KR20200097322A - 응집체형 연마 그레인 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무기 또는 유기 바인더 매트릭스에 결합된 복수의 개별 연마 그레인(individual abrasive grain)으로 구성된 응집체형 연마 그레인(agglomerate abrasive grain)으로서, 응집체형 연마 그레인의 총 중량을 기준으로 하여, 적어도 8 중량%의 매트릭스에 결합된 연마 그레인이 97 중량% 초과 비율의 알파-알루미나를 갖는 융합된 알루미나 기반 다결정 알루미나 연마 그레인이고, 다결정 알루미나 연마 그레인은 또한 결정 크기가 20 ㎛ 내지 100 ㎛인 복수의 Al2O3 1차 결정으로 구성되는, 응집체형 연마 그레인에 관한 것이다. 응집체형 연마 그레인은 5 부피% 내지 30 부피%의 기공 부피를 갖는 폐쇄 거대다공성(closed macroporosity)을 갖고, 폐쇄 거대기공의 평균 기공 직경은 10 ㎛ 내지 100 ㎛이고, 폐쇄 거대기공의 최대 기공 직경은 대략 120 ㎛ 범위이다.

Description

응집체형 연마 그레인
본 발명은 무기 또는 유기 바인더 매트릭스에 결합된 복수의 개별 연마 그레인으로 구성된 응집체형 연마 그레인(agglomerate abrasive grain)에 관한 것이다.
응집체형 연마 그레인은 연마 산업에서 오랫동안 알려져 왔으며, 연마 휠(abrasive wheel)뿐만 아니라 연마 벨트(abrasive belt)에도 사용된다. 이들은 연마 그레인이 바인더 매트릭스에 의해 함께 유지되는, 미리 결정된 평균 그레인 크기를 갖는 개별 연마 그레인의 응집체이다. 무기 또는 유기 바인더는 결합 제제(binding agent)로서 사용될 수 있으며, 이에 의해 페놀 수지가 종종 유기 바인더로서 사용되며, 유리화 또는 세라믹 재료가 무기 바인더로서 사용된다.
응집체형 연마 그레인의 큰 장점은 미분된 개별 콤팩트(compact) 연마 그레인이 1차 입자로서 사용될 수 있으며, 이로부터 응집체형 연마 그레인이 이후 형성된다는 점이다. 응집체형 연마 그레인은 복수의 개별 그레인으로 이루어지며, 초기 그레인에 비해 상대적으로 크고, 비슷한 크기의 개별 그레인과 비교하여 연삭 공정과 관련하여 완전히 다른 마모 메커니즘을 나타낸다.
압력 조건에 따라, 개별 그레인은 연삭 공정 동안 원칙적으로 둔해지거나 파괴되는 반면에, 응집체형 연마 그레인은 개별 마모된 연마 그레인이 바인더 매트릭스로부터 분리되고, 그 하부에 위치하는 연마 그레인이 사용되는 방식으로 선택되고, 특별하게 사용될 수 있음으로써, 지속적으로 새로운 절삭 에지가 형성된다. 따라서, 이러한 응집체형 연마 그레인은 긴 수명을 가지며, 냉각 연삭을 특징으로 하며, 균질한 균일 표면 연삭 패턴을 생성한다.
연마제에 의한 표면 기계 가공의 경우, 기계 가공할 재료, 사용되는 연삭 방법 및 요망하는 표면 품질에 따라 연마재에 대해 완전히 다른 요구가 이루어진다. 이에 따라, 예를 들어, 목재, 금속, 세라믹, 천연 석재 또는 합성 재료와 같은 상이한 재료의 표면 기계 가공은 또한, 각각의 용도에 맞게 개별적으로 조정해야 하는 다른 연삭 조건 및 연마재를 필요로 한다.
개별 연마 그레인을 사용하는 경우, 연마 그레인 유형 및 연마 그레인 크기만 변경될 수 있지만, 응집체형 연마 그레인의 사용은 각각의 적용을 위해 응집체형 연마 그레인을 최적화하기 위한 다수의 추가 옵션을 제공한다.
