TWI231822B

TWI231822B - Abrasive articles with novel structures and methods for grinding

Info

Publication number: TWI231822B
Application number: TW092106316A
Authority: TW
Inventors: Anne M Bonner; Eric Bright; Edward L Lambert; Dean S Matsumoto; Xavier Orlhac
Original assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2003-03-21
Publication date: 2005-05-01
Also published as: JP2005522337A; CA2479712A1; CA2480674C; DE10392510B4; EP1497075A4; NO20044910L; RO123416B1; DE10392508B4; AT500569A5; RU2278773C2; KR20040097344A; EP1497075A1; CZ20041023A3; SE0402457D0; FI20041308A; GB2405411B; US7275980B2; CN100586652C; HU229682B1; RO123271B1

Description

1231822 玖、發明說明：【相關的申請案】此申請案為2002年4月11 3仏、昨 1 u日所王張之美國序號10/120,969 的部分接續申請案；及2002车… 年12月24日所主張之美國序號 10/328,802的#刀接、^中請案。美國序號⑺/㈣’⑽及美國序號10/32Μ02的全部内容藉此以參考方式併入本文。【發明所屬之技術領域】本I明係關於-種具有新類的組成物結構之聚結研磨物件或〃诸如砂輪、輪磨切片（segm㈣、輪磨盤及磨刀石，·關於製造此些工具以便產生這些新穎的工具結構之方法；及關於使用此工具來輪磨、拖光或表面修整之方法。【先前技術】、聚結研磨工具由堅硬的(典型地整塊、三維)研磨複合物組成，其形式可為輪子、盤、切片、懸掛點（则耐以p〇mt)、君及” b工具形狀，其具有一個中央孔洞或其它用來八女裝到特別型式的輪磨、拋光或磨刃裝置或機器上之工具。这些複合物包含三種結構的元件或相：研磨顆粒、結合劑及多孔洞性。蔹聚：研磨工具已製造成多種，等級，及，結構，，其可根據技 -貫行而由研磨複合物（等級）的相對硬度及密度和由在 β複口物内的研磨顆粒、結合劑及多孔洞性（結構）之體積百分比而定義。幾乎有u

+年’工具等級及結構已視為聚結研磨工且A 硬度、工目办t v、 “磨損速率、輪磨所需求的電力及製造均勾戶之 84194 1231822 最可信賴的預測因子。在厚椰（Howe)等人的美國專利案號 -A-l，983,082中首先建立等級及結構作為可信賴的製造指導方針，厚椰描述一種容積製造方法，其可有用地克服長久以來研磨複合物品質不一致及輪磨性能不一致的困難。在此方法中，可選擇三種結構組分的相對容積百分比來產生具有硬度及其它想要的物理特徵之工具的目標等級。知道所完成的工具想要之體積，則可從該工具的體積、相對的容積百分比及研磨顆粒和結合劑組分的材料密度來計算製造該工具所需的研磨顆粒及結合劑組分之配料重量。在此方式中，可對一限定的結合劑組成物及隨後的製造運轉產生一標準的結構圖，以從該標準結構圖中讀取相對的容積百分比，而對一已提供的研磨顆粒、結合劑及多孔洞性4體積百分比製造出具有均勻的硬度等級之聚結研磨工具。可觀察到的是，當等級及結構已經保持固定時，該輪磨性能可一致地從一個製造批次至另一個。對許多輪磨操作來說，控制在該複合物中的多孔洞性之里及型式（特別是可滲透或具互相連接本質的多孔洞性）已顯π出可改善輪磨效率，且可保護該經研磨的工作部件品貝不受熱或機械損傷影響。夕任何三維研磨複合物可由三種組分（研磨顆粒、結合劑及多孔洞性）的相對體積百分比之總和所組成。這些組分的體積百分比總和必需等於1〇〇體積百分比；因此，具有高多孔洞丨生百刀比的工具必需成比例地降低結合劑及/或研磨顆半9百刀比在製造聚結研磨工具中，比起以有機結合材 84194 1231822 料及相當大的顆粒尺寸（例如，諾頓磨料粒度12_12〇粒度）所製造之粗糙的輪磨工具，可在精細的輪磨工具中更容^ 地獲彳于相當高的多孔洞性體積百分比（例如，4〇_川體積 %)，而此精細的輪磨工具可由堅硬的無機黏結劑材料（例如，玻璃或陶资結合劑）及相當小的顆粒尺寸（例如，諾頓 (Norton)磨料粒度46_22〇粒度）所製造。由較大的顆粒尺寸、較高的體積百分比顆粒及較軟的有機結合材料所製得之非常多孔的研磨複合物，在製造輪磨工具的中間鑄塑及硬化階段期間會有滑動或分層的趨勢。為了這些理由，以有機結合材料所製得之商業上謂得的聚結研磨工具經常塑形成不包含多孔洞性’且典型地包含不高於3()體積％的多孔洞性。它們很少超過50體積％的多孔洞性。在加壓鑄塑期間，由研磨顆粒與結合劑粒子之裝填所引起的天然多孔洞性通常不足以在聚結研磨工具中獲得高多孔洞性。可將多孔性謗發物(諸如氧化銘空心球及莕)加入至該研磨科及結合劑複合物混合財，以使未硬㈣多孔研磨物件能狗加壓鑄塑及處理，且在最後的工具中產生適當的多孔洞性體積百分比。某些孔洞謗發物（例如，氧化銘空心球及玻璃球）將在工具内產生封閉單元多孔洞性。所加入用來獲得高多孔洞性百分比之封閉單元孔洞謗發物會防止形成開放性通道或互❹孔㈣，因此會防止或減低流體流過工具主體’因此趨向於增加輪磨力量及熱損傷的風險。開放單元孔洞謗發物(例如，胡桃殼及寨)必需燃燒掉而脫離孩研磨基質’此則會引起不同的製造困難度。 84194 1231822 再者，孔洞謗發物、結合劑材料及研磨顆粒之密度明顯不同，使得難以在處理及鑄塑期間控制該研磨料混合物之分層，而經常會在所完成的研磨物件之三維結構上造成均勻性的損失。三種研磨複合物組分的均勻、均相分饰已視為均勾的工具品質之重要觀點，且對砂輪來說，重要的是可在輪磨所需的高旋轉速度下安全操作該輪子（例如，超過每分鐘4〇00表面切削英叹（sfpm))。互連多孔洞性或流體滲透性的體積百分比已發現比僅以多孔洞性的體積百分比更為該研磨物件的輪磨性能之明顯的決定因素（參見吳（Wu)的美國專利案號-Α·5,738,696)。互連多孔洞性可在輪磨期間移除輪磨廢棄物（切屑）且在輪子内通過冷卻流體。互連多孔洞性的存在可藉由在控制的條件下測量該輪子對空氣流的滲透性而証實。吳的美國專利案號-Α-5,738,697揭示出一種具有明顯的互連多孔洞性量 (40-80體積％)之高滲透性砂輪。這些輪子可從一具有縱深比率至少5 : 1的纖維狀粒子基質來製造。該纖維狀粒子可為與不同的纖維狀充填材料（諸如陶瓷纖維、聚酯纖維及玻璃纖維）、含有纖維粒子的纏結物及聚結物組分混合之絲線狀的研磨顆粒（或通常為非纖維狀的研磨顆粒）。現在已發現可將聚結研磨工具製成含有相當高百分比的多孔洞性及相當低百分比之研磨顆粒，而沒有犧牲掉機械強度或抗工具磨損性，即使該工具的硬度等級將相對地預測成具有差的機械強度。對有機聚結研磨工具來說，其現在可製造成具有相當的百分比之研磨顆粒、結合劑及多孔 84194 1231822 洞性的工具，此百分比可形成一在商業上的聚結合研磨工具當中未知的結構。這些新穎的結構包含有機聚結研磨工具，其中該研磨複合物的連續相由多孔洞性組分組成。在一個用來產生這些新穎結構之較佳方法中，多數研磨顆粒已在混合、鑄塑及熱加工該聚結研磨工具之前與一黏結材料聚結。已報導聚結研磨顆粒可藉由與聚結研磨工具之多孔洞性的量或特徵無關之機制來改善輪磨效率。研磨顆粒已經聚結而可用於不同目的，在此些當中，主要為可使用一較小的研磨顆粒粒子尺寸（’粒度f)來獲得與較大的研磨磨料粒度相同之輪磨效率，或可在欲研磨的工作部件上產生一較平滑的拋光表面。在許多例子中，該研磨顆粒已經聚結而可獲得一較少多孔結構且更緻密的輪磨工具，而具有更強的聚結研磨顆粒。非常低多孔洞性（例如，少於約5體積％的多孔洞性）的齒輪搪磨（gear honing)輪子已可從回收利用的壓碎玻璃結合研磨複合物藉由將該些複合物結合在環氧樹脂中而製得。這些’化合物’齒輪搪磨輪數年前已可從商業上購得（從山特_ 夠班研磨料（Saint_Gobain Abrasives)，GmbH，以前為 Efesis Schleiftechnik GmbH，Gerolzhofen，德國）。班拿（Benner)的美國專利案號-A-2,216,728揭示出一種可從任何型式的結合劑製得之研磨顆粒/結合劑聚集物。使用此聚集物的理由為可獲得非常緻密的輪子結構，而用來在輪磨操作期間夾持鑽石或CBN顆粒。若該些聚集物製成含 84194 -10- 1231822 有夕孔、、、"構，則其目的為讓該聚集物間的結合材料可流入該聚集物的孔洞，而在燒製期間完全地緻密化該結構。該些聚集物可使用細微的研磨顆粒，但其他方面會遺失產量。愛爾貝爾（Elbel)的美國專利案號_a_3,982,359教導一些樹脂結合劑與研磨顆粒聚集物之形成，該聚集物具有一比那些使用來在研磨工具内結合該些聚集物之樹脂結合劑還大的硬度值m含該些聚集物之經橡膠結合的輪子中獲得較快的輪磨速率及較長的工具壽命。布羅丘（Bloecher)的美國專利案號_A_4,799 939教導一種易受磨触的研磨顆粒、中空主體及有機黏結劑之聚結物，及這些聚結物在經塗伟的研朴&聚結研磨料中之用途。類似的，結物則揭示在布羅丘的美國專利案號如錢扣，及布羅丘等人的美國專利案號_a_4,652,275中。威趨舍（^\^让(^)的美國專利案號_八_5，129，189揭示出一種研磨工具’其具有一種包含研磨顆粒、樹脂及充填材料 (諸如冰晶石）之集成物的樹脂結合基質（具有5肩體積％的多孔洞性）。班奎爾（Benguerel)的美國專利案號—A—5/5〗，7”教導一種具有核心及分離的研磨框邊的砂輪，該框邊可從一樹脂結 σ W]與含有-金屬或玻璃結合劑之經壓碎的鐵石或C腿研磨顆粒聚結物製得。該些以聚結物製造之輪予所描述的優勢包括該輪予的高切屑間隙空間、高耐磨性、自磨特徵、高機械阻力及將該研磨框邊直接結合至該輪子核心之能 84194 1231822 力。在一個具體實施例中，會將所使用之結合鑽石或cbn 的輪磨框邊壓碎成Ο·2至3毫米的尺寸來形成該些聚結物。李柏特（Lippert)的GB專利案號-Α_1，228,219揭示出—此加入至橡膠、彈性結合劑基質的顆粒及結合劑之集成物。將顆粒保持在該集成物内的結合劑可為陶瓷或樹脂材料，但是其必需比該彈性結合劑基質更堅硬。羅斯托克（Rostoker)的美國專利案號_Α-4,541，842揭示一種經塗佈的研磨料及研磨輪，該研磨輪可以一研磨顆粒之聚集物與一含有其它合適於在該聚集物燒製期間發泡的原始材料（諸如碳黑或碳酸鹽類）之玻璃結合劑材料的發泡型此合物來製得。該聚集物”丸粒”包含一比顆粒還多的結合劑百分比（以體積百分比為基礎）。在9〇〇。(：下燒結使用^ 造研磨輪的丸粒（至密度70磅/立方呎；i 134克/立方公分），且在副。(:下燒製使用來製造輪子的玻璃結合劑。以㈣積 %的丸粒所製造之輪子在有效率的輪磨水平下可類似於由 46體積％的研磨顆粒所製造之比較用的輪子。該些丸粒在該玻璃結合劑基質内包含一些開放單元，且有相對較小的研磨顆粒會繞著該些開放單元的周圍團化。可使用回轉黨來燒製經預聚結之未火捧的取隹仏、心衣人钇的氷集物（其晚後會經發泡且蛘紝而製成丸粒）。愛麥依（Imai)等人的美國_Α J天ui八〇，U86,467揭不一種包本研磨顆粒與充填顆粒的顆粒簇 > 卜、、、 " 、，、払族炙砂輪，薇无填顆粒之尺寸比研磨顆粒小。可使用破殖纟士人令丨坡璃結合劑’且該充填顆粒可為氧化鉻。

該顆粒簇的尺寸可A 為邊研磨顆粒的尺寸之1/3或更大。其優 84194 -12 - 1231822 勢匕括在使用超級研磨顆粒的低力量輪磨應用中具有經於制的結合劑純及研磨顆粒保留性，其中該超級研磨辭必需薄以減少輪磨力量。充填顆粒簇可以蟻形成。:並: 扣7]Τ出燒結該誤。 '' 阿狄弗隸斯（Adefris)的w〇〇1/85393八㈣示出一種從研磨複合物製造的三維研磨物件，該複合物可經塑形或可為不規則且經安排以具有多於一單層的研磨複合物。該物件可包含複合物間的多孔洞性及複合物内的多孔洞性。該些複合物包含結合在無機或有機第一基質中的研磨顆粒，且 3研磨物件與第二無機（金屬或玻璃化或陶资）或有機結合材料結合，以形成具有⑽至_積％的多孔洞性之研磨物件。該較佳的物體包括支持在第—及第二玻璃結合劑中的細微鑽石研磨顆粒，且該物件可使用來將玻璃研磨成鏡面修飾。一些公告已描述出由聚結研磨顆粒所製造之經塗佈的研磨工具。它們包括傑克森（jackson)的美國_A_2，194,472，其揭示一種經塗佈的研磨工具，其可由眾多相當細微的研磨顆粒 < 聚結物與任何正常使用在經塗伟或經聚結的研磨工具中之結合劑而製得。已報導在金屬氧化物基質中細微的砂礫鑽石、CBN及其它熱可分解的研磨顆粒之無機複合物為有用之經塗佈的研磨工具（豪巫德（H〇ward)等人的美國專利案號-A_35916,584)。赫斯特（Hurst)的美國專利案號 -A-3,〇48,482揭示出一種經塑形的聚結研磨顆粒與有機結合材料之研磨料微片段，其形式可為三角錐體或其它錐形 84194 -13 - 1231822 形狀。該經塑形的研磨料微片段會黏附至一纖維狀支加且使用來製造經塗佈的研磨料，並排列在薄砂輪的表面。克雷斯那（Kressner)的美國專利案號-a_4,311，489揭示出一種細微的（$200微米）研磨顆粒與冰晶石（選擇性地含有一矽酸鹽結合劑）之聚結物，及其在製造經塗佈的研磨工具上之用途。霍爾美斯（Holmes)的美國專利案號_八-5,5〇〇,273揭示出一種精確塑形的粒子或研磨砂礫的複合物及一種藉由自由基聚合反應而形成的聚合結合劑。類似之經塑形的複合物則描述在史托日爾（Stoetzel)等人的美國專利案號_^_ 5,851，247;霍爾美斯等人的美國專利案號_八_5,714,259;及希巴德（Hlbbard)等人的美國專利案號_A-5,342,419中。美國 -5,975,988、美國6,217 413⑴及w〇 %削471(全部由克莉斯 /丁女林（Christianson))揭示出一種包含支架及有機結合研磨層之、、’二塗佈的研磨物件，其中該研磨料以經塑形的聚結物存在，其形狀為一經截平的四邊三角錐體或立方體。史托日爾等人的美國_a_6,〇56,794揭示出一種經塗佈的研磨物件’其具有—支架、—包含硬的無機粒子（其分散在該結合劑中）之有機結合劑及結合至該支架的研磨粒子聚結物。在孩些聚結物中的研磨粒子與在該有機結合劑中的硬操機粒子〈尺寸基本上相同。㈣聚結物可為無規或經精確塑形’且它們可以一有機結合劑製得。該硬的無機粒子可為任何數量的研磨顆粒粒子。阿狄弗隸斯等人的美國6,319，1〇8 B1揭示出一種研磨物件’、在夕孔的陶瓷基質中包含一堅硬的支架及由研磨粒 84194 -14- 1231822 子所製得之陶瓷研磨複合物。該些複合物以一金屬塗層（如電鍍金屬）支持至該支架。目尊達（Mujumdar)等人的w〇 01/83166 A1揭示出一種玻璃輪磨研磨工具，其包含以樹脂結合劑支持至一支架的鑽石複合物。些專利揭示出一些包含樹脂或其它研磨顆粒的有機黏結劑複合物之研磨工具。這些工具大部分為經塗佈的研磨工具，其中使用一樹脂結合劑來將該研磨顆粒複合物黏附至一具彈性的支架。偶爾會使用金屬黏結劑或易受磨蝕的粒子與該些研磨複合物相連結。在此群組中的典型專利包括布羅伯格（Broberg)等人的美國專利案號·A_5,〇78,753 ;加格里阿弟（Gagliardi)等人的美國專利案號_A_5,578,〇98 ;布魯克弗特（3〇1]^〇〇11)等人的美國專利案號-八-5，127，197;夠沙其（Gorsuch)等人的美國專利案號_A_5,318,6〇4 ;克莉斯汀安森等人的美國專利案號_A-5,91〇,471 ;及克莉斯汀安森等人的美國專利案號-A-6,217,413。黑爾（Heyer)的美國專利案號_A_4,355,489揭示出一種研磨物件（輪子、盤、帶、薄片、塊及其類似物），其可由一波狀、’、田、、泉（〃在手動接觸點處結合在一起）的基質與一具有約瓷或樹脂結合劑及任何研磨顆粒來製造。比日兒的美國專利案號_A-4,364,746揭示出一種包含具有不同強度的不同研磨聚結物之研磨工具。該些聚結物可從研磨顆粒及樹脂黏結劑製造，且可包含其它材料，諸如用來力二: 度或硬度的切細纖維。愛森堡㈤senberg)等人的$國專利案 84194 -15 - 1231822 號-A-4,3 93,021揭示出一種從研磨顆粒及一樹脂黏結劑來製造研磨聚結物之方法，其使用一篩網且將一顆粒與黏結劑的糊狀物滚過一篩網而製造蠕蟲狀的擠壓物。將該擠壓物加熱硬化，然後壓碎而形成該聚結物。儘管此些大量的知識主體考慮如何以聚結顆粒製造研磨物件及消除或產生工具的多孔洞性，但至今仍無人已成功地改變該含有聚結顆粒之三維、整塊聚結的研磨工具之基本複合物結構，而導致工具等級及結構無法再預測輪磨性能。無人已使用聚結顆粒來製造難以或不可能以一般在有機結合劑中的研磨顆粒來製造工具之結構體積百分比。特別是，已發現在以有機結合劑製得之聚結研磨工具中，可獲得相當高體積百分比的多孔洞性（例如，大於30體積％) 而沒有犧牲機械強度、工具壽命或工具性能。現在，無機及有機結合工具二者的彈性模數及其它物理性質之明顯改變皆可在本發明之工具中獲得。在使用有機結合材料製得之結合研磨料中，該些結合劑材料已在改變等級及結構以獲得適當或足夠的機械強度或堅硬度中視為最重要的因素。本發明可相當驚人地在一定的結合劑含量範圍上製造出一較低的研磨顆粒含量之工具，且可使用在需要具有抗過早的磨損（此定義為工具結構磨損比研磨顆粒磨損更快速）之高機械強度工具的輪磨應用中。在大接觸面積之表面輪磨應用中，本發明之工具的實際表現在某種程度上優於習知以較高的結合劑與研磨顆粒含量製造之工具。 84194 -16- 1231822 先述發展聚結研磨顆粒之技藝並無建議在有機或無機結合劑基質中使用某些聚結研磨顆粒的聚結研磨工具會有能控制該聚結研磨工具的三維結構之優勢。特別出乎意料的是，這些聚結物可採用來修改及控制在本發明之工具的結構中該多孔洞性及結合劑基質之場所及型式。【發明内容】本發明為一種包含三維複合物的聚結研磨工具，該複合物包含（a)第一相，其包含24-48體積％以1〇_38體積％的有機結合材料結合之研磨顆粒及少於10體積％之多孔洞性；及（b) 第二相，其由38-54體積％的多孔洞性組成；其中該第二相在该複合物内為一連續相，且該聚結研磨工具具有4〇〇〇 sfpm (2〇.32公尺/秒）的最小爆破速度㈣加邛_)。本發明進一步包括一種包含三維複合物的聚結研磨工具，該複合物包含（a) 22_46體積％以‘2〇體積％的無機結合材料結合之研磨顆粒；及（1))4〇_68體積％的互連多孔洞性；其中在邊複合物内多數的研磨顆粒以不規則之空間簇存在；該聚結研磨I具之彈性模數值比其他方面纟二維複合物内具有規則間隔開的研磨顆粒之相同習知的工具之彈性模數值低至少1G%;及該聚結研磨工具具有4咖公尺/秒）的最小爆破速度。本發明進-步包括-種用於盤式輪磨的方法，其步驟包括： (a) ^供一種包含三維複合物的聚結研磨輪，該複合物包括⑴吊-相’其包含2“8體積％以1〇-38體積。的有機結 84194 -17- 1231822 合材料結合之研磨顆粒及少於10體積％的多孔洞性；及（u) 第二相’其由38-54體積％的多孔洞性組成；其中第二相在該複合物内為一連續相，且該聚結研磨工具具有4〇〇〇 sfpm (20.32公尺/秒）的最小爆破速度； (b) 將該聚結研磨輪安裝在一表面輪磨機器上； (c) 旋轉該輪子；及 (d) 將該輪子的輪磨表面帶至與工作部件接觸一段足夠的時間週期，以研磨該工作部件；藉此該輪子可以有效的材料移除速率移除工作部件材料，該輪子的輪磨表面實質上仍然無輪磨碎物，且在已完成輪磨之後，該工作部件實質上無熱損傷。本毛明進一步包括一種用於蝶動進料輪磨之方法，其步驟包括： ()& t、種包含三維複合物的聚結研磨輪，該複合物匕含（0 22-46體積％以仁2〇體積％的無機結合材料結合之研、’及（η) 40-68體積％的互連多孔洞性；及其中在該複円夕數的研磨顆粒以不規則之空間簇存在；該聚結研磨工且中/、具有一彈性模數值，其比其他方面在該三維複合物具有規則間隔開的研磨顆粒之相同習知工具的彈性模數值低至少1 〇〇/ · 1、、 /^。，及孩聚結研磨工具具有4000 #1)111 (20.32公尺/秒）的最小爆破速度； (b) 將孩聚結研磨輪安裝在蠕動進料輪磨機器中； (c) 旋轉該輪子；及 (d) 將孩輪子的輪磨表面帶至與工作部件接觸一段足夠 84194 -18 - 1231822 藉此該輪子可以有效的在輪磨後，該工作部件的時間週期，以研磨該工作部件；材料移除速率移除工作部件材科，_ 貪％上無熱損傷。【實施方式】聚結研^ 本發明之聚結研磨工具（砂輪、輪磨切片、輪磨盤、輪磨石及磨刀石’共同地指為工具或輪子)的特徵為一種先前未知的=具或輪子結構與物理性質之組合。如使用於本文，名稱”輪子結構”指為包含在該砂輪中的研磨顆粒、結合劑及多孔洞性之體積百分比。輪子硬度，，等級"指為字母二號，其可在輪磨操作中提供該輪子的行為。對—已提供: 、、、口口剤型式來說，孩等級為輪子的多孔洞性、顆粒含量及某些物理性質（諸如硬化密度、彈性模數及喷砂滲透性（後者對玻璃結合輪來說更典型））的函數。輪子的，，等級”可預測該輪子在輪磨期間將如何抵抗磨損及該輪子將多難研磨 (即，將孩輪子使用在一提供的輪磨操作中將需要多大的電力）。輪子等級的字母標號將根據在技藝中所熟知的諾頓公司（Norton Company)等級尺度而指派，其中最軟的等級標示為A及最硬的等級標示為z。參見例如厚椰等人的美國專利案唬-八-1，983,082。與輪子等級相配，熟知此技藝之人士通常可以新型的輪子規格來代替熟知的輪子，且可以類似於热知的輪子之方法來進行該新型輪子的預測。在明顯且出乎意料地背離這些實例中，本發明之工具的特徵為其會改變其三維、整塊的複合物結構（特別是在多孔 84194 -19- 1231822 洞性組分的量及特徵上），如此工具等級及結構無法可再預測其輪磨性能。奇以-有機結合劑製得時，本發明之工具可配製成能產生-難以或不可能由先述技藝之方法所製造的體積百分比結構(例如，多孔洞性大於30體積%)。這些新穎的結構可製得而沒有犧牲機械強度、工具壽命或工具性能。在—個較佳的万法中’這些結構可以一研磨顆粒混合物製造，复中該些研磨顆粒有多數為含有有機黏結材料、無機黏結材料或一種之混合物的聚結研磨顆粒形式。當以-無機結合劑製造時’本發明之工具可配製成能產生與習知工具相同的體積百分比結構（參見圖3),但是其彈性模數值會明顯地降低(即，降低至少1〇%，且其彈性模數值經常降低如50%-樣多），而沒有在機械強度上有任何有效的損失：儘管此硬度下降，本發明之工具在某些輪磨操二有商業上可接觉的爆破速度值和明顯較好的材料浐 =率。在-個較佳的方法中，這些結構可以—研磨顆粒心物來製造’其中該些研磨顆粒有多數為含有無機黏結材料的聚結研磨顆粒形式。圖1-5闡明本發明之工具的新穎結構。圖丨為—三元圖 L其標明出二個輯，其分別定義出由有機結合材㈣製侍 < 一組輪子（先述技藝之輪子及本發明之實驗輪子）。先 :技藝的輪子與本發明的輪子同樣合適使用於高接觸、精崔度、表面或線輪磨操作（諸如盤狀或軋輥輪磨）之商業用途。習知的輪子在所限制的區域内所具有的結構體積％為38 84194 -20- 1231822 至52體積％的顆粒、12至38體積％的結合劑及15至37體積％的多孔洞性。比較上，本發明之輪子在所限制的區域内所具有的結構為24至48體積％的顆粒、10至38體積％的結合劑及38至54體積％的多孔洞性。可看見的是，本發明之輪子可以明顯比習知的輪子還少之研磨顆粒來製得，且包含相當小量的結合劑及相當大量的多孔洞性。無法從該圖形看見的為，本發明的輪子位於該三元圖形之一個區域中，於此先逑技蟄的製造方法無法使用來製造該砂輪。當該三維複合物結構在熱製程期間會塌陷而收縮多孔洞性區域時，或當該些先述技藝輪子對安全使用在輪磨操作中缺乏足夠的機械強度時，先述技藝技術會導致失敗。圖2為一元圖形，其闡明二組於商業上設計用於連續線接觸面積輪磨操作（諸如軋輥輪磨）之用途的輪子（先述技藝的輪子及本發明的實驗輪子）。先述技藝的輪子以有機結合才料氣k而本發明之輪子則以有機結合材料及包含無機黏結材料的研磨顆粒聚結物來製造。本發明之輪子在軋輕輪磨操作的全部操作參數中極優於習知的輪子。習知的輪子再次在輕制的區域内所具有的結構為％至洲積％的顆担、12至38ff積％的結合鼓15至3增積％的多孔洞性。比車乂上’本發明之輪子在所限制的區域内所具有的結構為 28至48體積％的顆粒、1()至⑽積㈣結合劑（在輪子中的有機結合劑與在該些聚結物中的無機黏結材料之總和）及 Ά %的多孔洞性。可看見的是，本發明之輪子可以比習知的輪子明顯較少的研磨顆粒及明顯更多的多孔洞性 84194 -21 - 1231822

