Un artículo abrasivo aglomerado que comprende:

granos abrasivos que comprenden nitruro de boro cúbico en una matriz aglomerante que comprende un silicato,

y unproducto de reacción en la interfase entre los granos abrasivos y la matriz aglomerante que comprende un nitruro de metal de transición.

Artículo abrasivo aglomerado y método de fabricación

Campo técnico

La presente descripción está dirigida a artículos abrasivos aglomerados y dirigida particularmente a artículos abrasivos aglomerados que tienen una matriz aglomerante cristalina.

Antecedentes de la técnica

El documento WO-A-89/02344 da a conocer un artículo abrasivo aglomerado que comprende granos abrasivos que comprenden nitruro de boro cúbico en una matriz aglomerante que comprende un silicato, y un método de producción de un artículo de este tipo.

Los abrasivos se utilizan generalmente en diversas operaciones de rectificación, que comprenden desde pulimentación fina a eliminación y corte de material a granel. Por ejemplo, se utilizan abrasivos libres compuestos de partículas sueltas en suspensiones espesas para aplicaciones de pulimentación tales como pulimentación químicomecánica (CMP) en la industria de semiconductores. Alternativamente, los abrasivos pueden encontrarse en forma de artículos abrasivos fijados tales como abrasivos aglomerados y en forma de capa que pueden incluir dispositivos tales como muelas de afilar, cintas, rollos, discos y análogos.

Los abrasivos fijados difieren generalmente de los abrasivos libres en el sentido de que los abrasivos fijados utilizan granos o granalla abrasiva en una matriz de material que fija la posición de los granos abrasivos unos con relación a otros. Las granallas abrasivas fijadas comunes pueden incluir alúmina, carburo de silicio, diversos minerales tales como granate, así como superabrasivos tales como diamante y nitruro de boro cúbico (cBN) . Con referencia particular a los artículos abrasivos aglomerados, las granallas abrasivas están fijas unas con relación a otras en un material aglomerante. Si bien pueden utilizarse muchos materiales aglomerantes diferentes, son comunes los materiales aglomerantes vitrificados, tales como materiales vítreos en fase amoría. Sin embargo, las propiedades de eficiencia de los abrasivos aglomerados convencionales, tales como, por ejemplo, óxido de aluminio, carburo de silicio, diamante, y nitruro de boro cúbico que tienen enlaces vitrificados se ven limitadas por la naturaleza del aglomerante y la composición de los granos abrasivos. En particular, la unión entre la matriz aglomerante y los granos abrasivos puede ser insuficiente de tal modo que durante la rectificación, los granos abrasivos se separan fácilmente de la matriz aglomerante, reduciendo la eficacia del proceso de rectificación o pulimentación.

La industria continúa precisando abrasivos aglomerados que tengan propiedades mejoradas. Las propiedades de interés incluyen estabilidad mecánica, solidez, vida de operación, y eficiencia de rectificación mejorada.

Exposición de la invención

De acuerdo con una primera realización, se proporciona un artículo abrasivo aglomerado que incluye granos abrasivos que incluyen nitruro de boro cúbico en una matriz aglomerante que está hecha de un silicato. El abrasivo aglomerado incluye también un producto de reacción en la interfase entre los granos abrasivos y la matriz aglomerante, que comprende un nitruro de metal de transición.

De acuerdo con una segunda realización, se proporciona un método de fabricación de un abrasivo aglomerado que incluye proporcionar un polvo de vidrio constituido por un compuesto que es un óxido de metal de transición. El método incluye adicionalmente combinar el polvo de vidrio con granos abrasivos que tienen nitruro de boro cúbico y conformar el polvo de vidrio y los granos abrasivos para formar un artículo crudo. El método incluye adicionalmente sinterizar el artículo crudo a una temperatura de transformación para formar granos abrasivos en una matriz aglomerante vítrea, de tal modo que a la temperatura de transformación el compuesto óxido de metal de transición cambia a un compuesto nitruro de metal de transición en la interfase de los granos abrasivos y matriz aglomerante vítrea.

Breve descripción de los dibujos

La presente exposición puede comprenderse mejor, y sus numerosas características y ventajas pueden hacerse evidentes para los expertos en la técnica tomando como referencia los dibujos que se acompañan.

FIG. 1 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de formación de un artículo abrasivo aglomerado de acuerdo con una realización.

FIG. 2a es una imagen que ilustra una porción de un artículo abrasivo aglomerado formado de acuerdo con realizaciones de esta invención.

