TW201139061A - Coated abrasive products containing aggregates - Google Patents

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201139061 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本揭示案-般係關於研磨劑微粒材料，併人有研磨劑微 粒材料之研磨劑產物及用於加工工件之方法。 【先前技術】 研磨d產#叙包含研磨劑微粒材料或由研磨劑微粒材 料形成。該研磨劑微粒材料可用作諸如漿料形式之游離研 磨劑，或通常為經塗佈研磨劑或經黏結研磨劑物品之經固 定研磨劑，磨劑產物用於各種工業令以諸如藉由研 光、研磨或拋光來加工工件。利用研磨劑物品之加工跨越 自光干工業、汽車塗漆修復工業、牙科應用至金屬製造工 業之廣泛:L業|&嘴。諸如手動或藉由使用通常可獲得之工 具（諸如軌道式拋光器（無規軸及固定軸）及帶及振動喷砂 器）之加工通常亦係由家庭應用之消費者完成。在各該等 實例中，使用研磨劑來移除大塊材料及/或影響產物之表 面特徵（例如平面度、表面粗糙度）。 表面特徵包括光澤、紋理及均勻性。舉例而言，金屬組 件之製造者使用研磨劑物品來精細拋光表面，且時常需要 均勻平滑表面。類似地，光學元件製造者需要產生無缺陷 表面之研磨劑物品來防止光繞射及散射。因此，研磨劑物 品之研磨劑表面一般影響表面品質。 邊為諸如經由化學合成途徑或經由大塊材料加工途徑 (例如融合及粉碎）而形成研磨劑顆粒係經相當良好發展且 成熱之技術領域。因此，值得注意之發展性資源已致力於 157189.doc 201139061 宏觀結構之發展’諸如經塗佈研磨劑情形下之經工程設計 研磨劑產物之發展且尤其為經黏結研磨劑情形下之三维結 構及調配物之發展。儘管持續發展，但此項技術中對於經 改良之微粒材料仍持續存在需要。 微粒材料主要包括單相無機材料，諸如氧化紹、碳化 石夕、-氧化石夕、二氧化#及較堅硬之高效能超研磨劑晶 粒，諸如立方氮化硼及金剛石。已經由研發複合微粒材料 來達成增強且甚至更經改進之研磨劑特性。該等材料包括 形成可經由漿料加工路徑形成之集料，該等加工路徑包括 經由揮發或蒸發來移除液體載劑，留下生坯聚結物，繼而 進行问/皿處理（亦即燃燒）以形成可用之經燃燒聚結物。 已發現該等複合聚結物於各種研磨劑產物配置中之商業 用途然而’工業上持續需要甚至進一步改良之微粒材料 且尤其為可提供增強之加工效能的複合集料。 【發明内容】 根據-實施例，經塗佈研磨劑產物包括基板及與其黏結 之微粒材料，該微粒材料包含生&未燃燒之研磨劑集料， 該等集料具有大致球形或環形形狀，該等集料係由含有研 磨劑喷砂顆粒、奈米顆粒黏合劑之組合物形成。 根據另一實施例，研磨劑漿料包括以懸浮液形式提供之 生迷未燃燒研磨劑集料，該等集料具有大致球形或環形形 狀，該等集料含有研磨劑噴砂顆粒及奈米顆粒黏合劑。 根據另一實施例，經黏結研磨劑形式之經固定研磨劑包 括以與集料間黏合劑而相對於彼此位置固定之生坯未燃燒 157I89.doc 201139061 研磨劑集料，該等集料具有大致球 坏形或環形形狀，該等集 料含有研磨劑喷砂顆粒及奈米顆粒黏合劑。 根據另-實施例，形成研磨劑微粒材料之方法包括形成 含有液體載劑、研磨劑喷砂顆粒及奈米顆粒黏合劑之聚 料；且使該衆料喷霧乾燥以形成包含研磨劑喷砂顆粒及奈 米顆粒黏合劑之生述未燃燒隼料 虼果枓此外，將集料分類以用 於研磨劑產物中。 根據另一實施例’用於加工工件 件之方法包括提供具有初 始表面粗糙度Rai之工件，以單一研磨劑產物來研磨工件 以將材料自工件移除’藉此工件具有最終表面粗糙度叫 且Raf不超過0.2 Rai。 【實施方式】 藉由參考以下圖式可更佳理解本揭示案，且其諸多特徵 及優點將為熟習此項技術者所顯而易見。 根據一實施例，提供特別適用於加工操作之研磨劑集 料，其中進行研磨以移除材料且改良表面品質。可經由基 於漿料之加工來形成研磨劑集料。本文中，實施例可利用 喷霧乾燥，其中將包含集料組份材料之漿料與液體載劑 (諸如水）混合在一起，霧化為小液滴且乾燥。更詳言之， 某些實施例將可為微粒形式之研磨劑噴砂；可為奈米顆粒 形式之黏合劑與可為水以供易於操縱且加工之液體載劑組 合。各種實施例於漿料中另外包括增塑劑（亦稱作分散劑） 來促進研磨劑喷砂於如此形成之經喷霧乾燥集料内的分 散0 157189.doc 201139061 如本文中所使用之街語"微粒" ^私此 用以係指具有约〇.〗微米 主約5〇k未，較佳不小於〇 2 太相、Η从，Λ 0.5微米或0.75微米且 不超過，力20微米，諸如不超過丨〇 工 ^ ^ ^ . θ 攻永之平均粒度的顆粒。 特疋實施例具有約0.5微米至約1〇微米之平均粒产。 如本文中所使用之術語"奈米顆粒"可用以係指具有約5 ⑽至約150⑽，通常小於约_⑽、80 nm、6〇 nm、5〇 nm或小於約40 nm之平均粒度的顆粒。奈米顆粒之典型平 均粒度在約20 nm至約50 nm之範圍内。 如本文所使用之術語"集料"可用以係指由複數個較小顆 粒製成之顆粒，該等較小顆粒係藉由施加壓力錢摔以相 對難於使集料顆粒分離或分裂為較小㈣之方式組合1 與本文中所使用之術語•，聚結物，，相反，，，聚結物"係指由複 數個較小顆粒製成之顆粒，該等較小顆粒係（諸如）藉由施 加壓力或手動擾拌以相對易力使集料顆粒分離或使顆粒分 裂回較小顆粒之方式組合。根據本發明之實施例，集料具 有複合結構，包括具有微粒範圍内之尺寸的研磨劑喷砂及 k供集料基質之奈米顆粒黏合劑，其中使研磨劑喷砂嵌埋 或包含於集料基質中。如將更詳細描述，根據實施例之集 料具有以研磨劑喷砂於奈米顆粒黏合劑中之均勻分布為特 徵之顯著形態。 在顯著結果中，根據各種實施例之集料為生坯未燃燒之 狀態。在本文申’在無改變集料之微晶尺寸、晶粒尺寸、 社、度、拉伸強度、楊氏模數（young’s modulus)及其類似者 之顯著形成後熱處理（諸如煅燒、燒結或再結晶）下，將集 157189.doc 201139061 料用作研磨劑產物或用於研磨劑產物中。該等熱處理過程 通常在陶瓷加工中進行以提供可用之產物，但不用於本文 中。該等熱處理步驟一般係在超過4〇〇。〇，一般在5〇〇()〇或 5〇〇°C以上進行。實際上，對於某些陶瓷種類而言，溫度 可易於在800。(：至120(TC及1200t以上之範圍内。 研磨劑喷砂顆粒一般具有超過約3，且較佳為約3至約1〇 之莫氏硬度（Mohs hardness)。對於特定應用而言，研磨劑 喷砂顆粒具有不小於5、6、7、8或9之莫氏硬度。一般咸 信研磨劑喷砂顆粒係用作研磨劑集料中之初級活性研磨劑 或拋光劑。合適研磨劑組合物之實例包括非金屬無機固 體，諸如碳化物、氧化物、氮化物及某些含碳材料。氧化 物包括氧化矽（諸如石英、白矽石及玻璃形態）、氧化鈽、 氧化鍅、氧化鋁。碳化物及氮化物包括（但不限於）碳化 矽、鋁、氮化硼（包括立方氮化硼）、碳化鈦、氮化鈦、氮 化矽。含碳材料包括金剛石’其廣義上包括合成金剛石、 金剛石樣碳及相關含碳材料，諸如富勒體（fullerite)及集料 金剛石奈米棒。材料亦可包括（例如）廣泛範圍之天然產生 之開採礦物，諸如石榴石、白矽石 '石英、剛玉、長石。 本揭示案之某些實施例利用金剛石、碳化矽、氧化鋁及/ 或氧化鈽材料，其中展示金剛石顯著有效。此外，熟習此 項技術者將瞭解具有所需硬度特徵之各種其他組合物可用 作本揭示案研磨劑集料中之研磨劑喷砂顆粒。此外，在根 據本揭示案之某些實施例中，可將兩種或兩種以上不同研 磨劑喷砂顆粒之混合物用於相同集料中。 157189.doc 201139061 如應自上述描述所瞭解，可於實施例中利用廣泛不同之 研磨劑嘴砂顆粒。在上述中，認為立方氮化删及金剛石為 "超研磨劑"顆粒，且已發現其用於特定加工操作（包括高度 臨界拋光操作）之廣泛商業用途。此外，可處理研磨劑喷 砂顆粒以在併入集料之前於個別顆粒上形成冶金塗層。超 研磨劑喷砂特別適用於塗佈。典型冶金塗層包括錦欽、 銅、銀及合金及其混合物。 一般而言，研磨劑喷砂顆粒之尺寸在微粒範圍内。應注 意，研磨劑喷砂顆粒可由較小顆粒之研磨劑集料（諸如研 磨劑集料奈米顆粒）形成，儘管研磨劑喷砂更通常由微粒 範圍内之單一顆粒形成，舉例而言，可將複數個奈米尺寸 金剛石顆粒凝集在一起以提供金剛石喷砂微粒。研磨劑喷 砂顆粒之尺寸可視所使用之喷砂顆粒的類型而定。舉例而 言，在本揭示案之某些實施例中，較佳使用具有約〇.5至2 微米’諸如約1微米尺寸之金剛石喷砂顆粒。在本揭示案 之其他實施例中，較佳使用具有約3至約8微米尺寸之碳化 石夕喷砂顆粒。在本揭示案之其他實施例中，較佳使用具有 約3至約5微米尺寸之氧化鋁喷砂顆粒。 一般而言，研磨劑喷砂顆粒可構成集料之約〇. 1%至約 85%之間。集料更佳包括約10%至約50%之間之研磨劑喷 砂顆粒。 在根據本揭示案之一實施例中，研磨劑集料可使用單一 尺寸之研磨劑喷砂顆粒形成，喷砂顆粒之尺寸及所得集料 均適用於所需拋光應用。在另一實施例中，兩種或兩種以 157189.doc 201139061 上不同尺寸之研磨劑喷砂顆粒之混合物可組合用以形成具 有可歸於各喷砂粒度之有利特徵的研磨劑集科。 根據本揭示案之研磨劑集料亦包括如上所述之奈米顆粒 黏合劑材料。奈来顆粒黏合劑一般形成具有黏合劑性質之 用以形成研磨劑喷砂顆粒，且將研磨劑喷砂顆粒於研磨劑 集料内固持在-起之連續基質相。就此而t，應注意在形 成連續基質相時奈米顆粒黏合劑一般自身係由緊密接觸、 互鎖、且在一定程度上彼此經原子力黏結之可個別識別的 奈米顆粒構成。然而，如在燒結之陶瓷材料的情況下，由 於生坯未燃燒狀態之如此形成之集料，一般不將個別奈米 顆粒融合在一起以形成晶粒。如本文中所使用之奈米顆粒 黏合劑之描述擴展至一或多種黏合劑。

