背景技术：
磨料颗粒和掺有磨料颗粒的磨料制品可在制造过程中用于磨削、研磨或修整多种材料和表面。成型磨料颗粒的取向可影响磨料制品的研磨特性。因此，本领域需要用于制备具有一致取向的组成磨料颗粒的磨料制品的系统、设备和方法。
技术实现要素：
本公开提供了用于使用回填颗粒来固定磨料制品或结构中的磨料颗粒的取向的系统、设备和方法。本主题的一个方面提供了一种磨料制品，该磨料制品包括背衬基底以及处于背衬基底上的多个颗粒。处于背衬基底上的颗粒包括：多个成型磨料颗粒，所述多个成型磨料颗粒中的至少一些成型磨料颗粒按预定图案布置；多个回填颗粒，其中所述多个回填颗粒中的至少一些回填颗粒设置在所述多个成型磨料颗粒之间；以及粘合剂，所述粘合剂将所述多个成型磨料颗粒和所述多个回填颗粒联接到所述背衬基底。
本主题的另一方面提供了一种制造磨料制品的方法。该方法包括将多个成型磨料颗粒对准成图案，以及将所述图案转移到包含粘合剂的层的背衬基底。在使所述粘合剂固化之前，将多个回填颗粒转移到所述背衬基底，其中所述多个回填颗粒中的至少一些回填颗粒设置在所述多个成型磨料颗粒之间。
有利地，与未使用回填颗粒的其他磨料制品相比，根据本公开制备的磨料制品更好地对准成型磨料颗粒。本公开的附加特征和优点将通过考虑具体实施方式以及所附权利要求书而进一步理解。
附图说明
附图通常以举例的方式示出，但不受限于本文档中讨论的各种实施方案。
图1a至图1b是根据各种实施方案的具有平面三角形形状的成型磨料颗粒的示意图。
图2a至图2e是根据各种实施方案的具有四面体形状的成型磨料颗粒的示意图。
图3a和图3b是根据各种实施方案的带涂层磨料制品的截面图。
图4至图5是根据各种实施方案的带涂层磨料制品制造设备的示意图。
图6是根据各种实施方案的在制造磨料制品中使用回填的方法的流程图。
图7至图8是根据各种实施方案的包括回填的磨料制品的截面图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明所公开主题的特定实施方案，其示例在附图中部分说明。虽然本发明所公开的主题将结合所列举的权利要求来描述，但应当理解，示例性主题不旨在将权利要求限制于本发明所公开的主题。
在整个该文档中，以一个范围格式表达的值应当以灵活的方式解释为不仅包括作为范围的极限明确列举的数值而且还包括涵盖在该范围内的所有单个数值或子范围，如同明确列举了每个数值和子范围一样。例如，范围“约0.1％至约5％”或“约0.1％至5％”应当解释为不仅包括约0.1％至约5％，而且还包括在指示范围内的单个值(例如，1％、2％、3％、和4％)和子范围(例如，0.1％至0.5％、1.1％至2.2％、3.3％至4.4％)。除非另外指明，否则表述“约x至y”具有与“约x至约y”相同的含义。同样，除非另外指明，否则表述“约x、y或约z”具有与“约x、约y或约z”相同的含义。
在该文档中，除非上下文清楚地指明，否则术语“一个”、“一种”或“该/所述”用于包括一个(种)或多于一个(种)。除非另外指明，否则术语“或”用于指非排他性的“或”。表述“a和b中的至少一者”具有与“a、b或者a和b”相同的含义。此外，应当理解，本文所用且未以其他方式定义的措辞或术语仅出于说明的目的而不具有限制性。部分标题的任何使用均旨在有助于文档的理解且不应当解释为是限制性的；与部分标题相关的信息可在该特定部分内或外出现。
在本文所述的方法中，除了明确列举了时间或操作序列之外，可以任何顺序进行各种行为而不脱离本发明原理。此外，规定的行为可同时进行，除非明确的权利要求语言暗示它们单独地进行。例如，进行x的受权利要求保护的行为和进行y的受权利要求保护的行为可在单一操作中同时进行，并且所得的过程将落入受权利要求保护的过程的字面范围内。
如本文所用，术语“约”可允许例如数值或范围的一定程度的可变性，例如在所述值或所述范围极限的10％内、5％内或1％内，并且包括确切表述的值或范围。
如本文所用，术语“基本上”是指大部分或大多数，如至少约50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％、或至少约99.999％或更多、或100％。
如本文所用，“成型磨料颗粒”意指具有预定或非无规形状的磨料颗粒。制备成型磨料颗粒诸如成型陶瓷磨料颗粒的一种工艺包括在具有预定形状的模具中使前体陶瓷磨料颗粒成型以制备陶瓷成型磨料颗粒。在模具中形成的陶瓷成型磨料颗粒是在成型陶瓷磨料颗粒种类中的一个种类。制备其他种类的成型陶瓷磨料颗粒的其他工艺包括通过具有预定形状的孔口挤出前体陶瓷磨料颗粒，通过具有预定形状的印刷丝网中的开口印模前体陶瓷磨料颗粒，或者将前体陶瓷磨料颗粒压印成预定形状或图案。在其他示例中，可将成型陶瓷磨料颗粒从片材切割成单独的颗粒。合适的切割方法的示例包括机械切割、激光切割或水射流切割。成型陶瓷磨料颗粒的非限制性示例包括成型磨料颗粒，诸如三角板或细长的陶瓷杆/长丝。成型陶瓷磨料颗粒是大体均匀的或基本上一致的，并且保持其烧结形状而无需使用将较小磨料颗粒粘结成附聚结构的粘结剂诸如有机或无机粘结剂，但不包括通过生产无规尺寸和形状的磨料颗粒的压碎或粉碎工艺获得的磨料颗粒。在许多实施方案中，成型陶瓷磨料颗粒包括烧结的α氧化铝的均匀结构或基本上由烧结的α氧化铝组成。
本公开提供了用于使用回填颗粒来固定磨料制品或结构中的磨料颗粒的取向的系统、设备和方法。本主题的一个方面提供了一种磨料制品，该磨料制品包括背衬基底以及处于背衬基底上的多个颗粒。处于背衬基底上的颗粒包括：多个成型磨料颗粒，所述多个成型磨料颗粒中的至少一些成型磨料颗粒按预定图案布置；多个回填颗粒，其中所述多个回填颗粒中的至少一些回填颗粒设置在所述多个成型磨料颗粒之间；以及粘合剂，所述粘合剂将所述多个成型磨料颗粒和所述多个回填颗粒联接到所述背衬基底。
图4至图5是根据各种实施方案的带涂层磨料制品制造设备的示意图。现在参见图4和图5中，根据本公开的带涂层磨料制品制造设备490包括可移除地设置在生产工具400、500的腔520内的成型磨料颗粒492，该生产工具具有第一幅材路径499，该第一幅材路径引导生产工具400、500穿过带涂层磨料制品制造设备490，使得其缠绕成型磨料颗粒传送辊422的外周的一部分。设备490可包括例如惰辊416和底胶层递送系统402。这些部件退绕背衬406，经由底胶层递送系统402将底胶层树脂408递送至底胶层施加装置，并将底胶层树脂施加到背衬406的第一主表面412上。然后，由惰辊416定位带树脂涂层的背衬414以将成型磨料颗粒492施加到涂布有底胶层树脂408的第一主表面412上。用于带树脂涂层的背衬414的第二幅材路径432穿过带涂层磨料制品制造设备490，使得树脂层面向生产工具400、500的分配表面512定位，该生产工具定位在带树脂涂层的背衬414和成型磨料颗粒传送辊422的外周之间。合适的退绕装置、底胶层递送系统、底胶层树脂、涂布机和背衬是本领域的技术人员已知的。底胶层递送系统402可以是包含底胶层树脂的简单的盘子或容器，也可以是具有储罐和递送管件的泵送系统，以将底胶层树脂408转移至所需的位置。背衬406可为布料、纸材、膜、非织造布、稀松布或其他幅材基底。底胶层施加装置404可以是例如涂布机、辊涂机、喷涂系统、模具涂布机或杆涂布机。另选地，预涂布的带涂层背衬可由惰辊416定位，以将成型磨料颗粒492施加到第一主表面。
在所描绘的实施方案中，在将图案转移到包含粘合剂的层的背衬基底之后，使用料斗472将多个回填颗粒474转移到背衬基底414，其中多个回填颗粒中的至少一些回填颗粒设置在多个成型磨料颗粒492之间。在一些实施方案中，提供回填颗粒474以在磨料制品的后续固化或涂布期间固定多个成型磨料颗粒492的取向。
如图5所示，生产工具500包括多个腔520，该多个腔与预期容纳于其中的成型磨料颗粒492具有互补的形状。成型磨料颗粒喂料机418向生产工具400、500供应至少一些成型磨料颗粒492。成型磨料颗粒喂料机418可以供应过量的成型磨料颗粒492，使得生产工具的沿纵向的每单位长度上存在的成型磨料颗粒492多于腔520中存在的磨料颗粒。供应过量的成型磨料颗粒492有助于确保生产工具400、500内的期望量的腔520最终填充有成型磨料颗粒492。由于成型磨料颗粒492的支撑区域和间距通常针对特定的磨削应用被设计到生产工具400、500中，因此期望不产生过多未填充的腔520。成型磨料颗粒喂料机418可以与生产工具400、500的宽度相同，并且可以在生产工具400、500的整个宽度上供应成型磨料颗粒492。成型磨料颗粒喂料机418可为例如振动喂料机、料斗、斜槽、筒仓、滴式涂布机或螺旋喂料机。
