研磨工具及其形成方法
【技术领域】
[0001]下文涉及研磨工具，并且更具体而言，涉及包括磨粒和粘结材料的研磨工具。
【背景技术】
[0002 ]加工应用中使用的研磨工具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一般分层制品，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，其可安装到加工设备，例如研磨、抛光 或切割设备上。一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 如玻璃材料。
[0003] 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】
[0004] 根据第一个方面，研磨工具可包括本体，所述本体可包括包含在粘结材料内的磨 粒。磨粒可为超级研磨材料。本体还可包括包含在粘结材料内的活性粘结剂。活性粘结剂可 为含钛组合物。本体还可包括下述中的至少一种:不大于约1的钨与铸铁比(W/CI)、不大于 约1的含铜组合物与铸铁比(CCC/CI)、不大于约1的含钛组合物与铸铁比(TiCC/CI)、不大于 约1的碳化钨与铸铁比(WC/CI)、不大于约1的碳化钨与含铜组合物比(WC/CCC)、不大于约 1.5的含铜组合物和含钛组合物与铸铁比（（CCC+TiC)/CI)、或其组合。
[0005] 根据另一个方面，研磨工具可包括本体，所述本体可包括包含在粘结材料内的磨 粒。磨粒可为超级研磨材料。本体还可包括选自下述中的至少一种高材料去除率特征:不大 于约1000线性米工件的磨合长度、至少约10m/分钟的最大初速度特征、至少约1000线性米 工件的使用寿命、至少约25份/修整的修整频率、至少约25 %的边缘质量、或其组合。
[0006] 根据另外一个方面，用于形成构造以研磨玻璃的研磨工具的方法可包括提供混合 物，所述混合物可包括粘结材料、磨粒和活性粘结剂。磨粒可为超级研磨材料。活性粘结剂 可为含钛组合物。混合物还可包括下述中的至少一种：不大于约1的钨与铸铁比(W/CI)、不 大于约1的含铜组合物与铸铁比(CCC/CI)、不大于约1的含钛组合物与铸铁比(TiCC/CI)、不 大于约1的碳化钨与铸铁比(WC/CI)、不大于约1的碳化钨与含铜组合物比(WC/CCC)、不大于 约1.5的含铜组合物和含钛组合物与铸铁比（（CCC+TiC)/CI)、或其组合。该方法还可包括将 混合物形成为研磨工具。
【附图说明】
[0007] 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。
[0008] 图1包括示出根据一个实施例用于形成研磨工具的过程的流程图。
[0009] 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】
[0010] 本发明公开了研磨工具和技术，其可用于高速研磨，包括例如各种工件例如陶瓷 和玻璃的高速研磨。特别地，研磨工具可用于汽车玻璃的高速研磨中，其已证实具有超过常 规研磨工具的改良的性能、寿命和效率。研磨工具可包括在粘结材料内的磨粒。
[0011] 更详细地，本文描述的研磨工具的实施例可包括在粘结材料内的磨粒。粘结材料 可包括金属粘结材料、活性粘结剂、填料或其组合。在某些实施例中，金属粘结材料可为含 铜组合物。含铜组合物可定义为包括铜组分的任何材料、合金、化学组合物或元素化合物。 活性粘结剂可为含钛组合物。含钛组合物可定义为包括钛的任何材料、合金、化学组合物或 元素化合物。填料可包括铸铁。
[0012] 图1包括示出依照本文描述的实施例的形成研磨制品的方法的流程图。如图1中所 示，过程100可通过提供含有磨粒和未加工的粘结材料的混合物在步骤101处起始。未加工 的粘结材料可包括未加工的金属粘结材料、未加工的活性粘结剂、未加工的填料或其组合。 在某些实施例中，未加工的金属粘结材料可为含铜组合物。未加工的活性粘结剂可为含钛 组合物。未加工的填料可包括铸铁。本文提及未加工的材料即提及原材料，其可不一定在加 工期间经历化学或物理变化。然而，应当理解某些未加工的组分可经历在研磨工具形成期 间的化学或物理变化。
[0013 ]未加工的粘结材料可采取粘结粉末的形式。在粘结粉末中的未加工的粘结颗粒可 具有例如不超过40微米或甚至30微米或更少的平均直径。
