KR20230098790A - 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법 및 다공질 메탈 본드 휠의 제조 방법 - Google Patents
다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법 및 다공질 메탈 본드 휠의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
낮은 기공률부터 높은 기공률까지 임의로 기공률을 조정 가능한 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법을 제공한다.
지립과, 금속 분말과, 기공형성재를 포함하는 미소성 성형체를 얻는 성형 공정(P1)과, 상기 기공형성재에 대하여 용해성을 가지는 용매의 증기와 상기 미소성 성형체를 접촉시켜, 상기 기공형성재를 제거하고, 기공을 포함하는 미소성 성형체를 얻는 탈용질 공정(P2)과, 상기 기공을 포함하는 미소성 성형체를 소성하는 소성 공정(P3)을 가지는 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법.
지립과, 금속 분말과, 기공형성재를 포함하는 미소성 성형체를 얻는 성형 공정(P1)과, 상기 기공형성재에 대하여 용해성을 가지는 용매의 증기와 상기 미소성 성형체를 접촉시켜, 상기 기공형성재를 제거하고, 기공을 포함하는 미소성 성형체를 얻는 탈용질 공정(P2)과, 상기 기공을 포함하는 미소성 성형체를 소성하는 소성 공정(P3)을 가지는 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법.
Description
본 발명은 다공질 메탈 본드 지석(砥石)의 제조 방법에 관한 것이다. 또, 본 발명은 다공질 메탈 본드 휠의 제조 방법에 관한 것이다.
고경도 취성 재료를 안정한 연삭 능력으로, 고능률, 고수명으로 연삭하기 위한 적합한 연삭 지석으로서 종래부터 비트리파이드 본드 지석이 사용되고 있다. 종래, 고경도 취성 재료의 연삭 수요는 많지 않아, 시간을 들여 행하면 충분했다. 그러나, 파워 디바이스 시장이나 LED 시장의 신장에 따라, 그 연삭에 대해서도, 생산성 향상이나 가공 비용 저감의 목적으로 고능률, 고수명의 가공 요구가 높아지고 있어, 그것들을 달성할 지석이 필요하게 되었다.
이러한 고경도 취성 재료의 고능률, 고정밀도 가공 분야나 초다듬질이라 불리는 다듬질 가공 분야에서, 수명이 우수한 공구로서 다공질 메탈 본드 지석이 사용되는 경우가 있다. 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법으로서, 중공 미립자 등의 독립 기포 재료를 첨가하여 기공을 형성하는 방법이나, 유기 매체를 첨가하고 소성에 의한 연소 제거에 의해 기공을 형성하는 방법, 염을 첨가하고 소성 후에 용매에 용출시켜 기공을 형성하는 방법 등이 알려져 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 금속 결합재 또는 유리질 결합재 속에, 지립(砥粒)과 무기질의 중공 미립자가 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 기공 지석이 개시되어 있다. 또, 지립과 중공 미립자와 금속 결합재의 분말을 혼합한 혼합 분말을 가열하여 당해 금속 결합재를 용융한 뒤 냉각함으로써, 유기 기공 지석을 제조할 수 있는 것이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, 경질 재료의 가공물을 연마 가공하여 원하는 표면 다듬질로 하기 위한 복합재로서, 특정 지립, 특정 금속 결합재, 및 기공부를 특정 비율로 가지는 복합재와 그 제조 방법이 개시되어 있고, 연마 물품을 용제 속에 침지하여 분산질을 침출시키고, 그것에 의해 연속 기공을 연마 물품 속에 남기는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 3에는, (a) 지립 약 0.5∼약 25체적%, 결합재 약 19.5∼약 49.5체적%, 및 분산질 입자 약 50∼약 80체적%를 함유하는 혼합물을 혼화하는 것, (b) 상기 혼합물을 프레스 가공하여 연마재가 충전된 복합재료로 하는 것, (c) 상기 복합재료를 열처리하는 것, (d) 실질적으로 모든 상기 분산질 입자를 용해하는데 적합한 일정한 시간에 걸쳐, 상기 복합재료를 상기 분산질 입자를 용해하는 용매에 침지하는 것을 포함하고, 상기 지립 및 상기 결합제가 상기 용매에 대하여 실질적으로 불용성인, 적어도 50체적%의 연통 기공을 가지는 연마용품의 제조 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 1과 같이, 중공 미립자와 같은 독립 기포 재료를 사용하여 기공을 형성하는 방법은, 독립 기포 재료의 첨가량에 의해, 기공률을 조정할 수 있다. 그러나, 기공의 외곽이 불필요한 잔사물로서 남아 버리기 때문에, 공구로서 사용하는 경우, 이 잔사물이 가공 시에 워크에 접촉하고, 저항의 상승에 따른 연삭 버닝이나 가공 정밀도의 악화가 염려된다.
