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粘结的磨料物品

阅读：320发布：2020-05-12

IPRDB可以提供粘结的磨料物品专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本申请涉及粘结的磨料物品。在一方面，所述磨料物品具有磨料本体，该磨料本体具有包含在粘结剂材料内的磨料颗粒，其中，这些磨料颗粒包括微晶氧化铝，并且其中，该粘结剂材料包括含量小于2.0mol％的氧化锂(Li2O)、以及含量小于10mol％的氧化硼(B2O3)。另一方面，所述磨料物品具有磨料本体，该磨料本体具有小于50vol％的孔隙率以及包含在粘结剂材料内的磨料颗粒，其中，这些磨料颗粒包括微晶氧化铝，并且其中，该粘结剂材料包括含量小于13mol％的碱金属氧化物以及含量小于2.0mol％氧化锂(Li2O)的总含量。所述磨料物品具有改进的性能。，下面是粘结的磨料物品专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种磨料物品，包括：

磨料本体，该磨料本体具有包含在粘结剂材料内的磨料颗粒，其中，这些磨料颗粒包括微晶氧化铝，并且其中，该粘结剂材料包括含量小于2.0mol％的氧化锂(Li2O)、以及含量小于10mol％的氧化硼(B2O3)。

2.如权利要求1所述的磨料物品，其中，该粘结剂材料包括含量为至少4.0mol％且不大于10mol％的氧化钾。

3.如权利要求1所述的磨料物品，其中，该粘结剂材料包括含量小于1.0mol％的氧化磷(P2O5)。

4.如权利要求1所述的磨料物品，其中，该磨料本体包括小于45vol％的孔隙率。

5.如权利要求1所述的磨料物品，其中，该粘结剂材料包括小于12mol％的碱金属氧化合物总含量[Caoc]。

6.如权利要求1所述的磨料物品，其中，该粘结剂材料包括含量为至少55mol％且不大于70mol％的硅石(SiO2)。

7.如权利要求1所述的磨料物品，其中，该粘结剂材料包括的比率是在按mol％测量的氧化钠(Na2O)的总含量与按mol％测量的氧化钾(K2O)的总含量之间、以[K2O/Na2O]定义具有大于0.5的值。

8.一种磨料物品，包括：

磨料本体，该磨料本体具有小于50vol％的孔隙率以及包含在粘结剂材料内的磨料颗粒，其中，这些磨料颗粒包括微晶氧化铝，并且其中该粘结剂材料包括含量小于13mol％的碱金属氧化物以及含量小于2.0mol％氧化锂(Li2O)的总含量。

9.如权利要求8所述的磨料物品，其中，该粘结剂材料包括含量小于1.0mol％的氧化磷(P2O5)。

10.如权利要求8所述的磨料物品，其中，该粘结剂材料包括的比率是在按mol％测量的氧化钠(Na2O)的总含量与按mol％测量的氧化钾(K2O)的总含量之间、以[K2O/Na2O]定义的具有大于0.5的值。

11.如权利要求8所述的磨料物品，其中，该粘结剂材料包括的比率是在按mol％测量的硅石(SiO2)的总含量与按mol％测量的碱金属氧化合物的总含量[Caoc]之间、以[Caoc/SiO2]表示的具有大于0.17的值。

12.如权利要求8所述的磨料物品，其中，该粘结剂材料包括含量为至少2.0mol％且不大于8.0mol％的氧化钠(Na2O)。

13.如权利要求8所述的磨料物品，其中，该粘结剂材料包括含量为至少4.0mol％且不大于10mol％的氧化钾(K2O)。

14.如权利要求8所述的磨料物品，其中，该孔隙率是至少20vol％且小于50vol％。

15.如权利要求8所述的磨料物品，其中，该粘结剂材料包括含量为至少1.0mol％且不大于10mol％的氧化硼(B2O3)。

说明书全文

粘结的磨料物品

[0001] 本申请为申请日2010年10月8日，申请号201080056498.3，名称为“粘结的磨料物品及形成方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

[0002] 以下内容是针对于粘结的磨料并且具体是针对于结合了微晶氧化铝磨料颗粒的粘结的磨料物品。

背景技术

[0003] 研磨工具一般被形成为具有包含在一种粘结剂材料内的磨料颗粒以用于材料去除的应用。超级磨料颗粒(例如，金刚石或立方氮化硼(CBN)))或加晶种的(或甚至未加晶种的)烧结的溶胶凝胶氧化铝磨料颗粒，也称为微晶α-氧化铝(MCA)磨料颗粒，可以用于此类研磨工具中并且已知对于多种材料提供了优异的磨削性能。该粘结剂材料可以是有机材料，如树脂；或无机材料，如玻璃或玻璃化的材料。具体而言，使用了玻璃化的粘结剂材料并且包含了MCA颗粒或超级磨料颗粒的多种粘结的研磨工具在商业上可用于磨削精密的金属部件以及其他的要求一致的且改进的磨削性能的部件。

[0004] 某些粘结的研磨工具，特别是使用了玻璃化的粘结剂材料的那些，要求高温成形工艺，通常是在1000℃或更高的等级上，这会对磨料颗粒具有不利影响。事实上，已经认识到在形成研磨工具所必须的这样的高温下，该粘结剂材料可以与这些磨料颗粒、特别是MCA颗粒发生反应并且损害整体性，从而减小颗粒的锐度以及性能特性。其结果是，工业上已经转向降低为了形成粘结剂材料所必须的成形温度，以便抑制磨料颗粒在该成形过程中的高温降解。

