專利名稱：具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒的制作方法
具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒
背景技術(shù)：
磨粒和由磨粒制造的磨料制品可用于在產(chǎn)品制造過程中研磨、整理或磨削多種材料和表面。因此，一直存在對磨粒和/或磨料制品的成本、性能或壽命進行改善的需求。三角形磨粒和采用三角形磨粒制造的磨料制品在以下美國專利中有所公開 5，201，916 (授予 Berg) ；5，366，523 (授予 Rowenhorst)；和 5，984，988 (授予 Berg)。在一個實施例中，該磨粒的形狀包括等邊三角形。三角形磨?？捎糜诰哂性龃蟮那邢魉俾实哪チ现破贰?br>
發(fā)明內(nèi)容
成形磨粒通?？删哂袃?yōu)于隨機粉碎的磨粒的性能。通過控制磨粒的形狀，可以控制磨料制品的所得性能。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，通過制備具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒，使其具有介于約95度至約130度之間的拔模角，可獲得若干意想不到的益處。首先，具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒往往會以與側(cè)壁的拔模角相對應(yīng)的角度擱置在涂附磨料制品的底膠層上。據(jù)信非90度的拔模角會導(dǎo)致成形磨粒傾斜，而不是相對于涂附磨料制品中的背襯具有90度的取向，因為涂附磨料中成形磨粒擱置的側(cè)壁由于拔模角而傾斜。因為成形磨粒大多由于其擱置的成角度的側(cè)壁而翻轉(zhuǎn)或傾向于一側(cè)，所以它們相對于背襯的取向角可為小于90度，從而提高切削速率。其次，具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒對于成形磨粒的不同側(cè)壁可具有不同的拔模角。 例如，等邊三角形可具有成第一拔模角的第一側(cè)壁，成第二拔模角的第二側(cè)壁，成第三拔模角的第三側(cè)壁，其中第一拔模角、第二拔模角、和第三拔模角均不相同。由具有三個不同側(cè)壁角的成形磨粒制得的所得涂附磨料制品將趨于具有均勻分布的粒子位于三個側(cè)壁的每一個上。因此，涂附磨料制品中成形磨粒的頂端到背襯將趨于具有三個不同高度。以最大拔模角接觸底膠層的側(cè)壁將具有最低的頂端高度，具有中間拔模角的側(cè)壁將具有中間頂端高度，而具有最小拔模角的側(cè)壁將具有最高的頂端高度。因此，該涂附磨料制品將擁有的成形磨粒具有相對于背襯的三個不同取向角和三個不同的頂端高度。據(jù)信，伴隨因成形磨粒的未使用較短頂端在成形磨粒的較高頂端趨于磨損后開始接觸工件而致使磨料制品逐漸磨損，此類涂附磨料制品將具有更均勻的切削性能。從而在一個實施例中，本發(fā)明存在于包括成形磨粒的磨粒中，該成形磨粒各自具有傾斜側(cè)壁，成形磨粒中的每一粒都包含α-氧化鋁，并且具有第一面和第二面，所述第一面和所述第二面由厚度t分隔。該成形磨粒還具有介于第二面和傾斜側(cè)壁之間的拔模角 α，并且該拔模角α為介于約95度至約130度之間、或該傾斜側(cè)壁具有介于第一面和第二面之間的半徑R，并且該半徑R為介于厚度t的約0. 5倍至約2倍之間。


本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā)明的討論僅是針對示例性實施例的描述， 其并不旨在限制本發(fā)明的更廣泛的方面，其中更廣泛的方面體現(xiàn)在示例性構(gòu)造中。
圖IA示出成形磨粒的一個實施例的俯視圖。圖IB示出圖IA所示成形磨粒的側(cè)視圖。圖IC示出由圖IA所示成形磨粒制成的涂附磨料制品的側(cè)視圖。圖2示出成形磨粒的顯微照片。圖3示出由圖2所示成形磨粒制成的涂附磨料制品的頂面顯微照片。圖4A示出成形磨粒的另一個實施例的俯視圖。圖4B示出圖4A所示成形磨粒的側(cè)視圖。圖4C示出由圖4A所示成形磨粒制成的涂附磨料制品的側(cè)視圖。圖5A示出成形磨粒的另一個實施例的俯視圖。圖5B示出圖5A所示成形磨粒的側(cè)視圖。圖5C示出由圖5A所示成形磨粒制成的涂附磨料制品的側(cè)視圖。圖6示出具有不同拔模角的成形磨粒的切削速率與時間的關(guān)系曲線圖。圖7示出具有不同拔模角的成形磨粒的總切削量與時間的關(guān)系曲線圖。圖8示出根據(jù)美國專利No. 5，366，523制備的現(xiàn)有技術(shù)磨粒的顯微照片。圖9示出圖8所示現(xiàn)有技術(shù)磨粒的橫截面顯微照片。圖10示出圖8所示現(xiàn)有技術(shù)磨粒的橫截面顯微照片。圖11示出具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒的橫截面顯微照片。在說明書和附圖中重復(fù)使用的引用字符旨在表示本發(fā)明相同或類似的部件或元件。^X如本文所用，詞語“包含”、“具有”和“包括”在法律上是具有等同含義的開放型術(shù)語。因此，除了列舉的元件、功能、步驟或限制之外，還可以有其它未列舉的元件、功能、步驟或限制。如本文所用，術(shù)語“磨料分散體”意指可轉(zhuǎn)化為引入模具腔體中的α-氧化鋁的 α-氧化鋁前體。該組合物稱為磨料分散體，直到移除足量的揮發(fā)性組分使磨料分散體凝固為止。如本文所用，術(shù)語“成形磨粒前體”意指通過從磨料分散體(當(dāng)其位于模具腔體中時)移除足量的揮發(fā)性組分以形成凝固體的方式所產(chǎn)生的未燒結(jié)粒子，該凝固體可從模具腔體移除，并且在后續(xù)處理操作中基本上保持其模制形狀。如本文所用，術(shù)語“成形磨?！币庵改チ５闹辽僖徊糠志哂蓄A(yù)定形狀的陶瓷磨粒， 該預(yù)定形狀由用于形成成形磨粒前體的模具腔體復(fù)制而成。與研磨碎片的情況(如美國臨時申請61/016965中所述)不同，成形磨粒一般都具有預(yù)定的幾何形狀，其基本上復(fù)制用于形成成形磨粒的模具腔體的形狀。如本文所用的成形磨粒不包括通過機械粉碎操作獲得的磨粒。
具體實施例方式具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒參見圖1Α、圖1Β、和圖1C，該圖示出具有傾斜側(cè)壁22的示例性成形磨粒20。制備具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20的材料包含α -氧化鋁。α -氧化鋁粒子可由氧化鋁一水合物的分散體制成，如本文隨后所討論，該分散體被膠凝、模制成形、干燥定形、煅燒，再進行燒結(jié)。成形磨粒的形狀得以保持，而無需粘結(jié)劑以在粘結(jié)劑中形成包括磨粒(隨后形成為成形結(jié)構(gòu))的團聚物。通常，具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20包括薄主體，該薄主體具有第一面M和第二面沈，并且厚度為t。第一面M和第二面沈通過至少一個傾斜側(cè)壁22彼此連接。在一些實施例中，可存在不止一個傾斜側(cè)壁22，并且每一個傾斜側(cè)壁22的傾斜度或角度都可以與圖IA所示相同或與圖4A所示不同。在一些實施例中，第一面M基本上為平面，第二面沈基本上為平面，或兩面均基本上為平面?；蛘?，該面可為凹面或凸面，如提交于2008年12月17日的名稱為 "Dish-Shaped Abrasive Particles With A Recessed Surface”(帶凹面的碟形磨粒)的共同待審的美國專利申請No. 12/336，961(代理人檔案號64716US002)中詳細(xì)所述。另外，可存在穿過表面的開口或孔，如提交于2008年12月17日的名稱為"Siaped Abrasive Particles With An Opening”(帶開口的成形磨粒)的共同待審的美國專利申請No. 