專(zhuān)利名稱(chēng)：帶涂層磨料的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磨料陣列、磨料制品、這種磨料制品的制造方法和這種磨料制品的使用方法。磨料制品包括襯底，該襯底具有粘結(jié)到該襯底的至少一個(gè)表面上的磨料涂層。磨料涂層成包括凸出單元，該凸出單元具有可用的幾何形狀。
背景技術(shù)：
磨料制品用來(lái)研磨和拋光工件表面已經(jīng)有上百年了。這些應(yīng)用的范圍從高磨削量、高壓金屬研磨工藝到眼鏡片的精細(xì)拋光。一般地，磨料制品包括多個(gè)磨粒，這些磨?；蛘哒辰Y(jié)在一起(例如粘結(jié)磨料或砂輪)，或者粘結(jié)到襯底上(例如帶涂層磨料)。對(duì)于帶涂層磨料，通常具有單層磨粒，有時(shí)具有兩層磨粒。一旦這些磨粒磨損了，包覆磨料就會(huì)基本上磨損了，并通常會(huì)遭到廢棄。
通過(guò)美國(guó)專(zhuān)利第5,152,917號(hào)(Pieper等人)，我們認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)化磨料。重要的是，由Pieper講述的結(jié)構(gòu)化磨料在工件表面上產(chǎn)生比較高的切削速度和比較精細(xì)的表面光潔度。結(jié)構(gòu)化磨料包括非隨機(jī)的、精確成形的磨料復(fù)合物，該磨料復(fù)合物粘結(jié)到襯底上。
盡管例如由Pieper講述的結(jié)構(gòu)化磨料具有所希望的特性，例如高切削速度，但仍然存在這樣的趨勢(shì)，即結(jié)構(gòu)化磨料的有效性會(huì)隨時(shí)間而受到損失。這樣，在最初的三或四個(gè)磨蝕循環(huán)中，結(jié)構(gòu)化磨料可以產(chǎn)生特定的切削速度(例如，以克/循環(huán)表示)，但是在5或10個(gè)循環(huán)之后，可以產(chǎn)生的切削速度只有其初始值的一部分。這種切削速度的退化對(duì)提供有效的磨蝕技術(shù)的目標(biāo)是不利的。
從前面的內(nèi)容來(lái)看，很顯然，存在對(duì)于這樣的方案的需要，即通過(guò)該方案，可以制造結(jié)構(gòu)化磨料，以延長(zhǎng)其壽命期限，并使其切削速度退化最小化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及磨料陣列、磨料制品、磨料制品的制造方法和磨料制品的使用方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，多個(gè)凸出單元的磨料陣列可以是這樣的結(jié)構(gòu)，即每一單元具有本體，所述本體由至少磨料顆粒和粘結(jié)劑構(gòu)成。每一本體可以具有基底和距所述基底最遠(yuǎn)側(cè)的區(qū)域。所述磨料陣列可以包括多個(gè)凸出單元，所述凸出單元成兩維分布。每一凸出單元具有基底，所述基底具有周邊。對(duì)于每一單元，當(dāng)其各自的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域投影到與其各自基底共面的平面上時(shí)，在遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域的投影和所述基底的中心點(diǎn)之間限定偏離矢量。所述多個(gè)凸出單元的偏離矢量的和不會(huì)接近于極限零。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，磨料制品包括襯底，所述襯底具有前后表面。磨料涂層可以粘結(jié)到所述襯底的前表面。所述磨料涂層可以包括多個(gè)凸出單元，所述凸出單元成兩維分布。每一凸出單元具有基底，所述基底具有周邊。對(duì)于每一單元，當(dāng)其各自的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域投影到與其各自基底共面的平面上時(shí)，在遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域的投影和所述基底的中心點(diǎn)之間限定偏離矢量。所述多個(gè)凸出單元的偏離矢量的和不會(huì)接近于極限零。


圖1為代表本發(fā)明的一個(gè)磨料制品實(shí)施例的放大剖視圖；圖2為圖1的磨料制品的制造工藝的示意圖；圖3為圖1的磨料制品的另一制造工藝的示意圖；圖4A描繪的是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的凸出單元的頂視圖；圖4B描繪的是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的磨料制品的頂視圖；圖4C描繪的是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的磨料制品的頂視圖；圖4D描繪的是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的凸出單元的另一頂視圖；圖4E描繪的是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的凸出單元的另一頂視圖；圖4F描繪的是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的凸出單元的另一頂視圖；圖4G描繪的是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的凸出單元的另一頂視圖；
圖4H描繪的是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的凸出單元的另一頂視圖；圖5描繪的是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一種磨料制品；圖6A描繪的是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的凸出單元的陣列；圖6B描繪的是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一種凸出單元陣列。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及磨料陣列、磨料制品、磨料制品的制造方法和磨料制品的使用方法。
參照?qǐng)D1，磨料制品20包括由邊界25隔開(kāi)的磨料復(fù)合物22。磨料復(fù)合物粘結(jié)到襯底21的表面上。與復(fù)合物形狀相關(guān)的一條或多條邊界線使一塊磨料復(fù)合物與另一塊相鄰的磨料復(fù)合物分開(kāi)一定程度。為了形成單獨(dú)的磨料復(fù)合物，形成磨料復(fù)合物形狀的邊界線中的一部分必須彼此分開(kāi)。注意，在圖1中，基底或最靠近襯底的磨料復(fù)合物部分可以與其相鄰的磨料復(fù)合物鄰接。磨料復(fù)合物22包括多個(gè)磨粒24，該磨粒分散在粘結(jié)劑23和助磨劑26中。本發(fā)明的范圍還包括粘結(jié)到襯底上的磨料復(fù)合物的結(jié)合體，其中部分磨料復(fù)合物鄰接，而其它磨料復(fù)合物之間具有開(kāi)放空間。
