KR20140075717A

KR20140075717A - 배리어층이 있는 신장 기재 몸체 결합 연마 입자를 포함하는 연마 물품, 및 이를 형성하는 방법

Info

Publication number: KR20140075717A
Application number: KR20147009625A
Authority: KR
Inventors: 폴 더블유. 레릭; 잉강 티엔; 아룹 케이. 카운드
Original assignee: 생-고뱅 어브레이시브즈, 인코포레이티드; 생-고벵 아브라시프
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-06-19
Also published as: EP2760638A2; WO2013049204A4; WO2013049204A3; TWI507269B; EP2760638A4; CN103842132A; JP5869680B2; US20130084786A1; JP2014530120A; US9211634B2; WO2013049204A2; TW201313397A

Abstract

연마 물품은 신장 부재 형태로 코어 및 코어 주면에 직접 접촉되는 배리어층을 가지는 기재를 포함한다. 배리어층은 실질적으로 주석으로 이루어진다. 결합층은 신장 기재에 적층되고 연마 입자는 결합층에 고착된다.

Description

배리어층이 있는 신장 기재 몸체 결합 연마 입자를 포함하는 연마 물품, 및 이를 형성하는 방법{ABRASIVE ARTICLES INCLUDING ABRASIVE PARTICLES BONDED TO AN ELONGATED SUBSTRATE BODY HAVING A BARRIER LAYER, AND METHODS OF FORMING THEREOF}

본원은 연마 물품, 특히 신장 몸체에 고착되는 연마 입자를 포함하는 연마 물품에 관한 것이다.

과거 수세기에 걸쳐 다양한 산업분야에서 예를들면 절단, 드릴링, 연마, 클리닝, 각인, 및 연삭을 포함하여 가공물 소재를 제거하는 포괄적 기능의 다양한 연마 도구들이 개발되었다. 특히 전자산업과 관련하여, 웨이퍼 예컨대 실리콘 웨이퍼를 형성하기 위하여 단결정 잉곳 소재를 절단하여 적합한 연마 도구들이 특히 관련된다. 산업이 성숙해 감에 따라, 잉곳은 점차 직경이 커지고, 수율, 생산성, 영향 층들, 치수 제한조건 및 기자 인자들로 인하여 이러한 작업을 위하여 유리 연마제 및 와이어 톱을 사용하는 것이 가능하게 되었다.

와이어 톱은 고속으로 감기면서 절삭 작용을 하는 와이어의 긴 길이를 따라 부착된 연마 입자를 가지는 연마 도구를 포함한다. 둥근톱, 및 기타 등은 절삭 깊이가 톱날 반경 이하로 제한되지만, 와이어 톱은 직선 또는 만곡의 절삭 경로 절삭이 가능한 유연성이 더욱 크다.

소정의 종래 와이어 톱은 금속 와이어 또는 케이블 위로 스틸 비드를 활주시켜 제조하고, 비드는 전형적으로 스페이서로 분리되고 비드는 연마 입자로 덮여있고 입자는 통상 전기도금 또는 소결하여 부착된다. 그러나, 전기도금 및 소결 작업은 시간 소모성 작업이므로 비용 문제가 있어, 와이어 톱 연마 도구를 신속하게 제조하지 못한다. 화학 결합 공정, 예컨대 납땜을 통하여 연마 입자를 부착하려는 일부 시도가 있었지만, 이러한 조립 방법은 와이어 톱의 유연성을 감소시키고, 납땜 피막은 피로 및 조기 파손에 취약하다. 기타 와이어 톱은 연마제를 와이어에 결합시키기 위하여 수지를 이용할 수 있다. 그러나, 수지 결합되는 와이어 톱은 쉽게 마모되고 연마제는 입자 유용 수명이 실현되기 전에 쉽게 상실된다.

따라서, 와이어 톱 연마 도구들 및 이러한 도구들 형성 방법에 대한 개선의 필요성이 존재한다.

일 양태에 의하면, 연마 물품은 코어 및 코어 주면 (peripheral surface)과 직접 접촉하는 배리어층을 가지는 신장 부재 형태의 기재를 포함한다. 배리어층은 실질적으로 주석으로 이루어진다. 결합층 신장 기재에 적층되고 (overlying) 연마 입자는 결합층에 고착된다.

다른 양태에 의하면, 연마 물품은 코어 및 코어 주면에 적층되는 배리어층을 가지는 신장 부재인 기재를 포함한다. 배리어층은 주석 재질의 내층 및 내층에 적층되는 외층을 포함한다. 결합층은 기재의 배리어층에 적층되고 연마 입자는 결합층에 고착된다.

또 다른 양태에서, 연마 물품은 코어 및 코어 주면에 적층되는 배리어층을 가지는 신장 부재인 기재를 포함한다. 연마 물품은 700 MPa 응력의 회전 빔 피로 테스트에서 피로수명이 적어도 약 300,000 사이클이다. 결합층은 기재 배리어층에 적층되고 연마 입자는 결합층에 고착된다.

또 다른 양태에 의하면, 연마 물품은 코어 및 코어 주면에 적층되는 배리어층을 가지는 와이어를 포함한 기재를 포함한다. 배리어층은 코어 주면에 적층되고 실질적으로 주석으로 제조되고, 배리어층은 실질적으로 코어 주면 전체에 적층되고 기재 코어 내부로 수소 침투를 제한하기에 충분한 두께를 가진다. 결합층은 기재 배리어층에 적층되고 연마 입자는 결합층에 고착된다.

다른 양태에 의하면, 연마 물품 형성 방법은 코어 주면에 적층되는 배리어층을 포함한 신장 몸체를 가지는 기재를 제공하는 단계로 구성되고, 배리어층은 실질적으로 주석으로 이루어진 내층을 포함한다. 본 방법은 기재에 적층되는 결합층 형성 단계 및 결합층에 연마 입자를 고착하는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하면 더욱 양호하게 이해되며 다양한 특징 및 이점들이 명백하여 질 것이다.
도 1은 실시태양에 따라 연마 물품을 형성하는 방법의 흐름도이다.
도 2A 및 2B는 실시태양에 따른 연마 물품 일부의 단면도이다.
도 3은 실시태양에 따른 연마 물품 일부의 단면도이다.
도 4는 다양한 종래 샘플들 및 실시태양들에 따라 형성된 샘플들에 대한 피로수명을 도시한 것이다.
다른 도면들에서 유사하거나 동일한 부분에 대하여는 동일한 도면부호를 사용한다.

포괄적으로 다음은 연마 입자가 고착되는 신장 몸체를 포함하는 연마 물품에 관한 것이다. 특히, 본 연마 물품은 통상 전자산업에서 단결정 소재를 포함한 소재의 불 (boule)을 분할하기 위하여 적용되는 예를들면 와이어 절단 분야를 포함한 연마 물품의 긴 길이를 이용하는 공정에 적합하다. 대안으로, 본 연마 물품은 기타 소재들, 예를들면, 돌, 기타 천연 소재, 금속, 세라믹, 중합체 및 기타 등을 절단 또는 분할할 때 적용될 수 있다.

도 1은 실시태양에 따라 연마 물품을 형성하는 방법의 흐름도이다. 형성방법은 단계 101에서 개시하고 신장 몸체를 가지는 기재가 제공된다. 신장 몸체는 신장 몸체 길이축을 따라 연장되는 치수에 의해 규정되는 길이를 가진다. 기재는 연마 물품의 연마 성능을 가능하게 하는 연마 소재 고착 표면을 제공한다.

실시태양에 따라, 기재 제공 방법은 와이어 형태의 기재를 제공하는 단계를 포함하여, 본 기재는 실질적으로 와이어로 이루어진다. 실제로, 와이어 기재는 스풀 기구 (spooling mechanism)에 연결된다. 예를들면, 와이어는 공급 스풀 및 수용 스풀 사이에서 제공된다. 공급 스풀 및 수용 스풀 사이로 와이어를 병진시킴으로써, 와이어는 원하는 형성 프로세스를 통과하여 이동되고 공급 스풀에서 수용 스풀로 이동되는 과정에서 최종-형성 연마 물품의 구성 층들이 형성된다.

