KR20100021685A - 연삭휠용 비정질 결합재, 그 제조방법 및 상기 연삭휠용 비정질 결합재를 이용한 연삭휠 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 연마 입자들을 결합하여 연삭휠을 형성하는 연삭휠용 비정질 결합재에 있어서, B2O3 25∼40중량%, ZnO 12∼30중량%, Al2O3 15∼25중량%, SiO2 5∼15중량%, P2O5 5∼10중량% 및 Na2O 1∼9중량%를 포함하며, 팽창 연화점이 490℃∼520℃ 범위인 연삭휠용 비정질 결합재, 그 제조방법 및 상기 연삭휠용 비정질 결합재를 이용한 연삭휠에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 연화점이 낮고 열팽창계수가 작으며 소성 온도를 낮출 수 있으면서도 기계적 물성이 확보될 수 있는 연산휠용 비정질 결합재를 얻을 수가 있다.
연삭휠, 비정질 결합재, cBN(cubic boronitride), 팽창 연화점(dilatometric softening point)

Description

연삭휠용 비정질 결합재, 그 제조방법 및 상기 연삭휠용 비정질 결합재를 이용한 연삭휠{vitrified binder for grinding wheel, manufacturing method thereof and grinding wheel using the vitrified binder}
본 발명은 연삭휠용 비정질 결합재, 그 제조방법 및 상기 연삭휠용 비정질 결합재를 이용한 연삭휠에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연화점이 낮고 열팽창계수가 작으며 소성 온도를 낮출 수 있으면서도 기계적 물성이 확보될 수 있는 연산휠용 비정질 결합재, 그 제조방법 및 상기 연삭휠용 비정질 결합재를 이용한 연삭휠에 관한 것이다.
2000년 이후 대한민국의 자동차 업계는 프리미엄급 자동차 개발을 본격화하기 시작하였고, 이를 계기로 생산 차종 전반에 걸쳐 품질의 향상이 이루어졌다. 특히 업계에서 내어 놓는 엔진 보증 기간은 1년에서 3년으로 1만Km에서 5만Km 이상으로까지 증가하게 되었으며, 이와 같은 품질은 독일, 일본 등의 자동차 선진국에서나 제안할 수 있었던 것으로 금속 가공기술의 발전을 반증하는 것이다.
이와 같은 자동차 엔진 등의 성능 향상은 엔진 부품 중 고정밀 마무리가 필요한 캠 로브(cam robe)나 락커 암(rocker arm) 등의 정밀 가공을 위해 비트리파이드 cBN 휠(Vitrified bond cBN wheel)의 사용이 본격화 되었기 때문이다. 기존의 알루미나 또는 SiC 지석을 이용한 금속 부품 가공 시 구현하기 어려웠던 표면 정밀도인 2~4㎛ 이내의 치수 공차와 피삭체의 잔류응력과 표면 변질 문제 등이 입방 붕소질화물(cubic boronitride; 이하 'cBN'이라 함)을 사용하면서 사라지게 되었다.
또한, 기존의 cBN 연삭휠용 결합재인 수지(resin)와 금속은 기공이 부족하여 피삭제의 파편의 배출 등이 용이하지 못하여 가공성이 저하되고, 드레싱(dressing) 회수가 증가하는 등 생산성이 높지 못하였다.
또한, 기존 결합재들은 트루잉(truing) 중에 발생하는 버링(burring) 현상으로 인해 피삭체 표면에 흡집이 발생하여 불량 제품을 만드는 등의 심각한 문제도 있었다. 따라서, 비정질 세라믹인 유리질 결합재를 사용하게 됨으로써 기존의 결합재들의 문제점이던 기공 부족 현상과 버링(burring) 현상 등을 동시에 해결함으로써 생산 효율이 높으면서도 훌륭한 가공 품질을 유지할 수 있게 되었다.
그러나, 비트리파이드 cBN 연삭휠용 결합재의 경우 유리질 결합(Vitrified bond) 자체의 낮은 강도로 인해 수명이 짧고 900℃ 이상의 고온으로 소성을 진행하기 때문에 공정이 장시간화 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 연화점이 낮고 열팽창계수가 작으며 소성 온도를 낮출 수 있으면서도 기계적 물성이 확보될 수 있는 연산휠용 비정질 결합재, 그 제조방법 및 상기 연삭휠용 비정질 결합재를 이용한 연삭휠을 제공함에 있다.
