KR20160148590A - 연마 입자 및 이를 포함하는 연마 용품 - Google Patents

연마 입자 및 이를 포함하는 연마 용품 Download PDF

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KR20160148590A
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네구스 비 아데프리스
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

외주를 갖는 기저면, 외주에 인접하는 연속적인 측벽 및 연속적인 소면을 포함하는 다면으로 형성된 면에 의해 경계지어지는, 형상화된 세라믹 연마 입자가 기재되어 있다. 각각의 연속적인 측벽은 외주에 인접하고, 집합적으로 연속적인 측벽은 전체적으로 외주에 인접한다. 연속적인 측벽의 인접한 쌍은 각각의 코너 에지를 따라 서로 인접한다. 다면으로 형성된 면은 연속적인 측벽에 의해 기저면으로부터 이격된다. 적어도 하나의 V자형 홈은 코너 에지 중 하나로부터 다면으로 형성된 면을 거쳐 코너 에지와 접촉하지 않는 연속적인 측벽 중 하나로 연장된다. 다면으로 형성된 면의 면적의 10% 미만이 기저면에 평행한다. 다수의 형상화된 연마 입자 및 이를 포함하는 코팅된 연마 용품가 또한 개시되어 있다.

Description

연마 입자 및 이를 포함하는 연마 용품{ABRASIVE PARTICLES AND ABRASIVE ARTICLES INCLUDING THE SAME}
연마 입자 및 이들을 사용하여 제조된 연마 용품은 상품의 제조에서 광범위한 재료 및 표면을 연마, 마무리 또는 연삭하는 데 유용하다. 이로 인해, 연마 입자 및 이들이 포함된 연마 용품의 비용, 성능 또는 수명의 개선에 대한 필요성이 계속 존재한다.
형상화된(shaped) 연마 입자 및 특히 (예를 들어, 알파 알루미나로 제조된) 형상화된 세라믹 연마 입자는 지난 10여년 동안 연마제 산업의 혁신을 일으켰다. 형상화된 연마 입자는 이들이 제조되는 방법에 의해 부여된 일정한(non-random) 형상을 갖는다. 일반적으로, 형상화된 연마 입자는 무작위적으로 파쇄된 연마 입자에 비해 우수한 성능을 가질 수 있다. 연마 입자의 형상을 제어함으로써, 이들을 포함하는 연마 용품의 최종 성능을 제어할 수 있다.
미국 특허 출원 제2011/0146867 A1 (보든(Boden) 등)호에 기재된 하나의 일반적인 방법에 따르면, 홈을 갖는 형상화된 알파 알루미나 연마 입자는 겔화되고, 소정 형상으로 성형되며, 그 형상을 유지하도록 건조되고, 하소되며, 소결되는 산화알루미늄 1수화물의 분산액으로부터 제조될 수 있다.
탄소강 보다 스테인리스강 재료를 연삭하는 것이 더 어려운 것으로 알려져 있다. 사실, 코팅된 연마 용품에서, 스테인리스강을 마무리하기 위한 재료는 일반적으로 수퍼사이즈 층(supersize layer) (또는 단순히 "수퍼사이즈")으로 알려진 상부 층과 제공된다. 이러한 수퍼사이즈 층은 일반적으로 연삭 보조제로도 알려진, 연마제의 연마 (예를 들어, 연삭) 성능을 향상시키는 할로겐-함유 미립자 (예를 들어, KBF4 및/또는 Na3AlF6 (빙정석))로 고도로 충전된다. 그러나, 할로겐은 일반적으로 스테인리스강에서, 특히 원자력 산업에서 오염 물질로 여겨진다. 또한 할로겐의 존재는, 예를 들어, 304 스테인리스강 및 니켈계 합금 용접물과 같은 오스테나이트 용접에서 응력 부식 균열을 촉진시키는 것으로 알려져 있다.
일 측면에서, 본 발명은 형상화된 세라믹 연마 입자를 제공하는데, 상기 형상화된 세라믹 연마 입자는
외주를 갖는 기저면(base surface);
외주에 인접하는 연속적인 측벽 (여기서 각각의 연속적인 측벽은 외주에 인접하고, 연속적인 측벽은 집합적으로 외주의 전체에 인접하며, 연속적인 측벽의 인접한 쌍은 각각의 코너 에지를 따라 서로 인접함); 및
연속적인 소면(facet)을 포함하는 다면으로 형성된 면(multifaceted surface) (여기서, 다면으로 형성된 면은 연속적인 측벽에 의해 기저면으로부터 이격되고, 적어도 하나의 V자형 홈은 코너 에지의 제1 코너 에지로부터 다면으로 형성된 면을 거쳐, 코너 에지의 제1 코너 에지와 접촉하지 않는 연속적인 측벽 중 하나로 연장됨)으로 경계지어지며,
여기서 총 면적을 기준으로, 다면으로 형성된 면의 10% 미만이 기저면에 평행이다.
전형적으로, 하나 초과의 형상화된 세라믹 연마 입자가 특정 응용 및/또는 연마 용품에 사용된다. 따라서, 제2 측면에서, 본 발명은 본 발명에 따른 복수의 형상화된 세라믹 연마 입자를 제공한다. 형상화된 세라믹 연마 입자는 연마제 산업의 규정된 공칭 등급에 대응하는 크기 분포를 가지도록 선택될 수 있다.
제3 측면에서, 본 발명은 배킹에 접합된, 본 발명에 따른 복수의 형상화된 세라믹 연마 입자를 포함하는 코팅된 연마 용품을 제공한다.
예기치 않게 그리고 유리하게, 본 발명에 따른 형상화된 세라믹 연마 입자는, 할로겐-함유 연삭 보조제의 첨가 없이, 연삭 보조제를 함유한 통상적인 코팅된 연마 용품에 필적하게 기능하는 코팅된 연마 용품을 제조하는 데 사용될 수 있도록 충분히 개선된 연마 특성을 나타내거나, 대안적으로 이를 수행하는 코팅된 연마 입자의 연마 성능을 향상시킨다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 특성 (예를 들어, 평탄성)에 관련하여 사용되는 용어 "공칭"은 제조 공차로부터 발생되는 특성의 경미한 변화가 포함되는 것을 의미한다. 예를 들어, "공칭적으로 평면인"은 제조 과정으로부터 발생한 의도하지 않은 표면 결함, 예컨대 무작위 구멍 또는 무작위 만곡부를 갖는 표면을 포함할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 연마 입자의 표면에 관련하여 사용되는 용어 "실질적으로 평면인"은 평탄성으로부터의 주기적인 경미한 편차를 가질 수 있는 표면이 일반적으로 평면인 특성을 가지는 것을 의미한다.
본 개시 내용의 특징 및 이점은 상세한 설명 및 첨부된 청구범위의 고려 시에 추가로 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 예시적인 형상화된 세라믹 연마 입자(100)의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 예시적인 형상화된 세라믹 연마 입자(200)의 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 예시적인 형상화된 세라믹 연마 입자(300)의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 예시적인 형상화된 세라믹 연마 입자(400)의 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 예시적인 형상화된 세라믹 연마 입자(500)의 개략적인 사시도이다.
도 6은 형상화된 세라믹 연마 입자 CSAP2의 현미경 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 예시적인 코팅된 연마 용품(700)의 개략 측면도이다.
도 8은 공작물로서 316 스테인리스강 바아를 사용한 비교예 A 및 비교예 B 및 실시예 1에 대한 총 절단량(cut) 대 사이클 수의 그래프이다.
도 9는 공작물로서 1045 탄소강 바아를 사용한 비교예 A 및 비교예 B 및 실시예 1에 대한 총 절단량 대 사이클 수의 그래프이다.
도 10은 공작물로서 716 인코넬(INCONEL) 합금 바아를 사용한 비교예 A 및 비교예 B 및 실시예 1에 대한 총 절단량 대 사이클 수의 그래프이다.
본 명세서 및 도면에서의 도면 부호의 반복된 사용은 본 개시 내용의 동일하거나 유사한 특징부 또는 요소를 나타내도록 의도된다. 본 개시내용의 원리의 범주 및 사상에 속하는 많은 다른 변형 및 실시 형태가 본 기술 분야의 숙련인에 의해 창안될 수 있음을 이해하여야 한다. 도면은 축척대로 도시되지 않을 수 있다.
도 1을 참조하면, 예시적인 형상화된 세라믹 연마 입자(100)가 도시되어 있다. 형상화된 세라믹 연마 입자(100)가 제조되는 재료는 세라믹 재료 (예를 들어, 알파 알루미나)를 포함한다.
형상화된 세라믹 연마 입자(100)는, 외주(115), 연속적인 측벽(120a, 120b, 120c) 및 다면으로 형성된 면(130)을 갖는 기저면(110)에 의해 경계지어진다. 각각의 연속적인 측벽(120a, 120b, 120c)은 외주(115)에 인접한다. 집합적으로, 연속적인 측벽(120a, 120b, 120c)은 외주(115)의 전체에 인접한다. 연속적인 측벽의 인접한 쌍(120a와 120b, 120b와 120c 및 120a와 120c)은 각각의 코너 에지(122a, 122b, 122c)를 따라 서로 인접한다.
