CN102149784A - 包含聚集体的涂覆的磨料产品 - Google Patents

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Abstract

一种涂覆的磨料产品包括一种微粒材料，该微粒材料包含生的、未烧制的磨料聚集体，这些磨料聚集体具有总体上球状的或环形的形状，该聚集体是从一种组合物形成的，该组合物包括磨料砂砾颗粒以及一种纳米颗粒粘合剂。自由的磨料产品、粘合的磨料产品、以及微粒材料亦包含聚集体。

Description

包含聚集体的涂覆的磨料产品
技术领域
本披露总体上是针对磨料微粒材料、结合磨料微粒材料的磨料产品、以及用于机加工工件的方法。
背景技术
总体上磨料产品包含磨料微粒材料或由其形成。可以将这类磨料微粒材料用作自由的磨料(例如以浆料的形式)、或固定的磨料(典型地或者涂覆的磨料或者粘合的磨料物品)。在不同的工业中使用磨料产品通过如精研、研磨、或者抛光来机加工工件。利用磨料物品的机加工跨越了从光学工业、汽车补漆工业、牙科应用、到金属制造工业的广阔工业范围。在家庭应用中通常地也由用户完成机加工(例如通过手或通过使用通常地可获得的工具，例如轨道抛光机(无轨的和固定轴的两者)、以及皮带和振动砂磨机)。在这些例子中的每一个之中，使用磨料来去除大块材料和/或影响产品的表面特性(例如，平面性，表面粗糙度)。
表面特性包括光泽、质地以及均匀性。例如，金属部件的制造商们使用磨料物品来对表面进行精细抛光，并且时常希望有一个均匀的光滑表面。类似地，光学器件制造商们希望生产无缺陷的表面以防止光的衍射和散射的磨料物品。因此，磨料物品的磨料表面通常影响表面品质。
磨料物品的形成(例如通过化学合成途径或通过本体材料加工途径(例如熔化和粉碎))被认为是一个已被开发的相当好的并且成熟的技术领域。因此，相当多的开发资源已经致力于宏观结构的开发，例如在涂覆的磨料的背景中设计的磨料产品的开发并且特别是在粘合磨料的背景中三维结构和配制品的开发。尽管不断地开发，在用于改进的微粒材料的领域继续存在一种需要。
微粒材料包括基本上单相无机物质，例如氧化铝、碳化硅、硅石、二氧化铈、以及更硬的、高性能超级磨料晶粒，例如立方氮化硼以及金刚石。通过开发复合材料微粒材料已经实现了增强的以及甚至更复杂的磨料特性。这类物质包括形成的聚集体，这些聚集体可以通过淤浆加工途径来形成，该途径包括通过挥发或蒸发去除液体载体，留下生的聚集体，随后进行高温处理(例如，烧制)从而形成可用的、烧制的聚集体。
已经在多种磨料产品配置中找到这类复合聚集体的商业用途。然而，工业继续要求甚至更进一步的改进的微粒材料，并且特别是可以提供增强的机加工性能的复合聚集体。
发明的披露
根据一个实施方案，一种涂覆的磨料产品包括一种基片和粘合到其上的微粒材料，该微粒材料包含生的、未烧制的磨料聚集体，这些磨料聚集体具有总体上球状的或环形的形状，该聚集体是从一种组合物形成的，该组合物包括磨料砂砾颗粒，一种纳米颗粒粘合剂。
根据另一个实施方案，一种磨料浆料包括在悬浮液中提供的生的、未烧制的磨料聚集体，该聚集体具有一种总体上球状或环形的形状，该聚集体包括一种磨料砂砾颗粒以及一种纳米颗粒粘合剂。
根据另一个实施方案，处于一种粘合的磨料的形式的一种固定的磨料包括生的、未烧制的磨料聚集体，使用一种聚集体之间的粘合剂将该聚集体固定在相对于彼此的位置中，该聚集体具有一个总体上球状的或环形的形状，该聚集体包括一种磨料砂砾颗粒以及一种纳米颗粒粘合剂。
根据另一个实施方案，用于形成磨料微粒材料的一种方法包括形成一种包括一种液体载体、磨料砂砾颗粒以及一种纳米颗粒粘合剂的浆料；并且将该浆料进行喷雾干燥以形成包含这些磨料砂砾颗粒以及该纳米颗粒粘合剂的生的、未烧制的聚集体。此外，将这些聚集体进行分类以用于磨料产品中。
根据另一个实施方案，用于机加工工件的一种方法包括提供一个具有初始表面粗糙度Rai的工件，用一个单个的磨料产品研磨该工件以从该工件中去除物质，由此该工具具有最终表面粗糙度Raf，并且Raf不大于0.2Rai。
附图简要说明
通过参见附图可以更好地理解本披露，并且使其许多特征和优点对于本领域的普通技术人员变得清楚。
根据本披露的一个实施方案图1-3是用扫描电镜拍摄的显微照片，显示了磨料聚集体，这些磨料聚集体包括在基片上的涂层中与硅石纳米颗粒结合的金刚石砂砾。
根据本披露的另一个实施方案图4-6是用扫描电镜拍摄的显微照片，显示了磨料聚集体，这些磨料聚集体包括在基片上的涂层中与硅石纳米颗粒结合的碳化硅砂砾。
图7表示根据多个实施方案的实例的热重量分析(TGA)的结果。
根据一个实施方案，图8显示了后合成热处理的含金刚石的聚集体的结果。
图9-16显示了根据不同的配方或加工参数形成的不同的聚集体。
图17和18包括使用多孔的基片材料的磨料产品的放大的图像。
在不同的图中使用相同的参考符号表示相似的或相同的事项。
优选实施方案的说明
根据一个实施方案，提供了磨料聚集体，该聚集体特别适合用于机加工操作，其中进行研磨以去除物质并且改善表面品质。可以通过基于浆料的加工形成磨料聚集体。在此，实施方案可以利用喷雾干燥，其中将含有这些聚集体的组分物质的浆料与一种液体载体(例如水)混合在一起，喷雾成液滴，并且干燥。更详细地说，某些实施方案结合了一种磨料砂砾(该磨料砂砾可以是处于微颗粒的形式)、一种粘合剂(该粘合剂可以是处于纳米颗粒的形式)、以及一种液体载体(该液体载体可以是水以易于处理和加工)。不同的实施方案在该浆料中进一步包括一种增塑剂(也称为分散剂)以促进该磨料砂轮分散于如此形成的、喷雾干燥的聚集体中。
如在此使用的，术语“微颗粒”可以用于指具有平均粒度从约0.1微米至约50微米的颗粒，优选地不少于0.2微米、0.5微米、或0.75微米，并且不大于约20微米，例如不大于10微米。具体的实施方案具有从约0.5微米至约10微米的平均粒度。
如在此使用的，术语“纳米颗粒”可以用于指具有平均粒度从约5nm至约150nm的颗粒，典型地小于约100nm、80nm、60nm、50nm、或小于约40nm。纳米颗粒的典型的平均粒度位于约20nm至约50nm的范围内。
如在此使用的，术语“聚集体”可以用于指由多个较小的颗粒制成的颗粒，这些较小的颗粒以这样一种方式进行结合，即通过施加压力或搅拌相对很难将该聚集体颗粒分离或分解成更小的颗粒。与在此使用的术语“团聚体”大不相同，这种团聚体是指由多个较小的颗粒制成的颗粒，这些较小的颗粒以这样一种方式进行结合，即例如通过施加压力或手动搅拌相对容易地将该聚集体颗粒分离或将该颗粒分解回更小的颗粒。根据本实施方案，这些聚集体具有一种复合的结构，该复合结构包括磨料砂砾(该磨料砂砾具有微颗粒范围内的大小)以及一种纳米颗粒粘合剂(该纳米颗粒粘合剂提供聚集体的基质，其中这些磨料砂砾被包埋或被包含)。如将被更详细地描述的，根据多个实施方案的聚集体具有显著的形态，其特征是这些磨料砂砾均匀分布于该纳米颗粒粘合剂中。
显著的结果是，根据多个实施方案的聚集体是处于生的、未烧制的状态。在此，将这些聚集体用作一种磨料产品或用于其中，而没有显著的成形后热处理(例如煅烧、烧结、或再结晶)，这些成形后热处理改变了这些聚集体的微晶尺寸、晶粒大小、密度、拉伸强度、杨氏模量等。通常地在陶瓷加工中进行这类热处理过程以提供可用的产品，但不用在此处。总体上，在超过400℃下执行这类热处理步骤，通常地500℃和以上。的确，对于某些陶瓷种类温度可以容易地范围从800℃至1200℃以及以上。
总体上，这些磨料砂砾颗粒具有大于约3、并且优选地从约3至约10的莫氏硬度。对于具体的应用，这些磨料砂砾颗粒具有不低于5、6、7、8、或9的莫氏硬度。总体上，这些磨料砂砾颗粒被认为是用作这些磨料聚集体中的主要的活性研磨剂或抛光剂。适合的磨料组合物的实例包括非金属的、无机固体，例如碳化物、氧化物、氮化物以及某些含碳的物质。氧化物包括氧化硅(例如，石英、方石英以及玻璃样形式)、二氧化铈、氧化锆、氧化铝。碳化物和氮化物包括但不限于碳化硅、铝、氮化硼(包括立方氮化硼)、碳化钛、氮化钛、氮化硅。含碳物质包括金刚石(它广泛地包括合成的金刚石)、金刚石样的碳以及相关的含碳的物质(例如Fullerite以及聚集体金刚石纳米棒)。物质还可以包括广范围的天然发生的挖掘的矿物，举例来说例如石榴石、方石英、石英、刚玉、长石。本披露的某些实施方案利用金刚石、碳化硅、氧化铝、和/或氧化铈物质，其中金刚石显示是显著有效的。此外，本领域的普通技术人员应当理解的是在本披露的磨料聚集体中可以使用不同的其他的具有所希望的硬度特性的组合物作为磨料砂砾颗粒。此外，根据本披露在某些实施方案中，可以将两种或更多种不同的磨料砂砾颗粒的混合物用于相同的聚集体中。
如从以前的描述中应当理解的，可以将多种多样的磨料砂砾颗粒用于多个实施方案中。如以前所述，立方氮化硼和金刚石被认为是“超级磨料”颗粒，并且已经发现了广泛的商业用途用于专门的机加工操作，包括高度关键的抛光操作。此外，可以对这些磨料砂砾颗粒进行处理从而在结合入聚集体中之前在单独的颗粒上形成一种冶金学涂层。这些超级磨料砂砾特别适合用于涂覆。典型的冶金学涂层包括镍、钛、铜、银及其合金和混合物。
大体上，这些磨料砂砾颗粒的大小位于微颗粒的范围内。应当注意到的是这些磨料砂砾颗粒可以由较小颗粒的磨料聚集体(例如磨料聚集体纳米颗粒)形成，尽管更常见地这些磨料砂砾是由微颗粒范围内的单个的颗粒形成的。例如，可以将多个纳米大小的金刚石颗粒聚集在一起以提供一个微颗粒的金刚石砂砾。这些磨料砂砾颗粒的大小可以根据所使用的砂砾颗粒的类型而改变。例如，在本披露的某些实施方案中，优选地使用具有尺寸为约0.5微米至2微米(例如约1微米)的金刚石砂砾颗粒。在本披露的其他实施方案中，优选地使用具有尺寸为约3微米至约8微米的碳化硅砂砾颗粒。在本披露的另外其他实施方案中，优选地使用具有尺寸为约3微米至约5微米的氧化铝砂砾颗粒。
大体上，这些磨料砂砾颗粒可以构成约0.1％至约85％之间的聚集体。这些聚集体更优选地包括约10％至约50％之间的磨料砂砾颗粒。
根据本披露在一个实施方案中，可以使用单个尺寸的磨料砂砾颗粒形成磨料聚集体，将砂砾颗粒和得到的聚集体的尺寸进行专门定制以符合想要的抛光应用。在另外的实施方案中，可以将两种或更多种不同尺寸的磨料砂砾颗粒的混合物组合使用以形成具有可归因于每一个这些砂砾颗粒尺寸的有利的特性的磨料聚集体。
根据本披露这些磨料聚集体还包括一种如上所述的纳米颗粒粘合剂物质。总体上，在粘合剂的性质下该纳米颗粒粘合剂形成一个连续的基质相，该基质相发挥作用从而在这些磨料聚集体内形成这些磨料砂砾颗粒并且将它们保持在一起。在这个方面，应当注意的是该纳米颗粒粘合剂(虽然形成一个连续的基质相)其本身通常由个别地可辨认的纳米颗粒制成，这些纳米颗粒紧密接触、相互连接，并且在一定程度上彼此进行原子上的键连。然而，由于如此形成的聚集体的生的、未烧制的状态，这些单独的纳米颗粒通常没有熔在一起以形成晶粒，如在烧结的陶瓷材料的情况下。如在此使用的，纳米颗粒粘合剂的描述扩展到一个或多个种类的粘合剂。
