JP7369799B2 - 砥粒物品および形成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、広く言えば、砥粒物品および砥粒物品を形成する方法に関するものである。より具体的には、本発明は、少なくとも１つの砥粒コンポーネントを含む砥粒物品およびそれを形成するプロセスに関するものである。
建設業界では、建設資材の切削および研削に様々な工具を利用している。道路の古い部分を除去または再仕上げするには、切削工具および研削工具が必要である。また、床や建物のファサードに使用される石のスラブなどの仕上げ材の採石と準備には、穴あけ、切削、および研磨のための工具が必要である。通常、これらの工具には、プレートまたはホイールなどのコアに結合された砥粒セグメントが含まれる。砥粒セグメントは、通常、個別に形成され、次に、焼結、ろう付け、溶接などによってコアに結合される。
業界は、砥粒工具の形成の改善を求め続けている。
本開示は、添付の図面を参照することによって、よりよく理解することができ、その多くの構成および利点は、当業者に対して明らかにされ得る。
当業者は、図の要素が単純で明快にするために図示されており、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではないことを理解している。例えば、図中の要素のいくつかの寸法は、本発明の実施形態の理解が向上するのを助けるために、他の要素に比べて誇張される場合がある。異なる図面での同じ符号の使用は、類似または同一の実施形態を示している。
実施形態は、砥粒コンポーネントを含む砥粒物品に対して引用され得る。砥粒コンポーネントは、砥粒セグメントまたは連続リムとすることができる。砥粒コンポーネントはコアに取り付けることができる。砥粒物品は、研削、穴あけ、切削など、またはそれらの任意の組み合わせなどの材料除去作業に適している可能性がある。砥粒物品の例には、セグメント化された砥石車、セグメント化された研削リング、切断ブレード、ドリルビット、チョップソーなど、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。砥粒物品は、材料除去作業においてワークピースとの接触面を減らすことができ、砥粒物品とワークピースとの間の摩擦を減らすことにより、より良好な研削性能およびより低い電力消費を可能にすることができる。
さらなる実施形態は、砥粒物品を形成するプロセスに対して引用され得る。例示的なプロセスでは、砥粒物品を形成することは、溶浸材料、金属ボンド材、および砥粒粒子を含む砥粒コンポーネントのグリーン体を形成することを含むことができる。本明細書で使用される場合、グリーンは、最終的に形成されていない物品または物品の一部を説明することを意図している。砥粒コンポーネントのグリーン体は、熱などによってさらに処理されて、最終的に形成される砥粒コンポーネントを形成することができる。このプロセスは、性能が改善された砥粒物品の形成を可能にすることができる。
砥粒物品は、本体を含む少なくとも１つの砥粒コンポーネントを含むことができる。本体は、ボンド基材およびボンド基材内に含まれる砥粒粒子を含むことができる。図１は、例示的な砥粒コンポーネントの本体１００の断面図の図を含む。本体１００は、ボンド材および砥粒粒子１０４を含むボンド基材１０２を含むことができる。一例では、ボンド材は、粒子１０６を含むことができる。
砥粒物品は、本体を含む少なくとも１つの砥粒コンポーネントを含むことができる。本体は、ボンド基材およびボンド基材内に含まれる砥粒粒子を含むことができる。図１は、例示的な砥粒コンポーネントの本体１００の断面図の図を含む。本体１００は、ボンド材および砥粒粒子１０４を含むボンド基材１０２を含むことができる。一例では、ボンド材は、粒子１０６を含むことができる。
一実施形態では、ボンド材は、砥粒物品の形成および性能の改善を促進することができる材料を含むことができる。一態様では、ボンド材は、元素金属、合金、またはそれらの組み合わせなどの金属を含むことができる。特定の一態様では、ボンド材は金属から本質的になることができる。特定の一例では、金属は、遷移金属元素、希土類元素、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。特定の一例では、金属は、鉄、タングステン、コバルト、ニッケル、クロム、チタン、銀、セリウム、ランタン、ネオジム、マグネシウム、アルミニウム、ニオブ、タンタル、バナジウム、ジルコニウム、モリブデン、パラジウム、白金、金、銅、カドミウム、スズ、インジウム、亜鉛など、それらの合金、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。特定の一態様では、ボンド材は金属から本質的になることができる。例えば、ボンド材１０６は、合金から本質的になることができる。合金は、本明細書に記載の金属元素のいずれかを含むことができる。合金の特定の一例には、鉄を含む合金を含むことができる。より具体的な一態様では、ボンド材は、鉄基合金などの鉄を含む合金から本質的になることができる。
別の一態様では、ボンド材は、最大２５０ミクロンの平均粒子サイズを有する粒子１０６を含むことができる。例えば、平均粒子サイズは、少なくとも８ミクロン、少なくとも９ミクロン、少なくとも１０ミクロン、少なくとも２０ミクロン、少なくとも４０ミクロン、少なくとも６０ミクロン、または少なくとも１００ミクロンとすることができる。別の一例では、平均粒子サイズは、最大で２５０ミクロン、最大で２２０ミクロン、最大で２００ミクロン、最大で１８０ミクロン、最大で１５０ミクロン、または最大で１００ミクロンとすることができる。粒子１０６の平均粒子サイズは、本明細書に記載の最小値および最大値のいずれかを含む範囲内にあり得ることが理解されるべきである。特定の一態様では、粒子１０６の平均粒子サイズは、８ミクロン～２５０ミクロンとすることができる。
さらなる一態様では、ボンド材１０６は、砥粒物品の形成および性能の改善を促進することができる特定の融解温度を有することができる。一例では、ボンド材の融解温度は、少なくとも１２００℃、少なくとも１２２０℃、少なくとも１２５０℃、または少なくとも１３００℃とすることができる。別の一例では、ボンド材１０６は、最大で１７００℃、最大で１６００℃、または最大で１５００℃の融解温度を有することができる。追加的または代替的に、ボンド材は、本明細書に記載されている最小値および最大値のいずれかを含む範囲内の融解温度を有することができる。例えば、ボンド材は、１２００℃～１７００℃の範囲内の融解温度を有することができる。
一実施形態では、本体１００は、砥粒物品の形成および性能の改善を促進することができる特定の含有量のボンド材を含むことができる。例えば、ボンド材の含有量は、本体の総体積に対して少なくとも１５体積％、例えば、本体の総体積に対して、少なくとも１８体積％、少なくとも２０体積％、少なくとも２５体積％、少なくとも２７．５体積％、少なくとも３５体積％、または少なくとも４０体積％とすることができる。別の一例では、砥粒コンポーネント本体は、本体の総体積に対して最大７５体積％、例えば、本体の総体積に対して、最大７０体積％、最大６５体積％、最大６０体積％、最大５５体積％、最大５２体積％、最大４８体積％、または少なくとも４０体積％の含有量のボンド材を含むことができる。本体１００は、本明細書に記載の最小および最大のパーセンテージを含む含有量でボンド材を含むことができることを理解すべきである。例えば、本体１００は、本体の総体積に対して１５体積％～７５体積％の範囲内の含有量でボンド材を含むことができる。
別の一実施形態では、本体は、砥粒物品の性能の改善を促進することができる材料を含む砥粒粒子１０４を含むことができる。一態様では、砥粒粒子は、炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。例えば、砥粒粒子１０４は、酸化アルミニウム、二ホウ化チタン、窒化チタン、炭化タングステン、炭化ホウ素、窒化アルミニウム、ガーネット、溶融アルミナ－ジルコニア、ゾルゲル由来の砥粒粒子、ダイヤモンド、炭化ケイ素、炭化ホウ素、立方晶窒化ホウ素、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。特定の一態様では、砥粒粒子１０４は、例えば、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）、またはそれらの任意の組み合わせを含む超砥粒粒子を含むことができる。より具体的な一態様では、砥粒粒子は、超砥粒粒子から本質的になることができる。例えば、砥粒粒子１０４は、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、またはそれらの任意の組み合わせから本質的になることができる。
別の一実施形態では、本体１００は、改善された性能を備えた砥粒物品の形成の改善を促進することができる特定の含有量の砥粒粒子を含むことができる。例えば、砥粒粒子は、本体の総体積に対して少なくとも２体積％、例えば、少なくとも８体積％、少なくとも１２体積％、少なくとも１８体積％、少なくとも２１体積％、少なくとも２７体積％、少なくとも３３体積％、少なくとも３７体積％、または少なくとも４２体積％の含有量で存在することができる。別の一例では、砥粒粒子は、最大で５０体積％、例えば、最大で４２体積％、最大で３８体積％、最大で３３体積％、最大で２８体積％、または最大で２５体積％の含有量で存在することができる。砥粒粒子は、本明細書に開示される最小および最大のパーセンテージのいずれかを含む含有量で本体１００に存在することができる。例えば、砥粒粒子は、本体の総体積に対して２体積％～５０体積％の間の含有量とすることができる。この開示を読んだ後、当業者は、砥粒粒子の含有量が砥粒物品の用途に応じて決定することができることを理解するであろう。例えば、研削または研磨工具の砥粒コンポーネントは、本体の総体積に対して３．７５体積％～５０体積％の砥粒粒子を含むことができる。別の一例では、切削工具の砥粒コンポーネントは、本体の総体積に対して２体積％～６．２５体積％の砥粒粒子を含むことができる。さらに、コアドリル用の砥粒コンポーネントは、本体の総体積に対して６．２５体積％～２０体積％の砥粒粒子を含むことができる。
一実施形態では、砥粒コンポーネントは、ボンド基材の少なくとも一部を通って延在する相互接続相を含む本体を含むことができる。図１に示されるように、相互接続相１０８は、本体１００内に延在することができる。一態様では、相互接続相１０８は、ボンド基材１０２の少なくとも一部を通って２次元的に延在することができる。別の一態様では、相互接続相１０８は、ボンド基材１０２の少なくとも一部を通って３次元的に延在することができる。別の一態様では、相互接続相１０８は、ボンド基材全体にわたって延在することができる。特定の一態様では、相互接続相１０８は、ボンド基材全体にわたって３次元的に延在することができる。
相互接続相１０８は、ボンド基材とは異なる材料を含むことができる。一態様では、ボンド材１０６の融解温度は、相互接続相１０８の融解温度よりも高くすることができる。例えば、ボンド材１０６の融解温度は、相互接続相１０８の融解温度よりも少なくとも２０℃高く、例えば、相互接続相の融解温度よりも、少なくとも５０℃、少なくとも１００℃、または少なくとも１５０℃高くすることができる。別の一例では、ボンド材１０６の融解温度は、相互接続相１０８の融解温度よりも最大で３５０℃高く、例えば、相互接続相１０８の融解温度よりも、最大で３００℃、最大で２５０℃、または最大で２００℃高くすることができる。さらに、ボンド材１０６の融解温度は、相互接続相１０８の融解温度よりも高くすることができ、差は、本明細書に記載の最小値および最大値のいずれかを含む範囲内とすることができる。例えば、差は、２０℃～３５０℃の範囲内とすることができる。
