BRPI0809009A2

BRPI0809009A2 - Artigo abrasivo ligado e método de fabricação

Info

Publication number: BRPI0809009A2
Application number: BRPI0809009-2A
Authority: BR
Inventors: Gilles Querel; Paul S Dando; Cecile Jousseaume; Richard W Hall
Original assignee: Saint Gobain Abrasives Inc; Saint Gobain Abrasifs Sa
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2014-09-16
Also published as: JP5781271B2; MX2009009844A; JP2010521326A; CN105666348A; EP2505312A1; KR101391266B1; CA2680713C; WO2008112899A2; KR101233129B1; WO2008112899A3; US20080222967A1; CA2680713A1; BRPI0809009B1; MX354090B; EP2505312B1; EP2132003B1; KR20120098903A; US8043393B2; CN101678534A; EP2132003A2

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ARTIGO ABRASIVO LIGADO E MÉTODO DE FABRICAÇÃO".

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a artigos abrasivos ligados e, par5 ticularmente dirigida a artigos abrasivos ligados que têm uma matriz de ligação cristalina.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

De um modo geral, os abrasivos são usados em várias operações de usinagem, variando de um fino polimento à remoção e corte de ma10 terial bruto. Por exemplo, abrasivos livres compostos de partículas soltas são usados em suspensões para aplicações de polimento, como por exemplo, o polimento químico mecânico (CMP) na indústria de semicondutores. Alternativamente, os abrasivos podem ser na forma de artigos abrasivos fixos, como por exemplo, abrasivos ligados e revestidos que podem incluir dispositi15 vos como por exemplo rebolos, correias, rolos, discos e outros semelhantes.

De um modo geral, os abrasivos fixos diferem dos abrasivos livres por os abrasivos fixos usarem grãos abrasivos ou areia no interior de uma matriz de material que fixa a posição dos grãos abrasivos em relação uns aos outros. Areias abrasivas fixas comuns podem incluir alumina, carbo20 neto de silício, vários minerais, como por exemplo, granada, bem como superabrasivos, como diamante e nitreto de boro cúbico (cBN). Com particular referência a artigos abrasivos ligados, as areias abrasivas são fixas em relação umas às outras em um material ligado. Embora possam ser usados muitos materiais de ligação diferentes, os materiais de ligação vitrificados, como 25 por exemplo, materiais de vidro de fase amorfa são comuns. No entanto, as propriedades de desempenho de abrasivos ligados convencionais tais como, por exemplo, óxido de alumínio, carboneto de silício, diamante e nitreto de boro cúbico tendo ligações vitrificadas são limitados pela natureza da ligação e a composição dos grãos abrasivos. Particularmente, a ligação entre a ma30 triz de ligação e os grãos abrasivos pode ser insuficiente de tal modo que durante o esmerilhamento os grãos abrasivos são facilmente removidos da matriz de ligação, reduzindo a eficácia do processo de esmerilhamento ou de polimento.

A indústria continua a necessitar de abrasivos ligados com propriedades melhoradas. As propriedades de interesse incluem estabilidade mecânica, resistência, tempo de vida útil e desempenho de esmerilhamento melhorado.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

De acordo com um primeiro aspecto, é proporcionado um artigo abrasivo ligado que inclui grãos abrasivos incluindo nitreto de boro cúbico (cBN) em uma matriz de ligação. A matriz de ligação inclui uma fase de ce10 râmica policristalina. O abrasivo ligado tem uma porosidade não inferior a cerca de 5,0% em volume e um módulo de ruptura (MOR) não inferior a cerca de 40 MPa.

De acordo com um segundo aspecto, é proporcionado um abrasivo ligado que inclui grãos abrasivos incluindo nitreto de boro cúbico (cBN) em uma matriz ligada que inclui uma fase de cerâmica policristalina. O abrasivo ligado tem uma porosidade não inferior a cerca de 20% em volume e um módulo de ruptura (MOR) não inferior a cerca de 30 MPa.

De acordo com outro aspecto, é proporcionado um método que inclui proporcionar um pó de vidro, e combinar o pó de vidro com grãos a20 brasivos que incluem nitreto de boro cúbico para formar uma mistura. O método inclui ainda formar a mistura para formar um artigo inacabado e sinterizar o artigo inacabado a uma temperatura não inferior a cerca de 1200°C para formar um abrasivo ligado compreendendo grãos abrasivos no interior de uma matriz de ligação. A matriz de ligação inclui não menos de cerca de 25 50% em volume de uma fase de cerâmica policristalina.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A presente descrição pode ser melhor entendida, e suas inúmeras características e vantagens podem se tornar mais evidentes aos versados na técnica por meio de referência aos desenhos associados.

A Figura 1 é um fluxograma que ilustra um processo para formar

um artigo abrasivo ligado de acordo com uma modalidade.

As Figuras 2a-2b são duas imagens de micrografia que ilustram porções de um artigo abrasivo ligado de acordo com uma modalidade.

As Figura 3a-3e são cinco imagens de micrografia que ilustram porções de artigos abrasivos ligados, cada uma das porções ilustradas são tomadas de artigos abrasivos ligados queimados a temperaturas diferentes.

A Figura 4 é um gráfico que ilustra propriedades de um abrasivo

ligado como uma função da temperatura de queima de acordo com uma modalidade.

A Figura 5 é um gráfico que ilustra o módulo de elasticidade (MOE) de artigos abrasivos ligados formados de acordo com modalidades aqui descritas.

A Figura 6 é um gráfico que ilustra o módulo de ruptura (MOR) de artigos abrasivos ligados formados de acordo com modalidades aqui descritas.

A Figura 7 é um gráfico que ilustra a dureza de artigos abrasivos ligados formados de acordo com modalidades aqui descritas.

A Figura 8 é um gráfico que ilustra o desgaste de artigos abrasivos ligados formados de acordo com modalidades aqui descritas.

O uso dos mesmos símbolos de referência em desenhos diferentes indica itens similares ou idênticos.

DESCRIÇÃO DA(S) MODALIDADE(S)

Com referência à Figura 1, é proporcionado um fluxograma que ilustra um processo através do qual é formado um abrasivo ligado de acordo com uma modalidade. O processo é iniciado na etapa 101 proporcionando um pó de vidro. O pó é em geral vítreo (amorfo), de tal modo que não menos 25 de cerca de 80% em volume do vidro é fase amorfa. De acordo com uma modalidade particular, o pó de vidro pode incluir um teor maior de fase amorfa, como por exemplo, não inferior a cerca de 90% em volume, ou mesmo não inferior a cerca de 95% em volume de fase amorfa. De um modo geral, a formação de um pó de vidro pode ser completada misturando uma propor30 ção adequada de matérias-primas e fundindo a mistura de matérias-primas para formar um vidro a altas temperaturas. Depois de suficiente fusão e mistura do vidro, o vidro pode ser resfriado (temperado) e triturado até formar um pó.

De um modo geral, o pó de vidro pode ser adicionalmente processado, por exemplo por um processo de moagem, para proporcionar um pó de vidro tendo uma distribuição de tamanho de partícula adequado. Tipi5 camente, o pó de vidro tem um tamanho de partícula médio não superior a cerca de 100 mícrons. Em uma modalidade particular, o pó de vidro tem um tamanho de partícula médio não superior a 75 mícrons, por exemplo, não superior a cerca de 50 mícrons, ou mesmo não superior a cerca de 10 mícrons. No entanto, o tamanho de partícula médio do pó de vidro é tipicamen10 te compreendido em uma faixa entre cerca de 5,0 mícrons e cerca de 75 mícrons.