而製得。從圖形中無法看見的為，本發明之輪子的特徵為比習知的輪子更軟之等級及比習知的輪子還低的彈性模數值（當與相等體積百分比的結合材料比較時），但是就輪子I 命' 材料移除速率及抗振動或輪子㈣而論，它們具有: 顯較好的輪磨效率。圖3為一二兀圖形，其闡明二組以無機結合材料製造的輪 :(先述技藝的輪子及本發明的實驗輪子），二者皆合適用於高接觸面積表面輪磨操作（諸如蠕動進料輪磨）之商業用途。先述技藝的輪子及本發明的輪子二者在所限制的區域内所具有的結構皆為22至46體積％的顆粒、4至21體積％的結合劑及35至77體積％的多孔洞性。從圖形無法看見的為，在相同的結構體積％下，本發明的輪子具有比習知的輪子還軟的等級及較低的彈性模數值，而且就材料移除速率及工作部件品質而論，本發明的輪子具有明顯較好的輪磨性、:”」鬧明尽發明的工具相對於習知的工具在多孔洞，丨之量及特徵上的改變。可從第4 (先述技藝)及5 (本發明” 中看見，在本發明的輪子之研磨複合物中的多孔洞性_ 的區域）為-互相連接的通道之連續相。該研磨顆粒及以劑顯示為-網餘織，其中朗磨肋Μ在該有機以材料：。比較上’習知的輪子實質上具有—均勾的結構， ”中V»;夕孔洞性矢乎無法看見且明顯地以—間續相存在。在一個類似的方式中，可觀察本發明之無機結合工具，在該研磨複合物中的多孔洞性包含互連多孔洞性。本發明 84194 -22- 1231822 的輪子之研磨顆粒以不規則的方式團化及間隔開，比輕上’在以相同型式的無機結合劑與顆粒材料製造詩的先述技蟄 < 輪子中’其為句稱且均句的顆粒間隔。先= 技藝之輪子的全部組分似乎以均勾且同相的方式橫過該輪子尤表面而間隔開；然而本發明的輪子之全部組分乃不規則地間u，且孩結構不均勻。如從—無機結合劑（例如，玻璃結合劑)工具及典型使用在此一工具中相當小的研磨磨料粒度來預計，㈣明在圖5的有機結合劑及較大的磨料粒度比較，研磨顆粒與結合劑的多孔洞性通道及網狀物在無機結合劑工I中視覺地比有機結合劑工具明顯地較少。該聚結研磨工具的不同材料性質已確認與揭示於本文的新穎複合物結構有關係，該性質包括機械強度、彈性模數及密度。機械度性質決足該複合物是否可使用作為在商業輪磨操作中的聚結研磨工具。因為大部分的聚結研磨工具以研磨砂輪的形式使用，機械強度可由輪子爆破速度試驗來預測，其中將輪子安裝在保護艙中的心軸上，然後以增加的速度旋轉，直到該複合物損壞及輪子爆破開。該爆破速度可藉由熟知的方程式轉換成抗張應力損壞點（例如，用於應式（Formulas for Stress and hr—、，雷蒙 (Raymond) J·洛克（R0ark)，麥克葛羅 _希爾（McGraw-Hill)， 1965)。例如，若假設以一中心孔洞旋轉該盤，則損壞會發生在抗張應力最大的孔洞中。 σ =抗張應力或爆破強度（磅/平方英寸） 84194 -23- 1231822 R=輪子半徑（英吋） P =輪子密度（磅/立方英吋） r =孔洞半徑（英吋） ω =角速度（弧度/秒） k=常數（386.4) v =蒲松氏（Poisson’s)比率（〇·2)

((3 + ^)xi?2 +(l~u) 將這些關係應用至砂輪實例，對36 X 4 X 12英吋（91 ·4 X 10.2父30.5公分）、密度〇.〇53磅/立方英吋（1.40克/立方公分）的軋輕輪磨輪（其包含30%的研磨料+ 22%的結合劑+ 48% 的孔洞’以體積計）來說，若此輪子具有4,〇〇〇 sfpm (20.32 公尺/秒）的爆破速度測量值，則：角速度=4000叹/分鐘=44.4篆度/秒 0,053x44.4 ~386.4 ((3 + 0.2)x 362 +(1- 〇.2)x 122) = 288psi 若爆破速度為兩倍高（8,000 sfpm (4 0.64公尺/秒）或88.8?瓜度/秒），則在該複合物經歷機械損壞的點處之抗張應力〇二 1153镑/平方英寸。因此’機械強度於本文定義為該砂輪的輪子爆破速度 (以每分鐘的表面切削英呎（或每秒公尺））；若該聚結研磨工具非為輪子時’則该抗張應力的測量點為該複合物經歷完全的機械損壞處。另一個與本發明之聚結研磨工具有關聯的材料性質為該 84194 • 24 - 1231822 工具的密度。本發明之有機結合工具（當人們欲從其新顆結構的組成物之體積百分比預計時）比典型使用在任何所提供的輪磨操作中之可比較的習知工具更不緻密。該些有機結合工具之特徵為密度小於2 2克/立方公分，更佳為小於 2.〇克/互万公分’最佳為小於18克/立方公分。就其本身而對-已提供的輪磨應用(例如’圓盤輪磨鋼圓柱)來說，匕們比使用在相同靡用士 w p卜击二 u愿用乏可比較的習知工具較不緻密約20 至35% ’及平均較不緻密約3〇%。本發明之無機結合工具之特徵為··相對於可比較的習知工具度，其具有可比較的或稍微較低的密度。例如， :知型式的砂輪内徑通常具有約197至2 22克/立方公分的山度同時本發明可比較的工具之範圍則從約以至Μ克，立方公分。本發明之㈣進料砂輪與可比較的習知輪子二者之密度範圍從約[^至丨·^克/立方公分。 1是對本發明之供機結合工具來說，其彈性模數值明顯地比可比較的習知工具之值還低至少1〇%，較佳為至少低 25%及最佳為5G%。對内徑輪磨輪來說，本發明之工具的彈性模數範圍從25至50 GPa (其值可使用研磨音波 (Gnndosomc)™機器，利用描述在以皮得斯（Mm)，”砂輪的音波試驗（Sonic Testing of Grinding Wheels)”（機器工具諸研先心發_^£4^^8 in Mach[ine T〇〇i De_n ^ 佩加蒙出版社（PergamonPress)，1968年）之方法來測:r) ’此可與比較用的工具之彈性模數值(其典型的範圍從28至55 GPa)比較。同樣地對蹲動進料輪子來說，本發明 84194 -25 - 1231822 心工具的彈性模數值範圍從12至36 GPa，此可與比較用的工具之彈性模數值（其典型的範圍從16至38 GPa)比較。同樣地對工具室輪子（經硬化的金屬工具之表面輪磨）來說，本發明之工具的彈性模數範圍從12至3〇 GPa，此可與比較用的工具之彈性模數值（其典型的範圍從16至35 GPa)比較。對有選擇性的輪磨應用來說，通常對此應用來說，所需之可比較的習知工具之等級愈高時，在本發明之無機結合工具（其可在此應用中貪現相等或較好的性能）的彈性模數值中則向下偏移愈大。所遵循的是，對有選擇性之輪磨應用來說，此應用所需之可比較的習知工具其研磨顆粒的體積％愈高時，本發明之播機結合工具（其可在此應用中實現相等或較好的性能）的彈性模數值向下偏移愈大。本發明之聚結研磨工具具有不尋常的互連多孔洞性之多孔結構，此使得該工具可滲透流體流，且實際上該多孔洞性在该研磨複合物内變成一連續相。互連多孔洞性的量可根據美國專利案號^-5,738/96中的方法藉由測量該工具的流體滲透性而決定。如使用於本文，Q/p =研磨工具的流體滲透性，其中Q意謂著以空氣流的立方公分表示之流速及 P ^明著壓力差。Q/p項代表在提供的流體（例如，空氣）流速下，於忒研磨工具結構與環境間所測量到的壓力差。此相對滲透性Q/P則與孔洞體積的乘積及孔洞尺寸的平方成比例。孔洞尺寸較大較佳。孔洞幾何學及研磨顆粒尺寸為影響Q/P的其它因素，較大的磨料粒度產生較高的相對滲透性。 84194 -26- 1231822 在本發明中有用的研磨工具之特徵為其流體滲透值比可 2的先逑技蟄《工具高。如使用於本文，，，可比較的先述蟄义工具”為以相同研磨顆粒與結合劑材料製造而具有與本發明之那些相同的多孔洞性、顆粒及結合劑體積百分 <那些工具。it常來說’本發明之研磨工具的流體渗透值比可比較的先述技藝之研磨工具的值高约25^嶋。該汗磨工具幸乂佳的特欲為其流體滲透值比那些可比較的先述技藝之工具高至少10%，更佳為高至少30%。、對特別的聚結物尺寸及形狀、結合劑型式及多孔洞性程、來說G提供型式的研磨工具其精確的相對流體渗透性，數V、】可由；^事者將經驗資料應用至達西定律（D，^cy，s law)而測定。研磨輪内的多孔洞性可由工具組分（特別是研磨聚結物）的天然裝填密度所提供之開放空間而引發，且可選擇性地加入較少量的習知孔洞謗發媒體。合適的孔洞謗發媒體包括（但是非為限制）中空玻璃球、塑膠材料或有機化合物之中空球或小珠、發泡型玻璃粒子、莫來石結合氧化銘空心球碑（bubble mullite)及氧化鋁空心球及其組合。該些工具可以開放單元多孔性誘發物製造，諸如萘小珠、胡桃殼或其它可在工具燒製期間燃燒掉而在王具基質内留下空隙之有機顆粒；或它們可以封閉單元中空孔洞誘發媒體（例如，中空玻璃球）來製造。較佳的研磨工具可不包含所加入的孔洞謗發媒體，或可包含一較少量所加入的孔洞謗發媒體（即，少於該工具多孔洞性的50體積％，較佳為少於2〇體積％及最佳 84194 -27- 1231822 體積％)。所加人的孔洞謗發物之量及型式必需可夂也產生-種含有多孔洞性成分(其至多孔洞性）之研磨工具。〜為互連本發明具有這些材料性質及結構特徵之聚結研磨較佳地精由一種方法來製造，其中多 :: h及舰該些工具組分而形成一研磨一黏結材料聚結。這些研磨顆粒聚結物可以無機黏^料或以有機黏結材料製得。 ^ 之研麼聚鈷乜明中有用的有機黏結材料所製得之聚結物為二維結構或顆粒’其包含研磨顆粒與黏結材料之經硬化的複合物。通常使用在研磨工具工業中作為有機結合研磨料、經塗佈的研磨料及其類似物之結合劑的任何教固性聚合黏結材料較佳。此些材料包括齡樹脂材科、環氧樹脂材料、酚甲醒樹脂材料、尿素甲越樹脂材料、馬來胺甲㈣脂材料、丙缔酸樹脂材料、經橡膠改質的樹脂組成物、埴无組成物及其組合。以有機黏結材科製得之聚結物具有认5克/立方公分的鬆裝密度（LPD)(較佳為少於门克/立方公分）’其平均尺相為平均研磨磨科粒度的2錢倍或約為2〇〇至3_微米，及其多孔洞性含量約1至5G%，較佳為5 至45%及最佳為1〇至4〇體積〇/〇。在該些聚結物内主要部分（即，至少5 〇體積％)的多孔㈣以可在本發明之研磨工具的熱硬化塑形、聚結期間能由液相的有機結合材料流滲透進人聚結物之多孔洞性存在。 84194 -28 - 1231822 *亥在Jc結物（其以有機或典機黏結材料製得）中有用的研磨顆粒可包含一種或多種熟知可使用在研磨工具中的研磨顆粒，諸如氧化鋁顆粒（包括熔融的氧化鋁、經燒結及溶膠凝膠經燒結的氧化鋁、經燒結的鋁礬土及其類似物）、碳化矽、氧化鋁-氧化锆、鋁氧氮化物、二氧化鈽、次氧化硼、石榴石、燧石、鑽石（包含天然及合成鑽石）、立方氮化硼 (CBN)及其組合。可使用任何尺寸或形狀的研磨顆粒。例如，该顆粒可包含一些（例如，在該工具中少於總研磨顆粒的1〇體積％)經拉伸燒結的溶膠凝膠氧化鋁顆粒（其可為一揭示在美國專利案號-5，129,919中的高縱深比率型式）。合適使用於本文之顆粒尺寸範圍從勻稱的研磨粒度（例如，大於 60及最高7,000微米）至微研磨料粒度（例如，〇 5至6〇微米），及這些尺寸的混合物。對一提供的研磨輪磨操作來說，想要的是以磨料粒度小於研磨顆粒（非聚結物）的磨料粒度之顆粒（其正常會選擇用於此研磨輪磨操作）來聚結一研磨顆粒。例如，經聚結的80磨料粒度研磨料可以54粒度的研磨料取代，經聚結的⑽粒度可由6〇粒度的研磨料及經聚結的 120粒度可由80粒度的研磨料取代。如使用於本文，，粒度，尺寸指為在諾頓公司粒度尺度上的研磨顆粒尺寸。 ^LAMMJk材料製得之研磨聚結物使用在本發明中有關無機黏結材科㈣得之聚結物為三維結構或顆粒，其包含研磨顆粒與陶以玻璃化黏結材料惑經燒結的多孔複合物。該些聚結物具有6克/立方公分的鬆裝密度（LPD)，其平均尺寸約為平均研磨磨❹2 84194 -29- 1231822 2至20倍，及约30至88%的多孔洞性（較佳為如至⑼體積％)。該些研磨顆粒聚結物較佳地具有〇 2百萬帕的最小抗壓強度值。典型的研磨顆粒之較佳的燒結聚結物尺寸之平均直徑範圍從約200至3，咖，更佳為35()至2,_，最佳為425至1〇〇〇桃朱對微研磨料顆粒來說，較佳的燒結聚結物尺寸之平均直徑範園從5至18〇,更佳為2()至15()，最佳為7()至12〇微米。孩研磨顆粒之存在量約為該聚結物的1〇至65體積％，更佳為35至55體積％，及最佳為48至52體積％。在製造該些聚結物中有用的黏結材料較佳地包含陶瓷及玻璃化材料，其可使用作為玻璃結合研磨工具的結合劑系統之較佳類型。這些玻璃結合劑材料可已研磨成粉末的玻璃（玻璃料），或多種原始㈣土、長石、石灰、硼砂及蘇打）之混合物，或玻璃質及原始材料之組合。此些材料可在約500至“⑼它的溫度範圍下熔融且形成一液體玻璃相，並溼潤該研磨顆粒表面以在冷卻後屋生結合劑柱，因此可將研磨顆粒保持在複合物結構内。合適於使用在該些聚結物中的黏結材料實例則提供在下列表2中。較佳的黏結材料之特徵為在118〇。〇下約至 55,300泊的黏度，及熔化溫度約8〇〇至13〇〇艺。但是，可依孩些工具意欲的用途及想要的性質而定，該些聚結物可以 -種或多種選自於由下列所組成之群的無機材料製得：玻璃結合劑材料、陶瓷結合劑材料、破璃_陶瓷結合劑材料、 84194 -30- 1231822 無機鹽材料及金屬結合劑材料及其組合。在一個較佳的具體實施例中，該黏結材料為一種包含一經燒製的氧化物組成物之玻璃結合劑組成物，該氧化物組成物包含7 1重量％的Si〇2及Ββ3、14重量％的Al2〇3、少於〇 5 重量％的鹼土金屬氧化物及13重量％的鹼金屬氧化物。在另一個較佳的具體實施例中，該黏結材料可為一種陶瓷材料，其包含（但是非為限制）二氧切、驗金屬、驗土金屬、驗金屬及驗土金屬混合的碎酸鹽冑、碎酸銘類、碎酸锆類、水合的㈣鹽類、銘酸鹽、氧化物類、氮化物類、氧氮化物類、碳化物類、氧碳化物類及其組合及衍生物。通常來說，陶资材料與玻璃狀或玻璃化材料不同，陶资材 :包含結晶結構。某些玻璃相可存在有與結晶結構之組合’特別是在未提煉狀態的陶资材料。於本文中可使用原始狀態的陶㈣料，諸如黏土、水泥及無機礦物。合適使用於本文的特定陶㈣料實例包括（但是非為限制）二氧化矽、矽酸鈉類、莫來石及其它鋁矽酸鹽類、氧化锆-莫來石、，酸鎂、矽酸鎂、矽酸锆類、長石及其它鹼金屬鋁-矽酸鹽類、尖晶石類、銘_、㈣鎂及其它驗金屬銘酸鹽類、氧化锆:經氧化紀安定的氧化錯、氧化鎂、氧化舞、氧化鈽、二氧化鈇或其它稀土添加劑、滑石、氧化鐵、氧化銘、薄水銘礦、氧㈣、氧化鉢、氧化銘·氧氮化物、氮化硼、氮化Hi及這些㈣材料之組合。。這些陶曼黏結材料中有某些（例如’料鈉）並不需要熱製矛來 > 成幵磨顆粒聚結物。可將黏結材料溶液加人至該研 84194 _ 31 - 1231822 磨顆粒，且乾燥所得的混合物以將該些顆粒黏著在一起作為聚結物。該無機黏結材科可以粉末化的形式使用，且可加入至一硬體媒劑，以保註可在該聚結物的製造期間有一均句且均相之黏結材料與研磨顆粒的混合物。較佳地將-有機黏結劑的分散液加入至該粉末化的無機黏、、、口材料、、且刀中作為缚塑或製程辅助劑。這些結合劑可包括糊精/殿‘、動物蛋白質膠及其它型式的黏著劑；一液月丘、、且刀諸如水、溶劑、黏度或pH改質劑；及混合輔助劑。有機黏、e J之使用可改善聚結物的均勻性（特別是黏結材料Γΐί顆粒上的均句性），及預燒製或未火燒的聚結物之口構口口貝，和包含該些聚結物之經燒製的研磨工具。因為β些結合劑會在聚結物燒製期間燃燒掉，它們不會變成所完成的聚結物或所完成的研磨工具部分。可將無機黏附力促進劑加人至該混合物以改善該些黏結材料相磨顆粒的黏附力，以如所需般改善混合物品質。在製備該二永結物時，該無機黏附力促進劑可含或不含有機黏結劑而使用。該無機黏結材科之存在量約為聚結物狀5至15體積％，更佳為1至10體積％及最佳為2至8體積％。該無機黏結材料聚結物的密度可以—些方式表示。該聚結物的容積密度可表示為LPD。該聚結物的相對密度可表不為起始相對密度的百分比，或可為聚結物與使用來製造聚結物的組分之相對密度比率（考慮到在聚結物中的互連 84194 -32- 1231822 多孔洞性體積）_。起始平均相對密度（以百分比表示）可藉由將LPD (p)除以聚結物的理論密度（p〇)(假設為零多孔洞性）而計算。理論密度可從該黏結材料的重量百分比及比重與包含在該些聚結物中的研磨顆粒之重量百分比及比重，根據混合物方法的體積規則來計算。對本發明之經燒結的無機聚結物來說，相對密度的最大百分比為50體積％，而相對密度的最大百分比為30體積％更佳。該相對密度可利用流體取代體積技術來測量，以便包含互連多孔洞性及排除封閉單元多孔洞性。相對密度為利用流體取代所測量之經燒結的無機聚結物體積與使用來製造該經燒結的無機聚結物之材料體積的比率。使用來製造該聚結物的材料體積為一表觀體積之測量值，以使用來製造該些聚結物的研磨顆粒與結合劑材料之量及裝填密度為基礎。對該些無機經燒結的聚結物來說，該聚結物的最大相對密度較佳為0.7，最大相對密度為0.5則更佳。研磨聚結物之製造方法該些聚結物可利用多種技術來形成數種尺寸及形狀。這些技術可在燒製該起始未火燒的階段的混合物顆粒與黏結材料之前、期間或之後實行。加熱該混合物以使該黏結材料熔化及流動，因此將該黏結材料黏附至該顆粒且將該顆粒固定在該聚結形式中的較佳步驟於本文中可指為硬化、燒製、暇燒或燒結。可使用任何在技藝中所熟知的方法來聚結粒子混合物以製備該些研磨聚結物。 84194 -33 - 1231822 在使用於本文以有機黏結材料來製造聚結物之方法的第一具體實施例中，該顆粒與黏結材料的起始混合物在硬化該混合物之前先聚結，以便產生一相對弱的機械結構(指為 ”未火燒的聚結物”）。為了進行第一具體貫施例，該研磨顆粒與黏結材料可利用-些不同的技術（例如，在盤式製粒機中）聚結成未火燒狀態，然後將其進料至140_20(rc的烤箱中用以熱硬化。可將該未火燒的聚結物放置到一托盤或架子上，且在連續或批次製財（含或不含翻滾）烘烤硬化。該熱處理可在流動床裝置中藉由將該未火燒的聚結顆粒進料至該床而進行。可在振動心上進行紅外線*uv硬化。可使用這些製程之級合。該研磨顆粒讀送至—混合盤，與有卿結材料混合，然後以溶劑弄濕而將該黏結材料黏附至該顆粒，筛選該聚 …物尺寸，然後在烤箱或旋轉乾燥器裝置中硬化。 —:式製粒可藉由下列而進行：將顆粒加入至混合器槽，里供給-包含黏結材科的液體组分⑼如，水或有機黏結劑與水㈣該顆粒上，混合以將其聚結在一起。一可將-溶劑噴灑到顆粒與黏結材料之混合物上以便塗 :孩含有黏結材科的顆粒’同時混合，然後回收由該經塗佈的顆粒所形成聚結物。 J使用低壓擠出裝置來將顆粒與黏結材科之糊狀物擠壓可形成聚結物的尺寸及形狀。該糊狀物可由該黏及顆H有機黏結劑溶液製得，且可以揭示在美，取州中的裝置及方法將其擠壓成經拉㈣粒子。 84194 -34- 1231822 在乾燥粒化製程中，可乾燥由埋藏在該黏結材料的分散液或糊狀物中的研磨顆粒製得的薄片或塊，然後可使用札輥壓實機來斷裂該顆粒與黏結材料之複合物。在製造未火燒或前驅物聚結物的另一個方法中，可將該有機黏結材料與顆粒的混合物加入至一鑄塑裝置，且塑形該混合物以形成精確的形狀及尺寸，例如，可使用揭示在美國專利案號6,217,413 B1中的方式。在本文可有用地用來製造聚結物之方法的第^具體實施例中，將該顆粒與有機黏結材料的簡單混合物進料至旋轉鍛燒裝置。在預定的rpm下，沿著預定的傾斜度且施加熱而翻轉該混合物。當祕結材料混合物經加熱、溶化、流動黏附至顆t時’會形成該聚結物。該些燒製及聚結物步驟可在經控制的速率及進料體積及施加熱下同步進行。在個較佳的万法中，該聚結製程可藉由描述在2002年4月11 日所主張的美國序號1〇/12〇,969及其相關的優先專利申請案中的方法來進行。奚研磨顆粒存較低硬化溫度（例如，約從約145至約$。〇) 的黏結材料聚結時，可使用此回轉窯裝置的另一個具體實施例。此另一個具體實施例為配備一旋轉乾燥器，以將經加熱的S氣提供至該管子之排出端而加熱該未火燒的聚結研磨顆粒混合物且硬化該黏結材料，將其結合至該顆粒。如使用於本文，名稱”回轉鍛燒窯”包括此旋轉乾燥器設備。含有無機黏結材料的研磨顆粒之聚結物可藉由描述在 2〇〇2年4月11日所主張之美國序號1〇/12〇,969及其相關優先 84194 -35 - 1231822 專利申請案中的方法，及藉由描述在本文實例中的方法來實行。敌所磨聚結物寧造之研磨工具以聚結物製造之聚結研磨工具包括研磨砂輪、分割輪、盤、磨刀石、磨石及其它堅硬、整塊或分割、塑形的研磨複合物。本發明之研磨工具較佳地包含約5至7〇體積％的研磨顆粒聚結物（更佳為10至60體積％，最佳為2〇至52體積 0 )以總研磨複合物的體積為準。在該工具中有從1 〇至1⑻ 體積％ (較佳為30至100體積％及至少為50體積％)的研磨顆粒為一多數（例如，2至40個顆粒）研磨顆粒與黏結材料聚結在一起的形式。本發明之工具可選擇性地包含加入的二級研磨顆粒、充填劑、輪磨輔助劑及孔洞謗發媒體和這些材料之組合。工具中研磨顆粒的總體積％ (聚結物與非聚結顆粒）範圍可為該工具的約22至約48體積％，更佳為約26至約44體積。/。及最佳為約30至約40體積％。該研磨工具的密度及硬度可由聚結物之選擇、結合劑及其它工具組分之型式、多孔洞性含量、且與鑄模的尺寸及型式和所選擇的加壓方法一起而決定。該些聚結研磨工具之被度較佳地小於2.2克/立方公分，更佳為小於2〇克/立方公分及最佳為小於1.8克/立方公分。當使用二級研磨顆粒與該研磨聚結物組合時，該二級研磨顆粒之量較佳為該工具的總研磨顆粒之約〇 i至約9〇體積 %，更佳為約0.1至約70體積％，最佳為01至5〇體積％。合 84194 -36- 1231822 適的一、、及研磨顆粒包括（但是非為限制p # 狀备仆加λ 疋并為限制）多種虱化鋁、溶膠凝聲乳化銘、經燒結的鋁礬 ^ - 叙化矽、乳化鋁-氧化锆、鋁入、二氧化舞、次氧化刪、立方氮化硼、鑽石、趣石及石榴石顆粒及其組合。本發明之較佳的研磨工具可與—有機黏結劑結合。可選擇在製造研磨工具的技藝中所熟知之任何不同的結合劑而、；本文5適的結合劑及結合劑充填材料實例可在美國㈣錢八销5,338;^5,912,216:及5,611827中發現， ,、内容藉此以參考方式併入本文。合適的結合劑包括不同土式的酚樹脂，其可選擇性地含有一種交聯劑，諸如環六亞甲基四胺、_氧樹脂材料、聚醯亞胺樹脂材料、齡甲趁、尿素甲醛及馬來胺甲醛樹脂材料、丙婦酸樹脂材料及其組合。於本文中亦可使用其它熱固性樹脂組成物。可將有機黏結劑或溶劑加入至粉末化的結合劑組分中，作為鑄塑或製程輔助劑。這些結合劑可包括糠醛、水、黏度或pH改貝劑及混合的輔助劑。使用結合劑經常可改善輪子均勻性及該頊燒製或未火燒的加壓輪子及硬化輪子之結構品質性。因為大部分的結合劑會在硬化期間蒸發，故它們不會變成所完成的結合劑或研磨工具之部分。本發明之有機聚結研磨工具可包含約10至5〇體積。/。的結合劑，更佳為12至40體積％及最佳為14至30體積％。該結合劑位於該三維研磨複合物内，如此該研磨顆粒與結合劑的第一相包含少於1〇體積％之多孔洞性及較佳為少於5體積0/〇之多孔洞性。此第一相顯露在該有機聚結研磨工具的複合 84194 -37- 1231822 物基質内’作為該研磨顆粒的網狀組織而錨定在該有機結合材料内。通常來說，想要的是第一相在該三維複合物内，且仏材料與製造方法的可能極限而完全緻密。與该研磨顆粒聚結物及結合劑一起，這些工具包含約38 至54體積％的多孔洞性，此多孔洞性為—連續相而包含至少 30 和/〇的互連多孔洞性。較佳的有機聚結研磨工具可包含 24至48體積。/。的研磨顆粒、⑺至％體積％的有機結合劑及％至54體積％的多孔洞性。泛些有機黏結劑工具具有4〇〇〇 sfpm (2〇.32公尺/秒）的最小爆破速度，較佳為6〇〇〇 sfpm (3〇 48公尺/秒）。在個車乂佳的具體實施例中，該些有機聚結研磨工具可包含第一相’其包含26_40體積％之研磨顆粒（其與10-22體積 %的有機結合材料結合）及少於1〇體積％的多孔洞性；及第相’、由3 8_5 0體積％的多孔洞性組成。田以顆粒與有機黏結材料的聚結物製造時，該有機聚結研磨工具可包含第一相，其包含24-42體積％以18-38體積％的有機結合材料結合之研磨顆粒及少於1〇體積％的多孔洞性’及第二相，其由38-54體積％的多孔洞性組成。當以顆粒與無機黏結材料的聚結物製造時，該有機聚結研磨工具可包含第一相，其包含28至48體積％之顆粒，而與 1〇至33體積％的結合劑（其為在輪子中的有機結合劑與在聚結物中的無機黏結材料之總和）結合；及第二相，其由38至目1 % /〇的多孔洞性組成。該工具較佳地包含最少1體積％的無機黏結劑材料，且最佳地包含2至12體積％的無機黏結 84194 -38- 1231822 劑材料。此工具較佳地具有lOGPa的最大彈性模數值及6000 5£口111(30。48公尺/秒）的最小爆破速度。當在諾頓公司等級尺度下評估時，這些研磨工具具有在A至Η間之硬度等級，且其硬度等級比其他方面以尚未與無機黏結劑材料聚結在一起之研磨顆粒所製造的相同習知工具軟至少一個等級。該有機聚結研磨工具可選擇性地包含一混合物，其由眾多以無機黏結劑材料聚結在一起之顆粒及眾多以有機黏結材料聚結在一起之顆粒組成。當使用無機結合劑及顆粒與無機黏結材料的聚結物來製造時，該些聚結研磨工具可包含一三維複合物，其包含（a) 22-46體積％以4-20體積％的無機結合劑材料結合之研磨顆粒；及（b) 40-68體積％的互連多孔洞性；其中多數的研磨顆粒以不規則的空間簇存在於該複合物内。這些聚結研磨工具之彈性模數值比其他方面在該三維複合物内具有規則間隔開的研磨顆粒之相同習知工具的彈性模數值至少低 10%，且它們具有4000 sfpm (20.32公尺/秒）的最小爆破速度，較佳為600Q(30.48公尺/秒）。較佳的無機聚結研磨工具包含22-40體積％與8-20體積％的無機結合劑材料結合之研磨顆粒，及40-68體積％的互連多孔洞性。在一個較佳的具體實施例中，該無機聚結研磨工具包含 34-42體積％以6-12體積％的無機結合劑材料結合之研磨顆粒及46-58體積％的互連多孔洞性。這些工具可以一玻璃結合劑材料製得，而實質上無高縱深比率的研磨顆粒及充填劑，且該些工具可經塑形及燒製而沒有在製造期間加入多 84194 -39- 1231822 孔洞性诱發材科。較佳紐… 的玻瑪結合研磨工具為具有硬度等並輪子，及其硬度等級比相咸二維複合物内具有規則間隔開的研磨顆粒之且具軟至少-個等級。該較佳的玻璃結合研磨工具 < 特徵為其彈性模旲聚值比其他万面在該三維複合物内具則間隔開的研磨顆粒之相同習知工具的彈性模數值低至= 25% (較佳為至少低·)，及侧咖⑽8公尺/秒）的最小爆破速度。在…、機黏結材料中之顆粒聚結物所製造之較佳的玻璃結合研磨工具包括含跑52體積％的研磨顆粒，且具以至50GPa的彈性模數值之内徑輪磨輪。亦可包含的有：用於工具間應用之表面砂輪，其包含39至52體積％的研磨顆粒且具有15至36 GPa的彈性模數值；及蠕動進料砂輪，其包含 3〇至4〇體積％的研磨顆粒且具有8至25 GPa的彈性模數值。為了在製造工具期間及在該工具使用於輪磨操作期間能於該有機聚結研磨工具中產生適#的機械強度，該總結合劑組分的至少10體積％必需由加入的有機結合劑所組成，且其不可為使用在該些聚結物中之黏結材料。該些研磨輪可藉由任何在技藝中所熟知的方法來塑形及加壓’其包括熱、溫及冷壓技術。必需小心地選擇用來形成未火燒的輪子之鑄塑壓力，以避免壓碎聚結物或壓碎一經控制的聚結物量（即，0_75重量％的聚結物），且保存所殘餘的聚結物之三維結構。用來製造本發明之輪子所施加的適當壓力則可依該研磨輪的形狀、尺寸、厚度及結合劑組 84194 -40- 1231822 刀而疋JL依鑄塑溫度而定。在一般的製造方法中，最大壓力範圍可從约_至1M0㈣/平方英对（35至綱公斤/平万么刀）。鑄塑及加壓可較佳地在约53至422公斤/平方公分下進仃f佳為42至3 52公斤/平方公分。本發明之聚結物具有足夠的機械強度，以㈣在商業上典型用來製造研磨工具之製造方法中所進行的鑄塑及加壓步驟。該研磨輪可利用由熟知此技藝之人士所熟知的方法來硬化。該些硬化條件主要可由實際的結合劑及所使用的研磨料而蚊，及由包含在該研磨顆粒聚結物中的黏結材料型式而定。依所選擇的結合劑之化學組成物而定，該有機結合劑可在150至250。(：下燃燒（較佳為16〇至2〇〇。(：），以提供商業上使用在輪磨操作時所需的機械性質。合適的有機結合劑之選擇將依所使用的聚結方法及是否想要避免經加熱的有機結合劑流入該聚結物内的孔洞而足。該些有機結合工具可根據不同的製程方法，且可如於技藝中所熟知般與不同比例的研磨顆粒或聚結物、結合劑及多孔洞性組分混合、塑形及硬化。合適用來製造有機聚衾士研磨工具的製造技術則揭示在美國專利案號a_6,015,338 ; A-5,912,216 :及 5,611，827 中。合適用來製造本發明之玻璃化（或其它無機結合劑）聚結研磨工具的製造技術則描述在2002年4月11日所主張的美國序號10/120,969及其相關的優先專利申請案中、在本文的實例中及例如在美國-A-5,738,696及美國-A_5,738,697中。 84194 -41 - 1231822 應用本發明之研磨工具在輪_ I 、、杜腾靨期間，於研磨工具與工作部件間擁有大接觸表面積或延長的車 ^ 、长的連‘接觸<輪磨應用上特別有效。此些輪磨操作包括（作早t (-疋非為限制）軋輥及盤式輪磨、蠕動進料輪磨、内徑輪磨、工且 -至輪原及其秄精確的輪磨操作。使用微米或次微米尺寸乏w^ 炙幵磨顆粒的細微輪磨或拋光操

