BR112012027030B1

BR112012027030B1 - artigo abrasivo, método de abrasão de uma peça de trabalho e método de preparo de uma partícula abrasiva conformada de cerâmica

Info

Publication number: BR112012027030B1
Application number: BR112012027030A
Authority: BR
Inventors: Givot Maiken; G Schwabel Mark; B Adefris Negus
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2020-05-19
Also published as: KR20130103330A; CN102858496A; JP5791702B2; WO2011139562A2; RU2012144389A; CN102858496B; EP2563549A2; US9573250B2; CA2797096A1; KR101849797B1; EP2563549A4; WO2011139562A3; JP2013525130A; US20130040537A1; EP2563549B1; CA2797096C; BR112012027030A2; RU2539246C2

Abstract

partículas abrasivas conformadas de cerâmica, métodos de preparo das mesmas e artigos abrasivos contendo as mesmas. trata-se de partículas abrasivas conformadas de cerâmica que têm quatro lados principais unidos por seis bordas comuns. cada um dos quatro lados principais entra em contato com três outros dos quatro lados principais. as seis bordas comuns têm comprimentos substancialmente iguais. métodos de preparar uma partícula conformada de cerâmica são apresentados. as partículas abrasivas conformadas de cerâmica são úteis para fazer abrasão de uma superfície de uma peça de trabalho. um artigo abrasivo inclui as partículas abrasivas conformadas de cerâmica retidas em um aglutinante.

Description

“ARTIGO ABRASIVO, MÉTODO DE ABRASÃO DE UMA PEÇA DE TRABALHO E MÉTODO DE PREPARO DE UMA PARTÍCULA ABRASIVA CONFORMADA DE CERÂMICA”

Campo Técnico

[001]A presente descrição refere-se a artigos abrasivos ligados.

Antecedentes

[002]Os artigos abrasivos ligados têm partículas abrasivas ligadas uma a outra através de um meio de ligação. Os abrasivos ligados incluem, por exemplo, pedras, pedras de afiar, rodas de trituração e rodas de corte. O meio de ligação é, tipicamente, uma resina orgânica, mas também pode ser um material inorgânico como uma cerâmica ou vidro (isto é, ligações vítreas).

Sumário

[003]Em um aspecto, a presente descrição apresenta uma pluralidade de partículas abrasivas conformadas de cerâmica, em que as partículas abrasivas conformadas de cerâmica têm quatro lados principais unidos por seis bordas comuns, em que cada um dos quatro lados principais entra em contato com três outros dos quatro lados principais e sendo que as seis bordas comuns têm substancialmente comprimentos iguais.

[004]Em algumas modalidades, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica adaptam-se a um abrasivo de grau nominal especificado na indústria. Em algumas modalidades, pelo menos um dos quatro lados principais é substancialmente plano. Em algumas modalidades, pelo menos um dos quatro lados principais é côncavo. Em algumas modalidades, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica compreendem alfa alumina. Em algumas modalidades, todos os quatro dos lados principais são côncavos. Em algumas modalidades, pelo menos um dos quatro lados principais é convexo. Em algumas modalidades, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica não são conformadas como pirâmides truncadas. Em algumas modalidades, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica têm simetria tetraédrica. Em algumas modalidades, as partículas abrasivas

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2/39 conformadas de cerâmica são substancialmente conformadas como tetraedros regulares. Em algumas modalidades, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica compreendem alumina derivada de sol-gel. Em algumas modalidades, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica têm um revestimento de partículas inorgânicas nisso.

[005]Partículas abrasivas conformadas de cerâmica, de acordo com a presente descrição são úteis; por exemplo, em fabricação de artigos abrasivos e para friccionar uma peça de trabalho.

[006]Em conformidade, em um outro aspecto, a presente descrição apresenta um método de abrasão de uma peça de trabalho, o método que compreende: entrar em contato por meio de atrito com pelo menos uma porção das partículas abrasivas conformadas de cerâmica de um artigo abrasivo, de acordo com a presente descrição, com uma superfície de uma peça de trabalho; e mover pelo menos uma peça de trabalho ou artigo abrasivo para fazer abrasão pelo menos uma porção da superfície da peça de trabalho.

[007]Em ainda um outro aspecto, a presente descrição apresenta um artigo abrasivo que compreende partículas abrasivas conformadas de cerâmica, de acordo com a presente descrição, retidas em um aglutinante.

[008]Em algumas modalidades, o aglutinante compreende um aglutinante orgânico. Em algumas modalidades, o artigo abrasivo compreende um artigo abrasivo ligado. Em algumas modalidades, o aglutinante compreende uma resina fenólica. Em algumas modalidades, o aglutinante compreende um aglutinante inorgânico. Em algumas modalidades, o aglutinante compreende um aglutinante vítreo.

[009]Em algumas modalidades, o artigo abrasivo compreende uma roda abrasiva ligada. Em algumas modalidades, a roda abrasiva ligada compreende uma roda de trituração (incluindo, por exemplo, uma roda de trituração com depressão central) ou uma roda de corte. Em algumas modalidades, o artigo abrasivo compreende adicionalmente material de reforço disposto sobre superfícies principais opostas à roda abrasiva ligada. Em algumas modalidades, o artigo abrasivo compreende adicionalmente material de

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3/39 reforço disposto apenas sobre superfícies principais da roda abrasiva ligada. Em algumas modalidades, o artigo abrasivo compreende adicionalmente partículas abrasivas trituradas (por exemplo, de acordo com um abrasivo de grau nominal especificado na indústria).

[0010]Em ainda outra modalidade, a presente descrição apresenta um método de preparar uma partícula abrasiva, o método que compreende:

introduzir uma dispersão de precursor cerâmico em uma cavidade de um molde, em que a cavidade tem três paredes côncavas que se encontram em um vértice comum;

secar a dispersão de precursor cerâmico e remover o mesmo da cavidade para fornecer um precursor de partícula abrasiva conformada de cerâmica;

calcinar o precursor de partícula abrasiva conformada de cerâmica; e sinterizar o precursor de partícula abrasiva conformada de cerâmica calcinada para fornecer a partícula abrasiva conformada de cerâmica, em que a partícula abrasiva conformada de cerâmica tem quatro lados principais unidos por seis bordas comuns, em que cada um dos quatro lados principais entra em contato com três outros dos quatro lados principais, em que pelo menos três dos quatro lados principais são substancialmente planos, e em que as seis bordas comuns têm substancialmente comprimentos iguais.

[0011]Vantajosamente, partículas abrasivas conformadas de cerâmica, de acordo com a presente descrição, têm um alto grau de simetria que reduz a possibilidade de orientação das partículas abrasivas ao longo de uma dada direção (por exemplo, como um resultado da técnica de fabricação) que pode conduzir à realização de abrasão errática e/ou degradada.

[0012]Para uso na presente invenção:

O termo “substancialmente comprimentos iguais” em referência às bordas comuns significa que as bordas comuns têm comprimentos dentro de +/-20 por cento de um comprimento nominal;

O termo “tetraedro regular” refere-se a um tetraedro que tem quatro faces iguais; e

O termo “substancialmente conformado” em referência a um tetraedro regular

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4/39 significa que tem um formato de um tetraedro regular, exceto por defeitos pequenos (por exemplo, como pode ocorrer durante a fabricação).

[0013]As modalidades anteriormente mencionadas podem ser implementadas em qualquer combinação das mesmas, a menos que tal combinação seja claramente errônea em vista dos ensinamentos da presente descrição.

[0014]Características e vantagens da presente descrição serão compreendidas mediante consideração da descrição detalhada, bem como das reivindicações em anexo. As Figuras e a descrição detalhada que seguem mais particularmente exemplificam as modalidades ilustrativas.

Breve Descrição dos Desenhos

A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma roda abrasiva ligada exemplificadora 100 de acordo com uma modalidade da presente descrição;

A Figura 2 é uma vista lateral em seção transversal da roda abrasiva ligada exemplificadora 100 mostrada na Figura 1 tomada ao longo da linha 2-2;

A Figura 3A é uma vista esquemática em perspectiva de uma partícula abrasiva conformada de cerâmica exemplificadora 20a;

A Figura 3B é uma vista esquemática em perspectiva de uma partícula abrasiva conformada de cerâmica exemplificadora 20b;

A Figura 3C é uma vista esquemática em perspectiva de uma partícula abrasiva conformada de cerâmica exemplificadora 20c;

A Figura 3D é uma vista esquemática em perspectiva de uma partícula abrasiva conformada de cerâmica exemplificadora 20d; e

A Figura 3E é uma vista esquemática em perspectiva de uma partícula abrasiva conformada de cerâmica exemplificadora 20e.

[0015]Enquanto as Figuras identificadas acima demonstram várias modalidades da presente descrição, outras modalidades também são contempladas, conforme observado na discussão. Em todos os casos, esta descrição apresenta a descrição a título

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5/39 de representação e não como um modo de limitação. Deve-se compreender que numerosas outras modificações e modalidades, que se incluem no caráter e âmbito dos princípios da descrição, podem ser desenvolvidas pelos versados na técnica. As Figuras podem não estar desenhadas em escala. Números de referência similares podem ser usados em todas as figuras para denotar partes similares.

Descrição Detalhada

[0016]Referindo-se agora às Figuras 1 e 2, a roda abrasiva ligada exemplificadora 100 de acordo com uma modalidade da presente descrição tem um orifício central 112 usado para fixar a roda abrasiva ligada 100 a, por exemplo, uma ferramenta acionada por energia. A roda abrasiva ligada 100 inclui partículas abrasivas conformadas de cerâmica 20, partículas abrasivas opcionais convencionalmente trituradas e dimensionadas 30, e material aglutinante 25. A primeira talagarça opcional 115 e a segunda talagarça opcional 116 são dispostas sobre superfícies principais opostas da roda abrasiva ligada 100.

[0017]As partículas abrasivas conformadas de cerâmica têm quatro lados principais unidos por seis bordas comuns, em que cada um dos lados principais entra em contato com três dos lados principais, e em que as seis bordas comuns têm comprimentos substancialmente iguais. Várias modalidades que tem formatos característicos são abrangidas pela descrição supracitada.

[0018]Em uma modalidade exemplificadora, mostrada na Figura 3A, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica são conformadas como tetraedros regulares. Referindose agora à Figura 3A, a partícula abrasiva conformada de cerâmica 20A têm quatro lados principais (81a, 82a 83a, 84a) unidos por seis bordas comuns (91a, 92a, 93a, 94a, 95a, 96a). Cada um dos lados principais entra em contato com os outros três dos lados principais nas respectivas bordas comuns. Por exemplo, o lado principal 81a entra em contato com o lado principal 82a na borda comum 95a, o lado principal 81a entra em contato com o lado principal 84a na borda comum 91a, e o lado principal 81a entra em contato com o lado principal 83a na borda comum 94a. Embora um tetraedro regular (isto é, que tem seis bordas iguais e quatro

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6/39 faces) seja mostrado na Figura 3A, será reconhecido que outros formatos também são admissíveis. Por exemplo, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica podem ser conformadas como tetraedros irregulares (isto é, não-regulares), sujeito à restrição de que seis bordas comuns têm comprimentos substancialmente iguais (definido anteriormente neste documento).

