TW202228922A - 多孔質金屬結合劑磨石之製造方法、以及多孔質金屬結合劑砂輪之製造方法 - Google Patents

多孔質金屬結合劑磨石之製造方法、以及多孔質金屬結合劑砂輪之製造方法 Download PDF

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Abstract

為了提供可從低氣孔率到高孔率將氣孔率任意地調整之多孔質金屬結合劑磨石之製造方法。 多孔質金屬結合劑磨石之製造方法係具有成形工序(P1)、脫溶質工序(P2)及燒成工序(P3)，成形工序(P1)，係獲得包含磨粒、金屬粉末、氣孔形成材之未燒成成形體；脫溶質工序(P2)，係讓對於前述氣孔形成材具有溶解性之溶媒的蒸氣和前述未燒成成形體接觸，藉此將前述氣孔形成材除去而獲得含有氣孔之未燒成成形體；燒成工序(P3)，係將前述含有氣孔之未燒成成形體進行燒成。

Description

多孔質金屬結合劑磨石之製造方法、以及多孔質金屬結合劑砂輪之製造方法
本發明係關於多孔質金屬結合劑磨石之製造方法。又本發明係關於多孔質金屬結合劑砂輪之製造方法。
作為適用於將高硬度脆性材料以穩定的磨削能力高效率且壽命長地進行磨削之磨削磨石，以往是使用玻璃化熔結劑(vitrified bond)磨石。以往，高硬度脆性材料的磨削需求並不多，只要花費時間來進行即可。然而，隨著功率元件市場、LED市場的增長，對於高硬度脆性材料之磨削也是，基於提高生產性及降低加工成本之目的而導致高效率、壽命長的加工要求提高，可達成這些要求的磨石成為必需的。
在這種高硬度脆性材料之高效率、高精度加工領域、及被稱為超精加工(super finishing)之精加工領域中，有使用多孔質金屬結合劑磨石來作為壽命優異的工具的情形。作為多孔質金屬結合劑磨石之製造方法已知有：添加中空微粒子等的獨立氣泡材料來形成氣孔之方法，添加有機媒質並經由燒成將其燒光而形成氣孔的方法，添加鹽並在燒成後用溶媒溶離而形成氣孔的方法等。
例如，在專利文獻1揭示一種有氣孔磨石，其特徵在於，係將磨粒和無機質的中空微粒子分散在金屬結合材或玻璃質結合材中。又揭示出，可將磨粒和中空微粒子和金屬結合材的粉末混合成混合粉末，將該混合粉末加熱而使該金屬結合材熔融之後進行冷卻，而製造出有氣孔磨石。
在專利文獻2揭示複合材及其製造方法，該複合材係用於將硬質材料的加工物研磨加工至所期望的表面拋光度，其係將特定的磨粒、特定的金屬結合材以及氣孔部以特定的比例來含有。在專利文獻2記載著，將研磨物品浸漬在溶劑中而讓分散體浸出，藉此讓連續氣孔留在研磨物品中。
在專利文獻3揭示一種至少具有50體積%的連通氣孔的研磨用品之製造方法，係包含(a)將含有磨粒約0.5~約25體積%、結合材約19.5~約49.5體積%、以及分散體粒子約50~約80體積%的混合物進行混合，(b)將前述混合物壓製加工成填充有研磨材之複合材料，(c)將前述複合材料實施熱處理，(d)以可溶解實質上全部的前述分散體粒子之一定時間，將前述複合材料浸漬在用於溶解前述分散體粒子之溶媒中，而且，前述磨粒及前述結合材實質上不溶於前述溶媒。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2001-88035號公報 [專利文獻2]日本特許5314030號公報 [專利文獻3]日本特開2008-30194號公報
