KR20050040934A

KR20050040934A - 용융 브레이즈-코팅된 초정밀연마 입자와 연마 방법

Info

Publication number: KR20050040934A
Application number: KR1020057003744A
Authority: KR
Inventors: 치엔 민 성
Original assignee: 치엔 민 성
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2005-05-03
Also published as: AU2003275170A1; WO2004029310A3; US7261752B2; EP1545837A2; JP2006500462A; WO2004029310A2; US20050230155A1; EP1545837A4; AU2003275170A8; CN1684801B; CN1684801A

Abstract

초정밀연마 입자에 화학적으로 결합되는 응고된 용융 브레이즈 합금 코팅(15)으로 코팅된 초정밀연마 입자(10)가 개시되어 설명되고 있다. 한 양태에서, 반응 금속 합금은 초정밀연마 입자의 약 80% 이상의 외부 표면에 화학적으로 결합된다. 이러한 초정밀연마 입자의 다양한 제조 방법 및 용도가 추가적으로 개시되어 설명되어 있다.

Description

용융 브레이즈-코팅된 초정밀연마 입자와 연마 방법 {MOLTEN BRAZE-COATED SUPERABRASIVE PARTICLES AND ASSOCIATED METHODS}

본원 발명은 초정밀연마 물질을 결합하는 장치와 그 제조 방법, 그리고 용도에 관련된다. 따라서 본 발명은 화학, 물리학, 재료과학 분야에 관련된다.

제조 공정의 소재로부터 물질을 제거하는 일반적인 기능을 하는 다양한 연마 공구 및 초정밀연마 공구들이 지난 세기에 걸쳐 개발되어왔다. 소잉(sawing), 드릴링(drilling), 폴리싱(polishing), 클리닝(cleaning), 카빙(carving), 그라인딩(grinding)과 같은 행위들은 모두 다양한 산업에 기본이 되어왔던 물질 제거 공정의 예이다.

특정 물질을 제거하는 수많은 공구들에는 초정밀연마 공구들이 사용될 필요가 있다. 이러한 경우에, 전통적인 연마 공구들은 공정 소재의 특성 또는 공정이 가동되는 환경을 이유로 사용되지 못할 수 있다. 예를 들어, 가능한 경우 전통적인 금속 톱날을 사용하여 돌이나 타일, 시멘트 등을 자르는 작업을 하려할 때는 가끔 엄청난 비용이 들게 된다. 또한 초정밀연마 공구들의 뛰어난 내구성으로 인하여 초정밀연마 공구로 물질을 제거하면 작업의 수행능력 및 경제성이 증가될 수도 있다.

초정밀연마 물질을 공구에 결합시키는 통상적인 방법의 하나는 초정밀연마 입자로서 사용하는 것이다. 이 경우, 초정밀연마 입자들은 대부분 금속 매트릭스와 같은 매트릭스 안에 임베딩되고(embedded), 상기 입자들을 직접 둘러싸는 매트릭스의 일부에 의해 생성된 기계적인 힘에 의하여 유지된다. 초정밀연마 입자들 주위의 매트릭스를 전기 도금, 소결(sintering), 또는 가압 성형하는 등의 다양한 결합 기술이 알려져 있다. 그러나 초정밀연마 입자 주위의 매트릭스가 초정밀연마 입자보다도 더 무르기 때문에, 매트릭스가 더 빨리 마모되고, 다이아몬드 입자들이 외부에 과다노출 되며, 지지되지 않은 상태로 있게 된다. 결합 기술을 사용하는 동안 다이아몬드 입자들이 빠르게 외부에 과다노출 되고 지지되지 않은 상태로 남게 된다. 결과적으로, 다이아몬드 입자들이 조기에 제거되고, 공구의 수명을 줄이게 된다.

상기 언급한 수명 단축을 해결하고자 수많은 시도가 있어왔다. 그 중에서도 특히 매트릭스에 초정밀연마 입자나 다른 대체 물질들을 화학적으로 결합시키고자 하는 몇몇 기술들이 사용되어 왔다. 이러한 기술들의 주된 초점은 초정밀연마 입자들과 티타늄, 크롬, 텅스텐 등과 같은 금속 매트릭스 간에 카바이드(carbide) 결합을 형성할 수 있는 반응 원소들로 초정밀연마 입자를 코팅하거나 초정밀연마 입자를 이러한 반응 원소들에 접촉시키는 것이다. 이러한 기술을 포함하는 공정의 예는 참고 문헌으로 첨부된 미국 특허 3,650,714, 4,943,488, 5,024,680, 5,030,276호에 기술되어 있다. 그러나 이러한 공정들은 대부분의 초정밀연마 입자들의 비활성이 현저하고, 녹는점이 상당히 높은 등의 다양한 이유로 사용하기 어렵고, 비용이 많이 든다.

또한 대부분의 반응 금속 물질의 녹는점은 대부분의 초정밀연마 물질의 안정 경계 온도(stability threshold temperature)보다 상당히 높다. 이 때문에 초정밀연마재에 반응 물질을 처리하는 방법은 다이아몬드에 손상이 가지 않는 충분히 낮은 온도 하에서 반응이 이루어 질 수 있는 고체 반응 또는 기체 반응에 일반적으로 제한된다. 이러한 공정들에서는 단일 코팅만 할 수 있고, 합금 코팅을 제조할 수는 없다. 이러한 기술을 사용한 카바이드 결합의 결합력은 단순한 물리적 결합 이상으로 입자들의 유지력을 일반적으로 향상시키지만, 초정밀연마 입자를 조기에 떨어져 나가게 한다.

카바이드 결합을 만드는 또 다른 방법은 반응 원소를 포함하고 있는 브레이즈 합금을 사용하는 것이다. 브레이즈 합금은 소결(sintering)에 의해 초정밀연마 입자 주위에 결합된다. 이런 공정형태의 한 예가 참고 문헌으로 첨부된 미국 특허 6,238,280호에 있다. 이러한 공정은 아무런 화학 결합이 없는 초정밀연마 입자보다 그릿(grit) 유지력이 더 큰 공구를 제조할 수도 있으나, 일반적으로 브레이즈 합금을 고체 상태로 소결(sintering)시키는 것은 매트릭스 물질을 결합만 시키고, 고체와 기체 상태의 침적 기술에서 얻을 수 있는 만큼의 화학 결합을 얻지 못한다.

또한, 전통적인 브레이즈의 사용은 제한되는데, 왜냐하면 일반적으로 브레이즈는 공구 바디(body)의 매트릭스 물질로도 사용되기 때문이다. 대부분의 브레이즈 합금은 결합 매개체로 기능함과 동시에 매트릭스 물질로도 기능 하기에는 부적절하다. 이는 결합 매개체 및 매트릭스 각각에 필요한 특수한 성질 때문이다. 예를 들면, 더 많은 카바이드 결합을 얻기 위해서, 일부의 초정밀연마 입자들은 의도한 공구를 제조하기 위해 매우 무른 합금을 필요로 할 수도 있다. 매우 무른 물질로 제조된 매트릭스는 조기에 마모되고, 초정밀연마 입자들을 조기에 손상되게 하므로 매트릭스 물질로 사용하기에는 부적절하다.

이러한 이유로, 향상된 유지력을 나타내는 초정밀연마 입자들과 초정밀연마 공구 그리고 그 제품에 관한 방법은 끊임없는 연구와 개발 노력으로 지속적으로 연구되고 있다.

도 1a. 본원 발명의 한 실시예에 따른 코팅된 초정밀연마 입자의 측면도.

도 1b. 본원 발명의 한 실시예에 따른 코팅된 초정밀연마 입자의 측면도.

도 1c. 본원 발명의 한 실시예에 따른 화학적으로 결합된 초정밀연마 입자들을 가지고 있는 코팅된 초정밀연마 입자의 측면도.

도 2. 본원 발명의 한 실시예에 따른 공구 전구물질의 측면도.

도 3. 본원 발명의 또 다른 실시예에 따른 공구 전구물질의 측면도.

도 4. 본원 발명의 한 실시예에 따라 복수의 전구물질이 야금학적으로 공구에 결합되어 초정밀연마 입자들이 미리 결정된 패턴에 따라 배열되는 초정밀연마 공구의 투시도.

도 5. 다공성 지지 매트릭스 안에 임의적으로 위치한 복수의 코팅된 초정밀연마 입자를 가지는 초정밀연마 공구의 단면도.

도 6. 본원 발명의 한 실시예에 따라 서로 결합되어 있는 복수의 다이아몬드와 기질 층들을 가지는 초정밀연마 공구의 정면도.

도 7. 본원 발명의 한 실시예에 따라 브레이즈 합금에 화학적으로 결합된 복수의 스페이서 입자들과 함께 서로 야금학적으로 결합되어 있는 복수의 브레이즈 코팅된 다이아몬드 입자들을 가지고, 합금 안에 공극을 가지고 있는 초정밀연마 공구의 단면도.

