JP5584365B2 - 結合研磨物品および形成方法 - Google Patents

Description

以下は、結合研磨物品に関し、特に、金属または金属合金を含む結合剤中に含まれる砥粒を含む結合研磨物品に関する。

機械加工用途に使用される研磨材としては、通常、結合研磨物品および被覆研磨物品が挙げられる。被覆研磨物品は、一般に、基材と、基材に砥粒を固定するための接着剤コーティングとを有する層状物品であり、その最も一般的な例は紙やすりである。結合研磨工具は、ホイール、ディスク、セグメント、軸付砥石、ホーン、およびその他の工具の形状の形態の硬質で通常はモノリスの三次元研磨複合材からなり、研削または研磨装置などの機械加工装置に搭載することができる。

通常、結合研磨工具は、砥粒および結合剤を含む少なくとも２つの相を有する。ある種の結合研磨物品は、気孔の形態のさらなる相を有することができる。結合研磨工具は、研磨複合材の相対硬度および密度（結合度）、ならびに複合材料中の砥粒、結合剤、および気孔の体積パーセント値（組織）によって当技術分野における慣例により定義される種々の「結合度」および「組織」で製造することができる。

一部の結合研磨工具は、エレクトロニクスおよび光学産業において使用されるたとえば、金属、セラミック、および結晶材料などのある種の工作物の研削および成形に特に有用となり得る。別の場合では、ある種の結合研磨工具は、工業用途に使用するための超砥粒材料の成形に使用することができる。メタルボンド研磨物品を使用したある種の工作物の研削および成形の状況では、一般に、そのプロセスは、結合研磨物品の維持に長い時間および大きな労力を伴う。すなわち、一般に、メタルボンド研磨物品は、研磨物品の切削能力を維持するために定期的なツルーイングおよびドレッシングの作業が必要である。

当産業では、切削が可能な改善された方法および物品が引き続き要求されている。

第１の態様によると、研磨物品は、金属または金属合金を含む結合剤中に含まれる砥粒を有する本体を含む。本体は、ＶＡＧ／ＶＢＭの比が少なくとも約１．３であり、ここでＶＡＧは、本体の全体積中の砥粒の体積パーセントであり、ＶＢＭは、本体の全体積中の結合剤の体積パーセントである。

別の一態様によると、研磨物品は、金属または金属合金を含む結合剤中に含まれる砥粒を有する本体を含み、本体はＶＰ／ＶＢＭの比が少なくとも約１．５であり、ここでＶＰは、本体の全体積中の砥粒およびフィラーを含む粒子状材料の体積パーセントであり、ＶＢＭは、本体の全体積中の結合剤の体積パーセントである。結合剤は平均破壊靱性（Ｋ１ｃ）が約４．０ＭＰａ・ｍ０．５以下である。

さらに別の一態様によると、研磨物品は、金属または金属合金を含む結合剤中に含まれる砥粒を有する本体を含み、本体は、活性結合組成物を含み、結合剤の全体積の少なくとも約１体積％を活性結合組成物が構成する。本体は、少なくとも約５体積％の気孔をさらに含み、結合剤は平均破壊靱性（Ｋ１ｃ）が約４．０ＭＰａ・ｍ０．５以下である。

さらに別の一態様によると、研磨物品は、金属または金属合金を含む結合剤中に含まれる砥粒を有する本体を含み、本体は、ＶＰ／ＶＢＭの比が少なくとも約１．５であり、ここでＶＰは、本体の全体積中の砥粒およびフィラーを含む粒子状材料の体積パーセントであり、ＶＢＭは、本体の全体積中の結合剤の体積パーセントである。本体は、本体の全体積の少なくとも約５体積％の気孔を含み、気孔の過半量は、本体の体積を通過して延在する相互接続された孔隙の網目構造を画定する相互接続された気孔である。

別の一態様によると、研磨物品は、金属または金属合金を含む結合剤中に含まれる砥粒を有する本体を含み、本体は、ＶＡＧ／ＶＢＭの比が少なくとも約１．３であり、ここでＶＡＧは、本体の全体積中の砥粒の体積パーセントであり、ＶＢＭは、本体の全体積中の結合剤の体積パーセントである。本体は、活性結合組成物を含み、結合剤の全体積の少なくとも１０体積％を活性結合組成物が構成する。

さらに別の一態様によると、研磨物品の形成方法は、砥粒および結合剤を含む混合物を形成するステップであって、結合剤が金属または金属合金を含むステップと、混合物を成形して未加工物品を形成するステップとを含む。この方法は、ある温度で未加工物品を焼結させることで、液相を焼結させて、結合剤中に含まれる砥粒を含む研磨本体を形成するステップをさらに含み、本体は、ＶＰ：ＶＢＭの比が少なくとも約３：２であり、ここで、ＶＰは、本体の全体積中の砥粒およびフィラーを含む粒子状材料の体積パーセントであり、ＶＢＭは、本体の全体積中の結合剤の体積パーセントである。

別の一態様は、金属または金属合金でできた結合剤中に含まれる砥粒を含む結合研磨本体を有する研磨物品を含み、結合剤は、結合相および析出相を含む複合材料を含み、析出相は、活性結合組成物の少なくとも１つの元素と、結合剤の少なくとも１つの元素とを含む組成を有する。

添付の図面を参照することによって、本開示をより十分に理解でき、その多数の特徴および利点が当業者に明らかとなるであろう。

一実施形態による結合研磨本体の研削動力（ＨＰ／ｉｎ）対研削サイクル数のプロットである。 一実施形態による結合研磨本体の表面粗さ（Ｒａ）対研削サイクル数のプロットである。 一実施形態による結合研磨本体および従来のサンプルの研削動力（ＨＰ／ｉｎ）対研削サイクル数のプロットである。 一実施形態による結合研磨本体および従来のサンプルの研削動力（Ｈｐ）対２つの異なる材料除去速度（すなわち、４．５ｉｎ３／分／ｉｎおよび５．１ｉｎ３／分／ｉｎ）の棒グラフである。 一実施形態による結合研磨本体および従来のサンプルの２つの異なる材料除去速度研削比（Ｇ比）の棒グラフである。 一実施形態による結合研磨本体および従来のサンプルの主軸動力（Ｈｐ）対研削時間（秒）のプロットである。 一実施形態による結合研磨本体および従来のサンプルの主軸動力（Ｈｐ）対研削時間（秒）のプロットである。 一実施形態による結合研磨本体の微細構造の拡大画像である。 一実施形態による結合研磨本体の微細構造の拡大画像である。 一実施形態による結合研磨本体の微細構造の拡大画像である。 一実施形態による結合研磨本体の微細構造の拡大画像である。 一実施形態による結合研磨本体の拡大画像である。

異なる図面中で同じ参照記号を使用する場合は、類似または同一の項目を示している。

以下は、一般に、材料の三次元マトリックス中に砥粒を含む結合研磨物品に関する。結合研磨物品は、結合剤の三次元マトリックス中に固定された多量の砥粒を利用する。さらに、以下は、そのような結合研磨物品の形成方法、およびそのような結合研磨物品の用途に関する説明を含んでいる。

一実施形態によると、研磨物品の形成方法は、砥粒および結合剤を含有する混合物を形成することによって開始することができる。砥粒は硬質材料を含むことができる。たとえば、砥粒は、少なくとも約７のモース硬度を有することができる。別の研磨本体においては、砥粒は、少なくとも８、またはさらには少なくとも９のモース硬度を有することができる。

特定の場合においては、砥粒は、無機材料でできていてよい。好適な無機材料としては、炭化物、酸化物、窒化物、ホウ化物、酸炭化物、酸ホウ化物、酸窒化物、およびそれらの組み合わせを挙げることができる。特に、砥粒の例としては、炭化ケイ素、炭化ホウ素、アルミナ、ジルコニア、アルミナ−ジルコニア複合粒子、窒化ケイ素、ＳｉＡｌＯＮ、およびホウ化チタンが挙げられる。ある場合においては、砥粒は、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、およびそれらの組み合わせなどの超砥粒材料を含むことができる。特定の場合においては、砥粒はダイヤモンドから本質的になることができる。別の実施形態においては、砥粒は立方晶窒化ホウ素から本質的になることができる。

砥粒は、約１０００ミクロン以下の平均グリットサイズを有することができる。別の実施形態においては、砥粒は、約７５０ミクロン以下、たとえば約５００ミクロン以下、約２５０ミクロン以下、約２００ミクロン以下、またはさらには約１５０ミクロン以下の平均グリットサイズを有することができる。特定の場合においては、本発明の実施形態の砥粒は、約１ミクロン〜約１０００ミクロンの間の範囲内、たとえば約１ミクロン〜５００ミクロンの間の範囲内、またはさらには約１ミクロン〜２００ミクロンの間の範囲内の平均グリットサイズを有することができる。

さらに砥粒に言及すると、砥粒の形態は、長さ対幅の寸法の間の比であるアスペクト比で表すことができる。長さは、研磨グリットの最長寸法であり、幅は、特定の研磨グリットの二番目に長い寸法であることは理解されよう。本発明の実施形態によると、砥粒は、約３：１以下、さらには約２：１以下のアスペクト比（長さ：幅）を有することができる。特定の場合においては、砥粒は、本質的に等軸であってよく、約１：１のアスペクト比を有する。

砥粒は、たとえばコーティングなどの他の特徴を含むことができる。砥粒は、無機材料であってよいコーティング材料でコーティングすることができる。好適な無機材料としては、セラミック、ガラス、金属、金属合金、およびそれらの組み合わせを挙げることができる。特定の場合においては、砥粒に金属材料、特に遷移金属組成物を電気めっきすることができる。このようにコーティングされた砥粒は、砥粒と結合剤との間の改善された結合（たとえば化学結合）が容易となりうる。

ある場合においては、混合物は、砥粒の特定の分布を含むことができる。たとえば、混合物は、砥粒のグリットサイズの多峰型分布を含むことができ、そのため、微細な、中間、および粗いグリットサイズの特定の分布が混合物中に存在する。１つの特定の場合においては、混合物は、微細な平均グリットサイズを有する微細なグレインと、粗い平均グリットサイズを有する粗い砥粒とを含む砥粒の双峰型分布を含むことができ、粗い平均グリットサイズは、微細な平均グリットサイズよりも有意に大きい。たとえば、粗い平均グリットサイズは、微細な平均グリットサイズよりも少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、またはさらには少なくとも約５０％大きくてよい（微細な研磨グリットサイズを基準とする）。混合物は、たとえば三峰型分布または四峰型分布などの別の多峰型分布を含むことができることを理解されよう。

同じ組成の砥粒が、たとえば破砕性などの種々の機械的性質を有しうることも理解されよう。混合物、および最終的に形成された結合研磨本体は、同じ組成物を有するが、種々の機械的性質または結合度を有することができる砥粒混合物を含むことができる。たとえば、混合物は、混合物がダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のみを含むように、１つの組成の砥粒を含むことができる。しかし、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素は、異なる結合度のダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素の混合物を含むことができ、それによって砥粒は種々の結合度および種々の機械的性質を有することができる。

最終的に形成される研磨物品が特定の量の砥粒を含有するような量で、砥粒を混合物中に提供することができる。たとえば、混合物は、過半量の含有量（たとえば、５０体積％を超える）の砥粒を含むことができる。

一実施形態によると、結合剤は金属または金属合金材料であってよい。たとえば、結合剤は、少なくとも１種類の遷移金属元素を含む粉末組成物を含むことができる。特定の場合においては、結合剤は、銅、スズ、銀、モリブデン、亜鉛、タングステン、鉄、ニッケル、アンチモン、およびそれらの組み合わせを含む群から選択される金属を含むことができる。特定の一実施形態においては、結合剤は、銅およびスズを含む金属合金であってよい。銅およびスズの金属合金は、銅およびスズのそれぞれの重量組成が６０：４０で構成されてよい真鍮材料であってよい。