襯底本發(fā)明的襯底具有前后表面，并且可以是任何常規(guī)的磨料襯底。可用的襯底實(shí)例包括聚合物薄膜、上底膠的聚合物薄膜、布、紙、硬化纖維、非織造布及上述之組合物。其它可用的襯底包括如美國(guó)專(zhuān)利5,316,812中所披露的纖維增強(qiáng)熱塑性襯底，以及如世界專(zhuān)利申請(qǐng)WO93/12911中所披露的環(huán)狀無(wú)縫襯底。襯底還可包括一種或多種密封襯底及/或?qū)σr底某些物理性能進(jìn)行改性的處理。這些處理在本技術(shù)領(lǐng)域是公知的。
襯底還可在其后表面上帶有附接裝置，以使所得到的涂覆磨料能夠固定到支撐墊或支持墊上。如上述美國(guó)專(zhuān)利5,316,812中所披露，這種附接裝置可以是壓敏粘結(jié)劑、一面為鉤和環(huán)的附接系統(tǒng)或帶螺紋的凸出物。或者可以是如受讓人的美國(guó)專(zhuān)利5,201,101中所描述的互相嚙合的附接系統(tǒng)，在此以引用方式并入本文。
磨料制品的背面還可以含有防滑涂料或磨擦涂料。這類(lèi)涂料的實(shí)例包括分散在粘結(jié)劑中的無(wú)機(jī)微粒(例如，碳酸鈣或石英)。
磨料涂層磨粒磨粒的粒度范圍通常為約0.1～1500微米，通常在約0.1～400微米之間，較好為在0.1～100微米之間，優(yōu)選為在0.1～50微米之間。優(yōu)選的是，磨粒的莫式硬度為至少約8，更優(yōu)選為大于9。這類(lèi)磨粒的實(shí)例包括熔融的氧化鋁(包括褐色氧化鋁、熱處理氧化鋁和白色氧化鋁)、陶瓷氧化鋁、綠色碳化硅、碳化硅、氧化鉻、鋁鋯磨料、金剛石、氧化鐵、二氧化鈰、立方氮化硼、碳化硼、石榴石及上述之組合物。
術(shù)語(yǔ)“磨?！边€包括由單個(gè)磨粒粘結(jié)在一起以形成磨料結(jié)塊。美國(guó)專(zhuān)利4,311,489、4,652,275和4,799,939進(jìn)一步描述了磨料結(jié)塊，上述所有專(zhuān)利在此以引用方式并入本文。
本發(fā)明還包括在磨粒上具有表面涂層。表面涂層可具有多種不同功能。在一些情況下，表面涂層可提高磨粒對(duì)粘結(jié)劑的粘附力、改變磨粒的研磨特性等。表面涂層的實(shí)例包括偶聯(lián)劑、鹵化鹽、包括硅質(zhì)的金屬氧化物、耐火的金屬氮化物、耐火的金屬碳化物等。
磨料復(fù)合物中還可以有摻入的微粒。這些摻入微粒的粒度可與磨粒處于同一數(shù)量級(jí)。這類(lèi)摻入微粒的實(shí)例包括石膏、大理石、石灰石、燧石、二氧化硅、玻璃泡、玻璃珠、硅酸鋁等。
粘結(jié)劑磨粒分散在有機(jī)粘結(jié)劑中以形成磨料復(fù)合物。粘結(jié)劑由粘結(jié)劑前體衍生而得，粘結(jié)劑前體中含有可聚合的有機(jī)樹(shù)脂。在本發(fā)明的磨粒制造過(guò)程中，粘結(jié)劑前體暴露于能量源，該能量源有助于引發(fā)聚合過(guò)程或固化過(guò)程。能量源的實(shí)例包括熱能和輻射能，后者包括電子束、紫外光和可見(jiàn)光。在聚合過(guò)程中，樹(shù)脂聚合且粘結(jié)劑前體轉(zhuǎn)化成固體粘結(jié)劑。粘結(jié)劑前體固化之后，形成磨料涂層。磨料涂層中的粘結(jié)劑通常還起到將磨料涂層粘結(jié)到襯底上的作用。
有兩類(lèi)優(yōu)選樹(shù)脂可用于本發(fā)明中，即可固化的縮合樹(shù)脂和可聚合的加成樹(shù)脂。優(yōu)選的粘結(jié)劑前體包括可聚合的加成樹(shù)脂，因?yàn)檫@類(lèi)樹(shù)脂容易通過(guò)暴露于輻射能而固化。可聚合的加成樹(shù)脂可通過(guò)陽(yáng)離子機(jī)理或自由基機(jī)理而聚合。取決于所使用的能量源和粘結(jié)劑前體的化學(xué)性質(zhì)，有時(shí)優(yōu)選用固化劑、引發(fā)劑或催化劑來(lái)幫助引發(fā)聚合反應(yīng)。
常用并優(yōu)選的有機(jī)樹(shù)脂實(shí)例包括酚醛樹(shù)脂、脲甲醛樹(shù)脂、三聚氰胺-甲醛樹(shù)脂、丙烯酸聚氨酯、丙烯酸環(huán)氧樹(shù)脂、烯鍵式不飽和化合物、具有側(cè)鏈不飽和羰基的氨基塑料衍生物、具有至少一個(gè)側(cè)鏈丙烯酸酯基的異氰脲酸酯衍生物、具有至少一個(gè)側(cè)鏈丙烯酸酯基的異氰酸酯衍生物、乙烯基醚、環(huán)氧樹(shù)脂及上述之混合物和組合物。術(shù)語(yǔ)“丙烯酸酯”包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
酚醛樹(shù)脂因其熱性質(zhì)、容易獲得和成本低而廣泛應(yīng)用于磨料制品粘結(jié)劑中。有兩類(lèi)酚醛樹(shù)脂，甲階酚醛樹(shù)脂和酚醛清漆樹(shù)脂。甲階酚醛樹(shù)脂中甲醛和酚的摩爾比大于或等于1∶1，通常在1.5∶1.0～3.0∶1.0之間。酚醛清漆樹(shù)脂中甲醛和苯酚的摩爾比小于1∶1。市售的酚醛樹(shù)脂實(shí)例包括下述產(chǎn)品商品名為“Durez”和“Varcum”，OccidentalChemicals公司出品；“Resinox”，Monsanto出品；“Aerofene”，Ashland Chemical Co.出品；和“Aerotap”，Ashland Chemical Co.出品。
丙烯酸化的聚氨酯是以羥基封端的、異氰酸酯NCO伸展的聚酯或聚醚的二丙烯酸酯。市售的丙烯酸聚氨酯產(chǎn)品實(shí)例包括商品名為“UVITHANE 782”Morton Thiokol Chemical出品，以及“CMD6600”、“CMD 8400”和“CMD 8805”Radcure Specialties出品。
丙烯酸環(huán)氧酯是環(huán)氧樹(shù)脂的二丙烯酸酯，例如雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂的二丙烯酸酯。市售的丙烯酸環(huán)氧酯產(chǎn)品實(shí)例包括商品名為“CMD3500”、“CMD 3600”和“CMD 3700”，Radcure Specialties出品。
烯鍵式不飽和樹(shù)脂既包括單體化合物也包括聚合化合物，該單體化合物和聚合化合物含有碳原子、氫原子和氧原子，以及可選地含有氮原子和鹵素原子。氧原子或氮原子或二者通常出現(xiàn)在醚基、酯基、氨基甲酸乙酯基、酰胺基和脲基中。
