专利名称：具有新颖结构的磨具及其研磨方法
技术领域：
本发明涉及具有新颖组成结构的粘合磨具，例如磨轮，磨瓦，磨盘和磨石，本发明还涉及制造这种工具形成这些新颖工具结构的方法，以及用这些工具进行研磨，抛光或表面精加工的方法。
背景技术：
粘合磨具包括磨轮，磨盘，磨瓦，磨头，磨石和其他形状的坚硬，并且通常是整块的三维研磨复合体，这种复合体具有一个中间孔或其他能被固定在一种特定类型的研磨，抛光或磨锋设备或机器上的装置。这些复合体包含三种结构单元或相磨粒，粘合剂和孔隙。
已经制造出不同“等级”和“结构”的粘合磨具，这些“等级”和“结构”是根据研磨复合体在本领域操作中的相对硬度和密度(等级)以及复合体中磨粒，粘合剂和孔隙的体积百分数(结构)而定义的。
近70年来，工具等级和结构被认为是粘合磨具的硬度，磨损速率，研磨力要求，和制造均匀性方面最可靠的判断依据。等级和结构最先是在Howe等人的美国专利1983082中制定为可靠制造标准的。Howe描述了一种可以克服当时研磨复合体质量不均匀以及研磨性能不一致缺点的体积制造方法。在这个方法中，对三种结构组分的体积百分数进行选择，生产出一种具有目标硬度等级和其他所需物理特性的工具。已知要制造的工具的体积，由工具体积，磨粒与粘合组分的体积百分数和材料密度计算制造该工具所需要的磨粒和粘合组分的批重。通过这种方式能够建立规定粘合组合物用的一张标准结构图表，在以后的制造工序中，能从标准结构图表中读出各体积百分数，以便制造对于磨粒，粘合剂和孔隙的给定体积百分数具有各批次一致的硬度级别的粘合磨具。人们发现，当等级和结构保持恒定时，每个制造批次获得的研磨性能是一致的。
对于许多研磨操作而言，控制复合体中的孔隙特别是渗透性或连通性的孔隙的数量和类型，能提高研磨效率，防止被研磨工件的质量遭受热或机械的损坏。
任何三维研磨复合体都是由以下三种组分的体积百分数总和而组成的磨粒，粘合剂和孔隙。这三种组分的体积百分数总和必定等于100体积％；因此，具有高百分数孔隙的工具必定具有成比例降低的粘合剂和/或磨粒百分数。在制造粘合磨具时，用刚性无机粘合材料(例如，玻璃质或陶瓷粘合剂)和较小粒径(例如，Norton粒径46-220号)制造精密磨具时，能比用有机粘合材料和较大粒径(例如，Norton粒径12-120号)制造粗糙磨具时更简便地获得较高体积百分数的孔隙(例如，40-70体积％)。用较大粒径，较高体积百分数的磨粒和较软的有机粘合材料制造的多孔研磨复合体，在制造磨具的中间的模制和固化阶段时，具有塌陷或分层的倾向。出于这些原因，用有机粘合材料制造的商购粘合磨具通常模制成不含孔隙，通常含有不超过30体积％的孔隙。很少会超过50体积％的孔隙。
在压制时因为磨粒和粘合剂颗粒的堆积而产生的自然孔隙通常不足以在粘合磨具中形成高孔隙度。可以向磨粒和粘合剂的混合物中添加氧化铝泡和萘等孔隙引发剂，使多孔未固化磨具的压制和处理在最终工具中形成足量体积百分数的孔隙。一些孔隙引发剂(例如，氧化铝泡和玻璃球)能在工具中形成闭腔孔隙。加入闭腔孔隙引发剂获得高孔隙百分数，能防止形成开口通道或连通孔隙，从而阻碍流体通过工具体或减少这种情况的发生，导致增加研磨力和发生热损坏的可能性。必须从研磨基质中燃烧除去开放孔隙引发剂(例如，胡桃壳和萘)，而这会提高各种制造难度。
而且，孔隙引发剂，粘合材料和磨粒的密度明显不同，在运送和模制时很难抑制研磨混合物的分层，通常会导致所得磨具的三维结构缺乏均匀性。已经认为研磨复合体中三种组分的均匀分散是工具均匀质量的关键因素，对于磨轮而言，这对磨轮在研磨所要求的高速旋转条件(例如，超过4000表面英尺/分(sfpm))下的安全操作是很重要的。
发现对于磨具的研磨性能而言，连通孔隙的体积百分数或流体渗透性是比孔隙体积百分数更重要的决定因素(参见Wu的美国专利5738696)。连通孔隙能除去研磨废料(碎屑)，还有提供研磨过程中冷却液进入磨轮的通道。通过测量受控条件下气流对磨轮的渗透率，能认实连通孔隙的存在。Wu的美国专利5738697公开了一种具有大量连通孔隙(40-80％，体积比)的高渗透性磨轮。这些磨轮是由长宽比至少为5∶1的纤维形颗粒基质制成的。这些纤维形颗粒可以是丝状磨粒，或与陶瓷纤维，聚酯纤维和玻璃纤维等各种纤维填料混合在一起的普通非丝状磨粒，以及与纤维形颗粒制成的垫子和团聚物。
现已发现，可以用较高百分数的孔隙和较低百分数的磨粒制造粘合磨具，而不牺牲磨具的机械强度或耐磨损性，即使工具的硬度等级决定了机械强度较差。对于有机粘合磨具而言，现已能用一定磨粒，粘合剂和孔隙的百分数制造不同于商购粘合磨具的结构。这些新颖结构包括其研磨复合体的连续相中含有孔隙的有机粘合磨具。在形成这些新颖结构的一个优选方法中，在混合，模制和热处理粘合磨具之前，用一种粘合材料将大部分磨粒团聚在一起。
据报道，团聚磨粒能提高研磨效率，其机理与粘合磨具中的孔隙量或特征并不相关。将磨粒团聚在一起有多种目的，主要目的是能用较小粒径的磨粒获得与较大粒径磨粒相同的研磨效率，或者在被研磨工件上产生更光滑的表面光洁度。在许多情况下，将磨粒团聚，是为了获得孔隙较少的结构和更致密的磨具，由于是具有强粘合的磨粒。
已经通过在环氧树脂中将回收的破碎玻璃质粘合研磨复合体进行粘合制造出孔隙率非常低(例如，小于大约5体积％的孔隙)的齿轮形磨轮。这些“组合”齿轮形磨轮已经可以商购多年了(从Saint-Gobain Abrasives，GmbH，以前称为Efesis Schleiftechnik GmbH，Gerolzhofen，Germany获得)。
Benner的美国专利A2216728公开了由任何种类的粘合剂制得的磨粒/粘合剂团聚物。使用团聚物的目的是，能获得非常致密的，在研磨操作中能保留金刚石或CBN磨粒的磨轮结构。如果制成的团聚物具有多孔结构，则能使团聚物之间的粘合材料流入团聚物的孔隙中，在烧结时使结构完全致密化。团聚物有利于磨粒的使用，否则会在生产过程中发生流失。
Elbel的美国专利A3982359介绍了用树脂粘合剂和磨粒形成团聚物，其硬度值大于在磨具中粘合团聚物所用的树脂粘合剂。使用含有团聚物的橡胶粘合磨轮，能获得更快的研磨速率和更长的工具寿命。
Bloecher的美国专利A4799939说明了由磨粒，空心体和有机粘合剂构成的易磨蚀团聚物，以及这些团聚物在涂覆磨具和粘合磨具中的用途。类似的团聚物公开在Bloecher的美国专利A5039311，和Bloecher等人的美国专利A4652275中。
Wetshcer的美国专利5129189公开了具有树脂粘合剂基质的磨具，其中含有磨粒的团聚物，(其孔隙率是5-90体积％)，树脂和冰晶石等填料。
Benguerel的美国专利A5651729说明了一种磨轮，它具有一个芯子和一个由树脂粘合剂和具有由金刚石或CBN磨粒和金属粘合剂或陶瓷粘合剂构成的破碎团聚物所制成的研磨边。用此团聚物制成的磨轮的据称其优点包括磨轮的切屑间隙度度高，耐磨损性高，有自动磨锐特性，机械性能高，并能将研磨边缘直接粘合于磨轮的芯子上。在一个实施方式中，可将用过的金刚石或CBN粘合磨轮破碎成0.2到3毫米的尺寸，获得团聚物。
Lippert的英国专利A1228219公开了被加入橡胶，弹性粘合基质的磨粒和粘合剂桅的的团聚物。将磨粒保留在团聚物中的粘合剂可以是陶瓷或树脂材料，但必须比弹性粘合基质刚性更大。
Rostoker的美国专利A4541842公开了用团聚物所制成的涂覆磨具和磨轮，该团聚物由磨粒以及和玻璃质粘合材料和碳黑或碳酸盐等其他适于在焙团聚物时能发泡的原料的发泡混合物构成。团聚物“小球”中，粘合剂的体积百分数大于磨粒的体积百分数。用来制造磨轮的小球在900℃烧结(至70磅/立方英尺；1.134克/立方厘米的密度)，用来制造磨轮的玻璃质粘合剂在880℃烧结。由16体积％的小球制成的磨轮具有与由46体积％的磨粒制成的对比磨轮类似的研磨效率。玻璃质粘合基质内的这些小球含有开放孔隙，较小的磨粒集中围绕在此开放孔隙的周围。使用旋转窑焙烧预团聚的生团聚物，然后发泡并烧结成小球。
Imai等人的美国专利6086467公开了含有磨粒和粒径小于磨粒的填料颗粒组成的颗粒簇的磨轮。可以使用玻璃质粘合剂，填料颗粒可以是氧化铬。颗粒簇的尺寸是磨粒的1/3或更大。其优点包括，能控制粘合剂磨蚀，包括在研磨力很小的应用中磨粒的保留性，此时超磨粒必须进行稀释。可以用石蜡形成填料颗粒簇。该专利没有提到填料颗粒簇的烧结。
Adefris的WO 01/85393 A1公开了用有一定形状或不规则形状的研磨复合体所制成的三维磨具，其中具有超过一层的研磨复合体。该磨具中可以含有复合体之间的孔隙和复合体内的孔隙。这些复合体中含有被粘合在无机或有机第一基质中的磨粒，这些磨具还与另一种无机(金属或玻璃质材料或陶瓷)或有机粘合材料粘合，形成孔隙率大约是20到80体积％的磨具。优选磨具中含有保持在第一和第二玻璃粘合剂中的金刚石磨粒，这种磨具被用来研磨玻璃至镜面光洁度。
有多件公开文件描述了用团聚磨粒制成的涂覆磨具。包括Jackson的美国专利A2194472，其中公开了用大量较细的磨粒的团聚物和常用于涂覆磨具或粘合磨具的任意粘合剂所制成的涂覆磨具。据报道，可以将金属氧化物基质中的金刚石细粒，CBN和其他热降解磨粒的无机复合体用于涂覆磨具中(Howard等人的美国专利A3916584)。Hurst的美国专利A 3048482公开了四棱锥或其他锥形的团聚磨粒与无机粘合材料制成的微型磨瓦。将具有一定形状的微型磨瓦粘贴在一纤维背衬上，用来制成涂覆磨具，用作薄形的磨轮的表面作衬里。Kressner的美国专利A4311489公开了细(≤200微米)磨粒和冰晶石，或可还有硅酸盐粘合剂形成的团聚物，及其在制造涂覆磨具中的用途。Holmes的美国专利A5500273公开了磨粒与通过自由基聚合所形成聚合粘合剂构成的具有精确形状的颗粒或复合体。类似的有形状的复合体如Stoetzel等人的美国专利A5851247；Holmes等人的美国专利A5714259；和Hibbard等人的A美国专利5342419中所述。Christianson的美国专利5975988，6217413B1和WO 96/10471中公开了涂覆磨具，包括一个背衬和一个有机粘合的磨料层，该磨粒层中的磨粒存在于截顶四面棱锥或立方体形状的团聚物中。
Stoetzel等人的美国专利A6056794公开了具有一个背衬，一种其中分散有坚硬无机颗粒的有机粘合剂，和被粘合在该背衬上的研磨颗粒团聚物的涂覆磨具。团聚物中的研磨颗粒和有机粘合剂中的坚硬无机颗粒基本上是相同尺寸的。团聚物可以是任意形状，也可以具有精确形状，用一种有机粘合剂所制成。这些坚硬的无机颗粒可以是任何种类的研磨颗粒。
Adefris等人的美国专利6319108B1公开了一种含有刚性背衬和陶瓷研磨复合体的磨具，所述复合体由多孔陶瓷基质中的研磨颗粒制成。复合体用一个金属涂层，例如电镀金属层被保持在背衬上。Mujumdar等人的WO 01/83166A1公开了玻璃磨具，它含有用树脂粘合剂保持在背衬上的金刚石复合体。
有一些专利公开了含有树脂或其他有机粘合剂和磨粒的复合体的磨具。大部分这些工具都是涂覆磨具，其中使用了树脂粘合剂将磨粒复合体粘合至柔软背衬上。有时候将金属粘合剂或易磨蚀颗粒与研磨复合体共同使用。这一类型的代表性专利包括Broberg等人的美国专利A5078753；Gagliardi等人的美国专利A5578098；Brukvoort等人的的美国专利A5127197；Gorsuch等人的美国专利A5318604；Christianson等人的美国专利A5910471；和Christianson等人的美国专利A 6217413。
Heyer的美国专利A4355489公开了一种由在互相接触点被粘合在一起的波形细丝基质和磨粒团聚物制成的磨具(磨轮，磨盘，磨带，磨片，磨块等)，其孔隙率大约是70-97％。该团聚物可以用玻璃质或树脂粘合剂与任何磨粒制成。Bitzer的美国专利A4364746公开了含有不同强度磨粒团聚物的磨具。团聚物是由磨粒和树脂粘合剂制成的，可能还含有切短纤维等其他物质，用来提高强度或硬度。Eisenberg等人的美国专利A4393021公开了一种从磨粒和树脂粘合剂制造磨粒团聚物的方法，其中使用了筛网，是将磨粒和粘合剂的浆料轧过筛网，形成蠕虫状的挤出物，加热使挤出物硬化，然后破碎成团聚物。
尽管关于如何用磨粒团聚物制造磨具和消除或产生工具孔隙的方法的浆料很多，但是直到现在，没有人成功地能改变由磨粒团聚物制成的三维整体粘合磨具的基本复合结构，致使无法由工具等级和结构来预测研磨性能。没有人使用过磨粒团聚物制造出很难或无法用普通磨粒和有机粘合剂制成的体积百分数结构工具。特别是，无须牺牲机械强度，工具寿命或工具性能，发现就能在用有机粘合剂制成的粘合磨具中获得较高的孔隙体积百分数(例如，大于30体积)。本发明的工具中能获得弹性模量和其他物理特性明显不同的无机和有机粘合工具。
在用有机粘合材料制得的粘合磨具中，粘合材料被认为是改变等级和结构从而获得合适或足够机械强度或刚度的最重要因素。令人吃惊的是，本发明可以在一定的粘合剂含量范围内制得磨粒含量较低的工具，并用于要求能抗过早磨损(被定义为比磨粒磨损更快的工具结构磨损)的高机械强度工具的研磨用途中。在大接触面积表面研磨应用中，本发明工具的表现优于粘合剂和磨粒含量高的常规工具。
团聚磨粒领域的先前发展中没有显示粘合磨具中通过使用有机或无机粘合基质中的某些团聚磨粒来控制所述粘合磨具三维结构的优点。特别出乎意料的是，可以改进这些团聚物，从而对本发明工具结构中的孔隙和粘合剂基质的部位和类型进行控制。
发明概述本发明是一种粘合磨具，是以下组成的三维复合体(a)第一，含有被10-38体积％的有机粘合材料粘合的24-48体积％的磨粒，此第一相还有小于10体积％的孔隙；(b)第二相，是占复合体38-54体积％的孔隙；所述第二相是所述复合体中的一种连续相，所述粘合磨具具有4000表面英尺/分(20.32米/秒)的最小爆裂速度。
本发明进一步涉及粘合磨具，是以下组成的三维复合体(a)被4-20体积％的无机粘合材料粘合的22-46体积％的磨粒；(b)40-68体积％的连通孔隙；其中的大部分磨粒是存在于所述复合体中的不规则间隔簇；所述粘合磨具的弹性模量值至少比三维复合体中具有规则间隔磨粒的同样传统工具的弹性模量值低10％；所述粘合磨具具有4000表面英尺/分(20.32米/秒)的最小爆裂速度。
