專利名稱：樹脂粘合研磨工具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及樹脂粘合研磨工具，該工具特別用于，例如硬脆性材料的鏡面磨削等。
特此將日本申請?zhí)朒11-230909，H11-246748及2000-038653的公布內容，加入到本申請中以供參考。
樹脂粘合研磨工具用以下方法制成。熱硬化樹脂，如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂的原料粉末，與金剛石、CBN等超磨?；旌希瑔为毜鼗蛉缬行枰c基座金屬一起鑄造，然后作為擠壓成形或燒結成形的結果，形成組成樹脂粘合研磨工具的磨粒層。
當對比較硬的被磨削材料進行磨削時，由于在樹脂粘合研磨工具中夾持超磨粒的樹脂結合相比較軟和脆，在超磨粒尖端磨損而使鋒利度下降之前，夾持超磨粒的樹脂結合相會破碎或磨損，超磨粒脫落。因此，雖然樹脂粘合研磨工具有磨損加劇的缺陷，但磨削面的堵塞以及因超磨粒的鋒利度因磨損而下降的情況難以發(fā)生；且與金屬粘合工具等相比，能更有效地進行磨削；另外，由于樹脂結合相所夾持的超磨粒中有彈性效果，被磨削材料損壞小且已加工面良好。因此，例如在半導體晶片之類被磨削材料的鏡面磨削中，要求表面粗糙度小，樹脂粘合研磨工具用于這類磨削中是有優(yōu)勢的。
順便一提，在傳統(tǒng)的樹脂粘合研磨工具中，為了控制由磨削抵抗產生的摩擦熱，有樹脂粘合研磨工具的樹脂結合相中分散著作為填充料的固體潤滑劑，例如hBN，石墨。
例如，圖9所示的樹脂粘合研磨工具1中，金剛石超硬磨料4分散在酚醛樹脂組成的樹脂結合相3中作為磨粒層2；還加入并分散有固體潤滑劑5，如CaF2(氟化鈣)。在用該樹脂粘合研磨工具1磨削時，樹脂結合相3中的固體潤滑劑5，在與樹脂結合相3或超磨粒4一起逐個脫落時起到潤滑劑的作用，使超磨粒4順利地進行磨削，同時還可以抑制磨粒層2和被磨削材料的摩擦熱。
雖然可以加入固體潤滑劑，作為填充料分散在上述結構的樹脂粘合研磨工具中，以減小切削抵抗，但由于樹脂結合相自身容易脆化，且增強磨粒層耐磨性的效果不充分，會發(fā)生研磨工具壽命變短的問題。
本發(fā)明的目的是，提供能增強耐磨性并減小磨削抵抗的樹脂粘合研磨工具。
為達成解決上述課題的目的，本發(fā)明的樹脂粘合研磨工具，其特征在于將無定形碳分散在樹脂粘合研磨工具的前述樹脂結合相中，其中的樹脂粘合研磨工具在樹脂結合相中分散有超磨粒。在上述結構的樹脂粘合研磨工具中，無定形碳(以下同玻璃化碳黑)的特性為彎曲強度約為16kg/mm2，其值為石墨(結晶碳)約5倍大；壓縮強度約為120kg/mm2，其值比石墨約20倍大；彈性模量約為石墨的3倍；肖氏硬度Hs約為110，其值約為石墨的3倍。在此，樹脂粘合研磨工具的結合相，由例如酚醛樹脂制成，酚醛樹脂的彈性模量約為7×102kg/mm2，將無定形碳加入并分散在樹脂粘合研磨工具的樹脂結合相中，可以提高樹脂粘合研磨工具的磨粒層的彈性模量比率。
由此，磨粒層的壓縮剛性增加，由磨削加工時的磨削抵抗，磨粒層可以發(fā)生壓縮變形；即使是從磨粒層表面凸出，且作為樹脂粘合研磨工具的刀刃的超硬磨料承受磨削抵抗的情況下，可以防止超磨粒被埋入到樹脂結合相中，夾持超磨粒的磨粒層的機械強度也能提高。再者，分散于樹脂結合相中的無定形碳作為潤滑劑，可以減小和被磨削材料之間的磨削抵抗，可以控制磨削熱的產生，另外，例如可以更有效地控制樹脂粘合研磨工具的變形或者該工具的不均勻磨損，因為與如石墨之類的固體潤滑劑相比，無定形碳的硬度、壓縮強度及彎曲強度較大。
