KR20130105816A

KR20130105816A - 교차 플레이트 성형된 연마 입자

Info

Publication number: KR20130105816A
Application number: KR1020137004918A
Authority: KR
Inventors: 네구스 비 아데프리스
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2013-09-26
Also published as: BR112013001831A2; US20130125477A1; WO2012018903A2; BR112013001831B8; CN103025490A; EP2601014A4; EP2601014A2; JP2013533128A; US8728185B2; KR101879884B1; JP5774105B2; CN103025490B; WO2012018903A3; BR112013001831B1; EP2601014B1

Abstract

성형된 연마 입자는 소정의 각도(β)로 제2 플레이트에 일체로 결합된 제1 플레이트를 포함하고 세라믹을 포함한다.

Description

교차 플레이트 성형된 연마 입자{INTERSECTING PLATE SHAPED ABRASIVE PARTICLES}

연마 입자 및 이 연마 입자로 만들어진 연마 용품은 상품의 제조과정에서 다양한 재료 및 표면을 마모시키거나, 마무리하거나 또는 연삭하는 데 유용하다. 이와 같이, 연마 입자 및/또는 연마 용품의 비용, 성능, 또는 수명을 개량시키려 하는 요구가 계속될 것이다.

삼각형 성형된 연마 입자 및 이 삼각형 성형된 연마 입자를 사용하는 연마 용품은 미국 특허 제5,201,916호(버그(Berg)), 제5,366,523호(로웬호스트(Rowenhorst))(Re 35,570), 및 제5,984,988호(버그)에 개시된다. 일 실시 형태에서, 연마 입자의 형상은 정삼각형으로 구성되었다. 삼각형 성형된 연마 입자는 절단률(cut rate)이 높은 연마 용품을 제조하는데 유용하다.

일반적으로 성형된 연마 입자는 무작위로 파쇄된 연마 입자보다 뛰어난 성능을 가질 수 있다. 연마 입자의 형상을 제어함으로써, 연마 용품의 결과적인 성능을 제어할 수 있다. 발명자는 소정의 각도로 교차하는 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 포함하는 성형된 연마 입자를 제조함으로써, 가공물에 대해 플레이트들 중 하나의 플레이트의 경사각이 코팅된 연마 용품 내에서 정밀하게 제어될 수 있음을 발견하였고, 이는 다른 플레이트가 소정의 경사각으로 가공물과 접촉한 상태에서 하나의 플레이트가 성형된 연마 입자를 배킹(backing)에 고정하기 위한 기저로서 작용할 수 있기 때문이다.

다른 이점은 다음을 포함할 수 있다: 1. 가공물과 접촉하는 연마 꼭짓점(point)의 간격 및 밀도를 제어하기 위하여 메이크 코트에 부착된 하부 플레이트의 크기를 사용. 이 기술은 다양한 재료를 마모시키기 위해 조절될 수 있는 연마 층의 개방도를 제어할 수 있다. 2. 스와프(swarf) 제거를 위한 채널의 형성. 연마 꼭짓점은 기저의 크기 및 형상에 의해 제어가능하게 이격될 수 있기 때문에, 연마 층 내의 채널이 스와프 제거를 위해 또는 냉각 유체를 유도하기 위해 형성될 수 있다. 3. 더 많은 꼭짓점 및 더 적은 평평한 표면을 갖는 성형된 연마 입자의 생성. 제RE 35,570호의 삼각형 성형된 연마 입자는 2개의 대향하는 평평한 표면 및 가공물과 접촉할 수 있는 3개의 정점(vertex)을 갖는다. 도 3의 교차 플레이트 성형된 연마 입자는 단지 하나의 평평한 표면 및 평평한 표면 대신에 정점이 가공물과 접촉할 기회를 상당히 증가시키는 가공물과 접촉할 수 있는 5개의 정점을 갖는다. 이는 코팅된 연마 용품보다 성형된 연마 입자의 배향을 제어하기가 더욱 어려운 부직 구성에서 특정 이점일 수 있다. 4. 일부 실시 형태에서 큰 마모 평평부(wear flat)를 형성하는 경향 및 더 적은 지지 영역. 성형된 연마 입자가 사면체인 경우에, 정점 마모부(vertex wear)로서 지지 영역은 빠르게 증가된다. 도 1의 교차 플레이트 성형된 연마 입자는 사면체와 동일한 기저를 갖지만 상부 정점이 마모되기 때문에 지지 영역이 상당히 더 적게 증가된다. 5. 부직 구조물 내에서 더 우수한 보유. 2개의 플레이트의 교차는 입자들이 부직 웨브 내로 더 깊이 또는 이를 통해 떨어지는 것을 방지하고 부직 섬유에 대한 플레이트 성형된 연마 입자의 우수한 점착력을 야기하는 것으로 여겨진다.

따라서, 일 실시 형태에서, 본 발명은 소정의 각도(β)로 제2 플레이트에 일체로 결합된 제1 플레이트를 포함하고, 세라믹을 포함하는 성형된 연마 입자에 속한다.

본 기술 분야의 통상의 기량을 가진 자라면 본 개시 내용이 전형적인 실시 형태의 설명일뿐 본 개시 내용의 보다 넓은 태양들을 한정하려는 것은 아니며, 이 전형적인 구성에서 보다 넓은 태양들이 구현된다는 것을 이해할 것이다.
<도 1a 및 도 1b>
도 1a 및 도 1b는 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 포함하는 교차 플레이트 성형된 연마 입자의 일 실시 형태를 도시하는 도면.
<도 2a 및 도 2b>
도 2a 및 도 2b는 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 포함하는 교차 플레이트 성형된 연마 입자의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면.
<도 3a 및 도 3b>
도 3a 및 도 3b는 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 포함하는 교차 플레이트 성형된 연마 입자의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면.
<도 4a 및 도 4b>
도 4a 및 도 4b는 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 포함하는 교차 플레이트 성형된 연마 입자의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면.
<도 5>
도 5는 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 포함하는 교차 플레이트 성형된 연마 입자를 함유하는 코팅된 연마 용품을 도시하는 도면.
<도 6>
도 6은 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 포함하는 교차 플레이트 성형된 연마 입자를 함유하는 또 다른 코팅된 연마 용품을 도시하는 도면.
<도 7>
도 7은 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 포함하는 교차 플레이트 성형된 연마 입자를 함유하는 부직 연마 용품을 도시하는 도면.
<도 8>
도 8은 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 포함하는 또 다른 교차 플레이트 성형된 연마 입자를 도시하는 도면.
<도 9a 내지 도 9c>
도 9a 내지 도 9c는 도 8의 교차 플레이트 성형된 연마 입자를 제조하기 위해 사용된 몰드 치수를 도시하는 도면.
<도 10>
도 10은 실시예 1에 의해 제조된 교차 플레이트 성형된 연마 입자를 도시하는 도면.
<도 11>
도 11은 실시예 2에 의해 제조된 부직 연마 용품을 도시하는 도면.
본 명세서 및 도면에서 참조 부호를 반복하여 사용하는 것은 본 개시 내용의 동일 내지 유사한 특징이나 요소를 나타내려는 것이다.
정의
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "포함하다", "갖다", 및 "포함되다"라는 단어의 형태는 법률적으로 동등하며 제한이 없다. 따라서, 열거한 요소, 작용, 단계 또는 한정 이외에도 추가의 열거되지 않은 요소, 작용, 단계 또는 한정이 제시될 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "연마 분산액(abrasive dispersion)"이라는 용어는 몰드 공동(mold cavity) 내로 유입되는 알파 알루미나로 변환될 수 있는 알파 알루미나 전구체를 의미한다. 이 조성물은 충분한 휘발성 성분이 제거되어 연마 분산액을 응고시킬 수 있을 때까지 연마 분산액이라고 부른다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "일체로 결합된"은 제1 및 제2 플레이트를 형성하는 동일한 재료가 2개의 플레이트를 결합하는 것을 의미한다. 상이한 화학적 조성물을 갖는 개별 결합제가 2개의 플레이트를 부착하기 위해 사용되지 않는다.본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "전구체 성형된 연마 입자(precursor shaped abrasive particle)"라는 용어는, 몰드 공동 내에 있을 때 연마 분산액으로부터 충분한 양의 휘발성 성분을 제거하여, 몰드 공동으로부터 제거되고 후속의 처리 작업에서 몰딩된 형상을 실질적으로 유지할 수 있는 응고체를 형성함으로써 생성되는 소결되지 않은 입자를 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "성형된 연마 입자"라는 용어는 연마 입자의 적어도 일부가, 전구체 성형된 연마 입자를 형성하는 데 사용되는 몰드 공동으로부터 복제된 소정의 형상을 갖는 세라믹 연마 입자를 의미한다. (예를 들어, 미국 가출원 제61/016,965호에 기재된 것과 같은) 연마 파편의 경우를 제외하고는, 성형된 연마 입자는 일반적으로 성형된 연마 입자를 형성하는 데 사용되었던 몰드 공동을 실질적으로 복제하는 소정의 기하학적 형상을 가질 것이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이 성형된 연마 입자는 기계적 파쇄 작업에 의해 얻어지는 연마 입자를 배제한다.

교차 플레이트 성형된 연마 입자

도 1 내지 도 4를 참조하면, 예시적인 교차 플레이트 성형된 연마 입자(20)가 도시된다. 일 실시 형태에서, 성형된 연마 입자(20)가 제조되는 재료는 알파 알루미나를 포함한다. 알파 알루미나 입자는, 나중에 본 명세서에서 논의되는 바와 같이 겔화되고, 소정 형상으로 몰딩되며, 그 형상을 유지하도록 건조되고, 하소되며(calcined), 그 뒤 소결되는 알루미늄 옥사이드 하이드록사이드 또는 알루미늄 모노하이드레이트의 분산액으로부터 제조될 수 있다. 교차 플레이트 성형된 연마 입자의 기하학적 형상은 응집물을 형성하기 위한 결합제의 필요 없이 유지되며, 상기 응집물은 결합제에 의해 서로 고정된 연마 입자를 포함한다.