[0005] 例如，为了减小MCA颗粒与玻璃化粘结剂之间的反应的量，美国专利号4,543,107披露了一种适合于在低达约900℃的温度下进行烧制的粘结剂组合物。在一种替代的途径中，美国专利号4,898,597披露了包含至少40％的制成玻璃料的材料、适合于在低达约900℃的温度下进行烧制的一种粘结剂组合物。利用了能够在低于1100℃并且实际上低于1000℃的温度下来形成的粘结剂材料的其他此类粘结的磨料物品包括美国专利号5,203,886；美国专利号5,401,284；美国专利号5,536,283；以及美国专利号6,702,867。工业上仍然继续要求此类粘结的磨料物品的改进的性能。

发明内容

[0006] 根据一个方面，一种磨料物品包括一个磨料本体，该磨料本体具有包含在一种粘结剂材料内的磨料颗粒，其中这些磨料颗粒包括微晶氧化铝，并且其中该粘结剂材料包括小于约1.0mol％的氧化磷(P2O5)。该粘结剂材料可以具有在氧化钠(Na2O)的总含量与氧化钾(K2O)的总含量之间以[K2O/Na2O]定义的、按mol％测量的、具有大于约0.5的值的一个比率。

[0007] 在另一个方面，一种磨料物品包括一个磨料本体，该磨料本体具有小于约50vol％的孔隙率以及包含在一种粘结剂材料内的磨料颗粒，其中这些磨料颗粒包括微晶氧化铝，并且其中该粘结剂材料包括总含量小于约12mol％的碱金属氧化物以及小于约2.0mol％氧化锂(Li2O)。

[0008] 根据又另一个方面，一种磨料物包括一个磨料本体，该磨料本体具有包含在一种粘结剂材料内的磨料颗粒，其中这些磨料颗粒包括微晶氧化铝，并且其中该粘结剂材料包括小于约2.0mol％的氧化锂(Li2O)、以及小于约10mol％氧化硼(B2O3)。

[0009] 在还另一个方面，一种磨料物品包括一个磨料本体，该磨料本体具有包含在一种粘结剂材料内的磨料颗粒，其中这些磨料颗粒包括微晶氧化铝，并且其中该粘结剂材料包括总含量小于约12mol％的碱金属氧化物。该磨料物品展现了进入该磨料本体之中不大于约2.2mm的一种喷砂渗透度，该喷砂渗透度是在一个具有48cc的体积的喷砂室中使用标准砂子在15psi的压力下持续10秒的大约一个单次周期时间的测量条件下测量的。

[0010] 另一个方面包括一种磨料物品，该磨料物品包括一个磨料本体，该磨料本体具有包含在一种粘结剂材料内的磨料颗粒，其中这些磨料颗粒包括微晶氧化铝，并且其中该粘结剂材料包括小于约10mol％的氧化硼(B2O3)。该磨料本体进一步展现了进入该磨料本体之中不大于约2.2mm的一种喷砂渗透度，该喷砂渗透度是在一个具有48cc的体积的喷砂室中使用标准砂子在15psi的压力下持续10秒的大约一个单次周期时间的测量条件下测量的。

[0011] 根据一个方面，一种形成磨料物品的方法包括将含有微晶氧化铝的磨料颗粒与一种粘结剂材料粉末进行混合，其中该粘结剂材料粉末包括不大于约15wt％的多种碱金属氧化合物；并且将该混合物形成一种生坯物品。该方法进一步包括将该生坯物品加热到至少约1100℃的烧制温度以便形成一种磨料物品，该磨料物品具有包含在一种玻璃体粘结剂材料内的磨料颗粒。

[0012] 根据一个特别的方面，一种磨料物品包括一个磨料本体，该磨料本体具有小于约50vol％的孔隙率以及包含在一种粘结剂材料内的磨料颗粒，其中这些磨料颗粒包括微晶氧化铝。该粘结剂材料包括总含量小于约13mol％的碱金属氧化物以及小于约2.0mol％的氧化锂(Li2O)。更特别地，该粘结剂材料可以包含占该粘结剂材料的总摩尔量的小于约
12.8mol％、或者小于约12.6mol％、或者甚至小于约12.4mol％的多种碱金属氧化物。

附图说明

[0013] 通过参见附图可以更好地理解本披露，并且使其许多特征和优点对于本领域的普通技术人员变得清楚。

[0014] 图1包括一个流程图，该流程图展示了根据一个实施方案的一种用于形成磨料物品的方法。

[0015] 图2包括根据一个实施方案形成的一个样品以及一种常规的粘结的磨料样品的平均功率消耗相对于材料去除速率的一个曲线图。

[0016] 图3包括根据一个实施方案形成的一个样品以及一种常规的粘结的磨料样品的平均表面粗糙度(Ra)相对于材料去除速率的一个曲线图。

[0017] 在不同的图中使用相同的参考符号表示相似的或相同的事项。

具体实施方式

[0018] 以下内容总体上是针对一种磨料物品，具体地是使用了包含在一种粘结剂材料内的磨料颗粒的一种粘结的磨料物品。此类磨料物品在材料去除的应用中是有用的，如在不同的行业中用于对工件进行精加工和/或磨削的那些。这些磨料物品的形状和大小可以进行确定以制造不同的精加工工具，如轮、锥形件、杯形的物品、珩磨石、和/或石材。

[0019] 图1包括一个流程图，该流程图展示了根据一个实施方案的一种用于形成磨料物品的方法。如所展示的，该方法在步骤101开始，将磨料颗粒与一种粘结剂材料粉末进行混合。根据一个实施方案，这些磨料颗粒可以包括一种无机材料，如一种氧化物。更具体地说，这些磨料颗粒可以包括微晶氧化铝(MCA)颗粒。

