KR20120012476A - 개선된 입자 보유성과 성능을 가지는 연마 물품 - Google Patents

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KR20120012476A
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Abstract

개선된 입자 보유성과 성능을 가지는 연마 물품 및 제조하는 방법이 개시된다. 개선된 입자 보유성을 가지는 연마 물품은 개선된 성능과 더 긴 물품 수명을 가지는 물품을 초래한다.

Description

개선된 입자 보유성과 성능을 가지는 연마 물품{ABRASIVE ARTICLE WITH IMPROVED GRAIN RETENTION AND PERFORMANCE}
본 발명은 일반적으로 연마 물품들에 관한 것이며 보다 구체적으로는 개선된 입자 보유성과 성능을 가지는 연마 물품에 관한 것이다.
연마 물품들은 일반적으로 절단, 랩핑, 그라인딩, 또는 폴리싱으로 가공 대상물을 기계 가공하는 다양한 산업에 사용된다. 기계 가공에 연마 물품을 사용하는 것은 광학 산업, 자동차 설비 수리 산업에서부터 금속 제조 산업까지 폭넓은 산업 범위에 걸쳐 있다. 각각의 이 예들에서, 제조 설비는 제품들의 설계된 치수, 구조, 및 표면 특성들(예를 들어, 평탄도, 표면 조도)에 도달하도록 벌크 재료를 제거하기 위해 연마제를 사용한다.
거친 그라인딩 연마 물품들의 제조업자들은 이들의 고객들에 의해 규정된 더 높은 생산성 요건뿐만 아니라 높은 성능 요건을 충족시키는 연마 물품의 제조라는 난제에 끊임없이 맞닥뜨린다. 제조업자들이 더 높은 생산성 요건과 성능 요건을 충족시키는 거친 그라인딩 연마 물품을 제조하는 것이 제조업자들에게 난제로 작용하는 하나의 특정한 이유는 연마 물품이 연마 입자 파괴나 마모 또는 접합 파괴에 기인한 기계적 손상뿐만 아니라, 연마 입자와 이들의 주변 유기 접합재의 경계면에서 열 손상(예를 들어, 입자 인출)을 받게 된다는 것이다. 특히, 열을 제거하기 위한 냉각제가 없이 재료를 제거하기 위해 거친 그라인딩 연마 물품들을 사용하는 것과 관련된 높은 파워는 이 물품들이 열 손상 타입의 손상(예를 들어, 연마 입자와 접합재의 경계면에서 열 열화)을 당하기 쉽게 만든다. 이 열 열화는 기계적 파괴에 대한 양호한 저항성을 보여주는 연마 입자를 사용할 때 훨씬 더 뚜렷해진다. 결국, 열 열화는 거친 그라인딩 연마 물품들을 약화시켜, 성능을 저하시키며 궁극적으로 더 짧은 수명에 이르게 한다. 열 열화는 입자/접합재 경계면에서 매우 빠르게 열 열화 온도에 도달하는 경향이 있는 초박형, 건식 절단 휠들에 관하여 특히 문제가 된다.
일 실시예에서, 복수의 연마 입자들, 유기 접합 재료 및 활성 필러 재료를 포함하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠이 제공된다. 활성 필러 재료는 정상의 건식 절단 조건에서 흡열 반응을 제공하는 유효량의 활성 흡열 필러 재료를 포함한다.
제2 실시예에서, 복수의 연마 입자들 및 흡열 반응을 제공하기 위해 첨가된 활성 흡열 필러 재료를 포함하는 유기 접합 재료를 포함하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠이 제공된다. 활성 흡열 필러 재료의 양은 유기 접합 재료의 약 12 내지 약 50 체적 퍼센트의 범위에 있다.
제3 실시예에서, 복수의 연마 입자들 및 입자 보유성을 개선시키는 흡열 반응을 제공하기 위해 첨가된 활성 흡열 필러 재료를 가지는 유기 접합 재료를 포함하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠이 제공된다. 복수의 연마 입자들은 시딩되거나 시딩되지 않은 졸 겔 알루미나 입자, Al2O3-Zr02 입자와 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다. 활성 흡열 필러 재료는 황화물들, 저융점 산화물들 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 물품의 이미지이다.
도 2는 종래 기술에 따른 다수의 입자 인출을 보이는 종래의 연마 물품의 현미경 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 연마 물품의 현미경 이미지이다.