<발명의 요약>

따라서 본원 발명은 향상된 유지력을 가진 초정밀연마 입자의 초정밀연마 공구와 그 공구의 제조 방법을 제공한다. 이러한 공구들의 기본 구성요소로서, 본원 발명은 공구와 결합하여 향상된 유지력을 가지도록 추가적으로 코팅된 초정밀연마 입자를 가지고 있다. 발명의 한 양태에서, 코팅된 초정밀연마 입자는 초정밀연마 입자 및 화학적으로 초정밀연마 입자에 결합되어 있는 용융 브레이즈 합금의 응고 된 코팅을 포함할 수 있다. 이러한 공구에 대해 추가 요소로, 본원 발명은 공구와 결합하는 초정밀연마 공구 전구물질(precursor)을 추가로 가지고 있다. 한 양태에서, 이러한 전구물질은 응고된 용융 브레이즈 합금으로 코팅된 적어도 하나의 초정밀연마 입자로 본질적으로 구성되어 있을 수 있다. 또 다른 양태에서, 이러한 전구물질은 브레이즈 합금 코팅에 의해 야금학적으로 결합된 수많은 코팅 입자들을 포함하고 있다. 이러한 전구물질은 임의의 위치 또는 임의의 구조 내에서 초정밀연마 입자를 포함할 수도 있지만, 또한 미리 결정된 패턴에 따라 배열되어 유지되는 초정밀연마 입자를 가지고 있을 수도 있다.

상기 열거한 구성요소들 뿐만 아니라, 본원 발명의 초정밀연마 공구들은 코팅된 초정밀연마 입자들 또는 공구 전구물질에 야금학적으로 결합된 지지 매트릭스를 포함할 수 있다. 이러한 매트릭스는 경화된 금속 파우더, 고체 금속 기질(substrate)을 포함한 다양한 물질들로부터 제조될 수 있다. 선택은 제조되는 공구의 형태 및 공구가 수행하는 작업과 같은 수많은 요소에 달려있다. 발명의 한 양태에서, 지지 매트릭스는 다공성일 수 있다. 다른 양태에서, 코팅된 초정밀연마 입자 또는 공구 전구물질은 지지 매트릭스에 야금학적으로 결합하여, 초정밀연마 입자는 미리 결정된 패턴에 따라 실질적으로 배열될 수도 있다.

한 실시예에서, 본원 발명에 따른 초정밀 연마 공구는 응고된 용융 브레이즈 합금으로 코팅되고 브레이즈 코팅에 의해 서로 야금학적으로 결합된 수많은 초정밀연마 입자들을 포함하고 있고, 또한 용융된 브레이즈 합금에 화학적으로 결합된 수많은 스페이서(spacer) 입자들을 포함하고 있다. 이러한 공구는 임의의 위치 또는 미리 결정된 패턴에 따라 배열된 위치 중 하나 혹은 모두에 초정밀연마 입자들을 포함할 수 있다. 또한 스페이서(spacer) 입자들은 공구에 결합하기 이전에 응고된 용융 브레이즈 합금으로 코팅될 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다.

본원 발명은 또한 여기서 언급된 초정밀연마 전구물질과 연마공구의 제조 방법 및 용도까지 포함하고 있다. 본원 발명의 한 양태에서, 코팅된 초정밀연마 입자는 다음의 단계에 의해 제조될 수 있다: 용융된 액체 상태의 브레이즈 합금으로 초정밀연마 입자를 씌우는 단계, 그리고 초정밀연마 입자들을 씌운 액체 브레이즈 합금을 응고시키는 단계이다. 합금이 액체 상태이기 때문에, 초정밀연마 입자를 습윤시켜 표면위에 펼 수 있게 된다. 습윤 과정과 합금 구성에 의해 금속과 초정밀연마 입자 사이에 화학결합이 형성된다. 이러한 화학 결합은 일반적으로 전기도금 또는 소결(sintering)에 의한 결합력보다 5배 내지 10배 많은 결합력을 제공한다. 발명의 또 다른 양태에서, 공구 전구물질 제조 방법은 본질적으로 수많은 초정밀연마 입자들을 서로 야금학적으로 결합시키는 단계로 구성되며, 이 초정밀연마 입자들 각각은 응고된 용융 브레이즈 합금으로 코팅되어 있다. 또 다른 양태에서, 초정밀연마 공구 제조 방법은 여기서 언급된 공구 전구물질을 제공하는 단계를 포함할 수도 있고, 지지 매트릭스에 야금학적으로 전구물질을 결합시키는 단계를 포함할 수도 있다.

지금까지 다음에 기술될 발명의 상세한 설명을 잘 이해하고, 본원 발명이 선행 기술에 공헌하는 정도를 쉽게 설명하기 위해, 본원 발명의 다양한 특징들의 개요를 개략적으로 잡아 보았다. 본원 발명의 또 다른 특징들은 다음의 발명의 상세한 설명, 청구범위, 혹은 발명의 실시예를 통하여 더 명확하게 알 수 있을 것이다.

<발명의 상세한 설명>

본원 발명을 개시하기에 앞서, 본원 발명은 특정 입자 구조, 공정 단계, 또는 여기에 개시된 물질들에 제한되지 않는 것으로 이해하면 되지만, 관련 기술 분야의 당업자들에게 알려지게 되면 그 균등물 에까지 확장된다. 또한 여기에서 사용된 전문용어는 특정 실시예를 설명하기 위해서만 사용되며, 발명을 제한하고자 함이 아니다.

특정 실시예와 해당 청구항에서 사용되는 단수형 "a", "an", "the"등은 문맥에서 명확하게 다른 언급을 하지 않는 한 복수를 포함한다는 것을 알아 두어야 한다. 그러므로 예를 들어“다이아몬드 입자”라는 말은 하나 혹은 그 이상의 입자를 의미하는 것이며, “탄소 소재”라는 말은 하나 이상의 탄소 소재를 지칭하고, “반응 물질”이라는 말은 하나 이상의 물질을 의미하는 것이다.

정의

본원 발명을 설명하고 청구항을 정하기 위해, 아래의 정의에 따라 다음의 용어가 사용될 것이다.

여기에서 사용되는 “초강(super hard)”과 “초정밀연마”라는 용어는 호환하여 사용될 수 있으며, 결정질, 또는 다중 결정 물질, 또는 약 4000㎏/㎟ 이상의 빅커 강도(Vicker's hardness)를 가지는 물질들의 혼합물을 일컫는다. 이러한 물질에는 당업자에게 알려져 있는 다른 물질들 뿐 아니라 다이아몬드, 입방정 질화붕소(cBN)등 제한 없이 포함될 수 있다. 초정밀연마 물질이 현저히 비활성을 띠고 다른 물질과 화학 결합을 형성하기 어려우나, 텅스텐, 크롬, 티타늄과 같은 특정 반응 원소들은 특정 온도 하에서 초정밀연마 물질과 화학적으로 반응할 수 있다고 알려져 있다.

여기서 사용되는 “금속성”라는 용어는 금속이나 둘 이상의 금속들의 합금을 말한다. 알루미늄, 구리, 크롬, 철, 스테인레스 강철, 티타늄, 텅스텐, 아연, 지르코늄, 몰리브덴 등과 그들의 합금 및 화합물을 포함하는 폭넓고 다양한 금속 물질들이 당업자에게 알려져 있다.

여기서 사용되는“입자”와 “그릿(grit)"이라는 용어는 호환하여 사용될 수 있으며, 초정밀연마 물질과 관계되어 사용될 때에는 그 물질의 미립자 형태를 의미한다. 이러한 입자들 또는 그릿들은 여러 특정 메쉬(mesh)의 크기 뿐 아니라 원형, 타원형, 사각형, 자형 등의 다양한 형태를 취할 수도 있다. 기술 분야에 알려진 바와 같이 ”메쉬“라는 용어는 미국의 메쉬와 같이 단위 구역 당 공극의 수를 말한다.

여기서 사용되는 “지지 매트릭스”과 “공구 매트릭스”라는 용어는 호환하여 사용될 수 있고, 여기서 언급된 공구 전구물질과 전구물질 원소를 포함하여 코팅된 연마 원소를 수용할 수 있는 물질을 말하는데, 이 물질은 초정밀연마 입자의 용융 브레이즈 합금 코팅에 사용되는 것과는 다른 물질이다. 발명의 일 양태에서 지지 매트릭스는 완전한 공구 바디(body)가 될 수도 있고, 다른 양태에서는 지지 매트릭스가 공구 바디의 일부 혹은 단편만이 될 수도 있다.

여기서 사용되는 “반응 원소”와 “반응 금속”이라는 용어도 호환하여 사용될 수 있으며, 초정밀연마 입자와 화학적으로 반응 할 수 있거나 화학적으로 결합 할 수 있는 금속 원소를 의미한다. 반응 원소의 예에는 지르코늄, 텅스텐과 같은 내화성 원소들을 포함하여 비전이 금속들 및 알루미늄 같은 그 밖의 다른 물질들 뿐 아니라 티타늄, 크롬과 같은 전이 금속들까지 제한 없이 포함될 수 있다. 나아가 기술적으로는 비금속인 실리콘과 같은 특정 원소들도 브레이즈 합금에 있어서의 반응 원소로 포함될 수 있다.

여기서 사용되는 “습윤(wetting)”이라는 용어는 용융된 금속이 초정밀연마 입자의 표면의 적어도 일부를 거쳐 흘러가는 과정을 말한다. 습윤(wetting)은 종종, 적어도 일부는, 용융된 금속의 표면 장력에 의해 생기며, 반응 원소가 존재하면 초정밀연마 입자와 용융된 금속간의 그 경계면에서 화학 결합을 형성하게 한다.

여기서 사용되는 “야금학적 결합”이라는 용어는 둘 이상의 금속 사이의 결합을 말한다. 이러한 결합은 단순한 기계적 고정일 수도 있고, 액체상의 금속과 그의 응결 금속이 서로 얽혀서 만들어지는 것과 같은 금속 사이의 결합이 될 수도 있다.

여기서 사용되는 “화학결합 (chemical bond, chemical bonding)"이라는 용어는 원자들 간의 경계면에서 이원성분의 고체 화합물을 생성할 정도로 충분히 강한 원자들 사이에서 척력을 발휘하는 분자 결합을 말한다. 본원 발명에 관련된 화학 결합들은 다이아몬드 초정밀연마 입자들의 경우 전형적으로 탄화물이나 질화물, 입방정 질화붕소의 경우 붕소화물이다.

