TWI621590B - 研磨顆粒及形成研磨顆粒之方法 - Google Patents

研磨顆粒及形成研磨顆粒之方法 Download PDF

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大衛Ｆ 盧亞普瑞
艾瑞克 馬克
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聖高拜陶器塑膠公司
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Abstract

一種研磨顆粒包括一本體，該本體具有至少一個微結構特性，該微結構特性包括不大於6微米之平均晶體大小或至少20GPa之一硬度，且其中該本體進一步具有至少一個變形特性，該變形特性包括不大於30%之一初級變形幅度、不大於280分鐘之一初級變形時間，或不大於6×10-3百分數/分鐘之一次級變形特性速率。

Description

研磨顆粒及形成研磨顆粒之方法
下文係關於成型研磨顆粒，且更特定言之，係關於具有某些特徵之複合成型研磨顆粒及形成此等複合成型研磨顆粒之方法。
併有研磨顆粒之研磨物品可用於各種材料移除操作，該等材料移除操作包括磨削、精整、拋光及其類似者。取決於研磨材料之類型，此等研磨顆粒可用於在貨品製造時對各種材料進行成型或磨削。迄今為止已制定具有特定幾何形狀的某些類型之研磨顆粒，諸如三角形成型研磨顆粒及併有此等物件之研磨物品。舉例而言，參見美國專利第5,201,916號、第5,366,523號及第5,984,988號。
先前，已使用三種基本技術來生產具有指定形狀之研磨顆粒，該等技術為融合、燒結及化學陶瓷。在融合製程中，可藉由面可被或可不被雕刻之冷卻輥、熔融材料被倒入之模具或浸沒於氧化鋁熔體中之散熱材料而對研磨顆粒進行成型。舉例而言，參見美國專利第3,377,660號。在燒結製程中，可由直徑高達10微米之顆粒大小的耐火粉末形 成研磨顆粒。可將黏合劑連同潤滑劑及合適溶劑一起添加至粉末以形成混合物，可將該混合物成型為具有各種長度及直徑之薄片或杆體。舉例而言，參見美國專利第3,079,242號。化學陶瓷技術涉及將膠態分散液或水溶膠(有時被稱作溶膠)轉化成抑制組份之行動性的凝膠或任何其他物理狀態、乾燥，及燒製以獲得陶瓷材料。舉例而言，參見美國專利第4,744,802號及第4,848,041號。關於成型研磨顆粒及形成併有此等顆粒之研磨物品之關聯方法的其他相關揭示內容可得自：http：//www.abel-ip.com/publications/。
行業不斷地需求改良式研磨材料及研磨物品。
根據第一態樣，一種研磨顆粒包括本體，該本體具有至少一個微結構特性，該微結構特性包括：1)不大於6微米之平均晶體大小；或2)至少20GPa之硬度；且其中本體進一步包含至少一個變形特性，該變形特性包括：不大於30%之初級變形幅度 不大於280分鐘之初級變形時間；或不大於6×10-3百分數/分鐘之次級變形特性速率。
在又一態樣中，一種研磨顆粒包括本體，該本體具有不大於6微米之平均晶體大小、不大於30%之初級變形幅度。
對於又一態樣，一種研磨顆粒包含本體，該本 體具有至少20GPa之硬度、不大於30%之初級變形幅度。
又，在一個態樣中，一種研磨顆粒包括成型研磨顆粒，該成型研磨顆粒包括本體，該本體具有不大於700百分數分鐘之初級變形幅度與時間乘數。
根據另一態樣，一種研磨顆粒包含本體，該本體包括包含鎂之第一摻雜劑，及包含由釔、鑭、稀土元素組成之群組中之至少一個元素的第二摻雜劑，其中本體包含含量大於第一摻雜劑之含量的第二摻雜劑，及不大於9%之初級變形幅度。
對於另一態樣，一種研磨顆粒包含本體，該本體包括包含鎂之第一摻雜劑，及包含釔、鑭及稀土元素中之至少一者以及鋁及氧的晶界相。
101‧‧‧混合物
103‧‧‧衝模
105‧‧‧衝模開口
107‧‧‧刀刃
150‧‧‧系統
151‧‧‧工具
152‧‧‧工具空腔
153‧‧‧平移方向
154‧‧‧第一邊緣
155‧‧‧第一平面
156‧‧‧第一列
157‧‧‧縱向軸線
158‧‧‧橫向軸線
171‧‧‧平移方向
180‧‧‧力
183‧‧‧施加區
191‧‧‧擠壓方向
199‧‧‧活塞
200‧‧‧成型研磨顆粒
201‧‧‧本體
202‧‧‧主要表面
203‧‧‧主要表面
204‧‧‧側表面
210‧‧‧縱向軸線
211‧‧‧橫向軸線
212‧‧‧垂直軸線
250‧‧‧中點
300‧‧‧成型研磨顆粒
301‧‧‧本體
302‧‧‧端表面
303‧‧‧端表面
304‧‧‧表面
305‧‧‧表面
306‧‧‧表面
307‧‧‧表面
310‧‧‧縱向軸線
311‧‧‧橫向軸線
312‧‧‧垂直軸線
340‧‧‧中點
350‧‧‧狹長研磨顆粒
351‧‧‧本體
352‧‧‧縱向軸線
353‧‧‧橫向軸線
354‧‧‧垂直軸線
355‧‧‧邊緣
400‧‧‧成型研磨顆粒
401‧‧‧本體
403‧‧‧上部主要表面
405‧‧‧側表面
406‧‧‧第一部分
407‧‧‧第二部分
408‧‧‧第三部分
409‧‧‧第一隅角/外部隅角
410‧‧‧第二隅角/外部隅角
411‧‧‧第三隅角/外部隅角
430‧‧‧成型研磨顆粒
431‧‧‧外部隅角
432‧‧‧本體
433‧‧‧上部主要表面
441‧‧‧第一線性區段
442‧‧‧第一彎曲區段
443‧‧‧第二線性區段
451‧‧‧第三線性區段
452‧‧‧第二彎曲區段
453‧‧‧第四線性區段
461‧‧‧第五線性區段
462‧‧‧第三彎曲區段
463‧‧‧第六線性區段
470‧‧‧成型研磨顆粒/本體
480‧‧‧成型研磨顆粒
481‧‧‧本體
483‧‧‧上部主要表面
484‧‧‧側表面
485‧‧‧側
486‧‧‧側
500‧‧‧研磨顆粒
501‧‧‧本體
502‧‧‧第一相
503‧‧‧第二相
510‧‧‧微粒材料
511‧‧‧本體
512‧‧‧外表面
513‧‧‧周邊區域/第二相
514‧‧‧邊界
515‧‧‧中心區域
516‧‧‧容積式中點
601‧‧‧裝置
602‧‧‧負載板
603‧‧‧移動線圈
604‧‧‧磁體
605‧‧‧差動變壓器
606‧‧‧變壓器核心
607‧‧‧載氣入口
608‧‧‧探針設定
609‧‧‧探針緊固
610‧‧‧輔助氣體入口
611‧‧‧爐
612‧‧‧樣本/試樣固持器
613‧‧‧探針
614‧‧‧樣本
615‧‧‧熱電偶量測
616‧‧‧熱電偶調節
617‧‧‧晶粒
620‧‧‧空白測試
621‧‧‧標準測試
630‧‧‧部分
631‧‧‧初級型態
632‧‧‧次級型態
700‧‧‧經塗佈研磨劑
701‧‧‧基板
703‧‧‧砂帶底塗
704‧‧‧底漆
705‧‧‧研磨微粒材料
706‧‧‧研磨微粒材料
707‧‧‧研磨微粒材料
800‧‧‧經結合研磨劑
801‧‧‧結合材料
802‧‧‧研磨微粒材料
803‧‧‧成型研磨顆粒
804‧‧‧成型研磨顆粒
805‧‧‧成型研磨顆粒
806‧‧‧成型研磨顆粒
807‧‧‧研磨微粒材料
808‧‧‧孔隙率
Ro‧‧‧半徑
Ri‧‧‧半徑
S1‧‧‧樣本
S2‧‧‧樣本
S3‧‧‧樣本
S7‧‧‧樣本
CS1‧‧‧第一比較性樣本
CS2‧‧‧第二比較性樣本
CS3‧‧‧第三比較性樣本
藉由參考隨附圖式，可更好地理解本發明，且可使其眾多特徵及優點對於熟習此項技術者顯而易見。
圖1A包括根據一實施例的用於形成成型研磨顆粒片斷之系統之部分。
圖1B包括根據一實施例的圖1A之系統之部分。
圖2包括根據一實施例之成型研磨顆粒之透視圖說明。
圖3A包括根據一實施例之成型研磨顆粒之透視圖說明。
圖3B包括根據一實施例之狹長研磨顆粒之透視圖說明。
圖4A至圖4D包括根據一實施例之成型研磨顆粒之俯 視圖說明。
圖5A包括根據一實施例之微粒材料之本體之說明，微粒材料具有實質上均一地分散於本體內之第二相。
圖5B包括根據一實施例之微粒材料之說明，微粒材料具有非均一地分散於本體內之第二相。
圖6A包括用於進行標準化潛變測試之測試設置之示意圖。
圖6B包括用於進行標準化潛變測試之兩個不同測試設置之說明。
圖6C包括根據一實施例的根據標準化潛變測試而產生之高溫潛變之一般化標繪圖，其包括初級型態及次級型態。
圖7包括根據一實施例之經塗佈研磨劑之部分的說明。
圖8包括根據一實施例之經結合研磨劑之部分的說明。
圖9A至圖9C包括根據一實施例之例示性樣本S1至S3之SEM影像。
圖10包括根據高溫潛變測試之某些例示性及比較性樣本的位移對時間之標繪圖。
圖11包括習知成型研磨顆粒之影像。
圖12包括根據熱硬度測試之某些例示性及比較性樣本的熱硬度對溫度之標繪圖。
下文係關於研磨顆粒，包括但不限於成型研磨顆粒。可在各種應用中利用成型研磨顆粒，該等應用包括例如經塗佈研磨劑、經結合研磨劑、游離研磨劑及其組合。對 於成型研磨顆粒，可匯出各種其他用途。
可利用各種方法來獲得成型研磨顆粒。可自商業來源獲得顆粒或可製造顆粒。用以製造成型研磨顆粒之一些合適製程可包括但不限於沈積、印刷(例如，網版印刷)、模製、按壓、澆鑄、分段、切割、切塊、衝壓、按壓、乾燥、固化、塗佈、擠壓、輥軋及其組合。
圖1A包括根據一個非限制性實施例的用於形成成型研磨顆粒之系統150之說明。形成成型研磨顆粒之製程可藉由形成包括陶瓷材料及液體之混合物101而起始。詳言之，混合物101可為由陶瓷粉末材料及液體形成之凝膠。根據一實施例，凝膠可由陶瓷粉末材料形成為離散顆粒之整合式網路。混合物101亦可包括如本文中之實施例中所描述的一或多種摻雜劑材料或前驅體摻雜劑材料。前驅體摻雜劑材料可在處理期間改變組成物以在最終形成之研磨顆粒內形成摻雜劑材料。
混合物101可含有某一含量之固體材料、液體材料及添加劑，使得該混合物具有用於根據所要成型製程之操縱的合適流變特性。混合物可具有形成可經由成型製程而形成之尺寸穩定材料相的合適流變特性。尺寸穩定材料相為可經形成為具有特定形狀且針對在形成之後的處理之至少一部分實質上維持該形狀的材料。在某些情況下，可貫穿後續處理而保持該形狀，使得在最終形成之物件中存在最初在形成製程中提供之形狀。在一些情況下，混合物101在形成製程期間及之後可不為形狀穩定材料，且該製程可依賴於藉由 進一步處理(諸如乾燥)而使混合物101凝固及穩定。
混合物101可經形成為具有特定含量之固體材料，諸如陶瓷粉末材料。舉例而言，在一個實施例中，混合物101可具有混合物101之總重量的至少約25wt%(諸如至少約35wt%，或甚至至少約38wt%)之固體含量。又，在至少一個非限制性實施例中，混合物101之固體含量可不大於約75wt%，諸如不大於約70wt%、不大於約65wt%、不大於約55wt%、不大於約45wt%，或不大於約42wt%。將瞭解，混合物101中之固體材料之含量可在上文所提及之最小及最大百分比中之任一者之間的範圍內。
根據一個實施例，陶瓷粉末材料可包括氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、碳氧化物、氮氧化物及其組合。在特定情況下，陶瓷材料可包括氧化鋁。更具體言之，陶瓷材料可包括薄水鋁石材料，該薄水鋁石材料可為α氧化鋁之前驅體。術語“薄水鋁石”在本文中通常用以表示：包括礦物薄水鋁石之氧化鋁水合物，其通常為Al2O3‧H2O且具有大約15%之水含量；以及擬薄水鋁石，其具有按重量計高於15%(諸如20-38%)之水含量。應注意，薄水鋁石(包括擬薄水鋁石)具有特定且可識別之晶體結構，且因此具有獨特的X射線繞射圖案。因而，薄水鋁石與包括其他水合氧化鋁(諸如三水氧化鋁(ATH))之其他鋁質材料區分開，ATH為本文中用於製造薄水鋁石微粒材料之常見前驅體材料。
此外，混合物101可經形成為具有特定含量之液體材料。一些合適液體可包括水。根據一個實施例，混合 物101可經形成為具有小於混合物101之固體含量的液體含量。在更特定情況下，混合物101可具有混合物101之總重量的至少約25wt%之液體含量。在其他情況下，混合物101內之液體之量可更大，諸如至少約35wt%、至少約45wt%、至少約50wt%，或甚至至少約58wt%。又，在至少一個非限制性實施例中，混合物之液體含量可不大於約75wt%，諸如不大於約70wt%、不大於約65wt%、不大於約62wt%，或甚至不大於約60wt%。將瞭解，混合物101中之液體之含量可在上文所提及之最小及最大百分比中之任一者之間的範圍內。
此外，為了促進處理及形成根據本文中之實施例之成型研磨顆粒，混合物101可具有特定儲存模數。舉例而言，混合物101可具有至少約1×104Pa(諸如至少約4×104Pa，或甚至至少約5×104Pa)之儲存模數。然而，在至少一個非限制性實施例中，混合物101可具有不大於約1×107Pa(諸如不大於約2×106Pa)之儲存模數。將瞭解，混合物101之儲存模數可在上文所提及之最小及最大值中之任一者之間的範圍內。
可運用帕耳帖(Peltier)板溫度控制系統而經由使用ARES或AR-G2旋轉流變儀之平行板系統來量測儲存模數。為了測試，可在經設定成彼此隔開大約8mm之兩個板之間的間隙內擠壓混合物101。在將凝膠擠壓至間隙中之後，將界定間隙之兩個板之間的距離縮減至2mm，直至混合物101完全地填充該等板之間的間隙為止。在擦除過量混 合物之後，間隙減小了0.1mm，且起始測試。測試為振盪應變掃描測試，其係運用介於0.01%至100%之間的應變範圍之儀器設定、以6.28rad/s(1Hz)、使用25-mm平行板且每十次記錄10個點而進行。在測試完成之後的1小時內，間隙再次降低了0.1mm，且重複測試。測試可被重複至少6次。第一測試可不同於第二及第三測試。應僅報告來自針對每一試樣之第二及第三測試之結果。
