CN1079685A

CN1079685A - 制造玻态粘结磨料制品的方法和用该方法制造的产品

Info

Publication number: CN1079685A
Application number: CN93102084.0A
Authority: CN
Inventors: 加里·赫泽尼克
Original assignee: Milacron Inc
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1992-01-23
Filing date: 1993-01-22
Publication date: 1993-12-22
Also published as: EP0577805A4; JP2704044B2; DE69308940D1; ATE150351T1; EP0577805A1; JPH06506404A; US5178644A; DE69308940T2; KR0179397B1; EP0577805B1; WO1993014906A1

Abstract

提供一种制造具有20％至55％体积比孔隙度的玻态粘结磨轮的方法以减少或防止收缩。该法包括一个把无包层、非磨料、非金属、颗粒状的无机固体收缩控制剂与磨料，玻态粘结初始物及制造磨轮的其他配料相混合的步骤。非磨料的六角形氮化硼是一种最佳收缩控制剂且可以基于磨轮体积的1％至 10％范围的体积的量来使用。由本法所制的磨轮，其收缩的减少超过与之相比的无收缩控制剂制成的磨轮。

Description

本发明属于玻璃态粘结磨轮和制造这种磨轮以及其他玻璃态粘结磨料制品（Vitreous bonded abrasive，下文译作玻态粘结磨料）的方法。本发明也涉及一种改进的生产玻态粘结磨料制品，特别是磨轮的方法，其中采用了收缩减少剂用来减少或防止磨料制品在制造该产品的方法的焙烧工序中的收缩。本发明使现有制造方法中焙烧玻态粘结磨料制品时与收缩有关的问题减至最少或得以解决。

釉质的粘结磨料磨轮在现有技术中，长期以来是基本采用以下步骤的方法生产的：把磨料、玻璃的或陶瓷粘结的初配料，（例如玻璃料或氧化物和硅酸盐），和一种暂时粘结剂相混合，再把混合物放入一个模具中，并且在模具中压该混合物，使大致形成所需尺寸和形状的磨轮;从被压的磨轮中抽走易挥发物，通常是通过在相对低的温度下（例如200℃至300℃）加热被压制的磨轮;然后从模具中卸出磨轮，并且在一个炉中，在相对高温下（例如500℃至1200℃）焙烧磨轮，形成玻璃状粘结和凝固在一起的磨料。一般在焙烧前要从被压制的磨轮中去除易挥发物，在现有方法中，因为这种易挥发物是由配料，例如暂时粘结剂引入的，如果允许把它保留在压过的磨轮中，磨轮在高温焙烧工序中它能够使受焙烧的磨轮发生鼓胀（不均匀膨胀）、断裂和变形，易挥发物可以是水和/或有机材料。以相对低温加热压过的磨轮进一步的目的是使暂时粘结剂以一种临时脆弱的方式把磨轮的各种组份粘结在一起;使得压过的磨轮能从模中卸出。这种暂时粘结的压过的磨轮通常指的是未烧结的磨轮。在焙烧工序中，一般焙烧的温度远高于暂时粘结剂的分解温度，暂时粘结剂从磨轮中被除去，并且任何残余易挥发材料也都被排除了。

压过的、暂时粘结（即未烧结的）磨轮通常焙烧温度是在500°～1000℃范围内。在这个高温加热时，发生各种物理的和/或化学的转变，结果形成把磨料结合在一起的一种玻璃或陶瓷基体。在焙烧工序中，磨轮中形成气孔并且发生体积变化。体积上的变化经常表现在磨轮的收缩上。用于形成玻态粘结基体的颗粒材料由于化学反应和/或熔化和/或熔融在一起的物理变化而变化。这些化学和/或物理变化使形成玻态粘结的颗粒材料占有的体积减少。除磨料以外的附加颗粒材料可以被混合到玻态粘结基体之中并起作用，至使体积进一步减小。收缩的程度主要取决于这些变化的量及其总量，以及玻态粘结形成基体材料和其他用于制造磨轮的颗粒材料的化学和/或物理特性，并且取决于磨轮所获得的孔隙度。收缩0.5%至10%的体积是公知的，具体在相对多孔的磨轮上为（例如20%或更高的孔隙度）。为举例说明和解释收缩起见，可以把用于制成磨轮的玻态粘结基体的颗粒材料想象成玻璃小球。以最有效的放置形式将这些小球均匀地装填进一个容器，只留下一些小球无法占据的空间。熔化小球形成液体玻璃，结果玻璃的体积小于小球占有的体积。这种体积变化（即减少）是由玻璃小球的熔化所产生的收缩引起的。