다면으로 형성된 면(130)은 연속적인 소면(135)을 포함한다. 다면으로 형성된 면(130)은 연속적인 측벽(120a, 120b, 120c)에 의해 기저면(110)으로부터 이격된다. 3개의 V자형 홈(140a, 140b, 140c)은 각각의 코너 에지(122a, 122b, 122c)로부터 공통점(150)을 관통하여 다면으로 형성된 면(130)을 거쳐 각각의 측벽(120b, 120c 및 120a)으로 연장된다. 각각의 커스프(cusp)(160)는 2개의 소면(135) 및 하나의 측벽(120)에 의해 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기저면, 각각의 연속적인 측벽 및 소면은 평면이나, 이것이 요건은 아니다. 일부 바람직한 실시 형태에서, 기저면, 각각의 연속적인 측벽 및 소면은 적어도 실질적으로 평면이거나 적어도 공칭적으로 평면이다 (예를 들어, 평면임). 다른 바람직한 실시 형태에서, 기저면, 연속적인 측벽 및 소면 중 임의의 것 또는 모두 (또는 이들의 임의의 하위 조합)는 만곡될 수 있거나 (예를 들어, 오목, 볼록 또는 이들의 조합) 추가의 토포그래픽 특징부(topographical feature)를 가질 수 있다.
제2 실시 형태에서, 도 2에 나타낸 바와 같은 형상화된 세라믹 연마 입자(200)는, 외주(215), 연속적인 측벽(220a, 220b, 220c) 및 다면으로 형성된 면(230)을 갖는 기저면(210)에 의해 경계지어진다. 각각의 연속적인 측벽(220a, 220b, 220c)은 외주(215)에 인접한다. 집합적으로, 연속적인 측벽(220a, 220b, 220c)은 외주(215)의 전체에 인접한다. 연속적인 측벽의 인접한 쌍(220a와 220b, 220b와 220c 및 220a와 220c)은 각각의 코너 에지(222a, 222b, 222c)를 따라 서로 인접한다.
다면으로 형성된 면(230)은 연속적인 소면(235)을 포함한다. 다면으로 형성된 면(230)은 연속적인 측벽(220a, 220b, 220c)에 의해 기저면(210)으로부터 이격된다. 2개의 V자형 홈(240a, 240c)은 각각의 코너 에지(222a, 222c)로부터 다면으로 형성된 면(230)을 거쳐 각각의 측벽(220c, 220b)으로 연장된다. 커스프(260)는 2개의 소면과 하나의 측벽에 의해 형성된다.
제3 실시 형태에서, 도 3에 나타낸 바와 같은 형상화된 세라믹 연마 입자(300)는, 외주(315), 연속적인 측벽(320a, 320b, 320c, 320d) 및 다면으로 형성된 면(330)을 갖는 기저면(310)에 의해 경계지어진다. 각각의 연속적인 측벽(320a, 320b, 320c, 320d)은 외주(315)에 인접한다. 집합적으로, 연속적인 측벽(320a, 320b, 320c, 320d)은 외주(315)의 전체에 인접한다. 연속적인 측벽의 인접한 쌍(320a와 320b, 320b와 320c, 320c와 320d, 320d와 320a)은 각각의 코너 에지(322a, 322b, 322c, 322d)를 따라 서로 인접한다.
다면으로 형성된 면(330)은 연속적인 소면(335)을 포함한다. 다면으로 형성된 면(330)은 연속적인 측벽(320a, 320b, 320c, 320d)에 의해 기저면(310)으로부터 이격된다. 2개의 V자형 홈(340a, 340b)은 각각 코너 에지(322a, 322b)로부터 다면으로 형성된 면(330)을 거쳐 코너 에지(322c, 322d)로 연장된다. 2개의 추가의 V자형 홈(340c, 340d)은 측벽(320a와 320c, 320b와 320d)의 비인접 쌍 사이의 다면으로 형성된 면(330)을 거쳐 연장된다. 각각의 커스프(360)는 2개의 소면과 하나의 측벽에 의해 형성된다.
제4 실시 형태에서, 도 4에 나타낸 바와 같은 형상화된 세라믹 연마 입자(400)는, 외주(415), 연속적인 측벽(420a, 420b, 420c) 및 다면으로 형성된 면(430)을 갖는 기저면(410)에 의해 경계지어진다. 각각의 연속적인 측벽(420a, 420b, 420c)은 외주(415)에 인접한다. 집합적으로, 연속적인 측벽(420a, 420b, 420c)은 외주(415)의 전체에 인접한다. 연속적인 측벽의 인접한 쌍(420a와 420b, 420b와 420c, 420c와 420a)은 각각의 코너 에지(422a, 422b, 422c)를 따라 서로 인접한다.
다면으로 형성된 면(430)은 연속적인 소면(435)을 포함한다. 다면으로 형성된 면(430)은 연속적인 측벽(420a, 420b, 420c)에 의해 기저면(410)으로부터 이격된다. V자형 홈(440)은 각각의 코너 에지(422c)로부터 다면으로 형성된 면(430)을 거쳐 측벽(420b)으로 연장된다. 커스프(460)는 각각 하나의 소면과 2개의 측벽에 의해 형성된다.
제5 실시 형태에서, 도 5에 나타낸 바와 같은 형상화된 세라믹 연마 입자(500)는, 외주(515), 연속적인 측벽(520a, 520b, 520c) 및 다면으로 형성된 면(530)을 갖는 기저면(510)에 의해 경계지어진다. 각각의 연속적인 측벽(520a, 520b, 520c)은 외주(515)에 인접한다. 집합적으로, 연속적인 측벽(520a, 520b, 520c)은 외주(515)의 전체에 인접한다. 연속적인 측벽의 인접한 쌍(520a와 520b, 520b와 520c 및 520a와 520c)은 각각의 코너 에지(522a, 522b, 522c)를 따라 서로 인접한다.
다면으로 형성된 면(530)은 연속적인 소면(535)을 포함한다. 다면으로 형성된 면(530)은 연속적인 측벽(520a, 520b, 520c)에 의해 기저면(510)으로부터 이격된다. 2개의 V자형 홈(540a, 540b)은 각각의 코너 에지(522a, 522b)로부터 다면으로 형성된 면(530)을 거쳐 각각의 측벽(520b, 520c)으로 연장된다. V자형 홈(540c)은 측벽(520b)으로부터 다면으로 형성된 면(530)을 거쳐 측벽(520a)으로 연장된다. 커스프(560a)가 2개의 소면과 하나의 측벽에 의해 형성되는 반면, 커스프(560b)는 하나의 소면과 2개의 측벽으로 형성되며, 커스프(560c)는 측벽 없이 3개의 소면으로 형성된다.
본 발명의 실시에 유용한 형상화된 세라믹 연마 입자는 임의의 세라믹 재료를 포함하거나, 이로 본질적으로 구성되거나, 이로 구성될 수 있다. 유용한 세라믹 재료에는, 예를 들어, 결정질 세라믹과 유리-세라믹이 포함된다. 바람직하게는, 세라믹 재료는 융해 또는 소결되고 다결정질이나, 이것이 요건은 아니다. 유용한 세라믹 재료에는, 예를 들어, 알파 알루미나, 용융 알루미나-지르코니아 및 용융 산화질화물이 포함된다. 본 개시에 따르는 형상화된 세라믹 연마 입자 내에서 사용하기에 적합한 졸-겔 유도 세라믹 재료에 관한 추가 세부사항은, 예를 들어, 미국 특허 제4,314,827호(레이티져(Leitheiser) 등); 제4,518,397호(레이티져 등); 제4,623,364호(코트링거(Cottringer) 등); 제4,744,802호(슈와벨(Schwabel)); 제4,770,671호(몬로(Monroe) 등); 제4,881,951호(우드(Wood) 등); 제4,960,441호(펠로우(Pellow) 등); 제5,139,978호(우드); 제5,201,916호(버그(Berg) 등); 제5,366,523호(로웬호스트(Rowenhorst) 등); 제5,429,647호(라미(Larmie)); 제5,547,479호(콘웰(Conwell) 등); 제5,498,269호(라미); 제5,551,963호(라미); 제5,725,162호(가그(Garg) 등) 및 제6,054,093호(토레(Torre) 등)에서 찾을 수 있다.
알파 알루미나, 마그네슘 알루미나 스피넬 및 희토류 육방정계 알루미네이트의 결정체로 구성되는 형상화된 세라믹 연마 입자가, 예를 들어, 미국 특허 제5,213,591호 (세릭카야(Celikkaya) 등) 및 미국 특허 출원 번호 제2009/0165394 A1호 (쿨러(Culler) 등) 및 제2009/0169816 A1호 (에릭슨(Erickson) 등)에 기재된 방법에 따라 졸-겔 알파 알루미나 전구체 입자를 사용하여 제조될 수 있다. 알파 알루미나 연마 그레인(grain)은 미국 특허 제5,551,963호(라미)에 개시된 바와 같이 지르코니아를 함유할 수 있다. 대안적으로, 알파 알루미나 연마 그레인은 미국 특허 제6,277,161호 (카스트로(Castro))에 개시된 것과 같이 미세구조체 또는 첨가제를 가질 수 있다. 형상화된 세라믹 연마 입자를 제조하기 위한 방법과 연관된 더 많은 정보가 동시계류 중의 미국 공개 특허 출원 번호 제2009/0165394 Al호 (쿨러 등)에 개시된다.
