粘結(jié)研磨制品和碾磨方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]如下涉及粘結(jié)研磨制品，更特別地涉及包括包含于粘結(jié)材料內(nèi)的磨粒的粘結(jié)研磨制品，所述粘結(jié)材料包括金屬或金屬合金。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械加工應(yīng)用中所用的磨料通常包括粘結(jié)研磨制品和涂布研磨制品。涂布研磨制品通常為具有背襯和用以將磨粒固定至背襯的粘合劑涂層的層狀制品，其最常見的例子為砂紙。粘結(jié)研磨工具由輪、盤、片段、磨頭、磨刀石和其他工具形狀形式的剛性且通常整體三維研磨復(fù)合材料組成，所述研磨復(fù)合材料可被安裝至諸如碾磨和拋光裝置的機(jī)械加工裝置上。
[0003]粘結(jié)研磨工具通常具有至少兩相，包括磨粒和粘結(jié)材料。某些粘結(jié)研磨制品具有孔隙形式的另外的相。粘結(jié)研磨工具可以以多種‘級別’和‘結(jié)構(gòu)’制造，根據(jù)本領(lǐng)域的實(shí)踐，所述‘級別’和‘結(jié)構(gòu)’由研磨復(fù)合材料的相對硬度和密度(級別)以及由復(fù)合材料內(nèi)的研磨晶粒的體積百分比、粘結(jié)和孔隙率(結(jié)構(gòu))限定。
[0004]一些粘結(jié)研磨工具可特別地用于在電子和光學(xué)工業(yè)中使用的某些類型的工件(包括例如金屬、陶瓷和結(jié)晶材料)的碾磨和成形。在其他情況中，某些粘結(jié)研磨工具可用于工業(yè)應(yīng)用中所用的超磨料材料的成形。在使用金屬粘結(jié)的研磨制品碾磨和成形某些工件的情況中，通常過程涉及旨在保持粘結(jié)研磨制品的顯著量的時(shí)間和勞力。即，通常，金屬粘結(jié)的研磨制品需要定期校準(zhǔn)和修整操作以保持研磨制品的碾磨能力。
[0005]工業(yè)持續(xù)需要改進(jìn)的方法和能夠碾磨的制品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本公開的一方面包括一種構(gòu)造為碾磨斷裂韌性為至少約7MPa.m°.5的工件的研磨制品，其包括:包括包含于粘結(jié)材料內(nèi)的磨粒的本體，所述粘結(jié)材料包括金屬，其中所述本體包括至少約1.3的VA(；/VBMK，其中Vm為本體的總體積內(nèi)的磨粒的體積百分比，Vbm為本體的總體積內(nèi)的粘結(jié)材料的體積百分比，其中所述磨粒具有在約20至約60微米之間的范圍內(nèi)的平均粒度。
[0007]本公開的另一方面包括一種構(gòu)造為在周邊碾磨操作中碾磨工件的研磨制品，其包括:包括包含于粘結(jié)材料內(nèi)的磨粒的本體，所述粘結(jié)材料包括金屬，其中所述本體包括至少約1.3的VA(；/VBMK，其中Vm為本體的總體積內(nèi)的磨粒的體積百分比，Vbm為本體的總體積內(nèi)的粘結(jié)材料的體積百分比，其中所述磨粒具有在約20至約60微米之間的范圍內(nèi)的平均粒度，且其中所述研磨制品具有杯狀形狀。
[0008]本公開的又一方面包括一種構(gòu)造為碾磨斷裂韌性為至少約7MPa.m°.5的工件的研磨制品，其包括:包括包含于粘結(jié)材料內(nèi)的磨粒的本體，所述粘結(jié)材料包括金屬，其中所述本體包括至少約1.3的VA(；/VBMK，其中Vm為本體的總體積內(nèi)的磨粒的體積百分比，Vbm為本體的總體積內(nèi)的粘結(jié)材料的體積百分比，且其中在工件的至少邊緣上的周邊插入碾磨測試操作過程中，工件的邊緣具有小于約0.0025英寸的最大碎片尺寸。
[0009]本公開的又一方面包括一種從工件上去除材料的方法，其包括:提供斷裂韌性為至少約7MPa.ma5的工件；使用研磨制品從工件上去除材料，其中所述研磨制品包括本體，所述本體包括包含于粘結(jié)材料內(nèi)的磨粒，所述粘結(jié)材料包括金屬，其中所述本體包括至少約1.3的VA(；/VBMK，其中Vm為本體的總體積內(nèi)的磨粒的體積百分比，Vbm為本體的總體積內(nèi)的粘結(jié)材料的體積百分比，其中所述磨粒具有在約20至約60微米之間的范圍內(nèi)的平均粒度。
[0010]本公開的又一方面包括一種從多個(gè)工件上去除材料的方法，其包括:提供斷裂韌性為至少約7MPa.m°.5的多個(gè)工件；使用研磨制品在至少5個(gè)工件上進(jìn)行連續(xù)周邊碾磨操作，其中在連續(xù)周邊碾磨操作之間不修整研磨制品的情況下進(jìn)行所述連續(xù)周邊碾磨操作，其中在進(jìn)行周邊碾磨操作之后，所述多個(gè)工件具有小于約0.0025英寸的在工件邊緣上的平均最大碎片尺寸。