[0020] 这些MCA或溶胶凝胶氧化铝颗粒优选是通过一种加晶种或者未加晶种的溶胶凝胶法生产的。如在此使用的，术语“溶胶凝胶氧化铝砂砾”是通过以下方法制成的氧化铝砂砾：该方法包括将一种氧化铝一水合物的溶胶进行胶溶以便形成一种凝胶；将该凝胶进行干燥和烧制以便将其烧结；并且然后将所烧结的凝胶进行破碎、筛选、以及确定大小以便形成由α氧化铝微晶构成的聚晶颗粒(例如至少约95％的氧化铝)。除了α氧化铝微晶之外，初始的溶胶可以进一步包括高达按重量计15％的尖晶石、莫来石、二氧化锰、二氧化钛、氧化镁、稀土金属氧化物、氧化锆粉末或者氧化锆前体(可以按更大的量添加，如40wt％或更多)、或者其他相容的添加剂或它们的前体。这些添加剂可以经常被包括在内以便修改诸如断裂韧性、硬度、脆性、断裂力学、或者干燥行为这些特性。烧结的溶胶凝胶α氧化铝颗粒的制备在其他地方进行了更详细地说明。此类制备的细节可以例如在美国专利号4,623,364、4,314,
827、以及5,863,308中找到，将这些专利的内容通过引用结合在此。

[0021] 术语MCA颗粒被定义为包括任何含有至少60％的α氧化铝微晶的颗粒，这些颗粒具有至少95％的理论密度以及在500克下至少18GPa的维氏硬度(500克)。所烧结的溶胶凝胶α氧化铝颗粒可以包含不同于α氧化铝的、分散在这些α氧化铝微晶之间的材料片晶。总体上，这些α氧化铝颗粒以及这些片晶在以这种形式制造的时候其尺寸是亚微米的。在本发明中有用的MCA磨料颗粒的制备以及MCA磨料颗粒的类型的进一步的细节可以在众多引用了美国专利号4,623,364和4,314,827中所披露的基础技术的其他专利和公开物中的任何一个中找到。

[0022] 在这些磨料颗粒中使用的微晶氧化铝具有的平均微晶尺寸可以是小于1微米。事实上，在某些情况下，该微晶氧化铝具有的平均微晶尺寸可以是小于约0.5微米、并且特别地处于约0.1与约0.2微米之间的范围内。

[0023] 另外，将理解的是，在此的实施方案的粘结的磨料物品可以利用的某一含量的次级磨料颗粒。当使用次级磨料颗粒时，此类磨料颗粒可以占该工具的总磨料颗粒的从约0.1vol％到约97vol％，并且更优选地从约30vol到约70vol％。可以使用的次级磨料颗粒包括但不限于：氧化铝氧化物、碳化硅、立方氮化硼、金刚石、燧石以及石榴石颗粒、以及它们的组合。

[0024] 关于该粘结剂材料粉末，可以使用无机材料，并且具体地是有助于形成一种具有玻璃体粘结剂的最终磨料物品的多种无机材料。即，这种最终形成的粘结的磨料物品可以具有一种具有某一含量的非晶相的玻璃体粘结剂。具体地说，在此的实施方案的这种最终形成的粘结的磨料物品可以具有一种基本上由非晶相组成的粘结剂材料。

[0025] 在特别的情况下，该粘结剂材料粉末可以包括无机材料，如氧化物。值得注意的是，该粘结剂材料粉末可以包括适合用于形成该玻璃化的最终粘结剂材料的一种玻璃料材料。一种玻璃料材料可以包括一种由玻璃形成的粉末材料，它是通过首先烧制到一个升高的温度(例如，1000℃或更高)、冷却、压碎、以及确定大小从而产生一种粉末状材料(“一种玻璃料”)来形成的。然后可以使该玻璃料在适当地低于用来由原材料(如硅石和粘土)制造该玻璃的初始烧制温度的一个温度下进行熔化。

[0026] 以下段落指出了可以在该粘结剂材料粉末中使用的某些含量和某些组分。将理解的是，在此提及的在形成该混合物的过程中的特定含量的某些组分不一定在该最终形成的磨料物品中形成了具有所指出的每个物种的精确相同的含量的一种最终的粘结剂组分。即，在该形成过程中，某些物种的含量可以改变，以使这种最终形成的粘结的磨料不一定包含与最初包含在该初始混合物的粘结剂材料粉末之中相同的含量的某些物种。

[0027] 此处的实施方案可以使用一种具有玻璃料材料的粘结剂材料粉末。玻璃料材料可以由氧化物形成，如硅石、碱金属氧化合物、碱土金属氧化合物、以及它们的一种组合。该玻璃料材料有助于在这种最终形成的粘结的磨料中适当地形成一种玻璃化的粘结剂材料。根据一个实施方案，该粘结剂材料粉末可以包括某一含量的硅石(SiO2)。例如，在此的实施方案可以使用一种由至少约50mol％的硅石形成的粘结剂材料粉末。在其他实施方案中，硅石的量值可以更大，如至少约55mol％，如至少约56mol％，并且特别地是处于约55mol％与约70mol％之间范围内的硅石。

[0028] 另外，该粘结剂材料粉末可以包括某一含量的碱金属氧化合物，并且特别低含量的此种碱金属氧化物，这在低温粘合剂组合物中可能更普遍。碱金属氧化合物是使用了表示为元素周期表中的1A族元素的碱金属种类的氧化合物以及络合物，如氧化锂(Li2O)、氧化钾(K2O)、氧化钠(Na2O)、以及它们的一种组合。