본 개시 내용에 사용되는 형상화된 세라믹 연마 입자는 전형적으로 정밀 기계가공을 사용하여 절삭된 공구 (즉, 주형)를 사용하여 제조될 수 있으며, 이는 예를 들어 스탬핑(stamping) 또는 펀칭(punching)과 같은 다른 제조 대안보다 높은 특징부 정의(feature definition)를 제공한다. 전형적으로, 공구 표면 내의 공동은 예리한 에지를 따라 만나는 평탄한 면을 가지며, 정사면체의 면을 형성한다. 결과적인 형상화된 세라믹 연마 입자는 공구 표면 내에서 공동의 형상에 대응하는 각각의 공칭 평균 형상을 갖지만, 공칭 평균 형상으로부터의 변형 (예를 들어, 무작위 변형)이 제조 중에 발생될 수 있으며, 이러한 변형을 나타내는 형상화된 세라믹 연마 입자가 본 명세서에서 사용된 바와 같은 형상화된 세라믹 연마 입자의 정의 내에 포함된다.
본 발명에 따라 제조된 형상화된 세라믹 연마 입자는 연마 용품 내에 포함되거나 성긴(loose) 형태로 사용될 수 있다. 연마 입자는 일반적으로 사용 전에 소정의 입자 크기 분포로 분류된다. 이러한 분포는 전형적으로 거친(coarse) 입자에서 미세한 입자까지 일정 범위의 입자 크기를 갖는다. 연마제 분야에서 이 범위를 가끔은 "거친", "대조" 및 "미세" 부분으로 부른다. 연마제 산업에서 승인된 분류 표준에 따라 분류된 연마 입자는 수치 한계 내에서 각 공칭 등급에 대한 입자 크기 분포를 규정한다. 이러한 산업 승인 분류 규정 (즉, 연마제 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 명칭 (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 명칭에는 P8, P12, P16, P24, P36, P40, P50, P60, P80, P100, P120, P150, P180, P220, P320, P400, P500, P600, P800, P1000 및 P1200이 포함된다. JIS 등급 명칭에는 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 JIS10,000이 포함된다.
대안적으로, 형상화된 세라믹 연마 입자는 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 연마 입자가 18번 체에 관한 ASTM E-11 규격을 충족시키는 시험 체를 통과하고 20번 체에 관한 ASTM E-11 규격을 충족시키는 시험 체에 걸려 보유된다는 것을 의미한다. 일 실시 형태에서, 형상화된 세라믹 연마 입자는 대부분의 입자가 18 메시 시험용 체를 통과하고 20, 25, 30, 35, 40, 45, or 50 메시 시험용 체에 걸려서 보유될 수 있게 하는 입자 크기를 갖는다. 본 발명의 다양한 실시 형태에서, 형상화된 세라믹 연마 입자는 -12+14, -14+16, -16+14, -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+635를 포함하는 공칭 선별 등급을 가질 수 있다.
일 측면에서, 본 발명은 연마 산업에서 규정된 공칭 등급 또는 공칭 선별 등급을 갖는 복수의 형상화된 세라믹 연마 입자를 제공하는데, 여기서 복수의 연마 입자의 적어도 일부는 본 발명에 따른 형상화된 세라믹 연마 입자이다. 다른 측면에서, 본 발명은 본 발명에 따라 제조된 형상화된 세라믹 연마 입자를 분류하여 연마제 산업에서 규정된 공칭 등급 또는 공칭 선별 등급을 갖는 다수의 형상화된 세라믹 연마 입자를 제공하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
연속적인 측벽은 다면으로 형성된 면으로부터 기저면을 분리한다. 소면과 함께, 이들은 다면으로 형성된 면의 주변 에지에 커스프를 형성한다. 예를 들어, 커스프는 2개의 측벽과 하나의 소면, 2개의 소면과 하나의 측벽, 3개의 소면과 하나의 측벽 또는 2개의 소면과 2개의 측벽에 의해 형성될 수 있다. 도 1에서 각각의 커스프가 측벽에 접촉하는 반면에, 다른 실시 형태에서, 다면으로 형성된 면은 어느 측벽에도 접촉하지 않는 하나 이상의 추가의 커스프를 포함할 수 있다 (예를 들어, 도 5 참조). 바람직하게는, 측벽은 기저면으로부터 멀어지는 방향으로 뻗을수록 다면으로 형성된 면의 중심을 향해 안쪽으로 테이퍼링되지만, 이것이 요건은 아니다. (연마 입자를 제조하는 데 사용된 몰드의 구배각(draft angle)에 대응하는) 테이퍼 각은 기저면에 수직하게 취한 선에 대하여 바람직하게는 5 내지 11 도 및 더욱 바람직하게는 7 내지 9 도의 값을 갖는다.
연속적인 측벽의 수는 기저면의 외주의 형상에 따라 달라질 것이다. 3개 이상의 임의의 수의 연속적인 측벽이 존재할 수 있다. 바람직하게는, 연속적인 측벽의 수는 각각 삼각형, 직사각형 또는 정사각형 및 육각형 기저면에 대응하는 3, 4 또는 6개이다.
다면으로 형성된 면은 연속적인 소면을 포함하나, 다른 요소도 또한 함유할 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 다면으로 형성된 면은 적어도 공칭으로 전제적으로 소면 (예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이)으로 구성되나 (예를 들어, 이로 구성된), 이것이 요건은 아니다. 일부 실시 형태에서, 소면의 어느 것도 기저면에 평행하지 않으나, 다른 실시 형태에서, 일부의 소면은 기저면에 평행할 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 이러한 소면으로 채워진 다면으로 형성된 면의 누적 분율은 다면으로 형성된 면의 10% 미만, 8% 미만, 6% 미만, 4% 미만, 2% 미만 또는 심지어 1% 미만일 수 있다.
다면으로 형성된 면에 배치된 커스프는 적어도 기저면에 대하여 공칭으로 동일하거나 (예를 들어, 동일한) 동일하지 않은 높이를 가질 수 있다.
바람직한 실시 형태에서, 형상화된 세라믹 연마 입자는 다단계 공정에 따라 제조될 수 있다. 상기 공정은 임의의 세라믹 전구체 분산액 재료를 사용하여 수행될 수 있다.
간략하게는, 방법은 대응하는 세라믹으로 변환될 수 있는 시드형 또는 비시드형 세라믹 전구체 분산액 (예를 들어, 알파 알루미나로 변환될 수 있는 베마이트 졸-겔)을 제조하는 단계; 세라믹 전구체 분산액으로 형상화된 연마 입자의 원하는 외부 형상을 갖는 하나 이상의 몰드 공동을 충전하는 단계; 세라믹 전구체 분산액을 건조시켜 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자를 형성하는 단계; 전구체 형상화된 세라믹 연마제 입자를 몰드 공동으로부터 제거하는 단계; 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자를 하소시켜, 하소되고 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자를 형성하는 단계 및 이어서, 하소되고 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자를 소결시켜 형상화된 세라믹 연마 입자를 형성하는 단계를 포함한다. 공정이 이제 알파-알루미나-함유 형상화된 세라믹 연마 입자에 관해 더욱 상세히 기재될 것이다.
제1 공정 단계는 세라믹으로 변환될 수 있는 세라믹 전구체의 시드형 또는 비-시드형 분산액을 제공하는 것을 수반한다. 세라믹 전구체 분산액은 흔히 휘발성 성분인 액체를 포함한다. 일 실시 형태에서, 휘발성 성분은 물이다. 분산액은 몰드 공동을 충전하고 몰드 표면을 복제할 수 있도록 분산액의 점도를 충분히 낮게 하기 위해 충분한 양의 액체를 포함하지만, 이어서 액체를 몰드 공동으로부터 제거하는 것이 엄청나게 비싸지게 할 정도로 많은 액체를 포함해서는 안된다. 일 실시 형태에서, 세라믹 전구체 분산액은 산화알루미늄 1수화물 (베마이트)의 입자와 같이 세라믹으로 변환될 수 있는 2 중량% 내지 90 중량%의 입자와, 10 중량% 이상, 또는 50 중량% 내지 70 중량% 또는 50 중량% 내지 60 중량%의 물과 같은 휘발성 성분을 포함한다. 역으로, 세라믹 전구체 분산액은 일부 실시 형태에서 30 중량% 내지 50 중량% 또는 40 중량% 내지 50 중량%의 고체를 함유한다.
유용한 세라믹 전구체 분산액의 예에는 지르코늄 산화물 졸, 바나듐 산화물 졸, 세륨 산화물 졸, 알루미늄 산화물 졸 및 이의 조합이 포함된다. 유용한 알루미늄 산화물 분산액은, 예를 들어, 베마이트 분산액 및 다른 산화 알루미늄 수화물 분산액을 포함한다. 베마이트는 알려진 기술로 제조할 수 있거나 구입할 수 있다. 시판되는 베마이트의 예는 사솔 노스 아메리카, 인코포레이티드(Sasol North America, Inc.)로부터 입수가능한 디스페랄(DISPERAL) 및 디스팔(DISPAL) 또는 바스프 코포레이션(BASF Corporation)으로부터 입수가능한 "HIQ-40" 상품을 포함한다. 이들 산화알루미늄 1수화물은 상대적으로 순수한데, 즉 존재 한다면, 이들은 수화물 이외에 수화물 상을 상대적으로 적게 포함하며 큰 표면적을 갖는다.
생성되는 형상화된 세라믹 연마 입자의 물리적 특성은 일반적으로 세라믹 전구체 분산액에 사용되는 재료의 유형에 따라 좌우될 것이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "겔"은 액체 내에 분산된 고체의 3차원 네트워크(network)이다.