特定の一実施形態によると、銅およびスズの金属合金は、最終的に形成される結合研磨物品が好適な機械的特性および研削性能を有するように特定の銅含有率を有することができる。たとえば、銅およびスズの金属合金は、約７０％以下の銅、たとえば約６５％以下の銅、約６０％以下約５０％以下の銅、約４５％以下の銅、またはさらには約４０％以下の銅を含むことができる。特定の場合においては、銅の量は約３０％〜約６５％の間の範囲内、特に、約４０％〜約６５％の間の範囲内である。

銅およびスズのある金属合金は、最小量のスズを有することができる。たとえば、金属合金は、組成物の総量の少なくとも約３０％のスズを含むことができる。別の場合においては、スズの量は、少なくとも約３５％、少なくとも約４０％、少なくとも約４５％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約６５％、またはさらには少なくとも約７５％などのより多い量であってよい。ある結合剤は、約３０％〜約８０％の間の範囲内、約３０％〜約７０％の間の範囲内、またはさらには約３５％〜約６５％の間の範囲内のスズの量を有する銅およびスズの金属合金を含むことができる。

別の一実施形態においては、結合剤はスズ系材料であってよく、このスズ系材料はとしては、過半量のスズと材料中に存在する他の化合物とを含む金属および金属合金が挙げられる。たとえば、結合剤は、スズから本質的になることができる。さらに、約１０％以下の他の合金材料、特に金属を含むあるスズ系結合剤を使用することができる。

混合物は、砥粒と結合剤とを同じ比率で含有することができる。しかし、ある実施形態においては、混合物中の結合剤量が砥粒量よりも少なくなってもよいように、混合物を形成することができる。このような混合物は、本明細書においてより詳細に記載される特定の性質を有する結合研磨物品に役立つ。

砥粒および結合剤に加えて、混合物は、活性結合組成物前駆体をさらに含むことができる。活性結合組成物前駆体としては、たとえば粒子状材料（たとえば、砥粒および／またはフィラー）および結合剤などの結合研磨本体の特定の成分の間の化学反応を後で促進する、混合物に加えることが可能な材料が挙げられる。活性結合組成物前駆体は、混合物に少量で加えることができ、特に、混合物中に存在する砥粒の量未満の量で加えることができる。

一実施形態によると、活性結合組成物前駆体は、金属または金属合金を含む組成物を含むことができる。特に、活性結合組成物前駆体は、水素を含む組成物または錯体を含むことができる。たとえば、活性結合組成物前駆体は水素化金属を含むことができ、特に、水素化チタンなどの材料を含むことができる。一実施形態においては、活性結合組成物前駆体は水素化チタンから本質的になる。

混合物は、一般に、少量の活性結合組成物前駆体を含む。たとえば、混合物は、混合物の全重量の約４０重量％以下の活性結合組成物前駆体を含むことができる。別の実施形態においては、混合物中の活性結合組成物前駆体の量は、より少なくてよく、たとえば約３５重量％以下、約３０重量％以下、約２８重量％以下、約２６重量％以下、約２３重量％以下、約１８重量％以下、約１５重量％以下、約１２重量％以下、またはさらには約１０重量％以下であってよい。特定の場合においては、混合物中の活性結合組成物前駆体の量は、約２重量％〜約４０重量％の間の範囲内、たとえば約４重量％〜約３５重量％の間の範囲内、約８重量％〜約２８重量％の間の範囲内、約１０重量％〜約２８重量％の間の範囲内、またはさらに約１２重量％〜約２６重量％の範囲内であってよい。

混合物は、バインダー材料をさらに含むことができる。バインダー材料は、結合研磨物品の形成中に好適な強度を付与するために使用することができる。ある好適なバインダー材料は有機材料を含むことができる。たとえば、有機材料は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、接着剤、およびそれらの組み合わせなどの材料であってよい。１つの特定の場合においては、バインダー材料の有機材料としては、ポリイミド類、ポリアミド類、樹脂類、アラミド類、エポキシ類、ポリエステル類、ポリウレタン類、アセテート類、セルロース類、およびそれらの組み合わせなどの材料が挙げられる。一実施形態においては、混合物は、特定の温度で硬化するように構成された熱可塑性材料の組み合わせを利用したバインダー材料を含むことができる。別の一実施形態においては、バインダー材料は、混合物の成分間の付着を促進するのに好適な接着材料を含むことができる。バインダーは、たとえば水性または非水性化合物などの液体の形態であってよい。

一般に、バインダー材料は、混合物中に少量（重量基準）で存在することができる。たとえば、バインダーは、砥粒、結合剤、または活性結合組成物前駆体の量よりも有意に少ない量で存在することができる。たとえば、混合物は、混合物の全重量に対して約４０重量％以下のバインダー材料を含むことができる。別の実施形態においては、混合物中のバインダー材料の量は、より少ない量であってよく、たとえば約３５重量％以下、約３０重量％以下、約２８重量％以下、約２６重量％以下、約２３重量％以下、約１８重量％以下、約１５重量％以下、約１２重量％以下、またはさらには約１０重量％以下であってよい。特定の場合においては、混合物中のバインダー材料の量は、約２重量％〜約４０重量％の間の範囲内、たとえば約４重量％〜約３５重量％の間の範囲内、約８重量％〜約２８重量％の間の範囲内、約１０重量％〜約２８重量％の間の範囲内、またはさらには約１２重量％〜約２６重量％の間の範囲内であってよい。

混合物は、ある量のフィラーをさらに含むことができる。フィラーは、たとえば砥粒などの混合物中のある成分の代わりに使用できる粒子状材料であってよい。特に、フィラーは、混合物中に混入できる粒子状材料であってよく、その場合フィラーは、最終的に形成された結合研磨本体中で元の大きさおよび形状を実質的に維持する。好適なフィラーの例としては、酸化物、炭化物、ホウ化物、ケイ化物、窒化物、酸窒化物、酸炭化物、ケイ酸塩、黒鉛、ケイ素、金属間化合物、セラミック、中空セラミック、溶融石英、ガラス、ガラスセラミック、中空ガラス球、貝殻などの天然材料、およびそれらの組み合わせを挙げることができる。

特に、あるフィラーは、砥粒の硬度より低い硬度を有することができる。さらに、混合物の全体積の約９０体積％以下の量でフィラーが存在するように、混合物を形成することができる。体積パーセントは、中空球と重い粒子などの粒子の種類に依存してフィラーの密度が変動しうる場合に、フィラーの含有率を表すために使用される。別の実施形態においては、混合物中のフィラーの量は約８０体積％以下、たとえば約７０体積％以下、約６０体積％以下、約５０体積％以下、約４０体積％以下、約３０体積％以下、またはさらには約２０体積％以下であってよい。

ある形成方法では、砥粒の量よりも多い量のフィラー材料を使用することができる。たとえば、ほぼすべての砥粒を、１種類以上のフィラー材料で置き換えることができる。別の場合においては、砥粒の過半量をフィラー材料で置き換えることができる。別の実施形態においては、少量の砥粒をフィラー材料で置き換えることができる。

さらに、フィラーは、砥粒の平均グリットサイズよりも有意に小さい平均粒度を有することができる。たとえば、砥粒の平均グリットサイズの平均グリットサイズを基準として砥粒の平均グリットサイズよりもフィラーの平均粒度は、少なくとも約５％小さくてよく、たとえば少なくとも約１０％小さくてよく、たとえば少なくとも約１５％小さくてよく、少なくとも約２０％小さくてよく、またはさらには少なくとも約２５％小さくてよい。

ある別の実施形態においては、特に本体が中空であるフィラーの場合には、フィラーは砥粒より大きい平均粒度を有することができる。

特定の場合においては、フィラー材料は、ＣＳＭ Ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ Ｔｅｓｔｅｒｓ，Ｉｎｃ．，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄまたは同様の企業より入手可能なダイヤモンドプローブを使用してＩＳＯ １４５７７の標準試験によるナノ押し込み試験によって測定される破壊靱性（Ｋ１ｃ）が約１０ＭＰａ・ｍ０．５以下であってよい。別の実施形態においては、フィラーの破壊靱性（Ｋ１ｃ）は約９ＭＰａ・ｍ０．５以下、たとえば約８ＭＰａ・ｍ０．５以下、またはさらには約７ＭＰａ・ｍ０．５以下であってよい。さらには、フィラーの平均破壊靱性は、約０．５ＭＰａ・ｍ０．５約１０ＭＰａ・ｍ０．５の間の範囲内、たとえば約１ＭＰａ・ｍ０．５約９ＭＰａ・ｍ０．５の間の範囲内、またはさらには約１ＭＰａ・ｍ０．５約７ＭＰａ・ｍ０．５の間の範囲内であってよい。

混合物を形成した後、結合研磨物品の形成方法は、適切なレオロジー特性を有するように混合物を剪断することによって続けられる。たとえば、混合物は、少なくとも約１００センチポアズなどの特定の粘土となるまで剪断することができ、半流動体のコンステンシー（たとえば、泥状のコンシステンシー）を有することができる。別の場合においては、ペーストなどのはるかに低い粘度であってもよい。

混合物を剪断した後、本発明の方法は、次に、混合物からの凝集物の形成を行うことができる。凝集物の形成プロセスは、最初に混合物を乾燥させるプロセスを含むことができる。特に、乾燥プロセスは、混合物中に含まれるバインダー中の有機成分（たとえば、熱硬化性樹脂）を硬化させ、混合物中のある種の揮発分（たとえば水分）の一部を除去するのに好適な温度で行うことができる。したがって、バインダー材料中の有機材料の好適な硬化によって、混合物は、硬化または半硬化形態を有することができる。特に好適な乾燥温度は、約２５０℃以下、特に約０℃〜約２５０℃の間の範囲内であってよい。

混合物を好適な温度で乾燥させた後、凝集物の形成プロセスは、次に、硬化形態の粉砕を行うことができる。硬化形態を粉砕した後、粉砕された粒子は、砥粒および結合剤などの混合物中に含まれる成分の凝集物を含む。次に凝集物を形成するプロセスは、凝集物の好適なサイズ分布を得るために、粉砕された粒子をふるい分けするステップを含むことができる。

凝集物を形成した後、本発明の方法は、次に、最終的に形成される結合研磨物品の所望の形状への凝集物の成形を行うことができる。好適な成形方法の１つは、凝集粒子を金型に満たすステップを含む。金型を満たした後、凝集物をプレスして、金型の寸法を有する未加工（すなわち、未焼結）本体を形成することができる。一実施形態によると、プレスは、結合研磨物品の面積に対して少なくとも約０．０１トン／ｉｎ２の圧力で行うことができる。別の実施形態においては、圧力は、より大きくてよく、たとえば、少なくとも約０．１トン／ｉｎ２、少なくとも約０．５トン／ｉｎ２、少なくとも約１トン／ｉｎ２、またはさらには少なくとも約２トン／ｉｎ２程度であってよい。特定の一実施形態においては、プレスは、約０．０１トン／ｉｎ２〜約５トン／ｉｎ２の間の範囲内、特に約０．５トン／ｉｎ２〜約３トン／ｉｎ２の間の範囲内の圧力で行われる。

混合物を成形して未加工物品を形成した後、本発明の方法は、次に、未加工物品の処理を行うことができる。処理は、未加工物品の熱処理、特に未加工物品の焼結を含むことができる。特定の一実施形態においては、処理は、液相焼結によって結合研磨本体を形成することを含む。特に、液相焼結は、未加工物品の特定の成分、特に結合剤の液相を形成するステップを含み、そのため焼結温度において、結合剤の少なくとも一部が液相中に存在し、流動性となる。特に、液相焼結は、金属結合剤を使用する結合研磨材の形成に一般に使用される方法ではない。

