專(zhuān)利名稱(chēng)：多孔磨具和制造該用具的方法
(1)發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明主要涉及磨料和適用于對(duì)硬質(zhì)和/或脆性材料進(jìn)行表面研磨和拋光的磨具。本發(fā)明尤其涉及到具有互連孔結(jié)構(gòu)的多孔粘結(jié)研磨制品，及其制造方法。本發(fā)明所述的磨料可在高性能的研磨操作中使用，例如在電子元件制造中常用的背面研磨硅片、碳化鋁鈦和碳化硅片。
(2)背景資料人們一般熟知使用多孔磨料可改善機(jī)械研磨工序。孔隙通常提供例如冷卻劑和潤(rùn)滑劑等研磨液的流動(dòng)通道，該研磨液可促使更有效地切割，減少金相損傷(例如表面燒結(jié))，并最大限度地延長(zhǎng)用具的壽命?？紫兑部蓮谋谎心サ奈锲飞先コ牧祥g隙(例如碎片或細(xì)屑)，這一點(diǎn)在被研磨的物品相對(duì)較軟或要求表面拋光達(dá)到一定條件(例如硅片的背面研磨)時(shí)尤為重要。
以前對(duì)制造具有多孔結(jié)構(gòu)的研磨制品和/或用具的嘗試一般可歸類(lèi)為兩種方法中的一種。在第一種方法中，通過(guò)將形成孔的有機(jī)介質(zhì)(例如磨碎的核桃殼)加入到研磨制品中而制造多孔結(jié)構(gòu)。這些介質(zhì)在燒結(jié)中進(jìn)行熱分解，從而在硬化了的磨具中留下空腔或孔。這種方法的實(shí)例包括Carmen等人的5,221,294號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、Wu的5,429,648號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、Grotoh等人的A-91-161273號(hào)日本專(zhuān)利和Satoh等人的A-91-281174號(hào)日本專(zhuān)利。在第二種方法中，可通過(guò)將例如空心氧化鋁之類(lèi)的閉孔材料加入到研磨制品中而制造多孔結(jié)構(gòu)。其實(shí)例可查看Sheldon等人的5,203,886號(hào)美國(guó)專(zhuān)利。
在一個(gè)可選用的方法中，Wu等人在5,738,696和5,738,697號(hào)美國(guó)專(zhuān)利(其內(nèi)容均參考引用于此)中透露研磨制品和使用長(zhǎng)徑比至少為5∶1的纖維狀磨粒來(lái)制造該制品的方法。由于細(xì)長(zhǎng)磨粒的填充特性差，因而研磨制品的孔隙率和滲透率增加，適用于相對(duì)高性能的研磨。
隨著市場(chǎng)對(duì)諸如發(fā)動(dòng)機(jī)、耐火設(shè)備和電子儀器(例如硅和碳化硅片、磁頭、顯示窗)等產(chǎn)品中精密元件要求的增長(zhǎng)，在對(duì)陶瓷和其他相對(duì)堅(jiān)硬和/或脆性材料進(jìn)行極為精密地研磨和拋光中使用的改良的磨具的需求也在增長(zhǎng)。經(jīng)證實(shí)，本技術(shù)領(lǐng)域已知的這些研磨制品并不能完全滿(mǎn)足上文所述的要求。因此，需要一種改良的研磨制品和磨具，尤其是包含相對(duì)較高孔隙率的上述物品。
本發(fā)明一方面包括制造研磨制品的方法。該方法包括將磨粒、粘結(jié)材料和分散體顆粒的混合物混勻，該混合物包含大約0.5～25體積％磨粒，大約19.5～49.5％的粘結(jié)材料和大約50～80體積％的分散體顆粒。該方法還包括將上述混合物壓制成研磨壓實(shí)復(fù)合材料，對(duì)該復(fù)合材料進(jìn)行熱加工，并將其在溶劑中浸沒(méi)一段時(shí)間，基本上溶解所有的分散體，使該分散體溶解在溶劑中。這一方面的一個(gè)變換方式是，所述粘結(jié)材料包含大約35～85重量％的銅、大約15～65重量％的錫和大約0.2～1.0重量％的磷。這一方面的另一變換方式是，所述分散體包含粒狀氯化鈉，所述溶劑包含沸水。
另一方面，本發(fā)明包括用于分段砂輪的研磨段。該研磨段包含復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包含大量超級(jí)磨粒和在大約370～795℃的溫度范圍內(nèi)燒結(jié)在一起的金屬粘結(jié)基質(zhì)。該復(fù)合材料中分布著大量的互連孔。該復(fù)合材料包含大約0.5～25體積％的磨粒，大約19.5～49.5％的金屬粘結(jié)劑和大約50～80體積％的互連孔隙。上述金屬粘結(jié)基質(zhì)包含大約35～70重量％的銅，大約30～65重量％的錫和大約0.2～1.0重量％的磷。所述眾多超級(jí)磨粒選自金剛石和立方氮化硼，該超級(jí)磨粒的平均粒度小于大約300微米。
另一方面，本發(fā)明包括分段砂輪。該砂輪包括芯體和圓形周邊，該芯體的最小比強(qiáng)度為2.4Mpa-cm3/g，芯體的密度為0.5～8.0g/cm3。上述砂輪還包括由大量段節(jié)組成的研磨輪緣，其每一個(gè)段節(jié)都包含具有大量磨粒和在大約370～795℃的溫度范圍內(nèi)燒結(jié)在一起的金屬粘結(jié)基質(zhì)的復(fù)合材料，且該復(fù)合材料中分布著大量的互連孔，該復(fù)合材料包含大約50～80體積％的互連孔隙。該砂輪仍還包含用于連接上述芯體和上述各段節(jié)的熱穩(wěn)定粘結(jié)劑。
另一方面，本發(fā)明包括制造包含大約40～80體積％的互連孔隙的研磨制品的方法。該方法包括將磨粒、有機(jī)或其他非金屬粘結(jié)材料和分散體顆粒的混合物混勻，該混合物包含大約0.5～25體積％的磨粒、大約19.5～65體積％的有機(jī)粘結(jié)材料和大約40～80體積％的分散體顆粒。該方法還包括將上述混合物壓制成研磨壓實(shí)復(fù)合材料，對(duì)該復(fù)合材料進(jìn)行熱加工，并將其在溶劑中浸沒(méi)一段時(shí)間，以基本上溶解所有的分散體，使該分散體溶解在溶劑中。這一方面的一個(gè)變換方式是，所述分散體包含粒狀糖，所述溶劑包含沸水。
另一方面，本發(fā)明包括用于分段砂輪的研磨段。該研磨段包含復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包含大量超級(jí)磨粒和固化在一起的非金屬粘結(jié)基質(zhì)。該復(fù)合材料中分布著大量的互連孔，且包含大約0.5～25體積％的磨粒、大約19.5～65％的非金屬粘結(jié)劑和大約40～80體積％的互連孔隙。所述眾多超級(jí)磨粒選自金剛石和立方氮化硼，所述眾多超級(jí)磨粒的平均粒度小于大約300微米。
另一方面，本發(fā)明包括分段砂輪。該砂輪包括芯體和圓形周邊，該芯體的最小比強(qiáng)度為2.4Mpa-cm3/g，芯體的密度為0.5～8.0g/cm3。上述砂輪還包括由大量段節(jié)組成的研磨輪緣，其每一個(gè)段節(jié)都包含復(fù)合材料，所述復(fù)合物材料包含磨粒和固化在一起的非金屬粘結(jié)基質(zhì)。該復(fù)合材料中分布著大量的互連孔，且包含大約40～80體積％的互連孔隙。該砂輪還包含用于連接芯體和每一個(gè)上述大量段節(jié)的熱穩(wěn)定粘結(jié)劑。


圖1為本發(fā)明所述研磨段實(shí)施方式的示意圖；且圖2A為包含16個(gè)圖1所示研磨段的砂輪實(shí)施方式的局部示意圖；圖2B為沿圖2A中的“A”-“A”線(xiàn)得到的截面視圖；和圖2C為顯示圖2B中110部位的局部放大視圖。
本發(fā)明包括可用于精磨、拋光或切割操作的多孔研磨制品。本發(fā)明所述研磨砂輪的一個(gè)實(shí)例是用于分段砂輪100的研磨段10(實(shí)例如圖1和2所示，這將在下文實(shí)施例1中作更詳細(xì)的說(shuō)明)。本發(fā)明所述研磨制品的一個(gè)實(shí)施方式包含大約50～80體積％的互連孔隙。本發(fā)明所述的研磨制品的另一個(gè)實(shí)施方式包含諸如有機(jī)粘結(jié)材料(如酚醛樹(shù)脂)之類(lèi)的非金屬粘結(jié)劑，并包含大約40～80體積％的互連孔隙。本發(fā)明也包括制造多孔研磨制品的方法。包括一個(gè)或多個(gè)本發(fā)明所述研磨制品(如段節(jié)10)的砂輪(如砂輪100)在對(duì)諸如硅片、碳化硅、碳化鋁鈦等硬質(zhì)和/或脆性材料進(jìn)行鏡面拋光研磨方面具有潛在的優(yōu)勢(shì)。這些砂輪在對(duì)以上材料進(jìn)行鏡面拋光研磨期間，無(wú)需打磨(或修整)砂輪的研磨面，因而具有更多的優(yōu)點(diǎn)。在下文的討論和實(shí)施例中可顯示出本發(fā)明的其他潛在優(yōu)勢(shì)。
與常識(shí)(如查看Ishihara的60-118,469號(hào)日本專(zhuān)利)相反，本發(fā)明一方面制得互連孔隙大于50體積％，尤其是孔隙率約為50～80體積％的研磨制品，當(dāng)研磨硬質(zhì)和/或脆性材料時(shí)，可在無(wú)需完全犧牲研磨制品機(jī)械完整性的情況下，提供優(yōu)質(zhì)的研磨性能。因此，本發(fā)明所述的研磨制品的實(shí)施方式包含至少50體積％的互連孔隙和有效量的至少一種磨粒和粘結(jié)材料。該研磨制品還任選包含填充物、潤(rùn)滑劑和熟悉該工藝的人所知的其他成分。這些研磨制品最好包含大約50～80體積％的互連孔隙，最好是包含大約50～70體積％的互連孔隙。
