KR20200143390A - SiC 결합 다이아몬드 경질 입자, SiC 결합 다이아몬드 입자로 형성된 다공성 성분, 그 제조 방법 및 그 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 SiC 결합 다이아몬드 경질 입자, SiC 결합 다이아몬드 입자로 형성된 다공성 성분, 및 그 제조 방법과 그 용도에 관한 것이다. 다이아몬드 경질 입자 및 성분은 30부피% - 65부피%의 다이아몬드, 70부피% -35부피%의 SiC, 및 0% 내지 30 부피%의 Si의 조성으로 구성되며, 성분은 10% 내지 40%의 범위의 다공성(porosity)를 갖는다.

Description

SiC 결합 다이아몬드 경질 입자, SiC 결합 다이아몬드 입자로 형성된 다공성 성분, 그 제조 방법 및 그 용도
SiC 결합 다이아몬드 경질 입자, SiC 결합 다이아몬드 입자로 형성된 다공성 성분, 및 그 제조 방법과 그 용도에 관한 것이다.
일반적으로, 다양한 경질 물질 입자는 단독으로 또는 과립 물질의 형태로 또는 다양한 응용 분야, 특히 연삭(grinding) 형태의 재료 제거 가공을 위한 물질 매트릭스 형태로 매립된다. 사용되는 경질 물질 입자 중에는 경도(hardness)가 매우 높은 것으로 알려진 다이아몬드 입자가 있다. 그러나, 다이아몬드만으로도 다양한 응용분야에서 불리할 수 있는 단점이 있는 바, 예를 들어, 열 순환 응력(thermal cycling stresses)이나, 매트릭스 재료의 결합 특성이 있는 경우에 그렇다. 더욱이, 다이아몬드 입자는 특정 환경 조건에서 화학적으로 분해되거나 매트릭스 또는 물질 합성물(material composite)에서 분리될 수도 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 다이아몬드 입자로 형성된 직선형 과립(straight granules)에 비해 개선된 특성을 갖고 특정 사용 분야에 맞출 수 있는 과립(granules) 또는 성분(components)을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 경질 물질 입자, 청구항 14의 특징을 갖는 성분에 의해 달성된다. 청구항 4는 경질 물질 입자의 생산 공정을 정의하고, 청구항 16은 성분을 정의한다. 청구항 23은 경질 물질 입자 및 성분의 용도에 관한 것이다. 유리한 구성 및 개발은 종속 청구항에서 식별된 기능에 의해 구현될 수 있다.
본 발명은 SiC 결합 다이아몬드로 구성된 초 경질 연마재(super-hard abrasive materials)를 제공할 수 있다.
본 발명의 경질(hard material) 입자는 SiC 결합 다이아몬드로 형성되었으며 20μm 내지 5 mm의 입자 크기로 수득될 수 있다. 경질 입자는 30부피% - 65부피%의 다이아몬드, 70부피% - 35부피%의 SiC 및 0부피% 내지 30부피%의 Si로 형성된다. 40부피%- 60부피%의 다이아몬드, 60부피% - 40부피% 의 SiC 및 2부피% 내지 20부피%의 Si가 바람직하다.
다이아몬드 입자의 입자 크기 분 포는 경질 입자 내 서로 결합된 다이아몬드 입자의 패킹 밀도(packing density)를 높이기 위해 다중 모드(multimodal)일 수 있다.
유리한 미세 분획(fine fraction)은 거친 다이아몬드 입자 분획(coarse diamond particle fraction) 직경의 0.1 내지 0.3배 크기를 갖고 거친 입자 크기 분획의 5부피% 내지 50 부피%의 비율을 갖는 것이다. 유리하게는, 5부피% 내지 30부피%의 거친 입자 크기 분획이 다중 모드 입자 크기 분획에 사용되어야 한다.
다이아몬드 입자는 개별 경질 입자 내 표면 영역에서 열 처리에 의해 형성된 SiC 및 Si에 응집 결합된다.
동시에, 다이아몬드 입자의 전체 표면 영역은 반응에 의해 형성된 SiC에 응집적으로 결합될 필요가 없고 유리하게는 안된다. 결과적으로 충분히 높은 기계적 응력(mechanical stress) 하에서 파단(fracture)이 발생할 수 있는 의도 된 파단 부위(fracture sites)를 효과적으로 형성하는 것이 가능하다. 예를 들어, 연마(grinding)에 의한 가공의 경우, 다이아몬드 입자 및/또는 SiC 영역이 응집성 복합재(cohesive composite)에서 깨질 수 있으며, 이는 연마 가공(grinding)에 유리한 효과를 가질 수 있다.
물질에서 다이아몬드 입자의 중간 입자 크기 d50은 5μm-500μm, 바람직하게는 5μm-100μm 범위 내에서 유지 되어야 한다. 경질 입자에서 다이아몬드 입자의 입자 크기 분포는 패킹 밀도를 높이기 위해 다중모드일 수 있다. 따라서 적어도 2개의 다른 입자 크기 분획을 사용하는 것이 가능하다.
다이아몬드 입자의 하나의 미세 입자와 하나의 거친 입자 크기 분획이 있는 것이 특히 유리하다. 더 미세한 입자 크기 부분은 거친 입자 크기 부분의 직경의 0.1 ~ 0.3 배 크기를 가져야 하며 거친 입자 크기 부분의 부피 기준으로 5~50부피%의 비율로 경질 입자에 존재해야 한다. 특히 5부피% 30부피%의 거친 입자 크기 분획을 관찰하는 것이 매우 유리하다.
과립 물질의 제조 과정은 다이아몬드 입자와 유기 결합제를 포함하는 현탁액 또는 유기 결합제를 포함하는 현탁액 또는 분삭액이 있는 다이아몬드 입자를 사용하는 것이다. 과립화(granulating) 또는 건조 공정(drying process)에서, 다이아몬드 입자는 부분적으로 또는 완전히 코팅된다. 결과적으로 이들은 과립화된 형태로 함께 유지된다.
무산소 대기에서 열처리하는 경우, 열분해(pyrolysis)가 이루어지며, 유기 결합제의 구성 성분이 열적으로 분해되고 열분해 과정에서 유기 결합제로부터 현장에서 형성된 탄소가 다이아몬드 입자의 표면에 유리 형태로 침착된다.
이 열처리(silicization) 동안 또는 추가된 미분(perverulent) 실리콘을 사용한 후속 2차 열처리에서 규화(silicization)이 수행된다. 미분 실리콘은 규화전에 첨가될 수 있다.
30부피%-65부피%의 다이아몬드, 70부피%-35부피%의 SiC 및 0% 내지 30 부피%의 Si로 형성된 경질 입자를 수득하기 위하여, 실리콘 카바이드(silicon carbide)는 다이아몬드 입자 표면에 증착된 탄소와 화학 반응에 의해 형성된다.
