AT500868B1

AT500868B1 - Gesintertes superschleifwerkzeug und herstellungsverfahren

Info

Publication number: AT500868B1
Application number: AT0919702A
Authority: AT
Original assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2007-07-15
Also published as: JP2011067947A; WO2003018261A3; MXPA04001601A; BR0211862B1; ITMI20021838A1; AT500868A1; CA2683100C; ES2258395B2; JP4119366B2; SE0400335L; SE0400335D0; JP2006247837A; AU2002319683A1; JP2005500177A; CN100467180C; CA2683100A1; GB2395200B; NL1021276A1; CA2454829C; FR2828886A1

Description

2 AT 500 868 B1

Die Erfindung betrifft ein Schleifwerkzeug umfassend einen Metallkern und einen Schleifrand am Umfang des Kerns, wobei der Rand eine Superschleifkornkomponente, eine Füllstoffkomponente mit Hohlkörpern und eine bei einer Temperatur unterhalb von 850°C gebrannte Sinterbindungskomponente enthält sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifwerkzeugs. 5

Materialien wie mittels chemischer Gasphasenabscheidung erhaltene Diamantfilme (CVD-Diamant), polykristalline Diamanten (PCD), kristallines Bornitrid (CBN) und polykristallines Bornitrid (PCBN) gehören zu den härtesten Werkstoffen, die bekannt sind. Mit Schneidplatten aus PCD oder anderen harten Materialien gefertigte Schneidwerkzeuge sind schwierig herzu-io stellen. Typische Schneidwerkzeugverfahren erfordern zwei Schleifarbeitsgänge, nämlich Grobschleifen und Feinschleifen, welche mit verschiedenen Schleifscheiben durchgeführt werden. Viele der herkömmlichen Schleifwerkzeuge, die zum Grob- und Feinschleifen solcher Materialien verwendet werden, enthalten metallisch gebundene Superschleifmittel. Mit Werkzeugen mit metallisch gebundenen Schleifmitteln lassen sich im Allgemeinen weniger Teile pro Stunde 15 schleifen als mit Werkzeugen mit glasgebundenen Schleifmitteln.

Ein Schleifwerkzeug mit metallisch gebundenen Schleifmitteln ist beispielsweise der US 6,093,092 zu entnehmen. 20 Werkzeuge mit glasgebundenen Schleifmitteln haben attraktive Temperatur-Charakteristika, neigen aber zum Brüchigwerden und nützen sich rascher ab als metallisch gebundene Schleifmittel. Darüber hinaus können Werkzeuge mit glasgebundenen Diamanten Leistungsmängel aufgrund einer schlechten Diamant-Glas-Bindung aufweisen. Weiters gibt es Verfahren zur Herstellung von Werkzeugen mit glasgebundenen Diamanten, bei denen typischerweise hohe 25 Temperaturen, lange Taktzeiten und eine nicht oxidierende oder reduzierende Atmosphäre erforderlich sind.

Es besteht daher ein Bedarf an Schleifwerkzeugen, mit denen harte Werkstücke grob oder fein geschliffen werden können, sowie an Verfahren zur Erzeugung solcher Werkzeuge, bei denen 30 die oben angeführten Probleme verringert oder ausgeschaltet werden.

Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf ein Schleifwerkzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifwerkzeugs. 35 Das Schleifwerkzeug enthält eine Superschleifkornkomponente, eine Füllstoffkomponente mit Hohlkörpern und eine Sinterbindungskomponente. Die Sinterbindungskomponente enthält Zinkoxid und mindestens zwei Alkalimetalloxide. In einer Ausführungsform der Erfindung enthält das Schleifwerkzeug einen Kern und einen Schleifrand am Umfang des Kerns. In einer anderen Ausführungsform enthält das Schleifwerkzeug eine Sinterbindungskomponente, die bei einer 40 Temperatur von weniger als etwa 850°C gebrannt wird.

Das Verfahren zur Herstellung eines Schleifwerkzeugs umfasst das Vereinigen einer Superschleifkornkomponente, einer Füllstoffkomponente und einer Sinterbindungskomponente enthaltend Zinkoxid und mindestens zwei Alkalimetalloxide. Die vereinigten Komponenten werden 45 bei einer Temperatur im Bereich zwischen etwa 600°C und etwa 850°C gebrannt. Die resultierenden gebrannten Komponenten können an einem Kern angebracht werden.