여기서 사용되는 “브레이즈 합금”(braze alloy, brazing alloy)이란 용어는 합금과 초정밀연마 입자 사이에 화학 결합을 형성하는데 충분한 양의 반응 원소를 포함하고 있는 합금을 말한다. 합금은 그 안에 반응 원소 용질을 가지고 있는 액체상 혹은 고체상의 금속 운반체(carrier) 용매 중 어느 하나가 될 수도 있다. 또한“브레이즈된”이라는 용어는 초정밀연마 입자와 브레이즈 합금 사이에서 화학 결합이 형성되는 것을 의미한다.

여기서 사용되는 “코팅”(coat, coating, coated)이라는 용어는 초정밀연마 그릿 혹은 입자들에 관한 한, 최초에 반응 금속 혹은 반응 금속 합금과 접촉된 입자의 외부 표면 중 적어도 일부분을 말하며, 입자와 합금 간에 화학 결합을 포함하거나, 반응 금속이나 반응 금속 합금의 액화 및 고화 상태에서 이러한 화학 결합을 포함하는 입자의 외부 표면의 일부분을 말할 수도 있다. 발명의 한 양태에서는, 코팅이 초정밀연마 입자 전체를 실질적으로 에워싸는 층이 될 수도 있다. 이러한 층들은 어떤 경우에는 특정 최소 두께로 제한되는 것으로 알려져 있다. 또한 입자들은 각각 또는 그룹 단위로 코팅되며, 예를 들어, 특정 공구를 형성하는 지지 매트릭스와 조합되는 공구 전구물질을 만들기 위해서는 초정밀연마 입자들을 공구에 결합하기 이전에 분리된 단계로서 코팅을 할 수도 있다. 더욱이, 수많은 코팅 입자들이 추가 연마 입자들과 함께 혹은 추가 연마 입자들 없이 서로 결합 될 수도 있으며, 코팅 입자들은 지지 매트릭스와 결합하지 않고도 본래적으로 그리고 그 자체로 공구로 사용될 수 있다.

여기서 사용되는 “분리물질”이라는 용어는 초정밀연마 입자들을 용융 브레이즈 합금으로 코팅하는 과정동안 분리해 낼 수 있는 물질을 의미한다. 발명의 한 양태에서, 분리물질은 용융된 브레이즈 합금과 화학적으로 반응하지 않는 열저항 파우더일 수도 있다. 다른 양태에서는, 분리물질은 얇은 판, 트레이(tray), 또는 입자를 분리하는 수많은 공극을 가지고 있는 그 밖의 다른 형태 일 수도 있다.

여기서 농도, 질량 그리고 그 밖의 다른 수치 데이터는 범위 유형으로 나타낼 수도 있다. 이러한 범위 유형은 단순히 편리함과 간결함을 위해 사용되는 것이므로, 각각의 수치와 종속 범위가 명확하게 언급되어 있다면, 그 범위의 경계로 뚜렷하게 언급된 수치 뿐 아니라 그 범위내의 각각의 모든 수치 또는 종속 범위를 포함하는 것으로 유연하게 해석해야 한다.

설명을 하자면, “약 1에서 5 ㎛”라는 수치 범위는 명확히 언급된 1 ~ 5㎛ 뿐만 아니라, 그 범위 내의 각각의 수치와 종속 범위를 포함하는 것으로 해석하여야 한다. 그러므로 이러한 수치 범위에 포함되는 2,3,4, 그리고 1-3, 2-4, 3-5등과 같은 종속 범위도 포함되는 것이다.

이러한 동일한 원리가 하나의 수치만을 언급하는 범위에도 적용된다. 또한, 이러한 해석은 범위의 폭 또는 설명되는 지표에 관계없이 적용되어야 한다.

발명

본원 발명은 코팅된 초정밀연마 그릿(grit)이나 공구 전구물질과 같은 초정밀연마 입자의 다양한 구성물과 초정밀연마 입자 유지력(retention)을 가지는 초정밀연마 공구들을 포함한다. 또한 초정밀연마 공구와 그 구성물의 다양한 제조 방법을 포함한다. 발명의 한 양태에서, 본원 발명은 초정밀연마 입자를 포함하는 코팅된 초정밀연마 입자를 제공하며, 초정밀연마 입자에 화학적으로 결합된 응고된 용융 브레이즈 합금의 코팅을 제공한다.

사용되는 초정밀 연마 입자들은 다양한 특정 형태의 다이아몬드(고분자결정 다이아몬드를 포함)와 입방정 질화붕소(고분자결정 cBN)에서 선택할 수 있으며, 반응 물질과 화학적으로 결합할 수 있다. 또한 이러한 입자들은 공구가 결합되는 용도에 맞추어 필요에 따라 수많은 다양한 형태를 취할 수가 있다. 그러나 한 양태에서, 초정밀연마 입자는 다이아몬드, 천연 다이아몬드를 포함하여, 합성 다이아몬드, 그리고 고분자결정 다이아몬드(PCD)가 될 수도 있다. 또 다른 양태에서, 초정밀연마 입자는 단일 결정이거나 고분자 결정인 입방정 질화붕소(cBN)일 수도 있다.

또한 수많은 반응 원소들은 초정밀연마재와 원하는 화학 결합을 이루기 위해서 금속 합금에서 사용될 수 있다. 금속성 운반체(carrier)로 합금될 수 있는 폭넓고 다양한 반응 원소들은 당업자에게 잘 알려져 있으며, 특정 반응 원소의 선택은 여러 가지 요소에 달려있다. 본원 발명에서 사용되는 브레이즈 합금에서 포유물로 적합한 반응 원소의 예는 다음으로 구성되는 그룹으로부터 제한없이 선택할 수가 있다: 알루미늄(Al), 붕소(B), 크롬(Cr), 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 몰리브덴(Mo), 망간(Mn), 니로븀(Nb), 실리콘(Si), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 그리고 이들의 혼합물. 반응 원소 뿐 아니라, 본원 발명에 따른 코팅을 형성하는데 사용할 수 있는 브레이즈 합금도 운반체 혹은 용매로서 하나 이상의 다른 금속을 포함한다. 선행기술에서 통상의 기술로 인식되는 어떤 금속, 특히 초정밀연마 공구를 만드는데 사용하는 금속이 이러한 운반체 혹은 용매로 사용될 수 있다. 그러나 본원 발명의 한 양태에서 쓰이는 금속들은 Co, Cu, Fe, Ni 그리고 그들의 합금을 제한 없이 포함한다.

상기 언급한 바와 같이, 반응 원소를 또 다른 금속으로 합금하는 목적중 하나는 반응 원소가 초정밀연마 입자와 화학적으로 결합하는 기능은 유지시키면서 반응 원소의 유효 녹는점을 내리는 것이다. 선행기술 분야에 알려진 바와 같이, 다이아몬드와 같은 많은 초정밀연마 물질들의 열적 안정성의 한계는 약 900℃에서 1200℃의 범위이다. 본원 발명의 한 양태에서, 사용되는 초정밀연마 물질의 열적 안정 한계 이내 혹은 이하의 녹는점을 가지는 합금을 제공하기 위하여 화합물과 반응 금속 합금의 정확한 비율이 선택된다. 실무적으로, 용매 금속이 선택되고, 모든 원소들의 녹는점을 내리는데 적절한 양의 반응 원소와 결합되며, 약 1200℃미만의 녹는점을 가지는 브레이즈 합금을 만들어낸다. 그러나 또 다른 양태에서는, 녹는점이 900℃ 이하가 될 수도 있다.

당업자에게 알려진 바와 같이, 초정밀연마 입자들에 화학적으로 결합하고 적절한 녹는점을 가지는 합금을 제조하기 위해, 서로 다른 양과 비율의 수많은 조합으로 반응 금속과 운반체를 합금한다. 그러나 발명의 한 양태에서 반응 원소들의 용량은 적어도 합금의 약 1%가 된다. 또 다른 양태에서, 원소의 양은 적어도 합금의 약 5%가 된다.

알다시피, 본원 발명의 코팅된 연마 입자의 향상된 유지력은 대부분 코팅과 초정밀연마 입자 간에 이루어진 화학결합의 양에 의한 것이다. 전기도금 및 소결(sintering)과 같은 공지 기술을 사용하는 공구에서는 주로 이러한 화학 결합의 부재 또는 소량의 존재 때문에 조기에 그릿(grit)이 이탈된다.

본원 방법 발명의 이점 중 하나는 초정밀연마 입자 주위의 반응 금속 합금 코팅의 두께를 변화 또는 조절할 수 있는 기능이다. 아래에서 상세하게 논의되듯이, 이러한 기능은 합금이 용융된 액체 상태 이기에 가능하다. 특정한 용도 달성의 필요에 따라 특정 두께의 전구물질을 선택하게 된다. 그러나 본원 발명의 한 양태에서는, 코팅은 약 1㎛ 이상의 두께를 가지고 있다. 또 다른 양태에서는, 약 50㎛ 이상의 두께를 가질 수도 있다.