儘管咸信喷砂材料用作初始研磨劑，但在本揭示案集料 之些貫知*例中，奈米顆粒材料亦可用作次級研磨劑。集 料之尺寸及拋光特徵可藉由改變參數來調整，該等參數諸 如奈米顆粒黏合劑材料之組成、奈米顆粒黏合劑材料與研 磨劑喷砂顆粒之相對濃度比，及研磨劑喷砂顆粒之尺寸。 奈米顆粒黏合劑材料自身可含有極精細之陶瓷及含碳顆 粒，諸如液態膠體或懸浮液形式之奈米尺寸化二氧化矽 (稱作膠狀一氧化矽）。奈米顆粒黏合劑材料亦可包括（但不 限於）膠狀氧化鋁、奈米尺寸化氧化鈽、奈米尺寸化金剛 石及其混合物。在本揭示案之特定實施例中，膠狀二氧化 矽較佳用作奈米顆粒黏合劑。舉例而言，已成功使用之可 賭得之奈米顆粒黏合劑包括膠狀二氧化矽溶液BINDZEL 157189.doc 201139061 2040 BINDZIL 2040(可蹲自 Marietta，Georgia 之 Eka Chemicals Inc.)及NEXSIL 20(可購自 Ashland，Massachusetts 之 Nyacol Nano Technologies, Inc.)。 在將混合物喷霧乾燥以形成集料之前，混合物可包括以 濕重§十’約〇. 1%至約80¾之間範圍内，較佳約丨〇%至約 30%之間範圍内之量的奈米顆粒黏合劑材料。在所形成之 研磨劑集料中，奈米顆粒黏合劑材料可構成集料之約1〇/〇 至約90%之間，較佳為集料之約2〇%至約8〇%之間，且最 佳為集料之約50。/。至約75g/。之間，所有均係以乾重計。 用於形成研磨劑集料之漿料亦可有利地包括初始用作增 塑劑（亦稱作分散劑）之另一種材料以促進研磨劑喷砂在如 此形成之集料中分散。由於所使用之低加工溫度咸信增 塑劑保持於如此形成之集料中且藉由熱重量分析（tga)定 量為剩餘物。增㈣亦可有助於在將混合物喷霧乾燥時， 將集料中之喷0顆粒及奈米顆粒黏合劑材料固持在一起。 就此而言，圆7展示關於包含Sic之集料及包含金剛石之 集料的TGA分析結果，其展示於25()t至約侧。c下移除殘 餘增塑劑。注意，發現金剛石在高溫下燒盡。應注意TGA 分析完全係作為表徵工具來進行’且暴露集料之高溫並非 用於形成集料之加工流程之部分。 增塑劑包括有機及無機材料，包括界面活性劑及盆他表 线力改質物質。特定實施例利用有機物質，諸如聚合物 及早體。在例示性實施例中，增 i劑為多7〇醇。舉例而 言，多元醇可為單體多元醇或可 + σ ^兀醇。例示性單 157189.doc -】0· 201139061 體多元醇包括1，2-丙二醆 —知，L4-丙二醇；乙二醇；甘油； 異戍四醇；糖醇，钱 居如麥牙糖醇、山梨糖醇、異麥芽糖或 八任何、’且σ ’或其任何組合。例示性聚合多元醇包括聚乙 一'醇，聚丙二醇；取γ _ 忒（四亞甲基醚）二醇；聚氧化乙烯；聚 氧化丙烯’甘油與氡化丙稀、氧化乙稀或其組合之反應產 物：二醇與二竣酸或其衍生物之反應產物；天然油多元 :’或其任何組合。在一實例中，多元醇可為聚酯多元 醇，諸如一醇與二敌酸或其衍生物之反應產物。在另一實 例中，多元醇為聚峻多元醇，諸如聚乙二醇、聚丙二醇、 聚氧化乙烯'聚氧化丙烯或甘油與氧化丙烯或氧化乙稀之 反應產物。詳言之’增塑劑包括聚乙二醇(PEG)。 侧(特別聚乙二醇)可具有-定分子量範圍。合適分 子量在約10至3GG0 ’諸如5(^咖，5〇至彻或5〇至彻 之範圍内。根據本揭不案之某些實施例’發現pEG 2⑽為 特別適用之增塑劑。在噴霧乾燥之前，混合物中之增塑劑 濃度可在約0.5%至約40%之間，且較佳在約〇 5%至約外之 間之範圍内。 應β 4，用於形成集料之組合物包含研磨劑喷砂、奈米 顆粒黏合劑且時常為增塑劑之主要4勿質。料物質可以各 種相對含量存在於形成集料之組合物中。#财之相對固 體含量應反映用於形成簡之組合物中之關含量，儘管 增塑劑之最終含量可由於在喷霧乾燥過程期間乾燥/揮發 而改變，儘管TGA分析展示增塑劑滯留於集料中。組合物 可包括約0.〗至約85重量％之研磨劑喷砂顆粒，約〇1至約 157189.doc 201139061 80重量％之奈米顆粒黏合劑，及約〇 5至約4〇重量％之增塑 劑’重量百分比係以組合物之總固體含量計。在某些實施 例中’組合物可包含約】〇至5〇重量％之研磨劑喷砂顆粒， 約50至90重量％之奈米顆粒黏合劑及約〇.5至15重量％之增 塑劑°特定實施例為約1 5至40重量％之研磨劑喷砂顆粒及 約60至85重量。/。之奈米顆粒黏合劑。 組合物中亦包括揮發性液體，其係用作载劑且用以使研 磨劑喷砂顆粒、奈米顆粒黏合劑材料及增塑劑之混合物液 化或流體化，以使得混合物可流入喷霧乾燥器中，霧化為 精細集料小液滴且於其中乾燥。較佳地，揮發性液體載劑 為去離子水，儘管可使用將由典型喷霧乾燥溫度所餾出且 大體上不改變混合物組成之其他揮發性液體。經液化之混 _ 了匕括研磨劑喷砂顆粒、奈米顆粒黏合劑材料及增塑 劑，剩餘為揮發性液體。漿料形式之組合物可以水為主， 且可包括以漿料總重量計之百分比，約7.5%至約15%之間 之研磨劑嘴砂顆粒，約2.5%至約75%之間及約〇5%至約 1 · 5 %之間之增塑劑。 在加工期間，應注意在根據本揭示案之特定實施例中， 佳在將噴0顆粒添加至混合物令之前自喷砂顆粒中大體 上=除任何積聚之靜電荷。已觀測到，若喷砂顆粒大體上 不含積聚之庫偷電荷（CQul()mbie如㈣，則於喷霧乾燥步 驟中所形成之集料的穩定性得以大體上改良。良好混合 後，接著於喷霧乾燥器中加工經液化之混合物(包括研； ㈣米顆粒黏合劑材料及增塑劑組份）以形成 157189.doc 12· 201139061 研磨劑集料。 可使用各種喷霧乾燥裝置，包__㈣ 嘴霧化器及雙流體喷嘴霧化器。對於且對机噴 劑喷砂顆粒之混合物而言謂成 ^小之研磨 言’喷霧乾燥器較佳為旋轉霧化器二:=之集料而 磨劑喷砂顆粒（尤' 目對較大研 二’且對於形成相對較大之集料(尤其為彼等二:: : 料)而言，單流體或雙流體喷嘴霧化器可為較 喷霧乾燥器裝置诵in 玄今， 衣罝通㊉將包括至少兩個材料收集點，一 位於旋風器處且—去办认 ^ 者位於主要乾無腔室底部。根據本揭示 ::所形成之集料可由兩個位置收集；然而，經觀測自旋風 盗所收集之集料—般尺寸較小且重量較輕，而經觀測自主 要乾燥腔室所收集之集料一般尺寸較大且重量較重。經觀 測自乾燥器之旋風器所收集之集料通常具有約5至約⑽ 米之尺寸。另一方面，經觀測自主要乾燥腔室所收集之集 料通常具有約2〇至約1〇〇微米之尺寸。 為開始喷霧乾燥’將聚料以一般值定速率泉入喷霧乾燥 裝置中。接著使漿料通過喷霧乾燥器内之霧化器或噴霧器 以形成大致為球形之小液滴。通過霧化器時，該等小液滴 被熱氣渦旋吸住，其中漿料之液體部分基本上立即蒸發且 漿料之固體部分形成集料。使漿料之液體部分揮發，留下 固體顆粒之熱氣通常不超過4〇〇t，諸如不超過375〇c、 350C或300°C。通常，喷霧乾燥係在超過約8〇°c，諸如超 157189.doc -13- 201139061 過約90。(：之溫度下進行。特定實施例係在約9代至約2贼 之溫度下進行。注意於嘴霧乾燥器之高溫部分内之停留時 間一般限於數秒，諸如〇 <5 S 1 π 41 ^ ^ 如〇.5至1〇秒，其與通常相關於燒 結、煅燒或燃燒典型陶咨吝榀# & 儿/、土㈣尤產物之熱處理停留時間相差甚 遠。 當毁料進入熱氣渦旋時’大體上將液體餾出且混合物形 成包括許多集料之精細粉末’各研磨劑集料形狀大致為球 形。如本文中所使用之術語"球形•，係指具有球形形狀，或 大致球形形狀（包括橢球及其他球形改變）之集料，其為喷 霧乾燥過程隨後發生之結果。因此，球體包括球體、橢 球、經截去頂端之球體及摘球，但所有一般均具有圓形而 非塊狀結構。應清楚，集料各自包含藉由奈米顆粒黏合劑 材料黏結在一起之研磨劑喷砂顆粒及未經蒸發之任何增塑 劑殘餘物。喷霧乾燥步驟之集料的最終水份含量一般^約 1重量％至約3重量％。 有利地，根據本揭示案，不需要顯著改質如此形成之未 燃燒生坯喷霧乾燥集料之組成或形態的其他加工步驟來產 生可用之研磨劑集料。實際上，根據本揭示案之特定實施 例：製造集料之方法基本上僅由上述混合及喷霧乾燥步驟 組成，且相當顯著地，避免影響集料形態之熱處理步驟。 詳言之，不進行將材料加熱至約“『(：至⑺卯七或更高範 圍内之極高溫度來熔融、燒結或融合混合物中之二氧化矽 或其他奈米顆粒黏合劑的步驟。因此，在根據本揭示案之 特定實施例尹，製造集料之方法的所有步驟均可在約 157J89.doc 14 201139061 400°C或400t以下之溫度下進行。 其表示與通常需要在約5〇〇t至1〇〇〇〇c或更高之極高溫 度下之燒結步驟的由凝集顆粒製造研磨劑粉末之習知方法 相對照。 儘s咸抬集料不需要燒結或其他類似高溫處理，但已發 現所形成之集料高度耐用。