[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

根据一个第一实施方案，提供了一种粘合的磨料物品，该磨料物品包括磨料颗粒，这些磨料颗粒包括在由一种硅酸盐制成的一个粘合基质内的立方 氮化硼。该粘合的磨料还包括一种反应产物，该反应产物位于在这些磨料颗粒与包括一种过渡金属氮化物的粘合基质之间的界面处。 

根据一个第二实施方案，提供了制造粘合的磨料的一种方法，该方法包括提供由一种过渡金属氧化物制成的玻璃粉。该方法进一步包括使该玻璃粉与具有立方氮化硼的磨料颗粒相结合并且使该玻璃粉和磨料颗粒成型以形成一个生坯物品。该方法进一步包括在一个转变温度下烧结该生坯物品以形成处于玻璃质粘合基质中的磨料颗粒，这样在该转变温度下，该过渡金属氧化物在这些磨料颗粒与该玻璃质粘合基质的界面处转变成一种过渡金属氮化物。 

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是展示根据一个实施方案形成一种粘合的磨料物品的过程的流程图。 

图2a是展示根据在此的实施方案形成的粘合的磨料物品的一部分的图像。 

图2b是展示根据常规技术形成的粘合的磨料物品的一部分的图像。 

图3是展示根据在此的实施方案形成的粘合的磨料物品与对比样品的弹性模量(MOE)对比的图表。 

图4是展示根据在此的实施方案形成的粘合的磨料物品与对比样品的断裂模量(MOR)对比的图表。 

图5是展示根据在此的实施方案形成的粘合的磨料物品与对比样品的硬度对比的图表。 

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。该过程是通过提供包括一种过渡金属氧化物反应物的玻璃粉在步骤101开始的。该粉末总体上是玻璃状的(非晶相的)，这样不小于约80vol％的玻璃是非晶相的。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90vol％、或甚至不小于约95vol％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。