입자는 단일 층(예를 들어, 반응 금속을 이미 그 안에 포함하고 있는 합금)에서 코팅되거나, 다중 층을 제조하여 코팅될 수도 있다. 발명의 한 양태에서, 반응 금속은 당업자에게 알려진 바 및 이하에서 더 상세히 설명된 바와 같이 기체상의 수증기 침적기술을 통해 처리되는 하부코팅으로 제공될 수도 있다. 용융된 금속은 이후 용융된 상태에서 초정밀연마 입자에 대해 반응 금속으로 합금한 순금속 물질 또는 아직 추가적 반응 금속을 포함하고 있지 않은 합금으로 제공될 수도 있다. 두 경우에서, 합금은 초정밀연마 그릿과 원하는 화학 결합을 형성할 수 있다. 본원 발명의 다른 양태에서, 코팅에는 응고된 브레이즈 합금 코팅의 외부에 결합되는 하나 이상의 금속 오버코팅 층을 많이 포함하고 있어야 한다. 당업자에게 알려져 있듯이, 많은 물질들이 이러한 금속 오버코팅으로 사용되며, 수많은 요소들(금속 오버코팅은 주된 매트릭스 물질 및 코팅 입자가 결합될 공구의 디자인을 포함하는) 에 기초하여 선택하게 된다. 그러나 한 양태에서, 금속 오버코팅은 Co, Cu, Fe, Ni, 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함한다. 하나 이상의 오버코팅은 코팅 입자의 원하는 총 코팅 두께를 만드는데 이용된다. 발명의 한 양태에서, 초정밀연마 입자를 둘러싸는 총 코팅 두께는 초정밀연마 입자의 직경보다 상당히 두꺼울 수 있다.

금속 오버코팅 뿐만 아니라, 수많은 다양한 다른 물질이 응고된 브레이즈 합금 코팅에 오버코팅 될 수 있다. 도 1a~1c에서와 같이, 본원 발명에 따른 응고된 액체 브레이즈 합금(15)으로 코팅된 초정밀연마 입자(10)의 다양한 실시예가 나와 있다. 도 1c에서는 더 작은 입자들(20)이 코팅 외부에 결합되어 있는 것을 보여준다. 몇몇 양태에서, 이러한 입자들은 다양한 구성 물질이 되는데, 코팅된 초정밀연마 입자보다 작은 크기를 가지는 미립자임을 조건으로 한다. 특정 유형의 예에는 금속 입자, 카바이드와 같은 금속 합금 입자 또는 초정밀연마 입자를 포함한다. 특정 카바이드 입자의 예에는 SiC, WC, 그리고 cBN으로 코팅된 Ti등이 포함된다. 발명의 한 양태에서, 이러한 입자들은 코팅된 초정밀연마 입자보다 작은 크기의 다이아몬드 혹은 다른 초정밀연마 입자일 수도 있다. 이러한 코팅은 초정밀연마 입자의 유지력을 더 증가시킨다. 특히, 이러한 형태의 코팅은 반응 금속 합금 코팅의 외부와 코팅된 초정밀연마 입자가 결합되는 공구의 매트릭스 내부 간의 유지력을 "점진적(gradual)" 또는“점층적(gradient)"으로 변화하게 하는 효과를 낸다. 그러므로 두 물질간의 급격한 변화에 의해 생기는 약한 경계면은 제거된다.

본원 발명의 한 양태에서, 용융 브레이즈 합금은 초정밀연마 입자 표면의 약 40% 이상을 습윤시킨다. 다른 양태에서는, 초정밀연마 입자 표면의 약 50% 이상을 습윤시킨다. 또 다른 양태에서는, 초정밀연마 입자 표면의 약 60% 이상을 습윤시킨다. 몇몇 양태에서는, 브레이즈 합금에 의해 초정밀연마 입자 표면의 약 80% 혹은 그 이상이 습윤된다.

만약 초정밀연마 입자가 개별적으로 분리되어 코팅된다면, 초정밀연마 입자의 코팅이 완성되자마자 공구와 결합될 것이다. 수많은 공구들은 톱날, 송곳날, 그라인딩 휠(grinding wheel), 그리고 화학 기계적 폴리싱 패드 드레서(polishing pad dresser), 기타 다른 용도로 코팅된 초정밀연마 입자를 사용하게 될 것이다. 코팅된 입자를 이러한 공구에 결합시키는 많은 방법들은 당업자들에 알려져 있으며, 결합방법은 공구 내의 다른 물질들, 공구의 배열, 공구의 목적 등등 수많은 요소들에 의해 결정될 것이다.

용융 브레이즈 코팅된 단일 입자가 공구와 결합하기 위한 공구 전구 물질로서도 기능할 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한 본원 발명에 따라 코팅된 많은 입자들은 다양한 일차원, 이차원, 삼차원적 배열들과 야금학적으로 결합할 수 있고, 공구 전구물질로서 사용될 수 있다. 발명의 몇몇 양태에서, 공구 전구물질들은 본질적으로 초정밀연마 입자들과 응고된 용융 브레이즈 합금으로 구성되어 있다. 예를 들어, 도 2는, 본원 발명에 따른 일차원적 공구 전구물질(30)의 실시예를 도시한다. 공구 전구물질은 초정밀연마 입자(10)를 포함하고, 각각은 초정밀연마 코팅(15)에 의해 코팅되어 있고, 초정밀연마 코팅에 의해 야금학적으로 결합되어 있다. 초정밀연마 입자는 일차원적 바늘 형태의 구조를 형성하면서 일렬로 정렬되어 있다. 또한 도 3은 도 2에서 도시한 일차원적 구조 여러 개가 서로 야금학적으로 결합되어 만들어진 이차원적 공구 전구물질(40)을 도시한다. 본원 발명의 또 다른 실시예에서는, 도 2에서 도시한 복수의 판, 막대, 가지와 같은 이차원적 공구 전구물질이 서로 야금학적으로 결합되어 삼차원적 구조(나타나 있지 않음)를 이루고 있다. 도 2와 3에 도시한 공구 전구물질 입자는 미리 결정된 패턴에 따라 배열되어 있지만, 발명의 몇몇 양태에서는 입자 위치가 임의적일 수도 있음을 알아야 한다.

본원 발명은 또한 다양한 초정밀연마 공구의 사용 방법과 제조 방법을 포함하는데, 초정밀연마 공구는 여기서 기술한 코팅된 초정밀연마 입자 그리고 공구 전구물질과 같은 다양한 성분을 포함한다. 이러한 방법들은 당업자에 알려진 균등방법 뿐 아니라, 상기 공구로 공개되어 있는 물질, 구조, 크기, 그리고 다른 변수들을 이용한다. 발명의 한 양태에서, 본원 발명은 초정밀연마 입자가 반응 금속 합금 코팅에 화학적으로 결합하는 방법을 포함한다. 이 방법은 초정밀연마 입자를 용융된 액체 상태의 브레이즈 합금으로 씌우는 단계와 초정밀연마 입자 주위의 액체상 브레이즈 합금을 응고시켜, 반응 금속합금이 초정밀연마 입자에 화학적으로 결합되도록 하는 단계를 포함한다. 당업자는 다른 기술 중에서 합금 속에 입자를 침적하는 방법, 합금을 입자 위로 떨어뜨리는 방법 등 초정밀연마 입자를 용융 브레이즈 합금으로 씌우는 수많은 방법을 알고 있을 것이다. 그러나 발명의 한 양태에서, 합금을 씌우는 단계는 또한 다음의 단계를 포함한다: (a) 초정밀연마 입자를 유기 결합제로 코팅하는 단계, (b)브레이즈 합금 파우더를 유기 결합제로 초정밀연마 입자에 부착하는 단계, (c) 합금을 용융, 코팅, 그리고 초정밀연마 입자에 화학 결합하도록 하는데 충분한 온도로 반응 금속 합금을 가열하는 단계.

이 발명에서 사용하기에 적절한 다양한 유기 결합제는 당업자들이 알 수 있을 것이다. 그러나 발명의 한 양태에서는, 결합 물질은 다음으로 구성된 그룹으로부터 선택된다 : 폴리비닐알콜(PVA), 폴리비닐부티랄(PVB), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 파라핀, 페놀수지, 왁스 유액, 그리고 아크릴 수지. 발명의 또 다른 양태에서는, 결합제가 PEG이다. 또한 합금을 부착시키기 위하여 결합제가 코팅된 입자에 반응 금속 합금의 파우더를 부착하는 단계는 롤링(rolling), 침적(dipping), 결합제 코팅된 입자를 파우더로 텀블링(tumbling)하는 것과 같은 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 또한 이러한 부착은 분사(spraying), 샤워링(showering), 프로젝팅(projecting), 또는 이 밖에도 원하는 코팅을 형성하기 위해 파우더를 초정밀연마 입자에 직접 접촉시키는 등의 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 이러한 방법의 한 예가 유동상 반응 흐름(fluidized bed stream)이다. 결합제가 코팅된 입자에 파우더를 부착시키는 다른 방법은 당업자에게 알려져 있을 것이다.

파우더 코팅된 초정밀연마 입자를 가열하는 다양한 방법은 당업자에게 알려진 방법이 적용된다. 적용되는 특정 가열 메커니즘에 대한 특별한 제한은 없으나, 파우더 브레이즈 합금을 용융된 액체 상태로 녹게 하는데 충분한 온도에 도달하도록 하는 기능을 가진 메커니즘 이어야 한다. 일단 녹으면, 액체상태의 합금은 초정밀연마 입자를 습윤시키고(wetting), 초정밀연마 입자와 합금의 경계면 에서는 원하는 화학 결합을 형성하게 될 것이다. 또한 가열 외에도 용매제의 첨가, 또는 당업자에게 알려져 있는 방법들 등 다른 메커니즘도 초정밀연마 입자의 습윤과 원하는 화학 결합의 형성을 방해하지 않는 한 합금의 용융 및 액화에 사용될 수 있다.

