CN105992805B - 磨粒及具有高研磨性能的磨料 - Google Patents
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Abstract
提出了一种磨粒(01)，其具有壳体(02)和布置在壳体(02)内的中空空间(03)。
Description
技术领域
本发明涉及一种磨粒，并且涉及一种利用该磨粒而展现出高研磨性能的磨料。
背景技术
一般的磨粒除了其他材料之外还包括陶瓷材料，并且用于生成磨料。反过来，磨料用来加工及研磨待研磨材料。由于陶瓷材料的特性，陶瓷磨料适合使用并生成相应的磨料。除了其纯粹的材料特性外，磨粒的各种其他特性也对磨料的研磨性能有至关重要的影响，尤其是就磨料的适用期以及磨料和磨粒的磨损而言。
根据文件US 2007/0293130，已知磨料具有磨粒和嵌在基质材料内的中空微粒。该微粒有助于提高磨损性能。
根据文件WO 03/018261 A2，已知研磨工具具有磨边，该磨边包括磨粒和空心填料体。
根据文件DE 23 49 326，空心磨粒是已知的。
发明内容
目前，就研磨性能，尤其是磨损过程中研磨性能的变化而言，可使用的磨粒都不尽人意。
因此，本发明的目的在于以即使磨粒持续磨损，其研磨性能都能获得提高的方式来增强普通磨粒及使用磨粒的磨料。
该目的通过本发明权利要求1所述的磨粒以及本发明权利要求12所述的磨料实现。磨粒和磨料的有利实施例是从属权利要求的主题。
本发明的基本构思为提出一种具有壳体的空心磨粒，该壳体具有布置在其内的中空空间。这样，磨粒的几何结构得以创造，其相比已知的实心磨粒具有多种优点。对于实心磨粒，在研磨工序期间，根据磨粒的几何结构以及磨粒与待研磨材料的表面的对准，磨粒的与待研磨材料接触的表面在磨粒的磨损过程中增大。但是，表面增大导致了研磨性能的削弱，因为待研磨材料所受的接触压力相应减小。
相反，本发明提出的具有壳体和布置在壳体内的中空空间的磨粒具有以下优点：在磨粒磨损过程中，与待研磨材料接触的表面的增大受到中空空间存在的限制。换言之，这意味着尽管会有磨损，但根据本发明的磨粒保持与各个待研磨材料的接触表面几乎恒定，由此产生恒定的接触压力。这样，稳定的研磨性能成为可能。
磨粒包括具有层结构的壳体。例如，层结构允许以交替层的形式用不同材料生成磨粒。一方面，这种交替层对磨粒的机械稳定性有积极的影响；另一方面，由相同或不同材料制成的层结构还能提高研磨性能。如果空心体磨粒的特别优选的几何结构是通过壳体的层结构产生的，那么上述优点尤为明显，这种磨粒具有特别高且特别恒定的研磨性能。这种具有壳体和布置在壳体内的中空空间的几何结构包括以下例子：四面体、角锥体、长方体、棱柱、平行六面体、圆锥体、瓶体、圆柱体和各种常规形式的多面体，且不排除其他几何结构。
在这种情况下，如果中空空间内没有生产工序中的料渣，将会极为有利。这种料渣，例如，在热分解用于支撑中空空间的支撑材料期间产生，而且就磨粒而言，这种料渣对颗粒的研磨性能有不良影响。因此，磨粒的一个特殊优点在于：如果中空空间在磨粒的生产过程中一直都是独立的或自支撑的，从而没有支撑材料以及由此剩余的料渣布置在磨粒的中空空间内。
本发明进一步的优势在于磨粒的壳体具有几乎恒定的壳体厚度。几乎恒定的壳体厚度允许磨粒的与待研磨材料接触的表面能不管各自对准和磨粒的磨损情况而保持几乎恒定。反过来，这允许磨料的各个磨粒的研磨性能保持基本恒定。
而且，如果壳体的内表面和/或壳体的外表面具有台阶结构，研磨性能可受到积极影响。内表面是壳体邻近中空空间的表面。这种台阶结构在壳体的内表面和外表面上均导致多个90度或小于90度的空间角度。壳体表面或壳体上的这种尖锐边缘减小了磨粒与待研磨材料之间的接触表面。由此，在内表面和/或外表面上的壳体的台阶结构提高了磨粒的研磨性能。这种提高是有可能的，只要研磨过程中的接触压力能通过减小接触表面而增大，而且只要这种具有台阶结构的磨粒的整个表面上的研磨效果保持均匀，也就是说接触压力增大不会对整个表面的研磨性能的分布产生消极影响。
在特别有利的实施例中，根据本发明的磨粒设有包括层结构的壳体，壳体的层以多级丝网印刷工艺形成。通过这种多级丝网印刷工艺，带有布置在其内的中空空间的磨粒的几乎所有几何结构都能实现。另外，多级丝网印刷工艺允许生成壳体的特别薄的层，使得具有壳体和相应地设置在其内的中空空间的小磨粒或最小的磨粒都能成为可能。