[0029] 根据一个实施方案，该粘结剂材料粉末可以由总计不大于约14mol％的碱金属氧化合物形成。在其他情况下，该粘结剂材料粉末是由更少的碱金属氧化合物形成的，如在不大于约13mol％、不大于约12.8mol％、不大于约12.6mol％、不大于约12.4mol％、不大于约12mol％、或者甚至不大于约11mol％的级别上。在此的具体实施方案可以形成如下一种粘结剂材料粉末，该粉末具有的碱金属氧化合物的总含量是处于约5mol％与约14mol％之间，如约8mol％与约13mol％之间、约9mol％与约12.8mol％之间、或者甚至约9mol％与约
12mol％之间的范围内。

[0030] 具体地关于氧化锂，该粘结剂材料粉末可以包括一个特别低含量的氧化锂，这在某些低温粘结剂组合物中可能更普遍。例如，在此处的多个实施方案中，该粘结剂材料粉末可以由小于2.0mol％的氧化锂形成。在其他情况下，氧化锂的含量可以更小，例如在小于约1.5mol％的级别上，如小于1.0mol％，如小于0.5mol％。在一种具体的情况下，该粘结剂材料粉末被形成为使得它基本上不含氧化锂。

[0031] 该粘结剂材料粉末可以由一个特定含量的氧化钠形成的。例如，在此的实施方案可以使用处于约2.0mol％与约8.0mol％之间，如约3.0mol％与约7.0mol％之间的。

[0032] 另外，在此的实施方案可以使用一个特定含量的氧化钾，如处于约2.0mol％与约8.0mol％之间、如约3.0mol％与约8.0mol％之间的范围内。

[0033] 该粘结剂材料粉末可以由某一含量的多种碱土金属氧化合物形成。碱土金属氧化合物是结合了来自元素周期表的2A族中存在的碱土金属元素中的二价物种的氧化合物和络合物。即，例如，某些适合的碱土金属氧化合物可以包括：氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化锶(SrO)、氧化钡(BaO)、以及它们的一种组合。根据一个实施方案，所使用的粘结剂材料粉末可以由总计不大于约10mol％的碱土金属氧化合物形成。在其他情况下，该碱土金属氧化合物含量是更少的，如在不大于约9.0mol％、不大于约8.0mol％、或者甚至不大于约7.0mol％的级别上。在此的具体实施方案可以使用总含量在约2.0mol％与约10mol％之间、如在约4.0mol％与约9.0mol％之间的范围内的碱土金属氧化合物。

[0034] 在这些碱土金属氧化合物之中，与该粘结剂材料粉末内的其他碱土金属氧化合物相比，氧化镁能以最大的含量存在。例如，该粘结剂材料粉末可以由至少约2.0mol％、如至少3.0mol％的氧化镁形成。在某些混合物中，该粘结剂材料粉末可以包含在约3.0mol％与7.0mol％之间、并且更特别地处于约3.0mol％与6.0mol％之间的范围内的氧化镁。

[0035] 该粘结剂材料粉末可以包括某一含量的氧化钙。例如，在此的实施方案可以使用由至少约0.5mol％的氧化钙(如处于约0.5mol％与3.0mol％之间范围的氧化钙)形成的一种粘结剂材料粉末。

[0036] 该粘结剂材料粉末可以包括某一含量的氧化钡。然而，氧化钡的量可以小于氧化镁和/或氧化钙的量。总体上，该粘结剂材料粉末包含小于约2mol％、如小于约1mol％的氧化钡。

[0037] 根据在此的实施方案，该粘结剂材料粉末可以被形成为具有一个特定含量的氧化铝(Al2O3)。例如，在此的实施方案可以使用由小于约13mol％的氧化铝、如小于约12mol％的氧化铝、或者甚至小于约11mol％的氧化铝形成的一种粘结剂材料粉末。而且，某些混合物可以使用由含量处于约8.0mol％与约13mol％之间、如在约8.0mol％与约12mol％之间的范围内的氧化铝形成的一种粘结剂材料粉末。

[0038] 除了以上指出的氧化物种类之外，该粘结剂材料粉末可以被形成为具有一个特定含量的氧化磷(P2O5)，与某些低温粘结剂组分相比较，这个含量可以是一个特别小的量。例如，该粘结剂材料粉末可以由小于1.0mol％的氧化磷形成。在其他实施方案中，该粘结剂材料粉末可以由小于0.5mol％的氧化磷形成。在特别的情况下，该粘结剂材料粉末可以被形成为使得它基本上不含氧化磷。

[0039] 另外，该粘结剂材料粉末可以由特定含量的氧化硼(B2O3)形成，这些含量可以低于某些低温粘结剂组分。例如，该粘结剂材料粉末可以包含小于10mol％的氧化硼。在其他情况下，该粘结剂材料粉末可以由小于约9.0mol％、或者甚至小于8.0mol％的氧化硼形成。具体的实施方案可以使用由约5.0mol％与约10mol％之间、如约5.0mol％与9.0mol％之间的氧化硼形成的一种粘结剂材料粉末。

[0040] 该粘结剂材料粉末可以包括其他材料，如某些其他的金属氧化合物或络合物。适合的另外的金属氧化合物或络合物可以包括某些金属元素(如过渡金属种类)的氧化物。此类金属氧化合物或络合物可以包括：氧化铁、氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化锰、氧化钴、氧化铬、氧化钒、氧化铋、以及它们的一种组合。此类另外的金属氧化物种类可以少量存在，使得该粘结剂材料粉末包含小于约2.0mol％并且更特别地小于约1.0mol％的任何一种以上指出的单独的氧化合物。

