CZ2004633A3 - Porézní brusný nástroj a způsob jeho výroby - Google Patents

Description

Porézní brusný nástroj a způsob jeho výroby

Oblast techniky

Stávající vynález se obecně týká brusiv a brusných nástrojů pro rovinné broušení a leštění tvrdých a/nebo křehkých materiálů. Tento vynález se zejména týká vysoce porézních, pojených brusných výrobků, které mají propojenou strukturu pórů, a způsobů jejich výroby. Brusivá podle tohoto vynálezu jsou výhodná při vysoce výkonných brusných operacích, jako je broušení hřbetu křemíkových destiček, destiček z karbidu oxidu hlinitého a titanu a destiček karbidu křemíku, které se typicky používají při výrobě elektronických součástek.

Dosavadní stav techniky

Použití porézních brusiv pro zlepšení mechanických brusných procesů je obecně dobře známé. Póry typicky poskytují přístup brusným kapalinám, jako chladivům a lubrikantům, které vedou k podpoře účinnějšího řezání, minimalizaci metalurgického poškození (např. vypálený povrch) a maximalizaci životnosti nástroje. Póry také dovolují odstraňování materiálu (např. třísek nebo pilin) odstraněného z předmětu, který se brousí, což je důležité zejména tehdy, když je předmět, který se brousí, relativně měkký nebo když se nárokují požadavky na jakost povrchu (např. při broušení hřbetu křemíkových destiček).

Dřívější pokusy vyrobit brusné předměty a/nebo nástroje obsahující porézitu se mohou obecně klasifikovat do jedné ze dvou kategorií. V první kategorii se struktura pórů vytváří přidáním organických médií vyvolávajících póry (jako mleté skořápky vlašských ořechů) do brusného výrobku. Tato média se při vypalování tepelně rozkládají a zanechávají ve vypáleném brusném nástroji dutiny nebo póry. Příklady této kategorie jsou patenty US č. 5,221,294, Carmen at al. a

- 2 5,429,648, Wu a japonské patenty č. A-91-161273, Grotoh et al., a A-91-281174, Satoh et al.. Ve druhé kategorii se může struktura pórů vytvářet přidánim materiálů s uzavřenými buňkami, jako je bublinatý oxid hlinitý, do brusného výrobku. Viz například patent US č. 5,203,886, Sheldon et al.

Podle jednoho alternativního postupu zveřejňuje Wu et al. v patentech US 5,738,696 a 5,738,697, z nichž každý je zde zcela zahrnutý odkazem, brusný výrobek a způsob jeho výroby, který zahrnuje brusná zrna ve formě vláken, která mají poměr stran respektive délky k průměru alespoň 5:1. Nízké charakteristiky stlačení protáhlých brusných zrn vedly k brusnému výrobku, který zahrnoval zvětšenou porézitu a prodyšnost a byl vhodný pro broušení s relativně vysokým výkonem.

Protože rostl požadavek trhu na přesné součásti u výrobků, jako jsou motory, žáruvzdorné vybavení a elektronické přístroje, např. křemíkových destiček a destiček karbidu křemíku, magnetických hlav a displejových okének, rostla také potřeba zlepšených brusných nástrojů na jemné přesné brousenx a lesteni keramických materiálu a dalších, relativně tvrdých a/nebo křehkých materiálů. Brusné nástroje známé ze stavu techniky se neosvědčily zcela uspokojivě pro vyhovění výše zmíněným potřebám. Existuje tedy potřeba zlepšených brusných výrobků a brusných nástrojů a zejména takových, které zahrnují relativně vysoký stupeň porézity.

Jeden aspekt stávajícího vynálezu zahrnuje způsob zhotovení brusného předmětu. Tento postup zahrnuje smíchaní směsi brusného zrna, pojivového materiálu a částic dispergovadla, přičemž směs obsahuje asi od 0,5 asi do 25 objemových procent brusného zrna, asi od 19,5 asi do 49,5 objemových procent pojivového materiálu a asi od 50 asi do 80 objemových procent částic dispergovadla. Postup dále

- 3 zahrnuje lisování této směsi do kompozitu naplněného brusivém, tepelné zpracování tohoto kompozitu a ponoření tohoto kompozitu do rozpouštědla po určitou časovou prodlevu vhodnou pro rozpuštění v podstatě všeho dispergovadla, které je rozpustné v tomto rozpouštědle. Brusné zrno a pojivový materiál jsou dále v tomto rozpouštědle v podstatě nerozpustné. Podle jedné varianty tohoto aspektu zahrnuje pojivový materiál asi od 35 asi do 85 hmotnostních procent mědi, asi od 15 asi do 65 hmotnostních procent cínu a asi od 0,2 asi do 1,0 hmotnostních procent fosforu. Podle další varianty tohoto aspektu zahrnuje dispergovadlo granulovaný chlorid sodný a rozpouštědlo zahrnuje vařící vodu.

Podle dalšího aspektu zahrnuje tento vynález brusný segment pro segmentové brusné kotouče. Tento brusný segment zahrnuje kompozit, který sestává z řady superabrazivních zrn a kovové pojivové matrice slinovaných k sobě za teploty sahající asi od 370 asi do 795 °C, přičemž tento kompozit má v sobě uspořádané množství vzájemně propojených pórů a obsahuje asi od 0,5 asi do 25 objemových procent brusného zrna, asi od 19,5 asi do 49,5 procent kovového pojivá a asi od 50 asi do 80 objemových procent propojené porézity. Kovová pojivová matrice obsahuje asi od 35 asi do 70 hmotnostních procent mědi, asi od 30 asi do 65 hmotnostních procent cínu a asi od 0,2 asi do 1,0 hmotnostních procent fosforu. Množství superabrazivních zrn je vybráno ze skupiny sestávající z diamantu a kubického nitridu bóru, přičemž superabrazivní zrna mají průměrnou velikost částice menší než kolem 300 mikrometrů.

Podle dalšího aspektu zahrnuje tento vynález segmentový brusný kotouč. Tento brusný kotouč zahrnuje jádro, které má minimální měrnou pevnost 2,4 MPa-cm³/g a hustotu jádra 0,5 až 8,0 g/cm³ a kruhový obvod. Tento brusný kotouč má dále brusný prstenec, který zahrnuje několik segmentů, kde každý z těchto segmentů sestává z kompozitu, který má množství

- 4 brusných zrn a kovovou pojivovou matrici slinuté k sobě při teplotě sahajici asi od 370 asi do 795 °C, přičemž tento kompozit má v sobě uspořádanou řadu vzájemně propojených pórů a zahrnuje asi od 50 asi do 80 objemových procent vzájemně propojené porézity. Tento brusný kotouč ještě dále zahrnuje tepelně stabilní pojivo mezi řečeným jádrem a každým ze zmíněné řady segmentů.

Podle ještě dalšího aspektu zahrnuje tento vynález způsob zhotovení brusného předmětu, který má od asi 40 do asi 80 objemových procent vzájemně propojené porézity. Tento způsob zahrnuje smíchání směsi brusného zrna, organického nebo jiného nekovového pojivového materiálu a částic dispergovadla, přičemž tato směs obsahuje asi od 0,5 asi do 25 objemových procent brusných zrn, asi od 19,5 asi do 65 objemových procent organického pojivového materiálu a asi od 40 asi do 80 objemových procent částic dispergovadla. Tento způsob dále zahrnuje slisování této směsi do kompozitu naplněného brusivém, tepelné zpracování kompozitu, ponoření kompozitu do rozpouštědla po časovou prodlevu vhodnou pro rozpuštění v podstatě veškerého dispergovadla, přičemž dispergovadlo je rozpustné v rozpouštědle. Podle jedné varianty tohoto aspektu zahrnuje dispergovadlo granulový cukr a rozpouštědlo představuje vařící voda.

Podle ještě dalšího aspektu zahrnuje tento vynález brusný segment pro segmentový brusný kotouč. Tento brusný segment zahrnuje kompozit obsahující množství superabrazivních zrn a nekovovou pojivovou matrici vytvrzené společně, přičemž tento kompozit má v sobě uspořádané množství vzájemně propojených pórů a obsahuje asi od 0,5 asi do 25 objemových procent brusného zrna, asi od 19,5 asi do 65 procent nekovového pojivá a asi od 40 asi do 80 objemových procent vzájemně propojené porézity. Množství superabrazivních zrn je vybrané ze skupiny sestávající z diamantu a kubického nitridu bóru a toto množství ~ 5 superabrazivníchj zrn má průměrnou velikost částice menši než kolem 300 mikrometrů.

Podle ještě dalšího aspektu zahrnuje tento vynález segmentový brusný kotouč. Tento brusný kotouč sestává z jádra, které má minimální měrnou pevnost 2,4 MPa-cm³/g, hustotu jádra 0,5 až 8,0 g/cm³ a kruhový obvod. Tento brusný kotouč dále zahrnuje brusný prstenec sestávající z řady segmentů, kde každý z těchto segmentů sestává z kompozitu brusných zrn a nekovové pojivové matrice vytvrzených společně, přičemž kompozit má v sobě uspořádané množství vzájemně propojených pórů a zahrnuje asi od 40 asi do 80 objemových procent vzájemně propojené porézity. Tento brusný kotouč ještě dále zahrnuje tepelně stabilní pojivo mezi jádrem a každým z řady segmentů.

Přehled obrázků na výkresech

Obrázek 1 je schematické znázornění jednoho provedení brusného segmentu podle tohoto vynálezu.

Obrázek 2A je dílčí schematické znázornění jednoho provedení brusného kotouče zahrnujícího šestnáct brusných segmentů podle obrázku 1.

Obrázek 2B je pohled na příčný řez vedený podle čáry A-A z obrázku 2A.

Obrázek 2C je částečně zvětšený pohled, který ukazuje část 110 z obrázku 2B.

Příklady provedení vynálezu

Stávající vynález zahrnuje porézní brusný výrobek, který může být užitečný při přesném broušení, leštění nebo řezacích aplikacích. Jeden příklad abrazivního brusného kotouče podle tohoto vynálezu je brusný segment 10 pro segmentový brusný kotouč 100 (viz například obrázky 1 a 2, které jsou popsané v podrobnostech níže vzhledem k příkladu 1) . Jedno provedení brusného výrobku podle tohoto vynálezu

- 6 zahrnuje asi od 50 přibližně do 80 objemových procent propojené porézity. Jiné provedeni brusného výrobku podle tohoto vynálezu zahrnuje nekovové pojivo, jako je organický pojivový materiál (např. fenolická pryskyřice), a zahrnuje asi od 40 asi do 80 objemových procent propojené porézity. Tento vynález také zahrnuje způsob zhotoveni porézních brusných výrobků. Brusné kotouče (např. brusný kotouč 100) zahrnující jeden nebo více z busných kusů (např. segment 10) podle tohoto vynálezu jsou potenciálně výhodné pro zrcadlové dokončovací broušení tvrdých a/nebo křehkých materiálů, jako jsou křemíkové destičky, karbid křemíku, karbid oxidu hlinitého a titanu a podobně. Tyto brusné kotouče mohou být dále výhodné v tom, že mohou eliminovat potřebu orovnávat (nebo jinak upravovat) brusnou plochu brusného kotouče během zrcadlového dokončovacího broušení výše uvedených materiálů. Další potenciální výhody tohoto vynálezu budou ozřejměné při pojednání a příkladech, které následují.