[發明所欲解決之問題]
像專利文獻1那樣使用如中空微粒子般之獨立氣泡材料來形成氣孔的方法，可按照獨立氣泡材料的添加量來調整氣孔率。然而，因為氣孔的外圍會成為不需要的殘渣物而殘留，當使用其作為工具的情況，該殘渣物在加工時會與工件接觸，而存在隨著阻力的上升所產生之磨削燒傷、加工精度惡化的疑慮。
在讓如分散體般的氣孔形成材用溶媒溶離而形成氣孔的方法，像獨立氣泡材料的外圍那樣之不需要的殘渣物並不會殘留。又如圖6所示般，在以往的多孔質金屬結合劑磨石之製造方法，是在燒成工序後進行脫溶質工序。經由燒成工序，應可獲得在金屬結合劑上讓磨粒強固地固著之燒成體，縱使浸漬於溶媒仍可抑制金屬結合劑的強度降低及磨粒的固著力降低，且能讓氣孔形成材溶離。然而，因為金屬結合劑被強固地燒結，為了讓溶媒滲透，必須使氣孔形成材連通。若燒成體中之氣孔形成材的比例過低，會有氣孔形成材不連通的部分存在，無法讓溶媒滲透而難以讓氣孔形成材溶離。為了讓所有的分散體消失，必須使氣孔連通，例如在專利文獻2、專利文獻3的方法，至少40體積%以上之分散體的添加是必須的。然而，在使用具有40體積%以上的氣孔率之磨石作為工具的情況，根據被磨削材的種類，雖切削鋒利度高，但金屬結合劑部變少會有摩耗性變低的問題，還存在要求更低氣孔率的磨石的情形。
本發明是有鑑於上述事情而開發完成的，本發明之目的是為了提供一種多孔質金屬結合劑磨石之製造方法，其使用可用溶媒溶離之氣孔形成材而能將多孔質金屬結合劑磨石的氣孔率從低氣孔率到高氣孔率任意地調整，並提供利用該多孔質金屬結合劑磨石之製造方法的多孔質金屬結合劑砂輪之製造方法。 [解決問題之技術手段]
本發明人為了解決上述問題而反覆苦心研究的結果，發現下述的發明可符合上述目的而到達本發明的完成。
亦即本發明係關於以下的發明。 ＜1＞一種多孔質金屬結合劑磨石之製造方法，係具有成形工序、脫溶質工序及燒成工序，前述成形工序，係獲得包含磨粒、金屬粉末、氣孔形成材之未燒成成形體；前述脫溶質工序，係讓對於前述氣孔形成材具有溶解性之溶媒的蒸氣和前述未燒成成形體接觸，藉此將前述氣孔形成材除去而獲得含有氣孔之未燒成成形體；前述燒成工序，係將前述含有氣孔之未燒成成形體進行燒成。 ＜2＞如前述＜1＞所述之多孔質金屬結合劑磨石之製造方法，其中，前述氣孔形成材相對於前述未燒成成形體之體積比為5~90體積%。 ＜3＞如前述＜1＞或＜2＞所述之多孔質金屬結合劑磨石之製造方法，其中，前述氣孔形成材的平均粒徑為5~250μm。 ＜4＞如前述＜1＞至＜3＞之任一項所述之多孔質金屬結合劑磨石之製造方法，其中，前述溶媒係包含：選自由水、醇類及丙酮所組成群中之1種以上。 ＜5＞如前述＜1＞至＜4＞之任一項所述之多孔質金屬結合劑磨石之製造方法，其中，前述溶媒包含水，前述氣孔形成材為水溶性化合物。 ＜6＞如前述＜5＞所述之多孔質金屬結合劑磨石之製造方法，其中，前述氣孔形成材為水溶性的無機鹽。 ＜7＞一種多孔質金屬結合劑砂輪之製造方法，係具有黏著工序及精加工工序，前述黏著工序，係將藉由前述＜1＞至＜4＞之任一項所述之多孔質金屬結合劑磨石之製造方法所製造的多孔質金屬結合劑磨石黏著於底座；前述精加工工序，係使用修整器進行在前述底座上所黏著之前述多孔質金屬結合劑磨石的精加工。 [發明之效果]