詳言之，已觀測到形成後，集 料於廣泛不同之化學溶劑（包括曱基乙基酮（ΜΕΚ)、異丙基 醇（ΙΡΑ)及1，4_二噁烷）中抗溶解。 形成後，如之前所需塗覆於基板或用於拋光操作，可將 本料刀類或分離為各種尺寸範圍。除研磨劑集料以外，所 付粕末可包括一定量之小於所需晶粒尺寸之材料。由如此 形成之集料組成之微粒材料一般具有約【〇至^ 微米範圍 内之平均粒度。通常，材料具有不小於約2〇，諸如不小於 約25微米之平均粒度。平均粒度之上限係由方法限制及特 定最終料應用所料，且材料—般具有不超過約刚微 米’諸如不超過約90、8〇或甚至不超過7〇微米之平均粒 度。在特定實施例中’集料材料之平均粒度較佳在約20微 求與5〇微米之間°集料之尺寸及尺寸範圍可經調整，且其 可視許多因素而疋’包括混合物之組成及噴霧乾燥器之饋 料速率。舉例而言，已使用旋轉霧化喷霧乾燥器成功地產 生包括彼等具有約1()微米 '職米、35微米、4g微米及Μ «尺寸之尺寸的研磨劑集料。此等集料包括約5至約峨 米範圍内之研磨劑噴砂顆粒。 當在放大下觀察時’集料具有大致球形形狀，其經表徵 157189.doc 201139061 為如圆“之掃描電子顯微圖片中所見之圓形或球形。然 而，在某些情況下’可觀測到集料在集料中心附近具有 孔，且因此展現如圖i_3之掃描電子顯著圖片中所見之更 ㈣於環形或圓環形之形狀。可觀測到研磨劑喷砂材料 (諸如金剛石喷砂）之個別顆粒分散於集料表面上及其内 邛其中在相對較少之情況下，個別喷砂顆粒在集料表面 上叢集在一起。注意，圖卜6展示於樹脂黏合劑系統中黏 結在一起之經分散個別集料。 研磨劑集料之其他研究已表明某些實施例係由中空球體 組成。該等顆粒可類推為具有集料平均粒度約〇 〇8至〇 4倍 範圍内之壁厚度tw的厚殼壁球（thick_sheUed racquet 丨）。 製程參數及組成參數可經修改以實現不同壁厚度，諸如不 小於集料平均粒度約〇1、〇15倍之壁厚度。壁厚度上限可 在集料平均粒度之約〇.35、〇.3〇、〇 25或〇 2〇倍之級別上。 額外研究展示，比表面積（SSA) 一般大於2 m2/g，諸如大於 10 m2/g，大於10 m2/g，或大於15 m2/g。已觀測最大ssa 不超過150 m2/g，諸如不超過10〇 m2/g。 形成後，可以改進粒度分布之合適分類來以原狀使用研 磨劑集料。儘管避免諸如過度熱處理之合成後加工步驟， 使得集料以生坯未燃燒之狀態使用，但可以可塗佈個別研 磨劑喷砂之極相同方式，使用冶金塗層來塗佈集料。冶金 塗層包括鎳、鈦、銅、銀及其合金及混合物。 製造後，可將研磨劑集料直接以疏鬆或，，游離”研磨劑粉 末形式使用。在此情形下，由集料所形成之研磨劑粉末可 157189.doc 201139061 以乾粉形式或以經諸如水之液體濕潤之粉末形式使用以產 生改良效能之漿料。亦可於拋光糊狀物或凝膠中併入研磨 劑粉末。可將如此產生之研磨劑粉末有利地用於修整及/ 或拋光許多其他材料（諸如用於半導體工業之化學機械平 坦化（CMP))，各種材料之精細表面修整及拋光天然及人造 牙科材料。或者’將集料組態為固定研磨劑，其為廣義上 包括經塗佈及經黏結研磨劑產物之術語。 然而’在本揭示案之其他實施例中，較佳將研磨劑集料 與用以將集料黏附至基板表面上之樹脂材料組合。將集料 與樹脂黏結材料組合之方法包括漿料形成，其中將集料、 樹脂與其他添加劑組合在一起且塗佈於基板上，或以不同 加工路徑將集料經由靜電吸引或簡單地經由重力置放於經 樹脂塗佈之基板上（例如撒布於基板上）^後種方法於此項 技術中眾所熟知，一般首先將"頭膠"沈積於基板上，將集 料塗覆於頭膠上，且隨後沈積"底漆視情況，可將超底 漆沈積於底漆上。此外，可將柔性塗層沈積於頭膠與基板 之間。在另一實例中，可將底塗層沈積於頭膠相對側之基 板上。 關於塗佈基板之漿料，除集料以外，漿料一般亦包括諸 如水或有機溶劑之溶劑及聚合樹脂材料。合適聚合樹脂材 料包括聚酯、環氧樹脂、聚胺基曱酸酯、聚醯胺、聚丙烯 酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氣乙烯、聚乙烯、聚矽氧烷、 聚矽氧、乙酸纖維素、硝化纖維素、天然橡膠、澱粉、蟲 膠及其混合物。最佳地，樹脂為聚酯樹脂。漿料可額外含 157189.doc 17 201139061 有其他成份，以形成經設計於將集料晶粒黏結至基板上之 黏合劑系統。使用（例如）高煎應力混合器將漿料組合物徹 底混合。 較佳地使關刀式塗佈機將包含集料晶粒之漿料塗覆至 基板上以形成塗層。或者，可使用槽模、凹版塗佈法或逆 向凹版塗佈法來塗覆漿料塗層。乾燥後，塗層厚度可在約 1至約5密耳厚度範圍内。當將基板以所需塗佈速度饋送至 到刀式塗佈機下時，集料晶粒漿料以所需厚度塗佈於基板 上。塗佈速度較佳在每分鐘約丨〇至約吸之間。 接著加熱經塗佈基板以使樹脂固化且將集料晶粒黏結至 基板上。一般而言，在此固化過程期間，將經塗佈基板加 熱至約100 C至小於約250°C之間之溫度。在本揭示案之某 些實施例中，較佳地固化步驟係在小於約2〇〇。〇之溫度下 進行。 一旦樹脂固化且集料研磨劑晶粒黏結至基板上後，則可 將經塗佈基板用於各種原料移除、修整及拋光應用。 在本揭示案之替代實施例中，可將研磨劑集料直接併入 基板中。舉例而言，可將集料與聚酯樹脂混合且接著可將 集料與聚合物之此混合物形成基板。 在本揭示案之另一替代實施例中，可將研磨劑集料塗覆 於經黏著劑塗佈之基板上且接著密封。此塗佈技術類似於 通常用於傳統砂紙之技術且係於上文中提及。在此實施例 中，較佳不將研磨劑集料混合於漿料中。相反，較佳將包 含集料之研磨劑粉末饋送至已塗覆有黏著劑之基板上，塗 157189.doc -18- 201139061 佈頭膠繼而經由底漆密封。視情況，可將基板以柔性塗層 或底塗層預處理。 在本揭示案之替代實施例中，可藉由電鍍、靜電、喷霧 塗佈及噴霧粉末塗佈法將研磨劑集料塗覆至基板或其他材 料上。 接著可將經研磨劑塗佈之基板用作用於修整及/或拋光 其他材料之研光薄膜或微光製薄膜。可以此方式塗佈之基 板材料包括（但不限於）聚酯、聚胺基曱酸酯、聚丙烯、聚 醯亞胺（諸如來自DuPontiKAPTON)、非編織材料、編織 材料、紙及包括銅箔、鋁箔及鋼箔之金屬。在本揭示案之 某些實施例中，以聚酯薄膜作為基板材料係特佳的。合適 基板在經塗佈之前可具有約丨至約14密耳之厚度。 此外，亦可將研磨劑集料併入經黏結之研磨劑中，諸如 金剛石研磨輪及其他研磨輪。經黏結之研磨劑亦可用以提 供可塗覆至(例如)梯級之高度牽引無滑動材料。在本文 中，通常經黏結之研磨劑為三維結構而非一般平坦結構之 經塗佈研磨劑且包括嵌埋有集料之黏結材料的三维其質。 亦即，黏結材料使集料⑽於彼此位置以， 係以聚結物間相存在。德其始鄱、、.„材科 子在儘s經黏結之研磨劑利用廣泛 之黏結劑，諸如樹脂、破璃 双’汉备屬，但某些試劑 璃及金屬黏結材料）需要古.田4 …禮j…要"溫加工。因此，為保留集料之 生述結構’一般使用不愛古 / . 需要呵固化溫度或可經光化輻射 (諸如uv)固化之樹脂系統。 尤化輪射 在根據本揭示案之_音& ^丨丄 之貫她例中，研磨劑產物可用於修整 157189.doc •19· 201139061 及拋光電仏電纜’尤其為光纖電纜。光纖電纜能夠以光脈 衝形式以極高速度傳輸大量資料H為使該等光脈衝 可在互連光纖電纜之間或在光纖電纜與經連接之電子設備 之間有效傳輸’必須將光纖連接器之末端乾淨地切割且切 除，且接著高度拋光以產生極平滑表面及適當之失端幾何 形狀。根據本揭示案所產生且一般切割為盤或薄片形式之 研磨劑基板薄膜可用於此目的且已觀㈣其對於拋光光纖 連接器末端而言高度有效。 田用於拋光光纖連接器時，研磨劑基板薄膜較佳由以金 剛石喷砂以及二氧化矽奈米顆粒黏合劑所形成之集料而產 生。喷矽顆粒較佳具有約丨微米之尺寸，且集料之總尺寸 較佳為約30至約80微米。較佳將該等集料黏結至聚酯薄膜 基板上。光纖連接器末端之拋光可於光纖拋光機上進行。 &適12連接器拋光機可購自Rochester, Minnesota之 DomaiUe Engineering且可與本揭示案之研磨劑基板薄膜一 起使用從而（例如）以約6〇 rpm之速度且在約8 psi之作用壓 力下拋光光纖連接器。 在根據本揭示案之另一實施例中，研磨劑產物可用於切 削 '修整及拋光硬金屬表面，諸如鋼。當用於拋光金屬表 面時’研磨劑基板薄膜較佳由以金剛石喷砂以及二氧化石夕 奈米顆粒點合劑所形成之集料而產生。喷砂顆粒較佳具有 約1微米之尺寸’且集料之總尺寸較佳為約3〇至約8〇微 来。較佳將該等集料黏結至聚酯薄膜基板上。使用該研磨 劑產物’可（例如）使用以6〇〇 rprn之速度且在15牛頓之作用 157189.doc -20- 201139061 力下操作的Struers金屬拋光機（可購自Westlake, Ohio之