實(shí)質(zhì)上，任何一種磨粒都可用在本發(fā)明所述的研磨制品中。傳統(tǒng)的磨料包括，但不限于氧化鋁、氧化硅、碳化硅、氧化鋯-氧化鋁、石榴石和磨粒粒度在大約0.5～5000微米(較好在大約2～300微米)范圍內(nèi)的金剛砂。也可使用磨粒粒度與傳統(tǒng)磨粒極為相似的超級(jí)磨粒，該超級(jí)磨粒包括，但不限于裹有或未裹有金屬涂層的金剛石和立方氮化硼(CBN)。磨粒的尺寸和種類(lèi)的選擇通常依據(jù)工件的特性和研磨工藝的類(lèi)型而改變。對(duì)于超級(jí)精加工(即“鏡面精加工”)研磨，需要較小粒度的超級(jí)磨粒，例如在大約0.5～120微米的范圍內(nèi)，以至在大約0.5～75微米的范圍內(nèi)。一般而言，較小(即較細(xì))的粒度適用于精細(xì)研磨和表面拋光操作，而較大(即較粗)的粒度適用于刨削、修磨和其他需要去除相對(duì)較多材料的操作。
實(shí)質(zhì)上，在制造粘結(jié)研磨制品中普遍使用的任何一種粘結(jié)材料都可用在本發(fā)明所述研磨制品中，作為基材。例如，可以使用金屬的、有機(jī)的、樹(shù)脂的或玻璃化的粘結(jié)劑(如必要的話(huà)，需添加合適的固化劑)，一般選用金屬粘結(jié)劑。通常選用斷裂韌度在大約1.0～6.0MPa m1/2范圍內(nèi)的金屬粘結(jié)劑，其斷裂韌度在大約1.0～3.0MPa m1/2范圍內(nèi)更好。關(guān)于斷裂韌度的更多細(xì)節(jié)可在Ramanath等人的6,093,092號(hào)和6,102,789號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中獲取，其內(nèi)容均參考引用于此，在下文中稱(chēng)之為Ramanath專(zhuān)利。
在金屬粘結(jié)基質(zhì)中使用的材料包括，但不限于青銅、銅鋅合金(即黃銅)、鈷、鐵、鎳、銀、鋁、銦、銻、鈦、鋯，以及它們的合金和混和物。人們發(fā)現(xiàn)金屬粘結(jié)基質(zhì)組合物通常是銅和錫的混和物。適用于本發(fā)明所述研磨制品的組合物應(yīng)包含大約35～85重量％的銅和大約15～65重量％的錫。所述組合物較好包含大約35～70重量％的銅、大約30～65重量％的錫，并可任選地添加大約0.2～1.0重量％的磷(如銅磷合金)?？扇芜x地使用具有鈦或氫化鈦、鉻或其他熟知的超級(jí)研磨活性材料的粘結(jié)材料，上述超級(jí)研磨活性材料能在選取的燒結(jié)條件下，在超級(jí)磨粒表面上顆粒和粘結(jié)劑之間形成碳化物或氮化物的化學(xué)鍵合，從而加強(qiáng)顆粒/粘結(jié)劑的結(jié)合。顆粒/粘結(jié)劑間較強(qiáng)的相互作用力通常會(huì)減少顆粒因研磨而脫落的情況，否則會(huì)損傷工件，并縮短磨具的壽命。
適用作有機(jī)粘結(jié)劑的例子是熱固性樹(shù)脂，但也可使用其它類(lèi)型的樹(shù)脂。該樹(shù)脂較好是環(huán)氧樹(shù)脂或酚醛樹(shù)脂，且可以以液態(tài)或粉末狀使用。合適的熱固性樹(shù)脂的具體例子包括酚醛樹(shù)脂(例如線(xiàn)型酚醛清漆和可熔酚醛樹(shù)脂)、環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚酯、雙馬來(lái)酰亞胺、聚酰亞胺、氰酸酯、三聚氰胺等。
本發(fā)明所述研磨制品的實(shí)施方式包含大約50～80體積％的互連孔隙，其平均孔隙尺寸在大約25～500微米范圍內(nèi)。通過(guò)向磨粒和粘結(jié)劑的混合物中加入足夠量的分散體顆粒，以確保在模制的研磨制品(在燒結(jié)之前和之后)中，有較高百分比的分散體顆粒能與其他分散體顆粒相接觸，從而在制造過(guò)程中形成互連孔隙。
一個(gè)所需多孔材料的實(shí)施方式包含大約0.5～25體積％的超級(jí)磨粒和大約30.5～49.5體積％的金屬粘結(jié)基質(zhì)，該兩組分在大約370～795℃的溫度下、在大約20～33Mpa的壓力下燒結(jié)在一起。上述金屬粘結(jié)基質(zhì)包含大約35～70重量％的銅、大約30～65重量％的錫和大約0.2～1.0重量％的磷。上述超級(jí)磨粒包含粒度在大約0.5～300微米之間的金剛石(在具體實(shí)施方式
中，約為0.5～75微米)。
其它所需多孔材料的實(shí)施方式包含大約40～80體積％的互連孔隙，其平均孔隙尺寸在大約150～500微米之間。這些實(shí)施方式還包含大約0.5～25體積％的超級(jí)磨粒和大約19.5～65體積％的有機(jī)粘結(jié)劑，且兩組分在約100～200℃的溫度下(對(duì)于聚酰亞胺樹(shù)脂是約400～450℃的溫度范圍)和約20～33Mpa的壓力下固化在一起。(較好使用針狀分散體，即分散體的長(zhǎng)徑比大于或等于2∶1，從而得到約40～50體積％的互連孔隙)。可采用傳統(tǒng)的粉末冶金/聚合體制造工藝來(lái)制造本發(fā)明所述的研磨制品。將合適的尺寸和組成的磨粒、粘結(jié)劑和分散體粉末混合均勻，模制成合適的形狀，并在較高的溫度和壓力下進(jìn)行燒結(jié)/固化，從而生成相對(duì)緊密的復(fù)合材料，其密度較好至少是理論密度的95％(通常約為理論密度的98～99％)。對(duì)于包含金屬粘結(jié)基質(zhì)的研磨制品，通常在大約370～795℃的溫度和約20～33Mpa的壓力下對(duì)這些粉末進(jìn)行燒結(jié)。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，首先在401℃下將粉末混合物加熱20分鐘。然后在401℃的溫度和22.1Mpa的壓力下將該粉末燒結(jié)10分鐘。冷卻后，將包含彼此充分接觸的分散體的研磨壓實(shí)復(fù)合材料浸沒(méi)在溶劑中，以選擇性地除去(即溶解)該分散體。得到的研磨制品呈泡沫狀結(jié)構(gòu)，并包含磨料和粘結(jié)基質(zhì)的混合物，并具有完全不規(guī)則分布的互連孔網(wǎng)絡(luò)(即，因分散體溶解而形成空腔)。
基本上可以使用任何一種能迅速溶解在諸如水、酒精、丙酮之類(lèi)溶劑中的分散體。通常，人們會(huì)選用易溶于水的分散體，例如氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂、氯化鈣、硅酸鈉、碳酸鈉、硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂等，以及它們的混合物。對(duì)于在一些研磨中的應(yīng)用(如硅片和其他電子元件)，可選用非離子(即非鹽類(lèi))分散體，例如糖、糊精、多糖低聚物。最好選用那些在水中具有較高的溶解性和較快的溶解動(dòng)力學(xué)的分散體，例如氯化鈉或糖。宜選用的分散體也可具有較高的熔點(diǎn)(mp)，以經(jīng)受住燒結(jié)過(guò)程。例如氯化鈉的熔點(diǎn)約為800℃。對(duì)于需要非常高的燒結(jié)溫度的研磨制品，可使用硅酸鋁鈉(mp1650℃)、硫酸鎂(mp1124℃)、磷酸鉀(mp1340℃)、硅酸鉀(mp976℃)、偏硅酸鈉(mp1088℃)和它們的混合物作為分散體。
分散體的粒度通常在大約25～500微米范圍之間。在一個(gè)令人滿(mǎn)意的實(shí)施方式中，分散體的粒度分布在大約74～210微米之間(即，包含的分散體顆粒比美國(guó)篩目(標(biāo)準(zhǔn)篩)70更細(xì)，但比美國(guó)篩目200更粗)。在另一個(gè)令人滿(mǎn)意的實(shí)施方式中，分散體的粒度分布在大約210～300微米之間(即，包含的分散體顆粒比美國(guó)篩目50更細(xì)，但比美國(guó)篩目70更粗)。在又一令人滿(mǎn)意的實(shí)施方式中，使用糖作為分散體，其粒度分布在大約150～500微米的范圍內(nèi)(即，包含的分散體顆粒比美國(guó)篩目35更細(xì)，但比美國(guó)篩目100更粗)。
上文所述的研磨制品可以用來(lái)制造基本上任何類(lèi)型的磨具。常用的用具包括表面砂輪(例如，ANSI 2A2T型或2A2TS型砂輪以及1A和1A1型砂輪)以及杯形砂輪(例如ANSI 2型或6型砂輪，或119V型圓錐杯形砂輪)。上述研磨砂輪可包括芯體(例如，圖2A-2C中的芯體20)，該芯體具有一個(gè)中心孔，以便將砂輪固定在磨床上，且該芯體設(shè)計(jì)用于支撐沿著它的圓周邊排列的多孔研磨輪緣(例如，可查看圖2A中的砂輪100，在下文中參考實(shí)施例1作出更詳細(xì)的論述)。通常使用一種在研磨條件下具有熱穩(wěn)定性的膠結(jié)劑將砂輪的這兩部分粘結(jié)在一起。而且該砂輪及其組件要能承受在砂輪圓周速率上升到至少80米/秒，更好是上升至160米/秒或更高時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力。