依據本發明係提供一種多孔質金屬結合劑磨石之製造方法，其使用可用溶媒溶離之氣孔形成材，而能將多孔質金屬結合劑磨石的氣孔率從低氣孔率到高氣孔率任意地調整。藉此，不受像獨立氣泡材料的外圍那樣之不需要的殘渣物的影響之多孔質金屬結合劑磨石，能以所期望的氣孔率來獲得。 又提供一種多孔質金屬結合劑砂輪之製造方法，該多孔質金屬結合劑砂輪具備有：具有從低氣孔率到高氣孔率之任意氣孔率之多孔質金屬結合劑磨石。
以下對本發明的實施形態做詳細地說明，以下所記載之構成要件的說明乃是本發明的實施態樣之一例(代表例)，本發明在不脫離其要旨的範圍內，並不限定於以下的內容。又本說明書中採用「~」此表現方式的情況，係包含其前後的數值或物性值。
＜本發明的多孔質金屬結合劑磨石之製造方法＞ 本發明的多孔質金屬結合劑磨石之製造方法(以下也稱為「本發明的磨石之製造方法」)，係具有成形工序、脫溶質工序及燒成工序，前述成形工序，係獲得包含磨粒、金屬粉末、氣孔形成材之未燒成成形體；前述脫溶質工序，係讓對於前述氣孔形成材具有溶解性之溶媒的蒸氣和前述未燒成成形體接觸，藉此將前述氣孔形成材除去而獲得含有氣孔之未燒成成形體；前述燒成工序，係將前述含有氣孔之未燒成成形體進行燒成。
本發明的磨石之製造方法，其特徵在於，在成形體未燒成的狀態下進行氣孔形成材的除去，且氣孔形成材的除去是使用蒸氣。如此般在成形體未燒成的狀態下進行氣孔形成材的除去(亦即，在燒成工序之前進行脫溶質工序)，成形體不會被強固地燒結，因此易於使溶媒的蒸氣滲透到內部。因此，縱使氣孔形成材的量較少的情況，仍能使溶媒的蒸氣滲透到成形體的內部，而能讓氣孔形成材充分地溶離。又不是讓成形體浸漬於溶媒，而是讓成形體與溶媒的蒸氣接觸，因此溶媒更容易滲透到成形體的內部。又未燒成成形體因為形狀穩定性低，若將其浸漬於溶媒會有形狀走樣的疑慮，在本發明的磨石之製造方法，因為是與溶媒的蒸氣接觸，縱使是未燒成，成形體的形狀也不容易走樣。將形成有如此般產生的氣孔之未燒成成形體進行燒成，就那樣保持有氣孔而讓金屬粉末熔融、燒成，縱使是低氣孔率，仍可製作出將氣孔形成材完全除去之多孔質金屬結合劑磨石。
圖1係本發明的多孔質金屬結合劑磨石之製造方法之工序圖。以下，根據圖1來對各工序做說明。
[成形工序(P1)] 成形工序係獲得包含磨粒、金屬粉末、氣孔形成材之未燒成成形體的工序。
(磨粒) 磨粒可使用金鋼石等。磨粒的平均粒徑可按照磨削材料的種類等來適宜地選定。在磨削碳化矽、藍寶石等之高硬度脆性材料的情況，若磨粒深深地咬入，損傷會到達高硬度脆性材料的內部，而使下個工序的加工時間變長。若磨粒的平均粒徑過大，有磨粒深深地咬入磨削材料而使磨削材料的損傷變大的傾向。另一方面，若磨粒的平均粒徑過小，有磨粒無法咬入磨削材料而使加工變困難的傾向。因此，磨粒的平均粒徑宜為4~55μm。例如，在磨削藍寶石晶圓的情況，可設定成12~55μm。在磨削加工更困難之碳化矽(SiC)晶圓的情況，宜設定成4~20μm。
又在本發明中，平均粒徑是藉由粒度分布測定器(雷射繞射散射法)所測定之粒度分布的中值粒徑。中值粒徑是依JIS Z 8825:2013的測定方法而使用(股)堀場製作所製之雷射繞射/散射式粒子徑分布測定裝置(LA-960)所測定的體積基準之D50值。
(金屬粉末) 作為金屬粉末可使用：選自由銅、錫、鈷、鐵、鎳、鎢、銀、鋅、鋁、鈦、鋯、及其等的合金所組成之群中之1種以上。一般而言，金屬粉末較佳為含有銅及錫的混合物。例如，作為高硬度脆性材料之磨削，較佳為含有銅：約30質量%~約70質量%、錫：約30質量%~約70質量%之組成。
