專利名稱：帶凹面的碟形磨粒的制作方法
帶凹面的碟形磨粒
背景技術(shù)：
磨粒和由磨粒制造的磨料制品可用在產(chǎn)品制造過程中以研磨、整理或磨削多種多樣的材料和表面。因此，一直存在對磨粒和/或磨料制品的成本、性能或壽命進(jìn)行改善的需求。授予Berg的美國專利5，201, 916、授予Rowenhorst的美國專利5，366，523以及授予Berg的美國專利5，984，988中公開了三角形形狀的磨粒和采用三角形形狀的磨粒制造的磨料制品。在一個(gè)實(shí)施例中，這些磨粒的形狀包括等邊三角形。三角形形狀的磨?？捎糜谥苽淝邢魉俾侍岣叩哪チ现破贰?br>
發(fā)明內(nèi)容
成形磨粒通?？删哂袃?yōu)于隨機(jī)粉碎的磨粒的性能。通過控制磨粒的形狀可控制所得磨料制品的性能。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過制備帶凹形的表面或者凹面的碟形磨?？墒鼓ハ鳙@得意想不到的有益效果。從不希望受到理論束縛的角度出發(fā)，據(jù)信凹形的面或凹面可以增加由碟形磨粒移除的材料的量。具體地講，冰淇淋勺或匙具有凹形末端可有效地挖進(jìn)材料中并移除大量的材料。勺比刀或平而薄的主體能夠更有效地挖進(jìn)材料中并移除大量的材料。相似地，具有凹面的凹磨鑿子將生成更鋒利的邊緣。采用類似的方式，將凹形的面或凹面設(shè)置到成形磨粒上從而形成碟形磨粒，可以提高碟形磨粒相比于具有平坦的第一面和平坦的第二面的形狀相似的磨粒的磨削性能。其次，通過另外形成帶傾斜側(cè)壁的碟形磨粒，該帶傾斜側(cè)壁的碟形磨粒往往會以與側(cè)壁的拔模角成一角度地?cái)R置在涂附磨料制品的底膠上。據(jù)信非90度的拔模角會導(dǎo)致碟形磨粒傾斜，而不是相對于涂附磨料制品中的背襯具有90度的取向，因?yàn)橥扛侥チ现械文チR置的側(cè)壁由于拔模角而傾斜。因?yàn)榈文チ４蠖嘤捎谄鋽R置的成角度的側(cè)壁而傾斜或傾向于一側(cè)，所以它們相對于工件的傾角可小于90度，從而可提高切削速率。據(jù)信此傾角提高了碟形磨粒的切削速率。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及的磨粒包括碟形磨粒，所述碟形磨粒各自具有側(cè)壁，所述碟形磨粒中的每一粒都包含α-氧化鋁，并且具有第一面和第二面，所述第一面和所述第二面被不同厚度T分隔，并且其中所述第一面為凹形的且碟形磨粒的厚度比 Tc/Ti為介于1. 25到5. 00之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及的磨粒包括碟形磨粒，所述碟形磨粒各自具有側(cè)壁，所述碟形磨粒中的每一粒都包含α -氧化鋁并且具有第一面和第二面，所述第一面和所述第二面被厚度T分隔，并且其中所述第一面為凸面，而所述第二面為凹面。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及的磨粒包括碟形磨粒，所述碟形磨粒各自具有側(cè)壁，所述碟形磨粒中的每一粒都包含α -氧化鋁，并且具有第一面和第二面，所述第一面和所述第二面被不同厚度T分隔，并且其中所述第一面為凹形的，所述第二面亦為凹形的。


本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā)明的討論僅是針對示例性實(shí)施例的描述， 其并非旨在限制本發(fā)明的更廣泛的方面，其中更廣泛的方面體現(xiàn)在示例性構(gòu)造中。圖IA示出碟形磨粒的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。圖IB示出圖IA所示碟形磨粒的側(cè)視圖。圖IC示出由圖IA所示碟形磨粒制成的涂附磨料制品的側(cè)視圖。圖2A-C示出圖IA所示碟形磨粒的顯微照片。圖3A示出碟形磨粒的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖。圖;3B示出圖3A所示碟形磨粒的側(cè)視圖。圖3C示出由圖3A所示碟形磨粒制成的涂附磨料制品的側(cè)視圖。圖4示出圖3A所示碟形磨粒的顯微照片。圖5示出根據(jù)授予Rowenhorst等人的美國專利No. 5，366，523中所公開的方法制成的現(xiàn)有技術(shù)的成形磨粒的顯微照片。圖6A示出碟形磨粒的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖。圖6B示出圖6A所示碟形磨粒的側(cè)視圖。圖7示出圖IA和圖IB所示碟形磨粒的另一個(gè)實(shí)施例的仰視圖，該碟形磨粒平坦表面上具有多個(gè)凹槽。圖8示出圖3A和圖;3B所示碟形磨粒的另一個(gè)實(shí)施例的仰視圖，該碟形磨粒凹面上具有多個(gè)凹槽。圖9示出碟形磨粒切削速率與時(shí)間的曲線圖。在說明書和附圖中重復(fù)使用的引用字符旨在表示本發(fā)明相同或類似的部件或元件。^JL如本文所用，詞語“包含”、“具有”和“包括”在法律上是具有等同含義的開放型術(shù)語。因此，除列舉的元件、功能、步驟或限制之外，還可以有其它未列舉的元件、功能、步驟或限制。如本文所用，術(shù)語“磨料分散體”意指能轉(zhuǎn)化為引入模具腔體中的α-氧化鋁的 α-氧化鋁前體。該組合物稱為磨料分散體，直到移除足量的揮發(fā)性組分使磨料分散體硬化為止。如本文所用，術(shù)語“成形磨粒前體或碟形磨粒前體”意指通過從磨料分散體(當(dāng)其位于模具腔體中時(shí))移除足量的揮發(fā)性組分以形成硬化體的方式所產(chǎn)生的未燒結(jié)磨粒，該硬化體可從模具腔體移除，并且在后續(xù)處理操作中基本上保持其模制形狀。如本文所用，術(shù)語“成形磨?！币庵改チ５闹辽僖徊糠志哂蓄A(yù)定形狀的陶瓷磨粒， 該預(yù)定形狀由用于形成成形磨粒前體的模具腔體復(fù)制而成。與研磨碎片的情況(如美國臨時(shí)申請61/016965中所述)不同，成形磨粒一般都具有預(yù)定的幾何形狀，其基本上復(fù)制用于形成成形磨粒的模具腔體的形狀。如本文所用的成形磨粒不包括通過機(jī)械粉碎操作獲得的磨粒。
具體實(shí)施方式
碟形磨粒參見圖1A、圖IB和圖1C，該圖示出示例性碟形磨粒20。制備碟形磨粒20的材料包括α-氧化鋁。α-氧化鋁磨?？捎搔?氧化鋁一水合物的分散體制成，如本文隨后所討論，該分散體被膠凝、模塑成形、干燥定形、煅燒，然后燒結(jié)。成形磨粒的形狀得以保持，而無需粘結(jié)劑以在粘結(jié)劑中形成包括磨粒(隨后形成為成形結(jié)構(gòu))的聚集體。通常，碟形磨粒20具有薄主體，該薄主體具有第一面M和第二面沈，這兩個(gè)面由具有可變厚度T的側(cè)壁觀分隔。通常，碟形磨粒頂點(diǎn)或角處的側(cè)壁厚度較大，而邊緣中點(diǎn)處的側(cè)壁厚度則較薄。因此，Tm小于Tc。在一些實(shí)施例中，側(cè)壁觀為傾斜側(cè)壁，其具有大于90 度的拔模角α，如本文隨后對此進(jìn)行的詳細(xì)討論所述。可以存在不止一個(gè)傾斜側(cè)壁，且每一個(gè)傾斜側(cè)壁的傾角或拔模角可以相同，如圖IA和圖IB所示，或?qū)τ诘文チ５拿恳粋€(gè)側(cè)面不同，如提交于 2008 年 12 月 17 日的名稱為“Siaped Abrasive Particle With A Sloping Sidewall”(具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒)的共同待審的美國專利申請No. 12/337，075 (代理人檔案號64869US002)中所討論。碟形磨粒20的側(cè)壁28形狀可變，并且它形成了第一面M的周邊四和第二面沈的周邊四。在一個(gè)實(shí)施例中，第一面對和第二面沈的周邊四選擇為具有一定幾何形狀， 并且第一面M和第二面沈選擇為具有相同的幾何形狀，盡管它們可能在尺寸上不同，一個(gè)面的尺寸可能大于另一個(gè)面。在一個(gè)實(shí)施例中，第一面M的周邊四和第二面沈的周邊四為所示出的三角形。在一些實(shí)施例中，使用等邊三角形，而在另外一些實(shí)施例中使用等腰三角形。在一些實(shí)施例中，第一面M為凹形的，第二面沈和側(cè)壁觀大致為平面，如圖 2A-2C所示。所謂凹形的是指第一面M的內(nèi)部厚度Ti薄于成形磨粒沿周邊部分的厚度。 