BR112017014170B1

BR112017014170B1 - Agregados de diamante com aglutinante vitrificado

Info

Publication number: BR112017014170B1
Application number: BR112017014170-1A
Authority: BR
Inventors: Jianna Wang; Timothy E. Scoville
Original assignee: Saint-Gobain Abrasifs; Saint-Gobain Abrasives, Inc
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2015-12-31
Publication date: 2022-05-10
Also published as: US9926477B2; EP3240853A4; BR112017014170A2; WO2016109786A1; EP3240853A1; EP3240853B1; CA2972440C; US20160194540A1; CA2972440A1

Abstract

AGREGADOS DE DIAMANTE COM AGLUTINANTE VITRIFICADO. A presente divulgação se refere a agregados abrasivos constituídos por partículas abrasivas numa composição aglutinante vítrea e métodos de fabricação e uso de tais agregados abrasivos, incluindo em artigos abrasivos. Os agregados abrasivos podem incluir partículas modificadoras. Os agregados abrasivos podem incluir uma camada de partículas externas em pelo menos uma porção da superfície externa do agregado abrasivo.

Description

CAMPO TÉCNICO

[1] A presente descrição se refere a agregados abrasivos de diamante com um aglutinante vitrificado e métodos de fabricação e uso desses agregados abrasivos, inclusive em artigos abrasivos.

[2] As ferramentas abrasivas podem usar um abrasivo para moldar ou dar acabamento a uma peça de trabalho desgastando, como por meio de fricção ou moagem, de uma porção do material que forma a peça de trabalho. O abrasivo pode incluir grãos abrasivos contidos dentro de um material aglutinante. Os grãos abrasivos podem incluir grãos superabrasivos (por exemplo, diamante) para proporcionar desempenho de moagem superior em uma variedade de materiais. Existe a necessidade de um abrasivo melhorado ou uma ferramenta abrasiva, incluindo grãos superabrasivos.

[3] Os produtos abrasivos, como abrasivos revestidos, abrasivos ligados, abrasivos não tecidos e abrasivos livres são usados em várias indústrias para abradar peças de trabalho, como por exemplo, por lapidação, moagem ou polimento. O processamento de superfície usando produtos abrasivos abrange um amplo escopo industrial desde a remoção inicial de material grosseiro até o acabamento de alta precisão e polimento de superfícies a um nível submicrométrico. O processamento superficial eficaz e eficiente de superfícies extremamente difíceis, como superfícies metálicas, superfícies cerâmicas e superfícies híbridas cerâmicas metálicas, coloca inúmeros desafios, incluindo como obter altas taxas de remoção de materiais. Portanto, a indústria continua a demandar produtos abrasivos melhorados.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[4] As modalidades são ilustradas por meio de exemplos e não estão limitadas às figuras anexas.

[5] A FIG. 1 é uma ilustração de uma modalidade de um agregado abrasivo que compreende partículas abrasivas de diamante e uma composição aglutinante vítrea.

[6] A FIG. 2 é uma ilustração de uma modalidade de um agregado abrasivo que compreende partículas abrasivas de diamante, partículas modificadoras, poros e uma composição aglutinante vítrea.

[7] A FIG. 3 é uma ilustração de uma modalidade de um agregado abrasivo que compreende partículas abrasivas de diamante, um aglutinante vítreo e uma camada de partículas de carboneto de silício dispostas na superfície externa do agregado abrasivo.

[8] A FIG. 4 é um diagrama de fluxo do processo de uma modalidade de um método de fabricação de um agregado abrasivo.

[9] A FIG. 5 é uma fotografia de barras de material agregado abrasivo formado de acordo com uma modalidade.

[10] A FIG. 6A é uma imagem de agregados abrasivos de acordo com uma modalidade.

[11] A FIG. 6B é uma imagem em seção transversal dos agregados abrasivos mostrados na FIG. 6A.

[12] A FIG. 7A é uma imagem de agregados abrasivos de acordo com uma modalidade.

[13] A FIG. 7B é uma imagem em seção transversal dos agregados abrasivos mostrados na FIG. 7A.

[14] A FIG. 8A é uma imagem de agregados abrasivos de acordo com uma modalidade.

[15] A FIG. 8B é uma imagem em seção transversal dos agregados abrasivos mostrados na FIG. 8A.

[16] A FIG. 9 é uma imagem de agregados abrasivos de acordo com uma modalidade.

[17] A FIG. 10 é uma imagem de agregados abrasivos de acordo com uma modalidade.

[18] A FIG. 11 é uma imagem de agregados abrasivos de acordo com uma modalidade.

[19] FIG. 12 é um gráfico que compara o desempenho abrasivo de uma roda não tecida que inclui os agregados abrasivos da invenção, de acordo com uma modalidade, com o desempenho abrasivo de rodas não tecidas que incluem diamantes convencionais.

[20] A FIG. 13A é uma imagem de agregados abrasivos de acordo com uma modalidade.

[21] A FIG. 13B é uma imagem em seção transversal dos agregados abrasivos mostrados na FIG. 13A.

[22] A FIG. 14A é uma imagem de agregados abrasivos de acordo com uma modalidade.

[23] A FIG. 14B é uma imagem em seção transversal dos agregados abrasivos mostrados na FIG. 14A.

[24] A FIG. 15 é uma imagem de uma mistura de acordo com uma modalidade de partículas abrasivas, composição aglutinante vítrea e aglutinante orgânico aquoso.

[25] A FIG. 16 é uma imagem de grânulos de precursor de agregados abrasivos, de acordo com uma modalidade, formados a partir da mistura mostrada na FIG. 15.

[26] A FIG. 17 é uma imagem de agregados abrasivos, de acordo com uma modalidade, formados a partir dos grânulos de precursor de agregados abrasivos mostrados na FIG. 16.

[27] A FIG. 18 é uma imagem em seção transversal dos agregados abrasivos mostrados na FIG. 17.

[28] A FIG. 19 é um gráfico que compara o desempenho abrasivo de rodas de moagem não tecidas convencionais, que incluem diamante livre com rodas de moagem não tecidas da invenção, que incluem modalidades de agregados abrasivos mostradas na FIG. 17.

[29] A FIG. 20 é uma fotografia que mostra uma roda abrasiva não tecida da invenção, configurada para conduzir um teste de ângulo de 90 graus que inclui os agregados abrasivos da invenção mostrados na FIG. 17.

[30] Os versados na técnica apreciarão que os elementos nas figuras são ilustrados por simplicidade e clareza e não foram necessariamente desenhados em escala. Por exemplo, as dimensões de alguns dos elementos nas figuras podem ser exageradas em relação a outros elementos para ajudar a melhorar a compreensão das modalidades da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

[31] A descrição a seguir em combinação com as figuras é fornecida para auxiliar na compreensão dos ensinamentos aqui descritos. A discussão a seguir incidirá sobre implementações específicas e modalidades dos ensinamentos. Este foco é fornecido para auxiliar na descrição dos ensinamentos e não deve ser interpretado como uma limitação no escopo ou aplicabilidade dos ensinamentos. No entanto, outras modalidades podem ser usadas com base nos ensinamentos como revelado nesta descrição.

[32] Os termos "compreende", "compreendendo", "inclui", "incluindo", "tem", "tendo" ou qualquer outra variação, destinam-se a cobrir uma inclusão não exclusiva. Por exemplo, um método, artigo ou aparelho que compreende uma lista de recursos não é necessariamente limitado apenas a esses recursos, mas pode incluir outros recursos não expressamente listados ou inerentes a esse método, artigo ou aparelho. Além disso, a menos que expressamente declarado o contrário, "ou" se refere a um inclusivo ou não a um exclusivo ou. Por exemplo, uma condição A ou B é satisfeita por qualquer um dos seguintes: A é verdadeiro (ou presente) e B é falso (ou não está presente), A é falso (ou não está presente) e B é verdadeiro (ou presente) e tanto A quanto B são verdadeiros (ou presentes).

[33] Além disso, o uso de "um" ou "uns" é usado para descrever os elementos e componentes aqui descritos. Isto é feito apenas por conveniência e dar um sentido geral do escopo da invenção. Esta descrição deve ser lida para incluir um, pelo menos um, ou o singular, como também o plural, ou vice-versa, a menos que expressamente declarado o contrário. Por exemplo, quando um único item é descrito aqui, mais de um item pode ser usado no lugar de um único item. Da mesma forma, onde mais de um item está descrito aqui, um único item pode ser substituído por mais de um item.