別の一態様では、相互接続相１０８は、砥粒物品の形成および性能の改善を促進することができる特定の融解温度を有する材料を含むことができる。一例では、相互接続相１０８は、最大で１２００℃、最大で１１８０℃、最大で１１５０℃、最大で１１００℃、最大で１０５０℃、最大で１０００℃、または最大で９５０℃の融解温度を有する材料を含むことができる。別の一例では、相互接続相１０８は、少なくとも６００℃、少なくとも６３０℃、少なくとも６６０℃、少なくとも７００℃、少なくとも７５０℃、少なくとも８００℃、少なくとも８５０℃、少なくとも９００℃、少なくとも９５０℃、少なくとも１０００℃、少なくとも１０５０℃、少なくとも１１００℃、少なくとも１１５０℃、または少なくとも１１８０℃の融解温度を有する材料を含むことができる。さらに、相互接続相１０８は、本明細書に記載の最小値および最大値のいずれかを含む範囲内の融解温度を有する材料を含むことができる。例えば、相互接続相１０８は、８５０℃～１２００℃の範囲内、または９００℃～１１８０℃の範囲内の融解温度を有する材料を含むことができる。
別の一態様では、相互接続相１０８は、砥粒物品の形成および性能の改善を促進することができる特定の金属材料を含むことができる。例えば、相互接続相１０８は、ボンド材とは異なる金属元素を含むことができる。別の一例では、金属は、銅、スズ、亜鉛、それらの合金、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。特定の例では、相互接続相１０８は、銅または銅を含む合金を含むことができる。より具体的な一例では、相互接続相１０８は、銅、銅を含む合金、またはそれらの組み合わせから本質的になることができる。特定の一態様では、相互接続相１０８は、銅、青銅、真ちゅうなど、またはそれらの任意の組み合わせから本質的になることができる。
さらなる一実施形態では、本体は、砥粒物品の形成および性能の改善を促進することができる特定の含有量の相互接続相を含むことができる。一態様では、本体は、本体の総体積に対して、少なくとも１０体積％の相互接続相、例えば、本体の総体積に対して、少なくとも１５体積％、例えば、少なくとも１８体積％、少なくとも２０体積％、少なくとも２３体積％、少なくとも２７体積％、少なくとも３０体積％、少なくとも３５体積％、または少なくとも４０体積％の相互接続相を含むことができる。別の一態様では、本体は、最大で８０体積％、最大で７５体積％、最大で７０体積％、最大で６０体積％、最大で５５体積％、最大で５０体積％、最大で４５体積％の相互接続相、例えば、本体の総体積に対して、最大で４０体積％、最大で３５体積％、最大で３１体積％、最大で２９体積％、最大で２５体積％、または最大で２１体積％の相互接続相を含むことができる。さらに、本体は、本明細書に記載の最小および最大のパーセンテージのいずれかを含む範囲内の含有量の相互接続相を含むことができる。例えば、本体１００は、本体の総体積の１０％～４５体積％の範囲内、例えば、１５体積％～４０体積％の範囲内の含有量の相互接続相を含むことができる。
さらなる一態様では、本体は、特定の重量含有量の相互接続相を含むことができる。例えば、本体は、本体の総重量に対して少なくとも１５重量％の相互接続相、例えば、本体の総重量に対して、少なくとも２０重量％、少なくとも２２重量％、少なくとも２５重量％、少なくとも２８重量％、または少なくとも３０重量％の相互接続相を含むことができる。別の一例では、本体は、本体の総重量に対して、最大で８０重量％、最大で７５重量％、最大で７０重量％、最大で６５重量％、最大で６０重量％、最大で５５重量％、最大で５０重量％の相互接続相、例えば、最大４５重量％、最大４０重量％、または最大３５重量％の相互接続相を含むことができる。相互接続相の含有量は、本明細書に記載の最小および最大のパーセンテージのいずれかを含む範囲内とすることができることが理解されるべきである。例えば、本体は、本体の総重量の、１５重量％～５０重量％の範囲内、または２０重量％～４５重量％の範囲内、または２５重量％～４０重量％の範囲内、または３０重量％～３５重量％の範囲内の相互接続相を含むことができる。
別の一実施形態では、本体１００は、制御された多孔質、例えば、特定の平均細孔サイズ、特定の細孔含有量、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。一態様では、本体は、砥粒物品の形成および性能の改善を促進することができる比較的大きな平均サイズを有する細孔を含むことができる。一態様では、本体１００は、巨視的細孔を含むことができる。例えば、本体１００は、少なくとも２００ミクロン、少なくとも２５０ミクロン、少なくとも３００ミクロン、少なくとも３３０ミクロン、少なくとも３６０ミクロン、少なくとも４００ミクロン、少なくとも４５０ミクロン、少なくとも４７０ミクロン、少なくとも５１０ミクロン、少なくとも５６０ミクロン、少なくとも６００ミクロン、または少なくとも６３０ミクロンの平均細孔サイズを有する巨視的細孔を含むことができる。別の一例では、本体は、最大で１．５ｍｍ、最大で１．２ｍｍ、最大で１ｍｍ、最大で９００ミクロン、最大で８００ミクロン、最大で７１０ミクロン、最大で７００ミクロン、最大で６７０ミクロン、最大で６２０ミクロン、最大で５８０ミクロン、最大で５２０ミクロン、最大で４８０ミクロン、最大で４３０ミクロン、最大で３９０ミクロン、最大で３３０ミクロン、または最大で３００ミクロンの平均サイズを有する巨視的細孔を含むことができる。さらなる一例では、本体は、本明細書に記載の最小値および最大値のいずれかを含む範囲内の平均細孔サイズを有する巨視的細孔を含むことができる。例えば、平均細孔サイズは、２００ミクロン～１．５ｍｍの範囲内、または２００ミクロン～７１０ミクロンの範囲内、または４００ミクロン～７００ミクロンの範囲内とすることができる。本開示では、本明細書の実施形態に記載されるような比較的大きな平均サイズを有する細孔は、巨視的細孔と呼ばれる。少なくとも１つの態様では、本体は、巨視的細孔から本質的になる特定の多孔質を含むことができる。例えば、本体の多孔質は、巨視的細孔から本質的になることができる。別の一例では、本体は、本体の総体積に対して最大で１０体積％のより小さな細孔、例えば、最大で８体積％、最大で５体積％、最大で２体積％、または最大で１体積％のより小さな細孔を含むことができる。より小さな細孔は、２００ミクロン未満、例えば、最大で１５０ミクロン、最大で１００ミクロン、または最大で５０ミクロンの平均サイズを有する細孔を指すことを意図している。特定の一例では、本体は、２００ミクロン未満、最大で１５０ミクロン、最大で１００ミクロン、または最大で５０ミクロンの平均サイズを有する細孔を本質的に含まないことができる。
一態様では、本体１００は、砥粒物品の性能の改善を促進することができる特定の含有量の細孔を含むことができる。例えば、本体１００は、本体の総体積に対して、少なくとも１０体積％、少なくとも１２体積％、例えば、少なくとも１５体積％、少なくとも１８体積％、少なくとも２０体積％、少なくとも２３体積％、少なくとも２７体積％、または少なくとも３０体積％の多孔質を含むことができる。別の一例では、本体１００は、本体の総体積に対して、最大で６０体積％、例えば、本体の総体積に対して、最大で５０体積％、最大で４０体積％、最大で３５体積％、最大で３１体積％、最大で２９体積％、最大で２５体積％、または最大で２１体積％の多孔質を含むことができる。さらに、本体は、本明細書に記載の最小および最大のパーセンテージのいずれかを含む範囲内の多孔質を含むことができる。例えば、本体１００は、本体の総体積の１０体積％～６０体積％の範囲内、または本体の総体積の１２％～４０体積％の範囲内、または本体の総体積の１５体積％～３５体積％の範囲内の多孔質を含むことができる。
一実施形態では、本体１００は、ボンド基材１０２内に含まれる複数の個々の部材１１０を含む不連続相を含むことができる。不連続相は、相互接続相１０８、ボンド基材１０２、および砥粒粒子１０４とは区別することができる。
一態様では、不連続相は、巨視的細孔を含むことができる。例えば、個々の部材１１０の少なくともいくつかはそれぞれ、巨視的細孔１１２を含むことができる。特定の一例では、個々の部材１１０の大部分はそれぞれ、巨視的細孔１１２を含むことができる。より具体的な一例では、個々の部材１１０のそれぞれは、巨視的細孔１１２を含むことができる。別の特定の一例では、個々の部材１１０の大部分のそれぞれは、巨視的細孔１１２からなることができる。別のより具体的な一例では、個々の部材１１０のそれぞれは、巨視的細孔１１２からなることができる。
いくつかの例では、不連続相は、相互接続相の残留物１１４を含む個々の部材１２０を含むことができる。残留物１１４および相互接続相１０８は、同じ材料を含むことができる。一例では、残留物１１４は、相互接続相１０８に接続することができる。さらなる一例では、不連続相は、それぞれが巨視的細孔を含む複数の個々の部材を含むことができ、個々の部材の少なくとも１つは、相互接続相の残留物を含むことができる。特定の例では、不連続相は、それぞれが相互接続相の残留物１１４および巨視的細孔１１２を含む複数の個々の部材１２０を含むことができる。
別の一態様では、個々の部材１１０または１２０は、相互接続相１０８に接続することができる巨視的細孔１１２を含むことができる。例えば、個々の部材１１０は、相互接続相によって画定される巨視的細孔１１２を含むことができる。別の一例では、巨視的細孔１１２は、相互接続相に接続され、ボンド基材１０２および砥粒粒子１０４の少なくとも１つに接続されることができる。一例では、個々の部材１１０は、相互接続相１０８と、ボンド基材１０２および砥粒粒子１０４のうちの少なくとも１つとによって画定される巨視的細孔１１２を含むことができる。
特定の一態様では、不連続相は、巨視的細孔、相互接続相の残留物を含む巨視的細孔、またはそれらの組み合わせから本質的になることができる。
図２は、一実施形態に係る砥粒コンポーネントの本体２００の断面の図を含む。本体２００は、ボンド基材２０２と、ボンド基材２０２内に含まれる砥粒粒子２０４とを含むことができる。相互接続相２０８は、ボンド基材２０２の少なくとも一部を通って延在することができる。
本体２００は、それぞれが巨視的細孔２１４を含む複数の個々の部材２１２を含む不連続相を含むことができる。巨視的細孔２１４は、材料２１６によって画定することができる。一態様では、材料２１６は、ボンド材２０６、相互接続相２０８、またはその両方とは異なることができる。例えば、材料２１６は、ボンド材２０６の融解温度、相互接続相２０８の融解温度、またはその両方よりも高い融解温度を有することができる。別の一例では、材料２１６はセラミックス材料を含むことができる。例示的なセラミックス材料は、酸化物、炭化物、ホウ化物など、またはそれらの組み合わせを含むことができる。特定の酸化物は、アルミナが含むことができる。
図示のように、個々の部材２１２は、材料２１６によって完全に画定される巨視的細孔を含む。いくつかの例では、不連続相は、材料２１６によって部分的に画定される巨視的細孔２１４を含む個々の部材２２０を含むことができる。特定の例では、個々の部材２２０は、巨視的細孔２１４と、巨視的細孔２１４に含まれる材料２１６の一部とを含むことができる。
