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CN106078536B - 粘结的磨料物品及形成方法 - Google Patents

粘结的磨料物品及形成方法 Download PDF

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CN106078536B CN201610416800.0A CN201610416800A CN106078536B CN 106078536 B CN106078536 B CN 106078536B CN 201610416800 A CN201610416800 A CN 201610416800A CN 106078536 B CN106078536 B CN 106078536B
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Abstract

本申请涉及粘结的磨料物品及形成方法。一种磨料物品包括一个本体，该本体具有包含在一种粘结剂材料内的磨料颗粒，该粘结剂材料包括一种金属或金属合金，其中该本体包括至少约1.3的VAG/VBM比率，其中VAG是该本体的总体积内的磨料颗粒的体积百分比并且VBM是该本体的总体积内的粘结剂材料的体积百分比。

Description

粘结的磨料物品及形成方法
本申请是申请日为2011年9月2日，申请号为201180042265.2、发明名称为“粘结的磨料物品及形成方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
以下内容是针对粘结的磨料物品，并且更具体地说是包括多个包含在一种粘结剂材料内的磨料颗粒的粘结的磨料物品，该粘结剂材料包括一种金属或金属合金。
背景技术
用于机加工应用的磨料典型地包括粘结的磨料物品以及涂覆的磨料物品。涂覆的磨料物品总体上是分层的物品，这些物品包括一个背衬和将磨料颗粒固定在背衬上的一个粘合剂涂层，其最常见的例子是砂纸。粘结的研磨工具由处于轮状、盘状、段状、镶嵌针状、磨石状以及其他工具形状(它们可以被安装在一个机加工装置上，例如一个研磨或抛光装置)的形式的硬的、并且典型是整体的、三维的磨料复合材料组成。
粘结的研磨工具经常具有至少两个相，包括磨料颗粒以及粘结剂材料。某些粘结的磨料物品可以具有处于孔隙率形式的一个另外的相。粘结的研磨工具能以不同的“等级”以及“结构”来制造，这些等级以及结构是根据本领域的惯例由磨料复合材料的相对硬度以及密度(等级)以及由该复合材料内的磨料颗粒、粘结剂以及孔隙率的体积百分比(结构)来限定的。
一些粘结的研磨工具在对于电子以及光学产业中使用的某些类型的工件(包括，例如金属、陶瓷以及晶体材料)进行研磨并且成形中可以是特别有用的。在其他情况下，某些粘结的研磨工具可以用于对工业应用的超级磨料材料进行整形。在使用金属粘结的磨料物品对某些工件进行研磨和成形的背景下，总体上该过程涉及针对维护该粘结的磨料物品的大量的时间以及劳动。也就是说，总体上金属粘结的磨料物品要求定期的修正(truing)和整修(dressing)操作以保持该磨料物品的研磨能力。
工业上继续要求能够进行研磨的改进的方法及物品。
发明内容
根据一个第一方面，一种磨料物品包括一个本体，该本体具有多个包含在一种粘结剂材料内的磨料颗粒，该粘结剂材料包括一种金属或金属合金。该本体包括至少约1.3的VAG/VBM比率，其中VAG是该本体的总体积内的磨料颗粒的体积百分比并且VBM是该本体的总体积内的粘结剂材料的体积百分比。
根据另一个方面，一种磨料物品包括一个本体，该本体具有多个包含在一种粘结剂材料内的磨料颗粒，该粘结剂材料包括一种金属或金属合金，其中该本体包括至少约1.5的VP/VBM比率，其中VP是该本体的总体积内的包含磨料颗粒以及填充剂的微粒材料的体积百分比并且VBM是该本体的总体积内的粘结剂材料的体积百分比。该粘结剂材料具有的平均断裂韧度(K1c)是不大于约4.0MPa m0.5。
在又另一个方面，一种磨料物品包括一个本体，该本体具有多个包含在一种粘结剂材料内的磨料颗粒，该粘结剂材料包括一种金属或金属合金，其中该本体包括一种活性粘结剂组合物，该活性粘合组合物包括占该粘结剂材料的总体积的至少约1vol％的一种活性粘结剂组合物。该本体进一步包括至少约5vol％的孔隙率，并且其中该粘结剂材料包括不大于约4.0MPa0.5的平均断裂韧度(K1c)。
在仍另一个方面，一种磨料物品包括一个本体，该本体具有多个包含在一种粘结剂材料内的磨料颗粒，该粘结剂材料包括一种金属或金属合金，其中该本体包括至少约1.5的VP/VBM比率，其中VP是该本体的总体积内的包含磨料颗粒以及填充剂的微粒材料的体积百分比并且VBM是该本体的总体积内的粘结剂材料的体积百分比。该本体包括占该本体的总体积的至少约5vol％的孔隙率，其中该孔隙率的大部分是连通孔隙率，该连通孔隙率限定了延伸穿过该本体体积的多个连通孔的一个网络。
根据另一个方面，一种磨料物品包括一个本体，该本体具有多个包含在一种粘结剂材料内的磨料颗粒，该粘结剂材料包括一种金属或金属合金，其中该本体包括至少约1.3的VAG/VBM比率，其中VAG是该本体的总体积内的磨料颗粒的体积百分比并且VBM是该本体的总体积内的粘结剂材料的体积百分比。该本体包括一种活性粘结剂组合物，该活性粘结剂组合物包括占该粘结剂材料的总体积的至少10vol％的一种活性粘结剂组合物。
在又另一个方面，一种形成磨料物品的方法包括，形成一种包括磨料颗粒和粘结剂材料的混合物，其中该粘结剂材料包括一种金属或金属合金，并且将该混合物成型以形成一种生坯物品。该方法进一步包括将该生坯物品在一个温度下进行烧结以进行液相烧结并且形成一种磨料本体，该磨料本体包括这些包含在该粘结剂材料中的磨料颗粒，其中该本体包括至少约3:2的VP:VBM比率，其中VP是该本体的总体积内的包含磨料颗粒以及填充剂的微粒材料的体积百分比并且VBM是该本体的总体积内的粘结剂材料的体积百分比。
另一个方面包括一种磨料物品，该磨料物品具有一个粘结的磨料本体，该本体包括多个包含在由一种有金属或金属合金制成的粘结剂材料内的磨料颗粒，其中该粘结剂材料包括一种复合材料，该复合材料包括一个粘结剂相以及一个沉淀相，该沉淀相具有一种构成，该构成包括一种活性粘结剂组合物的至少一种元素以及该粘结剂材料的至少一种元素。
附图简要说明
通过参见附图可以更好地理解本披露，并且使其许多特征和优点对于本领域的普通技术人员变得清楚。
图1包括根据一个实施例的粘结的磨料本体的研磨功率(马力/英寸(HP/in))相对于研磨周期数的曲线图。
图2包括根据一个实施例的粘结的磨料本体的表面粗糙度(Ra)相对于研磨周期数的曲线图。
图3包括根据一个实施例的粘结的磨料本体以及一个常规样品的研磨功率(HP/in)相对于研磨周期数的曲线图。
图4包括根据一个实施例的粘结的磨料本体以及一个常规样品的研磨功率(HP)相对于两个不同的材料去除率(即，4.5英寸3/分钟/英寸(in3/min/in)以及5.1in3/min/in)的条形图。
图5包括根据一个实施例的粘结的磨料本体以及一个常规样品在两个不同的材料去除率下的研磨比率(G-比率)的条形图。
图6包括根据一个实施例的粘结的磨料本体以及一种常规样品的转轴功率(马力(Hp))相对于研磨时间(秒(sec))的曲线图。
图7包括根据一个实施例的粘结的磨料本体以及一种常规样品的转轴功率(Hp)相对于研磨时间(sec)的曲线图。
图8至图11包括根据一个实施例的粘结的磨料本体的微结构的放大图像。
图12包括根据一个实施例的粘结的磨料本体的放大图像。
在不同的图中使用相同的参考符号表示相似的或相同的事项。
具体实施方式
以下内容总体上是针对粘结的磨料物品，这些粘结的磨料物品在一个三维材料基质中结合了磨料颗粒。粘结的磨料物品利用了一个体积的被固定在一个三维粘结剂材料基质内的磨料颗粒。此外，以下内容包括了关于形成此种粘结的磨料物品的方法以及此种粘结的磨料物品的应用的描述。
根据一个实施例，用于形成一种磨料物品的方法可以通过形成一种包含磨料颗粒以及粘结剂材料的混合物而开始。这些磨料颗粒可以包括一种硬质材料。例如，这些磨料颗粒可以具有至少约7的莫氏硬度。在其他磨料本体中，这些磨料颗粒可以具有的莫氏硬度是至少8，或甚至于至少9。
在具体的情况下，这些磨料颗粒可以是由一种无机材料制成的。适合的无机材料可以包括：碳化物类、氧化物类、氮化物类、硼化物类、碳氧化物类、氧硼化物类、氧氮化物类、以及它们的组合。磨料颗粒的具体例子包括：碳化硅、碳化硼、氧化铝、氧化锆、氧化铝-氧化锆复合颗粒、氮化硅、赛隆、以及硼化钛。在某些情况下，这些磨料颗粒可以包括一种超级磨料材料，如金刚石、立方氮化硼、以及它们的组合。在特定情况下，这些磨料颗粒可以主要由金刚石组成。在其他实施例中，这些磨料颗粒可以主要由立方氮化硼组成。
这些磨料颗粒可以具有不大于约1000微米的平均砂砾尺寸。在其他实施例中，这些磨料颗粒具有的平均砂砾尺寸可以是不大于约750微米，如不大于约500微米、不大于约250微米、不大于约200微米、或甚至不大于约150微米。在特定情况下，在此的实施例的这些磨料颗粒具有的平均砂砾尺寸可以是在约1微米与约1000微米之间的范围内，例如在约1微米与500微米之间、或甚至在约1微米与200微米之间。
进一步关于这些磨料颗粒，这些磨料颗粒的形态可以通过一个长宽比来描述，该长宽比是长度与宽度的尺寸之比。将了解的是该长度是该磨料砂砾的最长尺寸并且该宽度是一个给定磨料砂砾的第二最长尺寸。根据在此的实施例，这些磨料颗粒具有的长宽比(长度:宽度)可以是不大于约3:1或甚至不大于约2:1。在特定情况下，这些磨料颗粒可以是基本上等轴的，使得它们具有约1:1的长宽比。