作可從使用由本發明之聚社物晰制、止aA 心术…物所製造的工具上獲得利益。相對於習知的超精加工或拋先凡观尤工具及系統，以此細微粒度的研磨聚結物所製成之本發明的工具，可在工作部件的精確修整操作期間（例如，在玻璃及陶b分上產生鏡^ 錦），於較低的輪磨力量下產生些微磨損或無表面損傷。由於在該工具主體的三維基質内之聚結結構，該工具壽命仍然令人滿意。由於该些工具的互連多孔洞性，在軋輥及盤式輪磨中 γ提高冷卻劑的供應量及碎物移除量，而產生較冷的輪磨昝作、發生較少的工具修理、對工作部件有較少的熱損傷及較V的輪磨機器磨損。因為在聚結形式中較小的磨料粒度 < 研磨顆粒可提供較大的磨料粒度之顆粒的輪磨效率，但是遺留較平滑的表面拋光，故其經常可明顯地改善研磨操作部分的品質。在一個用於盤式輪磨的較佳方法中，將該包含顆粒聚結物（其與有機黏結材料結合）之有機聚結研磨工具安裝在一表面輪磨機器上’以例如4000至6500 sfpm (20.32至33.02公 84194 -42- 1231822 尺/秒)旋轉，且將其帶至與一工作部件接觸—段足夠的時間週期，以研磨該工作料。隨著此料，該輪子可以一有效的材⑲除料來移除王作部件材科，該輪子的輪磨表面仍然實質上無輪磨碎物，且在已完成輪磨之後，該工作邵件實質上無熱損傷。在-個用於㈣進料輪磨的較佳方法中，該玻璃化聚結研磨輪包含與無機黏結材料結合的顆粒聚結物，其彈性模數值比其他方面在該三維複合物内具有規則間隔開的研磨顆粒之相同習知工具的彈性模數值低至少1()%，且具有侧咖（2G.32公尺/秒）的最小爆破速度，並將其钱在一緯動進料輪磨機器上。該玻化的輪子為—以测至剛咖 (27.94至43.18公尺/秒）的速度旋轉之輪子，且將其帶至與— =作部件接觸-段；i夠的時間週期，以研磨該工作部件。藉由此方法，該輪子可以有效的材料移除速率來移除工作部件材料，且在輪磨之後該工作部件實質上無熱損傷。提供下列實例以闡明本發明，但不由其限制。實例1 在一旋轉鍛燒裝置（電爐型號#HOU_5D34_RT_28，最高溫度1，200C ’輸入功率30千瓦，其配備有72，’（183公分）長，内徑5.5”（14公分）的耐火金屬管，其由哈迫國際⑽啊 Intematicmal)，野牛（Buffal〇)，紐約製造）中，製備一系列包含無機黏結材料的聚結研磨顆粒樣品。將該耐火金屬管以一相同尺寸的碳化矽管置換，且修改該裝置以使其可在最同溫度l，55〇C下操作。在大氣條件τ、於丨’丨贼的熱區域 84194 -43 - 1231822 溫度控制設定點處、以9 rpm的裝置管旋轉速率、2.5至3度的管子傾斜角度及6-10公斤/小時的材料進料速率進行該聚結製程。可使用的自由流動顆粒（定義為-12篩孔對盤）之產率為在鍛燒之前的原料總重量之60至90%。該些聚結物樣品可從描述在表1-1之研磨顆粒、黏結材料及水的混合物之簡單混合物而製得。使用來製備該些樣品的玻璃結合劑黏結材料組成物則編列在表2中。該些樣品可從三種型式的研磨顆粒製備：熔融的氧化鋁38A、熔融的氧化鋁32A及經燒結的溶膠凝膠α-氧化鋁諾頓SG顆粒，其可從山特-夠班陶瓷&塑膠有限公司，沃西斯特，ΜΑ，美國購得，而磨料粒度則編列在表1。在旋轉鍛燒裝置中聚結後，篩選該聚結研磨顆粒樣品且試驗其鬆裝密度（LPD)、尺寸分佈及聚結強度。這些結果顯示在表1 -1。表1-1聚結細粒之特徵樣品編號顆粒液體黏結材料混合物重量磅 (公斤）黏結材料的臺量％(以顆粒為基礎）黏結材料的體積0/， LPD 克/立方公分 -12/盤平均尺寸分佈微米平均尺寸分佈篩孔尺寸相對密度的平均％在50%壓碎比例下的壓力百萬帕 1 60粒度 38Α 水 Α黏結材料 30.00 (13.6) 0.60 (〇.3) 0.64 (0.3) 2.0 3.18 1.46 334 -40/+50 41.0 0.6 土 0.1 2 90粒度 38A 水 E黏結材料 30.00 (13.6) 0.90 (0.4) 1.99 (0.9) 6.0 8.94 1.21 318 -45/+50 37.0 0.5 士 0.1 3 no粒度 38A 30.00 (13.6) 10.0 13.92 0.83 782 -20/+25 22.3 2.6 士 0.2 84194 -44- 1231822 水 C黏結材料 1.20 (0.5) 3.41 (1.5) 4 120粒度 32A 水 A黏結材料 30.00 (13.6) 0.90 (0.4) 1.91 6.0 8.94 1.13 259 -50/+60 31.3 0.3 士 0.1 5 60粒度 32A 水 E黏結材料 30.00 (13.6) 1.20 (0.5) 3.31 (1.5) 10.0 14.04 1.33 603 -25/+30 37.0 3.7±0.2 6 90粒度 32A 水 C黏結材料 30.00 (13.6) 0.60 (0-3) 0.68 (0-3) 2.0 3.13 1.03 423 -40/+45 28.4 0.7±0.1 7 90粒度 SG 水 A黏結材料 30.00 (13.6) 1.20 (0.5) 3.18 (1.4) 10.0 14.05 1.20 355 -45/+50 36.7 0.5 士 0.1 8 120粒度 SG 水 E黏結材料 30.00 (13.6) 0.60 (0.3) 0.66 (0.3) 2.0 3.15 1.38 120 -120/+140 39.1 9 60粒度 SG 水 C黏結材料 30.00 (13.6) 0.90 (0.4) 2.05 (0.9) 6.0 8.87 1.03 973 -18/+20 27.6 a.該黏結材料的體積％為在燒製後於該細粒内的固體材料 (即，黏結材料及顆粒）之百分比，而不包含多孔洞性的體積 %。該經燒製的聚結物之黏結材料的體積％可使用該黏結材料原始材料的平均LOI (燃燒上的損失）來計算。 -45- 84194 1231822 以安裝在一振動篩選裝置（羅-泰普（Ro-Tap);模型rx_29 ;W.S·泰勒有限公司（Tyler Inc.)，曼跎（Mentor)，oh)上之美國標準試驗篩來篩選該經燒結的聚結物。篩網篩孔尺寸範圍從18至140，以適用於不同的樣品。該經燒結的聚結物之鬆裝密度（LPD)可利用美國國家用於研磨顆粒的容積密度之標準程序來測量。起始平均相對密度（以百分比表示）可藉由將LPD(p)除以聚結物的理論舍度（p 〇)(假設零多孔洞性）來計算。該理論密度可從該黏結材料的重量百分比及比重與包含在該聚纟士物中的研磨顆粒之重量百分比及比重，根據混合物方法的體積規則來計算。永結物的強度可藉由壓實試驗來測量。該壓實試驗可使用直徑一英吋（2.54公分）經潤滑的鋼沖模，在伊士壯 (Instron®)萬能試驗機（型號MTSU25，2〇〇〇〇磅（9〇72公斤》上，以5克的聚結物樣品來進行。將該聚結物樣品傾入該沖模且藉由輕拍該沖模外部而稍微地變平。塞入一頂端衝壓

且降低十丰―頭直到在記錄器上觀察到力量（，，起始位置。=一固定的增加速率（2毫米/分鐘）對該樣品施加壓力，上土取大180百萬帕的壓力。？己錄該聚結物樣品的體積（該樣品經壓實的LPD)(觀察為十字頭的位移（變形）），作為相對密，而為所施加的壓力之lGg函數。然後筛選該殘餘材料以決定壓碎比例百分比。測量不同的壓力以在所施加的壓力之 i〇g與壓碎*例之百分比間建立―關係圖。結果報導在表m 中’其為在壓碎㈣等於該聚結物樣品_重量百分比之 84194 -46 - 1231822 點處的壓力log值。該壓碎比例為通過該較小的篩』<^壓碎的粒子之重量與樣品的起始重量之重量比率。這些聚結物具有合適使用於商業研磨砂輪製造之尺寸分佈、鑄塑強度及細粒尺寸保留特徵。所完一乂經燒結的聚結物具有三維形狀，其可在三角形、球形、立方带矩形及其它幾何形狀當中變化。該些聚結物可由眾多久^別的研磨砂礫（例如，2至2〇個砂礫）組成，該些砂礫則在=摊對砂礫接觸點處由玻璃黏結材料結合在一起。木聚結物細粒尺寸會隨著在聚結物細粒中的黏結材料量之增加而增加，而超過該黏結材料的3至2〇重量％之範圍。可對全部的樣品1-9觀察到適當的壓實強度，玻瑪黏結材料已經熟化且流動，而在該聚結物内的研磨顆粒當中產生-有效的結合。該些以1G重量％的黏結材料=得 <聚結物比由2或6重量％的黏結材料所製得之那些具有明顯較高的壓實強度。較低的LPD值為較高聚結程度的指示劑。該些聚結物的 LPD會隨著黏結材料的重量％之增加及隨著研磨磨料粒度义減少而減少。在2與6重量％的黏結材料間相當大的差異 (與在6與1〇重量％的黏結材料間相當小的差異比較）可指^ 出，當黏結材料的重量％少於2重量％時不足以形成聚結物。在較高的重量百分比下（大於約6重量％)，加入更多的 ΙΜ吉材料並無法在製得明顯較大或較強的聚結物上獲得助益。如由聚結物細粒尺寸結果所舍果所建議，黏結材料C樣品在聚結 84194 -47- 1231822 溫度下具有最低的熔融玻璃黏度，而具有三種黏結材料的最低LPD。研磨料的型式在LPD上不具有明顯的影響。表1-2 :使用在玻璃化聚結物中的黏結材料