일반적으로, 성형된 연마 입자(20)는 각각의 플레이트의 중심 평면(점선) 사이에서 측정된 소정의 각도(β)로 제2 플레이트(23)에 일체로 결합된(일 실시 형태에서, 성형된 연마 입자가 몰딩될 때) 제1 플레이트(21)를 갖는 적어도 2개의 교차 플레이트를 포함한다. 각각의 플레이트는 제1 주 표면 및 제1 주 표면에 대향하는 제2 주 표면을 포함한다. 플레이트들 중 하나 또는 둘 모두는 테이퍼지거나, 평요형(하나의 오목한 표면을 갖는 하나의 평면형 표면)이거나, 평철형(하나의 볼록한 표면을 갖는 하나의 평면형 표면)이거나, 두 표면 모두가 볼록하거나, 두 표면 모두가 오목하거나, 평행한 또는 테이퍼진 표면들을 갖도록 곡선형일 수 있거나, 또는 2개의 실질적으로 평면형이고 평행한 표면을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 주 표면들은 주연부를 따라 두께를 갖는 플레이트를 형성하는 측벽에 의해 결합되고, 다른 실시 형태에서 제1 및/또는 제2 주 표면(들)은 이들이 2개의 볼록한 표면들 간의 교차와 같이 결합되는 얇은 에지 또는 선을 형성하도록 테이퍼질 수 있다. 개별 선을 형성하는 플레이트들은 가파르게 교차할 수 있거나, 또는 플레이트들 간의 더욱 완만한 전이부를 형성하도록 교차 시에 반경이 이용될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 3개, 4개, 5개 또는 이보다 많은 플레이트가 교차하여 성형된 연마 입자를 형성할 수 있다.

일부 실시 형태에서, 제1 플레이트(21)는 코팅된 연마 용품(54) 내에서 성형된 연마 입자를 배킹(backing, 56)에 고정하기 위한 기저로서 작용하는 반면 제2 플레이트(23)는 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이 가공물(64)을 마모시키기 위한 연삭 부재로서 작용한다. 제1 플레이트 및 제2 플레이트가 소정의 각도(β)로 교차하기 때문에, 가공물에 대한 제2 플레이트(23)의 경사각은 정밀하게 제어될 수 있어서 코팅된 연마 용품의 절단률, 마무리, 또는 이 둘 모두가 향상된다. 또한, 기저로서 작용하는 크고 평평한 제1 플레이트는 플레이트들 중 하나의 플레이트의 에지를 적절히 사용하는 것에 비해 배킹에 대해 성형된 연마 입자를 더욱 확고히 고정하데 도움이 된다.

제1 및 제2 플레이트(21, 23)는 두께(T)를 가지며 제1 주 표면(24) 및 제2 주 표면(26)을 갖는 얇은 몸체를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 두께(T)는 약 5 마이크로미터 내지 약 1 밀리미터의 범위이다. 플레이트는 일정한 두께를 포함할 수 있거나 또는 플레이트의 두께는 테이퍼질 수 있거나 또는 변화할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 제1 주 표면(24)과 제2 주 표면(26)은 측벽(28)과 제2 주 표면(26) 사이의 드래프트각(α)이 90도 이외인 도 1에 도시된 바와 같이 경사진 측벽일 수 있는 적어도 하나의 측벽(28)에 의해 서로 연결된다. 일부 실시 형태에서, 하나 초과의 경사진 측벽(28)이 존재할 수 있으며, 각각의 경사진 측벽(28)에 대한 기울기 또는 각도는 발명의 명칭이 "경사진 측벽을 갖는 성형된 연마 입자(Shaped Abrasive Particles With A Sloping Sidewall)"이고 2008년 12월 17일자에 출원된 계류중의 미국 특허 출원 번호 제12/337,075호에 더욱 충분하게 기재된 바와 같이 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 측벽(28)은 90도의 각도로 제1 주 표면(24) 및 제2 주 표면(26)과 교차할 수 있다.

일 실시 형태에서, 제1 및 제2 플레이트(21, 23)의 제1 및 제2 주 표면(24, 26)은 예컨대, 원형, 타원형, 삼각형, 사변형(직사각형, 정사각형, 사다리꼴, 마름모꼴, 편능형(rhomboid), 연 모양(kite), 초타원형(superellipse)), 또는 다른 다-에지형의 기하학적 형상(오각형, 육각형, 팔각형 등)과 같은 선택된 기하학적 형상을 포함한다. 대안으로, 제1 및 제2 주 표면(24, 26)은 불규칙적인, 반복가능한 형상(몰드 공동에 의해 복제됨) 또는 윤곽 또는 주연부를 형성하기 위하여 선 세그먼트 및 아치형 세그먼트를 조합하는 형상을 포함할 수 있다. 드래프트각(α)에 따라, 각각의 플레이트의 제1 및 제2 주 표면의 영역은 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 다수의 실시 형태에서, 제1 및 제2 플레이트는 프리즘(90도의 드래프트각) 또는 삼각형 프리즘과 같은 절두 피라미드(90도가 아닌 드래프트각), 절두 삼각형 피라미드, 마름모꼴 프리즘, 또는 몇몇 가능을 호칭하기 위한 절두 마름모꼴 피라미드를 포함한다.

도 1에 도시된 일 실시 형태에서, 제1 플레이트(21)는 절두 삼각형 피라미드로 구성되었고, 제2 플레이트(23)는 소정의 각도(β)로 제1 플레이트와 교차하는 절두 삼각형 피라미드로 구성되었다. 다른 실시 형태에서, 플레이트 모두는 프리즘일 수 있거나 또는 하나의 플레이트는 프리즘일 수 있는 반면 다른 플레이트는 절두 피라미드이다. 일 실시 형태에서, 각각의 플레이트의 주 표면은 등변 삼각형으로 구성되고, 제2 플레이트는 이의 에지가 도 1에 도시된 바와 같이 제1 플레이트(21)의 제2 주 표면(26) 내에 끼워맞춤되도록 다소 더 작은 크기를 갖는다. 제2 플레이트(23)는 제1 플레이트(21)의 제2 주 표면(26) 상에 배치될 수 있고, 제2 플레이트의 에지들 중 하나의 에지(측벽)는 제2 주 표면의 정점들 중 하나의 정점을 양분하고 90도의 각도로 제2 주 표면의 주연부와 교차하는 제1 플레이트(21)의 제2 주 표면(26) 상의 가상선에 의해 양분된다. 일 특정 실시 형태에서, 소정의 각도(β)는 82도였고, 각각의 플레이트에 대한 드래프트각(α)은 98도였다.

도 2에 도시된 또 다른 실시 형태에서, 제1 플레이트(21)는 절두 삼각형 피라미드(대안으로 프리즘)로 구성되었고, 제2 플레이트(23)는 소정의 각도(β)로 제1 플레이트와 교차하는 직사각형(사다리꼴) 프리즘(대안으로 절두 피라미드)으로 구성되었다. 다른 실시 형태에서, 플레이트들 모두는 프리즘일 수 있거나 또는 플레이트들 모두는 피라미드일 수 있다. 제2 플레이트(23)는 제1 플레이트(21)의 제2 주 표면(26) 상에 배치될 수 있고, 제2 플레이트의 에지들 중 하나의 에지(측벽)는 제2 주 표면의 정점들 중 하나의 정점을 양분하고 90도의 각도로 제2 주 표면의 주연부와 교차하는 제1 플레이트(21)의 제2 주 표면(26) 상의 가상선에 의해 양분된다. 일 특정 실시 형태에서, 소정의 각도(β)는 90도이었고, 제1 플레이트에 대한 드래프트각(α)은 98도였고 제2 플레이트에 대한 드래프트각(α)은 90도였다.

도 3에 도시된 또 다른 실시 형태에서, 제1 플레이트(21)는 마름모꼴(다이아몬드) 프리즘으로 구성되었고, 제2 플레이트(23)는 삼각형 프리즘으로 구성되었다. 다른 실시 형태에서, 플레이트들 모두는 절두 피라미드일 수 있거나 또는 플레이트들 중 하나의 플레이트는 프리즘일 수 있는 반면 다른 플레이트는 절두 피라미드이다. 제2 플레이트(23)는 제1 플레이트(21)의 제2 주 표면(26) 상에 배치될 수 있고, 제2 플레이트의 에지들 중 하나의 에지(측벽)는 이의 대향하는 정점들 중 2개의 정점을 연결하는 제1 플레이트(21)의 제2 주 표면(26) 상의 가상선에 의해 양분된다. 일 특정 실시 형태에서, 삼각형 프리즘은 등변 삼각형으로 구성되었고, 마름모꼴은 도 3에 도시되고 제2 플레이트의 등변 삼각형의 크기 및 형상과 유사한 2개의 삼각형으로 제2 플레이트에 의해 양분되었다. 일 특정 실시 형태에서, 소정의 각도(β)는 90도이었고, 제1 플레이트에 대한 드래프트각(α)은 90도이었고 제2 플레이트에 대한 드래프트각(α)은 90도이었다.

