[发明专利]粘合的磨料物品和制造方法

说明书

技术领域

本披露是针对粘合的磨料物品并且特别地是针对具有结晶粘合基质的粘合的磨料物品。

背景技术

磨料一般被用在多种机加工操作中，范围从精抛光至大批材料的切除以及切削。例如，由疏松颗粒组成的自由磨料被用在抛光应用的悬浮液中，如在半导体工业中的化学机械抛光(CMP)。可替代地，磨料可以是处于被固定的磨料物品的形式，如粘合的以及涂敷的磨料，这可以包括如研磨砂轮、带、滚轮、盘以及类似物。

固定磨料一般不同于自由磨料之处在于固定磨料利用在材料基质内的磨料颗粒或砂砾，该材料基质固定了这些磨料颗粒的彼此相对的位置。普通的固定磨料砂砾可以包括氧化铝、碳化硅、不同矿物如石榴石、以及超级磨料如金刚石和立方氮化硼(cBN)。特别提及粘合的磨料物品，这些磨料砂砾在一种粘合材料中彼此相对被固定。虽然可以使用多种不同的粘合材料，但是常用的是玻璃化的粘合材料，如非晶相玻璃材料。然而，常规的粘合磨料(例如，具有玻璃化粘合的氧化铝、碳化硅、金刚石、以及立方氮化硼)的性能特性受到该粘合的特性以及这些磨料颗粒的成分的限制。值得注意的是，在粘合基质与磨料颗粒之间的粘合可能是不够充分的，这样在研磨过程中这些磨料颗粒很容易从该粘合基质中脱离，减小了研磨或抛光过程的有效性。

工业界继续需要具有改进的特性的粘合的磨料。所感兴趣的特性包括机械稳定性、强度、可操作寿命、以及改进的研磨性能。

发明内容

根据一个第一方面，提供了包括磨料颗粒的一种粘合的磨料，这些磨料颗粒包括在一种粘合基质中的立方氮化硼(cBN)。该粘合基质包括一个多晶陶瓷相。该粘合的磨料具有不小于约5.0vol％的孔隙率以及不小于约40MPa的断裂模量(MOR)。

根据一个第二方面，提供了包括磨料颗粒的一种粘合的磨料，这些磨料颗粒包括在一种基质内的立方氮化硼(cBN)，该粘合基质包括一个多晶陶瓷相。该粘合的磨料具有不小于约20vol％的孔隙率以及不小于约30MPa的断裂模量(MOR)。

根据另一个方面，提供了一种方法，该方法包括提供一种玻璃粉，并且使该玻璃粉与包括立方氮化硼的磨料颗粒相结合以形成一个混合物。该方法进一步包括使该混合物成型从而形成一种生坯物品，并且在不小于约1200℃的温度下烧结该生坯物品以形成一种粘合的磨料，该粘合的磨料包括在一种粘合基质中的磨料颗粒。该粘合基质包括不小于约50vol％的一个多晶陶瓷相。

附图说明

通过参见附图可以更好的理解本披露，并且使其许多特征和优点对于本领域的普通技术人员而言变得清楚。

图1是展示了根据一个实施方案形成一种粘合的磨料的过程的流程图。

图2a-2b是展示了根据一个实施方案的粘合的磨料物品的一部分的两张显微照片。

图3a-3e是展示粘合的磨料物品的一部分的五张显微照片，所展示的这些部分各自是取自在不同温度下烧制的粘合的磨料物品。

图4是展示根据一个实施方案的作为烧制温度的函数的粘合的磨料的特性的图表。

图5是展示根据在此的多个实施方案形成的粘合的磨料物品的弹性模量(MOE)的图表。

图6是展示根据在此的多个实施方案形成的粘合的磨料物品的断裂模量(MOR)的图表。

图7是展示根据在此的多个实施方案形成的粘合的磨料物品的硬度的图表。

图8是展示根据在此的多个实施方案形成的粘合的磨料物品的磨损的图表。

在不同附图中使用相同的参见符号表明相似的或相同的事项。

具体实施方式

参见图1，提供了一张流程图以展示一个过程，通过该过程形成了根据一个实施方案一种粘合的磨料。该过程是在步骤101通过提供一种玻璃粉开始的。该粉末总体上是玻璃性的(非晶相的)，这样不小于约80wt％的这种玻璃是非晶相的。根据一个具体的实施方案，该玻璃粉可以包括更大含量的非晶相，如不小于约90wt％、或甚至不小于约95wt％的非晶相。总体上讲，可以通过混合适当比例的原料并且将原料混合物熔融以便在高温下形成一种玻璃来完成玻璃粉的形成。在玻璃的充分熔融并且混合之后，可以将该玻璃冷却(骤冷)并且粉碎成粉末。

总体上讲，该玻璃粉可以被进一步加工，如通过研磨加工以提供具有适合的粒度分布的玻璃粉。典型地，该玻璃粉具有不大于约100微米的平均粒度。在一个具体实施方案中，该玻璃粉具有不大于75微米的平均粒度，如不大于约50微米、或甚至不大于约10微米。然而，该玻璃粉的平均粒度典型地是在约5.0微米与约75微米之间的范围内。