结构化磨料制品及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本公开广义地涉及带涂层磨料制品以及使用它们的方法。
【背景技术】
[0002] 结构化磨料制品为具有固定到背衬的主表面的多个成型的磨料复合物的特定类 型的带涂层磨料制品。每个成型的磨料复合物具有与背衬接触的底部表面和从背衬向外延 伸的远侧端部。成型的磨料复合物包括分散在通常包括交联的有机聚合物的粘结剂基质中 的磨料颗粒。成型的磨料复合物通常被布置成阵列。在结构化磨料制品的一种常见构造中， 成型的磨料复合物是锥形的(例如，四面体的或正四棱锥的）。
[0003] 传统上，结构化磨料产品诸如例如以TRIZACT结构化磨料（TRIZACT STRUCTURED ABRASIVE)购自明尼苏达州圣保罗市的3M公司（3M Company，（St .Paul，Minnesota))的那些 结构化磨料产品已利用锥形磨料复合物。锥形通常因为多种原因被使用，而不是所有的原 因都基于研磨性能。例如，锥形为易于在制造结构化磨料产品过程中所使用的模具中进行 生产的形状。另外，在制造期间，当使用椎形时，模具通常较为容易利用可固化浆液被填满 并且在固化之后与结构化磨料制品分开。
[0004] 在使用期间随着锥形磨料复合物受侵蚀，其特性为承载面积从成型的复合物的顶 部到它们的底部表面的改变。初始，侵蚀是相当快的。其中继续使用增加的承载面积，直到 承载面积达到某点，超过该点承载面积不再分解并且停止有效研磨。这通常当承载面积在 从工作研磨表面面积的百分之五十到百分之七十的范围中时发生。在实施过程中，这已限 制了结合锥形成型的特征部的结构化磨料制品的使用寿命。
[0005] 对于成型的磨料复合物克服这一问题的替换设计的使用在美国专利8,425,278 B2(卡勒等人(Culler))中有所描述。在那种方法中，尖点形成在侧壁和包括凹陷特征部的 碾磨表面的交叉点处。然而，在实施过程中，在填充生产工具中的模具腔的问题可导致畸形 尖点，从而降低所得的结构化磨料制品的研磨性能的可靠性或制造产量。
[0006] 因此，在克服与在美国专利8,425,278 B2(卡勒等人(Culler))中所述的成型的磨 料复合物有关的填充问题的情况下，仍然存在对于利用锥形磨料复合物向结构化磨料制品 提供优异研磨性能的结构化磨料制品的需求。
【发明内容】
[0007] 在一个方面，本公开提供结构化磨料制品，该结构化磨料制品包括：
[0008] 具有相背对的第一主表面和第二主表面的背衬；
[0009 ]固定到第一主表面的成型的磨料复合物，其中精确成型的磨料复合物包括分散在 粘结剂基质中的磨料粒，并且其中成型的磨料复合物中的至少一些成型的磨料复合物独立 地包括：
[0010] 底部表面；
[0011] 与底部表面相背对并且不接触底部表面的顶部表面，其中顶部表面包括至少一个 内部凹陷部分；
[0012] η个侧壁，其中η表示大于或等于三的整数，其中η个侧壁中的每个侧壁邻接底部表 面和顶部表面两者，并且其中η个侧壁中的每个侧壁邻接η个侧壁中的两个其他侧壁;和
[0013] 由顶部表面和η个侧壁中的相应不同多个侧壁形成的至少两个尖点，其中至少一 个内部凹陷部分比至少两个尖点更靠近底部表面。
[0014] 在另一方面，本公开提供结构化磨料制品，该结构化磨料制品包括：
[0015] 具有相背对的第一主表面和第二主表面的背衬；
[0016] 固定到第一主表面的成型的磨料复合物，其中精确成型的磨料复合物包括分散在 粘结剂基质中的磨料粒，并且其中成型的磨料复合物中的至少一些成型的磨料复合物独立 地包括：
[0017] 底部表面；
[0018] 与底部表面相背对并且不接触底部表面的顶部表面，其中顶部表面包括至少一个 内部凹陷部分和至少两个三角形小平面；