Jedním aspektem stávajícího vynálezu byla realizace, v protikladu k obvyklému rozumnému úsudku (viz například japonský patent 60-118,469, Ishihara), že brusné výrobky obsahující větší vzájemně propojenou porézitu než 50 objemových procent a zejména obsahující asi od 50 asi do 80 objemových procent propojené porézity, mohou poskytnout vyšší brusný výkon při broušení tvrdých a/nebo křehkých materiálů bez podstatného obětování mechanické integrity brusného kusu. Provedení brusných kusů podle tohoto vynálezu tedy obsahují alespoň 50 objemových procent propojené porézity a účinná množství alespoň jednoho brusného zrna a pojivového materiálu. Tyto brusné kusy mohou dále volitelně obsahovat plniva, lubrikanty a další složky, které jsou známá těm, kdo jsou znalí stavu techniky. Tyto brusné kusy s výhodou zahrnují asi od 50 asi do 80 objemových procent propojené porézity a nejvýhodněji asi od 50 asi do 70 objemových procent propojené porézity.

- 7 U brusných výrobků podle tohoto vynálezu může být použito v podstatě jakékoli brusné zrno. Obvyklá brusivá mohou zahrnovat, avšak nejsou omezena na oxid hlinitý, oxid křemičitý, karbid křemíku, oxid zirkoničitý-oxid hlinitý, granát a smirek o velikostech drti sahajících asi od 0,5 asi do 5000 mikrometrů, s výhodou asi od 2 asi do 300 mikrometrů. Mohou se také použít superabrazivní zrna, která zahrnují, avšak nejsou omezená na diamant a kubický nitrid bóru (CBN) , s nebo bez kovového povlaku, a mají v podstatě podobné velikosti drti jako běžná zrna. Výběr typu a velikosti brusného zrna se typicky mění v závislosti na charakteru obrobku a typu brusného procesu. Pro jemné dokončovací broušení (t.j. zrcadlovou povrchovou úpravu) mohou být žádoucí superabrazivní zrna, která mají menší velikost částice, jako je velikost sahající asi od 0,5 asi do 120 mikrometrů nebo dokonce asi od 0,5 asi do 75 mikrometrů. Obecně jsou menší, t.j. jemnější velikosti zrna výhodné pro jemné broušení a dokončovací/leštící operace povrchu, zatímco větší, t.j. hrubší velikosti zrna jsou výhodné pro tvarování, ztenčování a jiné operace, při kterých se požaduje odstraňování relativně velkého množství materiálu.

Jako materiál matrice u brusného výrobku podle tohoto vynálezu se může v podstatě použít jakýkoli typ pojivového materiálu používaný obvykle při výrobě pojených brusných předmětů. Například se může použít kovové, organické, pryskyřicové nebo keramické pojivo (společně s vhodnými vytvrzovacími činidly, pokud je to nezbytné), přičemž je obecně žádoucí kovové pojivo. Obecně je vhodné kovové pojivo, které má lomovou houževnatost sahající asi od 1,0 asi do 6,0 MPa.m^1/2, přičemž je výhodná lomová houževnatost sahající asi od 1,0 asi do 3,0 MPa.m^1/2. Další podrobnosti týkající se lomové houževnatosti jsou poskytnuty v patentech US č. 6,093,092 a 6,102,789 Romanath et al., které jsou sem

- 8 zcela zahrnuty odkazem a dále se na ně odkazuje jako na Ramanathovy patenty.

Materiály výhodné pro kovovou pojivovou matrici zahrnuji, ale nejsou omezené na slitiny bronzu, mědi a zinku (např. mosaz), kobalt, železo, nikl, stříbro, hliník, indium, antimon, titan, zirkonium a jejich slitiny a jejich směsi. Jedna směs mědi a cínu byla shledána, jako směs, která je obecně vhodná kompozice pro kovovou pojivovou matrici. Vhodné pro brusné výrobky podle tohoto vynálezu mohou být kompozice, které zahrnují asi od 35 asi do 85 hmotnostních procent mědi a si od 15 asi do 65 hmotnostních procent cínu. Kompozice, které zahrnují asi od 35 asi do 70 hmotnostních procent mědi, asi od 30 asi do 65 hmotnostních procent cínu a případně asi od 0,2 asi do 1,0 hmotnostních procent fosforu (jako například ve slitině mědi a fosforu), jsou výhodné. Tyto pojivové materiály se mohou případně použít s titanem nebo hydridem titanu, chromém nebo jiným známým superabrazivním reaktivním materiálem schopným tvorby karbidových nebo nitridových chemických vazeb mezi zrnem a pojivém na povrchu superabrazivního zrna za zvolených slinovacích podmínek pro zesílení pozic zrno/pojivo. Silnější interakce zrno/pojivo obecně zmenšuje vytrhávání zrna, které má sklon poškozovat obrobek a zkracovat životnost nástroje.

Jeden příklad vhodného organického pojivá je teplem tvrditelná pryskyřice, ale mohou se použít i jiné typy pryskyřic. S výhodou je pryskyřice buď epoxydová pryskyřice nebo fenolická pryskyřice a může se použít v tekuté nebo práškové formě. Specifické příklady vhodných, teplem vytvrdítelných pryskyřic zahrnují fenolické pryskyřice (např. novolak a rezol), epoxidové, nenasycené polyesterové, bismaleimidové, polyimidové, kyanatan esterové, melaminové a podobně.

Provedeni brusného výrobku podle tohoto vynálezu zahrnuji asi od 50 asi do 80 objemových procent propojené porézity, ve které sahá průměrná velikost póru asi od 25 asi do 500 mikrometrů. Tato vzájemně propojená porézita se vytváří během výroby přidáním dostatečného množství částic dispergovadla ke směsi brusného zrna a pojivá, aby se zajistilo, že bude relativně vysoké procento částic dispergovadla ve styku s dalšími částicemi dispergovadla ve vytvarovaném brusném kusu (před i po slinování).

Jedno vhodné porézní provedení zahrnuje asi od 0,5 asi do 25 objemových procent superabraziva a asi od 30,5 asi do 49,5 objemových procent matrice kovového pojivá slinovaná k sobě při teplotě sahající asi od 370 asi do 795 °C za tlaku pohybujícího se v rozmezí asi od 20 asi do 33 MPa. Matrice kovového pojivá obsahuje asi od 35 asi do 70 hmotnostních procent mědi, asi od 30 asi do 65 hmotnostních procent cínu a asi od 0,2 asi do 1,0 hmotnostních procent fosforu. Superabrazivo zahrnuje diamant, který má velikost částice, která sahá asi od 0,5 asi do 300 mikrometrů (a u výhodných provedení asi od 0,5 asi do 75 mikrometrů).

Jiná vhodná porézní provedení obsahují asi od 40 asi do 80 objemových procent vzájemně propojené porézity, u které sahá průměrná velikost póru asi od 150 asi do 500 mikrometrů. Tato provedení dále zahrnují asi od 0,5 asi do 25 objemových procent superabraziva a asi od 19,5 asi do 65 objemových procent organického pojivá vytvrzených společně při teplotách sahajících asi od 100 asi do 200 °C (nebo 400 asi do 450 °C pro polyimidové pryskyřice) a při tlacích sahajících asi od 20 asi do 33 MPa. (Pro dosažení kolem 40 až 50 objemových procent vzájemně propojené porézity se mohou vhodně použít dispergovadla, která mají jehlicovitý tvar, např. mají poměr stran větší nebo rovný 2:1.) Brusné výrobky podle tohoto vynálezu se mohou zhotovovat za použití běžných procesů práškové metalurgie/výroby polymerů. Prášky

- 10 brusivá, pojivá a dispergovadla o vhodné velikosti a složeni se dobře promíchají, vyformují se do vhodného tvaru a za relativně vysoké teploty a tlaku se slinují/výpalují, aby se zrodil relativně hustý kompozit, který bude mít hustotu alespoň 95 % hustoty teoretické (a typicky asi od 98 do 99 % teoretické hustoty). Pro brusné výrobky zahrnující matrici kovového pojivá se prášky typicky slinují v rozsahu asi od 370 asi do 795 °C při tlacích v rozsahu asi od 20 asi do 33 MPa. Například podle jednoho provedení se směs prášku nejprve ohřívá na 401 °C po 20 minut. Prášky se pak slinují při teplotě 401 °C a tlaku 22,1 MPa po dobu 10 minut. Po ochlazení se kompozity naplněné brusivém a zahrnující dispergovadla, která jsou v podstatě ve vzájemném styku, ponoří do rozpouštědla, aby selektivně tyto dispergovadla odstranilo (t.j. rozpustilo). Výsledný brusný kus má strukturu podobnou pěně, která zahrnuje směs brusivá a pojivové matrice a má síť efektivně náhodně rozmístěných, vzájemně propojených pórů (t.j. dutin, ze kterých bylo dispergovadlo rozpuštěno).

Může se použít v podstatě jakékoli dispergovadlo, které se může snadno rozpustit v rozpouštědle, jako je voda, alkohol, aceton a podobně. Obecně jsou výhodná dispergovadla, která jsou rozpustná ve vodě, jako je chlorid sodný, chlorid draselný, chlorid horečnatý, chlorid vápenatý, křemičitan sodný, uhličitan sodný, síran sodný, síran draselný, síran horečnatý a podobně a jejich směsi. Pro použití u některých brusných aplikací (jako jsou křemíkové destičky a jiné elektronické součástky) může být žádoucí použití neiontových dispergovadel (t.j. bez soli), jako je cukr, dextrin, polysacharidové oligomery. Nejvýhodnější jsou dispergovadla, která mají relativně vysokou rozpustnost ve vodě a relativně rychlou kinetiku rozpouštění, jako je chlorid sodný nebo cukr. Výhodná dispergovadla mohou také vykazovat relativně vysokou teplotu

- 11 taveni (mp), aby odolávala slinovacimu procesu. Například chlorid sodný má teplotu tavení kolem 800 °C. Pro brusné výrobky vyžadující velmi vysoké slinovací teploty mohou být použita dispergovadla jako křemičitan sodno hlinitý (mp 1650 °C), síran hořečnatý (mp 1124 °C), fosforečnan draselný (mp 1340 °C) , křemičitan draselný (mp 976 °C) , metakřemičitan sodný (mp 1088 °C) a jejich směsi.

Velikost částice dispergovadla je typicky v rozsahu asi od 25 asi do 500 mikrometrů. Podle jednoho vhodného provedení zahrnují dispergovadla rozložení velikosti částic asi od 74 asi do 210 mikrometrů (t.j. včetně částic dispergovadla jemnějších než U.S.Mesh (standardní síto) a hrubších než U.S.Mesh 200). Podle dalšího vhodného provedení zahrnují dispergovadla rozložení velikosti částic asi od 210 asi do 300 mikrometrů (t.j. včetně částic dispergovadla jemnějších než U.S.Mesh 50 a hrubších než U.S.Mesh 70). U ještě jiného vhodného provedení, u kterého se používá jako dispergovadlo cukr, se může použít rozložení velikosti částic sahající asi od 150 asi do 500 mikrometrů (t.j. zahrnující částice dispergovadla jemnější než U.S.Mesh 35 a hrubší než U.S.Mesh 100).

