TWI485041B

TWI485041B - 磨料微粒材料，其形成方法及包含其之物品

Info

Publication number: TWI485041B
Application number: TW101151123A
Authority: TW
Inventors: Nicholas J Tumavitch; William Mecca; Brian C Shaffer; Andrew G Haerle
Original assignee: Saint Gobain Ceramics
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2015-05-21
Also published as: UA111648C2; TW201330983A; CN104114665B; RU2014130166A; KR20140106738A; JP2015503460A; WO2013102057A4; US20150113882A1; EP2798033A4; EP2798033A1; WO2013102057A1; CN104114665A

Description

磨料微粒材料，其形成方法及包含其之物品

以下涉及多種磨料特定材料，並且特別是包括具有一種金屬塗層的超級磨料顆粒的多種磨料微粒材料。

金屬非電鍍的領域已經被充分確立，並且用來將不同材料(包括鎳、銅、金、鈀、鈷、銀以及錫)沈積在多種材料上以用於各種應用。非電鍍係指對鍍在一基底襯底上的水性金屬離子進行自動催化或化學還原。非電鍍鍍液組成可以是非常複雜的，包含待沈積的金屬離子的一水溶液、多種催化劑、多種還原劑、多種穩定劑以及類似物質。

在非電鍍工藝中，金屬離子藉由充當電子供體的化學還原劑的作用而被還原成金屬。該等金屬離子係與該等電子供體發生反應，從而形成將沈積在該襯底上的一金屬的電子受體。可以存在一催化劑，該催化劑用來加速該非電鍍的化學反應，以便允許氧化和金屬離子還原成金屬。然而，非電鍍不需要如在常規電鍍工藝中所使用的電流。

工業中不斷需要改進的材料，並且因此需要改進形成特定材料的方法。

概述

根據一方面，一微粒材料包括：具有一超級磨料材料、具有一外表面的一磨料顆粒，該磨料顆粒具有不大於約50微米的中值粒徑；和包含鎳的一塗層，該塗層基本覆蓋在該磨料顆粒的全部外表面上，它的量係在該磨料顆粒和塗層的總重量的約1 wt%與約30 wt%之間的範圍內。

在另一方面中，一微粒材料包括：包含一超級磨料材料、具有一外表面的一磨料顆粒；和包含一金屬的一塗層，該塗層覆蓋在該磨料顆粒的外表面上，其中該塗層包括多個域，該等域具有不大於約260 nm的平均域大小，該塗層進一步包括每100微米² 的該塗層的一外表面小於10個的大結節。

在又另一方面中，一微粒材料包括：包含一超級磨料材料、具有一外表面的一磨料顆粒；和包含一金屬的一塗層，該塗層覆蓋在該磨料顆粒的外表面上，其中該塗層包括多個域，該等域具有不大於約260 nm的平均域大小，並且其中該塗層包括該磨料顆粒和塗層的總重量的約1 wt%至約30 wt%。

在仍然另一方面中，一物品包括來自一批次的磨料微粒材料之樣品，該樣品包括至少100個隨機選擇的磨料顆粒，該等磨料顆粒包含一超級磨料材料，其中至少約75%的該等磨料顆粒包括一共形的金屬塗層，該塗層覆蓋在該等磨料顆粒的一外表面上，並且其中該塗層包括多個域，該等域具有不大於約260 nm的平均域大小，該塗層進一步包括每100微米² 的該塗層的一外表面小於10個的大結節。

根據另一方面，一微粒材料包括：包含金剛石、具有一外表面的一磨料顆粒，該磨料顆粒具有不大於約50微米的中值粒徑；和包含一基於鎳的合金的一塗層，該塗層覆蓋在該磨料顆粒的外表面上，該塗層具有不大於約280 nm的平均厚度，並且其中該塗層具有不大於該平均塗層厚度的1.5倍的厚度最大值。

在一具體的方面中，一種形成微粒材料之方法包括：提供一包含超級磨料材料之磨料顆粒，該磨料顆粒具有不大於約50微米的中值粒徑；和經由鍍覆在該磨料顆粒上形成一包含金屬的共形的塗層，其中該金屬所存在的量係在該磨料顆粒的總重量的約1 wt%與約30 wt%之間的範圍內，並且其中形成係藉由控制選自工藝參數的組的至少兩個工藝參數的一組合來進行的，該工藝參數的組係由以下各項組成：pH、溫度、Ni/P比率、以及其組合。

詳細說明

以下涉及磨料微粒材料和形成該磨料微粒材料的多種方法。在此，實施方式的磨料微粒材料可以被併入不同材料中，以用於不同的應用。例如，可以在磨料物品中使用該等磨料微粒材料，該等磨料物品如粘合的磨料物品、被塗覆的磨料物品、用於切割硬質材料的研磨性線、燒結的金剛石研磨技術(例如，燒結的金屬粘合的金剛石刀片)、塗層以及類似物品。

