TW201223699A - Bonded abrasive articles, method of forming such articles, and grinding performance of such articles - Google Patents

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201223699 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 以下内容係針對黏結的磨料物品，並且更具體地說是 此類結合了在一黏結劑材料中包含的磨料顆粒的黏結的磨 料物品的性能，其中該黏結劑材料包括一金屬或金屬合金。 【先前技術】 用於機加工應用的磨料典型地包括黏結的磨料物品以 及塗覆的磨料物品。塗覆的磨料物品通常是分層的物品， 具有一背襯和一磨料塗層以將磨料顆粒固定在背襯上其 最常見的例子係砂紙。黏結的研磨工具由處於輪狀、盤狀、 段狀、鑲嵌針狀、磨石狀以及其他工具形狀（它們可以被 安裴在一機加工裝置上，例如一磨床或拋光裝置）的形式 的硬的、並且典型係整體的、三維的磨料複合材料組成。 黏、、的研磨工具通常具有至少兩個相，包括磨料顆粒 和黏結劑材料。某些黏結的磨料物品可以具有一孔隙率形 式的另外的相。黏結的研磨工具可以按各種‘等級，和 ‘結構’來製造，它們是根據本領域中的實踐由該磨料複 合材料的相對硬度和密度（等級）並且由該複合材料内的 磨料顆粒、黏結劑、以及孔隙率（結構）來限定。 一些黏結的研磨工具可能特別有用於研磨和成型在電 子和光學行業中使用的某些類型的工件，包括例如，金屬、 陶瓷以及結晶材料。在其他情況下，某些黏結的研磨工具 可以用於成型用在工業應用中的超級磨料材料。在用金屬 201223699 黏結的磨料物品研磨和成型某些工件的情況了，一般該過 程涉及大量的針對維護該黏結的磨料物品的時間和勞動。 即，一般而言’金屬黏結的磨料物品要求定期的修正 (truing)和整修（dressing)操作以保持該磨料物品的研 磨能力。 工業上繼續要求改進的能夠進行研磨的方法及物品。 【發明内容】 根據一方面，一種磨料物品包括一黏結的磨料本體， 該本體具有在一黏結劑材料中包含的磨料顆粒，該黏結劑 材料包括一金屬或金屬合金，並且其中該黏結的磨料本體 與一常規的金屬黏結的磨料物品相比以至少快約5%的研 磨速率在一工件上進行研磨操作。 在另方面，一種磨料物品包括一黏結的磨料本體， 該本體具有在一黏結劑材料中包含的磨料顆粒，該黏結劑 材料包括一金屬或金屬合金，並且其中該黏結的磨料本體 在一工件上進行研磨操作並且與一常規的金屬黏結的磨料 物品相比具有研磨效率上的增纟，如藉由研磨磨損率所測 得的，該研磨效率的增大係小至少約的磨損。 在又一方面，一種磨料物品包括一黏結的磨料本體， 該本體具有在一黏結劑材料中包含的磨料顆粒，該黏結劑 材料包括金屬或金屬合金，並且其中該黏結的磨料本體 在工件上進行研磨操作並且與一常規的金屬黏結的磨料 物品相比具有研磨效率上的增大，如藉由部件數/整修 201223699 (pam/dress)m測得的，該研磨效率的增大係至少約1〇%。 在又-方面，操作-研磨工具的方法包括用一黏結的 磨料本體來研磨-工件，該黏結的磨料本體包括在一金屬 黏結劑材料中包含的磨料顆粒，並且該工件包括具有至少 約5 GPa的平均維氏硬度的一種碳化物材料。該黏結的二 料本體進行了至少17個連貫的研磨週期而不超過一研磨 機器的最大轉轴功率。 根據另一方面，操作研磨工具时法包括在用一金剛 石輥輪修正一黏結的磨料本體之後用該黏結的磨料本體研 磨一工件，其中在研磨過程中，該工件具有至少約$ GPa 的平均維氏硬度並且該黏結的磨料本體證冑了在初始研磨 力率上的增大係不大於約4〇%，肖初始研磨功率的增大由 等式[(Ρη-Ρ〇)/Ρ〇]χ 100%來定義，其中p〇代表在一初始 研磨週期中用1¾黏結的磨料本體研磨該工件所用的初始研 磨功率，並且Pn代表在第11個連貫的研磨週期中用該黏結 的磨料本體研磨該工件所用的研磨功率，其中n^i6。 在又一方面，操作研磨工具的方法包括用一磨料修正 輪修正一黏結的磨料本體’該黏結的磨料本體包括在一金 屬黏結劑材料中包含的磨料顆粒’其中該黏結劑材料包括 不大於約❹^^…的平均勒性以卜卜該方法進一步 L括用修正後的黏結的磨料本體直接研磨一工件其中在 金屬工件的研磨操作過程中，該黏結的磨料本體在至少 約1.0 inVmin/in，的材料去除率下具有至少約12〇〇的G 比率，其中該G比率被定義為從該工件上去除的材料體積 5 201223699 除以從該黏結的磨料本體上藉由磨損而損失的材料體積。 根據另一方面，操作研磨工具的方法包括用一磨料修 正輪修正一黏結的磨料本體，該黏結的磨料本體包括在一 金屬黏結劑材料中包含的磨料顆粒。該方法包括在修正之 後不對該黏結的磨料本體進行棒整修的情況下用該黏結的 磨料本體研磨一工件，其中在研磨過程中，該黏結的磨料 本體具有的功率變化[(Po _ Pn)/P0] x 1〇〇%為不大於約 40%，其中p〇代表在一初始研磨週期中用該黏結的磨料本 體研磨—卫件所用的研磨功率，並且pn代表在第η個研磨 週期中研磨該工件所用的研磨功率，其中η匕4。 方面包括研磨工具，該研磨工具包括一黏結的 磨料本體，該本體具有在一黏結劑材料中包含的磨料顆 粒，該黏結劑材料包括一金屬， 的VAG/VBM之比，其中V 传. -金屬’其中該本體包括至少約13 Vag係該本體的總體積内磨料顆粒 的體積百分比’並且Vbm係該本體的總體積内黏結劑材料

的’其中P〇代表在第-研磨週期中用該黏結的磨料本體初 始研磨該工件所用的初始研磨功率，並 秒之後用該黏結的磨料本體研磨該 ，並且Pn代表在研磨 替該工件所用的研磨功 201223699 根據另-方面，-研磨工具包括一黏結的磨料本體， 該本體具有在一黏結劑材料中包含的磨料顆粒，該黏結劑 材料包括一金屬或金屬合金，其中在具有至少約5 Gpa的 平均維氏硬度的一工件的研磨過程中，該黏結的磨料本體 具有的初始研磨功率上的增大係不大於約4〇%，該初始研 磨功率的增大由等式[(pn - ρ0)/ρ〇] χ 1〇〇%來定義，其中 Ρ〇代表在一初始研磨週期中用該黏結的磨料本體研磨該工 件所用的初始研磨功率，並且Ρη代表在第η個研磨週期中 用該黏結的磨料本體研磨該工件所用的研磨功率，其中 16。 一 根據又-方面，-研磨工具包括一黏結的磨料本體， 該本體具有在-黏結劑材料中包含的磨料顆粒，該黏結劑 材料包括-金屬或金屬合金，其中該本體包括至少約Μ 的vAG/m，其+ ^係該本體的總體積内磨料顆粒 的體積百刀比並Vbm係該本體的總體積内黏結劑材料 的體積百分比。在一金屬工件的研磨操作中該黏結的磨 料本體在至少約1 .G inVmin/in，的材料去除率下具有至少約 1200的G比率’其中該G比率被定義為從該工件上去除的 材料的體積除以從該黏結的磨料本體上藉由磨損而損失的 材料體積。 根據-特定的方面，一研磨工具包括一黏結的磨料本 體，該本體具有在—黏結劑材料中包含的磨料顆粒，該黏 結劑材料包括-金屬或金屬合金，其中在一未整修的研磨 操作中’該黏結的磨料本體具有的功率變化[(p。_叫心] 201223699 χ 100%為不大於約40%，其中ρ〇代矣Α Μ 六丁 代表在一初始週期中用該 黏結的磨料本體研磨一工具所用的功率，並且PnR表在第 η個週期中研磨該工件所用的研磨功率，其中n>4。 【實施方式】 以下内容總體上是針對將磨料顆粒結合在三維的材料 基質中的黏結的研磨物品。黏結的磨料物品利用了許多固 定在一種三維的黏結劑材料基質中的磨料顆粒。此外以 下内容包括關於形成此類黏結的磨料物品的方法以及此類 黏結的磨料物品的應用的說明。 根據一實施方式，該用於形成磨料物品的方法可以藉 由形成一包含磨料顆粒和黏結劑材料的混合物而開始。該 等磨料顆粒可以包括一硬質材料。例如，該等磨料顆粒可 以具有至少約7的莫氏硬度。在其他的磨料本體中，該等 磨料顆粒可以具有至少8、或甚至至少9的莫氏硬度。 在特疋情況下，該等磨料顆粒可以由一無機材料製 成。適合的無機材料可以包括碳化物、氧化物、氮化物、 硼化物、碳氧化物、硼氧化合物、氮氧化合物、以及它們 的組口。磨料顆粒的具體例子包括碳化梦、碳化蝴、氧化 鋁 '氧化錯、氧化鋁·氧化锆複合顆粒、氮化矽、赛隆、以 及硼化鈦。在某些情況下，該等磨料顆粒可以包括一超級 磨料材料，如金剛石、立方氮化硼、以及它們的組合。在 特定情況下，該等磨料顆粒可以主要由金剛石組成。在其 他實施方式中，該等磨料顆粒可以主要由立方氮化硼組成。 201223699 該等磨料顆粒可以具有不大於約咖微米的平均細 微性。在其他實施方式中，該等磨料顆粒具有的平均磨料 細微性可以是不大於約75〇微米，如不大於約則微米、 不大於約250微来、不大於約2〇〇微米、或甚至不大於約 二微米。在特定情況下，這裡該等實施方式的磨料顆粒 、有的平均磨料細微性可以是在約以来與約職微米之 間的範圍内，例如在約i微米與約5〇〇微米之間、或甚至 在約1微米與約2〇〇微米之間。 、進一步關於該等磨料顆粒，該等磨料顆粒的形態學可 以藉由-長徑比來㈣’該長徑比係長度與寬度^寸之 比。將瞭解的是該長度係該磨料顆粒的最長尺寸並且該寬 :係-給定磨料顆粒的第二長尺寸。根據這裡的實施方 式，該等磨料顆粒具有的長徑比（長度·寬度）可以是不 大於約3: !或甚至不大於約2:卜在特定情況下該等磨 ;斗顆粒可以是基本上等軸的，使得它們具有約L 1的長徑 比0 該等磨料顆粒可以包括其他特徵，包括例如—塗層。 該等磨料顆粒可以塗覆有一塗覆材料，該材料可以是一益 ^材料。適當的無機材料可以包括陶究、玻璃、金屬、金 2金、以及它們的-種組合。在特定情況下，該等磨料 顆粒可以被錢有-金屬材料，並且更特別地係一過渡金屬 :合物。此類塗覆的磨料顆教可以促進磨料顆粒與點結劑 持料之間的改善的結合（例如，化學結合）。 在某些情況下，該混合物可以包括磨料顆粒的一特定 201223699 分佈°例如’該混合物可以包括磨料顆粒的磨料細微性的 -種多峰分佈’使得在該混合物中存在著細、+間以及 粗的磨粒尺寸的特定分佈mit況下，該混合物可 以包括磨料顆粒的一種雙峰分佈，包括具有一細的平均砂 蝶大小的細顆粒、以及具有—粗的平均砂蝶大小的粗磨料 顆粒’其中該粗的平均㈣大小顯著大於該細的平均砂襟 大丨、例如，該粗的平均砂礫大小可以比該細的平均砂礫 大小大出至少約10%、至少約20%、至少約3〇%、或甚至 大出至少約50%(基於該細的磨料細微性）。將瞭解的是 該混合物可以包括磨料顆粒的其他多峰分佈，包括例如， 一種三峰分佈或四峰分佈。 還將瞭解的是具有相同組成的磨科顆粒可以具有不同 的機械特性’包括例如’脆性。該混合物，以及最終形成 的黏結的磨料本體可以結合一磨料顆粒混合物，該混合物 可以是相同組成的、但具有不同的機械特性或等級。例如， 該混合物可以包括單一組成的磨料_，使得該混合物僅 包括金剛石或立方氮化蝴。然:而，該金剛石或立方氮化硼 可以包括不同等級的金剛石或立方氮化硼的一混合物，使 得該等磨料顆粒具有不同的等級和不同的機械特性。 該等磨料顆粒被提供在該混合物中的量值可以是使得 最終形成的磨料物品包含一特定量值的磨料顆粒。例如， 該混合物可以包括一個大半含量（例如，大於5〇ν〇ι%)的 磨料顆粒。 根據一實施方式，該黏結劑材料可以是一金屬或金屬