Brusné výrobky popsané výše mohou být použity pro zhotovení v podstatě jakéhokoli tipu brusného nástroje. Obecně zahrnují vhodné nástroje kotouče na broušení rovinných ploch (např. brusné kotouče ANSI typ 2A2T nebo typ 2A2TS a brusné kotouče typ 1A a 1A1) a také hrncové kotouče (např. kotouče ANSI typ 2 nebo typ 6 nebo hrncové kotouče ve tvaru zvonu typ 119V). Abrazivní brusné kotouče mohou obsahovat jádro (např. jádro 20 z obrázků 2A - 2C), které má středové vrtání pro namontování kotouče na brusku, přičemž jádro je konstruované pro podepření porézního brusného prstence uspořádaného po jeho obvodu (viz například brusný kotouč 100 na obrázku 2A, který je pojednaný podrobněji níže s ohledem na Příklad 1). Tyto dvě části kotouče jsou typicky

- 12 držené pohromadě adhezním pojivém, které je tepelně stabilní za brusných podmínek, a tento kotouč a jeho součásti jsou navržené tak, aby snášely napětí vyvolávaná při obvodových rychlostech kotouče alespoň do 80 m/sec. a výhodně do 160 m/sec. nebo více.

U jednoho provedení má jádro v podstatě kruhový tvar. Jádro může v podstatě obsahovat jakýkoli materiál, který má minimální specifickou pevnost 2,4 MPa-cm³/g a výhodněji v rozsahu asi od 40 asi do 185 MPa-cm³/g. Materiál jádra má měrnou hmotnost 0,5 až 8,0 g/cm³ a výhodně asi od 2,0 asi do 8,0 g/cm³. Příklady vhodných materiálů jsou ocel, hliník, titan, bronz, jejicj kompozity a slitiny a jejich kombinace. Pro konstrukci jádra je mohou také použít vyztužené plasry, tedy lamináty, které mají určenou minimální měrnou pevnost. Kompozity a vyztužené jádrové materiály typicky zahrnují souvislou fázi kovové nebo plastové matrice, vytvořené na počátku často v práškové formě, ke které se jako nesouvislá fáze přidávají vlákna nebo zrna nebo částice tvrdšího, odolnějšího a/nebo méně těžkého materiálu. Příklady výztužných materiálů vhodných pro použití v jádru nástrojů podle tohoto vynálezu jsou skelná vlákna, uhlíková vlákna, aramidová vlákna, keramická vlákna a zrna a duté plnivové materiály, jako jsou skleněné kuličky, mullitové kuličky, kuličky oxidu hlinitého a Z-Light kuličky. Obecně zahrnují vhodné materiály kovového jádra ocel ANSI 4140 a hliníkové slitiny 2024, 6065 a 7178. Další podrobnosti týkající se vhodných materiálů jádra, vlastností a podobně jsou poskytnuty v Ramanathových patentech.

Jeden brusný kotouč (např. brusný kotouč 100 představený na obrázku 2A) se může zhotovit nejprve vytvarováním jednotlivých segmentů předem zvolených rozměrů, složení a porézity, jak je zde popsáno výše (viz například segment 10 představený na obrázku 1, který je podrobněji pojednán níže vzhledem k příkladu 1). Brusné kotouče mohou být vyfomovány

a slinovány, vypáleny nebo vytvrzeny škálou postupů, které jsou ze stavu techniky známé. Mezi těmito procesy jsou lisování za tepla (při tlacích kolem 14-28 MPa), lisování za studená (při tlacích kolem 400-500 MPa nebo více) a kalibrování za horka v ocelové formě (při tlacích kolem 90110 MPa) . Zkušený řemeslník snadno pozná, že lisování za studená (a v menší míře kalibrování za horka) jsou užitečné pouze pro částice dispergovadla, které mají vysokou pevnost v tlaku (t.j. odolnost vůči rozdrcení). Pro brusné výrobky s kovovým pojivém je výhodné lisování za tepla (asi při 350 až 500 °C a 22 MPa). Pro brusné výrobky s organickým pojivém, u kterých je použito dispergovadlo obsahující cukr, může být vhodné lisování za studená nebo za tepla (při teplotách menších než asi 160 °C) . Další podrobnosti týkající se lisování a technik tepelného zpracování jsou poskytnuty v patentu US č. 5,827,337, který je sem zcela zahrnut odkazem.

Následně po lisování, tepelném zpracování a ponoření do rozpouštědla se segmenty typicky dokončují běžnými technikami, jako je broušení nebo řezání za použití keramických brusných kotouču nebo karbidových řezných kotoučů, aby se získal segment brusného prstence, který by měl požadované rozměry a tolerance. Tyto segmenty se pak mohou připevnit k obvodu jádra vhodným lepidlem (viz například obrázky 2A - 2C, což je rovněž probráno níže). Vhodná lepidla zahrnují epoxydovou pryskyřici 353-NDT (EPOTEK, Billerica, MA) v hmotnostním poměru pryskyřice k tvrdidlu 10:1 a epoxydovou pryskyřici Technodyne® HT-18 (získanou od Taoka Chemicals, Japonsko) a její modifikované aminové tvrdidlo smíchané v poměru kolem 100 hmotnostních dílů pryskyřice ku přibližně 19 hmotnostním dílům tvrdidla. Další podrobnosti týkající se lepidel, jejich vlastností a jejich aplikace na brusné kotouče s kovovým pojivém jsou poskytnuty v Ramanathových patentech.

: .: *:

- 14 Jeden alternativní způsob výroby brusného kotouče zahrnuje vyformování jednotek prekurzoru segmentu ze směsi prášku brusivá, pojivá a dispergovadla, zformování těchto segmentových jednotek kolem obvodu jádra a aplikování tepla a tlaku pro vytvoření a připevnění těchto segmentů in situ (t.j. vzájemným slinováním jádra a prstence). Po vzájemném slinování se brusný kotouč ponoří do zvoleného rozpouštědla pro rozpuštění dispergovadel v prstenci, což má za následek vysoce porézní brusný prstenec (jak bylo popsáno shora). Pro tento alternativní proces může být vhodné použít dispergovadla, která neobsahují ionty chloru (např. chlorid sodný), v tom případě, že materiál jádra obsahuje hliník nebo nějakou hliníkovou slitinu (např. slitinu 7075), protože slitiny hliníku mohou za přítomnosti iontů chloridu důlkovat.

Brusné výrobky a nástroje podle tohoto vynálezu (např. brusný kotouč 100 představený na obrázku 2A a podrobněji prodiskutovaný níže) jsou vhodné pro broušení keramických materiálů, které zahrnují různé oxidy, karbidy, nitridy a silicidy jako nitrid křemíku, kysličník křemičitý a oxynitrid křemíku, stabilizovaný kysličník zirkoničitý (např. safir), karbid bóru, nitrid bóru, borid titaničitý a nitrid hliníku a kompozity těchto keramických materiálů a také určité kompozity kovové matrice, jako jsou cementované karbidy, polykrystalický diamant a polykrystalický kubický nitrid bóru. Těmito brusnými nástroji mohou být broušeny buď monokrystalické nebo polykrystalické keramické materiály. Brusné výrobky a nástroje podle tohoto vynálezu jsou dále obzvlášť dobře vhodné pro broušení materiálů používaných v elektronických aplikacích, jako jsou křemíkové destičky (používané při výrobě polovodičů), karbid oxidu hlinitého a titanu (používaný při výrobě magnetických hlav) a dalších substrátových materiálů.

Modifikace k různým aspektům stávajícího vynálezu popsané zde výše jsou spíš příkladné. Rozumí se, že osoby s běžnou znalostí stavu techniky ihned napadnou další modifikace k ilustrovaným provedením. Všechny takovéto obměny a variace se považují za řešení, která jsou v rozsahu a rámci stávajícího vynálezu, jak je definován v připojených nárocích.

Následující příklady spíše ilustrují různá provedení výrobků a postupů podle tohoto vynálezu. Rozsah tohoto vynálezu se nemá považovat za omezený specifickými provedeními, která jsou zde popsána, nýbrž je spíš definován nároky, které následují. Pokud není naznačeno jinak, jsou všechny části a procentuální obsahy hmotnostní.

PŘÍKLAD 1

Brusné kotouče 100 v souladu s podstatou tohoto vynálezu byly připraveny ve formě diamantových kotoučů typu 2A2TS pojených kovem, které využívají materiály a postupy popsané níže.

Směs práškového kovu (definovaná zde níže) byla smíchána s nejodizovanou stolní solí (získanou od Shaw's, Inc., Worcester, MA) v hmotnostním poměru 65:35 kovové směsi : soli, což odpovídá objemovému poměru 31,56:68,44 kovové směsi : stolní soli. Stolní sůl (převážně chlorid sodný) byla namleta v mlýnu Spex™ (vyrobeným společností SPEX, Metuchen, NJ) a prosáta, aby se zajistilo rozdělení veliosti částic sahající asi od 74 asi do210 mikrometrů (t.j. hrubší než 200 U.S. Mesh a jemnější než 70 U.S. Mesh).

Směs kovového prášku zahrnovala směs 43,74 hmotnostních procent měděného prášku (Dendritický stupeň FS, velikost částice -325 mesh, získaný od Sintertech International Marketing Corp., Ghent, NY), 6,24 hmotnostních procent prášku fosfor/měď (stupeň 1501, velikost částice -325 mesh, získaný od New Jersey Zink Company, Palmerton, PA) a 50,02

- 16 hmotnostních procent cínového prášku (stupeň MD115, velikost částice -100/+325 mesh, 0,5 % maximum, získaný od Alcan Metal Powders, Inc., Elizabeth, NJ).

Ke směsi kovová směs/stolní sůl byl přidán jemný prášek diamantového brusivá s rozdělením velikosti částice asi od 3 do přibližně 6 mikrometrů (2,67 gramu diamantu bylo přidáno k 61,29 gramu směsi kovová směs/stolní sůl) a tato kombinace byla důkladně promíchána za použití míchačky Turbula™ (vyráběné Glen Mills, Inc., Clifton, NJ), dokud nebyla promíchána rovnoměrně. Výsledná směs zahrnovala kolem 5 objemových procent diamantu, kolem 30 objemových procent matrice kovového pojivá a kolem 65 objemových procent stolní soli. Ke směsi byly před mícháním přidány tři kapky minerálního lihu DL 42™ (získaného od Worcester Chemical, Worcester, MA) , aby pomohl zabránit oddělení příměsí. Tato směs se pak rozdělila na 16 stejných částí (každá odpovídá jednomu z 16 brusných segmentů 10 použitých na brusném kotouči 100). Každá část byla umístěna do grafitové formy a za tepla lisována při 407 °C po dobu 10 minut při 22,1 MPa (3200 psi), dokud nebyla vytvořena matrice s cílovou hustotou větší než 95 % hustoty teoretické. Po ochlazení byly segmenty 10 ponořeny do relativně velkého množství (např. 0,5 litru) vařící vody po dobu 45 minut, aby se z nich odstranila sůl. Segmenty 10 pak byly důkladně opláchnuty deionizovanou (DI) vodou. Tento postup se opakoval, aby se zajistilo úplné odstranění soli. Následná rentgenová měření úbytku hmotnosti a rozptylu energie (EDX) potvrdila, že ze segmentů byla odstraněna v podstatě veškerá stolní sůl.