在一個(gè)實(shí)施方式中，上述芯體的外形基本上呈圓形。該芯體包含具有最小比強(qiáng)度為2.4Mpa-cm3/g，更好是40～185Mpa-cm3/g的任何材料。該芯體材料的密度為0.5～8.0g/cm3，較好約為2.0～8.0g/cm3。適合作上述材料的例子有鋼鐵、鋁、鈦、青銅、它們的復(fù)合物和合金，以及它們的混合物。也可以使用具有指定最小比強(qiáng)度的增強(qiáng)塑料來(lái)制造上述芯體。復(fù)合材料和增強(qiáng)芯體材料通常包含常為粉末狀的金屬或塑料基質(zhì)的連續(xù)相，并將較硬的、更具彈性的、和/或密度較小的纖維狀或顆粒狀的材料作為不連續(xù)相加入到該粉末中。適合在本發(fā)明所述用具的芯體中使用的增強(qiáng)材料的例子有玻璃纖維、碳纖維、芳族聚酰胺纖維、陶瓷纖維、陶瓷顆粒，以及諸如玻璃、多鋁紅柱石、氧化鋁和Z-Light陶瓷微球之類(lèi)的空心填充材料。通常合適的金屬芯體材料包括ANSI 4140、2024、6065和7178的鋼鋁合金。Ramanath專(zhuān)利中提供了關(guān)于合適的芯體材料、屬性等更多細(xì)節(jié)。
可以通過(guò)首先制造單個(gè)具有如上所述預(yù)選的尺寸、組成和孔隙度的段節(jié)(例如可查看圖1所示的段節(jié)10，在下文中參考實(shí)施例1作出更詳細(xì)的論述)，來(lái)制造砂輪(如，圖2A所示的砂輪100)。可以對(duì)砂輪進(jìn)行壓模和燒結(jié)、燒制，或采用本技術(shù)領(lǐng)域常用的各種工藝進(jìn)行固化。在這些工藝中，有熱壓(在約14～28Mpa的壓力下)、冷壓(在約400～500Mpa或更高的壓力下)，和在鋼模中熱壓印(在約90～110Mpa的壓力下)。熟練的技工容易知道，冷壓(和較小強(qiáng)度的熱壓印)僅用于高壓縮強(qiáng)度(即抗壓)的分散體顆粒。對(duì)于金屬粘結(jié)研磨制品，優(yōu)選進(jìn)行熱壓(在大約350～500℃和22Mpa的條件下)。對(duì)于其中使用含糖分散體的有機(jī)粘結(jié)研磨制品，最好進(jìn)行冷壓或“暖”壓(溫度小于約160℃)。在5,827,337號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中詳述了關(guān)于壓制和熱處理技術(shù)的更多細(xì)節(jié)，其內(nèi)容均參考引用于此。
在壓合、熱處理和浸沒(méi)于溶劑中之后，通常采用傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)這些段節(jié)進(jìn)行拋光。該傳統(tǒng)技術(shù)包括使用玻璃化砂輪或碳化物切割砂輪進(jìn)行研磨或切削，以生產(chǎn)出所需尺寸和容差的研磨輪緣段節(jié)。然后可以使用合適的粘結(jié)劑(例如，可查看圖2A-2C，在下文也會(huì)有論述)，將上述段節(jié)粘結(jié)到芯體的圓周邊。合適的粘結(jié)劑包括樹(shù)脂與硬化劑重量比為10∶1的353-NDT環(huán)氧樹(shù)脂(EPO-TEK，Billerica，MA)，和TechnodyneHT-18環(huán)氧樹(shù)脂(由Taoka Chemicals，JP獲得)，且后者的改性胺硬化劑是以約100重量份樹(shù)脂與含約19重量份硬化劑的比例混合而成的。Ramanath專(zhuān)利中提供了關(guān)于粘結(jié)劑、其特性以及它們?cè)诮饘僬辰Y(jié)砂輪中的應(yīng)用等更多細(xì)節(jié)。
可選用的砂輪制造方法包括形成磨料、粘結(jié)劑和分散體的粉末狀混合物的段節(jié)前體，將該段節(jié)前體壓模在芯體的圓周上，并進(jìn)行加熱和加壓，以便在原處制成并粘結(jié)上述段節(jié)(即對(duì)芯體和輪緣進(jìn)行共燒結(jié))。共燒結(jié)之后，將砂輪浸沒(méi)在所選的溶劑中，以使分散體從輪緣中溶解出來(lái)，從而得到多孔的研磨輪緣(如上文所述)。對(duì)于這種任選的工藝，最好使用不含氯離子的分散體(如氯化鈉)，因?yàn)橐坏┬倔w的材料中包含鋁或鋁合金(如合金7075)，則鋁合金會(huì)在有氯離子存在的情況下出現(xiàn)坑槽。
本發(fā)明所述的研磨制品和用具(如圖2A所示的砂輪100，并在下文中作更詳細(xì)的論述)適宜用在研磨陶瓷材料上，這些陶瓷材料包括各種氧化物、碳化物、氮化物和硅化物，例如四氮化三硅、二氧化硅和氧氮化硅、穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鋁(如藍(lán)寶石)、碳化硼、氮化硼、二硼化鈦和氮化鈦，以及這些陶瓷的復(fù)合物；也可用在研磨某些金屬基質(zhì)的復(fù)合材料上，例如燒結(jié)碳化物、多晶鉆石和多晶立方氮化硼。使用這些磨具，可對(duì)單晶或多晶陶瓷進(jìn)行研磨。而且，本發(fā)明所述研磨制品和用具尤其適合于研磨在電子工業(yè)中使用的材料，例如硅片(用于制造半導(dǎo)體)、碳化鋁鈦(用于制造磁頭)和其他基材。
對(duì)本發(fā)明上述各方面所作的修改僅僅是進(jìn)行舉例。顯然，本領(lǐng)域那些技術(shù)人員容易地對(duì)上述說(shuō)明性的實(shí)施方式進(jìn)行其他修改。所有這些修改和變動(dòng)都被認(rèn)為是在附帶權(quán)利要求書(shū)所闡述的發(fā)明范圍和精神內(nèi)。
以下實(shí)施例僅用來(lái)舉例說(shuō)明本發(fā)明所述制品和方法的各種具體實(shí)施方式
。應(yīng)認(rèn)為，本發(fā)明的范圍并不限于此處所述的實(shí)施方式，而是由下文權(quán)利要求書(shū)進(jìn)行界定。除非另有說(shuō)明，在實(shí)施例中的所有份數(shù)和百分?jǐn)?shù)都是按重量計(jì)。
實(shí)施例1依據(jù)本發(fā)明所述的原理，使用下文所述的材料和方法，制造呈2A2TS型金屬粘結(jié)的金剛石砂輪形式的砂輪100。
將粉末狀金屬合金(如下所述)和非碘化的食鹽(由Shaw′s，Inc.，Worcester，MA購(gòu)得)混合，其中金屬合金與食鹽的重量比為65∶35，相當(dāng)于金屬合金與食鹽的體積比為31.56∶68.44。在SpexTM碾磨機(jī)(由SPEX Company，Metuchen NJ制造)中，將上述食鹽(主要是氯化鈉)壓碎，并用篩子分離出粒度分布在大約74～210微米范圍內(nèi)(即，比美國(guó)篩目200更粗，但比美國(guó)篩目70更細(xì))的食鹽顆粒。
上述粉末狀的金屬合金包含43.74重量％的銅粉(枝狀FS級(jí)，粒度為325目，由Sintertech International Marketing Corp.，Ghent，NY購(gòu)得)、6.24重量％的磷/銅粉(1501級(jí)，粒度為325目，由New Jersey ZincCompany，Palmerton，PA購(gòu)得)和50.02重量％的錫粉(MD115級(jí)，粒度為-100/+325目，最大值為0.5％，由AlcanMetal PowdersInc.，Elizabeth，NJ)的混合物。
將粒度分布在約3～6微米的細(xì)金剛石磨料添加到上述金屬合金/食鹽的混合物中(將2.67克的金剛石加入到61.29克的金屬合金/食鹽混合物中)，并使用TurbulaTM攪拌器(由Glen Mills，Inc.Clifton NJ制造)對(duì)得到的混合物進(jìn)行徹底攪拌，直到該混合物混合均勻。此時(shí)得到的混合物中包含大約5體積％的金剛石、大約30體積％的金屬粘結(jié)基質(zhì)和大約65體積％的食鹽。在將上述混合物進(jìn)行攪拌之前，先向該混合物中加入三滴DL 42TM礦物油精(Worcester Chemical，Worcester，MA購(gòu)得)，有助于防止所述成分分離。然后將混合物分成16等份(每一份對(duì)應(yīng)著在砂輪100上使用的16個(gè)研磨段10中的一個(gè))。將每一等份都放置在石墨模具中，并在22.1MPa(3200磅/平方英尺)的壓力、407℃的溫度下熱壓10分鐘，直到形成最終密度超過(guò)理論值的95％的基質(zhì)。冷卻后，將段節(jié)10浸沒(méi)在相對(duì)較多(如0.5升)的沸水中45分鐘，從中去除鹽。然后用去離子(DI)水徹底沖洗段節(jié)10。重復(fù)該清洗過(guò)程，以確保完全去除鹽。隨后的重量損失和能量分散X射線(xiàn)(EDX)測(cè)試證實(shí)已經(jīng)除去段節(jié)中幾乎所有的食鹽。
圖1所示的是一個(gè)段節(jié)10的示意圖。將每一個(gè)段節(jié)10研磨成所需的尺寸和容差，以配合經(jīng)機(jī)械加工的鋁芯體20的圓周邊(圖2A-2C所示的2A2TS型砂輪)。段節(jié)10的側(cè)面呈拱形，其彎曲部分11的外徑為127毫米(5英寸)，其彎曲部分12的內(nèi)徑為124毫米(4.9英寸)。當(dāng)從正面(或背面)觀(guān)察時(shí)，段節(jié)10的長(zhǎng)度13為47毫米(1.8英寸)，其寬度14為6.3毫米(0.25英寸)。