本发明进一步包括一种进行盘磨的方法，包括以下步骤(a)提供一种粘合磨轮，它是以下组成的一种三维复合体(i)第一相，含有被10-38体积％的有机粘合材料粘合的24-48体积％的磨粒和小于10体积％的孔隙；(ii)第二相，是占复合体38-54体积％的孔隙；其中所述第二相是所述复合体中的一种连续相，所述粘合磨具具有4000表面英尺/分(20.32米/秒)的最小爆裂速度；(b)将所述粘合磨轮装在表面磨床上；(c)旋转所述磨轮；(d)使磨轮的研磨表面与工件接触足够长的时间，研磨该工件；所述磨轮以有效的材料磨削速率除去工件材料，所述磨轮的研磨表面上基本没有研磨碎屑，而且在研磨完成之后，该工件上基本没有发生热损坏。
本发明进一步包括进行蠕进研磨的方法，包括以下步骤(a)提供一种粘合磨轮，它是以下组成的一种三维复合体(i)被4-20％体积％的无机粘合材料粘合的22-46体积％的磨粒；(ii)40-68体积％的连通孔隙；而且其中的大部分磨粒是存在于复合体中的不规则间隔簇；所述粘合磨具的弹性模量值至少比三维复合体中具有规则间隔磨粒的同样传统工具的弹性模量值低10％；所述粘合磨具具有4000表面英尺/分(20.32米/秒)的最小爆裂速度；(b)将所述粘合磨轮装在蠕进磨床上；(c)旋转所述磨轮；(d)使磨轮的研磨表面与工件接触足够长的时间，研磨该工件；所述磨轮以有效的材料磨削速率除去工件材料，在研磨之后，工件上基本没有发生热损坏。
附图简要说明
图1是标准有机粘合磨具和本发明有机粘合磨具的体积百分组成结构的对比三元图。
图2是标准有机粘合磨具和用含有无机粘合材料的磨粒团聚物制成的本发明有机粘合磨具的体积百分组成结构的对比三元图。
图3是标准无机粘合磨具的体积百分组成结构范围的三元图，其中，用含有无机粘合材料的磨粒团聚物和无机粘合剂制成的本发明无机粘合磨具的特征是，具有相当低的弹性模量值，但是其磨轮爆裂速度与该标准工具相当。
图4是用有机粘合剂制成的标准粘合磨具表面的显微照片，说明该研磨复合体的三种组分是均匀分布的。
图5是用有机粘合剂制成的本发明粘合磨具表面的显微照片，说明该研磨复合体的三种组分是不均匀分布的，孔隙(颜色较深的区域)作为复合体中的连续相，而且磨粒的网状结构被固着在该有机粘合材料中。
本发明优选实施方式粘合磨具本发明的粘合磨具(磨轮，磨瓦，磨盘，磨石，统称为磨具或磨轮)的特征是前所未知的磨具或磨轮的结构与物理特性的组合。这里所用术语“磨轮结构”是指所述磨轮中所含磨粒，粘合剂和孔隙的体积百分数。磨轮硬度“等级”是指对磨轮的研磨性能给予的字母标识。对于一给的粘合剂类型，等级随磨轮孔隙度，磨粒含量和例如固化密度，弹性模量与喷砂穿透性(后者对玻璃质粘合磨轮更有代表性)等某些物理特性而变。由磨轮的“等级”可以预测所述磨轮在研磨时的耐磨损性和所述磨轮在研磨时的硬度，即在一给定研磨操作中使用所述磨轮需要多大的能量。磨轮等级的字母标识是根据本领域中已知的Norton公司等级尺度规定的，其中，将最软的等级标识为A，将最硬的等级标识为Z。参见Howe等人的美国专利A1983082。通过磨轮等级的匹马力配，本领域技术人员通常能为一个已知磨轮指定一个新的磨轮规格，从而预知新磨轮的工作性能与该已知磨轮类似。
与这些实施方式明显和出乎意料的区别，是本发明磨具的特征是，其三维整个复合体结构的变化，具体是，在孔隙的数量和特征上的变化会致使工具等级和结构不再能预测研磨性能。
使用有机粘合剂进行制造时，本发明磨具可以制成的体积百分数结构(例如，超过30体积％的孔隙)是现有技术方法很难或无法制造的。制造这些新颖的结构时无需牺牲机械强度，工具寿命或工具性能。在一个优选方法中，这些结构是由一种磨粒混合物制成的，其中的大部分磨粒以磨粒与有机粘合材料，无机粘合材料或这两种混合物粘合材料形成的团聚物的形式存在。
使用无机粘合剂进行制造时，本发明磨具可以制成的体积百分数结构(参见图3)与传统工具相同，但是具有明显低的，即至少低10％，通常含低50％的弹性模量值，而在机械强度上不会遭受显著损失。尽管刚度有所降低，但是本发明的工具在某些研磨操作中具有商业上可以接受的爆裂速度值和明显更好的材料磨削速率。在一个优选方法中，这些结构是由一种磨粒混合物制成的，其中的大部分磨粒以磨粒与一种无机粘合材料所形成的团聚物的形式存在。
图1-5表示了本发明磨具的新颖结构。图1是一个三元图，标出了两个限定两组用有机粘合材料所制磨轮(现有技术磨轮和本发明实验磨轮)的区域。现有技术磨轮和本发明磨轮都同样适用于高接触研磨，精密研磨，表面研磨或线研磨的商业用途，例如盘磨或轧辊研磨。传统磨轮的体积百分数结构在38到52体积％的磨粒，12到38体积％的粘合剂和15到37体积％的孔隙范围内。与之对比的是，本发明磨轮的结构在24到48体积％的磨粒，10到38体积％的粘合剂和38到54体积％的孔隙范围内。可以看到，制造本发明磨轮所用的磨粒明显少于传统磨轮，并且本发明磨轮含有较少量的粘合剂和较多量的孔隙。无法从图中看到的是，本发明磨轮在三元图中的位置是无法用现有制造方法制得磨轮的。现有技术失败的表现是，三维复合体结构会在热处理时发生塌陷，破坏孔隙区域，或者，现有技术磨轮在研磨操作安全性方面缺少足够的机械强度。
图2是两组磨轮(现有技术磨轮和本发明实验磨轮)的三元图，它们在实际用途上都适合用于连续线接触区域研磨操作，例如轧辊研磨。现有技术磨轮是用有机粘合材料制成的，本发明磨轮是用有机粘合材料和含有无机粘合材料的磨粒团聚物制成的。本发明磨轮在轧辊研磨时的所有工作参数都远远优于传统磨轮。传统磨轮的结构在38到53体积％的磨粒，12到38体积％的粘合剂和15到37体积％的孔隙范围内。与之对比的是，本发明磨轮的结构在28到48体积％的磨粒，10到33体积％的粘合剂(磨轮中有机粘合剂和团聚物中无机粘合材料的总和)和38到53体积％的孔隙范围内。可以看到，制造本发明磨轮所用的磨粒明显少于传统磨轮，而孔隙率明显大于传统磨轮。无法从图中看到的是，本发明磨轮的特征，是其硬度等级比传统磨轮软，弹性模量值比传统磨轮低(以相同体积百分数的粘合材料进行比较)，但是本发明磨轮的使用寿命，材料磨削速率和抗振动或振颤能力等研磨效率明显优于传统磨轮。
图3是两组磨轮(现有技术磨轮和本发明实验磨轮)的三元图，它们都是用无机粘合材料制成的，都适合于高接触面积的表面研磨操作，例如蠕进研磨。现有技术磨轮和本发明磨轮的结构都在22到46体积％的磨粒，4到21体积％的粘合剂和35到77体积％的孔隙范围内。无法从图中看到的是，在体积百分数结构相同时，本发明磨轮的硬度等级比传统磨轮软，其弹性模量值比传统磨轮低，但是本发明磨轮的材料磨削速率和工件质量等研磨性能明显优于传统磨轮。
图4-5说明了本发明磨具与传统工具相比，在孔隙数量和性质上的变化。从图4(现有技术)和图5(本发明)中可以看到，本发明磨轮研磨复合体中的孔隙(颜色较深的区域)是连通通道的一种连续相。磨粒和粘合剂看上去象一种网状结构，磨粒被固着在有机粘合材料中。与之对比的是，传统磨轮具有基本均匀的结构，很难看见其中的孔隙，很显然形成一种非连续相。
同样能观察到，本发明无机粘合工具研磨复合体中的孔隙是连通孔隙。本发明磨轮的磨粒以不规则方式成簇并相互隔开，与之对比的是，用相同种类的无机粘合剂和磨粒材料所制得的对比现有技术磨轮中的磨粒是规则而均匀间隔的。现有技术磨轮的所有组分都以均匀方式间隔存在于磨轮表面上，而本发明磨轮的所有组分都是不规则间隔的，而且其结构是不均匀的。从这种工具中所用的无机粘合剂(例如，玻璃质粘合剂)和粒径较小的磨粒可以预料，与图5中所示的有机粘合剂和较大磨粒相比，无机粘合工具中的孔隙通道和磨粒与粘合剂所形成的结构比有机粘合工具中的看起来不明显。
粘合磨具的各种材料特性都已经与这里公开的新颖复合体结构相关，这些特性包括机械强度，弹性模量和密度。
机械强度性质决定着复合体是否可以作为商业研磨应用中的粘合磨具。因为大部分粘合磨具以磨轮形式使用，所以用磨轮的爆裂速度来预测机械强度，测试爆裂速度时，磨轮装在保护腔中的一个轴上，然后加速旋转，直到复合体出现问题，磨轮爆裂。可以通过已知公式(例如，《应力和应变的公式(Formulasfor Stress and Strain)》，Raymond J.Roark，McGraw-Hill，1965)将爆裂速度换算成拉伸应力故障点。例如，对具有中央孔的旋转磨盘进行估算时，中央孔处拉伸应力为最大时在该孔处发生故障。
σ＝拉伸应力或爆裂强度(磅/平方英寸)R＝磨轮半径(英寸)ρ＝磨轮密度(磅/立方英寸)r＝孔半径(英寸)ω＝角速度(弧度/秒)k＝常数(386.4)υ＝泊松比(0.2)σ=14×(ρ×ω2k)((3+υ)×R2+(1-υ)×r2)]]>将这个关系式用于磨轮样品，对于尺寸是36×4×12英寸(91.4×10.2×30.5厘米)密度是0.053磅/立方英寸(1.46克/立方厘米)的轧辊研磨轮(含有30体积％的磨粒+22体积％的粘合剂+48体积％的孔隙)，如果所述磨轮所测得的爆裂速度是4000表面英尺/分(20.32米/秒)时，则角速度＝4000英尺/分＝44.4弧度/秒 如果爆裂速度增至两倍(8000表面英尺/分(40.64米/秒)或88.8弧度/秒)，则在所述复合体发生机械故障部位的拉伸应力σ＝1153磅/平方英寸。
因此，这里对于磨轮将“机械强度”定义为磨轮的爆裂速度，单位是表面英尺/分(或米/秒)，如果粘合磨具不是磨轮，则将“机械强度”定义为复合体发生完全机械故障的部位所测得的拉伸应力。
另一个与本发明粘合磨具有关的材料性质是工具的密度。人们能从其新颖结构的体积百分组成预计到，本发明的有机粘合工具不如通常用于任何给定研磨操作的对比传统工具致密。该有机粘合工具的特征是，其密度小于2.2克/立方厘米，更优选小于2.0克/立方厘米，最优选小于1.8克/立方厘米。因此，在给定研磨应用(例如，对钢质圆柱体盘磨)中，其密度比用途相同的对比传统工具大大约20到35％，平均大大约30％。
本发明无机粘合工具的特征是，其密度与对比传统工具相当或略低。例如，传统型内径研磨的磨轮的密度通常是大约1.97到2.22克/立方厘米，而本发明对比工具的密度在大约1.8到2.2克/立方厘米范围内。本发明蠕进磨轮与对比传统磨轮的密度都在大约1.63到1.99克/立方厘米的范围内。
但是，对于本发明的无机粘合工具而言，其弹性模量值低得多，至少比对比传统工具低10％，优选至少低25％，最优选低50％。对于内径研磨磨轮而言，本发明工具的弹性模量在25到50千兆帕(用GrindosonicTM机器，通过J.Peters在“磨轮声波测试”(Sonic Testing of Grinding Wheels)，机械工具设计和研究进展(Advances in Machine Tool Design and Research)，Pergamon Press，1968中所述方法测量的数值)的范围内，而对比工具的弹性模量值通常在28到55千兆帕的范围内。蠕进磨轮也类似，本发明工具的弹性模量值在12到36千兆帕的范围内，而对比工具的弹性模量值通常在16到38千兆帕的范围内。工具间磨轮(硬化金属工具的表面研磨)也类似，本发明工具的弹性模量在12到30千兆帕的范围内，而对比工具的弹性模量值通常在16到35千兆帕的范围内。总的来说，对于选定的研磨用途而言，该用途所需对比传统工具的等级越高，则能在该用途中产生相同或更佳性能的本发明无机粘合工具的弹性模量值的下移越大。因此，对于给定的研磨用途而言，该用途所需对比传统工具的磨粒体积％越高，则能在该用途中产生相同或更佳性能的本发明无机粘合工具的弹性模量值的下移越大。
本发明粘合磨具具有不同寻常的连通孔隙结构，使该工具能渗透流体，在效果这些空隙在该研磨复合体中就成为连续相。按照美国专利A5738696的方法测量工具的流体渗透率，可以确定连通孔隙的量。这里用Q/P表示磨具的流体渗透率，其中Q代表以气流的立方厘米表示的流量，P代表压力差。Q/P表示在流速(例如空气)的给定流量下，磨具结构和大气之间所测得的压力差。相对渗透率Q/P正比于孔隙体积和孔径平方的乘积。优选较大的孔径。孔隙形状和磨粒尺寸是影响Q/P的其他因素，粒径越大，相对渗透率越高。
本发明磨具的特征是，其流体渗透率值大于对比现有技术工具。这里用的“对比现有技术工具”表示用与本发明相同的磨粒和粘合材料，以相同的孔隙，磨粒和粘合剂体积百分数所制成的工具。总的来说，本发明磨具的流体渗透率值比对比现有技术磨具高大约25到100％。该磨具的优选特征是其流体渗透率值至少比对比现有技术工具高10％，更优选至少高30％。
对给定种类磨具的实验数据，应用D’Arcy定律，可以获得对应于特定团聚物尺寸与形状，粘合剂种类和孔隙率水平的精确相对流体渗透率参数。
磨轮中的孔隙来自于工具组分，特别是研磨团聚物的自然堆积密度而产生的开放空间，而且可以来自加入的少量传统孔隙引发介质。适用的孔隙引发介质包括但并不限于中空玻璃球，中空的塑料或有机化合物的球或珠，泡沫玻璃颗粒，富铝红柱石泡和氧化铝泡，及其组合。可以用开放孔隙引发剂，例如萘颗粒，胡桃壳，或其他能在工具烧结时被烧掉从而在工具基质中留下孔隙的有机颗粒来制造这些工具，或者用中空的引发闭孔的介质(例如中空玻璃球)来制造这些工具。优选的磨具中不含添加的孔隙引发介质，或者含有少量的(即，小于该工具孔隙的50体积％，优选小于20体积％和最优选小于10体积％)孔隙引发介质。所添加孔隙引发剂的量和种类应能有效制造出连通孔隙含量至少是30体积％的磨具。
具有这些材料特性和结构特征的本发明粘合磨具的优选制造过程，是在对这些工具的组分进行混合，模制并烧结形成研磨复合体之前，将其中的大部分磨粒与一种粘合材料团聚。这些磨粒团聚物可以用无机粘合材料或有机粘合材料制成。
用有机粘合材料制成的磨粒团聚物适用于本发明的用有机粘合材料制成的团聚物是三维结构的团聚物，是磨粒与粘合材料的固化复合体。任何常用于磨具领域中作为有机粘合研磨剂，涂覆磨具等的热固性聚合粘合材料都是优选的。这些材料包括酚醛树脂材料，环氧树脂材料，酚甲醛树脂材料，脲醛树脂材料，蜜胺甲醛树脂材料，丙烯酸树脂材料，橡胶改性树脂组合物，填充组合物及它们的组合。用有机粘合材料制成的团聚物具有≤1.5克/立方厘米，优选小于1.3克/立方厘米的松装密度(LPD)，平均尺寸是磨粒平均粒径的大约2到10倍或200到3000微米，孔隙含量是大约1到50体积％，优选是5到45体积％，最优选是10到40体积％。
团聚物中的大部分孔隙(即，至少50体积％)在热固化本发明模制粘合磨具时，能让液相有机粘合材料流动渗透进入团聚物。