該磨料微粒材料可以藉由初始獲得一磨料顆粒而形成。根據一實施方式，該磨料顆粒可以是一超級磨料材料。超級磨料材料的適合實例可以包括立方氮化硼。在一例子中，該磨料顆粒可以包括金剛石，並且更具體地，可以主要由金剛石構成。該金剛石可以是天然的或人造的。

在具體的例子中，該等待加工的磨料顆粒的大小可以是非常小的。例如，該等磨料顆粒的中值粒徑可以是不大於約50微米。在仍然其他的例子中，該等磨料顆粒的中值粒徑可以是更小的，如相當於不大於約45微米、不大於約42微米、不大於約40微米、不大於約38微米、不大於約35微米、不大於約32微米、不大於約30微米、不大於約28微米、不大於約25微米、或甚至不大於約22微米。該等磨料顆粒的中值粒徑還可以是至少約0.5微米、至少約1微米、至少約3微米、至少約5微米、或甚至至少約7微米。將瞭解的是，該等磨料顆粒的中值粒徑可以處於以上指出的任何最小與最大值之間的一範圍內。

可以將該等磨料顆粒放置在一鍍覆鍍液中，準備用於鍍覆，以便在該等磨料顆粒上形成一塗覆層。根據一實施方式，形成該磨料微粒材料的工藝包括一非電鍍工藝。具體來說，在此的實施方式的工藝包括一經由鍍覆在該等磨料顆粒上形成薄並且共形的塗層的方法。

值得注意地，該鍍覆工藝可以利用多個條件的一獨特組合來促進快速的成核速率和緩慢的生長動力學。發現根據在此的實施方式的一適合的鍍覆方法可以包括控制至少兩個工藝參數(如pH、溫度、還原劑濃度、Ni/P比率、以及其組合)的一組合，以便促進適合的條件來產生薄並且共形的塗層。在一具體的例子中，該工藝可以包括控制該等工藝參數的至少三個的一組合。

根據一實施方式，可以將該等磨料顆粒放置在一鍍液中，並且可以開始鍍覆。可以在一特定溫度下進行鍍覆，以便促進形成在此的實施方式的磨料微粒材料。例如，該鍍覆鍍液可以被維持在不大於約210℉(99℃)，如不大於約190℉(87℃)、不大於約180℉(82℃)、或甚至不大於約175℉(79℃)的溫度下。在仍然某些例子中，該鍍覆鍍液的溫度可以是至少約90℉(32℃)、至少約100℉(37℃)、至少約110℉(43℃)、至少約120℉(49℃)、或甚至至少約130℉(54℃)。將瞭解的是，在鍍覆過程中該鍍液的溫度可以處於以上指出的任何最小與最大溫度之間的範圍內。

在鍍覆過程中，可以控制該鍍液的pH以有利於合適的反應動力學，並且有利於根據在此的實施方式的磨料微粒材料的形成。例如，在鍍覆過程中，該鍍液的pH可以是總體上呈酸性的，並且更值得注意地，該pH可以不大於約6。對於至少一種具體的鍍覆工藝來說，該鍍液的pH可以是更低的，如不大於約5、不大於約4.5、或甚至不大於約4。仍然根據在此的一實施方式，該pH可以被限定，如至少約0.5、如至少約1、至少約1.5、或甚至至少約2。將瞭解的是，在鍍覆過程中該鍍液的pH可以處於以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。

對於一特定的實施方式來說，待沈積作為該等磨料顆粒上的塗層的非電鍍金屬可以包括鎳。更確切地講，該非電鍍金屬可以是一基於鎳的合金，以使得該金屬含有主要含量的鎳。非電鍍金屬可以含有其他的元素，該等元素包括例如，其他的過渡金屬元素、磷、硼、以及其組合。

根據一具體的實施方式，待鍍覆在該磨料顆粒上的金屬材料可以含有一些磷。在具體的例子中，可以相對於鎳的量(重量)來控制被添加至該鍍液的磷的量(重量)，以便有利於形成具有在此的實施方式的特徵的磨料顆粒。例如，該批次可以含有一特定比率的鎳和磷，以使得它的特徵可以在於Ni/P比率，其中Ni代表在該鍍液中所提供的Ni的量，並且P代表該鍍液中的磷的量。在一實施方式中，該Ni/P比率可以是不大於約0.45。在其他的實施方式中，該Ni/P比率可以是不大於約0.42，如不大於約0.4、不大於約0.38、不大於約0.35、或甚至不大於約0.33。仍然在至少一個非限制性的實施方式中，該Ni/P比率可以是至少約0.03，如至少約0.08、至少約0.1、至少約0.13、至少約0.15、至少約0.18、至少約0.2、至少約0.23、至少約0.25、至少約0.28、或甚至至少約0.3。將瞭解的是，該Ni/P比率可以處於以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。

根據在此的實施方式，鍍覆還可以利用一特定的還原劑材料。例如，該還原劑材料可以包括鈉。在某些例子中，該還原劑材料可以是一種亞磷酸鹽化合物，以使得在一具體實施方式中的還原劑組合物可以是次磷酸鈉。