一実施形態によると、未加工物品の処理は、少なくとも４００℃の液相焼結温度まで未加工物品を加熱するステップを含む。別の実施形態においては、液相焼結温度はより高くてもよく、たとえば少なくとも５００℃、少なくとも約６５０℃、少なくとも約８００℃、またはさらには少なくとも約９００℃であってよい。特定の場合においては、液相焼結温度は、約４００℃〜約１１００℃の間の範囲内、たとえば約８００℃〜約１１００℃の間の範囲内、特に約８００℃〜１０５０℃の間の範囲内であってよい。

処理、特に焼結は、特定の時間で行うことができる。液相焼結温度における焼結は、少なくとも約１０分、少なくとも約２０分、少なくとも約３０分、またはさらには少なくとも約４０分の時間で行うことができる。特定の実施形態においては、液相焼結温度における焼結は、約１０分〜約９０分の間の範囲内、たとえば約１０分〜６０分の間の範囲内、またはさらには約１５分〜約４５分の間の範囲内の時間続けることができる。

未加工物品の処理は、特定の雰囲気下で液晶焼結プロセスを行うステップをさらに含むことができる。たとえば、その雰囲気は、約１０−２Ｔｏｒｒ以下の圧力を有する減圧雰囲気であってよい。別の実施形態においては、減圧雰囲気は、約１０−３Ｔｏｒｒ以下、約１０−４Ｔｏｒｒ以下、たとえば約１０−５Ｔｏｒｒ以下、またはさらには約１０−６Ｔｏｒｒ以下の圧力を有することができる。特定の場合においては、減圧雰囲気は、約１０−２Ｔｏｒｒ〜約１０−６Ｔｏｒｒの間の範囲内であってよい。

さらに、未加工物品の処理中、特に液相焼結プロセス中、雰囲気は、非酸化性（すなわち還元性）雰囲気であってよい。還元性雰囲気を形成するのに好適な気体種としては、水素、窒素、希ガス、一酸化炭素、解離アンモニア、およびそれらの組み合わせを挙げることができる。別の実施形態においては、金属および金属合金成分の酸化を制限するために、未加工物品の処理中に不活性雰囲気を使用することができる。

処理プロセスの終了後、金属結合剤中に砥粒を含む結合研磨物品が形成される。一実施形態によると、研磨物品は、特定の特徴を有する本体を有することができる。たとえば、一実施形態によると、結合研磨本体は、本体中の結合剤の体積よりも有意に大きい砥粒の体積を有することができる。結合研磨本体は、ＶＡＧ／ＶＢＭの比が少なくとも約１．３であってよく、ここでＶＡＧは、結合研磨本体の全体積中の砥粒の体積パーセントを表し、ＶＢＭは、結合研磨本体の全体積中の結合剤の体積パーセントを表す。別の一実施形態によると、ＶＡＧ／ＶＢＭの比は、少なくとも約１．５、たとえば少なくとも約１．７、少なくとも約２．０、少なくとも約２．１、少なくとも約２．２、またはさらには少なくとも約２．５であってよい。別の実施形態においては、ＶＡＧ／ＶＢＭの比が、約１．３〜約９．０の間の範囲内、たとえば約１．３〜約８．０の間の範囲内、たとえば約１．５〜約７．０の間の範囲内、たとえば約１．５〜約６．０の間の範囲内、約２．０〜約５．０の間の範囲内、約２．０〜約４．０の間の範囲内、約２．１〜約３．８の間の範囲内、またはさらには約２．２〜約３．５の間の範囲内となるように、結合研磨本体を形成することができる。

より具体的には、結合研磨本体は、結合研磨本体の全体積に対して少なくとも約３０体積％の砥粒を含むことができる。別の場合においては、砥粒の含有量はより多く、たとえば少なくとも約４５体積％、少なくとも約５０体積％、少なくとも約６０体積％、少なくとも約７０体積％、またはさらには少なくとも約７５体積％である。特定の実施形態においては、結合研磨本体は、結合研磨本体の全体積に対して約３０体積％〜約９０体積％の間、たとえば約４５体積％〜約９０体積％の間、約５０体積％〜約８５体積％の間、またはさらには約６０体積％〜約８０体積％の間の砥粒を含む。

結合研磨本体は、結合研磨本体の全体積に対して約４５体積％以下の結合剤を含むことができる。ある実施形態によると、結合剤の含有量はより少なく、たとえば約４０体積％以下、約３０体積％以下、約２５体積％以下、約２０体積％以下、またはさらには約１５体積％以下である。特定の実施形態においては、結合研磨本体は、結合研磨本体の全体積に対して約５体積％〜約４５体積％の間、たとえば約５体積％〜約４０体積％の間、約５体積％〜約３０体積％の間、またはさらには約１０体積％〜約３０体積％の間の結合剤を含む。

別の一実施形態によると、本発明の結合研磨本体は、ある量の気孔を含むことができる。たとえば、結合研磨本体は、結合研磨本体の全体積に対して少なくとも５体積％の気孔を有することができる。別の実施形態においては、結合研磨本体は、本体の全体積に対して少なくとも約１０体積％、たとえば少なくとも約１２体積％、少なくとも約１８体積％、少なくとも約２０体積％、少なくとも約２５体積％、少なくとも約３０体積％、またはさらには少なくとも約３５体積％の気孔を有することができる。さらに、別の実施形態においては、結合研磨本体は、本体の全体積に対して約８０体積％以下の気孔を含むことができる。別の物品においては、結合研磨本体は、本体の全体積に対して約７０体積％以下、約６０体積％以下、５５体積％の気孔、たとえば約５０体積％以下の気孔、約４８体積％以下の気孔、約４４体積％以下の気孔、約４０体積％以下の気孔、またはさらには約３５体積％以下の気孔を有することができる。気孔は、本明細書に列挙される任意の最小値および最大値の間の範囲内となりうることは理解されよう。

結合研磨本体中のある含有量の気孔が相互接続された気孔となるように、結合研磨本体を形成することができる。相互接続された気孔によって、結合研磨本体の体積を通過して延在する相互接続されたチャネル（すなわち、孔隙）の網目構造が画定される。たとえば、本体の気泡の過半量が相互接続された気孔であってよい。実際、特定の場合においては、結合研磨本体中に存在する気孔の少なくとも６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、またはさらには少なくとも約９５％が相互接続された気孔となるように、結合研磨本体を形成することができる。ある場合においては、本体中に存在する実質的にすべての気孔が相互接続された気孔である。したがって、結合研磨本体は、結合剤および砥粒によって画定される固相と、結合研磨本体全体にわたって固相の間に延在する気孔によって画定される第２の連続相との２つの相の連続網目構造によって画定されうる。

別の一実施形態によると、結合研磨本体は、結合研磨本体の全体積に対する結合剤（ＶＢＭ）と比較して、砥粒およびフィラーを含む粒子状材料（ＶＰ）の特定の比を有することができる。粒子状材料および結合剤の量が、本体の全体積の一部としての成分の体積パーセントの単位で測定されることが理解されよう。たとえば、本発明の実施形態の結合研磨本体は、比（ＶＰ／ＶＢＭ）が少なくとも約１．５であってよい。別の実施形態においては、比（ＶＰ／ＶＢＭ）は、少なくとも約１．７、少なくとも約２．０、少なくとも約２．２、少なくとも約２．５、またはさらには少なくとも約２．８であってよい。特定の場合においては、比（ＶＰ／ＶＢＭ）は、１．５〜約９．０の間の範囲内、約１．５〜８．０の間の範囲内、たとえば約１．５〜約７．０の間の範囲内、約１．７〜約７．０の間の範囲内、約１．７〜約６．０の間の範囲内、約１．７〜約５．５の間の範囲内、またはさらには約２．０〜約５．５の間の範囲内であってよい。したがって、結合研磨本体は、フィラーと砥粒とを含む粒子状材料を結合剤よりも高い含有率で含むことができる。

一実施形態によると、研磨本体は、結合研磨本体の全体積中に存在する砥粒の量（体積％）よりも少ない量、同じ量、またはさらには多い量（体積％）のフィラーを含むことができる。ある研磨物品は、結合研磨本体全体積に対して約７５体積％以下のフィラーを使用することができる。ある実施形態によると、本体中のフィラーの含有量は、約５０体積％以下、約４０体積％以下、約３０体積％以下、約２０体積％以下、またはさらには約１５体積％以下であってよい。特定の実施形態においては、結合研磨本体は、結合研磨本体の全体積に対して約１体積％〜約７５体積％の間、たとえば約１体積％〜約５０体積％の間、約１体積％〜約２０体積％の間、またはさらには約１体積％〜約１５体積％の間のフィラーを含む。ある場合においては、結合研磨本体は、フィラーを実質的に含まなくてよい。

本発明の実施形態の結合研磨本体は、特定の含有量の活性結合組成物を有することができる。理解されるように、活性結合組成物は、活性結合組成物前駆体と、たとえば砥粒、フィラー、および結合剤などの結合研磨本体の特定の成分との間の反応によって形成される反応生成物であってよい。活性結合組成物は、本体中の粒子（たとえば、砥粒またはフィラー）と結合剤との間の化学結合を促進することができ、それによって結合剤中での粒子の保持を促進することができる。

特に、活性結合組成物は、別個の相を含むことができ、それらの相は、結合研磨本体の別個の領域中に配置することができる。さらに、活性結合組成物は、組成物の位置に依存した特定の組成を有することができる。たとえば、活性結合組成物は、析出相および界面相を含むことができる。析出相は、結合剤中に存在することができ、結合剤の体積全体にわたって別個の相として分散することができる。界面相は、粒子状材料（すなわち、砥粒および／またはフィラー）と結合剤との間の界面に配置することができる。界面相は、本体の粒子状材料の表面積の過半量の周囲に延在することができる。完全には理解されていないが、活性結合組成物の別個の相および組成の差は、形成プロセス、特に液相焼結に起因するものと理論づけられている。

したがって、結合剤は、別個の相である結合相および析出相を含む複合材料であってよい。析出相は、活性結合組成物の少なくとも１つの元素と結合剤の少なくとも１つの元素とを含む組成物でできていてよい。特に、析出相は、結合剤として混合物中に本来提供された少なくとも１つの金属元素を含むことができる。析出相は、金属または金属合金の化合物または錯体であってよい。特定の実施形態においては、析出相は、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ハフニウム、タングステン、およびそれらの組み合わせからなる材料の群から選択される材料を含むことができる。さらなる特定の場合においては、析出相はチタンを含み、チタンおよびスズから本質的になることができる。

結合剤の結合相は、遷移金属元素を含むことができ、特に混合物の形成に使用される元の結合剤中に含まれる金属元素を含むことができる。したがって、結合相は、銅、スズ、銀、モリブデン、亜鉛、タングステン、鉄、ニッケル、アンチモン、およびそれらの組み合わせからなる金属の群から選択される材料から形成されてよい。特定の場合においては、結合相は銅を含むことができ、銅を主成分とする化合物または錯体であってよい。ある実施形態においては、結合相は銅から本質的になる。

界面相は、活性結合組成物の少なくとも１つの元素を含むことができる。さらに、界面相は、粒子状材料の少なくとも１つの元素を含むことができる。したがって、界面相は、活性結合組成物と粒子との間の化学反応によって形成された化合物または錯体であってよい。ある界面相材料としては、炭化物、酸化物、窒化物、ホウ化物、酸窒化物、酸ホウ化物、酸炭化物、およびそれらの組み合わせが挙げられる。界面相は、金属を含むことができ、特に、金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物、金属酸窒化物、金属酸ホウ化物、または金属酸炭化物などの金属を含む化合物であってよい。一実施形態によると、界面相は、炭化チタン、窒化チタン、ホウ窒化チタン、酸化チタンアルミニウム、およびそれらの組み合わせの群からの材料から本質的になる。

