이들의 조합과 같은 방법으로 수행할 수 있다. 금속 입자의 융합을 금속 입자의 융점보다 높거나 낮은 온도에서 수행할 수 있으며, 금속 입자의 융합 과정은 융합 조성물에 압력을 가하는 과정을 포함하기도 한다.
"융합(fusible)" 조성물이란 융합될 수 있는 조성물을 뜻한다.
"소결(sintering)"이란 금속 입자를 액상 형성 온도보다 낮은 온도에서 고상 반응에 의해 결합시키는 것을 뜻한다. 본 발명의 융합 조성물은 전형적으로 약 700 내지 1100℃의 온도 및 약 100 내지 500㎏/㎠의 압력에서 소결시킨다.
"땜질(brazing)"이란 금속 입자를 금속 입자의 융점보다 낮은 융점을 갖는 물질을 사용하여 결합시키는 것을 뜻한다.
"용융(melting)"이란 열을 가함으로써 금속 입자를 고상에서 액상으로 변환시킴으로써 금속 입자들을 서로 결합시키는 것을 뜻한다.
"함침(impregnation)"이란 액상 물질을 고체의 기공에 밀어넣는 것을 뜻한다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서는, 산소 제거 금속을 실질적으로 순수한 금속 상태로 융합 조성물에 첨가한다. 실질적으로 순수한 상태란 산소 제거 금속이 50중량% 이상, 더욱 바람직하게는 80중량% 이상, 더욱 더 바람직하게는 95중량% 이상, 가장 바람직하게는 99중량% 이상의 산소 제거 금속을 포함하는 형태를 뜻한다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시양태에서, 융합 조성물은 추가로 결합제, 가장 바람직하게는 폴리비닐 부티랄과 같은 중합체성 물질을 포함한다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시양태에서, 결합 금속 분말과 산소 제거 금속 분말은 제 1 주표면(major surface)과 제 2 주표면을 갖는 시트(sheet) 형태의 결합 물질층 형태로 제공된다. 융합전에, 연마 입자는 결합 물질층의 하나 이상의 주표면상에 분포함으로써 융합 조성물을 형성한다. 연마 입자는 결합 물질층의 주표면상에 규칙적으로 분포할 수도 있다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시양태에서는, (a) 금속 분말, 유효량의 산소 제거 금속 및 결합제를 포함하는, 시트 형태의 결합 물질층을 제공하고, (b) 제 1 주표면, 제 2 주표면 및 제 1 주표면으로부터 제 2 주표면으로 연장되는 다수의 구멍을 갖는 다공성 시트 물질을 제공하고, (c) 이 다공성 시트 물질의 한 주표면에 접착테이프를 붙이고, (d) 다공성 물질의 적어도 몇개의 구멍속에 금속-코팅된 연마 입자를 넣어 집합체(assembly)를 완성하고, (e) 단계(d)의 집합체를 단계(a)의 결합 물질층의 하나 이상의 주표면과 접촉시키는 방법으로 융합 조성물을 제조한다.
이 방법의 바람직한 실시양태에서는, 단계(e)의 융합 조성물 2 내지 10000개를 쌓아올림으로써, 금속-코팅된 연마 입자의 실질적으로 평행한 평면층을 하나 이상 포함하는 융합 조성물을 제조한다. 이어서 이 융합 조성물을 융합시켜, 금속-코팅된 연마 입자의 실질적으로 평행한 평면층을 하나 이상 포함하는 연마재를 제공한다.
도 1은 절삭용 또는 연마용 도구의 단편 형태로서 나타내어진, 본 발명의 융합 금속 매트릭스 연마재의 투시도이다.
도 1A는 도 1의 융합 금속 매트릭스 연마재가 절단선 1A를 따라 절단될 때의 횡단면을 보여주는 횡단면도이다.
도 2는 절삭용 또는 연마용 도구의 단편 형태로서 나타내어진, 본 발명의 융합 금속 매트릭스 연마재의 투시도이다.
도 2A는 도 2의 융합 금속 매트릭스 연마재가 절단선 2A를 따라 절단될 때의 횡단면을 보여주는 횡단면도이다.
도 3은 엘링함 도표이다.
도 4는 본 발명의 융합 금속 매트릭스 연마재의 분해 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 연마용 휠의 투시도이다.
도 6은 로커 드럼(Rocker Drum)시험에 적용된 후의 융합 금속 매트릭스 연마재 표면의 디지탈 이미지이다.
도 7은 로커 드럼 시험에 적용된 후의 본 발명의 융합 금속 매트릭스 연마재 표면의 디지탈 이미지이다.
도 8은 로커 드럼 시험에 적용된 후의 융합 금속 매트릭스 연마재 표면의 디지탈 이미지이다.
도 9는 로커 드럼 시험에 적용된 후의 본 발명의 융합 금속 매트릭스 연마재 표면의 디지탈 이미지이다.
도 10은 로커 드럼 시험에 적용된 후의 본 발명의 융합 금속 매트릭스 연마재 표면의 디지탈 이미지이다.
도 11은 로커 드럼 시험에 적용된 후의 본 발명의 융합 금속 매트릭스 연마재 표면의 디지탈 이미지이다.
본 발명은 연마 입자가 잘 고정되어 있는 융합 금속 매트릭스 연마재를 제공한다. 특히 본 발명은 금속 매트릭스내에 다수의 금속-코팅된 연마 입자를 포함하는 융합 금속 매트릭스 연마재를 제공한다. 각각의 금속-코팅된 연마 입자들은 접착-개선 외부 금속 코팅을 갖는 연마 입자를 포함한다. 금속 매트릭스는 결합 금속 및 유효량 이상의 산소 제거 금속을 포함한다. 산소 제거 금속은 융합 공정 동안에 산소와 반응하여 접착-개선 코팅의 산화를 감소시키거나 제거한다.
이제 도 1을 보자면, 도 1에는 본 발명의 융합 연마재(10)의 한 실시양태의 투시도가 도시되어 있다. 이 융합 연마재(10)는 절삭용 또는 연마용 휠에 사용하기에 적합한 아치형이다. 융합 연마재(10)는 다수의 금속-코팅된 연마 입자(13)가 분포된 금속 매트릭스(12)를 포함한다. 도 1A는 융합 연마재(10)가 절단선 1A를 따라 절단될 때의 횡단면을 보여주는 횡단면도이다. 도 1A에서 보는 바와 같이, 금속-코팅된 연마 입자(13)는 금속 매트릭스(12) 전체에 불규칙적으로 분포한다. 각각의 금속-코팅된 연마 입자(13)는 접착-개선 외부 금속 코팅(16)을 갖는 연마 입자(14)를 포함한다. 연마 입자(14)는 다이아몬드를 포함하는 것이 바람직하지만, 입방정 보론 니트라이드와 같은 기타 연마 입자를 포함하는 것도 본 발명의 범주에 속한다. 접착-개선 외부 금속 코팅(16)은 바람직하게는 티탄 또는 크롬을 포함한다. 융합 연마재(10)는 금속-코팅된 연마 입자(13)들을 한 덩어리로 결합시키는 금속 매트릭스(12)를 포함한다. 금속 매트릭스(12)는 하나 이상의 결합 금속 및 유효량의 산소 제거 금속을 포함한다.
도 2는 본 발명의 소결 연마재(20)의 투시도이다. 이 소결 연마재(20)는 절삭용 또는 연마용 휠에 사용하기에 적합한 아치형이다. 소결 연마재(20)는 다수의 금속-코팅된 연마 입자(23)가 분산된 금속 매트릭스(22)를 포함한다. 금속 매트릭스(22)는 금속-코팅된 연마 입자(23)들을 한 덩어리로 결합시키는 기능을 한다. 도 2A는 소결연마재(20)가 절단선 2A를 따라 절단될 때의 횡단면을 보여주는 횡단면도이다. 이 실시양태에서, 금속-코팅된 연마 입자(23)는 금속 매트릭스(22)내의 실질적으로 평행한 평면층(27, 28 및 29)에 분포한다. 금속 매트릭스(22)는 하나 이상의 결합 금속 및 유효량의 산소 제거 금속을 포함한다. 각각의 금속-코팅된 연마 입자(23)는 접착-개선 외부 금속 코팅(26)을 갖는 연마 입자(24)를 포함한다. 연마 입자(24)는 다이아몬드를 포함하는 것이 바람직하지만, 입방정 보론 니트라이드와 같은 기타 연마 입자를 포함하는 것도 본 발명의 범주에 속한다. 접착-개선 외부 금속 코팅(26)은 바람직하게는 티탄 또는 크롬을 포함한다.
* 연마 입자
본 발명의 융합 연마재에 사용하기에 적합한 연마 입자는 금속 또는 금속 합금을 포함하는 하나 이상의 접착-개선 코팅을 포함한다. 금속 코팅은 연마 입자와 금속 매트릭스가 더 잘 접착되도록 한다. 다이아몬드 연마 입자의 경우, 접착-개선 금속 코팅은 전형적으로 다이아몬드와 카바이드를 형성할 수 있는 금속을 포함한다. 이렇게 하여 접착-개선 금속 코팅은 다이아몬드 연마 입자와 유리하게 화학결합을 형성한다. 금속 코팅은 금속 매트릭스와 연마 입자가 화학 반응하는 것을 방지하는 기능도 할 수 있다. 이러한 화학 반응으로 인해서 다이아몬드가 바람직하지 못하게 흑연화될 수도 있고, 그 결과 다이아몬드의 경도, 강도 및 내연마성(abrasion resistance)이 손실될 수 있다. 적합한 카바이드-형성 금속에는 예를 들면 몰리브덴, 티탄 및 크롬이 포함된다. 금속 코팅은 두께가 전형적으로 약 0.5 내지 5㎛이고, 이를 예를 들면 용융염피복법 및 금속증착법과 같은 임의의 적합한 방법으로 연마 입자에 코팅시킬 수 있다.