Struers, Inc.)進行表面之拋光。或者，亦可使用由碳化石夕 喷砂以及二氧化石夕所形成之研磨劑集料來拋光硬金屬表 面。 在根據本揭示案之另一實施例中，研磨劑產物可用於切 削、修整及拋光較軟金屬表面，諸如銅或黃銅。當用於拋 光金屬表面時，研磨劑基板薄膜較佳由以金剛石喷砂以及 二氧化矽奈米顆粒黏合劑所形成之集料而產生。喷砂顆粒 較佳具有約3至圾米之尺寸，且_之總尺寸較佳為約3〇 至約80微米。較佳將該等集料黏結至聚S旨薄膜基板上。使 用該研磨劑產物’可（例如）使用以15〇啊之速度且在辦 頓之作用力下操作的Struers金屬抛光機（可購自Wes·' 咖〇之Struers，Ine.)進行表面之拋光。或者，亦可使用由 奴化石夕噴0以及二氧化#所形成之研磨劑集料來拋光軟金 =據本揭施财，研㈣基板可用於修 整及拋光經塗佈之矣& &, 磨劑基板薄膜可用以磨光』塗漆之表面。詳言之，研 於拋光經塗漆汽車表面ί光經塗漆之汽車表面。當用 於-氣化矽太4* 研磨劑基板薄膜較佺由以嵌埋 於一氧化矽奈米顆粒黏合 而產生，顆粒較佳具有:3之:成之集料 之總尺寸較佳為約30至約5〇微米 。+，且集料 聚醋薄膜基板上。 〃較佳將《等集料黏結至 其他實施例可特別包括牙科應用中之修整。在本文，， 157189.doc •21 - 201139061 包含如本文中所述之生坯未燃燒集料之研磨劑產物（諸如 經塗佈研磨劑）可相當成功地用於修整牙齒及牙科修復。 通常，材料（諸如以上所述之彼等材料）之拋光係以多步 驟遞增法來進行。首先將表面以相對粗糙之研磨劑材料拋 光且接著以在一定程度上較精細之喷砂研磨劑材料再次拋 光。此過程可重複若干次，其中各連續再拋光係以逐漸更 精細之喷砂研磨劑進行直至將表面拋光至所需平滑度。習 知需要此類型之多步驟拋光程序，因為通常研磨劑晶粒必 須為與其將移除之到痕尺寸具有相同之標度。某些拋光方 案使用具有以3為因數降低之喷砂尺寸及伴隨之關於研 磨劑產物且關於工件後加工步驟）的連續較精細產物。亦 即，連續更精細產物一般限於以3為因數降低（例如9微米 至6微米至3微米喷砂尺寸）以確保自前述加工步驟之缺陷 移除。 已相當令人驚訝且出乎 然而，與習知多步驟程序相反， 意料地觀測到來自諸如光纖連接器、金屬表面及經塗漆汽 車表面及牙科修復之材料的廣泛不同工 多種研磨劑產物(諸如根據本揭示案之經塗佈吏研^ 而以單-步驟法來抛光。此結果相當令人驚舒且:產度物有) 利。觀測到當使用根據本揭轉之研磨縣板時，整個抛 光可僅使用-種研磨劑來進行。其致使達朗需拋光平茂 度所需之時間大幅降低’以及致使成本顯著降低。 不受缚於理論，咸信本揭示案之集料中所觀測到之獨相 特性可產生優勢。表面之平均粗縫度或1為對於表面總淳 157189.doc .22· 201139061 度概况變化&度之s度。較低粗輪度值—般表示更平滑且 於表面上不同位置之間具有較小總高度變化之表面。當量 测研磨劑材料之粗糖度值時，所觀測之粗縫度值通常可與 研磨劑顆粒之平均尺寸相關。舉例而言，#由習知金剛石 喷砂研磨劑，金剛石噴砂之尺寸及研磨劑之預期粗檢度值 通常如下： 金剛石喷砂尺寸 典型粗糙度值 ___(微米） _ (Ra)(微米） — 30 — 15 ------ 么·夕 16 ---9 _____ 1.0 — 6 3 ----- 0.8 〇 A — I ___0.3 為將表面修整或抛光至所需最終最大粗輪度（亦即 至所 糙度 需最終最小平滑度），習知必須採用具有相應最大粗 之研磨劑。 然而’已觀測到本揭示幸之m M 士 + 狗茶之集枓具有超過通常關於具有 备尺寸之喷砂顆粒所預期之粗縫度值的粗糖度值。因 儘管典型3〇微米金剛石喷砂顆粒-般將具有約2.5微 水之粗糖度值（如上所述） 已硯測到由根據本揭示案之1 i 放未金剛石喷砂及二氧化太 不'未顆粒黏合劑所形成之30微 水集料具有約5至约6微米之粗糙度值。 甚至更令人驚言牙地，儘營且古,,^ ^ @具有此咼粗糙度值，但已觀測 1571S9.doc -23- 201139061 到根據本揭示案之該等相同集料可用於表面之精細抛光。 可使用再次經量測具有約5至約6微米之粗糙度值之上述金 剛石喷砂及二氧化矽集料來達成對應於恰好低於丨微米之 粗糙度值的經修整表面平滑度。習知地，將需要具有約1 微米或更小尺寸之喷砂顆粒來將表面拋光至此平滑度。 更具體而言，基於許多實施例之測試，已發現工件之初 始表面粗糙度可利用單一研磨劑產物以單一步驟來加工及 拋光，其遠在習知單一研磨劑產物之能力之外。舉例而 5 ’對於具有初始表面粗縫度之工件而言，本文之實 施例展示由於研磨工件而將初始表面粗糙度Rai降低至最 終表面粗糙度之能力，最終表面粗糙度Raf不超過〇 2 Rai，諸如不超過〇. 1 Rai。由於技術現狀為研磨劑產物一 般在利用單一產物之表面粗糙度降低方面相當有限，故特 別關注上述藉由利用單一產物達成表面粗縫度降低。實際 上’已里測表面粗縫度降低為不超過〇 · 5 Rai且甚至不超過 約0.01 Rai之值，表示表面粗糙度！^顯著降低2級量值。 儘管未完全瞭解關於本文中之實施例為何展現該加工功 效（時常跨越一級以上之工件Ra量值降低）之確切原因，但 理論上具有顯著複合結構之本發明生坯未燃燒集料導致經 由補充同時路徑進行加工。舉例而言，咸信集料尺寸為造 成較大缺陷降低（例如移除6至7微米工件刮痕）之原因。同 時’咸信初始研磨劑喷砂為造成中等尺寸缺陷同時降低之 原因’引起工件Ra值甚至進一步下降。且此外，咸信奈米 顆粒黏合劑有助於工件之超精細拋光，使工件Ra值不降至 157189.doc -24- 201139061 奈米範圍，諸如關於某些工件 卞所覲測到之約10至20车半。 強調生链未燃燒狀態之华料右邮μ ' t ^ 枓有助於上述顯著加工功效。 集料於生"未燃燒狀態，味解到奈米顆粒勒合劑 儘官係由互鎖且在-定程度上經原子力黏結在一起之顆粒 組成，然而其保持所需之+ # _ 而心不、木顆粒超精細拋光特性， 特性將經由較高溫度熱處理而破 " 投亦即，經由受控方法 條件來維持集料之多作用性質， 貝特別防止集料暴露於較高 溫度歷時任何稍稍顯著之持續時間。在本文中，應 能不僅單獨之溫度，停留時間亦為造成高溫集料降解:原 因。舉例而言，在喷霧乾燥期間， 匕3形成集料之固體部 分之小液滴通常暴露於；、、®，戌k、土 硌於阿，皿（诸如達至約400。〇歷時僅數 秒’而習知南溫陶瓷加工(JW, ΙΆ Λ1- 尤（諸如燒結、煅燒或其類似者）一 般利用約15分鐘至數小時之停留 1了留時間。因此，可能使根據 本4明實闕之集料在甚至暴露於高溫時仍可维持 狀態，其限制條件為該高溫限制於數秒之範圍。其：一定 程度上為利用喷霧乾燥法之較高溫度的情況。 亦應注意’基於比較測試’將增塑劑併入漿料組合物中 可為高度有效之結果。更詳言之，在測試包含金剛石/膠 狀二氧化矽之集料中，移除增塑劑具有顯著負面影響。增 塑劑有助於維持研磨劑喷砂於懸浮液或漿料形式中之分 散，且使懸浮液在加玉期間穩定。噴霧乾燥後，觀測到研 磨劑喷砂鋪極良好之分布1將增塑劑自漿料組合物移 除時’所得集料首先呈現無不同’且具有用於操縱之必需 生坯強度。然而，在配置於研磨劑產物中之後，加工結果 157189.doc •25- 201139061 為不良的，觀測到集料破壞。不希望受缚於任何特定理 論，咸信藉由維持噴砂分散於漿料中且均勻分布於集料 中，增塑劑能夠形成結構更可靠之集料。相反，不存^增 塑劑之比較實例具有固定喷砂叢集，形成集料之弱化區，a 其在施加工作壓力時經受破壞。 在圖8中可易見集料之均勾分布，其為暴露於上述tga 之實例，展示金剛石噴砂因高溫揮發而燒盡。w8中所示 之孔區域說明金剛石喷砂位置。亦應注意剩餘之材料，經 熱處理之奈米顆粒黏合劑明確地形成自撐式連續基質。當 然’在.圖8中所示之高溫形式中’黏合劑之微粒性質由^ 晶粒生長及燒結而喪失。 另一優勢可見於由本揭示案之集料製成之研磨劑令人驚 舒的耐久明磨劑拋光❹整之^移除原料 中，研磨劑通常損耗且逐漸喪失其有效性。然而，已觀測 到併入有本揭示案集料之研磨劑具有與習知研磨劑材料相 比顯著改良之对久性。當用於相當之應㈣，已觀測到併 入有本揭示案集料之研磨劑保持其有效性歷時習知研磨劑 材料兩倍以上之久，且在某些情況下長達2〇倍之久。 於以下非限制性實例中更詳細說明本揭示案之特性及優 勢。除非另外指示，否則溫度係以攝氏度表示幻農度係以 研磨劑集料之總乾重計的重量百分比表示。 實例1 匕括金剛石喷砂以及二氧化矽奈米顆粒之精細研磨劑集 料粉末係由以下方法產生。將含水膠狀二氧化矽與具有 157189.doc • 26 - 201139061 1 · 1微米平均粒度之金剛石喷砂，以及聚乙二醇（PEG)200 增塑劑及去離子水混合。所使用之二氧化矽溶膠為可購自 Marietta, Georgia之 Eka Chemicals Inc.的 BINDZIL 2040， 咸信使用具有約40重量％二氧化矽（Si02)、約20 nm之二氧 化矽粒度及約10之鹼性穩定pH值的膠狀二氧化矽水溶液。 將各組份以以下量混合： * 組份 混合物中之磅數 金剛石喷砂 6.6 BINDZIL 2040二氧化矽溶膠 13.2 PEG 200 0.9 去離子水 45 使用高剪應力混合器將各組份徹底混合以提供於水中具 有約20%固體之均勻含水分散液。 接著使用可購自Columbia，Maryland之Niro，Inc.之具有 FF-1霧化器的Niro SD6.3旋轉霧化器喷霧乾燥器將混合物 喷霧乾燥。在約342°C之溫度下，將混合物加熱且饋入喷 霧乾燥器之入口中。量測喷霧乾燥器之出口溫度為約 152°C。喷霧乾燥過程自混合物大體上移除水且觀測到剩 餘組份形成較小之大致為圓形的集料粉末，將該等集料收 集以供分析。自乾燥器旋風器單元收集約85%之集料顆粒 且自喷霧乾燥器裝置之主要乾燥中收集約15%之集料顆 粒。不需要進一步燒結或加熱來形成集料。 將集料在放大下檢查且觀測到其係由二氧化矽奈米顆粒 及PEG以及金剛石喷砂顆粒相形成。量測自旋風器所收集 157189.doc -27- 201139061 之集料的平均尺寸為約20微米 集料的平均尺寸為约40微米。 自主要乾燥腔 室所收集之 實例2 包括金剛石喷砂以及二氧化矽夺乎 不木顆粒之精細研 料粉末係由以下方法產生。將膠狀二 ^ 乳化石夕水溶液 (BINDZIL 2刚）與具有1 微米平均粒度之金剛石切，以 及聚乙二醇（PEG)2G()增塑劑及去離子水混合1各址 以下量混合： 組份 ----- 混合物中之磅翁 金剛石喷砂 15.75 BINDZIL 2040二氧化矽溶膠 40 PEG 200 2.2 去離子水 52.5 ~ ^ -------- 使用高剪應力混合H將各組份徹底混合以提供於水中具 有約52%固體之均勻含水分散液。 接著使用相同Niro品牌喷霧乾燥器將混合物喷霧乾燥。 在約342。。之溫度下’將混合物加熱且饋入喷霧乾燥器之 入口中。量測喷霧乾燥器之出口溫度為約】7〇。〇。喷霧乾 燥過程自混合物大體上移除水且觀測到剩餘組份形成較小 之大致為圓形的集料粉末。收集所產生之集料以供分析， 其中自乾燥器旋風器單元收集約5〇%之顆粒且自噴霧乾燥 器裝置之主要乾燥中收集約5〇%之顆粒。不需要進一步燒 結或加熱來形成集料。 將集料在放大下檢查且觀測到其係由二氧化矽奈米顆粒 157I89.doc -28 · 201139061 及PEG以及金剛石喷砂顆粒相形成。量測集料之典型尺寸 為約35至約45微米。 實例3 包括金剛石喷砂以及二氧化矽奈米顆粒之精細研磨劑集 料粉末係由以下方法產生。將膠狀二氧化矽水溶液 (BINDZIL 2040)與具有8微米平均粒度之碳化矽喷砂（NGC 2500，可購自 Tokyo，Japan之Nanko Abrasives，Inc·)以及聚 乙二醇（PEG)200增塑劑及去離子水混合。將各組份以以下 量混合： 組份 混合物中之碎數 碳化矽喷砂 75 BINDZIL 2040二氧化矽溶膠 190 PEG 200 10.5 去離子水 25 使用高剪應力混合器將各組份徹底混合以提供於水中具 有約60%固體之均勻含水分散液。 接著使用相同Niro品牌喷霧乾燥器將混合物喷霧乾燥。 在約342°C之溫度下，將混合物加熱且饋入喷霧乾燥器之 入口中。量測喷霧乾燥器之出口溫度為約132t。喷霧乾 燥過程自混合物大體上移除水且觀測到剩餘組份形成較小 之大致為圓形的集料粉末。收集約150磅集料，其中自乾 燥器旋風器單元收集約50%之顆粒且自喷霧乾燥器裝置之 主要乾燥中收集約50%之顆粒。不需要進一步燒結或加熱 來形成集料。 157189.doc •29- 201139061 將集料在放大下檢查且觀測到其係由二氧切奈米顆粒 及PEG以及碳化矽喷砂顆粒相形成。量測集料之平均尺寸 為約40微米。 實例4 在此實例中，將如以上實例3所述所產生之碳化矽及二 氧化石夕集料粉末塗佈且黏結至基板上。為將集料粉末塗覆 至基板上，首先製備包括以下量之集料粉末、聚酯樹脂 (可蹲自 Wauwatos，Wisc〇nsin 之 B〇sUk，⑻的 wel 33(H)、交聯劑及甲基乙基嗣溶劑（可購自ρΜι^批^