실시태양에 따라, 기재는 길이: 폭의 종횡비가 적어도 10:1인 신장 부재일 수 있다. 다른 실시태양들에서 기재의 종횡비는 적어도 약 100:1, 예컨대 적어도 1000:1, 또는 적어도 약 10,000:1이다. 기재의 길이는 기재의 길이축을 따라 측정된 가장 긴 치수이다. 폭은 길이축에 교차하여 측정되는 기재의 두 번째로 긴 (또는 일부 경우에 가장 작은) 치수이다.

또한, 신장 부재 형태 기재의 길이는 적어도 약 50 미터이다. 그러나, 본원 실시태양의 기타 기재들은 더 길 수 있고, 평균 길이는 적어도 약 100 미터, 예컨대 적어도 약 500 미터, 적어도 약 1,000 미터, 또는 10,000 미터이다.

또한, 기재의 폭은 약 1 cm 이하이다. 실시태양들의 기타 기재들은 더 작을 수 있고, 평균 폭은 약 0.5 cm 이하, 예컨대 약 1 mm 이하, 약 0.8 mm 이하, 또는 약 0.5 mm 이하이다. 또한, 기재의 평균 폭은 적어도 약 0.01 mm, 예컨대 적어도 약 0.03 mm이다. 기재는 상기 최대 및 최소의 임의 값 사이의 평균 폭을 가질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 기재가 대략 원형 단면을 가지는 와이어인 경우, 폭이란 직경을 의미한다.

기재 제공 방법에서, 기재는 처리가 가능한 특정 속도로 공급 스풀에서 수용 스풀로 감길 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를들면, 기재는 공급 스풀에서 수용 스풀로 약 5 m/분 이상의 속도로 감길 수 있다. 다른 실시태양들에서, 감김 속도는 더 빠를 수 있고, 적어도 약 8 m/분, 적어도 약 10 m/분, 적어도 약 12 m/분, 또는 적어도 약 14 m/분, 또는 적어도 약 20 m/분 일 수 있다. 감김 속도는 상기 최대 및 최소의 임의 값 사이일 수 있다. 감김 속도는 최종-형성 연마 물품이 형성되는 속도를 나타낸다.

일 양태에 의하면, 기재는 코어 및 코어 주면에 적층되는 배리어층을 포함한다. 소정의 실시예들에서, 코어는 무기 소재, 예컨대 금속 또는 금속 합금 소재를 포함한다. 일부 기재는 원소주기율표에서 나타낸 전이 금속 원소 재질의 코어를 포함한다. 예를들면, 기재의 코어는 철, 니켈, 코발트, 구리, 크롬, 몰리브덴, 바나듐, 탄탈, 텅스텐 및 이들의 조합을 포함한다. 특정 실시태양에 의하면, 기재는 철을 포함하고, 특히 스틸일 수 있다.

소정의 실시태양들에서, 기재의 코어는 신장 부재, 예컨대 다중 필라멘트 와이어일 수 있고, 이는 서로 꼬여있는 다수의 필라멘트들을 포함한다. 즉, 기재의 코어는 상호간에 감기거나, 함께 꼬이거나, 다른 부재 예컨대 중앙 코어 와이어에 고착된 더 작은 다수의 와이어들로 형성될 수 있다. 소정의 구성에서 적합한 코어 구조로서 피아노선이 활용될 수 있다.

일 양태에 의하면, 기재는 코어 주면에 적층되는 배리어층을 포함한다. 배리어층은 코어 주면에 직접 접촉하고, 특히, 코어 주면에 직접 결합될 수 있다. 일 실시태양에서, 배리어층은 코어 주면에 결합되어 적어도 하나의 코어 금속원소 및 배리어층의 하나의 원소의 상호확산이 일어나는 배리어층 및 코어 간 확산 결합 영역을 형성한다.

일 실시태양에 의하면, 기재 제공 방법의 일부는 코어에 적층되는 배리어층 형성 단계를 포함하여 기재를 형성한다. 배리어층은 예를들면, 인쇄, 분무, 침지코팅, 다이코팅, 적층, 및 이들의 조합을 포함한 다양한 방법으로 형성될 수 있더. 실시태양에 따라, 배리어층 형성 방법은 저온 공정을 포함한다. 예를들면, 배리어층 형성방법은 약 400℃ 이하, 예컨대 약 375℃ 이하, 약 350℃ 이하, 약 300℃ 이하, 또는 약 250℃ 이하에서 수행된다. 또한, 배리어층 형성 후 추가 공정 예를들면 클리닝, 건조, 경화, 고화, 열처리 및 이들의 조합이 수행될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 배리어층은 연이은 도금 공정에서 다양한 화학 종들 (예를들면, 수소)에 의한 코어 소재의 화학적 침투에 대한 장벽으로 기능한다. 또한, 배리어층으로 인하여 기계적 내구성이 개선된다.

일 실시태양에서, 배리어층은 재료 단일층일 수 있다. 배리어층은 코어 주면 전체에 덮이는 연속 코팅층 형태일 수 있다. 예를들면, 배리어층은 실질적으로 주석으로 이루어진 소재 단일층일 수 있다. 특정 실시예에서, 배리어층은 적어도 99.99% 순도의 주석 연속층일 수 있다. 특히, 배리어층은 실질적으로 순수한, 비-합금 재료일 수 있다. 즉, 배리어층은 단일 금속 재료의 금속 소재 (예를들면, 주석)일 수 있다.

다른 실시태양들에서, 배리어층은 금속 합금일 수 있다. 예를들면, 배리어층은 주석 합금을 포함하고, 예컨대 주석과, 전이 금속 예컨대 구리, 은 등의 다른 금속의 조합물을 포함하는 조성물을 포함한다. 일부 적합한 주석-기재 합금은 은을 포함한 주석-기재 합금, 특히 Sn96.5/Ag3.5, Sn96/Ag4, 및 Sn95/Ag5 합금을 포함한다. 기타 적합한 주석-기재 합금은 구리를 포함하고, 특히 Sn99.3/Cu0.7 및 Sn97/Cu3 합금을 포함한다. 또한, 소정의 주석-기재 합금은 구리 및 은을 일부 포함하며, 예를들면, Sn99/Cu0.7/Ag0.3, Sn97/Cu2.75/Ag0.25 및 Sn95.5/Ag4/Cu0.5 합금일 수 있다.

다른 양태에서, 배리어층은 별개의 두 층으로 형성될 수 있다. 예를들면, 배리어층은 내층을 포함한다. 일 실시태양에서, 내층은 상기된 배리어층 특성을 가진다. 즉, 예를들면, 내층은 주석을 포함한, 특히 실질적으로 주석으로 이루어진 소재의 연속층일 수 있다.

내층 및 외층은 서로 상이한 소재들로 형성될 수 있다. 즉, 예를들면, 두 층들 중 하나에 존재하는 적어도 하나의 원소는 다른 층에 부재할 수 있다. 하나의 특정 실시태양에서, 외층은 내층에 존재하지 않는 원소를 포함할 수 있다.

실시태양에 의하면, 내층 및 외층은 서로 직접 접촉되고, 예컨대 외층은 내층에 직접 덮여있다. 따라서 내층 및 외층은 기재의 길이를 따라 연장되는 계면에서 결합된다.

다른 실시태양에 따르면, 외층은 무기 소재, 예컨대 금속 또는 금속 합금을 포함한다. 더욱 특정한 실시예들에서, 외층은 전이금속원소를 포함한다. 예를들면, 하나의 소정 실시태양에서, 외층은 니켈을 포함한다. 다른 실시태양에서, 외층은 실질적으로 니켈로 이루어진다.