在一些實(shí)施例中，該凹形的面具有大致平坦的中心部分和多個(gè)上翹點(diǎn)或多個(gè)凸角，類似于圖2A所示。請注意在圖2A中，碟形磨粒的周邊在介于上翹點(diǎn)或凸角之間的部分處看起來是平的或是直的，并且厚度Tc遠(yuǎn)大于Tm。在其它實(shí)施例中，凹形的面基本成凹形，具有類似于圖2B所示的三個(gè)上翹點(diǎn)或凸角，并具有大致平坦的第二面(成形磨粒為平凹形)。請注意在圖2B中，相比于圖2A，Tc和Tm之間的差值較小且從第一面的內(nèi)部到每一個(gè)上翹點(diǎn)的過渡都更加平緩。如將更詳細(xì)討論的，據(jù)信凹形的面由模具腔體31中的溶膠-凝膠形成， 該模具腔體形成彎月面，從而使第一面成為凹形的面(如圖IB最佳所示)。如上所述，第一面M為凹形的面，使得頂點(diǎn)或角30處的厚度Tc趨于大于第一面 M內(nèi)部的厚度Ti。因此，頂點(diǎn)或角30被凸起高于第一面M的內(nèi)部。從不期望受理論約束的角度出發(fā)，據(jù)信凹形的第一面M增加了由碟形磨粒20移除的材料量。具體地講，冰淇淋勺或匙具有凹形末端可以有效挖進(jìn)材料中并移除大量的材料。勺比刀或平而薄的主體能夠更有效地挖進(jìn)材料中并移除大量的材料。相似地，具有凹面的凹磨鑿子將生成更鋒利的邊緣。以類似的方式，碟形磨粒20具有凹形的面據(jù)信能夠提高碟形磨粒相比于形狀相似、具有平坦的第一面M和平坦的第二面沈的磨粒的磨削性能。另外，據(jù)信成形磨粒具有更薄的內(nèi)部可以有助于碟形磨粒在其尖銳的上翹點(diǎn)或角磨損時(shí)保持磨削性能。當(dāng)內(nèi)部較薄時(shí)，有兩個(gè)因素可以有助于開始起到提高磨削性能的作用。首先，在碟形磨粒的使用過程中，與具有較厚內(nèi)部的成形磨粒相比，碟形磨粒所產(chǎn)生的對應(yīng)磨損平面的面積較小。如果一個(gè)磨粒只有相鄰磨粒的一半厚，那么由于厚度的改變，所產(chǎn)生的磨損平面將只有一半大小。其次，較薄的內(nèi)部可以導(dǎo)致碟形磨粒在使用過程中發(fā)生更多的斷裂，從而提高磨粒通過斷裂力學(xué)而使自身重新尖銳化的能力。較厚的磨粒比較薄的磨粒不太容易斷裂。參見圖5，該圖示出根據(jù)美國專利No. 5，366，523所公開的方法制備的現(xiàn)有技術(shù)的成形磨粒。該現(xiàn)有技術(shù)的成形磨粒具有大致平坦的第一面和平坦的第二面、三角形頂點(diǎn)處的圓角、和面與側(cè)壁相接的圓邊。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，厚度比Tc/Ti可為介于1. 25到5. 00之間、或介于1. 30 到4. 00之間、或介于1. 30到3. 00之間。為計(jì)算該厚度比，篩選了十五個(gè)隨機(jī)選擇的碟形磨粒。測量每一個(gè)磨粒的每一個(gè)角的高度，然后再對所有的高度求平均值以確定平均值Tc。 例如，要確定Tc的平均值，每個(gè)成形磨粒三角形需具有3個(gè)Tc測量值和總共45個(gè)測量值。 如果成形磨粒為圓形、橢圓形或換句話講不具有角或頂點(diǎn)，那么對于每一個(gè)成形磨粒則應(yīng)測量沿周邊的三個(gè)相互等距的點(diǎn)。然后，測量每一個(gè)成形磨粒第一面M內(nèi)部的最小厚度 Ti。通?？刹捎贸尚文チ５陌胪该鞫日页鲎钚?nèi)部厚度，并對15個(gè)結(jié)果取平均值以確定平均值Ti。厚度比通過平均值Tc除以平均值Ti確定。可使用配有X-Y載物臺和豎直位置測量臺的光學(xué)顯微鏡測量碟形磨粒不同部分的厚度。在一些實(shí)施例中，經(jīng)測量，由本發(fā)明制備的三角形碟形磨粒的厚度比為介于1. 55到2. 32之間。經(jīng)測量，通過授予Rowenhorst等 Λ"Abrasive Article Containing Shaped Abrasive Particles" ( "^^f^M 磨粒的磨料制品”)的美國專利No. 5，366，523中所公開的現(xiàn)有技術(shù)方法制備的三角形成形磨粒的厚度比為介于0. 94到1. 15之間，意即它們大致呈平面狀，并且其中部可能略厚或略薄。在95%置信度區(qū)間內(nèi)，厚度比大于1. 20的碟形磨粒在統(tǒng)計(jì)學(xué)上不同于Rowenhorst磨粒。參見圖1B，可以改變介于碟形磨粒20的第二面沈與側(cè)壁28之間的拔模角α， 以改變每一個(gè)面的相對尺寸。作為參考，模具33的模具腔體31以虛線顯示，以顯現(xiàn)如何制備碟形磨粒20。如提交于2008年12月17日的名稱為"Shaped Abrasive Particle With A Sloping Sidewall”(具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒)的共同待審的美國專利申請 No. 12/337，075(代理人檔案號64869US002)中所討論，據(jù)信大于90度的拔模角α可以提高成形磨粒的磨削性能。此外，已發(fā)現(xiàn)拔模角從90度略微增加至98度能夠成倍提高三角形成形磨粒的切削性能，并且直至拔模角開始大于約130度時(shí)，成形磨粒才能顯示出性能提尚。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，拔模角α可為介于大約95度至大約130度之間、或介于約95度至約125度之間、或介于約95度至約120度之間、或介于約95度至約115度之間、或介于約95度至約110度之間、或介于約95度至約105度之間、或介于約95度至約 100度之間。現(xiàn)在參見圖1C，該圖示出涂附磨料制品40，所示涂附磨料制品背襯42的第一主表面41由磨料層覆蓋。該磨料層包括底膠層44以及通過底膠層44附接到背襯42的多個(gè)碟形磨粒20。涂覆復(fù)膠層46以進(jìn)一步將碟形磨粒20附接或粘附到背襯42。如圖所示，當(dāng)拔模角α為大于90度時(shí)，碟形磨粒20的大部分均傾斜或傾向于一側(cè)從而形成傾斜側(cè)壁。這將致使碟形磨粒20的大部分相對于背襯42的第一主表面41的取向角β為小于90度。這一結(jié)果是出乎意料的，因?yàn)槭┘訋A斜側(cè)壁的碟形磨粒的靜電涂層方法在首次將磨粒施加到背襯時(shí)，趨于使磨粒以90度的取向角β初始地取向。靜電場在其施加到位于帶傾斜側(cè)壁的碟形磨粒上方的背襯時(shí)，趨于垂直對齊磨粒。此外，靜電場趨于加速并驅(qū)使磨粒以90度的取向進(jìn)入底膠層中。在幅材翻過來之后，在某點(diǎn)處，施加復(fù)膠層46之前或之后，磨粒在重力或底膠層和復(fù)膠層的表面張力作用下趨于發(fā)生傾斜并逐漸擱置在傾斜側(cè)壁上。據(jù)信制備涂附磨料制品的工藝時(shí)間足以在底膠層和復(fù)膠層固化變硬從而預(yù)防任何進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)之前，使碟形磨粒傾斜并附接到底膠層。如圖所示，一旦帶傾斜側(cè)壁的碟形磨粒被施加并允許傾斜，那么最高角30對于研磨工件為處于有利的傾角處。具體地講，凹形的第一面M導(dǎo)致在介于側(cè)壁觀和第一面M之間形成銳角λ，從而造成非常尖銳的頂點(diǎn)或角，這與現(xiàn)有技術(shù)的圓角相反。這使得碟形磨粒具有鋸齒形頂點(diǎn)47，該頂點(diǎn)可接合并移除更多的材料；尤其是，當(dāng)拔模角α為大于90度時(shí)。為了進(jìn)一步優(yōu)化傾斜取向，碟形磨粒被涂覆在疏涂層磨料層中的背襯中。密涂層磨料層定義為可在單次穿過制備機(jī)時(shí)涂覆到磨料制品底膠層的最大重量的磨?；蚰チ９不煳?。疏涂層磨料層是一定量的磨?；蚰チ９不煳铮渲亓勘瓤赏扛驳酵扛侥チ现破返啄z層的最大重量小若干克。疏涂層磨料層將導(dǎo)致底膠層的磨粒覆蓋率為小于100%，從而在磨粒之間留下開放區(qū)域和可見的樹脂層。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，磨料層開放面積的百分比可為介于約10%至約90%之間、或介于約30%至約80%之間。據(jù)信如果將過多的帶傾斜側(cè)壁的碟形磨粒涂覆到背襯，則會造成磨粒之間空間不足，將使得磨粒在固化底膠層和復(fù)膠層之前發(fā)生彎曲或傾斜。