用于超高材料移除速率研磨操作的研磨制品的制作方法
【专利摘要】一种研磨制品，其包括粘结研磨主体，所述粘结研磨主体具有：以不大于所述主体的总体积的约15体积％的量存在的粘结材料；包含在所述粘结材料中的粒状研磨材料，所述粒状研磨材料包括磨料聚集体和未聚集的磨料颗粒，其中所述主体包括在3∶1至约1∶3范围内的磨料颗粒比(APp∶APagg)，其中APp代表存在于所述主体中的未聚集的磨料颗粒的量(体积％)且APagg代表存在于所述主体中的磨料聚集体的量(体积％)；和所述粘结研磨主体的总体积的至少约42体积％的孔隙。
【专利说明】用于超高材料移除速率研磨操作的研磨制品
【技术领域】
[0001]下文涉及研磨制品，且特别是适合用于进行高速研磨操作的粘结研磨制品。
【背景技术】
[0002]通常形成研磨工具以使磨料粒子包含在粘结材料内以用于材料移除应用。超级磨料粒子(例如，金刚石或立方氮化硼(CBN))或加了晶种的(或者甚至未加晶种的)烧结溶胶-凝胶氧化铝磨料粒子(也称作微晶α-氧化铝(MCA)磨料粒子)可用在这样的研磨工具中。粘结材料可为有机材料例如树脂、或无机材料例如玻璃或玻璃化的材料。特别地，使用玻璃化的粘结材料并包含MCA粒子或超级磨料粒子的粘结研磨工具对于研磨在商业上是有用的。
[0003]一些粘结研磨工具，特别是利用玻璃化的粘结材料的那些，要求高温形成过程，时常为大约1100°c或更大，这可对MCA磨料粒子具有有害影响。实际上，已认识到，在形成研磨工具所必需的这样的高温下，粘结材料可与磨料粒子、特别是MCA粒子反应，且损害磨料的完整性，降低粒子锐度和性能特性。结果，本行业已朝向降低形成粘结材料所必需的形成温度以抑制磨料粒子在形成过程期间的高温降解迁移。
[0004]例如，为了减少MCA粒子与玻璃化的粘结剂之间的反应的量，美国专利N0.4，543，107公开了适合用于在低达约900°C的温度下烧制的粘结剂组合物。在一种供替换的方法中，美国专利N0.4，898，597公开了适合用于在低达约900°C的温度下烧制的包括至少40%的烧结材料的粘结剂组合物。其它这样的利用能够在低于1000°C的温度下形成的粘结材料的粘结研磨制品包括美国专利N0.5，203，886、美国专利N0.5，401，284、美国专利N0.5，536，283和美国专利N0.6，702，867。尽管如此，本行业继续需要这样的粘结研磨制品的改善的性能。
[0005]以上玻璃质粘结材料不一定适合用于高速研磨操作。典型地，高速研磨操作需要在超过1100°C的烧结温度下形成的玻璃质的粘结研磨制品，使得所述研磨制品可经受住在高速研磨操作期间施加的力。本行业继续需要改善的粘结研磨制品。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]通过参照附图，可更好地理解本公开内容，且使其许多特征和优点对于本领域技术人员是明晰的。
[0007]图1包括常规粘结研磨制品和根据一个实施例的研磨制品的平均功率(kW)对材料移除速率(mm3/s/mm)的图。
[0008]图2包括常规粘结研磨制品和根据一个实施例的研磨制品的磨耗比(G-ratio)(被移除的材料的体积/轮磨耗的体积)对材料移除速率(mm3/S/mm)的图。
[0009]图3包括常规粘结研磨制品和根据一个实施例的研磨制品的径向轮磨耗(Ars，以mm为单位)对材料移除速率(mm3/s/mm)的图。
[0010]图4包括常规粘结研磨制品和根据一个实施例的研磨制品的边缘半径(mm)对材料移除速率(mm3/s/mm)的图。
[0011]图5和6包括常规粘结研磨剂和根据一个实施例的研磨制品之间的形态损耗(loss of form)的图解。
[0012]图7包括常规粘结研磨制品和根据一个实施例的研磨制品的实际材料移除速率对理论材料移除速率的图。
[0013]图8包括常规粘结研磨制品和根据一个实施例的研磨制品的表面粗糙度(Ra)对材料移除速率的图。
[0014]图9包括常规粘结研磨制品和根据一个实施例的研磨制品的最大材料移除速率(in3/min/in)白勺图。
[0015]图10包括常规粘结研磨制品和根据一个实施例的研磨制品的平均单位功率(Hp/in)对材料移除速率(in3/min/in)的图。
[0016]不同附图中的相同标记符号的使用表示类似或相同的条目。
【具体实施方式】
[0017]下文涉及可适合用于工件的研磨和成形的粘结研磨制品。特别地，本文中的实施例的粘结研磨制品可在粘结材料内弓I入磨料颗粒。对于本文中的实施例的粘结研磨制品的用途的合适的应用包括研磨操作，所述研磨操作包括例如，无心研磨、圆筒研磨、曲轴研磨、各种表面研磨操作、轴承和齿轮研磨操作、缓进给研磨和各种工具室应用。
[0018]根据一个实施例，形成一个实施例的粘结研磨制品的方法可通过形成合适的用于形成粘结材料的化合物和组分的混合物开始。粘结剂可由无机材料化合物例如氧化物化合物形成。例如，一种合适的氧化物材料可包括氧化硅(SiO2)。根据一个实施例，所述粘结材料可由所述粘结材料的总重量的不大于约62重量％的氧化硅形成。在另外的实施例中，氧化娃的含量可较小，例如不大于约60重量％、不大于约59重量％、或者甚至不大于约58重量％。然而，在一些实施例中，所述粘结材料可由所述粘结材料的总重量的至少约45重量％、大约至少约47重量％、至少约48重量％、或者甚至至少约49重量％、至少约50重量％、至少约52重量％的氧化硅形成。将理解，氧化硅的量可在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0019]所述粘结材料还可引入一定含量的氧化铝(Al2O3)。例如，所述粘结材料可包括所述粘结材料的总重量的至少约9重量％的氧化铝。在另外的实施例中，氧化铝的量可为至少约10重量％、至少约11重量％、或者甚至约12重量％。在一些情况中，所述粘结材料可包括为所述粘结剂的总重量的不大于约20重量％、不大于约18重量％、不大于约16重量％、或者甚至不大于约15重量％的量的氧化铝。将理解，氧化铝的量可在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0020]在一些情况中，所述粘结材料可由以重量百分数计量的氧化硅的量与以重量百分数计量的氧化铝的量之间的特定比例形成。例如，二氧化硅与氧化铝之比可通过将所述粘结材料内的氧化硅的重量百分数除以氧化铝的重量百分数来描述。根据一个实施例，氧化硅与氧化铝之比可不大于约5。在另外的情况中，所述粘结材料内的氧化硅与氧化铝之比可不大于约4.8、不大于约4.6、不大于约4.5。然而，可形成所述粘结材料，使得氧化硅的重量百分数与氧化铝的重量百分数之比为至少约1.8，例如至少约2，例如至少约2.2，或者甚至至少约2.5。将理解，氧化铝和氧化硅的总量可在以上提到的最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0021]根据一个实施例，所述粘结材料可由一定含量的氧化硼(B2O3)形成。例如，所述粘结材料可引入所述粘结材料的总重量的不大于约20重量％的氧化硼。在另外的情况中，氧化硼的量可较小，例如不大于约19重量％、不大于约18重量％、不大于约17重量％、或者甚至不大于约16重量％。然而，所述粘结材料可由所述粘结材料的总重量的至少约10重量％，例如至少约12重量％、至少约13重量％、或者甚至至少约14重量％的氧化硼形成。将理解，氧化硼的量可在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0022]根据一个实施例，可形成所述粘结材料，使得所述粘结材料内的氧化硼的重量百分数和氧化硅的重量百分数的总含量(即和)可不大于所述粘结材料的总重量的约80重量％。在另外的情况中，氧化硅和氧化硼的总含量可不大于约78重量％，例如不大于约76重量％、或者甚至不大于约74重量％。根据一个特别的实施例，氧化硅和氧化硼的总的重量百分含量可为所述粘结材料的总重量的至少约60重量％，例如至少约66重量％、至少约68重量％、或者甚至至少约70重量％。将理解，所述粘结材料内的氧化硅和氧化硼的总的重量百分数可在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0023]此外，在特别的情况中，以重量百分数计量，所述粘结材料内的氧化硅的量可大于氧化硼的量。特别地，氧化硅的量可为氧化硼的量的至少约1.5倍大、至少约1.7倍大、至少约1.8倍大、至少约1.9倍大、至少约2.0倍大、或者甚至至少约2.5倍大。然而，在一个实施例中，所述粘结材料可包括为氧化硼的量的不大于约5倍大，例如不超过约4.5倍大、或者甚至不超过约4倍大的量的氧化硅。将理解，氧化硅的量与氧化硼的量相比的差异可在以上提到的最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0024]根据一个实施例,所述粘结材料可由至少一种碱金属氧化物(alkali oxide)化合物(R2O)形成，其中R代表选自元素周期表中的IA族元素的金属。例如，所述粘结材料可由来自包括氧化锂(Li2O)、氧化钠(Na2O)、氧化钾(K2O)、和氧化铯(Cs2O)、及其组合的化合物组的碱性氧化物化合物(R2O)形成。