적합한 연마 입자에는 금속 매트릭스에 대한 접착을 개선하는 하나 이상의 금속 코팅으로 코팅될 수 있는 임의 종류의 연마 입자가 포함된다. 바람직한 연마 입자에는 다이아몬드 입자 및 입방정 보론 니트라이드 입자가 포함되지만, 다른 종류의 연마 입자도 본 발명의 범주에 속한다. 연마 입자는 융합 연마재에 유용한 임의의 크기를 가질 수 있다. 전형적으로 연마 입자의 크기는 약 0.1 내지 1000㎛, 더욱 바람직하게는 약 40 내지 1000㎛, 가장 바람직하게는 약 60 내지 700㎛이다. 바람직한 연마 입자는 티탄을 포함하는 접착-개선 외부 코팅을 갖는 다이아몬드를 포함한다. 이러한 연마 입자는 미국 오하이오주 워딩톤 소재의 제네랄 일렉트릭 캄파니(General Electric Co.)에서 "MBS-960TI2"라는 상표로 시판되거나 드비어스(DeBeers)에서 시판되고 있다. 크롬을 포함하는 접착-개선 외부 코팅을 갖는 다이아몬드 연마 입자는 제네랄 일렉트릭 캄파니에서 "MBS-960CR2"라는 상표로 시판되고 있다.
* 금속 매트릭스
본 발명의 융합 연마재는 연마 입자들을 서로 결합시키는 기능을 하는 금속 매트릭스를 포함한다. 금속 매트릭스는 하나 이상의 결합 금속 및 하나 이상의 산소 제거 금속을 포함한다.
* 결합 금속
본 발명의 융합 연마재에 적합한 결합 금속에는 예를 들면 청동, 코발트, 텅스텐, 구리, 철, 니켈, 주석, 크롬 또는 이들의 혼합물 또는 합금이 포함된다. 결합 금속의 특정 조성을, 당해 분야의 숙련자들이 그 무엇보다도 융합 연마재의 용도를 고려하여 선택해야 한다. 예를 들면 원하는 경도, 내마모성, 내충격성 및 연마 입자와의 접착성 등을 제공하도록 다양한 결합 금속을 선택할 수 있다. 많은 연마용 휠 용도에서, 결합 금속은 주로 구리, 철, 니켈, 주석, 크롬 및 텅스텐 카바이드와 소량(예를 들면, 각각 약 1중량% 미만)의 붕소, 실리카, 코발트 및 인을 포함한다. 결합 금속은 전형적으로 융합 연마재의 약 75 내지 99부피%, 더욱 바람직하게는 융합 연마재의 약 75 내지 85부피%를 차지한다.
결합 금속을 바람직하게는, 융합되어 합체된 금속 매트릭스를 형성할 수 있는 금속 분말 또는 금속 분말의 혼합물로 제조한다. 금속 분말을 소결, 땜질, 용융 또는 함침 방법으로 융합시킬 수 있다. 바람직하게는 예를 들면 약 700 내지 1100℃의 온도로 가열하는 소결 방법으로 금속 분말을 융합시킨다. 적합한 금속 분말은 미국 위스콘신주 쿠다키 소재의 루카스 밀하우프트 인코포레이티드(Lucas Milhaupt, Inc.) 및 미국 미시간주 매디슨 소재의 월 콜로모니 코포레이션(WallColomony Corp.)에서 시판되고 있다.
* 산소 제거 금속
금속 매트릭스는 유효량의 산소 제거 금속도 포함한다. 산소 제거 금속은 연마재의 소결 공정 동안에 존재하는 임의의 산소를 적어도 부분적으로 제거하는 기능을 한다. 본원에서 사용된 "제거제(scavenger)"란 원하지 않은 물질을 없애거나 불활성화시키려고 혼합물에 첨가하는 물질을 뜻한다. 산소 제거 금속이 융합 조성물의 융합 공정 동안에 존재하는 적어도 일부의 산소와 반응하여 일어나는 산화 반응에 의해 산소가 제거된다. 그 결과 산소 제거 금속이 산화물로 전환된다. 예를 들면 알루미늄(Al)은 산소(O2)와 반응하여 알루미늄 옥사이드(Al2O3)를 형성함으로써 산소 제거 금속으로서의 기능을 할 수 있다.
산소 제거 금속은 연마재의 소결 공정 동안에 존재하는 산소와 반응함으로써(즉, 산소를 제거함으로써), 연마 입자상의 접착-개선 코팅이 산화되는 것을 방지하는 기능을 한다. "방지한다"는 것은 산소 제거 금속이 연마 입자상의 접착-개선 코팅과 상호작용하거나 직접 반응하는 것을 뜻하는 것은 아니다. 오히려 산소 제거 금속은 희생적(sacrificial) 산화제 또는 산소 "수용체(getter)"로서 작용한다. 산소 제거 금속이 융합 공정 동안에 존재하는 산소의 적어도 일부를 제거해주므로, 산소가 연마 입자상의 접착-개선 금속과 반응하지(금속을 산화시키지) 못하는 것이다. 적합한 산소 제거 금속은 연마 입자상의 접착-개선 금속과 경쟁적으로 산화되는 것이다. 앞서 정의해 놓은 바와 같이, "경쟁적으로 산화된다"란 용어는 산소 제거 금속이 산소와 반응하는 속도가 연마 입자상의 접착-개선 코팅 금속이 산소와 반응하는 속도와 적어도 동일하거나 바람직하게는 그보다 더 빠름을 뜻하는 것이다.
특정 융합 연마재에 사용하기에 적합한 산소 제거 금속을, 엘링함 도표를 참조하여 선택할 수 있다. 엘링함 도표는 특정 온도에서 특정 금속과 평형을 이루는 산소 분압(이하 pO2)을 예측하는데 사용될 수 있다. 엘링함 도표를 도 3에 나타내었다. 엘링함 도표를 데이비드 알 가스켈(David R. Gaskell)의 문헌[Introduction to the Metallurgical Thermodynamics, 2판, McGraw-Hill Book Co, 287 페이지]의 도면 10.13에서도 찾을 수 있으며, 이 엘링함 도표를 본원에서 참고로 인용한다.
도 3에 엘링함 도표가 나타나 있다. 엘링함 도표에는 많은 금속의 산화 반응에 대해 "엘링함선(Ellingham line)"이 표시되어 있다. 예를 들면, 알루미늄 산화에 대한 엘링함선은 4/3 Al＋O2→ 2/3 Al2O3라는 반응식으로 표시되어 있다. 엘링함 도표의 x축에는 온도(℃)가 표시되어 있다. 엘링함 도표의 y축에는 ΔGoxid(J/mol)가 표시되어 있다. 특정 금속의 산화 반응에 대해 엘링함 도표를 이용하려면, 우선 특정 온도에 대응하는 수직선 드럼 시험, y축에 평행한 선)과 특정 금속의 산화 반응에 대한 엘링함선과의 교차점을 도표에 표시한다. 이어서 이 교차점과 도표의 좌측 상단 구석에 "O"이라고 표시된 점과 연결하는 선을 긋는다. 이어서 이 선을 엘링함 도표의 우측 바닥에 있는 pO2선과 교차될 때까지 연장한다.pO2상의 교차점이 특정 온도에서 특정 금속과 평형을 이루는 pO2(atm)이다.
이러한 방법을 사용하면, 본 발명의 융합 연마재에 적합한 산소 제거 금속은 특정 융합 온도에서 연마 입자상의 접착-개선 외부 코팅 금속이 제공하는 평형 pO2와 같거나 작은 평형 pO2를 제공한다. 적합한 산소 제거 금속은 연마 입자상의 접착-개선 코팅 금속과 경쟁적으로 산화된다. 예를 들면 도 3의 엘링함 도표를 사용하면, 800℃에서 티탄과 평형을 이루는 pO2는 약 10-36atm(10-34kPa)이다. 알루미늄의 경우 800℃에서 평형 pO2는 약 10-42atm(10-40kPa)이다. 알루미늄과 평형을 이루는 pO2가 티탄과 평형을 이루는 pO2보다 작기 때문에, 약 800℃에서 융합되는 연마재의 경우, 티탄이 연마 입자상의 접착-개선 금속 코팅으로서 사용될 때는 알루미늄이 적합한 산소 제거 금속이다. 티탄이 연마 입자상의 접착-개선 금속 코팅으로서 사용되는 경우 사용가능한 산소 제거 금속의 예에는 알루미늄, 칼슘, 마그네슘, 티탄 및 이들의 혼합물이 포함된다. 티탄을 제외하고, 이들 물질에 대한 엘링함선은 엘링함 도표상에서 티탄에 대한 엘링함선 아래에 위치한다.