【附圖說明】
[0011]通過參照附圖，使得本公開可更好地得以理解，且使得本公開的許多特征和優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見。
[0012]圖1包括周邊碾磨操作的圖示。
[0013]圖2包括在周邊碾磨之前工件的例子。
[0014]圖3包括在工件的邊緣上形成“K”刃背倒角之后工件的例子。
[0015]圖4-7包括根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的粘結(jié)研磨本體的微結(jié)構(gòu)的放大圖像。
[0016]不同圖中的相同附圖標(biāo)記的使用表示類似或相同的項(xiàng)目。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如下通常涉及在材料的三維基體內(nèi)摻入磨粒的粘結(jié)研磨制品。粘結(jié)研磨制品使用一定體積的固定于粘結(jié)材料的三維基體內(nèi)的磨粒。此外，如下包括與形成這種粘結(jié)研磨制品的方法以及這種粘結(jié)研磨制品的應(yīng)用相關(guān)的描述。如下文更詳細(xì)地描述，已出乎意料地發(fā)現(xiàn)本文描述的實(shí)施例在碾磨斷裂韌性為至少約7MPa m°.5的工件之后顯示出碎片品質(zhì)的顯著改進(jìn)。
[0018]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可通過形成含有磨粒和粘結(jié)材料的混合物而開始用于形成研磨制品的方法。磨?？砂ㄓ膊牧稀＠?，磨粒可具有至少約7的莫氏硬度。在其他研磨本體中，磨?？删哂兄辽?，或甚至至少9的莫氏硬度。
[0019]在特定情況中，磨?？捎蔁o機(jī)材料制得。合適的無機(jī)材料可包括碳化物、氧化物、氮化物、硼化物、碳氧化物、硼氧化物、氮氧化物，和它們的組合。磨粒的特定例子包括碳化硅、碳化硼、氧化鋁、氧化鋯、氧化鋁-氧化鋯復(fù)合材料粒子、氮化硅、SiAlON和硼化鈦。在一些情況中，磨粒可包括超磨料材料，如金剛石、立方氮化硼，和它們的組合。在特定情況中，磨粒可基本上由金剛石組成。
[0020]磨粒可具有不大于約80微米，不大于約86微米，不大于約84微米，不大于約82微米，不大于約80微米，不大于約78微米，不大于約76微米，不大于約74微米，不大于約72微米，不大于約70微米，不大于約68微米，不大于約66微米，不大于約64微米，不大于約62微米，不大于約60微米，不大于約58微米，不大于約56微米，不大于約54微米，或甚至不大于約52微米的平均粒度。在其他實(shí)施例中，磨?？删哂兄辽偌s20微米，至少約22微米，至少約24微米，至少約26微米，至少約28微米，至少約30微米，至少約32微米，至少約34微米，至少約36微米，至少約38微米，至少約40微米，至少約42微米，或甚至至少約44微米的平均粒度。在特定情況中，本文的實(shí)施例的磨粒可具有在上述平均粒度中的任意者之間的范圍內(nèi)的平均粒度。例如，本文的實(shí)施例的磨?？删哂性诩s40微米至約60微米之間，或甚至約44至約54微米之間的范圍內(nèi)的平均粒度。
[0021]進(jìn)一步對于磨粒而言，磨粒的形態(tài)可由縱橫比描述，所述縱橫比為長度與寬度的尺寸之間的比例。應(yīng)了解，長度為磨粒的最長尺寸，寬度為給定磨粒的第二最長尺寸。根據(jù)本文的實(shí)施例，磨粒可具有不大于約2: 1，或甚至不大于約1.5: I的縱橫比(長度:寬度)。在特定情況中，磨?？蔀榛旧系容S的，使得磨粒具有大約1:1的縱橫比。
[0022]磨?？砂ㄆ渌卣鳎ɡ缤繉?。磨?？捎猛坎疾牧贤坎迹鐾坎疾牧峡蔀闊o機(jī)材料。合適的無機(jī)材料可包括陶瓷、玻璃、金屬、金屬合金和它們的組合。在特定情況中，磨?？捎媒饘俨牧希貏e是過渡金屬組合物電鍍。這種涂布磨?？捎欣谀チＥc粘結(jié)材料之間的改進(jìn)的粘結(jié)(例如化學(xué)粘結(jié))。
[0023]也應(yīng)了解，相同組成的磨?？删哂懈鞣N機(jī)械性質(zhì)，包括例如脆度?；旌衔锖妥罱K形成的粘結(jié)研磨本體可摻入磨粒的混合物，所述磨粒的混合物可具有相同的組成，但具有不同的機(jī)械性質(zhì)或級別。例如，混合物可包括單一組成的磨粒，使得混合物僅包括金剛石或立方氮化硼。然而，金剛石或立方氮化硼可包括不同級別的金剛石或立方氮化硼的混合物，使得磨粒具有不同的級別和不同的機(jī)械性質(zhì)。
[0024]磨?？梢砸允沟米罱K形成的研磨制品含有特定量的磨粒的量提供于混合物中。例如，混合物可包括大部分含量(例如大于50vol% )的磨粒。
