TW580420B - Abrasive article with optimally oriented abrasive particles and method of making the same - Google Patents

Description

580420

本發明有關在一基體中具有經定位磨粒之砂磨物件，並 有關一種此等砂磨物件之製造方法。 揭露許多種將特定類型磨粒合併及定位在一片狀基體中 之智知方法’此等磨粒係包括鑽石晶體及晶系立方氮化硼 (CBN)，將磨粒最佳化定位在基體中使其固持於砂磨產品中 時’已知這些砂磨材料各可提供最佳化的砂磨性能。已多 方嘗試將此等磨粒最佳化定位在此等砂磨產品中，但對於 磨粒的最佳化方位只獲得有限的成功。下列參考文件部份 說明了過去對於解決此種問題的努力。 美國專利4,680，199號（馮泰耳（Vontell));美國專利 4,925,457 及 5,092,910 號（迪柯克（de Kok));美國專利 5,525，100號（凱利（^1以)）；美國專利5,725,421號（苟耳司 (Goers));美國專利 5,551，960號（克利思江森（Christianson)) :美國專利5,049，165號（載列辛（Tselesin));美國專利 5,3 80,3 90號（載列辛）；美國專利5,620,489號（載列辛）；美國 專利6，110,031號（普瑞思敦（？!；_〇11));美國專利5,791，3 30號 (載列辛）；美國專利5,695,533號（卡狄斯（Kardys));美國專 利5,817,204號（載列辛）；及美國專利5,980,678號（載列辛）； N.載列辛的”製造應用的先進陶瓷用途（Using Advanced Ceramins in Manufacturing Applications)’’ 中之用於先進工程 陶曼加工的改良式鑽石工具（Improvements of Diamond Tools for Machining of Advanced Engineered Ceramics) » 會 議文件，1991年6月3至5曰，俄亥俄州辛辛那提，製造工程 學會刊物，0.£^9卜248-3;美國專利5，19〇,568號（載列辛）； -4- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

裝 訂

580420 A7

) 五、發明説明（3 並使其中的磨粒具有最佳 各凹部中收納該磨粒的一基端 化方位； —使片狀基材與該等第一及第二 ^ # 弟一具的接觸及配接表面才; 接觸，以挺供具有後表面與一 '邳對的頂表面之一浮雕 孔狀片且其特徵為具有多數個 U °f其中各凹部的特徵為 具有能夠收納該定型磨粒的定 " i丞鳊之一形狀，並使其中 的磨粒以及該凹部内通過片狀其 /、 方狀基材之一穿孔具有最佳化方 立，-中穿孔的尺寸不可讓該磨粒通過； —將磨粒分佈於該等凹部内，直中 |門共〒在〉于雕及穿孔狀片的各 個凹部中大致設有一個磨粒； --使包含磨粒的凹部中之各磨粒具有最佳化方位： --在該浮雕及穿孔狀片的頂表面與後表面之間生成一差堡 ’其中-較低壓力施加至後表面以將各個所定位磨粒固持 在其凹部m時從該浮雕及穿孔狀片的頂表面移除不位 於該等凹部内之至少一主要部份的磨粒；及 —在具有最佳化方位之後將該等磨粒永久性結合在該等凹 部中，以提供-砂磨產品’此砂磨產品包括具有最佳化方 位定型的磨粒且露出研磨端。 另一態樣中，其中基材為可燒結性，本發明提供一種砂 磨物件之製造方法，此砂磨物件包含一片狀基體，此基體 中係佈設有多數個呈最佳化方位定型的磨粒，各磨粒具有 一定型基端及一相對的定型研磨端，此方法包含： —提供一基材形成裝置，其包括一第一工具及一第二工具

本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 297公釐） 580420 五、發明説明（4 ，第一工具設有一包括多數個突部之接觸表面 二工具 設有一配接表面，該等工具的接觸及配接表面在妾時將 能夠使該基材變形以在基材中提供穿孔狀凹部籍&夠在 各凹部中收納磨粒的一基端，並使其中的磨粒具百最佳化 方位； --提供-可浮雕、可穿孔、可燒結片狀基材，該基材係包 含支承在-金屬箱上的一層中之有機性結合劑以及可燒結 粒； 、σ -使片狀基材與該等第一及第二工具的接觸及配接表面相 接觸，以提供具有該金屬落設置的後表面與一相對的頂表 面之一浮雕及穿孔狀可燒結片且其特徵為具有多數個凹部 〃中各凹σ卩的特彳政為具有能夠收納該定型磨粒的定型基 端之一形狀，並使其中的磨粒以及該凹部内通過片狀基材 之一穿孔具有最佳化方位，其中穿孔的尺寸不可讓，如 通過； ―將磨粒分佈於該等凹部内，其中在浮雕及穿孔狀燒結 片的各個凹部中大致設有一個磨粒； —使包含磨粒的凹部中之各磨粒具有最佳化方位； —在該浮雕及穿孔狀可燒結片的頂表面與後表面之間生成 一差壓，其中一較低壓力施加至後表面以將各個所定位磨 粒固持在其凹部内，同時從該浮雕及穿孔狀可燒結片的頂 表面移除不位於該等凹部内之至少一主要部份的磨粒，· —在具有最佳化方位之後將該等磨粒暫時性結合在該等凹 部中； 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(21〇 χ 297公釐) 580420 A7 — B7 五、發明説明（5 ) '~ ----一~〜 --以-燒結溫度加熱支承住浮雕及穿孔狀可燒結片之磨粒 ，以在~部％提供一砂磨產品，此砂磨產品包括一經燒結 基to此經燒結基體係支承住結合之具有最佳化方位定型 的磨粒且露出研磨端；及 --冷卻該砂磨產品。 此較佳方法中，該等卫具的接觸及配接表面各支承在一 滾子的表面上，配接表面可具有一特定形狀以提供凹部 或4為’、有平坦表面的撓性片（譬如一片彈性體材料）。 ”可燒結片”係指—暫時有機性結合劑中由通常在加熱時融 化之一預塑片的可熱熔粒（譬如金屬粒）所構成之一生片 (green sheet)。本發明中，此等可燒結材料係包括硬焊組成 物，較佳的可燒結層係包含金屬粒及一有機性結合劑及/或 一硬焊組成物，此硬焊組成物可為一活性金屬硬焊物，適 當的硬焊組成物較佳選自·· Nr-Cr-Si、N卜Cr-P、Ni-Cr-B、