[34] Tal como aqui usado, o termo "agregado" pode ser usado para se referir a uma partícula feita de uma pluralidade de partículas menores que foram combinadas de tal maneira que é relativamente difícil separar ou desintegrar a partícula agregada em partículas menores pela aplicação de pressão ou agitação. Isto contrasta com o termo "aglomerado", tal como aqui usado para se referir a uma partícula constituída por uma pluralidade de partículas menores que foram combinadas de tal maneira que é relativamente fácil separar a partícula aglomerada ou desintegrar o aglomerado de partícula de volta em partículas menores, como pela aplicação de pressão ou agitação manual.

[35] A menos que declarado o contrário, todos os termos técnicos e científicos aqui usados têm o mesmo significado que comumente entendido por um versado na técnica a que pertence esta invenção. Os materiais, métodos e exemplos são apenas ilustrativos e não se destinam a ser limitativos. Na medida em que não está aqui descrito, muitos detalhes sobre materiais específicos e etapas de processamento são convencionais e podem ser encontrados em livros didáticos e outras fontes dentro das técnicas abrasivas.

[36] A FIG. 1 mostra uma ilustração de uma seção transversal de um agregado abrasivo 100 compreendendo uma composição aglutinante vítrea 101 e partículas abrasivas 103 dispersas na composição aglutinante vítrea, em que as partículas abrasivas são diamantes.

[37] A FIG. 2 mostra uma ilustração de uma seção transversal de um agregado abrasivo 200 compreendendo uma composição aglutinante vítrea 201 com partículas abrasivas 203, partículas modificadoras 205 e poros 207 dispersos na composição aglutinante vítrea, em que as partículas abrasivas são diamantes.

[38] A FIG. 3 mostra uma ilustração de uma seção transversal de um agregado abrasivo 300 compreendendo uma composição aglutinante vítrea 301 com partículas abrasivas 303 dispersas na composição aglutinante vítrea, em que as partículas abrasivas são diamantes. Uma camada de partículas de carboneto 309, tais como partículas de carboneto de silício, está disposta em pelo menos uma porção da superfície externa do agregado. Em certas modalidades, toda a superfície externa do agregado abrasivo é revestida com partículas de carboneto.

[39] A FIG. 4 mostra um diagrama de fluxo do processo de uma modalidade de um método de fabricação 400 de um agregado abrasivo. A etapa 402 inclui misturar em conjunto uma pluralidade de partículas abrasivas e uma composição aglutinante vítrea para formar uma mistura, em que as partículas abrasivas são diamantes. A etapa 406 inclui a moldar a mistura para formar uma pluralidade de grânulos de precursor de agregados abrasivos. A etapa 410 inclui sinterizar os grânulos de precursor de agregados abrasivos para formar uma pluralidade de agregados abrasivos. Opcionalmente, a etapa 402 inclui misturar uma ou mais partículas modificadoras em conjunto com as partículas abrasivas e a composição aglutinante vítrea para formar a mistura antes de moldar da mistura. Opcionalmente, a etapa 408 inclui revestir os grânulos de precursor de agregados com partículas de carboneto antes de sinterizar os grânulos de precursor de agregados. Opcionalmente, a etapa 412 inclui classificar os agregados abrasivos após a sinterização.

Agregados abrasivos

[40] Um agregado abrasivo compreende uma composição aglutinante vítrea e partículas abrasivas dispersas na composição aglutinante vítrea, em que as partículas abrasivas são diamantes. Em uma modalidade, o agregado abrasivo pode ainda compreender uma ou mais partículas modificadoras dispersas na composição aglutinante vítrea. Em outra modalidade, o agregado abrasivo pode ainda compreender uma camada de partículas de carboneto dispostas em pelo menos uma porção da superfície externa do agregado abrasivo.

Partículas abrasivas

[41] As partículas abrasivas podem ser partículas de diamante (também aqui referidas como "diamantes"), partículas de nitreto de boro cúbico ou combinações das mesmas. Em uma modalidade, as partículas abrasivas são diamantes. Os diamantes podem ser monocristalinos, policristalinos ou uma combinação dos mesmos. Os diamantes podem ser diamantes naturais, diamantes sintéticos, diamantes revestidos de metal, diamantes revestidos com resina ou combinações dos mesmos. Os diamantes podem estar em uma faixa de tamanho particular, em conformidade com uma distribuição de tamanho particular, ou uma combinação dos mesmos. Em uma modalidade, os diamantes estão em uma faixa de tamanho não menor que 1 mícron e não maior que 2.000 mícrons. Em uma modalidade particular, os diamantes estão em uma faixa de tamanhos de 100 a 130 mícrons, tal como de 105 a 125 mícrons.

Partículas modificadoras

[42] Se desejado, o agregado abrasivo pode compreender uma ou mais partículas modificadoras. Em uma modalidade particular, o agregado abrasivo não inclui partículas modificadoras. Em outra modalidade, o agregado abrasivo inclui uma ou mais partículas modificadoras. As partículas modificadoras podem ser iguais ou diferentes. Quando incluídas, as partículas modificadoras são dispersas dentro da composição aglutinante vítrea juntamente com as partículas abrasivas e podem afetar certas propriedades de desempenho físico e abrasivo do agregado abrasivo. Em uma modalidade, as partículas modificadoras podem ser partículas de carboneto de silício, partículas de cério, partículas de alumina ou uma combinação dos mesmos. As partículas modificadoras podem estar em uma faixa de tamanho particular, em conformidade com uma distribuição de tamanhos específica, ou uma combinação dos mesmos. Em uma modalidade, a faixa de tamanhos de partículas modificadoras pode estar em uma faixa de 0,1 a 15% do tamanho de partícula abrasiva. Em uma modalidade, as partículas modificadoras estão em uma faixa de tamanhos não menor que 0,5 mícron e não maior que 100 mícrons. Em uma modalidade, as partículas modificadoras incluem partículas de carboneto de silício em uma faixa de tamanhos não menor que 1 mícron e não maior que 100 mícrons. Em outra modalidade, as partículas modificadoras incluem partículas de cério em uma faixa de tamanhos não menor que 1 mícron e não maior que 100 mícrons. Em outra modalidade, as partículas modificadoras incluem partículas de óxido de alumínio em uma faixa de tamanhos não menor que 1 mícron e não maior que 100 mícrons.

Composição aglutinante vítrea

[43] O agregado abrasivo inclui uma composição aglutinante vítrea (também referida aqui como uma composição aglutinante de vidro, composição de aglutinante de vidro ou aglutinante de vidro). A composição aglutinante vítrea é uma composição de vidro que pode compreender óxidos ácidos, óxidos anfóteros, óxidos alcalinos, óxidos neutros ou uma combinação dos mesmos. Os óxidos ácidos são óxidos com a fórmula geral RO ou RO2, em que R é uma porção de metal ou de metal de transição. Os óxidos ácidos podem incluir dióxido de silício (sílica) (SiO2), óxido de manganês (IV) (MnO2), trióxido de molibdênio (molibdita) (MoO3), pentóxido de fósforo (P2O5), dióxido de titânio (titânia) (TiO2), óxido de vanádio (V) (V2O5) e dióxido de zircônio (ZrO2), ou s combinações dos mesmos. Alcalinos (também conhecido como "óxidos básicos" ou "fluxo") são óxidos com a fórmula RxO, em que R é um metal ou uma porção de metal de transição. Em uma modalidade, os óxidos alcalinos podem incluir óxido de cobalto (II), óxido de cobre (II) (óxido cúprico) (CuO), óxido de níquel (II), óxido de estrôncio (estrôncia) (SrO), óxido de magnésio (magnésia) (MgO), óxido de cálcio (cálcia) (CaO), óxido de lítio (lítia) (Li2O), óxido de bário (bária) (BaO), óxido de zinco (calamina) (ZnO), óxido de sódio (Na2O), óxido de potássio (potassa) (K2O) e combinações dos mesmos. Os óxidos anfóteros são óxidos com a fórmula geral R2O3, em que R é um radical metal ou porção de metal de transição. Em uma modalidade, as espécies anfotéricas podem incluir trióxido de boro (bória) (B2O3), óxido de cromo (III) (crômia) (Cr2O3), óxido de ítrio (III) (ítria) (Y2O3), óxido de ferro (III) (Fe2O3) e óxido de alumínio (alumina) (Al2O3) e combinações dos mesmos. A quantidade de óxidos ácidos, óxidos básicos e óxidos anfóteros na composição aglutinante vítrea pode variar. Em uma modalidade, com base no peso da composição aglutinante vítrea, a composição aglutinante vítrea compreende cerca de 40% em peso a 65% em peso de óxidos de ácido combinados totais. Em uma modalidade, com base no peso da composição aglutinante vítrea, a composição aglutinante vítrea compreende cerca de 15% em peso a 30% em peso de óxidos anfóteros combinados totais. Em uma modalidade, com base no peso da composição aglutinante vítrea, a composição aglutinante vítrea compreende cerca de 15% em peso a 25% em peso de óxidos básicos combinados totais.