任选地，在成型磨料颗粒喂料机418后设置有填充辅助构件420，以使成型磨料颗粒492围绕生产工具400、500的表面移动并帮助成型磨料颗粒492取向或滑入腔520中。填充辅助构件420可为例如刮粉刀、毛毡擦拭器、具有多根刷毛的刷子、振动系统、鼓风机或气刀、真空箱或它们的组合。填充辅助构件420使成型磨料颗粒492在分配表面512(图4中的生产工具400的顶部或上表面)上移动、平移、吸取或搅拌，以将更多的成型磨料颗粒492置于腔520中。在没有填充辅助构件420的情况下，通常掉到分配表面512上的成型磨料颗粒492的至少一些将直接落入腔520中并且无需进一步移动，但是其他成型磨料颗粒需要一些附加的移动才可进入腔520中。任选地，填充辅助构件420可以在与纵向交叉的方向上侧向摆动，或以其他方式进行相对运动，诸如使用合适的驱动力相对于生产工具400、500的表面呈圆形或椭圆形运动，以帮助使成型磨料颗粒492完全填充生产工具400、500中的每个腔520。如果使用刷子作为填充辅助构件420，则刷毛可以在整个分配表面512的全部或大部分宽度上沿纵向以2英寸-60英寸(5.0cm-153cm)的长度覆盖分配表面512的一部分，并且轻轻停留在分配表面512上或分配表面正上方，并具有适度的灵活性。真空箱425(如果用作填充辅助构件420)可以与具有完全延伸穿过生产工具400、500的腔520的生产工具400、500结合。真空箱位于成型磨料颗粒喂料机418附近，并且可以位于成型磨料颗粒喂料机418之前或之后，或者在设备的成型磨料颗粒填充和过量移除区段中包围一对惰辊416之间的幅材跨段的任何部分。另选地，生产工具400、500可以由承板或板支撑或推动，以作为真空箱425的替代或补充帮助生产工具在设备的该区段保持平坦。如图4所示，可以包括一个或多个辅助构件420以移除过量的成形磨料颗粒492，在一些实施方案中，可以仅包括一个辅助构件420。
在离开设备490的成型磨料颗粒填充和过量移除区段之后，生产工具400、500中的成型磨料颗粒492朝向带树脂涂层的背衬414行进。提供成型磨料颗粒传送辊422，并且生产工具400、500可缠绕辊的周长的至少一部分。在一些实施方案中，生产工具400、500缠绕成型磨料颗粒传送辊422的外周长的介于30度至180度之间、或介于90度至180度之间。在一些实施方案中，分配表面412的速度和带树脂涂层的背衬414的树脂层的速度彼此速度匹配，例如在±10％、±5％或±1％内。
可采用各种方法将成型磨料颗粒492从生产工具400、500的腔520转移到带树脂涂层的背衬414。一种方法包括压力辅助方法，其中生产工具400、500中的每个腔520具有两个开口端或者背部表面或整个生产工具400、500是适当多孔的，并且成型磨料颗粒传送辊422具有多个孔和内部加压空气源。利用压力辅助，生产工具400、500无需被反转，但是仍可被反转。成型磨料颗粒传送辊422还可具有活动的内部隔离壁，使得可将加压空气供应到辊的特定弧片段或周长，以将成型磨料颗粒492吹出腔并且吹到在特定位置处的带树脂涂层的背衬414上。在一些实施方案中，成型磨料颗粒传送辊422还可设置有内部真空源而没有对应的加压区域，或者在成型磨料颗粒传送辊422旋转时通常在加压区域之前与加压区域相结合。真空源或区域可具有活动的隔离壁，以将其引导至成型磨料颗粒传送辊422的特定区域或弧片段。在使成型磨料颗粒492经受成型磨料颗粒传送辊422的加压区域之前，在生产工具400、500缠绕成型磨料颗粒传送辊422时，真空可将成型磨料颗粒492牢牢吸进腔520中。该真空区域可与例如成型磨料颗粒移除构件一起使用以从分配表面512移除过量成型磨料颗粒492，或者可用于仅确保成型磨料颗粒492在沿着成型磨料颗粒传送辊422的外周到达特定位置之前不离开腔520。
在与成型磨料颗粒传送辊422分离后，生产工具400、500在惰辊416(必要时)的辅助下沿着第一幅材路径499反向朝向设备的成型磨料颗粒填充和过量移除区段行进。可提供任选的生产工具清洁器以移除被卡住而驻留在腔520中的成型磨料颗粒和/或移除被传送至分配表面512的底胶层树脂408。生产工具清洁器的选择可取决于生产工具的构型，并且可单独使用或组合使用附加的鼓风、溶剂或水喷雾、溶剂或水浴、超声变幅杆或惰辊，并且生产工具缠绕其以使用推动辅助将成型磨料颗粒492推出腔520。然后，生产工具520或带状物推进到成型磨料颗粒填充和过量移除区段以便填充新的成型磨料颗粒492。
可使用各种惰辊416来引导带成型磨料颗粒涂层的背衬414沿着第二幅材路径432进入烘箱中以使底胶层树脂固化，该带成型磨料颗粒涂层的背衬在第一主表面上具有预定可重现的非随机图案的成型磨料颗粒492，该成型磨料颗粒由成型磨料颗粒传送辊422施加并由底胶层树脂保持到第一主表面上。任选地，可提供第二成型磨料颗粒涂布机以在进入烘箱之前，将附加磨料颗粒诸如另一种类型的磨料颗粒或稀释剂置于底胶层树脂上。第二磨料颗粒涂布机可为滴式涂布机、喷涂机或静电涂布机，如本领域的技术人员所已知。然后，带有成型磨料颗粒492的固化背衬可沿着第二幅材路径432进入任选的悬挂式烘箱中，然后进行进一步加工，诸如添加复胶层、固化复胶层及本领域的技术人员已知的制造带涂层磨料制品的其他加工步骤。
虽然制造设备490被示出为包括生产工具400、500作为带状物，但在一些另选的实施方案中，制造设备490可以在真空牵引辊422上包括生产工具400、500。例如，真空牵引辊422可包括多个腔520，成型磨料颗粒492直接进料到该腔。可以用真空将成型磨料颗粒492选择性地保持就位，真空可以脱离以释放背衬406上的成型磨料颗粒492。关于制造设备490和合适的替代方案的更多细节可见于授予明尼苏达州圣保罗的3m公司(3mcompany，st.paulmn)的us2016/0311081，该专利的内容以引用方式并入本文。
图6是根据各种实施方案的在制造磨料制品中使用回填的方法的流程图。方法600包括在602处将多个成型磨料颗粒对准成图案，以及在604处将图案转移到包含粘合剂的层的背衬基底。在606处，在使粘合剂固化之前，将多个回填颗粒转移到背衬基底，其中多个回填颗粒中的至少一些回填颗粒设置在多个成型磨料颗粒之间。在606处，使粘合剂固化以获得磨料制品。
在各种实施方案中，将多个成型磨料颗粒对准成图案包括将多个成型磨料颗粒收集到布置在分配表面上的腔中。在一些实施方案中，该方法还包括在将图案转移到背衬基底之前，使用真空源将多个成型磨料颗粒保持在腔中。在一个实施方案中，使粘合剂固化包括使底胶层前体固化以获得底胶层，并且该方法还包括在底胶层、多个成型磨料颗粒和多个回填颗粒的至少一部分上设置复胶层前体，以及使复胶层前体至少部分地固化以获得复胶层，以及在复胶层的至少一部分上施加顶胶层。在各种实施方案中，多个成型磨料颗粒中的至少一些成型磨料颗粒包括陶瓷材料，或者α氧化铝、溶胶-凝胶法制得的α氧化铝或它们的混合物，或者铝硅酸盐、氧化铝、二氧化硅、氮化硅、碳、玻璃、金属、氧化铝-五氧化二磷、氧化铝-氧化硼-二氧化硅、氧化锆、氧化锆-氧化铝、氧化锆-二氧化硅、熔融氧化铝、热处理氧化铝、陶瓷氧化铝、烧结氧化铝、碳化硅材料、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、碳化钛、金刚石、立方氮化硼、石榴石、熔融氧化铝-氧化锆、氧化铈、氧化锆、氧化钛或它们的组合物。在一些实施方案中，成型磨料颗粒中的至少一个成型磨料颗粒包括至少一个形状特征，所述至少一个形状特征包括：开口、凹表面、凸表面、凹槽、脊部、断裂表面、低圆度系数或包括一个或多个具有尖锐顶端的拐角点的周边。
在一些实施方案中，成型磨料颗粒可被成型为截头三棱锥。在各种实施方案中，背衬基底为带状物或盘状物。
图7至图8是根据各种实施方案的包括回填的磨料制品的截面图。在图7中，根据本公开的方法制造磨料制品700，该磨料制品具有设置在背衬715上的底胶层720。复胶层760覆盖底胶层720以及磨料颗粒740和回填颗粒742，从而将它们固定到背衬715。任选的顶胶层770覆盖复胶层760。背衬715具有相对的第一主表面和第二主表面(722,724)，其中底胶层720设置在第一主表面和第二主表面上。图7示出了在背衬715上的成型磨料颗粒740之间的单个回填颗粒742。图8示出了在背衬815上的成型磨料颗粒840之间的多个回填颗粒842。在不脱离本主题的范围的情况下，回填颗粒的其他数量、类型和尺寸可介于成型磨料颗粒之间。
