BR112015009886B1

BR112015009886B1 - partículas abrasivas conformadas, métodos de preparação das referidas partículas, artigos abrasivos incluindo as mesmas e método de abrasão de peça de trabalho

Info

Publication number: BR112015009886B1
Application number: BR112015009886-0A
Authority: BR
Inventors: Anatoly Z. Rosenflanz; Negus B. Adefris
Original assignee: 3M Innovative Properties Company
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2021-06-08
Also published as: BR112015009886A2; US20150267097A1; JP7076890B2; PL2914402T3; CN104768710B; KR20150081313A; US10696883B2; RU2616464C9; CA2888733A1; EP2914402B1; MX2015005167A; EP2914402A4; US11530345B2; WO2014070468A1; JP6960373B2; JP2018134733A; JP2021000721A; CN104768710A; EP2914402A1; RU2616464C2

Abstract

PARTÍCULAS ABRASIVAS CONFORMADAS, MÉTODOS DE PREPARAÇÃO, E ARTIGOS ABRASIVOS INCLUINDO AS MESMAS. Um método de preparação de partículas abrasivas inclui: fornecer uma pasta fluida compreendendo partículas sólidas não coloidais e um veículo líquido; formar pelo menos uma porção da pasta fluida em corpos conformados que entram em contato com um substrato; pelo menos parcialmente, secar os corpos conformados para fornecer partículas precursoras abrasivas conformadas; separar pelo menos uma porção das partículas precursoras abrasivas conformadas a partir do substrato; e converter pelo menos uma porção das partículas precursoras abrasivas conformadas em partículas abrasivas conformadas. As partículas abrasivas conformadas compreendem alfa alumina tendo um tamanho médio de grãos de cristal de 0,8 a 8 mícrons e uma densidade aparente que é pelo menos 92 por cento da densidade verdadeira. Cada partícula abrasiva conformada tem uma superfície respectiva que compreende uma pluralidade de lados lisos que formam pelo menos quatro vértices. As partículas abrasivas conformadas, artigos abrasivos incluindo as mesmas, e métodos de uso são também revelados.

Description

Campo

[001]A presente divulgação refere-se, em geral, a partículas abrasivas à base de alumina, métodos de preparação das mesmas e artigos abrasivos incluindo as mesmas.

Antecedentes

[002]A alumina (isto é., Al2O3), é um dos minerais abrasivos mais importantes conhecidos para a indústria de abrasivos devido ao seu equilíbrio de custo, boa condutividade térmica, resistência, dureza, e inércia química levando a excelentes características de trituração em abrasivos revestidos e ligados. Há muito se sabe que o refinamento microestrutural conduz a melhorias nas características abrasivas. Dessa forma, os grãos de alumina superiores produzidos através de uma rota química de sol-gel e produzindo estruturas sinterizadas totalmente densas com microestruturas excessivamente finas (<0,5 mícrons) foram desenvolvidos (por exemplo, vide a patente US 4.314.827 (Leitheiser et al.) e introduzidos no mercado de abrasivos. A introdução de partículas abrasivas conformadas formadas de alfa alumina derivada de sol-gel revolucionou a indústria de abrasivos. Estas partículas abrasivas, tipicamente superam partículas trituradas correspondentes feitas do mesmo material em aplicações de abrasivos. Entretanto, estas partículas abrasivas derivadas de solgel apenas podem ser obtidas em tamanhos menores que cerca de 20 malhas de rede (tamanho de malha dos EUA). As tentativas para produzir partículas abrasivas maiores usando a técnica de sol-gel não são geralmente bem sucedidas devido ao craqueamento associado com a necessidade de remover a grande quantidade de material volátil durante a secagem.

[003] Dessa forma, é desejável fornecer abrasivos de alumina derivados de pó sem limitações sobre as dimensões do grão e com características de trituração semelhantes até melhores do que as de um grão de sol-gel. Embora os abrasivos de Al2O3 derivados de pó are também estejam disponíveis (por exemplo, como um grão de CCC disponível junto à Treibacher Schleifmittel AG, Villach, Áustria ou como alumina sinterizada disponível junto à ShowaDenko KK, Tóquio, Japão), a sua utilidade tem sido limitada devido a microestruturas grosseiras que geralmente acompanham o método de sinterização em pó.

[004]As propriedades mecânicas da alfa alumina são frequentemente influenciadas pela presença de impurezas. Em particular, é amplamente conhecido que as impurezas como o sódio têm efeitos prejudiciais na formação de alfa alumina a partir de precursores de alumina. Por exemplo, a presença de óxido de sódio causa um aumento do tamanho de grãos de cristal da alfa alumina após a sinterização, resultando na diminuição da dureza e/ou fratura durante o processo de sinterização. Atualmente, acredita-se que na indústria de abrasivos o engrossamento de microestruturas significativamente acima da faixa de tamanho de grãos de cristais de alfa alumina com cerca de 1-2 mícrons não é prático para uso em partículas abrasivas para uso em aplicações de trituração com precisão e de abrasivos revestidos.

[005]Consequentemente, os precursores de alfa alumina de alta pureza são comercialmente usados na produção de partículas abrasivas de alfa alumina conformadas. Estes precursores são de modo correspondente caros.

Sumário

[006] Em um aspecto, a presente revelação fornece um método de preparação de partículas abrasivas, o método compreendendo: fornecer uma pasta fluida compreendendo partículas sólidas não coloidais e um veículo líquido, sendo que pelo menos algumas das partículas sólidas não coloidais compreendem pelo menos um dentre alfa alumina ou um precursor de alfa alumina, e sendo que as partículas sólidas não coloidais compreendem pelo menos 30 por cento em volume da pasta fluida; formar pelo menos uma porção da pasta fluida em corpos conformados que entram em contato com um substrato, sendo que os corpos conformados são formados substancialmente de acordo com um formato predeterminado; pelo menos parcialmente, secar os corpos conformados para fornecer partículas precursoras abrasivas conformadas; separar pelo menos uma porção das partículas precursoras abrasivas conformadas a partir do substrato; e converter pelo menos uma porção das partículas precursoras abrasivas conformadas em partículas abrasivas conformadas, sendo que as partículas abrasivas conformadas compreendem alfa alumina, sendo que a alfa alumina tem um tamanho médio de grãos de cristal de 0,8 a 8 mícrons, sendo que a alfa alumina tem uma densidade aparente que é pelo menos 92 por cento da densidade verdadeira, e sendo que cada uma das partículas abrasivas conformadas tem uma superfície respectiva que compreende uma pluralidade de lados e pelo menos quatro vértices, e sendo que as partículas abrasivas conformadas se adaptam a um formato nominal predeterminado.

[007] Em um outro aspecto, a presente revelação fornece partículas abrasivas conformadas produzidas de acordo com o método acima.

[008] Em ainda um outro aspecto, a presente revelação fornece partículas abrasivas conformadas compreendendo alfa alumina, sendo que a alfa alumina tem um tamanho médio de grãos de cristal de 0,8 a 8 mícrons, sendo que a alfa alumina tem uma densidade aparente que é pelo menos 92 por cento da densidade verdadeira, sendo que cada uma das partículas abrasivas conformadas tem uma superfície respectiva que compreende uma pluralidade de lados e pelo menos quatro vértices, e sendo que as partículas abrasivas conformadas se adaptam a um formato nominal predeterminado.

[009]As partículas abrasivas conformadas de acordo com a presente revelação são úteis, por exemplo, na fabricação de artigos abrasivos (por exemplo, abrasivos revestidos, abrasivos ligados, escovas abrasivas, e/ou abrasivos de não tecidos).

[010]Consequentemente, em ainda um outro aspecto, a presente revelação fornece um artigo abrasivo compreendendo partículas abrasivas conformadas retidas em um ligante, sendo que as partículas abrasivas conformadas compreendem alfa alumina, sendo que a alfa alumina tem um tamanho médio de grãos de cristal de 0,8 a 8 mícrons, sendo que a alfa alumina tem uma densidade aparente que é pelo menos 92 por cento da densidade verdadeira, e sendo que as partículas abrasivas conformadas se adaptam a um formato nominal predeterminado.

[011]As partículas abrasivas e artigos abrasivos de acordo com a presente revelação são úteis, por exemplo, para abrasão de uma peça de trabalho.

[012] Em ainda um outro aspecto, a presente revelação fornece um método de abrasão de uma peça de trabalho, o método compreendendo entrar em contato com pelo menos uma partícula abrasiva conformada contida em um artigo abrasivo de acordo com a presente revelação com uma peça de trabalho, e mover pelo menos um artigo abrasivo ou a peça de trabalho em relação a outra para fazer a abrasão de pelo menos uma porção da peça de trabalho.

[013]Conforme usado no presente documento: o termo “densidade aparente” refere-se à massa de um material dividida pelo seu volume aparente (isto é, o volume incluindo o espaço vazio interno); o termo “coloidal” refere-se a um sistema em que as partículas finamente divididas, que são cerca de 10 a 10.000 angstrom de tamanho, são dispersas dentro de um meio líquido contínuo de uma maneira que impede que elas sejam facilmente filtradas ou decantadas rapidamente; o termo “grão de cristal” refere-se a um cristal individual em um único cristal ou material monocristalino em que o retículo de cristal do cristal individual é contínuo e ininterrupto em suas bordas, sem contornos de grão interno; o termo “contorno de grão” refere-se a um defeito na estrutura de cristal de um grão de cristal formando uma interface entre dois grãos de cristal, ou cristalitos, em um material policristalino; o termo “malha” usado em referência ao tamanho de partícula refere-se ao tamanho de malha US, a menos que indicado de outra forma; o termo “não coloidal” significa não ter as características de um colóide. o termo “coformado” significa que o formato é um resultado da formatação intencional de acordo com um formato predeterminado, durante a fabricação; o termo “lisa”, em referência a uma superfície significa que a superfície está livre de irregularidades, aspereza, ou projeções, exceto as que possam ser causadas devido a irregularidades causadas pelo processo de fabricação usado para fazê-las; o termo “densidade verdadeira” refere-se à densidade de um dado material, com exclusão de qualquer volume vazio interior no material, determinada a uma dada pressão e temperatura (por exemplo, pressão de uma atmosfera e uma temperatura de 25°C). a frase “sendo que as partículas abrasivas conformadas se adaptam a uma forma predeterminada nominal” significa que os formatos das partículas abrasivas conformadas correspondem substancialmente a um formato nominal (predeterminado), pretendido, determinado pelo método em que elas foram produzidas (por exemplo, por moldagem, extrusão ou impressão serigráfica), permitindo o encolhimento durante a secagem, calcinação e sinterização, e desvios aleatórios (por exemplo, defeitos ou urdiduras menores) que podem ocorrer devido à variabilidade do processo.