특정 접착-개선 코팅과 함께 사용하기에 적합한 산소 제거 금속을 예측하는 또다른 방법은 융합 조건하에서 산소 제거 금속과 접착-개선 코팅 금속 둘다에 대한 산화 반응 깁스 자유 에너지(이하 ΔGoxid)를 결정하는 것이다. 적합한 산소 제거 금속은 서로 같은 융합 조건하에서 연마 입자상의 접착-개선 코팅 금속의 ΔGoxid와 같거나 그보다 작은 ΔGoxid를 가질 것이다.
도 3의 엘링함 도표에서, 특정 온도에서의 특정 금속의 산화 반응에 대한 ΔGoxid를 결정할 수 있다. 우선 특정 온도에 대응하는 수직선과 특정 금속의 산화 반응에 대한 엘링함선과의 교차점을 도표에 표시한다. 이어서 이 교차점에서부터 수평선(x선과 평행한 선)을 그어서 이 선이 y축과 교차될때까지 연장한다. 그 교차점이 특정 온도에서의 특정 금속의 산화 반응에 대한 ΔGoxid이다.
1atm(101.325kPa)와 950℃에서 유용한 산소 제거 금속과 접착-개선 코팅에 대한 ΔGoxid와 pO2를 표 1에 요약해 놓았다.
ΔGoxid(J/mol) pO2(atm)
크롬 -5.1×105 1.0×10-22(1.0×10-20kPa)
망간 -6.1×105 7.6×10-27(7.7×10-25kPa)
규소 -6.9×105 3.1×10-30(3.1×10-28kPa)
티탄 -7.2×105 1.4×10-31(1.4×10-29kPa)
알루미늄 -8.2×105 1.3×10-35(1.3×10-33kPa)
지르코늄 -8.3×105 2.5×10-36(2.5×10-34kPa)
마그네슘 -9.7×105 5.3×10-42(5.4×10-40kPa)
칼슘 -1.0×106 2.2×10-43(2.2×10-41kPa)
문헌[데이비드 알 리드(David R. Lide) 편집, Handbook of Chemistry and Physics, 76판(1995-1996), CRC Press, 1995, 5-72 내지 5-75 페이지)]을 참조
엘링함 도표 및 표 1에서 보는 바와 같이, 연마 입자상의 접착-개선 금속 코팅으로서 티탄을 사용하는 경우, 예를 들면 알루미늄, 칼슘, 마그네슘 및 티탄이 산소 제거 금속으로 적합하다. 또한, 연마 입자상의 접착-개선 금속 코팅으로서크롬을 사용하는 경우, 예를 들면 알루미늄, 칼슘, 마그네슘, 망간, 규소 및 티탄이 산소 제거 금속으로 적합하다.
산소 제거 금속을 유효량으로 융합 조성물에 첨가해야 한다. 본원에서 언급한 "유효량(effective amount)"이란 앞으로 기술할 한가지 이상의 시험방법으로 측정할 때 연마재의 금속 매트릭스내에 연마 입자들을 더 잘 고정시키도록 특정 융합 조성물에 첨가되는 산소 제거 금속의 양을 말한다. 산소 제거 금속의 유효량은 융합 조성물에 따라 다르다는 것을 알아야 한다. 예를 들면 유효량은 산소 제거 금속의 물리적 형태 및 조성, 융합 동안에 대기중 산소 함량, 융합 온도, 융합 조성물을 구성하는 물질내에 존재하는 산소의 양, 산소 제거 금속의 융점 및 융합되는 연마재의 외형 및 형태를 포함하지만 여기에만 국한되지는 않는 여러 인자들에 따라 달라질 수 있다. 산소 제거 금속을 과량으로 첨가하는 것은 어떤 경우에는 바람직하지 않을 수 있는데, 예를 들면 산소 제거 금속이 소결 연마재의 물리적 성질을 해치는 경우가 그렇다. 예를 들면 높은 함량(예를 들면, 약 10중량%보다 높은 함량)의 알루미늄은 연마재를 너무 약하게 만들어 이 연마재를 어떤 연마 용도에서는 사용할 수 없게 만든다. 전형적으로 산소 제거 금속은 융합 조성물의 약 0.1 내지 10중량%, 더욱 바람직하게는 약 0.25 내지 5중량%, 가장 바람직하게는 약 0.5 내지 2중량%를 구성할 것이다.
바람직하게는, 산소 제거 금속은 미세한 금속 분말 형태로서 융합 조성물 전체에 걸쳐 균일하게 분산될 수도 있다. 균일하게 분산된 미세 금속 분말을 사용하면, 산소 제거 금속이 융합 조성물 전체에 걸쳐 존재하므로 융합 조성물 전체에 걸쳐 분포될 수 있는 산소와 반응할 수 있기 때문에 산소와 산소 제거 금속의 반응이 동역학적으로(즉, 확산에 의해) 저해될 가능성이 최소화될 수 있다. 또한 금속 분말의 단위 부피당 표면적은 입경이 감소함에 따라 전형적으로 증가한다. 이러한 큰 표면적은 산소 제거 금속의 반응성을 증가시킨다. 따라서 산소 제거 금속으로서 바람직한 금속 분말은 입경이 약 5 내지 200㎛, 더욱 바람직하게는 약 15 내지 120㎛이다.
산소 제거 금속의 조성 역시 특정 융합 조성물에 요구되는 금속의 유효량에 영향을 미칠 수 있다. 산소 제거 금속을 융합 조성물에 예를 들면 합금 형태보다는 실질적으로 순수한 금속 형태로 혼입시키는 것이 바람직하다. 열역학적으로, 산소 제거 금속의 화학적 활성은 합금내의 산소 제거 금속의 몰분율과 거의 같다. 따라서 산소 제거 금속이 아닌(또는 덜 효과적인 산소 제거 금속인) 제 2 의 금속과 조합된 합금 형태의 산소 제거 금속은 실질적으로 순수한(즉, 합금이 아닌) 형태의 산소 제거 금속보다 덜 효과적이다. 또한, 산소 제거 금속의 반응속도는 합금을 통한 산소 제거 금속의 확산속도로 인해 제한될 것이다. 확산으로 인한 저해 때문에 산소 제거 금속에 의한 산소제거효율이 낮아질 수 있고, 연마 입자상의 접착-개선 코팅이 더 많이 산화될 수 있다. "실질적으로 순수하다"라는 것은 산소 제거 금속이 약 50중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 80중량% 이상, 가장 바람직하게는 약 95중량% 이상, 특히 가장 바람직하게는 99중량% 이상의 산소 제거 금속을 포함하는 형태임을 뜻한다. 더욱이 산소 제거 금속은 황 및 산소와 같은 비금속으로 실질적으로 오염되지 않는 것이 바람직하다. "비금속으로 실질적으로 오염되지않는다"라는 것은 산소 제거 금속이 산소 제거 금속과 반응혼합물을 형성할 수 있는 비금속 오염물을 화학양론학적 양보다 적은 양, 바람직하게는 화학양론학적 양의 10% 미만의 양으로 포함함을 뜻한다. 어떤 산소 제거 금속의 경우, 예를 들면 알루미늄의 경우, 산소 제거 금속의 표면은 금속 표면의 산화를 방지하는 비투과성 산화물층으로 산화될 수도 있다.
융점도 특정 융합 조성물에 요구되는 산소 제거 금속의 유효량에 영향을 미칠 수 있다. 산소 제거 금속의 융점은 융합 온도보다 낮은 것이 바람직하다. 그럼으로써 산소 제거 금속이 융합 조성물내에서 용융 유동할 수 있게 되고, 그 결과 융합 공정 동안에 존재하는 산소를 보다 효율적으로 제거할 수 있게 된다.
산소 제거 금속은 연마 입자상의 접착-개선 코팅의 산화를 제거하지 못할 수도 있고 전형적으로 완전히 제거하지는 못한다는 것을 알아야 한다. 오히려 유효량의 산소 제거 금속은 연마 입자상의 접착-개선 코팅이 너무 많이 산화되지 않게 함으로써, 산소 제거 금속이 존재하지 않을 경우에 비해 연마 입자와 금속 매트릭스간의 접착이 더 강해지도록 한다.
* 융합 조성물 및 융합 연마재의 제조 방법
본 발명의 융합 연마재의 한 실시양태에서, 연마 입자는 매트릭스 전체에 걸쳐 불규칙적으로 분포한다. 이러한 연마재를 만들려면, 우선 금속 분말, 다수의 금속-코팅된 연마 입자, 유효량의 산소 제거 금속 및 원하는 임의적 성분(예를 들면, 유기 결합제, 경질 입자(예를 들면, 텅스텐 카바이드 입자))을 합함으로써 융합 조성물을 제조한다. 유기 결합제에는 중합체, 예를 들면 폴리비닐 부티랄이 포함되며, 이 유기 결합제는 융합 조성물내에 혼입되면 금속 분말이 "압분체(green body)"라고 알려져 있는, 물리적 취급이 가능한 유형의 덩어리로 뭉치게 한다. 이 유기 결합제를 융합 공정 동안에 소각해야 하므로, 유기 결합제는 원하는 성질을 부여하는데 필요한 최소량으로만 융합 조성물에 혼입시키는 것이 바람직하다. 임의적으로, 융합 연마재의 내마모성을 증가시키기 위해서 텅스텐 카바이드와 같은 경질 입자를 융합 조성물에 첨가할 수도 있다. 전형적으로, 경질 입자를 융합 조성물의 약 10 내지 50중량%의 양으로 첨가하지만, 어떤 조성물의 경우는 이 범위에서 벗어나는 양도 유리할 수 있다. 유기 결합제를 용매화시키는데 필요한 양만큼의 유기 용매를 융합 조성물에 첨가할 수 있다. 전형적인 유기 용매에는 예를 들면 메틸에틸케톤이 있으며, 이를 유기 결합제의 용매화에 필요한 최소량으로 융합 조성물에 첨가한다.