但是，也可以通过用于3D打印的设备和通过相应的打印方法(3D打印)来生成磨粒。一般的设备和方法可从例如快速成型领域中获知。
而且，如果中空空间被壳体完全封闭，那么根据本发明的磨粒的稳定性和研磨性能会受到特别积极的影响。
可选地，可能还有利的在于：如果磨粒的壳体具有朝向中空空间的两个或两个以上的通孔，这些通孔布置在彼此不同的空间方向上。通孔位置处的垂直于壳体或虚拟壳体的垂线应该视为壳体中的朝向中空空间的通孔的空间方向。这种朝向磨粒的中空空间的通孔具有不同的有利影响。一方面，通孔使得与待研磨材料接触的表面更独立于磨粒和待研磨材料之间的定向或对准。另外，通过在不同空间方向相应地布置通孔，可以较低的材料成本生产磨粒，却仍然获得与类似的无通孔磨粒相当的研磨性能。
特别理想的是，磨粒的壳体中的通孔与其相应的磨粒的剩余壳体以形成梁结构的方式相互布置。尤其优选的是形成多面体的边缘的梁结构。这种梁结构的优点在于，不管磨粒的对准和磨损情况如何，磨粒与待研磨材料接触的表面能保持几乎恒定且比相应的实心磨粒要小很多。因此，在整个磨粒的磨损过程中，高研磨性能成为可能，这也不会对整个表面的研磨效果的分布产生消极影响。
此外，特别有利的是：如果研磨剂布置在磨粒的中空空间内。这种研磨剂是一接触待研磨材料和/或磨粒就能积极地影响研磨工序的材料。可以设置使得壳体中具有和不具有通孔的磨粒的中空空间都包含这种研磨剂。对于具有朝向中空空间的通孔的磨粒，特别有利的是生成磨粒之后，研磨剂可通过浸渍法或类似方法引入磨粒内。可选地或另外地，也可以经设置，使得这种研磨剂包含在壳体的至少部分层中。
而且，特别理想的是，本发明提出的磨粒由陶瓷模塑形成。这样，陶瓷磨粒的有利特性能与具有壳体和中空空间的磨粒的上述优良特性结合。此外，特别有利的是磨粒，尤其是磨粒的壳体，由溶胶凝胶体系中的凝胶形成。
包括以上及以下根据本公开的所述磨粒的磨料也是本发明的主题。可经设置，使得磨料具有衬底，通过相应的粘合剂磨粒附接至衬底。
附图说明
根据本发明的磨粒和磨料的各个实施例和各个方面将通过示意性附图在下文举例说明。
在附图中：
图1示出了根据本发明的磨粒的第一实施例；
图2示出了在示例性的磨损条件下图1中的磨粒；
图3示出了根据本发明的磨粒的第二实施例；
图4示出了根据本发明的磨粒的第三实施例；
图5示出了根据本发明的磨粒的第四实施例；
图6示出了根据本发明的磨粒的第五实施例；
图7示出了根据本发明的磨粒的第六实施例。
具体实施方式
图1示出了具有壳体02的磨粒01。另外，图1中的短划线显示了布置在磨粒01的布置在壳体02内的中空空间03。而且，壳体厚度m反映在磨粒01的不同点处。如从图1中所选取的，壳体厚度m在整个磨粒01上是几乎恒定的。因此，图1所示的磨粒具有这样的优点——在磨粒磨损过程中，磨粒与待研磨材料之间的接触表面的连续或至少分段的增大很大程度上受到中空空间03的限制或消除。磨粒01的壳体02仍提供足够的机械稳定性来承受在研磨过程中产生的力。
磨粒01的壳体02内的中空空间03的优点可通过图2中的例子来说明。图2示出了在部分磨损或磨耗的状态下的图1中的磨粒01。壳体02的表面04与待研磨材料接触，这在图2中未示出且通常导致磨料体01在箭头05所指方向上的磨损。从图2中显而易见，相比于没有中空空间03的实心体的相应的表面，表面04在一侧明显减小，这使得研磨性能显著提升。
另外，清晰可见的是，表面04在磨粒01在箭头05所指方向上的进一步磨损过程中将保持基本恒定，因此维持磨粒01整体较高的研磨性能。当表面04表示一个特定方向或与磨粒01的几何结构特定对准，即平行于壳体02的底部时，容易地理解的是，当待研磨材料沿着点表示的平面a和b接触时，所得特性，尤其是上述中空空间03的有利特性，可以在同等程度或至少在较高的相似程度上得以实现。因此，根据本发明的磨粒01的优点不依赖于磨粒01朝着待研磨材料特定对准。事实上，根据本发明的包括壳体02和布置在壳体内的中空空间03的磨粒01的绝对优势就在于，研磨性能及其在磨粒01磨损过程中的变化表现为不取决于与待研磨材料的对准。此外，限定中空空间03的壳体02的内表面11在图2的图解中也是可见的。
图3中的磨粒01大体呈现出与图1中的磨粒01相同的几何形状。但是，相比于图1，磨粒01的壳体02包括由各个层07组成的层结构06。如图3进一步所示，在壳体02具有层结构06的情况下，可以但绝非必须将层结构06的层07与磨粒01的优选的对称轴线平行对齐。