도면들을 참조하면, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 물품(100)의 이미지이다. 특히, 도 1은 연마 물품(100)이 연마 휠 제품이라는 것을 보여준다. 본 기술분야에 알려진 바와 같이, 연마 휠 제품들은 예를 들어 큰 직경의 절단 연마 휠 제품들, 중간 직경의 절단 연마 휠 제품들 및 작은 직경의 절단 연마 휠 제품들과 같이 다양한 크기가 있다. 일반적으로, 큰 직경의 절단 연마 휠 제품들은 약 1000 mm보다 더 큰 직경을 가지며, 중간 직경의 절단 연마 휠 제품들은 약 400 mm보다 크며 약 1000 mm보다 작은 직경을 가지며, 작은 직경의 절단 연마 휠 제품들은 약 400 mm보다 작은 직경을 가진다. 뒤따르는 연마 물품(100)을 형성하는데 사용되는 연마제 혼합물의 설명이 바람직하게는 작은 직경의 절단 연마 휠 제품들에 적합하며 더 구체적으로는 약 250 mm보다 작은 직경을 가지는 초박형, 작은 직경의 절단 연마 휠 제품들에 적합하지만, 본 기술분야에서 숙련된 사람들은 연마 물품(100)을 형성하는데 사용되는 연마제 혼합물이 큰 직경의 절단 연마 휠 제품들과 중간 직경의 절단 연마 휠 제품들에도 적용 가능하다는 것을 인지할 것이다.
일 실시예에서, 연마 물품(100)은 연마 입자들 및 활성 흡열 필러 재료(들)와 같이 첨가된 활성 필러 재료들을 가지는 유기 접합 재료를 포함하는 연마제 혼합물로부터 형성되는 초박형, 작은 직경의 접합된 연마 물품이다. 이런 활성 흡열 필러 재료(들)는 연마 입자들과 이들의 주변 유기 접합 재료의 경계면에서 온도를 저하시키기 위해 "정상의 건식 절단 조건"에서 흡열 반응을 제공한다. 일반적으로, 활성 필러들은 그라인딩 성능을 향상시키기 위해 접합된 연마제에 사용될 수 있다. 반응성 필러들로도 알려진 활성 필러들은 물리적으로 및/또는 화학적으로 활성이 되도록 설계된다. 이들은 일반적으로 광범위하고, 증가된 절단 속도와 절단의 냉각을 제공한다. 연마 공구의 크기와 구조, 사용되는 입자와 접합재의 타입, 및 처하게 된 작동 조건과 같은 다양한 파라미터들에 따라, 활성 필러들은 다음 중의 하나 이상을 수행할 수 있다:
1.) 연마 입자들과 연마되는 가공 대상물 사이의 마찰을 감소시킴;
2.) 연마 입자들이 "캡핑(capping)" 되는 것을 방지하며, 즉, 금속 입자들이 연마 입자들의 상부에 용접되는 것을 방지함.
3.) 연마 입자들과 가공 대상물 사이의 경계면 온도를 저하시킴.
4.) 요구되는 그라인딩 힘을 감소시킴.
이 작용들은 일반적으로 다음의 상이한 메커니즘들로 분류될 수 있다:
1.) 연마 입자와 가공 대상물 사이의 마찰을 감소시키기 위한 윤활.
2.) 연마 입자들의 상부에 금속이 접합되는 것을 방지하거나, 절단 지스러기(swarf) 입자들이 가공 대상물에 용접되는 것을 방지하기 위해, 또는 칩의 형성을 용이하게 하기 위해 금속 표면의 완전성을 개질함으로써 금속 표면의 화학적 부식.
3.) 연마 입자를 제자리에 견고하게 고정하는데 사용되는 접합 재료의 산화의 자유 라디칼 과정을 억제함으로써 접합 삭마(ablation)의 방지.
4.) 새로운 입자들이 작동하기 시작하여 오래되고 낡은 연마 입자들을 배출시킬 수 있도록 하는 제어된 접합 침식.
5.) 연마 입자들과 가공 대상물 사이의 그라인딩 경계면으로부터 열을 소멸시키는데 도움을 주는 높은 흡열 반응에 의한 방열.
여기에 설명된 바와 같이, "정상의 건식 절단 조건"에서 연마 입자들과 이들의 주변 유기 접합 재료의 경계면에서 온도를 저하시키기 위해 흡열 반응을 제공하는 적어도 하나의 타입의 활성 흡열 필러 재료를 사용하는 것은 개선된 입자 보유성과 이용성을 초래한다. 개선된 입자 보유성의 결과는 연마 물품(100)이 개선된 절단 성능과 종래의 연마제 혼합물로부터 형성되는 다른 초박형 절단 연마 휠 제품들보다 더 긴 수명을 가질 것이라는 것이다.