此外，為了促進處理及形成根據本文中之實施例之成型研磨顆粒，混合物101可具有特定黏度。舉例而言，混合物101可具有至少約2×103Pa s(諸如至少約3×103Pa s、至少約4×103Pa s、至少約5×103Pa s、至少約6×103Pa s、至少約8×103Pa s、至少約10×103Pa s、至少約20×103Pa s、至少約30×103Pa s、至少約40×103Pa s、至少約50×103Pa s、至少約60×103Pa s，或至少約65×103Pa s)之黏度。在至少一個非限制性實施例中，混合物101可具有不大於約100×103Pa s(諸如不大於約95×103Pa s、不大於約90×103Pa s，或甚至不大於約85×103Pa s)之黏度。將瞭解，混合物101之黏度可在上文所提及之最小及最大值中之任一者之間的範圍內。可以與如上文所描述之儲存模數相同的方式量測黏度。
此外，混合物101可經形成為具有特定含量之有機材料，包括例如可相異於液體之有機添加劑，以促進處理及形成根據本文中之實施例之成型研磨顆粒。一些合適有機添加劑可包括穩定劑、黏合劑(諸如果糖、蔗糖、乳糖、葡 萄糖)、UV可固化樹脂及其類似者。
值得注意的是，本文中之實施例可利用可相異于習知形成操作中使用之漿料的混合物101。舉例而言，混合物101內之有機材料及尤其是上文所提及之有機添加劑中之任一者的含量與混合物101內之其他組份相比較可為微小量。在至少一個實施例中，混合物101可經形成為具有混合物101之總重量的不大於約30wt%之有機材料。在其他情況下，有機材料之量可更少，諸如不大於約15wt%、不大於約10wt%，或甚至不大於約5wt%。又，在至少一個非限制性實施例中，混合物101內之有機材料之量可為混合物101之總重量的至少約0.01wt%，諸如至少約0.5wt%。將瞭解，混合物101中之有機材料之量可在上文所提及之最小及最大值中之任一者之間的範圍內。
此外，混合物101可經形成為具有相異於液體含量的特定含量之酸或堿，以促進處理及形成根據本文中之實施例之成型研磨顆粒。一些合適酸或堿可包括硝酸、硫酸、檸檬酸、氯酸、酒石酸、磷酸、硝酸銨及檸檬酸銨。根據使用硝酸添加劑之一個特定實施例，混合物101可具有小於約5之pH，且更特定言之，可具有在介於約2與約4之間的範圍內的pH。
圖1A之系統150可包括衝模103。如所說明，混合物101可提供於衝模103之內部，且經組態以被擠壓通過定位於衝模103之一個端處的衝模開口105。如進一步所說明，擠壓可包括對混合物101施加力180以促進將混合物 101擠壓通過衝模開口105。在施加區183內之擠壓期間，工具151可與衝模103之部分進行直接接觸，且促進將混合物101擠壓至工具空腔152中。工具151可呈諸如圖1A所說明之畫面的形式，其中空腔152延伸通過工具151之整個厚度。又，將瞭解，可形成工具151使得空腔152在工具151之整個厚度之部分內延伸且具有底部表面，使得經組態以對混合物101進行固持及成型之空間容積由底部表面及側表面界定。
工具151可由金屬材料(包括例如金屬合金，諸如不銹鋼)形成。在其他情況下，工具151可由諸如聚合物之有機材料形成。
根據一實施例，可在擠壓期間利用特定壓力。舉例而言，壓力可為至少約10kPa，諸如至少約500kPa。又，在至少一個非限制性實施例中，在擠壓期間利用之壓力可不大於約4MPa。將瞭解，用以擠壓混合物101之壓力可在上文所提及之最小及最大值中之任一者之間的範圍內。在特定情況下，由活塞199遞送之壓力之一致性可促進成型研磨顆粒之改良式處理及形成。值得注意的是，跨越混合物101及跨越衝模103之寬度的一致壓力之受控遞送可促進成型研磨顆粒之改良式處理控制及改良式尺寸特性。
在將混合物101沈積於工具空腔152中之前，可將脫模劑施加至工具空腔152之表面，此可促進在進一步處理之後自工具空腔152移除前驅體成型研磨顆粒。此製程可為可選的，且可未必用以進行模製製程。合適的例示性脫 模劑可包括有機材料，諸如一或多種聚合物(例如，PTFE)。在其他情況下，可將油(合成或有機)作為脫模劑施加至工具空腔152之表面。合適的油可為花生油。可使用任何合適方式來施加脫模劑，該方式包括但不限於沈積、噴塗、印刷、刷塗、塗佈及其類似者。
混合物101可沈積於工具空腔152內，該等工具空腔可以任何合適方式而成型以形成成型研磨顆粒，該等成型研磨顆粒具有對應於工具空腔152之形狀的形狀。
簡要地參看圖1B，說明工具151之部分。如所展示，工具151可包括工具空腔152，且更特定言之，包括延伸至工具151之容積中之複數個工具空腔152。根據一實施例，工具空腔152可具有二維形狀，如在由工具151之長度(l)及寬度(w)界定之平面中所檢視。二維形狀可包括各種形狀，諸如多邊形、橢球形、數位、希臘字母表字母、拉丁字母表字母、俄文字母表字元、包括多邊形形狀之組合的複雜形狀，及其組合。在特定情況下，工具空腔152可具有二維多邊形形狀，諸如矩形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形、九邊形、十邊形及其組合。值得注意的是，進一步參考本文中之實施例之成型研磨顆粒將瞭解，工具空腔152可利用各種其他形狀。
雖然圖1B之工具151經說明為具有相對於彼此以特定方式而定向之工具空腔152，但將瞭解，可利用各種其他定向。根據一個實施例，工具空腔152中之每一者可具有相對於彼此實質上相同的定向，及相對於畫面之表面實質 上相同的定向。舉例而言，工具空腔152中之每一者可具有第一邊緣154，該第一邊緣界定用於工具空腔152之第一列156的第一平面155，該第一平面跨越工具151之橫向軸線158橫向地延伸。第一平面155可在實質上正交於工具151之縱向軸線157的方向上延伸。然而，將瞭解，在其他情況下，工具空腔152未必需要具有相對於彼此相同的定向。
此外，工具空腔152之第一列156可相對於平移方向而定向以促進成型研磨顆粒之特定處理及受控形成。舉例而言，工具空腔152可配置於工具151上，使得第一列156之第一平面155界定相對於平移方向171之角度。如所說明，第一平面155可界定實質上正交於平移方向171之角度。又，將瞭解，在一個實施例中，工具空腔152可配置於工具151上，使得第一列156之第一平面155界定相對於平移方向之不同角度，包括例如銳角或鈍角。又，將瞭解，工具空腔152可未必以列而配置。工具空腔152可相對於彼此以各種特定有序分佈而配置於工具151上，諸如呈二維圖案的形式。替代地，開口可以隨機方式安置於工具151上。
再次參看圖1A，在系統150之操作期間，工具151可在方向153上平移以促進連續模製操作。將瞭解，工具151可呈連續帶的形式，該連續帶可遍及滾筒而平移以促進連續處理。在一些實施例中，工具151可在將混合物101擠壓通過衝模開口105時平移。如系統150中所說明，可在方向191上擠壓混合物101。工具151之平移方向153可相對於混合物101之擠壓方向191成角度。雖然平移方向153 與擠壓方向191之間的角度經說明為在系統100中實質上正交，但預期其他角度，包括例如銳角或鈍角。在將混合物101擠壓通過衝模開口105之後，混合物101及工具151可在附接至衝模103之表面的刀刃107下方平移。刀刃107可在衝模103之前部處界定促進將混合物101位移至工具151之工具空腔152中的區域。
在模製製程中，混合物101可在含於工具空腔152中時經歷顯著乾燥。因此，成型可主要地歸因於工具空腔152中之混合物101之實質乾燥及凝固以對混合物101進行成型。在某些情況下，與包括例如網版印刷製程之其他製程相比較，根據模製製程而形成之成型研磨顆粒可展現更接近地複製模具空腔之特徵的形狀。然而，應注意，可更易於經由網版印刷製程而達成某些有益形狀特性。
在施加脫模劑之後，混合物101可沈積於模具空腔內且予以乾燥。乾燥可包括自混合物101移除特定含量之某些材料，包括揮發物，諸如水或有機材料。根據一實施例，乾燥製程可在不大於約300℃(諸如不大於約250℃、不大於約200℃、不大於約150℃、不大於約100℃、不大於約80℃、不大於約60℃、不大於約40℃，或甚至不大於約30℃)之乾燥溫度下進行。又，在一個非限制性實施例中，乾燥製程可在至少約-20℃(諸如至少約-10℃、至少約0℃、至少約5℃、至少約10℃，或甚至至少約20℃)之乾燥溫度下進行。將瞭解，乾燥溫度可在上文所提及之最小及最大溫度中之任一者之間的範圍內。
在某些情況下，可在特定持續時間內進行乾燥以促進形成根據本文中之實施例之成型研磨顆粒。舉例而言，可在至少約1分鐘(諸如至少約2分鐘、至少約4分鐘、至少約6分鐘、至少約8分鐘、至少約10分鐘、諸如至少約30分鐘、至少約1小時、至少約2小時、至少約4小時、至少約8小時、至少約12小時、至少約15小時、至少約18小時、至少約24小時)之持續時間內進行乾燥。在又其他情況下，乾燥製程可不大於約30小時，諸如不大於約24小時、不大於約20小時、不大於約15小時、不大於約12小時、不大於約10小時、不大於約8小時、不大於約6小時、不大於約4小時。將瞭解，乾燥之持續時間可在上文所提及之最小及最大值中之任一者之間的範圍內。
另外，可在特定相對濕度下進行乾燥以促進形成根據本文中之實施例之成型研磨顆粒。舉例而言，可在至少約20%、至少約30%、至少約40%、至少約50%、至少約60%、諸如至少約62%、至少約64%、至少約66%、至少約68%、至少約70%、至少約72%、至少約74%、至少約76%、至少約78%或甚至至少約80%之相對濕度下進行乾燥。在又其他非限制性實施例中，可在不大於約90%(諸如不大於約88%、不大於約86%、不大於約84%、不大於約82%、不大於約80%、不大於約78%、不大於約76%、不大於約74%、不大於約72%、不大於約70%、不大於約65%、不大於約60%、不大於約55%、不大於約50%、不大於約45%、不大於約40%、不大於約35%、不大於約30%，或甚 至不大於約25%)之相對濕度下進行乾燥。將瞭解，在乾燥期間利用之相對濕度可在上文所提及之最小及最大百分比中之任一者之間的範圍內。
在完成乾燥製程之後，可自工具空腔152釋放混合物101以產生前驅體成型研磨顆粒。值得注意的是，在自工具空腔152移除混合物101之前，或在移除混合物101且形成前驅體成型研磨顆粒之後，可完成一或多種後成形製程。此等製程可包括表面成型、固化、反應、輻射、平坦化、煆燒、燒結、篩選、摻雜及其組合。舉例而言，在一種可選製程中，可將混合物101或前驅體成型研磨顆粒平移通過可選成型區，其中可對該混合物或該等前驅體成型研磨顆粒之至少一個外表面進行成型。在又一實施例中，可將如含於模具空腔中之混合物101或前驅體成型研磨顆粒平移通過可選施加區，其中可施加摻雜劑材料。在特定情況下，施加摻雜劑材料之製程可包括將摻雜劑材料選擇性地置放於混合物101或前驅體成型研磨顆粒之至少一個外表面上。
可利用包括例如噴塗、浸塗、沈積、浸漬、轉印、衝壓、切割、按壓、壓碎及其任何組合之各種方法來施加摻雜劑材料。根據一實施例，施加摻雜劑材料可包括施加特定材料，諸如前驅體。在某些情況下，前驅體可為鹽，諸如金屬鹽，其包括待併入至最終形成之成型研磨顆粒中的摻雜劑材料。舉例而言，金屬鹽可包括為摻雜劑材料之前驅體的元素或化合物。將瞭解，鹽材料可呈液體形式，諸如呈包含鹽及液體載劑之分散液的形式。鹽可包括氮，且更特定言 之，可包括硝酸鹽。在其他實施例中，鹽可為氯化物、硫酸鹽、磷酸鹽及其組合。在一個實施例中，鹽可包括金屬硝酸鹽，且更特定言之，基本上由金屬硝酸鹽組成。本文中更詳細地描述合適的摻雜劑材料。
形成製程可進一步包括燒結製程。對於本文中之某些實施例，可在自工具空腔152移除混合物且形成前驅體成型研磨顆粒之後進行燒結。可利用前驅體成型研磨顆粒123之燒結來密化該等顆粒，該等顆粒通常處於生坯狀態。在一特定情況下，燒結製程可促進形成陶瓷材料之高溫相。舉例而言，在一個實施例中，可燒結前驅體成型研磨顆粒使得形成氧化鋁之高溫相，諸如α氧化鋁。在一種情況下，成型研磨顆粒可包含該顆粒之總重量的至少約90wt%之α氧化鋁。在其他情況下，α氧化鋁之含量可更大使得成型研磨顆粒可基本上由α氧化鋁組成。
本文中之實施例之研磨顆粒可包括特定類型之研磨顆粒。舉例而言，研磨顆粒可包括成型研磨顆粒及/或非成型研磨顆粒。可利用各種方法來獲得如本文中所描述之成型研磨顆粒。可經由壓碎及篩選技術而形成非成型研磨顆粒。
圖2包括根據一實施例之成型研磨顆粒之透視圖說明。成型研磨顆粒200可包括本體201，該本體包括主要表面202、主要表面203，及在主要表面202及203之間延伸的側表面204。如圖2所說明，成型研磨顆粒200之本體201為薄成型本體，其中主要表面202及203大於側表面 204。此外，本體201可包括自一點延伸至一基底且通過主要表面202上之中點250的縱向軸線210。縱向軸線210可界定延伸通過主要表面202之中點250的主要表面之最長尺寸。本體201可進一步包括界定本體201之寬度的橫向軸線211，該橫向軸線大體上垂直於同一主要表面202上之縱向軸線210而延伸。最終，如所說明，本體201可包括垂直軸線212，該垂直軸線在薄成型本體之上下文中可界定本體201之高度(或厚度)。對於薄成型本體，縱向軸線210之長度等於或大於垂直軸線212。如所說明，厚度212可沿著側表面204在主要表面202及203之間且垂直於由縱向軸線210及橫向軸線211界定之平面而延伸。將瞭解，本文中對研磨顆粒之長度、寬度及高度之參考可參考自較大群組(包括例如貼附至固定研磨劑之研磨顆粒群組)之研磨顆粒之合適取樣大小採取的平均值。
本文中之實施例之成型研磨顆粒(包括薄成型研磨顆粒)可具有長度：寬度之初級縱橫比，使得長度可大於或等於寬度。此外，本體201之長度可大於或等於高度。最終，本體201之寬度可大於或等於高度。根據一實施例，長度：寬度之初級縱橫比可為至少1：1，諸如至少1.1：1、至少1.2：1、至少1.5：1、至少1.8：1、至少2：1、至少3：1、至少4：1、至少5：1、至少6：1，或甚至至少10：1。在另一非限制性實施例中，成型研磨顆粒之本體201可具有不大於100：1、不大於50：1、不大於10：1、不大於6：1、不大於5：1、不大於4：1、不大於3：1、不大於2：1或甚至不大於1：1 的長度：寬度之初級縱橫比。將瞭解，本體201之初級縱橫比可具有包括上文所提及之最小及最大比率中之任一者的範圍。