도 4에 도시된 또 다른 실시 형태에서, 제1 플레이트(21)는 마름모꼴(다이아몬드) 프리즘으로 구성되었고, 제2 플레이트(23)는 직사각형(사다리꼴) 프리즘으로 구성되었다. 다른 실시 형태에서, 플레이트 모두는 절두 피라미드일 수 있거나 또는 플레이트들 중 하나의 플레이트는 프리즘일 수 있는 반면 다른 플레이트는 절두 피라미드이다. 제2 플레이트(23)는 제1 플레이트(21)의 제2 주 표면(26) 상에 배치될 수 있고, 제2 플레이트의 에지들 중 하나의 에지(측벽)는 이의 대향하는 정점들 중 2개의 정점을 연결하는 제1 플레이트(21)의 제2 주 표면(26) 상의 가상선에 의해 양분된다. 일 특정 실시 형태에서, 소정의 각도(β)는 90도이었고, 제1 플레이트에 대한 드래프트각(α)은 90도이었고 제2 플레이트에 대한 드래프트각(α)은 90도이었다.

본 발명의 다양한 실시 형태에서, 제2 플레이트의 교차 에지는 이 에지가 교차하는 제1 플레이트(21) 상의 제1 또는 제2 주 표면의 주연부 내에 전체적으로 수용되도록 제2 플레이트(23)(더 작은 플레이트)의 크기가 형성될 수 있다. 대안으로, 제2 플레이트의 교차 에지는 이 에지가 교차하는 제1 플레이트(21) 상의 제1 또는 제2 주 표면의 주연부를 지나 연장되도록 제2 플레이트(23)가 크기형성 또는 배치될 수 있다. 이 연장은 플레이트들을 동일한 크기와 형상으로 제조하고 이들의 교차부를 단순히 오프셋설정함으로써 달성될 수 있거나, 또는 하나의 플레이트는 하나 이상의 에지 상에서 표면 주연부 위로 돌출되도록 이 플레이트가 교차하는 플레이트보다 더 크게(더 길게) 제조될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 형태에서, 드래프트각(α)은 대략 90도 내지 대략 135도, 또는 대략 95도 내지 대략 130도, 또는 약 95도 내지 약 125도, 또는 약 95도 내지 약 120도, 또는 약 95도 내지 약 115도, 또는 약 95도 내지 약 110도, 또는 약 95도 내지 약 105도, 또는 약 95도 내지 약 100도 일 수 있다. 2008년 12월 17일자에 출원되고 발명의 명칭이 "경사진 측벽을 갖는 성형된 연마 입자(Shaped Abrasive Particles With A Sloping Sidewall)"인 미국 특허출원 번호 제12/337,075호에서 논의된 바와 같이, 드래프트각(α)에 관한 특정 범위가 경사진 측벽을 갖는 성형된 연마 입자로 제조되는 코팅된 연마 용품의 연삭 성능의 놀라운 증가를 생성하는 것으로 밝혀졌다. 특히, 98도, 120도 또는 135도의 드래프트각은 90도의 드래프트각보다 개선된 연삭 성능을 갖는 것으로 밝혀졌다. 연삭 성능의 개선은, 특히 미국 특허출원 번호 제12/337,075호의 도 6 및 도 7에서 보여지는 바와 같이 98도 또는 120도의 드래프트각에서 두드러진다. 드래프트각(α)에 대한 상이한 각 또는 동일한 각이 성형된 연마 입자를 형성하는 임의의 플레이트와 함께 사용될 수 있다. 교차 플레이트 성형된 연마 입자가 기울어지거나 또는 이와는 달리 제1 플레이트(21)의 제1 주 표면(24) 대신에 경사진 측벽들 중 하나의 측벽에 의해 연마 용품에 부착될 때, 상기 범위 내의 각도가 유사한 방식으로 연삭 성능을 증가시킬 수 있다.

유사하게, 90도 이외의 소정의 각도(β)는 90도의 각이 또한 사용될 수 있을지라도 교차 플레이트 성형된 연마 입자의 향상된 절단 성능을 야기하는 것으로 여겨진다. 본 발명의 다양한 실시 형태에서, 소정의 각도(β)는 약 20도 내지 약 85도, 또는 약 55도 내지 약 85도, 또는 약 60도 내지 약 85도, 또는 약 65도 내지 약 85도, 또는 약 70도 내지 약 85도, 또는 약 75도 내지 약 85도, 또는 약 80도 내지 약 85도일 수 있다. 소정의 각도(β)를 제어함에 따라 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이 코팅된 연마 용품 내에서 가공물에 대해 제2 플레이트의 경사각을 제어할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 형태에서, 제1 및 제2 플레이트(21, 23)는 추가 특징부를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 제1 주 표면(24)은 실질적으로 평면형이고, 제2 주 표면(26)은 실질적으로 평면형이거나 또는 둘 모두는 실질적으로 평면형이다. 대안으로, 일 측면은 2008년 12월 17일자로 출원되고 발명의 명칭이 "리세스된 표면을 갖는 접시형 연마 입자(Dish-Shaped Abrasive Particles With A numberRecessed Surfaces)"인 공계류 중인 미국 특허출원 번호 제12/336,961호에서 보다 상세하게 논의되는 바와 같이 오목할 수 있거나 또는 리세스될 수 있다. 오목한 또는 리세스된 표면(50)은 졸 겔에 대해 건조 조건을 선택하고, 미국 특허 출원 번호 제12/336,961호에서 논의된 바와 같이 몰드의 측면 위로 졸 겔의 에지를 위킹하는(wick) 경향의 졸 겔 내에 메니스커스(meniscus)를 형성하는 몰드 공동 내에 잔류시킴으로써 형성될 수 있다. 오목한 표면은 중공 그라운드 치즐 블레이드(hollow ground chisel blade)와 유사한 일부 응용에서 절단 성능을 향상시키는데 도움이 될 수 있다.

추가로, 제1 주 표면(24) 및 제2 주 표면(26)을 통과하는 하나 이상의 개구는 2008년 12월 17일자에 출원되고 발명의 명칭이 "개구를 갖는 성형된 연마 입자(Shaped Abrasive Particles With An Opening)"인 공계류 중의 미국 특허 출원 번호 제12/337,112호에 더 상세히 논의된 바와 같이 플레이트 내에 존재할 수 있다. 플레이트(들)를 통한 개구는 성형된 연마 입자의 벌크 밀도를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 예컨대, 증가된 다공도가 대개 요구되는 연삭 휠과 같은 일부 응용에서 생성된 연마 용품의 다공도가 증가된다. 대안으로, 개구는 입자를 사이즈 코트 내로 더욱 견고하게 고정함으로써 쉘링(shelling)을 감소시킬 수 있거나 또는 개구는 연삭 보조제용 리저버로서 작용할 수 있다. 개구는 상기에서 논의된 메니스커스 현상을 악화시키는 건조 조건을 선택하거나, 또는 몰드의 표면으로부터 연장되는 하나 이상의 기둥(post)을 갖는 몰드를 제조함으로써 성형된 연마 입자 내에 형성될 수 있다. 개구를 갖는 성형된 연마 입자를 제조하는 방법은 미국 특허 출원 번호 제12/337,112호에서 논의된다.

추가로, 성형된 연마 입자는 2008년 12월 17일자로 출원되고 발명의 명칭이 "홈을 갖는 성형된 연마 입자(Shaped Abrasive Particles With Grooves)"인 공계류 중의 미국 가출원 번호 제61/138,268호에 기재된 바와 같이 제1 또는 제2 주 표면 상에 복수의 홈을 가질 수 있다. 홈은 몰드로부터 전구체 성형된 연마 입자의 제거를 더욱 용이하게 하는 것으로 밝혀진 몰드 공동의 표면 내의 복수의 리지에 의해 형성된다. 삼각형 성형된 단면을 갖는 리지는 몰드 공동 내에 잔류하면서 졸 겔의 수축을 촉진하는 건조 조건 하에서 몰드의 하부 표면으로부터 전구체 성형된 연마 입자를 들어올리는 웨지로서 작용하는 것으로 여겨진다.

본 발명에 따라 제조된 성형된 연마 입자(20)는 연마 용품에 포함되거나 성긴 형태로 사용될 수 있다. 연마 입자들은 일반적으로 사용 전에 주어진 입자 크기 분포로 분류된다. 이러한 분포는 일반적으로 거친 입자에서 미세한 입자까지 일정 범위의 입자 크기를 갖는다. 연마 분야에서 이 범위는 가끔은 "거친", "대조", 및 "미세" 부분으로 부른다. 연마 산업에서 승인된 분류 표준에 따라서 분류된 연마 입자들은 수치 한계 내에서 각 공칭 등급에 대한 입자 크기 분포를 규정한다. 이런 산업 승인 분류 규정(즉, 연마 산업에서 규정된 공칭 등급)에는 미국 규격 협회(American National Standards Institute, Inc.;ANSI) 표준, 연마 제품의 유럽 생산자 연맹(Federation of European Producers of Abrasive Products; FEPA) 표준, 및 일본 공업 규격(Japanese Industrial Standard; JIS) 표준으로 알려진 것들이 포함된다.

ANSI 등급 칭호(즉, 규정된 공칭 등급)에는, ANSI 4, ANSI 6, ANSI 8, ANSI 16, ANSI 24, ANSI 36, ANSI 40, ANSI 50, ANSI 60, ANSI 80, ANSI 100, ANSI 120, ANSI 150, ANSI 180, ANSI 220, ANSI 240, ANSI 280, ANSI 320, ANSI 360, ANSI 400, 및 ANSI 600이 포함된다. FEPA 등급 명칭은 P8, P12, P16, P24, P36, P40, P50, P60, P80, P100, P120, P150, P180, P220, P320, P400, P500, P600, P800, P1000 및 P1200을 포함한다. JIS 등급 명칭은 JIS8, JIS12, JIS16, JIS24, JIS36, JIS46, JIS54, JIS60, JIS80, JIS100, JIS150, JIS180, JIS220, JIS240, JIS280, JIS320, JIS360, JIS400, JIS600, JIS800, JIS1000, JIS1500, JIS2500, JIS4000, JIS6000, JIS8000 및 JIS10,000을 포함한다.