수득된 다이아몬드 과립은 미분 실리콘 및/또는 선택적으로 추가된 미립자 스페이서(particulate spacers)와 혼합되어 과립이 최소환의 정도로만 파괴되고, 적어도 영역에서 다이아몬드 입자를 분리해야 한다. 이는 강렬한 분쇄 등을 하지 않고 얻은 SiC 결합 경질 다이아몬드 물질 입자의 개별화를 단순화하거나 가능하게 하여 플랜트(plant)에 심각한 마모를 초래할 수 있다.
다이아몬드 입자가 코팅되거나 현탁액이 존재하는 유기 결합제 및/또는 그 양은 유기 결합제가 사용된 다이아몬드 입자의 총 질량에 대해 1.5질량% 내지 20질량%의 비율의 탄소원으로 사용되도록 선택 되어야 한다. 다이아몬드 입자의 결합에 사용되는 SiC는 본질적으로 열분해에서 방출된 탄소와 실리콘의 화학 반응에서 얻어진다. 이것은 이렇게 얻어진 경질 입자의 특성을 다음과 같이 향상시킨다:
- 향상된 열 안정성,
- 경질 입자의 제어 가능한 파단 특성 (상대적으로 큰 촉매 잔류물 (Fe, Ni)을 포함하는 다이아몬드)이 사용되는 경우, 이들은 내부적으로 약화되고 1425℃ 에서 1650℃ 사이의 규화온도(silicization temperature) 변화에 의해 사용 조건에서 다이아몬드 입자의 파괴를 제어할 수 있다 (높은 온도는 낮은 온도에서의 파괴를 유도함).
- >1525℃의 온도에서 규화의 유지 시간을 연장함으로써, SiC 매트릭스에 다이아몬드 입자의 통합에 영향을 미칠 수 있다. 상대적으로 긴 기간의 고온은 심각한 마찰 응력(tribological stress) 하에서 다이아몬드 입자의 더 빠른 분리로 이어진다. 20분의 유지시간 동안 1650℃에서 규화(silicization)하는 경우 다이아몬드가 아닌 탄소의 계면은 >50nm의 두께로 형성된다. 이 결과 SiC 결합이 부분적으로 끊어지면 다이아몬드 입자가 방출된다. ≤1600℃에서 규화 및 ≤60분(min)의 규화시간의 경우, 다이아몬드 입자가 확고하게 결합되어 단단한 SiC 결합이 부분적으로 끊어진 경우에도 다이아몬드 입자가 깨지지 않는다. 이러한 경질 입자에 대해 >40-45GPa의 적분 누프 경도(Integral Knoop hardnesses)를 측정할 수 있다.
다이아몬드 입자와 SiC 및 Si 사이의 결합 강도가 감소하면, 경질 입자가 연삭 가공(machining by grinding)에 사용될 때 때때로 긍정적인 영향을 미친다.
반응에 의해 형성된 SiC 결합뿐만 아니라, 경질 입자의 다이아몬드 입자는 반응적으로 전환되지 않는 Si 에 추가로 응집 결합될 수 있다. 그런, 이 자유 Si는 일반적으로 nm ~μm 두께의 SiC층으로 다이아몬드와 분리된다.
유리하게는, 다이아몬드 입자 표면의 90%이하, 특히 유리하게는 80% 이하가 SiC 및 Si에 응집 결합되어야 한다. 이를 위해, 첨가되는 유기 결합제(organic binder) 및 실리콘의 양과 유형이 이에 따라 선택될 수 있다. 유기 결합제는 SiC의 반응성 현장(in situ)에 형성을 위한 주요 탄소 공급원을 형성한다. 또한, SiC를 제공하기 위해 침투하는 동안 다이아몬드 입자와 SiC의 표면 반응이 있다. 이것은 다이아몬드 입자의 SiC에 대한 확고한 화학적 부착(attachment)를 보장한다. 바인더(binder)의 탄소는 반응하는 다이아몬드의 비율을 줄이므로 더 높은 다이아몬드 함량을 수득할 수 있다.
반응은 바람직하게는
Figure pct00001
-SiC의 형성을 초래한다. 과립 물질에 혼합된 모든 SiC (일반적으로 저렴한 α-SiC)는 또한 형성된 SiC 매트릭스/네트워크에 통합될 수 있다. 그러나 이것은 다이아몬드 입자의 밀도를 감소시키므로 일반적으로 이것을 혼합해도 이점이 없다. 그러나 특정 적용의 경우, 특히 가격을 낮추기 위해 α-SiC를 추가할 수 있다.
경질 입자는 팬 과립기(pan graunlator)를 사용하거나, 예를 들어 Eirich mixer에서 또는 유동층(fluidized bed) 또는 분무과립(spray granulation)을 통해 유기 결합제 및 용매 함량의 최소한의 비율로 과립화하여 생성할 수 있다. 다른 가능성은 과립 물질을 압축한 다음 분쇄하는 것이다. 이는 더 높은 다이아몬드 입자 밀도를 수득할 수 있다.
400℃-1400℃의 불활성 대기(inert atmosphere)에서 열분해된 유기 결합제는 열분해된 상태의 다이아몬드 함량을 기준으로 1.5질량%-20질량%의 비 다이아몬드 탄소 함량으로 이어질 수 있다.
개별 규화 경질 입자의 입자 크기 분포는 분류/분쇄(comminution) (예: 체질(sieving))를 통해 정제하고 요구사항에 맞출 수 있다. 분류에 앞서, 예를 들어, 조 크러셔(jaw crusher)를 사용하여 기계적 개별화(mechanical individualization)를 수행할 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 유기 결합제는 유기 화합물 또는 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol), 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 당, 셀룰로오스, 및 페놀 수지로부터 선택된 혼합물일 수 있다. 여기서 "바인더"라는 용어는 사용된 유기 성분에 대한 총칭인 것으로, 과립 상태의 다이아몬드 입자간의 결합이 주요 기능이기 때문이다. 유기 성분은 실제 결합뿐만 아니라, 분산제, 습윤제, 가소제(예: PEG), 소포제를 포함할 수도 있다.
단단한 물질 입자는 실리콘으로 침투합니다. 이를 위해, 과립 물질은 5μm-1000μm의 범위, 바람직하게는 10 μm-150 μm의 범위, 그리고 10 μm-150 μm의 범위, 다이아몬드 입자의 함량의 10부피%-200부피%, 바람직하게는 20부피%-100부피%인 중간 입자 크기 d50의 Si 분말을 이용한 열처리에서 열분해 전 또는 바람직하게는 열분해 후 과립 물질을 형성한 다이아몬드 입자 및 유기 결합제와 첨가 및 혼합 될 수 있다.
실리콘 분말은 개별 과립 사이의 충분한 거리를 확보하기 위하여, 바람직하게는 다이아몬드 입자와 유기 결합제로 형성된 과립 물질의 과립의 입자 크기의 5μm 내지 2배의 입자 크기를 가져야 한다. 거리는 규화 후 문제없이 분쇄에 유리하다. 실리콘 함량은 반응성 결합을 수행하는데 필요한 것의 두배를 초과하지 않는다. 더 좋은 양은 1.5배 또는 심지어 1.1배이다.