[44] Em uma modalidade, com base no peso da composição aglutinante vítrea, a quantidade de dióxido de silício pode ser inferior a 40% em peso, tal como não menor que cerca de 45% em peso, não menor que cerca de 50% em peso ou não menor que cerca de 55% em peso. Em uma outra modalidade, com base no peso da composição aglutinante vítrea, a quantidade de dióxido de silício pode não ser superior a 80% em peso, tal como não maior que 75% em peso, não maior que 70% em peso ou não maior que 65% em peso. A quantidade de dióxido de silício pode estar dentro de uma faixa compreendendo qualquer par dos limites superiores e inferiores anteriores. Em uma modalidade particular, com base no peso da composição aglutinante vítrea, a quantidade de dióxido de silício pode estar em uma faixa não menor que 45% em peso a não maior que 75% em peso, tal como 50% em peso a 70% em peso. Em uma modalidade específica, com base no peso da composição aglutinante vítrea, a quantidade de dióxido de silício pode ser de 55% em peso a 60% em peso ou 60% em peso a 65% em peso.

[45] Em uma modalidade, com base no peso da composição aglutinante vítrea, a quantidade de trióxido de boro pode não ser inferior a 1% em peso, tal como não menor que cerca de 2% em peso, não menor que cerca de 3% em peso, não menor que cerca de 4% em peso, ou não menor que cerca de 5% em peso. Em uma outra modalidade, com base no peso da composição aglutinante vítrea, a quantidade de trióxido de boro pode não ser superior a 80% em peso, tal como não maior que 75% em peso, não maior que 70% em peso, ou não maior que 65% em peso. A quantidade de trióxido de boro pode estar dentro de uma faixa compreendendo qualquer par dos limites superiores e inferiores anteriores. Em uma modalidade particular, com base no peso da composição aglutinante vítrea, a quantidade de trióxido de boro pode estar em uma faixa não menor que 45% em peso não maior que 75% em peso, tal como 50% em peso a 70% em peso. Em uma modalidade específica, com base no peso da composição aglutinante vítrea, a quantidade de trióxido de boro pode ser de 55% em peso a 60% em peso ou 60% em peso a 65% em peso.

[46] A composição aglutinante vítrea pode possuir uma quantidade particular de metal de transição, que pode variar. Em uma modalidade, com base no peso da composição aglutinante vítrea, a composição aglutinante vítrea compreende não menor que 1% em peso e não maior que 15% em peso de metal de transição.

[47] A composição aglutinante vítrea pode ter uma temperatura de transição vítrea particular, temperatura de sinterização ou uma combinação das mesmas. Em uma modalidade, a composição aglutinante vítrea possui uma temperatura de sinterização (Ts) em uma faixa de 550°C a 800°C. Em uma modalidade, a composição aglutinante vítrea tem uma temperatura de transição vítrea (Tg) em uma faixa de 490°C a 700°C.

Composição agregada abrasiva

[48] A composição dos principais componentes dos agregados abrasivos (isto é, composição aglutinante vítrea, partículas abrasivas e partículas modificadoras) pode variar dentro de certas faixas. A quantidade de composição aglutinante vítrea que compreende o agregado abrasivo pode ser variada. Em uma modalidade, a composição aglutinante vítrea compreende não menor que 1% em peso e não maior que 90% em peso do peso do agregado abrasivo, tal como não menor que 5% em peso e não maior que 85% em peso ou não menor que 6% em peso e não maior que 75% em peso do peso do agregado abrasivo. A quantidade de partícula abrasiva compreendendo o agregado abrasivo pode variar. Em uma modalidade, a quantidade de partículas abrasivas pode compreender não menor que 15% em peso e não maior que 99% em peso do peso do agregado abrasivo. A quantidade de uma ou mais partículas modificadoras nos agregados abrasivos pode variar. A uma ou mais partículas modificadoras podem compreender não menor que 0,5% em peso e não superiores a 15% em peso do peso do agregado abrasivo.

[49] Em uma modalidade, a quantidade de partículas abrasivas que compreende o agregado abrasivo não pode ser inferior a 10% em peso, tal como não menor que cerca de 15% em peso, não menor que cerca de 20% em peso, não menor que cerca de 25% em peso, nem inferior do que cerca de 30% em peso, não menor que cerca de 40% em peso, ou não menor que cerca de 45% em peso. Em outra modalidade, a quantidade de partículas abrasivas que compreende o agregado abrasivo não pode ser superior a 99% em peso, tal como não maior que 95% em peso, não maior que 90% em peso, não maior que 85% em peso, não maior que 80% em peso, não maior que 75% em peso, não maior que 70% em peso, ou não maior que 65% em peso. A quantidade de partículas abrasivas pode estar dentro de uma faixa compreendendo qualquer par dos limites superior e inferior anteriores. Em uma modalidade particular, a quantidade de partículas abrasivas pode estar em uma faixa não menor que 10% em peso e não maior que 99% em peso, tal como 15% em peso a 95% em peso, ou 20% em peso a 90% em peso. Em uma modalidade específica, a quantidade de partículas abrasivas pode ser de 15% em peso a 30% em peso, 45% em peso a 55% em peso, 60% em peso a 70% em peso ou 85% em peso a 90% em peso.

[50] Em uma modalidade, a quantidade de composição aglutinante vítrea compreendendo o agregado abrasivo pode ser não menor que 1% em peso, tal como não menor que cerca de 3% em peso, não menor que cerca de 5% em peso, não menor que cerca de 10% em peso, não menor que cerca de 15% em peso, não menor que cerca de 20% em peso, ou não menor que cerca de 25% em peso. Em outra modalidade, a quantidade de composição aglutinante vítrea compreendendo o agregado abrasivo pode ser não maior que 80% em peso, tal como não maior que 75% em peso, não maior que 70% em peso, não maior que 65% em peso, não maior que 60% em peso, não maior que 55% em peso, não maior que 50% em peso, ou não maior que 45% em peso. A quantidade de composição aglutinante vítrea pode estar dentro de uma faixa compreendendo qualquer par dos limites superiores e inferiores anteriores. Em uma modalidade particular, a quantidade de composição aglutinante vítrea pode estar em uma faixa não menor que 1% em peso a não maior que 75% em peso, tal como 3% em peso a 70% em peso, ou 5% em peso a 65% em peso. Em uma modalidade específica, a quantidade de composição aglutinante vítrea pode ser de 5% em peso a 15% em peso, 25% em peso a 35% em peso, 45% em peso a 55% em peso ou 65% em peso a 75% em peso.

[51] Em uma modalidade, a quantidade de partículas modificadoras que compreende o agregado abrasivo pode ser de 0% em peso (isto é, o agregado abrasivo compreende essencialmente apenas partículas abrasivas e composição aglutinante vítrea). Em outra modalidade, a quantidade de partículas modificadoras que compreende o agregado abrasivo pode ser não menor que 0,5% em peso, tal como não menor que cerca de 1% em peso, não menor que cerca de 1,5% em peso, não menor que cerca de 2% em peso, não menor que cerca de 2,5% em peso, ou não menor que cerca de 3% em peso. Em outra modalidade, a quantidade de partículas modificadoras que compreende o agregado abrasivo pode ser não maior que 15% em peso, tal como não maior que 13% em peso, não maior que 10% em peso, não maior que 8% em peso, não maior que 7% em peso, ou não maior que 5% em peso. A quantidade de partículas modificadoras pode estar dentro de uma faixa compreendendo qualquer par dos limites superiores e inferiores anteriores. Em uma modalidade particular, a quantidade de partículas modificadoras pode estar em uma faixa não menor que 1% em peso a não superior 15% em peso, tal como 1% em peso a 7% em peso, ou 1% em peso a 5% em peso.