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，具有疏涂層磨料層的涂附磨料制品中大于50^^60^^70%,80%或90%的碟形磨粒是傾斜或彎曲的，取向角β為小于90度。從不希望受到理論束縛的角度出發(fā)，據(jù)信小于90度的取向角β會提高帶傾斜側(cè)壁的碟形磨粒的切削性能。出乎意料的是，此效果的產(chǎn)生與磨粒在涂附磨料制品內(nèi)繞Z軸的旋轉(zhuǎn)取向無關(guān)。盡管圖IC理想化地示出所有碟形磨粒以同一方向排列，但實(shí)際涂附磨盤中碟形磨粒將隨機(jī)分布并相對于Z軸以各個(gè)取向旋轉(zhuǎn)。由于磨盤是旋轉(zhuǎn)的并且碟形磨粒是隨機(jī)分布的，因此一些磨粒將被驅(qū)動到工件中，從而初始擊打第一面24，同時(shí)相鄰的碟形磨粒將剛好旋轉(zhuǎn)180度使工件擊打磨粒的后側(cè)以及第二面26。隨著磨粒的隨機(jī)分布和磨盤的旋轉(zhuǎn)，半數(shù)磨粒將使工件初始擊打第二面26而非第一面Μ。然而，對于具有限定旋轉(zhuǎn)方向且與工件具有限定接觸點(diǎn)的磨料帶，有可能使帶傾斜側(cè)壁的碟形磨粒排列于磨料帶上，以確保工件初始被驅(qū)動到第一面M中，如圖IC所示的理想化情況。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，涂附磨料制品磨料層中大多數(shù)帶傾斜側(cè)壁的碟形磨粒的取向角β可為介于約50度到約85度之間、或介于約55度到約85度之間、或介于約60度到約85度之間、或介于約65 度到約85度之間、或介于約70度到約85度之間、或介于約75度到約85度之間、或介于約 80度到約85度之間?，F(xiàn)在參見圖2Α、圖2Β和圖2C，該圖示出具有凹形的面的碟形磨粒20的顯微照片。 拔模角α為大約98度，且碟形磨粒的周邊由等邊三角形組成。在第一面M的周邊處測得每一個(gè)三角形的側(cè)邊長度為大約1.4mm。為了進(jìn)一步表征凹形的面，使用合適的圖象分析程序(例如非線性回歸曲線擬合程序“NLREG”)通過擬合球體來測量碟形磨粒第一面M 的曲率，程序"NLREG，，得自 Phillip Sherrod (Brentwood, Tennessee)，可購自 www. NLREG. com。圖象分析結(jié)果顯示，當(dāng)與凹形的第一面擬合的球體的中心垂直對齊在第一面M的中點(diǎn)上時(shí)，該球體的半徑可為介于約Imm至約25mm之間、或介于約Imm至約14mm之間、或介于約2mm至約7mm之間。在一個(gè)實(shí)施例中，測得擬合到碟形磨粒的球體的半徑為2. Omm,在另一個(gè)實(shí)施例中為3. 2mm，在另一個(gè)實(shí)施例中為5. 3mm，在另一個(gè)實(shí)施例中為13. 7mm。參見圖3A、圖;3B和圖3C，該圖示出碟形磨粒20的另一個(gè)實(shí)施例。制備碟形磨粒 20的材料包括α-氧化鋁。通常，碟形磨粒20具有薄主體，該薄主體具有第一面M和第二面沈，這兩個(gè)面由厚度為T的側(cè)壁觀分隔。通常，側(cè)壁厚度T在第二個(gè)實(shí)施例中更均勻。 因此，Tm可為大約等于Tc。在一些實(shí)施例中，側(cè)壁觀形成于模具中，該模的拔模角α為大于90度，如本文隨后對此進(jìn)行的詳細(xì)討論所述。碟形磨粒20的側(cè)壁28形狀可變，并且其形成第一面M和第二面沈的周邊29。 在一個(gè)實(shí)施例中，第一面M和第二面26的周邊四選擇為具有幾何形狀，并且第一面對和第二面沈選擇為具有相同的幾何形狀，但它們可能在尺寸上不同，一個(gè)面的尺寸可能大于另一個(gè)面。在一個(gè)實(shí)施例中，第一面M的周邊四和第二面26的周邊四為所示出的三角形。在一些實(shí)施例中，使用等邊三角形，而在另外一些實(shí)施例中使用等腰三角形。在本實(shí)施例中，第一面M為凸形而第二面沈?yàn)榘夹?凹凸形)，使得該碟形磨?；景ㄇ蛐瓮鈿さ娜切尾糠帧Ｈ鐚⒏敿?xì)討論的，據(jù)信凸面由模具腔體31中的溶膠-凝膠形成，該溶膠-凝膠在蒸發(fā)干燥的過程中，由于模具脫模劑(例如花生油)的存在而從模具底面脫離。然后溶膠-凝膠的流變性導(dǎo)致在蒸發(fā)干燥過程中，第一面和第二面形成凸凹形，同時(shí)周邊四形成為三角形。如上所述，第二面沈?yàn)榘夹吻遗c模具腔體31的底部相鄰形成。因此，當(dāng)?shù)文チ?20位于如圖3Α所定位的表面上時(shí)，頂點(diǎn)或角30將被凸起高于第二面沈的內(nèi)部。從不期望受理論約束的角度出發(fā)，據(jù)信凹形第二面沈增加了由碟形磨粒20移除的材料量。具體地講，冰淇淋勺或匙具有凹形末端可以有效挖進(jìn)材料中并移除大量的材料。勺比刀或平而薄的主體能夠更有效地挖進(jìn)材料中并移除大量的材料。相似地，具有凹面的凹磨鑿子將生成更鋒利的邊緣。以類似的方式，將凹面設(shè)置到碟形磨粒20上，據(jù)信能夠提高碟形磨粒相比于形狀相似、具有平坦的第一面M和平坦的第二表面沈的磨粒的磨削性能?，F(xiàn)在參見圖3C，該圖示出涂附磨料制品40，所示涂附磨料制品背襯42的第一主表面41由磨料層覆蓋。該磨料層包括底膠層44以及通過底膠層44附接到背襯42的多個(gè)碟形磨粒20。涂覆復(fù)膠層46以進(jìn)一步將碟形磨粒20附接或粘附到背襯42。為優(yōu)化涂附磨料制品中的取向，將碟形磨粒涂覆在疏涂層磨料層中的背襯中。密涂層磨料層定義為可在單次穿過制備機(jī)時(shí)涂覆到磨料制品底膠層的最大重量的磨?；蚰チ９不煳?。疏涂層磨料層是一定量的磨?；蚰チ９不煳?，其重量比可涂覆到涂附磨料制品底膠層的最大重量小若干克。疏涂層磨料層將導(dǎo)致底膠層的磨粒覆蓋率為小于100%，從而在磨粒之間留下開放區(qū)域和可見的樹脂層。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，磨料層開放面積的百分比可為介于約10%至約90%之間、或介于約30%至約80%之間?，F(xiàn)在參見圖4，該圖示出帶凹形第二面沈的碟形磨粒20的顯微照片。在第一面M 的周邊處測得每一個(gè)三角形側(cè)邊長度為大約1. 2mm，而碟形磨粒厚度為大約0. 35mm。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，當(dāng)與凹形第二面26擬合的球體的中心垂直對齊在第二面中點(diǎn)上時(shí)， 該球體的半徑可為介于約Imm至約25mm之間、或介于約Imm至約14mm之間、或介于約2mm 至約7mm之間。
現(xiàn)在參見圖6A和圖6B，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，碟形磨粒20的第一面M和第二面沈兩者均可為凹形的。在一些實(shí)施例中，該碟形磨?？蔀殡p凹形，其具有凹形第一面 24和凹形第二面26?？赏ㄟ^制備模具腔體31的底面使得凹形第二面沈形成在成形磨粒上，以制成此類成形磨粒。或者，可通過適當(dāng)設(shè)計(jì)模具腔體底面的輪廓而在第二面沈上形成其它凹形結(jié)構(gòu)的幾何形狀。例如，在圖6B中，模具的底面可具有大致平坦的中心部分和凹形角，該凹形角形成了第二面26上的多個(gè)上翹點(diǎn)或多個(gè)凸起的角30。在此類實(shí)施例中， 第一面M的曲率或平面度可通過碟形磨粒的干燥方法控制在一定程度，從而形成凹形的或彎曲的第一面或大致平坦的第一面。對于所討論的實(shí)施例中的任何者，碟形磨粒20均可具有各種三維形狀。周邊四的幾何形狀可為三角形、矩形、圓形、橢圓形、星形或其它規(guī)則或不規(guī)則的多邊形。在一個(gè)實(shí)施例中，使用了等邊三角形，而在另一個(gè)實(shí)施例中，使用了等腰三角形。另外，碟形磨粒的各種側(cè)壁都可具有相同或不同的拔模角。另外，帶開口的碟形磨粒在該面之一上可具有多個(gè)凹槽，如提交于2008年12月17 日的名稱為“Shaped Abrasive Particles With Grooves”(帶凹槽的成形磨粒)的共同待審的美國專利申請No. 61/138，沈8，(代理人檔案號64792US002)中所述。該多個(gè)凹槽由在模具腔體底面內(nèi)的多個(gè)脊形成，已發(fā)現(xiàn)這些脊可使從模具移除成形磨粒前體更加容易。