이 실시예에서, 연마 물품(100)은 시딩되거나 시딩되지 않은 졸 겔 알루미나와 Al2O3-Zr02로 이루어지는 연마제 군의 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 타입의 주 연마 입자를 함유한다. 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 시딩되거나 시딩되지 않은 졸 겔 알루미나 군으로부터 나온 연마 입자들의 완전하지 않은 목록은 MA, Worcester의 Saint-Gobain Abrasives, Inc.로부터 상업적으로 이용 가능한 SG 입자와 NQ 입자; 모두 MN, St. Paul의 3M Corporation으로부터 상업적으로 이용 가능한 3M321 Cubitron 입자와 3M324 Cubitron 입자; 및 이들의 조합을 포함한다. 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 Al2O3-Zr02 군으로부터 나온 연마 입자들의 완전하지 않은 목록은 MA, Worcester의 Saint-Gobain Abrasives, Inc.로부터 상업적으로 이용 가능한 NZ Plus 입자; 모두 MA, Worcester의 Saint-Gobain Abrasives, Inc.로부터 상업적으로 이용 가능한 ZF 입자와 ZS 입자; Ontario CA, Toronto의 Treibacher Industry, Inc.로부터 상업적으로 이용 가능한 ZK40 입자; 및 모두 Quebec CA, Montreal의 Alcan, Inc.로부터 상업적으로 이용 가능한 ZR25B 입자와 ZR25R 입자를 포함한다. 일 실시예에서, 주 연마 입자의 양은 연마 입자의 전체 양의 약 20 내지 약 100 체적 퍼센트를 포함한다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 타입의 제2 연마 입자가 비용 또는 성능 요건을 달성하기 위해 주 연마 입자와 혼합될 수 있다. 제2 연마 입자는 세라믹 산화물들(예를 들어, 코팅되거나 코팅되지 않은 용융된 Al2O3, 단결정 Al2O3), 질화물들(예를 들어, Si3N4, AlN) 및 탄화물들(예를 들어, SiC)로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 연마 입자의 양은 연마 입자의 전체 양의 약 80 내지 약 0 체적 퍼센트까지의 범위 또는 균형에 있을 수 있다.
일 실시예에서, 유기 접합 재료는 하나 이상의 유기 수지들 - 예를 들어 에폭시, 폴리에스테르, 페놀 및 시안산염 에스테르 수지들, 또는 다른 적당한 열경화성 또는 열가소성 수지들과 같은, 해당 기술분야에서 인정된 유기 접합 재료로 필수적으로 구성된다. 사용될 수 있는 수지의 특정한, 비한정적인 예들은 다음을 포함한다: 상표명 Prefere 하에 그리고 카탈로그/제품 번호 8522G, 8528G, 8680G, 및 8723G 하에 이용 가능한 Finland, Dynea Oy에 의해 판매되는 수지들; 상표명 Rutaphen.RTM. 하에 그리고 카탈로그/제품 번호 9507P, 8686SP, 및 SP223 하에 이용 가능한, OH의, Hexion Specialty Chemicals에 의해 판매되는 수지들; 및 다음의 카탈로그/제품 번호: 29344, 29346, 및 29722 하에, TX의, Durez Corporation에 의해 판매되는 수지들. 일 실시예에서, 접합 재료는 건조 수지 재료를 포함한다.
다양한 실시예들에서, 활성 흡열 필러들의 타입들과 양들이 "정상의 건식 절단 조건들"에서 흡열 반응을 제공하기 위해 선택된다. 용어 "정상의 건식 절단 조건들"은 일반적으로 휠이 절단하며/그라인딩하도록 설계된 통상의 재료의 건식 절단 중에 작의 직경의, 초박형 절단 휠의 입자/접합재 경계면에서 마주치는 조건들을 가리킨다. 활성 흡열 필러의 "유효량"은 정상의 건식 절단 조건들에서 흡열 반응을 제공한다. 이 조건들은 일반적으로 450℃를 초과하는 열 열화 온도로의 매우 빠른 상승을 포함한다. 열 열화는 매우 빠르게 열을 전달하며 입자/접합재 경계면에서 매우 빠르게 열 열화 온도에 도달하는 경향이 있는, 초박형, 건식 절단 휠들에 대하여 특히 문제가 될 수 있다. 본 출원의 초박형 휠들에서, 활성 흡열 필러들은 건식 절단 중에 일반적으로 마주치는 조건에서 흡열 반응을 생성하므로, 입자/접합재 경계면에서 온도를 저하시키며, 이는 매우 개선된 입자 보유성과 더 긴 수명을 초래한다. 다양한 대체 실시예들에서, 활성 흡열 필러들은 입자/접합재 경계면에서 온도가 적어도 약 450℃, 또는 적어도 약 500℃, 또는 적어도 약 527℃이거나, 활성 흡열 필러를 분해시키는데 필요한 활성화 에너지보다 많은 양의 열 에너지를 제공하는 온도일 때 흡열 반응을 제공한다. 가열 속도가 늦을 때나 입자/접합재 경계면 온도가 너무 낮을 때에, 발열 반응이 일어날 수 있다는 것이 주목되며; 그러므로, 연마 물품의 두께는 원하는 흡열 반응을 획득하는 데 기여할 수 있다.
일 실시예에서, 흡열 반응을 제공하는 적어도 하나의 타입의 활성 흡열 필러 재료가 황화물들과 저융점 산화물들로 이루어지는 필러 타입의 그룹으로부터 선택된다. 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 황화물 타입으로부터 나온 활성 흡열 필러들의 완전하지 않은 목록은 황철석, 황화아연, 황화구리, 및 이들의 조합을 포함한다. 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 저융점 산화물 타입으로부터 활성 흡열 필러들의 완전하지 않은 목록은 산화비스무트, 산화납, 산화주석 및 이들의 조합을 포함한다. 일 실시예에서, 저융점 산화물들의 활성 필러들이 약 1000℃ 미만의 융점을 가지는 것이 바람직하다는 것에 주목하라.