Das erfindungsgemäße Schleifwerkzeug kann zum Schleifen von Schneidwerkzeugeinsätzen verwendet werden. Ein Verfahren zum Schleifen eines Schneidwerkzeugeinsatzes auf Dia-50 mantbasis umfasst das Auswahlen eines Schleifwerkzeugs wie oben beschrieben, das Zusammenbringen des Schleifwerkzeugs mit dem Schneidwerkzeugeinsatz und das Schleifen des Schneidwerkzeugeinsatzrandes. Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Rand ist im Wesentlichen frei von Spänen und/oder Unregelmäßigkeiten. 55 Die Erfindung bietet zahlreiche Vorteile. Beispielsweise gewährleistet die Sinterbindung typi- 3 AT 500 868 B1 scherweise eine gute Glas-Diamant-Bindung, wodurch sich ein Schleifwerkzeug ergibt, das gut geeignet zum Grob- und Präzisionsschleifen von harten Werkstoffen ist, wie polykristallinen Diamanten, Diamantfilmen, Bornitrid, Keramiken und gehärteten Metallen. In Verwendung kann das erfindungsgemäße Schleifwerkzeug auf einem metallischen Kern befestigt werden und 5 bietet im Allgemeinen eine verbesserte Produktivität, eine gute Schliffqualität und einen verringerten Scheibenverschleiß. Dasselbe Schleifwerkzeug kann zum Grobschleifen und für Endfertigungsarbeiten verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei relativ niedriger Temperatur durchgeführt werden, und es können relativ kurze Durchwärmzeiten (oder Brennzeiten) angewendet werden. Weiters kann der Bedarf an einer nicht oxidierenden Atmosphäre, io wie Stickstoffgas oder einer reduzierenden Kohlenstoffquelle, signifikant reduziert werden oder beim Fertigungsprozess überhaupt wegfallen.

Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf Schleifwerkzeuge. Beispiele für Schleifwerkzeuge sind Schleifscheiben und -körper, Scheibensegmente, Schleifsteine und Wetzsteine. Die 15 Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung von Schleifwerkzeugen.

Das erfindungsgemäße Schleifwerkzeug enthält eine Superschleifkornkomponente, eine Füllstoffkomponente mit Hohlkörpern und eine Sinterbindungskomponente, die Zinkoxid und mindestens zwei Metalloxide enthält. Im Allgemeinen ist das Schleifwerkzeug ein gebundenes 20 Schleifwerkzeug im Gegensatz zu beispielsweise einem beschichteten Schleifwerkzeug.

Der Ausdruck „Superschleifmittel“ wie hierin verwendet bedeutet ein Schleifmittel mit einer Härte, gemessen auf der Knoop'schen Härteskala, die mindestens jener von kubischen Bornitrid (CBN) entspricht, d.h. K10o beträgt mindestens 4700. Neben kubischem Bornitrid sind 25 andere Beispiele für Superschleifmaterialien natürliche und synthetische Diamanten. Geeignete Diamant- oder kubische Bornitridwerkstoffe können kristallin oder polykristallin sein. Vorzugsweise ist der Superschleifwerkstoff ein Diamant.

Der Superschleifwerkstoff liegt in Form von Körnern vor, die auch als „scharfkantiger Sand“ 30 bekannt sind. Die Superschleifkornkomponente der Erfindung ist im Handel erhältlich oder kann eigens angefertigt werden. Im Allgemeinen besitzt das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Superschleifmittel eine durchschnittliche Teilchengröße in einem Bereich zwischen etwa 0,5 pm und etwa 500 pm. Vorzugsweise liegt die Teilchengröße in einem Bereich zwischen etwa 2 pm und etwa 200 pm. 35

In einer Ausführungsform liegt die Superschleifkornkomponente in einer Menge von mindestens etwa 5 Vol.% des Superschleifwerkzeugs vor. In einer anderen Ausführungsform ist die Superschleifkornkomponente in einer Menge zwischen etwa 5 und etwa 50 Vol.% des Superschleifwerkzeugs, bevorzugter zwischen etwa 20 und etwa 40 Vol.% des Superschleifwerkzeugs, 40 vorhanden.

Die Sinterbindungskomponente enthält Zinkoxid (ZnO) und mindestens zwei Alkalimetalloxide. Sinterbindungen werden typischerweise durch Schmelzen von Rohstoffen wie Silika (Si02), Ton, Feldspat und anderen Materialien gebildet, die wie auf dem Gebiet bekannt kombiniert und 45 verarbeitet werden können. Sobald sich Glas gebildet hat, kann dieses zu einem Pulver gemahlen werden, das allgemein als „Fritte“ bekannt ist. Im Allgemeinen werden Silika-Tonerde-Glasbindungen in Schleifwerkzeugen mit Sinterbindung verwendet.

In einer Ausführungsform liegt die Sinterbindungskomponente in einer Menge von höchstens so etwa 28 Vol.% des Schleifwerkzeugs vor. In einer anderen Ausführungsform ist die Sinterbindungskomponente zwischen etwa 14 und etwa 28 Vol.% des Schleifwerkzeugs, bevorzugter zwischen etwa 15 und etwa 22 Vol.% des Superschleifwerkzeugs, vorhanden.

Die hierin beschriebene Sinterbindung enthält ZnO in einer Menge von etwa 1 bis 6 Gew.% der 55 Sinterbindungskomponente. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das ZnO in einer 4 AT 500 868 B1

Menge von etwa 2 bis 4 Gew.% der Sinterbindungskomponente vor.