磨轮尺寸减少，相对多孔的磨轮的中心安装孔超出公差范围之外，配合部分分离（例如中心和轮缘）以及甚至玻态粘结磨轮断裂或变形，这是在焙烧时，磨轮收缩产生的某些可看见的后果。其中的一些问题（例如磨轮尺寸缩小）在技术上已经克服，这是通过制造比焙烧后磨轮尺寸足够大的未烧结磨轮以补偿缩小，或者通过制造比所要求精加工尺寸磨轮还大的焙烧砂轮，然后把磨轮加工至适合的尺寸。由于对相对多孔磨轮的收缩控制（例如获得一致的可重复的结果），现在技术上还有困难，所以要规定能足以补偿收缩的一种尺寸，使能可造适用于各种未烧结的磨轮现在还办不到。对收缩来说，一个更可接受的答案是将玻态粘结磨轮制成大于所需的尺寸，然后把磨轮加工至正确尺寸。但这还有问题。校正超差的安装孔，即使采用机械加工，也还是很难。加工玻态粘结磨轮至尺寸，从制造上来说增加了工序和费用。某些玻态粘结磨轮，特别是采用昂贵磨料、例如金刚石和立方氮化硼生产的磨轮，是用玻态粘结磨料轮缘环绕含有不贵的磨料或无磨料的一种玻态粘结轮芯制成的。在制造这些磨轮的公知方法中，可见的收缩使得轮芯与轮缘分离，甚至使磨轮变形。这些问题导致磨轮报废（即磨轮不能使用），并且增加了那些已很昂贵的磨轮的成本。

本发明的一个目的是提供一种制造玻态粘结磨料制品，例如磨轮的改进方法。

本发明的另一个目的是提供一种制造减少或没有收缩的玻态粘结磨料制品的改进方法。

本发明进一步的目的是提供一种免除或基本免除收缩影响的玻态粘结磨料制品。

本发明还有一个目的是克服现有技术中在制造玻态粘结磨料制品时的收缩问题。

这些，和从以下的说明和附带的权利要求中可明显看出的其他目的，以本发明的下列改进方法可以达到。本发明的一种制造具有从20%至55%体积范围的孔隙度（例如磨轮）的玻态粘结磨料制品的改进方法，包括以下步骤：把磨料和制造制品的其他配料相混合;在模具中把混合配料压制成制品的形状和尺寸;焙烧制品以形成与磨料粘结在一起的玻态基体，其中改进之处包括：把一种无包层的，非磨料，非金属的，颗粒状的无机物固体收缩控制剂（SCA）（例如六角氮化硼）混合进制造玻态粘结磨料制品的配料中的步骤。

本发明的具有20%至55%体积比的孔隙度的玻态粘结磨料制品，具体是玻态粘结磨料磨轮，而更具体的是具有20%到55%体积比孔隙度的带轮缘磨轮的改进方法的实施中，获得了没有，或基本没有现有技术中收缩引起的缺陷和问题（例如安装孔尺寸缩小，磨轮轮缘与轮芯部分分离，以及磨轮变形）。带轮缘的玻态粘结磨轮可以是具有一个玻态粘结磨料镶条，通常是有例如金刚石或立方氮化硼的昂贵的磨料，附着到含有不贵磨料（例如氧化铝、碳化硅），或不含磨料的玻态粘结轮芯上。

现有技术制造相对多孔（例如至少20%体积比的孔隙度）玻态粘结磨轮采用以下基本步骤：a）把磨料、玻态粘结初始配料和其他配料，混合形成混合物;b）把混合物放入模具中;c）在模具中把混合物加压成型;及d）把成形混合物加热以形成与磨料粘结在一起的玻态基体。这些步骤可以增补其他步骤或各种条件，包括诸如在模具中加热压过的混合物，以除去易挥发材料;在焙烧工序之前，以模具中卸出压过的混合物;以及在混合物上保持加压的同时焙烧或加热在模具中的压制的混合物以形成玻态基体的这些单独步骤。在玻态粘结磨轮的制造工艺中所包含的最后步骤，产生一种公知的热压方法，并一般需要特殊和昂贵的模具（例如石墨模具）。这种热压方法通常在技术上用来制造小磨轮，经常与惰性气体或减少大气一起进行。在不采用热压技术制造玻态粘结磨轮的方法中，经一段低温（200℃到300℃）加热期以去掉易挥发材料，并使暂时粘结剂凝固之后，从模具中卸出压过的混合物。成形的混合物从模具中卸出，然后进行焙烧工序以形成与磨料粘结在一起的玻态基体。该后述方法一般指的是冷压方法。在技术上，热压在惰性气体或减少大气中进行，其中氧化是制造玻态粘结磨轮或其他磨料制品的一个问题。相对而言，冷压方法是制造玻态粘结磨轮技术上普遍使用的方法。