此外，本體201可具有寬度：高度之次級縱橫比，其可為至少1：1，諸如至少1.1：1、至少1.2：1、至少1.5：1、至少1.8：1、至少2：1、至少3：1、至少4：1、至少5：1、至少8：1，或甚至至少10：1。又，在另一非限制性實施例中，本體201之次級縱橫比寬度：高度可不大於100：1，諸如不大於50：1、不大於10：1、不大於8：1、不大於6：1、不大於5：1、不大於4：1、不大於3：1，或甚至不大於2：1。將瞭解，寬度：高度之次級縱橫比可具有包括上文之最小及最大比率中之任一者的範圍。
在另一實施例中，本體201可具有長度：高度之三級縱橫比，其可為至少1.1：1，諸如至少1.2：1、至少1.5：1、至少1.8：1、至少2：1、至少3：1、至少4：1、至少5：1、至少8：1，或甚至至少10：1。又，在另一非限制性實施例中，本體201之三級縱橫比長度：高度可不大於100：1，諸如不大於50：1、不大於10：1、不大於8：1、不大於6：1、不大於5：1、不大於4：1、不大於3：1。將瞭解，本體201之三級縱橫比可具有包括最小及最大比率以及上文中之任一者的範圍。
本文中之實施例之研磨顆粒(包括成型研磨顆粒)可包括結晶材料，且更特定言之，包括多晶材料。值得注意的是，多晶材料可包括研磨晶粒。在一個實施例中，研磨顆 粒之本體(包括例如成型研磨顆粒之本體)可基本上不含有機材料，諸如黏合劑。在至少一個實施例中，研磨顆粒可基本上由多晶材料組成。
可有可能形成包括氮化物、氧化物、碳化物、硼化物、氮氧化物、硼氧化物、金剛石、含碳材料及其組合之材料之研磨顆粒。在特定情況下，研磨顆粒可包括氧化物化合物或複合物，諸如氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、氧化釔、氧化鉻、氧化鍶、氧化矽、氧化鎂、稀土氧化物及其組合。
在一個特定實施例中，研磨顆粒可包括多數含量之氧化鋁。對於至少一個實施例，研磨顆粒可包括至少80wt%之氧化鋁，諸如至少90wt%之氧化鋁、至少91wt%之氧化鋁、至少92wt%之氧化鋁、至少93wt%之氧化鋁、至少94wt%之氧化鋁、至少95wt%之氧化鋁、至少96wt%之氧化鋁，或甚至至少97wt%之氧化鋁。又，在至少一個特定實施例中，研磨顆粒可包括不大於99.5wt%之氧化鋁，諸如不大於99wt%之氧化鋁、不大於98.5wt%之氧化鋁、不大於97.5wt%之氧化鋁、不大於97wt%之氧化鋁、不大於96wt%之氧化鋁，或甚至不大於94wt%之氧化鋁。將瞭解，本文中之實施例之研磨顆粒可包括含量在包括上文所提及之最小及最大百分比中之任一者的範圍內的氧化鋁。此外，在特定情況下，成型研磨顆粒可由接種溶膠-凝膠形成。在至少一個實施例中，研磨顆粒可基本上由氧化鋁及如本文中所描述之某些摻雜劑材料組成。
本文中之實施例之研磨顆粒可包括特別稠密的 本體，其可適合於用作研磨劑。舉例而言，研磨顆粒可具有一本體，該本體具有至少95%理論密度(諸如至少96%理論密度、至少97%理論密度、至少98%理論密度，或甚至至少99%理論密度)之密度。
研磨顆粒之本體內含有的研磨晶粒(亦即，微晶)可具有通常不大於約100微米之平均晶粒大小(亦即，平均晶體大小)。在其他實施例中，平均晶粒大小可更小，諸如不大於約80微米，或不大於約50微米，或不大於約30微米，或不大於約20微米，或不大於約10微米，或不大於約6微米，或不大於約5微米，或不大於約4微米，或不大於約3.5微米，或不大於約3微米，或不大於約2.5微米，或不大於約2微米，或不大於約1.5微米，或不大於約1微米，或不大於約0.8微米，或不大於約0.6微米，或不大於約0.5微米，或不大於約0.4微米，或不大於約0.3微米，或甚至不大於約0.2微米。又，研磨顆粒之本體內含有的研磨晶粒之平均晶粒大小可為至少約0.01微米，諸如至少約0.05微米，或至少約0.06微米，或至少約0.07微米，或至少約0.08微米，或至少約0.09微米，或至少約0.1微米，或至少約0.12微米，或至少約0.15微米，或至少約0.17微米，或至少約0.2微米，或甚至至少約0.3微米。將瞭解，研磨顆粒可具有在上文所提及之最小及最大值中之任一者之間的範圍內的平均晶粒大小(亦即，平均晶體大小)。
平均晶粒大小(亦即，平均晶體大小)可基於使用掃描電子顯微鏡(SEM)顯微相片之未校正截距法予以量測。 研磨晶粒之樣本係藉由在環氧樹脂中製造膠木安裝台予以製備，接著使用Struers Tegramin 30拋光單元而運用金剛石拋光漿料予以拋光。在拋光之後，在熱板上加熱環氧樹脂，接著在低於燒結溫度之150℃下熱蝕刻經拋光表面達5分鐘。將個別晶粒(5至10個砂礫)安裝於SEM安裝台上，接著予以金塗佈以用於SEM製備。以大約50,000倍放大率拍攝三個個別研磨顆粒之SEM顯微相片，接著使用以下步驟來計算未校正微晶大小：1)自晶體結構視圖之一個隅角至相對隅角繪製對角線，排除相片之底部處的黑色資料帶；2)將對角線之長度量測為L1及L2(精確至0.1公分)；3)計數由對角線中之每一者相交的晶界之數目(亦即，晶界相交點I1及I2)且針對對角線中之每一者記錄此數目；4)藉由量測每一顯微相片或檢視畫面之底部處的微米杆體之長度(單位為公分)(亦即，“杆體長度”)來判定所計算之杆體數目，且將杆體長度(單位為微米)除以杆體長度(單位為公分)；5)將在顯微相片上繪製之對角線的總公分相加(L1+L2)以獲得對角線長度之總和；6)將兩個對角線之晶界相交點的數目相加(I1+I2)以獲得晶界相交點之總和；7)將單位為公分的對角線長度之總和(L1+L2)除以晶界相交點之總和(I1+I2)，且將此數目乘以所計算之杆體數目。將此程式針對三個不同隨機選定樣本完成至少三個不同次數以獲得平均微晶大小。
根據某些實施例，某些研磨顆粒可為複合物品，包括在研磨顆粒之本體內的至少兩個不同類型之晶粒。將瞭解，不同類型之晶粒為相對於彼此具有不同組成物之晶 粒。舉例而言，可形成研磨顆粒之本體使得其包括至少兩個不同類型之晶粒，其中兩個不同類型之晶粒可為氮化物、氧化物、碳化物、硼化物、氮氧化物、硼氧化物、金剛石及其組合。
根據一實施例，研磨顆粒可具有如由至少約100微米之最大尺寸(亦即，長度)所量測之平均顆粒大小。事實上，研磨顆粒可具有至少約150微米(諸如至少約200微米、至少約300微米、至少約400微米、至少約500微米、至少約600微米、至少約微米、至少約800微米，或甚至至少約900微米)之平均顆粒大小。又，本文中之實施例之研磨顆粒可具有不大於約5mm(諸如不大於約3mm、不大於約2mm，或甚至不大於約1.5mm)之平均顆粒大小。將瞭解，研磨顆粒可具有在上文所提及之最小及最大值中之任一者之間的範圍內的平均顆粒大小。
圖2包括具有如由上部主要表面202或主要表面203之平面所界定的二維形狀之成型研磨顆粒之說明，該二維形狀具有大體上三角形二維形狀。將瞭解，本文中之實施例之成型研磨顆粒並不受到如此限制，且可包括其他二維形狀。舉例而言，本文中之實施例之成型研磨顆粒可包括具有一本體之顆粒，該本體具有如由該本體之主要表面所界定的二維形狀，該二維形狀係來自包括以下各者之形狀的群組：多邊形、不規則多邊形、包括弓狀或彎曲側或側之部分的不規則多邊形、橢球形、數字、希臘字母表字元、拉丁字母表字元、俄文字母表字元、日文漢字字元、具有多邊形形 狀之組合的複雜形狀、包括中心區域及自中心區域延伸之複數個臂(例如，至少三個臂)的形狀(例如，星形形狀)，及其組合。特定多邊形形狀包括矩形、梯形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形、九邊形、十邊形及其任何組合。在另一情況下，最終形成之成型研磨顆粒可具有一本體，該本體具有二維形狀，諸如不規則四邊形、不規則矩形、不規則梯形、不規則五邊形、不規則六邊形、不規則七邊形、不規則八邊形、不規則九邊形、不規則十邊形及其組合。不規則多邊形形狀為界定多邊形形狀之側中之至少一者在尺寸(例如，長度)方面相對於另一側不同的多邊形形狀。如本文中之其他實施例中所說明，某些成型研磨顆粒之二維形狀可具有特定數目個外點或外部隅角。舉例而言，成型研磨顆粒之本體可具有如在由長度及寬度所界定之平面中所檢視的二維多邊形形狀，其中該本體包含具有至少4個外點(例如，四邊形)、至少5個外點(例如，五邊形)、至少6個外點(例如，六邊形)、至少7個外點(例如，七邊形)、至少8個外點(例如，八邊形)、至少9個外點(例如，九邊形)及其類似者之二維形狀。
狹長研磨顆粒350可具有本文中之實施例中所描述的其他研磨顆粒之某些屬性，包括例如但不限於組成物、微結構特徵(例如，平均晶粒大小)、硬度、孔隙率及其類似者。
圖3A包括根據另一實施例之成型研磨顆粒之透視圖說明。值得注意的是，成型研磨顆粒300可包括本體 301，該本體包括表面302及表面303，該等表面可被稱作端表面302及303。本體可進一步包括在端表面302及303之間延伸且耦接至該等端表面之表面304、305、306、307。圖3A之成型研磨顆粒為具有縱向軸線310之狹長成型研磨顆粒，該縱向軸線沿著表面305延伸且通過端表面302及303之間的中點340。將瞭解，表面305經選擇以用於說明縱向軸線310，此係因為本體301具有如由端表面302及303所界定之大體上正方形橫截面輪廓。因而，表面304、305、306及307相對於彼此具有大致上相同的大小。然而，在其他狹長研磨顆粒(其中表面302及303界定不同形狀，例如矩形形狀，其中表面304、305、306及307中之一者相對於其他表面可較大)之上下文中，彼等表面中之最大表面界定主要表面，且因此，縱向軸線將沿著彼等表面中之最大表面而延伸。如進一步所說明，本體301可包括橫向軸線311，該橫向軸線垂直於縱向軸線310在由表面305界定之同一平面內延伸。如進一步所說明，本體301可進一步包括垂直軸線312，該垂直軸線界定研磨顆粒之高度，其中垂直軸線312在垂直於由表面305之縱向軸線310及橫向軸線311界定之平面的方向上延伸。
將瞭解，與圖2之薄成型研磨顆粒類似，圖3A之狹長成型研磨顆粒可具有各種二維形狀，諸如關於圖2之成型研磨顆粒所界定之形狀。本體301之二維形狀可由端表面302及303之周邊的形狀界定。狹長成型研磨顆粒300可具有本文中之實施例之成型研磨顆粒的屬性中之任一者。
圖3B包括可為狹長非成型研磨顆粒之非成型研磨顆粒之說明。將瞭解，本文中之實施例之非成型研磨顆粒可未必為狹長的，且可為更等軸的。成型研磨顆粒可經由包括模製、印刷、澆鑄、擠壓及其類似者之特定製程而形成。成型研磨顆粒經形成使得每一顆粒相對於彼此具有表面及邊緣之實質上相同的配置。舉例而言，成型研磨顆粒群組相對於彼此通常具有表面及邊緣之相同的配置及定向及或二維形狀。因而，成型研磨顆粒相對於彼此具有表面及邊緣之配置的高成型保真度及一致性。與此對比，非成型研磨顆粒可經由不同製程而形成，且具有不同形狀屬性。舉例而言，經壓碎晶粒通常係藉由粉碎製程而形成，在粉碎製程中，形成大量材料且接著予以壓碎及篩選以獲得具有某一大小之研磨顆粒。然而，非成型研磨顆粒將具有表面及邊緣之大體上隨機的配置，且通常在表面及邊緣之配置中將缺少任何可辨識之二維或三維形狀。此外，非成型研磨顆粒相對於彼此未必具有一致的形狀，且因此與成型研磨顆粒相比較具有顯著較低的形狀保真度。非成型研磨顆粒相對於彼此通常係由表面及邊緣之隨機配置界定。
如圖3B進一步所說明，研磨物品可為非成型研磨顆粒，其具有本體351及界定該顆粒之最長尺寸的縱向軸線352、垂直於縱向軸線352而延伸且界定該顆粒之寬度的橫向軸線353。此外，研磨顆粒可具有如由垂直軸線354所界定之高度(或厚度)，該垂直軸線可大體上垂直於由縱向軸線352及橫向軸線353之組合界定的平面而延伸。如進一步 所說明，非成型研磨顆粒之本體351可具有沿著本體351之外表面而延伸的邊緣355之大體上隨機配置。
將瞭解，研磨顆粒可具有由縱向軸線352界定之長度、由橫向軸線353界定之寬度，及界定高度之垂直軸線354。將瞭解，本體351可具有長度：寬度之初級縱橫比，使得長度等於或大於寬度。此外，本體351之長度可等於或大於或等於高度。最終，本體351之寬度可大於或等於高度354。根據一實施例，長度：寬度之初級縱橫比可為至少1.1：1、至少1.2：1、至少1.5：1、至少1.8：1、至少2：1、至少3：1、至少4：1、至少5：1、至少6：1，或甚至至少10：1。在另一非限制性實施例中，狹長成型研磨顆粒之本體351可具有不大於100：1、不大於50：1、不大於10：1、不大於6：1、不大於5：1、不大於4：1、不大於3：1或甚至不大於2：1的長度：寬度之初級縱橫比。將瞭解，本體351之初級縱橫比可具有包括上文所提及之最小及最大比率中之任一者的範圍。
此外，狹長研磨顆粒350之本體351可包括寬度：高度之次級縱橫比，其可為至少1.1：1，諸如至少1.2：1、至少1.5：1、至少1.8：1、至少2：1、至少3：1、至少4：1、至少5：1、至少8：1，或甚至至少10：1。又，在另一非限制性實施例中，本體351之次級縱橫比寬度：高度可不大於100：1，諸如不大於50：1、不大於10：1、不大於8：1、不大於6：1、不大於5：1、不大於4：1、不大於3：1，或甚至不大於2：1。將瞭解，寬度：高度之次級縱橫比可具有包括上文之最小及最大比率中之任一者的範圍。
在另一實施例中，狹長研磨顆粒350之本體351可具有長度：高度之三級縱橫比，其可為至少1.1：1，諸如至少1.2：1、至少1.5：1、至少1.8：1、至少2：1、至少3：1、至少4：1、至少5：1、至少8：1，或甚至至少10：1。又，在另一非限制性實施例中，本體351之三級縱橫比長度：高度可不大於100：1，諸如不大於50：1、不大於10：1、不大於8：1、不大於6：1、不大於5：1、不大於4：1、不大於3：1，將瞭解，本體351之三級縱橫比可具有包括最小及最大比率以及上文中之任一者的範圍。
狹長研磨顆粒350可具有本文中之實施例中所描述的其他研磨顆粒之某些屬性，包括例如但不限於組成物、微結構特徵(例如，平均晶粒大小)、硬度、孔隙率及其類似者。
