專利名稱：制備附聚物磨料顆粒的噴霧干燥方法和磨料制件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備許多附聚物磨料顆粒和磨料制件的方法。更具體的是，本發(fā)明涉及制備許多附聚物磨料顆粒的噴霧干燥方法以及磨料制件。
背景技術(shù)：
在本技術(shù)領(lǐng)域中已知各種附聚物磨料顆粒，且已經(jīng)用于各種磨料制件中，如涂覆磨料制件(見，例如美國專利No.3,916,584(Howard等)、5,714,259(Holmes等)、4,311,489(Kressnar)、4,652,275(Bloecher等)、4,799,939(Bloecher等)、5,500,273(Holmes等)和5,910,471(Christianson等))。由于它們不能提供許多極細(xì)(例如，直徑為500微米或更少)的球形附聚物磨料顆粒，一些已知用于制備附聚物磨料顆粒的方法并沒有什么好處。
一些已知用于制備聚合物(例如，有機(jī)樹脂)粘結(jié)附聚物磨料顆粒的方法所遇到的問題是這種附聚物磨料顆粒并不具有所需的強(qiáng)度。
但是，另外的問題是一些制備附聚物磨料顆粒的技術(shù)需要將溫度加熱至1200-1600℃的數(shù)量級。某些附聚物磨料顆粒(例如，菱形和立方形氮化硼磨料顆粒)在這種溫度下并不穩(wěn)定。
發(fā)明概述本發(fā)明提供用于制備許多附聚物磨料顆粒的噴霧干燥方法。所述方法包括噴霧干燥漿液，提供許多前體附聚物磨料顆粒，所述漿液包含莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆粒；玻璃熔料；溶劑；和至少一種可分散在溶劑中的粘結(jié)劑材料或者可溶于溶劑中的粘結(jié)劑材料；將許多前體附聚物磨料顆粒加熱至一種使所述玻璃熔料至少部分熔化，以提供許多附聚物磨料顆粒的溫度下，所述磨料顆粒含有通過玻璃粘結(jié)劑材料粘結(jié)在一起的第一礦物顆粒。
在本發(fā)明優(yōu)選的方法中，至少一部分(較好是至少大部分(重量))莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆粒為菱形磨料顆?；蛄⒎叫蔚鹉チ项w粒中的至少一種。這種方法可以用于在基本上低于菱形和/或立方形氮化硼熱不穩(wěn)定的溫度下制備附聚物磨料顆粒，所述顆粒包含菱形磨料顆粒或立方形氮化硼磨料顆粒中的至少一種。
在本發(fā)明另一優(yōu)選方法中，可以制備具有微細(xì)等級(即小粒度)的附聚物磨料顆粒。通常，本發(fā)明方法所制得的附聚物磨料顆粒的平均粒度約為1-500微米，更好是約為1-300微米，甚至為1-250微米，最好約為1-200微米。
本發(fā)明制備的附聚物磨料顆?？梢越Y(jié)合到各種磨料制件中，如涂覆磨料、粘結(jié)磨料(包括玻璃化和香樹脂砂輪)、非織造磨料和磨刷。所述磨料制件通常包含本發(fā)明制備的附聚物磨料顆粒和磨料制件粘結(jié)劑材料。作為一個(gè)非限制性例子，可以混合至少一部分眾多附聚物磨料顆粒和磨料制件粘合劑材料，形成磨料制件。在一個(gè)這種實(shí)施方案中，所述方法還包括在混合至少一部分眾多附聚物磨料顆粒和磨料制件粘合劑材料之前，加熱處理所述玻璃粘結(jié)劑材料，提供將所述第一礦物顆粒粘結(jié)在一起的陶瓷粘結(jié)劑材料。作為另一非限制性例子，將包含至少一部分分散在磨料制件粘結(jié)劑材料中的眾多附聚物磨料顆粒的磨料層施涂到襯底的主表面，形成涂覆磨料制件。在一個(gè)這種實(shí)施方案中，所述方法還包括在將包含至少一部分分散在磨料制件粘結(jié)劑材料中的眾多附聚物磨料顆粒的磨料層施涂到襯底的主表面形成涂覆磨料制件之前，加熱處理所述玻璃粘結(jié)劑材料，提供將所述第一礦物顆粒粘結(jié)在一起的陶瓷粘結(jié)劑材料。它也是在本發(fā)明制備磨料制件之后加熱處理玻璃粘結(jié)劑材料來提供陶瓷粘結(jié)劑材料的范圍內(nèi)(例如，當(dāng)所述磨料制件粘結(jié)劑材料為玻璃或者結(jié)晶陶瓷時(shí))。
本發(fā)明制得的一些優(yōu)選附聚物磨料顆粒多孔性充分，以使所述磨料制件粘結(jié)劑材料滲透到其中，這在一些用途(包括一些涂覆和粘結(jié)磨料制件)中可能是有利的。另一方面，本發(fā)明制備附聚物磨料顆粒的實(shí)施方案可以制成具有所需孔隙度和/或礦物顆粒之間的粘結(jié)強(qiáng)度，以提供附聚物磨料顆粒良好的研磨性質(zhì)。這種附聚物磨料顆粒良好的研磨性質(zhì)對粘結(jié)磨料制件來說是尤其需要的。
或者，例如，本發(fā)明制得的附聚物磨料顆?？梢宰鳛榘チ蠞{液的疏松形式和噴丸介質(zhì)使用。
本文所用的術(shù)語“眾多附聚物磨料顆?！焙汀案骄畚锬チ项w?！北徽J(rèn)為是同義詞。
附圖簡要說明

圖1是涂覆磨料制件的部分截面示意圖，所述制件包含許多本發(fā)明的附聚物磨料顆粒；圖2是粘結(jié)磨料制件的透視圖，所述制件包含許多本發(fā)明的附聚物磨料顆粒；圖3是非織造磨料制件的放大示意圖，所述制件包含許多本發(fā)明的附聚物磨料顆粒。
發(fā)明的詳細(xì)說明第一礦物顆粒本發(fā)明的方法使用莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆粒。通常，根據(jù)(例如)具體的研磨或拋光方法，所述第一礦物顆粒的莫氏硬度可以高達(dá)至少6、7、8、9，甚至為10。所述第一礦物顆粒主要作為附聚物磨料顆粒中的活性研磨或拋光劑。莫氏硬度至少為5的有用的第一礦物顆粒的例子包括(但不限于)那些選自金剛石顆粒、碳化硅顆粒、氧化鋁顆粒、氧化鋯顆粒、改性陶瓷氧化鋁顆粒、立方形氮化硼顆粒、碳化鈦顆粒、氮化鈦顆粒、氧化鈰顆粒、二氧化硅顆粒以及它們的混合物的礦物顆粒。宜至少一部分、更好是大部分(重量)、最好是所有的附聚物磨料顆粒選自金剛石顆粒、碳化硅顆粒、氧化鋁顆粒、氧化鋯顆粒、改性陶瓷氧化鋁顆粒、立方形氮化硼顆粒、碳化鈦顆粒、氮化鈦顆粒、氧化鈰顆粒、二氧化硅顆粒以及它們的混合物。
所述第一礦物顆粒的粒度可以各不相同。通常，所述第一礦物顆粒的平均粒度(即最大尺寸)約為0.01-100微米，宜約為0.05-50微米，最好約為0.1-25微米。所述第一礦物顆粒的平均粒度隨其中所含眾多附聚物磨料顆粒的平均粒度而改變。通常，所述第一礦物顆粒的平均粒度約為所述附聚物磨料顆粒平均粒度的0.5-50％，宜約為1-40％，最好約為2-20％。
通常，本發(fā)明方法所制得的附聚物磨料顆粒以各附聚物磨料顆粒的總重計(jì)，各含有約1-90重量％、宜約為10-80重量％、最好約為40-60重量％的莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆粒。
所述用于制造附聚物磨料顆粒的漿液以所述漿液的總重計(jì)，通常包含約5-75重量％、宜約為10-50重量％，最好約為20-30重量％的莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆粒。
所述第一礦物顆粒宜具有至少一個(gè)軟化點(diǎn)，熔點(diǎn)或者分解溫度，且所述第一礦物顆粒的軟化點(diǎn)、熔點(diǎn)或分解溫度中至少一個(gè)較低的(溫度點(diǎn))高于所述玻璃熔料的軟化點(diǎn)。
玻璃熔料玻璃熔料在噴霧干燥之后的加熱過程中至少部分熔化，且主要用于將所述第一礦物顆粒粘結(jié)在一起?？梢允褂貌煌愋偷牟Ａ哿?，包括(但不限于)選自二氧化硅玻璃熔料、硅酸鹽玻璃熔料、硼硅酸鹽玻璃熔料以及它們混合物中的玻璃熔料。二氧化硅玻璃熔料通常包含100重量％的二氧化硅。優(yōu)選的硅酸鹽玻璃熔料組合物以玻璃熔料的總重計(jì)，例如可以包含約70-80重量％二氧化硅、約10-20重量％氧化鈉、約5-10重量％氧化鈣、約0.5-1重量％氧化鋁、約2-5重量％氧化鎂以及約0.5-1重量％氧化鉀。硅酸鹽玻璃熔料組合物的非限制性例子以玻璃熔料總重計(jì)含有約73重量％二氧化硅、約16重量％氧化鈉、約5重量％氧化鈣、約1重量％氧化鋁、約4重量％氧化鎂和約1重量％氧化鉀。硼硅酸鹽玻璃熔料組合物以玻璃熔料的總重計(jì)，例如可以包含約50-80重量％二氧化硅、約10-30重量％氧化硼、約1-2重量％氧化鋁、約0-10重量％氧化鎂、約0-3重量％氧化鋅、約0-2重量％氧化鈣、約1-5重量％氧化鈉、約0-2重量％氧化鉀以及約0-2重量％氧化鋰。硼硅酸鹽玻璃熔料組合物的非限制性例子以玻璃熔料總重計(jì)含有約52重量％二氧化硅、約27重量％氧化硼、約9重量％氧化鋁、約8重量％氧化鎂、約2重量％氧化鋅、約1重量％氧化鈣、約1重量％氧化鈉、約1重量％氧化鉀以及約1重量％氧化鋰。
漿液中所用玻璃熔料的尺寸可以各不相同。通常，所述玻璃熔料的平均粒度約為0.01-100微米，宜約為0.05-50微米，最好約為0.1-25微米。所述玻璃熔料的平均粒度和莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆粒的平均粒度相比可以不同。通常，玻璃熔料的平均粒度約為第一礦物顆粒平均粒度的1-200％，宜約為10-100％，最好約為15-50％。通常，漿液中玻璃熔料和第一礦物顆粒的重量比約為10∶90-90∶10。所述玻璃熔料的形狀也可以各不相同。通常，所述玻璃熔料的形狀是不規(guī)則的。
較好的是，所述玻璃熔料的熱膨脹系數(shù)與莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆粒的系數(shù)相同或者基本上相同。
所述漿液以所述漿液的總重計(jì)，通常包含約5-75重量％，宜約為10-50重量％，最好約為20-30重量％的玻璃熔料。本發(fā)明方法制得的附聚物磨料顆粒以各附聚物磨料顆粒的總重計(jì)，通常包含約1-90重量％，宜約為10-80重量％，最好約為40-60重量％的玻璃粘結(jié)劑材料。