A composição do pó de vidro pode ser descrita usando a equação aM20-bM0-cM203-dM02. Conforme ilustrado pela equação, a composição do pó de vidro pode incluir mais de um óxido de metal, de tal modo que 15 os óxidos estejam presentes juntos como um composto de material óxido. Em uma modalidade particular, o vidro inclui compostos de óxido de metal tendo cátions monovalentes (1+), como por exemplo, os compostos de óxido de metal representados pela fórmula genérica M2O. As composições de óxido de metal adequadas representadas por M2O podem incluir compostos 20 como por exemplo, Li2O, Na2O, K2O e Cs2O.

De acordo com outra modalidade e, conforme proporcionado na equação geral, o pó de vidro pode incluir outros compostos de óxido de metal. Em particular, o pó de vidro pode incluir compostos de óxido de metal tendo cátions bivalentes (2+), como por exemplo aqueles compostos de óxi25 do de metal representados pela fórmula genérica MO. As composições de óxido de metal adequadas representadas por MO podem incluir compostos, como por exemplo, MgO, CaO, SrO, BaO e ZnO.

Além disso, o pó de vidro pode incluir compostos de óxido de metal tendo cátions trivalentes (3+), particularmente aqueles compostos de óxido metal representados pela fórmula genérica M203. As composições de óxido de metal adequadas representadas por M2O3 podem incluir compostos, como por exemplo, AI2O3, B2O3, Y2O3, Fe2O3, Bi2O3 e La2O3. Particularmente, conforme indicado na equação geral acima, o pó de vidro pode incluir compostos de óxido de metal tendo cátions de um estado de valência 4+, conforme representado por MO2. Deste modo, as composições MO2 adequadas incluem SiO2, TiO2 e ZrO2.

5 Com referência ainda à composição do pó de vidro representa

da pela equação genérica aM20-bM0-cM203-dM02, são proporcionados os coeficientes (a, b, c e d) para indicar a quantidade (fração molar) de cada um dos tipos diferentes de compostos de óxido de metal (M2O, MO, M2O3, e MO2) que podem estar presentes no pó de vidro. Deste modo, o coeficiente 10 "a" em geral representa a quantidade total dos compostos de óxido de metal M2O no pó de vidro. A quantidade total dos compostos de óxido de metal M2O no pó de vidro é, em geral, compreendida em uma faixa entre cerca de 0,30<a<0. De acordo com uma modalidade particular, a quantidade total dos compostos de óxido de metal M2O no pó de vidro é compreendida em uma 15 faixa entre cerca de 0,15^a£0 e, mais particularmente, em uma faixa de cerca de 0,10^a^0.

Com referência à presença dos compostos de óxido de metal MO contendo um cátion bivalente, a quantidade total (fração molar) destes compostos pode ser definida pelo coeficiente "b". De um modo geral, a 20 quantidade total de compostos de óxido de metal MO no pó de vidro é compreendida em uma faixa entre cerca de 0,60^b^0. De acordo com uma modalidade particular, a quantidade de compostos de óxido de metal MO é compreendida em uma faixa entre cerca de 0,45£b^0 e, mais particularmente, em uma faixa entre cerca de 0,35^b^0,15.

Além disso, a quantidade de compostos de óxido de metal M2O3

contendo uma espécie de cátion trivalente no pó de vidro é representada pelo coeficiente "c". Deste modo, a quantidade total (fração molar) dos compostos de óxido M2O3 é, em geral, compreendida em uma faixa entre cerca de 0,60<c<0. De acordo com uma modalidade particular, a quantidade de 30 compostos de óxido de metal M2O3 no pó de vidro é, em geral, compreendida em uma faixa entre cerca de 0,40^c^0 e, mais particularmente, em uma faixa entre cerca de 0,30^0,10. A presença de compostos de óxido de metal MO2 contendo uma espécie de cátion 4+ conforme descrito na equação geral alVhO-bMOcM203-dM02 é representada pelo coeficiente "d". De um modo geral, a quantidade total (fração molar) dos compostos de óxido MO2 no pó de vidro é 5 compreendida em uma faixa entre cerca de 0,80^d^0,20. Em uma modalidade particular, a quantidade de compostos de óxido de metal MO2 no pó de vidro é compreendida em uma faixa entre cerca de 0,75£d£0,30 e, mais particularmente, em uma faixa entre cerca de 0,60^d^0,40.

Com particular referência aos compostos de óxido de metal MO2, modalidades particulares usam um pó de vidro que inclui óxido de silício (S1O2) de tal modo que o pó de vidro é uma composição à base de silicato. Com particular referência a apenas a presença de óxido de silício no pó de vidro, tipicamente o pó de vidro inclui não mais de cerca de 80% em mol de óxido de silício. De acordo com outra modalidade, 0 pó de vidro inclui não mais de cerca de 70% em mol, ou mesmo não mais de cerca de 60% em mol de óxido de silício. Ainda, em modalidades particulares, a quantidade de óxido de silício no pó de vidro não é inferior a cerca de 20% em mol. Deste modo, a quantidade de óxido de silício no pó de vidro é, em geral, compreendida em uma faixa entre cerca de 30% em mol e cerca de 70% em mol e, particularmente, em uma faixa entre cerca de 40% em mol e cerca de 60% em mol.

Com referência adicional a compostos de óxido de metal M2O3, certas composições do pó de vidro incluem óxido de alumínio (AI2O3) particularmente além do óxido de silício, de tal modo que o pó de vidro é um sili25 cato de alumínio. Deste modo, com referência em particular a apenas a presença de óxido de alumínio, em geral, o pó de vidro inclui não mais de cerca de 60% em mol de AI2O3. Em outras modalidades, o pó de vidro pode incluir óxido de alumínio em quantidades menores, como por exemplo, não mais de cerca de 50% em mol ou mesmo não mais de cerca de 40% em mol. Tipi30 camente, o pó de vidro incorpora óxido de alumínio em uma faixa compreendida entre cerca de 5,0% em mol a cerca de 40% em mol e, particularmente em uma faixa compreendida entre cerca de 10% em mol e cerca de 30% em mol.

De acordo com uma modalidade particular, o pó de vidro inclui pelo menos um de óxido de magnésio e óxido de lítio além de óxido de silício e, mais particularmente, além de óxido de silício e óxido de alumínio.

5 Deste modo, a quantidade de óxido de magnésio no pó de vidro é em geral não superior a cerca de 45% em mol, como por exemplo não superior a 40% em mol, ou mesmo não superior a 35% em mol. Tipicamente, as composições de pó de vidro contendo óxido de magnésio, usam uma quantidade compreendida em uma faixa entre cerca de 5,0% em mol e cerca de 40% 10 em mol e, particularmente, em uma faixa compreendida entre cerca de 15% e cerca de 35% em mol. Vidros de silicato de alumínio contendo magnésio podem ser referidos como vidros MAS tendo uma composição de silicato de alumínio e magnésio.

De acordo com outra modalidade, o pó de vidro inclui óxido de 15 lítio. Deste modo, a quantidade de óxido de lítio no pó de vidro é em geral não superior a cerca de 45% em mol, como por exemplo não superior a 30% em mol ou mesmo não superior a 20% em mol. Tipicamente, as composições de pó de vidro contendo óxido de lítio utilizam uma quantidade compreendida em uma faixa entre cerca de 1,0% em mol e cerca de 20% em 20 mol e, particularmente, em uma faixa entre cerca de 5,0% em mol e 15% em mol. Os vidros de silicato de alumínio contendo lítio podem ser referidos como vidros LAS tendo uma composição de silicato de alumínio e lítio.