在某些例子中，該鍍液和同樣地該塗層可以含有活化劑。適合的活化劑可以包括金屬類、如銀(Ag)、鈀(Pd)、錫 (Sn)、鋅(Zn)。通常，這類活化劑是少量存在的，如小於該鍍液中固體的總重量的約1 wt%。在其他的例子中，活化劑的量可以是更少的，如小於約0.8 wt%、小於約0.5 wt%、小於約0.2 wt%、或甚至小於約0.1 wt%。

另外地，該鍍液和在一些例子中該塗層可以含有少量的某些雜質，該等雜質包括金屬元素，如鐵(Fe)、鈷(Co)、鋁(Al)、鈣(Ca)、硼(B)以及鉻(Cr)。該等雜質的一或多種可以是少量存在的，特別是小於約50 ppm、小於約20 ppm、或小於約10 ppm。

當完成該鍍覆操作時，形成了根據一實施方式的一磨料微粒材料，該材料包含一超級磨料材料作為一核心結構和一覆蓋在該超級磨料材料的外表面上的塗層。值得注意地，該鍍覆工藝有利於一磨料微粒材料的形成，該材料具有一大致上薄並且共形的塗層。在一具體的例子中，可以將該塗層直接與該超級磨料材料的外表面相接觸，並且更具體地，可以將該塗層直接粘合至該磨料顆粒的外表面。在仍然另一實施方式中，該塗層可以是直接粘合至該磨料顆粒的表面的一個單層，在該外表面與該塗層之間沒有一介入層。

在仍然一替代性的實施方式中，可以將該塗層的至少一部分從該顆粒的外表面間隔開。例如，可以將至少一個中間層佈置在該塗層的至少一部分與該顆粒的外表面之間。此外，該中間層可以包含活化劑的至少一種元素。在又一具體的例子中，該中間層可以包含一活化劑的一或多種元素，並且更具體地，可以包含一化合物，該化合物包含該活化劑的一或多種元素。對於一實施方式來說，該中間層可以主要由該活化劑構成。

根據一實施方式，該塗層包含一金屬或金屬合金，並且更具體地，可以由一基於鎳的合金製成。該基於鎳的合金可以含有主要量的鎳(按wt%計)。該基於鎳的合金可以含有少量(wt%)的其他材料，該等材料包括例如，過渡金屬元素、磷、硼、以及其組合。

可以製造該塗層以使得主要量的總塗層係非晶相。例如，該塗層可以被形成以使得它主要由非晶相鎳合金材料構成。可替代地，在某些例子中，該塗層可以被形成以使得它可以是一主要含量的結晶材料，並且可以被形成以使得該塗層主要由一晶相材料構成。

此外，在此的實施方式的塗層可以包含選自元素週期表的第15族的一元素。例如，參見在以下網址中可獲得的IUPAC表：http：//old.iupac.org/reports/periodic_table/index.html 。例如，該塗層可以包含磷(P)。在具體的例子中，該塗層可以包括某一含量的磷，如不大於約30%的磷。可以使用ICP來分析磷的量。在另一例子中，該塗層可以具有的磷的量為不大於約25%，如不大於約20%、不大於約18%、不大於約15%、不大於約14%。磷的量還可以是該鎳塗層的總磷含量的至少約1%、至少約3%、至少約5%、至少約8%、至少約10%、或甚至至少約12%。將瞭解的是，在鍍覆過程中所使用的磷的量可以處於以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。

在此的實施方式的磨料特定材料可以具有一特定含量的塗層材料。例如，該塗層所存在的量可以是該磨料顆粒和塗層的總重量的至少約1 wt%。在其他的例子中，該塗層材料的含量可以更大，如至少約2 wt%、至少約3 wt%、至少約4 wt%、至少約5 wt%、至少約6 wt%、至少約7 wt%、至少約8 wt%、至少約9 wt%、或甚至至少約10 wt%。在仍然另一實施方式中，該塗層的含量可以是不大於約30 wt%，如不大於約28 wt%、不大於約26 wt%、不大於約24 wt%、不大於約22 wt%，如不大於約20 wt%、不大於約19 wt%、不大於約18 wt%、不大於約17 wt%，如不大於約16 wt%、不大於約15 wt%、不大於約14 wt%、不大於約13 wt%，如不大於約12 wt%、不大於約11 wt%、或甚至不大於約10 wt%。

將瞭解的是，該塗層可以具有的含量係在以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。一些示例性範圍包括一塗層可以具有處於該磨料顆粒和塗層的總重量的約1 wt%與約30 wt%之間的範圍內的含量。在更具體的例子中，該塗層所存在的範圍可以是在該磨料顆粒和塗層的總重量的約1 wt%與約28 wt%之間，如1 wt%與約25 wt%之間、約1 wt%與約22 wt%之間、2 wt%與約20 wt%之間，如約3 wt%與約20 wt%之間，如範圍在約4 wt%與約20 wt%之間、範圍在約5 wt%與約20 wt%之間、範圍在約6 wt%與約20 wt% 之間、範圍在約7 wt%與約20 wt%之間、範圍在約8 wt%與約20 wt%之間、或甚至範圍在約9 wt%與約19 wt%之間。