如圖2A所示，使用段節(jié)10來(lái)構(gòu)造2A2TS型面磨削式的砂輪100。砂輪100包括16個(gè)粘結(jié)在鋁芯體20上對(duì)稱(chēng)的段節(jié)10，形成具有開(kāi)槽輪緣104的外徑102約為282毫米(11.1英寸)的砂輪100。如110處所示，分段輪緣從鋁芯體20的表面上突出約為3.9毫米(0.16英寸)的距離112。采用環(huán)氧樹(shù)脂/胺硬化劑的膠結(jié)體系(Technodyne HT-18粘結(jié)劑，由Taoka Chemicals，JP購(gòu)得)，將研磨段10和鋁芯體20裝配在一起，使砂輪具有由16個(gè)研磨段10組成的開(kāi)槽輪緣104。對(duì)芯體和段節(jié)10之間的接觸表面進(jìn)行除油污和噴砂處理，以確保足夠粘結(jié)性。
實(shí)施例2研磨性能評(píng)價(jià)對(duì)依據(jù)上文實(shí)施例1中所述的方法制造的金屬粘結(jié)分段砂輪(砂輪2-A)進(jìn)行硅片精細(xì)背面研磨性能的測(cè)試。建議使用一種市售的、在樹(shù)脂粘結(jié)劑中包含相同磨料粒度和濃度的砂輪(砂輪規(guī)格為D3/6MIC-IN.656-BX623，由Saint GobainAbrasives，Inc.Worcester，MA購(gòu)得)作為對(duì)比砂輪，對(duì)硅片進(jìn)行精細(xì)的背面研磨，并與本發(fā)明所述的砂輪一起進(jìn)行測(cè)試。這個(gè)對(duì)比砂輪包含大約5體積％的金剛石磨料、大約62體積％的空心玻璃微球、大約12體積％的樹(shù)脂和大約21體積％的孔隙。上述玻璃微球包含大約15體積％的玻璃殼。因此，該對(duì)比砂輪可以認(rèn)為是包含大約9.3體積％的玻璃殼和大約73.7體積％的非互連的孔隙(即大約21％體積％的孔隙加上大約52.7體積％的中空玻璃微球的中空內(nèi)部)。
研磨測(cè)試條件為研磨測(cè)試條件機(jī)械Strasbaugh 7AF型砂輪規(guī)格粗糙軸Norton#3-R1B69精細(xì)軸D3/6MIC-IN.656-BX623(作為對(duì)比)砂輪2-A砂輪尺寸2A2TSSA型280×29×229毫米(11×9/8×9英寸)研磨方式雙研磨先進(jìn)行粗研磨，后進(jìn)行精細(xì)研磨精細(xì)研磨工藝砂輪轉(zhuǎn)速4,350轉(zhuǎn)數(shù)/分冷卻劑去離子水冷卻劑流速3加侖/分鐘(11升/分鐘)工作材料硅片，N型100取向，直徑為150毫米(6英寸)，初始厚度為0.66毫米(0.026英寸)(由Silicon Quest，CA購(gòu)得)磨去的材料第一步10μm；第二步5μm；第三步5μm；一次磨削量2μm進(jìn)料速度第一步1μm/s；第二步0.7μm/s；第三步0.5μm/s；一次磨削量0.5μm/s運(yùn)作速度699轉(zhuǎn)數(shù)/分鐘，恒定不變停止時(shí)100轉(zhuǎn)粗研磨工藝砂輪轉(zhuǎn)速3,400轉(zhuǎn)/分冷卻劑去離子水冷卻劑流速3加侖/分鐘(11升/分鐘)工作材料硅片，N型100取向，直徑為150毫米(6英寸)，初始厚度為0.66毫米(0.026英寸)(由Silicon Quest，CA購(gòu)得)磨去的材料第一步10μm；第二步5μm；第三步5μm；一次磨削量10μm進(jìn)料速度第一步3μm/s；第二步2μm/s；第三步1μm/s；一次磨削量5μm/s工作速度590轉(zhuǎn)數(shù)/分鐘，恒定不變停止時(shí)50轉(zhuǎn)在磨具需要進(jìn)行修整和敷料時(shí)，本測(cè)試設(shè)立的條件如下修整和敷料操作粗砂輪無(wú)精細(xì)砂輪使用直徑為150毫米(6英寸)的Strasbaugh粗敷料襯墊砂輪轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)/分鐘停止時(shí)25轉(zhuǎn)磨去的材料第一步150μm；第二步10μm；一次磨削量20μm進(jìn)料速度第一步5μm/s；第二步0.2μm/s；一次磨削量2μm/s運(yùn)作速度50轉(zhuǎn)/分鐘，恒定不變實(shí)施例2的研磨測(cè)試結(jié)果如下文表1所示。使用樹(shù)脂粘結(jié)的對(duì)比砂輪和本發(fā)明所述的多孔砂輪(砂輪2-A)，對(duì)50個(gè)硅片進(jìn)行精細(xì)研磨。如表1所示，對(duì)于至少50個(gè)硅片，對(duì)照砂輪和發(fā)明的砂輪顯示出相對(duì)穩(wěn)定的峰值法向力。每個(gè)砂輪也需要近似相同的峰值法向力。這種類(lèi)型的研磨性能非常適用于硅片的背面研磨，這是因?yàn)檫@些較低的力度和恒穩(wěn)態(tài)的條件將工件受到的熱損傷和機(jī)械損傷減至最小。
此外，本發(fā)明所述多孔砂輪在無(wú)需對(duì)其進(jìn)行敷料的情況下，即可對(duì)至少50個(gè)硅片提供上文所述的非常適宜的研磨作業(yè)。
總之，實(shí)施例2表明發(fā)本明砂輪對(duì)硅片具有非常合適的背面研磨性能，而出乎意料的是(對(duì)于金屬粘結(jié)的砂輪)與樹(shù)脂粘結(jié)的對(duì)比砂輪相比，前者使用更少的功率更小。
表1
實(shí)施例3研磨性能評(píng)價(jià)對(duì)依據(jù)上文實(shí)施例1所述的方法制造的金屬粘結(jié)的分段砂輪(砂輪3-A)進(jìn)行超級(jí)精加工背面研磨蝕刻硅片的性能測(cè)試。建議使用在上文的實(shí)施例2中詳細(xì)介紹的市售砂輪作為對(duì)比砂輪，對(duì)硅片進(jìn)行精加工背面研磨，并與本發(fā)明所述的砂輪一同進(jìn)行測(cè)試。
研磨測(cè)試條件為研磨測(cè)試條件機(jī)械Strasbaugh 7AF型砂輪規(guī)格粗糙軸無(wú)精細(xì)軸D3/6mic-20BX623C(作為對(duì)比)砂輪3-A砂輪尺寸2A2TSSA型280×29×229毫米(11×9/8×9英寸)研磨方式單研磨只使用精細(xì)軸精細(xì)研磨工藝
砂輪轉(zhuǎn)速4,350轉(zhuǎn)/分鐘冷卻劑去離子水冷卻劑流速3加侖/分鐘(11升/分鐘)工作材料硅片，N型100取向，直徑為150毫米(6英寸)，初始厚度為0.66毫米(0.026英寸)(由Silicon Quest，CA購(gòu)得)磨去的材料第一步10μm；第二步5μm；第三步5μm；一次磨削量2μm進(jìn)料速度第一步1μm/s；第二步0.7μm/s；第三步0.5μm/s；一次磨削量0.5μm/s運(yùn)作速度699轉(zhuǎn)/分鐘，恒定不變停止時(shí)100轉(zhuǎn)當(dāng)磨具需要進(jìn)行修整和敷料時(shí)，本測(cè)試設(shè)立的條件如下修整和敷料操作精細(xì)砂輪使用直徑為150毫米(6英寸)的Strasbaugh粗敷料襯墊砂輪轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)/分鐘停止時(shí)25轉(zhuǎn)磨去的材料第一步150μm；第二步10μm；一次磨削量20μm進(jìn)料速度第一步5μm/s；第二步0.2μm/s；一次磨削量2μm/s運(yùn)作速度50轉(zhuǎn)/分鐘，恒定不變實(shí)施例3的研磨測(cè)試結(jié)果如下文表2所示。使用樹(shù)脂粘結(jié)的對(duì)比砂輪對(duì)55個(gè)蝕刻硅片進(jìn)行精加工背面研磨。因?yàn)槲g刻硅片的表面相對(duì)光滑，所以在對(duì)蝕刻硅片進(jìn)行背面研磨的操作中沒(méi)有采用粗研磨的步驟。如表2所示，隨著研磨的部分越來(lái)越多，峰值法向力就相對(duì)不斷地增加，最終增至研磨機(jī)停機(jī)的數(shù)值。使用本發(fā)明所述的多孔砂輪對(duì)75個(gè)蝕刻硅片進(jìn)行研磨。表2也顯示出，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中，峰值法向力保持較低和穩(wěn)定的值。這些結(jié)果清楚地表明本發(fā)明的砂輪具有自敷料特性。
這種類(lèi)型的研磨性能非常適合于硅片的背面研磨，這是因?yàn)檫@些較低的力度和恒穩(wěn)態(tài)的環(huán)境將工件受到的熱損傷和機(jī)械損傷降至最小。而且，砂輪的自敷料特性提供了一種無(wú)需對(duì)砂輪進(jìn)行敷料(或修整)的背面研磨操作。結(jié)果，與使用傳統(tǒng)的砂輪得到的結(jié)果相比，本發(fā)明所述的砂輪能增加出料量、減少作業(yè)成本、并具有穩(wěn)定的研磨效果。
總之，實(shí)施例3表明本發(fā)明的砂輪對(duì)蝕刻硅片具有非常合適的背面研磨性能，而完全不需要對(duì)該砂輪進(jìn)行敷料。在這個(gè)應(yīng)用中，本發(fā)明的砂輪的性能完全優(yōu)于傳統(tǒng)的樹(shù)脂粘結(jié)砂輪的性能。
表2
