KR20130086214A

KR20130086214A - 접합된 연마 물품 및 제조 방법

Info

Publication number: KR20130086214A
Application number: KR1020137007294A
Authority: KR
Inventors: 스리니바산 라마나; 케니쓰 에이. 쏘시에; 라챠나 우파드야이
Original assignee: 생-고뱅 어브레이시브즈, 인코포레이티드; 생-고벵 아브라시프
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2013-07-31
Also published as: US20170246726A1; US9676077B2; EP2611575B1; EP3272460A1; US20120055098A1; WO2012031229A3; US8715381B2; TW201522600A; TWI613285B; EP2611575A4; JP6209636B2; KR101603908B1; CN106078536B; CN106078536A; BR112013005026B1; US20160129553A1; BR112013005026A2; JP2013536764A; JP2016106040A; WO2012031229A2

Abstract

연마 물품은 금속 또는 금속 합금을 포함하는 접합 재료 내에 함유된 연마 입자들을 가지는 본체를 포함하고, 본체는 적어도 약 1.3인 V_AG/V_BM 의 비를 포함하고, 여기서 V_AG는 상기 본체의 총 부피 내에 있는 연마 입자들의 부피 퍼센트이고, V_BM은 상기 본체의 총 부피 내에 있는 접합 재료의 부피 퍼센트이다.

Description

접합된 연마 물품 및 제조 방법{BONDED ABRASIVE ARTICLE AND METHOD OF FORMING}

하기 내용은 접합된 연마 물품, 보다 구체적으로는, 금속 또는 금속 합금이 함유된 접합 재료 내에 포함된 연마 입자를 포함하는 접합된 연마 물품에 관한 것이다.

기계가공 분야에서 사용되는 연마재는 일반적으로 접합된 연마 물품들 및 코팅된 연마 물품들을 포함한다. 코팅된 연마 물품들은 일반적으로 뒤판과 접착층을 가지는 층상인 물품들로서 연마 입자들을 뒤판에 고정시키게 되는데, 가장 흔한 예가 사포이다. 접합된 연마 공구들은 강성이고, 일반적으로 한 덩어리로 된 3차원적인 연마 복합물로, 휠, 디스크, 세그먼트, 마운티드 포인트(mounted point), 혼(hone) 및 다른 공구 형상의 형태이고, 연삭(grinding) 또는 연마(polishing) 장치와 같은 기계가공 장치에 설치될 수 있다.

접합된 연마 공구들은 통상적으로 연마 입자들 및 접합 재료를 포함하는 적어도 두 개의 상을 갖는다. 특정 접합된 연마 물품들은 기공의 형태로 추가적인 상을 가질 수 있다. 접합된 연마 공구들은 연마 복합물(등급)의 상대 경도 및 밀도에 의해 그리고 복합물(구조) 내의 연마 입자, 접합 및 기공의 부피 퍼센트에 의해 그 기술분야의 관행에 따라 정의되는 다양한 "등급" 및 "구조"로 만들어질 수 있다.

일부 접합된 연마 공구들은, 예를 들어 전자 및 광 산업에서 사용되는, 금속, 세라믹 및 결정질 재료를 포함하는, 일정한 형태의 가공물을 연삭 및 성형함에 있어 특히 유용할 수 있다. 다른 예에서, 특정 접합된 연마 공구들은 산업 분야에서의 사용을 위한 초연마(superabrasive) 재질의 성형에 사용될 수 있다. 금속이 접합된 연마 물품으로 임의의 가공물을 연삭하고 성형하는 것과 관련하여, 일반적으로 공정은 접합된 연마 물품을 유지시킴에 기울이는 상당량의 시간과 노동을 포함한다. 즉, 일반적으로 금속이 접합된 연마 물품은 연마 물품의 연삭 능력을 유지시키기 위해 보통의 트루잉(truing) 및 드레싱(dressing)이 필요하게 된다. 산업에서는 향상된 연삭 가능한 방법과 물품이 계속 요구된다.

첫 번째 양태에 따라, 연마 물품은 금속 또는 금속 합금을 포함하는 접합 재료 내에 함유된 연마 입자들을 갖는 본체를 포함한다. 본체는 적어도 약 1.3인 V_AG/V_BM 의 비를 포함하는데, 여기서 V_AG는 본체의 총 부피 내에 있는 연마 입자들의 부피 퍼센트이고, V_BM은 본체의 총 부피 내에 있는 접합 재료의 부피 퍼센트이다.

다른 양태에 따라, 연마 물품은 금속 또는 금속 합금을 포함하는 접합 재료 내에 함유된 연마 입자들을 갖는 본체를 포함하되, 본체는 적어도 약 1.5인 V_P/V_BM 의 비를 포함하는 데, 여기서 V_P는 본체의 총 부피 내에 있는 연마 입자와 필러(filler)를 포함하는 입자 재료의 부피 퍼센트이고, V_BM은 본체의 총 부피 내에 있는 접합 재료의 부피 퍼센트이다. 접합 재료는 약 4.0 MPa m^0.5 이하의 평균 파괴 인성(K_1C)을 갖는다.

또 다른 양태에서, 연마 물품은 금속 또는 금속 합금을 포함하는 접합 재료 내에 함유된 연마 입자들을 갖는 본체를 포함하되, 본체는 접합 재료의 총 부피 중 적어도 약 1 vol% 인 활성 접합 조성물을 포함하는 활성 접합 조성물을 포함한다. 본체는 적어도 약 5 vol% 의 기공을 더 포함하고, 여기서 접합 재료는 약 4.0 MPa m^0.5 이하의 평균 파괴 인성(K_1C)을 갖는다.

또 다른 양태에서, 연마 물품은 금속 또는 금속 합금을 포함하는 접합 재료 내에 함유된 연마 입자들을 갖는 본체를 포함하되, 본체는 적어도 약 1.5인 V_P/V_BM 의 비를 포함하는 데, 여기서 V_P는 본체의 총 부피 내에 있는 연마 입자와 필러를 포함하는 입자 재료의 부피 퍼센트이고, V_BM은 본체의 총 부피 내에 있는 접합 재료의 부피 퍼센트다. 본체는 본체의 총 부피 중 적어도 약 5 vol%인 기공을 포함하고, 기공의 대부분은 본체의 부피를 통해 연장되는 서로 연결된 공공(pore)의 네트워크를 정의하는 서로 연결된 기공이다.

다른 양태에 따라, 연마 물품은 금속 또는 금속 합금을 포함하는 접합 재료 내에 함유된 연마 입자들을 갖는 본체를 포함하되, 본체는 적어도 약 1.3인 V_AG/V_BM 의 비를 포함하는 데, 여기서 V_AG는 본체의 총 부피 내에 있는 연마 입자들의 부피 퍼센트이고, V_BM은 본체의 총 부피 내에 있는 접합 재료의 부피 퍼센트이다. 본체는 접합 재료의 총 부피 중 적어도 10 vol% 인 활성 접합 조성물을 포함하는 활성 접합 조성물을 포함한다.

또한 다른 양태에서, 연마 물품을 형성하는 방법은 연마 입자들 및 금속 또는 금속 합금을 포함하는 접합 재료를 포함하는 혼합물을 형성하는 단계와 그 혼합물을 성형하여 그린 물품(green article)을 형성하는 단계를 포함한다. 그 방법은 그린 물품을 액상 소결을 수행하고 접합 재료 내에 함유된 연마 입자들을 포함하는 연마 본체를 형성하기 위한 온도에서 소결시키는 단계를 더 포함하고, 여기서 본체는 적어도 약 3:2의 V_P:V_BM 의 비를 포함하는데, V_P는 본체의 총 부피 내에 있는 연마 입자와 필러를 포함하는 입자 재료의 부피 퍼센트이고, V_BM은 본체의 총 부피 내에 있는 접합 재료의 부피비율이다.

다른 양태는 금속 또는 금속 합금으로 만들어진 접합 재료 내에서 함유된 연마 입자들을 포함하는 접합된 연마 본체를 가지는 연마 물품을 포함하는데, 접합 재료는 접합상과 침전상을 포함하는 복합 재료를 포함하고, 침전상은 활성 접합 조성물 중 적어도 하나의 요소와 접합 재료 중 적어도 하나의 요소를 포함하는 조성물을 가진다.

본 개시내용은 첨부한 도면들을 참조하여 더 잘 이해될 것이고, 많은 특징들과 장점들이 당업자들에게 명백하게 될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 접합된 연마 본체에 대한 연삭 사이클 횟수 대비 연삭력(Hp/in)의 도표를 포함하고 있다.
도 2는 실시예에 따른 접합된 연마 본체에 대한 연삭 사이클 횟수 대비 표면 거칠기(R_a)의 도표를 포함하고 있다.
도 3은 실시예와 통상적인 샘플에 따른 접합된 연마 본체들에 대한 연삭 사이클 횟수 대비 연삭력(Hp/in)의 도표를 포함하고 있다.
도 4는 실시예와 통상적인 샘플에 따른 접합된 연마 본체에 대한 두 개의 서로 다른 재료 제거 속도(예를 들어, 4.5 in³/min/in 및 5.1 in³/min/in) 대비 연삭력(Hp)의 막대 그래프를 포함하고 있다.
도 5는 실시예와 통상적인 샘플에 따른 접합된 연마 본체에 대한 두 개의 서로 다른 재료 제거 속도에서 연삭비(G-비)의 막대 그래프를 포함하고 있다.
도 6은 실시예와 통상적인 샘플에 따른 접합된 연마 본체에 대한 연삭 시간(초) 대비 스핀들 파워(Hp)의 도표를 포함하고 있다.
도 7은 실시예와 통상적인 샘플에 따른 접합된 연마 본체에 대한 연삭 시간(초) 대비 스핀들 파워(Hp)의 도표를 포함하고 있다.
도 8 내지 11은 실시예에 따른 접합된 연마 본체의 미세구조의 확대된 이미지를 포함하고 있다.
서로 다른 도면에서의 동일한 참조 부호의 사용은 유사하거나 동일한 물품을 나타낸다.

아래의 내용은 일반적으로 재료의 3차원 매트릭스 내에 연마 입자들을 포함하는 접합된 연마 물품들에 관한 것이다. 접합된 연마 물품들은 접합 재료의 3차원 매트릭스 내에 고정된 다량의 연마 입자들을 활용한다. 또한, 아래의 내용은 이러한 접합된 연마 물품들을 형성하는 방법들 및 이러한 접합된 연마 물품들에 대한 적용과 관련된 설명을 포함한다.

실시예에 따라, 연마 물품을 형성하는 공정은 연마 입자 및 접합 재료를 함유하는 혼합물을 형성함에 의해 시작될 수 있다. 연마 입자들은 경질 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연마 입자들은 적어도 약 7인 모스 경도를 가질 수 있다. 다른 연마 본체들에서, 연마 입자들은 적어도 8, 또는 적어도 9인 모스 경도를 가질 수 있다.

특정 예들에서, 연마 입자들은 무기 재료로 만들어질 수 있다. 적절한 무기 재료로는 탄화물, 산화물, 질화물, 붕화물, 옥시탄화물(oxycarbide), 옥시붕화물(oxyboride), 옥시질화물(oxynitride), 및 그 조합을 포함될 수 있다. 특히, 연마 입자들의 예들은 실리콘 카바이드(silicon carbide), 보론 카바이드(boron carbide), 알루미나, 지르코니아, 알루미나-지르코니아 복합 입자, 실리콘 나이트라이드(silicon nitride), SiAlON, 및 티타늄 보라이드(titanium boride)를 포함한다. 일정 예들에서, 연마 입자들은, 다이아몬드, 입방정 질화붕소(cubic boron nitride), 및 그 조합과 같은, 초연마재 재료를 포함할 수 있다. 특정 예들에서, 연마 입자들은 기본적으로 다이아몬드로 이루어질 수 있다. 다른 실시예들에서, 연마 입자들은 기본적으로 입방정 질화붕소로 구성될 수 있다.

연마 입자들은 약 1000 미크론 이하의 평균 그릿(grit) 크기를 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 연마 입자들은, 약 750 미크론 이하의, 예컨대 500 미크론 이하의, 250 미크론 이하의, 200 미크론 이하의, 또는 심지어 150 미크론 이하의 평균 그릿 크기를 가질 수 있다. 특정 예들에서, 본원에서의 실시예들의 연마 입자들은 약 1 미크론 내지 약 1000 미크론 사이의 범위 내에 있는, 예컨대 약 1 미크론 내지 500 미크론 사이, 또는 심지어 약 1 미크론 내지 200 미크론 사이의 범위 내에 있는 평균 그릿 크기를 가질 수 있다.

연마 입자들에 관해 추가로, 연마 입자들의 형상은 폭에 대한 길이의 치수들 사이의 비율인 종횡비(aspect ratio)로 설명될 수 있다. 길이는 연마 그릿의 가장 긴 치수이고 폭은 주어진 연마 그릿의 두 번째로 긴 치수로 이해될 것이다. 본원에서의 실시예에 따라, 연마 입자들은 약 3:1 이하의, 또는 심지어 약 2:1 이하의 종횡비(길이:폭)를 가질 수 있다. 특정 예들에서, 연마 입자들은 기본적으로 등축으로 될 수 있어, 약 1:1인 종횡비를 가지게 된다.

연마 입자들은 예를 들어 코팅을 포함하는 다른 특징들을 포함할 수 있다. 연마 입자들은 무기 재료일 수 있는 코팅 재료로 코팅될 수 있다. 적절한 무기 재료들은 세라믹, 유리, 금속, 금속 합금 및 그 조합을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 연마 입자들은 금속 재료로, 그리고 더 특정해서, 전이금속 조성물로 전기도금될 수 있다. 이러한 코팅된 연마 입자들은 연마 입자들 및 접합 재료 사이의 접합 향상(예를 들어, 화학적 결합)을 촉진시킬 수 있다.

일정 예들에서, 혼합물은 연마 입자들의 특정 분포를 포함할 수 있다. 예를 들어, 혼합물은 그릿 크기들의 연마 입자들의 다상(multi-modal) 분포를 포함할 수 있어서, 혼합물 내에 미세한, 중간의 그리고 조대한 그릿 크기의 특정 분포가 존재하게 된다. 하나의 특정 예에서, 혼합물은 미세한 평균 그릿 크기를 가지는 미세한 입자들과 조대한 평균 그릿 크기를 가지는 조대한 연마 입자들을 포함하는 연마 입자들의 2상(bimodal) 분포를 포함할 수 있는데, 여기서 조대한 평균 그릿 크기는 미세한 평균 그릿 크기 보다 현저하게 더 크다. 예를 들어, 조대한 평균 그릿 크기는 미세 평균 그릿 크기(미세 연마 그릿 크기에 기초한) 보다 적어도 약 10% 이상, 적어도 약 20%, 적어도 약 30%, 또는 심지어 적어도 약 50% 이상일 수 있다. 혼합물은 예를 들어, 3상 분포 또는 4상 분포를 포함하는, 다른 다상 분포의 연마 입자들을 포함할 수 있는 것으로 이해해야 한다.

동일 조성의 연마 입자들은, 예를 들어 부스러짐성(friability)을 포함하여, 다양한 기계적 특성들을 가질 수 있다. 혼합물과 최종 형성된 접합된 연마 본체는 동일한 조성이지만 다양한 기계적 특성 또는 등급을 가질 수 있는, 연마 입자들의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 혼합물은 단일 조성의 연마 입자들을 포함할 수 있어서, 그 혼합물은 다이아몬드 또는 입방정 질화붕소만을 포함하게 된다. 하지만, 다이아몬드 또는 입방정 질화붕소는 서로 다른 등급들의 다이아몬드 또는 입방정 질화붕소의 혼합물을 포함할 수 있어서, 연마 입자들은 다양한 등급들과 다양한 기계적 특징들을 가지게 된다.

연마 입자들은 양에 있어 혼합물로 제공될 수 있어서 최종적으로 형성된 연마 물품은 특정 양의 연마 입자들을 포함하게 된다. 예를 들어, 혼합물은 주 함량(예를 들어, 50 vol% 이상)인 연마 입자들을 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 접합 재료는 금속 또는 금속 합금 재료일 수 있다. 예를 들어, 접합 재료는 적어도 하나의 전이금속 원소를 포함하는 분말 조성물을 포함할 수 있다. 특정 예들에서, 접합 재료는 구리, 주석, 은, 몰리브데늄, 아연, 텅스텐, 철, 니켈, 안티몬, 및 그 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 금속을 포함할 수 있다. 한 특정 실시예에서, 접합 재료는 구리 및 주석을 포함하는 금속 합금일 수 있다. 구리와 주석의 금속 합금은 청동 재료일 수 있어서, 구리 및 주석의 중량조성으로 각각 60:40으로 만들어진다.

특정 실시예에 따라, 구리 및 주석의 금속 합금은 일정 함량의 구리를 포함할 수 있어서, 최종 형성된 접합된 연마 물품은 적절한 기계적 특성들과 연삭 성능을 가진다. 예를 들어, 구리와 주석 금속 합금은 약 70% 이하의 구리, 예컨대 약 65% 이하의 구리, 약 60% 이하의, 약 50% 이하의 구리, 약 45% 이하의 구리, 또는 심지어 40% 이하의 구리를 포함할 수 있다. 특정 예들에서, 구리의 양은 약 30% 내지 약 65% 사이, 그리고 더 특별하게는, 약 40% 내지 약 65% 사이의 범위 내에 있다.