[0025]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，粘結(jié)材料可為金屬或金屬合金材料。例如，粘結(jié)材料可包括包含至少一種過渡金屬元素的粉末組合物。在特定情況中，粘結(jié)材料可包括選自如下的金屬:銅、錫、銀、鉬、鋅、鎢、鐵、鎳、銻，和它們的組合。在一個(gè)特定實(shí)施例中，粘結(jié)材料可為包含銅和錫的金屬合金。銅和錫的金屬合金可為青銅材料，所述青銅材料可由60: 40的重量組成的銅和錫(分別地)形成。
[0026]根據(jù)一個(gè)特定實(shí)施例，銅和錫的金屬合金可包含一定含量的銅，使得最終形成的粘結(jié)研磨制品具有合適的機(jī)械特性和碾磨性能。例如，銅和錫金屬合金可包含不大于約70%的銅，如不大于約65%的銅，不大于約60%的銅，不大于約50%的銅，不大于約45%的銅，或甚至不大于約40 %的銅。在特定情況中，銅的量在約30 %至約65 %之間，更特別地在約40%至約65%之間的范圍內(nèi)。
[0027]銅和錫的某些金屬合金可具有最小量的錫。例如，金屬合金可包含組成的總量的至少約30%的錫。在其他情況中，錫的量可更大，如至少約35%，至少約40%，至少約45%，至少約50%，至少約60%，至少約65%，或甚至至少約75%。某些粘結(jié)材料可包括錫的量在約30%至約80%之間，或30%至約70%之間，或甚至約35%至約65%之間的范圍內(nèi)的銅和錫的金屬合金。
[0028]在 ^可選擇的實(shí)施例中，粘結(jié)材料可為錫基材料，其中錫基材料包括金屬和金屬合金，所述金屬合金包含相比于存在于材料中的其他化合物為多數(shù)含量的錫。例如，粘結(jié)材料可基本上由錫組成。而且，可使用包含不大于約10%的其他合金材料(特別是金屬)的某些錫基粘結(jié)材料
[0029]在某些實(shí)施例中，可形成混合物，使得粘結(jié)材料的量可小于混合物內(nèi)磨粒的量。這種混合物有利于具有在本文更詳細(xì)地描述的某些性質(zhì)的粘結(jié)研磨制品。
[0030]除了磨粒和粘結(jié)材料之外，混合物還可包含活性粘結(jié)組合物前體。活性粘結(jié)組合物前體包含可添加至混合物的材料，所述材料之后促進(jìn)粘結(jié)研磨本體的某些組分(包括例如顆粒材料(例如磨粒和/或填料)和粘結(jié)材料)之間的化學(xué)反應(yīng)?；钚哉辰Y(jié)組合物前體可以以較少量，特別是小于存在于混合物內(nèi)的磨粒的量的量添加至混合物中。
[0031]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，活性粘結(jié)組合物前體可包括包含金屬或金屬合金的組合物。更特別地，活性粘結(jié)組合物前體可包括包含氫的組合物或絡(luò)合物。例如，活性粘結(jié)組合物前體可包含金屬氫化物，更特別地，可包含諸如氫化鈦的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，活性粘結(jié)組合物前體基本上由氫化鈦組成。
[0032]混合物通常包含較少量的活性粘結(jié)組合物前體。例如，混合物可包含不大于混合物的總重量的約40wt %的活性粘結(jié)組合物前體。在其他實(shí)施例中，混合物內(nèi)的活性粘結(jié)組合物前體的量可更少，如不大于約35wt%，不大于約30wt%，不大于約28wt%，不大于約26wt%，不大于約23wt%，不大于約18wt%，不大于約15wt%，不大于約12wt%，或甚至不大于約10wt%。在特定情況中，混合物內(nèi)活性粘結(jié)組合物前體的量可在約2wt%至約40wt %之間，如約4wt %至約35wt %之間，約8wt %至約28wt %之間，約1wt %至約28wt %之間，或甚至約12wt%至約26wt%2間的范圍內(nèi)。
[0033]混合物還可包含粘結(jié)劑材料。粘結(jié)劑材料可用于在粘結(jié)研磨制品的形成過程中提供合適的強(qiáng)度。某些合適的粘結(jié)劑材料可包括有機(jī)材料。例如，有機(jī)材料可為諸如熱固性材料、熱塑性材料、粘合劑和它們的組合的材料。在一個(gè)特定情況中，粘結(jié)劑材料的有機(jī)材料包括諸如如下的材料:聚酰亞胺、聚酰胺、樹脂、芳綸、環(huán)氧樹脂、聚酯、聚氨酯、乙酸酯、纖維素，以及它們的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，混合物可包含使用熱塑性材料的組合的粘結(jié)劑材料，所述熱塑性材料構(gòu)造為在特定溫度下固化。在另一實(shí)施例中，粘結(jié)劑材料可包括適用于促進(jìn)混合物的組分之間的粘附的粘合劑材料。粘結(jié)劑可為液體的形式，包括例如水基或非水基化合物。