这些磨料颗粒可以包括其他特征，包括例如一个涂层。这些磨料颗粒可以涂覆有一种涂覆材料，该材料可以是一种无机材料。适当的无机材料可以包括：陶瓷、玻璃、金属、金属合金、以及它们的一种组合。在特定情况下，这些磨料颗粒可以被电镀有一种金属材料，并且更具体地是一种过渡金属组合物。此类涂覆的磨料颗粒可以促进在磨料颗粒与粘结剂材料之间的改进的粘结(例如，化学粘结)。
在某些情况下，该混合物可以包括一种特定分布的磨料颗粒。例如，该混合物可以包括磨料颗粒的砂砾尺寸的一种多峰分布，使得在该混合物中存在着精细、中间、以及粗糙的砂砾尺寸的特定分布。在一种特定情况下，该混合物可以包括一种双峰分布的磨料颗粒，这些磨料颗粒包括具有精细的平均砂砾尺寸的精细颗粒、以及具有粗糙的平均砂砾尺寸的粗糙磨料颗粒，其中该粗糙的平均砂砾尺寸显著大于该精细的平均砂砾尺寸。例如，该粗糙的平均砂砾尺寸可以比该精细的平均砂砾尺寸大出至少约10％、至少约20％、至少约30％、或甚至大出至少约50％(基于该精细的磨料砂砾尺寸)。将了解的是该混合物可以包括磨料颗粒的其他多峰分布，包括例如，一种三峰分布或四峰分布。
还将了解的是具有相同组成的磨料颗粒可以具有不同的机械特性，包括例如，脆性。该混合物，以及最终形成的粘结的磨料本体可以结合磨料颗粒的一种混合物，该混合物可以是相同组成的、但具有不同的机械特性或等级。例如，该混合物可以包括单一组成的磨料颗粒，使得该混合物仅包括金刚石或立方氮化硼。然而，该金刚石或立方氮化硼可以包括不同等级的金刚石或立方氮化硼的一种混合物，使得这些磨料颗粒具有不同的等级和不同的机械特性。
这些磨料颗粒被提供在该混合物中的量值可以是使得最终形成的磨料物品包含一个特定量值的磨料颗粒。例如，该混合物可以包括一个大半含量(例如，大于50vol％)的磨料颗粒。
根据一个实施例，该粘结剂材料可以是一种金属或金属合金材料。例如，该粘结剂材料可以包括一种粉末组合物，该组合物包括至少一种过渡金属元素。在特定情况下，该粘结剂材料可以包括一种选自下组的金属，该组包括：铜、锡、银、钼、锌、钨、铁、镍、锑、以及它们的一种组合。在一个具体的实施例中，该粘结剂材料可以是一种包括铜和锡的金属合金。该铜和锡的金属合金可以是一种青铜材料，该青铜材料可以由组成分别为按重量计60:40的铜和锡而形成。
根据一个具体实施例，该铜和锡的金属合金可以包括某一铜含量，使得最终形成的粘结的磨料物品具有适当的机械特征和研磨性能。例如，该铜和锡的金属合金可以包括不大于约70％的铜，如不大于约65％的铜、不大于约60％、不大于约50％的铜、不大于约45％的铜、或甚至不大于约40％的铜。在特定情况下，铜的量值是在约30％与约65％之间的范围内，并且更特别地是在约40％与约65％之间。
某些铜和锡的金属合金可以具有最少量的锡。例如，该金属合金可以包括占该组合物总量的至少约30％的锡。在其他情况下，锡的量可以更大，例如至少约35％、至少约40％、至少约45％、至少约50％、至少约60％、至少约65％、或甚至于至少约75％。某些粘结剂材料可以包括具有的锡量在约30％与约80％之间、约30％与约70％之间、或甚至约35％与约65％之间的范围内的一种铜和锡的金属合金。
在一个替代实施例中，该粘结剂材料可以是一种锡基材料，其中这些锡基材料包括相对于材料中存在的其他化合物而言含有大半含量的锡的多种金属和金属合金。例如，该粘结剂材料可以主要由锡组成。而且，可以使用包括不大于约10％的其他合金化材料(特别是金属)的某些锡基粘结剂材料。
该混合物可以包含相等部分的磨料颗粒与粘结剂。然而，在某些实施例中，该混合物可以被形成为使得该混合物中粘结剂材料的量可以小于磨料颗粒的量。这样一种混合物有助于具有某些特性的一种粘结的磨料物品，这些特性将在此更详细地描述。
除了这些磨料颗粒和粘结剂材料之外，该混合物可以进一步包括一种活性粘结剂组合物前体。该活性粘结剂组合物前体包括一种可以加入该混合物中的材料，该前体之后协助该粘结的磨料本体的某些组分(包括例如微粒材料(例如，磨料颗粒和/或填充剂)与粘结剂材料)之间的化学反应。该活性粘结剂组合物前体能以少量加入到该混合物中，并且特别地以小于该混合物中存在的磨料颗粒量的量值加入。
根据一个实施例，该活性粘结剂组合物前体可以包括含一种金属或金属合金的一种组合物。更具体地说，该活性粘结剂组合物前体可以包括含氢的一种组合物或络合物。例如，该活性粘结剂组合物前体可以包括一种金属氢化物，并且更具体地可以包括一种诸如氢化钛的材料。在一个实施例中，该活性粘结剂组合物前体主要由氢化钛组成。
该混合物一般包括少量的该活性粘结剂组合物前体。例如，该混合物可以包括占该混合物总重量的不大于约40wt％的活性粘结剂组合物前体。在其他实施例中，该混合物内的活性粘结剂组合物前体的量值可以更小，如不大于约35wt％、不大于约30wt％、不大于约28wt％、不大于约26wt％、不大于约23wt％、不大于约18wt％、不大于约15wt％、不大于约12wt％、或甚至不大于约10wt％。在特定情况下，该混合物内的活性粘结剂组合物前体的量值可以在约2wt％与约40wt％之间的范围内，如在约4wt％与约35wt％之间、在约8wt％与约28wt％之间、在约10wt％与约28wt％之间、或甚至在约12wt％与约26wt％之间。
该混合物可进一步包括一种粘合剂材料。该粘合剂材料可以用于在该粘结的磨料物品的成型过程中提供适当的强度。某些适合的粘合剂材料可以包括一种有机材料。例如，该有机材料可以是诸如热固性材料、热塑性塑料、黏合剂、及其组合的一种材料。在一种特定情况下，该粘合剂材料的有机材料包括：诸如聚酰亚胺类、聚酰胺类、树脂类、芳族聚酰胺类、环氧化物、聚酯类、聚氨酯类、乙酸酯类、纤维素及其组合的一种材料。在一个实施例中，该混合物可以包括如下一种粘合剂材料，该材料利用了一种热塑性材料的组合，该组合被配置为在特定温度下固化。在另一个实施例中，该粘合剂材料可以包括一种适合于促进该混合物的组分之间的附连的粘粘附剂材料。该粘合剂可以处于液体的形式，包括例如一种水基或非水基化合物。
一般，该粘合剂材料能以小量值(按重量计)存在于该混合物中。例如，该粘合剂存在的量值可以显著小于该磨料颗粒、粘结剂材料、或该活性粘结剂组合物前体的量值。例如，该混合物可以包括占该混合物总重量的不大于约40wt％的粘合剂材料。在其他实施例中，该混合物内的粘合剂材料的量值可以更小，如不大于约35wt％、不大于约30wt％、不大于约28wt％、不大于约26wt％、不大于约23wt％、不大于约18wt％、不大于约15wt％、不大于约12wt％、或甚至不大于约10wt％。在特定情况下，该混合物内的粘合剂材料的量值可以在约2wt％与约40wt％之间的范围内，如在约4wt％与约35wt％之间、在约8wt％与约28wt％之间、在约10wt％与约28wt％之间、或甚至在约12wt％与约26wt％之间。
该混合物可进一步包括某一量值的填充剂。这些填充剂可以是一种微粒材料，该微粒材料可以替换该混合物中的某些组分，包括例如这些磨料颗粒。值得注意地，这些填充剂可以是可以掺入该混合物中的一种微粒材料，其中这些填充剂在最终形成的粘结的磨料本体中基本上维持了它们的原始尺寸和形状。适当的填充剂的例子可以包括：氧化物类、碳化物类、硼化物类、硅化物类、氮化物类、氧氮化合物类、碳氧化物类、硅酸盐类、石墨、硅、金属间化合物类、陶瓷、空心陶瓷、熔融石英、玻璃、玻璃陶瓷、空心玻璃球、天然材料如贝壳、以及它们的一种组合。
值得注意地，某些填充剂具有的硬度可以小于这些磨料颗粒的硬度。另外，该混合物可以被形成为使得这些填充剂存在的量值是不大于该混合物总体积的约90vol％。使用体积百分比来描述填充剂的含量，因为填充剂可以根据微粒的类型而具有变化的密度，如空心球体相对于重微粒。在其他实施例中，该混合物内的填充剂的量值可以是不大于约80wt％，如不大于约70wt％、不大于约60wt％、不大于约50wt％、不大于约40wt％、不大于约30wt％、或甚至不大于约20wt％。
某些成型工艺可以利用比磨料颗粒量更大的量值的填充剂材料。例如，可以将几乎全部的磨料颗粒用一种或多种填充剂材料来替换。在其他情况下，可以将大半含量的磨料颗粒用填充剂材料来替换。在其他实施例中，可以将小部分的磨料颗粒用填充剂材料来替换。
此外，这些填充剂具有的平均微粒尺寸可以显著小于这些磨料颗粒的平均砂砾尺寸。例如，这些填充剂的平均微粒尺寸可以比这些磨料颗粒的平均砂砾尺寸小至少约5％，如小至少约10％，如小至少约15％、小至少约20％、或甚至小至少约25％，基于这些磨料颗粒的平均砂砾尺寸。
在某些其他实施例中，这些填充剂可以具有大于这些磨料颗粒的平均微粒尺寸，特别是在填充剂为空心体的背景下。
在特定情况下，该填充剂材料可以具有不大于约10MPa m0.5的断裂韧度(K1c)，如使用从CSM压痕测试器公司(CSM Indentation Testers,Inc.)(瑞士)或类似公司可得到的一种金刚石探针经由ISO 14577的标准化试验通过纳米压痕试验测得的。在其他实施例中，该填充剂具有的断裂韧度(K1c)可以是不大于约9MPa m0.5，如不大于约8MPa m0.5、或甚至不大于约7MPa m0.5。而且，这些填充剂的平均断裂韧度可以是在约0.5MPa m0.5与约10MPa m0.5之间的范围内，如在约1MPa m0.5与约9MPa m0.5之间的范围内、或甚至在约1MPa m0.5与约7MPa m0.5之间的范围内。
在形成该混合物之后，形成该粘结的磨料物品的方法通过剪切该混合物而继续使得它具有适当的流变学特征。例如，可以将该混合物剪切直到它具有一个特定的粘度(如至少约100厘泊)、并且可以具有是半液体的一种稠度(例如，一种泥状的稠度)。在其他情况下，它可以具有低得多的粘度，如一种糊剂。