S odkazem na obrázek 1 je představeno jedno schematické ztělesnění jednoho segmentu 10 Každý ze segmentů 10 byl obroušen na požadované rozměry a tolerance, aby lícoval s obvodem obrobeného hliníkového jadra 2 0 (kotouč Typ 2A2TS představený na obrázcích 2A - 2C) . Segmenty 10 mají

- 17 obloukový profil, který má vnější poloměr zakřivení 11 127 milimetrů (5 palců) a vnitřní poloměr zakřivení 12 124 milimetrů (4,9 palce). Když jsou pozorovány z předu nebo zezadu, mají segmenty 10 délkový rozměr 13 47 milimetrů (1,8 palce) a šířkový rozměr 14 6,3 milimetru (0,25 palce).

Tyto segmenty 10 byly použity pro zkonstruování brusného kotouče 100 Typ 2A2TS pro rovinné broušení, jaký je představený na obrázku 2A. Brusný kotouč 100 zahrnuje šestnáct symetricky rozmístěných segmentů 10 přilepených k hliníkovému jádru 20, takže se získá brusný kotouč 100, který má vnější průměr 102 kolem 282 milimetrů (11,1 palce) a drážkovaný věnec 104. Jak je ukázáno 110, vystupuje segmentový věnec o vzdálenost 112 od čelní plochy hliníkového jádra 20 kolem 3,9 milimetrů (0,16 palce). Brusné segmenty 10 a hliníkové jádro 20 byly smontovány pojivovým systémem epoxidová pryskyřice/aminové tvrdidlo (lepidlo Technodyne HT-18 získané od Taoka Chemicals, Japonsko), aby se vyrobily brusné kotouče, které mají drážkovaný věnec 104 sestávající z šestnácti brusných segmentů 10. Aby se zajistila adekvátní adheze byly styčné povrchy jádra a segmentů 10 odmaštěny a pískově ©tryskány.

PŘÍKLAD 2

Vyhodnocení brusného výkonu.

Jeden segmentový kotouč (kotouč 2-A) pojený kovem a zhotovený podle postupu z Příkladu 1 výše a byl testován na výkon dokončovacího broušení hřbetem karbidových destiček. Jako porovnávací kotouč, posloužil jeden komerčně dostupný brusný kotouč o téže velikosti drti a koncentraci v pryskyřičném pojivu (specifikace kotouče D3/6MIC-IN.656BX623, získaný u Saint Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA) doporučovaný pro dokončovací broušení hřbetem karbidových destiček, který byl testován spolu s kotoučem podle tohoto vynálezu. Tento porovnávací kotouč zahrnoval

- 18 kolem 5 objemových procent diamantového brusivá, kolem 62 objemových procent dutých skleněných kuliček, kolem 12 objemových procent pryskyřice a kolem 21 objemových procent porézity. Skleněné kuličky zahrnovaly kolem 15 objemových procent skelné skořápky. Porovnávací kotouč si lze tedy představovat tak, že obsahuje kolem 9,3 objemových procent skleněné skořápky a kolem 73,7 objemových procent nepropojené porézity (t.j. kolem 21 % objemových procent porézity plus kolem 52,7 objemových procent dutého vnitřku dutých skleněných kuliček).

Testovací podmínky broušení byly:

Podmínky brusného testu:

Stroj: Strasbaugh Model 7AF

Specifikace kotouče: hrubé vřeteno: Norton #3-RlB69 jemné vřeteno: D3/6MIC-IN.656-BX623 (porovnávací) kotouč 2-A

Velikost kotouče: Typ 2A2TSSA:

280x29x229 mm (11x1,1/8x9 palce) Způsob broušení: Dvojí broušení: hrubé broušení následované jemným broušením

Proces jemného broušení:

Rychlost kotouče: 4.350 otáček/min. Chladivo: deionizované voda

Průtoková rychlost chladivá: 11 1/min. (3 gal/min) Obráběný materiál: silikonové destičky, N typ 100 orientace, průměr 150 mm (6 palců), počáteční tlouštka 0,66 mm (0,026 palce) (získané od Silicon Quest, CA) Odstraněný materiál: krok 1: 10 gm, krok 2: 5gm, krok 3: 5 pm, hlazení: 2 gm

Rychlost podávání: krok 1: 1 gm/s, krok 2: 0,7 gm/s, krok 3: 0,5 gm/s, hlazení: 0,5 gm/s Pracovní rychlost: 699 otáček za minutu (konstantní) Doba trvání: 100 obrátek

- 19 Proces hrubého broušeni:

Rychlost kotouče: 3.400 ot/min.

Chladivo: Deionizovaná voda

Průtoková rychlost chladivá: 11 litrů/min. (3 gal/min)

Obráběný materiál: silikonové destičky, N typ 100 orientace, průměr 150 mm (6 palců), počáteční tlouštka 0,66 mm (0,026 palce) (získané u Silicon Quest, CA)

Odstraněný materiál: krok 1: 10 μιη, krok 2: 5pm, krok 3: 5 pm, hlazení: 10 pm

Rychlost podáváni: krok 1: 3 pm/s, krok 2: 2 pm/s, krok 3: 1 pm/s, hlazení: 5 pm/s

Pracovní rychlost: 590 otáček za minutu (konstantní)

Doba trvání: 50 obrátek

Kde brusné nástroje vyžadovaly orovnání a úpravu, byly podmínky stanovené pro tento test následující:

Orovnávací a čistící operace:

Hrubý kotouč: žádné

Jemný kotouč: použití hrubé orovnávací podložky

Strasbaugh o průměru 150 mm (6 palců)

Rychlost kotouče: 1200 ot./min.

Doba trvání: 25 obrátek

Odstraněný materiál: krok 1: 150 pm, krok 2: 10 pm, hlazení: 20 pm

Rychlost podávání: krok 1: 5 pm/s, krok 2: 0,2 pm/s, hlazeni: 2 pm/s

Pracovní rychlost: 50 otáček za minutu, konstantní

Výsledky brusného testu z Příkladu 2 jsou představené dole v tabulce 1. Bylo jemně broušeno padesát destiček za použití porovnávacího kotouče pojeného pryskyřicí a porézního kotouče podle tohoto vynálezu (kotouč 2-A). Jak je ukázáno v tabulce 1, vykazovaly jak kontrolní kotouč, tak i kotouč podle vynálezu alespoň pro padesát destiček relativně

- 20 stabilní maximální normálovou sílu. Každý kotouč tedy vyžadoval přibližně stejnou maximální normálovou sílu. Tento tip brusného výkonu je nanejvýš žádoucí při broušení silikonových destiček hřbetem, protože tyto podmínky relativně nízké síly a ustáleného stavu minimalizují tepelné i mechanické poškození pro obrobek.

Porézní kotouč podle tohoto vynálezu dále zajistil vysoce žádaný brusný výkon popsaný výše alespoň pro padesát destiček bez nutnosti orovnávání kotouče.

V souhrnu Příklad 2 ukazuje, že kotouč podle vynálezu zajišťuje vysoce žádaný výkon broušení křemíkových destiček hřbetem, přičemž neočekávaně (pro kotouč pojený kovem) využívá méně energie než porovnávací kotouč pojený pryskyřicí.

Tabulka 1

	Porovnávací kotouč	Testovaný kotouč
Číslo plátku	Vrcholový proud (A)	Vrcholová normálná síla (N)	Vrcholový proud (A)	Vrcholová normálná síla (N)
5	10,7	66,9	8,0	62,4
10	10,5	66,9	8,3	66,9
15	10,6	66,9	8,4	62,4
20	10,9	66,9	9,0	66,9
25	11,3	66,9	8,1	62,4
30	10,7	66,9	8,4	60,0
35	10,8	66,9	8,3	62,4
40	10,5	62,4	8,4	60,0
45	10,5	62,4	8,4	66,9
50	10,1	66,9	8,8	60,0

PŘÍKLAD 3

Zhodnocení brusného výkonu

Jeden segmentový kotouč (kotouč 3-A) pojený kovem a vyrobený podle postupu z příkladu 1 výše byl testován na

- 21 výkon při jemném dokončovacím broušení hřbetem na leptaných silikonových destičkách. Jako porovnávací kotouč sloužil jeden komerčně dostupný brusný kotouč, který je zde podrobněji popsaný v příkladu 2 výše a doporučený pro dokončovací broušení hřbetem křemíkové destičky, a byl testován spolu s kotoučem podle tohoto vynálezu.

Podmínky zkušebního broušení byly:

Podmínky brusného testu:

Stroj: Strasbaugh Model 7AF

Specifikace kotouče: hrubé vřeteno: žádné jemné vřeteno: D3/6mic-20BX623C (porovnávací) kotouč 3-A

Velikost kotouče: Typ 2A2TSSA:

280x29x229 mm (11x1,1/8x9 palců) Způsob broušení: jednoduché broušení: použití pouze jemného vřetena Proces jemného broušení:

Otáčky kotouče: 4.350 l/min.

Chladivo: deionizovaná voda

Průtoková rychlost chladivá: 11 l/min. (3 gal/min)

Obráběný materiál: křemíkové destičky, N typ 100 orientace, průměr 150 mm (6 palců), počáteční tlouštka 0,66 mm (0,026 palce) (získané u Silicon Quest, CA)

Odstraněný materiál: krok 1: 10 pm, krok 2: 5pm, krok 3: 5 pm, hlazení: 2 pm

Rychlost podávání: krok 1: 1 pm/s, krok 2: 0,7 pm/s, krok 3: 0,5 pm/s, hlazení: 0,5 pm/s

Pracovní rychlost: 699 otáček za minutu (konstantní) Doba trvání: 100 obrátek

Kde brusné nástroje vyžadovaly orovnání a úpravu, byly podmínky stanovené pro tento test následující:

- 22 Orovnávaci a čistící operace:

Jemný kotouč: použití hrubé orovnávaci podložky Strasbaugh o průměru 150 mm (6 palců)

Rychlost kotouče: 1200 ot./min.

Doba trvání: 25 obrátek

Odstraněný materiál: krok 1: 150 pm, krok 2: 10 pm, hlazení: 20 pm

Rychlost podávání: krok 1: 5 pm/s, krok 2: 0,2 pm/s, hlazení: 2 pm/s

Pracovní rychlost: 50 ot./min. konstantní

Výsledky brusného testu z Příkladu 3 jsou představeny dole v Tabulce 2. Padesát pět leptaných křemíkových destiček bylo jemně broušeno hřbetem na čisto za použití porovnávacího kotouče pojeného pryskyřicí. Při broušení leptaných křemíkových destiček hřbetem se krok hrubého broušení nepoužívá, protože povrch leptaného křemíku je relativně hladký. Jak je ukázáno v Tabulce 2, roste vrcholová normálová síla relativně kontinuálně, čím více částí se brousí, s eventuálním zvýšením na hodnotu, při které se bruska zastaví. Za použití porézního kotouče podle tohoto vynálezu bylo broušeno sedmdesát pět leptaných křemíkových destiček. Jak je rovněž představeno v Tabulce 2, zůstávají špičkové normálové síly nízké a stabilní v průběhů celého experimentu. Tyto výsledky jasně demonstrují samočisticí charakter kotouče podle vynálezu.

