CN1348404A - 用于研磨玻璃和玻璃陶瓷工件的磨料制品 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种包括背衬和至少一层粘接到上述背衬表面的三维研磨涂层的磨料制品。上述的研磨涂层包含由分散入许多金刚石珠磨粒和填料的固化粘结剂前体形成的粘结剂,上述的填料约占研磨涂层的40－60%重量。该磨料制品特别适用于在润滑剂存在下研磨玻璃或玻璃陶瓷工件。

Description

用于研磨玻璃和玻璃陶瓷工件的磨料制品
背景
本发明涉及磨料制品和用这种磨料制品研磨玻璃或玻璃陶瓷工件的方法。
玻璃陶瓷已知可用作磁存储盘的基片，例如可用作个人电脑中的存储器(如硬盘)。为了制造合格的磁存储盘，该磁存储盘必须有精确控制的尺寸和精确控制的表面光洁度。确定存储盘基片的尺寸并使其获得所需的表面光洁度一般包括使用松散磨粒浆料的多步骤方法。在该方法的第一步中，确定玻璃陶瓷盘的尺寸，使其具有所需的厚度和厚度均匀度。确定尺寸后，对这些盘进行表面处理，以产生所需的表面光洁度。
虽然松散磨粒浆料广泛地应用于上述方法，但松散磨粒浆料也具有许多缺点。这些缺点包括不便于处理所要求的大量浆料、为防止磨料颗粒沉积并保证抛光界面上磨料颗粒浓度均匀而需要搅拌、和需要一些设备来制备、输送、弃置或回收松散磨粒浆料和用于再循环。另外，也必须对浆料本身进行周期性分析，保证其质量和分散稳定性。此外，与松散磨粒浆料接触的泵头、阀门、供料管线、研磨盘和浆料供应设备的其他零件最终会出现不希望的磨损。另外，使用浆料的步骤通常很不清洁，因为松散磨粒浆料为粘滞液体，容易散溅，而且难于盛装。
鉴于上述使用浆料法研磨(即形成所需尺寸和(texture)表面处理)玻璃陶瓷存储盘基片的许多缺点，工业上需要的是适用于研磨这些基片的固定磨料制品。
发明概述
本发明提供一种适于研磨(即形成所需尺寸或抛光)玻璃或玻璃陶瓷工件的磨料制品。该磨料制品包括背衬和至少一层粘接到所述背衬表面的三维研磨涂层。上述的研磨涂层包含已分散入许多金刚石珠磨粒和填料的粘结剂。上述的填料约占研磨涂层的40-60％重量，更好约占研磨涂层的50-60％重量。
上述的三维研磨涂层较好包含许多研磨复合体。这些研磨复合体可以是精确成形的研磨复合体、不规则成形的研磨复合体或包含截头平顶棱锥形的精确成形的研磨复合体。精确成形的研磨复合体的底面确定的表面积不比该研磨复合体顶表面积大50％，较好不比其大25％，最好不比其大15％。
上述的粘结剂较好由含烯键式不饱和树脂(如丙烯酸酯树脂)的粘结剂前体形成。烯键式不饱和单体较好选自单官能丙烯酸酯单体、二官能丙烯酸酯单体、三官能丙烯酸酯单体及其混合物。
本发明磨料制品中的磨粒包含金刚石珠磨粒。金刚石珠包含大量用金属氧化物基质(较好是氧化硅基质)粘结在一起的各个金刚石颗粒。上述的金刚石珠磨粒的平均粒度较好约为6-100微米。
现已发现，本发明的磨料制品特别适用于研磨玻璃和玻璃陶瓷工件。也就是说，当本发明的磨料制品与润滑剂一起用于研磨玻璃或玻璃陶瓷工件时，产生高的磨削速率。这样高的磨削速率在该磨料制品的使用寿命期间是比较稳定的。因此，本发明的另一方面涉及研磨玻璃或玻璃陶瓷工件的方法。该方法包括如下步骤：
(a)使玻璃或玻璃陶瓷工件与上述的磨料制品接触；
(b)把润滑剂加到上述工件与磨料制品之间的界面上；和
(c)使上述工件与磨料制品作相对运动。
上述磨料制品的三维研磨涂层包含已分散入金刚石珠磨粒和至少一种填料的粘结剂。上述的填料约占研磨涂层的40-60％重量。选择的填料量应使研磨涂层能在正常的使用条件下磨蚀掉，从而暴露和释放出新的金刚石珠磨粒。据认为，金刚石珠磨粒是特别适用的，因为它的较大粒度阻止其嵌入研磨涂层中。而且认为，金刚石珠磨粒不易产生导致降低磨削速率的磨损平面(即不易变钝)。
在一个优选的实施方式中，三维研磨涂层具有精确成形的表面。本文所用的“精确成形”描述既在背衬上形成粘结剂前体又将该前体填充入模具表面上空腔内时进行固化制得的研磨复合体。这些研磨复合体的三维形状由有较光滑表面的侧面和各侧面相交形成的各自顶点确定。上述的侧面以具有不同边长的清晰锐利的边缘为界并相连。从使用许多精确成形的研磨复合体的意义上讲，这种磨料制品称为结构磨料制品。这些研磨复合体也可有不规则的形状。在本申请中，不规则的形状是指形成研磨复合体的侧面或边界发生沉陷，且是不精确的。在不规则成形的研磨复合体的情况下，先将磨粒浆料成形为所需的形状和/或图形。一旦形成磨粒浆料，就使该磨粒浆料中的粘结剂前体固化或凝固。一般在成形和固化粘结剂前体之间存在一个时间差。在这段时间中，磨粒浆料会发生流动和/或沉陷，从而使形成的形状发生一些变形。如WO 95/07797(1995年3月23日出版)和WO 95/22436(1995年8月24日出版)中所述，在单种磨料制品中研磨复合体的大小、倾斜度或形状也会发生变化。
本申请中所用的“边界”是指每个研磨复合体用于限定其实际三维形状的暴露表面和边缘。当在显微镜下观察本发明磨料制品的横截面时，这些边界是清晰可见的。即使这些研磨复合体沿底面的共同边界相互毗连，但这些边界将各个研磨复合体相互分离和区分。对于精确成形的研磨复合体，这些边界和边缘是锐利和清晰的。而在没有精确成形研磨复合体的磨料制品中，这些边界和边缘是不明显的(即在完成固化之前研磨复合体发生下陷)。不论是精确成形的，还是不规则成形的，这些研磨复合体都可以有由基本上清晰可见的边界确定的任何几何形状。上述的精确几何形状可选自立方形、棱柱形、圆锥形、块(block)状截头圆锥形、棱锥形、截头棱锥形、圆柱形、半球形等。
本申请中所用的“表面结构(texture)”是指具有上述三维复合体的研磨涂层，其中的各个三维复合体可以是精确成形的，也可以是不规则成形的。表面结构可以由所有几何形状基本上相同的许多研磨复合体构成(即该表面结构是规则的)。同样，表面结构可以是几何形状不同的研磨复合体的随机图案。
附图简介
图1是本发明一个优选磨料制品的俯视图。
图2是沿图1所示磨料制品中线2-2所作的放大截面图。
图3是本发明另一个优选磨料制品的俯视图。
图4是沿图3所示磨料制品中线4-4所作的放大截面图。
详细描述
本发明涉及一种磨料制品和用该磨料制品研磨玻璃或玻璃陶瓷工件的方法。该磨料制品包括背衬和至少一层粘结在背衬表面上的三维研磨涂层。上述的研磨涂层包含由固化粘结剂前体、大量金刚石珠磨粒和填料形成的粘结剂。上述的填料约占研磨涂层的40-60％重量。该研磨涂层还可含有任选的组分，如偶联剂、悬浮剂、固化剂(如引发剂)、光敏剂等。
粘结剂
粘结剂由粘结剂前体形成。粘结剂前体包含处于未固化状态或未聚合状态的树脂。在磨料制品的制造过程中，粘结剂前体中的树脂发生聚合或固化，从而形成粘结剂。粘结剂前体可以含有可缩合固化的树脂、可加成聚合的树脂、可自由基固化的树脂和/或这些树脂的组合物和混合物。
一种优选的粘结剂前体是通过自由基反应机理聚合的树脂。使粘结剂前体连同合适的催化剂暴露于能源例如热能或辐射能，来引发聚合过程。辐射能的例子包括电子束、紫外光或可见光。