再者，本發(fā)明的樹脂粘合研磨工具，其特征在于上述無定形碳為球狀。上述樹脂粘合研磨工具，能夠用球狀的無定形碳來增加樹脂結合相的壓縮強度，能夠緩和磨削時作用到磨粒層上的壓力。
另外，由于磨削層表面上露出的球狀無定形碳與被磨削材料表面為點接觸，所以即使發(fā)生與被磨削材料的摩擦，摩擦抵抗也很小且摩擦熱的產生被抑制到很小。另外，如果將球狀無定形碳夾持在磨粒層表面的樹脂結合相磨損，且球狀無定形碳整個體積的大約一半從磨粒層的表面凸出，該無定形碳將會從磨粒層的表面脫落，曾經夾持無定形碳的位置將形成容屑槽。將此與例如外表上凹凸不平的不定形狀無定形碳比較，因為無定形碳為球形，樹脂結合相的夾持力下降且促進了從樹脂結合相中的脫落。由于磨削時導入了研磨液或研磨廢屑進入到所形成的容屑槽中，因而切屑排出性能增加。
另一方面，由于無定形碳為球狀，同不定形狀類型相比有更高的壓縮強度，可以控制磨削負荷及因磨削產生的變形；或者可以有效地防止存在于外表面的超磨粒埋入到樹脂結合相中。再者，在制成磨粒層之時，可以增加原料的流動性和成形性。
再者，本發(fā)明的樹脂粘合研磨工具，其特征在于上述無定形碳為不定形狀。在上述樹脂粘合研磨工具中，特別是在微小的無定形碳分散于樹脂結合相中的情況下，球狀無定形碳有過于容易從樹脂結合相中脫落的情況，可以使用不定形狀無定形碳來增加夾持力。
再者，本發(fā)明的樹脂粘合研磨工具，其特征在于上述不定形狀的無定形碳，由粉碎球狀無定形碳而獲得。在上述樹脂粘合研磨工具中，作為分散配置在樹脂結合相中的潤滑劑，雖然微小的球狀的無定形碳有例如制造困難和易從樹脂結合相中脫落的問題，通過粉碎表1和圖10所示的，平均粒徑約為20～30μm的球狀無定形碳，可以很容易得到有圖7中所示粒度分布圖的不定形狀元定形碳，從而增大樹脂結合相的夾持力，并增強樹脂粘合研磨工具的耐磨性。球狀的無定形碳最為致密，致密微小的不定形狀無定形碳可以通過粉碎球狀無定形碳來獲得。
再者，本發(fā)明的樹脂粘合研磨工具，其特征在于上述不定形狀元定形碳的粒徑為20μm或更小。若在上述樹脂粘合研磨工具中，分散在樹脂結合相中的不定形狀無定形碳的粒徑超過20μm，被磨削材料和樹脂間的接觸長度會增加且磨削抵抗會增加，但將粒徑設定為20μm或更小，無定形碳會被布置在較窄的間距內并且可以控制被磨削材料與樹脂間的接觸，結果減小了磨削抵抗，控制了磨削熱的產生，還增強了樹脂粘合研磨工具的耐磨性。
再者，本發(fā)明的樹脂粘合研磨工具，其特征在于金屬Cu或Ag或Ni或Co或含此類金屬的合金，覆蓋在上述無定形碳的表面。在上述樹脂粘合研磨工具中，被高熱導率金屬覆蓋的無定形碳分散在磨粒層中，結果，磨粒層的熱導率增加，磨削加工時產生的熱能夠從磨粒層快速散發(fā)，且防止了樹脂結合相的劣化。
再者，本發(fā)明的樹脂粘合研磨工具，其特征在于上述無定形碳對除超磨粒外上述樹脂結合相的體積比為5-60％(體積百分比)。在上述樹脂粘合研磨工具中，若無定形碳的數(shù)量少于5％(體積百分比)，基于磨削抵抗的減小來控制磨削熱的產生，以及增強磨粒層耐磨性，就會收效甚微；相反在體積超過60％(體積百分比)的情況下，由于磨粒層中樹脂結合相所占比例將會下降，磨粒層的強度下降且磨粒層的耐磨性也下降，經濟效率降低。