[014]Vantajosamente, as partículas abrasivas conformadas de acordo com a presente revelação podem exibir excelentes características abrasivas, quando incorporadas nos abrasivos revestidos, ligados e/ou de não tecido, por exemplo, em forma de discos e/ou esteiras. Adicionalmente, as características de trituração das partículas abrasivas conformadas são substancialmente mantidas, mesmo quando a microestrutura de alumina dentro das partículas abrasivas conformadas (ou seja, tamanho de grão do cristal) engrossa significativamente acima da faixa de cerca de 1-2 mícrons (um nível de tamanho de grão de cristais que é geralmente aceito na técnica como limítrofe, útil para aplicações de trituração com precisão e de abrasivos revestidos). Isto contrasta com a microestrutura de alumina em partículas abrasivas conformadas derivadas de sol-gel disponíveis comercialmente.

[015]Vantajosamente, as partículas abrasivas, de acordo com a presente revelação, podem ser produzidas com o uso de materiais de partida menos caros do que os que seriam usados em um processo de sol-gel típico, obtendo um desempenho de abrasão substancialmente equivalente (ou melhor).

[016]As características e vantagens da presente revelação serão melhor compreendidas levando-se em consideração a revelação detalhada, assim como as reivindicações em anexo.

Breve revelação dos desenhos

[017]A Figura 1 é uma vista esquemática em perspectiva de uma partícula abrasiva conformada exemplificadora 100 de acordo com a presente revelação.

[018]A Figura 2 é uma vista lateral esquemática de um artigo abrasivo revestido exemplificador 200 de acordo com a presente revelação.

[019]A Figura 3 é uma vista lateral esquemática de um outro artigo abrasivo revestido exemplificador 300 de acordo com a presente revelação.

[020]A Figura 4 é uma vista esquemática em perspectiva de um rebolo exemplificador 400 de acordo com a presente revelação.

[021]A Figura 5 é uma representação esquemática, ampliada cerca de 100x, de um artigo abrasivo de não tecido exemplificador 500 de acordo com a presente revelação.

[022]A Figura 6 é uma microscopia de microscópio eletrônico de varredura (MEV) de uma superfície de fratura de partículas abrasivas conformadas do Exemplo 5.

[023]A Figura 7 é uma microscopia (MEV) de um canto do grão abrasivo conformado do Exemplo 6 aquecido a 1550°C.

[024]A Figura 8 é uma microscopia (MEV) de uma borda do grão abrasivo conformado do Exemplo 6 aquecido a 1575°C.

[025]A Figura 9 é uma microscopia (MEV) de uma superfície de fratura de partículas abrasivas conformadas do Exemplo 8c.

[026]A Figura 10 é uma microscopia (MEV) de uma superfície de fratura de partículas abrasivas conformadas do Exemplo 8e.

[027] Embora as figuras identificadas acima demonstram várias modalidades da presente divulgação, outras modalidades também são contempladas; por exemplo, conforme observado na discussão. Em todos os casos, a revelação é apresentada por meio de representação e não limitação. Deve-se compreender que os versados na técnica podem contemplar diversas outras modificações e modalidades que estão incluídas no caráter e âmbito dos princípios da presente revelação. 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

[028]As partículas abrasivas conformadas de acordo com a presente revelação podem ser produzidas de acordo com um processo de multietapas usando uma pasta fluida compreendendo partículas sólidas não coloidais e um veículo líquido. Tipicamente, as partículas sólidas não coloidais são suspensas no veículo líquido; entretanto, também é aceitável ter alguma decantação das partículas sólidas não coloidais. Pelo menos algumas das partículas sólidas não coloidais compreendem pelo menos um dentre alfa alumina ou um precursor da mesma. Em algumas modalidades, as partículas sólidas não coloidais compreendem partículas de alfa alumina, partículas precursoras de alfa alumina, ou uma combinação das mesmas. Em algumas modalidades, substancialmente todas (por exemplo, pelo menos 95 por cento em peso, ou pelo menos 99 por cento em peso), ou todas, das partículas sólidas não coloidais compreendem partículas de alfa alumina, partículas precursoras de alfa alumina, ou uma combinação das mesmas.

[029]As partículas de alfa alumina e as partículas precursoras de alfa alumina não coloidais, tomadas individualmente, ou coletivamente se ambas estiverem presentes, podem compreender pelo menos 30, 35, 40, 50, ou mesmo pelo menos 55 por cento em volume da pasta fluida. A pasta fluida pode compreender, ainda, um ou mais aditivos opcionais, como, por exemplo, espessante(s) tixotropo(s), dispersante(s), agente(s) umectante(s), antiespumante(s), agente(s) de acoplamento, agente(s) de modificação ou precursor(s) do mesmo, agente(s) de nucleação, agente(s) de peptização, e/ou agente(s) de liberação de molde. Espessantes úteis incluem: espessante(s) orgânico(s) como, por exemplo, goma guar, carboximetil celulose sódica, e/ou carbômeros; e espessantes inorgânicos como, por exemplo, boemita coloidal.

[030]Os aditivos de modificação podem funcionar para melhorar alguma propriedade desejável das partículas abrasivas ou aumentar a eficácia da etapa de sinterização subsequente. Os precursores ou aditivos de modificação dos aditivos de modificação podem estar na forma de particulados em escala de mícron e escala de submícron, nano-colóides (isto é, colóides em escala nanométrica), sais solúveis, tipicamente sais solúveis em água e sais não solúveis. Eles consistem tipicamente em um composto contendo metal e podem ser um precursor de óxido de magnésio, zinco, ferro, silício, cobalto, níquel, zircônio, háfnio, cromo, ítrio, praseodímio, samário, itérbio, neodímio, lantano, gadolínio, cério, disprósio, érbio, titânio e misturas dos mesmos. A determinação do nível específico desses aditivos está dentro da capacidade de um elemento versado na técnica.

[031]Os agentes de nucleação adequados para inclusão na pasta fluida podem incluir, por exemplo, 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 US n° 4.744.802 (Schwabel).

[032]Se um espessante de boemita coloidal é incluído na pasta fluida, um agente de peletização pode ser útil para fornecer a estabilidade. Os agentes de peptização adequados incluem 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 pasta fluida, fazendo com que seja difícil manusear ou introduzir componentes adicionais na mesma.

[033] Em algumas modalidades, as partículas sólidas não coloidais compreendem partículas de alfa alumina. As partículas de alfa alumina podem ser, por exemplo, trituradas ou conformadas. Como usado aqui, o termo “partícula de alfa alumina” refere-se a uma partícula compreendendo alfa alumina. Em algumas modalidades, as partículas de alfa alumina compreendem pelo menos 95 por cento em peso ou pelo menos 99 por cento em peso de alfa alumina. Em algumas modalidades, as partículas de alfa alumina consistem em alfa alumina. De modo útil, as partículas de alfa alumina podem conter íons metálicos diferentes dos íons de alumínio (por exemplo, íons de Fe3+). Exemplos de alfa aluminas adequadas incluem alumina fundida com alfa alumina branca, e alumina fundida marrom.

[034] Em algumas modalidades, as partículas sólidas não coloidais compreendem partículas precursoras de alfa alumina. Como usado aqui, o termo “precursor de alfa alumina” refere-se a um material, diferente de alfa alumina, que pode ser pelo menos parcialmente (por exemplo, completamente) convertido em alfa alumina por aquecimento suficiente. Exemplos de precursores de alfa alumina adequados incluem, boemita (Y-AIO(OH)), diaspora (α-AlO(OH)), baierita (isto é, α-Al(OH)s), e gibsita e seus polimorfos (por exemplo, doileita e nordstrandita).

[035]As partículas sólidas não coloidais podem ser monomodais ou polimodais (por exemplo, bimodais). Por exemplo, as partículas sólidas não coloidais podem ter uma distribuição bimodal sendo que cerca de 95 por cento das partículas sólidas não coloidais podem ter modo de cerca de 0,7 mícrons e cerca de 5 por cento das partículas sólidas não coloidais têm um modo de cerca de 23 mícrons.

[036]Vantajosamente, os métodos e as partículas abrasivas conformadas de acordo com a presente revelação são tolerantes de níveis modestos de íons de sódio nos componentes de pasta fluida e partículas abrasivas conformadas resultantes, em contraste com os métodos de sol-gel tradicionais em que mesmo níveis modestos de íons de sódio tendem a degradar notavelmente propriedades abrasivas de partículas abrasivas contendo íons de sódio. Por exemplo, boas propriedades abrasivas podem ser obtidas mesmo quando as partículas abrasivas conformadas contêm, emu ma base equivalente, até cerca de 2,5 em peso de óxido de sódio, de preferência de 0,03 a 2,5 por cento em peso de óxido de sódio, com mais preferência de 0,05 a 2,5 por cento em peso de óxido de sódio, com base no peso total das partículas abrasivas conformadas. Em algumas modalidades, as partículas abrasivas conformadas contêm, em uma base equivalente, de 0,05 a 0,5 por cento em peso de óxido de sódio, com base no peso total das partículas abrasivas conformadas.

[037]O veículo líquido pode compreender água e/ou solvente orgânico. O veículo líquido compreende água em uma quantidade ou pelo menos 50, 60, 70, 80, 90, ou mesmo pelo menos 95 por cento em peso do veículo líquido. De preferência, qualquer solvente orgânico no veículo líquido é solúvel em água, com mais preferência, miscível em água. Exemplos incluem álcoois inferiores (por exemplo, metanol, etanol, propanol), éteres (por exemplo, glima, e diglima), e lactamas (por exemplo, 2-pirrolidona).

[038] De preferência, as partículas de alfa alumina e/ou precursor de alfa alumina incluídas na pasta fluida têm um tamanho médio de partícula na faixa de 0,4 a 2,0 mícrons, com mais preferência na faixa de 0,4 a 0,8 mícrons, embora isso não é um requisito. Em algumas modalidades, as distribuições de tamanho de partícula bimodais, ou mesmo trimodais são úteis. Nesse caso, além das partículas finas, os tamanhos significativamente maiores podem estar presentes (por exemplo, o tamanho médio de partícula de 0,7 é complementado com algumas porcentagens de partículas de 2-5 mícrons).

[039] Pelo menos uma porção da pasta fluida é, em seguida, colocada em contato com um substrato para formar corpos conformados. Isto pode ser conseguido de várias maneiras, pelo menos.

[040] Por exemplo, os corpos conformados podem também ser produzidos por moldagem da pasta aquosa usando uma ferramenta de produção (isto é, molde), geralmente de acordo com os processos desenvolvidos para dispersões de sol-gel, exceto que usando a pasta fluida, em vez de um sol-gel. Nesse método, a pasta fluida é impelida (por exemplo, usando um dispositivo de aplicação de revestimento tipo faca, dispositivo de aplicação de revestimento tipo barra, ou lâmina raspadora) em cavidades do molde precisamente conformadas em uma superfície principal do substrato, por exemplo, como descrito nas Publicações de Pedido de Patente US n°s. 2010/0146867 A1 (Boden et al.); 2010/0151195 A1 (Culler et al.); 2010/0151196 A1 (Adefris et al.); 2009/0165394 A1 (Culler et al.); e 2010/0151201A1 (Erickson et al.). Nesse caso, é desejável que os corpos conformados retenham substancialmente o formato das cavidades do molde, permitindo o encolhimento durante a secagem.