虽然砂砾物质被认为作为初级磨料起作用，在本披露的聚集体的某些实施方案中该纳米颗粒材料也可以作为一种二次磨料起作用。可以通过改变参数(例如该纳米颗粒粘合剂物质的组成、纳米颗粒粘合剂物质与磨料砂砾颗粒的相对浓度比率、以及这些磨料砂砾颗粒的大小)来调节这些聚集体的尺寸和抛光特性。该纳米颗粒粘合剂物质自身可以包括非常细的陶瓷颗粒和含碳颗粒，例如一种液体胶体或悬浮液中的纳米尺寸的硅石(称为胶体硅石)。纳米颗粒粘合剂物质还可以包括但不限于胶体氧化铝、纳米尺寸的二氧化铈、纳米尺寸的金刚石、以及它们的混合物。在本披露的某些实施方案中，该胶体硅石优选地用作纳米颗粒粘合剂。例如，已经被成功地使用的可商购的纳米颗粒粘合剂包括胶体硅石溶液BINDZEL 2040 BINDZIL 2040(可以从乔治亚州的玛丽埃塔的Eka化学公司(Eka Chemicals Inc.of Marietta，Georgia)得到)以及NEXSIL 20(可以从麻萨诸塞州的阿什兰的Nyacol纳米技术公司(Nyacol Nano Technologies，Inc.of Ashland，Massachusetts)得到)。
在将这些混合物喷雾干燥以形成这些聚集体之前，该混合物可以包括基于湿基准范围在约0.1％至约80％之间、优选地范围在约10％至约30％之间的一个量值的纳米颗粒粘合剂物质。在这些形成的磨料聚集体中，该纳米颗粒粘合剂物质可以构成约1％至约90％之间的聚集体，优选地约20％至约80％之间的聚集体、并且最优选地约50％至约75％之间的聚集体(所有都基于干重基准)。
用于形成这些磨料聚集体的浆料还可以有利地包括另一种物质，该物质主要地作为增塑剂(也称为分散剂)起作用从而促进将该研磨粒料分散在如此形成的聚集体中。由于所使用的低处理温度，该增塑剂被认为保留在如此形成的聚集体中，并且已经通过热重量分析(TGA)被作为剩余物质进行量化。当将该混合物喷雾干燥时，该增塑剂还可以有助于将这些砂砾颗粒和纳米颗粒粘合剂物质一起结合在一种聚集体中。
在这个方面，图7显示了对含有SiC的聚集体和含有金刚石的聚集体两者TGA分析的结果，显示从250℃至约400℃去除残留的增塑剂。值得注意的是，发现金刚石在高温下烧掉了。值得注意的是纯粹作为表征工具进行TGA分析，并且这些聚集体暴露于其下的升高的温度不是用于形成聚集体的工艺流程的一部分。
增塑剂包括有机物质和无机物质两者，这些物质包括表面活性剂以及其他表面张力修饰的组分。具体的实施方案可以使用有机组分，例如聚合物和单体。在一个示例性的实施方案中，该增塑剂是一种多元醇。例如，该多元醇可以是一种单体的多元醇或可以是一种聚合多元醇。一个示例性的单体多元醇包括1，2-丙二醇；1，4-丙二醇；乙二醇；甘油；季戊四醇；糖醇(例如麦芽糖醇(malitol)、山梨糖醇、异麦芽糖醇、或其任何组合)；或其任何组合。一种示例性的聚合多元醇包括聚乙二醇；聚丙二醇；聚四亚甲基醚二醇；聚氧化乙烯；聚氧化丙烯；甘油和氧化丙烯、氧化乙烯或其一种组合的一种反应产物；一种二醇和一种二羧酸的一种反应产物或其衍生物；一种天然油的多元醇；或其任何组合。在一个实例中，该多元醇可以是一种聚酯多元醇，例如一种二醇和一种二羧酸的反应产物或其衍生物。在另一个实例中，该多元醇是一种聚醚型多元醇，例如聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、或甘油和氧化丙烯或氧化乙烯的反应产物。具体地，该增塑剂包括聚乙二醇(PEG)。
该增塑剂(值得注意地聚乙二醇)可以具有一定范围的分子量。适合的分子量位于约10至3000的范围内，例如50至1000、50至500、或50至400。根据本披露的某些实施方案已经发现PEG 200是一种特别有用的增塑剂。在喷雾干燥前混合物中增塑剂浓度范围可以在约0.5％至约40％之间，并且优选地在约0.5％至约5％之间。
如应当清楚的，用于形成这些聚集体的组合物包含磨料砂砾、纳米颗粒粘合剂、以及有时一种增塑剂的主要组分。这些组分能够以不同的相对含量存在于用于形成这些聚集体的组合物中。聚集体中相对固体含量可以反映用于形成这些聚集体的组合物中的固体含量，尽管增塑剂的最终含量可以由于喷雾干燥过程期间干燥/挥发而改变，尽管TGA分析也显示聚集体中保留增塑剂。该组合物可以包括约0.1％至约85％重量的磨料砂砾颗粒，约0.1％至约80％重量的纳米颗粒粘合剂、以及约0.5％至约40％重量的增塑剂，重量百分比是基于组合物的总固体含量。在某些实施方案中，该组合物可以包含约10％至50％重量的磨料砂砾颗粒、约50％至90％重量的纳米颗粒粘合剂、以及约0.5％至15％重量的增塑剂。具体的实施方案是约15％至40％重量的磨料砂砾颗粒以及约60％至85％重量的纳米颗粒粘合剂。
该组合物中还包括一种挥发性液体，它作为载体起作用并用于液化或流化这些磨料砂砾颗粒、该纳米颗粒粘合剂物质、以及该增塑剂的混合物，从而可以使该混合物流入一个喷雾干燥器中，喷雾成细的聚集体液滴，并且在其中干燥。优选地，这种挥发性液体载体是去离子水，尽管可以使用其他挥发性液体，这些挥发性液体通过典型的喷雾干燥温度被驱除并且基本上不改变该混合物的组成。该液化的混合物可以包括这些磨料砂砾颗粒、这种纳米颗粒粘合剂物质、以及一种增塑剂，剩余的是一种挥发性液体。该组合物(处于浆料的形式)可以是基于水的并且可以包括约7.5％至约15％之间的磨料砂砾颗粒，约2.5％至约7.5％之间、并且约0.5％至约1.5％之间的增塑剂，百分比是基于浆料的总重量。
在处理期间，应当注意的是在根据本披露的某些实施方案中，在将这些砂砾颗粒加入混合物之前，从它们中基本上去除任何积累的静电荷是优选的。已经看到的是如果这些砂砾颗粒基本上没有积聚的库仑电荷，在喷雾干燥的步骤中所形成的聚集体的稳定性是显著地提高的。一旦混合良好，然后在一个喷雾干燥器中将该液化的混合物(包括磨料砂砾颗粒、纳米颗粒粘合剂物质、以及增塑剂的组分)进行处理从而形成这些磨料聚集体。
可以使用不同的喷雾干燥装置，包括旋转式喷雾器、单流体喷嘴喷雾器、以及双流体喷嘴喷雾器。对于具有相对较小的磨料砂砾颗粒的混合物，以及为了形成相对较小的聚集体，该喷雾干燥器优选地是一种旋转式喷雾器。对于具有相对较大磨料砂砾颗粒的混合物，特别是大于约80微米的那些，并且为了形成相对较大的聚集体，特别是大于约90微米的那些，一种单流体或双流体喷嘴的喷雾器可以是优选的。
该喷雾干燥器装置典型地应该包括至少两个物质收集点，一个位于旋流器处，并且一个位于该主干燥室的底部。可以从这两个位置都收集根据本披露形成的聚集体；然而，已经观察到从旋流器收集的聚集体通常尺寸上更小并且重量上更轻，而已经观察到从主干燥室收集的聚集体通常尺寸上更大并且重量上更重。已经观察到从该干燥器的旋流器收集的聚集体典型地具有约5微米至约25微米的大小。另一方面，已经观察到从该主干燥室中收集的聚集体典型地具有约20微米至约100微米的大小。
为了开始喷雾干燥，通常以恒定的速率将该浆料泵入该喷雾干燥装置中。然后，该浆料经过该喷雾干燥器内部的一个雾化器或喷雾器从而形成总体上球状的液滴。当经过喷雾器时，这些液滴被捕获于热空气的漩涡中，在其中该浆料的液体部分基本上立即蒸发并且该浆料的固体部分形成一种聚集体。使该浆料的液体部分挥发，留下固体颗粒的热空气典型地是不大于400℃，例如不大于375℃、350℃、或300℃。.典型地，在大于约80℃的温度下进行喷雾干燥，例如大于约90℃。已经在约90℃至约250℃的温度下执行具体的实施方案。应当注意的是在该喷雾干燥器的高温部分内的停留时间总体上限制在数秒钟，例如0.5秒至10秒，这与典型的与烧结、煅烧、或烧制典型的陶瓷产品相关的热处理停留时间完全相反。
当该浆料进入热空气的漩涡时，该液体被基本上驱除并且将该混合物形成一种包括众多聚集体的细粉末，每一个磨料聚集体在形状上总体上是球状的。如在此使用的，术语“球状的”是指具有球形、或总体上球形(包括椭圆体以及其他球形排列)的聚集体，它们是该喷雾干燥过程的必然结果。因此，类球体包括球体、椭圆体、截短的球体和椭圆体，但总体上都具有圆形而不是块状结构。如应当清楚的，这些聚集体每一个包含被纳米颗粒粘合剂物质以及还没有被蒸发的增塑剂的任何残余物粘合在一起的磨料砂砾颗粒。喷雾干燥步骤中，这些聚集体的最终水分含量总体上是按重量计从约1％至约3％。
根据本披露有利的是，不需要进一步的处理步骤(这些步骤显著地改变了该如此形成的、未烧制的、生的喷雾干燥的聚集体的组成或形态)来生产可用的磨料聚集体。事实上，根据本披露的某些实施方案，用于制造这些聚集体的方法基本上仅由上述的混合和喷雾干燥步骤组成，并且相当地值得注意的是，避免了热处理步骤，这些热处理步骤影响了这些聚集体的形态。具体地讲，没有进行其中这些材料被加热到非常高的温度(从约500℃至1000℃的范围内或以上)以熔化、烧结或另外地融化混合物中的硅石或其他纳米颗粒粘合剂的步骤。因此，根据本披露在某些实施方案中，制造这些聚集体的方法的所有的步骤可以在约400℃或以下的温度下执行。
这与常规的用聚集的颗粒制备磨料粉末的方法相反，常规的方法典型地要求一个在非常高的温度下(从约500℃至1000℃或以上)的烧结步骤。
尽管没有认为聚集体需要一个烧结或其他类似的高温处理，发现所形成的聚集体是高度耐用的。具体地，已经观察到一旦形成这些聚集体对溶于多种多样的化学溶剂(包括甲基乙基酮(MEK)、异丙醇(IPA)、以及1，4-二噁烷)具有抗性。
一旦形成，在用于基片或另外地用于抛光操作之前，可以根据需要将这些聚集体进行分类或分成不同大小的范围。除了这些磨料聚集体，该得到的粉末可以包括一定量的比想得到的粒径更小的材料。由如此形成的聚集体组成的微粒材料通常具有的平均粒径在约10微米至150微米的范围内。典型地，该材料具有不小于约20微米的平均粒径，例如不小于约25微米。由过程***规定参数以及具体的最终用途应用取得平均粒径的上限，并且总体上该材料具有不大于约100微米的平均粒径，例如不大于约90、80、或甚至不大于70微米。在某些实施方案中，该聚集体物质的平均粒径优选地是在约20微米与50微米之间。这些聚集体的大小、以及大小范围可以被调节并且可以取决于许多因素，包括该混合物的组成以及该喷雾干燥器的进料速率。例如，包括约10微米的那些磨料聚集体的多种尺寸的磨料聚集体。使用一台旋转式雾化喷雾干燥器成功地生产了20微米、35微米、40微米、以及45微米。这些聚集体已经包括范围从约5微米至约8微米的磨料砂砾颗粒。
当在放大的图中观看时，这些聚集体具有总体上球状的形状，这如图4至6的扫描电镜中所见到的圆形或球形进行表征。然而，在一些实例中，可以发现这些聚集体在该聚集体的中心附近具有一个空隙，并且因此展示了比图1至3的扫描电镜中所见更加环形或类环面的形状。可以观察到该磨料砂砾材料的单独的颗粒(例如金刚石砂砾)被分散于这些聚集体的表面上以及其内部中，其中这些单独的砂砾颗粒的相对少的情况在聚集体的表面聚集在一起。应当注意的是图1至6显示了分散的、单独的聚集体，这些聚集体在一个树脂粘合剂***中被粘合在一起。