在一個(gè)實(shí)施例中，該多個(gè)凹槽包括平行線，該平行線在整個(gè)第二面上完全延伸并沿第一邊緣與周邊四交叉呈90度角。該多個(gè)凹槽的橫截面幾何形狀可為截頭三角形、三角形或該待審申請中所討論的其它幾何形狀。在本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例中，該多個(gè)凹槽的厚度D可為介于約1微米至約400微米之間。此外，凹槽厚度D與碟形磨粒厚度Tc的百分比之比(D/Tc，以百分?jǐn)?shù)表示)可為介于約0. 至約30%之間、或介于約0. 至約20%之間、或介于約0. 至約10%之間、或介于約0. 5%至約5%之間。在本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例中，每一個(gè)凹槽之間的間距可為介于約至約50%之間、或介于約至約40%之間、或介于約至約30%之間、或介于約至約20%之間、 或介于約5%至約20%之間的面尺寸(例如碟形磨粒邊緣中的一個(gè)的長度)。在一個(gè)實(shí)施例中，等邊三角形在模具底面處的邊長為2. 54mm,并且每個(gè)模具腔體具有8條脊且彼此間距為0. 277mm，其凹槽間距為10.9%。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，每一個(gè)模具腔體底面內(nèi)的脊數(shù)可為介于1和約100之間、或介于2至約50之間、或介于約4至約25之間，并進(jìn)而在碟形磨粒中形成對應(yīng)數(shù)目的凹槽。在生產(chǎn)模具的一個(gè)實(shí)施例中，使用了深度為觀密耳、每一側(cè)長度為110密耳的三角形模具腔體。介于模具的側(cè)壁和底部之間的拔模角α為98度。該生產(chǎn)模具被制造成 50%的模具腔體具有從腔體底面凸起的8條平行脊，這些脊以90度的角度與三角形的一邊相交，剩下的腔體具有平滑的底模表面。平行脊的間距為0. 277mm，并且脊的橫截面為三角形，該三角形的高為0.0127mm、在頂點(diǎn)處每一條脊的邊之間的角度為45度，如上述提到的專利申請(代理人檔案號64792US0(^)中所述。現(xiàn)在參見圖7，該圖示出由上述生產(chǎn)模具所制成、在與圖IA所示碟形磨粒相對應(yīng)的第二面沈上存在多個(gè)平行凹槽的碟形磨粒的顯微照片。現(xiàn)在參見圖8，該圖示出由上述生產(chǎn)模具所制成、在與圖3A所示碟形磨粒相對應(yīng)的第二面沈上存在多個(gè)平行凹槽的碟形磨粒的顯微照片。由于凹槽位于凹面上，因此很明顯此面初始接觸模具的平坦底面，然后在干燥過程中當(dāng)溶膠-凝膠充分干燥在底面上保留脊所留下的壓痕之后，此面變?yōu)榘济?。碟形磨?0可具有各種體積縱橫比。體積縱橫比定義為穿過體積中心的最大橫截面積除以穿過該中心的最小橫截面積的比率。對于某些形狀而言，最大或最小橫截面積相對于該形狀的外部幾何形狀可以為平面傾斜、成角度或翹起。例如，球體的體積縱橫比應(yīng)當(dāng)為1. 000，而立方體的體積縱橫比為1. 414。每一條邊等于長度A、均一厚度等于A的等邊三角形成形磨粒的體積縱橫比將為1.54，如果均一厚度降至0.25A，則其體積縱橫比將增至2. 64。據(jù)信體積縱橫比較大的碟形磨粒具有增強(qiáng)的切削性能。在本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例中，碟形磨粒的體積縱橫比可為大于約1. 15、或大于約1. 50、或大于約2. 0，或介于約1. 15 至約10. 0之間、或介于約1. 20至約5. 0之間、或介于約1. 30至約3. 0之間。根據(jù)本發(fā)明制成的碟形磨粒20可摻入到磨料制品中、或以松散的形式使用。磨粒使用前通常按給定的粒度分布進(jìn)行分級。此類分布通常具有從粗粒到細(xì)粒的一定范圍的粒度。在磨料領(lǐng)域中，此范圍有時(shí)是指“粗”、“對照”和“細(xì)”的級分。根據(jù)磨料行業(yè)公認(rèn)的分級標(biāo)準(zhǔn)分級的磨粒將每一個(gè)標(biāo)稱等級的粒度分布規(guī)定在數(shù)值范圍內(nèi)。此類行業(yè)公認(rèn)的分級標(biāo)準(zhǔn)(即磨料行業(yè)規(guī)定的標(biāo)稱等級)包括如下已知標(biāo)準(zhǔn)美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ANSI)的標(biāo)準(zhǔn)、歐洲研磨產(chǎn)品制造商聯(lián)合會(FEPA)的標(biāo)準(zhǔn)以及日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)的標(biāo)準(zhǔn)。ANSI等級標(biāo)號(即規(guī)定的標(biāo)稱等級)包括=ANSI 4、ANSI 6、ANSI 8、ANSI 16、 ANSI 24、ANSI 36、ANSI 40、ANSI 50、ANSI 60、ANSI 80、ANSI 100、ANSI 120、ANSI 150、 ANSI 180、ANSI 220、ANSI 240、ANSI 280、ANSI 320、ANSI 360、ANSI 400、和 ANSI 600。 FEPA 等級標(biāo)號包括P8、P12、P16、P24、P36、P40、P50、P60、P80、P100、P120、P150、P180、 P220、P320、P400、P500、P600、P800、P1000、和 P1200。JIS 等級標(biāo)號包括JIS8、JIS12、 JIS16、JIS24、JIS36、JIS46、JIS54、JIS60、JIS80、JIS100、JIS150、JIS180、JIS220、JIS240、 JIS280、JIS320、JIS360、JIS400、JIS600、JIS800、JIS1000、JIS1500、JIS2500、JIS4000、 JIS6000、JIS8000、和 JIS10, 000?；蛘?，可采用符合ASTM E-Il "Standard Specification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes”(試驗(yàn)用金屬絲布和篩的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范)的美國標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)篩將碟形磨粒20按照標(biāo)稱篩分等級進(jìn)行分級。ASTM E-Il規(guī)定了對采用金屬絲編織網(wǎng)介質(zhì)的試驗(yàn)篩的設(shè)計(jì)和構(gòu)造的要求，該金屬絲編織網(wǎng)安裝在機(jī)架中，以用于按照指定的粒度對材料進(jìn)行分級。典型標(biāo)號可以表示為-18+20，其意指碟形磨粒20可通過符合ASTM E-Il規(guī)范的 18目試驗(yàn)篩，并且保留在符合ASTM E-Il規(guī)范的20目試驗(yàn)篩上。在一個(gè)實(shí)施例中，碟形磨粒20具有這樣的粒度使得大多數(shù)該磨?？赏ㄟ^18目試驗(yàn)篩并且可保留在20目、25目、 30目、35目、40目、45目或50目試驗(yàn)篩上。在本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例中，碟形磨粒20可具有的標(biāo)稱篩選等級包括-18+20、-20+25、-25+30、-30+35、-35+40、-40+45、-45+50、-50+60、-6 0+70、-70+80、-80+100、-100+120、-120+140、-140+170、-170+200、-200+230、-230+270、-270+325 、-325+400、-400+450、-450+500、或-500+635。在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了具有磨料行業(yè)規(guī)定的標(biāo)稱等級或標(biāo)稱篩選等級的多個(gè)磨粒，其中多個(gè)磨粒的至少一部分為碟形磨粒20。在另一方面，本發(fā)明提供了一種方法，該方法包括對根據(jù)本發(fā)明制成的碟形磨粒20進(jìn)行分級，從而得到具有磨料行業(yè)規(guī)定的標(biāo)稱等級或標(biāo)稱篩選等級的多個(gè)碟形磨粒20。