另外，可经设置使得层结构06的层07由不同材料制成。除了陶瓷材料外，例如，由研磨剂制成的层07也被考虑在内。而且，这种磨粒的优点在于其可在多级丝网印刷工艺的过程中生成，并通过该工艺获得层07的特别薄的单层厚度和复合的几何结构。
图4中的磨粒01也包括带有层结构06的壳体02。壳体02完全封闭中空空间，图4中未阐明或显示出该中空空间。而且，除了包括层07的层结构06外，壳体02在其外表面08具有台阶结构09。这种台阶结构09的优点在于可得到许多90度或小于90度的磨粒的空间角度α。台阶结构09所得的空间角度α使得磨粒01朝向待研磨材料的表面对准，如图4中由通过平面s的虚线所勾画，其中并非壳体02的平行于平面s延伸的整个外表面08都与待研磨材料接触，只有壳体02的台阶结构09的尖锐边缘与其接触。这样一来，磨粒01的研磨表面由此表现为很大程度上不受磨粒的磨损情况和对准情况影响，另外，该表面进一步减小，这允许更大的接触压力。这两方面又有利于研磨性能的瞬时提高及其在磨粒01磨损过程中的提高。同时，台阶结构对研磨工序相对于待研磨材料的表面的均匀性没有不利影响。磨粒01的内表面(未在图4中示出)也可具有台阶结构。
图5示出了一种磨粒01，其中包括朝向中空空间03的总共4个通孔10。虚线r表示壳体02的通孔10的不同空间方向。通孔10的每个空间方向被理解为在通孔10位置处的垂直于壳体或虚拟壳体的垂线方向。在图5中，不同通孔10由此布置在彼此不同的空间方向上。这种通孔可用于积极地提高磨粒的研磨性能，通过在研磨过程中实现增大接触压力的同时使磨粒与待研磨材料之间的接触表面最小化，而研磨工序中表面均匀性保持不变。另外，通孔10也允许在例如浸渍法或浸渍涂布的过程中，将研磨剂或材料布置在中空空间内，磨粒01的内表面上或外表面上。
图6中的磨粒01代表另一种变型。除了壳体02外，磨粒01具有总共6个通孔，壳体02形成梁结构，而梁结构进而形成或复制出多面体的边缘，即在此情况中的长方体或立方体的边缘。图6所示的磨粒01的通孔10也全部布置在三个彼此成矩形的空间方向上。所图示的梁结构也可获得磨粒01的整个磨损过程中的高研磨性能，同时允许研磨剂进入中空空间03。但是，描述中所用的术语“梁结构”不能理解为仅指图6所示的一种布置。当壳体的通孔10比图6中的通孔明显小时，这种壳体也被认作是梁结构。
图7示出了磨粒01的另一种变型。图7中的磨粒01的壳体02和通孔10也形成梁结构。在图7的例子中，壳体02的梁形成四面体的边缘，壳体02内具有中空空间03。
Claims (11)
1.一种磨粒(01)，所述磨粒(01)具有壳体(02)和布置在所述壳体(02)内的中空空间(03)，其特征在于，所述壳体(02)具有包括多个层(07)的层结构(06)，所述壳体(02)的内表面(11)和/或所述壳体(02)的外表面(08)具有台阶结构(09)。
2.根据权利要求1所述的磨粒(01)，其特征在于，所述中空空间(03)内没有料渣。
3.根据权利要求1或2所述的磨粒(01)，其特征在于，所述壳体(02)具有恒定的壳体厚度(m)。
4.根据权利要求1或2所述的磨粒(01)，其特征在于，以多级丝网印刷工艺形成所述壳体(02)的层(07)。
5.根据权利要求1或2所述的磨粒(01)，其特征在于，所述中空空间(03)被所述壳体(02)完全封闭。
6.根据权利要求1或2所述的磨粒(01)，其特征在于，所述壳体(02)具有朝向所述中空空间(03)的至少两个通孔(10)，所述至少两个通孔(10)布置在彼此不同的空间方向(r)上。
7.根据权利要求6所述的磨粒(01)，其特征在于，所述壳体(02)和所述通孔(10)形成梁结构。
8.根据权利要求1或2所述的磨粒(01)，其特征在于，研磨剂布置在所述中空空间(03)内。
9.根据权利要求1或2所述的磨粒(01)，其特征在于，所述壳体(02)由陶瓷模塑制成。
10.根据权利要求1或2所述的磨粒(01)，其特征在于，所述壳体(02)由溶胶凝胶体系中的凝胶形成。
11.一种磨料，其特征在于，所述磨料具有根据权利要求1至10所述的磨粒(01)。
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