[0019]Por exemplo, em outra modalidade exemplificadora, mostrada na Figura 3B, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica são conformadas como partículas quadrilaterais. Referindo-se agora à Figura 3B, a partícula abrasiva conformada de cerâmica 20B têm quatro lados principais (81b, 82b, 83b, 84b) unidos por seis bordas comuns (91b, 92b, 93b, 94b). Cada um dos lados principais é côncavo e entra em contato com os outros três lados principais em respectivas bordas comuns. Por exemplo, o lado principal 81b entra em contato com o lado principal 82b na borda comum 95b, o lado principal 81b entra em contato com o lado principal 84b na borda comum 91b, e o lado principal 81b entra em contato com o lado principal 83b na borda comum 94b. Embora uma partícula com simetria tetraédrica (isto é, quatro eixos rotacionais de tríplice simetria e seis planos reflexivos de simetria) seja mostrada na Figura 3B, será reconhecido que outras formas são igualmente admissíveis. Por exemplo, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica podem ter uma, duas ou três faces côncavas com as restantes sendo planas, sujeito à restrição de que seis bordas comuns tenham substancialmente comprimentos iguais.

[0020]Por exemplo, em outra modalidade exemplificadora mostrada na Figura 3C, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica são conformadas como partículas quadrilaterais. Referindo-se agora à Figura 3C, a partícula abrasiva conformada de cerâmica 20C tem quatro lados principais (81c, 82c, 83c, 84c) unidos por seis bordas comuns (91c, 92c, 93c, 94c). Cada um dos lados principais é convexo e entra em contato com os outros três lados principais em respectivas bordas comuns. Por exemplo, o lado principal 81c entra em contato com o lado principal 82c na borda comum 95c, o lado principal 81c entra em contato com o lado principal 84c na borda comum 91c, e o lado principal 81c entra em

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7/39 contato com o lado principal 83c na borda comum 94c. Embora uma partícula com simetria tetraédrica seja mostrada na Figura 3C, será reconhecido que outras formas são igualmente admissíveis. Por exemplo, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica podem ter uma, duas ou três faces convexas com as restantes sendo planas ou côncavas, sujeitas à restrição de que seis bordas comuns tenham substancialmente comprimentos iguais.

[0021]Em uma outra modalidade exemplar, mostrada na Figura 3D, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica são conformadas como partículas com oito lados, que tem quatro lados principais e quatro lados menores. Referindo-se agora à Figura 3D, a partícula abrasiva conformada de cerâmica 20D tem quatro lados principais (81d, 82d 83d, 84d) unidos por seis bordas comuns (91d, 92d, 93d, 94d). Cada um dos lados principais é hexagonal e entra em contato com os outros três lados principais em respectivas bordas comuns. Por exemplo, o lado principal 81d entra em contato com o lado principal 82d na borda comum 95d, o lado principal 81d entra em contato com o lado principal 84d na borda comum 91d, e o lado principal 81d entra em contato com o lado principal 83d na borda comum 94d. Embora uma partícula com simetria tetraédrica seja mostrada na Figura 3D, será reconhecido que outras formas são igualmente admissíveis. Por exemplo, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica podem ter uma, duas ou três faces convexas com as restantes sendo planas, sujeitas à restrição de que seis bordas comuns tenham comprimentos substancialmente iguais.

[0022]Naturalmente, desvios reais do mundo das representações idealizadas nas Figuras 3A-3D estarão frequentemente presentes. Tais partículas abrasivas conformadas de cerâmica estão naturalmente incluídas. Referindo-se agora à Figura 3E, a partícula abrasiva conformada de cerâmica 20E tem quatro lados principais (81e, 82e 83e, 84e) unidos por seis bordas comuns (91e, 92e, 93e, 94e). Cada um dos lados principais entra em contato com os outros três dos lados principais nas respectivas bordas comuns. Por exemplo, o lado principal 81e entra em contato com o lado principal 82e na borda comum 95e, o lado principal 81e entra em contato com o lado principal 84e na borda comum 91e, e o lado principal 81e entra em contato com o lado principal 83e na borda comum 94e.

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[0023]As partículas abrasivas conformadas de cerâmica podem ter uma combinação dos elementos de formato acima (por exemplo, lados convexos, lados côncavos, lados irregulares e lados planos). De maneira similar, as combinações das partículas abrasivas conformadas de cerâmica tendo formatos e ou tamanhos diferentes podem ser usados.

[0024]Em algumas modalidades, partículas abrasivas conformadas de cerâmica podem ser produzidas, de acordo com um processo de etapas múltiplas. O processo pode ser executado com o uso de qualquer material de dispersão de precursor cerâmico.

[0025]Brevemente, o método compreende as etapas de fabricar uma dispersão de precursor cerâmico semeada ou não-semeada que pode ser convertida na cerâmica correspondente (por exemplo, uma boemita sol-gel que pode ser convertida em alfa alumina); carregar uma ou mais cavidades de molde que tem o formato externo desejado da partícula abrasiva conformada com uma dispersão de precursor cerâmico, secar a dispersão de precursor cerâmico para formar partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico; remover as partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico das cavidades de molde; calcinar as partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico para formar partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico calcinado, e, então, sinterizar as partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico calcinados para formar partículas abrasivas conformadas de cerâmica. O processo será agora descrito em mais detalhes no contexto de partículas abrasivas conformadas de cerâmica contendo alfa-alumina.

[0026]A primeira etapa do processo envolve uma dispersão semeada ou nãosemeada de um precursor cerâmico que pode ser convertido em cerâmica. A dispersão de precursor cerâmico com frequência compreende um líquido que é um componente volátil. Em uma modalidade, o componente volátil é água. A dispersão abrasiva deve compreender uma quantidade suficiente de líquido para que a viscosidade da dispersão abrasiva seja suficientemente baixa, permitindo preencher as cavidades do molde e replicar as superfícies do molde, mas não tanto líquido que ocasione a remoção subsequente do líquido da

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9/39 cavidade do molde, tornando-se proibitivamente oneroso. Em uma modalidade, a dispersão de precursor cerâmico compreende de 2 por cento a 90 por cento, em peso, de partículas que podem ser convertidas em cerâmica, como partículas de monoidrato de óxido de alumínio (boemita), e pelo menos 10 por cento, em peso, ou de 50 por cento a 70 por cento, ou de 50 por cento a 60 por cento, em peso, de um componente volátil como água. Por outro lado, a dispersão de precursor cerâmico em algumas modalidades, contém de 30 por cento de a 50 por cento, ou de 40 por cento a 50 por cento, em peso, de sólidos.

[0027]Exemplos úteis para dispersão de precursor cerâmico incluem sol óxido de zircônio, sol óxido de vanádio, sol óxido de cério, sol óxido de alumínio e combinações dos mesmos. As dispersões de óxido de alumínio úteis incluem, por exemplo, dispersões de boemita e outras dispersões de hidrato de óxido de alumínio. A boemita pode ser preparada por técnicas conhecidas ou pode ser comercialmente obtida. Exemplos de boemita disponível para comercialização incluem produtos tendo designações comerciais “DISPERAL”, e “DISPAL”, ambos disponíveis junto à Sasol North America, Inc. ou “HIQ40” disponível junto à BASF Corporation. Esses monoidratos de óxido de alumínio são relativamente puros, isto é, incluem relativamente poucas fases de hidrato, se qualquer, além de monoidratos, e têm uma alta área de superfície.

[0028]As propriedades físicas das partículas abrasivas conformadas de cerâmica resultantes irão, em geral, depender do tipo de material usado na dispersão de precursor cerâmico. Para uso na presente invenção, um “gel” é uma rede tridimensional de sólidos dispersos em um líquido.

[0029]A dispersão de precursor cerâmico pode conter um aditivo de modificação ou precursor de um aditivo de modificação. O aditivo de modificação pode funcionar para melhorar alguma propriedade desejável das partículas abrasivas ou aumentar a eficácia da etapa de sinterização subsequente. Os aditivos de modificação ou precursores de aditivos de modificação podem estar na forma de sais solúveis, tipicamente sais solúveis em água. Eles consistem tipicamente em um composto contendo metal e podem ser um precursor de óxido

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10/39 de magnésio, zinco, ferro, silício, cobalto, níquel, zircônio, háfnio, cromo, ítrio, praseodímio, samário, itérbio, neodímio, lantânio, gadolínio, cério, disprósio, érbio, titânio e misturas dos mesmos. As concentrações particulares destes aditivos que podem estar presentes na dispersão de precursor cerâmico podem ser variadas com base na habilidade na técnica.

[0030]Tipicamente, a introdução de um aditivo de modificação ou precursor de um aditivo de modificação induzirá a dispersão de precursor cerâmico para gel. A dispersão de precursor cerâmico pode, também, ser induzida para gel por meio da aplicação de calor ao longo de um período de tempo para reduzir o conteúdo líquido na dispersão através de evaporação. A dispersão de precursor cerâmico pode, também, conter um agente de nucleação. Os agentes de nucleação adequados para essa descrição incluem as partículas finas de alfa alumina, óxido férrico alfa ou seu precursor, óxidos de titânio e titanatos, óxidos de cromo ou qualquer outro material que irá nuclear a transformação. A quantidade de agente de nucleação, se usada, deve ser suficiente para efetuar a transformação de alfa alumina. A nucleação de tais dispersões precursoras de alfa alumina é apresentada na patente U.S. N° 4.744.802 (Schwabel).

[0031]O agente de peptização pode ser adicionado à dispersão de precursor cerâmico para produzir um hidrosol mais estável ou dispersão de precursor cerâmico coloidal. Os agentes de peptização adequados são ácidos monopróticos ou compostos de ácido como ácido acético, ácido clorídrico, ácido fórmico e ácido nítrico. Os ácidos multipróticos também podem ser usados, mas eles podem rapidamente gelificar a dispersão de precursor cerâmico, dificultando o manuseio ou a introdução de componentes adicionais a isso. Algumas fontes comerciais de boemita contêm uma titulação ácida (como ácido fórmico ou ácido nítrico absorvidos) que auxiliará na formação de uma dispersão de precursor cerâmico estável.

[0032]A dispersão de precursor cerâmico pode ser formada por qualquer meios adequados; por exemplo, no caso de um precursor alumina sol-gel, através de simplesmente misturando monoidrato de óxido de alumínio com água contendo um agente de peptização ou formando uma pasta fluida de monoidrato de óxido de alumínio à qual o

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11/39 agente de peptização é adicionado.

[0033]Os eliminadores de espuma ou outros produtos químicos adequados podem ser adicionados para reduzir a tendência à formação de bolhas ou entrada de ar sob misturação. Os produtos químicos adicionais como agentes umectantes, alcoóis ou agentes de ligação podem ser adicionados se for desejado.

