BR112014016824B1

BR112014016824B1 - Grão abrasivo aglomerado compreendendo microesferas ocas incorporadas, e seu método de produção

Info

Publication number: BR112014016824B1
Application number: BR112014016824-5A
Authority: BR
Inventors: Knuth Gebhardt; Georg Paul Zylka
Original assignee: Center For Abrasives And Refractories Research & Development C.A.R.R.D. Gmbh
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2021-08-24
Also published as: US10323165B2; EP2785810B1; EP2785810B8; JP2015513470A; PT2785810E; JP5938110B2; US20150052824A1; WO2014041039A1; PL2785810T3; RU2566791C1; KR101707286B1; DE102012017969B4; BR112014016824A2; CN104066808B; HUE026419T2; BR112014016824A8; KR20140131316A; DE102012017969A1; EP2785810A1; CN104066808A

Abstract

grão abrasivo aglomerado compreendendo microesferas ocas incorporadas. a presente invenção refere-se a um grão abrasivo aglomerado produzido de uma mistura de grãos abrasivos individuais e de corpos ocos, em que os grãos abrasivos e os corpos ocos são mantidos juntos por meio de uma matriz de ligação de aluminossilicato e silicato alcalino e o grão abrasivo aglomerado têm uma porosidade aberta e uma porosidade fechada em cada caso entre 5 % em volume e 40% em volume, em que a porosidade total do grão abrasivo aglomerado é menor do que 50% em volume.

Description

[0001] A presente invenção se refere a um grão abrasivo aglome rado compreendendo as características descritas no prefácio da reivindicação 1 assim como a um método para a sua produção.

[0002] Os grãos abrasivos aglomerados apresentam sido conhe cidos durante muito tempo na indústria de abrasivos e são tipicamente empregados em rodas de moagem e esteiras de moagem. Existem aglomerados de grãos abrasivos individuais compreendendo um tamanho médio de grão predeterminado, em que os grãos abrasivos são mantidos juntos por meio de uma matriz de ligação. Os aglutinantes orgânicos ou inorgânicos podem ser empregados como agentes de ligação, em que as resinas fenólicas são muitas vezes empregadas como aglutinantes orgânicos ao mesmo tempo que os materiais de cerâmica ou tipo vidro são empregados como aglutinantes inorgânicos.

[0003] Uma grande vantagem dos grãos abrasivos aglomerados é que os grãos abrasivos compactos finamente divididos podem ser em-pregados como partículas primárias, a partir dos quais um grão abrasivo aglomerado é formado, que é relativamente grande em comparação com os grãos de origem, que consistem em uma pluralidade de grãos individuais, e que apresenta um mecanismo de desgaste completamente diferente durante o processo de moagem em comparação com um grão individual apresentando um tamanho comparável.

[0004] Ao mesmo tempo que, geralmente, um grão individual é embotado ou destruído dependendo das condições de pressão durante o processo de moagem, o grão abrasivo aglomerado pode ser especificamente selecionado e aplicado de modo que os grãos abrasivos primários velhos individuais saiam da matriz de ligação do grão abrasi- vo aglomerado e aqueles grãos abrasivos localizados lá embaixo são empregados no lugar de, a fim de que novos gumes de corte sejam expostos continuamente. Tais grãos abrasivos aglomerados deste modo apresentam um longo tempo de vida, são caracterizados por um corte fresco e geram um padrão de superfície de moagem uniforme homogêneo durante o tempo de vida durante.

[0005] Durante o processamento das superfícies com os abrasi vos, necessidades completamente diferentes são feitas no abrasivo, dependendo do material a ser processado, do método de moagem empregado e da qualidade desejada da superfície. O processamento das superfícies feito de diferentes materiais, tal como, madeira, metal, cerâmica, pedra natural ou plástico, por exemplo, deste modo, também requer diferentes abrasivos e condições de moagem, que devem ser adaptados individualmente à respectiva aplicação.

[0006] Ao mesmo tempo que somente o tipo de grão abrasivo e o tamanho do grão abrasivo podem variar quando empregando grãos abrasivos individuais, o uso de grãos abrasivos aglomerados oferece numerosas possibilidades adicionais para a otimização do grão abrasivo aglomerado para a respectiva aplicação.

[0007] Os grãos abrasivos aglomerados, que são produzidos de grãos abrasivos primários finalmente divididos mantidos juntos por meio de um aglutinante na base de aluminossilicato, são descritos em EP 2 174 751 A1. O aglutinante inorgânico aplicado endurece completamente em temperaturas abaixo de 450 °C, em que os grãos abrasivos aglomerados de resistência extraordinariamente elevada são formados, os quais apresentam grandes vantagens para um número de aplicações, no caso em que difícil os materiais de máquinas são moídos em pressões elevadas. De qualquer modo, devido a sua resistência elevada, estes grãos abrasivos aglomerados não são muito bem adequados para as condições de moagem leve.

[0008] US 4.799.939 descreve os aglomerados erosíveis incluindo os grãos abrasivos individuais dispostos em uma matriz erosível de aglutinante e de corpos ocos. De preferência, os corpos ocos são esferas ocas e apresentam a função de tornar a matriz de ligação facilmente degradável. As esferas ocas apresentam um diâmetro pequeno, a fim de que tanto as esferas ocas quanto possíveis possam ser incorporadas na matriz de ligação. De preferência, os compostos orgânicos são empregados como agentes de ligação.