溶劑合適的溶劑的例子包括(但不限于)水和非水溶劑。有用的非水溶劑的例子包括(但不限于)醇(如乙醇和異丙醇)、酮(如甲基乙基酮)。通常所用的溶劑為水。所述溶劑用于分散和/或溶解所述在溶劑中可以分散的和/或可溶于溶劑的粘結(jié)劑材料，分散所述玻璃熔料和莫氏硬度約大于5的礦物顆粒，并影響所述漿液的特性如固體負(fù)載量和粘度。通常，所述漿液以漿液總重計(jì)包含約20-80重量％溶劑，宜約為40-60重量％，最好約為30-50重量％。
可溶于溶劑的粘結(jié)劑材料和可分散在溶劑中的粘結(jié)劑材料漿液中存在的可溶于溶劑的粘結(jié)劑材料和/或可分散在溶劑中的粘結(jié)劑材料宜選自可溶于水的粘結(jié)劑材料、可分散在溶劑中的粘結(jié)劑材料以及它們的混合物，因?yàn)樗莾?yōu)選的溶劑。所述粘結(jié)劑材料宜在噴霧干燥過程中粘結(jié)所述玻璃熔料和第一礦物顆粒。有用的可溶于水的粘結(jié)劑材料的例子包括(但不限于)那些選自甲基纖維素、羥基乙基纖維素、羧甲基纖維素鈉和聚乙烯醇的材料。有用的可分散在水中的粘結(jié)劑材料的例子包括(但不限于)石蠟。
漿液中所含的可溶于溶劑和/或可分散在溶劑中的粘結(jié)劑材料的量可以不同。通常，所述漿液以所述漿液的總重計(jì)，包含約0.5-40重量％，宜約為3-30重量％，最好約為5-15重量％的可溶于溶劑和/或可分散在溶劑中的粘結(jié)劑材料。
在加熱過程中，可溶于溶劑和/或可分散在溶劑中的粘結(jié)劑材料宜至少被部分極化、更好被充分極化(即，大于約50重量％，宜至少約為75重量％，更好至少約為90重量％的可溶于溶劑和/或可分散在溶劑中的粘結(jié)劑材料被極化)、最好被完全極化，所述加熱過程是在所述噴霧干燥前體附聚物磨料顆粒形成之后進(jìn)行的。因此，所述附聚物磨料顆粒以所述附聚物磨料顆粒的總重計(jì)，通常包含約0-40重量％，宜約為0-30重量％，更好約為0-5重量％，最好約為0重量％可溶于溶劑和/或可分散在溶劑中的粘結(jié)劑材料。
添加劑所述漿液還可以任選地包含一種或多種添加劑，所述添加劑包括(但不限于)那些選自填料、多孔成形劑、表面活性劑和硅烷偶聯(lián)劑的添加劑。可以包含足夠量的添加劑來獲得所需的效果。
合適的填料的例子包括(但不限于)那些選自金屬碳酸鹽(例如，碳酸鈣、方解石、石灰石、碳酸鈉和碳酸鎂)、硅酸鹽(例如，滑石、粘土、長石、云母、硅酸鈣、硅酸鈉和無水硅酸鉀)、金屬硫酸鹽(例如，硫酸鈣、硫酸鈉、硫酸鋁鈉和硫酸鋁)、鹽(例如，氯化鈉、鈉冰晶石、鉀冰晶石和氯化鎂)、生石膏、蛭石、木屑、碳黑、硫磺、石墨和金屬硫化物的填料。
合適的多孔成形劑的例子包括(但不限于)那些選自酚醛顆粒、聚氨酯泡沫顆粒、苯乙烯顆粒和氧化鋁顆粒的多孔成形劑。
合適的表面活性劑的例子包括(但不限于)那些選自陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、非離子表面活性劑、兩性表面活性劑以及它們的混合物的表面活性劑。有用的具體表面活性劑的例子包括(但不限于)非離子表面活性劑乙氧基壬基苯酚、陰離子表面活性劑硬脂酸鈉和二異丙基萘基磺酸鈉，和陽離子表面活性劑氯化月桂基三甲基銨。通常，所述漿液以漿液的總重計(jì)含有約0-5重量％，宜約為0.1-2重量％，最好約為0.2-1重量％的表面活性劑(若含有的話)。
漿液特性所述漿液的粘度可以不同。但是，若所述粘度太高，噴霧干燥頭會(huì)出現(xiàn)污垢。若漿液粘度太低的話，會(huì)導(dǎo)致形成許多中空的前體附聚物磨料顆粒，這一點(diǎn)并不是所希望的。較好的是，至少一部分，更好是大部分，最好是全部眾多的前體附聚物磨料顆粒和眾多最終的附聚物磨料顆粒是實(shí)心的(即不是中空的)。
所述漿液的固體負(fù)載量可以不同。但是，若所述固體負(fù)載量太高，噴霧干燥頭會(huì)出現(xiàn)污垢。若漿液負(fù)載量太低的話，會(huì)導(dǎo)致形成許多中空的前體附聚物磨料顆粒，這一點(diǎn)并不是所希望的。通常，以漿液的總重計(jì)，漿液的固體負(fù)載量約為0-50重量％，宜約為10-40重量％，最好宜約為20-35重量％。
噴霧干燥器合適的噴霧干燥器可以購得。有用的市售噴霧干燥器的例子是以商品名“MOBILMINOR”從Niro Company，Columbia，MD購得的噴霧干燥器。
在噴霧干燥過程中，所述漿液通常從噴霧頭中泵出，在此形成許多前體附聚物磨料顆粒，之后在任選的半真空加熱的干燥室中進(jìn)行干燥。
所述噴霧干燥器(例如)可以使用轉(zhuǎn)輪式噴霧器、單流體噴霧頭或雙流體噴霧頭?？梢詮脑S多銷售商(Niro，Inc.、Bowen等)購得許多不同的噴頭裝置。所述噴霧干燥可以任選地使用超聲波振動(dòng)作為霧化工藝的一部分。所述干燥的前體附聚物磨料顆粒的尺寸可以根據(jù)(例如)工藝參數(shù)和漿液特性而改變。通過流體噴霧頭增大流體的壓力，所述超聲波振動(dòng)的頻率和/或轉(zhuǎn)輪式噴霧器的旋轉(zhuǎn)速度通常導(dǎo)致形成更小的前體附聚物磨料顆粒。類似地，降低所述漿液的粘度和表面張力通常導(dǎo)致前體附聚物磨料顆粒的尺寸降低，同時(shí)降低了漿液的固體含量。相反，例如通過流體噴霧頭降低流體的壓力、降低超聲波振動(dòng)的頻率、降低轉(zhuǎn)輪式噴霧器的旋轉(zhuǎn)速度、增大漿液的粘度、增大漿液的表面張力、增大所述固體負(fù)載量和/或增大進(jìn)料速度通常導(dǎo)致形成更大的附聚物磨料顆粒。
通常，一旦形成前體附聚物磨料顆粒并混入空氣，它們經(jīng)過加熱/干燥室，通常在稍低的壓力下進(jìn)行干燥。所述噴霧干燥器進(jìn)口和出口溫度宜足夠高，以蒸發(fā)所述前體附聚物磨料顆粒中存在的溶劑，由此防止或使前體附聚物磨料顆粒在噴霧干燥室和/或由此引出的導(dǎo)管中內(nèi)聚成團(tuán)(building up)的程度最小。在室和/或?qū)Ч苤懈骄畚锬チ项w粒內(nèi)聚成團(tuán)導(dǎo)致產(chǎn)率降低。
噴霧干燥器的進(jìn)口溫度影響(例如)干燥速度，并最終影響前體附聚物磨料顆粒的形態(tài)。若所述進(jìn)口溫度太低，所述前體附聚物磨料顆粒就會(huì)出現(xiàn)不完全干燥。例如，若所述進(jìn)口溫度太高，就會(huì)出現(xiàn)許多畸形、非球形干燥前體附聚物磨料顆粒，導(dǎo)致在加熱之前可分散在溶劑中和/或可溶解在溶劑中的粘結(jié)劑材料過早地部分熱解，以及/或在噴霧頭出現(xiàn)污垢。所述噴霧干燥器的進(jìn)口溫度宜約為90-400℃，更好約為90-300℃，最好約為90-250℃。
若所述進(jìn)口溫度太低，所述前體附聚物磨料顆粒不能充分干燥。若所述出口溫度太高，會(huì)導(dǎo)致形成許多嚴(yán)重畸形的前體附聚物磨料顆粒。較低的進(jìn)口溫度、更快的進(jìn)料速度和/或更低的固體負(fù)載漿液有助于降低出口溫度。所述出口溫度宜約為40-250℃，更好約為40-150℃，最好約為40-120℃。
所述噴霧干燥前體附聚物磨料顆粒的形狀通常主要取決于干燥速度。快速干燥通常導(dǎo)致形成畸形、中空或者螺旋形前體附聚物磨料顆粒。若需要球形前體附聚物磨料顆粒，通常優(yōu)選較低的進(jìn)口溫度(約90-250℃)和出口溫度(約40-120℃)，這樣的溫度會(huì)使干燥緩慢，使所述前體附聚物磨料顆粒在干燥前穩(wěn)定在球形。
干燥之后，所述前體附聚物磨料顆粒通常隨連續(xù)移動(dòng)的空氣流從干燥室中轉(zhuǎn)移，用袋式過濾器和/或重量輔助旋風(fēng)分離裝置收集，并轉(zhuǎn)移到后續(xù)工藝。
第二礦物顆粒任選地，通常在加熱至足以至少部分熔化所述玻璃熔料的溫度之前，至少一部分眾多前體附聚物磨料顆?？梢院偷诙V物顆?；旌稀Ｋ龅诙V物顆粒在玻璃熔料熔化過程中宜起到防止所述附聚物磨料顆粒熔化在一起的作用。所述第二礦物顆粒，若使用的話，宜具有高于在加熱過程中使用的最大溫度的軟化點(diǎn)或熔化點(diǎn)或分解溫度。有用的第二礦物顆粒通常宜具有高于所述玻璃熔料軟化點(diǎn)的軟化點(diǎn)(對玻璃材料等而言)，或熔化點(diǎn)(對結(jié)晶材料等而言)，或分解溫度，在這里應(yīng)理解，不是所有的材料都具有各自的熔化點(diǎn)、軟化點(diǎn)或者分解溫度。對具有兩個(gè)或多個(gè)熔化點(diǎn)、軟化點(diǎn)或者分解溫度的材料而言，應(yīng)理解所述熔化點(diǎn)、軟化點(diǎn)或分解溫度中較低的高于玻璃熔料的軟化點(diǎn)。有用的第二礦物顆粒的例子包括(但不限于)金屬氧化物(例如，氧化鋁和無定形熔融二氧化硅)、金屬氮化物(例如，氮化硅)和石墨，以及所述第一礦物顆粒所用的上述材料。
所述第二礦物顆粒的平均粒度通常約為所述前體附聚物磨料顆粒平均粒度的1-50％，宜約為2-20％，最好約為5-10％。通常，以所述第二礦物顆粒和前體附聚物磨料顆粒的總重計(jì)，將約1-75重量％、宜約5-50重量％、最好約10-30重量％的第二礦物顆粒和所述前體附聚物磨料顆?；旌?。
所述第二礦物顆粒，或者它們的至少相當(dāng)一部分通?？梢栽诩訜嶂?，若需要的話，通過例如篩分、沉積或者傾潷從眾多附聚物磨料顆粒中分離。
所述第二礦物顆粒的硬度可以不同。通常，若所述第二礦物顆粒在加熱后不從附聚物磨料顆粒中分離，可以這樣選擇第二礦物顆粒，使之具有小于所述第一礦物顆粒的硬度，使所述磨料制件的研磨性質(zhì)主要取決于所述第一礦物顆粒。若所述第二礦物顆粒將從附聚物磨料顆粒中除去，則所述第二礦物顆粒的硬度就沒有關(guān)系了。對于任一情況，應(yīng)按上述所討論的，大致選擇所述熔化點(diǎn)、分解溫度和/或軟化點(diǎn)。
噴霧之后加熱將所述噴霧干燥前體附聚物磨料顆粒(和任選的第二礦物顆粒，若存在的話)加熱至使所述玻璃熔料至少部分熔化的至少一個(gè)溫度下，提供許多各自包含通過玻璃粘結(jié)劑材料粘結(jié)在一起的第一礦物顆粒的附聚物磨料顆粒。這種加熱通常在爐子中進(jìn)行。合適的爐子是(例如)從Fisher Scientific，Pittsburge，PA購得的。所述噴霧干燥前體附聚物磨料顆粒通常被加熱至部分熱解，較好是完全熱解所述可分散在溶劑中和/或可溶解在溶劑中的粘結(jié)劑材料，并至少部分熔化(包括甚至完全熔化)所述玻璃熔料，形成所述附聚物磨料顆粒。加熱的溫度宜選為足夠高，以允許部分至完全熱解可分散在溶劑中和/或可溶解在溶劑中的粘結(jié)劑，并部分至完全熔化所述玻璃熔料，但是不能太高，以免導(dǎo)致完全熔化所有的附聚物磨料顆粒而形成固體物質(zhì)或者導(dǎo)致莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆粒出現(xiàn)顯著的分解(例如，氧化)。