12/337，112(代理人檔案號64765US002)中詳細(xì)所述。在一個實施例中，第一面對和第二面沈基本上彼此平行。在其它實施例中，第一面M和第二面沈可以不平行，使得一個面相對于另一個面傾斜，并且與每一個面相切的假想線都將相交于一點。具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20的傾斜側(cè)壁22可以是變化的，并且其一般形成第一面對和第二面沈的周邊四。在一個實施例中，第一面對和第二面沈的周邊四選擇為具有幾何形狀，并且第一面M和第二面沈選擇為具有相同的幾何形狀，盡管它們的尺寸可不同，即一個面的尺寸大于另一個面的尺寸。在一個實施例中，第一面M 的周邊四和第二面沈的周邊四為所示出的三角形。參見圖IB和圖1C，可以改變介于成形磨粒20的第二面沈和傾斜側(cè)壁22之間的拔模角α，以改變每一個面的相對尺寸。在本發(fā)明的各種實施例中，拔模角α可為介于大約95度至大約130度之間、或介于約95度至約125度之間、或介于約95度至約120度之間、或介于約95度至約115度之間、或介于約95度至約110度之間、或介于約95度至約 105度之間、或介于約95度至約100度之間。如實例中將要示出，已發(fā)現(xiàn)拔模角α的具體范圍可出人意料地增加由具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒制成的涂附磨料制品的磨削性能。現(xiàn)在參見圖1C，該圖示出涂附磨料制品40，所示涂附磨料制品背襯42的第一主表面41由磨料層覆蓋。磨料層包括底膠層44、通過底膠層44附接到背襯42的多個具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20。涂覆復(fù)膠層46，以進一步將具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20附接或粘附到背襯42。如圖所示，多數(shù)具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20向一側(cè)翻轉(zhuǎn)或傾斜。這導(dǎo)致多數(shù)具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20相對于背襯42的第一主表面41具有小于90度的取向角 β。該結(jié)果出人意料，因為涂覆具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒的靜電涂覆法在首次將粒子涂覆到背襯時，往往使粒子最初具有90度的取向角β。靜電場將粒子涂覆到位于具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒上的背襯時，趨于垂直排列粒子。此外，靜電場趨向于加速并驅(qū)使粒子以90度取向進入底膠層中。在該料片翻轉(zhuǎn)后的某個時間點，在涂覆復(fù)膠層46之前或之后，粒子在重力或底膠層和/或復(fù)膠層的表面張力下趨于傾斜并逐漸擱置在傾斜側(cè)壁22上。據(jù)信在制備涂附磨料制品的過程中，在底膠層和復(fù)膠層固化和變硬從而妨礙任何進一步旋轉(zhuǎn)前，存在足夠長的時間用于成形磨粒傾斜和通過傾斜側(cè)壁22附接到底膠層。如圖所示，一旦涂覆具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒并使其傾斜，成形磨粒的尖端48 —般就具有相同的高度h。為進一步優(yōu)化傾斜取向，將具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒涂覆到疏涂層磨料層中的背襯中。密涂層磨料層定義為可在單次穿過制備機時涂覆到磨料制品底膠層的最大重量的磨?；蚰チ９不煳铩Ｊ柰繉邮且欢康哪チ；蚰チ９不煳?，其重量為小于可涂覆到涂附磨料制品底膠層的最大重量(以克為單位)。疏涂層磨料層將導(dǎo)致底膠層中磨粒的覆蓋百分比小于100%，從而如圖3最佳示出的在粒子之間留下開放區(qū)域和可見樹脂層。在本發(fā)明的各種實施例中，磨料層中的開放區(qū)域百分比可為介于約10%至約90%之間或介于約30%至約80%之間。據(jù)信如果將太多的具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒涂覆到背襯，粒子之間將出現(xiàn)空間不足，以允許粒子在固化底膠層和復(fù)膠層之前傾斜或翻轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的各種實施例中，具有疏涂層磨料層的涂附磨料制品中大于50% AO^JO^^SO^、或90%的成形磨粒是翻轉(zhuǎn)或傾斜的，取向角β為小于90度。不期望受理論約束，據(jù)信小于90度的取向角β導(dǎo)致具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒的切削性能。令人意外的是，此效果的產(chǎn)生與成形磨粒在涂附磨料制品內(nèi)繞Z軸的旋轉(zhuǎn)取向無關(guān)。雖然圖IC理想地示出了以相同方向排列的所有粒子，但實際的涂覆磨盤將具有如圖 3最佳示出的隨機分布和旋轉(zhuǎn)的粒子。因為磨盤是旋轉(zhuǎn)的并且成形磨粒是隨機分布的，一些成形磨粒將以小于90度的取向角β被驅(qū)動到工件中，工件最初擊打第二面沈，同時相鄰的成形磨粒將剛好旋轉(zhuǎn)180度使工件擊打成形磨粒的背面以及第一面24。伴隨粒子的隨機分布和磨盤的旋轉(zhuǎn)，少于一半的成形磨?？墒构ぜ畛鯎舸虻诙?6而非第一面24。然而， 對于具有限定旋轉(zhuǎn)方向和限定與工件的接觸點的磨料帶，可將具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒排列在該帶上，以確保每一粒成形磨粒都以小于90度的取向角β運行并且工件首先如圖IC 的理想化所示被驅(qū)動到第二面沈內(nèi)。在本發(fā)明的各種實施例中，涂附磨料制品的磨料層中至少多數(shù)具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒的取向角β可為介于約50度至約85度之間、或介于約 55度至約85度之間、或介于約60度至約85度之間、或介于約65度至約85度之間、或介于約70度至約85度之間、或介于約75度至約85度之間、或介于約80度至約85度之間?，F(xiàn)在參見圖2和圖3，該圖示出具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20的顯微照片。在圖 3中，拔模角α為大約120度，并且該成形磨粒包括等邊三角形。在較大的第一面對的周邊處測得每一個三角形的邊長都為大約1.6mm。成形磨粒的厚度為大約0.38mm。由圖2所示成形磨粒制得的涂覆磨盤的表面示于圖3中。如圖所示，多數(shù)成形磨粒擱置在傾斜側(cè)壁之一上的底膠層中。在圖3中的涂附磨料制品的磨料層中，多數(shù)具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒的取向角β為大約60度。參見圖4A-C，該圖示出具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20的第二實施例。制備具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20的材料包含α -氧化鋁。α -氧化鋁粒子可由氧化鋁一水合物的分散體制成，如本文隨后所討論，該分散體被膠凝、模制成形、干燥定形、煅燒，再進行燒結(jié)。成形磨粒的形狀得以保持，而無需粘結(jié)劑以在粘結(jié)劑中形成包括磨粒(隨后形成為成形結(jié)構(gòu))的團聚物。