适用于用有机或无机粘合材料所制成的团聚物的磨粒包括一种或多种用于磨具的已知磨粒，例如氧化铝颗粒，包括熔凝氧化铝，烧结氧化铝和烧结的溶胶凝胶氧化铝，烧结铝矾土等，碳化硅，氧化铝-氧化锆，氧氮化铝氧，氧化铈，氧化亚硼，石榴石，燧石，金刚石，包括天然与人造金刚石，立方氮化硼(CBN)以及它们的组合。可以使用任意粒径或形状的磨粒。例如，包括一些(例如，少于工具中磨粒总量的10体积％)长形的烧结的溶胶凝胶氧化铝颗粒，其很大的长宽例如美国专利5129919中所公开的。这里所适用的粒径范围从规则磨粒(例如，大于60直至7000微米)到微细磨粒(例如，0.5到60微米)，以及这些粒径的混合物。对于给定的研磨操作而言，最好对粒径小于该研磨操作常规(非团聚的)选定粒径的磨粒进行团聚。例如，可以用80号粒度磨粒的团聚物代替54来粒度的磨粒，用100号粒度磨粒的团聚物代替60号粒度的磨粒，用120号粒度磨粒的团聚物代替80号粒度的磨粒。这里所用的“粒度”是指按Norton公司粒度尺度对磨粒尺寸的衡量。
用无机粘合材料制成的研磨团聚物适用于本发明的用无机粘合材料所制成的团聚物是三维结构的团聚物，是磨粒与陶瓷的或玻璃质的粘合材料的烧结多孔复合体。该团聚物具有≤1.6克/立方厘米的松装密度(LPD)，其平均尺寸是磨粒平均粒径的大约2到20倍，孔隙率是大约30到88体积％，优选是30到60体积％。该磨粒团聚物优选具有0.2兆帕的最小爆裂强度值。
典型磨粒烧结团聚物的优选平均直径在大约200到3000，更优选在350到2000，最优选在425到1000微米的范围内。对于微细磨粒而言，烧结团聚物的优选直径在5到180，更优选在20到150，最优选在70到120微米的范围内。
磨粒占该团聚物的大约10到65体积％，更优选是35到55体积％，最优选是48到52体积％。
适用于制造团聚物的粘合材料优选包括陶瓷材料和玻璃质材料，优选是能作为玻璃质粘合磨具的粘合物系。这些玻璃质粘合材料可以是一种被研磨成粉的预烧玻璃(一种玻璃料)，或者是黏土，长石，石灰，硼砂和苏打等各种原料的混合物，或者是玻璃料与原料的组合。在大约500到1400℃的温度中将这些材料熔化形成一种液态玻璃相，使其润湿磨粒表面，冷却后形成粘合部位，从而将磨粒固着在复合体结构中。下表2中给出了适用于团聚物的粘合材料例子。优选粘合材料的特征是，1180℃时的粘度是大约345到55300泊，熔化温度是大约800到1300℃。但是根据工具的预期用途和要求的性质，可以用选自玻璃质粘合材料，陶瓷粘合材料，玻璃-陶瓷粘合材料，无机盐材料和金属粘合材料及其组合一种或多种无机材料制造团聚物。
在一个优选实施方式中，粘合材料是一种玻璃质粘合组合物，其中含有以下组成的一种焙烧氧化物组合物71重量％的SiO2和B2O3，14重量％的Al2O3，小于0.5重量％的碱土金属氧化物和13重量％的碱金属氧化物。
在另一个优选实施方式中，粘合材料可以是一种陶瓷材料，包括但并不限于氧化硅，碱金属硅酸盐，碱土金属硅酸盐，混合碱金属和碱土金属硅酸盐，硅酸铝，硅酸锆，水合硅酸盐，铝酸盐，氧化物，氮化物，氧氮化物，碳化物，氧碳化物及其组合与衍生物。总的来说，陶瓷材料不同于玻璃态或玻璃质材料，区别在于陶瓷材料是晶体结构。某些玻璃态相可以与该晶体结构共存，特别是在未精制状态的陶瓷材料中。这里可以使用原料态的陶瓷材料，例如黏土，水泥和矿物。适用的具体陶瓷材料例子包括但并不限于氧化硅，硅酸钠，富铝红柱石和其他硅酸铝，氧化锆-富铝红柱石，铝酸镁，硅酸镁，硅酸锆，长石和其他碱金属铝硅酸盐，尖晶石，铝酸钙，铝酸镁和其他碱金属铝酸盐，氧化锆，氧化锆稳定的氧化钇，氧化镁，氧化钙，氧化铈，氧化钛，或其他稀土添加剂，滑石，氧化铁，氧化铝，勃姆石，氧化硼，氧化铈，氧化铝-氧氮化物，氮化硼，氮化硅，石墨以及这些陶瓷材料的组合。
某些陶瓷粘合材料(例如，硅酸钠)不需要热处理就能形成磨粒团聚物。可以向磨粒中添加该粘合材料的一种溶液，干燥制得的混合物，将这些颗粒粘合在一起形成团聚物。
所用无机粘合材料是粉末形式的，可以将其加入一种液体载体中，在制造该团聚物时形成粘合材料与磨粒的均匀混合物。
优选向粉末状无机粘合材料组分中加入一种有机粘合剂的分散液作为模制或加工助剂。这些粘合剂包括糊精，淀粉，动物蛋白胶和其他种类的胶；一种液体组分，例如水，溶剂，粘度改性剂或pH改性剂；和混合助剂。使用有机粘合剂能提高团聚物的均匀性，特别是分散在颗粒上的粘合材料的均匀性，并提高预焙烧团聚物或生团聚物的结构质量，以及含有该团聚物的磨具在烧结后的结构质量。因为在焙烧团聚物时烧掉了粘合剂，所以粘合剂不会成为最后团聚物中的一部分，也不会成为最终磨具中的一部分。
可以向该混合物中加入一种无机增粘剂，提高粘合材料对磨粒的粘着力，从而提高混合质量。制备团聚物时，可以将无机增粘剂与有机粘合剂共同使用或者不与其共同使用。
无机材料占团聚物的大约0.5到15体积％，更优选占1到10体积％，最优选占2到8体积％。
可以用多种方式表示无机粘合团聚物的密度。团聚物的堆积密度可以用LPD表示。团聚物的相对密度可以用初始相对密度的百分数表示，或者以团聚物与制造该团聚物的组分的相对密度之比表示，此时考虑团聚物中连通孔隙的体积。
用百分数表示的初始平均相对密度的计算方式是，用团聚物的理论密度(ρ0)除以LPD(ρ)，假设孔隙率为零。可以根据混合物体积规则方法，用团聚物中所含粘合材料与磨粒的重量百分数和比重计算理论密度。对于本发明的烧结无机团聚物而言，最大百分相对密度是50体积％，更优选的最大百分相对密度是30体积％。
可以通过液体体积置换技术测量相对密度，从而包括连通孔隙但不包括封闭孔隙。相对密度是用排液法测得的烧结无机团聚物的体积与制造该烧结无机团聚物所用物质体积的比值。用来制造团聚物的物质体积是基于制造该团聚物所用磨粒和粘合剂材料的量和堆积密度的表观体积量度。对于无机烧结团聚物而言，该团聚物的最大相对密度优选是0.7，更优选的最大相对密度是0.5。
制造研磨团聚物的方法可以采用多种技术制成各种尺寸和形状的团聚物。这些技术可以在焙烧磨粒和粘合材料的初始(“生”)混合物之前，期间或之后进行。优选的加热混合物的步骤能使粘合材料熔化并流动，将粘合材料粘着至磨粒，并将磨粒固着在团聚物中，这个步骤可称为固化，煅烧，焙烧或烧结。可以用本领域已知的任何使颗粒混合物团聚的方法来制备研磨团聚物。
在用有机粘合材料制造团聚物的第一个工艺实施方式中，在固化混合物之前使磨粒与粘合材料的初始混合物发生团聚，形成强度较弱的机械结构，将其称为“生团聚物”。
在这第一个实施方式中，可以例如采用盘式制粒机等各种不同技术，将磨粒和粘合材料在生料状态进行团聚，然后送入140-200℃的烘箱中进行热固化。可以将团聚物生料置于浅盘或托架上，在烘箱中进行固化，其间进行翻滚或不进行翻滚，以连续或分批过程处理。可以将团聚的磨粒生料送入流化床中，在其中进行热处理。可以在振动工作台上进行红外或紫外固化。可以使用这些过程的组合。
可以将磨粒传送至一混合盘上，与有机粘合材料混合，用一种溶剂润湿，使粘合材料粘着至磨粒上，对团聚物过筛，然后在烘箱或旋转干燥设备中固化。
可以将磨粒加入一混合碗中，并在搅拌条件下向磨粒中定量加入含有粘合材料的液体组分(例如，水，或有机粘合剂和水)，使它们团聚在一起，进行盘式制粒。
可以在磨粒和粘合材料的混合物上喷洒一种溶剂，在搅拌条件下下用粘合材料包覆磨粒，然后回收涂覆的磨粒形成团聚物。
可以用低压挤塑设备，将磨粒和粘合材料的浆料挤压成一定尺寸和形状，然后干燥形成团聚物。可以用粘合材料和磨粒与一种有机粘合剂溶液制成浆料，用美国专利A4393021中公开的设备和方法将其挤压成长形颗粒。
在干法造粒过程中，将磨粒嵌入粘合材料的分散液或浆料中所制成的片或块进行干燥，然后用辊压机破碎磨粒和粘合材料的复合物。
在制造生团聚物或前体团聚物的另一种方法中，可以向模制机中加入有机粘合材料和磨粒的混合物，并将混合物模制成精确的形状和尺寸，如美国专利6217412B1中所述。
在制造团聚物的第二种工艺实施方式中，将磨粒和有机粘合材料的简单混合物送入旋转焙烧设备中。以预定的每分钟转速沿一预定斜面翻滚该混合物，同时加热。粘合材料混合物受热熔化，流动并粘着至磨粒上，形成团聚物。焙烧和团聚步骤是以受控的进料速率与体积和在加热条件下同时进行的。在一个优选方法中，团聚过程是采用2002年4月11日提交的相关优先美国专利申请10/120969中所述的方法进行的。
磨粒在与低温(例如，大约从145到500℃)固化的粘合材料团聚时，可以使用另一种旋转窑设备。在该实施方式中，一种旋转干燥器的设备有向管的排放端提供热空气，加热生的磨粒团聚混合物，使粘合材料固化，使之粘着于磨粒上。这里所用术语“旋转焙烧窑”包括这些旋转干燥设备。
可以采用2002年4月11日提交的相关优先美国专利申请10/120969中所公开的方法，以及本发明实施例中所述的方法，使磨粒与无机粘合材料发生团聚。
由磨粒团聚物制成的磨具由团聚物制成的粘合磨具包括磨轮，分段式磨轮，磨盘，磨块，磨石和其他整体，或分段拼合的，具有一定形状的刚性磨具。本发明的磨具优选含有占磨是总体积大约5到70体积％，更优选占10到60体积％，最优选占20到52体积％的磨粒团聚物。工具中10到100体积％，优选30到100体积％，至少50体积％的磨粒是用粘合材料团聚在一起的许多(例如2到40号个)磨粒。
本发明的工具中还可含有添加的次级磨粒，填料，研磨助剂和孔隙引发介质，以及这些物质的组合。工具中磨粒的总体积％(团聚的和非团聚的磨粒)在工具的大约22到48体积％的范围内，更优选是大约26到44体积％，最优选是大约30到40体积％。
磨具的密度和硬度是通过选择团聚物，粘合剂和其他工具组分的种类，孔隙含量，以及模子的大小与种类和所选定的压制工艺而确定的。粘合磨具的密度优选小于2.2克/立方厘米，更优选小于2.0克/立方厘米，最优选小于1.8克/立方厘米。
将次级磨粒与磨粒团聚物组合使用时，这次级磨粒优选占工具中磨粒总量的大约0.1到90体积％，更优选是大约0.1到70体积％，最优选是0.1到50体积％。适用的次级磨粒包括但并不限于各种氧化铝，溶胶凝胶氧化铝，烧结铝矾土，碳化硅，氧化铝-氧化锆，氧氮化铝，氧化铈，氧化亚硼，立方氮化硼，金刚石，燧石和石榴石颗粒，及其组合。
优选的本发明磨具是用有机粘合剂粘合的。可以使用制造磨具领域中已知的任何粘合剂。适用粘合剂和粘合填料的例子如美国专利A6015338；A5912216；和5611827所述。适用粘合剂包括各种类型的酚醛树脂，可以含有一种交联剂，例如六亚甲基四胺，环氧树脂材料，聚酰亚胺树脂材料，酚醛，脲醛和蜜胺甲醛树脂材料，丙烯酸树脂材料及其组合。还可以使用其他热固性树脂组合物。
可以向粉末状粘合组分中添加有机粘合剂或溶剂作为模制或加工助剂。这些粘合剂包括糠醛，水，粘度或pH改性剂和混合助剂。使用粘合剂通常能提高磨轮均匀性和预烧磨轮或压制磨轮生坯与固化磨轮的结构质量。因为大部分粘合剂都会在固化时挥发，所以粘合剂不会成为最终粘合磨具中的一部分。
本发明的有机粘合磨具中可以含有大约10到50体积％，更优选12到40体积％，最优选14到30体积％的粘合剂。粘合剂位于三维研磨复合体中使磨粒与粘合剂的第一相中含有小于10体积％的孔隙，优选孔隙率小于5体积％。位于有机粘合磨具复合基质中的这个第一相显得是有机粘合材料中固着的研磨颗粒的网状结构。总的来说，三维复合体中最好具有一个在材料和制造过程的限制内尽可能完全致密的第一相。
除了磨粒团聚物和粘合剂之外，这些工具中还含有大约38到54体积％的孔隙，这些孔隙形成含有至少30体积％连通孔隙的连续相。优选的有机粘合磨具中可以含有24到48体积％的磨粒，10到38体积％的有机粘合剂和38到54体积％的孔隙。
这些有机粘合工具具有4000表面英尺/分(20.32米/秒)，优选6000表面英尺/分(30.48米/秒)的最小爆裂速度。
在一个优选实施方式中，有机粘合磨具中可以含有作为第一相的与10-22体积％的有机粘合材料粘合的26-40体积％的研磨颗粒和小于10体积％的孔隙，还含有38-50体积％孔隙的第二相。
用磨粒和有机粘合材料的团聚物制造磨具时，该有机粘合磨具中可以含有作为第一相的与18-38体积％的有机粘合材料粘合的24-42体积％的磨粒和小于10体积％的孔隙，还含有38-54体积％孔隙的第二相。
用磨粒和无机粘合材料的团聚物制造磨具时，该有机粘合磨具中可以含有作为第一相的与10到33体积％的粘合剂(磨轮中的有机粘合剂和团聚物中无机粘合材料的总和)粘合的28到48体积％的颗粒，还含有38到53体积％孔隙的第二相。该工具中优选含有最少1体积％的无机粘合材料，最优选含有2到12体积％的无机粘合材料。这些工具优选具有10千兆帕的最大弹性模量和6000表面英尺/分(30.48米/秒)的最小爆裂速度。用Norton公司等级尺寸评估时，这些磨具具有A和H之间的硬度等级，该硬度等级至少比用未被无机粘合材料团聚的磨粒所制成的其他方面相同的传统工具软一个等级。
有机粘合磨具中还可包含被一种无机粘合材料团聚在一起的大量磨粒和被一种有机粘合材料团聚在一起的大量磨粒的混合物。
用无机粘合剂与磨粒和无机粘合材料的团聚物制造磨具时，所述粘合磨具中可以是以下组成的一种三维复合体，包含(a)被4-20体积％的无机粘合材料粘合的22-46体积％的磨粒；(b)40-68体积％的连通孔隙；复合体中的大部分磨粒是不规则间隔的簇。这些粘合磨具的弹性模量值至少比三维复合体中具有规则间隔磨粒的其他方面相同的传统工具低10％，具有4000表面英尺/分(20.32米/秒)，优选6000表面英尺/分(30.48米/秒)的最小爆裂速度。优选的无机粘合磨具中含有被8-20体积％的无机粘合材料粘合的22-40体积％的研磨颗粒，还含有40-68体积％的连通孔隙。
在一个优选实施方式中，无机粘合磨具中含有被6-12体积％的无机粘合材料粘合的34-42体积％的磨粒，还含有46-58体积％的连通孔隙。这些工具是用玻璃质粘合材料制成的，基本不含长宽比大的磨粒和填料，加以模制，然后烧结成工具，在制造中不添加孔隙引发材料。优选的玻璃质粘合磨具是硬度等级在Norton公司等级尺度的A和M之间的磨轮，其硬度等级至少比三维复合体中具有规则间隔磨粒的其他方面相同的传统工具软一个等级。优选的玻璃质粘合磨具的特征是，其弹性模量值至少比三维复合体中具有规则间隔磨粒的其他方面相同的传统工具低25％，优选至少低40％，其最小爆裂速度是6000表面英尺/分(30.48米/秒)。
用无机粘合材料和磨粒的团聚物制成的优选玻璃质粘合磨具，包括含有40到52体积％的磨粒和弹性模量值是25到50千兆帕的内径研磨用的磨轮。还包括含有39到52体积％的磨粒和弹性模量值是15到36千兆帕的工具间表面研磨用的磨轮，以及含有30到40体积％的磨粒和弹性模量值是8到25千兆帕的蠕进研磨用的磨轮。