대안으로, 성형된 연마 입자(20)는 ASTM E-11 "시험 목적용 쇠그물 및 체에 대한 표준 규격(Standard Specification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes)"에 따른 미국 표준 시험용 체를 사용하여 공칭 선별 등급(nominal screened grade)으로 분류될 수 있다. ASTM E-11은 지정된 입자 크기에 따른 재료의 분류를 위해 프레임에 장착된 짜여진 쇠그물 매체를 사용하여 시험용 체의 설계 및 구성을 위한 요건을 규정하고 있다. 전형적인 명칭은 -18+20으로 나타낼 수 있는데, 이는 성형된 연마 입자들이 18번 체에 대한 ASTM E-11 규격을 만족시키는 시험용 체를 통과하여 20번 체에 대한 ASTM E-11 규격을 만족하는 시험용 체에 걸려서 유지된다는 것을 의미한다. 일 실시 형태에서, 성형된 연마 입자(20)는 대부분의 입자가 18 메시 시험용 체를 통과하고 20, 25, 30, 35, 40, 45, 또는 50 메시 시험용 체에 걸려서 유지될 수 있게 하는 입자 크기를 갖는다. 본 발명의 다양한 실시 형태에서, 성형된 연마 입자(20)는 이하의 공칭 선별 등급을 가질 수 있다: -18+20, -20/+25, -25+30, -30+35, -35+40, -40+45, -45+50, -50+60, -60+70, -70/+80, -80+100, -100+120, -120+140, -140+170, -170+200, -200+230, -230+270, -270+325, -325+400, -400+450, -450+500, 또는 -500+635. 대안으로, 예컨대, -90+100과 같은 맞춤 메시 크기(custom mesh size)가 사용될 수 있다.

일 태양에 있어서, 본 발명은 연마 산업에서 규정된 공칭 등급 또는 공칭 선별 등급을 갖는 복수의 성형된 연마 입자를 제공하는데, 여기서 복수의 연마 입자들의 적어도 일부는 성형된 연마 입자(20)이다. 다른 태양에 있어서, 본 발명은 본 발명에 따라 제조된 성형된 연마 입자(20)들을 분류하여 연마 산업에서 규정된 공칭 등급 또는 공칭 선별 등급을 갖는 복수의 성형된 연마 입자(20)를 제공하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

원하는 경우, 연마 산업에서 규정된 공칭 등급 또는 공칭 스크린 등급을 갖는 성형된 연마 입자(20)가 다른 공지의 연마 또는 비연마 입자와 혼합될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 복수의 연마 입자의 총 중량에 기초하여, 연마 산업에서 규정된 공칭 등급 또는 공칭 스크린 등급을 갖는 복수의 연마 입자 중 적어도 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 또는 심지어 100 중량%가 본 발명에 따라 제조된 성형된 연마 입자(20)이다.

성형된 연마 입자(20)와의 혼합에 적합한 입자에는 미국 특허 제4,799,939호 및 제5,078,753호에 개시된 것과 같은 종래의 연마 그레인, 희석용 그레인 또는 부식성 응집물이 포함된다. 종래의 연마 그레인의 대표적인 예에는 융합 알루미늄 옥사이드, 탄화규소, 탄화붕소 가넷, 융합 알루미나 지르코니아, 입방정형 질화붕소, 다이아몬드 등이 포함된다. 희석용 그레인의 대표적인 예로는 대리석, 석고, 및 유리가 포함된다. 상이한 드래프트각 또는 상이한 소정의 각도(β)를 갖는 경사진 측벽을 포함하는 성형된 연마 입자(20)의 블렌드 또는 상이한 기하학적으로 성형된 연마 입자(20)의 블렌드는 본 발명의 용품 내에서 사용될 수 있다.

일부 응용의 경우, 성형된 연마 입자 및 종래의 연마 그레인의 블렌드가 효과적인 것으로 밝혀졌다. 이들 응용에서, 심지어 예컨대, 10 중량%와 같은 소량의 성형된 연마 입자가 성능을 상당히 증가시킨다. 종래의 연마 그레인 또는 희석용 그레인과의 성형된 연마 입자의 블렌드 내에서, 블렌드 내의 성형된 연마 입자의 중량은 50%, 40%, 30%, 25%, 20%, 15%, 또는 10%이하일 수 있고, 또한 상당한 성능 증가를 제공할 수 있다.

성형된 연마 입자(20)는 또한 표면 코팅을 가질 수 있다. 연마 용품 내의 결합제와 연마 그레인 사이의 점착력을 개선시키는 표면 코팅이 공지되어 있거나, 이 표면 코팅은 성형된 연마 입자(20)들의 정전 침착(electrostatic deposition)을 돕도록 사용될 수 있다. 일 실시 형태에서, 성형된 연마 입자 중량에 대해 0.1% 내지 2%의 무기물의 양으로 미국 특허 번호 제5,352,254호에 기재된 바와 같이 표면 코팅이 사용되었다. 이러한 표면 코팅은 미국 특허 제5,213,591호, 제5,011,508호, 제1,910,444호, 제3,041,156호, 제5,009,675호, 제5,085,671호, 제4,997,461호, 및 제5,042,991호에 기재되어 있다. 또한, 표면 코팅은 성형된 연마 입자가 캡핑(capping)되는 것을 방지할 수 있다. 캡핑은 마모되고 있는 공작물로부터의 금속 입자가 성형된 연마 입자의 상부에 융착되는 현상을 설명하는 용어이다. 상기 작용을 실행하는 표면 코팅은 당업자에게 알려져 있다.

교차 플레이트 성형된 연마 입자를 갖는 연마 용품

도 5를 참조하면, 코팅된 연마 용품(54)은 배킹(56)의 제1 주 표면(60) 위에 적용되는, 이하에서 메이크 코트(58)로 지칭되는 제1 결합제 층을 갖는 배킹(56)을 포함한다. 연마 층을 형성하는 복수의 성형된 연마 입자(20)가 메이크 코트(58)에 부착되거나 또는 부분적으로 매립되어 있다. 이하에서 사이즈 코트(62)로 지칭되는 제2 결합제 층이 성형된 연마 입자(20) 위에 있다. 메이크 코트(58)의 목적은 성형된 연마 입자(20)를 배킹(56)에 고정시키는 것이고, 사이즈 코트(62)의 목적은 성형된 연마 입자(20)를 보강하는 것이다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 임의의 수퍼사이즈 코팅이 또한 적용될 수 있다.

도시된 바와 같이, 성형된 연마 입자(20)는 제1 플레이트(21)에 의해 배킹(56)에 부착될 수 있다. 제2 플레이트(23)가 소정의 각도(β)로 제1 플레이트(21)에 결합되기 때문에, 가공물을 마모하는 동안 가공물(64)에 대한 제2 플레이트(23)의 경사각은 정밀하게 제어될 수 있다. 경사각을 제어하기 위한 능력은 연마 용품의 마무리 또는 연마 용품의 절단 성능을 향상시킬 수 있다.

도 6에 도시된 또 다른 실시 형태에서, 교차 플레이트 성형된 연마 입자(도 1)는 드롭 코팅되어(drop coat) 코팅된 연마 입자를 형성한다. 심지어 정전기 코팅과 상반되게 드롭 코팅이 사용될 때에도, 삼각형 플레이트들 중 하나의 삼각형 플레이트의 정점이 연삭 중에 가공물과 접촉한 상태로 존재하도록 교차 플레이트 성형된 연마 입자가 배향되는 경향이 있다. 개방 코트 연마 층이 사용되고 과도한 성형된 연마 입자들이 미리 적용된 성형된 연마 입자의 상부에 떨어지도록 과도한 성형된 연마 입자가 추가되지 않는 경우에 결과는 특히 두드러진다.

배향을 최적화하기 위하여, 교차 플레이트 성형된 연마 입자는 도 5 및 도 6에서 개방 코트 연마 층 내에서 배킹에 적용될 수 있다. 개방 코트 연마층은 100% 미만의 연마 입자에 의한 메이크 코트의 피복률(coverage)로 이어져 연마 입자들 사이에 개방 영역 및 눈에 보이는 수지층을 남겨둘 것이다. 본 발명의 다양한 실시 형태에서, 연마 층 내의 퍼센트 개방 영역은 10% 내지 약 90% 또는 약 30% 내지 약 80%일 수 있다.

메이크 코트(58) 및 사이즈 코트(62)는 수지성 접착제를 포함한다. 메이크 코트(58)의 수지성 접착제는 사이즈 코트(62)의 수지성 접착제와 동일하거나 상이할 수 있다. 이들 코트에 적합한 수지성 접착제의 예로는 페놀 수지류, 에폭시 수지류, 우레아-포름알데하이드 수지류, 아크릴레이트 수지류, 아미노플라스트 수지류(aminoplast resins), 멜라민 수지류, 아크릴레이티드 에폭시 수지류, 우레탄 수지류 및 이들의 조합이 포함된다. 수지성 접착제에 추가로, 메이크 코트(58) 또는 사이즈 코트(62), 또는 둘 모두의 코트는, 예를 들어 충전제, 연삭 보조제, 습윤제, 계면활성제, 염료, 안료, 커플링제, 점착 촉진제 및 이들의 조합과 같은 당업계에 알려진 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 충전제의 예로는 탄산칼슘, 실리카, 활석, 점토, 칼슘 메타실리케이트, 돌로마이트, 알루미늄 설페이트 및 이들의 조합이 포함된다.