再者，本發(fā)明的樹脂粘合研磨工具，其特征在于無定形碳的硬度為肖氏硬度Hs=100～120。在上述樹脂粘合研磨工具中，無定形碳用在500℃～3000℃溫度下焙燒苯酚甲醛樹脂制成，但如果在低于600℃下焙燒，肖氏硬度會小于100，由于無定形碳硬度小，所以不能控制樹脂粘合研磨工具的變形和不均勻磨損；同樣地因為潤滑性低，不能由和被磨削材料之間磨削抵抗的降低來控制磨削熱的產生。另一方面，高溫下焙燒而成的無定形碳硬度高，并且潤滑性優(yōu)良。
再者，本發(fā)明的樹脂粘合研磨工具，其特征在于在上述樹脂結合相中有至少一種以上的耐磨性填充料。在上述樹脂粘合研磨工具中，還分散有硬質耐磨性填充料，結果磨粒層強度增加，磨損減小；在樹脂粘合研磨工具中，分散有無定形碳，結果無需降低磨削比就可以減小磨削抵抗。
再者，本發(fā)明的樹脂粘合研磨工具，其特征在于上述耐磨性填充料包含至少一種以上的SiC、SiO2、Ag、Cu、Ni。在上述樹脂粘合研磨工具中，因為包含了至少一種以上的SiC、SiO2、Ag、Cu、Ni作為耐磨性填充料，所以大大抑制了磨粒層的磨損，并有助于延長研磨工具的壽命。
再者，本發(fā)明的樹脂粘合研磨工具，其特征在于至少一種以上的潤滑性填充料分散在樹脂結合相中。在上述樹脂粘合研磨工具中，由于分散有潤滑性填充料，所以減小了磨削抵抗；樹脂粘合研磨工具有足夠的鋒利度，所以在磨削時超磨粒對被磨削材料的磨削能順利進行，而通過將無定形碳分散到這樣的樹脂粘合研磨工具中，可以不用增加磨削抵抗就能提高磨削比。
再者，本發(fā)明的樹脂粘合研磨工具，其特征在于上述潤滑性填充料包含至少一種以上的石墨、hBN、氟化乙烯樹脂。在上述樹脂粘合研磨工具中，由于至少有一種以上的石墨、hBN、氟化乙烯樹脂作為潤滑性填充料，所以大大減小了磨削抵抗，且可以獲得鋒利度優(yōu)良的、能順利進行被磨削材料的磨削的，樹脂粘合研磨工具。
再者，本發(fā)明的樹脂粘合研磨工具，其特征在于樹脂結合相中包含5-40％(體積百分比)的氣孔。在樹脂粘合研磨工具中，氣孔的作用有諸如在磨粒層表面上導入研磨液，改善切屑的排出性能，防止與被磨削材料的凝集；結果，通過氣孔與無定形碳的協(xié)同作用，大大減小了磨削抵抗，且改善被磨削材料的磨削面表面粗糙度效果顯著。在此，若氣孔的體積小于5％(體積百分比)，上述作用不明顯；在氣孔體積超過40％(體積百分比)的情況下，磨粒層的強度將會降低。
再者，本發(fā)明的樹脂粘合研磨工具，其特征在于中空玻璃分散于樹脂結合相中。在此結構中，在磨削時，從磨粒層表面露出的中空玻璃因與被磨削材料接觸而破壞，結果形成容屑槽，提高了切屑的排出性能；另外，因加入中空玻璃而減小的磨粒層強度，可以通過同時加入無定形碳來增大，使獲得鋒利度優(yōu)良的樹脂粘合研磨工具成為可能。此外，除中空玻璃外，在潤滑性填充料分散在樹脂結合相中的情況下，雖然有這樣的情形，強度減小到磨粒層強度極低并在實際中不能應用的程度，但是，例如將部分潤滑性填充料如石墨換成無定形碳，就能夠增加磨粒層的強度，尤其是壓縮強度，且能夠獲得鋒利度優(yōu)良的樹脂粘合研磨工具。
表1所示為球狀無定形碳的粒度分布表。
表2所示為不定形狀無定形碳的粒度分布表。
圖1所示為主要部分放大剖面圖，展示與本發(fā)明有關的樹脂粘合研磨工具實施例之一。