침윤(infiltration)은 열분해가 또한 수행되는 열처리에서 수행 될 수 있거나, 그렇지 않으면 두번째로 수행 된 후속 열 처리에서 수행 될 수 있다. 추가 열처리에서는 최대 온도 1650℃, 보다 바람직하게는 진공 조건을 준수해야 한다.
거친 실리콘 분말을 사용하는 것도 가능하다. 그러나 이 경우 과립 SiC 다이아몬드 재료의 부피가 10부피%-30부피% 인 5 μm-20 μm 범위의 미세 실리콘 분말의 입자 크기 비율을 추가로 사용해야 한다. 이 미세 부분은 원래 Si 입자의 나머지 다공성 산화물/SiC 표면층 덕분에 SiC 결합 경질 다이아몬드 재료 입자의 문제없는 개별화 옵션을 가능하게 한다.
규화(silicization) 후 SiC 결합 경질 다이아몬드 입자를 쉽게 개별화할 수 있도록, Si에 의해 쉽게 습윤되지 않고, Si와 합금을 형성하지 않으며, 규화 또는 열분해 이전에 스페이서로서 Si와 반응하지 않는 성분을 혼합할 수 있다. 이러한 화학 원소 또는 화합물은 과립이 서로에 대한 단단한 결합(고착(sticking))을 최소화하기 위해 코팅에 사용될 수 있다. 이를 위해, 화학 원소 또는 화합물은 바람직하게는 BN, Si3N4, AlN, Al2O3, SiO2, ZrO2 및 질화물, 전이 금속의 탄화물, 특히 주기율표 4 및 5 족 (특히 Ti, Zr , Hf, V, Nb)에서 선택될 수 있다.
이 방법은 반응성 결합에 필요한 Si가 이미 과립 물질에 추가되고 규화 중에 과립 물질에 외부적으로 추가될 필요가 없는 경우 특히 효과적이다.
SiC 또는 SiC-SiO2 쉘(shells)이 실리콘 입자 주변에 남아있을 수 있으므로, Si 입자가 과립 물질에 혼합되었을 때, 규화 과립 축적물은 어려움 없이 분쇄한 다음 분류할 수 있다 (예 : 조 크러셔(jaw crusher), 체(sieve), 바람체(wind-sifter) 등)
결과적인 SiC 결합 경질 입자는 규화 후에도 여전히 응집될 수 이 ㅆ다. 따라서, 일반적으로 기계적으로 분쇄한 다음 분류해야 한다 (예 : 조 크러셔, 볼 밀(ball mill), 체(sieve), 바람체(wind-sifter) 등). 위에서 설명한 조치 덕분에 이는 식물에 큰 마모(abrasion) 및 마모(wear) 없이도 가능하다.
또한 과량의 Si는 실온에서 알칼리 용액 (예: 20% NaOH)으로 부분적으로 또는 전체적으로 침출(leached)되거나 60℃에서 끓는점까지의 범위에서 상승할 수 있다. 이것은 또한 경질 입자의 개별화로 이어질 수 있다.
생성된 경질 입자는 연마재로 활용될 수 있지만, 경질 입자로 다른 매트릭스 물질에 도입될 수 있으므로, 새로운 플라스틱-, 금속-, 또는 세라믹 결합 연마 매체/휠이 생성될 수 있다.
SiC 결합 경질 다이아몬드 입자는 예를 들어, 유리 매트릭스 또는 금속 매트릭스로 처리되어 연마 휠을 제공할 수 있다. 본 발명의 경질 물질(hard materials)는 더 나은 연마 특성의 이점뿐만 아니라, 순수한 다이아몬드에 비해 더 큰 열 안정성의 이점을 갖는다.
SiC 결합 경질 다이아몬드 입자는 일반적인 세라믹 기술에 따라 매트릭스 물질에 도입될 수 있다. 이러한 경질 입자는 성형전에 건조된 과립 물질로 별도로 혼합될 수도 있다. 이들은 대안적으로 출발 조성물에 공급된 다음 적절한 표준 세라믹 성형 기술, 예를 들어, 펠릿화, 프레싱, 슬립 캐스팅, 압출, 사출 성형, 핫 캐스팅 또는 적층 제조 방법에 의해 추가로 처리될 수 있다.
SiC 결합 경질 다이아몬드 입자는 기본적으로 다이아몬드 및 SiC 로 구성되기 때문에, 순수한 과립 다이아몬드 물질과는 다른 파단 특성(fracture characteristics)를 갖는다. 결과적으로, 본 발명의 과립 재료로 형성될 수 있는 연마 휠은 순수한 다이아몬드로 형성된 것보다 특정 조건에서 더 효과적이다.
SiC 결합 경질 다이아몬드 입자의 파단 특성은 조정할 수 있다. 또한, 경질 입자의 파단 특성을 조정할 수 있도록 다른 다이아몬드 품질을 사용할 수 있다.
다이아몬드 입자와 SiC의 결합은 열 처리를 통해 조정할 수 있다. 상대적으로 큰 촉매 잔류물(Fe, Ni)을 포함하는 다이아몬드 입자를 사용하면, 내부적으로 약화될 수 있으며, 사용조건(높은 온도는 낮은 부하에서 파단을 야기함)에서 다이아몬드의 분해를 제어하기 위해 1425℃ 및 1650℃ 사이의 규화 온도를 변경함으로써 가능하다.
>1550℃ 의 온도에서 구화의 유지 시간을 연장함으로써, SiC 매트릭스에서 다이아몬드 입자의 결합에 영향을 미칠 수 있다. 더 긴 시간과 더 높은 온도는 심한 마찰 응력(tribological stress)하에서 다이아몬드의 더 빠른 분리로 이어진다. 20분의 유지시간으로 1650℃에서 규화하는 경우에, 다이아몬드가 아닌 탄소의 계면은 50nm이상의 두께로 형성될 수 있다. 이것의 효과는 SiC의 결합이 부분적으로 끊어지면 다이아몬드 입자가 방출된다는 것이다. ≤1660℃에서의 규화 및 <60분 규화시간의 경우, 다이아몬드 입자가 견고하게 결합되어, SiC 결합이 부분적으로 끊어진 경우에도 다이아몬드 입자가 떨어지지 않는다. 이러한 경질 입자에 대해 >40GPa-45GPa의 적분 Knoop 경도를 측정할 수 있다.
특정 연마 용도의 경우, 정의된 모양의 SiC 결합 경질 다이아몬드 물질 입자가 유리하다. 특히, 압축 또는 캐스팅 방법(casting method) 또는 프레싱과 같은 세라믹 성형 방법에 의해, 입자는 규화전에 특히 압출 또는 캐스팅 방법에 의해 원하는 모양, 바람직하게는 구형, 원통형, 프리즘형, 피라미드형으로 될 수 있다.