EP 2 174 751 A1은 알루미노 실리케이트 기반 바인더에 의해 함께 유지되는 미분된 1차 연마 그레인으로 구성된 연마 그레인 응집체를 기술하고 있다. 사용된 무기 바인더는 450℃ 미만의 온도에서 완전히 경화됨으로써 매우 높은 강도의 연마 그레인 응집체를 형성시키고, 이 응집체는 심하게 작업 가능한 재료가 고압에서 연삭되는 다수의 용도에 대해 큰 이점을 갖는다. 이들 연마 그레인 응집체는 높은 강도로 인해 약한 연삭 조건에 대해서는 덜 적합하다.
US 4,799,939는 바인더 및 중공체의 침식성 매트릭스에 배열된 개별 연마 그레인을 함유하는 침식성 응집체를 기술하고 있다. 중공체는 바람직하게는 중공 구체이며 바인더 매트릭스를 쉽게 분해할 수 있게 하는 기능을 갖는다. 중공 구체는 매우 작은 직경을 가지므로, 가능한 많은 이들 중공 구체가 바인더 매트릭스에 임베딩될 수 있다. 유기 화합물이 바람직하게는 바인더로서 사용된다.
GB 2 021 626은 연마 그레인 및 기공 형성 입자가 합성 수지 바인더와 함께 유지되는 연마 그레인 과립(abrasive grain granulate)을 개시하고 있다. 과립은 420 ㎛ 내지 2000 ㎛의 그레인 크기를 가지며, 여기서 개별 연마 그레인은 250 ㎛ 미만의 그레인 크기를 가지며 15 내지 40 부피%의 양으로 첨가되는 반면, 기공 형성 입자는 44 내지 297 ㎛의 크기를 갖고, 2 내지 75 부피%의 양으로 첨가된다. 바인더는 10 내지 50 부피%의 비율을 갖는다. 고체 입자들 사이의 부피보다 현저히 작은 바인더 부피가 이용 가능한 경우에 만족스러운 결합이 또한 이미 달성된다는 사실로 인해, 완성된 집합체는 서로 연결된 기공의 네트워크를 가질 수있다. 이 개방 다공성은 집합체의 총 부피의 최대 50%에 도달할 수 있다.
마지막으로 언급된 2개의 문헌에 따르면, 특히 연질 연마 그레인 응집체가 얻어지며, 이는 특히 합성 수지 결합이 바람직하게 사용되는 경우 온건한(mild) 연삭 조건에 아주 적합하다.
US 6,679,782 B2는 결합 연마제에 사용하기 위한 연마 그레인 응집체를 기술하고 있으며, 이는 다공성에 영향을 미치고, 이에 따라 이러한 방식으로 연마제의 연마 효과에 영향을 미치도록 가능한 가장 높은 개방 다공성을 갖는다.
미국 특허 출원 2015-0052824 A1은 개별 연마 그레인과 중공체의 혼합물로 구성된 연마 그레인 응집체를 기술하고 있으며, 여기서 중공체는 요망하는 폐쇄 다공성을 갖는 응집체형 연마 그레인을 제공한다.
이미 언급된 상이한 재료 및 연삭 조건으로 인해, 표면 기계 가공을 위한 특정 연삭 작업을 위해 추가로 개발되고 최적화된 특정 응집체형 연마 그레인에 대한 요구가 여전히 많다.
발명의 상세한 설명
이 목적에 대한 해결책을 찾는 동안, 특히 응집체형 연마 그레인의 다공성 및 강도의, 연삭 공정에 대한 수명 및 거동에 미치는 영향이 고려되었다.
바인더를 통해 결합된 복수의 개별 연마 그레인으로 구성된 본 발명에 따른 응집체형 연마 그레인은 시간에 따라 우수한 연삭 효능을 갖는다(자기 연마(self sharpening)).
상기 목적은 무기 또는 유기 바인더 매트릭스에 결합된 복수의 개별 연마 그레인으로 구성된 응집체형 연마 그레인으로서, 응집체형 연마 그레인의 총 중량을 기준으로 하여, 적어도 8 중량%의 매트릭스에 결합된 연마 그레인이 97 중량% 초과 비율의 알파-알루미나를 갖는 융합된 알루미나 기반 다결정 알루미나 연마 그레인인, 응집체형 연마 그레인에 의해 최종적으로 해결된다. 다결정 알루미나 연마 그레인은 또한 결정 크기가 20 ㎛ 내지 100 ㎛인 복수의 Al2O3 1차 결정으로 구성된다.