Ni-Cr-Si-B、Cu-Sn、Ag-Cix及Ni-Si-B合金。 可燒結層在加熱步驟期間加熱至燒結溫度時所提供的一 液相谷積係足以濕潤磨粒基端並在冷卻時將磨粒基端結合 在經燒結基體内，因為此目的，容積較佳至少佔一可燒結 層中的金屬粒總容積之2〇〇/0。 使磨粒具有最佳化方位之較佳方式係包括：在分佈磨粒及 藉由降低壓力將其固持在位置中之後，振動磨粒及/或浮雕 及穿孔狀可燒結片以使磨粒具有最佳化方位。亦可在磨粒 固持在位置中時將一緩和空氣流施加至磨粒，藉以達成其 方位。 -8- 本紙伕尺度適用中國國家棵準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

裝 訂

綵 580420 五、發明説明（6 較佳的磨粒係選自··大致立方八面形的鑽石晶體、大致 立方八面形的立方氮化硼晶體及各種陶瓷材料譬如氧化鋁 基陶瓷材料、二氧化锆基陶瓷材料、氮化矽基陶 石夕銘氧氣基陶刪。其他可用的磨粒係包括:熔合的氧化 鋁、陶竞性氧化铭、碳化石夕及溶膠-凝膠衍生的氧化紹基陶 瓷。 磨粒的尺寸可能為特定應用可採用的任何尺寸，平均磨 粒尺寸較佳係位於較窄範圍以利沉積在凹部中，磨粒較佳 以至少1.5的縱深比至少略微伸長。 以溶劑軟化有機結合劑使其結合至磨粒的定型美端、然 後讓溶劑蒸發同時繼續生成差壓，藉以提供將磨㈣時： 合在凹部中之較佳方式。 另-態樣中’其中基體不f燒結，本發明提供 物件，其包含： --多數個最佳化方位定型磨粒，其中各磨粒具有 1_5的-縱深比、—定型基端及—相對㈣研磨端；及 ---片狀基體，其具有一包括凹部的頂表面，並中大致夂 凹部中包含且結合一砂磨物件的—定型基端，同時露出=

磨粒的相對研磨端並對準於一最佳化方位。 X 二：態Γ ’其中基體係受到燒結’本發明提供-種砂 磨物件，其包含： ^〆 --多數個最佳化方位定型磨粒，其中各磨粒具有 端及一相對的定型研磨端； 土 —經燒結片狀基體，其具有-包括凹部的頂表面，其/ 本紙張尺度適财® ®家標準(CNS) A4規格丨21〇 X 297公f「 -9 · 580420