분산질과 같은 기공형성재를 용매에 용출시켜 기공을 형성시키는 방법에서는, 독립 기포 재료 외곽과 같은 불필요한 잔사물은 남지 않는다. 또, 도 6에 도시하는 바와 같이, 종래의 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법에서는, 소성 공정 후에 탈용질 공정이 행해진다. 소성 공정을 거침으로써, 메탈 본드에 지립이 견고하게 고착된 소성체가 얻어져, 용매에 침지해도 메탈 본드의 강도의 저하나 지립의 고착력의 저하를 억제하여, 기공형성재의 용출이 가능하다고 생각된다. 그러나, 메탈 본드가 견고하게 소성되어 굳혀져 있기 때문에, 용매가 침투하기 위해서는, 기공형성재가 연통해 있을 필요가 있다. 소성체 중의 기공형성재의 비율이 지나치게 낮으면, 기공형성재가 연통해 있지 않은 부분이 생기고, 용매가 침투할 수 없어 기공형성재를 용출시키는 것이 곤란하게 된다. 모든 분산질을 소실시키기 위해 기공이 연통할 필요가 있고, 예를 들면, 특허문헌 2나 특허문헌 3의 방법에서는, 적어도 40체적% 이상의 분산질의 첨가가 필요한 것으로 되어 있다. 그러나, 40체적% 이상의 기공률의 지석을 공구로서 사용하는 경우, 피연삭재에 따라서는, 높은 절삭능력을 가지는 한편, 메탈 본드부가 적어지면 내마모성이 낮아진다고 하는 문제가 있어, 보다 낮은 기공률의 지석이 요구되는 경우도 있었다.
본 발명은 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 용매로 용출시킬 수 있는 기공형성재를 사용한, 낮은 기공률부터 높은 기공률까지 임의로 기공률을 조정 가능한 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법 및 이것을 이용한 다공질 메탈 본드 휠의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과, 하기의 발명이 상기 목적에 합치하는 것을 발견하고, 본 발명에 이르렀다.
즉, 본 발명은 이하의 발명에 관한 것이다.
<1> 지립과, 금속 분말과, 기공형성재를 포함하는 미소성 성형체를 얻는 성형 공정과, 상기 기공형성재에 대하여 용해성을 가지는 용매의 증기와, 상기 미소성 성형체를 접촉시켜, 상기 기공형성재를 제거하고, 기공을 포함하는 미소성 성형체를 얻는 탈용질 공정과, 상기 기공을 포함하는 미소성 성형체를 소성하는 소성 공정을 가지는 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법.
<2> 상기 미소성 성형체에 대한 상기 기공형성재의 체적비가 5∼90체적%인 상기 <1>에 기재된 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법.
<3> 상기 기공형성재의 평균 입경이 5∼250㎛인 상기 <1> 또는 <2>에 기재된 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법.
<4> 상기 용매가 물, 알코올 및 아세톤으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상을 포함하는 상기 <1> 내지 <3> 중 어느 하나에 기재된 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법.
<5> 상기 용매가 물을 포함하고, 상기 기공형성재가 수용성 화합물인 상기 <1> 내지 <4> 중 어느 하나에 기재된 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법.
<6> 상기 기공형성재가 수용성의 무기염인 상기 <5>에 기재된 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법.
<7> 상기 <1> 내지 <4> 중 어느 하나에 기재된 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법에 의해 제조된 다공질 메탈 본드 지석을 베이스 금속에 접착하는 공정과, 드레서를 사용하여, 상기 베이스 금속에 접착된 상기 다공질 메탈 본드 지석의 다듬질을 행하는 다듬질 공정을 가지는 다공질 메탈 본드 휠의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 용매로 용출시킬 수 있는 기공형성재를 사용한, 낮은 기공률부터 높은 기공률까지 임의로 기공률을 조정 가능한 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법이 제공된다. 이것에 의해, 독립 기포 재료의 외곽과 같은 불필요한 잔사물의 영향이 억제된 다공질 메탈 본드 지석을 원하는 기공률로 얻을 수 있다.
또, 낮은 기공률부터 높은 기공률까지의 임의로 기공률을 가지는 다공질 메탈 본드 지석을 갖춘 다공질 메탈 본드 휠의 제조 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법으로 제조되는 지석의 일부 단면 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다공질 메탈 본드 지석의 연마 시의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다공질 메탈 본드 휠의 제조 방법의 공정도이다.
도 5는 본 발명의 다공질 메탈 본드 휠의 제조 방법으로 제조되는 다공질 메탈 본드 지석의 1 예를 도시하는 사시도이다.
도 6은 종래의 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법으로 제조되는 지석의 일부 단면 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다공질 메탈 본드 지석의 연마 시의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다공질 메탈 본드 휠의 제조 방법의 공정도이다.