可自由基固化的树脂的例子包括丙烯酸化的聚氨酯、丙烯酸化的环氧树脂、丙烯酸化的聚酯、烯键式不饱和化合物聚合物、具有不饱和羰基侧基的氨基塑料衍生物、具有至少一个丙烯酸酯基侧基的异氰脲酸酯衍生物、具有至少一个丙烯酸酯基侧基的异氰酸酯衍生物、及其组合物和混合物。丙烯酸酯一词包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
丙烯酸化聚氨酯也是以羟基为端基的异氰酸酯扩链(extended)聚酯或聚醚的丙烯酸酯。它们可以是脂族的或芳族的。市售丙烯酸化聚氨酯的实例包括以商品名PHOTOMER(例如PHOTOMER 6010)购自新泽西州Hoboken的HenkelCorp.的丙烯酸化聚氨酯；以商品名EBECRYL 220(六官能的芳族聚氨酯丙烯酸酯，分子量为1000)、EBECRYL 284(脂族聚氨酯二丙烯酸酯，分子量为1200，用二丙烯酸1，6-己二醇酯稀释)、EBECRYL 4827(芳族聚氨酯二丙烯酸酯，分子量为1600)、EBECRYL 4830(脂族聚氨酯二丙烯酸酯，分子量为1200，用二丙烯酸四甘醇酯稀释)、EBECRYL 6602(三官能芳族聚氨酯丙烯酸酯，分子量为1300，用三羟甲基丙烷乙氧基三丙烯酸酯稀释)和EBECRYL 840(脂族聚氨酯二丙烯酸酯，分子量为1000)购自佐治亚州Smyrna的UCB Radcure Inc.的丙烯酸化聚氨酯；以商品名SARTOMER(例如SARTOMER 9635、9645、9655、963-B80、966-A80等)购自宾夕法尼亚州West Chester的Sartomer Co.的丙烯酸化聚氨酯以及以商品名UVITHANE(例如“UVITHANE 782”)购自伊利诺斯州Chicago的Morton International的丙烯酸化聚氨酯。
低聚聚氨酯丙烯酸酯可以与烯键式不饱和单体混合。优选的烯键式不饱和单体是单官能丙烯酸酯单体、二官能丙烯酸酯单体、三官能丙烯酸酯单体或它们的混合物。
烯键式不饱和单体或低聚物或者丙烯酸酯单体或低聚物，可以是单官能、双官能、三官能或四官能或甚至为更多官能的。丙烯酸酯一词包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯这两者。烯键式不饱和粘结剂前体包括含有碳、氢和氧、还可能含有氮和卤素原子的单体化合物和聚合化合物这两者。氧原子和/或氮原子或这两者一般存在于醚基、酯基、氨酯基、酰胺基和脲基中。烯键式不饱和化合物的优选分子量低于约4000，而且优选是由含有脂族单羟基或脂族多羟基的化合物与不饱和羧酸的反应制成的酯。上述的不饱和羧酸例如是丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、异巴豆酸、马来酸等。烯键式不饱和单体的代表性例子包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、二乙烯基苯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟丁酯、乙烯基甲苯、二丙烯酸乙二醇酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸己二醇酯、二丙烯酸三甘醇酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三丙烯酸甘油酯、三丙烯酸季戊四醇酯、三甲基丙烯酸季戊四醇酯、四丙烯酸季戊四醇酯和四甲基丙烯酸季戊四醇酯。其他的烯键式不饱和树脂包括羧酸的单烯丙基、多烯丙基和多甲代烯丙基酯以及酰胺，例如邻苯二甲酸二烯丙酯、己二酸二烯丙酯和N，N-二烯丙基己二酰二胺。还有其他的含氮化合物包括三(2-丙烯酰氧乙基)异氰脲酸酯、1，3，5-三(2-甲基丙烯酰氧乙基)-s-三嗪、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基-丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基-吡咯烷酮、N-乙烯基哌啶酮、以及购自Radcure Specialties的“CMD 3700”。烯键式不饱和稀释剂或单体的例子可以在美国专利No.5,236,472(Kirk等)和5,580,647(Larson等)中找到。
有关其它可能有用的粘结剂和粘结剂前体的其它信息可参见受让人的待审专利申请08/694,014(1996年8月8日提交)。该专利申请是专利申请08/557,727(Bruxvoort等于1995年11月13日提交)和美国专利4,773,920(Chasman等)的部分继续申请。
丙烯酸酯化的环氧树脂是环氧树脂的二丙烯酸酯，例如双酚A环氧树脂的二丙烯酸酯。可购买的丙烯酸化的环氧树脂的例子包括购自RadcureSpecialties的CMD 3500、CMD 3600和CMD 3700；和购自Sartomer Co.的CN103、CN104、CN111、CN112和CN114。
聚酯丙烯酸酯的例子包括购自Henkel Corporation的PHOTOMER 5007和PHOTOMER 5018。
氨基塑料树脂的每个分子或低聚物包含至少一个侧接的α-、β-不饱和羰基。这些不饱和羰基可以是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或丙烯酰胺类基团。这种材料的例子包括N-(羟甲基)-丙烯酰胺、N，N’-氧二亚甲基二丙烯酰胺、邻和对丙烯酰氨基甲基化苯酚、丙烯酰氨基甲基化可溶可熔酚醛树脂及其混合物。这些材料在美国专利No.4,903,440(Larson等)和5,236,472(Kirk等)中有进一步的描述。
具有至少一个丙烯酸酯侧基的异氰脲酸酯衍生物和具有至少一个丙烯酸酯侧基的异氰酸酯衍生物在美国专利No.4,652,274(Boettcher)中有进一步的描述。优选的异氰脲酸酯材料是三(羟乙基)异氰脲酸酯的三丙烯酸酯。
特别优选的粘结剂前体包含约30份三(羟乙基)异氰脲酸酯(TATHEIC)和约70份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)的混合物。这种混合物可以商品名“SR368D”购自Sartomer Corporation，West Chester，PA。
粘结剂前体也可包括环氧树脂。环氧树脂具有环氧乙烷环，并通过开环反应进行聚合。这种环氧树脂包括单体环氧树脂和聚合的环氧树脂。一些优选的环氧树脂例子包括2，2-二[4-(2，3-环氧丙氧基)-苯基]丙烷，它是双酚的二缩水甘油醚，以商品名EPON 828、EPON 1004和EPON 1001F购自Shell ChemicalCo.以及以商品名DER-331、DER-332和DER-334购自Dow Chemical Co.的市售材料。其他合适的环氧树脂包括脂环族环氧树脂、苯酚甲醛可溶可熔酚醛树脂的缩水甘油醚(例如购自Dow Chemical Co.的DEN-431和DEN-428)。可自由基固化的树脂与环氧树脂的混合物在美国专利No.4,751,138(Tumey等)和5,256,170(Harmer等)中有进一步的描述。