Em outras modalidades, o pó de vidro particularmente inclui óxido de bário. Deste modo, a quantidade de óxido de bário no pó de vidro é 25 em geral não superior a cerca de 45% em mol, como por exemplo não superior a 30% em mol ou mesmo superior a 20% em mol. Tipicamente, as composições de pó de vidro tendo óxido de bário utilizam uma quantidade compreendida em uma faixa entre cerca de 0,1% em mol e cerca de 20% em mol e, mais particularmente em uma faixa entre cerca de 1,0% em mol e 30 cerca de 10% em mol. Os vidros de silicato de alumínio contendo bário podem ser referidos como vidros BAS tendo uma composição de silicato de alumínio e bário. Em outras modalidades, o pó de vidro inclui óxido de cálcio. Deste modo, a quantidade de óxido de cálcio no pó de vidro em geral não é superior a cerca de 45% em mol, como por exemplo, não superior a 30% em mol ou mesmo superior a 20% em mol. Tipicamente, as composições de pó 5 de vidro tendo óxido de cálcio utilizam uma quantidade compreendida em uma faixa entre cerca de 0,5% em mol e cerca de 20% em mol e, particularmente em uma faixa entre cerca de 1,0% em mol e cerca de 10% em mol. Em algumas modalidades, o óxido de cálcio está presente em sistemas que utilizam outros compostos de óxido de metal mencionados acima, particu10 Iarmente em combinação com os vidros MAS e BAS. O óxido de cálcio pode formar um composto de óxido, por exemplo, um silicato de alumínio magnésio e cálcio (CMAS) ou silicato de alumínio magnésio bário e cálcio (CBAS).

Conforme descrito acima, as composições de vidro podem inclu15 ir outros compostos de óxido de metal. De acordo com uma modalidade particular, o pó de vidro inclui óxido de boro. De um modo geral, a quantidade de óxido de boro no pó de vidro não é superior a cerca de 45% em mol, com por exemplo não superior a 30% em mol ou mesmo não superior a 20% em mol. Tipicamente, as composições de pó de vidro contendo óxido de boro 20 usam uma quantidade compreendida na faixa entre cerca de 0,5% em mol e cerca de 20% em mol e, particularmente em uma faixa entre cerca de 2,0% em mol e cerca de 10% em mol.

Em outra modalidade particular, o pó de vidro pode incluir outros óxidos de metal, conforme descrito acima, como por exemplo, Na2O, K2O, 25 Cs2O1 Y2O3, Fe2O3, Bi2O3, La2O3, SrO, ZnO, TiO2, P2O5 e ZrO2. Estes óxidos de metal podem ser adicionados como modificadores para controlar as propriedades e a processabilidade do pó de vidro e a matriz de ligação resultante. Tipicamente, estes modificadores estão presentes no pó de vidro em uma quantidade não superior a cerca de 20% em mol. De acordo com outra mo30 dalidade, estes modificadores estão presentes no pó de vidro em uma quantidade não superior a cerca de 15% em mol, como por exemplo, não superior a cerca de 10% em mol. Tipicamente, as composições de pó de vidro com modificadores usam uma quantidade compreendida na faixa entre cerca de 1,0% em mol e cerca de 20% em mol e, mais particularmente, em uma faixa entre cerca de 2,0% em mol e cerca de 15% em mol.

Depois de proporcionar o pó de vidro na etapa 101, o processo continua na etapa 103 combinando o pó de vidro com os grãos abrasivos para formar uma mistura. Com referência à composição da mistura, em geral a mistura inclui não menos de cerca de 25% em volume de grãos abrasivos. De acordo com uma modalidade particular, a mistura inclui não menos de cerca de 40% em volume de grãos abrasivos, como por exemplo não menos de cerca de 45% em volume, ou mesmo não menos de cerca de 50% em volume de grãos abrasivos. Ainda, a quantidade de grãos abrasivos é limitada de tal modo que a mistura de um modo geral inclui não mais de cerca de 60% em volume de grãos abrasivos. Em particular, os grãos abrasivos na mistura estão presentes, em geral, em uma quantidade compreendida em uma faixa entre cerca de 30% em volume e cerca de 55% em volume.

Com referência aos grãos abrasivos, de um modo geral, os grãos abrasivos incluem materiais duros, abrasivos e, particularmente, incluem materiais superabrasivos. De acordo com uma modalidade particular, em geral, os grãos abrasivos são grãos superabrasivos, de tal modo que os 20 mesmos são diamante ou nitreto de boro cúbico (cBN). Em uma modalidade particular, os grãos abrasivos incluem nitreto de boro cúbico e, mais particularmente, os grãos abrasivos consistem essencialmente em nitreto de boro cúbico.

De um modo geral, os grãos abrasivos têm um tamanho de grão médio não superior a cerca de 500 mícrons. Particularmente, o tamanho de grão médio dos grãos abrasivos não é superior a cerca de 200 mícrons ou mesmo não é superior a cerca de 100 mícrons. De um modo geral, o tamanho de grão médio está compreendido em uma faixa entre cerca de

1,0 mícrons e cerca de 250 mícrons e, particularmente, em uma faixa entre cerca de 35 mícrons e cerca de 180 mícrons.

De acordo com uma modalidade, os grãos abrasivos têm um componente principal de nitreto de boro cúbico. Em certas modalidades, uma certa porcentagem dos grãos abrasivos que, em geral, é normalmente nitreto de boro cúbico, pode ser substituída por grãos abrasivos, como por exemplo óxido de alumínio, carboneto de silício, carboneto de boro, carboneto de tungstênio e silicato de zircônio. Deste modo, a quantidade de grãos 5 abrasivos substituídos é, em geral, não superior a cerca de 40% em volume do grãos abrasivos totais, como por exemplo não superior a cerca de 25% em volume ou mesmo não superior a cerca de 10% em volume.

Com referência à quantidade de pó de vidro combinado com os grãos abrasivos na mistura, a mistura pode incluir não menos de cerca de 10 10% em volume de pó de vidro, como por exemplo, não menos de cerca de 15% em volume de pó de vidro. Ainda, a quantidade de pó de vidro é limitada, de tal modo que a mistura inclui não mais de cerca de 60% em volume de pó de vidro, como por exemplo não mais de cerca de 50% em volume de pó de vidro, ou mesmo não mais de cerca de 40% em volume de pó de vi15 dro. Em particular, a mistura em geral inclui uma quantidade de pó de vidro compreendida em uma faixa entre cerca de 10% em volume a cerca de 30% em volume.

O processo de mistura pode incluir um processo de mistura a seco ou um processo de mistura a úmido. Particularmente, o processo de 20 mistura inclui um processo de mistura a úmido, de tal modo que pelo menos um líquido é adicionado para facilitar a mistura do pó de vidro e os grãos abrasivos. De acordo com uma modalidade particular, o líquido é água. Nestas modalidades, a água é adicionada em uma quantidade adequada para facilitar a mistura adequada e, deste modo, a mistura em geral contém pelo 25 menos cerca de 6,0% em volume de águas, por exemplo, pelo menos cerca de 10% em volume. Ainda, a mistura em geral inclui não mais de cerca de 20% em volume de água, como por exemplo não mais de cerca de 15% de água.