도 5는 본 발명의 다공질 메탈 본드 휠의 제조 방법으로 제조되는 다공질 메탈 본드 지석의 1 예를 도시하는 사시도이다.
도 6은 종래의 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법의 공정도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하에 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명하지만, 이하에 기재하는 구성 요건의 설명은 본 발명의 실시태양의 일례(대표예)이며, 본 발명은 그 요지를 변경하지 않는 한, 이하의 내용에 한정되지 않는다. 또한, 본 명세서에 있어서 「∼」라고 하는 표현을 사용하는 경우, 그 전후의 수치 또는 물성값을 포함하는 표현으로서 사용하는 것으로 한다.
<본 발명의 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법>
본 발명은 지립과, 금속 분말과, 기공형성재를 포함하는 미소성 성형체를 얻는 성형 공정과, 상기 기공형성재에 대하여 용해성을 가지는 용매의 증기와, 상기 미소성 성형체를 접촉시켜, 상기 기공형성재를 제거하고, 기공을 포함하는 미소성 성형체를 얻는 탈용질 공정과, 상기 기공을 포함하는 미소성 성형체를 소성하는 소성 공정을 가지는 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법(이하, 「본 발명의 지석의 제조 방법」으로 기재하는 경우가 있다.)에 관한 것이다.
본 발명의 지석의 제조 방법은 성형체가 미소성인 상태에서 기공형성재의 제거를 행하는 것과, 기공형성재의 제거를 위해 증기를 사용하는 것이 특징이다. 이와 같이 성형체가 미소성인 상태에서 기공형성재의 제거를 행함으로써(즉, 소성 공정 전에 탈용질 공정을 행함으로써), 성형체가 견고하게 구워 굳혀져 있지 않기 때문에, 용매의 증기가 내부까지 침투하기 쉬워진다. 그 때문에 기공형성재의 양이 적은 경우에도, 성형체의 내부까지 용매의 증기를 침투할 수 있어, 기공형성재를 충분하게 용출시키는 것이 가능하게 된다. 또, 용매에 성형체를 침지시키는 것이 아니고, 성형체를 용매의 증기와 접촉시키기 때문에, 성형체의 내부까지 더욱 침투하기 쉬워진다. 또, 미소성 성형체는 형상안정성이 낮기 때문에, 이것을 용매에 침지시키면, 형상이 무너질 우려가 있지만, 본 발명의 지석의 제조 방법에서는, 용매의 증기와 접촉시키기 때문에, 미소성이더라도 성형체의 형상도 무너지기 어렵다. 이렇게 만들어진 기공이 형성된 미소성 성형체를 소성함으로써, 기공이 유지된 채 금속 분말이 용융, 소성되어, 낮은 기공률이어도, 기공형성재가 충분히 제거된 다공질 메탈 본드 지석을 제작할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법의 공정도이다. 이하, 도 1에 기초하여 각 공정에 대해 설명한다.
[성형 공정(P1)]
성형 공정은 지립과, 금속 분말과, 기공형성재를 포함하는 미소성 성형체를 얻는 공정이다.
(지립)
지립은 다이아몬드 등을 사용할 수 있다. 지립의 평균 입경은 연삭 재료의 종류 등에 따라 적당하게 선정할 수 있다. 탄화 규소, 사파이어 등의 고경도 취성 재료를 연삭하는 경우, 지립이 깊게 파고들어가면 데미지가 고경도 취성 재료의 내부에 도달하여, 다음 공정에서의 가공시간이 길어진다. 지립의 평균 입경이 지나치게 크면, 연삭 재료에 지립이 깊게 파고들어감으로써 연삭 재료의 데미지가 커지는 경향이 있다. 한편으로, 지립의 평균 입경이 지나치게 작으면, 연삭 재료에 지립이 파고들어가지 않아 가공이 곤란하게 되는 경향이 있다. 그 때문에 지립의 평균 입경은 4∼55㎛가 바람직하다. 예를 들면, 사파이어 웨이퍼를 연삭하는 경우에는, 12∼55㎛로 할 수 있다. 보다 가공하기 어려운 탄화 규소(SiC) 웨이퍼를 연삭하는 경우에는, 4∼20㎛가 바람직하다.
또한, 본원에 있어서, 평균 입경은 입도 분포 측정기(레이저 회절산란법)에 의해 측정한 입도 분포의 메디안 직경이다. 메디안 직경은 JIS Z 8825:2013에 준하는 측정 방법으로, (주)호리바 세이사쿠쇼제의 레이저 회절/산란식 입자직경 분포 측정 장치(LA-960)를 사용하여 측정된 체적 기준의 D50의 값이다.
