KR20210022137A - 질화물을 갖는 필러를 포함하는 본딩된 연마재 물품 - Google Patents
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Abstract
연마재 물품이 본체를 포함하고, 본체는 무기질 재료를 포함하는 본드 재료, 연마재 입자, 및 질화물을 갖는 필러를 포함한다. 질화물을 갖는 필러는, 본체의 요구되는 강도 및 마모 특성을 유지하면서, 소결 중의 본체의 수축을 보상할 수 있다.
Description
이하는 연마제 물품, 그리고 특히 무기질 재료를 포함하는 본드 재료, 연마재 입자, 및 질화물을 갖는 필러를 포함하는 본딩된 연마재 물품에 관한 것이다.
본딩된 연마재 물품은 전형적으로 본드 재료에 의해서 함께 유지되는 연마재 입자를 포함한다.
산업계는 바람직한 기계적 안정성 및 강도를 제공하는 본드 화학적 성질(chemistry)을 갖는 개선된 본딩된 연마재 물품을 지속적으로 요구하고 있다.
첨부 도면을 참조함으로써, 본 개시 내용이 보다 잘 이해될 수 있을 것이고, 그 많은 특징 및 장점이 당업자에게 명확해질 수 있을 것이다.
도 1은 구체예에 따른 연마재 물품을 형성하는 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 2는 구체예에 따른 연마재 물품의 횡단면의 광학적 현미경 이미지 도면을 포함한다.
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도면과 조합된 이하의 설명은 본원에서 제공된 교시 내용의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 이하의 개시 내용은 교시 내용의 특정 구현예 및 구체예에 초점을 맞출 것이다. 이러한 초점은 교시 내용의 설명을 돕기 위해서 제공된 것이고, 교시 내용의 범위 또는 적용 가능성에 대한 제한으로 해석되지 않아야 한다. 그러나, 다른 교시 내용이 본원에서 분명히 이용될 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, "포함한다", "포함하는", "구비한다", "구비하는", "갖는다", "가지는" 또는 그 임의의 다른 변형된 용어는 비-배타적인 포괄을 포함하기 위한 것이다. 예를 들어, 특징의 목록을 포함하는 방법, 물품, 또는 장치는 단지 그러한 요소로 반드시 제한되지 않고, 그러한 방법, 물품, 또는 장치에 대해서 명백하게 나열되지 않은 또는 그에 내재된 다른 요소를 포함할 수 있다. 또한, 반대로 명백하게 기재되지 않는 한, "또는"은 '포괄적인 또는'을 지칭하는 것으로 그리고 '배타적인 또는'이 아닌 것을 지칭한다. 예를 들어, 조건 A 또는 B는 이하 중 어느 하나에 의해서 만족된다: A는 참이고(또는 존재하고) B는 거짓이고(또는 미존재이고), A는 거짓이고(또는 미존재이고) B는 참이고(또는 존재하고), 그리고 A 및 B 모두가 참이다(또는 존재한다).
또한, 부정관사("a" 또는 "an")의 이용은 본원에서 설명된 요소 및 구성요소를 설명하기 위해서 이용된 것이다. 이는 단지 편의를 위한 것이고 본 발명의 범위의 일반적인 의미를 제공하기 위한 것이다. 다른 의미를 가지는 것이 명백하지 않는 한, 본 설명은 하나의 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 읽혀져야 하고, 단수형은 또한 복수형을 포함하고, 복수형은 또한 단수형을 포함한다. 예를 들어, 단일 항목이 본원에서 설명될 때, 하나 초과의 항목이 단일 항목 대신 사용될 수 있다. 유사하게, 하나 초과의 항목이 본원에서 설명될 때, 단일 항목이 하나 초과의 항목을 대체할 수 있다.
달리 규정되는 바가 없는 한, 본원에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어가 본 발명에 속하는 업계의 당업자에 의해서 일반적으로 이해되는 바와 같은 의미를 갖는다. 재료, 방법, 및 예는 단지 예시적인 것이고 제한적으로 의도된 것은 아니다. 특정 재료 및 프로세싱 행동과 관련된 특정 상세 내용이 설명되지 않은 경우에, 그러한 상세 내용은, 제조 분야의 참조 서적 또는 다른 자료에서 발견될 수 있는 통상적인 접근방식을 포함할 수 있다.
본원에서 개시된 구체예는, 무기질 재료를 포함하는 본드 재료, 연마재 입자, 및 질화물을 갖는 필러를 포함하는, 본체를 갖는 연마재 물품에 관한 것이다.
도 1은 일 구체예에 따른 연마재 물품을 형성하는 프로세스의 흐름도를 도시한다. 단계(101)에서, 무기질 본드 재료, 질화물을 갖는 필러, 및 연마재 입자를 포함하는 혼합물이 형성될 수 있다. 적절한 혼합 동작을 이용하여, 혼합물 내에서 성분들의 균질한 분포를 달성할 수 있다.
혼합물을 형성한(101) 후에, 희망 형상을 가지는 그린 본체(green body)가 혼합물로부터 형성될 수 있다(102). 다음 단계에서, 그린 본체가 소결될 수 있다(103). 소결을 적어도 600 ℃의 온도에서 실시하여, 적절한 강도 및 밀도의 연마재 본체를 형성할 수 있다. 소결 온도의 선택은, 예를 들어, 이용되는 본딩 재료의 유형, 강도, 경도, 및/또는 바람직한 연삭 성능과 같은 인자에 따라 달라진다. 일 구체예에 따라, 소결 온도는 적어도 600 ℃ 내지 1300 ℃ 이하를 포함하는 범위 이내일 수 있다.
도 2는 일 구체예에 따른 본 개시 내용의 연마재 물품의 본체(200)의 횡단면을 도시한다. 본체(200)는 연마재 입자(202), 본드 재료(203), 질화물을 갖는 필러(204)를 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 본체는 소공(pore)(205)을 포함할 수 있고, 다른 특정 양태에서 본체는 소공을 실질적으로 가지지 않을 수 있다.
본체(200)는 연마재 물품 내로 통합될 수 있다. 본체가 당업계에 알려진 바와 같은 임의의 적합한 크기 및 형상을 가질 수 있고 다양한 유형의 연마재 물품 내로 통합되어 본딩된 연마재 물품을 형성할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본체는, 본딩된 연마재 연삭 휠의 형성을 돕기 위해서, 휠의 허브(hub of a wheel)와 같은 기재에 부착될 수 있다.
본체(200)의 본드 재료(203)는, 필러(204)와 함께, 본 개시 내용의 연마재 물품의 개선된 제조 및 성능을 촉진할 수 있는 특정 본드 화학적 성질을 가질 수 있다.
본 개시 내용의 연마재 물품은, 본체가 본체의 총 부피를 기초로 50 부피% 미만의 연마재 입자 함량을 포함하는 경우에, 특히 관심의 대상이 될 수 있다. 예를 들어, 캠 및 크랭크 연삭에서의 용도를 위해서, 50 부피% 미만의 연마재 입자 함량을 가지는 연마재 본체는 소결 후에 수축 및 왜곡과 관련된 문제를 가질 수 있고, 이는 본체의 균열을 유발할 수 있고 복잡한 형상을 갖는 연마재 본체를 제조하는데 있어서 문제가 될 수 있다. 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 놀랍게도, 질화물을 갖는 필러를 연마재 본체 조성물에 첨가하는 것이, 강도, 마모 및 경도와 같은 기계적 특성을 실질적으로 유지할 수 있으면서도, 원치 않는 수축을 줄일 수 있다는 것을 발견하였다.