如果需要，可將具有磨料行業(yè)規(guī)定的標(biāo)稱等級或標(biāo)稱篩分等級的碟形磨粒20與其它已知的磨粒或非磨粒混合。在一些實(shí)施例中，基于多個(gè)磨粒的總重量，至少5重量％、 10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50 重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％、95重量％、或甚至100重量％的具有磨料行業(yè)規(guī)定的標(biāo)稱等級或標(biāo)稱篩分等級的多個(gè)磨粒為根據(jù)本發(fā)明制成的碟形磨粒20。適用于與碟形磨粒20混合的磨粒包括常規(guī)磨粒、稀釋劑磨粒或可侵蝕的聚集體， 例如美國專利No. 4，799，939和No. 5，078，753中所述的那些。常規(guī)磨粒的代表性實(shí)例包括熔融氧化鋁、碳化硅、石榴石、熔融氧化鋁-氧化鋯、立方氮化硼、金剛石等等。稀釋劑磨粒的代表性實(shí)例包括大理石、石膏、和玻璃。例如，不同形狀碟形磨粒20 (例如三角形或正方形)的共混物或帶凹形面和凹面的碟形磨粒20的共混物均可用于本發(fā)明的制品中。碟形磨粒20也可以具有表面涂層。已知表面涂層可以提高介于磨粒與磨料制品中的粘結(jié)劑之間的粘附力，或可有助于碟形磨粒20的靜電沉積。此類表面涂層在美國專利 No. 5，213，591、No. 5，011，508、No. 1，910，444、No. 3，041，156、No. 5，009，675、 No. 5,085,67UNo. 4, 997,461以及No. 5，042，991中有所描述。另外，表面涂層可以防止碟形磨粒被封堵?！胺舛隆边@一術(shù)語用來描述來自正在研磨的工件的金屬磨粒被焊接到磨粒頂部的現(xiàn)象。發(fā)揮上述功能的表面涂層對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是已知的。具有碟形磨粒的磨料制品參見圖IC和圖3C，涂附磨料制品40具有背襯42，該背襯具有第一層粘結(jié)劑(以下簡稱底膠層44)涂覆在背襯42的第一主表面41上。多個(gè)碟形磨粒20附接或部分嵌入底膠層44中，從而形成磨料層。在碟形磨粒20上方為第二層粘結(jié)劑(以下簡稱復(fù)膠層46)。 底膠層44的目的在于將碟形磨粒20固定到背襯42，而復(fù)膠層46的目的在于強(qiáng)化碟形磨粒 20。底膠層44和復(fù)膠層46包含樹脂粘合劑。底膠層44的樹脂粘合劑可與復(fù)膠層46 的樹脂粘合劑相同或不同。適用于這些涂層的樹脂粘合劑的實(shí)例包括酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、 脲醛樹脂、丙烯酸酯樹脂、氨基塑料樹脂、三聚氰胺樹脂、丙烯酸改性環(huán)氧樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂以及它們的組合。除樹脂粘合劑之外，底膠層44或復(fù)膠層46或這兩者還可以包含本領(lǐng)域已知的添加劑，例如為填料、助磨劑、潤濕劑、表面活性劑、染料、顏料、偶聯(lián)劑、粘合促進(jìn)劑、以及它們的組合。填料的實(shí)例包括碳酸鈣、二氧化硅、滑石、粘土、偏硅酸鈣、白云石、 硫酸鋁以及它們的組合。助磨劑可涂覆到涂附磨料制品。助磨劑被定義為顆粒物質(zhì)，該顆粒物質(zhì)的加入顯著地影響研磨的化學(xué)過程和物理過程，從而導(dǎo)致性能的提高。助磨劑涵蓋各種各樣不同的材料，并且可為無機(jī)材料或有機(jī)材料。助磨劑化學(xué)基團(tuán)的實(shí)例包括蠟、有機(jī)商化化合物、鹵化物鹽、金屬以及它們的合金。有機(jī)鹵化化合物通常在研磨過程中分解，并釋放氫鹵酸或氣態(tài)鹵化物。此類材料的實(shí)例包括氯化蠟，例如四氯萘、五氯萘；和聚氯乙烯。鹵化物鹽的實(shí)例包括氯化鈉、鉀冰晶石、鈉冰晶石、銨冰晶石、四氟硼酸鉀、四氟硼酸鈉、氟化硅、氯化鉀、 氯化鎂。金屬的實(shí)例包括錫、鉛、鉍、鈷、銻、鎘、鐵、和鈦。其它助磨劑包括硫、有機(jī)硫化合物、石墨、和金屬硫化物。本發(fā)明還涵蓋使用不同助磨劑的組合；在某些情況下，這可產(chǎn)生協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，助磨劑為冰晶石或四氟硼酸鉀?？蓪Υ祟愄砑觿┑牧窟M(jìn)行調(diào)整，以賦予所需性質(zhì)。本發(fā)明還涵蓋頂膠涂層的使用。頂膠涂層通常包含粘結(jié)劑和助磨劑。粘結(jié)劑可由如下材料形成酚醛樹脂、丙烯酸酯樹脂、環(huán)氧樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂、以及它們的組合。本發(fā)明還涵蓋的碟形磨粒20可用于粘結(jié)磨料制品、非織造磨料制品或磨刷。粘結(jié)磨料可包括通過粘結(jié)劑粘結(jié)在一起以形成成形團(tuán)塊的多個(gè)碟形磨粒20。用于粘結(jié)磨料的粘結(jié)劑可為金屬粘結(jié)劑、有機(jī)粘結(jié)劑或玻璃質(zhì)粘結(jié)劑。非織造磨料包括通過有機(jī)粘結(jié)劑粘結(jié)入纖維質(zhì)非織造網(wǎng)中的多個(gè)碟形磨粒20。碟形磨粒的制備方法第一步工序涉及提供有晶種或無晶種的磨料分散體中的任一者，該分散體能轉(zhuǎn)化為α-氧化鋁。α-氧化鋁前體組合物通常包括揮發(fā)性組分的液體。在一個(gè)實(shí)施例中，該揮發(fā)性組分為水。磨料分散體應(yīng)當(dāng)包含足量的液體，以使磨料分散體的粘度足夠低，以允許能夠填充模具腔體并復(fù)制模具表面，但液體量不能太多，以致后續(xù)從模具腔體移除液體的成本過高。在一個(gè)實(shí)施例中，磨料分散體包含2重量％至90重量％的能轉(zhuǎn)化為α-氧化鋁的磨粒(例如α -氧化鋁一水合物(水軟鋁石)的磨粒)以及至少10重量％、或50重量％ 至70重量％、或50重量％至60重量％的揮發(fā)性組分(例如水)。反之，一些實(shí)施例中的磨料分散體包含30重量％至50重量％、或40重量％至50重量％的固體。也可使用除水軟鋁石之外的氧化鋁水合物。水軟鋁石可通過已知的技術(shù)來制備或可商購獲得。市售水軟鋁石的實(shí)例包括均可得自&isol North America, Inc.的商標(biāo)為 “DISPERAL”和“DISPAL”的產(chǎn)品、或得自BASF Corporation的商標(biāo)為“HI-Q40”的產(chǎn)品。這些氧化鋁一水合物相對較純，即它們除一水合物外只包括相對較少的(如果有的話)水合物相，并且具有高表面積。所得碟形磨粒20的物理性質(zhì)以及所得磨粒的尺寸將大致取決于磨料分散體中所用材料的類型。在一個(gè)實(shí)施例中，磨料分散體為凝膠態(tài)。如本文所用，“凝膠”為分散在液體中的固體三維網(wǎng)。磨料分散體可以包含改性添加劑或改性添加劑前體。改性添加劑的作用在于提高磨粒的某些所需性質(zhì)、或提高后續(xù)燒結(jié)步驟的效率。改性添加劑或改性添加劑前體可為可溶性鹽的形式，通常為水溶性鹽。它們通常由含金屬化合物構(gòu)成，并且可為鎂、鋅、鐵、 硅、鈷、鎳、鋯、鉿、鉻、釔、鐠、釤、鐿、釹、鑭、釓、鈰、鏑、鉺、鈦的氧化物的前體、以及它們的混合物?？纱嬖谟谀チ戏稚Ⅲw中的這些添加劑的具體濃度可根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員的要求而變。通常，引入改性添加劑或改性添加劑前體將引起磨料分散體膠凝。通過加熱一段時(shí)間也可誘發(fā)磨料分散體膠凝。磨料分散體也可包含成核劑，以促進(jìn)水合氧化鋁或煅燒氧化鋁向α -氧化鋁的轉(zhuǎn)化。適用于本發(fā)明的成核劑包括α-氧化鋁、α-氧化鐵或其前體、二氧化鈦和鈦酸鹽、氧化鉻等的細(xì)粒、或使轉(zhuǎn)化成核的任何其它物質(zhì)。如果使用的話，則成核劑的量應(yīng)當(dāng)足夠多， 以對α-氧化鋁進(jìn)行轉(zhuǎn)化。使此類磨料分散體成核的步驟在授予^Awabel的美國專利 No. 4，744，802中有所公開?？蓪⒛z溶劑加到磨料分散體中，以生成更穩(wěn)定的水溶膠或膠態(tài)的磨料分散體。合適的膠溶劑為單質(zhì)子酸或酸性化合物，例如乙酸、鹽酸、甲酸和硝酸。也可使用多質(zhì)子酸，但其可使磨料分散體迅速膠凝，從而使其不易處理并且難以向其中引入額外組分。某些商業(yè)來源的水軟鋁石具有有助于形成穩(wěn)定磨料分散體的酸滴定度(例如吸收的甲酸或硝酸)。