본 발명은, 연마 입자들을 결합하여 연삭휠을 형성하는 연삭휠용 비정질 결합재에 있어서, B2O3 25∼40중량%, ZnO 12∼30중량%, Al2O3 15∼25중량%, SiO2 5∼15중량%, P2O5 5∼10중량% 및 Na2O 1∼9중량%를 포함하며, 팽창 연화점이 490℃∼520℃ 범위인 연삭휠용 비정질 결합재를 제공한다.
상기 연삭휠용 비정질 결합재의 열팽창계수는 40×10-7/℃∼70×10-7/℃ 범위의 값을 갖는다.
상기 연삭휠용 비정질 결합재의 내부에 가나이트(Gahnite) 결정 구조를 갖는 입자들이 함유되어 있다.
또한, 본 발명은, B2O3 25∼40중량%, ZnO 12∼30중량%, Al2O3 15∼25중량%, SiO2 5∼15중량%, P2O5 5∼10중량% 및 Na2O 1∼9중량%를 포함하는 비정질 조성물과, 연마 입자 및 기공형성제를 일정 비율로 혼합하는 단계와, 혼합된 결과물을 일정 압력으로 성형하는 단계 및 성형된 결과물에 대하여 상기 기공형성제가 연소되어 다수의 기공이 형성되도록 하면서 상기 연삭휠용 비정질 결합재의 팽창 연화점보다 300∼400℃ 높은 온도에서 소성하는 단계를 포함하는 연삭휠용 비정질 결합재를 이용한 연삭휠의 제조방법을 제공한다. 상기 연마 입자는 1㎚∼30㎛의 평균 입경을 갖는 cBN, 다이아몬드 또는 알루미나 입자로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은, 연마 입자들이 상기 연삭휠용 비정질 결합재에 의해 결합되어 있고, 내부에 다수의 기공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연삭휠용 비정질 결합재를 이용한 연삭휠을 제공한다. 상기 연마 입자는 1㎚∼30㎛의 평균 입경을 갖는 cBN, 다이아몬드 또는 알루미나 입자로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 연화점이 낮고 열팽창계수가 작으며 소성 온도를 낮출 수 있으면서도 기계적 물성이 확보될 수 있는 연산휠용 비정질 결합재를 얻을 수가 있다. 본 발명의 연삭휠용 비정질 결합재는 종래의 cNB 연삭휠용 결합재에 비하여 연화점이 낮아 소성 온도를 낮출 수 있지만, 연삭휠용 비정질 결합재의 내부에 결정상의 크기가 작고 열팽창계수가 큰 가나이트(Gahnite) 결정상이 유도됨으로써 균열발생시 평균 균열전달 거리를 짧게 하여 강도가 확보될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연삭휠용 비정질 결합재는 B2O3-ZnO-Al2O3-SiO2계 또는 B2O3-Al2O3-ZnO-SiO2계 조성물로서, B2O3 25∼40중량%, ZnO 12∼30중량%, Al2O3 15∼25중량%, SiO2 5∼15중량%, P2O5 5∼10중량% 및 Na2O 1∼9중량%를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연삭휠용 비정질 결합재는 소성온도를 낮추기 위해 B2O3-ZnO-Al2O3-SiO2계 또는 B2O3-Al2O3-ZnO-SiO2계의 저 연화점 프릿(Frit)을 결합재로 사용한다.
상기 연삭휠용 비정질 결합재는 팽창 연화점(dilatometric softening point; Tdsp)이 490℃∼520℃ 범위의 값을 갖는다. 상기 연삭휠용 비정질 결합재는 종래의 SiO2-B2O3-Al2O3계 결합재에 비하여 약 100℃ 정도 낮은 연화점을 가지므로 소성 온도를 낮출 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 연삭휠용 비정질 결합재는 열팽창계수(coefficient of thermal expansion; CTE)가 40×10-7/℃∼70×10-7/℃ 범위의 값을 갖는데, 이는 종래의 SiO2-B2O3-Al2O3계 결합재에 비하여 낮은 열팽창계수값이다. 연삭휠용 비정질 결합재가 낮은 열팽창계수를 갖게 하여 cBN의 열팽창계수 40×10-7/℃에 근접하게 함으로써 cBN 입자와 비정질 결합재 계면 사이에 잔류 인장응력이 가급적 발생하지 않도록 할 수 있다.