这些磨料聚集体的进一步的研究显示某些实施方案由空的类球体构成。可以将这类颗粒类推为具有壁厚tw在聚集体的平均粒径约0.08至0.4倍范围内的厚壁的美式壁球(racquet ball)。可以修改过程参数以及组成参数以影响不同的壁厚，例如壁厚不少于聚集体的平均粒度约0.1、0.15倍。壁厚的上限可以是在聚集体的平均粒度0.35、0.30、0.25、或0.20倍的数量级上。
另外的研究显示比表面积(SSA)通常大于2m2/g，例如大于10m2/g、大于10m2/g、或大于15m2/g。经观察最大SSA是不大于150m2/g，例如不大于100m2/g。
一旦形成，可以照原样(以适合的分类来细化粒度分布)使用这些磨料聚集体。尽管避免了合成后的处理步骤(例如，过度的加热处理)，从而将这些聚集体以生的、未烧制的状态进行使用，能够以非常相同的方式用一个冶金学的涂层涂覆这些聚集体，即可以将这些单独的磨料砂砾进行涂覆。冶金学涂层包括镍、钛、铜、银及其合金和混合物。
一旦生成，可以将这些磨料聚集体直接地用作一种松散的或“自由的”磨料粉末。在此上下文中，可以将由这些聚集体形成的磨料粉末用作或者一种干燥的粉末亦或是一种已经用一种液体例如水浸湿从而生成一种用于改进性能的浆料的粉末。还可以将该磨料粉末结合到一种抛光糊剂或凝胶中。可以将这样生产的磨料粉末有利地用于磨光和/或抛光众多的其他物质(例如用于半导体工业的化学机械平面化(CMP))、不同材料的精细表面磨光、以及抛光天然的和人工的牙科材料两者。可替代地，将这些聚集体配置成一种固定的磨料(广泛地包括涂覆的以及粘合的磨料产品的一个术语)。
然而，在本披露的其他实施方案中，这些磨料聚集体优选地与一种用于将这些聚集体粘附到基片的表面上的树脂材料进行结合。用于将这些聚集体与树脂粘合材料进行结合的方法包括浆料形成，其中将这些聚集体、树脂以及其他添加剂结合在一起并且涂覆在基片表面上，或在一个不同的处理途径中，通过静电吸引或简单地通过重力(例如，喷洒在该基片上)将聚集体置于一个树脂涂覆的基片上。后一种途径在本领域中已被很好地理解，总体上，首先将一个“制作涂层”置于该基片上，在该制作涂层上进行聚集应用，并且随后放置一个“胶料涂层”。可选择地，可以将一个超级胶料涂层置于在该胶料涂层上面。此外，可以将一个柔性涂层置于该制作涂层和该基片之间。在另一个实例中，能够以一侧相对于该制作涂层将一个底面涂层置于该基片之上。
与涂覆一种基片的浆料相联系，除了这些聚集体之外，该浆料通常地还包括一种溶剂，例如水或一种有机溶剂和一种聚合物树脂材料。适合的聚合物树脂材料包括多元酯、环氧树脂、聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚硅氧烷、有机硅、醋酸纤维素、硝酸纤维素、天然橡胶、淀粉、虫胶、及其混合物。最优选地，该树脂是一种聚酯树脂。此外，该浆料可以包括其他成分以形成一种设计为将这些聚集体晶粒粘合到基片上的粘合剂***。例如使用一台高剪切混合器将该浆料组合物进行彻底地混合。
优选地使用一种刮板式摊铺机将包含这些聚集体晶粒的浆料用于基片以形成一个涂层。可替代地，可以用裂缝模口涂覆、凹版涂覆、或反凹版涂覆的方法使用该浆料涂层。干燥后，该涂层厚度范围可以从约1密耳至约5密耳厚度。当在刮板式摊铺机下在所希望的涂覆速率下将该基片进行进料时，可以将该聚集体晶粒浆料以所希望的厚度用于该基片。该涂覆速率优选地是在约10至约40英尺/分钟之间。
然后将该涂覆的基片进行加热以固化该树脂并且将这些聚集体晶粒粘合到该基片上。大体上，在这个固化过程中将涂覆的基片加热到约100℃至低于约250℃之间的温度。在本披露的某些实施方案中，优选地是在低于约200℃的温度下执行该固化步骤。
一旦该树脂固化并且这些聚集体磨料晶粒粘合到该基片上，并且可以将该涂覆的基片用于多种原料去除、磨光以及抛光的应用。
在本披露的一个可替代的实施方案中，可以将这些磨料聚集体直接地结合入该基片中。例如，可以将这些聚集体混合一种聚酯树脂，并且然后可以将这个聚集体和聚合物的混合物形成一种基片。
在本披露的又一个可替代的实施方案中，可以将这些磨料聚集体用于一个用一种磨料涂覆并且然后密封的基片。这种涂覆技术与典型地用于传统的沙纸的技术类似，并且已在以上进行了引用。在这个实施方案中，优选地不将这些磨料聚集体混合成一种浆料。相反地，优选地将包含这些聚集体的磨料粉末进料到基片上，其中已经将一种粘合剂、制作涂层应用于该基片上，随后经由胶料涂层进行密封。可任选地，可以使用一种柔性涂层或一种底面涂层将该基片进行预处理。
在本披露的一个可替代的实施方案中，可以通过电镀、静电涂覆、喷涂以及喷雾粉末涂覆的方法将这些磨料聚集体用于基片或其他物质上。
然后可以将该涂覆磨料的基片用作一种擦光的薄膜或一种精滚光薄膜用于磨光和/或抛光其他物质。能够以这种方式进行涂覆的基片物质包括但不限于聚酯、聚氨酯、聚丙烯、聚酰亚胺例如来自DuPont的KAPTON、无纺的材料、纺织的材料、纸、以及金属(包括铜、铝、以及钢的箔片)。当该基片物质是本披露的某些实施方案时，聚酯薄膜是特别优选的。在涂覆之前，适合的基片可以具有的厚度为约1密耳至约14密耳。
在某些实施方案中，该磨料产品可以利用一种高度多孔的基片材料，例如一种泡沫材料。在磨料应用期间多孔的基片有助于切屑去除并且还可以证明在其中柔韧的材料是适合的应用中是有用的。孔隙率的量典型地是在至少约40vol％的数量级上，并且根据某些实施方案，至少约50vol％、60vol％、70vol％、80vol％或甚至至少约90vol％。具体的实施方案具有在约50vol％与90vol％之间的范围内的孔隙率。
总体上，在这类基片中的孔隙可以是开放的、封闭的、或其组合。然而，具体的实施方案利用具有大部分是开放孔隙的多孔基片材料。即，该孔隙是延伸穿过该基片的物理的、格栅结构的多个孔的一个相互连接的网络。一定量的开放的孔隙可能是想要的，因为多个孔的相互连接的网络允许添加剂、涂层、以及微粒材料渗透进入该基片材料的内部，该基片材料可以适合用于形成某些磨料产品。
在多孔基片的背景中，一些适合的材料可以包括有机的物质。例如，合成的有机物质(例如聚烯烃)，以及更具体地包括以下各项的聚合物：聚苯乙烯、聚酯、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酰亚胺、聚酰胺、聚乳酸、聚丙烯酸酯、聚砜、聚乙酸酯、氟化聚合物、以及氯化聚合物。
根据在此所述的实施方案可以使用多孔基片完成磨料产物的形成。例如，该形成过程可以包括任何数量的涂层，例如制作涂层、胶料涂层、超级胶料涂层、或甚至底面涂层。具体地，其中将该微粒材料粘合到该基片上的粘合剂或粘结剂可以包括一种喷雾涂覆应用以确保渗透这些孔。此外，可以使用一种类似的方法使用该微粒材料确保适合数量的微粒材料被粘合到该基片上。
在一些应用中，该格栅结构的有效表面积上的微粒材料的某一涂层是想要的。例如，根据一个实施方案该格栅结构的至少约50％的有效表面积由该微粒材料覆盖。根据其他的实施方案，该微粒材料覆盖该格栅结构的更大的百分比的有效表面积，例如至少约60％、75％、85％或甚至95％。某些实施方案利用约50％至100％之间、并且更具体地约85％至100％之间范围内的有效表面积上的微粒材料的一个覆盖。图17和18提供了一种包括粘合到该基片的格栅结构上的微粒材料的高度多孔的基片的部分放大的图形。
利用多孔基片的磨料产品在通常的包括抛光和研磨应用的研磨操作中、或可替代地在洗涤应用中可以是有用的。这类产品可以用于多种行业中，包括例如商业、汽车、家庭、个人应用、以及医药行业。事实上，在比较测试中，本发明的磨料产品具有性能超过现有技术磨料洗涤产品的情况。例如，一个这样的现有技术产品是从Proctor and Gamble可获得的Mr.Clean Magic
更通常地再次提及独立于基片材料的类型的涂覆的磨料产品，是指可以将多孔的或无孔的其他添加剂提供于该磨料产品中。可以将添加剂加入以上提及的涂层(例如，制作涂层、胶料涂层、超级胶料涂层、或底面涂层)中任何一种中以给予该磨料产品某些特性，这些特性可以适合于某些应用。这类添加剂可以包括抗荷载剂、磨料填充剂、增塑剂、抗静电剂、润滑剂、湿润剂、研磨助剂、色素、染料、偶联剂、脱模剂、助悬剂、固化剂、芳香族物质、以及抗微生物剂。
在研磨和抛光应用中抗荷载剂有助于切屑去除。一些这类适合的抗荷载剂可以包括包含金属或包含有机物的物质，或其组合。特别适合的包含有机物的抗荷载剂可以包括具有有机基团的聚合物，这些有机基团包括至少4个碳原子、并且更具体地至少8个碳原子，例如具有约15至35个碳原子的季铵盐化合物。其他适合的有机的抗荷载剂可以包括多种酸，例如具有约4至22个碳原子的饱和的脂肪酸。在某些实例中，偏酯也可以是特别适合的。
此外，特别适合的包含金属的物质可以包括硬脂酸金属盐、棕榈酸金属盐、其组合、以及类似物。某些其他的抗荷载剂可以包括多种盐，例如胺盐、锂盐、其组合以及类似物。包含磷的化合物(例如磷酸)也可以适合用于用作抗荷载剂。
在此这些磨料产品可以包括具有软化点大于约50℃的抗荷载剂。其他的抗荷载剂可以具有更高的软化点，这取决于想要的应用，例如至少约60℃、75℃、90℃，并且更具体地在约50℃至100℃之间的范围内。可以将该抗荷载剂用于这些形成涂层(例如，制作涂层、胶料涂层、超级胶料涂层、或底面涂层)之一内的磨料产品中，但可以理解的是这样一种添加剂能够以不同的方式来使用。例如，在一个分开涂胶法中可以将抗荷载剂直接地用于该基片，从而将它粘合到基片上。在其他实施方案中，可以将抗荷载剂粘合到该微粒材料上，例如它可以包含在该微粒材料内(例如粘合到该纳米颗粒粘合剂上)，或可替代地，在该微粒材料的空的或内部空间内。
在包含抗荷载剂的超级胶料涂层的背景中，总体上该抗荷载剂以约该超级胶料涂层的总重量的50wt％至100wt％之间的一个量存在。在粘合到该基片上或包含在该微粒材料内的抗荷载剂的背景中，抗荷载剂的量可以是相同的，或在某些实例中，它能够以较少的量存在。
在某些实施方案中，可能适合的是在最终形成该微粒材料之前将抗荷载剂进行合并。即，在形成该微粒材料过程中可以提供该抗荷载剂。根据一个具体的实施方案，可以将抗荷载剂提供于一种用于形成这些颗粒的粘合剂或增塑剂中(例如，在喷雾干燥工艺之前)。
在进一步提及具体的添加剂时，该磨料产品可以包括一种抗静电剂，在研磨或抛光应用过程中该抗静电剂减少了该磨料产品积聚静电的趋势。适合的抗静电剂可以包括吸湿的材料。例如，抗静电剂可以包括一种有机物质，例如胺、羧基、以及羟基、其组合、以及类似物。此外，抗静电剂可以包括一种金属，并且更具体地，金属氧化物，例如氧化钒。其他实施方案可以使用包括碳的抗静电剂。包含碳的抗静电剂可以包括石墨或碳黑，该石墨或碳黑典型地是通过烃的部分燃烧形成的。