圖4A包括根據一實施例之成型研磨顆粒之俯視圖說明。詳言之，成型研磨顆粒400可包括本體401，該本體具有本文中之實施例之其他成型研磨顆粒的特徵，包括上部主要表面403及與上部主要表面403相對之底部主要表面(未圖示)。上部主要表面403及底部主要表面可藉由至少一個側表面405而彼此分離，該側表面可包括一或多個離散側表面部分，包括例如側表面405之第一部分406、側表面405之第二部分407，及側表面405之第三部分408。詳言之，側表面405之第一部分406可在第一隅角409與第二隅角410之間延伸。側表面405之第二部分407可在第二隅角410與第三隅角411之間延伸。值得注意的是，第二隅角 410可為接合側表面405之兩個部分的外部隅角。第二隅角410及第三隅角411(其亦為外部隅角)彼此鄰近且不具有安置於其之間的其他外部隅角。又，側表面405之第三部分408可在第三隅角411與第一隅角409之間延伸，該等隅角皆為外部隅角，其彼此鄰近且不具有安置於其之間的其他外部隅角。
如所說明，本體401可具有由至少一個線性區段及至少一個弓狀區段界定之周邊。更特定言之，本體401可包括第一部分406，該第一部分包括安置于第一線性區段441與第二線性區段443之間及外部隅角409及410之間的第一彎曲區段442。第二部分407藉由外部隅角410而與側表面405之第一部分406分離。側表面405之第二部分407可包括接合第三線性區段451及第四線性區段453之第二彎曲區段452。此外，本體401可包括藉由外部隅角409而與側表面405之第一部分406分離且藉由外部隅角411而與第二部分407分離之第三部分408。側表面405之第三部分408可包括接合第五線性區段461及第六線性區段463之第三彎曲區段462。在至少一個實施例中，本體401可為包括中心區域之形狀，該形狀具有自中心區域延伸之三個臂，該等臂中之每一者包括尖端，該等尖端包括由兩個線性區段之間的接合部界定之外部隅角(例如，409、410及411)及在兩個外部隅角之間延伸的至少一個弓狀部分。此外，如圖4A所說明，本體401可具有二維形狀，該二維形狀具有由至少三個離散線性部分(例如，441、443、451、453、461及463) 及三個離散弓狀部分界定之周邊，其中三個離散弓狀部分(例如，441、452及462)彎曲區段中之每一者藉由離散弓狀部分中之至少一者而彼此分離。
圖4B包括根據一實施例之成型研磨顆粒430之俯視圖。成型研磨顆粒之尖端硬度(其可為平均尖端硬度)可藉由判定本體432之外部隅角431上的最佳擬合圓之半徑予以量測。舉例而言，轉至圖4B，提供本體432之上部主要表面433之俯視圖。在外部隅角431處，最佳擬合圓上覆於成型研磨顆粒430之本體432的影像上，且相對於外部隅角431之曲率的最佳擬合圓之半徑界定外部隅角431之尖端硬度的值。可針對本體432之每一外部隅角重新產生量測，以判定單一成型研磨顆粒430之平均個別尖端硬度。此外，可對成型研磨顆粒批次中的合適樣本大小之成型研磨顆粒重新產生量測，以匯出平均批次尖端硬度。諸如ImageJ之任何合適電腦程式可結合具有合適放大率之影像(例如，SEM影像或光顯微鏡影像)而使用，以準確地量測最佳擬合圓及尖端硬度。
本文中之實施例之成型研磨顆粒可具有可在本文中之實施例之固定研磨物品中促進合適效能的特定尖端硬度。舉例而言，成型研磨顆粒之本體可具有不大於約80微米(諸如不大於約70微米、不大於約60微米、不大於約50微米、不大於約40微米、不大於約30微米、不大於約20微米，或甚至不大於約10微米)之尖端硬度。在又一非限制性實施例中，尖端硬度可為至少2微米，諸如至少4微米、 至少10微米、至少20微米、至少30微米、至少40微米、至少50微米、至少60微米，或甚至至少70微米。將瞭解，本體之尖端硬度可在上文所提及之最小及最大值中之任一者之間的範圍內。
成型研磨顆粒之另一晶粒特徵為形狀指數。與在本體內完全地擬合之最大最佳擬合內圓的內徑(如在長度及寬度之同一平面中所檢視)相比較，成型研磨顆粒之本體的形狀指數可經描述為疊置於本體上之最佳擬合外圓的外徑之值，如在本體之長度及寬度的平面之兩個維度(例如，上部主要表面或底部主要表面)中所檢視。舉例而言，轉至圖4C，成型研磨顆粒470具備在說明上疊置以示範形狀指數之計算的兩個圓。第一圓疊置於本體470上，該第一圓為表示可用以擬合本體470在其邊界內之整個周邊之最小圓的最佳擬合外圓。外圓具有半徑(Ro)。對於諸如圖4C所說明之形狀的形狀，外圓可在三個外部隅角中之每一者處與本體之周邊相交。然而，將瞭解，對於某些不規則或複雜形狀，本體可不在圓內均一地擬合，使得隅角中之每一者以相等間隔而與圓相交，但仍可形成最佳擬合外圓。諸如ImageJ之任何合適電腦程式可結合具有合適放大率之影像(例如，SEM影像或光顯微鏡影像)而使用，以產生外圓且量測半徑(Ro)。
第二內圓可疊置於本體470上，如圖4C所說明，該第二內圓為表示可完全地置放於本體470之周邊內之最大圓的最佳擬合圓，如在本體470之長度及寬度之平面中所檢視。內圓可具有半徑(Ri)。將瞭解，對於某些不規則或 複雜形狀，內圓可不在本體內均一地擬合，使得該圓之周邊以相等間隔接觸本體之部分，諸如針對圖4C之形狀所展示。然而，仍可形成最佳擬合內圓。諸如ImageJ之任何合適電腦程式可結合具有合適放大率之影像(例如，SEM影像或光顯微鏡影像)而使用，以產生內圓且量測半徑(Ri)。
形狀指數可藉由將外徑除以內徑予以計算(亦即，形狀指數=Ri/Ro)。舉例而言，成型研磨顆粒之本體470具有大約0.35之形狀指數。此外，等邊三角形通常具有大約0.5之形狀指數，但其他多邊形(諸如六邊形或五邊形)具有大於0.5之形狀指數值。根據一實施例，本文中之成型研磨顆粒可具有至少0.02(諸如至少0.05、至少0.10、至少0.15、至少0.20、至少0.25、至少0.30、至少0.35、至少0.40、至少0.45、至少0.5、至少0.55、至少0.60、至少0.65、至少0.70、至少0.75、至少0.80、至少0.85、至少0.90、至少0.95)之形狀指數。又，在另一非限制性實施例中，成型研磨顆粒可具有不大於1(諸如不大於0.98、不大於0.95、不大於0.90、不大於0.85、不大於0.80、不大於0.75、不大於0.70、不大於0.65、不大於0.60、不大於0.55、不大於0.50、不大於0.45、不大於0.40、不大於0.35、不大於0.30、不大於0.25、不大於0.20、不大於0.15、不大於0.10、不大於0.05、不大於0.02)之形狀指數。將瞭解，成型研磨顆粒可具有在上文所提及之最小及最大值中之任一者之間的範圍內的形狀指數。
圖4D包括根據另一實施例之成型研磨顆粒之俯 視圖。成型研磨顆粒480可具有本體481，該本體具有本文中之實施例之其他成型研磨顆粒的特徵，包括上部主要表面483及與上部主要表面483相對之底部主要表面(未圖示)。上部主要表面483及底部主要表面可藉由至少一個側表面484而彼此分離，該側表面可包括一或多個離散側表面區段。根據一個實施例，本體481可經界定為不規則六邊形，其中該本體具有六邊形(亦即，六側)二維形狀，如在本體481之長度及寬度之平面中所檢視，且其中至少兩個側(諸如側485及486)相對于彼此具有不同的長度。值得注意的是，側之長度在本文中被理解為指代本體481之寬度，且該本體之長度為延伸通過本體481之中點的最大尺寸。此外，如所說明，側中無一者彼此平行。且此外，雖然未說明，但側中之任一者可具有其曲率，包括凹曲率，其中側可朝向本體481之內部向內彎曲。
本文中之實施例之研磨顆粒(其可包括成型研磨顆粒及/或非成型研磨顆粒)可具有特定組成物，該特定組成物促進改良式特性，包括例如合適密度及與某一潛變行為組合之研磨能力的組合。詳言之，研磨顆粒可具有包括第一摻雜劑之本體，該第一摻雜劑可促進該本體之燒結及密化及/或在燒結期間的該本體中之一或多個額外相之形成，該或該等額外相促進該本體之研磨特性。在一個實施例中，第一摻雜劑可包括鈷、鎂及其組合。在更特定情況下，第一摻雜劑可包括多數含量之鎂及氧，且甚至更特定言之，可基本上由鎂及氧組成。舉例而言，第一摻雜劑可為氧化鎂(MgO)，且可 基本上由氧化錳組成。在又一實施例中，第一摻雜劑可包括鈷及氧，且可基本上由鈷及氧組成。
在某些情況下，研磨顆粒之本體可具有可促進改良式特性的特定含量之第一摻雜劑。舉例而言，本體可包括本體之總重量的至少0.1wt%(諸如至少0.12wt%，或至少0.15wt%，或至少0.18wt%，或至少0.2wt%，或至少0.3wt%，或至少0.4wt%，或至少0.5wt%，或至少0.6wt%，或至少0.7wt%，或至少0.8wt%，或至少0.9wt%)之第一摻雜劑。在又一實施例中，研磨顆粒之本體可包括本體之總重量的不大於4.5wt%(諸如不大於4wt%，或不大於3wt%，或不大於2.5wt%，或不大於2.2wt%，或不大於2wt%，或不大於1.9wt%，或不大於1.8wt%，或不大於1.7wt%，或不大於1.6wt%，或不大於1.5wt%，或不大於1.4wt%，或不大於1.3wt%，或甚至不大於1.2wt%)之第一摻雜劑。將瞭解，本體可包括含量在包括上文所提及之最小及最大值中之任一者的範圍內的第一摻雜劑。本文中對研磨顆粒之本體內的摻雜劑材料之含量的參考亦可參考研磨顆粒群組(包括例如固定研磨物品中包括之研磨顆粒群組)的摻雜劑之平均含量。此外，第一摻雜劑之不同含量可用以影響不同行為。舉例而言，第一摻雜劑之較小含量可用以影響本體之密化，其中第一摻雜劑之較大含量可用以影響本體之研磨行為。
在另一態樣中，研磨顆粒之本體可包括第二摻雜劑，其在組成物方面與第一摻雜劑相異至少一個元素，且亦可在研磨顆粒之本體內的分佈及/或置放方面相異於第一摻 雜劑。第二摻雜劑之提供可促進研磨顆粒之某些改良式特性，包括例如但不限於與改良式磨削效能相關之潛變及變形特性。根據一個實施例，第二摻雜劑可包括來自由釔、鑭、稀土元素及其組合組成之群組的至少一個元素。稀土元素包括根據元素週期表而被視為稀土元素之彼等元素，該等元素可包括十七個元素，包括15個鑭系元素以及鈧及釔。
在至少一個實施例中，第二摻雜劑可包括諸如釔(且更特定言之，釔及氧)之材料，其可呈化合物之形式，諸如氧化釔。在一種特定情況下，第二摻雜劑可基本上由釔及氧組成。可用作第二摻雜劑之其他合適材料可包括鋯、鑭、鍶、鑥、釹及其組合。
在某些情況下，本體可包括特定含量之第二摻雜劑以促進改良式特性。舉例而言，研磨顆粒之本體可包括本體之總重量的至少0.1wt%(諸如至少0.2wt%，或至少0.4wt%，或至少0.6wt%，或至少0.8wt%，或至少1wt%，或至少1.1wt%，或至少1.2wt%，或至少1.3wt%，或至少1.4wt%，或至少1.5wt%，或至少1.6wt%，或至少1.7wt%，或至少1.8wt%，或至少1.9wt%，或甚至至少2wt%)之第二摻雜劑。又，在一個非限制性實施例中，研磨顆粒之本體可包括本體之總重量的不大於10wt%(諸如不大於9wt%，或不大於8wt%，或不大於7wt%，或不大於6wt%，或不大於5wt%，或不大於4wt%，或不大於3.5wt%，或不大於3.2wt%，或不大於3wt%，或不大於2.9wt%，或不大於2.8wt%，或不大於2.7wt%，或不大於2.6 wt%，或不大於2.5wt%，或不大於2.4wt%，或不大於2.3wt%，或不大於2.2wt%，或甚至不大於2.1wt%)之第二摻雜劑。將瞭解，研磨顆粒之本體可具有含量在包括上文所提及之最小及最大百分比中之任一者的範圍內的第二摻雜劑。此外，將瞭解，對百分比中之任一者的參考可參考研磨顆粒群組或批次(諸如併入至固定研磨物品中之研磨顆粒群組)之平均百分比。
根據至少一個實施例，研磨顆粒可利用第一及第二摻雜劑之相對含量，此可促進改良式特性及效能。舉例而言，研磨顆粒可包括至少1之摻雜劑比率值(D1/D2)，其中D1表示本體中之第一摻雜劑的重量百分數，且D2表示本體中之第二摻雜劑的重量百分數。在又其他情況下，摻雜劑比率值(D1/D2)可大於1，諸如至少1.1，或至少1.2，或至少1.3，或至少1.4，或至少1.5，或至少1.6，或至少1.7，或至少1.8，或至少1.9，或甚至至少2。又，在一個非限制性實施例中，摻雜劑比率值(D1/D2)可不大於10，諸如不大於9，或不大於8，或不大於7，或不大於6，或不大於5，或不大於4，或不大於3.5，或不大於3，或不大於2.8，或不大於2.5。將瞭解，研磨顆粒之本體可具有在包括上文所提及之最小及最大值中之任一者的範圍內的摻雜劑比率(D1/D2)。此外，將瞭解，對值中之任一者的參考可參考研磨顆粒群組或批次(諸如併入至固定研磨物品中之研磨顆粒群組)之平均值。
在又其他情況下，研磨顆粒可利用第一及第二 摻雜劑之相對含量，其不同于上文所提及之比率，且亦可促進改良式特性及效能。舉例而言，研磨顆粒可包括至少1之摻雜劑比率值(D2/D1)，其中D1表示本體中之第一摻雜劑的重量百分數，且D2表示本體中之第二摻雜劑的重量百分數。在又其他情況下，摻雜劑比率值(D2/D1)可大於1，諸如至少1.1，或至少1.2，或至少1.3，或至少1.4，或至少1.5，或至少1.6，或至少1.7，或至少1.8，或至少1.9，或甚至至少2。又，在一個非限制性實施例中，摻雜劑比率值(D2/D1)可不大於10，諸如不大於9，或不大於8，或不大於7，或不大於6，或不大於5，或不大於4，或不大於3.5，或不大於3，或不大於2.8，或不大於2.5。將瞭解，研磨顆粒之本體可具有在包括上文所提及之最小及最大值中之任一者的範圍內的摻雜劑比率(D2/D1)。此外，將瞭解，對值中之任一者的參考可參考研磨顆粒群組或批次(諸如併入至固定研磨物品中之研磨顆粒群組)之平均值。