소정의 실시예들에서, 외층은 내층과 동일한 방식으로 형성된다. 그러나, 외층이 내층과 동일한 방식으로 형성될 필요는 없다. 실시태양에 따라, 외층은 도금, 분무, 인쇄, 침지, 다이코팅, 적층, 및 이들의 조합을 포함한 공정을 통하여 형성될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 배리어층의 외층은 상대적으로 저온, 예컨대 약 400℃ 이하, 약 375℃ 이하, 약 350℃ 이하, 약 300℃ 이하, 또는 250℃ 이하에서 형성된다. 이러한 방식으로 외층을 형성하면 코어 및/또는 내층의 바람직하지 않은 종들의 침투를 제한할 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 하나의 특정 공정에 따르면, 외층은 비-도금 공정을 통하여, 예컨대 다이코팅으로 형성될 수 있다. 또한, 외층 형성 공정은 예를들면 가열, 경화, 건조, 및 이들의 조합을 포함한 기타 방법을 포함할 수 있다.

실시태양에 따라, 내층은 화학적 배리어층으로 작용하기에 특정 평균 두께를 가지도록 형성된다. 예를들면, 배리어층의 평균 두께는 적어도 약 0.2 미크론, 적어도 약 0.3 미크론, 적어도 약 0.5 미크론, 적어도 약 0.8 미크론, 또는 적어도 약 1 미크론이다. 또한, 내층의 평균 두께는 약 8 미크론 이하, 예컨대 약 7 미크론 이하, 약 6 미크론 이하, 약 5 미크론 이하, 또는 약 4 미크론 이하이다. 내층의 평균 두께는 상기된 최소 및 최대 두께의 임의 값들 사이의 범위일 수 있다.

배리어층의 외층은 특정 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 예를들면, 일 실시태양에서 외층의 평균 두께는 적어도 약 0.5 미크론, 예컨대 적어도 약 0.8 미크론, 적어도 약 1 미크론, 또는 적어도 약 2 미크론일 수 있다. 또한, 소정의 실시태양들에서, 외층의 평균 두께는 약 12 미크론 이하, 약 10 미크론 이하, 약 8 미크론 이하, 약 7 미크론 이하, 또는 약 5 미크론 이하일 수 있다. 배리어층의 외층 평균 두께는 상기된 최소 및 최대 두께의 임의의 값들 사이 범위일 수 있다.

특히, 적어도 하나의 실시태양에서, 내층 평균 두께는 외층 평균 두께와 상이하게 형성될 수 있다. 이러한 구성으로 소정의 화학 종들의 내침투성이 개선되고 추가 공정에 대한 적합한 결합 구조가 제공된다. 예를들면, 다른 실시태양들에서 내층의 평균 두께는 외층 평균 두께보다 두꺼울 수 있다. 그러나, 대안의 실시태양들에서, 내층 평균 두께는 외층 평균 두께보다 얇을 수 있다.

특히, 배리어층 (내층 및 외층 포함)의 평균 두께는 약 10 미크론 이하가 되도록 형성될 수 있다. 다른 실시태양들에서, 배리어층 평균 두께는, 예컨대 약 9 미크론 이하, 약 8 미크론 이하, 약 7 미크론 이하, 또는 약 6 미크론 이하일 수 있다. 또한, 배리어층 평균 두께는 적어도 약 0.5 미크론, 예컨대 적어도 약 0.8 미크론, 적어도 약 1 미크론, 또는 적어도 약 2 미크론일 수 있다.

또한, 본원의 연마 물품은 소정의 내피로성을 가지는 기재를 형성할 수 있다. 예를들면, 기재의 평균 피로수명은 회전 빔 피로 테스트 또는 헌터 (Hunter) 피로 테스트로 측정될 때 적어도 300,000 사이클이다. 테스트는 MPIF Std. 56일 수 있다. 회전 빔 피로 테스트는 지정 응력 (예를들면 700 MPa), 즉 일정 응력 또는 반복 사이클이 106까지 반복적 피로 테스트에서 와이어 파손이 일어나지 않는 응력 (예를들면 응력은 피로강도를 나타낸다)에서 와이어 절단에 이르는 사이클 회수를 측정한다. 다른 실시태양들에서, 기재는 더 높은 피로수명, 예컨대 적어도 약 400,000 사이클, 적어도 약 450,000 사이클, 적어도 약 500,000 사이클, 또는 적어도 약 540,000 사이클을 보인다. 또한, 기재는 약 2,000,000 사이클 이하의 피로수명을 가진다.

단계 101에서 기재가 제공된 후, 단계 102에서 기재에 덮이는 결합층이 형성된다. 결합층은 배리어층에 적층되고, 실제로, 배리어층에 직접 접촉된다. 일 실시태양에서, 결합층은 배리어층에 직접 결합되고, 특히, 배리어층의 외층에 직접 결합된다.

적합한 결합층 형성 방법은 예컨대 도금, 분무, 인쇄, 침지, 및 이들의 공정의 조합을 포함한다. 하나의 특정 실시태양에서, 결합층은 접합 공정, 특히, 무전해 도금 또는 전기도금 공정을 통해 형성된다. 특히, 배리어층은 이러한 도금 작업 과정에서 화학 종들이 기재의 코어에 침투하는 것을 방지한다.

결합층 형성에 적합한 소재는 금속 또는 금속 합금을 포함한다. 일부 적합한 금속 종들은 구리, 니켈, 텅스텐, 주석, 몰리브덴, 철, 코발트, 및 기타 등을 포함하고, 특히 전이금속원소들을 포함한다. 예를들면, 결합층은 니켈을 포함하고, 실제로, 결합층 재료는 전적으로 니켈로 제조된다. 기타 결합층에서 합금, 예컨대 구리-기재 금속 합금 소재 또는 니켈-기재 금속 합금 소재가 이용된다. 예를들면, 결합층은 구리 및 아연으로 구성되는 금속 합금일 수 있다. 구리-기재 금속 결합층에서, 합금 금속, 예컨대 니켈, 텅스텐, 주석, 및 기타 금속원소는 구리 함량에 비하여 소량 첨가되어 구리-기재 금속 합금이 형성된다. 대안적 실시태양에서, 결합층은 실질적으로 구리로 이루어질 수 있다.

하나의 특정 실시태양에서, 배리어층의 외층은 니켈을 포함하고 결합층은 니켈을 포함하지만, 외층 및 배리어층의 니켈 함량은 상이할 수 있다. 이러한 구성으로 구성 층들 간의 결합 및 연마 물품의 연마 성능이 개선된다. 예를들면, 결합층은 외층 (예를들면, 순수 니켈)보다 더 낮은 니켈 함량을 가지는 금속 (예를들면, 니켈-기재 합금)을 활용하므로 배리어층의 니켈 함량은 결합층의 니켈 함량보다 클 수 있다. 대안으로, 결합층은 배리어층의 외층과 비교하여 더 높은 함량의 니켈을 가질 수 있고, 이때 배리어층의 외층은 결합층 금속 (예를들면, 순수 니켈)보다 더 낮은 니켈 함량의 금속 (예를들면, 니켈-기재 합금)을 이용한다.

단계 102에서 기재 상부에 결합층이 형성된 후, 단계 103에서 결합층에 연마 입자가 고착된다. 결합층에 연마 입자를 고착시키는 공정을 통해 연마 입자가 기재에 고착되어 적합한 연마 물품을 형성한다. 특히, 일 실시태양에서, 결합층으로 연마 입자를 고착시키는 공정은 기타 공정, 예를들면, 결합층 형성 공정과 별개의 단계일 수 있다. 예를들면, 연마 입자는 압축, 압연, 분무, 함침, 코팅, 중력 코팅, 침지, 다이 코팅, 정전 코팅, 및 이들의 조합을 포함한 다양한 방법으로 접착된다.