可通過任何合適的方式形成磨料分散體，例如為簡單地將氧化鋁一水合物與包含膠溶劑的水混合的方式，或通過形成氧化鋁一水合物漿液，再向其中加入膠溶劑的方式?？杉尤胂輨┗蚱渌线m的化學(xué)品，以減小混合時(shí)形成氣泡或夾帶空氣的趨勢。如果需要，可加入其它化學(xué)品，例如潤濕劑、醇類、或偶聯(lián)劑。α-氧化鋁磨?？梢园趸韬脱趸F，如1997年7月8日授予Erickson等人的美國專利No. 5，645，619中所公開。α -氧化鋁磨粒可以包含氧化鋯，如1996年9月3日授予Larmie的美國專利No. 5，551，963中所公開。或者，α-氧化鋁磨?？删哂形⒔Y(jié)構(gòu)或添加劑，如2001年8月21日授予Castro的美國專利No. 6，277，161中所公開。第二步工序涉及提供具有至少一個(gè)模具腔體31、優(yōu)選具有多個(gè)腔體的模具33。該模具可具有大致平坦的底面以及多個(gè)模具腔體。該多個(gè)腔體在生產(chǎn)工具中形成。該生產(chǎn)工具可為帶狀物、片狀物、連續(xù)纖維網(wǎng)、涂布輥(例如輪轉(zhuǎn)凹版輥)、安裝在涂布輥上的套管、 或模具。該生產(chǎn)工具包含聚合物材料。適合的聚合物材料的實(shí)例包括熱塑性材料，例如聚酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氨酯、聚氯乙烯、聚烯烴、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯或它們的組合、和熱固性材料。在一個(gè)實(shí)施例中，整個(gè)模具由聚合物材料或熱塑性材料制成。在另一個(gè)實(shí)施例中，在干燥時(shí)接觸溶膠-凝膠的模具表面(例如多個(gè)腔體的表面)包含聚合物材料或熱塑性材料，并且該模具的其它部分可由其它材料制成。以舉例的方式，合適的聚合物涂層可以涂覆到金屬模具，以改變其表面張力性質(zhì)。聚合物型工具可從金屬母模復(fù)制而成。母模將具有生產(chǎn)工具所需的反轉(zhuǎn)圖案。母?？砂凑张c生產(chǎn)工具相同的方式制成。在一個(gè)實(shí)施例中，母模由金屬(如鎳)制成，并且經(jīng)金剛石車削?？蓪⒕酆衔锲瑺畈牧匣驘崴苄云瑺畈牧线B同母模一起加熱，使得通過將兩者壓在一起來將母模的圖案壓印到該聚合物材料或熱塑性材料。也可以將聚合物或熱塑性塑料材料擠出或澆注到母模上，然后對其進(jìn)行壓制。將熱塑性材料冷卻，以硬化并制備生產(chǎn)工具。如果利用熱塑性生產(chǎn)工具，則應(yīng)當(dāng)注意不要產(chǎn)生過多熱量，這些熱量可能使熱塑性生產(chǎn)工具變形，從而限制其壽命。關(guān)于生產(chǎn)模具或母模的設(shè)計(jì)和制造的更多信息可見于以下美國專禾Ij 5, 152，917 (Pieper 等人)、5，435, 816 (Spurgeon 等人)、5，672，097 (Hoopman 等人)、5，946，991 (Hoopman 等人)、5，975，987 (Hoopman 等人)和 6，129，540 (Hoopman 等人)。從模具頂面或底面內(nèi)的開口均可進(jìn)入腔體。在某些情況下，腔體可延續(xù)模具的整個(gè)厚度。或者，腔體可僅延續(xù)模具厚度的一部分。在一個(gè)實(shí)施例中，模具的頂面基本上平行于底面，其中腔體具有基本上均一的深度。模具的至少一側(cè)，即形成腔體的一側(cè)在移除揮發(fā)性組分的步驟中可一直為暴露于圍繞的大氣環(huán)境。腔體具有規(guī)定的三維形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)從頂部觀察時(shí)，腔體的形狀可描述為三角形，其具有傾斜側(cè)壁，使得腔體的底面略小于頂面內(nèi)的開口。據(jù)信，傾斜側(cè)壁能夠使磨粒前體更易于從模具移除。在本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例中，預(yù)定角α可為介于約95度至約 130度之間、或介于約95度至約120度之間(例如98度)。在另一個(gè)實(shí)施例中，該模具包括多個(gè)三角形腔體。這些多個(gè)三角形腔體中的每一個(gè)均包括等邊三角形。或者，可使用其它腔體形狀，例如圓形、矩形、正方形、六邊形、星形、或它們的組合，所有形狀均具有大致均一的深度尺寸。深度尺寸為等于從頂面到底面上的最低點(diǎn)的垂直距離。另外，腔體的形狀可為其它幾何形狀的反轉(zhuǎn)，例如為角錐形、截頭角錐形、截球形、 截橢球形、圓錐形、和截頭圓錐形。給定腔體的深度可為均一的或可沿其長度和/或?qū)挾茸兓＝o定模具的腔體的形狀可以相同或不同。第三步工序涉及通過任何常規(guī)技術(shù)來用磨料分散體填充模具中的腔體。在一個(gè)實(shí)施例中，模具的頂面涂覆有磨料分散體。磨料分散體可被泵送到頂面上。接下來，可使用刮刀或矯直棒將磨料分散體完全推入模具的腔體中。未進(jìn)入腔體的剩下的磨料分散體部分可從模具的頂面移除并回收利用。在一些實(shí)施例中，可使用刀輥涂布機(jī)或真空槽模涂布機(jī)。在一些實(shí)施例中，磨料分散體的一小部分可保留在頂面上，而在其它實(shí)施例中，頂面基本上不含分散體。刮刀或矯直棒所施加的壓力通常為小于lOOpsi、或小于50psi、或小于lOpsi。 在一些實(shí)施例中，磨料分散體無暴露表面大幅度延伸超過頂面，以確保所得磨粒厚度的均勾度。在一個(gè)實(shí)施例中，包括側(cè)壁和底面在內(nèi)的腔體內(nèi)表面涂覆有脫模劑。典型的脫模
劑包括(例如)油類(例如花生油、魚油、或礦物油)、有機(jī)硅、聚四氟乙烯、硬脂酸鋅、和石
m
蠻O第四步工序涉及控制模具中的溶膠-凝膠的流變性，以制備不同類型的碟形磨粒。具體地講，本發(fā)明人推測存在或不存在脫模劑會影響所制成的碟形磨粒的類型。當(dāng)不存在脫模劑或僅有少量脫模劑存在于接觸溶膠-凝膠的模具表面上時(shí)，溶膠-凝膠趨于潤濕模具的表面并在第一面M內(nèi)形成彎月面。當(dāng)有較多的脫模劑或過量的脫模劑存在于接觸溶膠-凝膠的模具表面上時(shí)，該成形磨粒前體趨于在干燥過程中從模具底面脫離，從而在碟形磨粒上形成凸凹面。通常，在液體(例如水或酒精)中的介于約0.0重量％至約5 重量％之間的脫模劑(例如花生油)被涂敷到接觸溶膠-凝膠的生產(chǎn)模具表面，使得當(dāng)需要脫模時(shí)，每單位面積模具上存在介于0. Omg/in2至約3. Omg/in2之間、或介于約0. lmg/in2 至約5. Omg/in2之間的脫模劑。第五步工序涉及將多個(gè)碟形磨粒前體從模具腔體移除。通過對模具單獨(dú)使用或結(jié)合使用以下方法可將多個(gè)碟形磨粒前體從腔體移除通過重力、振動、超聲振動、真空或增壓空氣將這些磨粒從模具移除。碟形磨粒前體可在模具的外部進(jìn)一步干燥。如果在模具中將磨料分散體干燥至所需程度，則此額外的干燥步驟并非為必要的步驟。然而，在某些情況下采用此額外的干燥步驟來使磨料分散體在模具中的停留時(shí)間減至最小可能是經(jīng)濟(jì)的。通常將碟形磨粒前體在 50°C至160°C、或120°C至150°C的溫度下干燥10分鐘至480分鐘、或120分鐘至400分鐘。第六步工序涉及煅燒多個(gè)碟形磨粒前體。在鍛燒期間，大致所有的揮發(fā)性物質(zhì)都被移除，并且存在于磨料分散體中的各種組分均轉(zhuǎn)化成金屬氧化物。通常將碟形磨粒前體從400°C加熱至800°C的溫度，并且保持在此溫度范圍內(nèi)，直到移除游離水和90重量％以上的任何所結(jié)合的揮發(fā)性物質(zhì)為止。在任選步驟中，可能需要用浸漬法引入改性添加劑。水溶性鹽可通過注入引入煅燒過的碟形磨粒前體的孔中。然后再次預(yù)燒多個(gè)碟形磨粒前體。 此選項(xiàng)在歐洲專利申請No. 293, 163中有進(jìn)一步的描述。