본체(200) 내에 포함된 질화물을 갖는 필러(204)는 연마재 입자(202)와 구분될 수 있다. 일 구체예에서, 필러의 평균 입자 크기(D50F) 대 연마재 입자의 평균 입자 크기(D50AP)의 크기비(D50F/D50AP)가 적어도 0.01 내지 1 미만의 범위일 수 있다. 특정 양태에서, 필러-대-연마재 입자비(D50F/D50AP)가 적어도 0.02, 또는 적어도 0.03, 또는 적어도 0.04, 또는 적어도 0.05, 또는 적어도 0.06, 또는 적어도 0.07, 또는 적어도 0.08, 또는 적어도 0.09, 또는 적어도 0.1, 또는 적어도 0.11, 또는 적어도 0.12, 또는 적어도 0.13, 또는 적어도 0.15, 또는 적어도 0.18, 또는 적어도 0.2, 또는 적어도 0.23, 또는 적어도 0.25, 또는 적어도 0.28, 또는 적어도 0.3, 또는 적어도 0.32, 또는 적어도 0.35, 또는 적어도 0.38, 또는 적어도 0.4, 또는 적어도 0.5, 또는 적어도 0.6, 또는 적어도 0.7, 또는 적어도 0.8 또는 적어도 0.9일 수 있다. 다른 양태에서, 필러-대-연마재 입자비(D50F/D50AP)는 0.99 이하, 0.98 이하, 0.95 이하, 0.93 이하, 0.9 이하, 0.88 이하, 0.85 이하, 0.83 이하, 0.8 이하, 0.78 이하, 0.75 이하, 0.73 이하, 0.7 이하, 0.68 이하, 0.65 이하, 0.63 이하, 0.6 이하, 0.58 이하, 0.55 이하, 0.53 이하, 0.5 이하, 0.48 이하, 0.45 이하, 0.43 이하, 0.4 이하, 0.38 이하, 0.35 이하, 0.33 이하, 0.3 이하, 0.28 이하, 0.25 이하, 0.23 이하, 0.2 이하, 0.18 이하, 0.15 이하, 0.13 이하, 0.1 이하, 0.08 이하, 0.05 이하, 0.03일 수 있다. 필러-대-연마재 입자비(D50F/D50AP)는 전술한 최소 값 및 최대 값 중 임의의 값들 사이의 값일 수 있다. 특정 양태에서, 필러-대-연마재 입자비(D50F/D50AP)가 적어도 0.01 내지 0.25 이하, 또는 적어도 0.01 내지 0.15 이하일 수 있다.
다른 구체예에서, 질화물을 갖는 필러(204)의 평균 입자 크기(D50F)는 적어도 1 미크론, 예를 들어 적어도 2 미크론, 또는 적어도 3 미크론, 또는 적어도 4 미크론, 또는 적어도 5 미크론, 또는 적어도 6 미크론, 또는 적어도 7 미크론, 또는 적어도 8 미크론, 또는 적어도 9 미크론, 또는 적어도 10 미크론, 또는 적어도 12 미크론일 수 있다. 다른 양태에서, 평균 입자 크기(D50F)는 50 미크론 이하, 예를 들어 50 미크론 이하, 예를 들어 45 미크론 이하, 40 미크론 이하, 또는 35 미크론 이하, 또는 30 미크론 이하, 또는 28 미크론 이하, 또는 25 미크론 이하, 또는 22 미크론 이하, 또는 20 미크론 이하, 또는 18 미크론 이하, 또는 15 미크론 이하, 또는 12 미크론 이하, 또는 10 미크론 이하일 수 있다. 질화물을 갖는 필러의 평균 입자 크기(D50F)는 전술한 최소 값 및 최대 값 중 임의의 값들 사이의 값일 수 있고, 예를 들어 적어도 2 미크론 내지 50 미크론이하, 적어도 3 미크론 내지 30 미크론 이하, 또는 적어도 5 미크론 내지 15 미크론 이하일 수 있다.
또 다른 구체예에서, 질화물을 갖는 필러의 입자 크기 분포는 D90-D10 범위의 값에 의해서 추가적으로 규정될 수 있다. D90 값은 해당 분포 내의 입자 크기의 90%를 포함하는 입자 크기 값을 나타낼 수 있고, 그에 따라 해당 분포 내의 입자의 10% 미만은 D90 값보다 큰 크기를 갖는다. D10 값은, 분포 내의 입자의 10%만이 D10 입자 크기 값보다 작은 입자 크기 값을 나타낼 수 있다. D90-D10 범위 값은 D90 값과 D10 값 사이의 입자 크기 분포의 폭을 설명한다. 일 구체예에 따라, D90-D10 값의 범위는 적어도 1 미크론, 예를 들어 적어도 1.5 미크론, 또는 적어도 2 미크론, 또는 적어도 3 미크론, 또는 적어도 5 미크론, 또는 적어도 7 미크론, 또는 적어도 10 미크론, 또는 적어도 12 미크론, 또는 적어도 15 미크론, 또는 적어도 20 미크론, 또는 적어도 25 미크론, 또는 적어도 30 미크론일 수 있다. 또한, 다른 구체예에서, D90-D10 범위 값은 70 미크론 이하, 예를 들어 60 미크론 이하, 또는 50 미크론 이하, 또는 40 미크론 이하일 수 있다. D90-D10 범위 값은, 예를 들어, 적어도 1 미크론 내지 70 미크론 이하, 또는 적어도 2 미크론 내지 30 미크론 이하의 범위 이내를 포함하는, 전술한 최소 값 및 최대 값 중 임의의 값을 포함하는 범위 이내일 수 있다.
추가적인 구체예에서, 질화물을 갖는 필러의 함량은, 본드 재료 및 필러의 총 부피를 기초로, 적어도 1 부피% 내지 35 부피% 이하의 범위 이내일 수 있다. 일 양태에서, 필러의 함량은, 본드 재료 및 필러의 총 부피를 기초로, 적어도 2 부피%, 또는 적어도 3 부피%, 또는 적어도 4 부피%, 또는 적어도 5 부피%, 또는 적어도 6 부피%, 또는 적어도 8 부피%, 또는 적어도 10 부피%, 또는 적어도 12 부피%, 또는 적어도 14 부피%, 또는 적어도 16 부피%, 또는 적어도 18 부피%, 또는 적어도 20 부피%, 또는 적어도 22 부피%, 또는 적어도 25 부피%일 수 있다. 다른 양태에서, 필러 함량은 30 부피% 이하, 또는 28 부피% 이하, 또는 25 부피% 이하, 또는 22 부피% 이하, 또는 20 부피% 이하, 또는 18 부피% 이하, 또는 16 부피% 이하, 또는 14 부피% 이하, 또는 12 부피% 이하, 또는 10 부피% 이하일 수 있다. 연마재 본체 내의 질화물을 갖는 필러의 함량은 전술한 최소 값 및 최대 값 중 임의의 값을 포함하는 범위 이내, 예를 들어 본드 재료 및 필러의 총 부피를 기초로, 적어도 2 부피% 내지 30 부피% 이하, 적어도 5 부피% 내지 25 부피% 이하, 또는 적어도 7 부피% 내지 20 부피% 이하일 수 있다.
특정 구체예에서, 본 개시 내용의 연마재 물품의 본체 내에 포함된 필러는 붕소 질화물을 포함할 수 있다. 일 양태에서, 필러의 대부분이 붕소 질화물, 예를 들어 필러의 총 중량을 기초로 적어도 55 부피%의 붕소 질화물, 또는 적어도 60 부피%의 붕소 질화물, 또는 적어도 70 부피%의 붕소 질화물, 또는 적어도 80 부피%의 붕소 질화물, 또는 적어도 90 부피%의 붕소 질화물, 또는 적어도 95 부피%의 붕소 질화물, 또는 적어도 99 부피%의 붕소 질화물을 포함할 수 있다. 특정의 특별한 양태에서, 필러는 본질적으로 붕소 질화물로 구성될 수 있다. 또 다른 특정 양태에서, 모든 필러가 붕소 질화물로 구성될 수 있고, 불가피한 불순물만을 포함할 수 있다. 불가피한 불순물의 양은, 붕소 질화물 필러의 총 중량을 기초로, 0.1 부피% 이하일 수 있다.
특정 구체예에서, 필러의 붕소 질화물 재료가 입방체 붕소 질화물일 수 있다. 일 양태에서, 필러는 적어도 50%의 입방체 붕소 질화물, 또는 적어도 660%의 입방체 붕소 질화물, 또는 적어도 70%의 입방체 붕소 질화물, 또는 적어도 80%의 입방체 붕소 질화물, 또는 적어도 90%의 입방체 붕소 질화물, 또는 적어도 95%의 입방체 붕소 질화물, 또는 적어도 99%의 입방체 붕소 질화물을 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 필러는 본질적으로 입방체 붕소 질화물로 구성될 수 있다. 또 다른 특정 양태에서, 모든 필러가 입방체 붕소 질화물로 구성될 수 있고, 불가피한 불순물만을 포함할 수 있다. 입방체 붕소 질화물 내의 불가피한 불순물의 양은, 입방체 붕소 질화물의 총 중량을 기초로, 0.1 부피% 이하일 수 있다.
본체의 본드 재료는 유리질 재료, 금속, 금속 합금, 세라믹, 또는 그 임의의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 무기질 재료를 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 본드 재료는 본질적으로 유리질 재료로 구성된다. 유리질 재료로 본질적으로 구성된 본드 재료는 본원에서 본드 재료의 적어도 99 부피%가 유리질 재료라는 것을 의미한다.