[0034]A segunda etapa do processo envolve fornecer um molde que tem pelo menos uma cavidade do molde e de preferência uma pluralidade de cavidades formadas em pelo menos uma superfície principal do molde. Em algumas modalidades, o molde é formado como uma ferramenta de produção, que pode ser, por exemplo, uma esteira, uma lâmina, uma manta contínua, um cilindro de revestimento como um cilindro de rotogravura, uma manga montada sobre um cilindro de revestimento ou um corante. Em uma modalidade, a ferramenta de produção compreende material polimérico. Exemplos de materiais poliméricos adequados incluem termoplásticos como poliésteres, policarbonatos, poli(éter sulfona), poli(metacrilato de metila), poliuretanos, cloreto de polivinila, poliolefina, poliestireno, polipropileno, polietileno ou combinações dos mesmos, ou materiais endurecidos por calor. Em uma modalidade, toda a estampagem é feita de um material polimérico ou termoplástico. Em outra modalidade, as superfícies das estampagens em contato com a dispersão de precursor cerâmico durante a lavagem, como as superfícies da pluralidade de cavidades, compreende materiais poliméricos ou termoplásticos e outras porções de estampagens podem ser produzidas a partir de outros materiais. Um revestimento polimérico adequado pode ser aplicado a uma estampagem metálica para alterar suas propriedades de tensão de superfície a título de exemplo.

[0035]Uma ferramenta de produção polimérica ou termoplástica pode ser replicada de uma ferramenta mestra de metal. A ferramenta mestra terá um padrão inverso ao desejado para a ferramenta de produção. A ferramenta mestra pode ser produzida da mesma maneira que a ferramenta de produção. Em uma modalidade, a ferramenta mestra é feita de metal, por exemplo, níquel e é torneada por diamante. Em uma modalidade, a ferramenta mestra é pelo menos parcialmente formado com o uso de estereolitografia. O

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12/39 material laminar polimérico pode ser aquecido junto com a ferramenta mestra tal que o material polimérico é gofrado com a ferramenta mestra padrão através do pressionamento de ambos. Um material polimérico ou termoplástico pode também ser extrudado ou moldado na ferramenta mestra e então prensado. O material termoplástico é resfriado para solidificar e produzir a ferramenta de produção. Se uma ferramenta de produção termoplástica for utilizada, então, deve-se tomar cuidado para não gerar calor excessivo que possa distorcer a ferramenta de produção termoplástica, limitando sua vida. Mais informações em relação ao design e fabricação de estampagens de produção ou ferramentas mestras podem ser encontradas nas patentes n° U.S. 5.152.917 (Pieper et al.); 5.435.816 (Spurgeon et al.); 5.672.097 (Hoopman et al.); 5.946.991 (Hoopman et al.); 5.975.987 (Hoopman et al.); e 6.129.540 (Hoopman et al.).

[0036]O acesso às cavidades pode ser de uma abertura da superfície de topo ou na superfície inferior do molde. Em alguns casos, as cavidades podem estender-se por toda uma espessura do molde. Alternativamente, as cavidades podem estender-se apenas por uma porção da espessura do molde. Em uma modalidade, a superfície de topo é substancialmente paralela à superfície inferior do molde, com as cavidades tendo uma profundidade substancialmente uniforme. Pelo menos um lado do molde, isto é, o lado em que as cavidades são formadas, pode permanecer exposto à atmosfera circundante durante a etapa em que o componente volátil é removido.

[0037]As cavidades têm um formato tridimensional especificado para produzir as partículas abrasivas conformadas de cerâmica. A dimensão de profundidade é igual à distância perpendicular da superfície de topo até o ponto mais baixo na superfície inferior. A profundidade de uma dada cavidade pode ser uniforme ou pode variar ao longo de seu comprimento e/ou largura. As cavidades de um dado molde podem ser de um mesmo formato ou de formatos diferentes.

[0038]A terceira etapa do processo envolve carregar as cavidades no molde com a dispersão de precursor cerâmico (por exemplo, por uma técnica convencional). Em algumas

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13/39 modalidades, um dispositivo de aplicação de revestimento de cilindro de faca ou dispositivo de aplicação de revestimento de matriz em fenda de vácuo pode ser usado. Um liberador de molde pode ser usado para auxiliar na remoção das partículas do molde, se desejado. Agentes de liberação de molde típicos incluem óleos como óleo de amendoim ou óleo mineral, óleo de peixe, silicones, politetrafluoro etileno, estearato de zinco e grafite. Em geral, o agente de liberação de molde como óleo de amendoim, em um líquido, como água ou álcool, é aplicado às superfícies da estampagem de produção em contato com a dispersão de precursor cerâmico de tal modo que entre cerca de 0,6 mg/cm² (0,1 mg/pol²) a cerca de 20 mg/cm² (3,0 mg/pol²), ou entre cerca de 0,6 mg/cm² (0,1 mg/pol²) a cerca de 30 mg/cm² (5,0 mg/pol²) do agente de liberação de molde está presente por unidade de área do molde quando uma liberação de molde é desejada. Em algumas modalidades, a superfície de topo do molde é revestida com a dispersão de precursor cerâmico. A dispersão de precursor cerâmico pode ser bombeada sobre a superfície de topo.

[0039]Posteriormente, um raspador ou barra niveladora pode ser usado para forçar a dispersão de precursor cerâmico completamente para a cavidade do molde. A porção restante da dispersão de precursor cerâmico que não entra na cavidade pode ser removida a partir da superfície de topo do molde e reciclada. Em algumas modalidades, uma porção pequena da dispersão de precursor cerâmico pode permanecer na superfície de topo e, em outras modalidades, a superfície de topo é substancialmente livre de dispersão. A pressão aplicada pelo raspador ou barra niveladora é tipicamente menor que 0,6 MPa (100 psi), menor que 0,3 MPa (50 psi), ou mesmo menor que 60 kPa (10 psi(60 kPa). Em algumas modalidades, nenhuma superfície exposta da dispersão de precursor cerâmico estende-se substancialmente para além da superfície de topo.

[0040]Nestas modalidades, em que é desejado ter as superfícies expostas das cavidades, resultam em faces planas das partículas abrasivas conformadas de cerâmica, pode ser desejável para preencher as cavidades (por exemplo, com o uso de um conjunto de microbocais) e lentamente secar a dispersão de precursor cerâmico.

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[0041]A quarta etapa do processo envolve remoção do componente volátil para secar a dispersão. Desejavelmente, o componente volátil é removido por taxas de evaporação rápidas. Em algumas modalidades, a remoção do componente volátil através de evaporação ocorre a temperaturas acima do ponto de ebulição do componente volátil. Um limite superior para a temperatura de secagem, muitas vezes, depende do material do qual o molde é feito. Para a matriz de polipropileno a temperatura deve ser menor que o ponto de fusão do plástico. Em uma modalidade, para uma dispersão de água de entre cerca de 40 a 50 por cento de sólidos e um molde de polipropileno, as temperaturas de secagem podem estar entre cerca de 90°C a cerca de 165°C, ou entre cerca de 105°C a cerca de 150°C, ou entre cerca de 105°C a cerca de 120°C. As temperaturas mais elevadas podem levar a velocidades de produção aprimoradas, mas também pode levar à degradação da matriz de polipropileno, limitando sua vida útil como um molde.

[0042]Durante a secagem, a dispersão de precursor cerâmico encolhe, com frequência causando a retração das paredes da cavidade. Por exemplo, se as cavidades tiverem paredes planas, então as partículas abrasivas conformadas de cerâmica resultantes podem tender a ter pelo menos três lados principais côncavos. Foi descoberto que preparando as paredes da cavidade côncava (de modo que o volume da cavidade seja aumentado) é possível obter partículas abrasivas conformadas de cerâmica que têm pelo menos três lados principais substancialmente planos. O grau de concavidade necessário, em geral, depende do teor de sólidos da dispersão de precursor cerâmico.

[0043]A quinta etapa do processo envolve remover partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico resultantes das cavidades de molde. As partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico podem ser removidas das cavidades com o uso dos processos a seguir, sozinhos ou em combinação no molde: gravidade, vibração, vibração ultrassônica, vácuo, ou ar pressurizado para remover as partículas das cavidades de molde.

[0044]As partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico podem ser

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15/39 adicionalmente secas fora do molde. Caso a dispersão de precursor cerâmico seja seca até o nível desejado no molde, essa etapa de secagem adicional não será necessária. Entretanto, em alguns casos, pode ser mais econômico empregar essa etapa de secagem adicional a fim de minimizar o tempo que a dispersão de precursor cerâmico permanece no molde. Tipicamente, as partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico serão secas de 10 a 480 minutos, ou de 120 a 400 minutos, a uma temperatura de 50°C a 160°C, ou a 120°C a 150°C.

[0045]A sexta etapa do processo envolve a calcinação de partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico. Durante a calcinação, essencialmente todo o material volátil é removido e os vários componentes que estão presentes na dispersão de precursor cerâmico são transformados em óxidos metálicos. As partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico são, em geral, aquecidas até uma temperatura de 400°C a 800°C, e mantidas dentro desta faixa de temperatura até que a água livre e mais de 90 por cento, em peso, de qualquer material volátil ligado sejam removidos. Em uma etapa adicional, pode ser desejável introduzir o aditivo de modificação através de um processo de impregnação. Um sal solúvel em água pode ser introduzido por impregnação nos poros das partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico calcinados. Então, as partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico são novamente pré-aquecidas. Essa opção está adicionalmente descrita na patente U.S. n° 5.164.348 (Wood).

[0046]A sétima etapa do processo envolve a sinterização das partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico calcinados para formar partículas de cerâmica. Antes da sinterização, as partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico calcinados não são completamente densificadas e, portanto, não contêm o teor de dureza desejado a ser usado como partículas abrasivas conformadas de cerâmica. A sinterização tem lugar por aquecimento da partículas abrasivas conformadas de cerâmica precursoras calcinadas a uma temperatura de desde de 1000°C a 1650°C. O período de tempo no qual as partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico calcinados devem ser expostas à temperatura de sinterização para alcançarem esse nível de conversão depende de vários

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16/39 fatores, mas usualmente, de cinco segundos a 48 horas é típico.

[0047]Em outra modalidade, a duração para a etapa de sinterização situa-se na faixa de um minuto a 90 minutos. Após a sinterização, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica podem ter uma dureza Vickers de 10 GPa (gigaPascal), 16 GPa, 18 GPa, 20 GPa ou maior.

[0048]Outras etapas podem ser usadas para modificar o processo descrito como, por exemplo, aquecer rapidamente o material da temperatura de calcinação para a temperatura de sinterização, centrifugar a dispersão de precursor cerâmico para remover sedimentos e/ou resíduos. Adicionalmente, o processo pode ser modificado através da combinação de duas ou mais etapas do processo, se for desejado. As etapas do processo convencional que podem ser usadas para modificar o processo dessa descrição são mais completamente descritas na patente n° U.S. 4.314.827 (Leitheiser).

[0049]As partículas abrasivas conformadas de cerâmica compostas de cristalitos de alfa alumina, espinélio de magnésio alumina, e um aluminato hexagonal de terra rara podem ser preparadas com o uso de partículas de alfa alumina de percursor de sol-gel de acordo com métodos descritos, por exemplo, na patente U.S. n° 5.213.591 (Celikkaya et al.) e pedido de patente publicado U.S. n° Patente Europeia N°s. 2009/0165394 A1 (Culler et al.) e 2009/0169816 A1 (Erickson et al.). Os grãos abrasivos de alfa alumina podem conter zircônia conforme apresentado na patente U.S. N° 5.551.963 (Larmie). Alternativamente, os grãos abrasivos de alfa alumina podem ter uma microestrutura ou aditivos conforme apresentado na patente U.S. N° 6.277.161 (Castro). Mais informações relacionadas aos métodos para fabricar partículas abrasivas conformadas de cerâmica são apresentadas no pedido de patente publicado co-pendente U.S. n° No. 2009/0165394 Al (Culler et al.).