能够以一种类似于如关于抗荷载剂所述的方式将该抗静电剂应用于该磨料产品上。即，可以将它包括在一个覆盖或粘合到该基片和/或微粒材料上的涂层内，例如制作涂层、胶料涂层、超级胶料涂层、或甚至底面涂层。可替代地，可以将该抗静电剂包含在一个附连到基片的一个表面上的背衬物质内。在又另一个实施方案中，可以将该抗静电剂粘合到该微粒材料上，即，可以将它包含在该纳米颗粒粘合剂物质之内并且粘合到其上，或包含在该中空的微粒材料的内部空间内。在提供一个粘合到该微粒材料上的抗静电剂的一个具体的背景中，在形成该微粒材料的同时提供这样一种试剂可以是适合的。例如，可以将该抗静电剂作为用于形成这些颗粒的粘合剂或增塑剂物质的一部分来加入。
将抗静电剂合并入该磨料产品中可能导致低表面电阻系数产品。根据一个实施方案，包括抗静电剂的磨料产品的表面电阻系数不大于约1E8欧姆/平方。其他实例可以具有更低的表面电阻系数，例如不大于约1E7欧姆/平方、1E6欧姆/平方、或甚至不大于约1E5欧姆/平方的数量级。某些实施方案利用一种具有表面电阻系数在约1E4欧姆/平方至约1E8欧姆/平方之间范围内的磨料产品。
特别地提及其他添加剂时，该基片可以包括一种芳香族物质，从而当使用该磨料产品时释放一种香气或香味。总体上，提及芳香族物质是指能够释放一种香味的物质(通常是一种令人愉快的香味，例如与花、麝香、或柑桔属味道的试剂相关的物质)。该芳香族物质可以包括芳香的同类的调，从而它可以包括一个后调(base note)、前调(top note)、或中调(middle note)、及其任何组合。此外，某些芳香族物质可以包括香精油(例如天然地发现的那些以及与某些香料相关的那些)，或可替代地，所开发的用于模拟香精油的天然发生的香味的合成物质。根据一个具体的实施方案，该芳香族物质是一种有机物质，并且可以包括多种化合物(例如醇、醛、胺、酯、醚、酮、内酯、萜、以及硫醇)。
将一种芳香族物质提供于该磨料产品中，当使用该磨料产品时允许释放令人愉快的香味。因此，当令人愉快的香味与清洁的水平相关时，将这类芳香族物质提供于磨料产品中可以适合用于家庭或个人应用。与在此讨论的其他添加剂类似，可以将该芳香族物质用于该磨料产品一个涂层(例如，胶料涂层、制作涂层、超级胶料涂层、或甚至底面涂层)中。根据一个具体的实施方案，将该芳香族物质粘合到该基片上，并且更具体地，可以将它包含在一个覆盖在该基片和微粒材料的一部分上面的涂层内。根据一个可替代的实施方案，可以将该芳香族物质包含在该微粒材料内，从而可以将它包含在该纳米颗粒粘合剂内并且粘合到其上，或可替代地，包含在一个中空的微粒材料的内部空间内。在粘合到该微粒材料上的芳香族物质的具体的背景中，在形成该微粒材料过程中提供这样一种物质可以是适合的。例如，可以将该抗静电剂作为用于形成这些颗粒的粘合剂或增塑剂物质的一部分来加入。
根据另一个具体的实施方案，该磨料产品可以包括一种在商业、工业、以及家庭产品中有用的抗微生物剂，在使用该磨料产品过程中它在工作表面上进行释放由此将该工作表面杀菌。适合的抗微生物剂可以包括不育剂、消毒杀菌剂、消毒剂以及杀真菌剂。更具体地，适合的抗微生物剂典型地包括多种物质，例如醇、酚醛树脂、过氧化物、含铵的化合物、含碘的化合物、以及含氯的化合物。应当理解的是一种抗微生物剂可以包括任何以上提及的化合物中的一种或一个组合，包括多种常见的实例例如氯己啶、三氯生(trichlosan)、漂白剂、以及季铵氯化物。
能够以这样一种方式来将抗微生物剂提供于该磨料产品中，即将它们提供于用于形成最终产品的多个涂层(包括制作涂层、胶料涂层、超级胶料涂层、或底面涂层)中的一个中。根据一个具体的实施方案，可以将该抗微生物剂粘合到该基片上，并且更具体地，覆盖在该基片的一部分上面并且粘合到该微粒材料上，从而当进行研磨过程时，该抗微生物剂于工作表面处释放。根据一个具体的实施方案，可以将该抗微生物剂粘合到该微粒材料上，从而可以将它包含在该纳米颗粒粘合剂内，或可替代地，包含在该中空的微粒材料的内部空间内。在某些实例中，当将一种抗微生物剂粘合到该微粒材料上时，在形成该微粒材料过程中，可以将该试剂提供于一种增塑剂或粘合剂内。
此外，还可以将该磨料聚集体合并入粘合的磨料中，例如金刚石砂轮以及其他的砂轮。粘合的磨料还可以用于提供高牵引力、防滑物质，这些物质可以用于例如梯子横档。在此，典型地粘合的磨料是三维结构的涂覆的磨料而不是通常的平面结构的涂覆的磨料，并且包括一个3维基质的粘合材料，其中这些聚集体被包埋在该粘合材料中。即，该粘合物质相对于彼此固定这些聚集体的位置，并且以一个相互聚集的相存在。虽然粘合的磨料利用广泛多样的粘合剂例如树脂、玻璃、以及金属，某些试剂(例如玻璃和金属粘合的物质)需要高温处理。因此，为了保留这些聚集体的生的结构，通常地使用树脂***，这些树脂***不需要高的固化温度，或这些***可以使用光化学辐射例如UV来固化。
根据本披露在一个实施方案中，可以将该磨料产品用于磨光或抛光电信电缆、具体地纤维光缆。纤维光缆能够以光脉冲的形式以非常高的速度传送大量的数据。然而，为了允许这些光脉冲在互联的纤维光缆之间或纤维光缆与连接的电子装置之间有效地进行传送，必须将该纤维光缆的接头的末端干净地切开或劈开，并且然后进行高度抛光以生产一个非常光滑的表面以及一个适当的尖端几何形状。根据本披露生产的以及通常切成盘型或薄片形的磨料基片薄膜可以用于这个目的，并且据观察对于抛光纤维光缆接头的末端是高度有效的。
当用于抛光纤维光缆接头时，这些磨料基片薄膜优选地由从与硅石纳米颗粒粘合剂相结合的金刚石砂砾形成的聚集体来生产。这些砂砾颗粒优选地具有约1微米的尺寸，并且这些聚集体的总体尺寸优选地是约30微米至约80微米。这些聚集体优选地粘合到一个聚酯薄膜基片上。可以在一台纤维光缆抛光机器上进行这些纤维光缆接头末端的抛光。一种适合的12接头抛光机器可以从明尼苏达州的罗彻斯特的Domaille Engineering获得，并且可以将它与本披露的磨料基片薄膜一起使用来以例如约60rpm的速率并且在使用的压力为8psi下抛光纤维光缆接头。
根据本披露在另一个实施方案中，可以将该磨料产品用于原料去除、磨光以及抛光坚硬的金属表面(例如钢)。当用于抛光金属表面时，这些磨料基片薄膜优选地由从与硅石纳米颗粒粘合剂相结合的金刚石砂砾所形成的聚集体来生产。这些砂砾颗粒优选地具有约1微米的尺寸，并且这些聚集体的总体尺寸优选地是约30微米至约80微米。这些聚集体优选地粘合到聚酯薄膜基片上。使用这种磨料产品，可以例如使用一台Struers金属抛光机器(可以从俄亥俄州的韦斯特莱克的Struers公司得到)在600rpm的速度下进行操作并且施加的力为15牛顿来执行表面的抛光。可替代地，还可以使用由与硅石结合的碳化硅砂砾形成的磨料聚集体将坚硬的金属表面进行抛光。
根据本披露在另一个实施方案中，可以将该磨料产品用于原料去除、磨光以及抛光较软的金属表面(例如铜或黄铜)。当用于抛光金属表面时，这些磨料基片薄膜优选地由从与硅石纳米颗粒粘合剂相结合的金刚石砂砾所形成的聚集体来生产。这些砂砾颗粒优选地具有约3微米至5微米的尺寸，并且这些聚集体的总体尺寸优选地是约30微米至约80微米。这些聚集体优选地粘合到聚酯薄膜基片上。使用这种磨料产品，可以例如使用一台Struers金属抛光机器(可以从俄亥俄州的韦斯特莱克的Struers公司得到)在150rpm的速度下进行操作并且施加的力为45牛顿来执行表面的抛光。可替代地，还可以使用由与硅石结合的碳化硅砂砾形成的磨料聚集体将软的金属表面进行抛光。
根据本披露在又另一个实施方案中，可以将该磨料基片用于磨光以及抛光涂覆的表面(例如涂漆的表面)。具体地，可以使用该磨料基片薄膜来擦亮或抛光涂漆的汽车表面。当用于抛光涂漆的汽车表面时，这些磨料基片薄膜优选地由从与包埋在硅石纳米颗粒粘合剂内的碳化硅砂砾所形成的聚集体来生产。这些砂砾颗粒优选地具有约3微米至约8微米的尺寸，并且这些聚集体的总体尺寸优选地是约30微米至约50微米。这些聚集体优选地粘合到一个聚酯薄膜基片上。
在涂覆的表面的背景中，已经观察到这些磨料产品在此对于改变涂漆的表面的外观是有用的。具体地，应当注意的是这些磨料产品适合于降低涂漆的表面的表面粗糙度，并且由此增加涂漆的表面的光泽度。当用该磨料产品研磨具有深色的或亚光的漆的涂漆的表面时，表面粗糙度被减少从而处理过的表面的光泽度增加到最终光泽度Gf，该Gf大于初始光泽度Gi。光泽度上这种测量的改变更普遍地在某些角度下出现，例如在60°或85°。根据一个实施方案，光泽度上的改变是一种显著的改变从而最终光泽度Gf比初始光泽度Gi大至少两倍(如根据ASTM标准测试D2457，通过一台光泽度测定仪BYK Micro Trigloss Meter 4430所测量的)。在其他实施方案中，初始光泽度与最终光泽度之间的改变是更大的，从而最终光泽度Gf是初始光泽度Gf的至少4倍，并且更具体地在于约60°角度下所测量的是在初始光泽度Gi的约2倍至约4倍之间的范围内。
在更大的角度下，最终光泽度Gf与初始光泽度Gi之间光泽度上的改变可以是更大的。根据一个实施方案，在角度为85°下所测量的最终光泽度Gf是初始光泽度Gi的至少约3倍，并且更具体地在该初始光泽度Gi测量值的约2倍至6倍之间的范围内。
其他实施方案可以具体地包括在牙科应用中的磨光。在此，可以将一种磨料产品(例如一种包含如在此所述的生的、未烧制的聚集体的涂覆的磨料)相当成功地用于磨光牙齿以及牙科修复。
典型地在多步骤、增量的过程中进行如上所述的这些材料的抛光。首先用相对粗糙的磨料材料将该表面抛光并且然后用在某种程度上更精细的砂砾磨料材料进行再次抛光。该过程可以重复几次，其中用逐渐地更精细的砂砾磨料进行每个顺序的再抛光，直至将该表面抛光成所希望的平滑程度。照惯例需要这种类型的多步骤抛光步骤，因为典型地磨料的晶粒必须在与有待去除的划痕的尺寸相同的尺度上。某些抛光方案使用顺序地更精细的具有砂砾尺寸、以及伴随的Ra(对于该磨料产品以及该工件后机加工步骤两者)按照一个因数三来减少的产品。即，总体上将顺序地更精细的产品限定为按照一个因数三来减少(例如，从9微米，至6微米，至3微米砂砾尺寸)，从而确保去除前一机加工步骤中的缺陷。
然而，与传统的多步骤过程大不相同，非常出人意料地并且意想不到地观察到可以在一个单独的步骤过程中使用单独的、而不是多个磨料产品(例如根据本披露的一种涂覆磨料产品)将多种多样的工件(来自多种材料，例如纤维光纤接头、金属表面、以及涂漆的汽车表面、以及牙科修复)进行抛光。这个结果是相当的令人惊讶的并且是高度有利的。已经观察到当使用根据本披露的磨料基片时，可以仅使用一种磨料进行整体抛光。这导致用于实现所希望的抛光平滑的程度所需要的时间上一个相当的减少，并且显著地降低了成本。
不受理论的束缚，据认为这个优点可能来自在本披露的聚集体中所观察到的独特的特性。表面的平均粗糙度、或Ra是表面的总体高度特征中差异程度的一个量度。总体上，较低的粗糙度值表示一个表面，该表面在表面上的不同位置之间总体高度上更平滑并且具有更小的变化。当测量磨料材料的粗糙度值时，所观察到的粗糙度值典型地可以是与这些磨料颗粒的平均尺寸相关。例如，使用常规的金刚石砂砾磨料，该金刚石砂砾的尺寸以及该磨料所希望的粗糙度值典型地如下：