구리와 주석의 특정 금속 합금들은 최소량의 주석을 가질 수 있다. 예를 들어, 금속 합금은 조성물의 총량의 적어도 약 30% 주석을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 주석의 양은 더 클 수 있어서, 예컨대 적어도 약 35%, 적어도 약 40%, 적어도 약 45%, 적어도 약 50%, 적어도 약 60%, 적어도 약 65%, 또는 심지어 적어도 약 75% 일 수 있다. 특정 접합 재료는, 약 30% 내지 약 80% 사이, 약 30% 내지 약 70% 사이, 또는 심지어 약 35% 내지 약 65% 사이의 범위 내에 있는 주석의 양을 가지는 구리와 주석 금속 합금을 포함할 수 있다.

대안적 실시예에서, 접합 재료는 주석 기반 재료일 수 있는데, 주석 기반 재료는 재료에 존재하는 다른 조성물에 대비해 주석이 주 함량을 구성하는 금속 및 금속 합금을 포함한다. 예를 들어, 접합 재료는 기본적으로 주석으로 이루어질 수 있다. 또한, 다른 합금 재료들, 특히 금속을 약 10% 이하로 포함하는 특정 주석 기반 재료들이 사용될 수 있다.

혼합물은 접합과 동등한 양의 연마 입자들을 포함할 수 있다. 그러나, 일정 실시예들에서, 혼합물은 혼합물 내의 연마 입자들의 양 보다 접합 재료의 양이 더 작을 수 있도록 형성될 수 있다. 이러한 혼합물은 특정 특성들을 가지는 접합된 연마 물품을 촉진시킬 수 있는데, 이는 본원에서 더 자세히 설명될 것이다.

연마 입자들과 접합 재료에 덧붙여, 혼합물은 활성 접합 조성물 전구체를 더 포함할 수 있다. 활성 접합 조성물 전구체는, 예를 들어 입자 재료(예를 들어, 연마 입자들 및/또는 필러들)와 접합 재료를 포함하는, 접합된 연마 본체의 특정 구성성분들 사이에 화학적 반응을 후에 촉진시키는 혼합물에 추가될 수 있는, 재료를 포함한다. 활성 접합 조성물 전구체는 작은 양으로, 특히 혼합물 내에 존재하는 연마 입자들의 양보다 작은 양으로 혼합물에 첨가될 수 있다.

실시예에 따라, 활성 접합 조성물 전구체는 금속 또는 금속 합금을 포함하는 조성물을 포함할 수 있다. 더 특별하게, 활성 접합 조성물 전구체는 수소를 포함하는 조성물 또는 착화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 활성 접합 조성물 전구체는 금속 수소화물을 포함할 수 있고, 더 특별하게, 티타늄 하이드라이드와 같은 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 활성 접합 조성물 전구체는 기본적으로 티타늄 하이드라이드로 이루어진다.

혼합물은 일반적으로 적은 양의 활성 접합 조성물 전구체를 포함한다. 예를 들어, 혼합물은 혼합물의 전체 중량 중 약 40 wt% 이하의 활성 접합 조성물 전구체를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 혼합물 중 활성 접합 조성물 전구체의 양은 더 적을 수 있어서, 예컨대 35 wt% 이하의, 약 30 wt% 이하의, 약 28 wt% 이하의, 약 26 wt% 이하의, 약 23 wt% 이하의, 약 18 wt% 이하의, 약 15 wt% 이하의, 약 12 wt% 이하의, 또는 심지어 약 10 wt% 이하일 수 있다. 특정 예들에서, 혼합물 내의 활성 접합 조성물 전구체의 양은 약 2 wt% 내지 약 40 wt% 사이, 예컨대 약 4 wt% 내지 약 35 wt% 사이, 약 8 wt% 내지 약 28 wt% 사이, 약 10 wt% 내지 약 28 wt% 사이, 또는 심지어 약 12 wt% 내지 약 26 wt% 사이의 범위 내에 있을 수 있다.

혼합물은 바인더(binder) 재료를 더 포함할 수 있다. 바인더 재료는 접합된 연마 물품의 형성 중 적절한 강도를 제공하도록 활용될 수 있다. 임의의 적절한 바인더 재료들은 유기 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유기 재료는 열경화성 재료, 열가소성 재료, 접착제 및 그 조합과 같은 재료일 수 있다. 하나의 특정 예에서, 바인더 재료 중 유기 재료는 폴리이미드, 폴리아미드, 레진, 아라미드, 에폭시, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 아세테이트, 셀룰로스, 및 그 조합과 같은 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 혼합물은 특정 온도에서 경화되도록 구성된 열가소성 재료의 조합을 활용하는 바인더 재료를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 바인더 재료는 혼합물의 구성성분들 사이에 부착을 촉진시키기에 적절한 접착 재료를 포함할 수 있다. 바인더는 예를 들어, 수계 또는 비수계 화합물을 포함하는, 액상 형태일 수 있다.

일반적으로, 바인더 재료는 혼합물 내에 적은 양(중량 기준)으로 존재할 수 있다. 예를 들어, 바인더는 연마 입자들, 접합 재료, 또는 활성 접합 조성물 전구체의 양 보다 현저하게 더 적은 양으로 존재할 수 있다. 예를 들어, 혼합물은 혼합물의 총 중량에 대해 약 40 wt% 이하의 바인더 재료를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 혼합물 내의 바인더 재료의 양은 더 적을 수 있어서, 예컨대 35 wt% 이하, 약 30 wt% 이하, 약 28 wt% 이하, 약 26 wt% 이하, 약 23 wt% 이하, 약 18 wt% 이하, 약 15 wt% 이하, 약 12 wt% 이하, 또는 심지어 약 10 wt% 이하일 수 있다. 특정 예들에서, 혼합물 내의 바인더 재료의 양은 약 2 wt% 내지 약 40 wt% 사이, 예컨대 약 4 wt% 내지 약 35 wt% 사이, 약 8 wt% 내지 약 28 wt% 사이, 약 10 wt% 내지 약 28 wt% 사이, 또는 심지어 약 12 wt% 내지 약 26 wt% 사이의 범위 내에 있을 수 있다.

혼합물은 일정 양의 필러를 더 포함할 수 있다. 필러들은, 예를 들어 연마 입자들을 포함하는, 혼합물 내의 특정 구성성분들을 대체할 수 있는 입자 재료일 수 있다. 특히, 필러들은 혼합물에 포함될 수 있는 입자 재료일 수 있고, 필러들은 최종적으로 형성된 접합된 연마 본체에서 그 원래 크기와 형상을 실질적으로 유지한다. 적절한 필러들의 예들은 산화물, 탄화물, 붕화물, 규소화물, 질화물, 옥시질화물, 옥시탄화물, 규산염, 흑연, 실리콘, 금속간화합물, 세라믹, 중공-세라믹, 용융 실리카, 유리, 유리-세라믹, 중공 유리 구, 껍질과 같은 자연 재료(natural material), 및 그 조합을 포함할 수 있다.

특히, 특정 필러들은 연마 입자들의 경도 보다 더 작은 경도를 가질 수 있다. 또한, 혼합물은 필러들이 혼합물의 총 부피 중 약 90 vol% 이하의 양으로 존재하도록 형성될 수 있다. 부피 퍼센트는 필러들이 무거운 입자들 대비 중공 구와 같은, 입자의 형태에 따른 다양한 밀도를 가질 수 있을 때 필러의 함량을 설명하기 위해 사용된다. 다른 실시에들에서, 혼합물 내의 필러의 양은 약 80 vol% 이하, 예컨대 약 70 vol% 이하, 약 60 vol% 이하, 약 50 vol% 이하, 약 40 vol% 이하, 약 30 vol% 이하, 또는 심지어 약 20 vol% 이하일 수 있다.

특정 형성 공정들은 연마 입자들의 양보다 더 많은 양의 필러 재료를 활용할 수 있다. 예를 들어, 연마 입자들의 거의 모두는 하나 이상의 필러 재료들로 대체될 수 있다. 다른 예들에서, 연마 입자들의 대부분의 함량이 필러 재료로 대체될 수 있다. 다른 실시예에서, 연마 입자들의 작은 부분이 필러 재료로 대체될 수 있다.

또한, 필러들은 연마 입자들의 평균 그릿 크기보다 현저하게 더 작은 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 필러의 평균 입자 크기는 연마 입자들의 평균 그릿 크기의 평균 그릿 크기에 기초한 연마 입자들의 평균 평균 그릿 크기보다 약 5% 이상, 예컨대 약 10% 이상, 예컨대 약 15% 이상, 약 20% 이상, 또는 심지어 약 25% 이상 더 작을 수 있다.

다른 일정 실시예들에서, 필러들은, 특히 중공 몸체인 필러와 관련해서, 연마 입자들 보다 더 큰 평균 입자 크기를 가질 수 있다.

특정 예들에서, 필러 재료는 스위스의 CSM Indentation Testers 주식회사 또는 그와 유사한 회사로부터 구입 가능한 다이아몬드 프루브(probe)를 활용하여 ISO 14577의 표준 시험을 통한 나노-압입 시험에 의해 측정되었을 때, 약 10 MPa m^0.5 이하의 파괴 인성(K_1C)을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 필러는 약 9 MPa m^0.5 이하의, 예컨대 약 8 MPa m^0.5 이하의, 또는 심지어 약 7 MPa m^0.5 이하의 파괴 인성(K_1C)을 가질 수 있다. 또한, 필러들의 평균 파괴 인성은 약 0.5 MPa m^0.5 내지 약 10 MPa m^0.5 사이, 예컨대 약 1 MPa m^0.5 내지 약 9 MPa m^0.5 사이, 또는 심지어 약 1 MPa m^0.5 내지 약 7 MPa m^0.5 사이의 범위 내에 있을 수 있다.

혼합물을 형성한 후, 접합된 연마 물품을 형성하는 공정은 혼합물을 전단하는 단계로 계속되어 혼합물은 적당한 유동 특성들을 가지게 된다. 예를 들어, 혼합물은 적어도 약 100 센티프아즈(centipoises)와 같은 특정 점도를 가지게 될 때까지 전단될 수 있고, 반액상인 농도(예를 들어, 진흙과 같은 농도)를 가질 수 있다. 다른 예들에서, 혼합물은 페이스트와 같이 훨씬 더 낮은 점도일 수 있다.

혼합물 전단 이후에, 공정은 혼합물로부터 응집체를 형성하는 단계로 계속될 수 있다. 응집체를 형성하는 공정은 처음 혼합물을 건조하는 공정을 포함할 수 있다. 특히, 건조 공정은 혼합물 내에 함유된 바인더 내의 유기 구성성분(예를 들어, 열경화성 재료)을 경화시키기에 적합한 온도에서 수행될 수 있고, 혼합물 내의 특정 휘발성분(예를 들어, 수분)의 일부를 제거할 수 있다. 따라서, 바인더 재료 내의 유기 재료를 적절하게 경화시킴에 있어, 혼합물은 경화된 또는 반경화된 형태를 가질 수 있다. 특히 적절한 건조 온도는 약 250 ℃ 이하일 수 있고, 더 특별하게 약 0 ℃ 내지 약 250 ℃ 사이의 범위 내에 있을 수 있다.

적절한 온도에서 혼합물을 건조한 후, 응집체를 형성하는 공정은 경화된 형태를 분쇄하는 단계로 계속될 수 있다. 경화된 형태를 분쇄한 후, 분쇄된 입자들은 연마 입자들과 접합 재료를 포함하는, 혼합물 내에 함유된 구성성분들의 응집체를 포함한다. 그 다음에 응집체를 형성하는 공정은 응집체 크기의 적절한 분포를 얻기 위해 분쇄된 입자들을 체로 거르는 단계를 포함한다.

응집체들을 형성한 후, 공정은 최종적으로 형성된 접합된 연마 물품의 원하는 형상으로 응집체를 성형하는 단계로 계속될 수 있다. 하나의 적절한 성형 공정은 응집된 입자들로 금형을 채우는 것을 포함한다. 금형을 채운 후, 응집체들은 프레스될 수 있어서 금형의 치수를 가지는 그린(green)(즉, 소결되지 않은) 몸체를 형성하게 된다. 일 실시예에 따라, 프레스하는 것은 접합된 연마 물품의 영역에 적어도 약 0.01 ton/in² 의 압력으로 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 압력은 더 클 수 있어서, 예컨대 대략 적어도 약 0.1 ton/in², 적어도 약 0.5 ton/in² , 적어도 약 1 ton/in² , 또는 심지어 적어도 약 2 ton/in² 이상일 수 있다. 일 특정 실시예에서 프레스하는 것은 약 0.01 ton/in² 내지 약 5 ton/in² 사이, 더 특별하게는 약 0.5 ton/in² 내지 약 3 ton/in² 사이의 범위 내인 압력으로 완료될 수 있다.

그린 물품을 형성하도록 혼합물을 성형한 후, 공정은 그린 물품을 처리하는 단계로 계속될 수 있다. 처리하는 단계는 그린 물품을 열처리하는 것, 특히 그린 물품을 소결하는 것을 포함할 수 있다. 일 특정 실시예에서, 처리하는 단계는 접합된 연마 본체를 형성하기 위해 액상 소결하는 것을 포함한다. 특히, 액상 소결은 그린 물품 중 특정 구성성분, 특히 접합재료를 액상으로 만드는 것을 포함하여, 소결 온도에서 접합 재료의 적어도 일부가 액상으로 존재하고 자유롭게 흐르게 된다. 특히, 액상 소결은 금속 접합 재료를 활용하는 접합된 연마재의 형성에 일반적으로 사용되는 공정은 아니다.

실시예에 따라, 그린 물품을 처리하는 단계는 그린 물품을 적어도 400 ℃의 액상 소결 온도까지 가열하는 것을 포함한다. 다른 실시예들에서, 액상 소결 온도는 더 클 수 있어서, 예컨대 적어도 500 ℃, 적어도 650 ℃, 적어도 800 ℃, 또는 심지어 적어도 900 ℃ 이상일 수 있다. 특정 예들에서, 액상 소결 온도는 약 400 ℃ 내지 약 1100℃ 사이의 범위 내에, 예컨대 약 800 ℃ 내지 약 1100℃ 사이, 더 특별하게는, 약 800 ℃ 내지 1050℃ 사이의 범위 내에 있을 수 있다.

처리하는 단계, 그리고 특히 소결하는 것은 특정 지속시간 동안 수행될 수 있다. 액상 소결 온도에서 소결은 적어도 약 10분, 적어도 약 20분, 적어도 약 30분 또는 심지어 적어도 약 40분의 지속시간 동안 수행될 수 있다. 특정 실시예에서, 액상 소결 온도에서 소결은 약 10분 내지 약 90분 사이, 예컨대 약 10분 내지 60분 사이, 또는 심지어 약 15분 내지 약 45분 사이의 범위 내인 지속시간 동안 계속될 수 있다.

그린 물품을 처리하는 단계는 특정 분위기에서 액상 소결 공정을 수행하는 것을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 분위기는 약 10^-2 Torr 이하의 압력을 가지는 감압된 분위기일 수 있다. 다른 실시예에서, 감압 분위기는 약 10^-3 Torr 이하, 약 10^-4 Torr 이하, 예컨대 약 10^-5 Torr 이하, 또는 심지어 약 10^-6 Torr 이하의 압력을 가질 수 있다. 특정 예들에서, 감압된 분위기는 약 10^-2 Torr 내지 약 10^-6 Torr 사이의 범위 내에 있을 수 있다.

또한, 그린 물품을 처리하는 중, 그리고 특히 액상 소결 공정 중, 분위기는 비산화성(즉, 환원성) 분위기일 수 있다. 환원성 분위기를 형성하기 위한 적절한 가스 물질은 수소, 질소, 영족 가스, 일산화탄소, 분해된 암모니아, 및 그 조합을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 불활성 분위기는 금속 및 금속 합금 구성성분들의 산화를 제한하기 위해 그린 물품의 처리 중 사용될 수 있다.

처리 공정을 완료한 후, 금속 접합 재료 내에 연마 입자를 포함하는 접합된 연마 물품이 만들어진다. 실시예에 따라, 연마 물품은 특정 특성들을 가지는 본체를 가질 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따라, 접합된 연마 본체는 본체 내에 있는 접합 재료의 부피보다 현저하게 더 큰 부피의 연마 입자들을 가질 수 있다. 접합된 연마 본체는 적어도 약 1.3인 V_AG/V_BM 의 비를 가질 수 있는데, 여기서 V_AG는 접합된 연마 본체의 총 부피 내에 있는 연마 입자들의 부피 퍼센트를 나타내고, V_BM은 접합된 연마 본체의 총 부피 내에 있는 접합 재료의 부피 퍼센트를 나타낸다. 다른 실시예에 따라, V_AG/V_BM 의 비는 적어도 약 1.5, 예컨대 적어도 약 1.7, 적어도 약 2.0, 적어도 약 2.1, 적어도 약 2.2 또는 심지어 적어도 약 2.5 일 수 있다. 다른 실시예에서, 접합된 연마 본체는 V_AG/V_BM 의 비가 약 1.3 내지 9.0 사이, 예컨대 약 1.3 내지 약 8.0 사이, 예컨대 약 1.5 내지 약 7.0 사이, 예컨대 약 1.5 내지 약 6.0 사이, 약 2.0 내지 약 5.0 사이, 약 2.0 내지 약 4.0 사이, 약 2.1 내지 약 3.8 사이, 또는 심지어 약 2.2 내지 약 3.5 사이의 범위 내에 있도록 만들어질 수 있다.