Zu Beispielen für geeignete Alkalimetalloxide und geeignete Mengen von Alkalimetallen für die Sinterbindungskomponente gehören Natriumoxid (Na20, etwa 3-6 Gew.%), Kaliumoxid (K20, 5 etwa 4-7 Gew.%) und Lithiumoxid (Li20, etwa 1-5 Gew.%). In einer Ausführungsform enthalten die Alkalimetalloxide der Sinterbindungskomponente Natriumoxid und Kaliumoxid. In einer anderen Ausführungsform enthält das Alkalimetalloxid der Sinterbindungskomponente weiters Lithiumoxid. io In einer Ausführungsform macht die Menge an kombinierten Alkalimetalloxiden etwa 5 bis 15 Gew.%, vorzugsweise 8 bis 12 Gew.%, der Sinterbindungskomponente aus. In einer anderen Ausführungsform ist die Menge an kombinierten Alkalimetalloxiden größer als etwa 9 Gew.% der Sinterbindungskomponente. 15 In noch einer anderen Ausführungsform enthält die Sinterbindungskomponente weiters Bariumoxid (BaO) in einer Menge von 1 bis 6 Gew.%. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt Bariumoxid in einer Menge von etwa 2 bis 4 Gew.% der Sinterbindungskomponente vor. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die kombinierte Menge von Zinkoxid und Bariumoxid mindestens 5 Gew.% der Sinterbindungskomponente. 20

Die Sinterbindungskomponente kann auch Siliziumoxid (Si02), Aluminiumoxid (Al203), Boroxid (B203), Calciumoxid (CaO), Magnesiumoxid (MgO) und Nickeloxid (NiO) sowie andere typischerweise in geringen Mengen in Glasszusammensetzungen vorhandene Oxide enthalten. 25 In einer Ausführungsform enthält die Sinterkomponente eine Fritte aus einem bei niedriger Temperatur gebranntem Glas auf Silika-Tonerde-Basis. Die Tonerde kann in der Sinterkomponente in einer Menge zwischen etwa 1 und etwa 10 Gew.% vorhanden sein. Die Gesamtmenge an Silika und Tonerde reicht im Allgemeinen von etwa 51 bis etwa 80 Gew.%. 30 In einem Beispiel enthält die Sinterbindungskomponente zwischen etwa 50 und etwa 70 Gew.%, vorzugsweise zwischen etwa 55 und etwa 65 Gew.% Si02; zwischen etwa 16 und etwa 25, vorzugsweise zwischen etwa 18 und 22 Gew.% B203; zwischen etwa 5 und etwa 15 Gew.%, vorzugsweise zwischen etwa 8 und etwa 12 Gew.% Alkalimetalloxide; zwischen etwa 1 und etwa 6 Gew.%, vorzugsweise zwischen etwa 2 und etwa 4 Gew.% BaO; und zwi- 35 sehen etwa 1 und etwa 6 Gew.%, vorzugsweise zwischen etwa 2 und etwa 4 Gew.% ZnO. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Sinterbindung bei einer Temperatur unterhalb von 850°C mit den Schleifkömern verschmolzen. Verschmelzen bedeutet, dass die Sinterbindungskomponente geschmolzen wird, um die Schleifkörner zu überziehen und daran haften zu bleiben, was nach dem Kühlen in einem gebundenen Schleifgegenstand resultiert. 40

Die Füllstoffkomponente des erfindungsgemäßen Schleifwerkzeugs enthält Hohlkörper. Wie hierin verwendet weist der Ausdruck „Hohl“ darauf hin, dass ein leerer Raum oder Hohlraum innerhalb einer im Wesentlichen flüssigkeitsundurchlässigen Wand vorgesehen ist. Die Hohlkörper können jede beliebige Gestalt haben. Ein Beispiel für eine geeignete Gestalt ist eine 45 kugelförmige Gestalt. In einer Ausführungsform haben die Hohlkörper der Füllstoffkomponente ein Hohlraumvolumen zwischen etwa 30 und etwa 75 %. In einer Ausführungsform liegt die Druckfestigkeit der Hohlkörper in einem Bereich zwischen etwa 2000 psi und etwa 5000 psi.