图1a和图1b示出了作为符合截棱锥的等边三角形的成型磨料颗粒100的示例。如图1a和图1b所示，成型磨料颗粒100包括截头的规则三棱锥，其由三角形基部102、三角形顶部104以及连接三角形基部102(示出为等边三角形，但不等边、钝角、等腰和直角三角形也是可能的)和三角形顶部104的多个倾斜侧面106a、106b、106c界定。倾斜角108a是由侧面106a与三角形基部102相交所形成的二面角。类似地，倾斜角108b和108c(均未示出)对应于由侧面106b和106c分别与三角形基部102相交所形成的二面角。就成型磨料颗粒100而言，所有这些倾斜角具有相等的值。在一些实施方案中，侧边缘110a、110b和110c具有在约0.5μm至约80μm、约10μm至约60μm范围内、或者小于、等于或大于约0.5μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm或约80μm的平均曲率半径。
在图1a和图1b中示出的实施方案中，侧面106a、侧面106b、侧面106c具有相等的尺寸，并与三角形基部102形成约82度(与82度的倾斜角相对应)的二面角。然而，应当理解，也可使用其他二面角(包括90度)。此外，在不脱离本主题的范围的情况下，可使用其他三角形形状(直角三角形、等腰三角形等)。例如，基部和侧面中的每者之间的二面角可独立地为在45度至90度(例如，70度至90度或在75至85度)的范围内。连接侧面106、基部102和顶部104的边缘可具有任何合适的长度。例如，边缘的长度可在约0.5μm至约2000μm、约150μm至约200μm的范围内，或者小于、等于或大于约0.5μm、50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm、550μm、600μm、650μm、700μm、750μm、800μm、850μm、900μm、950μm、1000μm、1050μm、1100μm、1150μm、1200μm、1250μm、1300μm、1350μm、1400μm、1450μm、1500μm、1550μm、1600μm、1650μm、1700μm、1750μm、1800μm、1850μm、1900μm、1950μm或约2000μm。
图2a至图2e是成型为四面体磨料颗粒的成型磨料颗粒200的透视图。如图2a至图2e所示，成型磨料颗粒200成型为规则的四面体。如图2a所示，成型磨料颗粒200a具有由终止于四个顶点(240a、242a、244a和246a)的六个边缘(230a、232a、234a、236a、238a和239a)接合的四个面(220a、222a、224a和226a)。面中的每个在边缘处与所述面中的其他三个接触。尽管图2a中描绘的是规则的四面体(例如具有六条等边和四个面)，但将认识到，其他形状也是允许的。例如，四面体磨料颗粒200可成型为不规则的四面体(例如，具有不同长度的边缘)。
现在参见图2b，成型磨料颗粒200b具有由终止于四个顶点(240b、242b、244b和246b)的六个边缘(230b、232b、234b、236b、238b和239b)接合的四个面(220b、222b、224b和226b)。面中的每个是凹面的，并且在相应的公共边缘处与所述面中的其他三个接触。尽管图2b中描绘的是具有四面体对称性(例如，四条三次对称旋转轴线以及六个对称反射平面)的颗粒，但将认识到，其他形状也是允许的。例如，成型磨料颗粒200b可具有一个、两个、或三个凹面，其余面为平面。
现在参见图2c，成型磨料颗粒200c具有由终止于四个顶点(240c、242c、244c和246c)的六个边缘(230c、232c、234c、236c、238c和239c)接合的四个面(220c、222c、224c和226c)。所述面中的每个是凸面的，并且在相应的公共边缘处与所述面中的另外三个接触。尽管图2c中描绘的是具有四面体对称性的颗粒，但将认识到，其他形状也是允许的。例如，成型磨料颗粒200c可具有一个、两个、或三个凸面，其余面为平面或凹面。
现在参见图2d，成型磨料颗粒200d具有由终止于四个截头顶点(240d、242d、244d和246d)的六个边缘(230d、232d、234d、236d、238d和239d)接合的四个面(220d、222d、224d和226d)。尽管图2d中描绘的是具有四面体对称性的颗粒，但将认识到，其他形状也是允许的。例如，成型磨料颗粒200d可具有一个、两个、或三个凸面，其余面为平面。
可以存在与图2a至2d中描绘的偏差。此类成型磨料颗粒200的示例示于图2e中，其示出了成型磨料颗粒200e，其具有由终止于四个顶点(240e、242e、244e和246e)的六个边缘(230e、232e、234e、236e、238e和239e)接合的四个面(220e、222e、224e和226e)。面中的每个在相应公共边缘处与所述面中的另外三个接触。面、边缘和顶点中的每个具有不规则形状。
在成型磨料颗粒200a至200e的任一个中，边缘可具有相同的长度或不同的长度。边缘中的任一个的长度可为任何合适的长度。作为示例，边缘的长度可在约0.5μm至约2000μm、约150μm至约200μm的范围内，或者小于、等于或大于约0.5μm、50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm、550μm、600μm、650μm、700μm、750μm、800μm、850μm、900μm、950μm、1000μm、1050μm、1100μm、1150μm、1200μm、1250μm、1300μm、1350μm、1400μm、1450μm、1500μm、1550μm、1600μm、1650μm、1700μm、1750μm、1800μm、1850μm、1900μm、1950μm或约2000μm。成型磨料颗粒200a至200e可以是相同大小或不同大小。
成型磨料颗粒100或200中的任一个成型磨料颗粒可包括任何数量的形状特征。形状特征可有助于改善成型磨料颗粒100或200中的任一个成型磨料颗粒的切割性能。合适的形状特征的示例包括开口、凹表面、凸表面、凹槽、脊部、断裂表面、低圆度系数或包括一个或多个具有尖锐顶端的拐角点的周边。单个成型磨料颗粒可包括这些特征中的任一者或多者。
成型磨料颗粒100或200中的任一成型磨料颗粒可包含相同的材料或包含不同的材料。成型磨料颗粒100或200可以以许多合适的方式形成，例如，成型磨料颗粒100或200可根据多操作工艺制备。该方法可以使用任何材料或前体分散体材料进行。简而言之，对于其中成型磨料颗粒100或200是单片陶瓷颗粒的实施方案，该方法可包括以下操作：制备可被转变为对应物的有晶种或无晶种的前体分散体(例如，可转变为α氧化铝的勃姆石溶胶-凝胶)；用前体分散体填充具有成型磨料颗粒100的所需外形的一个或多个模具腔；干燥前体分散体以形成成型磨料颗粒前体；从模具腔中移除成型磨料颗粒100前体；煅烧成型磨料颗粒100前体以形成经煅烧的成型磨料颗粒100或200前体；然后烧结经煅烧的成型磨料颗粒100或200前体以形成成型磨料颗粒100或200。现在，将在含α-氧化铝的成型磨料颗粒100或200的上下文中对该方法进行更详细地描述。在其它实施方案中，模具腔可填充有三聚氰胺以形成三聚氰胺成型磨料颗粒。
该方法可包括提供能够转化为陶瓷的有晶种或无晶种的前体分散体的操作。在对前体加晶种的示例中，前体可引入晶种铁氧化物。前体分散体可包含作为挥发性组分的液体。在一个示例中，该挥发性组分是水。分散体可包含足量的液体，以使分散体的粘度足够低，从而能够填充模具腔并且复制模具表面，但是液体的量不能太多，因为会导致随后将液体从模具腔中移除的成本过高。在一个示例中，前体分散体包含2重量％至90重量％的能够转化为陶瓷的颗粒诸如一水合氧化铝(勃姆石)颗粒，以及至少10重量％、或50重量％至70重量％、或50重量％至60重量％的挥发性组分诸如水。反之，在一些实施方案中，前体分散体包含30重量％至50重量％、或40重量％至50重量％的固体。
