聚合磨光材料、包含聚合磨光材料的介质和系统及其形成和使用方法与流程

本公开总体上涉及适用于磨光处理中的聚合材料、包含聚合材料的磨光介质和系统以及制造和使用聚合磨光材料、介质和系统的方法。

发明背景

对基材表面的精整经常包括三个步骤：研磨(grinding)、磨光(lapping)和抛光(polishing)。研磨处理可用于形成基材的大致形态，以将基材减至所需尺寸，并且/或者除去基材表面上的较大缺陷。研磨处理通常具有相对较高的材料除去速率，经常导致基材的亚表面损伤，并且可在基材上留下相对较粗糙的表面精整度。磨光是一种中间精整步骤，其具有比研磨更低的材料除去速率，且通常导致更小的亚表面损伤。磨光处理通常产生相对较平滑的表面。最后，抛光处理具有最低的材料除去速率，且通常用于提供平滑的基材表面，该平滑的基材表面经常具有尺寸小于约4微米的缺陷，这种缺陷通常难以被肉眼看见。

当对诸如蓝宝石等硬表面进行磨光时，磨光处理经常包括将基材置于载具中，并且使基材表面相对于磨光介质或存在于浆料中的磨光介质移动。磨光介质经常包括软金属板，例如铜板，板表面形成有图案化的凹槽。浆料包含磨料颗粒，例如存在于载剂液体中的钻石。磨光板提供当基材表面相对于磨光介质移动时供磨料颗粒滚动的硬表面。利用介质与基材之间的相对移动从基材表面上除去材料，所述相对移动导致磨料颗粒滚动或移动。随着磨料颗粒的移动，在基材表面上形成颗粒划痕和/或穿刺部分，导致基材表面的小块被除去。

典型的金属板是相对较大(例如具有约40英寸的直径)且相对较厚的(例如具有约1英寸的厚度)，使得板较重(例如约150磅)。将较大、较重的板用作磨光介质可能是令人满意的，因为较大的金属板可用于对较大的表面或多个表面进行磨光，且金属板的厚度有助于这些板保持它们的平坦度和平行度—例如，平行于其它板或平台。

在使用过程中，金属磨光板倾向于因浆料中的磨料颗粒的摩擦而磨损。磨损可导致金属板的平坦度和/或平行度降低，反过来可导致基材表面上的材料除去速率均匀性的降低，或者甚至出现导致基材离开载具的情况。附加地或替代地，金属板中的凹槽会在使用过程中磨损(深度减小)。因此，对金属板进行周期性地机器加工，以保持所需的平坦度、平行度和/或凹槽深度。如果板不够厚而无法重新形成凹槽，则可用包含具有所需深度的凹槽的更厚的板来更换该板。

机器加工处理可相对较昂贵和费时。在机器加工过程中，将板从磨光系统中移除，将板研磨至所需的平坦度和/或平行度，并且/或者在板内形成凹槽，随后将板重新粘附于磨光系统。所有这些步骤会消耗可观的时间和劳力，这增加了对基材表面进行磨光或精整的成本。

因此，需要改善的磨光材料、包含改善的磨光材料的介质、设备和系统以及形成和使用所述材料、介质、设备和系统的方法。

技术实现要素：

本公开的各种实施方式涉及用于对基材表面进行磨光的改善的材料、介质、系统和方法。尽管在下文中更详细地描述了本公开的各种实施方式解决现有磨光材料、介质、系统和方法的缺点的方式，一般而言，本公开的各种实施方式提供诸如聚合发泡材料这样的聚合材料和包含聚合材料的介质，其能够实现相对较高的基材表面的磨光材料除去速率和除去速率均匀性。可轻易地对聚合介质(包含聚合材料的介质)进行更换和/或重新加工，从而缩短磨光设备的停工期，降低与磨光处理相关的成本。其它示例性的实施方式提供形成和使用磨光材料和磨光介质的方法。如下文更详细所述，令人惊讶且出人意料地发现本文所述的聚合材料可用于以成本高效和时间高效的方式对诸如下文所述的相对较硬的材料进行磨光。具体而言，所述聚合材料和介质展现出高于预期的除去速率，长于预期的耐久性，且产生了具有相对较少缺陷的磨光表面。