烯鍵式不飽和化合物優(yōu)選為分子量小于約4,000，并且優(yōu)選為由含有脂肪族單羥基或脂肪族多羥基的化合物與不飽和羧酸反應(yīng)而生成的酯，不飽和羧酸例如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、異巴豆酸和順丁烯二酸等。丙烯酸酯樹(shù)脂的代表實(shí)例包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯苯乙烯、二乙烯基苯、乙烯基甲苯、二丙烯酸乙二醇酯、甲基丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸己二酸酯、二丙烯酸三甘醇酯、三丙烯酸三羥甲基丙烷酯、三丙烯酸甘油酯、三丙烯酸季戊四醇酯、甲基丙烯酸季戊四醇酯、四丙烯酸季戊四醇酯、以及四丙烯酸季戊四醇酯。其它烯鍵式不飽和樹(shù)脂包括單烯丙基酯、多烯丙基酯和多甲代烯丙基酯以及羧酸酰胺，例如鄰苯二甲酸二烯丙酯、己二酸二烯丙酯和N，N-二烯丙基己二酰二胺。其它含氮化合物還包括三(2-丙烯酰乙氧基)異氰脲酸酯、1，3，5-三(2-甲基丙烯酰乙氧基)-三嗪、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N-乙烯基哌啶酮。
氨基塑料樹(shù)脂的每個(gè)分子或低聚物上具有至少一個(gè)α，β側(cè)鏈不飽和羰基。這些不飽和羰基可以是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或丙烯酰胺型基團(tuán)。這類(lèi)材料的實(shí)例包括N-(羥甲基)丙烯酰胺、N，N’-氧聯(lián)二亞甲基雙丙烯酰胺、鄰位和對(duì)位丙烯酰胺甲基化酚醛、丙烯酰胺甲基化酚醛清漆樹(shù)脂及上述之組合物。美國(guó)專(zhuān)利4,903,440和5,236,472進(jìn)一步描述了這些材料，上述專(zhuān)利在此以引用方式并入本文。
美國(guó)專(zhuān)利4,652,274進(jìn)一步描述了具有至少一個(gè)側(cè)鏈丙烯酸酯基的異氰脲酸酯衍生物、具有至少一個(gè)側(cè)鏈丙烯酸酯基的異氰酸酯衍生物，該專(zhuān)利在此以引用方式并入本文。優(yōu)選的異氰脲酸酯材料是三(羥乙基)異氰脲酸酯的三丙烯酸酯。
環(huán)氧樹(shù)脂具有環(huán)氧乙烷，并通過(guò)開(kāi)環(huán)聚合而成。這類(lèi)環(huán)氧樹(shù)脂包括單體型環(huán)氧樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂低聚物。一些優(yōu)選的環(huán)氧樹(shù)脂實(shí)例包括2，2-二[4-(2，3-環(huán)氧丙氧基)-苯基丙烷](二酚二縮水甘油醚)和市售的商品材料，這些材料可以是如下產(chǎn)品，商品名為“Epon 828”、“Epon1004”和“Epon 1001F”由Shell Chemical Co.出品，以及商品名為“DER-331”、“DER-332”、和“DER-334”，由Dow Chemical Co.出品。其它合適的環(huán)氧樹(shù)脂包括酚醛樹(shù)脂清漆的縮水甘油醚(例如，可購(gòu)自Dow chemical Co.的“DEN-431”和“DEN-428”)。
本發(fā)明的環(huán)氧樹(shù)脂可通過(guò)添加適當(dāng)?shù)年?yáng)離子固化劑而以陽(yáng)離子機(jī)理進(jìn)行聚合。陽(yáng)離子固化劑產(chǎn)生酸源，以引發(fā)環(huán)氧樹(shù)脂聚合。這些陽(yáng)離子固化劑可包括具有絡(luò)合陽(yáng)離子和鹵素的鹽，該鹽含有金屬或非金屬配位陰離子。美國(guó)專(zhuān)利4,751,138(第6欄第65行到第9欄第45行)還描述了其它陽(yáng)離子固化劑，包括具有有機(jī)金屬配位陽(yáng)離子和鹵素的鹽，該鹽含有金屬或非金屬絡(luò)合陰離子，該專(zhuān)利在此以引用方式并入本文。美國(guó)專(zhuān)利4,985,340(第4欄第65行到第14欄第50行)以及1989年3月8日公開(kāi)的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)306,161和306,162描述了另一種有機(jī)金屬鹽和鎓鹽的實(shí)例，上述專(zhuān)利均以引用方式并入本文。此外，1983年11月21日公開(kāi)的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)109,581描述了其它陽(yáng)離子固化劑，這種陽(yáng)離子固化劑包括有機(jī)金屬絡(luò)合物的離子鹽，其中金屬選自元素周期表的第IVB、VB、VIB、VIIB和VIIIB族元素，該專(zhuān)利以引用方式并入本文。
關(guān)于自由基可固化樹(shù)脂，在一些情況下優(yōu)選為磨料淤漿中還包括自由基固化劑。但是在電子束作為能量源的情況下，由于電子束本身就產(chǎn)生自由基，所以不一定總需要固化劑。
自由基熱引發(fā)劑的實(shí)例包括過(guò)氧化物，例如過(guò)氧化苯甲酰、偶氮化合物、二苯甲酮和醌。對(duì)于紫外光或可見(jiàn)光能量源來(lái)說(shuō)，該固化劑有時(shí)被稱(chēng)為光引發(fā)劑。暴露在紫外光下會(huì)產(chǎn)生自由基來(lái)源的引發(fā)劑實(shí)例，包括但不限于選自由下列物質(zhì)構(gòu)成的組有機(jī)過(guò)氧化物、偶氮化合物、醌、二苯甲酮、亞硝基化合物、丙烯酰鹵化物、腙、巰基化合物、吡喃鎓化合物、三丙烯咪唑(triacrylimdazoles)、二咪唑、氯烷基三嗪、安息香醚、聯(lián)苯酰縮酮、噻噸酮和苯乙酮衍生物及上述之混合物。在題為“Coated Abrasive Binder Containing Ternary PhotoinitiatorSystem(含有三重光引發(fā)劑體系的涂覆磨料粘結(jié)劑)”的美國(guó)專(zhuān)利4,735,632中，可以找到暴露于可見(jiàn)光輻射會(huì)產(chǎn)生自由基來(lái)源的引發(fā)劑實(shí)例，該專(zhuān)利在此以引用方式并入本文。和可見(jiàn)光一起使用的優(yōu)選引發(fā)劑是可從Ciba Geigy Corporation購(gòu)買(mǎi)的“Irgacure 369”。
助磨劑助磨劑限定為這樣一種材料，優(yōu)選為微粒材料，將該材料添加到磨料制品中會(huì)對(duì)研磨的化學(xué)和物理過(guò)程產(chǎn)生顯著效果，從而提高性能。通常且優(yōu)選的方法是將助磨劑作為微粒添加到淤漿中，但是助磨劑可作為液體添加到淤漿中。與不包括助磨劑的磨料制品相比，使用助磨劑會(huì)提高相應(yīng)磨料制品的研磨效率或切削速度(限定為損耗單位重量磨料制品所除去的工件重量)。具體地說(shuō)，在本領(lǐng)域內(nèi)，相信助磨劑可以達(dá)到如下效果1)降低磨料顆粒與所研磨的工件之間的摩擦，2)防止磨料顆粒的“蓋帽”，即，防止金屬粒子(在金屬工件的情況下)熱熔接到磨料顆粒的頂部，3)降低磨料顆粒與工件之間的界面溫度，4)降低所需的研磨力，或者5)阻止金屬工件的氧化。一般地，添加助磨劑會(huì)延長(zhǎng)磨料制品的使用壽命。