Tamanho do agregado

[52] O agregado abrasivo pode estar em uma faixa de tamanhos particular, em conformidade com uma distribuição de tamanho particular, ou uma combinação dos mesmos. Em uma modalidade, a faixa de tamanhos do agregado abrasivo pode estar em uma faixa não menor que 2 mícrons, tal como não menor que 5 mícrons, não menor que 10 mícrons, não menor que 20 mícrons, não menor que 50 mícrons, não menor que 75 mícrons, não menor que 90 mícrons, não menor que 100 mícrons, não menor que 125 mícrons, não menor que 140 mícrons, não menor que 150 mícrons. Em uma modalidade, o agregado abrasivo pode ter uma faixa de tamanhos não maior que 10.000 mícrons, tal como não maior que 7.500 mícrons, não maior que 5.000 mícrons, não maior que 4.000 mícrons, não maior que 2.000 mícrons, não maior que 1.800 mícrons, não maior que 1.500 mícrons, não maior que 1.200 mícrons, não maior que 1.000 mícrons, não maior que 900 mícrons, não maior que 800 mícrons, não maior que 700 mícrons, ou não maior que 600 mícrons. O tamanho do agregado abrasivo pode estar dentro de uma faixa compreendendo qualquer par dos limites superiores e inferiores anteriores. Em uma modalidade particular, o tamanho do agregado abrasivo pode estar em uma faixa não menor que 2 mícrons a não maior que 4000 mícrons.

Camada de revestimento agregado

[53] Se desejado, pelo menos uma porção da superfície externa do agregado abrasivo pode ser revestida com partículas da camada externa, tais como partículas de carboneto, partículas de alumina ou uma combinação das mesmas. Em uma modalidade, nenhuma porção do agregado abrasivo é revestida com uma camada externa de partículas de carboneto ou partículas de alumina. Em outra modalidade, pelo menos uma porção da superfície externa do agregado abrasivo pode ser revestida com partículas de carboneto, partículas de alumina ou uma combinação das mesmas. A quantidade da superfície do agregado que é revestida com partículas de carboneto, partículas de alumina ou uma combinação das mesmas pode variar. Em uma modalidade, a porção da superfície externa do agregado abrasivo que é revestida com as partículas é não menor que 5% e não maior que 100% da superfície externa do agregado abrasivo.

[54] As partículas da camada externa podem variar em tamanho. Em uma modalidade, as partículas da camada externa podem estar em uma faixa de tamanhos não menor que 1 mícron e não maior que 100 mícrons.

[55] O tamanho das partículas da camada externa pode ter uma certa relação com o tamanho do agregado abrasivo. Em uma modalidade, o tamanho das partículas da camada externa está em uma faixa de proporção particular com o tamanho do agregado abrasivo (tamanho camada externa: tamanho agregado). Em uma modalidade particular, a proporção do tamanho das partículas da camada externa para o agregado abrasivo (tamanho camada externa: tamanho agregado) está em uma faixa de 1: 500 a 1:20.

[56] As partículas de carboneto podem incluir carboneto de boro, carboneto de silício, carboneto de tungstênio e combinações dos mesmos. Em uma modalidade, as partículas de carboneto são partículas de carboneto de silício.

Propriedades dos agregados

[57] Os agregados abrasivos podem possuir propriedades e características benéficas. Os agregados abrasivos podem ter uma densidade compactada livre benéfica em uma faixa particular. Em uma modalidade, os agregados abrasivos têm uma densidade compactada livre em uma faixa não menor que 0,5 g/cm3 a não maior que 3,5 g/cm3. Em uma modalidade específica, os agregados abrasivos têm uma densidade compactada livre em uma faixa não menor que 2,75 g/cm3 a não menor que 3,0 g/cm3.

[58] O agregado abrasivo pode ter uma porosidade benéfica em uma faixa particular. Em uma modalidade, os agregados abrasivos têm uma porosidade em uma faixa de 5% a 85%, medida por porosimetria por mercúrio.

[59] O agregado abrasivo pode ter uma força de compressão benéfica (representada por % de compressão) em um intervalo particular. Em uma modalidade, os agregados abrasivos têm um valor em % de compressão não maior que 90%, tal como não maior que 85%, não maior que 80%, não maior que 75%, não maior que 70%, não maior que 65%, não maior que 60%, não maior que 55%, não maior que 50%, não maior que 45%, não maior que 40%, nem mesmo superior a 35%, em que a % de compressão é medida com uma carga de 5 MPa. A força de compressão pode ser medida em um tamanho de malha de peneira particular, tal como (-35/+45) ou - 40/+60) ou semelhantes.

Método de fabricação de um agregado abrasivo

[60] Em geral, o agregado pode ser feito fornecendo uma mistura formadora de agregados, processando a mistura formadora agregada em um precursor de agregado e processando o precursor de agregado no agregado.

[61] Voltando à FIG. 4, a etapa 402 inclui a misturar em conjunto uma pluralidade de partículas abrasivas e uma composição aglutinante vítrea para formar uma mistura; em que as partículas abrasivas são diamantes. Esta atividade pode ser realizada combinando um ou mais pós de fritura de vidro que contêm a combinação desejada de óxidos com diamantes. A mistura pode ser feita molhada (aquosa) ou seca. Em uma modalidade, a mistura é realizada com a ajuda de uma solução aquosa de polietileno glicol, que atua como um aglutinante orgânico temporário que permite a formação do pó de vidro e do diamante. Outros aglutinantes temporários orgânicos são conhecidos na técnica. Se desejado, como indicado na etapa 404, partículas modificadoras podem ser adicionadas à mistura de composição aglutinante vítrea e diamantes. A mistura adequada da composição aglutinante vítrea pode ser preparada por quaisquer métodos adequados conhecidos. Em uma modalidade, os ingredientes são misturados em conjunto usando um almofariz e pilão até uniformizar. Em outra modalidade, os ingredientes são misturados em conjunto usando um copo automatizado até uniformizar. Em outra modalidade, os ingredientes são combinados num misturador de moagem automático até uniformizar.

[62] A etapa 406 inclui moldar a mistura para formar uma pluralidade de grânulos de precursor de agregados abrasivos. A moldagem da mistura para formar uma pluralidade de grânulos de precursor de agregado abrasivo pode ser realizada por qualquer meio adequado para moldar uma mistura úmida em grânulos, incluindo a moldagem por triagem, prensagem, peneiramento, extrusão, segmentação, fundição, estampagem, corte ou uma combinação dos mesmos. Em particular, a mistura úmida pode ser moldada nos grânulos de precursor de agregados abrasivos empurrando, ou movendo de outra forma, a mistura úmida através de uma peneira ou tela.

[63] Uma atividade opcional adicional (não mostrada) é a secagem da pluralidade de grânulos de precursor de agregados. A secagem pode ser realizada a temperaturas abaixo da temperatura de cura esperada, como a temperatura ambiente, para remover a água da mistura, mas deixa os grânulos de precursor de agregados não imersos. Os grânulos de precursor de agregados secos podem ser armazenados para uso posterior. Os grânulos de precursor de agregado seco podem então ser sinterizados antes de serem usados ou incorporados num artigo abrasivo fixo. Em uma modalidade, a secagem da pluralidade de grânulos de precursor de agregados moldados é realizada.

[64] A etapa 410 inclui sinterizar os grânulos de precursor de agregados abrasivos para formar uma pluralidade de agregados abrasivos. A sinterização dos grânulos de precursor de agregados pode ser realizada por quaisquer métodos adequados conhecidos. A sinterização pode ser feita sob pressão ou à pressão ambiente. A atmosfera de sinterização pode ser uma atmosfera redutora se desejado. Em uma modalidade, os grânulos de precursor de agregados são inflamados com pó de grafite para evitar a oxidação. O calor pode ser aumentado em faixas, seguido de uma remoção de calor à temperatura ou temperaturas desejadas durante um período de tempo desejado, seguido de um período de resfriamento. Em uma modalidade, a sinterização é conseguida aumentando a temperatura até se atingir uma temperatura de sinterização desejada em uma faixa de 600°C a 800°C, os grânulos são embebidos a essa temperatura durante cerca de 1 a 5 horas e depois deixados arrefecer. Em outra modalidade, os grânulos do precursor são dispostos numa folha de grafite durante o processo de sinterização.