FIG. 2b es una imagen que ilustra una porción de un artículo abrasivo aglomerado formado de acuerdo con técnicas convencionales.

FIG. 3 es una gráfica que ilustra el módulo de elasticidad (MOE) de artículos abrasivos aglomerados formados de acuerdo con realizaciones de esta invención en comparación con una Muestra Comparativa.

FIG. 4 es una gráfica que ilustra el módulo de rotura (MOR) de artículos abrasivos aglomerados formados de acuerdo con realizaciones de esta invención en comparación con una Muestra Comparativa.

FIG. 5 es una gráfica que ilustra la dureza de artículos abrasivos aglomerados formados de acuerdo con realizaciones de esta invención en comparación con una Muestra Comparativa.

El uso de los mismos símbolos de referencia en los diferentes dibujos indica partes similares o idénticas.

Descripción de las realizaciones

Haciendo referencia a FIG. 1, se proporciona un diagrama de flujo que ilustra un proceso por el cual se forma un artículo aglomerado de acuerdo con una realización. El proceso se inicia en el paso 101 proporcionando un polvo de vidrio que incluye una sustancia reaccionante que es un óxido de metal de transición. El polvo es generalmente vítreo (amorfo) , tal que no menos de aproximadamente 80% en volumen del vidrio es una fase amoría. De acuerdo con una realización particular, el polvo de vidrio puede incluir un mayor contenido de fase amoría, tal como no menos de aproximadamente 90% en volumen, o incluso no menos de aproximadamente 95% en volumen de fase amoría. Generalmente, la formación de un polvo de vidrio puede completarse por mezcla de una proporción adecuada de materias primas y fusión de la mixtura de materias primas para formar un vidrio a temperaturas altas. Después de fusión y mezcladura suficientes del vidrio, el vidrio puede enfriarse (apagarse) y triturarse para dar un polvo.

Por lo general, el polvo de vidrio puede procesarse ulteriormente, por ejemplo por un proceso de molienda, para proporcionar un polvo de vidrio que tenga una distribución adecuada de tamaños de partícula. Típicamente, el polvo de vidrio tiene un tamaño medio de partícula no superior a aproximadamente 100 micrómetros. En una realización particular, el polvo de vidrio tiene un tamaño medio de partícula no superior a 75 micrómetros, tal como no superior a aproximadamente 50 micrómetros, o incluso no superior a aproximadamente 10 micrómetros. Sin embargo, el tamaño medio de partícula de polvo de vidrio está comprendido típicamente dentro de un intervalo que va desde aproximadamente 5, 0 micrómetros a aproximadamente 75 micrómetros.

La composición del polvo de vidrio puede describirse utilizando la ecuación aM2O-bMO-cM2O3-dMO2-eM2O5. Como se ilustra por la ecuación, la composición del polvo de vidrio puede incluir óxidos metálicos, y particularmente más de un óxido metálico, de tal modo que los óxidos están presentes juntos como un material de óxidos compuesto. En una realización particular, el polvo de vidrio incluye compuestos óxidos metálicos que tienen cationes monovalentes (M1+) , tales como compuestos óxidos metálicos representados por la fórmula genérica M2O. Composiciones adecuadas de óxidos metálicos representadas por M2O pueden incluir compuestos tales como Li2O, Na2O, K2O y Cs2O.

De acuerdo con otra realización, y como se estipula en la ecuación general, el polvo de vidrio puede incluir otros compuestos óxidos metálicos. En particular, el polvo de vidrio puede incluir compuestos óxidos metálicos que tienen cationes divalentes (M2+) , tales como los compuestos óxidos metálicos representados por la fórmula genérica MO. Composiciones adecuadas de óxidos metálicos representadas por MO pueden incluir compuestos tales como MgO, CaO, SrO, BaO, y ZnO.

Adicionalmente, el polvo de vidrio puede incluir compuestos óxidos metálicos que tienen... [Seguir leyendo]

1. Un artículo abrasivo aglomerado que comprende: granos abrasivos que comprenden nitruro de boro cúbico en una matriz aglomerante que comprende un silicato, y un producto de reacción en la interfase entre los granos abrasivos y la matriz aglomerante que comprende un nitruro de metal de transición.

2. El abrasivo aglomerado de la reivindicación 1, en el cual el compuesto nitruro de metal de transición se selecciona del grupo constituido por TiN, CrN, VN, ZrN, y NbN.