为了在制造有机粘合磨具和使用该工具进行研磨时获得合适的机械强度，粘合剂组分总量中至少10体积％必须是添加的有机粘合剂，而且不能是团聚物中所用的粘合材料。
可以采用本领域中已知的任何方法模制和压制磨轮，包括热压，温压和冷压技术。必须小心选择形成磨轮生坯的模制压力，防止压碎团聚物，或压碎受定量的团聚物(即，团聚物的0-75重量％)但保持剩余团聚物的三维结构。制造本发明磨轮所施加的适当压力取决于磨轮的形状，大小，厚度和粘合组分，并取决于模制温度。在普通的制造过程中，最大压力在大约500到10000磅/平方英寸(35到704千克/平方厘米)的范围内。模制和压制优选是在大约53到422千克/平方厘米，更优选在42到352千克/平方厘米的条件下进行的。本发明的团聚物具有承受磨具典型商用制造过程的模制和压制步骤的机械强度。
可以采用本领域技术人员已知的方法固化磨轮。固化条件主要是由所用实际粘合剂和磨粒，以及磨粒团聚物中所含粘合材料种类确定的。根据选定粘合剂的化学组成，可以在150到250℃，优选在160到200℃灼烧有机粘合剂，为商用研磨操作提供必要的机械特性。
对适用有机粘合剂的选择取决于所用的团聚工艺，以及是否要求防止加热的有机粘合剂流入团聚物内的孔隙中。
可以按照各种加工方法，用各种比例的本技术已知磨粒或团聚物，粘合剂和孔隙组分进行混合，模制和固化，制成有机粘合工具。适用于制造有机粘合磨具的技术如美国专利6015338；5912216；和5611827中所述。
适用于制造本发明玻璃质粘合(或其他无机粘合)磨具的技术如2002年4月11日提交的相关优先美国专利申请10/120969，本申请实施例，美国专利5738696和5738697中所述。
研磨用途本发明的磨具在大表面积接触或研磨时磨具与工件之间长时间连续接触的研磨用途中特别有效。这些研磨操作包括但并不限于轧辊研磨和盘磨，蠕进研磨，内径研磨，工具间研磨和其他精密研磨操作。
用微米或亚微米尺寸的磨粒进行细磨或抛光时，使用本发明团聚物所制成的工具是有优势的。与传统超级研磨或抛光的工具和体系相比，用这些细磨粒的团聚物所制成的本发明工具能在较低的研磨力下进行磨蚀，在精密加工(例如，在玻璃和陶瓷部件上进行镜面光洁度的加工)操作中对工件表面几乎或完全不会产生损伤。因为团聚物结构存在于工具体的三维基质中，所以工具寿命也是令人满意的。
因为工具中含有连通孔隙，所以在轧辊研磨和盘磨时，冷却液供应和碎屑的去除得到了加强，使研磨操作的温度降低，工具修整不必频繁，对工件的热损坏更小，对磨床的磨损更小。因为团聚物形式的较小粒径磨粒能产生较大粒径磨粒的效果，又能产生更平滑的表面光洁度，因此通常能有效提高研磨工件的质量。
在盘磨的一个优选方法中，将含有磨粒和被有机粘合材料的团聚物的有机粘合磨具固定在一个表面磨床上，磨床以4000到6500表面英尺/分(20.32到33.02米/秒)的速度旋转，使其与工件接触足够长的时间，对工件进行研磨。通过这种方法，磨轮以有效的材料磨削速率磨去工件上的材料，磨轮的研磨表面上基本没有研磨碎屑，而且在研磨完成之后，工件上基本不会发生热损坏。
在蠕进研磨的一个优选方法中，玻璃质粘合磨轮中含有被无机粘合材料粘合的磨粒团聚物，其弹性模量值比三维复合体中具有规则间隔磨粒的其他方面相同的传统工具至少低10％，其最小爆裂速度是4000表面英尺/分(20.32米/秒)，将所述磨轮固定在一个蠕进磨床上。此玻璃质粘合磨轮以5500到8500表面英尺/分(27.94到43.18米/秒)的速度旋转，使其接触工件足够长的时间，对工件进行研磨。通过这种方法，磨轮以有效的材料磨削速率磨去工件上的材料，研磨之后，工件上基本不会发生热损坏。
通过以下实施例对本发明进行说明，但不起限制作用。
实施例1在旋转焙烧设备(电热型HOU-5D34-RT-28，1200℃最高温度，30千瓦输入功率，配备有72英寸(183厘米)长，5.5英寸(14厘米)内径的难熔金属管，由Harper International，Buffalo，New York制造)中制备含有无机粘合材料的一系列团聚磨粒样品。用相同尺寸的碳化硅管替代难熔金属管，将设备的操作参数设定为1550℃的最高温度。团聚过程是在大气条件下进行的，热区温度控制设定为1180℃，炉旋转速率是9转/分，炉管倾角是2.5到3度，进料速率是6-10千克/小时。可用的自由流动团聚物(定义为一12目到盘目)的产率是焙烧前原料总重量的60到90％。
用表1-1中所示的磨粒，粘合材料和水的简单混合物制备团聚物样品。制造样品所用的玻璃质粘合材料组合物列在表2中。用三种磨粒制备样品熔凝氧化铝38A，熔凝氧化铝32A和烧结的溶胶凝胶α-氧化铝Norton SG颗粒，从Saint-Gobain Ceramics & Plastics，Inc.，Worcester，MA，USA获得，其粒度号列在表1中。
在旋转焙烧设备中团聚之后，过筛磨粒团聚物样品，测试其松装密度(LPD)，粒径分布和团聚强度。这些结果如表1-1中所示。
表1-1团聚颗粒特性
a粘合材料体积％是焙烧后团聚物(含粘合材料和磨粒)中固体物质的百分数，不包括孔隙的体积％。
用粘合材料原料的平均LOI(灼烧损失)计算焙烧团聚物的粘合材料体积％。
用固定在振动过筛设备(Ro-Tap；RX-29型；W.S.Tyler Inc.Mentor，OH)上的美国标准测试筛过筛焙烧的团聚物。筛网尺寸是18-140目，适于不同的样品。用磨粒堆积密度的美国国家标准步骤测量焙烧团聚物的松装密度(LPD)。
假设孔隙率为零，用团聚物理论密度(ρ0)除以LPD(ρ)，计算以百分数表示的初始平均相对密度。按照混合物体积法则方法，用团聚物中粘合材料和磨粒的重量百分数和比重，计算理论密度。
用加压试验测量团聚物的强度。用1英寸(2.54厘米)直径的润滑钢模在Instron通用试验机(MTS 1125型，20000磅(9072千克))对5克团聚物样品进行加压试验。将团聚物样品倒入钢模中，敲击钢模外壁，使样品表面平整。插入顶上冲头，放下十字头，直至记录器上观察到一定的力(“初始位置”)。对样品施加以恒定速率(2毫米/分)增加的压力，至180兆帕的最大压力。以观察到的十字头位移(应变)作为团聚物样品的体积(样品的压实LPD)，将其记录为相对密度与外加压力的对数的关系。然后过筛剩余物质，确定破碎分数百分数。测量不同的压力，建立外加压力的对数和破碎部分百分数之间的关系图。破碎部分等于团聚物样品50重量％时的压力对数作为结果报告在表1-1中。破碎分数是通过较小筛网的破碎颗粒重量与样品初始重量的比值。
这些团聚物的LPD，粒径分布，模制强度和粒径保持特征适合于磨轮的商业制造。最终形成的烧结团聚物具有三角形，球形，立方形，矩形和其他几何形状的三维形状。团聚物中含有在磨粒接触点被玻璃粘合材料粘合在一起的许多一个个研磨颗粒(例如，2到20号粒度)。
随着团聚物颗粒中粘合材料量在3到20重量％的范围内的增加，团聚物颗粒的粒径增大。
对1-9号的全部样品都观察到足够的耐压强度，表明玻璃粘合材料已被固化并流动，在团聚物所含的磨粒之间形成有效粘合。用10重量％的粘合材料所制备的团聚物比用2或6重量％的粘合材料制备的团聚物具有明显更高的耐压强度。
LPD值较低表明团聚程度更高。随着粘合材料重量％的增加和研磨颗粒粒径的减小，团聚物的LPD降低。2和6重量％粘合材料之间的区别比较大，与之对比的是，6和10重量％粘合材料之间的区别较小，说明少于2重量％的粘合材料不足以形成团聚物。在超过大约6重量％的更高含量时，加入更多的粘合材料可能不会有利于产生明显更大或强度更高的团聚物。
从团聚物颗粒的粒径结果可知，粘合材料C的样品在团聚温度下具有最低的熔化玻璃粘度，具有三种粘合材料中最低的LPD。磨粒种类对LPD没有明显的影响。
表1-2玻璃质团聚物中所用的粘合材料
a.圆括号中表示的A-1粘合材料用于实施例2的样品。
b.杂质(例如Fe2O3和TiO2)含量大约0.1-2％。
实施例2磨粒/无机粘合材料团聚物用玻璃质粘合材料制造团聚磨粒样品AV2和AV3。按照实施例1中所述的旋转焙烧方法制备团聚物，使用以下物质。用3重量％的A粘合材料(表1-2)制备AV2团聚物。焙烧炉温度设定为1250℃，炉管倾角是2.5度，旋转速度是5转/分。用6重量％的E粘合材料(表1-2)制备AV3团聚物，焙烧炉温度是1200℃，炉管倾角是2.5-4度，转速是5转/分。磨粒是熔凝氧化铝38A磨粒，80号粒度，从Saint-Gobain Ceramics & Plastics，Inc.，Worcester，MA，USA获得。
测量玻璃质磨粒团聚物的松装密度，相对密度和粒径。测试结果列在下表2-1中。团聚物中含有在磨粒接触点被玻璃质粘合材料粘合在一起的许多一个个磨粒(例如，2到40号粒度)和可见的孔隙区域。大部分团聚物具有足够的抗压性，能在经过混合和模制成磨轮的操作之后保持三维特征。
表2-1磨粒/玻璃质粘合团聚物
a.百分数以固体总量为基准，只包括玻璃质粘合材料和磨粒，不包括团聚物中的任何孔隙。使用临时有机粘合材料，将玻璃质粘合剂粘着至磨粒(对于AV2，使用2.83重量％的AR30液体蛋白质粘合剂，对于AV3，使用3.77重量％的AR30液体蛋白质粘合剂)。临时有机粘合材料会在旋转焙烧炉中焙烧团聚物时被烧掉，最终的粘合材料重量％不包括临时有机粘合材料。
磨轮用团聚物样品AV2和AV3制造实验磨轮(类型1)(最终尺寸5.0×0.5×1.250英寸)(12.7×1.27×3.18厘米)。向旋转的桨式混合器(Foote-Jones混合器，从Illinois Gear，Chicago，IL获得)中加入团聚物，并将一种液体酚醛树脂(V-1181树脂，从Honeywell International Inc.，Friction Division，Troy NY获得)(22重量％的树脂混合物)与团聚物混合，制造实验磨轮。向潮湿的团聚物中添加粉末状酚醛树脂(Durez Varcum树脂29-717，从DurezCorporation，Dallas TX获得)(78重量％的树脂混合物)。用于制造这些磨轮的磨粒团聚物和树脂粘合剂的重量百分数以及最终磨轮的组成(包括固化磨轮中磨粒，粘合剂和孔隙的体积％)列在下表2-2中。
将这些物质混合足够长的时间，形成均匀的混合料并使松散结合的量最少。混合之后，用24目筛网过筛团聚物，破碎大的树脂团块。将团聚物与粘合剂的均匀混合物置于模子中，并施加压力形成磨轮生坯(未固化的)。从模子中取出这些磨轮生坯，用涂层纸包裹并加热至160℃的最高温度固化，定其硬度等级，后加工，并用本领域已知的制造商用磨轮的技术进行检查。测量最终磨轮的弹性模量，结果如下表2-2中所示。
用J.Peters在“磨轮的声波测试”《机械工具设计和研究中的进展》，Pergamon Press，1968中所述的方法，用Grindosonic机测量弹性模量。
实施例3-分子筛和MgO该实施例3中，分子筛催化剂组合物由33.6wt％MSA、50.4wt％粘合剂和16wt％前面实施例2中所述MgO组成。使催化剂组合物充分混合，然后用石英稀释形成反应器床。在实施例B中所述反应器和条件下试验的结果示于表3中。表2和表3中的数据表明MgO占催化剂组合物载荷的16wt％时，SAPO-34分子筛的寿命由16.34g/g分子筛增至31.66g/g分子筛，提高94％。
表3
实施例4-MgO与第3族金属氧化物(5wt％La2O3)混合通过初湿法使第3族金属氧化物(所述金属为La)加载至高表面积MgO之上。使0.2261g乙酸镧溶于约1.9ml去离子水。将该溶液滴加至2.0146g MgO中。使该混合物在真空烘箱内于50℃干燥1小时。使干燥的混合物粉碎，在空气中于550℃焙烧3小时。La2O3的wt％为约5％。将此金属氧化物粉末筛分得到各种粒度的颗粒。粒度在75至150微米之间的用于转化过程。
实施例5-分子筛和混合金属氧化物La2O3(5wt％)/MgO该实施例5中，催化剂组合物由33.6wt％MSA、50.4wt％粘合剂和16wt％前面实施例4中所述含5wt％第3族金属氧化物(其中所述金属为La)的MgO组成。使催化剂组合物充分混合，然后用石英稀释形成反应器床。在实施例B中所述反应器和条件下试验的结果示于表4中。表2和表4中的数据表明含5wt％La2O3的MgO占催化剂组合物载荷的16wt％<p>b.C-6和C-7磨轮没有进行研磨测试。这些对比磨轮规格可以从NationalGrinding Wheel Company/Radiac，Salem，IL和从Tyrolit N.A.，Inc.，Westboro，mA获得。
c.粘合剂的总体积％是用来使磨粒团聚的玻璃质粘合材料与用来制造磨轮的有机树脂粘合剂的总和。“(有机)”粘合剂体积％是粘合剂总体积％中向制造磨轮的团聚物中添加的那部分有机树脂。
实施例3用模拟轧辊研磨试验测试实施例2的实验磨轮，与酚醛树脂(C-1-C-3，从Saint-Gobain Abrasives，Inc.，Worcester，MA获得)粘合的商购磨轮进行比较。在实验室中用紫胶树脂粘合剂制造紫胶粘合磨轮(C-4和C-5)，将这些磨轮作为对比磨轮进行测试。选择它们作为对比磨轮的原因是，其组成，结构和物理特性与商业轧辊研磨操作中所用磨轮相同。
为了在实验装置中模拟轧辊研磨，在表面磨床上进行连续的接触槽磨。测试中采用了以下的研磨条件。
磨床Brown & Sharpe表面磨床模式两次连续的接触槽磨，在磨程末端离开工件不与其接触之前进行反转冷却剂Trim Clear 1∶40的冷却剂去离子水工件16×4英寸4340钢，硬度Rc50工件速度25英尺/分磨轮速度5730转/分向下进给共计0.100英寸切痕深度每端0.0005英寸接触时间10.7分钟表面修整单点金刚石，横向送进10英寸/分，0.001英寸补偿用IRD Mechanalysis设备(分析器型号855 Analyzer/Baalancer，从EntekCorporation，North Westerville，Ohio获得)测量研磨时的磨轮的振动。在初次研磨试验中，记录不同频率(以英寸/秒的速度单位表示)的振动水平，使用快速傅立叶变换(FFT)方法，在对磨轮表面修整之后的2和8分钟进行记录。初次研磨试验之后，进行第二次研磨，在磨轮接触工件的整个10.7分钟内，在选定的目标频率(57000圈/分，在初次研磨中观测到的频率)记录随时间变化而增大的振动水平。进行研磨试验时，记录磨轮磨损速率(WWR)，材料磨削速率(MRR)和其他研磨变量。这些参数，以及每个磨轮在连接接触研磨9-10分钟之后的振幅如下表3-1中所示。
