자기 타일의 연마 연마 작업과정 동안 타일 표면에 나타나는 변화를 결정하는 산업용 자기 타일 연마 라인의 길이에 걸쳐 철저한 샘플링은 이루어졌다. 연마된 자기 타일의 높은 광택과 경도는 제품 시장 점유에서 높은 성장을 이끌어 왔다. 자기 타일의 연마작업은 타일 표면에 가공 기구의 마찰을 이용한다. 긴 연마 트레인을 사용하여 부드럽고 높은 광택을 가지는 제품을 생산하기 위해서는 약 10%의 두께가 감소한다. 연마 과정은 실제로 몇 가지 작업으로 이루어진다. 첫번째 과정 단계에서(평탄화 단계), 조대한 마찰 입자(다이아몬드)를 가진 기구를 사용하여 상당량의 물질을 제거하면서 타일 표면을 손질하여 평평하게 한다. 두번째 과정 단계에서(실제적 연마 단계) 점차적으로 줄어드는 입자크기를 가지는 마찰입자를 가지는 가공 기구를 사용하여 원하는 최종 조직과 광택을 생산한다. 가공 단계에 사용된 주된 연마제는 여러 조성의 유기질 또는 무기질 매트릭스에 삽입된 SiC이다. 현재 타일에 대한 연마제와 각각의 연마제 가공의 시간과 과정은 경험에 기초를 두고 있다. 이것은 타일의 표면에 각각의 연마제의 효과에 대한 충분한 정보가 없기 때문이다. 산업용 자기 타일 연마 라인의 길이에 걸쳐 철저한 샘플링이 이루어졌다. 특정한 타일의 특성(질량, 광택, 표면 조직) 평가가 연구되고 있으며 미세 구조의 변화는 SEM을 사용하여 관찰되었다. 관찰된 평가를 기초로 연마 작업에서 재료의 손실을 일으키는 메커니즘에 대한 해석이 시도되었다. 최종적으로, 문헌에서 제안되었듯이, 연마 메커니즘을 명확하게 하기 위해 단점 다이아몬드를 사용하여 긁기, 경도시험이 이루어졌다. 이 연구의 또 다른 부분은 마찰 메커니즘이 자기타일의 미소 구조적, 기계적 특성이 미치는 효과를 분석하는 것이다. 실험 시료는 최초의 헤드에서 마지막 범위까지 실제 가공 단계에 상응할 수 있도록 연마 트레인의 여러 부분과 최초의 평탄화 단계의 타일로부터 얻었다. 사용된 입상은 Federation of European Producers of Abrasive Products(FEPA)에 의해 사용하였다. 각각 입상의 평균 입자크기가 결정되었고, 연마 트레인의 여러 위치에서 잔여 시료를 수집하였다. 표면 광택은 반사율 측정기(Model Statistical Novo-Gloss, Rhopeint Instruments Ltd., Oxted. Surrey, U.K.)를 사용하여 측정하였다. 10번의 무작위 광택 측정이 60도의 입사각을 사용하여 각각의 시료에 대해 이루어졌다. 지세도가 90도의 각을 가지고 5㎛의 지름의 다이아몬드 팁으로 픽업을 가지는 거칠기측정기 (Model T6000, Hommelwerke GmbH, Schwenningen, Germany)를 사용하여 만들었다. 표면 지세도는 101개의 단면도로 이루어졌고, 25 또는 10mm의 길이를 가지며, 각각 250과 100㎛의 간격을 가지므로 25×25mm2 또는 10×10mm2 의 표면을 포함할 수 있다. 타일 표면은 SEM을 사용하여 관찰하였고, 어떤 경우에는 후방 산란된 전자 시그널(조성과 지세적 차이가 돋보이는)이 나타나고 있으며, 또 다른 경우에는 이차 전자 시그널이 나타나 지세에 대한 연구를 더 효율적으로 할 수 있게 하였다. 