S 201223699 合金材料。例如，該黏結劑材料可以包括一粉末組合物’ 該組合物包括至少一種過渡金屬元素。在特定情況下，該 黏結劑材料可以包括一選自下組的金屬，該組包括：銅、 錫、銀、鉬、鋅、鎢、鐵、鎳、銻、以及它們的一組合》 在一具體的實施方式中，該黏結劑材料可以是一包括銅和 錫的金屬合金。該銅和錫的金屬合金可以是一青銅材料， 該青銅材料可以由銅和錫分別為按重量計6〇: 40的組成而 形成。 根據一具體實施方式，該銅和錫的金屬合金可以包括 某一銅含量，使得最終形成的黏結的磨料物品具有適當的 機械特徵和研磨性能。例如，該銅和錫的金屬合金可以包 括不大於約70%的銅’如不大於約65%的銅、不大於約 、不大於約50°/。的銅、不大於約45%的銅、或甚至不 大於約40%的銅》在特定情況下，銅的量值係在約3〇%與 約65%之間的範圍内’並且更特別地是在約4〇%與約μ% 之間。 某些銅和錫的金屬合金可以具有最少量的錫。例如， 該金屬合金可以包括占該組合物總量的至少約3〇%的錫 在其他情況下，錫的量可以更大，例如至少約35%、至I、 約40%、至少約45%、至少約50%、至少約6〇%、至，丨、 65%、或甚至至少約75%。某些黏結劑材料可以包括夏 的錫量在約30%與約80%之間、約3〇%與約7〇%之間具有 金 甚至約35%與約65%之間的範圍内的一鋼和錫的金屬= 201223699 在一替代實施方式中，該黏結劑材料可以是一錫基材 料，其t該等錫基材料包括相對材料令的其他組分而言含 有大半含量的錫的多種金屬和金屬合金。例如，該黏結劍 材料可以主要由錫組成。而且’可以使用包括不大於約ι〇% 的其他合金化材料（特別是金屬）的某些錫基黏結劑材料。 該混合物可以包含相等部分的磨料顆粒與黏結劑。然 而在某些實施方式中，該混合物可以被形成為使得該混 合物中黏結劑材料的量可以小於磨料顆粒的量。這樣一混 合物有助於具有某些特性的一黏結的磨料物品，將在此更 詳細地描述。 除了該磨料顆粒和黏結劑材料之外，該混合物可以進 一步包括一活性黏結劑組合物先質。該活性黏結劑組合物 先質包括一可以加入該混合物中的材料，該先質之後協助 該黏結的磨料本體的某些組分（包括例如微粒材料（例如， 磨料顆粒和/或填充劑）與黏結劑材料）之間的化學反應。 該活性黏結劑組合物先質能以少量加入該混合物中，並且 特別地以小於該混合物_存在的磨料顆粒量的量值加入。 根據一實施方式，該活性黏結劑組合物先質可以包括 含一金屬或金屬合金的一組合物。更具體地說，該活性黏 結劑組合物先質可以包括含氫的一組合物或錯合物。例 如’該活性黏結劑組合物先質可以包括一金屬氫化物，並 且更特別地可以包括一諸如氫化鈦的材料。在一實施方式 中，談活性黏結劑組合物先質主要由氫化鈦組成。 該混合物一般包括少量的該活性黏結劑組合物先質。 201223699 例如，該混合物可以包括占該混合物總重量的不大於約4〇 wt%的活性黏結劑組合物先質。在其他實施方式中，該混 合物内的活性黏結劑組合物先質的量值可以更小，如不大 於約35 wt%、不大於約30 wt%、不大於約28 wt%、不大 於約26 wt%、不大於約23 wt%、不大於約a wt%、不大 於約15wt%、不大於約12wt%、或甚至不大於約i〇wt〇/〇。 在特定情況下，該混合物内的活性黏結劑組合物先質的量 值可以在約2 wt〇/〇與約40 wt%之間的範圍内，如在約4 wt% 與約35 wt%之間、在約8 wt%與約28 wt%之間、在約i〇 wt% 與約28 wt%之間、或甚至在約12 wt〇/〇與約26糾％之間。 該系統可進一步包括一黏結劑材料。該黏結劑材料可 以用於在該黏結的磨料物品的成型過程中提供適當的強 度。某些適合的黏結劑材料可以包括一有機材料。例如， 該有機材料可以是諸如熱固性材料、熱塑性塑膠、黏合劑、 及其組合的一材料。在一特定情況下，該黏結劑材料的有 機材料包括諸如聚醯亞胺類、聚醯胺類、樹脂類、芳族聚 醯胺類、環氧化物、聚酯類、聚氨酯類、乙酸酯類、纖維 素及其組合的一材料。在一實施方式中，該混合物可以包 括如下一黏結劑材料，該材料利用了一熱塑性材料的2 合’該組合被配置為在特定溫度下固化。在 ^ 貫施方式 c 中，該黏結劑（binder)材料可以包括一適合於促進該混入 物的組分之間的附連的黏合劑（adhesive)材料。該黏結= 可以處於液體的形式，包括例如一水基或非水基化合物/ 一般，該黏結劑材料能以小量值（按重量計）存在於 13 201223699 、混口物_例如，該黏結劑存在的量值可以顯著小於該 磨料顆粒、黏結劑材料、或該活性黏結劑組合物先質的量 值。例如，該混合物可.以包括占該混合物總重量的不大於 約40 wt%的黏結劑材料。在其他實施方式中該混合物内 的黏結劑材料的量值可以更小，如不大於約35«、不大 於約30 wt%、不大於約28 wt%、不大於約％ wt%、不大 於約23 wt 4不大於約18 wt%、不大於約1 $ wt%、不大 於約12wt〇/。、或甚至不大於約1〇 wt%。在特定情況下該 混合物内的黏結劑材料的量值可以在約2 wt%與約4〇 wt% 之間的範圍内，如在約4 wt%與約35 wt%之間、在約8 wt% 與約28 wt%之間、在約10 wt%與約28 wt%之間或甚至 在約12 wt%與約26 wt%之間。 該系統可進一步包括某一量值的填充劑。該等填充劑 可以是一微粒材料，該微粒材料可以替換該混合物中的某 些組分，包括例如該等磨料顆粒。值得注意地，該等填充 劑可以是可以摻入該混合物中的一微粒材料，其中該等填 充劑在最終形成的黏結的磨料本體中基本上維持了它們的 原始尺寸和形狀。適當的填充劑的例子可以包括氧化物、 碳化物、硼化鈣、矽化物、氮化物、氧氮化合物、碳氧化 物' 矽酸鹽、石墨、矽、金屬間化合物、陶瓷 '空心陶竟、 熔融矽石、玻璃、玻璃陶瓷、空心玻璃球、天然材料如貝 殼、以及它們的一組合。 值得注意地，某些填充劑具有的硬度可以小於該等磨 料顆粒的硬度。另外，該混合物可以被形成為使得該等填

S 14 201223699 充劑存在的量值係不大於該混合總體積的約9〇 v〇1〇/^使用 體積百分比來描述填充劑的含量，因為填充劑可以根據微 粒的類型而具有變化的密度’如空心球體對比重微粒。在 其他實施方式中，該混合物内的填充劑的量值可以是不大 於約80 wt%’如不大於約70 wt〇/〇、不大於約wt〇/〇、不 大於約50 wt%、不大於約40 wt%、不大於約3〇 wt%、或 甚至不大於約20 wt %。 某些成型工藝可以利用比磨料顆粒量更大的量值的填 充劑材料。例如，可以將幾乎全部的磨料顆粒用一或多種 填充劑材料來替換。在其他情況下，可以將大半含量的磨 料顆粒用填充劑材料來替換。在其他實施方式中，可以將 小部分的磨料顆粒用填充劑材料來替換。 此外，該等填充劑具有的平均微粒尺寸可以顯著小於 該等磨料顆粒的平均磨料細微性。例如，該等填充劑的平 均微粒尺寸可以比該等磨料顆粒的平均磨料細微性小至少 約5%，如小至少約1〇%，如小至少約15%、小至少約鳩、 或甚至小至少、約25%，基於該等磨料顆粒的平均磨料細微 性。 在某些其他實施方式中，該等填充劑可以具有大於該 等磨料顆㈣平均微粒尺寸，特別是在填充劑為空心體的 情況下。 在特定情況下，該填充劑材料可以具有不大於約ι〇 奶^的斷裂勃性（Klc)，如使用&csMindentati〇n

S T_rs，Inc_ (瑞士）或類似公司可得到的一金剛石探針根 15 201223699 據ISO 14577的標準化試驗藉由奈米壓辦 壓痕測得的。在其他

與約7 MPa m0 5之間的範圍内。 在形成該混合物之後，該形成黏結的磨料物品的方法 藉由剪切該混合物而繼續使得它具有適當的流變學特徵。 例如’可以將該混合物剪切直到它具有一 一特定的黏度（如

在剪切該混合物之後，該方法藉由由該混合物來形成 團聚體而繼續。形成團聚體的過程可以在開始時包括一乾 燥該混合物的過程。具體地說，該乾燥過程可以在適合於 使該混合物中所含的黏結劑内的一有機組分（例如，熱固 性材料）固化的溫度下進行、並且去除該混合物内的某些 揮發物（例如，濕氣）的一部分。因此，在適當固化該黏 結劑材料内的有機材料之後，該混合物可以具有一硬化的 或半硬化的形式。特別合適的乾燥溫度可以是不大於約 250°C’並且更特別地是在約〇。(：與約25〇〇c之間的範圍内。 在適當溫度下乾燥該混合物之後，可以藉由破碎該硬 化的形式來繼續這個形成團聚體的過程。在破碎該硬化的

S 16 201223699 形式之後，該等破碎的顆粒包括該混合物中所含組分的團 聚體，包括該等磨料顆粒和黏結劑材料。該形成團聚體的 過程接著可以包括筛選該破碎的微粒以得到團聚體尺寸的 一適當分佈。 在形成團聚體之後，可以藉由將該等團聚體成型為最 終形成的黏結的磨料物品的所希望形狀來繼續該過程。一 適當的成型過程包括用該等團聚顆粒填充一模具。在填充 該模具之後’可以壓製該等團聚體以形成一具有該模具的 尺寸的生迷（即’未燒結的）^根據一實施方式壓製可 以在至少約0.01 ton/in2的該黏結的磨料物品的面積的一壓 力下進行。在其他實施方式中，該壓力可以更大，如在至 少約 0.1 tons/in2、至少約 0.5 tons/in2、至少約 i t〇ns/in2、 或甚至至少約2 tons/in2的等級上。在一具體的實施方式 中，進行壓製的壓力係在約〇.01 tons/in2與約5 t〇ns/in2之 間的範圍内’或更特別地是在約〇.5 tons/in2與約3 t〇ns/in2 之間的範圍内。 在使混合物成型以形成該生坯物品之後，可以藉由處 理該生述物品來繼續該方法。處理可以包括熱處理該生坯 物品，並且特別是燒結該生坯物品。在一具體的實施方式 中’處理包括液相燒結而形成該黏結的磨料本體。值得注 意地’液相燒結包括形成該生坯物品的某些組分（特別是 該黏結劑材料）的一液相，使得在該燒結溫度下該黏結劑 材料的至少一部分存在于該液相中並且自由流動。值得注 意地’液相燒結不是通常地使用一金屬黏結劑材料來形成