경질 입자는 또한 강성, 경도 또는 내마모성을 높이기 위해 다른 물질과의 혼합물로서 사용될 수 있다, 이것은, 예를 들어, 입자 강화용 금속 또는 붕괴 방지 기능이 있는 기타 재료(예: 콘크리트), 또는 수명이 매우 긴 거친 표면을 만들기 위해, 예를 들어, 안전 관련 지역 내 습한 조건에서 미끄러짐을 방지하기 위해 활용할 수 있다.
규화를 통해, 다이아몬드 입자로 형성된 응집체(agglomerate)를 SiC 로 둘러싸는 것이 가능하다. 결과적으로 연마 입자는 열 안정성이 높거나 산화 또는 금속 매트릭스와의 상화작용에서 훨씬 더 안정적이다. 이는 경질 입자를 중요한 매트릭스 재료(예: 초경합금(cemented carbide), Al2O- 등)에 통합하는 것을 개선한다.
내부가 속이 비어있는 경질 입자는 입자 크기가 50μm-150μm 범위인 실리콘 입자에 다이아몬드 입자뿐만 아니라 유기 결합제를 포함하는 현탁액을 적용하거나, 또는 다이아몬드 입자, 유기 결합제 뿐만 아니라, 열처리하에서 분해되는 미분 고분자 물질, 바람직하게는 폴리우레탄, 열분해 및 SiC의 반응성 형성이 있는 열처리가 뒤따르는, 을 포함하는 현탁액의 사용으로 생성할 수 있다. 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 또는 전분(starch)도 바람직하게는 고분자 물질로 첨가될 수 있다. 고분자 물질은 열처리 전에 30μm 에서 100μm 범위의 중간 입자 크기 d50으로 첨가되어야 하며 열처리에서 열분해되어야 한다.
다이아몬드 입자와 특히 SiC와 가능하면 Si와의 응집 결합의 강도도 이러한 방식으로 감소하기 때문에, 이러한 형태의 경질 입자는 또한 연삭 가공(machining by grinding)에 사용되는 유리한 특성을 가지고 있다. 이는 연삭 가공 중에 다이아몬드 입자의 개선된 파괴(breakout)을 가질 수 있으며 이는 새로운 에지 형성으로 인해 유리한 효과가 있다. 이 효과는 이미 설명된 바와 같이 응집 결합이 형성된 감소된 표면 영역을 사용하는 경우와 유사하다.
또는 SiC 결합 다이아몬드에서 다공성 성분으로 연마휠을 직접 생산할 수 있다. 이러한 성분은 10% 내지 40%, 바람직하게는 10% 내지 30% 범위의 다공성, 10㎛ 내지 100㎛, 바람직하게는 20㎛ 내지 50㎛의 평균 기공 크기를 갖는다. 그들은 30부피%-65부피%의 다이아몬드, 70부피%-35부피%의 SiC 및 1부피% 내지 30부피%의 Si로 구성되며, 바람직하게는 40부피%-60부피%의 다이아몬드, 60 부피%-40부피%의 SiC 및 2부피% 내지 20부피%의 Si로 구성되며, 존재하는 다이아몬드 입자는 5㎛ 내지 500㎛ 범위, 바람직하게는 30㎛-100㎛ 범위, 더 바람직하게는 > 50㎛ 내지 200㎛ 범위의 평균 입자 크기를 갖는다.
SiC 결합 다이아몬드 입자로 형성된 물질은, 예를 들어, 20%부피-50% 부피의 적어도 하나의 부드러운 상이 마찰(tribological) 또는 마모 스트레스(abrasive stress)의 경우 1 차 마모를 겪고 따라서 재료에 기공을 생성하고, 10 μm-50 μm, 바람직하게는 15 μm-30 μm 또는 10 μm-20 μm의 경질 물질 입자의 평균 입자 크기로 형성될 수 있다. 이 실행은 SiC 결합 다이아몬드로 만든 연마 휠에 특히 유용하다.
다이아몬드 입자 및 SiC에 비해 기계적 강도가 낮은 이 연질 상(soft phase)들은 부분적으로 소결될 수 있는 비다이아몬드 탄소, BN, Si3N4와 Al2O-3, Ehsms 전이 알루미나, 불침투성 다공성 유리 비즈드, 상이한 도펀트의 다양성을 갖는 고 융점 규화물 또는 붕화물(예를 들어, TiSi2, MoSi2, WSi2, TiB2, W2B5, WB2, ZrO2), 하나 이상의 다른 고융점 산화물 또는 규산염(예: MgO, 활석(talc)), 하나 이상의 전이 금속 카바이드 또는 옥시카바이드 또는 기타 질화물, 또는 붕화물, 특히 주기율표 4및 5족(특히, Ti, Zr, Hf, V, Nb)일 수 있다. 이러한 맥락에서 다공성은 제품에서 동일한 결과를 가져올 수 있기 때문에 상(phase)으로 간주될 수 있다.
바람직하게는 20부피%-30부피%의 이/이러한 상(다이아몬드에 추가하여, SiC 및 Si)이 재료에 존재할 수 있다. 성분은 또한 다이아몬드 입자가 SiC, 유기 결합제 및 유기 물질 입자, 바람직하게는 기공 형성제로서의 미분 중합체, 특히 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 또는 전분과 혼합되는 방식으로 생성될 수 있다. 바람직하게는 열처리 이전에 성형 공정에 의해 성형되고 30μm 내지 100μm범위의 중간 입자 크기 d50을 갖는다. 이 성형체는 무산소 대기에서 열처리를 거치며, 여기서 유기 성분은 열분해되고 열분해 과정에서 유기 결합제로부터 현장에서 형성된 탄소가 다이아몬드 입자의 표면에 유리 형태로 증착된다. 이 열처리 동안 또는 외부 공급된, 바람직하게는 미분 실리콘을 사용한 후속 2 차 열처리에서 규화가 수행된다. 성분 물질은 30 부피 %-65 부피 % 다이아몬드, 70 부피 %-35 부피 % SiC 및 0 부피 % 내지 30 부피 % Si의 조성 및 10 %-40 %범위의 다공성을 갖도록 실리콘 카바이드(silicon carbide)는 다이아몬드 입자와 다이아몬드의 표면에 증착된 탄소와의 화학 반응에 의해 형성된다.
유기 물질의 입자, 특히 미분 중합체는 부피 기준으로 20부피% 내지 40부피%의 범위의 비율로 여기에 추가 되어야 한다.
20μm-100μm 사이의 중간 입자 크기 d50을 갖는 실리콘 분말은 성형전에 성분의 생산을 위해 출발 물질에 혼합될 수 있으며, 입자 크기는 성형 중에 유지되므로 규화중에 기공이 형성된다.
그렇지 않으면, 성분의 생산에서, 특히 청구항 5 내지 7 및 청구항 8 내지 11 및 13의 일부의 특징과 관련된 경질 입자의 생산에도 사용될 수 있는 것과 동일한 매개 변수 및 절차가 선택될 수 있다.