[0014] 磨粒可包括无机材料例如天然存在的材料(例如矿物质)或合成制备的组合物。一 些合适的无机材料可包括氧化物、碳化物、氮化物、氧碳化物、氧氮化物、金刚石、其他天然 矿物质或其组合。在某些非限制性实施例中，磨粒可为cBN、熔融氧化铝、烧结氧化铝、碳化 娃或其混合物。
[0015] 本文实施例的磨粒可包括涂层，其可促进研磨工具的形成和性能。在某些实施例 中，涂层可为金属涂层，例如镍。根据另外其他的实施例，涂层可为氧化铁、硅烷例如γ氨基 丙基三乙氧基硅烷、或甚至二氧化硅。
[0016] 根据某些实施例，磨粒的涂层可具有特定厚度。例如，磨粒的涂层的平均厚度可为 至少约1.25微米，例如至少约1.5微米、至少约1.75微米、至少约2.0微米、至少约2.25微米、 至少约2.5微米或至少约3.0微米。然而，平均厚度可为有限的，例如不大于约8.0微米、不大 于约7.5微米、不大于7.0微米、不大于6.5微米、不大于6.0微米、不大于5.5微米、不大于5.0 微米、不大于4.5微米或不大于4.0微米。应当理解涂层的平均厚度可为在任意上述最小值 和任意上述最大值之间的范围内的任何值。
[0017] 根据其他实施例，磨粒的涂层可形成为覆盖磨粒外部表面的特定部分。例如，涂层 可覆盖至少约50 %的磨粒外部表面积，例如至少约60 %、至少约70 %、至少约80 %、至少约 90 %、甚至至少约95%或基本上磨粒的整个外部表面。在另外其他非限制性实施例中，涂层 可覆盖不大于约99%的磨粒外部表面积，例如不大于约95%、不大于约90%、不大于约 80%、不大于约70%或甚至不大于约60%的磨粒外部表面积。应当理解涂层可覆盖在任意 上述最小值和任意上述最大值之间的范围内的任何百分比的磨粒。
[0018] 在进一步提及磨粒中，磨粒的形态可通过纵横比进行描述，所述纵横比为长度与 宽度尺寸的比。应当理解长度是磨粒的最长尺寸，并且宽度是给定磨粒的第二最长尺寸。依 照本文实施例，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 定情况下，磨粒可为基本上等轴的，使得它们具有大约1:1的纵横比。
[0019] 返回参考图1，在步骤101中提供混合物后，过程可通过形成在粘结材料内掺入磨 粒的粘结的研磨工具在步骤102处继续。含有磨粒和未加工的粘结材料的混合物可形成为 任何所需大小的任何所需三维形状，例如混合物可形成为轮、盘、磨段、磨头、磨刀石及其他 制品形状，其可安装到加工设备，例如研磨或抛光设备上。
[0020] 在某些实施例中，混合物可使用热压形成为粘结的研磨工具。混合物的热压可在 至少约750°C，例如至少约800°C、至少约850°C、至少约900°C、至少约950°C或甚至至少约 990°C的温度下进行。在另外其他的实施例中，混合物的热压可在不大于约1000°C、不大于 约950°C、不大于约900°C、不大于约850°C、不大于约800°C、不大于约750°C或甚至不大于约 710°C的温度下进行。应当理解混合物的热压可在任意上述最小值和任意上述最大值之间 的范围内的任何温度下进行。
[0021] 根据其他实施例，混合物的热压可在至少约0.5吨/英寸2，例如至少约1.0吨/英 寸2、至少约1.5吨/英寸 2、至少约2.0吨/英寸2、至少约2.5吨/英寸2或甚至至少约2.9吨/英 寸 2的压力下进行。在另外其他的实施例中，混合物的热压可在不大于约3吨/英寸2、不大于 约2.5吨/英寸 2、不大于约2.0吨/英寸2、不大于约1.5吨/英寸2或甚至不大于约2.0吨/英寸 2 的压力下进行。应当理解混合物的热压可在任意上述最小值和任意上述最大值之间的范围 内的任何压力下进行。
[0022] 在另外其他的实施例中，混合物可使用冷压形成为粘结的研磨工具。混合物的冷 压可在至少约750°C，例如至少约800°C、至少约850°C、至少约900°C、至少约950°C或甚至至 少约990°C的温度下进行。在另外其他的实施例中，混合物的冷压可在不大于约1000°C、不 大于约950°C、不大于约900°C、不大于约850°C、不大于约800°C、不大于约750°C或甚至不大 于约710°C的温度下进行。应当理解混合物的冷压可在任意上述最小值和任意上述最大值 之间的范围内的任何温度下进行。
