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CN1346863A - 用于研磨阴极射线管面板的超研磨组合物及含有它的超研磨物品 - Google Patents

用于研磨阴极射线管面板的超研磨组合物及含有它的超研磨物品 Download PDF

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CN1346863A
CN1346863A CN01141491A CN01141491A CN1346863A CN 1346863 A CN1346863 A CN 1346863A CN 01141491 A CN01141491 A CN 01141491A CN 01141491 A CN01141491 A CN 01141491A CN 1346863 A CN1346863 A CN 1346863A
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CN
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grinding layer
substrate
super abrasive
abrasive
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CN01141491A
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崔成国
赵现命
姜泳模
李轩振
崔长洙
全钟泊
李汉泊
金炅俊
黄燦海
郑赫载
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Two And Diamond Industries Ltd
Corning Precision Materials Co Ltd
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Two And Diamond Industries Ltd
Samsung Corning Co Ltd
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Abstract

一种研磨物品,它包括含有金刚石和立方氮化硼(CBN)以体积比8.5∶1.5至9.5∶0.5的混合物的超研磨组合物衍生出的研磨层,和通过形成三维粘接接触面用于固定粘接层的基底物,当研磨CRT玻璃面板时,它提供了良好的研磨效率。

Description

用于研磨阴极射线管面板的超研磨组合物 及含有它的超研磨物品
发明领域
本发明涉及用于研磨阴极射线管面板的超研磨(superabrasive)组合物，其含有分散于粘接材料中特定比例的金刚石和立方氮化硼颗粒的混合物，本发明还涉及应用所述组合物形成的特定形状的超研磨物品。
发明背景
阴极射线管(CRT)由屏面玻璃板和漏斗玻璃体组成，其分别是通过将玻璃料进行热压成型而制备。在常规的面板制备加工中，将得到的热压成型玻璃应用研磨材料如金刚砂、浮石和红铁粉进行连续研磨加工，以提供具有用于屏幕显示平面的最终的玻璃面板。
超研磨剂如金刚石和立方氮化硼(CBN)已广泛用于研磨模压玻璃或钢制品，因为它们比研磨剂如氧化铝和金刚砂具有更高的硬度和韧性(参见美国专利6,096,107和6,200,360)，并且使用超研磨材料的研磨过程不像常规的淤浆法(slurry process)那样会产生对危害环境的废水。
这种超研磨材料与粘接材料组合，烧结后得到超研磨剂研磨物品，其性能受到颗粒大小、硬度、超研磨剂颗粒的等级和结构、以及使用的粘接材料的种类和其烧结组合物的孔隙率的影响。
用于研磨CRT面板的研磨物品可以形成多种形状，如多种文献所公开。例如，韩国专利公开号95-25832公开了用于研磨CRT玻璃面板的超研磨物品，其形状是具有金刚石颗粒的插入钮扣的橡皮垫的形状。尽管应用这种物品不产生废水，当金刚石颗粒单独用作研磨材料时磨面将变钝。
发明概述
因此，本发明的主要目的是提供一种用于制备阴极射线管玻璃面板的超研磨组合物，其具有良好的研磨效率，而又不具有上述的环境或划痕问题。
本发明进一步的目的是提供一种从这种具有改善的持久性和使用寿命的组合物制备的研磨物品。
按照本发明的一个方面，本发明提供了一种用于研磨阴极射线管玻璃面板的超研磨组合物，其含有超研磨颗粒和粘接材料，该超研磨颗粒是金刚石颗粒和立方氮化硼(CBN)颗粒以体积比8.5∶1.5至9.5∶0.5混合比例混合的混合物。
按照本发明的另一个方面，本发明提供了一种用于研磨阴极射线管玻璃面板的研磨物品，其包括通过烧结本发明的超研磨组合物形成的超研磨剂研磨层，和用于固定超研磨剂研磨层的基底物，所述研磨层具有从其一部分底面向外延伸的圆柱状突出，该基底物在其一部分顶部表面上具有一个浅凹，其形状与圆柱状突出紧密配合，该基底物紧密结合到研磨层上形成一个接触面，该接触面从研磨层底面的其余部分延伸到所述突出物的表面。