*由于法向力超過(guò)機(jī)械的限值而使研磨機(jī)停機(jī)實(shí)施例4研磨性能評(píng)價(jià)對(duì)采用與上文實(shí)施例1所述的方法相似的方式制造的兩個(gè)金屬粘結(jié)的分段砂輪進(jìn)行研磨性能測(cè)試。這兩個(gè)砂輪都包含粒度分布在大約63～74微米之間(即該顆粒比美國(guó)篩目200更細(xì)，且比美國(guó)篩目230更粗)的大約14體積％的金剛石磨料。這兩個(gè)砂輪還包含大約21體積％的金屬粘結(jié)劑(其組成如實(shí)施例1所述)和大約65體積％的互連孔隙。使用如實(shí)施例1中所述粒度為-70/+200美國(guó)篩目的食鹽分散體制造第一個(gè)砂輪(砂輪4-A)，其產(chǎn)生的孔隙尺寸在大約74～210微米的范圍內(nèi)(孔隙尺寸被認(rèn)為與除去的食鹽分散體的尺寸近似相等)。使用粒度為-50/+70美國(guó)篩目的食鹽制造第二個(gè)砂輪(砂輪4-B)，其產(chǎn)生的孔隙尺寸在大約210～300微米范圍內(nèi)。雖然無(wú)法測(cè)量，但預(yù)計(jì)該砂輪的孔隙尺寸較大，并包含較大的金屬粘結(jié)劑的細(xì)絲尺寸。此處術(shù)語(yǔ)“細(xì)絲”與熟練技工熟知的正常用法一致，是指位于互連孔隙之間相連接的基質(zhì)材料(即多孔結(jié)構(gòu)的骨架)。
使用上文所述的兩個(gè)砂輪來(lái)對(duì)4.5平方英寸的AlTiC片進(jìn)行粗研磨。研磨測(cè)試條件為研磨測(cè)試條件機(jī)械Strasbaugh 7AF型砂輪規(guī)格粗糙軸砂輪4-A砂輪4-B精細(xì)軸無(wú)砂輪尺寸2A2TSSA型280.16×28.90×228.65毫米(11×9/8×9英寸)研磨方式單研磨只使用粗糙軸粗研磨工藝砂輪轉(zhuǎn)速2,506轉(zhuǎn)/分鐘冷卻劑去離子水冷卻劑流速3加侖/分鐘(11升/分鐘)工作材料3M-310碳化鋁鈦片，114.3平方毫米(4.5平方英寸)，初始厚度為2.0毫米(0.8英寸)(由Minnesota Mining and Manufacturing Corporation，Minneapolis，MN購(gòu)得)磨去的材料第一步100μm；第二步100μm；第三步100μm；一次磨削量20μm進(jìn)料速度第一步0.7μm/s；第二步0.7μm/s；第三步0.7μm/s；一次磨削量0.5μm/s運(yùn)作速度350轉(zhuǎn)/分鐘，恒定不變停止時(shí)0轉(zhuǎn)當(dāng)磨具需要進(jìn)行修整和敷料時(shí)，本測(cè)試設(shè)立的條件如下修整和敷料操作粗砂輪使用直徑為150毫米(6英寸)的Strasbaugh粗敷料襯墊砂輪轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)/分鐘停止時(shí)25轉(zhuǎn)磨去的材料第一步150μm；第二步10μm；一次磨削量20μm進(jìn)料速度第一步5μm/s；第二步0.2μm/s；一次磨削量2μm/s運(yùn)作速度50轉(zhuǎn)/分鐘，恒定不變實(shí)施例4的研磨測(cè)試結(jié)果如下文表3所示。經(jīng)觀(guān)察，這兩個(gè)砂輪都能成功地研磨AlTiC片，并隨著時(shí)間的延長(zhǎng)顯示出相對(duì)穩(wěn)定的峰值法向力和足夠的磨削量。使用包含相對(duì)細(xì)小的孔隙尺寸(且很可能包含相對(duì)細(xì)小的金屬粘結(jié)劑細(xì)絲尺寸)的第一個(gè)砂輪對(duì)AlTiC片研磨25分鐘(1500秒)?？捎^(guān)察到大約35牛頓的相對(duì)穩(wěn)定的峰值法向力，并有大約1150微米的AlTiC從片上磨去(材料的磨削速率約為46微米/分鐘)。觀(guān)察到該砂輪的磨損量約為488微米(材料的磨削量/砂輪的磨損量之比約為2.4)。使用包含相對(duì)較粗的孔隙尺寸(且很可能包含相對(duì)粗的金屬粘結(jié)劑的細(xì)絲尺寸)的第二個(gè)砂輪對(duì)AlTiC片研磨大約7分鐘(420秒)?？捎^(guān)察到大約94牛頓的相對(duì)穩(wěn)定的峰值法向力，并有大約2900微米的AlTiC從片上磨去(材料的磨削速率約為414微米/分鐘)。觀(guān)察到該砂輪的磨損量約為18微米(材料的磨削量/砂輪的磨損量之比約為160)。
總之，實(shí)施例4表明本發(fā)明所述多孔砂輪非常適合用于研磨AlTiC片。而且，這個(gè)實(shí)施例顯示本發(fā)明所述砂輪所具有的抗磨損性能和自敷料性能可通過(guò)調(diào)整該磨具的相對(duì)孔隙尺寸來(lái)進(jìn)行改變。雖然并不打算拘泥于什么特殊理論，但是應(yīng)認(rèn)為，包含較小孔隙的砂輪的磨損量的增加與金屬粘結(jié)劑的強(qiáng)度減弱有關(guān)，這是由于金屬粘結(jié)劑的細(xì)絲尺寸減小了。然而，本實(shí)施例表明砂輪的性能可通過(guò)調(diào)節(jié)其中的相對(duì)孔隙尺寸來(lái)改變，以適應(yīng)于特殊用途。
表3
實(shí)施例5研磨性能評(píng)價(jià)對(duì)依據(jù)上文實(shí)施例1所述方法制造的金屬粘結(jié)分段砂輪(砂輪5-A)進(jìn)行50毫米(2英寸)單晶碳化硅片的精加工背面研磨的性能測(cè)試。建議使用上文實(shí)施例2中詳細(xì)介紹的市售砂輪作為對(duì)比砂輪，對(duì)硅片進(jìn)行精加工背面研磨，并與本發(fā)明所述的砂輪一同進(jìn)行測(cè)試。
研磨測(cè)試條件為研磨測(cè)試條件機(jī)械Strasbaugh 7AF型砂輪規(guī)格粗糙軸ASDC320-7.5MXL2040(S.P.)精細(xì)軸D3/6MIC-20BX623C(作為對(duì)比)砂輪5-A砂輪尺寸2A2TSSA型280.16×28.90×228.65毫米(11×9/8×9英寸)研磨方式雙研磨先進(jìn)行粗研磨，后進(jìn)行精細(xì)研磨精細(xì)研磨工藝砂輪轉(zhuǎn)速4,350轉(zhuǎn)/分鐘冷卻劑去離子水冷卻劑流速3加侖/分鐘(11升/分鐘)工作材料碳化硅片，單晶，直徑為50毫米(2英寸)，初始厚度為300微米(0.0075英寸)(由CREE Research，Inc.購(gòu)得)磨去的材料第一步15μm；第二步15μm；一次磨削量5μm進(jìn)料速度第一步0.5μm/s；第二步0.2μm/s；一次磨削量1.0μm/s運(yùn)作速度350轉(zhuǎn)/分鐘，恒定不變停止時(shí)150轉(zhuǎn)粗研磨工藝砂輪轉(zhuǎn)速3,400轉(zhuǎn)/分鐘冷卻劑去離子水冷卻劑流速3加侖/分鐘(11升/分鐘)工作材料碳化硅片，單晶，直徑為50毫米(2英寸)，初始厚度為300微米(0.0075英寸)(由CREE Research Inc.購(gòu)得)磨去的材料第一步10μm；第二步10μm；一次磨削量5μm進(jìn)料速度第一步0.7μm/s；第二步0.3μm/s；一次磨削量1.0μm/s運(yùn)作速度350轉(zhuǎn)/分鐘，恒定不變停止時(shí)0轉(zhuǎn)修整操作粗砂輪無(wú)精細(xì)砂輪使用直徑為150毫米(6英寸)的Strasbaugh粗敷料襯墊砂輪轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)/分鐘停止時(shí)25轉(zhuǎn)磨去的材料第一步150μm；第二步10μm；一次磨削量20μm進(jìn)料速度第一步5μm/s；第二步0.2μm/s；一次磨削量2μm/s運(yùn)作速度50轉(zhuǎn)/分鐘，恒定不變實(shí)施例5的研磨測(cè)試結(jié)果如下文表4所示。如非常低的磨削速率所顯示，市場(chǎng)上出售的樹(shù)脂粘結(jié)砂輪實(shí)際上不能用來(lái)研磨碳化硅片。另一方面，本發(fā)明所述的多孔砂輪能成功地研磨非常堅(jiān)硬和脆性的碳化硅片。在每一段48分鐘的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，大約有15微米的碳化硅被磨去，平均的磨削速率為0.31微米/分鐘。而且，研究發(fā)現(xiàn)本發(fā)明所述多孔砂輪能明顯降低材料表面的粗糙度(使用Zygo白光干涉儀測(cè)量，Zygo Corporation，Middlefield，CT)。如表4所示，使用本發(fā)明所述砂輪進(jìn)行研磨，能將平均表面粗糙度(Ra)從大于100埃的初始值一直減小至小于約40埃(只有一個(gè)數(shù)據(jù)例外)。
總之，實(shí)施例5表明，本發(fā)明所述砂輪能夠?yàn)橛操|(zhì)、易碎的碳化硅片提供所需的研磨性能。在這一應(yīng)用中，本發(fā)明砂輪的性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的樹(shù)脂粘結(jié)砂輪。
表4
實(shí)施例6基于控制流速和施加在多孔介質(zhì)上的壓力之間關(guān)系的D’Arcy’s定律，通過(guò)滲透實(shí)驗(yàn)定量測(cè)定多孔介質(zhì)的孔隙度，用于評(píng)價(jià)本發(fā)明所述的砂輪。測(cè)定滲透性所使用的儀器和方法與在Wu等人的5,738,697號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中所述的儀器和方法完全相同，即將高壓空氣施加在多孔測(cè)試樣品的平坦表面上。