さらに、界面相は、少なくとも約０．１ミクロンの平均厚さを有することができる。しかし特に、界面相を上に有する粒子状材料の大きさに依存して、界面相は種々の厚さを有することができる。たとえば、１０ミクロン未満の平均サイズの砥粒および／またはフィラーに関しては、界面相は、粒子の平均サイズの約１％〜２０５の間の範囲内の厚さを有することができる。約１０ミクロン〜約５０ミクロンの間の範囲内の平均サイズを有する粒子状材料の場合、界面相は、粒子の平均サイズの約１％〜約１０％の間の範囲内の厚さを有することができる。約５０ミクロン〜約５００ミクロンの間の範囲内の平均サイズを有する粒子状材料の場合、界面相は、粒子の平均サイズの約０．５％〜約１０％の間の範囲内の厚さを有することができる。約５００ミクロンを超える平均サイズを有する粒子状材料の場合、界面相は、粒子の平均サイズの約０．１％〜約０．５％の間の範囲内の厚さを有することができる。

図８〜１１は、一実施形態による結合研磨本体の微細構造の拡大画像である。図８は、砥粒８０１と、砥粒８０１の間に延在する結合剤８０３とを含む結合研磨本体の一部の断面の走査型電子顕微鏡画像（後方散乱モードで操作）である。図示されるように、結合剤８０３は、より薄い色で表され結合剤８０３の体積を通過して延在する析出相８０５と、より暗い色で表され結合剤８０３の体積を通過して延在する結合相８０６との２つの別個の材料相を含む。

図９〜１１は、図８の結合研磨本体の同じ領域の拡大画像であり、本体の特定の領域中に存在する選択元素を同定するためのマイクロプローブ分析を使用している。図９は、銅の多い領域を同定するために設定されたモードにおける図８の領域のマイクロプローブ画像であり、そのため、より明るい色の領域は銅が存在する領域を示している。一実施形態によると、結合剤８０３は、銅およびスズの金属合金を含むことができる。さらなる特定の一実施形態によると、結合剤８０３の結合相８０６は、結合剤８０３の少なくとも２つの別個の相の１つであり、析出相８０５よりも多くの量の銅が存在しうる。

図１０は、図８および９の領域の拡大画像であり、結合研磨本体の特定の領域中に存在する選択元素を同定するためのマイクロプローブ分析を使用している。図１０は、スズが存在する領域を同定するために設定されたモードでマイクロプローブを使用しており、そのため、より明るい色の領域は、スズがより多い領域を示している。図示されるように、結合剤８０３の析出相８０５は、結合相８０６よりもスズ含有量が多い。

図１１は、図８〜１０の領域の拡大画像であり、マイクロプローブ分析を使用している。特に、図１１は、チタンが存在する領域を同定するために設定されたモードでマイクロプローブを使用しており、そのため、より明るい色の領域は、チタンがより多い領域を示している。図示されるように、結合剤８０３の析出相８０５は、結合相８０６よりもチタン含有量が多い。図１１は、砥粒８０１および結合剤８０３の界面における界面相１１０１をも示している。図１１から明らかなように、界面相１１０１は、特に高含有率のチタンを含み、これは、活性結合組成物前駆体のチタンが、粒子（すなわち砥粒８０１）の界面に優先的に移動して、砥粒と化学的に反応して、本発明に記載されるように界面相化合物を形成できることを示している。

図８〜１１は、予期せぬ現象の証拠となっている。完全には理解されていないが、銅およびスズを含む元の結合剤はプロセス中に分離され、これは液相焼結プロセスによるものと理論的に分析されている。スズおよび銅は別個の相となり；それぞれ析出相８０５および結合相８０６となる。さらに、スズは優先的に、活性結合組成物前駆体材料中に存在するチタンと結合して、析出相８０５を形成する。

一実施形態によると、結合研磨本体は、結合剤の全体積に対して少なくとも約１体積％の活性結合組成物を含むことができ、これは、界面相および析出相などの活性結合組成物のすべての相を含む。別の場合においては、結合剤中の活性結合組成物の量は、より多くてもよく、そのような少なくとも約４体積％、少なくとも約６体積％、少なくとも約１０体積％、少なくとも約１２体積％、少なくとも約１４体積％、少なくとも約１５体積％、またはさらには少なくとも約１８体積％であってよい。特定の場合においては、結合剤は、約１体積％〜約４０体積％の間の範囲内、たとえば約１体積％〜３０体積％の間の範囲内、約１体積％〜約２５体積％の間の範囲内、約４体積％〜約２５体積％の間の範囲内、または約６体積％〜約２５体積％の間の範囲内の量の活性結合組成物を含有する。場合によっては、活性結合組成物の量は、結合剤の全体積の約１０体積％〜約３０体積％の間の範囲内、約１０体積％〜約２５体積％の間の範囲内、またはさらには約１２体積％〜約２０体積％の間の範囲内である。

結合研磨本体は、結合剤が特定の破壊靱性（Ｋ１ｃ）を有するように形成することができる。結合剤の靭性はマイクロ押し込み試験またはナノ押し込み試験によって測定することができる。マイクロ押し込み試験は、たとえばこの場合では結合剤などの材料の特定の位置でインデンターに負荷をかけることで研磨したサンプル上に亀裂を発生させる原理によって破壊靭性を測定する。たとえば、好適なマイクロ押し込み試験は、“Ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｒｉｔｔｌｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ”，Ｍｉｃｒｏｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡＳＴＭ ＳＴＰ ８８９，Ｄ．Ｂ．Ｍａｒｓｈａｌｌ ａｎｄ Ｂ．Ｒ． Ｌａｗｎ ｐｐ ２６−４６に開示される方法により行われる。一実施形態によると、結合研磨本体は、約４．０ＭＰａ・ｍ０．５以下の平均破壊靱性（Ｋ１ｃ）を有する結合剤を有する。別の実施形態においては、結合剤の平均破壊靱性（Ｋ１ｃ）は、約３．７５ＭＰａ・ｍ０．５以下、たとえば約３．５ＭＰａ・ｍ０．５以下、約３．２５ＭＰａ・ｍ０．５以下、約３．０ＭＰａ・ｍ０．５以下、約２．８ＭＰａ・ｍ０．５以下、またはさらには約２．５ＭＰａ・ｍ０．５以下であってよい。結合剤の平均破壊靱性は、約０．６ＭＰａ・ｍ０．５約４．０ＭＰａ・ｍ０．５の間の範囲内、たとえば約０．６ＭＰａ・ｍ０．５約３．５ＭＰａ・ｍ０．５の間の範囲内、またはさらには約０．６ＭＰａ・ｍ０．５約３．０ＭＰａ・ｍ０．５の間の範囲内であってよい。

本発明の実施形態の研磨物品は、独特の性質を有することができる。たとえば、結合研磨本体は、少なくとも約２０００ｐｓｉ、たとえば少なくとも約４０００ｐｓｉ、特に少なくとも約６０００ｐｓｉの破壊係数（ＭＯＲ）を有することができる。

本発明の実施形態の結合研磨本体は、ある研削作業に使用する場合に特定の性質を示す。特に、結合研磨ホイールは、非ドレッシング研削作業に使用することができ、この場合、結合研磨本体は、ツルーイング作業を行った後にドレッシング作業を行う必要がない。従来、ツルーイング作業は、研磨本体を所望の輪郭および形状にするために行われる。ツルーイング後、通常は同等以上の硬度の研磨要素を使用して研磨本体のドレッシングが行われることで、摩耗したグリットが除去され、新しい砥粒が露出する。ドレッシングは、研磨物品の適切な作用を得るための、時間がかかるが従来の研磨物品に必要な方法である。本発明の実施形態の結合研磨本体は、使用中のドレッシングの必要性がはるかに少ないことが分かっており、従来の研磨物品よりも大幅に改善された性能パラメータを有する。

たとえば、一実施形態においては、非ドレッシング研削作業中、一実施形態の結合研磨本体は、約４０％以下の動力変動を有することができ、動力変動は式［（Ｐｏ−Ｐｎ）／Ｐｏ］×１００％で表される。Ｐｏは、初回研削サイクルにおける結合研磨本体で工作物を研削するための研削動力（ＨｐまたはＨｐ／ｉｎ）を表し、Ｐｎは、ｎ回目の研削サイクルで工作物を研削するための研削動力（ＨｐまたはＨｐ／ｉｎ）を表し、ここでｎ≧４である。したがって、動力変動は、初回研削サイクルから引き続く研削サイクルでの研削動力の変化を測定するものであり、少なくとも４回の研削サイクルが行われる。

特に、研削サイクルは、連続した方法で行うことができ、これは、結合研磨物品のツルーイングおよびドレッシング作業が研削サイクル間で行われないことを意味する。本発明の実施形態の結合研磨本体は、特定の研削作業中に約２５％以下の動力変動を有することができる。さらに別の実施形態においては、結合研磨本体の動力変動は、約２０％以下、たとえば約１５％以下、またはさらには約１２％以下となることができる。ある研磨本体の動力変動は、約１％〜約４０％の間の範囲内、たとえば約１％〜約２０％の間の範囲内、またはさらには約１％〜約１２％の間の範囲内となることができる。

さらに動力変動に言及すると、初回研削サイクル（Ｐｏ）と、ｎ回目の研削サイクルにおける工作物を研削するために使用される研削動力（Ｐｎ）との間の研削動力の変化は、研削サイクル数にわたって測定できることに注目すべきであり、ここで「ｎ」は４以上である。別の場合においては、「ｎ」は６以上（すなわち、少なくとも６回の研削サイクル）、１０以上、またはさらには１２以上であってよい。さらに、ｎ回目の研削サイクルは、研削サイクル間に研磨物品のドレッシングが行われない連続研削サイクルを表すことができることが理解されよう。

一実施形態によると、結合研磨本体は、材料除去速度（ＭＲＲ’）が少なくとも約１．０ｉｎ３／分／ｉｎ［１０ｍｍ３／秒／ｍｍ］である研削作業に使用することができる。別の実施形態においては、本発明の実施形態の結合研磨本体を使用した研削作業は、少なくとも約４．０ｉｎ３／分／ｉｎ［４０ｍｍ３／秒／ｍｍ］、たとえば少なくとも約６．０ｉｎ３／分／ｉｎ［６０ｍｍ３／秒／ｍｍ］、少なくとも約７．０ｉｎ３／分／ｉｎ［７０ｍｍ３／秒／ｍｍ］、またはさらには少なくとも約８．０ｉｎ３／分／ｉｎ［８０ｍｍ３／秒／ｍｍ］の材料除去速度で行うことができる。本発明の実施形態の結合研磨本体を使用するある研削作業は、約１．０ｉｎ３／分／ｉｎ［１０ｍｍ３／秒／ｍｍ］〜約２０ｉｎ３／分／ｉｎ［２００ｍｍ３／秒／ｍｍ］の間の範囲内、約５．０ｉｎ３／分／ｉｎ［５０ｍｍ３／秒／ｍｍ］〜約１８ｉｎ３／分／ｉｎ［１８０ｍｍ３／秒／ｍｍ］の間の範囲内、約６．０ｉｎ３／分／ｉｎ［６０ｍｍ３／秒／ｍｍ］〜約１６ｉｎ３／分／ｉｎ［１６０ｍｍ３／秒／ｍｍ］の間の範囲内、またはさらには約７．０ｉｎ３／分／ｉｎ［７０ｍｍ３／秒／ｍｍ］〜約１４ｉｎ３／分／ｉｎ［１４０ｍｍ３／秒／ｍｍ］の間の範囲内の材料除去速度（ＭＲＲ’）で行うことができる。