연마 휠을 생산하기 위해, 규화 전에, 바람직하게는 열분해 전에 과립 물질은, 성형 공정, 예를 들어, 프레싱, 등압 프레싱, 압출 또는 캐스팅을 받아야 한다. 그 다음 규화가 뒤따르고, 이는 입자 내의 위에서 설명한 경질 입자에서와 같이 다이아몬드 입자를 SiC 매트릭스/프레임워크로 3차원적으로 결합시킨다. 마찰 또는 연마 응력 하에서 1차 마모를 겪고 따라서 재료에 기공을 생성하는 기공 형성제 또는 연질 상(soft phase)는 전형적인 세라믹 기술에 따라 매트릭스 물질에 도입될 수 있다. 이들은 또한 프레싱 이전에 건조된 과립 물질에 별도로 혼합될 수 있다.
적어도 다이아몬드 입자 및 유기 결합제로 형성된 과립 물질에 실리콘 또는 실리콘 입자를 원하는 기공 수에 상응하는 수와 크기로 공급할 수 있다. 열처리 중, 바람직하게는 감압 하에서 모세관 힘은 재료의 현장 침투를 초래할 수 있으며 실리콘을 외부에 추가할 필요가 없다.
기공 또는 이를 대체하는 더 빨리 마모되는 입자는 다음과 같이 생성될 수 있다:
1) 열분해되어 실리콘 침투를 방지하는 규화 과정에서 불침투성표면 층을 형성할 수 있는 기공 형성제(유기 입자, 예를 들어 PMMA, 전분, 폴리프로필렌, 폴리스티렌)의 공급이 가능하거나, Si에 쉽게 젖지 않는 표면, 예를 들어 BN 또는 SiO2를 제공하는 것이 가능하다.
2) Si 또는 실리사이드(silicide) 입자는 기공의 수에 상응하는 수와 크기로 과립 물질에 공급될 수 있다. 모세관 힘의 결과로 가공물(workpiece)는 열처리중에 현장(in situ)에서, 바람직하게는 감압하에 침투하며, 외부에서 Si를 추가할 필요가 없다.
3) 일반적인 세라믹 기술에 따라 더 빨리 마모되는 입자를 구성 재료에 도입할 수 있다. 이들 입자는 건조 형태로, 예를 들어 과립 다이아몬드 물질 또는 경질 입자 사이에서 또는 그렇지 않으면 출발 현탁액으로 혼합될 수 있다. 그 다음 열분해/규화에 의한 성형 및 추가 처리가 이어진다.
4) 완성된 형태의 본 발명의 SiC 결합 경질 다이아몬드 입자를 다이아몬드 입자 및 결합제와 혼합한 다음, 이들을 성형한 다음에 상응하게 열분해 및 규화하는 것도 가능하다. 목적에 필요한 Si는 외부로 공급되거나 다이아몬드 입자-결합제 혼합물, 현탁액에 직접 도입될 수 있다. 후자의 경우, Si 입자 크기는 원하는 기공 크기와 대략적으로 일치해야한다.
또한, 상온 또는 고온(60℃-끓는 온도)에서 알칼리성 용액(예를 들어, 20% NaOH)으로 과량의 Si를 부분적으로 또는 전체적으로 침출(leach out)하여 기공을 없앨 수 있다.
동일한 방법으로, SiC 결합 경질 입자의 다공성을 달성할 수 있다.
본 발명의 SiC 결합 과립 및 다공성 성분은 성분 상(on)/내(in)에 다층 형태로 사용될 수 있다. SSiC 또는 SiSiC 또는 단- 또는 장-섬유 강화 SiC 세라믹으로 구성된 기판은 더 높은 강성을 달성하거나 도구에 더 잘 결합하기 위해 경질 입자가 배열되고 고정될 수 있는 하층(underlayer)을 형성할 수 있다.
SiC 결합 경질 입자 또는 성분은 연마 매체 생산을 위한 연마 입자로 유리하게 사용될 수 있으며, 경질 입자 강화 성분은 보호 및 마모 방지 용도, 연마 매체, 장착 지점 또는 보호 및 내마모 용도로 사용될 수 있다.
본 발명은 이하 실시예에 의해 상세히 설명될 것이다.
도면은 다음을 도시한다:
도 1은 도식적인 형태로, SiC 결합 경질 다이아몬드 입자의 제조 수단을 도시하고,
도 2는 도식적인 형태로, 성분의 제조 수단을 도시한다.
도 1의 왼쪽 그림은 다이아몬드 입자와 열분해 결합제(다이아몬드의 두꺼운 검정색 윤곽선)으로 구성된 과립(granules)을 보여준다. 그들은 Si와 스페이서 S에 의해 분리된다. 이것은 SiC의 규화 및 반응성 형성 이전의 상태이다.
규화는 다이아몬드 입자의 표면과 부분적으로 다이아몬드에서 열분해로 형성된 미분 Si 및 유리질 탄소의 다이아몬드 입자를 통합하는 SiC 매트릭스를 형성한다. 규화후에도, 스페이서에 의해 분리되므로 쉽게 개별화된다.
도 2의 왼족 그림은 열분해 결합제를 사용하여 표면에 유리질 탄소 층이 있는 다이아몬드 입자로 구성된 혼합물로 구성된 성형체를 보여준다. 또한 기공 형성제로서 폴리우레탄(polyurethane) 입자 P가 존재한다.
도 2의 오른쪽 그림은 규화후의 상태를 보여준다. 다이아몬드 입자는 반응에 의해 형성된 SiC로 형성된 매트릭스에 매립된다. 매트릭스는 Si 섬(islands of Si)과 기공 Po(pores Po)를 포함한다. Si 및 기공 Po는 기계적 및/또는 마찰학적 스트레스(tribological stress)하에서 "의도된 파단 부위"를 효과적으로 형성하여, 다이아몬드 입자는 또한 SiC 잔류물과 함께 구성 재료에서 깨질 수 있으므로 사용 중에 연마 또는 마찰 요구 사항에 맞게 조정할 수 있다. 동시에, 기공은 연마재 또는 냉각제 또는 추가 연마재를 위한 저장소 역할을 할 수 있다.
예시 1(Example 1)
생산을 위해, 중간 입자 크기 d50이 50μm인 다이아몬드 분말을 유기 결합제와 함께 과립화한다. 다이아몬드 분말은 여기에서 수성 형태 또는 용매에서 유기 결합제와 함께 혼합되고 과립화 기술(granulation technique)(예: 분무 과립화(spray granulatlion), 유동층 과립화(fluidized bed granulation), 빌드업 과립화(buildup granulation), 등)에 의해 응집된다. 이렇게 수득된 과립 물질(과립물질)은 평균 입자 크기가 500μm이다. 생성된 과립은 이어서 800℃의 Ar 대기하에서 열분해되고 결합제의 유기 성분이 유리질 탄소로 전환된다. 이 유리질 탄소는 응집체의 과립 다이아몬드 또는 그 베드 사이의 결합제 상으로 기능하고 반응성 실리콘 침투 동안 추가로 반응하여 실리콘 카바이드(silicon carbide)를 생성한다. 규화는 벌크 재료(bulk material)의 1550℃의 진공 조건에서 수행된다. 이를 위해, 생성된 탄소로 코팅된 다이아몬드 과립은 중간 입자 크기 d50이 약 200μm인 거친 실리콘 분말과 중간 입자 크기 d50이 10μm인 미분 실리콘의 추가 미세 분획의 혼합물과 혼합된다. 실리콘 분말의 미세 분획은 여기서 주로 스페이서 역할을 하여 결정화된 실리콘 및 SiC로 형성된 개별 과립 사이의 브릿지 형성을 방지한다. 결과적으로, 조 크러셔(jaw crusher)에서 SiC 결합 경질 다이아몬드 입자를 쉽게 개별화한 다음, 체질(sieving)을 통해 분류할 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어 입자 크기가 450 μm에서 550 μm 사이 인 좁은 입자 크기 밴드(narrow grain size band)를 생성할 수 있다.