정의된 폐쇄 다공성을 갖는 응집체형 연마 그레인을 제공하려고 하는 경우, 놀랍게도, 각각의 응집체형 연마 그레인이, 생성으로 인해, 실질적으로 이미 특정 폐쇄 거대다공성(closed macroporosity)을 갖는 다결정 연마 그레인으로 구성되는 경우에 특히 긍정적인 결과가 달성될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 다결정 연마 그레인은 EP 2 523 906 B1에 따라 전기 아크로(electric arc furnace)에서 알루미나를 용융시킴으로써 생성된다.
이러한 방식으로, 무기 또는 유기 바인더 매트릭스에 결합된 복수의 개별 연마 그레인을 포함하는 응집체형 연마 그레인이 얻어질 수 있으며, 이 경우, 응집 체형 연마 그레인의 총 중량을 기준으로 하여, 적어도 8 중량%의 연마 그레인은 97 중량% 초과 비율의 알파-알루미나를 갖는 융합된 알루미나 기반 다결정 알루미나 연마 그레인이다. 다결정 알루미나 연마 그레인은 또한 결정 크기가 20 ㎛ 내지 100 ㎛인 복수의 Al2O3 1차 결정으로 구성된다. 응집체형 연마 그레인은 5 부피% 내지 30 부피%의 기공 부피를 갖는 폐쇄 거대다공성을 가지며, 바람직하게는 폐쇄 거대기공(macropore)의 평균 기공 직경은 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 바람직하게는 15 ㎛ 내지 80 ㎛이고, 더욱 바람직하게는 20 ㎛ 내지 70 ㎛이고, 바람직하게는 폐쇄 거대기공의 최대 기공 직경은 대략 120 ㎛(즉, 약 120 ㎛)의 범위이다.
사용된 바인더의 양 및 유형에 따라, 폐쇄 다공성 외에 특정 비율의 개방 다공성이 응집체형 연마 그레인에 부여될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 응집체형 연마 그레인의 바람직한 구체예는 추가로 1 부피% 내지 15 부피%의 개방 다공성을 갖는 응집체형 연마 그레인을 제공한다.
개발 과정에서 시험된 용도에 대해, 개방 대 폐쇄 다공성의 비가 유리하게는 1:1 내지 1:10이어야 한다는 것이 밝혀졌다. 이는 개방 기공에 침투하는 바인더에 의해 연마제에서의 응집체형 연마 그레인의 결합을 향상시키기 위해, 높은 비율의 개방 다공성이 종종 추구되는 경우에, 종래 기술에 따른 콤팩트한 모놀리식(monolithic) 연마 그레인의 다수의 공지된 응집체형 연마 그레인과는 상반된다. 그러나, 여기서 사용되는 다결정 알루미나 연마 그레인은 불규칙하고 거친 표면을 가지고, 이에 따라 연마제의 바인더 매트릭스에서의 우수한 고정이 그 자체로 보장된다. 응집체형 연마 그레인의 개방 다공성이 너무 높으면, 사용된 바인더의 유형에 따라 다결정 알루미나 연마 그레인이 응집체형 연마 그레인에 충분히 견고하게 유지되지 않을 위험이 또한 있을 수 있다. 이는 다결정질 알루미나 연마 그레인이 명백히 응집체형 연마 그레인에서 특정 마모 메커니즘을 발달시키기 때문에, 본 발명의 경우에 특히 중요하며, 이에 의해 다결정 알루미나 연마 그레인을 구성하는 개별 1차 결정이 연마제 그레인으로부터 분리되고, 새로운 절삭 에지는 해제된다. 이것은 본 발명에 따른 응집체형 연마 그레인에 의한 표면 처리에 대해 낮은 그레인 마모로 놀랍도록 높고 고른 재료 제거를 설명한다. 이 메커니즘이 효과를 발휘할 수 있기 위해서는 다결정 알루미나 연마 그레인 자체가 응집체형 연마 그레인에 단단히 결합될 필요가 있다.