더 특별한 조건들에 있어서, 접합된 연마 본체는 접합된 연마 본체의 총 부피에 대해 적어도 약 30 vol% 연마 입자들을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 연마 입자들의 함량은 더 커서, 예컨대 적어도 약 45 vol%, 적어도 약 50 vol%, 적어도 약 60 vol%, 적어도 약 70 vol%, 또는 심지어 적어도 약 75 vol% 이다. 특정 실시예들에서, 접합된 연마 본체는 접합된 연마 본체의 총 부피에 대해 약 30 vol% 내지 약 90 vol% 사이, 예컨대 약 45 vol% 내지 약 90 vol% 사이, 약 50 vol% 내지 약 85 vol% 사이, 또는 심지어 약 60 vol% 내지 약 80 vol% 사이의 연마 입자들을 포함한다.

접합된 연마 본체는 접합된 연마 본체의 총 부피에 대해 약 45 vol% 이하의 접합 재료를 포함할 수 있다. 일정 실시예들에 따라, 접합 재료의 함량은 더 적어서, 예컨대 약 40 vol% 이하, 약 30 vol% 이하, 약 25 vol% 이하, 약 20 vol% 이하, 또는 심지어 약 15 vol% 이하이다. 특정 실시예들에서, 접합된 연마 본체는 접합된 연마 본체의 총 부피에 대해 약 5 vol% 내지 약 45 vol% 사이, 예컨대 약 5 vol% 내지 약 40 vol% 사이, 약 5 vol% 내지 약 30 vol% 사이, 또는 심지어 약 10 vol% 내지 약 30 vol% 사이인 접합 재료를 포함한다.

다른 실시예에 따라, 본원에서의 접합된 연마 본체는 일정 양의 기공을 포함할 수 있다. 예를 들어, 접합된 연마 본체는 접합된 연마 본체의 총 부피에 대해 적어도 5 vol%의 기공을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 접합된 연마 본체는 본체의 총 부피에 대해 적어도 10 vol%, 예컨대 적어도 12 vol%, 적어도 18 vol%, 적어도 20 vol%, 적어도 25 vol%, 적어도 30 vol%, 또는 심지어 적어도 35 vol% 인 기공을 가질 수 있다. 또한, 다른 실시예들에서, 접합된 연마 본체는 본체의 총 부피에 대해 약 80 vol% 이하의 기공을 포함할 수 있다. 다른 물품들에서, 접합된 연마 본체는 본체의 총 부피에 대해 약 70 vol% 이하의, 약 60 vol% 이하의, 약 55 vol%, 예컨대 약 50 vol% 이하의, 약 48 vol% 이하의, 약 44 vol% 이하의, 약 40 vol% 이하의, 또는 심지어 약 35 vol% 이하의 기공을 가질 수 있다. 기공은 본원에서 열거된 최소값와 최대값 사이의 범위 내에 있을 수 있다고 이해되어야 할 것이다.

접합된 연마 본체는 접합된 연마 본체 내의 일정 함량의 기공이 서로 연결된 기공이 되도록 만들어질 수 있다. 서로 연결된 기공은 접합된 연마 본체의 부피를 통해 연장되는 서로 연결된 통로들(즉, 공공들)의 네트워크를 정의한다. 예를 들어, 본체의 기공의 대부분은 서로 연결된 기공일 수 있다. 실제, 특정 예들에서, 접합된 연마 본체는 접합된 연마 본체 내에 존재하는 기공의 적어도 60%, 적어도 약 70%, 적어도 약 80%, 적어도 약 90%, 또는 심지어 적어도 약 95%가 서로 연결된 기공이 되도록 만들어질 수 있다. 일정 예들에서, 기본적으로 본체 내에 존재하는 기공 모두는 서로 연결된 기공이다. 따라서, 접합된 연마 본체는, 접합재와 연마 입자들에 의해 정의된 고체상과 접합된 연마 본체를 통해 고체상 사이로 연장되는 기공에 의해 정의되는 제2 연속상, 두 개의 상의 연속 네트워크에 의해 정의될 수 있다.

다른 실시예에 따라, 접합된 연마 본체는, 접합된 연마 본체의 총 부피에 대한 접합 재료(V_BM)와 비교하여 연마 입자들과 필러들을 포함하는 입자 재료(V_P)의 특정 비율을 가질 수 있다. 입자 재료와 접합 재료의 양이 본체의 총 부피의 일부로서 구성성분의 부피 퍼센트로 측정되는 것으로 이해해야 할 것이다. 예를 들어, 본원에서 실시예들의 접합된 연마 본체는 적어도 약 1.5의 비(V_P/V_BM)를 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, V_P/V_BM 비는 적어도 약 1.7, 적어도 약 2.0, 적어도 약 2.2, 적어도 약 2.5, 또는 심지어 적어도 약 2.8 일 수 있다. 특정 예들에서, V_P/V_BM 비는 1.5 내지 약 9.0 사이, 예컨대 약 1.5 내지 8.0 사이, 예컨대 약 1.5 내지 약 7.0 사이, 약 1.7 내지 약 7.0 사이, 약 1.7 내지 약 6.0 사이, 약 1.7 내지 약 5.5 사이, 또는 심지어 약 2.0 내지 약 5.5 사이의 범위 내에 있을 수 있다. 이와 같이, 접합된 연마 본체는 접합 재료 보다 필러들과 연마 입자들을 포함하는 입자 재료의 함량을 더 많이 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 연마 본체는 접합된 연마 본체의 총 부피 내에 존재하는 연마 입자들의 양(vol%) 보다 적거나 크거나 또는 이와 같을 수 있는 필러들의 양(vol%)을 포함할 수 있다. 특정 연마 물품들은 접합된 연마 본체의 총 부피에 대해 약 75 vol% 이하의 필러를 활용할 수 있다. 일정 실시예들에 따라, 본체에서 필러들의 함량은 약 50 vol% 이하, 약 40 vol% 이하, 약 30 vol% 이하, 약 20vol% 이하, 또는 심지어 약 15 vol% 이하일 수 있다. 특정 실시예들에서, 접합된 연마 본체는 접합된 연마 본체의 총 부피에 대해 약 1 vol% 내지 약 75 vol% 사이, 예컨대 약 1 vol% 내지 약 50 vol% 사이, 약 1 vol% 내지 약 20 vol% 사이, 또는 심지어 약 1 vol% 내지 약 15 vol% 사이의 필러를 포함한다. 일 예에서, 접합된 연마 본체는 기본적으로 필러가 없을 수 있다.

본원에서의 실시예들의 접합된 연마 본체들은 특정 함량의 활성 접합 조성물을 가질 수 있다. 이해되는 바와 같이, 활성 접합 조성물은 활성 접합 조성물 전구체와 예를 들어 연마 입자들, 필러들 및 접합 재료를 포함하는, 접합된 연마 본체의 특정 구성성분들 사이의 반응으로부터 만들어지는 반응 생성물일 수 있다. 활성 접합 조성물은 본체 내의 입자들(예를 들어, 연마 입자들 또는 필러)과 접합 재료 내의 입자들의 보유를 촉진시킬 수 있는 접합 재료 사이의 화학적 접합을 촉진시킬 수 있다.

특히, 활성 접합 조성물은 접합된 연마 본체의 독립 영역들에서 배치될 수 있는, 독립상들을 포함할 수 있다. 또한, 활성 접합 조성물은 조성물의 위치에 따라 특정 조성물을 가질 수 있다. 예를 들어, 활성 접합 조성물은 침전상과 경계상을 포함할 수 있다. 침전상은 접합 재료 내에 존재할 수 있고 접합 재료의 부피에 걸쳐 독립상으로 분포될 수 있다. 경계상은 입자 재료(즉, 연마 입자들 및/또는 필러들)와 접합 재료 사이의 경계에 배치될 수 있다. 경계상은 본체의 입자 재료의 표면적 대부분에 걸쳐 연장될 수 있다. 완전하게 이해되지 않지만, 활성 접합 조성물의 조성에 있어 차이들과 독립상들은 형성 공정들, 특히 액상 소결에 기인한다는 설이 있다.

따라서, 접합 재료는 분리된 상들인 접합상과 침전상을 포함하는 복합 재료일 수 있다. 침전상은 활성 접합 조성물의 적어도 일 구성요소와 접합 재료의 적어도 일 구성요소를 포함하는 조성물로 만들어질 수 있다. 특히, 침전된 상은 접합 재료로서 혼합물에 원래부터 제공되는 적어도 하나의 금속 구성요소를 포함할 수 있다. 침전상은 금속 또는 금속 합금 화합물 또는 착화합물일 수 있다. 특정 실시예들에서, 침전상은 티타늄, 바나듐, 크롬, 지르코늄, 하프늄, 텅스텐, 및 그 조합을 포함하는 재료의 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다. 더 특정 예들에서, 침전된 상은 티타늄을 포함하고 기본적으로 티타늄 및 주석으로 구성될 수 있다.

접합 재료의 접합상은 전이 금속 원소와, 특별하게 혼합물을 형성하기 위해 사용되는 원래 접합 재료에 포함된 금속 원소를 포함할 수 있다. 이와 같이, 접합상은 구리, 주석, 은, 몰리브데늄, 아연, 텅스텐, 철, 니켈, 안티몬, 및 그 조합으로 이루어지는 금속들의 그룹으로부터 선택되는 재료로 만들어질 수 있다. 특정 예에서, 접합상은 구리를 포함할 수 있고, 구리 기반 화합물 또는 착화합물일 수 있다. 일정 실시예들에서, 접합상은 기본적으로 구리로 구성된다.

경계상은 활성 접합 조성물의 적어도 하나의 구성요소를 포함할 수 있다. 또한, 경계상은 입자 재료의 적어도 하나의 구성요소를 포함할 수 있다. 이와 같이, 경계상은 활성 접합 조성물 및 입자 사이의 화학적 반응을 통해 형성되는 화합물 또는 착화합물일 수 있다. 특정 경계상 재료들은 탄화물, 산화물, 질화물, 붕화물, 옥시질화물, 옥시붕화물, 옥시탄화물 및 그 조합을 포함한다. 경계상은 금속을 포함할 수 있고, 더 특별하게, 금속 탄화물, 금속 질화물, 금속 산화물, 금속 옥시질화물, 금속 옥시붕화물, 또는 금속 옥시탄화물과 같은, 금속을 포함하는 화합물일 수 있다. 일 실시예에 따라, 경계상은 기본적으로 티타늄 카바이드, 티타늄 나이트라이드, 티타늄 보로나이트라이드, 티타늄 알루미늄 옥사이드, 및 그 조합의 그룹으로부터의 재료로 구성된다.

또한, 경계상은 적어도 약 0.1 미크론의 평균 두께를 가질 수 있다. 그러나, 더 특별하게, 경계상은 경계상이 위에 놓이는 입자 재료의 크기에 따라 다양한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 10 미크론 보다 작은 평균 크기를 가지는 연마 입자들 및/또는 필러들과 관련하여, 경계상은 입자의 평균 크기의 약 1% 내지 205 사이 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 약 10 미크론 내지 약 50 미크론 사이 범위 내의 평균 크기를 가지는 입자 재료에 대해, 경계상은 입자 평균 크기의 약 1% 내지 10% 사이 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 약 50 미크론 내지 약 500 미크론 사이 범위 내의 평균 크기를 가지는 입자 재료에 대해, 경계상은 입자 평균 크기의 약 0.5% 내지 약 10% 사이 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 약 500 미크론 보다 큰 평균 크기를 가지는 입자 재료에 대해서는, 경계상은 입자 평균 크기의 약 0.1% 내지 약 0.5% 사이 범위 내의 두께를 가질 수 있다.

도 8 내지 11은 실시예에 따른 접합된 연마 본체의 미세구조의 확대된 이미지를 포함한다. 도 8은 연마 입자들(801)과 그 연마 입자들(801) 사이로 연장되는 접합 재료(803)를 포함하는 접합된 연마 본체의 일부의 단면에 대한 주사전자현미경 이미지(후방산란(backscatter) 모드에서 조작된)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 접합 재료(803)는 재료의 두 개의 독립상들, 더 밝은 색으로 나타내어지고 접합 재료(803)의 부피에 걸쳐 연장되는 침전상(805)과, 더 어두운 색으로 나타내어지고 접합 재료(803)의 부피에 걸쳐 연장되는 접합상(806)을 포함한다.

도 9 내지 11은 도 8의 접합된 연마 본체의 동일한 영역의 확대된 이미지를 포함하는데, 본체의 임의의 영역들에서 선택 원소들 존재를 구별하기 위해 마이크로프로브(microprobe) 분석을 이용하였다. 도 9는 구리 함량이 높은 영역을 구별하기 위해 설정된 모드에서 도 8의 영역에 대한 마이크로프로브 이미지를 포함하는 데, 더 밝은 영역은 구리가 존재하는 영역을 나타낸다. 실시예에 따라, 접합 재료(803)는 구리 및 주석의 금속 합금을 포함할 수 있다. 더 특별한 실시예에 따라, 접합 재료(803)의 적어도 두 개의 독립상들 중 하나인, 접합 재료(803)의 접합상(806)은 침전상(805) 보다 더 많은 양의 구리를 가질 수 있다.

도 10은 도 8 및 9의 영역에 대한 확대된 이미지를 포함하는데, 접합된 연마 본체의 임의의 영역들에 있는 선택 원소를 구별하기 위해 마이크로프로브 분석을 사용하였다. 도 10은 주석 존재를 가지는 영역들을 구별하기 위한 모드 설정으로 마이크로프로브를 사용하여, 더 밝은 영역들이 주석이 더 많이 있는 영역들을 나타내게 된다. 도시된 바와 같이, 접합 재료(803)의 침전상(805)은 접합상(806) 보다 더 많은 함량의 주석을 갖는다.

도 11은 마이크로프로브 분석을 이용하여 도 8 내지 10의 영역에 대한 확대된 이미지를 포함한다. 특히, 도 11은 티타늄 존재를 가지는 영역들을 구별하기 위한 모드 설정으로 마이크로프로브를 이용하여, 더 밝은 영역들이 티타늄이 더 많이 있는 영역들을 나타내게 된다. 도시된 바와 같이, 접합 재료(803)의 침전상(805)은 접합상(806) 보다 더 많은 함량의 티타늄을 갖는다. 도 11은 또한 연마 입자들(801)과 접합 재료(803)의 경계에서 경계상(1101)의 증거를 제공한다. 도 11에 의해 증명된 바와 같이, 경계상(1101)은 특히 더 높은 함량의 티타늄을 포함하여, 활성 접합 조성물 전구체의 티타늄이 우선적으로 입자(즉, 연마 입자(801))의 경계로 이동하고 연마 입자들과 화학적으로 반응하여 본원에서 설명한 바와 같이 이종간 상 화합물을 형성할 수 있다는 것을 나타낸다.

도 8 내지 11은 예상 밖 현상의 증거를 제공한다. 완전히 이해되지는 않았지만, 구리 및 주석으로 구성된 원래의 접합 재료는 공정 중 분리되는데, 이는 액상 소결 공정에 기인한다는 것으로 가설이 수립된다. 주석과 구리는 각각 침전상(805)과 접합상(806)의 독립상들이 된다. 또한, 주석은 활성 접합 조성물 전구체 재료에 존재하는 티타늄과 우선적으로 결합하여 침전상(805)을 만든다.

실시예에 따라, 접합된 연마 본체는, 경계상 및 침전상과 같은 활성 접합 조성물의 모든 상들을 포함하는, 접합 재료의 총 부피에 대해 약 1 vol%의 활성 접합 조성물을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 접합 내에 있는 활성 접합 조성물의 양은 더 클 수 있어서, 예컨대 적어도 약 4 vol%, 적어도 약 6 vol%, 적어도 약 10 vol%, 적어도 약 12 vol%, 적어도 약 14 vol%, 적어도 약 15 vol%, 또는 심지어 적어도 약 18 vol% 보다 클 수 있다. 특정 예들에서, 접합 재료는 약 1 vol% 내지 약 40 vol% 사이, 예컨대 약 1 vol% 내지 30 vol% 사이, 약 1 vol% 내지 약 25 vol% 사이, 약 4 vol% 내지 약 25 vol% 사이, 또는 약 6 vol% 내지 약 25 vol% 사이의 범위 내에 있는 양의 활성 접합 조성물을 함유한다. 일부 예들에서, 활성 접합 조성물의 양은 접합 재료의 총 부피에 대해 약 10 vol% 내지 약 30 vol% 사이, 약 10 vol% 내지 약 25 vol% 사이, 또는 심지어 약 12 vol% 내지 약 20 vol% 사이의 범위 내에 있다.