[0050]As partículas abrasivas conformadas de cerâmica usadas na presente descrição podem, tipicamente, ser feitas com o uso de ferramentas (isto é, moldes) cortadas com o uso de estampagem de diamante, que fornece uma definição de característica mais

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17/39 alta que outras alternativas de fabricação como, por exemplo, estampagem ou punção. Tipicamente, as cavidades na superfície de ferramenta têm faces planas que se encontram ao longo de bordas afiadas, e formam as laterais de um tetraedro regular. As partículas abrasivas conformadas de cerâmica resultantes têm um respectivo formato padrão nominal que corresponde ao formato de cavidades na superfície de ferramenta (por exemplo, variações aleatórias) do formato padrão nominal podem ocorrer durante a fabricação, e as partículas abrasivas conformadas de cerâmica que exibem tais variações são incluídas na definição das partículas abrasivas conformadas de cerâmica, conforme usado no presente documento.

[0051]As partículas abrasivas conformadas de cerâmica podem incluir partículas que têm várias características de formato. Por exemplo, uma partícula abrasiva conformada de cerâmica pode ter um ou mais lados principais que são convexos, planos, côncavos ou um outro formato, e bordas comuns que são curvas ou lineares. As partículas abrasivas conformadas de cerâmica podem, também, incluir partículas de formatos individuais diferentes, mas que tem quatro lados unidos por seis bordas comuns. Opcionalmente, os lados principais podem ser lisos e/ou podem ter cavidades ou protuberâncias nos mesmos; por exemplo para fornecer bordas agudas adicionais.

[0052]As Figuras 3A-3E descrevem várias modalidades exemplificadoras das partículas abrasivas conformadas de cerâmica, de acordo com a presente descrição.

[0053]Em uma modalidade exemplificadora, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica podem ser conformadas como um tetraedro regular conforme mostrado na Figura 3A. Consequentemente, a partícula abrasiva conformada de cerâmica 20a tem quatro lados principais planos congruentes 81a, 82a, 83a e 84a unidos por seis bordas comuns 91a, 92a, 93a, 94a, 95a e 96a.

[0054]Em uma outra modalidade exemplar, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica podem ser conformadas conforme mostrado na Figura 3B. Consequentemente, a partícula abrasiva conformada de cerâmica 20b tem quatro lados principais côncavos 81b, 82b, 83b e 84b unidos por seis bordas comuns 91b, 92b, 93b,

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94b, 95b e 96b.

[0055]Em ainda outra modalidade exemplar, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica podem ser conformadas conforme mostrado na Figura 3C. Consequentemente, a partícula abrasiva conformada de cerâmica 20c tem quatro lados principais convexos 81c, 82c, 83c e 84c unidos por seis bordas comuns 91c, 92c, 93c, 94c, 95c e 96c.

[0056]Em ainda outra modalidade exemplar, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica podem ser conformadas como um tetraedro truncado em que os vértices são conforme mostrado na Figura 3D. Consequentemente, a partícula abrasiva conformada de cerâmica 20d tem quatro lados principais planos 81d, 82d, 83d e 84d unidos por seis bordas comuns 91d, 92d, 93d, 94d, 95d e 96d de comprimentos substancialmente iguais.

[0057]Em ainda outra modalidade exemplar, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica podem ser substancialmente conformadas como um tetraedro truncado, em que um ou mais vértices e/ou bordas comuns são deformados, por exemplo, como um resultado de defeitos de fabricação conforme mostrado na Figura 3E. Consequentemente, a partícula abrasiva conformada de cerâmica 20e tem quatro lados principais 81e, 82e, 83e e 84e unidos por seis bordas comuns 91e, 92e, 93e, 94e, 95e e 96e de comprimentos substancialmente iguais.

[0058]Os revestimentos de superfície nas partículas abrasivas conformadas de cerâmica podem ser usados para melhorar a adesão entre as partículas abrasivas conformadas de cerâmica e um material aglutinante em artigos abrasivos, ou podem ser usados para auxiliar na deposição eletrostática das partículas abrasivas conformadas de cerâmica. Em uma modalidade, os revestimentos de superfície, conforme descritos na Patente U.S. n° 5.352.254 (Celikkaya) em uma quantidade de 0,1 a 2 por cento de superfície de revestimento para o peso de partícula abrasiva conformada, podem ser usados. Tais revestimentos de superfície são descritos nas Patentes U.S. n° 5.213.591 (Celikkaya et al.); n° 5.011.508 (Wald et al.); n° 1.910.444 (Nicholson); n° 3.041.156 (Rowse et al.); n° 5.009.675

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19/39 (Kunz et al.); n° 5.085.671 (Martin et al.); n° 4.997.461 (Markhoff-Matheny et al.); e n° 5.042.991 (Kunz et al.). Adicionalmente, o revestimento da superfície pode evitar a soldagem ou aderência da partícula abrasiva conformada. Soldagem ou Aderência é o termo para descrever o fenômeno em que partículas metálicas da peça de trabalho que estão sendo raspadas se tornam soldadas aos topos das partículas abrasivas conformadas de cerâmica. Os revestimentos de superfície para executar as funções acima são conhecidos aqueles versados na técnica.

[0059]Tipicamente, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica têm uma dimensão máxima de partícula relativamente pequena; por exemplo, menor que cerca de 5 mm, 2 mm, 1 mm, 5 micrômetros, 200 micrômetros, 100 micrômetros, 50 micrômetros, 20 micrômetros ou mesmo menor que 10 micrômetros, embora outros tamanhos possam ser usados.

[0060]Em algumas modalidades, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica (e opcionalmente quaisquer partículas abrasivas adicionais convencionalmente trituradas) são dimensionadas de acordo com um abrasivo de grau nominal especificado reconhecido na indústria. Padrões de classificação exemplificadores reconhecidos pela indústria de abrasivos incluem aqueles promulgados pela ANSI (American National Standards Institute), FEPA (Federation of European Producers of Abrasives), e JIS (Japanese Industrial Standard). Tais padrões de graduação aceitos pela indústria incluem, por exemplo: ANSI 4, ANSI 6, ANSI 8, ANSI 16, ANSI 24, ANSI 30, ANSI 36, ANSI 40, ANSI 50, ANSI 60, ANSI 80, ANSI 100, ANSI 120, ANSI 150, ANSI 180, ANSI 220, ANSI 240, ANSI 280, ANSI 320, ANSI 360, ANSI 400, e ANSI 600; FEPA P8, FEPA P12, FEPA P16, FEPA P24, FEPA P30, FEPA P36, FEPA P40, FEPA P50, FEPA P60, FEPA P80, FEPA P100, FEPA P120, FEPA P150, FEPA P180, FEPA P220, FEPA P320, FEPA P400, FEPA P500, FEPA P600, FEPA P800, FEPA P1000, e FEPA P1200; e JIS 8, JIS 12, JIS 16, JIS 24, JIS 36, JIS 46, JIS 54, JIS 60, JIS 80, JIS 100, JIS 150, JIS 180, JIS 220, JIS 240, JIS 280, JIS 320, JIS 360, JIS 400, JIS 400, JIS 600, JIS 800, JIS 1000, JIS 1500, JIS 2500, JIS 4000, JIS 6000, JIS 8000, e JIS 10,000. Mais tipicamente, as

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20/39 partículas abrasivas conformadas de cerâmica são independentemente dimensionadas de acordo com os padrões de classificação para ANSI 60 e 80 ou FEPA P60 e P80.

[0061]O termo “abrasivos de grau nominal, especificado reconhecido na indústria” inclui, também, abrasivos de grau nominal, selecionado, especificado reconhecido na indústria. Por exemplo, o grau nominal, selecionado, especificado pode usar peneiras de teste padrão dos EUA, de acordo com a ASTM E-11-09 “Standard Specification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes”. A norma ASTM E-11-09 prescreve os requisitos para o design e construção de peneiras de teste com o uso de um meio de pano de fio tecido montado em uma estrutura para a classificação de materiais, de acordo com um tamanho de partícula designado. Uma designação típica pode ser representada como -18+20, o que significa que partículas abrasivas conformadas de cerâmica passam através de uma peneira de teste ASTM E-11-09 que cumpre as especificações da norma para a peneira de número 18 e são retidas em uma peneira de teste que cumpre as especificações da norma ASTM E-11-09 para a peneira de número 20. Em uma modalidade, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica têm um tamanho de partícula pelo menos 90 por cento de modo que a maioria das partículas passe através de uma peneira de teste de trama 18 e podem ser retidas em uma peneira de teste de trama 20, 25, 30, 35, 40, 45 ou 50. Em várias modalidades, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica podem ter um grau selecionado nominal que compreende: -18+20, -20/+25, -25+30, -30+35, -35+40, 5 40+45, -45+50, -50+60, -60+70, -70/+80, -80+100, -100+120, -120+140, -140+170, -170+200, 200+230, -230+270, -270+325, -325+400, -400+450, -450+500, ou -500+635.

[0062]Os artigos abrasivos ligados (por exemplo, roda de trituração, rodas de corte, rodas de afiar e pedras de afiar) de acordo com a presente descrição são tipicamente feitos por um processo de moldagem. Durante a moldagem, um material aglutinante precursor, líquido orgânico, inorgânico em pó ou orgânico em pó, é misturado com as partículas abrasivas. Em alguns casos, um meio líquido (resina ou um solvente) é, em primeiro lugar, aplicado às partículas abrasivas para umedecer sua superfície externa, e, então, as partículas umedecidas são misturadas a um meio em pó. Os artigos abrasivos ligados, de

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21/39 acordo com a presente descrição, podem ser feitos por modelagem por compactação, modelagem por injeção, modelagem por transferência ou similares. A moldagem pode ser concluída por compressão quente ou fria ou qualquer maneira conhecida pelos versados na técnica.

[0063]O material aglutinante tipicamente compreende um material inorgânico vítreo (por exemplo, como no caso de rodas de abrasivo vitrificado), metal, ou uma resina orgânica (por exemplo, como no caso de rodas de abrasivo ligado a resina).