背衬材料
背衬用来为研磨涂层提供载体。在本发明中有用的背衬必须能够在粘结剂前体暴露于固化条件之后，与粘结剂粘合，而且在所述暴露之后，最好仍是柔软的，使得用于本发明方法中的制品可以与工件的表面轮廓、半径和凸凹不平部位贴合。
在许多研磨用途中，背衬需要强固耐久，使所形成的磨料制品经久耐用。另外，在一些研磨用途中，背衬需要强固性而柔软，使磨料制品可以均匀地贴合于玻璃工件。当玻璃工件具有一定形状或轮廓时，尤其是这样。背衬可以是聚合物膜、纸张、硬化纤维、经处理的非织造背衬、或经处理的布背衬，以便提供这些强度和适合性。该背衬优选为聚合物膜。聚合物膜的例子包括聚酯膜、共聚酯膜、聚酰亚胺膜、聚酰胺膜等。特别优选的背衬是在至少一个表面上有用于提高研磨涂层与背衬间粘合性的乙烯-丙烯酸共聚物底涂层的聚酯膜。
包含纸张的非织造物可以用热固性或热塑性材料浸透，来提供必需的性能。
布背衬也适用于本发明的磨料制品。这种布可以是J重量布(weightcloth)、X重量布、Y重量布或M重量布。形成这种布的纤维或纱可选自聚酯、尼龙、人造丝、棉、玻璃纤维以及它们的复合纤维。这种布可以是针织布或织造布(如粗斜纹布、斜纹布、棉缎织物)，也可以是缝合布或穿纬布。可以对原坯布进行织物处理、烧毛处理、退浆处理或任何常规的处理。优选用聚合物材料处理布，以密封布和保护布纤维。这种处理可包括一种或多种的如下处理步骤：预上浆、浸渍或上背浆。一种这样的处理包括先涂预上浆涂料，然后涂背浆涂料。或者，浸渍涂料然后上背浆。一般来说，背衬的前表面宜为较光滑的。同样，处理涂层也应使布背衬防水。处理涂层也使布背衬具有足够的强度和柔韧性。一种优选的背衬处理剂是与丙烯酸酯单体树脂混合的交联低聚聚氨酯丙烯酸酯。粘结剂化学性质相同或相似的布处理化学方法也包含在本发明的范围内。这种布处理化学方法还可加入添加剂，如填料、染料、颜料、湿润剂、偶联剂、增塑剂等。
其它处理涂层包含热固性树脂和热塑性树脂。常见和优选的热固性树脂的实例包括酚醛树脂、氨基塑料树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、烯键式不饱和树脂、丙烯酸化异氰脲酯树脂、脲-醛树脂、异氰脲酯树脂、丙烯酸化聚氨酯树脂、丙烯酸化环氧树脂、双马来酰亚胺树脂以及它们的混合物。优选热塑性树脂的实例包括聚酰胺(如尼龙)、聚酯树脂和聚氨酯树脂(包括聚氨酯-脲树脂)。一种优选的热塑性树脂是由聚酯多元醇和异氰酸酯的反应产物制得的聚氨酯。
在一些场合下，最好采用整体模塑的背衬，那是直接模塑成与复合体相邻接的背衬，而不是将复合体各自粘合到背衬(如聚酯膜)上。背衬可以在模塑出复合体之后模塑或浇注到复合体的背面，或者与复合体同时进行模塑或浇注。整体模塑的背衬可以由热固化或辐射固化的热塑性或热固性树脂模塑而成。代表性的和优选的热固性树脂的例子包括酚醛树脂、氨基塑料树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、烯键式不饱和树脂、丙烯酸化异氰脲酸酯树脂、脲醛树脂、异氰脲酸酯树脂、丙烯酸化聚氨酯树脂、丙烯酸化环氧树脂、双马来酰亚胺树脂及其混合物。优选的热塑性树脂的例子包括聚酰胺树脂(例如尼龙)、聚酯树脂和聚氨酯树脂(包括聚氨酯-脲树脂)。一种优选的热塑性树脂是由聚酯多醇与异氰酸酯的反应产物所得到的聚氨酯。
金刚石珠磨粒
本发明磨料制品的研磨涂层包含大量金刚石珠磨粒。本申请中所用的术语“金刚石珠磨粒”是指通布在约35-94％体积微孔性、非熔凝、连续金属氧化物基质中含有约6-65％体积和直径为25微米或更小的金刚石磨粒的复合磨粒。上述金属氧化物基质的努普硬度约小于1000，且含有至少一种选自氧化锆、氧化硅、氧化铝、氧化镁和氧化钛的金属氧化物。据称，金刚石珠磨粒是易碎的，因此在研磨力的作用下金属氧化物基质可以开裂或粉碎，结果产生新的暴露表面。金刚石珠磨粒记载在美国专利3,916,584(Howard等)中。
在一个优选的制造方法中，将金刚石磨粒混合入金属氧化物(或氧化物前体)的水溶胶中，然后把形成的浆料加入搅拌着的脱水液体(如2-乙基-1-己醇)。从分散的浆料中除去水，且表面张力把浆料吸引成球状复合体，然后将这种球状复合体过滤出，干燥和烧结。形成的金刚石珠磨粒一般是球状的，粒度至少为用于制造该金刚石珠磨粒的金刚石颗粒的粒度的两倍。
构成金刚石珠磨粒的各个金刚石的粒度一般约为0.5-25微米，更好约为3-15微米。上述金刚石珠磨粒的粒度一般约为5-200微米，更好约为6-100微米，最好约为6-30微米。
各个金刚石磨粒可以是天然或人造金刚石。人造金刚石颗粒可以认为是“树脂结合金刚石”、“锯片级金刚石”或“金属结合金刚石”。这些金刚石可以是块状或针状的。这些金刚石颗粒可包含表面涂层，如金属涂层(如镍、铝、铜等)、无机涂层(如二氧化硅)或有机涂层。
上述的研磨涂层一般含有约1-30％重量金刚石珠磨粒，较好含有约2-25％重量金刚石珠磨粒，更好含有约5-15％重量金刚石珠磨粒，最好含有约7-13％重量金刚石珠磨粒。
填料
本发明磨料制品的研磨涂层还可含有填料。填料是一种颗粒材料，其平均粒度通常为0.01-50微米，一般为0.1-40微米。在研磨涂层中加入填料是为了控制研磨涂层的磨耗速度。研磨过程中控制研磨涂层的磨耗速度对于获得兼顾高磨削速率、稳定的磨削速率和长的使用寿命是重要的。如果填料加入量太高，研磨涂层的磨耗速度太快，从而使研磨操作效率不高(如磨料制品有低的磨削和短的使用寿命)。相反，如果填料的加入量太少，研磨涂层的磨耗速度太慢，从而使磨粒钝化，磨削速率减慢。本发明的磨料制品的研磨涂层含有约40-60％重量填料，更好含有约45-60％重量填料，最好含有约50-60％重量的填料。
适用于本发明磨料制品的填料的实例包括：金属碳酸盐(例如碳酸钙(白垩、方解石、泥灰、石灰华、大理石和石灰石)、碳酸钙镁、碳酸钠和碳酸镁)、二氧化硅(例如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)、硅酸盐(例如滑石粉、粘土、(蒙脱土)、长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、铝硅酸钠、硅酸钠、硅酸锂和硅酸钾)、金属硫酸盐(例如硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸铝钠、硫酸铝)、石膏、蛭石、木屑、三水合铝、碳黑、金属氧化物(例如氧化钙(石灰)、氧化铝、氧化锡例如二氧化锡、二氧化钛)、金属亚硫酸盐(例如亚硫酸钙)、热塑性颗粒(聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚酯、聚乙烯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、缩醛聚合物、聚氨酯、尼龙颗粒)、热固性颗粒(例如酚醛树脂泡、酚醛树脂珠、聚氨酯泡沫颗粒)等。填料也可以是盐例如卤化物盐。卤化物盐的例子包括卤化钠、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、氯化钾和氯化镁。金属填料的例子包括锡、铅、铋、钴、锑、镉、铁、钛。其他的各种填料包括硫、有机硫化合物、石墨和金属硫化物。