본드 재료는, 무기질 재료에 더하여, 이하에서 유기질 결합제로도 지칭되는 유기질 본드 재료를 포함한다. 유기질 본드 재료는, 프레싱 중의 마찰 감소에 의해서 그리고 프레싱 후에 그린 본체에 강도를 제공하는 것에 의해서, 그린 본체의 형성을 도울 수 있다. 그린 본체의 열처리 중에, 유기질 본드 재료가 분해될 수 있고 소결 본체 내에서 희망하는 다공도를 생성할 수 있다. 유기질 본드 재료는 천연 재료, 합성 재료, 수지, 에폭시, 열 경화제, 열 가소제, 탄성 중합체, 또는 그 임의의 조합일 수 있다. 특정 구체예에서, 유기질 결합제는 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리벤즈이미다졸, 방향족 폴리아미드, 변형 페놀 수지(예를 들어: 에폭시 변형 수지 및 고무 변형 수지, 또는 가소제와 혼합된 페놀 수지), 옥수수 전분, 또는 그 임의의 조합을 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 본드 재료 내에 포함된 유기질 재료가 페놀 수지를 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 유기질 본드 재료는 ZUSOPLAST 또는 CARBOWAX 20M으로부터 선택된 왁스일 수 있다.
일 구체예에서, 유기질 결합제가 소결(103) 전에 열처리에 의해서 제거될 수 있고, 그에 의해서 본체 내에서 소공의 형성을 유발할 수 있다. 일 양태에서, 결합 해제(debinding)는 공기하에서, 결합제가 분해되는 온도에서, 예를 들어 650 ℃의 온도에서 하나의 열처리로서 실행될 수 있다. 결합 해제 후에, 샘플이 비-산화 환경 내에서, 예를 들어 질소 하에서 재가열될 수 있고, 소결될 수 있다(103). 다른 양태에서, 결합 해제 및 소결은 하나의 열처리 체제에서 실행될 수 있고, 여기에서 그러한 열처리는, 온도를 최대 소결 온도까지 추가적으로 증가시키는 것에 의해서, 결합 해제 후에 계속된다.
본드 재료 내의 유기질 재료의 양은, 본드 재료의 총 부피를 기초로, 적어도 1 부피%, 또는 적어도 5 부피%, 또는 적어도 15 부피%일 수 있다. 다른 양태에서, 유기질 본드 재료의 양은, 본드 재료의 총 부피를 기초로, 50 부피% 이하, 예를 들어 40 부피% 이하, 또는 30 부피% 이하, 또는 25 부피% 이하, 또는 20 부피% 이하일 수 있다.
일 구체예에서, 본 개시 내용의 연마재 물품의 본체는, 본체의 총 부피를 기초로, 적어도 1 부피%, 또는 적어도 2 부피%, 또는 적어도 5 부피%, 또는 적어도 8 부피%, 또는 적어도 10 부피%, 또는 적어도 15 부피%, 또는 적어도 20 부피%, 또는 적어도 25 부피%, 또는 적어도 30 부피%, 또는 적어도 35 부피%, 또는 적어도 40 부피%, 또는 적어도 45 부피%, 또는 적어도 50 부피%, 또는 적어도 55 부피%, 또는 적어도 60 부피%, 또는 적어도 65 부피%, 또는 적어도 70 부피%, 또는 적어도 75 부피%의 다공도를 가질 수 있다. 추가적인 구체예에서, 본체의 다공도는, 본체의 총 부피에 대해서, 85 부피% 이하, 또는 80 이하, 또는 75 부피% 이하, 또는 70 부피% 이하, 또는 65 부피% 이하, 또는 60 부피% 이하, 또는 55 부피% 이하, 또는 50 부피% 이하, 또는 45 부피% 이하, 또는 40 부피% 이하, 또는 35 부피% 이하, 또는 30 부피% 이하, 또는 25 부피% 이하, 또는 20 부피% 이하, 또는 15 부피% 이하, 또는 10 부피% 이하, 또는 5 부피%, 또는 3 부피% 이하일 수 있다. 본체의 다공도는 전술한 최소 값 및 최대 값 중 임의의 값들 사이의 값, 예를 들어, 적어도 1 부피% 내지 85 부피% 이하, 또는 적어도 5 부피% 내지 70 부피% 이하, 또는 적어도 10 부피% 내지 55 부피% 이하를 포함하는 범위일 수 있다. 특정 구체예에서, 본체의 다공도는 적어도 30 부피% 내지 50 부피% 이하의 범위 이내일 수 있다.
또 다른 구체예에서, 본체는 적어도 0.5 미크론, 또는 적어도 1 미크론, 또는 적어도 5 미크론, 또는 적어도 10 미크론, 또는 적어도 15 미크론, 또는 적어도 20 미크론, 또는 적어도 30 미크론, 또는 적어도 40 미크론, 또는 적어도 50 미크론, 또는 적어도 60 미크론, 또는 적어도 80 미크론, 또는 적어도 90 미크론, 또는 적어도 100 미크론, 또는 적어도 120 미크론, 또는 적어도 140 미크론, 또는 적어도 160 미크론, 또는 적어도 180 미크론, 또는 적어도 200 미크론, 또는 적어도 220 미크론, 또는 적어도 240 미크론, 또는 적어도 260 미크론, 또는 적어도 280 미크론의 평균 소공 크기(D50)를 가질 수 있다. 추가적인 구체예에서, 본체의 평균 소공 크기(D50)는 300 미크론 이하, 또는 290 미크론 이하, 또는 280 미크론 이하, 또는 270 미크론 이하, 또는 250 미크론 이하, 또는 230 미크론 이하, 또는 210 미크론 이하, 또는 190 미크론 이하, 또는 170 미크론 이하, 또는 150 미크론 이하, 또는 130 미크론 이하, 또는 110 미크론 이하, 또는 90 미크론 이하, 또는 70 미크론 이하, 또는 50 미크론 이하, 또는 30 미크론 이하, 또는 20 미크론 이하일 수 있다. 평균 소공 크기(D50)는 최소 값 및 최대 값 중 임의의 값들 사이의 값, 예를 들어 적어도 5 미크론 내지 300 미크론 이하, 적어도 20 미크론 내지 200 미크론 이하, 적어도 20 미크론 내지 200 미크론 이하, 또는 적어도 30 미크론 내지 150 미크론 이하를 포함하는 범위 이내일 수 있다.
다른 구체예에서, 본체는 소공 크기 분포를 가질 수 있고, 소공 크기의 10번째 백분위 값(D10)과 평균 소공 크기(D50) 사이의 거리는 적어도 3 미크론 내지 50 미크론 이하의 범위 이내일 수 있다.
또 다른 구체예에서, 본체는 소공 크기 분포를 가질 수 있고, 소공 크기의 90번째 백분위 값(D90)과 평균 소공 크기(D50) 사이의 거리는 적어도 5 미크론 내지 80 미크론 이하의 범위 이내일 수 있다.
일 구체예에서, 연마재 물품의 본체의 총 부피를 기초로 하는 본드 재료의 함량은 적어도 5 부피%, 예를 들어 적어도 10 부피%, 또는 적어도 15 부피%, 또는 적어도 20 부피%, 또는 적어도 25 부피%, 또는 적어도 30 부피%, 또는 적어도 32 부피%, 또는 적어도 35 부피%, 또는 적어도 38 부피%, 또는 적어도 40 부피%, 또는 적어도 42 부피%, 또는 적어도 45 부피%, 또는 적어도 48 부피%, 또는 적어도 50 부피%일 수 있다. 다른 구체예에서, 본드 재료의 함량은 본체의 총 부피를 기초로 60 부피% 이하, 또는 55 부피% 이하, 또는 50 부피% 이하, 또는 45 부피% 이하일 수 있다. 본드 재료의 함량은 최소 값 및 최대 값 중 임의의 값들 사이의 값, 예를 들어 본체의 총 부피를 기초로, 5 부피% 내지 60 부피%, 또는 20 부피% 내지 55 부피%, 35 부피% 내지 50 부피%, 또는 5 부피% 내지 20 부피%일 수 있다. 특정 구체예에서, 본드 재료는 (불가피한 불순물을 제외하고) 본질적으로 유리질 재료로 구성될 수 있고, 유리질 재료의 양은, 본체의 총 부피를 기초로, 적어도 10 부피% 내지 19 부피% 이하일 수 있다.