根据本公开的示例性实施方式，一种磨光系统包括平台、粘附于所述平台的聚合材料以及包含磨料颗粒的浆料。示例性的系统还可包括载具，以在磨光处理过程中保持一个或更多个基材。所述聚合材料可以是热固性材料、热塑性材料、热固性材料的组合、热塑性材料的组合、或一种或更多种热塑性材料和/或热固性材料的组合。另外，所述聚合材料可以是发泡的或非发泡的。举例来说，所述聚合材料可包括一种或更多种热固性材料，例如聚氨酯、聚脲、聚氨酯-聚脲混合材料、聚酰亚胺、聚芳酰亚胺、环氧树脂和/或这些材料的其它混合材料。示例性的聚合材料(例如，发泡材料)具有在约0.85g/cm³至约3.0g/cm³、或约0.9g/cm³至约1.3g/cm³、或约1.0g/cm³至约1.25g/cm³范围内的密度。附加地或替代地，所述聚合材料(例如热固性材料)具有约1.0％至约15％、或约1.0％至约10％、或约1.0％至约8％之间的压缩率(例如，日本工业标准(JIS)1096压缩率)。附加地或替代地，所述聚合材料(例如热固性材料)的动态机械分析(DMA)储能模量(室温(约21℃)下5Hz)可在约100MPa或400MPa至约3000MPa、或约200MPa至约2750MPa、或约400MPa至约2300MPa的范围内。JIS 1096弹性回跳率可在约80％至约100％、或约85％至约100％、或约90％至约100％的范围内。所述聚合材料的肖氏D硬度可在约62至约100、或约62至约84、或约62至约75的范围内。根据这些实施方式的各种方面，所述聚合材料是一种包含孔的聚合发泡材料，所述孔的孔径在大于0μm至约1000μm、或约10μm至约400μm、或约10μm至约300μm的范围内。如下文更详细所述，可通过例如使用发泡剂和/或混合技术来形成不含微球的孔。浆料中的磨料颗粒可包含多切面颗粒或其它颗粒，它们具有约2μm至约100μm、或约10μm至约50μm、或约12μm至约40μm的平均粒径。当将钻石浆料与所述聚合材料联用时，可在硬基材表面(例如本文所述的(例如A平面)蓝宝石和/或其它硬材料)上实现相对较高、均匀的材料除去速率(MRR)。惊讶地发现，当聚合材料不包含磨料时，使用介质可得到所需的除去速率。然而，根据本公开的一些例子，所述聚合材料包含磨料。可从磨光平台上轻易移除包含所述聚合材料的示例性介质，以进行重新加工或更换。

根据本公开的另一些示例性实施方式，一种对基材表面进行磨光的方法包括以下步骤：提供磨光系统，所述磨光系统包含平台和粘附于所述平台的聚合(例如，发泡)材料；提供基材；使所述基材与所述聚合材料接触；以及使所述聚合材料相对于所述基材移动，以对所述基材的表面进行磨光。所述聚合材料可如本文所述。所述方法还可包括提供浆料，所述浆料可包含例如多切面钻石，例如本文所述的那些。附加地或替代地，一种方法可包括提供载具，以在磨光过程中保持一个或更多个基材。本文所述的示例性方法可用于从以下表面上除去材料：硬表面(例如，硬度大于常规熔凝硅石玻璃、或大于约1550HB布氏硬度标尺或7莫氏硬度标尺的表面)，例如蓝宝石(例如，蓝宝石的A、C或R平面)；其它宝石，例如绿宝石和红宝石；陶瓷；金属，例如钛；本文所述的其它材料以及类似的材料。

根据本公开的另一些实施方式，一种用于对基材表面进行磨光的聚合(例如，发泡)材料，其包含一种或更多种热固性或热塑性材料，例如一种或更多种选自下组的热固性材料：聚氨酯、聚脲、聚氨酯-聚脲混合物、聚酰亚胺、聚芳酰亚胺、环氧树脂及其其它聚合物混合物，且具有约0.85g/cm³至约3.0g/cm³、或0.9g/cm³至约1.3g/cm³的密度、和/或在约1.0％至约8.0％之间的JIS1096压缩率、和/或约62至约100、或约62至约84、或约62至约75的肖氏D硬度。所述聚合发泡材料可任选地包含磨料。