C 17 201223699 黏結的磨料的'一工藝。 根據-實施方式’處理該生达物品包括將該生堪物品 加熱到至少4，C的一液相燒結溫度。在其他實施方式 中’該液相燒，结溫度可以更大，例如至少5〇〇〇c、至少約 65(TC、至少約800。(：、或甚至至少約9〇〇〇c。在特定情況 下，該液相燒結溫度可以是在約40yc與約11〇〇。€之^的 範圍内，如在約800。〇與約謂^間、並且更㈣地 是’在約800°C與1050oC之間的範圍内。 處理（特別是燒結）可以在一特定的持續時間内進行。 該液相燒結溫度下的燒結可以進行至少約1〇分鐘、至少約 2〇分鐘、至少約30分鐘、或甚至至少約4〇分鐘的一持續 時間》在具體的實施方式中，該液相燒結溫度下的燒結持 續的時間可以在約10分鐘與約90分鐘的範圍内，如在約 1〇分鐘與60分鐘之間、或甚至在約15分鐘與約判分鐘 之間。 處理該生坯物品可以進一步包括在特定的氣氛下進行 一液相燒結過程。例如，該氣氛具體係具有不大於約ι〇2 托壓力的一減壓氣氛。在其他實施方式中，該減壓氣氛具 有的壓力可以是不大於約1〇-3托、不大於約1〇·4托不大 於約10-5托 '或甚至不大於約10-6拕。在特定情況下該 減壓氣氛可以在約1〇-2托與約10·6托之間的範圍内。 另外’在處理該生坯物品的過程中，並且特別是在— 液相燒結過程中，該氣氛可以是一非氧化性（即，還原性〕 氣氛。用於形成該還原性氣氛的適當氣態物種可以包括氣

S 18 201223699 氣、氮氣、稀有氣體、一氧化碳、離解氨、以及它們的一 組合。在其他實施方式中，在處理該生坯物品的過程十可 以使用一惰性氣氛來限制該等金屬和金屬合金組分的氧 化。 在完成該處理過程之後，形成了將磨料顆粒結合在一 金屬黏結劑材料中的一黏結的磨料物品。根據一實施方 式’該磨料物品可以具有一擁有特定特徵的本體。例如， 根據一實施方式，該黏結的磨料本體可以具有比該本體内 的黏結劑材料顯著更大的磨料顆粒體積。該黏結的磨料本 體可以具有至少約13的Vag/Vbm之比，其中Vag代表該 黏結的磨料本體的總體積内磨料顆粒的體積百分比，並且 VBM代表該勘結的磨料本體的總體積内黏結劑材料的體積 百分比。根據另一實施方式，該VAG/VBM之比可以是至少 約丨_5 ’如至少約1.7、至少約2.0、至少約2.卜至少約2.2、 或甚至至少約2.5。在其他實施方式中，該黏結的磨料本體 可以被形成為使得該VAG/vBM之比是在約1.3與約9.0之間 的範圍内’如在約13與約8.0之間，如在約1.5與約7.0 之間’如在約1.5與約6·〇之間、在約2 0與約5.〇之間、 在約2.0與約4.〇之間、在約21與約3 8之間、或甚至在 約2.2與約3.5之間。 在更具體的意義上’該黏結的磨料本體可以包括占該 黏結的磨料本體總體積的至少約3〇 v〇1%的磨料顆粒。在其 他情況下’磨料顆粒的含量更大，如至少約45 v〇1〇/〇、至少 約50 V〇1%、至少約60 v〇l%、至少約70 vol%、或者甚至

C 19 201223699 至少約75 vol。/^在具體的實施方式中，該黏結的磨料本體 包括的磨料顆粒占該黏結的磨料本體總體積的約3〇 ν〇ι% 與約90 vol%之間’如在約45 v〇1%與約9〇 v〇1%之間在 約50 vol%與約85 vol%之間、或甚至在約6〇 v〇1%與約8〇 vol%之間。 該黏結的磨料本體可以包括占該黏結的磨料本體總體 積的不大於約45 vol%的黏結劑材料。根據某些實施方式， 該黏結劑材料的含量更小，例如不大於約4〇v〇1%、不大於 約30 vol%、不大於約25 v〇1%、不大於約2〇 ν〇ι%、或者 甚至不大於15 vol%。在具體的實施方式中，該黏結的磨料 本體包括的黏結劑材料占該黏結的磨料本體總體積的約$ vol/〇與約45 vol%之間，如在約5 v〇1%與約40 vol%之間、 在約5 vol%與約3〇 v〇l%之間、或甚至在約1〇 v〇1%與約3〇 vol%之間。 根據另一實施方式’這裡的黏結的磨料本體可以包括 某含量的孔隙率。例如，該黏結的磨料本體可以具有占 該黏結的磨料本體總體積的至少5 v〇l%的孔隙率。在其他 實施方式中，該黏結的磨料本體具有的孔隙率可以占該本 體總體積的至少約1〇 v〇1%，如至少約12 v〇1%、至少約18 V〇1/°、至少約 20 vol%、至少約 25 v〇l〇/0、至少約 30 vol%、 或甚至至少約35 vol%。而且，在其他實施方式中，該黏結 的磨料本體可以包括占該本體總體積的不大於約8〇v〇1% 的孔隙率。在其他物品中，對於該本體的總體積該黏結 的磨料本體可以具有不大於約70 v〇l%、不大於約60 20 201223699 vol%' 55 vol%的孔隙率，如不大於約5〇 v〇1%的孔隙率、 不大於約48%的孔隙率、不大於約44 v〇1%的孔隙率不大 於約40 v〇l%的孔隙率、或甚至不大於約35 ν〇ι%。將瞭解 的是該孔隙率可以落人在此列出的該等最小和最大值任意 之間的範圍内。 該黏結的磨料本體可以被形成為使得該黏結的磨料本 體内的某一含量的孔隙率係連通孔隙率。連通孔隙率限定 了延伸穿過該黏結的磨料本體的體積的多個連通通道 (即，孔）的一網路❺例如，該本體的孔隙率的大半可以 疋連通孔隙率。事實上，在特定情況下該黏結的磨料本 體可以被形成為使得該黏結的磨料本體記憶體在的孔隙率 的至少6〇%、至少約7〇%、至少約8〇%、至少約9〇%、或 甚至至少、約95%係連通孔隙率4某些情況下，該本體記 憶體在的孔隙率基本上全都係連通孔隙#。因&，該黏結 的磨料本體可以由兩個相的一連續網路來限定：由該黏結 劑和磨料顆粒限定的一固體相、以及由遍及該黏結的磨料 本體在該固相之間延伸的孔隙率所限定的一第二連續相。 根據另-實施方式，對於該黏結的磨料本體的總體積 而言，與該㈣劑材料（Vbm)相比，姉結的磨料本體可 以具有一特定比率的微粒材料（Vp)，該微粒材料包括磨 料顆粒以及填充劑。將瞭解的是該微粒材料和該黏結劑材 料的量值以該組分作為該本體總體積一部分的體積百分比 而測得。例如’這裡該等實施方式的黏結的磨料本體可以 具有至少約的比率（Vp/VBM )。在其他實施方式中，

S 21 201223699 該比率（Vp/VBM )可以是至少約1.7、至少約2.0、至少約 2.2、至少約2.5、或甚至至少約2.8。在特定情況下，該比 率（Vp/VBM)可以是在1.5與約9.0之間的範圍内，如在約 1 · 5與約8 · 0之間，如在約1.5與約7. 〇之間、在約1.7與 約7.0之間、在約1.7與約6_〇之間、在約1.7與約5.5之 間、或甚至在約2.0與約5.5之間。這樣，該黏結的磨料本 體可以結合與該黏結劑材料相比更向含量的微粒材料，該 微粒材料包括填充劑和磨料顆粒。 根據一實施方式，該磨料本體可以包括一量值（v〇l〇/0) 的填充劑，該量值可以小於、等於、或甚至大於該黏結的 磨料本體的總體積記憶體在的磨料顆粒的量值（vol% )。 某些磨料物品可以使用占該黏結的磨料本體總體積的不大 於約75 vol%的填充劑。根據某些實施方式，該本體中的填 充劑含量可以是不大於約50 vol%、不大於約4〇 v〇l%、不 大於約30 v〇l%、不大於約20 ν〇ι%、或者甚至不大於約15 vol% »在具體的實施方式中，該黏結的磨料本體包括的填 充劑占該黏結的磨料本體總體積的約1 vol%與約75 vol% 之間，如在約1 v〇l〇/0與約50 vol%之間、在約1 vol〇/〇與約 20 vol%之間、或甚至在約i v〇i%與約15 v〇l%之間。在一 情況下’該黏結的磨料本體可以基本上不含填充劑。 這裡該等實施方式的黏結的磨料本體可以具有一特定 含量的活性黏結劑組合物。如將瞭解的，該活性黏結劑組 合物可以是由該活性黏結劑組合物先質與該黏結的磨料本 體的某些組分（包括例如，磨料顆粒、填充劑、以及黏結 22 201223699 劑材料）之間的一反應所形成的一反應產物。該活性黏結 劑組合物可以有助於該本體内的微粒（例如，磨料顆粒或 填充劑）與該黏結劑材料之間的化學結合，這可以有助於 微粒在該黏結劑材料中的截留。 具體地說，該活性黏結劑組合物可以包括不同的相， 該等相可以位於該黏結的磨料本體的不同區域巾。此外， 該活性黏結劑組合物可以根據該組合物的位置而具有一特 定的組成。例如’該活性黏結劑組合物可以包括—沉殿的 相以及一介面相。該沉澱的相可以存在於該黏結劑材料中 並且可以作為—不同的相被分散遍及該黏結劑材料的體 積該介面相可以位於該微粒材料（即，磨料顆粒和/或填 充劑）與該黏結劑材料之間的介面處。該介面相可以繞著 在該本體的微粒材料的表面區域的大部分而延伸。儘管沒 解理淪化的是該等不同的相以及該活性黏結劑 組合物的組成上的差別係由於該等成形工藝，特別是液相 燒結。 -- ，严，一……从久 澱的相的一複合材料，該等相係單獨的相。該沉澱的才丨 、由包含該活性黏結劑組合物的至少一種元素以及該黎 ㈣料的至 > —種元素的一組合物製成。值得注意地， 因此，該黏結劑材料可以是包含一黏結劑相 >冗澱的相可以句妊 ι括開始使作為黏結劑材料提供在該混合物 中的至少一錄_主 入 禋金屬兀素。該沉澱的相可以是一金屬或金屬 :金化合物或錯合物。在具體實施方式中，該沉澱的相可 ' 選自以下材料組的材料，該組由以下各項組成： 23 201223699 鈦、釩、鉻、鍅、铪、鎢以及它們的一組合。在更特別的 情況下’該沉澱的相包括鈦、並且可以主要由鈦和錫組成。 該黏結劑材料的黏結劑相可以包括一過渡金屬元素， 並且特別是包括在該原始黏結劑材料中用於形成該混合物 的一金屬元素《這樣，該黏結劑相可以由一選自下金屬組 的材料形成，該組由以下各項組成：銅、錫、銀、鉬、鋅、 鎢、鐵、鎳、銻、以及它們的一組合。在特定情況下，該 黏結劑相可以包括銅、並且可以是—銅基化合物或錯合 物。在某些實施方式中，該黏結劑相基本上由銅組成。 該介面相可以包括該活性黏結劑組合物的至少一種元 素》此外，該介面相可以包括該微粒材料的至少一種元素。 這樣該介面相可以疋藉由該活性黏結劑組合物與該微粒 之間的化學反應所形成的一化合物或錯合物。某些介面相 材料包括碳化物、氧化物、氮化物1化物、氮氧化合物、 蝴氧化合物'碳氧化物、以及它們的組合。該介面相可以 包括一金屬，並且更特別地可以是結合了一金屬的一化a 物，如-金屬碳化物、金屬氮化物、金屬氧化物、金屬氧 氮化合物、金屬蝴氧化合物、或金屬碳氧化物。根據一實 施方式，該介面相主要由下組中 刃材枓形成，該組包括： 碳化鈦、氮化鈦、硼氮化鈦、銳紐 組合。 欽紐氧化物、以及它們的- 此外’該介面相可以具有至少的 約ο·1微米的平均厚度。 然而，並且更特別地，該介面相可 ^ ^ ^ ^ 根據該介面相所覆蓋 的微粒材料的尺寸而具有不同 厚度例如，關於具有小 24 201223699 於ι〇微米的平均尺寸的磨料顆粒和/或填充劑，該介面相 具有的厚度可以在該微粒的平均尺寸的約1%與2〇%之 間。對於具㈣平均尺寸在約1G㈣與約5()微米之⑽ 範圍内的微粒材料，該介面相具有的厚度可以在該微粒的 平均尺寸的約1%與約10%之間的範圍内。對於具有的平均 尺寸在約50微米與約500微米之間的範圍内的微粒材料， 該介面相具有的厚度可以在該微粒的平均尺寸的約〇 5%與 約10/〇之間的範圍Θ。對於具有的平均尺寸大於約綱微 米的微粒㈣’該介面相具有的厚度可以在該微粒的平均 尺寸的約0.1 %與約0.5%之間的範圍内。 圖8-11包括根據一實施方式的一黏結的磨料本體的微 結構的放大圖像。圖8包括一黏結的磨料本體的一部分的 截面的一張掃描電鏡照片（在背散射模式下運行），該本 體包括磨料顆粒801以及在該等磨料顆粒8〇1之間延伸的 黏結劑材料803。如所展示的，該黏結劑材料8〇3包括兩 個不同的材料相：由一較淡顏色表示的並且延伸穿過黏結 劑材料803的體積的一沉澱的相8〇5、以及由一較深顏色 表示的並且延伸穿過黏結劑材料803的一黏結劑相806。 圖9-11包括圖8的黏結的磨料本體的相同區域的放大 圖像’使用了微探針分析來確定在該本體的某些區域中存 在的選定元素。圖9包括圖8的區域的一微探針照片，其 模式被設定為確定富含銅的區域，使得更淡的區域表示存 在銅的區域。根據一實施方式，該黏結劑材料803可以包 括一銅和錫的金屬合金。根據一更具體的實施方式，該黏 25 201223699 結劑材料803的黏結劑相806 (是該黏結劑材料803的至 少兩個不同的相之一）可以比該沉澱的相8〇5具有更大的 存在的鋼量值。 圖1〇包括圖8和9的區域的放大圖像，使用了微探斜 分析來確定在該黏結的磨料本體的某些區域中存在的選定 元素。圓10使用了一微探針，其模式被設定為確定存在锡 的區域，使得更淡的區域表示錫更多的區域。如所展示的， 該黏結劑材料803的沉澱的相805比黏結劑相806具有更 大含量的錫。 圖11包括圖8-10的區域的放大圖像，使用了微探針 分析。具體地說，圖丨丨使用了一微探針，其模式被設定為 破定存在欽的區域，使得更淡的區域表示鈦更多的區域。 如所展示的，該黏結劑材料8〇3的沉澱的相8〇5比黏結劑 相806具有更大含量的鈦。圖u還提供了磨料顆粒8〇1與 黏結劑材料803的介面處的介面相11〇1的證據。如圖u 所證明的，介面相1101包括特別高含量的鈦，表明該活性 黏結劑組合物先質的鈦可以優先遷移到該微粒（即，磨料 顆粒801)的介面並且與該等磨料顆粒進行化學反應而形 成如在此描述的一介面相。 圖8-11提供了一意外現象的證據。儘管這沒有完全被 理解，但該原始的包括銅和錫的黏結劑材料在加工過程中 被分開，這在理論上是由於該液相燒結過程。該錫和銅變 為不同的相，分別是沉澱的相8〇5和黏結劑相8〇卜此外， 該錫優先與存在於該活性黏結劑組合物先質中的欽結合而