加熱可以通過單個(gè)階段或者分多階段來進(jìn)行。所述加熱最通常的是兩階段過程。對于兩個(gè)階段來說，所述前體附聚物磨料顆粒通常被加熱并保持在足夠高的溫度下，以至少部分熱解所述可分散在溶劑中和/或可溶解在溶劑中的粘合劑，但是并不高到會(huì)至少部分熔化所述玻璃熔料。這種第一階段通常在約為50-600℃，更好在約為75-500℃的溫度下進(jìn)行。隨后的第二階段加熱通常在適于至少部分熔化所述玻璃熔料的溫度下進(jìn)行。這種第二階段通常在約400-1200℃，更好是在約500-850℃的溫度下進(jìn)行。對于單階段工藝來說，所述前體附聚物磨料顆粒通常被加熱并保持在適于既至少部分熱解所述可分散在溶劑中和/或可溶解在溶劑中的粘結(jié)劑又至少部分熔化所述玻璃熔料的溫度下。單階段中所述附聚物磨料顆粒保持的溫度通常約為400-1200℃，更好是約500-850℃。對單階段工藝或者多階段工藝來說，所述溫度通常逐漸增至所需的溫度。通常，加熱持續(xù)約500-1500分鐘，更好是約700-1000分鐘，不管是采用單階段或是多階段工藝。
所述加熱溫度的選擇可以取決于許多因素，包括(但不限于)玻璃熔料軟化點(diǎn)、前體附聚物磨料顆粒中礦物顆粒的熱穩(wěn)定性、以及加熱后附聚物磨料顆粒所需的最終孔隙率和強(qiáng)度。加熱時(shí)間長短的選擇取決于許多因素，包括(但不限于)前體附聚物磨料顆粒中存在的可分散在溶劑中和/或可溶解在溶劑中的粘結(jié)劑，以及加熱后附聚物磨料顆粒所需的最終孔隙率和強(qiáng)度。
所述加熱溫度應(yīng)高于所述玻璃熔料的軟化點(diǎn)，以使所述玻璃熔料至少部分熔化。所述加熱溫度宜低于莫氏硬度約大于5的第一礦物顆粒的軟化點(diǎn)、或熔化點(diǎn)、或分解溫度中的至少一個(gè)。若包含第二礦物顆粒，所述加熱溫度宜低于所述第二礦物顆粒的軟化點(diǎn)、或熔化點(diǎn)、或分解溫度中的至少一個(gè)。所述可分散在溶劑中和/或可溶解在溶劑中的粘結(jié)劑的量越大，則通常加熱時(shí)間也越長。通常，附聚物磨料顆粒所需的強(qiáng)度越高，則加熱時(shí)間越長。附聚物磨料顆粒所需的孔隙率越高，通常加熱時(shí)間就越短。
若所述前體附聚物磨料顆粒中存在的莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆粒易于氧化，則所述加熱宜在非氧化氣氛如真空、氮?dú)饣驓鍤庵羞M(jìn)行。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法還包括在加熱之后，篩分眾多附聚物磨料顆粒，形成許多具有特定標(biāo)稱等級的附聚物磨料顆粒，所述特定標(biāo)稱等級具有從細(xì)到粗的粒度分布。
任選的加熱處理以形成玻璃陶瓷粘結(jié)材料用于制備玻璃陶瓷的玻璃對于本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員來說是顯而易見的。制造玻璃的技術(shù)在本領(lǐng)域中是已知的。合適的玻璃也可以是市售的。用于制造玻璃-陶瓷的玻璃包括那些選自硅鋁酸鎂、硅鋁酸鋰、硅鋁酸鋅、硅鋁酸鈣以及它們混合物的玻璃。用于制造所述玻璃-陶瓷的玻璃可以包含成核劑。已知成核劑便于在玻璃-陶瓷中形成結(jié)晶陶瓷相。已知在上述體系中形成玻璃的結(jié)晶陶瓷相包括堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)、鈣鋁黃長石(2CaO·Al2O3·SiO2)、鈣長石(2CaO·Al2O3·2SiO2)、鋅黃長石(2CaO·ZnO·2SiO2)、鎂黃長石(2CaO·MgO·2SiO2)、鋰輝石(2Li2O·Al2O3·4SiO2)、硅鋅礦(2ZnO·SiO2)和鋅尖晶石(ZnO·Al2O3)。
熱處理特定的玻璃形成玻璃-陶瓷在本領(lǐng)域中是熟知的。使玻璃-陶瓷成核和生長的加熱條件對各種玻璃來說是已知的?；蛘?，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以使用本領(lǐng)域已知的技術(shù)從玻璃的時(shí)間-溫度-轉(zhuǎn)化(TTT)研究來確定大致的條件。
通常，玻璃-陶瓷比形成它們的玻璃更堅(jiān)固。因此，可以通過(例如)玻璃轉(zhuǎn)化成結(jié)晶陶瓷相的程度來調(diào)節(jié)所述粘結(jié)材料的強(qiáng)度。供選擇的，或除此之外，可以(例如)通過形成的成核位點(diǎn)數(shù)也可以影響所述粘結(jié)材料的強(qiáng)度，所述位點(diǎn)數(shù)可以依次影響數(shù)目，并影響結(jié)晶相的結(jié)晶尺寸。對形成玻璃陶瓷的其它細(xì)節(jié)，可參見(例如)玻璃-陶瓷，P.W.McMilan，Academic Press，Inc.，第二版，1979。
根據(jù)本發(fā)明方法制備的附聚物磨料顆粒較好的是，至少一部分、更好是大多數(shù)(重量)、最好是所有的本發(fā)明方法制備的附聚物磨料顆粒為球形。本文提供了“確定附聚物磨料顆粒是否為球形的方法”。球形的附聚物磨料顆粒更容易處理，并通常提供更加均勻的磨蝕性能。但是，附聚物磨料顆粒的其它形狀如橢圓形和不規(guī)則形狀也可以滿足它們特定的目的。較好的是，至少一部分、更好是大多數(shù)(重量)、最好是所有的本發(fā)明方法制備的附聚物磨料顆粒為實(shí)心的。通常，本發(fā)明方法制得的附聚物磨料顆粒為自由流動(dòng)的。
通常，本發(fā)明方法制得的附聚物磨料顆粒的平均粒度約為1-500微米，更好約為1-300微米，甚至更好約為1-250微米，最好是約為1-200微米。所述附聚物可以是多孔的或者是無孔的。如通過掃描電子顯微鏡所觀察到的，所述孔隙率通常約為0-60體積％，更好約為0-25％。
磨料制件本發(fā)明方法制得的附聚物磨料顆?？梢杂迷诔Ｒ?guī)磨料產(chǎn)品中，如涂覆磨料產(chǎn)品、粘結(jié)磨料產(chǎn)品(包括玻璃狀、樹脂狀和金屬粘結(jié)砂輪、切割輪、安裝點(diǎn)和鏜磨石材)、非織造磨料產(chǎn)品和磨蝕刷。通常，磨料產(chǎn)品(即磨料制件)包括磨料制件粘結(jié)劑材料和磨料顆粒(在實(shí)施本發(fā)明中，它包括以本發(fā)明制得附聚物磨料顆粒的形式附聚在一起的礦物顆粒)，通過磨料制件粘結(jié)劑材料固定在磨料產(chǎn)品中。制造磨料產(chǎn)品的方法對本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員來說是熟知的。而且，本發(fā)明方法制得的附聚物磨料顆?？梢杂迷谑褂醚心セ衔?例如，拋光化合物)、研磨介質(zhì)、噴砂(shot blast)介質(zhì)、振動(dòng)研磨介質(zhì)等的漿液的應(yīng)用中。
涂覆磨料產(chǎn)品通常包括襯墊、磨料和至少一種使磨料顆粒保持在所述襯墊上的磨料制件粘合劑材料(在實(shí)施本發(fā)明中，包括本發(fā)明制得的附聚物磨料顆粒)。所述襯墊可以是任何合適的材料，包括布、聚合膜、纖維、非織造織網(wǎng)、紙張、它們的組合物以及它們處理后的形式。所述磨料制件粘結(jié)劑材料可以是任何合適的粘結(jié)劑，包括無機(jī)或有機(jī)粘結(jié)劑(包括可熱固化的樹脂和可輻照固化的樹脂)。所述附聚物磨料顆粒可以存在于涂覆磨料產(chǎn)品的一層或多層上。
在圖1中說明了涂覆磨料產(chǎn)品的例子。參考此圖，涂覆磨料產(chǎn)品1具有襯墊(基底)2和磨料層3。磨料層3包含本發(fā)明制得的通過涂層5和膠料涂層(sizecoat)6固定在襯墊2主表面上的附聚物磨料顆粒4。在某些情況下，使用超膠料涂層(未顯示)。
粘結(jié)磨料產(chǎn)品通常包括磨料顆粒的定型物質(zhì)(在實(shí)施本發(fā)明中包括本發(fā)明制得的附聚物磨料顆粒)，通過有機(jī)、金屬或玻璃化磨料制件粘結(jié)劑材料固定在一起。這種定型物質(zhì)，例如，可以呈輪如砂輪或切割輪的形式。砂輪的直徑通常約為1厘米到約1米以上，切割輪的直徑約為1厘米到約80厘米以上(更好是約3厘米-50厘米)。所述切割輪的厚度通常約為0.5-5厘米，更好約為0.5-2厘米。所述定型物質(zhì)也可以呈(例如)鏜磨石材、扇形體、安裝點(diǎn)、圓盤(例如，雙圓盤研磨機(jī))或其它常規(guī)粘結(jié)磨料形狀。粘結(jié)磨料產(chǎn)品以所述粘結(jié)磨料產(chǎn)品的總體積計(jì)，通常包含約3-50體積％的磨料制件粘結(jié)劑材料、約30-90體積％磨料、約高達(dá)50體積％的添加劑(包括助磨劑)以及約高達(dá)70體積％的空隙。通常，砂輪具有至少約10％、至少約20％甚至更高的孔隙率。
優(yōu)選的形式為砂輪。參考圖2，描述了砂輪10，它包含本發(fā)明方法制得的附聚物磨料顆粒11，模塑在輪中并固定在軸轂12中。本發(fā)明方法制得的附聚物磨料顆粒的實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)可以在粘結(jié)磨料中體現(xiàn)，這樣砂輪就可以在除去金屬過程中為切屑間隙提供空間。即，本發(fā)明制得的附聚物磨料顆粒的某一實(shí)施方案中存在的孔隙率可以在除去金屬過程中為切屑間隙提供空間。