접합된 연마 본체는 접합 재료가 특정 파괴인성(K_1C)을 가질 수 있도록 만들어질 수 있다. 접합 재료의 인성은 마이크로-압입 시험 또는 나노-압입 시험을 통해 측정될 수 있다. 마이크로-압입 시험은, 예를 들어 본 예시에서를 포함하여, 접합 재료에 있는 재료 내의 특정 위치에서 인덴터(indentor)에 하중을 가함을 통해 연마된 샘플에 균열을 발생시키는 원리를 통해 파괴 인성을 측정한다. 예를 들어, 적절한 마이크로-압입 시험은, Microindentation Techniques in Materials Science and Engineering, ASTM STP 889, D.B.Marshall and B.R. Lawn pp 26-46, "Indentation of Brittle materials"에서 설명된 방법들에 따라 수행될 수 있다. 실시예에 따라, 접합된 연마 본체는 약 4.0 MPa m^0.5 이하의 평균 파괴인성(K_1C)을 가지는 접합 재료를 가진다. 다른 실시예들에서, 접합 재료의 평균 파괴인성(K_1C)은 약 3.75 MPa m^0.5 이하, 예컨대 약 3.5 MPa m^0.5 이하, 약 3.25 MPa m^0.5 이하, 약 3.0 MPa m^0.5 이하, 약 2.8 MPa m^0.5 이하, 또는 심지어 약 2.5 MPa m^0.5 이하일 수 있다. 접합 재료의 평균 파괴인성은 약 0.6 MPa m^0.5 내지 약 4.0 MPa m^0.5 사이 범위 내, 예컨대 약 0.6 MPa m^0.5 내지 약 3.5 MPa m^0.5 사이 범위 내, 또는 심지어 약 0.6 MPa m^0.5 내지 약 3.0 MPa m^0.5 사이 범위 내에 있을 수 있다.

본원에서의 실시예들의 연마 물품들은 특정 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 접합된 연마 본체는 적어도 약 2000 psi, 예컨대 적어도 약 4000 psi, 그리고 더 특별하게, 적어도 약 6000 psi인 파단 계수(modulus of rupture, MOR)를 가질 수 있다.

본원에서의 실시예들의 접합된 연마 본체들은 특정 연삭 조작에서 사용될 때 특정 특성들을 나타낸다. 특히, 접합된 연마 휠은 드레싱되지 않는 연삭 조작에서 사용될 수 있는데, 접합된 연마 본체는 본체가 트루잉 조작을 수행한 후 드레싱 조작을 필요로 하지 않는다. 통상적으로, 트루잉 조작들은 연마 본체에 원하는 윤곽과 형상을 부여하기 위해 완료된다. 트루잉 후, 연마 본체는 일반적으로 닳은 그릿을 제거하고 새로운 연마 입자들을 노출시키기 위해 동일하게 경하거나 더 경한 연마 요소로 드레싱된다. 드레싱은 연마 물품의 적절한 조작을 확실히 하기 위해 통상적인 연마 물품들에 대해 시간이 소비되고 필요한 공정이다. 본원에서의 실시예의 접합된 연마 본체들은 사용 중 현저하게 덜 드레싱을 요구하게 되고 통상적인 연마 물품들에 대해 현저하게 향상된 성능 계수들을 가지는 것으로 밝혀졌다.

예를 들어, 일 실시예에서, 드레싱되지 않는 연삭 조작 중, 실시예의 접합된 연마 본체는 약 40% 이하의 파워 편차를 가질 수 있는데, 여기서 파워 편차는 식

로 설명된다. P_o는 처음 연삭 사이클에서 접합된 연마 본체로 가공물을 연삭하기 위한 연삭력(Hp 또는 Hp/in)을 나타내고 P_n은, n≥4 인 n 번째 사이클에 대해 가공물을 연삭하기 위한 연삭력(Hp 또는 Hp/in)을 나타낸다. 따라서, 파워 편차는 처음 연삭 사이클로부터 적어도 4회 연삭 사이클이 수행되는 이후 연삭 사이클로의 연삭력의 변화를 측정한다.

특히, 연삭 사이클은, 트루잉 또는 드레싱 조작이 연삭 사이클 사이에 접합된 연마 물품에서 수행되지 않는다는 것을 의미하는, 연속적인 방법으로 완료될 수 있다. 본원에서 실시예들의 접합된 연마 본체들은 특정 연마 조작들 중 약 25% 이하의 파워 편차를 가질 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 접합된 연마 본체의 파워 편차는 약 20% 이하, 예컨대 약 15% 이하, 또는 심지어 약 12% 이하일 수 있다. 특정 연마 본체들의 파워 편차는 약 1% 내지 약 40% 사이, 예컨대 약 1% 내지 약 20% 사이, 또는 심지어 약 1% 내지 약 12% 사이의 범위 내에 있을 수 있다.

파워 편차와 더 관련하여, 처음 연삭 사이클(P_o)에서의 연삭력과 n 번째 연삭 사이클(P_n)에서 가공물을 연삭하기 위해 사용되는 연삭력 사이의 변화는 "n"이 4 이상인 연삭 사이클의 횟수에 대해 측정될 수 있다는 것에 유의해야 할 것이다. 다른 예들에서, "n"은 6 이상(즉, 적어도 6회 연삭 사이클), 10 이상, 또는 12 이상일 수 있다. 또한, n 번째 연삭 사이클은 연속적인 연삭 사이클을 나타낼 수 있는데, 여기서 연삭 사이클 사이에 연마 물품에서 드레싱은 수행되지 않는다는 것으로 이해해야 할 것이다.

실시예에 따라, 접합된 연마 본체는 연삭 조작들에서 사용될 수 있는데, 여기서 재료 제거 속도(MRR')은 적어도 약 1.0 in³/min/in [10 mm³/sec/mm]이다. 다른 실시예들에서, 본원에서의 실시예들의 접합된 연마 본체를 사용하는 연삭 조작은 적어도 약 4.0 in³/min/in [40 mm³/sec/mm], 예컨대 적어도 약 6.0 in³/min/in [60 mm³/sec/mm], 적어도 약 7.0 in³/min/in [70 mm³/sec/mm], 또는 심지어 적어도 약 8.0 in³/min/in [80 mm³/sec/mm] 인 재료 제거 속도로 수행될 수 있다. 본원에서의 실시예의 접합된 연마 본체들을 활용하는 특정 연삭 조작들은, 약 1.0 in³/min/in [10 mm³/sec/mm] 내지 약 20 in³/min/in [200 mm³/sec/mm] 사이의 범위 내, 약 5.0 in³/min/in [50 mm³/sec/mm] 내지 약 18 in³/min/in [180 mm³/sec/mm] 사이의 범위 내, 약 6.0 in³/min/in [60 mm³/sec/mm] 내지 약 16 in³/min/in [160 mm³/sec/mm] 사이의 범위 내, 또는 심지어 약 7.0 in³/min/in [70 mm³/sec/mm] 내지 약 14 in³/^min/in [140 mm³ ^/sec/mm] 사이의 범위 내인 재료 제거 속도(MRR')로 수행될 수 있다.

또한, 접합된 연마 본체는 접합된 연마 본체가 특정 표면 속도로 회전하는 연삭 조작에서 활용될 수 있다. 표면 속도는 가공물과 접촉하는 지점에서 휠의 속도를 나타낸다. 예를 들어, 접합된 연마 본체는 적어도 1500 분당 표면 피트(surface feet per minute, sfpm)의 속도로, 예컨대 적어도 약 1800, 예컨대 적어도 약 2000 sfpm, 적어도 약 2500 sfpm, 적어도 약 5000 sfpm, 또는 심지어 적어도 10000 sfpm 의 속도로 회전될 수 있다. 특정 예들에서, 접합된 연마 본체는 약 2000 sfpm 내지 약 15000 sfpm 사이, 예컨대 약 2000 sfpm 내지 12000 sfpm 사이의 범위 내의 속도로 회전될 수 있다.

접합된 연마 본체는, 예를 들어 플런지(plunge) 연삭 조작들, 크립 피드(creep feed) 연삭 조작들, 필(peel) 연삭 조작들, 플루트(flute) 연삭 조작들 등을 포함하는, 다양한 연삭 조작들에서 사용에 적합할 수 있다. 일 특정 예에서, 접합된 연마 본체는 엔드밀 연삭 적용에서 사용에 적합하다. 다른 예들에서, 접합된 연마 본체는, 예를 들어 사파이어와 석영 재료를 포함하는, 경질의 부서지기 쉬운 가공물을 얇게 하는 것에 유용할 수 있다.

또한, 본원에서의 실시예들의 접합된 연마 본체들은 연마 조작들에서 활용될 수 있어서, 연마 후, 가공물은 약 50 마이크로인치(약 1.25 미크론) 이하의 평균 표면 거칠기(R_a)를 가진다. 다른 예들에서, 가공물의 평균 표면 거칠기는 약 40 마이크로인치(약 1 미크론), 또는 심지어 약 30 마이크로인치(약 0.75 미크론) 이하일 수 있다.

다른 실시예들에서, 본원에서 실시예들의 접합된 연마 물품들로 연삭 중, 적어도 세 번의 연속되는 연삭 조작에 대한 평균 표면 거칠기 편차는 약 35% 이하일 수 있다. 연속된 연삭 조작들은 트루잉 조작이 각 연삭 조작들 사이에 수행되지 않은 조작들임에 유의해야 한다. 평균 표면 거칠기에서 편차는, 각 개별 연삭 조작이 수행되는 가공물의 각 위치들에서 가공물의 측정된 평균 표면 거칠기(R_a)의 표준편차로서 계산될 수 있다. 일정 실시예들에 따라, 적어도 세 번의 연속된 연삭 조작들에 대한 평균 표면 거칠기 편차는 약 25% 이하, 약 20% 이하, 약 15% 이하, 약 10% 이하, 또는 심지어 약 5% 이하일 수 있다.

다른 실시예에 따라, 접합된 연마 물품은 적어도 약 1200의 G-비(G-ratio)를 가질 수 있다. G-비는 가공물로부터 제거된 재료의 부피를 마모를 통해 접합된 연마 본체로부터 없어진 재료의 부피로 나눈 것이다. 다른 실시예에 따라, 접합된 연마 본체는 적어도 약 1300, 예컨대 적어도 약 1400, 적어도 약 1500, 적어도 약 1600, 적어도 약 1700, 또는 심지어 적어도 약 1800 인 G-비를 가질 수 있다. 일정 예들에서, 접합된 연마 본체의 G-비는 약 1200 내지 약 2500 사이, 예컨대 약 1200 내지 약 2300 사이, 또는 약 1400 내지 약 2300 사이의 범위 내에 있을 수 있다. 본원에서 나타낸 G-비 값은 본원에서 나타낸 재료 제거 속도에서 얻어질 수 있다. 또한, 설명된 G-비 값들은 본원에서 설명된 다양한 가공물 재료 형태들에서 얻어질 수 있다.

다른 면에서, 접합된 연마 물품은 통상적 연마 물품들, 특히 금속-접합된 연마 물품들에 대해 현저하게 향상된 G-비를 가질 수 있다. 예를 들어, 본원에서의 실시예들에 따른 접합된 연마 본체들의 G-비는 통상적 연마 물품의 G-비보다 적어도 약 5% 이상일 수 있다. 다른 예들에서, G-비에서 향상은 더 클 수 있어서 적어도 약 10%, 적어도 약 15%, 적어도 약 20%, 적어도 약 25%, 또는 심지어 적어도 약 30% 이상일 수 있다. 접합된 연마 물품의 특정 실시예들은 약 5% 내지 약 200% 사이, 약 5% 내지 약 150% 사이, 약 5% 내지 약 125% 사이, 약 5% 내지 약 100% 사이, 약 10% 내지 약 75% 사이, 또는 심지어 약 10% 내지 약 60% 사이의 범위 내에서 통상적인 접합된 연마와 비교하여 G-비에 있어서 증가를 나타낸다.

특정 접합된 연마 본체들은 정상 상태 연삭력에 충분히 가까운 처음 연삭력을 나타낸다. 일반적으로, 통상적인 금속-접합된 연마 물품들에 대해 정상 상태 연삭력은 처음 연삭력과 현저하게 다르다. 이와 같이, 처음 연삭력으로부터 연삭력에 있어 증가는 통상적인 금속-접합된 연마 물품들에 대비하여 본원에서의 실시예들의 접합된 연마 본체들에 대해 특히 낮다. 예를 들어, 본원에서의 실시예들의 접합된 연마 본체들은 식

에 의해 정의되는 바로서 약 40% 이하의 처음 연삭력에서의 증가를 가질 수 있다. 이 식에서, P_o는 처음 연삭 사이클에서 접합된 연마 본체로 가공물을 연삭하기 위한 처음 연삭력(Hp 또는 Hp/in)을 나타내고 P_n은, n≥16 인 n 번째 연삭 사이클에서 접합된 연마 본체로 가공물을 연삭하기 위한 연삭력(Hp 또는 Hp/in)을 나타낸다. 연삭 사이클은, 접합된 연마 본체의 트루잉 또는 드레싱이 수행되지 않는 연속적인 연삭 사이클이 될 수 있는 것으로 이해해야 할 것이다.

일 실시예에 따라, 본원에서의 실시예들의 접합된 연마 물품을 사용하는 연삭 조작 중, 처음 연삭력에서 증가는 약 35% 이하, 예컨대 약 30% 이하, 약 25% 이하, 약 20% 이하, 약 18% 이하, 약 15% 이하, 약 12% 이하, 약 10% 이하, 또는 심지어 약 8% 이하이다. 특정 예들에서, 접합된 연마 본체는 연삭 조작들을 수행할 수 있는데, 여기서 처음 연삭력에서 증가는 약 0.1% 내지 약 40% 사이의 범위 내, 예컨대 약 0.1% 내지 약 30% 사이의 범위 내, 약 1% 내지 약 15% 사이의 범위 내, 약 1% 내지 약 12% 사이의 범위 내, 또는 심지어 약 1% 내지 약 8% 사이의 범위 내에 있을 수 있다.

다른 실시예들에서, 접합된 연마 본체들은 약 3 인치/분의 최소 공급 속도로 적어도 400 초의 연삭 시간 동안 약 10% 이하의 처음 연삭력에서 증가를 나타낸다. 처음 연삭력에서 증가는 식

에 의해 정의될 수 있는데, 여기서 P_o는 처음 연삭 사이클에서 접합된 연마 본체로 가공물을 처음으로 연삭하기 위한 처음 연삭력(Hp 또는 Hp/in)을 나타내고 P₄₀₀은 400 초의 연삭 후에 접합된 연마 본체로 가공물을 연삭하기 위한 연삭력(Hp 또는 Hp/in)을 나타낸다. 특정 다른 연삭 조작들에서, 접합된 연마 본체는 약 3 인치/분의 최소 공급속도로 적어도 400 초의 연삭 시간 동안 약 8% 이하인, 예컨대 약 6% 이하인, 약 4% 이하인, 또는 심지어 약 2% 이하인 처음 연삭력에서의 증가를 가질 수 있다. 특정 연삭 적용에서, 접합된 연마 본체는 3 인치/분의 최소 공급속도로 적어도 400 초의 연삭 시간 동안 약 0.1% 내지 약 10% 사이, 예컨대 약 0.1% 내지 약 8% 사이, 약 0.1% 내지 약 6% 사이, 또는 약 0.1% 내지 약 4% 사이의 범위 내에서 처음 연삭력에서의 증가를 나타낸다.

본원에서 실시예들의 접합된 연마 본체들은 특정 연삭 능력을 가질 수 있어서, 처음 연삭력에서 증가는 적어도 3 인치/분의 최소 공급속도로 적어도 약 800 초의 연삭 시간 동안 약 20% 이하이다. 이러한 적용에 대해 처음 연삭력에서 증가는 식

에 의해 정의될 수 있는데, 여기서 P_o는 처음 연삭 사이클에서 접합된 연마 본체로 가공물을 처음으로 연삭하기 위한 처음 연삭력(Hp 또는 Hp/in)을 나타내고 P₈₀₀은 800 초의 연삭 후에 접합된 연마 본체로 가공물을 연삭하기 위한 연삭력(Hp 또는 Hp/in)을 나타낸다. 또한, 본원에서 실시예들의 특정 접합된 연마 물품들에 대해, 처음 연마력에서 증가는 3 인치/분의 최소 공급속도로 적어도 약 800 초의 시간에 대해 더 작을 수 있어서, 예컨대 약 15% 이하, 약 10% 이하, 또는 심지어 약 8% 이하일 수 있다. 본원에서의 접합된 연마 본체는 약 3 인치/분의 최소 공급속도로 적어도 약 800 초의 연삭 시간에 대해, 약 0.1% 내지 약 20% 사이, 예컨대 약 0.1% 내지 약 18% 사이, 예컨대 약 0.1% 내지 약 15% 사이, 또는 심지어 약 0.1% 내지 약 8% 사이의 범위 내에서 처음 연삭력에서의 증가를 가질 수 있다. 이러한 특성들은 경질 또는 초경질 가공물을 연삭할 때 접합된 연마 본체의 작동을 위해 특히 적합할 수 있다.

