具有混杂粘结料的多功能研磨制品的制作方法
【技术领域】
[0001] 下文涉及粘结的研磨制品，并且更具体而言，涉及包括包含在混杂粘结材料内的 磨粒的粘结的研磨制品，所述混杂粘结材料包括有机粘结材料和金属粘结材料。
【背景技术】
[0002] 机械加工应用中使用的磨料通常包括粘结的研磨制品和涂布的研磨制品。涂布的 研磨制品一般为具有背衬和将磨粒固定至背衬的粘合涂层的分层制品，其最常见例子为砂 纸。粘结的研磨制品由刚性且通常为整体的三维研磨复合物组成，所述研磨复合物采取轮、 盘、磨段、磨头、磨刀石及其他制品形状的形式，其可安装到机械加工设备，例如研磨、抛光 或切割设备上。
[0003 ]粘结的研磨制品通常具有包括磨粒和粘结材料的至少两个相。某些粘结的研磨制 品可具有以孔隙率形式的另外的相。粘结材料可为混杂粘结材料，其可包括有机粘结材料 和金属粘结材料。粘结的研磨制品可以各种'级别'和'结构'进行制造，所述'级别'和'结 构'根据本领域实践通过研磨复合物的相对硬度和密度(级别）以及通过复合物内的磨粒、 粘结和孔隙率的体积百分比（结构)进行限定。
[0004] -些粘结的研磨制品可特别用于研磨、塑形或切割某些类型的工件，包括例如电 子和光学工业中使用的金属、陶瓷和晶体材料。在其他情况下，某些粘结的研磨制品可用于 工业应用中的研磨、塑形或切割超级研磨材料中。不幸的是，粘结的研磨制品在工件的研 磨、塑形和切割期间趋于磨损且很快走形。
[0005] 相应地，工业持续需要改良的粘结的研磨制品及其使用方法。
【发明内容】
[0006] 根据第一个方面，研磨制品可包括包含在混杂粘结料(bond)内的磨粒，所述混杂 粘结料可包括金属粘结材料和有机粘结材料。制品可具有250微米或更少的平均厚度。金属 粘结材料可包括固溶相和金属间相。金属间相可不同于固溶相。
[0007] 根据另一个方面，研磨制品可包括包含在混杂粘结料内的磨粒，所述混杂粘结料 可包括金属粘结材料和有机粘结材料。制品可具有250微米或更少的平均厚度。金属粘结材 料可包括固溶相和金属间相。金属间相可包括银且可不同于固溶相。
[0008] 在另外一个方面，研磨制品可包括包含在混杂粘结料内的磨粒，所述混杂粘结料 可包括金属粘结材料和有机粘结材料。制品可具有250微米或更少的平均厚度。金属粘结材 料可包括固溶相和金属间相。金属间相可包括银和锡且可不同于固溶相。
[0009] 根据另外一个方面，研磨制品可包括包含在混杂粘结料内的磨粒，所述混杂粘结 料可包括金属粘结材料和有机粘结材料。制品可具有250微米或更少的平均厚度。金属粘结 材料可包括固溶相和不同于固溶相的金属间相。固溶相可包括银、锡和铜。
[0010] 根据另外一个方面，研磨制品可包括包含在混杂粘结料内的磨粒，所述混杂粘结 料可包括金属粘结材料和有机粘结材料。制品可具有250微米或更少的平均厚度。金属粘结 材料可包括具有至少SMPa.m.*3·5且不大于约SMPa.m.*3· 5的断裂韧性的固溶相，以及具有至少 310^.111.()'5且不大于约510^.1]1.()' 5的断裂韧性的不同于固溶相的金属间相。
[0011] 在再进一步的方面，研磨制品可包括包含在混杂粘结料内的磨粒，所述混杂粘结 料可包括金属粘结材料和有机粘结材料。制品可具有250微米或更少的平均厚度。金属粘结 材料可包括具有至少lGPa且不大于约5GPa的平均维氏硬度的固溶相，以及具有至少2GPa且 不大于约4G P a的平均维氏硬度的不同于固溶相的金属间相。
[0012] 根据另外一个方面，研磨制品可包括包含在混杂粘结料内的磨粒，所述混杂粘结 料可包括金属粘结材料和有机粘结材料。制品可具有250微米或更少的平均厚度。金属粘结 材料可包括相对于混杂粘结料的金属粘结材料的总体积，至少约1体积％且不大于约1〇〇体 积％的固溶相，所述固溶相包括银、锡和铜。
[0013] 在另外一个方面，研磨制品可包括包含在混杂粘结料内的磨粒，所述混杂粘结料 可包括金属粘结材料和有机粘结材料。制品可具有250微米或更少的平均厚度。金属粘结材 料可包括相对于混杂粘结料的金属粘结材料的总体积，至少约1体积％且不大于约100体 积％的金属间相，所述金属间相包括银。