일단 융합 조성물을 만들고 나면, 이를 주형에서 프레스(press)로 냉간압축(cold compact)시켜 압분체를 만든다. 이어서 이 압분체를 융합시킨다. 융합 조성물을 소결, 땜질, 용융 및/또는 함침시킴으로써 융합을 수행할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서는, 융합 조성물을 소결시킨다. 소결 온도는 전형적으로 약 700 내지 1100℃이며 전형적인 소결 시간은 약 5 내지 30분이다. 소결 공정 동안에 압력을 가할 수도 있다. 전형적인 소결압은 예를 들면 약 100 내지 500㎏/㎠이다. 융합후, 완성된 융합 연마재를 원하는 크기 및 형태로 절단할 수도 있다.
본 발명의 융합 연마재의 또다른 실시양태에서는, 연마 입자가 금속 매트릭스 전체에 걸쳐 규칙적으로 분포할 수 있다. 예를 들면 연마 입자는 금속 매트릭스내의 하나 이상의 실질적으로 평면인 층에 집중 분포할 수 있다. 이러한 소결 연마재를 예를 들면 텔레신(Tselesin)의 미국 특허 제 5,380,390 호에 보고된 방법으로 제조할 수 있다.
연마 입자의 실질적으로 평행한 평면층을 갖는 연마재(예를 들면, 도 2를 참조)를 제조하는 방법은 1997년 6월 25일자로 출원되고 발명의 명칭이 "초강력연삭면(Superabrasive Cutting Surface)"인 미국 특허 출원 제 08/882,434 호에 기록되어 있다. 도 4는 연마재(50)의 분해 횡단면도로서, 연마 입자의 실질적으로 평행한 평면층을 갖는 연마재(50)의 제조에 사용될 수 있는 층들이 쌓아올려진 모습을 보여준다. 편의상, 연마재(50)를 단지 세개층(52, 54 및 56)으로만 이루어진 것으로 묘사하였다. 그러나, 연마재(50)는 서로 다른 갯수의 층으로 이루어질 수 있고, 전형적으로는 1 내지 10000개층으로 이루어진다. 연마재내의 층수를 예를 들면 원하는 연마재 용도에 따라 선택할 수 있다. 예를 들면 연마재를 강력연마용도에 사용할 경우 또는 연마재 모서리를 연마면으로 사용하는 경우, 다층 연마재를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 연마재의 주표면을 연마면으로 사용하는 가벼운 연마용도의 경우, 단층 연마재를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 각 층(52, 54 및 56)은 각각 결합 물질층(62, 64 및 66)과, 다공층 물질층(72,74 및 76)과, 각각 금속-코팅된 연마 입자(90)를 포함하는 연마 입자층(82, 84 및 86)을 포함한다. 각 층(52, 54 및 56)은 각각의 다공성 물질층(72, 74 및 76)의 한쪽면위에 위치하고 각각 하나 이상의 표면위에 감압성 접착제를 포함하는 접착제층(92, 94 및 96)을 가질 수 있다. 접착제층(92, 94 및 96)의 접착면은 각각 다공성 물질층(72, 74 및 76)쪽으로 향하는 면에 위치한다. 이렇게 해서 연마 입자층(82, 84 및 86)의 금속-코팅된 연마 입자들(90)은 각각 다공성 물질층(72, 74 및 76)의 구멍속에 위치하게 되고, 금속-코팅된 연마 입자(90)는 접착제층(92, 94 및 96)에 접착되어 연마 입자(90)가 다공성 물질층(72, 74 및 76)의 구멍속에 갇혀 있게 된다. 전술된 다공성 물질층을 예를 들면, 망상(mesh-type) 물질(예를 들면, 직조 및 부직 망상 물질, 금속성 및 비금속성 망상 물질), 증착된 물질, 분말 또는 분말-섬유 물질, 압분체로부터 선택할 수 있는데, 이들은 모두 내부에 기공 또는 구멍을 포함한다. 여러 층들의 순서 또는 위치는 도면에 도시된 것과 다를 수 있음을 알아야 한다.
연마 입자를 접착제층에 붙인 후에 다공성 물질층을 접착제층으로부터 분리 또는 제거할 수도 있다. 소결 공정에서 연마 입자들을 고정시키는데 접착제를 사용하는 것은 텔레신의 미국 특허 제 5,380,390 호, 텔레신의 미국 특허 제 5,620,489 호 및 1996년 10월 9일자로 출원된 미국 특허 출원 제 08/728,169 호에 개시되어 있다.
상부 압반(top platen)(98)과 저부 압반(bottom platen)(100)으로 층(52, 54 및 56)을 압축시킴으로써 연마재(50)를 만든다. 연마재(50)의 제조에 적합한 소결 공정은 당해 분야에 공지되어 있으며 예를 들면 텔레신의 미국 특허 제 5,620,489 호에 보고되어 있다. 각 층(52, 54 및 56)마다 결합 물질층이 2개 이상 존재할 수도 있다.
상기 제조공정을 수행하는데 있어서, 결합 물질층(62, 64 및 66)을 구성하는결합 물질은 연마 입자층(82, 84 및 86)과 함께 소결될 수 있는 임의의 결합 물질일 수 있다. 바람직하게는 결합 물질층(62, 64 및 66)은 유연하고 쉽게 변형되는 가요성 물질(soft, easily deformable flexible material: SEDF)이며, 이 물질의 제조 방법은 당해 분야에 공지되어 있고 미국 특허 제 5,620,489 호에 보고되어 있다. 금속 결합 물질(예를 들면, 금속 분말 또는 금속 분말의 혼합물), 결합제, 용매, 시너(thinner) 및 가소제를 포함하는 패이스트 또는 슬러리를 형성함으로써 이러한 SEDF를 만들 수 있다. 산소 제거 금속이 상기 패이스트 또는 슬러리내에 포함되는 것이 바람직하지만, 산소 제거 금속은 층들(52, 54 및 56)의 사이사이에 포함될 수도 있다. 산소 제거 금속을 층들 사이에 넣는 경우, 이들이 접착제층(92, 94 및 96)에 달라붙도록 산소 제거 금속을 연마 입자층(82, 84 및 86)위에 바람직하게는 뿌리거나, 더욱 바람직하게는 도포한다. 그러나 산소 제거 금속을 스택(stack)을 이루는 모든 층들 사이에 제공할 필요는 없다는 것을 알아야 한다. 금속 결합 물질은 예를 들면 청동, 코발트, 텅스텐, 구리, 철, 니켈, 주석, 크롬 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 금속 분말을 포함한다. 임의적으로는, 예를 들면 연마재에 내마모성을 부여하기 위해서 텅스텐 카바이드 입자와 같은 경질 입자를 슬러리에 첨가할 수도 있다. 연마 입자도 임의적으로 패이스트 또는 슬러리에 첨가할 수 있다. 결합제 수지에는 예를 들면 폴리비닐 부티랄이 포함되며, 임의적으로 폴리에틸렌 글리콜 또는 디옥틸프탈레이트와 같은 가소화 수지도 포함될 수 있다. SEDF을 구성하는데 적합한 성분들은 미국 미시간주 트로이 소재의 술저 메트코 인코포레이티드(Sulzer Metco,Inc.), 미국 사우쓰캐롤라이나주 마운트플래즌트 소재의 올-케미 리미티드(All-Chemie,Ltd.), 미국 오하이오주 콜럼부스 소재의 트란스멧 코포레이션(Transmet Corp.), 미국 캘리포니아주 스톡톤 소재의 발리멧 인코포레이티드(Valimet,Inc.), 미국 오하이오주 클리브랜드 소재의 씨에스엠 인더스트리즈(CSM Industries), 미국 사우쓰캐롤라이나주 세네카 소재의 엔젤하드 코포레이션(Engelhard Corp.), 미국 뉴저지주 이스트 러더포드 소재의 쿨리트 텅스텐 코포레이션(Kulite Tungsten Corp.), 미국 오하이오주 셀론 밀스 소재의 신터로이 인코포레이티드(Sinterloy,Inc.), 미국 뉴저지주 클리프톤 소재의 사이언티픽 얼로이스 코포레이션(Scientific Alloys Corp.), 미국 팬실바니아주 브라인 마우 소재의 케말로이 캄파니 인코포레이티드(Chemalloy Company,Inc.), 미국 노쓰캐롤라이나주 리써치 트라이앵글 파크 소재의 에스씨엠 메탈 프로덕츠(SCM Metal Products), 미국 뉴저지주 캄덴 소재의 에프 더블유 윈터 앤드 캄파니 인코포레이티드(F.W.Winter & Co.Inc.), 미국 오하이오주 포웰 소재의 지에프에스 케미칼스 인코포레이티드(GFS Chemicals Inc.), 미국 뉴욕주 오시닝 소재의 아렘코 프로덕츠(Aremco Products), 미국 플로리다주 케이프 코랄 소재의 이글 얼로이스 코포레이션(Eagle Alloys Corp.), 미국 오하이오주 클리브랜드 소재의 퓨전 인코포레이티드(Fusion,Inc.), 미국 팬실바니아주 버윈 소재의 굿펠로우 코포레이션(Goodfellow, Corp.), 미국 미시간주 매디슨 하이츠 소재의 월 콜머노이(Wall Colmonoy) 및 미국 미시간주 트로이 소재의 얼로이 메탈스 인코포레이티드(Alloy Metals,Inc.)를 포함하는 많은 제조사에서 시판되고 있다.