附图说明
当结合分别如下所述的附图，根据下列描述，本发明的上述和其它的目的和特征会更加明显。
图1是按照本发明的超研磨物品的一个例子的透视图；
图2是图1的超研磨物品沿A-A’面的截面图；
图3和图4是在本发明的超研磨研磨物品中用于将研磨层固定在基底物上的方法的两个例子；
图5是将研磨层连接到基底物上的常规方法；
图6是根据烧结条件，应用金属粘接材料制备的超研磨研磨物品的研磨效率的变化。
发明详述
本发明的超研磨组合物特征在于金刚石和立方氮化硼(CBN)颗粒的特定比例混合物用作超研磨剂材料，即按照本发明，金刚石颗粒和CBN颗粒的混合比例是体积比8.5∶1.5至9.5∶0.5。当使用更大量的金刚石颗粒时，从其制备的研磨物品的表面会出现像研磨加工过程中的抛光变钝(glazing)现象，由此会降低研磨效率。并且，当CBN颗粒用量超过特定范围，该超研磨颗粒在应用中容易从研磨表面脱落，也会降低研磨效率。
混合的超研磨颗粒与粘接材料以体积比1.5∶8.5至2.5∶7.5的混合比例组合，以提供本发明组合物。
该粘接材料可以是金属的或金属氧化物与树脂的组合物，其功能是在高压烧结加工中分散和紧密固定超研磨颗粒，得到具有高度物理完整性的高致密组合物。
可以用于本发明的金属粘接材料的有代表性的例子包括Fe、Cu、Sn、及其氧化物，其颗粒平均粒径范围在30-50μm。当金属氧化物与树脂的混合物用作粘接材料时，该树脂可以优选为酚醛树脂，与金属氧化物组合时混合比例为9∶1至7∶3。
按照本发明，对本发明的超研磨组合物进行热压成型加工，以提供具有特定结构的本发明的研磨物品。
热压成型加工的进行可以将本发明的超研磨组合物加入到模具中，在高温、高压条件下热压，将该模具装入预制的基底物，用以固定通过烧结本发明组合物产生的研磨层。
热压成型加工适合在真空电炉中温度150-800℃、压力0.1-0.5ton/cm2下进行，根据使用粘接材料的成分。例如，当金属如铜或锡用作粘接材料，烧结成型加工可以在高温650-750℃、压力0.1-0.25ton/cm2下进行，而当粘接材料中加入树脂时，烧结成型加工可以在低温50-200℃、压力0.25-0.35ton/cm2下进行，尽管条件可以根据Tg(玻璃态转化温度)和使用树脂的分解温度而改变。
该模具和固定基底物可以由本领域公知的不锈钢、碳钢或其它材料制成，该模具在真空下进行热压成型加工中被密封。
在本发明中，该基底物被预制成型，具有一个浅凹，以使通过烧结本发明组合物得到的研磨层可以牢固地附着到其上。即，在本发明的研磨物品中，该研磨层具有一个圆柱突出，以紧密吻合方式从其底面伸向烧结物的浅凹内。
为了使研磨层更紧密地附着到基底物上，特殊的结构特征如凸缘、圆形凹槽或螺旋凹槽可以进一步提供研磨层与基底物间的接触面。
按照本发明用于研磨CRT玻璃面板的研磨物品可以制成一定的形状，例如圆形或矩形垫，适合于研磨的选择方法。例如，圆垫形状优选用于以旋转模式操作的LAP机器，而矩形垫形状优选用于摆动模式操作的AGM。
根据研磨方法和粘接材料的组合物，超研磨颗粒的粒径和韧度指数可以适当控制。例如，当粘接材料含有树脂成分并使用旋转研磨工具，超研磨颗粒的平均粒径优选在75-90μm，韧度指数为50-60，当使用摆动方法，优选平均粒径更小，范围在30-38μm。
当使用金属粘接材料并采用旋转研磨方法时，超研磨颗粒平均粒径优选在75-90μm，韧度指数为50-60，与上面的情况相同，但是当选择摆动研磨方法时，超研磨颗粒的平均粒径优选在30-38μm，金刚石和CBN颗粒的韧度指数分别为50-60和40-50。
如果颗粒的粒径大于该上限，磨光玻璃面板的表面变得太粗糙，而如果低于下限，研磨效率降低。并且，如果韧度指数大于上限，研磨颗粒在适当速率下不能被完全打碎，恢复研磨表面，研磨表面倾向于变得磨光，而当低于下限，其使用寿命变短。
按照本发明的研磨物品的几种实施方案如附图所示。图1表示本发明研磨物品的一个实施方案的透试图，图2显示了在图1中沿A-A’面切开的横截面图。
如图1和2所示，本发明的超研磨剂研磨物品(100)由超研磨剂研磨层(110)和用于固定研磨层的基底物(120)组成，其中研磨层(110)的底部具有圆柱状突出，在其底部具有一个环形凸缘(141)，其伸进，并且紧密地吻合于基底物(120)。
基底物(120)的下部在其外表面配有圆槽(130)，其用于将研磨物品装入载体如橡皮垫。当在轴向上进行振动运动时，该环形凸缘(141)防止研磨层与基底物分离。
图3和图4表示本发明研磨物品的两个其它方案。从图3和图4可以发现，用于将研磨剂研磨层附着到基底物的方法具有一个另外的结构特征，即圆形凹槽(142)位于研磨层(110)的底面(160)，螺旋凹槽(143)位于圆柱状突出(140)的外表面。
下列实施例是只是为了说明本发明，绝不是为了限制本发明的范围。
实施例1