연삭 보조제가 코팅된 연마 용품에 적용될 수 있다. 연삭 보조제는, 그것의 첨가가 연마의 화학적 및 물리적 공정에 상당한 영향을 미쳐서, 그 결과로 개선된 성능을 가져오는 미립자 재료로서 정의된다. 연삭 보조제는 서로 다른 다양한 재료를 포함하며 무기질이거나 유기질이 될 수 있다. 연삭 보조제의 화학적 그룹의 예에는 왁스, 유기 할라이드 화합물, 할라이드 염, 및 금속과 이들의 합금이 포함된다. 유기 할라이드 화합물은 전형적으로 마모중에 분쇄되어 할로겐 산 또는 기체 할라이드 화합물을 방출할 것이다. 이러한 재료의 예에는 염소화된 왁스, 예를 들어 테트라클로로나프탈렌, 펜타클로로나프탈렌; 및 폴리비닐 클로라이드가 포함된다. 할라이드 염의 예는 염화나트륨, 칼륨 빙정석, 나트륨 빙정석, 암모늄 빙정석, 사플루오로붕산칼륨, 사플루오로붕산나트륨, 플루오르화규소, 염화칼륨, 및 염화마그네슘을 포함한다. 금속의 예는 주석, 납, 비스무스, 코발트, 안티몬, 카드뮴, 철, 및 티타늄을 포함한다. 다른 연삭 보조제는 황, 유기 황 화합물, 흑연 및 금속 황화물을 포함한다. 상이한 연삭 보조제들의 조합을 사용하는 것이 또한 본 발명의 범주에 속하며, 일부 경우에 상승 효과를 제공할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 연삭 보조제는 바람직하게는 빙정석 또는 나트륨 테트라플루오르붕산염이다. 이러한 첨가제의 양은 원하는 특성을 제공하도록 조절될 수 있다. 슈퍼사이즈 코팅(supersize coating)을 이용하는 것이 또한 본 발명의 범주에 속한다. 슈퍼사이즈 코팅은 전형적으로 결합제 및 연삭 보조제를 함유한다. 결합제는 페놀 수지류, 아크릴레이트 수지류, 에폭시 수지류, 우레아-포름알데하이드 수지류, 멜라민 수지류, 우레탄 수지류 및 이들의 조합과 같은 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 미국 특허 제5,441,549호(헬민(Helmin))에 개시되어 있는 바와 같이, 열경화성 에폭시 수지, 경화제, 열경화성 탄화수소 수지, 연삭 보조제, 분산제 및 안료를 포함하는 수퍼사이즈 코팅이 사용된다.

결합된 연마 용품, 부직포 연마 용품 또는 연마 브러시에 성형된 연마 입자(20)가 사용될 수 있음이 또한 본 발명의 범주에 속한다. 결합된 연마제는 결합제에 의해서 함께 결합되어 성형된 덩어리를 형성하는 복수의 성형된 연마 입자(20)를 포함한다. 결합된 연마제를 위한 결합제는 금속성, 유기, 세라믹, 또는 유리질일 수 있다. 부직포 연마제는 유기 결합제에 의해서 섬유질 부직 웨브에 결합된 복수의 성형된 연마 입자(20)를 포함한다.

구체적으로 도 7을 참조하면, 부직 연마 용품은 예컨대, 폴리우레탄 결합제와 같은 결합제(120)에 의해 함께 고정된 인탱글링된 필라멘트(entangled filament, 110)로 형성된 섬유질 웨브(100)를 포함한다. 교차 플레이트 성형된 연마 입자(20)는 필라멘트(110)의 노출된 표면 상에서 섬유질 웨브(100)에 걸쳐서 분산된다. 결합제(120)는 필라멘트(110)의 적어도 일부를 코팅하고, 성형된 연마 입자를 부직 웨브에 부착시킨다. 교차 플레이트 성형된 연마 입자들 중 일부의 경우에, 필라멘트(110)의 적어도 일부가 제1 플레이트(21) 및 제2 플레이트(23) 둘 모두와 동시에 접촉한다. 교차 플레이트 성형된 연마 입자의 더 넓은 영역이 필라멘트와 접촉을 이룰 수 있기 때문에, 필라멘트에 대한 성형된 연마 입자의 더 우수한 점착력이 야기될 수 있다.

교차 플레이트 성형된 연마 입자를 제조하는 방법

본 발명의 공정을 사용하여 성형된 세라믹 대상물로 제조될 수 있는 재료는 예컨대, 알파 알루미나, 탄화 규소, 알루미나/지르코니아 및 탄화붕소와 같은 공지된 세라믹 재료의 미세 분할 입자와 같은 물리적 전구체를 포함한다. 또한, 예컨대, 알루미늄 트라이하이드레이트, 베마이트, 감마 알루미나 및 다른 전이 알루미나(transitional alumina) 및 보크사이트와 같은 화학적 및/또는 형태학적 전구체가 포함된다. 전형적으로, 알루미나 및 이의 물리적 또는 화학적 전구체를 기반으로 하는 것이 상기에서 가장 유용하다. 그러나, 본 발명은 이에 따라 제한되는 것이 아니라 복수의 다양한 전구체 재료와 함께 사용하기에 적합할 수 있는 것으로 이해된다.

알루미나-기재 입자의 제조를 위한 특정 환경에서 바람직한 것으로 밝혀진 다른 구성요소에는 예컨대, 미세 분할 알파 알루미나, 산화 제2 철, 산화 크롬 및 알파 알루미나 형태로의 전구체 형태의 변환의 핵을 형성할 수 있는 다른 재료와 같은 핵형성제; 마그네시아; 티타니아; 지르코니아; 산화이트륨; 및 희토류 금속 산화물이 포함된다. 이러한 첨가제는 대개 결정 성장 억제제 또는 경계 상 개질제로서 작용한다. 전구체 내의 이러한 첨가제의 양은 대개는 약 10 중량% 미만 그리고 대개 5 중량% 미만(고형물 기준)이다.

또한, 알파 알루미나의 화학적 또는 형태학적 전구체 대신에 입자가 본질적으로 완전 치밀화로 소성되는 동안 일시적 결합제로서 작용하고 현택액 내에서 이를 유지할 유기 화합물과 함께 미세 분할 알파 알루미나 자체의 슬립을 사용할 수 있다. 이러한 경우에, 이는 대개는 건조 및 소성 중에 또는 소성 이후에 성형된 입자의 구조적 일체성을 유지하는데 있어서 보조제로서 작용할 수 있거나 또는 소성 시에 개별 상을 형성할 현탁액 재료 내에 포함될 수 있다. 이러한 재료는 불순물과 같이 존재할 수 있다. 예를 들어, 전구체가 미세 분할 보크사이트인 경우에, 분말 그레인들이 성형된 입자를 형성하기 위해 함께 소결된 이후에 제2 상을 형성할 존재하는 유리질 재료의 작은 부분이 있을 것이다.

본 발명의 공정에서 사용되는 분산액은 본 발명의 공정에 처해진 이후 성형된 세라믹 용품의 형태인 미세 분산 재료와 같은 세라믹 전구체의 임의의 분산액일 수 있다. 분산액에는 예를 들어, 알파 알루미나의 화학적 전구체인 베마이트와 같은 화학적 전구체, 예를 들어, 알파 알루미나의 형태학적 전구체인 감마 알루미나와 같은 형태학적 전구체 뿐만 아니라(또는 대안으로) 알파 알루미나의 미세 분할 형태가 소정의 형상으로 형성될 수 있고 그 형상을 유지시키기 위해 소결될 수 있다는 의미에서 물리적 전구체일 수 있다.

분산액이 그 용어가 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 물리적 또는 형태학적 전구체를 포함하는 경우, 전구체는 함께 소결 시에 예컨대, 종래의 결합되고 코팅된 연마 응용에서 유용한 연마 입자와 같은 세라믹 용품을 형성하는 미세 분할 분말 그레인의 형태이다. 이러한 재료는 일반적으로 약 20 미크론 미만, 바람직하게는 약 10 미크론 미만 및 가장 바람직하게는 약 1 미크론 미만의 평균 크기를 갖는 분말 그레인을 포함한다.

선호되는 공정에서 사용된 분산액은 가장 편리하게는 베마이트 졸 겔이다. 졸 겔은 알파 알루미나로의 알루미나 전구체의 변환의 핵을 형성할 수 있는 미세 분산 시드(seed) 입자를 포함하는 시드형(seeded) 졸 겔, 또는 소결된 때 알파 알루미나로 변환되는 비-시드형(unseeded) 졸 겔일 수 있다.

물리적 또는 형태학적 전구체의 분산액의 고형물 함량은 바람직하게는 약 40% 내지 65%이지만, 최대 약 80%의 보다 높은 고형물 함량이 사용될 수 있다. 유기 화합물은 형성된 입자가 그 형상을 유지하도록 충분히 건조될 때까지 현탁제로서 또는 아마도 일시적 결합제로서 이러한 분산액 내에 미세 분할 그레인과 함께 종종 사용된다. 이는 예컨대, 폴리에틸렌 글리콜, 소르비탄 에스테르 등과 같은 이러한 목적을 위해 일반적으로 알려진 것들 중 임의의 것일 수 있다.

가열시 최종의 안정된 세라믹 형태로 변화되는 전구체의 고형물 함량은 연마 입자를 소결하기 위한 건조 및 소성 동안에 전구체로부터 유리될 수 있는 물을 고려할 필요가 있을 수 있다. 이러한 경우에, 고형물 함량은 전형적으로 약 75%, 또는 더 낮거나 또는 심지어 약 30% 내지 약 50%와 같이 다소 더 낮다. 베마이트 졸 겔의 경우, 약 60% 또는 심지어 40%의 최대 고형물 함량이 사용될 수 있고, 약 20%의 해교된 최소 고형물 함량을 갖는 졸 겔이 또한 사용될 수 있다.

