粘合的磨料物品和制造方法
【專利說明】
[00011 本申請是申請日為2008年3月13日、申請?zhí)枮?00880012624.8、發(fā)明名稱為"粘合 的磨料物品和制造方法"的申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本披露是針對粘合的磨料物品并且特別地是針對具有結(jié)晶粘合基質(zhì)的粘合的磨 料物品。
【背景技術(shù)】
[0003] 磨料一般被用在多種機加工操作中，范圍從精拋光至大批材料的切除以及切削。 例如，由疏松顆粒組成的自由磨料被用在拋光應(yīng)用的懸浮液中，如在半導(dǎo)體工業(yè)中的化學(xué) 機械拋光(CMP)?？商娲?，磨料可以是處于被固定的磨料物品的形式，如粘合的以及涂敷 的磨料，這可以包括如研磨砂輪、帶、滾輪、盤以及類似物。
[0004] 固定磨料一般不同于自由磨料之處在于固定磨料利用在材料基質(zhì)內(nèi)的磨料顆粒 或砂礫，該材料基質(zhì)固定了這些磨料顆粒的彼此相對的位置。普通的固定磨料砂礫可以包 括氧化鋁、碳化硅、不同礦物如石榴石、以及超級磨料如金剛石和立方氮化硼(cBN)。特別提 及粘合的磨料物品，這些磨料砂礫在一種粘合材料中彼此相對被固定。雖然可以使用多種 不同的粘合材料，但是常用的是玻璃化的粘合材料，如非晶相玻璃材料。然而，常規(guī)的粘合 磨料(例如，具有玻璃化粘合的氧化鋁、碳化硅、金剛石、以及立方氮化硼）的性能特性受到 該粘合的特性以及這些磨料顆粒的成分的限制。值得注意的是，在粘合基質(zhì)與磨料顆粒之 間的粘合可能是不夠充分的，這樣在研磨過程中這些磨料顆粒很容易從該粘合基質(zhì)中脫 離，減小了研磨或拋光過程的有效性。
[0005 ]工業(yè)界繼續(xù)需要具有改進的特性的粘合的磨料。所感興趣的特性包括機械穩(wěn)定 性、強度、可操作壽命、以及改進的研磨性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)一個第一方面，提供了包括磨料顆粒的一種粘合的磨料，這些磨料顆粒包括 在一種粘合基質(zhì)中的立方氮化硼(cBN)。該粘合基質(zhì)包括一個多晶陶瓷相。該粘合的磨料具 有不小于約5. Ovol %的孔隙率以及不小于約40MPa的斷裂模量(MOR)。
[0007] 根據(jù)一個第二方面，提供了包括磨料顆粒的一種粘合的磨料，這些磨料顆粒包括 在一種基質(zhì)內(nèi)的立方氮化硼(cBN)，該粘合基質(zhì)包括一個多晶陶瓷相。該粘合的磨料具有不 小于約20vol %的孔隙率以及不小于約30MPa的斷裂模量(MOR)。
[0008] 根據(jù)另一個方面，提供了一種方法，該方法包括提供一種玻璃粉，并且使該玻璃粉 與包括立方氮化硼的磨料顆粒相結(jié)合以形成一個混合物。該方法進一步包括使該混合物成 型從而形成一種生坯物品，并且在不小于約1200°C的溫度下燒結(jié)該生坯物品以形成一種粘 合的磨料，該粘合的磨料包括在一種粘合基質(zhì)中的磨料顆粒。該粘合基質(zhì)包括不小于約 50vo 1 %的一個多晶陶瓷相。
【附圖說明】
[0009] 通過參見附圖可以更好的理解本披露，并且使其許多特征和優(yōu)點對于本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員而言變得清楚。
[0010] 圖1是展示了根據(jù)一個實施方案形成一種粘合的磨料的過程的流程圖。
[0011] 圖2a-2b是展示了根據(jù)一個實施方案的粘合的磨料物品的一部分的兩張顯微照 片。
[0012] 圖3a_3e是展示粘合的磨料物品的一部分的五張顯微照片，所展示的這些部分各 自是取自在不同溫度下燒制的粘合的磨料物品。
[0013] 圖4是展示根據(jù)一個實施方案的作為燒制溫度的函數(shù)的粘合的磨料的特性的圖 表。
[0014] 圖5是展示根據(jù)在此的多個實施方案形成的粘合的磨料物品的彈性模量(MOE)的 圖表。
[0015] 圖6是展示根據(jù)在此的多個實施方案形成的粘合的磨料物品的斷裂模量(MOR)的 圖表。
[0016] 圖7是展示根據(jù)在此的多個實施方案形成的粘合的磨料物品的硬度的圖表。
[0017] 圖8是展示根據(jù)在此的多個實施方案形成的粘合的磨料物品的磨損的圖表。
[0018] 在不同附圖中使用相同的參見符號表明相似的或相同的事項。