본체 내에 포함된 연마재 입자는 산화루, 질화물, 붕화물, 다이아몬드, 또는 그 임의의 조합으로부터 선택된 재료를 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 연마재 입자는 붕소 질화물을 포함할 수 있다. 일 양태에서, 연마재 입자는 붕소 질화물로 본질적으로 구성될 수 있다. 붕소 질화물은 입방체 붕소 질화물(c-BN), 또는 육방정계 붕소 질화물(h-BN), 또는 비정질 붕소 질화물(a-BN), 또는 우르츠(wurtzite) 붕소 질화물(w-BN)일 수 있다. 특정 양태에서, 연마재 입자는 본질적으로 입방체 붕소 질화물로 구성될 수 있다. 입방체 붕소 질화물로 본질적으로 구성된다는 것은 본원에서, 연마재 입자가 0.5 부피% 초과의 다른 유형의 재료를 포함하지 않을 수 있다는 것을 의미한다.
본 개시 내용의 본체 내의 연마재 입자의 함량은, 본체의 총 부피를 기초로, 적어도 25 부피%, 예를 들어 적어도 30 부피%, 또는 적어도 35 부피%, 또는 적어도 40 부피%, 또는 적어도 45 부피%, 또는 적어도 50 부피%일 수 있다. 다른 구체예에서, 연마재 입자의 함량은, 본체의 총 부피를 기초로, 80 부피% 이하, 예를 들어 75 부피% 이하 또는, 70 부피% 이하 또는, 65 부피% 이하 또는, 60 부피% 이하 또는, 55 부피% 이하 또는, 50 부피% 이하, 또는 48 부피% 이하, 또는 45 부피% 이하일 수 있다. 본체 내의 연마재 입자의 함량은 전술한 최소 값 및 최대 값 중 임의의 값들 사이의 값일 수 있다. 특정 구체예에서, 연마재 입자의 함량은, 본체의 총 부피를 기초로, 적어도 35 부피% 내지 50 부피% 이하일 수 있다.
일 구체예에서, 연마재 입자는 적어도 40 미크론, 예를 들어 적어도 45 미크론, 적어도 50 미크론, 적어도 60 미크론, 적어도 70 미크론, 적어도 80 미크론, 적어도 90, 미크론, 또는 적어도 100 미크론, 또는 적어도 130 미크론, 또는 적어도 150 미크론, 또는 적어도 200 미크론, 또는 적어도 240 미크론의 평균 입자 크기(D50AP)를 가질 수 있다. 다른 구체예에서, 연마재 입자의 평균 입자 크기(D50AP)는 1000 미크론 이하, 예를 들어 900 미크론 이하, 800 미크론 이하, 또는 600 미크론 이하, 또는 500 미크론 이하, 또는 400 미크론 이하, 또는 300 미크론 이하일 수 있다. 연마재 입자의 평균 입자 크기는 전술한 최소 값 및 최대 값 사이의 임의의 값, 예를 들어 40 미크론 내지 500 미크론, 또는 80 미크론 내지 300 미크론일 수 있다.
특정 구체예에서, 본드 재료 내에 포함된 필러는, 질화물에 더하여, 적어도 하나의 다른 필러 재료, 예를 들어 금속 또는 금속 합금(예를 들어, 니켈, 아연, 황동), 또는 무기질 광물(예를 들어, 탄화물, 산화물, 또는 붕산염)을 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 필러는, 소결 중에 본드 재료와 함께 용융되지 않고 소결 후에 독립적인 입자를 유지하는 그리고 본체 내에서 광학 현미경에 의해서 식별될 수 있는, 미립자 재료이다.
다른 구체예에 따라, 연마재 입자는 미응결형(unagglomerated) 연마 입자, 응결형 연마 입자, 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 연마재 입자의 대부분은 미응결형 연마재 입자일 수 있거나, 보다 특히, 연마재 입자는 본질적으로 미응결형 연마재 입자로 구성될 수 있다.
특정 구체예에서, 본 개시 내용의 본드 재료에 의해서 함께 유지되는 연마재 입자들이 코팅을 포함할 수 있다. 연마재 입자의 코팅은 무기질 재료, 예를 들어 금속 또는 금속 합금, 예를 들어 구리, 니켈, 아연, 황동을 포함할 수 있다.
추가적인 구체예에서 1) 질화물을 갖는 필러, 2) 연마재 입자, 및 3) 본드 재료 사이의 열팽창 계수(CTE)의 차이가 1 ppm/℃ 초과만큼 상이하지 않을 수 있다. 또 다른 특정 구체예에서, 질화물을 갖는 필러 및 연마재 입자가 동일한 CTE를 가질 수 있다.
일 구체예에서, 연마재 입자의 재료 및 필러의 재료가 동일할 수 있다. 특정 양태에서, 연마재 입자의 재료가 입방체 붕소 질화물일 수 있고, 필러의 재료가 입방체 붕소 질화물일 수 있다.
또한 추가적인 특정 양태에서, 연마재 입자의 재료가 입방체 붕소 질화물일 수 있고, 필러의 재료가 입방체 붕소 질화물일 수 있으며, 필러의 평균 입자 크기 대 연마재 입자의 평균 입자 크기의 비율(D50F/D50AP)이 적어도 0.01 내지 0.3 이하일 수 있다.
다른 특정 양태에서, 연마재 입자의 재료 및 필러의 재료 모두가 입방체 붕소 질화물일 수 있고, 입방체 붕소 질화물 필러의 평균 입자 크기가 적어도 2 미크론 및 30 미크론 이하일 수 있다.
추가적인 특정 구체예에서, 연마재 입자의 재료 및 필러의 재료가 모두 입방체 붕소 질화물일 수 있고, 본체 내의 필러의 함량이, 본체 내의 본드 재료 및 필러의 총 부피를 기초로, 적어도 7 부피% 및 30 부피% 이하일 수 있다.
또 다른 특정 구체예에서, 본체는, 본체의 총 부피를 기초로 적어도 30 부피% 및 50 부피% 이하의 양의 연마재 입자, 본체의 총 부피를 기초로 적어도 15 부피% 및 30 부피% 이하의 양의 유리질 본드 재료, 및 본드 재료 및 필러의 총 부피를 기초로 적어도 5 부피% 및 35 부피% 이하의 양의 질화물을 갖는 필러로 필수적으로 구성될 수 있고, 필러-대-연마재 입자 크기비(D50F/D50AP)는 적어도 0.03 및 0.5 이하의 범위 이내이고, 본체의 다공도는, 본체의 총 부피를 기초로, 적어도 25 부피% 및 45 부피% 이하이다. 이러한 구체예의 일 양태에서, 연마재 입자는 입방체 붕소 질화물(cBN)로 본질적으로 구성되고, 필러는 입방체 붕소 질화물(cBN)로 본질적으로 구성된다.
예에서 추가적으로 설명되는 바와 같이, 질화물을 갖는 필러는 소결 중의 연마재 본체의 원치 않는 수축을 보상할 수 있는 한편, 강도 및 마모 특성은 큰 범위에서 유지될 수 있다. 이론에 의해서도 구속되지 않으면서, 질화물을 갖는 필러는 소결 중에 연마재 입자들 사이의 강한 본드 구조를 형성하는데 기여할 수 있는 것으로 생각된다.
일 양태에서, 소결 후의 선형 수축 감소는, 본 개시 내용의 질화물 포함 필러를 포함하지 않는 본체의 수축에 비해서, 적어도 10%, 예를 들어 적어도 20%, 적어도 30% 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 또는 적어도 80%, 적어도 85%, 또는 적어도 90%일 수 있다.
다른 양태에서, 소결 후의 그린 본체의 선형 수축은 5% 이하, 예를 들어, 3% 이하, 또는 2.5% 이하, 또는 2.3% 이하, 또는 2.0% 이하, 또는 1.8% 이하, 또는 1.5% 이하, 또는 1.3% 이하, 또는 1.0% 이하일 수 있다.
일 양태에서, 본 개시 내용의 본체의 ASTM E18에 따른 로크웰 경도가 적어도 50 HRL, 예를 들어 적어도 60 HRL, 적어도 70 HRL, 적어도 80 HRL, 적어도 90 HRL, 적어도 95 HRL, 적어도 100 HRL, 또는 적어도 105 HRL일 수 있다. 다른 양태에서, 로크웰 경도는 125 HRL 이하, 또는 120 HRL 이하, 또는 110 HRL 이하일 수 있다.
또 다른 양태에서, 본체의 굽힘 강도는 적어도 25 MPa, 예를 들어 적어도 30 MPa, 또는 적어도 40 MPa일 수 있다. 다른 양태에서, 그러한 강도는 100 MPa 이하, 또는 90 MPa 이하, 또는 80 MPa 이하일 수 있다.