在剪切该混合物之后，该方法通过由该混合物来形成团聚体而继续。形成团聚体的过程可以在开始时包括一个干燥该混合物的过程。具体地说，该干燥过程可以在适合于使该混合物中所含的粘结剂内的一种有机组分(例如，热固性材料)固化的温度下进行、并且去除该混合物内的某些挥发物(例如，湿气)的一部分。因此，在适当固化该粘合剂材料内的有机材料之后，该混合物可以具有一种硬化的或半硬化的形式。特别合适的干燥温度可以是不大于约250℃，并且更特别地是在约0℃与约250℃之间的范围内。
在适当温度下干燥该混合物之后，可以通过破碎该硬化的形式来继续这个形成团聚体的过程。在破碎该硬化的形式之后，这些破碎的颗粒包括该混合物中所含组分的团聚体，包括这些磨料颗粒和粘结剂材料。该形成团聚体的过程接着可以包括筛选该破碎的微粒以得到团聚体尺寸的一种适当分布。
在形成团聚体之后，可以通过将这些团聚体成型为最终形成的粘结的磨料物品的所希望形状来继续该过程。一种适当的成型过程包括用这些团聚颗粒填充一个模具。在填充该模具之后，可以压制这些团聚体以形成一种具有该模具的尺寸的生坯(即，未烧结的)。根据一个实施例，压制可以在至少约0.01吨/英寸(ton/in2)的该粘结的磨料物品的面积的一个压力下进行。在其他实施方案中，该压力可以更大，如在至少约0.1tons/in2、至少约0.5tons/in2、至少约1ton/in2、或甚至于至少约2tons/in2的等级上。在一个具体的实施方案中，进行压制的压力是在约0.01ton/in2与约5tons/in2之间的范围内，或更特别地是在约0.5tons/in2与约3tons/in2之间的范围内。
在使混合物成型以形成该生坯物品之后，可以通过处理该生坯物品来继续该方法。处理可以包括热处理该生坯物品，并且特别是烧结该生坯物品。在一个具体的实施例中，处理包括液相烧结而形成该粘结的磨料本体。值得注意地，液相烧结包括形成该生坯物品的某些组分(特别是该粘结剂材料)的一个液相，使得在该烧结温度下该粘结剂材料的至少一部分存在于该液相中并且自由流动。值得注意地，液相烧结不是通常地用于通过使用一种金属粘结剂材料来形成粘结的磨料的一种工艺。
根据一个实施例，处理该生坯物品包括将该生坯物品加热到至少400℃的一个液相烧结温度。在其他实施例中，该液相烧结温度可以更大，例如至少500℃、至少约650℃、至少约800℃、或甚至于至少约900℃。在特定情况下，该液相烧结温度可以是在约400℃与约1100℃之间的范围内，如在约80℃、与约1100℃之间、并且更特别地是，在约800℃与1050℃之间的范围内。
处理(并且特别是烧结)可以在一个特定的持续时间内进行。该液相烧结温度下的烧结可以进行至少约10分钟、至少约20分钟、至少约30分钟、或甚至于至少约40分钟的一个持续时间。在具体的实施例中，该液相烧结温度下的烧结持续的时间可以在约10分钟与约90分钟之间的范围内，如在约10分钟与60分钟之间、或甚至在约15分钟与约45分钟之间。
处理该生坯物品可以进一步包括在特定的气氛下进行一个液相烧结过程。例如，该气氛可以是具有不大于约10-2托压力的一种减压气氛。在其他实施例中，该减压气氛具有的压力可以是不大于约10-3托、不大于约10-4托、如不大于约10-5托、或甚至不大于约10-6托。在特定情况下，该减压气氛可以在约10-2托与约10-6托之间的范围内。
另外，在处理该生坯物品的过程中，并且特别是在一个液相烧结过程中，该气氛可以是一种非氧化性(即，还原性)气氛。用于形成该还原性气氛的适当气态种类可以包括：氢气、氮气、稀有气体、一氧化碳、离解氨、以及它们的一种组合。在其他实施例中，在处理该生坯物品的过程中可以使用一种惰性气氛来限制这些金属和金属合金组分的氧化。
在完成该处理过程之后，形成了将磨料颗粒结合在一种金属粘结剂材料中的一种粘结的磨料物品。根据一个实施例，该磨料物品可以具有一个拥有特定特征的本体。例如，根据一个实施例，该粘结的磨料本体可以具有比该本体内的粘结剂材料体积显著更大的磨料颗粒体积。该粘结的磨料本体可以具有至少约1.3的VAG/VBM之比，其中VAG代表该粘结的磨料本体的总体积内磨料颗粒的体积百分比，并且VBM代表该粘结的磨料本体的总体积内粘结剂材料的体积百分比。根据另一个实施例，该VAG/VBM之比可以是至少约1.5，如至少约1.7、至少约2.0、至少约2.1、至少约2.2、或甚至于至少约2.5。在其他实施例中，该粘结的磨料本体可以被形成为使得该VAG/VBM之比是在约1.3与约9.0之间的范围内，如在约1.3与约8.0之间，如在约1.5与约7.0之间，如在约1.5与约6.0之间、在约2.0与约5.0之间、在约2.0与约4.0之间、在约2.1与约3.8之间、或甚至在约2.2与约3.5之间。
在更具体的意义上，该粘结的磨料本体可以包括占该粘结的磨料本体总体积的至少约30vol％的磨料颗粒。在其他情况下，磨料颗粒的含量更大，如至少约45vol％、至少约50vol％、至少约60vol％、至少约70vol％、或者甚至于至少约75vol％。在具体的实施例中，该粘结的磨料本体包括的磨料颗粒占该粘结的磨料本体总体积的约30vol％与约90vol％之间，如在约45vol％与约90vol％之间、在约50vol％与约85vol％之间、或甚至在约60vol％与约80vol％之间。
该粘结的磨料本体可以包括占该粘结的磨料本体总体积的不大于约45vol％的粘结剂材料。根据某些实施例，该粘结剂材料的含量更小，例如不大于约40vol％、不大于约30vol％、不大于约25vol％、不大于约20vol％、或者甚至不大于15vol％。在具体的实施例中，该粘结的磨料本体包括的粘结剂材料占该粘结的磨料本体总体积的约5vol％与约45vol％之间，如在约5vol％与约40vol％之间、在约5vol％与约30vol％之间、或甚至在约10vol％与约30vol％之间。
根据另一个实施例，这里的粘结的磨料本体可以包括某一含量的孔隙率。例如，该粘结的磨料本体可以具有占该粘结的磨料本体总体积的至少5vol％的孔隙率。在其他实施例中，该粘结的磨料本体具有的孔隙率可以占该本体总体积的至少约10vol％，如至少约12vol％、至少约18vol％、至少约20vol％、至少约25vol％、至少约30vol％、或甚至于至少约35vol％。而且，在其他实施例中，该粘结的磨料本体可以包括占该本体总体积的不大于约80vol％的孔隙率。在其他物品中，对于该本体的总体积，该粘结的磨料本体可以具有不大于约70vol％、不大于约60vol％、55vol％的孔隙率，如不大于约50vol％的孔隙率、不大于约48％的孔隙率、不大于约44vol％的孔隙率、不大于约40vol％的孔隙率、或甚至不大于约35vol％的孔隙率。将了解的是该孔隙率可以落入在此列出的这些最小和最大值任意之间的范围内。
该粘结的磨料本体可以被形成为使得该粘结的磨料本体内的某一含量的孔隙率是连通孔隙率。连通孔隙率限定了延伸穿过该粘结的磨料本体体积的多个连通通道(即，孔)的一个网络。例如，该本体的孔隙率的大半可以是连通孔隙率。事实上，在特定情况下，该粘结的磨料本体可以被形成为使得该粘结的磨料本体内存在的孔隙率的至少60％、至少约70％、至少约80％、至少约90％、或甚至于至少约95％是连通孔隙率。在某些情况下，该本体内存在的孔隙率基本上全都是连通孔隙率。因此，该粘结的磨料本体可以由两个相的一个连续网络来限定：由该粘结剂和磨料颗粒限定的一个固体相、以及由遍及该粘结的磨料本体在该固相之间延伸的孔隙率所限定的一个第二连续相。
根据另一个实施例，对于该粘结的磨料本体的总体积而言，与该粘结剂材料(VBM)相比，该粘结的磨料本体可以具有一个特定比率的微粒材料(VP)，该微粒材料包括磨料颗粒以及填充剂。将了解的是该微粒材料和该粘结剂材料的量值以该组分作为该本体总体积一部分的体积百分比而测得。例如，这里这些实施例的粘结的磨料本体可以具有至少约1.5的比率(VP/VBM)。在其他实施例中，该比率(VP/VBM)可以是至少约1.7、至少约2.0、至少约2.2、至少约2.5、或甚至于至少约2.8。在特定情况下，该比率(VP/VBM)可以是在1.5与约9.0之间的范围内，如在约1.5与8.0之间，如在约1.5与约7.0之间、在约1.7与约7.0之间、在约1.7与约6.0之间、在约1.7与约5.5之间、或甚至在约2.0与约5.5之间。这样，该粘结的磨料本体可以结合与该粘结剂材料相比更高含量的微粒材料，该微粒材料包括填充剂和磨料颗粒。
根据一个实施例，该磨料本体可以包括一个量值(vol％)的填充剂，该量值可以小于、等于、或甚至大于该粘结的磨料本体的总体积内存在的磨料颗粒的量值(vol％)。某些磨料物品可以使用占该粘结的磨料本体总体积的不大于约75vol％的填充剂。根据某些实施例，该本体中的填充剂含量可以是不大于约50vol％、不大于约40vol％、不大于约30vol％、不大于约20vol％、或者甚至不大于约15vol％。在具体的实施例中，该粘结的磨料本体包括的填充剂占该粘结的磨料本体总体积的约1vol％与约75vol％之间，如在约1vol％与约50vol％之间、在约1vol％与约20vol％之间、或甚至在约1vol％与约15vol％之间。在一种情况下，该粘结的磨料本体可以基本上不含填充剂。
这里这些实施例的粘结的磨料本体可以具有一个特定含量的活性粘结剂组合物。如将了解的，该活性粘结剂组合物可以是由该活性粘结剂组合物前体与该粘结的磨料本体的某些组分(包括例如，磨料颗粒、填充剂、以及粘结剂材料)之间的一个反应所形成的一种反应产物。该活性粘结剂组合物可以有助于该本体内的微粒(例如，磨料颗粒或填充剂)与该粘结剂材料之间的化学结合，这可以有助于微粒在该粘结剂材料中的保持。