Tento typ brusného výkonu je nanejvýš žádoucí při broušení křemíkových destiček hřbetem, protože tyto podmínky relativně ňízké síly a ustáleného stavu minimalizují tepelné a mechanické poškození obrobku. Samočisticí resp. orovnávaci charakter tohoto kotouče může dále zajistit operaci broušení hřbetem, při které není nezbytné orovnávat (nebo jinak upravovat stav) brusného kotouče. Jako výsledek mohou kotouče podle tohoto vynálezu zajistit zvýšenou výkonnost,

- 23 snížené náklady a konzistentní výsledky broušení, než jsou ty, které se dosahují při použití konvenčních brusných kotoučů.

Souborně Příklad 3 ukazuje, že kotouč podle vynálezu zajišťuje vysoce žádaný výkon broušení hřbetem u leptaných křemíkových destiček, zatímco v podstatě eliminuje potřebu orovnávání resp. čištění kotouče. Výkon kotouče podle vynálezu je podstatně vyšší vůči výkonu konvenčních kotoučů pojených pryskyřicí u této aplikace.

Tabulka 2

Porovnávací kotouč	Testovaný kotouč
Číslo plátku	Vrcholový proud (A)	Vrcholová normálná síla (N)	Vrcholový proud (A)	Vrcholová normálná síla (N)
5	8,9	75,8	8,2	62,4
10	9,0	84,7	8,1	62,4
15	9,0	98,1	8,0	62,4
20	9,2	107,0	8,3	66,9
25	9,4	115,9	8,1	62,4
30	9,6	124,9	8,5	62,4
35	9,9	156,1	8,3	66,9
40	10,3	182,8	8,1	66,9
45	10,8	214,0	8,1	66,9
50	11,5	231,9	7,9	66,24
55	11,5	245,3	8,1	66,9
60	*	*	7,8	62,4
65	*	*	8,0	66,9
70	★	*	8,0	62,4
75	*	*	8,1	66,9

* bruska vypla, když normálná síla překročila meze stroje.

- 24 PŘÍKLAD 4

Vyhodnocení brusného výkonu

Na brusný výkon byly testovány dva segmentové kotouče pojené kovem a zhotovené způsobem podobným způsobu podle Příkladu 1 výše. Oba kotouče obsahovaly kolem 14 objemových procent diamantového brusivá, které mělo rozsah velikosti částic asi od 63 asi do 74 mikronů, (t.j. částice jemnější než U.S. Mesh 200 a hrubší než U.S. Mesh 230). Kotouče dále obsahovaly kolem 21 objemových procent kovového pojivá (které má složení popsané v Příkladu 1) a kolem 65 objemových procent vzájemně propojené porézity. První kotouč (kotouč 4-A) byl zhotovený za použití dispergovadla stolní soli -70/+200 U.S. Mesh, jak je popsáno v Příkladu 1, což podobně vede k velikosti póru, která sahá asi od 74 do přibližně 210 mikronů (předpokládá se, že velikost póru je přibližně stejně veliká, jako je velikost odstraněného dispergovadla). Druhý kotouč (kotouč 4-B) byl zhotoven za použití stolní soli -50/+70 U.S. Mesh, což vede podobně k velikosti póru sahající asi od 210 přibližně do 300 mikronů. Ačkoliv to nebylo měřeno, očekává se, že kotouč, který měl větší velikost pórů zahrnoval také větší velikost vláken kovového pojivá. Výraz vlákno je použit ve shodě s normálním použitím, které je pro znalého řemeslníka dobře známé pro odkazování na materiál spojovací matrice (t.j. rámec porézní struktury) uspořádaný mezi vzájemně propojenými póry.

Dva brusné kotouče popsané výše byly použity pro hrubé broušení destiček AlTiC o ploše 4,5 čtverečního palce. Podmínky brusného testu byly:

Podmínky brusného testu:

Stroj: Strasbaugh model 7AF

Specifikace kotouče: hrubé vřeteno: kotouč 4-A kotouč 4-B jemné vřeteno: žádné

- 25 Velikost kotouče: Typ 2A2TSSA: 280,16x28,90x228,65 mm (11x1,1/8x9 palce)

Způsob broušeni: jednoduché broušeni: pouze hrubý brus Proces hrubého broušení:

Rychlost kotouče: 2.506 ot.min^-1

Chladivo: deionizovaná voda

Přítoková rychlost chladivá: 11 litrů/min (3 gal/min) Obráběný materiál: destičky Oxid hlinitý-karbidtitanu 3M-310, 114,3 mm² (4,5 palce), o počáteční tloušťce 2,0 mm(0,8 palce) (získaný u Minnesota Mining and Manufacturing Corporation, Minneapolis, MN)

Odstraněný materiál: krok 1: 100 pm, krok 2: 100pm, krok 3: 100 pm, hlazení: 20 pm

Rychlost podávání: krok 1: 0,7 pm/s, krok 2: 0,7 pm/s, krok 3: 0,7 pm/s, hlazení: 0,5 pm/s

Pracovní rychlost: 350 otáček za minutu, konstantní Doba trvání: 0 obrátek Kde brusné nástroje vyžadovaly ©rovnání a úpravu, byly podmínky stanovené pro tento test následující:

Orovnávací a čistící operace:

Hrubý kotouč: použití hrubé orovnávací podložky Strasbaugh průměru 150 mm (6 palců)

Rychlost kotouče: 1200 ot/min.

Doba trvání: 25 obrátek

Odstraněný materiál: krok 1: 150 pm, krok 2: 10 pm hlazení: 20 pm

Rychlost podávání: krok 1: 5 pm/s, krok 2: 0,2 pm/s, hlazení: 2 pm/s

Pracovní rychlost: 50 otáček za minutu, konstantní

- 26 Výsledky pro brusný test z Příkladu 4 jsou představené níže v Tabulce 3. Bylo pozorováno, že oba kotouče úspěšně brousí destičku AlTiC, přičemž vykazují relativně stabilní špičkové normálně síly v čase a dostatečným úběrem materiálu. První kotouč, který měl relativně jemnou velikost pórů (a podobně relativně jemnou velikost vlákna kovového pojivá), byl použit pro broušení destičky AlTiC po dobu asi 25 minut (1500 sekund). Byla pozorována relativně stabilní špičková normálná síla kolem 35 N a z destičky bylo odstraněno kolem 1150 mikronů AlTiC (míra odběru surového materiálu kolem46 mikrometrů/min.) Bylo zjištěno, že kotouč vydržel kolem 488 mikronů (úběr materiálu/míra opotřebení kotouče kolem 2,4). Druhý kotouč, který měl relativně hrubou velikost póru (a podobně relativně hrubou velikost vlákna kovového pojivá), byl použit pro broušení destičku AlTiC po dobu kolem sedmi minut (420 sekund). Byla pozorována relativně stabilní normálná síla kolem 94 N a z destičky bylo odstraněno kolem 2900 mikronů AlTiC (míra úběru surového materiálu kolem 414 mikronů/min). Bylo zaznamenáno, že tento kotouč vydržel kolem 18 mikronů (úběr materiálu/míra opotřebení kotouče kolem 160).

Souhrnně Příklad 4 ukazuje, že vysoce porézní kotouče podle tohoto vynálezu jsou dobře vhodné pro broušení destiček AlTiC. Tento příklad dále ukazuje, že vlastnosti odolnosti k opotřebení a samočistění resp. orovnávání kotoučů podle tohoto vynálezu mohou být přizpůsobeny nastavením relativní velikosti póru brusných výrobků. Zatímco není žádoucí, aby to bylo spojováno s nějakou zvláštní teorií, má se za to, že zvětšené opotřebení kotouče takového kotouče, který má relativně jemné póry, se vztahuje k zeslabení kovového pojivá, když se zmenšuje velikost vlákna kovového pojivá. Nicméně, tento příklad naznačuje, že se vlastnosti kotouče mohou navrhnout pro specifické aplikace nastavením relativní velikosti pórů, které v něm

jsou .

TABULKA 3

Specifikace hřídele (velikost soli)	špičková normálná síla (N)	opotřebení hřídele (pm)
kotouč 4-B (-50/+70)	93,6	17,8
kotouč 4-A (-70/+200)	35,7	487,6

PŘÍKLAD 5

Zhodnoceni brusného výkonu

Jeden segmentový kotouč (kotouč 5-A) pojený kovem zhotovený v souladu s postupem z Příkladu 1 výše byl testován na výkon dokončovacího broušení hřbetem na 50 mm (2 palce) destičkách karbidu křemíku z jediného krystalu. Jeden komerčně dostupný brusný kotouč, který je zde podrobněji popsaný výše v Příkladu 2, doporučený pro dokončovací broušení křemíkové destičky hřbetem, sloužil jako porovnávací kotouč a byl testován spolu s kotoučem podle tohoto vynálezu.

Podmínky brusného testování byly:

Podmínky brusného testu:

Stroj: Strasbaugh model 7AF

Specifikace kotouče:

hrubé vřeteno: ASDC320-7.5MXL2040(S.P.) jemné vřeteno: D3/6MIC-20BX623C (porovnávací)

Velikost kotouče: Typ 2A2TSSA:

280,16x28,90x228,65 mm (11x1,1/8x9 palce)

Způsob broušení: dvojité broušení:

hrubý brus následovaný jemným brusem

Proces jemného broušení:

Rychlost kotouče: 4.350 ot.min^-1

Chladivo: deionizovaná voda * ··*· ·♦ ·« ·♦ · ·· · · · · · · · • ♦ ····· · · · ♦ • · · · · · · · · ····« • · ······· ··· · ·· ·· ·· · - 28 Přítoková rychlost chladivá: 11 litrů/min (3 gal/min)

Obráběný materiál: destičky karbidu křemíku, jediný krystal, 50 mm průměr (2 palce), počáteční tlouštka 300 pm (0,0075 palce) (získaný u CREE Research, lne.)

Odstraněný materiál: krok 1: 15 pm, krok 2: 15pm, hlazení: 5 pm

Rychlost podávání: krok 1: 0,5 pm/s, krok 2: 0,2 pm/s, hlazení: 1,0 pm/s

Pracovní rychlost: 350 otáček za minutu, konstantní Doba trvání: 150 obrátek

Proces hrubého broušeni:

Rychlost kotouče: 3.400 ot./min.

Chladivo: deionizovaná voda

Přítoková rychlost chladivá: 11 litru/min (3 gal/min)

Obráběný materiál: destičky karbidu křemíku, jediný krystal, 50 mm průměr (2 palce), počáteční tlouštka 300 pm (0,0075 palce) (získaný u CREE Research, lne.)

Odstraněný materiál: krok 1: 10 pm, krok 2: 10pm, hlazení: 5 pm

Rychlost podávání: krok 1: 0,7 pm/s, krok 2: 0,3 pm/s, hlazení: 1,0 pm/s

Pracovní rychlost: 350 otáček za minutu, konstantní Prodleva: 0 obrátek

Orovnávací operace:

Hrubý kotouč: žádná

Jemný kotouč: hrubá orovnávací podložka Strasbaugh o průměru 150 mm (6 palců)

Rychlost kotouče: 1200 ot./min.