긁기 경도시험은 조절된 적재량과 시료 전진 속도를 사용하여 (Fraunhofer Institut. Freiburg, Germany) 이루어졌다. ~50㎛의 팁 지름을 가지고 120도의 각을 가진 뭉툭한 원뿔모양의 다이아몬드 인덴터가 사용되었다. 적재량은 1~12의 범위에서 1N씩 증가되었다. 마모 메커니즘 ; 평탄화 과정 평탄화 과정에서, 연삭 공구 표면은 높은 압력에서 타일과 접합하는 날카로운 끝을 가진 큰 다이아몬드 입자(350~300㎛)를 포함한다. 이런 조건들이 균열 형성에 기초를 둔 취성의 파쇄 때문에 타일에 심각한 마모가 발생한다. 타일의 지세도가 평탄화 과정이후에 제작되었고, 깊은 홈이 시료의 진행 방향으로 관찰되었다. 이 홈들은 평탄화 과정에 작동되는 고정된 롤러에 의해 나타나게 된다. 이 홈들은 칩의 형태에 상당한 재료의 분리가 나타나는 마모조건을 나타낸다. 지세도는 연마전 사전 가열된 자기 타일의 표면에 만들어진다. 평탄화 과정 후 타일의 지세도는 상당한 하락을 나타내어 표면 지세의 높이가 사전 가열된 타일의 69㎛에서 평탄화 과정 후에 145㎛로 증가한다. 더구나 사전 가열된 타일에서, 높이의 증가는 굴곡(눈으로 인식할 수 있는)에 의한 것이고, 평탄화 과정 후에 높이는 최초의 굴곡이 제거되기 때문에 표면에 나타난 홈의 깊이에 의한 것이다. 평탄화 과정 후의 타일의 교차점은 최초의 연삭 단계에서의 재료의 심각한 제거를 나타낸다. 교차점은 100㎛까지의 균열 크기를 가지는 표면하의 깊은 균열을 나타낸다. 균열은 재료의 제거가 이 단계의 취성 균열 메커니즘에 의해 발생된다는 것을 알 수 있다. 마모 메커니즘 ; 연마 단계 연마 트레인에서의 질량과 표면홈에 대한 입상과 관련된 위치에 대한 관계가 도식화되었다. 질량의 감소가 36입상(600㎛)에서 약 280입상(36.5㎛)까지 관찰되었다. 이 범위는 사전의 평탄화 고정에 의해 발생된 하락이 제거되고 상당한 재료의 손실이 나타나는 범위이다. 높은 입상에서 시료의 질량은 거의 변화를 나타내지 않고 실제적으로 400입상(17.3㎛)이후에는 무시할 만하다. 광택의 변화는 재료의 손실에 의해 나타난다. 그러므로 최초에 나타나는 광택의 빠른 증가는 실제적으로 재료 손실의 마지막 단계에 동시에 나타나고, 이것은 평탄화 과정에서 나타난 손상이 대부분 제거 되었다. 따라서 표면이 실제의 연마 단계에 적합하게 준비되었다는 것을 나타낸다. 광택은 최종적으로 1500입상(d50<6㎛) 이상의 안정된 값을 나타내게 된다. 이 값은 타일의 기공 조직에 따라 달라진다. 최초의 평탄화 과정 이후에 재료의 제거 단계는 70% 정도의 산업 연마 트레인 길이에 까지 표면의 퇴보를 제거하게 된다. 이것은 타일에 발생되는 상당한 하락을 나타내고 전체적인 연마 단계의 효율을 개선시키기 위해 평탄화 단계에 대한 최적화가 요구된다. 최초의 연마 단계에서의 재료 제거의 상당한 양과 자기 타일의 기계적 특성은 마모가, 비록 평탄화 과정에서와 같이 적극적인 효과는 없지만, 주로 취성 메커니즘에 의해 이루어진다는 것을 나타낸다. 이러한 마모의 형태는 평탄화 지역(36입상)에서 나타난 균열된 타일의 표면의 깊은 홈과 봉우리들에 의해 나타난다. 