表3-1研磨测试结果
可见实验磨轮具有最低的磨轮磨损速率和最低的振幅值。用酚醛树脂粘合剂(38A80-G8 B24，-K8 B24和-08 B24)制造的对比商用磨轮具有低的磨轮磨损速率，但是其高振幅值是不可接受的。预计这些磨轮会在实际轧辊研磨操作中发出振动响声。用紫胶树脂粘合剂(53A80J7紫胶混合料和53A80L7紫胶混合料)制造的对比磨轮具有高的磨轮磨损速率，但是其低的振幅值是可以接受的。实验磨轮的功率水平范围优于对比磨轮(在10-23hp的几乎恒定的振幅和一贯较低的WWR)，实验磨轮的G-比值(材料磨削速率/磨轮磨损速率)更好，表现为非常好的效率和磨轮寿命。
据信实验磨轮较低的弹性模量和较高的孔隙率会产生抗振动性，而无需牺牲磨轮寿命和研磨效率。出乎意料的是，发现实验磨轮比含有更高磨粒体积百分数和更硬等级的磨轮具有更高的研磨效率。虽然实验磨轮的硬度等级(即Norton公司磨轮硬度尺度上的A-E级)较软，但是实验磨轮能更有效地进行研磨，磨轮磨损更少，具有比硬度等级(即在Norton公司磨轮硬度标准上的G-O级)明显更高的对比磨轮更高的G-比值。这些结果很有意义并出乎意料。
实施例4按工业过程制造含有团聚磨粒的实验磨轮，在一种过去使用紫胶粘合磨轮的轧辊研磨操作中进行测试。
磨粒/无机粘合材料团聚物使用玻璃质粘合材料(表1-2中的A粘合材料)制造团聚磨粒样品AV4。样品AV4与样品AV2类似，区别在于AV4样品是用工业方法成批制造的。按照实施例1中所述的旋转焙烧方法制造团聚物。磨粒是熔凝氧化铝38A磨粒，80号粒度，从Saint-Gobain Ceramics & Plastics，Inc.，Worcester，MA，USA获得，还使用了3重量％的A粘合材料(表1-2)。焙烧炉温度设定为1250℃，炉管倾角是2.5度，旋转速度是5转/分。用2％的硅烷溶液(从CromptonCorporation，South Charleston，West Virginia获得)处理团聚物。
磨轮使用团聚物样品AV4制造磨轮(最终尺寸36英寸直径×4英寸宽×20英寸中心孔(类型1)(91.4×10.2×50.8厘米)。用工业设备制造实验磨轮时，将团聚物与液体酚醛树脂(V-1181树脂，从Honeywell International Inc.，Friction Division，Troy NY获得)(22重量％的树脂混合物)和粉末状酚醛树脂(Durez Varcum树脂29-717，从Durez Corporation，Dallas TX获得)(78重量％的树脂混合物)混合。这些磨轮中所用磨粒团聚物和树脂粘合剂的重量百分数列在下表4-1中。将这些物质混合足够长的时间，形成一种均匀的混合料。将团聚物和粘合剂的均匀混合物置于模子中，并施加压力形成磨轮生坯(未固化的)。从模子中取出这些磨轮生坯，用涂层纸包裹，加热至160℃的最高温度进行固化，定其硬度等级，后加工，并用本领域已知的商用磨轮制造技术进行检查。测量磨轮的弹性模量和烧结密度，结果如下表4-1中所示。测量磨轮爆裂速度，测出其最大工作速度是9500表面英尺/分。
磨轮组成(包括固化磨轮中磨粒，粘合剂和孔隙的体积％)如表4-1中所示。这些磨轮具有目前工业上所制造的有机粘合磨轮所不具备的可见开放连续比较均匀的孔隙结构。
表4-1磨轮组成
a.粘合剂“总”体积％是用于使磨粒团聚的玻璃质粘合材料和用于制造磨轮的有机树脂粘合剂的总和。“(有机)”粘合剂体积％是粘合剂总体积％中被加入团聚物中制造磨轮的那部分有机树脂。
研磨测试通过两种用于冷轧辊精加工的工业研磨操作测试这些实验磨轮。研磨之后，这些锻造钢辊将用于金属(例如钢)片表面的轧制和精加工。工业上通常使用紫胶粘合的商购磨轮(通常是80号粒度的氧化铝磨粒)，这些磨轮通常以6500表面英尺/分的速度工作，最大速度是大约8000表面英尺/分。研磨条件如下文所列出，测试结果如下表4-2和4-3中所示。
研磨条件A磨床Farrell轧辊研磨床，40匹马力冷却剂Stuart合成W/水磨轮速度780转/分工件锻造钢，连轧机轧辊，硬度842 Equotip，82×25英寸(208×64厘米)工件(轧辊)速度32转/分横向进给100英寸/分连续进给0.0009英寸/分纵向进给0.0008英寸/分表面光洁度要求18-30 Ra粗糙度，最大160峰研磨条件B磨床Pomini轧辊磨床，150匹马力冷却剂Stuart合成W/水磨轮速度880转/分工件锻造钢，连轧机轧辊，硬度842 Equotip，82×25英寸(208×64厘米)工件(轧辊)速度32转/分横向进给100英寸/分连续进给0.00011英寸/分纵向进给0.002英寸/分表面光洁度要求18-30Ra粗糙度，大约160-180峰表4-2研磨测试结果/研磨条件A
在研磨条件A下，实验磨轮具有极佳的研磨性能，获得明显高于在这些研磨条件下用紫胶粘合磨轮以过去工业操作所获得的G-比值。根据以往在研磨条件A下进行轧辊研磨的经验，实验磨轮2-1，2-2和2-3会被认为太软(Norton公司硬度等级值为B-D)，无法获得商业上可接受的研磨效率，所以这些表示了极佳G-比值的结果是非常不同寻常的。而且，轧辊的光洁表面上没有振颤痕迹，其表面粗糙度(18-30Ra)和表面峰数(大约160个)也在规格之内。实验磨轮给出的表面光洁质量以前只在紫胶粘合磨轮上观察到过。
实验磨轮3-3在研磨条件b下的第二次研磨测试验证了使用本发明磨轮在工业精加工轧辊的冷研磨操作中，在很长的测试时间表现了令人吃惊的优势。测试结果如下表4-3中所示。
表4-3研磨测试结果/研磨条件B
a.磨轮磨损测量。b.材料磨削测量。
研磨19个轧辊并经过从磨轮直径经受大约3英寸的磨损之后，实验磨轮2-4的累积G-比值是2.093。这个G-比值是在研磨条件A或B下用商购磨轮(例如，紫胶粘合磨轮，如实施例2中所述的C-6和C-7)进行轧辊研磨的G-比值的2到3倍。磨轮旋转速度和材料磨削速率大于用于这种轧辊研磨操作的对比商购磨轮，进一步证明用本发明的研磨方法能获得出乎预料的研磨效率。实验磨轮所获得的轧辊表面光洁度在工业制造标准下是可以接受的。研磨19个轧辊之后观察到的累积结果证明了实验磨轮的稳定状态操作，以及这种磨轮在被研磨操作所消耗时所具有的抗裂纹，抗振动和抗震颤的优点。
实施例5磨粒/无机粘合剂团聚物用表5-1中所示的磨粒，粘合材料和水的简单混合物制造团聚物样品。用于制备这些样品的玻璃质粘合材料组合物是表1-2中所示的粘合材料C。磨粒是熔凝氧化铝38A磨粒，80号粒度，从Saint-Gobain Ceramics & Plastics，Inc.，Worcester，MA，USA获得。
团聚磨粒样品是在1150℃形成的，使用旋转焙烧设备(HOU-6D60-RTA-28型，Harper International，Buffalo，New York)，它配备有120英寸(305厘米)长，5.75英寸(15.6厘米)内径，3/8英寸(0.95厘米)厚的金属管(Hastelloy)，具有分成三个温度控制区的60英寸(152厘米)加热长度。使用带可调体积进料速率控制的Brabender进料装置定量地向旋转焙烧设备的加热管中输送磨粒和粘合材料的混合物。团聚过程是在大气条件下进行的，炉管的旋转速率是3.5到4转/分，炉管倾角是2.5到3度，进料速率是6-10千克/小时。
在旋转焙烧设备中团聚之后，磨粒团聚物样品过筛，并测试其松装密度(LPD)和粒径分布。这些结果如表5-1中所示。
表5-1团聚颗粒V1特性
a.粘合材料体积％是焙烧后团聚物(即粘合材料和磨粒)中的固体物质百分数，不包括孔隙的体积％。
用团聚磨粒样品V1制备磨轮(类型1)(最终尺寸20×1×8英寸)(50.8×2.54×20.3厘米)。这些磨轮的组成(包括烧结磨轮中的磨粒，粘合剂和孔隙的体积％)，密度，和磨轮的机械特性如表5-2中所示。选择实验磨轮1到4的组成，使磨轮硬度等级为F，选择实验磨轮5到8的组成使磨轮硬度等级为G。
为了制造磨轮，向混料机中加入团聚物，液体粘合剂和对应于表1-2中粘合材料C的粉末状玻璃质粘合剂组合物。团聚物的结构能有效地抗压，在经过混合和模制操作之后能使有效量的团聚物保持三维特性。然后模制，干燥，以900℃的最高温度烧结，定硬度等级，后加工，平衡，并按照本领域已知的制造商用磨轮的技术进行检查。
按照工业使用的速度试验对最终磨轮进行安全测试，要能保证磨轮在被固定在磨床上进行转动时具有足够的机械强度，和进行研磨操作所需要的足够机械强度。所有实验磨轮都通过了测试设备的最大速度测试(85.1米/秒)，因此具有进行蠕进研磨操作所需要的足够机械强度。
磨轮的组成(包括烧结磨轮的磨粒，粘合剂和孔隙的体积％)，密度和磨轮的机械特性如表5-2中所示。
表5-2磨轮特性
a.对比磨轮样品是从Saint-Gobain Abrasives，Inc.，Worcester，MA获得的商购产品，所标记的商业磨轮规格如表5-2中所示。
b.实验磨轮中粘合剂的体积％包括用来将磨粒制成团聚物的玻璃质粘合材料的体积％。
c.在Instron 1125型机械测试机中，用4点弯曲夹具，其支撑跨距为3英寸负载跨距为1英寸，在十字头速度为0.050英寸/分钟的负载速率下测试磨轮的断裂模量。
d.磨轮以爆裂测试机能产生的最大速度旋转时没有发生爆裂。
实验磨轮1-4的弹性模量值比F级对比磨轮低34到43％，实验磨轮5-8的弹性模量值比G级对比磨轮低45到54％。没有预料到的是，具有相同磨粒，粘合剂和孔隙组成体积％的磨轮具有明显不同的弹性模量值。实验磨轮1的弹性模量值比F级对比磨轮低34％，实验磨轮5的弹性模量值比G级对比磨轮低51％。在另一实验中，更软等级从而具有同样较低弹性模量值的对比磨轮，其机械强度不足以通过85.1米/秒的速度测试。
实验磨轮的速度测试值是完全可以接受的。而且，当磨粒，粘合剂和孔隙的体积％相同时，实验磨轮1的断裂模量只比F级的对比磨轮低7％，而实验磨轮5的断裂模量只比G级的对比模量低3％。在实验磨轮的密度略低于对比磨轮的条件下，断裂模量的略微降低是预料到的。密度的降低还表明了实验磨轮相对于具有同样体积％组成的对比磨轮，在热处理时抵抗了收缩，能这一点表明了能节约制造中的材料和加工成本。
对磨轮进行蠕进研磨的试验，与建议用于蠕进研磨的对比商购磨轮进行比较。对比磨轮具有相同的尺寸，相同或相似的体积％组成，相同的硬度等级(等级决定于磨粒，粘合剂和孔隙的体积％)和功能相同的粘合剂，这些对比磨轮是适用于蠕进研磨研究的对比磨轮。但是，对比磨轮中不含团聚磨粒，需要消耗性孔隙引发剂获得要求的孔隙体积％和磨轮密度。对比磨轮的商业规格和组成如表5-2中所示(商购磨轮38A80F19VCF2和38A80G19VCF2)。
进行了“楔形”研磨试验，此时工件相对于固定该工件的机器滑板倾斜一个小角度。这种几何设置能增加切痕深度，提高材料磨削速率，随着研磨过程从开始到结束增加磨屑厚度。在各种条件下采集一次研磨试验的数据。测量和记录轴功率和研磨力，能进一步帮助评价楔形研磨试验中的磨轮性能。精确测定产生研磨烧伤或磨轮爆裂等不可接受结果的条件(MRR，磨屑厚度等)，有利于对磨轮性质的表征和对相关产品的性质进行分级。
研磨条件磨床Hauni-Blohm Profimat 410模式楔形蠕进研磨磨轮速度5500表面英尺/分(28米/秒)工作台速度从5到17.5英寸/分(12.7-44.4厘米/分)变化冷却剂Master Chemical Trim E210 200，用去离子井水稀释到10％浓度，72加仑/分(272升/分)工件材料Inconel 718(42 HRc)修整模式旋转金刚石，连续修整补偿20微英寸/转(0.5微米/转)速度比值+0.8在这些研磨试验中，切痕深度的连续增加提供了在工件长度(8英寸(20.3厘米))上材料磨削速率的连续增加。记录工件烧伤，磨轮破裂，粗糙表面和/或磨去边角的故障情况。研磨中的磨轮磨损小于研磨试验中进行的连续表面修整的补偿带来的损失。发生故障情况时(最大MRR)的比研磨能量和材料磨削速率如表5-3中所示。
表5-3研磨测试结果
a.计算增量百分数时，将实验磨轮与最接近等级的磨轮进行比较。将实验磨轮1-4与F级磨轮进行比较；将实验磨轮5-8与G级磨轮进行比较。
从表5-3中的研磨测试结果可知，出现故障情况之前，实验磨轮的MRR值比具有同样体积％组成的对比磨轮高20到58％。组成相同时，实验磨轮研磨时需要的能量(比研磨能量)降低至少17％。获得了这些研磨操作效率，而此时被研磨工件的表面质量并不差。结果表明，实验磨轮能在表面修整速率较低的情况下，以恒定的MRR进行工业蠕进研磨操作，从而使磨轮寿命至少延长一倍。
实施例6磨粒/无机粘剂合团聚物用表6-1中所示的磨粒，粘合材料和水的简单混合物制备团聚磨粒样品。用于制备样品的玻璃质粘合材料组合物是表1-2中所示的粘合材料C。磨粒是熔凝氧化铝38A磨粒，60号粒度，从Saint-Gobain Ceramics & Plastics，Inc.，Worcester，MA，USA获得。
团聚磨粒样品是在最高温度1250℃的工业旋转焙烧设备(由BartlettInc.Stow，Ohio制造；直接燃气型)中制备的，配备有35英尺(10.7米)长，31英寸(0.78米)内径难熔管，23英寸(0.58米)厚。团聚过程是在大气条件下进行的，热区温度控制设定为1250℃，炉管的旋转速率是2.5转/分，炉管倾角是3度，进料速率是450千克/小时。
在旋转焙烧设备中团聚之后，将磨粒团聚物样品过筛，测试其松装密度(LPD)和粒径分布。这些结果如表6-1中所示。
表6-1团聚物V2特性
a.粘合材料的体积％是烧结后团聚物(即，粘合材料和磨粒)中固体物质的百分数，不包括孔隙的体积％。
用团聚物样品制造磨轮(类型1)(最终尺寸20×1×8英寸)(50.8×2.54×20.3厘米)。制造磨轮时，向混料机中加入团聚物和液体粘合剂以及对应于表1-2中粘合材料C的粉末状玻璃质粘合组合物。团聚物的结构具有足够的抗压性能，在混合和模制操作之后能使有效量的团聚物保持三维特性。选择用于实验磨轮9到11的组成，制得硬度等级为I的磨轮，选择用于实验磨轮12-16的组成，制得硬度等级为K的磨轮，选择用于实验磨轮17到19的组成，制得硬度等级为J的磨轮。然后进行模制，干燥，以1030℃的最高温度进行烧结，硬度定级，后加工，平衡，并用本领域中已知的商业购磨轮制造技术进行检查。