(금속 분말)
금속 분말로서는 구리, 주석, 코발트, 철, 니켈, 텅스텐, 은, 아연, 알루미늄, 티탄, 지르코늄, 및 이것들의 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상을 사용할 수 있다. 일반적으로는, 금속 분말은 구리 및 주석의 혼합물을 함유하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 고경도 취성 재료의 연삭으로서는 구리를 약 30질량%∼약 70질량%, 주석을 약 30질량%∼약 70질량% 함유하는 조성이 바람직하다.
(기공형성재)
기공형성재는 물, 알코올(메탄올이나 에탄올 등), 아세톤 등의 용매에 용이하게 용해할 수 있는 임의의 용질 입자를 사용할 수 있다. 그중에서도, 기공형성재는 수용성 화합물이 바람직하고, 수용성의 무기염이 보다 바람직하다. 수용성의 무기염으로서는, 예를 들면, 염화나트륨, 염화칼륨, 염화마그네슘, 염화칼슘, 규산나트륨, 탄산나트륨, 황산나트륨, 황산칼륨 및 황산마그네슘으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상이 바람직하다.
기공형성재의 평균 입경은, 예를 들면, 5∼300㎛로 할 수 있다. 본 발명의 지석의 제조 방법으로 얻어지는 다공질 메탈 본드 지석의 기공의 크기는 기공형성재의 크기에 대응하기 때문에, 기공형성재의 입경을 조정함으로써, 형성되는 기공의 크기를 조정할 수 있다. 또, 기공형성재의 크기는, 다음 공정에서의 제거 용이성 등도 고려하여, 적당하게 선택하여 사용할 수 있다. 기공형성재의 평균 입경이 지나치게 작으면, 용매의 증기가 침투하기 어렵게 되어, 기공형성재가 성형체 내부에 잔존해 버릴 우려가 있다. 그 때문에 평균 입경의 하한은 5㎛ 이상이 바람직하고, 10㎛ 이상이나, 50㎛ 이상, 80㎛ 이상으로 해도 된다. 한편으로, 평균 입경이 지나치게 크면, 형성되는 기공 수가 감소하고, 부분적으로 본드 매트릭스가 커지는 개소가 발생하고, 그 부분에서 본드 마찰이 발생해 버림으로써 고경도 취성 재료의 연삭에 적합하지 않은 것으로 될 우려가 있다. 그 때문에 평균 입경의 상한은 250㎛ 이하가 바람직하고, 200㎛ 이하나, 100㎛ 이하로 해도 된다.
목적으로 하는 다공질 메탈 본드 지석의 기공의 평균 입경은 지립의 크기나 피연삭재의 종류에 따라 적당하게 선택되는 것이지만, 예를 들면, 평균 입경 8㎛의 다이아몬드 지립을 사용하고, 탄화 규소(SiC) 웨이퍼를 연삭하기 위한 지석을 제조하는 경우, 기공형성재의 평균 입경은 70∼200㎛가 바람직하다.
또한, 기공형성재의 평균 입경은, 상기한 바와 같이, 입도 분포 측정기(레이저 회절산란법)에 의해 측정한 입도 분포의 메디안 직경이다.
본 발명의 지석의 제조 방법으로 얻어지는 다공질 메탈 본드 지석은 기공을 가지는 메탈 본드이기 때문에, 일반적인 집중도가 아니고, 지석면으로부터 기공을 제외한 부분(소위 소지(素地)부)의 지립 수로 절삭능력이나 내마모성을 조정한다. 지립, 금속 분말 및 기공형성재는 연삭면으로부터 기공을 제외한 소지부의 지립 수가 700∼6500개/cm2가 되도록 혼합하는 것이 바람직하다. 소지부의 지립 수가 지나치게 적으면 지립 1개당의 메탈 본드량이 많은 다공질 메탈 본드 지석이 되기 때문에, 마멸된 지립의 교체가 저해되기 쉬워, 가공을 지속하는 것이 곤란하게 되는 경향이 있다. 소지부의 지립 수가 지나치게 많으면 지립 1개당의 하중이 작아져 고경도 취성 재료로의 파고들기가 나빠지는 경향이 있다.
또한, 연삭면으로부터 기공을 제외한 소지부의 지립 수는 제조하는 다공질 메탈 본드 지석의 형상, 및 지립과 금속 분말과 기공형성재의 혼합 비율로부터 산출할 수 있다. 또, 얻어진 다공질 메탈 본드 지석으로부터 지립 수를 계수하는 경우는, 대상이 되는 다공질 메탈 본드 지석의 기공을 제외한 연삭면의 500배의 확대 화상에서 2치화 처리를 행한 후에, 단위면적(cm2)당의 지립 수를 계수함으로써 구해진다.
(미소성 성형체)
미소성 성형체는 지립과, 금속 분말과, 기공형성재를 혼합한 후, 소정의 성형 금형 내에 충전하고, 프레스(예를 들면, 500∼5000kg/cm2로 프레스)함으로써 소정의 형상으로 성형한 것이다.