A mistura pode incluir outros aditivos, como por exemplo, um aglutinante. De um modo geral, o aglutinante é um material orgânico. Materiais aglutinantes adequados podem incluir materiais que contêm glicol (por exemplo, polietilenoglicol), dextrina, resina, cola ou álcool (por exemplo, álcool polivinílico), ou combinações destes. De um modo geral, a mistura inclui não mais de cerca de 15% em volume de um aglutinante, como por exemplo, não mais de cerca de 10% em volume. De acordo com uma modalidade particular, o aglutinante é proporcionado na mistura em uma faixa compre5 endida entre cerca de 2,0% em volume e cerca de 10% volume.

Com referência ainda a outros aditivos, a mistura pode incluir formadores de poro ou um material de indução de poro para facilitar a formação de uma estrutura abrasiva ligada final porosa. Em concordância, os formadores de poro, em geral, incluem materiais inorgânicos ou orgânicos. 10 Tipicamente, os materiais orgânicos adequados podem incluir butirato de polivinila, cloreto de polivinila, cera (por exemplo, cera de polietileno), sementes de plantas, cascas de plantas, diamil sulfosuccinato de sódio, metil etil cetona, naftaleno, poliestireno, polietileno, polipropileno, polímeros acrílicos, p-diclorobenzeno e combinações destes. Estes formadores de poro são 15 tipicamente proporcionados em forma de partículas de tal modo que mediante aquecimento o material em partículas é desenvolvido e um poro é deixado para trás. Em concordância, o formador de poro tem um tamanho de partículas médio não superior a cerca de 0,5 mm, ou mesmo não superior a cerca de 0,05 mm. Além disso, os materiais inorgânicos adequados podem incluir 20 esférulas de material inorgânico, particularmente esferas ocas de materiais como por exemplo vidros, cerâmica ou vidro cerâmico ou combinações destes.

Tipicamente, a quantidade de formador de poro proporcionada na mistura não é superior a cerca de 35% em volume. Em outra modalidade, 25 a mistura inclui não mais de cerca de 30% em volume do formador de poro, como por exemplo, não mais de cerca de 20% em volume, ou mesmo não mais de cerca de 15% em volume do formador de poro. De acordo com uma modalidade particular, a mistura inclui uma quantidade de formador de poro compreendida em uma faixa entre cerca de 1,0% em volume e cerca de 35% 30 em volume e, mais particularmente, compreendida em uma faixa entre cerca de 5,0% em volume e cerca de 25% em volume.

Além disso, será entendido que a mistura pode incluir "porosidade natural" ou a existência de bolhas ou poros no interior da massa da mistura de grãos abrasivos, pó de vidro e outros aditivos. Em concordância, esta porosidade natural pode ser mantida no artigo abrasivo ligado final dependendo das técnicas de formação. Deste modo, em modalidades particu5 lares, os formadores de poro podem não ser usados e a porosidade natural na mistura pode ser usada e mantida por todo o processo de formação e sinterização para formar um artigo abrasivo ligado final com a quantidade de porosidade desejada. De um modo geral, a porosidade natural na mistura não é superior a cerca de 40% em volume. Embora, em modalidades parti10 culares a porosidade natural na mistura seja menor, como por exemplo, não superior a cerca de 25% em volume ou não superior a cerca de 15% em volume. De um modo geral, a quantidade de porosidade natural na mistura é compreendida em uma faixa entre cerca de 5,0% em volume e cerca de 25% em volume.

Embora a etapa de mistura possa incluir misturar o pó de vidro,

os grãos abrasivos e os outros componentes descritos acima, de acordo com uma modalidade particular, o aglutinante e os grãos abrasivos podem ser primeiro misturados na água. A água com os componentes adicionais (isto é, os grãos abrasivos e o aglutinante) podem, então, ser combinados com o pó de vidro e, se presente, o formador de poro.

Com referência uma vez mais à Figura 1, depois de misturar o pó de vidro com os grãos abrasivos na etapa 103, o método continua na etapa 105, formando a mistura para formar um artigo inacabado. A formação da mistura em um artigo inacabado inclui processos de formação que dão ao 25 artigo inacabado o contorno final desejado ou substancialmente o contorno final desejado. Conforme usado neste contexto, o termo "artigo inacabado" refere-se a uma peça que não está totalmente sinterizada. Em concordância, os processos de formação podem incluir processos como por exemplo, fundição, moldagem, extrusão e prensagem, ou combinações destes. De acor30 do com uma modalidade, o processo de formação é um processo de moldagem.

Depois de formar o artigo inacabado, o processo continua na etapa 107 e inclui uma etapa de pré-queima. De um modo geral, a etapa de pré-queima inclui aquecer o artigo inacabado para facilitar o desenvolvimento de voláteis (por exemplo, água e/ou materiais orgânicos ou formadores de poro). Deste modo, o aquecimento da mistura, em geral, inclui aquecer até 5 uma temperatura superior à de cerca da temperatura ambiente (22°C). De acordo com uma modalidade, o processo de pré-queima inclui aquecer o artigo inacabado até uma temperatura não inferior a cerca de 100°C, por exemplo, não inferior a cerca de 200°C, ou mesmo não inferior a cerca de 300°C. De acordo com uma modalidade particular, o aquecimento está com10 pleto entre uma temperatura de cerca de 22°C e cerca de 850°C.

Depois da pré-queima do artigo inacabado na etapa 107, o processo continua na etapa 109, pela sinterização do artigo inacabado a uma temperatura não inferior a cerca de 1200°C, para formar um artigo abrasivo ligado densificado tendo grãos abrasivos no interior da matriz de ligação. 15 Particularmente, o artigo inacabado é sinterizado a uma temperatura não inferior a cerca de 1200°C, de tal modo que, em uma modalidade, a sinterização é realizada a uma temperatura não inferior a cerca de 1250°C. Mais particularmente, a sinterização pode ser realizada a temperaturas mais altas, como por exemplo, não inferiores a cerca de 1300°C ou mesmo não inferior 20 a cerca de 1350°C. De um modo geral, a sinterização é realizada a uma temperatura compreendida em uma faixa entre cerca de 1200°C e cerca de 1600°C e, particularmente, em uma faixa de temperatura compreendida entre cerca de 1300°C e cerca de 1500°C.

Além da sinterização a altas temperaturas, a sinterização é, em 25 geral, realizada em uma atmosfera controlada. De acordo com uma modalidade, esta temperatura controlada pode incluir uma atmosfera não oxidante. Exemplos de uma atmosfera não oxidante podem incluir uma atmosfera inerte, como por exemplo uma que usa um gás nobre. De acordo com uma modalidade particular, a atmosfera consiste em nitrogênio, como por exemplo, 30 não menos de cerca de 90% em volume de nitrogênio. Outras modalidades usam uma concentração maior de nitrogênio, como por exemplo, não menos de cerca de 95% em volume, ou mesmo não menos de 99,99% em volume da atmosfera de nitrogênio. De acordo com uma modalidade, o processo de sinterização em uma atmosfera de nitrogênio começa com uma evacuação inicial da atmosfera ambiente até uma pressão reduzida não superior a cerca de 5 kPa (0,05 bar). Em uma modalidade particular, este processo é repetido 5 de modo que a câmara de sinterização é evacuada inúmeras vezes. Depois da evacuação, a câmara de sinterização pode ser purgada com nitrogênio gasoso livre de oxigênio.

Com referência ainda ao processo de sinterização, em geral, este processo é realizado por uma duração particular. Deste modo, sinteriza10 ção é realizada, em geral, por uma duração não inferior a cerca de 10 minutos, como por exemplo, não inferior a cerca de 60 minutos ou mesmo não inferior a cerca de 240 minutos à temperatura de sinterização. De um modo geral, a sinterização é realizada por uma duração entre cerca de 20 minutos e cerca de 4 horas e, particularmente, entre cerca de 30 minutos e cerca de 15 2 horas.