在此的實施方式的磨料特定材料可以具有一特定量的塗層，該塗層覆蓋在該磨料顆粒上。例如，可以在一磨料顆粒上形成一共形的塗層，以使得該磨料顆粒的至少約90%的總外表面被該塗層材料覆蓋。在其他的情況中，該塗層材料可以覆蓋在該外表面的一更大百分比的總表面積上，該百分比包括例如，至少約92%、至少約93%、至少約94%、至少約96%、至少約97%、至少約98%、或甚至至少約99%。在一具體的實施方式中，該塗層可以基本上覆蓋在該磨料顆粒的全部的外表面積上。

在此的實施方式的磨料特定材料的塗層可以是特別薄的。例如，該塗層的平均厚度可以是不大於約1000 nm，該厚度可以根據一適合的統計取樣法測量。在其他的實施方式中，該塗層的平均厚度可以是不大於約900 nm，如不大於約850 nm、不大於約800 nm、不大於約700 nm、不大於約650 nm、不大於約600 nm、不大於約580 nm、不大於約550 nm、或甚至不大於約530 nm。該塗層的平均厚度還可以是至少約10 nm，如相當於至少約20 nm、至少約25 nm、或甚至至少約30 nm。將瞭解的是，該塗層的平均厚度可以處於以上指出的任何最小與最大值之間的一範圍內。

根據一具體的實施方式，該塗層可以具有小於中值粒徑的約5%的平均厚度。在其他的例子中，該塗層的平均厚度可以是更低的，如小於約4.5%、小於約4%、小於約3.5%、小於約3%、小於約2.5%、小於約2%、或甚至小於約1.5%。該塗層的平均厚度還可以被限定，並且可以是該磨料顆粒的中值粒徑的至少約0.05%、如至少約0.07%、至少約0.09%、至少約0.1%、至少約0.13%、或甚至至少約0.15%。將瞭解的是，該塗層的平均厚度可以處於以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。

圖1包括當與根據一實施方式的磨料微粒材料之磨料顆粒相比較時，塗層的厚度的示意圖。如所圖解的，磨料微粒材料100可以包括一磨料顆粒101和作為一共形層的塗層103，該塗層覆蓋在磨料顆粒101上。如從圖1的示意圖中明顯的是，該塗層代表磨料微粒材料100的總內容物的一非常小的部分。

該塗層可以由多個域形成，該等域可以被鑒別為沿著該磨料顆粒的表面的不連續結節。圖2包括在一磨料顆粒上的塗層203的一代表性圖像，其中塗層203由單獨並且不連續的域205構成，該等域共同形成了塗層203。可以藉由任何適合的工具來觀察域205，該等工具包括例如，在一適當的放大倍數下使用掃描電子顯微鏡來將單獨的域彼此分辨出(例如，通常是10,000X至50,000X的放大倍數)。

根據一實施方式，該塗層可以包括多個域，該等域具有不大於約260nm的平均域大小。該等域的平均域大小可以藉由以下來進行測量：在適合於分辨單獨並且不連續域的放大倍數下，從一塗層中隨機取樣至少3個域，並且更佳的是，至少6個域。可以測量每一個域以確定最長的尺寸，該尺寸係任何給定域的域大小。然後對該等測量值取平均值，以便計算一給定的磨料顆粒的平均域大小。在其他的例子中，該平均域大小可以是更小的，如不大於約250 nm、不大於約245 nm、不大於約240 nm、不大於約235 nm、不大於約230 nm、不大於約225 nm、或甚至不大於約220 nm。該平均域大小還可以被限定，以使得它可以是至少約30 nm，如至少約40 nm、或甚至至少約50 nm。將瞭解的是，該平均域大小可以處於以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。

另外，在此的實施方式的磨料微粒材料的塗層係特別平滑的，具有一有限程度的表面異常性(如大結節)。大結節可以是從該塗層的表面延伸出的不連續結節的團聚體，並且某些大結節可以具有是該塗層的結節的平均域大小的至少10X大小的最大尺寸。大結節可能在該塗層的外表面上呈現為突出物，並且可能是不希望的。在此的實施方式的該等塗層可以具有一塗層，該塗層的特徵在於每100微米² 的該塗層的一外表面小於10個的大結節。可以使用在一適當放大倍數下(例如，10,000X至50,000X)的多張掃描電子顯微鏡圖像來進行大結節的分析，以便在足夠大以涵蓋該外表面的所希望區域的視野內分辨一磨料微粒材料上的大結節。在其他的實施方式中，該塗層可以具有每100微米² 的該塗層的一外表面小於9個的大結節，如每100微米² 小於8個的大結節、每100微米² 小於7個的大結節、每100微米² 小於6個的大結節、每100微米² 小於5個的大結節、每100微米² 小於4個的大結節、每100微米² 小於3個的大結節、每100微米² 小於2個的大結節、或甚至每100微米² 小於1個的大結節。在仍然更具體的例子中，大結節的濃度可以是更低的，如每80微米² 小於1個的大結節、每50微米² 小於1個的大結節、每30微米² 小於1個的大結節、每25微米² 小於1個的大結節、或甚至每10微米² 小於1個的大結節。在一具體的、非限制性的實施方式中，該塗層可以是在該塗層的整個外表面上基本不含有大結節。