슬러리를 나이프 코터(knife coater)와 같은 코팅 장치로 릴리스코팅(release coated) 폴리에스테르 필름과 같은 캐리어 시트(carrier sheet)상에서 주조할 수 있다. 이어서 이 주조 슬러리를 실온에서 응고 및/또는 경화시키거나 슬러리에 열을 가함으로써 휘발성 성분(예를 들면, 유기 용매)을 증발시켜 응고 및/또는 경화시킬 수 있다. 몇가지 용매는 코팅후 건조 제거되며 나머지 유기 화합물은 소결 공정 동안에 소각될 것이다. 모든 결합 물질층(62, 64 및 66)이 동일한 조성을 가질 필요는 없다는 것도 알아두어야 한다.
다공성 물질은 실제로는, 실질적으로 다공성(즉, 기공률이 약 30% 내지 99.5%)이고 바람직하게는 다수의 규칙적으로 이격된 구멍을 갖는 임의의 물질일 수 있다. 적합한 물질은 유기 또는 금속성의 부직 또는 직조 망상 물질, 예를 들면 구리, 청동, 아연, 강철 또는 니켈 철망, 또는 섬유망(예를 들면, 탄소 또는 흑연)이다. 본 발명에 사용하기에 특히 적합한 것은 강선망(stainless steel wire mesh), 인장철판망(expanded metallic material) 및 저융점 망상 유기 물질이다. 도 4에 도시된 실시양태에서는 한 셋트의 철선과 또다른 한 셋트의 철선을 수직으로 교차시켜 망상구조를 이룸으로써 다공성 물질층(72, 74 및 76)을 형성한다. 다공성 물질의 구멍은 금속-코팅된 연마 입자보다 크거나 작을 수 있다. 다공성 물질의 구멍에 딱 들어맞는 직경 및 형태를 갖는 다이아몬드 연마 입자를 금속-코팅된 연마 입자(90)로 사용하는 것이 바람직하다. 다공성 물질의 구멍보다 약간 큰 연마 입자 및/또는 다수의 입자가 다공성 물질의 구멍에 들어갈 정도로 작은 연마 입자를 사용할 수도 있다.
감압성 접착제를 갖는 가요성 기재와 같이, 연마 입자들을 적어도 일시적으로나마 고정시키기에 충분한 점착성을 갖는 물질로 접착제층(92, 94 및 96)을 만들 수 있다. 접착제를 갖는 기재는 당해 분야에 잘 공지되어 있다. 접착제는 제조공정 동안에 연마 입자들을 고정시킬 수 있어야 하고, 바람직하게는 소결 단계 동안에 재를 남기지 않고 소각될 수 있어야 한다. 사용가능한 접착제의 예는 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 캄파니(Minnesota Mining and Manufacturing Company)로부터 시판되는 북 테이프 895호(Book Tape #895)로 통칭되는 감압성 접착제이다.
본 발명의 융합 연마재를 절삭용 및 연마용 휠에 사용할 수 있다. 도 5는 본 발명의 융합 연마재를 포함하는 절삭용 또는 연마용 휠(110)의 한 실시양태의 투시도이다. 휠(110)은 실질적으로 원통형이고, 본 발명의 융합 연마재(112)를 바람직하게는 제 1 지지판(114)과 제 2 지지판(116) 사이에 끼워진 상태로 포함한다. 융합 연마재(112)는 단일 원통형 덩어리로 이루어질 수 있고, 원주 방향으로 연장되는 아치형 단편(예를 들면, 도 1을 참조) 여러개로 이루어질 수도 있다. 융합 연마재(112)는 융합 금속 매트릭스(120)에 분산된 다수의 연마 입자(118)를 포함한다. 연마 입자(118)는 각각 접착-개선 외부 금속 코팅(도시되지 않음)을 포함한다. 융합 금속 매트릭스(120)는 결합 금속 및 유효량의 산소 제거 금속을 포함한다. 연마 입자(118)는 금속 매트릭스(120)내에 불규칙적으로 또는 규칙적으로(예를 들면, 연마 입자의 평면층에) 분포할 수 있다는 것을 알아야 한다. 도 5에서, 금속-코팅된 연마 입자는 금속 매트릭스내에 불규칙적으로 분포한다. 절삭용 및 연삭용 휠에 있어서 연마 입자의 다양한 분포 및 배향이 1999년 2월 24일 출원된세세나(Cessena) 등의 미국 특허 출원 제 09/256,837 호에 보고되어 있다.
소결 연마재(112)의 외부 연마면(124)은 휠(110)의 원주 표면(126) 방향으로 연장되는 실질적으로 원통형인 띠이다. 휠(110)은 그 중앙에 휠(110)을 완전히 관통하는 구멍(128)을 갖는다. 이 구멍(128)이 있어서 휠(110)을 회전 샤프트(도시되지 않음)에 끼워넣을 수 있고 휠이 그 샤프트 주위로 회전할 수 있게 된다. 따라서, 구멍(128)에 끼워진 회전 샤프트는 휠(110)의 회전축(111)을 따라 연장된다. 중앙 샤프트(도시되지 않음)를 갖는 실질적으로 원형인 마운팅 플레이트(mounting plate)(도시되지 않음)를 마운팅홀(mounting hole)(130)을 통해 휠(110)에 부착시키는 방법으로 휠(110)을 회전 샤프트에 부착시킬 수도 있다. 회전 샤프트상에서 또는 회전 샤프트에 의해 휠(110)을 회전시킴으로써, 작업편을 휠(110)의 원주 표면(126)에 대해 고정시켜 연마면(124)에 의해 연마되게 함으로써 작업편을 적당히 성형, 연마 또는 절삭할 수 있다.
다음 비제한적 예를 통해 본 발명을 추가로 설명하고자 한다. 실시예에서 언급된 모든 부, 퍼센트, 비 등은 달리 언급이 없는 한 중량 기준이다.
시판되는 금속 분말을 혼합하여 표 2에 나타낸 바와 같은 슬러리 조성물을 만들었다. 슬러리를 만드는데 사용된 금속 분말은 중위입경(median particle size)이 약 50㎛이고, 미국 위스콘신주 쿠다키 소재의 루카스 밀하우프트 인코포레이티드 및 미국 미시간주 매디슨 소재의 월 콜모니에서 시판되는 것이다. 폴리비닐 부티랄은 미국 미주리주 세인트루이스 소재의 솔루시아 인코포레이티드(SolutiaInc.)에서 "BUTVAR B-76"라는 상표로 시판되는 것이다. 샌티사이저 160(Santicizer 160)은 미국 미주리주 세인트루이스 소재의 솔루시아 인코포레이티드에서 시판되는 것이다.
물질명 함량(중량부)
구리 39.23
철 32.01
니켈 9.16
주석 3.97
크롬 2.83
붕소 0.40
실리카 0.51
텅스텐 카바이드 10.92
코발트 0.78
인 0.20
유기물질
메틸에틸케톤 11.58
폴리비닐 부티랄 1.43
샌티사이저 160 0.65
실시예 1 내지 3
실시예 1 내지 3에서는, 표 3에 명시된 기본 슬러리 조성물에 다음과 같이 다양한 양의 알루미늄 분말을 첨가함으로써, 기본 슬러리 조성물을 개질하였다.
슬러리 1: 유기물질을 제외한 슬러리의 총중량을 기준으로 알루미늄 분말 0.25중량%를 첨가함
슬러리 2: 유기물질을 제외한 슬러리의 총중량을 기준으로 알루미늄 분말 0.50중량%를 첨가함
슬러리 3: 유기물질을 제외한 슬러리의 총중량을 기준으로 알루미늄 분말 1중량%를 첨가함
슬러리 A: 알루미늄 분말을 전혀 첨가하지 않음
사용된 알루미늄 분말은 미국 뉴저지주 페어 론 소재의 피셔 사이언티픽 캄파니(Fisher Scientific Company)에서 "알루미늄 메탈, 파이니스트 파우더, A-559(ALUMINUM METAL, FINEST POWDER, A-559)"라는 상표로 시판되고 있는 것이었다. 테이프의 두께를 조절하기 위한 나이프 코터를 사용하여 슬러리 1 내지 3 및 슬러리 A를 주조시켜 금속테이프를 만들었다. 슬러리를 폴리에스테르 릴리스 라이너(release liner)상에 주조시켰다. 용매를 증발시킨 후 측정한 금속테이프의 최종 면적밀도(areal density)는 약 0.75g/in2(0.116g/㎠)이었다.