S 26 201223699 形成該沉澱的相805 » 根據一實施方式，該黏結的磨料本體可以勺 匕占該達太 結劑材料的總體積的至少約1 V〇1%的該活 ^ 黏結劑組合 物，這部分包括該活性黏結劑組合物的所有 ，° 如該介面 相和該沉澱物相。在其他情況下，該黏結劑内的 .,,A J# /座黏結 劑組合物量值可以更大，例如至少約4 v〇1%、至小 vol%、至少約 10 vol%、至少約 12 v〇1%、 v 約 14 v〇iy0、 至少約15 vol%、或者甚至至少約18ν〇1%α在特定情兄下 該黏結劑材料包含的活性黏結劑組合物的 里值你在約 1 vol%與約40 vol%之間的範圍内，如在約i ν〇ι%與約 vol%之間、在約1 vol%與約25 v〇1%之間、在約4 Ml%與 約25丫〇1%之間、或者在約6〜1%與約25丫〇1%之間。在某 些情況下，對於該黏結劑材料的總體積，活性黏結劑組合 物的量值係在約10 v〇l%與約3〇 v〇1%之間的範圍内，在約 10 vol%與約25 vol%之間、或甚至在約12 v〇1%與約2〇 ν〇ι% 之間。

該黏結的磨料本體被形成為使得該黏結劑材料可以具 有一特疋的斷裂動性（Kic )。該黏結劑材料的勃性可以提 供微壓痕試驗或奈米壓痕試驗進行測量。微壓痕試驗藉由 在一拋光的樣品上產生裂紋的原理來測量斷裂韌性，是藉 由在該材料（包括例如在當前情況下是在該黏結劑材料中） 内的一特定位置處載入一壓痕器。例如，可以根據 Indentation of Brittle materials，，， Microindentation Techniques in Materials Science and Engineering, ASTM c 27 201223699 STP 889，D.B.Marshall and B.R· Lawn ρρ 26-46 中揭露的方 法來進行一適當的微壓痕試驗。根據一實施方式，該黏結 的磨料本體具有一平均斷裂韌性（Kij不大於約4 〇 MPa m 的一黏結劑材料。在其他實施方式中，該黏結劑材料 的平均斷裂韌性（Klc)可以是不大於約3·75 MPam0.5，如 不大於約3.5 MPa m0 5、不大於約3.25 MPa m0.5、不大於 約3.0MPam〇5、不大於約2 8Mpam〇.5、或甚至不大於約 2·5 MPa 該黏結劑材料的平均斷裂韌性可以是在約〇 6 MPa m0 5與約4.0 MPa m〇.5之間的範圍内，如在約〇 6 Mpa m〇_5與約3.5 MPa m0..5之間的範圍内、或甚至在約〇 6 Mpa m 與約3·0 MPa m0·5之間的範圍内。 這裡該等實施方式的磨料物品具有特別的特性。例 如，該黏結的磨料本體具有的破裂模量（M〇R )可以是至 少約2000 psi，如至少約4〇〇〇 psi，並且更特別地是至少約 6000 psi。 這裡該等實施方式的黏結的磨料本體證明了在用於某 些研磨操作中的特殊特性。具體而言，黏結的磨輪可以用 於未整修的研磨操作中，其令該黏結的磨料本體在該本體 經歷一修正操作之後並不要求一整修操作。傳統地，進行 修正操作來給予該磨料本體所希望的輪廓和形狀。修正之 後，對該磨料本體進行整修，典型地是用一同等硬的或更 硬的磨料元件來去除磨損的砂礫並且暴露出新的磨料顆 粒。整修係用於常規磨料物品的一耗時且必須的過程用於 確保該磨料物品的恰當操作。發現這裡該等實施方式的黏 δ 28 201223699 結的磨料本體在使用過程中i # @甲要求顯著更少的整修並且具有 顯著優於常規磨料物品的性能參數。 例如，在一實施方式φ 士 at ’在一未整修的研磨操作過程 中，一實施方式的黏結的磨靱士胁π J谐科本體可以具有不大於約40% 的功率變化，其中該功率蠻 "干雙化係由等式[(Ρ〇 - Ρη)/Ρ〇] χ 〇%描述的βρ。代表在—初始研磨週期中用該黏結的磨料 本體研磨一工件所用的研磨功率（Ηρ或Hp/in)並且〜代 表在第η個研磨職巾研磨敎件利的研磨功率（Hp或 ρ/ιη )其中η^4β因此該功率變化衡量了從一初始 研磨週期到一後續研磨调a m Λ 外磨迫期的研磨功率上的變化，其中經 歷了至少4個研磨週期。 具體而言’該等研磨週期可以按—連貫方式完成，這 意味著在該等研磨週期之間沒有在該黏結的磨料物品上進 行修正或整修操作。這裡該等實施方式的黏結的磨料本體 在某些研磨操作過料可以具有不大於約挪的功率變 化。在另外其他的實施方式中，該黏合的磨料本體的功率 變化可以是不大於約20% ’如不大於約15%，或甚至不大 於約12%。某些磨料本體的功率變化可以是在約1%與约 嫣之間的範圍内，如在約1%與約鳩之間、或甚至在約 1 %與約12%之間。 進一步關於該功率變化，將要注意的是初始研磨週期 (Ρ〇)與在第η個研磨週期中研磨該王件所用的研磨功率 (Ρη)之間的研磨功率的變化可以在幾個研磨週期上進行 測量’其令“η”係大於或等於4。在其他情況下，、” 29 201223699 可以疋大於或等於6(：即’至少6個研磨週期）、大於或 等於10或甚至大於或等於⑴此外將瞭解的是第打個 研磨週期可以代表連貫的研磨週期，纟中在該等研磨週期 之間不在磨料物品上完成整修。 根據實施方式’該黏結的磨料本體可以用於在其中 的材料去除率（MRR，）係至少約i 〇 in3/min/in [ι〇 mm3/sec/mm]的研磨操作中。在其他實施方式中，使用這 裡該等實施方式的黏結的磨料本體的研磨操作可以按至少 約4.0 in3/min/in [40 mm3/sec/mm]的材料去除率進行，如 至少約 6.0 in3/min/in [60 mm3/sec/mm]、至少約 7.〇 in3/min/in [70 mm3/sec/mm]、或甚至至少約 8.0 in3/min/in [80 mm3/Sec/mm]。利用這裡該等實施方式的黏結的磨料本 體的某些研磨操作進行時的材料去除率（MRR，）可以是在 約 1.0 in3/min/in [10 mm3/sec/mm]與約 20 in3/min/in [200 mm3/sec/mm]之間的範圍内、在約 5.0 in3/min/in [50 mm3/sec/mm]與約 18 in3/min/in [180 mm3/sec/mm]之間 的範圍内、在約 6.0 in3/min/in [60 mm3/sec/mm]與約 16 in3/min/in [160 mm3/sec/mm] 之間的範圍内、或甚至在約 7.0 in3/min/in [70 mm3/sec/mm]與約 14 in3/min/in [140 mm3/sec/mm]之間的範圍内。 此外，該黏結的磨料本體被用於在其中該黏結的磨料 本體以特定的表面速度旋轉的研磨操作中。表面速度係指 該輪在與該工件的接觸點處的速度。例如，該黏結的磨料 本體旋轉時的速度可以疋至）15〇〇表面英尺每分鐘