미소성 성형체에 있어서의 기공형성재의 체적비(기공형성재의 체적/미소성 성형체의 체적×100 (%))는 5∼90체적%가 바람직하다. 미소성 성형체에 있어서의 기공형성재의 체적비가 5체적%보다 작으면 메탈 본드가 많은(기공이 적은) 지석으로 되기 때문에, 기공이 없는 지석과 마찬가지로 본드 마찰이 발생하여, 고경도 취성 재료의 연삭에 적합하지 않은 것으로 될 우려가 있다. 90체적%보다 커지면 지립을 유지하는 메탈 본드가 적은 지석으로 되기 때문에, 구조를 유지하기 곤란하게 된다.
얻어지는 다공질 메탈 본드 지석의 기공률은 미소성 성형체 중의 기공형성재의 양에 대응하기 때문에, 기공형성재의 양을 조정함으로써, 저기공률부터 고기공률까지 임의로 지석의 기공률을 조정할 수 있다. 미소성 성형체에 있어서의 기공형성재의 체적비는 5체적% 이상이 바람직하고, 10체적% 이상이어도 된다. 또, 미소성 성형체에 있어서의 기공형성재의 체적비는 90체적% 이하가 바람직하고, 85체적% 이하나, 80체적% 이하, 75체적% 이하, 70체적% 이하, 65체적% 이하로 해도 된다.
또, 종래의 제조 방법에서는 제조가 곤란했던 저기공률의 다공질 메탈 본드 지석으로 하기 위해, 미소성 성형체에 있어서의 기공형성재의 체적비를 5∼35체적%나, 10∼30체적%로 해도 된다.
[탈용질 공정(P2)]
탈용질 공정은 기공형성재에 대하여 용해성을 가지는 용매의 증기와, 미소성 성형체를 접촉시켜, 기공형성재를 제거하고, 기공을 포함하는 미소성 성형체를 얻는 공정이다. 탈용질 공정에서는, 통상, 미소성 성형체를 성형 금형으로부터 취출하고, 기공형성재를 녹이는 용매의 증기와 접촉시킨다. 이것에 의해, 효율적으로 미소성 성형체 중의 기공형성재를 제거하여, 기공형성재가 존재한 부분에 기공을 형성시킬 수 있다.
기공형성재에 대하여 용해성을 가지는 용매의 증기와, 미소성 성형체를 접촉시키는 방법으로서는, 용매를 그 비점 이상으로 가열하여 발생시킨 증기를 미소성 성형체에 공급하는 방법이나, 용매의 증기가 충만한 처리부에 미소성 성형체를 도입하는 방법 등을 들 수 있다. 예를 들면, 수증기와 미소성 성형체를 접촉시키는 경우, 수증기 발생 장치로부터 발생하는 수증기를 미소성 성형체에 공급하거나, 가습로를 사용하거나 할 수 있다. 또, 사용하는 용매의 종류나 미소성 성형체 속으로의 용매의 증기의 침투성 등을 고려하여, 가압하나 감압하에서 접촉시켜도 된다.
증기로서 미소성 성형체와 접촉시키는 용매는 기공형성재가 녹는 용매(기공형성재에 대하여 용해성을 가지는 것)이면 되고, 기공형성재의 종류에 따라 적당하게 선택할 수 있다. 취급 용이성이나 기화 용이성 등을 고려하여, 물, 알코올 및 아세톤으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상을 포함하는 용매의 증기를 사용하는 것이 바람직하다. 물을 포함하는 용매의 증기를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
용매의 증기의 온도는 사용하는 용매의 비점 이상이며, 소성 공정에 있어서의 소성 온도 이하가 바람직하고, 용매의 종류 등에 따라 적당하게 설정된다. 예를 들면, 수증기의 경우는 100∼200℃로 할 수 있다.
용매의 증기와 미소성 성형체를 접촉시키는 시간은 기공형성재를 소실할 수 있는 시간 이상이면 되고, 기공형성재의 종류나 미소성 성형체 중의 비율 등에 따라 적당하게 설정되는 것이다. 예를 들면, 12∼120시간이나 24∼72시간으로 할 수 있다.
[소성 공정(P3)]
소성 공정은 기공을 포함하는 미소성 성형체를 소성하는 공정이다. 소성 공정은 공지의 방법으로 행하면 된다. 예를 들면, 탈용질 공정 후의 기공을 포함하는 미소성 성형체를, 감압 또는 상압하에서 200∼900℃로 미리 설정된 소성 온도의 소성로 속에서 열처리함으로써, 형성된 기공이 유지된 상태에서 금속 분말끼리 용융 접합하여, 메탈 본드가 형성된다. 이것에 의해 다공질의 소성체가 얻어진다.