經燒製的組成物元件b A黏結材料的重量％ (A-1黏結材料)a B黏結材料的重量％ C黏結材料的重量％ D黏結材料的重量％ E黏結材料的重量％ F黏結材料的重量％ G黏結材料的重量％玻璃形成劑 (Si02 + B203) 69 (72) 69 71 73 64 68 69 AI2O3 15(11) 10 14 10 18 16 9 驗土金屬 RO(CaO， MgO) 5-6 (7-8) <0.5 <0.5 1-2 6-7 5-6 <1 鹼金屬 R2〇(Nd2〇 J K20，Li20) 9-10(10) 20 13 15 11 10 7-8 比重克/立方公分 2.40 2.38 2.42 2.45 2.40 2.40 2.50 在1180°C下估計的黏度 (泊） 25,590 30 345 850 55,300 7,800 N/A

a. 提出在圓括號中的A-1黏結材料變化可使用於樣品實例 2 ° b. 雜質（例如，Fe203及Ti02)的存在量約0.1-2%。鲁實例2

I 研磨顆粒/無機黏結劑材料聚結物使用玻璃化黏結材料來製造聚結研磨顆粒樣品AV2及 AV3。該些聚結物可根據描述在實例1中的旋轉鍛燒方法，使用描述在下列的材料而製備。AV 2聚結物可以3重量％的A 黏結材料製得（表1-2)。將鍛燒爐的溫度設定在1250°C，管子的角度為2。5度及旋轉速度為5 rpm。AV3聚結物可在1200 °C的鍛燒爐溫度下，以6重量％的E黏結材料（表1-2)，2.5-4° -48- 84194 1231822 的管子角度及5 rpm的旋轉速度而製得。該研磨顆粒為溶融的氧化鋁38A研磨顆粒（80磨料粒度），其可從山特-夠班陶瓷 &塑膠有限公司，沃西斯特，MA，美國購得。試驗該玻璃化的顆粒聚結物之鬆裝密度、相對密度及尺寸。試驗結果編列在下列表2-1中。該些聚結物可由眾多各別的研磨砂礫（例如，2至40個砂礫）組成，而該些砂礫可由玻璃化的黏結材料在砂礫對砂礫接觸點處結合在一起，且可一起含有可看見的空隙區域。多數的聚結物能充分地抵抗壓實，而在遭受研磨輪混合及鑄塑操作後保留三維特徵。表2-1研磨顆粒/玻璃黏結劑聚結物樣品編號混合物顆粒黏結材料混合物重量镑 (公斤）研磨顆粒的重量％黏結材料的重量％黏結材料的體積％a LPD 克/立方公分 -20/+45 篩孔比例平均尺寸微米 (篩孔）相對密度的平均％ AV2 80砂碟 38A A黏結材料 84.94 (38.53) 94.18 2.99 4.81 1.036 500微米 (-20/+45) 26.67 AV3 80砂礙 38A E黏結材料 338.54 (153.56) 88.62 6.36 9.44 1.055 500微米 -20/+45 27.75 a.該些百分比則以總固體為基礎，僅包含玻璃黏結劑材料與研磨顆粒而排除任何在聚結物内的多孔洞性。使用臨時的有機黏結材料來將該玻璃結合劑黏附至研磨顆粒（對AV2 來說，使用2.83重量％的AR30液體蛋白質黏結劑；及對AV3 來說，使用3.77重量％的AR30液體蛋白質黏結劑）。該些臨 84194 • 49- 1231822 時的有機黏結材料會在該經燒結的聚結物於旋轉鍛燒窯中的期間燃燒掉，且黏結材料的最後重量％不包含它們。研磨輪使用聚結物樣品AV2及AV3來製造實驗研磨砂輪（型式 1)(所完成的尺寸為 5.0 X 0.5 X 1.250 英吋）（12.7 X 1.27 X 3.18 公分）。該些實驗輪子可藉由將該些聚結物加入至一旋轉槳式混合器（福泰-瓊斯（Foote-Jones)混合器，其可從伊利諾斯齒輪（Illinois Gear)，芝加哥（Chicago)，IL購得），且將該些聚結物與一液體酚樹脂（V-1181樹脂，來自漢尼威爾國際有限公司（Honeywell International Inc·)，摩擦力分開（Friction Division)，戳依（Troy) NY)(22重量％的樹脂混合物）混合而製造。將一粉末化的驗樹脂（杜雷曰伐肯（Durez Varcum®)樹脂29-717，其可從杜雷曰股份（有限）公司（Durez Corporation) 購得，達拉斯（Dallas) 丁乂）（78重量％的樹脂混合物）加入至該溼潤的聚結物。使用來製造這些輪子及所完成的輪子之組成物的研磨聚結物與樹脂結合劑之重量百分比量（包括在該些經硬化的輪子中研磨料、結合劑及多孔洞性的體積％) 則編列在下列表2-2中。混合該些材料一段足夠的時間週期，以獲得一均勻的混合物且減少鬆散的結合劑量。在混合後，將該些聚結物篩選過24篩孔篩網，以將任何大的樹脂團塊打散。將該均勻的聚結物與結合劑混合物放入鑄模且施加壓力以形成一未火燒階段（未硬化的）的輪子。根據技藝中所熟知之商業砂輪製造技術，從該些鑄模中移出這些未火燒的輪子，將其包 84194 50- 1231822 裹在塗佈紙中，且藉由加熱至最高溫度160°C而硬化，分等級，修飾及檢查。測量所完成之輪子的彈性模數，且將結果顯示在下列表2-2中。彈性模數則使用研磨音波機器，藉由描述在J.彼得斯， ’’砂輪的音波試驗’’(機器工具設計及研究之發展，佩加蒙出版社，1968年）中的方法來測量。表2-2輪子組成物輪子樣品 (聚結物）等級彈性模數G-帕硬化密度克/立方公分輪子組成物體積％研磨總結多孔顆粒合劑e 洞性 (有機）聚結物的重量 % 結合劑的重量 % 實驗輪子 1-1 (AV3) A 3.5 1.437 30 18 (14.8) 52 86.9 13.1 1-2 (AV3) C 4.5 1.482 30 22 (18.8) 48 84.0 16.0 1-3 (AV3) E 5.0 1.540 30 26 (22.8) 44 81.2 18.8 1-4 (AV2) A 5.5 1.451 30 18 (16.7) 52 85.1 14.9 1-5 (AV2) E 7.0 1.542 30 26 (24.7) 44 79.4 20.6 比較的輪彈性模數硬化密度顆粒的結合劑的多孔洞研磨料結合劑的子"商業標號克/立方公分體積％體積％性的體積％的重量 % 重量％ C-1 38A80-G8 B24 13 2.059 48 17 35 89.7 10.3 C-2 38A80-K8 B24 15 2.154 48 22 30 87.2 12.8 C-3 38A80-O8 B24 17 2.229 48 27 25 84.4 15.6 C-4 53A80J7 蟲膠混合物 (Shellac Blend) 10.8 1.969 50 20 30 89.2 10.8 C-5 53A80L7 蟲膠混合物 12.0 2.008 50 24 26 87.3 12.7 -51 - 84194 1231822 C-6b 國家的蟲膠結合劑 (National Shellac Blend) A80-Q6ES 9.21 2.203 48.8 24.0 27.2 86.9 13.1 C-7b 泰羅里特 (Tyrolit) 蟲膠結合劑 FA80-11E15SS 8.75 2.177 47.2 27.4 25.4 84.9 15.1 a. C-l、C-2及C-3輪子可以一酚樹脂結合劑製得，這些商業規格的輪子可從山特_夠班研磨料有限公司購得；C-4及C-5 輪子可以一種與少量的驗樹脂結合劑混合之蟲膠樹脂製得。這些商業規格的輪子可從山特-夠班研磨料有限公司，沃西斯特，MA購得。這些樣品（C-4及C-5)可在實驗室中根據這些商業規格而製備，且所硬化而成的最後輪子之硬度等級各別為J及L。 b. C-6及C-7輪子不在該輪磨試驗中試驗。這些商業規格之比較用的輪子可從國家的砂輪公司（National Grinding Wheel Company)/拉狄阿克（Radiac)，沙冷（Salem)，IL ;及從泰羅里特Ν·Α.有限公司，西波羅（Westboro)，MA購得。 c. 結合劑的f’總”體積％為使用來聚結該顆粒的玻璃黏結劑材料量與使用來製造該砂輪有機樹脂結合劑量之總和。結合劑的π(有機）’’體積％為由加入至該用來製造砂輪的聚結物之有機樹脂所組成的結合劑總體積％之部分。實例3 在模擬的軋輥輪磨試驗中試驗實例2的實驗輪予，而與商業上可購得之與酚樹脂結合的輪子劑（C-1-03,其可從山特 84194 -52- 1231822 -夠班研磨料有限公司，沃西斯特，ΜΑ購得）做比較。亦如比較用的輪子般試驗在貫驗室中從蟲膠樹脂混合物所製備的蟲膠結合輪子（0-4及〇5)。選擇比較用的輪子，因為它們具有組成物、結構及物理性質等於使用在商業上的軋輥輪磨操作之那些輪子。為了在實驗室環境中模擬軋輥輪磨，在表面輪磨機器上進行連續接觸狹缝輪磨操作。在試驗中使用下列輪磨條件。 ^ 輪磨機器：布朗&夏佩（Brown & Sharpe)表面輪磨器 0 模式：二個連續接觸狹缝研磨，在與工作部件失去接觸之前，於敲擊末端處回轉冷卻劑：春克莉兒（Trim Clear) 1:40比率的冷卻劑：去離子水 ‘ 工作部件：16X4英忖4340鋼，硬度Rc50 工作部件速度：25呎/分鐘輪子速度：573 0 rpm 向下進給：總共0.100英吋切割深度：在每次結束處0.0005英吋春接觸時間：10.7分鐘修整：單點鑽石，以10英吋/分鐘橫向進給，0.001英吋comp. 在輪磨期間，以IRD機器分析（Mechanalysis)設備（分析器型號（Analyzer Model) 855分析器/平衡器，其可從安泰克股份（有限）公司（Entek Corporation)，北威斯特維爾（North Westerville)，俄亥俄州購得）來測量輪子振動。在起始的輪磨運轉中，於該輪子修整後的2及8分鐘時，使用快速傅立葉（Fourier)轉換（FFT)程序記錄在不同頻率下的振動程度 84194 -53 - 1231822 (以速度，單位為英叶/秒）。在開始輪磨運轉後進行第二次輪磨，在所選擇的標的頻率（57000 cpm，在起始運轉期間所觀察到的頻率）下，於該輪子仍然與工作部件接觸的全部 10.7分鐘期間，記錄與時間有關的振動程度之成長。當進行輪磨運轉時，記錄輪子的磨損速率（WWR)、材料移除速率 (MRR)及其它輪磨變量。這些資料與在連續接觸輪磨9_10 分鐘後之每個輪子的振動振幅一起顯示在下列表3 -1中。表3 -1輪磨試驗結果輪子樣品 (聚結物）等級 9-10分鐘振動振幅英忖/秒 WWR 立方英叫V 分鐘 9-10 分鐘的電力馬力 SGE 焦耳/立方毫米 G-比率 MRR/WWR 實驗輪子 1-1 (AV3) A 0.010 0.00215 10.00 22.70* 34.5 1-2 (AV3) C 0.011 0.00118 15.00 29.31 63.3 1-3 (AV3) E 0.021 0.00105 22.00 43.82 71.4 1-4 (AV2) A 0.011 0.00119 10.50 23.67 62.7 1-5 (AV2) E 0.013 0.00131 21.00 40.59 56.6 比較的輪子 (商業標號） C-1 38A80-G8 B24 0.033 0.00275 10.00 33.07 26.5 C-2 38A80-K8 B24 0.055 0.00204 11.00 25.33 36.8 C-3 38A80-O8B24 0.130 0.00163 12.50 22.16 46.2 C-4 ^ 53A80J7 蟲膠混合物 0.022 0.00347 10.00 25.46 20.8 C-5 53A80L7 蟲膠混合物 0.052 0.00419 11.500 26.93 17.1 可看見的是該些實驗輪予顯示出最低的輪子磨損速率及最低的振動振幅值。比較上，以酚樹脂結合劑所製得之商 -54- 84194 1231822 業輪子（3 8A80-G8 B24、_Κ8 B24及-08 B24)具有低的輪子磨損速率，但是具有無法接受的高振動振幅值。這些輪子預測將會在實際的軋輥輪磨操作中產生振動顫動。該些以蟲膠樹脂結合劑（53 A80J7蟲膠混合物及53 A80L7蟲膠混合物）所製传之比較用的輪子具有高輪子磨損速率，但是可接受的低振動振幅值。該些實驗輪子在電力程度範圍（在1〇_23 馬力下有幾乎固定的振動振幅及均勻較低的WWR)上優於全邵的比較用輪子，且該些實驗輪子顯示出優秀的G_比率 (材料移除速率/輪子磨損速率）、顯示出優良的效率及輪子壽命。咸信該些實驗輪子相當低的彈性模數及相當高的多孔洞性會產生一抗顫動輪子而沒有犧牲輪子壽命及輪磨效率。相當意外地，該些實驗輪子可觀察到比包含較高的顆粒體積百分比且具有較硬的輪子等級之輪子更有效率之研磨。雖然該些實驗輪子的架構會產生一才目當軟的等級之硬度 (即，在諾頓公司砂輪硬度尺度上A_E的等級），但它們比具有明顯較硬的等級值（即，在諾頓公司砂輪硬度尺度上的等級）之比較用的輪予能更侵略性地研磨、具較少的輪子磨損且可產生較高的G_比率。這些結果明顯且出乎意料。實例4 ^ 結顆粒的實驗輪子，軋輥輪磨操作來做試在商業製造操作中製備該些包含聚且以過去蟲膠結合輪子已使用的商業驗。 /無機黏結材料φ崎& 84194 -55- 1231822 使用玻璃化的黏結材料（從表i_2來之人黏結材料）來製造水尨研磨顆粒樣品AV4。樣品AV4類似於樣品AV2，除了將褕叩AV4製成商業配料尺寸外。根據描述在實例i中的旋轉鈑粍方法來製備该聚結物。該研磨顆粒為熔融的氧化鋁38A 研座顆粒（80磨料粒度）（其可從山特_夠班陶瓷&塑膠有限公司，沃西斯特，MA，美國購得），且使用3重量％的人黏結材料（表1 2)。將锻燒爐溫度設定在1250 °C，管子角度為2.5度及旋轉速度為5 rpm。將該些聚結物以2%的矽烷溶液（其可從匡普敦股份（有限）公司（Crompt〇n c〇rp〇rati〇n)，南查雷斯通（South Charleston)，西維吉尼亞（West virgmia)購得）處理。研磨輪使用聚結物樣品AV4來製造砂輪（所完成的尺寸為直徑 36” X寬度4” X中心孔洞20”（型式1)(91 4 χ 1〇 2 χ % 8公分））。該些實驗研磨輪可以商業製造設備來製造，其藉由將該些聚結物與液體酚樹脂（V_1181樹脂，來自漢尼威爾國際有限么司，摩擦力分開，戳依Νγ)(22重量％的樹脂混合物）及粉末化的酚樹脂（杜雷日伐肯⑧樹脂29-717，可從杜雷日股份（有限）公司，達拉斯ΤΧ購得）（78重量％的樹脂混合物）混合。使用在這些輪子中的研磨聚結物及樹脂結合劑之重量百分比量則編列在下列表4-1中。將該些材料混合一段足夠的時間週期，以獲得一均句的混合物。將該均句的聚結物及結合劑混合物放入鑄模，且施加壓力以形成一未火燒階段（未硬化的）的輪子。根據技藝中所熟知的商業砂輪製造技術，將這些未火燒的輪子從鑄模中移出，將其包裹在塗 84194 -56- 1231822 侔紙中’且藉由加熱至最高溫度160°C而硬化，分等級，修飾及檢查。測量所完成的輪子之彈性模數及燒製密度，結果顯示在下列表4-1中。測量輪子爆破速度，且所測量刻的最大操作速度為9500 sfpm。該些輪子的組成物（包括在該經硬化的輪子中之研磨料、結合劑及多孔洞性的體積％)則描述在表4_丨中。這些輪子具有明顯開放、連續、相當均勻的多孔洞性結構，而此在先前以商業操作製造的有機黏結劑砂輪中未熟知。表4-1輪子組成物輪子樣品 (聚結物）等級，結構

模帕性G-彈如密方化、！5 Μ 體物減子結劑機總‘有孔性多洞物量結*-% 聚的劑量合 ^i°/0 結的 2-1 (AV4) JB14 C14 2-3 (AV4) D14

a.該結合劑的”總，，體積％為使用來聚結顆粒之玻璃黏結劑材料量與使用來製造砂輪的有機樹脂結合劑量之细和。该結合劑的”(有機)，，體積%為由加入至聚結物以製：砂輪:; 有機樹脂所組成之結合劑的總體積％之部分。輪磨試驗在二種商業用於冷軋輥拋光的輪磨操作中試驗這此實驗研磨輪。在研磨後’使用這些經锻造的鋼捲來滾動及精乾金屬（例如，鋼）薄片表面。此商業操作傳統上會使用蟲膠站合两業輪子（通常為80粒度氧化銘研磨顆粒），且這些輪予^ 84194 -57- 1231822 常會在6500 sfpm下操作，最大速度約8000 sfpm。輪磨條件則編列在下列，且將試驗結果顯示在表4-2及4-3中。輪磨條件A : 輪磨機器：飛瑞兒（Farrell)軋輥輪磨器，40馬力冷卻劑：史都亞特合成w (Stuart Synthetic w)/水輪子速度：780 rpm 工作部件：經鍛造的鋼，串列研磨工作輥，硬度842伊擴提普（Equotip)，82 X 25英叶（208 x 64 公分）工作部件（捲筒）速度：32 rpm 橫向· 1 〇〇英对/分鐘連續進料：0.0009英吋/分鐘末端進料：0.0008英吋/分鐘要求的表面拋光：18-30 Ra粗糙度，最多160個凸起輪磨條件B ·· 輪磨機器：波迷你（Pomini)軋輥輪磨器，150馬力冷卻劑：史都亞特合成w/水輪子速度：880 rpm 工作部件：經鍛造的鋼，串列研磨工作輥，硬度842伊擴提普，82 X 25英吋（208 X 64公分）工作部件（捲筒）速度：32 rpm 橫向：100英吋/分鐘連續進料：0.00011英吋/分鐘末端進料：0.002英吋/分鐘要求的表面拋光：18-30 Ra粗糙度，大約160-180個凸起 84194 -58- 1231822 表4-2輪磨試驗結果/輪磨條件A 樣品試驗參數直徑的改變英吋 G-比率輪子 RPMs 輪子安培通過的輪磨# 捲筒粗糙度Ra 在捲筒上的凸起# 實驗輪子2-1 輪子磨損 0.12 0.860 780 75 10 28 171 移除的材料 0.007 實驗輪子2-2 輪子磨損 0.098 1.120 780 90-100 10 22 130 移除的材料 0.0075 實驗輪子2-3 輪子磨損 0.096 1.603 780 120-150 10 23 144 移除的材料 0.0105 在輪磨條件A下，實驗砂輪顯示出有優良的輪磨性能，其可獲得明顯較高的G-比率（與在這些輪磨條件下於過去的蟲膠結合輪子之商業操作上所觀察到的結果比較）。以過去在輪磨條件A下之軋輥輪磨經驗為準，實驗輪子2-1、2-2及 2-3將已視為太軟（在諾頓公司硬度等級上的值為B-D)而難以產生商業上可接受的輪磨效率，因此這些結果顯示出高度不尋常的優良G-比率。再者，捲筒表面拋光並無顫動痕跡，且在表面粗糙度（18-30 Ra)及表面凸起數目（大約160) 的規格内。該實驗輪子可實現先前僅有在蟲膠結合輪子上可觀察到的表面拋光品質。實驗輪子3-3在輪磨條件B下之第二輪磨試驗中可証實，將本發明之輪子使用在商業上的拋光輥冷輪磨操作上超過 84194 -59- 1231822 一段延長的試驗週期時會有驚人的利益。試驗結果顯示在下列表4-3中。