[0041] 在形成磨料颗粒在该粘结剂材料粉末中的一个混合物之后，将理解的是，可以将其他的材料加入该混合物中。例如，可以将某些有机化合物加入该混合物中，如粘合剂等等，以辅助该物品的形成。根据一个具体实施方案，该混合物可以包含某一含量的聚乙二醇、动物胶黏剂、糊精、马来酸、胶乳、蜡乳液、PVA、CMC、以及其他有机和/或无机的粘合剂。

[0042] 另外，可以在该混合物中提供其他添加剂以便协助该最终的粘结的磨料物品的形成。例如，一些适合的添加剂可以包括成孔物，这些成孔物包括但不限于：空心玻璃珠粒、研磨的胡桃壳、塑料材料的珠粒或有机化合物珠、泡沫玻璃颗粒以及泡沫氧化铝、长形的颗粒、纤维、以及它们的组合。

[0043] 在步骤101形成该混合物之后，该过程可以在步骤103通过将该混合物成形而形成一个生坯物品来继续。生坯物品是指一个未完成的物品，它可以不进行充分热处理来完成致密化(即，完全烧结的)。根据一个实施方案，形成该混合物的过程可以包括一个压制操作，其中将该混合物压制成一种与所预期的最终形成的粘结的磨料物品相似的特定形状。压制操作可以作为一个冷压操作来进行。适合的压力可以是处于约10与约300吨之间的范围内。

[0044] 在步骤103适当地形成该混合物之后，该过程可以在步骤105通过将该生坯物品加热到至少1100℃的烧制温度而形成该磨料物品来继续。烧制总体上是在适合于形成玻璃化的粘结剂材料的一个温度下进行。在此的实施方案的形成过程值得注意地使用了高的烧制温度，如至少约1100℃。在其他情况下，该烧制温度可以更高，如至少约1150℃、至少1200℃、至少约1250℃、或甚至于至少约1300℃。用于形成在此的实施方案的粘结的磨料物品的烧制温度可以是处于约1100℃与约1400℃之间、如约1100℃与约1300℃之间的范围内。

[0045] 总体上，烧制可以在环境气氛中进行，使得它包含空气。总体上，烧制的峰值温度的延续时间可以是至少约1小时、并且特别地处于约1到10小时之间的范围内。在将该物品充分加热而形成了具有包含在玻璃体粘结剂材料内的磨料颗粒的一种粘结的磨料物品之后，冷却该物品。在此的实施方案额可以使用一个自然冷却过程，其中将该加热炉的电力关掉，并且使该物品从烧制温度自然冷却到室温。

[0046] 如以上指出的，在此的实施方案的粘结的磨料物品可以包括被包含在一种粘结剂材料中的磨料颗粒，其中该粘结剂材料是一种具有非晶相的玻璃体材料。此外，以上已经指出，特定含量的某些组分(例如，碱金属氧化合物，硅石、氧化铝、氧化硼，等等)可以在该高温形成过程中发生变化，使得这种最终形成的粘结的磨料物品具有的此类组成的含量与初始混合物内此类组份的含量相比是不同的。因此，在此的实施方案的粘结的磨料物品被形成为使得该磨料物品的最终粘结剂材料具有某些含量的某些组分以及更特别地的某些组分之比，使得这种粘结的磨料物品可以在高温下形成而没有这些微晶氧化铝磨料颗粒的严重降解以及溶出。

[0047] 具体而言，该磨料物品的最终粘结剂组合物可以具有一个特定含量的多种碱金属氧化合物。例如，关于氧化钠，该粘结剂材料可以包含不大于约8.0mol％的氧化钠。在其他实施方案中，氧化钠的量可以更小，如不大于约7.0mol％、或者甚至不大于约6.0mol％。在特别的情况下，该粘结剂材料可以包含在约2.0mol％与约8.0mol％之间、并且更特别地在约3.0mol％与约6.0mol％之间的氧化钠。

[0048] 关于氧化钾，该粘结剂材料可以包含至少约4.0mol％的氧化钾。在其他情况下，该粘结剂材料可以包含至少约5.0mol％的氧化钾。在某些实施方案中，该磨料物品的最终粘结剂材料可以具有在约4.0mol％与约10mol％之间、并且更特别地在约4.0mol％与约8.0mol％之间的氧化钾。

[0049] 此外，该磨料物品的最终粘结剂材料可以被形成为使得它具有氧化钾含量与氧化钠含量之间的一个特定比率。例如，以mol％的氧化钾与氧化钠之间以[K2O/Na2O]表示的比率可以具有大于约0.5的值。在其他实施方案中，该比率可以大于约0.75，如大于约0.9、或者甚至大于1.0。值得注意的是，最终粘结剂材料的组成可以使用处于约0.5与约2.2之间、如约0.75与约2.0之间、约0.8与1.9之间、或者甚至约1.0与约1.4之间的范围内的一个氧化钾与氧化钠之比[K2O/Na2O]。

[0050] 如以上指出的，该粘结剂材料的初始混合物可以包含特别低的量值的某些碱金属氧化合物，如氧化锂。这样，该磨料物品的最终形成的粘结剂材料总体上可以具有小于约2.0mol％的氧化锂，如小于1.5mol％、如小于1.0mol％、或者甚至小于0.5mol％的氧化锂。
值得注意的是，在具体实施方案中，该磨料物品的最终形成的粘结剂材料可以基本上不含氧化锂。