具体地说，该活性粘结剂组合物可以包括不同的相，这些相可以被安置在该粘结的磨料本体的不同区域中。此外，该活性粘结剂组合物可以根据该组合物的位置而具有一种特定的组成。例如，该活性粘结剂组合物可以包括一个沉淀的相以及一个界面相。该沉淀的相可以存在于该粘结剂材料中并且可以作为一不同的相被分散遍及该粘结剂材料的体积。该界面相可以被安置在该微粒材料(即，磨料颗粒和/或填充剂)与该粘结剂材料之间的界面处。该界面相可以绕着在该本体的微粒材料的表面区域的大部分而延伸。尽管没有完全理解，但理论上这些不同的相以及该活性粘结剂组合物的组成上的差别是归因于这些成形工艺，特别是液相烧结。
因此，该粘结剂材料可以是包含一个粘结剂相以及一个沉淀的相的一种复合材料，这些相是单独的相。该沉淀的相可以由包含该活性粘结剂组合物的至少一种元素以及该粘结剂材料的至少一种元素的一种组合物制成。值得注意地，该沉淀的相可以包括开始使作为粘结剂材料提供在该混合物中的至少一种金属元素。该沉淀的相可以是一种金属或金属合金化合物或络合物。在具体实施例中，该沉淀的相可以包括一种选自以下材料组的材料，该组由以下各项组成：钛、钒、铬、锆、铪、钨、以及它们的一种组合。在更特别的情况下，该沉淀的相包括钛、并且可以主要由钛和锡组成。
该粘结剂材料的粘结剂相可以包括一种过渡金属元素，并且特别是包括在该原始粘结剂材料中用于形成该混合物的一种金属元素。这样，该粘结剂相可以由一种选自下金属组的材料形成，该组由以下各项组成：铜、锡、银、钼、锌、钨、铁、镍、锑、以及它们的一种组合。在特定情况下，该粘结剂相可以包括铜、并且可以是一种铜基化合物或络合物。在某些实施例中，该粘结剂相主要由铜组成。
该界面相可以包括该活性粘结剂组合物的至少一种元素。此外，该界面相可以包括该微粒材料的至少一种元素。这样，该界面相可以是通过该活性粘结剂组合物与该微粒之间的化学反应所形成的一种化合物或络合物。某些界面相材料包括：碳化物、氧化物、氮化物、硼化物、氮氧化合物、硼氧化合物、碳氧化物、以及它们的一种组合。该界面相可以包括一种金属，并且更特别地可以是结合了一种金属的一种化合物，如一种金属碳化物、金属氮化物、金属氧化物、金属氧氮化合物、金属硼氧化合物、或金属碳氧化物。根据一个实施例，该界面相主要由下组中的一种材料形成，该组包括：碳化钛、氮化钛、硼氮化钛、钛铝氧化物、以及它们的一种组合。
此外，该界面相可以具有至少约0.1微米的平均厚度。然而，并且更特别地，该界面相可以根据该界面相所覆盖的微粒材料的尺寸而具有不同的厚度。例如，关于具有小于10微米的平均尺寸的磨料颗粒和/或填充剂，该界面相具有的厚度可以在该微粒的平均尺寸的约1％至20％之间。对于具有的平均尺寸在约10微米与约50微米之间的范围内的微粒材料，该界面相具有的厚度可以在该微粒的平均尺寸的约1％至约10％之间的范围内。对于具有的平均尺寸在约50微米与约500微米之间的范围内的微粒材料，该界面相具有的厚度可以在该微粒的平均尺寸的约0.5％至约10％之间的范围内。对于具有的平均尺寸大于约500微米的微粒材料，该界面相具有的厚度可以在该微粒的平均尺寸的约0.1％至约0.5％之间的范围内。
图8-11包括根据一个实施例的一种粘结的磨料本体的微结构的放大图像。图8包括一个粘结的磨料本体的一部分的截面的一张扫描电镜图像(在背散射模式下运行)，该粘结的磨料本体包括磨料颗粒801以及在这些磨料颗粒801之间延伸的粘结剂材料803。如所展示的，该粘结剂材料803包括两个不同的材料相：由一个较淡颜色表示的并且延伸穿过粘结剂材料803体积的一个沉淀的相805、以及由一个较深颜色表示的并且延伸穿过粘结剂材料803体积的一个粘结剂相806。
图9-11包括图8的粘结的磨料本体的相同区域的放大图像，使用了微探针分析来确定存在于该本体的某些区域中的选定元素。图9包括图8的区域的一个微探针图像，其模式被设定为确定富含铜的区域，这样更淡的区域表示存在铜的区域。根据一个实施例，该粘结剂材料803可以包括铜和锡的一种金属合金。根据一个更具体的实施例，该粘结剂材料803的粘结剂相806(是该粘结剂材料803的至少两个不同的相之一)可以比该沉淀的相805具有更大的量值铜存在。
图10包括图8和图9的区域的放大图像，使用了微探针分析来确定存在于该粘结的磨料本体的某些区域中的选定元素。图10使用了一种微探针，其模式被设定为确定存在锡的区域，这样更淡的区域表示锡更多的区域。如所展示的，该粘结剂材料803的沉淀的相805比粘结剂相806具有更大含量的锡。
图11包括图8-10的区域的放大图像，使用了微探针分析。具体地说，图11使用了一种微探针，其模式被设定为确定存在钛的区域，使得更淡的区域表示钛更多的区域。如所展示的，该粘结剂材料803的沉淀的相805比粘结剂相806具有更大含量的钛。图11还提供了磨料颗粒801与粘结剂材料803的界面处的界面相1101的证据。如图11所显示的，界面相1101包括特别高含量的钛，表明该活性粘结剂组合物前体的钛可以优先迁移到该微粒(即，磨料颗粒801)的界面并且与这些磨料颗粒进行化学反应而形成如在此描述的一个界面相化合物。
图8-11提供了一种意外现象的证据。尽管这没有完全被理解，但该原始的包括铜和锡的粘结剂材料在加工过程中被分开，这在理论上是归因于该液相烧结过程。该锡和铜变为不同的相，分别是沉淀的相805和粘结剂相806。此外，该锡优先与存在于该活性粘结剂组合物前体材料中的钛结合而形成该沉淀的相805。
根据一个实施例，该粘结的磨料本体可以包括占该粘结剂材料的总体积的至少约1vol％的该活性粘结剂组合物，这部分包括该活性粘结剂组合物的所有相，如该界面相和该沉淀物相。在其他情况下，该粘结剂内的活性粘结剂组合物的量值可以更大，例如至少约4vol％、至少约6vol％、至少约10vol％、至少约12vol％、至少约14vol％、至少约15vol％、或者甚至于至少约18vol％。在特定情况下，该粘结剂材料包含的活性粘结剂组合物的量值是在约1vol％与约40vol％之间的范围内，如在约1vol％与30vol％之间、在约1vol％与约25vol％之间、在约4vol％与约25vol％之间、或者在约6vol％与约25vol％之间。在某些情况下，对于该粘结剂材料的总体积，活性粘结剂组合物的量值是在约10vol％与约30vol％之间的范围内，在约10vol％与约25vol％之间、或甚至在约12vol％与约20vol％之间。
该粘结的磨料本体被形成为使得该粘结剂材料可以具有一个特定的断裂韧度(K1c)。该粘结剂材料的韧度可以通过微压痕试验或纳米压痕试验进行测量。微压痕试验通过在一个抛光的样品上产生裂纹的原理来测量断裂韧性，这是通过在该材料(包括例如在当前情况下，是在该粘结剂材料中)内的一个特定位置处加载一个压痕器。例如，可以根据“Indentation of Brittle materials[脆性材料的压痕]”,MicroindentationTechniques in Materials Science and Engineering[材料科学与工程中的微压痕技术]ASTM STP 889,D.B.Marshall和B.R.Lawn第26-46页中披露的方法来进行一个适当的微压痕试验。根据一个实施例，该粘结的磨料本体具有一种粘结剂材料，该粘结剂材料具有的平均断裂韧度(K1c)为不大于约4.0MPa m0.5。在其他实施例中，该粘结剂材料的平均断裂韧度(K1c)可以是不大于约3.75MPa m0.5，如不大于约3.5MPa m0.5、不大于约3.25MPa m0.5、不大于约3.0MPa m0.5、不大于约2.8MPa m0.5、或甚至不大于约2.5MPa m0.5。这些粘结剂材料的平均断裂韧度可以是在约0.6MPa m0.5与约4.0MPa m0.5之间的范围内，如在约0.6MPa m0.5与约3.5MPa m0.5之间的范围内、或甚至在约0.6MPa m0.5与约3.0MPa m0.5之间的范围内。
这里这些实施例的磨料物品可以具有特别的特性。例如，该粘结的磨料本体具有的破裂模量(MOR)可以是至少约2000psi，如至少约4000psi，并且更特别地是至少约6000psi。
这里这些实施例的粘结的磨料本体证明了在用于某些研磨操作中的特殊特性。具体而言，粘结的研磨轮可以用于未整修的研磨操作中，其中该粘结的磨料本体在该本体经历一个修正操作之后并不要求一个整修操作。传统地，进行修正操作来给予该磨料本体所希望的轮廓和形状。修正之后，对该磨料本体进行整修，典型地是用一个同等硬的或更硬的磨料元件来去除磨损的砂砾并且暴露出新的磨料颗粒。整修是用于常规磨料物品的一个耗时且必须的过程用于确保该磨料物品的恰当操作。发现这里这些实施例的粘结的磨料本体在使用过程中要求显著更少的整修并且具有超过常规磨料物品的显著改进的性能参数。
例如，在一个实施例中，在一个未整修的研磨操作过程中，一个实施例的粘结的磨料本体可以具有不大于约40％的功率变化，其中该功率变化是由公式[(Po–Pn/Po]×100％描述的。Po代表在一个初始研磨周期中用该粘结的磨料本体研磨一个工件所用的研磨功率(马来(Hp)或马力/英寸(Hp/in))并且Pn代表在第n个研磨周期中研磨该工件所用的研磨功率(马来或马力/英寸)，其中n≥4。因此，该功率变化衡量了从一个初始研磨周期到一个后续研磨周期的研磨功率上的变化，其中经历了至少4个研磨周期。
具体而言，这些研磨周期可以按一种连贯方式完成，这意味着在这些研磨周期之间在该粘结的磨料物品上没有进行修正或整修操作。这里这些实施例的粘结的磨料本体在某些研磨操作的过程中可以具有不大于约25％的功率变化。在另外其他的实施例中，该粘结的磨料本体的功率变化可以是不大于约20％，如不大于约15％，或甚至不大于约12％。某些磨料本体的功率变化可以是在约1％与约40％之间的范围内，如在约1％与约20％之间、或甚至在约1％与约12％之间。