表4-3輪磨試驗結果/輪磨條件B 實驗輪子 2-4 直徑的改變英吋輪子速度 sfpm 輪子安培連續進料英付/分鐘末端進料英忖捲筒粗糖度Ra 在捲筒上的凸起# 捲筒1 wwa 0.258 5667 90 0.0009 0.0008 24 166 MRb 0.028 捲筒2 WW 0.339 8270 105 0.0016 0.002 20 136 MR 0.032 捲筒3 WW 0.165 8300 110 0.0011 0.002 28 187 MR 0.03 捲筒4 WW 0.279 8300 115 0.0011 0.002 29 179 MR 0.036 捲筒5 WW 0.098 8300 115 0.0011 0.002 25 151 MR 0.018 捲筒6 WW 0.097 8300 115 0.0011 0.002 MR 0.016 捲筒7 WW 0Ό72 8300 115 0.0011 0.002 MR 0.048 捲筒8 WW 0.094 8300 115 0.0011 0.002 MR 0.011 捲筒9 WW 0.045 8300 115 0.0011 0.002 84194 -60- 1231822 MR 0.021 捲筒10 ww 0.128 8300 115 0.0011 0.002 MR 0.017 捲筒11 ww 0.214 8300 115 0.0011 0.002 MR 0.018 捲筒12 WW 0.12 8300 115 0.0011 0.002 MR 0.018 捲筒13 WW 0.118 8300 115 0.0011 0.002 MR 0.026 捲筒14 WW 1.233 8300 115 0.0011 0.002 MR 0.03 捲筒15 WW 0.215 8300 115 0.0011 0.002 MR 0.03 捲筒16 WW 0.116 8300 115 0.0011 0.002 XXX XXX MR 0.018 捲筒17 WW 0.141 8300 115 0.0011 0.002 XXX XXX MR 0.021 捲筒18 WW 0.116 8300 115 0.0011 0.002 XXX XXX MR 0.01 捲筒19 WW 0.118 8300 115 0.0011 0.002 MR 0.018 a.輪子磨損測量 -61- 84194 1231822 b.移除的材料測量。在輪磨19滾且經歷約3英吋的輪子直徑磨損後，實驗輪子 2-4累積的G-比率為2.093。此G_比率顯示出在輪磨條件八或 B下，比於使用來研磨捲筒之商業砂輪（例如，蟲膠結合劑輪子，C-6及C-7描述在實例2)上所觀察到的G_比率有2至3 倍的改良。輪子轉動速度及材料移除速率皆超過使用在此乾輥輪磨操作中之比較用的商業輪子，因此可進一步說明本發明之輪磨方法可能之出乎意料的輪磨效率。由實驗輪子所達成之捲筒表面拋光在商業製造標準下為可接受的。在輪磨19滾後所觀察到的累積結果證實該實驗輪子的穩定操作狀悲，及當該輪子因輪磨操作而消耗時，該輪子對逐漸產生的輪葉、振動及顫動之有益抵抗。實例5 进磨顆粒/無機黏結劑聚結物該些聚結物樣品可從描述在表5_i中之研磨顆粒、黏結材料及水之混合物的簡單混合物來製造。使用來製備該些樣口口的玻璃化黏結材料組成物為編列在表丨_2中的黏結材料 C。孩研磨顆粒為一種熔融的氧化鋁38A研磨顆粒（8〇磨料粒度）’其可從山特-夠班陶瓷&塑膠有限公司，沃西斯特， MA，美國購得。聚結研磨顆粒樣品可在1，150°C下使用一旋轉鍛燒裝置而形成（型號#HOU-6D60-RTA-28，哈迫國際，野牛，紐約），該裝置配備有120英吋（305公分）長，内徑5.75英吋（15.6公分），3/8英吋.95公分）厚的金屬管（哈思特羅依（Hastelloy)) 84194 -62 - 1231822 ，孩管子具有60英吋（152公分）的加熱長度（其含有三個溫度控制區域）。使用具有可調整控制容積進料速率的布拉 (Brabender)®進料器單元來將該研磨顆粒與黏結材料混= 物計量進料至該旋轉鍛燒裝置的加埶管中。 & τ 在大氣條件下、以3.5至4 rpm的裝置管旋轉速率、25至3度的管子傾斜角度及6-10公斤/小時的材料進料速率來進行聚結製程。在旋轉鍛燒裝置中聚結後，篩選該些聚結研磨顆粒樣品且試驗其鬆裝密度（LPD)及尺寸分佈。這些結果顯示在表表5_1聚結細粒VI的畤臀樣品編號顆粒液體黏結材料混合物重量镑 (公斤5 —黏結材料的重量以顆粒為基礎）黏結材料的體積V LPD -12/ 盤克/立方公分平均尺寸微米(篩孔尺寸）產率 (-20/+50) % 平均相對密度 % VI 80粒度 38A 水 C黏結材料 93.9(42.6) 2.8(1.3) 3.3(1.5) 3.0 4.77 1.09 425 (-35/+40) 85 28.3 a·該黏結材料的體積％為在燒製後於該細粒内的固體材料 (即’黏結材料及顆粒）之百分比，而不包含多孔洞性的體積 % 〇使用聚結顆粒樣品VI來製造砂輪（型式1)(所完成的尺寸·· 20X1X8英吋）（5〇·8 X 2.54 X 20.3公分）。該些輪子的組成物（包括在該經燒製的輪子中之研磨料、結合劑及多孔洞性的體積％)、該些輪子的密度及機械性質則描述在表5_2 中° %擇貫驗輪子1至4的組成物以產生硬度等級F的輪子， 84194 -63 - 1231822 及_:擇貪驗輪子5至8的組成物以產生硬度等級〇的輪子。為了製造該些研磨輪，將該些聚結物與一液體結合劑及一與表1 -2之黏結材料C相符合的粉末化玻璃結合劑組成物一起加入至混合器。該些聚結物之結構具有足夠的抗愿實性，以便在接受研磨輪混合及鑄塑操作後可保留住有效量具有三維特徵的聚結物。然後，根據技藝中所熟知的商業砂輪製造技術’塑形該些輪子、乾燥、燒製至最高溫度9〇〇 C、分等級、修飾、調整及檢查。所完成的輪子根據商業上實行的速度試驗來進行安全性試驗’以保狂當該些輪子安裝在輪磨機器上時具有足夠的旋轉移動機械強度’且具有足夠用於輪磨操作的機械強度。全部的實驗輪子皆可在試驗設備的最大試驗速度下 (85.1公尺/秒）存活，因此，具有足夠用於蠕動進料輪磨操作的機械強度。該些輪子的組成物（包括在該經燒製的輪子中之研磨料、結合劑及多孔洞性的體積％)、該些輪子的密度及機械性質則描述在表5-2中。表5-2研磨輪特徵輪子VI 聚結物給子組成物體積％研磨料結合劑b 1 多孔洞性燒製密度克/立方公分彈性模數 (GPa) 破裂模數e (百萬帕）速度試驗d (公尺/秒） ⑴ 42.5 40.5 6.2 53.3 1.67 13.3 22.6 85.1 (2) 40.4 38.5 6.5 55.0 1.61 11.6 18.5 85.1 (3) 40.4 38.5 7.2 54.3 1.64 Ί 12.4 23.0 85.1 (4) 39.4 37.5 8.2 54.3 1.63 12.8 22.8 85.1 (5) 42.5 40.5 7.3 52.2 1.68 14.3 25.8 85.1 84194 -64- 1231822 (6) 40.4 38.5 9.3 52.2 1.68 15.8 26.7 85.1 ⑺ 40.4 38.5 8.3 53.2 1.65 13.5 25.5 85.1 ⑻ 39.4 37.5 9.3 53.2 1.65 14.6 24.0 85,1 比較的樣品a 非聚結顆粒聚結物侖子組居研磨料 L物體積結合劑多孔洞性燒製密度克/立方公分彈性模數 (GPa) 破裂模數e (百萬帕）速度試驗d (公尺/秒） 38A80 广 F19VCF2 一 N/A _ 40.5 ~62~~ ~53j~ ~~L73~ 20.3 ~24^4~· ~69^4 3 8A.80-G19VCF2 N/A 40.5 7.3 52.2 1.88 29.2 26.6 69.4 a.該些比較用的輪子樣品為商業產物，其可從山特_夠班研磨料有限公司，沃西斯特，MA購得，且對表5_2中的每個輪子標明出該商業輪子的稱號。 b.該實驗輪子的結合劑體積％值包括使用在該些顆粒上來製造聚結物的玻璃化黏結材料體積％。 c，該些輪子在伊士壯型號1125的機械試驗機器上，以含有 3 ’’的支撐跨距、Γ’負載跨距之4-點彎曲裝置，於每分鐘 0.050"的十字頭速度之負載速率下，試驗破裂模數。 d.當該些輪子在達成爆破試驗機器的最大速度下旋轉時並不故障。實驗輪子1-4.的彈性模數值範圍比F等級比較用的輪子之值低3 4至4 3 %，及實驗輪子5 - 8的彈性模數值範圍比^等級比較用的輪子之值低45至54%。具有相同體積％的顆粒、結合劑及多孔洞性組成物之輪子相當意外地具有明顯不同的彈性模數值。實驗輪子1之彈性模數值比F等級之比較用的輪子之值低34%，及實驗輪子5之彈性模數值比g等級之比較用的輪子之值低5 1 %。在一個別的實驗中，將比較用的輪子製成較軟的等級（以便讓其特徵相等）’則其相當低的彈性模 84194 -65 - 1231822 數值會缺乏通過85.1公尺/秒速度試驗的足夠機械強度。實驗輪子的速度試驗值則完全可接受。再者，在相同的顆粒、結合劑及多孔洞性體積％之組成物下，實驗輪子】的斷裂模數僅比F等級比較用的輪子低7%，同時實驗輪子5之斷裂模數僅比G等級比較用的輪子低3%。此在斷裂模數上稍微的降低乃在預計中，因實驗輪子所提供之密度相對於比較的輪子有稍微降低。密度降低亦建議出該實驗輪子會在熱製程期間具有抗收縮性（相對於具有相同體積％的組成物I比較用的輪子），及此明顯顯示出節省製造成本（在材料成本及在修整操作二者上）的潛力。該些輪子在蠕動進料輪磨操作中試驗，而與推薦使用在蠕動進料輪磨操作中之比較用的商業上輪子做比較。該些比較用的輪子具有相同的尺寸、相同或類似的組成物體積 %、相等的硬度等級（該等級可根據顆粒、結合劑及多孔洞性成分的體積％而決定）及功能相等的結合化學物，且它們可為其他方面合適於蠕動進料輪磨研究之比較用的輪子。但是，該些比較用的輪子沒有使用聚結顆粒來製造，而且需要犧牲孔洞謗發物來獲得意欲的多孔洞性體積％及輪子密度。該商業輪子的稱號及比較的輪子之組成物則描述在表 5-2 中（商業輪子 38A80F19VCF2及 38A80G19VCF2)。在安裝上工作部件後將其相對於機器載片傾斜一小角度，而進行，楔形’輪磨試驗。當研磨從開始進行到完成時，此幾何學會導致切割深度增加、材料移除速率增加及碎片厚度增加。因此，在一定的範圍條件上，於單一運轉中收 84194 -66 - 1231822 集輪磨資料。在楔形試驗中，該輪子性能的評估可進一步透過主軸電力、輪磨力量之測量及recor(jai的輔助。精確測量會產生不能接受的結果（諸如輪磨燃燒或輪子分解）之條件（MRR、碎片厚度等等），此可容易表示出輪子行為的特徵及相對的產物性能範圍。輪磨條件：機器：豪尼·布隆普羅非美特（Hauni_BlohmProfimat)410 模式：楔形續動進料研磨輪子速度：每分鐘5500表面切削英呎（28公尺/秒）工作台工作行程速度：從5改變至17 5英吋/分鐘（12 7_44 4 公分/分鐘）冷卻劑·馬斯特化學春（Master Chemical Trim) E210 200， ;辰度10/〇(含有充分去離子化的水），72加侖/分鐘（272升/分鐘）工作邵件材料：英康耐爾（Inconel) 718 (42 HRc) 修整模式··旋轉的鑽石，連續修整補整· 20微英忖/rev (〇·5微米/rev) 速度比率：+〇 8 在這些輪磨運轉中，切割深度的連續增加可在材料移除速率上提供連續的增加而超過該區段長度（8英叶（2〇 3公分))。該損壞可由工作部件燃燒、輪子分解、粗糙的表面拋光及/或角落缺失而表現。@輪磨而產生的輪子磨損則比在輪磨試驗期間所進行的連續修整補整損失少。發生損壞時的特疋輪磨能量及材料移除速率（最大mrr)則提出在表^ 84194 -67- 1231822 中 ο 表5_3輪磨試驗結果輪子輪子組成物體積％聚結物研磨料結合劑孔洞最大 MRR 立方毫米/秒/ 毫米改良 %a 特定的輪磨能量焦耳/ 立方毫米改良 %a 平均表面粗糖度微米 (1) 42.5 40.5 6.2 53.3 10.3 20 57.6 -17 0.77 (2) 40.4 38.5 6.5 55.0 10.2 18 55.1 -20 0.75 (3) 40.4 38.5 7.2 54.3 10.9 26 59.2 -15 0.72 (4) 39.4 37.5 8.2 54.3 10.1 18 59.2 -15 0.76 (5) 42.5 40.5 7.3 52.2 10.4 58 60.5 -23 0.77 (6) 40.4 38.5 9.3 52.2 9.4 42 65.2 -17 0.77 ⑺ 40.4 38.5 8.3 53.2 9.5 44 63.4 -19 0.75 ⑻ 39.4 37.5 9.3 53.2 9.2 39 64.4 -18 0.77 比較的樣品非聚結顆粒輪子組成4 聚結物研磨料汾體積％結合劑孔洞最大 MRR 立方毫米/秒/ 毫米特定的輪磨能量焦耳/ 立方毫米平均表面粗糙度微米 38A80- F19VCF2 N/A 40.5 6.2 53.3 8.6 N/A 69.6 N/A 0.79 38A80- G19VCF2 N/A 40.5 7.3 52.2 6.6 N/A 78.2 N/A 0.76 a.為了計算改良值的百分比，可將實驗輪子與最接近之同等級的比較用輪子做比較。實驗輪子1-4可與F等級的輪子比較；及實驗輪子5-8可與G等級的輪子比較。如可從表5-3的輪磨試驗產生看見，在發生損壞之前，該些實驗輪子相對於具有相同的組成物體積％之那些比較用的輪子具有高20至58%的MRR值。在相同組成物中，實驗輪子顯示出至少減低17 %研磨所需的電力（特定的輪磨能量）。這些輪磨操作效率可在沒有任何明顯的損失該經研磨的工作部件之表面品質下獲得。結果建議該些實驗輪子可 -68- 84194 1231822 以含有固定mRR之較低的修整速率，在商業上㈣動輪磨操作下操作，因此可獲得至少兩倍的輪子壽命。實例6 並复顆粒/無_邊_黏結劑聚結物該些聚結顆粒樣品可從描述在表μ中之研磨顆粒、黏社材科及水的簡單混合物而製得。使用來製備該些樣品的^ 瑪結合劑黏結材科組成物為編列在表^中的黏結材科c。孩研磨顆粒為-種炫融的氧化銘38Α研磨顆粒⑽磨料粒度），其可從山特-夠班陶瓷&塑膠有限公司，沃西斯特， MA，美國購得。該些聚結研磨顆粒樣品可以工業上的旋轉鍛燒裝置（由 =頭雷特有限公司（Banlett Ine )，史朵（StQw)，冑亥俄州製造；直接燃燒氣體模型）來製備，該裝置的最高溫度為丨，^^ c，其配備有一35呎（10 7公尺）長，内徑M英吋（〇 π公尺）， 23夬吋（〇·58公尺）厚的耐火管。在大氣條件下，於的熱區域溫度控制設定點處，以2 5rpm的裝置管旋轉速率，3 度的g子傾斜角度及45〇公斤/小時的材料進料速率來進行該聚結製程。在旋轉鍛燒裝置中聚結後，篩選該些聚結研磨顆粒樣品且4驗其鬆裝密度（LPD)及尺寸分佈。這些結果顯示在表 6-1 中。 84194 -69- 1231822 表6 -1聚結細粒V 2的特微樣^品編3虎顆粒液體黏結材料混合物的重量碎 (公斤）黏結材料的重量％(:以顆粒為基礎） “結材料的體積0/， LPD-12/ 盤克/立方公分平均尺寸微米(篩孔尺寸）產率 (-20/+45) % 平均— 相對密度 % V2 60粒度3 8 A 水 C黏結材料 92.9(42.1) 2.8(1.3) 4.3 (2) 4.2 6.7 1.39 520 (-30/+35) 84 36.4 a·黏結材料的體積％為在燒製後於該細粒中的固體材料 (即，黏結材料及顆粒）之百分比，而不包含多孔洞性的體積 % 〇將表些聚結物樣品使用來製造砂輪（型式1 )(所完成的尺寸：20X1X8英吋）（50.8 X 2.54 X 20.3公分）。為了製造研磨輪，可將該些聚結物與一液體黏結劑及一種與表丨_2的黏結材料C相符合之粉末化的玻璃結合劑組成物一起加入至混合器。該些聚結物的結構足以抵抗壓實，而可在遭受研磨輪混合及鑄塑操作後保留有效量具有三維特徵之聚結物。選擇實驗輪予9至11的組成物以產生硬度等級I的輪子，選擇實驗輪子12至16的組成物以產生硬度等級κ的輪子及選擇實驗輪子17至19的組成物以產生硬度等級j的輪子。然後’根據技藝中所熟知的商業砂輪製造技術，塑形該輪子，乾燥’燒製至最高溫度1〇3〇t，分等級，修飾，調整及檢查。 " 據商業上貫行的速度武驗對所冗成的輪子進行安全性武驗’以保証當該輪子安裝在輪磨機器上時具有足夠用於旋^移動的機械強度和足夠用於輪磨操作的機械強度。爆 84194 1231822 破試驗的結果則提供在表6-2。全部的實驗輪子皆具有足夠用於蠕動進料器輪磨操作的機械強度。商業蠕動進料輪磨操作傳統上會在6500 sfpm (33公尺/秒）下操作這些砂輪’而最大操作速度約850〇3£口111(43.2公尺/秒）。該些輪子的組成物（包括在該經燒製的輪子中之研磨料、結合劑及多孔洞性的體積％)、該些輪子的密度及材料性質則描述在表6-2。表6-2研磨輪的特徵輪子 (V2 聚結物）輪子組成物體積％聚結物研磨料結合劑b多孔洞性燒製密度克/立方公分彈性模數 (GPa) 破裂模數 (百萬帕）實際的爆破速度 (公尺/秒） (9) 36.5 34.1 7.5 58.4 1.53 8.1 9.6 66.5 (10) 34.4 32.1 10.5 57.4 1.59 12.7 76.6 (11) 36.5 34.1 8.5 57.4 1.56 10.1 78.6 (12) 41.2 38.4 7.7 53.9 1.69 13.6 12.1 76.4 (13) 39.0 36.4 9.7 53.9 1.68 15.2 80.8 (14) 39.0 36.4 8.7 54.9 1.63 13.0 80.2 (15) 37.9 35.4 9.7 54.9 1.64 13.6 78.9 (16) 39.0 36.4 10.7 52.9 1.69 16.4 88.6 (17) 44.2 41.2 5.6 53.2 1.74 13.2 12.2 61.3 (18) 42.1 39.2 6.6 54.2 1.69 12.9 77.1 (19) 42.1 39.2 8.6 52.2 1.79 17.9 83.5 比較的樣品非聚結顆粒輪子組成ί 聚結物研磨料物體積％結合劑多孔洞性燒製密度克/立方公分彈性模數 (GPa) 破裂模數 (百萬帕）實際的爆破速度 (公尺/秒） 38A60-I96 LCNN Ν/Α 34.1 7.5 58.4 1.58 18.1 10.25 69.4 -71 - 84194 1231822

38A60-K75 LCNN N/A 38.4 7.7 53.9 1.75 23.5 N/A 73.2 38A60-J64 LCNN N/A 41.2 5.6 53.2 1.78 23 N/A 73.6 TG2-80E13 VCF5c N/A 38.0 6.4 55.6 1.68 23.3 23.0 N/A a.該比較用的輪子樣品為商業產物，其可從山特-夠班研磨料有限公司，史塔弗得（Stafford)，英國購得，且每個在表 6-2中以輪子的稱號標出。 b. 該些實驗輪子的結合劑體積％值包括使用在顆粒上來製造聚結物的玻璃化黏結材料體積％。 c. 此輪子在組成物體積％上類似於比較用的輪子 3 8A60-K75 LCNN，但是其已以經拉伸燒結而具有縱深比率大於4 : 1的溶膠凝膠氧化鋁研磨顆粒製得（根據吳的美國 -A-5,738,696及美國-A-5,738,697)。需注意的是其具有較低的密度，但是具有非常類似的彈性模數值（相對於38A60K75 LCNN)。具有相同顆粒、結合劑及多孔洞性的組成物體積％之輪子相當意外地具有明顯不同的彈性模數值。值得注意的是，藉由加入經拉伸的粒子（研磨顆粒）而非以犧牲孔洞謗發物來製造而具有想要的相當高之多孔洞性體積％及相當低密度之比較用的輪子（TG2-80 E13 VCF5)，其彈性模數值不會在彈性模數值上顯示出下降。事實上，該彈性模數值比最接近之相等的比較用的輪子高，且更高於具有相同組成物體積％的實驗輪子。雖然彈性模數性質降低，該些實驗輪子的速度試驗值卻完全可接受。在相同的顆粒、結合劑及多孔洞性之組成物 84194 -72- 1231822 體積％下，實驗輪子〗供 ^ 堇，、有稍微較低的斷裂模數及爆破速度值。該些貫驗輪子的 ^ 雜製的料比較用=低於以相同的組成物體 —1 子。因此’預計在斷裂模數上曰、。飨度的下降亦建議該實驗輪予會在熱製程期間具有抗收縮性（相對於具有相同的組成物體積％之比較用的輪子):且此顯示出具有明顯節省製造成本(在材料成本及在修整操作二者上）的潛力。该些輪子使用描述在實例5中的楔形試驗輪磨條件，在緯動進料輪磨操作中做試驗。該些輪子相料推薦使用在螺動進料輪磨操作中之比較用的商業輪子來進行試驗。該些比車乂用的輪子具有相同尺寸、相同或類似的組成物體積 ^相等的硬度等級（其等級可根據顆粒、結合劑及多孔洞性的成分體積％而決定）及功能性相同的結合化學物，且它們可為其他方面合適於蠕動進料輪磨研究之比較用的輪子。但是，該些比較用的輪子沒有使用聚結顆粒來製造，且使用犧牲孔洞謗發物來獲得意欲的多孔洞性體積％及輪子密度。比較用的輪子之商業輪子稱號及組成物則描述在表 6-2(商業輪子 38A60-I96 LCNN、38A60-K75 LCNN 及 38A60-J64LCNN)。結果提供在下列表6-3中。 84194 -73 - 1231822 表6-3輪磨試驗結果