[0014] 根据另一个方面，研磨制品可包括混杂粘结料和包含在混杂粘结料内的磨粒，所 述混杂粘结料可包括金属粘结材料和有机粘结材料。制品可具有250微米或更少的平均厚 度。金属粘结材料可包括固溶相和不同于固溶相的金属间相的组合，并且金属粘结材料可 通过组合银和预合金化青铜形成。
[0015] 在另外一个方面，用于制备研磨制品的方法可包括提供混合物，所述混合物可包 括磨粒、有机粘结材料、预合金化青铜和银，并且将混合物形成为多功能制品，所述多功能 制品可包括包含在混杂粘结料内的磨粒，所述混杂粘结料可包括金属粘结材料和有机粘结 材料。制品可具有250微米或更少的平均厚度。金属粘结材料可包括固溶相和金属间相。金 属间相可不同于固溶相。
【附图说明】
[0016] 通过参考附图，本公开内容可得到更佳理解，并且它的众多特点和优点对于本领 域技术人员将是显而易见的。
[0017] 图1A包括在刀具磨损测试期间，在工件中通过研磨制品的一个实施例制备的切口 图像。
[0018] 图1B包括在刀具磨损测试期间，在工件中通过研磨制品的一个实施例制备的切口 图像。
[0019] 图2A包括在刀具磨损测试期间，在工件中通过常规研磨制品制备的切口图像。 [0020]图2B包括在刀具磨损测试期间，在工件中通过常规研磨制品制备的切口图像。 [0021]在不同附图中相同参考符号的使用指示相似或相同项。
【具体实施方式】
[0022]本发明公开了研磨制品和技术，其可将硬脆性材料切割成相对精确的尺寸。例如 在镜面精切削应用中可采用制品，所述制品可包括在金属粘结材料和树脂粘结材料(例如 聚酰亚胺）的混杂粘结材料内的研磨砂粒，由此允许"IX"或"单次通过"多功能研磨工艺。 众多制品类型和应用根据本公开内容将是显而易见的，包括例如用于电子设备制造的研磨 制品，例如薄1A8刀片(单刀片或多刀片构造)及其他此类切割刀片。
[0023]在一种示例性应用中，所公开的研磨制品可用于读写头滑块的镜面抛光划切中。 通常，由硬脆性材料例如氧化铝碳化钛(A1203-TiC)制成的读写头滑块在两步过程中进行 制造，所述两步过程涉及使用金属粘结制品的划切步骤和使用树脂粘结制品的后续不连续 抛光步骤。依照本文实施例构造的制品可能够在单次通过(在本文中也称为"IX"过程）中 执行切片和抛光两者。还应当理解，根据本公开内容，需要时，本文描述的实施例还可用于 多次通过或"2X"过程中。
[0024] 更详细地，本文描述的研磨制品的实施例可包括混杂粘结料和在混杂粘结料内的 磨粒，用于硬且脆性材料例如氧化铝碳化钛的划切/抛光。混杂粘结材料可包括有机粘结材 料和金属粘结材料。有机粘结材料和金属粘结材料可各自在性质中是基本上连续或不连续 的，尽管在性质中是基本上连续的可具有与切口质量和制品磨损相关的某些性能益处。此 外，有机粘结材料和金属粘结材料可在有机粘结材料的加工温度下以固相或液相烧结。应 当理解金属粘结材料可将刚性转移给制品（即，在金属和有机材料之间无界面滑动），并且 金属粘结材料可具有小于工作材料那种的硬度。
[0025] 用于形成根据本文所述实施例的研磨制品的过程可通过形成含有磨粒和未加工 的混杂粘结材料的混合物而起始。未加工的混杂粘结材料可包括有机粘结材料和金属粘结 材料。未加工的金属粘结材料可包括银和预合金化青铜。
[0026]在一个特定实施例中，预合金化青铜可具有青铜中的Sn含量(Csn)与青铜中的Cu含 量(C&J)的特定比。该比可在数学上表示为Csn/CcucXsn代表作为青铜总重量的重量％测量的 青铜中的Sn含量。Ccu代表作为青铜总重量的重量％测量的青铜中的Cu含量。