[65] Os depositantes observaram que, durante a sinterização, os grânulos do precursor podem perder a forma e fundir em conjunto, o que requer um resfriamento de pós- compressão adicional e tende a reduzir o rendimento de abrasivos utilizáveis produzidos (rendimento de cerca de 30-40%). Os depositantes descobriram surpreendentemente que o revestimento de pelo menos uma porção dos grânulos de precursor com uma camada de partículas de carboneto melhora substancialmente o rendimento dos agregados abrasivos (rendimento de cerca de 50% a mais de 90%). Portanto, em uma modalidade, a etapa 408 é realizada antes da sinterização, e o revestimento dos grânulos de precursor com uma camada de partículas de carboneto ocorre. A aplicação do revestimento de partículas de carboneto à superfície dos grânulos de precursor abrasivo pode ser realizada colocando a superfície dos grânulos de precursor em contato com as partículas de carboneto. Métodos adequados incluem despejar as partículas de carboneto na superfície dos grânulos do precursor, ou colocar os grânulos do precursor num recipiente com uma quantidade suficiente de partículas de carboneto para cobrir uma quantidade desejada de área de superfície dos grânulos de precursor. Em uma modalidade, a quantidade de partículas de carboneto usada para revestir uma porção dos grânulos de precursor é igual a 0,5 a 4 vezes o peso dos grânulos de precursor. Por outro lado, a proporção do peso das partículas de carboneto para os grânulos de precursor está na faixa de 0,5: 1 a 4: 1. Em uma modalidade alternativa, pelo menos uma porção do grânulo de precursor pode ser revestida com uma camada de partículas de óxido para melhorar o rendimento dos agregados abrasivos. As partículas de óxido podem incluir partículas de alumina. Em uma modalidade específica, pelo menos uma porção dos grânulos de precursor é revestida com partículas de alumina. Em outra modalidade específica, pelo menos uma porção dos grânulos de precursor é revestida com partículas que compreendem partículas de carboneto, partículas de óxido ou uma combinação dos mesmos. Opcionalmente, na etapa 412, os agregados abrasivos completos sinterizados podem ser classificados de acordo com o tamanho antes de serem usados como abrasivos livres ou sendo incorporados em um abrasivo fixo, como abrasivo revestido, abrasivo não tecido ou abrasivo aglutinados.

Abrasivos livres e artigos abrasivos

[66] Os agregados abrasivos completos podem ser usados como abrasivos livres (por exemplo, em uma pasta abrasiva ou como meio de explosão) ou incorporados em abrasivos fixos. Os abrasivos fixos incluem abrasivos aglutinados, abrasivos revestidos, abrasivos não tecidos, abrasivos projetados (também chamados abrasivos estruturados) e combinações dos mesmos. Em modalidade específicas, agregados abrasivos completos podem ser incorporados em rodas abrasivas aglutinadas, rodas abrasivas não tecidas, rodas abrasivas revestidas, correias abrasivas revestidas, folhas abrasivas revestidas, filmes abrasivos revestidos ou uma combinação dos mesmos.

[67] Em modalidades específicas, os artigos abrasivos fixos incluem artigos abrasivos não tecidos abertos (por exemplo, redes e folhas), rodas abrasivas unificadas (também chamadas "unitizadas" na técnica) e rodas abrasivas convolutas, que podem ser fabricadas por meio de processos que incluem etapas comuns conhecida na técnica tal como: revestir uma composição curável, tipicamente sob uma forma de pasta, numa rede de fibra não tecida. A composição curável pode compreender um pré-polímero polimérico; um curativo; e opcionalmente aditivos. Na formação de rodas abrasivas não tecidas, a rede de fibras não tecidas é tipicamente comprimida (isto é, densificada).

[68] As redes de fibras não tecidas adequadas para uso nos artigos abrasivos acima mencionados são bem conhecidas na técnica de abrasivos. Tipicamente, a rede de fibras não tecidas compreende uma rede emaranhada de fibras. As fibras podem compreender fibras contínuas, fibras descontínuas, ou uma combinação das mesmas. A rede de fibras pode ser feita com procedimentos de ar comprimido, cardado, com ligação por pontos, derivado por fiação, molhado, hidrogenado e/ou derretido por fusão.

[69] As redes de fibras não tecidas são tipicamente selecionadas para serem adequadamente compatíveis com aglutinantes aderentes e partículas abrasivas enquanto também são processáveis em combinação com outros componentes do artigo e, tipicamente, podem suportar condições de processamento (por exemplo, temperaturas) tais como as usadas durante a aplicação e a cura da composição curável. As fibras podem ser escolhidas para afetar propriedades do artigo abrasivo, como, por exemplo, flexibilidade, elasticidade, durabilidade ou longevidade, abrasividade e propriedades de acabamento. Exemplos de fibras que podem ser adequadas incluem fibras naturais, fibras sintéticas e misturas de fibras naturais e/ou sintéticas. A fibra pode ser homogênea ou um composto tal como uma fibra bi componente (por exemplo, uma fibra de núcleo de bainha cofiada). As fibras podem ser tensas e apertadas, mas também podem ser filamentos contínuos tais como os formados por um processo de extrusão. Podem também ser usadas combinações e misturas de fibras.

[70] Antes da impregnação com a composição curável, a rede de fibra não tecida tipicamente tem um peso específico por unidade de área (isto é, peso base) e espessura. Frequentemente, como é conhecido na técnica, é útil aplicar uma resina de pré- ligação à rede de fibra não tecida antes do revestimento com a composição curável. A resina de pré-ligação serve, por exemplo, para ajudar a manter a integridade da rede de fibra não tecida durante o manuseio, e também pode facilitar a ligação da composição aglutinante à rede de fibra não tecida. As resinas de pré-ligação adequadas (bloqueadas ou desbloqueadas) podem incluir resinas fenólicas, resinas de uretano, cola de couro, resinas acrílicas, resinas de ureia-formaldeído, resinas de melamina-formaldeído, resinas epóxi e suas combinações. A quantidade de resina pré-ligação é tipicamente ajustada em direção à quantidade mínima consistente com a união das fibras em seus pontos de contato de cruzamento. Em outra modalidade, a rede de fibra não tecida pode incluir fibras que podem ser ligadas termicamente, e a ligação térmica da rede de fibra não tecida pode ser útil para manter a integridade da rede durante o processamento.

[71] Opci onalmente, a composição curável pode ser misturada com e/ou incluir um ou mais aditivos. Os aditivos podem incluir enchimentos, plastificantes, tensoativos, lubrificantes, corantes (por exemplo, pigmentos), bactericidas, fungicidas, auxiliares de moagem e agentes antiestáticos.

[72] Em uma modalidade, uma rede abrasiva não tecida é preparada por aderência de agregados abrasivos da invenção como aqui descrito numa rede não tecida com um ligante curável. O peso do revestimento para os agregados abrasivos (independentemente de outros ingredientes na composição curável) pode depender do aglutinante particular usado, do processo para aplicação dos agregados abrasivos e do tamanho dos agregados abrasivos.

[73] Os aglutinantes úteis para aderir os agregados abrasivos à rede de fibra não tecida são conhecidos na técnica e podem ser selecionados de acordo com os requisitos finais do produto. Os aglutinantes típicos podem incluir aqueles que compreendem poliuretano, fenol, acrilato e combinações dos mesmos.

[74] Em uma modalidade particular, o artigo abrasivo é um artigo abrasivo não tecido que compreende: uma rede não tecida; um aglutinante disposto em (e/ou em toda) a rede não tecida e agregados abrasivos como aqui descritos dispostos no aglutinante.

[75] Muitos aspectos e modalidades diferentes são possíveis. Alguns desses aspectos e modalidades estão descritos abaixo. Depois de ler esta descrição, versados na técnica qualificados entenderão que esses aspectos e modalidades são apenas ilustrativos e não limitam o alcance da presente invenção. As modalidades podem estar de acordo com qualquer um ou mais dos itens conforme listado abaixo.

[76] Modalidade 1. Agregado abrasivo que compreende: uma composição aglutinante vítrea e partículas abrasivas dispersas na composição aglutinante vítrea, em que as partículas abrasivas são diamantes.

[77] Modalidade 2. O agregado abrasivo da modalidade 1, que compreende ainda uma ou mais partículas modificadoras dispersas na composição aglutinante vítrea.

[78] Modalidade 3. O agregado abrasivo da modalidade 1, que compreende ainda uma camada de partículas de carboneto dispostas em pelo menos uma porção da superfície externa do agregado abrasivo.

[79] Modalidade 4. Método de formação de um agregado abrasivo que compreende: misturar em conjunto uma pluralidade de partículas abrasivas e uma composição aglutinante vítrea para formar uma mistura; moldar a mistura para formar uma pluralidade de grânulos de precursor de agregados abrasivos; sinterizar os grânulos de precursor de agregados abrasivos para formar uma pluralidade de agregados abrasivos, em que as partículas abrasivas são diamantes.

[80] Modalidade 5. O agregado abrasivo da modalidade 1, em que composição aglutinante vítrea compreende não menor que 1% em peso e não maior que 85% em peso do peso do agregado abrasivo.