또한, 상기 연삭휠용 비정질 결합재는 내부에 가나이트(Gahnite) 결정 구조를 갖는 입자들을 함유한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연삭휠용 비정질 결합재는 내부에 결정상의 크기가 작고 열팽창계수가 큰 가나이트(Gahnite) 결정상이 유도됨으로써 프릿(Frit) 내부에 결정이 발생하여 강도가 보상될 수 있다. 연삭휠용 비정질 결합재 내부에 가나이트(Gahnite) 결정상이 함유되고, 이러한 결정의 존재는 균열발생시 평균 균열전달 거리를 짧게 함으로써 강도의 상승을 유도할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연삭휠용 비정질 결합재는 cBN과 같은 연마 입자 및 페놀 수지와 같은 기공형성제(pore forming agent)와 결합하여 연삭휠을 형성한다. 더욱 구체적으로는, 연마 입자, 연삭휠용 비정질 결합재 및 기공형성제는 일정 비율로 혼합되고(예컨대, 연마 입자:연삭휠용 비정질 결합재:기공형성제의 혼합 비율이 부피비로 50:20:30), 일정 압력(예컨대, 200㎏)으로 성형된 후, 일정 온도(예컨대, 비정질 결합재의 팽창 연화점(Tdsp)보다 300∼400℃ 높은 온도)에서 일정 시간(예컨대, 10분∼5시간) 동안 유지하여 소성함으로써 연삭휠을 형성할 수 있다. 상기 연마 입자는 cBN, 다이아몬드, 알루미나 등과 같은 재질로 이루어진 연마 입자일 수 있으며, 연마 입자의 입경은 피삭체의 크기 및 연산 정밀도 등을 고려하여 결정하는데, 예를 들면 1㎚∼30㎛ 정도의 평균 입경을 가질 수 있다. 상기 기공형성제로는 설탕 전분과 같은 탄수화물, 아세틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 히드록시 에틸셀룰로오스와 같은 탄수화물 유도체, 페놀 수지, 폴리아미드, 폴리비닐 아세테이트, 염화비닐 수지, 염화비닐리덴 수지, 폴리아크릴로니트릴 수지와 같은 열가소성 수지 등을 사용할 수 있다. 상기 기공형성제는 소성 공정에서 일정 온도(예컨대, 300℃ 내지 600℃) 이상에서 태워져 없어지게 되고 태워져 없어진 자리(site)에는 기공이 형성되게 된다.
본 발명의 연삭휠용 비정질 결합재에 의해 cBN, 다이아몬드 또는 알루미나와 같은 연마 입자들이 결합되어 있고, 내부에 다수의 기공이 형성되어 있는 연삭휠을 얻을 수가 있다.
본 발명은 하기의 실험예를 참고로 더욱 상세히 설명되며, 이 실험예가 본 발명을 제한하려는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연삭휠용 비정질 결합재에 대한 기계적 물성을 확인하기 위하여 조성에 따른 비정질 결합재에 대한 기계적 물성들을 평가하고 종래의 SiO2-B2O3-Al2O3계 결합재가 갖는 기계적 물성을 유지할 수 있는가와 소성 공정을 낮출 수 있는지를 여부를 실험하였다.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연삭휠용 비정질 결합재에 대하여 소성공정 온도를 종래의 SiO2-B2O3-Al2O3계 결합재보다 낮추기 위해 연화점이 약 100 ℃ 정도 낮출 수 있는 아래의 표 1에 나타낸 조성계의 유리를 선택하여 열처리를 통한 결정화를 유도하였을 때의 기계적 물성의 변화를 확인하여 보고 각각의 차이점에 대해 고찰하여 보았다.
본 실험에서 사용된 유리는 아래 표 1에 나타낸 바와 같이 실험예 1, 실험예 2 및 실험예 3로 구분하였으며, 비교예의 경우는 일본 아사히 글래스(Asahi Glass)사에서 수입되고 있는 제품을 사용하였다.