(氣孔形成材) 氣孔形成材能使用可輕易地溶解於水、醇類(甲醇、乙醇等)、丙酮等的溶媒之任意的溶質粒子。其中，氣孔形成材較佳為水溶性化合物，更佳為水溶性的無機鹽。作為水溶性的無機鹽較佳為，例如選自由氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂、氯化鈣、矽酸鈉、碳酸鈉、硫酸鈉、硫酸鉀及硫酸鎂所組成之群中的1種以上。
氣孔形成材的平均粒徑可設定成例如5~300μm。利用本發明的磨石之製造方法所獲得之多孔質金屬結合劑磨石的氣孔大小，因為對應於氣孔形成材的大小，藉由調整氣孔形成材的粒徑可調整所形成之氣孔大小。又氣孔形成材的大小，還能考慮下個工序之除去容易度等而適宜地選擇。若氣孔形成材的平均粒徑過小，溶媒的蒸氣變得難以滲透，而有氣孔形成材殘存於成形體內部的疑慮。因此，平均粒徑的下限較佳為5μm以上，亦可設定成10μm以上或50μm以上或80μm以上。另一方面，若平均粒徑過大，會使所形成的氣孔數減少，而在局部產生結合組織(bond matrix)變大的部位，在該部分會發生結合劑摩擦，而有不適用於高硬度脆性材料的磨削之疑慮。因此，平均粒徑的上限較佳為250μm以下，亦可設定成200μm以下或100μm以下。
作為目的之多孔質金屬結合劑磨石的氣孔之平均粒徑，可按照磨粒的大小、被磨削材的種類而適宜地選擇，例如使用平均粒徑8μm的金鋼石磨粒來製造用於磨削碳化矽(SiC)之磨石的情況，氣孔形成材的平均粒徑較佳為70~200μm。
又氣孔形成材的平均粒徑，如上述般，是藉由粒度分布測定器(雷射繞射散射法)所測定之粒度分布的中值粒徑。
利用本發明的磨石之製造方法所獲得之多孔質金屬結合劑磨石，因為是具有氣孔的金屬結合劑，不是藉由一般的集中度，而是藉由磨削面上之氣孔除外的部分(所謂基質部)之磨粒數來調整切削鋒利度及耐摩耗性。較佳為將磨粒、金屬粉末及氣孔形成材混合成，使磨削面上之氣孔除外之基質部的磨粒數成為700~6500個/cm 2。若基質部的磨粒數過少，因為會成為每1粒磨粒之金屬結合劑量較多的多孔質金屬結合劑磨石，摩耗後的磨粒之基於新磨粒的取代容易被阻害，而有要持續加工變困難的傾向。若基質部的磨粒數過多，每1粒磨粒之負載變小，而有對高硬度脆性材料的咬入性變差的傾向。
又磨削面上之氣孔除外之基質部的磨粒數，可根據要製造之多孔質金屬結合劑磨石的形狀、以及磨粒和金屬粉末和氣孔形成材的混合比例來算出。又從所獲得之多孔質金屬結合劑磨石來計算磨粒數的情況，是將作為對象之多孔質金屬結合劑磨石之氣孔除外的磨削面之500倍放大圖像進行二值化處理後，計算每單位面積(cm 2)的磨粒數而求出。
(未燒成成形體) 將磨粒、金屬粉末、氣孔形成材混合之後，填充於既定的成形模具內，藉由壓製(例如，以500~5000kg/cm 2進行壓製)成形為既定的形狀，而獲得未燒成成形體。 未燒成成形體中之氣孔形成材的體積比(氣孔形成材的體積/未燒成成形體的體積×100(%))較佳為5~90體積%。若未燒成成形體中之氣孔形成材的體積比小於5體積%，會成為金屬結合劑較多(氣孔較少)的磨石，與無氣孔磨石同樣的會發生結合劑摩擦，而有不適用於高硬度脆性材料的磨削之疑慮。若大於90體積%，因為成為保持磨粒之金屬結合劑較少的磨石，要維持構造變困難。