본 기술분야에서 숙련된 사람들은 절단, 랩핑, 그라인딩 또는 폴리싱 작업 시 연마 물품(100)의 성능을 향상시키기 위해 다양한 다른 필러들이 유기 접합 재료에 첨가될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 필러들은 활성 및/또는 비활성 필러들을 포함할 수 있다. 활성 필러의 완전하지 않은 목록은 빙정석, PAF, KBF4, K2SO4, NaCl/KCl, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 비활성 필러들의 완전하지 않은 목록은 CaO, CaC03, Ca(OH)2, CaSiO3, 남정석(Al203-Si02의 혼합물), 사란(폴리비닐리덴 클로라이드), 네펜린(Nephenline) (Na, K) AlSi04, 목재 분말, 코코넛 껍질 분말, 석분, 장석, 고령토, 석영, 유리 단섬유, 석면 섬유, 발로티니(balotini), 표면 처리된 미세 입자(탄화규소, 강옥 등), 부석, 코르크 분말 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, K3AlF6와 KAlF4의 혼합물인, PAF와 같은 활성 필러 재료가 금속들을 부식시키고 휠과 가공 대상물 사이의 마찰을 감소시키기 위해 유기 접합 재료에 첨가될 수 있다.
특정한 실시예들에서, 연마 물품(100)을 형성하는데 사용되는 연마제 혼합물의 제제는 다음과 같을 수 있다. 일 실시예에서, 이 혼합물에 존재하는 연마 입자들은 전체 혼합물(즉, 공극을 제외함)의 약 35에서부터 약 55 체적 퍼센트까지의 범위에 있을 수 있다. 다른 실시예에서, 이 혼합물에 존재하는 연마 입자들은 전체 혼합물(즉, 공극을 제외함)의 약 40에서부터 약 54 체적 퍼센트까지의 범위에 있을 수 있다. 일 실시예에서, 이 혼합물에 있는 유기 접합 재료(예를 들어, 수지)는 전체 혼합물의 약 25에서부터 약 45 체적 퍼센트까지의 범위에 있을 수 있다. 다른 실시예에서, 이 혼합물에 있는 유기 접합 재료(예를 들어, 수지)는 전체 혼합물의 약 30에서부터 약 40 체적 퍼센트까지의 범위에 있을 수 있다. 일 실시예에서, 이 혼합물에 있는 활성 흡열 필러 재료는 약 5에서부터 약 30 체적 퍼센트까지의 범위에 있는 양일 수 있다(전체 혼합물에서의 양). 다른 실시예에서, 이 혼합물에 있는 활성 흡열 필러 재료는 약 5에서부터 약 24 체적 퍼센트까지의 범위에 있는 양일 수 있다(전체 혼합물에서의 양). 다른 실시예들에서, 이 혼합물에 있는 활성 흡열 필러 재료는 약 12에서부터 약 50 체적 퍼센트까지의 범위에 있는 양일 수 있다(전체 접합재에서의 양). 그런데 다른 실시예들에서, 이 혼합물에 있는 활성 흡열 필러 재료는 약 12에서부터 약 35 체적 퍼센트까지의 범위에 있는 양일 수 있다(전체 접합재에서의 양). 나머지는 활성 또는 비활성 필러들을 포함하는 다른 필러들일 것이다. 일 실시예에서, 유기 접합 재료에 흡열 반응을 제공하는 활성 필러 재료의 체적비는 약 0.136 내지 약 1의 범위에 있다(예를 들어, 수지). 다른 실시예에서, 유기 접합 재료에 흡열 반응을 제공하는 활성 필러 재료의 체적비는 약 0.136 내지 약 0.67의 범위에 있다(예를 들어, 수지).
위에 언급된 바와 같이, 일 실시예에서, 연마 물품(100)은 초박형, 작은 직경의 절단 연마 휠 제품이다. 특정 실시예들에서, 연마 물품(100)은 약 75 mm에서부터 약 250 mm까지의 범위에 있는 직경과, 약 2.5 mm보다 작은 두께를 가진다. 다른 실시예들에서, 휠의 두께는 약 0.8 mm와 약 2.2 mm 사이이다. 다양한 실시예들에서, 휠은 약 40에서부터 약 160까지의 범위에 있는 종횡비를 가질 수 있다. 이 치수들은 초박형, 작은 직경의 연마 물품(100)을 건식 절단 적용들에 더 적합하게 만든다. 휠의 치수와 조성은 상당한 성능 개선을 제공하기 위해 본 교시에 따라 선택될 수 있다.