圖2所示為杯狀研磨工具的部分剖面圖，其中在基座上裝有圖1所示的磨粒層。
圖3所示為無定形碳剖面圖，無定形碳有如圖1所示的金屬被覆層。
圖4所示為主要部分放大剖面圖，展示本實施例中樹脂粘合研磨工具的第一變形例。
圖5所示為主要部分放大剖面圖，展示本實施例中樹脂粘合研磨工具的第二變形例。
圖6所示為組成圖5所示填充料的不定形狀無定形碳的粒度分布圖。
圖7所示為以本發(fā)明實施例及比較例1、2、3為例的樹脂粘合研磨工具的磨損比率。
圖8所示為以本發(fā)明實施例及比較例1、4為例的樹脂粘合研磨工具的磨損比率。
圖9所示為已有的樹脂粘合研磨工具的剖面圖。
圖10所示為基于已有技術的例證之一，作為樹脂粘合研磨工具的填充料使用的，球狀無定形碳的粒度分布圖。
符號說明10、20、30樹脂粘合研磨工具11、21、31磨粒層14樹脂結合相15超磨粒16耐磨性填充料17中空玻璃18金屬被覆層19無定形碳22潤滑性填充料36填充料以下所述參照本發(fā)明中樹脂粘合研磨工具實施例的有關附圖。
圖1所示為與本發(fā)明有關的樹脂粘合研磨工具10實施例之一的主要部分放大剖面圖；圖2所示為杯狀研磨工具12的部分剖面圖，其中在基座上裝有圖1所示的磨粒層11。圖3所示為無定形碳剖面圖，如圖1所示的無定形碳19有金屬被覆層18。
根據(jù)本發(fā)明中的實施例，樹脂粘合研磨工具10，例如，可作硬脆性材料鏡面磨削用研磨工具；如圖2所示例子中，磨粒層可以裝在杯狀研磨工具12的大致為環(huán)形的基座13的頂部；研磨工具可以只由磨粒層11結合而成，而無需設置基座13。
如圖1所示磨粒層11裝備有樹脂結合相14和金剛石超磨粒15，樹脂結合相14由諸如酚醛樹脂等的熱硬化性樹脂組成，金剛石超磨粒15(或CBN等)分散在該樹脂結合相14中。
另外，耐磨性填充料16、中空玻璃17及有金屬被覆層18的無定形碳19，各自分散在樹脂結合相14中。雖然對耐磨性填充料16沒有特別限定，但最好是由至少一種以上的SiC，SiO2，Ag，Cu，Ni硬質填充料組成，例如設定為SiC。如圖3所示，無定形碳19外表面有金屬被覆層18，金屬被覆層18由Cu，Ag，Ni，Co中的任一種或含此類金屬的合金的金屬組成，例如為Cu。假設無定形碳19，例如，為球狀，雖然對粒徑沒有特別限定，但粒徑最好設定在超磨粒15粒徑的1/10～2倍范圍內。
在此，如果無定形碳19的粒徑小于超磨粒15粒徑的1/10，減小磨削抵抗和控制磨削熱產生以及增強耐磨性，就會收效甚微；相反地，如果其粒徑大于超磨粒15粒徑的2倍，無定形碳19的分散間距將會擴大，被磨削材料和樹脂結合相14的接觸長度將增加，并帶來磨削抵抗的增大。無定形碳19的總量為除去磨粒層11的超磨粒15，對樹脂結合相14體積比的5～60％(體積百分比)。
在此，若無定形碳19的數(shù)量少于5％(體積百分比)，因含有無定形碳19而產生的效果，例如磨削熱的減少及耐磨性的增強，就不能充分體現(xiàn)。此外，若無定形碳19的數(shù)量超過60％(體積百分比)，磨粒層11中樹脂結合相14所占比例將會下降，結果磨粒層11的強度大幅度下降且磨粒層11的耐磨性下降。