大致各凹邛中包含及結合一磨粒的一定型基端’同時露出 該磨粒的相對研磨端且對準於一最佳化方位；及 —金屬伯，其結合至基體而對於該砂磨物件提供一頂表 面。 本七明的砂磨物件之特徵為：相較於習知的經塗覆砂磨 產品，每單位面積具有較少的磨粒，但 比這些習知經塗覆砂磨產品具有更好的性能。因此，^ 於白知石> 磨產品的製造成本，由於一般使用較少的砂磨材 料所以可降低本發明產品的製造成本。並且，因為本方法 具有將一砂磨產品設計成最佳化性能之機會，故可訂製本 發明產品的石少磨性能。 可由較佳實施例的下列詳細描述及圖式得知本發明的各 種功能及優點。 圖式簡單說明 圖1顯示用於製造一生帶之一裝置及程序的示意圖； 圖2顯不用於浮雕一生帶以提供一具有穿孔狀凹部的基材 之一裝置及程序的示意圖； 圖^及4分別以剖視圖顯示圖2所示的浮雕輥的各接觸及配 接表面之部份； 圖5顯示鑽石磨粒沉積在一基材的穿孔狀凹部中然後承受 一溶劑流以軟化基材將鑽石粒黏在凹部内之示意圖； 圖6放大顯示鑽石粒在一基材中佈設於凹部内之圖； 圖7為15倍放大率的顯微照片之數位複製，其中顯示具有 正方角錐形穿孔狀凹部之一實際基材的俯視圖； -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 580420 A7 、___ B7_ 五、發明説明（8 ) 圖8為15倍放大率的顯微照片之數位複製，其中顯示含有 根據本發明在一經燒結基材中佈設及結合在凹部中的鑽石 磨粒之一砂磨產品。 現在參照圖1，其中顯示一種包括安裝在滾子丨2及13上的 一連續皮帶11之裝置10，皮帶u可為孔隙狀或非孔隙狀但 較佳為非孔隙狀。皮帶丨丨可具有15公尺或更長的一外露的 上表面，並可能聯結有加熱裝置，譬如位於皮帶丨丨上部底 下之隨道加熱杰、熱空氣流或加熱元件，藉以幫助乾燥 施加至皮帶的塗層，來自供應輥9的不銹鋼箔8係在皮帶Η 上方傳送。亦提供一刀塗裝置，此刀塗裝置係包括刀片Μ ，刀片14具有在不銹鋼箔8上方呈間隔狀的一邊緣以在其間 提供一適當空間而界定一塗層厚度，以及一漿體貯器Μ， 此漿體貯器15包含在刀塗片14邊緣下方通過之漿體^以在 不銹鋼羯8上提供一漿體塗層17，此塗層口係在溶劑蒸發時 乾燥以提供支承在金屬箔支撐物8上之生帶18。生帶18/金 屬羯8疊層在室溫或加熱的空氣中乾燥之後通常係具有 公厘至約2公厘左右的厚度。依據鑄造速度及漿體黏度，漿 體的塗層厚度通常係為經乾燥生帶的所需要厚度之15至/5 倍（較佳為2至3倍）。鑄造速度一般為每分鐘約5至5〇公分左 右、較佳每分鐘約為15至25公分。乾燥之後，生帶金屬羯 疊層通常捲繞在一儲存輥（譬如儲存輥2〇)上，亦顯示於圖 圖2顯示一種包括浮雕輥21及支撐輥22之浮雕裝置，浮雕 輥21具有一能夠提供穿孔狀凹部之接觸表面，支撐輥”具 有一能夠形成穿孔狀凹部之配接接觸表面。圖3及4分別顯 -11 - 本紙張尺度通用中國國家標準(CNS) A4規格<210 X 297公釐) 580420 A7

不支撐輥2 1的接觸表面與浮雕輥22的配接表面之部份的大 幅放大剖視圖，浮雕輥21通常為一雕刻狀鋁輥且其具有一 接觸表面，此接觸表面具.有一閉合包裝陣列之頂峰呈卯。 角的正方形角錐。圖3顯示浮雕親21的-段接觸表面，其中 以剖視圖顯示這些突部，各突部為一很小的90。正方形角 錐，其具有位於輥表面上之一基端以及從輥表面往上延伸 至一點之末端，此點可能包括一進一步較小的直立突部以 刺穿此片，正方形角錐功能較佳係為丨公厘寬度及〇 $公厘 南度’但亦可採用較小或較大尺寸以對應較小或較大的磨 粒。支撐輥22的配接表面具有一對應陣列的正方形角錐凹 邛，此等正方形角錐凹部同樣地具有相同尺寸，亦即較佳 為1公厘寬度及0.5公厘深度以匹配突部尺寸藉以在兩表面 之間提供零間隙，凹部以剖視圖顯示於圖4中，各個別凹部 實際係為一正方形角錐凹部且其在支撐輥22表面上具有完 整尺寸但推拔至支撐輥22體部内的一點。若突部包括一進 一步較小的直立突部，凹部可能需要一相匹配的進一步更 小凹部，較小直立突部可配合在此更小凹部内，輥通常以 零間隙運作，零間隙的浮雕操作通常於各凹部底部處在基 材中產生一小撕裂，從儲存輥20抽出生帶18及/或金屬箔8 疊層並同時從儲存輥24括出阻障膜23、並將生帶18及阻障 膜23同時抽拉通過浮雕輥21及支撐輥22之間的零公差軋縫 以產生具有與支承在浮雕輥2 1的接觸表面上圖案相對應的 穿孔狀凹部之基材25，藉以進行浮雕操作。浮離狀基材的 頂表面係顯示於圖7的顯微照片中，基材的各格室之正方形 -12- 本紙張尺度適用中國國家棵準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

裝 訂

580420 五、發明説明（1〇) 邊界係界定浮雕狀四邊角錐形凹部之間的邊緣，凹部中的 開口係顯現為凹部中的較亮區域。 圖6僅示範性顯示具有凹部62之基材61的放大剖面圖此 等凹部62包括各凹部中的穿孔或開口 68，_ 6所示的基材並 不具有圖3及4所示的浮雕工具，浮雕狀基材6ι在圖令具有 可收納磨粒60基端的尺寸之凹部62，使得磨粒的基端坐接 在其凹部62中肖，磨粒的研磨端為直立狀。浮雕狀基材61 係支承在浮雕狀金屬落63上，其中凹部62中的穿⑽係延 伸通過基材61及金屬羯63。 圖5為鑽石磨粒沉積方法之示意圖，其中鑽石磨粒％沉積 在-浮雕狀基材51的表面上，如圖5所示，一旦磨粒施加至 基材51，基材51係通過真空室54上方以降低基材/金屬羯疊 層後側的壓力而將磨粒固持在位置中，然後譬如藉由一緩 和的空氣流來移除不位於凹部中的多餘磨粒。隨後，從嬖 如一嗔嘴56等適當配送裝置將一溶劑噴灑體”施用於基^ 51的表面，以軟化基材51的有機性結合劑組份。真空持續 施加至基材以將磨粒50固持在凹部52内的位置中直到施加 於基材51的溶劑充分蒸發為止，且隨後有機性結合劑與磨 粒5〇的基端形成一暫時結合使其與真空室54脫離導通之後 不合易私位。然後將支承有暫時結合的磨粒之基材放在一 適當燒結爐57 [圖5雖然顯示支承有暫時結合的磨粒之基 材係直接通入燒結爐57中，但通常不會為此情形而僅用於 顯不下個階段為此方法的燒結階段，通常以_項分開的操 作將基材送到爐中。 本紙泶尺度適用中國國參標準(CNS) A4規格(210X297公着) -13- 58〇42〇 A7

