粘结研磨制品和碾磨方法
【技术领域】
[0001]如下涉及粘结研磨制品，更特别地涉及包括包含于粘结材料内的磨粒的粘结研磨制品，所述粘结材料包括金属或金属合金。
【背景技术】
[0002]机械加工应用中所用的磨料通常包括粘结研磨制品和涂布研磨制品。涂布研磨制品通常为具有背衬和用以将磨粒固定至背衬的粘合剂涂层的层状制品，其最常见的例子为砂纸。粘结研磨工具由轮、盘、片段、磨头、磨刀石和其他工具形状形式的刚性且通常整体三维研磨复合材料组成，所述研磨复合材料可被安装至诸如碾磨和抛光装置的机械加工装置上。
[0003]粘结研磨工具通常具有至少两相，包括磨粒和粘结材料。某些粘结研磨制品具有孔隙形式的另外的相。粘结研磨工具可以以多种‘级别’和‘结构’制造，根据本领域的实践，所述‘级别’和‘结构’由研磨复合材料的相对硬度和密度(级别)以及由复合材料内的研磨晶粒的体积百分比、粘结和孔隙率(结构)限定。
[0004]一些粘结研磨工具可特别地用于在电子和光学工业中使用的某些类型的工件(包括例如金属、陶瓷和结晶材料)的碾磨和成形。在其他情况中，某些粘结研磨工具可用于工业应用中所用的超磨料材料的成形。在使用金属粘结的研磨制品碾磨和成形某些工件的情况中，通常过程涉及旨在保持粘结研磨制品的显著量的时间和劳力。即，通常，金属粘结的研磨制品需要定期校准和修整操作以保持研磨制品的碾磨能力。
[0005]工业持续需要改进的方法和能够碾磨的制品。
【发明内容】
[0006]根据本公开的一方面，一种构造为碾磨断裂韧性小于约6MPa.m°_5的工件的研磨制品包括:包括包含于粘结材料内的磨粒的本体，所述粘结材料包括金属，其中所述本体包括至少约1.3的VAe/VBMK，其中VAe为本体的总体积内的磨粒的体积百分比，Vbm为本体的总体积内的粘结材料的体积百分比，其中所述磨粒具有约I至约45微米的平均粒度。
[0007]在本公开的另一方面中，一种构造为在周边碾磨操作中碾磨工件的研磨制品包括:包括包含于粘结材料内的磨粒的本体，所述粘结材料包括金属，其中所述本体包括至少约1.3的VAe/VBMK，其中VAe为本体的总体积内的磨粒的体积百分比，Vbm为本体的总体积内的粘结材料的体积百分比，其中所述磨粒具有约I至约45微米的平均粒度，且其中所述研磨制品具有杯状形状。
[0008]在本公开的又一方面中，一种构造为碾磨断裂韧性小于约6MPa.m°_5的工件的研磨制品包括:包括包含于粘结材料内的磨粒的本体，所述粘结材料包括金属，其中所述本体包括至少约1.3的VAe/VBMK，其中VAe为本体的总体积内的磨粒的体积百分比，Vbm为本体的总体积内的粘结材料的体积百分比，且其中在工件的至少边缘上的周边插入碾磨测试操作之后，工件的边缘具有小于约0.0025英寸的最大碎片尺寸。
[0009]在本公开的又一方面中，一种从工件上去除材料的方法包括:提供断裂韧性小于约6MPa.πι°_5的工件；使用研磨制品从工件的至少边缘上去除材料，其中所述研磨制品包括本体，所述本体包括包含于粘结材料内的磨粒，所述粘结材料包括金属，其中所述本体包括至少约1.3的VAe/VBMK，其中VAe为本体的总体积内的磨粒的体积百分比，Vbm为本体的总体积内的粘结材料的体积百分比，其中所述磨粒具有I至45微米的平均粒度。
[0010]在本公开的又一方面中，一种从多个工件上去除材料的方法包括:提供断裂韧性小于约6MPa.πι°_5的多个工件；使用研磨制品在至少5个工件上进行连续周边碾磨操作，其中在连续周边碾磨操作之间不修整研磨制品的情况下进行所述连续周边碾磨操作，其中在进行周边碾磨操作之后，所述多个工件具有小于约0.0025英寸的在工件边缘上的平均最大碎片尺寸。