많은 상이한 양태들 및 구체예들이 가능하다. 그러한 양태들 및 구체예들의 일부가 본원에서 설명된다. 본 명세서를 읽은 후에, 당업자는 그러한 양태 및 구체예가 단지 예시적인 것이고 본 발명의 범위를 제한하지 않는다는 것을 이해할 것이다. 구체예는 이하에 나열된 구체예 중 임의의 하나 이상에 따른 것일 수 있다.
구체예 1. 연마 물품으로서: 본체를 포함하고, 본체는 무기질 재료를 포함하는 본드 재료; 평균 입자 크기(D50AP)를 가지는 연마재 입자; 질화물을 포함하고 평균 입자 크기(D50F)를 가지는 필러; 및 적어도 0.01 내지 0.5 미만의 범위 내의 필러-대-연마재 입자비(D50F/D50AP)를 포함한다.
구체예 2. 연마 물품으로서: 본체를 포함하고, 본체는 무기질 재료를 포함하는 본드 재료; 평균 입자 크기(D50AP)를 가지는 연마재 입자; 질화물을 포함하고 적어도 1 미크론 내지 50 미크론 이하의 범위 내의 평균 입자 크기(D50F)를 가지는 필러를 포함한다.
구체예 3. 연마 물품으로서: 본체를 포함하고, 본체는 무기질 재료를 포함하는 본드 재료; 평균 입자 크기(D50AP)를 가지는 연마재 입자; 질화물을 갖는 필러를 포함하고, 본체는, 본드 재료 및 필러의 총 부피에 대해서, 적어도 1 부피% 내지 35 부피% 이하의 범위 내의 필러 함량을 포함한다.
구체예 4. 연마 물품으로서: 본체를 포함하고, 본체는 무기질 재료를 포함하는 본드 재료; 평균 입자 크기(D50AP)를 가지는 연마재 입자; 질화물을 갖는 필러를 포함하고; 본체는 0.050 cc 이하의 평균 마모를 포함한다.
구체예 5. 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 적어도 0.01 내지 1 미만의 범위 내의 필러-대-연마재 입자비(D50F/D50AP)를 더 포함한다.
구체예 6. 구체예 1 및 구체예 5 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 필러-대-연마재 입자비(D50F/D50AP)가 적어도 0.02, 또는 적어도 0.03, 또는 적어도 0.04, 또는 적어도 0.05, 또는 적어도 0.06, 또는 적어도 0.07, 또는 적어도 0.08, 또는 적어도 0.09, 또는 적어도 0.1, 또는 적어도 0.11, 또는 적어도 0.12, 또는 적어도 0.13, 또는 적어도 0.15, 또는 적어도 0.18, 또는 적어도 0.2, 또는 적어도 0.23, 또는 적어도 0.25, 또는 적어도 0.28, 또는 적어도 0.3, 또는 적어도 0.32, 또는 적어도 0.35, 또는 적어도 0.38, 또는 적어도 0.4 또는 적어도 0.45이다.
구체예 7. 구체예 1 및 구체예 5 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 필러-대-연마재 입자비(D50F/D50AP)가 0.45 이하, 또는 0.40 이하, 또는 0.40 이하, 또는 0.35 이하, 또는 0.33 이하, 또는 0.3 이하, 또는 0.28 이하, 또는 0.25 이하, 또는 0.23 이하, 또는 0.2 이하, 또는 0.18 이하, 또는 0.15 이하, 또는 0.13 이하, 또는 0.1 이하, 또는 0.08 이하, 또는 0.05 이하, 또는 0.03이다.
구체예 8. 구체예 1 및 구체예 5 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 필러-대-연마재 입자비(D50F/D50AP)가 적어도 0.01 내지 0.25 이하의 범위 이내 또는 적어도 0.05 내지 0.15 이하의 범위 이내이다.
구체예 9. 구체예 1, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 필러는 질화물을 포함하고, 적어도 1 미크론 내지 50 미크론 이하의 범위 내의 평균 입자 크기(D50F)를 갖는다.
구체예 10. 구체예 2 및 구체예 9 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 필러는 45 미크론 이하, 또는 40 미크론 이하, 또는 35 미크론 이하, 또는 30 미크론 이하, 또는 28 미크론 이하, 또는 25 미크론 이하, 또는 22 미크론 이하, 또는 20 미크론 이하, 또는 18 미크론 이하, 또는 15 미크론 이하, 또는 12 미크론 이하, 또는 10 미크론 이하의 평균 입자 크기(D50F)를 포함한다.
구체예 11. 구체예 2 및 구체예 9 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 필러는 적어도 2 미크론, 또는 적어도 3 미크론, 또는 적어도 4 미크론, 또는 적어도 5 미크론, 또는 적어도 6 미크론, 또는 적어도 7 미크론, 또는 적어도 8 미크론, 또는 적어도 9 미크론, 또는 적어도 10 미크론, 또는 적어도 12 미크론의 평균 입자 크기(D50F)를 포함한다.
구체예 12. 구체예 1, 구체예 2 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 본체는, 본드 재료 및 필러의 총 부피에 대해서, 적어도 1 부피% 내지 35 부피% 이하의 범위 내의 필러 함량을 포함한다.
구체예 13. 구체예 3 및 구체예 12 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 본체는, 본드 재료 및 필러의 총 부피를 기초로, 30 부피% 이하, 또는 28 부피% 이하, 또는 25 부피% 이하, 또는 22 부피% 이하, 또는 20 부피% 이하, 또는 18 부피% 이하, 또는 16 부피% 이하, 또는 14 부피% 이하, 또는 12 부피% 이하, 또는 10 부피% 이하의 필러 함량을 포함한다.
구체예 14. 구체예 3 및 구체예 12 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 본체는, 본드 재료 및 필러의 총 부피에 대해서, 적어도 2 부피%, 또는 적어도 3 부피%, 또는 적어도 4 부피%, 또는 적어도 5 부피%, 또는 적어도 6 부피%, 또는 적어도 8 부피%, 또는 적어도 10 부피%, 또는 적어도 12 부피%, 또는 적어도 14 부피%, 또는 적어도 16 부피%, 또는 적어도 18 부피%, 또는 적어도 20 부피%, 또는 적어도 22 부피% 또는 적어도 25 부피%의 필러 함량을 포함한다.
구체예 15. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 필러는 붕소 질화물을 포함한다.
구체예 16. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 필러는 대부분의 함량의 붕소 질화물을 포함한다.
구체예 17. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 필러는, 필러의 총 중량에 대해서 적어도 55 부피%의 붕소 질화물, 또는 적어도 60 부피%의 붕소 질화물, 또는 적어도 70 부피%의 붕소 질화물, 또는 적어도 80 부피%의 붕소 질화물, 또는 적어도 90 부피%의 붕소 질화물, 또는 적어도 95 부피%의 붕소 질화물, 또는 적어도 99 부피%의 붕소 질화물을 포함한다.
구체예 18. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 필러는 붕소 질화물로 본질적으로 구성된다.
구체예 19. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 필러는 입방체 붕소 질화물을 포함한다.
구체예 20. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 필러는 적어도 50 부피%의 입방체 붕소 질화물, 또는 적어도 60 부피%의 입방체 붕소 질화물, 또는 적어도 70 부피%의 입방체 붕소 질화물, 또는 적어도 80 부피%의 입방체 붕소 질화물, 또는 적어도 90 부피%의 입방체 붕소 질화물, 또는 적어도 95 부피%의 입방체 붕소 질화물, 또는 적어도 99 부피%의 입방체 붕소 질화물을 포함한다.
구체예 21. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 필러는 입방체 붕소 질화물로 본질적으로 구성된다.
구체예 22. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 본드 재료는 금속, 금속 합금, 세라믹, 유리질 재료 또는 그 임의의 조합으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함한다.
구체예 23. 구체예 22의 연마재 물품에 있어서, 본드 재료가 유리질 재료로 본질적으로 구성된다.
구체예 24. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 본체는, 본체의 총 부피에 대해서, 적어도 5 부피% 내지 60 부피% 이하의 범위 내의 본드 함량을 포함한다.
구체예 25. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 본체 내의 연마재 입자의 함량은, 본체의 총 부피를 기초로, 적어도 25 부피%, 예를 들어 적어도 30 부피%, 또는 적어도 35 부피%, 또는 적어도 40 부피%, 또는 적어도 45 부피%, 또는 적어도 50 부피%이다.