在现有技术中，制造相对多孔（例如至少20%体积比的孔隙度）的玻态粘结磨轮磨料或磨料混合物（例如氧化铝和碳化硅）的方法是与一种玻态粘结初始物相混合。这种初始物可以是一种玻璃料，或一种原材料的混合物（例如硅、氧化物等），在焙烧工序中其形成玻态粘结剂或基体，把磨料粘结在一起。玻璃料一般是一种颗粒状的玻璃材料，该材料熔化或熔融形成磨轮或其他磨料制品的玻态粘结或基体。磨料和玻态粘结初始物的混合能与一种有机材料结合在一起，该有机材料在焙烧工序操作之前把磨轮混合料的组份临时粘结在一起。这种暂时粘结剂可以是一种有机聚合材料或聚合物制成的材料。已发现酚醛树脂在技术上是有用的暂时粘结剂。其他材料，如润滑剂，极端压力剂和填充剂可以与磨料、玻态粘结初始物和暂时粘结剂相混合。然后，把测量过重量的磨轮混合组份放入具有所要求的磨轮尺寸和形状的模具之中。其后，模具中均匀散布的混合物通过施加压力，被压缩成所要求的尺寸并且在模具中低温（例如200℃至300℃）加热，以除去混合物中的易挥发材料（例如水或有机溶剂）。低温加热压缩的混合物也使该暂时粘结剂把磨轮的配料粘结在一起，形成一种相对脆弱的自我支撑，成形的制品，能够在焙烧工序之前搬运。然后，磨轮从模具中卸出，并放在一个窑中或炉中，加热到高温（例如500°至1000℃）超过一个规定时间/温度周期，以形成与磨料粘结在一起的玻态粘结或基体。加热磨料、玻态粘结初始物，暂时粘结剂和其他材料的混合物至高温，形成玻态粘结，产生化学和/或物理变化，结果使高温加热工序（即焙烧）之前的磨轮尺寸和体积收缩。这样，在焙烧之后的磨轮小于焙烧之前的。因此，这种收缩在现有技术的制造精加工过的磨轮的特定尺寸的方法中不得不予以考虑。已发现在相对多孔的磨轮上，收缩是不准确、或不能可靠再现，因此，现有技术中的方法一般是通过把焙烧过的玻态粘结磨轮尺寸制造得大于所要求的尺寸，然后把焙烧过的磨轮再加工至正确或最后尺寸。这种加工或精加工对磨轮的生产说来，费时并增加了成本。因此，所需加工或精加工量越多，加到制造磨轮的成本和工时也就越多。为了把磨轮安装到机床上进行磨削加工，磨轮一般均有一中心孔。该孔的正确尺寸对使用磨轮来说是至关重要的。在制造玻态粘结磨轮中产生的收缩，影响了安装孔的尺寸，使它小于所要求的尺寸。因此，必须把该孔加工至正确的尺寸。这种对玻态粘结磨料的加工，由于其特性，是困难的，费时、增加成本的。因此，在制造玻态粘结磨轮和其他磨料制品的技术中，收缩是一个重要的问题。所以减少和客观需要的消除收缩是对制造玻态粘结磨轮和其他磨料制品的技术的有益改进。