根據一個實施例，研磨顆粒可經形成為具有在研磨顆粒之本體內的第一摻雜劑及/或第二摻雜劑之特定分佈。舉例而言，在某些情況下，第一摻雜劑可呈現為第一晶界相，且第二摻雜劑可呈現為第二晶界相。晶界相可存在於本體內之其他材料晶粒中之晶粒(亦即，微晶)之間，該等其他材料晶粒可包括例如包含氧化鋁之晶粒。晶界相可包括來自摻雜劑材料中之一或多者的一或多個元素。在一個實施例中，第一晶界相可貫穿研磨顆粒之整個本體為實質上同質的。在更特定情況下，第一晶界相可貫穿研磨顆粒之整個本 體為實質上同質的。根據另一態樣，第二晶界相可貫穿研磨顆粒之整個本體為實質上同質的。
圖5A包括研磨顆粒之本體之說明，該研磨顆粒包括實質上均一地分散於該本體內之摻雜劑或相。如所說明，研磨顆粒500包括本體201，該本體可由第一相502及第二相503形成。第二相可包括如本文中之實施例中所描述的摻雜劑材料中之任一者。如進一步所說明，第二相503可貫穿本體501之容積實質上均一地分散，使得若獲得本體501之不同部分的統計上相關且隨機之取樣，則不同取樣中之每一者之間的第二相503之含量將實質上相同。在某些實施例中，可基於標準差的第二相之變化可不大於本體之第二相之平均值的約20%，如由方程式(AVG/STDEV)×100%所計算，其中AVG表示不同部分中之每一者的第二相之平均含量，且STDEV表示用於取樣的第二相之含量的標準差。
又，在至少一個實施例中，研磨顆粒之本體可包括第一及/或摻雜劑之非同質分佈。舉例而言，在一個實施例中，第一摻雜劑及第二摻雜劑中之至少一者優選地在本體之外表面附近與環繞本體之容積式中點的內部區域相比較以較高濃度而分佈。舉例而言，在一個態樣中，與在本體內遠離外表面而間隔開且環繞本體之中點的中心區域相比較，在本體之周邊區域(包括且鄰接於本體之外表面)處，第一摻雜劑可具有較高濃度。此外，在另一實施例中，與在本體內遠離外表面而間隔開且環繞本體之中點的中心區域相比較，在本體之周邊區域(包括且鄰接於本體之外表面)處，第二摻雜 劑可具有較高濃度。
圖5B包括研磨顆粒之說明，該研磨顆粒包括非均一地分散於本體內之摻雜劑或材料相。如所說明，微粒材料510可包括具有本體511之顆粒，該本體可由至少第一相502及第二相503形成。第二相503可貫穿本體511之容積非均一地分散。第二相503可表示如本文中之實施例所提到的摻雜劑或材料相中之任何一或多者。詳言之，與中心區域515內之第二相503之含量相比較，本體511可在周邊區域513內包括較大含量之第二相503。在此等情況下，第二相513表現為在本體511中產生“光暈”。本體511之周邊區域513可在涵蓋第二相503之至少大部分的距離內自外表面512延伸至本體511之容積中。在特定情況下，周邊區域513可由如下區域界定：該區域涵蓋外表面512與邊界514之間的第二相之至少約90%，邊界514係在外表面512與本體之容積式中點516之間。舉例而言，周邊區域513可包括本體之總容積的至少約5%，諸如至少約10%、至少約20%，或甚至至少約25%。本體511之中心區域515可為環繞本體之容積式中點516且在三個維度上向外延伸至邊界514的區域。中心區域可為本體之總容積的至少約5%，諸如至少約10%、至少約20%，或甚至至少約25%。以上說明為非限制性的，且將瞭解，可製造各種顆粒以形成具有不同大小及形狀之周邊區域及中心區域。
本文中對第一及第二相之參考可為非限制性的，且將瞭解，除了僅第一及第二相以外，其他相及/或組成 物亦可存在于本文中之實施例之研磨顆粒內。
根據一實施例，研磨顆粒可包括第三摻雜劑，該第三摻雜劑在研磨顆粒之本體內的組成物及/或分佈方面可相異於第一及/或第二摻雜劑。第三摻雜劑可包括含金屬化合物，諸如氧化物，且更特定言之，包括過渡金屬氧化物化合物。一個合適金屬元素包括鈷。在一種特定情況下，第三摻雜劑可基本上由鈷及氧化鈷組成。在又一情況下，第三摻雜劑可包括鋯、鑭、鍶、鑥、釹及其組合。
第三摻雜劑可為相異於本體內之其他相的相，包括例如包含氧化鋁材料之相。又，第三摻雜劑無需為相異材料相，且可併入至本體內之一或多個其他材料相中。
在某些情況下，本體可包括特定含量之第三摻雜劑以促進改良式特性。舉例而言，本體可包括含量不同於第一或第二摻雜劑之含量的第三摻雜劑。可存在的第三摻雜劑之量小於第一摻雜劑之含量。此外，可存在的第三摻雜劑之量小於第二摻雜劑之量。第三摻雜劑之存在未必需要第一或第二摻雜劑之存在，且僅僅被選擇為一般命名慣例。
本體可包括可促進改良式特性(包括但不限於研磨行為及/或變形特性)的特定含量之第三摻雜劑。舉例而言，本體中之第三摻雜劑之含量可為本體之總重量的至少0.1wt%(諸如至少0.2wt%，或至少0.4wt%，或至少0.6wt%，或至少0.8wt%，或至少1wt%，或至少1.1wt%，或至少1.2wt%，或至少1.3wt%，或至少1.4wt%，或至少1.5wt%，或至少1.6wt%，或至少1.7wt%，或至少1.8wt%， 或至少1.9wt%，或甚至至少2wt%)之第三摻雜劑。又，在一個非限制性實施例中，研磨顆粒之本體可包括本體之總重量的不大於10wt%(諸如不大於9wt%，或不大於8wt%，或不大於7wt%，或不大於6wt%，或不大於5wt%，或不大於4wt%，或不大於3.5wt%，或不大於3.2wt%，或不大於3wt%，或不大於2.9wt%，或不大於2.8wt%，或不大於2.7wt%，或不大於2.6wt%，或不大於2.5wt%，或不大於2.4wt%，或不大於2.3wt%，或不大於2.2wt%，或甚至不大於2.1wt%)之第三摻雜劑。將瞭解，研磨顆粒之本體可具有含量在包括上文所提及之最小及最大百分比中之任一者的範圍內的第三摻雜劑。此外，將瞭解，對百分比中之任一者的參考可參考研磨顆粒群組或批次(諸如併入至固定研磨物品中之研磨顆粒群組)之平均百分比。
根據至少一個實施例，研磨顆粒可利用第一及第三摻雜劑之相對含量，此可促進改良式特性及/或效能。舉例而言，研磨顆粒可包括至少1之摻雜劑比率值(D1/D3)，其中D1表示本體中之第一摻雜劑的重量百分數，且D3表示本體中之第三摻雜劑的重量百分數。在又其他情況下，摻雜劑比率值(D1/D3)可大於1，諸如至少1.1，或至少1.2，或至少1.3，或至少1.4，或至少1.5，或至少1.6，或至少1.7，或至少1.8，或至少1.9，或甚至至少2。又，在一個非限制性實施例中，摻雜劑比率值(D1/D3)可不大於10，諸如不大於9，或不大於8，或不大於7，或不大於6，或不大於5，或不大於4，或不大於3.5，或不大於3，或不大於2.8，或 不大於2.5。將瞭解，研磨顆粒之本體可具有在包括上文所提及之最小及最大值中之任一者的範圍內的摻雜劑比率(D1/D3)。此外，將瞭解，對值中之任一者的參考可參考研磨顆粒群組或批次(諸如併入至固定研磨物品中之研磨顆粒群組)之平均值。
此外，研磨顆粒可利用第二及第三摻雜劑之相對含量，此可促進改良式特性及/或效能。舉例而言，研磨顆粒可包括至少1之摻雜劑比率值(D2/D3)，其中D2表示本體中之第二摻雜劑的重量百分數，且D3表示本體中之第三摻雜劑的重量百分數。在又其他情況下，摻雜劑比率值(D2/D3)可大於1，諸如至少1.1，或至少1.2，或至少1.3，或至少1.4，或至少1.5，或至少1.6，或至少1.7，或至少1.8，或至少1.9，或甚至至少2。又，在一個非限制性實施例中，摻雜劑比率值(D2/D3)可不大於10，諸如不大於9，或不大於8，或不大於7，或不大於6，或不大於5，或不大於4，或不大於3.5，或不大於3，或不大於2.8，或不大於2.5。將瞭解，研磨顆粒之本體可具有在包括上文所提及之最小及最大值中之任一者的範圍內的摻雜劑比率(D2/D3)。此外，將瞭解，對值中之任一者的參考可參考研磨顆粒群組或批次(諸如併入至固定研磨物品中之研磨顆粒群組)之平均值。
根據至少一個實施例，研磨顆粒可具有提供改良式特性及/或性能之特定組成物。舉例而言，本體可基本上不含鋯、鈷、鐵、鈣、碳化物、氮化物、矽、鋰、鈉、鉀、鍶、鈦、釩、鉻、錳、鎳、銅、鋅、鈮、鉬、釕、鈀、鉿、 鉭、鑭、鈰、釹、鈧、鋅及其組合。如本文中所使用，“基本上不含”一材料之本體意欲指代含量小於本體之1wt%(諸如小於本體之0.8wt%，或小於本體之0.6wt%，或小於本體之0.4wt%，或小於本體之0.3wt%，或小於本體之0.2wt%，或小於本體之0.1wt%，或小於本體之0.08wt%，或小於本體之0.06wt%，或小於本體之0.04wt%，或小於本體之0.03wt%，或小於本體之0.02wt%，或小於本體之0.01wt%)的彼材料。“基本上不含”亦可指代絕對不含該材料(0wt%)之本體。“基本上不含”一材料之本體可包括微小含量之該材料，諸如雜質含量，或低於某些特性化工具之可量測極限之含量；然而，“基本上不含”某些材料之本體不會顯著地受到該材料之雜質含量影響。前述內容並不限制來自本文中之實施例之所有組成物的前述元素，而是提供在有限情況下可未必存在於研磨顆粒內之元素清單。
在至少一個特定實施例中，本體可基本上不含某些元素及包括此等元素之組成物，該等元素包括例如但不限於稀土金屬元素。更詳言之，術語本體可基本上不含鐠、釤、鐿、釹、鑭、釓、鈰、鏑、鉺及其組合。
根據一個特定實施例，本體可基本上由以下各者組成：α氧化鋁；含鎂氧化物；及含釔氧化物、含鑭氧化物及/或含稀土氧化物中之至少一者。在該一個特定實施例中，α氧化鋁之含量可大於本體內之含鎂氧化物之含量，且含鎂氧化物之含量可大於含釔氧化物、含鑭氧化物及/或含稀土氧化物中之至少一者之含量。
在一個實施例中，研磨顆粒之本體可包括晶界相，該晶界相包含釔、鋁及氧。晶界相可主要地(若非完全地)位於本體之晶界內。晶界相可安置於晶界處之氧化鋁微晶之間。更特定言之，晶界相可優選地位於接合三個或三個以上微晶之三重點晶界處。根據一個實施例，晶界相可包括氧化物化合物，該氧化物化合物包括釔及鋁。舉例而言，晶界相可包括鋁酸釔化合物，且可基本上由鋁酸釔組成。將瞭解，本文中所提到之晶界相中之任一者可包括結晶材料、多晶材料及其類似者。此外，本文中之實施例中所提及之晶界相中之任一者可結合至周圍晶粒。又，在某些情況下，可存在一或多個不同晶界相。在某些其他情況下，本體可包括晶界相，該晶界相包括包含鎂、鋁及氧之尖晶石組成物。包括尖晶石組成物之晶界相可與本文中所描述之一或多個晶界相一起存在。
本文中之實施例之研磨顆粒可具有可促進改良式效能之特定硬度。舉例而言，本文中之實施例之研磨顆粒可具有如根據ASTM C1327所量測的至少20GPa(諸如至少20.5GPa，或至少21GPa，或至少21.5GPa，或甚至至少22GPa)之維氏硬度(Vickers hardness)。又，在一個非限制性實施例中，維氏硬度可不大於40GPa，諸如不大於30GPa，或甚至不大於28GPa。將瞭解，研磨顆粒可具有在包括上文所提及之最小及最大值中之任一者的範圍內的硬度。
本文中之實施例之研磨顆粒已示範如根據標準化潛變測試所評估之特別獨特的效能，該效能可與優越的磨 削效能相關。在高溫下，在使用熱機械分析儀(ThermoMechanical Analyzer)(製造者：SETARAM，型號：SETSYS Evolution TMA 2400)來量測隨時間而變之應變的情況下，可藉由標準化潛變測試來量測研磨顆粒之變形特性。圖6A包括用以量測研磨顆粒之潛變之裝置601的示意圖。在測試期間，針對200g機械負載來設定負載板602。另外，探針613可對樣本614電子地施加150g負載。探針613為碳化矽(可作為Hexaloy而得自Saint-Gobain)，相較於樣本614，該碳化矽具有顯著較高的抗潛變性，且因此允許在實驗期間忽略探針613之變形。探針尖端具有1mm2面積。對樣本614施加之負載為350g(200g為機械地施加且150g為電子地施加)。在局部，晶粒617經歷15.1MPa之壓力。將樣本614置放於試樣固持器612上(在氧化鋁中)。圖6A及6B中之符號說明如后：裝置601；負載板602；移動線圈603；磁體604；差動變壓器605；變壓器核心606；載氣入口607；探針設定608；探針緊固609；輔助氣體入口610；爐611；樣本/試樣固持器612；探針613；樣本614；熱電偶量測615；熱電偶調節616；晶粒617；空白測試620；標準測試621。
在測試期間，將樣本置放於加熱腔室中(在氬中且在大氣壓力下)及探針613下方。藉由鎢中之熱電偶來量測溫度。溫度在2小時內自室溫上升至1200℃(每分鐘10℃)，在1200℃下保持達18小時，且最終在2.5小時內自 1200℃減小至室溫。
資料分析及處理係由軟體Calisto進行，該軟體可得自Advanced Kinetics and Technology Solutions。對於測試運行之每一活動，首先運行空白樣本以便記錄探針及樣本固持器之膨脹。以在對樣本進行測試運行之前校準系統的方式產生空白曲線。接著使用所要樣本來進行一或多個標準測試以產生潛變行為之原始資料曲線。參見圖6B的空白測試620及標準測試621之差異。當標繪來自測試運行之資料時，根據以下方程式自原始資料曲線減去空白曲線。
原始資料曲線：Y2(t)-Y2(0)+Y3(t)-Y3(0)+Dprobe(Y1(t))
原始資料曲線減空白曲線：Y2(t)-Y2(0)+Y3(t)-Y3(0)+Dprobe(Y1(t))-[X3(t)-X3(0)+Dprobe(X2(t))+Dprobe(X1(t))]=Y2(t)-Y2(0)-Dprobe(X2(t))
原始資料曲線減空白曲線，其係藉由對應於晶粒大小的探針之部分之膨脹予以校正：Y2(t)-Y2(0)+Y3(t)-Y3(0)+Dprobe(Y1(t))-[X3(t)-X3(0)+Dprobe(X2(t))+Dprobe(X1(t))]+Dprobe(X2(t))=Y2(t)-Y2(0)
值得注意的是，Dprobe(L)為具有長度L之一塊探針的膨脹之量度。在某些時間，存在以下等式：Y1(t)=X1(t)，Y2(t)=X2(t)及Y3(t)=X3(t)
此處，最終標繪圖表示在不影響探針膨脹的情 況下的晶粒之應變，其可表現為具有大體上為圖6C所提供之標繪圖的形狀。應注意，對於具有界定成型研磨顆粒之長度及寬度之兩個主要表面以及界定該顆粒之高度之側表面的該顆粒，成型研磨顆粒在測試期間位於主要表面上，且因此在顆粒本體之高度之尺寸方面量測膨脹。