多孔樣品的制備方式與實(shí)施例1中所述的方法基本相同，其中包含5體積％的3/6微米的金剛石磨料。改變食鹽和金屬粘結(jié)劑的相對(duì)量，以使得到的樣品包含大約0到大約80體積％的互連孔隙。在405℃的溫度和3200psi的壓力下，將測(cè)得直徑為1.5英寸、厚度為0.5英寸的樣品進(jìn)行熱壓。冷卻之后，用碳化硅磨料漿(磨料粒度為180)對(duì)樣品進(jìn)行手工研磨，以使樣品中的孔隙露出表面。然后如實(shí)施例1中所述，將該樣品浸沒(méi)在沸水中。對(duì)于每一個(gè)孔隙值都制備4個(gè)樣品。滲透率的平均測(cè)量結(jié)果如以下表5中所示。
以每單位時(shí)間(Q，立方厘米/秒)每單位壓力(P，水的英寸值)的空氣體積為單位記錄滲透率值，并貫穿直徑為1.5英寸(37.5毫米)和厚度為0.5英寸(12.7毫米)的樣品厚度進(jìn)行測(cè)量。如人們所預(yù)料，對(duì)于不能有效包含互連孔隙的樣品，其滲透率的數(shù)值較低?？捎^(guān)察到滲透率隨著孔隙率的增加而明顯增加。特別地，具有超過(guò)大約50％互連孔隙率的樣品，其特征是當(dāng)孔隙的含量增加至大約50體積％以上時(shí)，樣品滲透率的數(shù)值超過(guò)約0.2立方厘米/秒/英寸水。
表5
實(shí)施例7按照與實(shí)施例1(見(jiàn)上文)中所述的方法基本相同的方式裝配出每個(gè)都包含16個(gè)段節(jié)的分段砂輪。然而，這些段節(jié)包含有機(jī)粘結(jié)劑(與實(shí)施例1中所述的金屬粘結(jié)劑不同)，并按下文所述的方法進(jìn)行制造將粒狀糖(由Shaw’s Inc.，Worcester，MA購(gòu)得)置于1加侖容量的油漆罐中，使用油漆振動(dòng)器(由Red Devil，Inc.，Union，NJ制造)振蕩大約2小時(shí)，以除去粒狀糖上銳利的轉(zhuǎn)角和邊緣，從而有效地將這些粒狀糖“倒圓”。然后對(duì)粒狀糖進(jìn)行篩選，以獲取粒度分布在大約250～500微米(即-35/+60美國(guó)篩目)之間的粒狀糖。
將粉末狀的樹(shù)脂粘結(jié)劑預(yù)先通過(guò)美國(guó)篩目200的篩子進(jìn)行篩選，以除去團(tuán)塊。將粒度分布在大約3～6微米之間的細(xì)金剛石磨料粉末(由Amplex Corporation(Olyphant，Pennsylvania)購(gòu)得)作為RB3/6加入到上述粉末狀的樹(shù)脂中，并混合直到兩組分完全混勻。將包含大約80體積％樹(shù)脂和大約20體積％磨料的混合物通過(guò)美國(guó)篩目為165的篩子篩分3遍，然后加入粒狀糖(按上文所述方法制備)。然后對(duì)上述樹(shù)脂/磨料/糖的混合物進(jìn)行攪拌，直到三者完全混勻，并通過(guò)美國(guó)篩目為24的篩子篩分兩次。
制備三種復(fù)合混合物。第一個(gè)混合物(用于制造砂輪7-A)包含大約4體積％的金剛石磨料，大約20體積％的33-344樹(shù)脂粘結(jié)劑(雙酚-A改性的可熔酚醛樹(shù)脂，由Durez Corporation of Dallas，TX購(gòu)得)，和大約76體積％的粒狀糖。第二個(gè)混合物(用于制造砂輪7-B)包含大約6體積％的金剛石磨料，大約30體積％的29-346樹(shù)脂粘結(jié)劑(長(zhǎng)鏈流動(dòng)酚醛清漆樹(shù)脂，由Durez Corporation of Dallas，TX購(gòu)得)，和大約64體積％的粒狀糖。第三個(gè)混合物(用于制造砂輪7-C)包含大約6體積％的金剛石磨料，大約30體積％的29-108樹(shù)脂粘結(jié)劑(超長(zhǎng)鏈流動(dòng)雙酚-A改性的可熔酚醛樹(shù)脂，由Durez Corporation of Dallas，TX購(gòu)得)，和大約64體積％的粒狀糖。
將上述樹(shù)脂/磨料/糖的混合物置于圓盤(pán)狀的鐵模具上，放平，并在大約135℃的溫度和大約4100psi(28MPa)的壓力下壓制大約30分鐘，直到基質(zhì)達(dá)到大約99％的理論密度。冷卻后，用180粒度的砂紙輕輕打磨該圓盤(pán)，以除去模具外殼，并通過(guò)在沸水中浸沒(méi)大約2小時(shí)來(lái)除去糖分散體。除去糖后，對(duì)該圓盤(pán)進(jìn)行干燥和烘焙，以完成樹(shù)脂的固化。干燥和烘焙過(guò)程如下。首先，在5分鐘內(nèi)將圓盤(pán)加熱至60℃，并維持該溫度大約25分鐘。然后，在30分鐘內(nèi)將圓盤(pán)加熱至90℃，并維持該溫度大約5小時(shí)。最后，在大約4小時(shí)內(nèi)將圓盤(pán)加熱至160℃，并維持該溫度大約5小時(shí)。烘焙之后，將圓盤(pán)冷卻至室溫，并研磨制得在組裝砂輪中使用的段節(jié)。
對(duì)三個(gè)有機(jī)粘結(jié)的砂輪進(jìn)行精加工背面研磨硅片的性能測(cè)試。研磨測(cè)試條件為研磨測(cè)試條件機(jī)械Strasbaugh 7AF型砂輪規(guī)格粗糙軸Norton#3-R7B69精細(xì)軸砂輪7-A砂輪7-B砂輪7-C砂輪尺寸2A2TSSA型280×29×229毫米(11×9/8×9英寸)研磨方式雙研磨先進(jìn)行粗研磨，后進(jìn)行精細(xì)研磨精細(xì)研磨工藝砂輪轉(zhuǎn)速4,350轉(zhuǎn)/分鐘冷卻劑去離子水冷卻劑流速3加侖/分鐘(11升/分鐘)工作材料硅片，N型100取向，直徑為150毫米(6英寸)，初始厚度為0.66毫米(0.026英寸)(由Silicon Quest，CA購(gòu)得)
磨去的材料第一步10μm；第二步5μm；第三步5μm；一次磨削量2μm進(jìn)料速度第一步1μm/s；第二步0.7μm/s；第三步0.5μm/s；一次磨削量0.5μm/s運(yùn)作速度590轉(zhuǎn)/分鐘，恒定不變停止時(shí)100轉(zhuǎn)粗研磨工藝砂輪轉(zhuǎn)速3,400轉(zhuǎn)/分鐘冷卻劑去離子水冷卻劑流速3加侖/分鐘(11升/分鐘)工作材料硅片，N型100取向，直徑為150毫米(6英寸)，初始厚度為0.66毫米(0.026英寸)(由Silicon Quest，CA購(gòu)得)磨去的材料第一步10μm；第二步5μm；第三步5μm；一次磨削量10μm進(jìn)料速度第一步3μm/s；第二步2μm/s；第三步1μm/s；一次磨削量5μm/s運(yùn)作速度590轉(zhuǎn)/分鐘，恒定不變停止時(shí)50轉(zhuǎn)當(dāng)磨具需要進(jìn)行修整和敷料時(shí)，本測(cè)試設(shè)立的條件如下修整和敷料操作粗砂輪使用直徑為150毫米(6英寸)的Strasbaugh粗敷料襯墊砂輪轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)/分鐘停止時(shí)25轉(zhuǎn)磨去的材料第一步190μm；第二步10μm；一次磨削量20μm進(jìn)料速度第一步5μm/s；第二步0.2μm/s；一次磨削量2μm/s運(yùn)作速度50轉(zhuǎn)/分鐘，恒定不變精細(xì)砂輪使用直徑為150毫米(6英寸)的Strasbaugh的超精細(xì)敷料襯墊砂輪轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)/分鐘停止時(shí)25轉(zhuǎn)磨去的材料第一步150μm；第二步10μm；一次磨削量20μm進(jìn)料速度第一步5μm/s；第二步0.2μm/s；一次磨削量2μm/s運(yùn)作速度50轉(zhuǎn)/分鐘，恒定不變實(shí)施例7的研磨測(cè)試結(jié)果如以下表6中所示。使用本發(fā)明所述多孔樹(shù)脂粘結(jié)砂輪(砂輪7-A、7-B和7-C)對(duì)200個(gè)硅片進(jìn)行精細(xì)研磨。對(duì)于至少200個(gè)硅片，本發(fā)明所述每一個(gè)砂輪都表現(xiàn)出相對(duì)穩(wěn)定的約為90牛頓(即約為20磅)的峰值法向力。這種類(lèi)型的研磨性能非常適合于硅片的背面研磨，這是因?yàn)檫@些較低的力度和恒穩(wěn)態(tài)的條件將工件受到的熱損傷和機(jī)械損傷減至最小。而且，本發(fā)明所述多孔砂輪在無(wú)需對(duì)其進(jìn)行敷料的情況下，即可對(duì)至少200個(gè)硅片提供上文所述的非常適用的研磨作業(yè)。
此外研究發(fā)現(xiàn)，樹(shù)脂型的砂輪能影響砂輪的磨損率。砂輪7-A和7-C顯示出較高的磨損率，其值分別為2.2和1.7微米/片，而砂輪7-B(包含長(zhǎng)鏈流動(dòng)酚醛環(huán)氧樹(shù)脂)顯示出較低的(且適宜的)磨損率，其值為0.5微米/片。
總之，實(shí)施例7表明，本發(fā)明所述包含有機(jī)粘結(jié)劑的砂輪提供了非常合適的背面研磨硅片的性能。