裝

580420 A7 ___B7 五、發明説明（12 ) 物係包括·· N卜Cr-Si、Cii-Sn、Ag-Cn、N卜C卜P、Ni-Cr-S卜B 、N^Cr-B及合金，容易在市面購得此等硬焊組成物 ，一種適當的硬焊組成物係包含紐澤西州柏根菲德的大西 洋。又備工程么司（Atlantic EqUipmen1; Engineers，Inc·)供應的 N1Chn>me金屬粉（80重量％的沁及2〇重量％的cr)之一混合物 ’以及講自密西根州麥迪森的瓦爾孔模尼公司（Wall

Colmonoy Company)之美國熔接標準產品識別號BNi-7金屬 粉（76重量％的Ni，14重量％的Cr，1〇重量％的p)的品名 NICROBRAZ50。 可藉由含有下列各物之混合物提供用於製造適當漿體形 成生帶之一塗層配方·· 1L2克之6〇容積％甲基乙基酮與4〇容 積％乙醇的混合物、及〇·5克得自賓州莫瑞斯維爾的tcw公 司品名Z-3 BLOWN MENHADEN魚油的魚油、2克的聚（乙烯 縮丁路-共-乙烯醇-共-醋酸乙烯酯莫耳，得 自威斯康辛州緣瓦基的歐爵屈化學公司（Aldrich Chemical Company)的型號19,097-7)、0.4克得自康乃狄克州丹伯利的 聯合碳化物公司（Union Carbide Corporation)的UCON潤滑劑 型號50-HB-2000、0.4克得自威斯康辛州繆瓦基的歐爵屈化 學公司品名"DOP"的鄰苯二甲酸二辛酯塑化劑、60.34克得 自紐澤西州柏根菲德的大西洋設備工程公司的Nichrome金 屬粉（80重量％的Ni及20重量％的Ci·)、及25.86克購自密西根 州麥迪森的瓦爾孔模尼公司之Bni-7金屬粉（76重量％的Ni， 14重量％的Cr，10重量％的p)。這些成份隨著250克鋼球 (125克的9·6公厘球及125克的6.3公厘球）裝入一個25毫升塑 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐)