[0064]Os aglutinantes inorgânicos vítreos podem ser produzidos a partir de uma mistura de diferentes óxidos metálicos. Exemplos desses aglutinantes vítreos de óxido metálico incluem sílica, alumina, calcia, óxido de ferro, óxido de titânio, magnésia, óxido de sódio, óxido de potássio, óxido de lítio, óxido de manganês, óxido de boro, óxido de fosforoso, e similares. Exemplos de aglutinantes vítreos específicos com base em peso incluem, por exemplo, 47,61 por cento de SiO2, 16,65 por cento de ALO3, 0,38 por cento de Fe2 O3, 0,35 por cento de TiO2, 1,58 por cento de CaO, 0,10 por cento de MgO, 9,63 por cento de Na2O, 2,86 por cento de K2O, 1,77 por cento de U2O, 19,03 por cento de B2O3, 0,02 por cento de MnO2 e 0,22 por cento de P2O5; e 63 por cento de SiO2, 12 por cento de ALO3, 1,2 por cento de CaO, 6,3 por cento de Na2O, 7,5 por cento de K2O e 10 por cento de B2O3. Ainda outros exemplos de aglutinantes vítreos com base em uma razão molar incluem 3,77 por cento de SiO2, 0,58 por cento de ALO3, 0,01 por cento de Fe2O3, 0,03 por cento de TiO2, 0,21 por cento de CaO, 0,25 por cento de MgO, 0,47 por cento de Na2O e 0,07 por cento de K2O. Durante a fabricação de um artigo abrasivo ligado vítreo, o aglutinante vítreo, em uma forma de pó, pode ser misturado com um aglutinante temporário, tipicamente um aglutinante orgânico. Os aglutinantes vitrificados podem também ser formados a partir de uma frita, por exemplo em qualquer lugar de cerca de um a 100 por cento de frita, mas em geral, 20 a 100 por cento de frita. Alguns exemplos de materiais comuns usados em aglutinantes de frita incluem feldspato, bórax, quartzo, cinzas de soda, óxido de zinco, agente de branqueamento, trióxido de antimônio, dióxido de

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22/39 titânio, silicofluoreto de sódio, sílex, criolita, ácido bórico e combinações dos mesmos. Esses materiais são usualmente misturados juntamente como pós, aquecidos para se fundirem à mistura e, então, a mistura fundida é resfriada. A mistura resfriada é triturada e selecionada até tornar-se um pó muito fino para ser, então, usada como um aglutinante de frita. A temperatura na qual essas ligações de frita são amadurecidas depende de sua química, mas pode estar na faixa de cerca de 600°C a cerca de 1800°C.

[0065]Exemplos de aglutinantes metálicos incluem estanho, cobre, alumínio, níquel e combinações dos mesmos.

[0066]Os materiais aglutinantes orgânicos são tipicamente incluídos em uma quantidade de 5 a 30 por cento, mais tipicamente 10 a 25, e mais tipicamente 15 a 24 por cento, em peso, com base no peso total do artigo abrasivo ligado. A resina fenólica é o material aglutinante orgânico mais comumente usado, e pode ser usada sob a forma de pó ou estado líquido. Embora as resinas fenólicas sejam vastamente usadas, encontra-se dentro do escopo dessa descrição o uso de outros materiais aglutinantes orgânicos incluindo, por exemplo, resinas epóxi, resinas de ureia-formaldeído, borrachas, gomaslaca, e aglutinantes acrílicos. Os materiais aglutinantes orgânicos podem também ser modificados com outros materiais aglutinantes para otimizar ou alterar suas propriedades.

[0067]As resinas fenólicas úteis incluem novolaca e resinas fenólicas de resolica. As resinas fenólicas de novolaca são caracterizadas por serem catalisadas por ácido e têm uma razão entre formaldeído e fenol menor que um, tipicamente entre 0,5:1 e 0,8:1. As resinas fenólicas resolicas são caracterizadas por serem catalizadas por alcalinos e terem uma razão de formaldeído para fenol maior que ou igual a um, tipicamente de 1:1 a 3:1. As resinas fenólicas novolaca e resolica podem ser quimicamente modificadas (por exemplo, através da reação com compostos de epóxi), ou as mesmas podem ser não-modificadas. Catalisadores ácidos exemplificadores adequados para cura de resinas fenólicas incluem ácidos sulfúricos, hidroclóricos, fosfóricos, oxálicos e ácidos p-toluenosulfônicos. Catalisadores alcalinos adequados para cura de resinas fenólicas incluem hidróxido de sódio, hidróxido de bário,

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23/39 hidróxido de potássio, hidróxido de cálcio, aminas orgânicas, ou carbonato de sódio.

[0068]As resinas fenólicas são bem conhecidas e estão facilmente disponíveis junto à fontes comerciais. Exemplos de resinas novolaca comercialmente disponíveis incluem DUREZ 1364, uma resina fenólica em pó em duas etapas, (comercializada por Durez Corporation de Addison, TX sob a designação comercial VARCUM (por exemplo, 29302), ou HEXION resina AD5534 (comercializada por Hexion Specialty Chemicals, Inc., Louisville, Kentucky). Exemplos de resinas fenólicas resolicas comercialmente disponíveis úteis na prática da presente descrição incluem aquelas comercializadas por Durez Corporation of Addison, Texas sob a designação comercial VARCUM (por exemplo, 29217, 29306, 29318, 29338, 29353); aquelas comercializadas por Ashland Chemical Co. de Bartow, Florida sob a designação comercial AEROFENE (por exemplo, AEROFENE 295); e aquelas comercializadas por Kangnam Chemical Company Ltd. de Seoul, Coreia do Sul sob a designação comercial “PHENOLITE” (por exemplo, PHENOLITE TD-2207).

[0069]As temperaturas de cura de precursores de material aglutinante orgânico irão variar com o material escolhido e modelo de roda. A seleção de condições adequadas está dentro da capacidade de um elemento versado na técnica. As condições exemplificadoras para um aglutinante fenólico podem incluir uma pressão aplicada de cerca de 21,9 MPa (20 toneladas por 4 polegadas de diâmetro (224 kg/cm²)) à temperatura ambiente seguido de aquecimento a temperaturas até cerca de 185°C por tempo suficiente para curar o precursor de material aglutinante orgânico.

[0070]Em algumas modalidades, os artigos abrasivos ligados incluem de cerca de 10 a 60 por cento, em peso, de partículas abrasivas conformadas de cerâmica; tipicamente 30 a 60 por cento, em peso, e mais tipicamente 40 a 60 por cento, em peso, com base no peso total do material aglutinante e partículas abrasivas.

[0071]Artigos abrasivos ligados podem compreender, ainda, partículas abrasivas trituradas (isto é, partículas abrasivas que não resultam do rompimento das partículas abrasivas conformadas de cerâmica e correspondem a um abrasivo especificado na

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24/39 indústria, nominal, graduado ou combinações dos mesmos). As partículas abrasivas trituradas são tipicamente de um grau ou graus de tamanho mais fino (por exemplo, se uma pluralidade de graus de tamanhos for usada) que as partículas abrasivas conformadas de cerâmica, embora isso não seja uma exigência.

[0072]Partículas abrasivas trituradas úteis incluem, por exemplo, partículas trituradas de óxido de alumínio fundido, óxido de alumínio fundido marrom, óxido de alumínio tratado com calor, óxido de alumínio fundido branco, materiais de óxido de alumínio cerâmicos, como aqueles comercialmente disponíveis sob a designação comercial 'CUBITRON' junto à 3M Company de St. Paul, Minnesota, EUA), carbureto de silício preto, carbureto de silício verde, diboreto de titânio, carbureto de boro, carbureto de tungstênio, oxinitreto de alumínio, carbureto de titânio, diamante, nitreto de boro cúbico, granada, zircônia de alumina fundida, oxinitreto de alumínio, partículas abrasivas derivadas de sol-gel, óxido de ferro, crômia, céria, zircônia, óxido de titânio, silicatos, óxido de estanho, sílica (como quartzo, esferas de vidro, bolhas de vidro e fibras de vidro), silicatos (como talco, argilas (por exemplo, montmorilonita), feldspato, mica, silicato de cálcio, metassilicato de cálcio, aluminossilicato de sódio, silicato de sódio), sílex e esmeril. Exemplos de partículas abrasivas derivadas de sol-gel podem ser encontrados na Patente U.S. n° 4.314.827 (Leitheiser et al.), n° 4.623.364 (Cottringer et al.); n° 4.744.802 (Schwabel), n° 4.770.671 (Monroe et al.); e n° 4.881.951 (Monroe et al.). Também é contemplado que as partículas abrasivas poderiam compreender aglomerados abrasivos como, por exemplo, aqueles descritos na Patente U.S. n° 4.652.275 (Bloecher et al.) ou n° 4.799.939 (Bloecher et al.).

[0073]As partículas abrasivas podem, por exemplo, ser distribuídas de maneira uniforme ou não uniforme pelo artigo abrasivo ligado. Por exemplo, se a roda de abrasivo ligado é uma roda de trituração ou uma roda de corte, as partículas abrasivas podem ser concentradas em direção ao meio (por exemplo, localizada longe das faces externas de uma roda de corte ou trituração), ou apenas na borda externa, isto é, a periferia, de uma roda de

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25/39 corte ou de trituração. Em uma outra variação, primeiro as partículas abrasivas podem estar em um lado da roda e as partículas abrasivas diferentes no lado oposto. Entretanto, tipicamente, todas as partículas abrasivas são homogeneamente distribuídas em relação umas às outras, porque a fabricação das rodas é mais fácil e o efeito de corte é otimizado quando os dois tipos de partículas abrasivas estão posicionados de maneira próxima umas às outras.

[0074]Os artigos abrasivos ligados de acordo com a presente descrição podem compreender partículas abrasivas adicionais além daquelas acima mencionadas, desde que sejam obedecidos os requisitos de faixa de peso dos outros constituintes. Exemplos incluem óxido de alumínio fundido (incluindo alumina-zircônia fundida), óxido de alumínio castanho, óxido de alumínio azul, carbureto de silício (incluindo carbureto de silício verde), granada, diamante, nitreto de boro cúbico, carbureto de boro, cromo, céria, e combinações dos mesmos.

[0075]As partículas abrasivas podem, opcionalmente, ser tratadas com um ou mais agentes de acoplamento para melhorar a adesão das partículas abrasivas ao aglutinante. As partículas abrasivas podem ser tratadas com o(s) agente(s) de acoplamento antes de serem combinadas com o material aglutinante, ou podem ter suas superfícies tratadas localmente ao incluir um agente de acoplamento ao material aglutinante. Os agentes de acoplamento são bem conhecidos pelos versados na técnica de abrasão. Exemplos de agentes de acoplamento incluem agentes de acoplamento de organossilano (por exemplo, gama-aminopropiltrietoxisilano), titanatos e zirconatos.

[0076]Em algumas modalidades, os artigos abrasivos ligados, de acordo com a presente descrição, contêm elementos de auxílio de trituração adicionais como, por exemplo, partículas de politetrafluoro etileno, criolita, cloreto de sódio, FeS2 (dissulfeto de ferro) ou KBF4; tipicamente em proporções de 1 a 25 por cento, em peso, mais tipicamente de 10 a 20 por cento em peso, submetido a exigências de faixa de peso dos outros constituintes sendo cumpridas. Os elementos de auxílio de trituração são adicionados para otimizar as características de corte dos abrasivos ligados (por exemplo, quando usado seco sem agente refrigerante), em geral, por

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26/39 meio da redução da temperatura da interface de corte. O elemento de auxílio de trituração pode estar na forma de partículas únicas ou um aglomerado de partículas de auxílio de trituração. Exemplos de partículas de elementos de auxílio de trituração precisamente conformadas são ensinados no pedido de publicação U.S. n° 2002/0026752 A1 (Culler et al.).

[0077]O material aglutinante pode, opcionalmente conter um ou mais plastificantes, como, por exemplo, o disponível como SANTICIZER 154 PLASTICIZER junto à UNIVAR USA, Inc. de Chicago, Illinois, EUA.