[0009] GB 2 021 626 descreve um granulado de grão abrasivo, em que os grãos abrasivos e as partículas formadoras de poro são mantidos juntos por meio de um aglutinante de resina sintética. Os granulados apresentam um tamanho de grão de entre 420 μm e 2000 μm, em que os grãos abrasivos individuais apresentam um tamanho de grão de menos do que 250 μm e estão presentes em uma quantidade de entre 15 e 40 por cento em volume, ao mesmo tempo que as partículas formadoras de poro apresentam um tamanho de entre 44 μm e 297 μm e estão presentes em uma quantidade de entre 2 e 75 por cento em volume. O agente de ligação tem uma porcentagem de entre 10 e 50 por cento em volume. Devido ao fato de que tornou-se evidente que uma ligação satisfatória já é alcançada quando um volume de aglutinante é fornecido sendo consideravelmente inferior ao volume entre as partículas sólidas, os agregados acabados podem apresentar uma re-de de poros, que são ligadas umas as outras. Esta porosidade aberta pode atingir até 50 % do volume total do agregado.

[00010] De acordo com os dois últimos documentos mencionados, grãos abrasivos aglomerados relativamente macios bem adequados para as condições de moagem leve são obtidos, particularmente, quando de preferência empregando os agentes de ligação de resina sintética.

[00011] De qualquer modo, devido as condições de moagem e aos diferentes materiais já mencionados, ainda existe uma elevada necessidade de grãos abrasivos aglomerados específicos para a usinagem das superfícies, cujos grãos ainda apresentam sido desenvolvidos e otimizados para as operações de moagem específicas, em particular também para os materiais, os quais são para serem processados moderadamente nas pressões, as quais não são tão elevadas.

[00012] Este objetivo é resolvido por meio de um grão abrasivo aglomerado compreendendo as características descritas na reivindicação 1. Os desenvolvimentos adicionais e as modalidades vantajosas do grão abrasivo aglomerado de acordo com a invenção são a matéria objeto das sub-reivindicações.

[00013] Tentar desenvolver e otimizar um grão abrasivo aglomerado para o processamento de diferente moderadamente os materiais usinados tornou-se evidente que particularmente bons resultados são alcançados, quando o respectivo grão abrasivo aglomerado tem uma ligação relativamente forte entre os grãos abrasivos individuais e desse modo simultaneamente uma certa parte da porosidade aberta e fechada. A forte ligação é alcançada por meio de uma matriz de ligação de aluminossilicato e de silicato alcalino compreendendo uma relação molar de Al2O3 para SiO2 de entre 1:2 e 1:20, em que a matriz de ligação é endurecida nas temperaturas abaixo de 500°C. A porosidade fechada pode, de preferência, ser ajustada pela adição dos corpos ocos, os quais são os misturados dos grãos abrasivos individuais durante a produção de grãos abrasivos aglomerados. O ajustamento da porosidade aberta é efetuado principalmente através da quantidade de aglutinante empregada.

[00014] Devido ao fato de que o endurecimento da matriz de ligação ocorre em uma temperatura, que é extremamente baixa para um aglutinante inorgânico, os grãos abrasivos individuais sensíveis a temperatura também podem ser empregados, a fim de se obter um grão abrasivo aglomerado estável do mesmo. Os grãos abrasivos individuais são selecionados a partir do grupo consistindo em coríndon, corín- don fundido, coríndon sinterizado, zircônia alumina, carboneto de silício, carboneto de boro, nitreto de boro cúbico, diamante e misturas destes.

[00015] De preferência, uma mistura de um aluminossilicato, um silicato de sódio alcalino, e água é empregado para a matriz de ligação, em que os metacaulins, cinzas de combustão, escórias, pó de pedra, areias finas e argilas ativadas podem ser empregados como aluminossilicato, que são particulado extremamente fino apresentando uma atividade suficiente para a formação de géis aluminossiliciosos por meio das reações de policondensação dos componentes alumi- nossiliciosos e siliciosos em temperaturas abaixo de 500 °C.

[00016] De qualquer modo, além destas matérias-primas, que surgem em grandes quantidades como subprodutos e produtos residuais durante a geração de energia e a produção de matérias-primas, quaisquer outros materiais também podem ser empregados, os quais incluem óxido de alumínio e óxido de silicone nas quantidades designadas e na forma suficientemente ativa, a fim de iniciar uma policondensação e a fim de formar redes tridimensionais de tetraedros SiO4 e AlO4. No lugar dos aluminossilicatos, os hidróxidos ou os óxidos de alumínio reativos podem, deste modo, também ser empregados juntos com os silicatos de sódio ricos em SiO2.

[00017] Empregando os grãos abrasivos aglomerados de acordo com EP 2 174 751, tinha se tornado evidente que a resistência elevada dos grãos abrasivos aglomerados, a qual é alcançada por meio da ligação inorgânica, tem um efeito desvantajoso relacionada as diversas operações de moagem. Em particular no caso de materiais sensíveis, os defeitos na superfície foram detectados, os quais foram atribuídos ao fato de que, devido à ligação altamente forte, a desobstrução dos grãos abrasivos velhos individuais do grão abrasivo aglomerado já não trabalha corretamente no que diz respeito às certas relações de pressão, que em seguida eventualmente levam aos defeitos na superfície, quando os grãos abrasivos individuais, por exemplo, sobressaem da matriz de ligação. Tornou-se evidente que estas desvantagens podem ser compensadas por meio da incorporação de corpos ocos, de acordo com o que a estrutura e a solidez dos grãos abrasivos aglomerados podem ser ajustadas para as especificações do processo de moagem. Com uma quantidade crescente de corpos ocos, o grão abrasivo aglomerado atua mais suave quando empregado, de acordo com o que, surpreendentemente, a resistência à pressão do grão abrasivo aglomerado, de qualquer modo, não diminui na mesma medida, a fim de que a processabilidade, a transportabilidade e uma estabilidade suficiente do grão abrasivo aglomerado é também ainda garantida.