여기에 설명된 바와 같이, 위에 설명된 제제로부터 형성되는 연마 물품은 종래의 연마 물품들처럼 대량의 입자 인출을 겪지 않는다. 종래의 제제로부터 형성되는 연마 물품들은 이 혼합물에 있는 연마 입자들과 접합 재료 사이의 접합이 연마 물품의 절단 작동과 관련된 열 입력으로부터 발생하는 열 열화를 견딜 수 없기 때문에 대량의 입자 인출의 악영향을 받는다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 연마 물품의 표면 수준에 있는 연마 입자들과 이들의 주변 유기 접합 재료의 경계면에서 온도가 가장 높으며 약 600℃에서부터 약 1000℃까지의 범위에 있을 수 있다는 것이 밝혀졌다. 유기 접합 재료는 이의 낮은 열전도율(즉, 2 W/(m.K)보다 낮음) 때문에 단열 층으로 작용을 할 수 있으며 그에 따라 절단 작동으로부터 나온 열 입력은 연마제들의 다른 층들이 존재하는 연마 물품의 깊이를 실질적으로 투과하지 못한다. 그러므로, 250℃에서부터 350℃까지일 수 있는, 이 더 낮은 수준에 있는 연마 입자들과 이들의 주변 유기 접합 재료의 경계면에서의 온도는 상부 표면의 경계면의 온도보다 대체로 낮다. 표면 수준에서 연마 입자들과 이들의 주변 유기 접합 재료의 경계면에서의 온도가 매우 높기 때문에, 접합은 더 약해지며(수지와 같은 유기 접합 재료의 일반적인 열 분해 온도는 500℃임) 결국 이 수준에 있는 연마 입자들은 인출되며 일반적인 마모 과정을 통해 꾸준히 마모되는 대신에 표면으로부터 떨어져 나간다. 위에 설명된 제제로부터 형성되는 연마 물품은 경계면 온도를 저하시키기 위해 일어나는 흡열 반응으로 인해 연마 입자들과 이들의 주변 접합 재료의 경계면에서 열 열화의 악영향을 받지 않기 때문에 더 적은 입자 인출을 겪는다.
종래 기술과 비교하여, 본 발명의 실시예들에 따른 연마 물품들은 휠의 치수 및 특정한 타입의 연마 입자들과 활성 흡열 필러들의 제제 때문에 연마 입자들과 이들의 주변 유기 접합 재료의 경계면에서 열 열화에 의한 악영향을 받지 않는다. 특히, 위에 언급된 제제들에서의 활성 필러들의 사용은 연마 입자들과 유기 접합 재료의 경계면에서 온도를 낮추는 냉각 효과를 초래하는 활성 필러들의 열 분해를 제공하는 작용을 한다는 것이 여기서 발견되었다. 이는 제어할 수 없는 열 열화가 일어나는 경향에 대응한다. 위에 언급된 제제들에서 흡열 반응을 제공하는 이 활성 필러들의 사용에 추가하여, 위에서 확인된 연마 입자들의 선택 및 제제는 종래의 연마 물품들보다 입자 인출이 상당히 적은 연마 제품을 초래한다는 것이 발견되었다.
도 2는 다수의 입자 인출 구멍들(210)을 보여주는 종래의 연마 물품의 현미경 이미지(200)이다. 설명을 용이하게 하기 위해 단지 몇 개의 입자 인출 구멍들(210)만이 강조된 것에 주목하라. 이미지(200)의 더 가까운 관찰은 종래 기술에 따라 형성된 이 연마 물품이 매우 많은 수의 입자 인출 구멍들(210)을 가진다는 것을 보여준다. 이런 많은 입자 인출 구멍들을 가지는 연마 물품은 잘 작동하지 않을 것이며 결과적으로 보다 짧은 수명 기간을 가질 것이다.
도 2에 도시된 종래의 연마 물품과 비교하여, 도 3은 본 발명의 실시예들에 따라 형성된 연마 물품의 현미경 이미지(300)를 보여준다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따라 형성된 연마 물품은 도 2에 도시된 종래의 연마 물품보다 상당히 더 적은 입자 인출 구멍들을 가진다. 비록 모든 입자 인출 구멍들이 도 3에서 강조되지 않았더라도, 도 2에 있는 것보다 이 도면에 상당히 더 적은 입자 입출 구멍들이 있다는 것이 명백하다.
도 3의 연마 물품이 상당히 더 적은 입자 인출 구멍들을 가지기 때문에, 여기에 설명된 바와 같은 이 물품은 종래의 연마 물품들보다 더 양호한 절단 작업을 수행하며 더 길게 유지된다. 연마 물품의 성능의 하나의 측정법은 절대 G-비율(Absolute G-Ratio)이다. 여기에서 설명된 바와 같은 절대 G-비율은 약 80 m/s의 최대 작동 속도를 가질 수 있는 건식 절단 적용을 위한 휴대용 기계의 위에 연마 물품을 설치함으로써 얻어진다. 일반적인 치수(예를 들어, 600 mm (길이) x 100 mm (폭) x 6 mm (두께))를 가지는 가공 대상물 재료는 바이스에 의해 클램핑될 수 있다. 그 다음에 가공 대상물 재료로부터 나온 절단물의 조각의 수를 세어서 연마 물품의 직경과 함께 컴퓨터 시스템에 기록한다. 경험이 있는 조작자는 그 다음에 가공 대상물 재료의 위에 절단 작업을 수행하기 위해 그라인더를 사용함으로써 수동으로 시험을 수행한다. 그라인더와 연결되는 데이터 획득 시스템이 시험 중에 그라인더의 동력과 전류 및 절단 시간을 모니터링한다. 시험은 연마 물품이 완전히 소모될 때까지 지속된다. 시험된 물품의 직경은 그 다음에 측정되고 기록된다. 남아 있는 가공 대상물 재료의 중량도 또한 계량되고 기록된다. 상업적으로 이용 가능한 소프트웨어 어플리케이션을 사용하는 컴퓨터 시스템은 재료 제거 속도(MRR: material removal rate)와 휠 마모 속도(WWR: wheel wear rate)를 결정한다. 어플리케이션은 WWR로 MRR을 나눔으로써 절대 G-비율을 계산한다. 더 높은 절대 G-비율은 연마 물품의 성능이 더 양호하다는 것을 가리킨다.