[0019] 實施實施方式
[0020] 參見圖1，提供了 一張流程圖以展示一個過程，通過該過程形成了根據(jù)一個實施方 案一種粘合的磨料。該過程是在步驟101通過提供一種玻璃粉開始的。該粉末總體上是玻璃 性的(非晶相的），這樣不小于約80wt%的這種玻璃是非晶相的。根據(jù)一個具體的實施方案， 該玻璃粉可以包括更大含量的非晶相，如不小于約90wt%、或甚至不小于約95wt %的非晶 相?？傮w上講，可以通過混合適當(dāng)比例的原料并且將原料混合物熔融以便在高溫下形成一 種玻璃來完成玻璃粉的形成。在玻璃的充分熔融并且混合之后，可以將該玻璃冷卻(驟冷） 并且粉碎成粉末。
[0021] 總體上講，該玻璃粉可以被進一步加工，如通過研磨加工以提供具有適合的粒度 分布的玻璃粉。典型地，該玻璃粉具有不大于約100微米的平均粒度。在一個具體實施方案 中，該玻璃粉具有不大于75微米的平均粒度，如不大于約50微米、或甚至不大于約10微米。 然而，該玻璃粉的平均粒度典型地是在約5.0微米與約75微米之間的范圍內(nèi)。
[0022] 該玻璃粉的構(gòu)成可以使用式aM20-bM0-cM203-dM0 2來描述。如該式所表示的，該玻 璃粉的構(gòu)成可以包括不止一種金屬氧化物，這樣這些氧化物作為一種復(fù)合氧化物材料共同 存在。在一個具體實施方案中，該玻璃粉包括具有一價陽離子（1+)的金屬氧化物，如那些由 通式M 2O表示的金屬氧化物。由M2O表示的適合的金屬氧化物的組合物可以包括如Li20、 Na2O、K2O、以及Cs2O的化合物。
[0023]根據(jù)另一個實施方案，并且如在該通式中提供的，該玻璃粉可以包括其他金屬氧 化物。具體地講，該玻璃粉可以包括具有二價陽離子(2+)的金屬氧化物，如由通式MO表示的 那些金屬氧化物。由MO表示的適當(dāng)?shù)慕饘傺趸锏慕M合物可以包括諸如Mg0、Ca0、Sr0、Ba0、 以及ZnO的化合物。
[0024] 另外，該玻璃粉可以包括具有三價陽離子(3+)的金屬氧化物，特別地由通式M2O3表 不的那些金屬氧化物。由M2〇3表不的適合的金屬氧化物構(gòu)成可以包括如Al2〇3、B2〇3、Y2〇3、 Fe2O3、Bi2O3、以及La2O 3的化合物。
[0025] 值得注意的是，如以上通式中所表明的，該玻璃粉可以包括具有4+價態(tài)的陽離子、 如由MO2表示的金屬氧化物。這樣，適合的MO 2構(gòu)成可以包括Si02、Ti02、以及Zr02。
[0026] 另外就由通式aM20-bM0-cM203-dM02表示的玻璃粉的組合物而言，提供了系數(shù)(a、 b、c、以及d)以表明每種不同類型的可以存在于該玻璃粉中的金屬氧化物(M20、MO、M2〇3、以 及MO 2)的量(摩爾分?jǐn)?shù)）。這樣，系數(shù)"a"總體上表示在該玻璃粉中的M2O金屬氧化物的總量。 在該玻璃粉中的M 2O金屬氧化物的總量總體上是在約0 < a < 0.30之間的范圍內(nèi)。根據(jù)一個 具體實施方案，M2O金屬氧化物的總量是存在于約OS a < 0.15的范圍內(nèi)，并且更具體是在約 0<a<0.10的范圍內(nèi)。
[0027] 就存在的包含二價陽離子的MO金屬氧化物而言，此類化合物的總量(摩爾分?jǐn)?shù))可 以由系數(shù)"b"定義?？傮w上講，在玻璃粉中的MO金屬氧化物的總量是在約0.60之間的 范圍內(nèi)。根據(jù)一個具體的實施方案，MO金屬氧化物的量是在約0 < b < 0.45之間的范圍內(nèi)，并 且更具體是在約〇. 15 < b < 0.35之間的范圍內(nèi)。
[0028]另外，在該玻璃粉中的包含三價陽離子類的M2〇3金屬氧化物的量是由系數(shù)"C"表不 的。這樣，M2O3氧化物的總量(摩爾分?jǐn)?shù))總體上是在約0 ^ C < 0.60之間的范圍內(nèi)。根據(jù)一個 具體的實施方案，在該玻璃粉中的M2O3金屬氧化物的量是在約0 < c < 0.40之間的范圍內(nèi)，并 且更具體是在約〇. 10 < c < 0.30之間的范圍內(nèi)。
[0029] 如在通式aM2〇-bM〇-cM2〇3-dM〇2中所描述的，存在的包含4+陽尚子類的M〇2金屬氧化 物是由系數(shù)"d"表示的。總體上講，在該玻璃粉中的MO 2氧化物的總量（摩爾分?jǐn)?shù)）是在約 0.20 < cK