[00018] Além disso, tornou-se evidente que as taxas de remoção mais elevadas podem ser alcançadas juntos sem menores desgastes de grão abrasivo, quando, além da porosidade fechada, que pode ser alcançada por meio da integração dos corpos ocos, o grão abrasivo aglomerado também compreende uma certa parte de porosidade aberta, que pode ser controlada pela quantidade de agente de ligação. Tanto a porosidade aberta assim como a porosidade fechada deve, desse modo, ter uma porção de entre 5 % em volume e 40 % em volume. Tornou-se também evidente que a porosidade total do grão abrasivo aglomerado deve ser abaixo de 50 % em volume, porque a ligação dos grãos individuais no grão abrasivo aglomerado é obviamente desestabilizada quando a soma da porosidade aberta e fechada é de 50 % em volume ou mais. A constatação da relação da porosidade aberta para a porosidade fechada é a matéria objeto de outros testes.

[00019] No contexto dos atuais trabalhos, a determinação das percentagens em volume da porosidade fechada, dos grãos abrasivos e da matriz de ligação é realizada através das porções de peso empregadas dos respectivos materiais de origem, em que as percentagens em volume dos materiais de origem foram calculadas por meio das quantidades empregadas e dos respectivos pesos específicos, com base nas percentagens em volume de poros abertos, as quais são medidas por meio de porosimetria de mercúrio. Os valores para as percentagens em volume calculadas deste modo foram verificados por meio das seções polidas. Desse modo, uma conformidade fechada entre as percentagens calculadas em volume e as distribuições de volume opticamente identificadas nas seções polidas tornou-se evidente.

[00020] Um exemplo para uma tal seção polida é ilustrada na Figura 1.

[00021] A Figura 1 mostra uma imagem de microscópio eletrônico de varredura de uma seção polida de um grão abrasivo aglomerado de acordo com a invenção em magnificação de 100 vezes. O grão abrasivo aglomerado, o qual é produzido de grãos abrasivos de zircônia alumina 1 (ZK 40 P18, Treibacher Schleifmittel), esferas de vidro 2 e aglutinante 3, tem uma forma virtualmente esférica, em que os grãos abrasivos de zircônia alumina 1 podem ser identificados como áreas irregulares brilhantes, as esferas de vidro 2 podem ser identificadas como formações esféricas compreendendo uma borda brilhante, a matriz de ligação 3 pode ser identificada como áreas cinzentas entre os grãos abrasivos de zircônia alumina 1 e e as esferas de vidro 2, e os poros abertos 4 podem ser identificados como áreas escuras próximas às áreas cinzentas entre os grãos abrasivos de zircônia alumina 1 e as esferas de vidro 2. O grão abrasivo aglomerado ilustrado na Figura 1 corresponde a uma composição de acordo com o exemplo 4, em que 30 % em volume dos grãos abrasivos são substituídos pelos corpos ocos.

[00022] Uma combinação ideal de três fatores diferentes á considerada ser uma explicação para os resultados da moagem surpreendentemente boa. Inicialmente, a resistência elevada da ligação inorgânica tem de ser considerada apresentando a vantagem adicional de que esta resistência é alcançada em baixas temperaturas, a fim de que os grãos abrasivos em particular termicamente menos estáveis também podem ser processados sem qualquer problema nos grãos abrasivos aglomerados inorganicamente ligados compreendendo uma resistência elevada à fratura. Possíveis desvantagens da forte ligação são compensadas pela incorporação dos corpos ocos, que ligeiramente reduzem a resistência do grão abrasivo aglomerado como um todo de novo e que simultaneamente facilita o mecanismo de auto amolação, em que os poros resultantes durante o processo de moagem pela destruição dos corpos ocos adicionalmente facilitam o contato direto dos lubrificantes de refrigeração com a superfície do material, de acordo com o que a qualidade da superfície do material é melhorada. Ao mesmo tempo, o espaço é fornecido para as lascas e material removido. A vantagem resulta dos poros abertos fornecidos pelo grão abrasivo aglomerado de acordo com o inventivo em que o agente de ligação pode se infiltrar no grão abrasivo aglomerado através dos poros abertos com a inclusão do grão abrasivo aglomerado no abrasivo, e que uma incorporação extraordinariamente estável do grão abrasivo aglomerado no abrasivo é, deste modo, obtida. Este efeito tem um impacto extremamente positivo no desempenho abrasivo, porque uma alta parcela do desgaste abrasivo pode tipicamente ser traçada até uma desobstrução do grão abrasivo inteiro de ligação, em particular quando trabalhando com as esteiras de moagem, sem o grão abrasivo apresentando participado significativamente no processo de moagem, que pode ser evitado ou pelo menos reduzido por meio da forte ligação do grão abrasivo aglomerado.

[00023] Com os atuais trabalhos, tornou-se evidente que tanto a porosidade aberta, assim como a porosidade fechada deve ser na faixa de entre 5 e 40 % em volume, de acordo com o que a soma da porosidade aberta e fechada (porosidade total), de qualquer modo, deve ser de menos do que 50 % em volume do grão abrasivo aglomerado. Vantajosamente, a porosidade total é, desse modo, tão elevada que a densidade volumétrica do grão abrasivo aglomerado é de menos do que 1,0 g/cm3, de preferência de menos do que 0,9 g/cm3.