本發(fā)明可用的助磨劑涵蓋各種不同的材料，并且可以是以無(wú)機(jī)物或有機(jī)物為基礎(chǔ)的材料。助磨劑化學(xué)族的實(shí)例包括蠟、有機(jī)鹵化物、鹵化鹽和金屬及其合金。有機(jī)鹵化物在研磨過(guò)程中通常會(huì)分解并釋放鹵酸或氣態(tài)鹵化物。這類(lèi)材料的實(shí)例包括氯化蠟如四氯萘、五氯萘和聚氯乙烯。鹵化鹽的實(shí)例包括氯化鈉、鉀冰晶石、鈉冰晶石、銨冰晶石、四氟硼酸鉀、四氟硼酸鈉、氟化硅、氯化鉀、氯化鎂。金屬的實(shí)例包括錫、鉛、鉍、鈷、銻、鎘、鐵、鈦，其它各種助磨劑包括硫、有機(jī)硫化物、石墨和金屬硫化物。使用不同助磨劑的組合也在本發(fā)明范圍內(nèi)，并且在一些情況下會(huì)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。
上述助磨劑的實(shí)例僅作為代表。本發(fā)明較好使用的助磨劑是冰晶石，優(yōu)選的是四氟硼酸鉀(KBF4)。
助磨劑被認(rèn)為是非研磨物，即，助磨劑的莫式硬度小于8。助磨劑中還可以含有雜質(zhì)；這些雜質(zhì)應(yīng)當(dāng)不會(huì)明顯降低磨料制品的性能。
助磨劑粒度的優(yōu)選范圍為約0.1～100微米，更優(yōu)選為在10～70微米之間。通常，助磨劑的粒度優(yōu)選為等于或小于磨粒粒度。
通常，磨料涂層包括至少約1％(重量百分比)、通常至少約2.5％(重量百分比)、較好為至少約5％(重量百分比)、更好為至少約10％(重量百分比)的助磨劑，但優(yōu)選為包括至少約20％(重量百分比)的助磨劑。助磨劑超過(guò)約50％(重量百分比)會(huì)是不利的，因?yàn)閺睦碚撋险f(shuō)這樣會(huì)使研磨性能下降(因?yàn)橹淮嬖谳^少的磨粒)。但出乎意料的是，隨著助磨劑含量的提高，以切削速度來(lái)評(píng)價(jià)的相對(duì)研磨性能也會(huì)隨之提高。這是出人意料的，因?yàn)殡S著磨料涂層中助磨劑含量的提高，磨粒的相對(duì)含量會(huì)下降。而磨粒是負(fù)責(zé)切削工件表面的，助磨劑沒(méi)有這種作用。通常，磨料涂層含有磨粒5～90％(重量百分比)、優(yōu)選為20～80％(重量百分比)，含有粘結(jié)劑5～80％(重量百分比)、優(yōu)選為5～40％(重量百分比)，含有助磨劑5～60％(重量百分比)、優(yōu)選為10～40％(重量百分比)。
可選的添加劑本發(fā)明可用的淤漿還可以含有可選的添加劑，例如填料、纖維、潤(rùn)滑劑、潤(rùn)濕劑、觸變材料、表面活性劑、顏料、染料、抗靜電劑、偶聯(lián)劑、增塑劑和懸浮劑。對(duì)這些材料的含量進(jìn)行選擇，以提供所需性能。使用這些材料會(huì)影響磨料復(fù)合物的可蝕性。在一些情況下，有意加入添加劑，以使磨料復(fù)合物更易磨蝕，從而清除磨鈍的磨粒并暴露出新磨粒。
本發(fā)明可用的抗靜電劑的實(shí)例包括石墨、碳黑、氧化釩和濕潤(rùn)劑等。這些抗靜電劑披露于美國(guó)專(zhuān)利5,061,294、5,137,542和5,203,884，上述專(zhuān)利在此以引用方式并入本文。
偶聯(lián)劑可在粘結(jié)劑前體與填料粒子或磨粒之間形成關(guān)聯(lián)橋接?？捎玫呐悸?lián)劑實(shí)例包括硅烷、鈦酸酯和鋁酸鋯(鋯鋁系偶聯(lián)劑)?？捎玫挠贊{優(yōu)選含有約0.01～3％(重量百分比)的偶聯(lián)劑。
本發(fā)明可用的懸浮劑實(shí)例是無(wú)定形二氧化硅粒子，其表面積小于150平方米/克，市售產(chǎn)品有商品名為“OX-50”，DeGussa公司出品。
含有磨料復(fù)合物的磨料涂層本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面是磨料涂層是多個(gè)磨料復(fù)合物粘結(jié)到襯底的形式。通常優(yōu)選的是，各磨料復(fù)合物具有精確的形狀。各復(fù)合物的精確形狀由清晰可辨的邊界線所確定。當(dāng)在顯微鏡例如掃描電子顯微鏡下觀察磨料制品的橫截面時(shí)，這些清晰可辨的邊界線很容易看見(jiàn)并且很清楚。比較而言，在由不具有精確形狀的復(fù)合物所組成的磨料涂層中，邊界線不確定且很難辨認(rèn)。上述這些清晰可辨的邊界線形成精確形狀的外形或輪廓。這些邊界線使磨料復(fù)合物彼此分開(kāi)一定程度、并還使磨料復(fù)合物彼此區(qū)別。
參照?qǐng)D1，磨料制品20包括由邊界25隔開(kāi)的磨料復(fù)合物22。與復(fù)合物形狀相關(guān)的一條或多條邊界線使一塊磨料復(fù)合物與另一塊相鄰的磨料復(fù)合物一定程度分開(kāi)。為了形成單獨(dú)的磨料復(fù)合物，形成磨料復(fù)合物形狀的邊界線中的一部分必須彼此分開(kāi)。注意，在圖1中，基底或最靠近襯底的磨料復(fù)合物部分可以與其相鄰的磨料復(fù)合物鄰接。磨料復(fù)合物22包括多個(gè)磨粒24，該磨粒分散在粘結(jié)劑23和助磨劑26中。本發(fā)明還包括獲得粘結(jié)到襯底上的磨料復(fù)合物的一種組合體，其中部分磨料復(fù)合物鄰接，而其它磨料復(fù)合物之間具有開(kāi)放空隙。
有些情況下，形成形狀的邊界是平面的。對(duì)于具有平面的形狀來(lái)說(shuō)，其具有至少三個(gè)平面。給定形狀的平面數(shù)根據(jù)所需的幾何形狀變化，例如平面數(shù)可從3到20以上。通常為3～10個(gè)平面，優(yōu)選為3～6個(gè)平面。這些平面相交形成所需的形狀和角度，這些平面的交角將決定形狀尺寸。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是部分磨料復(fù)合物具有與其尺寸不同的相鄰磨料復(fù)合物。在該發(fā)明方案中，至少10％、較好為至少30％、更好為至少50％、最好為至少60％的磨料復(fù)合物具有與其尺寸不同的相鄰磨料復(fù)合物。這些不同的尺寸與磨料復(fù)合物的形狀、平面邊界線之間的角度或磨料復(fù)合物的尺寸相關(guān)。相鄰磨料復(fù)合物具有這些不同尺寸，使得到的磨料制品在被研磨或精制的工件上產(chǎn)生相對(duì)更精細(xì)的表面光潔度。在本受讓人的共同待審批的1993年9月13日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)Ser.No.08/120,300中進(jìn)一步描述了本發(fā)明的這一方案。
磨料復(fù)合物的形狀可以是任何形狀，但優(yōu)選為幾何形狀例如長(zhǎng)方形、錐形、半圓形、圓形、三角形、正方形、六邊形、金字塔形和八邊形等。優(yōu)選形狀的實(shí)施例出現(xiàn)在下文名為“幾何形狀”的部分中。在此可把單個(gè)磨料復(fù)合物的形狀稱(chēng)為“凸出單元”。優(yōu)選形狀是金字塔，且該金字塔的底部可以是三條邊或四條邊。此外，磨料復(fù)合物的橫截面表面積優(yōu)選為從襯底遞減或沿其高度而減小。在使用過(guò)程中，隨著磨料復(fù)合物的磨損，這種變化的表面積導(dǎo)致不均勻的壓力。此外，在制造磨料制品過(guò)程中，這種變化的表面積使得磨料復(fù)合物更容易從生產(chǎn)工具上脫離。通常，每平方厘米有至少5塊單獨(dú)的磨料復(fù)合物。在一些情況下，每平方厘米會(huì)有至少500塊單獨(dú)的磨料復(fù)合物。