[0025]根据一个实施例，所述粘结材料可由总含量不大于所述粘结材料的总重量的约20重量％的碱金属氧化物化合物形成。对于根据本文中的实施例的其它粘结研磨制品，碱金属氧化物化合物的总含量可不大于约19重量％、不大于约18重量％、不大于约17重量％、不大于约16重量％、或者甚至不大于约15重量％。然而，在一个实施例中，所述粘结材料内的碱金属氧化物化合物的总含量可为至少约5重量％，例如至少约7重量％、至少约9重量％、至少约11重量％、或者甚至至少约12重量％。将理解，所述粘结材料可包括在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内的碱金属氧化物化合物总含量。
[0026]根据一个特别的实施例，所述粘结材料可由不大于约4种的如以上提到的单独的碱金属氧化物化合物(R2O)形成。实际上，一些粘结材料可在所述粘结材料内引入不大于约3种碱金属氧化物化合物。在一个特别的实施例中，所述粘结材料可由至少2种碱金属氧化物化合物形成。
[0027]根据一个特别的实施例，氧化钠的量可大于氧化锂或氧化钾的含量(重量百分数)。在更特别的情况中，以重量百分数计量的氧化钠的总含量可大于以重量百分数计量的氧化锂和氧化钾的含量之和。此外，在一个实施例中，氧化锂的量可大于氧化钾的含量。[0028]根据一个实施例，形成所述粘结材料的以重量百分数计量的碱金属氧化物化合物的总量可小于所述粘结材料内的氧化硼的量(以重量百分数计量)。实际上，在一些情况中，所述粘结材料内的碱金属氧化物化合物的总的重量百分数与氧化硼的总的重量百分数之比(R2CVB2O3)可在约0.7至约1.5范围内，例如在约0.7至约1.3范围内，或者甚至在约
0.7至约1.1范围内。
[0029]所述粘结材料可由一定量的碱土金属化合物(RO)形成，其中R代表来自元素周期表的IIA族的元素。例如，所述粘结材料可引入碱土金属氧化物化合物例如氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化钡(BaO)、或者甚至氧化银(SrO)。
[0030]根据一个实施例，所述粘结材料可由所述粘结材料的总重量的不大于约3重量％的碱土金属氧化物化合物形成。在还另外的情况中，所述粘结材料可由较少的碱土金属氧化物化合物,例如大约不大于约2.8重量％、不大于约2.2重量％、不大于约2重量％、不大于约1.8重量％、不大于约1.3重量％，或者甚至不大于约I重量％的碱土金属氧化物化合物形成。然而，根据一个实施例，所述粘结材料可包含所述粘结材料的总重量的至少约0.2重量％，例如至少约0.3重量％、至少约0.5重量％、或者甚至至少约0.6重量％的含量的一种或多种碱土金属氧化物化合物。将理解，所述粘结材料内的碱土金属氧化物化合物的量可在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0031]根据一个实施例，所述粘结材料可由不大于约3种的不同的碱土金属氧化物化合物形成。实际上，所述粘结材料可包含不大于2种不同的碱土金属氧化物化合物，或者甚至不大于约I种碱土金属氧化物化合物。
[0032]在一个实施例中，所述粘结材料可包括比氧化镁的量大的量的氧化钙。此外，所述粘结材料内的氧化钙的量可大于存在于所述粘结材料内的其它碱土金属氧化物化合物中的任意的含量。
[0033]所述粘结材料可由碱金属氧化物化合物(R2O)和碱土金属氧化物化合物(RO)的组合形成，使得总含量不大于所述粘结材料的总重量的约20重量％。在另外的实施例中，所述粘结材料内的碱金属氧化物化合物和碱土金属氧化物化合物的总含量可不大于约19重量％，例如不大于约18重量％,或者甚至不大于约17重量％。但是,在一些实施例中，存在于所述粘结材料内的碱金属氧化物化合物和碱土金属化合物的总含量可为至少约7重量％,例如至少约8重量％，例如至少约10重量％、至少约11重量％、或者甚至至少约12重量％。将理解，所述粘结材料可具有在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内的碱金属氧化物化合物和碱土金属化合物的总含量。
[0034]根据一个实施例，可形成所述粘结材料，使得存在于所述粘结材料内的碱金属氧化物化合物的总含量大于碱土金属氧化物化合物的总含量。在一个特别的实施例中，可形成所述粘结材料，使得碱金属氧化物化合物的总含量(以重量百分数为单位)与碱土金属氧化物化合物的总的重量百分数之比(R2O: R0)在约5: I至约18: I的范围内。在另外的实施例中，存在于所述粘结材料内的碱金属氧化物化合物的总的重量百分数与碱土金属氧化物化合物的总的重量百分数之比可在约6: I至约17: I的范围内，例如在约7: I至约17: I的范围内、或者甚至在约8: I至约17: I的范围内。
[0035]根据一个实施例，所述粘结材料可由不大于所述粘结材料的总重量的约3重量％的氧化磷形成。在一些另外的情况中，所述粘结材料可包含所述粘结材料的总重量的不大于约2.5重量％,例如不大于约2重量％、不大于约1.5重量％、不大于约I重量％、不大于约0.8重量％、不大于约0.5重量％、或者甚至不大于约0.2重量％的氧化磷。实际上，在一些情况中，所述粘结材料可基本上不含氧化磷。合适的含量的氧化磷可有利于如本文中描述的一些特性和研磨性能特性。
[0036]根据一个实施例，所述粘结材料可由包括不大于约I重量％的一些氧化物化合物的组合物形成，所述氧化物化合物包括例如，如Mn02、ZrSiO2, COAl2O4和MgO的氧化物化合物。实际上，在特别的实施例中，所述粘结材料可基本上不含任何氧化物化合物，包括MnO2、ZrSiO2, COAl2O4 和 MgO0
[0037]除置于混合物内的粘结材料之外，形成粘结研磨制品的方法可进一步包括引入一些粒状研磨材料。在一些情况中，用于形成所述研磨制品的混合物可包括不同类型的粒状研磨材料的组合，包括例如，未聚集的磨料颗粒和磨料聚集体的组合。所述未聚集的磨料颗粒可为与所述磨料聚集体不同和分离的粒状材料。所述未聚集的磨料颗粒可为限定结晶或多晶材料的单独的磨料颗粒。所述磨料聚集体可为粘结在一起且包含在粘合剂内的磨料颗粒的聚集体。
[0038]所述未聚集的磨料颗粒可包括氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、及其组合。所述磨料颗粒可为超级磨料材料。适合用于未聚集的磨料颗粒中的一种示例性的氧化物材料为氧化铝。根据一个特别的实施例，所述未聚集的磨料颗粒可基本上由氧化铝组成，且更特别地，基本上由微晶氧化铝组成。所述未聚集的磨料颗粒可包含与磨料聚集体中包含的磨料颗粒相同的材料。
[0039]所述未聚集的磨料颗粒可具有不大于约1050微米的平均粒度。在另外的实施例中，所述未聚集的磨料颗粒的平均粒度可较小，例如大约不大于800微米、不大于约600微米、不大于约400微米、不大于约250微米、不大于约225微米、不大于约200微米、不大于约175微米、不大于约150微米、或者甚至不大于约100微米。然而，所述未聚集的磨料颗粒的平均粒度可为至少约I微米、例如至少5微米、至少约10微米、至少约20微米、至少约30微米、或者甚至至少约50微米、至少约60微米、至少约70微米、或者甚至至少约80微米。将理解，所述未聚集的磨料颗粒的平均粒度可在以上提到的最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0040]进一步地关于利用微晶氧化铝的未聚集的磨料颗粒，将理解，微晶氧化铝可由具有为亚微米尺寸的平均晶粒粒度的晶粒(即，微晶)形成。实际上，微晶氧化铝的平均晶粒粒度可不大于约I微米，例如不大于约0.5微米、不大于约0.2微米、不大于约0.1微米、或者甚至不大于约0.08微米。然而，在一种情况中，所述平均晶粒粒度可为至少约0.01微米。