再者，無定形碳19的肖氏硬度設定為Hs=100～120，若肖氏硬度小于100，因為無定形碳19的硬度小，就不能控制樹脂粘合研磨工具10的變形和不均勻磨損；另外因為潤滑性低，以減小和被磨削材料間的磨削抵抗來減少磨削熱的產生，就不能被控制。另外，雖然無定形碳19通過在500℃～3000℃溫度下焙燒苯酚甲醛樹脂制成，但如果焙燒溫度低于600℃，肖氏硬度會小于100，無定形碳19在越高的溫度下燒成，就有越高的硬度，且潤滑性優(yōu)良；最好焙燒溫度高于700℃，在此情況下，則可能獲得肖氏硬度在100～120之間的無定形碳19。
因而，在本實施例的樹脂粘合研磨工具10中，能夠控制磨削加工時加工面與磨粒層11之間的摩擦抵抗，且能夠確保樹脂結合相14對被磨削材料的潤滑性，并能夠控制磨削熱的增加，也能增強磨粒層11的耐磨性。無定形碳19比形成樹脂結合相14的材料如酚醛樹脂有更高的彈性模量，因而可以增加磨粒層11的彈性模量，也可以增加磨粒層11的壓縮剛性，并增加夾持超磨粒15的磨粒層14的機械強度。
因為無定形碳19為球狀，可緩和作用到磨粒層11上的壓力。再者，加之無定形碳19起潤滑劑的作用，減小被磨削材料之間的磨削抵抗，結果控制了磨削熱的產生，例如，因其硬度及壓縮強度、抗彎強度等比諸如石墨等的固體潤滑劑高，所以可有效地控制樹脂粘合研磨工具10的變形及不均勻磨損。由于從磨粒層11表面露出的球狀無定形碳19與被磨削材料的磨削面進行點接觸，即使發(fā)生與被磨削材料的摩擦，摩擦抵抗也很小且摩擦熱的產生也被抑制到很小。此外，譬如與外表面凹凸不平的不定形狀類型潤滑劑相比，樹脂結合相14產生的對球狀無定形碳的夾持力下降，結果促進了其從樹脂結合相14中的脫落，形成容屑槽14a，切屑排出性能增強。再者，被有高熱導率的Cu等金屬覆蓋的無定形碳19分散在磨粒層11中，能夠提高磨粒層的熱導率，能使磨削加工時產生的磨削熱從磨粒層11中迅速發(fā)散，能夠防止樹脂結合相14的熱劣化。另外，由于無定形碳19的總量范圍為除去磨粒層11的超磨粒15，樹脂結合相14體積比的5～60％(體積百分比)，因而可以防止在不足5％(體積百分比)的情況下，減少磨削熱和增強耐磨性的效果不充分；以及防止在超過60％(體積百分比)的情況下，磨粒層11的強度大幅度下降從而磨粒層11的耐磨性下降，這類缺陷的發(fā)生。再者，由于無定形碳19的肖氏硬度Hs設定為Hs=100～120，所以能夠防止在低于肖氏硬度100的情況下，樹脂粘合研磨工具10的變形和不均勻磨損，也能控制和被磨削材料之間磨削熱的產生。再者，因為硬質耐磨性填充料16加入到樹脂結合相14中，磨粒層11的磨損減小，研磨工具的壽命加長，在此情況下對無定形碳19進行分散，無需降低磨削比也能減小磨削抵抗。
另外在本實施例中，耐磨性填充料16分散在樹脂結合相14中，但不限于此，如圖4所示，為關于本實施例第一變形例的樹脂粘合研磨工具20的主要部分放大剖面圖，潤滑性填充料22、中空玻璃17及有金屬被覆層18的無定形碳19可以分別地分散在樹脂結合相14中。在此，雖然對潤滑性填充料22沒有特別限定，但最好能有一種以上諸如石墨，hBN，氟化乙烯樹脂之類的填充料，例如石墨。在這種情況下，因潤滑性填充料22分散在樹脂結合相14中，使磨削抵抗減??；且樹脂粘合研磨工具20鋒利度優(yōu)良，使在磨削時超磨粒15對被磨削材料的磨削順利進行。另外，由于還加入了無定形碳19，不用增加磨削抵抗也能提高磨削比。