根据本公开的另一些示例性实施方式，一种磨光设备，其包含平台(例如，不锈钢平台)和粘附于所述平台的如本文所述的聚合(例如，发泡)材料。

根据本公开的另一些示例性实施方式，一种形成聚合(例如，发泡)材料的方法，所述方法包括以下步骤：混合一种或更多种第一化合物(例如，具有一个或更多个与其相关联的反应性氢)；使一种或更多种第二化合物(例如，在聚脲、聚氨酯和聚脲-聚氨酯混合物的情况下为一种或更多种聚异氰酸酯及其衍生物或其产品)与所述一种或更多种第一化合物反应，以形成组合物，并将所述组合物倾倒至模具中。示例性的方法可包括在其它化合物(例如填料、磨料、催化剂、表面活性剂等)中与第一化合物、第二化合物和/或组合物进行混合。根据这些实施方式的另一些示例性方面，聚合材料包含环氧树脂材料。在这些情况中，在开放或封闭的混合环境中使环氧树脂与硬化剂掺混，以生成高密度的发泡弹性体或固体(非发泡)弹性体。示例性的环氧树脂包括双酚A、F和S的环氧化物封端二缩水甘油酯、环氧苯酚酚醛清漆树脂、脂族化合物或脂环族化合物。示例性的硬化剂包括活性氢化合物，例如胺(伯胺和仲胺)、酸酐、苯酚和硫醇。根据实施方式的另一些方面，聚合材料可包含一种或更多种热塑性材料。合适的热塑性材料的例子是或包括聚碳酸酯。该情况中，可将双酚A衍生的聚碳酸酯板(例如，购自拜尔有限公司(Bayer)的称为“Makrolon”的材料)切割成磨光垫的形状。用于进行磨光的其它示例性热塑性材料包括含芳族的聚合物，例如聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、芳族聚酰亚胺和芳族聚酰胺(芳酰胺)。这些化合物可轻易地以板材的形式得到，且可被切割和机械加工成磨光垫。根据这些实施方式的各种方面，所述聚合材料在一侧上通过粘合剂(例如，压敏粘合剂)层压。附加地或替代地，示例性的方法包括在所述聚合材料的表面(例如，磨光表面)上形成凹槽的步骤。

附图的简要说明

结合以下所示的附图，能够通过参考详细描述和权利要求更完整地理解本公开的实施方式。

图1图示了一种根据本公开的各种示例性实施方式的磨光系统。

图2图示了一种根据本公开的示例性实施方式的磨光设备。

图3图示了一种根据本公开的另一些示例性实施方式的形成聚合磨光材料的方法。

应当理解的是，附图中的要素只是用于简要而清楚地进行图示，并不一定按照比例绘制。例如，附图中一些要素的尺寸可相对于其它要素进行了放大，以帮助改善对于本公开所示的实施方式的理解。

本公开的示例性实施方式的详细描述

下文提供的对于聚合磨光材料、介质、系统、设备以及形成和使用所述材料、介质、设备和系统的方法的示例性实施方式的描述只是示例性的，只是出于说明目的，以下描述并非旨在限制本公开或权利要求的范围。此外，除非另有说明，否则对具有所述特征、组成或性质的多种实施方式的详述并非旨在排除具有其它特征、组成或性质的其它实施方式、或引入了所述特征、组成或性质的组合的其它实施方式。

如本文所用，磨光是指一种中间表面精整步骤，其通常位于研磨和/或切割步骤之后、抛光步骤之前。磨光处理可用于对初始平均粗糙度大于约1微米或具有可见划痕或锯齿状痕迹的表面进行精整。附加地或替代地，待磨光的表面经过磨光后可具有长度大于约1mm至约3mm的可见缺陷尺寸和具有肉眼无法察觉的缺陷尺寸的表面。

本文所述的示例性聚合材料、介质、设备和/或系统可用于对基材的硬表面进行磨光。举例来说，本文所述的聚合材料、介质、设备、系统和方法可用于对以下材料进行磨光：硬表面材料，例如蓝宝石(例如，蓝宝石的A、C或R平面)；其它宝石，例如绿宝石和红宝石；陶瓷；金属，例如钛以及类似材料。如本文所用，术语“硬表面”或“硬表面材料”是指硬度大于常规硬硅石玻璃的硬度(例如，大于约1550HB布氏硬度标尺或约7莫氏硬度标尺)的材料。在对这种材料进行磨光之后，经常对硬表面材料进行抛光，以进一步对材料表面进行精整。举例来说，经过抛光的表面通常具有小于约0.01微米的平均粗糙度，且具有尺寸为4微米或更小的缺陷。经过抛光的硬表面材料适合用作电子装置显示器、电子装置外壳、电子背板、手表液晶屏以及各种其它应用。