물리적 전구체로부터 제조된 연마 입자는 전형적으로 시드형 화학적 전구체로부터 형성된 것들보다 더 높은 온도에서 소성될 필요가 있을 것이다. 예를 들어, 시드형 베마이트 졸 겔의 입자는 약 섭씨 1250도 미만의 온도에서 본질적으로 완전히 치밀화된 알파 알루미나를 형성하는 반면, 비시드형 베마이트 졸 겔로부터 제조된 입자는 완전한 치밀화를 위해 약 섭씨 1400도 초과의 소성 온도를 필요로 할 수 있다.

교차 플레이트 성형된 연마 입자를 제조하는 일 실시 형태에서, 7가지의 공정 단계가 사용될 수 있다.제1 공정 단계는 알파 알루미나로 변환될 수 있는 시드형 또는 비-시드형 연마 분산액을 제공하는 단계를 포함한다. 알파 알루미나 전구체 조성물은 대개 휘발성 성분인 액체를 포함한다. 일 실시 형태에서, 휘발성 성분은 물이다. 연마 분산액은 몰드 공동을 충전하고 몰드 표면을 복제할 수 있도록 연마 분산액의 점도를 충분히 낮게 하기 위해 충분한 양의 액체를 포함하지만 나중에 액체를 몰드 공동에서 제거하는 것이 엄청나게 비싸지게 할 정도로 많은 액체는 포함해서는 안 된다. 일 실시 형태에서, 연마 분산액은 알루미늄 옥사이드 모노하이드레이트(베마이트(boehmit))의 입자와 같이 알파 알루미나로 변환될 수 있는 2 중량% 내지 90 중량%의 입자와, 적어도 10 중량%, 또는 50 내지 70 중량%, 또는 50 내지 60 중량%의 물과 같은 휘발성 성분을 포함한다. 역으로, 연마 분산액은 일부 실시 형태에서는 30 내지 50중량%, 또는 40 내지 50중량%의 고체를 함유한다.

베마이트 이외의 알루미늄 옥사이드 하이드레이트도 사용될 수 있다. 베마이트는 공지의 기술로 제조할 수 있거나 구입할 수 있다. 구매가능한 베마이트의 예에는 둘 모두 사솔 노스 어메리카, 인크(Sasol North America, Inc)로부터 입수가능한 상표명 "디스페랄(DISPERAL)" 및 "디스팔(DISPAL)", 또는 바스프 코포레이션(BASF Corporation)으로부터 입수가능한 상표명 "하이큐-40(HiQ-40)"을 갖는 제품이 포함된다. 이들 알루미늄 옥사이드 모노하이드레이트는 비교적 순수한데, 즉 이들은 모노하이드레이트 이외에 조금이라도 있다면 비교적 작은 하이드레이트상을 포함하며 큰 표면 영역을 갖는다. 생성되는 성형된 연마 입자(20)의 물리적 특성은 일반적으로 연마 분산액에 사용되는 재료의 유형에 따라 좌우될 것이다.

일 실시 형태에서, 연마 분산액은 겔 상태에 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "겔"은 액체 속에 분산된 고체의 삼차원 그물눈 구조이다. 연마 분산액은 조정 첨가제 또는 조정 첨가제의 전구체를 함유할 수 있다. 개질 첨가제는 연마 입자의 일부 바람직한 특성을 향상시키거나 후속 소결 단계의 효과를 증대시키는 기능을 할 수 있다. 조정 첨가제 또는 조정 첨가제의 전구체는 가용성 염의 형태, 전형적으로는 수용성 염의 형태일 수 있다. 이들은 전형적으로 금속을 함유하는 화합물로 구성되며, 그리고 마그네슘, 아연, 철, 규소, 코발트, 니켈, 지르코늄, 하프늄, 크롬, 이트륨, 프라세오디뮴, 사마륨, 이테르븀, 네오디뮴, 란탄, 가돌리늄, 세륨, 디스프로슘, 에르븀, 티타늄, 및 그 혼합물의 산화물의 전구체가 될 수 있다. 연마 분산액에 존재할 수 있는 이들 첨가제의 특정 농도는 당업자에 따라서 변할 수 있다. 전형적으로 조정 첨가제 또는 조정 첨가제의 전구체를 도입하면 연마 분산액이 겔로 될 것이다. 또한 연마 분산액은 일정 기간에 걸친 열의 적용에 의해 겔로 유도될 수 있다.

또한 연마 분산액은 수화되거나 하소된 산화알루미늄의 알파 알루미나로의 변환을 향상시키기 위한 핵형성제(시딩)를 함유할 수 있다. 본 개시 내용에 적합한 핵형성제는 변환의 핵이 될 알파 알루미나, 알파 산화철 또는 그 전구체, 산화 티타늄 및 티탄산염, 산화 크롬, 또는 다른 재료로 된 미세 입자를 포함한다. 사용되는 경우, 핵형성제의 양은 알파 알루미나의 변환을 일으킬 수 있을 정도로 충분하여야 한다. 이런 연마 분산액의 핵을 형성하는 것은 슈와벨(Schwabel)의 미합중국 특허 번호 제4,744,802호에 개시되어 있다.

보다 안정한 하이드로솔 또는 콜로이드 연마 분산액을 제조하기 위해 연마 분산액에 펩타이징제(peptizing agent)가 첨가될 수 있다. 적절한 펩타이징제는 일염기산(monoprotic acid)이거나 또는 초산, 염산, 개미산 및 질산 등의 산 화합물이다. 멀티프로톤 산(Multiprotic acid)도 사용될 수 있지만, 이는 연마 분산액을 신속하게 겔로 만들어서 추가의 성분을 취급하거나 여기에 도입하게 어렵게 할 수 있다. 베마이트의 일부 상업적 공급원은 안정한 연마 분산액을 형성하는 것을 도와주는 산 역가(acid titer) (흡수된 개미산 또는 질산)를 함유한다.

연마 분산액은 임의의 적합한 수단, 예를 들어 펩타이징제를 함유하는 물과 알루미늄 옥사이드 모노하이드레이트를 단순히 혼합함으로써, 또는 펩타이징제가 첨가되는 알루미늄 옥사이드 모노하이드레이트 슬러리를 형성함으로써 형성될 수 있다. 혼합 중에 기포가 발생하거나 공기를 함유하는 경향을 줄이기 위해 소포제 또는 그 외의 적절한 화학약품이 첨가될 수 있다. 필요에 따라서 습윤제, 알콜 또는 커플링제 등의 추가의 화학약품이 첨가될 수 있다. 알파 알루미나 연마 그레인은 1997년 7월 8일자의 에릭슨(Erickson) 등의 미국 특허 제5,645,619호에 개시된 것과 같이 실리카 및 산화철을 함유할 수 있다. 알파 알루미나 연마 그레인은 1996년 9월 3일자의 라미(Larmie)의 미국 특허 제5,551,963호에 개시된 것과 같이 지르코니아를 함유할 수 있다. 대안으로, 알파 알루미나 연마 그레인은 2001년 8월 21일자의 카스트로(Castro)의 미국 특허 제6,277,161호에 개시된 것과 같이 미세구조체 또는 첨가제를 가질 수 있다.

제2 공정 단계는 적어도 하나의 몰드 공동, 바람직하게는 복수의 공동을 갖는 몰드를 제공하는 단계를 포함한다. 공동은 도 1 내지 도 4에 도시된 성형된 연마 입자를 제조하기 위해 규정된 3-차원 형상을 갖는다. 몰드는 제1 몰드 공동과 소정의 각도로 교차하는 제2 플레이트(23)의 형상에 해당하는 제2 몰드 공동 및 제1 플레이트(2)의 형상에 해당하는 제1 몰드 공동을 가질 수 있다. 일반적으로, 제1 몰드 공동은 상부 표면에서 공동의 주연부가 제1 플레이트(21)의 제1 주 표면(24)의 주연부를 형성하는 상태에서 몰드의 상부 표면에 인접할 것이다. 제2 몰드 공동은 제1 플레이트(21)의 제2 주 표면(26)을 형성하는 제1 몰드 공동의 하부로부터 몰드의 두께와 교차하고 이 내로 연장될 것이다.

복수의 공동이 제조 공구에 형성될 수 있다. 제조 공구는 벨트, 시트, 연속 웨브, 윤전 그라비아 롤(rotogravure roll) 등의 코팅 롤, 코팅 롤에 장착된 슬리브, 또는 다이가 될 수 있다. 일 실시 형태에서, 제조 공구는 중합체성 재료를 포함한다. 적합한 중합체성 재료의 예에는 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리(에테르 설폰), 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 이들의 조합과 같은 열가소성 재료, 또는 열경화성 재료가 포함된다. 일 실시 형태에서, 전체 공구는 폴리머 재료 또는 열가소성 재료로 제조된다. 또 다른 실시 형태에서, 복수의 공동의 표면과 같이 건조 중에 졸-겔과 접촉하는 공구의 표면은 중합체성 또는 열가소성 재료를 포함하며, 공구의 다른 부분은 다른 재료로 제조될 수 있다. 예로서 표면 장력 특성을 변화시키기 위해 적절한 폴리머 코팅이 금속 공구에 적용될 수 있다.

중합체성 또는 열가소성 공구는 금속 마스터 공구로부터 복제될 수 있다. 마스터 공구는 제조 공구에 요구되는 역상의 패턴을 가질 것이다. 마스터 공구는 제조 공구와 동일한 방식으로 제조될 수 있다. 일 실시 형태에서, 마스터 공구는 금속, 예를 들어 니켈로 제조되며, 다이아몬드 선삭된다. 폴리머 시트 재료는 마스터 공구와 함께 가열될 수 있으며, 그 둘을 함께 가압함으로써 폴리머 재료는 마스터 공구 패턴으로 엠보싱된다. 중합체성 또는 열가소성 재료를 또한 마스터 공구 상으로 압출 또는 캐스팅한 다음 압축할 수 있다. 열가소성 재료를 고형화되도록 냉각하여 제조 공구를 제조한다. 열가소성 제조 공구가 이용되는 경우, 과도한 열이 발생하여 열가소성 제조 공구를 변형시켜서 수명을 제한하지 않도록 주의하여야 한다. 제조 공구 또는 마스터 공구의 설계 및 제작에 관한 보다 많은 정보가 미국 특허 제5,152,917호(피퍼(Pieper) 등), 제5,435,816호(스퍼게온(Spurgeon) 등), 제5,672,097호(후프만(Hoopman) 등), 제5,946,991호(후프만 등), 제5,975,987호(후프만 등), 및 제6,129,540호(후프만 등)에서 찾을 수 있다.