[81] Modalidade 6. O agregado abrasivo da modalidade 1, em que as partículas abrasivas compreendem não menor que 10% em peso e não maior que 99% em peso do peso do agregado abrasivo.

[82] Modalidade 7. O agregado da modalidade 2, em que a uma ou mais partículas modificadoras compreendem não menor que 0,5% em peso e não superiores a 15% em peso do peso do agregado abrasivo.

[83] Modalidade 8. O agregado abrasivo da modalidade 1, em que o agregado abrasivo tem uma densidade compactada livre em uma faixa não menor que 0,5 g/cm3 a não maior que 3,5 g/cm3.

[84] Modalidade 9. O agregado abrasivo da modalidade 1, em que o agregado abrasivo tem uma densidade compactada livre em uma faixa não menor que 2,75 g/cm3 a não menor que 3,0 g/cm3.

[85] Modalidade 10. O agregado abrasivo da modalidade 1, em que o agregado abrasivo tem uma porosidade em uma faixa de 5% a 75%, conforme medido por porosimetria por mercúrio.

[86] Modalidade 11. Os diamantes da modalidade 1, em que os diamantes estão em uma faixa de tamanhos não menor que 1 mícron e não maior que 2.000 mícrons.

[87] Modalidade 12. Os diamantes da modalidade 1, em que os diamantes são monocristalinos, policristalinos ou uma combinação dos mesmos.

[88] Modalidade 13. Os diamantes da modalidade 1, em que os diamantes são diamantes naturais, diamantes sintéticos, diamantes revestidos de metal, diamantes revestidos com resina ou combinações dos mesmos.

[89] Modalidade 14. As partículas modificadoras da modalidade 1, em que as partículas modificadoras são partículas de carboneto de silício, partículas de cério, partículas de alumina ou uma combinação dos mesmos.

[90] Modalidade 15. As partículas modificadoras da modalidade 1, em que as partículas modificadoras estão em uma faixa de tamanhos não menor que 0,5 mícron e não maior que 100 mícrons.

[91] Modalidade 16. As partículas modificadoras da modalidade 14, em que as partículas modificadoras incluem partículas de carboneto de silício em uma faixa de tamanhos não menor que 1 mícron e não maior que 100 mícrons.

[92] Modalidade 17. As partículas modificadoras da modalidade 14, em que as partículas modificadoras incluem partículas de cério em uma faixa de tamanhos não menor que 1 mícron e não maior que 100 mícrons.

[93] Modalidade 18. As partículas modificadoras da modalidade 14, em que as partículas modificadoras incluem partículas de óxido de alumínio em uma faixa de tamanhos não menor que 1 mícron e não maior que 100 mícrons.

[94] Modalidade 19. A composição aglutinante vítrea da modalidade 1, em que a composição aglutinante vítrea possui uma temperatura de sinterização (Ts) em uma faixa de 550°C a 800°C.

[95] Modalidade 20. A composição aglutinante vítrea da modalidade 1, em que a composição aglutinante vítrea possui uma temperatura de transição vítrea (Tg) em uma faixa de 490°C a 700°C.

[96] Modalidade 21. A composição aglutinante vítrea da modalidade 1, em que a composição aglutinante vítrea compreende não menor que 1% em peso e não maior que 15% em peso de metal de transição.

[97] Modalidade 22. A composição aglutinante vítrea da modalidade 1, em que a composição aglutinante vítrea compreende cerca de 40% em peso a 65% em peso de óxidos de ácido combinados totais, cerca de 15% em peso a 30% em peso de óxidos anfóteros combinados totais e cerca de 15% a 25% em peso de óxidos de base combinados totais e óxidos neutros.

[98] Modalidade 23. O agregado abrasivo da modalidade 3, em que a porção da superfície externa do agregado abrasivo que é revestida pelas partículas de carboneto é não menor que 5% e não maior que 100% da superfície externa do agregado abrasivo.

[99] Modalidade 24. O agregado abrasivo da modalidade 3, em que a proporção do tamanho das partículas de carboneto e o tamanho do agregado abrasivo (tamanho carboneto: tamanho agregado) está em uma faixa de 1: 500 a 1:50.

[100] Modalidade 25. O agregado abrasivo da modalidade 3, em que as partículas de carboneto são partículas de carboneto de silício.

[101] Modalidade 26. O método da modalidade 4, compreende ainda a mistura de uma ou mais partículas modificadoras em conjunto com as partículas abrasivas e uma composição aglutinante vítrea para formar a mistura antes da moldagem da mistura.

[102] Modalidade 27. O método da modalidade 4, compreende ainda revestir os grânulos de precursor de agregados com partículas de carboneto antes da sinterização dos grânulos de precursor de agregados.

[103] Modalidade 28. O método da modalidade 4, compreende ainda revestir os grânulos de precursor de agregados com partículas de carboneto antes da sinterização dos grânulos de precursor de agregados.

EXEMPLOS

[104] As propriedades e vantagens da presente descrição são ilustradas com mais detalhes nos seguintes exemplos não limitativos. A menos que declarado o contrário, as temperaturas são expressas em graus Celsius, a pressão é ambiente e as concentrações são expressas em porcentagens em peso.

[105] Listagem de componentes • Frita de vidro da marca DX200® (disponível em Saint- Gobain Abrasives em Worcester, MA, EUA). • Aglutinante de vidro da marca Pemco B6® (disponível da Saint-Gobain Abrasives em Worcester, MA, EUA). • Grão de óxido de alumínio da marca WA2500® de 5,5 μm (disponível na Graystar, LLC da Bluffton, SC, EUA). • Malha de diamante com ligação à resina de grão rígido 120/140 da marca ABC Mesh® (disponível em grãos e pós de Saint- Gobain Specialty em Olyphant, PA, EUA). • Solução de 33% de aglutinante de polietileno e glicol de marca 20M CARBOWAXTM (disponível na The Dow Chemical Company em Midland, MI, EUA). • Cério (comumente comercialmente disponível). • Carbono de silício J3000 (disponível na Graystar, LLC em Bluffton, SC, EUA). Exemplo 1 - Preparação das amostras S1-S3

[106] As amostras de agregados abrasivos (S1-S3) com uma quantidade diferente de aglutinante de vidro foram preparadas usando os materiais e os valores listados na Tabela 1. Tabela 1: Agregados abrasivos S1-S3

[107] As amostras 1-3 foram preparadas de acordo com o seguinte método:

[108] Todos os ingredientes, exceto os diamantes, o aglutinante orgânico foi misturado em um béquer com uma colher e depois selecionados com uma peneira de malha 140. Os diamantes foram adicionados e, em seguida, o aglutinante orgânico foi misturado com colher para obter uma mistura úmida uniforme. A mistura úmida foi então empurrada manualmente através de uma peneira de malha 20 para formar grânulos de precursor de agregados úmido. Os grânulos de precursor úmidos foram secos, depois selecionados com uma peneira de malha 20 e depois foram inflamados na presença de pó de grafite para evitar a oxidação. O perfil de chama foi uma rampa de 300°C/hora, mergulhada a 550°C durante 1 hora, depois 690°C durante 4 horas, depois resfriou.

[109] Os agregados inflamados para cada composição de amostra (S1-S3) fundiram-se em conjunto para formar barras, como mostrado na FIG. 5 da esquerda para a direita, respectivamente. É notável que as barras inflamadas mostradas na Figura 5 tiveram vários tons de cor cinza devido às várias concentrações de grãos de diamante. Como os diamantes têm uma cor preta, a cor das barras escurece à medida que a concentração do diamante aumenta. Portanto, S1, com cerca de 25% em peso de diamante, tinha a cor cinza mais clara, S2, com cerca de 48% em peso de diamante, tinha a cor cinza médio e S3, com cerca de 64% em peso de diamante, apresentava a cor cinza mais escura.