[00024] Os corpos ocos de quaisquer materiais podem ser empregados como o material de origem para os poros fechados. Devido à elevada resistência desejada da ligação no grão abrasivo aglomerado, os corpos ocos inorgânicos na base de óxido de alumínio, óxido de silício, óxido de zircônio, óxido de titânio, óxido de cério e/ou misturas destes são de preferência empregados. Neste contexto, as esferas ocas feitas de vidro, as quais podem ser obtidas de forma barata no mercado em diferentes tamanhos, particularmente provaram-se para o uso no grão abrasivo aglomerado de acordo com a invenção. As esferas ocas feitas de vidro apresentam uma resistência suficiente para assegurar a resistência à ruptura desejada do grão abrasivo aglomerado. Também podem ser incorporadas sem quaisquer problemas no grão abrasivo aglomerado por meio do aglutinante inorgânico na base de aluminossilicato e silicato alcalino. A resistência das esferas ocas feitas de vidro não é, desse modo, a fim de que o mecanismo de auto amolação do grão abrasivo aglomerado falharia.

[00025] De acordo com uma modalidade vantajosa do grão abrasivo aglomerado de acordo com a presente invenção do grão abrasivo aglomerado compreende entre 5 % em peso e 30 % em peso de matriz de ligação, entre 60 % em peso e 90 % em peso de grãos abrasi- vos, e entre 0,5 % em peso e 15 % em peso de corpos ocos. Expressa na percentagem em volume, uma modalidade vantajosa do grão abrasivo aglomerado tem entre 5 % em volume e 40 % em volume de matriz de ligação, entre 10 % em volume e 70 % em volume de grãos abrasivos, entre 5 % em volume e 40 % em volume de poros abertos.

[00026] A percentagem em volume de grãos abrasivos no grão abrasivo aglomerado é de preferência superior à percentagem em volume de corpos ocos, em que a relação do volume dos grãos abrasivos para os corpos ocos está vantajosamente entre 9:1 e 1,5:1, particularmente vantajosamente entre 6:1 e 2:1. Os resultados particularmente bons foram encontrados, quando aproximadamente 30 % em volume dos grãos abrasivos são substituídos pelos corpos ocos.

[00027] A despeito dos corpos ocos incorporados e dos poros abertos, devido ao aglutinante inorgânico empregado, a resistência à fratura de grão (CFF de acordo com Vollstadt) dos grãos abrasivos aglomerados é relativamente elevada e é estabelecida entre 10 N e 40 N. As medições correspondentes da resistência à fratura de grão foram realizadas por meio de um mecanismo de teste, que foi desenvolvido para testes de resistência dos diamantes Vollstadt, Diatest SI). O grão abrasivo é, desse modo, esmagado em uma célula pistão e a força máxima (Força da Fratura Compressiva = CFF), em que as rupturas de grão, são registradas. O sensor de pressão é adaptado aos grãos abrasivos aglomerados, os quais são para serem medidos, para a faixa de medição de entre 0 e 200 Newtons. Para a preparação das amostras, uma parte adequada é peneirada na faixa de entre 850 μm e 710 μm ((= entre 20 malhas e 24 malhas), a qual é em seguida ainda classificada através de uma mesa de vibração relativa à forma do grão. Entre 150 e 200 medições individuais são realizadas com as partes de medições obtidas, desse modo, a fim de que os valores confiáveis suficientes estatisticamente resultem na resistência média do grão. Os elevados valores da CFF garantem uma boa processabilida- de e transportabilidade dos grãos abrasivos aglomerados.

[00028] Os diâmetros das partículas dos grãos abrasivos e dos corpos ocos, em cada caso compreendendo um diâmetro médio de partícula em uma faixa comparável entre 250 μm e 5 μm, em que a relação do diâmetro médio de partícula dos grãos abrasivos para o diâmetro médio de partícula dos corpos ocos de preferência está entre 2:1 e 1:2. Uma modalidade vantajosa dos grãos abrasivos aglomerados de acordo com a presente invenção fornece o diâmetro médio de partícula dos corpos ocos a ser superior ou igual ao diâmetro médio de partícula dos grãos abrasivos, respectivamente.

[00029] A relação da porcentagem em volume ou do número dos grãos abrasivos para a relação do volume ou o número dos corpos ocos é o fator essencial para a resistência do grão abrasivo aglomerado. Dependendo da aplicação, o grão abrasivo aglomerado pode ser adaptado ao respectivo propósito pretendido por meio de uma simples variação desta relação, de acordo com o que a relação da percentagem em volume dos grãos abrasivos no grão abrasivo aglomerado para a percentagem em volume dos corpos ocos de preferência está entre 6:1 e 2:1. Devido ao fato de que o diâmetro médio de partícula dos corpos ocos é de preferência superior ou igual ao diâmetro médio de partícula dos grãos abrasivos, respectivamente, uma modalidade preferida do grão abrasivo aglomerado de acordo com a invenção, deste modo, fornece mais grãos abrasivos do que os corpos ocos a estar presente no grão abrasivo aglomerado em termos numéricos.