따라서, 본 발명에 따른 응집체형 연마 그레인의 개방 다공성은 바람직하게는 바인더 매트릭스가 예를 들어 유기 바인더, 예를 들어 페놀성 수지를 기반으로 하는 경우, 3 부피% 미만이다.
대조적으로, 응집체형 연마 그레인의 개방 다공성이 바람직하게는 5 부피% 내지 15 부피%인 소위 지오폴리머(geopolymer) 형성의 결과로서 매우 단단한 결합을 형성하는, 1:2 내지 1:20의 Al2O3 대 SiO2의 몰비로 알루미노실리케이트 및 알칼리 실리케이트를 포함하는 특정 무기 바인더를 사용하는 경우, 개방 다공성은 쉽게 더 높아질 수 있다.
전체적으로, 개방 및 폐쇄 다공성의 합이, 응집체형 연마 그레인의 벌크 밀도(bulk density)가 0.9 g/cm3 내지 1.8 g/cm3이 되도록 선택될 때 유리한 것으로 밝혀졌다.
일부 적용에서는, 자기 연마의 개시가 어렵고 단지 지연되어 발생하거나 전혀 발생하지 않는 것으로 나타났다. 이러한 경우에, 다결정 알루미나 연마 그레인에 추가하여 개별 모놀리식 연마 그레인이 바인더 매트릭스에 추가로 결합된 경우, 개별 모놀리식 연마 그레인의 평균 그레인 크기는 바람직하게는 다결정 알루미나 연마 그레인의 최대 그레인 크기와 다결정 연마 그레인에 존재하는 1차 결정의 최소 결정 크기 사이에 있는 것이 유리한 것으로 입증되었다
본 발명의 특히 유리한 구체예에서, 바인더 매트릭스에 추가로 결합된 개별 모놀리식 연마 그레인은 평균 직경이 20 ㎛ 내지 100 ㎛이고, 따라서 다결정 알루미나 연마 그레인의 1차 결정의 크기에 상응한다. 이러한 방식으로 기계 가공될 가공물의 균질한 균일 표면이 보장될 수 있다.
추가의 개별 콤팩트 모놀리식 연마 그레인의 비율은 바람직하게는 응집체형 연마 그레인의 총 중량을 기준으로 하여 5 중량% 내지 60 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 60 중량%, 및 더욱 바람직하게는 15 중량% 내지 55 중량%이다.
본 발명에 따르면, "개별 콤팩트 모놀리식 연마 그레인"은 융합 공정, 알루미나 지르코니아(ZK40과 같은 그레인) 또는 세라믹 공정, 또는 졸-겔 공정(예를 들어 SGK2와 같은 그레인)과 같은 화학 공정에 의해 생성된 균질한 그레인을 의미하고자 한다.
폐쇄 다공성은 바람직하게는 다결정 연마 그레인의 형성 및 양에 의해 조정될 수 있다. 개방 다공성의 조정은 주로 사용된 바인더의 양을 통해 일어난다.
놀랍게도 우수한 연삭 결과는 응집체형 연마 그레인 내의 다결정 알루미나 연마 그레인의 밀착 결합에 의해 설명될 수 있다. 이는 다결정 알루미나 연마 그레인의 1차 결정이 파열될 수 있게 하고, 다결정 알루미나 연마 그레인이 전체적으로 응집체형 연마 그레인에서 벗어나지 않고 새로운 절삭 에지가 형성된다. 밀착 결합의 가능한 단점은 전체적으로 다시 응집체형 연마 그레인을 약간 연화시키고 동시에 자기 연마 메커니즘을 용이하게 하는 폐쇄 거대다공성에 의해 분명하게 보상되며, 상기 메커니즘에서 연삭 공정 동안 해제되는 기공은 냉각 윤활제의 재료 표면과 직접 접촉을 추가로 제공할 수 있음으로써, 기계 가공된 재료의 표면 품질이 개선된다.