非織造磨料產(chǎn)品通常包括具有磨料顆粒的開孔高聚合物細(xì)絲結(jié)構(gòu)(在實(shí)施本發(fā)明中包括本發(fā)明方法制得的附聚物磨料顆粒)，分布在整個(gè)結(jié)構(gòu)中，并通過有機(jī)磨料制件粘結(jié)劑材料永久地粘結(jié)在其中。細(xì)絲的例子包括聚酯纖維、聚酰胺纖維和聚芳酰胺纖維。在圖3中，提供了典型非織造磨料產(chǎn)品放大了約100倍的示意圖。這種非織造磨料產(chǎn)品包括作為基底的纖維墊50，其中通過磨料制件粘結(jié)劑材料54粘結(jié)了本發(fā)明制得的附聚物磨料顆粒52。
有用的磨蝕刷包括那些具有整體形成在襯墊上的許多短纖維的刷子(見，例如美國專利No.5,427,595(Pihl等)、5,443,906(Pihl等)、5,679,067(Johnson等)以及5,903,951(Ionta等))。適宜的是，這種刷子通過注模聚合物和磨料顆粒的混合物來制造(在實(shí)施本發(fā)明中，包括本發(fā)明方法制得的附聚物磨料顆粒)。
合適的用于制造磨料產(chǎn)品的有機(jī)磨料制件粘結(jié)劑材料包括(但不限于)熱固性有機(jī)聚合物。合適的熱固性有機(jī)聚合物的例子包括(但不限于)酚醛樹脂、脲-甲醛樹脂、蜜胺-甲醛樹脂、氨基甲酸酯樹脂、丙烯酸酯樹脂、聚酯樹脂、具有側(cè)α，β-不飽和羰基的氨基塑料樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸化聚氨酯、丙烯酸化環(huán)氧樹脂以及它們的混合物。所述磨料制件粘結(jié)劑材料和/或磨料產(chǎn)品也可以包括添加劑如纖維、潤滑劑、潤濕劑、觸變材料、表面活性劑、顏料、染料、抗靜電劑(例如，碳黑、氧化釩、石墨等)、偶聯(lián)劑(例如，硅烷、鈦酸鹽、鋯鋁酸鹽等)、增塑劑、懸浮劑等。選擇任選添加劑的量，以提供所需的性質(zhì)。所述偶聯(lián)劑可以提高對磨料顆粒/附聚物磨料顆粒和/或填料的附著力。所述磨料制件粘結(jié)劑化學(xué)材料可以熱固化、輻照固化或者組合使用它們來固化。粘結(jié)劑化學(xué)的其它細(xì)節(jié)可見美國專利No.4,588,419(Caul等)、4,751,137(Tumey等)以及5436，063(Follett等)。
如果更具體地討論玻璃質(zhì)粘結(jié)磨料，可以看到玻璃質(zhì)粘結(jié)材料在本領(lǐng)域中是熟知的，它呈現(xiàn)出無定形結(jié)構(gòu)并通常是硬的。粘結(jié)玻璃質(zhì)磨料產(chǎn)品可以呈輪狀(包括切割輪)、鏜磨石材、安裝點(diǎn)或者其它常規(guī)粘結(jié)磨料形狀。優(yōu)選的玻璃質(zhì)粘結(jié)磨料產(chǎn)品是砂輪。
用于形成玻璃質(zhì)粘結(jié)材料的金屬氧化物的例子包括(但不限于)二氧化硅、硅酸鹽、氧化鋁、蘇打、氧化鈣、氧化鉀、氧化鈦、氧化鐵、氧化鋅、氧化鋰、氧化鎂、氧化硼、硅酸鋁、硼硅酸鹽玻璃、硅鋁酸鋰以及它們的混合物等。通常，從包含約10-100％玻璃熔料的組合物可以形成玻璃質(zhì)粘結(jié)材料，雖然更常見的是所述組合物包含約20-80％玻璃熔料，或約30-70玻璃熔料。所述玻璃質(zhì)粘結(jié)材料剩余的部分可以是非玻璃熔料的材料?；蛘?，所述玻璃質(zhì)粘結(jié)可以來自含有非玻璃熔料組合物。玻璃質(zhì)粘結(jié)材料通常在約700-1500℃，一般約800-1300℃，有時(shí)在900-1200℃，或者甚至是在950-1100℃的溫度下成熟。所述粘結(jié)成熟的準(zhǔn)確溫度取決于(例如)特定的粘結(jié)化學(xué)性質(zhì)。
優(yōu)選的玻璃質(zhì)粘結(jié)材料可以包括那些包含二氧化硅、氧化鋁(宜至少10重量％的氧化鋁)和氧化硼(宜至少10重量％的氧化硼)的材料。在大多數(shù)情況下，所述玻璃質(zhì)粘結(jié)材料還包含堿金屬氧化物(例如，Na2O和K2O)(在一些情況下，至少約10重量％的堿金屬氧化物)。
磨料制件粘結(jié)劑材料也可以包含填料或者助磨劑，通常呈微粒材料的形式。通常，所述微粒材料為無機(jī)材料。這些磨料制件粘結(jié)劑材料的有用的填料的例子包括(但不限于)金屬碳酸鹽(例如，碳酸鈣(例如，白堊、方解石、泥灰、石灰華、大理石和石灰石)、碳酸鎂鈣、碳酸鈉、碳酸鎂)、二氧化硅(例如，石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纖維)、硅酸鹽(例如，滑石、粘土(例如，蒙脫石)、長石、云母、硅酸鈣、偏硅酸鈣、硅鋁酸鈉、硅酸鈉)、金屬硫酸鹽(例如，硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鈉、硫酸鋁鈉、硫酸鋁)、生石膏、蛭石、木屑、鋁的三水合物、碳黑、金屬氧化物(例如，氧化鈣(例如，石灰)、氧化鋁和二氧化鈦)以及金屬亞硫酸鹽(例如，亞硫酸鈣)。
通常，加入助磨劑可以提高磨料產(chǎn)品的有效使用壽命。助磨劑是能顯著影響研磨的化學(xué)和物理過程的材料，可以提高性能。雖然并不打算拘泥于理論解釋，但是據(jù)認(rèn)為，助磨劑將(a)降低磨料和待磨工件之間的磨擦，(b)防止礦物顆?！案采w”(即，防止金屬顆粒焊接到磨料顆粒上面)，或者至少降低礦物顆粒覆蓋的趨勢，(c)降低礦物顆粒和工件之間的界面溫度，或者(d)減低摩擦力。
所述磨料產(chǎn)品可以包含100％本發(fā)明制得的附聚物磨料顆粒，或者是許多這種附聚物磨料顆粒和其它磨料顆粒(也可以被附聚)和/或稀釋顆粒的混合物。但是，在磨料產(chǎn)品中通常至少約2重量％，宜至少約5重量％，更好宜約30-100重量％的磨料顆粒應(yīng)為本發(fā)明制得的附聚物磨料顆粒。在一些情況下，多數(shù)本發(fā)明制得的附聚物磨料顆?？梢院推渌チ项w粒和/或稀釋顆粒以約5-75重量％，約25-75重量％，約40-60重量％或者約50-50重量％(即等重量)之間的比例混合。合適的磨料顆粒的例子包括熔融磨料顆粒如熔融氧化鋁(包括例如，白色熔融氧化鋁、熱處理氧化鋁和棕褐色氧化鋁)、碳化硅、氮化硅、碳化硼、碳化鈦、金剛石、立方形氮化硼、石榴子石、熔融氧化鋁-氧化鋯、溶膠-凝膠衍生的磨料顆粒等。所述溶膠-凝膠衍生的磨料顆粒可以進(jìn)行種晶，也可以不種晶。類似地，所述溶膠-凝膠衍生的磨料顆粒可以是任意的形狀或者與之相關(guān)聯(lián)的形狀，如三角形。溶膠-凝膠衍生的磨料顆粒的例子包括以上所述的那些。所述附聚物磨料顆粒具有和所述稀釋顆?；鞠嗤某叽纭Ｏ喾?，所述附聚物磨料顆?？梢员认♂岊w粒大。
本發(fā)明制得的附聚物磨料顆粒也可以和其它磨料附聚物混合。所述其它磨料附聚物的粘結(jié)劑可以是有機(jī)和/或無機(jī)的。磨料附聚物的其它細(xì)節(jié)可參見(例如)美國專利No.4,311,489(Kressner)、4,652,275(Bloecher等)、4,799,939(Bloecher等)、5,549,962(Holmes等)以及5,975,988(Christianson)。
若存在附聚物磨料顆粒的混合物或者附聚物磨料顆粒和磨料粒子的混合物，所述形成混合物的粒子/附聚物類型可以具有相同的尺寸?；蛘?，所述粒子/附聚物類型可以具有不同的粒度。例如，更大尺寸的顆粒可以是本發(fā)明制得的附聚物磨料顆粒，更小尺寸的顆?？梢允橇硪恢辛Ｗ?附聚物類型。相反，例如，所述更小尺寸的磨料顆粒可以是本發(fā)明制得的附聚物磨料顆粒，更大尺寸的是另一種粒子/附聚物類型。
合適的稀釋顆粒的例子包括(但不限于)大理石、石膏、燧石、二氧化硅、氧化鐵、硅酸鋁、玻璃(包括玻璃泡和玻璃珠)、氧化鋁泡、氧化鋁珠和稀釋附聚物。
所述磨料粒子可以均勻分布在磨料制件或者濃縮在所選擇的磨料制粒區(qū)域或部分中。例如，在涂覆磨料制件中，存在兩層磨料粒子/磨料顆粒。所述第一層包含本發(fā)明附聚物磨料顆粒以外的磨料粒子/顆粒，所述第二(最外層)層包含本發(fā)明制得的附聚物磨料顆粒。在粘結(jié)磨料中也類似，存在兩個(gè)明顯的砂輪部分。所述最外層部分可以包含本發(fā)明制得的附聚物磨料顆粒，不像最內(nèi)層的部分?；蛘?，例如本發(fā)明制得的附聚物磨料顆?？梢跃鶆蚍稚⒃谡辰Y(jié)磨料制件中。
涂覆磨料產(chǎn)品的其它細(xì)節(jié)可參見(例如)美國專利No.4,734,104(Broberg)、4,737,163(Larkey)、5,203,884(Buchanan等)、5,152,917(Pieper等)、5,378,251(Culler等)、5,417,726(Stout等)、5,436,063(Follett等)、5,496,386(Broberg等)、5,609,706(Benedict等)、5,520,711(Helmin)、5,954,844(Law等)、5,961,674(Gagliardi等)和5,975,988(Christianson)。粘結(jié)磨料產(chǎn)品的其它細(xì)節(jié)可參見(例如)美國專利No.4,453,107(Rue)、4,741,743(Narayanan等)、4,800,685(Haynes等)、4,898,597(Hay等)、4,997,461(Markhoff-Matheny等)、5,038,453(Narayanan等)、5,110,332(Narayanan等)和5,863,308(Qi等)。此外，玻璃珠粘結(jié)磨料的細(xì)節(jié)可參見(例如)美國專利No.4,543,107(Rue)、4,898,597(Hay)、4,997,461(Markhoff-Matheny等)、5,094,672(Giles等)、5,118,326(Sheldon等)、5,131,926(Sheldon等)、5,203,886(Sheldon等)、5,282,875(Wood等)、5,738,696(Wu等)和5,863,308(Qi)。非織造磨料產(chǎn)品的其它細(xì)節(jié)可參見(例如)美國專利No.2,958,593(Hoover等)。
用本發(fā)明制得的優(yōu)選磨料附聚物顆粒進(jìn)行研磨的方法涉及從粗磨(即高壓高沖擊去除)到拋光(例如，用涂覆磨料帶拋光醫(yī)用植入片)的范圍，其中，后者通常用更細(xì)等級(例如，小于ANSI220以及更細(xì))的磨料粒子來進(jìn)行。所述磨料附聚物顆粒也可以用在精密研磨應(yīng)用中，如具有玻璃化粘結(jié)輪的砂輪軸。所述用于特殊研磨應(yīng)用的附聚物磨料顆粒(和包含這種附聚物磨料顆粒的礦物顆粒)的尺寸對本領(lǐng)域那些技術(shù)人員來說是顯而易見的。