合适的前体分散体的示例包括氧化锆溶胶、氧化钒溶胶、氧化铈溶胶、氧化铝溶胶以及它们的组合物。合适的氧化铝分散体包括例如勃姆石分散体以及其它氧化铝水合物分散体。勃姆石可通过已知的技术来制备或者可商购获得。市售勃姆石的示例包括均购自沙索尔北美有限公司(sasolnorthamerica,inc.)的商品名为“disperal”和“dispal”的产品，或购自basf公司的商品名为“hiq-40”的产品。这些一水合氧化铝是相对纯的；即，它们除了一水合物外只包含相对较少的(如果有的话)其它水合物相，并且具有高表面积。
所得成型磨料颗粒100或200的物理特性通常可取决于前体分散体中所用材料的类型。如本文所用，“凝胶”是分散在液体中的固体的三维网络。
前体分散体可包含改性添加剂或改性添加剂的前体。改性添加剂可用于增强磨料颗粒的某些所需特性，或者提高后续烧结步骤的效率。改性添加剂或改性添加剂的前体可呈可溶性盐的形式，诸如水溶性盐。它们可包括含金属的化合物，并且可以是镁、锌、铁、硅、钴、镍、锆、铪、铬、钇、镨、钐、镱、钕、镧、钆、铈、镝、铒、钛的氧化物的前体，以及它们的混合物。可存在于前体分散体中的这些添加剂的具体浓度可以变化。
引入改性添加剂或改性添加剂前体可导致前体分散体胶凝。也可以通过以下方式使前体分散体胶凝：在一定时期内进行加热，从而通过蒸发来减少分散体中的液体含量。前体分散体还可包含成核剂。适用于本公开的成核剂可以包括α氧化铝、α氧化铁或其前体、二氧化钛和钛酸盐、氧化铬的细粒，或者使所述转化成核的任何其它物质。如果使用成核剂的话，则其量应当足够多，以对α-氧化铝进行转化。
可将胶溶剂添加到前体分散体中以制备更稳定的水溶胶或胶态前体分散体。合适的胶溶剂为单质子酸或酸性化合物，诸如乙酸、盐酸、甲酸和硝酸。也可使用多质子酸，但是它们可能使前体分散体快速胶凝，从而使得难以对其进行处理或难以引入附加组分。某些商业来源的勃姆石包含有助于形成稳定前体分散体的酸滴度(例如，所吸收的甲酸或硝酸)。
前体分散体可通过任何合适的手段形成；例如，就溶胶-凝胶氧化铝前体而言，其可通过将氧化铝一水合物与含有胶溶剂的水简单地混合，或者通过形成添加有胶溶剂的氧化铝一水合物浆液而形成。
可添加消泡剂或其它合适的化学品，以降低混合时形成气泡或夹带空气的倾向。如果需要，可添加其它化学品，诸如润湿剂、醇类、或偶联剂。
进一步操作可包括提供模具，该模具具有至少一个模具腔，或形成于模具的至少一个主表面中的多个腔。在一些示例中，模具被形成为生产工具，其可以是例如带状物、片、连续纤维网、轮转凹辊等涂布辊、安装在涂布辊上的套筒、或者模头。在一个示例中，生产工具可包含聚合物材料。合适的聚合物材料的示例包括热塑性塑料，诸如聚酯、聚碳酸酯、聚(醚砜)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氨酯、聚氯乙烯、聚烯烃、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯或它们的组合物，或热固性材料。在一个示例中，整个模具由聚合物材料或热塑性材料制成。在另一个示例中，在干燥前体分散体时与前体分散体接触的模具的表面(诸如多个腔的表面)包含聚合物材料或热塑性材料，并且该模具的其它部分可以由其它材料制成。以举例的方式，可将合适的聚合物涂层施加到金属模具以改变其表面张力特性。
聚合物型或热塑性生产工具可以由金属母模工具复制而成。母模工具可具有生产工具所需的反向图案。母模工具可以与生产工具相同的方式制成。在一个示例中，母模工具由金属(例如镍)制成，并且经过金刚石车削。在一个示例中，母模工具至少部分地使用立体光照型技术形成。可将聚合物片状材料连同母模工具一起加热，使得通过将二者压制在一起而在聚合物材料上压印出母模工具图案。也可将聚合物或热塑性材料挤出或浇铸到母模工具上，并且然后对其进行压制。冷却热塑性材料以使其硬化，从而制得生产工具。如果利用热塑性生产工具，则应当注意不要产生过多热量，这些热量可使热塑性生产工具变形，从而限制其寿命。
从模具的顶部表面或底部表面中的开口均可进入腔中。在一些示例中，腔可延伸过模具的整个厚度。另选地，腔可仅延伸至模具的厚度的一部分。在一个示例中，顶部表面基本上平行于模具的底部表面，其中腔具有基本上均匀的深度。模具的至少一个侧面，即在其中形成腔的那一侧面可以在去除挥发性组分的步骤中保持暴露于周围大气环境。
腔具有特定的三维形状，以制备成型磨料颗粒100。深度尺寸等于从顶部表面到底部表面上最低点的垂直距离。给定腔的深度可为均匀的，或者可沿其长度和/或宽度而发生变化。给定模具的腔可具有相同的形状或不同的形状。
另外的操作涉及使用前体分散体填充模具中的腔(例如，通过常规技术进行填充)。在一些示例中，可使用刀辊涂布机或真空槽模涂布机。如果需要，可使用脱模剂以有助于从模具移除颗粒。脱模剂的示例包括油类(诸如花生油或矿物油、鱼油)、有机硅、聚四氟乙烯、硬脂酸锌和石墨。一般来讲，将在液体诸如水或醇中的脱模剂诸如花生油施加到与前体分散体接触的生产模具的表面，使得当需要脱模时，每单位面积模具上存在约0.1mg/in2(0.6mg/cm2)至约3.0mg/in2(20mg/cm2)，或约0.1mg/in2(0.6mg/cm2)至约5.0mg/in2(30mg/cm2)的脱模剂。在一些实施方案中，模具的顶部表面涂布有前体分散体。前体分散体可以被抽吸到该顶部表面上。
在另外的操作中，可以使用刮刀或平整棒将前体分散体完全压入模具的腔中。可将未进入腔中的前体分散体的其余部分从模具的顶部表面移除，并将其回收利用。在一些示例中，前体分散体的一小部分可以保留在顶部表面上，并且在其它示例中，顶部表面基本上不含分散体。刮刀或平整棒施加的压力可小于100psi(0.6mpa)、或小于50psi(0.3mpa)、或甚至小于10psi(60kpa)。在一些示例中，前体分散体的暴露表面基本上不会延伸超过顶部表面。
在期望使用腔的暴露表面形成成型陶瓷磨料颗粒的平面的那些示例中，可能需要使腔装填过满(例如，使用微喷嘴阵列)，并且使前体分散体缓慢地干燥。
另外的操作涉及去除挥发性组分，以干燥分散体。挥发性组分可以通过快速蒸发速率去除。在一些示例中，通过蒸发去除挥发性组分在高于挥发性组分的沸点的温度下进行。干燥温度的上限通常取决于制成模具的材料。就聚丙烯模具而言，温度应低于该塑料的熔点。在一个示例中，就含约40％至50％固体的水分散体以及聚丙烯模具而言，干燥温度可为约90℃至约165℃，或约105℃至约150℃，或约105℃至约120℃。更高的温度可导致改善的生产速度，但是也可导致聚丙烯模具的降解，从而限制其作为模具的使用寿命。
在干燥期间，前体分散体收缩，从而通常导致从腔壁回缩。例如，如果腔具有平面的壁，那么所得成型磨料颗粒100往往可具有至少三个凹形主侧面。目前发现，通过使腔壁成凹形(由此，腔容积增加)，可获得具有至少三个基本上平面的主侧面的成型磨料颗粒100。凹陷程度一般取决于前体分散体的固含量。
另外的操作涉及从模具腔中移除所得的成型磨料颗粒100前体。可通过使用下列方法从腔中移除成型磨料颗粒100或200前体：在模具上单独使用重力、振动、超声振动、真空或加压空气方法或者使用这些方法的组合从模具腔中移除颗粒。
成型磨料颗粒100或200前体可在模具外进一步干燥。如果在模具中将前体分散体干燥至所需程度，则该附加干燥步骤不是必要的。然而，在一些情况下，采用该附加干燥步骤来使前体分散体在模具中的停留时间最小化可能是经济的。成型磨料颗粒100或200前体将在50℃至160℃、或120℃至150℃的温度下干燥10分钟至480分钟、或120分钟至400分钟。
另外的操作涉及煅烧成型磨料颗粒100或200前体。在锻烧期间，基本上所有挥发性物质都被去除，并且存在于前体分散体中的各种组分均转化成金属氧化物。通常，将成型磨料颗粒100或200前体加热到400℃至800℃的温度，并且将其保持在该温度范围内，直至去除游离水和90重量％以上的任何结合的挥发性物质为止。在任选步骤中，可能期望通过浸渍方法引入改性添加剂。水溶性盐可通过将其注入到经煅烧的成型磨料颗粒100前体的孔中来引入。然后再次预烧成型磨料颗粒100前体。
另外的操作可涉及使经煅烧的成型磨料颗粒100或200前体进行烧结，以形成颗粒100或200。然而，在前体包含稀土金属的一些示例中，烧结可能并非必要。在烧结之前，经煅烧的成型磨料颗粒100或200前体并未完全致密化，因此缺乏用作成型磨料颗粒100或200所需的硬度。通过使经煅烧的成型磨料颗粒100或200前体加热到1000℃至1650℃的温度来进行烧结。为实现这种转化程度，经煅烧的成型磨料颗粒100或200前体在烧结温度下可暴露的时间长度取决于多种因素，但可为五秒至48小时。