本文所述的示例性的聚合材料、介质、设备、系统和方法相比于用于相同或类似应用(例如对硬表面材料进行磨光)的传统介质，展现出相对较高的除去速率、材料除去的均匀性和/或高处理产量。此外，使用聚合材料而非金属板作为磨光表面的用于对基材表面进行磨光的示例性方法相比于采用金属表面作为磨光表面的技术，具有相对较高产量和/或相对较低的成本。

图1图示了一种根据本公开的示例性实施方式的磨光系统100。磨光系统100包括磨光设备102、载具108和可由任选的浆料分配器116分配的浆料110。磨光系统100还可包括砝码120和/或旋转臂122。

如图2中更详细所示，磨光设备102包括平台104和可移除地粘附于平台104的聚合材料106。如图所示，磨光设备102可绕着轴118旋转，并且/或者可相对于基材112的表面进行其它相对移动。

平台104可由相对较刚性的材料(例如不锈钢或类似材料)形成。因为在磨光过程中，平台104不与基材112直接接触，平台104不需要由相对较软的材料(例如铜)形成。此外，因为磨光设备102的工作表面包含可移除的聚合材料，不需要对平台104进行重新加工或精整(例如，重新加工以进行平坦化、恢复平行性、并且/或者在金属平台内形成凹槽)，而包含金属板的磨光表面则经常需要进行这样的重新加工或精整。

聚合材料106可以是热固性材料、热塑性材料、热固性材料的组合、热塑性材料的组合、或一种或更多种热塑性材料和/或热固性材料的组合。此外，除非另有说明，否则所述材料可以是发泡的或非发泡的。举例来说，所述聚合材料可包括一种或更多种热固性材料，例如聚氨酯、聚脲、聚氨酯-聚脲混合材料、聚酰亚胺、聚芳酰亚胺、环氧树脂和/或这些材料的其它混合材料。举具体例子来说，聚合材料106包含聚脲、聚氨酯或聚脲-聚氨酯混合物。根据本公开的示例性实施方式的聚合发泡和非发泡材料的示例性性质在以下表1中给出。认为诸如以下所列的一种或更多种聚合材料性质允许浆料中的磨料颗粒部分嵌入聚合材料中，以实现所需的移除速率。

表1

聚合材料106的厚度(t)可随着各种因素而改变，包括是否将在多次磨光循环后对该材料进行重新加工(例如，在聚合材料的表面上形成新凹槽)或处置。举例来说，所述厚度可在约0.5mm至约10mm、或约0.75mm至约5mm、或约1mm至约3mm、约1mm至约20mm的范围内、或约为1.3mm。在逐渐形成聚合材料的过程中，令人惊讶且出人意料地发现一种聚合材料(例如，厚度为4～6mm或5mm)，其相比于传统金属板，具有相同或更好的材料除去速率和/或均匀性，且与典型的金属板一样持久(在重新加工或更换步骤之间)。

浆料110可包含存在于载剂液体中的钻石颗粒或其它(例如，碳化硅、氧化铝、碳化硼等)颗粒(例如，这些颗粒具有约1至约100微米、约5至约40微米、或约20μm的平均粒径)。一种示例性的浆料可购自山特维克有限公司(Sandvik)，商品名为DI900-C1。

载具108可配置成在磨光处理过程中保持一个或更多个基材112。载具108可包含与例如磨光系统的平台啮合的齿件。砝码120可具有所需的重量，且可与载具108分离或整合。载具108可绕着轴114、绕着轴118旋转，或者进行其它合适的移动。

载具108可由任意合适的材料形成。举例来说，载具108可由不锈钢和/或玻璃纤维形成。载具108的厚度一般不厚于基材经过磨光处理后的最终所需厚度。

如上所述，磨光系统100和使用磨光系统100的方法可从硬表面(例如，硬度大于常规熔凝硅石玻璃的硬度、或大于约1550HB布氏硬度标尺或7莫氏硬度标尺的表面)上除去材料。事实上，本发明人惊讶且出乎意料地发现，磨光系统100展现出约36微米/小时至约96微米/小时的A-平面蓝宝石除去速率。上述表1例示了使用根据本公开的例子的聚合材料所得到的除去速率。