Beispiele für geeignete Hohlkörpermaterialien sind glaskeramischer Mullit, Tonerde, Glass, so Keramikperlen und -kugeln. Hohlkörper, die während des Formens und Brennens des Schleifwerkzeugs druckbeständig sind, werden bevorzugt. Geeignete Hohlkörper gibt es bei Envi-ronsphere Co., Zeeland Industries, 3-M Specialty Materials und PQ Corp. In einem Beispiel sind die Hohlkörper keramische Mikrokugeln Z-Light Spheres™ von 3-M Specialty Materials. 55 In einer Ausführungsform haben die Hohlkörper einen durchschnittlichen Durchmesser im 5 AT 500 868 B1

Bereich zwischen etwa 10 μιτι und etwa 150 pm. Vorzugsweise haben mindestens etwa 90 % der Hohlkörper eine Teilchengröße innerhalb eines Bereichs zwischen etwa 20 μη und etwa 120 pm. 5 In einer Ausführungsform sind die Hohlkörper im Schleifwerkzeug in einer Menge von mindestens etwa 10 Vol.% anwesend. In einer anderen Ausführungsform sind die Hohlkörper in einer Menge zwischen etwa 10 und etwa 30 Vol.% im Schleifwerkzeug vorhanden. Schleifwerkzeuge, die mindestens 90 Gew.% intakte Hohlkörper enthalten, werden bevorzugt. io In einer Ausführungsform der Erfindung enthält das Schleifwerkzeug mindestens etwa 15 Vol.% Hohlraum, nicht eingeschlossen der Hohlraum der Hohlkörper. Der Hohlraum kann beispielsweise eine offene Porosität des Schleifwerkzeugs sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst das Vereinigen einer Superschleifkornkomponente, 15 einer Füllstoffkomponente mit Hohlkörpern und einer Frittenbindungskomponente enthaltend Zinkoxid und mindestens zwei Alkalimetalloxide. Der Hohlkörper kann zur Entfernung von Bruchstücken gesiebt werden.

Die vereinigten Komponenten werden bei einer Höchsttemperatur in einem Bereich zwischen 20 etwa 600°C und 850 °C gebrannt. In einer Ausführungsform werden die vereinigten Komponenten über einen Zeitraum von etwa 2 bis etwa 7 Stunden gebrannt. Der gesamte Brennzyklus beträgt etwa 12 Stunden. Ziemlich unerwartet bei solch einer relativ niedrigen Glasbrenntemperatur machte die für eine Silika, Zinkoxid, gemischte Alkalimetalloxide und BaO enthaltende Sinterbindungskomponente erforderliche Brennzykluszeit etwa die Hälfte jener Zeit aus, die für 25 handelsübliche Sinterbindungen erforderlich ist, welche für Diamantkörner enthaltende Werkzeuge verwendet werden.

In einer speziellen Ausführungsform werden die vereinigten Komponenten in Umgebungsluftatmosphäre gebrannt. Wie hierein verwendet bezieht sich der Ausdruck „Umgebungsluftatmo-30 Sphäre“ auf aus der Umgebung stammende Luft ohne Aufbereitung.

In einer Ausführungsform werden die Komponenten durch mechanisches Mischen vereinigt. Zusätzliche Inhaltsstoffe wie beispielsweise organische Bindemittel können zugesetzt werden, wie auf dem Gebiet bekannt. Die Komponenten können nacheinander oder in einem einzigen 35 Schritt vereinigt werden. Gegebenenfalls kann die resultierende Mischung zur Entfernung von eventuell während des Mischens gebildeten Klumpen gesiebt werden.

Die Mischung wird zum Pressen in eine entsprechende Form eingebracht. Üblicherweise werden Formkolben zur Aufnahme der Mischung verwendet. In einer Ausführungsform werden die 40 vereinigten Komponenten geformt und in eine für einen Schleifscheibenrand geeignete Form gepresst. Das Pressen kann mit jedem Mittel erfolgen, wie durch Kaltpressen und durch Warmpressen. Formungs- und Pressverfahren, bei denen ein Zerdrücken der Hohlkörper vermieden wird, werden bevorzugt. 45 Kaltpressen wird bevorzugt und umfasst im Allgemeinen die Aufbringung eines Anfangsdrucks bei Raumtemperatur, der ausreichend groß ist, damit der Formaufbau zusammengehalten wird. Der angewendete Anfangsdruck liegt im Allgemeinen in einem Bereich von etwa 50 bis etwa 150 Tonnen. Dann wird der resultierende Schleifwerkzeug-Grünling gebrannt. Wie hierin verwendet bezieht sich der Ausdruck „Grünling“ auf einen Körper, der seine Gestalt während des so folgenden Bearbeitungsschritts beibehält, aber nicht genügend Festigkeit aufweist, um seine Gestalt permanent beizubehalten. Das Brennen kann beispielsweise unter Luft über einen Zeitraum von weniger als 15 Stunden und bei einer Temperatur von weniger als etwa 850°C, vorzugsweise in einem Bereich zwischen etwa 600°C und 750°C, stattfinden. 55 Warmpressen ist beispielsweise in den US-PSen Nr. 4,157,897 und 2,986,455 beschrieben, 6 AT 500 868 B1 deren Lehren durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin eingeschlossen sind. Warmpressen ist auch in Kirk-Othmer, Encylopedia of Chemical Technology, 3. Ausgabe, 1979, S. 263, und in Encyclopedia of Materials Science and Engineering, Band 3, Pergamon Press Ltd., 1986, S. 2205-2208, beschrieben. In einer Ausführungsform wird Druck vor sowie während des Bren-5 nens aufgebracht. In einer anderen Ausführungsform wird Druck nur während des Brennens aufgebracht. In noch einer anderen Ausführungsform, genannt „Heiß-Nachpressen“, wird Druck auf den Formaufbau aufgebracht, nachdem der Gegenstand aus dem Ofen entfernt wurde. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck „Warmpressen“ auch „Heiß-Nachpress“-Verfahren. Beim Brennen muss keine nichtoxidierende Atmosphäre herrschen. 10