구체예 26. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 본체 내의 연마재 입자의 함량은 본체의 총 부피를 기초로 80 부피% 이하, 예를 들어 본체의 총 부피를 기초로 70 부피% 이하, 또는 65 부피% 이하, 또는 60 부피% 이하, 또는 55 부피% 이하, 또는 50 부피% 이하, 또는 45 부피% 이하이다.
구체예 27. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 연마재 입자는 산화물, 탄화물, 질화물, 붕화물, 다이아몬드, 또는 그 임의의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함한다.
구체예 28. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 연마재 입자는 붕소 질화물을 포함한다.
구체예 29. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 연마재 입자는 붕소 질화물로 본질적으로 구성된다.
구체예 30. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 연마재 입자는 입방체 붕소 질화물로 본질적으로 구성된다.
구체예 31. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 연마재 입자는, 무기질 재료를 포함하는 코팅을 포함한다.
구체예 32. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 연마재 입자는 적어도 40 미크론 내지 1000 미크론 이하의 범위 내의 평균 입자 크기(D50AP)를 포함한다.
구체예 33. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 질화물을 갖는 필러, 연마재 입자 및 본드 재료 사이의 열팽창 계수(CTE)는 1 ppm/℃ 이하, 예를 들어 0.5 ppm/℃ 이하, 또는 0.1 ppm/℃ 이하이다.
구체예 34. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 본체는 적어도 50 HRL, 예를 들어 적어도 60 HRL, 또는 적어도 70 HRL, 또는 적어도 80 HRL, 또는 적어도 90 HRL, 또는 적어도 100 HRL, 또는 적어도 105 HRL의 로크웰 경도를 갖는다.
구체예 35. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 본체는 125 HRL 이하, 120 HRL 이하, 또는 110 HRL 이하의 로크웰 경도를 갖는다.
구체예 36. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 본체는 적어도 25 MPa, 예를 들어 적어도 30 MPa, 또는 적어도 40 MPa의 굽힘 강도를 갖는다.
구체예 37. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 본체는 100 MPa 이하, 또는 90 MPa 이하, 또는 80 MPa 이하의 굽힘 강도를 갖는다.
구체예 38. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 본체는, 본체의 총 부피를 기초로, 적어도 1 부피%, 또는 적어도 2 부피%, 또는 적어도 5 부피%, 또는 적어도 8 부피%, 또는 적어도 10 부피%, 또는 적어도 15 부피%, 또는 적어도 20 부피%, 또는 적어도 25 부피%, 또는 적어도 30 부피%, 또는 적어도 35 부피%, 또는 적어도 40 부피%, 또는 적어도 45 부피%, 또는 적어도 50 부피%, 또는 적어도 55 부피%, 또는 적어도 60 부피%, 또는 적어도 65 부피%, 또는 적어도 70 부피%, 또는 적어도 75 부피%의 다공도를 갖는다.
구체예 39. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 본체는, 본체의 총 부피에 대해서 85 부피% 이하, 또는 80 부피% 이하, 또는 75 부피% 이하, 또는 70 부피% 이하, 또는 65 부피% 이하, 또는 60 부피% 이하, 또는 55 부피% 이하, 또는 50 부피% 이하, 또는 45 부피% 이하, 또는 40 부피% 이하, 또는 35 부피% 이하, 또는 30 부피% 이하, 또는 25 부피% 이하, 또는 20 부피% 이하, 또는 15 부피% 이하, 또는 10 부피% 이하, 또는 5 부피% 이하, 또는 3 부피% 이하의 다공도를 갖는다.
구체예 40. 구체예 38 또는 구체예 39의 연마재 물품에 있어서, 본체는 적어도 30 부피% 및 50 부피% 이하의 다공도를 갖는다.
구체예 41. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 필러가 입방체 붕소 질화물을 포함하고, 연마재 입자가 입방체 붕소 질화물을 포함한다.
구체예 42. 구체예 41의 연마재 물품에 있어서, 필러의 양은, 본드 재료 및 필러의 총 부피를 기초로, 적어도 10 부피% 및 30 부피% 이하이다.
구체예 43. 구체예 41의 연마재 물품에 있어서, 필러의 평균 입자 크기는 적어도 2 미크론 및 30 미크론 이하이다.
구체예 44. 구체예 41의 연마재 물품에 있어서, 필러-대-연마재 입자비(D50F/D50AP)가 적어도 0.01 내지 0.3 이하의 범위 이내이다.
구체예 45. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 본체는, 본체의 총 부피를 기초로 적어도 30 부피% 및 50 부피% 이하의 양의 연마재 입자; 본체의 총 부피를 기초로 적어도 15 부피% 및 30 부피% 이하의 양의 본드 재료, 그리고 본드 재료 및 필러의 총 부피를 기초로 적어도 5 부피% 및 35 부피% 이하의 양의 질화물 포함 필러로 본질적으로 구성될 수 있고, 필러-대-연마재 입자 크기비(D50F/D50AP)는 적어도 0.03 및 0.5 이하의 범위 이내이고; 본드 재료는 유리질 본드 재료이고; 본체의 다공도는, 본체의 총 부피를 기초로, 적어도 25 부피% 및 45 부피% 이하이다.
구체예 46. 구체예 45의 연마재 물품에 있어서, 연마재 입자는 입방체 붕소 질화물(cBN)로 본질적으로 구성되고, 필러는 입방체 붕소 질화물(cBN)로 본질적으로 구성된다.
구체예 47. 구체예 1, 구체예 2, 구체예 3 및 구체예 4 중 임의의 하나의 연마재 물품에 있어서, 본체 내의 본드 재료의 함량이, 본체의 총 부피를 기초로, 적어도 5 부피% 및 20 부피% 이하이다.
구체예 48. 연마재 물품의 본체를 형성하는 방법으로서: 무기질 본드 재료, 연마재 입자 및 필러를 포함하는 혼합물을 제조하는 단계로서, 필러가 질화물을 갖는, 단계; 혼합물로부터 그린 본체를 형성하는 단계; 및 그린 본체를 적어도 600 ℃의 온도에서 소결하는 단계로서, 소결 후에 그린 본체의 선형 수축이 5% 이하인, 단계를 포함한다.
구체예 49. 구체예 48의 방법에 있어서, 열처리에 의해서 그리고 소결 전에 유기질 본드 재료를 그린 본체로부터 결합 해제하는 단계를 더 포함한다.
구체예 50. 구체예 48의 방법에 있어서, 선형 수축이 4% 이하, 또는 3.0% 이하, 또는 2.5% 이하, 또는 2.3% 이하, 또는 2.0% 이하, 또는 1.8% 이하, 또는 1.5% 이하, 또는 1.3% 이하, 또는 1% 이하이다.
구체예 51. 구체예 48의 방법에 있어서, 필러는 입방체 붕소 질화물(cBN)을 포함한다.
구체예 52. 구체예 48의 방법에 있어서, 연마재 입자는 입방체 붕소 질화물(cBN)을 포함한다.
구체예 53. 구체예 48의 방법에 있어서, 필러-대-연마재 입자비(D50F/D50AP)가 적어도 0.01 내지 0.5 미만의 범위 이내이다.
구체예 54. 구체예 48의 방법에 있어서, 필러의 평균 입자 크기는 적어도 2 미크론 내지 30 미크론 이하이다.
구체예 55. 구체예 48의 방법에 있어서, 필러의 양은, 본드 재료 및 필러의 총 부피를 기초로, 적어도 5 부피% 내지 30 부피% 이하이다.
구체예 56. 구체예 48의 방법에 있어서, 본체의 선형 수축의 감소는, 필러를 포함하지 않는 본체에 비해서, 적어도 10%, 예를 들어 적어도 20%, 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 또는 적어도 80%, 적어도 85%, 또는 적어도 90%이다.
실시예
실시예 1
연마재 본체의 제조
음향 혼합기 내에서, 연마재 cBN 입자, cBN 필러, 유리 세라믹 유리질 본드 재료(Saint-Gobain의 N7), 유기질 결합제(Zschimmer & Schwarz의 ZUSOPLAST WE8), 및 물을 조합하여, 혼합물을 제조하였다. 혼합물들은, 또한 표 1에 요약된 바와 같이, cBN 연마재 입자의 평균 입자 크기 즉, 53 내지 63 ㎛(B64); 106 내지 125 ㎛(B126); 및 150 내지 180 ㎛ (B181), cBN 필러의 함량(본드 재료 및 필러의 총 부피를 기초로, 9 부피%, 19 부피%, 및 50 부피%), cBN 필러의 가변적인 양을 조정하기 위한 유리질 본드 재료의 양(혼합물의 총 부피를 기초로 14.6 부피%, 13 부피% 및 8 부피%) 물의 양(16 내지 24 부피%), 및 cBN 필러의 입자 크기(3 내지 5 ㎛; 6 내지 12 ㎛; 및 12 내지 22 ㎛)가 상이하였다. 모든 혼합물들은, 혼합물의 총 부피를 기초로, 동일한 함량의 41 부피%(그릿 농도(grit concentration) 164)의 입방체 붕소 질화물 연마재 입자, 및 동일한 함량의 15.7 부피%의 유기질 결합제를 가졌다.