어떤 조건하에서, 초정밀연마 입자를 용융된 브레이즈 합금 또는 다른 용융 금속으로 씌우기 전에 특정 물질로 최초 코팅 또는 “예비-코팅”시키는 것도 바람직하다. 이러한 예비 코팅 물질은 어떠한 초정밀연마 입자와도 사용될 수 있지만, 극히 비활성인 입방정 붕화질소(cBN)와 같은 초정밀연마 입자와 사용될 때 특히 유리하다. 초정밀연마 입자의 높은 비활성은 용융된 브레이즈 합금과의 화학결합을 형성하기 어렵게 한다. 그러므로, 본원 발명의 한 양태에서는, 초정밀연마 입자는 반응 물질의 예비-처리 또는 예비 코팅 층을 형성함으로서 용융된 브레이즈 합금과화학 결합을 할 수 있게 된다. 통상적으로 이러한 예비 코팅 층은 상기한 고체 및 기체 침적 기술과 같은 전통적인 방법으로 형성된다. 본원 발명의 한 양태에서, 예비-처리 층은 다음으로 구성된 그룹으로부터 선택된 반응 물질이 된다 : 크롬(Cr), 규소(Si), 티타늄(Ti), 텅스텐(W). 또 다른 양태에서, 예비-처리 물질은 티타늄(Ti)이다. 당업자들은 다중 층을 형성하는 물질을 포함하여 용융된 브레이즈 합금과의 화학 결합을 형성 또는 강화하기 위해, 초정밀연마 입자에 처음으로 처리될 다른 적절한 물질을 알고 있을 것이다.

중요한 문제는, 많은 초정밀연마 입자들이 단일 공정에서 용융된 브레이즈 합금으로 동시에 코팅된다는 것이다. 본원 발명의 특정 양태에 따른 예에서, 코팅된 입자들을 서로 섞이거나 결합되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 한 양태에서는, 본원 발명의 가열 단계는 다음의 단계를 포함하고 있다 : (a) 가열단계 동안 입자들을 분리할 수 있는 분리물질 안에서 초정밀연마 입자를 분포시키는 단계, (b) 합금을 용융, 습윤 및 초정밀연마 입자에 화학적으로 결합하는데 충분한 온도로 반응 금속 합금을 가열하는 단계, (c) 분리물질로부터 초정밀연마 입자들을 제거하는 단계. 다양한 분리 방법 및 장치가 사용될 수 있다. 특정 분리물질의 선택은 속도, 경제성, 그리고 얻어진 결과물의 재질과 같은 요소들에 의해 정해진다. 그러나 본원 발명의 한 양태에서는, 분리물질은 브레이즈 합금과 반응하지 않는 파우더가 될 수도 있고, 고온을 견딜 수 있는 파우더일 수도 있다. 이러한 물질의 예에는 Al₂O₃, SiO₂, ZrO₂와 같은 산화물 파우더 및 BN, AlN과 같은 질화물 파우더가 포함된다. 다른 비-반응성 파우더 물질들은 당업자에게 잘 알려져 있다.

본원 발명의 또 다른 양태에서는, 분리물질은 그 안에 복수의 개구(aperture)를 가진 판이 될 수도 있다. 개구의 크기 및 위치는 코팅되는 초정밀연마 입자의 크기와 형태에 의하여 일부분 결정된다. 그러나 일반적으로는, 하나의 초정밀연마 그릿은 그 판에 있는 각각의 개구 안에 코팅된 또는 코팅되지 않은 상태로 배치된다. 잉여 그릿들을 판에서 씻어내고, 개구들을 이 후 브레이즈 파우더로 채운다. 그릿과 브레이즈 합금을 포함하는 판은 이후 브레이즈 합금의 용융 및 그릿의 습윤, 화학결합의 형성에 충분한 온도로 가열된다. 그릿이 개구 안에 배치되기 전에 예비-코팅되지 않은 경우, 공구의 개구 안 또는 밖에 파우더 코팅이 될 수 있으며, 충분한 양의 열에 의해 녹았을 때 초정밀연마 입자를 씌우거나 초정밀연마 입자에 부착될 것이다.

용융된 브레이즈 합금이 초정밀연마 입자에 결합된 후, 입자들은 냉각되고, 브레이즈 합금은 응고된다. 합금이 응고되었을 때, 코팅된 초정밀연마 입자들은 분리물질로부터 제거되고, 상기 언급된 하나 이상의 오버코팅 처리를 하거나, 초정밀연마 입자에 더 작은 입자들을 추가적으로 결합시키는 것과 같은 추가 공정 단계를 거칠 수도 있다. 대안으로서 예를 들어 코팅된 그릿을 매트릭스 안으로 스며들게 하거나 , 몇몇 양태에서는 많은 입자들을 서로 단순하게 연결하여, 공구 바디에 코팅된 초정밀연마 입자들을 연결하여 직접 공구에 결합시킬 수도 있다.

다양한 초정밀연마 공구들이 본원 발명의 코팅된 초정밀연마 입자를 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 코팅된 입자들은 매트릭스 지지 물질 또는 지지 기질에 결합하여 공구와 결합할 수 있다. 더욱이, 이러한 입자들의 배열은 미리 결정된 패턴 또는 특정한 배열에 따른다. 또한 복수의 코팅 초정밀연마 입자들을 단순히 서로 결합시켜 다양한 공구들을 제조할 수 있다. 예를 들어, 바늘과 같은 수많은 일차원적 구조(예를 들어 서로 결합된 코팅 입자의 단일 열(file) 라인) 를 제조할 수 있다. 삼차원적 구조(예를 들어, 복수의 판들이 빽빽이 쌓이거나 층상을 이루어 서로 결합된 것) 뿐 아니라, 판과 같은 이차원적 구조(예를 들어, 서로 나란히 결합된 입자들의 수많은 단일 열 라인들) 또한 제조될 수 있다. 이러한 구조의 예는 도면에 도시되어 있다.

대안으로, 본원 발명의 어떤 양태에서는, 초정밀연마 입자들을 동일한 단계에서 코팅시키는 동시에 야금학적으로 서로 결합시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 일, 이, 삼차원적 공구 전구물질을 원할 때, 입자들을 원하는 구조(예를 들어 특정화된 형태로 트레이 안에 넣어 두거나, 상기 언급된 대로 입자들을 개별적으로 위치시키는 등)로 단순하게 배열하고, 이후 입자들을 용융된 브레이즈 합금으로 코팅할 수도 있다. 합금이 응고되었을 때, 합금에 입자들이 화학적으로 결합될 뿐 아니라, 입자의 코팅은 야금학적으로 서로 결합되게 된다. 발명의 한 양태에서는, 브레이즈 물질이 파우더로 제공될 수도 있다. 또 다른 양태에서는, 브레이즈 물질이 무정형의 브레이즈 합금 박편 또는 얇은 판이 된다.

코팅된 초정밀연마 입자 또는 공구 전구물질이 완성되면, 상기 입자 혹은 전구물질을 지지 매트릭스에 야금학적으로 결합시켜 공구에 결합시킨다. 톱날, 송곳날, 그라인딩 휠, 화학 기계적 폴리싱 패드 드레서, 그 밖에 다른 용도 등을 포함하는 용도로 많은 공구들이 코팅된 초정밀연마 입자를 사용한다. 코팅된 입자를 이러한 공구에 결합시키는 방법들은 당업자에게 많이 알려져 있으며, 결합 방법은 공구 안의 다른 물질, 공구 구조, 공구 용도, 지지 매트릭스의 형태 등 수많은 요소들에 의해 결정된다.

더욱이, 이러한 입자들의 배열은 특정 배열 또는 미리 결정된 패턴에 따른다. 이러한 패턴들 혹은 초정밀연마 입자들의 배열을 유효하게 하는 방법의 예가 미국특허 4,925,457, 5,380,390, 6,039,641, 6,286,498호에 개시되어 있으며, 각각은 참고문헌으로 여기 첨부되어 있다. 또한 많은 경우, 공구 전구물질들 자체도 공구로서 적합하다. 더욱이, 공구에 결합되지 않은 개별적으로 코팅된 입자들은 느슨한 연마제의 용도로 당업자에게 알려져 있다.

당업자들은 원하는 특정 구조를 만드는 수많은 방법(주형(mold)을 사용하는 등)을 쉽게 알게 될 것이다. 주형 안에서, 공구 바디를 제조하는데 첨가하기 위하여 추가적 브레이즈 또는 금속미립자 물질이 조립품(assembly)에 첨가된다. 또한, 서로 다른 크기의 초정밀연마 입자들이 입자간 격자 사이의 간격을 줄이기 위하여 조립되며, 곧고 내구성이 있는 고분자결정질의 바디를 제공한다. 원한다면, 주형 안에 있는 동안, 쉐이킹(shaking), 진동(vibrating) 등과 같이 격자 간격을 줄여주는 다른 기술을 다이아몬드 덩어리(agglomerate)에 사용할 수 있다.

경화되어 코팅된 다이아몬드 입자들에는 추가적으로 특정 용도를 위한 많은 물질들이 침투한다. 예를 들어, 열 스프레더(spreader)와 같은 열을 방산시킬 수 있는 공구를 제조하기 위해 다이아몬드 바디를 제조하는 동안 용융된 Si가 다이아몬드 덩어리에 침투된다. 본원 기술을 사용하여 제조할 수 있는 송곳날, 톱, 그리고 다른 절단 공구들과 같은 많은 다른 공구들이 당업자에게 알려져 있다.

지지 매트릭스가 코팅된 입자와 공구 전구물질이 결합되는데 사용될 때, 지지 매트릭스는 당업자에게 알려진 폭넓고 다양한 물질들로부터 선택될 수 있다. 경화 될 수 있는 금속 파우더, 그리고 고체상의 금속 기질들이 그 예이다.