[0041]关于所述磨料聚集体，所述未聚集的磨料颗粒可与磨料聚集体组合以形成所述研磨制品。所述磨料聚集体包括包含于粘合剂中的磨料颗粒。所述磨料聚集体的磨料颗粒可为氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、及其组合。所述磨料聚集体的磨料颗粒可为超级磨料材料。在一种情况中，所述磨料聚集体的磨料颗粒可包括氧化铝，可基本上由氧化铝组成，且更特别地，可基本上由微晶氧化铝组成。
[0042]根据一个特别的实施例，所述磨料聚集体可通过形成包括粘合剂材料和磨料颗粒的混合物而制造。取决于所述粘合剂材料，可处理所述混合物以形成磨料聚集体。例如，对于包括无机材料例如基于氧化物的材料(例如，玻璃质材料)的粘合剂材料，所述混合物的进一步处理可包括热处理，特别是在回转窑中处理以产生磨料聚集体。在处理之后，在必要时可将所得材料粉碎以实现磨料聚集体的特定尺寸和形状。
[0043]在一个示例性的且非限制性的实施例中，所述磨料聚集体可包含所述磨料聚集体的总体积的不大于约80体积％的磨料颗粒。在另外的情况中，所述磨料聚集体可形成为包含所述磨料聚集体的总体积的不大于约70体积％、不大于约65体积％、不大于约60体积％、不大于约55体积％、或者甚至不大于约50体积％的磨料颗粒。然而，在特别的情况中，所述磨料聚集体可形成为包括所述磨料聚集体的总体积的至少约10体积％，例如至少约20体积％、至少约25体积％、或者甚至至少约30体积％的磨料颗粒。将理解,所述磨料聚集体内的磨料颗粒的含量可在以上提到的最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0044]此外,在一个实施例中，所述磨料聚集体的磨料颗粒可具有至少约10微米的平均粒度。在本文中的实施例的还另外的聚集体中，所述磨料颗粒的平均粒度可为至少约20微米，例如至少约50微米。然而。所述磨料颗粒可不大于约250微米、不大于约200微米、或者甚至不大于约180微米。将理解，所述磨料聚集体内的磨料颗粒的平均粒度可在以上提到的最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0045]所述磨料聚集体的磨料颗粒可包括可具有如本文中的实施例所描述的平均晶粒粒度的微晶氧化铝。
[0046]所述磨料聚集体可具有特定尺寸。例如,所述磨料聚集体可具有至少约50微米，例如至少约80微米、至少约100微米、至少约150微米、至少约200微米、至少约250微米、至少约500微米、或至少约600微米的平均聚集体尺寸，其为所述聚集体的最长尺寸的量度。然而，根据一个特别的实施例，所述磨料聚集体可具有不大于约2_，例如不大于约1mm、或者甚至不大于约0.8mm的平均聚集体尺寸。将理解，平均聚集体尺寸可在以上提到的最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0047]如本文中所述，所述磨料聚集体可具有包含在粘合剂中的磨料颗粒。根据一个非限制性实施例，所述粘合剂可为无机材料、有机材料、及其组合。一些示例性粘合剂包括玻璃化的材料，有机材料，结晶材料、及其组合。在一种特别的情况中，所述粘合剂可为具有促进根据本文中的实施例的研磨制品的形成的特定组成的基于氧化物的玻璃化的材料。
[0048]根据一个实施例，所述粘合剂可由氧化硅(SiO2)形成，且特别地，可包含所述粘合剂的总重量的不大于约62重量％的氧化硅。在另外的实施例中，所述粘合剂可由不大于约60重量％、不大于约59重量％、或者甚至不大于约58重量％的氧化娃含量形成。然而,在一些实施例中，所述粘合剂可由所述粘合剂的总重量的至少约45重量％，例如至少约50重量％、或者甚至至少约52重量％的氧化硅形成。将理解，氧化硅的量可在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0049]所述粘合剂还可引入一定含量的氧化铝(Al2O3)，例如所述粘合剂的总重量的至少约9重量％、至少约10重量％、或者甚至约12重量％。在一些情况中，所述粘合剂可包括不大于约20重量％、不大于约16重量％、或者甚至不大于约14重量％氧化铝的量的氧化铝。将理解，氧化铝的量可在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0050]在一些情况中，所述粘合剂可由以重量百分数计量的氧化硅的量与以重量百分数计量的氧化铝的量之间的特定比例形成。例如，二氧化硅与氧化铝之比可通过将所述粘结材料内的氧化硅的重量百分数除以氧化铝的重量百分数来描述。根据一个实施例，氧化硅与氧化铝之比可不大于约5或不大于约4.5。然而，可形成所述粘合剂，使得氧化硅的重量百分数与氧化铝的重量百分数之比为至少约1.8，例如至少约2.2、或者甚至至少约2.5。将理解，氧化铝和氧化硅的总量可在以上提到的最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0051]根据一个实施例，所述粘合剂可由一定含量的氧化硼(B2O3)形成。例如，所述粘合剂可由所述粘合剂的总重量的不大于约20重量％的氧化硼，例如不大于约18重量％的氧化硼形成。然而，所述粘合剂可由所述粘合剂的总重量的至少约10重量％或者甚至至少约12重量％的氧化硼形成。将理解，氧化硼的量可在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0052]根据一个实施例，可形成所述粘合剂，使得所述粘结材料内的氧化硼的重量百分数和氧化硅的重量百分数的总含量(即和)可不大于所述粘合剂的总重量的约80重量％。在另外的情况中，氧化硅和氧化硼的总含量可不大于约78重量％，例如不大于约76重量％。根据一个特别的实施例，氧化硅和氧化硼的总的重量百分含量可为所述粘合剂的总重量的至少约55重量％,例如至少约58重量％、或者甚至至少约62重量％。将理解,所述粘合剂内的氧化硅和氧化硼的总的重量百分数可在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0053]此外，在特别的情况中，以重量百分数计量，所述粘合剂内的氧化硅的量可大于氧化硼的量。特别地，氧化硅的量可为氧化硼的量的至少约1.5倍大、至少约1.7倍大、至少约1.8倍大、或者甚至至少约2.5倍大。然而，在一个实施例中，所述粘合剂可包括氧化硼的量的不超过约5倍大，例如不超过约4.5倍大、或者甚至不超过约4倍大的量的氧化硅。将理解，氧化硅的量与氧化硼的量相比的差异可在以上提到的最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0054]根据一个实施例，所述粘合剂可由至少一种碱金属氧化物化合物(R2O)形成，其中R代表选自元素周期表中的IA族元素的金属。例如，所述粘合剂可由来自包括氧化锂(Li2O)、氧化钠(Na2O)、氧化钾(K2O)、和氧化铯(Cs2O)、及其组合的化合物组的碱性氧化物化合物(R2O)形成。
[0055]根据一个实施例，所述粘合剂可由总含量不大于所述粘合剂的总重量的约20重量％的碱金属氧化物化合物形成。对于根据本文中的实施例的其它聚集体，碱金属氧化物化合物的总含量可不大于约19重量％、不大于约18重量％、不大于约17重量％、不大于约16重量％、或者甚至不大于约15重量％。然而，在一个实施例中，所述聚集体的粘合剂内的碱金属氧化物化合物的总含量可为至少约5重量％，例如至少约7重量％、或者甚至至少约9重量％。将理解，所述粘合剂可包括在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内的碱金属氧化物化合物总含量。
[0056]根据一个特别的实施例，所述粘合剂可由不大于约4种如以上提到的单独的碱金属氧化物化合物(R2O)形成。实际上，一些粘合剂可使用不大于约3种碱金属氧化物化合物，例如2种碱金属氧化物化合物。
[0057]根据一个特别的实施例，存在于所述聚集体的粘合剂中的氧化钠的量可大于氧化锂或氧化钾的含量(重量百分数)。在更特别的情况中，以重量百分数计量的氧化钠的总含量可大于以重量百分数计量的氧化锂和氧化钾的含量之和。此外，在一个实施例中，氧化锂的量可大于氧化钾的含量。[0058]根据一个实施例，以重量百分数计量的形成所述粘合剂的碱金属氧化物化合物的总量可小于所述粘合剂内的氧化硼的量(以重量百分数计量)。实际上，在一些情况中，所述粘合剂内的碱金属氧化物化合物的总的重量百分数与氧化硼的总的重量百分数之比(R2(VB2O3)可在约0.7至约1.5的范围内，例如在约0.7至约1.3的范围内、或者甚至在约