SiC 결합 경질 다이아몬드 물질 입자는 반응에 의해 형성된 다이아몬드 및 실리콘 카바이드와 반응하지 않고, 실리콘 카바이드를 생성하는 잔류 실리콘으로 구성된다.
예시 2(Example 2)
속이 빈 과립 비드 재료(granular bead material)의 생산을 위해 빌드업 과립화가 활용되어야 한다. 이를 위해 중간입자 크기 d50이 50μm인 다이아몬드 분말을 유기 결합제와 함께 현탁액에 분산시킨다. 그 후, 과립화(유동층(fluidized bed) 과립화) 동안 중간 입자 크기 d50이 100㎛ 인 거친 실리콘 입자에 과립화 중에 다이아몬드 입자 함유 현탁액을 분무함으로써, 빌드업 과립화를 통해 2성분 응집체를 얻는다.
수득된 과립(분말)은 500㎛의 중앙 입자 크기 d50을 가졌다. 이렇게 생성 된 과립(분말)은 결합제의 유기 성분이 유리질 탄소로 전환되면서 800℃의 비 산화 대기에서 열분해된다. 이 유리질 탄소는 이 유리질 탄소의 코팅이 형성된 표면에서 다이아몬드 입자 사이의 결합제 상으로 기능하며, 이 탄소는 반응성 실리콘 침투 동안 추가로 반응하여 실리콘 카바이드를 생성한다.
1550℃의 진공 조건에서 최종 열처리하는 동안 이렇게 얻은 과립 물질은 안쪽에서 바깥쪽으로 sylicized된다. 규화는 평균 입자 크기가 10 ㎛ 인 미분 실리콘의 추가 미세 부분을 추가하여 지원할 수 있다. 실리콘 분말의 미세한 부분은 다이아몬드, 결정화된 실리콘 및 SiC로 구성된 과립 사이의 브리지 형성을 방지하기 위해 주로 스페이서 역할을 한다.
사용된 빌드업 과립화 기술로 인하여, 내부에서 바깥쪽으로 규화하면 속이 빈 과립 재료가 형성된다. 생성된 과립은 반응에 의해 형성된 다이아몬드와 탄화 규소로 구성되며, 미 반응 실리콘의 잔류 가능성도 있다. 규화 후 분류하여 사용할 수 있다.
잔류하는 미 반응 Si는 교반하면서 1시간 이내에 60℃에서 20% NaOH에 용해될 수 있다.
예시 3(Example 3)
다공성 연마 다이아몬드 매체는 다이아몬드 함유 현탁액을 기준으로 생산된다. 이 현탁액에서는 중간 입자 크기 d50이 50 μm 및 5 μm 인 이중모드(bimodal) 다이아몬드 입자 크기 비율이 사용된다. 또한, 현탁액에 존재하는 추가 고체 성분은 100㎛의 중간 입자 크기 d50을 갖는 실리콘 분말이다. 사용된 스페이서는 중앙 입자 크기 d50이 200㎛인 폴리스티렌 분말이다. 다이아몬드 대 실리콘 대 폴리스티렌의 고체 비율은 부피 기준으로 2: 2: 1이다. 수성 현탁액(aqueous suspension)에 사용되는 결합제는 건조시 가교되는 수성 폴리비닐아세테이트 분산액(dispersion)이다.
현탁액 (suspension)은 슬립 캐스팅(slip casting)으로 가공 및 성형된다. 최종 열처리 동안, 다이아몬드-함유 성형품은 800℃dml 비 산화 대기에서 열분해된 이후 1550℃의 진공 조건에서 반응적으로 결합된다. 열분해과정에서, 유기 결합제는 휘발성 성분의 가스를 방출하면서 유리질 탄소로 전환된다. 이 유리질 탄소는 응집체(agglomerates)의 다이아몬드 입자 사이의 결합제 상으로 기능하고 이후에 수행되는 반응성 실리콘 침투 동안 추가로 반응하여 실리콘 카바이드를 생성한다. 폴리스티렌 공간(polystyrene spaces)은 거의 완전히 휘발성 성분으로 분할되어 과립 물질로 형성된 연마 매체에서 기공의 형태를 취한다. 반응성 결합에서 재료에 존재하는 실리콘은 용융되어 열분해된 유기 결합제에서 형성된 탄소와 반응하여 다이아몬드 입자 표면에 증착된다. 이것은 연마 매체로 사용할 수 있는 다공성 다이아몬드 -SiC-Si 함유 물질 복합체를 형성한다.
예시 4(Example 4)
다공성 연마 다이아몬드 매체는 다이아몬드 함유 현탁액을 기반으로 여기에서 생산된다. 중간 입자 크기 d50이 50 ㎛ 및 5 ㎛ 인 다이아몬드 입자를 갖는 2중모드(bimodal) 다이아몬드 입자 크기 분획이 그 안에 사용된다. 제 2 고체 성분으로서 현탁액에 추가로 존재하는 것은 100㎛의 중간 입자 크기 d50을 갖는 실리콘 분말이다. 다이아몬드와 실리콘 고체의 질량비는 2:1 이다.
수성 현탁액(aqueous suspension)에 사용되는 유기 결합제는 건조시 가교되는 폴리비닐 아세테이트 분산액이다. 또한 현탁액에 포밍제(foaming agnet)로 계면활성제가 첨가된다.
현탁액은 고속 교반(high-speed stir)에 의해 형성된 다음 비흡수성 금형(nonabsorptive mold)에서 주조되고 동결 건조된다. 탈형(demolding) 후 열처리 단계가 이어진다. 여기에는 800℃의 비산화 대기에서 다이아몬드 함유 성형품을 열분해한 다음 1550℃의 진공 조건에서 반응성 결합이 포함된다. 열분해는 결합제의 유기 성분을 휘발성 성분의 탈기체(outgassing)과 함께 다이아몬드 입자의 표면이 코팅된 유리질 탄소로 전환한다. 열처리 중 반응성 결합은 존재하는 실리콘을 녹이고 열분해 결합제 및 다이아몬드 입자 표면에 존재하는 탄소와 반응한다. 이것은 다공성 다이아몬드 -SiC-Si 함유 물질 복합체를 형성한다.