可以將在此的實施方式的鍍覆工藝控制到一定程度，以便有利於在一批次的磨料顆粒上有效形成一薄的、共形的塗層。一批次可以代表具有在同一個、單一的鍍覆工藝中製造的塗層的磨料顆粒。一樣品可以包括來自一批次的至少100個隨機選擇的磨料顆粒。根據一實施方式，來自一批次的磨料微粒材料之樣品可以具有在該批次內的至少約75%的磨料顆粒，該等顆粒的特徵在於一共形的金屬塗層。即，來自一批次內的任何樣品的至少75%的該等磨料顆粒可以具有一金屬塗層，該塗層覆蓋在該等磨料顆粒的至少90%的外表面積上。對於其他鍍覆工藝來說，更大百分比的該等磨料顆粒可以展現出一共形的塗層，如該樣品的至少約80%、至少約85%、至少約88%、至少約90%、至少約92%、至少約94%、至少約96%、或甚至至少約98%的該等磨料顆粒可以具有一共形的金屬塗層。

此外，形成該磨料微粒材料的工藝可以使得各磨料顆粒上的塗層係特別均勻和平滑的。例如，來自根據在此的一實施方式製造的磨料微粒材料的一批次的樣品的特徵可以在於該樣品內至少50%的顆粒在該塗層的外表面的任何部分上不展現出大結節。在其他的例子中，該樣品中的更大百分比的顆粒可以不含大結節，例如，該樣品中至少約60%的顆粒，至少約70%、至少約80%、至少約90%、至少約94%、至少約96%、或甚至至少約98%的總顆粒可以不含大結節。在一具體的實施方式中，一批次的樣品內的所有磨料顆粒可以基本上不含大結節。可以使用任何適合的工具對該等大結節進行評價，該等工具包括例如，在一適當的放大倍數下使用掃描電子顯微鏡以將單獨的大結節彼此分辨出(例如，通常是500X至50,000X放大倍數)。

此外，根據在此的實施方式的磨料微粒材料可以具有一塗層，該塗層展現出在常規顆粒中以前並不存在的一平滑性。如在圖3和圖4(它們係根據一實施方式的代表性塗層的SEM圖像)的比較中所圖解，該塗層與常規細粒的塗層相比較，清楚地展現出出人意料地平滑表面。具體來說，實施方式的該等塗層具有與常規的、可商購的磨料微粒相比較時淺薄的域界線。該等域界線通常由分隔域的暗區(dark region)來界定。在代表性的實施方式中，形成該塗層以使得該等域係相對於彼此緊緊地壓緊的，並且該等區域之間的界線不像常規樣品中那些深，因此針對該塗層展現出一平滑的特徵。

在具體的例子中，該塗層的平滑性被估算為一粗糙度，該粗糙度係基於相對厚度最大值相對于平均塗層厚度的比值。例如，該塗層的平均厚度可以使用適合的光學技術(例如，SEM)和隨機選擇的磨料顆粒的一適合的取樣法來進行測量。此外，該平均厚度最大值可以使用適合的光學技術來觀測，並且可以是來自用來測定該平均厚度的一組厚度測量值的最大厚度測量值。根據在此的實施方式，該磨料微粒材料可以包括具有一厚度最大值的塗層，該厚度最大值不大於該塗層的平均厚度的約1.5倍。在其他的實施方式中，該塗層可以具有一更小的厚度最大值，如不大於約1.4倍、不大於約1.3倍、不大於約1.2倍、不大於約1.1倍、或甚至不大於約1.05倍的該塗層的平均厚度。

相對於顆粒的特徵描述的在此的實施方式的特徵可以代表根據一實施方式的一批次的樣品的相關特徵。例如，包括但不限於：粒徑、塗層的含量、塗層的平均厚度、材料(例如，磷)的含量、大結節的數目、域的平均大小和等等的多種特徵可以是由該批次的一適合的隨機和統計學上相關的樣品大小得到的中值。

實例1

根據以下提供的表1的參數，經由非電鍍製造磨料微粒材料的五個樣品(S1、S2、S3、S4以及S5)。對於各樣品來說，在表1中提供的條件下塗覆6000克拉的活化的金剛石，金剛石具有約10至15微米的一中值粒徑。還原劑係指還原劑的濃度(例如，0.276=0.276 x Ni升數)，Ni係指對於20升的水來說，在鍍液中的鎳的量。表2包括各樣品的塗層的組成特徵。O%代表對於顆粒的總重量來說，塗層內的氧的總量，它可以經由標準的燃燒分析，使用可從LECO商購的一儀器來測量。P%代表基於塗層的總重量，在塗層內的磷的百分比，該百分比係經由ICP分析而來。Ni%代表基於其他組分(即，O和P)的分析在塗層中的鎳的計算量。