一実施形態では、不連続相は、それぞれが巨視的細孔を含む個々の部材、例えば、個々の部材１１０、１２０、２１２、２２０、またはそれらの任意の組み合わせからなることができる。さらなる一実施形態では、本体１００は、それぞれが相互接続相に接続された巨視的細孔を含む個々の部材からなる不連続相を含むことができる。特定の一実施形態では、不連続相は、個々の部材からなることができ、個々の部材は、相互接続相に接続された巨視的細孔からなることができる。特定の一例では、不連続相は、個々の部材１１０、１２０、または任意の組み合わせからなることができる。さらなる一実施形態では、不連続相は、個々の部材からなることができ、それぞれの個々の部材は、相互接続相、ボンド基材、またはその両方とは異なる材料によって少なくとも部分的に画定される巨視的細孔を含むことができる。特定の一例では、不連続相は、個々の部材２１２、２２０、またはそれらの組み合わせからなることができる。
一実施形態では、本体は、充填剤を含むことができる。一態様では、充填剤は、ボンド基材に含まれる孤立した粒子を含むことができる。いくつかの例では、充填剤は、相互接続相から分離することができる。一態様では、充填剤は、ボンド基材、相互接続相、および不連続相のうちの少なくとも１つとは異なる材料を含むことができる。特定の一態様では、充填剤は、不連続相とは異なる材料を含むことができる。さらなる一態様では、充填剤は、無機材料を含むことができる。充填剤の特定の一例は、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。充填剤のより具体的な例は、グラファイト、炭化タングステン、窒化ホウ素、二硫化タングステン、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、アルミナシリカ、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。
さらなる一態様では、充填剤は、最大で２０００ミクロン、例えば、最大で１８００ミクロン、最大で１５００ミクロン、最大で１２００ミクロン、最大で１０００ミクロン、最大で８００ミクロン、最大で６００ミクロン、最大５００ミクロン、最大４００ミクロン、最大３００ミクロン、最大２００ミクロン、最大１５０ミクロン、最大１２０ミクロン、最大１００ミクロン、または最大８０ミクロンの平均粒子サイズを有することができる。別の一態様では、充填剤は、少なくとも６０ミクロン、例えば、少なくとも６５ミクロン、少なくとも７０ミクロン、少なくとも７５ミクロン、少なくとも８０ミクロン、少なくとも９０ミクロン、または少なくとも１００ミクロンの平均粒子サイズを有することができる。さらに、充填剤は、本明細書に記載の最小値および最大値のいずれかを含む範囲内の平均粒子サイズを有することができる。いくつかの例では、アルミナシリカなどの比較的大きな粒子サイズの充填剤を使用することができる。例えば、特定の充填剤は、数ミリメートル、例えば、少なくとも１ｍｍまたは少なくとも２ｍｍの平均サイズを有することができる。
一実施形態では、本体は、砥粒物品の性能の改善を促進することができる特定の含有量の充填剤を含むことができる。一態様では、本体は、本体の総体積に対して少なくとも５体積％の充填剤、例えば、本体の総体積に対して、少なくとも７体積％、少なくとも１０体積％、少なくとも１２体積％、少なくとも１５体積％、または少なくとも２０体積％の充填剤を含むことができる。別の一態様では、本体は、本体の総体積に対して最大で３０体積％の充填剤、例えば、本体の総体積に対して、最大で２５体積％、最大で２０体積％、または最大で１７体積％の充填剤を含むことができる。さらに、本体は、本明細書に記載の最小および最大のパーセンテージのいずれかを含む含有量で充填剤を含むことができる。
図３は、砥粒物品を形成するための例示的なプロセス３００を示すフローチャートを含む。プロセス３００は、ブロック３１０から開始して、ボンド材、砥粒粒子、および溶浸材料を含む混合物を形成することができる。混合物は、本開示の実施形態に記載のボンド材および砥粒粒子のいずれかを含むことができる。いくつかの実施形態では、ボンド材は、炭化タングステンなどの耐摩耗性成分を含むことができる。ボンド材は、粉末の形態とすることができる。例えば、ボンド材は、個々の成分の粒子または事前に合金化された粒子の混合を含むことができる。
一実施形態では、混合物は、砥粒物品の形成および性能の改善を促進することができる特定の含有量のボンド材を含むことができる。一態様では、混合物は、混合物の総重量に対して少なくとも１５重量％のボンド材、例えば、少なくとも２０重量％、少なくとも２５重量％、少なくとも２８重量％、少なくとも３０重量％、少なくとも３３重量％、少なくとも３５重量％、少なくとも３８重量％、少なくとも４０重量％、少なくとも４２重量％、少なくとも４５重量％、または少なくとも４６重量％を含むことができる。別の一例では、混合物は、混合物の総重量に対して最大で９０重量％のボンド材、例えば、最大で８０重量％、最大で７５重量％、最大で７０重量、最大で６５重量％、最大で６０重量％、最大で５５重量％、最大で５０重量％、最大で４８重量％、または最大で４６重量％のボンド材を含むことができ、さらなる一例では、混合物は、混合物の総重量に対して、少なくとも１５重量％かつ最大で９０重量％のボンド材を含むことができる。
混合物は、本開示の実施形態に記載の砥粒粒子のいずれかを含むことができる。一実施形態では、砥粒粒子は、砥粒物品の形成および性能の改善を促進することができる平均粒子サイズを有することができる。例えば、平均粒子サイズは、少なくとも３０ミクロン、例えば、少なくとも３５ミクロン、少なくとも４０ミクロン、少なくとも４５ミクロン、少なくとも５０ミクロン、少なくとも５５ミクロン、少なくとも６０ミクロン、少なくとも７０ミクロン、少なくとも８０ミクロン、少なくとも８５ミクロン、少なくとも９５ミクロン、少なくとも１００ミクロン、少なくとも１２５ミクロン、少なくとも１４０ミクロン、または少なくとも１８０ミクロンとすることができる。別の一例では、砥粒粒子は、最大で９００ミクロン、例えば、最大で８６０ミクロン、最大で７５０ミクロン、最大で７００ミクロン、最大で６２０ミクロン、最大で５００ミクロン、最大で４５０ミクロン、最大で４００ミクロン、最大で３５０ミクロン、最大で２８０ミクロン、または最大で２５０ミクロンの平均粒子サイズを有することができる。砥粒粒子は、本明細書に開示される最小値および最大値のいずれかを含む範囲内の平均粒子サイズを有することができることを理解すべきである。例えば、砥粒粒子の平均粒子サイズは、少なくとも３０ミクロンかつ最大で９００ミクロンを含む範囲内とすることができる。研磨剤の用途に合わせて、砥粒粒子サイズを選択することができる。例えば、粗い砥粒粒子は、ダイヤモンドを含む砥粒粒子を必要とする特定の用途に望ましい場合がある。
一実施形態では、混合物は、砥粒物品の形成および性能の改善を促進することができる含有量で砥粒粒子を含むことができる。例えば、混合物は、混合物の総重量に対して少なくとも５重量％の砥粒粒子、例えば、少なくとも８重量％、少なくとも１０重量％、少なくとも１２重量％、少なくとも１５重量％、少なくとも１８重量％、少なくとも２０重量％、少なくとも２２重量％、少なくとも２５重量％、少なくとも２８重量％、少なくとも２０重量％、または少なくとも３３重量％の砥粒粒子を含むことができる。別の一例では、混合物は、混合物の総重量に対して、最大で５５重量％の砥粒粒子、例えば、最大で４９重量％、最大で４１重量％、最大で３８重量％、または最大で３５重量％の砥粒粒子を含むことができる。さらなる一実施形態では、混合物は、混合物の総重量に対して、少なくとも５重量％かつ最大で５５重量％の砥粒粒子を含むことができる。
一実施形態では、混合物は、固体材料を含む溶浸材料を含むことができる。一態様では、溶浸材料は、中実粒子、中空粒子、穴を有する粒子、またはそれらの任意の組み合わせを含む巨視的粒子の形態とすることができる。特定の一態様では、巨視的粒子は、中空粒子から本質的になることができる。別の一態様では、溶浸材料は、砥粒物品の形成および性能の改善を促進することができる特定の平均粒子サイズを含むことができる。特定の一態様では、溶浸微視的粒子は、粒子が本体の形成プロセスに耐えるのに十分な剛性を有することを可能にできる特定の平均粒子サイズを有することができる。別の特定の一態様では、特定の平均サイズは、グリーン体の所望の形状および構造の形成を促進し、改善された強度および相互接続された多孔質を備えたグリーン体の制御された形成を可能にすることができる。例えば、巨視的粒子は、少なくとも２００ミクロン、少なくとも３００ミクロン、少なくとも３３０ミクロン、少なくとも３６０ミクロン、少なくとも４００ミクロン、少なくとも４５０ミクロン、少なくとも４７０ミクロン、少なくとも５１０ミクロン、少なくとも５６０ミクロン、少なくとも６００ミクロン、少なくとも６３０ミクロン、少なくとも６６０ミクロン、または少なくとも７１０ミクロンの平均サイズを含むことができる。別の一例では、巨視的粒子は、最大で１．５ｍｍ、最大で１．２ｍｍ、最大で１ｍｍ、最大で８００ミクロン、最大で９００ミクロン、最大で７５０ミクロン、最大で７１０ミクロン、最大で６７０ミクロン、最大で６２０ミクロン、最大で５８０ミクロン、最大で５２０ミクロン、最大で４８０ミクロン、最大で４３０ミクロン、最大で３９０ミクロン、または最大で３３０ミクロンの平均サイズを含むことができる。特定の一例において、巨視的粒子は、本明細書に記載の最小値および最大値のいずれかを含む範囲内の平均サイズを含むことができる。例えば、巨視的粒子は、３００ミクロン～７５０ミクロンの範囲内の平均サイズを含むことができる。
さらなる一態様では、溶浸材料は、ボンド材とは異なるものとすることができる。例えば、溶浸材料は、ボンド材とは融解温度よりも低い異なる融解温度を有することができる。別の一例では、溶浸材料は、最大で１２００℃、最大で１１８０℃、最大で１１５０℃、最大で１１００℃、最大で１０５０℃、最大で１０００℃、または最大で１０００℃、または最大で９５０℃の融解温度を有することができる。さらに別の一例では、溶浸材料は、少なくとも６００℃、少なくとも６５０℃、少なくとも７００℃、少なくとも７５０℃、少なくとも８００℃、少なくとも８５０℃、少なくとも９００℃、少なくとも９５０℃、少なくとも１０００℃、少なくとも１０５０℃、少なくとも１１００℃、少なくとも１１５０℃、または少なくとも１１８０℃の融解温度を有することができる。さらに、溶浸材料は、本明細書に記載の最小値および最大値のいずれかを含む範囲内の融解温度を有することができる。
一態様では、溶浸材料は、金属などの無機材料を含むことができる。特定の例では、溶浸材料は、金属から本質的になることができる。金属の例は、銅、スズ、亜鉛、それらの合金、またはそれらの組み合わせを含むことができる。特定の一態様では、溶浸材料は、合金、例えば、銅を含む合金を含むことができる。より具体的な一態様では、溶浸材料は、青銅、真ちゅう、銅、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。さらにより具体的な一態様では、溶浸材料は、青銅、真ちゅう、銅、またはそれらの任意の組み合わせからなることができる。いくつかの例では、溶浸材料は、チタン、銀、マンガン、リン、アルミニウム、マグネシウム、またはそれらの任意の組み合わせをさらに含むことができる。