[041]As ferramentas de produção adequadas podem ser, por exemplo, ser uma esteira, uma lâmina, uma manta contínua, um cilindro de revestimento como um cilindro de rotogravura, uma manga montada em um cilindro de revestimento ou matriz. 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 ferramenta de produção é feita de um material polimérico ou termoplástico.

[042] 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 material de lâmina polimérica 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 pode distorcer a ferramenta de produção termoplástica, limitando sua vida. Outras informações sobre o projeto e a fabricação de ferramentas de produção ou ferramentas mestras podem ser encontradas nas patentes US n°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.).

[043] Uma barra de raspador ou nivelador pode ser usada para forçar a pasta fluida completamente para dentro das cavidades na ferramenta de produção. A porção restante da pasta fluida que não entra em uma cavidade pode ser removida a partir da superfície superior da ferramenta de produção e reciclada. Em algumas modalidades, uma pequena porção da pasta fluida pode permanecer sobre a superfície superior da ferramenta de produção, enquanto que, em outras modalidades, a superfície superior é substancialmente livre da dispersão. A pressão aplicada pela barra de raspador ou de nivelador é tipicamente menor que 0,6 MPa (100 psi), menor que 0,3 MPa (50 psi), ou mesmo menor que 60 kPa (10 psi). Em algumas modalidades, a pasta fluida não se estende para fora além da superfície superior. Nestas modalidades, quando é desejado ter as superfícies expostas das cavidades resultando em faces planas das partículas abrasivas conformadas de cerâmica, pode ser desejável preencher as cavidades (por exemplo, com o uso de um conjunto de microbocais) e lentamente secar a pasta fluida

[044]O acesso às cavidades na ferramenta de produção pode ser a partir de uma abertura na superfície superior ou na superfície inferior do molde. Em alguns casos, as cavidades podem se estender por toda uma espessura do molde. Alternativamente, as cavidades podem se estender apenas por uma porção da espessura do molde. Em uma modalidade, a superfície superior 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.

[045]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 superior 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.

[046]Alternativamente, a pasta fluida pode ser impelida através das aberturas em uma tela ou um substrato perfurado (por exemplo, por impressão serigráfica). Nesse caso, é desejável que a pasta fluida tenha uma viscosidade suficiente para que os corpos conformados retenham substancialmente os seus formatos (permitindo o encolhimento) durante a secagem.

[047] Em qualquer um destes métodos pode ser desejável incluir um agente de liberação de molde na pasta fluida, ou revestir a liberação do molde sobre a superfície do molde, para auxiliar na remoção das partículas precursoras abrasivas conformadas a partir do substrato, se desejado. Agentes de liberação de molde típicos incluem óleos como óleo de amendoim ou óleo mineral, óleo de peixe, silicones, politetrafluoroetileno (PTFE), 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 ferramenta de produção em contato com a pasta fluida 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 quando uma liberação de molde é desejada.

[048]O substrato pode ser, por exemplo, sob a forma de uma lâmina, cilindro, esteira, ou manta, uma esteira, uma lâmina, uma manta contínua, um cilindro de revestimento como um cilindro de rotogravura, ou uma manga montada sobre um cilindro de revestimento. O substrato pode compreender de metal (por exemplo, como no caso de uma esteira ou cilindro) ou um espessante orgânico (por exemplo, polietileno ou polipropileno).

[049] Depois de formar a pasta fluida em corpos conformados, os corpos conformados são, pelo menos parcialmente, secos para fornecer partículas percursoras abrasivas conformadas. Isto pode ser conseguido, por exemplo, usando um forno, rolo de impressão aquecido, pistola de aquecimento, ou aquecedor de infravermelho. Como usado aqui, o termo “secagem” refere-se à remoção de pelo menos uma porção do veículo líquido, que pode ou não referir-se à remoção de água.

[050] Desejavelmente, o veículo líquido é removido em uma taxa de evaporação rápida. Em algumas modalidades, a remoção do veículo líquido por evaporação ocorre a temperaturas acima do ponto de ebulição do veículo líquido. Um limite superior para a temperatura de secagem pode depender do material de que o molde é produzido. Para a ferramenta de polipropileno, a temperatura deve ser geralmente menor que a do ponto de fusão do polipropileno, de preferência, menor que a do ponto de amolecimento.

[051] Durante a secagem, a pasta fluida encolhe, o que pode causar 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. Ao preparar 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 pasta fluida.

[052] Em seguida, pelo menos uma porção das partículas precursoras abrasivas conformadas é separada do substrato. Tipicamente, isto pode ser conseguido, por exemplo, por gravidade, vácuo, ar pressurizado, ou um método mecânico, como, por exemplo, vibração (por exemplo, vibração ultrassônica) flexão e/ou batimento, entretanto, outros métodos também podem ser usados.

[053] Uma vez separada do substrato, pelo menos uma porção das partículas precursoras abrasivas conformadas é convertida em partículas abrasivas conformadas.

[054]As partículas precursoras abrasivas conformadas podem ser adicionalmente secas do lado de fora, uma vez separadas do substrato. Caso a pasta fluida 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 pasta fluida permanece no molde. Tipicamente, as partículas precursoras abrasivas conformadas 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.

[055]Opcionalmente porém de preferência, as partículas precursoras abrasivas conformadas são então calcinadas. Durante a calcinação, essencialmente todo o material volátil é removido e os vários componentes que estão presentes na pasta fluida são transformados em óxidos metálicos. As partículas precursoras abrasivas conformadas 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 são 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 precursoras conformadas calcinadas. Então, as partículas abrasivas conformadas precursoras são novamente pré-aquecidas. Essa opção está adicionalmente descrita na patente US n° 5.164.348 (Wood).

[056]Se calcinadas ou não, as partículas precursoras abrasivas conformadas (ou partículas precursoras abrasivas conformadas calcinadas) são sinterizados para formar partículas abrasivas conformadas compreendendo alfa alumina. As partículas abrasivas conformadas são tipicamente cerâmicas após a sinterização. Antes de sinterização, as partículas precursoras abrasivas conformadas (opcionalmente calcinadas) não são completamente densificadas e, portanto, não têm a dureza desejada para serem usadas como partículas abrasivas conformadas cerâmicas. A sinterização tipicamente ocorre por aquecimento das partículas precursoras abrasivas conformadas (opcionalmente calcinadas) a uma temperatura de 1000°C a 1650°C. O tempo de aquecimento necessário para alcançar a densificação depende de vários fatores, mas os tempos de cinco segundos a 48 horas são típicos.

[057] 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.

[058]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 or, centrifugar a pasta fluida 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 revelação são mais completamente descritas na patente n° U.S.4.314.827 (Leitheiser).

[059]As partículas abrasivas conformadas preparadas de acordo com a presente revelação compreendem alfa alumina endo um tamanho médio de grãos de cristal de 0,8 a 8 mícrons (de preferência, 0,8 a 6 mícrons, e com mais preferência 0,8 a 5 mícrons), e uma densidade aparente que é pelo menos 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, ou mesmo pelo menos 99 por cento da densidade verdadeira (por exemplo, true density = 3,97 g/cm3 a 25°C para alfa alumina).

[060]As partículas abrasivas conformadas de acordo com a presente revelação podem ser usadas em uma ampla faixa de tamanhos de partícula, tipicamente variando em tamanho de cerca de 10000 mícrons; De preferência, de cerca de 100 a cerca de 10000 mícrons, com mais preferência, de cerca de 500 a cerca de 10000 mícrons, embora isso não seja um requisito. Em algumas modalidades, as partículas abrasivas conformadas têm um tamanho médio de partícula de pelo menos 20 malha US (isto é, > cerca de 840 mícrons). As partículas abrasivas conformadas de acordo com a presente revelação podem ser selecionadas e classificadas com o uso de técnicas bem conhecidas na técnica, incluindo o uso de padrões de classificação reconhecidos de uma indústria de abrasivos, como ANSI (American National Standard Institute - Instituto Nacional Americano de Padrões), FEPA (Federation of European Producers of Abrasives - Federação Europeia de Fabricantes de Produtos Abrasivos), e JIS (Padrão Industrial Japonês). As designações de classificação ANSI incluem: ANSI 4, ANSI 6, ANSI 8, ANSI 16, ANSI 24, 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. As designações de classificação da FEPA incluem P8, P12, P16, P24, P36, P40, P50, P60, P80, P100, P120, P150, P180, P220, P320, P400, P500, P600, P800, P1000 e P1200. As designações de classificação JIS incluem JIS8, JIS12, JIS16, JIS24, JIS36, JIS46, JIS54, JIS60, JIS80, JIS100, JIS150, JIS180, JIS220, JIS240, JIS280, JIS320, JIS360, JIS400, JIS400, JIS600, JIS800, JIS1000, JIS1500, JIS2500, JIS4000, JIS6000, JIS8000, e JIS10,000.

[061]As partículas abrasivas conformadas de acordo com a presente revelação têm formatos não aleatórios, geralmente, conferido pelo método usado para formá-los. Por exemplo, partículas abrasivas conformadas podem ser em formato de pirâmides, pirâmides truncadas, hastes, ou cones. Em algumas modalidades, as partículas abrasivas conformadas têm superfície externa que compreende uma pluralidade de paredes laterais que formam pelo menos quatro vértices. As paredes laterais são tipicamente substancialmente lisas ou lisas, embora isso não é um requisito.

[062] Em algumas modalidades, cada uma das partículas abrasivas conformadas pode compreender uma superfície inferior que está em contiguidade uma pluralidade de paredes laterais, sendo que a superfície inferior compreende pelo menos três vértices.

[063] Em algumas modalidades, cada uma das partículas abrasivas conformadas pode compreender, ainda, uma respectiva superfície superior que está em contiguidade a pluralidade de paredes laterais, sendo que a superfície superior e a superfície inferior não entram em contato entre si. Em algumas modalidades, as paredes laterais se afunilam para dentro a partir da superfície inferior.

[064]Com referência agora à Figura 1, a partícula abrasiva conformada exemplificadora 100 de acordo com a presente revelação compreende uma pirâmide trigonal truncada com vértices 110, paredes laterais 120, bordas 130, superfície inferior 140, e superfície superior 150 (que não entra em contato com a superfície inferior 140). As paredes laterais 120 se afunilam para dentro a partir da superfície inferior 140. As paredes laterais adjacentes entram em contato umas com as outras em uma extremidade 130 e pelo menos dois vértices 110.