为了将表面磨光或抛光到想要的最终最大粗糙度(即，到想要的最终的最小光滑度)，照惯例必须使用一种具有相应的最大粗糙度的磨料。
然而，已经发现本披露的聚集体具有超过对于具有可比较的尺寸的砂砾颗粒典型地所希望的粗糙度值。因此，虽然典型的30微米的金刚石砂砾颗粒通常具有约2.5微米的粗糙度值(如上述)，已经观察到根据本披露的由1微米金刚石砂砾和一种硅石纳米颗粒粘合剂形成的30微米聚集体具有约5微米至约6微米的粗糙度值。
甚至更出人意料地，尽管这个高粗糙度值，已经观察到的是根据本披露这些相同的聚集体可以用于细抛光表面。使用上述金刚石砂砾以及硅石聚集体可以实现对应于粗糙度值适当地低于1微米的最终的表面光滑度，已经再次测量其粗糙度值为约5微米至约6微米。常规地，应该需要具有尺寸为约1微米或以下的砂砾颗粒来将表面抛光到这种平滑度。
更具体地，基于多个实施方案的测试，已经发现的是可以使用一种单独的磨料产品(大大超过常规的单个磨料产品的能力)在一个单独的步骤中机加工并且抛光工件的初始表面粗糙度。例如，对于一个具有初始表面粗糙度Rai的工件，在此的实施方案显示能够将初始表面粗糙度Rai减少到最终表面粗糙度(作为研磨工件的结果)，该最终表面粗糙度Raf不大于0.2Rai，例如不大于0.1Rai。上述的通过使用一个单独的产品在减少表面粗糙度方面的成果是相当引人注目的，因为现有技术的磨料产品通常地在使用单独的产品减少表面粗糙度方面具有相当的限制。的确，已经测量表面粗糙度减少到数值不超过0.5Rai，并且甚至不超过约0.01Rai，表示表面粗糙度Ra减少显著的2个数量级。
虽然为什么在此的实施方案证实这样的机加工效果(工件上Ra的减少有时跨越超过一个数量级)的精确的原因还没有被完全理解，已经理论化的是本发明的生的、未烧制的具有显著的复合结构的聚集体通过互补的同时路径负责机加工。例如，据认为聚集体的尺寸对大的缺陷减少(例如，在工件中去除6至7微米的划痕)负有责任。同时，主磨料砂砾被认为是对同时减少中间尺寸的缺陷负有责任，使工件的Ra值甚至进一步向下。并且此外，据认为该纳米颗粒粘合剂促成了该工件的超细抛光，使该工件的Ra值下降到纳米的范围内，例如在10纳米至20纳米的数量级(对于某些工件所观察到的)。
应当强调的是这些聚集体的生的、未烧制的状态促进了以上所述的显著的机加工效果。通过将这些聚集体保持在生的、未烧制的状态，应当理解的是该纳米颗粒粘合剂(虽然构成为相互连接的颗粒并且在某种程度上原子地粘合到一起)，尽管如此，保留了这些纳米颗粒的令人希望的超细抛光特性，通过较高温度的热处理这些特性将被破坏。即，通过控制的处理条件维持这些聚集体的多作用的性质，显著地阻止这些聚集体暴露于高温下持续任何程度的显著的持续时间。在此，应当注意的是可能不仅仅是单独的温度、而且停留时间可以对高温聚集体降解负有责任。例如，在喷雾干燥期间，将包含形成该聚集体的固体部分的液滴典型地暴露于升高的温度下，例如高达约400℃，仅持续数秒，而传统的高温陶瓷过程例如烧结、煅烧等通常地使用15分钟至数小时的数量级的停留时间。因此，可以将根据本发明实施方案的聚集体甚至当暴露于高温下时维持其生的状态是可行的，条件是这样的升温被限制于数秒的数量级。这将是在使用较高的温度用于喷雾干燥工艺的这种程度上的情况。
还应当注意的是，基于可比较的测试，将增塑剂合并入浆料组合物中可以是高度结果有效的。更具体地，在测试包含聚集体的金刚石/胶体硅石时，去除增塑剂具有显著的负面影响。该增塑剂有助于以悬浮液或浆料形式将这些磨料砂砾维持分散并且在加工期间稳定该悬浮液。当喷雾干燥时，经观察这些磨料砂砾仍然均匀分布。当从该浆料组合物中去除增塑剂时，首先得到的聚集体显示没有差异，并且具有用于处理的必要的生料强度。然而，当配置于一个磨料产品中时，机加工结果是差的，具有可见的聚集体失效。不希望被任何特定的理论所限制，相信通过将砂砾分散液维持在浆料中并且均匀分布于该聚集体中，该增塑剂能够形成更加结构良好的聚集体。相比之下，缺少增塑剂的比较的实例具有局部的砂砾块，形成了一个聚集体的弱的区，当施加工作压力时遭受破坏。
聚集体的均匀分布可以容易地见于图8中，它是一个实例，即将它暴露于上述TGA中，显示由于高温挥发金刚石砂砾被烧坏。图8中所示的空白区展示了金刚石砂砾位置。还应当注意的是留下的物质、热处理过的纳米颗粒粘合剂，清楚地形成一种自支撑的、连续的基质。当然，在图8中所示的高温形式下，由于晶粒生长以及烧结，粘合剂的微粒本性已经失去。
可以在由本披露的聚集体制成的磨料的令人惊讶的耐久性方面发现一个另外的优点。典型地磨料磨损并且逐步地失去它在从被磨料抛光或磨光的表面去除原料物质方面的效能。然而，与常规的磨料材料相比，已经观察到结合本披露的聚集体的磨料具有显著提高的耐久性。当用于可比较的应用中时，已经发现结合本披露的聚集体的磨料保留其效能持续超过常规的磨料物质两倍以上时长，并且在某些实例中，时长高达20倍。
在以下非限制性实例中更详细地说明本披露的特性和优点。除非另外指明，温度以摄氏度表示，并且浓度以基于这些磨料聚集体的总干重的重量百分比表示。
实例1
通过以下方法生成一种细磨料聚集体的粉末，该聚集体包括与硅石纳米颗粒相结合的金刚石砂砾。将一种水性胶体硅石与具有平均粒度为1.1微米的金刚石砂砾、连同聚乙二醇(PEG)200增塑剂和去离子水一起进行混合。所使用的硅溶胶是BINDZIL 2040，它可以从乔治亚州玛丽埃塔的Eka化学公司获得，使用具有约40％重量硅石(SiO2)，硅石粒度约20nm、并且碱稳定的pH约10的被认为是水性的胶体硅石溶液。按照以下的量值将这些组分进行混合：
  组分   磅(混合物中)
  金刚石砂砾   6.6
  BINDZIL 2040硅溶胶   13.2
  PEG 200   0.9
  去离子水   45
使用一台高剪切力混合器将这些组分进行彻底地混合以提供一种在水中具有约20％固体的均匀的水性分散液。
然后使用一台带有一个FF-1喷雾器的Niro SD6.3旋转喷雾器喷雾干燥器(可以从马里兰州哥伦比亚的Niro公司获得)将该混合物喷雾干燥。在温度约342℃下，将该混合物加热并且进料进入该喷雾干燥器的入口。该喷雾干燥器出口温度经测量为约152℃。该喷雾干燥工艺基本上从该混合物中去除了水并且经观察剩余的组分形成小的、总体上圆形的聚集体的粉末，收集这些聚集体用于分析。约85％的聚集体颗粒是从该干燥器的旋流器单元收集的并且约15％是从该喷雾干燥器装置的主干燥室收集的。不需要进一步的烧结或加热来形成这些聚集体。
在放大下对这些聚集体进行检测并且观察到是由硅石纳米颗粒和与该金刚石砂砾的颗粒相结合的PEG的一个相形成。从该旋流器收集的聚集体的平均粒度经测量为约20微米。从该主干燥室收集的聚集体的平均粒度经测量为约40微米。
实例2
通过以下方法生成一种细磨料聚集体的粉末，该聚集体包括与硅石纳米颗粒相结合的金刚石砂砾。将一种水性胶体硅石溶液(BINDZIL 2040)与具有平均粒度为1.0微米的金刚石砂砾、连同聚乙二醇(PEG)200增塑剂和去离子水一起进行混合。用以下的量将这些组分进行混合：
  组分   磅(混合物中)
  金刚石砂砾   15.75
  BINDZIL 2040硅溶胶   40
  PEG 200   2.2
  去离子水   52.5
使用一台高剪切力混合器将这些组分进行彻底地混合以提供一种在水中具有约52％固体的均匀的水性分散液。
然后使用相同的Niro牌喷雾干燥器将该混合物进行喷雾干燥。在温度约342℃下，将该混合物加热并且进料进入该喷雾干燥器的入口。该喷雾干燥器出口温度经测量为约170℃。该喷雾干燥工艺基本上从该混合物中去除了水并且经观察剩余的组分形成小的、总体上圆形的聚集体的粉末。将所生产的聚集体进行收集用于分析，其中约50％的颗粒是从该干燥器旋流器单元收集的，并且约50％是从该喷雾干燥器装置的主干燥室收集的。不需要进一步的烧结或加热来形成这些聚集体。
在放大下对这些聚集体进行检测并且观察到是由硅石纳米颗粒和与该金刚石砂砾的颗粒相结合的PEG的一个相形成。经测量这些聚集体的典型的大小为约35微米至约45微米。
实例3
通过以下方法生成一种细磨料聚集体的粉末，该聚集体包括与硅石纳米颗粒相结合的金刚石砂砾。将一种水性胶体硅石溶液(BINDZIL 2040)与具有平均粒度为8微米的碳化硅砂砾(NGC 2500，可以从日本东京的Nanko磨料公司(Nanko Abrasives，Inc.of Tokyo，Japan)得到)、连同聚乙二醇(PEG)200增塑剂和去离子水一起进行混合。用以下的量将这些组分进行混合：
  组分   磅(混合物中)
  碳化硅砂砾   75
  BINDZIL 2040硅溶胶   190
  PEG 200   10.5
  去离子水   25
使用一台高剪切力混合器将这些组分进行彻底地混合以提供一种在水中具有约60％固体的均匀的水性分散液。
然后使用相同的Niro牌喷雾干燥器将该混合物进行喷雾干燥。在温度约342℃下，将该混合物加热并且进料进入该喷雾干燥器的入口。该喷雾干燥器出口温度经测量为约132℃。该喷雾干燥工艺基本上从该混合物中去除了水并且经观察剩余的组分形成小的、总体上圆形的聚集体的粉末。收集了约150磅的聚集体，其中约50％的颗粒是从该干燥器旋流器单元收集的，并且约50％是从该喷雾干燥器装置的主干燥室收集的。不需要进一步的烧结或加热来形成这些聚集体。
在放大下对这些聚集体进行检测并且观察到是由硅石纳米颗粒和与该碳化硅砂砾相结合的PEG的一个相形成。经测量这些聚集体的平均大小为约40微米。
实例4
在这个实例中，将如以上实例3中所述生产的碳化硅和硅石聚集体的粉末涂覆并且粘合到基片上。为了将该聚集体粉末应用于该基片上，首先制备一种涂覆浆料，该浆料以以下的量包括该聚集体粉末、一种聚酯树脂(VITEL3301，可以从威斯康辛州沃瓦托萨的Bostik公司(Bostik，Inc.of Wauwatos，Wisconsin)得到)、一种交联剂、以及甲基乙基酮溶剂(可以从宾夕凡尼亚州费城的Quaker City化学品公司(Quaker City Chemicals，Inc.of Philadelphia，Pennsylvania)得到)：
  组分   磅(混合物中)
  碳化硅聚集体   81.6
  聚酯树脂   50
  交联剂   24.9
  MEK溶剂   75
将该组合物进行混合以提供一种基本上均匀的浆料混合物。
将一卷MYLAR A型聚酯牌薄膜(可以从DuPont得到)用作基片。该薄膜具有3密耳的厚度。使用一台刮刀涂布***将该浆料的一个涂层应用于该基片薄膜的上表面上。该薄膜以40英尺/分钟的速率穿过该刮刀涂布站前进，并且以初始厚度约3密耳将该浆料涂覆在该基片薄膜的上面。