세라믹 전구체 분산액은 개질 첨가제 또는 개질 첨가제의 전구체를 함유할 수 있다. 개질 첨가제는 연마 입자의 일부 바람직한 특성을 향상시키거나 후속 소결 단계의 효과를 증가시키는 역할을 할 수 있다. 개질 첨가제 또는 개질 첨가제의 전구체는 가용성 염의 형태, 전형적으로는 수용성 염의 형태일 수 있다. 이들은 전형적으로 금속 함유 화합물로 구성되며, 마그네슘, 아연, 철, 규소, 코발트, 니켈, 지르코늄, 하프늄, 크롬, 이트륨, 프라세오디뮴, 사마륨, 이테르븀, 네오디뮴, 란탄, 가돌리늄, 세륨, 디스프로슘, 에르븀, 티타늄 및 이들의 혼합물의 산화물의 전구체일 수 있다. 세라믹 전구체 분산액에 존재할 수 있는 이들 첨가제의 구체적인 농도는 당업자에 따라서 달라질 수 있다.
전형적으로, 개질 첨가제 또는 개질 첨가제의 전구체의 도입은 세라믹 전구체 분산액을 겔화시킬 것이다. 또한 세라믹 전구체 분산액은 일정 기간에 걸친 열의 적용에 의해 겔로 유도되어 증발을 통해 분산액 내의 액체 함량을 감소시킬 수 있다.
세라믹 전구체 분산액은 또한 핵형성제를 함유할 수 있다. 본 개시에 적합한 핵형성제는 변환의 핵을 형성할 알파 알루미나, 알파 산화철 또는 이의 전구체, 산화티타늄 및 티탄산염, 산화크롬 또는 임의의 다른 재료의 미세 입자를 포함할 수 있다. 사용되는 경우, 핵형성제의 양은 알파 알루미나의 변환을 일으킬 수 있을 정도로 충분하여야 한다. 알파 알루미나 전구체 분산액의 핵을 형성하는 것이 미국 특허 제4,744,802호 (슈와벨)에 개시되어 있다.
보다 안정한 하이드로졸 또는 콜로이드성 세라믹 전구체 분산액을 제조하기 위해 세라믹 전구체 분산액에 펩타이징제(peptizing agent)가 첨가될 수 있다. 적합한 펩타이징제는 일양성자산(monoprotic acid)이거나 또는 초산, 염산, 포름산 및 질산 등의 산 화합물이다. 다양성자산(multiprotic acid)이 또한 사용될 수 있지만, 이는 세라믹 전구체 분산액을 신속하게 겔화시켜 추가의 성분을 취급하거나 그것에 도입하는 것을 어렵게 할 수 있다. 베마이트의 일부 상업적 공급원은 안정한 세라믹 전구체 분산액을 형성하는 것을 도와줄 산 역가(acid titer) (예컨대, 흡수된 포름산 또는 질산)를 함유한다.
세라믹 전구체 분산액은 임의의 적합한 수단에 의해 형성될 수 있다; 예를 들어, 졸-겔 알루미나 전구체의 경우에 간단히 산화알루미늄 1수화물과 펩타이징제를 함유한 물을 혼합하거나, 펩타이징제가 첨가되는 산화알루미늄 1수화물 슬러리를 형성함으로써 제조될 수 있다. 혼합 동안 기포가 발생하거나 공기를 함유하는 경향을 줄이기 위해 소포제 또는 다른 적합한 화학물이 첨가될 수 있다. 필요한 경우, 습윤제, 알코올 또는 커플링제와 같은 추가의 화학 물질이 첨가될 수 있다.
제2 공정 단계는 하나 이상의 몰드 공동, 바람직하게는 몰드의 하나 이상의 주 표면 내에 형성된 복수의 공동을 갖는 몰드를 제공하는 단계를 수반한다. 일부 실시 형태에서, 몰드는, 예를 들어, 벨트, 시트, 연속 웨브, 윤전 그라비아 롤(rotogravure roll)과 같은 코팅 롤, 코팅 롤에 장착된 슬리브 또는 다이일 수 있는 제조 공구로서 형성된다. 일 실시 형태에서, 제조 공구는 중합체성 재료를 포함한다. 적합한 중합체성 재료의 예에는 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리(에테르 설폰), 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리우레탄, 폴리비닐 클로라이드, 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 이들의 조합과 같은 열가소성 재료 또는 열경화성 재료가 포함된다. 일 실시 형태에서, 전체 공구는 중합체성 또는 열가소성 재료로 만들어진다. 다른 실시 형태에서, 복수의 공동의 표면과 같이 건조 중에 세라믹 전구체 분산액과 접촉하는 공구의 표면은 중합체성 또는 열가소성 재료를 포함하며, 공구의 다른 부분은 다른 재료로 제조될 수 있다. 예로서 적합한 중합체성 코팅이 금속 공구에 도포되어, 표면 장력 특성을 변화시킬 수 있다.
중합체성 또는 열가소성 제조 공구는 금속 마스터 공구(master tool)로부터 복제될 수 있다. 마스터 공구는 제조 공구에 요구되는 역 패턴(inverse pattern)을 가질 것이다. 마스터 공구는 생산 공구와 동일한 방식으로 제조될 수 있다. 일 실시 형태에서, 마스터 공구는 금속, 예를 들어, 니켈로 제조되며, 다이아몬드 선삭된다. 일 실시 형태에서, 마스터 공구는 적어도 부분적으로 스테레오리소그래피(stereolithography)를 사용하여 형성된다. 중합체성 시트 재료를 마스터 공구와 함께 가열하여, 둘을 함께 압축함으로써 중합체성 재료를 마스터 공구 패턴에 의해 엠보싱할 수 있다. 중합체성 또는 열가소성 재료를 또한 마스터 공구 상으로 압출 또는 캐스팅한 다음 압축할 수 있다. 열가소성 재료를 고형화되도록 냉각하여 제조 공구를 생성한다. 열가소성 제조 공구가 이용되는 경우, 과도한 열이 발생하여 열가소성 제조 공구를 변형시켜서 수명을 제한하지 않도록 주의하여야 한다. 제조 공구 또는 마스터 공구의 설계 및 제조에 관한 더 많은 정보를 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.
몰드의 상부 표면 또는 하부 표면의 개구로부터 공동으로 접근할 수 있다. 일부 경우에, 공동은 몰드의 전체 두께에 대해 연장될 수 있다. 대안적으로, 공동은 몰드의 두께의 단지 일부에 대하여 연장될 수 있다. 일 실시 형태에서, 상부 표면은 공동이 실질적으로 균일한 깊이를 갖는 몰드의 하부 표면에 실질적으로 평행하다. 몰드의 적어도 일 측면, 즉 공동이 형성되는 측면은 휘발성 성분이 제거되는 단계 동안 주위 분위기에 노출된 상태로 남을 수 있다.
공동은 형상화된 세라믹 연마 입자를 제조하기 위해 규정된 3-차원 형상을 갖는다. 깊이 치수는 상부 표면으로부터 하부 표면 상의 최저 지점까지의 수직 거리와 같다. 주어진 주형의 공동은 동일한 형상이거나 상이한 형상일 수 있다.
일 실시 형태에서, 공동의 형상은 상부에서 볼 때 공동의 하부 표면 (즉, 형상화된 세라믹 연마 입자의 다면으로 형성된 면에 대응하는)이 상부 표면의 개구보다 약간 작도록 하는 경사진 측벽을 갖는 삼각형인 것으로 설명될 수 있다. 경사진 측벽은 형상화된 전구체 연마 입자를 몰드로부터 더 쉽게 제거할 수 있게 하고 연마 입자의 연삭 성능을 향상시키는 것으로 여겨진다.
원형, 직사각형, 정사각형, 육각형, 별형(star shape) 또는 이들의 조합과 같은 몰드 공동 형상이 사용될 수 있는데, 이들 형상은 모두 실질적으로 균일한 깊이 치수를 갖는다. 깊이 치수는 상부 표면으로부터 하부 표면 상의 최저 지점까지의 수직 거리와 같다. 또한, 공동은, 예를 들어, 피라미드형, 절두 피라미드형, 절두 구형, 절두 회전 타원형, 원추형 및 절두 원추형과 같은 다른 기하학적 형상의 역상을 가질 수 있다. 주어진 공동의 깊이는 균일하거나 이의 길이 및/또는 폭을 따라 변할 수 있다. 주어진 몰드의 공동은 동일한 형상이거나 상이한 형상일 수 있다.
제3 공정 단계는 (예를 들어, 종래 기술에 의해) 몰드의 공동을 세라믹 전구체 분산액으로 충전하는 단계를 수반한다. 일부 실시예에서, 나이프 롤 코터(knife roll coater) 또는 진공 슬롯 다이 코터(vacuum slot die coater)가 사용될 수 있다. 필요한 경우, 몰드로부터 입자를 제거하는 것을 돕기 위해 몰드 이형제가 사용될 수 있다. 전형적인 몰드 이형제에는 땅콩유 또는 광유와 같은 오일, 어유(fish oil), 실리콘, 폴리테트라플루오로에틸렌, 아연스테아레이트 및 흑연이 포함된다. 일반적으로, 몰드 이형제가 필요할 경우, 몰드의 단위 면적당 약 0.1 mg/in2 (0.6 mg/㎠) 내지 약 3.0 mg/in2 (20 mg/㎠) 또는 약 0.1 mg/in2 (0.6 mg/㎠) 내지 약 5.0 mg/in2 (30 mg/㎠)의 몰드 이형제가 존재하도록, 세라믹 전구체 분산액과 접촉하는 제조 공구의 표면에 물 또는 알코올과 같은 액체 중의 몰드 이형제, 예컨대 땅콩유가 적용된다. 일부 실시 형태에서, 몰드의 상부 표면은 세라믹 전구체 분산액으로 코팅된다. 세라믹 전구체 분산액은 상부 표면 상으로 펌핑될 수 있다.