Bei Anwendung von Warmpressen erfolgt das Brennen im Allgemeinen bei einer Temperatur von etwa 500°C bis etwa 750°C, und der Formungsenddruck liegt im Allgemeinen bei etwa 0,7 Tonnen pro Quadrat-Inch (tsi) bis etwa 1,5 tsi. Der Aufenthalt in der Form unter den Endtemperatur- und -druckbedingungen beträgt im Allgemeinen weniger als etwa 10 Minuten, 15 vorzugsweise zwischen etwa 4 und etwa 8 Minuten.

Wesentlich sind Formungs- und Pressverfahren, bei denen ein Zerdrücken der Hohlkörper vermieden wird. In einer Ausführungsform der Erfindung bleiben mindestens 90 Gew.% der Hohlkörper nach dem Formen und Pressen intakt. 20

Der Schleifgegenstand wird aus der Form genommen und luftgekühlt. In einem späteren Schritt kann das gebrannte Werkzeug gemäß Standardpraxis abgekantet und fertig gestellt und dann vor seiner Verwendung im Schnelllauf getestet werden. 25 In Verwendung enthält das erfindungsgemäße Schleifwerkzeug im Allgemeinen einen am Umfang eines Kerns angebrachten Schleifrand. Erfindungsgemäße Werkzeuge umfassen die Typen 6A2H, 1A1, 6A1, 4A2 und andere Scheibenformen. Der Schleifrand enthält die Schleifkörner, die Sinterverbindung und die Füllstoffkomponenten, wie oben beschrieben. Verfahren zum Befestigen des Schleifkornverbundes, z.B. Schleifsegment-Formteile, an einem Kern sind 30 einschlägig bekannt und umfassen beispielsweise Hartlöten, Laserschweißen, Kleben oder Zementieren. Zementieren wird bevorzugt.

Metall-, Keramik-, Harz- und Kombinationskerne sind auf dem Gebiet bekannt. Ein Beispiel für einen geeigneten Werkstoff als Kern eines erfindungsgemäßen Schleifwerkzeugs ist ein Alumi-35 nium-Harz-Verbundwerkstoff, der im Allgemeinen gute Dämpfungseigenschaften der Werkzeugschwingungen zeigt. In einer Ausführungsform weist der Aluminium-Harz-Kern folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent auf: etwa 8,3 % Phenolharz, etwa 90 % Aluminiumpulver und etwa 1,7 % Kalk. Der Kern kann, wie auf diesem Gebiet bekannt, durch Formen von Kern-Vorformlingen in der Gestalt des Kerns und Sintern bei einer Temperatur unterhalb der 40 Schmelztemperatur von Aluminium hergestellt werden. Aluminiumkerne eignen sich auch gut für das erfindungsgemäße Schleifwerkzeug und seine Anwendungen.

In einer Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Werkzeug zum Schleifen von Schneidwerkzeugeinsätzen aus PCD, CDV oder anderen harten Superschleifwerkstoffen verwendet. Mit 45 ein- und demselben Werkzeug können sowohl Grobschliff als auch Oberflächenendbearbeitung vorgenommen werden. Während die Vorteile des Schleifens mit den erfindungsgemäßen Schleifwerkzeugen beim Schleifen der Kanten von PCD-Einsätzen besonders offensichtlich sind, kann auch die Oberfläche des Schneidwerkzeugeinsatzes mit diesen Werkzeugen geschliffen werden. Der Schleifarbeitsgang führt im Allgemeinen zu Werkzeugeinsatzoberflächen so und -kanten, die im Wesentlichen frei von Spänen oder Unregelmäßigkeiten sind.

Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher beschrieben, die sie jedoch nicht einschränken sollen. 55 Beispiel 1 7 AT 500 868 B1

Gesinterte Teststäbe wurden für Vergleichstests unter Verwendung der Zusammensetzungen A und B erzeugt. Zusammensetzung A war ein Frittenbindungsmaterial, das als Sinterbindung in einer handelsüblichen Diamantschleifscheibe zum Schleifen von PCD- und PCBN-Werkstoffen, insbesondere Schneidwerkzeugeinsätzen auf Diamantenbasis, z.B. PCD, CVD und anderen, 5 verwendet wird. Zusammensetzung A enthielt 59-72 Gew.% Si02/Al203; 20-23 Gew.% B203; 1-2 Gew.% CaO und etwa 5,0 Gew.% Na20. Zusammensetzung A enthielt kein ZnO, keine gemischten Alkalimetalloxide oder BaO. Zusammensetzung B war eine erfindungsgemäße Sinterbindung und ist in Tabelle 1 in Gewichtsprozent dargestellt.