연마 물품 A(기준)의 절대 G-비율로 나누어진 연마 물품 B의 절대 G-비율의 비율인 상대 G-비율(Relative G-Ratio)이 연마 물품들의 성능을 비교하기 위해 여기에서 사용된다. 따라서, 연마 물품 A의 상대 G-비율은 1이다. 더 높은 상대 G-비율은 더 양호한 성능 개선이 획득되었다는 것을 가리킨다. 이 접근 방법을 사용하여, 위에서 언급된 제제들을 사용하여 여기에서 형성되는 연마 물품이 1.00보다 더 큰 상대 G-비율들을 가진다는 것이 밝혀졌다. 아래의 예들은 약 1.4에서부터 약 2.4까지의 범위에 있는 상대 G-비율 값을 획득하는 것이 가능하다는 것을 보여준다.
예들
다음은 여기에서 설명된 실시예들에 따라 형성된 연마 물품들의 특정한 예들을 제공한다.
예 1:
이 예에서, 연마 물품은 위에서 언급된 제제로 형성된다. 약 25 lbs의 단결정 Al2O3 연마 입자들과 혼합된 약 44 lbs의 Al2O3-Zr02 연마 입자가 혼합 용기에 첨가되었다. 적어도 하나의 처리 액체가 입자들에 도입되었다. 여기서, 약 5 lbs의 액체 수지가 연마 입자들에 첨가되었다. 약 11 lbs의 분말 수지, 약 6 lbs의 PAF 및 약 9 lbs의 황철석이 별도의 혼합 용기에 준비되었다. 액체 수지와 연마 입자들의 혼합물이 분말 수지, PAF, 및 황철석 혼합물과 혼합하기 위해 이 별도의 용기에 부어졌다. 그 다음에 연마 물품이, 예를 들어, 그 전체가 참고로 첨부된 - 미국 특허 번호 6,866,691 B1에 설명된 형성 방법들과 같은, 종래의 연마 물품과 동일한 방법으로 형성되었다. 연마 물품의 치수는 직경이 125 mm이었으며 두께는 1 mm였다. 위의 제제를 가지는 연마 물품의 성능이 시험되었으며 (동일한 치수의 종래의 연마 물품과 비교한) 이의 상대 G-비율은 2.2이었다. 성능 개선은 황철석의 열 분해가 연마 입자들과 이들의 주변 유기 접합재의 경계면에서 온도를 저하시켰으며 이는 개선된 입자 보유성과 더 긴 수명을 초래했다는 사실에 기인했다. 본 공개서가 제공된 이론에 의해 한정되게 하려는 의도가 없지만, 온도가 527℃보다 더 높을 때, 황철석의 분해가 높은 활성 에너지 때문에 가장 중요한 공정이 될 것이라고 생각된다.
예 2:
이 예에서, 연마 물품이 위에서 언급된 제제로 형성되었다. 약 68 lbs의 시딩되거나 시딩되지 않은 졸 겔 알루미나 Al2O3 연마 입자가 혼합 용기에 첨가되었다. 적어도 하나의 처리 액체가 입자에 도입되었다. 여기서, 약 5 lbs의 액체 수지가 연마 입자에 첨가되었다. 약 11 lbs의 분말 수지, 약 6 lbs의 PAF 및 약 10 lbs의 황철석이 별도의 혼합 용기에 준비되었다. 액체 수지와 연마 입자의 혼합물이 분말 수지, PAF, 및 황철석 혼합물과 혼합하기 위해 별도의 용기에 부어졌다. 그 다음에 연마 물품이 위에서 언급된 종래의 연마 물품과 동일한 방법들로 형성되고 시험되었다. 이 예에서 연마 물품의 치수는 직경이 125 mm이었으며 두께가 1 mm였다. 이의 상대 G-비율은 1.6이었다. 그 결과로 발생된 성능 개선은 황철석의 열 분해가 연마 입자들과 이들의 주변 유기 접합재의 경계면에서 온도를 저하시켰으며 이는 개선된 입자 보유성과 더 긴 수명을 초래했다는 사실에 기인하였다.
다음은 여기에서 설명된 실시예들에 따라 형성되지 않은 연마 물품의 비교예를 제공한다.