裝 η

緣

580420 A7 _____ B7 五、發明説明（13 ) 膠寬口瓶中且在一適當裝置中以1〇〇 rpm轉動混合物與球24 小時’然後，所生成的漿體與不銹鋼球分離並送到一 125毫 升塑膠瓶’然後以1 rpm速度緩慢旋轉以消除空氣泡。 包含可燒結元件之基材的薄金屬箔較佳係小於1 〇〇微米厚 度、更佳約25至50微米，以利基材變形而提供穿孔狀凹部。 可藉由習知的帶鑄造技術來製造含有可燒結材料及金屬 箔之基材，一種帶鑄造技術的一項範例係利用一塗覆裝置 (譬如一刮片或刀片）依需要將譬如金屬粉、有機性結合劑及 液體媒劑等一可燒結粉的漿體塗覆在一金屬箔上，並一旦 乾燥之後則在金屬箔上產生一生帶。一種帶鑄造技術的另 一項範例係利用一塗覆裝置（譬如一刮片或刀片）依需要將譬 如金屬粉、有機性結合劑及液體媒劑等一可燒結粉的漿體 塗覆在一釋放襯墊上，並藉由蒸發來移除溶劑以在一釋放 襯墊上生成一生帶，此釋放襯墊可疊設至一薄金屬箔以在 金屬箔上產生一生帶。 液體媒劑通常為對於有機性結合劑材料的一種溶劑，選 擇成伤（亦即可燒結粒、有機性結合劑及溶劑）以使漿體獲得 一可塗覆黏度，此黏度較佳為約2,〇〇〇至3,〇〇〇厘泊（cp)的範 圍，利用一具裝配有一 100 rpm的3號心軸的布魯克菲德 (Brookfield)黏度計在大氣環境條件下決定此黏度。通常在 一部球磨機中將成份磨製以獲得一種可平順塗覆的組成物 ’若磨製之後的漿體黏度過低，可在帶鑄造之前移除一部 份溶劑藉以增高黏度，一般在混合期間以蒸發方式從漿體 移除溶劑，生片通常先鑄造在一載體支撐部上，然後小心 -16- 本紙張尺度適用中國國家樣準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 580420 A7 ------— Β7__ 五、發明説明（U ) 地乾燥以產生一無裂痕未彎曲的生帶狀物件。可利用包括 加熱等任意數種習知液體移除技術來達成乾燥，較佳在室 狐工氣或3 〇至5 〇 溫度範圍的空氣中加熱以乾燥此生帶， 乾燥後的生T厚度通常位於〇.〇5公厘至約2公厘的範圍，塗 覆製成生片之漿體中的可燒結粒較佳係為一種硬焊組成物 的組份。 金屬箔可能由任意薄金屬材料所構成、但較佳由鎳2〇〇或 不銹鋼構成、且較佳由304不銹鋼構成，金屬箔具有較佳小 於100U米、較佳約25至50微米、最佳約20至30微米的厚 度。 包含可燒結粒、有機性結合劑及溶劑之漿體較佳係包括 一塑化劑（譬如鄰苯二甲酸二辛酯），藉以製成在形成操作期 間較不脆且更易撓順的生片。此目的可用之塑化劑係包括 •乙一醇，譬如聚乙二醇；甘油，.譬如甘油及二甘醇；烷 基酯（alkyl esters)，譬如鄰苯二甲酸二辛酯，鄰苯二甲酸丁 酉曰苯甲酯，鄰苯二甲酸二丁酯，癸二酸二丁酯及類似物； 油，譬如石蠟性油及芳性油及類似物；醚，譬如二苯曱基 醚（dibenzyl ether)及類似物；磷酸酯，譬如磷酸三苯.，磷 酸二甲本S曰及類似物。乾燥的生結構中的塑化劑含量係佔 可燒結粒之小於約5%的重量、最佳小於約3%的重量、較佳 約1至3%的重量。有機性結合劑對於塑化劑之較佳比值為約 4 : 1至約6 : 1 '最佳約5 : 1。 有機性結合劑的重量％係佔乾燥的生結構中可燒結粒總重 量之較佳2至10%左右、且最佳為3至6%。 • 17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) J用的結合劑係包括但不限於 ——-V ^ 3 11祕脂譬如聚酯，丙烯酸性聚合物，甲基丙烯酸性聚合啦 ，乙烯醋酸乙烯酯共聚物，聚胺基甲酸酯，聚醯亞胺，肩 素甲醛樹脂，聚烯烴包括聚、烯烴譬如聚乙烯及聚丙烯， 聚醋酸乙烯酯譬如聚乙烯醇縮丁醛，苯乙烯性聚合物包招 共物譬如苯乙烯_丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，纖維素性聚 合物譬如羧基-甲基纖維素或醋酸纖維素及類似物；及經塑 化非熱塑性樹脂譬如經塑化聚乙烯醇，經塑化丙烯酸性共 聚物乳膠乳劑，經塑化聚乙烯吡咯啶聚合物；或可溶於溶 劑且可熱解成一可忽略的殘留物之其他聚合物。 經乾燥的生帶較佳受到基材形成裝置所變形之前可能在 頂表面上塗有—輕層的€或熱活化性黏劑，隨後將一薄金 屬或聚合物片放在蠟層頂上作為經乾燥生帶與工具表面之 間的一2離阻障，複合片及阻障層隨後在第一工具的接觸 表面/、第一工具的配接表面之間進行軋製，第一工具的接 :表面包括能夠使基材變形的多數個突部以在基材；提供 穿孔狀凹冑’基材中的穿孔狀凹部係具有能夠在各凹部中 收納磨粒的一基端之尺寸並且定型為使得凹部中的磨粒呈 有最佳化方位，亦gp，凹部具有一圓柱形 ： 令磨粒基端往下佈設且磨粒的相對研磨端佈設在 立位置中。-較佳的圓柱形係為12()。圓錐，磨粒尺寸將決 定基材中的凹部尺寸，較小的磨粒將需要較小的凹部，且 較大的磨粒需要相對應的較大凹冑，基材在各凹部内 孔狀以提供-通路藉以在支承録的基材上表面與基 580420 A7