基於來自各批次的磨料微粒材料的SEM分析進行覆蓋度的評價，其中完全覆蓋係至少90%的總細粒展現出一共形的塗層的量度。圖3至圖7分別提供了樣品S1至S5的磨料微粒材料的示例性圖解。

如在圖3中清楚地示出，樣品S1和S2證明了鎳-磷合金的完全塗覆，該等塗層具有平滑和均勻的覆蓋，具有最小至沒有異常的表面形態。樣品S1和S2的塗層分別是磨料微粒材料的總重量的8.1 wt%和11.7 wt%。

樣品S3、S4以及S5的磨料微粒材料不具有一共形的金屬塗層，並且各樣品證明了大部分的磨料顆粒不具有一足夠的金屬塗層。據計算樣品S3的塗層為磨料微粒材料的總重量的9.5 wt%，S4的塗層係磨料微粒材料的總重量的11.0 wt%，並且S5的塗層係磨料微粒材料的總重量的11.6 wt%。

不希望束縛於具體的理論，認為藉由控制如在表1中所提供的工藝參數的一組合，可以實現快速成核和緩慢生長的適合的反應動力學。這種生長動力學顯現出適用於在該等磨料顆粒上形成薄的、共形的金屬塗層。

實例2

進一步分析樣品S1至S3，以便量化來自各批次的磨料微粒材料的樣品的塗層的百分比。還分析了常規的經過鎳塗覆的金剛石顆粒的其他樣品(鑒別為S6和S7)。S6係一可商購樣品，它具有30微米的中值粒徑的金剛石，金剛石具有30 wt%的鎳塗層。樣品S7係一可商購的金剛石，該金剛石具有34微米的中值粒徑和30 wt%的鎳塗層。

對於來自樣品S2至S3的磨料微粒材料的各批次來說，在近似500X放大倍數下獲得磨料微粒材料的一次取樣的6張不同SEM照片(反散射模式)。將具有至少近似90%覆蓋度的一塗層的各磨料顆粒計數為被塗覆的顆粒，並且在圖片中做標記。將具有小於近似10%覆蓋度的一塗層的各磨料顆粒計數和標記為未被塗覆的顆粒。將藉由視覺檢測具有約10%與90%之間的覆蓋度的一塗層的各磨料顆粒計數為被部分塗覆的細粒。雖然沒有說明，但分析了樣品S1，並且發現它具有的所有磨料顆粒中有近似99.3%係被覆蓋的顆粒，並且僅0.7%的該等磨料顆粒係未被塗覆的顆粒。

圖8A至圖8F係針對來自樣品S2的批次的第一次取樣而拍攝的SEM照片。據計算樣品S2具有的所有磨料顆粒中有近似99.5%係被覆蓋的顆粒，並且僅0.5%的該等磨料顆粒係未被塗覆的顆粒。

圖9A至圖9F係針對來自樣品S2的一批次的第二次取樣而拍攝的SEM照片。S2的樣品中有近似98.6%的磨料顆粒係被覆蓋的顆粒，並且僅1.4%的該等磨料顆粒係未被塗覆的顆粒。

圖10A至圖10F係針對來自一對比實例1的多次單獨取樣而拍攝的SEM照片，該實例係在一鍍液中進行非電鍍，該鍍液具有在以下表3中提供的化學組成。對比實例 1的樣品的磨料顆粒中只有60.3%係被覆蓋的顆粒，38.8%的磨料顆粒係被部分塗覆的，並且0.8%的磨料顆粒係未被塗覆的顆粒。

圖11A至圖11F係針對來自樣品S6的批次的多次單獨取樣而拍攝的SEM照片。值得注意地，樣品S6中的金剛石的磨料顆粒證明了可比程度的被覆蓋的顆粒(有近似99%被覆蓋)，然而，必須指出的是當與樣品S1和S2相比較時，塗層的重量百分比(即，30 wt%)明顯更大，因此增加了塗層的完全性。

圖12A至圖12F係針對來自樣品S7的批次的多次單獨取樣而拍攝的SEM照片。有趣地是，儘管具有近似30 wt%的塗層厚度，S7的樣品的磨料顆粒中只有85%係被覆蓋的顆粒，6%的該等磨料顆粒係被部分塗覆的，並且9%的該等磨料顆粒係未被塗覆的顆粒。

顯然，形成根據在此的實施方式的磨料微粒材料的方法係在大多數經過處理的磨料顆粒上提供一薄的、共形的塗層的有效機制。

實例3

測量並且比較了樣品S1、S2、S3、S6以及S7的平均域大小。為了分析域大小，獲得了各樣品的兩種不同被塗覆的磨料顆粒的至少兩張不同的SEM顯微圖像(反散射模式)。使用了適用於分辨單獨域的一放大倍數，典型地10,000X至50,000X。隨機鑒別了在這兩個磨料顆粒的每一個上的至少3個域，並且對該等域進行分析以測定最長尺寸。測量了最長尺寸，並且將它記錄為給定域的域大小。總共取得至少6個測量值，並且對它們取平均值。所得到的值係磨料微粒材料的樣品的平均域大小。