다이아몬드/테이프 적층체를 만들기 위해 우선 감압성 접착테이프를 강선망의 한쪽면에 붙였다. 강선망은 1인치당 약 165개의 강선(1㎝당 65개 강선)을 가졌고 0.019인치(0.483㎜)의 강선으로 만들어졌다. 접착테이프는 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 캄파니에서 "845 북 테이프(845 BOOK TAPE)"라는 상표로 시판되는 것이었다. 다이아몬드 연마 입자 한개씩이 강선망의 각 구멍에 들어가서 접착테이프의 접착면에 붙도록 다이아몬드 연마 입자를 강선망위에 떨어뜨렸다. 연마 입자는 두께가 약 1㎛인 티탄 외부 코팅을 갖는 다이아몬드로 이루어졌다. 다이아몬드 연마 입자는 크기가 약 170/200 U.S.Std Mesh였고, 미국 오하이오주 워딩톤 소재의 제네랄 일렉트릭 캄파니에서 "MBG-640TI"라는 상표로 시판되는 것이었다. 강선망 구멍에서 벗어나는 다이아몬드 연마 입자는 제거하였다.
다이아몬드 입자를 접착테이프에 붙인 후, 강선망을 테이프로부터 떼어내서다이아몬드가 테이프위에 정사각형 배열로 붙어있는 적층체를 얻었다. 이어서 이 다이아몬드/테이프 적층체를 전술된 주조금속테이프의 한쪽 주표면과 접촉시켰다. 주조금속테이프의 다른쪽 주표면을 두께가 0.010in(0.254㎜)인 구리금속층과 접촉시켰다. 이렇게 해서 각 샘플은 다이아몬드층 하나, 금속테이프층 하나 및 구리금속층 하나로 이루어지게 된다.
비교예 B 물질 및 실시예 4 물질을, 구리(II)옥사이드 분말로 도핑시킴으로써 제조하였다. 구리(II)옥사이드 분말을 도핑시키는 것은, 소결전 산소를 조성물내로 유입시킴으로써 소결 금속 매트릭스내의 티탄-코팅된 다이아몬드 연마 입자의 접착에 대한 산소의 유해 효과를 보여주기 위한 것이다.
비교예 B
비교예 B 물질을, 비교예 A 물질의 제조 방법을 다음과 같이 변형시킨 방법으로 제조하였다. 비교예 A 물질과 같이 다이아몬드/테이프 적층체를 만든 후, 적층체에 구리(II)옥사이드 분말을 뿌려서 이 구리(II)옥사이드 분말이 테이프의 노출된 접착면에 붙게 하였다. 과량의 분말은 제거하였다.
실시예 4
실시예 4 물질을, 비교예 A 물질의 제조 방법을 다음과 같이 변형시킨 방법으로 제조하였다. 비교예 A 물질과 같이 다이아몬드/테이프 적층체를 만든 후, 적층체에 구리(II)옥사이드와 알루미늄 분말의 혼합물을 뿌렸다. 이 혼합물은, 알루미늄 20g과 구리(II)옥사이드 108g을 볼-분쇄(ball milling)시켜 제조한 것이었다. 이 혼합물은 구리(II)옥사이드를 구리로 환원시키는데 필요한 화학양론학적 양보다약 50% 많은 양의 알루미늄으로 구성된 것이었다. 테이프의 노출된 접착면에 구리(II)옥사이드 분말과 알루미늄의 혼합물을 접착시켰다. 과량의 분말은 제거하였다.
실시예 1 내지 4 물질 및 비교예 A 및 B 물질을 쌓아올리되, 각 샘플들 사이사이에는 두께가 0.25in(0.365㎝)인 흑연판을 넣었다. 이어서 샘플 6개와 흑연판으로 구성된 스택을 오븐속 유압소결프레스(hydraulic sintering press)에 넣었다. 이어서 스택을 표 3에 나타낸 소결 조건에 따라 공기중에서 소결시켰다.
시간(초) 온도(℃) 압력(㎏/㎠)
0 20 0
550 420 100
730 420 100
950 550 100
1130 550 100
1210 590 100
1240 590 100
1750 880 200
2110 880 200
2430 1007 200
2790 1007 200
2970 870 250
3330 850 400
시험방법 1: 로커 드럼 시험
고압에서 연마재를 시험하도록 고안된 로커 드럼 시험기를 사용하여 실시예 및 비교예의 소결 연마재를 시험하였다. 로커 드럼 시험기는 직경이 13in이고 너비가 16in인, 모터에 의해 구동되는 드럼을 포함하였다. 이 드럼은 편심링크(eccentric link)를 통해 모터에 의해 구동되며, 드럼은 전후방향으로 5.5in(13.97㎝)의 거리만큼 진동(회전)한다. 전후방향으로 진동하는데 걸리는 시간(1사이클)은 1초이다. 연마재 샘플 4개를 드럼 표면에 붙이고, 각 시험작업편을 샘플에 맞대고 서로 분리된 피벗암(pivot arm) 4개로 고정시켰다. 각 샘플에 용수배관을 공급하여 각 샘플의 표면위에 냉각수가 서서히 흐르게 하였다. 1000 사이클마다 각 샘플위를 흐르는 물이 약 1갤론이 되도록 냉각수 유속을 조정하였다.
실시예 4 및 비교예 B 물질을 시험방법 1의 로커 드럼 시험을 사용하여 1000사이클에 대해 수행하였다. 사용한 작업편은 0.1875in(0.476㎝) 정사각형 강철막대로서 이를 샘플 표면에 수직으로 고정시켰다. 8lb(3.63㎏) 분동을 사용하여 작업편을 샘플에 맞대고 눌렀다. 로커 드럼 시험후, 각 연마재 샘플의 표면위에는 마모선이 나타났다.
로커 드럼 시험후, 실시예 4 및 비교예 B 연마재를 육안 관찰 평가하였다. 비교예 B 물질위에 나타난 마모선은 실시예 4 물질위에 나타난 마모선보다 훨씬 더 밝았다. 마모선이 더 밝다는 사실은 로커 드럼 시험동안에 더 많은 연마 입자들이 샘플로부터 떨어져나갔다는 것을 의미한다. 샘플 사진을 1.4배율로 촬영하였다. 도 6 및 7은 각각 비교예 B 물질과 실시예 4 물질의 디지탈 이미지이다. 각 도면에서 마모선은 130으로 표시되어 있다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 A 물질을 로커 드럼 시험을 사용하여 1000사이클에 대해 시험하였다. 사용한 작업편은 0.1875in(0.476㎝) 정사각형 강철막대로서 이를 연마재 표면에 수직으로 고정시켰다. 8lb(3.63㎏) 분동을 사용하여 작업편을 샘플에 맞대고 눌렀다. 이어서 작업편에 두번째 마모선이 생기게 연마재 위치를 바꾸었다. 이어서 10lb(4.54㎏) 분동을 사용하여 로커 드럼 시험을 3000사이클에대해 수행하였다. 이렇게 얻은 샘플의 사진을 1.4배율로 촬영하였다.
마모선을 현미경 관찰한 결과, 마모선에는 샘플 표면으로부터 다이아몬드가 떨어져나간 작은 영역이 있음을 볼 수 있었다. 마모선이 밝은 것은 다이아몬드가 떨어져나간 후 금속이 매끄럽게 마모되었기 때문이다. 도 8 내지 11은 각각 비교예 A 물질과 실시예 1 내지 3 물질의 디지탈 이미지이다. 각 도면에서 마모선은 140으로 표시되어 있다. 비교예 A 물질(도 8)은 가장 마모가 많이 되었다. 실시예 1 내지 3(각각 도 9 내지 11)은 각각 알루미늄 첨가량이 증가됨에 따라 마모가 덜 되었다.
시험방법 2: 물분사침식(Water Jet Erosion) 시험
고압 물분사기(water jet)를 사용해서 실시예 및 비교예의 연마재로부터 다이아몬드 연마 입자가 떨어져나가게 하였다. 각 샘플로부터 떨어져나간 연마 입자의 수를 사용해서 연마재의 소결 금속 매트릭스와 연마 입자간의 접착력을 측정하였다.
고압 물분사기는 미국 텍사스주 포트 워쓰 소재의 로메로 엔지니어링 인코포레이티드(Romero Engineering Inc.)에서 "RE 2000 NT CNC"라는 상표로 시판되는 물분사기를 포함하였다. 이 물분사기는 미국 캔자스주 이너솔-랜드 캄파니 워터 제트 시스템즈(Inersoll-Rand Co., Water Jet Systems)에서 "SV-IV 인텐서파이어(intensifier)"라는 상표로 시판되는 증압기(pressure intensifier)와 연결되어 있었다. 물은, 미국 미네소타주 미네아폴리스 소재의 제트 엣지(Jet Edge)에서 시판되는 4노즐 공압식 자동 스위블헤드(four nozzle pneumatic roboticswivel head)를 통해 샘플로 전달되었다. 시험이 진행되는 동안, 스위블헤드는 약 1800rpm으로 회전하였다. 물분사기로부터 분사되는 물의 유속은 44000psi(303MPa)에서 1분당 약 1갤론이었다.
각 샘플에 대해 2번 물분사하였다. 이 물분사 과정동안 스위블헤드를 샘플 표면에서 2.5in(6.35㎝) 떨어진 곳에 위치시켰다. 각 물분사동안, 물을 샘플위 약 1in(2.54㎝) 영역에 분사하였다. 두번째 물분사에서는 첫번째 물분사했던 영역을 제외한 영역에 물분사하였다. 첫번째 물분사는 1분당 50in(127㎝/분)로 수행하였으며, 이 물분사로는 많은 양의 다이아몬드 연마 입자가 떨어져나오지 않았다. 두번째 물분사는 1분당 15in(38.1㎝/분)로 수행하였다. 이 물분사로는 많은 양의 다이아몬드 연마 입자가 연마재로부터 떨어져나왔다. "니콘 SMZ-2T 스테레오-줌(NIKON SMZ-2T STEREO-ZOOM)"이라는 상표로 시판되는 현미경으로 샘플 표면 사진을 촬영하였다.