輪子 V2 輪子組成物體積％聚結研磨結合多孔物料劑洞性最大MRR 立方毫米 /秒/毫米改良 %a 特定的輪磨能量焦耳/立方毫米改良 %a 平均表面粗糙度微米 (9) 36.5 34.1 7.5 58.4 12.6 31 39.0 -31 N/A (10) 34.4 32.1 10.5 57.4 10.6 10 54.7 -3 N/A (11) 36.5 34.1 8.5 57.4 16.2 68 43.1 -24 N/A (12) 41.2 38.4 7.7 53.9 12.4 53 41.9 -24 0.76 (13) 39.0 36.4 9.7 53.9 11.2 38 44.8 -19 0.80 (14) 39.0 36.4 8.7 54.9 12.1 43 40.7 -28 0.90 (15) 37.9 35.4 9.7 54.9 11.3 40 42.7 -22 0.80 (16) 39.0 36.4 10.7 52.9 10.2 25 46.5 -16 0.74 (17) 44.2 41.2 5.6 53.2 13.7 61 40.2 -29 N/A (18) 42.1 39.2 6.6 54.2 12.8 51 41.3 -27 N/A (19) 42.1 39.2 8.6 52.2 10.2 20 49.0 -13 N/A 比較的樣品非聚結顆粒輪子組成物體3 聚結研磨結合物料劑 t% 多孔洞性最大MRR 立方毫米 /秒/亳米特定的輪磨能量焦耳/立方毫米平均表面粗糙度微米 38A60-I96 LCNN N/A 34.1 7.5 58.4 9.7 N/A 56.5 N/A N/A 38A60-K75 LCNN N/A 38.4 7.7 53.9 8.1 N/A 55.1 N/A 0.94 38A60-J64 LCNN N/A 41.2 5.6 53.2 8.5 N/A 56.4 N/A N/A a.為了計算改良值的百分比，該些實驗輪子與最接近的相同等級之比較用的輪子做比較。實驗輪子9-11可與I等級的輪子比較；實驗輪子12 _ 16可與K等級的輪子比較；及實驗輪子17-19可與J等級的輪子比較。如可從表6-3的輪磨試驗結果看見，該些實驗輪子會在發生損壞之前具有較高的MRR (10至68%)，相對於具有相同的組成物體積％之比較用的輪子。在相同組成物下，該些實驗輪子可減低（3至31%)研磨所需之電力（特定的輪磨能 -74- 84194 1231822 量）。這些輪磨操作效率可沒有任何明顯的損失該經研磨的工作部件之表面品質而獲得。結果建議該些實驗輪子可以含有固定MRR的較低修整速率在商業上的蠕動進料輪磨操作下操作，因此可獲得最少兩倍的輪子壽命。實例7 研磨顆粒/有機黏結劑聚結物從研磨顆粒與酚樹脂黏結材料（杜雷日伐肯®樹脂 29-717，比重1.28克/立方公分，其可從杜雷日股份（有限）公司，達拉斯TX購得）的混合物，以描述在表7-1中的量來製備一系列的聚結研磨顆粒樣品（A1-A8)。全部的樣品皆以經矽烷處理之熔融的氧化鋁38A研磨顆粒來製備，該些顆粒可從山特-夠班陶瓷&塑膠有限公司，沃西斯特，MA，美國購得，其磨料粒度（80或46粒度）則編列在表7-1。將該顆粒與樹脂黏結材料放入混合器槽中（樣品A5-A8，型號RV-02，高剪切愛瑞趣混合器（Erich Mixer)，由愛瑞趣公司製造，格尼（Gurnee)，IL ;樣品A1，在由福泰-瓊斯/伊利諾斯齒輪，芝加哥，IL製造的盤混合器中；及樣品A2、 A3及A4，在由波尼菲斯工具及沖模（Boniface Tool and Die)，南橋（Southbridge) ΜΑ定製而製造的盤混合器中）。在 64 rpm的槽速度設定及720 rpm的槳速度設定下開始混合 (樣品A5-A8，在愛依瑞趣（Eirich)混合器中）；或35 rpm的槽速度及靜止槳（樣品A1，在福泰/瓊斯混合器中）；或35 rpm 的槽速度及75 rpm的槳速度（樣品A2-A4，在波尼菲斯混合器中）。當混合時，將足夠的溶劑（糠醛）以一霧狀物噴灑到 84194 -75 - 1231822 該顆粒與黏結材料之混合物上，以使該顆粒與黏結材料聚結在一起。連續將溶劑噴灑到混合物上，僅有直到該顆粒與黏結材料已經形成聚結物。在製備樣品A1中，該溶劑以一塑膠瓶子手動噴灑到該些乾燥組分上。在製備樣品A2-A8 中，將經測量量之溶劑，使用工具霧狀物冷卻劑產生器（Tool Mist Coolant Generator)(其可從瓦斯扣公司（Wesco Company) ，雀斯沃斯（Chatsworth)，CA購得），以連續的霧狀物喷灑到乾燥組分上。在大氣條件下，於室溫中進行該聚結製程。在混合器中聚結後，將該潮溼的聚結研磨顆粒樣品篩選過一美國篩3.5篩孔篩網，且在周圍條件下乾燥過夜。以一粗糙的篩網（美國標準篩，#8篩網用於46粒度聚結物，#20 篩網用於80粒度聚結物）再篩選該樣品，且單層敷開在經排列的含氟聚合物烘烤托盤（約45x30公分）上。然後，在實驗室烤箱（戴斯佩斯（Despatch)型號VRD-1-90-1E，從戴斯佩斯工廒，明尼阿波里斯市（Minneapolis) MN)中，在大氣條件下，加熱至最高溫度160°C，且支持在該溫度下30分鐘以硬化該聚結物。將該經硬化的聚結物在1.5英吋的鋼棒下手動操作輾滾，以部分碾碎且將較大的聚結物分離成較小的聚結物。將該經硬化的聚結物以安裝在振動篩選裝置（羅-泰普；模型RX-29 ; W.S.泰勒有限公司曼跎，0H)上的美國標準試驗篩篩選。篩網篩孔尺寸範圍10至45可用於製成46粒度的聚結物，而20至45可用於製成80磨料粒度研磨砂礫的聚結物。樣品A1-A8之可使用的自由流動聚結物（其定義為在聚結 84194 76- 1231822 之則具有指定的篩孔尺寸（美國標準篩網尺寸）之尺寸分佈的永尨物）之產率則以该顆粒混合物的總重量之重量％顯示在下列表7-1中。在使用來製造研磨輪磨工具之前及之後，試驗該聚結物的鬆裝密度（LPD)、相對密度及尺寸分佈，且光學地觀察它們的特徵。藉由美國國家用於研磨顆粒的容積密度之標準程序來測量該經硬化的聚結物之鬆裝密度（LpD)。藉由將 LPD (p)除以聚結物的理論密度（μ)(假設零多孔洞性）來計算起始平均相對密度（以百分比表示）。該理論密度可從該黏結材料的重量百分比及比重與包含在該聚結物中的研磨顆粒 < 重1百分比及比重，根據混合物方法的體積規則來計算。每些聚結物具有合適於使用在商業研磨砂輪製造之 LPD、相對密度及尺寸分佈特徵。該些聚結物的試驗結果顯示在表7-1。所完成經硬化的聚結物具有三維形狀，其可在三角形、球形、乂方形、矩形、圓柱形及其它幾何形狀當中變化。藏些聚結物由眾多各別的研磨砂礫（例如，2至40個砂礫）所、、為二&可藉由樹脂黏結材料在砂礫對砂礫接觸點處〜口在一起。以材料密度及容積的計算結果為基礎，該名〜物塊的多孔洞性約為18體積％。該些聚結物的結構足以才-杬壓貝，而可在遭受研磨輪混合及鑄塑操作後保留有效里維持起始的三維特徵之聚結物。 84194 -77- 1231822 表7-1聚結細粒之特徵樣品編號混合物：顆粒，溶劑，黏結材料混合物的重量 (公斤）混合物中的溶劑重量 % 黏結材料的重量°/〇(以總固體為基礎）黏結材料的體積0/， LPD 克/立方公分-20/ +45篩孔比例平均尺寸微米 (篩孔） -25/+45 篩選尺寸產率％重量％ (篩孔尺寸範圍）相對密度的平均％樣品1 A1 80粒度38A，糠醛，酚樹脂 12 混合物 @ 每個1 公斤 3.5 10 25.5 1.11 500 (36) 70 (-20 至 +45) 34 A2 80粒度38A，糠醛，酚樹脂 5公斤 2.5 10 25.5 1.17 500 (36) 70 (-20 至 +45) 35.8 A3 80粒度38A，糠醛，酚樹脂 5公斤 2.5 10 25.5 1.2 500 (36) 70 (-20 至 +45) 36.7 才襄品2 A4 80粒度38A，糠醛，酚樹脂 5公斤 2.5 9.1 23.6 1.20 500 (36) 70 (-20 至 +45) 36.1 A5 80粒度38A，糠酸，酉分樹脂 6 混合物 @ 每個2.5 公斤 2.0 10 25.5 0.97 500 (36) 80 (-20 至 +45) 29.7 樣品3 A6 80粒度38A，糠醛，酚樹脂 25 混合物 @ 每個5 公斤 1.9 10 25.5 1.10 500 (36) 80-85 (-20 至 +45) 33.7 樣品4 A7 46粒度38A，糖酸，酚樹脂 2.5公斤 2.0 10 25.5 1.07 1400 (14) 66 (-10 至 +20) 32.7 A8 46粒度38A，糠酸，酚樹脂 2.5公斤 2.0 10 25.5 0.94 1400 (14) 64 (-10 至 +20)或 (-14 至 +20) 28.7 樣品5 A9 80粒度38A，糠趁，黏結材料A 2.5公斤 2.0 10 25.5 1.09 500 (36) >90 C-20 至 +45) 33.4 84194 -78- 1231822 Α10 80粒度38Α，糠趁，黏結材料Β 2.54 公斤 2.0 11.3 25.5 1.10 500 (36) >90 (-20 至 +45) 33.2 All 80粒度38A，糠醛，黏結材料C 2.57 公斤 1.9 12.6 25.5 1.15 500 (36) >90 (-20 至 +45) 32.7 A12 80粒度38A，糠醛，黏結材料D 2.61 公斤 1.5 13.8 25.5 1.10 500 (36) >90 (-20 至 +45) 32.2 A13 80粒度38A，糠醛，黏結材料E 2.65 公斤 1.5 15.0 25.5 1.08 500 (36) >90 (-20 至 +45) 31.2 a.黏結材料的體積％為在硬化後於該細粒中的固體材料 (即，黏結材料及顆粒）之百分比，而不包含多孔洞性的體積 %。該經硬化的聚結物之黏結材料的體積％可藉由假定無内部多孔洞性且無混合損失而計算。研磨輪使用聚結物樣品Al、A2及A3來製造型式6杯研磨砂輪（所完成的尺寸：3.5 X 3.75 X 0.88-0.50 英吋框邊）（8.9X9.5X 2·2-1.3公分框邊）。為了製造該些實驗研磨輪，將該些聚結物與酚樹脂結合劑組成物手動地混合（每批250克），直到獲得均句的混合物。該樹脂結合劑組成物為一種含2 2重量％的液體酚樹脂（V-1181，來自漢尼威爾國際有限公司，摩擦力分開，戳依ΝΥ)及78重量％之粉末化的酚樹脂（杜雷日伐肯®樹脂29-717，來自杜雷日股份（有限）公司，達拉斯ΤΧ) 的混合物。將該均勾的聚結物與結合劑之混合物放入鑄模中，且施加壓力以形成一未火燒階段（未硬化的）的輪子。根據技藝中所熟知的商業砂輪製造技術，將這些未火燒的輪 84194 -79- 1231822 子從鑄模中移出，將其包裹在塗佈紙中，藉由加熱至最高溫度160°C而硬化，分等級，修飾及檢查。根據商業上實行的速度試驗對所完成的輪子進行安全性試驗，以保証當該些輪子安裝在輪磨機器上時具有足夠用於旋轉移動的機械強度，且具有足夠用於輪磨操作的機械強度。全部的實驗輪子皆可在7200 rpm速度試驗下存活，因此，具有足夠用於表面輪磨操作的機械強度。該些輪子的組成物（包括該經硬化的輪子之研磨料、結合劑及多孔洞性的體積％)則描述在表7-2。表7-2研磨輪的特徵實驗輪子 (聚結物樣品實例 7，表7-1) 輪子組成物體積％研磨料a 結合劑b多孔洞性聚結物的重量 % 結合劑的重量 % 輪子密度克/立方公分全部為D等級 W1 (A1) 30 24 46 88.3 11.7 1.492 W2 (A2) 30 24 46 88,3 11.7 1.492 W3 (A3) 30 24 46 88.3 11.7 1.492 W4 (A4) 34 20 46 93-3 6.7 1.599 比較的樣品編號(商業標號f 顆粒的體積％結合劑的體積％多孔洞性的體積％研磨料的重量 % 結合劑的重量 % C1L 38A80-L9B18 無聚結物 46 25 29 84.6 15.4 2.149 C1P 38A80-P9B18 無聚結物 46 31 23 81.6 18.4 2.228 a)在46體積％的研磨顆粒下，該比較的輪子包含一比以30 或34體積％的研磨顆粒製造之實驗輪子還大的研磨顆粒體積％(即，多於12-16體積％)。 84194 -80- 1231822 b) 該些實驗輪子的結合劑體積％值包括使用在顆粒上來製造該些聚結物之樹脂黏結材料及使用來製造該些輪子之結合劑的體積％。以初步試驗的觀察為基礎，將該些實驗輪子配製（組分的體積百分比）成D等級硬度（以諾頓公司用於商業輪子的硬度等級尺度）。 c) 該比較用的輪子樣品為商業產物配方，其可從山特-夠班研磨料有限公司，沃西斯特，MA購得，及每個以表7-2所指出之由字母與數字符號所構成的輪子稱號出售。該些輪子包含紛樹脂結合劑、CaF2及中空莫來石球、38A氧化鋁研磨顆粒’且如指出具有L或P的硬度等級（諾頓公司硬度等級尺度）。运些實驗輪子進行表面輪磨操作試驗而發現其合適於商業用途。該些實驗輪子與推薦用於商業的表面輪磨操作用途而描述在表7-2之比較用的輪子來做試驗。該些比較用的輪子具有相同尺寸、相同研磨顆粒及結合劑型式，且可為其他方面合適於在表面輪磨研究中用來評估實驗輪子之比較用的輪子’但是它們沒有使用聚結顆粒來製造。這些輪磨試驗結果則顯示在表7-3。輪磨試驗將本發明的輪子與比較用的輪子以高接觸面積的表面輪磨4驗（设叶用來模仿商業上的盤式輪磨操作）來試驗。使用下列條件。輪磨條件：機器：歐庫瑪（〇kuma)GI-20N，OD/ID輪磨器 84194 -81 - 1231822 輪磨模式：表面研磨（面），·盤模擬試驗輪子速度：6,000 rpm;每分鐘5,498表面切削英呎（27.9公尺 /秒）操作速度：10 rpm : 20.9 sfpm/0.106公尺/秒橫向進給速率·· 0.0105英吋/分鐘（0.0044毫米/秒）/0.0210英吋（0.0089毫米/秒）冷卻劑：春VHPE210，5%比率（含有充分去離子化的水）工作部件材料：52100鋼8英吋OD (20.3公分）X 7英吋ID (17.8 公分）χ〇.50英吋（1.27公分）框邊，Rc-60硬度修整：鑽石簇；comp. 0.001英吋，0.01英吋導線表7-3.輪磨試驗結果樣品 (表 7-2) 橫向進給毫米/rev WWR (立方毫米/秒） MRR (立方毫米/秒）電力 W G-比率 G-比率/ 研磨料體比例a 特定的能量焦耳/立方毫米 C1L 0.0533 1.682 63.47 2160 37.7 82.0 34.03 0.0267 0.310 32.96 1440 106.5 231.5 43.69 C1P 輪子C 0.0533 0.606 65.93 2274 108.7 236.4 34.49 0.0267 0.133 33.43 2693 251.5 546.7 80.56 輪子D 0.0533 0.402 66.42 2713 165.1 358.8 40.84 0,0267 0.109 33.37 2474 305.5 664.1 74.13 W1 - - - - - 0.0267 0.062 33.50 1975 54.2 1804 58.95 W2 0.0533 0.231 66.73 2792 288.6 961.9 41.84 0.0267 0.061 33.48 2154 548.8 1829 64.35 84194 -82- 1231822 W3 0.0533 0.244 66.73 2892 273.5 911.7 43.34 0.0267 0.059 33.53 2194 566.6 1889 65.43 W4 0.0267 0.116 33.43 1915 289.1 850.4 57.28 a. G-比率/研磨料的體積％比例為在該輪子中的顆粒之輪磨性能的測量量。該計算可常態化輪磨性能以說明在實驗與比較用的輪子當中研磨顆粒體積％之明顯差異。可容易看見的是，在實驗輪子中的研磨顆粒可在體積比例基礎上實現明顯較好的輪磨效率（即，需要較少的顆粒以實現相同的輪磨效率程度）。結果顯示出根據本發明所製造之砂輪可抵抗輪子：損更能以等於最接近之用比較的砂輪之橫向進給速率及材料移除速率（MRR)來操作，且在相等的特定輪磨能量下具有較長的輪子生命週期（WWR)或在相等的輪子壽命下有較低的特定的輪磨能量。具有較高的研磨顆粒體積百分比（34%) 之實驗輪子(W4)未預期地顯示出比其它包含較少研磨顆： (30%)之實驗輪子有較高的輪子磨損速率。在〇〇267的橫= 進給下，全部的實驗輪予可在—提供的MRR下具有比:較用的輪子還低之特定能量。因為較低的特定輪磨能量愈，低的燃燒可能性有關，本發明中的輪予經觀察具有比= 用的輪子還少Μ作料燃燒。再者，相對於比較用料子，該些實驗輪子可實現明賴好的輪磨效率（以研磨體積比例為基礎)(即，需要較少的顆粒而可實現相同的輪工 84194 -83 - 1231822 效率程度）。此結果挑戰在結合研磨料技藝中所習知的知識 (即包含更多顆粒之較高等級的輪子將比較低等級（較軟）的輪子更具抗磨損性且可實現較好的輪子壽命及輪磨效率）。因此，本發明的輪子之優越的性能明顯且出乎意料。實例8 研磨輪使用聚結物樣品A4及A5來製造型式6杯砂輪（所完成的尺寸 5·〇χ2·〇Χ〇·625_1·5英对框邊（12.7Χ5.08Χ1·59_3·81 公分框邊）。該些實驗研磨輪可根據上述描述在實例7中的方法而製造。可在使用該些聚結物的未火燒輪子之鑄塑及加壓期間觀察到的是，該混合物需要某些壓縮以便達成一具有足夠用於表面輪磨的機械強度之經硬化的輪子。若該铸模充滿辞合劑與聚結物之混合物，且在鑄塑期間基本上無壓縮發生 (如此該些聚結物保留其原始的LPD)時，則所產生之經硬化的實驗輪子會在輪磨上無顯示出優勢（相對於比較用的輪子）。但是，若施加足夠的壓力來塑形該聚結物與結合劑的混合物以壓實該混合物體積至少8體積％時，則該輪子會在表面輪磨試驗中顯示出改善的輪磨性能。已觀察到的是在範圍8-35體積％ (以聚結物的原始LpD及放置在鑄模中的混合物體積為準）内的壓縮體積值可產生具有本發明之優勢的可操作之輪子。可進一步觀察到的是壓碎8至丨5體積％之聚結物不會改變以此聚結物製得之輪子的輪磨性能。根據商業上實行的速度試驗對所完成的輪子進行安全性 84194 -84 - 1231822 試驗，以保証當該些輪子安裝在輪磨機器上時具有足夠用於旋轉移動的機械強度及足夠用於輪磨操作的機械強度。全部的實驗輪子皆可在6308 rpm的速度試驗下存活，因此，具有足夠用於表面輪磨操作的機械強度。該些輪子的組成物（包括在該經硬化的輪子中之研磨料、結合劑及多孔洞性的體積％)則描述在表8-1。表8-1研磨輪之特徵輪子 (聚結物樣品實例2，表7-1)等級彈性模數 GPa 輪子組成物體積％研磨料a結合劑d多孔洞性聚結物的重量 % 結合劑的重量 % 空氣滲透性d 輪子密度克/立方公分樣品編號 W5 (A4) D 3.290 30 24 46 87.4 12.6 7.9 1.492 W6 (A4) D 3.305 34 20 46 92.4 7.6 7.5 1.599 W7 (A4) D 1.458 30 18 52 92.2 7.8 10.8 1.415 W8 (A4) D 3.755 34 20 46 93.3 6.7 5.8 1.599 W9 (A4) D 4.615 30 30 40 83.1 16.9 4.4 1.569 比較的樣品編號 (商業標號f 彈性模數 GPa 顆粒的體積％結合劑的體積 % 多孔洞性的體積％研磨料的重量 % 結合劑的重量 % 空氣滲透性d 輪子密度克/立方公分 C2I 38A80 I9B18 無聚結物 14.883 46.0 21.2 32.8 86.6 13.4 1.1 2.098 C2L 38A80 L9B18 無聚結物 18.001 46.0 25.0 29.0 84.6 15.4 0.7 2.149 C2P 38A80 P9B18 無聚結物 20.313 46.0 31.0 23.0 81.6 18.4 0.3 2.228 C2T 38A80 T9B18 無聚結物 25.464 46.0 38.3 15.7 78.2 21.8 0.1 2.325 a) 在46體積％的研磨顆粒下，該些比較用的輪子包括一比由30或34體積％的研磨顆粒所製造之實驗輪子還大的體積 %之研磨顆粒（即，多於12-16體積％)。 -85 - 84194 1231822 b) 该貝驗輪子的結合劑體積％值包括使用在顆粒上以製造聚結物的樹脂黏結材料之體積％及使用來製造輪子的結合劑心體積％。輪子W5、W6及W8則製成諾頓等級尺度的D 等級。輪子W7製成A等級及輪子W9製成σ等級硬度，在諾頓公司用於商業輪子之硬度等級尺度上。 c) 省些比較用的輪子樣品為商業產物配方，其可從山特_ 狗班研磨料有限公司，沃西斯特，MA購得，及每個以在表 8-1中所指出之由字母與數字符號所構成的輪子稱號出 ^ 亥二輪子包含紛樹脂結合劑、CaF2、中空莫來石球、 38A氧化鋁研磨顆粒，且如指出具有1、乙、1>或丁的硬度等級 (諾頓公司商業尺度）。 d) /鳥體（空氣）滲透性以立方公分/秒/英吋的水之單位提供’且利用描述在美國專利案號5,738,696及5,738,697中的方法，以1 · 1公分的噴嘴來測量。來將聚結物與輪子結合在一起之酚掏孩些聚結物的表面之空隙區域中吸引在孩些經硬化的實驗輪子之截面圖的光學檢查中，使用一起之酚樹脂顯露出已朝向繞著

中包含一研磨顒粒/結合劑基質。 84194 -86- 1231822 這些實驗輪子以表面輪磨操作來試驗，而發現可合適於商業用途。貫驗輪子與描述在表8-1而使用在商業表面輪磨操作中之比較用的輪子做試驗。該些比較的輪子具有相同尺寸、相同研磨顆粒及結合劑型式，且可為其他方面能於表面輪磨研究中用來評估實驗輪子之可比較的輪子，但是 b們沒有使用聚結顆粒來製造。輪磨試驗條件及結果提供在下列及在表8-2中。輪磨試驗本發明之輪子與比較用的輪子在設計用來模仿商業上的盤式輪磨操作之鬲接觸面積的表面輪磨試驗中試驗。使用下列條件。輪磨條件：機器··軌道輪磨器；最大電力：45馬力輪磨模式：面輪磨（盤模擬試驗）輪子速度：4202 rpm ;每分鐘5500表面切削英呎（27.9公尺/ 秒）操作速度：3 rpm ; 37.7 sfpm/0.192公尺/秒檢向進給速率：0,0027英对/rev (0.0686毫米/rev)及0.004英叶/rev (0.1016 毫米/rev) 研磨時間：15分鐘拋到消失火花（Sparkout) : 10秒冷卻劑··春克莉兒，2%比率（含有充分去離子化的水）工作部件材料：1070鋼48英吋0D (1.22公尺）X 46.5英吋ID (1.18公尺）\ 0 75英吋（191公分）框邊，1^300-331布林内兒硬度；無修整 84194 -87 - 1231822 表8-2.輪磨試驗結果樣品 (表 8-1) &等級橫向進給 (毫米/rev) WWR (立方毫米/秒） MRR (立方毫米/秒）電力 (W) G-比率 MRR/ WWR G-比率/ 研磨料體積比例a 特定的輪磨能量 (焦耳/立方毫米） C2I 0.0686 18.35 125.07 5368 6.81 14.81 42.92 0.1016 35.65 128.51 5100 3.60 7.84 39.69 C2L 0.0686 13.83 155.37 7242 11.24 24.43 46.61 0.1016 28.93 173.32 7372 5.99 13.02 42.54 C2P 0.0686 11.96 168.04 8646 14.05 30.53 51.45 0.1016 24.91 200.38 9406 8.04 17.49 46.94 0.0686 11.56 171.39 8700 14.83 32.23 50.76 0.1016 25.29 198.16 8906 7.84 17.03 44.94 C2T 0.0686 8.56 190.95 10430 22.31 48.51 54.62 0.1016 21.03 226.52 11012 10.77 23.42 48.61 0.0686 8.33 192.48 10013 23.10 50.22 52.02 0.1016 20.56 230.27 10857 11.20 24.35 47.15 W5D 0.0686 9.50 184.57 7962 19.42 64.74 43.14 0.1016 23.87 207.37 8109 8.69 28.96 39.10 0.0686 9.83 182.44 7731 18.56 61.85 42.38 0.1016 24.11 206.15 7970 8.55 28.50 38.66 W6D 0.0686 13.57 157.10 6267 11.58 34.04 39.89 0.1016 30.08 165.42 6096 5.50 16.17 36.85 0.0686 13.98 154.66 6142 11.07 32.54 39.72 0.1016 27.93 179.91 6463 6.44 18.95 35.93 W7 A 0.0686 23.25 91.73 3278 3.95 13.15 35.73 0.1016 39.67 101.05 3330 2.55 8.49 32.95 0.0508 15.15 82.10 3083 5.42 18.07 37.56 0.0686 23.14 92.44 3321 3.99 13.31 35.93 0.1016 39.33 103,27 3434 2.63 8.75 33.26 0.0508 14.73 84.94 3179 5.77 19.22 37.43 W8D 0.0686 13.48 158.01 6523 11.72 34.47 41.28 -88- 84194 1231822 0.1016 28.04 179.60 6810 6.41 18.84 37.92 0.0686 12.94 161.36 6533 12.47 36.67 40.49 0.1016 26.04 192.77 7139 7.40 21.77 37.03 W9G 0.0686 5.15 214.05 10317 41.57 138.6 48.20 0.1016 16.84 254.80 10761 15.13 50.42 42.23 0.0686 5.39 213.34 10274 39.58 131.9 48.16 0.1016 16.72 255.62 10677 15.28 50.95 41.77 a. G-比率/研磨料的體積％比例為在該輪子中之顆粒的輪磨性能之測量。該計算可常態化該輪磨性能，以說明在實驗與比較用的輪子當中於研磨顆粒體積％上的明顯差異。可容易看見的是，在該些實驗輪子中的研磨顆粒可實現明顯較好的輪磨效率（以體積比例為基礎）（即，需要較少的顆粒來實現相同的輪磨效率程度）。該結果顯示出根據本發明而製得之砂輪可在相等的特定輪磨能量下具有較長的輪子生命週期（WWR)，或可在相等的輪子壽命下具有較低的特定輪磨能量。因為較低的特定輪磨能量與較低的燃燒可能性有關，本發明中的輪子觀察到具有比比較用的輪子還少的工作部件燃燒。再者，相對於比較用的輪子，該些實驗輪子可實現明顯較好的輪磨效率（以研磨顆粒體積比例為基礎）（即，需要較少的顆粒以實現相同的輪磨效率程度）。此結果挑戰在結合研磨料技藝中所習知的知識（即具有更多顆粒之較高等級的輪子比較低等級（較軟）的輪子更具抗磨損性且可實現較好的輪子壽命及輪磨效率）。因此，根據本發明可製造及操作一實驗砂輪，其具有可由商業所接受之足夠的機械強度，但是具有比較低之測量 84194 -89- 1231822 硬度等級及比較高量的互連多孔洞性（其以連續相存在於該輪子的研磨基質内）。實例9 研磨輪使用聚結物樣品A6來製造型式6杯砂輪（所完成的尺寸 5·〇 X 2·0 X 0.625-1.5英吋框邊（12.7X5.08 X 1·59-3·81公分框邊）。該些實驗研磨輪可根據上述描述在實例7中的方法來製造。根據商業上實行的速度試驗對所完成的輪子進行安全性試驗，以保証當該些輪子安裝在輪磨機器上時具有足夠用於旋轉移動的機械強度及足夠用於輪磨操作的機械強度。全部的實驗輪子皆可在6308 rpm速度試驗下存活，因此，具有足夠用於表面輪磨操作的機械強度。孩些輪子的組成物（包括該經硬化的輪子之研磨料、結合劑及多孔洞性的體積％)則描述在表9_1。表9-1研磨輪特徵聚結物樣品 (表 7-1) to組成物體精％研磨料a結合劑b多孔洞性聚結物的重量％結合劑的重量％實驗輪子 (聚結物樣品實例3) 等級

^琢些實驗輪子的結合劑體積％值包括使用在顆粒上以製造聚結物之樹脂黏結材料的體積％與使用來製造輪子之結合劑的體積％。如先則貫例8般光學觀察該經硬化的實驗輪子，此可說明 84194 -90- 1231822 該結合劑會漂移進入在表面處或在聚結物内的空隙區域。再次，淨結果為可產生一複合物結構，其包括一在包含互相連接本質的多孔洞性之連續相中的研磨顆粒/結合劑基質。這些實驗輪子以實例8的表面輪磨操作試驗，且發現合適於商業上的用途。該些實驗輪子的輪磨結果可與描述在表 8-1之四個比較用的輪子之結果比較。該些比較用的輪子具有相同尺寸、相同研磨顆粒型式，且可其他方面合適於在此表面輪磨研究中用來評估實驗輪子，但是它們沒有使用聚結顆粒來製造。這些輪磨試驗結果顯示在表9-2。表9-2. 輪磨試驗結果#3,924 輪子樣品 (表 9-1) 等級橫向進給 (毫米/rev) WWR (立方毫米/秒） MRR (立方毫米/秒）電力 (W) G-比率 MRR/ WWR G-比率/ 研磨料的體積比例" 特定的輪磨能量 (焦耳/立方毫米） W10D 0.0686 6.15 206.97 9397 33.63 112.1 45.40 0.1016 18.72 241.93 9697 12.93 43.1 40.08 0.0508 6.80 202.82 9147 29.82 99.4 45.10 0.0686 17.69 248.92 10143 14.07 46.9 40.75 Wll A 0.0686 18.48 124.05 4733 6.71 22.4 38.16 0.1016 34.70 133.99 4777 3.86 12.9 35.65 0.0508 12.34 100.74 3979 8.16 27.2 39.50 0.0686 18.15 125.98 4721 6.94 23.1 37.48 0.1016 34.78 133.59 4768 3.84 12.8 35.69 0.0508 11.75 104.70 4083 8,91 29.7 39.00 C2L 0.0686 13.83 155.37 7242 11.24 24.43 丨 46.61 0.1016 28.93 173.32 7372 5.99 13.02 42.54 a. G-比率/研磨料的體積％比例為在輪子中的顆粒之輪磨性能的測量值。該計算可常態化該輪磨性能，以說明在實 -91 -