비교예 1:
이런 예에서, 위에서 언급된 연마 입자를 가지지만 상이한 활성 필러들을 가지는 연마 물품이 형성되었다. 특히, 약 25 lbs의 단결정 Al2O3 연마 입자들과 혼합된 약 44 lbs의 Al2O3-Zr02 연마 입자가 혼합 용기에 첨가되었다. 여기서, 약 5 lbs의 액체 수지가 연마 입자들에 첨가되었다. 이 예의 제제와 예 1의 제제 사이의 유일한 차이는 단지 하나의 타입의 활성 필러인 PAF가 결합 제제에 있다는 것이었다. 즉, 황철석이 이 제제에 없었다. 특히, 약 11 lbs의 분말 수지와 약 13 lbs의 PAF가 별도의 혼합 용기에 준비되었다. 액체 수지와 연마 입자의 혼합물이 분말 수지와 PAF 혼합물과 혼합하기 위해 이 별도의 용기에 부어졌다. 그 다음에 연마 물품이 예 1에 설명된 것과 동일한 방법으로 형성되고 시험되었다. 이 예에서 연마 물품의 치수는 직경이 125 mm이었으며 두께가 1 mm였다. (동일한 치수의 종래의 연마 물품과 비교하여) 그 결과로 나온 상대 G-비율은 1.1이었다. 연마 물품의 수명 또는 입자 보유성은 흡열 반응이 절단 작업 중에 일어나지 않았기 때문에 예 1과 동일한 규모로 개선되지 않았다.
본 공개서는 특히 이의 바람직한 실시예들과 관련하여 보여지고 설명되었지만, 변화들과 변형들이 본 기술분야에서 숙련된 사람들에게 일어날 것이라는 것이 인정될 것이다. 그러므로, 첨부된 청구항들이 본 공개서의 진정한 정신 내에 있을 뿐만 아니라 모든 이와 같은 변형들과 변화들을 커버하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (54)

  1. 복수의 연마 입자들, 유기 접합 재료 및 활성 필러 재료를 포함하며,
    상기 활성 필러 재료는 정상의 건식 절단 조건에서 흡열 반응을 제공하는 유효량의 활성 흡열 필러 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 연마 입자들은 시딩되거나 시딩되지 않은 졸 겔 알루미나 입자와 Al2O3-Zr02 입자 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 연마 입자들은 SG, NQ, 3M321, 3M324, NZ Plus, ZF, ZS, ZK40, ZR25B, ZR25R, 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 연마 입자들은 약 35 내지 약 55 체적 퍼센트/전체 혼합물의 범위로 존재하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 연마 입자들은 주 연마 입자와 제2 연마 입자를 포함하며, 상기 주 연마 입자는 시딩되거나 시딩되지 않은 졸 겔 알루미나 입자들, Al2O3-Zr02 입자들 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되며, 상기 주 연마 입자는 연마 입자의 전체 양의 약 20 내지 약 100 체적 퍼센트 사이를 포함하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유기 접합 재료는 건조 수지 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유기 접합 재료는 약 25 내지 약 45 체적 퍼센트/전체 혼합물의 범위로 존재하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 활성 흡열 필러 재료는 황화물들과 저융점 산화물들로 이루어지는 필러 타입의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 활성 흡열 필러 재료는 황철석, 황화아연, 황화구리, 산화납, 산화주석, 산화비스무트 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 활성 필러 재료는 빙정석, PAF, KBF4, K2SO4, NaCl/KCl 및 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 활성 흡열 필러 재료는 활성 필러 재료의 전체 양의 약 25 내지 약 100 체적 퍼센트의 범위로 존재하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 활성 흡열 필러 재료는 상기 접합 재료의 약 12 내지 약 50 체적 퍼센트의 범위로 존재하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 유기 접합 재료에 대한 상기 활성 흡열 필러 재료의 체적비는 약 0.136 내지 약 1의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 절단 휠은 약 75 mm에서부터 약 250 mm까지의 범위에 있는 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 절단 휠은 약 2.5 mm보다 작은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 두께는 약 0.8 mm와 약 2.2 mm 사이에 있는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 절단 휠은 약 40에서부터 약 160까지의 범위에 있는 종횡비를 가지는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 절단 휠은 연마 휠을 포함하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 연마 휠은 열 열화가 주요 제품 마모 메커니즘인 건식 절단 적용들에 사용되는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  20. 복수의 연마 입자들 및 흡열 반응을 제공하기 위해 첨가된 활성 흡열 필러 재료를 포함하는 상기 유기 접합 재료를 포함하며,
    상기 활성 흡열 필러 재료의 양은 상기 접합 재료의 약 12 내지 약 50 체적 퍼센트의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 복수의 연마 입자들은 시딩되거나 시딩되지 않은 졸 겔 알루미나 입자와 Al2O3-Zr02 입자 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 복수의 연마 입자들은 SG, NQ, 3M321, 3M324, NZ Plus, ZF, ZS, ZK40, ZR25B, ZR25R, 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 복수의 연마 입자들은 약 35 내지 약 55 체적 퍼센트/전체 혼합물의 범위로 존재하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 복수의 연마 입자들은 주 연마 입자와 제2 연마 입자를 포함하며, 상기 주 연마 입자는 시딩되거나 시딩되지 않은 졸 겔 알루미나 입자, Al2O3-Zr02 입자 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되며, 상기 주 연마 입자는 연마 입자의 전체 양의 약 20 내지 약 100 체적 퍼센트 사이를 포함하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제2 연마 입자는 세라믹 산화물들, 질화물들 및 탄화물들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 유기 접합 재료는 건조 수지 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  27. 제20항에 있어서,