0.7至约1.1的范围内。
[0059]所述磨料聚集体的粘合剂可由一定量的碱土金属化合物(RO)形成，其中R代表来自元素周期表的IIA族的元素。例如，所述粘合剂可引入碱土金属氧化物化合物例如氧化隹丐(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化钡(BaO)、或者甚至氧化银(SrO)。
[0060]根据一个实施例，所述粘合剂可由所述粘合剂的总重量的不大于约3重量％的碱土金属氧化物化合物形成。在还另外的情况中，所述粘合剂可由较少的碱土金属氧化物化合物,例如大约不大于约2.8重量％、不大于约2.2重量％、不大于约2重量％、不大于约
1.8重量％、不大于约1.3重量％、或者甚至不大于约I重量％的碱土金属氧化物化合物形成。然而，根据一个实施例，所述粘合剂可包含总含量为所述粘合剂的总重量的至少约0.2重量％、或者甚至至少约0.6重量％的一种或多种碱土金属氧化物化合物。将理解，所述粘合剂内的碱土金属氧化物化合物的量可在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0061]根据一个实施例，所述磨料聚集体的粘合剂可由不大于约3种的不同的碱土金属氧化物化合物，例如不大于2种的不同的碱土金属氧化物化合物，或者甚至不大于I种的碱土金属氧化物化合物形成。
[0062]在一个实施例中，所述粘合剂可包括比氧化镁的量大的量的氧化钙。此外，所述粘结材料内的氧化钙的量可大于存在于所述粘合剂内的其它碱土金属氧化物化合物中的任
意的含量。
[0063]所述粘合剂可由碱金属氧化物化合物(R2O)和碱土金属氧化物化合物(RO)的组合形成，使得总含量不大于所述粘合剂的总重量的约20重量％。在另外的实施例中，所述粘合剂内的碱金属氧化物化合物和碱土金属氧化物化合物的总含量可不大于约19重量％，例如不大于约18重量％、或者甚至不大于约17重量％。但是,在一些实施例中，存在于所述粘结材料内的碱金属氧化物化合物和碱土金属化合物的总含量可为至少约7重量％，例如至少约8重量％,例如至少约9重量％、或者甚至至少约10重量％。将理解，所述粘结材料可具有在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内的碱金属氧化物化合物和碱土金属化合物总含量。
[0064]根据一个实施例，可形成所述磨料聚集体的粘合剂，使得存在于所述粘结材料内的碱金属氧化物化合物的总含量大于碱土金属氧化物化合物的总含量。在一个特别的实施例中，可形成所述粘合剂，使得碱金属氧化物化合物的总含量(以重量百分数为单位)与碱土金属氧化物化合物的总的重量百分数之比(R2O: R0)在约5: I至约25: I的范围内。在另外的实施例中，存在于所述粘合剂内的碱金属氧化物化合物的总的重量百分数与碱土金属氧化物化合物的总的重量百分数之比可在约6: I至约23: I范围内，例如在约7: I至约22:1范围内，或者甚至在约8: I至约20: I范围内。
[0065]根据一个实施例，所述粘合剂可由所述粘合剂的总重量的不大于约3重量％的氧化磷形成。在一些另外的情况中，所述粘合剂可包含所述粘合剂的总重量的不大于约2.5重量例如不大于约2重量％、不大于约1.5重量％、不大于约I重量％、不大于约0.8重量％、不大于约0.5重量％、或者甚至不大于约0.2重量％的氧化磷。实际上，在一些情况中，所述粘合剂可基本上不含氧化磷。合适含量的氧化磷可有利于如本文中所描述的一些特性和研磨性能特性。
[0066]所述磨料聚集体可包含特定量的粘合剂以促进根据本文中的实施例的粘结研磨主体(body)的形成。例如,粘合剂的量可不大于所述磨料聚集体的总体积的约20体积％。在还另外的情况中，粘合剂的量可不大于约18体积％、不大于约15体积％、不大于约12体积％、不大于约10体积％、不大于约8体积％、不大于约5体积％、不大于约4体积％、或者甚至不大于约3体积％。然而，根据一个特别的实施例，所述磨料聚集体可形成为包括所述磨料聚集体的总体积的至少约0.5体积％、至少约0.8体积％、至少约I体积％、或者甚至至少约1.3体积％的粘合剂。将理解，所述磨料聚集体内的粘合剂的量可在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0067]所述磨料聚集体可包含一定量的孔隙以促进根据本文中的实施例的粘结研磨主体的形成。例如，所述磨料聚集体内的孔隙的量可为所述磨料聚集体的总体积的至少约15体积％。在另一实施例中，孔隙的量可为所述磨料聚集体的整个体积的至少约18体积％、至少约20体积％、至少约25体积％、至少约30体积％、至少约40体积％、至少约45体积％、至少约50体积％、至少约55体积％、或者甚至至少约57体积％。然而，根据特别的实施例，所述磨料聚集体的孔隙可为所述磨料聚集体的整个体积的不大于约85体积％、不大于约80体积％、不大于约75体积％、或者甚至不大于约70体积％。
[0068]所述磨料聚集体可形成为具有特定形状。例如，一些磨料聚集体可具有不大于约3: I的长宽比，其为所述长度(即，最长尺寸)与宽度(垂直于长度测量的最短尺寸)之比的量度。在另外的情况中，所述磨料聚集体的长宽比可不大于约2: 1、不大于约1.7: 1、不大于约1.5: 1、或者甚至不大于约1.3: I。在一个特别的实施例中，所述研磨制品包括为基本上等轴的颗粒的磨料聚集体。
[0069]另外，所述粘结研磨主体可由包括添加剂的混合物形成，所述添加剂包括例如，一种或多种无机材料，包括例如氧化物，且特别地可包括晶相或非晶相的氧化锆、二氧化硅、
二氧化钛、及其组合。
[0070]在一些情况中，所述添加剂可包括一种或多种成孔剂。一些合适的成孔剂可包括有机材料、天然材料、聚合物材料、无机材料、及其组合。根据一个实施例，所述主体可由一种或多种成孔剂例如氧化铝空心球、莫来石空心球、空心玻璃球、空心陶瓷球、空心聚合物球、聚合物、有机化合物、纤维材料、萘、对二氯苯(PDB)、壳(shell)、木头、及其组合形成。在更特别的情况中，所述粘结研磨主体可由至少约2种不同的成孔剂的组合形成，其中所述主体由空心球材料和基于有机的成孔剂形成。所述基于有机的成孔剂可为胡桃壳。
[0071]在一些实施例中，所述粘结研磨主体可由所述混合物的总重量的至少约I重量％的量的成孔剂形成。在另外的情况中，构成形成所述粘结研磨主体的混合物的成孔剂的含量可为至少约2重量％，例如至少约3重量％、至少约4重量％、或者甚至至少约5重量％。然而，所述用于形成所述粘结研磨主体的成孔剂的总含量可不大于所述混合物的总重量的约15重量％、不大于约12重量％、不大于约10重量％、不大于约9重量％。将理解，以上的量可代表在用于形成所述粘结研磨主体的混合物内的氧化铝空心球的量。将进一步理解，用于形成所述粘结研磨主体的混合物内的成孔剂的总含量可在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0072]在适宜地形成所述混合物之后，可使所述混合物成形。合适的成形方法可包括铸造、模塑、压制、挤出、及其组合。在特别的情况中，成形包括加压操作和/或模塑操作及其组合。例如，在一个实施例中，所述混合物可通过对在模具内的混合物进行冷压以形成生坯而成形。
[0073]在适宜地形成生坯之后，可将所述生坯在特定的温度下烧制以促进形成具有合适的粘结材料的研磨制品。特别地，对于利用玻璃相粘结材料的本文中的实施例，烧制操作可在小于约1000°C的烧制温度下进行。在特别的实施例中，烧制温度可小于约980°C，例如小于约950°C，且特别地在约800°C至950°C的范围内。将理解，对以上提到的粘结组分可利用特别低的烧制温度，使得避免过高的温度且因此限制在形成过程期间磨料颗粒的降解。
[0074]根据一个特别的实施例，所述粘结研磨主体包括具有玻璃相材料的粘结材料。在特别的情况中，所述粘结材料可为单相玻璃质材料。
[0075]最终形成的粘结研磨主体可具有特定含量的粘结材料、磨料颗粒和孔隙，其可促进改善的性能。例如，所述粘结研磨制品的主体可具有所述粘结研磨主体的总体积的至少约42体积％的孔隙。在另外的实施例中，孔隙的量可较大，例如为所述粘结研磨主体的总体积的至少约43体积％，例如至少约44体积％、至少约45体积％、至少约46体积％、至少约48体积％、至少约50体积％、或者甚至至少约52体积％。根据一个实施例，所述粘结研磨主体可具有所述粘结研磨主体的总体积的不大于约70体积％，例如不大于约65体积％、不大于约63体积％、不大于约60体积％、不大于约58体积％的孔隙。将理解，所述粘结研磨主体可具有在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内的孔隙。