Com referência uma vez mais à Figura 1, depois da etapa de sinterização em 109, o processo continua na etapa 111, que inclui um resfriamento controlado e em alguns sistemas um processo de cristalização controlado. De um modo geral, depois da sinterização, o artigo abrasivo ligado é 20 processado por meio de um resfriamento controlado. Deste modo, o gradiente a partir da temperatura de sinterização pode ser controlado para facilitar a cristalização do material da matriz de ligação. Tipicamente, a taxa de resfriamento não é superior a cerca de 50°C/minuto, como por exemplo, não superior a cerca de 40°C/minuto, ou mesmo não superior a cerca de 25 30°C/mínuto. De acordo com uma modalidade particular, o resfriamento é realizado a uma taxa não superior a cerca de 20°C/minuto.

Além disso, o resfriamento controlado e o processo de cristalização podem incluir um processo de espera onde o artigo abrasivo ligado é mantido a uma temperatura de cristalização acima da temperatura de transi30 ção vítrea (Tg) do material da matriz de ligação. Tipicamente, o artigo abrasivo ligado pode ser resfriado até uma temperatura não inferior a cerca de 100°C acima da Tg, como por exemplo, não inferior a cerca de 200°C acima da Tg1 ou mesmo não inferior a cerca de 300°C acima da Tg. De um modo geral, a temperatura de cristalização não é inferior a cerca de 800°C, como por exemplo, não inferior a cerca de 900°C, ou mesmo não inferior a cerca de 1000°C. Particularmente, a temperatura de cristalização está compreen5 dida em uma faixa entre cerca de 900°C a cerca de 1300°C e, mais particularmente, em uma faixa entre cerca de 950°C a cerca de 1200°C.

Durante o processo de cristalização e resfriamento controlado, o artigo abrasivo ligado é, em geral, mantido à temperatura de cristalização por uma duração não inferior a cerca de 10 minutos. Em uma modalidade, o 10 artigo abrasivo ligado é mantido à temperatura de cristalização durante não menos de cerca de 20 minutos, como por exemplo, não menos de cerca de 60 minutos ou menos não menos de cerca de 2 horas. Durações típicas para manter o abrasivo ligado à temperatura de cristalização estão compreendidas em uma faixa entre cerca de 30 minutos a cerca de 4 horas e, particu15 Iarmente em uma faixa entre cerca de 1 hora e cerca de 2 horas. Será entendido que a atmosfera durante este processo opcional de resfriamento e cristalização é a mesma que a atmosfera durante o processo de sinterização e em concordância inclui uma atmosfera controlada, particularmente uma atmosfera rica em nitrogênio, livre de oxigênio.

No artigo abrasivo ligado formado final, os grãos abrasivos em

geral compreendem não menos de cerca de 25% em volume do volume total do artigo abrasivo ligado. De acordo com as modalidades, em geral, os grãos abrasivos compreendem não menos de cerca de 35% em volume, como por exemplo, não menos de cerca de 45% em volume, ou mesmo não 25 menos de cerca de 50% em volume do volume total do artigo abrasivo ligado formado final. De acordo com uma modalidade particular, os grãos abrasivos compreendem entre cerca de 35% em volume e cerca de 60% em volume do volume total do artigo abrasivo formado final.

De um modo geral, a matriz de ligação está presente em uma quantidade não superior a cerca de 60% em volume do volume total do artigo abrasivo ligado formado final. Deste modo, o abrasivo ligado, em geral, inclui não mais de cerca de 50% em volume da matriz de ligação, como por exemplo, não mais de cerca de 40% em volume, ou mesmo não mais de cerca de 30% em volume. Em concordância, a matriz de ligação está presente, em geral, em uma quantidade compreendida entre cerca de 10% em volume e cerca de 30% em volume do volume total do artigo abrasivo ligado 5 formado.

Será entendido que a matriz de ligação inclui aqueles compostos e particularmente a proporção dos compostos no pó de vidro inicial conforme descrito acima. Isto é, a matriz de ligação compreende substancialmente a mesma composição do pó de vidro, particularmente, isto inclui com10 postos de óxido de metal, particularmente compostos de óxido de metal complexos e, mais particularmente, composições à base de silicato, como por exemplo, uma composição de silicato de alumínio, MAS, LAS, BAS, CMAS ou CBAS.

Com referência ainda à matriz de ligação, de um modo geral, a matriz de ligação inclui uma fase de cerâmica policristalina e, particularmente, a matriz de ligação inclui não menos de cerca de 50% em volume de fase de cerâmica policristalina. De acordo com uma modalidade particular, a matriz de ligação inclui não menos de cerca de 75% em volume da fase de cerâmica policristalina, como por exemplo, não menos de cerca de 80% em volume ou mesmo não menos de cerca de 90% em volume. De acordo com uma modalidade particular, a matriz de ligação é compreendida essencialmente de uma fase de cerâmica policristalina. Tipicamente, a fase de cerâmica policristalina da matriz de ligação está presente em uma quantidade compreendida entre cerca de 60% em volume e cerca de 100% em volume. De um modo geral, a fase de cerâmica policristalina inclui uma

pluralidade de cristalitos ou grãos cristalinos que têm um tamanho médio não inferior a cerca de 0,05 mícrons. Em uma modalidade particular, o tamanho de cristalito médio não é inferior a cerca de 1,0 mícrons, como por exemplo, não inferior a cerca de 10 mícrons ou mesmo não inferior a cerca 30 de 20 mícrons. Ainda, o tamanho de cristalito médio é em geral não superior a cerca de 100 mícrons, de tal modo que o tamanho de cristalito médio é compreendido em uma faixa entre cerca de 1,0 mícrons e 100 mícrons. De um modo geral, a composição dos cristalitos da fase de cerâmica policristalina pode incluir óxido de silício, óxido de alumínio ou uma combinação de ambos. Deste modo, os cristalitos da fase de cerâmica policristalina podem incluir cristais como por exemplo, quartzo beta, que podem 5 incorporar outros óxidos de metal incorporados no pó de vidro inicial como por exemplo, Li2O, K2O, MgO, ZnO e Al203, em uma solução sólida. Em particular, a fase de cerâmica policristalina pode incluir uma fase de silicato de alumínio. De acordo com outra modalidade particular, os cristalitos da fase de cerâmica policristalina podem incluir compostos de cristais de óxido, co10 mo por exemplo, cordierita, enstatita, safirina, anortita, celsiana, diopsida, espinélio e espodumênio beta, onde o espodumênio beta em particular é encontrado em uma solução sólida.

Além da fase de cerâmica policristalina, a matriz de ligação também inclui uma fase amorfa. A fase amorfa, como a fase de cerâmica policristalina, pode incluir óxido de silício e óxido de alumínio e espécies adicionais de óxido de metal que podem estar presentes no pó de vidro original. Tipicamente, a fase amorfa está presente em uma quantidade não superior a cerca de 50% em volume do volume total da matriz de ligação. Deste modo, uma fase amorfa está presente, em geral, em uma quantidade minoritária, de tal modo que está presente em uma quantidade não superior a cerca de 40% em volume, como por exemplo, não superior a cerca de 30% em volume, ou menos, como por exemplo não superior a cerca de 15% em volume. De acordo com uma modalidade particular, uma fase amorfa está presente em uma quantidade compreendida entre cerca de 0% em volume a cerca de 40% em volume e, mais particularmente, em uma faixa entre cerca de 5,0% em volume e cerca de 20% em volume.