예시 5(Example 5)
다공성 연마 다이아몬드 매체는 다이아몬드 함유 과립 물질을 기반으로 생산된다. 과립 물질은 통상적인 과립화 기술(예: 분무 과립화, 유동층 과립화, 빌드업 과립화 등)을 통해 응집되며 평균 크기는 200μm-1000μm이다. 제조된 과립은 중간 입자 크기 d50이 50μm 인 다이아몬드 입자 크기 분획, 중간 입자 크기 d50이 50μm 인 실리콘 입자 크기 분획, 및 100μm 의 중간 입자 크기 d50을 갖는 폴리스티렌 분말의 입자 크기 분획을 포함한다. 과립 물질은 수성 현탁액에서 당 기반 유기 결합제에 의해 결합된다. 다이아몬드 대 실리콘 대 폴리스티렌의 고체 비율은 부피 기준으로 1:1:1이다.
생성된 과립은 이어서 가압 작업(예를 들어 등압 가압(isostatic pressiong) 또는 단축 가압(uniaxial pressing))에 의해 성형체로 성형된다. 이어서 800℃의 비산화성 대기(nonoxidative atmosphere)하에서 열분해된다. 이것은 결합제의 유기 성분을 휘발성 성분의 탈 기체와 함께 다이아몬드 입자의 표면이 코팅된 유리질 탄소로 전환한다. 스페이서로서의 폴리스티렌 입자는 거의 완전히 휘발성 성분으로 분할되어 최종 제품의 기공으로 존재한다. 후속 반응성 결합에서 재료에 존재하는 실리콘은 용융되어 열분해 결합제에서 얻은 탄소와 반응하며 다이아몬드 입자 표면은 실리콘 카바이드로 코팅된다. 이것은 다공성 다이아몬드 -SiC-Si 함유 물질 복합체를 형성한다.

Claims (23)

  1. 30부피% - 65부피%의 다이아몬드, 70부피% -35부피%의 SiC, 및 0% 내지 30 부피%의 Si의 조성인 SiC 결합 다이아몬드 경질 입자에 있어서,
    개별 경질 물질의 다이아몬드 입자는 열처리에서 형성된 SiC와 Si에 의해 서로 응집력있게 결합되고, 50μm - 5000μm, 바람직하게는 <2000μm, 훨씬 더 바람직하게는 <1000μm의 입자 크기를 가지는 SiC 결합 다이아몬드 경질 입자.
  2. 제1항에 있어서,
    5μm~500μm 범위의 경질 입자 내 다이아몬드 입자의 중간 입자(median particle size) 크기 d50이 유지되는 것을 특징으로 하는 SiC 결합 다이아몬드 경질 입자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자 표면적의 90%이하가 SiC 응집적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 SiC 결합 다이아몬드 경질 입자.
  4. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 SiC 결합 다이아몬드 경질 입자를 제조하는 공정에 있어서,
    상기 다이아몬드 입자가 유기 결합제(organic binder)와 혼합되고 건조(drying) 및 과립화(granulation) 공정에 의해 과립(granules)으로 성형되는 것을 특징으로 하며,
    무산소 대기에서 열처리를 하여 유기 성분이 열분해되고(pyrolyzed) 열분해(pyrolysis)과정에서 유기 결합제로부터 현장에서(in situ)에서 형성된 탄소가 다이아몬드 입자의 표면에 유리 형태(vitreous form)로 증착되고,
    이 열처리 동안 또는 후속 2차 열처리에서 혼합된 미분(pulverulent) 실리콘 및 미립자 스페이서(particulate spacers)(S)와 규화(silicization)이 수행되고, 및
    실리콘 카바이드(silicon carbide)는 다이아몬드 입자 표면에 증착된 탄소 및/또는 다이아몬드 입자와의 화학 반응에 의해 동시에 형성되어 경질 물질 입자가 형성되고,
    성형된 과립이 첨가된 실리콘 및/또는 스페이서(S)에 의해 표면에서 서로 떨어져있거나 우세하게 또는 완전히 분리되는 방식으로, 개별 경질 물질 입자의 다이아몬드 입자는 열처리 과정에서 반응에 의해 형성된 SiC와 실리콘에 응집 결합되는, 공정.
  5. 제 4항에 있어서,
    사용된 상기 스페이서(S)는 상기 과립이 서로 단단히 결합되는 것을 최소화하기 위하여, Si에 의해 쉽게 젖지 않고, Si와 어떠한 합금도 형성하지 않거나, Si와 반응하지 않는 화학원소 또는 화합물인 것을 특징으로 하고,
    상기 화학원소 또는 화합물은 바람직하게는 육각형 BN, Si3N4, AlN, Al2O3, SiO2, ZrO2, 및 질화물(nitride), 전이 금속의 탄화물(carbide), 특히 주기율표 4및 5족으로부터 선택되는, 공정.
  6. 제 4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 유기 결합제 및 그 양은 상기 유기 결합제가 사용된 다이아몬드 입자의 총 질량에 대하여 1.5질량% 내지 20질량%의 비율로 탄소원으로 사용되도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 공정.
  7. 제 4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자가 적어도 2개의 상이한 입자 크기 분획, 바람직하게는 하나의 거친 입자 크기 및 하나의 미세 입자 크기 분획을 사용하는, 더욱 바람직하게는 상기 미세 입자 크기 분획은 상기 거친 거친 입자 크기 분획의 직경의 0.1 내지 0.3배 크기 및 5부피% 내지 50부피%의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는, 공정.
  8. 제 4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 5μm-1000μm, 바람직하게는 10μm-150μm 범위 및 상기 다이아몬드 입자의 함량의 10부피%-200부피%, 바람직하게는 60부피%-160부피% 범위의 입자 크기 d50을 갖는 실리콘 분말이 상기 규화 전에 과립 입자에 첨가되는 것을 특징으로 하는, 공정.
  9. 제 4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 물질 입자는 바람직하게는 B4C, TiC and TiB2로부터 선택된 하나 이상의 추가 상(further phase)로 형성되는 것을 특징으로 하는, 공정.
  10. 제 4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 10μm-50μm, 바람직하게는 15 μm -30 μm, 또는 더욱 바람직하게는 10 μm-30 μm의 평균 입자 크기를 갖는 다이아몬드 입자가 사용되는 것을 특징으로 하는, 공정.
  11. 제 4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 물질 입자는 정의된 모양으로 만들어지고, 바람직하게는 구형, 원통형, 프리즘형, 피라미드 형, 특히 압출(extrusion) 또는 주조 방법(casting method)에 의해 만들어지는 것을 특징으로 하는, 공정.
  12. 제 4항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 다이아몬드 입자의 혼입(incorporation) 및/또는 반응에 의해 형성된 SiC 및 Si로 형성된 매트릭스 내/외부로 다이아몬드 입자의 가능한 부분적 분리는 상기 규화의 최대 온도와 사용된 상기 다이아몬드 입자의 순도에 의해 기계적/마찰학적(tribological) 스트레스(stress)동안 영향을 받는 것을 특징으로 하는, 공정.