加之，基于中空玻璃17的損壞在磨粒層21表面上形成了容屑槽，使切屑排出性能加強；因加入中空玻璃17而減小的磨粒層21的強度可通過無定形碳19來增大；結果使獲得鋒利度優(yōu)良的樹脂粘合研磨工具20成為可能，且改善了研磨工具的強度，尤其是壓縮強度。再有，在上述實施例中，雖然中空玻璃17及耐磨性填充料16，或潤滑性填充料22分散于樹脂結合相14中，但不限于此，中空玻璃17及耐磨性填充料16及潤滑性填充料22可以被省略。
再者，在此實施例中，雖然在無定形碳19表面構造成有金屬被覆層18，但不限于此，金屬被覆層18可以省略。另外，在此實施例中，雖然中空玻璃17分散于樹脂結合相14中，但不限于此，作為中空玻璃的代用，可以包含5-40％(體積百分比)的氣孔。在這種情況下，能增加磨粒層11，21的彈性，且對被磨削材料表面粗糙度的改善有顯著效果。在此，若氣孔少于5％(體積百分比)上述效果不甚微，反之，在超過40％(體積百分比)的情況下，磨粒層的強度將會下降。
下面，將對本發(fā)明及已有技術的一例中的各樹脂粘合研磨工具的磨削抵抗及磨削比的測定結果進行說明。首先，金剛石超磨粒15分散在樹脂結合相14中，樹脂結合相14由諸如酚醛樹脂之類的熱硬化樹脂組成。該研磨工具稱做第一比較例。無定形碳19分散在第一比較例樹脂粘合研磨工具的樹脂結合相14中，此謂樹脂粘合研磨工具的第一實施例。第一實施例的切削抵抗減少到第一比較例的1/2，第一實施例的磨削比比第一比較例的提高50％。
其次，石墨作為潤滑性填充料22分散在第一比較例樹脂粘合研磨工具的樹脂結合相14中，此謂樹脂粘合研磨工具的第二比較例。無定形碳19分散在第二比較例樹脂粘合研磨工具的樹脂結合相14中，此謂樹脂粘合研磨工具的第二實施例。第二實施例的切削抵抗與第二比較例的幾乎相等，第二實施例的磨削比比第二比較例的增加到兩倍。且樹脂粘合研磨工具的形狀保持性增強。再者，中空玻璃17分散在第二比較例樹脂粘合研磨工具的樹脂結合相14中，此謂樹脂粘合研磨工具的第三比較例。分散在第三比較例樹脂粘合研磨工具的樹脂結合相14中的，作為潤滑性填充料22加入的石墨數(shù)量的1/2～3/4用無定形碳19置換，此謂樹脂粘合研磨工具第三實施例。然后，第三比較例中研磨工具強度太小，在實際中沒有應用；但在第三實施例中，能夠增進研磨工具的強度，尤其是壓縮強度，且能夠獲得鋒利度優(yōu)良的樹脂粘合研磨工具。
其次，SiC作為耐磨性填充料16分散在第一比較例樹脂粘合研磨工具的樹脂結合相14中，此謂樹脂粘合研磨工具的第四比較例。無定形碳19分散在第四比較例樹脂粘合研磨工具的樹脂結合相14中，此謂樹脂粘合研磨工具的第四實施例。第四實施例的切削抵抗是第四比較例的1/2，第四實施例的磨削比與第四比較例的幾乎相等。另外，SiC和Cu作為耐磨性填充料16分散在第一比較例樹脂粘合研磨工具的樹脂結合相14中，此謂樹脂粘合研磨工具的第五比較例。無定形碳19分散在第五比較例樹脂粘合研磨工具的樹脂結合相14中，此謂樹脂粘合研磨工具的第五實施例。第五實施例的切削抵抗是第五比較例的2/5，且磨削比幾乎相等。中空玻璃17作為氣孔分散在第四比較例樹脂粘合研磨工具的樹脂結合相14中，此謂樹脂粘合研磨工具的第六比較例。無定形碳19分散在第六比較例樹脂粘合研磨工具的樹脂結合相14中，此謂樹脂粘合研磨工具的第六實施例。第六實施例的切削抵抗是第六比較例的3/5，且磨削比幾乎相等。