用本發(fā)明制得的磨料附聚物顆粒進(jìn)行的研磨可以在干或濕的條件下進(jìn)行。對于濕研磨，可以以輕霧的形式引入或提供液體，來完成液泛(flood)。通常所用的液體例子(例如)包括水、水溶性油、有機(jī)潤滑劑和乳液，所述液體可以起到減少研磨產(chǎn)生的熱量的作用，和/或作為潤滑劑。所述液體可以包含少量的添加劑如殺菌劑、消泡劑等。
本發(fā)明制得的附聚物磨料顆?？梢杂糜谘心スぜ?，如鋁金屬、碳鋼、軟鋼、工具鋼、不銹鋼、硬化鋼、鈦、玻璃、陶瓷、木材、類似于木材的材料、涂料、涂覆表面、有機(jī)涂覆表面等。在研磨過程中所施加的作用力通常約為1-100千克。
本發(fā)明制得的附聚物磨料顆粒也可以用在疏松形式或者在液體介質(zhì)(例如水)中分散了附聚物磨料顆粒的漿液。
通過以下實(shí)施例進(jìn)一步說明了本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施方案，但是在這些實(shí)施例中引用的具體材料和量以及其它條件和細(xì)節(jié)不應(yīng)理解為對本發(fā)明的過多限制。所有的份數(shù)和百分?jǐn)?shù)均以重量計(jì)，另有說明的除外。
確定附聚物磨料顆粒是否球形的方法用以下方法確定許多附聚物磨料顆粒是否為球形。在放大700倍下獲取附聚物磨料顆粒樣品的掃描電子顯微鏡圖。使用標(biāo)尺由顯微鏡圖測量單個(gè)附聚物磨料顆粒的長(L)、中間(I)和短(S)尺寸。通過以下方程式測量附聚物磨料顆粒的球度(S)∶S＝(LxIxS)/(LxLxL)。對于完美的球形附聚物磨料顆粒，通過這一方程式測得的附聚物球度等于1。若S至少為0.75-1，則附聚物磨料顆?？梢哉J(rèn)為是呈球形。附聚物磨料顆粒的S值宜為0.9-1。
實(shí)施例1這一實(shí)施例說明了以30∶70(重量)的金剛石/玻璃制備許多含有4-8微米金剛石的附聚物磨料顆粒，其中在720℃下加熱這些前體附聚物磨料顆粒。
如下所述制備漿液。在使用Cowles槳空氣混合器進(jìn)行攪拌的條件下，將約40克糊精(從A.E.Staley Manufacturing Company，Decatur，IL以“STADEX230”的商品名獲得的暫存淀粉粘結(jié)劑)溶于約146克去離子水中。接著，往溶液中加入約0.6克非離子醚表面活性劑(以“TERGITOL 15-S-7”的商品名從Union Carbide Danbury，CT獲得)。接著往溶液中加入約113克磨制玻璃熔料(以“SP 1086”的商品名從Specialty Glass，Inc.Wilmington，DE獲得)。所述玻璃熔料在使用前已經(jīng)研磨成約2.5微米的中值粒度。接著，往漿液中加入約49克4-8微米金剛石粉末(從American Boarts Crushing Company，Boca Rotan，F(xiàn)L購得)。在將所有上述成分加到一起后，使用空氣混合器再連續(xù)攪拌所述漿液30分鐘。
使用轉(zhuǎn)輪噴霧干燥器(從Niro Inc.以“MOBILE MINOR UNIT”的商品名購得)噴霧干燥所述漿液。所述噴霧干燥器的進(jìn)口溫度設(shè)定在約200℃，且轉(zhuǎn)輪設(shè)定在約15，000rpm。將所述漿液以設(shè)定為4的泵流速泵入轉(zhuǎn)輪進(jìn)口。在噴霧干燥所述漿液過程中，噴霧干燥器的出口溫度在90-95℃的范圍內(nèi)變化。在噴霧干燥器出口收集這些前體附聚物磨料顆粒。
以眾多前體附聚物磨料顆粒的重量計(jì)，所述噴霧干燥前體前體附聚物磨料顆粒和約10重量％的3微米白色氧化鋁(以“PWA3”的商品名從FujimiCorporation，Elmhurst，IL獲得)混合，并在空氣條件下在爐子中加熱。所述加熱方案如下以2℃/min的速度升至400℃，在400℃下保持1小時(shí)，以2℃/min的速度升至720℃，在720℃下保持1小時(shí)，然后以2℃/min的速度降低至35℃。
加熱之后，用90微米網(wǎng)眼的篩子篩分所述附聚物磨料顆粒。使用掃描電子顯微鏡檢查篩分后的附聚物磨料顆粒。觀察到所述附聚物磨料顆粒尺寸在從約20微米到80微米的范圍內(nèi)，其平均尺寸約為50微米。所述附聚物磨料顆粒主要呈球形。
如美國專利No.5,152,917(Pieper等)所述，制備包含所述附聚物磨料顆粒的涂覆磨料顆粒。將約26.8克丙烯酸酯樹脂混合物(以“SR368D”的商品名從Sartomer Corporation獲得)；約0.6克無定形二氧化硅顆粒(以“OX-50”的商品名從DeGussa Corporation，Ridgefield Park，NJ獲得)；約0.3克氧化膦、苯基二(2，4，6-三甲基苯甲酰)光引發(fā)劑(以“IRGACURE 819”的商品名從Ciba Geigy Company，Hawthorne，NJ獲得)；約0.5克陰離子聚酯表面活性劑(以“ZYPHRUM PD9000”從ICI Americas，Inc.，Wilmington，DE獲得)；約22克3微米的白色氧化鋁(以“PWA3”從ICI Americas，Inc.，Wilmington，DE獲得)；約16.9克硅灰石；約2.6克篩分后實(shí)施例1的附聚物磨料顆?；旌显谝黄?，形成漿液。
用350微米(高)×1.3毫米(寬)×1.3毫米(長)的立方形空腔，將所述漿液涂覆成塑料聚丙烯工具。將0.5毫米厚的聚酯膜襯底平鋪在所述漿液和施加在聚酯膜襯底上的橡膠輥上，使所述漿液潤濕聚酯膜襯底的表面。接著，將所述含有漿液和聚酯膜襯底的工具暴露在紫外線下，固化所述漿液。通過使所述工具、漿液和襯底經(jīng)過兩個(gè)紫外燈(從American Ultra Company，Lebanon，IN購得)來固化所述漿液，所述紫外燈使用在約30英尺/分鐘(9米/分鐘)的速度下產(chǎn)生400瓦/英寸(157.5瓦/厘米)的中壓水銀泡。接著，將粘結(jié)到聚酯膜襯底上的固化漿液從工具上除去。然后，將雙面壓敏粘合劑帶(以“442PC”的商品名從3M Company St.Paul，Mn獲得)層壓在與固化漿液相背的襯底面上。
使用單面卷板機(jī)(以“6Y-1”的商品名從R.Howard Strasbaugh，Inc.of LongBeach，CA獲得)評價(jià)實(shí)施例1的涂覆磨料制件的研磨性能，所述卷板機(jī)作如下改進(jìn)將由0.5毫米厚的聚碳酸酯制成的次襯墊(subpad)層壓在2.3毫米厚的聚氨酯泡沫上，用壓敏粘合劑粘結(jié)到鋼制拋光機(jī)平臺上。
用壓敏粘合劑粘將30.5厘米圓形(實(shí)施例1)涂覆磨料制件粘結(jié)到次襯墊上。所述工件為硅鋁酸鋰玻璃圓盤，它的外徑為65毫米，內(nèi)徑為20毫米。在研磨過程中，所述工件固定器使用內(nèi)徑為65毫米的負(fù)載彈簧醛縮醇樹脂環(huán)(以“DELRIN”的商品名從E.I.duPont deNemours&Company獲得)來約束所述玻璃圓盤。將65毫米直徑的載體襯墊(以“DF2000”的商品名從Rodel ofNewark，NJ獲得)安裝在工件固定器的鋼質(zhì)支撐盤上。所述與待磨表面相背的玻璃盤表面置于已經(jīng)用水潤濕的載體襯墊上。無需施加任何作用力，醛縮醇樹脂環(huán)的表面從玻璃盤的表面突出。
所述工件固定器和所述涂覆磨料制件接觸，使所述醛縮醇樹脂環(huán)收縮，并且所述玻璃盤直接和涂覆磨料制件接觸。施加足夠的作用力，使玻璃盤上所形成的壓強(qiáng)約為211克/厘米2。所述玻璃圓盤中心和所述涂覆磨料制件中心相錯(cuò)約70厘米。所述涂覆磨料制件以從頂部觀察的順時(shí)針方向以約150rpm旋轉(zhuǎn)。所述工件固定器也以順時(shí)針方向以50rpm旋轉(zhuǎn)。將4體積％的合成潤滑劑水溶液(以商品名“LOH K-40”從LOH Optical Germantown，WI獲得)以約80毫升/分鐘的流速直接滴加到涂覆磨料制件上。所述圓盤在涂覆磨料制件上約25毫米處振蕩。振蕩的一個(gè)周期約為15秒。為了預(yù)處理所述涂覆磨料制件，在涂覆磨料制件上在564克/厘米2的壓強(qiáng)下研磨粗糙的玻璃圓盤約5分鐘。然后，將待測光滑玻璃圓盤插入工件固定器中，在約211克/厘米2的壓強(qiáng)下研磨約5分鐘。將新的待測光滑玻璃圓盤插入工件固定器中，并在約211克厘米2的壓強(qiáng)下每5分鐘研磨一次。待測玻璃圓盤在各循環(huán)之前和之后進(jìn)行稱重，以確定總共去除的克數(shù)。使用玻璃圓盤的密度為2.4克/厘米3，玻璃圓盤面積為34.01厘米2，將除去的材料的克數(shù)轉(zhuǎn)換為微米/分鐘。在研磨時(shí)間為5、10(即，另外的5分鐘)、15、20、25和30分鐘時(shí)，實(shí)施例1的涂覆磨料制件的研磨速度分別為每分鐘14.1、11.5、11.3、9.9、10.2和9.7微米。
實(shí)施例2這一實(shí)施例說明了附聚物磨料顆粒的制備，所述磨料顆粒以50∶50金剛石∶玻璃的重量比含有4-8微米的金剛石，其中在720℃下加熱多數(shù)前體附聚物磨料顆粒。
如下所述制備漿液。在使用Cowles槳空氣混合器進(jìn)行攪拌的條件下，將約48克糊精(“STADEX 230”)溶于約160克去離子水中。接著，往溶液中加入約1.4克有機(jī)聚硅氧烷表面活性劑(以“SILWET L-7604”的商品名從OsiSpecialties，Inc.獲得)。接著往溶液中加入約96克磨制玻璃熔料(“SP1086”)。所述玻璃熔料在使用前已經(jīng)研磨成約2.5微米的中值粒度。接著，往漿液中加入約96克4-8微米金剛石粉末(從American Boarts CrushingCompany，Boca Rotan，F(xiàn)L購得)。在將所有上述成分加到一起后，使用空氣混合器再連續(xù)攪拌所述漿液20分鐘。