按照工业使用的速度试验对最终磨轮进行安全测试，要能保证磨轮在被固定于磨床上运转时具有足够的机械强度，和足以进行研磨操作的机械强度。爆裂试验的结果如表6-2中所示。所有实验磨轮对蠕进研磨操作都具有足够的机械强度。工业蠕进研磨操作通常是以6500表面英尺/分(33米/秒)，最大约8500表面英尺/分(43.2米/秒)的速度进行的。
磨轮组成(包括烧结磨轮中研磨剂，粘合剂和孔隙的体积％)，密度，和磨轮的材料性质如表6-2中所示。
表6-2磨轮特性
a.对比磨轮样品是从Saint-Gobain Abrasives，Ltd.，Stafford，UK获得的商购产品，标记有如表6-2中所示的磨轮规格。
b.实验磨轮的粘合剂体积％包括用于将磨粒制成团聚物的玻璃质粘合材料的体积％。
c.这个磨轮与对比磨轮38A60-K75 LCNN的体积％组成相同，但是这个磨轮是按照Wu的美国专利A5738696和A5738697，用长宽比大于4∶1的烧结溶胶凝胶法长形，α-氧化铝磨粒制造的。注意这个磨轮的密度较低，但是具有与38A60K75 LCNN非常接近的弹性模量值。
没有预料到的是，磨粒，粘合剂和孔隙的体积％组成相同的磨轮具有明显不同的弹性模量值。使得注意的是，通过添加拉伸长形磨粒而不是消耗性孔隙引发剂所制成的孔隙体积％较高和密度较低的对比磨轮(T62-80 E13 VCF5)，其弹性模量值并未降低。事实上，其弹性模量值高于最接近的相同对比磨轮，比具有相同体积％组成的实验磨轮高得多。
尽管弹性模量性质降低，实验磨轮的速度测试值是完全可以接受的。当磨粒，粘合剂和孔隙的体积％组成相同时，实验磨轮1的断裂模量和爆裂速度值仅略有降低。实验磨轮的密度略低于以相同体积％组成制造的对比磨轮。因此，预料到了断裂模量略有降低。密度降低还表明，实验磨轮相对于具有相同体积％组成的对比磨轮在热处理时较大地抵抗了收缩性，说明明显节约了包括材料和精加工方面的制造成本。
用实施例5中所述的楔形测试研磨条件在蠕进研磨操作中测试了磨轮。测试了实验磨轮和被建议用于蠕进研磨操作的对比商用磨轮，进行比较。对比磨轮具有相同的尺寸，相同或相似的体积％组成，相同的硬度等级(等级决定于磨粒，粘合剂和孔隙的体积％含量)和功能相当的粘合剂，它们是适用于蠕进研磨研究的对比磨轮。但是，对比磨轮中不含团聚磨粒，使用了消耗性孔隙引发剂来获得要求的孔隙体积％和磨轮密度。商购磨轮规格和对比磨轮的组成如表6-2中所示(商购磨轮38A60-I96 LCNN，38A60-K75 LCNN和38A60-J64 LCNN)。结果给出在下表6-3中。
表6-3研磨测试结果
a.计算增量百分数时，将实验磨轮与最接近的相同等级对比磨轮进行比较。将实验磨轮9-11与I级磨轮比较；将实验磨轮12-16与K级磨轮比较；将实验磨轮17-19与J级磨轮比较。
从表6-3中的研磨测试结果可知，实验磨轮在出现故障情况之前，具有比相同体积％组成的对比磨轮更高的MRR(10到68％)。组成相同时，实验磨轮在研磨时需要的能量(比研磨能量)有所降低(3到31％)。被研磨工件的表面质量没有多大降低，就能获得这些研磨操作效率。结果表明，实验磨轮可以在表面修整速率较低的情况下以恒定的MRR进行工业蠕进研磨操作，从而能将磨轮寿命至少延长一倍。
实施例7磨粒/有机粘合剂团聚物从磨粒和酚醛树脂粘合材料(Durez Varcum树脂29-717，比重1.28克/立方厘米，从Durez Corporation，Dallas TX获得)的混合物以表7-1中所示的量，制备一系列团聚磨粒样品(A1-A8)。所有样品都是用从Saint-GobainCeramics & Plastics，Inc.，Worcester，MA，USA获得的经硅烷处理的熔凝氧化铝38A磨粒制备的，其粒径(80或46号粒度)列在表7-1中。
将磨粒和树脂粘合材料置于混料机(样品A5-A8被置于RV-02型高剪切Erich混料机中，由Erich Company，Gurnee，IL制造；样品A1被置于盘式混料机中，由Foote-Jones/Illinois Gear in Chicago，IL制造；样品A2，A3和A4被置于盘式混料机中，由Boniface Tool and Die in Southbridge MA制造)的碗形容器中。混合开始时，将碗速设定为64转/分，桨速设定为720转/分(Eirich混料机中的样品A5-A8)；或35转/分的碗速和固定桨(Foote/Jones混料机中的样品A1)；或35转/分的碗速和75转/分的桨速(Boniface混料机中的样品A2-A4)。混合时，向磨粒和粘合材料的混合物上进行足量溶剂(糠醛)喷雾，使磨粒和粘合材料团聚在一起。继续向混合物上进行溶剂喷雾，直至磨粒和粘合材料形成团聚物。制备样品A1时，用塑料瓶将溶剂手动喷洒在干组分上。在制备样品A2-A8时，用从Wesco Company，Chatsworth，CA获得的Tool Mist冷却剂发生器以测定的量将溶剂连续喷雾在干组分上。团聚过程是在大气条件下室温中进行的。
在混料机中团聚之后，用美国标准的3.5目筛网过筛潮湿的团聚磨粒样品，并在室温条件下干燥过夜。在粗筛网(对46号粒度团聚物使用美国标准8号筛网，对80号粒度团聚物使用20号筛网)上再次过筛样品，并单层铺展在氟聚合物衬里的烘盘(大约45×30厘米)上。然后在实验室用烘箱(Despatch型号VRD-1-90-1E，从Despatch Industries，Minneapolis，MN获得)中在大气条件下固化，加热至160℃的最高温度，并在该温度保持30分钟。在1.5英寸的钢棒下手动滚压固化的团聚物，将较大的团聚物部分破碎和分散成较小的团聚物。
用固定在振动过筛设备(Ro-Tap；RX-29型；W.S.Tyler Inc.Mentor，OH)上的美国标准测试筛网过筛固化的团聚物。对用46号粒度研磨颗粒制得的团聚物使用10到45目的筛网，对用80号粒度研磨颗粒制得的团聚物使用20到45目的筛网。
样品A1-A8的可用的能自由流动的团聚物的产率被定义为具有指定筛网尺寸(美国标准筛网尺寸)粒径分布的团聚物占团聚前磨粒混合物总重量的重量％，产率如下表7-1中所示。
测试团聚物的松装密度(LPD)，相对密度和粒径分布，在被制成磨具之前和之后对其进行目视观察表征。用磨粒堆积密度的美国国家标准方法测量固化团聚物的松装密度(LPD)。假设孔隙率为零，用团聚物的理论密度(ρ0)除以LPD(ρ)，计算以百分数表示的初始平均相对密度。根据混合物体积法则方法，从团聚物所含粘合材料和磨粒的重量百分数和比重计算理论密度。
这些团聚物的LPD，相对密度和粒径分布特征适合于磨轮的商业制造。团聚物测试的结果如表7-1中所示。
最终的固化团聚物具有三角形，球形，立方形，矩形，圆柱形，和其他几何形状的三维形状。团聚物中是在磨粒接触点被树脂粘合材料粘合在一起的大量独立研磨颗粒(例如，2到40号粒度)。根据材料密度和体积计算方法，团聚物堆积的孔隙率大约是18体积％。团聚物的结构具有足够的抗压性能，能在混合和模制操作之后使有效量的团聚物保持最初的三维特征。
表7-1团聚物特性
a.粘合材料的体积％是固化后团聚物颗粒(即粘合材料和磨粒)中固体物质的百分数，不包括孔隙的体积％。假设没有内部孔隙且没有混合损失，计算固化团聚物的粘合材料体积％。
磨轮使用团聚物样品A1，A2和A3制造6型杯状磨轮(最终尺寸3.5×3.75×0.88-0.50英寸轮缘)(8.9×9.5×2.2-1.3厘米轮缘)。制造实验磨轮时，用手将团聚物与酚醛树脂粘合组分混合成250克的批料，直到形成均匀的混合物。树脂粘合组合物是22重量％的液体酚醛树脂(V-1181，从HoneywellInternational Inc.，Friction Division，Troy NY获得)和78重量％的粉末状酚醛树脂(Durez Varcum树脂29-717，从Durez Corporation，Dallas TX获得)的混合物。将团聚物和粘合剂的均匀混合物置于模子中，施加压力，形成磨轮生坯(未固化的)。从模子中取出这些磨轮生坯，用涂层纸包裹，在160℃的最高温度加热固化，硬度定级，后加工，并按照本领域已知的商业磨轮制造技术进行检查。
按照工业实用速度试验对最终磨轮进行安全测试，要保证磨轮在被固定于磨床上运转时具有足够的机械强度以及足以进行研磨操作的机械强度。所有实验磨轮都能通过7200转/分的速度测试，因此其机械强度足以进行表面研磨操作。磨轮组成(包括固化磨轮的磨粒，粘合剂和孔隙的体积％)如表7-2中所示表7-2磨轮特性
a)磨粒为46体积％时，对比磨轮所含磨粒体积％(即12-16体积％或更高)大于用30或34体积％的磨粒制成的实验磨轮。
b)实验磨轮中粘合剂的体积％包括用于将磨粒制成团聚物的树脂粘合材料和用于制造磨轮的粘合剂的体积％。根据预先的测试结果，实验磨轮配方(体积百分数组成)形成Norton公司商业磨轮硬度等级尺度中的D级硬度。
c)对比磨轮样品是从Saint-Gobain Abrasives，Inc.，Worcester，MA获得的，并以表7-2中所示的字母数字磨轮规格销售的商用产品。磨轮中含有酚醛树脂粘合剂，CaF2和中空富铝红柱石球，38A氧化铝磨粒，其硬度等级(Norton公司硬度等级尺度)是L或P。
在表面研磨操作中对这些实验磨轮进行了测试，发现这些磨轮适合于商业应用。对实验磨轮和表7-2中所示的建议用于商业表面研磨操作的对比磨轮进行了测试比较。对比磨轮具有相同的尺寸，同样的磨粒和粘合剂种类，是适合用于在表面研磨研究中对实验磨轮进行评价的对比磨轮，但是对比磨轮中不含团聚磨粒。这些研磨测试的结果如表7-3中所示。
研磨测试对本发明磨轮和对比磨轮进行了高接触面积的，为模拟商业盘磨操作设计的表面研磨测试。使用以下条件。
研磨条件磨床Okuma GI-20N，OD/ID磨床研磨模式表面研磨(面)；盘磨模拟测试磨轮速度6000转/分；5498表面英尺/分(27.9米/秒)工作速度10转/分；20.9表面英尺/分/0.106米/秒进给速率0.0105英寸/分(0.0044毫米/秒)/0.0210英寸(0.0089毫米/秒)冷却剂Trim VHPE210，用去离子井水稀释至5％工件材料52100钢，8英寸OD(20.3厘米)×7英寸ID(17.8厘米)×0.50英寸(1.27厘米)轮缘，Rc-60硬度修整金刚石簇；补偿0.001英寸，0.01英寸铅表7-3研磨测试结果
a.G-比值/研磨剂体积％分数是磨轮中磨粒研磨性能的量度。这种计算方法考虑到实验磨轮和对比磨轮之间磨粒体积％的明显差别，对研磨性能进行了归一化。很容易发现，实验磨轮中的磨粒在体积分数基准上产生明显更好的研磨效率(即只需要较少的磨粒就能产生相同的研磨效率)。
结果表明，本发明制造的磨轮很耐磨损，能在与最接近的对比磨轮相同的进给速率和材料磨削速率(MRR)下工作，在相同比研磨能量时具有更长的磨轮寿命(WWR)，或者在相同磨轮寿命时只需要较低的比研磨能量。具有更高磨粒体积百分数(34％)的实验磨轮(W4)，出乎意料地具有比其他含有较少磨粒(30％)的实验磨轮更高的磨轮磨损速率。进给速度为0.0267毫米/转时，所有实验磨轮在一给定MRR时都具有低于对比磨轮的比能量。因为较低的比研磨能量与较低的燃烧势相关，预计本发明的磨轮比对比磨轮具有更小的工件烧伤倾向。而且，与对比磨轮相比，实验磨轮能在磨粒体积分数基准上产生明显更好的研磨效率(即只需要较少的磨粒就能产生相同的研磨效率)。这个结论不同于粘合研磨技术领域的下述传统看法，即磨轮等级越高，所含磨粒越多，就能产生比更低(更软)等级磨轮更好的磨轮寿命和研磨效率。因此，本发明磨轮的优越性能是明显和出乎意料的。
实施例8磨轮使用团聚物样品A4和A5制造6型杯状磨轮(最终尺寸5.0×2.0×0.625-1.5英寸轮缘)(12.7×5.08×1.59-3.81厘米轮缘)。按照上述实施例7的方法制造实验磨轮。
在用团聚物模制和压制磨轮生坯时发现，必须对混合物进行一定程度的加压，才能获得机械强度足以进行表面研磨的固化磨轮。如果用粘合剂和团聚物的混合物填充模子，而且在模制过程中基本上不加压，此时团聚物保持其原来的LPD，则制得的固化实验磨轮在研磨时相比对比磨轮没有优势。但是，如果向团聚物和粘合剂的模制混合物施加足够的压力，压缩混合物体积至少8体积％，则磨轮在表面研磨测试中提的研磨性能磨轮组成体积％。发现压缩体积在8-35体积％(基于团聚物的初始LPD和被置于模子中的混合物体积)时，能制成具有本发明优点的可用磨轮。进一步发现，破碎8到15体积％的团聚物并不会改变用这些团聚物制成的磨轮的研磨性能。
按照工业实用速度试验对最终磨轮进行安全测试，要保证磨轮在被固定于磨床上运转时具有足够的机械强度以及足以进行研磨操作的机械强度。所有实验磨轮都通过了6308转/分的速度测试，因此其机械强度足以进行表面研磨操作。
磨轮组成(包括固化磨轮中磨粒，粘合剂和孔隙的体积％)如表8-1中所示表8-1磨轮特性
a)磨粒为46体积％时，对比磨轮所含磨粒体积％(即12-16体积％或更高)大于用30或34体积％的磨粒制成的实验磨轮。
b)实验磨轮中粘合剂的体积％包括用于将磨粒制成团聚物的树脂粘合材料和用于制造磨轮的粘合剂的体积％。磨轮W5，W6和W8的硬度是Norton等级尺寸中的D级。磨轮W7的硬度是A级，磨轮W9的硬度是Noton公司商业磨轮硬度等级尺度中的G级。
c)对比磨轮样品是从Saint-Gobain Abrasives，Inc.，Worcester，MA获得的，并以表8-1中所示的字母数字磨轮规格销售的商用产品。磨轮中含有酚醛树脂粘合剂，CaF2，中空富铝红柱石球，38A氧化铝磨粒，其硬度等级(Norton公司商用尺度)是I，L，P或T。
d)流体(空气)透过率的单位是立方厘米/秒/英寸水，按照美国专利5738696和5738697中所述的方法用1.1厘米喷嘴进行测量。
目视检查固化实验磨轮的横截面发现，用来在磨轮中将团聚物粘合在一起的酚醛树脂进入了团聚物表面周围的空隙区域中，填充了一些或全部空隙区域。这种现象在磨轮生坯或用高粘度树脂制造的磨轮中是观察不到的。这些现象表明，粘合剂是在热固化操作中被引入团聚物的空隙区域中的。可以认为，固化步骤中的粘合剂转移会相对于团聚物内和相互之间的理论孔隙分布，有效降低团聚物内的孔隙率，并有效增加团聚物之间的孔隙率。结果是形成一种复合结构，在连通孔隙的连续相中含有一种磨粒/粘合剂基质。