进一步关于该功率变化，将要注意的是初始研磨周期(Po)与在第n个研磨周期中研磨该工件所用的研磨功率(Pn)之间的研磨功率的变化可以在多个研磨周期上进行测量，其中“n”是大于或等于4。在其他情况下，“n”可以是大于或等于6(即，至少6个研磨周期)、大于或等于10、或甚至大于或等于12。此外，将了解的是第n个研磨周期可以代表连贯的研磨周期，其中在这些研磨周期之间不在磨料物品上完成整修。
根据一个实施例，该粘结的磨料本体可以用于在其中的材料去除率(MRR’)是至少约1.0英寸3/分钟/英寸(in3/min/in)[10毫米3/秒/毫米(mm3/sec/mm)]的研磨操作中。在其他实施例中，使用这里这些实施例的粘结的磨料本体的研磨操作可以按至少约4.0in3/min/in[40mm3/sec/mm]的材料去除率进行，如至少约6.0in3/min/in[60mm3/sec/mm]、至少约7.0in3/min/in[70mm3/s ec/mm]、或甚至于至少约8.0in3/min/in[80mm3/sec/mm]。利用这里这些实施例的粘结的磨料本体的某些研磨操作进行时的材料去除率(MRR’)可以是在约1.0in3/min/in[10mm3/sec/mm]与约20in3/min/in[200mm3/sec/mm]之间的范围内、在约5.0in3/min/in[50mm3/sec/mm]与约18in3/min/in[180mm3/sec/mm]之间的范围内、在约6.0in3/min/in[60mm3/sec/mm]与约16in3/min/in[160mm3/sec/mm]之间的范围内、或甚至在约7.0in3/min/in[70mm3/sec/mm]与约14in3/min/in[140mm3/sec/mm]之间的范围内。
此外，该粘结的磨料本体可以被用于在其中该粘结的磨料本体以特定的表面速度旋转的研磨操作中。表面速度是指该轮在与该工件的接触点处的速度。例如，该粘结的磨料本体旋转时的速度可以是至少1500每分钟表面英尺(sfpm)，如至少约1800，如至少约2000sfpm、至少约2500sfpm、至少约5000sfpm、或甚至于至少10000sfpm。在特定情况下，该粘结的磨料本体旋转时的速度可以在约2000sfpm与约15000sfpm之间的范围内，如在约2000sfpm与12000sfpm之间。
该粘结的磨料本体可能适合于用在不同的研磨操作中，包括例如切入研磨操作、缓给进研磨操作、剥落研磨操作、槽研磨操作、以及类似操作。在一种特定情况下，该粘结的磨料本体适合用于端铣刀研磨应用中。在其他情况下，该粘结的磨料本体可能有用于对硬质和脆性工件(包括例如蓝宝石和石英材料)进行打薄。
此外，这里这些实施例的粘结的磨料本体可以用于如下研磨操作，其中在研磨后，该工件具有的平均表面粗糙度(Ra)是不大于约50微英寸(约1.25微米)。在其他情况下，该工件的平均表面粗糙度可以是不大于约40微英寸(约1微米)、或甚至不大于约30微英寸(约0.75微米)。
在其他实施例中，在用这里这些实施例的粘结的磨料物品进行研磨的过程中，至少三个连贯的研磨操作的平均表面粗糙度变化可以是不大于约35％。应注意的是连贯的研磨操作是其中在每个研磨操作之间不进行修正操作的这些操作。平均表面粗糙度的变化可以作为在进行每个单独的研磨操作的地方该工件上的每个位置处所测得的该工件的平均表面粗糙度(Ra)的标准偏差来计算。根据某些实施例，至少三个连贯的研磨操作的平均表面粗糙度变化可以是不大于约25％、不大于约20％、不大于约15％、不大于约10％、或甚至不大于约5％。
根据其他实施例，该粘结的磨料物品可以具有至少约1200的G比率。该G比率是从工件上去除的材料体积除以从该粘结的磨料本体上通过磨损而损失的材料体积。根据另一个实施例，该粘结的磨料本体具有的G比率可以是至少约1300，如至少约1400、至少约1500、至少约1600、至少约1700、或甚至于至少约1800。在某些情况下，该粘结的磨料本体的G比率可以是在约1200与约2500之间的范围内，如在约1200与约2300之间、或甚至在约1400与约2300之间。在此指出的这些G比率值可以在这里指出的材料去除率下实现。此外，所描述的这些G比率值可以在这里描述的各种工件材料类型上实现。
在其他意义上，该粘结的磨料物品具有的G比率可以显著改进的超过了常规的磨料物品，特别是金属粘结的磨料物品。例如，根据在此这些实施例的粘结的磨料本体的G比率可以比一种常规的磨料物品的G比率大出至少约5％。在其他情况下，G比率的改进可以更大，如至少约10％、至少约15％、至少约20％、至少约25％、或甚至于至少约30％。该粘结的磨料物品的具体实施例证明了与常规的粘结的磨料相比在G比率方面的增大，这种增大是在约5％与约200％之间的范围内、在约5％与约150％之间、在约5％与约125％之间、在约5％与约100％之间、在约10％与约75％之间、或甚至在约10％与约60％之间。
某些粘结的磨料本体证实了足够接近一个稳态研磨功率的一个初始研磨功率。一般，对于常规的金属粘结的磨料物品而言，该稳态研磨功率与初始研磨功率显著不同。这样，与常规的金属粘结的磨料物品相比，从初始研磨功率的研磨功率增大相对于这里这些实施例的粘结的磨料本体是特别低的。例如，这里这些实施例的粘结的磨料本体具有的初始研磨功率的增大可以是不大于约40％，如由公式[(Pn–Po)/Po]×100％所定义的。在该公式中，Po代表在一个初始研磨周期中用该粘结的磨料本体研磨该工件所用的初始研磨功率(马力或马力/英寸(Hp或Hp/in))并且Pn代表在第n个研磨周期中用该粘结的磨料本体研磨该工件所用的研磨功率(Hp或Hp/in)，其中n≥16。将了解的是这些研磨周期可以是连贯的研磨周期，其中不进行该粘结的磨料本体的修正或整修。
根据一个实施例，在使用这里这些实施例的粘结的磨料物品的研磨操作过程中，初始研磨功率的增大是不大于约35％，如不大于约30％、不大于约25％、不大于约20％、不大于约18％、不大于约15％、不大于约12％、不大于约10％、或甚至不大于约8％。在特定情况下，该粘结的磨料本体能够进行如下研磨操作：其中，初始研磨功率的增大可以是在约0.1％与约40％之间的范围内，如在约0.1％与约30％之间的范围内、在约1％与约15％之间的范围内、在约1％与约12％之间的范围内、或甚至在约1％与约8％之间的范围内。
在其他实施例中，这些粘结的磨料本体证实了在约3英寸/分钟的最小给进速率下在至少400秒的研磨时间内初始研磨功率的增大是不大于约10％。该初始研磨功率的增大可以由公式[(P400–Po)/Po]×100％来定义，其中Po代表在第一个研磨周期中用该粘结的磨料本体来初始研磨该工件所用的初始研磨功率(Hp或Hp/in)并且P400代表在400秒的研磨之后用该粘结的磨料本体研磨该工件所用的研磨功率(Hp或Hp/in)。在某些其他的研磨操作中，该粘结的磨料本体在约3英寸/分钟的最小给进速率下在至少约400秒的研磨时间内具有的初始研磨功率的增大可以是不大于约8％，如不大于约6％，如不大于约4％、或甚至不大于约2％。在特定的研磨应用中，该粘结的磨料本体证实了在约3英寸/分钟的最小给进速率下在至少400秒的研磨时间内初始研磨功率的增大是在约0.1％与约10％之间的范围内，如在约0.1％与约8％之间，如在约0.1％与约6％之间、或甚至在约0.1％与约4％之间。
这里这些实施例的粘结的磨料本体可以具有特殊的研磨性能，其中在至少3英寸/分钟的最小给进速率下在至少约800秒的研磨时间内该初始研磨功率的增大是不大于约20％。此类应用的初始研磨功率的增大可以由公式[(P800–Po)/Po]×100％来定义，其中Po代表在第一个研磨周期中用该粘结的磨料本体初始研磨该工件所用的初始研磨功率(Hp或Hp/in)并且P800代表在800秒的研磨之后用该粘结的磨料本体研磨该工件所用的研磨功率(Hp或Hp/in)。而且，对于这里这些实施例的某些粘结的磨料物品，在3英寸/分钟的最小给进速率下在至少800秒的时间内该初始研磨功率的增大可以更小，如不大于约15％、不大于约10％、或甚至不大于约8％。这里这些粘结的磨料本体在约3英寸/分钟的最小给进速率下在至少800秒的研磨时间内具有的初始研磨功率的增大可以是在约0.1％与约20％之间的范围内，如在约0.1％与约18％之间，如在约0.1％与约15％之间、或甚至在约0.1％与约8％之间。此类特性可能特别适合于在研磨硬质或超硬工件时该粘结的磨料本体的功能化。
根据另一个实施例，该粘结的磨料本体在至少约6英寸/分钟的最小给进速率下在至少800秒的研磨时间内可以具有一个有限的初始研磨功率的增大。例如，该初始研磨功率的增大在约6英寸/分钟的最小给进速率下在至少800秒的研磨时间内可以是不大于约20％，如不大于约15％、不大于约12％、或甚至不大于约10％。此类特性可能特别适合于在研磨硬质或超硬工件时该粘结的磨料本体的功能化。
这里这些实施例的粘结的磨料本体可以适合用于研磨某些工件，如特别硬的工件。例如，工件可以具有至少5GPa的平均维氏硬度。在其他情况下，这些工件的平均维氏硬度可以是至少约10GPa或甚至于至少约15GPa。
这些工件可以由金属、金属合金、氮化物、硼化物、碳化物、氧化物、氮氧化合物、硼氧化合物、碳氧化物、以及它们的组合制成。在特定情况下，这些工件可以是金属碳化物，包括例如，碳化钨。在由碳化钨制成的工件上进行研磨的示例性条件下，该碳化钨工件内的钴的量值可以是在按重量计约5％与约12％之间的范围内。