[00030] Além das possibilidades acima descritas de variação e o ajustamento da porosidade aberta, é, além disso, possível de variar as características do grão abrasivo aglomerado através da variação da matriz de ligação. Em uma modalidade vantajosa, a matriz de ligação, deste modo, compreende aproximadamente entre 20 % em peso e 60 % em peso de um fosfato, com base no peso total do agente de ligação. Além disso, o agente de ligação pode compreender aproximadamente entre 2 % em peso e aproximadamente 15 % em peso de um grão fino compreendendo um tamanho médio de grão de 0,35 μm. Neste caso, tem provado ser particularmente vantajoso usar os tamanhos de grão fino a partir do grupo consistindo em coríndon, coríndon fundido, coríndon sinterizado, zircônia alumina, carboneto de silício, carboneto de boro, nitreto de boro cúbico, diamante e/ou misturas destes. Devido ao fato de que em particular a matriz de ligação é para ser alterada por meio do grão fino, não é necessário usar um tamanho de grão fino, que é equivalente aos respectivos grãos abrasivos empregados. Deste modo, presta-se para o uso de coríndon fundido, o qual pode ser obtido de forma barata em quantidades no mercado, como grão fino.

[00031] Além dos componentes acima listados, o aglutinante pode adicionalmente compreender as cargas e/ou auxiliares de moagem, para o propósito em que todos os auxiliares abrasivos e cargas conhecidos, em particular a partir do grupo dos sulfetos, fosfatos, carbonatos e/ou haletos e/ou sulfeto-, fosfato-, carbonato-, e/ou compostos complexos con apresentando haleto do grupo compreendendo os elementos de sódio, silício, potássio, magnésio, cálcio, alumínio, manganês, cobre, zinco, ferro, titânio, antimônio e/ou estanho, são empregados.

[00032] O abrasivo aglomerado de acordo com a invenção de preferência tem um diâmetro médio de entre 0,05 e 3 mm, ao mesmo tempo que o tamanho médio de grão dos grãos abrasivos individuais ligados uns aos outros no grão abrasivo aglomerado de preferência situa-se entre 30 μm e 200 μm.

[00033] A matéria objeto da presente invenção também é um método para a produção dos grãos abrasivos aglomerados compreendendo uma porosidade aberta de entre 5 % em volume e 40 % em volume, uma porosidade fechada de entre 5 % em volume e 40 % em volume, e uma porosidade total de menos do que 50 % em volume. Para este propósito, uma mistura de grãos abrasivos individuais, selecionados a partir do grupo consistindo em coríndon, coríndon fundido, coríndon sinterizado, zircônia alumina, carboneto de silício, carboneto de boro, nitreto de boro cúbico, diamante e/ou misturas destes, e os corpos ocos, que fornecem os grãos abrasivos aglomerados com uma porosidade fechada, é incorporado em uma matriz de ligação na base de aluminossilicato e silicato alcalino compreendendo uma relação molar de Al2O3 para SiO2 na faixa de entre 1:2 e 1:20. O método compreendendo as etapas: - misturar os grãos abrasivos e os corpos ocos com o agente de ligação de aluminossilicato, silicato alcalino e água, - secar os tais corpos verdes de grão abrasivo aglomerado obtidos na temperatura de entre 80° e 150 °C, - classificar os corpos verdes de grão abrasivo aglomerado secos por um tamanho definido e - endurecer os grãos abrasivos aglomerados classificados em uma temperatura abaixo de 500 °C.

[00034] A classificação dos grãos abrasivos aglomerados é de preferência realizada de acordo com o padrão da FEPA (Federation of European Producers of Abrasives).

[00035] A seguir a invenção deve ser adicionalmente explicada em detalhes por meio dos exemplos.

Exemplo 1 (comparação)

[00036] Para a produção do exemplo comparativo, 3 kg de grãos abrasivos (ZK4 P180, Treibacher Schleifmittel) foram misturados com 25 g de metacaulim (OPACILITE, Imerys) e 333 g de micro grão de coríndon (ESK P1400F, Treibacher Schleifmittel) em um misturador intensivo (tipo R01, Eirich) durante 5 minutos em contra fluxo. Uma parte da mistura para a produção dos grânulos foi subsequentemente colocada em uma mesa de peletização rotativa (tipo TR04, EIRICH) a 200 rpm e em uma inclinação correspondente a fase 8 a 9 e foi, desse modo, borrifada com uma solução de silicato de sódio diluído (30 %). Ao mesmo tempo que adicionando a mistura de grãos e silicato de sódio, os grânulos de tal modo formados são transportados para a ponta do granulador de disco devido à força da gravidade e foram recolhidos. Um total de 500 g de solução de silicato de sódio foi adicionado. Os corpos verdes de grão abrasivo aglomerado obtidos deste modo foram classificados, em que uma parte na faixa de entre 1180 μm e 850 μm foi separada, subsequentemente seca em uma câmara com ar de re- circulação durante uma hora a 125 °C, e em seguida calcinada em um forno rotativo a 450 °C.

Exemplos 2 a 5

[00037] A produção dos exemplos de 2 a 5 foi realizada, tal como, no exemplo 1, em que, de qualquer modo, 10 % em volume dos grãos abrasivos foram em cada caso sucessivamente substituídos pelas esferas ocas na base de óxido de silício e óxido de alumínio (e-esferas, Erbsloh) compreendendo um diâmetro médio de partícula de 80 μm. 300 g de grão abrasivo (ZK40 P180) foram em cada caso substituído por 34,5 g de e-esferas.

Exemplos 7 a 9

[00038] A produção das amostras foi realizada, tal como, no exemplo 4, em que, de qualquer modo, a parte de poros abertos foi variada por meio de diferentes quantidades de aglutinante. Somente 250 mL de uma solução de silicato de sódio diluído junto com 12,5 g de meta- caulim e 166,5 g de grão fino de coríndon como aglutinante foram, desse modo, empregados para o exemplo 7. 750 mL ou 1000 mL, respectivamente, de solução de silicato de sódio junto com 37,5 ou 50 g, respectivamente, de metacaulim e 499,5 g ou 666 g, respectivamente de ESK P1400F foram, desse modo, empregados para os exemplos 8 ou 9, respectivamente.