裝 訂

580420 A7 ____B7_ 五、發明説明~) — ~—— 的燒結。可燒結粒應提供一足夠的液體容積以包圍住磨粒 基而所以冷卻時可在燒結粒構成的基體與磨粒基端之間 形成一強力黏結。 本發明可以製造砂磨物件中具有方位的粒，具有尖銳邊 緣方位及對準點之鑽石切割的進一步改良將可降低相等鑽 石效能之鑽石含量，導致顯著的原料成本節省。先前方法 係將磨粒放置在-空間性陣列中，但其幾何形狀的方位並 未能盡量加大切割效力，先前方法通常亦需使用一批次熱 壓操作來產生一足夠結合及帶微結構，熱壓可造成磨粒旋 轉至一較不佳的方位。本發明雖可在燒結期間使用熱壓， 本赉明的一怨樣係為一種可在半連續製程中進行之無壓力 燒結程序，從批次程序轉換為半連續程序將可顯著降低帶 的製造成本，本發明係使用經特殊設計與無壓力燒結相容 之燒結溫度、環境及組成物，本發明產生可能銷售給工具 製造商或用於製造工具之一種半成品研磨性複合帶。 fe例 由下列範例進一步顯示本發明，其中除非另外說明否則 所有元件及百分比均指重量。 生帶配方1的掣借 一 250毫升的塑膠廣口瓶係裝有約25〇克的不銹鋼球〇25克 的9·6公厘球及125克的6.3公厘球），n 2克的6〇容積％甲基 乙基酮與40容積％乙醇之一混合物、〇 5克的魚油（得自賓州 莫瑞斯維爾的TCW公司品名Z-3 BLOWN MENHADEN魚油） 、2克的聚（乙烯縮丁醛·共·乙烯醇-共·醋酸乙烯酯） -20- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 580420 A7 ________ B7 五、發明説明（18 ) (Mvv = 3 4,000克/莫耳，得自威斯康辛州繆瓦基的歐爵屈化學 公司的型號19,097-7)、0.4克的潤滑劑（得自康乃狄克州丹伯 利的聯合碳化物公司的UCON型號50-HB-2000)、0.4克的鄰 苯二甲酸二辛醋（得自威斯康辛州繆瓦基的歐爵屈化學，公司 的品名”D〇P”）、60.34克的Nichrome金屬粉（紐澤西州柏根 菲德的大西洋設備工程公司供應的8〇重量％的犯及2〇重量〇/〇 的〇粉）、及25.86克的6沁-7金屬粉（購自瓦爾孔模尼公司的 76重量％的Νι，14重量％的Cr，1〇重量％的P)。 這些成份以約100 rpm速度進行球磨約24小時，所生成的 漿體與不銹鋼球分離然後送到一 125毫升塑膠瓶’然後以1 rpm速度緩慢滾動含有漿體的此瓶以消除空氣泡。 主帶配方2的禦借 一 250毫升的塑膠廣口瓶係裝有約ι25克的9 6公厘不銹鋼 球及125克的6.3公厘不銹鋼球，η.2克的60容積％甲基乙基 W與40容積％乙醇之一混合物、以及〇 5克的魚油、2克的聚 縮丁齡、0.4克（2000克/莫耳）的聚乙二醇（得自康乃狄克州丹 伯利的聯合碳化物公司的型號CARBOWAX)、60.34克的 Nichrome金屬粉、及25.86克的ΒΝι-7金屬粉。 這些成份以約100 rpm速度球磨約24小時，所生成的漿體 與不銹鋼球分離並送到一 125毫升塑膠瓶，然後以1 rpm速 度緩慢滾動以消除空氣泡。 生帶配方3的f借 一 125毫升的塑膠瓶裝有約125克的不銹鋼球（50/50重量％ 的9.6公厘及6.3公厘球），5.6克之60容積％甲基乙基酮與40 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 580420 A7 ______Β7 五、發明説明（19 ) 容積％乙醇之一混合物、1.0克的聚（乙烯縮丁醛_共-乙烯醇-共-醋酸乙烯酯）(MW=34,000克/莫耳，威斯康辛州繆瓦基的 歐爵屈化學公司的型號19,097-7)、〇 4克的鄰苯二甲酸丁酯 苯甲酯（得自密蘇里州聖路易斯的孟山多公司（M〇nsant〇 c〇rp.)的型號 SAN丁ICIZER 160)、3〇 17克的 Nichr〇me金屬 粉、及12.93克的BNi-7金屬粉。 這些成伤以約100 rpm速度球磨約24小時，所生成的襞體 與不銹鋼球分離並送到一 125毫升塑膠瓶，然後以丨”㈤速 度緩慢滾動以消除空氣泡。 生帶的形成 利用一刮片來調節帶厚度以在乾燥後獲得約1〇〇微米的帶 厚度，而從溶液鑄造出生帶配方1至3。 微形成裎庠 將有待微形成的生帶物件（譬如箔或生帶）通過一組匹配的 a，、母雕刻狀結親之間以達成微形成。紹親 具有一閉合包裝陣列之9〇。角頂峰的正方形角錐，正方形 角錐功能對於母輥係為丨公厘寬度及〇 5公厘深度、對於公 輥為1公厘寬度及〇·5公厘高度。在輥之間以零間隙進行微 幵y成’但在機構中具有足以讓基材通過親而不阻塞之餘隙 。除非另有說明’否則將足夠壓力施加至發生微形成功能 的穿孔之輥。 範例1 利用一棉棒將一鎳2〇〇的25.4微米厚度箔塗覆有融化的石 蝶壤質（得自俄亥俄州歐羅拉的麥克邁司特卡爾供應公司 -22- 本紙張尺度適用T國國家標準(CNS) A*規格(2ι〇χ 297公釐) - 580420 A7 B7 五、發明説明（2〇 ) (McMaster-Carr Supply Company)的白精煉石蠟蠟質，且其 具有<〇. 1公厘的塗層厚度，箔的犧側係朝向公雕刻輥且此 箔以充分壓力通過雕刻輥之間，藉以產生浮雕狀功能的穿 孔而導致大約13公分χ13公分正方形的穿孔狀箔。穿孔狀微 形成箔係將母側放在提供機械支撑作用之一 14網目（1.4公厘 開口）的篩件上。 以小於20網目（0.84公厘開口）但大於3〇網目（〇·6〇公厘開口） 過篩之約25克的工業用立方八面形的鑽石（南非金伯利的迪 比爾斯整合礦業公司（De Beers Consolidated Mines，Ltd·))係 灑佈在鎳200箔的蠟層上。一個1 〇公分直徑的漏斗附接至一 真空吸塵器（賓州威廉斯波特的夏威克公司（sh〇p-Vac c〇rp.) 的SHOP-VAC型號5 130-60真空吸塵器）的軟管並放在一 14網 目篩件下，施加真空同時緩和地搖晃篩件並施加一緩和空 氣壓力以將鑽石移入母鑽石凹坑内。大部份鑽石處於位置 中之後’從篩件移除箔並放在一熱板上以融化位於鑽石底 下之箔上的蠟塗層，可讓箔冷卻藉以使蠟成為固體並將鑽 石暫時固定在位置中。 使用一緩和的硬毛刷來移除未穩固附接至箔的鑽石，生 帶配方1鑄造成約有0.2公厘至〇·3公厘厚度的一帶，並將此 T疊δ又至肷设鑽石的穿孔狀箔之底面，並將此組合安裝在 一 304不銹鋼碟（11公分直徑幼5公分厚度）上，將此構造放 入一具有一惰性氣體甑道的耐熱爐中，將氬氣以每分鐘15 標準升的流率引導通過甑道，以500t每小時的速率將此爐 加熱至950°C並在爐冷卻至室溫之前保持1小時，故產生一 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 580420 A7