하나의 특정 실시태양에서, 결합층에 연마 입자를 고착시키는 공정은 압축 공정을 포함하고 여기에서 연마 입자는 결합층 소재 내부로 압축된다. 예를들면, 기재는 두 종의 롤러를 통과한다. 연마 입자들 역시 롤러들 사이에 포함되어, 롤러들 사이로 기재가 이동될 때, 연마 입자는 롤러들 사이에서 결합층 내부로 눌린다. 연마 입자들이 롤러들 표면에 제공되고 기재가 롤러들 사이를 통과하면, 롤러들 표면에 있는 일부 연마 입자들이 결합층 내부로 매립된다는 것을 이해할 수 있다. 대안으로, 연마 입자들이 두 롤러들 사이의 기재 근위영역에 분사되어, 롤러들 사이에 포획된 연마 입자들은 결합층 내부로 압축되고 매립될 수 있다.

대안으로, 결합층에 연마 입자를 고착시키는 공정은 다른 공정들과 조합되어 완성될 수 있다. 예를들면, 단일 공정으로 결합층 및 연마 입자층은 동시에 기재에 적층 될 수 있다. 특정 실시태양에 의하면, 기재는 결합층 재료 중 연마 입자 현탁물을 가지는 혼합물을 통과하도록 이동되고, 기재가 혼합물을 통과하여 이동되면 현탁물은 기재에 부착되고 결합되어 연마 입자층이 고착되는 결합층이 형성된다. 결합층 형성 방법 및 결합층에 연마 입자를 고착시키는 방법을 조합하는 기타 공정이 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

연마 입자는 산화물, 탄화물, 질화물, 붕소화물, 산질화물, 산붕소화물, 다이아몬드, 및 이들의 조합물과 같은 재료를 포함한다. 소정의 실시태양들에서, 연마 입자는 초연마 소재를 포함한다. 예를들면, 하나의 적합한 초연마 소재는 다이아몬드를 포함한다. 특정 실시예들에서, 연마 입자는 실질적으로 다이아몬드로 이루어진다.

일 실시태양에서, 연마 입자는 비커스 (Vickers) 경도가 적어도 약 10 GPa인 소재를 포함한다. 기타 실시예들에서, 연마 입자의 Vickers 경도는 적어도 약 25 GPa, 예컨대 적어도 약 30 GPa, 적어도 약 40 GPa, 적어도 약 50 GPa, 또는 적어도 약 75 GPa이다. 또한, 본원 실시태양들에서 적용되는 연마 입자의 Vickers 경도는 약 200 GPa 이하, 예컨대 약 150 GPa 이하, 또는 약 100 GPa 이하이다. 연마 입자의 Vickers 경도는 상기 최소 및 최대 값들 중 임의 값 사이의 범위일 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

연마 입자는 연마 물품의 바람직한 최종 용도에 의해 부분적으로 결정되는 평균 입도를 가진다. 소정의 실시예들에서, 연마 입자의 평균 크기는 약 500 미크론 이하이다. 기타 실시예들에서, 연마 입자의 평균 입도는 약 400 미크론 이하, 약 300 미크론 이하, 약 250 미크론 이하, 약 200 미크론 이하, 약 150 미크론 이하, 또는 약 100 미크론 이하이다. 실시태양에 따라, 연마 입자의 평균 입도는 적어도 약 0.1 미크론, 예컨대 적어도 약 0.5 미크론, 또는 적어도 약 1 미크론이다. 연마 입자의 평균 입도는 상기 최소 및 최대 값들 중 임의의 값 사이의 범위일 수 있다. 이러한 값은 연마 입자에 적층되는 추가 코팅물에 따라 달라지거나 그렇지 않을 수 있다.

연마 입자는 연마 입자 외면 상에 그릿 코팅층을 포함하여, 연마 입자는 코어/쉘 구조를 가지고, 코어는 상기된 연마 입자로 구성되고, 그릿 코팅층은 쉘 층 형태로 코어에 적층된다. 적합한 그릿 코팅층 소재는 금속 또는 금속 합금 재료를 포함한다. 하나의 특정 실시태양에 의하면, 그릿 코팅층은 전이금속원소, 예컨대 티타늄, 바나듐, 크롬, 몰리브덴, 철, 코발트, 니켈, 구리, 은, 아연, 망간, 탄탈, 텅스텐, 및 이들의 조합을 포함한다. 소정의 그릿 코팅층은 니켈, 예컨대 니켈 합금, 및 코팅층 조성물에 존재하는 기타 종들과 비교하여 중량 백분율로 측정될 때 대부분 니켈을 가지는 합금을 포함한다. 특정 실시예들에서, 그릿 코팅층은 단일 금속 종들을 포함한다. 예를들면, 그릿 코팅층은 실질적으로 니켈로 이루어진다. 대안으로, 그릿 코팅층은 구리를 포함하고, 구리-기재 합금으로 제조되고, 특히, 실질적으로 구리로 이루어질 수 있다.

연마 입자는 그릿 코팅층이 연마 입자 (즉, 코어) 외부 표면적의 적어도 약 25%, 적어도 약 30%, 적어도 약 40%, 또는 적어도 약 50% 덮이도록 형성된다. 다른 실시태양들에서, 각각의 연마 입자에 대한 그릿 코팅층 도포 비율은 연마 입자의 외부 표면적의 적어도 약 75%, 적어도 약 80%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 또는 실질적으로 전체일 수 있다.

그릿 코팅층은 연마 입자 (즉, 코어)와 직접 접촉하고 각각의 연마 입자 외면에 직접 접합된다. 특정 실시태양들에서, 그릿 코팅층은 연마 입자 외면에 직접 무전해 도금된다.

본원의 실시태양들에 의한 소정의 연마 물품에 있어서, 그릿 코팅층은 각각의 연마 입자 총 중량의 적어도 약 5% 함량으로 존재한다. 다른 실시태양들에서, 그릿 코팅층 함량은 각각의 연마 입자 총 중량의 적어도 약 10%, 적어도 약 20%, 또는 적어도 약 30%으로 형성된다. 또한, 소정의 실시예들에서, 각각의 연마 입자에 존재하는 그릿 코팅층 함량은 제한되고, 예컨대 각각의 연마 입자 총 중량의 약 100% 이하, 약 60% 이하, 약 55% 이하, 약 50% 이하, 약 45% 이하, 약 40% 이하, 또는 약 38% 이하일 수 있다. 각각의 연마 입자에 존재하는 그릿 코팅층 함량은 상기 최소 및 최대 백분율들 중 임의 값들 사이의 범위에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

일 실시태양에 의하면, 그릿 코팅층의 평균 두께는 약 12 미크론 이하이다. 기타 실시예들에서, 그릿 코팅층 두께는, 예컨대 약 10 미크론 이하, 약 8 미크론 이하, 약 6 미크론 이하, 또는 약 5 미크론 이하이다. 또한, 그릿 코팅층 평균 두께는 적어도 약 0.2 미크론, 적어도 약 0.5 미크론, 예컨대 적어도 약 0.7 미크론, 또는 적어도 약 1 미크론이다. 그릿 코팅층 평균 두께는 상기 최소 및 최대 값들 중 임의 값들 사이에 있을 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

그릿 코팅층의 평균 두께는 코어로 측정되는 연마 입자의 평균 입도의 약 80% 이하가 되도록 형성된다. 일 실시태양에 의하면, 그릿 코팅층의 평균 두께는 연마 입자의 평균 입도의 약 70% 이하, 약 60% 이하, 약 50% 이하, 예컨대 약 40% 이하, 또는 약 30% 이하이다. 또 다른 실시태양들에서, 그릿 코팅층의 평균 두께는 연마 입자의 평균 입도의 적어도 약 1 %, 적어도 약 5 %, 적어도 약 10%, 또는 적어도 약 12%일 수 있다. 그릿 코팅층의 평균 두께는 상기 최소 및 최대 값들의 임의 값들 사이에 있을 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

도 2A 및 2B는 실시태양들에 의한 연마 물품 단면도이다. 도시된 바와 같이, 도 2A의 연마 물품 (300)은 기재 (301)를 포함하고, 상기 기재는 코어 (302)와 코어 (302)를 둘러싸고 적층되는 배리어층 (322)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 코어 (302)는 원형 단면을 가질 수 있다. 물품 (300)은 배리어층 (322)에 적층되는 결합층 (303)을 추가로 포함한다. 하나의 특정 실시태양에서, 결합층 (303)은 연마 입자 (307) 외면 및 배리어층 (322) 대부분을 덮고 있고, 특히 총 외면의 적어도 약 90%, 또한 특히 실질적으로 연마 입자 (307) 및 배리어층 (322) 모든 외면을 덮고 있다.