使用磨光设备102而非传统的软金属(例如，铜)板具有若干优势。如上所述，可轻易地对聚合材料进行重新加工/形成凹槽(其通常比金属磨光板更轻且更易于除去)，并且/或者可容易地对其进行更换，使得磨光系统100使用起来更容易且更廉价，以用于对基材112的表面进行磨光。

现在参考图3，图3图示了一种对基材表面进行磨光的方法300。方法300包括以下步骤：提供磨光系统(步骤302)；提供基材(步骤304)；使基材表面与聚合材料接触(步骤306)；以及对基材表面进行磨光(步骤308)。

步骤302中，提供磨光系统(例如，磨光系统100)，其包含对表面进行磨光的聚合材料。适合用作系统的一部分的合适的磨光机器可购自SpeedFAM集团，商品名为9B-5L-III。

步骤304中，将一个或更多个基材装载在磨光系统上(例如，装载入载具108中)。根据本公开的各种实施方式，这些基材事先经过一个或更多个切割或研磨处理，并且/或者将会在后续中经历一个或更多个抛光处理。示例性的基材包括硬表面—例如，硬度大于常规熔凝硅石玻璃的硬度、或大于约1550HB布氏硬度标尺或7莫氏硬度标尺的表面，例如蓝宝石(例如，蓝宝石的A、C或R平面)；其它宝石，例如绿宝石和红宝石；陶瓷；金属，例如钛以及类似的材料。举具体例子来说，基材包含或是蓝宝石，且使用方法300对蓝宝石的A平面进行磨光。可在该步骤中被磨光的其它表面包括：半导体，例如砷化硅和砷化锗(例如紧接着切片后进行)；以及其它陶瓷材料。

步骤306中，放置基材表面，使其与聚合材料(例如，聚合材料106，如图1和2所示)接触。步骤304和306可同时进行。如图1所示，可使用砝码120向载具(例如，载具108)施加向下压力。

步骤308中，基材和聚合材料相对于彼此移动，以从基材表面上除去材料。在图1所述的例子中，载具108在磨光处理过程中保持基材112。如上所述，载具108可使得基材绕着载具108的轴114和/或磨光设备108的轴118旋转。磨光系统100可附加地或替代地配置成通过轨道或其它相对转动移动来使得基材112的表面相对于磨光设备102的表面移动。可在步骤308中向载具108施加向下的作用力，以帮助实现所需的材料除去速率和/或均匀性。

可在步骤308中向聚合材料的表面提供浆料(例如，浆料110)。所述浆料可包含悬浮在溶液中的磨料颗粒(例如，多切面钻石颗粒(也称为钻石)或其它磨料，例如本文所述的那些)。一种示例性的浆料可购自山特维克有限公司(Sandvik)，商品名为DI900-C1。

使用方法300和/或系统100和/或设备102的示例性的磨光除去速率大于20微米/小时，且可在约20微米/小时至约60微米/小时、20微米/小时至约120微米/小时、35微米/小时至约90微米/小时、60微米/小时至约140微米/小时、约35微米/小时至约90微米/小时、或约60微米/小时至约140微米/小时的范围内，其使用高密度聚氨酯发泡材料或固体热塑性材料对A平面蓝宝石表面进行磨光。

形成聚合材料和介质的方法

本文所述的聚合材料可通过各种方式来形成，这取决于具体的聚合材料。各种方法包括：混合一种或更多种第一化合物(例如，具有一个或更多个与其相关联的反应性氢)；使一种或更多种第二化合物与所述一种或更多种第一化合物反应，以形成组合物，并将所述组合物倾倒至模具中。示例性的方法可包括在其它化合物中与第一化合物、第二化合物和/或组合物进行混合，所述其它化合物例如填料、着色剂、磨料、催化剂、发泡或起泡剂(在聚合发泡材料的情况中)、表面活性剂或泡孔稳定剂、消泡剂等。