[0023]根据其他实施例，混合物的热压可在至少约5吨/英寸2,例如至少约10吨/英寸2、20 吨/英寸2、至少约25吨/英寸2、至少约30吨/英寸2、至少约35吨/英寸 2、至少约40吨/英寸2或 甚至至少约45吨/英寸2的压力下进行。在另外其他的实施例中，混合物的冷压可在不大于 约50吨/英寸 2、不大于约45吨/英寸2、不大于约40吨/英寸2、不大于约35吨/英寸 2、不大于约 30吨/英寸2或甚至不大于约25吨/英寸2的压力下进行。应当理解混合物的冷压可在任意上 述最小值和任意上述最大值之间的范围内的任何压力下进行。
[0024] 依照本文描述的实施例，形成的研磨制品可具有含特定特点的本体。
[0025] 特别提及粘结材料，根据某些实施例，粘结材料可包括特定含量的含铜化合物，其 可包括包含可测量含量的铜的材料，并且更特别地，可为基于铜的材料。例如，含铜材料可 具有以含铜化合物的总重量计至少约1 %铜，例如至少约10 %铜，至少约20 %铜，或甚至可 含有多数含量的铜（即至少约51%)。含铜化合物可为金属，例如金属合金，并且更特别地， 与任何其他金属元素相比较含有多数含量的铜的基于铜的金属合金。
[0026]在一个实施例中，粘结材料可包括以粘结材料的总重量计不大于约50重量％含铜 化合物，例如以粘结材料的总重量计不大于约45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％或甚至不大于约15重量％含铜化合物。在某些 其他非限制性实施例中，粘结材料可包括以粘结材料的总重量计至少约10重量％含铜化合 物，例如以粘结材料的总重量计至少约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％、至少约40重量％、至少约45重量％或甚至至少约50重量％含 铜化合物。应当理解粘结材料中的含铜化合物含量可为在在任意上述最小值和任意上述最 大值之间的范围内的任何值。
[0027] 根据其他实施例，含铜化合物可为元素铜。在某些非限制性实施例中，粘结材料可 包括特定含量的元素铜。例如，粘结材料可包括以粘结材料的总重量计不大于约50重量％ 元素铜，例如以粘结材料的总重量计不大于约45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％或甚至不大于约15重量％元素铜。在某些其他 非限制性实施例中，粘结材料可包括以粘结材料的总重量计至少约1 〇重量％元素铜，例如 以粘结材料的总重量计至少约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％、至少约40重量％、至少约45重量％或甚至至少约50重量％元素铜。 应当理解粘结材料中的元素铜含量可为在在任意上述最小值和任意上述最大值之间的范 围内的任何值。
[0028] 根据另外其他的实施例，含铜化合物可为预合金化青铜。在某些非限制性实施例 中，粘结材料可包括特定含量的预合金化青铜。例如，粘结材料可包括以粘结材料的总重量 计不大于约50重量％预合金化青铜，例如以粘结材料的总重量计不大于约45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％或甚至不大于约 15重量％预合金化青铜。根据另外其他非限制性实施例，本体可包括以粘结材料的总重量 计至少约10重量％预合金化青铜，例如至少约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％、至少约40重量％、至少约45重量％或甚至至少约 50重量％。应当理解粘结材料中的预合金化青铜含量可为在在任意上述最小值和任意上述 最大值之间的范围内的任何值。
[0029] 根据另外其他特定实施例，预合金化青铜可具有Sn含量(CSn)与Cu含量(CCu)的特 定比（C Sn/CCu)，其中CSn代表作为以青铜总重量计的重量％测量的青铜中的Sn含量，并且C Cu 代表作为以青铜总重量计的重量％测量的青铜中的Cu含量。在一种情况下，预合金化青铜 可具有不大于约2.0,例如不大于约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