표면 지세는 이전의 평탄화 단계에서 나타난, 아직 제거되지 않은 상당한 높이의 봉우리들(>100㎛)을 나타낸다. 연마 트레인 (36입상)안의 이 지점에서 수거, 제거된 시료에서 발견된 자기 타일 칩의 현미경 사진으로 칩 안의 구형 기공(밀폐기공)과 타일로부터의 분리에 의해 나타난 날카로운 부분을 관찰할 수 있다. 이 칩의 형태 또한 취성 균열 메커니즘에 의해 발생된 분리를 확인 시켜준다. 라인으로 타일이 진행함에 따라, 입상의 크기는 감소하고 재료를 제거하는 입상의 능력 또한 감소하게 된다. 입상 36보다 낮은 재료 제거 속도를 나타내는 입상 60~80(d50=250~180㎛)을 지난 후에, 비록 대부분의 칩이 홈을 덥긴 하지만 타일 12의 표면은 계속 칩을 발생 시킨다. 이 홈들은 취성 메커니즘에 의한 것이 아니고 마모의 특성에, 예를 들어 성형, 변형에 의한 것이다. 이 타일의 표면 지세와 최고 봉우리의 높이는 상당히 줄어들지만 평탄화 과정의 하락을 계속해서 나타낸다. 취성에서 연성 메커니즘으로의 추가 전환에 의해 600입상(d50=9.3㎛)인 조각들이 관찰된다. 이러한 연마 트레인 지역에서는 재료의 제거는 거의 일어나지 않는 반면 표면 광택은 빠르게 증가한다. 비록 타일의 표면은 계속해서 일부 칩을 발생시키지만, 표면의 대부분은 충돌 효과(성형 변형)의 홈 특성에 의해 형성된다. 이 마지막 연삭 단계에서 발생되는 잔여물은 작은 자기 타일 입자와 결합제 입자로 이루어져 있다. 마침내, 재료의 제거 없이 광택의 안정화를 가진 마지막 단계에 나타나는 1500입상(d50<6㎛)의 타일 68은 부드러운 표면을 가진다. 이전의 과정에서 관찰된 재료의 제거 증상은(칩과 홈) 더 이상 발견되지 않는다. 관찰된 갈라진 틈의 대부분은 최상층의 제거로 인한 타일의 밀폐기공의 표면화로 나타난다. 이러한 관찰로 이 마지막 단계에서 연마가 어떠한 재료의 손실 없이 성형 변형에 의해 발생한다는 것을 알 수 있다. 이 결과로 이 문헌에 묘사된 세라믹의 마모 단계와접합이 증가(마모상수의 증가)할수록 충돌(순수한 성형 변형)에서 분말의 형성과 그 후에 박편의 형성으로 변한다는 것을 나타낸다. 이 변이는 또한 연마 트레인 안에서 일어난다. 큰 연마제 크기(입상 36)에서는 박편의 형성이 우선적으로 발생하고, 이것은 연마 잔여물에 포함된 자기 타일 칩에 의해 발생하고 상당한 재료의 제거를 발생시킨다. 이러한 거대한 박편 같은 입자들은 평탄화 과정의 마지막에 관찰되는 균열과 같은 커다란 표면 균열의 전파에 의해 발생된다. 날카로운 끝부분과 패각상의 틈이 각을 이룬 연마제 입자의 모양은 최대의 접합 압력에 대해 깊은 곳까지 다다르게 하기 때문에 이러한 마모 작용을 촉진시킨다. 연마제 입자크기와 이것에 의한 접촉 정도의 감소, 연삭공구 600에 의한 잔해에서 관찰되는 분말과 같은 작은 입자들이 표면의 미소 균열이 전파됨에 따라 형성된다. 결국, 작은 연마제 입자 크기 (입상1500)에 대하여, 충돌 효과가 마모 작용을 주로 일으키게 되고, 이것이 전형적인 마모 입자를 발생시킨다. 결과적으로 나타나는 메커니즘의 변화는 감소하는 입상 크기에 대한 타일 표면상의 접촉 압력의 감소에 의해 나타난다. 비록 많은 연삭 공구의 헤드가 연마 트레인에 걸쳐 일정한 압력을 부여하고 있지만 입상 접합 압력은 일정하지 않다. 