在另一个实施方案中，烧结步骤的持续时间在一分钟至90分钟的范围内。烧结之后，成型磨料颗粒14可具有10gpa(吉帕斯卡)、16gpa、18gpa、20gpa或更大的维氏硬度。
可以使用附加操作来修改所述方法，该操作例如将材料从煅烧温度快速加热至烧结温度，并且对前体分散体进行离心以去除淤渣和/或废物。此外，如果需要，则可以通过组合这些方法步骤中的两个或更多个来修改该方法。
图3a是带涂层磨料制品300的截面图。带涂层磨料制品300包括限定沿x-y方向的表面的背衬302。背衬302具有施加在背衬302的第一表面上的第一粘结剂层(下文称为底胶层304)。多个成型磨料颗粒200a附接到或部分地嵌入底胶层304。虽然示出了成型磨料颗粒200a，但本文所述的任何其他成型磨料颗粒均可包括在带涂层磨料制品300中。任选的第二粘结剂层(下文称为复胶层306)分散在成型磨料颗粒200a上。如图所示，成型磨料颗粒200a的大部分具有在基本上相同的方向上取向的三个顶点(240、242和244)中的至少一个顶点。因此，成型磨料颗粒200a根据非随机分布取向，但在其他实施方案中，成型磨料颗粒200a中的任一个可在背衬302上无规取向。在一些实施方案中，颗粒取向的控制可增加磨料制品的切割。
背衬302可以是柔性的或刚性的。用于形成柔性背衬的合适材料的示例包括聚合物膜、金属箔、织造织物、针织织物、纸材、硫化纤维、短纤维、连续纤维、非织造布、泡沫、筛网、层压物以及它们的组合。背衬302可成型为允许带涂层磨料制品300呈片、盘状物、带状物、垫、或卷的形式。在一些实施方案中，背衬302可为足够柔性的以允许带涂层磨料制品300成形为环，以制备可在合适的磨削设备上运行的磨带。
底胶层304使成型磨料颗粒200a固定到背衬302上，并且复胶层306可有助于加固成型磨料颗粒200a。底胶层304和/或复胶层306可包括树脂粘合剂。树脂粘合剂可包括选自以下的一种或多种树脂：酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、丙烯酸酯树脂、氨基塑料树脂、三聚氰胺树脂、丙烯酸酯化环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、干性油以及它们的混合物。
图3b示出了带涂层磨料制品300b的示例，该带涂层磨料制品包括成型磨料颗粒200而非成型磨料颗粒300。如图所示，通过施加了复胶层306的底胶层304将成型磨料颗粒200附接到背衬302，以进一步将成型磨料颗粒200附接或粘附到背衬302。如图3b所示，大部分成型磨料颗粒200倾斜或倾向于一侧。这导致大部分成型磨料颗粒200相对于背衬302具有小于90度的取向角β。
常规磨料颗粒可例如具有在约10μm至约2000μm、约20μm至约1300μm、约50μm至约1000μm的范围内，小于、等于或大于约10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm、550μm、600μm、650μm、700μm、750μm、800μm、850μm、900μm、950μm、1000μm、1050μm、1100μm、1150μm、1200μm、1250μm、1300μm、1350μm、1400μm、1450μm、1500μm、1550μm、1650μm、1700μm、1750μm、1800μm、1850μm、1900μm、1950μm或2000μm的直径。例如，常规的磨料颗粒可具有磨料行业指定的标称等级。此类磨料行业认可的等级标准包括被称为美国国家标准协会(ansi)标准、欧洲磨料产品制造商联合会(fepa)标准和日本工业标准(hs)的那些。示例性ansi等级名称(例如，指定的标称等级)包括：ansi12(1842μm)、ansi16(1320μm)、ansi20(905μm)、ansi24(728μm)、ansi36(530μm)、ansi40(420μm)、ansi50(351μm)、ansi60(264μm)、ansi80(195μm)、ansi100(141μm)、ansi120(116μm)、ansi150(93μm)、ansi180(78μm)、ansi220(66μm)、ansi240(53μm)、ansi280(44μm)、ansi320(46μm)、ansi360(30μm)、ansi400(24μm)和ansi600(16μm)。示例性fepa等级名称包括p12(1746μm)、p16(1320μm)、p20(984μm)、p24(728μm)、p30(630μm)、p36(530μm)、p40(420μm)、p50(326μm)、p60(264μm)、p80(195μm)、p100(156μm)、p120(127μm)、p120(127μm)、p150(97μm)、p180(78μm)、p220(66μm)、p240(60μm)、p280(53μm)、p320(46μm)、p360(41μm)、p400(36μm)、p500(30μm)、p600(26μm)和p800(22μm)。每种等级的近似平均粒度列在每种等级名称后的括号中。
成型磨料颗粒100或200或压碎的磨料颗粒可包含任何合适的材料或材料的混合物。例如，成型磨料颗粒100可包含选自α-氧化铝、熔融氧化铝、热处理氧化铝、陶瓷氧化铝、烧结氧化铝、碳化硅、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、碳化钛、金刚石、立方氮化硼、石榴石、熔融氧化铝-氧化锆、溶胶-凝胶法制得的磨料颗粒、氧化铈、氧化锆、氧化钛以及它们的组合物的材料。在一些实施方案中，成型磨料颗粒100或200和压碎的磨料颗粒可包含相同的材料。在另外的实施方案中，成型磨料颗粒100或200和压碎的磨料颗粒可包含不同的材料。
填料颗粒也可包含在磨料制品200或300中。可用填料的示例包括金属碳酸盐(诸如碳酸钙、碳酸钙镁、碳酸钠、碳酸镁)、二氧化硅(诸如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)、硅酸盐(诸如滑石、粘土、蒙脱石、长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、硅铝酸钠、硅酸钠)、金属硫酸盐(诸如硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸铝钠、硫酸铝)、石膏、蛭石、糖、木粉、水合铝化合物、炭黑、金属氧化物(诸如氧化钙、氧化铝、氧化锡、二氧化钛)、金属亚硫酸盐(诸如亚硫酸钙)、热塑性颗粒(诸如聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚酯、聚乙烯、聚(氯乙烯)、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、乙缩醛聚合物、聚氨酯、尼龙颗粒)以及热固性颗粒(诸如酚醛泡、酚醛珠、聚氨酯泡沫颗粒等)。该填料还可为盐，诸如卤化物盐。卤化物盐的示例包括氯化钠、钾冰晶石、钠冰晶石、铵冰晶石、四氟硼酸钾、四氟硼酸钠、氟化硅、氯化钾、氯化镁。金属填料的示例包括锡、铅、铋、钴、锑、镉、铁和钛。其它杂类填料包括硫、有机硫化合物、石墨、硬脂酸锂和金属硫化物。在一些实施方案中，单个成型磨料颗粒100或单个压碎的磨料颗粒可至少部分地涂布有无定形、陶瓷或有机涂层。涂层的合适组分的示例包括硅烷、玻璃、氧化铁、氧化铝或它们的组合物。诸如这些的涂层可有助于可加工性以及颗粒与粘结剂树脂的粘结。
一些成型磨料颗粒可包含聚合物材料并且可表征为软磨料颗粒。本文所述的软成型磨料颗粒可独立地包括任何合适的材料或材料的组合。例如，软成型磨料颗粒可包括包含一种或多种可聚合树脂的可聚合混合物的反应产物。所述一种或多种可聚合树脂诸如烃基可聚合树脂。此类树脂的示例包括选自下列的那些：酚醛树脂、脲醛树脂、聚氨酯树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、乙烯基醚树脂、氨基塑料树脂(其可包括侧链α、β不饱和羰基)、丙烯酸酯树脂、丙烯酸酯化异氰脲酸酯树脂、异氰脲酸酯树脂、丙烯酸酯化聚氨酯树脂、丙烯酸酯化环氧树脂、烷基树脂、聚酯树脂、干性油或它们的混合物。可聚合混合物可包括附加组分，诸如增塑剂、酸催化剂、交联剂、表面活性剂、柔和磨料、颜料、催化剂和抗菌剂。