84194 1231822 在表8_1中）輪子當中於研磨顆粒的

驗與比較用的（樣品C2L，體積％上明顯之差異。$ 孩二實驗輪子相當低之硬度等級（八及D)顯示出較高的 WWR，但是比可比較的輪子（例如，樣品c2l，l等級輪子，在表8-1中）在相同輪磨操作下運轉時取用較低的電力。在表 8-1中可比較的輪子（L等級至p等級）比實驗輪子Wl〇及wii 多硬8個等級（諾頓公司尺度）。該些實驗輪子的性能（g_比率，MRR及降/較低的電力消耗）在大部分的試驗輪磨運轉時意外地超過可比較的輪子。再者’相對於比較用的輪子，該些實驗輪子可實現明顯較好的輪磨效率（以研磨顆粒體積比例為基礎X即，需要較少的顆粒來實現相同程度的輪磨效率）。此結果挑戰在結合劑研磨料技藝中所習知的知識（即具有更多顆粒之較高等級的輪子將比較軟等級的輪子更具抗磨損性且可實現較好的輪子壽命及輪磨效率）。因此’可根據本發明製造及操作一實驗砂輪，其具有足夠且商業上可接受的機械強度，但是比較低之測量硬度等級及比較高的互連多孔洞性。實例10 使用聚結物樣品A7及A8來製造砂輪（所完成的尺寸5 ·〇 x 2·〇Χ〇. 625-1,5英叶框邊（127><5.08X1.59-3.81公分框邊）。 84194 -92- 1231822 對輪子W12及W13來說，使用-10/+20篩孔的尺寸分佈範圍來篩選聚結物樣品。對輪子W14來說，可使用-14/+20篩孔之尺寸分佈範圍來篩選聚結物樣品。該些實驗研磨輪可根據上述描述在實例7中之方法製造。根據商業上實行的速度試驗對所完成的輪子進行安全性試驗，以保証當該些輪子安裝在輪磨機器上時具有足夠用於旋轉移動的機械強度及足夠用於輪磨操作的機械強度。全部之實驗輪子皆可在 6308 rpm速度試驗下存活，因此，具有足夠用於表面輪磨操作的機械強度。該些輪子的組成物（包括在該經硬化的輪子中之研磨料、結合劑及多孔洞性的體積％)則描述在表 10-1 中。表10-1研磨輪之特徵

實驗輪子，等級聚結物 (表 7-1) 尺寸彈性模數 GPa 輪子組成物體積％研磨料a 結合劑b多孔洞性聚結物的重量 % 結合劑的重量 % 空氣滲透性d W12D A7 -10/+20 3.535 30 24 46 88.3 11.7 13.3 W13D A8 -10/+20 3.469 30 24 46 88.3 11.7 12.0 W14D A8 -14/+20 3.689 30 24 46 88.3 11.7 11.2 比較的樣彈性顆粒的結合劑的多孔洞研磨料結合劑品編號商業標號f 模數 GPa 體積％體積％性的體積％的重量 % 的重量 % C4L 38A46-L9B18 無聚結物 14.411 46.0 25.0 29.0 84.6 15.4 N/A a)在46體積％的研磨顆粒下，該些比較的輪子包含一比以 30體積％的研磨顆粒所製造之實驗輪子還大的研磨顆粒體 84194 -93 - 1231822 積％ (即，多於16體積0/〇)。 b)該些實驗輪子的結合劑體積％值包括使用在顆粒上以製造聚結物之樹脂黏結材料的體積％與使用來製造輪子之結合劑的體積％。 C)該些比較用的輪子樣品為商業產物配方，其可從山特夠班研磨料有限公司，沃西斯特，MA購得，及每個以在表 10-2中所指出之由字母與數字符號所構成的輪子稱號出售。邊些輪子包含盼樹脂結合劑、Cah、中空莫來石球、 38A氧化銘研磨顆粒，且如指出具打硬度等級（諾頓公司商業尺度）。句該流體)空氣）渗透，陡可以立方公分/秒/英叶的水單位提供’且可藉由描述在美國專利案號5,738,696及ms,⑷中的方法，以1 · 1公分的喷嘴測量。連接本質的多孔洞性組成之連續基質。如先前實例8及9般光學觀察該經硬化的實驗輪子，立可說明該結合劑已漂移進人在表面處的空隙區域或進入聚結物中。淨結果為可產生一複合物結構，其包含一在由互相相中的研磨顆粒/結合劑這些實驗輪子可以表面輪磨操作試驗，而發現可合適於商業上的用途。該些實驗輪子與描述在表i(m商業上使用在表面輪磨操作巾之比較㈣輪子來做試驗。該些比較用的輪子具有相同尺寸、相同研磨顆粒及結合劑型式，且可其他方面合適於表面輪磨研究而用來評估實驗輪子，但是沒有以聚結物來製造。 84194 -94- 1231822 輪磨試驗條件及結果則提供在下列及在表10-2中。輪磨條件：機器：軌道輪磨器；最大電力45馬力輪磨模式：面輪磨（盤模擬試驗）輪子速度：4202 rpm ;每分鐘5500表面切削英呎（27.9公尺/ 秒）操作速度：6 rpm (75.4 sfpm/0.383公尺/秒）橫向進給速率：0.0010英吋/rev (0.0254毫米/rev)，0.0014英吋/rev (0.0356 毫米/rev)，0.0020英吋/rev (0.0508 毫米/秒）及 0.0027英吋/rev (0.0686毫米/rev) 研磨時間：在每種進料速率下15分鐘；45馬力拋到消失火花：10秒冷卻劑··春克莉兒，2%比率（含有充分去離子化的水）工作部件材料：AISI 1070鋼48英吋OD (1.22公尺）X 46.5英吋ID (1.1 8公尺）X 0.75英吋（1.91公分）框邊，HB3 02布林内兒硬度修整：無表10-2.輪磨試驗結果樣品 (表 1〇_1) 等級橫向進給 (毫米/rev) WWR (立方毫米/秒） MRR (立方毫米/秒）電力 (W) G-比率 G-比率/ 研磨料的體積比例" 特定的輪磨能量(焦耳/立方毫米） C4L 0.0686 49.58 169.46 6119 3.42 7.43 36.11 0.0508 28.77 179.20 7423 6.23 13.5 41.42 0.0356 17.52 143.00 6214 8.16 17.7 43.46 W12D 0.0686 28.84 309.44 12249 10.73 35.8 39.58 0.0508 18.54 248.32 10887 13.40 44.6 43.84 84194 -95- 1231822 0.0356 9.66 196.12 9831 20.31 67.7 50.13 0.0254 4,54 156.08 8876 34,41 114.7 56.87 W13 D 0.0686 30.41 299.50 11613 9.85 32.8 38.78 0.0508 19.35 242.75 10320 12.54 4L8 42.51 0.0356 10.39 191.15 9386 18.39 61.3 49.10 W14D 0.0686 24.82 336.59 13467 13.56 45.2 40.01 0.0508 19.92 238.89 10099 11.99 40.0 42.27 0.0356 8.93 200.98 9892 22.49 75.0 49.22 a. G-比率/研磨料的體積％比例為在輪子中的顆粒之輪磨性能的測量值。該計算可常態化輪磨性能，以說明在實驗與比較的輪子當中於研磨顆粒體積％上明顯的差異。可容易看見的是，在實驗輪子中的研磨顆粒可實現明顯較好的輪磨效率（以體積比例為基礎）（即，需要較少的顆粒來實現相同程度的輪磨效率）。對該些實驗輪子來說，其電力消耗稍微較高，但是WWR 明顯低於比較用的輪子。咸信若該些實驗輪子已經在使用於比較用的輪子之較低的MRR下操作時，該些實驗輪子將會取用較少的電力。再一次，相對於比較用的輪子，該些實驗輪子可實現明顯較好的輪磨效率（以研磨顆粒體積比例為基礎）（即，需要較少的顆粒來實現相同程度的輪磨效率）。此結果挑戰在結合劑研磨料技藝中所習知的知識（即較高等級的輪子將比較低等級（較軟）的輪子更具抗磨損性且可實現較好的輪子壽命及輪磨效率）。實例11 研磨顆粒/有機黏結劑聚結物 84194 -96- 1231822 可使用不同的黏結材料（如插述在下列表叫中）來製造聚結研磨顆粒樣品A9-A13 (砉7 !、 ^ ^ ^ 、衣/_1)。如先前實例7般，這些夕長、、、口物可從研磨類私、h '、 I ;紛樹脂（杜雷日伐肯®樹脂二：比重U克/立方公分，可從杜雷曰股份(有限)公司，達拉斯T鳩得卿結材料之混合物與制在表叫的充填劑-起而製備。該些顆粒及黏結材料以描述在表叫中的量使用。全部的樣品皆可以炫融、經㈣處理的氧化銘38A研曆顆粒(8〇磨料粒度’可從山特，班陶綱膠有限公司，沃西斯特，MA，美國講得）而製備。將孩顆粒及樹脂黏結材料放人高剪切的愛依瑞趣混合器號购2，其可由愛依端趣公司，格尼，IL製造）。該

混合在64 rpm的槽速f I 日I度叹疋及72〇 rpm的槳式速度設定下開口三當混合時’可以—經控制的速率將足夠的溶劑（糠酸） 2狀物噴灑到該些顆粒及黏結材料之混合物上，以使該 ”黏’》材科聚結在_起。將溶劑連續噴灑到該混合物八，、僅直到顆粒與黏結材料已形成聚結物（即，以15_20克/ 妹好在包含2.25公斤的顆粒與表11·1中所指出的黏〜材料量-起之配料上嘴灑7分鐘）。該噴灑可以工且喷霧 :卻劑產生器(其可從瓦斯扣公司，雀斯沃斯，CA購得;來仃。在大氣條件下，於室溫中進行該聚結製程。在混合器中聚結後，將該潮澄的聚結研磨顆粒樣品篩選 :?吴國標準篩，且在周圍的條件下乾燥過夜。然後，再師選該樣品以產生_20/+45的細粒分伟，且在排列的各氟聚合物烘烤托盤（約45 X 30公分）上敷開成單屬。然後，將該些 84194 -97- 1231822 聚結物於大氣條件下放置在烤箱中，溫度增加至最高溫度 160°C，且將該聚結物支持在該最高溫度下30分鐘以硬化該樹脂黏結材料。將該經硬化的聚結物在1 ·5英吋之鋼棒下手動操作輾滾，以部分壓碎且將較大的聚結物分離成較小的聚結物，然後篩選成想要的尺寸分佈。可使用的自由流動永結物（定義為具有_ 2 0至+ 4 5篩孔（美國標準篩網尺寸）尺寸分佈的顆粒），在聚結之前的產率為〉該顆粒混合物之總重量的9 0重量％。在使用來製造研磨輪磨工具之前及之後，試驗該些聚結物的鬆裝密度（LPD)、相對密度及尺寸分佈及它們的光學特欲。結果顯示在表7 -1。這些聚結物具有合適於使用在商業上的研磨砂輪製造之 LPD、相對密度及尺寸分佈特徵。所完成經硬化的聚結物具有三維形狀，其可在三角形、球形、立方形、矩形、圓柱及其它幾何形狀當中變化。該些聚結物由眾多各別的研磨/礫（例如，2至40個砂礫）所組成，該些砂礫在砂礫對砂磉接觸點處藉由樹脂黏結材料結合在—起。該些聚結物的〜構足以&抗壓實’ @可在冑受研磨輪混合及鑄塑操作後保：―維特徵(即’在輪子製程期間該些聚結物並無明顯的戸刀（例如，<20重里％)減低成各別的研磨砂礫結構）。可觀察到該由樹脂與充填材科之組合所製造的聚結物比以樹脂 :無充填劑所製造之聚結物較不黏，且較易分離。再者，當將无填劑加人至該樹脂時，需要稍微較小量的溶劑。 0此’隨著小小的改質，當無機充填材料(想要摻入該砂 84194 -98- 1231822 輪）已經加入至該些有機結合材料時，亦可使用與使用來製造含有酚樹脂黏結材料的聚結物相同之方法來製造含有有機結合材料的研磨顆粒聚結物。表11-1使用在聚結物A9-A13中的黏結材料黏結材料組分 A黏結材料的重量％ B黏結材料的重量％ C黏結材料的重量％ D黏結材料的重量％ E黏結材料的重量％實例12 酚樹脂a 100 78.4 61.7 48.4 37.7 充填劑bCaF2 無 21.6 38.3 51.6 62.3 比重克/立方公分 1.28 1.47 1.66 1.85 2.04 a) 該酚樹脂為來自杜雷日股份（有限）公司，達拉斯TX的杜雷日伐肯⑧樹脂29-717。 b) 該充填劑可從明化加拿大有限公司（Min-Chem Canada Inc·)，歐克微拉恩塔里歐（Oakville Ontario)加拿大購得，其粒子尺寸<45微米（-325篩孔），且在加入顆粒及液體材料之前與粉末化的樹脂組分混合。研磨輪使用聚結物樣品A9至A13來製造砂輪（所完成的尺寸5.0 X 2.0 X 0.625-1.5 英吋框邊（12.7 X 5.08 X 1.59-3.81 公分框邊）。根據上述描述在實例7中的方法來製造實驗研磨輪。根據商業上實行的速度試驗對所完成的輪子進行安全性試驗，以保証當該輪子安裝在輪磨機器上時具有足夠用於旋轉移動的機械強度及足夠用於輪磨操作的機械強度。全部的實驗輪子皆可在6308 rpm速度試驗下存活，因此，具有 84194 -99 - 1231822 足夠用於表面輪磨操作的機械強度。該些輪子的組成物（包括在該經硬化的輪子中之研磨料、結合劑及多孔洞性的體積％)則描述在表11-2。表11-2研磨輪之特徵輪子，等級聚結物 (表 7-1) 彈性模數 GPa 輪子組成物體積％研磨料a結合劑b多孔洞性聚結物的重量 % 結合劑的重量 % 輪子密度克/立方公分 W15D (A9) 3.373 30 24 46 88.3 11.7 1.492 W16D (A10) 2.263 30 24 46 88.4 11.6 1.496 W17D (All) 3.188 30 24 46 88.6 11.4 1.515 W18D (A12) 3.485 30 24 46 88.7 11.3 1.535 W19D (A13) 3.644 30 24 46 88.9 11.1 1.554 比較的樣品編號 (商業標號)e 彈性模數 GPa 顆粒的體積％結合劑的體積 % 多孔洞性的體積％研磨料的重量 % 結合劑的重量 % 輪子密度克/立方公分 C5L 38A80-L9B18 無聚結物 17.006 46.0 25.0 29.0 84.6 15.4 2.149 C5P 38A80-P9B18 無聚結物 21.111 46.0 31.0 23.0 81.6 18.4 2.228 C5T 38A80-T9B18 無聚結物 24.545 46.0 38.3 15.7 78.2 21.8 2.325 C5De 無聚結物 9.183 48 6 46 96.1 3.9 1.973 C5J 無聚結物 15.796 48 18 34 89.2 10.8 2.126 a)在46體積％的研磨顆粒下，該比較用的輪子包含一比以 30體積％的研磨顆粒所製造之實驗輪子還大的研磨顆粒體積％ (即，多於16體積％)。 b)該些實驗輪子的結合劑體積％值包括使用在顆粒上以製造聚結物之樹脂黏結材料的體積％與使用來製造輪子之結合劑的體積％。 84194 -100- 1231822 0該些比較用的輪子樣品叫、C5P及C5T為商業產物配方，其可從山特·夠班研磨料有限公司，沃西斯特，MA購得，及每個以在表旧中所指出之由字母與數字符號所構成的輪子稱號出售。該些輪子包含酚樹脂結合劑、Cah、中空莫來石球、38A氧化鋁研磨顆粒，且如指出具有L、p 或T的硬度等級（諾頓公司商業尺度）。 d)流體（空氣）滲透性可以立方公分/秒/英吋的水之單位提供，且藉由描述在美國專利案號5,738,696及5,738,697中的方法，以1 · 1公分的噴嘴測量。幻輪子樣品C5D缺乏機械強度而無法通過商業上的安全性試驗。這些實驗輪子以表面輪磨操作試驗，且發現可合適於商業上的用途。該些實驗輪子與描述在表u_2而為在商業上出售使用於表面輪磨操作的產物之比較用的輪子C5L、c5p 及C5T做試驗。該些比較的輪子具有相同尺寸、相同研磨顆粒及結合劑型式，且可其他方面合適於在表面輪磨研究中用來評估該實驗輪子，但是它們沒有使用聚結物而製造。亦包含在此輪磨試驗中的有表8_〗之實驗輪子W5&比較的輪子CLP。在相同輪磨條件下的稍後試驗中，試驗二個额外的比較用輪子（C5D及C5J)。比較用的輪子C5D及C5J可根據描述用於實例7的實驗輪子之方法來製造，&了使用顯示在表工卜2 中之組成物來取代敘述在實例7中的那些。這些輪子可製成較軟的輪子等級（D及J)且試驗，以將該實驗輪子性能與具 84194 -101 - 1231822 有相配等級（即，相同或類似的顆粒、結合劑及多孔洞性體積％)之習知輪子做比較。可以選擇用於輪子之結合劑組成物與在所完成的輪子中之研磨顆粒、結合劑及多孔洞性的體積百分比一起做為準則來分配等級。輪磨試驗條件及結果則提供在下列及在表Π-2中。輪磨條件：機器：軌道輪磨器：最大電力45馬力輪磨模式：面輪磨（盤模擬試驗）輪子速度：4202 rpm ;每分鐘5500表面切削英呎（27.9公尺/ 秒）操作速度：3 rpm ; 37.7 sfpm/0.192公尺/秒橫向進給速率：0.0020英吋/rev (0.0508毫米/秒），0.0027英叶/rev (0.0686毫米/rev)及0.004英叫·/rev (0.1016毫米/rev) 研磨時間：在每種進料速率下15分鐘拋到消失火花：10秒冷卻劑：春克莉兒，2%比率（含有充分去離子化的水）工作部件材料：AISI 1070鋼48英吋OD (1.22公尺）X 46.5英吋ID (1.18公尺)X 0.75英吋（1.91公分）框邊，HB 302布林内兒硬度修整：無表11-2.輪磨試驗結果輪子樣品 (表 11-1) 等級橫向進給 (毫米/rev) WWR (立方毫米/秒） MRR (立方毫米/秒）電力 (W) G-比率 G-比率/研磨料的體積比例a 特定的輪磨能量 (焦耳/立方毫米） C5L 0.1016 34.56 135.01 4772 3.91 8.49 35.35 0.0686 19.48 116.97 4247 6.00 13.05 36.31 84194 -102 - 1231822 C5P 0.1016 29.44 169.57 6373 5.76 12.52 37.59 0.0686 17.04 133,48 5033 7.83 17.02 37.71 0.1016 31.90 152.95 5716 4.79 10.42 37.37 0.0686 17.84 128.11 4888 7.18 15.61 38.15 0.0508 12.63 98.81 3796 7.83 17.01 38.41 C5 T 0.1016 25.56 195,72 7963 7.66 16.64 40.69 0.0686 15.18 146.05 5920 9.62 20.9 40.54 0.1016 23.20 211.72 8554 9.13 19.8 40.40 0.0686 11.92 168.04 7168 14.09 30.6 42.66 0.0508 11.16 108.76 4577 9.75 21.2 42.08 C2P 0.1016 26.09 192.17 7664 7,36 16.01 39.88 0.0686 13.21 159.34 6678 12.06 26.2 41.91 0.0508 6.83 137.94 6004 20.19 43.9 43.53 W15D 0.1016 21.89 220.73 7706 10.09 33.6 34.91 0.0686 10.78 175.74 6570 16.30 54.3 37.38 W16D 0,1016 34.81 133.39 4088 3.83 12.77 30.65 0.0686 18.43 124.16 4014 6.74 22.5 32.33 0.1016 31.65 154.66 5072 4.89 16.3 32.80 0.0686 21.98 99.63 3319 4.53 15.11 33.31 W17D 0.1016 27.88 180.11 5942 6.46 21.5 32.99 0.0686 15.05 146.86 5186 9.76 32.5 35.31 W18D 0.1016 28.62 175.14 5550 6.12 20.4 31.69 0.0686 15.62 143.20 4801 9.17 30.6 33.53 W19D 0.1016 32.16 151.22 4536 4.70 15.7 29.99 0.0686 20.43 110.47 3577 5.41 18.02 32.38 0.0508 11.14 108.85 3773 9.77 32.6 34.67 0.1016 30.83 160.25 5076 5.20 17.32 31.67 0.0686 16.17 139.36 4446 8.62 28.72 31.90 0.0508 8.42 127.20 4166 15.10 50.3 32.75 W5D 0.1016 23.45 210.01 7314 8.95 29.8 34.83 0.0686 11.91 168.15 6163 14.12 47.1 36.65 84194 -103 - 1231822 0.0508 5.18 149.09 5684 28.78 95.9 38.13 C5Db 0.1016 48.80 59.19 1858 1.21 2.53 31.38 0.0686 36.78 54.51 1722 1.48 3.09 31.59 0.0508 35.23 59.70 1993 1.69 3.53 33.39 C5Jb 0.1016 22.38 217.7 9033 9.73 20.3 41.49 0.0686 11.20 173.3 7376 15.47 32.2 42.55 0.0508 6.67 140.5 6024 21.07 43.9 42.89 0.1016 19.59 236.1 10260 12.05 25.1 43.47 0.0686 9.62 183.6 8294 19.07 39.7 45.19 0.0508 4.73 151.9 7018 32.13 66.9 46.19 a. G-比率/研磨料的體積％比例為在輪子中的顆粒之輪磨性能的測量值。該計算可常態化該輪磨性能，以說明在實驗與比較用的輪子當中於研磨顆粒體積％上明顯的差異。可容易看見的是在實驗輪子中的研磨顆粒可實現明顯較好的輪磨效率（以體積比例為基礎）（即，需要較少的顆粒來實現相同程度的輪磨效率）。 b. 輪子C5D及C5 J在比現存的樣品還晚之時間下試驗，但是在相同的輪磨試驗條件下。該些實驗輪子說明比比較用的輪子具稍微較低的電力，但是具可比較的WWR。此可驚人地提供等級差異（D對L-T)。再次，相對於比較用的輪子，該些實驗輪子全部可實現明顯較好的輪磨效率（以研磨顆粒體積比例為基礎）（即，需要較少的顆粒可實現相同程度的輪磨效率）。C5J樣品在較高的MRR速率下運轉，所以用於此輪子之資料與一般的趨向一致。樣品C2P及W5D (在分別的輪磨試驗中試驗）顯示出 84194 -104- 1231822 比現存的輪子具有還好的性能，但是在實驗與比較的輪子間（差異則與一般的趨向一致。這些結果與在結合劑研磨料技藝中所習知的知識（即具有更多顆粒之較高等級的輪子將比具較軟等級的輪子更具抗磨損性且可實現較好的輪子壽命及輪磨效率）相反。因此，可藉由本發明製造一實驗砂輪，其具有足夠可由商業接觉的機械強度，但是比較低之測量硬度等級，且可提供能用於商業目的之有效輪磨性能。實例12 曼磨顆粒/玫璃結合濟1琴鮭物使用玻璃化黏結材料（表丨_2的A黏結材料）來製造聚結研磨顆粒樣品AV1。藉由描述在實例1中的旋轉鍛燒方法，從研磨顆粒與玻璃化黏結材料的混合物來製備該些聚結物，除了使用2.6重量％的A黏結材料來製造AV1聚結物，且該顆粒為熔融的氧化鋁38A研磨顆粒（8〇磨料粒度，可從山特-夠班陶塑膠有限公司’沃西斯特，财，美國講得）外。將該經燒結的聚转物以2重量％的心胺基丙基三乙氧基矽烷 (偉特扣股份（有限）公司（Wlte〇 c〇rp〇rati〇n)，友善（Fden御）西維吉尼亞）(9.2¾升/磅，8〇磨料粒度顆粒聚結物）之水溶液才濕，以將該聚結物以矽燒塗佈，然後在12(rc下乾燥，且篩選以移除任何在矽烷處理期間所產生的團塊。可使用的自由流動聚結物（定義為具有_2〇/+45篩孔（美國標準篩網尺寸）尺寸分佈的顆粒），其在聚結前之產率為該顆粒混合物的總重量之86重量％。在使用來製造研磨輪磨工具 84194 -105 - 1231822 《則及 < 後，試驗該些玻璃化顆粒聚結物之鬆裝密度 (LPD=1·04)、相對密度（〇·268)及尺寸分佈（_20/+45篩孔）及它們光學特徵。這一桌結物具有合適於使用在商業上的研磨砂輪製造之 LPD、相對密度及尺寸分佈特徵。所完成之經硬化的聚結物具有三維形狀，其可在三角形、球形、立方形、矩形、圓柱及其它幾何形狀當中變化。該些聚結物由眾多各別的研磨砂礫（例如，2至4〇個砂礫）組成，該些砂礫可由玻璃化 …材料在砂礫對砂碟接觸點處與可看見的空隙區域一起。泛在起。该些聚結物結構足以抵抗壓實，以在接受研磨輪混合及铸塑操作後保匕維特徵（即，該些聚結物並無明顯的部分（例如，<2G重量％)在輪子製程期間會還原成各別的研磨砂碟）。機黏結劊擎鲑舲立方公分/分鐘的速率將研磨顆粒（38A顆粒，80磨料粒度，可從山特-夠班陶资 &塑膠有限公司’沃西斯特，MA購得）及樹脂黏結材料（表 1M的黏結材料£)放入高剪切愛依瑞趣混合器槽（型號咖’由愛依瑞趣公司，格尼，几製造）中。該混合在偏聊 (順時針方向）的槽速度設定及請尋（反時針方向）的榮式 :度設定下開始。當混合時’以一經控制的速率將足夠的冷劑（糠醛）以霧狀物噴灑到顆粒與黏結材料之混合物上，以使顆粒與黏結材料聚結在一起。連續將溶劑·到混合物上’僅直到顆粒與黏結材料已經形成聚結物（即，以38〇摘噴灑包含49.5公斤的顆粒而與在表 84194 -106- 1231822 12-1中所指出的黏結材料量一起之配料總共2.5分鐘）。該喷灑在一噴灑系統裝置（型號自動噴射（AutoJet) 38660，可從噴灑系統，惠同（Wheaton) IL購得）中進行。在大氣條件下，於室溫中進行該聚結製程。聚結物A14通過六腳振動傳輸器（愛麗滋磁條（Eriez Magnetics)，型號HS/115，愛麗（Erie) PA)運轉兩次，以蒸發溶劑。然後，將該些聚結物以一鬆散的研磨顆粒（80粒度， 38A)在1份的聚結物與2份的鬆散研磨料下疊置，然後在大氣條件下將其放入烤箱（型號VRD-1-90-1E，來自戴斯佩斯工廠，明尼阿波里斯市MN)中。將溫度增加至最高溫度160 °C，且將該些聚結物支持在最高溫度下30分鐘以硬化該樹脂黏結材料。在硬化後，藉由最後篩選程序將該鬆散的研磨料從聚結物中分離出。表12-1聚結細粒之特徵樣品編號混合物：顆粒，溶劑，黏結材料混合物的重量 (公斤）在混合物中的溶劑重量％黏結材料的重量％(以總固體為基礎）黏結材料的體積％a LPD 克/立方公分 -20/+45 篩孔比例平均尺寸微米(篩孔) -25/+45 篩網尺寸產率％ -25/+45 篩網尺寸相對密度的平均％實例6 A14 80粒度38A，糠醛，黏結材料E 58.2 公斤 1.5% 15% 25.5 1.05 500 (36) 85% 30.3 a.該黏結材料的體積％為在硬化後於該細粒中的固體材料 (即，黏結材料及顆粒）之百分比，而不包含多孔洞性的體積 %。該經硬化的聚結物之黏結材料的體積％可藉由假設無内部多孔洞性且無混合損失而計算。 84194 - 107 - 1231822 研磨輪使用聚結物樣品AVI及A14來製造砂輪（所完成的尺寸5.0 X 2.0 X 0.625-1.5 英吋框邊（12.7 X 5.08 X 1.59-3.81 公分框邊）。該實驗研磨輪可根據描述在實例7中之方法來製造。根據商業上實行的速度試驗對所完成的輪子進行安全性試驗，以保証當該輪子安裝在輪磨機器上時具有足夠用於旋轉移動的機械強度及足夠用於輪磨操作的機械強度。全部的實驗輪子皆可在63 08 rpm的速度試驗下存活，因此，具有足夠用於表面輪磨操作的機械強度。該些輪子的組成物 (包括在該經硬化的輪子中之聚結物的型式及比率、研磨料、結合劑及多孔洞性的體積％)則描述在表12-2。表12-2研磨輪特徵輪子，等級 (聚結物實例 6，表12-1) 聚結物混合物玻璃黏結劑/ 樹脂黏結劑輪子組成物體積％研磨料a結合劑b多孔洞性聚結物的重量 % 結合劑的重量 % 空氣滲透性d W20D 樹脂 0/100 30 24 46 88.9 11.1 6.3 W21 D 25/75 30 24 46 86.9 13.1 5.8 W22D 50/50 30 24 46 84.9 15.1 5.7 W23 D 72/25 30 24 46 82.8 17.2 5.2 W24D 玻璃化 100/0 30 24 46 80.8 19.2 4.6 W25 G 樹脂 0/100 30 30 40 84.7 15.3 3.8 W26G 25/75 30 30 40 83.6 16.4 3.7 W27G 50/50 30 30 40 80.8 19.2 3.6 W28G 75/25 30 30 40 78.9 21.1 3.3 W29G 玻璃化 100/0 30 30 40 76.8 23.2 2.8 比較的樣品編號 (商業標號f 顆粒的體積％結合劑的體積％多孔洞性的體積％研磨料的重量 % 結合劑的重量 % 空氣滲透性d. C6I 38A80-I9B18 無 ' ~46：0^ 32.8 86.6 —ΤΓ… 84194 -108 - 1231822 C6L 38A80-L9B18