도 4에는 본원 발명에 따른 초정밀연마 공구(50)의 한 실시예의 투시도가 도시되어 있다. 공구는 경화된 금속 파우더의 지지 매트릭스(55)를 가지며, 초정밀연마 입자(10)를 각각 가지는 수많은 일차원적 공구 전구물질(30)은 지지 매트릭스에 야금학적으로 결합된 응고된 브레이즈 코팅(15)에 의하여 결합되어 있다. 보다시피, 공구 전구물질이 매트릭스 지지 물질안에 배열되어, 초정밀연마 입자들이 미리 정해진 패턴에 따라 특정 위치에 각각 유지되어 있다. 그러나 이러한 패턴들은 바람직하지만 선택적이다. 예를 들어, 도 5에서 도시하는 바와 같이, 응고된 용융 브레이즈 합금(15)로 코팅되어 있는 초정밀연마 입자(10)는 지지 매트릭스(55)안에서 임의적으로 위치 하고 있다.

또한 도 4의 매트릭스 지지 물질은 경화된 파우더로 도시 되어있지만, 본원 발명은 대안으로 고체상의 금속 지지 매트릭스를 이용할 수도 있다. 이러한 경우, 지지 매트릭스는 공구 전구물질 또는 많은 코팅된 입자들을 수용할 수 있는 공극(slot) 또는 홈(groove)으로 배열된다. 또한 고체상의 금속 지지 매트릭스를 가지는 공구들에 대하여는, 이하에 더 상세히 논의되는 것과 같이 매트릭스의 표면에 단순히 연마 입자들을 결합시키는 것이 바람직하다.

도 5에는 본원 발명에 따른 초정밀연마 공구(50)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 지지 매트릭스(55)는 다공성이며, 잘 알려져 있는 바와 같이 복수의 공극(pore)(60)을 포함하고 있다. 이러한 공극들은 공구의 작업능력을 향상시키는데 유리하며, 특히 공구가 물질을 제거하는데 사용될 때 유리함이 발견되었다. 특히 공극과 스페이서는 가공물로부터 물질의 칩핑(chipping)과 브레이킹(braking)을 촉진한다. 또한 공극은 액체 냉각제를 통과시키고 수용하기 위한 통로로서 기능한다. 이러한 방식으로, 공구는 현저한 온도 상승 없이도 가공물로부터 빠른 속도로 물질을 제거하게 된다. 이러한 공극들은 다양한 방식으로 공구 내에 생성된다. 예를 들어, 파우더 형태의 매트릭스가 경화되는 동안 공기가 그 매트릭스 물질을 통과하여 거품을 일게 함으로써 생성되거나, 가열단계 동안 분해되는 결정(grain)이 사용되거나, 또는 소결과 같은 경화 공정으로부터 단순하게 어느 정도 생성된다. 또한 어떤 양태에서는, 공극은 코팅된 초정밀연마 입자들의 결합과 배치로부터 생성될 수도 있으며, 미리 결정된 패턴에 따라 생성될 수도 있다.

다공성 지지 매트릭스가 적합한 이유는 초정밀연마 입자들이 브레이즈 합금과 화학적으로 결합되어 있어서 매트릭스 안에 단단히 유지되어 있기 때문이다. 결과적으로, 감소된 기계적 지지력으로도 각 입자를 지지할 수 있다. 더욱이, 이런 화학 결합에는 더 무르고, 덜 비싼 물질(예를 들면, Cu, Fe, 강철 등)이 지지 매트릭스로서 사용될 수 있다.

코팅된 초정밀연마 입자들이 지지 매트릭스에 야금학적으로 결합되어 있는 것 외에도, 어떤 양태에서는, 코팅된 입자들이 접착제 혹은 유기금속 결합제로 매트릭스에 부착되어 있다. 여기에 참고문헌으로 첨부된 아토니 도켓(attorney docket) 번호 22102하의 2003년 7월 25일자로 출원된 출원인의 미국 동시 계속 출원에서 기술되었듯이, 폭넓고 다양한 유기 및 유기금속 결합제가 당업자에게 알려져 있으며, 당업자에 의하여 사용되고 있다. 유기금속 결합제는 화학 결합을 형성하기 위하여 유기 결합제와 반응하는 적어도 하나의 반응 부분을 포함하고 있다. 이러한 방법에서, 유기금속 결합제는 유기결합제와 코팅된 초정밀연마 입자의 금속 표면 간의 결합을 형성하는 다리로서 기능한다. 본원 발명의 한 양태에서, 유기금속 결합제는 티타네이트, 지르코네이트, 실란, 또는 이들의 혼합물이다. 이러한 물질들은 금속 입자의 씌워지지 않은 부분에서 수산기와 반응하는 가수분해성 그룹을 포함할 수 있으며, 이러한 유기금속 결합제에 의하여 금속 표면에 화학적으로 결합할 수 있다. 또한 유기금속 결합제는 유기 결합제와 화학적으로 반응하는 비-가수분해성 그룹을 포함할 수도 있다. 이러한 유기금속 결합제는 미국 특허 4,620,933, 5,558,705, 5,571,296, 6,579,931호에 기술되어 있다.

본원 발명에서 사용하기에 적합한 실란의 예는 다음을 포함한다 : 3-글리코시드옥시프로필트리메톡시 실란(Dow Corning Z-6040); γ-메트아크릴옥시 프로필트리메톡시 실란(Union Carbide Chemical A-174); β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시 실란, γ-아미노프로필트리에톡시 실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시 실란(Union Carbide, Shin-etsu Kagaku Kogyo K.K.); 적절한 실란 결합제의 예는 미국 특허 4,795,678, 4,390,647, 5,038,555호 에서도 찾을 수 있다.

티타네이트 결합제에는 다음의 물질을 포함한다 : 이소프로필트리이소스테아로일 티타네이트, 디(큐밀페닐레이트)옥시아세테이트 티타네이트, 4-아미노벤젠술포닐도데실벤젠술포닐 티타네이트, 테트라옥틸비스(디트리데실포스파이트) 티타네이트, 이소프로필트리(N-에틸아미노-에틸아미노) 티타네이트(Kenrich Petrochemicals, Inc.), LICA-01, LICA-09, LICA-28, LICA-44, LICA-97 (Kenrich)등의 네오알키옥시 티타네이트 이다.

알루미늄 결합제의 예에는 아세토알콕시 알루미늄 디이소프로필레이트(Ajinomoto K.K.) 등이 있다.

지르코네이트 결합제는 네오알콕시 지르코네이트, LZ-01, LZ-09, LZ-12, LZ-38, LZ-44, LZ-97 (모두 Kenrich Petrochemicals)등의 물질을 포함한다. 그 밖에도 공지의 유기금속 결합제, 예를 들어 티오레이트 기초 화합물, 은 본원 발명에서 사용될 수 있고, 본원 발명의 범주 내에서 고려될 수 있다.

사용되는 유기금속 결합제의 양은 결합제와 초정밀연마 입자를 코팅하는 금속 입자의 표면적에 의해 좌우된다. 통상적으로 0.05 중량%에서 10 중량%의 유기 결합제 층이면 충분하다. 유기금속 결합제는 또한 코팅된 초정밀연마 입자와 결합할 뿐 아니라, 유기 결합제 층과 금속 와이어 간의 결합을 향상 시켜준다.

상기된 바와 같이, 본원 방법 발명은 폭넓고 다양한 초정밀연마 공구의 제조에 사용될 수 있다. 도 6을 참조하면, 왕복식 톱, 원형 톱과 같이 톱에 사용되는 톱 단편이 도시되어 있다. 톱 단편(65)은 지지 매트릭스(55)와 공구 전구물질(30)이 밀집되어 야금학적으로 결합된 복수의 층들(70)을 가지고 있다. 공구 전구물질은 하나 이상의 지지 매트릭스에 야금학적으로 결합되어 층을 형성하며, 층들은 서로 효과적으로 야금학적으로 결합되어 있다. 또한 각각의 층 안에 있는 초정밀연마 입자(10)의 공간과 브레이즈 합금(15)의 양 및 합금처리로 인해 복수의 공극(60)이 발생하게 된다. 또한 이러한 공극들은 상기 언급하였던 모든 이점을 제공한다.

도 6에서 도시한 실시예에서, 공구 전구물질(30)을 제조하기 위해 이용되는 브레이즈 합금(15)은 무정형의 브레이즈 합금의 얇은 판 또는 조각이다. 그러나 파우더 형태와 같은 또다른 형태의 브레이즈 합금도 사용할 수 있다. 구조물의 한 양태에서, 얇은 판을 지지 매트릭스(55)의 각각의 면에 부착할 수 있으며, 이후 초정밀연마 입자(10)가 노출된 표면의 한쪽 또는 양쪽 판에 부착시켜 층을 형성한다. 특히 초정밀연마 입자는 임의적으로 또는 미리 결정된 패턴에 따라 부착될 수 있다. 복수의 층들은 이후 적층(stacking)에 의해 결합되고, 브레이즈 합금판을 용융시키고 초정밀연마 입자를 코팅하기에 충분한 온도로 가열된다. 결합물은 이후 냉각되고, 브레이즈 합금은 응고되어 입자에 화학적으로 결합하며, 지지 매트릭스에 야금학적으로 결합하여 서로 효과적으로 층에 결합한다. 톱 단편은 이후 톱날에 부착된다.