[110] As barras inflamadas foram então trituradas e peneiradas para coletar agregados abrasivos com um tamanho entre as malhas 25 e 80. Os agregados S1-S3 inflamados continham cerca de 1-5% em peso de SiC como modificador, que funcionava como indutor de poros. S1 também continha cerca de 5% em peso de partículas de cério de 5 μm, o que criou porosidade extra nos agregados inflamados. As propriedades medidas dos agregados inflamados são fornecidas abaixo na Tabela 2. Observe que a densidade compactada livre aumentou com o aumento da concentração de diamante e a adição de cério parece contribuir para o aumento da porosidade. Teste de compressão e densidade compactada livre

[111] Conforme descrito mais adiante, as amostras são submetidas ao teste de % de compressão da seguinte maneira. As amostras agregadas foram selecionadas em ou entre um tamanho de malha particular (por exemplo, entre as malhas 35 e 45); e uma quantidade fixa de cada amostra (por exemplo, 5 gramas) foi colocada numa matriz de uma polegada. A matriz foi então submetida a uma pressão de 5 MPa. O agregado coletado foi novamente selecionado e a quantidade que passou pelas peneiras de malha foi coletada e registrada. Quanto maior a porcentagem de material que passa pela (s) peneira (s), maior a quantidade de material que foi comprimido, indicando um agregado mais fraco.

[112] Para determinar a densidade compactada livre, o agregado inflamado é derramado através de um funil em um copo de 100 cc. Qualquer excesso de material é removido com uma lâmina e o copo é pesado. A densidade compactada livre é igual ao peso dividido pelo volume do copo.

[113] A % de compressão e a densidade compactada livre para as amostras são apresentados na tabela abaixo. Tabela 2: Propriedades de agregados inflamados S1-S3

[114] Imagens SEM dos agregados e seções transversais dos agregados inflamados são fornecidas: FIG. 6A e FIG. 6B para S1, FIG. 7A e FIG. 7B para S2, e a FIG. 8A e a FIG. 8B para S3.

Exemplo 2 - S4 e S5

[115] As amostras 4 e 5 foram preparadas da mesma forma que S3, acima no Exemplo 1, com a excepção de não ser usado SiC em S4 e S5, e um aglutinante de vidro diferente foi usado (aglutinante de vidro B em vez de aglutinante de vidro A) para S5. O aglutinante de vidro A e o aglutinante de vidro B se comparam da seguinte forma: aglutinante de vidro B: contém 7% de metal de transição; Tg = 509°C, Ts = 580°C; aglutinante de vidro A: contém 2% de metal de transição; Tg = 512°C; Ts = 580°C; e aglutinante de vidro B tem menor viscosidade e flui melhor do que a aglutinante de vidro A.

[116] S4 e S5 foram preparadas usando os materiais e os valores listados na Tabela 3. Tabela 3: Agregados abrasivos S4-S5

[117] S4 e S5 foram preparados de acordo com o mesmo método que o S3 acima no Exemplo 1, com a excepção de que, para S4 e S5, foi usado uma peneira de malha 60 para quebrar os grumos nos ingredientes mistos secos e o perfil de inflamação foi alterado para: rampa 180°C/hora, mergulhada a 750°C por 1 hora, depois arrefecido.

[118] A FIG. 9 mostra uma imagem SEM dos agregados inflamados de S4. A FIG. 10 mostra uma imagem SEM dos agregados inflamados de S5. Os agregados S4 e S5 ambos pareciam ter a mesma morfologia da superfície; no entanto, o teste de compressão em 5 MPa dos agregados inflamados com uma seção de tamanho da malha 35/45 mostrou que o agregado S4 tinha uma força de compressão de 76% e o agregado S5 era mais fraco com uma força de compressão de 90%. Tabela 4: Propriedades dos agregados inflamados S4-F5

Exemplo 3 - S6

[119] A amostra 6 foi preparada da mesma forma que S1 acima no Exemplo 1, com a excepção de que S6 inclui significativamente menos aglutinante de vidro do que S1.

[120] A S6 foi preparada usando os materiais e os valores listados na Tabela 5. Tabela 5: Agregados abrasivos S6

[121] O método para preparação da Amostra 6 é o seguinte. Primeiro, o aglutinante de vidro e o grão de diamante foram misturados em um misturador automatizado por 5 minutos. Sob agitação, o aglutinante orgânico foi adicionado para se obter uma mistura úmida consistente. Os grânulos de precursor úmido foram formados com Quadro Comil usando uma peneira de malha 7C032 (0,81 mm, equivalente a malha 20). A mistura úmida remanescente foi empurrada manualmente através de uma peneira de malha 20 para produzir grânulos de precursor úmido adicionais. Os grânulos de precursor úmido foram forma então secos, selecionados com malha 20 e inflamados com uma camada de grafite usando o seguinte perfil de inflamação: rampa de 180°C/h, mergulhada a 750°C durante 1 hora e arrefecido. Os grânulos de precursor derreteram-se em conjunto para formar um bloco de fogo, que foi então esmagado e peneirado para coletar agregados inflamados entre o tamanho da malha 25 e a malha 80.

[122] 1 kg de agregados de diamante com um tamanho na faixa de 0,18 mm a 0,75 mm foram produzidos (malha padrão EUA 25/80). A FIG. 11 é uma imagem SEM dos agregados inflamados produzidos para S6. Tabela 6: Propriedades dos Agregados de S6 inflamados

[123] A densidade compactada livre (LPD) da amostra 6 foi de 1,18 g/cc, e a resistência de compressão de 35/45 a 5 MPa foi de 68%. Tabela 7: Teste de abrasivo de rodas abrasivas não tecidas

[124] Além disso, a S6 foi testada para propriedades de moagem usando uma roda BearTex Unified. Os resultados do teste de moagem inicial em uma peça de trabalho de carboneto de tungstênio mostraram que S6 tinha uma remoção de material 26% maior do que o grão de diamante livre convencional. Veja a FIG. 12

Exemplo 4 - S7

[125] A amostra 7 foi feita usando os materiais e os valores listados na Tabela 8. Tabela 8: Agregados abrasivos S7

[126] A amostra 7 foi preparada de acordo com o seguinte método:

[127] Todos os ingredientes, exceto o aglutinante de vidro e o aglutinante orgânico, foram pesados em um frasco e misturados com um copo automatizado por 30 minutos. O aglutinante de vidro e o aglutinante orgânico foram então misturados com os outros ingredientes para formar uma mistura úmida uniforme. A mistura úmida foi selecionada com malha 30 e os grânulos de precursor formados foram secos num forno a 350°F durante 1 hora e depois secaram ao ar durante 8-12 horas.

[128] Os grânulos de precursor seco foram novamente selecionados com a malha 30 e depois colocados em um córrego raso sobre o leito de grão de óxido de alumínio (38A F320, 29 μm). Os córregos carregados foram colocados em um forno e inflamados com o perfil de inflamação: rampa a 180°C/h, mergulhados a 750°C por 1 hora. Após o ciclo de inflamação, os grânulos de precursor seco tornaram uma placa fina e sólida. A placa fina era um martelo esmagado em pedaços com um tamanho de 5-10 mm, que depois esmagou-se usando um triturador de dois rolos. Os agregados inflamados foram selecionados e recolhidos entre as malhas 30 e 80 (0,18 a 0,6 mm). As FIG. 13A e FIG. 13 B são imagens SEM dos agregados inflamados do S7.

[129] O desempenho abrasivo, a densidade compactada livre, a porosidade e a força de compressão devem ser avaliados. Tabela 9: Propriedades dos agregados inflamados S7

[130] Os agregados abrasivos completos foram usados para produzir discos abrasivos da invenção. Os discos abrasivos da invenção foram comparados aos discos abrasivos de pano de diamante convencionais (controle). Os discos da invenção tiveram uma vida útil do que aproximadamente duas vezes maior que os discos de controle. Os discos da invenção tiveram uma taxa de seção cumulativa mais alta que variou de cerca de 15% a 30% superior à taxa de seção para os discos de controle.

Exemplo 5 - S8-S11

[131] As amostras 8 foram preparadas de acordo com o seguinte método utilizando o agregado seco e inflamado com a composição descrita abaixo na Tabela 10. Tabela 10: Agregados abrasivos S8.

[132] S9 -S11 foram preparadas usando os grânulos de precursor S8 seco de acordo com o seguinte método.

[133] Para cada amostra S9-S11, 100 gramas dos grânulos de precursor S8 secos foram misturados com uma quantidade específica de pó de SiC (tamanho J2500, 5 mícron) para formar uma mistura de grânulos secos e pó de SiC. Para a amostra S9, os agregados crus secos de 100 gramas foram misturados com 50 gramas de SiC J2500. Para a amostra S10, os 100 gramas de grânulos de precursor seco foram misturados com 66 gramas de SiC em pó (J2500, 5 mícron). Para a amostra 11, os 100 gramas de grânulos de precursor seco foram misturados com 100 gramas de SiC em pó (J2500, 5 mícron). As misturas de grânulos de precursor revestidos com SiC foram cada uma carregadas em um córrego (profundidade do leito inferior a 3/8 polegadas) e acionaram-se a 750°C durante cerca de 1 hora. O agregado abrasivo inflamado foi coletado entre as malhas 30 e 80 (0,18 a 0,6 mm).