실험예 2의 ZnO-B2O3-SiO2계 유리(결합재)는 비교예의 유리(결합재)와는 달리 결정화가 잘되는 유리로 알려져 있으나, 시차열분석(Differential Thermal Analysis; 이하 'DTA'라 함) 결과 뚜렷한 결정화 온도를 확인하기 어려웠다(도 1 참조). 도 1은 표 1에 나타낸 실험예 1 내지 실험예 3 및 비교예의 조성을 갖는 결합재에 대한 DTA 곡선을 나타낸 그래프이다. 도 1에서 (a)는 실험예 1의 조성을 갖는 비정질 결합재에 대한 DTA 곡선이고, (b)는 실험예 2의 조성을 갖는 비정질 결합재에 대한 DTA 곡선이며, (c)는 실험예 3의 조성을 갖는 비정질 결합재에 대한 DTA 곡선이고, (d)는 비교예의 조성을 갖는 결합재에 대한 DTA 곡선이다.
표 1의 비정질 결합재의 조성은 유도결합플라즈마방출분광기(Inductively Coupled Plasma Emission Spectroscopy)에 의한 기기 분석 결과값이다. 또한, 표 1의 열팽창계수(coefficient of thermal expansion; CTE), 전이온도(Tg) 및 팽창 연화점(dilatometric softening point; Tdsp)은 팽창계(dilatometer)에 의해 측정된 값이다. 비중 값은 등유를 이용한 아르키메데스법으로 측정된 값이다.
실험예 1 실험예 2 실험예 3 비교예
성분 SiO2 10.1 13.3 11.3 53.5
B2O3 30.4 38.5 36.8 17.9
Al2O3 18.6 1.4 20.0 16.2
CaO - - 4.4 0.65
ZnO 22.7 34.0 15.6 (MgO) 0.86
K2O - 11.2 - 2.74
Na2O 5.8 - 6.3 2.17
P2O5 8.73 - - -
비중 2.72 2.82 2.65 2.39
열팽창계수(CTE) 56 64 70 83
Tg 472 478 484 500
Tdsp 499.78 510.61 518.31 601.0
실험예 1 내지 실험예 3 및 비교예의 결합재를 cBN(cubic boronitride) 및 페놀 수지(기공형성제)와 혼합한 후, 200㎏의 압력으로 40×10×4 (㎣)의 크기로 5개씩 성형하였다. 이때, cBN : 비정질 결합재 : 페놀수지의 혼합비는 부피비로 50:20:30으로 맞추었다.
실험예 1 내지 실험예 3의 각 비정질 결합재와 비교예의 결합재를 소성온도인 Tdsp+340℃로 열처리(팽창 연화점보다 340℃ 높은 온도에서 1시간 동안 열처리)한 후, 연삭 공구에서 사용하는 3점 곡강도(3 point bend strength)(span 30mm, loading speed 0.5 mm/min)와 로크웰(Rockwell) 경도(HR15W)를 측정하였다. 곡강도(bend strength)는 ASTM C158에 따라 측정하였고, 로크웰 경도는 ISO 3738에 따라 측정하였다.
경도 및 강도 데이타(data)는 미니탭 소프트웨어(minitab software)을 이용하여 통계 비교 처리하였다. 표 1에 나타낸 실험예 1 내지 실험예 3 및 비교예의 각 시편에 대한 물성의 차이에 대해 주사전자현미경(JEOL, SM-6707)과 X선-회절(X-ray Diffraction; XRD)(Rigaku, Japan)을 이용하여 분석하였다.
표 1에 나타난 바와 같이, 실험예 1 내지 실험예 3의 비정질 결합재는 비교예와는 전혀 다른 조성계를 가지고 있다. 실험예 1의 주 조성은 B2O3-ZnO-Al2O3-SiO2 계열이고, 실험예 2의 주 조성은 B2O3-ZnO-SiO2 계열이며, 실험예 3의 주 조성은 B2O3-Al2O3-ZnO-SiO2 계열이며, 비교예의 조성은 SiO2-B2O3-Al2O3 계열이다. 실험예 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연삭휠용 비정질 결합재를 나타내며, 실험예 1의 조성을 갖는 비정질 결합재는 낮은 열팽창계수와 연화점 그리고 결정화 특성을 갖는다.
연삭휠용 비정질 결합재가 낮은 열팽창계수를 갖도록 하는 것은 cBN의 열팽창계수 40×10-7/℃에 근접하게 함으로써 cBN 입자와 비정질 결합재 계면 사이에 잔류 인장응력이 가급적 발생하지 않도록 하는 목적이다. 팽창 연화점(Tdsp)은 유리를 소결 조제로 이용하는 경우 매우 중요한 값으로, 점탄성체의 유리 소결은 아래의 수학식 1과 같은 프렌켈 모델(Frenkel model)로 표현이 되며, 수축율은 특정온도의 점도에 반비례한다.