Exemplos 10 e 11

[00039] A produção dos grãos abrasivos aglomerados foi realizada analogamente ao exemplo 4, em que, de qualquer modo, os corpos ocos apresentando um menor diâmetro médio de partícula foram empregados no exemplo 10 e os corpos ocos apresentando um maior diâmetro médio de partícula foram empregados no exemplo 11, ao mesmo tempo que a zircônia alumina ZK 40 P 180 foi ainda empregada como grãos abrasivos individuais.

TESTES DE MOAGEM

[00040] Os discos de fibras vulcanizados, por meio dos quais uma bastão de aço 1,4301 (X5CrNi18-10; V2A) compreendendo um diâmetro de 20 mm foi desgastado, foram produzidos a partir dos grãos abrasivos aglomerados apresentando um tamanho médio de grão de aproximadamente 1 mm, cujos grãos foram produzidos de acordo com os exemplos descritos acima de 1 a 11. Cinco intervalos de moagem de 30 segundos foram, desse modo, realizados em cada caso com uma velocidade da roda de 30 m/s, uma rpm de 2700, e uma pressão de contato de 20 N. Além da remoção do material, o desgaste do grão foi medido e a relação de G foi calculada do mesmo. Além disso, a superfície foi opticamente avaliada, em que uma diferenciação foi feita entre muito boa = superfície completamente homogênea, boa = superfície homogênea compreendendo ligeiras irregularidades, média = superfície substancialmente homogênea compreendendo irregularidades claramente visíveis e más = superfície inhomogênea.

[00041] A composição e alguns dados físicos dos exemplos de 1 a 11 são resumidos na Tabela 1 abaixo. TABELA 1

[00042] Observações: As porcentagens por volume de poros aber- tos foram determinadas por meio de porosimetria de mercúrio. Com base nos valores determinados, as porcentagens em volume para os grãos abrasivos, a matriz aglutinante e os corpos ocos foram em seguida calculados no que diz respeito as quantidades empregadas. Pa ra este propósito, um peso específico de 4,0 g/cm3 foi adorado para os grãos abrasivos assim como para o grão fino empregado para a matriz aglutinante, um peso específico de 2,4 g/cm3 foi adorado para o aglutinante silicioso (metacaulim e silicato de sódio), e um peso específico de 0,46 g/cm3 foi suposto para as esferas ocas feitas de vidro.

[00043] Os resultados dos testes de moagem são resumidos na Tabela 2 abaixo: TABELA 2 / TESTES DE MOAGEM ZK40 P180 Exemplo N°. Remoção (g) Desgaste do grão (g) Superfície Relação de G

[00044] Com base no exemplo comparativo 1, que não inclui quaisquer corpos ocos, uma parte dos grãos abrasivos individuais foi sucessivamente substituída pelos corpos ocos nos exemplos de 1 a 6. Por substituição de 10 % em volume dos grãos abrasivos com os corpos ocos (exemplo 2), uma melhora considerável da relação de G (quociente da remoção do material e desgaste) já pode ser identificada, em que em particular a qualidade da superfície também é consideravelmente melhorada. Mesmo que a resistência à fratura dos grãos abrasivos aglomerados é diminuída por meio de outra substituição dos grãos abrasivos individuais com as esferas ocas, isto não tem um efeito negativo no que diz respeito ao teste de moagem, porque a capacidade de corte do grão abrasivo aglomerado é aumentada, que é refletida na taxa de remoção elevada. Ao mesmo tempo, a resistência à fratura do grão abrasivo aglomerado é ainda bastante elevada para manter o desgaste do grão dentro dos limites, a fim de que elevadas relações de G resultem. Os melhores resultados são obtidos quando a substituição de aproximadamente 30 % em volume dos grãos abrasivos individuais com os corpos ocos (exemplo 4). Partes mais elevadas de corpos ocos, como nos exemplos 5 e 6, em que aproximadamente 40 % em volume ou aproximadamente 50 % em volume, respectivamente, dos grãos abrasivos são em cada caso substituído pelos corpos ocos, levando a uma desestabilização dos grãos abrasivos aglomerados, a fim de que um desgaste aumentado do grão, ainda apresentando muito boas taxas de remoção, levando a relações diminuídas de G, em que uma excelente qualidade da su-perfície da peça de trabalho, de qualquer modo, pode sempre ser observada, em particular com os exemplos compreendendo grande partes dos corpos ocos.

[00045] A relação de poros abertos para os poros fechados foi variada nos exemplos 7 a 9. O aumento da porosidade aberta no exemplo 7 leva a uma deterioração considerável da resistência à fratura e a um desgaste do grão aumentada resultante desta e a uma relação de G diminuída em comparação com exemplo 4. Mesmo que a diminuição da porosidade aberta nos exemplos 8 e 9 resulta em um aumento da resistência à fratura, isto, de qualquer modo, não tem um efeito positi- vo no resultados da moagem, porque um alto desgaste do grão pode ser identificado apesar da resistência elevada à fratura dos grãos abrasivos aglomerados. O alto desgaste do grão é possivelmente causado pelo fato de que a ligação dos grãos abrasivos aglomerados apresentando uma menor porosidade aberta no abrasivo já não sendo ideal, de acordo com o que uma desobstrução do grão abrasivo aglomerado inteiro da ligação é feita possível, que é favorecida até mesmo mais pela resistência elevada à fratura do grão abrasivo aglomerado. A correlação entre a porosidade aberta e a ligação no abrasivo segue da possibilidade de infiltração agente de ligação líquido nos poros abertos durante a ligação do grão abrasivo aglomerado e deste modo fixando o grão abrasivo aglomerado no abrasivo.