以表面研磨操作对这些实验磨轮进行测试，发现这些磨轮适合于商业应用。对实验磨轮和表8-1中所示用于商业表面研磨操作的对比磨轮进行了测试比较。对比磨轮具有相同的尺寸，同样的磨粒和粘合剂种类，适合用于在表面研磨研究中对实验磨轮进行评价的对比磨轮，但是对比磨轮中不含团聚磨粒。研磨试验的条件和结果如下文和表8-2中所示。
研磨试验对本发明磨轮和对比磨轮进行高接触面积的，为模拟商用盘磨操作所设计的表面研磨测试。使用以下条件。
研磨条件磨床Rail磨床；最大功率45匹马力研磨模式表面研磨(磨盘模拟测试)磨轮速度4202转/分；5500表面英尺/分(27.9米/秒)
工作速度3转/分；37.7表面英尺/分/0.192米/秒进给速率0.0027英寸/转(0.0686毫米/转)和0.004英寸/转(0.1016毫米/转)研磨时间15分钟研磨至消失火花10秒冷却剂Trim Clear，用去离子井水稀释至2％工件材料1070钢，48英寸OD(1.22米)×46.5英寸ID(1.18米)×0.75英寸(1.91厘米)轮缘，HB 300-331 Brinnell硬度；不修整表8-2研磨测试结果
<p>表2-2磨轮组成
a.用酚醛树脂粘合剂制造C-1，C-2和C-3磨轮，这些磨轮规格可以从Saint-Gobain Abrasives，Inc.获得。用与少量酚醛树脂粘合剂混合的紫胶树脂制造C-4和C-5磨轮。这些磨轮规格可以从Saint-Gobain Abrasives，Inc.，Worcester，mA获得。这些样品C-4和C-5是在实验室中按照商用规格制造的，固化制成的最终磨轮硬度等级分别是J和L。
磨轮组成(包括固化磨轮中磨粒，粘合剂和孔隙的体积％)如表9-1中所示表9-1磨轮特性
a)实验磨轮中粘合剂的体积％包括用于将磨粒制成团聚物的树脂粘合材料和用于制造磨轮的粘合剂的体积％。
目视检查固化实验磨轮，与实施例8一样，证实了粘合剂向团聚物表面或其中空隙区域的转移。同样，结果是形成一种复合结构，在连通孔隙的连续相中含有一种磨粒/粘合剂基质。
以实施例8的表面研磨操作对这些实验磨轮进行测试，发现这些磨轮适合于商业应用。将实验磨轮的研磨结果与表8-1中所示的四个对比磨轮的结果进行比较。对比磨轮具有相同的尺寸，同样的磨粒种类，是适用于在表面研磨研究中对实验磨轮进行评价的对比磨轮，但是对比磨轮中不含团聚磨粒。研磨测试的结果如表9-2中所示。
表9-2研磨测试结果#3.924
a.G-比值/研磨剂体积％分数是磨轮中磨粒研磨性能的量度。这种计算方法考虑到实验磨轮和对比磨轮(样品C2L，表8-1中)之间磨粒体积％的明显差别，对研磨性能进行了归一化。很容易发现，实验磨轮中的磨粒在体积分数基准上产生明显更好的研磨效率(即只需要较少的颗粒就能产生相同的研磨效率)。
较低硬度等级的实验磨轮(A和D)与相同研磨操作中的对比磨轮(例如样品C2L，L等级的磨轮，表8-1中)相比，表现出更高的WWR但是更低的能量消耗。表8-1中的对比磨轮(L级到P级)比实验磨轮W10和W11硬8个等级(在Norton公司尺度上)。出乎意料的是，在大多数研磨测试项目中，实验磨轮的性能(G-比值，MRR和较低的能量消耗)都优于对比磨轮。
而且，与对比磨轮相比，实验磨轮在磨粒体积分数基准上能产生明显更好的研磨效率(即，只需要较少的颗粒就能产生相同的研磨效率)。这个结果不同于粘合研磨技术领域中的下述传统看法，认为磨轮硬度等级越高，所含磨粒越多，就比较软等级的磨轮更耐磨，磨轮寿命更长并且研磨效率更好。
因此，本发明所制造的实验磨轮具有商业上可以接受的足够机械强度，但其可测量硬度等级较低，连通孔隙率较高。
实施例10磨轮使用团聚物样品A7和A8制造磨轮(最终尺寸5.0×2.0×0.625-1.5英寸轮缘)(12.7×5.08×1.59-3.81厘米轮缘)。制造磨轮W12和W13时，将团聚物样品过筛至粒径分布范围是-10/+20目。制造磨轮W14时，将团聚物样品过筛成粒径分布范围是-14/+20目。按照上述实施例7的方法制造实验磨轮。按照工业速度试验对最终磨轮进行安全测试，要保证磨轮在被固定于磨床上进行旋转时具有足够的机械强度以及足以进行研磨操作的机械强度。所有实验磨轮都通过了6308转/分的速度测试，因此其机械强度足以进行表面研磨操作。磨轮组成(包括固化磨轮中磨粒，粘合剂和孔隙的体积％)如表10-1中所示。
表10-1磨轮特性
a)磨粒为46体积％时，对比磨轮所含磨粒体积％(即，16体积％或更高)大于用30体积％的磨粒制成的实验磨轮。
b)实验磨轮中粘合剂的体积％包括用于将磨粒制成团聚物的树脂粘合材料和用于制造磨轮的粘合剂的体积％。
c)对比磨轮样品是从Saint-Gobain Abrasives，Inc.，Worcester，MA获得的，并以表10-2中所示的字母数字磨轮规格销售的商用产品。磨轮中含有酚醛树脂粘合剂，CaF2，中空富铝红柱石球，38A氧化铝磨粒，其硬度等级(Norton公司商用尺度)是L。
d)流体(空气)透过率的单位是立方厘米/秒/英寸水，按照美国专利5738696和5738697中所述的方法用1.1厘米喷嘴进行测量。
目视检查固化实验磨轮发现，与实施例8和9一样，证明了粘合剂向团聚物表面或其中空隙区域的转移。结果是形成一种复合结构，在连通孔隙的连续相中含有一种磨粒/粘合剂基质。
以表面研磨操作对这些实验磨轮进行测试，发现这些磨轮适合于商业应用。对实验磨轮和表10-1中所示用于商业表面研磨操作的对比磨轮进行测试比较。对比磨轮具有相同的尺寸，同样的磨粒和粘合剂种类，是适用于在表面研磨研究中对实验磨轮进行评价的对比磨轮，但是对比磨轮中不含团聚物。
研磨测试的条件和结果如下文和表10-2中所示。
研磨条件磨床Rail磨床；最大功率45匹马力研磨模式表面研磨(磨盘模拟测试)磨轮速度4202转/分；5500表面英尺/分(27.9米/秒)工作速度6转/分(75.4表面英尺/分/0.383米/秒)进给速率0.0010英寸/转(0.0254毫米/转)，0.0014英寸/转(0.0356毫米/转)，0.0020英寸/转(0.0508毫米/秒)和0.0027英寸/转(0.0686毫米/转)研磨时间每个进料速率为15分钟；45匹马力研磨至火花消失10秒冷却剂Trim Clear，用去离子井水稀释至2％工件材料AISI 1070钢，48英寸OD(1.22米)×46.5英寸ID(1.18米)×0.75英寸(1.91厘米)轮缘，HB 302 Brinnell硬度修整无表10-2研磨测试结果
a.G-比值/研磨剂体积％分数是磨轮中磨粒研磨性能的量度。这种计算方法考虑到实验磨轮和对比磨轮之间磨粒体积％的明显差别，对研磨性能进行了归一化。很容易发现，实验磨轮中的磨粒在体积分数基准上产生明显更好的研磨效率(即只需要较少的磨粒就能产生相同的研磨效率)。
实验磨轮所消耗的功率略高，但是其WWR明显低于对比磨轮。据信如果实验磨轮以低于对比磨轮的MRR工作时，实验磨轮所消耗的能量较少。
而且，与对比磨轮相比，实验磨轮能在磨粒体积分数基准上产生明显更好的研磨效率(即只需要较少的颗粒就能产生相同水平的研磨效率)。这个结论不同于粘合研磨技术领域的下述传统看法，即磨轮等级越高，就越耐磨，能产生比较低(较软)等级磨轮更好的磨轮寿命和研磨效率。
实施例11磨粒/有机粘合剂团聚物用各种粘合材料(如下表11-1中所示)制造团聚磨粒样品A9-A11(表7-1)。与实施例7中一样，制造这些团聚物的混合物中包括磨粒，含有酚醛树脂(DurezVarcum树脂29-717，比重1.28克/立方厘米，从Durez Corporation，DallasTX获得)的粘合材料，以及表11-1中所列出的填料。磨粒和粘合材料的用量如表11-1中所示。所有样品都是用从Saint-Gobain Ceramics & Plastics，Inc.，Worcester，MA，USA获得的经硅烷处理的80号粒度熔融氧化铝38A磨粒制备的。
将磨粒和树脂粘合材料置于高剪切Eirich混料机(型号是RV-02，由ErichCompany，Gurnee，IL制造)的碗形容器中。混合开始时，将碗速设定为64转/分，桨速设定为720转/分。混合时，以受控速率向磨粒和粘合材料的混合物上进行足量溶剂(糠醛)喷雾，使磨粒和粘合材料团聚在一起。继续在混合物上进行溶剂喷雾，直至磨粒和粘合材料形成团聚物(即，在包括2.25千克磨粒和表11-1中所示量的粘合材料的批料上以15-20克/分的速率喷洒7分钟)。用从Wesco Company，Chatsworth，CA获得的Tool Mist冷却剂发生器进行喷雾。团聚过程是在大气条件下室温进行的。
在混料机中团聚之后，用美国标准的3.5目筛网过筛潮湿的团聚磨粒样品，并在室温条件下干燥过夜。再次过筛样品形成-20/+45的颗粒分布，并单层铺展在氟聚合物衬里的烘盘(大约45×30厘米)上。然后将团聚物置于大气条件的烘箱中，升温至160℃的最高温度，并将该团聚物在该最高温度下保持30分钟，固化树脂粘合材料。在1.5英寸的钢棒下手动滚压固化的团聚物，将较大的团聚物部分破碎和分散成较小的团聚物，然后过筛至要求的粒径分布。
可用的能自由流动的团聚物产率被定义为具有-20到+45目(美国标准筛网尺寸)粒径分布的团聚物，占团聚前磨粒混合物总重量的百分数，此处为90重量％。
在将这些团聚物制成磨具之前和之后，测试其松装密度(LPD)，相对密度和粒径分布，并进行目视观察。结果如表7-1中所示。
这些团聚物的LPD，相对密度和粒径分布特征适合于磨轮的商业制造。最终的固化团聚物具有三角形，球形，立方形，矩形，圆柱形和其他几何形状的三维形状。团聚物中包括在颗粒接触点被树脂粘合材料粘合在一起的大量独立磨粒(例如2到40号粒度)。团聚物的结构具有足够的抗压性有，能在混合和模制操作之后保持三维特性，即只有少量(例如＜20重量％)团聚物在磨轮加工中被破碎成一个个的研磨颗粒。发现用树脂和填料的组合所制成的团聚物，其粘着性小于仅用树脂不用填料所制成的团聚物，更容易分散。而且，当树脂中添加有填料时，所需要的溶剂量略少。
因此，稍经改进，当有机粘合材料中添加有无机填料(最好复合进入磨轮中)时，用酚醛树脂粘合材料制造团聚物的相同方法也能被用来从有机粘合材料制造磨粒团聚物。
表11-1团聚物A9-A11中所用的粘合材料
a)酚醛树脂是Durez Varcum树脂29-717，从Durez Corporation，DallasTX获得。
b)填料是从Min-Chem Canada，Inc.，Oakville Ontario Canada获得的，粒径＜45微米(-325目)，在添加磨粒和液体材料之前，与粉末状树脂组分混合。
磨轮使用团聚物样品A9到A13制造磨轮(最终尺寸5.0×2.0×0.625-1.5英寸轮缘)(12.7×5.08×1.59-3.81厘米轮缘)。按照实施例7中所述的方法制造实验磨轮。按照工业速度试验对最终磨轮进行安全测试，要保证磨轮在被固定于磨床上进行旋转时具有足够的机械强度以及足以进行研磨操作的机械强度。所有实验磨轮都通过了6308转/分的速度测试，因此其机械强度足以进行表面研磨操作。磨轮组成(包括固化磨轮中磨粒，粘合剂和孔隙的体积％)如表11-2中所示。
表11-2磨轮特性
a)磨粒为46体积％时，对比磨轮所含磨粒体积％(即16体积％或更高)大于用30体积％的磨粒制成的实验磨轮。
b)实验磨轮中粘合剂的体积％包括用于将磨粒制成团聚物的树脂粘合材料和用于制造磨轮的粘合剂的体积％。
c)对比磨轮样品C5L，C5P和C5T是从Saint-Gobain Abrasives，Inc.，Worcester，MA获得的，并以表11-2中所示的字母数字磨轮规格销售的产品。磨轮中含有酚醛树脂粘合剂，CaF2，中空富铝红柱石球，38A氧化铝研磨颗粒，其硬度等级(Norton公司商业尺度)是L，P或T。
d)流体(空气)透过率的单位是立方厘米/秒/英寸水，是按照美国专利5738696和5738697中所述的方法用1.1厘米喷嘴进行测量的。
e)磨轮样品C5D的机械强度不足，未通过商业安全测试。
以表面研磨操作对这些实验磨轮进行测试，发现这些磨轮适合于商业应用。对实验磨轮和表11-2中所示用于表面研磨操作的商业对比磨轮C5L，C5P和C5T进行了测试比较。对比磨轮具有相同的尺寸，同样的磨粒和粘合剂种类，是适用于在表面研磨研究中对实验磨轮进行评价的对比磨轮，但是对比磨轮中不含团聚物。此研磨测试中还包括表8-1中的实验磨轮W5和对比磨轮CLP。
在同样研磨条件下的后一次测试中，对另两个对比磨轮(C5D和C5J)进行测试。对比磨轮C5D和C5J是按照实施例7中所述制造实验磨轮的方法制造的，区别在于使用表11-2中的组成代替实施例7中的组成。这些磨轮的硬度等级较软(D和J)，对实验磨轮和具有匹马力配硬度等级(即磨粒，粘合剂和孔隙的体积％相同或相似)的传统磨轮的性能进行测试比较。硬度等级决定于磨轮所选用的粘合剂组分，以及最终磨轮中磨粒，粘合剂和孔隙的体积百分数。研磨测试条件和结果如下文和表11-2中所示。
研磨条件磨床Rail磨床；最大功率45匹马力研磨模式表面研磨(磨盘模拟测试)磨轮速度4202转/分；5500表面英尺/分(27.9米/秒)工作速度3转/分；37.7表面英尺/分/0.192米/秒进给速率0.0020英寸/转(0.0508毫米/秒)，0.0027英寸/转(0.0686毫米/转)和0.004英寸/转(0.1016毫米/转)研磨时间每个进料为15分钟研磨至火花消失10秒冷却剂Trim Clear，用去离子井水稀释至2％工件材料AISI 1070钢，48英寸OD(1.22米)×46.5英寸ID(1.18米)×0.75英寸(1.91厘米)轮缘，HB 302 Brinnell硬度修整无表11-2研磨测试结果
初级结果安慰剂组的患者在6个月的治疗期内表现出9.6新Gd-增强性损害的平均值。接受那他珠单抗组中的相应值对于3mg/kg组来说为0.7(P＜0.0001)和对于6mg/kg组来说是1.1(P＜0.0001)(参见表2)。这种差异分别使新的Gd-增强性损害在3mg/kg和6mg/kg组减少了93％和88％。与安慰剂相比治疗组之间的差别使在首次输注后明显(图1)。
表2治疗过程(1-6月)中和跟踪期(9和12月)的MRI活动性的概括
聚物上使用9.2毫升/磅)润湿烧结的团聚物，用硅烷对团聚物进行涂覆，然后120℃干燥，并过筛除去在硅烷处理时产生的所有块子。
可用的能自由流动的团聚物的产率被定义为粒径分布是-20/+45目(美国标准筛网尺寸)的团聚物占团聚前磨粒混合物总重量的百分数，此处为86重量％。测试玻璃质磨粒团聚物的松装密度(LPD＝1.04)，相对密度(0.268)和粒径分布(-20/+45目)，并在用其制造磨具之前和之后进行目视检查。