[0076]此外，在特别的情况中，所述粘结研磨主体可具有作为互连孔隙的一部分孔隙，其中互连孔隙定义为延伸通过所述主体并且与所述粘结研磨主体的外部表面相通的通道的互连网络。根据一个实施例，孔隙的总体积的至少约5%为互连孔隙。在另外的情况中，互连孔隙的含量可较大，例如总的孔隙的至少约10%、至少约20%、至少约30%、至少约40%、或者甚至至少约50%。然而，在特别的实施例中，互连孔隙的量可为所述孔隙的总体积的不大于约95 %，例如不大于约90 %、或不大于约85 %。将理解，所述粘结研磨主体可具有在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内的互连孔隙含量。
[0077]在一个实施例中，所述粘结研磨主体可包含与孔隙和磨料颗粒的含量相比较小含量(体积％)的粘结材料。例如，所述粘结研磨主体可具有所述粘结研磨主体的总体积的不大于约15体积％的粘结材料。在另外的情况中，可形成所述粘结研磨主体，使得其包含所述粘结研磨主体的总体积的不大于约12体积％、不大于约10体积％、或者甚至不大于约9体积％、不大于约8体积％、不大于约7体积％、或者甚至不大于约6.5体积％的粘结材料。在一种特别的情况中，所述粘结研磨主体可具有所述粘结研磨主体的总体积的至少约I体积％、例如至少约2体积％、大约至少约3体积％、或者甚至至少约4体积％的粘结材料。将理解，所述粘结研磨主体可具有在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内的粘结材料含量。
[0078]所述粘结研磨主体可包含特定含量的粒状研磨材料，其可有利于改善的性能。所述粒状研磨材料可包括未聚集的磨料颗粒、磨料聚集体、以及二次磨料材料和填料。[0079]根据一个实施例，所述粘结研磨主体可具有所述粘结研磨主体的总体积的至少约35体积％的粒状研磨材料总含量。在一些另外的情况中，粒状研磨材料的总含量可较大，例如至少约37体积％、至少约39体积％、至少约40体积％、至少约42体积％、或者甚至至少约44体积％。根据另一特别的实施例，可形成所述粘结研磨主体，使得其具有所述粘结研磨主体的总体积的不大于约55体积％、不大于约54体积％、不大于约52体积％、不大于约50体积％、不大于约48体积％、或者甚至不大于约46体积％的粒状研磨材料。将理解，所述粘结研磨主体内的粒状研磨材料的含量可在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0080]在一种特别的情况中，磨料聚集体的含量(体积％ )可大于未聚集的磨料颗粒的含量(体积％)。例如，所述主体可完全由磨料聚集体形成且不包含未聚集的磨料颗粒。或者，磨料聚集体的量(体积％ )可小于未聚集的磨料颗粒的含量(体积％ )。然而，在另一特别的实施例中，磨料聚集体的量(体积％ )可基本上等于未聚集的磨料颗粒的含量(体积％ )(偏差在5%以内)。
[0081]在一些示例性的粘结研磨主体中，磨料聚集体和未聚集的磨料颗粒的量可通过在3:1至约1: 3范围内的磨料颗粒比(APp: APagg)描述，其中APpR表存在于所述主体中的磨料颗粒的量(体积％ )且APagg代表存在于所述主体中的磨料聚集体的量(体积％ )。在另外的情况中，所述磨料颗粒比(APp: APagg)可在约2.8: I至约1: 2.8范围内，例如在约2.6: I至约1: 2.6范围内，在约2.4: I至约1: 2.4范围内、在约2.2: I至约I: 2.2范围内、在约2: I至约1: 2范围内、在约1.8: I至约1: 1.8范围内、在约1.6: I至约1: 1.6范围内、或者甚至在约1.4: I至约1: 1.4范围内。
[0082]根据一个特别的实施例，所述主体可具有所述主体的总体积的至少约10体积％的磨料聚集体含量。然而，磨料聚集体的含量可较大，例如所述主体的总体积的至少约15体积％、至少约20体积％、至少约25体积％、至少约30体积％、或者甚至至少约32体积％。但是，在一种特别的情况中，所述磨料聚集体可以不大于约80体积％，例如不大于约70体积％、不大于约65体积％、不大于约60体积％、不大于约55体积％、不大于约50体积％、不大于约45体积％、或者甚至不大于约42体积％的量存在。将理解，所述粘结研磨主体内的磨料聚集体的含量可在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0083]在一个实施例中，所述主体可具有所述主体的总体积的至少约10体积％的未聚集的磨料颗粒含量。然而，未聚集的磨料颗粒的含量可较大，例如所述主体的总体积的至少约15体积％、至少约20体积％、至少约25体积％、至少约30体积％、或者甚至至少约32体积％。但是，在一种特别的情况中，所述未聚集的磨料颗粒可以不大于约80体积％，例如不大于约70体积％、不大于约65体积％、不大于约60体积％、不大于约55体积％、不大于约50体积％、不大于约45体积％、或者甚至不大于约42体积％的量存在。将理解，所述粘结研磨主体内的未聚集的磨料颗粒的含量可在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0084]将合理地理解，所述粘结研磨主体的组分相(例如，粒状研磨材料、孔隙、粘结剂、填料等)的总含量合计达并不超过100%。
[0085]通常，常规粘结研磨制品的相含量被限制，典型地具有在约40体积％至51体积％范围内的最大孔隙、约42体积％至50体积％的磨料颗粒含量、和约10至20体积％的粘结剂含量。常规粘结研磨制品典型地具有50体积％或更小的最大孔隙含量，因为研磨应用需要具有足够的强度以应付在高速研磨期间遭遇的过大的力的粘结研磨主体，且高孔隙率的粘结研磨主体先前不能够经受住所述力。
[0086]高速研磨应用典型地被认为在60m/s或更大的操作速度下运行。如本文中所使用的，超高材料移除速率(UHMRR)研磨操作是在至少约1.6in.3/min./in.[17.3mm3/s/mm]的材料移除速率下进行的研磨操作，而没有对工件的损坏(例如，损伤(burn))的迹象。基于本公开内容，在UHMRR研磨操作中使用的其它研磨参数将是明晰的。
[0087]本文中的实施例的粘结研磨主体可具有不同于常规高速粘结研磨制品的特性。特别地，本文中的粘结研磨制品可具有有利于改善的性能(特别是在UHMRR研磨操作领域)的相的特定组合。
[0088]在本文中对所述粘结研磨主体的研磨能力的提及可涉及研磨操作例如无心研磨、圆筒研磨、曲轴研磨、各种表面研磨操作、轴承和齿轮研磨操作、缓进给研磨、和各种工具室研磨过程。此外，合适的用于研磨操作的工件可包括无机或有机材料。在特别的情况中，所述工件可包括金属、金属合金、塑料或天然材料。在一个实施例中，所述工件可包括铁金属、非铁金属、金属合金、金属超合金、及其组合。在另一实施例中，所述工件可包括有机材料，包括例如，聚合物材料。在还另外的情况中，所述工件可为天然材料，包括例如，木头。
[0089]在特别的情况中，已经提到所述粘结研磨主体能够以超高材料移除速率研磨工件。例如，在一个实施例中，所述粘结研磨主体可以至少约1.60in.3/min./in.[17.3mm3/s/mm]，例如 L 7in.3/min./in.[18.4mm3/s/mm]、至少约 1.8in.3/min./in.[19.4mm3/s/mm]、至少约 1.9in.3/min./in.[20.5mm3/s/mm]、或者甚至至少 2.0in.3/min./in.[21.6mm3/s/mm]操作的材料移除速率进行研磨操作。然而，在超高材料移除速率(UHMRR)研磨操作期间，一些粘结研磨主体的材料移除速率可不大于约5.0in.3/min./in.[54mm3/s/mm],例如不大于约4.5in.3/min./in.[48.6mm3/s/mm]。将理解,本申请的粘结研磨主体可以在以上提到的最小和最大值中的任意之间的范围内的材料移除速率研磨工件。