[134] A densidade compactada livre, a área superficial, a porosidade e o rendimento das amostras 9-11 foram medidas. Os resultados do teste são fornecidos abaixo na Tabela 11. Parece que o aumento da quantidade de partículas de SiC para cobrir os grânulos de precursores secos altera ligeiramente a densidade compactada livre, porosidade e área de superfície, mas aumenta significativamente o rendimento de agregados abrasivos utilizáveis de 53% até 70% e até 93%. As Figuras 14A e 14B são imagens SEM que mostram que os agregados abrasivos inflamados foram revestidos com uma camada de partículas finas de carboneto de silício. Tabela 11: Agregados abrasivos S9, S10, S11

Exemplo 6 - S12

[135] A amostra 12 foi preparada usando os materiais e os valores listados na Tabela 12. Tabela 12: Agregados abrasivos S12

[136] S12 foi preparada de acordo com o seguinte método:

[137] Todos os materiais listados na Tabela 12 foram adicionados a um copo, com exceção do aglutinante orgânico, e foram misturados à mão com uma espátula até se atingir uma consistência substancialmente uniforme. O aglutinante orgânico foi então adicionado para formar uma mistura úmida e a essa foi adicionada a um moedor automático (Strand Grinder) como mostrado nas FIGs. 15. A mistura úmida foi misturada durante 5 segundos, parou para raspar as paredes e repetiu 4 vezes. A mistura úmida foi então rastreada com peneira de malha 20 para formar grânulos de precursor como mostrado na FIG. 16.

[138] Os grânulos de precursor selecionados foram carregados em um córrego cerâmico revestido com folha de grafite com uma profundidade de leito inferior a 5 mm e acionado a 750°C durante 1 hora. Os agregados inflamados foram recolhidos entre a malha 30 e 100. A densidade compactada livre e a força de compressão dos agregados da amostra 12 foram medidas como aqui descrito acima e os resultados do teste são apresentados abaixo na Tabela 13. Tabela 13: Propriedades dos agregados inflamados S12

[139] A FIG. 17 mostra uma imagem SEM dos agregados inflamados de S12.

[140] As rodas abrasivas não tecidas controle e rodas abrasivas não tecidas da invenção foram preparadas e foram usadas para realizar ensaios abrasivos ("Testes de 90 graus de ângulo") de acordo com as condições listadas abaixo. • Ângulo de contato: 90 graus • Velocidade de teste: 9000 RPM • Peso morto: 3 lb. • Peça de teste: carboneto de tungstênio • Ciclos (1 min.): 5 ciclos

[141] As rodas de controle incluíam o tamanho de grão de diamante livre convencional 120/140. As rodas não tecidas da invenção incluíam os agregados S12. Uma roda S12 da invenção e a configuração de teste de ângulo de 90 graus são mostradas na FIG. 20. Os resultados do teste de ângulo de 90 graus estão listados na Tabela 14.

[142] Como é mostrado, todas as rodas da invenção produziram uma seção cumulativa maior do que as rodas de controle. As rodas da invenção apresentaram uma taxa de enchimento mais alta do que as rodas de controle; no entanto, a proporção média de moagem (massa removida da peça de trabalho/massa detritos da roda) das rodas da invenção foi surpreendentemente apenas cerca de 30% menor do que a média para as rodas de controle, mas foi surpreendentemente capaz de atingir uma seção cumulativa média que foi 62% maior do que a média das rodas de controle. Tal seção cumulativa aumentada é particularmente benéfica e significativa para superfícies de peças de trabalho rígidas específicas, como o carboneto de tungstênio, como foi usado no teste.

[143] Observe que nem todas as atividades descritas acima na descrição geral ou os exemplos são necessárias, que uma porção de uma atividade específica pode não ser necessária, e que uma ou mais atividades adicionais podem ser realizadas além das descritas. Ainda mais, a ordem em que as atividades estão listadas não é necessariamente a ordem em que são realizadas.

[144] Benefícios, outras vantagens e soluções para problemas foram descritos acima em relação a modalidade específicas. No entanto, os benefícios, vantagens, soluções para problemas e quaisquer características que possam causar benefícios, vantagens ou soluções para ocorrer ou tornar-se mais pronunciado não devem ser interpretados como uma característica crítica, necessária ou essencial de qualquer ou todas as reivindicações.

[145] A descrição e as ilustrações das modalidades aqui descritas destinam-se a proporcionar uma compreensão geral da estrutura das várias modalidades. O relatório descritivo e as ilustrações não se destinam a servir como uma descrição exaustiva e abrangente de todos os elementos e características dos aparelhos e sistemas que utilizam as estruturas ou métodos aqui descritos. As modalidades separadas também podem ser proporcionadas em combinação numa única modalidade, e, inversamente, podem ser fornecidas separadamente ou em qualquer subcombinação várias características que são, por brevidade, descritas no contexto de uma única modalidade. Além disso, a referência aos valores indicados em intervalos inclui todos e cada valor dentro dessa faixa. Muitas outras modalidades podem ser evidentes para versados na técnica experientes somente depois de ler este relatório descritivo. Outras modalidades podem ser usadas e derivadas da divulgação, de modo que uma substituição estrutural, substituição lógica ou outra alteração pode ser feita sem se distanciar do escopo da divulgação. Portanto, a descrição deve ser considerada como ilustrativa em vez de restritiva.

Claims

1. Agregado abrasivo, compreendendo: uma composição aglutinante vítrea e partículas abrasivas dispersas na composição aglutinante vítrea, caracterizado pelo fato de que as partículas abrasivas serem diamantes; em que a composição aglutinante vítrea compreende não menos que 1% em peso e não superior à 45% em peso do peso do agregado abrasivo; em que as partículas abrasivas compreendem não menos que 45% em peso e não superior à 99% em peso do peso do agregado abrasivo; e em que o agregado abrasivo compreende uma densidade compactada livre não inferior à 0,5 g/cm3 e não superior à 3,5 g/cm3.

2. Agregado abrasivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma ou mais partículas modificadoras dispersas na composição aglutinante vítrea.

3. Agregado abrasivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma camada de partículas externas dispostas em pelo menos uma porção da superfície externa do agregado abrasivo.

4. Método de formação de uma pluralidade de agregado abrasivo, conforme definido pelas reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado pelo fato de que compreende: misturar em conjunto a pluralidade de partículas abrasivas e a composição aglutinante vítrea para formar uma mistura; moldar a mistura para formar uma pluralidade de grânulos de precursor de agregados abrasivos; e sinterizar os grânulos de precursor de agregados abrasivos para formar a pluralidade de agregados abrasivos.

5. Agregado abrasivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição aglutinante vítrea compreende não menos que 5% em peso e não superior à 85% em peso do peso do agregado abrasivo.

6. Agregado abrasivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as partículas abrasivas compreendem não menos que 85% em peso e não superior à 99% em peso do peso do agregado abrasivo.

7. Agregado, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que uma ou mais partículas modificadoras compreendem não menos que 0,5% em peso e não superiores à 15% em peso do peso do agregado abrasivo.

8. Agregado abrasivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agregado abrasivo tem uma porosidade em uma faixa de 5% a 85%, tal como medido por porosimetria por mercúrio.

9. Agregado abrasivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os diamantes estão em uma faixa de tamanhos não inferior à 1 mícron e não superior à 2.000 mícrons.

10. Agregado abrasivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agregado abrasivo tem um tamanho em uma faixa não inferior à 2 mícrons e não superior à 4.000 mícrons.

11. Agregado abrasivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as partículas modificadoras são partículas de carboneto de silício, partículas de cério, partículas de alumina ou uma combinação dos mesmos.

12. Agregado abrasivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição aglutinante vítrea possui uma temperatura de sinterização (Ts) em uma faixa de 550°C a 800°C.

13. Agregado abrasivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição aglutinante vítrea compreende de 40% em peso a 65% em peso de óxidos de ácido, de 15% em peso a 30% em peso de óxidos anfóteros e de 15% em peso a 25% em peso de base combinada de óxidos e óxidos neutros.

14. Artigo abrasivo não tecido, caracterizado pelo fato de que compreende: uma rede não tecida; um aglutinante disposto na rede não tecida e uma pluralidade de agregados abrasivos, definido de acordo com a reivindicação 1, que estão dispostos sobre ou no aglutinante.