[0051] 在此的实施方案的磨料物品可以具有总含量显著低于其他常规粘结剂材料的碱金属氧化合物，这有助于在高温下使用具有高整体性的MCA颗粒形成粘结的磨料物品。即，在最终的粘结剂材料内的碱金属氧化合物的总含值可以是小于约13mol％。具体地说，碱金属氧化合物的总含量可以占该粘结剂材料内的材料总摩尔数的小于约12.8mol％、小于约12.6mol％、小于约12.4mol％或者甚至小于约11.5mol％。在某些情况下，在此的这些磨料物品被形成为使得最终的粘结剂材料具有的碱金属氧化合物总含量是小于13mol％并且大于约8.0mol％，如小于约12.8mol％并且大于约9.0mol％，或者小于约12mol％并且大于
8mol％、或者小于约11.5mol％并且大于9.0mol％、并且更特别地小于约11.5mol％并且大于9.5mol％。

[0052] 在此的实施方案的这些磨料物品可以具有一个特定含量的氧化磷。例如，该最终形成的粘结剂材料可以具有小于约1.0mol％的氧化磷，如小于约0.5mol％的氧化磷。具体地说，该磨料物品的最终形成的粘结剂材料可以基本上不含氧化磷。

[0053] 在此的实施方案的磨料物品的最终形成的粘结剂可以具有一个特定含量的氧化硼。例如，该最终形成的粘结剂材料可以具有小于10mol％的氧化硼。在其他情况下，该最终形成的粘结剂材料可以包含小于约9.0mol％、如小于8.0mol％的氧化硼。在某些实施方案中，该最终形成的粘结剂材料具有的氧化硼含量是处于约1.0mol％与约10mol％之间、如约2.0mol％与约9.0mol％之间、或者甚至约2.0mol％与约8.0mol％之间的范围内。

[0054] 除了包含在该最终形成的粘结剂材料内的氧化硼总含量之外，在此的实施方案可以使用在该氧化硼含量与其他碱金属组合物之间或者甚至在氧化硼总含量与碱金属氧化合物总含量之间的一个特定比率。

[0055] 如将理解的，该粘结剂材料可以包含一个显著量的硅石。即，该最终形成的粘结剂材料可以被形成为使得它包含大半量值的硅石(即，大于50mol％的硅石)。在其他实施方案中，该最终形成的粘结剂材料可以包含大于约55mol％的硅石，特别是处于约55mol％与约70mol％之间、并且更特别地处于约55mol％与约65mol％之间的范围内的硅石。

[0056] 另外，该最终形成的粘结剂材料可以展现出在硅石含量与该碱金属氧化合物总含量(Caoc)之间以mol％计并且以[Caoc/SiO2]表示的、具有大于约0.17的值的一个特定比率。在其他实施方案中，该比率[Caoc/SiO2]可以大于约0.18，如在约0.17与0.6之间，并且特别地是在约0.18与约0.5之间的范围内。

[0057] 该最终形成的粘结剂材料可以展现出适合用于形成该高温粘结的磨料物品的某些含量的氧化铝(Al2O3)。例如，该最终的粘结剂材料可以包含至少约12mol％的氧化铝，如至少约13mol％的氧化铝，或甚至至少约14mol％的氧化铝。此外，该最终粘结剂中氧化铝的总含量可能是受限的，如不大于约18mol％、不大于约17mol％、或者甚至不大于约16mol％。如将理解的，氧化铝的量值可以是与该粘结剂材料内的其他物种(即，氧化合物)的总含量相比而进行控制，这些其他物种包括但不限于：硅石、碱金属氧化物、碱土金属氧化物、硼化物、以及它们的一种组合。

[0058] 另外，该最终形成的粘结剂材料可以包含某一含量的多种碱土金属氧化合物(Caeoc)。适合的碱土金属氧化合物可以包括氧化镁、氧化钙、氧化锶、以及氧化钡。在具体的情况下，该磨料物品可以被形成为使得最终的粘结剂材料可以包含不大于约6.0mol％、如不大于约5.0mol％、或者甚至不大于约4.0mol％的氧化镁。在某些实施方案中，该最终形成的粘结剂材料包含在约1.0mol％与约6.0mol％之间、如在约1.0mol％与约4.0mol％之间的氧化镁。

[0059] 另外，该最终形成的粘结剂材料可以包含一个特定含量的氧化钙，具体地是小于氧化镁的含量的一个量值。例如，该最终形成的粘结剂材料可以包含小于约6.0mol％的氧化钙，如小于约4.0mol％的氧化钙，或者甚至小于约3.0mol％的氧化钙。在某些实施方案中，该最终形成的粘结剂材料可以包含在约1.0mol％与约5.0mol％之间、如在约1.0mol％与约3.0mol％之间的氧化钙。

[0060] 此外，该最终形成的粘结剂材料可以包含量值小于约2.0mol％、如小于约1.0mol％、并且特别地处于约0.1mol％与约1.0mol％之间的范围内的氧化钡。

[0061] 碱土金属氧化合物的总含量(Caeoc)可以是至少约1.0mol％、如至少约2.0mol％、或者甚至至少约3.0mol％。而且，在此的实施方案可以使用如下一种最终形成的粘结剂材料，它具有的碱土金属氧化物的总含量是小于约9.0mol％、如小于约8.0mol％、或者甚至小于约7.0mol％。即，根据在此的实施方案的磨料物品的最终形成的粘结剂材料可以具有处于约2.0mol％与约9.0mol％之间的范围内、如处于约3.0mol％与约7.0mol％之间的范围内的碱土金属氧化物总含量。