另外，在制成樹脂結合相14時使用發(fā)泡劑形成氣孔，代替第六實施例樹脂粘合研磨工具中的中空玻璃17，此謂樹脂粘合研磨工具的第七實施例。第七實施例中被磨削材料的磨削面表面粗糙度，比第六實施例中的改善了10％；第七實施例中被磨削材料的磨削面表面粗糙度，比第六比較例中的改善了30％。從以上的結果中，通過無定形碳19在樹脂結合相14中的分散，可以減小切削抵抗，可以無需增加鋒利度優(yōu)良的樹脂粘合研磨工具的磨削抵抗而提高磨削比；另一方面可證實可以無需降低壽命較長的樹脂粘合研磨工具的磨削比而減小磨削抵抗。
下面，將參照


根據(jù)本實施例第二變形例的樹脂粘合研磨工具30。圖5所示為主要部分放大圖，展示根據(jù)本實施例第二變形例的樹脂粘合研磨工具30；圖6所示為，圖5所示填充料的不定形狀無定形碳的粒度分布圖；表2所示為，圖6所示不定形狀無定形碳的粒度分布表。該樹脂粘合研磨工具30，譬如，做成用作硬脆性材料鏡面磨削的杯形研磨工具，磨粒層31由樹脂結合相14、分散在樹脂結合相14中的金剛石(或CBN等)超磨粒15組成，且還有無定形碳作為填充料36分散在樹脂結合相14中。樹脂結合相14中所包含的填充料36，譬如由不定形狀無定形碳組成，不定形狀無定形碳例如，由在實際中粉碎如表1和圖10中所示的，粒徑為20～30μm大致球狀無定形碳來制成。不定形狀無定形碳作為填充料36，其粒徑最好為20μm或更小，其平均粒徑最好為4.0μm。當填充料36的粒徑小于0.1μm時，減小磨削抵抗、控制磨削熱產生及增強耐磨性收效甚微；相反，當填充料36的粒徑超過20μm，無定形碳的分散間距加大，被磨削材料與樹脂間的接觸長度增加，將帶來磨削抵抗的增大。
填充料36的總量為例如除去磨粒層31的超磨粒15，對樹脂結合相14體積比的5-60％(體積百分比)。在此，當填充料36的數(shù)量少于5％(體積百分比)時，包含填充料36的效果，例如以磨削抵抗來減少磨削熱、增強耐磨性，就不能充分體現(xiàn)。另外，若填充料36的數(shù)量超過60％(體積百分比)，樹脂結合相14在磨粒層31中所占的比例就會下降，磨粒層31的強度大幅度下降，磨粒層31的耐磨性下降。
在該樹脂粘合研磨工具30中，不定形狀無定形碳作為填充料36分散在磨粒層31的樹脂結合相14中。該填充料36，譬如，由在實際中粉碎粒徑為20～30μm的大致球狀無定形碳來制成，粒徑最好設定為20μm或更小。因而，和樹脂結合相14的親和力高，磨粒層31中的殘存能高。結果，抑制了磨削加工時加工面與磨粒層31表面的摩擦抵抗，確保了樹脂結合相14對被磨削材料的潤滑性，控制了磨削熱的上升，增強了磨粒層31的耐磨性。無定形碳在球狀時最為致密，致密、微小、不定形狀的無定形碳可通過粉碎球狀無定形碳來獲得。
次之，將說明隨樹脂粘合研磨工具30而來的磨削試驗。在該試驗的樹脂粘合研磨工具30中，酚醛樹脂用作磨粒層11的樹脂結合相14，主要粒徑為3-8μm的金剛石磨粒用作超磨粒分散在樹脂結合相14中。并加入了樹脂結合相14體積比的35％(體積百分比)的填充料36。