10 내지 63배율을 갖는 현미경으로 샘플 사진을 촬영하고 이를 육안 관찰함으로써 물줄기에 의해 떨어져나간 다이아몬드 연마 입자의 수를 세었다. 각 샘플 표면의 사진을 일정 배율로 촬영하였으며, 사진에 나타난 다이아몬드 연마 입자의 수를 세었다. 처음 샘플에 있었던 다이아몬드 연마 입자의 정사각형 배열을 이용하여 각 샘플의 다이아몬드 연마 입자수를 비교하였다. 그 결과를 표 4에 나타내었다.
샘플의 연마 입자수 연마 입자 고정률(비교물질에 대한 증가율(%))
비교예 A 93 100%(실시예 1 내지 3에 대한 비교물질)
실시예 1 131 141%
실시예 2 141 152%
실시예 3 148 159%
비교예 B 40 100%(실시예 4에 대한 비교물질)
실시예 4 85 213%`
본원에서 개시된 특허 및 특허 출원은 개별적으로 본원에서 참고로 인용되었다. 전술된 내용은 본 발명을 예시하기 위한 것이지 제한하려는 것은 아님을 알아야 한다. 당해 분야의 숙련자들이라면, 본 발명의 범주 및 개념에서 벗어나지 않게 전술된 내용을 숙지하여 본 발명을 다양하게 개조 및 변형할 수 있다는 것을 명백하게 알 것이며, 본 발명을 본원에서 예시된 실시양태에 의해서 부당하게 제한해서는 안된다는 것도 알아야 한다.

Claims (34)

  1. 각각 금속을 포함하는 접착-개선(adhesion-promoting) 외부 코팅을 갖는 연마 입자를 포함하는 다수의 금속-코팅된 연마 입자; 및
    결합 금속과 유효량의 산소 제거 금속(oxygen scavenger metal)을 포함하는 융합 금속 매트릭스(fused metal matrix)
    를 포함하며, 상기 금속-코팅된 연마 입자는 금속-코팅된 연마 입자들을 서로 결합시키는 융합 금속 매트릭스내에 분포되어 있는 융합 금속 매트릭스 연마재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 매트릭스 연마재가 특정 온도 및 압력에서 융합되고, 이 특정 온도 및 압력에서의 산소 분압을 엘링함 도표(Ellingham diagram)에 의해 결정할 때, 산소 제거 금속의 산소 분압이 연마 입자상의 접착-개선 코팅 금속의 산소 분압보다 작은 융합 금속 매트릭스 연마재.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 매트릭스 연마재가 특정 온도 및 압력에서 융합되고, 이 특정 온도 및 압력에서의 산화 반응 깁스 자유 에너지(Gibbs free energy)를 엘링함 도표에 의해 결정할 때, 산소 제거 금속의 산화 반응 깁스 자유 에너지가 연마 입자상의 접착-개선 코팅 금속의 산화 반응 깁스 자유 에너지보다 작은 융합 금속 매트릭스 연마재.
  4. 제 1 항에 있어서, 연마 입자가 다이아몬드, 입방정 보론 니트라이드 또는 이들의 혼합물을 포함하는 융합 금속 매트릭스 연마재.
  5. 제 4 항에 있어서, 접착-개선 외부 금속 코팅이 티탄을 포함하고, 산소 제거 금속이 알루미늄, 칼슘, 마그네슘, 티탄, 지르코늄 또는 이들의 조합을 포함하는 융합 금속 매트릭스 연마재.
  6. 제 4 항에 있어서, 접착-개선 외부 금속 코팅이 지르코늄을 포함하고, 산소 제거 금속이 알루미늄, 칼슘, 마그네슘, 망간, 규소, 티탄, 지르코늄 또는 이들의 조합을 포함하는 융합 금속 매트릭스 연마재.
  7. 제 4 항에 있어서, 접착-개선 외부 금속 코팅이 티탄, 크롬 또는 이들의 합금을 포함하는 융합 금속 매트릭스 연마재.
  8. 제 4 항에 있어서, 산소 제거 금속이 알루미늄, 칼슘, 마그네슘, 망간, 규소, 티탄, 지르코늄 또는 이들의 조합을 포함하는 융합 금속 매트릭스 연마재.
  9. 제 4 항에 있어서, 연마 입자가 티탄을 포함하는 접착-개선 외부 코팅을 갖는 다이아몬드를 포함하고, 산소 제거 금속이 융합 금속 매트릭스의 약 0.1 내지 10중량%의 양으로 존재하는 알루미늄을 포함하는 융합 금속 매트릭스 연마재.
  10. 제 4 항에 있어서, 산소 제거 금속이 융합 금속 매트릭스의 약 0.1 내지 10중량%를 차지하는 융합 금속 매트릭스 연마재.
  11. 제 4 항에 있어서, 결합 금속이 청동, 코발트, 텅스텐, 구리, 철, 니켈, 주석, 크롬 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 융합 금속 매트릭스 연마재.
  12. 제 4 항에 있어서, 연마 입자가 융합 금속 매트릭스내에 불규칙적으로 분포하는 융합 금속 매트릭스 연마재.
  13. 제 4 항에 있어서, 연마 입자가 융합 금속 매트릭스내에 규칙적으로 분포하는 융합 금속 매트릭스 연마재.
  14. 제 13 항에 있어서, 연마 입자가 금속 매트릭스내의 연마 입자의 실질적으로 평행한 평면층에 집중 분포되는 융합 금속 매트릭스 연마재.
  15. 제 1 항에 있어서, 금속 매트릭스가 소결, 땜질, 용융, 함침 또는 이들의 조합에 의해 융합되는 융합 금속 매트릭스 연마재.
  16. 제 1 항의 융합 연마재 하나 이상을 포함하는 연마용 휠.
  17. (a) 다수의 금속-코팅된 연마 입자, 결합 금속 분말 및 유효량의 산소 제거 금속 분말을 포함하는 융합 조성물을 제공하는 단계; 및
    (b) 단계(a)의 융합 조성물을 소결, 땜질, 용융 또는 함침시킴으로써 융합시키는 단계
    를 포함하는, 제 1 항의 융합 금속 매트릭스 연마재의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 단계(a)의 산소 제거 금속이 실질적으로 순수한 형태인 융합 금속 매트릭스 연마재의 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 산소 제거 금속이 약 95중량% 이상의 산소 제거 금속을 포함하는 형태인 융합 금속 매트릭스 연마재의 제조 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 산소 제거 금속이 약 99중량% 이상의 산소 제거 금속을 포함하는 형태인 융합 금속 매트릭스 연마재의 제조 방법.
  21. 제 17 항에 있어서, 융합 단계가 약 700 내지 1100℃의 온도에서 소결시킴을 포함하는 융합 금속 매트릭스 연마재의 제조 방법.
  22. 제 17 항에 있어서, 융합 조성물이 추가로 결합제를 포함하는 융합 금속 매트릭스 연마재의 제조 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 결합제가 폴리비닐 부티랄인 융합 금속 매트릭스 연마재의 제조 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 결합 금속 분말과 산소 제거 금속 분말을 제 1 주표면(major surface)과 제 2 주표면을 갖는 결합 물질층 형태로 제공하고, 연마 입자를 이 결합 물질층의 하나 이상의 주표면상에 분포시킴으로써 융합 조성물을 형성하는 융합 금속 매트릭스 연마재의 제조 방법.
  25. 제 22 항에 있어서, 연마 입자를 결합 물질층의 주표면상에 규칙적으로 분포시키는 융합 금속 매트릭스 연마재의 제조 방법.
  26. 제 17 항에 있어서, 단계(a)가
    (a) 금속 분말, 유효량의 산소 제거 금속 및 결합제를 포함하는 시트 형태의 결합 물질층을 제공하는 단계,
    (b) 제 1 주표면, 제 2 주표면 및 제 1 주표면으로부터 제 2 주표면으로 연장되는 다수의 구멍을 갖는 다공성 시트 물질을 제공하는 단계,
    (c) 이 다공성 시트 물질의 한 주표면에 접착테이프를 붙이는 단계,
    (d) 다공성 물질의 적어도 몇개의 구멍속에 금속-코팅된 연마 입자를 넣어집합체(assembly)를 형성하는 단계, 및
    (e) 단계(d)의 집합체를 단계(a)의 결합 물질층의 하나 이상의 주표면과 접촉시켜 융합 조성물을 제조하는 단계
    를 포함하는, 융합 금속 매트릭스 연마재의 제조 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, (f) 단계(e)의 융합 조성물 2 내지 10000개를 쌓아올리는 단계를 추가로 포함하는 융합 금속 매트릭스 연마재의 제조 방법.
  28. 제 26 항에 있어서, (f) 다공성 시트 물질로부터 접착테이프를 떼어내는 단계를 추가로 포함하는 융합 금속 매트릭스 연마재의 제조 방법.
  29. 제 17 항에 있어서, 연마 입자가 다이아몬드, 입방정 보론 니트라이드 또는 이들의 혼합물을 포함하는 융합 금속 매트릭스 연마재의 제조 방법.