さらに、本発明の結合研磨本体は、結合研磨本体を特定の表面速度で回転させる研削作業に使用することができる。表面速度は、工作物と接触する点におけるホイールの速度を意味する。たとえば、結合研磨本体は、少なくとも１５００表面フィート毎分（ｓｆｐｍ）、たとえば少なくとも約１８００、たとえば少なくとも約２０００ｓｆｐｍ、少なくとも約２５００ｓｆｐｍ、少なくとも約５０００ｓｆｐｍ、またはさらには少なくとも１００００ｓｆｐｍの速度で回転させることができる。特定の場合においては、結合研磨本体は、約２０００ｓｆｐｍ〜約１５０００ｓｆｐｍの間の範囲内、たとえば約２０００ｓｆｐｍ〜１２０００ｓｆｐｍの間の範囲内の速度で回転させることができる。

本発明の結合研磨本体は、たとえばプランジ研削作業、クリープフィード研削作業、剥離研削作業、フルート研削作業などの種々の研削作業における使用に好適となりうる。１つの特定の場合においては、結合研磨本体は、エンドミル研削用途での使用に好適である。別の場合においては、結合研磨本体は、たとえばサファイアおよび石英材料などの硬く脆い工作物の薄化に有用となりうる。

さらに、本発明の実施形態の結合研磨本体は、研削後に、工作物の平均表面粗さ（Ｒａ）が約５０マイクロインチ（約１．２５ミクロン）以下となる研削作業に有用となりうる。別の場合においては、工作物の平均表面粗さは、約４０マイクロインチ（約１ミクロン）以下、またはさらには約３０マイクロインチ（約０．７５ミクロン）以下となることができる。

別の実施形態においては、本発明の実施形態の結合研磨物品を用いた研削中、少なくとも３回の連続する研削作業での平均表面粗さの変動が約３５％以下となりうる。連続する研削作業は、それぞれの研削作業の間でツルーイング作業が行われない作業であることに留意されたい。平均表面粗さの変動は、それぞれ独立した研削作業が行われる場合に工作物のそれぞれの位置における工作物の測定平均表面粗さ（Ｒａ）の標準偏差として計算することができる。ある実施形態によると、少なくとも３回の連続する研削作業の平均表面粗さの変動は、約２５％以下、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、またはさらには約５％以下となることができる。

別の実施形態によると、結合研磨物品は少なくとも約１２００のＧ比を有することができる。Ｇ比は、工作物から除去される材料の体積を、摩耗によって結合研磨本体から失われた材料の体積で割ったものである。別の一実施形態によると、結合研磨本体は、少なくとも約１３００、たとえば少なくとも約１４００、少なくとも約１５００、少なくとも約１６００、少なくとも約１７００、またはさらには少なくとも約１８００のＧ比を有することができる。ある場合においては、結合研磨本体のＧ比は、約１２００〜約２５００の間の範囲内、たとえば約１２００〜約２３００の間の範囲内、またはさらには約１４００〜約２３００の間の範囲内であってよい。本明細書に記載のＧ比の値は、本明細書に記載の材料除去速度で実現することができる。さらに、記載のＧ比の値は、本明細書に記載の種々の工作物材料の種類に対して実現することができる。

言い換えると、本発明の結合研磨物品は、従来の研磨物品、特にメタルボンド研磨物品よりも有意に改善されたＧ比を有することができる。たとえば、本発明の実施形態による結合研磨本体のＧ比は、従来の研磨物品のＧ比よりも少なくとも約５％大きくなることができる。別の場合においては、Ｇ比の改善はより大きい場合もあり、たとえば少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、またはさらには少なくとも約３０％となりうる。特定の実施形態の結合研磨物品は、従来の結合研磨材と比較して、約５％〜約２００％の間の範囲内、約５％〜約１５０％の間の範囲内、約５％〜約１２５％の間の範囲内、約５％〜約１００％の間の範囲内、約１０％〜約７５％の間の範囲内、またはさらには約１０％〜約６０％の間の範囲内でＧ比の増加が示される。

ある種の結合研磨本体は、定常状態の研削動力に十分近い初期研削動力を示す。一般に、定常状態の研削動力は、従来のメタルボンド研磨物品の初期研削動力とは大きく異なる。したがって、初期研削動力からの研削動力の増加は、従来のメタルボンド研磨物品と比較すると本発明の実施形態の結合研磨本体の場合では特に小さい。たとえば、本発明の実施形態の結合研磨本体は、式［（Ｐｎ−Ｐｏ）／Ｐｏ］×１００％で定義される初期研削動力の増加が約４０％以下となりうる。式中、Ｐｏは、初回研削サイクルにおける結合研磨本体で工作物を研磨するための初期研削動力（ＨｐまたはＨｐ／ｉｎ）を表し、Ｐｎは、ｎ回目の研削サイクルにおける結合研磨本体で工作物を研削するための研削動力（ＨｐまたはＨｐ／ｉｎ）を表し、ここでｎ≧１６である。研削サイクルは、結合研磨本体のツルーイングおよびドレッシングが行われない連続研削サイクルであってよいことは理解されよう。

一実施形態によると、本発明の実施形態による結合研磨物品を用いた研削作業中、初期研削動力の増加は、約３５％以下、たとえば約３０％以下、約２５％以下、約２０％以下、約１８％以下、約１５％以下、約１２％以下、約１０％以下、またはさらには約８％以下である。特定の場合においては、本発明の結合研磨本体は、初期研削動力の増加が約０．１％〜約４０％の間の範囲内、たとえば約０．１％〜約３０％の間の範囲内、約１％〜約１５％の間の範囲内、約１％〜約１２％の間の範囲内、またはさらには約１％〜約８％の間の範囲内となりうる連続研削作業が可能である。

別の実施形態においては、結合研磨本体は、約３インチ／分の最小送り速度において少なくとも４００秒の研削時間で、約１０％以下の初期研削動力の増加を示す。初期研削動力の増加は式［（Ｐ４００−Ｐｏ）／Ｐｏ］×１００％により定義することができ、ここで、Ｐｏは、最初の研削サイクルにおける結合研磨本体を使用して最初に工作物を研削するための初期研削動力（ＨｐまたはＨｐ／ｉｎ）を表し、Ｐ４００は、４００秒の研削の後に結合研磨本体を使用して工作物を研削するための研削動力（ＨｐまたはＨｐ／ｉｎ）を表す。別の特定の研削作業においては、結合研磨本体は、約３インチ／分の最小送り速度で少なくも４００秒の研削時間での初期研削動力の増加が、約８％以下、たとえば約６％以下、たとえば約４％以下、またはさらには約２％以下となりうる。特定の研削用途においては、本発明の結合研磨本体は、約３インチ／分の最小送り速度において少なくとも４００秒の研削時間で、約０．１％〜約１０％の間の範囲内、たとえば約０．１％〜約８％の間の範囲内、たとえば約０．１％〜約６％の間の範囲内、またはさらには約０．１％〜約４％の間の範囲内の初期研削動力の増加を示す。

本発明の実施形態の結合研磨本体は、特有の研削性能を有することができ、約３インチ／分の最小送り速度において少なくとも８００秒の研削時間で、約２０％以下の初期研削動力の増加を示す。このような用途における初期研削動力の増加は、式［（Ｐ８００−Ｐｏ）／Ｐｏ］×１００％により定義することができ、ここで、Ｐｏは、最初の研削サイクルにおける結合研磨本体を使用して最初に工作物を研削するための初期研削動力（ＨｐまたはＨｐ／ｉｎ）を表し、Ｐ８００は、８００秒の研削の後に結合研磨本体を使用して工作物を研削するための研削動力（ＨｐまたはＨｐ／ｉｎ）を表す。さらに、本発明の実施形態の特定の結合研磨物品では、約３インチ／分の最小送り速度において少なくとも８００秒の研削時間での初期研削動力の増加がより小さくなることがあり、たとえば約１５％以下、約１０％以下、またはさらには約８％以下となることができる。本発明の結合研磨本体は、約３インチ／分の最小送り速度において少なくとも８００秒の研削時間で、約０．１％〜約２０％の間の範囲内、たとえば約０．１％〜約１８％の間の範囲内、たとえば約０．１％〜約１５％の間の範囲内、またはさらには約０．１％〜約８％の間の範囲内の初期研削動力の増加を示すことができる。このような性質は、硬質または超硬質の工作物を研削する場合に結合研磨本体を機能させるのに特に好適となりうる。

別の一実施形態によると、結合研磨本体は、少なくとも約６インチ／分の最小送り速度において少なくとも８００秒の研削時間で限定された初期研削動力の増加を示すことができる。たとえば、初期研削動力の増加は、少なくとも約６インチ／分の最小送り速度において少なくとも８００秒の研削時間で、約２０％以下、たとえば約１５％以下、約１２％以下、またはさらには約１０％以下となることができる。このような性質は、硬質または超硬質の工作物を研削する場合に結合研磨本体を機能させるのに特に好適となりうる。

本発明の実施形態の結合研磨本体は、特に硬質工作物などのある種の工作物の研削に好適となりうる。たとえば、工作物は、少なくとも５ＧＰａの平均ビッカース硬度を有することができる。別の場合においては、工作物の平均ビッカース硬度は、少なくとも約１０ＧＰａ、またはさらには少なくとも約１５ＧＰａであってよい。

工作物は、金属、金属合金、窒化物、ホウ化物、炭化物、酸化物、酸窒化物、酸ホウ化物、酸炭化物、それらの組み合わせの中でできていてよい。特定の場合においては、工作物は、たとえば炭化タングステンなどの金属炭化物であってよい。炭化タングステンでできた工作物に対して件背悪が行われる例示的な条件においては、炭化タングステン工作物中のコバルトの量は、約５重量％〜約１２重量％の間の範囲内であってよい。

たとえば特に硬質材料に対してある研削作業を実施する場合、結合研磨本体は少なくとも１８００ｓｆｐｍの速度で操作することができる。別の場合においては、結合研磨本体は、少なくとも１９００ｓｆｐｍ、少なくとも約２２００ｓｆｐｍ、またはさらには少なくとも２３５０ｓｆｐｍの速度で回転させることができる。特定の場合においては、結合研磨本体は、研削作業中に約１８００ｓｆｐｍ〜約３１００ｓｆｐｍの間の範囲内、特に約１９００ｓｆｐｍ〜約２３５０ｓｆｐｍの間の範囲内の速度で回転させることができる。

さらに、本発明の実施形態の結合研磨物品は、たとえば、ある送り速度での特に工作物などに対する特定の研削作業に好適となる。たとえば、送り速度は少なくとも約２インチ／分であってよい。別の場合においては、送り速度はより速くてもよく、たとえば少なくとも約３インチ／分、少なくとも約３．５インチ／分、または少なくとも約４インチ／分であってよい。特定の実施形態では、約２インチ／分〜約１０インチ／分の間の範囲内、たとえば約３インチ／分〜約８インチ／分の間の範囲内である研削作業において結合研磨本体を使用することができる。

さらに別の一実施形態においては、ツルーイング砥石で結合研磨本体のツルーイングを行った後、研削盤の最大主軸動力を超えずに、少なくとも１７回の連続研削サイクルで、少なくとも５ＧＰａの平均ビッカース硬度を有する工作物を結合研磨本体が研削可能となる研削作業に結合研磨本体を使用することができる。このように、本発明の結合研磨本体は、特に硬質材料の工作物の研削の場合に改善された実用寿命を示す。実際、ツルーイング作業を行う前に、結合研磨本体は少なくとも約２０回の連続研削サイクル、少なくとも約２５回の連続研削サイクル、または少なくとも約３０回の連続研削サイクルを行うことができる。連続研削サイクルに言及する場合、研削サイクルの間に結合研磨本体ツルーイングおよびドレッシングを行わない連続した方法で研削サイクルが行われることを意味することは理解されよう。