Tabelle 1 Oxid B Si02 58,01 ai2o3 1,73 b2o3 21,04 CaO 1,21 ZnO 3,03 BaO 2,60 Na20 4,59 K20 5,19 Li20 2,60 Gesamt 100 10 15 20 25

Die Teststabzusammensetzung (Vol.%) vor dem Brennen war wie folgt: 28 % Diamant, 15 % keramische Hohlkugeln, 24,5 % Glasbindung und 32,5 % Porosität. Die zum Einsatz gelangenden keramischen Hohlkugeln waren vom Typ SL150 (60-100 pm) und kamen von der Firma 30 Environsphere. Der Diamant (15/25 pm) stammte von der Firma Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA.

Zur Herstellung der Teststäbe wurden die Materialien gewogen und durch Rühren in einer Schale gemischt und dann zweimal durch ein 105-Mesch-Sieb (US-Standardgröße) gesiebt. 35 Anschließend wurden sie in eine Stahlform geeigneter Gestalt zur Lieferung von Testproben mit folgenden Abmessungen eingebracht: 0,24 Inch x 0,254 Inch x 2,625 Inch. Die Grünlinge wurden dann in einen Ofen gegeben und in einem Brennzyklus mit 100°C/Stunde von Raumtemperatur zur gewünschten Temperatur gebrannt und 4 Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten. Die Brenntemperaturen und die verwendete Atmosphäre sind in Tabelle 2 gezeigt. Die 40 Proben wurden im Ofen abgekühlt.

Es wurde der Bruchmodul (MOR) an einem mechanischen Testgerät Instron Modell 4204 mit einer Dreipunkt-Aufspannlehre mit einer äußeren Spannweite von 2 Inch bei einer Belastungsrate von 0,050 Inch pro Minute Querhauptgeschwindigkeit gemessen. 45

Die Biegefestigkeit der getesteten Proben ist in Tabelle 2 zusammen mit den bei ihrer Herstellung verwendeten Verfahrensbedingungen veranschaulicht.

Tabelle 2 A B MOR (psi) 8369 10507-11923 Brenntemperatur 950°C 650°C-700°C Atmosphäre n2 Luft δ ΑΤ 500 868 Β1

Die in Tabelle 2 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass die erfindungsgemäßen Sinterscheiben niedrigere Brenntemperaturen erforderten, ohne nichtoxidierende Atmosphäre bearbeitet werden konnten und eine hervorragende Biegefestigkeit aufwiesen. 5 Beispiel 2

Schleifscheiben vom Typ 6A2HA wurden unter Verwendung der in Tabelle 1 angegebenen Sinterbindungszusammensetzung B wie folgt hergestellt. Unter Verwendung eines Rohrmischers wurden 162 g Rohstoffmengen in einem abgedeckten Plastikbehälter zur Bildung einer io Bindungsmischung 10 Minuten lang gemischt. Die Mischung wurde mit Diamantschleifkörnern und Glas/Keramik-Kugeln, Qualität SL150, vereinigt. Die Diamantschleifkörner stammten von der Firma S-G Ceramics & Plastics, Inc., und hatten eine nominelle Größe von 15/25 pm. Die Glas/Keramik-Kugeln kamen von der Firma Environsphere Co., Australien, und hatten einen mittleren Durchmesser von 60-100 pm. Die Mischung wurde durch ein 24-Mesh-Sieb (US-15 Standardgröße) gesiebt, um sämtliche Klumpen aufzubrechen. Dann wurde die Mischung in einen Formring gepresst, und der Ring wurde unter Luft gebrannt, wobei die Temperatur um 100°C/Stunde auf bis zu einem Maximum von 800°C gesteigert und der Ring 4 Stunden lang auf 800°C gehalten wurde. Nach dem Brennen wurde der Schleifring (oder -rand) abgekühlt, aus der Form genommen und auf einen Kern geklebt. 20

Es wurden entweder Aluminiumkerne oder Aluminium-Harz-Verbundkerne (90 Gew.% Al-Pulver, 8,3 Gew.% Phenolharz und 1,7 Gew.% Kalk) verwendet. Die Zusammensetzung des gebrannten Schleifrandes der Scheibe betrug 30 % Diamant, 20 % Hohlkörper, 17,5 % Glasbindung und 32,5 % Porosität, alles in Volumenprozent. 25