当该涂覆的基片从该刮刀式涂布机中出来时，该薄膜前进穿过一个延伸的加热单元。在该单元中该加热区域的长度为约37英尺，并且将该加热区域维持在温度约340℃下。该涂覆的薄膜将以速率40英尺/分钟前进进入该加热单元。当该涂覆的薄膜穿过该加热单元时，该浆料中的树脂经历了一个交联(即固化)反应。当从该加热单元中出来时，该反应基本上完成了并且这些聚集体通过该交联的树脂基本上粘合到该基片薄膜上。
然后允许该完成的、聚集体粘合的基片薄膜冷却并且此后切成多个磨料盘。然后使用一台Mahr轮廓曲线仪(来自罗德岛普罗维登斯的Mahr Federal公司)分析磨料盘样品的表面特征曲线以确定该磨料盘的粗糙度值(Ra)。经测量该粗糙度值为5.85微米。
实例5
在这个实例中，用两种聚集体粉末的一个组合涂覆一个精研磨薄膜基片。首先是一个由如以上实例1中所述的金刚石砂砾和硅石聚集体制造的粉末。其次是一个由如以上实例3中所述的生产的碳化硅和硅石聚集体制造的粉末。为了将该聚集体粉末应用于该基片上，首先制备一种涂覆浆料，该浆料以以下的量包括该两种聚集体粉末、一种聚酯树脂(可以从威斯康辛州沃瓦托萨的Bostik公司得到)、一种交联剂、以及甲基乙基酮溶剂(可以从宾夕法尼亚州费城的Quaker City化学品公司得到)：
  组分   磅(混合物中)
  碳化硅聚集体   15.21
  金刚石聚集体   35.3
  聚酯树脂   60
  交联剂   0.6
  MEK溶剂   45
将该组合物进行混合以提供一种基本上均匀的浆料混合物。
将一卷MYLAR A型聚酯牌薄膜用作基片。该薄膜具有约3密耳的厚度。使用一台刮刀涂布***将该浆料的一个涂层应用于该基片薄膜的上表面。该薄膜以25英尺/分钟的速率穿过该刮刀涂布站前进，并且以初始厚度约2.5密耳将该浆料涂覆在该基片薄膜的上面。
当该涂覆的基片从该刮刀式涂布机中出来时，该薄膜前进穿过一个延伸的加热单元。在该单元中该加热区域的长度为约37英尺，并且将该加热区域维持在温度约340℃下。该涂覆的薄膜将以速率25英尺/分钟前进进入该加热单元，持续总加热时间为约两分钟。当该涂覆的包膜穿过该加热单元时，该浆料中的树脂经历了一个交联(即固化)反应。当从该加热单元中出来时，该反应基本上完成了并且这些聚集体通过该交联的树脂基本上粘合到该基片薄膜上。
然后允许该完成的、聚集体粘合的基片薄膜冷却并且此后切成多个磨料盘。然后使用一台Mahr轮廓曲线仪分析磨料盘样品的表面特征曲线以确定该磨料盘的粗糙度值(Ra)。经测量该粗糙度值为11.13微米。
实例6
通过以下方法生成一种细磨料聚集体的粉末，该聚集体包括保留在硅石内的氧化铝砂砾。将一种水性胶体硅石与具有平均粒度为3.27微米的氧化铝砂砾、连同聚乙二醇(PEG)200增塑剂和去离子水一起进行混合。所使用的硅溶胶是BINDZIL 2040，它可以从乔治亚州玛丽埃塔的Eka化学公司获得，它被认为是水性的，使用具有约40％重量硅石(SiO2)，硅石粒度约20nm，并且碱稳定的pH约10的胶体硅石溶液。按照以下的量值将这些组分进行混合：
  组分   磅(混合物中)
  氧化铝砂砾   24
  BINDZIL 2040硅溶胶   62
  PEG 200   3.8
  去离子水   210
使用一台高剪切混合器将这些组分彻底地混合15分钟以提供一种均匀的水性的分散液。
然后使用相同的Niro牌喷雾干燥器将该混合物进行喷雾干燥。在温度约240℃下，将该混合物加热并且进料进入该喷雾干燥器的入口。该喷雾干燥器出口温度经测量为约120℃。该喷雾干燥工艺基本上从该混合物中去除了水并且经观察剩余的组分形成小的、总体上圆形的聚集体的粉末。在该喷雾干燥器装置1.5小时运行期间从该旋流器区域收集约15磅的聚集体。不需要进一步的烧结或加热来形成这些聚集体。
在放大下对这些聚集体进行检测并且观察到是由硅石和具有包埋在其上的氧化铝砂砾的颗粒的PEG的一个相形成。使用一台Microtrack尺寸分布分析仪，使用湿的和干的取样方法两者对这些聚集体的平均尺寸进行测量。通过湿取样方法经测量平均尺寸为17.08微米，并且通过干取样方法为19.12微米。喷雾干燥后，这些聚集体的最终的水分含量为1.4％重量。
实例7
通过以下方法生成一种细磨料聚集体的粉末，该聚集体包括保留在硅石内的氧化铝砂砾。将一种水性胶体硅石溶液(BINDZIL 2040)与具有平均粒度为3.27微米的氧化铝砂砾、连同聚乙二醇(PEG)200增塑剂和去离子水一起进行混合。用以下的量将这些组分进行混合：
  组分   磅(混合物中)
  氧化铝砂砾   24
  BINDZIL 2040硅溶胶   62
  PEG 200   3.8
  去离子水   210
使用一台高剪切混合器将这些组分彻底地混合15分钟以提供一种均匀的水性的分散液。
然后使用相同的Niro牌喷雾干燥器将该混合物进行喷雾干燥。在温度约343℃下将该混合物进行加热并且进料进入该喷雾干燥器的入口中。经测量该喷雾干燥器的出口温度为约150℃。在350赫兹下操作该喷雾干燥器。该喷雾干燥工艺基本上从该混合物中去除了水，并且经观察剩余的组分形成了一种小的、总体上圆形的聚集体的粉末。在该喷雾干燥器装置的2小时运行期间收集了共约26磅的聚集体，其中约8磅的聚集体是从该主干燥室收集的并且约18磅的聚集体是从该旋流器收集的。不需要进一步的烧结或加热来形成这些聚集体。
在放大下对这些聚集体进行检测并且观察到是由硅石和具有包埋在其上的氧化铝砂砾的颗粒的PEG的一个相形成。使用一台Microtrack尺寸分布分析仪，使用湿的和干的取样方法两者对这些聚集体的平均尺寸进行测量。对于旋流器聚集体，通过湿取样方法经测量平均尺寸为20.38微米，并且通过干取样方法为22.4微米。对于干燥室聚集体，通过湿取样方法经测量平均尺寸为45.97微米，并且通过干取样方法为45.91微米。喷雾干燥后，这些聚集体的最终的水分含量对于旋流器聚集体为1.76％重量，并且对于干燥室聚集体为1.54％重量。
实例8(金刚石1室)
通过以下方法生成一种细磨料聚集体的粉末，该聚集体包括与硅石纳米颗粒相结合的金刚石砂砾。将一种水性胶体硅石与具有平均粒度为1.1微米的金刚石砂砾、连同聚乙二醇(PEG)200增塑剂和去离子水一起进行混合。所使用的硅溶胶是BINDZIL 2040，它可以从乔治亚州玛丽埃塔的Eka化学公司获得，它被认为是水性的，使用具有约40％重量硅石(SiO2)，硅石粒度约20nm，并且碱稳定的pH约10的胶体硅石溶液。按照以下的量值将这些组分进行混合：
  组分   磅(混合物中)
  金刚石砂砾   6.6
  BINDZIL 2040硅溶胶   13.2
  PEG 200   0.9
  去离子水   45
使用一台高剪切力混合器将这些组分进行彻底地混合以提供一种在水中具有约20％固体的均匀的水性分散液。
然后使用一台带有一个FF-1喷雾器的Niro SD6.3旋转喷雾器喷雾干燥器(可以从马里兰州哥伦比亚的Niro公司获得)将该混合物喷雾干燥。在温度约342℃下，将该混合物加热并且进料进入该喷雾干燥器的入口。该喷雾干燥器出口温度经测量为约152℃。该喷雾干燥工艺基本上从该混合物中去除了水并且经观察剩余的组分形成小的、总体上圆形的聚集体的粉末，收集这些聚集体用于分析。约85％的聚集体颗粒是从该干燥器的旋流器单元收集的并且约15％是从该喷雾干燥器装置的主干燥室收集的。不需要进一步的烧结或加热来形成这些聚集体。
在放大下对这些聚集体进行检测并且观察到是由硅石纳米颗粒和与该金刚石砂砾的颗粒相结合的PEG的一个相形成。经测量从该室中收集的聚集体的平均尺寸为约40微米至50微米，SSA＝72m2/g。这些聚集体示于图9中。
实例9(金刚石1旋流器)
通过以下方法生成一种细磨料聚集体的粉末，该聚集体包括与硅石纳米颗粒相结合的金刚石砂砾。将一种水性胶体硅石与具有平均粒度为1.1微米的金刚石砂砾、连同聚乙二醇(PEG)200增塑剂和去离子水一起进行混合。所使用的硅溶胶是BINDZIL 2040，它可以从乔治亚州玛丽埃塔的Eka化学公司获得，它被认为是水性的，使用具有约40％重量硅石(SiO2)，硅石粒度约20nm、并且碱稳定的pH约10的胶体硅石溶液。
用以下的量将这些组分进行混合：
  组分   磅(混合物中)
  金刚石砂砾   6.6
  BINDZIL 2040硅溶胶   13.2
  PEG 200   0.9
  去离子水   45
使用一台高剪切力混合器将这些组分进行彻底地混合以提供一种在水中具有约20％固体的均匀的水性分散液。
然后使用一台带有一个FF-1喷雾器的Niro SD6.3旋转喷雾器喷雾干燥器(可以从马里兰州哥伦比亚的Niro公司获得)将该混合物喷雾干燥。在温度约342℃下，将该混合物加热并且进料进入该喷雾干燥器的入口。该喷雾干燥器出口温度经测量为约152℃。该喷雾干燥工艺基本上从该混合物中去除了水并且经观察剩余的组分形成小的、总体上圆形的聚集体的粉末，收集这些聚集体用于分析。约85％的聚集体颗粒是从该干燥器的旋流器单元收集的并且约15％是从该喷雾干燥器装置的主干燥室收集的。不需要进一步的烧结或加热来形成这些聚集体。
在放大下对这些聚集体进行检测并且观察到是由硅石纳米颗粒和与该金刚石砂砾的颗粒相结合的PEG的一个相形成。经测量从该旋流器中收集的聚集体的平均尺寸为约25微米，SSA＝71m2/g。这些聚集体示于图10中。
实例10(NGC 2500室)
通过以下方法生成一种细磨料聚集体的粉末，该聚集体包括与硅石纳米颗粒相结合的NGC 2500。将一种水性胶体硅石与具有平均粒度为8微米的NGC 2500砂砾、连同聚乙二醇(PEG)200增塑剂和去离子水一起进行混合。所使用的硅溶胶是BINDZIL 2040，它可以从乔治亚州玛丽埃塔的Eka化学公司获得，它被认为是水性的，使用具有约40％重量硅石(SiO2)，硅石粒度约20nm、并且碱稳定的pH约10的胶体硅石溶液。按照以下的量值将这些组分进行混合：
  组分   磅(混合物中)
  NGC 2500   75
  BINDZIL 2040硅溶胶   190
  PEG 200   10.5
  去离子水   25
使用一台高剪切力混合器将这些组分进行彻底地混合以提供一种在水中具有约54％固体的均匀的水性分散液。
然后使用一台带有一个FF-1喷雾器的Niro SD6.3旋转喷雾器喷雾干燥器(可以从马里兰州哥伦比亚的Niro公司获得)将该混合物喷雾干燥。在温度约342℃下，将该混合物加热并且进料进入该喷雾干燥器的入口。该喷雾干燥器出口温度经测量为约152℃。该喷雾干燥工艺基本上从该混合物中去除了水并且经观察剩余的组分形成小的、总体上圆形的聚集体的粉末，收集这些聚集体用于分析。约50％的聚集体颗粒是从该干燥器的旋流器单元收集的并且约50％是从该喷雾干燥器装置的主干燥室收集的。不需要进一步的烧结或加热来形成这些聚集体。