  30. 제 17 항에 있어서, 산소 제거 금속이 알루미늄, 칼슘, 마그네슘, 망간, 규소, 티탄, 지르코늄 또는 이들의 조합을 포함하는 융합 금속 매트릭스 연마재의 제조 방법.
  31. 제 17 항에 있어서, 연마 입자상의 금속 코팅이 티탄, 크롬 또는 이들의 혼합물을 포함하는 융합 금속 매트릭스 연마재의 제조 방법.
  32. 제 17 항에 있어서, 산소 제거 금속 분말이 융합 조성물의 약 0.1 내지 10중량%를 차지하는 융합 금속 매트릭스 연마재의 제조 방법.
  33. 제 17 항에 있어서, 결합 금속 분말이 청동, 코발트, 텅스텐, 구리, 철, 니켈, 주석, 크롬, 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함하는 융합 금속 매트릭스 연마재의 제조 방법.
  34. 다수의 티탄-코팅된 다이아몬드 연마 입자; 및
    결합 금속과 0.1 내지 1중량%의 알루미늄을 포함하는 융합 금속 매트릭스를 포함하며, 상기 티탄-코팅된 다이아몬드 연마 입자는 연마 입자들을 서로 결합시키는 융합 금속 매트릭스내에 분포되어 있는 융합 금속 매트릭스 연마재 하나 이상을 포함하는 연마용 휠.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9368786B2 (en) 2010-08-13 2016-06-14 Samsung Sdi Co., Ltd. Positive active material and lithium battery including the same

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6575353B2 (en) * 2001-02-20 2003-06-10 3M Innovative Properties Company Reducing metals as a brazing flux
KR100472642B1 (ko) * 2003-03-15 2005-03-10 일진디스플레이(주) 소결공구용 다이아몬드 입자와 그 제조방법 및 이를사용한 소결공구
US7073496B2 (en) * 2003-03-26 2006-07-11 Saint-Gobain Abrasives, Inc. High precision multi-grit slicing blade
US7350599B2 (en) 2004-10-18 2008-04-01 Smith International, Inc. Impregnated diamond cutting structures
GB0426143D0 (en) * 2004-11-26 2004-12-29 Element Six Ltd Rigid three-dimensional components
US7866419B2 (en) 2006-07-19 2011-01-11 Smith International, Inc. Diamond impregnated bits using a novel cutting structure
EP1923175A1 (en) * 2006-11-15 2008-05-21 Cedric Sheridan Intermediate product for use in the production of abrading or cutting tools
ATE467671T1 (de) * 2006-09-01 2010-05-15 Cedric Sheridan Zwischenprodukt für die herstellung für schleif- oder schneidwerkzeuge
WO2008097358A2 (en) * 2006-09-12 2008-08-14 Jamin Micarelli Lightweight armor composite, method of making same, and articles containing the same
US8517125B2 (en) 2007-05-18 2013-08-27 Smith International, Inc. Impregnated material with variable erosion properties for rock drilling
GB2450177B (en) * 2007-05-18 2010-07-28 Smith International Impregnated material with variable erosion properties for rock drilling and the method to manufacture
US8894731B2 (en) * 2007-10-01 2014-11-25 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Abrasive processing of hard and /or brittle materials
WO2010002832A2 (en) * 2008-07-02 2010-01-07 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Abrasive slicing tool for electronics industry
WO2011049479A1 (en) * 2009-10-21 2011-04-28 Andrey Mikhailovich Abyzov Composite material having high thermal conductivity and process of fabricating same
FR2979845B1 (fr) * 2011-09-09 2015-02-13 Saint Gobain Meule de faconnage pour verre plat
GB201119329D0 (en) * 2011-11-09 2011-12-21 Element Six Ltd Method of making cutter elements,cutter element and tools comprising same
WO2013191656A1 (en) * 2012-06-20 2013-12-27 Agency For Science, Technology And Research A layer arrangement and a wafer level package comprising the layer arrangement
GB201215469D0 (en) * 2012-08-30 2012-10-17 Element Six Ltd Diamond constructions, tools comprising same and method for making same
US9856702B2 (en) 2013-09-18 2018-01-02 Smith International, Inc. Cutting element for a downhole tool
WO2016033080A1 (en) * 2014-08-26 2016-03-03 Nano Materials International Corporation Aluminum diamond cutting tool
GB201701902D0 (en) * 2017-02-06 2017-03-22 Element Six Gmbh Coated super hard particles and composite materials made from coated superhard particles
US11383350B2 (en) * 2017-02-28 2022-07-12 3M Innovative Properties Company Metal bond abrasive articles and methods of making metal bond abrasive articles
CN109822452B (zh) * 2019-03-29 2020-04-03 深圳市宏通新材料有限公司 多孔金属基金刚石研磨抛光板

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB516474A (en) 1937-06-28 1940-01-03 Carborundum Co Improvements in or relating to metal bonded abrasive articles
US2746888A (en) 1952-07-05 1956-05-22 Du Pont Method of forming titanium coating on refractory body
US3293012A (en) 1962-11-27 1966-12-20 Exxon Production Research Co Process of infiltrating diamond particles with metallic binders
US3588992A (en) 1967-06-16 1971-06-29 Toyoda Machine Works Ltd Manufacturing process for a metal bonded porous substance, particularly a tool made of said substance
US3650714A (en) 1969-03-04 1972-03-21 Permattach Diamond Tool Corp A method of coating diamond particles with metal
US3850590A (en) * 1970-09-28 1974-11-26 Impregnated Diamond Prod Ltd An abrasive tool comprising a continuous porous matrix of sintered metal infiltrated by a continuous synthetic resin
JPS5768287A (en) 1980-10-16 1982-04-26 Kobe Steel Ltd Production of composite material
US4457113A (en) 1982-02-24 1984-07-03 Super-Cut, Inc. Protected super-abrasive grinding tool
US4738689A (en) 1984-03-20 1988-04-19 General Electric Company Coated oxidation-resistant porous abrasive compact and method for making same
WO1986001433A1 (en) 1984-08-24 1986-03-13 The Australian National University Diamond compacts and process for making same
JPH01122908A (ja) * 1987-11-06 1989-05-16 Showa Denko Kk 立方晶窒化ほう素の表面に金属チタンを被覆する方法
US5024680A (en) 1988-11-07 1991-06-18 Norton Company Multiple metal coated superabrasive grit and methods for their manufacture
US4925457B1 (en) 1989-01-30 1995-09-26 Ultimate Abrasive Syst Inc Method for making an abrasive tool
US5024860A (en) 1989-05-24 1991-06-18 Ethyl Corporation Rocket motor insulation using phosphonitrilic elastomeric compositions
US5126207A (en) 1990-07-20 1992-06-30 Norton Company Diamond having multiple coatings and methods for their manufacture
US5380390B1 (en) 1991-06-10 1996-10-01 Ultimate Abras Systems Inc Patterned abrasive material and method
HUT62831A (en) 1991-09-12 1993-06-28 Gen Electric Method for producing covered cubed leather-nitride abrasive grain, abrasive grain and grinding tool by using the same
JPH05177549A (ja) * 1991-10-07 1993-07-20 Mitsubishi Materials Corp 複合超砥粒および砥石製造方法
US5232469A (en) 1992-03-25 1993-08-03 General Electric Company Multi-layer metal coated diamond abrasives with an electrolessly deposited metal layer
US5250086A (en) 1992-03-25 1993-10-05 General Electric Company Multi-layer metal coated diamond abrasives for sintered metal bonded tools
ZA941116B (en) * 1993-03-05 1994-08-30 Smith International Polycrystalline diamond compact
US5346719A (en) 1993-08-02 1994-09-13 General Electric Company Tungsten metallization of CVD diamond
ZA9410384B (en) 1994-04-08 1996-02-01 Ultimate Abrasive Syst Inc Method for making powder preform and abrasive articles made therefrom
JP3866305B2 (ja) 1994-10-27 2007-01-10 住友電工ハードメタル株式会社 工具用複合高硬度材料
US5697994A (en) 1995-05-15 1997-12-16 Smith International, Inc. PCD or PCBN cutting tools for woodworking applications
US5725421A (en) 1996-02-27 1998-03-10 Minnesota Mining And Manufacturing Company Apparatus for rotative abrading applications
DE69712075T2 (de) 1996-09-04 2002-11-14 Anglo Operations Ltd Herstellung eines metallgebundenen schleifkörpers
JP3135517B2 (ja) * 1997-03-11 2001-02-19 愛知県 超砥粒メタルボンド砥石の製造方法
US6039641A (en) 1997-04-04 2000-03-21 Sung; Chien-Min Brazed diamond tools by infiltration
US6110031A (en) 1997-06-25 2000-08-29 3M Innovative Properties Company Superabrasive cutting surface

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9368786B2 (en) 2010-08-13 2016-06-14 Samsung Sdi Co., Ltd. Positive active material and lithium battery including the same

Also Published As

Publication number Publication date
CA2388457C (en) 2008-10-21
JP2003510193A (ja) 2003-03-18
AU4064700A (en) 2001-04-30
JP4611590B2 (ja) 2011-01-12
US6416560B1 (en) 2002-07-09
EP1218556B1 (en) 2004-06-23
CA2388457A1 (en) 2001-04-05
EP1218556A1 (en) 2002-07-03
KR100769745B1 (ko) 2007-10-23
WO2001023630A1 (en) 2001-04-05

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