第七步工序涉及燒結(jié)煅燒過的多個(gè)碟形磨粒前體。在燒結(jié)之前，煅燒過的碟形磨粒前體并未完全致密化，因而缺少用作磨粒時(shí)所需的硬度。燒結(jié)按以下步驟進(jìn)行將煅燒過的碟形磨粒前體加熱至1，000°C至l，650°c的溫度，并且保持在此溫度范圍內(nèi)，直到大致所有的α-氧化鋁一水合物(或等同物質(zhì))均轉(zhuǎn)化為α-氧化鋁，并且孔隙度減小到小于15 體積％為止。為了實(shí)現(xiàn)此轉(zhuǎn)化程度，煅燒過的碟形磨粒前體在燒結(jié)溫度下必須暴露的時(shí)間長度取決于多種因素，但通常為5秒至48小時(shí)。在另一個(gè)實(shí)施例中，燒結(jié)步驟的持續(xù)時(shí)間為在1分鐘到90分鐘的范圍內(nèi)。燒結(jié)后，碟形磨粒的維氏硬度可為10GPa、16GPa、18GPa、 20GPa、或更大?？刹捎闷渌襟E來修改所述方法，例如將材料從鍛燒溫度迅速加熱到燒結(jié)溫度， 將磨料分散體離心以移除淤渣、廢料等。此外，如果需要，可通過合并兩個(gè)或更多個(gè)工序來對本方法進(jìn)行修改?？捎脕硇薷谋景l(fā)明方法的常規(guī)工序在授予Leitheiser的美國專利 No. 4，314，827中有更完全的描述。關(guān)于制備成形磨粒的更多信息在提交于2008年12月 17 H "Method Of Making Abrasive Shards, Shaped Abrasive Particles With An Opening, Or Dish-Shaped Abrasive Particles”(制備磨料碎片、帶開口的成形磨?；虻文チ５姆椒?的共同待審的美國專利申請No. 12/337，001(代理人檔案號63512US002) 中有所公開。^M本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)通過下面的非限制性實(shí)例進(jìn)一步說明。這些實(shí)例中所提到的具體材料及其量，以及其它條件和細(xì)節(jié)，均不應(yīng)被解釋為對本發(fā)明的不當(dāng)限制。除非另外指明，否則實(shí)例以及說明書其余部分中的所有份數(shù)、百分?jǐn)?shù)、比例等均按重量計(jì)。制各平面/凹面成形磨粒前體(S 2A-2C、圖7)使用下列方法制備水軟鋁石溶膠-凝膠的樣品將商品名為“DISPERAL”的氧化鋁一水合物粉末(7333份)通過高剪切混合方式在包含水(11000份)和70%硝酸水溶液 (293份)的溶液中分散10分鐘。使所得溶膠-凝膠在涂覆前老化1小時(shí)。迫使溶膠-凝膠進(jìn)入具有三角形形狀模具腔體的生產(chǎn)模具中，該模具腔體深度為觀密耳、每一邊長度都為 110密耳。介于模具的側(cè)壁和底部之間的拔模角α為98度。該生產(chǎn)模具被制造成50%的模具腔體具有從腔體底面凸起的8條平行脊，這些脊以90度的角度與三角形的一邊相交， 剩下的腔體具有平滑的底模表面。平行脊的間距為0. 277mm，并且脊的橫截面為三角形，該三角形的高為0. 0127mm、在頂點(diǎn)處每一條脊的邊之間的角度為45度，如上述提到的待審的專利申請(代理人檔案號64792US0(^)中所述。使用真空槽模涂布工位迫使溶膠-凝膠進(jìn)入腔體中，從而使生產(chǎn)模具的所有開口都被完全填充。使溶膠-凝膠涂覆的生產(chǎn)模具以10 英尺/分鐘的速度穿過27英尺的空氣對流烘箱，空氣流速為40%時(shí)，13. 5英尺區(qū)域1部分中的溫度設(shè)置為300華氏度，空氣流速為40 %時(shí)，13. 5英尺區(qū)域2部分中的溫度設(shè)置為325 華氏度。通過使成形磨粒前體在超聲波焊頭的上方通過來將其從生產(chǎn)模具移除。制備凹面/凸面成形磨粒前體(圖4、圖8)使用下列方法制備水軟鋁石溶膠-凝膠的樣品將商品名為“DISPERAL”的氧化鋁一水合物粉末(4擬4份)通過高剪切混合方式在包含水(7087份)和70%硝酸水溶液Q12 份)的溶液中分散13分鐘。使所得溶膠-凝膠在涂覆前老化1小時(shí)。迫使溶膠-凝膠進(jìn)入具有三角形形狀模具腔體的生產(chǎn)模具中，該模具腔體深度為觀密耳、每一邊長度都為110 密耳。介于模具的側(cè)壁和底部之間的拔模角α為98度。該生產(chǎn)模具被制造成50%的模具腔體具有從腔體底面凸起的8條平行脊，這些脊以90度的角度與三角形的一邊相交，剩下的腔體具有平滑的底模表面。平行脊的間距為0. 277mm，并且脊的橫截面為三角形，該三角形的高為0. 0127mm、在頂點(diǎn)處每一條脊的邊之間的角度為45度，如上述提到的待審的專利申請(代理人檔案號64792US002)中所述。使用真空槽模涂布工位迫使溶膠-凝膠進(jìn)入腔體中，從而使生產(chǎn)模具的所有開口都被完全填充。使用脫模劑的花生油水溶液)涂覆生產(chǎn)模具，約有l(wèi)mg/in2的花生油涂覆在生產(chǎn)模具。使溶膠-凝膠涂覆的生產(chǎn)模具以11英尺/分鐘的速度穿過27英尺的空氣對流烘箱，空氣流速為60%時(shí)，13. 5英尺區(qū)域1部分中的溫度設(shè)置為280華氏度，空氣流速為40%時(shí)，13. 5英尺區(qū)域2部分中的溫度設(shè)置為250 華氏度。通過使成形磨粒前體在超聲波焊頭的上方通過來將其從生產(chǎn)模具移除。制備現(xiàn)有技術(shù)的成形磨粒(圖5)現(xiàn)有技術(shù)的成形磨粒根據(jù)授予Rowenhorst等人的美國專利5，366，523中所公開的工序進(jìn)行制備。通過下列工序制備磨料分散體(44%固體)將商品名為“DISPERAL”的鋁一水合物粉末(1，235份)以連續(xù)混合方式分散在包含水(3，(^6份)和70%硝酸水溶液 (71份)的溶液中。所得溶膠在連續(xù)式烘干機(jī)中使用大約125°C的溫度進(jìn)行干燥，得到44% 固體的磨料分散體。使用橡皮掃帚將磨料分散體導(dǎo)入三角形模具腔體中。在導(dǎo)入磨料分散體之前，使用有機(jī)硅防粘材料涂覆腔體。該模具為包含多個(gè)等邊三角形孔洞的鋁片，這些孔洞穿過該鋁片。三角形孔洞的尺寸為深度為觀密耳、每一邊長度都為110密耳。將填充后的模具置于設(shè)為71°C的鼓風(fēng)烘箱中保持20分鐘。磨粒分散體在其干燥過程中經(jīng)歷大幅收縮，成形磨粒前體在腔體內(nèi)收縮。在成形磨粒前體于121°C下干燥三小時(shí)后，通過重力將成形磨粒前體從模具移除。將所有三個(gè)成形磨粒前體在大約650°C下煅燒，然后用以下濃度(記錄為氧化物) 的混合硝酸鹽溶液來飽和MgO、Y203> Nd2O3和Lei2O3中的每一個(gè)的濃度都為1. 8%。移除過量的硝酸鹽，干燥飽和的成形磨粒前體，然后將該成形磨粒前體置于650°C下再次煅燒，并且在大約1400°C下燒結(jié)，以制備成形磨粒。煅燒和燒結(jié)均使用管式回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行。所用的第四批為可得自3M公司(St. Paul，MN)的粗等級CUBITRON Abrasive Grain 321 (CUBITRON 磨粒 321)。四批磨粒以-18+20目(美國標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)篩)進(jìn)行尺寸分級，以移除所有碎片或形狀破損的磨粒。每一批磨粒均與按重量計(jì)相同量的-25+30目(美國標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)篩)的碳酸鈣粒子進(jìn)行混合。-25+30標(biāo)號是指可通過25目篩網(wǎng)而在30目篩網(wǎng)上保留下來的粒度。四批磨粒隨后涂覆到纖維盤背襯上，使磨粒/碳酸鈣混合物的每個(gè)盤上涂覆有18克磨粒，該混合物盤使用碳酸鈣填充的底膠層、冰晶石填充的復(fù)膠層以及硼氟化鉀(KBF4)填充的頂膠層。 所制備的四批磨粒包括1.平面/凹面三角形，圖2A-2C、圖72.凹面/凸面三角形，圖4、圖83.現(xiàn)有技術(shù)的成形磨料三角形，圖54. CUBITRON Abrasive Grain 321 (CUBITRON 磨粒 321)(隨機(jī)壓碎)采用滑動磨削試驗(yàn)評價(jià)磨盤對304不銹鋼工件的磨削性能，其中靠著磨盤在工件上使用18磅的荷載力?