[0090]已经提到所述粘结研磨主体能够以超高材料移除速率研磨工件并具有有限的磨耗。例如，在一个实施例中，所述粘结研磨主体可具有不大于约90%的相对磨耗率，其中相对磨耗率作为在根据一个实施例进行UHMRR研磨操作之后轮的半径的变化计算。在另外的实施例中，在UHMRR研磨操作期间，所述粘结研磨主体的相对磨耗率可为小的，例如不大于约85%、不大于约80%、不大于约70%、不大于约60%、或不大于约40%。然而，在一种特别的情况中，在UHMRR研磨操作期间，本文中的粘结研磨主体可具有至少约5%、或者甚至至少约10%的相对磨耗率。将理解，本申请的粘结研磨主体可具有在以上提到的最小和最大百分数中的任意之间的范围内的磨耗率。
[0091]另外，所述粘结研磨主体可能够以超高材料移除速率研磨工件并具有比研磨能。例如，在一个实施例中，在超高材料移除速率(UHMRR)研磨操作期间，所述粘结研磨主体可具有不大于约llHp/in3min(30J/mm3)的作为功率对材料移除速率的曲线的斜率测量的比研磨能。在还另外的情况中，在超高材料移除速率(UHMRR)研磨操作期间，本文中的实施例的粘结研磨制品可具有不大于约10.9Hp/in3min(29.4J/mm3)、不大于约10.8Hp/in3min(29.lj/mm3)、或者甚至不大于约10.7Hp/in3min(28.8J/mm3)的比研磨能。然而,根据一个实施例，在超高材料移除速率(UHMRR)研磨操作期间，所述比研磨能可为至少约5Hp/in3min(13.5J/mm3)、或者甚至至少约7Hp/in3min(18.9J/mm3)。将理解，本申请的粘结研磨主体可具有在以上提到的最小和最大值中的任意之间的范围内的在UHMRR研磨操作期间的比研磨能。
[0092]此外，所述粘结研磨主体可配置成以改善的效率进行超高材料移除速率研磨操作。例如，在一个实施例中，所述粘结研磨主体可具有比阈值功率，其为基于来自功率对材料移除速率的图的曲线的斜率的、在O的材料移除速率下利用的功率的量度(或外推)。根据一个实施例，所述比阈值功率可不大于约1.2Hp/in，例如不大于约1.lHp/in、不大于约
1.0Hp/in、或者甚至不大于约0.9Hp/in。然而，根据一个实施例，所述比阈值功率可为至少约0.lHp/in、或者甚至不大于约0.3Hp/in。将理解，本申请的粘结研磨主体可具有在以上提到的最小和最大值中的任意之间的范围内的比阈值功率。
[0093]在一些研磨操作期间，已经提到本申请的粘结研磨主体可以特定的平均切削深度(DOC)进行UHMRR研磨操作。例如，通过所述粘结研磨主体实现的切削深度可为至少约
0.003英寸(0.0762mm)。在另外的情况中，所述粘结研磨主体能够实现至少约0.007英寸(0.117mm),例如至少约0.01英寸(0.254mm)、或者甚至至少约0.015英寸(0.381mm)的在高速研磨操作期间的切削深度。然而，本文中的利用所述粘结研磨主体的一些UHMRR研磨操作的平均切削深度可不大于约0.05英寸(1.27mm)、或不大于约0.03英寸(0.762mm)。将理解，所述平均切削深度可在以上提到的最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0094]在另外的实施例中，已经提到所述粘结研磨主体可在UHMRR研磨操作期间以不超过约IOHp (7.5kW)的最大功率研磨工件。在另外的实施例中，在高速研磨操作期间的最大功率可不大于约9Hp(6.8kff)，例如不大于约8Hp(6.0kW)、或者甚至不大于约
7.5Hp (5.6kff)。
[0095]本文中的实施例的粘结研磨主体可以不大于55m/s的速度用在UHMRR研磨操作中。在另外的情况中，在UHMRR研磨操作期间的粘结研磨主体的操作速度可较大，例如不大于约50m/s、不大于约45m/s、或不大于约40m/s。在一些情况中，所述粘结研磨主体可能够以至少约5m/s,例如至少约10m/s、至少约20m/s、或者甚至至少约30m/s的速度在UHMRR研磨操作中研磨工件。将理解，本文中的实施例的粘结研磨主体可以在以上提到的最小和最大值中的任意之间的范围内的速度在工件上进行UHMRR研磨操作。
[0096]本文中的实施例的粘结研磨主体可配置为进行具有至少约0.1，例如至少约
0.13、至少约0.16、或者甚至至少约0.2的磨耗比的UHMRR研磨操作，所述磨耗比为从工件移除的材料除以从工件损失的材料的体积的量度。
[0097]在本文中对所述粘结研磨主体的研磨能力的提及可涉及研磨操作例如无心研磨、圆筒研磨、曲轴研磨、各种表面研磨操作、轴承和齿轮研磨操作、缓进给研磨、和各种工具室研磨过程。此外，用于研磨操作的合适的工件可包括无机或有机材料。在特别的情况中，所述工件可包括金属、金属合金、塑料或天然材料。在一个实施例中，所述工件可包括铁金属、非铁金属、金属合金、金属超合金、及其组合。在另一实施例中，所述工件可包括有机材料，包括例如，聚合物材料。在还另外的情况中，所述工件可为天然材料，包括例如，木头。
[0098]将理解，在本实施例中可利用各种类型的未聚集的磨料颗粒。例如，所述粘结研磨主体可包括未聚集的磨料颗粒包括磨料材料包括碳化物、氧化物、氮化物、硼化物、碳氧化物、氧氮化物、及其组合。在一种特别的情况中，所述粘结研磨主体可包括未聚集的磨料颗粒包括碳化娃。所述未聚集的磨料颗粒可为超级磨料材料，例如立方氮化硼或金刚石。
[0099]根据另一实施例，所述未聚集的磨料颗粒可为成形的磨料颗粒。成形的磨料颗粒可具有边缘和侧面的良好定义的且规则的布置(即，并非无规)，由此限定可确认的形状。例如，成形的磨料颗粒可具有由长度、宽度和高度中的任意两种尺寸所定义的如在平面中看到的多边形形状。一些示例性多边形形状可为三角形的、四边形的(例如，长方形、正方形、梯形、平行四边形)、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形、十边形等。另外，所述成形的磨料颗粒可具有由多面体形状限定的三维形状，例如棱柱形状等。此外，所述成形的磨料颗粒可具有弯曲的边缘和/或表面，使得所述成形的磨料颗粒可具有凸起的、凹入的、椭圆体的形状。
[0100]所述成形的磨料颗粒可为任何文字数字式字符的形式，例如，1、2、3等、A、B、C等。此外，所述成形的磨料颗粒可为选自希腊字母表、现代拉丁字母表、古代拉丁字母表、俄语字母表、任何其它字母表(例如，日本汉字字符)，及其任意组合的字符的形式。
[0101]所述成形的磨料颗粒可具有限定长度(I)、高度(h)和宽度(W)的主体，其中所述长度大于或等于所述高度，且所述高度大于或等于所述宽度。此外，在一个特别的方面中，所述主体可包括由至少约1:1的长度:高度之比定义的主要纵横比。所述主体还可包括至少约50%的竖立定向可能性。
[0102]在另一方面中，所述成形的磨料颗粒可具有拥有长度(I)、宽度(W)和高度(h)的主体，其中所述长度、宽度和高度可分别对应于纵轴、横轴和垂直轴，且所述纵轴、横轴和垂直轴可限定三个垂直的平面。在该方面中，所述主体可包括关于三个垂直平面中的任意的非对称几何结构。
[0103]在又一方面中，所述成形的磨料颗粒可包括具有复杂三维几何结构的主体，所述具有复杂三维几何结构包括由纵轴、横轴和垂直轴定义的三个垂直的平面中的3重对称性。此外，所述主体可包括沿着长轴、纵轴或垂直轴之一延伸通过所述主体的整个内部的开□。
[0104]在还一方面中，所述成形的磨料颗粒可包括具有由长度(I)、宽度(W)和高度(h)定义的复杂三维几何结构的主体。所述主体还可包括质心和几何中点。所述质心可沿着所述主体的定义高度的垂直轴从所述几何中点移动至少约0.05(h)的距离。
[0105]在另一方面中，所述成形的磨料颗粒可包括限定长度(I)、宽度(W)和高度(h)的主体。所述主体可包括底表面和上表面。此外，所述底表面包括与所述上表面的横截面形状不同的横截面形状。
[0106]在还一方面中，所述成形的磨料颗粒可包括的主体，所述主体具有总体上平坦的底部和从所述总体上平坦的底部延伸的圆顶形状的顶部。
[0107]在另一方面中，所述成形的磨料颗粒可包括包含长度(I)、宽度(W)和高度(h)的主体。所述长度、宽度和高度可分别对应于纵轴、横轴和垂直轴。此外，所述主体可包括沿着限定所述主体的长度的纵轴的扭曲，使得底表面相对于上表面旋转以建立扭曲角。
[0108]在又一方面中，所述成形的磨料颗粒可包括具有第一端面和第二端面、在所述第一端面和所述第二端面之间延伸的至少三个相邻的侧面、以及在各对相邻侧面之间建立的边缘结构的主体。
[0109]在另一方面中，所述成形的磨料颗粒可包括的主体，所述主体具有中心部分和从所述中心部分沿着所述中心部分的整个长度向外延伸的至少三个辐射状的臂。
[0110]实例
[0111]实例1
