制備成形磨粒的輔助傳送絲網印刷方法和所得成形磨粒的制作方法
【專利說明】制備成形磨粒的輔助傳送絲網印刷方法和所得成形磨粒
[0001] 本專利申請是申請號為201080057581. 2、申請日為2010年12月10日、發明名稱 為"制備成形磨粒的輔助傳送絲網印刷方法和所得成形磨粒"的專利申請的分案申請。
[0002] 本專利申請要求提交于2009年12月22日的美國臨時申請No. 61/289, 188和提交 于2010年6月30日的美國專利申請No. 12/827, 274的優先權，這兩份專利申請的名稱均為 "Transfer Assisted Screen Printing Method of Making Shaped Abrasive Particles and the Resulting Shaped Abrasive Particles"（制備成形磨粒的輔助傳送絲網印刷方 法和所得成形磨粒），其公開內容全文以引用方式并入本文中。
【背景技術】
[0003] 磨粒和由磨粒制造的磨料制品可用于在產品制造過程中研磨、整理或磨削多種材 料和表面。因此，一直存在對磨粒和/或磨料制品的成本、性能或壽命進行改善的需求。
[0004] 在授予Berg的美國專利No. 5, 201，916、授予Rowenhorst的美國專利 No. 5, 366, 523 (Re 35, 570)以及授予Berg的美國專利No. 5, 984, 988中公開了三角形成形 磨粒和使用三角形成形磨粒的磨料制品。在一個實施例中，磨粒的形狀包括等邊三角形。三 角形成形磨粒可用于制造具有增大的切削速率的磨料制品。
【發明內容】
[0005] 成形磨粒通常可具有優于隨機粉碎的磨粒的性能。通過控制磨粒的形狀，可以控 制磨料制品的所得性能。本發明人發現，通過使用絲網印刷技術由 α-氧化鋁前體的分散 體制備成形磨粒，使得分散體從印刷絲網中的開口輔助傳送，從而提高了過程生產率。另 外，由于可以從絲網開口中移除這些較厚的磨粒，因此可制備厚得多的成形磨粒。
[0006] 輔助傳送可包括在絲網印刷成形物的第一側面和絲網印刷成形物的與容納表面 接觸的第二側面之間施加差壓。在一個實施例中，加壓的傳送輥可將正壓施加到第一側面， 以從具有連續印刷帶形式的印刷絲網釋放絲網印刷成形物。在另一個實施例中，容納表面 可包括透氣的容納表面，并且可定位真空箱或真空輥，以當從印刷絲網中的孔移除絲網印 刷成形物時，向絲網印刷成形物的第二側面提供小于大氣壓的壓力。或者，可向絲網印刷成 形物的第一側面施加正壓，同時向第二側面施加低于大氣壓的壓力。
[0007] 簡而言之，在一個實施例中，該方法包括通過絲網印刷工藝制備成形磨粒，該工藝 包括將分散體通過印刷絲網施加到容納表面，該印刷絲網具有對應于成形磨粒所需形狀的 多個孔。優選的方法包括：將α-氧化鋁前體的分散體施加到容納表面上所支承的開孔印 刷絲網的一個表面；填充印刷絲網中的孔；從容納表面移除印刷絲網，同時在絲網印刷成 形物的第一側面和接觸容納表面的絲網印刷成形物的第二側面之間施加差壓；至少部分地 干燥分散體，以形成前體成形磨粒；以及將前體成形磨粒燒制到最終燒結硬度，從而形成包 含α-氧化鋁的成形磨粒。
[0008] 令人吃驚的是，本發明人確定，具有在形成過程之后依靠其自重蠕動或流動的粘 度較低的溶膠凝膠分散體提供了這樣的成形磨粒，該成形磨粒相比使用粘度較高的分散體 用相同方法制備的成形磨粒具有改善的磨削性能。因此，尺寸完全穩定的溶膠凝膠分散體 在一些實施例中不是優選的，并且意外發現，第二側面比第一側面更大和側壁一直坍落的 成形磨粒具有更好的磨削性能。所得成形磨粒從較大的第二側面（干燥期間接觸容納表面 的一側）到較小的第一側面（不受支承的空氣側）漸縮，盡管用來制備成形磨粒的孔不漸 縮（側壁大約90度）。
[0009] 據信，漸縮在干燥過程中發生，或作為另外一種選擇或結合地，是作為在移除粘度 較低的溶膠凝膠的絲網印刷成形物時施加差壓的結果而發生。在干燥過程期間變得基本上 干燥之前，粘度較低的溶膠凝膠可以依靠其自重蠕動或流動，其方式類似于小甜餅生面團 在烘箱中從初始的圓球形變為最終的圓盤形那樣。因此，干燥過程產生邊緣較薄的成形磨 粒，該邊緣在成形磨粒的側壁和第二側面之間具有銳角。據信，該較薄邊緣提高了磨削性 能。