在可聚合混合物中存在多种组分的情况下，这些组分可占混合物的任何合适的重量百分比。例如，可聚合树脂可在可聚合混合物的约35重量％至约99.9重量％、约40重量％至约95重量％的范围内，或者可小于、等于或大于约35重量％、40重量％、41重量％、42重量％、43重量％、44重量％、45重量％、46重量％、47重量％、48重量％、49重量％、50重量％、51重量％、52重量％、53重量％、54重量％、55重量％、56重量％、57重量％、58重量％、59重量％、60重量％、61重量％、62重量％、63重量％、64重量％、65重量％、66重量％、67重量％、68重量％、69重量％、70重量％、71重量％、72重量％、73重量％、74重量％、75重量％、76重量％、77重量％、78重量％、79重量％、80重量％、81重量％、82重量％、83重量％、84重量％、85重量％、86重量％、87重量％、88重量％、89重量％、90重量％、91重量％、92重量％、93重量％、94重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％或约99.9重量％。
如果存在交联剂的话，则该交联剂可在可聚合混合物的约2重量％至约60重量％、约5重量％至约10重量％的范围内，或者可小于、等于或大于约2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％或约15重量％。合适的交联剂的示例包括可以商品名cymel303lf购自美国佐治亚州阿尔法利塔的湛新美国股份有限公司(allnexusainc.,alpharetta,georgia,usa)的交联剂；或以商品名cymel385购自美国佐治亚州阿尔法利塔的湛新美国股份有限公司的交联剂。
如果存在柔和磨料的话，则该柔和磨料可在可聚合混合物的约5重量％至约65重量％、约10重量％至约20重量％的范围内，或者可小于、等于或大于约5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％、20重量％、21重量％、22重量％、23重量％、24重量％、25重量％、26重量％、27重量％、28重量％、29重量％、30重量％、31重量％、32重量％、33重量％、34重量％、35重量％、36重量％、37重量％、38重量％、39重量％、40重量％、41重量％、42重量％、43重量％、44重量％、45重量％、46重量％、47重量％、48重量％、49重量％、50重量％、51重量％、52重量％、53重量％、54重量％、55重量％、56重量％、57重量％、58重量％、59重量％、60重量％、61重量％、62重量％、63重量％、64重量％或约65重量％。合适的柔和磨料的示例包括以商品名minstron353talc购自美国蒙大拿州斯里福克斯的英格瓷滑石美国公司(imerystalcamerica,inc.,threeforks,montana,usa)的柔和磨料；以商品名usgterraalbano.1calciumsulfate购自美国伊利诺伊州芝加哥的usg公司(usgcorporation,chicago,illinois,usa)的柔和磨料；购自美国宾夕法尼亚州哈特菲尔德的esca工业有限公司(escaindustries,ltd.,hatfield,pennsylvania,usa)的回收玻璃(40-70号砂)、二氧化硅、方解石、霞石、正长岩、碳酸钙或它们的混合物。
如果存在增塑剂的话，则该增塑剂可在可聚合混合物的约5重量％至约40重量％、约10重量％至约15重量％的范围内，或者小于、等于或大于约5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％、20重量％、21重量％、22重量％、23重量％、24重量％、25重量％、26重量％、27重量％、28重量％、29重量％、30重量％、31重量％、32重量％、33重量％、34重量％、35重量％、36重量％、37重量％、38重量％、39重量％或40重量％。合适的增塑剂的示例包括丙烯酸类树脂或苯乙烯丁二烯树脂。丙烯酸类树脂的示例包括以商品名rhoplexgl-618购自美国密歇根州米德兰的陶氏化学公司(dowchemicalcompany,midland,michigan,usa)的丙烯酸类树脂；以商品名hycar2679购自美国俄亥俄州威克利夫的路博润公司的丙烯酸类树脂；以商品名hycar26796购自美国俄亥俄州威克利夫的路博润公司的丙烯酸类树脂；以商品名arcollg-650购自美国密歇根州米德兰的陶氏化学公司的聚醚多元醇；或以商品名hycar26315购自美国俄亥俄州威克利夫的路博润公司的丙烯酸类树脂。苯乙烯丁二烯树脂的示例包括以商品名rovene5900购自美国北卡罗来纳州夏洛特的马拉德克里科聚合物公司(mallardcreekpolymers,inc.,charlotte,northcarolina,usa)的树脂。
如果存在酸催化剂的话，则该酸催化剂可在可聚合混合物的0.5重量％至约20重量％、约5重量％至约10重量％的范围内，或者可小于、等于或大于约1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％或约20重量％。合适的酸催化剂的示例包括氯化铝溶液或氯化铵溶液。
如果存在表面活性剂的话，则该表面活性剂可在可聚合混合物的约0.001重量％至约15重量％、约5重量％至约10重量％的范围内，或者可小于、等于或大于约0.001重量％、0.01重量％、0.5重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％或约15重量％。合适的表面活性剂的示例包括以商品名gemtexsc-85-p购自美国北卡罗来纳州索尔兹伯里的innospec功能化学品公司(innospecperformancechemicals,salisbury,northcarolina,usa)的表面活性剂；以商品名dynol604购自美国宾夕法尼亚州阿伦敦的空气化工产品有限公司(airproductsandchemicals,inc.,allentown,pennsylvania,usa)的表面活性剂；以商品名acrysolrm-8w购自美国密歇根州米德兰的陶氏化学公司的表面活性剂；或以商品名xiameterafe1520购自美国密歇根州米德兰的陶氏化学公司的表面活性剂。
如果存在抗微生物剂的话，则该抗微生物剂可在可聚合混合物的0.5重量％至约20重量％、约10重量％至约15重量％的范围内，或者可小于、等于或大于约0.5重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％或约20重量％。合适的抗微生物剂的示例包括吡啶硫酮锌。
如果存在颜料的话，则该颜料可在可聚合混合物的约0.1重量％至约10重量％、约3重量％至约5重量％的范围内，或者可小于、等于或大于约0.1重量％、0.2重量％、0.4重量％、0.6重量％、0.8重量％、1重量％、1.5重量％、2重量％、2.5重量％、3重量％、3.5重量％、4重量％、4.5重量％、5重量％、5.5重量％、6重量％、6.5重量％、7重量％、7.5重量％、8重量％、8.5重量％、9重量％、9.5重量％或10重量％。合适的颜料的示例包括以商品名sunsperseblue15购自美国新泽西州帕西帕尼的太阳化学有限公司(sunchemicalcorporation,parsippany,newjersey,usa)的颜料分散体；以商品名sunsperseviolet23购自美国新泽西州帕西帕尼的太阳化学有限公司的颜料分散体；以商品名sunblack购自美国新泽西州帕西帕尼的太阳化学有限公司的颜料分散体；或以商品名bluepigmentb2g购自美国北卡罗来纳州夏洛特的科莱恩有限公司(clariantltd.,charlotte,northcarolina,usa)的颜料分散体。各组分的混合物可通过固化来聚合。