Figure 112008058448876-PAT00001
여기서, L0는 초기 길이, ΔL은 길이변화량, γ는 유리와 기체와의 표면에너지, η(T)는 온도의 함수로의 점도이다. 본 실험에서 표현하는 연화점은 팽창 연화점(dilatometric softening point; Tdsp)으로 약 1010 dPa·s(=poise) 값으로, 일반적으로 유리 입자만으로 이루어진 소결의 경우 Tdsp 값 부근에서 수축이 개시되기 때문에 중요한 값이다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연삭휠용 비정질 결합재는 기존에 사용되던 재료에 비하여 보다 cBN의 열적 특성에 근접한 재료이면서도 소성 공정온도를 낮게 할 수 있는 소재이다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연삭휠용 비정질 결합재는 유리의 강도를 좌우하는 네트워크 형성제(network former)의 함량이 적어 강도가 낮을 수 있기 때문에 이를 보상하기 위해 결정화를 유도하여 강도가 보상될 수 있다.
도 2는 소결된 실험예 1 내지 실험예 3 및 비교예의 시편들에 대한 로크웰(Rockwell) 경도 측정 결과를 일원(Anova) 분석한 것이다. 도 2에서 'A'는 실험예 1의 조성을 갖는 비정질 결합재에 대한 것이고, 'B'는 실험예 2의 조성을 갖는 비정질 결합재에 대한 것이며, 'C'는 실험예 3의 조성을 갖는 비정질 결합재에 대한 것이고, 'R'은 비교예의 조성을 갖는 결합재에 대한 것이다. 귀무 가설은 "조성에 따라 경도 값에는 차이가 없다" 였으며, 신뢰수준은 95%로 하였다. 경도값은 조 성에 따라 유의하지 않은 결과를 나타냈다(p value = 0.668).
그러나 동일한 시편들에 대한 곡강도 평가는 경도와는 다른 결과를 얻었다. 도 3은 소결된 실험예 1 내지 실험예 3 및 비교예의 시편들에 대한 곡강도 결과를 일원(Anova) 분석한 것이다. 도 3에서 'A'는 실험예 1의 조성을 갖는 비정질 결합재에 대한 것이고, 'B'는 실험예 2의 조성을 갖는 비정질 결합재에 대한 것이며, 'C'는 실험예 3의 조성을 갖는 비정질 결합재에 대한 것이고, 'R'은 비교예의 조성을 갖는 결합재에 대한 것이다. 귀무 가설은 "조성에 따라 곡강도 값에는 차이가 없다" 였으며, 신뢰수준은 95%로 하였다. 곡강도는 조성에 따라 유의한 결과를 나타냈다(p value = 0.00); "하나라도 다른 것이 있다"란 의미. 특히 실험예 2의 조성물은 비교예에 비하여 약 60% 정도의 값을 나타내었다. 그리고 비교예와 가장 근접한 실험예 1과 비교예 간의 2-샘플 테스트(sample test) 분석을 실시하여 보았다. 귀무가설은 "비교예 샘플이 실험예 1과 같다" 였으며, 신뢰수준은 95%로 비교예 > 실험예 1인 단측 검증하였다. P 값(value)은 0.011로 유의한 결과를 나타내었고, 그 값은 비교예의 90% 수준의 값을 나타내었다. 실험예 1의 경우는 비교예와 대비하여 강도값은 약간 낮은 값을 가지나, 최적 열처리 조건이 아닌 점을 고려해 보면 개선이 가능하다.
표 1에 나타낸 유리 조성들간의 구조적 차이점을 확인하기 위해 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM)을 이용하여 미세구조를 비교하였다. 도 4a 내지 도 4d는 표 1에 나타낸 각 유리 조성의 절단면을 주사전자현미경의 조성상 이미지(compo image)로 촬영한 것이다. 도 4a는 실험예 1의 조성을 갖는 비정질 결 합재에 대한 것이고, 도 4b는 실험예 2의 조성을 갖는 비정질 결합재에 대한 것이며, 도 4c는 실험예 3의 조성을 갖는 비정질 결합재에 대한 것이고, 도 4d는 비교예의 조성을 갖는 결합재에 대한 것이다.