Além disso, o coeficiente de expansão térmica do material da matriz de ligação é tipicamente baixo, como por exemplo, não superior a cerca de 80x10'r/K'1. De acordo com uma modalidade particular, a matriz de 30 ligação tem um coeficiente de expansão térmica não superior a cerca de 60x10'7/K'\ como por exemplo, não superior a cerca de 50x10'7/K'\ ou mesmo não superior a cerca de 40x10'7/K'1. Deste modo, o coeficiente de expansão térmica da matriz de ligação é tipicamente compreendido em uma faixa entre cerca de 10x10'7/K'1 e cerca de 80x10'7/K'1.

A matriz de ligação policristalina pós-sinterização, em geral, tem uma resistência à flexão não inferior a cerca de 80 MPa. Em outras modali5 dades, a resistência à flexão da matriz de ligação é maior, como por exemplo não inferior a cerca de 90 MPa, não inferior a cerca de 100 MPa ou, em alguns casos, não inferior a cerca de 110 MPa. De acordo com uma modalidade particular, a resistência à flexão da matriz de ligação está compreendida em uma faixa entre cerca de 90 MPa e cerca de 150 MPa.

Além destas características, a matriz de ligação policristalina

pós-sinterização, em geral, tem uma tenacidade não inferior a cerca de 0,8 MPa m1/2. Em outras modalidades, a tenacidade da matriz de ligação pode ser maior, como por exemplo, não inferior a cerca de 1,5 MPa m1/2, ou mesmo não inferior a cerca de 2,0 MPa m1/2.

Conforme descrito de acordo com a Figura 1, o processo de

formação, em geral, inclui adicionar formadores de poro, de tal modo que o artigo abrasivo ligado final inclui um certo grau de porosidade. Em concordância, o artigo abrasivo ligado, em geral, inclui um grau de porosidade que não é inferior a cerca de 5,0% do volume total do artigo abrasivo ligado. Tipicamente, a quantidade de porosidade é maior, de tal modo que a porosidade não é inferior a cerca de 10% em volume, como por exemplo, não inferior a cerca de 15% em volume, cerca de 20% em volume, ou mesmo não inferior a cerca de 30% em volume do volume total do abrasivo ligado. Ainda, a quantidade de porosidade é limitada, de tal modo que a porosidade não é superior a cerca de 70% em volume, como por exemplo, de cerca de 60% em volume, ou mesmo não superior a cerca de 50% em volume. De acordo com uma modalidade particular, a porosidade do artigo abrasivo ligado é compreendida em uma faixa entre cerca de 20% em volume e cerca de 50% em volume. Esta porosidade, em geral, é uma combinação de porosidade aberta e fechada.

Com referência ainda à porosidade do artigo abrasivo ligado, o tamanho de poro médio, em geral, não é superior a cerca de 500 mícrons. Em uma modalidade, o tamanho de poro médio não é superior a cerca de 250 mícrons, como por exemplo, não superior a cerca de 100 mícrons, ou mesmo não superior a cerca de 75 mícrons. De acordo com uma modalidade particular, o tamanho de poro médio é compreendido em uma faixa entre 5 cerca de 1,0 mícrons e cerca de 500 mícrons e, particularmente, em uma faixa entre cerca de 10 mícrons e cerca de 250 mícrons.

Com referência às propriedades do artigo abrasivo ligado, em geral o artigo abrasivo ligado formado tem um módulo de ruptura (MOR) não inferior a cerca de 20 MPa. No entanto, o MOR pode ser maior, como por 10 exemplo, não inferior a cerca de 30 MPa, ou não inferior a cerca de 40 MPa, como por exemplo, não inferior a cerca de 50 MPa, ou mesmo não inferior a cerca de 60 MPa. Em uma modalidade particular, o MOR do artigo abrasivo ligado não é inferior a cerca de 70 MPa e está tipicamente compreendido em uma faixa entre cerca de 50 MPa e cerca de 150 MPa.

Com referência ainda às propriedades dos artigos abrasivos li

gados, de acordo com uma modalidade, os artigos abrasivos têm um módulo de elasticidade (MOE) não inferior a cerca de 40 GPa. Em outra modalidade,

o MOE não é inferior a cerca de 80 GPa, como por exemplo, não inferior a cerca de 100 GPa, e mesmo não inferior a cerca de 140 GPa. De um modo geral, o MOE do artigo abrasivo ligado está compreendido em uma faixa entre cerca de 40 GPa e cerca de 200 GPa e particularmente em uma faixa entre cerca de 60 GPa e cerca de 140 GPa.

Com referência à Figura 2a, é ilustrada uma primeira imagem 201 que inclui uma porção de um abrasivo ligado de acordo com uma moda25 lidade. A primeira imagem 201 ilustra grãos abrasivos 205 no interior de uma matriz de ligação 207. Em particular, o artigo abrasivo ligado ilustrado na Figura 2a foi sinterizado a 1320°C por uma duração de 60 minutos. Particularmente, a primeira imagem 201 ilustra a matriz de ligação 207 em uma fase substancialmente uniforme, umedecimento superior entre a matriz de Ii30 gação 207 e os grãos abrasivos 205, que por sua vez demonstra uma ligação significativa entre a matriz de ligação 207 e os grãos abrasivos 205.

A Figura 2b ilustra ainda uma segunda imagem 203 de uma porção de um abrasivo ligado de acordo com uma modalidade. Particularmente, a segunda imagem 203 é uma imagem ampliada em comparação com a primeira imagem 201 e ilustra um grão abrasivo 209 no interior de uma matriz de ligação 211. Conforme ilustrado na segunda imagem amplia5 da 203, a matriz de ligação 211 inclui uma fase cristalina e, particularmente, exibe uma pluralidade de grãos cristalinos 213 que formam a fase de cerâmica policristalina da matriz de ligação.

Com referência às Figuras 3a-3e, são proporcionadas cinco micrografias que ilustram porções de artigos abrasivos ligados, onde cada um dos artigos abrasivos ligados foi sinterizado a uma temperatura diferente. A Figura 3a ilustra uma porção de um artigo abrasivo ligado sinterizado a 950°C durante 60 minutos. A Figura 3b ilustra um artigo abrasivo ligado sinterizado a 980°C durante 60 minutos. A Figura 3c ilustra um artigo abrasivo ligado sinterizado a 1060°C durante 60 minutos. A Figura 3d ilustra uma porção de um artigo abrasivo ligado sinterizado a 1200°C durante 60 minutos. A Figura 3e ilustra uma porção de um artigo abrasivo ligado sinterizado a uma temperatura de 1340°C durante 60 minutos. Conforme ilustrado, as porções dos artigos abrasivos ligados queimados a baixas temperaturas, particularmente as Figuras 3a-3c, ilustram uma matriz de ligação que é não coalescida, não uniforme e dispersa em pequena gotículas pelos grãos abrasivos o que indica pouco umedecimento da matriz de ligação nos grãos abrasivos. Alternativamente, os artigos abrasivos ligados sinterizados a temperatura elevadas, particularmente nas Figuras 3d e 3e, exibem uma matriz de ligação que tem coalescência melhorada, uniformidade aumentada e conectividade no interior da matriz de ligação e umedecimento superior dos grãos abrasivos.