表權(quán)利要求
1.一種制造互連孔隙率至少為50體積％的磨具的方法，該方法包括a).將磨粒、粘結(jié)劑材料和分散體顆粒的混合物混勻，所述混合物中包含大約0.5～25體積％的磨粒，大約19.5～49.5體積％的粘結(jié)劑材料，和大約50～80體積％的分散體顆粒；b).將所述混合物壓制成研磨壓實(shí)復(fù)合材料；c).對(duì)所述復(fù)合材料進(jìn)行熱加工；和d).將所述復(fù)合材料浸沒(méi)在溶劑中一段時(shí)間，以基本上溶解所有的分散體，所述分散體溶解在所述溶劑中；所述磨粒和所述粘結(jié)劑材料基本上不溶于所述溶劑。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述壓制(b)和所述熱處理(c)基本上是同時(shí)進(jìn)行的。
3.權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述混合物在約370～795℃的溫度和約20～33兆帕的壓力下壓制至少5分鐘。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分散體顆粒在所述混合物中的體積％是大于或等于約50體積％；且小于或等于約70體積％。
5.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑材料為金屬粘結(jié)劑。
6.權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述金屬粘結(jié)劑包含大約35～85重量％的銅和大約15～65重量％的錫。
7.權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述金屬粘結(jié)劑還包含大約0.2～1.0重量％的磷。
8.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑材料是有機(jī)粘結(jié)劑。
9.權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)粘結(jié)劑包括酚醛樹(shù)脂。
10.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述磨粒包含選自金剛石和立方氮化硼的超級(jí)磨粒。
11.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述磨粒是金剛石。
12.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述磨粒的平均粒度大于或等于約0.5微米；和小于或等于約300微米。
13.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述磨粒的平均粒度大約或等于約0.5微米；和小于或等于約75微米。
14.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分散體是水溶性的鹽。
15.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分散體選自糖、糊精、多糖低聚物、氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂、氯化鈣、硅酸鈉、偏硅酸鈉、磷酸鉀、硅酸鉀、碳酸鈉、硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂和它們的混合物。
16.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分散體包括氯化鈉。
17.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分散體包括糖。
18.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分散體的粒度大于或等于約25微米；和小于或等于約500微米。
19.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分散體的粒度分布范圍為大于或等于約74微米；和小于或等于約210微米。
20.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分散體的粒度分布范圍為大于或等于約210微米；和小于或等于約300微米。
21.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分散體包括糖，且該分散體的粒度分布范圍為大于或等于約150微米；和小于或等于約500微米。
22.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶劑是水。
23.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶劑是沸水。
24.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在進(jìn)行所述熱處理(c)之后以及所述浸沒(méi)(d)之前，對(duì)復(fù)合材料的至少一個(gè)表面進(jìn)行打磨。
25.權(quán)利要求1所述的方法，所述方法制造滲透率大于或等于約0.2立方厘米/秒/英寸水的磨具。
26.一種磨具，它按照權(quán)利要求1所述的方法制造。
27.一種用于分段砂輪的研磨段，所述研磨段包含包含大量超級(jí)磨粒以及燒結(jié)在一起的金屬粘結(jié)基質(zhì)的復(fù)合材料，在所述復(fù)合材料中分布著大量互連孔隙，所述復(fù)合材料包含大約0.5～25體積％的磨粒，大約19.5～49.5體積％的金屬粘結(jié)劑和大約50～80體積％的互連孔隙；所述金屬粘結(jié)基質(zhì)包含大約35～70重量％的銅、大約30～65重量％的錫，和大約0.2～1.0重量％的磷，其中，所述大量的超級(jí)磨粒選自金剛石和立方氮化硼，所述超級(jí)磨粒的平均粒度小于約300微米。
28.權(quán)利要求27所述的研磨段，其特征在于，所述復(fù)合材料在大約370～795℃的溫度下燒結(jié)。
29.權(quán)利要求27所述的研磨段，其特征在于，所述復(fù)合材料包含大于或等于約50體積％的互連孔隙；和小于或等于約70體積％的互連孔隙。
30.權(quán)利要求27所述的研磨段，其特征在于，所述大量互連孔隙的平均孔隙尺寸大于或等于約25微米；和小于或等于約500微米。
31.權(quán)利要求27所述的研磨段，其特征在于，所述大量互連孔隙的平均孔隙尺寸大于或等于約74微米；和小于或等于約210微米。
32.權(quán)利要求27所述的研磨段，其特征在于，所述大量互連孔隙的平均孔隙尺寸大于或等于約210微米；和小于或等于約300微米。
33.權(quán)利要求27所述的研磨段，其特征在于，所述大量超級(jí)磨粒的平均粒度大于或等于約0.5微米；和小于或等于約75微米。
34.權(quán)利要求27所述的研磨段，其特征在于，所述互連孔隙通過(guò)如下步驟形成a).在對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行燒結(jié)之前，向磨粒和金屬粘結(jié)劑中加入分散體；b).將所述燒結(jié)的復(fù)合材料浸沒(méi)在溶劑中，溶解所述分散體；所述研磨段基本上不含分散體顆粒。
35.權(quán)利要求27所述的研磨段，其特征在于，所述研磨段的滲透率大于或等于約0.2立方厘米/秒/英寸水。
36.一種分段砂輪，它包括芯體；包括大量權(quán)利要求27所述段節(jié)的研磨輪緣；和位于所述芯體和所述眾多段節(jié)之間的熱穩(wěn)定粘結(jié)劑。
37.一種分段砂輪，它包括芯體，其最小比強(qiáng)度為2.4MPa-cm3/g，密度為0.5～8.0g/cm3，具有圓周邊；包括大量段節(jié)的研磨輪緣，所述各段節(jié)都包含由大量磨粒和燒結(jié)在一起的金屬粘結(jié)基質(zhì)組成的復(fù)合材料，在所述復(fù)合材料中分布著大量的互連孔隙，所述復(fù)合材料包含大約50～80體積％的互連孔隙；在所述芯體和所述眾多段節(jié)之間的熱穩(wěn)定粘結(jié)劑。
38.權(quán)利要求37所述的分段砂輪，其特征在于，所述復(fù)合材料在大約370～795℃的溫度下燒結(jié)。
39.權(quán)利要求37所述的分段砂輪，其特征在于，所述金屬粘結(jié)劑包含大約35～85重量％的銅和大約15～65重量％的錫。
40.權(quán)利要求37所述的分段砂輪，其特征在于，所述金屬粘結(jié)劑還包含大約0.2～1.0重量％的磷。
41.權(quán)利要求37所述的分段砂輪，其特征在于，所述磨粒包含選自金剛石和立方氮化硼的超級(jí)磨粒。
42.權(quán)利要求37所述的分段砂輪，其特征在于，所述磨粒包括金剛石。
43.權(quán)利要求37所述的分段砂輪，其特征在于，所述磨粒的平均粒度大于或等于約0.5微米；和小于或等于約300微米。
44.權(quán)利要求37所述的分段砂輪，其特征在于，所述大量互連孔隙的平均孔隙尺寸大于或等于約25微米；和小于或等于約500微米。