[다공질 메탈 본드 지석]
본 발명의 지석의 제조 방법에 의해 얻어지는 다공질 메탈 본드 지석은 다공질의 소성체로 이루어진다. 도 2는 본 발명의 지석의 제조 방법으로 제조되는 다공질 메탈 본드 지석의 일부 단면 모식도이다. 도 3은 다공질 메탈 본드 지석의 연마 시의 상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 지석의 제조 방법으로 제조되는 다공질 메탈 본드 지석(10)은 메탈 본드(12)와 지립(14)과 기공(16)을 포함한다.
이러한 구조의 다공질 메탈 본드 지석(10)의 메리트로서 이하를 들 수 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 다공질 구조에 의해, 피삭재(30)에 접촉하는 메탈 본드(12)의 접촉 면적이 저감한다. 이것에 의해 본드 마찰을 경감할 수 있음과 아울러, 피삭재(30)에 대한 접촉면압을 향상시킬 수 있다. 연삭면(18)의 기공(16)은 칩 포켓으로서 기여하여, 연마 시의 절삭분(32)의 배출성 향상을 기대할 수 있음과 아울러 냉각성 기능도 향상된다.
또, 다공질 메탈 본드 지석(10)의 구조 내부에 기공(16)을 가지므로 다공질 메탈 본드 지석의 강도가 저강도화하기 때문에, 연삭으로 수명이 된 지립(14)을 탈락시키고, 다음의 지립(14)에게 역할을 물려주는 자생 작용이 효과적으로 작용하여, 안정한 부하로 연속 연마하는 것이 가능하게 된다.
다공질 메탈 본드 지석(10)에 있어서, 기공의 기공 직경은 5∼300㎛이다. 기공의 기공 직경은 10㎛ 이상이나, 50㎛ 이상, 80㎛ 이상으로 해도 된다. 또, 250㎛ 이하나, 200㎛ 이하, 100㎛ 이하로 해도 된다. 기공형성재의 입경을 조정함으로써 기공 직경은 제어할 수 있다. 또한, 기공 직경은, 다공질 메탈 본드 지석의 연삭면의 500배의 확대 화상 10매에서, 50개의 기공에 대해 장직경 및 단직경의 평균 직경을 각각 측정하고, 또한, 50개의 기공의 평균값을 산출한 값이다.
또, 다공질 메탈 본드 지석(10)의 기공률은 5∼90체적%이다. 다공질 메탈 본드 지석(10)의 기공률은 10체적% 이상으로 해도 된다. 또, 다공질 메탈 본드 지석(10)의 기공률은 85체적% 이하나, 80체적% 이하, 75체적% 이하, 70체적% 이하, 65체적% 이하로 해도 된다. 기공형성재의 비율을 조정함으로써 기공률은 제어할 수 있다. 또한, 기공률은 다공질 메탈 본드 지석의 체적 및 질량으로부터 밀도를 산출하고, 미리 구해진 밀도와 기공률(체적%)과의 관계를 나타내는 검량선으로부터 산출한 값이다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 지석의 제조 방법에서는, 독립 기포 재료를 사용하지 않고 낮은 기공률의 다공질 메탈 본드 지석을 제조할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 지석의 제조 방법은, 중공 미립자 등의 독립 기포 재료를 포함하지 않고, 실질적으로 메탈 본드(12)와 지립(14)과 기공(16)으로 이루어지고(즉, 불가피하게 포함되는 불순물의 혼입마저도 배제하는 것은 아님), 또한, 기공률 5∼35체적%나 10∼30체적%의 저기공률의 다공질 메탈 본드 지석 등도 제조 가능하다. 독립 기포 재료의 유무는 기공의 외곽의 성분의 분석 등으로부터 판단하는 것이 가능하다.
다공질 메탈 본드 지석(10)의 연삭면(18)에 있어서, 접촉하는 지립 수가 700∼6500개/cm2이다. 지립 수는 지립, 금속 분말 및 기공형성재의 비율을 조정함으로써 제어할 수 있다. 이와 같이, 접촉하는 지립 수를 700∼6500개/cm2로 하면, 고경도 취성 재료의 피삭재에 절삭해 들어가는 깊이를 확보하여, 고속 이송에서도 저부하로 연삭에 보다 적합한 것으로 된다.
본 발명의 지석의 제조 방법으로 제조되는 다공질 메탈 본드 지석의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니다. 용도에 따라 성형 공정(P1)에서 사용하는 성형 금형을 적당하게 선택하고, 플레이트 형상, 각기둥 형상, 원 형상, 원통 형상, 링 형상, 원호 형상 등 임의의 형상의 다공질 메탈 본드 지석(소성체)을 얻을 수 있다.