Pennsy^nia之Quaker City Chemicals，Inc )的塗佈衆料： 組份 ~~ 混合物中之碎數 碳化矽集料 ---- 81.6 聚酯樹脂 50 交聯劑 24.9 MEK溶劑 -------1 75 將組合物混合以提供大體上均勻之漿料混合物。 將A型MYLAR聚醋品牌薄膜之卷筒（可蹲自㈣⑽）用作 基板。薄膜具有3密耳之厚度。使用刮刀塗佈系統將聚料 塗層塗覆於基板薄膜之上表面。使薄膜以每分賴吸之速 率前進穿過刮刀塗佈平台，且將漿料以約3密耳之初始厚 度塗佈至基板薄膜上。 隨著經塗佈基板離開刮刀塗佈機，薄膜前進穿過經擴展 之加熱單元。該單元内加熱區之長度為約37吸且將此加轨 區維持在約34()。(：之溫度下。經塗佈物將於加献單元中以 157189.doc -30- 201139061 每分鐘40吸之速度前進。隨著經塗佈薄膜通過加熱單元， 焚料中之樹脂經受交聯（亦即固化）反應。離開加熱單元 後，此反應大體上完成且集料大體上藉由經交聯樹脂而黏 結至基板薄膜上。 接著使經修整之集料黏結之基板薄膜冷卻且其後切割為 複數個研磨劑盤。接著使用來自p雨⑷⑽，編和Η — 之Mahr Federal lnc.的河讣]：表面輪廓儀工具分析研磨劑盤 樣本的表面概況來測定研磨劑盤之粗糙度值化〇。量測粗 糙度值為5.85微米。 實例5 在此實例中，將研光薄膜基板以兩種集料粉末之組合塗 佈。第-者為如以上實例！所述之由金剛石喷砂及二氧化 矽集料製成之粉末。第二者為如以上實例3所述產生之由 碳化石夕及二氧切⑽製成之粉末。為將㈣粉末塗覆至 基板，首先製備包括以下量之兩種集料粉末、聚醋樹脂 (可購自 wauwatos’ Wisconsh^B〇stik，心）、交聯劑及甲 & 6 & ^ ^ ^ Philadelphia, Pennsylvania^ Quaker