S 30 201223699 (sfpm)，如至少約1800，如至少約2000 Sfpm、至少約 2500 sfpm、至少約 5000 sfpm、或甚至至少 loooo sfpm。 在特定情況下，該黏結的磨料本體旋轉時的速度可以在約 2000 sfpm與約15000 sfpm之間的範圍内，如在約2000 sfpm 與 12000 sfpm 之間。 該黏結的磨料本體可能適合於用在不同的研磨操作 中，包括例如切入研磨操作、緩給進研磨操作、剝落研磨 操作、槽研磨操作、以及類似操作。在一特定情況下，該 黏結的磨料本體適合用於端銑刀研磨應用中。在其他情況 下’該黏結的磨料本體可能有用於對硬質和脆性工件（包 括例如藍寶石和石英材料）進行減薄。 此外’這裡該等實施方式的黏結的磨料本體可以用於 如下研磨操作，其中在研磨後’該工件具有的平均表面粗 經度（Ra)係不大於約50微英寸（約1.25微米）^在其 他情況下，該工件的平均表面粗糙度可以是不大於約4〇微 英寸（約1微米）、或甚至不大約30微英寸（約0.75微 米）。 在其他實施方式中，在用這裡該等實施方式的黏結的 磨料物品進行研磨的過程中，至少三個連貫的研磨操作的 平均表面粗糙度變化可以是不大於約35%β應注意的是連 貫的研磨操作係其中在每個研磨操作之間不進行修正操作 的該等操作。平均表面粗糙度的變化可以作為在進行每個 單獨的研磨操作的該工件上的每個位置處所測得的該工件 的平均表面粗糙度（Ra)的標準差來計算。根據某些實施 31 201223699 方式’至少二個連貫的研磨操作的平均表面粗糙度變化可 以疋不大於約25%、不大於約20%、不大於約15%、不大 於約10%、或甚至不大於約5%。 根據其他實施方式，該黏結的磨料物品可以具有至少 約1200的G比率。該g比率係從工件上去除的材料體積 除以從該黏結的磨料本體上藉由磨損而損失的材料體積。 根據另一實施方式，該黏結的磨料本體具有的^比率可以 是至少約1300,如至少約1400、至少約15〇〇、至少約16〇〇、 至少約1700、或甚至至少約18〇〇。在某些情況下，該黏結 的磨料本體的G比率可以是在約12〇〇與約25〇〇之間的範 圍内，如在約1200與約2300之間、或甚至在約14〇〇與約 2300之間》在此扣出的該等G比率值可以在這裡指出的材 料去除率下實現。此夕卜，所描述的該# 率值可以在這 裡描述的各種工件材料類型上實現。 在其他意義上，該黏結的磨料物品具有的G比率可以 顯著優於常規的磨料物品，特別是金屬黏結的磨料物品。 例如，根據在此該等實施方式的黏結的磨料本體的〇比 可以比-常規的磨料物品的G比率大出至少約5%。在其 情況下’G比率方面的改進可以更大，如至少約1〇%、 少約15%、至少約20%、至少約2<；0/ . 王/约2 5 /〇、或甚至至少約3 〇 〇/ 該黏結的磨料物品的具截香& + 扪具體實施方式證明了與常規的黏結 物品相比在G比率方面的掸女 刃項大’攻種增大係在約5%與 200%之間的範圍内、名：& 關纟約5%與約15G%之間、在約5% 約125%之間、在約5%與約】〇η〇/ 、Η 100/〇之間、在約1〇%與約

S 32 201223699 之間或甚至在約1 〇 %與約6 〇 %之間。 某些黏結的磨料本體證實了足夠接近一穩態研磨功率 的-初始研磨功率。十對於常規的黏結的磨料物品而 言’該穩態研磨功率與初始研磨功率顯著不同。這樣，與 常規的金屬黏結的磨料物品相比，與初始研磨功率相比的 研磨功率增大對於這裡該等實施方式的黏結的磨料本體係 特別低的。例如’這裡該等實施方式的黏結的磨料本體具 有的初始研磨功率的增大可以是不大於約4〇%，如由等式 [(Ρ0 - Pn)/P。] X 1GG%所定義的。在該等式中，Ρ。代表在-初始研磨週期中用該黏結的磨料本體研磨該卫件所用的初 始研磨功率（Hp或Hp/in)並且pn代表在第n個研磨週期 中用該黏結的磨料本體研磨該工件所用的研磨功率（Hp或 P )其中11 L16。將瞭解的是該等研磨週期可以是連 貫的研磨週期，其中 共干不進仃該黏結的磨料本體的修正或整 修。 根據-實施方式，在使用這裡該等實施方式的黏結的 磨料物品的研磨操作過程中，初始研磨功率的增大係不大 於約35%’如不大於約3{)%、不大於約、不大於約游。、 不。大於約18%、不大於約15%、不大於約12%、不大於約 1〇%、或甚至不大於約8%。在特^情況下，該黏結的磨料 本體，行如下研磨操作：其中，初始研磨功率的增大 ^在約〇.1/〇與約40%之間的範圍内，如在,約〇.1%與約 3〇%之間的範圍内、在約1%與約15%之間的範圍内、在約 °〇與約12%之間的範圍内、或甚至在約與約的範圍 33 201223699 内。 在其他實施方式中’該等黏結的磨料本體證實了在約 3英寸/分鐘的最小給進速率下在至少約4〇〇秒的研磨時間 内一初始研磨功率的增大係不大於約1〇% ^該初始研磨功 率的增大可以由等式[(Pm - Po)/Po] x 1〇〇%來定義，其中 P〇代表在第一研磨週期中用該黏結的磨料本體研磨該工件 所用的初始研磨功率（Hp或Hp/in)並且P400代表在4〇〇 秒的研磨之後用該黏結的磨料本體研磨該工件所用的研磨 功率（Hp或ΗρΛη )。在某些其他的研磨操作中，該黏結 的磨料本體在約3英寸/分鐘的最小給進速率下在至少約 400秒的研磨時間内具有的初始研磨功率的增大可以是不 大於約8%，如不大於約6%，如不大於約4%、或甚至不大 於約2%。在特定的研磨應用中’該黏結的磨料本體證實了 在約3英寸/分鐘的最小給進速率下在至少約4〇〇秒的研磨 時間内初始研磨功率的增大係在約01 %與約1〇0/〇之間的範 圍内’如在約〇·1%與約8%之間，如在約0.1%與約6〇/0之間、 或甚至在約0.1 %與約4%之間。 這裡該等實施方式的黏結的磨料本體可以具有特殊的 研磨性能，其中在至少3英寸/分鐘的最小給進速率下在至 少約800秒的研磨時間内該初始研磨功率的增大係不大於 約20°/。。此類應用的初始研磨功率的增大可以由等式 [(Psoo · Ρ〇)/Ρο] X 1〇〇%來定義，其中ρ〇代表在第一研磨週 期中用該黏結的磨料本體研磨該工件所用的初始研磨功率 (ΗΡ或Hp/in)並且Ps⑽代表在8〇〇秒的研磨之後用該黏

S 34 201223699 結的磨料本體研磨該工件 千所用的研磨功率（Hp或Hp/in )。 而且，對於這裡該等實旛古々从分， 耳施方式的某些黏結的磨料物品，在 3英寸/分鐘的最小給淮技，玄,τ 進逮率下在至少8〇〇秒的時間内該初 始研磨功率的增大可以承丨 M更小，如不大於約15%、不大於約 10%、或甚至不大於約8%。這裡該等黏結的磨料本體在約 3英寸/分鐘的最小給進速率下在至少綱秒的研磨時間内 具有的初始研磨功率的增大可以是在約G.1%與約20%之間 的範圍内，如在約〇.1%與約18%之間，如在約〇.1%與約 15%之間 '或甚至在約〇1%與約8%之間。此類特性可能特 別適合於在研磨硬質或超硬工件時對該黏結的磨料本體的 功能化。 根據另一實施方式，該黏結的磨料本體在至少約6英 寸/分鐘的最小給進速率下在至少800秒的研磨時間内可以 具有一有限的初始研磨功率的增大。例如，該初始研磨功 率的增大在約6英寸/分鐘的最小給進速率下在至少8〇〇秒 的研磨時間内可以是不大於約2〇%，如不大於約丨5%、不 大於約12%、或甚至不大於約10%。此類特性可能特別適 合於在研磨硬質或超硬工件時對該黏結的磨料本體的功能 化0 這裡該等實施方式的黏結的磨料本體可以適合用於研 磨某些工件’如特別硬的工件。例如，工件可以具有至少 5 GPa的平均維氏硬度。在其他情況下，該工件的平均維氏 硬度可以是至少約1〇 GPa或甚至至少約15 GPa。 該工件可以由金屬、金屬合金、氮化物、棚化物、碳 35 201223699 化物、氧化物、氮氧化合物、棚氧化合物、碳氧化物、或 它們的組合。在特定情況下，該工件可以是金屬碳化物， 包括例如’碳化鎢。在由碳化鎢製成的工件上進行研磨的 示例性條件下，該碳化鎢工件内的鈷的量值可以是在按重 量計約5%與約12%之間的範圍内。 在進行某些研磨操作時，例如，在特別硬的材料上， 該黏結的磨料本體可以在至少1800 sfpm的速率下運行。 在特定情況下，該黏結的磨料本體旋轉時的速率可以是至 少1900 Sfpm、至少約22〇〇 sfpm、或甚至至少235〇 sfpm。 在特定情況下，在研磨操作過程中該黏結的磨料本體旋轉 時的速率可以是在約1800 sfpm與約31〇〇sfpm之間的範圍 内，更特別地是，在約19〇〇 Sfpm與約235〇 sfpm之間的範 圍内。 此外，這裡該等實施方式的黏結的磨料物品適合於某 些研磨操作，例如像在特別硬的工件上以某些給進速率而 進行的。例如，該給進速率可以是至少約2 其他情況下，該給進速率可以更大，如至少約3英二在 至少約3.5英寸/分鐘、或至少約4英寸/分鐘。特別的實施 方式可以將該黏結的磨料本體用於如下研磨操作中：盆甲 該給進速率係在約2英寸/分鐘與約1Q英寸/分鐘的範圍 内’如在約3英寸/分鐘與約8英寸/分鐘的範圍内。 在實施方式中，該黏結的磨料本體可以用於如下 研磨操作在用磨料修正輪對該黏結的磨料本體進 行修正之後，該黏結的磨料本體能夠對—具有至少5㈣

36 201223699 的平均維氏硬度的工件研磨至少17個連貫的研磨週期而 不超過該研磨機器的最大轉軸功率。這樣，該等黏結的磨 料本體證實了一改進的工作壽命，特別是在研磨硬質材料 工件的情況下。事實上，該黏結的磨料本體能夠在使用一 修正操作之間進行至少約20個連貫的研磨週期、至少約 25個連貫的研磨週期、或至少約3〇個連貫的研磨週期。 將瞭解的是提及連貫的研磨週期係指以一連續方式進行 的、在研磨週期之間不進行該黏結的磨料本體的修正或整 修的那些研磨週期》 攻裡該等實施方式的黏結的磨料本體與常規的黏結的 磨料本體相比，總體上，常規的黏結的磨料物品在要求一 修正操作用於再銳化和表面重修之前在比較硬的工件上進 行了不大於約16個連貫的研磨週期。這樣，這裡該等實施 方式的黏結的磨料本體證實了優於常規的金屬黏結的黏 結的磨料的一可用研磨時間的改進，如藉由在必須要一修 正操作或者研磨功率超過研磨機器的容量之前所進行的連 貫的研磨週期的數目而衡量。 工業上衡量的研磨性能的另一值得注意的改進係部件 數/整修，這係對於在一具體的磨料物品要求整修以維持性 能之前該磨料物品可以機加工的部件數目的衡量。根據一 實施方式，這裡該等實施方式的黏結的磨料本體與一常規 的金屬黏結的磨料物品相比可以在一工件上具有至少約 10%的研磨效率的增大，如由部件數/整修所測得的。根據 另實包方式，與常規的金屬黏結的磨料物品相比該研磨 37 201223699 效率的增大係至少約20% ’如至少約30%、至少約40%、 或甚至至少約50%。值得注意地，此類常規的金屬黏結的 磨料物品可以包括現有技術的物品，如從Saint_G〇bain

Corporation可得到的G-Force和Spector品牌的磨料物品。 在具體情況下，藉由部件數/整修所測得的研磨效率的增大 可以疋在約10%與約200%之間的範圍内，如在約2〇〇/0與約 200%之間、在約50%與約2〇〇%之間、或在約5〇%與約15〇% 之間的等級上。將瞭解的是此種改進可以在這裡描述的研 磨條件上在這裡描述的工件上實現。 另外’這裡該等實施方式的黏結的磨料物品可以具有 在工業上由磨損速率測得的研磨性能的改進，這係對一磨 料物品在研磨過程中經歷的磨損的一衡量。根據一實施方 式，這裡該等實施方式的黏結的磨料本體具有磨損速率的 改進，使得該磨料物品與一常規的金屬黏結的磨料物品相 比以小至少的速率發生磨損。根據另一實施方式，與常 規的金屬黏結的磨料物品相比該磨損速率係小至少約 如至；>、約10 〇/〇、至少約i 2 0/〇、或甚至至少約1 5 %。在 特疋睛况下，該磨損速率的改進可以是在約5%與約1〇0% 之間的範圍内’如在約5%與約75%之間、在約5%與約〇% ^間、或在約5%與約5〇%之間的等級上。將瞭解的是此種 改進可以在這裡描述的研磨條件上在這裡描述的工件上實 現。 〇在工業上衡量的研磨性能的另一值得注意的改進係磨 員速率’ k係對一磨料物品在研磨過程中經歷的磨損的一