[065] Em um outro aspecto, a presente revelação fornece artigos abrasivos (por exemplo, artigos abrasivos revestidos, artigos abrasivos ligados (incluindo vitrificados, resinoides, e rebolos ligados a metal, rebolos de corte, pontas montadas, e pedras de esmeril), artigos abrasivos de não tecido, e escovas abrasivas) que compreendem um ligante e partículas abrasivas conformadas de acordo com a presente revelação retidos no ligante. Os métodos de preparação de tais artigos abrasivos e uso dos artigos abrasivos são bem conhecidos dos versados na técnica. Adicionalmente, as partículas abrasivas conformadas de acordo com a presente revelação podem ser usadas em aplicações de abrasivos, que utilizam partículas abrasivas, como pastas fluidas de compostos abrasivos (por exemplo, compostos de polimento), meios de moagem, meios de granalhagem, meios de moinhos vibratórios, e similares.

[066]Os artigos abrasivos revestidos incluem, em geral, um suporte, partículas abrasivas, e pelo menos um ligante para pender as partículas abrasivas sobre o suporte. Exemplos de materiais de suporte adequados incluem pano tecido, filme polimérico, fibra vulcanizada, um tecido de não tecido, um tecido de malha, papel, combinações dos mesmos, e versões tratadas dos mesmos. O ligante pode ser qualquer ligante adequado, incluindo um ligante inorgânico ou orgânico (incluindo resinas curáveis termicamente e resinas curáveis por radiação). As partículas abrasivas podem estar presentes em uma camada, ou em duas camadas do artigo abrasivo revestido.

[067] Uma modalidade exemplificadora de um artigo abrasivo revestido de acordo com a presente revelação está representada na Figura 2. Com referência à Figura 2, o artigo abrasivo revestido 200 tem um suporte 220 e camada abrasiva 230. A camada abrasiva camada abrasiva 230 inclui partículas abrasivas conformadas 240 de acordo com a presente revelação presas à superfície principal 270 do suporte 220 (substrato) por revestimento básico 250 e revestimento de encolamento 260. As partículas abrasivas conformadas 240 entram em contato com o revestimento básico 250. O revestimento de encolamento 260 está disposto em pelo menos uma porção do revestimento básico 250 e pelo menos uma porção das partículas abrasivas conformadas 240. Cada um dentre o revestimento básico 250 e o revestimento de encolamento 260 compreende um ligante respectivo que pode ser o mesmo ou diferente.

[068] Um outro artigo abrasivo revestido exemplificador de acordo com a presente revelação é mostrado na Figura 3. Com referência à Figura 3, o artigo abrasivo revestido exemplificador 300 tem um suporte 320 (substrato) e camada abrasiva estruturada 330. A camada abrasiva estruturada 330 inclui uma pluralidade de compósitos abrasivos 335 que compreendem partículas abrasivas conformadas 340 de acordo com a presente revelação dispersas em um ligante 350 presas a uma superfície principal 370 do suporte 320.

[069]Os artigos abrasivos revestidos de acordo com a presente revelação podem incluir camadas adicionais, como, por exemplo, uma camada de grande dimensão opcional que é sobreposta à camada abrasiva, ou uma camada e/ou tratamento antiestático pode também estar disposta sobre o suporte oposto da camada abrasiva, se desejado.

[070] Detalhes relacionados com artigos abrasivos revestidos e métodos para a sua fabricação podem ser encontrados, por exemplo, nas Patentes US n°s. 4.734.104 (Broberg); 4.737.163 (Larkey); 5.203.884 (Buchanan et al.); 5.152.917 (Pieper et al.); 5.378.251 (Culler et al.); 5.436.063 (Follett et al.); 5.496.386 (Broberg et al.); 5.609.706 (Benedict et al.); 5.520.711 (Helmin); 5.961.674 (Gagliardi et al.), e 5.975.988 (Christianson).

[071]Os artigos abrasivos ligados incluem tipicamente uma massa conformada de partículas abrasivas (que compreendem partículas abrasivas conformadas de acordo com a presente revelação e, opcionalmente, partículas abrasivas trituradas) mantidas juntas por um ligante orgânico, metálico, ou vitrificado. Esta massa conformada pode ser, por exemplo, sob a forma de uma roda, como um esmeril ou rebolo. O diâmetro do rebolo é tipicamente cerca de um cm a mais de um metro; o diâmetro das rodas de corte é cerca de um cm a mais de 80 cm (mais tipicamente 3 cm a cerca de 50 cm). A espessura das rodas de corte é, tipicamente, de cerca de 0,5 mm a cerca de 5 cm, mais tipicamente cerca de 0,5 mm a cerca de 2 cm. A massa conformada pode também estar sob a forma, por exemplo, de uma pedra de afiar, um segmento, um ponto montado, um disco (por exemplo, triturador de disco duplo) ou outro formato abrasivo convencional. Os artigos abrasivos ligados compreendem, tipicamente, cerca de 3 a 50 por cento em volume do material de ligação, cerca de 30 a 90 por cento em volume de partículas abrasivas (ou blendas de partículas abrasivas), até 50 por cento em volume de aditivos (incluindo auxiliadores de moagem), e até 70 por cento em volume de poros, com base no volume total do artigo abrasivo ligado.

[072] Uma forma exemplificadora é um rebolo. Com referência à Figura 4, o rebolo 400 de acordo com a presente revelação inclui partículas abrasivas conformadas 440 de acordo com a presente revelação, retidas por um ligante 430, moldadas em uma roda, e montadas no cubo da roda 420.

[073]Outros detalhes com respeito aos artigos abrasivos ligados podem ser encontrados, por exemplo, na Patente US n°. 4.543.107 (Rue), Patente US n° 4.741.743 (Narayanan et al.), patente US n° 4.800.685 (Haynes et al.), patente US n° 4.898.597 (Hay et al.); 4.997.461 (Markhoff-Matheny et al.); 5.037.453 (Narayanan et al.); e patente US n° 5.863.308 (Qi et al.).

[074]Os artigos abrasivos de não tecido typically incluem, tipicamente, uma estrutura de filamentos de polímero poroso aberta elevada que tem partículas abrasivas conformadas de acordo com a presente revelação distribuídas por toda a estrutura e ligadas de modo aderente na mesma através de um ligante orgânico. Exemplos de filamentos incluem fibras de poliéster, fibras de poliamida e fibras de poliaramida. Na Figura 5, uma representação esquemática, ampliada cerca de 100x, de um artigo abrasivo de não tecido exemplificador 500 de acordo com a presente revelação é fornecida. Tal artigo abrasivo de não tecido de acordo com a invenção compreende uma manta de fibra de não tecido aberta elevada 550 (substrato), sobre a qual as partículas abrasivas conformadas 540 de acordo com a presente revelação são aderidas pelo material ligante 560.

[075] Detalhes relacionados com os artigos abrasivos de não tecido e métodos para a sua fabricação podem ser encontrados, por exemplo, nas Patentes US n°s. 2.958.593 (Hoover et al.); 4.227.350 (Fitzer); 4.991.362 (Heyer et al.); 5.712.210 (Windisch et al.); 5.591.239 (Edblom et al.); 5.681.361 (Sanders); 5.858.140 (Berger et al.); 5.928.070 (Lux); e Patente US n° 6.017.831 (Beardsley et al.).

[076] Detalhes relacionados com métodos e escovas abrasivas para sua fabricação podem ser encontrados, por exemplo, as escovas abrasivas incluem aquelas que têm uma pluralidade de cerdas unitárias com um suporte (ver, por exemplo, Patentes US n°s 5.443.906 (Pihl et al.); 5.679.067 (Johnson et al.); e 5.903.951 (Ionta et al.). De preferência, tais escovas são produzidas por moldagem por injeção de uma mistura de polímero e partículas abrasivas.

[077]Ligantes adequados (isto é, materiais ligantes) incluem ligantes orgânicos como, por exemplo, ligantes orgânicos endurecidos por calor. Exemplos de ligantes orgânicos endurecidos por calor adequados incluem resinas fenólicas, resinas de ureia- formaldeído, resinas de melamina-formaldeído, resinas de uretano, resinas de acrilato, resinas de poliéster, resinas aminoplásticas tendo grupos alfa, beta-carbonila insaturados pendentes, resinas de epóxi, uretano acrilado, epóxis acriladas e combinações dos mesmos. O ligante e/ou artigo abrasivo também pode incluir aditivos, como fibras, lubrificantes, agentes umectantes, materiais tixotrópicos, tensoativos, pigmentos, corantes, agentes antiestáticos (por exemplo, negro de fumo, óxido de vanádio, ou grafite), agentes de acoplamento (por exemplo, silanos, titanatos ou zircoaluminatos), plastificantes, agentes de suspensão, e similares. As quantidades destes aditivos opcionais são selecionadas para fornecer as propriedades preferenciais. Os agentes de acoplamento podem otimizar a adesão às partículas abrasivas e/ou carga. A química de aglutinante pode ser termicamente curada, curada por radiação ou suas combinações. Detalhes adicionais sobre a química do ligante podem ser encontrados na Patente US n° 4.588.419 (Caul et al.), Patente US n° 4.751.138 (Tumey et al.), e Patente US n° 5.436.063 (Follett et al.).

[078]Mais especificamente, no que diz respeito a abrasivos ligados vitrificados, os materiais de ligação vítreos, que exibem uma estrutura amorfa e são tipicamente duros, são bem conhecidos na técnica. Em alguns casos, o material de ligação vítreo inclui fases cristalinas. Artigos abrasivos vitrificados, ligados produzidos de acordo com a presente revelação podem estar sob a forma de uma roda, pedra de afiar, formato abrasivo com pontos montados ou outro formato abrasivo convencional. Um artigo abrasivo vitrificado ligado exemplificador de acordo com a presente revelação é um rebolo.

[079] Exemplos de óxidos metálicos que são usados para formar materiais de ligação vítreas incluem: sílica, silicatos, alumina, refrigerante, óxido de cálcio, óxido de potássio, óxido de titânio, óxido de ferro, óxido de zinco, lítio oxide, magnésia, bória, silicato de alumínio, vidro de borossilicato, silicato de alumínio e lítio, combinações dos mesmos, e similares. Tipicamente, os materiais de ligação vítreos podem ser formados a partir da composição que compreende de 10 a 100 por cento em peso da frita de vidro, embora mais tipicamente a composição compreenda 20 a 80 por cento em peso da frita de vidro, ou 30 a 70 por cento em peso da frita de vidro. A porção restante dos materiais de ligação vítreo pode ser um material que não seja frita. Alternativamente, a ligação vítrea pode ser derivada a partir de uma composição que não contenha frita. Os materiais de ligação vítreos são tipicamente maturados a uma temperatura(s) em uma faixa de cerca de 700°C a cerca de 1500°C, usualmente em uma faixa de cerca de 800°C a cerca de 1300°C, por vezes em uma faixa de cerca de 900°C a cerca de 1200°C, ou mesmo em uma faixa de cerca de 950°C a cerca de 1100°C. A temperatura real na qual a ligação é maturada depende, por exemplo, da química de ligação particular.