45.權(quán)利要求37所述的分段砂輪，其特征在于，所述大量互連孔隙的孔隙尺寸分布大于或等于約74微米；和小于或等于約210微米。
46.權(quán)利要求37所述的分段砂輪，其特征在于，所述大量互連孔隙的孔隙尺寸分布大于或等于約210微米；和小于或等于約300微米。
47.權(quán)利要求37所述的分段砂輪，其特征在于，所述互連孔隙通過(guò)如下步驟形成a).在燒結(jié)之前，將分散體加入到所述眾多段節(jié)的磨粒和金屬粘結(jié)劑中；b).將所述眾多段節(jié)浸沒(méi)在溶劑中，并溶解所述分散體；其中，所述各眾多段節(jié)基本上不含分散體顆粒。
48.權(quán)利要求37所述的分段砂輪，其特征在于，所述各段節(jié)的滲透率大于或等于約0.2立方厘米/秒/英寸水。
49.權(quán)利要求37所述的分段砂輪，其特征在于，所述熱穩(wěn)定粘結(jié)選自環(huán)氧粘結(jié)劑粘結(jié)、冶金粘結(jié)、機(jī)械粘結(jié)、擴(kuò)散粘結(jié)以及它們的組合。
50.權(quán)利要求37所述的分段砂輪，其特征在于，所述熱穩(wěn)定粘結(jié)是環(huán)氧粘結(jié)劑粘結(jié)。
51.權(quán)利要求37所述的分段砂輪，其特征在于所述金屬粘結(jié)劑包含大約35～85重量％的銅，大約15～65重量％的錫，和大約0.2～1.0重量％的磷；所述磨粒包含粒度約為0.5～300微米的金剛石；和所述大量互連孔隙的平均孔隙尺寸約為25～500微米。
52.一種制備互連孔隙約為40～80體積％的磨具的方法，所述方法包括a).將磨粒、非金屬粘結(jié)劑材料和分散體顆粒的混合物混勻，所述混合物包含大約0.5～25體積％的磨粒，大約19.5～65體積％的非金屬粘結(jié)劑材料，和大約40～80體積％的分散體顆粒；b).將所述混合物壓制成研磨壓實(shí)復(fù)合材料；c).對(duì)所述復(fù)合材料進(jìn)行熱處理；和d).將所述復(fù)合材料浸沒(méi)在溶劑中一段時(shí)間，以基本上溶解所有的分散體，所述分散體溶解在所述溶劑中；所述磨粒和非金屬粘結(jié)劑材料基本上不溶于所述溶劑。
53.權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于，所述非金屬粘結(jié)劑材料是有機(jī)粘結(jié)劑材料。
54.權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)粘結(jié)劑材料包含選自酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂、氰酸酯樹(shù)脂、三聚氰胺聚合物，以及它們的混合物。
55.權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)粘結(jié)劑材料是酚醛樹(shù)脂。
56.權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)粘結(jié)劑材料是酚醛清漆樹(shù)脂。
57.權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)粘結(jié)劑材料是可熔酚醛樹(shù)脂。
58.權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述磨粒包含平均粒度如下的金剛石大于或等于約0.5微米；和小于或等于約300微米。
59.權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述分散體顆粒基本上是非離子的。
60.權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述分散體顆粒包括糖。
61.權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述壓制步驟(b)包括在約100～200℃的溫度和約20～33兆帕的壓力下壓制至少5分鐘。
62.權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述熱處理步驟(c)在所述浸沒(méi)步驟(d)之后進(jìn)行，所述熱處理步驟(c)包括在約100～200℃的溫度下烘焙至少1小時(shí)。
63.權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，在所述浸沒(méi)步驟(d)之前，對(duì)復(fù)合材料的至少一個(gè)表面進(jìn)行打磨。
64.分段砂輪的研磨段，所述研磨段包含包含大量超級(jí)磨粒和固化在一起的非金屬粘結(jié)基質(zhì)的復(fù)合材料，所述復(fù)合材料中分布著大量的互連孔隙，所述復(fù)合材料包含大約0.5～25體積％的磨粒，大約19.5～65體積％的非金屬粘結(jié)劑和大約40～80體積％的互連孔隙；和其中，所述大量的超級(jí)磨粒選自金剛石和立方氮化硼，所述超級(jí)磨粒的平均粒度小于約300微米。
65.權(quán)利要求64所述的研磨段，其特征在于，所述復(fù)合材料在約100～200℃的溫度下固化。
66.權(quán)利要求64所述的研磨段，其特征在于，所述大量的超級(jí)磨粒是金剛石，其平均粒度大于或等于約0.5微米；和小于或等于約75微米。
67.權(quán)利要求64所述的研磨段，其特征在于，所述互連孔隙通過(guò)如下所述步驟形成a).在固化復(fù)合材料之前，向磨粒和非金屬粘結(jié)劑中加入分散體；和b).將所述固化的復(fù)合材料浸沒(méi)在溶劑中，并溶解所述分散體；所述研磨段基本上不包含分散體顆粒。
68.權(quán)利要求67所述的研磨段，其特征在于，所述分散體是糖，所述溶劑是水，所述非金屬粘結(jié)劑是酚醛樹(shù)脂。
69.分段砂輪，它包括芯體，其最小比強(qiáng)度為2.4Mpa-cm3/g，密度為0.5～8.0g/cm3，具有圓周邊；包含大量段節(jié)的研磨輪緣，所述各段節(jié)各包含由磨粒和固化在一起的非金屬粘結(jié)基質(zhì)組成的復(fù)合材料，所述復(fù)合材料中分布著大量的互連孔隙，所述復(fù)合材料包含大約40～80體積％的互連孔隙；和位于所述芯體和所述眾多段節(jié)之間的熱穩(wěn)定粘結(jié)劑。
70.權(quán)利要求69所述的分段砂輪，其特征在于，所述復(fù)合材料在約100～200℃的溫度下固化。
71.權(quán)利要求69所述的分段砂輪，其特征在于，所述非金屬粘結(jié)基質(zhì)是有機(jī)粘結(jié)基質(zhì)。
72.權(quán)利要求71所述的分段砂輪，其特征在于，所述有機(jī)粘結(jié)基質(zhì)是酚醛樹(shù)脂基質(zhì)。
73.權(quán)利要求71所述的分段砂輪，其特征在于，所述互連孔隙通過(guò)如下所述步驟形成a).在固化復(fù)合材料之前，向磨粒和有機(jī)粘結(jié)劑中加入分散體；和b).將所述固化的復(fù)合材料浸沒(méi)在溶劑中，并溶解所述分散體；所述研磨段基本上不包含分散體顆粒。
74.權(quán)利要求73所述的分段砂輪，其特征在于，所述分散體是糖，所述溶劑是水，所述有機(jī)粘結(jié)基質(zhì)是酚醛樹(shù)脂。
75.權(quán)利要求71所述的分段砂輪，其中，所述有機(jī)粘結(jié)基質(zhì)是酚醛樹(shù)脂；所述磨粒是平均粒度約為0.5～300微米的金剛石；所述熱穩(wěn)定粘結(jié)劑是環(huán)氧粘結(jié)劑；和所述互連孔隙通過(guò)如下步驟形成在固化復(fù)合材料之前，向磨粒和有機(jī)粘結(jié)劑中加入粒狀糖分散體，并將固化的復(fù)合材料浸沒(méi)在水溶劑中，溶解所述分散體。
全文摘要
研磨制品包含大約40～80體積％的互連孔隙，該制品可作為分段砂輪的段節(jié)使用，并涉及該制品的制造方法。上述方法包括將磨粒、粘結(jié)材料和分散體顆粒的混合物混勻，該混合物包含大約40～80體積％的分散體顆粒。在一個(gè)實(shí)施方案中，上述混合物包含大約50～80體積％的分散體顆粒。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該混合物包含一種有機(jī)粘結(jié)材料和大約40～80體積％的分散體顆粒。然后將上述粉末狀混合物壓制成研磨壓實(shí)復(fù)合材料，并進(jìn)行熱加工。冷卻后，將該復(fù)合材料浸沒(méi)在能基本上溶解所有分散體顆粒的溶劑中，得到多孔的粘結(jié)研磨制品。
文檔編號(hào)B24D3/32GK1589189SQ02823109
公開(kāi)日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2002年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月21日
發(fā)明者S·拉馬那塔, S·-T·布爾間, J·R·威爾森, J·A·S·伊柯達(dá) 申請(qǐng)人:圣戈本磨料股份有限公司