Com referência à Figura 4, é proporcionado um gráfico que ilustra um gráfico de características de artigos abrasivos ligados formados de acordo com as modalidades aqui descritas. Em particular, a Figura 4 ilustra o 30 módulo de elasticidade (MOE), o módulo de ruptura (MOR), a dureza e a porosidade de artigos abrasivos ligados como uma função da temperatura de sinterização. Conforme ilustrado, cada uma das amostras preparadas têm substancialmente a mesma porosidade, de tal modo que a porosidade é de cerca de 34% em volume. Além disso, cada uma das amostras foi formada tendo a mesma composição da matriz de ligação, de tal modo que a matriz de ligação compreendia cerca 45% em peso de SiO2, cerca de 28% em peso 5 de AI2O3, 14% em peso de MgO, cerca de 5,0% em peso de B2O3, cerca de 8,0% em peso de TiO2. Em concordância, cada uma das amostras incluía cerca de 16% em volume de matriz de ligação, 34% em volume de porosidade e cerca de 50% em volume de grãos abrasivos.

Com referência ao módulo de elasticidade (MOE), a Figura 4 i10 lustra uma tendência genérica, isto é, à medida que a temperatura de sinterização aumenta, o módulo de elasticidade aumenta. Em particular, conforme ilustrado, a uma temperatura de sinterização de cerca de 950°C o módulo de elasticidade é de 25 GPa. No entanto, à medida que a temperatura de sinterização aumenta, 0 módulo de elasticidade aumenta de tal modo que a 15 cerca de 1320°C o módulo de elasticidade é de quase 130 GPa. A Figura 4 ilustra também outra tendência em relação ao MOE, notadamente que o MOE diminui para as amostras sinterizadas a temperaturas em excesso a cerca de 1340°C.

Com referência à dureza dos artigos abrasivos ligados como uma função da temperatura de sinterização, em geral, a dureza dos artigos abrasivos ligados aumenta à medida que a temperatura de sinterização aumenta com um nível de porosidade relativamente constante. Conforme ilustrado, a uma temperatura de sinterização de cerca de 1280°C a dureza é de cerca de 82 na escala H de Dureza de Rockwell. À medida que a temperatura de sinterização aumenta para uma temperatura de cerca de 1320°C, a dureza aumenta para um valor superior a 100. As medições de dureza inferiores a 1280°C não foram completadas, uma vez que o artigo abrasivo ligado era demasiado macio para medições precisas. A Figura 4 ilustra ainda o valor de dureza do artigo abrasivo ligado que é ilustrado como diminuindo depois da sinterização a temperaturas em excesso de 1320°C.

Com referência ao módulo de ruptura (MOR), em geral, os valores do MOR aumentam com temperaturas de sinterização aumentadas. Particularmente, a uma temperatura de sinterização de cerca de 950°C, o MOR é de cerca de 10 MPa1 no entanto, com temperaturas de sinterização aumentadas, o módulo de ruptura aumenta. Deste modo, a uma temperatura de sinterização acima de 1300°C, o artigo abrasivo ligado tem um MOR em 5 excesso de 50, de tal modo que a uma temperatura de sinterização de 1360°C o MOR é acima de 60 MPa.

EXEMPLOS

O seguinte proporciona exemplos particulares de artigos abrasivos ligados formados de acordo com modalidades aqui proporcionadas em contraste com uma amostra comparativa de artigo abrasivo ligado. A Tabela

1 adiante ilustra composições de pó de vidro (% em peso), ou composições de matriz ligada de oito amostras (Amostras 1-8) formadas de acordo com modalidades aqui descritas. Tabela 1 SiO2 Fe203 AI2O3 CaO MgO Li2O Na2O K2O Cs2O BaO B2O3 TiO2 Zr2O P2O5 ZnO Amostra 1 69,3 0,11 9,56 0,96 2,89 7,26 0,66 0,66 1,82 1,50 4,60 1,39 Amostra 2 48,5 0,20 28,9 0,09 12,1 0,07 0,02 2,48 7,75 0,14 Amostra 3 53,2 0,02 19,4 1,00 22,6 0,08 2,07 0,04 1,26 Amostra 4 55,7 0,02 19,6 0,85 21,7 0,90 0,05 1,14 Amostra 5 44,7 0,02 27,9 0,05 14,3 0,10 4,85 7,90 Amostra 6 53,2 0,02 19,3 1,05 21,2 1,20 0,01 3,00 0,02 Amostra 7 55,7 0,02 17,5 0,30 19,6 0,17 0,09 2,90 3,73 Amostra 8 46,1 0,02 24,7 0,09 7,50 0,01 8,70 3,50 9,20 Amostra 50,8 0,10 18,9 0,15 18,8 0,03 5,36 0,02 5,93 Comparativa Cada uma das composições de vidro foi moída até formar um pó com um tamanho de partícula médio de cerca de 12 mícrons e um teor de fase amorfa elevado de cerca de 100% em volume. O pó de vidro foi, então combinado com os grãos abrasivos de nitreto de boro cúbico tendo um ta5 manho de grão médio de cerca de 115 mícrons. A mistura incluía 50% em volume de grãos abrasivos de nitreto de boro cúbico e 16% do pó de vidro. De um modo geral, cada uma das misturas também incluía aditivos em quantidades de 15% em volume de água e 5,0% em volume de polietilenoglicol para uso com aglutinante. A mistura também incluía cerca de 14% em 10 volume de porosidade natural.

As amostras foram então formadas em artigos inacabados por meio da moldagem da mistura usando um molde de compressão. Depois de formados, os artigos inacabados foram pré-queimados a uma temperatura de cerca de 850°C para desenvolver substâncias orgânicas e espécies de baixa volatilidade e auxiliar na formação do artigo abrasivo final.

Depois do processo de pré-queima, os artigos inacabados foram sinterizados. A Amostra 1 foi sinterizada a uma temperatura de 1000°C durante 4 horas. Por outro lado, as Amostras 2-8 foram sinterizadas a temperaturas elevadas tipicamente entre 1320°C e 1380°C durante 60 minutos, em 20 uma atmosfera rica em nitrogênio a cerca de 1,1 atm. Cada uma das Amostras 1-8 foi resfriada a uma taxa compreendida entre 8,0°C/minutos e 13°C/minutos. A Amostra Comparativa foi sinterizada a uma temperatura de 1050°C durante cerca de 60 minutos em uma atmosfera rica em nitrogênio. Todas as amostras apresentavam aproximadamente 34% em volume de 25 porosidade, 16% em volume de matriz de ligação e 50% em volume de grãos abrasivos.

Com referência à Figura 5, é proporcionado um gráfico que ilustra o módulo de elasticidade para as Amostras 1-8 e a Amostra Comparativa. Conforme ilustrado pelo gráfico da Figura 5, as Amostras 1-8 demonstram 30 um módulo de elasticidade superior à da Amostra Comparativa. Cada uma das Amostras 1-8 demonstram um módulo de elasticidade em excesso de 100 GPa e, tipicamente, pelo menos 120 GPa e, em alguns casos em excesso de 140 GPa. Por comparação, a Amostra Comparativa tem um módulo de elasticidade de aproximadamente 63 GPa.

Com referência à Figura 6, é ilustrado um gráfico que proporciona o módulo de ruptura das Amostras 1-8 e a Amostra Comparativa. De um 5 modo geral, os artigos abrasivos ligados das Amostras 1-8 demonstram um módulo de ruptura melhorado em relação ao da Amostra Comparativa. Particularmente, as Amostras 1-8 têm um módulo de ruptura superior a cerca de 60 MPa, enquanto a Amostra Comparativa tem um módulo de ruptura de 23 MPa. Além disso, a maioria das Amostras 1-8 têm um módulo de ruptura 10 superior a 65 MPa, e algumas exibem um módulo de ruptura em excesso de 70 MPa.