[0112]获得四个粘结研磨主体样品。样品SI根据本文中的实施例形成，具有约52体积％至约58体积％的孔隙、在34体积％至40体积％范围内的粒状研磨材料含量(其包括34体积％至40体积％的磨料聚集体含量)和约O体积％至约5体积％的未聚集的微晶氧化铝磨料颗粒含量。磨料聚集体含有约70体积％至约90体积％的氧化招磨料颗粒、I体积％至4体积％的粘合剂，且余量为孔隙。磨料聚集体的玻璃质粘合剂组成提供在下表1中。样品SI的粘结研磨主体具有约3体积％至8体积％的玻璃质粘结材料含量。所述粘结材料的组成提供在下表2中。样品SI进一步包括在约4体积％至6体积％范围内的氧化铝空心球含量。
[0113]样品SI由具有玻璃质粘结材料的最初被冷压以形成轮且在约900°C至1250°C的温度下烧制的混合物形成。
[0114]表1-磨料聚集体的玻璃质粘合剂组成
[0115]氧化物SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO Na2O K2O Li2O B2O3
[0116]重量％ 52-58 12-14 < I < I < I 7.5-10 < I 2-3 12-18
[0117]表2-粘结研磨轮的玻璃质粘结剂组成
【权利要求】
1.一种研磨制品，其包括: 粘结研磨主体，其包括: 包括无机材料的粘结材料； 包含在所述粘结材料中的磨料聚集体； 所述粘结研磨主体的总体积的至少约42体积％的孔隙；和 所述粘结研磨主体在超高材料移除速率(UHMRR)研磨操作期间具有不大于约90%的磨耗率。
2.根据权利要求1所述的研磨制品，其中在超高材料移除速率(UHMRR)研磨操作期间，所述磨耗率不大于约85%且至少为约5%。
3.一种研磨制品，其包括: 粘结研磨主体，其包括: 包括无机材料的粘结材料； 包含在所述粘结材料中的粒状研磨材料，所述粒状研磨材料包括磨料聚集体和未聚集的磨料颗粒； 所述粘结研磨主体的总体积的至少约42体积％的孔隙；和 所述粘结研磨主体在超高材料移除速率(UHMRR)研磨操作期间具有至少约1.6in.Vmin./in.[17.3mm3/s/mm]的最大材料移除速率。
4.根据权利要求3所述的研磨制品，其中在超高材料移除速率(UHMRR)研磨操作期间，所述最大材料移除速率为至少约1.7in.3/min./in.[18.4mm3/s/mm]、至少约1.8in.3/min./in.[19.4mm3/s/mm]、至少约 1.9in.3/min./in.[20.5mm3/s/mm]、至少 2.0in.3/min./in.[21.6mm3/s/mm]、不大于约 5.0in.3/min./in.[54mm3/s/mm]、不大于约 4.5in.3/min./in.[48.6mm3/s/mm]。
5.根据权利要求1或4所述的研磨制品，其中所述主体由选自由如下组成的材料组的成孔剂形成:氧化铝空心球、莫来石空心球、空心玻璃球、空心陶瓷球、空心聚合物球、聚合物、有机化合物、纤维材料、萘、roB、壳、木头、及其组合，其中所述主体由至少约2种不同的成孔剂的组合形成,其中所述主体由空心球材料和基于有机的成孔剂的组合形成,其中所述主体由氧化铝空心球和胡桃壳的组合形成，其中氧化铝空心球的含量大于胡桃壳的含量。
6.一种研磨制品，其包括: 粘结研磨主体，其包括: 其量不大于所述主体的总体积的约15体积％的粘结材料； 包含在所述粘结材料中的粒状研磨材料，所述粒状研磨材料包括磨料聚集体和未聚集的磨料颗粒，其中所述主体包括在3: I至约1: 3范围内的磨料颗粒比(APp: APagg),其中APp代表存在于所述主体中的未聚集的磨料颗粒的量(体积％)且APagg代表存在于所述主体中的磨料聚集体的量(体积％ );和 所述粘结研磨主体的总体积的至少约42体积％的孔隙。
7.根据权利要求1、4或6所述的研磨制品，其中所述聚集体包括包含在粘合剂中的磨料颗粒，其中所述磨料颗粒包括氧化物，其中所述磨料颗粒包括氧化铝，其中所述磨料颗粒基本上由氧化铝组成，其中所述磨料聚集体的磨料颗粒基本上由微晶氧化铝组成。
8.根据权利要求7所述的研磨制品，其中所述磨料聚集体包括所述磨料聚集体的总体积的不大于约80体积％、不大于约70体积％、不大于约65体积％、不大于约60体积％、不大于约55体积％、不大于约50体积％、和至少约10体积％、至少约20体积％、至少约25体积％、至少约30体积％的量的磨料颗粒。
9.根据权利要求8所述的研磨制品，其中所述磨料聚集体的磨料颗粒具有至少约10微米、至少约20微米、至少约50微米且不大于约250微米、不大于约200微米、不大于约180微米的平均粒度。
10.根据权利要求9所述的研磨制品，其中所述磨料聚集体的磨料颗粒包括具有不大于约I微米、不大于约0.5微米的平均晶粒粒度和至少约0.01微米的平均晶粒粒度的微晶氧化铝。
11.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述磨料聚集体具有至少约50微米、至少约80微米、至少约100微米、至少约150微米、至少约200微米、至少约250微米、至少约500微米、至少约600微米且不大于约2mm、不大于约1mm、不大于约0.8mm的平均聚集体尺寸。
12.根据权利要求1、4或6所述的研磨制品，其中所述聚集体包括包含在粘合剂中的磨料颗粒，其中所述粘合剂包括选自如下的材料:玻璃化的材料、有机材料、结晶材料、及其组合，其中所述粘合剂包括基于氧化物的玻璃化的材料。
13.根据权利要求12所述的研磨制品，其中所述磨料聚集体包括所述磨料聚集体的总体积的不大于约20体积％、不大于约18体积％、不大于约15体积％、不大于约12体积％、不大于约10体积％、不大于约8体积％、不大于约5体积％、不大于约4体积％、不大于约3体积％且至少约0.5体积％、至少约0.8体积％、至少约I体积％、至少约1.3体积％的量的粘合剂。
14.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述磨料聚集体包括所述磨料聚集体的总体积的至少约15体积％、至少约18体积％、至少约20体积％、至少约25体积％、至少约30体积％、至少约40体积％、至少约45体积％、至少约50体积％、至少约55体积％且至少约57体积％、和不大于约85体积％、不大于约80体积％、不大于约75体积％、不大于约70体积％的量的在所述聚集体的主体的体积内的孔隙。
15.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述主体包括所述主体的总体积的至少约10体积％、至少约15体积％、至少约20体积％、至少约25体积％、至少约30体积％、至少约32体积％且不大于约80体积％、不大于约70体积％、不大于约65体积％、不大于约60体积％、不大于约55体积％、不大于约50体积％、不大于约45体积％、不大于约42体积％的含量的磨料聚集体。
16.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述磨料聚集体包括不大于约3: 1、不大于约2: 1、不大于约1.7: 1、不大于约1.5: 1、不大于约1.3: I的作为长度与宽度之比的量度的长宽比，其中所述磨料聚集体为基本上等轴的颗粒。
17.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述主体进一步包括包含在所述粘结剂内的与所述磨料聚集体分离的未聚集的磨料颗粒，其中所述未聚集的磨料颗粒包括氧化物，其中所述未聚集的磨料颗粒包括氧化铝，其中所述未聚集的磨料颗粒基本上由氧化铝组成，其中所述磨料聚集 体的所述未聚集的磨料颗粒基本上由微晶氧化铝组成，其中所述未聚集的磨料颗粒包含与所述磨料聚集体内的磨料颗粒相同的材料。
18.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述主体包括所述主体的总体积的至少约10体积％、至少约15体积％、至少约20体积％、至少约25体积％、至少约30体积％、至少约32体积％且不大于约80体积％、不大于约70体积％、不大于约65体积％、不大于约60体积％、不大于约55体积％、不大于约50体积％、不大于约45体积％、不大于约42体积％的含量的未聚集的磨料颗粒。