다음으로, 스크레이퍼(scraper) 또는 레벨러 바(leveler bar)를 사용하여 세라믹 전구체 분산액을 몰드의 공동 내로 완전히 밀어 넣을 수 있다. 공동으로 들어가지 않은 세라믹 전구체 분산액의 잔여 부분은 몰드의 상부 표면으로부터 제거되어 재활용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 세라믹 전구체 분산액의 적은 부분은 상부 표면에 남을 수 있고, 다른 실시 형태에서 상부 표면에는 실질적으로 분산액이 없다. 스크레이퍼나 레벨러 바에 의해 가해지는 압력은 전형적으로 100 psi (0.6 MPa) 미만, 50 psi (0.3 MPa) 미만 또는 심지어 10 psi (60 ㎪) 미만이다. 일부 실시 형태에서, 세라믹 전구체 분산액의 노출된 표면은 실질적으로 상부 표면을 넘어서 연장되지 않는다.
형상화된 세라믹 연마 입자의 평면인 기저면이 되는 공동의 노출된 표면을 촉진하기 위해, 공동을 과충전하고 (예를 들어, 마이크로노즐 어레이를 사용하여) 세라믹 전구체 분산액을 서서히 건조시키는 것이 선호될 수 있다.
제4 공정 단계는 휘발성 성분을 제거하여 분산액을 건조시키는 단계를 수반한다. 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 흔히 주형이 제조되는 재료에 따라 좌우된다. 폴리프로필렌 공구에 있어서, 이 온도는 플라스틱의 융점 미만이어야 한다.
일 실시 형태에서, 약 40 내지 50% 고형물로 된 수분산액 및 폴리프로필렌 몰드의 경우, 건조 온도는 약 90℃ 내지 약 165℃, 약 105℃ 내지 약 150℃ 또는 약 105℃ 내지 약 120℃일 수 있다. 더 높은 온도는 향상된 제조 속도로 이어질 수 있지만, 또한 몰드로서의 이의 사용 수명을 제한하는 폴리프로필렌 공구의 열화로 이어질 수도 있다.
건조 동안, 세라믹 전구체 분산액은 수축되어, 종종 공동 벽으로부터의 수축(retraction)을 일으킨다. 예를 들어, 공동이 평면인 벽을 가지는 경우, 이어서 얻어진 형상화된 세라믹 연마 입자는 적어도 3개의 오목한 주 면을 가지는 경향일 수 있다. 공동 벽을 오목하게 만듦으로써 (이로써, 공동 부피가 증가됨) 실질적으로 평면인 주 측벽을 갖는 형상화된 세라믹 연마 입자를 얻을 수 있다. 요구되는 오목의 정도(degree of concavity)는 일반적으로 세라믹 전구체 분산액의 고형물 함량에 따라 좌우된다.
제5 공정 단계는 결과적으로 생성된 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자를 몰드 공동으로부터 제거하는 단계를 수반한다. 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자는 몰드에서 이하의 공정, 즉 입자를 몰드 공동으로부터 제거하기 위한 중력, 진동, 초음파 진동, 진공 또는 압축 공기를 단독으로 또는 조합하여 사용함으로써 공동으로부터 제거될 수 있다.
형상화된 전구체 세라믹 연마 입자는 몰드의 외부에서 추가로 건조될 수 있다. 세라믹 전구체 분산액이 몰드 내에서 원하는 수준까지 건조된 경우, 이러한 추가의 건조 단계는 필요하지 않다. 그러나, 일부 경우에는 세라믹 전구체 분산액이 몰드 내에 잔류하는 시간을 최소화하기 위해 이 추가의 건조 단계를 이용하는 것이 경제적일 수 있다. 전형적으로, 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자는 50℃ 내지 160℃ 또는 120℃ 내지 150℃의 온도에서 10분 내지 480분 또는 120분 내지 400분 동안 건조될 것이다.
제6 공정 단계는 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자를 하소시키는 단계를 수반한다. 하소 동안에, 본질적으로 모든 휘발성 재료가 제거되며, 세라믹 전구체 분산액 중에 존재하는 다양한 성분이 금속 산화물로 변환된다. 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자는 일반적으로 400℃ 내지 800℃의 온도까지 가열되며, 자유수(free water)와 90 중량%를 초과하는 임의의 결합된 휘발성 재료가 제거될 때까지 이 온도 범위 내에 유지된다. 선택적 단계에서, 함침 공정에 의해 개질 첨가제를 도입하는 것이 바람직할 수 있다. 수용성 염이 함침에 의해 하소된, 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자의 기공 내로 도입될 수 있다. 이어서, 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자는 다시 예비소성된다. 이러한 선택 사항은 미국 특허 제5,164,348호(우드)에 추가로 기재되어 있다.
제7 공정 단계는 하소된, 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자를 소결하여 세라믹 입자를 형성하는 단계를 수반한다. 소결 전에, 하소된, 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자는 완전하게 치밀화되지 않으며, 따라서 형상화된 세라믹 연마 입자로서 사용하는 데 필요한 경도가 부족하다. 소결은 하소된, 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자를 1000℃ 내지 1650℃의 온도까지 가열함으로써 수행된다. 이 수준의 변환을 달성하기 위해 하소된, 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자가 소결 온도에 노출되어야 하는 시간 길이는 다양한 인자에 따라서 달라지지만 보통은 5초 내지 48시간이 전형적이다. 다른 실시 형태에서, 소결 단계의 지속 기간은 1분 내지 90분의 범위이다.
소결 후에, 형상화된 세라믹 연마 입자는 비커스(Vickers) 경도가 10 ㎬ (기가파스칼), 16 GPa, 18 GPa, 20 GPa 또는 그 초과일 수 있다.
기재된 공정을 변경하기 위해, 예를 들어, 재료를 하소 온도로부터 소결 온도까지 급속하게 가열하고/하거나, 세라믹 전구체 분산액을 원심분리하여 슬러지 및/또는 폐기물을 제거하는 것과 같은 다른 단계를 사용할 수 있다. 또한, 이 공정은 필요에 따라 공정 단계들 중 둘 이상을 조합함으로써 변경될 수 있다. 본 발명의 공정을 변경하는 데 사용할 수 있는 종래의 공정 단계들은 미국 특허 제4,314,827호 (레이티져)에 보다 완전하게 기재되어 있다.
원하는 경우, 연마제 산업에서 규정된 공칭 등급 또는 공칭 선별 등급을 갖는 형상화된 세라믹 연마 입자가 다른 알려진 연마 또는 비연마 입자와 혼합될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 복수의 연마 입자의 총 중량을 기준으로, 연마제 산업에서 규정된 공칭 등급 또는 공칭 선별 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 형상화된 세라믹 연마 입자이다.
형상화된 세라믹 연마 입자와의 혼합에 적합한 입자에는 미국 특허 제4,799,939호 및 제5,078,753호에 기재된 것과 같은 종래의 연마 그레인, 희석용 그레인 또는 부식성 응집물이 포함된다. 종래의 연마 그레인의 대표적인 예에는 용융 산화알루미늄, 탄화규소, 석류석(garnet), 용융 알루미나 지르코니아, 입방정형 질화붕소, 다이아몬드 등이 포함된다. 희석용 그레인의 대표적인 예에는 대리석, 석고 및 유리가 포함된다. 상이하게 형상화된 세라믹 연마 입자의 블렌드 (예를 들어, 삼각형 및 정사각형)가 사용될 수 있다.
형상화된 세라믹 연마 입자는 또한 표면 코팅을 가질 수 있다. 표면 코팅은 연마 용품 내의 결합제와 연마 그레인 사이의 점착력을 개선시키거나, 형상화된 세라믹 연마 입자의 정전 침착(electrostatic deposition)을 돕는 데 사용될 수 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 표면 코팅이 미국 특허 제5,213,591호(세릭카야 등); 제5,011,508호(월드(Wald) 등); 제1,910,444호(니콜슨(Nicholson)); 제3,041,156호(로우즈(Rowse) 등); 제5,009,675호(쿤츠(Kunz) 등); 제5,085,671호(마틴(Martin) 등); 제4,997,461호(마크호프-매트니(Markhoff-Matheny) 등); 및 제5,042,991호(쿤츠 등)에 기재되어 있다. 또한, 표면 코팅은 형상화된 연마 입자가 캡핑(capping)되는 것을 방지할 수 있다. 캡핑은 마모되고 있는 공작물로부터의 금속 입자가 형상화된 연마 입자의 상부에 융착되는 현상을 설명하는 용어이다. 상기 기능을 수행하는 표면 코팅이 당업자에게 알려져 있다.