[0078]Os artigos abrasivos ligados, de acordo com a presente descrição, podem conter componentes adicionais como, por exemplo, partículas de enchimento, desde que sejam obedecidos os requisitos de faixa de peso dos outros constituintes. As partículas de enchimento podem ser adicionadas para ocupar espaço e/ou fornecer porosidade. A porosidade permite que o artigo abrasivo ligado derrame partículas abrasivas usadas ou gastas para expor partículas abrasivas novas ou frescas.

[0079]Os artigos abrasivos ligados, de acordo com a presente descrição, podem ter qualquer faixa de porosidade, por exemplo, de cerca de 1 por cento a 50 por cento, tipicamente de 1 por cento a 40 por cento, por volume. Os exemplos de enchimentos incluem bolhas e microesferas (por exemplo, vidro, cerâmica (alumina), argila, polimérico, metal), rolha, gesso natural, mármore, calcário, pederneira, sílica, silicato de alumínio e combinações dos mesmos.

[0080]Os artigos abrasivos ligados, de acordo com a presente descrição, podem ser feitos de acordo com qualquer método adequado. Em um método adequado, as partículas abrasivas conformadas de cerâmica são revestidas com um agente de acoplamento antes de ser misturadas com um fenólico resolico curável. A quantidade de agente de ligação é, em geral, selecionada de tal modo que ele está presente em uma quantidade de 0,1 a 0,3 parte para cada 50 a 84 partes de partículas abrasivas, embora quantidades fora desta faixa podem também ser usadas. À mistura resultante é acrescentada a resina líquida, assim como resina fenólica de novolaca curável e a criolita. A mistura é prensada em um molde (por exemplo, a uma pressão aplicada de 21,9 MPa (20 toneladas por 4 polegadas de diâmetro 224 kg/cm²)) à

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27/39 temperatura ambiente. A roda moldada é, então, curada por aquecimento a temperaturas de até cerca de 185°C por tempo o suficiente para curar as resinas fenólicas curáveis.

[0081]Artigos abrasivos ligados de acordo com a presente descrição são úteis, por exemplo, como rodas de trituração e rodas de corte.

[0082]As rodas de trituração tipicamente têm uma espessura de 0,5 cm a 100 cm, mais tipicamente 1 cm a 10 cm, e tipicamente têm um diâmetro entre cerca de 1 cm e 100 cm, mais tipicamente entre cerca de 10 cm e 100 cm, embora outras dimensões possam também ser usadas. Por exemplo, artigos abrasivos ligados podem estar sob a forma de um copo de roda, em geral entre 10 e 15 cm de diâmetro, ou pode estar sob a forma de uma roda “snagging” de até 100 cm de diâmetro, ou pode também estar sob a forma de uma roda de trituração com depressão central de até cerca de 25 cm de diâmetro. Um orifício central opcional pode ser usado para a fixação da roda de corte a uma ferramenta acionada eletricamente. Caso esteja presente, o orifício central tem tipicamente 0,5 cm a 2,5 cm de diâmetro, embora outros tamanhos podem ser usados. O orifício central opcional pode ser reforçado; por exemplo, por um flange metálico. Alternativamente, um fecho mecânico pode ser preso de maneira axial a uma superfície da roda de corte. Exemplos incluem lugares rosqueados.

[0083]As rodas de corte tipicamente têm uma espessura de 0,80 milímetro (mm) a 16 mm, mais tipicamente 1 mm a 8 mm, e tipicamente têm um diâmetro entre 2,5 cm e 100 cm (40 polegadas), mais tipicamente entre cerca de 7 cm e 13 cm, embora outras dimensões possam também ser usadas. Um orifício central opcional pode ser usado para a fixação da roda de corte a uma ferramenta acionada eletricamente. Caso esteja presente, o orifício central tem tipicamente 0,5 cm a 2,5 cm de diâmetro, embora outros tamanhos podem ser usados. O orifício central opcional pode ser reforçado; por exemplo, por um flange metálico. Alternativamente, um fecho mecânico pode ser preso de maneira axial a uma superfície da roda de corte. Exemplos incluem colunas enfileiradas, porcas enfileiradas, porcas Tinnerman, e colunas de suporte de baioneta.

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[0084]Opcionalmente, os artigos abrasivos ligados de acordo com a presente descrição podem compreender adicionalmente uma talagarça que reforça o artigo abrasivo ligado; por exemplo, disposta sobre uma ou duas superfícies principais do artigo abrasivo ligado ou disposta dentro do artigo abrasivo ligado. Exemplos de talagarças incluem um pano tecido ou de malha. As fibras na talagarça podem ser feitas de fibras de vidro (por exemplo, plástico com reforço de fibra de vidro), fibras orgânicas, como poliamida, poliéster ou poliimida. Em alguns casos, pode ser desejável incluir fibras têxteis de reforço dentro do meio de ligação, de modo que as fibras sejam dispersas homogeneamente ao longo do artigo abrasivo ligado.

[0085]Os artigos abrasivos ligados de acordo com a presente descrição são úteis, por exemplo, para abrasão de uma peça de trabalho. Por exemplo, podem ser transformados em rodas de trituração ou de corte que apresentem boas características de trituração enquanto mantêm uma temperatura de operação relativamente baixa que pode evitar danos térmicos à peça de usinagem.

[0086]As rodas de trituração abrasivas ligadas podem ser usadas em qualquer ferramenta de trituração de ângulo reto, como, por exemplo, aquelas disponíveis junto à Ingersoll-Rand, Sioux, Milwaukee, EUA e Cooper Power Tools of Lexington, South Carolina, EUA. A ferramenta pode ser elétrica ou pneumaticamente acionada, em geral em velocidades de cerca de 1000 a 50000 RPM.

[0087]Durante o uso, a roda de abrasivo ligado pode ser usada seca ou molhada. Durante a trituração molhada, a roda abrasiva ligada é usada em conjunto com água, lubrificantes à base de óleo ou lubrificantes à base de água. As rodas de abrasivo ligado, de acordo com a presente descrição, podem ser particularmente úteis em vários materiais de peça de trabalho como, por exemplo, barra ou lâmina de aço de carbono e metais mais exóticos (por exemplo, aço inoxidável ou titânio), ou em metais ferrosos mais macios (por exemplo, aço moderado, lâminas de liga baixa, ou ferros fundidos).

[0088]Os objetivos e vantagens desta descrição são adicionalmente ilustrados

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29/39 pelos exemplos não-limitadores a seguir, mas os materiais específicos e as proporções dos mesmos mencionados nesses exemplos, bem como as outras condições e detalhes, não deveriam ser compreendidos como indevidamente limitando esta descrição.

Exemplos

[0089]Exceto onde especificado em contrário, todas as parte, porcentagens, razões, etc. nos exemplos e no restante do relatório descritivo estão em peso. Nas tabelas nos Exemplos, “NA” significa não aplicável.

Materiais usados nos exemplos

Tabela 1

ABREVIAÇÃO	DESCRIÇÃO
SAPn	Partículas abrasivas conformadas conforme descritas na Tabela 2
AP1	Partículas abrasivas de alumina cerâmicas com superfície modificada, grau 36, obtidas como CUBITRON 324AV disponível junto à 3M, St. Paul, Minnesota, EUA
AP2	Partículas abrasivas de óxido de alumínio, ANSI grau 60 CX, obtidas a partir de Washington Mills Electro Minerals, Niagara Falls, New York, EUA.
AP3	Partículas abrasivas de alumina cerâmicas derivadas de sol-gel, grau 80, obtidas como CUBITRON 321 disponível junto à 3M, St. Paul, Minnesota, EUA
AP4	Partículas abrasivas de alumina cerâmica derivadas de sol-gel, grau 50, obtidas como CUBITRON 324AV disponível junto à 3M, St. Paul, Minnesota, EUA
CRY	Criolita sintética (Na3AlF6), obtida como RTN CRYOLITE junto à TR International Trading Co. de Houston, Texas, E.U.A.
PR1	Uma resina fenólica líquida de uma etapa, obtida como VARCUM 29353 junto à Durez Corp. de Addison, Texas, E.U.A.
PR2	A resina fenólica em pó de duas etapas, obtida como VARCUM 29302 junto à Durez Corp.
SM	Discos de talagarça de fibra de vidro de 10 cm (4-polegadas) de diâmetro, obtido como 3321 junto à Industrial Polymers & Chemicals de Shrewsbury, Massachusetts, EUA

Descrição de Moldes Usados para a Fabricação de Partículas Abrasivas Conformadas de Cerâmica SAP1-SAP3

[0090]Os moldes usados para fabricar as partículas de SAP1 - SAP3 foram gerados por um dispositivo de criação de protótipos rápido conhecido como um dispositivo de estereolitografia PERFACTORY SXGA+ W/ERM MINI MULTI LENS produzido pela envisionTEC GmbH de Gladbeck, Alemanha. A máquina envisionTEC foi configurada com

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30/39 uma lente de projetor que tem um distância de foco de 60 mm. A resina usada para construir estes moldes foi a envisionTEC R5. Para SAP1, as cavidades tetraédricas regulares tinham um comprimento de borda de 3 mm. Para SAP3, as cavidades tetraédricas regulares tinham um comprimento de borda de 2 mm. Para SAP2, o tetraedro regular tinha um comprimento de borda de 3 mm com faces laterais com um bojo central de 0,14 mm para cada cavidade lateral (isto é, em cada uma das três paredes da cavidade e resultando em concavidade na face correspondente da partícula abrasiva.).

Descrição de Moldes Usados para a Fabricação de Partículas Abrasivas Conformadas de Cerâmica SAP4-SAP5

[0091]Os moldes usados para fabricar as partículas de SAP4 foram uma matriz de cavidades tetraédricas regulares com aberturas em forma de triângulo equilátero em embalagem fechada (comprimento lateral (passo) = 0,9429 mm). Cada cavidade tetraédrica regular tem uma profundidade de 0,8171 mm e um ângulo de tração de 77,5 graus. A área de depósito entre as aberturas era 0,0508 mm distante.

[0092]O molde usado para fabricar as partículas de SAP5 foi uma matriz de cavidades tetraédricas regulares com aberturas em forma de triângulo equilátero em embalagem fechada (comprimento lateral (passo) = 1,5918 mm). Cada cavidade tetraédrica regular tem uma profundidade de 1,3571 mm e um ângulo de tração de 77,5 graus. A área de depósito entre as aberturas era 0,1016 mm distante.

A Descrição dos Moldes Usados para Fabricação de Partículas Abrasivas Conformadas de Cerâmica Comparativas SAPA - SAPC:

[0093]O molde tem cavidades triangulares conformadas em embalagem fechada com comprimento igual em todos os três lados (isto é, a cavidade tem um formato de uma pirâmide triangular truncada). O comprimento lateral das cavidades do molde usado para fabricar SAPA e SAPB foi 2,79 mm (110 mils). Para SAPA e SAPB, o molde foi fabricado de modo que as cavidades de molde tivessem cristas paralelas ascendendo a partir das superfícies de fundo das cavidades que cruzavam com um lado do triângulo a um ângulo

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31/39 de 90 graus. As cristas paralelas foram espaçadas em 0,277 mm (10,9 mils) umas das outras, e seção transversal das cristas era um formato triangular que tem uma altura de 0,0127 mm (0,5 mils) e um ângulo de 45 graus entre os lados de cada crista na ponta. Para SAPA, a profundidade da parede lateral foi de 0,91 mm (36 mils). Para SAPB, o molde foi fabricado de tal modo que as cavidades tivessem cristas paralelas se projetando nas superfícies de fundo das cavidades de molde que cruzavam com um lado do triângulo a um ângulo de 90 graus. As cristas paralelas foram espaçadas em 0,10 mm (3,9 mils) umas das outras, e a seção transversal das cristas era um formato triangular que tem uma altura de 0,0032 mm (0,126 mil) e um ângulo de 45 graus entre os lados de cada crista na ponta. Para SAPB, a profundidade da parede lateral foi de 0,46 mm (18 mils).

