制备成形磨粒的辅助传送丝网印刷方法和所得成形磨粒的制作方法
【专利说明】制备成形磨粒的辅助传送丝网印刷方法和所得成形磨粒
[0001] 本专利申请是申请号为201080057581. 2、申请日为2010年12月10日、发明名称 为"制备成形磨粒的辅助传送丝网印刷方法和所得成形磨粒"的专利申请的分案申请。
[0002] 本专利申请要求提交于2009年12月22日的美国临时申请No. 61/289, 188和提交 于2010年6月30日的美国专利申请No. 12/827, 274的优先权，这两份专利申请的名称均为 "Transfer Assisted Screen Printing Method of Making Shaped Abrasive Particles and the Resulting Shaped Abrasive Particles"（制备成形磨粒的辅助传送丝网印刷方 法和所得成形磨粒），其公开内容全文以引用方式并入本文中。
【背景技术】
[0003] 磨粒和由磨粒制造的磨料制品可用于在产品制造过程中研磨、整理或磨削多种材 料和表面。因此，一直存在对磨粒和/或磨料制品的成本、性能或寿命进行改善的需求。
[0004] 在授予Berg的美国专利No. 5, 201，916、授予Rowenhorst的美国专利 No. 5, 366, 523 (Re 35, 570)以及授予Berg的美国专利No. 5, 984, 988中公开了三角形成形 磨粒和使用三角形成形磨粒的磨料制品。在一个实施例中，磨粒的形状包括等边三角形。三 角形成形磨粒可用于制造具有增大的切削速率的磨料制品。
【发明内容】
[0005] 成形磨粒通常可具有优于随机粉碎的磨粒的性能。通过控制磨粒的形状，可以控 制磨料制品的所得性能。本发明人发现，通过使用丝网印刷技术由 α-氧化铝前体的分散 体制备成形磨粒，使得分散体从印刷丝网中的开口辅助传送，从而提高了过程生产率。另 外，由于可以从丝网开口中移除这些较厚的磨粒，因此可制备厚得多的成形磨粒。
[0006] 辅助传送可包括在丝网印刷成形物的第一侧面和丝网印刷成形物的与容纳表面 接触的第二侧面之间施加差压。在一个实施例中，加压的传送辊可将正压施加到第一侧面， 以从具有连续印刷带形式的印刷丝网释放丝网印刷成形物。在另一个实施例中，容纳表面 可包括透气的容纳表面，并且可定位真空箱或真空辊，以当从印刷丝网中的孔移除丝网印 刷成形物时，向丝网印刷成形物的第二侧面提供小于大气压的压力。或者，可向丝网印刷成 形物的第一侧面施加正压，同时向第二侧面施加低于大气压的压力。
[0007] 简而言之，在一个实施例中，该方法包括通过丝网印刷工艺制备成形磨粒，该工艺 包括将分散体通过印刷丝网施加到容纳表面，该印刷丝网具有对应于成形磨粒所需形状的 多个孔。优选的方法包括：将α-氧化铝前体的分散体施加到容纳表面上所支承的开孔印 刷丝网的一个表面；填充印刷丝网中的孔；从容纳表面移除印刷丝网，同时在丝网印刷成 形物的第一侧面和接触容纳表面的丝网印刷成形物的第二侧面之间施加差压；至少部分地 干燥分散体，以形成前体成形磨粒；以及将前体成形磨粒烧制到最终烧结硬度，从而形成包 含α-氧化铝的成形磨粒。
[0008] 令人吃惊的是，本发明人确定，具有在形成过程之后依靠其自重蠕动或流动的粘 度较低的溶胶凝胶分散体提供了这样的成形磨粒，该成形磨粒相比使用粘度较高的分散体 用相同方法制备的成形磨粒具有改善的磨削性能。因此，尺寸完全稳定的溶胶凝胶分散体 在一些实施例中不是优选的，并且意外发现，第二侧面比第一侧面更大和侧壁一直坍落的 成形磨粒具有更好的磨削性能。所得成形磨粒从较大的第二侧面（干燥期间接触容纳表面 的一侧）到较小的第一侧面（不受支承的空气侧）渐缩，尽管用来制备成形磨粒的孔不渐 缩（侧壁大约90度）。
[0009] 据信，渐缩在干燥过程中发生，或作为另外一种选择或结合地，是作为在移除粘度 较低的溶胶凝胶的丝网印刷成形物时施加差压的结果而发生。在干燥过程期间变得基本上 干燥之前，粘度较低的溶胶凝胶可以依靠其自重蠕动或流动，其方式类似于小甜饼生面团 在烘箱中从初始的圆球形变为最终的圆盘形那样。因此，干燥过程产生边缘较薄的成形磨 粒，该边缘在成形磨粒的侧壁和第二侧面之间具有锐角。据信，该较薄边缘提高了磨削性 能。