磨料制品的制造方法制造任一本發(fā)明磨料制品的基本步驟是準(zhǔn)備淤漿。通過(guò)用任何合適的混合技術(shù)把粘結(jié)劑前體、助磨劑、磨粒和可選的添加劑結(jié)合在一起而制成淤漿。混合技術(shù)的實(shí)例包括低剪切混合和高剪切混合，而高剪切混合是優(yōu)選的。還可以把超聲波能量與混合步驟結(jié)合使用，以降低磨料淤漿的粘度。通常，逐漸把磨粒和助磨劑添加到粘結(jié)劑前體中。在混合步驟過(guò)程中抽真空可以使淤漿中氣泡含量降至最少。在一些情況下，通常優(yōu)選在30～70℃的范圍內(nèi)加熱淤漿以降低粘度。重要的是，淤漿應(yīng)具有使之可以良好涂覆的流變性能，其中磨粒和助磨劑不會(huì)從淤漿中沉降出來(lái)。
能量源淤漿涂覆到襯底上之后，例如通過(guò)從生產(chǎn)工具(下文描述)轉(zhuǎn)移到襯底上之后，把淤漿暴露于能量源以引發(fā)粘結(jié)劑前體中樹(shù)脂的聚合。能量源的實(shí)例包括熱能和輻射能。能量的用量取決于幾個(gè)因素，例如粘結(jié)劑前體的化學(xué)性質(zhì)、磨料淤漿的粒度、磨粒的含量和類(lèi)型以及所選添加劑的含量和類(lèi)型。對(duì)于熱能來(lái)說(shuō)，溫度可在約30～150℃的范圍內(nèi)，通常為40～120℃的范圍內(nèi)。暴露時(shí)間可在約5分鐘到超過(guò)24小時(shí)。
合適的輻射源包括電子束、紫外光或可見(jiàn)光。電子束輻射也稱(chēng)為電離輻射，可以用在能量級(jí)別約0.1～約10Mrad、優(yōu)選為能量級(jí)別約1～約10Mrad的場(chǎng)合中。紫外光輻射指波長(zhǎng)在約200～約400納米范圍內(nèi)、優(yōu)選為在約250～400納米范圍內(nèi)的非粒子輻射。可見(jiàn)光輻射指波長(zhǎng)在約400～約800納米范圍內(nèi)、優(yōu)選為在約400～約550納米范圍內(nèi)的非粒子輻射。優(yōu)選使用300～600瓦特/英寸的可見(jiàn)光。
聚合過(guò)程結(jié)束后，粘結(jié)劑前體轉(zhuǎn)化成粘結(jié)劑，而淤漿轉(zhuǎn)化成磨料涂層。通常，所制成的磨料制品可以使用了。但是在一些情況下，還會(huì)需要其它處理例如潤(rùn)濕或彎曲。在使用磨料制品之前，可以把磨料制品轉(zhuǎn)化成任何所需的形式，例如錐形、環(huán)帶形、片狀和盤(pán)狀等。
生產(chǎn)工具關(guān)于本發(fā)明的第三和第四方面，在一些情況下，優(yōu)選為使磨料涂層成為具有精確形狀的磨料復(fù)合物。為了制造這類(lèi)磨料制品，通常需要生產(chǎn)工具。
生產(chǎn)工具含有多個(gè)凹腔。這些凹腔基本上為磨料復(fù)合物的相反形狀，并用于形成磨料復(fù)合物的形狀。選擇凹腔的尺寸以提供所需的磨料復(fù)合物形狀和尺寸。如果凹腔的形狀或尺寸制作得不合適，則所制成的生產(chǎn)工具就不能為磨料復(fù)合物提供所需的尺寸。
凹腔可以呈點(diǎn)狀圖案，相鄰凹腔之間有間隔，或者凹腔互相抵接。優(yōu)選為凹腔互相抵接。此外，選擇凹腔的形狀使磨料復(fù)合物的橫截面面積從襯底遞減。
生產(chǎn)工具可以是帶、片、連續(xù)的片或網(wǎng)、涂布輥(例如凹印輥)、安裝在涂料輥上的套管、或模具。生產(chǎn)工具可由金屬(例如，鎳)、金屬合金或塑料構(gòu)成?？捎萌魏纬Ｒ?guī)技術(shù)例如雕刻法、拋光法(bobbing)、電鑄法、金剛石車(chē)削等制成金屬生產(chǎn)工具。一種優(yōu)選的制造金屬生產(chǎn)工具的技術(shù)是金剛石車(chē)削。
熱塑性工具可用金屬主工具復(fù)制而成。主工具具有與生產(chǎn)工具所需圖案相反的圖案。主工具可采用與生產(chǎn)工具相同的方式制成。主工具優(yōu)選用金屬例如鎳制成并且由金剛石車(chē)削?？杉訜釤崴苄云?，并且可選擇連同主工具一起加熱，從而通過(guò)將二者壓在一起，而使熱塑性材料壓印出主工具的圖案。也可將熱塑性材料擠出或澆鑄到金屬主工具上，然后加壓。熱塑性材料冷卻固化，制成了生產(chǎn)工具。優(yōu)選的熱塑性生產(chǎn)工具材料的實(shí)例包括聚酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯及其組合。如果使用熱塑性生產(chǎn)工具，則必須小心不要產(chǎn)生過(guò)熱，過(guò)熱會(huì)使熱塑性生產(chǎn)工具變形。
生產(chǎn)工具還可以含有脫模涂層，以使磨料制品更容易脫離生產(chǎn)工具。這類(lèi)金屬用脫模涂層的實(shí)例包括硬質(zhì)碳化物、氮化物或硼化物涂層。熱塑性塑料所用脫模涂層的實(shí)例包括硅樹(shù)脂和含氟化合物。
圖2圖示了一種方法，用于制備如圖1所示的本發(fā)明磨料制品。襯底41離開(kāi)拆卷站42，同時(shí)生產(chǎn)工具46離開(kāi)拆卷站45。通過(guò)涂覆站44把淤漿涂在生產(chǎn)工具46上。在涂覆之前，為了降低淤漿的粘度，可以加熱淤漿及/或?qū)τ贊{施加超聲波。涂覆站可以是任何常規(guī)涂覆工具，例如擠壓式點(diǎn)膠機(jī)(drop die coater)、刮刀涂布機(jī)、簾式涂布機(jī)、真空涂模機(jī)或擠壓式涂布機(jī)(die coater)。涂覆過(guò)程應(yīng)減少氣泡的形成。優(yōu)選的涂覆技術(shù)是例如美國(guó)專(zhuān)利3,594,865、4,959,265和5,077,870中所披露的真空流體定向涂覆法(vacuum fluid bearing die)，上述所有專(zhuān)利在此以引用方式并入本文。涂覆生產(chǎn)工具后，采用任何可使淤漿浸濕襯底的前表面的方法，使襯底和淤漿接觸。在圖2中，淤漿通過(guò)接觸壓送輥47與襯底接觸。接下來(lái)，接觸壓送輥47還使所得結(jié)構(gòu)物緊靠支撐鼓43。能量源48(優(yōu)選為可見(jiàn)光源)向淤漿中發(fā)送充足的能量，使粘結(jié)劑前體至少部分固化。術(shù)語(yǔ)“部分固化”是指粘結(jié)劑前體聚合達(dá)到淤漿不會(huì)從倒置試管流下的狀態(tài)。一旦粘結(jié)劑前體脫離生產(chǎn)工具，就可用任何能量源使之完全固化。隨后，生產(chǎn)工具重新繞到心軸49上，這樣生產(chǎn)工具就可以再次使用。可選地，在前體一點(diǎn)都未固化之前，使粘結(jié)劑前體脫離生產(chǎn)工具。脫離之后，可使前體固化，而生產(chǎn)工具會(huì)再繞到心軸49上以重復(fù)使用。此外，磨料制品120繞到心軸121上。如果粘結(jié)劑前體尚未完全固化，則粘結(jié)劑前體可以經(jīng)過(guò)一段時(shí)間完全固化，及/或置于能量源下使其完全固化。美國(guó)專(zhuān)利5,152,917和1993年1月14日提出的序號(hào)為08/004,929美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)進(jìn)一步描述了根據(jù)本文第一種方法制備磨料制品的附加步驟，上述文獻(xiàn)在此以引用方式并入本文。使用1993年9月13日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)Ser.No.08/120,300所描述的工具和工藝可制成隨意形狀的磨料復(fù)合物。