도 7을 참조하면, 코팅된 연마 용품(700)은 배킹(710)의 주 표면(715) 위에 적용되는, 이하에서 메이크 층(make layer)(720)으로 지칭되는 결합제 재료의 제1 층을 갖는 배킹(710)을 포함한다. 복수의 형상화된 세라믹 연마 입자(730)가 메이크 층(720)에 부착되거나 부분적으로 매립되어 있다. 이하에서 사이즈 층(size layer)(740)으로 지칭되는 결합제 재료의 제2 층이 형상화된 세라믹 연마 입자 위에 있다. 메이크 층(720) 및 사이즈 층(740)의 목적은 형상화된 세라믹 연마 입자(730)를 배킹(710)에 고정하는 것이다. 집합적으로, 메이크 층(720), 사이즈 층(740) 및 형상화된 세라믹 연마 입자(730)는 연마제 층(760)을 형성한다. 선택적인 수퍼사이즈 층(770)은 연마제 층(760) 상에 배치된다.
형상화된 세라믹 연마 입자는 팁(tip) 또는 꼭지점이 도시된 바와 같이 배킹으로부터 멀리 향하게 또는 배킹을 향하도록 배향될 수 있다.
예시적인 유용한 배킹에는, 예를 들어, 부직포와 같은 천 (예를 들어, 니들택킹(needletacked), 멜트스펀(meltspun), 스펀본디드(spunbonded), 하이드로인탱글드(hydroentangled) 또는 멜트블로운(meltblown) 부직포 천을 포함함), 편물, 스티치본디드(stitchbonded) 및 부직포 천 (예를 들어, 직물); 종이; 메시; 중합체성 필름 (프라이밍된 필름을 포함), 예컨대 폴리올레핀 필름 (예를 들어, 이축 배향된 폴리프로필렌을 포함하는 폴리프로필렌, 폴리에스테르 필름, 폴리아미드 필름, 셀룰로스 에스테르 필름); 포일; 폼 (예를 들어, 천연 스펀지 재료 또는 폴리우레탄 폼); 이들 재료의 둘 이상의 조합; 및 이들의 처리된 버전(version)이 포함된다. 배킹은 또한 2개의 재료 (예를 들어, 종이/필름, 직물/종이, 필름/직물)의 라미네이트(laminate)일 수 있다.
메이크 층과 사이즈 층은 결합제 재료 (예를 들어, 수지성 접착제)를 포함한다. 메이크 층의 결합제 재료는 사이즈 층의 것과 동일하거나 상이할 수 있다. 이러한 층에 적합한 결합제 재료의 예에는 페놀 수지, 에폭시 수지, 우레아-포름알데하이드 수지, 아크릴레이트 수지, 아미노플라스트 수지(aminoplast resin), 멜라민 수지, 아크릴레이트 에폭시 수지, 우레탄 수지 및 이들의 조합이 포함된다. 페놀 수지가 일부 실시 형태에서 바람직하며, 분말 형태 및 액체 상태 모두로 사용될 수 있다. 유기 결합제 재료는 또한 이의 특성을 개선 또는 변경시키기 위해 이외의 다른 결합제 재료로 개질될 수 있다. 메이크 층, 사이즈 층 또는 두 층 모두는, 예를 들어, 충전제, 연삭 보조제, 습윤제, 계면활성제, 염료, 안료, 커플링제, 가소제, 접착 증진제 및 이들의 조합과 같은 당업계에 알려진 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 충전제의 예에는 탄산칼슘, 실리카, 활석, 점토, 칼슘 메타실리케이트, 돌로마이트, 알루미늄 설페이트 및 이들의 조합이 포함된다.
연삭 보조제는, 그것의 첨가가 연마의 화학적 및 물리적 공정에 상당한 영향을 미쳐서, 그 결과로 개선된 성능을 가져오는 미립자 재료로서 정의된다. 언급된 바와 같이, 형상화된 세라믹 연마 입자는 연삭 보조제 저장소로서 역할을 하는 개구(22)의 결과로서 증가된 성능을 가질 수 있다고 여겨진다. 형상화된 연마 입자(20)는 형상화된 세라믹 연마 입자의 정전 침착 전에 연삭 보조제로 충전된 개구(22)를 가질 수 있고, 이에 의해 이러한 기능을 수행할 수 있다고 여겨진다.
연삭 보조제는 매우 다양한 상이한 재료를 포함하며, 무기질 또는 유기질일 수 있다. 연삭 보조제의 화학적 그룹의 예에는 왁스, 유기 할라이드 화합물, 할라이드 염, 및 금속과 이들의 합금이 포함된다. 유기 할라이드 화합물은 전형적으로 마모 중에 분쇄되어, 할로겐 산 또는 기체 할라이드 화합물을 방출할 것이다. 이러한 재료의 예에는 염소화 왁스, 예컨대 테트라클로로나프탈렌, 펜타클로로나프탈렌, 및 폴리비닐 클로라이드가 포함된다. 할라이드 염의 예에는 염화나트륨, 칼륨 빙정석, 나트륨 빙정석, 암모늄 빙정석, 칼륨 테트라플루오로보레이트, 나트륨 테트라플루오로보레이트, 플루오르화규소, 염화칼륨, 염화마그네슘이 포함된다. 금속의 예에는 주석, 납, 비스무스, 코발트, 안티몬, 카드뮴, 철 및 티타늄이 포함된다. 다른 연삭 보조제에는 황, 유기 황 화합물, 흑연 및 금속 황화물이 포함된다. 또한, 상이한 연삭 보조제들의 조합을 사용하는 것이 본 개시의 범주에 속하며, 일부 경우에, 이는 상승 효과를 낼 수 있다. 일 실시 형태에서, 연삭 보조제는 빙정석 또는 사플루오로붕산칼륨이다. 이러한 첨가제의 양은 원하는 특성을 제공하도록 조정될 수 있다. 수퍼사이즈 코팅(supersize coating)을 이용하는 것이 또한 본 발명의 범주에 속한다. 수퍼사이즈 층은 전형적으로 결합제 및 연삭 보조제를 함유한다. 결합제는 페놀 수지, 아크릴레이트 수지, 에폭시 수지, 우레아-포름알데하이드 수지, 멜라민 수지, 우레탄 수지 및 이들의 조합과 같은 재료로부터 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 코팅된 (및 다른) 연마 용품은 분쇄된 연마 입자 (즉, 연마제 산업 특정 공칭 등급 또는 이의 조합에 대응되고 형상화된 세라믹 연마 입자의 파쇄로부터 형성되지 않는 연마 입자)를 추가로 포함할 수 있다. 분쇄된 연마 입자는 전형적으로 형상화된 세라믹 연마 입자보다 더 미세한 크기 등급 또는 등급들 (예를 들어, 복수의 크기 등급이 사용되는 경우)로 형성되나, 이것이 요건은 아니다.
유용한 분쇄된 연마 입자에는, 예를 들어, 미네소타 세인트 폴 소재의 3M 컴퍼니(Company)로부터 상표명 "3M 세라믹 어브레이시브 그레인(CERAMIC ABRASIVE GRAIN)"으로 시판되는 것과 같은 용융된 산화알루미늄, 브라운 용융된 산화알루미늄, 열 처리된 산화알루미늄, 화이트 용융된 산화알루미늄, 세라믹 산화알루미늄 재료의 분쇄된 입자, 블랙 탄화규소, 그린 탄화규소, 이붕화티타늄, 탄화붕소, 탄화텅스텐, 탄화티타늄, 다이아몬드, 입방형 질화붕소, 석류석, 용융된 알루미나 지르코니아, 알루미늄 옥시나이트라이드, 졸-겔 유도 연마 입자, 산화철, 크로미아, 세리아, 지르코니아, 티타니아, 실리케이트, 산화주석, 실리카 (예컨대, 석영, 유리 비드, 유리 버블 및 유리 섬유) 실리케이트 (예컨대, 활석, 점토 (예를 들어, 몬모릴로나이트), 장석, 운모, 칼슘 실리케이트, 칼슘 메타실리케이트, 소듐 알루미노실리케이트, 소듐 실리케이트), 플린트 및 금강사(emery)가 포함된다. 졸-겔 유도 연마 입자의 예를 미국 특허 제4,314,827호(레이티져 등), 제4,623,364호(코트링어 등); 제4,744,802호(슈와벨), 제4,770,671호(몬로 등); 및 제4,881,951호(몬로 등)에서 찾아볼 수 있다. 또한, 연마 입자는, 예를 들어, 미국 특허 제4,652,275호(브로에쳐(Bloecher) 등) 또는 제4,799,939호(브로에쳐 등)에 기재된 것과 같은 연마 응집물을 포함할 수 있는 것으로 고려된다.
연마 입자는 선택적으로 결합제에 대한 연마 입자의 점착을 향상시키기 위해 하나 이상의 커플링제로 처리될 수 있다. 연마 입자는 이들을 결합제 재료로 배합하기에 전에 커플링제(들)로 처리될 수 있거나, 결합제 재료에 대한 커플링제를 포함함으로써 본래의 위치에서 표면 처리될 수 있다. 커플링제는 연마제 분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 커플링제의 예에는 오가노실란 커플링제 (예를 들어, 감마-아미노프로필트라이에톡시실란), 티타네이트 및 지르코네이트가 포함된다.