在放大下对这些聚集体进行检测并且观察到是由硅石纳米颗粒和与该NGC砂砾的颗粒相结合的PEG的一个相形成。经测量从该室中收集的聚集体的平均尺寸为约40微米至50微米，SSA＝63m2/g。这些聚集体示于图11中。
实例11(CBN 9微米室)
通过以下方法生成一种细磨料聚集体的粉末，该聚集体包括与硅石纳米颗粒相结合的CBN。将一种水性胶体硅石与具有平均粒度为9微米的CBN砂砾、连同聚乙二醇(PEG)200增塑剂和去离子水一起进行混合。所使用的硅溶胶是BINDZIL 2040，它可以从乔治亚州玛丽埃塔的Eka化学公司获得，它被认为是水性的，使用具有约40％重量硅石(SiO2)，硅石粒度约20nm、并且碱稳定的pH约10的胶体硅石溶液。按照以下的量值将这些组分进行混合。
  组分   克(混合物中)
  CBN 9微米   204.3
  BINDZIL 2040硅溶胶   454
  PEG 200   27.24
  去离子水   72.64
使用一台高剪切力混合器将这些组分进行彻底地混合以提供一种在水中具有约54％固体的均匀的水性分散液。
然后使用一台Pentronix Model 370旋转喷雾器喷雾干燥器将该混合物进行喷雾干燥。将该混合物在室温下进料进入该喷雾干燥器的入口(在温度约220℃下)。该喷雾干燥器出口温度经测量为约98℃。该喷雾干燥工艺基本上从该混合物中去除了水并且经观察剩余的组分形成小的、总体上圆形的聚集体的粉末，收集这些聚集体用于分析。约5％的聚集体颗粒是从该干燥器的旋流器单元收集的并且约95％是从该喷雾干燥器装置的主干燥室收集的。不需要进一步的烧结或加热来形成这些聚集体。
在放大下对这些聚集体进行检测并且观察到是由硅石纳米颗粒和与该CBN砂砾的颗粒相结合的PEG的一个相形成。经测量从该室中收集的聚集体的平均尺寸为约80微米，SSA＝62m2/g。这些聚集体示于图12中。
实例12(镍涂覆的CBN 15微米室)
通过以下方法生成一种细磨料聚集体的粉末，该聚集体包括与硅石纳米颗粒相结合的CBN。将一种水性胶体硅石与具有平均粒度为15微米的镍涂覆的CBN砂砾、连同聚乙二醇(PEG)200增塑剂和去离子水一起进行混合。所使用的硅溶胶是BINDZIL 2040，它可以从乔治亚州玛丽埃塔的Eka化学公司获得，它被认为是水性的，使用具有约40％重量硅石(SiO2)，硅石粒度约20nm、并且碱稳定的pH约10的胶体硅石溶液。按照以下的量值将这些组分进行混合：
  组分   克(混合物中)
  镍涂覆的CBN 15微米   1200
  BINDZIL 2040硅溶胶   454
  PEG 200   29
  去离子水   63
使用一台高剪切力混合器将这些组分进行彻底地混合以提供一种在水中具有约81％固体的均匀的水性分散液。
然后使用一台Pentronix Model 370旋转喷雾器喷雾干燥器将该混合物进行喷雾干燥。将该混合物在室温下进料进入该喷雾干燥器的入口(在温度约220℃下)。该喷雾干燥器出口温度经测量为约98℃。该喷雾干燥工艺基本上从该混合物中去除了水并且经观察剩余的组分形成小的、总体上圆形的聚集体的粉末，收集这些聚集体用于分析。约5％的聚集体颗粒是从该干燥器的旋流器单元收集的并且约95％是从该喷雾干燥器装置的主干燥室收集的。不需要进一步的烧结或加热来形成这些聚集体。
在放大下对这些聚集体进行检测并且观察到是由硅石纳米颗粒和与该CBN砂砾的颗粒相结合的PEG的一个相形成。经测量从该室中收集的聚集体的平均尺寸为约70微米，SSA＝23m2/g。这些聚集体示于图13中。
实例13(NG C 2500)
通过以下方法生成一种细磨料聚集体的粉末，该聚集体包括与二氧化铈纳米颗粒相结合的NGC 2500。将一种水性纳米二氧化铈与具有平均粒度为8微米的NGC 2500砂砾、连同聚乙二醇(PEG)200增塑剂和去离子水一起进行混合。所使用的纳米二氧化铈是由Degussa AG制造的AdvancedNanomaterials，使用具有约40％重量的二氧化铈，约38nm的硅石粒度，以及碱稳定的pH约10被认为是水性的二氧化铈溶液。用以下的量将这些组分进行混合：
  组分   克(混合物中)
  NGC 2500   168
  纳米二氧化铈   454
  PEG 200   27.54
  去离子水   63
使用一台高剪切力混合器将这些组分进行彻底地混合以提供一种在水中具有约53％固体的均匀的水性分散液。
然后使用一台Pentronix Model 370旋转喷雾器喷雾干燥器将该混合物进行喷雾干燥。将该混合物在室温下进料进入该喷雾干燥器的入口(在温度约220℃下)。该喷雾干燥器出口温度经测量为约98℃。该喷雾干燥工艺基本上从该混合物中去除了水并且经观察剩余的组分形成小的、总体上圆形的聚集体的粉末，收集这些聚集体用于分析。约5％的聚集体颗粒是从该干燥器的旋流器单元收集的并且约95％是从该喷雾干燥器装置的主干燥室收集的。不需要进一步的烧结或加热来形成这些聚集体。
在放大下对这些聚集体进行检测并且观察到是由二氧化铈纳米颗粒和与该NGC砂砾的颗粒相结合的PEG的一个相形成。经测量从该室中收集的聚集体的平均尺寸为约50微米，SSA＝8m2/g。这些聚集体示于图14中。
实例14(NG C 2500)
通过以下方法生成一种细磨料聚集体的粉末，该聚集体包括与氧化铝纳米颗粒相结合的NGC 2500。将一种水性Soft Alumina与具有平均粒度为8微米的NGC 2500砂砾、连同聚乙二醇(PEG)200增塑剂和去离子水一起进行混合。所使用的氧化铝是由Saint Gobain制造的，使用具有约40％重量的氧化铝，约38nm的硅石粒度，以及碱稳定的pH约10被认为是水性的氧化铝溶液。用以下的量将这些组分进行混合：
  组分   克(混合物中)
  NGC 2500   168
  氧化铝   454
  PEG 200   27.54
  去离子水   63
使用一台高剪切力混合器将这些组分进行彻底地混合以提供一种在水中具有约53％固体的均匀的水性分散液。
然后使用一台Pentronix Model 370旋转喷雾器喷雾干燥器将该混合物进行喷雾干燥。将该混合物在室温下进料进入该喷雾干燥器的入口(在温度约220℃下)。该喷雾干燥器出口温度经测量为约98℃。该喷雾干燥工艺基本上从该混合物中去除了水并且经观察剩余的组分形成小的、总体上圆形的聚集体的粉末，收集这些聚集体用于分析。约5％的聚集体颗粒是从该干燥器的旋流器单元收集的并且约95％是从该喷雾干燥器装置的主干燥室收集的。不需要进一步的烧结或加热来形成这些聚集体。
在放大下对这些聚集体进行检测并且观察到是由氧化铝纳米颗粒和与该NGC 2500砂砾的颗粒相结合的PEG的一个相形成。经测量从该室中收集的聚集体的平均尺寸为约70微米，SSA＝56m2/g。这些聚集体示于图15中。
实例15(NG C 2500)
通过以下方法生成一种细磨料聚集体的粉末，该聚集体包括与硅石纳米颗粒相结合的NGC 2500。将一种水性Mega Sil与具有平均粒度为5微米的NGC 2500砂砾、连同聚乙二醇(PEG)200增塑剂和去离子水一起进行混合。所使用的Mega Sil是由Moyco Technologies制造的，使用具有约40％重量的硅石，约100nm的硅石粒度，以及碱稳定的pH约10被认为是水性的Megasil(硅石)溶液。用以下的量将这些组分进行混合：
  组分   克(混合物中)
  NGC 2500   168
  Mega Sil   454
  PEG 200   27.54
  去离子水   63
使用一台高剪切力混合器将这些组分进行彻底地混合以提供一种在水中具有约53％固体的均匀的水性分散液。
然后使用一台Pentronix Model 370旋转喷雾器喷雾干燥器将该混合物进行喷雾干燥。将该混合物在室温下进料进入该喷雾干燥器的入口(在温度约220℃下)。该喷雾干燥器出口温度经测量为约98℃。该喷雾干燥工艺基本上从该混合物中去除了水并且经观察剩余的组分形成小的、总体上圆形的聚集体的粉末，收集这些聚集体用于分析。约5％的聚集体颗粒是从该干燥器的旋流器单元收集的并且约95％是从该喷雾干燥器装置的主干燥室收集的。不需要进一步的烧结或加热来形成这些聚集体。
在放大下对这些聚集体进行检测并且观察到是由硅石纳米颗粒和与该NGC砂砾的颗粒相结合的PEG的一个相形成。从该室收集的聚集体的平均粒度经测量为约50微米，SSA＝52m2/g。
实例16
通过以下方法生成一种细磨料聚集体的粉末，该聚集体包括与硅石纳米颗粒相结合的NGC 2500。将一种水性Mega Sil与具有平均粒度约为5微米的NGC 2500砂砾、连同去离子水中的聚乙二醇(PEG)200增塑剂一起进行混合。该Mega Sil是由Moyco Technologies制造的，被认为是一种水性的Mega sil(硅石)溶液，具有约40％重量的硅石，约100nm的硅石粒度，以及碱稳定的pH约10。用以下的量将这些组分进行混合：
  组分   克(混合物中)
  NGC 2500   168
  Mega Sil   454
  PEG 200   27.54
  去离子水   63
将这些组分进行混合并且形成一种在去离子水中具有约53％固体的浆料。使用一台Pentronix Model 370旋转喷雾器喷雾干燥器将该混合物进行喷雾干燥，其中将该混合物在室温下进料进入该喷雾干燥器的入口中(该入口具有约220℃的温度)，并且在出口处(该出口具有出口温度约98℃)释放出来。该喷雾干燥工艺导致形成具有基本上球形形状的聚集体，这些聚集体包括包含在该纳米颗粒粘合剂内的磨料砂砾(如在此所述的图像中说明的)。不需要进一步的烧结或加热来形成这些聚集体。
然后在不同的基片材料上(包括致密的、实心的布基片材料以及多孔的、泡沫的基片材料)形成多种不同的磨料产品。经由一个在线滚卷工艺(in-lineroll process)用一种粘合剂涂覆每一个基片材料，此后，当这些基片在下面经过时经由一个狭缝传送器将这些形成的聚集体涂覆在包含该粘合剂材料的基片上。在260℃下对这些样品的每一个进行处理持续约15秒以干燥该粘合剂并且将这些聚集体颗粒粘合到该基片上。
然后使用这些样品中的每一个研磨一个涂漆的表面，该表面具有应用于该表面的Sherwin Williams PROMAR 200 Interior Latex Semigloss BWI W2206 6403-54262，该表面具有根据ASTM D2457用一台BYK Micro TriglossMeter 4430测量的初始光泽度约2.1(在角度60°下测量的)，以及3.8(在角度85°下测量的)。用这些样品的每一个在该涂漆的表面上研磨持续几秒钟并且在研磨后使用相同的方法在角度60°和85°下(如下面表1中提供的)对该表面的光泽度测量值进行再次测量。
表1
Figure BPA00001320447800381