为了使研磨涂层产生所需的磨耗速率，优选的填料包括偏硅酸钙、白色氧化铝、碳酸钙、二氧化硅以及它们的混合物。特别优选的填料混合物是偏硅酸钙和白色氧化铝。当需要精细的表面抛光时，宜使用粒度小的软质填料。
任选的添加剂
本发明磨料制品的研磨涂层还可以含有一些任选的添加剂，例如磨粒表面改性添加剂、偶联剂、发泡剂、纤维、抗静电剂、固化剂、悬浮剂、光敏剂、润滑剂、润湿剂、表面活性剂、颜料、染料、紫外光稳定剂和抗氧剂。可对这些材料的用量进行选择，以提供出所要求的性能。
偶联剂
偶联剂可以提供粘结剂与磨粒之间的缔合桥接。另外，偶联剂也可以提供粘结剂与填料颗粒之间的缔合桥接。偶联剂的例子包括硅烷、钛酸酯和锆铝酸酯。可以用不同的方式加入偶联剂。例如，偶联剂可以直接加入粘结剂前体中。研磨涂层可以含有大约0-30％、优选0.1-25％重量的偶联剂。另外，偶联剂也可以施加到填料颗粒的表面。在另一种方式中，在加入到磨料制品中之前，将偶联剂施加到加入磨粒的表面。磨粒可以含有大约0-3％重量的偶联剂，以磨粒和偶联剂的总重量为基准。可购买的偶联剂的例子包括购自OSI的“AI74”和“AI230”。可购买到的偶联剂的另一个例子是购自新泽西州Bayonne的Kenrich Petrochemicals的商品名为“KR-TTS”的三硬脂酰基钛酸异丙酯。
悬浮剂
悬浮剂的一个例子是表面积小于150米2/克的无定形二氧化硅颗粒，购自新泽西州Ridgefield Park的DeGussa Corp.，商品名为“OX-50”。加入悬浮剂可以降低磨粒浆料的总粘度。悬浮剂的使用在美国专利No.5,368,619中有进一步的描述。
固化剂
粘结剂前体还可以含有固化剂。固化剂是有助于引发和完成聚合或交联反应使粘结剂前体转变成粘结剂的材料。固化剂一词包括引发剂、光引发剂、催化剂和活化剂。固化剂的量和类型主要决定于粘结剂前体的化学性质。
自由基引发剂
较佳烯键式不饱和单体或低聚物的聚合是通过自由基反应机理发生的。如果能源是电子束，那么电子束会产生引发聚合的自由基。然而，即使粘结剂前体暴露于电子束，采用引发剂也属于本发明的范围。如果能源是热、紫外光或可见光，那么为了产生自由基，就可以不得不有引发剂。暴露于紫外光或热时产生自由基的引发剂的例子(即光引发剂)包括但不局限于有机过氧化物、偶氮化合物、醌、亚硝基化合物、酰基卤、腙、巯基化合物、吡喃鎓化合物、咪唑、氯三嗪、苯偶姻、苯偶姻烷基醚、二酮、苯酮及其混合物。暴露于紫外光时产生自由基的可购买的光引发剂的例子包括：购自新泽西州Hawthorne的CibaGeigy Company的商品名为“IRGACURE 651”的商品，和购自Merck的商品名为“DAROCUR 1173”的商品。暴露于可见光时产生自由基的引发剂的例子可以在美国专利No.4,735,632中找到。另一种暴露于可见光时产生自由基的光引发剂购自Ciba Geigy Company，商品名为“IRGACURE 369”。
引发剂的一般用量为0.1-10％重量，优选为0.5-2％重量，以粘结剂前体的重量为基准。
另外，优选的是，在加入任何粒料例如磨粒和/或填料颗粒之前，将引发剂分散，最好均匀分散在粘结剂前体中。
总的来说，优选的是，将粘结剂前体暴露于辐射能源，优选紫外光或可见光。在一些情形下，某些磨粒和/或某些添加剂会吸收紫外光和可见光，这就使粘结剂前体难以完全固化。对于二氧化铈磨粒和碳化硅磨粒，情况尤其如此。十分意外地发现，使用含有磷酸酯的光引发剂，尤其是含有酰基氧化膦的光引发剂，能解决这个问题。这种光引发剂的一个例子是2，4，6-三甲基苯甲酰二苯基氧化膦，以“LUCIRIN TPO”商品名购自北卡罗来纳州Charlotte的BASFCorporation。其他可购买的酰基氧化膦的例子包括DAROCUR 4263和DAROCUR4265(两者都购自Merck)、苯基二(2，4，6-三甲基苯甲酰)氧化膦光引发剂(以商品名IRGACURE 819购自Ciba Geigy Corp，Greensboro，NC)。
光敏剂
研磨涂层中还可任选地含有可以在空气中或在惰性气氛(如氮气)中影响聚合的光敏剂或光引发剂体系。这些光敏剂或光引发剂体系，包括具有羰基或叔氨基的化合物及其混合物。优选的含羰基的化合物有二苯甲酮、苯乙酮、偶苯酰、苯甲醛、邻氯代苯甲醛、咕吨酮、噻吨酮、9，10-蒽醌、和其他可以用作光敏剂的芳族酮。优选的叔胺有甲基二乙醇胺、乙基二乙醇胺、三乙醇胺、苯基甲基乙醇胺和苯甲酸二甲基氨基乙酯。总的来说，光敏剂或光引发剂的用量可以约为0.01-10％重量、更优选约为0.25-4.0％重量，以粘结剂前体的重量为基准。光敏剂的例子包括购自Biddle Sawyer Corp.的QUANTICURE ITX、QUANTICURE QT-X、QUANTICURE PTX、QUANTICURE EPD的商品。
磨料制品
本发明的磨料制品包括背衬和粘结在背衬上的三维研磨涂层。该研磨涂层包含许多成形的研磨复合体。这些研磨复合体可以是精确成形的或不规则成形的。这些研磨复合体优选是精确成形的，因为精确成形的研磨复合体更均匀一致。
现参见附图，本发明磨料制品10的一个优选的实施方式分别表示在图1和2中的俯视图和放大截面图中。磨料制品10包括背衬12和由其一个主表面支承的研磨复合体16。研磨复合体16包括许多分散在粘结剂15中的金刚石珠磨粒14。该粘结剂较好含有多官能丙烯酸酯，最好是三羟乙基异氰脲酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的混合物。研磨复合体16还含有约40-60％重量的填料(未画出)。粘结剂15通常把研磨复合体16粘结在背衬12上。任选地可将预上浆层或粘合层(tie layer)13置于研磨复合体16和背衬12之间。
研磨复合体16优选具有清晰可见的形状。首先，金刚石珠磨粒14宜不突出粘结剂15的表面。由于磨料制品10用于研磨表面，所以研磨复合体磨耗时暴露出新的金刚石珠磨粒14。
研磨复合体可以是任何形状。该形状与背衬接触的底面的截面积一般大于远离背衬的研磨复合体末端的截面积。研磨复合体的形状可选自多种几何形状，如立方形、块状、圆柱形、棱柱形、长方形、棱锥形、截头棱锥形、圆锥形、截头圆锥形、十字形、顶表面为平面的柱形。另一种形状是半球形，在PCTWO 95/22436中对其有进一步的描述。形成的磨料制品可以包含多种不同的研磨复合体形状的混合体。
研磨复合体的底面可以相互毗连，或相隔一定的距离。毗连的定义也可理解为包括相邻研磨复合体具有在它们的相对侧壁间接触和延伸的共同的研磨材料接合(land)结构或桥状结构的排列。这种磨料接合区由用于形成研磨复合体的相同磨粒浆料制成。“相邻”的研磨复合体中心是指在该研磨复合体之间所画的虚直线中没有插入的研磨复合体。