[0062] 除了碱土金属氧化合物总含量之外，该粘结剂材料可以使用在该碱金属氧化合物总含量与碱土金属氧化合物总含量之间的一个特定比率。该碱金属氧化合物总含量(以mol％计)与二价碱土金属化合物总含量(以mol％计)相比的比率可以是表示为[Caoc/Caeoc]、具有至少约1.2的值的一个比率。在其他实施方案中，这个比率可以是至少约1.5、如至少约1.75、至少约2.0。而且，这个比率总体上可以是小于约3.5、如小于3.25、并且小于3.0。某些实施方案使用了如下一种粘结剂材料，该粘结剂材料具有的这些碱金属氧化合物与二价碱土金属化合物之比[Caoc/Caeoc]是处于约1.2与约3.5之间、如约1.5与约3.25之间、如约1.75与约3.0之间的范围内，并且更具体地处于约2.0与约2.75之间的范围内。

[0063] 本发明的研磨工具的组成优选地包含从约34vol％到约56vol％、如在约40vol％与约54vol％之间、并且更特别地在约44vol％与约52vol％之间的磨料颗粒总含量。该MCA磨料可以占该磨料物品的总磨料颗粒的约1vol％到约100vol％之间，如占该磨料物品中磨料颗粒总体积的约10vol％到约80vol％之间、或30vol％到约70vol％之间。

[0064] 在此的实施方案的这些磨料物品可以包括在约3.0与约30之间的粘结剂材料。在更特别的情况下，该磨料物品可以包含在约3vol％到约25vol％之间的粘结剂，在约4vol％到约20vol％之间的粘结剂，并且甚至在约5vol％到约18.5vol％之间的粘结剂。此外，一些磨料物品可以包括0.1vol％到60vol％的一种或多种次级磨料颗粒、填充剂和/或添加剂类。

[0065] 尽管大多数的研磨工具可以具有不同的孔隙度，然而根据在此包含的实施方案所形成的一些磨料本体可以呈现出某一含量的孔隙率。例如，该磨料本体可以具有小于该磨料本体总体积的约50vol％的一个孔隙率。在其他情况下，该孔隙率可以是小于约49vol％，如小于约40vol％。在特别的情况下，某些磨料本体可以被形成为具有如下的一个孔隙率，该孔隙率是至少约20vol％并且小于约40vol％，如至少约30vol％并且小于约50vol％，并且更特别地在约30vol％与约49vol％之间。

[0066] 在此说明的这些磨料物品可以通过一种高温形成工艺来形成，而这些含微晶氧化铝的磨料颗粒没有特别的溶出或降解。具体地说，根据在此的这些方法形成的这些磨料本体可以展现出一种特殊的硬度，如在以下条件下的喷砂渗透度试验中测量的。喷砂试验如下进行：首先在一个工作台上以一个测量杆校准一个标准件，如一种玻璃板材料，并且使该标准件与该喷砂密封件的表面相接触。在具有48cc体积的一个室中使用15psi的空气压力将标准等级的砂子材料喷射在该标准件(或样品)的表面上持续10秒的一个单次周期时间。测量并且记录一个单次周期之后在该标准件中形成的孔的深度。在确定了该标准件中形成的孔的深度是处于适当的范围内之后，对根据在此的实施方案形成的样品进行试验。如将理解的，这个深度值越低，则磨料物品将越硬。

[0067] 在此的实施方案的某些磨料物品展现了不大于约2.2mm的喷砂渗透度。事实上，某些磨料本体呈现出的喷砂渗透度是不大于约2.1mm、如不大于约2.0mm、不大于约1.9mm、不大于约1.8mm、并且甚至不大于约1.6mm。

[0068] 实例

[0069] 制备了两个样品：一个根据在此的实施方案形成的样品S1，以及具有常规粘结剂材料的第二个常规样品CS1。在具体的磨削条件下测试这两个样品S1和CS1以比较它们的性能特性。

[0070] 通过首先将80wt％-90wt％的磨料颗粒与9wt％-15wt％的一种具有下表1中提供的组成的初始粘结剂材料进行组合来形成样品S1。该混合物进一步包括余量(wt％)的、包括一种粘合剂材料的其他添加剂。首先将样品1冷压以便形成一个生坯物品，并且此后在约1200℃的一个烧制温度下进行烧结以便形成一个最终的粘结的磨料物品，该磨料物品具有大致46vol％-50vol％的磨料颗粒、7vol％-11vol％的粘结剂材料、以及余量的孔隙率。该粘结剂材料的最终组成提供在表1中。

[0071] 表1

[0072]

[0073] 根据样品S1的方法形成的样品S1具有如在此说明的初始以及最终的粘结剂组成。将CS1样品在约900℃-950℃之间的烧制温度下进行烧制。像样品S1一样，样品CS1被形成为使得它也包含了大致46vol％-50vol％的磨料颗粒、7vol％-11vol％的粘结剂材料、以及余量的孔隙率。

[0074] 对于CS1样品而言最终形成的玻璃体粘结剂的碱金属氧化合物总含量是大致16mol％-18mol％，包括了显著含量的氧化锂，碱土金属氧化合物的总含量是大致小于
1.5mol％，总的氧化硼含量是大于10mol％并且计算出来是处于约14mol％与18mol％之间，该在氧化钾与氧化钙之比[K2O/Na2O]是在0.01与0.05之间。

[0075] 使样品S1和CS1经受一个外径(OD)全面进磨试验以便确定这些粘结的磨料物品的功率消耗、还以及在该磨削程序之后该测试工件的最终表面粗糙度。OD全面进磨的进行条件是在一种受控的进给磨削条件下使用冷却剂，其条件汇总在下表2中。