形成的磨料颗粒的特定z方向旋转取向可通过采用腔来实现，该腔将成型磨料颗粒100或200定位于特定z方向旋转取向中，使得成型磨料颗粒100或200可仅以几个特定的取向(诸如少于或等于4、3、2或1个取向)而装配到腔中。例如，仅比包含矩形板的成型磨料颗粒100或200的横截面略大的矩形开口将使成型磨料颗粒100或200取向为两种可能的180度对立的z方向旋转取向中的一者。腔可设计为使得成型磨料颗粒100或200在定位于腔中的同时可围绕其z轴(当成型磨料颗粒定位于孔中时，垂直于丝网的表面)旋转小于或等于约30度、20度、10度、5度、2度或1度的角度。
在各种实施方案中，多个回填颗粒中的至少一些回填颗粒包括磨料颗粒、实质上不是磨料的软颗粒和/或玻璃泡。在这些实施方案的一些实施方案中，多个回填颗粒中的至少一些回填颗粒可包括压碎的磨料颗粒、成型磨料颗粒和/或具有无规形状或几何形状的磨料团聚物。成型磨料颗粒可与先前涂布的成型磨料颗粒相同，或者在材料、尺寸、形状或其他特性方面不同。
在各种实施方案中，多个回填颗粒中的至少一些回填颗粒包括助磨剂颗粒。助磨剂被定义为颗粒材料，该颗粒材料的添加显著地影响研磨的化学和物理过程。具体地讲，据信助磨剂可以：(1)减小磨料颗粒和被研磨的工件之间的摩擦；(2)防止磨料颗粒“封堵”，即防止金属颗粒焊接到磨料颗粒的顶部；(3)降低所述磨料颗粒和工件之间的界面温度；(4)减小磨削力；和/或(5)具有上述机制的协同效应。一般来讲，助磨剂的添加可增加带涂层磨料制品的使用寿命。助磨剂涵盖各种各样不同的材料，并且可以为无机物或有机物。
示例性助磨剂可包括无机卤化物盐、卤化化合物和聚合物、以及有机和无机含硫材料。示例性的助磨剂可以是有机的或无机的，包括蜡、卤化有机化合物，例如氯化蜡，如四氯化萘、五氯化萘、和聚氯乙烯；卤化物盐，例如氯化钠、钾冰晶石、钠冰晶石、铵冰晶石、四氟硼酸钾、四氟硼酸钠、氟化硅、氯化钾、氯化镁；以及金属及其合金，例如锡、铅、铋、钴、锑、镉、铁和钛。其他助磨剂的示例包括硫、有机硫化合物、石墨和金属硫化物、含有机和无机磷酸盐的材料。可使用不同助磨剂的组合。
优选的助磨剂包括卤化物盐，尤其是四氟硼酸钾(kbf4)、冰晶石(na3alf6)和铵冰晶石[(nh4)3alf6]。可用作助磨剂的其他卤化物盐包括氯化钠、钾冰晶石、四氟硼酸钠、氟化硅、氯化钾和氯化镁。其他优选的助磨剂为美国专利5,269,821(helmin等人)中的那些，该专利描述了由水溶性和水不溶性助磨剂颗粒构成的助磨剂团聚物。其他可用的助磨剂团聚物为其中多个助磨剂颗粒用粘结剂粘结一起形成团聚物的那些。这种类型的团聚物描述于美国专利5,498,268(gagliardi等人)中。
可用作助磨剂的卤化聚合物的示例包括：聚乙烯基卤化物(例如聚氯乙烯)和聚偏二卤乙烯，诸如美国专利3,616,580(dewell等人)中公开的那些；高度氯化石蜡，诸如美国专利3,676,092(buell)中公开的那些；完全氯化的烃类树脂，诸如美国专利3,784,365(caserta等人)中公开的那些；以及氟碳化合物，诸如如美国专利3,869,834(mullin等人)中公开的聚四氟乙烯和聚三氟氯乙烯。
可用作助磨剂的无机含硫材料包括元素硫、硫化铁(ii)、硫化铜、硫化钼、硫酸钾等，如美国专利3,833,346(wirth)、3,868,232(sioui等人)和4,475,926(hickory)中各种公开的。用于本发明的有机含硫材料(例如硫脲)包括美国专利3,058,819(paulson)中提及的那些。
本发明还涵盖使用不同助磨剂的组合；在某些情况下，这可产生协同效应。以上提及的助磨剂的示例旨在作为助磨剂的代表性描述，并且这些示例并非要涵盖所有助磨剂。
在一些实施方案中，回填助磨剂颗粒包括团聚助磨剂颗粒。团聚助磨剂颗粒包括保留在粘结剂中的助磨剂颗粒。团聚助磨剂颗粒中所包含的助磨剂颗粒可具有在约1微米至约100微米范围内并且更优选地在约5微米至约50微米范围内的平均粒度，但也可使用其他尺寸。粘结剂可为例如无机的(例如，玻璃质粘结剂或干燥无机溶胶)或更典型地为有机的。就交联粘结剂而言，粘结剂通常由使对应粘结剂前体固化而产生。示例性有机粘结剂包括压敏粘结剂、胶和热熔性粘结剂。示例性压敏粘合剂包括乳胶绉、松香、某些丙烯酸类聚合物和包括聚丙烯酸酯的共聚物(例如，聚(丙烯酸丁酯))、聚乙烯醚(例如，聚(正丁基乙烯基醚))、聚(α-烯烃)、有机硅、醇酸粘合剂、橡胶粘合剂(例如，天然橡胶、合成橡胶、氯化橡胶)以及它们的混合物。示例性热固性粘结剂前体包括酚醛树脂(例如，甲阶酚醛树脂和酚醛清漆树脂)、氨基塑料树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、单组分和双组分聚氨酯、丙烯酸类树脂(例如，丙烯酸类单体和低聚物、丙烯酸酯化聚醚、具有α,β-不饱和侧基的氨基塑料树脂、丙烯酸酯化聚氨酯)、环氧树脂(包括双马来酰亚胺和芴改性的环氧树脂)、异氰尿酸酯树脂、可湿固化有机硅以及它们的混合物。在一些实施方案中，团聚助磨剂颗粒不含磨料颗粒；然而，这不是必需的。
团聚助磨剂颗粒还可包含其他组分和/或添加剂，诸如磨料颗粒、填料、稀释剂、纤维、润滑剂、润湿剂、表面活性剂、颜料、染料、偶联剂、树脂固化剂、增塑剂、抗静电剂和悬浮剂。适用于本发明的填料的示例包括木浆、蛭石以及它们的组合物，金属碳酸盐(诸如碳酸钙(例如白垩、方解石、泥灰岩、石灰华、大理石和石灰石)、碳酸钙镁、碳酸钠、碳酸镁)；二氧化硅，诸如无定形二氧化硅、石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维；硅酸盐，诸如滑石、粘土(蒙脱石)、长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、硅铝酸钠、硅酸钠；金属硫酸盐，诸如硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸铝钠、硫酸铝；石膏；蛭石；木粉；三水合铝；金属氧化物，诸如氧化钙(石灰)、氧化铝、二氧化钛，以及金属亚硫酸盐，诸如亚硫酸钙。
在一些实施方案中，使用符合astme-11“standardspecificationforwireclothandsievesfortestingpurposes(针对测试目的的筛布和筛的标准规格)”的美国标准测试筛，根据标称筛选等级，将团聚助磨剂颗粒分级。astme-11规定了测试筛的设计和构造需求，所述测试筛利用安装在框架中的织造筛布为介质根据指定的颗粒尺寸对材料进行分类。-18 20即为典型的标号表示，其意指团聚助磨剂颗粒可通过符合astme-11规格的18号测试筛，但可保留在符合astme-11规格的20号测试筛上。在一个实施方案中，形成的陶瓷磨料颗粒具有这样的粒度，使得大多数团聚助磨剂颗粒通过18目测试筛并且保留在20目、25目、30目、35目、40目、45目或50目测试筛上。在本发明的各种实施方案中，形成的陶瓷磨料颗粒可具有的标称筛选等级包括：-18 20、-20 25、-25 30、-30 35、-35 40、-40 45、-45 50、-50 60、-60 70、-70 80、-80 100、-100 120、-120 140、-140 170、-170 200、-200 230、-230 270、-270 325、-325 400、-400 450、-450 500、或-500 635。
团聚助磨剂颗粒的形状可为无规或几何形状的。为了提高磨料颗粒的有利取向的机会，团聚助磨剂颗粒优选地以3或更小、优选地小于2、并且更优选地小于1.5的纵横比成型，更优选地精确成型，但这不是必需的。在一些优选的实施方案中，团聚助磨剂颗粒为精确成型的并且具有从用于形成团聚助磨剂颗粒的模具腔复制的预定形状。在这些实施方案的一些实施方案中，成型团聚助磨剂颗粒具有三维形状，诸如棱锥(例如，3面棱锥、4面棱锥、5面棱锥或6面棱锥)、锥体、块状物、立方体、球体、圆柱体、杆状物、棱柱(例如，3面棱柱、4面棱柱、5面棱柱或6面棱柱)以及这些的截头型式等。优选地，根据本公开的至少一个成型团聚助磨剂颗粒为截锥形，其也可被称为截头棱锥。在一些实施方案中，团聚助磨剂颗粒或团聚颗粒中的至少一者具有三角形截锥形状、正方形截锥形状或六边形截锥形状。在一些其他实施方案中，成型团聚助磨剂颗粒的可用形状的示例包括三角形、矩形、正方形、五边形和六边形棱柱。