所述漿液按實(shí)施例1所述的程序噴霧干燥，不同的是在噴霧干燥過程中所述噴霧干燥器的出口溫度在80-85℃之間變化。在噴霧干燥器出口處收集所述前體附聚物磨料顆粒。以所述干燥后的前體附聚物磨料顆粒的重量計(jì)，所述噴霧干燥的附聚物磨料顆粒和約20重量％的3微米氧化鋁(“PWA3”)混合，并如實(shí)施例1所述在爐中空氣氛圍下加熱。
加熱之后，用90微米網(wǎng)眼的篩子篩分所述附聚物磨料顆粒。使用掃描電子顯微鏡檢查篩分后的附聚物磨料顆粒。觀察到所述附聚物磨料顆粒尺寸在從約20微米到80微米的范圍內(nèi)，其平均尺寸約為50微米。所述附聚物磨料顆粒主要呈球形。
如實(shí)施例1所述，制備并測試包含所述附聚物磨料顆粒的涂覆磨料制件，不同的是所述制備磨料制件的漿液由以下材料制得約26.8克丙烯酸酯樹脂混合物(“SR368D”)，約0.6克無定形二氧化硅顆粒(“OX-50”)，約0.3克氧化膦、苯基二(2，4，6-三甲基苯甲酰)光引發(fā)劑(“IRGACURE 819”)，約0.5克陰離子聚酯表面活性劑(“ZYPHRUM PD9000”)，約23克3微米的白色氧化鋁(“PWA3”)，約16.9克硅灰石，約2克實(shí)施例2篩分后的附聚物磨料顆粒。在研磨時(shí)間為5、10(即，另外的5分鐘)、15、20、25和30分鐘時(shí)，實(shí)施例2的涂覆磨料制件的研磨速度分別為每分鐘16.5、13.4、12.7、12.1、11.8和12.7微米。
實(shí)施例3這一實(shí)施例說明了附聚物磨料顆粒的制備，除了含有4-8微米的金剛石和玻璃熔料外，所述磨料顆粒以6.7/66.7/26.7金剛石/玻璃/氧化鋁的重量比含有氧化鋁填料。
如下所述制備漿液。在使用Cowles槳空氣混合器攪拌30分鐘的條件下，將約45克糊精(“STADEX 230”)溶于約180克去離子水中。接著，往溶液中加入約1克表面活性劑(“SILWET L-7604”)。接著往溶液中加入約150克磨制玻璃熔料(“SP 1086”)。所述玻璃熔料在使用前已經(jīng)研磨成約2.5微米的中值粒度。接著，往漿液中加入60克氧化鋁(“PWA3”)，接著，往漿液中加入約15克4-8微米金剛石粉末(從American Boarts Crushing Company，BocaRotan，F(xiàn)L購得)。在將所有上述成分加到一起后，使用空氣混合器再連續(xù)攪拌所述漿液30分鐘。
所述漿液按實(shí)施例1所述的程序噴霧干燥，不同的是在噴霧干燥過程中所述噴霧干燥器的出口溫度在80-86℃之間變化。在噴霧干燥器出口處收集所述前體附聚物磨料顆粒。以多數(shù)干燥后的前體附聚物磨料顆粒的重量計(jì)，所述噴霧干燥的附聚物磨料顆粒和約20重量％的3微米氧化鋁(“PWA3”)混合，并如實(shí)施例1所述在爐中空氣氛圍下加熱。
加熱之后，用90微米網(wǎng)眼的篩子篩分所述附聚物磨料顆粒。使用掃描電子顯微鏡檢查篩分后的附聚物磨料顆粒。觀察到所述附聚物磨料顆粒尺寸在從約20微米到80微米的范圍內(nèi)，其平均尺寸約為50微米。所述附聚物磨料顆粒主要呈球形。
如實(shí)施例1所述，制備包含所述附聚物磨料顆粒的涂覆磨料制件，不同的是所述制備磨料制件的漿液由以下材料制得約26.8克丙烯酸酯樹脂混合物(“SR368D”)，約0.6克無定形二氧化硅顆粒(“OX-50”)，約0.3克氧化膦、苯基二(2，4，6-三甲基苯甲酰)光引發(fā)劑(“IRGACURE 819”)，約0.5克陰離子聚酯表面活性劑(“ZYPHRUM PD9000”)，約17.6克3微米的白色氧化鋁(“PWA3”)，約16.9克硅灰石和約7.43克實(shí)施例3篩分后的附聚物磨料顆粒。
在研磨時(shí)間為5、10(即，另外的5分鐘)、15、20、25和30分鐘時(shí)，實(shí)施例3的涂覆磨料制件的研磨速度分別為每分鐘19.9、16.3、15.0、14.1、13.4和13.1微米。
實(shí)施例4這一實(shí)施例說明了附聚物磨料顆粒的制備，所述磨料顆粒以61∶39金剛石∶玻璃的重量比含有4-8微米的金剛石，其中在720℃下加熱多數(shù)前體附聚物磨料顆粒。
如下所述制備漿液。在使用Cowles槳空氣混合器攪拌30分鐘的條件下，將約30.0克糊精(“STADEX 230”)溶于約100克去離子水中。接著，往溶液中加入約0.9克表面活性劑(“SILWET L-7604”)。接著往溶液中加入約46.7克磨制玻璃熔料(“SP 1086”)。所述玻璃熔料在使用前已經(jīng)研磨成約2.5微米的中值粒度。接著，往漿液中加入約72.5克4-8微米金剛石粉末(從AmericanBoarts Crushing Company，Boca Rotan，F(xiàn)L購得)。在將所有上述成分加到一起后，使用空氣混合器，再連續(xù)攪拌所述漿液30分鐘。
所述漿液按實(shí)施例1所述的程序噴霧干燥，不同的是在噴霧干燥過程中所述噴霧干燥器的出口溫度在93-95℃之間變化。在噴霧干燥器出口處收集所述前體附聚物磨料顆粒。以多數(shù)干燥后的前體附聚物磨料顆粒的重量計(jì)，所述噴霧干燥的附聚物磨料顆粒和約20重量％的3微米氧化鋁(“PWA3”)混合，并如實(shí)施例1所述在爐中空氣氛圍下加熱。
加熱之后，用90微米網(wǎng)眼的篩子篩分所述附聚物磨料顆粒。使用掃描電子顯微鏡檢查篩分后的附聚物磨料顆粒。觀察到所述附聚物磨料顆粒尺寸在從約20微米到80微米的范圍內(nèi)，其平均尺寸約為50微米。所述附聚物磨料顆粒主要呈球形。
如實(shí)施例1所述，制備并測試包含所述附聚物磨料顆粒的涂覆磨料制件，不同的是所述制備磨料制件的漿液由以下材料制得約26.8克丙烯酸酯樹脂混合物(“SR368D”)，約0.6克無定形二氧化硅顆粒(“OX-50”)，約0.3克氧化膦、苯基二(2，4，6-三甲基苯甲酰)光引發(fā)劑(“IRGACURE 819”)，約0.5克陰離子聚酯表面活性劑(“ZYPHRUM PD9000”)，約23.3克3微米的白色氧化鋁(“PWA3”)，約16.9克硅灰石和約1.1克實(shí)施例4篩分后的附聚物磨料顆粒。
在研磨時(shí)間為5、10(即，另外的5分鐘)和1 5分鐘時(shí)，實(shí)施例4的涂覆磨料制件的研磨速度分別為每分鐘21.9、21.6和21.4微米。
實(shí)施例5這一實(shí)施例說明了附聚物磨料顆粒的制備，所述磨料顆粒以61∶39金剛石∶玻璃的重量比含有4-8微米的金剛石，其中在750℃下加熱多數(shù)前體附聚物磨料顆粒。
按實(shí)施例4所述的程序制備所述漿液并噴霧干燥。以多數(shù)干燥后的前體附聚物磨料顆粒的重量計(jì)，將所述噴霧干燥的前體附聚物磨料顆粒和約20重量％的3微米氧化鋁(Fujimi“PWA3”)混合，并如實(shí)施例1所述在爐中空氣氛圍下加熱，不同的是所述加熱程序如下所述以2℃/min的速度升至400℃，在400℃下保持1小時(shí)，以2℃/min的速度升至750℃，在750℃下保持1小時(shí)，并以2℃/min的速度降低至35℃。
加熱之后，用90微米網(wǎng)眼的篩子篩分所述附聚物磨料顆粒。使用掃描電子顯微鏡檢查篩分后的附聚物磨料顆粒。觀察到所述附聚物磨料顆粒尺寸在從約20微米到80微米的范圍內(nèi)，其平均尺寸約為50微米。所述附聚物磨料顆粒主要呈球形。
如實(shí)施例1所述，制備包含所述附聚物磨料顆粒的涂覆磨料制件，不同的是所述制備磨料制件的漿液由以下材料制得約26.8克丙烯酸酯樹脂混合物(“SR368D”)，約0.6克無定形二氧化硅顆粒(“OX-50”)，約0.3克氧化膦、苯基二(2，4，6-三甲基苯甲酰)光引發(fā)劑(“IRGACURE 819”)，約0.5克陰離子聚酯表面活性劑(“ZYPHRUM PD9000”)，約23.3克3微米的白色氧化鋁(“PWA3”)，約16.9克硅灰石和約1.72克實(shí)施例5篩分后的附聚物磨料顆粒。
按實(shí)施例1所用的程序測試涂覆磨料制件，不同的是將所述光滑測試玻璃件各研磨10分鐘，而不是5分鐘。將新的待測光滑玻璃圓盤插入工件固定器中并每10分鐘研磨一次。新的待測玻璃件的各研磨循環(huán)的研磨間隔為10分鐘。在研磨時(shí)間為10、20(即，另外的10分鐘)和30分鐘時(shí)，實(shí)施例5的涂覆磨料制件的研磨速度分別為每分鐘39.4、39.8和39微米。
實(shí)施例6這一實(shí)施例說明了附聚物磨料顆粒的制備，所述磨料顆粒以50∶50金剛石∶玻璃的重量比含有4-8微米的金剛石，其中在720℃下加熱多數(shù)前體附聚物磨料顆粒。
如下所述制備漿液。在使用Cowles槳空氣混合器攪拌15分鐘的條件下，將約17.5克糊精(“STADEX 230”)溶于約57.8克去離子水中。接著，往溶液中加入約0.5克有機(jī)聚硅氧烷表面活性劑(“SILWET L-7604”)。接著往溶液中加入約35克磨制玻璃熔料(“SP 1086”)。所述玻璃熔料在使用前已經(jīng)研磨成約2.5微米的中值粒度。接著，往漿液中加入約35克6微米金剛石粉末(從Beta Diamond Company，Yorba Linda，CA購得)。在將所有上述成分加到一起后，使用空氣混合器，再連續(xù)攪拌所述漿液30分鐘。
所述漿液按實(shí)施例1所述的程序噴霧干燥，不同的是在噴霧干燥過程中所述噴霧干燥器的出口溫度在90-95℃之間變化。在噴霧干燥器出口處收集所述前體附聚物磨料顆粒。以多數(shù)干燥后的前體附聚物磨料顆粒的重量計(jì)，所述噴霧干燥的附聚物磨料顆粒和約20重量％的3微米氧化鋁(“PWA3”)混合，并如實(shí)施例1所述在爐中空氣氛圍下加熱。
加熱之后，用90微米網(wǎng)眼的篩子篩分所述附聚物磨料顆粒。使用掃描電子顯微鏡檢查篩分后的附聚物磨料顆粒。觀察到所述附聚物磨料顆粒尺寸在從約20微米到80微米的范圍內(nèi)，其平均尺寸約為50微米。所述附聚物磨料顆粒主要呈球形。
如實(shí)施例1所述，制備并測試包含所述附聚物磨料顆粒的涂覆磨料制件，不同的是所述制備磨料制件的漿液由以下材料制得約92.75克丙烯酸酯樹脂混合物(“SR368D”)，約1.95克無定形二氧化硅顆粒(“OX-50”)，約0.97克氧化膦、苯基二(2，4，6-三甲基苯甲酰)光引發(fā)劑(“IRGACURE 819”)，約1.75克陰離子聚酯表面活性劑(“ZYPHRUM PD9000”)，約86.6克3微米的白色氧化鋁(“PWA3”)，約60.4克硅灰石和約5.6克實(shí)施例6篩分后的附聚物磨料顆粒。