在聚脲、聚氨酯和聚脲-聚氨酯混合材料的情况中，聚合材料可通过以下方式来形成：使一种或更多种聚胺或多元醇(一种或更多种第一化合物)与聚异氰酸酯、聚异氰酸酯衍生物以及聚异氰酸酯产物中的一种或更多种(一种或更多种第二化合物)混合，以形成聚氨酯、聚氨酯/聚脲混合物或基于聚脲的组合物；并且将所述组合物倾倒至模具中。示例性的方法可包括添加并混合本文所述或本领域已知的附加材料。可在催化剂的存在下制备本文所述的各种聚氨酯磨光材料。另一些可在无催化剂的条件下形成。合适的催化剂的种类包括但不限于：叔胺，例如三乙胺；和有机金属化合物，例如二月桂酸二丁基锡。还可添加填料或磨料，以通过在聚合物中提供固定磨料来辅助磨光处理中的磨料浆料。示例性的填料/磨料包括有机和/或无机填料。示例性的无机填料可包括示例性的研磨颗粒，包括但不限于：例如氧化铈颗粒、二氧化硅颗粒、氧化铝颗粒、氧化锆颗粒、氧化铁颗粒、二氧化锰颗粒、高岭土颗粒、蒙拓土颗粒、氧化钛颗粒、碳化硅颗粒、碳化硼颗粒和钻石颗粒。这些无机颗粒的粒径可在平均直径为约0.001微米至约1000微米、或约0.5微米至约3.0微米的范围内。示例性的有机填料包括聚氨酯发泡材料、环氧树脂、聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚酰亚胺或其它热塑性或热固性材料。聚合材料可包含0至约80重量％的填料。示例性的填料负载量在约15重量％至约30重量％、或约20重量％至约25重量％的范围内。

根据另一些例子，可向第一化合物、第二化合物或组合物添加消泡剂，以控制孔的孔径。示例性的消泡剂包括道康宁股份有限公司(Dow Corning)的DC系列有机硅流体。

可使用示例性的起泡剂(也称为“发泡剂”)来帮助将聚脲、聚氨酯和/或聚氨酯-聚脲材料制成发泡体。示例性的发泡剂包括以下中的一种或更多种：氢氟碳(HFC)或两种或更多种烃的共沸物(HFCs)，例如1,1,1,3,3-五氟丁烷(HFC-365)；1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)、甲氧基-九氟丁烷(HFE-7100)以及包含腈的自由基引发剂，例如2,4-二甲基-2,2'-偶氮二戊腈。具体的发泡剂包括HFCs 365mfc和134a(索尔维集团(Solvay)，汉诺威，德国)以及自由基引发剂Vazo 52(杜邦公司(DuPont)，威明顿市，特拉华州)。附加地或替代地，在制造聚合材料的过程中使用偶氮二甲酰胺作为示例性的热分解剂来形成孔。水也被经常用于通过水与异氰酸酯反应生成二氧化碳来使聚氨酯/聚脲体系发泡。发泡剂的各种组合包括但不限于本文所公开的那些，其可用于形成材料和包含该材料的介质，并且是在本公开中所考虑的。认为一定量的起泡剂/发泡剂对于形成具有所需性质的聚合发泡材料而言可能是重要的。根据本公开的一些实施方式，利用组合物中小于约5重量％的发泡剂、或约0重量％至约3重量％的发泡剂、或约0重量％至约1重量％的发泡剂来形成聚合发泡材料。附加地或替代地，可在聚合材料的制造过程中通过使气泡夹杂入材料中来增加孔隙率，如下文详述。

示例性的表面活性剂(也称为“泡孔稳定剂”)包括迈图(Momentive)牌的L-6100和道康宁的DC-193。示例性的例子包括以不同分子量(表现为粘度(可在0.65至60000厘沱的范围))提供的聚二甲基硅氧烷有机硅流体，示例性的材料是低粘度流体或硅氧烷-聚醚共聚物。硅氧烷部分可以是可水解的或不可水解的。一些例子是不可水解的。共聚物的聚醚部分通常是环氧乙烷与环氧丙烷的相对比例和总分子量变化的无规或嵌段共聚物。

可使用例如高剪切掺混将材料或化合物混合在一起，以使空气和/或颗粒结合入基质中。附加地或替代地，可在混合或沉降处理过程中添加气体，例如氮气。可在开放或封闭模具中使聚合磨光材料形成为固体弹性体或高密度发泡体。