本发明解决相对多孔的玻态粘结磨轮的收缩问题，并提供一种减少或消除收缩的制造玻态粘结磨料制品的改进方法。已发现，把某种材料、此处指的是收缩控制剂（SCA），用在制造具有20%到55%体积比范围的孔隙度的玻态粘结磨料制品的配料组份的混合物之中，能够在制造工序中减少制品的收缩。因此，根据本发明，提供一种制造具有20%到55%体积比范围的孔隙度的玻态粘结磨料制品，特别是磨轮的改进方法，包括以下步骤：

a）把磨料和玻态基体的初始物混合一起形成均匀的混合物，

b）把混合物放入一个模具中，

c）把混合物加压，制成压过的形体，和

d）在使玻态基体初始物转变成与磨料粘结在一起的玻态基体的温度下加热压过的形体，

改进之处包括：一个把收缩减少有效量的收缩控制剂与磨料和玻态基体初始物相混合的步骤，该控制剂是一种无包层、非磨料、非金属的颗粒状的无机物固体。

本发明所公开和要求保护的收缩控制剂（SCA）的一个最佳方面是一个从以下组中选出的，具有从1到4范围的莫氏硬度的无包层、非磨料、非金属、颗粒状的无机固体。该组的组成是：a）含有氧和至少硅、铝和镁元素中一种的矿物质，和b）六角形氮化硼。

本发明所公开和权利要求中所用的词，无包层，意指在表面上无金属覆盖或涂覆层。

在本发明的一个实例中，提供一种制造具有从20%到55%体积比孔隙度的玻态粘结磨轮的改进方法，包括以下步骤：

a）把磨料，玻态基体初始物和暂时粘结剂材料相混合，形成一种均匀的混合物，

b）把混合物放入一个模具中，

c）把混合物在模具中加压，

d）在模具中，在低于玻态基体初始物转变成与磨料粘结在一起的玻态基体的温度下加热压过的混合物，形成一种自我支撑的成形的模压体，

e）从模具中卸出模压体，和

f）在一个有效地把玻态基体初始物转变成与磨料粘结在一起的玻态基体的温度下加热模压体，

其中，改进之处包括：把减少收缩有效量的非磨料六角氮化硼与磨料、玻态基体初始物及暂时粘结剂材料相混合的一个步骤。

本发明的另一个具体实例提供一种制造具有20%到55%体积比范围的孔隙度的玻态粘结磨料磨轮的改进方法，包括以下步骤：

a）把立体氮化硼磨料，玻态基体初始物和暂时粘结剂材料相混合，形成均匀混合物，

b）把混合物放入一个模具中，

c）在模具中压混合物，

d）在模具中，以一个低于玻态基体初始物转变成与磨料粘结在一起的玻态基体的温度下加热压过的混合物，形成一个自我支撑成形的模压体，

e）从模具中卸出模压体，和

f）在一个有效地把玻态基体初始转变成与磨料粘结在一起的玻态基体的温度下加热模压体，

其中改进之处，包括把减少收缩有效量的非磨料六角氮化硼与立方氮化硼磨料、玻态基体初始物和暂时粘结剂材料相混合的步骤。

本发明还有一个实施例，提供一种制造具有20%到55%体积比的孔隙度的玻态粘结磨料磨轮的改进方法，包括以下步骤：

a）把立方氮化硼磨料、熔融的氧化铝磨料，玻态基体初始物和暂时粘结剂材料相混合，形成一种均匀混合物，

b）把混合物放入一个模具中，

c）在模具中压混合物，

d）从模具中卸出模压体，并以一个能有效地把玻态基体初始物转变成与磨料粘结在一起的玻态基体的温度下加热模压体，

其中改进之处，包括把减少收缩有效量的非磨料六角氮化硼与立方氮化硼磨料、熔融的氧化铝磨料和暂时粘结剂材料相混合的步骤。

本发明的其他实例可采用上述的步骤和叶蜡石、滑石或云母作为控制收缩剂，替代六角氮化硼控制收缩剂。

在本发明的实施中，可采用各种磨料和磨料的混合物，包括、但不局限于此，如熔融氧化铝，烧结可溶一凝胶氧化铝，可溶凝胶氮化铝/硝酸铝，碳化硅，立方氮化硼和金刚石砂或磨粒。这些或其他的磨粒可采用在技术上通用的尺寸。按美国标准筛60至325目的磨料，最好是100到200目范围的磨料，适用于本发明的实例，可以使用各种不同组份和/或尺寸的磨料组合。同样组份但不同尺寸磨料的组合，以及具有不同组份但尺寸相同或不同的磨料的组合物均可用于本发明的方法和制品之中。