通常，具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20包括薄主體，該薄主體具有第一面M和第二面沈，并且厚度為t。第一面M和第二面沈通過具有第一拔模角52的至少第一傾斜側(cè)壁50以及通過具有第二拔模角56 (選擇為與第一拔模角不同的值)的第二傾斜側(cè)壁M彼此連接。在圖示實施例中，第一面和第二面還通過具有第三拔模角60(與另外兩個拔模角的值均不同)的第三傾斜側(cè)壁58連接。在圖示實施例中，第一拔模角、第二拔模角、和第三拔模角的值均互不相同。例如， 第一拔模角52可以是120度，第二拔模角56可以是110度，第三拔模角60可以是100度。 如圖4C所示，由具有三個不同拔模角的成形磨粒制得的所得涂附磨料制品40中位于三個不同傾斜側(cè)壁中的每一個上的成形磨粒將趨于均勻分布。因此，涂附磨料制品中成形磨粒的頂端48到背襯將趨于具有三個不同高度。以最大拔模角與底膠層接觸的第一傾斜側(cè)壁 50將具有最低的頂端高度hi，采用中值拔模角的第二傾斜側(cè)壁M將具有中值頂端高度h2， 具有最小拔模角的第三傾斜側(cè)壁58將具有最高的頂端高度h3。因此，涂附磨料制品將擁有相對于背襯具有三個不同取向角β和三個不同頂端高度的成形磨粒。據(jù)信，伴隨因成形磨粒的未使用較短頂端在成形磨粒的較高頂端趨于磨損和鈍化后開始接觸工件而致使磨料制品逐漸磨損，此類涂附磨料制品將具有更均勻的切削性能。在一些實施例中，第一面M基本上為平面，第二面沈基本上為平面，或兩面均基本上為平面?；蛘?，該面可為凹面或凸面，如提交于2008年12月17日的名稱為 "Dish-Shaped Abrasive Particles With A Recessed Surface”(帶凹面的碟形磨粒)的共同待審的美國專利申請No. 12/336，961(代理人檔案號64716US002)中詳細(xì)所述。另外，可存在穿過表面的開口或孔，如提交于2008年12月17日的名稱為"Siaped Abrasive Particles With An Opening”(帶開口的成形磨粒)的共同待審的美國專利申請No. 12/337，112(代理人檔案號64765US002)中詳細(xì)所述。在一個實施例中，第一面對和第二面沈基本上彼此平行。在其它實施例中，第一面M和第二面沈可以不平行，使得一個面相對于另一個面傾斜，并且與每一個面相切的假想線都將相交于一點。具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20的第一傾斜側(cè)壁、第二傾斜側(cè)壁、和第三傾斜側(cè)壁可以是變化的，并且它們一般形成第一面M和第二面26的周邊四。在一個實施例中，第一面M和第二面沈的周邊四選擇為具有幾何形狀，并且第一面M和第二面 26選擇為具有相同的幾何形狀，盡管它們的尺寸可不同，即一個面的尺寸大于另一個面的尺寸。在一個實施例中，第一面M的周邊四和第二面沈的周邊四為所示出的三角形。參見圖4B和圖4C，介于成形磨粒20第二面沈和各自的傾斜側(cè)壁之間的第一拔模角、第二拔模角、和第三拔模角可以變化，其中拔模角中的至少兩個的值不同，并且期望所有三個值均不同。在本發(fā)明的各種實施例中，第一拔模角、第二拔模角和第三拔模角可為介于約95度至約130度之間、或介于約95度至約125度之間、或介于約95度至約120度之間、或介于約95度至約115度之間、或介于約95度至約110度之間、或介于約95度至約 105度之間、或介于約95度至約100度之間。現(xiàn)在參見圖4C，該圖示出涂附磨料制品40，所示涂附磨料制品背襯42的第一主表面41由磨料層覆蓋。磨料層包括底膠層44、通過底膠層44附接到背襯42的具有第一傾斜側(cè)壁、第二傾斜側(cè)壁、或第三傾斜側(cè)壁的多個成形磨粒20。涂覆復(fù)膠層46，以進一步將具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20附接或粘附到背襯42。如圖所示，多數(shù)具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20向一側(cè)翻轉(zhuǎn)或傾斜。這導(dǎo)致多數(shù)具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20相對于背襯42的第一主表面41的取向角β小于90度，如此前第一實施例所討論。為進一步優(yōu)化傾斜取向，將具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒涂覆到疏涂層磨料層中的背襯中。疏涂層磨料層將導(dǎo)致底膠層中磨粒的覆蓋百分比小于100%，從而如圖3最佳示出的在磨粒之間留下開放區(qū)域和可見樹脂層。在本發(fā)明的各種實施例中，磨料層中的開放區(qū)域百分比可為介于約10%至約90%之間或介于約30%至約80%之間。據(jù)信，如果太多具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒涂覆到背襯，則成形磨粒之間將出現(xiàn)間隔不足，以允許它們在底膠層和復(fù)膠層固化之前傾斜或翻轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的各種實施例中，具有疏涂層磨料層的涂附磨料制品中大于50% AO^JO^^SO^、或90%的成形磨粒是翻轉(zhuǎn)或傾斜的，取向角β為小于90度。不期望受理論約束，據(jù)信小于90度的取向角β導(dǎo)致如前所述具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒的切削性能。在本發(fā)明的各種實施例中，涂附磨料制品的磨料層中至少多數(shù)具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒的取向角β可為介于約50度至約85度之間、或介于約55度至約85度之間、或介于約60度至約85度之間、或介于約65度至約85度之間、或介于約70度至約85 度之間、或介于約75度至約85度之間、或介于約80度至約85度之間?，F(xiàn)在參見圖5Α-Β，該圖示出本發(fā)明的第三個實施例。在此實施例中，傾斜側(cè)壁22 由半徑R限定，而非由如圖1A-1C所示實施例的拔模角α限定。還發(fā)現(xiàn)，由半徑R限定的傾斜側(cè)壁22可導(dǎo)致成形磨粒20在形成如圖5C所示涂附磨料制品時翻轉(zhuǎn)或傾斜。磨削試驗顯示，包括等邊三角形(在較大第一面M的周邊處測得每一個三角形的邊都為大約 1.6mm)并且厚度為大約0. 38mm的成形磨粒具有相同的切削性能，拔模角為120度或半徑R 為0. 51mm。在本發(fā)明的各種實施例中，半徑R可為介于成形磨粒厚度t的約0. 5倍至約2 倍之間。對于第二實施例，側(cè)壁中的每一個的半徑R可以不同，以導(dǎo)致成形磨粒在涂附磨料制品中不同程度地傾斜或翻轉(zhuǎn)。據(jù)信，如果太多具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒涂覆到背襯，則成形磨粒之間將出現(xiàn)間隔不足，以允許它們在底膠層和復(fù)膠層固化之前傾斜或翻轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的各種實施例中，具有疏涂層磨料層的涂附磨料制品中大于50% AO^JO^^SO^、或90%的成形磨粒是翻轉(zhuǎn)或傾斜的，取向角β為小于90度。對于第一實施例、第二實施例、或第三實施例，具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20可具有各種三維形狀。周邊四的幾何形狀可以是三角形、矩形、圓形、橢圓形、星形或其它規(guī)則或不規(guī)則的形狀。在一個實施例中，使用了等邊三角形，而在另一個實施例中，使用了等腰三角形。