研磨复合体16的一个优选形状是图2所示的截头棱锥体。它有平顶18和向外张开的底面20。研磨复合体16的高度H优选在涂覆磨料制品16的横截面上保持不变，但也可以有不因高度的研磨复合体。研磨复合体的高度H可以约为10-1500微米，较好约为25-1000微米，更好约为100-600微米，最好约为300-500微米。
相邻研磨复合体的底面20较好被接合区22相互分离。虽然不想与任何理论相联系，但认为这种接合区22或分隔区提供了让流体介质在研磨复合体之间自由流动的条件。据认为，流体介质的这种自由流动有助于改善磨削速率、表面光洁度或提高平整度。研磨复合体的间隔可以约为0.3-100个研磨复合体/直线性厘米，较好约为0.4-20个研磨复合体/线性厘米，更好约为0.5-10个研磨复合体/线性厘米，最好约为6-7个研磨复合体/线性厘米。
在磨料制品的一个方面中，面间距(area spacing)至少为5个研磨复合体/平方厘米，较好至少为30个研磨复合体/平方厘米。在本发明的另一个实施方式中，研磨复合体的面积间距为小于1到约12000个复合体/平方厘米。
使用截头棱锥形时，底面20的长度一般约为100-2000微米。研磨复合体的侧面可以是直的或倾斜的。如果侧面是倾斜的，一般更易于从模具的空腔中取出研磨复合体16。图2中所示的角“A”由与研磨复合体16连接接合区22处底面20相交的虚垂线(即与接合区22垂直的虚线)测得。角“A”约为1-75°，较好约为2-50°，更好约为3-35°，最好约为5-15°。
在研磨过程中，磨料制品背衬12可连接到下支承垫(subpad)24或直接连接到工作台28上。下支承垫24优选用聚合物材料(如聚碳酸酯)制成。任选地将可压缩垫26置于下支承垫24和工作台28之间，以便在研磨过程中为磨料制品提供缓冲作用。可压缩垫可以是聚氨酯泡沫材料、橡胶、弹性体、橡胶泡沫材料等。磨料制品背衬12较好用压敏粘合剂(未画出)粘接到下支承垫24或工作台28上。
现参见图3和4，本发明磨料制品10’的另一个优选实施方式分别表示在图3和4中的俯视图和放大截面图中。如图4所示，本实施方式中的研磨复合体16’是半球形的。磨料制品10’具有一个主表面上用热塑性树脂预上浆涂层13’密封的织造聚酯背衬12’。在该固化的预上浆涂层13’上，通过一个筛子(未画出)施加含有磨粒和粘结剂前体的浆料。半球形研磨复合体16’的大小和形状可以变化，并可随机或均匀分布在预上浆涂层13’上。从图3的俯视图，半球形研磨复合体16’看来是圆形，并具有相同的直径。
不管各个研磨复合体的形状如何，较好约20-90％，更好约40-70％，最好约50-60％的背衬表面积被研磨复合体覆盖。另外，精确成形的研磨复合体底面确定的表面积不比其顶表面积区大50％，更好不比其大25％，最好不比其大15％。
包含精确成形的研磨复合体的磨料制品的制造方法
制造磨料制品的第一步是制备磨粒浆料。用任何合适的混合技术将粘结剂前体、金刚石珠磨粒、填料和所需的任选添加剂混合在一起制成磨粒浆料。混合技术的例子包括低剪切和高剪切混合，优选采用高剪切混合。超声能也可以结合混合步骤一同使用，降低磨粒浆料的粘度。金刚石珠磨粒一般逐渐加入粘结剂前体内。在加入填料前较好在粘结剂前体中加入表面活性剂。合适的表面活性剂是以商品名“ZYPHRUM PD 9000”购自ICI Americas，Willmington，DE的阴离子聚酯表面活性剂。磨粒浆料优选为粘结剂前体、磨粒、填料和可选添加剂的均匀混合物。如果需要，也可以加入水和/或溶剂，降低粘度。磨粒浆料内气泡的量可以在混合步骤期间或之后通过抽真空降到最少。在一些情形下，优选将磨粒浆料加热，通常约30-70℃，来降低粘度。重要的是在涂布之前监控好磨粒浆料，保证它具有使涂布良好进行的流变性，而且保证涂布之前其中的磨粒和其他填料不会沉淀。
为了获得精确成形的研磨涂层，在磨粒浆料还在模具的空腔内时基本上将粘结剂前体凝固或固化。或者，在基本上固化之前从粘结剂前体上取走模具，以产生下陷、在某种程度上不规则成形的侧壁。
包含精确成形的研磨复合体的磨料制品的优选制造方法使用包含许多空腔的模具。这些空腔基本上是所需研磨复合体的反转形状，且用于产生研磨复合体的形状。单位面积的空腔数目决定着磨料制品具有相应研磨复合体数目/单位面积。这些空腔可以具有任何几何形状，例如圆柱形、圆顶形、棱锥形、长方体、截头棱锥形、棱柱形、立方形、圆锥形、截头圆锥形、或顶表面截面为三角形、正方形、圆形、矩形、六角形、八角形等的任何形体。空腔的尺寸应选择来得到所需的研磨复合体数目/单位面积。空腔的分布可以呈现为点状图案，相邻空腔之间可以有一定距离或者可以彼此搭接。
磨粒浆料可以用任何常规技术涂入模具的空腔，例如用口模式涂布、真空口模涂布、喷涂、辊涂、转移涂布、刮涂等。如果模具含有平顶或侧壁较直的空腔，那么优选在涂布时采用真空，使夹带的空气尽量少。
模具可以是带、片、连续片或卷材、涂布辊例如轮转凹辊、安装在涂布辊上的套筒或模子。模具可以由金属(包括镀镍的表面)、金属合金、陶瓷或塑料制成。关于模具及其生产方法、材料等的进一步资料可以在美国专利No.5,152,917(Pieper等)和5,435,816(Spurgeon等)中找到。一种优选的模具是用金属母模压花出的热塑性模具。
当磨粒浆料含有热固性粘结剂前体时，粘结剂前体必须固化或聚合。通常一暴露于一种能源就引发聚合过程。总的来说，所需能量取决于几个因素，例如粘结剂前体化学性质、磨粒浆料的体积、磨粒的量和类型、填料的量和类型以及任选添加剂的量和类型。较好采用辐射能作为能源。合适辐射能源包括电子束、紫外光或可见光。可以使用的电子束辐射能量约为0.1-10兆拉德。紫外辐射是指波长约为200-400纳米，较好约为250-400纳米的非粒子辐射。辐射源的优选输出功率为118-236瓦/厘米。可见光辐射是指波长约为400-800纳米，较好约为400-550纳米的非粒子辐射。
涂覆模具后，用任何合适的方法使背衬与磨粒浆料接触，使磨粒浆料湿润背衬的前表面。然后例如用接触夹辊使磨粒浆料与背衬接触。然后用能源使某种形式的能量(如上述的能量)透射过磨粒浆料，至少使粘结剂前体部分固化。模具例如可以是能在光辐射透射过模腔中所含磨粒浆料的透明材料(如聚酯、聚乙烯或聚丙烯)。“部分固化”一词是指将粘结剂前体聚合到从模具中取出磨粒浆料时它不会流动的状态。如果没有完全固化，可以在从模具中取出粘结剂前体后用任何能源将其完全固化。按照这种优选方法用模具制造磨料制品的其他细节在美国专利No.5,152,917(Pieper等)和No.5,435,816(Spurgeon等)中有进一步的描述。
在第一种方法的另一个变化形式中，可以将磨粒浆料涂覆在背衬上，而不是涂覆在模具的空腔内。然后使涂覆了磨粒浆料的背衬与模具接触，使磨粒浆料流入模具的空腔。制造磨料制品的其它步骤与上述相同。对于这种方法，最好用辐射能固化粘结剂前体。辐射能可以透射过背衬和/或模具。如果辐射能透过背衬或模具，该背衬和模具不应显著地吸收辐射能。另外，辐射能源不应显著地降解背衬和模具。例如，紫外光可以透过聚酯膜背衬。