加入到组成为75wt％基于铜粉的粉末(M325，KENNAMETALCOMPANY的产品，U.S.A)和25wt％锡粉的粘接材料中的为金刚石和CBN不同比例的超研磨颗粒，如表1所示，超研磨颗粒的量为基于最终混合物总重量的25％体积，最终混合物应用滚筒混合器(tumbler mixer)进行均化，以得到不同的超研磨组合物。
固定的基底物(120)具有相应于图3的形状，由SS41制成，其应用NC(数字控制)机器预先制成，其位于模具中，将上述研磨层组合物加入到基底物中。该模具用碳冲密封，置于真空电炉上，在压力0.2ton/cm2、温度700℃下进行烧结20分钟，得到具有图1和图2形状的烧结的超研磨剂研磨物品。
由此制备的超研磨剂研磨物品通过常规插入方法插入到圆形橡皮垫中，得到的研磨装置装入LAP研磨机中，用于研磨的是200 CRT玻璃面板，以旋转方式在0.15kgf/cm2下进行30秒，以评价其研磨效率，用除去的玻璃量表示，该结果如表1所示。下表中Run为实验编号，Com.Run为对照实验编号。
                                             表1
    超研磨材料a     平均除去量(g)
  金刚石粉末b(％)   立方氮化硼粉末c(％)   1～10玻璃面板 40～50玻璃面板 100～200玻璃面板
    Run1-1     85     15     98     94     92
    Run1-2     90     10     95     97     95
    Run1-3     95     5     98     95     93
  Com.Run 1-1     65     35     104     82     55
  Com.Run 1-2     75     25     101     86     72
  Com.Run 1-3     100     0     100     60     34
附注：a：颗粒粒径在75-90μm，韧度指数为50-60b：General Electric of U.S.A.的产品c：General Electric of U.S.A.的产品
从表1可以发现，当CBN的量不在5-15％的范围内，随着研磨方法的进行，研磨效率迅速下降。
实施例2
重复实施例1的过程，除了将金刚石与CBN的混合比例调成9.5∶0.5，使用的超研磨剂颗粒的平均粒径、韧度指数的变化如表2所示，以提供超研磨剂研磨物品。
将超研磨剂研磨物品装于LAP机器中，研磨使用15”CRT玻璃面板，在5.5-7Hz、0.15kgf/cm2下进行30秒。测定了机器表面的研磨效率和粗糙度。用于测定表面粗糙度的装置为Surftest 301TM(stylus type)，日本Mitsutoyo Company生产。下表中Run为实验编号，Com.Run为对照实验编号。
                         表2
    超研磨剂颗粒   除去量(g) 表面粗糙度(Rt)
粒径(μm) 韧度指数 加入量(vol％)d
 Run2-1  90～75  50～60  25  42  6.0
 Run2-2  90～75  50～60  22  45  6.4
 Run2-3  90～75  50～60  18  42  6.1
 Run2-4  90～75  50～60  15  44  5.9
 Com.Run2-1  90～75  50～60  10  37  6.4
 Com.Run2-2  90～75  50～60  30  36  5.4
 Com.Run2-3  90～75  50～60  35  32  5.6
 Com.Run2-4  90～75  60～80  25  42  7.6
 Com.Run 2-5  90～75  60～80  15  46  7.4
 Com.Run 2-6  90～75  60～80  5  48  8.2
 Com.Run 2-7  90～75  40～50  25  31  6.1
 Com.Run 2-8  90～75  40～50  20  29  5.9
 Com.Run 2-9  90～75  40～50  15  27  6.3
 Com.Run 2-10  90～75  40～50  10  30  5.7
 Com.Run 2-11  90～75  40～50  5  33  6.7
 Com.Run 2-12 106～90  60～80  25  65  13.1
 Com.Run 2-13 106～90  60～80  15  67  9.8
 Com.Run 2-14 106～90  60～80  5  75  10.1
 Com.Run 2-15 106～90  50～60  25  60  11.2
 Com.Run 2-16 106～90  50～60  15  58  10.1