[080] Em algumas modalidades, os materiais de ligação vitrificados podem incluir os que compreendem sílica, alumina (de preferência, pelo menos 10 por cento em peso alumina), e bória (de preferência, pelo menos 10 por cento em peso bória). Na maioria dos casos, o material de ligação vitrificado compreende, ainda, óxido(s) de metal alcalino (por exemplo, Na2O e K2O) (em alguns casos, pelo menos, 10 por cento, em peso de óxido(s) de metal alcalino).

[081]Os materiais aglutinantes também podem conter materiais de carga ou os auxiliadores de trituração, tipicamente sob a forma de um material particulado. Tipicamente, os materiais particulados são materiais inorgânicos. Exemplos de cargas úteis para esta invenção incluem: carbonatos de metal (por exemplo, carbonato de cálcio (por exemplo, giz, calcita, marga, travertino, mármore e pedra calcária), carbonato de magnésio de cálcio, carbonato de sódio, carbonato de magnésio), sílica (por exemplo, quartzo, microesferas de vidro, bolhas de vidro e fibras de vidro) silicatos (por exemplo, talco, argilas, (montmorilonita) feldspato, mica, silicato de cálcio, metassilicato de cálcio, aluminossilicato de sódio, silicato de sódio) sulfatos de metal (por exemplo, sulfato de cálcio, sulfato de bário, sulfato de sódio, alumínio sulfato de sódio, sulfato de alumínio), gesso natural, vermiculita, farinha de madeira, tri-hidrato de alumínio, negro de fumo, óxidos metálicos (por exemplo, óxido de cálcio (lima), óxido de alumínio, dióxido de titânio) e sulfitos de metal (por exemplo, sulfito de cálcio).

[082] Em geral, a adição de um auxílio à trituração aumenta a vida útil do artigo abrasivo. Um auxiliador de trituração é um material que tem um efeito significativo sobre os processos físicos e/ou químicos de abrasão, o que resulta em um desempenho aprimorado. Os auxiliadores de trituração abrangem uma ampla variedade de materiais diferentes e podem ser inorgânicos ou orgânicos. Exemplos de grupos químicos de auxiliares de trituração incluem ceras, compostos de haleto orgânico, sais de haleto e metais e suas ligas. Os compostos de haleto orgânico tipicamente se decomporão durante a abrasão e liberarão um ácido halogênio ou um composto de haleto gasoso. Exemplos de tais materiais incluem ceras cloradas como tetracloronaftaleno, pentacloronaftaleno e cloreto de polivinila. Exemplos de sais de haleto incluem cloreto de sódio, criolita de potássio, criolita de sódio, criolita de amônio, tetrafluoroborato de potássio, tetrafluoroborato de sódio, fluoretos de silício, cloreto de potássio, e cloreto de magnésio. Exemplos de metais incluem estanho, chumbo, bismuto, cobalto, antimônio, cádmio, ferro e titânio. Outros auxiliadores de trituração variados incluem enxofre, compostos de enxofre orgânico, grafite e sulfetos metálicos. Uma combinação de diferentes auxiliadores de trituração pode ser usada, e em alguns casos isto pode produzir um efeito sinérgico.

[083]Os auxiliadores de trituração podem ser particularmente úteis em artigos abrasivos revestidos e ligados. Em artigos abrasivos revestidos, o auxiliador de trituração é tipicamente usado no revestimento de superdimensionamento, o qual é aplicado sobre a superfície das partículas abrasivas. Algumas vezes, entretanto, o auxiliador de trituração é adicionado ao revestimento de dimensionamento. Tipicamente, a quantidade de auxiliar de trituração incorporado em artigos abrasivos revestidos é de cerca de 50 a 300 gramas por metro quadrado (g/m2), de preferência, cerca de 80 a 160 g/m2. Em artigos abrasivos ligados vitrificados, o auxiliador de trituração é tipicamente impregnado nos poros do artigo.

[084]Os artigos abrasivos podem conter 100 % de partículas abrasivas conformadas de acordo com a presente revelação, ou blendas de tais partículas abrasivas com outras partículas abrasivas e/ou partículas de diluente. Entretanto, pelo menos cerca de 2 por cento em peso, de preferência, pelo menos cerca de 5 por cento em peso, e com mais preferência, cerca de 30 a 100 por cento em peso, das partículas abrasivas nos artigos abrasivos deve ser partículas abrasivas conformadas de acordo com a presente revelação.

[085] Em alguns casos, as partículas abrasivas conformadas de acordo com a presente revelação pode ser misturada com outras partículas abrasivas e/ou partículas de diluente em uma razão entre 5 e 75 por cento em peso, cerca de 25 a 75 por cento em peso cerca de 40 a 60 por cento em peso, ou cerca de 50 a 50 por cento em peso (isto é, em quantidades iguais em peso).

[086] Exemplos de partículas abrasivas convencionais adequadas incluem óxido de alumínio fundido (incluindo alumina fundida branca, óxido de alumínio tratado termicamente e óxido de alumínio castanho), carbureto de silício, carbureto de boro, carbureto de titânio, diamante, nitreto de boro cúbico, granada, alumina-zircônia, e partículas abrasivas derivadas de sol-gel e similares. As partículas abrasivas derivadas de sol-gel convencionais podem ser semeadas ou não semeadas. De modo semelhante, elas podem ser conformadas de forma aleatória ou ter um formato associado com elas, como uma haste ou um triângulo. Em alguns casos, as mesclas de partículas abrasivas podem resultar em um artigo abrasivo que exibe desempenho de trituração aprimorado em comparação com os artigos abrasivos que compreendem 100 por cento de um ou outro tipo de partículas abrasivas.

[087]Se houver uma blenda de partículas abrasivas, os tipos de partículas abrasivas que formam a mistura podem ser do mesmo tamanho. Alternativamente, os tipos de partículas abrasivas podem ser de diferentes tamanhos de partícula. Por exemplo, as partículas abrasivas de tamanho grande podem ser partículas abrasivas de acordo com a presente revelação, com as partículas de tamanho menor sendo um outro tipo de partículas abrasivas. Por outro lado, por exemplo, as partículas abrasivas de tamanho menor podem ser partículas abrasivas de acordo com a presente revelação, com as partículas de tamanho maior sendo outro tipo de partícula abrasiva.

[088] Exemplos de partículas diluentes adequadas incluem mármore, gesso, pedra, sílica, óxido de ferro, silicatos de alumínio, vidro (incluindo bolhas de vidro e microesferas de vidro), bolhas de alumina, microesferas de alumina, e aglomerados de diluente.

[089]As partículas abrasivas conformadas de acordo com a presente revelação podem também ser combinadas em, ou com, aglomerados abrasivos. As partículas de aglomerado abrasivo compreendem, tipicamente, uma pluralidade de partículas abrasivas, um ligante, e aditivos opcionais. O ligante pode ser orgânico e/ou inorgânico. Os aglomerados abrasivos podem ser conformados de forma aleatória ou ter um formato predeterminado associado com eles. O formato pode ser, por exemplo, um bloco, cilindro, pirâmide, moeda, ou um quadrado. As partículas de aglomerado abrasivo têm tipicamente tamanhos de partícula na faixa de cerca de 100 a cerca de 5000 mícrons, tipicamente cerca de 250 a cerca de 2500 mícrons.

[090]As partículas abrasivas podem ser distribuídas uniformemente no artigo abrasivo ou concentradas em áreas ou porções selecionadas de um artigo abrasivo. Por exemplo, em um abrasivo revestido, podem haver duas camadas de partículas abrasivas. A primeira camada compreende partículas abrasivas além das partículas abrasivas conformadas de acordo com a presente revelação, e a segunda camada (mais externa) compreende partículas abrasivas conformadas de acordo com a presente revelação. De modo semelhante em um abrasivo, pode haver duas seções distintas do esmeril. A seção mais externa pode compreender partículas abrasivas conformadas de acordo com a presente revelação, enquanto que a seção mais interna não as compreende. Alternativamente, as partículas abrasivas conformadas de acordo com a presente revelação podem ser distribuídas uniformemente ao longo do artigo abrasivo.

[091]A presente revelação fornece um método de abrasão de uma peça de trabalho. O método compreende: colocar em contato, por atrito, as partículas abrasivas de acordo com a presente revelação com uma superfície da peça de trabalho, e mover pelo menos uma das partículas abrasivas e a superfície da peça de trabalho em relação à outra para fazer abrasão em pelo menos uma porção da superfície da peça. Os métodos para fazer a abrasão com partículas abrasivas de acordo com a presente revelação incluem, por exemplo, dragagem (isto é, remoção de solução estoque a alta pressão) até polimento (por exemplo, polimento de implantes médicos com esteiras abrasivas revestidas), em que o último é feito tipicamente com graus mais finos (por exemplo, ANSI 220 e mais finos) de partículas abrasivas. As partículas abrasivas também podem ser usadas em aplicações de abrasão de precisão como trituração de eixos de came com rodas ligadas vitrificadas. O tamanho das partículas abrasivas usadas para fazer a abrasão de uma aplicação específica será evidente aos versados na técnica.

[092]A abrasão pode ser realizada a seco ou a úmido. Para abrasão a úmido, o líquido fornecido pode ser introduzido sob a forma de uma névoa leve para completar o encharcamento. Exemplos de líquidos comumente usados incluem: água, óleo solúvel em água, lubrificante orgânico, e emulsões. O líquido pode servir para reduzir o calor associado de abrasão e/ou atuar como um lubrificante. O líquido pode conter quantidades menores de aditivos, como bactericidas, agentes antiespumantes, e similares.

[093] Exemplos de peças de trabalho incluem metal de alumínio, aços carbono, aços leves (por exemplo, aço leve 1018 e aço leve 1045), aços de ferramenta, aço inoxidável, aço endurecido, titânio, vidro, cerâmicas, madeira, materiais semelhantes a madeira (por exemplo, madeira compensada e painéis de partículas), pintura, superfícies pintadas, superfícies revestidas com orgânicos e similares. A força aplicada durante a abrasão varia tipicamente de cerca de 1 a cerca de 100 quilogramas (kg), embora outras pressões também possam ser usadas.

Modalidades selecionadas da presente revelação

[094] Em uma primeira modalidade, a presente revelação fornece um método de preparação de partículas abrasivas, o método compreendendo: fornecer uma pasta fluida compreendendo partículas sólidas não coloidais e um veículo líquido, sendo que pelo menos algumas das partículas sólidas não coloidais compreendem pelo menos um dentre alfa alumina ou um precursor de alfa alumina, e sendo que as partículas sólidas não coloidais compreendem pelo menos 30 por cento em volume da pasta fluida; formar pelo menos uma porção da pasta fluida em corpos conformados que entram em contato com um substrato, sendo que os corpos conformados são formados substancialmente de acordo com um formato predeterminado; pelo menos parcialmente, secar os corpos conformados para fornecer partículas precursoras abrasivas conformadas; separar pelo menos uma porção das partículas precursoras abrasivas conformadas a partir do substrato; e converter pelo menos uma porção das partículas precursoras abrasivas conformadas em partículas abrasivas conformadas, sendo que as partículas abrasivas conformadas compreendem alfa alumina, sendo que a alfa alumina tem um tamanho médio de grãos de cristal de 0,8 a 8 mícrons e uma densidade aparente que é pelo menos 92 por cento da densidade verdadeira, e sendo que cada uma das partículas abrasivas conformadas tem uma superfície respectiva que compreende uma pluralidade de lados e pelo menos quatro vértices.