本发明所采用的玻态基体初始物是这样材料或材料的混合物，在焙烧工序中加热时，形成与磨料制品的磨料粘结在一起的玻态基体。这种与磨料粘结在一起的玻态基体，在技术上被认为是磨料制品的玻璃相、玻态粘结、陶瓷粘结，或玻璃粘结。玻态基体初始物可以具体是一种氧化物和硅酸盐的混合物或组合物，其在加热至高温时反应，形成玻璃或陶瓷基体;或者可以是玻璃料，在焙烧工序中加热至高温时，熔化和/或熔融形成磨料制品的玻态基体。技术上公知的各种材料的组合可用来作为玻态基体初始物。这些材料首先是金属氧化物和硅酸盐。由氧化物和硅酸盐的各种组份制成的细颗粒玻璃（即玻璃料）可以用来作为玻态基体初始物。这些玻璃料一般是公知的并且可在商店买到。这些玻璃料一般首先通过制备氧化物和硅酸盐的组合物，其加热至高温形成玻璃。然后该玻璃在冷却后破碎成小颗粒。本发明的实例中可采用1000°F到2500°F范围的温度，把玻态基体初始物转变成与磨料制品的磨料粘结在一起的玻态基体。这种加热一般指的是焙烧工序，并且通常在一个窑、或炉中进行，加热磨料制品的时间和温度按照磨料制品的尺寸和形状、磨料和玻态基体初始物的组份等因素来控制，或随其变化控制。制造玻态粘结磨料制品的焙烧条件在技术上是公知的，并且这些条件可在本发明的实践中使用。

在制造玻态粘结磨料制品中，使用各种添加物在技术上是公知的，其有助于产品的制作容易和改进制品的性能。这些添加物可以包括润滑剂、填料、暂时粘结剂和工艺辅料。这些添加物其量在技术上是公知的，可在本发明的实践中为实现其进一步的目的而使用。

在制造时，相对多孔（例如20%或大于20%体积比的孔隙度）的玻态粘结磨料制品的收缩在现有技术中是公知的。一个磨料、玻态基体初始物和任意的其他配料的混合物的给定量，在放入模具并施压时，产生一个压过的规定尺寸和体积的形体。这个形体在焙烧工序中加热时形成与磨料粘结在一起的玻态基体，引起体积上的收缩而导致玻态粘结磨料制品其体积小于焙烧工序之前的被压形体体积。为补偿这种收缩（即体积减小），公知的办法是在焙烧之前，使压过的形体显著地大于焙烧过的磨料制品的尺寸，以纠正焙烧时的收缩。这种补偿基本可以补偿焙烧过的玻态粘结磨料制品（例如磨轮）所要求的尺寸和形状。采用使压过的形体具有不仅足以补偿焙烧时的收缩，而且还使其具有大于所要求尺寸的焙烧过的玻态粘结磨料制品以使能把制品加工成所要求的尺寸的尺寸，这在技术上都是公知的。具有恰好大到足以补偿所期望的收缩量的压过的形体，不能一致地产生所要求尺寸的焙烧过的磨轮，因为很难控制和再现收缩在满意的范围。因此，涉及收缩的这个方法不是完全满意的。制造大于所要求尺寸的磨轮，然后把它加工到所要求的尺寸对磨轮的制造来说增加了工序、工时和成本。本发明试图克服这些制造玻态粘结磨料制品工艺现有技术中的困难。为克服这些困难和不足，根据本发明的方法提供的步骤是：把减少收缩有效量的收缩控制剂与磨料和玻态基体初始物相混合，该收缩控制剂是无包层、非磨料、非金属的颗粒状的无机物固体。收缩控制剂可以具有宽范围的粒度尺寸。粒度尺寸可以比磨料小，或甚至较大。收缩控制剂的粒度尺寸，在按美国标准筛的60到325目范围内，最好在100到200目，均可用在本发明实践中。因为玻态粘结磨料制品的收缩可能随其配料的化学及物理性质，以及制造该制品的条件，在很宽的范围内变化，在本发明的实践中所采用的收缩控制剂有效减少收缩的量也可在很宽的范围内变化。本发明的实践可采用的收缩控制剂，根据玻态粘结磨料制品的体积作基准，从0.5%到20%体积比的量，较好是1%到10%体积比的量，最好是4%到8%体积比的量。最好，收缩控制剂是从下述组中选出的具有1到4范围的莫氏硬度的一种无包层、非磨料、非金属、颗粒状的无机固体，该组的组成如下：a）含有氧和至少硅、铝、镁元素中一种的矿物质，和b）六角形氮化硼。含有氧和至少硅、铝、镁元素中一种的，并且具有从1到4范围内的莫氏硬度的矿物质，例如包括，但不限于此的是叶蜡石，滑石，云母，水铝英石，水镁石和绿泥石。本发明的实践中作为收缩控制剂，可用的矿物质除有硅、铝、镁元素中一种之外，各种其他元素（例如铁、锂、钾、钠）也可存在。除了出现氧之外，叶蜡石含有铝和硅;滑石含有硅和镁;水铝英石含有硅和铝;水镁石含有镁;绿泥石含有硅、铝和镁;以及云母含有硅和铝;与镁、铁、锂、钠、钾中一种或多种可出现。