將上述磨料制件模切成兩塊外徑為455毫米、內(nèi)徑為180毫米的圓盤，并固定在雙面卷板機(jī)(以“AC500”的商品名從Peter Wolters Company，Plainville，MA獲得)的上盤和底盤上。在研磨之前，用220目氧化鋁修整條修整所述磨料制件約10分鐘。這一實(shí)施例中所用的測試件是外徑為65毫米，內(nèi)徑為20毫米的光滑待測玻璃圓盤。在各研磨循環(huán)中研磨15個(gè)光滑玻璃圓盤。通過使用玻璃纖維載體(從Peter Wolters Company，Plainville，MA獲得)將玻璃圓盤固定在機(jī)器上。將所述待測玻璃圓盤進(jìn)行10分鐘一個(gè)循環(huán)的研磨。機(jī)器上盤和底盤以100rpm的速度旋轉(zhuǎn)，并且機(jī)器的內(nèi)部插銷環(huán)(pin ring)以12rpm的速度旋轉(zhuǎn)。所述玻璃圓盤在1.7psi(120克/厘米2)的壓強(qiáng)下研磨。在研磨循環(huán)中，將在水中稀釋成4體積％的合成潤滑劑(以商品名“CHEMCOOL”從Chemetall Oakite，Berkeley Heights，NJ獲得)以約200毫升/分鐘的流速加入機(jī)器上盤中的通孔(hole)中。對15個(gè)待測玻璃件來說，各研磨循環(huán)包括10分鐘的研磨間隔。
在研磨時(shí)間為10、20(即，另外的10分鐘)、30、40和50分鐘時(shí)，實(shí)施例6的涂覆磨料制件的研磨速度分別為每分鐘17、25、22、20和18微米。
實(shí)施例7這一實(shí)施例說明了附聚物磨料顆粒的制備，所述磨料顆粒以50∶50金剛石∶玻璃的重量比含有4-8微米的金剛石，其中在720℃下加熱多數(shù)前體附聚物磨料顆粒。
如下所述制備漿液。在使用Cowles槳空氣混合器攪拌15分鐘的條件下，將約17.5克糊精(“STADEX 230”)溶于約57.8克去離子水中。接著，往溶液中加入約0.5克有機(jī)聚硅氧烷表面活性劑(“SILWET L-7604”)。接著往溶液中加入約35克磨制玻璃熔料(“SP 1086”)。所述玻璃熔料在使用前已經(jīng)研磨成約2.5微米的中值粒度。接著，往漿液中加入約35克3-6微米金剛石粉末(從Beta Diamond Company，Yorba Linda，CA購得)。在將所有上述成分加在一起后，使用空氣混合器，再連續(xù)攪拌所述漿液30分鐘。
所述漿液按實(shí)施例1所述的程序噴霧干燥，不同的是在噴霧干燥過程中所述噴霧干燥器的出口溫度在90-95℃之間變化。在噴霧干燥器出口處收集所述前體附聚物磨料顆粒。以多數(shù)干燥后的前體附聚物磨料顆粒的重量計(jì)，所述噴霧干燥的附聚物磨料顆粒和約20重量％的3微米氧化鋁(“PWA3”)混合，并如實(shí)施例1所述在爐中空氣氛圍下加熱。
加熱之后，用90微米網(wǎng)眼的篩子篩分所述附聚物磨料顆粒。使用掃描電子顯微鏡檢查篩分后的附聚物磨料顆粒。觀察到所述附聚物磨料顆粒尺寸在從約20微米到80微米的范圍內(nèi)，其平均尺寸約為50微米。所述附聚物磨料顆粒主要呈球形。
如實(shí)施例6所述，制備并測試包含所述附聚物磨料顆粒的涂覆磨料制件，不同的是所述制備磨料制件的漿液由以下材料制得約92.75克丙烯酸酯樹脂混合物(“SR368D”)，約1.95克無定形二氧化硅顆粒(“OX-50”)，約0.97克氧化膦、苯基二(2，4，6-三甲基苯甲酰)光引發(fā)劑(“IRGACURE 819”)，約1.75克陰離子聚酯表面活性劑(“ZYPHRUM PD9000”)，約86.75克3微米的白色氧化鋁(“PWA3”)，約60.4克硅灰石和約5.6克本實(shí)施例篩分后的附聚物磨料顆粒。
在研磨時(shí)間為10、20(即，另外的10分鐘)、30、40和50分鐘時(shí)，實(shí)施例7的涂覆磨料制件的研磨速度分別為每分鐘16、22、18、17和6微米。
在不背離本發(fā)明范圍和精神的條件下，對本發(fā)明的各種修改和變通對本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員來說是顯而易見的，且應(yīng)理解，本發(fā)明并不受本文所述說明性實(shí)施方案的過多限制。
權(quán)利要求
1.制備許多附聚物磨料顆粒的方法，所述方法包括噴霧干燥漿液，提供許多前體附聚物磨料顆粒，所述漿液包含莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆粒；玻璃熔料；溶劑；和至少一種可分散在溶劑中的粘結(jié)劑材料或可溶于溶劑中的粘結(jié)劑材料；將所述許多前體附聚物磨料顆粒加熱到使所述玻璃熔料至少部分熔化而形成許多附聚物磨料顆粒的至少一個(gè)溫度下，各磨料顆粒包含所述通過玻璃粘結(jié)劑材料粘結(jié)在一起的第一礦物顆粒。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述可分散在溶劑中或可溶于溶劑中的粘結(jié)劑材料在所述加熱之前部分熱解。
3.權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括在所述加熱之前將至少一部分許多前體附聚物磨料顆粒和第二礦物顆?；旌希涮卣髟谟?，所述玻璃熔料具有軟化點(diǎn)，第二礦物顆粒具有軟化點(diǎn)，所述第二礦物顆粒的軟化點(diǎn)高于所述玻璃熔料的軟化點(diǎn)。
4.權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括在所述加熱之前將至少一部分許多前體附聚物磨料顆粒和第二礦物顆?；旌?，其特征在于，所述玻璃熔料具有軟化點(diǎn)，第二礦物顆粒具有熔點(diǎn)，所述第二礦物顆粒的熔點(diǎn)高于所述玻璃熔料的軟化點(diǎn)。
5.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少大多數(shù)(重量)莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆粒選自金剛石顆粒、碳化硅顆粒、氧化鋁顆粒、氧化鋯顆粒、改性陶瓷氧化鋁顆粒、立方形氮化硼顆粒、碳化鈦顆粒、氮化鈦顆粒、氧化鈰顆粒、二氧化硅顆粒以及它們的混合物。
6.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少大多數(shù)(重量)莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆為金剛石顆粒。
7.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少大多數(shù)(重量)莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆為立方形氮化硼顆粒。
8.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述許多附聚物磨料顆粒的平均粒度約為1-500微米。
9.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一部分所述許多附聚物磨料顆粒為球形。
10.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一部分所述許多附聚物磨料顆粒為實(shí)心的。
11.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶劑為水。
12.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆粒的平均粒度約為許多附聚物磨料顆粒平均粒度的0.5-50％。
13.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃熔料的平均粒度約為所述第一礦物顆粒平均粒度的10-100％。
14.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃熔料的平均粒度約為所述第一礦物顆粒平均粒度的15-50％。
15.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用噴霧干燥器進(jìn)行所述噴霧干燥，所述噴霧干燥器的進(jìn)口溫度約為90-400℃，出口溫度約為40-250℃。
16.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述漿液包含約5-75(重量)％的莫氏硬度至少約為5的所述第一礦物顆粒；約5-75(重量)％的所述玻璃熔料；約20-80(重量)％的所述溶劑；和約0.5-40(重量)％的至少一種所述可分散在溶劑中或者所述可溶于溶劑中的粘結(jié)劑材料，所述重量百分?jǐn)?shù)以所述漿液的總重量計(jì)。
17.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括加熱處理所述玻璃粘結(jié)劑材料，提供將所述第一礦物顆粒粘結(jié)在一起的玻璃-陶瓷粘結(jié)劑材料。
18.制備許多附聚物磨料顆粒的方法，所述方法包括使用噴霧干燥器噴霧干燥漿液，提供許多前體附聚物磨料顆粒，所述漿液包含莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆粒；玻璃熔料；溶劑；和至少一種可分散在溶劑中的粘結(jié)劑材料或可溶于溶劑中的粘結(jié)劑材料，所述噴霧干燥器的進(jìn)口溫度約為90-400℃，出口溫度約為40-250℃；將所述許多前體附聚物磨料顆粒和第二礦物顆粒混合；并將所述許多包含所述第二礦物顆粒的前體附聚物磨料顆粒加熱到使所述玻璃熔料至少部分熔化而形成許多附聚物磨料顆粒的至少一個(gè)溫度下，各磨料顆粒包含所述通過玻璃粘結(jié)劑材料粘結(jié)在一起的第一礦物顆粒，其中，所述玻璃熔料具有軟化點(diǎn)，所述第一礦物顆粒具有軟化點(diǎn)、熔點(diǎn)或分解溫度中的至少一個(gè)，所述第一礦物顆粒的軟化點(diǎn)、熔點(diǎn)或分解溫度中至少一個(gè)較低的高于所述玻璃熔料的軟化點(diǎn)。