*---------B7 五、發明説明iir~r~-- 仏蘭的道氏化學公司（d0w chemical Corp.)的沙朗（S,ARAN) 塑膠膜層之間，以利使生帶與工具相分離。使用一具有90 貝峰角與0.5公厘基底的正方角錐形功能之平坦工具，各 個角錐形功能係具有附接至頂峰頂部且約〇 〇5公厘寬度與 〇, 1公厘長度之一圓錐形柱，此等功能係以中心至中心呈 0.75公厘之間隔排列為一正方形陣列。一薄聚合物片（譬如 〇·25 a厘厚度的聚乙烯）係放在所嵌夹的生帶下方，具有公 角錐功犯加上尖銳圓錐形柱之工具係使尖銳側往下以與所 肷夾的生帶產生接觸。_分離的程序中，此總成係放在一 單軸式壓機中，且依據有機性結合劑的組成物及容積將平 台加熱至20與80°C之間。使用介於3至2〇百萬帕（Mpa)之間 的壓力在生帶中穿孔並形成微結構，如範例丨所描述般地施 ㈣石並移除多餘的鑽石，但是，藉由噴;麗—輕霧狀的3〇 容積％曱基乙基酮與70容積％異丙醇將所設置的鑽石附接至 生帶凹坑内，溶劑係將有機性結合劑部份地溶解並將鑽石 黏附在位置中，生帶放在一乾淨的3〇4不銹鋼板上並如範例 1所描述地燒結以產生一墊調節物件。 現在已參照數項實施例描述本發明，熟悉此技藝者瞭解 可對於上述貫施例作出多種變化而不脫離本發明之範圍， 因此，本發明之範圍不應、限於本文描述之結構而應由申請 專利範圍描述之結構及其相等物予以界定。 25-

Claims (1)

1. 一種藉由一片狀基體所構成之一砂磨物件之製造方法， 該片狀基體中係佈設有多數個具有最佳化方位定型之磨 粒」各該等磨粒具有一定型基端及一相對的定型研磨端 ’該方法包含以下步驟·· a.提供一基材形成裝置，其包括一第一工具及一第二 ，具’該第-工具設有一包括多數個突部之接觸表面， 該第二工具設有—配接表面’料工具的接觸及配接表 面當配接時將能夠使該基材變形以在該基材中提供穿孔 狀凹部藉以能夠在各凹部中收納該磨粒的—基端並使其 中的該磨粒具有最佳化方位； 〃 b. 提供一可浮雕、可穿孔、可燒結片狀基材，其係包 含位於支承在一金屬羯上的一層中之有機性結合劑及可 燒結粒； c. 使該片狀基材與該等第一及第二工具的接觸及配接 表面相接觸，以提供具有該金屬箔設置的後表面與一相 對的頂表面之一浮雕及穿孔狀可燒結片且其特徵為具有 多數個凹部，其中各凹部的特徵為具有能夠收納該定型 磨粒的定型基端之一形狀，並使其中的該磨粒以及該凹 部内通過該片狀基材之一穿孔具有最佳化方位，其中該 穿孔的尺寸不可讓該磨粒通過； d. 將磨粒分佈於該等凹部内，其中在該浮雕及穿孔狀 可燒結片的各凹部中大致設有一個磨粒； e. 使包含該磨粒的凹部中之各磨粒具有最佳化方位； f. 在該浮雕及穿孔狀可燒結片的頂表面與後表面之間 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210 X 297公釐) 580420 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 生成一差壓，其中一較低壓力施加至該後表面以將各個 所定位磨粒固持在其凹部内，同時從該浮雕及穿孔狀可 燒結片的頂表面移除不位於該等凹部内之至少一主要部 份的該等磨粒； g. 在具有最佳化方位之後將該等磨粒暫時結合在該等 凹部中； h. 以一燒結溫度加熱支承住浮雕及穿孔狀可燒結片之 δ亥磨粒’以在冷卻時提供一砂磨產品，該砂磨產品包括 一經燒結基體，該經燒結基體係支承住結合之具有最佳 化方位定型的磨粒且露出研磨端；及 i. 冷卻該砂磨產品。 2. —種砂磨物件，其包含： a·多數個最佳化方位定型的磨粒，其中各該等磨粒具 有一定型基端及一相對的定型研磨端； b. —經燒結片狀基體，其具有一包括凹部之頂表面， 其中大致各凹部中係包含並結合一磨粒的一定型基端， 同時該磨粒的相對研磨端係露出並對準於一最佳化方位 :及 c. 五屬v自’其燒結結合至該基體以對於該等砂磨物 件提供一底表面。 一種藉由一片狀基體所構成之一砂磨物件之製造方法， 該片狀基體中係佈設有多數個具有最佳化方位定型之磨 粒’各該等磨粒具有一定型基端及—相對的定型研磨端 ，該方法包含以下步驟： -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 580420