Prodleva: 25 obrátek Odstraněný materiál: krok 1: 150 μπι, krok 2: lOgm, hlazeni: 20 lim

Rychlost podávání: krok 1: 5 gm/s, krok 2: 0,2 μπι/s, hlazení : 2 μπι/ s

Pracovní rychlost: 50 otáček za minutu, konstantní

Výsledky brusného testu z Příkladu 5 jsou představeny níže v tabulce 4. Komerční brusný kotouč pojený pryskyřicí byl skutečně neschopný broušení destičky z karbidu křemíku, jak je naznačeno extrémně nízkými mírami úběru. Na druhou stranu, vysoce porézní kotouč podle tohoto vynálezu brousil mimořádně tvrdou a křehkou destičku karbidu křemíku úspěšně. Během každého běhu 48 minut bylo odstraněno přibližně 15 mikrometrů při průměrné míře úběru 0,31 mikronů/min. Navíc bylo zjištěno, že porézní kotouč podle tohoto vynálezu značně zmenšuje drsnost povrchu (jak je měřena interferometrem bílého světla Zygo®, Zygo Corporation, Middlefield, CT) . Jak je ukázáno v tabulce 4, zmenšilo broušení kotoučem podle vynálezu důsledně průměrnou drsnost povrchu (Ra) z počáteční hodnoty větší než 100 angstrómů na méně než kolem 40 angstrómů (s jedinou výjimkou).

Souborně příklad 5 ukazuje, že kotouč podle vynálezu zajišťuje na tvrdých, křehkých destičkách z karbidu křemíku požadovaný brusný výkon. Výkon kotouče podle vynálezu je u této aplikace v podstatě vyšší vůči výkonu konvenčního kotouče pojeného pryskyřicí.

TABULKA 4

Běh č. Test 8.299	Specifikace kotouče	Úběr materiálu (mikrometry)	Dersnost povrchu (angstrómy)
6	porovnávací	3
7	porovnávací	0	98
19	kotouč 5-A	17	34
20	kotouč 5-A	13	32
21	kotouč 5-A	15	54,5
22	kotouč 5-A	15	37,5

PŘÍKLAD 6

Pro vyhodnocení kotučů podle tohoto vynálezu bylo použito kvantitativní měření otevřenosti porézních médií testováním permeability, které je založené na D Arcyho zákonu řízení vztahu mezi rychlostí průtoku a tlakem na porézní medium. Použité zařízení a způsob měření permeability je v podstatě shodné s tím, které je popsané Wu et al. v patentu US č. 5,738,697 v příkladu 6, totiž přivedení tlakového vzduchu na plochý povrch porézního testovaného vzorku.

Porézní vzorky byly zhotoveny způsobem v podstatě podobným postupu podle příkladu 1 včetně 5 objemových procent diamantového brusivá 3/6 mikrometru. Relativní množství stolní soli a kovového pojivá se měnila, což vedlo ke vzorkům zahrnujícícm asi od 0 do přibližně 80 objemových procent vzájemně propojené porézity. Vzorky měřící v průměru 1,5 palce a o tloušťce 0,5 palce byly lisovány za tepla při 405 stupních C a za tlaku 3200 psi. Po ochlazení byly vzorky dohlazeny ručně za použití brusné pasty karbidu křemíku (velikost drti 180), aby se otevřely póry na jejich povrchu. Vzorky pak byly ponořeny do vařící vody, jak je popsáno v příkladu 1. Pro každou hodnotu porézity byly připraveny čtyři vzorky. Výsledky průměrné permeability jsou představeny níže v Tabulce 5.

Hodnoty permeability jsou udávány v jednotkách objemu vzduchu za jednotku času (Q, v cc/secundu) na jednotku tlaku (P, palce vodního sloupce) a byly měřeny přes tlouštku vzorků, které měly průměr 37,5 mm (1,5 palce) a tlouštku 12,7 mm (0,5 palce) . Jak se očekávalo, byly hodnoty pormoahi 1 -j ty nízké pro vzorky, které neměly fakticky žádnou vzájemně propojenou porézitu. Bylo pozorováno, že se permeabilita znatelně zvyšuje s rostoucí porézitou. Zejména vzorky, které měly více než 50 % vzájemně propojené porézity, byly charakterizovány jako vzorky, které měly hodnoty permeability větší než kolem 0,2 krychlového centimetru za secundu na palec vody, když porézita vzrostla nad asi 50 objemových procent.

Tabulka 5

kovové pojivo hmot.%	stolní sůl hmot.%	teoretická porézita objem.%	permeabilita, Q/P (cc/sec/palec H2O/0,5 palce)
100	0	0	0,030
91,85	8,15	25	0,034
84,7	15,3	40	0,085
74,55	25,45	55	0,287
65,0	35,0	65	0,338
58,99	41,01	70	0,562
43,02	56,98	80	n/a

PŘÍKLAD 7

Segmentové brusné kotouče, z nichž každý zahrnuje šestnáct segmentů, byly sestaveny na způsob v podstatě podobný tomu, který je zde popsaný výše v příkladu 1. Tyto segmenty však obsahovaly organické pojivo (jak kontrastuje s kovovým pojivém popsaným v příkladulj a byly zhotoveny, jak je popsáno níže.

Granulovaný cukr (získaný od Shaw's, Inc., Worcester, MA) byl protřepáván v plechovce na barvu o objemu 1 galon po dobu přibližně 2 hodiny za použití třepačky na barvu (vyrobené Red Devil®, Inc., Union, NJ) , aby se olámaly ostré rohy a okraje a tak se účinně zakulatily granule cukru. Granulovaný cukr byl pak prosát, aby se získalo roztřídění asi od 250 přibližně do 500 mikrometrů, t.j. -35/+60 U.S. Mesh.

Aby se odstranily aglomeráty, bylo práškové pryskyřicové pojivo předem prosáto přes síto U.S. Mesh 200. Prášek jemného diamantového brusivá o rozložení velikosti částic asi od 3 přibližně do 6 mikrometrů získaný od Amplex® Corporation (olyphant, Pennsylvania) jako RB3/6 byl přidán k práškové pryskyřici a míšen v podstatě do homogenního stavu. Tato směs zahrnující přibližně 80 objemových procent pryskyřice a kolem 20 objemových procent brusivá byla třikrát prosáta přes síto U.S. Mesh 165 a pak byla přidána ke granulovanému cukru připravenému, jak bylo popsáno výše. Tato směs pryskyřice/brusivo/cukr pak byla míchána, dokud nebyla řádně homogenní a dvajkrát prosáta přes síto U.S. Mesh 24.

Byly zhotoveny tři směsi kompozitu. První směs (použitá na zhotovení kotouče 7-A) zahrnovala kolem 4 objemových procent diamantového brusivá, kolem 20 objemových procent pryskyřicového pojivá 33-344 (fenolická rezolová pryskyřice modifikovaná bis fenol-A získaná od Durez Corporation, Dallas, TX) a kolem 76 objemových procent zrnkového cukru. Druhá směs (použitá na zhotovení kotouče 7-B) zahrnovala kolem 6 objemových procent diamantového brusivá, kolem 30 o+.jamo-výr-h procent pryskyřicového pojivá 29-346 (fenolická novolaková pryskyřice s dlouhým rozlivem získana od Durez Corporation, Dallas, TX) a kolem 64 objemových procent zrnkového cukru. Třetí směs (použitá na zhotovení kotouče 7C) zahrnovala kolem 6 objemových procent diamantového

brusivá, kolem 30 objemových procent pryskyřicového pojivá 29-108 (rezol modifikovaný bifenolem-A s velmi dlouhým rozlivem získaná od Durez® Corporation, Dallas, TX) a kolem 64 objemových procent zrnkového cukru.

Tyto směsi pryskyřice/brusivo/cukr byly vloženy do ocelových forem ve tvaru disku a lisovány při teplotě kolem 135 °C při tlaku asi 28 MPa (4100 psi) po dobu asi 30 minut do dosažení matrice s přibližně 99 % teoretické měrné hmotnosti. Po ochlazení byly disky zlehka obroušeny smirkovým papírem s velikostí drti 180, aby se odstranila licí kůra a cukrové dispergovadlo bylo odstraněno ponořením do vařící vody přibližně na 2 hodiny. Po odstranění cukru byly disky vysušeny a vypáleny, aby se dokončilo vytvrzení pryskyřice. Sušící a vypalovací cyklus byl následující. Disky byly nejprve ohřátý na 60 °C s dobou nahřívání kolem 5 minut a drženy při ní asi 25 minut. Pak byly disky ohřátý na 90 °C s dobou nahřívání kolem 30 minut a při ní drženy po dobu 5 hodin. Nakonec byly disky ohřátý na 160 °C s dobou nahřívání kolem 4 hodin a při ní drženy po dobu asi 5 hodin. Po vypálení byly disky ochlazeny na teplotu místnosti a rozdruženy na segmenty pro použití při sestavování brusných kotoučů.

Na výkon při jemném broušení hřbetem křemíkových destiček byly testovány tři organicky pojené segmentové kotouče. Podmínky brusného testování byly:

Podmínky brusného testu:

stroj: Strasbaugh model 7AF

Specifikace kotouče: hrubé vřeteno: Norton #3-R7B69 jemné vřeteno: kotouč 7-A kotouč 7-B kotouč 7-C

Velikost kotouče: Typ 2A2TSSA: 280x29x229 mm

- 34 (11x1,1/8x9 palce)

Způsob broušení: dvojité broušení: hrubý brus následovaný jemným brusem

Proces jemného broušení:

Rychlost kotouče: 4.350 ot.min’¹

Chladivo: deionizovaná voda

Přítoková rychlost chladivá: 11 litrů/min (3 gal/min) Obráběný materiál: křemíkové destičky, tip N orientace 100, průměr 150 mm, (6 palců), počáteční tlouštka 0,66 mm (0,026 palce) (získaný u Silicon Quest, CA)

Odstraněný materiál: krok 1: 10 pm, krok 2: 5pm, krok 3: 5 pm, hlazení: 2 pm

Rychlost podávání: krok 1: 1 pm/s, krok 2: 0,7 pm/s, krok 3: 0,5 pm/s, hlazení: 1,0 pm/s

Pracovní rychlost: 590 otáček za minutu, konstantní Doba trvání: 100 obrátek

Proces hrubého broušení:

Rychlost kotouče: 3.400 ot./min.

Chladivo: deionizovaná voda

Přítoková rychlost chladivá: 11 litrů/min (3 gal/min) Obráběný materiál: křemíkové destičky, tip N orientace 100, průměr 150 mm (6 palců), počáteční tloušťka 0,66 mm (0,026 palce) (získaný u Silicon Quest, CA)

Odstraněný materiál: krok 1: 10 pm, krok 2: 5pm, krok 3: 5 pm, hlazení: 10 pm,

Rychlost podávání: krok 1: 3 pm/s, krok 2: 2 pm/s, krok 1: 1 pm/s, hlazení: 5 pm/s

Pracovní rychlost: 590 otáček za minutu, konstantní

Prodleva: 50 obrátek

Kde brusné nástroje vyžadovaly ©rovnání a čištění, byly podmínky stanovené pro tento test následující:

Orovnávací a čistící operace:

Hrubý kotouč: použití hrubé orovnávací podložky Strasbaugh o průměru 150 mm (6 palců)

Otáčky kotouče: 1200 ot/min.