[0094]SAPC: O comprimento lateral das cavidades de molde usadas para a fabricação de SAPC foi de 1,66 mm (65 mils). A profundidade de parede lateral foi de 0,80 mm (31 mils). As cavidades de molde tinham cristas paralelas ascendendo a partir do fundo que cruzava com um lado do triângulo a um ângulo de 90 graus. As cristas foram espaçadas a 0,150 mm (5,9 mils) umas das outras, e a seção transversal das cristas era um formato de triângulo que tinha uma altura de 0,0127 mm (0,5 mil) e um ângulo de 30 graus entre as laterais de cada crista na ponta.

[0095]Para SAPA - SAPC o ângulo do coeficiente angular (isto é, o ângulo diédrico formado entre a base das cavidades do molde e cada uma das paredes laterais) foi de 98 graus.

Técnica para Medição de Raio de Curvatura

[0096]O raio de curvatura para todas as amostras foi determinado de acordo com o método a seguir: As partículas abrasivas conformadas de cerâmica têm um raio de curvatura ao longo das bordas laterais que se conectam à base e ao topo das partículas abrasivas conformadas de cerâmica de 50 micrômetros ou menos. O raio de curvatura foi medido a partir de uma seção transversal polida retirada entre as superfícies superior e inferior, por exemplo, com o uso de um programa de análise de imagens CLEMEX VISION PE disponível junto à Clemex Technologies, Inc. de Longueuil, Quebec, Canadá, conectado por meio de interface com um microscópio de luz invertido ou outro software/equipamento de análise de

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32/39 imagens adequado. O raio de curvatura para cada ponto da partícula abrasiva conformada foi determinado pela definição de três pontos na ponta de cada ponto quando visualizados em seção transversal (por exemplo, em ampliação de 100X). O primeiro ponto foi colocado no início da curva da ponta onde existe uma transição da borda reta para o início de uma curva, o segundo ponto foi localizado no ápice da ponta e o terceiro ponto na transição da ponta curva para uma borda reta. O software para análise de imagens então desenha um arco definido por três pontos (começo, meio e fim da curva) e calcula um raio de curvatura. O raio de curvatura de pelo menos 30 ápices é medido e a média é calculada para determinar a média do raio da ponta.

Técnica para Medição de Comprimento de Partícula

[0097]As dimensões das partículas finais foram medidas com o uso de um microscópio digital “AM413ZT DINO-LITE PRO” comercialmente disponível, obtido a partir de www.BigC.com de Torrance, Califórnia, EUA. Cinco partículas de cada lote foram dispostas de maneira plana, e uma imagem foi tirada em ampliação de 100x. Os comprimentos de todos os três lados de cada partícula foram medidos com o uso do software embutido no computador da câmera digital. A média dessas 15 medições de comprimento foi calculada, bem como o desvio padrão.

Técnica para Medição de Espessura de Partícula para Partículas Abrasivas SAP1

- SAP5

[0098]A espessura de partícula foi calculada a partir da medição do comprimento de partícula de acordo com as propriedades geométricas de um tetraedro regular.

Técnica para Medição de Espessura de Partícula para Partículas Abrasivas SAPA

- SAPC

[0099]As dimensões das partículas abrasivas finais foram medidas com o uso de um microscópio digital “AM413ZT DINO-LITE PRO” disponível para comercialização, disponível junto à www.BigC.com de Torrance, Califórnia, EUA. A espessura média de partícula foi determinada pela montagem de cinco partículas de cada tipo de lado (os lados planos sendo perpendiculares à superfície de mesa) e captura de imagens dos lados de

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33/39 partícula em ampliação de 100x. A espessura de partícula do centro e próxima a cada borda foi medida para cada lado, com o uso do cursor do software fornecido. As partículas foram, então, giradas 120 graus na perpendicular até a superfície de mesa, e três medições de altura foram tiradas do segundo e terceiro lado, respectivamente. Dessa forma, 9 medições de espessura de partícula foram tiradas de cada amostra, um total de 45 medições para 5 partículas. A média e desvio padrão foram calculados.

Teste de Trituração (Corte Total, 10 ciclos)

[00100]As rodas de exemplo para teste foram montadas em uma máquina de trituração reciprocante. As peças de trabalho de teste pré-pesadas foram 400 mm x 50 mm x 7 mm cupons de aço 1018 e foram montadas para serem engatadas por meio da roda de trituração a um ângulo de 15 graus em relação à superfície de topo horizontal da peça de trabalho. A peça de trabalho foi montada de forma fixa no lado 400 mm x 7 mm. A máquina de trituração foi ativada para girar a roda de trituração a 6000 RPM. A roda de trituração rotativa foi instada contra a peça de trabalho de teste a uma força de 58 N enquanto atravessa a longa dimensão da peça de trabalho a uma taxa de 15,24 cm/s (6 polegadas por segundo). Ciclos de teste foram de 1,0 minuto. As peças de trabalho de teste foram pesadas após 1°, 5° e 10° ciclos. Após 10 ciclos de trituração de um-minuto, o peso total da peça de trabalho removida foi determinado e relatado como Corte Total, 10 ciclos.

Teste de Corte

[00101]As rodas de corte do exemplo foram testadas em uma máquina de teste de corte Maternini, modelo PTA 100/230, da Davide Maternini SPA de Malnate, Itália) equipada com um triturador Bosch de 230V e 105 mm (4 polegadas) modelo GWS 6-100 (rpm nominal 10.000). A máquina de teste de corte foi usada nos parâmetros a seguir: programa de teste 100-SS-R, corrente de corte: 3,5A, Fator kp=15, Fator kd=30. As peças de trabalho foram rodas de aço inoxidável sólido de 16 mm. Tanto o tempo de corte médio quanto o número de cortes foram gravados até que as rodas de corte alcançassem um diâmetro de 90 mm.

Preparação de Partículas Abrasivas Conformadas de Cerâmica com dope de REO

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34/39 (SAP1-SAP5 e SAPA -SAPC)

[00102]Uma amostra de sol-gel de boemita foi produzida com o uso da receita a seguir: pó de óxido de alumínio monoidrato (1600 partes) disponível como DISPERAL junto à Sasol North America, Inc., foi disperso por misturação de alto cisalhamento de uma solução contendo água (2400 partes) e 70 por cento de ácido nítrico aquoso (72 partes) por 11 minutos. O sol-gel resultante foi envelhecido durante pelo menos 1 hora antes do revestimento. O sol-gel foi forçado na produção de estampagem que tem cavidades de molde em formato triangular de dimensões relatadas acima.

[00103]O sol-gel foi introduzido nas cavidades com o auxílio de uma espátula, de modo que todas as aberturas da estampagem de produção estavam completamente cheias. Um agente de liberação de molde, 1 por cento de óleo de amendoim em metanol foi usado para revestir a estampagem de produção com cerca de 0,08 mg/cm² (0,5 mg/pol²) de óleo de amendoim aplicado à estampagem de produção. O metanol em excesso foi removido pela colocação de lâminas da estampagem de produção em um forno de convecção a ar por 5 minutos a 45°C. A estampagem de produção revestida com sol-gel foi colocada em um forno de convecção a ar a 45°C por pelo menos 45 minutos para secagem. As partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico foram removidas da estampagem de produção, passandoas por uma corneta ultrassônica. As partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico foram calcinados a aproximadamente 650°C. As partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico calcinados foram impregnadas com uma solução de óxido de terras raras alternativa (REO) que compreende 1,4 por cento de MgO, 1,7 por cento de Y2O3, 5,7 por cento de La2O3 e 0,07 por cento de CoO. Em 70 gramas da solução de REO, 1,4 grama de pó HYDRAL COAT 5 disponível junto à Almatis de Pittsburg, Pennsylvania, EUA (aproximadamente 0,5 mícron de tamanho médio de partícula) são dispersos por agitação em um béquer aberto. Cerca de 100 gramas de partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico calcinados são, então, impregnadas com 71,4 gramas da dispersão do pó HYDRAL COAT 5 em solução de REO. As partículas abrasivas conformadas de precursor cerâmico calcinados e impregnados foram,

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35/39 então, calcinados novamente a 650°C antes da sinterização ao teor de dureza final a aproximadamente 1400°C. Tanto a calcinação quanto a sinterização foram executadas com o uso de fornos de tubo rotativos. A composição resultante foi uma composição de alumina contendo 1 por cento, em peso, de MgO, 1,2 por cento, em peso, de Y2O3, 4 por cento, em peso, de La2O3 e 0,05 por cento, em peso, de CoO, com traços de TO2, SO2, e CaO. As dimensões de partícula abrasiva resultantes estão reportadas na Tabela 2 (abaixo).

Tabela 2

PARTÍCULA	FORMATO	TAMANHO DE TRAMA APROXIMADO	COMPRIMENTO MÉDIO DE PARTÍCULA, mm, (desvio padrão)	ESPESSURA MÉDIA DE PARTÍCULA, mm, (desvio padrão)	RAZÃO DE ASPECTO DE PARTÍCULA MÉDIA, comprimento/ espessura	RAIO MÉDIO DE CURVATURA DE BORDAS LATERAIS DE PARTÍCULA ABRASIVA, micrômetros, (desvio padrão)	DIMENSÕES DA CAVIDADE DO MOLDE
SAP1	tetraedro equilátero regular	18	1,2 (0,044)	1,06 (0,04)	1,13	38 (23)	tetraedro regular com borda de 3 mm
SAP2	tetraedro equilátero regular com faces côncavas	18	1,39 (0,116)	1,06 (0,12)	1,13	25,98 (18,59)	tetraedro regular com faces côncavas, borda de 3 mm
SAP3	tetraedro equilátero regular	20	0,897 (0,0381)	0,78 (0,04)	1,15	41,62 (17,65)	tetraedro regular com borda de 2 mm
SAP4	tetraedro equilátero regular	30	0,474 (0,0201)	0,410 (0,02)	1,15	17,07 (2,84)	tetraedro regular com borda de 0,99 mm
SAP5	tetraedro equilátero regular	25	0,794 (0,0337)	0,687 (0,03)	1,15	18,31 (5,80)	tetraedro regular com borda de 1,67 mm
SAPA	pirâmide triangular truncada regular	18	1,383 (0,063)	0,31 (0,08)	4,5	13,71 (9,1477)	2,79 mm de comprimento x 0,91 mm de profundidade, 98° ângulo de coeficiente angular
SAPB	pirâmide triangular	18	1,447 (0,044)	0,164 (0,033)	8,8	22,74 (13,29)	2,79 mm de comprimento

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	truncada regular						x 0,46 mm de profundidade, 98° ângulo de coeficiente angular
SAPC	pirâmide triangular truncada regular	20	0,765 (0,064)	0,258 (0,058)	3	8,01 (3,8513)	1,72 mm de comprimento x 0,02 mm de profundidade, 98° ângulo de coeficiente angular

Exemplos 1-3 E Exemplos Comparativos A-C

[00104]As rodas de trituração dos exemplos 1-3 e exemplos comparativos A-C foram construídas para demonstrar os efeitos de incorporação de partículas de várias geometrias em rodas de trituração de 105 mm (4-polegadas).