可在单个混合器中完成形成聚合材料的示例性方法。根据各种示例性的方法，可例如在露天容器中使用高剪切叶轮对一种或更多种热固性材料或其结构单元进行混合。在混合处理过程中，通过叶轮的活动，大气空气可被夹带在混合物中，所述叶轮将空气拽入由旋转产生的涡流。夹带的气泡可起到发泡处理的成核位置的作用。可向混合物添加起泡剂，例如水，以促进反应，所述反应产生气体，例如CO₂，导致泡孔变大。在该露天混合的过程中，并且在液相中，可向混合物添加其它任选的添加剂，例如表面活性剂或附加的起泡剂。相反，可在高真空下，在热固反应的过程中，使热固性材料及其结构单元脱气，并且对其进行混合，但不发生空气夹杂。在该情况中，表面活性剂、起泡剂和起沫剂可被省去，或被省去了。所得到的聚合磨光垫是固体热固性塑料—例如，具有本文所述的性质。

在一些示例性的实施方式中，在添加一种或更多种聚异氰酸酯或其衍生物或产物后存在约1～2分钟的短时间窗口，在该窗口期间，混合物保持低粘度，称为“低粘度窗口”。在该窗口期间将混合物倾倒入模具中。在一种示例性的实施方式中，所述窗口在倾倒后很快结束，且存在的孔变得被有效地冻结到位。尽管孔的移动可能已基本上结束，但是例如随着CO₂继续由聚合反应生成，孔的变大可继续进行。在一种示例性的实施方式中，用烘箱在约100℃至约130℃、或约115℃下对模具进行例如约6至约12小时的固化，以基本完成聚合反应。

烘箱固化后，可将模具从烘箱中移除，并允许其冷却。可对经过模塑的聚合材料进行切削，以生成可被制成圆环形垫或矩形的垫或具有任意其它所需形状的垫的聚合材料片。例如，可利用冲压或切割工具或任意其它合适的仪器通过切割成形状来制造这些片。在一些示例性的实施方式中，将粘合剂(例如，压敏粘合剂)施用至垫的一面上。附加地或替代地，如果需要，可在例如磨光表面上使聚合材料表面形成带图案的凹槽，例如交叉线图案(或任意其它合适的图案)。举附加的例子来说，凹槽的几何构型或形状可包含正方形槽、圆形槽以及三角形槽中的至少一种。除了所公开的特定实施方式以外，可在本公开中预期磨光表面具有各种几何构型的多种物理配置。可通过能够在本文所述的聚合材料中产生凹槽的任意机械方法来制造凹槽。例如，可利用圆环形锯条、冲压机、针、钻、激光、空气射流、水射流或能够在垫中形成凹槽的任意其它仪器来制造凹槽。此外，可利用多排锯夹具、多钻头夹具、多冲头夹具、多针头夹具或类似装置来同时制造凹槽。

如上所述，一种形成聚合材料的方法可包括使用闭环在线混合。在该情况中，可在闭环在线混合器中生产聚合材料。举例来说，可使用闭环在线混合来形成包含NCO封端预聚物和聚胺固化剂的聚氨酯/聚脲混合物。为了确保形成具有所需性质(例如上述表1中所述的那些性质)的高密度聚合物膜，在大于29英寸Hg下对NCO封端预聚物和/或聚胺固化剂施加长于30分钟的真空，以除去气泡成核剂，例如溶解的空气/氮气和残存水。完成脱气后，将NCO预聚物和聚胺固化剂连续注射入封闭的混合头中，它们在这里在高剪切和/或高压冲击下掺混在一起，随后被排出进入模具中。该模具可以是开放的或封闭的，且可使用通过真空进行的进一步排气来除去在封闭模具中进行混合操作而夹杂的气泡。

根据本公开的一些替代性实施方式，聚合材料包含环氧树脂。在这些情况中，在开放或封闭的混合环境中使环氧树脂与硬化剂掺混，以生成高密度聚合材料—例如弹性体或固体弹性体。环氧树脂通常包含双酚A、F和S的环氧化物封端二缩水甘油酯、环氧苯酚酚醛清漆树脂、脂族化合物或脂环族化合物。硬化剂包括活性氢化合物，例如胺(仲胺和伯胺)、酸酐、苯酚和硫醇。

根据一些实施方式的另一些方面，聚合材料包含聚碳酸酯。该这些情况中，可将双酚A衍生的聚碳酸酯板(例如，购自拜尔有限公司(Bayer)的称为“Makrolon”的材料)切割成磨光垫的形状，并在材料表面内形成凹槽。