공동에의 접근은 상부 표면 내의 개구로부터 할 수 있다. 일 실시 형태에서, 상부 표면은 공동이 실질적으로 균일한 깊이를 갖는 몰드의 하부 표면에 실질적으로 평행하다. 몰드의 하나의 측면, 즉 공동이 형성되는 측면은 휘발성 성분이 제거되는 단계 동안에 주위의 대기에 노출된 채로 유지될 수 있다.

제3 공정 단계는 임의의 종래 기술에 의해 몰드의 공동을 연마 분산액으로 충전하는 것을 수반한다. 일부 실시 형태에서, 나이프 롤 코터(knife roll coater) 또는 진공 슬롯 다이 코터(vacuum slot die coater)가 사용될 수 있다. 필요한 경우 몰드으로부터 입자를 제거하는 것을 돕기 위해 몰드 이형제가 사용될 수 있다. 전형적인 몰드 이형제는 땅콩유 또는 광유와 같은 오일, 어유(fish oil), 실리콘, 폴리테트라플루오로에틸렌, 아연스테아레이트 및 흑연을 포함한다. 일반적으로, 몰드 이형제가 필요한 경우, 몰드의 단위 면적당 약 0.015 ㎎/㎠(0.1 ㎎/in²) 내지 약 0.46 ㎎/㎠ (3.0 ㎎/in²), 또는 약 0.015 ㎎/㎠ (0.1 ㎎/in²) 내지 약 0.78 ㎎/㎠ (5.0 ㎎/in²)의 몰드 이형제가 존재하도록, 졸-겔과 접촉하는 제조 공구의 표면에, 물 또는 알코올과 같은 액체 중의 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 몰드 이형제, 예를 들어 땅콩유가 적용된다. 일 실시 형태에서, 몰드의 상부 표면을 연마 분산액으로 코팅한다. 연마 분산액이 상부 표면 상으로 펌핑 또는 적용될 수 있다. 다음으로, 스크래퍼(scraper) 또는 레벨러 바(leveler bar)를 사용하여 연마 분산액을 몰드의 공동 내로 완전히 밀어 넣을 수 있다. 공동으로 들어가지 않은 연마 분산액의 잔여분은 몰드의 상부 표면으로부터 제거하여 재활용할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 연산 분산액의 적은 부분은 상부 표면에 남을 수 있고, 다른 실시 형태에서는 상부 표면에 실질적으로 분산액이 없다. 스크래퍼나 레벨러 바에 의해 가해지는 압력은 전형적으로 0.69 ㎫ (100 psi) 미만, 또는 0.34 ㎫ (50 psi) 미만, 또는 0.06 ㎫ (10 psi) 미만이다. 일부 실시 형태에서, 생성되는 성형된 연마 입자(20)의 두께의 균일성을 보장하기 위해서 연마 분산액의 노출된 표면은 실질적으로 상부 표면을 넘어서 연장하지 않는다.

제4 공정 단계는 휘발성 성분을 제거하여 분산액을 건조시키는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 휘발성 성분은 빠른 증발 속도에 의해 제거된다. 일부 실시 형태에서, 증발에 의한 휘발성 성분의 제거는 휘발성 성분의 비등점을 초과한 온도에서 일어난다. 건조 온도에 대한 상한은 대개 몰드의 재료에 따라서 달라진다. 폴리프로필렌 공구에 있어서, 이 온도는 플라스틱의 융점 미만이어야 한다.

일 실시 형태에서, 약 40 내지 50 퍼센트 고형물로 된 수분산액 및 폴리프로필렌 몰드의 경우, 건조 온도는 약 섭씨 90도 내지 약 섭씨 165도, 또는 약 섭씨105도 내지 약 섭씨 150도, 또는 약 섭씨 105도 내지 약 섭씨120도일 수 있다. 더 높은 온도는 향상된 제조 속도로 이어질 수 있지만, 또한 몰드으로서의 그 사용 수명을 제한하는 폴리프로필렌 공구의 열화로 이어질 수도 있다.

제5 공정 단계는 몰드 공동으로부터 전구체 성형된 연마 입자를 제거하는 단계를 포함한다. 전구체 성형된 연마 입자는 몰드 상에서 다음의 공정들을 단독으로 사용하거나 조합하여 사용함으로써 공동으로부터 제거될 수 있다: 입자를 몰드 공동으로부터 제거하기 위한 중력, 진동, 초음파 진동, 진공, 또는 압축 공기.

전구체 연마 입자는 몰드의 외부에서 추가로 건조될 수 있다. 연마 분산액이 몰드 내에서 원하는 정도까지 건조된다면, 추가의 건조 단계는 필요하지 않다. 그러나, 어떤 경우에는 연마 분산액이 몰드 속에 있는 시간을 최소화하기 위해 추가의 건조 단계를 이용하는 것이 경제적일 수 있다. 전형적으로, 전구체 성형된 연마 입자는 섭씨 50도 내지 섭씨 160도, 또는 섭씨 120도 내지 섭씨 150도의 온도에서, 10분 내지 480분, 또는 120분 내지 400분 동안 건조될 것이다.

제6 공정 단계는 전구체 성형된 연마 입자를 하소시키는 단계를 포함한다. 하소 과정중에 본질적으로 모든 휘발성 재료가 제거되며, 연마 분산액 중에 존재하는 다양한 성분이 산화금속으로 변환된다. 전구체 성형된 연마 입자는 일반적으로 섭씨 400도 내지 섭씨 800도의 온도까지 가열되며, 자유수(free water)와 90 중량%를 초과하는 임의의 결합된 휘발성 재료가 제거될 때까지 이 온도 범위 내에 유지된다. 선택적 단계에서는 함침 공정에 의해 조정 첨가제를 도입하는 것이 바람직할 수 있다. 수용성 염이 함침에 의해 하소된 전구체 성형된 연마 입자의 세공 내로 도입될 수 있다. 그 뒤에, 전구체 성형된 연마 입자가 다시 하소된다. 이 선택적 사항은 유럽 특허 제293,163호에 더욱 설명되어 있다.

제7 공정 단계는 하소된 전구체 성형된 연마 입자를 소결하여 알파 알루미나 입자를 형성하는 단계를 포함한다. 소결 전에, 하소된 전구체 성형된 연마 입자는 완전히 치밀화되지 않으며 따라서 성형된 연마 입자로서 사용하는 데 필요한 경도가 부족하다. 소결은 하소된 전구체 성형된 연마 입자를 섭씨 1,000도 내지 섭씨 1,650도의 온도까지 가열하고, 실질적으로 모든 알파 알루미나 모노하이드레이트(또는 등가물)가 알파 알루미나로 변환되고 다공도가 15 부피% 미만으로 감소될 때까지 이 온도 범위 내에 유지함으로써 이루어진다. 이 수준의 변환을 달성하기 위해 하소된 전구체 성형된 연마 입자가 소결 온도에 노출되어야 하는 기간은 다양한 인자에 따라서 달라지지만 5초 내지 48시간이 전형적이다. 또 다른 실시 형태에서, 소결 단계의 기간은 1분 내지 90분이다. 소결 후에, 성형된 연마 입자는 비커스(Vickers) 경도가 10 ㎬, 16 ㎬, 18 ㎬, 20 ㎬, 또는 그 초과일 수 있다.

전술한 공정을 조정하기 위해서는 재료를 하소 온도에서 소결 온도까지 급속하게 가열하고, 연마 분산액을 원심분리하여 슬러지, 폐기물 등을 제거하는 것 같은 다른 단계들을 사용할 수 있다. 또한 이 공정은 필요에 따라서 두 개 이상의 공정 단계를 결합함으로써 조정될 수 있다. 본 개시 내용의 공정을 조정하는데 사용할 수 있는 종래의 공정 단계들은 레이티져(Leitheiser)의 미합중국 특허 번호 제4,314,827호에 보다 자세하게 설명되어 있다.

성형된 연마 입자를 제조하는 방법에 관한 더 많은 정보가 발명의 명칭이 "연마 파편, 개구를 갖는 성형된 연마 입자, 또는 접시형 연마 입자를 제조하는 방법(Method Of Making Abrasive Shards, Shaped Abrasive Particles With An Opening, Or Dish-Shaped Abrasive Particles)"이고, 2008년 12월 17일자로 출원된 공계류 중의 미국 특허 출원 번호 제12/337,001호에 개시되어 있다.

실시예

실시예 1 및 비교 실시예 A

교차 플레이트 성형된 연마 입자의 향상된 속성을 설명하기 위해 실시예 1 및 비교 실시예 A를 제조하였다. 실시예 1의 신규한 연마 입자는 이에 원하는 연마 응용에 대하여 필요한 예리함을 제공하기 위하여 도 8에 도시된 바와 같이 특정 기하학적 형상을 갖도록 성형되었다. 이러한 연마 입자는 삼각형 표면들 중 하나의 표면으로부터 돌출된 평면형 플레이트를 갖는 삼각형 기저 플레이트의 형태를 갖는다.이 연마제는 다수의 매우 예리한 에지를 갖도록 설계된다.