본 발명에 따른 응집체형 연마 그레인의 유리한 구체예는 20 중량 % 내지 40 중량%의 바인더 매트릭스 및 60 중량% 내지 80 중량%의 연마 그레인을 포함하는 응집체형 연마 그레인을 제공한다. 부피%로 표현되는, 응집체형 연마 그레인의 유리한 구체예는 20 부피% 내지 70 부피%의 바인더 매트릭스 및 30 부피% 내지 80 부피%의 연마제 그레인을 가지며, 이로써 연마 그레인의 부피%는 폐쇄 거대기공의 부피%를 포함한다.
이미 언급된 모놀리식 연마 그레인 외에, 사용되는 바인더는 충전제 및/또는 연삭 보조제를 추가로 포함할 수 있으며, 이를 위해 특히 설파이드, 포스페이트, 카보네이트 및/또는 할라이드, 및/또는 나트륨, 규소, 칼륨, 붕소, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 망간, 구리, 아연, 철, 티타늄, 안티몬 및/또는 주석 원소를 포함하는 군의 설파이드, 포스페이트, 카보네이트 및/또는 할라이드 함유 복합 화합물의 군으로부터의 모든 공지된 충전제 및 연삭 보조제가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 응집체형 연마 그레인은 바람직하게는 평균 직경이 0.4 내지 3.0 mm이고, 응집체형 연마 그레인 내 서로 연결된 개별 연마 그레인의 평균 그레인 크기는 바람직하게는 30 ㎛ 내지 1000 ㎛이다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 상세하게 기술될 것이다.
실시예 1(비교)
비교 실시예 1을 제조하기 위해, 8 kg의 연마 그레인(ZPSK F150, Imerys)을 고속 믹서(intensive mixer)(타입 RO1, Eirich)에서 2.45 kg의 메타카올린(PoleStar 450, Imerys)과 역류(300 rpm)로 5분 동안 혼합하였다. 이어서, 이 혼합물에 2.45 ℓ의 물과 물 유리의 혼합물(물 20부 + 실리케이트 Woellner 39T 80부)을 1분 이내로 790 rpm에서 첨가하였다. 액체를 연마 그레인과 균질하게 혼합한 후, 펠릿화 공정을 200 rpm에서 개시하고, 대략 2 내지 5 mm의 응집체 크기가 달성될 때까지 계속하였다. 이러한 방식으로 얻어진 응집체형 연마 그레인 그린 바디(green body)를 벨트 건조기에서 대략 125℃에서 건조시켰다. 응집체형 연마 그레인의 건조된 그린 바디를 분쇄하여 1.2 내지 1.7 mm의 그레인 분율로 분류한 다음, 450℃에서 회전 가마에서 경화시켰다.
실시예 2(비교)
실시예 2는 실시예 1과 같이 제조되지만, 8 kg의 ZPSK F60(Imerys)를 연마 그레인으로서 사용하였다.
실시예 3(본 발명)
실시예 3은 실시예 1과 같이 제조되지만, 8 kg의 다결정 알루미나 연마 그레인 ZPTMX F60(Imerys)를 사용하였다.
연삭 시험 1(외부 원통형 관통이송 연삭(throughfeed grinding))
전술한 실시예 1 내지 3에 따라 생성된, 1.2 내지 1.7 mm의 평균 입자 크기를 포함하는 응집체형 연마 과립으로부터, 50 mm의 외경을 포함하는 강관(steel tube) 1.4301(X5CrNi18-10; V2A)을 연삭함으로써 연마 벨트를 제조하였다. 연마 벨트의 지지체로서 뻣뻣한 폴리에스테르 지지체가 선택되었고, 여기서 연마 벨트의 치수는 150 mm x 2500 mm였다. 2-3 m/min의 이송 속도(Vf)와 함께 30 m/s의 절삭 속도(Vc)에서 연삭이 발생하였다. 거칠기 값(Rz)은 연삭 작업의 시작 및 각각 10 m에 6회 처리 후에 측정되었다. 6회 처리 후, 6개의 미리 결정된 측정 지점에서 강관의 평균 직경 감소를 결정함으로써 벨트 마모를 동시에 결정하였다. 냉각 윤활제로서 에멀젼을 사용하였다.