38A80-P9B18 25.0 29.0 84.6 15.4— ^07~~ 31.0 — 23.0 81.6 18.4 0.3 38.3 15.7 78.2 21.8 ---- 0.1 ----—-- 以 3〇體積％的研磨顆粒所·、 ^所1造义實驗輪子還大的研磨顆粒體積％ (即，多於16體積。/〇)。从 b)該些實驗輪子的結合劑體積％值包括使用在顆粒上以製造聚結物之樹脂黏結材料的體積％與使用在輪子中之結合劑的體積％。 α c) 該比較用的輪子樣品為商業產物配方，其可從山特_夠班研磨料有限公司，沃西斯特，MA購得，及每個以在表12_2 中指出（由字母與數竽符號所構成的輪子稱號出售。該些輪子包含酚樹脂結合劑、CaF2、中空莫來石球、38A氧化鋁研磨顆粒，且如指出具有I、L、卩或τ的硬度等級（諾頓公司商業尺度）。 d) 流體（空氣）滲透性可以立方公分/秒/英吋的水單位提供，且藉由描述在美國專利案號5J38,696及5,738,697中的方法，以1.1公分之噴嘴測量。如先前實例7般，該經硬化的實驗輪子之光學觀察說明該結合劑已漂移進入該聚結物内的空隙區域。採取該比較用的輪子C6L與該實驗輪子W20D (表12-2)之輪磨表面的顯微照片（放大46X倍）。這些影像顯示為第4及5圖。可從第4 (比較的輪子）及5(實驗輪子）圖中看見’在本發明之研磨複合物中的多孔洞性（較暗的區域）以互相連接的通道之連續相存 84194 -109- 1231822 在。該研磨顆粒與結合劑顯露為網狀組織，其中該些研磨顆粒錯定在該有機結合材料中。比較上，該比較用的輪子具有實質上均勻的結構，其中該多孔洞性幾乎無法看見且顯露為一間續相。這些實驗輪子以表面輪磨操作試驗，且已發現合適於商業上的用途。將該實驗輪子與描述在表12_2而使用於商業上的表面輪磨操作中之比較用的輪子做試驗。將該些比較用的輪子之諾頓硬度等級選擇在I至τ的等級範圍，以證實在實驗輪子中所觀察到的等級偏移（即，在實驗輪子中較低的硬度等級可表現如較高硬度等級的習知輪子一般）。該些比較用的輪子具有相同尺寸、相同研磨顆粒型式，且可其他方面合適於在表面輪磨研究中來評估該些實驗輪子，但疋它們沒有使用聚結物而製造。輪磨試驗條件及結果則提供在下列及在表12-3中。輪磨條件：機器：軌道輪磨器；最大電力45馬力輪磨模式：面輪磨（盤模擬試驗）輪子速度：4202 rpm ;每分鐘5500表面切削英呎（27.9公尺/ 秒）操作速度：3 rpm ; 37.7 sfpm/0.192公尺/秒橫向進給速率：0.0027英对/rev (0 0686毫米/rev)及0.004英叶/rev (0.1016毫米/rev) 研磨時間：在每種進料速率下15分鐘拋到消失火花：10秒 84194 ~ 110- 1231822 冷卻劑：春克莉兒，2%比率（含有充分去離子化的水）工作部件材料：AISI 1070鋼48英吋OD (1.22公尺）X 46.5英吋仍（1.18公尺）\0.75英吋（1.91公分）框邊，11：6302布林内兒硬度修整：無表12-3.輪磨試驗結果輪子樣品 (表 12-2) 橫向進給 (毫米/rev) WWR (立方毫米/秒） MRR (立方亳米/秒）電力 (W) G-比率 G-比率/ 研磨料的體積比例& 特定的輪磨能量 (焦耳/立方毫米） C6I 0.1016 37.22 117.17 3861 3.15 6.84 32.95 0.0686 23.14 92.44 3118 3.99 8.68 33.73 C6L 0.1016 35.98 125.89 4297 3.50 7.61 34.13 0.0686 21.96 100.34 3358 4.57 9.93 33.46 C6P 0.1016 26.00 193.19 7951 7.43 16.15 41.16 0.1016 27.15 185.17 7443 6.82 14.82 40.20 0.0686 14.48 150.82 6172 10.42 22.6 40.93 C6T 0.1016 18.08 254.91 11968 14.10 30.7 46.95 0.0686 17.69 249.12 11187 14.08 30.6 44.90 0.0686 8.96 188.01 8539 20.98 45.6 45.42 W20 0.1016 26.49 190.95 6039 7.21 24.0 31.63 0.1016 29.08 172.10 5398 5.92 19.73 31.36 0.0686 14.94 147.67 4744 9.88 33.0 32.13 W21 0.1016 10.63 298.19 11048 28.05 93.5 37.05 0.0686 2.43 232.22 9764 95.46 318 42.05 0.0686 1.97 235.55 10527 119.79 399 44.69 W22 0.1016 18.99 241.13 8497 12.70 42.3 35.24 0.0686 6.16 208.19 7738 33.82 112.7 37.17 W23 0.1016 18.92 240.82 8237 12.73 42.4 34.20 0.0686 7.82 196.63 7073 25.13 83.8 35.97 0.0686 6.35 206.66 7679 32.54 108.5 37.16 W24 0.1016 7.24 319.57 12211 44.15 147.2 38.21 84194 -111 - 1231822 0.1016 7.37 318.56 12049 43.21 144.0 37.82 0.0686 1.25 240.11 11043 192.65 642 45.99 0.0686 1.64 238.89 11227 145.96 487 47.00 W25 0.1016 22.32 217.60 7724 9.75 32.5 35.50 0.1016 22.36 218.31 7461 9.76 32.5 34.18 0.0686 10.71 178.27 6392 16.65 55.5 35.86 W26 0.1016 8.96 308.62 11654 34.43 114.8 37.76 0.0686 1.68 237.18 11129 141.04 470 46.92 0.0686 4.34 220.13 9294 50.73 169.1 42.22 W27 0.1016 12.42 284.50 10673 22.91 76.4 37.52 0.0686 3.38 226.21 9393 66.94 223 41.52 W28 0.1016 15.44 264.23 9877 17.12 57.1 37.38 0.0686 5.53 211.32 8450 38.24 127.5 39.99 0.0686 5.01 214.76 8502 42.83 142.8 39.59 W29 0.1016 7.54 318.56 13638 42.26 140.9 42.81 0.1016 8.27 312.97 12464 37.83 126.1 39.83 0.0686 0.93 242.35 11664 260.32 868 48.13 a. G-比率/研磨料的體積％比例為在輪子中的顆粒之輪磨性能的測量值。該計算可常態化該輪磨性能，以說明在實驗與比較的輪子當中於研磨顆粒體積％上的明顯差異。可容易看見的是該在實驗輪子中的研磨顆粒可實現明顯較好的輪磨效率（以體積比例為基礎）（即，需要較少的顆粒以實現相同程度的輪磨效率）。試驗結果說明該些具有D或G等級（諾頓硬度等級尺度）的實驗輪子與具有較硬等級（P至T等級）之比較用的輪子有相同的表現方式。該些實驗輪子的性能特別驚人，因為這些輪子僅包含30體積％的研磨顆粒，然而比較用的輪子則包含 46體積％的研磨顆粒。因此，本發明之輪子可最大化各別顆 84194 -112- 1231822 的果f粒性能粒的輪磨性能，而推升明顯量【圖式簡單說明】圖1為' 一二元圖形，並棘姆、、佳 π準的有機結合研磨成物結構的相對容料分斤料工具《組工具比較。比與本發明的那些有機聚結研磨 θ 70 w形其將標準的有機結合研磨科工且之组成物結構的相對容積百分卜工呈以… 發明的那些有機聚結研磨 /、(包含無機黏結材料的研磨顆粒聚結物製得)比較。

圖為—TL圖形，其闇明標準的無機結合研磨料工具之組成物結構的容積百分ρA 、、、。研磨X具（其以包含無機黏結材料及無機結合劑研卢顆粒聚結物製得)之特徵為，相對於標準工具，其具有明：較低的彈性模數^直，但是相等的輪子爆破速度值。圖4為以一有機結合劑製造之標準聚結研磨工具的表面 ’、、'員微照片，其闡明該研磨複合物的三種組分均勻分佈。圖5為以一有機結合劑製造之本發明的聚結研磨工具之面顯微照片，其闡明該研磨複合物的三種組分分稀，> d习的 ’夕孔洞性（較暗的區域）在該複合物内為一連續相，且研麼、 ^領粒的網狀組織錨定在該有機結合材料内。 84194 -113-

Claims

1231822 拾、申請專利範園： 1. 一種包含三維複合物的聚結研磨工具，該複合物包括： (a)第一相，其包含24-48體積％以10-38體積％的有機結合材料結合之研磨顆粒；及少於10體積％的多孔洞性；及 (b)第二相，其由38-54體積％的多孔洞性組成；其中該第二相在該複合物中為一連續相，且該聚結研磨工具具有4000 Sfpm (20.32公尺/秒）的最小爆破速度。 2·如申請專利範圍第1項之聚結研磨工具，其中該複合物的第一相包含26-40體積％以10-22體積％的有機結合材料結合之研磨顆粒及少於10體積％的多孔洞性；及該第二相則由3 8 - 5 0體積％的多孔洞性組成。 3·如申請專利範圍第1項之聚結研磨工具，其中該複合物的第一相包含24-42體積％以18_38體積％的有機結合材料結口之研磨顆粒，及該第二相則由38_54體積％的多孔洞性組成。 4. 6. 如申請專利範圍第！項之聚結研磨工具，其中在該複合相的第一相中有10至100體積％的研磨顆粒為眾多以有機$ 結材料聚結在一起之顆粒形式。 :申請專利範圍第i項之聚結研磨工具，其中在該複合康相中有H)至⑽體積％的研磨顆粒為眾多以無機霉、…劍材料聚結在一起之顆粒形式。士申4專利範圍第5項之聚結 ^ ^ 汁磨工具，其中該複合物€ ^取小1體積％的無機黏結劑材料。如申請專利範圍第5項之聚結研磨汁靨工具，其中該複合物丨 84194 1231822 含2至12體積％的無機黏結劑材料。如申明專利範圍第5項之聚結研磨工具，其中該聚結研磨工具具有10 GPa的最大彈性模數值及6000 sfpm (3〇 48公尺/秒）的最小爆破速度。 9.如申請專利範圍第5項之聚結研磨工具，其中該聚結研磨工具具有一在諾頓（N〇rt〇n)公司等級尺度上於八至11間之硬度等級，及該聚結研磨工具的硬度等級比其他以未盥無機黏結劑材料聚結在―起之研磨顆粒所製造的相同習知工具軟至少一個等級。 10.如申請專利範圍第5項之聚結研磨工具，其中該無機黏結劑材料可選自於由玻化結合劑材料、陶瓷結合劑材料、玻m结合劑材料、無機鹽材料及金屬結合劑材料及其組合所組成之群。 H.如：請專利範圍第i項之聚結研磨工具，其中在該複合物的弟-相中有10至100體積％的研磨顆粒為一混合物形 ^ ’其由眾多與無機黏結劑材料聚結在—起的顆粒與眾夕與有機黏結材料聚結在一起的顆粒組成。 “申=利範圍P項之聚結研磨工具，其中該複合物的 :一相為—研磨顆粒以在該有機結合材料内之網狀組織0 13·如申請專利範圍第1塔之聚材料l H、、、口研磨工具，其中該_ :=自於由曝材料、環氧樹脂材料、聚㈣材枓、盼甲樹脂材料、尿素甲_脂材料、3 如甲蔽树脂材科、丙烯酸樹脂材科及其組合所組成之男 84194 1231822 14. 如申請專利範圍第1項之聚結研磨工具，其中在該複合物的第一相中有至少50體積％的研磨顆粒為眾多以有機黏結材料聚結在一起的顆粒形式。 15。一種包含三維複合物的聚結研磨工具，該複合物包括： (a) 22-46體積％以4-20體積％的無機結合劑材料結合之研磨顆粒；及 (b) 40-68體積％的互連多孔洞性；其中多數的研磨顆粒以不規則的空間鍰存在於該三維複合物内；該聚結研磨工具具有一彈性模數值，其比其他方面在三維複合物内具有規則間隔開的研磨顆粒之相同習知工具的彈性模數值低至少10%;及該聚結研磨工具具有4000 Sfpm (2〇·32公尺/秒）的最小爆破速度。 16.如申請專利範圍第15項之聚結研磨工具，其中該三維複合物包含22-40體積％以8-14體積％的無機結合劑材料結合之研磨顆粒及40-64體積％的互連多孔洞性。 17·如申請專利範圍第15項之聚結研磨工具，其中該三維複合物包含34-42體積％以6-12體積％的無機結合劑材料結合之研磨顆粒及46-58體積％的互連多孔洞性。 •如申請專利範圍第15項之聚結研磨工具，其中該互連多 :。同性在製造期間已形成而沒有加入多孔洞 : 及4複$物貫貝上操向縱深比率的研磨顆粒與充填 19,如申請專利範圍第15項之聚結研磨工具，其中在該補物中有10至100體積％的研磨顆粒為眾多以無機黏結齋 ^4194 1231822 料聚結在一起的顆粒形式。 20.如申清專利範園第〗5項之、 ,,,, z、聚〜研磨工具，其中在該複合有至少5〇體積％的研磨料聚結在—走果、叔為眾多以無機黏結劑材起的顆粒形式。 21·如申請專利範圚筮 . /、心聚結研磨工具，並中該益機姓合劑材料可谍&、人丄L 八r点典機、、、口料、、；玻化結合劑材料、陶瓷結合劑材料、玻璃-陶瓷鈐入刺 a ° +、辨機鹽材料及金屬結合劑材料及其組合所組成之群。 22.如申請專利範圍第丨5項 _工1 1古 /、聚〜研磨工具，其中該聚結研 &工/、具有一在諾頓公、、寺、、及尺度上於A至Μ間之硬度 Μ &且㊉聚結研磨工具的硬度等級比其他在該三維複具有規則間隔開的研磨顆粒之相同習知工具軟至少一個等級。 23·如申請專利範圍第丨5項，、义聚結研磨工具，其中該聚結研彦工具具有_彈性模數值，其比其他方面在三維複合物有見’、】間隔開的研磨顆粒之相同習知工具的彈性模數{低至/ 25%，且琢聚結研磨工具具有_〇 sfpm(3〇 48 公尺/秒）的最小爆破速度。申月專則a圍第15項之聚結研磨工具，其中該聚結研磨工具具有一彈性模數值，其比其他方面在三維複合物 ’、有規間開的研磨顆粒之相同習知i具的彈性模數值低土 y 40/。，且該聚結研磨工具具有6〇〇〇公尺/秒）的最小爆破速度。如申Μ專利圍第i 5項之聚結研磨王具，其中該聚結研 84194 -4- 1231822 磨工具可為一内徑輪磨輪，且該輪子包含40至52體積％的研磨顆粒並具有25至50 GPa的彈性模數值。 26. 如申請專利範圍第15項之聚結研磨工具，其中該聚結研磨工具可為一工具間砂輪，且該輪子包含39至52體積％的研磨顆粒並具有15至36 GPa的彈性模數值。 27. 如申請專利範圍第15項之聚結研磨工具，其中該聚結研磨工具可為一蠕動進料砂輪，且該輪子包含30至4〇體積％的研磨顆粒並具有8至25 GPa的彈性模數值。 28· —種用於盤式輪磨之方法，其步騾包括： Ο)提供一種包含三維複合物的聚結研磨輪，該複合物包括： (0第一相，其包含24-48體積％以1〇_38體積％的有機結合材料結合之研磨顆粒及少於10體積％的多孔洞性；及 (ii)第二相，其由38-54體積％的多孔洞性組成；其中该第二相在該複合物内為一連續相，且該聚結研磨工具具有4000 sfpm (20.32公尺/秒）的最小爆破速度； (b) 將該聚結研磨輪安裝在一表面輪磨機器上； (c) 旋轉該輪子；及 (d) 將該輪子的輪磨表面帶至與一工作部件接觸一段足狗的時間週期，以研磨該工作部件；藉此’該輪子可以一有效的材料移除速率來移除工作邯件材料’該輪子的輪磨表面實質上無餘留輪磨碎物，且在已完成輪磨後，該工作部件實質上無熱損傷。 29·如申請專利範圍第28項之用於盤式輪磨的方法，其中該 84194 1231822 聚結研磨輪具有6000 Sfpm (30.48公尺/秒）的最小爆破速度。 30. 如申請專利範圍第28項之用於盤式輪磨的方法，其中該聚結研磨輪以4000至6500 sfpm (20.32至33,〇2公尺/秒）的速度旋轉。 31. 如申請專利範圍第28項之用於盤式輪磨的方法，其中該氷L研磨輪為一平坦的盤狀物，其具有至少一個圓形面及一個％射周圍，而該輪子的輪磨表面為該盤的圓形面。 32· —種蠕動進料輪磨的方法，其步騾包括： (a)提供一種包含三維複合物的聚結研磨輪，該複合物包含： (i) 22_46體積％以4-20體積％的無機結合劑材料結合之研磨顆粒；及 <^) 40-68體積％的互連多孔洞性；其中多數的研磨顆粒以不規則的空間簇存在於該三維複合物内；該聚結研磨工具具有一彈性模數值，其比其他方面在二維複合物内具有規則間隔開的研磨顆粒之相同習知工具的彈性模數值低至少1〇%;且該聚結研磨工具具有4000 sfpm (20.32公尺/秒）的最小爆破速度； (b) 將该聚結研磨輪安裝在一緯動進料輪磨機器上； (c) 旋轉該輪子··及 (d) 將該輪子的輪磨表面帶至與一工作部件接觸一段足夠的時間週期，以研磨該工作部件；藉此該輪子可以一有效的材料移除速率來移除工作部 84194 -6 - 1231822 件材料，且在輪磨後，該工作部件實質上無熱損傷。 33.如申請專利範圍第32項之蠕動進料輪磨方法，其中該聚結研磨輪具有6000 sfpm (30.48公尺/秒）的最小爆破速度。 34·如申請專利範圍第32項之蠕動進料輪磨方法，其中該聚結研磨輪以55〇〇至85〇0 sfpm (27.94至43.18公尺/秒）的速度旋轉。 35.如申睛專利範圍第3 2項之螺動進料輪磨方法，其中該聚結研磨輪具有二個圓形面及一個輻射周圍，且該輪子的輪磨表面為該輻射周圍。 84194