[00046] O tamanho de partícula dos corpos ocos foi variado nos exemplos 10 e 11, de acordo com o qual pode ser resumido em que os melhores resultados foram obtidos, quando o tamanho de partícula dos corpos ocos corresponde aproximadamente ao tamanho de partícula dos grãos abravisos. Particularmente bons resultados foram obtidos quando o tamanho médio de partícula dos corpos ocos foi ligeiramente superior ao tamanho médio de partícula dos grãos abrasivos.

[00047] Neste contexto, é para ser evidente mais uma vez que as modalidades vantajosas e os princípios acima descritos dos grãos abrasivos aglomerados de acordo com a invenção se aplicam em particular à usinagem das superfícies, quando os materiais são empregados, os quais são para serem tratados moderadamente, empegando as pressões, que não são muito altas. Outros princípios, que são a matéria objeto de outros testes, poderiam possivelmente se aplicar a outros materiais e outras condições de moagem.

Exemplos 12 a 17

[00048] A produção dos exemplos 12 a 17 foi realizada, tal como, nos exemplos de 1 a 6, em que de qualquer modo, o óxido de alumínio FRPL semifriável apresentando o tamanho de grão P320 foi empregado no lugar de da zircônia alumina ZK40 apresentando o tamanho de grão P180 como grãos abrasivos individuais. O tamanho de partícula dos corpos ocos foi adaptado desse modo, em que os corpos ocos com a identificação "Q-cel 5070" (Potters, Ballotini GmbH) na base de óxido de silício apresentando um diâmetro médio de 55 μm no lugar dos corpos ocos na base de óxido de silício e óxido de alumínio apresentando um diâmetro médio de 80 μm foram agora misturados com o óxido de alumínio semi friável. As outras condições foram mantidas.

[00049] Para produzir o exemplo comparativo 12, uma mistura de 3 kg de grãos abrasivos (FRPL P320, Treibacher Schleifmittel), 25 g de metacaulim (OPACILITE, Imerys) e 333 g de micro grão de coríndon (ESK P1400F) foram misturados em um misturador intensivo (tipo RO1, Eirich) durante 5 minutos em contra fluxo. Uma parte da mistura para o produção dos grânulos foi subsequentemente colocada em uma mesa de peletização rotativa (tipo PR04, EIRICH) a 200 rpm e em uma inclinação correspondente a fase de 8 a 9, e foi desse modo borrifada com uma solução de silicato de sódio diluído (30 %). Ao mesmo tempo que sucessivamente adicionando a mistura de grãos e de silicato de sódio, os granulados de tal modo formados são transportados para a ponta do granulador de disco devido à força da gravidade e foram re-colhidos. Um total de 500 g de solução de silicato de sódio foi adicionado. Os corpos verdes de grão abrasivo aglomerado obtidos deste modo foram classificados, em que uma parte na faixa de entre 1180 μm e 850 μm foi separada, subsequentemente seca em uma câmara de secagem com ar de recirculação durante uma hora a 125 °C, e em seguida calcinada em um forno rotativo a 450 °C.

[00050] Para os exemplos 13 a 17, 10 % em volume dos grãos abrasivos foi por sua vez substituído sucessivamente por 10 % em volume de esferas ocas compreendendo um diâmetro médio de 55 μm. Exemplos 18 a 20

[00051] A produção dos exemplos de 18 a 20 ocorreu como no exemplo 15, em que, de qualquer modo, a parte de poros abertos foi variada pelas diferentes quantidades de aglutinante. Somente 250 mL de uma solução de silicato de sódio diluído junto com 12,5 g de meta- caulim e 166,5 g de ESK P1400F foram, desse modo, empregados como, aglutinante para o exemplo 18. 750 mL ou 1000 mL, respectivamente, solução de silicato de sódio junto com 37,5 g ou 50 g, respectivamente, de metacaulim e 399,5 g ou 666 g, respectivamente, de ESK P1400F foram, desse modo, empregados em cada caso para os exemplos 19 e 20. Exemplos 21 e 22

[00052] A produção dos grãos abrasivos aglomerados ocorreu analogamente ao exemplo 15, em que, de qualquer modo, os corpos ocos compreendendo um menor diâmetro médio de partícula (30 μm) foram empregados no exemplo 21 e os corpos ocos compreendendo um maior diâmetro médio de partícula (80 μm) foram empregados no exemplo 22, ao mesmo tempo que óxido de alumínio semi friável FRPL P320 foi ainda empregado como grãos abrasivos individuais.

TESTES DE MOAGEM

[00053] As rodas de fibra vulcanizadas, por meio da qual um bastão de aço 1.4301 (X5CrNi18-10; V2A) compreendendo um diâmetro de 20 mm foi desgastado, foram produzidas a partir dos grãos abrasivos aglomerados apresentando um tamanho médio de grão de aproximadamente 1 mm, cujos grãos foram produzidos de acordo com os exemplos descritos acima de 12 a 22. Cinco intervalos de moagem de 30 segundos foram, desse modo, realizados em cada caso com uma velocidade da roda de 30 m/s, uma rpm de 3700, e uma força de contato de 30 N. Além da remoção do material, o desgaste do grão foi medido e a relação de G foi calculada desta. Além disso, a superfície foi avaliada opticamente, em que uma distinção foi feita entre muito boa = superfície completamente homogênea, boa = superfície homogênea compreendendo ligeiras irregularidades, média = superfície substancialmente homogênea compreendendo irregularidades claramente visíveis e más = superfície inhomogênea. TABELA 3

[00054] A composição e alguns dados físicos, tal como, a resistência à fratura e a densidade volumétrica, dos grãos abrasivos aglomerados obtidos de acordo com os exemplos de 12 a 22 são resumidos na Tabela 3. As porcentagens em volume dos grãos abrasivos, aglutinante e corpos ocos foram calculados na base da medida da porosidade aberta como no caso dos exemplos apresentados na Tabela 1.