出于本公開的目的，大致為三角形的形狀還包括三邊多邊形，其中該邊中的一條或多條可以是弧形的，并且/或三角形的頂端可以是弧形的。另外，成形磨粒的各種傾斜側(cè)壁可具有相同拔模角或不同的拔模角。此外，只要該側(cè)壁之一是拔模角為約95度或更大的傾斜側(cè)壁，那么可在一個或多個側(cè)壁上采用90度拔模角。具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒20可具有各種體積縱橫比。體積縱橫比被定義為穿過體積重心的最大橫截面積除以穿過該重心的最小橫截面積之比。對于某些形狀而言，最大或最小橫截面可以是相對于該形狀的外部幾何形狀傾斜、成角度、或偏斜的平面。例如，球體的體積縱橫比可為1. 000，而立方體的體積縱橫比可為1. 414。每一條邊都等于長度Α、均一厚度等于A的等邊三角形成形磨粒的體積縱橫比將為1. 54，如果均一厚度減小到0. 25A， 則其體積縱橫比增大到2. 64。據(jù)信體積縱橫比較大的成形磨粒具有增強的切削性能。在本發(fā)明的各種實施例中，具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒的體積縱橫比可為大于約1. 15、或大于約1. 50、或大于約2. 0、或介于約1. 15至約10. 0之間、或介于約1. 20至約5. 0之間、或介于約1.30至約3.0之間。具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒在成形磨粒的點或拐角處可具有非常小的曲率半徑。授予Rowenhorst等人的美國5，366，523中所公開、并描繪于圖8中的等邊三角形成形磨粒， 對于平均頂端半徑，三角形各點的曲率半徑(從點周圍的一側(cè)到相鄰側(cè)進行測定)為103. 6 微米。可使用圖象分析(例如與倒立式光學(xué)顯微鏡連接的Clemex圖象分析程序或其它合適的圖象分析軟件)從第一面或第二面的拋光橫截面測定曲率半徑。將橫截面放大100倍觀察時，通過限定每一個頂點處的三點可估算每一個三角形頂點的曲率半徑。將點設(shè)置在頂端曲線的起點(該處為從直邊到曲線起點的過渡)、頂端的頂點處、和從彎曲頂端返回到直邊的過渡處。然后圖象分析軟件將繪制由這三個點(曲線的起點、中點、和終點)限定的弧，并計算曲率半徑。測定了至少30個頂點的曲率半徑，并計算它們的平均值以確定平均頂端半徑。如通過對比圖2與圖8最佳所示，通過當(dāng)前方法制成的成形磨粒制備得更加精確。因此，成形磨粒的平均頂端半徑為更小。已測得根據(jù)本發(fā)明制備的成形磨粒的平均頂端半徑為小于19. 2微米。在本發(fā)明的各種實施例中，平均頂端半徑可為小于75微米、或小于50微米、或小于25微米。據(jù)信，更鋒利的頂端可在使用過程中促進對成形磨粒的改善性斷裂更有力的切削。除了具有更鋒利的頂端外，成形磨粒還可具有更精確限定的側(cè)壁?，F(xiàn)在參見圖9 和圖10，該圖示出垂直通過圖8所示現(xiàn)有技術(shù)成形磨粒的表面拍攝的拋光橫截面的顯微照片。如圖所示，側(cè)壁(頂面)往往為凹面或凸面中的任一者，并且為非均勻平面。根據(jù)橫截面的拍攝角度，相同的側(cè)壁可以從一種形狀過渡到另一種形狀。參見圖10，側(cè)壁在前景中為凸面，而在背景中為凹面。參見圖11，該圖示出垂直通過拔模角為98度、具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒表面拍攝的拋光橫截面。第一面M(右方垂直表面)為如上述代理人檔案號為64716US002的待審專利申請中所公開的凹面。據(jù)信凹面通過在使用過程中移除更多材料(類似于鏟、勺或中空磨鑿刀)以提高磨削性能。第二面沈基本上為平面(左方垂直表面)。最后，側(cè)壁(頂面)為均勻平面。所謂“均勻平面”是指側(cè)壁不具有從一面向另一面凸出的區(qū)域、或從一面凹向另一面的區(qū)域，并且側(cè)壁表面的至少50%、或至少75%、或至少85%或更多為平面。如橫截面中所示，當(dāng)以90度角切削側(cè)壁并拋光時，將出現(xiàn)基本線性的邊緣(側(cè)壁頂面與切削橫截面的前表面在此處接合)。均勻的平面?zhèn)缺谕ǔＴ谘貍?cè)壁長度方向的基本所有橫截平面上具有基本線性的邊緣。均勻的平面?zhèn)缺诳商峁└严薅?更鋒利)的邊緣，側(cè)壁在此處與第一面和第二面相交，并且據(jù)信這還可提高磨削性能。根據(jù)本發(fā)明制備的具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20可摻入到磨料制品中、或以松散的形式使用。磨粒使用前通常按給定的粒度分布進行分級。此類分布通常具有一定范圍的粒度，即從粗粒到細(xì)粒。在磨料領(lǐng)域中，此范圍有時是指“粗”、“對照”和“細(xì)”粒度級。根據(jù)磨料行業(yè)公認(rèn)的分級標(biāo)準(zhǔn)分級的磨粒將每一個標(biāo)稱等級的粒度分布規(guī)定在若干數(shù)值范圍內(nèi)。此類行業(yè)公認(rèn)的分級標(biāo)準(zhǔn)(即磨料行業(yè)規(guī)定的標(biāo)稱等級)包括如下已知標(biāo)準(zhǔn)美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ANSI)的標(biāo)準(zhǔn)、歐洲研磨產(chǎn)品制造商聯(lián)合會(FEPA)的標(biāo)準(zhǔn)、和日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (JIS)的標(biāo)準(zhǔn)。ANSI等級標(biāo)號(即規(guī)定的標(biāo)稱等級)包括=ANSI 4、ANSI 6、ANSI 8、ANSI 16、 ANSI 24、ANSI 36、ANSI 40、ANSI 50、ANSI 60、ANSI 80、ANSI 100、ANSI 120、ANSI 150、 ANSI 180、ANSI 220、ANSI 240、ANSI 280、ANSI 320、ANSI 360、ANSI 400、和 ANSI 600。 FEPA 等級標(biāo)號包括P8、P12、P16、P24、P36、P40、P50、P60、P80、P100、P120、P150、P180、 P220、P320、P400、P500、P600、P800、P1000、和 P1200。JIS 等級標(biāo)號包括JIS8、JIS12、 JIS16、JIS24、JIS36、JIS46、JIS54、JIS60、JIS80、JIS100、JIS150、JIS180、JIS220、JIS240、 JIS280、JIS320、JIS360、JIS400、JIS600、JIS800、JIS1000、JIS1500、JIS2500、JIS4000、 JIS6000、JIS8000、和 JIS10, 000?；蛘撸刹捎梅螦STM E-Il "Standard Specification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes”(試驗用金屬絲布和篩的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范)的美國標(biāo)準(zhǔn)試驗篩將具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20按照標(biāo)稱篩分等級進行分級。ASTM E-Il規(guī)定了對采用金屬絲編織網(wǎng)介質(zhì)的試驗篩的設(shè)計和構(gòu)造的要求，該金屬絲編織網(wǎng)安裝在機架中，以用于根據(jù)指定的粒度對材料進行分級。典型標(biāo)號可以表示為-18+20，其意指成形磨粒20可通過符合ASTM E-Il規(guī)范的18目試驗篩，并且保留在符合ASTM E-Il規(guī)范的20目試驗篩上。