소정의 구조들에서, 결합층 (303)에 충전제 (309)가 통합된다. 충전제 (309)는 미립자를 포함하고, 결합층 (303) 및 전체 연마 물품 (300)의 연마 성능 및 마모특성을 개선시킨다. 예를들면, 충전제 (309)는 연마 입자 (307)와는 다른2차 연마 입자를 포함할 수 있다. 그러나, 충전제 (309) 미립자는 특히 크기와 관련하여 연마 입자 (307)와 상당히 다르고 예를들면, 충전제 (309)의 평균 입도는 연마 입자 (307) 평균 입도보다 실질적으로 작다. 예를들면, 충전제 (309) 미립자의 평균 입도는 연마 입자 (307) 평균 입도보다 적어도 약 2 배 작다. 소정의 실시태양들에서, 충전제 미립자의 평균 그레인 크기는 연마 입자 (307) 평균 입도보다, 예컨대 적어도 3 배, 예컨대 적어도 약 5 배, 적어도 약 10 배, 적어도 약 100 배, 또는 적어도 약 1000 배 정도 작다. 소정의 연마 물품은 연마 입자 (307) 평균 입도보다 약 2 배 내지 약 1000 배, 또는 약 10 배 내지 약 1000 배 작은 평균 입도를 가지는 미립자를 포함한 충전제 (309)를 사용한다.

결합층 (303) 내의 충전제 (309) 미립자는 예컨대 탄화물, 탄소-기재 재료 (예를들면 풀러렌), 붕소화물, 질화물, 산화물, 및 이들의 조합물의 재료를 포함한다. 특정 실시예들에서, 미립자는 초연마 소재 예컨대 다이아몬드, 입방정 질화붕소, 또는 이들의 조합을 포함한다. 따라서, 충전제 (309) 미립자는 연마 입자 (307)와 동일 소재일 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 기타 실시예들에서, 충전제 (309) 미립자는 연마 입자 (307) 소재와는 다른 소재를 포함할 수 있다.

기타 구조에 의하면, 충전제 (309)는 금속 또는 금속 합금 소재로 이루어진다. 예를들면, 충전제 (309)는 금속으로 구성되는 미립자를 포함한다. 적합한 금속 소재는 전이원소들을 포함한다. 충전제 (309) 미립자로 사용하기에 적합한 특정 전이금속원소는 구리, 은, 철, 코발트, 니켈, 아연, 몰리브덴, 크롬, 니오븀, 및 이들의 조합을 포함한다.

도 2A에 추가로 도시된 바와 같이, 연마 물품 (300)은 결합층 (303) 및 연마 입자 (307) 일부 외면 (311)에 적층되는 코팅층 (305)을 포함한다. 추가로 도시된 바와 같이, 코팅층 (305)은 코팅층 (305) 소재의 매트릭스에 포함되고 코팅층 (305)내에 배치되는 코팅 충전제 (311)를 포함하여 실질적으로 모든 코팅 충전제 (311)는 코팅층 (305) 소재에 의해 둘러싸인다. 특히, 코팅층 충전제 (311)는 결합층 (303) 내의 충전제 (309) 미립자와 동일 형상의 미립자를 포함할 수 있다. 또한, 충전제 (311)는 코팅층 (305) 내에 제공되어 기계적 특성, 예컨대 탄성, 경도, 인성, 및 내마모성이 개선된다. 특정 실시태양들에서, 코팅 충전제 (311)를 형성하는 미립자는 결합층 (303) 내의 충전제 (309) 미립자와 동일할 수 있다. 또한, 다른 실시태양들에서, 코팅 충전제 (311) 미립자는 결합층 (303) 내의 충전제 (309) 미립자와 상이할 수 있다.

도 2B의 연마 물품 (350)은 기재 (301)를 포함하며, 기재는 코어 (302) 및 코어 (302)를 둘러싸고 적층되는 배리어층 (322)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 배리어층 (322)은 코어 (302) 주면과 직접 접촉하고 적층되는 내층 (323)을 포함한다. 배리어층 (322)은 내층 (323)과 직접 접촉하고 적층되는 외층 (324)을 더욱 포함한다. 물품 (350)은 배리어층 (322)에 적층되는 결합층 (303)을 더욱 포함하여, 결합층은 실질적으로 기재 (301) 상면을 덮고, 특히 실질적으로 배리어층 (322) 외층 (324)의 모든 외측 주면을 덮는다. 또한, 도시된 바와 같이, 연마 물품 (350)은 도 2A 연마 물품 (300)에 기재된 것과 동일한 많은 특징부들을 가진다.

도 3은 실시태양에 따른 연마 물품 일부의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 연마 물품 (400)은 기재 (301)를 포함하고, 기재는 원형 단면의 코어 (302), 및 코어 (302)에 적층되고 상기된 바와 같은 내층 (323) 및 외층 (324)을 가지는 배리어층 (322)을 포함한다. 연마 물품 (400)은 배리어층 (322) 및 결합층 (303)에 의해 형성되는 계면 (330)에 적층되는 결합층 (303)을 추가로 포함한다. 또한, 도시된 바와 같이, 연마 물품 (400)은 결합층 (303)을 덮고 있는 코팅층 (305) 및 결합층 (303) 일부 및 코팅층 (305) 내에 함유되는 연마 입자 (307)를 포함한다.

특정 실시태양에 의하면, 결합층은 연마 입자 (307) 평균 입도와 소정의 관계를 가지는 평균 두께 (t_bl)로 형성된다. 예를들면, 결합층 (303)의 평균 두께 (t_bl)는 연마 입자 (307) 평균 입도의 적어도 약 10%이다. 다른 실시태양들에서, 결합층 (303) 평균 두께 (t_bl)는 더 클 수 있고 연마 입자 (307) 평균 입도의 적어도 약 20%, 적어도 약 30%, 적어도 약 40%, 적어도 약 50%, 적어도 약 60%, 또는 적어도 약 80% 이다. 소정의 연마 물품에서, 결합층 (303)의 평균 두께 (t_bl)는 연마 입자 (307) 평균 입도의 약 150% 이하, 약 120% 이하, 약 100% 이하, 약 90% 이하, 약 85% 이하, 약 80% 이하, 또는 약 75% 이하이다. 결합층 평균 두께 (t_bl)는 상기 최소 및 최대 백분율의 임의 값들 사이에 있을 수 있다는 것을 이해할 수 있다

일 실시태양에서, 결합층 (303) 평균 두께 (t_bl)는 적어도 약 1 미크론이다. 다른 실시예들에서, 결합층 (303)은 더욱 강건하고, 평균 두께는 적어도 약 2 미크론, 적어도 약 5 미크론, 또는 적어도 약 10 미크론, 적어도 약 20 미크론, 적어도 약 30 미크론, 또는 적어도 약 50 미크론 정도이다. 또한, 특정 실시예들에서, 결합층의 평균 두께 (t_bl)는 약 100 미크론 이하, 약 90 미크론 이하, 약 80 미크론 이하, 약 70 미크론 이하, 또는 약 60 미크론 이하이다. 결합층 평균 두께 (t_bl)는 상기 최소 및 최대 값들 중 임의 값 사이의 범위에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

연마 입자 (307)는 최종-형성 연마 물품의 연마 특성을 제어하기 위하여 특정 평균 압입 깊이 (d_i)로 결합층 (303)에 매립될 수 있다. 평균 압입 깊이 (d_i)는 연마 입자 (307)가 결합층 (303) 내부에 고착되는 평균 깊이이고, 도 3에 도시된 바와 같이 결합층 (303) 상면 (306) 및 결합층 (303) 내부에서 상면 (306)으로부터 가장 멀리 있는 각각의 연마 그레인 부분 간의 거리로 in. 일 실시태양에 의하면, 연마 입자 (307)들 대부분은 결합층 (303) 상면에서 돌출된다. 특정 실시태양에서, 실질적으로 모든 연마 입자 (307)는 결합층 (303) 상면 위로 돌출되어 적어도 실질적으로 모든 연마 입자 (307)의 적어도 일부는 결합층 (303) 외측에 일부를 가진다.