本発明の実施形態の結合研磨本体を従来の結合研磨本体と比較すると、一般に、従来の結合研磨物品では、再シャープニングおよび再表面仕上げのためのツルーイング作業が必要となる前に、比較的硬質の工作物に対して約１６回以下の連続研削サイクルが行われる。このように、ツルーイング作業が必要となる前、または研削動力が研削盤の出力能力を超える前に行われる連続研削サイクル数によって測定されるように、本発明の実施形態の結合研磨本体が、従来のメタルボンド結合研磨材よりも運転可能な研削時間の改善が示される。

当産業において測定される研削性能の別の顕著な改善は、部品数／ドレスであり、これは、性能を維持するために研磨物品のドレッシングが必要となる前に、特定の研磨物品によって機械加工可能な部品数の尺度の１つである。一実施形態によると、本発明の実施形態の結合研磨本体は、部品数／ドレスで測定される工作物の研削効率を、従来のメタルボンド研磨物品と比較して少なくとも約１０％増加させることができる。別の一実施形態によると、従来のメタルボンド研磨物品と比較した研削効率の増加は、少なくとも約２０％、たとえば少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、またはさらには少なくとも約５０％である。特に、このような従来のメタルボンド研磨物品としては、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎより入手可能なＧ−ＦｏｒｃｅおよびＳｐｅｃｔｏｒブランドの研磨物品などの最先端の物品をあげることができる。特定の場合においては、部品数／ドレスで測定される研削効率の増加は、約１０％〜約２００％の間の範囲内、たとえば約２０％〜約２００％の間の範囲内、約５０％〜約２００％の間の範囲内、またはさらには約５０％〜約１５０％の間の範囲内の程度であってよい。このような改善が、本明細書に記載の研削条件下で本明細書に記載の工作物に対して実現可能であることは理解されよう。

さらに、本発明の実施形態の結合研磨物品は、当産業において摩耗率によって測定される研削性能の改善を示すこともでき、摩耗率は、研削中に研磨物品に生じる摩耗の尺度の１つである。一実施形態によると、従来のメタルボンド研磨物品の摩耗率の少なくとも５％小さい摩耗率で研磨物品が摩耗するように、本発明の実施形態の結合研磨本体が摩耗率の改善を示すことができる。別の一実施形態によると、従来のメタルボンド研磨物品と比較して摩耗率が少なくとも約８％小さくなり、たとえば少なくとも約１０％、少なくとも約１２％、またはさらには少なくとも約１５％小さい。特定の場合においては、摩耗率の改善は約５％〜約１００％の間の範囲内、たとえば約５％〜約７５％の間の範囲内、約５％〜約０％の間の範囲内、またはさらには約５％〜約５０％の間の範囲内の程度となることができる。このような改善が、本明細書に記載の研削条件下で本明細書に記載の工作物に対して実現可能であることは理解されよう。

当産業において測定される研削性能の別の顕著な改善は摩耗率であり、これは、研削中に研磨物品に生じる摩耗の尺度の１つである。一実施形態によると、従来のメタルボンド研磨物品の摩耗率の少なくとも５％小さい摩耗率で研磨物品が摩耗するように、本発明の実施形態の結合研磨本体が摩耗率の改善を示すことができる。別の一実施形態によると、従来のメタルボンド研磨物品と比較して摩耗率が少なくとも約８％小さくなり、たとえば少なくとも約１０％、少なくとも約１２％、またはさらには少なくとも約１５％小さい。特定の場合においては、摩耗率の改善は約５％〜約１００％の間の範囲内、たとえば約５％〜約７５％の間の範囲内、約５％〜約６０％の間の範囲内、またはさらには約５％〜約５０％の間の範囲内の程度となることができる。このような改善が、本明細書に記載の研削条件下で本明細書に記載の工作物に対して実現可能であることは理解されよう。

本発明の実施形態の研磨物品によって示される別の顕著な研削性能の改善としては、使用可能な研削速度の増加が挙げられる。研削速度は、表面仕上げを犠牲にしたり、機械または結合研磨物品の研削動力を超えたりすることなく、工作物を成形できる速度である。一実施形態によると、従来のメタルボンド研磨物品よりも少なくとも５％速い速度で研磨物品が研削可能となるように、本発明の実施形態の結合研磨本体が研削速度の改善を示すことができる。別の場合においては、研削速度は、従来のメタルボンド研磨物品と比較して、より速くなることができ、少なくとも約８％小さい、たとえば少なくとも約１０％、少なくとも約１２％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、またはさらには少なくとも約２５％となることができる。本発明のある結合研磨物品では、研削速度の改善は約５％〜約１００％の間の範囲内、たとえば約５％〜約７５％の間の範囲内、約５％〜約６０％の間の範囲内、またはさらには約５％〜約５０％の間の範囲内の程度となることができる。このような改善が、本明細書に記載の研削条件下で本明細書に記載の工作物に対して実現可能であることは理解されよう。

特に、研削速度のこのような改善は、本明細書に記載の他の研削パラメータを維持しながら実現することができる。たとえば、本明細書に記載のように限定された初期研削動力の増加、本明細書に記載のように限定された表面仕上げの変動、および本明細書に記載のように限定された摩耗率をも示しながら、研削速度の改善を実現することができる。

図１２は、一実施形態による結合研磨本体の拡大画像である。図示されるように、結合研磨本体は、金属または金属合金材料を含む結合剤１２０２の中に含まれ、それらによって取り囲まれた砥粒１２０１を含む。さらに図示されるように、結合研磨本体は、砥粒１２０１と結合剤１２０２との間に延在する孔隙１２０３を含む実質的に解放された組織を有する。図１２から明らかなように、結合研磨本体は、多量（体積％）の砥粒１２０１を含み、そのため組織は、結合剤１２０２によって互いに結合した砥粒１２０１を主として含有する。さらに、砥粒１２０１は、互いに近接しており、わずかな結合剤１２０２が砥粒１２０１を分離しており、砥粒１２０１対結合剤１２０２の比が大きいことを示している。

実施例１
最初の結合研磨材サンプルでは、当産業において知られている１Ａ１形状を有する直径４インチのホイールを作製する。サンプルの形成は、２７ Ｐｈｉｌｏ Ｃｕｒｔｉｓ Ｒｏａｄ，Ｓａｎｄｙ Ｈｏｏｋ，ＣＴ ０６４８２，ＵＳＡに所在するＣｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｓｓｏｃｉａｔｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎより入手したＵ．Ｓ．メッシュ３２５の大きさの４５．９６グラムの真鍮粉末（すなわち、銅：スズの重量比が６０：４０）を含む混合物を形成するステップを含む。この真鍮粉末を、Ｃｈｅｍｅｔａｌｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｎｅｗ Ｐｒｏｖｉｄｅｎｃｅ Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ，ＵＳＡより購入した同じ大きさの５．１１グラムの水素化チタンと乾式ブレンドする。ＵＳメッシュサイズ−１２０／＋１４０の立方晶窒化ホウ素の砥粒も真鍮粉末および水素化チタンと混合する。この砥粒は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｃｅｒａｍｉｃｓ ａｎｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ，Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ，ＭＡのものであり、ＣＢＮ−Ｖとして市販されている。

砥粒を加えた後、８．１５グラムの有機バインダーを混合物に加え、泥のコンシステンシーとなるまで混合物を剪断する。この有機バインダーは、Ｗａｌｌ Ｃｏｌｍｏｎｏｙ Ｃｏ．のＳ−バインダーのブランド名の熱可塑性樹脂固体、およびＶｉｔｔａ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＫ４２４バインダーを含む。次に、混合物をオーブン乾燥して水分を除去する。乾燥させた混合物を粉砕し、ふるい分けして凝集物を得る。この凝集物を、環状形態を有し公称外径４インチおよび内径３．２インチを画定する鋼製金型中に入れる。凝集物を２．４トン／ｉｎ２でプレスして未加工物品を形成する。未加工物品を、約１０−４Ｔｏｒｒの圧力を有する還元性雰囲気９５０℃で３０分間焼結させる。最終的に形成される結合研磨材は、比（ＶＡＧ／ＶＢＭ）が３．０であり、気孔（１００％相互接続された気孔）の量は本体の全体積の３４体積パーセントである。

エポキシを使用して鋼製のコアを結合研磨本体に取り付け、さらなる仕上げ、バランシング、および速度試験が行われ、ホイール製造プロセスが終了する。このホイールは、識別のためサンプル１と名付けた。

Ｂｒｙａｎｔ ＯＤ／ＩＤグラインダーの外周円筒プランジ研削方式でサンプル１を使用して、最初から５８〜６２ＨＲＣまで硬化させた５２１００軸受鋼の工作物を研削する。工作物は、直径４インチの５２１００鋼ディスクの形態であり、研削作業は外周円筒プランジ研削である。最初に、研削前に、サンプル１を、機械の主軸上に搭載し、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ａｂｒａｓｉｖｅｓ，Ａｒｄｅｎ，ＮＣよりＢＰＲロールとして市販されるＢＰＲダイヤモンドロールを用いてツルーイングする。ツルーイングのパラメータを表１に示す。

非ドレッシング研削作業の研磨本体から判断すると研磨グリッドが十分露出しているため、サンプル１は、ツルーイング後にスティック砥石によるドレッシングは行わない。研削パラメータを表２に示す。

図１は、２つの異なる材料除去速度（ＭＲＲ’）（すなわち、１ｉｎ３／分／ｉｎおよび２ｉｎ３／分／ｉｎ）における、表２に示される研削条件下での、サンプル１の研削動力（ＨＰ／ｉｎ）対研削サイクル数のプロットである。実証されているように、プロット１０１は、サンプル１が、１１Ｈｐ／ｉｎの初期研削動力および１０Ｈｐ／ｉｎの５回の連続研削サイクル後の研削動力で、１ｉｎ３／分／ｉｎのＭＲＲ’において工作物を研削可能であることを示している。プロット１０２は、サンプル１が、１９Ｈｐ／ｉｎの初期研削動力および１６Ｈｐ／ｉｎの５回の連続研削サイクル後の研削動力で、２ｉｎ３／分／ｉｎのＭＲＲ’において工作物を研削可能であることを示している。１ｉｎ３／分／ｉｎのＭＲＲ’での工作物の研削におけるサンプル１の動力変動は９％であり、２ｉｎ３／分／ｉｎのＭＲＲ’での工作物の研削におけるサンプル１の動力変動は１６％であった。したがって、サンプル１は、初期研削動力と、５回の連続の研削作業後の定常状態の研削動力との間の変動がわずかであることを示している。工作物は幅が約０．２５インチであり、研磨ホイールサンプルは幅が０．５インチとなるように形成した。ＭＲＲ’を計算するために使用した幅は工作物の幅の０．２５インチであった。

図１は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎよりＧ−ＦｏｒｃｅホイールＢ１８１−７５ＵＰ０６１として市販される従来のメタルボンド研磨物品（サンプルＭＢＳ１）の研削動力（ＨＰ／ｉｎ）対研削サイクル数の２つのプロットをさらに含んでいる。実証されているように、プロット１０３は、サンプルＭＢＳ１が、１ｉｎ３／分／ｉｎのＭＲＲ’において４０Ｈｐ／ｉｎの初期研削動力で工作物を研削可能であることを示している。５回連研削サイクル後、サンプルＭＢＳ１は、１ｉｎ３／分／ｉｎのＭＲＲ’では１０Ｈｐ／ｉｎの動力で研削する。サンプルＭＢＳ１は、非ドレッシング研削作業における動力変動が７５％であることを示している。