메이크 및 사이즈 층을 갖는 코팅된 연마 용품의 제조에 관한 상세 사항은 코팅된 연마제 분야에 잘 알려져 있으며, 예를 들어, 미국 특허 제4,734,104호(브로버그(Broberg)), 제4,737,163호(라르키(Larkey)), 제5,203,884호(부캐넌 등), 제5,152,917호(피퍼 등), 제5,378,251호(쿨러 등), 제5,417,726호(스타우트(Stout)등), 제5,436,063호(폴렛(Follett) 등), 제5,496,386호 (브로버그 등), 제5,609,706호(베네딕트(Benedict)등), 제5,520,711호(헬민(Helmin)), 제5,954,844호(로(Law) 등), 제5,961,674호 (가글리아디(Gagliardi) 등); 제4,751,138호 (반지(Bange) 등); 제5,766,277호 (디보(DeVoe) 등); 제6,077,601호 (디보 등); 제6,228,133호 (터버(Thurber) 등); 및 제5,975,988호 (크리스찬슨(Christianson))에서 찾아볼 수 있다.
형상화된 세라믹 연마 입자가 접합된 연마 용품, 부직포 연마 용품 또는 연마 브러시에 사용될 수 있음이 또한 본 발명의 범주에 속한다. 접합된 연마제는 결합제에 의해 함께 접합되어 형상화된 덩어리를 형성하는 복수의 형상화된 세라믹 연마 입자를 포함할 수 있다. 접합된 연마제를 위한 결합제는 금속성 결합제, 유기 결합제 또는 유리질 결합제일 수 있다. 부직포 연마제는 유기 결합제에 의해 섬유질 부직포 웨브에 접합된 복수의 형상화된 세라믹 연마 입자를 포함한다.
본 발명의 선택적 실시 형태
제1 실시 형태에서, 본 발명은 형상화된 세라믹 연마 입자를 제공하는데, 세라믹 연마 입자는
외주를 갖는 기저면;
외주에 인접하는 연속적인 측벽 (여기서 각각의 연속적인 측벽은 외주에 인접하고, 연속적인 측벽은 집합적으로 외주의 전체에 인접하며, 연속적인 측벽의 인접한 쌍은 각각의 코너 에지를 따라 서로 인접함); 및
연속적인 소면을 포함하는 다면으로 형성된 면 (여기서, 다면으로 형성된 면은 연속적인 측벽에 의해 기저면로부터 이격되고, 적어도 하나의 V자형 홈은 코너 에지의 제1 코너 에지로부터 다면으로 형성된 면을 거쳐, 코너 에지의 제1 코너 에지와 접촉하지 않는 연속적인 측벽 중 하나로 연장됨)으로 경계지어지며,
여기서 총 면적을 기준으로, 다면으로 형성된 면의 10% 미만이 기저면에 평행이다.
제2 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태에 따른 형상화된 세라믹 연마 입자를 제공하며, 여기서 기저면은 실질적으로 평면이다.
제3 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태에 따른 형상화된 세라믹 연마 입자를 제공하며, 여기서 기저면은 삼각형이다.
제4 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태 중 어느 하나에 따른 형상화된 세라믹 연마 입자를 제공하며, 여기서 상기 적어도 하나의 V자형 홈은 공통점에서 교차하는 3개 이상의 V자형 홈을 포함한다.
제5 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태 중 어느 하나에 따른 형상화된 세라믹 연마 입자를 제공하며, 여기서 총 면적을 기준으로, 다면으로 형성된 면의 1% 미만이 기저면에 평행한다.
제6 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제5 실시 형태 중 어느 하나에 따른 형상화된 세라믹 연마 입자를 제공하며, 여기서 다면으로 형성된 면 중 아무 것도 기저면에 평행하지 않는다.
제7 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제6 실시 형태 중 어느 하나에 따른 형상화된 세라믹 연마 입자를 제공하며, 여기서 다면으로 형성된 면이 연속적인 소면을 연속적인 측벽의 4배 이상으로 포함한다.
제8 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제7 실시 형태 중 어느 하나에 따른 형상화된 세라믹 연마 입자를 제공하며, 여기서 다면으로 형성된 면과 연속적인 측벽은 집합적으로 6개 이상의 커스프를 한정한다.
제9 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제8 실시 형태 중 어느 하나에 따른 형상화된 세라믹 연마 입자를 제공하며, 여기서 다면으로 형성된 면이 연속적인 측벽과 접촉하지 않는, 중심에 배치된 피라미드를 포함한다.
제10 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제9 실시 형태 중 어느 하나에 따른 형상화된 세라믹 연마 입자를 제공하며, 여기서 다면으로 형성된 면이 연속적인 소면으로 구성된다.
제11 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제10 실시 형태 중 어느 하나에 따른 형상화된 세라믹 연마 입자를 제공하며, 여기서 적어도 다면으로 형성된 면이 몰딩 공정에 의해 형성된다.
제12 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제11 실시 형태 중 어느 하나에 따른 형상화된 세라믹 연마 입자를 제공하며, 여기서 연속적인 측벽이 기저면으로부터 멀어지는 방향으로 뻗을수록 안쪽으로 테이퍼링된다.
제13 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제12 실시 형태 중 어느 하나에 따른 형상화된 세라믹 연마 입자를 제공하며, 여기서 형상화된 세라믹 연마 입자가 알파 알루미나를 포함한다.
제14 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제13 실시 형태 중 어느 하나에 따른 복수의 형상화된 세라믹 연마 입자를 제공한다.
제15 실시 형태에서, 본 발명은 연마제 산업에서 규정된 공칭 등급 또는 공칭 선별 등급 중 적어도 하나에 대응하는 크기 분포를 갖는, 제14 실시 형태에 따른 복수의 형상화된 세라믹 연마 입자를 제공한다.
제16 실시 형태에서, 본 발명은 배킹에 접합된, 제14 실시 형태 또는 제15 실시 형태에 따른 복수의 형상화된 세라믹 연마 입자를 포함하는 코팅된 연마 용품을 제공한다.
제17 실시 형태에서, 본 발명은 제16 실시 형태에 따른 코팅된 연마 용품을 제공하며, 이는
적어도 부분적으로 배킹 상에 배치된 메이크 층; 및
적어도 부분적으로 메이크 층 상에 배치된 사이즈 층을 추가로 포함한다.
제18 실시 형태에서, 본 발명은 제16 실시 형태 또는 제17 실시 형태에 따른 코팅된 연마 용품을 제공하며, 여기서 코팅된 연마 용품이 적어도 부분적으로 사이즈 층 상에 배치된 수퍼사이즈 층을 추가로 포함하며, 수퍼사이즈 층은 연삭 보조제를 포함한다.
제19 실시 형태에서, 본 발명은 제16 실시 형태 또는 제17 실시 형태에 따른 코팅된 연마 용품을 제공하며, 여기서 코팅된 연마 용품에는 연삭 보조제를 포함하는 수퍼사이즈 층이 부재한다.
제20 실시 형태에서, 본 발명은 제16 실시 형태 또는 제17 실시 형태에 따른 코팅된 연마 용품을 제공하며, 여기서 코팅된 연마 용품에는 연삭 보조제가 부재한다.
본 개시 내용의 목적 및 이점은 하기의 비제한적인 예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 예에 인용된 특정 재료 및 그 양뿐만 아니라 다른 조건 및 상세 사항은 본 개시 내용을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예
달리 언급되지 않는 한, 실시예 및 명세서의 나머지 부분에서 모든 부(part), 백분율, 비 등은 중량 기준이다. 실시예를 제조하는 데 사용되는 다양한 원료의 요약이 (하기) 표 1에 제공된다.
[표 1]
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형상화된 세라믹 연마 입자의 제조
CSAP1의 제조
CSAP1의 형상화된 연마 입자를 하기 레시피를 사용하여 베마이트 졸-겔을 준비함으로써 제조하였다: 상표명 "디스페랄"인 산화알루미늄 1수화물 분말 (1600 중량부, 텍사스주 휴스턴 소재의 사솔 노스 어메리카로부터)을, 물 (2400 중량부)과 70% 수성 질산 (HNO3 72 중량부)을 함유하는 용액 내에서 11분 동안 고 전단 혼합함으로써 분산시켰다. 얻어진 졸-겔을 코팅 전에 적어도 1시간 동안 에이징하였다(aging). 졸-겔을 깊이가 28 밀 (0.71 mm)이고 각각의 측면(side)이 110 밀 (2.78 mm)인 정삼각형인 형상화된 몰드 공동을 갖는 생산 도구 내로 밀어 넣었다. 몰드의 측벽과 하부 사이의 각은 98도였다. 메탄올 중 1% 땅콩유인 몰드 이형제를 사용하여 약 0.5 mg/in2 (0.08 mg/㎠)의 땅콩유가 제조 공구에 적용되는 상태로 제조 공구에 코팅하였다. 제조 공구의 시트를 공기 대류 오븐에서 45℃에서 5분 동안 둠으로써 과량의 메탄올을 제거하였다. 졸-겔을 퍼티 나이프(putty knife)로 공동 내로 밀어 넣어 제조 공구의 개구를 완전히 충전하였다. 졸-겔 코팅된 제조 공구를 적어도 45분 동안 45℃에서 공기 대류 오븐 내에 배치하여 건조시켰다. 제조 공구를 초음파 혼(ultrasonic horn) 위로 통과시켜 제조 공구로부터 형상화된 전구체 연마 입자를 제거하였다. 형상화된 전구체 연마 입자를 약 650℃에서 하소시킨 후, 1.2% MgO, 1.2% Y2O3 및 2.4% La2O3의 혼합 질산염 용액으로 포화시켰다 (산화물로서 보고됨). 포화 형상화된 전구체 연마 입자를 건조킨 후에, 입자를 다시 650℃에서 하소시켰으며, 약 1400℃에서 소결시켰다. 하소와 소결 단계를 회전식 튜브 킬른(rotary tube kiln)을 사용하여 실시하였다. 얻어진 형상화된 세라믹 연마 입자는 킬른을 실온의 공기로 여기시켰으며, 여기서 이를 금속 용기에 수집하고 실온으로 냉각시켰다.