[0076] 表2

[0077]

[0078] 下表3汇总了在持续了给定数目的修整周期的该磨削过程中所消耗的平均功率、以及在测试之后该工件的圆度偏差。如该数据所展示的，样品S1对于更大数目的修整周期展示了超过常规样品CS1的改进的(即，更低的)平均功率消耗。此外，由S1样品所磨削的这些工件的圆度偏差是使用CS1粘结的磨料所磨削的样品的圆度偏差的一半。

[0079] 表3

[0080]

[0081]

[0082] 使用样品S1和CS1进行第二组磨削试验。使用样品S1和CS1并使用一种冷却剂在下表4中汇总的条件下进行横过表面的磨削试验。

[0083] 表4

[0084]

[0085] 试验结果提供在了图2和图3的曲线图中。图2包括样品S1和CS1的平均功率相对于材料去除速率(MMR)的曲线图。如所指示的，与样品CS1相比，样品S1证明了在该工件上在所测试的这些材料去除速率的范围内更低的平均功率消耗。具体地说，在超过10mm3/s/mm的更高的材料去除速率下，样品CS1与S1的平均功率消耗之间的差异是显著的。

[0086] 图3是关于样品CS1和S1而言工件的以微米测量的平均表面粗糙度(Ra)相对于材料去除速率的曲线图。如图3中所展示的，总体上在这些磨削试验之后该工件的表面粗糙度对于这两个样品是大致相同的。值得注意的是，样品S1能够在高的材料去除速率连同低的材料去除速率下提供几乎相同的表面粗糙度。

[0087] 值得注意地，图2与图3的组合信息表明，根据在此的实施方案形成的粘结的磨料物品(样品S1)可以与一种常规样品相比使用更小的功率、而甚至使用增大的材料去除速率。并且另外，甚至在更高的材料去除速率下，工件的精加工没有受损。事实上，在测试过程中，使用样品CS1磨削的这些工件被烧损，而使用样品S1磨削的这些工件的精加工没有观察到烧损。

[0088] 在此的实施方案是针对于将微晶氧化铝结合在高温粘结的磨料物品中的多种磨料物品，其中这些微晶氧化铝颗粒呈现出改进的整体性以及最小的溶出以及降解。现有技术中采用MCA颗粒的粘结的磨料物品一直是针对于在低于1000℃的温度下形成的低温玻璃化粘结剂的形成以及使用。然而，在此的这些实施方案是针对于一种在高温下形成的粘结的磨料物品以及一种粘结剂材料的使用，该粘结剂材料有助于高温形成过程同时最小化了这些MCA颗粒的溶出和降解。在此的这些实施方案值得注意地使用了以下有助于形成具有改进的特性(如硬度以及研磨性能)的粘结的磨料物品的这些特征的一个或多个组合，这些特征包括：碱金属氧化合物、碱土金属氧化合物、氧化硼、硅石、氧化铝、氧化磷、以及氧化锂的总含量，碱金属氧化合物、碱土金属氧化合物、氧化硼、硅石、氧化铝、氧化磷、以及氧化锂相互之间的特定比率，以及磨料颗粒、粘结剂、以及孔隙率的特定含量。以上内容描述了多种特征的一种组合，这些特征可以按不同的方式进行组合以便描述并且限定这些实施方案的粘结的磨料物品。本说明并非旨在列出多种特征的一种层次、而是列出可以按一种或多种方式进行组合的不同特征来定义本发明。

[0089] 在上文中，提及的多个具体的实施方案以及某些部分的连接是说明性的。应当理解，提及的被联接或者连接的多个部分是旨在披露所述部分之间的直接连接或者通过如所理解的一个或多个插入部分进行的间接连接以便实施如在此讨论的这些方法。这样，以上披露的主题应被认为是解说性的、而非限制性的，并且所附权利要求旨在覆盖落在本发明的真正范围内的所有此类变体、增进、以及其他实施方案。因此，在法律所允许的最大程度上，本发明的范围应由对以下权利要求和它们的等效物可容许的最宽解释来确定，并且不应受以上的详细的说明的约束或限制。

[0090] 披露的摘要是遵循专利法而提供的，并且按以下理解而提交，即，它将不被用于解释或者限制权利要求的范围或含义。另外，在以上的详细说明中，为了使披露精简而可能将不同的特征集合在一起或者在一个单独的实施方案中描述。本披露不得被解释为反映了一种意图，即，提出要求的实施方案要求的特征多于在每一项权利要求中清楚引述的特征。相反，如以下的权利要求所反映，发明的主题可以是针对少于任何披露的实施方案的全部特征。因此，以下的权利要求被结合详细说明之中，而每一项权利要求自身独立地限定了分别提出权利要求的主题。

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一种磨料机-专利编号CN106217202A	2020-05-12	914
抗填塞磨料物品-专利编号CN102666021A	2020-05-13	388
树脂粘结的磨料-专利编号CN102648072A	2020-05-13	940
磨料压块-专利编号CN101506397A	2020-05-11	662
抗填塞磨料物品-专利编号CN102666021B	2020-05-12	1016
磨料水洗机-专利编号CN101745508A	2020-05-11	811
磨料压块-专利编号CN101506397B	2020-05-11	230
镀衣磨料-专利编号CN101747863A	2020-05-11	724
粘结的磨料物品-专利编号CN105751088B	2020-05-13	365
粘结的磨料物品-专利编号CN105751088A	2020-05-12	320

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