[00105]No Exemplo 1, as rodas reforçadas estratificadas radialmente construídas que têm um radial interior (80% do raio da roda, que compreende uma composição abrasiva ligada convencional) e uma faixa circunferencial (20% da roda) da composição de teste. Esta faixa circunferencial (por exemplo “pneu”) da composição da invenção ou comparativa foi de 1,0 cm de espessura ao longo do perímetro de cada roda.

[00106]A composição 80% interior do Exemplo 1 foi fabricada por combinação, com base no peso da roda de trituração final, 44 partes de AP1, 3,8 partes de AP2 e 2,48 partes de AP3. 4,4 partes de PR1 foi adicionada com agitação seguido de 13,88 partes de PR2 e 12 partes de CRY. A banda 20% exterior (circunferencial) foi fabricada por combinação de 5,5 partes de SAP1, 5,5 partes de AP1, 0,95 parte de AP2 e 0,62 parte de AP3. 1,1 parte de PR1 foi adicionada com agitação, seguido de 3,47 partes de PR2 e 3 partes de CRY. A mistura radialmente estratificada foi ensanduichada entre camadas de SM em uma matriz de diâmetro de 105 mm e pressionada em uma prensa de cavidade única a uma pressão de 22,6 MPa (20 toneladas/12,27 polegadas² (230 kg/cm²)). As rodas de trituração foram, então, colocadas entre placas de metal, separadas por lâminas revestidas com TEFLON e colocadas em um forno de cura. Após um ciclo de cura de cerca de 40 horas (Segmento 1: ponto de ajuste de 78,8°C (174°F), aumento ao longo de

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37/39 minutos, molhe durante 7 horas; Segmento 2: ponto de ajuste 107°C (225°F), aumento ao longo de 4 horas e 20 minutos, molhe durante 3 horas; Segmento 3: ponto de ajuste 185°C (365°F), aumento ao longo de 3 horas e 15 minutos, molhe durante 18 horas; Segmento 4: ponto de ajuste 26,6°C (80°F), diminuição ao longo de 4 horas e 27 minutos, molhe durante 5 minutos), um orifício central de 22,2 mm (7/8 polegadas) foi perfurado usando uma broca de diamante e a roda de trituração foi adequada com precisão a 98 mm de diâmetro.

[00107]Exemplos 2-3 e exemplos comparativos A-C foram feitos de forma idêntica ao Exemplo 1 com a excessão de que as composições foram ajustadas conforme mostrado na Tabela 3.

Exemplo comparativo D

[00108]Exemplo comparativo D foi uma roda feita de forma idêntica à do Exemplo 1, com a excessão de que a composição foi uniforme por toda parte conforme mostrado na Tabela 3, abaixo. A roda de trituração do Exemplo Comparativo D continha apenas partículas abrasivas trituradas.

Tabela 3

EXEMPLO	PART	CULAS ABRASIVAS, partes, em peso, (pbw)	PR1, pbw	PR2, pbw	CRY pbw	CORT E TOTA L, 10 ciclos, grama s
SAP 1	SAP 2	SAP 3	SAP A	SAP B	SAP C	AP1	AP2	AP3
1	Exterior	5,5						5,5	0,95	0,62	1,1	3,47	3	415,4 9
Interior							44	3,8	2,48	4,4	13,88	12	ND
2	Exterior		5,5					5,5	0,95	0,62	1,1	3,47	3	487,5 9
Interior							44	3,8	2,48	4,4	13,88	12	ND
3	Exterior			5,5				5,5	0,95	0,62	1,1	3,47	3	437,5 9
Interior							44	3,8	2,48	4,4	13,88	12	ND
Exempl o compar ativo A	Exterior				5,5			5,5	0,95	0,62	1,1	3,47	3	261,3 4
Interior							44	3,8	2,48	4,4	13,88	12	ND
Exempl o compar ativo B	Exterior					5,5		5,5	0,95	0,62	1,1	3,47	3	173,4 8
Interior							44	3,8	2,48	4,4	13,88	12	ND
Exempl o	Exterior						5,5	5,5	0,95	0,62	1,1	3,47	3	325,3 3

Petição 870200039889, de 26/03/2020, pág. 46/53

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EXEMPLO

PART

CULAS ABRASIVAS, partes, em peso, (pbw)

PR1, pbw

PR2, pbw

CRY pbw

CORT E TOTA L, 10 ciclos, grama s

SAP 1

SAP 2

SAP 3

SAP A

SAP B

SAP C

AP1

AP2

AP3

Compar ativo C

Interior

44

3,8

2,48

4,4

13,88

12

ND

Exempl o Compar ativo D

55

4,76

3,14

5,5

17,25

15,1

168,3

Exemplos 4-5 e Exemplo Comparativo E

[00109]As rodas de cortes dos Exemplos 4-5 e Exemplo cComparativo E foram construídas para demonstrar os efeitos das partículas de incorporação de várias geometrias em rodas de corte de 105 mm (4-polegadas).

[00110]Para o Exemplo 4, 5,5 partes de AP1, 5,5 partes de SAP4, 0,95 parte de AP2 e 0,62 parte de AP3 foram misturadas com 1,1 parte de PR1. Enquanto isso, 3,47 partes de PR2, 3,0 partes de CRY foram misturadas. A mistura em pó seca foi lentamente adicionada à mistura úmida de resina e partículas abrasivas. Uma talagarça de fibra de vidro com diâmetro de 105 mm (4 polegadas) (SM) obtida como 3321 & junto à Industrial Polymers Chemicals de Shrewsbury, Massachusetts, EUA foi colocada em um molde de uma máquina de prensa hidráulica. Uma mistura de 20 g mineral/resina foram colocados em um molde de uma máquina de prensa hidráulica, no topo da talagarça. Uma segunda talagarça foi colocada sobre o topo da composição de mistura e pressionada em um molde de cavidade única a uma pressão de 22,6 MPa (20 tons/12,27 polegadas² (230 kg/cm²)). As rodas de corte foram, então, colocadas entre placas de metal, separadas por lâminas revestidas com TEFLON, e colocadas em um forno de cura. Após um ciclo de cura de cerca de 40 horas (Segmento 1: ponto de ajuste 78,8°C (174°F), aumento ao longo de 4 minutos, molhe durante 7 horas; Segmento 2: ponto de ajuste 107°C (225°F), aumento ao longo de 4 horas e 20 minutos, molhe durante 3 horas; Segmento 3: ponto de ajuste 185°C (365°F), aumento ao longo de 3 horas e 15 minutos, molhe durante 18 horas; Segmento 4: ponto de ajuste 26,6°C (80°F), aumento de ao longo de 4 horas 27 minutos, molhe durante 5 minutos), as dimensões das rodas de corte finais foram de 104,03 - 104,76 mm x -1,34-1,63 mm x 9,5 mm.

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[00111]As rodas de corte foram testadas de acordo com o teste de corte. Os resultados são relatados na Tabela 4.

[00112]O Exemplo 5 e o Exemplo Comparativo E foram preparados de modo idêntico ao do Exemplo 4, exceto que a composição sofre alteração conforme mostrado na Tabela 4.

[00113]Os resultados de teste comparativos são mostrados na Tabela 4 (abaixo) para tempo médio por corte e número de cortes alcançado antes de a roda ser consumida. Tabela 4

EXEMPLO	PARTÍCULAS ABRASIVAS, pbw	PR1, pbw	PR2, pbw	CRY, pbw	TEMPO DE CORTE, segundos	NÚMERO DE CORTES
AP1	AP2	AP3	AP4	SAP4	SAP5
4	5,5	0,95	0,62		5,5		1,1	3,47	3,0	9,8	21
5	5,5	0,95	0,62			5,5	1,1	3,47	3,0	8,77	31
Exemplo Comparativo E	5,5	0,95	0,62	5,5			1,1	3,47	3,0	9,16	12,5

[00114]Todas as patentes e publicações apresentadas aqui estão aqui incorporadas, por referência, em sua totalidade. Todos os exemplos dados no presente documento devem ser considerados como não-limitadores, exceto onde indicado em contrário. Várias modificações e alterações dessa revelação podem ser feitas por aqueles versados na técnica sem se afastar do escopo e espírito dessa revelação e, deve-se compreender que essa revelação não deve ser indevidamente limitada às modalidades ilustrativas aqui apresentadas.

Claims

1. Artigo abrasivo CARACTERIZADO pelo fato de que compreende partículas abrasivas conformadas de cerâmica retidas em um aglutinante, em que as partículas abrasivas conformadas de cerâmica têm quatro lados principais unidos por seis bordas comuns, em que cada um dos quatro lados principais entra em contato com três outros dos quatro lados principais, e em que as seis bordas comuns têm comprimentos substancialmente iguais, em que cada um dos lados principais é côncavo, e em que o artigo abrasivo é uma roda abrasiva.

2. Artigo abrasivo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos um dos quatro lados principais é substancialmente plano.

3. Artigo abrasivo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos um dos quatro lados principais é côncavo.

4. Artigo abrasivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas abrasivas conformadas de cerâmica compreendem alumina derivada de sol-gel.

5. Artigo abrasivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que partículas abrasivas conformadas de cerâmica compreendem alfa alumina.

6. Artigo abrasivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o aglutinante compreende um aglutinante orgânico.

7. Artigo abrasivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o artigo abrasivo compreende um artigo abrasivo ligado.

8. Artigo abrasivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o aglutinante compreende um aglutinante vítreo.

9. Artigo abrasivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o artigo abrasivo compreende um roda abrasiva ligada.

10. Método de abrasão de uma peça de trabalho, CARACTERIZADO pelo fato de

Petição 870200039889, de 26/03/2020, pág. 49/53

2/2 que compreende:

atritar através de contato pelo menos uma porção das partículas abrasivas conformadas de cerâmica do artigo abrasivo, conforme definido na reivindicação 1, com uma superfície de uma peça de trabalho; e mover pelo menos um dentre a peça de trabalho ou o artigo abrasivo para fazer a abrasão de pelo menos uma porção da superfície da peça de trabalho.

11. Método de preparo de uma partícula abrasiva conformada de cerâmica CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

secar a dispersão de precursor cerâmico e remover a mesma da cavidade para fornecer um precursor de partícula abrasiva conformada de cerâmica;

calcinar o precursor de partícula abrasiva conformada de cerâmica; e sinterizar o precursor de partícula abrasiva conformada de cerâmica calcinada para fornecer a partícula abrasiva conformada de cerâmica, em que a partícula abrasiva conformada de cerâmica tem quatro lados principais unidos por seis bordas comuns, em que cada um dos quatro lados principais entra em contato com três outros dos quatro lados principais, em que pelo menos três dos quatro lados principais são substancialmente planos, e em que as seis bordas comuns têm comprimentos substancialmente iguais.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a partícula abrasiva conformada de cerâmica compreende alfa alumina.