这些团聚物的LPD，相对密度和粒径分布特征适用于磨轮的商业制造。最终固化的团聚物具有三角形，球形，立方形，矩形，圆柱形和其他几何形状的三维形状。团聚物中包含在磨粒接触点被玻璃质粘合材料粘合在一起的许多一个个研磨颗粒(例如，2到40号粒度)以及可见的空隙区域。团聚物的结构具有足够的抗压性能，能在混合和模制操作之后保持三维特性，即只有少量(例如，＜20重量％)团聚物会在磨轮加工过程中被破碎成单个研磨颗粒。
磨粒/有机粘合剂团聚物将磨粒(38A磨粒，80号粒度，从Saint-Gobain Ceramics & Plastics，Inc.，Worcester，MA获得)和树脂粘合材料(表11-1中的粘合材料E)置于高剪切Eirich混料机(型号R07，由Eirich Company，Gurnee，IL制造)的碗形容器中。开始混合时的碗速设定为460转/分(顺时针)，桨速设定为890转/分(逆时针)。混合时，以受控速率，在磨粒和粘合材料的混合物上进行足量的溶剂(糠醛)喷雾，使磨粒和粘合材料团聚在一起。继续向混合物上进行溶剂喷雾，直至磨粒和粘合材料形成团聚物(即在包含49.5千克磨粒以及表12-1中所示量的粘合材料的批料上以380-390立方厘米/分的速率进行喷雾2.5分钟)。喷雾是用Spraying Systems设备(AutoJet 38660型，从Spraying Systems，Wheaton IL获得)进行的。团聚过程是在大气条件下室温进行的。
使团聚物A14两次通过6英尺振动传送机(Eriez Magnetics，型号HS/115，Erie PA)以便蒸发掉溶剂。然后以1份团聚物和2份疏松磨粒的比例将团聚物与疏松磨粒(80号粒度，38A)混合，置于大气条件下的烘箱(型号VRD-1-90-1E，从Despatch Industries，Minneapolis MN获得)中。升温至160℃的最高温度，并将团聚物在最高温度下保持30分钟，固化其中的树脂粘合材料。固化之后，利用最终分级步骤从团聚物中除去疏松磨粒。
表12-1团聚物特性
a.粘合材料的体积％是固化后团聚物(即粘合材料和磨粒)中固体物质的百分数，不包括孔隙的体积％。计算固化团聚物的粘合材料体积％时，假设没有内部孔隙和混合损耗。
磨轮使用团聚物样品AV1和A14制造磨轮(最终尺寸5.0×2.0×0.625-1.5英寸轮缘)(12.7×5.08×1.59-3.81厘米轮缘)。按照实施例7中所述的方法制造实验磨轮。按照工业速度试验对最终磨轮进行安全测试，要保证磨轮在被固定于磨床上进行旋转时具有足够的机械强度以及足以进行研磨操作的机械强度。所有实验磨轮都通过了6308转/分的速度测试，因此其机械强度足以进行表面研磨操作。磨轮组成(包括团聚物的种类和比例，固化磨轮中磨粒，粘合剂和孔隙的体积％)如表12-2中所示。
表12-2磨轮特性
a)磨粒为46体积％时，对比磨轮所含磨粒体积％(即16体积％或更高)大于用30体积％的磨粒制成的实验磨轮。
b)实验磨轮中粘合剂的体积％包括用于将磨粒制成团聚物的树脂粘合材料和用于制造磨轮的粘合剂的体积％。
c)对比磨轮样品是从Saint-Gobain Abrasives，Inc.，Worcester，MA获得的，以表12-2中所示的字母数字磨轮规格销售的商用产品。磨轮中含有酚醛树脂粘合剂，CaF2，中空富铝红柱石球，38A氧化铝磨粒，其硬度等级(Norton公司商用尺度)是I，L，P或T。
d)流体(空气)透过率的单位是立方厘米/秒/英寸水，是按照美国专利5738696和5738697中所述的方法用1.1厘米喷嘴进行测量的。
如实施例7所述目视检查固化的实验磨轮，证明有粘合剂转移至团聚物内的空隙区域中。拍摄了对比磨轮C6L和实验磨轮W20D(表12-2)研磨表面的显微照片(46倍放大)。这些照片如图4和5所示。从图4(对比磨轮)和图5(实验磨轮)中发现，本发明研磨复合体中的孔隙(颜色较深的区域)形成连通通道的连续相。磨粒和粘合剂形成网状结构，磨粒被固着在有机粘合材料中。而对比磨轮是基本均匀的结构，其中的孔隙很难看见，形成一种不连续相。
以表面研磨操作对这些实验磨轮进行测试，发现这些磨轮适合于商业应用。对实验磨轮和表12-2中所示工业表面研磨操作用的对比磨轮进行了测试比较。将对比磨轮的硬度等级选定为Norton硬度尺度的I到T级，以便证明实验磨轮所观察到的等级变化(即，较低硬度等级的实验磨轮与较高硬度等级的传统磨轮在研磨一致)。对比磨轮具有相同的尺寸，同样的磨粒种类，是适用于在表面研磨研究中对实验磨轮进行评价的对比磨轮，但是对比磨轮中不含团聚物。研磨测试条件和结果如下文和表12-3中所示。
研磨条件磨床Rail磨床；最大功率45匹马力研磨模式表面研磨(磨盘模拟测试)磨轮速度4202转/分；5500表面英尺/分(27.9米/秒)工作速度3转/分；37.7表面英尺/分/0.192米/秒进给速率0.0027英寸/转(0.0686毫米/转)和0.004英寸/转(0.1016毫米/转)研磨时间每个进给为15分钟研磨至火花消失10秒冷却剂Trim Clear，用去离子井水稀释至2％工件材料AISI 1070钢，48英寸OD(1.22米)×46.5英寸ID(1.18米)×0.75英寸(1.91厘米)轮缘，HB302 Brinnell硬度表面处理无表12-3研磨测试结果
a.G-比值/磨粒体积％分数是磨轮中磨粒研磨性能的量度。这种计算方法考虑到实验磨轮和对比磨轮之间磨粒体积％的明显差别，对研磨性能进行了归一化。很容易发现，实验磨轮中的磨粒在体积分数基准上产生明显更好的研磨效率(即只需要较少的颗粒就能产生相同水平的研磨效率)。
测试结果表明，在Norton硬度等级尺度上具有D或G等级的实验磨轮与硬度等级是P到T的对比磨轮的性能相同。这些实验磨轮的性能是特别令人吃惊的，因为这些磨轮中仅含有30体积％的磨粒，而对比磨轮中含有46体积％的磨粒。因此本发明的磨轮能使一个个磨粒通过形成其团聚物而显著提高磨粒的研磨性能。
权利要求
1.一种粘合磨具，它包含具有以下组成的三维复合体(a)第一相，含有被10-38体积％的有机粘合材料粘合的24-48体积％的磨粒和小于10体积％的孔隙；(b)第二相，由38-54体积％的孔隙组成；其特征在于，所述第二相是所述复合体中的一种连续相，所述粘合磨具具有4000表面英尺/分(20.32米/秒)的最小爆裂速度。
2.如权利要求1所述粘合磨具，其特征在于所述复合体的第一相中含有被10-22体积％的有机粘合材料粘合的26-40体积％的磨粒和小于10体积％的孔隙，所述第二相是38-50体积％的孔隙。
3.如权利要求1所述粘合磨具，其特征在于所述复合体的第一相中含有被18-38体积％的有机粘合材料粘合的24-42体积％的磨粒，所述第二相是38-54体积％的孔隙。
4.如权利要求1所述粘合磨具，其特征在于所述复合体第一相中10到100体积％的磨粒是被一种有机粘合材料团聚在一起的许多磨粒的形式。
5.如权利要求1所述粘合磨具，其特征在于所述复合体第一相中10到100体积％的磨粒是被一种无机粘合材料团聚在一起的许多磨粒的形式。
6.如权利要求5所述粘合磨具，其特征在于所述复合体中至少含有1体积％的无机粘合材料。
7.如权利要求5所述粘合磨具，其特征在于所述复合体中含有2-12体积％的无机粘合材料。
8.如权利要求5所述粘合磨具，其特征在于所述粘合磨具具有10千兆帕的最大弹性模量和6000表面英尺/分(30.48米/秒)的最小爆裂速度。
9.如权利要求5所述粘合磨具，其特征在于所述粘合磨具具有Norton公司等级尺度上A和H之间的硬度等级，所述粘合磨具的硬度等级至少比没有被一种无机粘合材料团聚在一起的磨粒所制成的相同传统工具软一个等级。
10.如权利要求5所述粘合磨具，其特征在于所述无机粘合材料选自玻璃质粘合材料，陶瓷粘合材料，玻璃-陶瓷粘合材料，无机盐材料和金属粘合材料，以及其组合。
11.如权利要求1所述粘合磨具，其特征在于所述复合体第一相中10到100体积％的磨粒是被一种无机粘合材料团聚在一起的许多磨粒和被一种有机粘合材料团聚在一起的许多磨粒的混合物的形式。
12.如权利要求1所述粘合磨具，其特征在于所述复合体的第一相是被固着在该有机粘合材料中的磨粒网状结构。
13.如权利要求1所述粘合磨具，其特征在于该有机粘合材料选自酚醛树脂材料，环氧树脂材料，聚酰亚胺树脂材料，酚醛树脂材料，脲甲醛树脂材料，蜜胺甲醛树脂材料，丙烯酸树脂材料以及其组合。
14.如权利要求1所述粘合磨具，其特征在于所述复合体第一相中至少50体积％的磨粒是被一种有机粘合材料团聚在一起的许多磨粒的形式。
15.一种粘合磨具，是含有以下组成的三维复合体(a)被4-20体积％的无机粘合材料粘合的22-46体积％的磨粒；(b)40-68体积％的连通孔隙；其特征在于大部分磨粒是以所述三维复合体中不规则间隔簇形式存在的；所述粘合磨具的弹性模量至少比三维复合体中具有规则间隔磨粒的相同传统工具的弹性模量低10％；所述粘合磨具具有4000表面英尺/分(20.32米/秒)的最小爆裂速度。
16.如权利要求15所述粘合磨具，其特征在于所述三维复合体中含有被8-14体积％的无机粘合材料粘合的22-40体积％的磨粒以及40-64体积％的连通孔隙。
17.如权利要求15所述粘合磨具，其特征在于所述三维复合体中含有被6-12体积％的无机粘合材料粘合的34-42体积％的磨粒以及46-58体积％的连通孔隙。
18.如权利要求15所述粘合磨具，其特征在于在制造过程中不加入孔隙引发物质就能形成这种连通孔隙，所述复合体中基本不含长宽比大的磨粒和填料的颗粒。
19.如权利要求15所述粘合磨具，其特征在于复合体中10到100体积％的磨粒是被一种无机粘合材料团聚在一起的许多磨粒的形式。
20.如权利要求15所述粘合磨具，其特征在于所述复合体中至少50体积％的磨粒是被一种无机粘合材料团聚在一起的许多磨粒的形式。
21.如权利要求15所述粘合磨具，其特征在于所述无机粘合材料选自玻璃质粘合材料，陶瓷粘合材料，玻璃-陶瓷粘合材料，无机盐材料和金属粘合材料以及其组合。
22.如权利要求15所述粘合磨具，其特征在于所述粘合磨具具有Norton公司等级尺度上A和M之间的硬度等级，所述粘合磨具的硬度等级至少比三维复合体中具有规则间隔磨粒的相同传统工具软一个等级。
23.如权利要求15所述粘合磨具，其特征在于所述粘合磨具的弹性模量至少比三维复合体中具有规则间隔磨粒的相同传统工具的弹性模量小25％，所述粘合磨具具有6000表面英尺/分(30.48米/秒)的最小爆裂速度。
24.如权利要求15所述粘合磨具，其特征在于所述粘合磨具的弹性模量至少比三维复合体中具有规则间隔磨粒的相同传统工具的弹性模量值小40％，所述粘合磨具具有6000表面英尺/分(30.48米/秒)的最小爆裂速度。
25.如权利要求15所述粘合磨具，其特征在于所述粘合磨具是一种内径研磨用的磨轮，所述磨轮中含有40到52体积％的磨粒，所述磨轮具有25到50千兆帕的弹性模量值。
26.如权利要求15所述粘合磨具，其特征在于所述粘合磨具是一种工具间研磨用的磨轮，所述磨轮中含有39到52体积％的磨粒，所述磨轮具有15到36千兆帕的弹性模量值。
27.如权利要求15所述粘合磨具，其特征在于所述粘合磨具是一种蠕进研磨用的磨轮，所述磨轮中含有30到40体积％的磨粒，所述磨轮具有8到25千兆帕的弹性模量值。
28.一种进行盘磨的方法，包括以下步骤(a)提供一种粘合磨轮，包含具有以下组成的一种三维复合体；(i)第一相，含有被10-38体积％的有机粘合材料粘合的24-48体积％的磨粒和小于10体积％的孔隙；(ii)第二相，由38-54体积％的孔隙组成；其特征在于所述第二相是所述复合体中的一种连续相，所述粘合磨具具有4000表面英尺/分(20.32米/秒)的最小爆裂速度；(b)将所述粘合磨轮安装在表面磨床上；(c)旋转所述磨轮；(d)使磨轮的研磨表面接触工件足够长的时间，对该工件进行研磨；所述磨轮以有效的材料磨削速率磨去工件材料，所述磨轮的研磨表面上基本没有研磨碎屑，而且完成研磨之后，该工件上基本不发生热损坏。
29.如权利要求28所述进行盘磨的方法，其特征在于所述粘合磨轮具有6000表面英尺/分(30.48米/秒)的最小爆裂速度。
30.如权利要求28所述进行盘磨的方法，其特征在于所述粘合磨轮以4000到6500表面英尺/分(20.32到33.02米/秒)的速度旋转。
31.如权利要求28所述进行盘磨的方法，其特征在于所述粘合磨轮是一种平坦磨盘，具有至少一个圆形表面和一个径向周边，所述磨轮的研磨表面就是所述磨盘的圆形表面。
32.一种进行蠕进研磨的方法，包括以下步骤(a)提供一种粘合磨轮，包含具有以下组成的一种三维复合体(i)被4-20体积％的无机粘合材料粘合的22-46体积％的磨粒；(ii)40-68体积％的连通孔隙；其特征在于大部分这些磨粒是以所述三维复合体中不规则间隔簇的形式存在的；所述粘合磨具的弹性模量至少比三维复合体中具有规则间隔磨粒的同样传统工具的弹性模量低小10％；所述粘合磨具具有4000表面英尺/分(20.32米/秒)的最小爆裂速度；(b)将所述粘合磨轮安装在一个蠕进磨床上；(c)旋转所述磨轮；(d)使所述磨轮的研磨表面接触工件足够长的时间，对该工件进行研磨；所述磨轮以有效的材料磨削速度磨去工件材料，而且研磨之后，该工件上基本不发生热损坏。
33.如权利要求32所述进行蠕进研磨的方法，其特征在于所述粘合磨轮具有6000表面英尺/分(30.48米/秒)的最小爆裂速度。
34.如权利要求32所述进行蠕进研磨的方法，其特征在于所述粘合磨轮以5500到8500表面英尺/分(27.94到43.18米/秒)的速度旋转。
35.如权利要求32所述进行蠕进研磨的方法，其特征在于所述粘合磨轮具有两个圆形表面和一个径向周边，所述磨轮的研磨表面是该径向周。
全文摘要
粘合磨具，它具有新颖的能渗透流体的多孔结构，含有较低体积百分数的研磨颗粒和粘合剂，具有较低的硬度等级，但是其特征是优越的机械强度和研磨性能。本发明公开了用磨粒团聚物制造这种磨具的方法。
文档编号B24D18/00GK1646261SQ03808045
公开日2005年7月27日 申请日期2003年3月21日 优先权日2002年4月11日
发明者A·M·博纳, E·布莱特, E·L·兰博特, D·S·马楚默托, X·奥莱克, D·A·歇尔顿 申请人:圣戈本磨料股份有限公司