S 38 201223699 衡量。根據一實施方式，這裡該等實施方式的黏結的磨料 本體具有磨損速率的改進，使得該磨料物品與一常規的金 屬黏結的磨料物品相比以小至少5%的速率發生磨損。根據 另一實施方式，與常規的金屬黏結的磨料物品相比該磨損 速率係小至少約8%，如至少約10%、至少約12%、或甚至 至、約15 /〇。在特疋情況下，該磨損速率的改進可以是在 約5%與約100%之間的範圍内，如在約5%與約75%之間、 在約5%與約60%之間、或在約5%與約5〇%之間的等級上。 將瞭解的是此種改進可以在這裡描述的研磨條件上在這裡 描述的工件上實現。 這裡該等實施方式的磨料物品證實了的在研磨性能上 的另一顯著改進包括可用研磨速率的增大。研磨速率係在 不犧牲表面光潔度或超過該機器或黏結的磨料物品的研磨 功率的情況下可以成型一工件的速度。根據一實施方式， 這裡該等實施方式的黏結㈣料本體可以具有研磨速率的 改進’使得該磨料物品與一常規的金屬黏結的磨料物品相 比能以快至少5%的速率進行研磨。在其他情況下與常規 的金屬黏結的磨料物品相比，該研磨速率可以更大如大 至少約8%、至少約10%、至少約12%、至少約15%、至少 約20%、或甚至至少約25%ι料裡的某些黏結的磨料 物品，研磨速率的改進可以是在約5%與約⑽％之間的範 圍内’如在約5%與約75%之間、在約5%與約6〇%之間、 或甚至在約5%與約5G%之間的等級上。將瞭解的是此種改 進可以在這裡描述的研磨條件上在這裡描述的工件上實 39 201223699 現0 值得注意地，此種研磨速率的改進可以在保持在此指 出的其他研磨參數的同時得以實現。例如，研磨速率的改 進可以在還具有在此指出的初始研磨功率的有限增大、在 此指出的表面光潔度的有限變化、以及在此指出的有限磨 才貝速率的同時得以實現。 圖丨2包括根據一實施方式的一黏結的磨料本體的一 放大圖像。如所展示的，該黏結的磨料本體包括在一黏結 劑材料1202中包含的並且被其包圍的磨料顆粒12〇1，該 黏結劑材料包括一金屬或金屬合金材料。如進一步展示 的，該黏結的磨料本體具有一基本上開放的結構，包括在 該等磨料顆粒1201以及黏結劑材料12〇2之間延伸的孔 1203。從圖12中很明顯，該黏結的磨料本體包括顯著量值 (vol%)的磨料顆粒12〇1，使得該結構主要包含藉由該黏 結劑材料1202而黏結在一起的磨料顆粒1201 ^此外，該 等磨料顆粒1201係彼此緊鄰的，並且極少的黏結劑材料 1202將磨料顆粒1201分開，從而證明了磨料顆粒12〇1與 黏結劑材料1202之間的高比率》 實例 實例1 將第一黏結的磨料樣品製成一具有工業上理解的1A1 形狀的4英寸直徑的輪。該樣品的成形包括創造—混合 物’該混合物包括45.96克青銅粉末（即銅：錫為按重量 201223699 計60 : 40 )，該粉末具有325美國篩目的大小、係從位於 27 Philo Curtis Road, Sandy Hook，CT 06482，USA 的 Connecticut Engineering Associate Corporation 得到的。將 該青銅粉末與5.11克具有相同大小的、購自chemetall Chemical Products, New Providence New Jersey, USA 的氫 化鈦進行乾混。還將具有-120/+140的美國篩目大小的立方 氮化硼磨料顆粒與該青銅粉末和氫化鈦進行混合。該等磨 料顆粒係來自 Saint-Gobain Ceramics 以及 Plastics， Worcester，ΜΑ，並且是作為CBN-V可商購的。 在添加該等磨料顆粒之後，將8.15克有機黏結劑加入 該混合物中並將該混合物剪切至一泥漿稠度。該有機黏結 劑包括一由Wall Colmonoy Co.在品牌名稱s-binder下出售 的熱塑樹脂以及來自Vitta Corporation的一 K424黏結劑。 接著將該混合物烘乾以去除濕氣。將乾燥過的混合物破碎 並篩分以得到團聚體《將該等團聚體放入一具有環形形狀 並且限定了 4英寸的外部標稱直徑和3 2英寸的内部直徑 的鋼質模具中。在2.4 tons/in2下壓製該等團聚體以形成一 生链物品。將該生迷物品在950°C下於一壓力為約1〇-4托 的還原氣氛中燒結30分鐘。最終形成的黏結的磨料具有 3.0的比率（VAG/VBM)以及占該本體的總體積為34體積百 分比的孔隙率（100%的連通孔隙率）。 使用環氧樹脂將一鋼質内芯附接到該黏結的磨料本體 上並進一步精整、平衡並進行速度試驗以完成該磨輪製造 過程。為識別而將該磨輪標記為樣品1。 41 201223699 使用樣品1在Bryant OD/ID研磨機上以一外部圓柱形 切入研磨方式來研磨一 52100轴承鋼工件，該工件開始時 被硬化至58-62 HRC。該等工件處於52100鋼盤的形式， 直徑4英寸，並且該研磨操作係一外部圓柱形切入研磨。 開始時’在研磨之前將樣品1安裝在該機器轉轴上並用一 BPR金剛石輥進行修正，該報從Saint-Gobain Abrasives, Arden，NC作為BPR輥可商購。修正參數在表1中示出。

S 表1 磨輪直徑，英寸 4 磨輪的rpm 12675 磨輪速度，fpm 13273 整修工具的類型 BPR 整修工具的直徑，英寸 5.93 整修工具的rpm 5482 整修方向 Uni-directional (+) 速度或破碎比 + 0.64 每次通過的切削深度，英寸 0.000080 整修工具的寬度，英寸 0.012 整修工具的橫向給進，英寸/秒 1.106 整修工具的導程，英寸/轉 0.005 重疊率 2 在修正之後不用磨料棒來整修樣品1，因為該磨料砂 42 201223699 礫被充分暴露，該等磨料本體準備好用於一未整修的研磨 操作°研磨參數在表2中示出。 表2 磨輪直徑，英寸 4 磨輪的rpm 13051 ---- 磨輪速度，fpm 13743 -----„ . 工件直徑，英寸 3.7 工件的rpm 168 工件的速度，fpm 163 .圓 ---- 磨輪與工件速彦比 84 ----- 當量直徑，英寸 1.92 — — " ---- 磨輪寬唐，英寸 0.5 ------- 工件寬度，英寸 0.25 ___研磨寬度，英寸 1.106 -------- 研磨方式 *** --------- — 總的橫給進量，英寸 0.015 ~ ~~~---—____ 橫給進速率，英寸/秒（0, = D ” 0.00071 才買、給率’英寸/秒（Q’ = i 〇) 0.00143 褕給進速率，英寸/秒（Q，= 2 〇) - " ----- 0.00286 圖1包括在表2提供的研磨條件下在兩個不同的材料 ^ 除率（MRR，）下（即，1 in3/min/in 和 2 in3/min/in)樣 -1的研磨功率（Hp/in)對比研磨週期數的一曲線圖。若 c 43 201223699 所證實的，曲線101證明了樣品1能夠在i in3/min/in的 MRR’下磨以11 Hp/in的初始研磨功率以及5個連貫的研磨 週期後10 Hp/in的研磨功率而研磨該工件。曲線1〇3顯示 樣品1能夠在2 in3/min/in的MRR，下以19 Hp/in的初始研 磨功率以及5個連貫的研磨週期後16 Hp/in的研磨功率而 研磨該工件。在1 in3/min/in的MRR，下樣品1在研磨該工 件時的功率變化係9%’並且在2 in3/min/in的MRR，下樣品 1在研磨該工件時的功率變化係16%。因此，樣品丨證實 了在一初始研磨功率與5個連貫的研磨操作之後的一穩態 研磨功率之間的極小變化。該工件具有約0 25英寸的寬度 並且該等磨輪樣品被形成為具有〇5英寸的寬度β用來計 算MRR’的寬度為0.25英寸，係該工件的寬度。 圖 1 進一步包括一從 Saint-Gobain Corporation 作為 G-F〇rce磨輪Bi81_75UP061可商購的常規的金屬黏結的磨 料物品（樣品MBS 1 )的研磨功率（HP/in )對比研磨週期 數的兩個曲線圖。如所證實的，曲線1〇3證明樣品mbs 1 育b夠在1 in /min/in的MRR’下以40 HpAn的初始研磨功率 研磨該工件。在5個連貫的研磨週期後，對於1 in3/min/in 的MRR，樣品MBS 1以1 〇 Hp/in的功率進行研磨。樣品 MBS 1證實了在一未整修的研磨操作中75%的功率變化。 曲線104證明樣品MBS1能夠在2 in3/min/in的MRR， 下以50 Hp/in的初始研磨功率研磨該工件。在5個連貫的 研磨週期後’對於2 in3/min/in的MRR，，樣品MBS1以1〇 HWin的功率進行研磨。樣品MBS1證實了在一未整修的研

S 44 201223699 磨操作中84%的功率變化。很清楚，在一未整修的研磨操 作中’這裡該等實施方式的黏結的磨料物品證實了優於現 有技術的磨輪的在研磨功率變化方面顯著改進的性能。 圖2包括在表2提供的研磨條件下在這兩個不同的材 料去除率（MRR，）（即，1 in3/min/in 和 2 inVmin/in)下 樣品1的表面光潔度或表面粗糙度（Ra)對比研磨週期數 的一曲線圖》如所證實的，樣品i (曲線2〇1和2〇2所代 表的）在這兩個材料去除率下在多個連貫的研磨週期之後 在該工件上提供了不大於約30微英寸的表面光潔度 (Ra)。此外，在初始研磨操作與第五個研磨週期之間所 有測得的表面光潔度值的變化（即，所有測量結果的標準 差）不變化大於2。 —圖2進一步包括在表2提供的研磨條件下在這兩個不 同的材料去除率（MRR，）（即，1 in3/min/in 和 2 in3/min/in) 下樣品BMS1的表面光潔度（Ra)對比研磨週期數。如曲 線203和204證實的，#〇〇〇 MBS1在這兩個材料去除率下 f現的表面光潔度在這兩個材料去除率下初始地是％微 兴3寸、並且在另外的連貫研磨後顯著升高其值在^ in /mln/in和2 in3/min/in的材料去除率下分別是π微英寸 和約60微英寸。樣品MBS1在這兩個材料去除率下的平均 表面光潔度係、約40微英寸並且在這兩個材料去除率下表 面光潔度的變化（標準差）係約1〇。很清楚，與樣品咖 相比，樣A 1能夠在多個連貫的研磨操作之後在 “ 提供優越的表面光潔度。 干上

S 45 201223699 實例2 使用與在此提供的樣品1相同的方法來製作樣品2。 樣品2包括一定量值的熔融矽石填充劑材料，這代替了該 磨料微粒材料的25%。該溶融石夕石的尺寸係_12〇/+140美國 篩目並且是由Washington Mills.生產的。最終形成的黏結 的磨料具有2.3的比率（VP/VBM)以及占該本體的總體積 為29%體積百分比的孔隙率（1〇〇%的連通孔隙率）。 為了比較’在該試驗中也包括一 B126_M160VT2B規格 的玻璃化的CBN磨輪作為樣品c 1。這樣一研磨輪係從