19.權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述至少大多數(shù)(重量)莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆為金剛石顆粒。
20.權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述至少大多數(shù)(重量)莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆為立方形氮化硼顆粒。
21.權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，至少一部分許多附聚物磨料顆粒為球形。
22.權(quán)利要求18所述的方法，該方法還包括在所述加熱之前將至少一部分許多前體附聚物磨料顆粒和第二礦物顆?；旌?，其特征在于，所述玻璃熔料具有軟化點(diǎn)，第二礦物顆粒具有軟化點(diǎn)，所述第二礦物顆粒的軟化點(diǎn)高于所述玻璃熔料的軟化點(diǎn)。
23.權(quán)利要求18所述的方法，該方法還包括在所述加熱之前將至少一部分許多前體附聚物磨料顆粒和第二礦物顆粒混合，其特征在于，所述玻璃熔料具有軟化點(diǎn)，第二礦物顆粒具有熔點(diǎn)，所述第二礦物顆粒的熔點(diǎn)高于所述玻璃熔料的軟化點(diǎn)。
24.權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法還包括熱處理所述玻璃粘結(jié)劑材料，提供將所述第一礦物顆粒粘結(jié)在一起的玻璃-陶瓷粘結(jié)劑材料。
25.制備許多附聚物磨料顆粒的方法，所述方法包括使用噴霧干燥器噴霧干燥漿液，提供許多前體附聚物磨料顆粒，所述漿液包含莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆粒；玻璃熔料；溶劑；和至少一種可分散在溶劑中的粘結(jié)劑材料或可溶于溶劑中的粘結(jié)劑材料，所述噴霧干燥器的進(jìn)口溫度約為90-400℃，出口溫度約為40-250℃；將所述許多前體附聚物磨料顆粒和第二礦物顆?；旌希徊⑺鲈S多包含所述第二礦物顆粒的前體附聚物磨料顆粒加熱到使所述玻璃熔料至少部分熔化而形成許多附聚物磨料顆粒的至少一個(gè)溫度下，各磨料顆粒包含所述通過玻璃粘結(jié)劑材料粘結(jié)在一起的第二礦物顆粒，其中，所述玻璃熔料具有軟化點(diǎn)，所述第一礦物顆粒具有軟化點(diǎn)、熔點(diǎn)或分解溫度中的至少一個(gè)，所述第一礦物顆粒的軟化點(diǎn)、熔點(diǎn)或分解溫度中至少一個(gè)較低的高于所述玻璃熔料的軟化點(diǎn)，所述玻璃熔料具有軟化點(diǎn)，所述第二礦物顆粒具有軟化點(diǎn)、熔點(diǎn)或分解溫度中的至少一個(gè)，所述第二礦物顆粒的軟化點(diǎn)、熔點(diǎn)或分解溫度中至少一個(gè)較低的高于所述玻璃熔料的軟化點(diǎn)。
26.權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述至少大多數(shù)(重量)莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆為金剛石顆粒。
27.權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述至少大多數(shù)(重量)莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆為立方形氮化硼顆粒。
28.權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，至少一部分許多附聚物磨料顆粒為球形。
29.權(quán)利要求25所述的方法，該方法還包括在所述加熱之前將至少一部分許多前體附聚物磨料顆粒和第二礦物顆?；旌希涮卣髟谟?，所述玻璃熔料具有軟化點(diǎn)，第二礦物顆粒具有軟化點(diǎn)，所述第二礦物顆粒的軟化點(diǎn)高于所述玻璃熔料的軟化點(diǎn)。
30.權(quán)利要求25所述的方法，該方法還包括在所述加熱之前將至少一部分許多前體附聚物磨料顆粒和第二礦物顆?；旌?，其特征在于，所述玻璃熔料具有軟化點(diǎn)，第二礦物顆粒具有熔點(diǎn)，所述第二礦物顆粒的熔點(diǎn)高于所述玻璃熔料的軟化點(diǎn)。
31.制造磨料制件的方法，所述方法包括噴霧干燥漿液，提供許多前體附聚物磨料顆粒，所述漿液包含莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆粒；玻璃熔料；溶劑；和至少一種可分散在溶劑中的粘結(jié)劑材料或可溶于溶劑中的粘結(jié)劑材料；將所述許多前體附聚物磨料顆粒加熱到使所述玻璃熔料至少部分熔化而形成許多附聚物磨料顆粒的至少一個(gè)溫度下，各磨料顆粒包含所述通過玻璃粘結(jié)劑材料粘結(jié)在一起的第一礦物顆粒，并將至少一部分許多附聚物磨料顆粒和磨料制件粘結(jié)劑材料混合，提供所述磨料制件。
32.權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述混合至少一部分許多附聚物磨料顆粒和磨料制件粘結(jié)劑材料包括混合熔化磨料顆粒和所述磨料制件粘結(jié)劑材料。
33.權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述至少大多數(shù)(重量)莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆為金剛石顆粒。
34.權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述至少大多數(shù)(重量)莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆為立方形氮化硼顆粒。
35.權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，至少一部分許多附聚物磨料顆粒為球形。
36.權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在混合至少一部分許多附聚物磨料顆粒和磨料制件粘結(jié)劑材料之前，加熱處理所述玻璃粘結(jié)劑材料，提供將所述第一礦物顆粒粘結(jié)在一起的玻璃-陶瓷粘結(jié)劑材料。
37.制造涂覆磨料制件的方法，所述方法包括噴霧干燥漿液，提供許多前體附聚物磨料顆粒，所述漿液包含莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆粒；玻璃熔料；溶劑；和至少一種可分散在溶劑中的粘結(jié)劑材料或可溶于溶劑中的粘結(jié)劑材料；將所述許多前體附聚物磨料顆粒加熱到使所述玻璃熔料至少部分熔化而形成許多附聚物磨料顆粒的至少一個(gè)溫度下，各磨料顆粒包含所述通過玻璃粘結(jié)劑材料粘結(jié)在一起的第一礦物顆粒，并將含有至少一部分分散在磨料制件粘結(jié)劑材料中的許多附聚物磨料顆粒的磨料層施涂到襯底的主表面上，提供所述涂覆磨料制件。
38.權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，所述至少大多數(shù)(重量)莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆為金剛石顆粒。
39.權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，所述至少大多數(shù)(重量)莫氏硬度至少約為5的第一礦物顆為立方形氮化硼顆粒。
40.權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，至少一部分許多附聚物磨料顆粒為球形。
41.權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在將含有至少一部分分散在磨料制件粘結(jié)劑材料中的許多附聚物磨料顆粒的磨料層施涂到襯底的主表面上以提供所述涂覆磨料制件之前，加熱處理所述玻璃粘結(jié)劑材料，提供將所述第一礦物顆粒粘結(jié)在一起的玻璃-陶瓷粘結(jié)劑材料。
42.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在漿液中玻璃熔料和第一礦物顆粒的重量比約為10∶90至90∶10。
43.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，最初在至少部分熱解所述粘結(jié)劑且不存在至少部分熔化所述玻璃熔料的溫度下加熱，隨后在至少部分熔化所述玻璃熔料的溫度下加熱。
44.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括加熱之后，研磨許多附聚物磨料顆粒，提供許多具有特定標(biāo)稱等級的附聚物磨料顆粒，所述特定標(biāo)稱等級具有從細(xì)到粗的粒度分布。
全文摘要
用于制備附聚物磨料顆粒的噴霧干燥方法。所述附聚物磨料顆粒用于制造磨料制件。
文檔編號B24D3/14GK1483067SQ01821238
公開日2004年3月17日 申請日期2001年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月10日
發(fā)明者A·S·德索薩, B·D·克雷格, A S 德索薩, 克雷格 申請人:3M創(chuàng)新有限公司