[0010] 因此，在一個實施例中，本發明涉及一種用于通過絲網印刷工藝制備成形陶瓷制 品的方法，該方法包括：將陶瓷前體的分散體通過包括多個孔的印刷絲網施加到容納表面； 從容納表面移除印刷絲網，，同時，在絲網印刷成形物的第一側面和絲網印刷成形物的與容 納表面接觸的第二側面之間施加差壓；至少部分地干燥保留在容納表面上的絲網印刷成形 物；以及燒制絲網印刷成形物，以形成燒結的成形陶瓷制品。
[0011] 在另一個實施例中，本發明涉及一種制備包含α -氧化鋁的成形磨粒的方法，該 方法包括：在容納表面上將勃姆石氧化鋁溶膠凝膠采用絲網印刷而成形，以形成多個絲網 印刷成形物；從印刷絲網移除絲網印刷成形物，同時，在絲網印刷成形物的第一側面和接觸 容納表面的絲網印刷成形物的第二側面之間施加差壓；至少部分地干燥絲網印刷成形物； 以及在足以將氧化鋁轉變為α-相的溫度下燒制絲網印刷成形物。
[0012] 在另一個實施例中，本發明涉及一種制備包含α -氧化鋁的成形磨粒的方法，該 方法包括：在透氣的容納表面上將勃姆石氧化鋁溶膠凝膠采用絲網印刷而成形，透氣的容 納表面與真空箱或真空輥相鄰，同時用溶膠凝膠填充印刷絲網中的孔，以形成多個絲網印 刷成形物；從印刷絲網移除絲網印刷成形物；至少部分地干燥絲網印刷成形物；以及在足 以將氧化鋁轉變為α-相的溫度下燒制絲網印刷成形物。
[0013] 在另一個實施例中，本發明涉及包括形成后流動的表面的成形磨粒。
[0014] 在另一個實施例中，本發明涉及包括第一側面、第二側面和將第一側面連接到第 二側面的側壁的成形磨粒；側壁包括與第一表面相交的第一部分和與第二表面相交的第二 部分，并且第一部分的斜率大于第二部分的斜率。
[0015] 在另一個實施例中，本發明涉及包括第一側面、第二側面和將第一側面連接到第 二側面的側壁的成形磨粒；并且其中，第一側面為凹面，側壁為凹壁。
【附圖說明】
[0016] 本領域的普通技術人員應當了解，本發明的討論僅是針對示例性實施例的描述， 其并不旨在限制本發明的更廣泛的方面，其中更廣泛的方面體現在示例性構造中。
[0017] 在說明書和附圖中重復使用的引用字符旨在表示本發明相同或類似的部件或元 件。
[0018] 圖1是根據本發明的用于連續模式操作的絲網印刷工藝的示意圖。
[0019] 圖2是適合與根據本發明的連續模式或成批模式絲網印刷工藝一起使用的印刷 絲網的頂面的照片。
[0020] 圖3A、圖3B和圖3C是顯微照片，分別顯示了使用圖2所示印刷絲網用粘度較高的 溶膠凝膠所制備成形磨粒的俯視圖、側視圖和透視圖。
[0021] 圖4A、圖4B和圖4C是顯微照片，分別顯示了使用圖2所示印刷絲網用粘度較低的 溶膠凝膠所制備成形磨粒的俯視圖、側視圖和透視圖。
[0022] 圖5是比較用粘度較高的溶膠凝膠和粘度較低的溶膠凝膠所制備成形磨粒的磨 削性能的切削與時間坐標圖。
[0023]
[0024] 如本文所用，"大致三角形"意指三角形形狀或三邊漸縮或非漸縮的多邊形，其具 有圓角而不是頂點，如圖2、圖3和圖4所示。
[0025] 如本文所用，"形成后流動的表面"意指在從印刷絲網或模具移除成形分散體之后 顯著坍落的成形磨粒的表面。因此，成形磨粒將由于坍落而在一側上具有較大的表面積，并 且厚度或高度比由相同印刷絲網或模具制備的不顯著坍落的成形磨粒更小。形成后流動的 表面為相對平滑的表面，其具有平滑的輪廓和由成形分散體移位導致的斜坡，這種移位是 由于在允許坍落發生的條件（例如，溶膠凝膠粘度較低或干燥速率較慢）下的力（例如，重 力或所施加的差壓）所導致的。由于印刷絲網或模具填充過滿，使得溶膠凝膠延伸超過印 刷絲網或模具中的預期預定幾何形狀，這樣產生的附接到成形磨粒表面的溶膠凝膠的飛邊 或極薄區域不是形成后流動的表面。
[0026] 如本文所用，"成形磨粒"意指通過將分散體置于印刷絲網中的孔或模具腔體中而 形成的磨粒，該孔或模具腔體具有預定幾何形狀，產生與該形狀相似但不完全復制該形狀 的磨粒。
[0027] 如本文所用，"紋理的表面"意指具有粗糙或粒狀表面質量的成形磨粒表面。紋理 的表面可由透氣的容納表面結合真空制備，其中，真空拉動溶膠凝膠，使其緊密接觸容納表 面。紋理的表面可部分地復制容納表面的花紋或網孔、形成容納表面的纏結纖維結構、或容 納表面中的孔的輪廓。
【具體實施方式】
[0028] 具有連續印刷帶形式的印刷絲網10在一系列的三個輥12、14和16的周圍穿過。 在一個實施例中，在印刷絲網10從容納表面18分離的點附近，設置有壓力傳送輥2