Prodleva: 25 obrátek

Odstraněný materiál: krok 1: 190 pm, krok 2: 10pm, hlazení: 10 pm,

Rychlost podávání: krok 1: 5 pm/s, krok 2: 0,2 pm/s, hlazení: 2 pm/s

Pracovní rychlost: 50 otáček za minutu, konstantní

Jemný kotouč: použití zvlášť jemné orovnávací podložky Strasbaugh o průměru 150 mm (6 palců)

Otáčky kotouče: 1200 ot/min.

Prodleva: 25 obrátek

Odstraněný materiál: krok 1: 150 pm, krok 2: 10pm, hlazení: 20 pm,

Rychlost podávání: krok 1: 5 pm/s, krok 2: 0,2 pm/s, hlazeni: 2 pm/s

Pracovní rychlost: 50 otáček za minutu, konstantní

Výsledky tohoto brusného testu z příkladu 7 jsou představené níže v tabulce 6. Bylo jemně broušeno dvěstě destiček za použití porézních hřídelů pojených pryskyřicí podle tohoto vynálezu (kotouče 7-A, 7-B a 7-C) . Každý z kotoučů podle vynalezu vykazoval relativně stabilní špičkovou normálnou sílu kolem 90 N (t.j. asi 20 liber) alespoň na dvěstě destičkách. Tento typ brusného výkonu je při broušení hřbetem křemíkových destiček vysoce žádoucí,

- 36 protože tato relativně nízká síla a podmínky ustáleného stavu minimalizují tepelné a mechanické poškození obrobku. Porézní kotouč podle tohoto vynálezu dále poskytl vysoce žádoucí brusný výkon popsaný výše pro alespoň dvěstě destiček bez potřeby orovnávání kotouče.

Navíc bylo pozorováno, že typ s pryskyřicí ovlivňuje míru opotřebení brusného kotouče.

Kotouče 7-A a 7-C vykazovaly relativně vysoké míry opotřebení 2,2 respektive 1,7 mikronů na destičku, zatímco kotouč 7-B (obsahující dobře tekoucí fenolickou novolakovou pryskyřici) vykazoval relativně nízkou (a žádoucí) míru opotřebení 0,5 mikronů na destičku.

Sumárně Příklad 7 ukazuje, že kotouče podle vynálezu obsahující organické pojivo zajišťují vysoce žádaný výkon při broušení silikonových destiček hřbetem.

Tabulka 6

specifikace kotouče	špičková normálná síla (N)	míra opotřebení (pm/destičku)
kotouč 7-A (DZ 33-344)	90	2,2
kotouč 7-B (IZ 29-346)	90	0,5
kotouč 7-C (IZ 19-108)	90	1,7

Claims (75)

1. Způsob zhotovení brusného výrobku, který má alespoň 50 objemových procent vzájemně propojené porézity, kde uvedený způsob sestává z:

a) míchání směsi brusného zrna, pojivového materiálu a částic dispergovadla, kde uvedená směs zahrnuje asi od 0,5 do přibližně 25 objemových procent brusného zrna, asi od 19,5 do přibližně 49,5 objemových procent pojivového materiálu a asi od 50 přibližně do 80 objemových procent částic dispergovadla;

b) vylisování uvedené směsi na kompozit naplněný brusivém;

c) tepelného zpracování tohoto kompozitu a

d) ponoření uvedeného kompozitu do rozpouštědla po časovou prodlevu vhodnou pro rozpuštění v podstatě veškerého zmíněného dispergovadla, kde uvedené dispergovadlo je rozpustné ve zmíněném rozpouštědle, zatímco uvedené brusné zrno a uvedený pojivový materiál jsou v uvedeném rozpouštědle v podstatě nerozpustné.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené lisování (b) a uvedené tepelné zpracování (c) se provádí prakticky současně.

3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že směs se lisuje alespoň pět minut při teplotě sahající asi od 370 asi do 795 °C a za tlaků sahajících asi od 20 asi do 33 MegaPascalů.

4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že objemové procento částic dispergovadla v uvedené směsi se pohybuje od:

- 38 více než nebo rovno asi méně než nebo rovno asi

50 objemovým procentům; a

70 objemovým procentům.

5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedený pojivový materiál je kovové pojivo.

6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že uvedené kovové pojivo obsahuje asi od 35 asi do 85 hmotnostních procent mědi a asi od 15 asi do 65 hmotnostních procent cínu.

7. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že uvedené kovové pojivo dále zahrnuje asi od 0,2 asi do 1,0 hmotnostních procent fosforu.

8. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedený pojivový materiál je organické pojivo.

9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že uvedené organické pojivo se skládá z fenolické pryskyřice.

10. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené brusné zrno zahrnuje superabrazivní zrno vybrané ze skupiny sestávající z diamantu a kubického nitridu bóru.

11. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené brusné zrno zahrnuje diamant.

12. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené brusné zrno má průměrnou velikost částice lžící od:

více než nebo rovnou asi 0,5 mikronu a

- 39 méně než nebo rovnou asi 300 mikronů.

13. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené brusné zrno má průměrnou velikost částice ležící od:

více než nebo rovnou asi 0,5 mikronu a méně než nebo rovnou asi 75 mikronů.

14. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené dispergovadlo je sůl rozpustná ve vodě.

15. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené dispergovadlo je člen skupiny sestávající z cukru, dextrinu, polysacharidových oligomerů, chloridu sodného, chloridu draselného, chloridu horečnatého, chloridu vápenatého, křemičitanu sodného, metakřemičitanu sodného, fosfátu draselného, křemičitanu draselného, uhličitanu sodného, síranu sodného, síranu draselného, síranu hořečnatého a jejich směsí.

16. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené dispergovadlo je chlorid sodný.

17. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené dispergovadlo je cukr.

18. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené dispergovadlo má průměrnou velikost částice ležící od:

více než nebo rovnou asi 25 mikronů a méně než nebo rovnou asi 500 mikronů.

19. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené dispergovadlo má rozložení velikosti částice ležící od:

více než nebo rovnou asi 74 mikronů a méně než nebo rovnou asi 210 mikronů.

20. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené dispergovadlo má rozložení velikosti částice ležící od:

více než nebo rovnou asi 210 mikronů a méně než nebo rovnou asi 300 mikronů.

21. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené dispergovadlo tvoří cukr a má rozložení velikosti částice ležící od:

více než nebo rovnou asi 150 mikronů a méně než nebo rovnou asi 500 mikronů.

22. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené rozpouštědlo tvoří voda.

23. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené rozpouštědlo tvoří vařící voda.

24. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že po zmíněném tepelném zpracování (c) a před uvedeným ponořením (d) se alespoň jeden povrch kompozitu obrousí.

25. Způsob podle nároku tím, že vytváří brusný větší než nebo rovnou asi

1, vyznačuj xcx se výrobek, který má permeabilitu 0,2 krychlového centimetru za secundu na palec vody.

26. Brusný výrobek zhotovený způsobem podle nároku 1.

27. Brusný segment pro segmentový brusný kotouč, kde uvedený brusný segment tvoří:

kompozit zahrnující množství superabrazivních zrn vzájemně slinované s kovovou pojivovou matrici, kde uvedený kompozit má v sobě rozmístěné množství vzájemně propojených pórů, uvedený kompozit zahrnuje asi od 0,5 asi do 25 objemových procent brusného zrna, asi od 19,5 přibližně do 49,5 procent kovového pojivá a asi od 50 přibližně do 80 objemových procent vzájemně propojené porézity;

uvedená matrice kovového pojivá zahrnuje asi od 35 přibližně do 70 hmotnostních procent mědi, asi od 30 přibližně do 65 hmotnostních procent cínu a asi od 0,2 přibližně do 1,0 hmotnostních procent fosforu, ve kterém je množství superabrazivních zrn vybrané ze skupiny sestávající z diamantu a kubického nitridu boru, přičemž uvedená superabrazivm zrna mají průměrnou velikost částice menší než asi 300 mikronů.

28. Brusný segment podle nároku 27, vyznačuj i c i se t i m, že kompozit je slinovatelný při teplotě sahající asi od 370 přibližně do 795 °C.

29. Brusný segment podle nároku 27, vyznačuj i c i se t i m, že kompozit zahrnuje:

více nebo rovno kolem 50 objemových procent vzájemně propojené porézity a méně nebo rovno kolem 70 objemových procent vzájemně propojené porézity.

30. Brusný segment podle nároku 27, vyznačuj i _c i _Se t í m, že uvedené množství vzájemně propojených pórů má průměrnou velikost póru, která sahá od:

- 42 více nebo rovno kolem 25 mikronů a méně nebo rovno kolem 500 mikronů.

31. Brusný segment podle nároku 27, vyznačuj ία i se t i m, že uvedené množství vzájemně propojených pórů má rozložení průměrné velikosti póru sahající od:

více nebo rovno kolem 74 mikronů a méně nebo rovno kolem 210 mikronů.

32. Brusný segment podle nároku 27, vyznačuj i _c i se t i m, že uvedené množství vzájemně propojených pórů má rozložení průměrné velikosti póru sahající od:

více nebo rovno kolem 210 mikronů a méně nebo rovno kolem 300 mikronů.

33. Brusný segment podle nároku 27, vyznačuj ία i se t i m, že uvedené množství superabrazivních zrn má průměrnou velikost částice, která sahá od:

více nebo rovno kolem 0,5 mikronů a méně nebo rovno kolem 75 mikronů.

34. Brusný segment podle nároku 27, vyznačuj í _c x se t i m, že uvedená vzájemně propojená porézita je vytvořená:

a) přidáním dispergovadla k zrnům a kovovému pojivu před slinováním kompozitu a

b) ponořením uvedeného slinuováného kompozitu do rozpouštědla a rozpuštěním dispergovadla, takže brusný segment je v podstatě bez častíc dispergovadla.

35. Brusný segment podle nároku 27, vyznačuj i _Cx se tím, že má permeabilitu větší nebo rovnou kolem 0,2 krychlového centimetru za secundu na palec vody.

36. Segment brusného kotouče skládajícího se z: j ádra;

brusného věnce zahrnujícího řadu segmentů podle nároku 27; a tepelně stabilní pojivo mezi uvedeným jádrem a každým ze zmíněné řady segmentů.

37. Segmentový brusný kotouč skládající se z:

jádra, které má minimální měrnou pevnost 2,4 MPacm³/g, hustotu jádra 0,5 až 8,0 g/cm³ a kruhový obvod;

brusného věnce skládajícího se z řady segmentů, kde každý ze zmíněných segmentů zahrnuje kompozit obsahující množství brusných zrn a matrici kovového pojivá slinované k sobě, přičemž uvedený kompozit má v sobě uspořádané množství vzájemně propojených pórů a tento kompozit zahrnuje asi od 50 přibližně do 80 objemových procent vzájemně propojené porézity; a tepelně stabilního pojivá mezi uvedeným jádrem a každým ze zmíněného množství segmentů.