在進一步分析期間，移除圖6C所提供之標繪圖之部分630。部分630表示在加熱或冷卻樣本期間之時間，且不表示在120分鐘至1200分鐘之間的材料之等溫行為。進一步分析係基於在測試之等溫區域期間在120分鐘至1200分鐘之間的初級型態631及次級型態632中之樣本之等溫行為。
接著使最佳第一曲線擬合於每一標繪圖。基於圖6C所提供之一般化標繪圖，已發現，初級型態631中之標繪圖可具有由衰減指數狀方程式界定之最佳擬合線，而次級型態632中之標繪圖可具有由線性方程式界定之最佳擬合線。因此，對於每一標繪圖，初級型態中之曲線與根據如下方程式之曲線擬合：若t<thrsh：則潛變曲線=A*(-b+exp(-t/τ))
且，次級型態632中之曲線與根據如下方程式之曲線擬合：若tthrsh：則潛變曲線=A*(-b+exp(-t/τ))-r*(t-thrsh)
值得注意的是，“thrsh”表示次級型態之開始，“t”表示以分鐘為單位之時間，“A”表示初級型態之 幅度，“b”表示指數之附標，“τ”表示初級型態之特性時間，“r”表示次級型態中之速率，且“c”表示直線之附標。變數“thrsh”、“A”、“b”、“τ”、“r”及“c”為由模型擬合之參數。用於擬合之方法被稱作最小平方估計。值得注意的是，變數“A”界定初級變形幅度(單位為百分數)，“τ”表示初級變形時間(單位為分鐘)，“r”表示次級變形特性速率(百分數/分鐘)。
根據一個實施例，本文中之實施例之研磨顆粒可具有一或多個特定變形特性，該或該等特定變形特性可根據標準化潛變測試予以評估，且其可促進改良式磨削效能。在不希望束縛於特定理論的情況下，認為本文中之實施例之研磨顆粒可具有某一初級變形幅度(A)，其可指示研磨顆粒在負載下塑性地變形之可能性，其中較小初級變形幅度可指示顆粒較不可能塑性地變形，且因此與具有較高初級變形幅度(A)之顆粒相比較展現較佳磨削效能。根據一個實施例，研磨顆粒可具有如由公式[(L-L0)/L0]*100所計算的不大於30%(諸如不大於25%，或不大於20%，或不大於18%，或不大於16%，或不大於14%，或不大於13%，或不大於12%，或不大於11%，或不大於10%，或不大於9%，或不大於8%，或不大於7%，或不大於6%，或甚至不大於5%)之初級變形幅度(A)。又，在一個非限制性實施例中，初級變形幅度(A)可為至少0.01%，諸如至少0.1%。將瞭解，初級變形幅度(A)可在包括上文所提及之最小及最大值中之任一者的範圍內。
本文中之實施例之研磨顆粒可具有某一初級變形時間，其可為顆粒塑性地變形之可能性之指示，其中較小初級變形時間可促進改良式效能。舉例而言，本文中之實施例之研磨顆粒可具有不大於280分鐘(諸如不大於250分鐘，或不大於230分鐘，或不大於200分鐘，或不大於180分鐘，或不大於160分鐘，或甚至不大於150分鐘)之初級變形時間。又，在至少一個非限制性實施例中，研磨顆粒可具有至少100分鐘(諸如至少110分鐘，或至少120分鐘，或至少130分鐘，或甚至至少140分鐘)之初級變形時間。將瞭解，研磨顆粒可具有在包括上文所提及之最小及最大值中之任一者的範圍內的初級變形時間。
本文中之實施例之研磨顆粒可具有某一初級變形幅度與時間乘數值，其可為顆粒在給定時間內塑性地變形之可能性之指示，其中較小初級變形幅度與時間乘數可促進改良式效能。舉例而言，本文中之實施例之研磨顆粒可具有如由公式[[(L-L0)/L0]*100]*min所計算的不大於700百分數分鐘(諸如不大於690百分數分鐘，或不大於680百分數分鐘，或不大於670百分數分鐘，或不大於660百分數分鐘，或不大於650百分數分鐘，或不大於640百分數分鐘，或不大於630百分數分鐘，或不大於620百分數分鐘，或不大於610百分數分鐘，或不大於600百分數分鐘，或不大於590百分數分鐘，或不大於580百分數分鐘，或不大於570百分數分鐘，或甚至不大於560百分數分鐘)之初級變形幅度與時間值。又，在至少一個非限制性實施例中，研磨顆粒可具有 至少100百分數分鐘(諸如至少150百分數分鐘，或甚至至少200百分數分鐘)之初級變形幅度與時間乘數。將瞭解，研磨顆粒可具有在包括上文所提及之最小及最大值中之任一者的範圍內的初級變形幅度與時間乘數。
在又一態樣中，本文中之實施例之研磨顆粒可具有某一次級變形特性速率，其可為顆粒在長時間段內塑性地變形之可能性之指示，其中次級變形特性速率可促進改良式效能。根據一個實施例，研磨顆粒可具有如由[(L-L0)/L0]*100/min所計算的不大於6×10-3百分數/分鐘(諸如不大於4×10-3百分數/分鐘，或不大於2×10-3百分數/分鐘，或不大於1×10-3百分數/分鐘，或不大於8×10-4百分數/分鐘，或不大於5×10-4百分數/分鐘，或不大於1×10-4百分數/分鐘，或不大於5×10-5百分數/分鐘，或不大於1×10-5百分數/分鐘，或不大於5×10-6百分數/分鐘，或不大於1×10-6百分數/分鐘，或不大於5×10-7百分數/分鐘，或不大於1×10-7百分數/分鐘，或不大於5×10-8百分數/分鐘)之次級變形特性速率。又，在一個非限制性實施例中，研磨顆粒可具有至少1×10-12百分數/分鐘或至少1×10-10百分數/分鐘之次級變形特性速率。將瞭解，研磨顆粒可具有在包括上文所提及之最小及最大值中之任一者的範圍內的次級變形特性速率。
本文中之實施例之研磨顆粒可包括可促進改良式效能之一或多個微結構特性及/或變形特性。舉例而言，研磨顆粒可具有一或多個微結構特性，包括例如不大於6微米之平均晶體大小或至少20GPa之硬度。此外，將瞭解，本 文中之實施例之研磨顆粒可具有一個以上特定微結構特徵之組合，包括例如不大於6微米之平均晶體大小及至少20GPa之硬度。此外，研磨顆粒可具有一或多個特定變形特性，包括如本文中所描述之變形特性中之任一者。在一個特定實施例中，研磨顆粒可包括至少一個變形特性，包括不大於30%之初級變形幅度、不大於280分鐘之初級變形時間，或不大於6×10-3百分數/分鐘之次級變形特性速率。又，將瞭解，至少一個實施例可包括一個以上變形特性之組合，包括但不限於不大於30%之初級變形幅度、不大於280分鐘之初級變形時間，及不大於6×10-3百分數/分鐘之次級變形特性速率。
本文中之實施例之研磨顆粒可併入至固定研磨物品中，該等物品包括但不限於經結合研磨劑、經塗佈研磨劑、非編織研磨劑、研磨刷及其類似者。研磨顆粒亦可用作游離研磨劑，諸如在漿料中。圖7包括根據一實施例的併有研磨微粒材料之經塗佈研磨物品之橫截面說明。如所說明，經塗佈研磨劑700可包括基板701及上覆於基板701之表面的砂帶底塗(make coat)703。經塗佈研磨劑700可進一步包括呈第一類型之成型研磨顆粒之形式的第一類型之研磨微粒材料705、呈第二類型之成型研磨顆粒之形式的第二類型之研磨微粒材料706，及呈稀釋劑研磨顆粒之形式的第三類型之研磨微粒材料，該第三類型之研磨微粒材料可未必為成型研磨顆粒，且具有隨機形狀。經塗佈研磨劑700可進一步包括上覆於且結合至研磨微粒材料705、706、707及砂帶底塗 704之底漆(size coat)704。
根據一個實施例，基板701可包括有機材料、無機材料及其組合。在某些情況下，基板701可包括編織材料。然而，基板701可由非編織材料製成。特別合適的基板材料可包括有機材料，包括聚合物，且特定言之，包括聚酯、聚氨酯、聚丙烯、聚醯亞胺(諸如來自DuPont之KAPTON)、紙張。一些合適的無機材料可包括金屬、金屬合金，且特定言之，包括具有銅、鋁、鋼及其組合之箔片。
可在單一製程中將砂帶底塗703施加至基板701之表面，或替代地，可將研磨微粒材料705、706、707與砂帶底塗703材料組合，且可將砂帶底塗703及研磨微粒材料705至707之組合作為混合物施加至基板701之表面。在某些情況下，可藉由將施加砂帶底塗703之製程與研磨微粒材料705至707于砂帶底塗703之沈積分離而使砂帶底塗中之研磨顆粒之受控沈積或置放更好地適合。又，預期到可組合此等製程。砂帶底塗703之合適材料可包括有機材料，特別是聚合材料，包括例如聚酯、環氧樹脂、聚氨酯、聚醯胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚矽氧烷、聚矽氧、纖維素醋酸酯、硝化纖維素、天然橡膠、澱粉、蟲膠及其混合物。在一個實施例中，砂帶底塗703可包括聚酯樹脂。接著可加熱經塗佈基板以便將樹脂及研磨微粒材料固化至基板。一般而言，可在此固化製程期間將經塗佈基板701加熱至介於約100℃至小於約250℃之間的溫度。
研磨微粒材料705、706及707可包括根據本文 中之實施例的不同類型之成型研磨顆粒。不同類型之成型研磨顆粒在組成物、二維形狀、三維形狀、大小及其組合方面可彼此不同，如本文中之實施例中所描述。如所說明，經塗佈研磨劑700可包括具有大體上三角形二維形狀的第一類型之成型研磨顆粒705及具有四邊形二維形狀的第二類型之成型研磨顆粒706。經塗佈研磨劑700可包括不同量的第一類型及第二類型之成型研磨顆粒705及706。將瞭解，經塗佈研磨劑可未必包括不同類型之成型研磨顆粒，且可基本上由單一類型之成型研磨顆粒組成。將瞭解，本文中之實施例之成型研磨顆粒可併入至各種固定研磨劑(例如，經結合研磨劑、經塗佈研磨劑、非編織研磨劑、薄輪、切割輪、加強型研磨物品及其類似者)中，包括呈摻合物之形式，該等摻合物可包括不同類型之成型研磨顆粒、具有稀釋劑顆粒之成型研磨顆粒及其類似者。此外，根據某些實施例，可在預定定向上將微粒材料批次併入至固定研磨物品中，其中成型研磨顆粒中之每一者相對于彼此及相對於研磨物品之部分(例如，經塗佈研磨劑之背襯)可具有預定定向。
研磨顆粒707可為不同於第一及第二類型之成型研磨顆粒705及706的稀釋劑顆粒。舉例而言，稀釋劑顆粒在組成物、二維形狀、三維形狀、大小及其組合方面可不同於第一及第二類型之成型研磨顆粒705及706。舉例而言，研磨顆粒707可表示具有隨機形狀之習知的經壓碎研磨砂礫。研磨顆粒707可具有小於第一及第二類型之成型研磨顆粒705及706之中值顆粒大小的中值顆粒大小。
在充分地形成砂帶底塗503(其中含有研磨微粒材料705、706、707)之後，可形成底漆704以上覆於研磨微粒材料705且將研磨微粒材料705結合於適當位置。底漆704可包括有機材料，可基本上由聚合材料製成，且值得注意的是，可使用聚酯、環氧樹脂、聚氨酯、聚醯胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚矽氧烷、聚矽氧、纖維素醋酸酯、硝化纖維素、天然橡膠、澱粉、蟲膠及其混合物。
圖8包括根據一實施例的併有研磨微粒材料之經結合研磨物品之說明。如所說明，經結合研磨劑800可包括結合材料801、結合材料中含有之研磨微粒材料802，及結合材料801內之孔隙率808。在特定情況下，結合材料801可包括有機材料、無機材料及其組合。合適的有機材料可包括聚酯，諸如環氧樹脂、樹脂、熱固性物、熱塑性物、聚醯亞胺、聚醯胺及其組合。某些合適的無機材料可包括金屬、金屬合金、玻璃相材料、結晶相材料、陶瓷及其組合。
經結合研磨劑800之研磨微粒材料802可包括不同類型之成型研磨顆粒803、804、805及806，該等成型研磨顆粒可具有如本文中之實施例中所描述的不同類型之成型研磨顆粒之特徵中之任一者。值得注意的是，不同類型之成型研磨顆粒803、804、805及806在組成物、二維形狀、三維形狀、大小及其組合方面可彼此不同，如本文中之實施例中所描述。
經結合研磨劑800可包括表示稀釋劑研磨顆粒 之類型之研磨微粒材料807，該研磨微粒材料在組成物、二維形狀、三維形狀、大小及其組合方面可不同於不同類型之成型研磨顆粒803、804、805及806。
經結合研磨劑800之孔隙率808可為敞開孔隙率、閉合孔隙率及其組合。孔隙率808可以基於經結合研磨劑800之本體之總容積的多數量(vol%)而存在。替代地，孔隙率808可以基於經結合研磨劑800之本體之總容積的微小量(vol%)而存在。結合材料801可以基於經結合研磨劑800之本體之總容積的多數量(vol%)而存在。替代地，結合材料801可以基於經結合研磨劑800之本體之總容積的微小量(vol%)而存在。另外，研磨微粒材料802可以基於經結合研磨劑800之本體之總容積的多數量(vol%)而存在。替代地，研磨微粒材料802可以基於經結合研磨劑800之本體之總容積的微小量(vol%)而存在。
根據本文中之實施例的研磨顆粒中之至少一者可具有至少12.0GPa或至少12.2GPa或至少12.5GPa或至少12.7GPa或至少13.0GPa或至少13.3GPa或至少13.5GPa之1000℃維氏硬度，如根據下文所描述之熱硬度測試所量測。根據本文中之另一實施例的研磨顆粒中之至少一者可具有不大於20GPa(諸如不大於18GPa，或不大於15GPa)之1000℃維氏硬度。將瞭解，至少一種研磨顆粒可具有在包括上文所提及之最小及最大值中之任一者的範圍內的1000℃維氏硬度。將進一步注意，與1000℃維氏硬度相關之前述值中之任一者可為研磨顆粒批次之平均值，或來自研 磨顆粒批次之統計上相關樣本大小之平均值。
在又一實施例中，至少一種研磨顆粒可具有至少14.5GPa或至少15.0GPa或至少15.5GPa或至少16.0GPa或至少16.5GPa或至少17.0GPa或至少17.5GPa或至少18.0GPa之800℃維氏硬度。在又一實施例中，研磨顆粒中之至少一者可具有不大於25GPa或不大於23GPa或不大於21GPa或不大於20GPa之800℃維氏硬度。將瞭解，至少一種研磨顆粒可具有在包括上文所提及之最小及最大值中之任一者的範圍內的800℃維氏硬度。將進一步注意，與800℃維氏硬度相關之前述值中之任一者可為研磨顆粒批次之平均值，或來自研磨顆粒批次之統計上相關樣本大小之平均值。