在制造玻态粘结磨料磨轮时，根据所制造的磨轮使用的材料和磨轮的形状和尺寸，改变生产步骤和条件是公知的。本发明的方法的实践的步骤和条件是公知的。本发明的方法和实践的步骤和条件可以改变，以满足制造玻态粘结磨料制品所用各种材料以及制品形状和尺寸的要求。因此，例如在本发明的一个实例中，磨料可以与玻态基体初始物相混合，然后暂时粘结剂再混入磨料和玻态基体初始物的混合物中，其后加入添加物并混合，然后加入收缩控制剂并与在前已混合的配料相混合。最后的混合物放入一个模具中，并坚实地压成所要求的尺寸和形状。该压过的混合物可在模具中加热到足以去掉混合物中任何易挥发材料，而且暂时粘结剂可把配料粘结在一起形成一个临时自我支撑的形体的温度，但低于能使玻态基体初始物转变成与磨料粘结在一起的玻态基体的温度。然后，该自我支撑的形体从模具中卸出，并加热到能把玻态基体初始物转变成与磨料粘结在一起的玻态基体的温度。在本发明的实践的另一实例中，除配料（即磨料、玻态基体初始物、收缩控制剂等）是混合在一起的规定之外，基本上遵循上述工艺。磨料可以与暂时粘结剂材料混合，磨粒均匀涂覆上粘结剂，然后玻态基体初始物与涂覆的磨料相混合，其他配料单独加入并混入在先已混合的材料之中，而后加入收缩控制剂，并混入组合物中。本发明的方法实践的另一个实例能够包括混合在一起的收缩控制剂和磨料、添加物，以及混合的玻态基体初始物，然后添加物和混合暂时粘结剂，制造制品的其他配料分别随后混入。该混合工序接下去可有按制造工艺的若干其余步骤（例如混合物加入模具之中;对混合物加压;以及焙烧压过的混合的）。因此，本发明的方法的特别点在于把收缩控制剂与制造玻态粘结磨料制品所用的磨料、玻态基体初始物和其他配料相混合所采取的步骤是可变化的。

传统技术公知的掺合和混合技术、条件和设备可在本发明的实践中使用。在焙烧制品前压制玻态粘结磨料制品，例如磨轮的已公知的技术、条件和设备均可使用。在焙烧制品前，压制的玻态粘结磨料制品的干燥习惯上是去掉通常是由暂时粘结剂引入制品的水或是有机溶剂，这可用公知的技术、条件和设备来进行。在干燥压制过的磨料制品之后，通常称作未烧结的制品或磨轮被加热到例如1000°F到2500°F的高温，以形成与磨料粘结在一起的玻态基体。

一种玻态粘结磨料制品，例如磨轮，一般都知道有气孔（即自由空间）。制品中通常控制孔的量的变化取决于这些因素：磨料的组份和粒度，玻态粘结剂的组成，这些导致焙烧制品的条件不同，及材料中孔的状况、组成和量的变化。玻态粘结磨料制品中孔隙度的宽范围在技术上是公知的。这种孔隙度一般表示成一种制品的整体的，或几何体积的百分比。因此，例如一个玻态粘结磨料磨轮具有40%几何体积的孔隙度，意思是指焙烧过的磨轮的40%的几何体积是孔、或自由空间。焙烧过的玻态粘结磨料制品的百分比体积比孔隙度可以由公知制品的几何体积和在制造焙烧工序之后保留在制品中每一种组份的体积百分比来计算。由制品中所用每一组份的重量所给定的量和每种组份的实际密度，能够计算出制品中每种组份的体积。在焙烧后保留在制品中制品中的各组份的全部体积被制品的几何体积减去，而后结果值除以制品的几何体积。如此获得的值乘以100%得出制品的百分比孔隙度。以类似方法，把保留在焙烧后制品中的每种组份的体积百分比加在一起，用100%减去，得出孔隙度的体积百分比。该后一种计算程序可用于实例中，把每一实例中的磨料、粘结剂和收缩控制剂的体积百分比加在一起，并用100%减去其总和。