如表1中所说明的，在涂漆的表面上进行研磨过程之后，在角度60°和85°下所有13个样品都证实了光泽度方面的增加。对于在60°角度下取得的测量值，平均初始光泽度与平均最终光泽度之间光泽度方面的改变是初始光泽度读数的约2.7倍。对于在85°角度下所测量的光泽度读数方面的改变，在所有13个样品上在光泽度方面涂漆的表面都具有平均的增加，从而最终光泽度为比初始光泽度大3.7倍(如从这13个样品的初始光泽度和最终光泽度的平均值计算的)。表1的结果证实提供于多种不同基片上的该磨料产品能够减少涂漆的表面的表面粗糙度并且选择性地增加一个研磨区域的光泽度。
因此，可以预期的是这样一种磨料产品对于提高或改变涂漆的表面的美学吸引力可以是特别有用的。例如，用于在相对于光源在较低的角度下提高该涂漆的表面的反射能力的环绕光夹具的涂漆的表面，或可替代地，用于更加艺术的努力，例如在深色的或亚光的漆背景上生成光滑的外观模板。
除了被用作磨料，在本披露的某些实施方案中，这些聚集体还可以用于除了磨料用于抛光以及磨光材料的应用。例如，据认为可以将本披露的这些聚集体结合到润滑剂配制品中。还可以将这些聚集体结合入复合的材料中用于增加这些复合材料的强度的目的。此外，据认为在某些应用中还可以将这些聚集体用作吸热材料(heat sink material)。这些聚集体示于图16中。
为了说明和描述的目的已经给出了以上对本发明的优选的实施方案的说明。它并非旨在是穷尽性的或者将本发明限制在所披露的确切形式上。根据上述传授的内容，显而易见的多种改变或变更是可能的。努力地选择并且描述这些实施方案以提供对本发明及其实际应用的原理的最好的说明，并且由此使本领域的普通技术人员能够在不同的实施方案中并且在适合于所考虑的具体应用的不同的改变下利用本发明。所有这类改变和变更都是在如通过所附的权利要求在根据它们公平地、合乎法律地、并且合乎衡平法地有权利的宽度进行解释时所确定的本发明的范围之内。

Claims (69)

1.一种涂覆的磨料产品，包括：
一种基片；以及
粘合到该基片上的微粒材料，该微粒材料包括生的、未烧制的磨料聚集体，该聚集体具有总体上球状的或环形的形状，该聚集体是从一种组合物形成的，该组合物包括磨料砂砾颗粒以及一种纳米颗粒粘合剂。
2.如权利要求1所述的涂覆的磨料产品，其中该基片包括一种泡沫材料。
3.如权利要求1和2中任何一项所述的涂覆的磨料产品，其中该基片是一种无纺材料。
4.如权利要求1、2、以及3中任何一项所述的涂覆的磨料产品，其中该基片包括一种有机材料。
5.如权利要求1、2、3、以及4中任何一项所述的涂覆的磨料产品，其中该基片是一种多孔的材料。
6.如权利要求5所述的涂覆的磨料产品，其中该基片具有至少约40vol％的孔隙率。
7.如权利要求6所述的涂覆的磨料产品，其中该基片具有在约50vol％至约90vol％之间范围内的孔隙率。
8.如权利要求5所述的涂覆的磨料产品，其中该孔隙率中大部分是开放的孔隙。
9.如权利要求5所述的涂覆的磨料产品，其中该基片包括一个格栅结构，该格栅结构限定了延伸穿过该格栅结构的开放的孔隙的一个网络。
10.根据权利要求9所述的涂覆的磨料产品，其中该微粒材料是粘合到该栅格结构上的。
11.如权利要求9所述的涂覆的磨料产品，其中该格栅结构包括有效表面积并且该有效表面积的至少约50％被该微粒材料覆盖。
12.如权利要求1、2、3、4、以及5中任何一项所述的涂覆的磨料产品，其中该基片包括一种聚合物。
13.如权利要求12所述的涂覆的磨料产品，其中该基片包括一种聚烯烃。
14.如权利要求12所述的涂覆的磨料产品，其中该基片包括一种聚合物，该聚合物选自以下聚合物的组，其组成为：聚苯乙烯、聚酯、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酰亚胺、聚酰胺、聚乳酸、聚丙烯酸酯、聚砜、聚乙酸酯、氟化聚合物、以及氯化聚合物。
15.如权利要求1、2、3、4、5、以及12中任何一项所述的涂覆的磨料产品，进一步包括一种附连到该基片的一个表面上的背衬材料。
16.如权利要求1、2、3、4、5、12、以及15中任何一项所述的涂覆的磨料产品，进一步包括覆盖在该基片上面的一个超级胶料涂层。
17.如权利要求16所述的涂覆的磨料产品，其中该超级胶料涂层是粘合到该微粒材料上的。
18.如权利要求16所述的涂覆的磨料产品，其中该超级胶料涂层包括一种选自以下添加剂的组的添加剂，该组的组成为：抗荷载剂类、磨料填充剂类、增塑剂类、抗静电剂类、润滑剂类、湿润剂类、研磨助剂类、色素类、染料类、偶联剂类、脱模剂类、助悬剂类、固化剂类、芳香族物质、以及抗微生物剂类。
19.如权利要求1、2、3、4、5、12、15、以及16中任何一项所述的涂覆的磨料产品，其中该基片包括一种抗荷载剂。
20.如权利要求19所述的涂覆的磨料产品，其中该抗荷载剂是粘合到该基片上的。
21.如权利要求19所述的涂覆的磨料产品，其中该抗荷载剂被包含在覆盖在该基片和该微粒材料的一部分上面的一个涂层中。
22.如权利要求19所述的涂覆的磨料产品，其中该抗荷载剂是粘合到该微粒材料上的。
23.如权利要求19所述的涂覆的磨料产品，其中该抗荷载剂是包含在该微粒材料内的。
24.如权利要求23所述的涂覆的磨料产品，其中该抗荷载剂是粘合到该纳米颗粒粘合剂上的。
25.如权利要求23所述的涂覆的磨料产品，其中该微粒材料是空的，并且该抗荷载剂被包含在该微粒材料的一个内部空间内。
26.如权利要求19所述的涂覆的磨料产品，其中该抗荷载剂包括一种金属。
27.如权利要求19所述的涂覆的磨料产品，其中该抗荷载剂包括一种酸。
28.如权利要求19所述的涂覆的磨料产品，其中该抗荷载剂包括一种有机物质。
29.如权利要求28所述的涂覆的磨料产品，其中该抗荷载剂包括一种有机基基团，该基团包括至少4个碳原子。
30.如权利要求19所述的涂覆的磨料产品，其中该抗荷载剂是选自以下物质的组，其组成为：硬脂酸金属盐类、棕榈酸金属盐类、脂肪酸类、磷酸类、偏酯类、胺盐类、以及铵盐类。
31.如权利要求19所述的涂覆的磨料产品，其中该抗荷载剂具有高于约50℃的软化点。
32.如权利要求1、2、3、4、5、12、15、16、以及19中任何一项所述的涂覆的磨料产品，其中该基片包括一种抗静电剂。
33.如权利要求32所述的涂覆的磨料产品，其中包含该抗静电剂的磨料产品的表面电阻系数不大于约1E8Ω/平方。
34.如权利要求32所述的涂覆的磨料产品，其中该抗静电剂是粘合到该基片上的。
35.如权利要求32所述的涂覆的磨料产品，其中该抗静电剂被包含在覆盖在该基片和该微粒材料的一部分上面的一个涂层中。
36.如权利要求32所述的涂覆的磨料产品，其中该抗静电剂被包含在附连到该基片的一个表面上的一个背衬中。
37.如权利要求32所述的涂覆的磨料产品，其中该抗静电剂是粘合到该微粒材料上的。
38.如权利要求32所述的涂覆的磨料产品，其中该抗静电剂是包含在该微粒材料内的。
39.如权利要求38所述的涂覆的磨料产品，其中该抗静电剂是粘合到该纳米颗粒粘合剂上的。
40.如权利要求38所述的涂覆的磨料产品，其中该微粒材料是空的，并且该抗静电剂被包含在该微粒材料的一个内部空间内。
41.如权利要求32所述的涂覆的磨料产品，其中该抗静电剂包括一种吸湿的材料。
42.如权利要求32所述的涂覆的磨料产品，其中该抗静电剂包括一种有机物质。
43.如权利要求32所述的涂覆的磨料产品，其中该抗静电剂包括一种选自下组的化合物，该组的组成为：胺类、羧基、以及羟基。
44.如权利要求32所述的涂覆的磨料产品，其中该抗静电剂包括一种金属。
45.如权利要求32所述的涂覆的磨料产品，其中该抗静电剂包括碳。
46.如权利要求32所述的涂覆的磨料产品，其中该基片包括一种芳香族物质。
47.如权利要求46所述的涂覆的磨料产品，其中该芳香族物质包括一种后调。
48.如权利要求46所述的涂覆的磨料产品，其中该芳香族物质包括一种前调。
49.如权利要求46所述的涂覆的磨料产品，其中该芳香族物质包括一种中调。
50.如权利要求46所述的涂覆的磨料产品，其中该芳香族物质包括一种香精油。
51.如权利要求46所述的涂覆的磨料产品，其中该芳香族物质包括选自以下物质的组的一种有机物质，该组的组成为：醇类、醛类、胺类、酯类、醚类、酮类、内酯类、萜类、以及硫醇类。
52.如权利要求46所述的涂覆的磨料产品，其中该芳香族物质是粘合到该微粒材料上的。
53.如权利要求52所述的涂覆的磨料产品，其中该芳香族物质被包含在覆盖在该基片和该微粒材料的一部分上面的一个涂层中。
54.如权利要求46所述的涂覆的磨料产品，其中该芳香族物质是包含在该微粒材料内的。
55.如权利要求54所述的涂覆的磨料产品，其中该芳香族物质是粘合到该纳米颗粒粘合剂上的。
56.如权利要求54所述的涂覆的磨料产品，其中该微粒材料是空的，并且该芳香族物质被包含在该微粒材料的一个内部空间内。
57.如权利要求1、2、3、4、5、12、15、16、19、以及32中任何一项所述的涂覆的磨料产品，其中该基片包括一种抗微生物剂。
58.如权利要求57所述的涂覆的磨料产品，其中该抗微生物剂包括一种选自下组的物质，该组的组成为：不育剂类、消毒杀菌剂类、消毒剂类、以及杀真菌剂类。
59.如权利要求57所述的涂覆的磨料产品，其中该抗微生物剂包括选自下组的一种物质，该组的组成为：醇、酚醛树脂、过氧化物、含铵化合物、含碘化合物、含氯化合物、以及酚类化合物。
60.如权利要求59所述的涂覆的磨料产品，其中该抗微生物剂被包含在覆盖在该基片和该微粒材料的一部分上面的一个涂层内。
61.如权利要求57所述的涂覆的磨料产品，其中该抗微生物剂是粘合到该微粒材料上的。
62.如权利要求61所述的涂覆的磨料产品，其中该抗微生物剂是包含在该微粒材料内的。
63.如权利要求62所述的涂覆的磨料产品，其中该抗微生物剂是粘合到该纳米颗粒粘合剂上的。
64.如权利要求62所述的涂覆的磨料产品，其中该微粒材料是空的，并且该抗微生物剂被包含在该微粒材料的一个内部空间内。
65.一种用于机加工一个涂漆的表面的方法，该方法包括：
提供一个涂漆的表面，该表面具有初始表面粗糙度Rai；
用一个单个的磨料产品研磨该涂漆的表面以从该涂漆的表面中去除物质并且将表面粗糙度减少到最终表面粗糙度Raf，该最终表面粗糙度Raf是用所述单个的产品而不使用另一种磨料产品而实现的。
66.根据权利要求65所述的方法，其中该涂漆的表面具有初始光泽度Gi，并且研磨该涂漆的表面包括将表面的光泽度变成最终光泽度Gf，其中在至少约60°的角度测量时，Gf是至少约2Gi。
67.如权利要求66所述的方法，其中在约60°的角度测量时，Gf在约2Gi与约4Gi之间的范围内。
68.如权利要求66所述的方法，其中在约85°的角度测量时，Gf是至少约3Gi。
69.如权利要求68所述的方法，其中在约85°的角度测量时，Gf在约2Gi与约6Gi之间的范围内。
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