；瑒幽ハ鳒y試設(shè)計(jì)用于測量涂覆磨盤的切削速率。每一個(gè)磨盤都用于磨削面積為1. 25cmX 18cm的304不銹鋼工件表面。所用研磨機(jī)是恒定荷載盤式研磨機(jī)。 介于工件與磨盤之間的恒定荷載由荷載彈簧提供。用于研磨機(jī)的支撐片為鋁支撐片，其傾斜大約7度，從邊緣朝中心延伸3. 5cm。通過鎖緊螺母將磨盤固定到該鋁片，并以5，OOOrpm 驅(qū)動。記錄每隔一分鐘移除的金屬的克數(shù)。參見圖9，碟形磨粒20的性能顯著優(yōu)于授予Rowenhorst等人的美國專利No. 5，366，523中所公開的現(xiàn)有技術(shù)的三角形成形磨粒，該現(xiàn)有技術(shù)的三角形成形磨粒具有兩個(gè)平行平坦表面(圖幻或隨機(jī)壓碎的磨粒。具體地講，碟形磨粒的初始切削速率為現(xiàn)有技術(shù)的成形磨粒的將近兩倍，這是對磨盤的巨大改進(jìn)。此外，在整個(gè)測試過程中，碟形磨粒相比現(xiàn)有技術(shù)的成形磨粒能夠維持更高的切削速率。 在不脫離所附權(quán)利要求書中更具體地示出的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以實(shí)踐本發(fā)明的其它修改形式和變型形式。應(yīng)當(dāng)理解，多種實(shí)施例的方面可以整體地或部分地與多種實(shí)施例的其它方面互換或結(jié)合。以上獲得專利證書的專利申請中所有引用的參考文獻(xiàn)、專利或?qū)＠暾埖娜陌凑找恢碌姆绞揭砸梅绞饺牟⑷氡疚闹?。在介于并入的參考文獻(xiàn)部分與本專利申請之間存在不一致或矛盾的情況下，應(yīng)以前述具體實(shí)施方式
中的信息為準(zhǔn)。為了使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠?qū)嵺`受權(quán)利要求書保護(hù)的本發(fā)明而給定的前述具體實(shí)施方式
不應(yīng)理解為是對本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書及其所有等同形式所限定。
權(quán)利要求
1.一種磨粒，包括碟形磨粒，所述碟形磨粒各自具有側(cè)壁，所述碟形磨粒中的每一粒都包含α -氧化鋁，并且具有第一面和第二面，所述第一面和所述第二面被不同厚度T分隔；其中所述第一面為凹形的，并且所述碟形磨粒的厚度比Tc/Ti為介于1. 25至5. 00之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨粒，其中所述第二面大致為平面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磨粒，其中所述第一面包括大致平坦的中心部分和多個(gè)凸起的角。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磨粒，其中所述第一面為凹面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求2、權(quán)利要求3、或權(quán)利要求4所述的磨粒，包括拔模角α， 所述拔模角α介于所述第二面和所述側(cè)壁之間，并且其中所述拔模角α為介于約95度至約130度之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求2、權(quán)利要求3、或權(quán)利要求4所述的磨粒，包括拔模角α， 所述拔模角α介于所述第二面和所述側(cè)壁之間，并且其中所述拔模角α為介于約95度至約110度之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求2、權(quán)利要求3、或權(quán)利要求4所述的磨粒，包括所述第一面的周邊和所述第二面的周邊，并且其中所述周邊具有三角形形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磨粒，其中所述三角形包括等邊三角形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨粒，包括通過圖象分析與所述第一面曲線擬合的球體的半徑，并且其中所述半徑為介于約Imm至約25mm之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磨粒，其中通過圖象分析與所述第一面曲線擬合的所述球體的半徑為介于約Imm至約14mm之間。
11.一種磨粒，包括碟形磨粒，所述碟形磨粒各自具有側(cè)壁，所述碟形磨粒中的每一粒都包含α -氧化鋁并且具有第一面和第二面，所述第一面和所述第二面被厚度T分隔，并且其中所述第一面為凸面，而所述第二面為凹面。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的磨粒，包括通過圖象分析與所述第二面曲線擬合的球體的半徑，并且其中所述半徑為介于約Imm至約25mm之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的磨粒，包括所述第一面的周邊和所述第二面的周邊，并且其中所述周邊具有三角形形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的磨粒，其中所述三角形包括等邊三角形。
15.一種磨粒，包括碟形磨粒，所述碟形磨粒各自具有側(cè)壁，所述碟形磨粒中的每一粒都包含α -氧化鋁，并且具有第一面和第二面，所述第一面和所述第二面被不同厚度T分隔，并且其中所述第一面為凹形的，所述第二面亦為凹形的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的磨粒，其中所述第一面為凹面，所述第二面亦為凹面。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的磨粒，其中所述第一面包括大致平坦的中心部分和多個(gè)凸起的角，并且所述第二面亦包括大致平坦的中心部分和多個(gè)凸起的角。
18.根據(jù)權(quán)利要求15、權(quán)利要求16、或權(quán)利要求17所述的磨粒，包括所述第一面的周邊和所述第二面的周邊，并且其中所述周邊包括三角形形狀。
19.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求11、或權(quán)利要求15所述的磨粒，包括粘結(jié)劑而形成磨料制品，所述磨料制品選自粘結(jié)磨料制品、涂覆磨料制品、非織造磨料制品、和磨刷。
20.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求11、或權(quán)利要求15所述的磨粒，包括底膠層，所述底膠層在背襯的第一主表面上，并且大部分所述碟形磨粒通過所述側(cè)壁粘附到所述底膠層，所述碟形磨粒形成磨料層，所述磨料層涂覆有復(fù)膠層，并且其中所述磨料層含有至少5重量％ 的所述碟形磨粒。
21.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求11、或權(quán)利要求15所述的磨粒的方法，包括 提供模具，所述模具具有多個(gè)腔體，所述多個(gè)腔體包括聚合物表面；用溶膠-凝膠填充所述多個(gè)腔體，所述溶膠-凝膠包含顆粒，所述顆粒在液體中能轉(zhuǎn)化為α -氧化鋁，所述液體包含揮發(fā)性組分；以及當(dāng)所述溶膠-凝膠駐留在所述多個(gè)腔體中時(shí)，將所述揮發(fā)性組分的至少一部分從所述溶膠-凝膠移除，從而形成多個(gè)碟形磨粒前體。
全文摘要
本發(fā)明公開了磨粒，所述磨粒包括碟形磨粒，所述碟形磨粒各自具有側(cè)壁；所述成形磨粒中的每一粒都包含α-氧化鋁，并且具有第一面和第二面，所述第一面和所述第二面被厚度t分隔；并且其中所述第一面或所述第二面為凹形的或者為凹面。
文檔編號C09K3/14GK102282230SQ200980154895
公開日2011年12月14日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者尼格斯·B·艾德弗里斯, 德懷特·D·埃里克森, 斯科特·R·卡勒, 約翰·D·哈斯, 約翰·T·博登 申請人:3M創(chuàng)新有限公司