이것은 입상의 크기가 작아질수록 연마 트레인에 따라 진행하는 연마제 질량 비율의 감소에도 불구하고 단위 면적당의 입자의 수가 높아지기 때문이다. 이 메커니즘을 묘사하기 위해, 세가지 입상(86, 600, 1500)의 단위 연삭공구 체적당 연마제 입자의 평가치가 입상 크기의 감소에 따라 상당히 증가한다는 것을 나타내었다. 그러므로, 타일에 적용된 압력은 접합점에 더 집중 되어지고, 각각 연마제 입자의 압력은 연마 트레인이 진행됨에 따라 감소한다. 가공된 표면을 얻기 위해, 산업용 연삭(연막)작업과 동일한 조건의 연구실 규모에서 모의 실험은 매우 복잡하다. 그러므로, 연삭 메커니즘을 평가하기 위해 연삭 실험보다는 긁기 실험을 타일상에 하는 것이 제안되어 왔다. 구형의 50㎛ 팁을 가진 콘형의 인덴터가 긁기 실험에서 발생된 재료에 대한 홈의 형성과 균열을 관찰하기 적합할 수 있도록 선택되었다. SiC입자의 날카로운 끝부분 때문에 이 인덴터가 큰 크기의 입자들을 대표한다. 발생된 홈의 교차점에 대한 SEM관찰로 인덴터 균열 하부에 대부분은 재료의 미소 결함에 이미 존재하던 다중 균열을 발견할 수 있고, 이것은 재료 본질의 불균질 특성 때문이다. 그러나 손상된 부분의 근접 조사로 취성 재료에 대한 특정한 형태의 균열 특성을 구분할 수 있다. 낮은 적재 시에 작은 균열은 칩이 표면에서 파쇄되어질 때 발생하는 수평으로 전파되는 방사형 또는 측면으로써 대표되어지는 균열과 유사하게 발생된다. 적재가 증가할 수록, 시료의 안쪽으로 수직 또는 사선형으로 진행되는 다른 균열이 나타난다. 이러한 균열들은 (구형 팁을 사용하는 국부압축의 특성인) 콘형 균열 또는 (날카로운 인덴터를 사용하는 국부압축의 특성인) 중앙 균열로써 특성화 되어진 균열과 유사하다. 적재가 더 증가할 경우, 이전의 형태와 같은 균열들이 표면을 침투하는 측면 균열에 의해 발견된다. 긁기 경도 실험으로 이러한 결과를 확인할 수 있다. 갈라진 틈에 의한 마모는 단지 각각의 연마제 입자의 임계 적재를 초과할 경우에만 발생한다. 이것은 연마제의 입자가 접합 지점에서 충분한 수가 존재하고 그 크기가 충분히 작다면 각각의 적재는 균열의 원인이 될 수 있는 경계보다도 낮다는 것을 의미한다. 그러므로 낮은 적재 또는 작은 입자 균열은 제어되고 연마제 마모는 성형 변형에 의해 발생하게 된다. 높은 적재에서 또는 큰 입자에서는 마모 속도가 급격하게 증가함에 따라 취성 균열이 발생하게 된다. (Ceramic Bulletin) (a)자연적인 자기 타일 표면과 (b)평탄화 후의 자기 타일 표면의 비교 연마 트레인의 상관 위치(a)와 입상(b) 또는 평균 연마제 입자 지름(d50)의 함수로 나타낸 평탄화 과정후의 자기타일 질량(△)과 광택(□)의 변화. 평탄화 과정동안에 발생된 표면하의 균열 연마 작업에서의 자기 타일 표면의 진전 (a)타일4 (입상36), (b)타일12 (입상60/80), (c)타일56 (입상 600), (d)타일68 (입상1500) (a)입상 36 (b)입상 600의 연삭 이후의 연마 잔여물의 모양 구형 팁의 콘형 인덴터(D=50㎛)으로 서로 다른 적재의 자기 타일에 대한 긁기 시험에 의해 발생된 균열 (a)3 (b)7 (c)12N