所獲得之多孔質金屬結合劑磨石的氣孔率，因為對應於未燒成成形體中之氣孔形成材的量，藉由調整氣孔形成材的量，可將磨石的氣孔率從低氣孔率到高氣孔率任意地調整。未燒成成形體中之氣孔形成材的體積比較佳為5體積%以上，亦可為10體積%以上。又未燒成成形體中之氣孔形成材的體積比較佳為90體積%以下，亦可設定成85體積%以下或80體積%以下或75體積%以下或70體積%以下或65體積%以下。
又因為可做成依以往的製造方法難以製造之低氣孔率的多孔質金屬結合劑磨石，未燒成成形體中之氣孔形成材的體積比亦可設定成5~35體積%或10~30體積%。
[脫溶質工序(P2)] 脫溶質工序，係讓對於氣孔形成材具有溶解性之溶媒的蒸氣和未燒成成形體接觸，藉此將氣孔形成材除去而獲得含有氣孔之未燒成成形體。在脫溶質工序，通常是將未燒成成形體從成形模具取出，讓其與可溶解氣孔形成材之溶媒的蒸氣接觸。藉此，能有效率地將未燒成成形體中的氣孔形成材除去，而在氣孔形成材原先存在的部分形成氣孔。
作為讓對於氣孔形成材具有溶解性之溶媒的蒸氣和未燒成成形體接觸的方法可列舉：將溶媒加熱到其沸點以上並將所產生的蒸氣供應給未燒成成形體的方法，將未燒成成形體導入充滿溶媒的蒸氣之處理部的方法等。例如，在讓水蒸氣和未燒成成形體接觸的情況，可將水蒸氣產生裝置所產生的水蒸氣供應給未燒成成形體，也能使用加濕爐。又亦可考慮所使用之溶媒的種類、未燒成成形體中之溶媒蒸氣的滲透性等，而在加壓下或減壓下接觸。
以蒸氣的形式與未燒成成形體接觸之溶媒，只要是可溶解氣孔形成材的溶媒(對於氣孔形成材具有溶解性者)即可，可按照氣孔形成材的種類適宜地選擇。考慮到易於處理及易於氣化等，較佳為使用包含選自由水、醇類及丙酮所組成之群中之1種以上的溶媒之蒸氣。更佳為使用包含水之溶媒的蒸氣。
溶媒的蒸氣之溫度是所使用的溶媒之沸點以上，較佳為燒成工序之燒成溫度以下，可按照溶媒的種類等適宜地設定。例如，在水蒸氣的情況，可設定成100~200℃。
讓溶媒的蒸氣和未燒成成形體接觸的時間，只要是能夠使氣孔形成材消失的時間以上即可，可按照氣孔形成材的種類、未燒成成形體中的比例等適宜地設定。例如可設定成12~120小時或24~72小時。
[燒成工序(P3)] 燒成工序係將包含氣孔的未燒成成形體進行燒成的工序。燒成工序可依據公知的方法進行。例如，將脫溶質工序後之包含氣孔的未燒成成形體，在減壓或常壓下於事先設定成200~900℃的燒成溫度之燒成爐中進行熱處理，在保持所形成的氣孔之狀態下讓金屬粉末彼此熔融接合而形成金屬結合劑。藉此可獲得多孔質的燒成體。
[多孔質金屬結合劑磨石] 藉由本發明的磨石之製造方法所獲得之多孔質金屬結合劑磨石，係由多孔質的燒成體所構成。圖2係藉由本發明的磨石之製造方法所製造之多孔質金屬結合劑磨石的局部剖面示意圖。圖3係多孔質金屬結合劑磨石之磨削時的狀態之說明圖。如圖2、圖3所示般，藉由本發明的磨石之製造方法所製造之多孔質金屬結合劑磨石10係含有金屬結合劑12、磨粒14、氣孔16。
如此般構造的多孔質金屬結合劑磨石10之好處可列舉如下。 如圖3所示般，利用多孔質構造，與被磨削材30接觸之金屬結合劑12的接觸面積減少。藉此可減輕結合劑摩擦，並能提高對被磨削材30之接觸面壓力。磨削面18的氣孔16可發揮容屑槽(chip pocket)的作用，可期待磨削時之切屑32的排出性提升並提高冷卻性功能。 又因為在多孔質金屬結合劑磨石10的構造內部具有氣孔16而使多孔質金屬結合劑磨石的強度變得低強度化，讓因磨削而壽命終了的磨粒14脫落並讓位給下個磨粒14之自生作用能有效地發揮，而能以穩定的負載進行連續磨削。