【附图说明】
[0011]通过参照附图，使得本公开可更好地得以理解，且使得本公开的许多特征和优点对于本领域技术人员而言显而易见。
[0012]图1包括周边碾磨操作的图示。
[0013]图2包括在周边碾磨之前工件的例子。
[0014]图3包括在工件的边缘上形成“K”刃背倒角之后工件的例子。
[0015]图4-7包括根据一个实施例的粘结研磨本体的微结构的放大图像。
[0016]不同图中的相同附图标记的使用表示类似或相同的项目。
【具体实施方式】
[0017]如下通常涉及在材料的三维基体内掺入磨粒的粘结研磨制品。粘结研磨制品使用一定体积的固定于粘结材料的三维基体内的磨粒。此外，如下包括与形成这种粘结研磨制品的方法以及这种粘结研磨制品的应用相关的描述。如下文更详细地描述，已出乎意料地发现本文描述的实施例在碾磨断裂韧性小于约6MPa m°_5的工件之后显示出碎片品质的显著改进。
[0018]根据一个实施例，可通过形成含有磨粒和粘结材料的混合物而开始用于形成研磨制品的方法。磨粒可包括硬材料。例如，磨粒可具有至少约7的莫氏硬度。在其他研磨本体中，磨粒可具有至少8，或甚至至少9的莫氏硬度。
[0019]在特定情况中，磨粒可由无机材料制得。合适的无机材料可包括碳化物、氧化物、氮化物、硼化物、碳氧化物、硼氧化物、氮氧化物，和它们的组合。磨粒的特定例子包括碳化硅、碳化硼、氧化铝、氧化锆、氧化铝-氧化锆复合材料粒子、氮化硅、SiAlON和硼化钛。在一些情况中，磨粒可包括超磨料材料，如金刚石、立方氮化硼，和它们的组合。在特定情况中，磨粒可基本上由金刚石组成。
[0020]磨粒可具有不大于约45微米，不大于约44微米，不大于约40微米，不大于约38微米，不大于约36微米，不大于约34微米，不大于约32微米，不大于约30微米，不大于约28微米，不大于约26微米，不大于约24微米，不大于约22微米，或甚至不大于约20微米的平均粒度。在其他实施例中，磨粒可具有至少约I微米，至少约2微米，至少约4微米，至少约6微米，至少约8微米，至少约10微米，至少约12微米，至少约14微米，至少约16微米，至少约18微米，或甚至至少约20微米的平均粒度。在特定情况中，本文的实施例的磨粒可具有在上述平均粒度中的任意者之间的范围内的平均粒度。例如，本文的实施例的磨粒可具有在约I微米至约45微米之间，或甚至约10至约20微米之间的范围内的平均粒度。
[0021]进一步对于磨粒而言，磨粒的形态可由纵横比描述，所述纵横比为长度与宽度的尺寸之间的比例。应了解，长度为磨粒的最长尺寸，宽度为给定磨粒的第二最长尺寸。根据本文的实施例，磨粒可具有不大于约2: 1，或甚至不大于约1.5:1的纵横比(长度:宽度)。在特定情况中，磨粒可为基本上等轴的，使得磨粒具有大约1:1的纵横比。
[0022]磨粒可包括其他特征，包括例如涂层。磨粒可用涂布材料涂布，所述涂布材料可为无机材料。合适的无机材料可包括陶瓷、玻璃、金属、金属合金和它们的组合。在特定情况中，磨粒可用金属材料，更特别是过渡金属组合物电镀。这种涂布磨粒可有利于磨粒与粘结材料之间的改进的粘结(例如化学粘结)。
[0023]也应了解，相同组成的磨粒可具有各种机械性质，包括例如脆度。混合物和最终形成的粘结研磨本体可掺入磨粒的混合物，所述磨粒的混合物可具有相同的组成，但具有不同的机械性质或级别。例如，混合物可包括单一组成的磨粒，使得混合物仅包括金刚石或立方氮化硼。然而，金刚石或立方氮化硼可包括不同级别的金刚石或立方氮化硼的混合物，使得磨粒具有不同的级别和不同的机械性质。