一実施形態では、混合物は、砥粒物品の形成および性能の改善を促進することができる含有量で溶浸材料を含むことができる。例えば、混合物は、混合物の総重量に対して少なくとも５重量％の溶浸材料、例えば、少なくとも８重量％、少なくとも１０重量％、少なくとも１２重量％、または少なくとも１５重量の溶浸材料を含むことができる。別の一例では、混合物は、混合物の総重量に対して、最大で３０重量％の溶浸材料、例えば、最大で２５重量％、最大で２２重量％、最大で２０重量％、または最大で１８重量％の溶浸物質を含むことができる。さらなる一実施形態では、混合物は、混合物の総重量に対して、少なくとも５重量％かつ最大で２５重量％の溶浸材料を含むことができる。
混合物は、任意選択で、本開示の実施形態に記載されている任意の充填剤を含むことができる。充填剤を添加して、最終的に形成される砥粒物品の特性を変えるか、または形成プロセスを促進することができる。例えば、シリカゲル、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３などを含む充填剤を添加して、砥粒工具の耐摩耗性を改善することができる。充填剤は、粉末、顆粒、粒子、またはそれらの組み合わせの形態とすることができる。充填剤は、最終的に形成される砥粒物品に存在しても、存在しなくてもよい。
一実施形態では、混合物は、砥粒物品の形成および性能の改善を促進することができる含有量で充填剤を含むことができる。例えば、充填剤は、混合物の総重量に対して少なくとも０．５重量％、例えば、少なくとも１．５重量％、少なくとも２．５重量％、または少なくとも４重量％の含有量を有することができる。別の一例では、充填剤は、混合物の総重量に対して最大で１２重量％、例えば、最大で１１重量％、最大で９重量％、または最大で７．５重量％の含有量を有することができる。さらなる一実施形態において、充填剤の含有量は、本明細書に記載の最小または最大のパーセンテージのいずれかを含む範囲内とすることができる。例えば、混合物は、少なくとも０．５重量％かつ最大で１２重量％の充填剤含有量を含むことができる。
プロセス３００は、ブロック３０３で混合物からグリーン体を形成し続けることができる。一態様では、グリーン体を形成することは、混合物を成形することを含むことができる。例示的な一実装形態では、混合物は、所望の形状を提供することができる、型などの成形装置の中に配置することができる。例えば、型は、砥粒セグメントまたは連続リムの形状を提供することができる。いくつかの例では、型は、複数のグリーン体の成形および形成を促進するために複数の領域を含むことができる。
さらなる一態様では、グリーン体を形成することは、混合物に圧力を加えることを含むことができる。例えば、混合物は、コールドプレスなどによってプレスされて、ボンド材、砥粒粒子、および溶浸材料を含むグリーン体を形成することができる。例示的な一実装形態では、コールドプレスは、１００ＭＰａ～２５００ＭＰａの圧力で実施することができる。別の一態様では、グリーン体は多孔質とすることができる。特定の一態様では、グリーン体は、相互接続された細孔のネットワークを有することができる。別の特定の一態様では、グリーン体は、グリーン体の総体積に対して１０体積％～３５体積％の相互接続された多孔質を有することができる。
プロセス３００は、ブロック３０５へ続けることができ、コア上に砥粒コンポーネントを形成する。一実施形態では、プロセス３００は、砥粒コンポーネントの最終的に形成される本体を形成することを含むことができる。一態様では、熱をグリーン体の少なくとも一部に加えて、最終的に形成される本体の形成を促進することができる。例えば、グリーン体全体を加熱して、最終的に形成される本体を形成することができる。一態様では、加熱は、グリーン体の少なくとも一部に溶浸することを含むことができる。例えば、加熱は、溶浸材料の融解温度よりも高く、ボンド材の融解温度よりも低い温度で実施することができる。さらなる一例において、加熱は、例えば毛細管現象などによって、グリーン体内の溶浸材料が溶融して液体を形成し、グリーン体の少なくとも一部に溶浸することができるように実施することができる。例示的な一実装形態では、グリーン体を加熱してグリーン体内の溶浸材料を溶融することができ、液体溶浸材料は、相互接続された細孔のネットワークに流れ込み、相互接続相を形成することができる。特定の一態様では、相互接続された多孔質の少なくとも９６％、少なくとも９８％、少なくとも９９％、またはすべてが、グリーン体内の溶浸材料によって充填することができる。別の特定の一態様では、相互接続相が溶浸材料から形成することができるように加熱を行うことができる。さらなる一態様では、液体溶浸材料が相互接続された細孔のネットワークに引き込まれるときに、巨視的細孔を形成することができる。
別の一態様では、溶浸は、追加の溶浸材料を使用することによって促進することができる。例えば、グリーン体がグリーン体の多孔質と比較してより低い含有量の溶浸巨視的粒子を含む場合、追加の溶浸材料を使用することができる。例えば、溶浸スラグは、グリーン体に熱を加える前に、グリーン体の表面に配置することができる。溶浸スラグは、銅、銅－スズの青銅などの青銅、真ちゅう、銅－スズ－亜鉛合金、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。特定の例では、溶浸スラグは、グリーン体内の溶浸巨視的粒子と同じ組成を含むことができる。溶浸スラグは、追加の溶浸材料の粉末をコールドプレスすることによって形成することができる。粉末は、個々の成分の粒子または事前に合金化された粒子を含むことができる。代替的に、溶浸スラグは、当技術分野で知られている他の冶金技術によって形成することができる。さらなる一態様では、加熱を実施して、グリーン体内の溶浸材料および溶浸スラグを溶融し、グリーン体に溶浸させることができる。例えば、少なくとも９６％、少なくとも９８％、少なくとも９９％、またはすべての相互接続された多孔質を溶浸プロセスによって充填して相互接続相を形成することができる。
別の一態様では、加熱は、グリーン体の焼結を含むことができる。特定の一態様では、加熱は、焼結および溶浸を含むことができ、より具体的には、焼結は、溶浸と同時に実行することができる。
別の一態様では、砥粒物品の形成および性能の改善を促進するために、特定の温度で加熱を行うことができる。一例では、加熱は、少なくとも９００℃、少なくとも９５０℃、少なくとも１０００℃、少なくとも１０５０℃、少なくとも１１００℃、少なくとも１１５０℃、または少なくとも１１８０℃の温度で実施することができる。さらなる一例では、加熱は、最大で１２００℃、最大で１１８０℃、最大で１１５０℃、最大で１１００℃、最大で１０５０℃、最大で１０００℃、または最大で９５０℃の温度で実行することができる。さらに、加熱は、本明細書に記載の最小値および最大値のいずれかを含む範囲内の温度で実施することができる。
一態様では、加熱は、還元性雰囲気中で実施することができる。通常、還元性雰囲気は、酸素と反応する量の水素を含むことができる。加熱は、バッチ炉またはトンネル炉などの炉内で行うことができる。
一実施形態では、砥粒コンポーネントの最終的に形成された本体をコアに取り付けることができる。一態様では、本体は、グリーン体の焼結および溶浸などの加熱後に最終的に形成することができる。別の一態様では、複数の最終的に形成された本体をコアに取り付けることができる。
さらなる一態様では、最終的に形成された本体をコアに取り付けることは、例えば、溶接、ろう付け、レーザ、電子ビーム、またはそれらの任意の組み合わせを使用することによって行うことができ、その結果、１つまたは複数の砥粒コンポーネント本体をコアに結合できる。実装形態では、本体はバッキングに結合され、バッキングを介してコアに取り付けられることができる。例えば、本体は溶浸材料によってバッキングに結合することができる。例示的なバッキングは、鉄基の材料を含むことができる。バッキングの特定の例は、鋼を含むことができる。例示的な一実装形態では、グリーン体をバッキングに当接して配置することができ、熱を加えることにより、溶融した溶浸材料がグリーン体の相互接続された細孔および本体とバッキングとの間のギャップを充填することができる。例では、バッキングは細孔を含むことができ、コアへの取り付けをさらに促進するために溶浸材料によって緻密化することができる。特定の一例では、本体の相互接続相は、バッキング内に延在することができる。したがって、より高密度のバッキングが望まれる用途において、適切な量の溶浸巨視的粒子をグリーン体に含めるために、バッキングの多孔質を考慮に入れることができる。さらなる例では、後続の段落で説明するように、巨視的粒子以外の追加の溶浸材料を添加して、本体をバッキングに結合すること、および／またはバッキングをコアに結合することを促進することができる。用途に応じて、コアは、リング、リングセクション、プレート、カップホイール本体、または固体金属ディスクなどのディスクの形状とすることができる。コアは、２５ＣｒＭｏ４、７５Ｃｒ１、Ｃ６０、鋼６５Ｍｎなどの熱処理可能な鋼合金、または断面が薄いコア用の同様の鋼合金、または厚いコア用のＳｔ６０などのような単純な構造用鋼を含むことができる。適切なコアは、当技術分野で知られている様々な冶金技術によって形成することができる。
別の一実施形態では、本体をコアに取り付けることは、最終的に形成される砥粒コンポーネント本体を形成することと同時に実行することができる。一態様では、１つまたは複数のグリーン体を、コアに当接するなど、コアに隣接して配置することができる。加熱は、本明細書の実施形態に記載されているように実施することができる。例えば、グリーン体は、加熱によって溶浸および／または焼結することができる。特定の例では、溶浸材料の一部は、コアと１つまたは複数の砥粒コンポーネント本体との間に残り、その結果、溶浸材料から本質的になる結合領域をコアと１つまたは複数の本体との間に形成することができる。結合領域は、コアおよび砥粒コンポーネントとは異なる識別可能な領域とすることができる。結合領域は、少なくとも約９０重量％の溶浸材料、例えば、少なくとも約９５重量％の結合金属、例えば、少なくとも約９８重量％の溶浸材料を含むことができる。溶浸材料は、結合領域および１つまたは複数の最終的に形成された本体全体にわたって連続的とすることができる。いくつかの例では、溶浸スラグなどの追加の溶浸材料、または青銅などを含む別の材料を、コアおよびグリーン体の少なくとも１つと接触させて配置して、１つまたは複数の砥粒コンポーネントのコア上への形成を促進することができる。他の例では、本体をコアに取り付けることは、当技術分野で知られている方法を使用して実行することができる。例えば、米国特許出願公開第２０１０／００３５５３０ Ａ１号明細書は、砥粒コンポーネントをコアに取り付けるプロセスを開示しており、その全体は本明細書に組み込まれる。
別の一実施形態では、グリーン体を形成することと、グリーン体をコアに取り付けることは、同時に実行することができる。例示的な一実装形態では、コアは、型内の混合物と接触して配置することができる。混合物に圧力を加えて、砥粒コンポーネントのグリーン体を形成し、コアに結合するのを促進することができる。別の一例では、圧力を加えることによって、複数のグリーン体を形成し、コアに結合することができる。特定の一実装形態では、コア上に１つまたは複数のグリーン体を形成することは、コールドプレスなどの単一のプレス操作を含むことができる。別の一例では、ホットプレス、静水圧プレスなどを実行して、コアに結合された１つまたは複数のグリーン体を形成することができる。１つまたは複数のグリーン体の少なくとも一部に熱を加えて、溶浸および／または焼結を促進して、１つまたは複数の最終的に形成される本体を形成することができる。特に、溶浸材料の一部は、コアと１つまたは複数の最終的に形成される本体との間に結合領域を形成することができ、その結果、コアへの１つまたは複数の最終的に形成される本体の結合は、加熱と同時に行うことができる。いくつかの例では、溶浸スラグを使用して、１つまたは複数のグリーン体の溶浸および／または１つまたは複数の最終的に形成される本体のコアへの結合を促進することができる。