在进行某些研磨操作时，例如，在特别硬的材料上，该粘结的磨料本体可以在至少1800sfpm的速率下运行。在其他情况下，该粘结的磨料本体旋转时的速率可以是至少1900sfpm、至少约2200sfpm、或甚至于至少2350sfpm。在特定情况下，在研磨操作过程中该粘结的磨料本体旋转时的速率可以是在约1800sfpm与约3100sfpm之间的范围内，更特别地是，在约1900sfpm与约2350sfpm之间的范围内。
此外，这里这些实施例的粘结的磨料物品适合于某些研磨操作，例如像在特别硬的工件上以某些给进速率而进行的。例如，该给进速率可以是至少约2英寸/分钟。在其他情况下，该给进速率可以更大，如至少约3英寸/分钟、至少约3.5英寸/分钟、或至少约4英寸/分钟。具体的实施例可以将该粘结的磨料本体用于如下研磨操作中：其中该给进速率是在约2英寸/分钟与约10英寸/分钟之间的范围内，如在约3英寸/分钟与约8英寸/分钟之间的范围内。
在又一个实施例中，该粘结的磨料本体可以用于如下研磨操作中：其中在用磨料修正轮对该粘结的磨料本体进行修正之后，该粘结的磨料本体能够对一个具有至少5GPa的平均维氏硬度的工件研磨至少17个连贯的研磨周期而不超过该研磨机器的最大转轴功率。这样，这些粘结的磨料本体证实了一个改进的工作寿命，特别是在研磨硬质材料工件的情况下。事实上，该粘结的磨料本体能够在使用一个修正操作之前进行至少约20个连贯的研磨周期、至少约25个连贯的研磨周期、或至少约30个连贯的研磨周期。将了解的是提及连贯的研磨周期是指以一种连续方式进行的、在研磨周期之间不进行该粘结的磨料本体的修正或整修的那些研磨周期。
这里这些实施例的粘结的磨料本体与常规的粘结的磨料本体相比，总体上，常规的粘结的磨料物品在要求一个修正操作用于再锐化和表面重修之前在比较硬的工件上进行了不大于约16个连贯的研磨周期。这样，这里这些实施例的粘结的磨料本体证实了优于常规的金属粘结的、粘结的磨料的一种可用研磨时间的改进，如通过在必须要一个修正操作或者研磨功率超过研磨机器的功率容量之前所进行的连贯的研磨周期的数目而测量的。
工业上测量研磨性能的另一种值得注意的改进是部件数/整修，这是对于在一个具体的磨料物品在该磨料物品要求整修以维持性能之前可以机加工的部件数目的衡量。根据一个实施例，这里这些实施例的粘结的磨料本体与一种常规的金属粘结的磨料物品相比可以在一个工件上具有至少约10％的研磨效率的增大，如通过部件数/整修所测得的。根据另一个实施例，与常规的金属粘结的磨料物品相比该研磨效率的增大是至少约20％，如至少约30％、至少约40％、或甚至于至少约50％。值得注意地，此类常规的金属粘结的磨料物品可以包括现有技术的物品，如从圣戈班公司(Saint-Gobain Corporation)可得到的G-Force和Spector品牌的磨料物品。在具体情况下，通过部件数/整修所测得的研磨效率的增大可以是在约10％与约200％之间的范围内，如在约20％与约200％之间、在约50％与约200％之间、或甚至在约50％与约150％之间的等级上。将了解的是此种改进可以在这里描述的研磨条件下在这里描述的工件上实现。
另外，这里这些实施例的粘结的磨料物品可以具有在工业上由磨损速率测得的研磨性能的改进，这是对一个磨料物品在研磨过程中经历的磨损的一种衡量。根据一个实施例，这里这些实施例的粘结的磨料本体具有磨损速率的改进，使得该磨料物品与一种常规的金属粘结的磨料物品的磨损速率相比以小至少5％的速率发生磨损。根据另一个实施例，与常规的金属粘结的磨料物品相比该磨损速率是小至少约8％，如至少约10％、至少约12％、或甚至于至少约15％。在特定情况下，该磨损速率的改进可以是在约5％与约100％之间的范围内，如在约5％与约75％之间、在约5％与约0％之间、或甚至在约5％与约50％之间的等级上。将了解的是此种改进可以在这里描述的研磨条件下在这里描述的工件上实现。
在工业上衡量的研磨性能的另一种值得注意的改进是磨损速率，这是对一个磨料物品在研磨过程中经历的磨损的一种衡量。根据一个实施例，这里这些实施例的粘结的磨料本体可以具有磨损速率的改进，使得该磨料物品与一种常规的金属粘结的磨料物品的磨损速率相比以小至少5％的速率发生磨损。根据另一个实施例，与常规的金属粘结的磨料物品相比该磨损速率是小至少约8％，如至少约10％、至少约12％、或甚至于至少约15％。在特定情况下，该磨损速率的改进可以是在约5％与约100％之间的范围内，如在约5％与约75％之间、在约5％与约60％之间、或甚至在约5％与约50％之间的等级上。将了解的是此种改进可以在这里描述的研磨条件下在这里描述的工件上实现。
这里这些实施例的磨料物品证实了的在研磨性能上的另一种显著改进包括可用研磨速率的增大。研磨速率是在不牺牲表面光洁度或超过该机器或粘结的磨料物品的研磨功率的情况下可以成型一个工件的速度。根据一个实施例，这里这些实施例的粘结的磨料本体可以具有研磨速率的改进，使得该磨料物品与一种常规的金属粘结的磨料物品相比能以快至少5％的速率进行研磨。在其他情况下，与常规的金属粘结的磨料物品相比，该研磨速率可以更大，如小出至少约8％、至少约10％、至少约12％、至少约15％、至少约20％、或甚至于至少约25％。对于这里的某些粘结的磨料物品，研磨速率的改进可以是在约5％与约100％之间的范围内，如在约5％与约75％之间、在约5％与约60％之间、或甚至在约5％与约50％之间的等级上。将了解的是此种改进可以在这里描述的研磨条件下在这里描述的工件上实现。
值得注意地，此种研磨速率的改进可以在保持在此指出的其他研磨参数的同时得以实现。例如，研磨速率的改进可以在还具有在此指出的初始研磨功率的有限增大、在此指出的表面光洁度的有限变化、以及在此指出的有限磨损速率的同时得以实现。
图12包括根据一个实施例的一种粘结的磨料本体的一个放大图像。如所展示的，该粘结的磨料本体包括在一种粘结剂材料1202中包含的并且被其包围的磨料颗粒1201，该粘结剂材料包括一种金属或金属合金材料。如进一步展示的，该粘结的磨料本体具有一种基本上开放的结构，包括在这些磨料颗粒1201以及粘结剂材料1202之间延伸的孔1203。从图12中很明显，该粘结的磨料本体包括显著量值(vol％)的磨料颗粒1201，使得该结构主要包含通过该粘结剂材料1202而粘结在一起的磨料颗粒1201。此外，这些磨料颗粒1201是彼此紧邻的，并且极少的粘结剂材料1202将磨料颗粒1201分开，从而证明了磨料颗粒1201与粘结剂材料1202之间的高比率。
实例
实例1
将一个第一粘结的磨料样品制成一个具有工业上理解的1A1形状的4英寸直径的轮。该样品的成形包括产生一种混合物，该混合物包括45.96克青铜粉末(即铜:锡为按重量计60:40)，该粉末具有325美国筛目的大小、是从位于美国桑迪胡克村斐洛柯蒂斯路27号邮编06482(27Philo Curtis Road,Sandy Hook,CT 06482,USA)的康涅狄格州工程联合公司(Connecticut Engineering Associate Corporation)得到的。将该青铜粉末与5.11克具有相同大小的、购自美国的新泽西州新普罗维登斯的凯密特尔化学制品(ChemetallChemical Products,New Providence New Jersey,USA)的氢化钛进行干混。还将具有-120/+140的美国筛目大小的立方氮化硼磨料颗粒与该青铜粉末和氢化钛进行混合。这些磨料颗粒是来自美国马萨诸塞州伍斯特市圣戈班陶瓷和塑料公司(Saint-Gobain Ceramicsand Plastics,Worcester,MA)，并且是作为CBN-V可商购的。
在添加这些磨料颗粒之后，将8.15克有机粘合剂加入该混合物中并将该混合物剪切至一种泥浆稠度。该有机粘合剂包括一种由沃科尔莫诺伊公司(Wall Colmonoy Co.)在品牌名称S-binder下出售的热塑树脂以及来自维特公司(Vitta Corporation)的一种K424粘结剂。接着将该混合物烘干以去除湿气。将干燥过的混合物破碎并筛分以得到团聚体。将这些团聚体放入一个具有环形形状并且限定了4英寸的外部公称直径和3.2英寸的内部直径的钢质模具中。在2.4tons/in2下压制这些团聚体以形成一个生坯物品。将该生坯物品在950℃下于一种具有的压力为约10-4托的还原气氛中烧结30分钟。最终形成的粘结的磨料具有3.0的比率(VAG/VBM)以及占该本体的总体积为34体积百分比的孔隙率(100％的连通孔隙率)的量值。
使用环氧树脂将一个钢质内芯附接到该粘结的磨料本体上并进一步精整、平衡并进行速度试验以完成该轮的制造过程。为识别而将该轮标记为样品1。
使用样品1在Bryant OD/ID研磨机上以一种外部圆柱形切入研磨方式来研磨一个52100轴承钢工件，该工件开始时被硬化至58-62HRC。这些工件处于52100钢盘的形式，直径4英寸，并且该研磨操作是一种外部圆柱形切入研磨。开始时，在研磨之前将样品1安装在该机器转轴上并用一个BPR金刚石辊进行修正，该辊从美国北卡罗来纳州雅顿的圣戈班磨料公司(Saint-Gobain Abrasives,Arden,NC)作为BPR辊可商购。修正参数在表1中示出。
表1
在修正之后不用磨料棒来整修样品1，因为该磨料砂砾被充分暴露，读取这些磨料本体用于一个未整修的研磨操作的读数。研磨参数在表2中示出。
表2
磨轮直径，英寸 4
磨轮的每分钟转数 13051
磨轮速度，每分钟英尺 13743
工件直径，英寸 3.7
工件的每分钟转数 168
工件速度，每分钟英尺 163
磨轮与工件的速度比 84
当量直径，英寸 1.92
磨轮宽度，英寸 0.5
工件宽度，英寸 0.25
研磨宽度，英寸 1.106
研磨方式 切入
总的横给进量，英寸 0.015
横给进速率，英寸/秒(Q’＝0.5) 0.00071
横给进速率，英寸/秒(Q’＝1.0) 0.00143
横给进速率，英寸/秒(Q’＝2.0) 0.00286