CSAP2의 제조
생산 도구 공동이 도 1에 도시된 바와 같은 삼각 프리즘 특징부를 갖는 형상화된 세라믹 연마 입자의 결과라는 것을 제외하고는 CSAP2를 CSAP1과 동일하게 제조하였다. 여기서, 형상화된 세라믹 연마 입자의 V-홈은 3회 회전 대칭 축을 갖고, 공칭 깊이가 0.249 mm이며, 각각의 측면 길이의 공칭 길이가 2.189 mm이고 공칭 입자 두께가 0.794 mm이다.
연마 디스크 제조
비교예 A
0.83 mm(33 밀)의 두께를 갖는 가황된 섬유 배킹 (독일 트로이스도르프 소재의 다이노스 게엠베하(DYNOS Gmbh)로부터 "다이노스 벌커나이즈드 파이버(DYNOS VULCANIZED FIBRE)"로 입수됨)의 7-인치 디스크 ((17.8 cm) 직경 및 7/8-인치 (2.2-cm) 직경의 아버 홀)를, 49.15 중량부의 레졸 페놀 수지, 40.56 중량부의 충전제, 0.1 부의 계면활성제1 및 10.19 중량부의 물로 이루어진 메이크 코트 조성물의 3.5 그램/디스크 (g/디스크)로 코팅함으로써 비교예 A의 연마제 디스크를 제조하였다. 이어서, 디스크를 연마 입자 CSAP1의 15.0 g/디스크, 이어서 29.42 중량부의 레졸 페놀 수지, 50.65 중량부의 연삭 보조제 1, 1.81 중량부의 계면활성제 1 및 18.12 중량부의 물로 이루어진 사이즈 코트 조성물의 13.0 g/디스크로 정전 코팅하였다. 이어서, 디스크를 90℃에서 90분 동안 가열하였다. 이어서, 부분적으로 경화된 디스크를 30.96 중량부의 에폭시 수지, 56.34 중량부의 연삭 보조제 2, 0.78 부의 계면활성제 2, 0.36 부의 경화제, 0.04 부의 소포제 및 11.52 중량부의 물로 이루어진 10 그램의 수퍼사이즈 코트로 추가로 코팅하였다. 102℃에서 10시간 동안 경화한 후에, 얻어진 연마제 디스크를 구부렸다.
비교예 B
비교예 B의 연마제 디스크를 수퍼사이즈 코팅을 적용하지 않은 것을 제외하고는 비교예 A의 것과 동일하게 제조하였다.
실시예 1
실시예 1의 연마제 디스크를 연마 입자 CSAP1 대신에 연마 입자 CSAP2를 사용한 것을 제외하고는 비교예 B의 것과 동일하게 제조하였다.
연삭 시험
실시예 1, 비교예 A 및 비교예 B의 연마 디스크를 하기 절차를 사용하여 시험하였다.
7-인치(17.8 ㎝) 직경의 연마 디스크를 7-인치(17.8 ㎝) 립형 디스크 패드 면 플레이트(미네소타 세인트 폴 소재의 3M 컴퍼니로부터 입수된 80514 엑스트라 하드 레드(Extra Hard Red))가 설치된 회전식 연삭기에 부착하였다. 이어서, 연삭기를 작동시켰고, 12 lb(5.5 ㎏)의 하중 하에서 0.75 인치 × 0.75 인치(1.9 ㎝ × 1.9 ㎝) 단면적의 사전 칭량된 304 스테인리스강 바아 (공작물)의 단부 면에 대항하여 연삭 디스크를 가압시켰다. 이러한 하중 하에서 이러한 공작물에 대항하는 연삭기의 결과적인 회전 속도는 5000 rpm이었다. 공작물을 이들 조건 하에서 총 20회의 10초 연삭 간격 (사이클) 동안 연마하였다. 각각의 10초 사이클에 이어, 공작물을 실온으로 냉각시켜, 제거된 강의 양을 결정하기 위해 칭량하였다. 시험 결과 (4개의 디스크의 평균)를 도 8의 총 절단량으로서 보고하였다.
연삭 시험을 1045 탄소강 공작물 (50 사이클 수행함, 도 9에 결과를 보고함) 및 716 인코넬 합금 공작물 (16 사이클 수행함, 도 10에 결과를 보고함)을 사용하여 반복하였다.
특허증을 위한 상기 출원에서 인용된 모든 참고 문헌, 특허 또는 특허 출원은 전체적으로 일관된 방식으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 포함된 참고 문헌의 부분과 본 출원 사이에 불일치 또는 모순이 있는 경우, 전술한 설명의 정보가 우선할 것이다. 당업자가 청구된 본 개시 내용을 실시할 수 있게 하도록 주어진 전술한 설명은 청구범위 및 그에 대한 모든 등가물에 의해 규정되는 본 개시 내용의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (20)

  1. 형상화된(shaped) 세라믹 연마 입자로서,
    외주를 갖는 기저면(base surface);
    외주에 인접하는 연속적인 측벽 (여기서 각각의 연속적인 측벽은 외주에 인접하고, 연속적인 측벽은 집합적으로 외주의 전체에 인접하며, 연속적인 측벽의 인접한 쌍은 각각의 코너 에지를 따라 서로 인접함); 및
    연속적인 소면(facet)을 포함하는 다면으로 형성된 면(multifaceted surface) (여기서, 다면으로 형성된 면은 연속적인 측벽에 의해 기저면로부터 이격되고, 적어도 하나의 V자형 홈은 코너 에지의 제1 코너 에지로부터 다면으로 형성된 면을 거쳐, 코너 에지의 제1 코너 에지와 접촉하지 않는 연속적인 측벽 중 하나로 연장됨)으로 경계지어지며,
    여기서 총 면적을 기준으로, 다면으로 형성된 면의 10% 미만이 기저면에 평행인, 형상화된 세라믹 연마 입자.
  2. 제1항에 있어서, 기저면이 실질적으로 평면인, 형상화된 세라믹 연마 입자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기저면이 삼각형인, 형상화된 세라믹 연마 입자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 V자형 홈이 공통점(common point)에서 교차하는 3개 이상의 V자형 홈을 포함하는, 형상화된 세라믹 연마 입자.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 총 면적을 기준으로, 다면으로 형성된 면의 1% 미만이 기저면에 평행하는, 형상화된 세라믹 연마 입자.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 다면으로 형성된 면 중 아무 것도 기저면에 평행하지 않는, 형상화된 세라믹 연마 입자.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 다면으로 형성된 면이 연속적인 소면을 연속적인 측벽의 4배 이상으로 포함하는, 형상화된 세라믹 연마 입자.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 다면으로 형성된 면과 연속적인 측벽은 집합적으로 6개 이상의 커스프(cusp)를 한정하는, 형상화된 세라믹 연마 입자.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 다면으로 형성된 면이 연속적인 측벽과 접촉하지 않는, 중심에 배치된 피라미드를 포함하는, 형상화된 세라믹 연마 입자.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 다면으로 형성된 면이 연속적인 소면으로 구성되는, 형상화된 세라믹 연마 입자.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 다면으로 형성된 면이 몰딩 공정에 의해 형성되는, 형상화된 세라믹 연마 입자.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 연속적인 측벽이 기저면으로부터 멀어지는 방향으로 뻗을수록 안쪽으로 테이퍼링되는(taper), 형상화된 세라믹 연마 입자.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 형상화된 세라믹 연마 입자가 알파 알루미나를 포함하는, 형상화된 세라믹 연마 입자.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 복수의 형상화된 세라믹 연마 입자.
  15. 제14항에 있어서, 연마제 산업에서 규정된 공칭 등급 또는 공칭 선별 등급 중 적어도 하나에 대응하는 크기 분포를 갖는, 복수의 형상화된 세라믹 연마 입자.
  16. 배킹에 접합된, 제14항 또는 제15항에 따른 복수의 형상화된 세라믹 연마 입자를 포함하는, 코팅된 연마 용품.
  17. 제16항에 있어서,
    적어도 부분적으로 배킹 상에 배치된 메이크 층(make layer); 및
    적어도 부분적으로 메이크 층 상에 배치된 사이즈 층(size layer)을 추가로 포함하는, 코팅된 연마 용품.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 코팅된 연마 용품이 적어도 부분적으로 사이즈 층 상에 배치된 수퍼사이즈 층(supersize layer)을 추가로 포함하며, 수퍼사이즈 층은 연삭 보조제를 포함하는, 코팅된 연마 용품.
  19. 제16항 또는 제17항에 있어서, 코팅된 연마 용품에는 연삭 보조제를 포함하는 수퍼사이즈 층이 부재하는, 코팅된 연마 용품.
  20. 제16항 또는 제17항에 있어서, 코팅된 연마 용품에는 연삭 보조제가 부재하는, 코팅된 연마 용품.
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