City Chemicals，Inc.)的塗佈漿料： 組份 混合物中之磅齡 碳化矽集料 15.21 金剛石集料 35.3 聚醋樹脂 ---—-- 60 交聯劑 0.6 MEK溶劑 45 157189.doc 31 201139061 將組合物混合以提供大體上均勻之漿料混合物。 將Α型MYLAR聚画旨品牌薄膜之卷筒用作基板。薄膜具有 約3密耳之厚度。使用到刀塗佈系統將漿料塗層塗覆於基 板薄膜之上表面。使薄膜以每分鐘25呎之速率前進穿過到 刀塗佈平台，且將漿料以約25密耳之初始厚度塗佈至基 板薄膜上。 隨著經塗佈基板離開到刀塗佈機，薄膜前進穿過經擴展 加熱單70。該單元内加熱區之長度為約37呎且將此加熱 區維持在約340°C之溫度下。經塗佈物將以每分鐘25呎之 速度於加熱單元中前進歷時總計約兩分鐘之加熱時間。隨 著經塗佈薄膜通過加熱單元，漿料中之樹脂經受交聯（亦 即固化）反應。離開加熱單元後，此反應大體上完成且集 料大體上藉由經交聯樹脂而黏結至基板薄膜。 接著使經修整之集料黏結之基板薄膜冷卻且其後切割為 複數個研磨劑盤。接著使用Mahr表面輪廓儀工具來分析研 磨劑盤樣本之表面概況以測定研磨劑盤之粗糙度值d)。 量測粗糙度值為Π.Π微米。 實例6 包括固持於二氧化矽内之氧化鋁喷砂之精細研磨劑集料 粉末係由以下方法產生。將含水膠狀二氧化矽與具有3 27 微米平均粒度之氧化鋁喷砂，以及聚乙二醇（PEG)200增塑 劑及去離子水混合。所使用之二氧化矽溶膠為可購自