    상기 유기 접합 재료는 약 25 내지 약 45 체적 퍼센트/전체 혼합물의 범위로 존재하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  28. 제20항에 있어서,
    상기 활성 흡열 필러 재료는 황화물들과 저융점 산화물들로 이루어지는 필러 타입의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 활성 흡열 필러 재료는 황철석, 황화아연, 황화구리, 산화납, 산화주석, 산화비스무트 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 유기 접합 재료에 대한 상기 활성 흡열 필러 재료의 체적비는 약 0.136 내지 약 1의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  31. 제20항에 있어서,
    상기 절단 휠은 약 75 mm에서부터 약 250 mm까지의 범위에 있는 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  32. 제20항에 있어서,
    상기 절단 휠은 약 2.5 mm보다 작은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 두께는 약 0.8 mm와 약 2.2 mm 사이에 있는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  34. 제20항에 있어서,
    상기 절단 휠은 약 40에서부터 약 160까지의 범위에 있는 종횡비를 가지는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  35. 제20항에 있어서,
    상기 절단 휠은 연마 휠을 포함하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 연마 휠은 열 열화가 주요 제품 마모 메커니즘인 건식 절단 적용에 사용되는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  37. 복수의 연마 입자들 및 입자 보유성을 개선시키는 흡연 반응을 제공하기 위해 첨가되는 활성 흡열 필러 재료를 가지는 유기 접합 재료를 포함하며,
    상기 복수의 연마 입자들은 시딩되거나 시딩되지 않은 졸 겔 알루미나 입자, Al2O3-Zr02 입자 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되며, 상기 활성 흡열 필러 재료는 황화물들, 저융점 산화물들 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 복수의 연마 입자들은 SG, NQ, 3M321, 3M324, NZ Plus, ZF, ZS, ZK40, ZR25B, ZR25R, 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  39. 제37항에 있어서,
    상기 복수의 연마 입자들은 약 35 내지 약 55 체적 퍼센트/전체 혼합물의 범위로 존재하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  40. 제37항에 있어서,
    상기 복수의 연마 입자들은 주 연마 입자와 제2 연마 입자를 포함하며, 상기 주 연마 입자는 시딩되거나 시딩되지 않은 졸 겔 알루미나 입자, Al2O3-Zr02 입자 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되며, 상기 주 연마 입자는 연마 입자의 전체 양의 약 20 내지 약 100 체적 퍼센트 사이를 포함하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 제2 연마 입자는 세라믹 산화물들, 질화물들 및 탄화물들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  42. 제37항에 있어서,
    상기 유기 접합 재료는 건조 수지 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  43. 제37항에 있어서,
    상기 유기 접합 재료는 약 25 내지 약 45 체적 퍼센트/전체 혼합물의 범위로 존재하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  44. 제37항에 있어서,
    상기 활성 흡열 필러 재료는 황철석, 황화아연, 황화구리, 산화납, 산화주석, 산화비스무트 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  45. 제37항에 있어서,
    상기 활성 흡열 필러 재료는 상기 접합 재료의 약 12 내지 약 50 체적 퍼센트의 범위로 존재하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  46. 제37항에 있어서,
    상기 유기 접합 재료에 대한 상기 활성 흡열 필러 재료의 체적비는 약 0.136 내지 약 1의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  47. 제37항에 있어서,
    상기 절단 휠은 약 75 mm에서부터 약 250 mm까지의 범위에 있는 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  48. 제37항에 있어서,
    상기 절단 휠은 약 2.5 mm보다 작은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 두께는 약 0.8 mm와 약 2.2 mm 사이에 있는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  50. 제37항에 있어서,
    상기 절단 휠은 약 40에서부터 약 160까지의 범위에 있는 종횡비를 가지는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  51. 제37항에 있어서,
    상기 절단 휠은 연마 휠을 포함하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  52. 제51항에 있어서,
    상기 연마 휠은 열 열화가 주요 제품 마모 메커니즘인 건식 절단 적용에 사용되는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  53. 제37항 내지 제52항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마 휠은 비활성 필러 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
  54. 제53항에 있어서,
    상기 비활성 필러 재료는 CaO, CaC03, Ca(OH)2 및 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 초박형, 작은 직경의 절단 휠.
KR1020117027918A 2009-04-30 2010-04-28 개선된 입자 보유성과 성능을 가지는 연마 물품 KR101326032B1 (ko)

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