Saint-Gobain Corporation 作為 B126-M160VT2B 磨料輪可 商購的。 圖3包括在表2提供的條件下樣品1、樣 c 1的研磨功率（HP/in )對比研磨週期數的曲線圖。在研 磨過程中使用2in3/min/in的材料去除率。如曲線3〇1所證 實的，樣品1能夠以丨8 Hp/in的初始研磨功率以及5個連 貫的研磨週期後16 Hp/rn的研磨功率研磨該工件，功率變 化係約16 /❶。曲線303顯示樣品2能夠以丨7 Hp/in的初始 研磨功率以及5個連貫的研磨週期後15 Η—的研磨功率 研磨該工 牛I力率變化係約i 2%。藉由比較，該常規的玻 璃化的黏的磨料樣品（曲線3G5)與樣品2具有相同的功率 ，化並且功率變化係、約i 2%。這樣並且相當意外地樣 品1和2儘管是金屬黏結的磨料物品，但行為更像一玻璃 匕的黏、’Ό的磨料物品’具有—脆性的黏結劑組分以及低的

S 46 201223699 功率變化。 實例3 使用與樣品1相同的成形方法來形成一第三樣品（樣 品3 )。使用372克的具有60/40銅/錫的一金屬黏結劑組 合物、41克的一氫化鈦的活性黏結劑組合物先質、359克 的B181尺寸的CBN-V磨料顆粒、131克的尺寸100篩目 的從 Saint-Gobain Grains and Powders 作為 38A 氧化銘可得 的填充劑、以及58克的實例1中使用的黏結劑來形成該初 始混合物。樣品3具有2.5的比率（Vp/Vbm.)以及約29vol% 的孔隙率。 在一由4140鋼製成的工件的外部直徑上在一剝落研 磨操作中使用樣品3，該工件的形狀係具有5英寸直徑和 11英寸長度的一圓形條。該工件被硬化至40-45 HRC。將

樣品 3 與從 Saint Gobain Abrasives 作為 B150-M150-VT2B 可商購的一常規的、玻璃化的CBN磨輪（樣品C2)進行 比較。 樣品3被形成為一大的黏结的磨輪，被安裝在一鋼盤 周邊上以形成20英寸直徑的磨輪。使用一金剛石輥來修 正樣品3並且將該樣品用來研磨該工件，而沒有任何的後 續整修來暴露出砂蝶。修正條件在下…示出。研磨條 件在表4中示出。 47 201223699 表3··用於剝落研磨4140,的磨輪的修 26,000 磨輪速度，sfpm

修正方向 修正輪 報速度，sfpm 每趟的切削深度，英寸 橫向速率，英寸/轉 輥直徑，英寸

橫料方向，金剛石輥垂直 於輪的轴線 金剛石輥，BPR 10,200 0.015

表4:用於剝落研磨4140铜的研磨參數 ----- 磨輪速度，sfpm —------- 26,000 工件的速度，sfpm ·— — 250 切削的徑向深度，英寸/趟 0.008 親速度，sfpm 10,200 給進速率，英寸/轉 ------- 0.04 趫次數 10 機器 Weldon 1632 Gold 研磨機 結果匯總在圖4和圖5中。圖4包括研磨功率（Ηρ) 對比兩個不同的材料去除率（即，9·6 in3/min/in和12 in /min/in)的一橫條圖。條4〇1代表在9.6 in3/min/in的材 料去除率下在初始一趟之後樣品3研磨該工件的過程中所 使用的研磨功率。條402代表在9.6 in3/mii^in的材料去除

S 48 201223699 率下在25個連貫的研磨週期（即，趟數）之後樣品3研磨 該工件的過程中所使用的研磨功率。如所展示的，樣品3 證實了在不經歷修正操作的情況下在25個連貫的研磨週 期上在研磨功率方面非常小的變化。事實上，估計該研磨 功率的變化係小於約12%。 條403和404證明了在9.6 in3/min/in的材料去除率下 在25個連貫的研磨週期（即，趟數）之後樣品C2研磨該 工件的過程中所使用的研磨功率。在樣品3與樣品C2的對 比中，注意到樣品3與常規的金屬黏結的磨料物品相比其 行為更像一玻璃化的黏結的磨料物品。 條405代表在12 in3/min/in的材料去除率下在初始趟 之後樣品3研磨該工件的過程中所使用的研磨功率。條4〇6 代表在12 in3/min/in的材料去除率下在25個連貫的研磨週 期（即，趟數）之後樣品3研磨該工件的過程中所使用的 研磨功率β而且，樣品3證實了在不經歷修正操作的情況 下在25個連貫的研磨週期上在研磨功率方面非常小的變 化。事實上’估計該研磨功率的變化係小於約丨〇%。 條407和408證明了在12 in3/min/in的材料去除率下 樣品C2研磨該工件的過程中在一初始趟中以及25個連貫 的研磨週期（即，趟數）之後所使用的研磨功率。在樣品 3與樣品C2的對比中’注意到樣品3與常規的金屬黏結的 磨料物品相比其行為更像一玻璃化的黏結的磨料物品。 圖5包括樣品3和樣品C2的研磨比率（g比率）對比 兩個不同的材料去除率（即，9.6 in3/min/in和12 in3/min/in)

S 49 201223699 的一橫條圖》如所展示的，在這兩個材料去除率下，樣品 3具有顯著大於樣品C2的一 G比率。事實上，儘管樣品3 與樣品C2相比其轉軸功率和表面光潔度幾乎相同，但在這 兩個材料去除率下樣品3的G比率比樣品C1的G比率大 出 35%至 50%。 實例4 根據實例1中提供的方法來製造一第四樣品（樣品 4)。初始混合物使用138克的具有6〇/4〇銅錫的一金屬黏 結劑組合物、15克的作為活性黏結劑組份先質的氫化鈦、 20克的實例1的有機黏結劑、以及從Saint G〇bain 和Plastics作為RB 270/325美國篩目的金剛石砂礫可得到 的164克的金剛石形成.樣品4具有23的比率（Vag/v 以及约36 vol%的孔隙率。 該研磨操作包括對具有1英寸直徑以及按重量計丨〇% 的鈷作為黏結劑的一個碳化鎢工件開槽（fluting )。對比 一具有18.75 vol%磨料顆粒、71.25 v〇1%黏結劑、類型為 RB 270/325 篩目&金剛石磨輪顆粒的現有技術的金屬 黏結的輪（從 Saint-Gobain Corporation 可得到的 G-Force

Abrasive )’來對樣品4的研磨性能進行測試。 在使用前對這兩個樣品進行離線修正和整修。將該樣 安裝在一鋼質心軸上並且進行平衡。用碳化矽輪修正該 樣品，該輪具有100砂礫、H等級以及玻璃化的黏結劑， 常用於此類過程。使該樣品以該碳化矽輪的表面速度的約

S 50 201223699 1/10進行旋轉，該碳化矽輪以約5000 sfpm運轉。儘管該 樣1111輪在旋轉’但它以0.001英寸的切口深度和10 in/min 的橫向速率被修正直到認為該輪合適。還將每個樣品用200 筛目的碳化石夕輪進行整修以暴露出砂礫用於研磨。用棒進 行的整修在所有研磨開始時完成以便從相同的基準點開 始0 研磨試驗的結果提供在圖6中。圖6包括樣品1在三 種不同條件下以及樣品C2在一條件下的轉轴功率（Hp ) 對比研磨時間（sec)的一曲線圖。曲線601代表樣品C2 並且以3000 rpm的輪速度和3 75英寸/分鐘的研磨速率來 進行研磨。如所展示的，樣品C2經歷了對於連貫的研磨週 期所必須的研磨功率的顯著增大。該初始研磨功率係約18 Hp並且在持續約12〇〇秒時間的16個研磨週期之後急劇增 大至3 Hp。樣品C2經歷了從閥值臨界研磨功率至少40% 的研磨功率的增大。 相比之下’樣品4證明了對於不同研磨條件在初始磨 損功率上的顯著更小的增加。曲線602展示了樣品4在該 工件上在3000 rpm和3.75 inches/min的研磨速率下的研磨 功率。其條件與用於測試樣品C2的研磨條件相同。如曲線 602所展示的，樣品4具有約1.5 Hp的初始研磨功率以及 在16個連貫的研磨週期之後將近12〇〇秒時為2 Hp的最終 研磨功率。樣品4證實了僅僅25%的臨界功率的增大。樣 品4證實了與樣品C2相比顯著改善的可用研磨壽命。 曲線603展示了樣品4在該工件上在2500 rpm和3.75 51 201223699 inches/min的研磨速率下的研磨功率。如曲線6〇3所展示 的樣σσ 4具有約1.8 Hp的初始研磨功率以及在丨6個連 貫的研磨週期之後將近12〇〇秒時為i 8 Hp的最終研磨功 率。樣vm 4有效地證實了對於所有該等研磨週期而言在臨 界功率上沒有增加，表明了與樣品C2相比顯著改善的可用 研磨壽命》 曲線604展不了樣品4在該工件上在25〇〇 和6 $ 英寸/min的研磨速率下的研磨功率。如曲線6〇4所展示 的樣4具有約2.8 Hp的初始研磨功率以及在丨6個連 貫的研磨週期之後約800秒時為！ 9Hp的最終研磨功率。 樣品4有效地證實了對於所有該等研磨週期而言在臨界功 率上沒有增加’表明了與樣品C2相比顯著改善的可用研磨 壽命。 除了以上指出的研磨性能方面的差異，在整修之前， 樣品4的黏結的磨料本體（曲線6〇2和6〇3)能夠繼續研 磨出總計40個槽，這對應於1〇個部件。相比之下，樣品 C2在需要整修之前能夠研磨出總共16個槽，這對應於總 共4個部件。24樣’樣品4證實了在研磨性能上優於常規 樣如C2的約125%的改進，如藉由部件數/整修所測得的。 此外，在曲線601與604的比較中，證明了樣品4能 夠具有在常規樣品C2基礎上改進的研磨速率。在曲線6〇4 的研磨條件下’樣品4證明了在約7〇〇秒内研磨與樣品c2 相比相同數目的部件（總共4個）的能力，後者樣品需要 約1100秒。因此，樣品4證實了在研磨時間方面的秒

S 52 201223699 的改進，這對應於超過常規樣品C2約36%的改進。此外， 基於曲線601和604的給進速率條件，樣品4證明了與常 規樣品C2相比在研磨速率方面73% (使用英寸/分鐘）的 改進。此外，樣品4實現了改進的研磨速率同時維持了基 本上相同的研磨功率，而樣品C2證明了在研磨功率方面的 快速的且不令人滿意的增加。 實例5 在具有0.5英寸直徑的帶有6%鈷的碳化鎢工件上在一 槽研磨操作中使用樣品4和樣品C2。這種類型的工件材料 由於更高的碳化鎢含量而比實例4的工件更難以研磨（94% 對90%)，如由曲線701與7〇2之間的差異所證明的。曲 線701代表樣品C2在一具有1〇%鈷的碳化鎢工件上在3〇〇〇 rpm和6 inches/min的研磨速率下在8〇〇秒研磨時間内的研 磨功率。事實上，曲線701與圖6的曲線601相同。曲線 702代表樣品C2在一具有6%鈷的碳化鎢工件上在3〇〇〇 rpm和6 inches/min的研磨速率下在800秒研磨時間内的研 磨功率。如所展示的，研磨該具有1〇%鈷的工件所需的功 率顯著小於研磨由具有僅僅6%鈷的碳化鎢（由於樣品C2) 製成的工件所需的功率。 藉由比較’曲線703代表樣品4在具有僅僅6%鈷的碳 化鶴工件上以2500 rpm的速度和8 inches/min的研磨速率 在小於600秒的研磨時間内進行一研磨操作的研磨功率。 如所展示的，在曲線703與702的對比中，樣品4能夠以 53 201223699 更大的速率並且更有效地研磨更大量值的該碳化鎢工件。 即與樣C2相比樣品4貫穿該等連貫的研磨週期經歷了 在研磨功率方面顯著更小的改變。 在分別代表樣品4和樣品C2的研磨性能的曲線7〇2 與703的的進一步對比令，注意到樣品4也證實了研磨速 率的改進。值得注意地，在具有極小的或沒有研磨功率的 增大時，樣品4要求僅僅約5〇〇秒來研磨與樣品C2要求約 8〇〇秒所實現的相同數目的部件。因此，樣品4實現了與 常規樣品C2相比在研磨速率上約31%的增大。此外，與樣 品C2研磨相同數目的部件所要求的時間相比更快。 攻裡的黏結的磨料本體展示了與常規的金屬黏結的磨 料物品相異的組成和研磨特性。這裡該等實施方式的磨料 物的研磨特性與現有技術的金屬黏結的磨料物品相比更 加類似於玻璃質的黏結的磨料物品。這裡該等實施方式的 黏結的磨料本體展現了改進的有效研磨壽命、與其他常規 的金屬黏結的磨料本體相比要求顯著更少的整修、並且具 有與現有技術的金屬黏結的磨料本體相比改進的磨損特 性。具體而言，該黏結的磨料本體在經歷一修正操作之後 可以不要求一單獨的整修操作，這與常規的金屬黏結的、 黏結的磨料本體的研磨條件係不同的。即，將一修正輪與 一整修棒相結合用於對使用了金屬黏結劑材料的黏結的磨 料本體進行表面重修和銳化在工業上係一典型的程序。因 此，這裡該等實施方式的黏結的磨料本體與現有技術的金 屬黏結的磨料物品相比能夠在每次整修中研磨更大數目的