실험예 1과 실험예 3은 조성계가 유사하기 때문에 결합재 내부의 형상도 거의 같았다. 그러나 실험예 2와 비교예는 다른 모습을 나타내었다.
실험예 1과 실험예 3은 기본 조성계가 유사하기 때문에 비정질 결합재 내부에 결정상으로 예상되는 약 100㎚ 크기의 입자들이 관찰되었다. 이러한 결정의 존재는 균열발생시 평균 균열전달 거리를 짧게 함으로써, 강도의 상승을 유도할 수 있다.
실험예 2의 경우는 실험예 1 및 실험예 3과는 달리 Al2O3가 매우 적은 조성으로 발생한 결정이 EDS(Energy dispersive spectroscopy)에 의해 성분 분석이 가능할 정도의 큰 입자(약 100㎛)가 관찰되었다(도 4b 참조). EDS 분석결과 생성된 조대 결정상은 아연 실리케이트(zinc silicate)계 결정상이었다.
실험예 1, 실험예 2 및 실험예 3에 생성된 결정상에 대해 정확히 확인하기 위해 X선 회절 분석을 한 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에서 (a)는 실험예 1의 조성을 갖는 비정질 결합재에 대한 것이고, (b)는 실험예 2의 조성을 갖는 비정질 결합재에 대한 것이며, (c)는 실험예 3의 조성을 갖는 비정질 결합재에 대한 것이다. 도 5에서 확인할 수 있듯이 실험예 1과 실험예 3의 조성은 아연 알루미늄 산화물(zinc aluminum oxide) 화합물 중 가나이트(gahnite) 결정임을 확인할 수 있었으 며, 실험예 2의 경우는 윌레마이트(willemite) 결정임을 확인하였다. 가나이트(Gahnite) 결정은 열팽창계수(CTE, coefficient of thermal expansion)의 값이 70×10-7/℃ 정도이며, 윌레마이트(willemite)는 30×10-7/℃ 정도로 낮은 열팽창계수를 나타낸다[J.Am.Cer.Soc. 83[12] 2938-44(2000), Aust. J. Phy. 41, 791-5(1988)]. 이러한 결정들은 자신을 둘러싼 유리 매트릭스(matrix)와 냉각 과정에서 열응력을 발생시킨다. 결정상의 열팽창계수가 낮을 경우 유리 매트릭스(matrix)쪽으로 인장 응력을 유발시키고 높을 경우 반대의 효과를 나타낸다. 또한, 결정상의 크기가 클 경우 기계적 응력이 집중이 될 수 있기 때문에 기계적 특성을 나빠지게 할 수 있다. 따라서, 실험예 2는 이와 같은 기계적 특성에 모두 좋지 않은 결정상과 결정크기를 갖는 조성임을 확인할 수 있었다.
기존의 비결정화 결합재와는 달리, 실험예 1(본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비정질 결합재)의 B2O3-ZnO-Al2O3-SiO2계 조성은 최적의 열처리 조건으로 열처리하여 결정화를 유도하는 경우 종래의 결합재와 유사한 정도까지의 기계적 특성을 가질 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연삭휠용 비정질 결합재의 조성은 네트워크 형성제(Network former)가 적어 강도가 약할 것으로 예상되었으나, 내부의 결정상의 크기가 작고 열팽창계수가 큰 가나이트(Gahnite) 결정상이 유도됨으로써 프릿(Frit) 내부에 결정이 발생함으로써 강도가 보상될 수 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연삭휠용 비정질 결합재는 연화점이 490∼520℃ 정도로서 종래의 결합재에 비하여 약 100℃ 정도 낮기 때문에 공정 조건은 100℃ 이상 낮게 할 수 있다. 비트리파이드 결합재는 연화점이 490∼520℃ 범위에 있었으며, 경도의 경우는 기존의 SiO2-B2O3-Al2O3계 비정질 결합재와 유의차가 없었으나, 강도의 경우 90%의 수준이었다. 한편, 실험예 2와 같이 유리 조성에 따라 성장하는 결정상이 ZnO·SiO2(willemite)인 경우 결정상의 조대화와 결정상의 낮은 열팽창계수로 인해 강도가 낮아진다는 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
도 1은 표 1에 나타낸 실험예 1 내지 실험예 3 및 비교예의 조성을 갖는 결합재에 대한 DTA 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 2는 소결된 실험예 1 내지 실험예 3 및 비교예의 시편들에 대한 로크웰 경도 측정 결과를 일원 분석한 결과를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 표 1에 나타낸 각 유리 조성의 절단면을 주사전자현미경의 조성상 이미지로 촬영한 사진이다.