在多孔質金屬結合劑磨石10中，氣孔的氣孔徑為5~300μm。氣孔的氣孔徑亦可為10μm以上或50μm以上或80μm以上。又亦可為250μm以下或200μm以下或100μm以下。藉由調整氣孔形成材的粒徑可控制氣孔徑。在多孔質金屬結合劑磨石之磨削面的500倍放大圖像共10張中，對50個的氣孔分別測定長徑及短徑的平均徑，取50個氣孔的平均值來算出氣孔徑。
又多孔質金屬結合劑磨石10的氣孔率為5~90體積%。多孔質金屬結合劑磨石10的氣孔率亦可為10體積%以上。又多孔質金屬結合劑磨石10的氣孔率亦可設定成85體積%以下或80體積%以下或75體積%以下或70體積%以下或65體積%以下。藉由調整氣孔形成材的比例可控制氣孔率。又從多孔質金屬結合劑磨石的體積及質量算出密度，根據表示事先求出的密度和氣孔率(體積%)的關係之檢量線可算出氣孔率。
如上述般，依據本發明的磨石之製造方法，不使用獨立氣泡材料即可製造低氣孔率的多孔質金屬結合劑磨石。例如，本發明的磨石之製造方法還能製造出：不含中空微粒子等的獨立氣泡材料而實質上由金屬結合劑12和磨粒14和氣孔16所構成(亦即，並未排除不可避免的雜質之混入)，且氣孔率5~35體積%或10~30體積%之低氣孔率的多孔質金屬結合劑磨石等。是否含有獨立氣泡材料，可根據氣孔之外圍的成分分析等來判斷。
在多孔質金屬結合劑磨石10的磨削面18上，進行接觸的磨粒數為700~6500個/cm 2。磨粒數可藉由調整磨粒、金屬粉末及氣孔形成材的比例來控制。如此般，將進行接觸的磨粒數設定成700~6500個/cm 2，可確保對於高硬度脆性材料的被磨削材之切入深度，縱使在高速進給下仍能進行低負載磨削。
藉由本發明的磨石之製造方法所製造之多孔質金屬結合劑磨石的形狀沒有特別的限定。可按照用途適宜地選擇在成形工序(P1)所使用的成形模具，而獲得板(plate)狀、角柱狀、圓狀、圓筒狀、環狀、圓弧狀等之任意形狀的多孔質金屬結合劑磨石(燒成體)。
＜多孔質金屬結合劑砂輪之製造方法＞ 圖4係本發明的多孔質金屬結合劑砂輪之製造方法的工序圖。如圖4所示般，藉由進行黏著工序(P4)和精加工工序(P5)，可獲得具有底座及黏著於底座的多孔質金屬結合劑磨石之多孔質金屬結合劑砂輪。黏著工序(P4)，係將藉由本發明的多孔質金屬結合劑磨石之製造方法所製造之多孔質金屬結合劑磨石黏著於底座；精加工工序(P5)，係使用修整器，進行黏著於底座之多孔質金屬結合劑磨石的精加工。
圖5係顯示藉由本發明的多孔質金屬結合劑砂輪之製造方法所製得之多孔質金屬結合劑砂輪的一例之立體圖。多孔質金屬結合劑砂輪100係具備：鐵或鋁等金屬製之圓板狀的底座20、分段磨片(segmented chip)22。分段磨片22係由多孔質金屬結合劑磨石10所構成。多孔質金屬結合劑磨石10係藉由本發明的磨石之製造方法所製得。將底座20安裝在未圖示的磨削裝置之主軸，藉此可將多孔質金屬結合劑砂輪100進行旋轉驅動。多孔質金屬結合劑砂輪100具有250mm左右的外徑，分段磨片22具有3mm左右的寬度。
如圖5所示般，沿著底座20之下表面的外周緣以圓環狀相連的方式固著複數個分段磨片22。在多孔質金屬結合劑砂輪100中，分段磨片22係構成朝一面側(與旋轉軸芯平行的方向(圖5的下方))突出之環狀的磨削面18。接下來，使用修整器進行黏著於底座20的分段磨片22之精加工。藉此獲得多孔質金屬結合劑砂輪100。