図４は、砥粒物品を形成するための別の例示的なプロセス４００を示すフローチャートを含む。プロセス４００は、ブロック４０１から開始して、ボンド材、砥粒粒子、および細孔形成剤を含むグリーン体を形成することができる。グリーン体は、任意選択で充填剤を含むことができる。グリーン体は、グリーン体と同じ組成を含む混合物から、プロセス３００に関連する実施形態に記載されるように形成することができる。グリーン体は、グリーン体の総体積に対して１０体積％～３５体積％などの相互接続された多孔質を有することができる。
一態様では、細孔形成剤は、組成、粒子サイズ、またはそれらの任意の組み合わせにおいて砥粒粒子とは異なる微視的粒子を含むことができる。別の一態様では、細孔形成剤は、ボンド材とは異なる材料を含むことができる。例えば、細孔形成剤は、ボンド材よりも高い融解温度を有する材料を含むことができる。別の一例では、細孔形成剤は、酸化物、炭化物、ホウ化物などのセラミックス材料、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。酸化物の特定の例は、アルミナを含むことができる。別の一態様では、細孔形成剤は、セラミックス材料を含む中空の巨視的粒子を含むことができるか、または特定の例では、それから本質的になることができる。
一態様では、細孔形成剤は、砥粒物品の形成および性能の改善を促進することができる平均粒子サイズを含むことができる。例えば、細孔形成剤は、少なくとも１５０ミクロン、少なくとも２００ミクロン、少なくとも２５０ミクロン、少なくとも３００ミクロン、少なくとも３３０ミクロン、少なくとも３６０ミクロン、少なくとも４００ミクロン、少なくとも４５０ミクロン、少なくとも４７０ミクロン、少なくとも５１０ミクロン、少なくとも５６０ミクロン、少なくとも６００ミクロン、少なくとも６３０ミクロン、少なくとも６６０ミクロン、少なくとも７１０ミクロン、少なくとも７５０ミクロン、少なくとも７８０ミクロン、または少なくとも８００ミクロンの平均粒子サイズを有することができる。別の一例では、細孔形成剤は、最大で９００ミクロン、例えば、最大で８５０ミクロン、最大で７５０ミクロン、最大で７１０ミクロン、最大で６７０ミクロン、最大で６２０ミクロン、最大で５８０ミクロン、最大で５２０ミクロン、最大で４８０ミクロン、最大で４３０ミクロン、最大で３９０ミクロン、または最大で３３０ミクロンの平均粒子サイズを有することができる。さらに、細孔形成剤は、本明細書に記載の最小値および最大値のいずれかを含む範囲内の平均粒子サイズを有することができる。
一実施形態では、グリーン体は、砥粒物品の形成および性能の改善を促進することができる細孔形成剤の特定の含有量を含むことができる。例えば、混合物は、グリーン体の総重量に対して少なくとも５重量％の細孔形成剤、例えば、少なくとも８重量％、少なくとも１０重量％、少なくとも１２重量％、少なくとも１５重量％、少なくとも１８重量％、少なくとも２０重量％、少なくとも２２重量％、少なくとも２５重量％、少なくとも２８重量％、少なくとも２０重量％、または少なくとも３３重量％の細孔形成剤を含むことができる。別の一例では、グリーン体は、グリーン体の総重量に対して最大で３５重量％の細孔形成剤、例えば、最大で３０重量％、最大で２８重量％、最大で２５重量％、最大で２０重量％、最大で１８重量％、または最大で１５重量％の細孔形成剤を含むことができる。さらなる一実施形態では、グリーン体は、グリーン体の総重量に対して、少なくとも５重量％かつ最大で３５重量％の細孔形成剤を含むことができる。
さらなる一態様では、グリーン体を形成し、グリーン体をコアに結合することは、プロセス３００に関連する実施形態に記載されるように、同時に実施することができる。
一実施形態では、プロセス４００は、グリーン体の少なくとも一部を加熱することを含むことができる。一態様では、加熱は、ブロック４０３に示されるように、グリーン体の少なくとも一部に溶浸することを含むことができる。例示的な一実装形態では、溶浸は、グリーン体の一部に溶浸材料を施すことを含むことができる。例えば、本明細書の実施形態に記載されているような溶浸スラグは、グリーン体の表面上に配置することができる。加熱を行って溶浸材料を溶融し、グリーン体に溶浸させることができる。例示的な溶浸プロセスでは、相互接続された細孔の少なくとも９６％、少なくとも９８％、少なくとも９９％、またはすべてを溶浸材料で充填することができる。別の一態様では、加熱は、グリーン体を焼結することを含むことができる。特定の一態様では、加熱を実施して、グリーン体に溶浸し、同時に焼結することができる。
プロセス４００は、ブロック４０５でコア上に砥粒コンポーネントを形成することを含むことができる。一態様では、１つまたは複数の最終的に形成された砥粒コンポーネント本体は、溶接、ろう付け、またはレーザの使用などによって、プロセス３００に関連する実施形態で説明されるようにコアに取り付けることができる。
別の一態様では、１つまたは複数の砥粒本体をコアに取り付けることは、溶浸と同時に実行することができる。一例では、１つまたは複数のグリーン体が形成されるときに、１つまたは複数のグリーンの砥粒コンポーネント本体をコアに接合することができる。代替的に、コアに当接するなど、コアに隣接して１つまたは複数のグリーン体を配置することができる。溶浸材料は、コアおよび／または１つまたは複数のグリーン体と接触して配置することができる。いくつかの例では、溶浸材料を１つまたは複数のグリーン体とコアの間に配置することができる。プロセス３００に関連する実施形態に記載されるように、加熱を実施して溶浸材料を溶融して１つまたは複数のグリーン体に溶浸させることができ、溶浸材料の一部はコアと１つまたは複数の本体との間に残り、結合領域を形成することができる。
別の一実施形態では、ボンド材、砥粒粒子、細孔形成剤、および溶浸材料を含む混合物を形成することができる。混合物は、本明細書の実施形態に記載されるように、１つまたは複数のグリーン体に形成することができる。グリーン体は、本明細書の実施形態に記載されるように、溶浸および焼結など加熱して、コアへ結合することができる。
図５は、砥粒物品５００の一部の図を含む。砥粒物品５００は、コア５０２、結合領域５０６、および砥粒セグメント５０４を含む。図６は、砥粒物品６００の一部の図を含む。砥粒物品６００は、コア６０２、結合領域６０６、および連続リム６０４を含む。図７は、本明細書の実施形態に従って形成された例示的な切断ブレードの図を含む。
多くの異なる態様および実施形態が可能である。それらの態様および実施形態のいくつかを本明細書に記載する。本明細書を読んだ後、当業者は、これらの態様および実施形態が単なる例示であり、本発明の範囲を限定しないことを理解するであろう。実施形態は、以下に列挙されるような実施形態のいずれか１つまたは複数に従うことができる。
実施形態１
本体を含む砥粒コンポーネントを含み、本体は、
ボンド基材であって、ボンド材およびボンド基材内に含まれる砥粒粒子を含む、ボンド基材と、
ボンド基材の少なくとも一部を通って延在する相互接続相と、
ボンド基材内の不連続相とを含み、不連続相の個々の部材は、巨視的細孔を含む、砥粒物品。
本体を含む砥粒コンポーネントを含み、本体は、
ボンド基材であって、ボンド材およびボンド基材内に含まれる砥粒粒子を含む、ボンド基材と、
ボンド基材の少なくとも一部を通って延在する相互接続相と、
ボンド基材内の不連続相とを含み、不連続相の個々の部材は、巨視的細孔を含む、砥粒物品。
実施形態２
本体を含む砥粒コンポーネントを含み、本体は、
ボンド基材であって、ボンド材およびボンド基材内に含まれる砥粒粒子を含む、ボンド基材と、
ボンド基材の少なくとも一部を通って延在する相互接続相と、
本体の総体積に対して少なくとも１５体積％の多孔質とを含む、砥粒物品。
本体を含む砥粒コンポーネントを含み、本体は、
ボンド基材であって、ボンド材およびボンド基材内に含まれる砥粒粒子を含む、ボンド基材と、
ボンド基材の少なくとも一部を通って延在する相互接続相と、
本体の総体積に対して少なくとも１５体積％の多孔質とを含む、砥粒物品。
実施形態３
本体は、ボンド基材内に不連続相をさらに含み、不連続相の個々の部材は、巨視的細孔を含む、実施形態２に記載の砥粒物品。
本体は、ボンド基材内に不連続相をさらに含み、不連続相の個々の部材は、巨視的細孔を含む、実施形態２に記載の砥粒物品。
実施形態４
不連続相は、複数の個々の部材を含み、個々の部材の大部分は、巨視的細孔を含む、実施形態１または３に記載の砥粒物品。
不連続相は、複数の個々の部材を含み、個々の部材の大部分は、巨視的細孔を含む、実施形態１または３に記載の砥粒物品。
実施形態５
不連続相は、複数の個々の部材を含み、各々の部材は、巨視的細孔を含む、実施形態１、３、または４に記載の砥粒物品。
不連続相は、複数の個々の部材を含み、各々の部材は、巨視的細孔を含む、実施形態１、３、または４に記載の砥粒物品。
実施形態６
本体は、少なくとも１５体積％、少なくとも１８体積％、少なくとも２０体積％、少なくとも２３体積％、少なくとも２７体積％、または少なくとも３０体積％の多孔質を含む、実施形態１～５のいずれか１つに記載の砥粒物品。
本体は、少なくとも１５体積％、少なくとも１８体積％、少なくとも２０体積％、少なくとも２３体積％、少なくとも２７体積％、または少なくとも３０体積％の多孔質を含む、実施形態１～５のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態７
本体は、本体の総体積に対して、最大で３５体積％、最大で３１体積％、最大で２９体積％、最大で２５体積％、または最大で２１体積％の多孔質を含む、実施形態１～６のいずれか１つに記載の砥粒物品。
本体は、本体の総体積に対して、最大で３５体積％、最大で３１体積％、最大で２９体積％、最大で２５体積％、または最大で２１体積％の多孔質を含む、実施形態１～６のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態８
多孔質の少なくとも９０％が巨視的細孔を含む、または少なくとも９２％、少なくとも９５％、少なくとも９７％、または少なくとも９９％の多孔質が巨視的細孔を含む、実施形態６または７に記載の砥粒物品。
多孔質の少なくとも９０％が巨視的細孔を含む、または少なくとも９２％、少なくとも９５％、少なくとも９７％、または少なくとも９９％の多孔質が巨視的細孔を含む、実施形態６または７に記載の砥粒物品。
実施形態９
本体は、少なくとも２００ミクロン、少なくとも２５０ミクロン、少なくとも３００ミクロン、少なくとも３３０ミクロン、少なくとも３６０ミクロン、少なくとも４００ミクロン、少なくとも４５０ミクロン、少なくとも４７０ミクロン、少なくとも５１０ミクロン、少なくとも５６０ミクロン、少なくとも６００ミクロン、または少なくとも６３０ミクロンの巨視的細孔の平均細孔サイズを含む、実施形態１および３～８のいずれか１つに記載の砥粒物品。