图1包括在表2提供的研磨条件下在两个不同的材料去除率(MRR’)下(即，1in3/min/in和2in3/min/in)样品1的研磨功率(HP/in)相对于研磨周期数的一个曲线图。若所证实的，曲线101证明了样品1能够在1in3/min/in的MRR’下以11Hp/in的初始研磨功率以及5个连贯的研磨周期后10Hp/in的研磨功率而研磨该工件。曲线102显示样品1能够在2in3/min/in的MRR’下以19Hp/in的初始研磨功率以及5个连贯的研磨周期后16Hp/in的研磨功率而研磨该工件。在1in3/min/in的MRR’下样品1在研磨该工件时的功率变化是9％，并且在2in3/min/in的MRR’下样品1在研磨该工件时的功率变化是16％。因此，样品1证实了在一个初始研磨功率与5个连贯的研磨操作之后的一个稳态研磨功率之间的很小的变化。该工件具有约0.25英寸的宽度并且这些磨轮样品被形成为具有0.5英寸的宽度。用来计算MRR’的宽度为0.25英寸，是该工件的宽度。
图1进一步包括一种常见地从圣戈班公司(Saint-Gobain Corporation)作为G-Force磨轮B181-75UP061可商购的常规的金属粘结的磨料物品(样品MBS1)的研磨功率(HP/in)相对于研磨周期数的两个曲线图。如所证实的，曲线103证明样品MBS1能够在1in3/min/in的MRR’下以40Hp/in的初始研磨功率研磨该工件。在5个连贯的研磨周期后，对于1in3/min/in的MRR’，样品MBS1以10Hp/in的功率进行研磨。样品MBS1证实了在一种未整修的研磨操作中75％的功率变化。
曲线104证明样品MBS1能够在2in3/min/in的MRR’下以50Hp/in的初始研磨功率研磨该工件。在5个连贯的研磨周期后，对于2in3/min/in的MRR’，样品MBS1以10Hp/in的功率进行研磨。样品MBS1证实了在一种未整修的研磨操作中84％的功率变化。很清楚，在一个未整修的研磨操作中，这里这些实施例的粘结的磨料物品证实了优于现有技术的磨轮的在研磨功率变化方面显著改进的性能。
图2包括在表2提供的研磨条件下在这两个不同的材料去除率(MRR’)(即，1in3/min/in和2in3/min/in)下样品1的表面光洁度或表面粗糙度(Ra)相对于研磨周期数的一个曲线图。如所证实的，样品(曲线201和202所代表的)在这两个材料去除率下在多个连贯的研磨周期之后在该工件上提供了不大于约30微英寸的表面光洁度(Ra)。此外，在初始研磨操作与第五个研磨周期之间所有测得的表面光洁度值的变化(即，所有测量结果的标准偏差)不会变化大于2。
图2进一步包括在表2提供的研磨条件下在这两个不同的材料去除率(MRR’)(即，1in3/min/in和2in3/min/in)下样品BMS1的表面光洁度(Ra)相对于研磨周期数。如曲线203和204证实的，样品MBS1在这两个材料去除率下实现的表面光洁度在这两个材料去除率下初始地是30微英寸、并且在另外的连贯研磨时显著升高，其值在1in3/min/in和2in3/min/in的材料去除率下分别是50微英寸和约60微英寸。样品MBS1在这两个材料去除率下的平均表面光洁度是约40微英寸并且在这两个材料去除率下表面光洁度的变化(标准偏差)是约10。很清楚，与样品MBS1相比，样品1能够在多个连贯的研磨周期之后在该工件上提供优越的表面光洁度。
实例2
使用与在此提供的样品1相同的方法来制作样品2。样品2包括一定量值的熔融石英填充剂材料，这代替了该磨料颗粒材料的25％。该熔融石英的尺寸是-120/+140美国筛目并且是由华盛顿米尔斯(Washington Mills)生产的。最终形成的粘结的磨料具有2.3的比率(VP/VBM)以及占该本体的总体积为29％体积百分比的孔隙率(100％的连通孔隙率)的量值。
为了比较，在该试验中也包括一个B126-M160VT2B规格的玻璃化的CBN磨轮作为样品C1。这样一个研磨轮常见地是从圣戈班公司(Saint-Gobain Corporation)作为B126-M160VT2B磨料轮可商购的。
图3包括在表2提供的条件下样品1(为曲线301)、样品2(为曲线303)、和样品C1(为曲线305)的研磨功率(HP/in)相对于研磨周期数的曲线图。在研磨过程中使用2in3/min/in的材料去除率。如曲线301所证实的，样品1能够以18Hp/in的初始研磨功率以及5个连贯的研磨周期后16Hp/in的研磨功率研磨该工件，功率变化是约16％。曲线303显示样品2能够以17Hp/in的初始研磨功率以及5个连贯的研磨周期后15Hp/in的研磨功率研磨该工件，功率变化是约12％。通过比较，如曲线305所示的，该常规的玻璃化的粘结的磨料样品与样品2具有相同的功率变化，并且功率变化是约12％。这样并且相当意外地，样品1和2尽管是金属粘结的磨料物品，但行为更像一种玻璃化的粘结的磨料物品，具有一种脆性的粘结剂组分以及低的功率变化。
实例3
使用与样品1相同的成形方法来形成一个第三样品(样品3)。使用372克的具有60/40铜/锡的一种金属粘结剂组合物、41克的一种氢化钛的活性粘结剂组合物前体、359克的B181尺寸的CBN-V磨料颗粒、131克的尺寸100筛目的从圣戈班颗粒和粉末公司(Saint-Gobain Grains and Powders)作为38A氧化铝可得的填充剂、以及58克的实例1中使用的粘结剂来形成该初始混合物。样品3具有2.5的比率(VP/VBM)以及约29vol％的孔隙率。
在一个由4140钢制成的工件的外部直径上在一个剥落研磨操作中使用样品3，该工件的形状是具有5英寸直径和11英寸长度的一个圆形条。该工件被硬化至40-45HRC。将样品3与从圣戈班磨料公司(Saint Gobain Abrasives)作为B150-M150-VT2B可商购的一种常规的、玻璃化的CBN磨轮(样品C2)进行比较。
样品3被形成为一个大的粘结的磨轮，被安装在一个钢盘周边上以形成一个20英寸直径的磨轮。使用一个金刚石辊来修正样品3并且将该样品用来研磨该工件，而没有任何的后续整修以便暴露出砂砾。修正条件在下表3中示出。研磨条件在表4中示出。
表3：用于剥落研磨4140钢的磨轮的修正
表4：用于剥落研磨4140钢的研磨参数
磨轮速度，每分钟表面英尺 26,000
工件速度，每分钟表面英尺 250
切削的径向深度，英寸/趟 0.008
辊速度，每分钟表面英尺 10,200
给进速率，英寸/转 0.04
趟数 10
机器 Weldon 1632 Gold研磨机
结果汇总在图4和图5中。图4包括研磨功率(Hp)相对于两个不同的材料去除率(即，9.6in3/min/in和12in3/min/in)的一个条形图。条401代表在9.6in3/min/in的材料去除率下在初始一趟之后样品3研磨该工件的过程中所使用的研磨功率。条402代表在该工件上在9.6in3/min/in的材料去除率下在25个连贯的研磨周期(即，趟数)之后样品3研磨该工件的过程中的研磨功率。如所展示的，样品3证实了在不经历修正操作的情况下在25个连贯的研磨周期上在研磨功率方面非常小的变化。事实上，估计该研磨功率的变化是小于约12％。
条403和404证明了在该工件上在9.6in3/min/in的材料去除率下在样品C2研磨过程中以及在25个连贯的研磨周期(即，趟数)之后所使用的研磨功率。在样品3与样品C2的对比中，注意到样品3与常规的金属粘结的磨料物品相比其行为更像一种玻璃化的粘结的磨料物品。
条405代表在12in3/min/in的材料去除率下在初始趟之后样品3研磨该工件的过程中所使用的研磨功率。条406代表在该工件上在12in3/min/in的材料去除率下在25个连贯的研磨周期(即，趟数)之后样品3研磨该工件的过程中所使用的研磨功率。而且，样品3证实了在不经历修正操作的情况下在25个连贯的研磨周期上在研磨功率方面非常小的变化。事实上，估计该研磨功率的变化是小于约10％。
条407和408证明了在工件上在12in3/min/in的材料去除率下样品C2研磨该工件的过程中在一个初始趟中以及25个连贯的研磨周期(即，趟数)之后所使用的研磨功率。在样品3与样品C2的对比中，注意到样品3与常规的金属粘结的磨料物品相比其行为更像一种玻璃化的粘结的磨料物品。
图5包括样品3和样品C2的研磨比率(G比率)相对于两个不同的材料去除率(即，9.6in3/min/in和12in3/min/in)的一个条形图。如所展示的，在这两个材料去除率下，样品3具有显著大于样品C2的一个G比率。事实上，尽管样品3与样品C2相比其转轴功率和表面光洁度几乎相同，但在这两个材料去除率下样品3的G比率比样品C1的G比率大出35％至50％。
实例4
根据实例1中提供的方法来制造一个第四样品(样品4)。初始混合物使用138克的具有60/40铜-锡的一种金属粘结剂组合物、15克的作为活性粘结剂组份前体的氢化钛、20克的实例1的有机粘结剂、以及164克的从圣戈班陶瓷和塑料公司(Saint-Gobain Ceramicsand Plastics)作为RB 270/325美国筛目的金刚石砂砾可得到的金刚石形成。样品4具有2.3的比率(VAG/VBM)以及约36vol％的孔隙率。
该研磨操作包括对具有1英寸直径以及按重量计10％的钴作为粘合剂的一个碳化钨工件开槽(fluting)。对比一个具有18.75vol％磨料颗粒、71.25vol％粘结剂、类型为RB270/325美国筛目的金刚石磨料颗粒的现有技术的金属粘结的轮(从圣戈班公司(Saint-Gobain Corporation)可得到的G-Force Abrasive)，来对样品4的研磨性能进行测试。