在一個實施例中，具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20具有這樣的粒度使得大多數(shù)磨?？赏ㄟ^18 目試驗篩，并可保留在20目、25目、30目、35目、40目、45目、或50目試驗篩上。在本發(fā)明的各種實施例中，具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20可具有的標(biāo)稱篩分等級包括-18+20、-2 0+25、-25+30、-30+35、-35+40、-40+45、-45+50、-50+60、-60+70、-70+80、-80+100、-100+120、-120 +140、-140+170、-170+200、-200+230、-230+270、-270+325、-325+400、-400+450、-450+500、 或-500+635。在一個方面，本發(fā)明提供了多個具有磨料行業(yè)規(guī)定的標(biāo)稱等級或標(biāo)稱篩分等級的成形磨粒，其中多個磨粒的至少一部分為具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20。在另一方面，本發(fā)明提供了方法，該方法包括對根據(jù)本發(fā)明所制成具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20進行分級，從而得到多個具有磨料行業(yè)規(guī)定的標(biāo)稱等級或標(biāo)稱篩分等級的具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20。如果需要，可將具有磨料行業(yè)規(guī)定的標(biāo)稱等級或標(biāo)稱篩分等級的具有傾斜側(cè)壁22 的成形磨粒20與其它已知的磨?；蚍悄チ；旌?。在一些實施例中，基于多個磨粒的總重量，至少5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％、95重量％、或甚至100重量％的具有磨料行業(yè)規(guī)定的標(biāo)稱等級或標(biāo)稱篩分等級的多個磨粒為根據(jù)本發(fā)明制成的具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20。適于與具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20混合的粒子包括常規(guī)磨粒、稀釋劑粒子、或易侵蝕團聚物，例如美國專利No. 4，799，939和No. 5，078，753中所述的那些。常規(guī)磨粒的代表性實例包括熔融氧化鋁、碳化硅、石榴石、熔融氧化鋁-氧化鋯、立方氮化硼、金剛石、 等等。稀釋劑粒子的代表性實例包括大理石、石膏、和玻璃。不同的具有傾斜側(cè)壁22 (例如三角形和正方形)的成形磨粒20的共混物或具有不同拔模角的成形磨粒20的共混物(例如拔模角為98度的粒子與拔模角為120度的粒子混合)可用于本發(fā)明的制品中。
具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20還可以具有表面涂層。已知表面涂層可提高介于磨粒與磨料制品中粘合劑之間的粘合力、或可有助于成形磨粒20的靜電沉積。此類表面涂層在美國專利 No. 5，213，591、No. 5，011，508,No. 1，910，444,No. 3，041，156,No. 5，009，675、 No. 5，085，671、Νο· 4，997，461、和No. 5，042，991中有所描述。另外，表面涂層可以防止成形磨粒封堵?！胺舛隆边@一術(shù)語用來描述來自正在研磨的工件的金屬粒子熔焊在成形磨粒頂部的現(xiàn)象。發(fā)揮上述功能的表面涂層對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是已知的。參見圖1C、圖4C、和圖5C，涂附磨料制品40包括具有第一粘結(jié)劑層(以下簡稱底膠層44，涂覆到背襯42的第一主表面41上)的背襯42。多個具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒 20附接到或部分嵌入底膠層44中，從而形成磨料層。在具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20上方的是第二粘結(jié)劑層(以下簡稱復(fù)膠層46)。底膠層44的目的是將具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20固定到背襯42，而復(fù)膠層46的目的是增強具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20。多數(shù)具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20被取向為使得頂端48或頂點遠離背襯42并且成形磨粒擱置在傾斜側(cè)壁22上并如圖所示翻轉(zhuǎn)或傾斜。底膠層44和復(fù)膠層46包含樹脂粘合劑。底膠層44的樹脂粘合劑可與復(fù)膠層46 的樹脂粘合劑相同或不同。適用于這些涂層的樹脂粘合劑的實例包括酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、 脲醛樹脂、丙烯酸酯樹脂、氨基塑料樹脂、三聚氰胺樹脂、丙烯酸改性環(huán)氧樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂以及它們的組合。除樹脂粘合劑之外，底膠層44或復(fù)膠層46、或這兩者還可以包含本領(lǐng)域已知的添加劑，例如為填料、助磨劑、潤濕劑、表面活性劑、染料、顏料、偶聯(lián)劑、粘合促進劑、以及它們的組合。填料的實例包括碳酸鈣、二氧化硅、滑石、粘土、偏硅酸鈣、白云石、硫酸鋁以及它們的組合。助磨劑可涂覆到涂附磨料制品。助磨劑被定義為顆粒物質(zhì)，所述顆粒物質(zhì)的加入顯著地影響研磨的化學(xué)和物理過程，從而導(dǎo)致性能提高。助磨劑涵蓋各種不同的材料，并且可為無機物或有機物。助磨劑的化學(xué)組成的實例包括石蠟、有機商化物、商化物鹽、金屬以及它們的合金。助磨劑化合物通常在研磨過程中分解，釋放鹵氫酸或氣態(tài)鹵化物。此類材料的實例包括氯化蠟，例如四氯化萘、五氯化萘；和聚氯乙烯。鹵化物鹽的實例包括氯化鈉、 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。金屬的實例包括錫、鉛、鉍、鈷、銻、鎘、鐵、和鈦。其它助磨劑包括硫、有機硫化合物、石墨、和金屬硫化物。本發(fā)明還涵蓋使用不同助磨劑的組合；在某些情況下，這可以產(chǎn)生協(xié)同增強效應(yīng)。在一個實施例中，助磨劑為冰晶石或四氟硼酸鉀?？蓪Υ祟愄砑觿┑牧窟M行調(diào)整，以賦予所需的性質(zhì)。本發(fā)明還涵蓋頂膠涂層的應(yīng)用。頂膠涂層通常包含粘合劑和助磨劑。粘合劑可由如下材料形成酚醛樹脂、丙烯酸酯樹脂、環(huán)氧樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂、以及它們的組合。本發(fā)明還涵蓋具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20可用于粘結(jié)磨料制品、非織造磨料制品、或磨刷。粘結(jié)磨料可包含多個具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20，該磨粒通過粘結(jié)劑粘合在一起，以形成成形團塊。用于粘結(jié)磨料的粘結(jié)劑可以是金屬粘結(jié)劑、有機粘結(jié)劑、或玻璃質(zhì)粘結(jié)劑。非織造磨料包含多個具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20，該磨粒通過有機粘結(jié)劑粘合為纖維非織造網(wǎng)。制備具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒的方法