在又一實施例中，至少一種研磨顆粒可具有至少19GPa或至少19.5GPa或至少20.0GPa或至少20.5GPa或至少21.0GPa或至少21.5GPa或至少22.0GPa之600℃維氏硬度。在另一實施例中，研磨顆粒中之至少一者可具有不大於27.0GPa或不大於25.0GPa或不大於23.0GPa之600℃維氏硬度。將瞭解，至少一種研磨顆粒可具有在包括上文所提及之最小及最大值中之任一者的範圍內的600℃維氏硬度。將進一步注意，與600℃維氏硬度相關之前述值中之任一者可為研磨顆粒批次之平均值，或來自研磨顆粒批次之統計上相關樣本大小之平均值。
在又一實施例中，至少一種研磨顆粒可具有至少19.0GPa或至少19.5GPa或至少20.0GPa或至少20.5 GPa或至少21.0GPa或至少21.5GPa或至少22.0GPa或至少22.5GPa或至少23.0GPa之400℃維氏硬度。在另一實施例中，研磨顆粒中之至少一者可具有不大於35.0GPa或不大於31.0GPa或不大於27.0GPa或不大於24.0GPa之400℃維氏硬度。將瞭解，至少一種研磨顆粒可具有在包括上文所提及之最小及最大值中之任一者的範圍內的400℃維氏硬度。將進一步注意，與400℃維氏硬度相關之前述值中之任一者可為研磨顆粒批次之平均值，或來自研磨顆粒批次之統計上相關樣本大小之平均值。
實例： 實例1
獲得或製備且測試五個樣本以供比較，從而評估高溫潛變效能及研磨效能。第一比較性樣本(CS1)為可在來自3M公司之3M984F經塗佈研磨產品中購得的習知成型研磨顆粒。圖11包括樣本CS1之成型研磨顆粒之影像。CS1係主要地由α氧化鋁製成，該α氧化鋁具有大約7至8微米之平均晶體大小，及包括大約1.2wt% Y2O3、1wt% MgO、4wt% La2O3、0.04wt% CoO及0.1wt% TiO2之組成物。
第二比較性樣本(CS2)為可在來自3M之3M994F經塗佈研磨產品中購得的習知成型研磨顆粒。此樣本之成型研磨顆粒具有與如圖11所說明之形狀類似的形狀。CS2係主要地由α氧化鋁製成，該α氧化鋁具有大約7至8微米之平均晶體大小，及包括大約1wt% Y2O3、1.4wt% MgO、2wt% La2O3、0.04wt% CoO及0.1wt% TiO2之 組成物。
三個其他個別樣本(S1、S2及S3)係由包括可作為Reflux Catapal B購得之41.5wt%薄水鋁石之凝膠製備，且運用重量百分比為1%之α氧化鋁晶種及摻雜劑(如表1中所提供)予以接種。混合物亦包括55wt%水及2.5wt%硝酸。在生產工具中將混合物擠壓至三角形形狀開口中，其中三角形形狀開口具有2.77mm之長度、2.4mm之寬度及0.53mm之深度(高度)。生產工具係由金屬製成。運用橄欖油之潤滑劑來塗佈生產工具中之開口之表面以促進自生產工具移除前驅體成型研磨顆粒。在大約50℃下在開口中將混合物乾燥達10分鐘。接著自生產工具之開口移除混合物，且在表1中所提供之溫度下燒結達大約10分鐘，以獲得如亦在表1中所報告之平均晶體大小及密度。圖9A至圖9C中分別提供樣本S1至S3中之每一者之SEM顯微影像。
圖10包括根據高溫潛變測試之某些例示性及比較性樣本的位移對時間之標繪圖。值得注意的是，如所說明，樣本S2與所有其他樣本相比較示範最佳的潛變行為， 其中初級變形幅度為3.6%，初級變形時間為155分鐘，且次級變形特性速率為1.5×10-8百分數/分鐘。樣本S1具有19.4%之初級變形幅度、139分鐘之初級變形時間，及3.7×10-3百分數/分鐘之次級變形特性速率。樣本S3具有7.1%之初級變形幅度、124分鐘之初級變形時間，及3.0×10-3百分數/分鐘之次級變形特性速率。樣本CS1具有3.4%之初級變形幅度、273分鐘之初級變形時間，及6.0×10-4百分數/分鐘之次級變形特性速率。樣本CS2具有4.4%之初級變形幅度、166分鐘之初級變形時間，及1.1×10-8百分數分鐘之次級變形特性速率。
實例2
獲得或將製備十二個樣本，且測試該等樣本之部分以供比較，從而評估熱硬度效能及研磨效能。第一比較性樣本為上文在實例1中所描述之CS1。CS1為可在來自3M公司之3M984F經塗佈研磨產品中購得的習知成型研磨顆粒。
第三比較性樣本(CS3)為純接種凝膠成型研磨顆粒。成型研磨顆粒具有與圖11所說明之形狀類似的形狀。CS3係主要地由具有大約0.31微米之平均晶體大小的α氧化鋁(至少99.7wt%氧化鋁)製成。
十個其他個別樣本(S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12)係由包括可作為Reflux Catapal B購得之48.3wt%薄水鋁石之凝膠製備，且運用重量百分比為0.35wt%之α氧化鋁晶種及摻雜劑(如表2中所提供)予以接種。 藉由運用六水合硝酸釔及六水合硝酸鎂作為摻雜前驅體進行浸漬來摻雜樣本。混合物亦包括50wt%水及1.3wt%硝酸。在生產工具中將混合物擠壓至三角形形狀開口中，其中三角形形狀開口具有2.77mm之長度、2.4mm之寬度及0.51mm之深度(高度)。生產工具係由金屬製成。運用橄欖油之潤滑劑來塗佈生產工具中之開口之開口表面以促進自生產工具移除前驅體成型研磨顆粒。在大約50℃下在開口中將混合物乾燥達10分鐘。接著自生產工具之開口移除混合物，且在介於1300℃與1400℃之間的溫度下進行燒結。接著將樣本塗佈至研磨帶上，其中每平方公分之切割點數目的範圍為40至45。
使用Nikon QM熱硬度測試儀來測試熱硬度。設備能夠在高達1000℃之溫度下測試樣本。將樣本安裝於隨後被抽空之加熱腔室中。在測試期間，監測真空位准，且藉由熱電偶來量測壓頭及樣本之溫度。在400℃至1000℃之溫度下以200℃間隔使用金剛石維氏壓頭來執行測試。測試循環為大約45分鐘，其中保持段為3至4分鐘。在保持段期間，執行三至五次壓入。壓入負載為200g。
樣本具有經拋光平坦及平行側，且使用高溫水泥而安裝於5×5×10mm氧化鋁塊體上。每一樣本固持器上安裝有兩個樣本。
根據用於陶瓷之維氏方法(ASTM C1327)自經量測壓痕計算樣本之硬度。
圖12包括根據熱硬度測試之某些例示性及比較性樣本的維氏硬度之標繪圖。值得注意的是，如所說明，樣本S7與樣本CS3及CS4相比較示範最高的熱硬度，其中維氏硬度在室溫下為大約31GPa，維氏硬度在400℃下為大約23GPa，維氏硬度在600℃下為大約22GPa，維氏硬度在800℃下為大約18GPa，且維氏硬度在1000℃下為大約 13.5GPa。樣本S7相較於比較性樣本CS3及CS4具有高大約3GPa之熱硬度，熱硬度大約增加了20%。樣本S4至S6及S8至S13可具有與樣本S7之熱硬度、潛變、磨削效能或其組合類似的熱硬度、潛變、磨削效能或其組合。
樣本S4至S13中之一或多者可基於熱硬度、潛變、磨削效能或其組合而相異。
條目：
條目1。一種研磨顆粒，其包含：一本體，其具有至少一個微結構特性，該微結構特性包括：1)不大於6微米之一平均晶體大小；或2)至少20GPa之一硬度；且其中該本體進一步包含至少一個變形特性，該變形特性包括：1)不大於30%之一初級變形幅度2)不大於280分鐘之一初級變形時間；或3)不大於6×10-3百分數/分鐘之一次級變形特性速率。
條目2。一種研磨顆粒，其包含一本體，該本體具有不大於6微米之一平均晶體大小，及不大於30%之一初級變形幅度。
條目3。一種研磨顆粒，其包含一本體，該本體具有至少20GPa之一硬度，及不大於30%之一初級變形幅度。
條目4。一種研磨顆粒，其包含成型研磨顆粒，該成型研磨顆粒包括一本體，該本體具有不大於700百分數分鐘之一初級變形幅度與時間乘數。
條目5。一種研磨顆粒，其包含一本體，該本體包括包含鎂之一第一摻雜劑，及包含由釔、鑭、一稀土元素組成之群組中之至少一個元素的一第二摻雜劑，其中該本體包含一含量大於該第一摻雜劑之一含量的該第二摻雜劑，及不大於9%之一初級變形幅度。
條目6。一種研磨顆粒，其包含一本體，該本體包括包含鎂之一第一摻雜劑，及包含釔、鑭及一稀土元素中之至少一者以及鋁及氧的一晶界相。
條目7。如條目1、2、3、5及6中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含：選自由以下各者組成之群組之至少一個微結構特性：1)不大於6微米之一平均晶體大小；或2)至少20GPa之一硬度；且其中該本體進一步包含選自由以下各者組成之群組之至少一個變形特性：1)不大於30%之一初級變形幅度2)不大於280分鐘之一初級變形時間；或3)不大於6×10-3百分數/分鐘之一次級變形特性速率。
條目8。如條目1、2、3、5及6中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含： 微結構特性，其包括：1)不大於6微米之一平均晶體大小；及2)至少20GPa之一硬度；且其中該本體進一步包含變形特性，該等變形特性包括：1)不大於30%之一初級變形幅度2)不大於280分鐘之一初級變形時間；及3)不大於6×10-3百分數/分鐘之一次級變形特性速率。
條目9。如條目1、2、3、5及6中任一項之研磨顆粒，其中該研磨顆粒為一成型研磨顆粒。
條目10。如條目4及9中任一項之成型研磨顆粒，其中該成型研磨顆粒包括一本體，該本體具有選自由以下各者組成之群組之一二維形狀：多邊形、橢球形、數位、希臘字母表字母、拉丁字母表字母、俄文字母表字元、複雜形狀及其一組合。
條目11。如條目4及9中任一項之成型研磨顆粒，其中該成型研磨顆粒包括一本體，該本體具有選自由以下各者組成之群組之一二維多邊形形狀：一三角形、一矩形、一四邊形、一五邊形、一六邊形、一七邊形、一八邊形、一九邊形、一十邊形及其一組合。
條目12。如條目4及9中任一項之成型研磨顆粒，其中該成型研磨顆粒包括一本體，該本體具有至少0.01且不大於0.49之一形狀指數。
條目13。如條目4及9中任一項之成型研磨顆 粒，其中該成型研磨顆粒包括一本體，該本體具有大於0.52且不大於0.99之一形狀指數。
條目14。如條目4及9中任一項之成型研磨顆粒，其中該成型研磨顆粒包括一本體，該本體具有由至少一個線性區段及至少一個弓狀區段界定之一周邊。
條目15。如條目4及9中任一項之成型研磨顆粒，其中該成型研磨顆粒包括一本體，該本體具有一中心區域及自該中心區域延伸之至少三個臂。
條目16。如條目4及9中任一項之成型研磨顆粒，其中該等臂包含尖端，該等尖端包括由兩個線性區段之間的一接合部界定之外部隅角及在兩個外部隅角之間延伸的至少一個弓狀部分。
條目17。如條目4及9中任一項之成型研磨顆粒，其中該成型研磨顆粒包括一二維形狀，該二維形狀具有由至少三個離散線性部分及三個離散弓狀部分界定之周邊，其中該三個離散線性部分中之每一者藉由該等離散弓狀部分中之至少一者而彼此分離。
條目18。如條目3、4、5及6中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含不大於6微米之一平均晶體大小。
條目19。如條目1、2及18中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含不大於5微米或不大於4微米或不大於3.5微米或不大於3微米或不大於2.5微米或不大於2微米或不大於1.5微米或不大於1微米或不大於0.8微米或不大於0.6微米之一平均晶體大小。
條目20。如條目1、2及18中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含至少0.01微米之一平均晶體大小。
條目21。如條目2、4、5及6中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含至少20GPa之一硬度。
條目22。如條目1、3及21中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含至少20.5GPa或至少21GPa或至少21.5GPa或至少22GPa之一硬度。
條目23。如條目1、3及21中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含不大於40GPa或不大於30GPa或不大於28GPa之一硬度。
條目24。如條目4、5及6中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含不大於30%之一初級變形幅度。
條目25。如條目1、2、3及24中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含不大於25%或不大於20%或不大於18%或不大於16%或不大於14%或不大於13%或不大於12%或不大於11%或不大於10%或不大於9%或不大於8%或不大於7%或不大於6%或不大於5%之一初級變形幅度。
條目26。如條目1、2、3及24中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含至少0.01%或至少0.1%之一初級變形幅度。
條目27。如條目2、3、4、5及6中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含不大於280分鐘之一初級變形時間。
條目28。如條目1及27中任一項之研磨顆粒， 其中該本體包含不大於250分鐘或不大於230分鐘或不大於200分鐘或不大於180分鐘或不大於160分鐘或不大於150分鐘之一初級變形時間。
條目29。如條目1及27中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含至少100分鐘或至少110分鐘或至少120分鐘或至少130分鐘或至少140分鐘之一初級變形時間。
條目30。如條目1、2、3、5及6中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含不大於700百分數分鐘之一初級變形幅度與時間乘數。