又在多孔質金屬結合劑砂輪100，分段磨片22是由多孔質金屬結合劑磨石10所構成，但僅分段磨片22的表層是由多孔質金屬結合劑磨石10所構成亦可。
多孔質金屬結合劑砂輪100，可運用於碳化矽(SiC)晶圓、藍寶石晶圓等之高硬度脆性材料的磨削。多孔質金屬結合劑砂輪100之多孔質金屬結合劑磨石10，隨著底座20的旋轉而讓磨削面18與碳化矽(SiC)晶圓、藍寶石晶圓等之高硬度脆性材料滑接，藉此將該高硬度脆性材料磨削成平面狀。 [實施例]
以下，利用實施例對本發明做更詳細的說明，但本發明在不脫離其要旨的範圍內，並不限定於以下的實施例。
[實施例1]:多孔質金屬結合劑磨石之試驗片的製造 ･材料 磨粒:金鋼石(平均粒徑8μm) 金屬粉末(形成金屬結合劑的材料):Cu：60質量%和Sn：40質量%的混合物 氣孔形成材:硫酸鈉(平均粒徑70μm)
･製造方法 如表1所示般，將由既定的磨粒和金屬粉末和氣孔形成材所混合成之混合物填充於成形模具，施加壓力(500~5000kg/cm 2、室溫)而獲得未燒成成形體。 接下來，將未燒成成形體從成形模具取出，曝露於水蒸氣氛圍(100~200℃)下72小時。 將曝露於水蒸氣後的未燒成成形體進行燒成(200~900℃)，獲得多孔質金屬結合劑磨石的試驗片(尺寸:長度40mm×寬度7mm×厚度4mm)。
Figure 02_image001
使用SEM-EDS裝置，對所製造的實施例1-1~實施例1-4之試驗片進行剖面觀察。在所有的試驗片剖面進行EDS分析的結果，未發現氣孔形成材的殘渣物，可確認全部都已經消失。又基於試驗片剖面的SEM圖像(500倍)之二值化進行粒子解析的結果，在所有的試驗片都呈現與原先設計的氣孔率相同的面積率，可確認是獲得了按照設計那樣的多孔質金屬結合構造體。又可確認氣孔徑也對應於所使用之氣孔形成材的平均粒徑。
[實施例2] 除了以所製得之多孔質金屬結合劑磨石的尺寸成為長度35mm×寬度3mm×厚度9mm的方式改變成形模具以外，以與實施例1同樣的方式製造表2所示之氣孔率的多孔質金屬結合劑磨石。 將所製得之多孔質金屬結合劑磨石如圖5所示般黏著於外徑300mm的底座之下表面，製造出多孔質金屬結合劑砂輪。
使用實施例2的多孔質金屬結合劑砂輪依以下的磨削加工試驗條件進行高硬度脆性材料的加工試驗，對磨削阻力及磨石摩耗率進行評價。結果如表2所示。
磨削阻力，係在以下的磨削加工試驗條件之磨削中，用於將多孔質金屬結合劑磨石旋轉驅動之電動機的驅動電流值。又磨石摩耗率，係將依以下的磨削加工試驗條件進行1次磨削之磨石試料的摩耗量用比例表示，係將磨石的摩耗量(厚度)除以加工物的研磨量(厚度)。例如，在進行晶圓(加工物)研磨量50μm的加工時，磨石摩耗了100μm摩耗的情況，磨石摩耗率成為200%。
(磨削加工試驗條件) ･磨削機械:平面磨削盤(切入(infeed)方式) ･磨削方法:濕式平面磨削 ･加工物:4吋單結晶碳化矽(SiC)晶圓 ･加工條件:磨石轉速 2400rpm、晶圓轉速 400rpm、切入速度 0.5μm/sec.、加工物研磨量 200μm、 ･磨削液:水溶性磨削液
[比較例] 除了未使用氣孔形成材以外，以與實施例1同樣的方式獲得氣孔率0體積%的金屬結合劑磨石。與實施例2同樣的，使用將所獲得的金屬結合劑磨石黏著於底座之金屬結合劑砂輪進行磨削加工試驗。結果如表2所示。
Figure 02_image003