실시태양에 따라, 연마 입자 (307)는 연마 입자 (307) 평균 입도의 적어도 약 25%, 예컨대 적어도 약 30%, 또는 적어도 약 40%의 평균 압입 깊이 (d_i)로 결합층 (303)에 매립된다. 기타 연마 물품에서, 연마 입자 (307)는 결합층 (303) 내에서 더 깊이 매립되어, 평균 압입 깊이 (d_i)는 연마 입자 (307) 평균 입도의 적어도 약 50%, 예컨대 적어도 약 60%, 또는 적어도 약 75%이다. 또한, 연마 물품 (400)은 평균 압입 깊이 (d_i)가 연마 입자 (307) 평균 입도의 약 97% 이하, 약 95% 이하, 약 90% 이하, 약 85% 이하, 약 80% 이하, 또는 약 75% 이하가 되도록 형성된다. 결합층 평균 압입 깊이 (d_i)는 상기 최소 및 최대 백분율들 중 임의 값 사이의 범위에 있을 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 연마 그레인 (331)은 연마 그레인 (331) 바닥면 (332), 즉 배리어층 (322) 및 결합층 (303)에 의해 형성되는 계면 (330)에 가장 근접한 연마 그레인 (331) 표면이 결합층 (303) 내에 배치된다. 연마 그레인 바닥면 (332) 및 계면 (330) 간의 거리는 평균 이격 거리 (d_s)로 고려되고, 평균 이격 거리는 정확한 측정을 위하여 적합한 배율 및 해상도로 SEM에서 적어도 10 회 측정하여 계산되는 평균이다. 특히, 이격 거리 (d_s)는 결합층 (303) 평균 두께의 적어도 약 2%이다. 다른 실시태양들에서, 이격 거리 (d_s)는 더 클 수 있고, 결합층 (303) 평균 두께 (t_bl)의 적어도 약 5%, 적어도 약 10%, 적어도 약 20%, 적어도 약 30%, 또는 적어도 약 40%이다. 또한, 특정 실시태양들에서, 이격 거리 (d_s)는 결합층 (303) 평균 두께 (t_bl)의 약 50% 이하, 예컨대 약 45% 이하, 약 40% 이하, 약 35% 이하, 또는 약 30% 이하일 수 있다. 평균 이격 거리 (d_s)는 상기 최소 및 최대 백분율들 중 임의 값 사이의 범위에 있을 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

소정의 연마 물품은 소정 함량의 연마 입자들이 배리어층 (322) 및 결합층 (303)에 의해 형성되는 계면 (330)에서 이격되도록 형성된다. 예를들면, 연마 물품 (400)에서 연마 입자 (307) 총 개수의 소량 (50% 이하지만, 0% 초과)이 계면 (330)에서 이격 거리 (d_s) 만큼 이격된다. 기타 연마 물품은 연마 입자 (307) 총 개수의 대부분 (50% 초과)이 이격 거리 (d_s) 만큼 계면 (330)에서 떨어져 있다. 예를들면, 소정의 실시태양들에서, 적어도 약 60%, 예컨대 적어도 약 70%, 적어도 약 80%, 적어도 약 85%의 연마 물품 (400) 연마 입자들이 배리어층 (322) 및 결합층 (303)에 의해 형성되는 계면 (330)으로부터 이격된다.

도 3에 추가로 도시된 바와 같이, 최종-형성 연마 물품에서 적합한 연마 특성을 제공하도록 코팅층 (305)은 평균 두께 (t_c)를 가진다. 소정의 실시예들에서, 평균 두께 (t_c)는 연마 입자 (307) 평균 입도의 약 50% 이하이다. 예를들면, 코팅층 (305)의 평균 두께는 연마 입자 (307) 평균 입도의 약 40% 이하, 30% 이하, 또는 약 20% 이하이다. 또한, 코팅층 (305)의 평균 두께는 연마 입자 (307) 평균 입도의 약 50% 이하, 약 45% 이하, 약 40% 이하, 약 35% 이하, 약 30% 이하이다. 코팅층 (305) 평균 두께 (t_c)는 상기 최소 및 최대 백분율들 중 임의 값 사이의 범위에 있을 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

코팅층 (305)은 결합층 (303) 평균 두께 (t_bl)보다 얇은 평균 두께 (t_c)로 형성된다. 예를들면, 결합층 (303) 평균 두께 (t_bl)에 대한 코팅층 (305) 평균 두께는 층비 (t_c:t_bl)로 표기한다. 소정의 실시예들에서, 층비는 적어도 약 1:2이다. 기타 실시예들에서, 층비 (t_c:t_bl)는 적어도 약 1:3, 적어도 약 1:4, 및 특히 약 1:2 내지 약 1:5, 또는 약 1:2 내지 약 1:4일 수 있다.

일 실시태양에서, 배리어층은 내층 (t_i) 평균 두께 및 외층 (t_o) 평균 두께 간의 두께 비율 (t_i; t_o)을 가지도록 형성된다. 실시태양에 따라, 두께 비율은 약 3:1 내지 약 1:3, 예컨대 약 2.5:1 내지 약 1:2.5, 약 2:1 내지 약 1:2, 약 1.8:1 내지 약 1:1.8, 약 1.5:1 내지 약 1:1.5, 또는 약 1.3:1 내지 약 1:1.3 범위일 수 있다.

소정의 연마 물품은 약 25 미크론 이하의 평균 두께 (t_c)를 가지는 코팅층 (305)을 이용한다. 기타 실시예들에서, 코팅층 (305)은 더욱 얇고, 평균 두께 (t_c)는 약 20 미크론 이하, 약 18 미크론 이하, 예컨대 약 15 미크론 이하, 또는 약 12 미크론 이하 정도이다. 또한, 코팅층 (305) 평균 두께 (t_c)는 적어도 약 2 미크론, 예컨대 적어도 약 5 미크론, 또는 적어도 약 8 미크론 이다. 코팅층 (305) 평균 두께 (t_c)는 상기 최소 및 최대 백분율들 중 임의 값 사이의 범위에 있을 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

실시예

본원의 방법에 따라 형성되는 예시적 연마 물품이 하기된다. 예시적 샘플 (S1)은 평균 직경이 대략 120 미크론인 고강도 스틸 와이어 코어에 평균 두께 약 2 미크론의 순수 주석 배리어층이 코팅되는 기재로 형성된다.

평균 크기 약 15 미크론의 다이아몬드 그레인이 3 미크론의 니켈 결합층에서 기재에 결합된다. 니켈 결합층은 전기도금 공정으로 형성된다.

두 종래 샘플들, C1 및 C2이 형성된다. 종래 샘플 1 (C1)은 배리어층 부재를 제외하고는 S1과 유사한 방법으로 형성한다. 종래 샘플 C1은 전기도금으로 5 미크론 니켈 결합층을 형성하고, 다이아몬드 그레인을 결합층에 매립하고, 3 미크론 니켈 코팅층을 다이아몬드 그레인 상에 전기 도금한다. 제2 종래 샘플 (C2)은 8 미크론 구리 결합층을 전기도금하고, 다이아몬드 그레인을 결합층에 매립하고, 3 미크론 니켈 코팅층을 다이아몬드 그레인에 전기 도금하여 형성한다.