プロット１０４は、サンプルＭＢＳ１は、２ｉｎ３／分／ｉｎのＭＲＲ’において５０Ｈｐ／ｉｎの初期研削動力で工作物を研削可能であることを示している。５回の連続研削サイクル後、サンプルＭＢＳ１は、２ｉｎ３／分／ｉｎのＭＲＲ’では１０Ｈｐ／ｉｎの動力で研削する。サンプルＭＢＳ１は、非ドレッシング研削作業における動力変動が８４％であることを示している。明らかに、非ドレッシング研削作業においては本発明の実施形態の結合研磨物品は、最先端の研磨ホイールよりも研削動力変動に関して大きく改善された性能を示す。

図２は、２つの異なる材料除去速度（ＭＲＲ’）（すなわち、１ｉｎ３／分／ｉｎおよび２ｉｎ３／分／ｉｎ）における、表２に示される研削条件下での、サンプル１の表面仕上げまたは表面粗さ（Ｒａ）対研削サイクル数のプロットを含んでいる。実証されているように、プロット２０１および２０２で表されるサンプルは、連続研削サイクル後に、両方の材料除去速度において、約３０マイクロインチ以下の表面仕上げ（Ｒａ）が工作物に対して得られる。さらに、初回研削作業および５回目の研削サイクルとの間のすべての測定表面仕上げ値の変動（すなわち、全測定の標準偏差）は、２以下の変動となる。

図２は、２つの異なる材料除去速度（ＭＲＲ’）（すなわち、１ｉｎ３／分／ｉｎおよび２ｉｎ３／分／ｉｎ）における、表２に示される研削条件下での、サンプルＢＭＳ１の表面仕上げ（Ｒａ）対研削サイクル数をさらに含んでいる。プロット２０３および２０４によって実証されているように、両方の材料除去速度においてサンプルＭＢＳ１で実現される表面仕上げは、両方の材料除去速度において最初は３０マイクロインチであり、さらなる連続研削によって、１ｉｎ３／分／ｉｎおよび２ｉｎ３／分／ｉｎのそれぞれの材料除去速度において５０マイクロインチおよび約６０マイクロインチまで大きく増加することが示されている。両方の材料除去速度におけるサンプルＭＢＳ１の平均表面仕上げは約４０マイクロインチであり、両方の材料除去速度における表面仕上げの変動（標準偏差）は約１０であった。明らかに、サンプル１は、サンプルＭＢＳ１よりも、連続研削サイクル後に工作物に対して優れた表面仕上げを得ることができる。

実施例２
本明細書に記載のサンプル１と同じ方法を使用してサンプル２を作製する。サンプル２は、砥粒材料の２５％を置換する量の溶融石英フィラー材料を含んだ。この溶融石英は、Ｕ．Ｓ．メッシュ−１２０／＋１４０の大きさであり、Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ Ｍｉｌｌｓより入手した。最終的に形成された結合研磨材は、比（ＶＰ／ＶＢＭ）が２．３であり、気孔（１００％相互接続された気孔）の量が本体の全体積の２９％体積パーセントである。

比較のため、仕様Ｂ１２６−Ｍ１６０ＶＴ２ＢのビトリファイドＣＢＮホイールもサンプルＣ１として試験に含めた。このような研削ホイールはＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎよりＢ１２６−Ｍ１６０ＶＴ２Ｂ研磨ホイールとして市販されている。

図３は、表２に示す研削条件下でのプロット３０１としてサンプル１、プロット３０３としてサンプル２、およびプロット３０５としてサンプルＣ１の研削動力（ＨＰ／ｉｎ）対研削サイクル数のプロットを含んでいる。２ｉｎ３／分／ｉｎの材料除去速度を研削中に使用する。プロット３０１で実証されているように、サンプル１は、１８Ｈｐ／ｉｎの初期研削動力および１６Ｈｐ／ｉｎの５連続研削サイクル後の研削動力で工作物の研削が可能であり、動力変動は約１６％である。プロット３０３は、サンプル２が、１７Ｈｐ／ｉｎの初期研削動力および１５Ｈｐ／ｉｎの５回の連続研削サイクルの研削動力で工作物の研削が可能であり、動力変動が約１２％出会ったことを示している。比較によると、プロット３０５から分かるように、従来のビトリファイド結合研磨材サンプルは、サンプル２と動力の変化が同じであり、動力変動は約１２％であった。このように、非常に予期せぬことに、サンプル１および２は、メタルボンド研磨物品であるにもかかわらず、脆い結合剤成分および低い動力変動を有するビトリファイド結合研磨物品により近い挙動を示す。

実施例３
サンプル１と同じ形成方法を使用して第３のサンプル（サンプル３）を作製した。最初の混合物は、３７２グラムの６０／４０銅／スズの金属結合組成物、４１グラムの水素化チタンの活性結合組成物前駆体、３５９グラムのサイズＢ１８１のＣＢＮ−Ｖの砥粒、サイズ１００メッシュの３８ＡアルミナとしてＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｇｒａｉｎｓ ａｎｄ Ｐｏｗｄｅｒｓより入手可能な１３１グラムのフィラー、および５８グラムの実施例１で使用したバインダーを使用して形成される。サンプル３は、比（ＶＰ／ＶＢＭ）が２．５であり、気孔率は約２９体積％である。

サンプル３は、直径５インチおよび長さ１１インチの丸棒の形状の４１４０鋼でできた工作物の外径に対する剥離研削作業に使用される。工作物は４０〜４５ＨＲＣまで硬化させている。サンプル３を、Ｇｏｂａｉｎ ＡｂｒａｓｉｖｅｓよりＢ１５０−Ｍ１５０−ＶＴ２Ｂとして市販されている従来のビトリファイドＣＢＮホイール（サンプルＣ２）と比較する。

直径２０インチのホイールを形成するための鋼製ディスクの周辺部に搭載された大型結合研磨ホイールをサンプル３から作製する。サンプル３は、ダイヤモンドロールでツルーイングを行い、後にグリットを露出するためのドレッシングを全く行うことなく工作物の研削に使用される。ツルーイング条件を以下の表３に示す。研削条件を表４に示す。

結果を図４および５にまとめている。図４は、研削動力（Ｈｐ）対２つの異なる材料除去速度（すなわち、９．６ｉｎ３／分／ｉｎおよび１２ｉｎ３／分／ｉｎ）の棒グラフである。棒４０１は、９．６ｉｎ３／分／ｉｎの材料除去速度における初回のパスの後にサンプル３による工作物の研削中に使用される研削動力を表している。棒４０２は、９．６ｉｎ３／分／ｉｎの材料除去速度における工作物の２５回の連続研削サイクル（すなわち複数回のパス）の後の工作物の研削中のサンプル３の研削動力を表している。図示されるように、サンプル３は、ツルーイング作業を行わない２５回の連続研削サイクルにわたる研削動力の変化が非常に小さいことを示している。実際、研削動力の変化は約１２％未満であると概算される。

棒４０３および４０４は、９．６ｉｎ３／分／ｉｎの材料除去速度における、工作物のサンプルＣ２による研削中、および工作物の２５回の連続研削サイクル（すなわち複数回のパス）後に使用される研削動力を示している。サンプル３をサンプルＣ２と比較すると、サンプル３は、従来のメタルボンド研磨物品よりもビトリファイド結合研磨物品により近い挙動を示すことに注目されたい。

棒４０５は、１２ｉｎ３／分／ｉｎの材料除去速度における初回パスの後にサンプル３による工作物の研削中に使用される研削動力を表している。棒４０６は、１２ｉｎ３／分／ｉｎの材料除去速度における工作物の２５回の連続研削サイクル（すなわち複数回のパス）の後の工作物の研削中のサンプル３の研削動力を表している。この場合も、サンプル３は、ツルーイング作業を行わない２５回の連続研削サイクルにわたる研削動力の変化が非常に小さいことを示している。実際、研削動力の変化は約１０％未満であると概算される。

棒４０７および４０８は、１２ｉｎ３／分／ｉｎの材料除去速度における、工作物のサンプルＣ２による研削中、工作物の初回パスにおいて、および２５回の連続研削サイクル（すなわち複数回のパス）後に使用される研削動力を示している。サンプル３をサンプルＣ２と比較すると、サンプル３は、従来のメタルボンド研磨物品よりもビトリファイド結合研磨物品により近い挙動を示すことに注目されたい。

図５は、サンプル３およびサンプルＣ２の研削比（Ｇ比）対２つの異なる材料除去速度（すなわち、９．６ｉｎ３／分／ｉｎおよび１２ｉｎ３／分／ｉｎ）の棒グラフである。図示されるように、両方の材料除去速度においては、サンプル３は、サンプルＣ２よりもかなり大きなＧ比を有する。実際、主軸動力および表面仕上げに関してサンプル３はサンプルＣ２と比較して実質的に同じであるが、両方の材料除去速度において、サンプル３のＧ比は、サンプルＣ１のＧ比よりも３５％〜５０％大きい。

実施例４
実施例１に記載の方法に従って第４のサンプル（サンプル４）を作製する。最初の混合物は、１３８グラムの６０／４０の銅−スズの金属結合組成物、活性結合成分前駆体としての１５グラムの水素化チタン、２０グラムの実施例１の有機バインダー、およびＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｃｅｒａｍｉｃｓ ａｎｄ ＰｌａｓｔｉｃｓよりＲＢ ２７０／３２５ Ｕ．Ｓ．メッシュのダイヤモンドグリットとして入手可能な１６４グラムのダイヤモンドから形成される。サンプル４は、比（ＶＡＧ／ＶＢＭ）が２．３であり、気孔率は約３６体積％である。

研削作業は、直径１インチであり１０重量％のコバルトをバインダーとして有する炭化タングステン工作物の溝削りを含む。サンプル４の研削性能を、１８．７５体積％の砥粒、７１．２５体積％の結合剤、タイプＲＢ ２７０／３２５ Ｕ．Ｓ．メッシュのダイヤモンド砥粒を有する最先端のメタルボンドホイール（Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎより入手可能なＧ−Ｆｏｒｃｅ Ａｂｒａｓｉｖｅ）に対して試験した。

両方のサンプルについて、使用前にオフラインでツルーイングおよびドレッシングを行った。サンプルを鋼製アーバ上に搭載し、バランシングを行った。このような方法で一般に使用される１００グリット、Ｈグレード、およびビトリファイドボンドの炭化ケイ素ホイールでサンプルのツルーイングを行う。サンプルを、約５０００ｓｆｐｍで動く炭化ケイ素ホイールの表面速度の約１／１０の速度で回転させる。サンプルホイールを回転させながら、ホイールが正確な状態であると見なされるまで、０．００１インチの切り込み深さおよび１０インチ／秒の横送り速度でツルーイングする。各サンプルは、研削のためにグリットを露出させるために２００メッシュの炭化ケイ素ホイールでドレッシングも行う。スティックを用いたドレッシングは、同じ基準点からすべての研削を開始するときに完了する。

研削試験の結果を図６に示す。図６は、３つの異なる条件下でのサンプル１、および１つの条件でのサンプルＣ２の主軸動力（Ｈｐ）対研削時間（秒）のプロットである。サンプルＣ２はプロット６０１で表され、３０００ｒｐｍのホイール速度および３．７５インチ／分の研削速度で研削を行った。図示されるように、サンプルＣ２は、連続研削サイクルに必要な研削動力が大きく増加した。初期研削動力は約１．８Ｈｐであり、約１２００秒の時間の１６回の研削サイクルで３Ｈｐまで大幅に増加している。サンプルＣ２は、閾値研削動力から少なくとも４０％の研削動力の増加を示した。