 Com.Run 2-17 106～90  50～60  10  55  11.2
 Com.Run 2-18 106～90  50～60  5  64  12.1
 Com.Run 2-19 106～90  40～50  25  53  9.6
 Com.Run 2-20 106～90  40～50  15  49  10.0
 Com.Run 2-21 106～90  40～50  5  51  10.8
 Com.Run 2-22  75～63  60～80  15  22  5.1
 Com.Run 2-23  75～63  50～60  5  2  4.8
 Com.Run 2-24  75～63  40～50  25  25  6.0
 Com.Run 2-25  75～63  40～50  15  18  5.4
 Com.Run 2-26  75～63  30～40  5  20  5.1
附注：d：根据研磨剂颗粒和粘接材料颗粒的量
从表2可以发现，使用的研磨剂颗粒的量不在本发明的15-25％或者韧度指数低于50，研磨效率不令人满意(参照对照实验2-1至2-3和2-7至2-11)，而如果韧度指数高于60或粒径大于90μm，表面变得粗糙(参照对照实验2-4至2-6和2-15至2-18)。另一方面，如果粒径小于75μm，研磨效率非常低，不令人满意(参照对照实验2-23)。并且，在对照实验2-12至2-14、2-19至2-22和2-24至2-26中应用颗粒粒径和韧度指数不在本发明范围的研磨剂颗粒制备的其它研磨物品都显示出差的研磨效率。
实施例3
重复实施例1的过程，除了将金刚石与CBN的混合比例调成9.5∶0.5，使用的超研磨剂颗粒的平均粒径、韧度指数的变化如表2所示，以提供超研磨剂研磨物品，分别将其装入矩形橡皮中，以制备研磨物品。
将由此得到的研磨物品装于A.G.M.(轨道非球面研磨机)(以摆动模式操作)，研磨使用29”CRT玻璃面板，在5.5-7Hz、0.15kg/f/cm2下进行35秒。如实施例2测定机器表面的研磨效率和粗糙度。结果如表3所示。下表中Run为实验编号，Com.Run为对照实验编号。
                                 表3
    超研磨剂颗粒   除去量(g) 表面粗糙度(Rt)
粒径(μm) 韧度指数 加入量(vol％)d
 Run 3-1  30～38  50～60  25  86  4.9
 Run 3-2  30～38  50～60  22  85  4.7
 Run 3-3  30～38  50～60  18  83  4.8
 Run 3-4  30～38  50～60  15  84  4.2
 Com.Run 3-1  30～38  50～60  10  76  4.1
 Com.Run 3-2  30～38  50～60  30  77  4.9
 Com.Run 3-3  30～38  50～60  35  62  4.5
 Com.Run 3-4  30～38  60～80  25  65  5.8
 Com.Run 3-5  30～38  60～80  15  64  5.9
 Com.Run 3-6  30～38  60～80  5  62  6.2
 Com.Run 3-7  30～38  40～50  25  78  4.0
 Com.Run 3-8  30～38  40～50  20  75  3.8
 Com.Run 3-9  30～38  40～50  15  74  3.9
 Com.Run 3-10  30～38  40～50  10  76  3.8
 Com.Run 3-11  30～38  40～50  5  71  4.0
 Com.Run 3-12  38～45  60～80  25  84  9.2
 Com.Run 3-13  38～45  60～80  15  87  9.4
 Com.Run 3-14  38～45  60～80  5  88  9.4
 Com.Run 3-15  38～45  50～60  25  78  7.5
 Com.Run 3-16  38～45  50～60  15  78  8.2
 Com.Run 3-17  38～45  50～60  10  80  9.4
 Com.Run 3-18  38～45  50～60  5  84  9.2
 Com.Run 3-19  38～45  40～50  25  79  7.6
 Com.Run 3-20  38～45  40～50  15  76  8.1
 Com.Run 3-21  38～45  40～50  5  79  8.5
 Com.Run 3-22  20～30  60～80  15  42  3.2
 Com.Run 3-23  20～30  50～60  5  49  3.5
 Com.Run 3-24  20～30  40～50  25  38  3.5