可確認氣孔率越高則加工阻力越低，而有摩耗量越多的傾向，可確認低氣孔率化對於工具的耐摩耗性提升是有效的。
[實施例3] 除了使用表3所示的平均粒徑之氣孔形成材而做成氣孔率60體積%、磨粒數700個/cm 2以外，以與實施例1同樣的方式製造多孔質金屬結合劑磨石。與實施例2的同樣的，使用將所製得的多孔質金屬結合劑磨石黏著於底座之多孔質金屬結合劑砂輪，進行磨削加工試驗。結果如表3所示。
Figure 02_image005
[實施例4] 製造出黏著有表4所示之基質部的磨粒數、氣孔徑70μm、氣孔率60體積%的多孔質金屬結合劑磨石之多孔質金屬結合劑砂輪，使用該砂輪進行磨削加工試驗。結果如表4所示。
Figure 02_image007
[產業利用性]
本發明的多孔質金屬結合劑磨石之製造方法，可製造具有各式各樣的氣孔率之磨石。所獲得的磨石及具備有該磨石之多孔質金屬結合劑砂輪，可運用於碳化矽(SiC)晶圓、藍寶石晶圓等之高硬度脆性材料的磨削。
10:多孔質金屬結合劑磨石 12:金屬結合劑 14:磨粒 16:氣孔 18:磨削面 20:底座 22:分段磨片 30:被磨削材 32:切屑 100:多孔質金屬結合劑砂輪
[圖1]係本發明的多孔質金屬結合劑磨石之製造方法的工序圖。 [圖2]係藉由本發明的多孔質金屬結合劑磨石之製造方法所製造之磨石的局部剖面示意圖。 [圖3]係本發明的多孔質金屬結合劑磨石之磨削時的狀態之說明圖。 [圖4]係本發明的多孔質金屬結合劑砂輪之製造方法的工序圖。 [圖5]係顯示藉由本發明的多孔質金屬結合劑砂輪之製造方法所製造之多孔質金屬結合劑磨石的一例之立體圖。 [圖6]係以往的多孔質金屬結合劑磨石之製造方法的工序圖。
P1:成形工序
P2:脫溶質工序
P3:燒成工序

Claims (7)

  1. 一種多孔質金屬結合劑磨石之製造方法，係具有成形工序、脫溶質工序及燒成工序， 前述成形工序，係獲得包含磨粒、金屬粉末、氣孔形成材之未燒成成形體； 前述脫溶質工序，係讓對於前述氣孔形成材具有溶解性之溶媒的蒸氣和前述未燒成成形體接觸，藉此將前述氣孔形成材除去而獲得含有氣孔之未燒成成形體； 前述燒成工序，係將前述含有氣孔之未燒成成形體進行燒成。
  2. 如請求項1所述之多孔質金屬結合劑磨石之製造方法，其中， 前述氣孔形成材相對於前述未燒成成形體之體積比為5~90體積%。
  3. 如請求項1或2所述之多孔質金屬結合劑磨石之製造方法，其中， 前述氣孔形成材的平均粒徑為5~250μm。
  4. 如請求項1至3之任一項所述之多孔質金屬結合劑磨石之製造方法，其中， 前述溶媒係包含：選自由水、醇類及丙酮所組成群中之1種以上。
  5. 如請求項1至4之任一項所述之多孔質金屬結合劑磨石之製造方法，其中， 前述溶媒包含水， 前述氣孔形成材為水溶性化合物。
  6. 如請求項5所述之多孔質金屬結合劑磨石之製造方法，其中， 前述氣孔形成材為水溶性的無機鹽。
  7. 一種多孔質金屬結合劑砂輪之製造方法，係具有黏著工序及精加工工序， 前述黏著工序，係將藉由請求項1至4之任一項所述之多孔質金屬結合劑磨石之製造方法所製造的多孔質金屬結合劑磨石黏著於底座； 前述精加工工序，係使用修整器進行在前述底座上所黏著之前述多孔質金屬結合劑磨石的精加工。
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