상이한 그레인 크기를 갖는 콤팩트 모놀리식 연마 그레인의 응집체형 연마 그레인을 비교 실시예 1 및 2에 대해 사용하였으며, 이에 의해 3개의 예시적인 과립 모두 화학적 조성은 동일하고, 작은 비율의 산화 티타늄 및 산화 크롬과 함께 대략 99 중량%의 α-알루미나로 이루어졌다. 다결정 알루미나 연마 그레인 ZPTMX 에서 1차 결정의 직경에 상응하는 평균 직경을 갖는 평균 그레인 크기가 70 ㎛인 연마 그레인을 FEPA에 따라 ZPSK F150으로 선택하였다. 실시예 2에서, ZPSK F60은 모놀리식 연마 그레인 및 다결정 알루미나 연마 그레인의 직접 비교를 위해 FEPA에 따라 선택되었다. 시험 결과는 하기 표 1에 요약되어 있다.
표 1
Figure pct00001
상이한 응집체형 연마 그레인의 3개의 연마 벨트의 연마 성능(강관의 평균 직경 감소)이 서로 대략 유사할 수 있으며, 굵은 콤팩트 모놀리식 연마 그레인 ZPSK F60을 응집체형 연마 그레인에 대한 기본 그레인으로서 포함하는 벨트의 경우에 약간의 이점을 볼 수 있는 것으로 상기 표로부터 수집될 수 있다. 거칠기 값의 경우, 작은 모놀리식 연마 그레인 ZPSK 150(실시예 1)을 포함하는 연마 벨트가 최악을 수행한다는 것은 놀라운 일이다. 여기서 최고의 표면 품질은 4.8 ㎛의 거칠기 값을 갖는 본 발명(실시예 3)에 따른 응집체형 연마 그레인으로 얻어진다. 벨트 마모에 큰 차이를 발견할 수 있다. 21 g의 경우, 실시예 3(본 발명)의 벨트는 벨트 마모가 단연코 가장 낮으므로 연마 벨트의 수명이 가장 길다. 실시예 1과 비교하여, 실시예 3은 수명의 3배를 달성하고 실시예 2와 비교하여 수명의 2배를 초과한다. 연마 벨트의 수명에 기초하여, 본 발명에 따른 응집체형 연마 그레인으로 현저한 연마 성능이 이에 따라 달성될 수 있을 뿐만 아니라, 전환 시간도 동시에 감소되며, 이는 연삭 공정의 효율성의 추가 개선과 관련이 있다. 실시예 3에 따른 연마 벨트를 사용할 때, 가공물의 약간의 가열이 측정되었으며, 이는 응집체형 연마 그레인이 폴리에스테르 지지체 상에 비교적 견고하게 결합되고, 다결정 알루미나 연마 그레인 또한 응집체에 단단히 고정되고, 또한 모놀리식 연마 그레인보다 상당히 내마모성이 클 것이라는 것을 시사한다. 그러나, 열 발생은 중요하지 않았으므로, 가공물에 대한 손상을 두려워할 필요가 없었다.
실시예 4(비교)
실시예 4는 실시예 1과 같이 제조되지만, 8 kg의 ZK40 F150(Imerys에 의한 알루미나 지르코니아)를 연마 그레인으로서 사용하였다.
실시예 5(본 발명)
실시예 5는 실시예 1과 같이 제조되지만, 4 kg의 ZK40 F150과 4 kg의 ZPTMX F60(다결정 알루미나 연마 그레인)의 혼합물을 연마 그레인으로서 사용하였다.
실시예 6(본 발명)
실시예 6은 실시예 1과 같이 제조되지만, 1.6 kg의 SGK2 F150(Imerys에 의한 졸-겔 커런덤(sol-gel corundum))과 6.4 kg의 ZPTMX F60(다결정 알루미나 연마 그레인)의 혼합물을 연마 그레인으로서 사용하였다.