[095] Em uma segunda modalidade, a presente revelação fornece um método de acordo com a primeira modalidade, sendo que o substrato tem cavidades sobre a superfície do mesmo, e sendo que a dita formação da pasta fluida em partículas precursoras abrasivas conformadas que entram em contato com o substrato compreendem impelir a pasta em pelo menos uma porção das cavidades.

[096] Em uma terceira modalidade, a presente revelação fornece um método de acordo com a primeiro ou segunda modalidade, sendo que a dita conformação da pasta fluida compreende impelir a pasta fluida através de uma tela sobre o substrato.

[097] Em uma quarta modalidade, a presente revelação fornece um método de acordo com qualquer uma das primeira à terceira modalidades, sendo que as partículas precursoras de alfa alumina não coloidais contêm, em uma base equivalente, pelo menos 0,03 por cento em peso de óxido de sódio, com base no peso total das partículas precursoras abrasivas conformadas.

[098] Em uma quinta modalidade, a presente revelação fornece um método de acordo com qualquer uma das primeira à quarta modalidades, sendo que a dita conversão de pelo menos uma porção das partículas precursoras abrasivas conformadas nas partículas abrasivas conformadas compreende: sinterizar as partículas precursoras abrasivas conformadas para fornecer as partículas abrasivas conformadas.

[099] Em uma sexta modalidade, a presente revelação fornece um método de acordo com qualquer uma das primeira à quarta modalidades, sendo que a dita conversão de pelo menos uma porção das partículas precursoras abrasivas conformadas nas partículas abrasivas conformadas compreende: calcinar as partículas precursoras abrasivas conformadas para fornecer partículas precursoras abrasivas conformadas calcinadas; e sinterizar as partículas abrasivas precursoras calcinadas para fornecer as partículas abrasivas conformadas.

[0100] Em uma sétima modalidade, a presente revelação fornece um método de acordo com qualquer uma das primeira à sexta modalidades, sendo que a dita conversão de pelo menos uma porção das partículas precursoras abrasivas conformadas nas partículas abrasivas conformadas compreende: impregnar as partículas precursoras abrasivas conformadas com uma solução de sal de metal para fornecer partículas precursoras abrasivas conformadas impregnadas; e sinterizar as partículas precursoras abrasivas conformadas impregnadas para fornecer as partículas abrasivas conformadas.

[0101] Em uma oitava modalidade, a presente revelação fornece um método de acordo com qualquer uma das primeira à sexta modalidades, sendo que a dita conversão de pelo menos uma porção das partículas precursoras abrasivas conformadas nas partículas abrasivas conformadas compreende: calcinar as partículas precursoras abrasivas conformadas para fornecer partículas precursoras abrasivas conformadas calcinadas; impregnar as partículas abrasivas precursoras calcinadas com uma solução de sal de metal para fornecer partículas abrasivas precursoras calcinadas impregnadas; e sinterizar as partículas abrasivas precursoras calcinadas impregnadas para fornecer as partículas abrasivas conformadas.

[0102] Em uma nona modalidade, a presente revelação fornece um método de acordo com qualquer uma das primeira à oitava modalidades, sendo que as partículas precursoras de alfa alumina não coloidais compreendem óxido de alumínio em pó.

[0103] Em uma décima modalidade, a presente revelação fornece um método de acordo com qualquer uma das primeira à nona modalidades, sendo que as partículas precursoras de alfa alumina não coloidais compreendem partículas de tri-hidrato de alumínio moídas.

[0104] Em uma décima primeira modalidade, a presente revelação fornece um método de acordo com qualquer uma das primeira à décima modalidades, sendo que as partículas precursoras de alfa alumina não coloidais contêm, em uma base equivalente, 0,03 a 0,25 por cento de óxido de sódio com base no peso total das partículas precursoras abrasivas conformadas.

[0105] Em uma décima segunda modalidade, a presente revelação fornece um método de acordo com qualquer uma das primeira à décima primeira modalidades, sendo que as partículas precursoras de alfa alumina não coloidais têm um diâmetro médio de partícula de pelo menos 0,2 mícrons.

[0106] Em uma décima terceira modalidade, a presente revelação fornece um método de acordo com qualquer uma das primeira à décima segunda modalidades, sendo que a pasta fluida compreende ainda um espessante.

[0107] Em uma décima quarta modalidade, a presente revelação fornece um método de acordo com uma décima-segunda modalidade, sendo que o espessante compreende boemita coloidal.

[0108] Em uma décima quinta modalidade, a presente revelação fornece um método de acordo com uma décima segunda modalidade, sendo que o espessante compreende um espessante orgânico.

[0109] Em uma décima sexta modalidade, a presente revelação fornece um método de acordo com qualquer uma das primeira à décima quinta modalidades, sendo que as partículas abrasivas conformadas têm um tamanho médio de partícula maior que 20 malhas de rede (mesh).

[0110] Em uma décima sétima modalidade, a presente revelação fornece um método de acordo com qualquer uma das primeira à décima sexta modalidades, sendo que as partículas precursoras de alfa alumina não coloidais compreendem pelo menos 40 por cento em volume da pasta fluida.

[0111] Em uma décima oitava modalidade, a presente revelação fornece partículas abrasivas conformadas produzidas de acordo com um método de qualquer uma das primeira à décima sétima modalidades.

[0112] Em uma décima nona modalidade, a presente revelação fornece um artigo abrasivo compreendendo partículas abrasivas conformadas de acordo com a décima oitava modalidade, retidas em um ligante, sendo que as partículas abrasivas conformadas compreendem alfa alumina, sendo que a alfa alumina tem um tamanho médio de grãos de cristal de 0,8 a 8 mícrons, sendo que a alfa alumina tem uma densidade aparente que é pelo menos 92 por cento da densidade verdadeira, e sendo que as partículas abrasivas conformadas se adaptam a um formato nominal predeterminado.

[0113] Em uma vigésima modalidade, a presente revelação fornece um artigo abrasivo de acordo com a décima nona modalidade, sendo que o artigo abrasivo compreende ainda: um suporte; um revestimento básico preso a uma superfície principal do suporte, sendo que as partículas abrasivas conformadas entram em contato com o revestimento básico; e um revestimento de encolamento disposto sobre pelo menos uma porção do revestimento básico e pelo menos uma porção das partículas abrasivas conformadas.

[0114] Em uma vigésima primeira modalidade, a presente revelação fornece um artigo abrasivo compreendendo partículas abrasivas conformadas de acordo com a décima nona à vigésima modalidades, sendo que o artigo abrasivo compreende ainda um suporte e uma camada abrasiva em contato com uma superfície principal do suporte, sendo que a camada abrasiva compreende o ligante e as partículas abrasivas conformadas.

[0115] Em uma vigésima segunda modalidade, a presente revelação fornece um artigo abrasivo compreendendo partículas abrasivas conformadas de acordo com a décima nona modalidade, sendo que o artigo abrasivo, sendo que o artigo abrasivo compreende ainda uma manta de fibra aberta elevada.

[0116] Em uma vigésima terceira modalidade, a presente revelação fornece um artigo abrasivo compreendendo partículas abrasivas conformadas de acordo com a décima nona modalidade, sendo que o artigo abrasivo compreende uma roda de abrasivo ligada.

[0117] Em uma vigésima quarta modalidade, a presente revelação fornece um método de abrasão de uma peça de trabalho, o método compreendendo entrar em contato com pelo menos uma partícula abrasiva conformada contida em um artigo abrasivo de qualquer uma das décima nona à vigésima terceira modalidades com uma peça de trabalho, e mover pelo menos um artigo abrasivo ou a peça de trabalho em relação a outra para fazer a abrasão de pelo menos uma porção da peça de trabalho.

[0118] Em uma vigésima quinta modalidade, a presente revelação fornece partículas abrasivas conformadas compreendendo alfa alumina, sendo que a alfa alumina tem um tamanho médio de grãos de cristal de 0,8 a 8 mícrons, sendo que a alfa alumina tem uma densidade aparente que é pelo menos 92 por cento da densidade verdadeira, sendo que cada uma das partículas abrasivas conformadas tem uma superfície respectiva que compreende uma pluralidade de lados e pelo menos quatro vértices, e sendo que as partículas abrasivas conformadas se adaptam a um formato nominal predeterminado.

[0119] Em uma vigésima sexta modalidade, a presente revelação fornece partículas abrasivas conformadas de acordo com a vigésima quinta modalidade, sendo que cada superfície respectiva compreende ainda pelo menos quatro bordas, sendo que a largura média de cada borda varia de cerca de 5 a 20 mícrons e a razão da largura média de cada borda para o tamanho médio de grãos de cristal está em uma faixa de 1 a 25.

[0120] Em uma vigésima sétima modalidade, a presente revelação fornece partículas abrasivas conformadas de acordo com a vigésima quinta ou vigésima sexta modalidade, sendo que cada uma das partículas abrasivas conformadas respectivamente compreende a superfície inferior em contiguidade uma pluralidade de paredes laterais, sendo que a superfície inferior compreende pelo menos três vértices.

[0121] Em uma vigésima oitava modalidade, a presente revelação fornece partículas abrasivas conformadas de acordo com a vigésima sétima modalidade, sendo que cada uma das partículas abrasivas conformadas compreende, ainda, uma superfície superior respectiva que está em contiguidade com a pluralidade de paredes laterais, sendo que a superfície superior e a superfície inferior não entram em contato umas com as outras.

[0122] Em uma vigésima nona modalidade, a presente revelação fornece partículas abrasivas conformadas de acordo com a vigésima sétima ou vigésima oitava modalidade, sendo que as paredes laterais se afunilam para dentro a partir da superfície inferior.

[0123] Em uma trigésima modalidade, a presente revelação fornece partículas abrasivas conformadas de acordo com qualquer uma das vigésima quinta à vigésima nona modalidades, sendo que as partículas abrasivas conformadas contêm em uma base equivalente pelo menos 0,03 por cento em peso de óxido de sódio, com base no peso total das partículas abrasivas conformadas.

[0124] Em uma trigésima primeira modalidade, a presente revelação fornece partículas abrasivas conformadas de acordo com qualquer uma das vigésima quinta à vigésima nona modalidades, sendo que as partículas abrasivas conformadas contêm 0,03 a 0,25 por cento de óxido de sódio com base no peso total das partículas abrasivas conformadas.