다른 실시예에 따라, 접합된 연마 본체는 적어도 6 인치/분의 최소 공급속도로 적어도 800 초의 연삭 시간에 대해 처음 연삭력에서 제한된 증가를 가질 수 있다. 예를 들어, 처음 연삭력에서 증가는 약 6 인치/분의 최소 공급속도로 적어도 약 800 초의 연삭 시간에 대해 약 20% 이하, 예컨대 약 15% 이하, 약 12% 이하, 또는 심지어 약 10% 이하일 수 있다. 이러한 특성들은 경질 또는 초경질 가공물을 연삭할 때 접합된 연마 본체의 작동을 위해 특히 적합할 수 있다.

본원에서의 실시예의 접합된 연마 본체는, 특히 경질 가공물과 같은, 특정 가공물을 연삭하기에 적합할 수 있다. 예를 들어, 가공물은 적어도 5 GPa의 평균 비커스 경도(Vickers hardness)를 가질 수 있다. 다른 예들에서, 가공물의 평균 비커스 경도는 적어도 약 10 GPa 또는 심지어 적어도 약 15 GPa 일 수 있다.

가공물은 금속, 금속 합금, 질화물, 붕화물, 탄화물, 산화물, 옥시질화물, 옥시붕화물, 옥시탄화물, 그 조합으로 만들어질 수 있다. 특정 예들에서, 가공물은, 예를 들어 텅스텐 카바이드를 포함하는, 금속 탄화물일 수 있다. 텅스텐 카바이드로 만들어진 가공물에서 연삭이 수행되는 예시적 조건에서, 텅스텐 카바이드 가공물 내에 있는 코발트의 양은 중량으로 약 5% 내지 약 12% 사이의 범위 내에 있을 수 있다.

특정 연삭 조작들을 수행함에 있어, 예를 들어, 특정 경질 재료들에서, 접합된 연마 본체는 적어도 1800 sfpm의 속도로 조작될 수 있다. 다른 예들에서, 접합된 연마 본체는 적어도 1900 sfpm, 적어도 2200 sfpm, 또는 심지어 적어도 2350 sfpm의 속도로 회전될 수 있다. 특정 예에서, 접합된 연마 본체는 약 1800 sfpm 내지 약 3100 sfpm 사이, 더 특별하게, 약 1900 sfpm 내지 약 2350 sfpm 사이 범위 내의 속도로 연삭 조작들 중 회전될 수 있다.

또한, 본원에서의 실시예들의 접합된 연마 물품들은, 예를 들어 특정 공급 속도에서 특히 경질인 가공물에서와 같은, 특정 연삭 조작들에 적합하다. 예를 들어, 공급 속도는 적어도 약 2 인치/분 일 수 있다. 다른 예들에서, 공급 속도는 더 클 수 있어서, 예컨대 적어도 약 3 인치/분, 적어도 약 3.5 인치/분, 또는 적어도 약 4 인치/분 일 수 있다. 특정 실시예들은 연삭 조작에서 접합된 연마 본체를 활용할 수 있는데, 여기서 공급 속도는 약 2 인치/분 내지 약 10 인치/분 사이, 예컨대 약 3 인치/분 내지 약 8 인치/분 사이의 범위 내에 있다.

또 다른 실시예에서, 접합된 연마 본체는 연삭 조작에서 사용될 수 있는데, 여기서 연마 트루잉 휠로 접합된 연마 본체를 트루잉한 후, 접합된 연마 본체는 연삭기의 최대 스핀들(spindle) 파워를 초과하지 않고 적어도 17회의 연속 연삭 사이클에 대해 적어도 5 GPa의 평균 비커스 경도를 가지는 가공물을 연삭할 수 있다. 이와 같이, 접합된 연마 본체는 경질 재료의 가공물을 연삭함에 있어서 특히 향상된 가공 수명을 나타낸다. 사실, 접합된 연마 본체는 트루잉 조작이 활용되기 전에 적어도 약 20회의 연속적인 연삭 사이클, 적어도 약 25회의 연속적인 연삭 사이클, 또는 적어도 약 30회의 연속적인 연삭 사이클을 수행할 수 있다. 연속적인 연삭 사이클에 대한 언급은 연삭 사이클들 사이에서 접합된 연마 본체의 트루잉 또는 드레싱없이 연속적인 방법으로 수행되는 연삭 사이클에 대한 언급임으로 이해되어야 할 것이다.

통상적인 접합된 연마 본체들에 대한 본원에서의 실시예들의 접합된 연마 본체들의 비교에서, 일반적으로, 통상적인 접합된 연마 물품들은 다시 날카롭게함 그리고 다시 표면 처리함을 위한 트루잉 조작이 필요하기 전에 비교적 경질의 가공물에서 약 16회 이하의 연속적인 연삭 사이클을 수행한다. 이와 같이, 본원에서의 실시예들의 접합된 연마 본체는, 트루잉 조작이 필요하거나 연삭력이 연삭기의 파워 용량을 초과하기 전에 수행되는 연속적인 연삭 사이클의 횟수에 의해 측정되는 바로서, 통상적인 금속-접합된, 접합된 연마재들에 대해 조작 가능한 연삭 시간의 향상을 나타낸다.

산업에서 측정되는 바와 같은 연삭 성능에서 다른 주목할 만한 향상은 부품들/드레스인데, 이는 연마 물품이 성능을 유지하기 위해 드레싱을 요구하기 전에 특정 연마 물품에 의해 가공될 수 있는 부품의 수의 측정치이다. 일 실시예에 따라, 본원에서의 실시예들의 접합된 연마 본체는, 부품들/드레스에 의해 측정되는 바로서, 통상적 금속 접합된 연마 물품과 비교하여 적어도 약 10% 의 가공물에서 연삭 효율에 있어서 증가를 가질 수 있다. 다른 실시예에 따라, 연삭 효율에서 증가는 통상적인 금속 접합된 연마 물품들과 비교하여 적어도 약 20%, 예컨대 적어도 약 30%, 적어도 약 40%, 또는 심지어 적어도 약 50%이다. 특히, 이러한 통상적인 금속-접합된 연마 물품들은 Saint-Gobain 사로부터 구입 가능한 G-Force 및 Spector 상표 연마 물품들과 같은 최신 물품들을 포함할 수 있다. 특정 예들에서, 부품들/드레스에 의해 측정되는 바와 같은 연삭 효율에서의 증가는 약 10% 내지 약 200% 사이, 예컨대 대략적으로 약 20% 내지 약 200% 사이, 약 50% 내지 약 200% 사이, 또는 심지어 약 50% 내지 약 150% 사이의 범위 내에 있을 수 있다. 이러한 향상은 본원에서 설명된 연삭 조건들 하에서 본원에서 설명된 가공물에서 성취될 수 있는 것으로 이해해야 할 것이다.

또한, 본원에서의 실시예들의 접합된 연마 물품들은, 연삭 중 연마 물품이 경험하는 마모의 측정치인 마모속도에 의해 산업에서 측정되는 바로서 연삭 성능에서 향상을 가질 수 있다. 일 실시예에 따라, 본원에서의 실시예들의 접합된 연마 본체들은 마모 속도에서 향상을 가질 수 있어서, 연마 물품이 통상적인 금속 접합된 연마 물품의 마모 속도 보다 적어도 5% 작은 속도로 마모된다. 다른 실시예에 따라, 마모 속도는 통상적인 금속 접합된 연마 물품들과 비교하여 적어도 약 8% 더 작은, 예컨대 적어도 약 10%, 적어도 약 12%, 또는 심지어 적어도 약 15% 더 작다. 특정 예들에서, 마모 속도에서 향상은 약 5% 내지 약 100% 사이, 예컨대 대략적으로 약 5% 내지 약 75% 사이, 약 5% 내지 약 0%, 또는 심지어 약 5% 내지 약 50% 사이의 범위 내에 있을 수 있다. 이러한 향상들은 본원에서 설명된 연삭 조건들 하에 본원에서 설명된 가공물에서 성취될 수 있는 것으로 이해해야 할 것이다.

산업에서 측정되는 바로서 연삭 성능에서 주목할 만한 다른 향상은, 연삭 중 연마 물품이 경험하는 마모의 측정치인 마모 속도이다. 일 실시예에 따라, 본원에서 실시예들의 접합된 연마 본체들은, 연마 물품이 통상적인 금속 접합된 연마 물품의 마모 속도 보다 적어도 5% 더 작은 속도로 마모되는 바와 같이, 마모 속도에서 향상을 가져올 수 있다. 다른 실시예에 따라, 마모 속도는 통상적인 금속 접합된 연마 물품들과 비교하여 적어도 약 8% 더 작은, 예컨대 적어도 약 10%, 적어도 약 12%, 또는 심지어 적어도 약 15% 더 작다. 특정 예들에서, 마모 속도에서 향상은 약 5% 내지 약 100% 사이, 예컨대 대략적으로 약 5% 내지 약 75% 사이, 약 5% 내지 약 60% 사이, 또는 심지어 약 5% 내지 약 50% 사이의 범위 내에 있을 수 있다. 이러한 향상들은 본원에서 설명되는 연마 조건들 하에서 본원에서 설명되는 가공물에서 성취될 수 있는 것으로 이해해야 할 것이다.

본원에서의 실시예들의 연마 물품들에 의해 나타내어지는 연삭 성능에서 다른 주목되는 향상은 사용 가능한 연삭 속도에서 증가를 포함한다. 연삭 속도는 표면 마무리를 희생하거나 기계 또는 접합된 연마 물품의 연삭력을 초과함 없이 가공물이 성형될 수 있는 속도이다. 일 실시예에 따라, 본원에서의 실시예들의 접합된 연마 본체들은, 통상적인 금속 접합된 연마 물품 보다 적어도 5% 더 빠른 속도로 연마 물품이 연삭할 수 있는 것과 같이, 연삭 속도에서 향상을 가질 수 있다. 다른 예들에서, 연삭 속도는 통상적인 금속 접합된 연마 물품들과 비교하여 예컨대 적어도 약 8%, 적어도 약 10%, 적어도 약 12%, 적어도 약 15%, 적어도 약 20% 또는 심지어 적어도 약 25% 보다 더 클 수 있다. 본원에서 특정 접합된 연마 물품들에 대해, 연삭 속도에서 향상은 약 5% 내지 약 100% 사이, 예컨대 대략적으로 약 5% 내지 약 75% 사이, 약 5% 내지 약 60% 사이, 또는 심지어 약 5% 내지 약 50% 사이의 범위 내에 있을 수 있다. 이러한 향상들은 본원에서 설명되는 연마 조건들 하에서 본원에서 설명되는 가공물에서 성취될 수 있는 것으로 이해해야 할 것이다.

특히, 연삭 속도에서 이러한 향상들은 다른 연삭 조건들을 유지하는 동안 성취될 수 있다. 예를 들어, 연삭 속도에서 향상들은 본원에서 언급한 바와 같은 처음 연삭력에서 제한된 증가, 본원에서 언급한 바와 같은 표면 마무리에서 제한된 편차, 및 본원에서 언급한 바와 같은 제한된 마모 속도를 가지는 동안 성취될 수 있다.

도 12는 실시예에 따른 접합된 연마 본체의 확대된 이미지를 포함한다. 도시된 바와 같이, 접합된 연마 본체는 금속 또는 금속 합금 재료를 포함하는 접합 재료(1202)에 의해 둘러 싸이고 그 안에 있는 연마 입자들(1201)을 포함한다. 또한 도시된 바와 같이, 접합된 연마 본체는 연마 입자들(1201) 및 접합 재료(1202) 사이로 연장되는 공공들(1203)을 포함하는, 실질적으로 열린 구조를 가진다. 도 12로부터 명백한 바와 같이, 접합된 연마 본체는 상당한 양(vol%)의 연마 입자들(1201)를 포함하여, 그 구조가 접합 재료(1202)에 의해 함께 접합되는 연마 입자들(1201)을 주로 함유하게 된다. 또한, 연마 입자들(1201)은 서로 가까운 인근에 있고, 작은 양의 접합 재료(1202)가 연마 입자들(1201)을 분리시켜, 접합 재료(1202)에 대한 연마 입자들(1201)의 높은 비를 나타낸다.

예

예 1

제1 접합된 연마 샘플은 산업에서 이해되는 바와 같이 1A1 형상을 가지는 4" 직경으로 만들어진다. 샘플의 제작은 27 Philo Curtis Road, Sandy Hook, CT 06482, USA에 위치하는 Connecticut Engineering Associate 사로부터 얻은 325 U.S. 메시 크기인 청동(즉, 중량으로 구리:주석이 60:40인) 분말 45.96 그램을 포함하는 혼합물을 만드는 단계를 포함한다. 청동 분말은 New Providence New Jersey, USA 에 있는 Chemetall Chemical Products로부터 구매한 동일 크기의 티타늄 하이드라이드 5.11 그램과 건식 혼합된다. 또한 US 메시 크기 -120/+140을 가지는 입방정 질화붕소 연마 입자들이 청동 분말 및 티타늄 하이드라이드와 혼합된다. 연마 입자들은 Worcester, MA에 있는 Saint-Gobain Ceramics and Plastics 사로부터 CBN-V 로서 상업적으로 구입 가능하다.

연마 입자들을 추가 한 후, 유기 바인더 8.15 그램을 혼합물에 추가하고 그 혼합물을 진흙 농도까지 전단시킨다. 유기 바인더는 Wall Company 사에 의한 S-binder, Vitta사에 의한 K424 바인더 라는 상표명으로 팔리는 열가소성 레진을 포함한다. 혼합물은 수분을 제거하기 위해 오븐에서 건조된다. 건조된 혼합물을 분쇄하고 체를 쳐서 응집체를 얻는다. 고리 형상을 가지고 4 인치의 공칭 외경과 3.2 인치의 내경을 정의하는 강철 금형에 그 응집물을 위치시킨다. 응집물은 2.4 ton/in²으로 프레스되어 그린 물품을 형성한다. 그린 물품은 약 10^-4 Torr의 압력을 가지는 감압된 분위기에서 950℃에서 30 분 동안 소결된다. 최종 형성된 접합된 연마재는 3.0인 (V_AG/V_BM)비와 본체의 총 부피의 34 부피 퍼센트인 기공(100% 서로 연결된 기공)의 양을 가진다.

강철 코어(core)가 에폭시를 이용하여 접합된 연마 본체에 부착되고 더 마무리되고, 균형 맞춰지고 그리고 속도 테스트가 되어 휠 제조 공정을 완료한다. 휠은 식별을 위해 샘플 1이라 표시된다.

샘플 1은 Byrant OD/ID 연삭기에서 외부 원통형 플런지 연삭 모드로, 원래 58 내지 62 HRC로 경화된, 52100 베어링강인 가공물을 연삭하기 위해 사용된다. 가공물들은 직경이 4 인치인 52100강 디스크 형태이고, 연삭 조작은 외부 원통형 플런지 연삭이다. 처음에, 연삭 전, 샘플 1은 기계 스핀들에 설치되고 BPR 롤(roll)로서, Arden, NC에 있는 Saint-Gobain Abrasives 사로부터 상업적으로 구입 가능한, BPR 다이아몬드 롤로 트루잉된다. 트루잉 계수를 표 1에서 나타내었다.

휠 직경, in	4
휠 rpm	12675
휠 속도, fpm	13273
드레서 종류	BPR
드레서 직경, in	5.93
드레서 rpm	5482
드레싱 방향	일방향(+)
속도 또는 분쇄 비	+ 0.64
패스 당 절삭 깊이, in	0.000080
드레서 폭, in	0.012
드레서 횡단 공급, in/sec	1.106
드레서 리드(lead), in/rev	0.005
오버랩 비	2

샘플 1은 트루잉 후에 연마 스틱으로 드레싱되지 않아, 연마 그릿이 충분히 노출되었을 때 드레싱되지 않는 연삭 조작을 위해 연마 본체들을 판독하게 된다. 표 2에서 연삭 계수들이 주어진다.

휠 직경, in	4
휠 rpm	13051
휠 속도, fpm	13743
작업 직경, in	3.7
작업 rpm	168
작업 속도, fpm	163
작업속도 대비 휠 비	84
동등 직경, in	1.92
휠 폭, in	0.5
작업 폭, in	0.25
연삭 폭, in	1.106
연삭 모드	플런지
총 인피드(infeed) 양	0.015
인피드 속도, in/sec (Q'= 0.5)	0.00071
인피드 속도, in/sec (Q'= 1.0)	0.00143
인피드 속도, in/sec (Q'= 2.0)	0.00286

도 1은 두 개의 서로 다른 재료 제거 속도(MRR')(즉, 1 in³/min/in 및 2 in³/min/in)로 표 2에서 제공된 연삭 조건들 하에서 샘플 1에 대해 연삭 사이클 횟수 대비 연삭력(HP/in)의 도표를 포함한다. 표시된 바와 같이, 도표(101)은 샘플 1이 11 Hp/in인 처음 연삭력에서 그리고 10 Hp/in인 5회 연속 연삭 사이클 후의 연삭력에서 1 in³/min/in 인 MRR' 로 가공물을 연삭할 수 있음을 나타낸다. 도표(103)은 샘플 1이 19 Hp/in인 처음 연삭력에서 그리고 16 Hp/in인 5회 연속 연삭 사이클 후의 연삭력에서 2 in³/min/in 인 MRR'로 가공물을 연삭할 수 있음을 나타낸다. 1 in³/min/in 인 MRR'로 가공물을 연삭함에 있어 샘플 1에 대한 파워 편차는 9% 이었고, 2 in³/min/in 인 MRR'로 가공물을 연삭함에 있어 샘플 1에 대한 파워 편차는 16%이었다. 따라서, 샘플 1은 처음 연삭력과 5회 연속적 연삭 조작 후 정상 상태 연삭력 사이에 아주 작은 편차를 나타낸다. 가공물은 약 0.25 인치의 폭을 가졌고 연마 휠 샘플들은 0.5 인치의 폭을 가지도록 만들어졌다. MRR'을 계산하기 위해 사용된 폭(가공물의 폭)은 0.25 인치였다.