Com referência à Figura 7, é proporcionado um gráfico que ilustra a dureza das amostras abrasivas ligadas. Particularmente, cada uma das Amostras 1-8 demonstram uma dureza superior à da Amostra Comparativa. 15 Particularmente, as Amostras 1-8 ilustram uma dureza superior a 80 (Escala H de Dureza de Rockwell), e tipicamente uma dureza em excesso de 90 e algumas amostras exibem uma dureza superior a 100. A dureza da Amostra Comparativa não foi medida uma vez que era demasiado macia, no entanto, espera-se que a dureza era inferior a 70.

De um modo geral, os artigos abrasivos ligados aqui proporcio

nados exibem um desempenho de esmerilhamento melhorado, particularmente um desgaste melhorado. Em concordância, os presentes artigos abrasivos ligados exibem um desgaste melhorado que não é inferior a cerca de 5,0% ou mesmo não inferior a cerca de 10% em comparação com amostras comparativas obtidas de acordo com outras técnicas.

A Figura 8 ilustra valores de desgaste (cm3/(N/mm2)s) para as Amostras 1 e 3-8, proporcionados na Tabela 1. Os dados de desgaste ilustrados para as Amostras 1 e 3-8 foram obtidos realizando o seguinte procedimento de teste. Cada uma das amostras testadas foi submetida a um pro30 cesso de esmerilhamento usando um abrasivo revestido com SiC (100 mesh). Cada amostra foi submetida a ciclos de 10 segundos de esmerilhamento a uma carga inicial de 10 N, e aumentando a incrementos de 10 N até 50 N (isto é, 20N, 30N, 40N e 50N). Cada amostra foi submetida a três ciclos de esmerilhamento para cada carga e o pad abrasivo revestido com SiC foi mudado para cada ciclo. Depois de cada ciclo de esmerilhamento, a perda de comprimento e perda de peso das amostras foi registrado e os valores mé5 dios de desgaste para cada uma das amostras foi calculado. Conforme ilustrado, os dados de desgaste indicam que os artigos abrasivos ligados formados de acordo com modalidades aqui descritas têm desempenho de esmerilhamento melhorado e, particularmente, valores de desgaste melhorados.

De acordo com as modalidades aqui apresentadas, são pro

porcionados artigos abrasivos ligados que têm propriedades melhoradas. Embora certas referências descrevem a formação de um artigo abrasivo ligado tendo uma matriz de ligação cristalina, estas descrições são limitadas por suas composições de matriz de ligação, processos de formação, 15 artigos de baixa porosidade e a ausência de nitreto de boro cúbico. Tipicamente, os abrasivos ligados convencionais tipicamente adicionam fluxos à composição da matriz de ligação para baixar a temperatura de sinterização necessária. Acredita-se que temperaturas de sinterização mais baixas sejam vantajosas no que se refere ao custo, eficácia e degradação reduzida 20 dos componentes abrasivos ligados, isto é, os grãos abrasivos. Em contraste, os processos aqui descritos utilizam uma combinação de características diferentes incluindo composições de matriz de ligação, temperaturas de sinterização, resfriamento e tratamento de cristalização controlados e atmosfera. Além disso, os artigos abrasivos ligados formados aqui descri25 tos têm alta porosidade, umedecimento superior entre a ligação e os grãos abrasivos, alto teor cristalino na matriz de ligação e dureza e resistência melhoradas.

Embora a invenção tenha sido ilustrada e descrita no contexto de modalidades específicas, a mesma não pretende ser limitada aos detalhes apresentados, uma vez que várias modificações e substituições podem ser feitas sem, de modo algum, afastamento do âmbito da presente invenção. Por exemplo, podem ser proporcionados substitutos adicionais ou equiTl valentes e podem ser utilizados passos de produções adicionais ou equivalentes. Deste modo, outras modificações e equivalentes da invenção aqui descrita podem ocorrer aos versados na técnica usando não mais do que experimentação de rotina e, acredita-se que todas estas modificações e e5 quivalentes estejam no âmbito da invenção conforme definida pelas seguintes reivindicações.

Claims

1. Abrasivo ligado compreendendo: grãos abrasivos no interior de uma matriz de ligação, os grãos abrasivos compreendendo nitreto de boro cúbico (cBN) e a matriz de ligação compreendendo uma fase de cerâmica policristalina, o abrasivo ligado compreendendo ainda uma porosidade não inferior a cerca de 5,0% em volume e um módulo de ruptura (MOR) não inferior a cerca de 40 MPa.

2. Abrasivo ligado de acordo com a reivindicação 1, em que a matriz de ligação compreende óxido de silício.

3. Abrasivo ligado de acordo com a reivindicação 2, em que a matriz de ligação compreende óxido de alumínio.

4. Abrasivo ligado de acordo com a reivindicação 2, em que a matriz de ligação compreende ainda pelo menos um elemento selecionado do grupo de elementos que consiste em óxido de lítio, óxido de magnésio, óxido de cálcio, óxido de bário, óxido de sódio, óxido de potássio, óxido de boro, óxido de zircônio, óxido de titânio, óxido de zinco, óxido de ítrio, óxido de ferro, óxido de césio, óxido de lantânio e óxido de bismuto.

5. Abrasivo ligado de acordo com a reivindicação 4, em que a matriz de ligação compreende óxido de silício em uma quantidade entre cerca de 40% em mol e cerca de 60% em mol, óxido de alumínio em uma quantidade em uma faixa entre cerca de 10% em mol e cerca de 30% em mol e óxido de magnésio em uma quantidade em uma faixa entre cerca de 15% em mol e cerca de 35% em mol.

6. Abrasivo ligado de acordo com a reivindicação 1, em que a matriz de ligação compreende não menos de cerca de 50% em volume da fase de cerâmica policristalina.

7. Abrasivo ligado de acordo com a reivindicação 6, em que a matriz de ligação compreende entre cerca de 60% em volume e cerca de 100% em volume da fase de cerâmica policristalina.

8. Abrasivo ligado de acordo com a reivindicação 1, em que a matriz de ligação compreende ainda uma fase amorfa.

9. Abrasivo ligado de acordo com a reivindicação 1, em que a fase de cerâmica policristalina compreende pelo menos uma fase cristalina selecionada do grupo que consiste em cordierita, enstatita, safirina, anortita, celsiana, diopsida, espinélio e espodumênio beta.

10. Abrasivo ligado de acordo com a reivindicação 1, em que a cerâmica policristalina compreende cristalitos tendo um tamanho de cristalito médio não inferior a cerca de 0,05 mícrons.

11. Abrasivo ligado de acordo com a reivindicação 1, em que o MOR compreende uma faixa compreendida entre cerca de 40 MPa e cerca de 150 MPa.

12. Abrasivo ligado compreendendo: grãos abrasivos no interior de uma matriz de ligação, os grãos abrasivos compreendendo nitreto de boro cúbico (cBN) e a matriz de ligação compreendendo uma fase de cerâmica policristalina, o abrasivo ligado compreendendo ainda uma porosidade não inferior a cerca de 20% em volume e um módulo de ruptura (MOR) não inferior a cerca de 20 MPa.

13. Abrasivo ligado de acordo com a reivindicação 12, em que a porosidade compreende uma faixa entre cerca de 20% em volume e cerca de 50% em volume do volume total do abrasivo ligado.

14. Abrasivo ligado de acordo com a reivindicação 12, em que a porosidade tem uma granulometria média não superior a cerca de 500 mícrons.

15. Abrasivo ligado de acordo com a reivindicação 12, em que o MOR não é inferior a cerca de 40 MPa.