本体は、少なくとも２００ミクロン、少なくとも２５０ミクロン、少なくとも３００ミクロン、少なくとも３３０ミクロン、少なくとも３６０ミクロン、少なくとも４００ミクロン、少なくとも４５０ミクロン、少なくとも４７０ミクロン、少なくとも５１０ミクロン、少なくとも５６０ミクロン、少なくとも６００ミクロン、または少なくとも６３０ミクロンの巨視的細孔の平均細孔サイズを含む、実施形態１および３～８のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態１０
本体は、最大で１．５ｍｍ、最大で１．２ｍｍ、最大で１ｍｍ、最大で９００ミクロン、最大で８００ミクロン、最大で７１０ミクロン、最大で６７０ミクロン、最大で６２０ミクロン、最大で５８０ミクロン、最大で５２０ミクロン、最大で４８０ミクロン、最大で４３０ミクロン、最大で３９０ミクロン、最大で３３０ミクロン、または最大で３００ミクロンの巨視的細孔の平均細孔サイズを含む、実施形態１および３～９のいずれか１つに記載の砥粒物品。
本体は、最大で１．５ｍｍ、最大で１．２ｍｍ、最大で１ｍｍ、最大で９００ミクロン、最大で８００ミクロン、最大で７１０ミクロン、最大で６７０ミクロン、最大で６２０ミクロン、最大で５８０ミクロン、最大で５２０ミクロン、最大で４８０ミクロン、最大で４３０ミクロン、最大で３９０ミクロン、最大で３３０ミクロン、または最大で３００ミクロンの巨視的細孔の平均細孔サイズを含む、実施形態１および３～９のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態１１
巨視的細孔は、相互接続相に接続されている、実施形態１および３のいずれか１つに記載の砥粒物品。
巨視的細孔は、相互接続相に接続されている、実施形態１および３のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態１２
各々の巨視的細孔は、相互接続相に接続されている、実施形態４～１１のいずれか１つに記載の砥粒物品。
各々の巨視的細孔は、相互接続相に接続されている、実施形態４～１１のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態１３
不連続相の少なくとも１つの個々の部材は、相互接続相の残留物を含む巨視的細孔を含む、実施形態１および３～１２のいずれか１つに記載の砥粒物品。
不連続相の少なくとも１つの個々の部材は、相互接続相の残留物を含む巨視的細孔を含む、実施形態１および３～１２のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態１４
残留物は、相互接続相に接続されている、実施形態１３に記載の砥粒物品。
残留物は、相互接続相に接続されている、実施形態１３に記載の砥粒物品。
実施形態１５
不連続相の少なくとも１つの個々の部材は、相互接続相とは異なる材料を含む、実施形態１および３～１２のいずれか１つに記載の砥粒物品。
不連続相の少なくとも１つの個々の部材は、相互接続相とは異なる材料を含む、実施形態１および３～１２のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態１６
不連続相の個々の部材は、相互接続相の融解温度よりも高く、ボンド材の融解温度よりも高い融解温度を有する材料を含む、実施形態１、３～１２、および１５のいずれか１つに記載の砥粒物品。
不連続相の個々の部材は、相互接続相の融解温度よりも高く、ボンド材の融解温度よりも高い融解温度を有する材料を含む、実施形態１、３～１２、および１５のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態１７
各々の個々の部材は、材料を含む、実施形態１５または１６に記載の砥粒物品。
各々の個々の部材は、材料を含む、実施形態１５または１６に記載の砥粒物品。
実施形態１８
少なくとも１つの巨視的細孔は、材料によって画定される、実施形態１５～１７のいずれか１つに記載の砥粒物品。
少なくとも１つの巨視的細孔は、材料によって画定される、実施形態１５～１７のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態１９
少なくとも１つの巨視的細孔は、材料を含む、実施形態１５～１８のいずれか１つに記載の砥粒物品。
少なくとも１つの巨視的細孔は、材料を含む、実施形態１５～１８のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態２０
材料は、セラミックス材料を含む、実施形態１５～１９のいずれか１つに記載の砥粒物品。
材料は、セラミックス材料を含む、実施形態１５～１９のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態２１
セラミックス材料は、金属酸化物を含む、実施形態２０に記載の砥粒物品。
セラミックス材料は、金属酸化物を含む、実施形態２０に記載の砥粒物品。
実施形態２２
金属酸化物は、アルミナを含む、実施形態２１に記載の砥粒物品。
金属酸化物は、アルミナを含む、実施形態２１に記載の砥粒物品。
実施形態２３
相互接続相は、ボンド材とは異なる材料を含む、実施形態１～２２のいずれか１つに記載の砥粒物品。
相互接続相は、ボンド材とは異なる材料を含む、実施形態１～２２のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態２４
相互接続相は、ボンド材の融解温度よりも低い融解温度を含む、実施形態１～２３のいずれか１つに記載の砥粒物品。
相互接続相は、ボンド材の融解温度よりも低い融解温度を含む、実施形態１～２３のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態２５
相互接続相は、最大で１２００℃、最大で１１８０℃、最大で１１５０℃、最大で１１００℃、最大で１０５０℃、最大で１０００℃、または最大で９５０℃の融解温度を含む、実施形態１～２４のいずれか１つに記載の砥粒物品。
相互接続相は、最大で１２００℃、最大で１１８０℃、最大で１１５０℃、最大で１１００℃、最大で１０５０℃、最大で１０００℃、または最大で９５０℃の融解温度を含む、実施形態１～２４のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態２６
相互接続相は、少なくとも８５０℃、少なくとも９００℃、少なくとも９５０℃、少なくとも１０００℃、少なくとも１０５０℃、少なくとも１１００℃、少なくとも１１５０℃、または少なくとも１１８０℃の融解温度を含む、実施形態１～２５のいずれか１つに記載の砥粒物品。
相互接続相は、少なくとも８５０℃、少なくとも９００℃、少なくとも９５０℃、少なくとも１０００℃、少なくとも１０５０℃、少なくとも１１００℃、少なくとも１１５０℃、または少なくとも１１８０℃の融解温度を含む、実施形態１～２５のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態２７
相互接続相は、金属を含むか、または金属から本質的になる、実施形態１～２６のいずれか１つに記載の砥粒物品。
相互接続相は、金属を含むか、または金属から本質的になる、実施形態１～２６のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態２８
相互接続相は、銅、スズ、亜鉛、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態１～２７のいずれか１つに記載の砥粒物品。
相互接続相は、銅、スズ、亜鉛、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態１～２７のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態２９
相互接続相は、銅を含む合金を含む、実施形態１～２８のいずれか１つに記載の砥粒物品。
相互接続相は、銅を含む合金を含む、実施形態１～２８のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態３０
相互接続相は、青銅、真ちゅう、銅、またはそれらの任意の組み合わせを含む、実施形態１～２９のいずれか１つに記載の砥粒物品。
相互接続相は、青銅、真ちゅう、銅、またはそれらの任意の組み合わせを含む、実施形態１～２９のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態３１
ボンド材の融解温度は、相互接続相の融解温度よりも少なくとも２０℃高く、相互接続相の融解温度よりも少なくとも５０℃、少なくとも１００℃、または少なくとも１５０℃高い、実施形態１～３０のいずれか１つに記載の砥粒物品。
ボンド材の融解温度は、相互接続相の融解温度よりも少なくとも２０℃高く、相互接続相の融解温度よりも少なくとも５０℃、少なくとも１００℃、または少なくとも１５０℃高い、実施形態１～３０のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態３２
ボンド材の融解温度は、少なくとも１２００℃、少なくとも１２２０℃、少なくとも１２５０℃、または少なくとも１３００℃である、実施形態１～３１のいずれか１つに記載の砥粒物品。
ボンド材の融解温度は、少なくとも１２００℃、少なくとも１２２０℃、少なくとも１２５０℃、または少なくとも１３００℃である、実施形態１～３１のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態３３
ボンド材は、最大で１７００℃、少なくとも１６００℃、または最大で１５００℃の融解温度を含む、実施形態１～３２のいずれか１つに記載の砥粒物品。
ボンド材は、最大で１７００℃、少なくとも１６００℃、または最大で１５００℃の融解温度を含む、実施形態１～３２のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態３４
ボンド材は、金属を含むか、または金属から本質的になる、実施形態１～３３のいずれか１つに記載の砥粒物品。
ボンド材は、金属を含むか、または金属から本質的になる、実施形態１～３３のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態３５
ボンド材は、遷移金属元素、希土類元素、またはそれらの任意の組み合わせを含む、実施形態１～３４のいずれか１つに記載の砥粒物品。
ボンド材は、遷移金属元素、希土類元素、またはそれらの任意の組み合わせを含む、実施形態１～３４のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態３６
ボンド材は、鉄、タングステン、コバルト、ニッケル、クロム、チタン、銀、セリウム、ランタン、ネオジム、マグネシウム、アルミニウム、ニオブ、タンタル、バナジウム、ジルコニウム、モリブデン、パラジウム、プラチナ、金、銅、カドミウム、スズ、インジウム、亜鉛、それらの合金、またはそれらの任意の組み合わせを含む元素を含む、実施形態１～３５のいずれか１つに記載の砥粒物品。
ボンド材は、鉄、タングステン、コバルト、ニッケル、クロム、チタン、銀、セリウム、ランタン、ネオジム、マグネシウム、アルミニウム、ニオブ、タンタル、バナジウム、ジルコニウム、モリブデン、パラジウム、プラチナ、金、銅、カドミウム、スズ、インジウム、亜鉛、それらの合金、またはそれらの任意の組み合わせを含む元素を含む、実施形態１～３５のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態３７