或者，如果该模具用一些热塑性材料制成，紫外光或可见光可透过模具进入磨粒浆料。上述的热塑性材料例如是聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚氯乙烯或它们的混合物。在某些情况下，优选在热塑性模具中加入紫外光稳定剂和/或抗氧剂。对于热塑性模具来说，应将制造磨料制品的操作条件设定至不产生过量的热量。如果产生过量的热量，会使热塑性模具变形或熔化。
在某些情况下，本发明的磨料制品优选具有整体模塑的背衬，即研磨复合体直接粘合到树脂背衬上，方法是将该背衬趁复合体尚位于模具空腔内时浇注或模塑到复合体上。优选在研磨复合体的粘结剂前体完全固化之前将背衬模塑上去，在复合体与背衬之间形成较好的粘合。也宜在背衬浇注上去之前，在复合体表面上涂一层底漆即增粘剂，以保证其与背衬的适当粘合。
背衬可以用与复合体相同的树脂进行浇注或模塑，或可以由不同的材料进行浇注。尤其有用的背衬树脂的例子包括聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯酸酯和丙烯酸化聚氨酯。背衬内不宜包含磨粒，因为在背衬中的颗粒通常不能用于研磨的目的。然而，填料、纤维或其他添加剂可以加入到背衬中。可以将纤维加入到背衬中，提高背衬与研磨复合体之间的附着力。用于本发明背衬中的纤维的例子包括由硅酸盐、金属、玻璃、碳、陶瓷和有机材料制成的纤维。用于背衬中的优选纤维是硅酸钙纤维、钢制纤维、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维和高模量有机纤维。
在某些用途中，可能需要耐久性和耐撕扯性更强的背衬。通过在整体模塑的背衬内夹入稀疏布等材料可以制得这样的背衬。在模塑背衬期间，可以在已经填充树脂(但未固化)的空腔上面铺设稀疏布或其他材料，然后在稀疏布上面施加另一层树脂；或者可以在未固化的模塑背衬上铺设稀疏布或其他材料。任何稀疏布或附加的背衬材料都应具有足够的孔隙，使背衬树脂可渗透和浸没该材料。
有用的稀疏布通常是轻质的稀织的粗织物。合适的材料还包括金属或金属丝网、织物例如棉、聚酯、人造丝、玻璃布、或其他增强材料例如纤维。稀疏布或增强材料可以先进行预处理，提高树脂与稀疏布的粘合力。
制成磨料制品后，可以在使用前对其进行弯曲和/或加湿，然后转化成合适的形式和/或形状。
包含非精确成形的研磨复合体的磨料制品的制造方法
第二种制造磨料制品的方法涉及研磨复合体非精确成形或不规则成形的方法。在该方法中，从模具中取出磨粒浆料后，马上将其暴露在能源中。第一步是用任何常规的技术(如锻模涂布机、辊式涂布机、刮涂机、幕式涂布机、真空口模式涂布机或口模式涂布机)将磨粒浆料涂布在背衬的前表面上。如有需要，可以在涂布前将磨粒浆料加热和/或对其施加超声，以降低其粘度。然后，使磨粒浆料/背衬复合物与模具接触。模具可以与上述的模具相同。模具包含许多空腔，磨粒浆料流入这些空腔中。从模具中取出磨粒浆料时，磨粒浆料会形成与模具相关的形状。研磨复合体的形状由模具中的空腔形成。取出后，将涂覆了磨粒浆料的背衬暴露在能源中，以引发粘结剂前体的聚合，从而形成研磨复合体。从模具中取出涂覆了磨粒浆料的背衬到粘结剂前体固化的时间一般宜较短。如果这种时间太长，磨粒浆料会流动，研磨复合体的形状会变形到其形状基本上消失的程度。
在第二种方法的另一种变化方式中，可以将磨粒浆料涂覆在模具的空腔中，而不是涂覆在背衬上。然后将背衬与模具接触，使磨粒浆料湿润和粘接到背衬上。在这种方式中，模具例如是轮转凹辊。制造磨料制品的其余步骤与上述相同。
另一种变化方式是通过筛子喷涂或涂布磨粒浆料形成形状。然后将粘结剂前体固化或凝固成研磨复合体。
另一种制造研磨涂层有图形或表面结构的磨料制品的技术是提供压花的背衬，然后把磨粒浆料涂覆在背衬上。研磨涂层按照压花背衬的轮廓，产生图形或表面结构涂层。
还有一种制造磨料制品的方法记载在美国专利5,219,462中。将磨粒浆料涂覆在压花背衬的凹陷中。该磨粒浆料含有磨粒、粘结剂前体和发泡剂。将形成的结构暴露在发泡剂使磨粒浆料发泡在背衬前表面的条件下。然后将粘结剂前体固化形成粘结剂，并将磨粒浆料转化为研磨复合体。
视所需的用途而异，可将这种磨料制品转变成任何所需的形状或形式。这种转变可以用切割、模切或任何合适的方法进行。
玻璃或玻璃陶瓷工件的研磨方法
用本发明的磨料制品研磨玻璃或玻璃陶瓷工件的优选方法是使用液体润滑剂的“湿”磨法。润滑剂有如下几个优点。例如，在润滑剂存在下进行研磨可以防止研磨过程中热量聚集，并能从磨料制品和工件之间的界面上清除磨屑。“磨屑”一词用来表示被磨料制品磨削掉的实际碎片。在某些情况下，磨屑可损坏研磨工件的表面。因此，需从界面土除去磨屑。在润滑剂存在下进行研磨还可在工件表面上产生更精细的光洁度。
合适的润滑剂包括含有如下一种或多种成分的水基溶液：胺、矿物油、煤油、石油溶剂油(mineral spirit)、油的水溶性乳液、聚氮丙啶、乙二醇、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、丙二醇、胺-硼酸盐、硼酸、胺-羧酸盐、松油、吲哚类、硫代胺盐、酰胺、六氢-1，3，5-三乙基三嗪、羧酸、2-巯基苯并噻唑钠、异丙醇胺、三亚乙基二胺四乙酸、丙二醇甲醚、苯并三唑、1-氧化-2-吡啶硫酚钠、己二醇。润滑剂也可包含防腐蚀剂、真菌抑制剂、稳定剂、表面活性剂和/或乳化剂。
市售的润滑剂的实例包括已知商品名为BUFF-O-MINT(购自AmeratronProducts)、CHALLENGE 300HT或605HT(购自Intersurface Dynamics)、CIMTECHGL2015、CIMTECH CX-417和CIMTECH 100(CIMTECH均购自CincinnatiMilacron)、DIAMOND KOOL或HEAVY DUTY(购自Rhodes)、K-40(购自LOHOptical)、QUAKER 101(购自Quaker State)、SYNTILO 9930(购自CastrolIndustrial)、TIM HM(购自Master Chemical)、LONG-LIFE 20/20(购自NCHCorp)、BLASECUT 883(购自Blaser Swisslube)、ICF-31NF(购自Du Bois)、SPECTRA-COOL(购自Salem)、SURCOOL K-11(购自Texas Ntal)、AFG-T(购自Noritake)、SAFETY-COOL 130(购自Castrol Industrial)和RUSTLICK(购自Devoon)的润滑剂。
用于研磨玻璃或玻璃陶瓷工件的一种优选润滑剂包含3％重量Cimtech100(购自Cincinnati Milicron)和97％重量水和甘油的80/20％重量混合物。另一种优选的润滑剂是K-40的4％重量水溶液(K-40含有肥皂/表面活性剂和矿物油，且购自LOH Optical)。
在研磨过程中，磨料制品与工件表面作相对运动，并在适当的压力下压向工件表面。上述的压力较好约为0.35-7.0克/毫米2，更好约为0.7-3.5克/毫米2，最好约为2.8克/毫米2。如果压力太高，则磨料制品则磨损过快。相反，如果压力太低，磨料制品没有适当高的磨削速率。