연삭 시험 2(반대 방향 플랫 연삭(flat grinding))
치수 50 mm x 5 mm x 2.000 mm를 포함하는 평강 1.4301(X5CrNi18-10; V2A)을 연삭한 연마 벨트를 상기 기술된 실시예 3-6에 따라 생성된 평균 입자 크기 1.2 내지 1.7 mm의 응집체형 연마 그레인으로부터 제조하였다. 이를 위해, 3개의 가공물을 함께 결합하여 전체적으로 전체 폭이 150 mm인 평강의 폭을 연삭하였다. 연삭 시험 1의 경우와 같이, 강성 폴리에스테르 지지체가 연마 벨트를 위한 지지체로 선택되었고, 이에 따라 연마 벨트의 길이는 3.000 mm이고 벨트 폭은 200 mm였다. 연삭 시험 1의 경우와 같이, 냉각 윤활제로서 에멀젼을 사용하였다. 시험을 위해, 3회의 연삭 주기를 벨트 컨디셔닝(교정 및 연삭)을 위해 초기에 수행하였다. 30회 연삭 사이클 후, 각각의 경우에 연마 성능, 거칠기 값 및 벨트 마모를 이어서 결정하였다.
비교 실시예 4의 경우, 평균 그레인 크기가 70 ㎛인 FEPA에 따른 그릿 크기 F150을 갖는 콤팩트 모놀리식 알루미나 지르코니아 연마 그레인의 응집체형 연마 그레인을 사용하였고, 이는 이에 따라 다결정 알루미나 연마 그레인 ZPTMX에서 1차 결정의 직경에 상응하는 평균 직경을 가졌다. 자기 연마로 인해 알루미나 지르코니아는 높은 연마 성능에 대해 알려져 있다. 50:50 비율의 알루미나 지르코니아 ZK40 F150과 ZPTMX F60의 혼합물을 본 발명에 따른 실시예 5로 선택하고, 20:80의 비율로 졸-겔 커런덤 SGK2 F150과 ZPTMX F60의 혼합물을 또한 본 발명에 따른 실시예 6으로 선택하였다. 높은 인성과 내마모성으로 인해 졸-겔 커런덤이 선택되었다. 또한, 다결정 알루미나 연마 그레인(실시예 3)으로만 구성된 응집체형 연마 그레인을 포함한 벨트가 연삭 시험 2에서 또한 선택되었다. 시험 결과가 하기 표 2에 요약되어 있다.
표 2
Figure pct00002
연마 그레인의 혼합물을 포함하는 응집체형 연마 그레인의 경우, 상이한 응집체형 연마 그레인을 갖는 연삭 벨트의 마모 성능이 다소 비슷하며, 이에 따라 응집체형 연마 그레인에 졸-겔 연마 그레인을 포함하는 벨트(실시예 6)의 경우에 작은 이점이 있을 수 있음을 표 2로부터 수집할 수 있다. 거칠기 값의 경우, 다결정 알루미나 연마 그레인 ZPTMX 만을 포함하는 연삭 벨트(실시예 3)가 가장 잘 수행된다. 이와 관련하여, 특히 졸-겔 커런덤(실시예 6)을 갖는 혼합물의 경우 단점이 발견될 수 있다. 또한, 벨트 마모에 큰 차이가 있을 수 있다. 연마 그레인 혼합물(실시예 5 및 6)을 갖는 응집체형 연마 그레인을 포함하는 2개의 벨트가 다결정 알루미나 연마 그레인 만을 함유하는 응집체형 연마 그레인을 포함하는 벨트보다 벨트 마모가 덜 드러난다는 것이 놀랍다. 응집체형 연마 그레인이 알루미나 지르코니아 F150으로만 구성된 경우, 비교 실시예 4를 갖는 벨트는 벨트 마모가 단연코 가장 높다. 각각의 경우에, 본 발명에 따른 실시예 3, 5 및 6은 종래 기술을 나타내는 이 벨트와 비교하여 2배 넘는 수명 시간을 달성하였다. 연마 벨트의 수명에 기초하여, 또한 이러한 적용의 경우에, 종래의 응집체형 연마 그레인에 비해 본 발명에 따른 응집체형 연마 그레인으로 상당히 더 높은 연마 성능이 달성될 수 있다. 다결정 알루미나 연마 그레인과 연마 그레인 혼합물을 포함하는 응집체형 연마 그레인의 경우, 전환 시간이 추가로 감소될 수 있으며, 이는 연삭 공정의 효율의 추가 개선과 관련이 있음을 또한 주목할 수 있다.