[0019] η个侧壁，其中η表示大于或等于三的整数，其中η个侧壁中的每个侧壁邻接底部表 面和顶部表面两者，并且其中η个侧壁中的每个侧壁邻接η个侧壁中的两个其他侧壁，其中 至少两个三角形小平面中的每个三角形小平面邻接η个侧壁中的相应不同的一个侧壁;和
[0020] 部分地由至少两个三角形小平面中的至少两个三角形小平面形成的至少两个尖 点，其中至少一个内部凹陷部分比至少两个尖点更靠近底部表面。
[0021] 有利地，根据本公开的结构化磨料颗粒在制造期间可比具有位于成型的磨料复合 物的拐角处的尖点的结构化磨料颗粒表现出对模具腔的更完全的填充。这导致改善的制造 产量和/或结构化磨料颗粒可靠性。
[0022] 根据本公开的结构化磨料制品可用于研磨工件。因此，在另一方面，本公开提供一 种研磨工件的方法，该方法包括:将根据本公开的结构化磨料制品的磨料层的至少一部分 与工件的表面摩擦接触；以及使工件或磨料层中的至少一者相对于另一者移动，以研磨工 件的表面的至少一部分。
[0023] 如本文所用，术语"尖点"是指表示顶部表面的局部极大处的具有相对于基部的高 度的点或脊(优选为点）。
[0024] 如本文所用，术语"顶部表面"是指与一个或多个单独成型的磨料复合物的底部表 面相背对的表面，并且不是指作为整体的磨料层的暴露表面，磨料层的暴露表面被称为将 使用的"工作表面"。
[0025] 如本文所用，术语"精确成型的磨料复合物"是指通过以下过程形成的成型的磨料 复合物:成型的磨料复合物是通过在浆液从模具中被移除之前，至少部分地固化驻留在模 具的腔中的浆液，使得所得的磨料复合物基本上复制腔的表面光洁度和/或形状。
[0026] 在考虑【具体实施方式】以及所附权利要求书时，将进一步理解本公开的特征和优 点。
【附图说明】
[0027] 图1为根据本公开的示例性结构化磨料制品100的示意性透视图。
[0028] 图1Α为精确成型的磨料复合物135的示意性透视图。
[0029] 图1B为精确成型的磨料复合物135的示意性俯视图。
[0030] 图2A为成型的磨料复合物235的示意性透视图。
[0031]图2B为成型的磨料复合物235的示意性俯视图。
[0032]图3A为成型的磨料复合物335的示意性透视图。
[0033]图3B为成型的磨料复合物335的示意性俯视图。
[0034]图4A为成型的磨料复合物435的示意性透视图。
[0035]图4B为成型的磨料复合物435的示意性俯视图。
[0036]图5A为成型的磨料复合物535的示意性透视图。
[0037]图5B为成型的磨料复合物535的示意性俯视图。
[0038]图6为根据本公开的示例性结构化磨料制品600的示意性透视图。
[0039]图6A为成型的磨料复合物635的示意性透视图。
[0040]图6B为成型的磨料复合物635的示意性俯视图。
[0041 ]图7A为成型的磨料复合物735的示意性透视图。
[0042]图7B为成型的磨料复合物735的示意性俯视图。
[0043]图8为在实施例1中制备的结构化研磨盘的数字显微图。
[0044] 图9为在比较实施例A中制备的结构化研磨盘的数字显微图。
[0045] 在描绘了成型的磨料复合物的图中，除顶部表面之外的所有表面(包括底部表面、 侧壁和小平面)为平坦的，除非另外明确地指明。在说明书和附图中对参考字符重复的使用 旨在表示本公开相同的或类似的特征部或元件。应当理解，本领域的技术人员可设计出落 入本公开的原理的范围和实质内的多个其他修改形式和实施方案。附图可不按比例绘制。
【具体实施方式】
[0046] 现在参见图1，示例性结构化磨料制品100包括具有相应的第一主表面115和第二 主表面117的背衬110。磨料层130接触第一主表面115并且被固定到该第一主表面115。磨料 层130包括多个精确成型的磨料复合物135。任选的附接界面层145通过任选的粘合剂层170 被固定到第二主表面117。