[0024]磨粒可以以使得最终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]根据一个实施例，粘结材料可为金属或金属合金材料。例如，粘结材料可包括包含至少一种过渡金属元素的粉末组合物。在特定情况中，粘结材料可包括选自如下的金属:铜、锡、银、钼、锌、钨、铁、镍、锑，和它们的组合。在一个特定实施例中，粘结材料可为包含铜和锡的金属合金。铜和锡的金属合金可为青铜材料，所述青铜材料可由60: 40的重量组成的铜和锡(分别地)形成。
[0026]根据一个特定实施例，铜和锡的金属合金可包含一定含量的铜，使得最终形成的粘结研磨制品具有合适的机械特性和碾磨性能。例如，铜和锡金属合金可包含不大于约70%的铜，如不大于约65%的铜，不大于约60%的铜，不大于约50%的铜，不大于约45%的铜，或甚至不大于约40 %的铜。在特定情况中，铜的量在约30 %至约65 %之间，更特别地在约40%至约65%之间的范围内。
[0027]铜和锡的某些金属合金可具有最小量的锡。例如，金属合金可包含组成的总量的至少约30 %的锡。在其他情况中，锡的量可更大，如至少约35 %，至少约40 %，至少约45 %，至少约50%，至少约60%，至少约65%，或甚至至少约75%。某些粘结材料可包括锡的量在约30%至约80%之间，或30%至约70%之间，或甚至约35%至约65%之间的范围内的铜和锡的金属合金。
[0028]在个可选择的实施例中，粘结材料可为锡基材料，其中锡基材料包括金属和金属合金，所述金属合金包含相比于存在于材料中的其他化合物为多数含量的锡。例如，粘结材料可基本上由锡组成。而且，可使用包含不大于约10%的其他合金材料(特别是金属)的某些锡基粘结材料
[0029]在某些实施例中，可形成混合物，使得粘结材料的量可小于混合物内磨粒的量。这种混合物有利于具有在本文更详细地描述的某些性质的粘结研磨制品。
[0030]除了磨粒和粘结材料之外，混合物还可包含活性粘结组合物前体。活性粘结组合物前体包含可添加至混合物的材料，所述材料之后促进粘结研磨本体的某些组分(包括例如颗粒材料(例如磨粒和/或填料)和粘结材料)之间的化学反应。活性粘结组合物前体可以以较少量，特别是小于存在于混合物内的磨粒的量的量添加至混合物中。
[0031]根据一个实施例，活性粘结组合物前体可包括包含金属或金属合金的组合物。更特别地，活性粘结组合物前体可包括包含氢的组合物或络合物。例如，活性粘结组合物前体可包含金属氢化物，更特别地，可包含诸如氢化钛的材料。在一个实施例中，活性粘结组合物前体基本上由氢化钛组成。
[0032]混合物通常包含较少量的活性粘结组合物前体。例如，混合物可包含不大于混合物的总重量的约40wt%的活性粘结组合物前体。在其他实施例中，混合物内的活性粘结组合物前体的量可更少，如不大于约35wt%，不大于约30wt%，不大于约28wt%，不大于约26wt %，不大于约23wt %，不大于约18wt %，不大于约15wt %，不大于约12wt %，或甚至不大于约1wt%。在特定情况中，混合物内活性粘结组合物前体的量可在约2wt%至约40wt %之间，如约4wt %至约35wt %之间，约8wt %至约28wt %之间，约1wt %至约28wt %之间，或甚至约12wt%至约26wt%2间的范围内。
[0033]混合物还可包含粘结剂材料。粘结剂材料可用于在粘结研磨制品的形成过程中提供合适的强度。某些合适的粘结剂材料可包括有机材料。例如，有机材料可为诸如热固性材料、热塑