第一步工序涉及提供有晶種或無晶種的磨料分散體中的任一者，該分散體可轉(zhuǎn)化為α-氧化鋁。α-氧化鋁前體組合物常常包含為揮發(fā)性組分的液體。在一個實施例中，該揮發(fā)性組分為水。磨料分散體應(yīng)包含足量的液體，以使磨料分散體的粘度足夠低，以能夠填充模具腔體并復(fù)制模具表面，但液體量不能太多，以引起后續(xù)從模具腔體移除液體的成本過高。在一個實施例中，磨料分散體包含2重量％至90重量％的可轉(zhuǎn)化為α-氧化鋁的粒子(例如氧化鋁一水合物(水軟鋁石)的粒子)以及至少10重量％、或50重量％至70重量％、或50重量％至60重量％的揮發(fā)性組分(例如水)。反之，一些實施例中的磨料分散體包含30重量％至50重量％、或40重量％至50重量％的固體。還可使用除水軟鋁石之外的氧化鋁水合物。水軟鋁石可通過已知的技術(shù)來制備或可商購獲得。市售水軟鋁石的實例包括均得自&isol North America, Inc.的商標(biāo)為 “DISPERAL”和“DISPAL”的產(chǎn)品、或得自BASF公司的商標(biāo)為“HiQ-40”的產(chǎn)品。這些氧化鋁一水合物相對較純，即它們除一水合物之外只包括相對較少的(如果有的話)水合物相，并且具有高表面積。所得具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20的物理特性一般將取決于磨料分散體中所用材料的類型。在一個實施例中，磨料分散體為凝膠態(tài)。如本文所用，“凝膠”為分散在液體中的固體的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。磨料分散體可以包含改性添加劑或改性添加劑前體。改性添加劑的作用在于增強磨粒的某些所需性質(zhì)、或提高后續(xù)燒結(jié)步驟的效率。改性添加劑或改性添加劑前體可為可溶性鹽的形式，通常為水溶性鹽。它們通常由包含金屬的化合物構(gòu)成，并且可為鎂、鋅、鐵、硅、鈷、鎳、鋯、鉿、鉻、釔、鐠、釤、鐿、釹、鑭、釓、鈰、鏑、鉺、鈦的氧化物的前體、以及它們的混合物。可存在于磨料分散體中的這些添加劑的具體濃度可由本領(lǐng)域技術(shù)人員進行調(diào)整。通常，引入改性添加劑或改性添加劑前體會使磨料分散體膠凝。通過加熱一段時間也可誘發(fā)磨料分散體膠凝。磨料分散體還可包含成核劑以促進水合氧化鋁或煅燒氧化鋁向α -氧化鋁的轉(zhuǎn)化。適用于本發(fā)明的成核劑包括α-氧化鋁、α-氧化鐵或其前體、二氧化鈦和鈦酸鹽、氧化鉻等的細(xì)粒、或為在轉(zhuǎn)化中起成核作用的任何其它物質(zhì)。如果使用的話，則成核劑的量應(yīng)足夠多，以實現(xiàn)α-氧化鋁的轉(zhuǎn)化。使此類磨料分散體成核公開于授予^Awabel的美國專利 No. 4，744，802 中?？蓪⒛z溶劑加入磨料分散體中，以生成更穩(wěn)定的水溶膠或膠態(tài)的磨料分散體。合適的膠溶劑為單質(zhì)子酸或酸性化合物，例如乙酸、鹽酸、甲酸、和硝酸。也可使用多質(zhì)子酸， 但其使磨料分散體迅速膠凝，使得其不易處理并且難以向其中引入附加組分。某些商業(yè)來源的水軟鋁石具有有助于形成穩(wěn)定磨料分散體的酸滴定度(例如吸收的甲酸或硝酸)?？赏ㄟ^任何合適的方式形成磨料分散體，例如為，簡單地將氧化鋁一水合物與包含膠溶劑的水混合的方式、或通過形成氧化鋁一水合物漿液，再向其中加入膠溶劑的方式。 可加入去沫劑或其它合適的化學(xué)品，以減小混合時形成氣泡或夾帶空氣的趨勢。如果需要， 可加入其它化學(xué)品，例如潤濕劑、醇類、或偶聯(lián)劑。α -氧化鋁磨?？梢园趸韬脱趸F，如1997年7月8日授予Erickson等人的美國專利No. 5，645，619中所公開。α -氧化鋁磨?？梢园趸?，如1996年9月3日授予Larmie的美國專利No. 5，551，963中所公開?；蛘?，α-氧化鋁磨?？删哂形⒔Y(jié)構(gòu)或添加劑，如2001年8月21日授予Castro的美國專利No. 6，277，161中所公開。
第二步工序涉及提供具有至少一個模具腔體、優(yōu)選具有多個腔體的模具。該模具可具有大致平坦的底面和多個模具腔體。該多個腔體可成形于生產(chǎn)工具中。生產(chǎn)工具可以是帶狀物、片狀物、連續(xù)纖維網(wǎng)、涂布輥(例如輪轉(zhuǎn)凹版輥)、安裝在涂布輥上的套管、或模具。生產(chǎn)工具包含聚合物材料。適合的聚合物材料的實例包括熱塑性材料，例如聚酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氨酯、聚氯乙烯、聚烯烴、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯或它們的組合物、或熱固性材料。在一個實施例中，整個模具由聚合物材料或熱塑性材料制成。在另一個實施例中，在干燥時與溶膠-凝膠接觸的模具表面(例如多個腔體的表面) 包含聚合物材料或熱塑性材料，并且該模具的其它部分可由其它材料制成。以舉例的方式， 合適的聚合物涂層可以涂覆到金屬模具，以改變其表面張力性質(zhì)。聚合物型工具或熱塑性工具可由金屬母模復(fù)制而成。母模將具有生產(chǎn)工具所需的反轉(zhuǎn)圖案。母模可以按照與生產(chǎn)工具相同的方式制得。在一個實施例中，母模由金屬 (如鎳)制成，并且經(jīng)金剛石車削。可以將聚合物片狀材料連同母模加熱，使得通過將二者壓在一起，在聚合物材料上壓印出母模的圖案。還可將聚合物材料或熱塑性材料擠出或澆注到母模上，然后對其進行壓制。將熱塑性材料冷卻，以硬化并且制備生產(chǎn)工具。如果利用熱塑性生產(chǎn)工具，則應(yīng)注意不要產(chǎn)生過多熱量，這些熱量可使熱塑性生產(chǎn)工具變形， 從而限制其壽命。關(guān)于生產(chǎn)模具或母模的設(shè)計和制造的更多信息可見于以下美國專利中5, 152，917 (Pieper 等人)、5，435，816 (Spurgeon 等人)、5，672，097 (Hoopman 等人)、 5, 946, 991 (Hoopman 等人)、5，975, 987 (Hoopman 等人)、和 6，129, 540 (Hoopman 等人)。從模具頂面或底面中的開口均可進入腔體。在某些情況下，腔體可延續(xù)至模具的整個厚度。或者，腔體可僅延續(xù)至模具的厚度的一部分。在一個實施例中，頂面基本上平行于模具的底面，其中該模具的腔體具有基本上均勻的深度。模具的至少一側(cè)，即形成腔體的一側(cè)在移除揮發(fā)性組分的步驟中可保持暴露在周圍大氣環(huán)境下。腔體具有規(guī)定的三維形狀。在一個實施例中，當(dāng)從頂部觀察時，腔體的形狀可描述為三角形，其具有傾斜側(cè)壁，使得腔體的底面略小于頂面中的開口。據(jù)信，傾斜側(cè)壁可提高磨削性能并能夠使磨粒前體易于從模具移除。在另一個實施例中，該模具包括多個三角形腔體。該多個三角形腔體中的每一個均包括等邊三角形?；蛘?，可使用其它腔體形狀，例如圓形、矩形、正方形、六邊形、星形、或它們的組合，所有形狀均具有基本上均勻的深度尺寸。該深度尺寸等于從頂面到底面上的最低點的垂直距離。給定腔體的深度可為均勻的或可沿其長度和/或?qū)挾茸兓＝o定模具的腔體的形狀可以相同或不同。第三步工序涉及通過任何常規(guī)技術(shù)來用磨料分散體填充模具中的腔體。在一些實施例中，可使用刀輥涂布機或真空槽模涂布機。如果需要，可使用脫模劑以有助于從模具移除粒子。典型的脫模劑包括油類(例如花生油或礦物油、魚油)、有機硅、聚四氟乙烯、硬脂酸鋅、和石墨。