상기 특정된 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일뿐 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다. 본 발명자에 의한 추가 분석에 따르면, 다른 연마 그레인 유형 및 다른 그레인 크기를 갖는 혼합물의 응집체형 연마 그레인은 특정 비율의 응집체형 연마 그레인이 다결정 알루미나 연마 그레인으로 이루어지는 한, 종래의 응집체형 연마 그레인과 비교하여 이점을 갖는다는 것을 보여주었다. 이에 따라, 응집체형 연마 그레인은 응집체형 연마 그레인의 총 중량을 기준으로 하여, 적어도 8 중량%의 다결정 알루미나 연마 그레인을 함유해야 한다는 것이 제한으로서 밝혀졌다.

Claims (14)

  1. 무기 또는 유기 바인더 매트릭스에 결합된 복수의 개별 연마 그레인(individual abrasive grain)으로 구성된 응집체형 연마 그레인(agglomerate abrasive grain)으로서,
    상기 응집체형 연마 그레인의 총 중량을 기준으로 하여, 적어도 8 중량%의 바인더 매트릭스에 결합된 연마 그레인이 97 중량% 초과 비율의 알파-알루미나를 갖는 융합된 알루미나 기반 다결정 알루미나 연마 그레인이고, 상기 다결정 알루미나 연마 그레인은 또한 결정 크기가 20 ㎛ 내지 100 ㎛인 복수의 Al2O3 1차 결정으로 구성되는, 응집체형 연마 그레인.
  2. 제1항에 있어서, 다결정 알루미나 연마 그레인 외에, 개별 콤팩트 모놀리식(monolithic) 연마 그레인이 바인더 매트릭스에 추가로 결합된, 응집체형 연마 그레인.
  3. 제2항에 있어서, 개별 콤팩트 모놀리식 연마 그레인의 평균 그레인 크기가 다결정 알루미나 연마 그레인의 최대 그레인 크기와 다결정 연마 그레인에 존재하는 1차 결정의 최소 결정 크기 사이에 있는, 응집체형 연마 그레인.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 바인더 매트릭스에 추가로 결합된 개별 콤팩트 모놀리식 연마 그레인이 바람직하게는 20 ㎛ 내지 100 ㎛의, 다결정 알루미나 연마 그레인에 존재하는 1차 결정의 평균 직경에 상응하는 평균 직경을 갖는, 응집체형 연마 그레인.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 추가의 개별 모놀리식 연마 그레인의 비율이 응집체형 연마 그레인의 총 중량을 기준으로 하여 5 중량% 내지 60 중량%인, 응집체형 연마 그레인.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 추가의 개별 모놀리식 연마 그레인의 비율이 응집체형 연마 그레인의 총 중량을 기준으로 하여 10 중량% 내지 60 중량%, 및 더욱 바람직하게는 15 중량% 내지 55 중량%인, 응집체형 연마 그레인.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 응집체형 연마 그레인이 5 부피% 내지 30 부피%의 기공 부피를 갖는 폐쇄 거대다공성(closed macroporosity)을 갖는, 응집체형 연마 그레인.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 폐쇄 거대기공(macropore)의 평균 기공 직경이 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 바람직하게는 15 ㎛ 내지 80 ㎛이고, 및 더욱 바람직하게는 20 ㎛ 내지 70 ㎛인, 응집체형 연마 그레인.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 폐쇄 거대기공의 최대 기공 직경이 대략 120 ㎛ 범위인, 응집체형 연마 그레인.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 응집체형 연마 그레인이 1 부피% 내지 15 부피%의 개방 다공성을 갖는, 응집체형 연마 그레인.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 응집체형 연마 그레인이 0.9 g/cm3 내지 1.8 g/cm3의 벌크 밀도(bulk density)를 갖는, 응집체형 연마 그레인.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 바인더 매트릭스가 유기 바인더이고, 응집체형 연마 그레인의 개방 다공성이 3 부피% 미만인, 응집체형 연마 그레인.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 바인더 매트릭스가 1:2 내지 1:20의 Al2O3 대 SiO2의 몰비로 알루미노실리케이트 및 알칼리 실리케이트를 포함하고, 500°미만의 온도에서 경화되는, 응집체형 연마 그레인.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 응집체형 연마 그레인의 개방 다공성이 5 부피% 내지 15 부피%인, 응집체형 연마 그레인.
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