각각의 제조된 혼합물로부터, 그린 본체를 형성하였고, 불활성 질소 대기 내의 열처리 체제에 적용하였다. 이하의 열처리 체제가 적용되었다: 1 시간 이내에 25 ℃ 내지 550 ℃의 공기 하에서 가열하는 것; 550 ℃의 온도에서 75분간 유지하는 것; 3 시간 이내에 550 ℃로부터 995 ℃까지 가열하는 것; 4 시간 동안 995 ℃에서 온도를 유지하는 것; 2 시간 이내에 995 ℃로부터 550 ℃까지 냉각하는 것. 열처리 중에, 유기질 결합제가 약 650 ℃ 이하의 온도에서 분해되었고, 본체는 995 ℃의 최대 온도에서 소결되었다. 결합제의 연소(burnout) 완료 후에, 분위기를 공기로부터 질소로 변경하였다.
cBN 연마재 입자의 크기 및 cBN 필러의 크기를 변경하는 것에 의해서 생산된 소결된 본체의 요지가 표 1에 기재되어 있다.
| cBN 연마재 입자 | cBN 필러 | 필러/연마재의 크기비 | ||
| 그릿 크기 EU FEPA | 그릿 크기 US ANSI | 크기 범위 [μm] |
크기 범위 [μm]
|
|
| B64 | 230/270 | 53 내지 63 | 3 내지 5 | 0.047 내지 0.094 |
| B126 | 120/140 | 106 내지 125 | 6 내지 12 | 0.048 내지 0.113 |
| B181 | 80/100 | 150 내지 180 | 12 내지 22 | 0.066 내지 0.147 |
실시예 2
cBN 필러가 강도, 경도, 마모, 및 수축에 미치는 영향을 평가하기 위해서, 상이한 cBN 필러의 함량들 및 상이한 cBN 필러의 입자 크기들을 갖는 실시예1의 방법에 따라 제조된 본체 샘플을 테스트하는 실험을 실시하였다.
표 2는, 본체의 총 부피를 기초로 41 부피%의 양의 그릿 크기 B126의 연마재 cBN 입자를 가지고, 본드 재료 및 필러의 총 부피를 기초로 0으로부터 50 부피%까지 cBN 필러의 양이 달라지는, 실시예 1에서 설명된 방법에 의해서 형성된 소결된 본체들의 비교를 보여준다. cBN 필러의 입자 크기 범위는 6 내지 12 미크론이었다. 19 부피%까지의 cBN 필러의 증가가, 단지 약간의 강도 및 경도의 감소 및 약간의 마모의 증가와 조합된, 수축 감소를 유발하였다는 것이 확인될 수 있다. 그러나, 본드 재료 및 필러의 총 부피를 기초로 50 부피% cBN 필러까지의 증가는, 수축이 더 감소됨에도 불구하고, 실시된 마모 테스트에 의해서 측정될 수 없는(이하의 마모 테스트에 관한 설명 참조) 큰 마모 증가를 유발하였고, 경도가 또한 큰 감소를 가졌다.
| cBN 필러의 양[본드 및 필러의 부피%] | 선형 수축 [%] | 마모 [cc] | 강도 [MPa] | 로크웰 경도 [HRL] |
| 0 | 3.5 | 0.025 | 51.60 | 109.5 |
| 19 | 2.4 | 0.032 | 38.23 | 103.3 |
| 50 | 1.1 | 너무 높음 | 28.79 | 85.2 |
표 3은, cBN 필러 함량의 증가에 따른, 3개의 상이한 크기의 cBN 연마재 입자들을 이용하여 형성된 본체들의 수축 값들을 비교한다. cBN 필러 입자 크기는 모든 실험에서 6 내지 12 ㎛였다. 본체 내의 cBN 필러의 존재가, cBN 필러를 포함하지 않는 본체에 비해서, 선형 수축을 감소시켰다는 것이 확인될 수 있다. 본체 내에서 cBN 필러를 포함하는 것에 의한 소결 후의 수축 감소는, cBN 필러가 없이 제조된 연마재 본체의 수축에 비해서, 21 % 내지 41 %였고, 가장 작은 연마재 평균 입자 크기(53 내지 63 ㎛)를 갖는 본체는 가장 큰 백분율의 수축 감소를 가졌다.
|
53 내지 63 ㎛ CBN(B64)
6 내지 12 ㎛ CBN 필러 |
106 내지 125 ㎛ CBN(B126)
6 내지 12 ㎛ CBN 필러 |
150 내지 180 ㎛ CBN(B181)
6 내지 12 ㎛ CBN 필러 |
||||||
| cBN 필러의 양 | 수축 [%] | 필러가 없는 것에 대한 수축 감소 | cBN 필러의 양 | 수축 [%] | 필러가 없는 것에 대한 수축 감소 | cBN 필러의 양 | 수축 [%] | 필러가 없는 것에 대한 수축 감소 |
| 0 | 3.8 | 0 | 3.5 | 0 | 3.7 | |||
| 9 | 2.9 | 23.7% | 9 | 9 | 2.9 | 21.6% | ||
| 19 | 2.24 | 41.1% | 19 | 2.4 | 31.4 | 19 | 2.35 | 36.5% |
3 내지 5 ㎛의 작은 크기의 cBN 필러로 형성된 본체의 경우에, 6 내지 12 ㎛ cBN 필러에 비교되는 수축 차이는 단지 사소하였다(2 % 이하의 백분율 수축 감소 차이). 또한, 3 내지 5 ㎛ cBN 필러 및 6 내지 12 ㎛ cBN 필러로 제조된 본체들을 비교할 때, 본체의 마모는 매우 유사하였다. 선형 수축(SL)은, 그린 본체의 길이(Lgb) 및 소결된 본체의 길이(Lsb)를 측정하는 것, 그리고 이하의 공식에 따라 계산하는 것에 의해서 결정되었다: SL = (Lgb - Lsb / Lgb) x 100%
선형 수축의 테스트를 위해서, 10초의 체류 시간으로 6 톤의 압력 하에서 그린 본체 혼합물을 원통형 형상의 몰드 내로 프레스하는 것에 의해서 그린 본체를 제조하였고, 몰드는 1.25 인치의 길이의 가장 긴 직경, 및 0.46 인치의 높이를 갖는다. 실시예 1에서 설명된 바와 같은 결합 해제 및 소결을 위해서, 몰드로부터 추출된 그린 본체를 세라믹 세터 판(ceramic setter plate) 상에 배치하였다.
굽힘 강도, 경도 및 마모를 테스트하기 위해서, 2.64 인치의 길이, 0.257 인치의 폭, 및 0.25 인치의 높이를 갖는 직사각형 몰드를 이용하여 테스트 막대를 제조하였다. 몰드를 충진하기 위한 인가 압력이 또한 6 톤이었다. 그린 본체를 몰드로부터 추출한 후에, 결합 해제 및 소결을 위해서, 막대에 대해서 실시예 1에서 설명된 열처리 체제를 적용하였다.
굽힘 강도의 측정을 수정된 ASTM C1161에 따라 실행하였다. ASTM C1161은 굽힘 범위(fixtures span), 베어링 직경, 및 샘플 크기와 관련하여 수정되었다. 테스트 설정: 굽힘 강도는, 2 인치의 지지 범위(지지 범위 대 하중 범위의 2:1의 비율), 5 mm 직경의 베어링 및 0.05 인치/분의 크로스헤드 속력(crosshead speed)을 갖는 반-굴절형 고정구를 이용하는 4-지점 벤딩에 의해서 테스트되었다. ASTM C1161에 따른 벤딩 응력을 계산하기 위한 수학식의 정확성을 보장하기 위해서, 테스트 막대는, 부품의 길이가 두께의 10배 이상이어야 한다는 요건을 준수하였다.
로크웰 경도가 ASTM E18에 따라 결정되었다.