[0047] 现在参见图1A和图1B，单个精确成型的磨料复合物135包括分散在粘结剂基质138 中的磨料颗粒137。精确成型的磨料复合物135包括被设置在背衬110的第一主表面115上并 且牢固地固定到背衬110的第一主表面115的平坦底部表面140。顶部表面150与底部表面 140相背对并且不接触该底部表面140。顶部表面150包括内部凹陷部分175。六个侧壁160、 底部表面140和顶部表面150-起限定精确成型的磨料复合物135的整个表面。六个侧壁160 中的每个侧壁邻接底部表面140、顶部表面150和侧壁160中的两个其他侧壁。六个尖点165 由顶部表面和相应侧壁160中的每个侧壁形成。内部凹陷部分175比尖点165更靠近底部表 面140。顶部表面150由十二个小平面180构成。
[0048] 也可使用用于成型的磨料复合物的其他形状来代替或补充精确成型的磨料复合 物 135〇
[0049]图2A和图2B中示出了合适的成型的磨料复合物的另一个实施方案。现在参见图2A 和图2B，精确成型的磨料复合物235包括与底部表面240相背对并且不接触底部表面240的 顶部表面250。顶部表面250包括内部凹陷部分275。四个侧壁260、底部表面240和顶部表面 250-起限定成型的磨料复合物235的整个表面。侧壁260中的每个侧壁邻接底部表面240、 顶部表面250和侧壁260中的两个其他侧壁。四个尖点265由顶部表面250和相应侧壁260中 的每个侧壁形成。内部凹陷部分275比尖点265更靠近底部表面240。顶部表面250由八个小 平面280构成。
[0050]图3A和图3B中示出了合适的成型的磨料复合物的另一个实施方案。现在参见图3A 和图3B，精确成型的磨料复合物335包括与底部表面340相背对并且不接触底部表面340的 顶部表面350。顶部表面350包括内部凹陷部分375。六个侧壁360、底部表面340和顶部表面 350-起限定成型的磨料复合物335的整个表面。侧壁360中的每个侧壁邻接底部表面340、 顶部表面350和侧壁360中的两个其他侧壁。四个尖点365由顶部表面350和相应侧壁360中 的每个侧壁形成。内部凹陷部分375比尖点365更靠近底部表面340。顶部表面350由八个小 平面380构成。
[00511图4A和图4B中示出了合适的成型的磨料复合物的另一个实施方案。现在参见图4A 和图4B，精确成型的磨料复合物435包括与底部表面440相背对并且不接触底部表面440的 顶部表面450。顶部表面450包括内部凹陷部分475。五个侧壁460、底部表面440和顶部表面 450-起限定成型的磨料复合物435的整个表面。侧壁460中的每个侧壁邻接底部表面440、 顶部表面450和侧壁460中的两个其他侧壁。六个尖点465中的每个尖点由顶部表面450和侧 壁460(每个侧壁两个尖点）形成。内部凹陷部分475比尖点465更靠近底部表面440。顶部表 面450由十二个小平面480构成。
[0052]图5A和图5B中示出了合适的成型的磨料复合物的另一个实施方案。现在参见图5A 和图5B，精确成型的磨料复合物535包括与底部表面540相背对并且不接触底部表面540的 顶部表面550。顶部表面550包括内部凹陷部分575。五个侧壁560、底部表面540和顶部表面 550-起限定成型的磨料复合物535的整个表面。侧壁560中的每个侧壁邻接底部表面540、 顶部表面550和侧壁560中的两个其他侧壁。十个尖点565中的每个尖点由顶部表面550和侧 壁560(每个侧壁两个尖点）形成。内部凹陷部分575比尖点565更靠近底部表面540。顶部表 面550由二十个小平面580构成。
[0053]现在参见图6,另一个示例性结构化磨料制品600包括具有相应