根据本公开的另一些示例性的实施方式，聚合材料包含一种或更多种热塑性材料。示例性的热塑性材料包括含芳族的聚合物，例如聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、芳族聚酰亚胺和芳族聚酰胺(芳酰胺)。示例性的热塑性材料可以板材的形式得到，且可被切割和机械加工成磨光垫。热塑性材料通常被挤出成板的形式，并且随后被切割成磨光垫的形状。凹槽可形成于材料表面内。

磨光介质

磨光介质可包含本文所述的聚合材料。磨光介质可在表面上包含凹槽。附加地或替代地，磨光介质可在表面上包含粘合材料。另外，磨光介质可包含单独或与其它聚合材料层组合的本文所述的一层或更多层或一片或更多片聚合材料。

具体实施例

常规处理(金属磨光板)：铜板。铝基材上的0.5英寸厚铜盘具有超过100磅的总重量。与工件接触的铜盘展现出深度为0.25mm的凹槽。随着铜盘的磨损，凹槽变小，并需要将凹槽重新引入表面。对铜盘进行的重新表面处理由以下步骤组成：磨光除去原来的凹槽；使盘平整化；以及重新形成凹槽，所述重新表面处理通常在其它机器中完成，这导致需要在盘的有效使用寿命中对盘进行多次物理重新定位。使用双面抛光和钻石浆料实现了60微米/小时的除去速率。

实施例1：发泡聚合材料。聚氨酯/聚脲混合物。在开放的反应罐中，利用考尔斯(Cowles)型高剪切叶片，以异氰酸酯(NCO)含量为9.5重量％～10.5重量％，对100份由聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)二醇、二甘醇(DEG)和甲苯二异氰酸酯制备的预聚物进行搅拌。向该预聚物中添加1.2份50～100cSt有机硅流体，并在高剪切条件下进行掺混，以使空气夹杂入混合物中。随后向该混合物添加30.2份亚甲基双邻氯苯胺，在高剪切下完全掺混，随后将其倾倒入打开的模具中，使该混合物在室温下生坯固化(green cure)15分钟，随后在120℃下进行6小时的后固化(post-cure)。然后，将所得到的高密度聚氨酯/聚脲混合发泡体切削成片和凹槽图案，并且施加压敏粘合剂(PSA)。使用SpeedFAM 9B按照以下条件对这些工件进行磨光：压力：4.03psi；顶板速度：-15rpm；底板速度：45rpm；浆料类型：DI 900-C1(钻石粒径为12～25μm)；浆料流速：8毫升/分钟。在A平面蓝宝石工件表面上实现了90微米/小时的除去速率。

实施例2：发泡聚合材料。环氧树脂。将100份双酚A型环氧树脂和20份由二亚乙基三胺、三亚乙基四胺和丙氧基化的三亚乙基四胺组成的胺掺混物加热至40～50℃，并在最小29.5英寸Hg下脱气最少30分钟。随后在闭环混合器中用低剪切分配头对这两种组分进行掺混。然后将该环氧掺混物排出进入打开的模具中，并使其粘度增加直至硬化。使铸件在20～25℃下固化24～48小时。随后将该铸件机械加工成磨光垫片，随后切出凹槽图案并施用PSA。使用SpeedFAM 9B按照以下条件对这些工件进行磨光：压力：4.03psi；顶板速度：-15rpm；底板速度：45rpm；浆料类型：DI 900-C1(钻石粒径为12～25μm)；浆料流速：8毫升/分钟。在A平面蓝宝石工件表面上实现了90微米/小时的除去速率。

实施例3：非发泡聚合材料。聚碳酸酯。使拜尔Makrolon牌聚碳酸酯片原料转化成适用于磨光垫的片材。随后将该垫机械加工成磨光垫片，切出凹槽图案并施用PSA。使用SpeedFAM 9B按照以下条件对这些工件进行磨光：压力：4.03psi；顶板速度：-15rpm；底板速度：45rpm；浆料类型：DI 900-C1(钻石粒径为12～25μm)；浆料流速：8毫升/分钟。在A平面蓝宝石工件表面上实现了136微米/小时的除去速率。

尽管本文中阐述了本公开的示例性实施方式，应当理解的是，本公开并不受此所限。例如，尽管联系磨光硬表面材料描述了材料、介质、设备、系统和方法，但除非另有所述，否则本发明并不受此所限。可在不偏离本公开的精神和范围的前提下，可对本文中所阐述的材料、方法和介质进行各种调整、改变和增强。