3. El abrasivo aglomerado de la reivindicación 1, en el cual el compuesto nitruro de metal de transición comprende TiN.

4. El abrasivo aglomerado de la reivindicación 1, en el cual el compuesto nitruro de metal de transición comprende CrN.

5. El abrasivo aglomerado de la reivindicación 1, en el cual no menos de 50% en volumen del nitruro de metal de transición está en contacto directo con los granos abrasivos.

6. El abrasivo aglomerado de la reivindicación 1, en el cual la matriz aglomerante comprende adicionalmente al menos un elemento seleccionado del grupo de elementos constituidos por óxido de litio, óxido de magnesio, óxido de calcio, óxido de bario, óxido de sodio, óxido de potasio, óxido de boro, óxido de circonio, óxido de titanio, óxido de cinc, óxido de itrio, óxido de hierro, óxido de cesio, óxido de lantano y óxido de bismuto.

7. El abrasivo aglomerado de la reivindicación 1, en el cual la matriz aglomerante comprende no menos de 50% en volumen de una fase cerámica policristalina.

8. Un método que comprende: proporcionar un polvo de vidrio que comprende un compuesto óxido de metal de transición; combinar el polvo de vidrio con granos abrasivos que comprenden nitruro de boro cúbico; conformar el polvo de vidrio y los granos abrasivos para formar un artículo crudo; y sinterizar el artículo crudo a una temperatura de transformación a fin de formar granos abrasivos en una matriz aglomerante vítrea, cambiando la temperatura de transformación el compuesto óxido de metal de transición en un compuesto nitruro de metal de transición en la interfase de los granos abrasivos y la matriz aglomerante vítrea.

9. El método de la reivindicación 8, en el cual la temperatura de transformación no es menor que 800ºC.

10. El método de la reivindicación 1, en el cual el polvo de vidrio comprende un compuesto óxido metálico descrito por la ecuación general aM2O, bMO, cM2O3, dMO2, en el cual la cantidad (fracción molar) de los compuestos óxidos metálicos comprende 0, 30 a 0, 0, 60 b 0, 0, 50 c 0, y 0, 80 d 0, 20.

11. El método de la reivindicación 10, en el cual el compuesto óxido metálico M2O comprende uno de los compuestos óxidos metálicos seleccionados del grupo constituido por Li2O, Na2O, K2O, y Cs2O.

12. El método de la reivindicación 10, en el cual el compuesto óxido metálico MO comprende uno de los compuestos óxidos metálicos seleccionados del grupo constituido por MgO, CaO, SrO, BaO, y ZnO.

13. El método de la reivindicación 10, en el cual el compuesto óxido metálico M2O3 comprende uno de los compuestos óxidos metálicos seleccionados del grupo constituido por Al2O3, B2O3, Y2O3, Fe2O3, Bi2O3, y La2O3.

14. El método de la reivindicación 10, en el cual el compuesto óxido metálico dMO2 comprende uno de los compuestos óxidos metálicos seleccionados del grupo constituido por SiO2, TiO2, y ZrO2.

15. El método de la reivindicación 8, en el cual el método comprende adicionalmente una operación de enfriamiento, en la cual durante el enfriamiento el artículo abrasivo aglomerado se mantiene a una temperatura de cristalización no inferior a 100ºC por encima de la temperatura de transición vítrea del material de la matriz aglomerante

PROPORCIONAR UN POLVO DE VIDRIO QUE COMPRENDE UNA SUSTANCIA REACCIONANTE QUE ES UN ÓXIDO DE METAL DE TRANSICIÓN

COMBINACIÓN DEL POLVO DE VIDRIO CON GRANOS ABRASIVOS QUE COMPRENDEN NITRURO DE BORO CÚBICO PARA FORMAR UNA MIXTURA

CONFORMACIÓN DE LA MIXTURA PARA FORMAR UN ARTÍCULO CRUDO

PRECALCINACIÓN DEL ARTÍCULO CRUDO

SINTERIZACIÓN DEL ARTÍCULO CRUDO A UNA TEMPERATURA DE TRANSFORMACIÓN PARA FORMAR UN ARTÍCULO ABRASIVO AGLOMERADO CON UN COMPUESTO QUE ES UN NITRURO DE METAL DE TRANSICIÓN PRODUCIDO POR LA REACCIÓN EN LA INTERFASE ENTRE LOS GRANOS ABRASIVOS Y LA MATRIZ AGLOMERANTE

ENFRIAMIENTO DEL ARTÍCULO ABRASIVO AGLOMERADO PARA FORMAR UNA MATRIZ AGLOMERANTE POLICRISTALINA

FIG. 1

Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra Comparativa Muestras