도 5는 실험예 1 내지 실험예 3에 생성된 결정상에 대해 확인하기 위해 X선 회절 분석을 실시한 결과를 나타낸 도면이다.

Claims (7)

  1. 연마 입자들을 결합하여 연삭휠을 형성하는 연삭휠용 비정질 결합재에 있어서,
    B2O3 25∼40중량%, ZnO 12∼30중량%, Al2O3 15∼25중량%, SiO2 5∼15중량%, P2O5 5∼10중량% 및 Na2O 1∼9중량%를 포함하며, 팽창 연화점이 490℃∼520℃ 범위인 것을 특징으로 하는 연삭휠용 비정질 결합재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연삭휠용 비정질 결합재의 열팽창계수는 40×10-7/℃∼70×10-7/℃ 범위의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 연삭휠용 비정질 결합재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연삭휠용 비정질 결합재의 내부에 가나이트(Gahnite) 결정 구조를 갖는 입자들이 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 연삭휠용 비정질 결합재.
  4. B2O3 25∼40중량%, ZnO 12∼30중량%, Al2O3 15∼25중량%, SiO2 5∼15중량%, P2O5 5∼10중량% 및 Na2O 1∼9중량%를 포함하는 비정질 조성물과, 연마 입자 및 기공형성제를 일정 비율로 혼합하는 단계;
    혼합된 결과물을 일정 압력으로 성형하는 단계; 및
    성형된 결과물에 대하여 상기 기공형성제가 연소되어 다수의 기공이 형성되도록 하면서 상기 연삭휠용 비정질 결합재의 팽창 연화점보다 300∼400℃ 높은 온도에서 소성하는 단계를 포함하는 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 기재된 연삭휠용 비정질 결합재를 이용한 연삭휠의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 연마 입자는 1㎚∼30㎛의 평균 입경을 갖는 cBN, 다이아몬드 또는 알루미나 입자로 이루어진 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 기재된 연삭휠용 비정질 결합재를 이용한 연삭휠의 제조방법.
  6. 연마 입자들이 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 기재된 연삭휠용 비정질 결합재에 의해 결합되어 있고, 내부에 다수의 기공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 기재된 연삭휠용 비정질 결합재를 이용한 연삭휠.
  7. 제6항에 있어서, 상기 연마 입자는 1㎚∼30㎛의 평균 입경을 갖는 cBN, 다이아몬드 또는 알루미나 입자로 이루어진 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 기재된 연삭휠용 비정질 결합재를 이용한 연삭휠.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2021241194A1 (ko) * 2020-05-27 2021-12-02
WO2022172940A1 (ja) * 2021-02-15 2022-08-18 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 無機構造体及びその製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3311308B2 (ja) * 1998-03-03 2002-08-05 株式会社オハラ 垂直磁気記録媒体用ガラスセラミックス基板
DE10065027A1 (de) * 2000-12-23 2002-07-04 Degussa Wäßrige Dispersion, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung
KR200251875Y1 (ko) 2001-07-09 2001-11-17 주식회사 다이아피플 슈퍼피니싱용 비트리파이드 다이아몬드 숫돌
KR20040040251A (ko) * 2002-11-06 2004-05-12 주식회사 다이아피플 복합 결합제형 다이아몬드 및 cbn 숫돌
WO2005072912A1 (ja) * 2004-01-28 2005-08-11 Kure-Norton Co., Ltd. ビトリファイドダイヤモンド砥石の製造方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2021241194A1 (ko) * 2020-05-27 2021-12-02
WO2021241194A1 (ja) * 2020-05-27 2021-12-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 無機構造体及びその製造方法
CN115551804A (zh) * 2020-05-27 2022-12-30 松下知识产权经营株式会社 无机结构体及其制造方法
JP7515087B2 (ja) 2020-05-27 2024-07-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 無機構造体及びその製造方法
WO2022172940A1 (ja) * 2021-02-15 2022-08-18 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 無機構造体及びその製造方法
EP4292993A4 (en) * 2021-02-15 2024-10-23 Panasonic Ip Man Co Ltd INORGANIC STRUCTURE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME

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