通常，在液體(例如水或酒精)中的介于約0.1重量％至約5重量％之間的脫模劑(例如花生油)被涂敷到接觸溶膠-凝膠的生產(chǎn)模具表面，使得當(dāng)需要脫模時，每單位面積模具上存在介于約0. lmg/in2至約3. Omg/in2之間、或介于約0. lmg/in2至約5. Omg/ in2之間的脫模劑。在一個實施例中，模具的頂面涂覆有磨料分散體。磨料分散體可被泵送到頂面上。然后，可用刮刀或矯直棒迫使磨料分散體完全進入模具的腔體中?？蓪⑽催M入腔體的磨料分散體的剩余部分從模具的頂面移除，并將其回收利用。在一些實施例中，磨料分散體的一小部分可保留在頂面上，并且在其它實施例中，頂面基本上不含分散體。刮刀或矯直棒所施加的壓力通常為小于lOOpsi、或小于50psi、或小于lOpsi。在一些實施例中，磨料分散體無暴露表面大幅度延伸超過頂面，以確保所得的成形磨粒20厚度的均勻度。第四步工序涉及移除揮發(fā)性組分，以干燥分散體。期望以較快的蒸發(fā)速率移除揮發(fā)性組分。在一些實施例中，通過蒸發(fā)移除揮發(fā)性組分的操作在高于揮發(fā)性組分沸點的溫度下進行。干燥溫度的上限通常取決于制成模具的材料。就聚丙烯模具而言，溫度應(yīng)小于該塑料的熔點。在一個實施例中，就固體含量在介于約40%至50%之間的水分散體和聚丙烯模具而言，干燥溫度可為介于約90°C至約165°C之間、或介于約105°C至約150°C之間、或介于約105°C至約120°C之間。較高的溫度可導(dǎo)致形成更大的開口，但也可導(dǎo)致聚丙烯模具劣化，從而限制其作為模具的使用壽命。在一個實施例中，水軟鋁石溶膠-凝膠樣品采用以下方法制備商標(biāo)名稱為 “DISPERAL”的氧化鋁一水合物粉末(1600份)通過高剪切混合包含水(M00份)和70% 硝酸水溶液(72份)的溶液11分鐘進行分散。在涂覆前將所得溶膠-凝膠老化至少1小時。迫使溶膠-凝膠進入具有三角形模具腔體的生產(chǎn)模具中，該三角形模具腔體深度為觀密耳、每一邊長度都為110密耳，并具有傾斜側(cè)壁，介于側(cè)壁與模具底部之間具有預(yù)定拔模角ct。用油灰刀迫使溶膠-凝膠進入腔體中，以使得生產(chǎn)模具的開口完全被填滿。使用脫模劑、花生油甲醇溶液涂覆生產(chǎn)模具，使得約0. 5mg/in2的花生油被涂覆到模具表面。 將生產(chǎn)模具片置于空氣對流烘箱中，在45°C下保持5分鐘，移除過量的甲醇。將溶膠-凝膠涂覆的生產(chǎn)模具置于空氣對流烘箱中，在45°C下干燥至少45分鐘。通過使成形磨粒前體穿過超聲波焊頭來將其從生產(chǎn)模具移除?？蓪⑦@些成形磨粒前體進行燒制，以制備具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒20。第五步工序涉及從模具腔體移除具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒前體。通過對模具單獨使用或結(jié)合使用以下方法，可將具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒前體從腔體移除通過重力、振動、超聲振動、真空、或增壓空氣將這些粒子從模具腔體移除。具有傾斜側(cè)壁的磨粒前體可在模具外進一步干燥。如果在模具中將磨料分散體干燥至所需程度，則此附加的干燥步驟并不必要。然而，在某些情況下采用此附加的干燥步驟來使磨料分散體在模具中的停留時間最小化可能是經(jīng)濟的。通常將成形磨粒前體在50°C至 160°C、或120°C至150°C的溫度下干燥10至480分鐘、或120至400分鐘。第六步工序涉及煅燒具有傾斜側(cè)壁22的成形磨粒前體。在煅燒過程中，基本移除了所有的揮發(fā)性物質(zhì)，并且磨料分散體中存在的各種組分均轉(zhuǎn)化為金屬氧化物。通常將成形磨粒前體加熱至400°C至800°C的溫度，并且保持在此溫度范圍內(nèi)，直至移除游離水和90 重量％以上的任何結(jié)合的揮發(fā)性物質(zhì)。在一個任選的步驟中，用注入法引入改性添加劑可能是理想的。水溶性鹽可通過注入引入煅燒過的成形磨粒前體的孔中。然后再次預(yù)燒成形磨粒前體。歐洲專利申請No. 293, 163中對這一任選步驟作了進一步的說明。第七步工序涉及對煅燒過的成形磨粒前體進行燒結(jié)，以形成α -氧化鋁粒子。在燒結(jié)之前，煅燒過的成形磨粒前體并未完全致密化，因此缺乏用作成形磨粒所需的硬度。燒結(jié)按以下步驟進行將煅燒過的成形磨粒前體加熱至1，000°C至1，650°C的溫度，并且保持在此溫度范圍內(nèi)，直到基本上所有的α-氧化鋁一水合物(或等同物質(zhì))均轉(zhuǎn)化為α-氧化鋁，并且孔隙度減小到小于15體積％為止。為了實現(xiàn)此轉(zhuǎn)化程度，煅燒過的成形磨粒前體在燒結(jié)溫度下必須暴露的時間長度取決于多種因素，但通常為5秒至48小時。在另一個實施例中，燒結(jié)步驟的持續(xù)時間在1分鐘到90分鐘的范圍內(nèi)。燒結(jié)后，具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒的維氏硬度為10GPa、16GPa、18GPa、20GPa、或更大?？刹捎闷渌襟E來修改所述方法，例如將材料從鍛燒溫度迅速加熱到燒結(jié)溫度， 將磨料分散體離心以移除淤渣、廢料等。此外，如果需要，可通過合并該工序中的兩個或更多個來對本方法進行修改。授予Leitheiser的美國專利No. 4，314，827中更全面地描述了可用來修改本發(fā)明方法的常規(guī)工序。另外，具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒在該面之一上可具有凹槽，如提交于2008年12月17日的名稱為“Shaped Abrasive Particles With Grooves”(帶凹槽的成形磨粒)的共同待審的美國專利申請No. 61/138，沈8 (代理人檔案號64792US002)中所述。這些凹槽通過位于模具腔體底面中的多個脊形成，已發(fā)現(xiàn)這些脊可使從模具移除成形磨粒前體更加容易。關(guān)于制備成形磨粒的更多信息在提交于2008年 12 ^ 17 H"Method Of Making Abrasive Shards, Shaped Abrasive Particles With An Opening, Or Dish-Shaped Abrasive Particles”(制備磨料碎片、帶開口的成形磨粒或碟形磨粒的方法)的美國專利申請No. 12/337，001(代理人檔案號63512US002)中公開。^M本發(fā)明的目的和優(yōu)點通過下面的非限制性實例進一步說明。這些實例中所提到的具體材料及其量以及其它條件和細(xì)節(jié)，均不應(yīng)被解釋為對本發(fā)明的不當(dāng)限制。除非另外指明，否則實例以及說明書其余部分中的所有份數(shù)、百分?jǐn)?shù)、比例等均按重量計。制備具有傾斜側(cè)壁的摻雜REO的成形磨粒利用下列配方制備水軟鋁石溶膠-凝膠的樣品商標(biāo)名稱為“DISPERAL”的氧化鋁一水合物粉末(1600份)通過高剪切混合包含水(M00份)和70%硝酸水溶液(72份) 的溶液11分鐘進行分散。在涂覆前將所得溶膠-凝膠老化至少1小時。迫使溶膠-凝膠進入具有三角形模具腔體的生產(chǎn)模具中，該腔體深度為觀密耳、每一邊長度都為110密耳。 每一個介于生產(chǎn)模具的模具側(cè)壁和模具底部之間的拔模角α不同。第一模具的拔模角α 為90度，第二模具的拔模角α為98度，第三模具的拔模角α為120度，最后一個模具的拔模角α為135度。98度拔模角的生產(chǎn)模具被制造為使得其50%的模具腔體具有從腔體底面升起的8條平行的脊，這些脊以90度的角度與三角形的一邊相交，其余腔體具有平滑的底模表面。這些平行的脊的間距為0. 277mm，并且這些脊的橫截面為三角形，該三角形的高為0. 0127mm、在介于頂點處的每一條脊的邊之間的角度都為45度，如上述提到的專利申請(代理人檔案號64792US002)中所述。