在各种实施方案中，由本公开提供的磨料制品包括回填颗粒，使得成型磨料颗粒的高度与磨料制品上的回填颗粒的高度的比率介于1:10和10:1之间、介于1:5和5:1之间、介于1:2和2:1之间、介于1:1.5和1.5:1之间、或介于1:1.2和1.2:1之间。在一些实施方案中，当助磨剂团聚物为回填颗粒时，优选的是助磨剂团聚物中的至少一些助磨剂团聚物的高度接近成型磨料颗粒的高度，使得这些助磨剂团聚物与被研磨工件具有足够的相互作用。
在该文档中，除非上下文清楚地指明，否则术语“一个”、“一种”或“该/所述”用于包括一个(种)或多于一个(种)。除非另外指明，否则术语“或”用于指非排他性的“或”。除非另外指明，否则术语“或”用于指非排他性的“或”。部分标题的任何使用均旨在有助于文档的理解且不应当解释为是限制性的。此外，与部分标题相关的信息可在该特定部分内或外出现。此外，在该文档中提及的所有出版物、专利和专利文档均全文以引用方式并入本文中，如同以引用方式单独并入那样。在该文档和如此以引用方式并入的那些文献之间的用法不一致的情况下，并入参考文献中的用法应当认为是该文献的用法的补充；对于不可调和的不一致性，以该文档的用法为准。
在本文所述的方法中，除了明确列举了时间或操作序列之外，可以任何顺序进行各种步骤而不脱离本发明的原理。此外，规定的步骤可同时进行，除非明确的权利要求语言暗示它们单独地进行。例如，进行x的受权利要求保护的步骤和进行y的受权利要求保护的步骤可在单个操作中同时进行，并且所得的过程将落入受权利要求保护的过程的字面范围内。
本公开的所选实施方案包括但不限于以下：
在第一实施方案中，本公开提供了一种磨料制品，所述磨料制品包括：
背衬基底；
处于所述背衬基底上的多个颗粒，所述多个颗粒包括；
多个成型磨料颗粒，所述多个成型磨料颗粒中的至少一些成型磨料颗粒按预定图案布置；
多个回填颗粒，其中所述多个回填颗粒中的至少一些回填颗粒设置在所述多个成型磨料颗粒之间；以及
粘合剂，所述粘合剂将所述多个成型磨料颗粒和所述多个回填颗粒联接到所述背衬基底。
在第二实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案所述的磨料制品，其中所述多个回填颗粒中的至少一些回填颗粒包括磨料颗粒。
在第三实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案和第二实施方案中任一个所述的磨料制品，其中所述多个回填颗粒中的至少一些回填颗粒包括压碎的磨料颗粒。
在第四实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第三实施方案中任一个所述的磨料制品，其中所述多个回填颗粒中的至少一些回填颗粒包括实质上不是磨料的软颗粒。
在第五实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第四实施方案中任一个所述的磨料制品，其中所述多个回填颗粒中的至少一些回填颗粒包括助磨剂颗粒。
在第六实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第五实施方案中任一个所述的磨料制品，其中所述多个回填颗粒中的至少一些回填颗粒包括玻璃泡。
在第七实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第六实施方案中任一个所述的磨料制品，其中所述多个成型磨料颗粒中的至少大部分成型磨料颗粒被成型为截头三棱锥。
在第八实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第七实施方案中任一个所述的磨料制品，其中所述多个成型磨料颗粒中的至少一个成型磨料颗粒包括相距厚度t的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面包括具有三角形周边的第一面并且所述第二侧面包括具有三角形周边的第二面，其中所述厚度t等于或小于所述颗粒的最短侧相关尺寸的长度。
在第九实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第八实施方案中任一个所述的磨料制品，其中所述多个成型磨料颗粒中的至少一个成型磨料颗粒呈四面体并且包括由终止于四个顶端的六条边接合的四个面，所述四个面中的每一个面与所述四个面中的三个面接触。
在第十实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第九实施方案中任一个所述的磨料制品，其中所述背衬基底为带状物。
在第十一实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第九实施方案中任一个所述的磨料制品，其中所述背衬基底为盘状物。
在第十二实施方案中，本公开提供一种制造磨料制品的方法，所述方法包括：
将多个成型磨料颗粒对准成图案；
将所述图案转移到包含粘合剂的层的背衬基底；
将多个回填颗粒转移到所述背衬基底，其中所述多个回填颗粒中的至少一些回填颗粒设置在所述多个成型磨料颗粒之间；以及
使所述粘合剂固化。
在第十三实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案所述的制造磨料制品的方法，其中将多个成型磨料颗粒对准成图案包括将所述多个成型磨料颗粒收集到布置在分配表面上的腔中。
在第十四实施方案中，本公开提供了根据第十三实施方案所述的制造磨料制品的方法，所述方法还包括在将所述图案转移到所述背衬基底之前，使用真空源将所述多个成型磨料颗粒保持在所述腔中。
在第十五实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案至第十四实施方案中任一个所述的制造磨料制品的方法，其中使所述粘合剂固化包括使底胶层前体固化以获得底胶层。
在第十六实施方案中，本发明提供了根据第十五实施方案所述的制造磨料制品的方法，所述方法还包括：
在所述底胶层、所述多个成型磨料颗粒和所述多个回填颗粒的至少一部分上设置复胶层前体；以及
使所述复胶层前体至少部分地固化以获得复胶层。
在第十七实施方案中，本公开提供了根据第十六实施方案所述的制造磨料制品的方法，所述方法还包括在所述复胶层的至少一部分上施加顶胶层。
在第十八实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案至第十七实施方案中任一个所述的制造磨料制品的方法，其中所述多个成型磨料颗粒中的至少一些成型磨料颗粒包括陶瓷材料。
在第十九实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案至第十八实施方案中任一个所述的制造磨料制品的方法，其中所述多个成型磨料颗粒中的至少一些成型磨料颗粒包括α氧化铝、溶胶-凝胶法制得的α氧化铝或它们的混合物。
在第二十实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案至第十九实施方案中任一个所述的制造磨料制品的方法，其中所述多个成型磨料颗粒中的至少一些成型磨料颗粒包括铝硅酸盐、氧化铝、二氧化硅、氮化硅、碳、玻璃、金属、氧化铝-五氧化二磷、氧化铝-氧化硼-二氧化硅、氧化锆、氧化锆-氧化铝、氧化锆-二氧化硅、熔融氧化铝、热处理氧化铝、陶瓷氧化铝、烧结氧化铝、碳化硅材料、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、碳化钛、金刚石、立方氮化硼、石榴石、熔融氧化铝-氧化锆、氧化铈、氧化锆、氧化钛或它们的组合物。
在第二十一实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案至第二十实施方案中任一个所述的制造磨料制品的方法，其中所述成型磨料颗粒中的至少一个成型磨料颗粒包括至少一个形状特征，所述至少一个形状特征包括：开口、凹表面、凸表面、凹槽、脊部、断裂表面、低圆度系数或包括一个或多个具有尖锐顶端的拐角点的周边。
尽管将已采用的术语和表达用作描述而非限制术语，并且不旨在使用此类术语和表达排除所示和所描述的特征或其部分的任何等同物，但是已经认识到，在本发明实施方案的范围内的各种修改是可以的。因此，应当理解，尽管本公开已通过具体实施方案和任选的特征而具体公开，但是本领域普通技术人员可推出本文所公开的概念的修改和变型，并且此类修改和变型被认为在本发明的实施方案的范围内。
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