圖13A和圖13B係在50,000X的放大倍數下所觀察到的來自樣品S1的兩個被塗覆的磨料顆粒的SEM顯微照片。如所圖解，測量了6個隨機的域(從每一個顆粒取3個域)。據計算樣品S1的塗層的平均域大小係82.8 nm。

圖14A和圖14B係在50,000X的放大倍數下所觀察到的來自樣品S2的兩個被塗覆的磨料顆粒的SEM顯微照片。如所圖解，測量了6個隨機的域(從每一個顆粒取3個域)。據計算樣品S2的塗層的平均域大小係119 nm。

圖15A和圖15B係在10,000X的放大倍數下所觀察到的來自樣品S3的兩個被塗覆的磨料顆粒的SEM顯微照片。如所圖解，測量了6個隨機的域(從每一個顆粒取3個域)。據計算樣品S3的塗層的平均域大小係270 nm。

圖16A和圖16B係在50,000X的放大倍數下所觀察到的來自樣品S6的兩個被塗覆的磨料顆粒的SEM顯微照片。如所圖解，測量了6個隨機的域(從每一個顆粒取3個域)。據計算樣品S6的塗層的平均域大小係87 nm。

此外，圖16C和圖16D係在500X的放大倍數下所觀察到的來自樣品S6的被塗覆的磨料顆粒的SEM顯微照片。如所圖解，樣品S6的塗層證明了一高含量的大結節。事實上，圖16C的塗層在該圖像中所提供的視野內，在近似24微米² 的面積中具有超過60個的大結節(約67個大結節)。在圖16D的圖像中所提供的樣品S6的塗層在該圖像中所提供的視野內，在近似24微米² 的面積中具有超過40個(約47個)的大結節。

對於樣品S6的該等磨料顆粒上的大結節濃度的另一透視圖，還提供了圖16E和圖16F，該等圖係在500X的放大倍數下的SEM圖像。如所清楚地圖解，樣品S6的各磨料顆粒具有許多大結節1601，該等結節從塗層的表面延伸出，並且以一種高濃度覆蓋各顆粒。

圖17A和圖17B係在50,000X的放大倍數下所觀察到的來自樣品S7的兩個被塗覆的磨料顆粒的SEM顯微照片。如所圖解，測量了6個隨機的域(從每一個顆粒取3個域)。經計算樣品S7的塗層的平均域大小係490 nm。

圖18A和圖18B包括兩種不同類型的被塗覆的磨料顆粒(可從Tomei商購)的SEM圖像。具體來說，圖18A代表了被塗覆有約19%鎳材料的8至16微米大小的金剛石顆粒。如所清楚地示出，圖18A的該等顆粒沒有利用一共形的鎳塗層。事實上，在該塗層中存在多個大的間隙和開口，從而暴露了許多磨料顆粒的外表面。該塗層具有376 nm的一平均域大小。

圖18B提供了具有約12至25微米大小的平均粒徑、被塗覆有約30%的鎳的金剛石的一圖解。如所清楚地示出，圖18B的顆粒沒有利用一共形的鎳塗層。事實上，在塗層中存在多個大的間隙和開口，從而暴露了許多磨料顆粒的外表面。該塗層具有428 nm的平均域大小。

值得注意地是，形成根據在此的實施方式的塗層的該等域的平均域大小明顯小於常規磨料微粒材料上的塗層的域大小。不希望束縛於具體理論，認為該等較小的域大小可能是由於該鍍覆工藝的獨特反應動力學，該動力學有利於在該等磨料顆粒上形成薄的、共形的塗層。

本申請代表了從習知技術水平的被塗覆的磨料顆粒的一新發展。雖然許多常規資源的文獻和專利廣泛提出了在精細磨料顆粒上達成薄的、共形的塗層，但此類塗層的實際形成在實際實踐中並不容易達成。相比之下，雖然並不完全瞭解，但本申請的申請人藉由廣泛的實驗研究已經發現，可以藉由控制如在此所描述的工藝參數的一組合來在精細磨料顆粒上達成薄的、共形的塗層。所得到的在此的實施方式的磨料微粒材料包括以前未實施的特徵的一組合，該等特徵包括：極其薄的塗層、使用特定材料、覆蓋精細磨料顆粒、覆蓋範圍係一批次內的大多數的磨料顆粒連同各磨料顆粒的大多數外表面、並且塗層包括具有一特定域大小的多個域。

此外，不像電鍍的塗層，因為該塗層係根據一非電鍍工藝製造的，所以該等塗層在該等磨料顆粒的邊緣或拐角處沒有展現出增長。一陡沿整體上接收到相同厚度的沈積物，從而在該等磨料顆粒的表面上產生一更均勻沈積的塗層。