ボンド材は、鉄基合金を含む、実施形態１～３６のいずれか１つに記載の砥粒物品。
ボンド材は、鉄基合金を含む、実施形態１～３６のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態３８
砥粒粒子は、炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、またはそれらの任意の組み合わせを含む材料を含む、実施形態１～３７のいずれか１つに記載の砥粒物品。
砥粒粒子は、炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、またはそれらの任意の組み合わせを含む材料を含む、実施形態１～３７のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態３９
砥粒粒子は、超砥粒粒子を含む、実施形態１～３８のいずれか１つに記載の砥粒物品。
砥粒粒子は、超砥粒粒子を含む、実施形態１～３８のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態４０
砥粒粒子は、酸化アルミニウム、二ホウ化チタン、窒化チタン、炭化タングステン、炭化チタン、窒化アルミニウム、ガーネット、溶融アルミナ－ジルコニア、ゾルゲル由来の砥粒粒子、ダイヤモンド、炭化ケイ素、炭化ホウ素、立方晶窒化ホウ素、またはそれらの任意の組み合わせを含む、実施形態１～３９のいずれか１つに記載の砥粒物品。
砥粒粒子は、酸化アルミニウム、二ホウ化チタン、窒化チタン、炭化タングステン、炭化チタン、窒化アルミニウム、ガーネット、溶融アルミナ－ジルコニア、ゾルゲル由来の砥粒粒子、ダイヤモンド、炭化ケイ素、炭化ホウ素、立方晶窒化ホウ素、またはそれらの任意の組み合わせを含む、実施形態１～３９のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態４１
本体は、充填剤を含む、実施形態１～４０のいずれか１つに記載の砥粒物品。
本体は、充填剤を含む、実施形態１～４０のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態４２
充填剤は、ボンド材に含まれ、相互接続相から分離された孤立した粒子を含む、実施形態４１に記載の砥粒物品。
充填剤は、ボンド材に含まれ、相互接続相から分離された孤立した粒子を含む、実施形態４１に記載の砥粒物品。
実施形態４３
充填剤は、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、またはそれらの任意の組み合わせを含む、実施形態４１または４２に記載の砥粒物品。
充填剤は、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、またはそれらの任意の組み合わせを含む、実施形態４１または４２に記載の砥粒物品。
実施形態４４
充填剤は、グラファイト、炭化タングステン、窒化ホウ素、二硫化タングステン、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む、実施形態１～４３のいずれか１つに記載の砥粒物品。
充填剤は、グラファイト、炭化タングステン、窒化ホウ素、二硫化タングステン、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む、実施形態１～４３のいずれか１つに記載の砥粒物品。
実施形態４５
砥粒物品を形成する方法であって、
ボンド材、溶浸材料、および砥粒粒子を含む混合物を含む多孔質のグリーン体を形成することを含む、方法。
砥粒物品を形成する方法であって、
ボンド材、溶浸材料、および砥粒粒子を含む混合物を含む多孔質のグリーン体を形成することを含む、方法。
実施形態４６
溶浸材料は、固体材料である、実施形態４５に記載の方法。
溶浸材料は、固体材料である、実施形態４５に記載の方法。
実施形態４７
溶浸材料は、巨視的粒子を含む、実施形態４５または４６に記載の方法。
溶浸材料は、巨視的粒子を含む、実施形態４５または４６に記載の方法。
実施形態４８
溶浸材料は、中実の巨視的粒子、中空の巨視的粒子、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態４５～４７のいずれか１つに記載の方法。
溶浸材料は、中実の巨視的粒子、中空の巨視的粒子、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態４５～４７のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４９
巨視的粒子は、少なくとも３００ミクロン、少なくとも３３０ミクロン、少なくとも３６０ミクロン、少なくとも４００ミクロン、少なくとも４５０ミクロン、少なくとも４７０ミクロン、少なくとも５１０ミクロン、少なくとも５６０ミクロン、少なくとも６００ミクロン、少なくとも６３０ミクロン、少なくとも６６０ミクロン、または少なくとも７１０ミクロンの平均サイズを含む、実施形態４７または４８に記載の方法。
巨視的粒子は、少なくとも３００ミクロン、少なくとも３３０ミクロン、少なくとも３６０ミクロン、少なくとも４００ミクロン、少なくとも４５０ミクロン、少なくとも４７０ミクロン、少なくとも５１０ミクロン、少なくとも５６０ミクロン、少なくとも６００ミクロン、少なくとも６３０ミクロン、少なくとも６６０ミクロン、または少なくとも７１０ミクロンの平均サイズを含む、実施形態４７または４８に記載の方法。
実施形態５０
巨視的粒子は、最大で７５０ミクロン、最大で７１０ミクロン、最大で６７０ミクロン、最大で６２０ミクロン、最大で５８０ミクロン、最大で５２０ミクロン、最大で４８０ミクロン、最大で４３０ミクロン、最大で３９０ミクロン、または最大で３３０ミクロンの平均サイズを含む、実施形態４７～４９のいずれか１つに記載の方法。
巨視的粒子は、最大で７５０ミクロン、最大で７１０ミクロン、最大で６７０ミクロン、最大で６２０ミクロン、最大で５８０ミクロン、最大で５２０ミクロン、最大で４８０ミクロン、最大で４３０ミクロン、最大で３９０ミクロン、または最大で３３０ミクロンの平均サイズを含む、実施形態４７～４９のいずれか１つに記載の方法。
実施形態５１
溶浸材料は、ボンド材とは異なる、実施形態４５～５０のいずれか１つに記載の方法。
溶浸材料は、ボンド材とは異なる、実施形態４５～５０のいずれか１つに記載の方法。
実施形態５２
溶浸材料は、ボンド材の融解温度よりも低い融解温度を有する、実施形態４５～５１のいずれか１つに記載の方法。
溶浸材料は、ボンド材の融解温度よりも低い融解温度を有する、実施形態４５～５１のいずれか１つに記載の方法。
実施形態５３
溶浸材料は、無機材料を含む、実施形態４５～５２のいずれか１つに記載の方法。
溶浸材料は、無機材料を含む、実施形態４５～５２のいずれか１つに記載の方法。
実施形態５４
溶浸材料は、金属を含む、実施形態４５～５３のいずれか１つに記載の方法。
溶浸材料は、金属を含む、実施形態４５～５３のいずれか１つに記載の方法。
実施形態５５
溶浸材料は、銅を含む、実施形態４５～５４のいずれか１つに記載の方法。
溶浸材料は、銅を含む、実施形態４５～５４のいずれか１つに記載の方法。
実施形態５６
溶浸材料は、銅を含む合金を含む、実施形態４５～５５のいずれか１つに記載の方法。
溶浸材料は、銅を含む合金を含む、実施形態４５～５５のいずれか１つに記載の方法。
実施形態５７
多孔質グリーン体は、充填剤材料を含む、実施形態４５～５６のいずれか１つに記載の方法。
多孔質グリーン体は、充填剤材料を含む、実施形態４５～５６のいずれか１つに記載の方法。
実施形態５８
グリーン体の少なくとも一部を加熱することをさらに含む、実施形態４５～５７のいずれか１つに記載の方法。
グリーン体の少なくとも一部を加熱することをさらに含む、実施形態４５～５７のいずれか１つに記載の方法。
実施形態５９
加熱することは、グリーン体の少なくとも一部に溶浸することを含む、実施形態５８に記載の方法。
加熱することは、グリーン体の少なくとも一部に溶浸することを含む、実施形態５８に記載の方法。
実施形態６０
加熱することは、グリーン体の少なくとも一部を同時に焼結および溶浸させることを含む、実施形態５８または５９に記載の方法。
加熱することは、グリーン体の少なくとも一部を同時に焼結および溶浸させることを含む、実施形態５８または５９に記載の方法。
実施形態６１
加熱することは、グリーン体内の溶浸材料を溶融して液体を形成し、グリーン体の少なくとも一部に液体を溶浸させることを含む、実施形態５８～６０のいずれか１つに記載の方法。
加熱することは、グリーン体内の溶浸材料を溶融して液体を形成し、グリーン体の少なくとも一部に液体を溶浸させることを含む、実施形態５８～６０のいずれか１つに記載の方法。
実施形態６２
溶浸材料の融解温度よりも高く、ボンド材の融解温度よりも低い温度で加熱することは行われる、実施形態５８～６１のいずれか１つに記載の方法。
溶浸材料の融解温度よりも高く、ボンド材の融解温度よりも低い温度で加熱することは行われる、実施形態５８～６１のいずれか１つに記載の方法。
実施形態６３
加熱することは、少なくとも９００℃、少なくとも９５０℃、少なくとも１０００℃、少なくとも１０５０℃、少なくとも１１００℃、少なくとも１１５０℃、または少なくとも１１８０℃の温度で行われる、実施形態５８～６２のいずれか１つに記載の方法。
加熱することは、少なくとも９００℃、少なくとも９５０℃、少なくとも１０００℃、少なくとも１０５０℃、少なくとも１１００℃、少なくとも１１５０℃、または少なくとも１１８０℃の温度で行われる、実施形態５８～６２のいずれか１つに記載の方法。
実施形態６４
加熱することは、最大で１２００℃、最大で１１８０℃、最大で１１５０℃、最大で１１００℃、最大で１０５０℃、最大で１０５０℃、最大で１０００℃、または最大で９５０℃の温度で行われる、実施形態５８～６３のいずれか１つに記載の方法。
加熱することは、最大で１２００℃、最大で１１８０℃、最大で１１５０℃、最大で１１００℃、最大で１０５０℃、最大で１０５０℃、最大で１０００℃、または最大で９５０℃の温度で行われる、実施形態５８～６３のいずれか１つに記載の方法。
実施形態６５
グリーン体の少なくとも表面部分に別の溶浸材料を施すことをさらに含む、実施形態５８～６４のいずれか１つに記載の方法。
グリーン体の少なくとも表面部分に別の溶浸材料を施すことをさらに含む、実施形態５８～６４のいずれか１つに記載の方法。
実施形態６６
本体をコアに同時に取り付けることをさらに含む、実施形態４５～６５のいずれか１つに記載の方法。
本体をコアに同時に取り付けることをさらに含む、実施形態４５～６５のいずれか１つに記載の方法。
実施形態６７
本体をコアに取り付けることは、グリーン本体の少なくとも一部に溶浸しながら同時に実行される、実施形態６６に記載の方法。
本体をコアに取り付けることは、グリーン本体の少なくとも一部に溶浸しながら同時に実行される、実施形態６６に記載の方法。
実施形態６８
本体をコアに取り付けることは、溶接すること、ろう付けすること、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態６６に記載の方法。
本体をコアに取り付けることは、溶接すること、ろう付けすること、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態６６に記載の方法。