   a.提供一基材形成裝置，其包括一第一工具及一第二 工具，该第一工具設有一包括多數個突部之接觸表面， 該第二工具設有一配接表面，該等工具的接觸及配接表 面當配接時將能夠使該基材變形以在該基材中提供穿孔 狀凹部藉以能夠在各凹部中收納該磨粒的一基端並使其 中的該磨粒具有最佳化方位； b·提供一可浮雕、可穿孔、片狀基材； c.使泫片狀基材與該等第一及第二工具的接觸及配接 表面相接觸，以提供具有後表面與一相對的頂表面之一 浮雕及穿孔狀片且其特徵為具有多數個凹部，其中各凹 部的特徵為具有能夠收納該定型磨粒的定型基端之一形 狀，並使其中的該磨粒以及該凹部内通過該片狀基材之 一穿孔具有最佳化方位，其中該穿孔的尺寸不可讓該磨 粒通過； d·將磨粒分佈於該等凹部内，其中在該浮雕及穿孔狀 片的各凹部中大致設有一個磨粒； e .使包含泫磨粒的凹部中之各磨粒具有最佳化方位； f·在該浮雕及穿孔狀片的頂表面與後表面之間生成一 壓差’其中一較低壓力施加至該後表面以將各個所定位 磨粒固持在其凹部内，同時從該浮雕及穿孔狀片的頂表 面移除不位於該等凹部内之至少一主要部份的該等磨粒 :及 g·在具有最佳化方位之後將該等磨粒永久性結合在該 等凹部中，以提供一砂磨產品，該砂磨產品包括具有最 -28 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 4 ‘580420 申請專利範圍 佳化方位定型的磨粒且露出該等磨粒的研磨端。 一種砂磨物件，其包含： a大多，個最佳化方位定型的磨粒，其中各該等磨粒具 磨端:及Μ的一縱深比、—定型基端及-相對的定型研 b· -片狀基體，其具有—包括凹部之頂表面， :二部令係包含並結合_磨粒的一定型基端，同時該 磨拉的相對研磨端係露出並對準於_最佳化方位。 如申請專利範圍第1或3項之方法，其中該等工具的接觸 及配接表面係各支承在—滾子的一表面上。 如申請專利範圍第丨項之方法，其中該可燒結層包含金屬 粒及一有機性結合劑。 如申請專利範圍第6之方法’其中該可燒結層加教至該燒 結溫度時所提供的一容積之一液相係在該加熱步、驟期間 足以侧該㈣粒的基端，並在冷卻時足簡該等磨粒 的基端結合在該燒結基體内。 如申請專利範圍第7項之方法，其中該容積至少佔該可燒 結層中的金屬粒總容積之2〇0/。。 70 如申請專利範圍第！或3項之方法，其中在分佈該等磨粒 之後振動該等磨粒及/或該浮雕及穿孔狀可燒結片令該磨 粒方位呈最佳化，藉以使該等磨粒具有最佳化方位。 10.如申請專利S圍第法或如申請專利範圍第2項之 磨物件，其中該等磨粒係選自大致立方八面形的錯石 體或大致立方八面形的立方氮化硼晶體。 6. 7. 訂 8. 9. 石少 癰 29- 本紙張尺度適用中國國豕標準(CNS) A4規格(210X297公釐） A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 11. 如申請專利範圍第6項之太 、 方法’其中該等金屬粒至少部份 地由一種硬焊組成物構成。 12. 如申請專利範圍第u $(方法，其中該硬焊組成物包 一活性金屬硬焊物。 13，如申請專利範圍第1項 α人 > 心万法，其中以溶劑軟化該有機忡 ⑽δ劑使其結合至該磨粒的定型基端然後允許該 發並同時生成該壓差，藉以提供該暫時結合。 … Η.如申請專利範圍第2項之砂磨物件，其中該經燒結的 基材係包含一種金屬合金硬焊物。 15. 如申請專利範圍第3項 、<方法或如申請專利範圍第4項之 砂磨物件，其中該等磨抑你、把 、 予以粒係逛自熔化的氧化鋁、陶瓷性 氧化紹、碳化矽、溶膠凝膠衍生的氧化銘基陶变、鑽石 或立方氮化硼。 16. 如申請專利範圍第4項之砂磨物件，其中該片狀基體包含 一熱或UV固化的.聚合性樹脂。 17. 如申請專利範”…項之方法，其中❹二工具包含 -撓性片’該撓性片具有—平坦的配接表面。 18. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在施加壓力至該等砂 磨物件及浮雕及穿孔& u μ π + 牙狀片的同日才進行該加熱步驟。 19. 如申請專利範圍第3項之方法，其中在施加熱及壓力至令 =磨粒及浮雕及穿孔狀片的同時達成該永久性結合。X 種工具’其包括-包含根據申請專利範圍第2或4項之 砂磨物件之元件。 -30 -

   本紙張尺度適财@ @家鮮(CNS) Α4規格(21GX297公董 1----：