Marietta，Georgia之 Eka Chemicals Inc.的 BINDZIL 2040， 咸信使用具有約40重量。/。二氧化矽（Si〇2)、約2〇 nm之二氧 157189.doc -32- 201139061 化矽粒度及約1 〇之鹼性穩定p H值的膠狀二氧化矽水溶液。 將各組份以以下量混合： 組份

BINDZIL 2040二氧化石夕溶膠

使用咼剪應力混合器將各組份徹底混合歷時丨5分鐘以提 供均勻含水分散液。 接著使用相同Niro品牌喷霧乾燥器將混合物喷霧乾燥。 在約240 C之溫度下，將混合物加熱且饋入喷霧乾燥器之 入口中。量測喷霧乾燥器之出口溫度為約12〇<t e喷霧乾 燥過程自混合物大體上移除水且觀測到剩餘組份形成較小 之大致為圓形的集料粉末。在喷霧乾燥器裝置運行之 小時期間自旋風收集約15碍集料。不需要進—步燒結 或加熱來形成集料。 將集料在放大下檢查且觀測到其係由二氧化矽及p e G以 ^嵌埋於其上之氧化㈣砂顆㈣目形成^使用難本法及 乾樣本法，使用MiCrotrack尺寸分布分析來4測集料之平 均尺寸。藉由濕樣本法量測平均尺寸為17 〇8微米且藉由 乾樣本法量測平均尺寸為19·12微米。喷霧乾燥後，集料 之最終水份含量為1.4重量％。 實例7 包括固持於二氧化石夕内之氧化铭喷砂之精細研磨劑集料 157189.doc -33- 201139061 粉末係由以下方法產生。將膠狀二氧化矽水溶液 (BINDZIL 2040)與具有3.27微米平均粒度之氧化鋁喷砂， 以及聚乙—醇（PEG)200增塑劑及去離子水混合β將各組份 以以下量混合： 組份 混合物中之磅數 氧化鋁喷砂 24 BINDZIL 2040二氧化矽溶膠 62 PEG 200 3.8 去離子水 210 使用高剪應力混合器將各組份徹底混合歷時15分鐘以提 供均勻含水分散液。 接著使用相同Niro品牌喷霧乾燥器將混合物喷霧乾燥。 在約343。(：之溫度下，將混合物加熱且饋人喷霧乾燥器之 入口中。量測喷霧乾燥器之出口溫度為約15〇t。喷霧乾 燥器係在350赫兹下操作。喷霧乾燥過程自混合物大體上 移除水且觀測到剩餘組份形成較小之大致為圓形的集料粉 末。於喷霧乾燥H裝置運行之2小時期間收集總共約⑽ 集料，其中約8磅集料係自主要乾燥腔室收集且約18碎集 料係自旋風器收集。不需要進一步 硬*、、，°或加熱來形成集 科。 將集料在放大下檢查錢測到其係由二氧切及咖以 7埋於其上之氧化紹喷砂顆粒相形成。使用濕樣本法及 i樣本法，使用驗崎⑽尺寸分布分析來量測集料之平 :尺寸。對於旋風益集料而言’ #由濕樣本法量測平均尺 157189.doc -34· 201139061 寸為20·38微米且藉由乾樣本法量測平均尺寸為22.4微米。 對於乾燥腔室集料而言，藉由濕樣本法量測平均尺寸為 45·97微米且藉由乾樣本法量測平均尺寸為45.91微米。喷 霧乾燥後，旋風器集料之最終集料水份含量為1.76重量 %，且乾燥腔室集料之最終集料水份含量為1.54重量％。 實例8 (金剛石1腔室） 包括金剛石喷砂以及二氧化矽奈米顆粒之精細研磨劑集 料粉末係由以下方法產生。將含水膠狀二氧化矽與具有 1.1微米平均粒度之金剛石喷砂，以及聚乙二醇（PEG)200 增塑劑及去離子水混合。所使用之二氧化矽溶膠為可購自 Marietta, Georgia之 Eka Chemicals Inc.的 BINDZIL 2040， 咸信使用具有約40重量％二氧化矽（Si02)、約20 nm之二氧 化矽粒度及約10之鹼性穩定pH值的膠狀二氧化矽水溶液。 將各組份以以下量混合： 組份 混合物中之磅數 金剛石喷砂 6.6 BINDZIL 2040二氧化矽溶膠 13.2 PEG 200 0.9 去離子水 45 使用高剪應力混合器將各組份徹底混合以提供於水中具 有約20%固體之均勻含水分散液。 接著使用可購自Columbia, Maryland之Niro，Inc.之具有 FF-1霧化器的Niro SD6.3旋轉霧化器喷霧乾燥器將混合物 喷霧乾燥。在約342°C之溫度下，將混合物加熱且饋入喷 157189.doc -35- 201139061 霧乾燥器之入口中。晉，'目丨丨疮您社β Τ重測喷霧乾燥器之出口溫度為約 152。(：。喷霧乾燥過程自混合物大體上移除水且觀測到剩 餘組份形成較小之大致為圓形的㈣粉末，將該等集料收 集以供刀才斤自乾燥器旋風器單元收集約“。，。之集料顆粒 且自喷霧乾燥器裝置之主要乾燥t收集約15%之集料顆 粒。不冑1進一步燒或加熱來形成集料。 將集料在放大下檢查且觀測到其係由二氧化矽奈米顆粒 及PEG以及金剛石喷砂顆粒相形成。量測自腔室所收集之 集料的平均尺寸為約40_50微米。集料係於圖9中展示。 實例9 (金剛石1旋風器） G括金岡j石喷石）以及二氧化;米顆粒之精細研磨劑集 料粉末係由以下方法產生。；^水膠狀二氧化石夕與具有 1.1微米平均粒度之金剛石噴砂，以及聚乙二醇(pEG_ 增塑劑及去離子水混合。所使用之二氧化矽溶膠為可購自 Marietta, Georgia之 Eka Chemicals ㈤的 Β_ζα 2_， 咸信使用具有約4。重量％二氧化邦i〇2)、約2() nm之二氧 化石夕粒度及約1G之驗性穩定ρ_的膠狀：氧切水溶液。 將各組份以以下量混合： 組份 混合物中之碎數 金剛石喷砂 6.6 BINDZIL 2040二氧化矽溶膠 13.2 PEG 200 0.9 ~~ 去離子水 45 At «U 合斗 士 . ------1 使用向剪應力混合器將各組份徹底混合以提供於水中具 1571S9.doc -36· 201139061 有約20%固體之均勻含水分散液。 接著使用可購自 Columbia，Maryland之Niro, Inc ’ n c ·之 有 FIM霧化器的Nir。SD6.3旋轉霧化器喷霧乾燥器將混人物 喷霧乾燥。在約34rc之溫度下，將現合物加熱且饋入嘴 霧乾燥器之入口中。量測喷霧乾燥器之出口溫度為各 ⑽。喷霧乾燥過程自混合物大體上移除水且：測到:: 餘組份形成較小之大致為圓形的集料粉末，將該等集料收 集以供分析。自乾燥器旋風器單元收集約85%之集=顆粒 且自喷霧乾燥器裝置之主要乾燥中收集約15%之集料顆 粒。不需要進一步燒結或加熱來形成集料。 將集料在放大下檢查且觀測到其係由二氧切奈米顆粒 及PEG以及金剛石喷砂顆粒相形成。量測自旋風器所收集 之集料的平均尺寸為約25微米。集料係於圖1〇中展示。^ 實例10 (NGC 2500腔室） 包括NGC 2500以及二氧化矽奈米顆粒之精細研磨劑集 料粉末係由以下方法產生。將含水膠狀二氧化矽與具有8 微米平均粒度之NGC 25〇〇噴砂，以及聚乙二醇（pEG)2〇〇 增塑劑及去離子水混合。所使用之二氧化矽溶膠為可購自

Marietta，Georgia之Eka Chemicals Inc•的 BINDZIL 2〇4〇, 咸信使用具有約40重量％二氧化矽（以〇2)、約2〇 nm之二氧 化矽粒度及約10之鹼性穩定pH值的膠狀二氧化矽水溶液。 將各組份以以下量混合： 157189.doc •37- 201139061 組份 混合物中之碎數 NGC 2500 75 BINDZIL 2040二氧化矽溶膠 ----- 190 PEG 200 10.5 ~~~ 去離子水 — 25 使用高剪應力混合器將各組份徹底混合以提供於水中具 有約54°/〇固體之均勻含水分散液。 接著使用可蹲自Columbia，Maryland之Niro, Inc之具有 FF-丨霧化器的Niro SD6.3旋轉霧化器喷霧乾燥器將混合物 喷霧乾燥。在約3421之溫度下，將混合物加熱且饋入喷 霧乾燥器之入口中。量測喷霧乾燥器之出口溫度為約 1饥。喷霧乾燥過程自混合物大體上移除水且觀測到剩 餘組份形成較小之大致為目形的純粉末，㈣等集料收 集以供刀#。自乾燥器旋風器單元收集約鄉之集料顆粒 自喷霧乾燥&裝置之主要乾燥中收集約％%之集料顆 粒。不需要進一步燒結或加熱來形成集料。 將杲料在放大下檢 啊升你田二軋化矽奈米顆粒 ㈣及NGC喷砂顆粒相形成。量測自腔 ㈣平均尺寸為約4〇_5〇微米。集料係於圖心展示。 貫例11 (CBN 9微米腔室） 包括CBN以及二氣化 係由以下方法產生1含;::粒之/細研磨劑集料粉末 子水混合。所使用之( )2G()增㈣1及去離 化碎，谷膠為可購自Marietta， 157189.doc ，38· 201139061

Georgia之 Eka Chemicals Inc^BINDZIL 2040，咸信使用 具有約40重量％二氧化矽(Si〇2)、約2〇 nm之二氧化矽粒度 及約10之驗性穩定pH值的脈处 拉 v 们勝狀二氧化矽水溶液。將各組份

以以下量混合： 組份 CBN 9微米 BINDZIL 2040二氧化夕 gg PEG 200 去離子水 使用高剪應力混合器將各組份抱^ ^ %傲底混合以提供於水中具 有約54%固體之均勻含水分散液。 接著使用 Pentronix Model 3疋轉霧化器喷霧乾燥器將 混合物喷霧乾燥。在室溫下將湛a 合物饋入約220°C溫度下 之喷霧乾燥器的入口中。量測喑發 $藜乾燥器之出口溫度為約