在此，在比較例1中，主要粒徑為大約2μm的CaF2作為填充料36，在比較例2中，平均粒徑為大約3μm的hBN作為填充料，在比較例3中，平均粒徑為大約7μm的石墨(結晶碳)作為填充料，在比較例4中，如表1及圖10所示的，平均粒徑為大約20～30μm的球狀無定形碳作為填充料。在實施例中，如表2及圖6所示的，通過粉碎比較例4中球狀無定形碳獲得的，平均粒徑為20μm或更小的不定形狀無定形碳作為填充料。在磨削實驗中，測量了關于比較例1、2、3、4及實施例中，樹脂粘合研磨工具30在進行硅晶片的鏡面磨削時的磨損量。測量結果如圖7及圖8所示。另外在圖7和圖8中的測量結果，將比較例1的CaF2的磨損量作為1，顯示了比較例2、3、4及實施例中相對CaF2的磨損量的比率。從圖7所示的結果中，通過與CaF2，hBN，石墨(結晶碳)用作潤滑劑的情況比較，樹脂粘合研磨工具30的耐磨性可以通過使用不定形狀無定形碳來增強。再者，從圖8所示的結果中，通過與平均粒徑為20～30μm的球狀無定形碳作固體潤滑劑的情況比較，樹脂粘合研磨工具30的耐磨性可以通過使用不定形狀無定形碳來增強，不定形狀無定形碳的平均粒徑為20μm或更小，通過粉碎球狀無定形碳來獲得。另外，在上述的說明中，實施例展示的與本發(fā)明有關的樹脂粘合研磨工具10、20、30用于鏡面磨削，但不限于此，樹脂粘合研磨工具10、20、30還可適用于其它種類的磨削。
表1球狀無定形炭的粒度分布
表2不定形狀無定形炭的粒度分布
權利要求
1．樹脂粘合研磨工具，其特征在于超磨粒和無定形碳分散于樹脂結合相中。
2．權利要求1的樹脂粘合研磨工具，其特征在于無定形碳為球狀。
3．權利要求1的樹脂粘合研磨工具，其特征在于無定形碳為不定形狀。
4．權利要求3的樹脂粘合研磨工具，其特征在于不定形狀無定形碳由球狀無定形碳粉碎而成。
5．權利要求3或權利要求4的樹脂粘合研磨工具，其特征在于不定形狀無定形碳的粒徑為20μm或更小。
6．權利要求1到權利要求5的樹脂粘合研磨工具，其特征在于Cu、Ag、Ni、Co或此類金屬的合金中的任一種，覆蓋在無定形碳的表面。
7．權利要求1到權利要求6的樹脂粘合研磨工具，其特征在于無定形碳，包含除超磨粒外的樹脂結合相體積比中的5-60％體積百分比。
8．權利要求1到權利要求7的樹脂粘合研磨工具，其特征在于無定形碳的硬度為肖氏硬度Hs=100～120。
9．權利要求1到權利要求8的樹脂粘合研磨工具，其特征在于至少一種以上的耐磨性填充料分散于樹脂結合相中。
10．權利要求9的樹脂粘合研磨工具，其特征在于耐磨性填充料為，至少一種以上的SiC、SiO2、Ag、Cu、Ni。
11．權利要求1到權利要求8的樹脂粘合研磨工具，其特征在于至少一種以上的潤滑性填充料分散于樹脂結合相中。
12．權利要求11的樹脂粘合研磨工具，其特征在于潤滑性填充料為，至少一種以上的石墨、hBN、氟化乙烯樹脂。
13．權利要求1到權利要求12的樹脂粘合研磨工具，其特征在于樹脂結合相中包含5-40％體積百分比的氣孔。
14．權利要求1到權利要求12的樹脂粘合研磨工具，其特征在于中空玻璃分散于樹脂結合相中。
全文摘要
包含如酚樹脂等熱硬化性樹脂的樹脂結合相,及分散于該樹脂結合相中的金剛石(或CBN等)超磨粒,組成樹脂粘合研磨工具的磨粒層。耐磨填充料分散在樹脂結合相中,其包含例如SiC作為硬質填充料,以及中空玻璃、以及有金屬被覆層的無定形炭。無定形炭制成球狀,其表面設有像高熱導率金屬例如Cu組成的金屬被覆層。
文檔編號B24D3/28GK1284531SQ0012418
公開日2001年2月21日 申請日期2000年8月17日 優(yōu)先權日1999年8月17日
發(fā)明者高橋務, 高野俊行, 中村正人 申請人:三菱綜合材料株式會社