[0125] Em uma trigésima segunda modalidade, a presente revelação fornece partículas abrasivas conformadas de acordo com qualquer uma das vigésima quinta à trigésima primeira modalidades, sendo que as partículas abrasivas conformadas têm um tamanho médio de partícula que se adapta com um tamanho de malha US na faixa de 6 a 80.

[0126] Em uma trigésima terceira modalidade, a presente revelação fornece um artigo abrasivo compreendendo partículas abrasivas conformadas retidas em um ligante, sendo que as partículas abrasivas conformadas compreendem alfa alumina, sendo que a alfa alumina tem um tamanho médio de grãos de cristal de 0,8 a 8 mícrons, sendo que a alfa alumina tem uma densidade aparente que é pelo menos 92 por cento da densidade verdadeira, e sendo que as partículas abrasivas conformadas se adaptam a um formato nominal predeterminado.

[0127] Em uma trigésima quarta modalidade, a presente revelação fornece um artigo abrasivo de acordo com a trigésima terceira modalidade, sendo que o artigo abrasivo compreende ainda: um suporte; um revestimento básico preso a uma superfície principal do suporte, sendo que as partículas abrasivas conformadas entram em contato com o revestimento básico; e um revestimento de encolamento disposto sobre pelo menos uma porção do revestimento básico e pelo menos uma porção das partículas abrasivas conformadas.

[0128] Em uma trigésima quinta modalidade, a presente revelação fornece um artigo abrasivo de acordo com a trigésima terceira modalidade, sendo que o artigo abrasivo compreende ainda um suporte e uma camada abrasiva em contato com uma superfície principal do suporte, sendo que o camada abrasiva compreende o ligante e as partículas abrasivas conformadas.

[0129] Em uma trigésima sexta modalidade, a presente revelação fornece um artigo abrasivo de acordo com a trigésima terceira modalidade, sendo que o artigo abrasivo compreende ainda uma manta de fibra aberta elevada.

[0130] Em uma trigésima sétima modalidade, a presente revelação fornece um artigo abrasivo de acordo com a trigésima terceira modalidade, sendo que o artigo abrasivo compreende uma roda de abrasivo ligada.

[0131] Em uma trigésima oitava modalidade, a presente revelação fornece um método de abrasão de uma peça de trabalho, o método compreendendo colocar em contato um artigo abrasivo de acordo com qualquer uma das trigésima terceira à trigésima sétima modalidades com a peça de trabalho, e mover pelo menos um artigo abrasivo ou a peça de trabalho em relação a outra para fazer a abrasão de pelo menos uma porção da peça de trabalho.

[0132]Os objetivos e vantagens desta revelação são adicionalmente ilustrados 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 revelação.

Exemplos

[0133] Exceto onde especificado em contrário, todas as partes, porcentagens, razões, etc. nos Exemplos são expressas em peso.

Exemplos 1-7

[0134] Um vaso de moinho de bolas revestido com polietileno foi carregado com 100 gramas (g) de água desionizada, 0,5 g de agente dispersante de citrato de amônio, 400 g de diferentes óxidos de alumínio em pó (como relatado na Tabela 1, com fontes de matérias primas relatadas na Tabela 2). Cerca de 700 gramas de meio de moagem de alumina (10 mm de diâmetro; 99,9% de alumina; obtida junto à Union Process, Akron, Ohio, EUA) foram adicionados ao tubo, e a mistura foi moída a 120 rpm durante 24 horas. Após a moagem, o meio de moagem foi removido e a pasta fluida foi desgaseificada colocando-a em um frasco dessecador e aplicando um vácuo, usando bomba mecânica (cerca de 10 minutos mantido sob vácuo). A pasta fluida resultante foi vertida sobre uma lâmina de polietileno contendo padrão replicado de pirâmides truncadas triangulares com cerca de 0,4 mm de comprimento lateral, 0,1 mm de profundidade, tendo um revestimento tópico de óleo mineral depositado por secagem de uma solução de etanol a 5 por cento em peso. A pasta fluida foi espalhada para cobrir uma área aproximada de 400 cm2 da lâmina usando um rodo. A lâmina contendo a pasta fluida de cerâmica foi, então, seca sob uma pistola de calor. Após a secagem a lâmina foi agitada vigorosamente para desalojar as partículas precursoras abrasivas conformadas resultantes que agora estavam na forma de pirâmides truncadas triangulares.

[0135]As partículas precursoras abrasivas conformadas foram calcinadas colocando-as em um cadinho de alumina e aquecendo a 700°C (taxa de aquecimento 10°C/min) em ar. Nenhuma isoterma mantida foi aplicada. As partículas permaneceram como pirâmides após esta etapa e foram fortes o suficiente para suportar a manipulação adicional.

[0136]Cerca de 300 g das partículas precursoras abrasivas conformadas calcinadas foram colocadas em um cadinho de alumina e sinterizadas em um forno aquecido eletricamente Modelo KKSK-666-3100 disponível junto à Keith Furnaces de Pico Rivera, California, EUA, com o uso de uma taxa de aquecimento de 25°C/min e um tempo de retenção de 45 min na temperatura final que é mostrada na Tabela 1.

[0137]As densidades das partículas abrasivas conformadas sinterizadas resultantes foram medidas com o uso de um picnômetro ACCUPYC II 1330 disponível junto à Micromeritics Instrument Corporation, Norcross, Georgia, EUA, de acordo com o procedimento de operação padrão. Os resultados estão documentados na Tabela 1.

[0138]O tamanho médio de cristal foi determinado pelo método de interceptação na linha de acordo com o método de teste ASTM E112-96 “Standard Test Methods for Determining Average Grain Size” (Métodos de teste padrão para determinar Tamanho Médio de Grão). Aproximadamente 5 g das partículas abrasivas conformadas foram colocadas em uma bolsa plástica e triturados com um martelo para gerar partículas fraturadas. A mistura resultante de partículas abrasivas conformadas fraturadas e não fraturadas foi montada em uma plataforma, revestida com uma camada fina de ouro-paládio e visualizada com o uso de um um microscópio eletrônico de varredura (MEV) JEOL Modelo 7600F. Uma microscopia (MEV) típica da microestrutura encontrada na amostra foi usada para determinar o tamanho médio de cristal como segue (por exemplo, consulte Figura 6 que mostra um microscopia (MEV) de uma superfície de fratura de partículas abrasivas conformadas do Exemplo 5). O número de cristais que intersectaram por unidade de comprimento (NL) uma linha aleatória que foram traçados através da microscopia foi contado. O tamanho médio de cristal foi determinado a partir deste número usando a seguinte equação:

sendo que NL é o número de cristais intersectados por unidade de comprimento e M é a ampliação da micrografia. O tamanho médio dos cristais na amostra é relatado na Tabela 1, abaixo. Ta bela 1

Desempenho da trituração dos exemplos 1 -7 e exemplos comparativos A-C

[0139]Cerca de 17 gramas de partículas abrasivas conformadas resultantes foram incorporados em um disco abrasivo revestido. O disco abrasivo revestido foi produzido de acordo com procedimentos convencionais. As partículas abrasivas conformadas foram ligadas em suportes de fibra vulcanizada de 17,8 cm de diâmetro, 0,8 mm de espessura (tendo um orifício central de 2,2 cm de diâmetro), com o uso de uma resina fenólica preenchida com carbonato de cálcio convencional (48% de resina fenólica resólica, 52% de carbonato de cálcio, diluída para 81% de sólidos com água e éter glicólico) e uma resina de encolamento fenólico preenchida com criolita convencional (32% de resina fenólica resólica, 2% de óxido de ferro, 66% de criolite, diluído para 78% de sólidos com água e éter glicólico). A peso resina básica úmida foi de cerca de 185 g/m2. Imediatamente após o revestimento básico ser aplicado, as partículas abrasivas conformadas foram revestidas eletrostaticamente. A resina básica foi aquecida durante 120 minutos a 88 C. Em seguida, o revestimento de encolamento fenólico preenchido com criolita foi revestido sobre o revestimento básico e partículas abrasivas. O peso de encolamento úmido foi de cerca de 850 g/m2. A resina de encolamento foi aquecida durante 12 horas a 99 C. O disco abrasivo revestido foi flexionado, antes do teste.

[0140]Os discos abrasivos revestidos do Exemplo Comparativo A foram preparados como descrito para o Exemplo 1 (acima), exceto que as partículas abrasivas de alumina fundida tratadas com calor (obtidas como ALODUR BFRPL, grau 36 disponível junto à Treibacher, Villach, Austria foram usadas no lugar das partículas abrasivas conformadas do Exemplo 1.

[0141]Os discos abrasivos revestidos do Exemplo Comparativo B foram preparados como descrito para o Exemplo 6 (acima), exceto que partículas abrasivas de alumina-zirconia de 36 grau (tendo uma composição eutética de 60% de Al2O3 e 39% de ZrO2; obtidas como NORZON disponível junto à Norton Company, Worcester, Massachusetts, EUA) foram usadas no lugar das partículas abrasivas conformadas do Exemplo 1.

[0142]Os discos abrasivos revestidos do Exemplo Comparativo C foram preparados como descrito acima, exceto que as partículas abrasivas derivadas sol-gel convencionalmente trituradas (comercializadas como 3M CERAMIC ABRASIVE GRAIN 321 disponíveis junto à 3M Company, St. Paul, Minnesota, EUA) foram usadas no lugar das partículas abrasivas conformadas do Exemplo 1.

[0143]Os discos abrasivos revestidos do Exemplo Comparativo D foram preparados como descrito acima com exceto que as partículas abrasivas de formato aleatório preparadas pela secagem em bloco da pasta fluida do material do Exemplo 1, sinterização e trituração para fornecer grau de corte 36 foram usadas no lugar das partículas abrasivas conformadas do Exemplo 1.

[0144]O desempenho da trituração dos discos abrasivos revestidos dos Exemplos 1-7 e Exemplos Comparativos A-D foi avaliado como segue. Cada disco abrasivo revestido foi montado em um bloco de suporte de alumínio chanfrado, e usado para moer a face de uma peça de trabalho de aço leve pré-pesada de 1,25 cm x 18 cm x 10 cm 1018. O disco foi conduzido a 5.000 revoluções por minuto (rpm) enquanto a porção do disco que se sobrepõe à borda chanfrada do bloco de suporte entrou em contato com a peça de trabalho com uma carga de 8,6 quilogramas. Cada disco foi usado para triturar uma peça de trabalho individual na sequência de intervalos de um minuto. O corte total foi a soma da quantidade de material removida da peça de trabalho ao longo do período de teste. Os cortes totais por cada amostra após 12 minutos de moagem são relatados na Tabela 3 abaixo, em que um corte médio de dois discos é relatado. Tabela 3

Exemplos 8A até 8F

[0145]As partículas abrasivas conformadas do Exemplos 8a - 8e foram preparadas como descrito no Exemplo 2, exceto que o procedimento foi repetido várias vezes para gerar uma maior quantidade de material. As partículas conformadas sinterizadas foram subsequentemente sujeitas a tratamentos térmicos de indução de crescimento de grãos que incluíram uma taxa de rampa de 25°C/min desde a temperatura ambiente até à mais alta temperatura de queima (relatada na Tabela 4). Os materiais dos Exemplos 8a até 8e diferem da temperatura de queima mais elevada usada para o tratamento térmico.