[0010] 因此，在一个实施例中，本发明涉及一种用于通过丝网印刷工艺制备成形陶瓷制 品的方法，该方法包括：将陶瓷前体的分散体通过包括多个孔的印刷丝网施加到容纳表面； 从容纳表面移除印刷丝网，，同时，在丝网印刷成形物的第一侧面和丝网印刷成形物的与容 纳表面接触的第二侧面之间施加差压；至少部分地干燥保留在容纳表面上的丝网印刷成形 物；以及烧制丝网印刷成形物，以形成烧结的成形陶瓷制品。
[0011] 在另一个实施例中，本发明涉及一种制备包含α -氧化铝的成形磨粒的方法，该 方法包括：在容纳表面上将勃姆石氧化铝溶胶凝胶采用丝网印刷而成形，以形成多个丝网 印刷成形物；从印刷丝网移除丝网印刷成形物，同时，在丝网印刷成形物的第一侧面和接触 容纳表面的丝网印刷成形物的第二侧面之间施加差压；至少部分地干燥丝网印刷成形物； 以及在足以将氧化铝转变为α-相的温度下烧制丝网印刷成形物。
[0012] 在另一个实施例中，本发明涉及一种制备包含α -氧化铝的成形磨粒的方法，该 方法包括：在透气的容纳表面上将勃姆石氧化铝溶胶凝胶采用丝网印刷而成形，透气的容 纳表面与真空箱或真空辊相邻，同时用溶胶凝胶填充印刷丝网中的孔，以形成多个丝网印 刷成形物；从印刷丝网移除丝网印刷成形物；至少部分地干燥丝网印刷成形物；以及在足 以将氧化铝转变为α-相的温度下烧制丝网印刷成形物。
[0013] 在另一个实施例中，本发明涉及包括形成后流动的表面的成形磨粒。
[0014] 在另一个实施例中，本发明涉及包括第一侧面、第二侧面和将第一侧面连接到第 二侧面的侧壁的成形磨粒；侧壁包括与第一表面相交的第一部分和与第二表面相交的第二 部分，并且第一部分的斜率大于第二部分的斜率。
[0015] 在另一个实施例中，本发明涉及包括第一侧面、第二侧面和将第一侧面连接到第 二侧面的侧壁的成形磨粒；并且其中，第一侧面为凹面，侧壁为凹壁。
【附图说明】
[0016] 本领域的普通技术人员应当了解，本发明的讨论仅是针对示例性实施例的描述， 其并不旨在限制本发明的更广泛的方面，其中更广泛的方面体现在示例性构造中。
[0017] 在说明书和附图中重复使用的引用字符旨在表示本发明相同或类似的部件或元 件。
[0018] 图1是根据本发明的用于连续模式操作的丝网印刷工艺的示意图。
[0019] 图2是适合与根据本发明的连续模式或成批模式丝网印刷工艺一起使用的印刷 丝网的顶面的照片。
[0020] 图3A、图3B和图3C是显微照片，分别显示了使用图2所示印刷丝网用粘度较高的 溶胶凝胶所制备成形磨粒的俯视图、侧视图和透视图。
[0021] 图4A、图4B和图4C是显微照片，分别显示了使用图2所示印刷丝网用粘度较低的 溶胶凝胶所制备成形磨粒的俯视图、侧视图和透视图。
[0022] 图5是比较用粘度较高的溶胶凝胶和粘度较低的溶胶凝胶所制备成形磨粒的磨 削性能的切削与时间坐标图。
[0023]
[0024] 如本文所用，"大致三角形"意指三角形形状或三边渐缩或非渐缩的多边形，其具 有圆角而不是顶点，如图2、图3和图4所示。
[0025] 如本文所用，"形成后流动的表面"意指在从印刷丝网或模具移除成形分散体之后 显著坍落的成形磨粒的表面。因此，成形磨粒将由于坍落而在一侧上具有较大的表面积，并 且厚度或高度比由相同印刷丝网或模具制备的不显著坍落的成形磨粒更小。形成后流动的 表面为相对平滑的表面，其具有平滑的轮廓和由成形分散体移位导致的斜坡，这种移位是 由于在允许坍落发生的条件（例如，溶胶凝胶粘度较低或干燥速率较慢）下的力（例如，重 力或所施加的差压）所导致的。由于印刷丝网或模具填充过满，使得溶胶凝胶延伸超过印 刷丝网或模具中的预期预定几何形状，这样产生的附接到成形磨粒表面的溶胶凝胶的飞边 或极薄区域不是形成后流动的表面。
[0026] 如本文所用，"成形磨粒"意指通过将分散体置于印刷丝网中的孔或模具腔体中而 形成的磨粒，该孔或模具腔体具有预定几何形状，产生与该形状相似但不完全复制该形状 的磨粒。
[0027] 如本文所用，"纹理的表面"意指具有粗糙或粒状表面质量的成形磨粒表面。纹理 的表面可由透气的容纳表面结合真空制备，其中，真空拉动溶胶凝胶，使其紧密接触容纳表 面。纹理的表面可部分地复制容纳表面的花纹或网孔、形成容纳表面的缠结纤维结构、或容 纳表面中的孔的轮廓。
【具体实施方式】
[0028] 具有连续印刷带形式的印刷丝网10在一系列的三个辊12、14和16的周围穿过。 在一个实施例中，在印刷丝网10从容纳表面18分离的点附近，设置有压力传送辊2