 Com.Run 3-25  20～30  40～50  15  46  3.4
 Com.Run 3-26  20～30  30～40  5  42  3.1
附注：d：根据研磨剂颗粒和粘接材料颗粒的量
从表2和表3的结果可以发现，当研磨剂颗粒的粒径大小、韧度指数和用量被控制在本发明的特定范围内，可以获得满意的研磨效率和表面平滑度。
实施例4
重复实施例1的过程，除了将金刚石与CBN的混合比例调成9.5∶0.5，平均粒径在50-60μm，韧度指数在90-75，烧结温度和压力如图6所示变化，以提供具有不同烧结特性的研磨物品。测定由此制备的每种研磨物品的研磨效率，重复10次，得到在700℃和0.10 ton/cm2下制备的研磨物品，结果如图6所示。
图6显示应用基于铜的金属作为粘接材料制备的研磨物品适合在温度650-750℃和压力0.10-0.25ton/cm2下粘接。
实施例5
重复实施例1的过程，应用具有粒径50-60μm和韧度指数90-75的金刚石与CBN的比例9.5∶0.5混合粉末，除了实验采用含有10-30％氧化铁的酚醛树脂组合物作为粘接材料，应用钢模，在温度160-179℃和压力0.25-0.35 ton/cm2下粘接，得到两种类型的研磨物品，结构如图2所示。
为了对照，重复上述过程，得到两种对照研磨物品，具有图5的常规结构。
测试由此得到的研磨物品，以测试在研磨加工中研磨层是否与基底物相分离。结果如表4所示。下表中Run为实验编号，Com.Run为对照实验编号。
                                   表4
    结构     粘接材料   测定stone数
  Comp.Run 4-1     图5     基于铜的金属     2
  Comp.Run 4-2     图5   含有酚醛树脂的氧化铁     4
    Run4-1     图2     基于铜的金属     0
    Run4-2     图2   含有酚醛树脂的氧化铁     0
表4的结果表明各种研磨物品的研磨层都比常规研磨物品更加牢固地附着到基底物上。
尽管本发明按照上述具体的实施方案进行了描述，应该认为本领域普通技术人员可以对本发明进行多种改变和调整，但都没有偏离后附权利要求书限定的范围。

Claims (12)

1.一种用于研磨阴极射线管玻璃面板的超研磨组合物，其含有超研磨颗粒和粘接材料，其中所述超研磨颗粒是金刚石和立方氮化硼(CBN)以体积比8.5∶1.5至9.5∶0.5的混合比例混合的混合物。
2.按照权利要求1的组合物，其中所述超研磨颗粒的平均粒径在75-90μm，韧度指数为50-60。
3.按照权利要求1的组合物，其中所述超研磨颗粒的平均粒径在30-38μm，韧度指数为50-60。
4.按照权利要求1的组合物，其中所述金刚石颗粒的平均粒径在30-38μm，韧度指数(toughness index)为50-60，CBN颗粒的平均粒径在30-38μm，韧度指数为40-50。
5.按照权利要求1的组合物，其中所述超研磨颗粒与粘接材料以体积比1.5∶8.5至2.5∶7.5的混合比例组合。
6.按照权利要求5的组合物，其中所述粘接材料为金属的，或金属氧化物和树脂的混合物。
7.按照权利要求5的组合物，其中所述金属氧化物-树脂混合物中树脂含量范围在70-90％体积。
8.一种用于研磨阴极射线管玻璃面板的研磨物品，其包括通过烧结权利要求1-7中任何一个的超研磨组合物形成的超研磨剂研磨层，和用于固定超研磨剂研磨层的基底物，所述研磨层具有从其一部分底面向外延伸的圆柱状突出，该基底物在其一部分顶部表面上具有一个浅凹，其形状与所述的圆柱状突出紧密配合，该基底物紧密结合到研磨层上形成一个接触面，该接触面从研磨层底面的其余部分延伸到所述突出物的表面。
9.按照权利要求8的研磨物品，其中在所述接触面上提供有用于将研磨层固定到基底物的另外的结构特征。
10.按照权利要求9的研磨物品，其中所述的另外的结构特征选自在所述圆柱状突出下部形成的凸缘，位于接触面一部分的圆形凹槽，其中研磨层的下表面与基底物的上表面相吻合，在圆柱状突出物外周的螺旋凹槽，以及它们的组合。
11.一种制备用于研磨阴极射线管玻璃面板的研磨物品的方法，其包括将预先制成的基底物装入模具的步骤，将权利要求1-8中任何一个的超研磨组合物置于基底物上，密封模具，在温度150-800℃、压力0.1-0.5ton/cm2下进行热压。
12.按照权利要求11的方法，其中所述研磨物品包括通过烧结所述超研磨组合物形成的超研磨剂研磨层，和用于固定超研磨剂研磨层的基底物，所述研磨层具有从其一部分底面向外延伸的圆柱状突出，该基底物在其一部分顶部表面上具有一个浅凹，其形状与圆柱状突出紧密配合，该基底物紧密结合到研磨层上形成一个接触面，该接触面从研磨层底面的其余部分延伸到所述突出表面。
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