98°C。噴霧乾燥過程自混合物大辨L $上移除水且觀測到剩餘

組份形成較小之大致為圓形的隼M 町果科粉末，將該等集料收集 以供分析。自乾燥器旋風器單元 个工收集約5%之集料顆粒且 自喷霧乾燥器裝置之主要乾燥中收 ^ τ收集約95%之集料顆粒。 不需要進一步燒結或加熱來形成集料 將集料在放大下檢查且觀測到复 及PEG以及CBN噴砂顆粒相形成 J再係由二氧化矽奈米顆粒 剩自腔室所收集之集 〇 县 料的平均尺寸為約80微米。集料係於圖⑽展示。 實例12 (經鎳塗佈之CBN I5微来腔室丨 包括CBN以及二氧化石夕奈米顆. S被之精細研磨劑集料粉末 157189.doc •39- 201139061 係由以下方法產生。將含水膠狀二氧化矽與具有15微米平 均粒度之經鎳塗佈之CBN喷砂，以及聚乙二醇（PEG)200增 塑劑及去離子水混合。所使用之二氧化矽溶膠為可購自 Marietta，Georgia之 Eka Chemicals Inc.的 BINDZIL 2040， 咸信使用具有約40重量％二氧化矽（Si02)、約20 nm之二氧 化矽粒度及約1 0之鹼性穩定pH值的膠狀二氧化矽水溶液。 將各組份以以下量混合： 組份 混合物中之公克數 經鎳塗佈之CBN 15微米 1200 BINDZIL 2040二氧化矽溶膠 454 PEG 200 29 去離子水 63 使用高剪應力混合器將各組份徹底混合以提供於水中具 有約81%固體之均勻含水分散液。 接著使用Pentronix Model 370旋轉霧化器喷霧乾燥器將 混合物喷霧乾燥。在室溫下將混合物饋入約220°C溫度下 之喷霧乾燥器的入口中。量測喷霧乾燥器之出口溫度為約 98°C。噴霧乾燥過程自混合物大體上移除水，且觀測到剩 餘組份形成較小之大致為圆形的集料粉末，將該等集料收 集以供分析。自乾燥器旋風器單元收集得約5%之集料顆 粒且自喷霧乾燥器裝置之主要乾燥中收集得約95%之集料 顆粒。不需要進一步燒結或加熱來形成集料。 將集料在放大下檢查且觀測到其係由二氧化矽奈米顆粒 及PEG以及CBN喷砂顆粒相形成。量測自腔室所收集之集 157189.doc -40- 201139061 料的平均尺寸為約70微米。集料展示於圖13中。 實例 13 (NGC 2500) 藉由以下方法產生包括NGC 2500以及二氧化鈽奈米顆 粒之精細研磨劑集料粉末。將含水奈米二氧化鈽與具有8 微米平均粒度之NGC 2500喷砂，以及聚乙二醇（PEG)200 增塑劑及去離子水混合。所使用之奈米二氧化铈係由 Degussa AG, Advanced Nanomaterials生產，咸信其係使用 具有約40重量％二氧化鈽，約38 nm二氧化矽粒度及約10 之鹼性穩定pH值的二氧化鈽水溶液。將各組份以下述量混 合： 組份 混合物中之公克數 NGC 2500 168 奈米二氧化鈽 454 PEG 200 27.54 去離子水 63 使用高剪應力混合器將各組份徹底混合，以提供於水中 具有約53%固體之均勻含水分散液。 接著使用？61^1：〇111乂]^〇(161 3 70旋轉霧化器噴霧乾燥器將 混合物喷霧乾燥。在室溫下將混合物饋入約220°C溫度下 之喷霧乾燥器的入口中。量測得喷霧乾燥器之出口溫度為 約98°C。喷霧乾燥過程自混合物大體上移除水，且觀測到 剩餘組份形成較小之大致為圓形的集料粉末，將該等集料 收集以供分析。自乾燥器旋風器單元收集得約5%之集料 顆粒且自喷霧乾燥器裝置之主要乾燥中收集得約95%之集 157189.doc -41 - 201139061 料顆粒。不需要進-步燒結或加熱來形成集料。 將集料在放大下檢查且觀測到其係由二氧化飾奈米顆粒 及PEG以及NGC喷砂顆粒相形成。量測自腔室所收集之集 料的平均尺寸為約50微米.集料係於圖14中展示。 ” 實例 14 (NGC 2500) 包括NGC 2500以及氧化銘奈米顆粒之精細研磨劑集料 粉末係由以下方法產生。將合士弘sa 肘3水軟氧化鋁與具有8微米平 均粒度之獄250G喷砂，以及聚乙：醇（pEG)細增塑劑 及去離子水混合。所使用之氧化銘係由sahu㈣也生 產，咸信使用具有約40重量％氧化銘，約38 nm之二氧化 矽粒度及約1〇之鹼性穩定pH值的氧化鋁水溶液。將各組份 以以下量混合： 組份 混合物中之公克數 NGC 2500 168 氧化銘 454 —~ PEG 200 27.54 去離子水 63 使用尚剪應力混合器將各組份徹底混合以提供於水中具 有約53%固體之均勻含水分散液。 接著使用Pentronix Model 370旋轉霧化器喷霧乾燥器將 混合物喷霧乾燥。在室溫下將混合物饋入約22〇。〇溫度下 之喷霧乾燥器的入口中。量測喷霧乾燥器之出口溫度為約 98°C。喷霧乾燥過程自混合物大體上移除水且觀測到剩餘 組份形成較小之大致為圓形的集料粉末，將該等集料收集 157189.doc -42- 201139061 以供分析。自乾燥器旋風器單元收集約5%之集料顆粒且 自喷霧乾燥器裝置之主要乾燥中收集約95%之集料顆粒。 不需要進一步燒結或加熱來形成集料。 將集料在放大下檢查且觀測到其係由氧化鋁奈米顆粒及 PEG以及NGC 2500喷砂顆粒相形成。量測自腔室所收集之 集料的平均尺寸為約70微米。集料係於圖15中展示。 實例 15 (NGC 2500) 包括NGC 2500以及二氧化矽奈米顆粒之精細研磨劑集 料粉末係由以下方法產生。將含水Mega Sil與具有5微米平 均粒度之NGC 2500喷砂，以及聚乙二醇（PEG)200增塑劑 及去離子水混合。所使用之Mega Sil係由Moyco Technologies生產，咸信使用具有約40重量％二氧化矽， 約100 nm之二氧化矽粒度及約10之鹼性穩定pH值的Mega sil(二氧化矽）水溶液。將各組份以以下量混合： 組份 混合物中之公克數 NGC 2500 168 Mega Sil 454 PEG 200 27.54 去離子水 63 使用高剪應力混合器將各組份徹底混合以提供於水中具 有約53%固體之均勻含水分散液。 接著使用Pentronix Model 370旋轉霧化器噴霧乾燥器將 混合物噴霧乾燥。在室溫下將混合物饋入約220°C溫度下 之噴霧乾燥器的入口中。量測噴霧乾燥器之出口溫度為約 157189.doc •43- 201139061 98H霧㈣㈣自混合物大體上移除水且觀測到剩餘 組份形成較小之大致為圓形的集料粉末，將該等集料收集 以供分析。自乾燥器旋風器單元收集約5%之集料顆粒： 自喷霧乾燥器裝置之主要乾燥中收集約95%之集料顆粒。 不需要進一步燒結或加熱來形成集料。 將集料在放大下檢查且觀_其係由二氧切奈米顆粒 及PEG以及NGC喷砂顆粒相形成。量測自腔室所收集之集 料的平均尺寸為約5 0微米。 除用作研磨劑以外，在本揭示案之一些實施例中，集料 亦可用於除拋光及修整材料之研磨劑以外之應用。舉例而 s，咸信可將本揭示案之集料併入潤滑劑調配物中。亦可 將集料併入複合材料中以達成增強複合物強度之目的。此 外，咸信在某些應用中亦可將集料用作散熱材料。集料係 於圖16中展示。 已為說明及描述目的展現本發明較佳實施例之前述描 述。其不意欲為詳盡的或不意欲將本發明限制於所揭示之 確切形式。鑒於以上教示可能進行明顯修正或變化。選擇 且描述實施例以提供關於本發明原則及其實踐應用之最佳 說明，且藉此使一般熟習此項技術者能夠於各種實施例中 且在各種修正下（若適用於所涵蓋之特定用途）利用本發 明。如當隨附申請專利範圍根據公平、合法及公正授權其 之範圍解釋時所確定，所有該等修正及變化在本發明之範 疇内。 【圖式簡單說明】 157189.doc 201139061 圖1 -3為以掃描電子顯微鏡獲取之展示根據本揭示案之 一實施例於基板上之塗層中包括金剛石喷砂以及二氧化石夕 奈米顆粒的研磨劑集料之顯微照片。 圖4-6為以掃描電子顯微鏡獲取之展示根據本揭示案之 另一實施例於基板上之塗層中包括碳化矽喷砂以及二氧化 矽奈米顆粒的研磨劑集料之顯微照片。 圖7表示根據實施例之實例的熱重量分析（TGA)結果。 圖8展示對應於一實施例，合成後熱處理包含金剛石之 集料的結果。 圖9-16展示根據不同調配物或加工參數所形成之各種集 料。 不同圖式中使用相同參考符號表示類似或相同項目。 157189.doc 45·

Claims (1)

1. 201139061 七、申請專利範圍： 1 · 一種研磨劑漿料，其含有： 以懸浮液形式提供之生坯未燃燒研磨劑集料，該等集 料具有大致為球形或環形之形狀，該等集料含有研磨劑 噴砂顆粒及奈米顆粒黏合劑。 2. 如請求項1之研磨劑漿料，其中該等集料係以含水懸浮 液形式提供。 心斤 3. —種經黏結之研磨劑產物，其含有： 具有大致球形或環形形狀之集料，該等集料含有研磨 劑喷砂顆粒及奈米顆粒黏合劑；及 集料間黏結材料，其固定該等集料相對於彼 置。 4· 一種微粒材料，其含有： 生链未燃燒之研磨劑集料，該等集料具有大致為球形 或環形之形狀，該等集料係由含有研磨劑喷砂顆粒、奈 米顆粒黏合劑及增塑劑之組合物形成。 丁 J•一種形成研磨劑微粒材料之方法，其包含： 形成含有液體載劑、研磨劑喷砂顆粒及奈米顆粒黏人 劑之漿料；及 ° 使4聚料喷霧乾燥，以形成包含該等研磨劑喷砂顆粒 及忒奈米顆粒黏合劑之生坯未燃燒集料；及 將4等集料分類以用於研磨劑產物中。 ;·如：求項5之方法’其中該漿料另外含有增塑劑。 7.如明求項5之方法，其中喷霧乾燥係在低於40〇t之溫度 157189.doc 201139061 下進行。 8. 如凊求項5之方法，其中喷霧乾燥係在低於350°C之溫产 下進行。 ^ 9. 如請求項5之方法，其進一步包含將該等集料黏附至基 板以形成經塗佈研磨劑產物。 10. 如請求項5之方法，其進一步包含使該等集料彼此黏附 以形成經黏結之研磨劑產物。 11. 如咕求項5之方法，其進一步包含將該等集料配置於含 水基質中以形成漿料。 12. —種加工工件之方法，其包含： 提供具有初始表面粗糙度Rai之工件； 以單一研磨劑產物研磨該工件以將材料自該工件移 除’藉此該工件具有最終表面粗糙度Raf且Raf不超過 0.2Rai ’該最終表面粗链度係在不使用另一研磨劑產物 下以該單一產物而達成。 13_如請求項12之方法，其中Raf係不超過〇 1Rai。 14_如請求項13之方法，其中Raf係不超過〇 〇5Rai。 15. 如請求項14之方法，其中Raf係不超過〇 〇1Rai。 16. 如請求項12之方法，其中該研磨劑產物含有生坯未燃燒 之研磨劑集料’該等集料具有大致球形或環形形狀，該 等集料含有研磨劑喷砂顆粒及奈米顆粒黏合劑。 157189.doc