<다공질 메탈 본드 휠의 제조 방법>
도 4는 본 발명의 다공질 메탈 본드 휠의 제조 방법의 공정도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법으로 제조된 다공질 메탈 본드 지석을 베이스 금속에 접착하는 공정(P4)과, 드레서를 사용하여, 베이스 금속에 접착된 다공질 메탈 본드 지석의 다듬질을 행하는 다듬질 공정(P5)을 행함으로써, 베이스 금속과, 베이스 금속에 접착된 다공질 메탈 본드 지석을 가지는 다공질 메탈 본드 휠을 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 다공질 메탈 본드 휠의 제조 방법으로 얻어지는 다공질 메탈 본드 휠의 1 예를 도시하는 사시도이다. 다공질 메탈 본드 휠(100)은 철이나 알루미늄 등 금속제의 원판 형상의 베이스 금속(20)과, 세그먼트 칩(22)을 구비하고 있다. 세그먼트 칩(22)은 다공질 메탈 본드 지석(10)으로 이루어진다. 다공질 메탈 본드 지석(10)은 본 발명의 지석의 제조 방법에 의해 제조된 것이다. 베이스 금속(20)을 도시하지 않은 연삭 장치의 주축에 부착함으로써, 다공질 메탈 본드 휠(100)을 회전 구동시킬 수 있다. 다공질 메탈 본드 휠(100)은 250mm 정도의 외경을 가지고, 세그먼트 칩(22)은 3mm 정도의 폭을 가지고 있다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 베이스 금속(20)의 하면의 외주 가장자리를 따라 둥근 고리 형상으로 연달아 복수개의 세그먼트 칩(22)을 고착한다. 다공질 메탈 본드 휠(100)에 있어서, 세그먼트 칩(22)은 일면측(회전축심과 평행한 방향(도 5의 하방))으로 돌출하는 환상의 연삭면(18)을 구성한다. 이어서, 베이스 금속(20)에 접착된 세그먼트 칩(22)의 다듬질이 드레서를 사용하여 행해진다. 이것에 의해, 다공질 메탈 본드 휠(100)이 얻어진다.
또, 다공질 메탈 본드 휠(100)에서는, 세그먼트 칩(22)을 다공질 메탈 본드 지석(10)으로 이루어지는 것으로 하고 있지만, 세그먼트 칩(22)의 표층만이 다공질 메탈 본드 지석(10)으로 이루어지도록 접착시켜도 된다.
다공질 메탈 본드 휠(100)은 탄화 규소(SiC) 웨이퍼나 사파이어 웨이퍼 등의 고경도 취성 재료의 연삭을 위해 사용할 수 있다. 다공질 메탈 본드 휠(100)의 다공질 메탈 본드 지석(10)은, 베이스 금속(20)의 회전에 따라 연삭면(18)을, 탄화 규소(SiC) 웨이퍼, 사파이어 웨이퍼 등의 고경도 취성 재료와 슬라이딩 접촉시키고, 그 고경도 취성 재료를 평면 상태로 연삭할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 변경하지 않는 한 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]: 다공질 메탈 본드 지석의 시험편의 제조
·재료
지립: 다이아몬드(평균 입경 8㎛)
금속 분말(메탈 본드를 형성하는 재료): Cu 60질량%와 Sn 40질량%의 혼합물
기공형성재: 황산나트륨(평균 입경 70㎛)
·제조 방법
표 1에 도시하는 바와 같이, 소정의 지립과 금속 분말과 기공형성재를 혼합한 혼합물을 성형 금형에 충전하고, 압력(500∼5000kg/cm2, 실온)을 가하여, 미소성 성형체를 얻었다.
다음에 미소성 성형체를 성형 금형으로부터 취출하고, 수증기 분위기(100∼200℃)하에, 72시간 노출했다.
수증기에 노출한 후의 미소성 성형체를 소성(200∼900℃)하여, 다공질 메탈 본드 지석의 시험편(치수: 길이 40mm×폭 7mm×두께 4mm)을 얻었다.
SEM·EDS 장치를 사용하여, 제조한 실시예 1-1∼실시예 1-4의 시험편의 단면관찰을 행했다. 모든 시험편 단면에서 EDS 분석을 행한 결과, 기공형성재의 잔사물은 확인되지 않아, 모두 소실된 것을 확인할 수 있었다. 또, 시험편 단면의 SEM 화상(500배)의 2치화에 의한 입자 해석을 행한 결과, 모든 시험편에서 설계한 기공률과 동일 면적률을 나타내어, 설계대로의 다공질 메탈 본드 구조체로 되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또, 기공 직경도 사용한 기공형성재의 평균 입경에 대응하는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 2]
얻어지는 다공질 메탈 본드 지석의 치수가 길이 35mm×폭 3mm×두께 9mm가 되도록 성형 금형을 변경한 이외는 실시예 1과 동일하게 하여, 표 2에 나타내는 기공률의 다공질 메탈 본드 지석을 제조했다.