対照的に、サンプル４は、種々の研削条件での初期研削動力の増加が非常にわずかであることが示された。プロット６０２は、３０００ｒｐｍおよび３．７５インチ／分の研削速度における工作物に対するサンプル４の研削動力を示している。これらの条件は、サンプルＣ２の試験に使用した研削条件と同じである。プロット６０２で示されるように、サンプル４は、初期研削動力が約１．５Ｈｐであり、ほぼ１２００秒における１６回の連続研削サイクルの後の最終研削動力は２Ｈｐである。サンプル４は、閾値動力の増加がわずか２５％であることを示している。サンプル４は、サンプルＣ２と比較して大きく改善された実用研削寿命を示している。

プロット６０３は、２５００ｒｐｍおよび３．７５インチ／分の研削速度における工作物に対するサンプル４の研削動力を示している。プロット６０３で示されるように、サンプル４は、初期研削動力が約１．８Ｈｐであり、１２００秒にわたる１６回の連続研削サイクル後の最終研削動力が１．８Ｈｐである。サンプル４は、研削サイクル全体で域値出力が事実上全く増加していないことを示しており、サンプルＣ２と比較して非常に改善された実用研削寿命を示している。

プロット６０４は、２５００ｒｐｍおよび６．５インチ／分の研削速度における工作物に対するサンプル４の研削動力を示している。プロット６０４で示されるように、サンプル４は、初期研削動力が約２．８Ｈｐであり、約８００秒における１６回の連続研削サイクル後の最終研削動力が１．９Ｈｐである。サンプル４は、研削サイクル全体で域値出力が事実上全く増加していないことを示しており、サンプルＣ２と比較して非常に改善された実用研削寿命を示している。

上述の研削性能に加えて、サンプル４の結合研磨本体（プロット６０２および６０３）は、ドレッシングする前に、１０個の部品に対応する合計４０個の溝をし続けることができた。対照的に、サンプルＣ２は、ドレッシングを必要とするまでに、４個の部品に対応する合計１６個の溝を研削することができた。このように、サンプル４は、部品数／ドレスで測定して、従来のサンプルＣ２よりも約１２５％の研削効率の改善を示している。

さらに、プロット６０１および６０４を比較すると、サンプル４は、従来のサンプルＣ２よりも改善された研削速度が可能であることを示している。プロット６０４の研削条件下で、サンプル４は、約１１００秒を要したサンプルＣ２と比較して、約７００秒で同じ数の部品（合計４個）を研削可能であることを示している。したがって、サンプル４は、従来のサンプルＣ２に対して３００秒の研削時間の改善を示しており、約３６％の改善に相当する。さらに、プロット６０１および６０４の送り速度条件に基づくと、サンプル４は、従来のサンプルＣ２と比較して７３％の研削速度（インチ／分を使用）の改善を示した。さらに、サンプル４は、実質的に同じ研削動力を維持しながら改善された献策速度を達成したが、サンプルＣ２は研削動力の急速で不満足な増加を示した。

実施例５
６％のコバルトを有する直径０．５インチの炭化タングステンの工作物に対するフルート研削に、サンプル４およびサンプルＣ２を使用する。この種の被削材は、プロット７０１および７０２の間の差で示されるように、炭化タングステン含有量が多い（９４％対９０％）ために実施例４の項作物よりも研削が困難である。プロット７０１は、１０％のコバルトバインダーを有する炭化タングステンの工作物に対する、３０００ｒｐｍおよび６インチ／分の研削速度で８００秒の研削時間でのサンプルＣ２の研削動力を表している。実際、プロット７０１は図６のプロット６０１と同じである。プロット７０２は、６％のコバルトバインダーを有する炭化タングステンの工作物に対する、３０００ｒｐｍおよび６インチ／分の研削速度で８００秒の研削時間でのサンプルＣ２の研削動力を表している。図示されるように、サンプルＣ２の場合、１０％のコバルトを有する工作物の研削に必要な動力は、わずか６％のコバルトを有する炭化タングステンでできた工作物の研削に必要な動力よりもはるかに少ない。

比較すると、プロット７０３は、わずか６％のコバルトを有する炭化タングステンの項作物に対して、２５００ｒｐｍの速度、８インチ／分の研削速度において６００秒未満の研削時間で研削作業を行うサンプル４の研削動力を示している。図示されるように、プロット７０３および７０２を比較すると、サンプル４は、より速い速度およびより高い効率でより多くの量の炭化タングステン工作物を研削できる。すなわち、サンプル４は、サンプルＣ２と比較すると、連続研削サイクル全体にわたって研削動力の変化がはるかに少ない。

サンプル４およびサンプルＣ２のそれぞれの研削性能を表すプロット７０２および７０３をさらに比較すると、サンプル４は研削速度の改善をも示したことに注目されたい。特に、研削動力がほとんどまたは全く増加することなく、約８００秒を必要とするサンプルＣ２が必要とする部品数と同じ部品数を研削するのに、サンプル４はわずか約５００秒しか必要としなかった。したがって、サンプル４は、従来のサンプルＣ２と比較して約３１％の研削速度の増加を達成した。さらに、サンプルＣ２が同じ部品数を研削するのに要する時間よりも速い。

本明細書に記載の結合研磨本体は、従来のメタルボンド研磨物品とは別個の組成および研削特性を示す。本発明の実施形態の研磨物品の研削特性は、最先端のメタルボンド研磨物品よりもガラス結合研磨物品に近い。本発明の実施形態の結合研磨本体は、効率的な研削の改善された寿命を示し、他の従来のメタルボンド研磨本体よりも必要なドレッシングが大幅に少なく、最先端のメタルボンド研磨本体と比較して改善された摩耗特性を有する。特に、本発明の結合研磨本体は、ツルーイング作業を行った後に別のドレッシング作業を必要としない場合があり、これは従来のメタルボンド結合研磨物品のコンディショニング作業とは異なる。すなわち、金属結合剤を使用する結合研磨本体の再表面仕上げおよびシャープニングを行うために、ツルーイング砥石とドレッシングスティックとを併用することが当産業において典型的な手順である。したがって、本発明の実施形態の結合研磨本体は、ドレッシング１回当たりにより多くの数の部品を研削可能であり、そのため、最先端のメタルボンド研磨物品よりも高い効率および長い寿命が得られる。

さらに、本明細書に記載の結合研磨本体の形成方法の特定の態様は、特定の組成物および微細構造的特徴と関連があると考えられる。本発明の実施形態の結合研磨本体は、形成方法に起因し改善された研削性能に有用となりうる複数の特徴の組み合わせ、たとえば、活性結合組成物、活性結合組成物の特定の相、およびそのような相の特定の位置、気孔の種類および量、砥粒の種類および量、フィラーの種類および量、粒子対結合剤の比、研磨材対結合剤の比、ならびに特定の成分の機械的性質（たとえば、破壊靱性）などを含む。

以上において、特定の実施形態、および特定の構成要素の関係に対する言及は説明的なものである。複数の構成要素が結合または関連付けられるとの言及は、本明細書に記載の方法を実施するための前記構成要素の間の直接的な関係、または１つ以上の介在する構成要素を介した間接的な関係のいずれかを開示することを意図していることは理解されよう。したがって、上記開の主題は、説明的なものと見なすべきであり、限定的なものと見なすべきではなく、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲内となるこのようなすべての修正、向上、およびその他の実施形態を含むことを意図している。したがって、法律によって許容される最大限において、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの同等物の最も広い許容されうる解釈によって定められるべきであり、以上の詳細な説明によって限定および制限されるべきではない。

本開示は、請求項の範囲および意味を解釈または限定するために使用すべきではない。さらに、以上の説明は、本開示を簡素化する目的で、互いにまとめられたり、１つの実施形態で説明されたりする場合がある種々の特徴を含んでいる。請求される実施形態が、各請求項に明確に記載されるよりも多くの特徴を必要する意図を反映するものと、本開示が解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲を反映して、本発明の主題は、開示される実施形態のいずれかのすべての特徴よりも少なくなるように誘導することができる。

Claims (13)

1. 金属を含む結合剤中に含まれる砥粒を含む本体を含む研磨物品であって、前記本体は、Ｖ_ＡＧ／Ｖ_ＢＭの比が少なくとも１．３であり、ここでＶ_ＡＧは、前記本体の全体積中の砥粒の体積パーセントであり、Ｖ_ＢＭは、前記本体の全体積中の結合剤の体積パーセントであり、前記本体は、活性結合組成物を含み、前記結合剤の全体積の少なくとも１体積％を活性結合組成物が構成し、前記活性結合組成物が前記砥粒と前記結合剤との界面に配置される、研磨物品。
2. 金属または金属合金を含む結合剤中に含まれる砥粒を含む結合研磨本体を含む研磨物品であって、前記結合剤が、結合相および析出相を含む複合材料を含み、前記析出相が、活性結合組成物の少なくとも１つの元素と、前記結合剤の少なくとも１つの元素とを含む組成を有し、前記活性結合組成物が前記砥粒と前記結合剤との界面に配置される、研磨物品。
3. 前記結合剤中の前記活性結合組成物の一部が、前記砥粒と前記結合剤との間の界面において前記砥粒を取り囲む、請求項１または２に記載の研磨物品。
4. 前記砥粒の平均グリットサイズが１ミクロン〜１０００ミクロンの間の範囲内である、請求項１または２に記載の研磨物品。
5. 前記砥粒のアスペクト比が３：１以下であり、アスペクト比は長さ：幅の寸法の比として定義される、請求項１または２に記載の研磨物品。
6. 前記Ｖ_ＡＧ／Ｖ_ＢＭの比が２．０〜５．０の間の範囲内である、請求項１に記載の研磨物品。
7. １．７〜７．０の間の範囲内であるＶ_Ｐ／Ｖ_ＢＭの比をさらに含み、ここでＶ_Ｐは、前記本体の全体積中の砥粒およびフィラーを含む粒子状材料の体積パーセントであり、Ｖ_ＢＭは、前記本体の全体積中の結合剤の体積パーセントである、請求項１または２に記載の研磨物品。
8. 前記フィラーが、元の形状および大きさを実質的に維持して前記本体中に含まれる粒子状材料を含む、請求項７に記載の研磨物品。
9. 前記本体が、少なくとも５体積％の気孔を含み、前記気孔の過半量が、前記本体の前記体積を通過して延在する相互接続された孔隙の網目構造を画定する相互接続された気孔である、請求項１または２に記載の研磨物品。
10. 前記活性結合組成物が、前記結合剤の全体積の１０体積％〜３０体積％の間の範囲内の量で存在する、請求項１または２に記載の研磨物品。
11. 前記結合相が銅から本質的になる、請求項２に記載の研磨物品。
12. 研磨物品の形成方法であって：
    砥粒および結合剤を含む混合物を形成するステップであって、前記結合剤が金属または金属合金を含むステップと；
    前記混合物を成形して未加工物品を形成するステップと；
    ある温度で前記未加工物品を焼結させることで、液相焼結させて、前記結合剤中に含まれる前記砥粒を含む研磨本体を形成するステップと
    を含み、
    前記本体は、活性結合組成物を含み、前記結合剤の全体積の少なくとも１体積％を活性結合組成物が構成し、前記活性結合組成物が前記砥粒と前記結合剤との界面に配置され、前記本体は、Ｖ_Ｐ／Ｖ_ＢＭの比が少なくとも３：２であり、ここでＶ_Ｐは、前記本体の全体積中の砥粒およびフィラーを含む粒子状材料の体積パーセントであり、Ｖ_ＢＭは、前記本体の全体積中の結合剤の体積パーセントである、方法。
13. 前記混合物から砥粒および結合剤の凝集物を形成するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。