條目31。如條目4及30中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含不大於690百分數分鐘或不大於680百分數分鐘或不大於670百分數分鐘或不大於660百分數分鐘或不大於650百分數分鐘或不大於640百分數分鐘或不大於630百分數分鐘或不大於620百分數分鐘或不大於610百分數分鐘或不大於600百分數分鐘或不大於590百分數分鐘或不大於580百分數分鐘或不大於570百分數分鐘或甚至不大於560百分數分鐘之一初級變形幅度與時間乘數。
條目32。如條目4及30中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含至少100百分數分鐘或至少150百分數分鐘或至少200百分數分鐘之一初級變形幅度與時間乘數。
條目33。如條目2、3、4、5及6中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含不大於6×10-3百分數/分鐘之一次級變形特性速率。
條目34。如條目1及33中任一項之研磨顆粒， 其中該本體包含不大於6×10-3百分數/分鐘或不大於4×10-3百分數/分鐘或不大於2×10-3百分數/分鐘或不大於1×10-3百分數/分鐘或不大於8×10-4百分數/分鐘或不大於5×10-4百分數/分鐘或不大於1×10-4百分數/分鐘或不大於5×10-5百分數/分鐘或不大於1×10-5百分數/分鐘或不大於5×10-6百分數/分鐘或不大於1×10-6百分數/分鐘或不大於5×10-7百分數/分鐘或不大於1×10-7百分數/分鐘或不大於5×10-8百分數/分鐘之一次級變形特性速率。
條目35。如條目1及33中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含至少1×10-12百分數/分鐘或至少1×10-10百分數/分鐘之一次級變形特性速率。
條目36。如條目1、2、3、4、5及6中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含至少95%理論密度或至少96%理論密度或至少97%理論密度或至少98%理論密度或至少99%理論密度之一密度。
條目37。如條目1、2、3、4、5及6中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含氧化鋁。
條目38。如條目1、2、3、4、5及6中任一項之研磨顆粒，其中該本體包括一多數含量之氧化鋁，其中該本體包括至少80%氧化鋁或至少90%氧化鋁或至少91%氧化鋁或至少92%氧化鋁或至少93%氧化鋁或至少94%氧化鋁或至少95%氧化鋁或至少96%氧化鋁或至少97%氧化鋁。
條目39。如條目1、2、3及4中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含一第一摻雜劑，該第一摻雜劑包含 鎂。
條目40。如條目5、6及39中任一項之研磨顆粒，其中該第一摻雜劑包含一多數含量之鎂及氧。
條目41。如條目5、6及39中任一項之研磨顆粒，其中該第一摻雜劑基本上由鎂及氧組成。
條目42。如條目5、6及39中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含該本體之總重量的至少0.1wt%或至少0.15wt%或至少0.2wt%或至少0.3wt%或至少0.4wt%或至少0.5wt%或至少0.6wt%或至少0.7wt%或至少0.8wt%或至少0.9wt%之該第一摻雜劑。
條目43。如條目5、6及39中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含該本體之總重量的不大於4.5wt%或不大於4wt%或不大於3wt%或不大於2.5wt%或不大於2.2wt%或不大於2wt%或不大於1.9wt%或不大於1.8wt%或不大於1.7wt%或不大於1.6wt%或不大於1.5wt%或不大於1.4wt%或不大於1.3wt%或不大於1.2wt%之該第一摻雜劑。
條目44。如條目1、2、3及4中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含一第一摻雜劑及不同於該第一摻雜劑之一第二摻雜劑。
條目45。如條目5、6及44中任一項之研磨顆粒，其中該第二摻雜劑包含來自由釔、鑭、一稀土元素及其一組合組成之群組之至少一個元素。
條目46。如條目5、6及44中任一項之研磨顆粒，其中該第一摻雜劑存在于一第一晶界相中，且該第二摻 雜劑存在于一第二晶界相中，且其中該等第一及第二晶界相貫穿該本體為實質上同質的。
條目47。如條目5、6及44中任一項之研磨顆粒，其中該等第一及第二摻雜劑貫穿該本體之整個容積實質上同質地分散。
條目48。如條目5、6及44中任一項之研磨顆粒，其中該等第一及第二摻雜劑中之至少一者優選地在該本體之外表面附近與環繞該本體之一容積式中點的內部區域相比較以一較高濃度而分佈。
條目49。如條目5、6及44中任一項之研磨顆粒，其中該第二摻雜劑包含以多數含量之釔及氧。
條目50。如條目5、6及44中任一項之研磨顆粒，其中該第二摻雜劑基本上由釔及氧組成。
條目51。如條目5、6及44中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含該本體之總重量的至少0.1wt%或至少0.2wt%或至少0.4wt%或至少0.6wt%或至少0.8wt%或至少1wt%或至少1.1wt%或至少1.2wt%或至少1.3wt%或至少1.4wt%或至少1.5wt%或至少1.6wt%或至少1.7wt%或至少1.8wt%或至少1.9wt%或至少2wt%之該第二摻雜劑。
條目52。如條目5、6及44中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含該本體之總重量的不大於10wt%或不大於9wt%或不大於8wt%或不大於7wt%或不大於6wt%或不大於5wt%或不大於4wt%或不大於3.5wt%或不大於3.2wt%或不大於3wt%或不大於2.9wt%或不大於2.8wt%或不 大於2.7wt%或不大於2.6wt%或不大於2.5wt%或不大於2.4wt%或不大於2.3wt%或不大於2.2wt%或不大於2.1wt%之該第二摻雜劑。
條目53。如條目5、6及44中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含至少1之一摻雜劑比率值(D1/D2)，其中D1表示該本體中之該第一摻雜劑的重量百分數，且D2表示該本體中之該第二摻雜劑的重量百分數，其中該摻雜劑比率值大於1或至少1.1或至少1.2或至少1.3或至少1.4或至少1.5或至少1.6或至少1.7或至少1.8或至少1.9或至少2。
條目54。如條目5、6及44中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含不大於10之一摻雜劑比率值(D1/D2)，其中D1表示該本體中之該第一摻雜劑的重量百分數，且D2表示該本體中之該第二摻雜劑的重量百分數，其中該摻雜劑比率值不大於9或不大於8或不大於7或不大於6或不大於5或不大於4或不大於3.5或不大於3或不大於2.8或不大於2.5。
條目55。如條目5、6及44中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含至少1之一摻雜劑比率值(D2/D1)，其中D1表示該本體中之該第一摻雜劑的重量百分數，且D2表示該本體中之該第二摻雜劑的重量百分數，其中該摻雜劑比率值大於1或至少1.1或至少1.2或至少1.3或至少1.4或至少1.5或至少1.6或至少1.7或至少1.8或至少1.9或至少2。
條目56。如條目5、6及42中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含不大於10之一摻雜劑比率值(D2/D1)，其中D1表示該本體中之該第一摻雜劑的重量百分數，且D2表示該本體中之該第二摻雜劑的重量百分數，其中該摻雜劑比率值不大於9或不大於8或不大於7或不大於6或不大於5或不大於4或不大於3.5或不大於3或不大於2.8或不大於2.5。
條目57。如條目1、2、3、4、5及6中任一項之研磨顆粒，其中該本體基本上不含鋯、鈷、鐵、鈣、碳化物、氮化物、矽、鋰、鈉、鉀、鍶、鈦、釩、鉻、錳、鎳、銅、鋅、鈮、鉬、釕、鈀、鉿、鉭、鑭、鈰、釹、鈧、鋅及其一組合。
條目58。如條目1、2、3、4、5及6中任一項之研磨顆粒，其中該本體基本上不含選自鐠、釤、鐿、釹、鑭、釓、鈰、鏑及鉺之一稀土金屬。
條目59。如條目1、2、3、4、5及6中任一項之研磨顆粒，其中該本體基本上由α氧化鋁、含鎂氧化物及含釔氧化物組成，其中α氧化鋁之含量大於該含鎂氧化物，且該含鎂氧化物之含量大於含釔氧化物之含量。
條目60。如條目1、2、3、4、5及6中任一項之研磨顆粒，其中該本體進一步包含鋯、鑭、鍶、鑥、釹及其一組合。
條目61。如條目1、2、3、4及5中任一項之研磨顆粒，其中該本體包含一晶界相，該晶界相包含釔、鋁及 氧。
條目62。如條目6及61中任一項之研磨顆粒，其中該晶界相為包括釔及鋁之氧化物化合物。
條目63。如條目6及61中任一項之研磨顆粒，其中該晶界相為鋁酸釔化合物。
條目64。如條目6及61中任一項之研磨顆粒，其中該晶界相包含結合至周圍晶粒之一多晶材料。
條目65。如條目1、2、3、4、5及6中任一項之研磨顆粒，其進一步包含包括該研磨顆粒之一固定研磨物品。
條目66。如條目65之研磨顆粒，其中該固定研磨物品係選自由一經塗佈研磨劑、一經結合研磨劑、一非編織研磨劑及其一組合組成之群組。
條目67。如前述條目中任一項之研磨顆粒，其中該研磨顆粒具有至少12.0GPa、至少12.2GPa、至少12.5GPa、至少12.7GPa、至少13.0GPa、至少13.3GPa或至少13.5GPa之一1000℃維氏硬度。
條目68。如前述條目中任一項之研磨顆粒，其中該研磨顆粒具有不大於20GPa、不大於18GPa或不大於15GPa之一1000℃維氏硬度。
條目69。如前述條目中任一項之研磨顆粒，其中該研磨顆粒具有至少14.5GPa、至少15.0GPa、至少15.5GPa、至少16.0GPa、至少16.5GPa、至少17.0GPa、至少17.5GPa或至少18.0GPa之一800℃維氏硬度。
條目70。如前述條目中任一項之研磨顆粒，其中該研磨顆粒具有不大於25GPa、不大於23GPa、不大於21GPa或不大於20GPa之一800℃維氏硬度。
條目71。如前述條目中任一項之研磨顆粒，其中該研磨顆粒具有至少19GPa、至少19.5GPa、至少20.0GPa、至少20.5GPa、至少21.0GPa、至少21.5GPa或至少22.0GPa之一600℃維氏硬度。
條目72。如前述條目中任一項之研磨顆粒，其中該研磨顆粒具有不大於27.0GPa、不大於25.0GPa或不大於23.0GPa之一600℃維氏硬度。
條目73。如前述條目中任一項之研磨顆粒，其中該研磨顆粒具有至少19.0GPa、至少19.5GPa、至少20.0GPa、至少20.5GPa、至少21.0GPa、至少21.5GPa、至少22.0GPa、至少22.5GPa或至少23.0GPa之一400℃維氏硬度。
條目74。如前述條目中任一項之研磨顆粒，其中該研磨顆粒具有不大於35.0GPa、不大於31.0GPa、不大於27.0GPa或不大於24.0GPa之一400℃維氏硬度。
條目75。一種製造一研磨顆粒之方法，該方法包括：形成包括一α氧化鋁前驅體材料、包含鎂之一第一摻雜劑及包含釔之一第二摻雜劑的一混合物，其中該第二摻雜劑之含量大於該第一摻雜劑；及燒結該混合物以形成一研磨顆粒。
上文所揭示之主題應被視為說明性的而非限定 性的，且所附申請專利範圍意欲涵蓋屬於本發明之真正範疇內的所有此等修改、增強及其他實施例。因此，在法律所允許的最大程度上，本發明之範疇將由以下申請專利範圍及其等效者之最廣容許解譯判定，且不應受到先前實施方式限定或限制。
提供發明摘要以符合專利法，且在理解發明摘要將不用以解譯或限制申請專利範圍之範疇或含義的基礎上提交發明摘要。另外，在先前實施方式中，為了簡化本發明而可將各種特徵分組在一起或在單一實施例中予以描述。本發明不應被解譯為反映如下意圖：所主張之實施例所需要的特徵多於每一申請專利範圍中所敘述之特徵。更確切地，如以下申請專利範圍所反映，本發明主題可關於所揭示實施例中之任一者的並非全部特徵。因此，以下申請專利範圍併入至實施方式中，其中每一申請專利範圍獨自界定單獨主張之主題。

Claims (10)

  1. 一種研磨顆粒，其包含：本體，其具有至少一個微結構特性，該微結構特性包括：1)不大於6微米之平均晶體大小；或2)至少20GPa之400℃維氏硬度(Vickers hardness)；且其中該本體進一步包含至少一個變形特性，該變形特性包括：1)不大於30%之初級變形幅度2)不大於280分鐘之初級變形時間；或3)不大於6×10-3百分數/分鐘之一次級變形特性速率。
  2. 如請求項1之研磨顆粒，其中該本體具有不大於6微米之平均晶體大小，及不大於30%之初級變形幅度。
  3. 如請求項1之研磨顆粒，其中該本體具有至少20GPa之400℃維氏硬度，及不大於30%之初級變形幅度。
  4. 如請求項1之研磨顆粒，其中該研磨顆粒包含包括本體的成型研磨顆粒，該本體具有不大於700百分數分鐘之初級變形幅度與時間乘數。
  5. 如請求項1之研磨顆粒，其中該本體包含不大於5微米之平均晶體大小。
  6. 如請求項1之研磨顆粒，其中該本體基本上不含選自鐠、釤、鐿、釹、鑭、釓、鈰、鏑及鉺之稀土金屬。
  7. 如請求項1之研磨顆粒，其中該本體包含不大於20%之初級變形幅度。
  8. 如請求項1之研磨顆粒，其中該本體包含不大於10%之初級變形幅度。
  9. 如請求項1之研磨顆粒，其中該本體包含不大於160分鐘之初級變形時間。
  10. 如請求項1之研磨顆粒，其中該本體包含至少20GPa之400℃維氏硬度。
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