[0146]O material do Exemplo 8f foi preparado como descrito no Exemplo 2, exceto a proporção de água e de alumina e pó foi alterada para 100 g e 200 g, respectivamente. Esta alteração rendeu uma pasta mais fluida que, quando seca em uma lâmina replicada, produziu partículas abrasivas conformadas com menos bordas agudas. As características de moagem e tamanho médio de grãos foram analisadas tal como descrito para o Exemplo 2.

[0147]O afiamento microestrutural da borda (EMS), foi medido para todas as partículas abrasivas conformadas produzidas nestes Exemplos. Este parâmetro pode ser obtido com o uso de um padrão de observação MEV de acordo com o seguinte procedimento. Aproximadamente 1 grama de partículas abrasivas conformadas foi montado em um estágio, revestido com uma camada fina de ouro-paládio e visualizado utilizando um microscópio eletrônico de varredura (MEV) JEOL Modelo 7600F. As micrografias de MEV típicas de canto e borda de grão abrasivo conformado são mostradas nas Figuras 7 e 8, respectivamente.

[0148]O tamanho de grão do cristal do material é obtido como descrito acima (consulte também as Figuras 9 e 10). Com referência à Figura 7, a largura de borda é 12,8 mícrons e o tamanho médio de grãos de cristal é de cerca de 7,5 mícrons. EMS é aqui definida como a razão entre a largura média da borda para o tamanho médio de grãos de cristal na borda. Dessa forma, o afiamento microestrutural da borda é de cerca de 1,7.

[0149]O EMS das partículas abrasivas conformadas do Exemplo 7 é mostrado na Tabela 4, em que a média de seis medições ao longo da borda é relatada. Com referência à Tabela 4, boas características de trituração geralmente correlacionam-se com os números de EMS mais elevados, a menos que a largura da borda inicial seja muito elevada. Independentemente do tamanho dos grãos do cristal, a largura da borda inicial é definida durante o procedimento de processamento em que pasta fluida é replicada em um padrão triangular. Para cada um dos Exemplos 8a-8e a largura da borda inicial foi medida em cerca de 9,3 mícrons. No exemplo 8f, entretanto, a largura da borda inicial foi de cerca de 13,8 mícrons resultando em uma diminuição das características de trituração. Por fim, para bom desempenho de trituração os grãos abrasivos conformados devem ter larguras de borda menores que cerca de 15-20 mícrons, de preferência, tão baixo como 12, 10 ou mesmo 8 mícrons e o parâmetro de EMS deve ser maior que 1, de preferência, maior que 1,5 ou mesmo 2. Ta bela 4 EXEMPL

Exemplos 9- 13

[0150]Os Exemplos 9-13 foram preparados como descrito no Exemplo 1, exceto que os vários aditivos de sinterização foram introduzidos para promover a densificação em temperaturas mais baixas. Os aditivos de sinterização e temperatura de queima mais baixas necessárias para atingir 96% da densidade teórica estão resumidos na Tabela 5, abaixo. Tabela 5

Exemplo 14

[0151] Um vaso de moinho de atrito revestido com teflon foi carregado com 250 g de água desionizada, 4 g de ácido nítrico (70% de concentração), 190 g de hidróxido de alumínio SH-20 (obtido junto à Dadco Aluminium and Chemicals, Lausanne, Suíça). Este pó continha cerca de 0,25% em peso de Na2O. Cerca de 700 gramas de meio de moagem de alumina (5 mm de diâmetro; 99,9% de alumina; obtido junto à Union Process) foram adicionados ao vaso, e a mistura foi moída a 500 rpm durante 24 horas. Após moagem, o meio de moagem foi removido, e 31 g de hidróxido de nitrato de magnésio (Mg(NO3>6H2O, disponível junto à Sigma-Aldrich Co., Saint Louis, Missouri, EUA, foram adicionados à pasta fluida, e homogeneizados com o auxílio de uma configuração de agitação impulsionada com ar. A pasta fluida resultante foi vertida sobre uma lâmina de polietileno contendo padrão replicado de pirâmides truncadas triangulares com cerca de 0,4 mm de comprimento de lado, 0,1 mm de profundidade, tendo um revestimento tópico de óleo mineral depositado a partir de uma solução de etanol a 5% e espalhado para cobrir uma área de aproximadamente 400 cm2 da lâmina usando um rodo. A lâmina contendo pasta fluida foi, em seguida, seca sob uma pistola de calor. Após a secagem, a manta foi agitada vigorosamente para desalojar as partículas precursoras abrasivas conformadas secas, que agora estavam na forma de pirâmides truncadas triangulares.

[0152]As partículas precursoras abrasivas conformadas foram calcinadas colocando-as em um cadinho de alumina e aquecendo a 800°C (taxa de aquecimento 10°C/min) em ar. Nenhuma isoterma mantida foi aplicada. As partículas permaneceram como pirâmides após esta etapa e foram fortes o suficiente para suportar a manipulação adicional.

[0153]Cerca de 100 g das partículas precursoras abrasivas conformadas calcinadas foram colocadas em um cadinho de alumina e sinterizadas em um forno aquecido eletricamente Modelo KKSK-666-3100 disponível junto à Keith Furnaces com o uso de uma taxa de aquecimento de 25°C/min e um tempo de retenção de 45 min na temperatura final de 1500°C. A densidade e o tamanho dos grãos foram determinados como descrito no Exemplo 1, e foram de 97,5% e 2,87 mícrons, respectivamente. O seu desempenho de trituração foi avaliado como descrito no Exemplo 1. O corte total de 965 g foi obtido.

[0154]Outras modificações e variações da presente revelação podem ser praticadas pelos versados na técnica sem que se desvie do espírito e escopo da presente revelação, que é mais particularmente definida nas reivindicações em anexo. Compreende-se que aspectos das várias modalidades podem ser alterados totalmente ou em parte ou podem ser combinados com outros aspectos das várias modalidades. Todas as referências, patentes ou pedidos de patente citados na aplicação acima para autorização de patente estão aqui incorporados, a título de referência em sua totalidade em uma maneira consistente. No caso de inconsistências ou contradições entre as porções das referências incorporadas a esse pedido, a informação na revelação precedente deverá controlá-las. A revelação precedente, dada com a finalidade de permitir aquele de habilidade comum na técnica praticar a revelação reivindicada, não deve ser interpretada como limitadora do escopo da revelação, que é definida pelas reivindicações e todos os equivalentes a isso.

Claims

1. Método de preparação de partículas abrasivas, o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: fornecer uma pasta fluida compreendendo partículas sólidas não coloidais e um veículo líquido, em que pelo menos algumas das partículas sólidas não coloidais compreendem pelo menos um dentre alfa alumina ou um precursor de alfa alumina, e em que as partículas sólidas não coloidais compreendem pelo menos 30 por cento em volume da pasta fluida; formar pelo menos uma porção da pasta fluida em corpos conformados que entram em contato com um substrato, em que os corpos conformados são formados substancialmente de acordo com um formato predeterminado; pelo menos parcialmente, secar os corpos conformados para fornecer partículas precursoras abrasivas conformadas; separar pelo menos uma porção das partículas precursoras abrasivas conformadas a partir do substrato; e sinterizar pelo menos uma porção das partículas precursoras abrasivas conformadas em partículas abrasivas conformadas, em que cada das partículas abrasivas conformadas compreende uma pirâmide trigonal truncada, em que as partículas abrasivas conformadas compreendem alfa alumina, em que a alfa alumina tem um tamanho médio de grãos de cristal de 0,8 a 8 mícrons e uma densidade aparente que é pelo menos 92 por cento da densidade verdadeira; e em que as partículas abrasivas conformadas contêm de 0,03 a 0,25 por cento de óxido de sódio com base no peso total das partículas abrasivas conformadas.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas precursoras de alfa alumina não coloidais compreendem óxido de alumínio em pó.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas precursoras de alfa alumina não coloidais compreendem partículas de tri-hidrato de alumínio moídas.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas precursoras de alfa alumina não coloidais têm um diâmetro médio de partícula de pelo menos 0,2 mícrons.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a pasta fluida compreende ainda um espessante.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o espessante compreende boemita coloidal.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas precursoras de alfa alumina não coloidais compreendem pelo menos 40 por cento em volume da pasta fluida.

8. Partículas abrasivas conformadas, CARACTERIZADAS pelo fato de que compreendem alfa alumina, em que que a alfa alumina tem um tamanho médio de grãos de cristal de 0,8 a 8 mícrons, em que a alfa alumina tem uma densidade aparente que é pelo menos 92 por cento da densidade verdadeira, em que cada das partículas abrasivas conformadas compreende uma pirâmide trigonal truncada, e em que as partículas abrasivas conformadas se adaptam a um formato nominal predeterminado, em que as partículas abrasivas conformadas contêm de 0,03 a 0,25 por cento de óxido de sódio com base no peso total das partículas abrasivas conformadas.

9. Partículas abrasivas conformadas, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADAS pelo fato de que cada superfície respectiva compreende ainda pelo menos quatro bordas, em que a largura média de cada borda varia de cerca de 5 a 20 mícrons e a razão da largura média de cada borda para o tamanho médio de grãos de cristal está em uma faixa de 1 a 25.

10. Partículas abrasivas conformadas, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, CARACTERIZADAS pelo fato de que as partículas abrasivas conformadas contêm de 0,03 a 0,25 por cento de óxido de sódio com base no peso total das partículas abrasivas conformadas.

11. Artigo abrasivo, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende partículas abrasivas conformadas retidas em um ligante, em que as partículas abrasivas conformadas compreendem alfa alumina, em que a alfa alumina tem um tamanho médio de grãos de cristal de 0,8 a 8 mícrons, em que a alfa alumina tem uma densidade aparente que é pelo menos 92 por cento da densidade verdadeira, em que cada das partículas abrasivas conformadas compreende uma pirâmide trigonal truncada e em que as partículas abrasivas conformadas se adaptam a um formato nominal predeterminado; e em que as partículas abrasivas conformadas contêm de 0,03 a 0,25 por cento de óxido de sódio com base no peso total das partículas abrasivas conformadas.

12. Método de abrasão de uma peça de trabalho, o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende colocar em contato o artigo abrasivo, conforme definido na reivindicação 11, com a peça de trabalho, e mover pelo menos um de artigo abrasivo ou a peça de trabalho em relação a outra para fazer a abrasão de pelo menos uma porção da peça de trabalho.