얻어진 다공질 메탈 본드 지석을, 외경 300mm의 베이스 금속의 하면에 도 5에 도시하는 바와 같이 접착하여, 다공질 메탈 본드 휠을 제조했다.
실시예 2의 다공질 메탈 본드 휠을 사용하여 이하의 연삭가공 시험 조건으로 고경도 취성 재료의 가공 시험을 행하여, 연삭저항과 지석마모율을 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
또한, 연삭저항은, 이하의 연삭가공 시험 조건의 연삭에 있어서, 다공질 메탈 본드 지석을 회전 구동하는 전동기의 구동 전류값이다. 또, 지석마모율은 이하의 연삭가공 시험 조건에서의 1회의 연삭에 있어서의 지석 시료의 마모량을 비율로 나타낸 것이며, 지석의 마모량(두께)을 가공물의 가공부위(두께)로 나눈 것이다. 예를 들면, 웨이퍼(가공물) 가공부위 50㎛를 가공했을 때, 지석이 100㎛ 마모된 경우, 지석마모율은 200%가 된다.
(연삭가공 시험 조건)
·연삭 기계: 평면 연삭반(인피드 방식)
·연삭 방법: 습식 평면연삭
·가공물: 4인치 단결정 탄화 규소(SiC) 웨이퍼
·가공 조건: 지석 회전수 2400rpm, 웨이퍼 회전수 400rpm, 절삭 속도 0.5㎛/sec., 가공 부위 200㎛,
·연삭액: 수용성 연삭액
[비교예]
기공형성재를 사용하지 않은 이외는 실시예 1과 동일하게 하여, 기공률 0체적%의 메탈 본드 지석을 얻었다. 실시예 2와 마찬가지로, 얻어진 메탈 본드 지석을 베이스 금속에 접착시킨 메탈 본드 휠을 사용하여 연삭가공 시험을 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
고기공률로 될수록 가공 저항이 낮지만, 마모량이 많아지는 경향인 것을 확인할 수 있고, 저기공률화가 공구로서 내마모성 향상에 유효한 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 3]
표 3에 나타내는 평균 입경의 기공형성재를 사용하여, 기공률 60체적%, 지립 수 700개/cm2로 한 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 다공질 메탈 본드 지석을 제조했다. 실시예 2와 마찬가지로, 얻어진 다공질 메탈 본드 지석을 베이스 금속에 접착시킨 다공질 메탈 본드 휠을 사용하여, 연삭가공 시험을 행했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
[실시예 4]
표 4에 나타내는 소지부의 지립 수, 기공 직경 70㎛, 기공률 60체적%의 다공질 메탈 본드 지석을 접착시킨 다공질 메탈 본드 휠을 제조하고, 이것을 사용하여 연삭가공 시험을 행했다. 결과를 표 4에 나타낸다.
본 발명의 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법은 다양한 기공률을 갖는 지석을 제조할 수 있다. 얻어진 지석이나 이것을 갖춘 다공질 메탈 본드 휠은 탄화 규소(SiC) 웨이퍼나 사파이어 웨이퍼 등의 고경도 취성 재료의 연삭을 위해 사용할 수 있다.
10 다공질 메탈 본드 지석
12 메탈 본드
14 지립
16 기공
18 연삭면
20 베이스 금속
22 세그먼트 칩
30 피삭재
32 절삭분
100 다공질 메탈 본드 휠
12 메탈 본드
14 지립
16 기공
18 연삭면
20 베이스 금속
22 세그먼트 칩
30 피삭재
32 절삭분
100 다공질 메탈 본드 휠
Claims (7)
- 지립과, 금속 분말과, 기공형성재를 포함하는 미소성 성형체를 얻는 성형 공정과,
상기 기공형성재에 대하여 용해성을 가지는 용매의 증기와, 상기 미소성 성형체를 접촉시켜, 상기 기공형성재를 제거하고, 기공을 포함하는 미소성 성형체를 얻는 탈용질 공정과,
상기 기공을 포함하는 미소성 성형체를 소성하는 소성 공정을 가지는 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 미소성 성형체에 대한 상기 기공형성재의 체적비가 5∼90체적%인 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기공형성재의 평균 입경이 5∼250㎛인 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용매가, 물, 알코올 및 아세톤으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상을 포함하는 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용매가 물을 포함하고, 상기 기공형성재가 수용성 화합물인 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 기공형성재가 수용성의 무기염인 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 다공질 메탈 본드 지석의 제조 방법에 의해 제조된 다공질 메탈 본드 지석을 베이스 금속에 접착하는 공정과,
드레서를 사용하여, 상기 베이스 금속에 접착된 상기 다공질 메탈 본드 지석의 다듬질을 행하는 다듬질 공정을 가지는 다공질 메탈 본드 휠의 제조 방법.
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