在一种情况下， 青铜合金可具有不大于约2.0、不大于约1.8、不大于约1.6、不大于约1.4、不大于约1.2、不 大于约1.0、不大于约0.8、不大于约0.7、不大于约0.65、不大于约0.64、不大于约0.63、不大 于约0.62、不大于约0.61、不大于约0.60、不大于约0.59、不大于约0.58、不大于约0.57、不 大于约0.56、不大于约0.55、不大于约0.54、不大于约0.53、不大于约0.52、不大于约0.51、 不大于约0.50、不大于约0.49、不大于约0.48、不大于约0.47、不大于约0.46、不大于约 0.45、不大于约0.44、不大于约0.43、不大于约0.42、不大于约0.41、不大于约0.40、不大于 约0.39、不大于约0.38、不大于约0.37、不大于约0.36、不大于约0.35、不大于约0.34、不大 于约0.33、不大于约0.32、不大于约0.31、不大于约0.30、不大于约0.28、不大于约0.26、不 大于约0.24、不大于约0.22、不大于约0.20、不大于约0.15或甚至不大于约0.12的CSn/CCu比。在另一种情况下，青铜合金可具有至少约0.10、至少约0.15、至少约0.20、至少约0.22、 至少约0.24、至少约0.26、至少约0.28、至少约030、至少约0.31、至少约0.32、至少约0.33、 至少约0.34、至少约0.35、至少约0.36、至少约0.37、至少约0.38、至少约0.39、至少约0.40、 至少约0.41、至少约0.42、至少约0.43、至少约0.44、至少约0.45、至少约0.46、至少约0.47、 至少约0.48、至少约0.49、至少约0.50、至少约0.51、至少约0.52、至少约0.53、至少约0.54、 至少约0.55、至少约0.56、至少约0.57、至少约0.58、至少约0.59、至少约0.60、至少约0.65、 至少约0.70、至少约0.80或甚至至少约1.0的Csn/Ccu比。应当理解在特定情况下，青铜合金 可具有在上述最小值和最大值中任意者之间的范围内的CSn/CCu比。在一个特定实施例中，， 预合金化青铜可例如为按重量计60/40-40/60铜/锡(例如按重量％计50/50)。
[0027] 根据另一个特定实施例，铜和锡的金属合金可包括一定含量的铜，使得最终形成 的粘结的研磨制品具有合适的机械特征和研磨性能。例如，铜和锡金属合金可包括相对于 金属合金的总重量至少约60重量％铜、至少约65重量％铜、至少约70重量％铜、至少约75重 量％铜、至少约80重量％铜、至少约85重量％铜、至少约90重量％铜或甚至至少约95重量％ 铜。在另一个实施例中，铜和锡金属合金可包括相对于金属合金的总重量不大于约99重 量％铜、不大于约95重量％铜、不大于约90重量％铜、不大于约85重量％铜、不大于约80重 量％铜、不大于约75重量％铜、不大于约70重量％铜或甚至不大于约65重量％。应当理解在 铜锡金属合金中的铜量可在本文描述的最小值和最大值中任意者的范围内。在特定情况 下，铜量在相对于金属合金的总重量约60重量％至约95重量％，且更特别地，约70重量％至 约85重量％的范围内。
[0028] 根据另一个实施例，铜和锡的某些金属合金可具有一定含量的锡，以促进根据一 个实施例的研磨制品的形成。例如，金属合金可包括组合物的总重量至少约5重量％锡。在 其他情况下，锡含量可更大，例如相对于金属合金的总重量至少约10重量％、至少约15重 量％、至少约20重量％、至少约25重量％、至少约30重量％、至少约35重量％或甚至至少约 40重量％。在其他实施例中，锡量可不大于约45重量％、不大于约40重量％、不大于约35重 量％、不大于约30重量％、不大于约25重量％、不大于约20重量％、不大于约15重量％或甚 至不大于约10重量％。应当理解在铜和锡的金属合金中的锡含量可在本文描述的最小值和 最大值中任意者的范围内。特别地，某些粘结材料可包括铜和锡金属合金，其具有在约5重 量％至约40重量％、约10重量％至约35重量％、或甚至约20重量％至约25重量％范围内的 锡含量。
[0029] 未加工的混杂粘结材料可采取混杂粘结粉末的形式。以混杂粘结粉末形式的未加 工的金属粘结粒子和有机粘结粒子可具有例如不超过40微米且更优选30微米或更少的平 均直径。实际组成可取决于诸如所需直线度和刚度/延