도 1은 Saint-Gobain사로부터의 G-Force wheel B181-75UP061 과 같이 흔히 구입 가능한 통상적 금속 접합된 연마 물품(샘플 MBS1)에 대해 연삭 사이클 횟수 대비 연삭력(Hp/in)의 두 개의 도표를 더 포함한다. 나타낸 바와 같이, 도표(103)는 샘플 MBS1이 1 in³/min/in 인 MRR' 에서 40 Hp/in의 처음 연삭력으로 가공물을 연삭하는 것이 가능하다는 것을 나타낸다. 5회의 연속적 연삭 사이클 후 샘플 MBS1은 1 in³/min/in 인 MRR' 에 대해 10 Hp/in의 힘으로 연삭한다. 샘플 MBS1은 드레싱되지 않는 연삭 조작에서 75%의 파워 편차를 나타낸다.

도표(104)는 샘플 MBS1이 2 in³/min/in 인 MRR' 에서 50 Hp/in의 처음 연삭력으로 가공물을 연삭할 수 있다는 것을 나타낸다. 5회의 연속적 연삭 사이클 후에, 샘플 MBS1은 2 in³/min/in 인 MRR' 에 대해 10 Hp/in의 힘으로 연삭한다. 샘플 MBS1은 드레싱되지 않는 연삭 조작에서 84%의 파워 편차를 나타낸다. 분명하게, 드레싱되지 않는 연삭 조작에서, 본원에서의 실시예의 접합된 연마 물품들은 최신의 연마 휠 들에 비해 연삭력 편차의 현저하게 향상된 성능을 나타낸다.

도 2는 두 개의 서로 다른 재료 제거 속도(MRR')(즉, 1 in³/min/in 및 2 in³/min/in)로 표 2에서 제공된 연삭 조건들 하에서 샘플 1에 대해 연삭 사이클 횟수 대비 표면 마감 또는 표면 거칠기(R_a)의 도표를 포함한다. 나타낸 바와 같이, 도표들(201 및 202)에 의해 표시된 샘플은 두 재료 제거 속도에서 연속적 연삭 사이클 후 약 30 마이크로인치 이하인 표면 마감(Ra)을 가공물에 제공한다. 또한, 처음 연삭 조작과 다섯 번째 연삭 사이클 사이의 모든 측정된 표면 마감 값들의 편차(즉, 모든 측정들의 표준 편차)는 2보다 크게 변하지 않는다.

도 2는 두 개의 서로 다른 재료 제거 속도(MRR')(즉, 1 in³/min/in 및 2 in³/min/in)로 표 2에서 제공된 연삭 조건들 하에서 샘플 BMS1에 대해 연삭 사이클 횟수 대비 표면 마감(R_a)을 더 포함한다. 도표들(203 및 204)에 의해 표시된 바와 같이, 두 재료 제거 속도로 샘플 MBS1에 의해 얻은 표면 마감을 나타내는 것은 두 재료 제거 속도에서 처음에 30 마이크로인치였고, 추가의 연속적 연삭에서는 1 in³/min/in 및 2 in³/min/in 인 재료 제거 속도에서 각각 50 마이크로인치 및 약 60 마이크로인치의 값까지 현저하게 상승한다. 두 재료 제거 속도에서 샘플 MBS1에 대한 평균 표면 마감은 약 40 마이크로인치였고 표면 마감에서 편차(표준 편차)는 두 재료 제거 속도에서 약 10이었다. 분명하게, 샘플 1은 샘플 MBS1과 비교하여 연속적 연삭 사이클 후 가공물에 더 우수한 표면 마감을 제공할 수 있다.

예 2

샘플 2는 본원에서 제공된 샘플 1과 같은 공정을 이용하여 만들어진다. 샘플 2는 연마 입자 재료의 25%를 대체한 양의 용융 실리카 필러 재료를 포함하였다. 용융 실리카는 -120/+140 U.S 메시 크기였고 Washington Mills로부터 구입할 수 있었다. 최종적으로 형성된 접합된 연마재는 2.3인 (V_P/V_BM) 비와 본체의 총 부피의 29% 부피 퍼센트인 기공(100% 서로 연결된 기공)의 양을 가진다.

비교를 위해, 규격 B126-M160VT2B의 유리화된 CBN 휠은 샘플 C1과 같은 테스트에서 또한 포함되었다. 이러한 연삭 휠은 B126-M160VT2B 연삭 휠과 같이 Saint-Gobin 사로부터 쉽게 구입가능하다.

도 3은 표 2에서 제공된 연삭 조건들 하에 샘플 1, 샘플 2, 및 샘플 C1에 대해 연삭 사이클의 횟수 대비 연삭력(Hp/in)의 도표를 포함한다. 2 in³/min/in인 재료 제거 속도가 연삭 중 사용되었다. 도표(301)에 의해 나타낸 바와 같이, 샘플 1은 18 Hp/in인 처음 연삭력으로, 그리고 5회의 연속적 연삭 사이클 후 16 Hp/in인 연삭력으로, 약 16%의 파워 편차로 가공물을 연삭할 수 있다. 도표(103)는 샘플 2가 17 Hp/in인 처음 연삭력으로, 그리고 5회의 연속적 연삭 사이클 후 15 Hp/in인 연삭력으로, 약 12%의 파워 편차로 가공물을 연삭할 수 있다. 비교에 의해, 통상적인, 유리화된 접합된 연마재 샘플은 샘플 2와 파워에 있어 동일한 변화와, 약 12%의 파워 편차를 가졌다. 이와 같이, 그리고 예상치 않게, 금속 접합된 연마 물품들임에도 불구하고, 샘플 1 및 2는 취성의 접합 구성요소 및 낮은 파워 편차를 가지는 유리화된 접합된 연마 물품과 더 비슷하게 거동한다.

예 3

세 번째 샘플(샘플 3)은 샘플 1과 동일한 제조 공정을 이용하여 만들어졌다. 처음 혼합물은 60/40 구리/주석의 금속 접합 조성물 372 그램, 티타늄 하이드라이드인 활성 접합 조성물 전구체 41 그램, 크기 B181인 CBN-V 연마 입자 359 그램, Saint-Gobain Grains and Powders 로부터 100 메시 크기의 38A 알루미나로서 구입 가능한 필러 131 그램, 및 예 1에서 사용된 바인더 58 그램을 이용하여 만들어진다. 샘플 3은 2.5인 (V_P/V_BM)비와 약 29 vol% 인 기공을 가진다.

샘플 3은 5 인치의 직경과 11 인치의 길이를 가지는 둥근 봉 형상으로 4140강으로 만들어진 가공물의 외경에서 박리 연삭 조작으로 사용되었다. 가공물은 40 내지 45 HRC로 경화되었다. 샘플 3은 B150-M150-VT2B로서 Saint-Gobin Abrasives 로부터 상업적으로 구입 가능한 통상적인, 유리화된 CBN 휠(샘플 C2)과 비교된다.

샘플 3은 20 인치 직경 휠을 형성하는 강철 디스크의 주변부에 설치된, 큰 접합된 연마 휠로 만들어진다. 샘플 3은 다이아몬드 롤을 이용하여 트루잉되고 그릿을 노출시키기 위한 임의의 뒤이은 드레싱 없이 가공물을 연삭하도록 사용되었다. 트루잉 조건들은 아래 표 3에서 나타내었다. 연삭 조건들은 표 4에서 나타내었다.

4140 강의 박리 연삭을 위한 휠의 트루잉

휠 속도, sfpm	26,000
트루잉 방향	교차축, 휠 축에 수직인 다이아몬드 롤
트루잉 휠	다이아몬드 롤, BPR
롤 속도, sfpm	10,200
패스 당 절삭 깊이, in.	0.0002
횡단속도, in/ rev	0.015
롤 직경, in	4.7

4140 강의 박리 연삭을 위한 연삭 계수들

휠 속도, sfpm	26,000
작업 속도, sfpm	250
절삭의 원심 깊이, in/pass	0.008
롤 속도, sfpm	10,200
공급 속도, in/rev	0.04
패스 횟수	10
장비	Weldon 1632 Gold grinder

그 결과들은 도 4 및 5에서 요약되었다. 도 4는 두 개의 서로 다른 재료 제거 속도(즉, 9.6 in³/min/in 및 12 in³/min/in) 대비 연삭력(Hp)의 막대 그래프를 포함한다. 막대(401)는 9.6 in³/min/in 인 재료 제거 속도로 처음 패스 후 샘플 3에 의해 가공물의 연삭 중 사용되는 연삭력을 나타낸다. 막대(402)는 9.6 in³/min/in 인 재료 제거 속도로 가공물에서 25회의 연속적 연삭 사이클(즉, 패스) 후 가공물의 연삭 중 샘플 3의 연삭력을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 샘플 3은 트루잉 조작을 수행함 없이 25회의 연속적 연삭 사이클에 대해 연삭력에 있어 매우 작은 변화를 나타낸다. 실제, 연삭력에서 변화는 약 12% 이하로 추정된다.

막대들(403 및 404)은 9.6 in³/min/in 인 재료 제거 속도로 가공물에서 샘플 C2의 연삭 중 그리고 25회의 연속적 연삭 사이클(즉, 패스) 후 사용되는 연삭력을 나타낸다. 샘플 3을 샘플 2와 비교함에 있어, 샘플 3은 통상적인 금속 접합된 연마 물품들 보다 유리화된 접합된 연마 물품과 더 비슷하게 거동한다는 것에 유의해야 할 것이다.

막대(405)는 12 in³/min/in 인 재료 제거 속도로 처음 패스 후 샘플 3에 의해 가공물의 연삭 중 사용되는 연삭력을 나타낸다. 막대(406)은 12 in³/min/in 인 재료 제거 속도로 가공물에서 25회의 연속적 연삭 사이클(즉, 패스) 후 가공물의 연삭 중 샘플 3의 연삭력을 나타낸다. 다시, 샘플 3은 트루잉 조작을 수행함 없이 25회의 연속적 연삭 사이클에 대해 연삭력에서 매우 작은 변화를 나타낸다. 실제, 연삭력에서 변화는 약 10% 이하로 추정된다.

막대들(407 및 408)은 샘플 C2에 의해 가공물의 연삭 중 그리고 12 in³/min/in 인 재료 제거 속도로 가공물에서 처음 패스와 25회의 연속적 연삭 사이클(즉, 패스) 후 사용되는 연삭력을 나타낸다. 샘플 3을 샘플 C2와 비교함에 있어, 샘플 3은 통상적인 금속 접합된 연마 물품들 보다 유리화된 접합된 연마 물품과 더 비슷하게 거동한다는 것에 유의해야 할 것이다.

도 5는 샘플 3과 샘플 C2에 대해 두 개의 서로 다른 재료 제거 속도(즉, 9.6 in³/min/in 및 12 in³/min/in) 대비 연삭비(G-비)의 막대 그래프를 포함한다. 도시된 바와 같이, 두 재료 제거 속도에서, 샘플 3은 샘플 C2에 비해 현저하게 더 큰 G-비를 가진다. 실제, 비록 스핀들 파워와 표면 마감은 샘플 C2와 비교하여 샘플 3에 대해 사실상 동일하였지만, 샘플 3의 G-비는 두 재료 제거 속도에서 샘플 C1의 G-비 보다 35% 내지 50%크다.

예 4

네 번째 샘플(샘플 4)은 예 1에서 제공된 공정들에 따라 만들어진다. 처음 혼합물은 60/40 구리/주석의 금속 접합 조성물 138 그램, 활성 접합 조성물 전구체로서 티타늄 하이드라이드 15 그램, 예 1의 유기 바인더 20 그램 및 RB 270/325 U.S 메시인 다이아몬드 그릿으로서 Saint-Gobain Ceramics and Plastics으로부터 구입가능한 다이아몬드 164 그램으로 만들어진다. 샘플 4는 2.3인 (V_AG/V_BM)비와 약 36 vol% 인 기공을 가진다.

연삭 조작은 직경이 1 인치이고 바인더로서 코발트가 중량 기준으로 10% 있는 텅스텐 카바이드 가공물의 플루팅(fluting)을 포함한다. 샘플 4의 연삭 성능은 18.75 vol% 연마 입자들, 71.25 vol% 접합제, RB 270/325 U.S 메시형 다이아몬드 연마 입자를 가지는 최신의 금속 접합된 휠(Saint-Gobain사로부터 구입가능한 G-Force 연마재)에 대해 시험되었다.

양 샘플들은 사용 전에 가동하지 않은 상태에서 트루잉되고 드레싱되었다. 샘플들은 강철 아버(arbor)에 설치되고 균형 맞춰진다. 샘플은 이러한 공정들에 통상 사용되는, 100 그릿의 실리콘 카바이드 휠과 H 등급의 유리화된 접착제로 트루잉된다. 샘플은 약 5000 sfpm으로 작동되는 실리콘 카바이드 흴의 약 1/10 표면 속도로 회전된다. 샘플 휠이 회전하는 동안, 휠이 트루잉되었다고 여겨질 때가지 0.001" 의 절삭 깊이로 그리고 10 인치/분의 횡단 속도로 트루잉된다. 각 샘플은 200 메시의 실리콘 카바이드 휠로 또한 드레싱되어 연삭을 위한 그릿을 노출시키게 된다. 스틱을 이용한 드레싱은 동일 기준 지점으로부터 시작하기 위해 모든 연삭의 시점에서 완료된다.

연삭 테스트의 결과들은 도 6에서 제공된다. 도 6은 세 개의 서로 다른 조건들 하에서 샘플 1에 대해 그리고 한 조건에서 샘플 C2에 대해 연삭 시간(초) 대비 스핀들 파워(Hp)의 도표를 포함한다. 샘플 C2는 도표(601)에 의해 표시되고 연삭은 3000 rpm의 휠 속도와 3.75 인치/분의 연삭 속도로 수행되었다. 도시된 바와 같이, 샘플 C2는 연속적인 연삭 사이클을 위해 필요한 연삭력에서 현저한 증가를 경험하게 되었다. 처음 연삭력은 약 1.8 Hp이고 약 1200 초의 지속시간 동안 16회의 연삭 사이클에 대해 3 Hp까지 극적으로 증가한다. 샘플 C2는 적어도 40%인 한계 연삭력으로부터 연삭력에 있어 증가를 경험하게 되었다.

반대로, 샘플 4는 다양한 연삭 조건들에 대해 처음 연삭력에서 현저하게 작은 증가를 나타내었다. 도표(602)는 3000 rpm으로 그리고 3.75 인치/분의 연삭 속도로 가공물에서 샘플 4의 연삭력을 나타낸다. 조건들은 샘플 C2를 테스트하기 위해 사용된 연삭 조건들과 동일하다. 도표(602)에 의해 도시된 바와 같이, 샘플 4는 약 1.5 Hp의 처음 연삭력과 거의 1200 초에서 16회의 연속적인 연삭 사이클 후에 2 Hp인 최종 연삭력을 가진다. 샘플 4는 단지 25%만인 한계 파워에서의 증가를 나타낸다. 샘플 4는 샘플 C2와 비교하여 현저하게 향상된 작동 가능한 연삭 수명을 나타낸다.

도표(603)은 2500 rpm으로 그리고 3.75 인치/분의 연삭 속도로 가공물에서 샘플 4의 연삭력을 나타낸다. 도표(603)에 의해 도시된 바와 같이, 샘플 4는 약 1.8 Hp인 처음 연삭력과 1200 초의 지속시간 동안 16회의 연삭 사이클후에 1.8 Hp인 최종 연삭력을 가진다. 샘플 4는 모든 연삭 사이클에 대해 연삭력에 있어 실질적인 증가가 없는 것으로 나타나는데, 이는 샘플 C2와 비교하여 현저하게 향상된 작동 가능한 연삭 수명을 나타내는 것이다.

도표(604)는 2500 rpm으로 그리고 6.5 인치/분의 연삭 속도로 가공물에서 샘플 4의 연삭력을 나타낸다. 도표(604)에 의해 도시된 바와 같이, 샘플 4는 약 2.8 Hp의 처음 연삭력과 약 800 초에서 16회의 연속적인 연삭 사이클 후에 1.9 Hp인 최종 연삭력을 가진다. 샘플 4는 모든 연삭 사이클에 대한 한계 파워에서 실질적인 증가가 없는 것으로 나타나는데, 이는 샘플 C2와 비교하여 현저하게 향상된 작동 가능한 연삭 수명을 나타내는 것이다.