38. Segmentový brusný kotouč podle nároku 37, vyznačující se tím, že kompozit je slinovatelný při teplotě sahající asi od 370 přibližně do 795 °C.

39. Segmentový brusný kotouč podle nároku 37, vyznačující se tím, že uvedené kovové pojivo obsahuje asi od 35 přibližně do 85 hmotnostních procent mědi a asi od 15 přibližně do 65 hmotnostních procent cínu.

40. Segmentový brusný kotouč podle nároku 37, vy z n ačující se tím, že uvedené kovové pojivo dále obsahuje asi od 0,2 přibližně do 1,0 hmotnostních procent fosforu.

41. Segmentový brusný kotouč podle nároku 37, vyzna- čující superabrazivní se t í m, že uvedená brusná zrna zahrnují zrna vybraná ze skupiny sestávající z diamantu a kubického nitridu bóru.

42. Segmentový brusný kotouč podle nároku 37, vyzna- čující se tím, že uvedené brusné zrno zahrnuje diamant.

43. Segmentový brusný kotouč podle nároku 37, vyznačující se tím, že uvedené brusné zrno má průměrnou velikost částice sahající od:

více nebo rovno asi 0,5 mikronu a méně nebo rovno asi 300 mikronů.

44. Segmentový brusný kotouč podle nároku 37, vyznačující se tím, že uvedené množství vzájemně propojených pórů má průměrnou velikost póru sahající od:

více nebo rovno kolem 25 mikronů a méně nebo rovno kolem 500 mikronů.

45. Segmentový brusný kotouč podle nároku 37, vyznačující se tím, že uvedené množství vzájemně propojených pórů má rozložení velikosti póru sahající od.

více nebo rovno kolem 74 mikronů a méně nebo rovno kolem 210 mikronů.

46. Segmentový brusný kotouč podle nároku 37, vyznačující se tím, že uvedené množství vzájemně propojených pórů má rozložení velikosti póru sahající od.

více nebo rovno kolem 210 mikronů a méně nebo rovno kolem 300 mikronů.

47. Segmentový brusný kotouč podle nároku 37, vyznačující se tím, že uvedená vzájemně propojená porézita je vytvořená:

a) přidáním dispergovadla k zrnům a kovovému pojivu každého z množství segmentů před slinováním a

b) ponořením každého z uvedeného množství segmentů do rozpouštědla a rozpuštěním dispergovadla, takže každý z uvedeného množství segmentů je v podstatě bez částic dispergovadla.

48. Segmentový brusný kotouč podle nároku 37, vyznačující se tím, že každý z uvedených segmentů má permeabilitu větší nebo rovnou asi 0,2 krychlového centimetru za secundu na palec vody.

49. Segmentový brusný kotouč podle nároku 37, vyznačující se tím, že uvedené tepelně stabilní pojivo je vybrané ze skupiny sestávající z epoxidového přilnavého pojivá, metalurgického pojivá, mechanického pojivá, difuzního pojivá a jejich kombinací.

50. Segmentový brusný kotouč podle nároku 37, vyznačující se tím, že uvedené tepelně stabilní pojivo je epoxidové přilnavé pojivo.

51. Segmentový brusný kotouč podle nároku 37, vyznačující se tím, že:

uvedené kovové pojivo obsahuje asi od 35 přibližně do 85 hmotnostních procent mědi, asi od 15 přibližně do 65 hmotnostních procent cínu a asi od 0,2 přibližně do 12,0 hmotnostních procent fosforu;

uvedené brusné zrno zahrnuje diamant, který má velikost částice asi od 0,5 přibližné do 300 mikronu a

uvedené množství vzájemně propojených pórů má průměrnou velikost póru sahající asi od 25 přibližně do 500 mikronů.

52. Způsob zhotovení brusného výrobku, který má asi od 40 přibližně do 80 objemových procent vzájemně propojené porézity, kde uvedený způsob sestává z:

a) míchání směsi brusného zrna, nekovového pojivového materiálu a částic dispergovadla, přičemž uvedená směs obsahuje asi od 0,5 přibližně do 25 objemových procent brusného zrna, asi od 19,5 přibližně do 65 objemových procent nekovového pojivového materiálu a si od 40 přibližně do 80 objemových procent částic dispergovadla;

b) lisování uvedené směsi na brusný ztěžklý kompozit;

c) tepelného zpracování tohoto kompozitu a

d) ponoření kompozitu do rozpouštědla po časovou prodlevu vhodnou pro rozpuštění v podstatě všeho dispergovadla, přičemž dispergovadlo je rozpustné v rozpouštědle, zatímco brusné zrno a nekovový pojivový materiál jsou v tomto rozpouštědle v podstatě nerozpustné.

53. Způsob podle nároku 52,vyznačující se tím, že nekovový pojivový material sestává z organického pojivového materiálu.

54. Způsob podle nároku 53,vyznačující se t í m, že organický pojivový materiál sestává z pryskyřice vybrané ze skupiny sestávající z fenolických pryskyřic, epoxidových pryskyřic, nenasycených polyesterových pryskyřic, bismaleimidových pryskyřic, polyamidových pryskyřic, kyanatanových pryskyřic, melaminových polymerů a jejich směsí.

55. Způsob podle nároku 53,vyznačující se tím, že organický pojivový materiál zahrnuje fenolickou pryskyřici.

56. Způsob podle nároku 53,vyznačující se t í m, že organický pojivový materiál sestává z fenolická novolakové pryskyřice.

57. Způsob podle nároku 53,vyznačující se tím, že organický pojivový materiál sestává z fenolická rezolové pryskyřice.

58. Způsob podle nároku 53,vyznačující se tím, že uvedené brusné zrno zahrnuje diamant, který má průměrnou velikost částice sahající od:

více nebo rovno asi 0,5 mikronu a méně nebo rovno asi 300 mikronů.

59. Způsob podle nároku 53,vyznačující se tím, že částice dispergovadla jsou v podstatě nejontové.

60. Způsob podle nároku 53,vyznačující se tím, že částice dispergovadla tvoří cukr.

61. Způsob podle nároku 53,vyznačující se tím, že uvedené lisování (b) zahrnuje lisování alespoň po pět minut při teplotě sahající asi od 100 přibližně do 200 °C při tlacích sahajících asi od 20 přibližně do 33 megaPascalů.

62. Způsob podle nároku 53,vyznačující se tím, že uvedené tepelné zpracování (c) se provádí po zmíněném ponoření (d) a zahrnuje vypalování alespoň po jednu hodinu při teplotě sahající asi od 100 asi do 200 C.

63. Způsob podle nároku 53,vyznačující se tím, že alespoň jeden povrch kompozitu se před uvedeným ponořením (d) obrousí.

64. Brusný segment pro segmentový brusnýkotouč, kde uvedený brusný segment zahrnuje:

kompozit obsahující množství superabrazivních zrn a nekovovou pojivovou matrici vytvrzené společně, kde uvedený kompozit má v sobě umístěné množství vzájemně propojených pórů a uvedený kompozit obsahuje asi od 0,5 přibližně do 25 objemových procent brusného zrna, asi od 19,5 přibližně do 65 procent nekovového pojivá a si od 40 přibližně do 80 objemových procent vzájemně propojené porézity; a u kterého je uvedené množství superabrazivních zrn vybrané ze skupiny sestávající diamantu a kubického nitridu bóru, přičemž uvedená superabrazivní zrna mají průměrnou velikost částice menší než asi 300 mikronů.

65. Brusný segment podle nároku 64, vyznačuj í c í se t í m, že kompozit je vytvrditelný při teplotě sahající asi od 100 přibližně do 200 °C.

66. Brusný segment podle nároku 64, vyznačuj i cí se tím, že uvedené množství superabrazivních zrn zahrnuje diamant a ma průměrnou velikost zrna sahající od.

více než nebo rovno asi 0,5 mikronu a méně než nebo rovno asi 75 mikronům.

67. Brusný segment podle nároku 64, vyznačující _Se t í m, že uvedená vzájemně propojená porézita je vytvořená:

a) přidáním dispergovadla k zrnům a nekovovému pojivu před vytvrzením kompozitu a

b) ponořením uvedeného vytvrzeného kompozitu do rozpouštědla a rozpuštěním dispergovadla, takže uvedený brusný segment je v podstatě bez částic dispergovadla.

68. Brusný segment podle nároku 64, vyznačující se tím, že uvedené dispergovadlo tvoří cukr, uvedené rozpouštědlo tvoří voda a uvedené nekovové pojivo tvoří fenolická pryskyřice.

69. Segmentový brusný kotouč sestávající z:

jádra, které má minimální měrnou pevnost 2,4 MPacm³/g, měrnou hmotnost jádra 0,5 až 8,0 g/cm³ a kruhový obvod;

brusný věnec zahrnující řadu segmentů, kde každý ze zmíněných segmentů zahrnuje kompozit brusných zrn a nekovové pojivové matrice vytvrzených společně, kde uvedený kompozit má v sobě rozmístěné množství vzájemně propojených pórů, přičemž uvedený kompozit zahrnuje asi od 40 přibližně do 80 objemových procent vzájemně propojené porézity a tepelně stabilní adhezní pojivo mezi uvedeným jádrem a každým ze zmíněného množství segmentů.

70. Segmentový brusný kotouč podle nároku 69, vyznačující se tím, že kompozit je vytvrditelný při teplotě sahající asi od 100 přibližně do 200 °C.

71. Segmentový brusný kotouč podle nároku 69, vy z n ačující se tím, že nekovovou pojivovou matrici tvoří matrice organického pojivá.

72. Segmentový brusný kotouč podle nároku 71, vyznačující se tím, že uvedenou matrici organického pojivá tvoří matrice fenolické pryskyřice.

73. Segmentový brusný kotouč podle nároku 71, vyznačující se tím, že uvedená vzájemně propojená porézita je vytvořená:

a) přidáním dispergovadla k zrnům a organické pryskyřici před vytvrzením kompozitu a

b) ponořením uvedeného vytvrzeného kompozitu do rozpouštědla a rozpuštěním dispergovadla, přičemž uvedený brusný segment je v podstatě bez částic dispergovadla.

74. Segmentový brusný kotouč podle nároku 73, vyznačující se tím, že uvedené dispergovadlo tvoří cukr, uvedené rozpouštědlo tvoří voda a uvedenou matrici organického pojivá tvoří fenolická pryskyřice.

75. Segmentový brusný kotouč podle nároku 71, vyznačující se tím, že uve dená matrice organického pojivá zahrnuje fenolickou pryskyřici;

uve dené brusné zrno tvoří diamant, který má průměrnou velikost částice sahající asi od 0,5 asi do 300 mikronů;

uvedené tepelně stabilní adhezivní pojivo tvoří nějaké epoxidové adhezní pojivo a uvedená vzájemně propojená porézita je vytvořená přidáním dispergovadla zrnkového cukru k brusným zrnům a organickému pojivu před vytvrzením kompozitu a ponořením vytvrzeného kompozitu do vbodového rozpouštědla a rozpuštěním dispergovadla.