S 54 201223699 部件’從而得到更大的效率和更長的壽命。 此外’認為在此該等黏結的磨料本體的成形方法的具 體方面要對某些組成和微結構特徵負責。這裡該等實施方 式的黏結的磨料本體包括多個特徵的組合，它們可以歸因 於該成形方法並且有助於改進的研磨性能，該等特徵包 括例如一活性黏結劑組合物、該活性黏結劑組合物的特殊 相、以及此類相的特殊位置、孔隙率的類型和量值磨料 顆粒的類型和#值、填充劑的類型和量值、微粒與黏結劑 之比、磨料與黏結劑之比、以及某些組分的機械特性（例 如，斷裂韌性）。 在上文中，提及的多個具體的實施方式以及某些部件

.......” 一巧时％r/丨地部1干疋間的直接連接或者藉 由一或多個***部件的間接連接以便實施如在此討論的本 方法。這樣，以上描霞沾士游由从知Α μ .....

本揭露不得被解釋為反映了一 %「氏刺甲請寻利範圍書得範圍或 明中’為了使揭露精簡而可能將 者在一單獨的實施方式中描述。 了一意圖，即提出申請專利範圍 55 201223699 的實施方式要求的特徵多於在每一項申請專利範圍中清楚 引述的特徵。相反，如以下的申請專利範圍反映出，發明 主題可以是針對少於任何揭露的實施方式的全部特徵。 【圖式簡單說明】 藉由參見附圖可以更好地理解本揭露，並且使其許多 特徵和優點對於熟習該項技術者變得清楚。 圖1包括根據一實施方式的一黏結的磨料本體的研磨 功率（HP/in)對比研磨週期數的曲線圖。 圖2包括根據一實施方式的一黏結的磨料本體的表面 粗糙度（Ra)對比研磨週期數的曲線圖。 圖3包括根據一實施方式的多種黏結的磨料本體以及 一常規樣品的研磨功率（Hp/in )對比研磨週期數的曲線圖。

圖4包括根據一實施方式的一黏結的磨料本體以及一 常規樣品的研磨功率（Hp)對比兩個不同的材料去除率 (即 ’ 4.5 in3/min/in 和 5·1 in3/min/in)的一橫條圖 Q 圖5包括根據一實施方式的一黏結的磨料本體以及一 常規樣品在兩個不同的材料去除率下的研磨比率（G比率） 的一橫條圖》 圖6包括根據一實施方式的一黏結的磨料本體以及一 常規樣品的轉軸功率（Hp )對比研磨時間（sec )的一曲線 圖。 圖7包括根據一實施方式的一黏結的磨料本體以及一 常規樣品的轉軸功率（Hp )對比研磨時間（sec )的一曲線

S 56 201223699 圖。 圖8-11包括根據一實施方式沾 々A的—黏結的磨料本體的微 結構的敌大圖像。 在不同的圖中使用相同的參考符號表示相似的或相同 的事項。 【主要元件符號說明】 801 磨料顆粒 803 黏結劑材料 805 沉澱的相 806 黏結劑相 101 曲線 1101 介面相 1201 磨料顆粒 1202 黏結劑材料 1203 孔 S' 57

Claims (1)

1. 201223699 七、申請專利範圍： 1' 一種研磨工具，包括： 一黏結的磨料本體，該本體具有在一黏結劑材料中包 含的磨料顆粒，該黏結劑材料包括一金屬；並且 其中在一未整修的研磨操作過程中，該黏結的磨料本 體。具有的功率變化[(Ρο · Pn)/P0] x 1〇〇%為不大於約 40%，其中“代表在一初始研磨週期中用該黏結的磨料本 體研磨一工件所用的研磨功率，並且pn代表在第打個研磨 週期中研磨該工件所用的研磨功率，其中n>4〇 2· 一種研磨工具，包括： 一黏結的磨料本體，該本體具有在一黏結劑材料中合 的磨料顆粒，該黏結劑材料包括一金屬，其中該本體自 括至夕約1.1的Vag/Vbm之比，其t VAG係該本體的總儀 積内磨料顆粒的體積百分比，並且Vbm係該本體的總體赛 内黏結劑材料的體積百分比；並且 其中在-金屬工件的研磨操作過程中，該黏結的磨 料本體在至少約i .〇 in3/min/in的材料去除率下具有至少約 1200的G比率，其中該^比率被定義為從該工件上去除的 材料的體積除以從該黏結的磨料本體上藉由磨損而損失的 材料體積。 1 一種研磨工具，包括·· -黏結的磨料本體’該本體具有在一黏結劑材料中包 201223699 含的磨料顆粒’該黏結劑材料包括一金屬；以及 其中在一具有至少約5 GPa的平均維氏硬度的工件 的研磨操作過程中，該黏結的磨料本體具有的初始研磨功 率的增大係不大於40%，該初始研磨功率的增大由等式 [(PH - Po)/P〇] x 100%來定義，其中Po代表在一初始研磨 週期中用該黏結的磨料本體研磨該工件所用的初始研磨功 率’並且Pn代表在第n個研磨週期中用該黏結的磨料本體 研磨該工件所用的研磨功率，其中n> 16。 4. 一種研磨工具，包括： 一黏結的磨料本體，該本體具有在一黏結劑材料中包 含的磨料顆粒，該黏結劑材料包括一金屬，其中該本體包 括至少約1.3的VAG/VBM之比，其中vAG係該本體的總體 積内磨料顆粒的體積百分比，並且Vbm係該本體的總體積 内黏結劑材料的體積百分比；並且 其中在一具有至少約5 GPa的平均維氏硬度的工件 的研磨操作過程中，該黏結的磨料本體在至少約3英寸/ 分鐘的最小給進速率下對於至少約4〇〇秒得研磨時間而言 具有的初始研磨功率的增大係不大於約1〇%，其中該初始 研磨功率的增大係由等式[(Pn - Po)/P〇] x 1〇〇%來定義 的’其中Po代表在第一研磨週期中用該黏結的磨料本體初 始研磨該工件所用的初始研磨功率，並且Pn代表在研磨 400秒之後用該黏結的磨料本體研磨該工件所用的研磨功 率。 201223699 一種磨料物品，包括： 勒結劑材料中包 或金屬合金；並 一黏結的磨料本體，該本體具 含的磨料顆粒，該黏結劑材料包括一金屬 且 其中該黏結的磨料本體在一工件上 並且與一常規的金屬黏結的磨料物品相比具：：操, 的研磨效率的增大，如由部件數/整修所測定的广1〇/° °* 一種磨料物品，包括： 一黏結的磨料本體，該本體具有在1結劑材料中& 含的磨料顆粒’該黏結劑材料包括—金屬或金屬合金；並 且 ， 其中該黏結的磨料本體在一工件上進行了一研磨操 作並且與一常規的金屬黏結的磨料物品相比具有一研磨效 率的增大，如由研磨磨損率測定的，該研磨效率的增大係 小至少約5%的磨損。 7. 一種磨料物品，包括： 黏結的磨料本體’該本體具有在~~黏結劑材料中包 含的磨料顆粒，該黏結劑材料包括一金屬或金屬合金；並 且 其中該黏結的磨料本體與一常規的金屬黏結的磨料 物品相比以至少快約5%的研磨速度在一工件上進行一研 201223699 磨操作。 8. 如申請專利範圍第1、2、3、4、5、6、或7項中 任一項所述之磨料物品，其中該研磨操作包括在該黏結的 磨料本體未經修正的情況下至少5個連貫的研磨週期。 9. 如申請專利範圍第1、2、3、4、5、6、或7項中 任一項所述之磨料物品，其中該研磨操作係以至少約1 .〇 in /min/in、至少約 4.0 in3/min/in、至少約 5 〇 in3/min/in、 至少約6.0 m3/min/in或至少約7 〇 in3/min/in的材料去除率 (MRR’）進行的。 10. 如申請專利範圍第1、2、3、4、5、0、或7項中 任一項所述之磨料物品’其中該黏結的磨料本體包括至少 約5 vol%的孔隙率，其中該孔隙率的大部分係連通孔隙 率，限定了延伸穿過該本體的體積的一連.通孔網路。 11. 如申請專利範圍第1、2、3、4、6或7項中任一 項所述之磨料物品，其中該工件係一立銑刀。 12. 一種操作研磨工具的方法，包括： 用一磨料修正輪修正一黏結的磨料本體’該黏結的磨 料本體包括在一金屬黏結劑材料中包含的磨料顆粒；並且 在修正之後不對該黏結的磨料本體進行棒整修的情 201223699 況下用該黏結的磨料本體研磨一工件，其中在研磨過程 中’該黏結的磨料本體具有的功率變化[(p〇 - pn)/p〇] X 100%為不大於約40%，其中P0代表在一初始研磨週期中 用該黏結的磨料本體研磨一工件所用的研磨功率，並且Pn 代表在第η個研磨週期中研磨該工件所用的研磨功率，其 中 η > 4。 13. 一種操作研磨工具的方法，包括： 用一磨料修正輪修正一黏結的磨料本體，該黏結的磨 料本體包括在一金屬黏結劑材料中包含的磨料顆粒，其中 該黏結劑材料包括不大於約4.〇 MPa m〇.5的平均韌性 (K] c );並且 用修正後的黏結的磨料本體直接研磨一工件其中 在一金屬工件的研磨操作中，該黏結的磨料本體在至少約 l.OinVmin/in的材料去除率下具有至少約12〇〇的G比率， 其中該G比率被定義為從該工件上去除的材料體積除以從 該黏結的磨料本體上藉由磨損而損失的材料體積。 14. 一種操作研磨工具的方法，包括： 在用一金剛石輥輪修正一黏結的磨料本體之後用該黏 結的磨料本體直接研磨一工件，其中在研磨過程中，該工 件具有至少約5 GPa的平均維氏硬度並且該黏結的磨料本 體證實了在初始研磨功率上的增大係不大於4〇%，該初始 研磨功率的增大由等式[(Pn _ PG)/p。] χ i⑼％來定義，其 201223699 中Po代表在一初始研磨週期中用該黏結的磨料本體研磨 該工件所用的初始研磨功率’並且Pn代表在第η個連貫的 研磨週期中用該黏結的磨料本體研磨該工件所用的研磨功 率，其中η > 16。 15. —種操作研磨工具的方法，包括： 用一黏結的磨料本體來研磨一工件，該工件包括具有 |少約5 GPa的平均維氏硬度的一種碳化物材料，該本體 包括在一金屬黏結劑材料中包含的磨料顆粒，其中該黏結 的磨料本體進行了至少17個連貫的研磨週期而不超過一 研磨機的最大轉轴功率。