모든 샘플들 (S1, C1 및 C2)에 대하여, 피로수명을 테스트 하였다. 테스트는 응력 700 MPa에서 와이어 절단이 초래되는 사이클 횟수를 계수하면서 표준 회전 빔 피로 테스트 (예를들면, MPIF Std. 56)에 따라 진행하였다. 테스트 결과를 도 4에 나타낸다. 도표 402 및 403은 각각 샘플 C1 및 C2을 나타낸다. 샘플 S1 성능은 도표 406으로 표기된다. 도표에서 명확하게 나타난 바와 같이, 샘플 S1은 피로수명이 현저하게 개선되었다. 실제로, 테스트는 540,000 사이클 이후 중지되었고 이때 샘플 S1은 절단되지 않았다. 대조적으로, 종래 샘플들은 예시적 샘플 S1보다 상당히 열등한 피로수명을 보였다. 실제로, 샘플 S1은 샘플 C1 대비 자리수 이상 개선되었다. 개선된 피로수명으로 인하여 최종-형성 연마 물품의 내구성 및 성능이 개선된다.

상기를 통하여 현재 기술과는 거리가 있는 연마 물품을 설명하였다. 본원의 연마 물품은 코어 및 배리어층을 포함한 기재에 고착되는 연마 입자를 가지는 신장 몸체 부재의 와이어 톱 연마 도구들에 관한 것이다. 본 출원인은 상당한 실험을 통하여 기재의 코어 상의 소정의 코팅물 예컨대 구리 및 니켈이 최종-형성 연마 물품에서 피로수명을 크게 감소시킨다는 것을 보였다. 그러나, 예상치 못하게, 배리어층에 대한 소정의 구성은 연마 물품의 기계적 내구성 개선에 적합하다는 것을 알았고, 이러한 놀라운 개선은 성능 시험으로 확인되었다. 소정의 와이어 톱 기재에서 코팅물, 아마도 금속을 활용할 수 있다고 산업계에서 인식하고 있지만, 종래 어떠한 기술도 출원인에 의해 개발되고 본원에 기재된 배리어 코팅물의 특정 양태에 관한 것은 아니다. 본 실시태양은 내구성 및 성능 개선을 보이는 연마 물품에 이를 수 있는 특징들의 조합을 활용한 것이다.

특히, 본원의 연마 물품은 와이어 절단 적용 분야, 특히 광전변환장치에 사용되는 단결정 또는 다결정 소재들 절단 또는 분할을 포함한 전자산업에서 사용하기에 적합하다. 본원의 실시태양들은 결합층 및 연마 그레인 크기 간의 특정 관계, 결합층 및 코팅층의 두께, 및 연마 그레인의 그릿 크기와 관련된 코팅층의 특정 두께를 포함한 특징들의 조합을 포함한다. 이러한 특징들은 잠재적이고 본원에 기재된 형성방법에 의해 개선될 수 있다.

결합 또는 연결되는 것으로 요소들이 기재되는 것은 상기 요소들 간의 직접 연결 또는 본원의 방법 수행에서 예측되는 하나 이상의 개재 요소들을 통한 간접 연결을 포괄할 의도라는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 개시된 주제는 예시적이고 제한적인 것이 아니며, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 범위에 속하는 이러한 모든 변경, 개선 및 기타 실시태양들을 포괄할 의도이다. 따라서, 법이 허용한 최대로, 본 발명의 범위는 청구범위 및 이의 균등론을 광의로 해석하여 판단되어야 하고 상기 상세한 설명에 제한 또는 한정되어서는 아니된다.

개시된 주제는 예시적이고 제한적인 것이 아니며, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 범위에 속하는 이러한 모든 변경, 개선 및 기타 실시태양들을 포괄할 의도이다. 따라서, 법이 허용한 최대로, 본 발명의 범위는 청구범위 및 이의 균등론을 광의로 해석하여 판단되어야 하고 상기 상세한 설명에 제한 또는 한정되어서는 아니된다.

특허법에 부합되도록 요약서가 제공되고 청구범위 및 의미를 해석 또는 한정하는 것이 아니라는 이해로 제출된다. 또한, 상기된 상세한 설명에서, 다양한 특징부들이 개시의 간소화를 위하여 단일 실시태양에서 집합적으로 함께 설명된다. 청구되는 실시태양들이 각각의 청구항에서 명시적으로 언급되는 것 이상의 특징부들을 필요로 한다는 의도로 이러한 개시가 해석되어서는 아니된다. 오히려, 하기 청구범위에서와 같이, 본 발명의 주제는 개시된 임의의 실시태양의 모든 특징부들보다 적은 것에 관한 것이다. 따라서, 하기 청구범위는 상세한 설명에 통합되고, 각각의 청구항은 그 자체로 청구되는 주제를 별개로 정의하는 것이다.