[00055] Os resultados dos testes de moagem são resumidos na Tabela 4 abaixo: TABELA 4 /TESTES DE MOAGEM FRPL P320 Exemplo N°. Remoção (g) Desgaste do grão (g) Superfície Relação de G

[00056] Os Exemplos 12 a 22 foram estabelecidos de acordo com o mesmo modelo como nos exemplos de 1 a 11. Foi possível confirmar os princípios, que já tenham sido constatados no caso dos grãos abrasivos aglomerados produzidos dos grãos abrasivos grosseiros. Os me- lhores resultados foram, deste modo, obtidos com um grão abrasivo aglomerado, no caso em que aproximadamente 30 % em volume dos grãos abrasivos individuais são substituídos pelos corpos ocos (exemplo 15). Também foi confirmado para os grãos abrasivos aglomerados produzidos de grãos abrasivos mais finos que os corpos ocos e grãos abrasivos devem vantajosamente ter os mesmos tamanhos de partículas, que seguem a partir da comparação dos exemplos 21 e 22 com o exemplo 15.

Claims

1. Grão abrasivo aglomerado compreendendo uma pluralidade de grãos abrasivos individuais, os quais são incorporados em uma matriz de ligação, sendo que: - os grãos abrasivos são selecionados a partir do grupo consistindo em coríndon, coríndon fundido, coríndon sinterizado, zir- cônia alumina, carboneto de silício, carboneto de boro, nitreto de boro cúbico, diamante, e misturas destes; - a matriz de ligação compreende aluminossilicato e silicato alcalino apresentando uma relação molar de Al2O3 para SiO2 entre 1:2 e 1:20; - a matriz de ligação é endurecível em temperaturas abaixo de 500 °C; e - o grão abrasivo aglomerado apresenta uma porosidade aberta entre 5 e 40 % em volume, o referido grão sendo caracterizado pelo fato de que além dos grãos abrasivos, o grão abrasivo aglomerado compreende os corpos ocos, os quais são incorporados na matriz de ligação e que fornecem o grão abrasivo aglomerado com uma porosidade fechada, sendo que os corpos ocos apresentam uma porcentagem em volume entre 5 % em volume e 40 % em volume, e sendo que a soma da porosidade aberta e fechada é inferior a 50 % em volume do grão abrasivo aglomerado.

2. Grão abrasivo aglomerado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a percentagem em volume dos grãos abrasivos à percentagem em volume dos corpos ocos apresenta uma relação entre 9:1 e 1,5:1.

3. Grão abrasivo aglomerado, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a percentagem em volume dos grãos abrasivos à percentagem em volume dos corpos ocos apresenta uma relação entre 6:1 e 2:1.

4. Grão abrasivo aglomerado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o grão abrasivo aglomerado compreende: entre 10 % em volume e 80 % em volume de grãos abrasivos, entre 5 % em volume e 40 % em volume de corpos ocos, entre 5 % em volume e 40 % em volume de matriz de ligação, e entre 5 % em volume e 40 % em volume de poros abertos.

5. Grão abrasivo aglomerado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os grãos abrasivos e os corpos ocos apresentam um diâmetro médio de partícula na faixa entre 250 μm e 5 μm, sendo que a relação do diâmetro médio de partícula dos grãos abrasivos ao diâmetro médio de partícula dos corpos ocos está entre 2:1 e 1:2.

6. Grão abrasivo aglomerado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que os corpos ocos são selecionados a partir do grupo consistindo em corpos ocos na base de óxido de alumínio, óxido de silício, óxido de zircônio, óxido de titânio, óxido de cério, e/ou misturas destes.

7. Grão abrasivo aglomerado, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que os corpos ocos são esferas ocas feitas de vidro.

8. Grão abrasivo aglomerado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o grão abrasivo aglomerado compreende: entre 5 % em peso e 30 % em peso de matriz de ligação, entre 60 % em peso e 95 % em peso de grãos abrasivos, e entre 0,3 % em peso e 20 % em peso de corpos ocos.

9. Grão abrasivo aglomerado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o grão abrasivo aglomerado apresenta uma resistência à fratura de grão (CFF), de acordo com Vollstadt, entre 10 N e 40 N.

10. Método para produção dos grãos abrasivos aglomerados, como definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, sendo que uma mistura de grãos abrasivos individuais e corpos ocos é incorporada em uma matriz de ligação de aluminossilicato e silicato alcalino apresentando uma relação molar de Al2O3 para SiO2 na faixa de entre 1:2 e 1:20, o referido método sendo caracterizado pelo fato de que- compreende as etapas de: - misturar os grãos abrasivos e os corpos ocos com o agente de ligação de aluminossilicato, silicato alcalino e água; - secar os corpos verdes de grão abrasivo aglomerado obtidos deste modo em uma temperatura entre 80° e 150 °C; - classificar os corpos verdes de grão abrasivo aglomerado secos para um tamanho de grão abrasivo definido; e - endurecer os grãos abrasivos aglomerados secos e classi-ficados em uma temperatura abaixo de 500 °C.