연삭 성능에 있어 주목되는 위에서의 차이에 덧붙여, 샘플 4의 접합된 연마 본체는(도표들(602 및 603)), 드레싱 전에, 10개 부품에 해당하는 총 40개의 플루트(flute) 연삭을 계속할 수 있었다. 반면에, 샘플 C2는 드레싱이 필요하기 전 총 4 개 부품에 해당하는 총 16개의 플루트를 연삭할 수 있었다. 이와 같이, 샘플 4는 통상적인 샘플 C2에 대해 약 125%의 부품들/드레스에 의해 측정되는 바와 같이, 연삭 효율에 있어 증가를 나타낸다.

또한, 도표(601 및 604)의 비교에서, 샘플 4는 통상적인 샘플 C2에 대해 향상된 연삭 속도가 가능함을 나타내었다. 도표(604)의 연삭 조건들 하에서, 샘플 4는 약 1100초가 필요한 샘플 C2와 비교하여 약 700 초로 동일 수의 부품(총 4개 부품)을 연삭하는 능력을 나타내었다. 따라서, 샘플 4는 연삭 시간에 있어 300초의 향상을 나타내는데, 이는 통상적인 샘플 C2에 대해 약 36%의 향상에 해당한다. 또한, 도표들(601 및 604)에 대한 공급 속도 조건들에 기초하여, 샘플 4는 통상적인 샘플 C2와 비교하여 73%의 연삭 속도(인치/분을 이용하여)에서 증가를 나타내었다. 또한, 샘플 4는 실질적으로 동일한 연삭력을 유지하는 동안 향상된 연삭 속도를 얻었지만, 샘플 C2는 연삭력에 있어 짧고 만족스럽지 않은 증가를 나타내었다.

예 5

샘플 4 및 샘플 C2는 6% 코발트를 가지는 직경 0.5 인치의 텅스텐 카바이드 가공물에서 플루트 연삭 조작에 사용된다. 가공 재료의 이러한 형태는 도표들(701 및 702) 사이의 차이에 의해 증명되는 바와 같이 더 높은 텅스텐 카바이드 함량(94 대 90%)으로 인해 예 4의 가공물보다 연삭하기에 더 경질이다. 도표(701)는 3000 rpm으로 그리고 800초의 연삭 시간에 대해 6 인치/분의 연삭 속도로 10% 코발트 바인더를 가지는 텅스텐 카바이드 가공물에서 샘플 C2에 대한 연삭력을 나타낸다. 실제, 도표(701)는 도 6의 도표(601)과 동일하다. 도표(702)는 3000 rpm으로 그리고 800초의 연삭 시간에 대해 6 인치/분의 연삭 속도로 6% 코발트 바인더를 가지는 텅스텐 카바이드 가공물에서 샘플 C2에 대한 연삭력을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 샘플 C2에 대해 10% 코발트를 가지는 가공물을 연삭하기 위해 필요한 파워는 단지 6% 코발트를 가지는 텅스텐 카바이드로 만들어진 가공물을 연삭하기 위해 필요한 파워 보다 현저하게 더 작다.

비교에 의해, 도표(703)는 단지 6% 코발트를 가지는 텅스텐 카바이드의 가공물에서 600초 미만의 연삭 시간에 대해 8 인치/분의 연삭 속도로 2500 rpm의 속도로 연삭 조작을 수행하는 샘플 4의 연삭력을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 도표들(703 및 702)의 비교에서, 샘플 4는 큰 속도로 많은 양의 텅스텐 카바이드 가공물을 더 효과적으로 연삭할 수 있다. 즉, 샘플 4는 샘플 C2와 비교되는 바와 같이 연속적인 연삭 사이클을 통한 연삭력에서 현저하게 작은 변화를 경험하게 된다.

각각 샘플 4와 샘플 C2의 연삭 성능을 나타내는 도표들(702 및 703)의 추가 비교에서, 샘플 4는 연삭 속도에서 향상을 또한 나타내는 것에 유의해야 한다. 특히, 연삭력의 증가가 없이, 샘플 4는 약 800초가 필요한, 샘플 C2에 의해 요구되는 바와 같은 동일한 수의 부품들을 연삭하기 위해 단지 약 500초만 필요하였다. 따라서, 샘플 4는 통상적인 샘플 C2와 비교하여 약 31% 인 연삭 속도에서의 증가를 얻었다. 또한, 샘플 C2에 의해 동일한 수의 부품들을 연삭하기 위해 요구되는 시간 보다 더 빠르다.

본원에서의 접합된 연마 본체들은 통상적인 금속 접합된 연마 물품들과 구별되는 조성들과 연마 특성들을 나타낸다. 본원에서의 실시예들의 연마 물품들의 연마 특성들은 최신의 금속 접합된 연마 물품들 보다 유리질인 접합된 연마 물품에 더 유사하다. 본원에서의 실시예들의 접합된 연마 본체들은 향상된 유효 연삭 수명을 나타내고, 다른 통상적인 금속 접합된 연마 본체들 보다 현저하게 덜 드레싱을 요구하고, 최신의 금속 접합된 연마 본체들과 비교하여 향상된 마모 특성들을 가진다. 특히, 접합된 연마 본체는 트루잉 조작을 수행한 후 별개의 드레싱 조작을 요구하지 않을 수 있는데, 이는 통상적인 금속 접합된, 접합된 연마 물품들의 조절하는 조작들과는 구별된다. 즉, 금속 접합 재료들을 활용하는 접합된 연마 본체들을 다시 갈아내고 날카롭게하기 위해 드레싱 스틱과 결합된 트루잉 휠을 이용하는 것은 산업 내에서 전형적인 절차이다. 따라서, 본원에서의 실시예들의 접합된 연마 본체들은 드레스 당 더 많은 수의 부품을 연삭할 수 있어서, 최신의 금속 접합된 연마 물품들과 비교하여 더 효율적이고 더 긴 수명이 되게 한다.

또한, 본원에서의 접합된 연마 본체들에 대한 제조 공정의 특정 양태들은 특정 조성들 및 미세조직 특성들 때문인 것으로 생각된다. 본원에서의 실시예들의 접합된 연마 본체들은 특성들의 조합을 포함하는데, 그 특성들의 조합은 제조 공정들로 인한 것일 수 있고, 예를 들어 활성 접합 조성물, 활성 접합 조성물의 특정 상과 이러한 상들의 특정 위치들, 기공의 형태와 양, 연마 입자들의 형태와 양, 필러들의 형태와 양, 접합에 대한 입자의 비들, 접합에 대한 연마의 비들, 및 특정 부품들의 기계적 성질들(예를 들어, 파괴인성)을 포함하는, 향상된 연삭 성능을 촉진시킨다.

앞에서, 특정 부품들의 연결과 특정 실시예들에 대한 언급은 예시적이다. 결합되거나 연결된 부품들에 대한 설명은 본원에서 설명된 바와 같은 방법들을 수행하기 위해 상기 부품들 사이의 직접 연결 또는 하나 이상의 중간 부품들을 통한 간접 연결을 개시하도록 의도된 것으로 이해해야 한다. 이와 같이, 위에서 설명된 주제는 예시적인 것으로 제한적이지 않은 것으로 간주되며, 첨부된 청구범위는 본 발명의 실제 범위 내에 있는, 모든 그러한 변형들, 보강들 및 다른 실시예들을 포함하는 것으로 의도된다. 따라서, 법에 의해 허용되는 최대 정도까지, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위와 그 균등물에 대한 가장 넓게 허용 가능한 해석에 의해 정해지며, 상술한 상세한 설명에 의해 제한되거나 한정되지 않을 것이다.

공개 내용은 청구범위의 범위 또는 의미를 해석하거나 제한하도록 사용되지 않을 것이다. 또한, 상술한 상세한 설명에서, 다양한 특징들은 함께 그룹화 될 수 있고 설명을 간략히 하기 위해 단일 실시예로 설명될 수 있다. 본 공개 내용은 청구된 실시예들이 각 청구항에서 표현적으로 인용된 것 보다 더 많은 특징들을 요구하는 의도를 반영하는 것으로 해석되지 않는다. 오히려, 첨부의 청구범위가 반영하는 바와 같이, 발명적 주제는 임의의 개시된 실시예들의 모든 특징들 보다 작도록 지향될 수 있다.