優(yōu)選使用輻射能固化粘結(jié)劑前體。只要生產(chǎn)工具不明顯吸收輻射能，輻射能就可以穿透生產(chǎn)工具。此外，輻射源應(yīng)當(dāng)不會(huì)使生產(chǎn)工具明顯降解。優(yōu)選使用熱塑性生產(chǎn)工具以及紫外光或可見(jiàn)光。
可把淤漿涂到襯底上而不是涂到生產(chǎn)工具的凹腔中。然后使涂有淤漿的襯底與生產(chǎn)工具接觸，從而使淤漿流到生產(chǎn)工具的凹腔中。制備磨料制品的其余步驟與上文詳述步驟相同。
圖3圖示了另一種方法。襯底51離開(kāi)拆卷站52，涂覆站53把淤漿54涂到生產(chǎn)工具55的凹腔中?？梢杂孟率龆喾N技術(shù)中的任一種把淤漿涂到工具上，例如擠壓點(diǎn)膠法、輥涂法、刮涂法、簾涂法、真空涂模法或擠壓涂布法(die coating)。同樣，在涂覆之前，為了降低淤漿的粘度，可以加熱淤漿及/或?qū)τ贊{施加超聲波。涂覆過(guò)程應(yīng)減少氣泡的形成。隨后，用壓送輥56使襯底和含有磨料淤漿的生產(chǎn)工具接觸，使得淤漿浸濕襯底的前表面。接下來(lái)，通過(guò)使淤漿中的粘結(jié)劑前體暴露于能量源57，使其至少部分固化。在此至少部分固化之后，淤漿轉(zhuǎn)化成磨料復(fù)合物59，該復(fù)合物粘結(jié)到或粘附到襯底上。咬送輥58使所得磨料制品脫離生產(chǎn)工具并繞到重繞站60上?？蛇x地，在前體一點(diǎn)都未固化之前，使粘結(jié)劑前體脫離生產(chǎn)工具。脫離生產(chǎn)工具之后，可使前體固化。在任一情況下，能量源可以是熱能或輻射能。如果能量源是紫外光或可見(jiàn)光，則襯底優(yōu)選為可透過(guò)紫外光或可見(jiàn)光。這類(lèi)襯底的實(shí)例是聚酯襯底。
可把淤漿直接涂到襯底的前表面。然后使涂有淤漿的襯底和生產(chǎn)工具接觸，從而使淤漿浸到生產(chǎn)工具的凹腔中。制備磨料制品的其余步驟與上文詳述的步驟相同。
工件表面的整修方法本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及金屬表面的研磨方法。該方法包括使本發(fā)明的磨料制品和有金屬表面的工件產(chǎn)生磨擦接觸。術(shù)語(yǔ)“研磨”是指用磨料制品切削或除去金屬工件的一部分。此外，經(jīng)過(guò)這樣的整修處理，通常會(huì)降低與工件表面相關(guān)的表面粗糙度。一種常用的表面粗糙度測(cè)量是Ra；Ra通常是以微英寸或微米測(cè)得的算術(shù)意義上的表面粗糙度。表面粗糙度可以用表面光度儀例如Perthometer或Surtronic測(cè)量。
工件金屬工件可以是任何類(lèi)型的金屬，例如軟鋼、不銹鋼、鈦、金屬合金和特殊金屬合金等。工件可以是扁平的或具有與其關(guān)聯(lián)的形狀或剖面。
根據(jù)用途，研磨界面處的力可在約0.1公斤到超過(guò)1000公斤。通常在研磨界面處，此范圍是1公斤～500公斤的力。此外，根據(jù)用途，研磨過(guò)程中可以有液體存在。這種液體可以是水及/或有機(jī)化合物。常用有機(jī)化合物的實(shí)例包括潤(rùn)滑劑、油、乳化的有機(jī)化合物、切削液、肥皂等等。這些液體還可以含有其它添加劑，例如消泡劑、脫脂劑、緩蝕劑等等。使用過(guò)程中，磨料制品可以在研磨界面處振動(dòng)。在一些情況下，這種振動(dòng)會(huì)在被研磨的工件上形成更精細(xì)的表面。
本發(fā)明的磨料制品可以用手工使用或與機(jī)器結(jié)合使用。在研磨過(guò)程中，磨料制品和工件中至少一個(gè)或二個(gè)都相對(duì)于對(duì)方移動(dòng)。磨料制品可以轉(zhuǎn)換為帶狀、卷帶狀、盤(pán)狀和片狀等。以帶狀使用時(shí)，把磨料片的兩個(gè)自由端連接到一起以形成接頭。本發(fā)明還包括使用無(wú)接頭的帶，如1992年7月24日提出的受讓人的共同待審批的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)07/919,541，在此以引用方式并入本文。通常，環(huán)狀磨料帶經(jīng)過(guò)至少一個(gè)惰輪和壓板或接觸輪。調(diào)節(jié)壓板或接觸輪的硬度，以獲得所需的切削速度和工件表面粗糙度。磨料帶的速度取決于所需的切削速度和表面粗糙度。帶的尺寸范圍可以是約5mm～1,000mm寬、約5mm～10,000mm長(zhǎng)。磨料卷帶是連續(xù)長(zhǎng)度的磨料制品。其寬度范圍可以是約1mm～1,000mm，通常在5mm～250mm之間。磨料卷帶通常被開(kāi)卷，經(jīng)過(guò)用來(lái)使卷帶緊貼工件的支撐墊(support pad)，然后再纏繞?？梢酝ㄟ^(guò)研磨界面連續(xù)喂入磨料卷帶，并且可以對(duì)卷帶標(biāo)記。磨盤(pán)的直徑范圍可以是約50mm～1,000mm。通常，用連接裝置把磨盤(pán)固定到支持墊(back-up pad)上。這些磨盤(pán)可以在100～20,000轉(zhuǎn)/分、通常在1,000～15,000轉(zhuǎn)/分之間的速度旋轉(zhuǎn)。
幾何形狀正如在此公開(kāi)內(nèi)容的題為“由磨料復(fù)合物組成的磨料涂層”的部分中提到的，磨料復(fù)合物可以成形為從其所粘結(jié)的襯底凸出的單元。在此將單個(gè)成形的復(fù)合物磨料稱(chēng)為“凸出單元”。為凸出單元選取的特定幾何形狀可能會(huì)影響凸出單元所處的結(jié)構(gòu)化磨料制品的性能。對(duì)下面給出的幾何形狀方案進(jìn)行選取，以提供提高的初始切削速度(以每循環(huán)的質(zhì)量來(lái)衡量)，并對(duì)于每一相繼的磨蝕循環(huán)表現(xiàn)出最少的切削速度退化。
在圖4A-H、5及6A和6B中示出的凸出單元和在這里討論的其它凸出單元可以利用上述制造方法、由上述材料構(gòu)成。盡管圖4A-H、5及6A和6B未示出在凸出單元內(nèi)的磨料顆粒和粘結(jié)劑，但應(yīng)明白，由于凸出單元把磨料顆粒和粘結(jié)劑作為組成材料，所以這樣的磨料顆粒和粘結(jié)劑是存在的。
圖4A描繪的是凸出單元400的頂視圖。凸出單元具有基底401，該基底呈正方形的形狀。除了基底401之外，凸出單元400具有四個(gè)側(cè)面，這些側(cè)面從基底401的每一條不同的邊延伸到線性頂端406。由于圖4A的視角，只有側(cè)面403和405是可見(jiàn)的。