실시예 1

1601 RPM으로 작동하는 고-전단 믹서(미국 캘리포니아 아델란토 소재의 스캇 터본 믹서(Scott Turbon Mixer)) 내에서 탈이온수 2316 그램과 질산 66 그램을 배합함으로써 알루미나 졸을 제조하였다. 알루미늄 옥사이드 모노하이드레이트(미국 텍사스 휴스턴 소재의 사솔 노스 어메리카(Sasol North America)로부터의 "디스페랄") 1600 그램을 1분이 지난 후에 첨가하였다. 5분 후에 추가 질산 6 그램을 첨가하였고, 7분의 혼합 이후에 땅콩유(미국 뉴욕 밸리 스트림 소재의 알노 오일 컴퍼니(Alnor Oil Company)로부터의 "피넛 오일(peanut oil), 엔.에프")(디스페랄 함량을 기반으로 0.75%) 12 그램을 믹서에 첨가하고 2분 동안 섞었다. 배치 크기는 4000 그램이었다. 사용 이전에 24 시간 동안 졸을 겔화시키고 시효될 수 있도록 하였다.

12.7 ㎝(5 인치) 폭의 스테인리스 스틸 퍼티 나이프를 사용하여 마이크로복제된 공구(microreplicated tool)의 공동 내로 졸 겔을 밀어 넣었다. 도 9a 내지 도 9c에 도시된 바와 같은 치수의 공동을 갖는 제조 공구의 23 ㎝ x 33 ㎝(9 인치 x 13 인치) 조각 내로 졸 겔을 밀어 넣었다. 퍼티 나이프를 갖는 공구로부터 초과 졸 겔을 주의 깊게 제거하였다. 그 뒤 1.5 시간 동안 섭씨 45 도의 공기 대류 오븐 내에 코팅된 공구를 배치하여 물을 제거하고 졸 겔을 성형된 입자로 건조하였다. 초음파 혼의 도움으로 공구로부터 입자를 제거하였다. 0.75%의 땅콩유를 갖는 전구체 성형된 연마 입자를 대략 섭씨 650 도(15 분)에서 하소하였고, 그 뒤 하기 응축물(산화물로서 보고됨): 1.0%의 MgO, 1.2%의 Y2O3, 4.0%의 La2O3 및 0.05%의 CoO의 혼합된 질산염 용액으로 포화시켰다. 초과 질산염 용액을 제거하였고, 포화된 전구체 교차 성형된 연마 입자를 입자가 재차 섭씨 650 도(15 분)에서 하소되고 대략 섭씨 1400 도(5 분)에서 소결된 후에 건조될 있도록 하였다. 하소와 소결 둘 모두는 회전식 튜브 킬른(rotary tube kiln)을 사용하여 실시하였다. 상기 공정을 사용하여 제조된 연마 입자가 도 10에 도시된다. 공기 포착(air entrapment)으로 인해, 돌출된 삼각형의 팁은 절두되는 경향이 있으며, 이는 도시된 3차원 교차 플레이트 성형된 연마 입자에서 야기된다.

비교 실시예 A

97 도의 드래프트각, 0.711 ㎜의 몰드 깊이 및 2.794 ㎜ 길이의 삼각형의 더 넓은 면의 각각의 측면을 갖는 평면형 삼각형 몰드 공동을 갖는 몰드가 실시예 1에서 사용된 교차 플레이트 몰드에 대해 대체되는 것을 제외하고 비교 실시예 A를 실시예 1과 동일하게 제조하였다. 제조된 성형된 연마 입자는 미국 특허 공보 제2010/0151196호에 개시된 성형된 연마 입자와 동일하거나 또는 유사하였다.

실시예 2 및 비교 실시예 B

실시예 2 및 비교 실시예 B의 부직 연마제를 각각 실시예 1 및 비교 실시예 A의 연마 입자로 제조하였다.

실시예 2

실시예 1의 교차 플레이트 성형된 연마 입자로 폴리우레탄 수지와 약하게 결합된 70 데니어(78 dtex) x 38 ㎜(1.5 인치) 나일론 6,6 스테이플 섬유의 통상적으로 제조된 126 g/㎡ 부직 섬유를 롤 코팅함으로써 실시예 2를 제조하였다. 200 gms/제곱 미터의 습윤 부가(wet add-on)를 달성하기 위하여 49.15%의 레졸 페놀 수지, 10.19%의 물, 40.56%의 탄산칼슘 충전제, 0.10%의 에뮬란(EMULAN) A 유화제(미국 뉴저지 플로럼 파크 소재의 바스프(BASF)) 및 미량의 빙정석의 메이크 수지를 부직 사전결합 직물의 10.2 ㎝ x 15.2 ㎝(4 인치 x 6 인치) 조각에 적용하였다. 실시예 1의 323 그램/제곱 미터의 연마 입자를 메이크 코트 상으로 드롭 코팅하였다. 그 뒤 복합물을 섭씨 90 도로 가열하였고 90 분 동안 이 온도에서 유지하였다. 96 그램/제곱 미터의 습윤 부가를 달성하기 위해 롤 코팅에 의해 50.56%의 도카놀(DOCANOL) PMA 484431(미국 미주리 세인트. 루이스 소재의 시그마 알드리치(Sigma Aldrich)), 36.2%의 아데프린(ADEPRINE) BL-16(미국 코네티컷 미들버리 소재의 체무트라 그룹(Chemutra Group)) 폴리우레탄 수지 및 13.24%의 경화성 라폭스(LAPOX) K450(PMA 중 42.33%)(미국 코네티컷 이스트 러더포드 소재의 로이스 인터내셔널(Royce International))의 사이즈 코팅을 적용하였다. 생성된 복합물을 그 뒤에 섭씨 330 도로 가열하였고 5 분 동안 이 온도에서 유지하였다. 생성된 연마 용품은 도 11에 도시된다.

비교 실시예 B

비교 실시예 A의 연마 입자가 실시예 1의 연마 입자에 대해 대체되는 것을 제외하고 비교 실시예 B를 실시예 2와 동일하게 제조하였다.

부직 연마 용품 시험

부직 연마 디스크를 실시예 2 및 비교 실시예 B로부터 절단하였고 3M 블루 비닐 폼(Blue Vinyl Foam) #02345 백업 패드(미국 미네소타 메이플우드 소재의 3M 컴퍼니로부터 입수됨)에 부착하였고, 랜덤 오비탈 샌더(random orbital sander) 상에 장착하였다. 3450 rpm으로 작동하도록 랜덤 오비탈 샌더를 구동시켰고, 0.61 m/분(2 피트/분)으로 25.4 ㎝(10 인치)의 횡단부에 걸쳐서 2.72 ㎏(6 lb)의 하중 하에서 다이 스틸 룰(die steel rule)(45 록웰(Rockwell))에 대해 강제하였다.

실시예 2로부터의 샘플의 초기 절단률(제1 횡단 동안의 절단)은 비교 실시예 B로부터 샘플의 절단률보다 3배 높았다. 3회의 사이클 이후에 총 절단량은 실시예 2로부터의 샘플에 대해서는 스틸의 약 0.09 그램이었고, 비교 실시예 B로부터의 샘플에 대해서는 0.04 그램이었다. 실시예 2로부터의 샘플은 비교 실시예 B에 비해 상당히 향상된 연삭 성능을 갖는 것으로 평가되었다.

Claims

소정의 각도(β)로 제2 플레이트에 일체로 결합된 제1 플레이트를 포함하고 세라믹을 포함하는 성형된 연마 입자.
제1항에 있어서, 제1 플레이트 또는 제2 플레이트는 하나 이상의 측벽에 의해 연결된 제1 주 표면과 제2 주 표면을 포함하는 성형된 연마 입자.
제2항에 있어서, 제2 주 표면과 하나 이상의 측벽 사이의 드래프트각(α)은 약 95도 내지 약 135도인 성형된 연마 입자.
제3항에 있어서, 제2 주 표면과 측벽 사이의 드래프트각(α)은 약 95도 내지 약 120도인 성형된 연마 입자.
제1항에 있어서, 제1 플레이트는 절두 삼각형 피라미드를 포함하고, 제2 플레이트는 절두 삼각형 피라미드를 포함하는 성형된 연마 입자.
제1항에 있어서, 제1 플레이트는 삼각형 프리즘을 포함하고, 제2 플레이트는 삼각형 프리즘을 포함하는 성형된 연마 입자.
제1항에 있어서, 제1 플레이트는 마름모꼴 프리즘을 포함하고, 제2 플레이트는 삼각형 프리즘을 포함하는 성형된 연마 입자.
제1항에 있어서, 제1 플레이트는 절두 마름모꼴 피라미드를 포함하고, 제2 플레이트는 절두 삼각형 피라미드를 포함하는 성형된 연마 입자.
제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제5항, 제6항, 제7항, 또는 제8항에 있어서, 소정의 각도(β)는 약 90도인 성형된 연마 입자.
제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제5항, 제6항, 제7항, 또는 제8항에 있어서, 소정의 각도(β)는 약 20도 내지 약 85도인 성형된 연마 입자.
제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제5항, 제6항, 제7항, 또는 제8항에 있어서, 성형된 연마 입자는 알파 알루미나를 포함하고, 베마이트 알루미나 졸 겔을 몰딩함으로써 형성되는 성형된 연마 입자.
결합제 및 제1항의 성형된 연마 입자를 포함하는 연마 용품.
제12항에 있어서, 코팅된 연마 용품, 부직 연마 용품, 결합된 연마 용품, 또는 연마 브러시로 구성된 군으로부터 선택되는 연마 용품.
제13항에 있어서, 결합제는 코팅된 연마 용품의 메이크 코트를 포함하고, 성형된 연마 입자는 메이크 코트에 의해 배킹에 대해 제1 플레이트를 통하여 부착되는 연마 용품.