Claims

금속 또는 금속 합금을 포함하는 접합 재료 내에 함유된 연마 입자들을 포함하는 본체를 포함하되, 상기 본체는 적어도 약 1.3인 V_AG/V_BM 의 비를 포함하고, 여기서 V_AG는 상기 본체의 총 부피 내에 있는 연마 입자들의 부피 퍼센트이고, V_BM은 상기 본체의 총 부피 내에 있는 접합 재료의 부피 퍼센트인, 연마 물품.
금속을 포함하는 접합 재료 내에 함유된 연마 입자들을 포함하는 본체를 포함하되, 상기 본체는 적어도 약 1.5인 V_P/V_BM 의 비를 포함하고, 여기서 V_P는 상기 본체의 총 부피 내에 있는 연마 입자들과 필러들을 포함하는 입자 재료의 부피 퍼센트이고, V_BM은 상기 본체의 총 부피 내에 있는 접합 재료의 부피 퍼센트이며, 접합 재료는 약 4.0 MPa m^0.5 이하의 평균 파괴 인성(K_1C)을 가지는, 연마 물품.
금속을 포함하는 접합 재료 내에 함유된 연마 입자들을 포함하는 본체를 포함하되, 상기 본체는 상기 접합 재료의 총 부피 중 적어도 약 1 vol% 인 활성 접합 조성물을 포함하는 활성 접합 조성물을 포함하고, 상기 본체는 적어도 약 5 vol% 의 기공을 더 포함하고, 여기서 상기 접합 재료는 약 4.0 MPa m^0.5 이하의 평균 파괴 인성(K_1C)을 가지는, 연마 물품.
금속을 포함하는 접합 재료 내에 함유된 연마 입자들을 포함하는 본체를 포함하되, 상기 본체는 적어도 약 1.5인 V_P/V_BM 의 비를 포함하고, 여기서 V_P는 상기 본체의 총 부피 내에 있는 연마 입자들과 필러들을 포함하는 입자 재료의 부피 퍼센트이고, V_BM은 상기 본체의 총 부피 내에 있는 상기 접합 재료의 부피 퍼센트이며, 상기 본체는 총 부피 중 적어도 약 5 vol% 인 기공을 포함하고, 상기 기공의 대부분은 상기 본체의 부피를 통해 연장되는 서로 연결된 공공의 네트워크를 정의하는 서로 연결된 기공인, 연마 물품.
금속을 포함하는 접합 재료 내에 함유된 연마 입자들을 포함하는 본체를 포함하되, 상기 본체는 적어도 약 1.3인 V_AG/V_BM 의 비를 포함하고, 여기서 V_AG는 상기 본체의 총 부피 내에 있는 연마 입자들의 부피 퍼센트이고, V_BM은 상기 본체의 총 부피 내에 있는 접합 재료의 부피 퍼센트이며, 상기 본체는 상기 접합 재료의 총 부피 중 적어도 10 vol% 인 활성 접합 조성물을 포함하는 활성 접합 조성물을 포함하는, 연마 물품.
금속 또는 금속 합금을 포함하는 접합 재료 내에 함유된 연마 입자들을 포함하는 접합된 연마 본체를 포함하되, 상기 접합 재료는 접합상과 침전상을 포함하는 복합 재료를 포함하고, 상기 침전상은 활성 접합 조성물 중 적어도 하나의 구성요소와 접합 재료 중 적어도 하나의 구성요소를 포함하는 조성물을 가지는, 연마 물품.
제1항, 제2항, 제4항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 재료는 접합 재료의 총 부피 중 적어도 1 vol% 인 활성 접합 조성물을 포함하는, 연마 물품.
제7항에 있어서,
상기 활성 접합 조성물은 금속 또는 금속 합금을 포함하는 화합물을 포함하는, 연마 물품.
제8항에 있어서,
상기 활성 접합 조성물은 티타늄, 바나듐, 크롬, 지르코늄, 하프늄, 텅스텐 및 그 조합으로 이루어지는 금속 원소들의 그룹으로부터 선택되는 금속 원소로 이루어지는, 연마 물품.
제8항에 있어서,
상기 활성 접합 조성물은 기본적으로 티타늄으로 이루어지는, 연마 물품.
제7항에 있어서,
상기 활성 접합 조성물은 탄화물, 질화물, 산화물 및 그 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 화합물을 포함하는, 연마 물품.
제11항에 있어서,
상기 활성 접합 조성물은 기본적으로 티타늄 카바이드로 이루어지는, 연마 물품.
제7항에 있어서,
상기 활성 접합 조성물은 연마 입자들 및 접합 재료의 경계에 배치되는, 연마 물품.
제7항에 있어서,
상기 접합 재료 내의 상기 활성 접합 조성물의 일부는 상기 연마 입자들과 상기 접합 재료 사이의 경계에서 상기 연마 입자들을 둘러싸는, 연마 물품.
제7항에 있어서,
상기 접합 재료는 상기 연마 입자들 사이로 연장되는 접합 기둥들을 포함하고, 상기 활성 접합 조성물은 접합 기둥들 내에 분포되는, 연마 물품.
제3항 또는 제5항에 있어서,
상기 활성 접합 조성은 금속 또는 금속 합금을 포함하는 화합물을 포함하는, 연마 물품.
제16항에 있어서, 상기 활성 접합 조성은 티타늄, 바나듐, 크롬, 지르코늄, 하프늄, 텅스텐 및 그 조합으로 이루어지는 금속 원소들의 그룹으로부터 선택되는 금속 원소로 이루어지는, 연마 물품.
제16항에 있어서,
상기 활성 접합 조성물은 기본적으로 티타늄으로 이루어지는, 연마 물품.
제3항에 있어서,
상기 활성 접합 조성물은 탄화물, 질화물, 산화물 및 그 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 화합물을 포함하는, 연마 물품.
제19항에 있어서,
상기 활성 접합 조성물은 기본적으로 티타늄 카바이드로 이루어지는, 연마 물품.
제3항에 있어서,
상기 활성 접합 조성물은 상기 연마 입자들과 상기 접합 재료의 경계에 배치되는, 연마 물품.
제3항에 있어서,
상기 접합 재료 내의 상기 활성 접합 조성물의 일부는 상기 연마 입자들과 상기 접합 재료 사이의 경계에서 상기 연마 입자들을 둘러싸는, 연마 물품
제3항에 있어서,
상기 접합 재료는 상기 연마 입자들 사이로 연장되는 접합 기둥들을 포함하고, 상기 활성 접합 조성물은 상기 접합 기둥들 내에 분포되는, 연마 물품.
제1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연마 입자들은 탄화물, 산화물, 질화물, 붕화물, 옥시탄화물, 옥시질화물, 옥시붕화물 및 그 조합으로 이루어지는 재료들의 그룹으로부터 선택되는 무기 재료를 포함하는, 연마 물품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연마 입자들은 초연마 재료를 포함하는, 연마 물품.
제25항에 있어서,
상기 연마 입자들은 기본적으로 다이아몬드로 이루어지는, 연마 물품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연마 입자들은 약 1000 미크론 이하 또는 500 미크론 이하의 평균 그릿 크기를 가지는, 연마 물품.
제27항에 있어서,
상기 연마 입자들은 약 1 미크론 내지 약 1000 미크론 사이 또는 약 1 미크론 내지 약 200 미크론 사이의 범위 내에 있는 평균 그릿 크기를 가지는, 연마 물품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연마 입자들은 약 3:1 이하 또는 약 2:1 이하인 종횡비를 가지고, 종횡비는 길이:폭 치수의 비로 정의되는, 연마 물품.
제29항에 있어서,
상기 연마 입자들은 실질적으로 등축인, 연마 물품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 재료는 적어도 하나의 전이 금속 원소를 포함하는, 연마 물품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 재료는 구리, 주석, 은, 몰리브데늄, 아연, 텅스텐, 철, 니켈, 안티몬, 및 그 조합으로 이루어지는 금속들의 그룹으로부터 선택되는 금속을 포함하는, 연마 물품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 재료는 구리와 주석을 포함하는 금속 합금을 포함하는, 연마 물품.
제1 또는 5항에 있어서,
V_AG/V_BM 의 비는 적어도 약 1.5, 적어도 약 1.7, 적어도 약 2.0, 적어도 약 2.1, 또는 적어도 약 2.2 인, 연마 물품.
제2항, 제3항, 제4항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 약 1.3, 적어도 약 1.5, 적어도 약 1.7, 적어도 약 2.0, 적어도 약 2.1, 또는 적어도 약 2.2인 V_AG/V_BM 의 비를 더 포함하고, 여기서 V_AG는 상기 본체의 총 부피 내에 있는 연마 입자들의 부피 퍼센트이고, V_BM은 상기 본체의 총 부피 내에 있는 접합 재료의 부피 퍼센트인, 연마 물품.
제1항 또는 제5항에 있어서,
V_AG/V_BM 의 비는 약 1.3 내지 약 9.0 사이, 약 1.3 내지 약 8.0 사이, 약 1.5 내지 약 7.0 사이, 약 1.5 내지 약 6.0 사이 또는 약 2.0 내지 약 5.0 사이의 범위 내에 있는, 연마 물품.
제2항, 제3항, 제4항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
약 1.3 내지 약 9.0 사이, 약 1.3 내지 약 8.0 사이, 약 1.5 내지 약 7.0 사이, 약 1.5 내지 약 6.0 사이 또는 약 2.0 내지 약 5.0 사이의 범위 내에 있는 V_AG/V_BM 의 비를 더 포함하고, 여기서 V_AG는 상기 본체의 총 부피 내에 있는 연마 입자들의 부피 퍼센트이고, V_BM은 상기 본체의 총 부피 내에 있는 접합 재료의 부피 퍼센트인, 연마 물품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 재료는 약 3.75 MPa m^0.5 이하, 약 3.5 MPa m^0.5 이하, 약 3.25 MPa m^0.5 이하, 약 3.0 MPa m^0.5 이하, 약 2.8 MPa m^0.5 이하, 또는 약 2.5 MPa m^0.5 이하의 평균 파괴 인성(K_1C)을 가지는, 연마 물품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 재료는 약 0.6 MPa m^0.5 내지 약 4.0 MPa m^0.5 사이, 약 0.6 MPa m^0.5 내지 약 3.5 MPa m^0.5 사이, 또는 약 0.6 MPa m^0.5 내지 약 3.0 MPa m^0.5 사이의 범위 내에 있는 평균 파괴 인성(K_1C)을 가지는, 연마 물품.
제2항 또는 제4항에 있어서,
V_P/V_BM 의 비는 적어도 약 1.7, 적어도 약 2.0, 적어도 약 2.2, 적어도 약 2.5 또는 적어도 약 2.8인, 연마 물품.
제1항, 제3항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 약 1.7, 적어도 약 2.0, 적어도 약 2.2, 적어도 약 2.5 또는 적어도 약 2.8인 V_P/V_BM 의 비를 더 포함하고, 여기서 V_P는 상기 본체의 총 부피 내에 있는 연마 입자들과 필러들을 포함하는 입자 재료의 부피 퍼센트이고, V_BM은 상기 본체의 총 부피 내에 있는 접합 재료의 부피 퍼센트인, 연마 물품.
제2항 또는 제4항에 있어서,
V_P/V_BM 의 비는 약 1.5 내지 약 9.0 사이, 약 1.5 내지 약 8.0 사이, 약 1.5 내지 약 7.0 사이, 약 1.7 내지 약 7.0 사이 또는 약 1.7 내지 약 6.0 사이의 범위 내에 있는, 연마 물품.
제1항, 제3항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
약 1.5 내지 약 9.0 사이, 약 1.5 내지 약 8.0 사이, 약 1.5 내지 약 7.0 사이, 약 1.7 내지 약 7.0 사이 또는 약 1.7 내지 약 6.0 사이의 범위 내에 있는 V_P/V_BM 의 비를 더 포함하고, 여기서 V_P는 상기 본체의 총 부피 내에 있는 연마 입자들과 필러들을 포함하는 입자 재료의 부피 퍼센트이고, V_BM은 상기 본체의 총 부피 내에 있는 접합 재료의 부피 퍼센트인, 연마 물품.
제1항, 제2항, 제4항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체는 상기 접합 재료의 총 부피 중 약 1vol% 인 활성 접합 조성물을 포함하는 활성 접합 조성물을 포함하는, 연마 물품.
제44항에 있어서,
상기 활성 접합 조성물은 상기 접합 재료의 총 부피 중 약 1 vol% 내지 약 40 vol% 사이의 범위 내에 있는 양으로 존재하는, 연마 물품.
제44항에 있어서,
상기 활성 접합 조성물은 금속을 포함하는 화합물을 포함하는, 연마 물품.
제44항에 있어서,
상기 활성 접합 조성물은 탄화물, 질화물, 산화물, 및 그 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 화합물을 포함하는, 연마 물품.
제47항에 있어서,
상기 활성 접합 조성물은 티타늄, 바나듐, 크롬, 지르코늄, 하프늄, 텅스텐 및 그 조합으로 이루어지는 금속 원소들의 그룹으로부터 선택되는 금속 원소를 포함하는, 연마 물품.
제1항, 제2항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체는 적어도 약 5 vol% 기공을 포함하고, 상기 기공의 대부분은 상기 본체의 부피를 통해 연장되는 서로 연결된 공공들의 네트워크를 정의하는 서로 연결된 기공인, 연마 물품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체는 미세한 평균 그릿 크기를 가지는 미세 입자들과 조대한 평균 그릿 크기를 가지는 조대 입자들을 포함하는 2상 분포의 연마 입자들을 포함하고, 상기 조대한 그릿 크기는 상기 미세한 평균 그릿 크기 보다 더 큰, 연마 물품
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연마 입자들은 코팅을 포함하는, 연마 물품.
제51항에 있어서,
상기 코팅은 금속 또는 금속 합금을 포함하는, 연마 물품
제52항에 있어서,
상기 코팅은 상기 연마 입자들에 적용된 전해도금 금속층을 포함하는, 연마 물품.
제2항 또는 제4항에 있어서,
상기 필러들은 실질적으로 그들의 원래 형상과 크기를 유지하면서 본체로 혼입된 입자 재료를 포함하는, 연마 물품.
제1항, 제3항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체는 실질적으로 그들의 원래 형상과 크기를 유지하면서 본체로 혼입된 입자 재료를 포함하는 필러들을 더 포함하는, 연마 물품.
제2항 또는 제4항에 있어서,
상기 필러들은 산화물, 탄화물, 붕화물, 규소화물, 질화물, 옥시질화물, 옥시탄화물, 규산염, 흑연, 실리콘, 금속간화합물, 세라믹, 중공-세라믹, 용융 실리카, 유리, 유리-세라믹, 중공 유리 구 및 그 조합으로 이루어지는 재료들의 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는, 연마 물품.
제1항, 제3항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체는 산화물, 탄화물, 붕화물, 규소화물, 질화물, 옥시질화물, 옥시탄화물, 규산염, 흑연, 실리콘, 금속간화합물, 세라믹, 중공-세라믹, 용융 실리카, 유리, 유리-세라믹, 중공 유리 구 및 그 조합으로 이루어지는 재료들의 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는 필러들을 더 포함하는, 연마 물품.
제2항 또는 제4항에 있어서,
상기 필러들은 약 10 MPa m^0.5 이하, 약 9 MPa m^0.5 이하, 약 8 MPa m^0.5 이하 또는 약 7 MPa m^0.5 이하의 파괴 인성(K_1C)을 가지는, 연마 물품.
제1항, 제3항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체는 약 10 MPa m^0.5 이하, 약 9 MPa m^0.5 이하, 약 8 MPa m^0.5 이하, 또는 약 7 MPa m^0.5 이하의 파괴 인성(K_1C)을 가지는 필러들을 더 포함하는, 연마 물품.
제2항 또는 제4항에 있어서,
상기 필러들은 상기 본체의 총 부피의 약 75 vol%을 포함하는, 연마 물품.
제1항, 제3항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체는 상기 본체의 총 부피의 약 75 vol%을 포함하는 필러들을 더 포함하는, 연마 물품.
제2항 또는 제4항에 있어서,
상기 필러들은, 상기 본체의 총 부피의 부피 퍼센트로 측정되는, 상기 연마 입자들의 양 보다 적게 존재하는, 연마 물품.
제1항, 제3항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체는, 상기 본체의 총 부피의 부피 퍼센트로 측정되는, 상기 연마 입자들의 양 보다 적게 존재하는 상기 필러들을 더 포함하는, 연마 물품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 재료는 상기 접합 재료의 총 부피 중 적어도 5 vol% 인 활성 접합 조성물, 상기 접합 재료의 총 부피 중 적어도 14 vol% 인 활성 접합 조성물, 상기 접합 재료의 총 부피 중 적어도 15 vol% 인 활성 접합 조성물, 또는 상기 접합 재료의 총 부피 중 적어도 18 vol% 인 활성 접합 조성물을 포함하는, 연마 물품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 활성 접합 조성물은 상기 접합 재료의 총 부피 중 약 1 vol% 내지 약 40 vol% 사이, 상기 접합 재료의 총 부피 중 약 10 vol% 내지 약 30 vol% 사이, 상기 접합 재료의 총 부피 중 약 10 vol% 내지 약 25 vol% 사이, 또는 상기 접합 재료의 총 부피 중 약 12 vol% 내지 약 20 vol% 사이의 범위 내에 있는 양으로 존재하는, 연마 물품.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 기공의 대부분은 상기 본체의 부피를 통해 연장되는 서로 연결된 공공들의 네트워크를 정의하는 서로 연결된 기공인, 연마 물품.
제1항, 제2항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체는 기공을 더 포함하는 상기 기공의 대부분은 상기 본체의 부피를 통해 연장되는 서로 연결된 공공들의 네트워크를 정의하는 서로 연결된 기공인, 연마 물품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체는 적어도 약 10 vol% 기공을 포함하는, 연마 물품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체는 상기 본체의 총 부피 중 적어도 약 10 vol% 기공, 상기 본체의 총 부피 중 적어도 약 20 vol% 기공, 상기 본체의 총 부피 중 적어도 약 25 vol% 기공, 상기 본체의 총 부피 중 적어도 약 30 vol% 기공, 또는 상기 본체의 총 부피 중 적어도 약 35 vol% 기공을 포함하는, 연마 물품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체는 상기 본체의 총 부피 중 약 80 vol% 이하의 기공, 상기 본체의 총 부피 중 약 60 vol% 이하의 기공, 상기 본체의 총 부피 중 약 50 vol% 이하의 기공, 상기 본체의 총 부피 중 약 40 vol% 이하의 기공, 또는 상기 본체의 총 부피 중 약 35 vol% 이하의 기공을 포함하는, 연마 물품.
제6항에 있어서,
상기 접합상은 전이 금속 원소를 포함하는, 연마 물품.
제71항에 있어서,
상기 접합상은 구리, 주석, 은, 몰리브데늄, 아연, 텅스텐, 철, 니켈, 안티몬 및 그 조합으로 이루어지는 금속들의 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는, 연마 물품.
제71항에 있어서,
상기 접합상은 구리를 포함하는, 연마 물품.
제73항에 있어서,
상기 접합상은 기본적으로 구리로 이루어지는, 연마 물품.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 재료는 전이 금속 원소를 포함하는 접합상을 포함하는, 연마 물품.
제75항에 있어서,
상기 접합상은 구리, 주석, 은, 몰리브데늄, 아연, 텅스텐, 철, 니켈, 안티몬, 및 그 조합으로 이루어지는 금속들의 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는, 연마 물품.
제76항에 있어서,
상기 접합상은 구리를 포함하는, 연마 물품.
제77항에 있어서,
상기 접합상은 기본적으로 구리로 이루어지는, 연마 물품.
제6항에 있어서,
상기 침전상은 금속 합금을 포함하는, 연마 물품.
제79항에 있어서,
상기 침전상은 티타늄, 바나듐, 크롬, 지르코늄, 하프늄, 텅스텐 및 그 조합으로 이루어지는 재료들의 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는, 연마 물품.
제80항에 있어서, 상기 침전상은 티타늄을 포함하는, 연마 물품.
제81항에 있어서, 상기 침전상은 기본적으로 티타늄과 주석으로 이루어지는, 연마 물품.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 재료는 접합상과 침전상을 포함하는 복합재료를 포함하고, 상기 침전상은 금속 합금을 포함하는, 연마 물품.
제83항에 있어서,
상기 침전상은 티타늄, 바나듐, 크롬, 지르코늄, 하프늄, 텅스텐 및 그 조합으로 이루어지는 재료들의 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는, 연마 물품.
제84항에 있어서,
상기 침전상은 티타늄을 포함하는, 연마 물품.
제85항에 있어서,
상기 침전상은 기본적으로 티타늄과 주석으로 이루어지는, 연마 물품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체는 입자 재료와 접합 재료 사이의 경계에 배치된 경계상을 포함하는, 연마 물품.
제87항에 있어서,
상기 입자 재료는 필러들, 연마 입자들 및 그 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 재료들을 포함하는, 연마 물품.
제87항에 있어서,
상기 경계상은 활성 접합 조성물 중 적어도 하나의 요소를 포함하는, 연마 물품.
제87항에 있어서,
상기 경계상은 상기 입자 재료 중 적어도 하나의 요소을 더 포함하는, 연마 물품.
제87항에 있어서,
상기 경계상은 탄화물, 질화물, 산화물 및 그 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는, 연마 물품.
제91항에 있어서,
상기 경계상은 금속 탄화물, 금속 질화물, 금속 산화물, 금속 붕화물 및 그 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는, 연마 물품.
제92항에 있어서,
상기 경계상은 티타늄 카바이드, 티타늄 나이트라이드, 티타늄 보로나이트라이드 및 티타늄 알루미늄 옥사이드로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 재료로 기본적으로 이루어지는, 연마 물품.
제87항에 있어서,
상기 경계상은 상기 본체의 입자 재료의 표면적 대부분 둘레로 연장하는, 연마 물품.
제87항에 있어서,
상기 경계상은 적어도 약 0.1 미크론의 평균 두께를 가지는, 연마 물품.
연마 입자들 및 금속 또는 금속 합금을 포함하는 접합 재료를 포함하는 혼합물을 형성하는 단계; 및
상기 혼합물을 성형하여 그린 물품(green article)을 형성하는 단계; 및
상기 그린 물품을 액상 소결을 수행하고 접합 재료 내에 함유된 연마 입자들을 포함하는 연마 본체를 형성하기 위한 온도에서 소결시키는 단계를 포함하고, 여기서 상기 본체는 적어도 약 3:2의 V_P:V_BM 의 비를 포함하고, V_P는 상기 본체의 총 부피 내에 있는 연마 입자들과 필러들을 포함하는 입자 재료의 부피 퍼센트이고, V_BM은 본체의 총 부피 내에 있는 접합 재료의 부피 퍼센트인, 연마 물품을 형성하는 방법.
제96항에 있어서,
상기 혼합물은 활성 접합 조성물 전구체을 더 포함하는, 방법.
제97항에 있어서,
상기 활성 접합 조성물 전구체는 금속 또는 금속 합금을 포함하는, 방법.
제97항에 있어서,
상기 활성 접합 조성물 전구체는 수소를 포함하는, 방법.
제98항에 있어서,
상기 활성 접합 조성물 전구체는 금속 수소화물을 포함하는, 방법.
제99항에 있어서,
상기 활성 접합 조성물 전구체는 티타늄 하이드라이드를 포함하는, 방법.
제96항에 있어서,
상기 혼합물은 바인더 재료을 더 포함하는, 방법.
제102항에 있어서,
상기 바인더 재료는 유기 재료를 포함하는, 방법.
제103항에 있어서,
상기 유기 재료는 열경화성 재료, 열가소성 재료, 접착제 및 그 조합으로 이루어지는 재료들의 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는, 방법.
제103항에 있어서,
상기 유기 재료는 폴리이미드, 폴리아미드, 레진, 아라미드, 에폭시, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 아세테이트, 셀룰로스 및 그 조합으로 이루어지는 재료들의 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는, 방법.
제96항에 있어서,
상기 혼합물로부터 연마 입자들과 접합 재료의 응집체를 형성하는 단계을 더 포함하는, 방법.
제106항에 있어서,
응집체를 형성하는 단계는 상기 혼합물 내에 있는 유기 재료를 경화시키기에 충분한 온도까지 상기 혼합물을 가열하는 것을 포함하는, 방법.
제107항에 있어서,
응집체를 형성하는 단계는 경화된 형태를 분쇄하는 것을 포함하는, 방법.
제108항에 있어서,
응집체를 형성하는 단계는 분쇄 후에 체로 거르는 것을 더 포함하는, 방법.
제109항에 있어서,
성형하는 단계는 응집체를 그린 물품으로 프레스하는 것을 포함하는, 방법.
제110항에 있어서,
프레스하는 것은 적어도 약 0.1 ton/in² 의 압력으로 수행되는, 방법.
제96항에 있어서,
소결하는 단계는 감압된 분위기에서 수행되는, 방법.
제112항에 있어서,
상기 감압된 분위기는 약 10^-2 Torr 이하, 10^-4 Torr 이하, 또는 약 10^-5 Torr 이하의 압력을 포함하는, 방법.
제96항에 있어서,
소결하는 단계는 환원성 분위기에서 수행되는, 방법.
제114항에 있어서,
상기 환원성 분위기는 질소, 수소, 영족 가스, 일산화탄소, 분해된 암모니아 및 그 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 가스 물질을 포함하는, 방법.
제96항에 있어서,
소결하는 단계는 불활성 분위기에서 수행되는, 방법.
제116항에 있어서,
소결하는 단계는 적어도 약 400 ℃, 적어도 약 650 ℃, 적어도 약 800 ℃, 또는 적어도 약 900 ℃의 액상 소결 온도에서 수행되는, 방법.
제96항에 있어서,
소결하는 단계는 약 400 ℃ 내지 약 1100 ℃ 사이, 약 800 ℃ 내지 약 1100 ℃ 사이, 또는 약 800 ℃ 내지 약 1050 ℃ 사이의 범위 내에 있는 액상 소결 온도에서 수행되는, 방법.