実施形態６９
溶接することは、レーザ、電子ビーム、またはそれらの組み合わせを利用することを含む、実施形態６８に記載の方法。
溶接することは、レーザ、電子ビーム、またはそれらの組み合わせを利用することを含む、実施形態６８に記載の方法。
実施形態７０
砥粒物品を形成する方法であって、
多孔質グリーン体を形成することであって、多孔質グリーン体は、ボンド材、砥粒粒子、および砥粒粒子とは異なる巨視的粒子を含む細孔形成剤を含む混合物を含むことと、
グリーン体の少なくとも一部に溶浸することとを含む、方法。
砥粒物品を形成する方法であって、
多孔質グリーン体を形成することであって、多孔質グリーン体は、ボンド材、砥粒粒子、および砥粒粒子とは異なる巨視的粒子を含む細孔形成剤を含む混合物を含むことと、
グリーン体の少なくとも一部に溶浸することとを含む、方法。
実施形態７１
巨視的粒子は、中空である、実施形態７０に記載の方法。
巨視的粒子は、中空である、実施形態７０に記載の方法。
実施形態７２
巨視的粒子は、金属酸化物を含むセラミックス材料を含む、実施形態７０または７１に記載の方法。
巨視的粒子は、金属酸化物を含むセラミックス材料を含む、実施形態７０または７１に記載の方法。
実施形態７３
セラミックス材料は、アルミナを含む、実施形態７２に記載の方法。
セラミックス材料は、アルミナを含む、実施形態７２に記載の方法。
実施形態７４
巨視的粒子は、少なくとも１５０ミクロン、少なくとも２００ミクロン、少なくとも２５０ミクロン、少なくとも３００ミクロン、少なくとも３３０ミクロン、少なくとも３６０ミクロン、少なくとも４００ミクロン、少なくとも４５０ミクロン、少なくとも４７０ミクロン、少なくとも５１０ミクロン、少なくとも５６０ミクロン、少なくとも６００ミクロン、少なくとも６３０ミクロン、少なくとも６６０ミクロン、または少なくとも７１０ミクロンの平均サイズを含む、実施形態７０～７３のいずれか１つに記載の方法。
巨視的粒子は、少なくとも１５０ミクロン、少なくとも２００ミクロン、少なくとも２５０ミクロン、少なくとも３００ミクロン、少なくとも３３０ミクロン、少なくとも３６０ミクロン、少なくとも４００ミクロン、少なくとも４５０ミクロン、少なくとも４７０ミクロン、少なくとも５１０ミクロン、少なくとも５６０ミクロン、少なくとも６００ミクロン、少なくとも６３０ミクロン、少なくとも６６０ミクロン、または少なくとも７１０ミクロンの平均サイズを含む、実施形態７０～７３のいずれか１つに記載の方法。
実施形態７５
巨視的粒子は、最大で１．５ｍｍ、最大で１．２ｍｍ、最大で１ｍｍ、最大で９００ミクロン、最大で８００ミクロン、最大で７５０ミクロン、最大で７１０ミクロン、最大で６７０ミクロン、最大で６２０ミクロン、最大で５８０ミクロン、最大で５２０ミクロン、最大で４８０ミクロン、最大で４３０ミクロン、最大で３９０ミクロン、または最大で３３０ミクロンの平均サイズを含む、実施形態７０～７４のいずれか１つに記載の方法。
巨視的粒子は、最大で１．５ｍｍ、最大で１．２ｍｍ、最大で１ｍｍ、最大で９００ミクロン、最大で８００ミクロン、最大で７５０ミクロン、最大で７１０ミクロン、最大で６７０ミクロン、最大で６２０ミクロン、最大で５８０ミクロン、最大で５２０ミクロン、最大で４８０ミクロン、最大で４３０ミクロン、最大で３９０ミクロン、または最大で３３０ミクロンの平均サイズを含む、実施形態７０～７４のいずれか１つに記載の方法。
実施形態７６
グリーン体の少なくとも一部を加熱して最終的に形成される砥粒本体を形成することをさらに含む、実施形態７０～７４のいずれか１つに記載の方法。
グリーン体の少なくとも一部を加熱して最終的に形成される砥粒本体を形成することをさらに含む、実施形態７０～７４のいずれか１つに記載の方法。
実施形態７７
加熱することは、焼結することおよび溶浸することを含み、焼結することは、溶浸することと同時に行われる、実施形態７６に記載の方法。
加熱することは、焼結することおよび溶浸することを含み、焼結することは、溶浸することと同時に行われる、実施形態７６に記載の方法。
実施形態７８
グリーン体の少なくとも一部を加熱しながら、グリーン体をコアに同時に取り付けることをさらに含む、実施形態７６または７７に記載の方法。
グリーン体の少なくとも一部を加熱しながら、グリーン体をコアに同時に取り付けることをさらに含む、実施形態７６または７７に記載の方法。
本明細書の実施形態に記載されているように、砥粒コンポーネントが形成された。ステンレス鋼粒子のボンド材、ダイヤモンド砥粒粒子、および平均粒子サイズが約３００ミクロンの銅または青銅の巨視的粒子を含む溶浸材料を含むグリーン体が形成され、次に加熱されて最終的に形成される砥粒コンポーネントを形成した。砥粒コンポーネントのそれぞれの重量に対する各々のサンプルの溶浸材料の含有量が表１に含まれる。
本明細書に開示される実施形態は、最先端技術からの発展を表す。本明細書の実施形態に記載されるような砥粒コンポーネントは、特定の細孔サイズおよび／または細孔の含有量などの制御された多孔質を含む本体を有することができる。ボンド材、砥粒粒子、相互接続相、またはそれらの任意の組み合わせと組み合わせた制御された多孔質により、砥粒コンポーネントを含む砥粒物品は、ワークピースとの接触面が減少し、ワークピースの仕上げ面の品質が向上するなど、研削性能が向上し、そして消費電力を削減することができる。本明細書の実施形態で説明されるプロセスは、制御された多孔質を含む砥粒コンポーネントの形成を可能にし、材料除去操作において改善された機械的強度および改善された性能を有することができる。
利点、他の有利な点、および問題の解決策は、特定の実施形態に関して上で説明されてきた。しかしながら、利点、有利な点、問題の解決策、および、利点、有利な点、または解決策を生じさせるか、またはより顕著になる可能性のある構成は、いずれかまたはすべての請求項の重要な、必要な、または必須の構成として解釈されるべきではない。本明細書における１つまたは複数の構成要素を含む材料への言及は、材料が識別された１つまたは複数の構成要素から本質的になる少なくとも１つの実施形態を含むと解釈することができる。「本質的になる」という用語は、それらの特定された材料を含み、材料の特性を大幅に変更しない少数の内容物（例えば、不純物内容物）を除く他のすべての材料を除外する組成を含むと解釈される。追加的にまたは代替的に、特定の非限定的な実施形態において、本明細書で特定される組成物のいずれも、明示的に開示されていない材料を本質的に含まない場合がある。本明細書の実施形態は、材料内の特定の成分に対する含有量の範囲を含み、所与の材料内の成分の含有量は、合計で１００％であることが理解されるであろう。
本明細書に記載の実施形態の明細および図解は、様々な実施形態の構造の一般的な理解を提供することを意図している。明細および図解は、本明細書に記載の構造または方法を使用する装置およびシステムのすべての要素および構成の網羅的かつ包括的な説明として役立つことを意図するものではない。個々の実施形態は、単一の実施形態において組み合わせて提供することもでき、逆に、簡潔にするために単一の実施形態の文脈で説明される様々な構成を、別個にまたは任意のサブコンビネーションで提供することもできる。さらに、範囲に記載されている値への参照には、その範囲内のすべての値が含まれる。他の多くの実施形態は、本明細書を読んだ後にのみ当業者に明らかになる可能性がある。構造的置換、論理的置換、または別の変更が、本開示の範囲から逸脱することなくなされ得るように、他の実施形態は、使用され、本開示から導き出することができる。したがって、本開示は、限定的ではなく例示的であると見なされるべきである。
Claims (15)
- 本体を含む砥粒コンポーネントを備える砥粒物品であって、前記本体は、
ボンド基材であって、ボンド材および前記ボンド基材内に含まれる砥粒粒子を含む、前記ボンド基材と、
前記ボンド基材の少なくとも一部を通って延在する相互接続相であって、金属を含む前記相互接続相と、
前記ボンド基材内の不連続相であって、前記不連続相の個々の部材は、巨視的細孔を含む前記不連続相と
を含み、
前記本体は、少なくとも２００ミクロンの平均細孔サイズを有し、
前記本体の多孔質は、前記本体の総体積に対して少なくとも１５体積％である、砥粒物品。 - 前記相互接続相は、前記ボンド材とは異なる材料を含む、請求項１に記載の砥粒物品。
- 前記相互接続相は、前記ボンド材の融解温度よりも低い融解温度を有する、請求項１に記載の砥粒物品。
- 前記不連続相は、複数の個々の部材を含み、前記個々の部材の大部分は、巨視的細孔を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の砥粒物品。
- 前記本体は、前記本体の総体積に対して少なくとも１５体積％かつ最大で７０体積％の前記相互接続相を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の砥粒物品。
- 前記本体は、前記本体の前記総体積に対して最大で６０体積％の多孔質を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の砥粒物品。
- 前記多孔質の少なくとも９０％は、巨視的細孔を含む、請求項６に記載の砥粒物品。
- 前記巨視的細孔は、前記相互接続相に接続されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の砥粒物品。
- 前記本体は、前記本体の総体積に対して、最大で５０ミクロンの平均サイズを有する細孔を最大で１０％含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の砥粒物品。
- 本体を含む砥粒コンポーネントを含み、前記本体は、
ボンド基材であって、ボンド材および前記ボンド基材内に含まれる砥粒粒子を含む、ボンド基材と、
前記ボンド基材の少なくとも一部を通って延在する相互接続相であって、前記本体が前記本体の総体積に対して少なくとも１５体積％で、最大で７０体積％の前記相互接続相を含み、金属を含む、相互接続相と、
前記本体の総体積に対する少なくとも１５体積％の多孔質であって、前記多孔質の少なくとも９０％は、個々の巨視的細孔を含む、多孔質と、を含む、砥粒物品。 - 前記本体は、少なくとも２００ミクロンかつ最大で１．５ｍｍの平均細孔サイズを有する巨視的細孔を含む、請求項１０に記載の砥粒物品。
- 前記相互接続相は、青銅、真ちゅう、銅、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１０または１１に記載の砥粒物品。
- 前記ボンド材は、前記相互接続相とは異なる金属を含む、請求項１２に記載の砥粒物品。
- ボンド材、溶浸材料、および砥粒粒子を含む混合物を含む多孔質のグリーン体を形成することを含む、砥粒物品を形成する方法であって、
前記溶浸材料が、中実の巨視的粒子、中空の巨視的粒子、またはそれらの任意の組み合わせを含み、前記溶浸材料が、少なくとも２００ミクロンの平均粒子サイズを有する、砥粒物品を形成する方法。 - 前記グリーン体の少なくとも一部を加熱することをさらに含み、前記グリーン体は、相互接続された細孔を含み、前記溶浸材料は、巨視的粒子を含み、前記加熱することは、前記相互接続された細孔に溶融した巨視的粒子を溶浸させて相互接続相を形成することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
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