如上所述，在研磨过程中工件和/或磨料制品作相对运动。这种运动可以是旋转运动、随机运动、或直线运动。通过把磨盘连接在旋转机床上可产生旋转运动。工件和磨料制品可以沿相同的方向旋转，也可以沿相反的方向旋转，但是如果沿相同的方向旋转，就应以不同的转速进行旋转。在一个优选的方法中，将玻璃陶瓷圆盘固定在夹持器中，然后让该夹持器从相隔一定距离的基本上平行旋转的磨料制品之间通过。当玻璃陶瓷盘从磨料制品间通过时，旋转着的磨料制品同时研磨该玻璃陶瓷盘的两个主表面。任选地，该玻璃陶瓷盘夹持器可以让该盘相对于磨料制品作旋转运动。
对于磨床机器，运转速度可以高达约4000转/分钟，优选约25-2000转/分钟，更优选约50-1000转/分钟。随机轨道运动可以通过一个随机轨道机床产生，直线运动可以通过连续研磨带产生。工件与磨料制品之间的相对运动也可能取决于工件的尺寸。如果工件尺寸较大，研磨时宜让磨料制品运动，而工件保持静止不动。
在许多情形下，磨料制品用连接件(如压敏粘合剂)粘合到一个聚碳酸酯下支承垫上。然后用连接件(如压敏粘合剂)把下支承垫粘结在工作台上。任选地在下支承垫和工作台之间夹入一个可压缩垫。可压缩垫一般用可压缩材料制成，如聚氨酯泡沫材料、橡胶、弹性体、橡胶泡沫材料等。或者可用连接件将磨料制品直接粘结到工作台上。
任选地，磨料制品的表面和支承垫(如下支承垫、可压缩垫)可以是不连续的，以提供润滑剂在磨料制品与工件之间流动的通道。
下支承垫可以具有所需的形状，例如圆形、矩形、正方形、椭圆形等。下支承垫的尺寸(最长尺寸)约为5厘米-1500厘米。
连接件
磨料制品可以用连接件固定到下支承垫或工作台上。上述的连接件可以是压敏型粘合剂、钩圈连接件、机械连接件或永久性粘合剂。连接件应当使磨料制品牢固地固定在下支承垫或工作台上。
用于本发明的压敏型粘合剂的代表性例子包括乳胶绉片、松香、丙烯酸类聚合物和共聚物(如聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸酯)、聚乙烯基醚(如聚乙烯基正丁基醚)、醇酸粘合剂、橡胶粘合剂(如天然橡胶、合成橡胶、氯化橡胶)及其混合物。压敏粘合剂可以在无水或无有机溶剂的条件下进行涂覆。在某些情况下，优选使用没有非极性有机溶剂时涂布的橡胶基压敏粘合剂。压敏粘合剂可也可以是转移带。
另外，磨料制品也可以含有钩的圈型连接体系，用来将磨料制品固定到下支承垫或工作台上。圈织物可以位于涂覆磨料制品的背面上，钩位于下支承垫上。另外，钩也可以位于涂覆磨料制品背面上，圈位于下支承垫或工作台上。这种钩圈型的连接体系在美国专利No.4,609,581、5,254,194、5,505,747和PCT WO 95/19242中有进一步的描述。
实施例
下面的试验步骤和非限制性实施例将进一步说明本发明。除非另有说明，实施例中所有的份数、百分数、比例等都按重量计。
在实施例中使用如下的缩写名称：
材料的说明
在实施例中，都使用下面的材料缩写名称。APS      一种阴离子聚酯表面活性剂，商品名为“ZYPHRUM PD9000”，购自
     特拉华州Wilmington的ICI Americas Inc.；OX-50    表面积为50米2/克的二氧化硅悬浮剂，以商品名“OX-50”购自
     DeGussa Corporation，Dublin，OH；CS       偏硅酸钙填料，以商品名“NYAD 400 WOLLASTONITE”购自NYCO，
     Willsboro，NY；IRG819  苯基二(2，4，6-三甲基苯甲酰)氧化膦光引发剂，以商品名
     ″IRGACURE 819″购自Ciba Geigy Corp，Greensboro，NC；SR368D    丙烯酸酯共混料，以商品名“SR368D”购自Sartomer Company，West
      Chester，PA；PWA15    白色氧化铝填料，以商品名“PWA 15”购自Fujimi Corporation，
     Elmhurst，IL；DIA      10-20微米的工业用金刚石颗粒，以商品名“RB DIAMOND”购自
     Warren Diamond Powder Co.，Inc.，Olyphant，PA。
试验步骤1(Strasbaugh试验)
试验机是改进的Strasbaugh单面研磨机(购自R.Howard Strasbaugh，Inc.of Long Beach，CA)。将用0.5毫米厚聚碳酸酯制成的下支承垫层合到2.3毫米厚的聚氨酯泡沫材料上，然后用压敏粘合剂粘合到钢制抛光机的工作台上。用压敏粘合剂把30.5厘米的研磨垫粘合到下支承垫上。工件是外径为84毫米，内径为25毫米和厚度为0.99毫米的二氧化钛铝硅酸盐(titania aluminosilicate)玻璃陶瓷。工件夹持器使用装上弹簧的Delrin环(内径为85毫米)用于在研磨过程中紧紧夹住玻璃盘。将直径为84毫米的DF200承载垫(购自Rodel of Newark，NJ)安装在工件夹持器的钢制支承板上。然后把与研磨表面相反的玻璃圆盘表面放在已用水湿润的承载垫上。没有施加力的情况下，Delrin环的表面比玻璃圆盘的表面高约0.64毫米。然后让工件夹持器与研磨垫接触，使Delrin环缩进，这样玻璃圆盘与研磨垫直接接触。施加足够的力，使玻璃圆盘上受到压力约达564克/厘米2。玻璃圆盘中心与研磨垫中心偏离约70毫米。从顶部来看，使研磨垫以约150转/分钟的速度顺时针方向旋转。同时使工件夹持器以50转/分钟的速度顺时针方向旋转。将润滑剂直接滴在研磨垫上，流速约为80毫升/分钟。使圆盘在研磨垫上以约25毫米的距离摆动。一次摆动时间约为15秒钟。为了对研磨垫进行预处理，以564克/厘米2的压力对玻璃圆盘研磨15分钟。然后在工件夹持器中插入一片表面光洁度约为0.30 um Ra(用购自Mahr Corp.of Cincinnati，OH的model Perthometer M4Pi测量，针尖半径为5微米)的试验圆盘，然后以约282克/厘米2的压力研磨三个循环，每个循环为5分钟。将一个初始光洁度为0.30 um Ra的新试验圆盘用于另三个循环。在每个循环前后对玻璃圆盘进行称重，以确定总的磨削量，以克计。使用密度为2.78克/厘米3和圆盘面积为50.51平方厘米的圆盘时，将磨削量换算成微米/分钟(μm/min)。
制备金刚石珠磨粒
以825-1350转/分钟的速度用锯齿状高剪切混合机(桨片直径为3英寸)将200克Ludox LS二氧化硅胶态分散体(购自Dupont Co.Wilmington，DE)、0.6克AY-50表面活性剂(购自American Cyanamid，Wayne，NJ)和30克DIA的浆料混合30分钟。在一个容器中加入约4.75加仑2-乙基己醇和20克AY-50表面活性剂。然后在连续搅拌下把上述的浆料加入到2-乙基己醇中。将该混合物搅拌30分钟。然后过滤掉了2-乙基己醇，用丙酮洗涤产生的珠。在550℃将这些珠干燥后，进行筛分。在本发明中，珠的直径小于37微米。
实施例1和对比例A和B的制备步骤
                           表2.