在使用前对这两个样品进行离线修正和整修。将该样品安装在一个钢质心轴上并且进行平衡。用碳化硅轮修正该样品，该轮具有100砂砾、H等级以及玻璃化的粘结剂，常用于此类过程。使该样品以该碳化硅轮的表面速度的约1/10进行旋转，该碳化硅轮以约5000sfpm运转。尽管该样品轮在旋转，但它以0.001英寸的切口深度和10in/min的横向速率被修正直到认为该轮合适。还将每个样品用200筛目的碳化硅轮进行整修以暴露出砂砾用于研磨。用棒进行的整修在所有研磨开始时完成以便从相同的基准点开始。
研磨试验的结果提供在图6中。图6包括样品1在三种不同条件下以及样品C2在一种条件下的转轴功率(Hp)相对于研磨时间(sec)的一个曲线图。曲线601代表样品C2并且以3000rpm的轮速度和3.75英寸/分钟的研磨速率来进行研磨。如所展示的，样品C2经历了对于连贯的研磨周期所必须的研磨功率的显著增大。该初始研磨功率是约1.8Hp并且在持续约1200秒时间的16个研磨周期之后急剧增大至3Hp。样品C2经历了从临界研磨功率至少40％的研磨功率的增大。
相比之下，样品4证明了对于不同研磨条件在初始磨损功率上的显著更小的增加。曲线602展示了样品4在该工件上在3000rpm和3.75英寸/分钟的研磨速率下的研磨功率。其条件与用于测试样品C2的研磨条件相同。如曲线602所展示的，样品4具有约1.5Hp的初始研磨功率以及在16个连贯的研磨周期之后将近1200秒时为2Hp的最终研磨功率。样品4证实了仅仅25％的临界功率的增大。样品4证实了与样品C2相比显著改进的可用研磨寿命。
曲线603展示了样品4在该工件上在2500rpm和3.75英寸/分钟的研磨速率下的研磨功率。如曲线603所展示的，样品4具有约1.8Hp的初始研磨功率以及在16个连贯的研磨周期之后将超过1200秒时为1.8Hp的最终研磨功率。样品4有效地证实了对于所有这些研磨周期而言临界功率没有增加，表明了与样品C2相比显著改进的可用研磨寿命。
曲线604展示了样品4在该工件上在2500rpm和6.5英寸/分钟的研磨速率下的研磨功率。如曲线604所展示的，样品4具有约2.8Hp的初始研磨功率以及在16个连贯的研磨周期之后约800秒时为1.9Hp的最终研磨功率。样品4有效地证实了对于所有这些研磨周期而言临界功率没有增加，表明了与样品C2相比显著改进的可用研磨寿命。
除了以上指出的研磨性能方面的差异，在整修之前，样品4的粘结的磨料本体(曲线602和603)能够继续研磨出总计40个槽，这对应于10个部件。相比之下，样品C2在需要整修之前能够研磨出总共16个槽，这对应于总共4个部件。这样，样品4证实了在研磨功率上优于常规样品C2的约125％的改进，如通过部件数/整修所测得的。
此外，在曲线601与604的比较中，证明了样品4能够具有在常规样品C2基础上改进的研磨速率。在曲线604的研磨条件下，样品4证明了与样品C2相比在约700秒内研磨相同数目的部件(总共4个)的能力，后者样品需要约1100秒。因此，样品4证实了在研磨时间方面的300秒的改进，这对应于超过常规样品C2约36％的改进。此外，基于曲线601和604的给进速率条件，样品4证明了与常规样品C2相比在研磨速率方面73％(使用英寸/分钟)的改进。此外，样品4实现了改进的研磨速率同时维持了基本上相同的研磨功率，而样品C2证明了在研磨功率方面的快速的且不令人满意的增加。
实例5
在具有0.5英寸直径的带有6％钴的碳化钨工件上在一个槽研磨操作中使用样品4和样品C2。这种类型的工件材料由于更高的碳化钨含量而比实例4的工件更难以研磨(94％对90％)，如由曲线701与702之间的差异所证明的。曲线701代表样品C2在一个具有10％钴粘合剂的碳化钨工件上在3000rpm和6英寸/分钟的研磨速率下在800秒研磨时间内的研磨功率。事实上，曲线701与图6的曲线601相同。曲线702代表样品C2在一个具有6％钴粘合剂的碳化钨工件上在3000rpm和6英寸/分钟的研磨速率下在800秒研磨时间内的研磨功率。如所展示的，研磨该具有10％钴的工件所需的功率显著小于研磨由具有仅仅6％钴的碳化钨(由于样品C2)制成的工件所需的功率。
通过比较，曲线703代表样品4在具有仅仅6％钴的碳化钨工件上以2500rpm的速度和8英寸/分钟的研磨速率在小于600秒的研磨时间内进行一个研磨操作的研磨功率。如所展示的，在曲线703与702的对比中，样品4能够以更大的速率并且更有效地研磨更大量值的该碳化钨工件。即，与样品C2相比样品4贯穿这些连贯的研磨周期经历了在研磨功率方面显著更小的改变。
在分别代表样品4和样品C2的研磨性能的曲线702与703的的进一步对比中，注意到样品4也证实了研磨速率的改进。值得注意地，在具有很小的至没有研磨功率的增大时，样品4要求仅仅约500秒来研磨与样品C2要求约800秒所实现的相同数目的部件。因此，样品4实现了与常规样品C2相比在研磨速率上约31％的增大。此外，与样品C2研磨相同数目的部件所要求的时间相比更快。
这里的粘结的磨料本体展示了与常规的金属粘结的磨料物品相异的组成和研磨特性。这里这些实施例的磨料物品的研磨特性与现有技术的金属粘结的磨料物品相比更加类似于玻璃质的粘结的磨料物品。这里这些实施例的粘结的磨料本体展现了改进的有效研磨寿命、与其他常规的金属粘结的磨料本体相比要求显著更少的整修、并且具有与现有技术的金属粘结的磨料本体相比改进的磨损特性。具体而言，该粘结的磨料本体在经历一个修正操作之后可以不要求一个单独的整修操作，这与常规的金属粘结的、粘结的磨料物品的研磨条件是不同的。即，将一个修正轮与一个整修棒相结合用于对使用了金属粘结剂材料的粘结的磨料本体进行表面重修和锐化在工业上是一种典型的程序。因此，这里这些实施例的粘结的磨料本体与现有技术的金属粘结的磨料物品相比能够在每次整修中研磨更大数目的部件，从而得到更大的效率和更长的寿命。
此外，认为在此这些粘结的磨料本体的成形方法的具体方面要对某些组成和微结构特征负责。这里这些实施例的粘结的磨料本体包括多个特征的组合，它们可以归因于该成形方法并且有助于改进的研磨性能，这些特征，包括例如一种活性粘结剂组合物、该活性粘结剂组合物的特殊相、以及此类相的特殊位置、孔隙率的类型和量值、磨料颗粒的类型和量值、填充剂的类型和量值、微粒与粘结剂之比、磨料与粘结剂之比、以及某些组分的机械特性(例如，断裂韧性)。
在上文中，提及的多个具体的实施例以及某些组分的连接物是说明性的。应当理解，提及的被联接或者连接的多个部分是旨在披露在所述部分之间的直接连接或者通过一个或多个插入部分的间接连接以便实施如在此讨论的这些方法。这样，以上披露的主题应被认为是解说性的、而非限制性的，并且所附权利要求旨在覆盖落在本发明的真正范围内的所有此类变体、增进、以及其他实施例。因此，在法律所允许的最大程度上，本发明的范围应由对以下权利要求和它们的等效物可容许的最宽解释来确定，并且不应受以上的详细的说明的约束或限制。
本披露不得用于解释或限制权利要求书的范围或含义。另外，在上文中，说明中包括，为了使精简披露的目的而可能将不同的特征集合在一起或者在一个单独的实施例中描述。本披露不得被解释为反映了一种意图，即，提出要求的实施例要求的特征多于在每一项权利要求中清楚引述的特征。相反，如以下的权利要求反映出，发明主题可以是针对少于任何披露的实施例的全部特征。

Claims (15)

1.一种磨料物品，包括：
本体，该本体包括多个包含在粘结剂材料内的磨料颗粒，该粘结剂材料包括金属，其中该本体包括至少1.5的VP/VBM比率，其中VP是该本体的总体积内的包含磨料颗粒以及填充剂的微粒材料的体积百分比，并且VBM是该本体的总体积内的粘结剂材料的体积百分比，其中该本体包括大于20vol％的孔隙率，并且其中该粘结剂材料包括不大于4.0MPa m0.5的平均断裂韧度(K1c)。
2.如权利要求1所述的磨料物品，其中该粘结剂材料包括在0.6MPa m0.5与4.0MPa m0.5之间的范围内的平均断裂韧度(K1c)。
3.如权利要求2所述的磨料物品，其中该粘结剂材料包括在0.6MPa m0.5与3.0MPa m0.5之间的范围内的平均断裂韧度(K1c)。
4.如权利要求1所述的磨料物品，其中该VP/VBM比是在1.5与9.0之间的范围内。
5.如权利要求4所述的磨料物品，其中该VP/VBM比是在1.7与6.0之间的范围内。
6.如权利要求1所述的磨料物品，其中所述本体包括至少1.3的VAG/VBM比，其中VAG是该本体的总体积内的磨料颗粒的体积百分比,并且VBM是该本体的总体积内的粘结剂材料的体积百分比。
7.如权利要求6所述的磨料物品，其中该VAG/VBM比是在1.3与9.0之间的范围内。
8.如权利要求1所述的磨料物品，其中该本体包括活性粘结剂组合物，该活性粘结剂组合物包括该粘结剂材料总体积的至少1％。
9.如权利要求8所述的磨料物品，其中该活性粘结剂组合物存在的量值是在该粘结剂材料的总体积的1％与40％之间的范围内。
10.如权利要求8所述的磨料物品，其中该活性粘结剂组合物包括含金属的化合物。
11.如权利要求8所述的磨料物品，其中该活性粘结剂组合物包括选自由以下组成的群组的化合物：碳化物类、氮化物类、氧化物类、以及它们的组合。
12.如权利要求10所述的磨料物品，其中该活性粘结剂组合物包括选自由以下组成的金属元素组的金属元素：钛、钒、铬、锆、铪、钨、以及它们的组合。
13.如权利要求1所述的磨料物品，其中该孔隙率的大部分是连通孔隙率，该连通孔隙率限定了延伸穿过该本体体积的多个连通孔的网络。
14.如权利要求1所述的磨料物品，其中该粘结剂材料包括至少一种过渡金属元素。
15.如权利要求14所述的磨料物品，其中该粘结剂材料包括选自由以下组成的金属组的金属：铜、锡、银、钼、锌、钨、铁、镍、锑、以及它们的组合。
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