Erfindungsgemäße Schleifscheiben auf Verbund- oder Aluminiumkernen wurde mit einer handelsüblichen Scheibe, Vergleichsscheibe 1, die zum Kantenschleifen von PCD-Einsätzen für Werkzeugmaschinen bestimmt war, verglichen. Die Vergleichsscheibe 1 enthielt zwischen 30 und 40 Vol.% Diamantkörner in einer unbekannten Sinterbindung. Die Scheiben waren auf 30 einer automatischen Schleifmaschine, Coborn RG6, montiert. Alle Scheiben waren Scheiben vom Typ 6A2HA mit den Abmessungen 6 Inch x 1 1/2 Inch x 40 mm. Jede Scheibe wurde zum Schleifen von vier mit polykristallinen Diamantplatten ausgestatteten Schneidwerkzeugen verwendet, die einen als GE 1500 PCD bezeichneten PCD-Werkstoff enthielten. Bei sämtlichen Tests wurde eine Scheibengeschwindigkeitseinstellung von 2000 Umdrehungen pro Minute 35 (rpm), eine Schleifdruckeinstellung von 5 und ein Abrichtstab NMVC600J8VCA der Firma Norton Company, Worcester, MA, mit den Abmessungen 3/4 Inch x 3/4 Inch x 6 Inch verwendet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Wie aus Tabelle 3 ersichtlich, brachten sowohl die Verbundscheibe als auch die Aluminiumkernscheibe der Erfindung eine ebenso gute Leistung wie die getestete handelsübliche Scheibe. 40

Tabelle 3 SV/Werkzeuga Schleifzeit Schneidkante Coburn RG6 Schleifautomat Vergleichsscheibe 1 0,001 Inch N/A hervorragend erfindungsgemäße Scheibe auf Verbundkern 0,001 Inch N/A hervorragend erfindungsgemäße Scheibe auf Aluminiumkern 0,001 Inch N/A hervorragend a SV/Werkzeug ist der durchschnittliche Scheibenverschleiß pro geschliffenem Werkzeug 55