19.根据权利要求1、4或6所述的研磨制品，其中所述磨料颗粒比(APp: APagg)在约2.8:1至约1: 2.8的范围内，其中所述磨料颗粒比(APp: APagg)在内约2.6: 1至约1: 2.6的范围，其中所述磨料颗粒比(APp: APagg)在约2.4: 1至约1: 2.4的范围内，其中所述磨料颗粒比(APp: APagg)在约2.2: 1至约1: 2.2的范围内，其中所述磨料颗粒比(APp: APagg)在约2: 1至约1: 2的范围内，其中所述磨料颗粒比(APp: APagg)在约1.8: 1至约1: 1.8的范围内，其中所述磨料颗粒比(APp: APagg)在约1.6: 1至约1: 1.6的范围内，其中所述磨料颗粒比(APp: APagg)在约1.4: 1至约1: 1.4的范围内。
20.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述粘结研磨主体包括所述粘结研磨主体的总体积的至少约43体积％、至少约45体积％、至少约48体积％、至少约50体积％、至少约52体积％且不大于约70体积％、不大于约65体积％、不大于约63体积％、不大于约60体积％、不大于约58体积％的孔隙。
21.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述粘结材料包括单相玻璃质材料，其中所述粘结材料基本上不含结晶材料。
22.根据权利要求1、4或6所述的研磨制品，其中所述主体包括不大于约12体积％、不大于约10体积％、不大于约9体积％、不大于约8体积％、不大于约7体积％、不大于约6.5体积％、至少约1体积％、至少约2体积％、至少约3体积％、至少约4体积％。
23.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述粘结材料由所述粘结材料的总重量的不大于约20重量％、不大于约18重量％、至少约10重量％、至少约12重量％、至少约14重量％的氧化硼(B2O3)形成。
24.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述粘结材料由不大于约5、不大于约4.8、不大于约4.6、不大于约4.5、至少约1.8、至少约2、至少约2.2、至少约2.5的氧化硅(SiO2)重量百分数:氧化铝(Al2O3)重量百分数之比形成。
25.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述粘结材料由不大于约3重量％、不大于约2重量％、不大于约1重量％的氧化磷(P2O5)形成，其中所述粘结材料基本上不含氧化磷(P2O5)。
26.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述粘结材料由碱土金属氧化物化合物(RO)形成，其中存在于所述粘结材料中的碱土金属氧化物化合物(RO)的总量不大于约3重量％、不大于约2重量％、不大于约1重量％。
27.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述粘结材料由选自氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化钡(BaO)、氧化锶(SrO)的不大于3种不同的碱土金属氧化物化合物(RO)、不大于2种不同的碱土金属氧化物化合物(RO)、不大于1种碱土金属氧化物化合物(RO)形成。
28.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述粘结材料包括选自由氧化锂(Li2O)、氧化钠(Na2O)、氧化钾(K2O)、和氧化铯(Cs2O)及其组合组成的化合物组的碱金属氧化物化合物(R2O),其中所述粘结材料包括不大于4种碱金属氧化物化合物(R2O)、不大于3种碱金属氧化物化合物(R2O)、至少2种碱金属氧化物化合物(R2O)。
29.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述粘结材料由不大于约20重量％、不大于约18重量％、不大于约17重量％、不大于约16重量％且至少约5重量％、至少约7重量％、至少约9重量％、至少约11重量％、至少约12重量％的总量的碱金属氧化物化合物(R2O)形成。
30.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述粘结材料由不大于约62重量％、不大于约60重量％、不大于约59重量％、不大于约58重量％且至少约45重量％、至少约47重量％、至少约48重量％、至少约50重量％、至少约52重量％的氧化硅(SiO2)形成。
31.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述粘结材料由至少约9重量％、至少约10重量％、至少约11重量％、至少约12重量％、不大于约20重量％、不大于约18重量％、不大于约16重量％、 不大于约15重量％的氧化招(Al2O3)形成。
32.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述粘结材料由至少一种碱金属氧化物化合物(R2O)和至少一种碱土金属氧化物化合物(RO)形成，其中所述碱金属氧化物化合物和所述碱土金属氧化物化合物的总含量不大于约20重量％。
33.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述粘结材料由氧化硼(B2O3)和氧化硅(SiO2)形成，和其中氧化硼和氧化硅的总含量不大于约80重量％、不大于约78重量％、不大于约76重量％、不大于约74重量％且为至少约60重量％、至少约66重量％、至少约70重量％。
34.根据权利要求33所述的研磨制品，其中氧化硅(SiO2)的含量大于氧化硼的含量。
35.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述粘结材料由包括不大于约I重量％的选自Mn02、ZrSi02、CoAl2O4和MgO的氧化物化合物的组合物形成，其中所述粘结材料由包括不大于约I重量％的选自Mn02、ZrSiO2, CoAl2O4和MgO的任何氧化物化合物的组合物形成，其中所述粘结材料由基本上不含选自Mn02、ZrSi02、CoAl204和MgO的氧化物化合物的组合物形成。
36.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述主体由选自由如下组成的材料组的成孔剂形成:氧化铝空心球、莫来石空心球、空心玻璃球、空心陶瓷球、空心聚合物球、聚合物、有机化合物、纤维材料、萘、roB、壳、木头、及其组合，其中所述主体由至少约2种不同的成孔剂的组合形成,其中所述主体由空心球材料和基于有机的成孔剂的组合形成,其中所述主体由氧化铝空心球和胡桃壳的组合形成，其中氧化铝空心球的含量大于胡桃壳的含量。
37.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述主体由至少约I重量％、至少约2重量％、至少约3重量％、至少约4重量％、至少约5重量％且不大于约15重量％、不大于约12重量％、不大于约10重量％、不大于约9重量％的量的成孔剂形成。
38.根据权利要求6所述的研磨制品，其中所述粘结研磨主体在超高材料移除速率(UHMRR)研磨操作期间具有至少约 1.60in.3/min./in.[17.3mm3/s/mm]、至少约 1.7in.3/min./in.[18.4mm3/s/mm]、至少约 1.8in.3/min./in.[19.4mm3/s/mm]、至少约 1.9in.3/min./in.[20.5mm3/s/mm]、至少 2.0in.3/min./in.[21.6mm3/s/mm]、不大于约 5.0in.3/min./in.[54mm3/s/mm]、不大于约 4.5in.3/min./in.[48.6mm3/s/mm]的最大材料移除速率。
39.根据权利要求1或6所述的研磨制品，其中所述粘结研磨主体在超高材料移除速率(UHMRR)研磨操作期间具有不大于约90%和至少约5%的磨耗率。
40.根据权利要求6所述的研磨制品，其中所述孔隙的一部分为互连孔隙，其中所述孔隙的总体积的至少约5%、至少约10%、至少约20%为互连孔隙，且所述孔隙的总体积的不大于约95%为互 连孔隙。
【文档编号】C09K3/14GK103930241SQ201280054732
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年11月21日 优先权日:2011年11月23日
【发明者】N·萨兰基, J·坎帕尼尔罗, J·M·加夫尼, S·E·福克斯, J·R·贝西, S·伍兹, R·菲克斯 申请人:圣戈班磨料磨具有限公司, 法国圣戈班磨料磨具公司