                实施例1和对比例A和B的配方
    组分    对比例A    实施例1    对比例B
    SR368DOX-50IRG819APSCSPWA15IDA，15u金刚石珠     37.110.760.380.724.1529.47.5     37.110.760.380.724.1527.99     55.331.040.570.6514.5616.810.84
模具
模具的制造方法是在一个浇铸面有许多相邻截头棱锥体的金属母模上浇铸聚丙烯。该金属母模用金刚石车刀切削方法制成。形成的聚合物模具上有截头四面锥形空腔。每个截头四棱锥的高度约为356微米(14密耳)，每个侧面的底边约为1427微米(56密耳)，顶边约为1334微米(52.5密耳)。相邻截头棱锥底边之间的距离约为445微米。
用上述模具由表2所示的磨粒浆料配方制备实施例1和对比例A和B。先用所需的磨粒浆料填充模具的空腔。然后用橡胶挤压辊将一张涂有乙烯-丙烯酸底涂层的0.127毫米(5密耳)厚的聚酯膜层合在填充了磨粒浆料的模具上。连续使用两盏400瓦/英寸的中压汞灯固化磨粒浆料中的粘结剂前体。以0.178米/秒(35英尺/分钟)的速度使膜/模具层合件在上述紫外灯下通过两次。然后从模具中分离出粘结有结构研磨涂层的薄膜背衬。然后用试验方法1(Strasbaugh试验)测试结构磨料制品，结果记录在表3中。
实施例3
                 Strasbaugh试验结果循环  使用润滑剂的对  使用润滑剂的实  使用水的实施  使用润滑剂的对
     比例A(微米/分   施例1(微米/分   例1(微米/分   比例B(微米/分
         钟)              钟)            钟)            钟)
1       0.99             2.26            0.83          1.96
2       0.49             2.16            0.23          1.52
3       0.32             2.09            0.13          1.29
4       0.71             2.24            0.24          1.43
5       0.31             2.02            0.1           1.12
6       0.18             1.88            0.09          1.02
注：所用的润滑剂包含3％重量Cimtech 100(购自Cincinnati Milicron)和97％重量水和甘油的80/20％重量混合物。
表3的结果表明使用润滑剂的实施例1对试样有最高和最均匀的磨削速率。当用水代替润滑剂，用金刚石颗粒代替金刚石珠磨粒(对比例A)或减少填料量时(对比例B)时，性能降低。

Claims (39)

1.一种适用于研磨玻璃和玻璃陶瓷工件的磨料制品，该磨料制品包括：
背衬；和
至少一层粘接到所述背衬表面的三维研磨涂层，所述的研磨涂层包含由分散入许多金刚石珠磨粒和填料的固化粘结剂前体形成的粘结剂，所述的填料占研磨涂层的40-60％重量。
2.如权利要求1所述的磨料制品，其特征在于所述金刚石珠磨粒的平均粒度为6-100微米。
3.如权利要求1所述的磨料制品，其特征在于所述的填料选自偏硅酸钙、白色氧化铝、碳酸钙、二氧化硅和它们的混合物。
4.如权利要求1所述的磨料制品，其特征在于所述的填料是偏硅酸钙和白色氧化铝。
5.如权利要求1所述的磨料制品，其特征在于所述的填料占研磨涂层的50-60％重量。
6.如权利要求1所述的磨料制品，其特征在于所述的背衬是选自聚酯膜、共聚酯膜、聚酰亚胺膜和聚酰胺膜的聚合物膜。
7.如权利要求6所述的磨料制品，其特征在于所述的背衬是有乙烯-丙烯酸共聚物粘合层的聚酯膜。
8.如权利要求1所述的磨料制品，其特征在于所述的背衬和研磨涂层是整体模塑的。
9.如权利要求8所述的磨料制品，其特征在于所述整体模塑的背衬包含聚氨酯。
10.如权利要求1所述的磨料制品，其特征在于所述的粘结剂包含选自单官能丙烯酸酯单体、二官能丙烯酸酯单体、三官能丙烯酸酯单体及其混合物的固化粘结剂前体。
11.如权利要求1所述的磨料制品，其特征在于所述的粘结剂包括含有三羟乙基异氰脲酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的混合物的固化粘结剂前体。
12.如权利要求1所述的磨料制品，其特征在于所述的三维研磨涂层包括许多精确成形的研磨复合体。
13.如权利要求12所述的磨料制品，其特征在于所述精确成形的研磨复合体的形状选自立方形、块状、圆柱形、棱柱形、棱锥形、截头棱锥形、圆锥形、截头圆锥形、十字形、顶表面为平面的柱形和半球形。
14.如权利要求12所述的磨料制品，其特征在于所述精确成形的研磨复合体是截头棱锥形。
15.如权利要求14所述的磨料制品，其特征在于所述的截头棱锥形复合体具有确定底表面积的底表面和确定顶表面积的顶表面，所述的底表面积不比顶表面积大15％。
16.如权利要求1所述的磨料制品，其特征在于所述的金刚石珠磨粒约含有6-65％体积的金刚石颗粒，所述的金刚石颗粒遍布在约35-94％体积微孔、非熔凝的连续金属氧化物基质中。
17.如权利要求16所述的磨料制品，其特征在于所述的金属氧化物基质的努普硬度值小于1000，且含有至少一种选自氧化锆、氧化硅、氧化铝、氧化镁和氧化钛的金属氧化物。
18.如权利要求17所述的磨料制品，其特征在于所述的金属氧化物基质是氧化硅。
19.一种研磨玻璃或玻璃陶瓷工件的方法，它包括如下步骤：
(a)使玻璃或玻璃陶瓷工件与磨料制品的研磨涂层接触，所述的磨料制品包含：
背衬；和
至少一层粘接到所述背衬表面的三维研磨涂层，所述的研磨涂层包含由分散入许多金刚石珠磨粒和填料的固化粘结剂前体形成的粘结剂，所述的填料约占研磨涂层的40-60％重量；
(b)把润滑剂加到所述工件与磨料制品之间的界面上；和
(c)使所述工件与磨料制品作相对运动，使所述的研磨涂层研磨所述的工件。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于所述的润滑剂包含水和至少一种添加剂的混合物，所述的添加剂选自胺、矿物油、煤油、石油溶剂油、水溶性油乳液、聚氮丙啶、乙二醇、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、丙二醇、胺-硼酸盐、硼酸、胺-羧酸盐、松油、吲哚类、硫代胺盐、酰胺、六氢-1，3，5-三乙基三嗪、羧酸、2-巯基苯并噻唑钠、异丙醇胺、三亚乙基二胺四乙酸、丙二醇甲醚、苯并三唑、1-氧化-2-吡啶硫酚钠、己二醇以及它们的混合物。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于所述的润滑剂在水中含有约20％重量甘油。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于所述的玻璃陶瓷工件是储存盘基片。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于所述金刚石珠磨粒的平均粒度约为6-100微米。
24.如权利要求19所述的方法，其特征在于所述的填料选自偏硅酸钙、白色氧化铝、碳酸钙、二氧化硅和它们的混合物。
25.如权利要求19所述的方法，其特征在于所述的填料是偏硅酸钙和白色氧化铝。
26.如权利要求19所述的方法，其特征在于所述的填料约占研磨涂层的50-60％重量。
27.如权利要求19所述的方法，其特征在于所述的背衬是选自聚酯膜、共聚酯膜、聚酰亚胺膜和聚酰胺膜的聚合物膜。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述的背衬是有乙烯-丙烯酸共聚物粘合层的聚酯膜。
29.如权利要求19所述的方法，其特征在于所述的背衬和研磨涂层是整体模塑的。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于所述整体模塑的背衬包含聚氨酯。
31.如权利要求19所述的方法，其特征在于所述的粘结剂包含选自单官能丙烯酸酯单体、二官能丙烯酸酯单体、三官能丙烯酸酯单体及其混合物的固化粘结剂前体。
32.如权利要求19所述的方法，其特征在于所述的粘结剂包括含有三羟乙基异氰脲酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的混合物的固化粘结剂前体。
33.如权利要求19所述的方法，其特征在于所述的三维研磨涂层包括许多精确成形的研磨复合体。
34.如权利要求33所述的方法，其特征在于所述精确成形的研磨复合体的形状选自立方形、块状、圆柱形、棱柱形、长方体、棱锥形、截头棱锥形、圆锥形、截头圆锥形、十字形、顶表面为平面的柱形和半球形。
35.如权利要求33所述的方法，其特征在于所述精确成形的研磨复合体是截头棱锥形。
36.如权利要求35所述的方法，其特征在于所述的截头棱锥形复合体具有确定底表面积的底表面和确定顶表面积的顶表面，所述的底表面积不比顶表面积大15％。
37.如权利要求19所述的方法，其特征在于所述的金刚石珠磨粒约含有6-65％体积的金刚石颗粒，所述的金刚石颗粒遍布在约35-94％体积微孔、非熔凝的连续金属氧化物基质中。
38.如权利要求37所述的方法，其特征在于所述的金属氧化物基质的努普硬度值小于1000，且含有至少一种选自氧化锆、氧化硅、氧化铝、氧化镁和氧化钛的金属氧化物。
39.如权利要求38所述的方法，其特征在于所述的金属氧化物基质是氧化硅。
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