마모 테스트를 위해서, 테스트 막대를 지지부 상에 장착하였고 Struers Tegramin-25 연삭 및 폴리싱 기계의 시편 홀더 상에 설치하였다. 150 rpm으로 회전되었고 샘플을 30 N의 일정한 힘으로, 150 rpm으로 반대로 회전되는, 120 그릿 SiC 포(paper)를 향해서 밀었다. 각각의 테스트를, 윤활 유체가 없이, 10초의 기간 동안 실시하였다.
마모는, 테스트 전과 후의 테스트 막대의 길이를 측정하는 것, 막대의 횡단면을 측정하는 것, 그리고 한 번의 작업에서 소모된 재료의 부피를 계산하는 것에 의해서 결정되었다. 마모 테스트를 각각의 본체 유형에 대해서 3번 내지 5번 반복하였고, 평균 값을 계산하였다.
실시예 3
입방체 붕소 질화물 필러: 멀라이트, 규소 탄화물(SiC), 및 지르코니아(ZrO2)와 비교하여 4개의 다른 필러 유형을 평가하기 위해서, 비교 실험을 실시하였다.
비교 연마재 본체는 실시예 1에서 설명된 방법에 따라, 그러나 cBN 필러를, 질산염을 포함하지 않는 다른 필러 재료를 갖는 cBN 필러로 대체하는 것에 의해서, 제조되었다.
모든 비교 실험에서, 본드 재료 및 필러의 총 부피를 기초로 19 부피%의 동일한 필러의 양을 이용하였다. 부피%의 양의 106 내지 125㎛(그릿 크기 B126)의 입자 크기 범위를 갖는 cBN을 이용하였다.
연마재 본체를 소결 후의 선형 수축, 마모, 강도 및 경도에 대해서 테스트하였다.
측정 데이터를 표 4에서 요약하였다. 비록 다른 필러 재료가 또한 소결 후의 본체의 수축을 감소시킬 수 있지만, 다른 테스트된 필러 재료는, cBN 필러를 포함하는 본체에 비해서, 훨씬 더 큰 마모 증가를 가졌고, 훨신 더 큰 강도 및/또는 경도의 감소를 가졌다.
| 필러 재료 |
필러 입자
크기 [μm] |
선형 수축
[%] |
강도
[MPa] |
로크웰 경도
[HRL] |
마모 [cc] |
| 필러 없음 | 3.5 | 51.6 | 102.0 | 0.022 | |
| cBN | 6-12 | 2.2 | 38.2 | 97.6 | 0.030 |
| 멀라이트 | 3.5 | 2.3 | 36.8 | 90.3 | 0.172 |
| SiC | 10-12 | 2.4 | 27.5 | 96.3 | 0.112 |
| ZrO2 | 10-20 | 2.2 | 38.5 | 94.3 | 0.086 |
이점, 다른 장점, 및 문제에 대한 해결책을 특정 구체예와 관련하여 앞서서 설명하였다. 그러나, 이점, 다른 장점, 문제에 대한 해결책, 및 임의의 이점, 장점, 및 해결책이 이루어지게 할 수 있거나 보다 현저해지게 할 수 있는 임의 특징(들)이 임의의 또는 모든 청구항의 중요한, 요구되는, 또는 본질적인 특징으로 해석되지 않을 것이다. 본원에서 하나 이상의 성분을 포함하는 재료에 관한 언급은, 재료가 식별된 하나 이상의 성분으로 본질적으로 구성되는 적어도 하나의 구체예를 포함하는 것으로 해석될 수 있다. "본질적으로 구성되는"이라는 용어는, 식별된 재료를 포함하고, 재료의 특성을 크게 변경하지 않는, 사소한 함량(예를 들어, 불순물 함량)을 제외한 모든 다른 재료를 포함하지 않는, 조성을 포함하는 것으로 해석될 것이다. 부가적으로 또는 대안적으로, 특정의 비제한적인 구체예에서, 본원에서 식별된 조성물 중 임의의 조성물이, 명백하게 개시되지 않은 재료를 본질적으로 가지지 않을 수 있다. 구체예는 본원에서 재료 내의 특정 성분에 대한 함량의 범위를 포함하고, 주어진 재료 내의 성분의 함량이 총 100%인 것을 이해할 것이다.
본원에서 설명된 구체예에 관한 상세한 설명 및 도면은 여러 구체예의 구조에 관한 일반적인 이해를 제공하기 위한 것이다. 상세한 설명 및 도면은 본원에서 설명된 구조 또는 방법을 이용하는 장치 및 시스템의 모든 요소 및 특징에 관한 완전한 그리고 포괄적인 설명으로서의 역할을 하지 않을 것이다. 별개의 구체예들이 또한 단일 구체예로 조합될 수 있고, 역으로, 간결함을 위해서 단일 구체예의 상황으로 설명된 여러 특징이 또한 별개로 또는 임의의 하위 조합으로 제공될 수 있다. 또한, 범위로 기술된 값들에 대한 언급은 해당 범위 내의 각각의 그리고 모든 값을 포함한다. 본 명세서를 읽는 것 만으로도 많은 다른 구체예가 당업자에게 명확해질 수 있다. 다른 구체예가 이용될 수 있고 개시 내용으로부터 유도될 수 있으며, 그에 따라 개시 내용의 범위로부터 벗어나지 않고도 구조적 치환, 논리적 치환, 또는 다른 변화가 이루어질 수 있다. 따라서, 개시 내용은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주될 것이다.
Claims (15)
- 연마재 물품으로서:
본체를 포함하고, 상기 본체는,
무기질 재료를 포함하는 본드 재료;
평균 입자 크기(D50AP)를 가지는 연마재 입자;
질화물을 포함하고 평균 입자 크기(D50F)를 가지는 필러; 및
적어도 0.01 내지 0.5 미만의 범위 내의 필러-대-연마재 입자 크기비(D50F/D50AP)를 포함하는, 연마재 물품. - 제1항에 있어서, 상기 연마재 입자의 총 부피를 기초로 상기 연마재 입자의 적어도 90 부피%가 붕소 질화물을 포함하는, 연마재 물품.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 필러의 총 부피를 기초로 상기 필러의 적어도 90 부피%가 붕소 질화물을 포함하는, 연마재 물품.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 질화물을 포함하는 필러, 상기 연마재 입자 및 상기 본드 재료 사이의 열팽창 계수(CTE)의 차이가 1 ppm/℃ 이하인, 연마재 물품.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마재 입자, 및 아질산염을 포함하는 상기 필러가 입방체 붕소 질화물로 필수적으로 구성되는, 연마재 물품.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필러-대-연마재 입자 크기비(D50F/D50AP)가 적어도 0.02 내지 0.3 미만의 범위 이내인, 연마재 물품.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 아질산염을 포함하는 상기 필러는 적어도 1 미크론 내지 30 미크론 이하의 범위 내의 평균 입자 크기(D50F)를 가지는, 연마재 물품.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 질화물을 포함하는 상기 필러의 양은, 본드 재료 및 필러의 총 부피를 기초로, 적어도 5 부피% 내지 30 부피% 이하의 범위 이내인, 연마재 물품.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본드 재료는 금속, 금속 합금, 세라믹, 유리질 재료 또는 그 임의의 조합으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함하는, 연마재 물품.
- 제9항에 있어서, 상기 본체 내의 본드 재료의 함량이, 상기 본체의 총 부피를 기초로, 적어도 5 부피% 내지 20 부피% 이하인, 연마재 물품.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체 내의 연마재 입자의 함량이, 상기 본체의 총 부피를 기초로, 적어도 25 부피% 내지 50 부피% 이하인, 연마재 물품.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마재 입자는 적어도 40 미크론 내지 1000 미크론 이하의 범위 내의 평균 입자 크기(D50AP)를 가지는, 연마재 물품.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체는 적어도 30 부피% 내지 50 부피% 이하의 다공도를 가지는, 연마재 물품.
- 연마재 물품의 본체를 형성하는 방법으로서:
무기질 본드 재료, 연마재 입자 및 필러를 포함하는 혼합물을 제조하는 단계로서, 상기 필러는 질화물을 포함하는, 단계;
상기 혼합물로부터 그린 본체를 형성하는 단계; 및
상기 그린 본체를 적어도 600 ℃의 온도에서 소결하는 단계를 포함하고,
소결 후의 상기 그린 본체의 선형 수축이 3 % 이하인, 방법. - 제14항에 있어서, 상기 필러는 입방체 붕소 질화물(cBN)을 포함하고 상기 연마재 입자는 입방체 붕소 질화물(cBN)을 포함하고, 필러-대-연마재 입자 크기비(D50F/D50AP)가 적어도 0.01 내지 0.3 미만의 범위 이내인, 방법.
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