  13. 제 4항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 내부가 비어있는 상기 경질 입자는 50μm-150μm 범위의 입자 크기를 갖는 실리콘 입자에 다이아몬드 입자 뿐만 아니라 유기 결합제를 포함하는 현탁액(suspension)을 적용하거나 열처리 과정에서 분해되는 미분 유기 물질, 바람직하게는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌(polyethylene), 또는 폴리프로필렌(polypropylene) 또는 전분(starch)의 입자를 혼합하여, SiC 분말 및 상기 스페이서(S)와의 혼합 및 SiC의 반응성 형성이 수행되는 후속 열처리에 의해 생성되고;
    상기 다이아몬드 입자 함량의 10부피%-200부피%, 바람직하게는 60부피% -160부피%의 첨가된 미분 실리콘 부피의 비율이 첨가되는, 공정.
  14. SiC 결합 다이아몬드 입자로 구성된 다공성 성분에 있어서, 상기 성분은 10% 내지 40%, 바람직하게는 10% 내지 30%범위의 다공성을 가지며, 상기 성분은 10μm-100 μm, 바람직하게는 20 μm -50 μm의 평균 기공 크기를 가지며, 상기 성분은 30부피%-65부피%의 다이아몬드, 70부피%-35부피%의 SiC 및 0부피%-30 부피%의 Si, 바람직하게는 40부피%-60부피%의 다이아몬드, 60부피%-40부피% SiC 및 2부피% 내지 20부피% Si를 구성하며, 상기 존재하는 다이아몬드 입자는 5 μm 내지 500 μm범위, 바람직하게는 30 μm-100 μm 범위, 더 바람직하게는 >50 μm 내지 200 μm범위의 평균 입자 크기를 갖는, SiC 결합 다이아몬드 입자로 구성된 다공성 성분.
  15. 제 14항에 있어서, 마찰(tribological) 또는 마모 스트레스(abrasive stress)가 발생하는 경우 1차 마모를 겪고 따라서 재료에 기공을 형성하는 스페이서 기능이 있는 하나 이상의 추가 상이 존재하고, 여기서 추가 상(들)은 부분적으로 소결될 수 있는 비-다이아몬드 탄소, Si-3N4, Al2O3 또는 전이 알루미나(transition alumina), 불침투성(impvervious) 또는 다공성 유리 비드(porous glass beads), 고-융점 규화물(high-melting silicide) 또는 붕화물(boride), 특히 다양한 도펀트가있는 TiSi2, MoSi2, WSi2, TiB2, W2B5, WB2 또는 ZrO2, 하나 이상의 다른 고융점 산화물 또는 규산염, 특히 MgO 또는 활석(talc), 하나 이상의 전이 금속 카바이드(transition metal carbide), 옥시 카바이드(oxycarbide), 질화물(nitride) 또는 붕화물(boride)로 형성되는 것을 특징으로 하는, 성분.
  16. 제 14항 또는 제15항의 성분을 제조하는 공정에 있어서, 상기 다이아몬드 입자는 SiC, 유기 결합제 및 유기 물질 입자, 바람직하게는 기공 형ㅅ엉제로서 미분 플라스틱, 특히 플리스티렌, 폴리메타크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 또는 전분, 바람직하게는 열처리 전 30μm 내지 100 μm 범위 내 성형 공정을 통해 성형되는 중간 입자 크기 d50을 갖는 입자와 혼합된 후, 유기 성분이 열분해되고 열분해 과정에서 유기 결합제로부터 현장에서 형성된 탄소가 다이아몬드 입자의 표면에 유리 형태로 침착되는 무산소 대기에서 열처리를 거치고,
    상기 열처리 동안 또는 외부 공급 실리콘을 사용한 후속 2 차 열처리에서 규화가 수행되고,
    실리콘 카바이드(silicon carbide)는 상기 다이아몬드 입자와 다이아몬드 표면에 증착된 탄소와 화학 반응에 의해 동시에 형성되며, 상기 성분 물질은 30 부피%- 65부피%의 다이아몬드, 70부피%-35부피%의 SiC 및 0부피%-30부피% Si 및 10범위의 다공성을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공정.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 유기 결합제 및 그 양은 유기 결합제가 사용된 다이아몬드 입자의 총 질량에 대해 1.5질량% 내지 20질량%의 비율로 탄소 공급원으로 사용되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 공정.
  18. 제 16항 또는 제17항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자에 있어서, 적어도 2개의 상이한 입자 크기 분획, 바람직하게는 하나의 거친 입자 크기 및 하나의 미세 입자 크기 분획을 사용하는, 더욱 바람직하게는 상기 미세 입자 크기 분획은 상기 거친 거친 입자 크기 분획의 직경의 0.1 내지 0.3배 크기 및 5부피% 내지 50부피%의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 공정.
  19. 제 16항 내지 제18항에 있어서, 상기 유기 물질의 입자, 바람직하게는 미분 플라스틱, 특히 폴리스티렌, 폴리메틸케타크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 또는 전분의 입자는 20부피% 내지 40부피%범위의 비율로 첨가되는 것을 특징으로 하는, 공정.
  20. 제 16항 내지 제19항에 있어서, 추가 상(들)은 부분적으로 소결될 수 있는 비-다이아몬드 탄소, Si-3N4, Al2O3 또는 전이 알루미나(transition alumina), 불침투성(impvervious) 또는 다공성 유리 비드(porous glass beads), 고-융점 규화물(high-melting silicide) 또는 붕화물(boride), 특히 다양한 도펀트가있는 TiSi2, MoSi2, WSi2, TiB2, W2B5, WB2 또는 ZrO2, 하나 이상의 다른 고융점 산화물 또는 규산염, 특히 MgO 또는 활석(talc), 하나 이상의 전이 금속 카바이드(transition metal carbide), 옥시 카바이드(oxycarbide), 성형 전에 균일하게 혼합되는 질화물(nitride) 또는 붕화물(boride)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 공정.
  21. 제 16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 다이아몬드 입자의 혼입(incorporation) 및/또는 반응에 의해 형성된 SiC 및 Si로 형성된 매트릭스 내/외부로 다이아몬드 입자의 가능한 부분적 분리는 상기 규화의 최대 온도와 사용된 상기 다이아몬드 입자의 순도에 의해 기계적/마찰학적(tribological) 스트레스(stress)동안 영향을 받는 것을 특징으로 하는, 공정.
  22. 제 16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 20μm-100μm 사이의 중간 입자 크기 d50을 갖는 실리콘 분말은 성형 전에 출발 물질에 혼합되고, 상기 입자 크기는 성형 중에 유지되므로 규화(silicization) 중에 기공에 형성되는 것을 특징으로 하는, 공정.
  23. 연마재 생산을 위한 연마 입자, 마모 방지 및 내마모 적용을 위해 경질 입자로 강화된 성분, 연마 매체, 장착 지점 또는 보호 및 내마모 용도로 사용되는, 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 SiC 결합 경질 입자 또는 제 14 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 성분의 용도.

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