從圖4A可以看到，當(dāng)線性頂端406投影到與基底401共面的平面上時(shí)，線性頂端406在基底401的相對(duì)布置的邊之間延伸。當(dāng)提到頂端例如頂端406在與凸出單元的基底共面的平面上的投影時(shí)，可以在此使用術(shù)語(yǔ)“頂端的投影”或“線性頂端的投影”。線性頂端406的投影在其間延伸的相對(duì)布置的邊的中心點(diǎn)用小散列符號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)。線性頂端406的投影不在相對(duì)布置的邊的中心點(diǎn)之間延伸。
圖4A的凸出單元可以排列成二維陣列，如圖4B中所示。圖4B示出了大致相同的凸出單元400的陣列，該凸出單元這樣布置，即使得每一凸出單元400的基底與相鄰的凸出單元400的基底鄰接。凸出單元400示出為粘結(jié)到襯底408上，從而生成磨料制品。盡管在圖4B中描繪的陣列為二乘二，原則上該陣列可以是任何大小。此外，如圖4C中所示，可以構(gòu)造陣列，以便使得相鄰的凸出單元400的基底不互相鄰接。
圖4D示出凸出單元410。在其中可以看到，凸出單元具有線性頂端412，該線性頂端具有不足以使其投影從基底414的一條邊延伸到另一條邊的長(zhǎng)度。這樣，每一側(cè)面從基底414朝遠(yuǎn)側(cè)的線性頂端向內(nèi)逐漸變小。值得注意的是，如果將線性頂端412的投影向外延長(zhǎng)，其外延長(zhǎng)線不會(huì)遇到基底414的任一相對(duì)布置的邊的中心點(diǎn)。這樣，可以說(shuō)線性頂端412的投影不在基底414的相對(duì)布置的邊的中心點(diǎn)“之間”延伸。
圖4E示出另一凸出單元416。在圖4A、4B、4C和4D中示出的凸出單元表現(xiàn)出這樣的特性，即通過(guò)采用類(lèi)似的方案，其各自的線性頂端412不在其各自基底的相對(duì)布置的邊的中心點(diǎn)之間延伸，即線性頂端相對(duì)其各自基底的所有邊偏斜。如圖4E中所示，線性頂端418的投影可以與基底420的某些邊平行，但仍然不在基底420的相對(duì)布置的邊的中心點(diǎn)之間延伸。
圖4F示出另一凸出單元422。圖4F表明，雖然凸出單元的頂端可以為線性，但是并非必須使其為直線。凸出單元422具有曲線(與直線相反)頂端424。曲線頂端424的投影不在基底426的相對(duì)布置的邊的中心點(diǎn)之間延伸。
已經(jīng)在圖4A、4B、4C、4D、4E和4F中給出的基底全部呈正方形的形狀。這樣的限制并非必需。原則上，基底可以是任何閉合的形狀。舉例來(lái)說(shuō)，基底可以是任何規(guī)則或不規(guī)則多邊形，可以是平行四邊形、矩形或四邊形的任何形式。基底可以是圓形或橢圓形?；椎倪吙梢允侵本€或曲線。例如，在圖4G中示出的凸出單元428具有四條邊，其中的兩條430和432為曲線?？梢酝ㄟ^(guò)將曲線邊分成兩段，找到基底的相對(duì)布置的曲線邊的中心點(diǎn)，其中第一段的長(zhǎng)度等于第二段的長(zhǎng)度。例如，將邊430分成兩段AB和BC段。這樣定位中心點(diǎn)點(diǎn)B，即使得AB段的長(zhǎng)度等于BC段的長(zhǎng)度。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚，可以使用其它定中心措施，以識(shí)別非直線的中心點(diǎn)。同樣，線性頂端434的投影在相對(duì)布置的邊430和432之間延伸、但不在它們各自的中心點(diǎn)之間延伸。
圖4H示出了凸出單元436，該凸出單元具有呈五邊形形狀的基底438。邊AB的中心點(diǎn)用小散列符號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)。值得注意的是，乍看起來(lái)，凸出單元436似乎不具有與邊AB相對(duì)布置的邊。為了確定線性頂端440的方向，以便于使其在基底的相對(duì)布置的邊上的非中心點(diǎn)之間延伸，可以將與AB相對(duì)的邊認(rèn)為是復(fù)合段ACDEB。由于ACD段的長(zhǎng)度等于DEB段的長(zhǎng)度，所以邊ACDEB的中心點(diǎn)為點(diǎn)D。這樣，自然會(huì)看到，線性頂端440不在基底438的相對(duì)布置的邊的中心點(diǎn)之間延伸。
從與圖4H有關(guān)的討論提取的一般原則是，可以使用特定方案來(lái)找到與基底的給定邊相對(duì)布置的邊。簡(jiǎn)言之，可以將與基底的給定邊相對(duì)的一組邊共同認(rèn)為是與該給定邊相對(duì)布置的單個(gè)邊(舉例來(lái)說(shuō)，可以將與邊AB相對(duì)的邊ACDEB認(rèn)為是與邊AB相對(duì)布置)。
圖5描繪的是磨料制品500的透視圖，磨料制品500包括凸出單元的二維陣列，某些凸出單元用參考標(biāo)號(hào)502來(lái)標(biāo)識(shí)。每一凸出單元502具有矩形的基底。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，基底的長(zhǎng)度和寬度可以在1到150密耳之間。每一基底具有線性頂端504。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以將線性頂端定向直到高于基底60密耳。盡管將圖5中的基底的每一個(gè)描繪為具有相同的尺寸和幾何形狀，但是這兩個(gè)條件都不是必需的?；卓梢允歉鞑幌嗤某叽绾?或幾何形狀。此外，盡管將線性頂端504中的每一個(gè)描繪為彼此平行，但是這一條件并非必需。線性頂端504可以是彼此不平行的。最后，盡管將線性頂端的每一個(gè)描繪為距它們各自的基底為恒定距離，但是這一條件也并非必需?；缀推涓髯缘木€性頂端504之間的距離可以因不同的凸出單元502而不同。
圖6A示出了凸出單元600～606的陣列。凸出單元600～606的每一個(gè)具有大致呈點(diǎn)狀的頂端608～614。與實(shí)例化為線性段相對(duì)比，任何前述實(shí)例的任何線性頂端都可以實(shí)例化為點(diǎn)?；氐綄?duì)圖6A的討論，在每一凸出單元600～606中，頂端608～614處于遠(yuǎn)離中心的位置。每一頂端608～614的投影限定了偏離矢量v1、v2、v3和v4，偏離矢量v1、v2、v3和v4從各個(gè)基底的中心和/或質(zhì)心延伸到頂端608～614的投影。值得注意的是，偏離矢量v1、v2、v3和v4的和不等于零。舉例來(lái)說(shuō)，假定每一偏離矢量v1、v2、v3和v4為單位矢量，矢量的和為2y。對(duì)于凸出單元的較大陣列，當(dāng)合計(jì)在一起的矢量的數(shù)目接近無(wú)窮大時(shí)，偏離矢量的和不應(yīng)該接近于極限零limn→∞(∑vn)≠0以另一種方式來(lái)敘述，當(dāng)總體來(lái)看時(shí)，陣列應(yīng)該表現(xiàn)出相對(duì)于頂端608～614的定位的凈方向性。
圖6B示出了當(dāng)凈比例性的概念應(yīng)用于具有線性頂端616～622的凸出單元時(shí)的凈比例性的概念。從圖6B可以看到，線性頂端616～622的投影限定了偏離矢量v1、v2、v3和v4，偏離矢量v1、v2、v3和v4從各個(gè)基底的中心和/或質(zhì)心延伸到頂端616～622的投影的中心。同樣，對(duì)于凸出單元的較大陣列，當(dāng)合計(jì)在一起的矢量的數(shù)目接近無(wú)窮大時(shí)，偏離矢量的和不應(yīng)該接近于極限零limn→∞(∑vn)≠0以另一種方式來(lái)敘述，當(dāng)總體來(lái)看時(shí)，陣列應(yīng)該表現(xiàn)出相對(duì)于頂端608～614的定位的凈方向性。