지지 매트릭스에 결합시키는 것의 대안으로, 본원 발명의 코팅된 입자는 브레이즈 합금과 혼합되고 화학적으로 결합되는 복수의 스페이스 입자들을 포함할 수 있다. 도 7을 참조하면, 본원 발명의 또 다른 실시예에 따라 제조된 공구의 부분도를 도시하고 있다. 보다시피, 응고된 용융 브레이즈 합금(15)으로 코팅된 복수의 초정밀연마 입자들(10)은 공극(60)을 포함하는 다공성 공구에 서로 야금학적으로 결합되어 있다. 또한 공구는 브레이즈 합금에 화학적으로 결합된 복수의 스페이서 입자(75)를 포함하고 있다. 스페이서 입자들은 공구에 결합되기 전에 그 자체가 응고된 용융 브레이즈 합금으로 코팅되어 있을 수도 있고, 코팅되어 있지 않을 수도 있다. 초정밀연마 입자와 스페이서 입자들이 임의의 위치에 있는 것으로 도 7에 도시되어 있지만, 이들의 위치는 미리 결정된 패턴에 따르며, 공극들은 또한 미리 결정된 패턴에 따라 생성된다. 당업자들은 스페이서 물질로 적합한 많은 물질들을 알고 있을 것이며, 이 물질들은 공구의 유형, 브레이즈 합금 등 수많은 고려사항에 기초한 것이다. 그러나 한 양태에서는 적절한 물질은 SiC이다.

다음의 실시예들은 본원 발명의 코팅된 초정밀연마 입자를 제조하는 다양한 방법을 설명한다. 이러한 실시예들은 단지 설명하기 위한 것이며, 본원 발명에 대하여 제한을 하고자 하는 것은 아니다.

<실시예>

실시예 1

40/50 메쉬(mesh)의 다이아몬드 그릿들은 아크릴 결합제의 박막으로 씌워져 있다. 다이아몬드를 씌우고 있는 결합제는 평균 약 325 메쉬 크기의 입자를 가지며, 이후 B,Ni,Cr,Si을 포함하는 파우더 금속 합금과 혼합된다. ( NICHROBRAZING^® (Wall Colomnoy) ) 생성물은 브레이즈 파우더가 부착(wrap) 되어있는 다이아몬드이다. 이러한 코팅된 그릿들은 이후 정제된 Al₂O₃ 파우더와 혼합된다. 금속 합금 코팅이 용융되고 액체화되어 다이아몬드 입자를 습윤시키면서 유동하도록 하기 위해 혼합물은 10-5 torr의 진공로에서 17분간 약 1005℃의 최고 온도까지 가열된다. 혼합물은 이후 냉각되고 진공로로부터 다시 회수된다. Al₂O₃로부터 다이아몬드 입자를 분리한 후, 많은 코팅 입자들은 코발트 파우더와 혼합되고, 정사각형 단편을 형성하기 위하여 소결온도의 가압 성형에서 소결된다. 이러한 몇몇 단편들을 펜치로 구부려 부러뜨린다. 이후 부러진 표면을 현미경으로 관찰하였다. 상기한 브레이즈 코팅 없이 소결된 다이아몬드 입자들이 전형적으로 그러하듯이, 부러진 면은 다이아몬드 입자와 코팅간의 경계면 주위에서 벗어나기보다는 코팅된 다이아몬드 입자들을 통하여 전달되는 것으로 관찰되었다.

실시예 2

실시예 1에서 설명된 것과 같은 과정을 따랐으나, Al₂O₃ 분리 파우더를 평균 약 325 ~ 400 메쉬 크기를 가지는 다이아몬드 입자로 대체하였다. 가열 공정 동안, 더 작은 다이아몬드 입자들을 브레이즈 합금 코팅에 의하여 습윤 시켰으며, 코팅된 다이아몬드 입자의 외부에 화학적으로 결합시켰다. 이후,작은 다이아몬드 입자들과 화학적으로 결합된 금속 합금층을 가지는 코팅된 다이아몬드 입자들은 생성된 합금층의 외부에 더 잘 결합하였다. 이러한 “뾰족한”코팅 입자들을 코발트 매트릭스와 결합시키고 파손(fracture) 테스트 하여 상기와 유사한 결과를 얻었다.

실시예 3

실시예 2의 과정을 따랐으나, 더 작은 다이아몬드 입자들을 SiC 입자로 대체하였다. 이 공정은 실시예 2의 다이아몬드 입자들과 유사하게 세라믹 입자들이 금속 코팅 외부에 결합된 코팅된 다이아몬드 입자를 생성하였다. 더욱이, 파손 테스트는 실시예 1과 2의 결과와 유사한 결과를 보여주었다.

실시예 4

다이아몬드 입자들을 실시예 1에서와 같은 파우더 브레이즈 합금으로 코팅시켰으며, 이후 Al₂O₃ 판위에 새겨진 홈(groove)안에 일렬로 배열시켰다. 소량의 브레이즈 파우더를 코팅된 입자 사이에 채우고, 그 조립품(assembly)을 실시예 1에서와 같은 진공로에서 가열하였다. 생성물 “바늘(needle)상 구조”를 상기 실시예에서와 같이 파손 테스트 하였고, 파손은 다이아몬드의 경계면 및 금속 합금 코팅, 또는 다이아몬드 입자들 사이에 있는 다이아몬드 주위에서 나타나기 보다는 다이아몬드 그릿을 가로질러 나타났다.

실시예 5

실시예 4에서와 같은 과정을 따랐으나, 코팅된 다이아몬드 입자들을 Al₂O₃ 판 위에 분포시켰다. 이후 브레이즈 파우더를 코팅된 입자들 사이에 채우고, 상기 조립물(assembly)을 상기 실시예에서와 같이 가열하였다. 이후 다이아몬드 그릿이 브레이즈 합금에 의하여 결합된 다이아몬드 판 생성물을 상기 실시예에서와 같이 파손 테스트 하였다. 부서진 단편을 분석한 결과 다이아몬드 입자 배열을 따르며 다이아몬드 입자/금속 코팅 경계면에서 주로 발생하는 파손의 패턴보다는 다양한 다이아몬드 입자들을 통한 파손을 포함하는 임의적인 파손이 나타났다.

실시예 6

실시예 4 및 5의 과정을 따랐으며, 코팅된 다이아몬드 입자들 사이를 WC 및 다이아몬드 입자를 코팅하기 위하여 사용되는 브레이즈 파우더의 혼합물로 채웠다. 상기 실시예에 따라 다시 가열 하였으며, 타일형의 복합물질이 생성되었다. 타일을 파손 테스트 하였으며, 생성물은 상기 언급된 실시예로 얻어진 생성물과 일관된 것으로 밝혀졌다.

물론 상기 기술된 실시예들이 본원 발명원리의 적용을 설명한 것일 뿐임을 알아야 한다. 당업자는 본원 발명의 원리와 범주를 벗어나지 않고 여러가지 수정과 대체를 할 수 있으며, 첨부된 청구항은 이러한 수정과 조작을 목적으로 한 것이다. 그러므로 본원 발명을 위에서 현재 가장 실용적이고 바람직한 실시예로 상세하게 설명하였지만, 여기에 설명된 원리와 개념에서 벗어나지 않고 크기, 물질, 모양, 형태, 기능과 실험 방법, 조립물(assembly), 용도를 포함하여 많은 수정을 할 수 있음이 당업자에게 명백하다.

Claims

다음을 포함하는 코팅된 초정밀연마 입자 :

초정밀연마 입자; 그리고

상기 초정밀연마 입자에 화학적으로 결합된 용융 브레이즈 합금의 응고된 코팅.
제 1항에 있어서, 상기 초정밀연마재는 다이아몬드임을 특징으로 하는 코팅된 초정밀연마 입자.
제 1항에 있어서, 상기 초정밀연마재는 입방정 붕화질소(cBN)임을 특징으로 하는 코팅된 초정밀연마 입자.
제 1항에 있어서, 상기 브레이즈 합금은 상기 초정밀연마 입자의 열적 안정 한계 (thermal stability limit) 이하의 녹는점을 가지는 것을 특징으로 하는 코팅된 초정밀연마 입자.
제 4항에 있어서, 상기 녹는점은 1100℃ 미만인 것을 특징으로 하는 코팅된 초정밀연마 입자.
제 1항에 있어서, 상기 브레이즈 합금은 다음으로 구성된 그룹으로부터 선택된 반응 원소를 1% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅된 초정밀연마 입자 : Al, B, Cr, Li, Mg, Mo, Mn, Nb, Si, Ta, Ti, V, W, Zr, 그리고 이들의 혼합물.
제 6항에 있어서, 상기 브레이즈 합금은 크롬인 것을 특징으로 하는 코팅된 초정밀연마 입자.
제 1항에 있어서, 상기 코팅은 두께가 1㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 코팅된 초정밀연마 입자.
제 1항에 있어서, 상기 코팅은 두께가 10㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 코팅된 초정밀연마 입자.
제 1항에 있어서, 상기 초정밀연마 입자 표면의 40% 이상이 용융된 브레이즈 합금에 의해 습윤되는 것을 특징으로 하는 코팅된 초정밀연마 입자.
제 1항에 있어서, 상기 응고된 브레이즈 합금 코팅에 결합된 하나 이상의 금속 오버코팅(overcoating) 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅된 초정밀연마 입자.
제 11항에 있어서, 상기 금속 오버코팅은 Co, Cu, Fe, Ni, 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅된 초정밀연마 입자.
제 11항에 있어서, 상기 초정밀연마 입자의 직경보다 더 큰 총 두께를 가지는 코팅이 초정밀연마 입자 주위에 얻어지는 것을 특징으로 하는 코팅된 초정밀연마 입자.
제 1항에 있어서, 각각은 상기 초정밀 연마 입자보다 더 작은 크기를 보유하고 상기 브레이즈 합금 코팅의 바깥 부분에 결합되는 복수의 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅된 초정밀연마 입자.
제 14항에 있어서, 상기 복수의 입자들은 초정밀연마 입자인 것을 특징으로 하는 코팅된 초정밀연마 입자.
제 14항에 있어서, 상기 복수의 입자들은 카바이드인 것을 특징으로 하는 초정밀연마 입자.
제 14항에 있어서, 상기 카바이드는 SiC, WC, 그리고 Ti로 코팅된 cBN으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 코팅된 초정밀연마 입자.
다음의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제 1항 내지 17항 중 어느 한 항에서 언급된 코팅된 초정밀연마 입자 제조 방법:

상기 초정밀연마 입자를 용융된 액체 상태의 브레이즈 합금으로 코팅하는 단계;그리고

상기 초정밀연마 입자 주위의 브레이즈 합금을 응고시켜 브레이즈 합금이 상기 초정밀연마 입자와 화학적으로 결합되는 단계.
제 18항에 있어서, 상기 코팅 단계는 다음의 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅된 초정밀연마 입자 제조 방법 :

상기 초정밀연마 입자를 유기결합제로 씌우는 단계;

브레이즈 합금의 파우더 형태를 유기 결합제로 상기 초정밀연마 입자에 부착하는 단계; 그리고

상기 합금이 용융, 코팅, 그리고 초정밀연마 입자에 화학적으로 결합되는데 충분한 온도로 상기 브레이즈 합금을 가열하는 단계.
제 19항에 있어서, 복수의 초정밀연마 입자들은 동시에 코팅되고, 상기 가열 단계에 앞서 다음의 단계들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:

초정밀연마 입자들을 분리하는 분리물질 안에서 가열단계 동안 상기 초정밀연마 입자들을 분포시키는 단계;

상기 합금이 용융, 코팅, 그리고 초정밀연마 입자에 화학적으로 결합되는데 충분한 온도로 상기 브레이즈 합금을 가열하는 단계; 그리고

분리물질로부터 상기 초정밀연마 입자를 제거하는 단계.
제 20항에 있어서, 상기 분리물질은 반응 금속 합금에 비-반응성 파우더인 것을 특징으로 하는 방법.
제 21항에 있어서, 상기 비-반응성 파우더는 산화물 파우더, 또는 질화물 파우더 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
제 22항에 있어서, 상기 분리물질은 Al₂0₃, SiO₂, ZrO₂, BN, AlN, 그리고 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 20항에 있어서, 상기 분리물질은 그 안에 복수의 개구(aperture)를 가진 판인 것을 특징으로 하는 방법.
제 18항에 있어서, 상기 코팅 단계는 다음의 단계에 의하여 진행되는 것을 특징으로 하는 방법 :

Cr, Si, Ti, W으로 구성된 그룹으로부터 선택한 물질 층을 상기 초정밀연마 입자에 형성하는 단계.
제 25항에 있어서, 상기 물질은 Ti인 것을 특징으로 하는 방법.
다음의 단계를 포함하는 초정밀연마 공구 제조 방법.

a) 제 1항 내지 17항 중 어느 한 항에서 언급된 복수의 코팅된 초정밀연마 입자를 제공하는 단계; 그리고

b) 상기 복수의 코팅된 초정밀연마 입자들이 서로 경화되는 단계.
제 27항에 있어서, 상기 초정밀연마 공구는 일차원적 공구인 것을 특징으로 하는 방법.
제 27항에 있어서, 상기 초정밀연마 공구는 이차원적 공구인 것을 특징으로 하는 방법.
제 30항에 있어서, 상기 초정밀연마 공구는 삼차원적 공구인 것을 특징으로 하는 방법.
다음의 단계를 포함하는 초정밀연마 공구 제조 방법 :

a) 제 1항 내지 17항 중 어느 한 항에서 언급된 복수의 초정밀연마 입자를 제공하는 단계;

b) 상기 코팅된 초정밀연마 입자들이 결합되는 금속 매트릭스 물질을 제공하는 단계;

c) 상기 코팅된 초정밀연마 입자들을 미리 결정된 패턴에 따라 금속 매트릭스 안에 배치시키는 단계; 그리고

d) 코팅된 초정밀연마 입자들이 금속 매트릭스에 야금학적으로 결합 되는데 충분한 온도로 상기 초정밀연마 입자와 금속 매트릭스를 가열하는 단계.
응고된 용융 브레이즈 합금으로 코팅된 하나 이상의 초정밀연마 입자로 본질적으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구 전구물질.
제 32항에 있어서, 상기 하나 이상의 코팅된 연마 입자는 브레이즈 합금 코팅에 의하여 서로 야금학적으로 결합된 복수의 코팅된 입자임을 특징으로 하는 초정밀연마 공구 전구물질.
제 33항에 있어서, 상기 결합된 복수의 코팅 입자는 일차원적 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구 전구물질.
제 33항에 있어서, 상기 결합된 복수의 코팅 입자는 이차원적 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구 전구물질.
제 33항에 있어서, 상기 결합된 복수의 코팅 입자는 삼차원적 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구 전구물질.
제 33항에 있어서, 상기 결합된 복수의 코팅 입자는 미리 결정된 패턴에 따라 각각 배열되고 유지되는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구 전구물질.
다음을 포함하는 초정밀연마 공구 :

지지 매트릭스; 그리고

상기 지지 매트릭스에 야금학적으로 결합된 제 32항 내지 37항 중 어느 한 항에서 언급된 초정밀연마 공구 전구물질.
제 38항에 있어서, 상기 지지 매트릭스는 경화된 금속 파우더를 포함하는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구.
제 39항에 있어서, 상기 지지 매트릭스는 다공성인 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구.
제 38항에 있어서, 상기 지지 매트릭스는 고체상의 금속 기질을 포함하는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구.
제 38항에 있어서, 상기 지지 매트릭스에 야금학적으로 결합되어 있는 복수의 공구 전구물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구.
제 39항에 있어서, 상기 복수의 공구 전구물질들이 배열되어, 상기 초정밀연마 입자들이 미리 결정된 패턴에 따라 실질적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구.
제 38항에 있어서, 상기 지지 매트릭스와 공구 전구물질은 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구.
제 44항에 있어서, 서로 야금학적으로 결합된 복수의 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구.
제 45항에 있어서, 상기 각각의 층 기질은 고체 금속을 포함하고, 각각의 공구 전구물질은 다공성인 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구.
제 46항에 있어서, 각각의 공구 전구물질의 상기 초정밀연마 입자들은 미리 결정된 패턴에 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구.
제 47항에 있어서, 각각의 공구 전구물질 안에 있는 상기 공극은 미리 결정된 패턴에 따라 발생하는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구.
제 47항에 있어서, 상기 공구는 톱 단편인 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구.
제 47항에 있어서, 상기 톱은 왕복식 톱인 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구.
제 47항에 있어서, 상기 톱은 원형 톱인 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구.
다음을 포함하는 초정밀연마 공구 :

응고된 용융 브레이즈 합금으로 코팅되고, 상기 브레이즈 코팅에 의하여 서로 야금학적으로 결합된 복수의 초정밀연마 입자; 그리고

상기 용융 브레이즈 합금에 화학적으로 결합된 복수의 스페이서(spacer) 입자.
제 52항에 있어서, 상기 브레이즈 합금은 다공성인 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구.
제 52항에 있어서, 상기 초정밀연마 입자는 미리 결정된 패턴으로 배열되는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구.
제 52항에 있어서, 상기 스페이서 입자는 미리 결정된 패턴에 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구.
제 53항에 있어서, 상기 공극은 미리 결정된 패턴에 따라 발생하는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구.
제 52항에 있어서, 상기 스페이서 입자는 SiC 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구.
각각이 응고된 용융 브레이즈 합금으로 코팅된 복수의 초정밀연마 입자가 서로 야금학적으로 결합되는 단계로 본질적으로 구성되는 것을 특징으로 하는 공구 전구물질의 제조 방법.
제 58항에 있어서, 각 입자들이 서로 야금학적으로 결합되는 단계에 앞서, 응고된 용융 브레이즈 합금으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 공구 전구물질의 제조 방법.
제 58항에 있어서, 각각의 입자가 응고된 용융 브레이즈 합금으로 코팅됨과 동시에 상기 입자들이 서로 야금학적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 공구 전구물질의 제조 방법.
제 58항에 있어서, 상기 입자들이 미리 결정된 패턴에 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 공구 전구물질의 제조 방법.
다음을 포함하는 초정밀연마 공구 제조 방법 :

제 58항 내지 61항 중 어느 한 항에서 언급된 공구 전구물질을 제공하는 단계; 그리고

상기 전구물질이 지지 매트릭스에 야금학적으로 결합하는 단계.
제 62항에 있어서, 공구 전구물질이 지지 매트릭스에 야금학적으로 결합하는 단계에 앞서, 복수의 공구 전구물질을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구 제조 방법.
제 63항에 있어서, 상기 공구 전구물질이 지지 매트릭스에 야금학적으로 결합하는 단계에 앞서, 공구 전구물질이 배열하여 상기 초정밀연마 입자가 미리 결정된 패턴에 따라 실질적으로 배치되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구 제조 방법.
제 63항에 있어서, 상기 지지 매트릭스와 공구 전구물질은 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구 제조 방법.
제 65항에 있어서, 복수의 층들이 서로 야금학적으로 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초정밀연마 공구 제조 방법.