用油灰刀迫使溶膠-凝膠進入腔體中，以使得生產(chǎn)模具的開口完全被填滿。使用脫模劑、1 %花生油甲醇溶液涂覆生產(chǎn)模具，約0. 5mg/in2的花生油被涂覆到生產(chǎn)模具。將生產(chǎn)模具片置于空氣對流烘箱中，在45°C下保持5分鐘，移除過量的甲醇。將溶膠-凝膠涂覆的生產(chǎn)模具置于空氣對流烘箱中，在45°C下干燥至少45 分鐘。通過使成形磨粒前體穿過超聲波焊頭來將其從生產(chǎn)模具移除。將成形磨粒前體在大約650°C下煅燒，然后用以下濃度(記錄為氧化物)的混合硝酸鹽溶液飽和Mg0J203、Nd203 和La2O3中的每一個均為1. 8%。移除過量的硝酸鹽溶液，并讓飽和的帶開口成形磨粒前體干燥，然后在650°C下再次煅燒磨粒，并在大約1400°C下燒結(jié)。煅燒和燒結(jié)均采用管式回轉(zhuǎn)爐來進行。在制備具有四個不同拔模角的帶傾斜側(cè)壁的成形磨粒后，制備涂覆磨盤。使用如表1所示的酚醛樹脂底膠層和復(fù)膠層樹脂將具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒靜電涂覆到直徑為7 英寸的纖維盤上，該纖維盤具有7/8英寸的中心洞。該酚醛樹脂可在至5%氫氧化鉀的催化下，由水溶性酚醛樹脂(1.5 1至2. 1 1 (苯酚甲醛)冷凝物)制成。表1 底膠層和復(fù)膠層配方
權(quán)利要求
1.一種磨粒，包括成形磨粒，所述成形磨粒各自具有傾斜側(cè)壁，所述成形磨粒中的每一粒都包含α -氧化鋁，并且具有第一面和第二面，所述第一面和所述第二面由厚度t分隔，所述成形磨粒還包括拔模角α，所述拔模角α介于所述第二面與所述傾斜側(cè)壁之間，并且所述拔模角α為介于約95度至約130度之間，或所述傾斜側(cè)壁在介于所述第一面和所述第二面之間具有半徑R，并且所述半徑R為介于所述厚度t的約0. 5倍至約2倍之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨粒，其中所述第一面和所述第二面的周邊包括大致三角形形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磨粒，其中所述拔模角α為介于約95度至約120度之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磨粒，其中所述拔模角α為介于約95度至約110度之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的磨粒，其中所述大致三角形形狀包括等邊三角形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磨粒，包括第一傾斜側(cè)壁，所述第一傾斜側(cè)壁具有第一拔模角；第二傾斜側(cè)壁，所述第二傾斜側(cè)壁具有第二拔模角；和第三傾斜側(cè)壁，所述第三傾斜側(cè)壁具有第三拔模角，并且其中所述第一拔模角、所述第二拔模角、和所述第三拔模角相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨粒，包括第一傾斜側(cè)壁，所述第一傾斜側(cè)壁具有第一拔模角；和第二傾斜側(cè)壁，所述第二傾斜側(cè)壁具有第二拔模角，并且其中所述第一拔模角的值與所述第二拔模角不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨粒，包括第一傾斜側(cè)壁，所述第一傾斜側(cè)壁具有第一拔模角；第二傾斜側(cè)壁，所述第二傾斜側(cè)壁具有第二拔模角；和第三傾斜側(cè)壁，所述第三傾斜側(cè)壁具有第三拔模角，并且其中所述第一拔模角、所述第二拔模角、和所述第三拔模角的值彼此不同。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的磨粒，其中所述第一面和所述第二面的周邊包括大致三角形形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磨粒，其中所述大致三角形形狀包括等邊三角形。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨粒，具有體積縱橫比，并且所述體積縱橫比為大于約 1. 15。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磨粒，具有平均頂端半徑，并且所述平均頂端半徑為小于75 微米。
13.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求12所述的磨粒，包括均勻的平面傾斜側(cè)壁。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的磨粒，其中所述拔模角α為介于約95度至約100度之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨粒，包含粘結(jié)劑而形成磨料制品，所述磨料制品選自粘結(jié)磨料制品、涂附磨料制品、非織造磨料制品、和磨刷。
16.一種涂附磨料制品，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨粒和底膠層，所述底膠層位于背襯的第一主表面上，并且大多數(shù)所述成形磨粒通過所述傾斜側(cè)壁粘附到所述底膠層，并且取向角β為介于約50度至約85度之間，所述成形磨粒形成磨料層，所述磨料層涂覆有復(fù)膠層，并且其中所述磨料層包含至少5重量％的所述成形磨粒。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的涂附磨料制品，其中所述磨料層為疏涂層磨料層，并且所述磨料層中的開放區(qū)域百分比為介于約10%至約90%之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的涂附磨料制品，其中所述取向角β為介于約60至約85度之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的涂附磨料制品，其中所述取向角β為介于約70至約85度之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的涂附磨料制品，其中所述磨料層包含至少50重量％的所述成形磨粒。
21.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨粒的方法，包括提供模具，所述模具具有多個腔體，所述多個腔體具有聚合物表面；用溶膠-凝膠填充所述多個腔體，所述溶膠-凝膠包含粒子，所述粒子在液體中能被轉(zhuǎn)化為α -氧化鋁，所述液體包含揮發(fā)性組分；以及當(dāng)所述溶膠-凝膠存在于所述多個腔體中時，將所述揮發(fā)性組分的至少一部分從所述溶膠-凝膠移除，從而形成多個各自具有傾斜側(cè)壁的成形磨粒前體。
全文摘要
本發(fā)明公開了磨粒，所述磨粒包括成形磨粒，所述成形磨粒各自具有傾斜側(cè)壁，所述成形磨粒中的每一粒都包含α-氧化鋁，并且具有第一面和第二面，所述第一面和所述第二面由厚度t分隔。所述成形磨粒還具有下述內(nèi)容中的任一者拔模角α，所述拔模角α介于所述第二面和所述傾斜側(cè)壁之間，并且所述拔模角α為介于約95度至約130度之間、或所述傾斜側(cè)壁具有半徑R，所述半徑R位于所述第一面和所述第二面之間，并且所述半徑R為介于所述厚度t的約0.5倍至約2倍之間。
文檔編號B24D3/00GK102300939SQ200980155621
公開日2011年12月28日 申請日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者尼格斯·B·艾德弗里斯, 德懷特·D·埃里克森, 斯科特·R·卡勒, 約翰·D·哈斯, 約翰·T·博登 申請人:3M創(chuàng)新有限公司