本揭露係在以下理解下遞交的，即它不是用來解釋或限制申請專利範圍的範圍或含義。另外，在上述揭露中，出於精簡本揭露的目的，可能將不同的特徵集合在一起或在一個單獨的實施方式中加以描述。本揭露不應解釋為反映出在此的實施方式限制在申請專利範圍中所提供的特徵的意圖，並且此外，在此描述的任何特徵可以被組合在一起以描述發明主題。發明主題還可以是涉及少於任何所揭露的實施方式的全部特徵。

100‧‧‧磨料微粒材料

101‧‧‧磨料顆粒

103‧‧‧塗層

203‧‧‧塗層

205‧‧‧域

藉由參見附圖可以更好地理解本揭露，並且使本揭露的許多特徵和優點對於熟習該項技術者來說變得清楚。

圖1包括當與根據一實施方式的磨料微粒材料之磨料顆粒相比較時塗層的厚度的示意圖。

圖2包括在一磨料顆粒上的塗層的代表性圖像，其中該塗層係由單獨並且不連續的域構成，該等域共同形成了根據一實施方式的塗層。

圖3至圖7包括不同樣品的磨料微粒材料的圖像，該等圖像的一部分代表了根據一實施方式的磨料微粒材料，並且一部分不代表。

圖8A至圖8F包括根據一實施方式的磨料微粒材料的多次單獨取樣的SEM照片。

圖9A至圖9F包括根據一實施方式的磨料微粒材料的多次單獨取樣的SEM圖像。

圖10A至圖10F包括一常規磨料微粒材料的多次單獨取樣的SEM圖像。

圖11A至圖11F包括一常規磨料微粒材料的多次單獨取樣的SEM圖像。

圖12A至圖12F包括一常規磨料微粒材料的多次單獨取樣的SEM圖像。

圖13A和圖13B包括根據一實施方式的兩種被塗覆的磨料顆粒的SEM圖像。

圖14A和圖14B包括根據一實施方式的兩種被塗覆的磨料顆粒的SEM圖像。

圖15A和圖15B包括兩種常規塗覆的磨料顆粒的SEM圖像。

圖16A至圖16F包括多種常規塗覆的磨料顆粒的SEM圖像。

圖17A和圖17B包括兩種常規塗覆的磨料顆粒的SEM圖像。

圖18A和圖18B包括兩種不同類型的常規塗覆的磨料顆粒的SEM圖像。

在不同的圖中使用相同的參考符號表示相似的或相同的事項。

203‧‧‧塗層

205‧‧‧域

Claims

一種微粒材料，其包括：磨料顆粒，其包含具有外表面之超級磨料材料；和包含金屬的塗層，該塗層覆蓋在該磨料顆粒之外表面上，其中該塗層包括多個域，該等域具有不大於約260nm的平均域大小，該塗層進一步包括每100平方微米的該塗層的外表面小於10個的大結節。
一種微粒材料，其包括：磨料顆粒，其包含具有外表面之超級磨料材料；和包含金屬的塗層，該塗層覆蓋在該磨料顆粒之外表面上，其中該塗層包括多個域，該等域具有不大於約260nm的平均域大小，並且其中該塗層包括該磨料顆粒和塗層的總重量的約1wt%至約30wt%。
如請求項1或2之微粒材料，其中該磨料顆粒包含金剛石。
如請求項1或2之微粒材料，其中該塗層所存在的量係在該磨料顆粒和塗層的總重量的約1wt%與約28wt%之間的範圍內。
如請求項1或2之微粒材料，其中該塗層包括小於中值粒徑的約5%的平均厚度。
如請求項1或2之微粒材料，其中值粒徑係不大於約50微米。
如請求項1或2之微粒材料，其中值粒徑係不大於約10微米，並且該塗層所存在的量係在該磨料顆粒和塗層的總重量的約10wt%與約30wt%之間的範圍內。
一種物品，其包括：來自一批次的磨料微粒材料之樣品，該樣品包括至少100個隨機選擇的磨料顆粒，該等磨料顆粒包含超級磨料材料，其中至少約75%的該等磨料顆粒包括大致上共形的金屬塗層，該塗層覆蓋在該等磨料顆粒的外表面上，並且其中該塗層包括多個域，該等域具有不大於約260nm的平均域大小，該塗層進一步包括每平方100微米的該塗層的外表面小於10個的大結節。
一種形成微粒材料之方法，該方法包括：提供包含超級磨料材料的磨料顆粒，該磨料顆粒具有不大於約50微米的中值粒徑；並且經由鍍覆在該磨料顆粒上形成包含金屬的共形塗層，其中該金屬所存在的量係在該磨料顆粒的總重量的約1wt%與約20wt%之間的範圍內，並且其中形成係藉由控制選自工藝參數的群組的至少兩個工藝參數的組合來進行，該工藝參數的群組係由以下各項組成：pH、溫度、Ni/P比率、以及其組合。