Claims

연마 물품에 있어서, 코어, 및 코어 주면에 직접 접촉되고 실질적으로 주석으로 이루어진 배리어층을 포함하는 신장 부재 형태의 기재; 신장 기재에 적층되는 결합층; 및 결합층에 고착되는 연마 입자로 구성되는, 연마 물품.
연마 물품에 있어서, 신장 부재를 포함하고, 코어, 및 코어 주면에 적층되는 배리어층으로 구성되고, 배리어층은 주석으로 구성되는 내층 및 내층에 적층되는 외층으로 이루어지는 기재; 기재의 배리어층에 적층되는 결합층; 및 결합층에 고착되는 연마 입자로 구성되는, 연마 물품.
연마 물품에 있어서, 신장 부재를 포함하고, 코어, 및 코어 주면에 적층되는 배리어층으로 구성되는 기재; 기재에 적층되는 결합층; 결합층에 고착되는 연마 입자로 구성되고; 피로수명은 응력 700 MPa의 회전 빔 피로 테스트에서 적어도 약 300,000 사이클인, 연마 물품.
연마 물품에 있어서, 와이어로 구성되고, 와이어는 코어, 및 코어 주면에 적층되고 실질적으로 주석으로 이루어진 배리어층을 포함하고, 배리어층은 실질적으로 코어 주면 전체에 적층되고 기재 코어로 수소 침투를 제한하기에 충분한 두께를 가지는, 기재; 기재에 적층되는 결합층; 및 결합층에 고착되는 연마 입자로 구성되는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 기재의 코어는 무기 소재로 구성되는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 기재는 길이: 폭의 종횡비가 적어도 약 10:1인 신장 부재로 구성되는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 기재의 평균 길이는 적어도 약 50 m인, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 기재의 평균 폭은 약 1 cm 이하인, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 기재의 코어의 평균 폭은 약 1 mm 이하인, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 기재의 코어는 실질적으로 와이어로 이루어진, 연마 물품.
청구항1, 2, 또는 4에 있어서, 피로수명이 적어도 약 300,000 사이클인, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층의 평균 두께는 약 10 미크론 이하인, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층의 평균 두께는 적어도 약 0.2 미크론인, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층은 침지-코팅층인, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층은 약 400℃ 이하에서 도포되는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층은 비-합금 소재로 구성되는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 연마 입자는 산화물, 탄화물, 질화물, 붕소화물, 산질화물, 산붕소화물, 다이아몬드, 및 이들의 조합으로 이루어진 소재 군에서 선택되는 소재로 구성되는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 연마 입자의 평균 입도는 약 500 미크론 이하인, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 연마 입자의 평균 입도는 적어도 약 0.5 미크론인, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 결합층은 직접 배리어층에 접촉하는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 결합층은 기재 외면 및 연마 입자 외면 대부분을 덮고 있는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 결합층은 기재 및 연마 입자 외면들의 적어도 약 90%를 덮고 있는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 결합층은 금속, 금속 합금, 서멧, 세라믹, 복합재, 및 이들의 조합으로 이루어진 소재 군에서 선택되는 소재로 구성되는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 결합층은 납, 은, 구리, 아연, 주석, 티타늄, 몰리브덴, 크롬, 철, 망간, 코발트, 니오븀, 탄탈, 텅스텐, 팔라듐, 백금, 금, 루테늄, 및 이들의 조합으로 이루어진 금속 군에서 선택되는 금속으로 구성되는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 결합층은 니켈로 구성되고, 결합층은 실질적으로 니켈로 이루어진, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 결합층의 평균 두께는 연마 입자 평균 입도의 적어도 약 10%인, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 결합층의 평균 두께는 연마 입자 평균 입도의 약 100% 이하인, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 결합층의 평균 두께는 적어도 약 1 미크론인, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 결합층의 평균 두께는 약 100 미크론 이하인, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 연마 입자 및 결합층에 적층되고, 금속, 금속 합금, 서멧, 세라믹, 유기물 및 이들의 조합으로 이루어진 소재 군에서 선택되는 소재로 구성되는 코팅층을 추가로 포함하는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 연마 입자 및 결합층에 적층되고, 전이금속원소으로 구성되고, 티타늄, 바나듐, 크롬, 몰리브덴, 철, 코발트, 니켈, 구리, 은, 아연, 망간, 탄탈, 텅스텐, 및 이들의 조합으로 이루어진 금속 군에서 선택되는 금속으로 구성되는 코팅층을 더욱 포함하는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 연마 입자 및 결합층에 적층되고, 대부분 니켈로 구성되는 코팅층을 더욱 포함하는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 연마 입자 및 결합층에 적층되고, 실질적으로 니켈로 이루어진 코팅층을 더욱 포함하는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 연마 입자 및 결합층에 적층되고, 열경화성 및 열가소성 중 하나의 재료로 구성되는 코팅층을 더욱 포함하는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 연마 입자 및 결합층에 적층되고, 각각의 연마 입자 외부 표면적의 적어도 약 25%를 덮는 코팅층을 더욱 포함하는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 연마 입자 및 결합층에 적층되고, 각각의 연마 입자 외면에 직접 접촉되는 코팅층을 더욱 포함하는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 연마 입자 및 결합층에 적층되고, 각각의 연마 입자 외면에 직접 전기 도금되는 코팅층을 더욱 포함하는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 연마 입자 및 결합층에 적층되고, 평균 두께 (tc)가 연마 입자 평균 입도의 약 50% 이하인 코팅층을 더욱 포함하는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 연마 입자 및 결합층에 적층되고, 평균 두께가 결합층 평균 두께보다 작은 코팅층을 더욱 포함하는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 연마 입자 및 결합층에 적층되고, 평균 두께 (tc) 및 결합층 (tbl) 평균 두께의 층비 (tc:tbl)는 적어도 약 1:2인 코팅층을 더욱 포함하는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 연마 입자 및 결합층에 적층되고, 평균 두께 (tc)는 약 25 미크론 이하인 코팅층을 더욱 포함하는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 연마 입자 및 결합층에 적층되고, 코팅 충전제 소재로 구성되는 코팅층을 더욱 포함하는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 연마 입자 및 결합층에 적층되고, 코팅 충전제 소재로 구성되는 코팅층을 더욱 포함하고, 코팅 충전제 소재는 초연마 소재를 포함하는 미립자로 구성되고, 충전제 소재의 평균 미립자 크기는 연마 입자 평균 입도보다 상당히 작은, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 대부분의 (a majority) 연마 입자가 기재로부터 이격되는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 대부분의 연마 입자가 기재 배리어층으로부터 이격되는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 실질적으로 모든 연마 입자가 배리어층 으로부터 이격되는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 연마 입자는 연마 입자 평균 입도의 적어도 약 20%의 평균 압입 깊이 (d_i)에서 결합층에 매립되는, 연마 물품.
청구항1, 3, 또는 4에 있어서, 배리어층은 순수한, 비-합금 금속으로 구성되는 내층을 포함하는, 연마 물품.
청구항1, 3, 또는 4에 있어서, 배리어층은 실질적으로 주석으로 이루어진 내층을 포함하는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층은 내층 및 내층에 적층되는 외층을 포함하고, 내층 및 외층은 서로 다른 적어도 하나의 소재로 구성되는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층은 내층 및 내층에 적층되는 외층을 포함하고, 외층은 내층 소재에 존재하지 않는 원소를 포함하는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층은 내층 및 내층에 적층되는 외층을 포함하고, 내층 및 외층은 서로 직접 접촉되는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층은 내층 및 내층에 적층되는 외층을 포함하고, 내층 및 외층은 계면에서 결합되는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층은 내층 및 내층에 적층되는 외층을 포함하고, 외층은 무기 소재로 구성되는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층은 내층 및 내층에 적층되는 외층을 포함하고, 외층은 금속 또는 금속 합금으로 구성되는, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층은 내층 및 내층에 적층되는 외층을 포함하고, 외층은 실질적으로 니켈로 이루어진, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층은 내층 및 내층에 적층되는 외층을 포함하고, 내층의 평균 두께는 외층의 평균 두께와 다른, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층은 내층 및 내층에 적층되는 외층을 포함하고, 내층 평균 두께는 외층 평균 두께보다 두꺼운, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층은 내층 및 내층에 적층되는 외층을 포함하고, 내층 평균 두께는 외층 평균 두께보다 얇은, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층은 내층 및 내층에 적층되는 외층을 포함하고, 배리어층 내층 평균 두께 (t_i) 및 외층 평균 두께 (t_o)의 두께 비율 [t_i:t_o]은 약 3:1 내지 약 1:3인, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층의 평균 두께는 약 10 미크론 이하인, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층의 평균 두께는 적어도 약 0.2 미크론인, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층은 내층 및 내층에 적층되는 외층을 포함하고, 내층의 평균 두께는 약 8 미크론 이하인, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층은 내층 및 내층에 적층되는 외층을 포함하고, 내층의 평균 두께는 적어도 약 0.5 미크론인, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층은 내층 및 내층에 적층되는 외층을 포함하고, 외층의 평균 두께는 약 12 미크론 이하인, 연마 물품.
청구항 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 배리어층은 내층 및 내층에 적층되는 외층을 포함하고, 외층의 평균 두께는 적어도 약 0.5 미크론인, 연마 물품.
연마 물품 형성방법에 있어서, 본 방법은,
코어 주면에 적층되는 배리어층을 포함하는 신장 몸체를 가지고, 배리어층은 실질적으로 주석으로 이루어진 내층을 포함하는 기재를 제공하는 단계;
기재에 적층되는 결합층 형성 단계; 및
결합층에 연마 입자를 고착하는 단계로 구성되는, 연마 물품 형성방법.
청구항 67에 있어서, 기재 형성은 공급 스풀 및 수용 스풀에 연결되는 와이어 제공 단계를 포함하는, 연마 물품 형성방법.
청구항 67에 있어서, 기재 제공 단계는 약 1 m/분 이하의 속도로 와이어를 감는 단계를 포함하는, 연마 물품 형성방법.
청구항 67에 있어서, 기재 제공 단계는 도금, 분무, 인쇄, 침지, 다이 코팅, 적층, 및 이들의 조합을 포함하는 공정 군에서 선택되는 형성 방법으로 배리어층을 형성하는 단계를 포함하는, 연마 물품 형성방법.
청구항 70에 있어서, 배리어층 형성 단계는 비-도금 공정을 포함하고, 배리어층은 비-합금 소재로 구성되는, 연마 물품 형성방법.
청구항 67에 있어서, 결합층 형성 단계는 기재 상에 결합층을 적층하는 공정을 포함하는, 연마 물품 형성방법.
청구항 67에 있어서, 결합층에 연마 입자를 고착하는 도금, 분무, 압연, 압축, 함침, 코팅, 및 이들의 조합을 포함하는 공정 군에서 선택되는 형성 방법을 포함하는, 연마 물품 형성방법.
청구항 67에 있어서, 결합층 형성 단계 및 결합층에 연마 입자를 고착하는 단계는 동시에 완성되고, 기재는 결합 소재 및 연마 입자를 포함한 현탁 혼합물을 통과하는, 연마 물품 형성방법.