在未偏離本發(fā)明的保護(hù)范圍和要旨的情況下，對(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員，本發(fā)明的各種修改和變更是顯而易見(jiàn)的。應(yīng)該清楚，不應(yīng)將本發(fā)明不適當(dāng)?shù)鼐窒抻谠诖岁U述的說(shuō)明性實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種多個(gè)凸出單元的磨料陣列，每一單元具有本體，所述本體由至少磨料顆粒和粘結(jié)劑構(gòu)成，每一本體具有基底和距所述基底最遠(yuǎn)側(cè)的區(qū)域，所述磨料陣列包括多個(gè)凸出單元，所述凸出單元成兩維分布，其中，每一凸出單元具有基底，所述基底具有周邊，其中，對(duì)于每一單元，當(dāng)其各自的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域投影到與其各自基底共面的平面上時(shí)，落在所述基底的周邊內(nèi)，并在遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域的投影和所述基底的中心點(diǎn)之間限定偏離矢量；以及其中，所述多個(gè)凸出單元的偏離矢量的和不會(huì)接近于極限零。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨料陣列，其中，每一遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域?yàn)榫€性的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磨料陣列，其中，每一遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域?yàn)橹本€的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磨料陣列，其中，每一遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域?yàn)榍€的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨料陣列，其中，每一基底為平行四邊形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磨料陣列，其中，所述平行四邊形中的任何一條邊都不與制品的邊緣平行，所述制品上布置有磨料陣列。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨料陣列，其中，對(duì)于每一單元，當(dāng)其各自的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域投影到與其各自基底共面的平面上時(shí)，落在所述基底的周邊內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨料陣列，其中，相鄰的基底不鄰接。
9.一種磨料制品，包括襯底，其具有前后表面；以及磨料涂層，其粘結(jié)到所述襯底的前表面，其中，所述磨料涂層包括多個(gè)凸出單元，所述凸出單元成兩維分布，其中，每一凸出單元具有基底，所述基底具有周邊，其中，對(duì)于每一單元，當(dāng)其各自的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域投影到與其各自基底共面的平面上時(shí)，落在所述基底的周邊內(nèi)，并在遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域的投影和所述基底的中心點(diǎn)之間限定偏離矢量；以及其中，所述多個(gè)凸出單元的偏離矢量的和不會(huì)接近于極限零。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磨料制品，其中，每一遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域?yàn)榫€性的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的磨料制品，其中，每一遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域?yàn)橹本€的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的磨料制品，其中，每一遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域?yàn)榍€的。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磨料制品，其中，每一基底為平行四邊形。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的磨料制品，其中，所述平行四邊形中的任何一條邊都不與制品的邊緣平行，所述制品上布置有磨料陣列。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磨料制品，其中，對(duì)于每一單元，當(dāng)其各自的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域投影到與其各自基底共面的平面上時(shí)，落在所述基底的周邊內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磨料制品，其中，相鄰的基底不鄰接。
全文摘要
磨料制品包括凸出磨料單元的陣列。每一單元具有基底和遠(yuǎn)側(cè)頂點(diǎn)，當(dāng)該遠(yuǎn)側(cè)頂點(diǎn)投影到與該基底共面的平面上時(shí)，偏離該基底的中心。磨料制品包括襯底，該襯底粘結(jié)到磨料涂層，該磨料涂層形成為包括前述磨料單元。用于制造磨料制品的方法包括制作生產(chǎn)工具、磨料淤漿和襯底。在制造過(guò)程中，對(duì)淤漿內(nèi)的粘結(jié)劑進(jìn)行固化。磨料制品可以用來(lái)研磨工件。
文檔編號(hào)B24D11/04GK1882416SQ200480034363
公開(kāi)日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2004年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月23日
發(fā)明者斯科特·R·卡勒, 約翰·D·哈斯, 杰弗里·R·西蒙斯 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司