Claims

9 AT 500 868 B1 Erfindungsgemäße Schleifscheiben auf Verbund- oder Aluminiumkernen wurden auch mit einer Vergleichsscheibe 2, nämlich einer auf einem Handschleifer Ewag RS12 montierten handelsüblichen PCD-Schleifscheibe, verglichen. Die Vergleichsscheibe 2 enthielt zwischen 30 und 40 Vol.% Diamantkörner in einer unbekannten Sinterbindungszusammensetzung und war spe-5 ziell zur Verwendung beim Schleifen der Kanten von PCD-Einsätzen für Bearbeitungswerkzeuge bestimmt. Alle Scheiben waren Scheiben vom Typ 6A2HA. Jede Scheibe wurde zum Schleifen von vier Schneidwerkzeugen mit polykristallinen Platten verwendet, die einen PCD-Werkstoff von GE enthielten und mit GE 1500 PCD bezeichnet waren. In sämtlichen Tests wurden eine Scheibengeschwindigkeitseinstellung von 2400 rpm, ein konstanter Schleifdruck io von 400 Newton und ein Abrichtstab NSA800H2VM der Firma Norton Company mit den Abmessungen 1 Inch x 1 Inch x 6 Inch verwendet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4 15 SV/ Werkzeug3 Schleifzeit6 % Reduktion Schneidkante Ewag RS12 Handschleifer Vergleichs- 0,00064 Inch 3:70 — hervorragend scheibe 2 20 erfindungs- 0,00043 Inch 2:84 -49% hervorragend gern. Scheibe SV/Werkzeug auf Verbund- -30% kern Schleifzeit erfindungs- 0,000393 Inch 2:71 -63% hervorragend 25 gern. Scheibe SV/Werkzeug auf Alumini- -36% umkern Schleifzeit 30 a SV/Werkzeug ist der durchschnittliche Scheibenverschleiß pro geschliffenem Werkzeug b Zeit zum Schleifen von vier Einsätzen Wie aus Tabelle 4 ersichtlich, zeigten erfindungsgemäße Schleifscheiben sowohl auf Verbundkernen als auch auf Aluminiumkernen eine verbesserte Leistung im Vergleich zur handelsübli-35 chen Scheibe. Es wurden etwa der halbe Scheibenverschleiß pro Werkzeug und eine um etwa 30 % kürzere Schleifzeit beobachtet. Äquivalente 40 Während die vorliegende Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen derselben gezeigt und beschrieben wurde, können selbstverständlich vom Fachmann verschiedene Änderungen an der Form und an Details vorgenommen werden, ohne vom in den angeschlossenen Ansprüchen definierten Rahmen der Erfindung abzuweichen. Patentansprüche: 1. Schleifwerkzeug umfassend a) einen Metallkern und so b) einen Schleifrand am Umfang des Kerns, wobei der Rand eine Superschleifkornkompo nente, eine Füllstoffkomponente mit Hohlkörpern und eine bei einer Temperatur unterhalb von 850°C gebrannte Sinterbindungskomponente enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterbindung Zinkoxid und mindestens zwei Alkalimetalloxide enthält.
2. Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Kern 10 AT 500 868 B1 aus Aluminium besteht.
3. Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Superschleifkornkomponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Diamanten, kubischem Bor- 5 nitrid und Mischungen davon.
4. Schleifwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterbindungskomponente weiters Bariumoxid enthält. io 5. Schleifwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkalimetalloxide der Sinterbindungskomponente ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Natriumoxid, Kaliumoxid und Lithiumoxid.
6. Schleifwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkalimetalloxide der 15 Sinterbindungskomponente Natriumoxid und Kaliumoxid enthalten.
7. Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper Hohlkugeln sind.
8. Schleifwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkugeln aus Keramikmaterial hergestellt sind.
9. Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper zur Entfernung von Bruchstücken gesiebt sind. 25
10. Schleifwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 90 Gew.% der Hohlkörper eine Teilchengröße in einem Bereich zwischen etwa 20 pm und etwa 120 pm haben.
11. Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Superschleifkorn komponente in einer Menge zwischen etwa 5 und etwa 50 Vol.% anwesend ist.
12. Schleifwerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterbindungskomponente in einem Bereich zwischen etwa 14 und etwa 28 Vol.% anwesend ist. 35
13. Schleifwerkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper in einer Menge von mindestens etwa 10 Vol.% anwesend sind.
14. Schleifwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper in einer 40 Menge zwischen etwa 10 und etwa 30 Vol.% anwesend sind.
15. Schleifwerkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug weiters eine offene Porosität von mindestens 15 Vol.% aufweist.
16. Schleifwerkzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an vereinig ten Alkalimetalloxiden in einem Bereich zwischen etwa 5 und etwa 15 Gew.% der Sinterbindungskomponente liegt.
17. Schleifwerkzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an vereinig- 50 ten Alkalimetalloxiden in einem Bereich zwischen etwa 8 und etwa 12 Gew.% der Sinter bindungskomponente liegt.
18. Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Zinkoxid in einem Bereich zwischen etwa 1 und etwa 6 Gew.% der Sinterbindungskomponente liegt. 55 1 1 AT 500 868 B1
19. Schleifwerkzeug nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Zinkoxid in einem Bereich zwischen etwa 2 und etwa 4 Gew.% der Sinterbindungskomponente liegt.
20. Schleifwerkzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterbindungs- 5 komponente weiters Bariumoxid umfasst und die vereinigte Menge an Zinkoxid und Bari umoxid mindestens etwa 5 % der Sinterbindungskomponente ausmacht.
21. Verfahren zur Herstellung eines gebundenen Schleifwerkzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: io a) Auswählen einer gefritteten Sinterbindungszusammensetzung enthaltend Zinkoxid und mindestens zwei Alkalimetalloxide; b) Vereinigen einer Superschleifkornkomponente, einer Füllstoffkomponente mit Hohlkörpern und der Sinterbindungszusammensetzung; und c) Brennen der vereinigten Komponenten bei einer Temperatur im Bereich zwischen etwa 15 600°C und etwa 850°C.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die vereinigten Komponenten bei maximaler Temperatur über einen Zeitraum von etwa 2 Stunden bis etwa 7 Stunden gebrannt werden. 20
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die vereinigten Komponenten in Umgebungsluftatomsphäre gebrannt werden.
24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper zur Entfer- 25 nung von Bruchstücken gesiebt werden.
25. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass es weiters den Schritt des Warmpressens oder Kaltpressens umfasst, wobei mindestens etwa 90 Gew.% der Hohlkörper nach dem Pressen intakt sind. 30
26. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die gebrannten Komponenten auf einen metallischen Kern aufzementiert werden.
27. Verfahren zur Herstellung eines gebundenen Schleifwerkzeugs, dadurch gekennzeichnet, 35 dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Vereinigen einer in einer Menge von mindestens etwa 5 Vol.% anwesenden Superschleifkornkomponente, einer in einer Menge von mindestens etwa 10 Vol.% anwesenden Füllstoffkomponente mit Hohlkörpern und einer in einer Menge von weniger als etwa 28 Vol.% anwesenden Sinterbindungskomponente enthaltend Zinkoxid und mindestens 40 zwei Alkalimetalloxide; b) Formen der vereinigten Komponenten bei einem zur Vermeidung eines Zerdrückens von mehr als etwa 10 Gew.% der Hohlkörper wirksamen Druck; und c) Brennen der vereinigten Komponenten bei einer Temperatur im Bereich zwischen etwa 600°C und etwa 850°C über einen Zeitraum, der zur Bildung eines gebundenen Schleif- 45 Werkzeugs mit einer Porosität von mindestens etwa 15 % ausreicht.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das gebundene Schleifwerkzeug zur Bildung eines Rands geformt wird und der Rand an einem Kern angebracht wird. 50 Keine Zeichnung 55