现在本发明将进一步以下列不作为限制的实例进行说明，其中，除非另有说明，材料的量以重量计，温度以华氏计，目以美国标准筛眼孔径计。并且，

1）2A氧化铝是熔融氧化铝磨料。

2）MEM氧化铝是根据1989年11月21日授权的美国专利US-4，881，951的权利要求和所公开内容的CUBITRONMEM可溶凝胶氧化铝磨料，并且从米尼苏达采矿和制造公司可以买到。（CUBITRON是米尼苏达采矿和制造公司Minnesota Miningand Manufacturing Company注册的商标）

3）3029树脂是具有65%重量比的固体尿素甲醛树脂和35%重量比的水的暂时粘结剂材料。

4）粘结剂A是两种具有相等重量比份的玻璃料的混合物。号码1的玻璃料具有一组氧化物，组份以重量比计：43.5%的SiO₂，1.18%TiO₂，14.26%的Al₂O₃，28.63%的B₂O₃，2.14%的CaO和10.29%的MgO。号码2的玻璃料具有一组氧化物，组份以重量比计：59.0%的SiO₂，3.0%的Al₂O₃，25.0%的B₂O₃，4.0%的MgO，1.0%的Li₂O，2.0%的K₂O，2.0%的Na₂O和4.0%的ZnO.

5）Agrashell在市场上可买到的由Agrashell公司出品的破碎胡桃壳。

以下例1至34涉及的玻态粘结磨料棒，具有0.25×0.254×1.56英寸的名义尺寸（体积是0.099立方英寸）并且是为测定收缩性能而制成的。这些棒以下述方式制备，所用材料和量（即重量%）表示在实例中。磨料或磨料混合物完全与收缩控制剂（即六角形氮化硼、叶蜡石，滑石或云母）相混合。在这样得到的混合物中以搅拌形式与3029树脂掺和而得到一种组合物。粘和剂和糊精是均匀地混合在一起并且在产生的混合物中，用混合方式加入磨料、收缩控制剂和3029树脂的组合物。然后产生的均匀的混合物或组合物经测定，放入一个具有0.254×1.56英寸名义尺寸的和可变深度的模具凹腔中，并压到0.25英寸的名义厚度。压制的棒具有0.25×0.254×1.56英寸的名义尺寸，从模具中卸出并经至少一小时室温下风干。根据测定收缩的程序，在测量和搬运该棒后，把它放在炉中通过以每小时升温100°F的速度加热到1525°F并在1525°F温度下经六小时的焙烧，然后允许棒在炉中，随着炉的关闭冷却至室温。

实例35至37的磨轮，关于配料混合和焙烧压制后的磨轮是按实例1至34棒的同样方式制备的。制造实例35至37的磨轮所用的模具具有一名义外径0.75英寸，名义厚度0.5英寸，名义内径0.5英寸的制造磨轮凹腔。完全混合过的实例35至37的配料经测定后放入模具中，压到所要求的尺寸，并把压过的磨轮从模具中卸出。在经至少一小时的风干后，磨轮按实例1至34的棒制作工序中所述的条件及规定进行焙烧。

在下述实例中给出的收缩的体积百分比是按John Wiley&Sons公司出版的1948年版权，由A.I.Andrews著的《陶瓷试验和计算》一书第四章，第27至42页所述的公知标准程序和计算方法确定的。在某些实例中，要注意产生的是膨胀，而非收缩。膨胀体积百分比是用收缩体积百分比相似的方法确定的，在计算中适当改变必要的运算符号。

实例 1至3

实例号 1 2 3

2A氧化铝80磨料 63.75 62.78 61.69

3029树脂 6.69 6.58 6.70

粘结剂A 27.78 27.36 26.89

糊精 1.79 1.76 1.73

六角形氮化硼(HBN) 1.52 2.99

HBN粒度(目) 100/120 100/120

经焙烧的制品中磨料体积% 41.0 41.0 41.0

经焙烧的制品中粘结剂体积% 31.0 31.0 31.0

六角形氮化硼体积% 0 2 4

收缩体积% 1.668 1.28 1.087

实例4至8

实例号 4 5 6 7 8

2A氧化铝80磨料 69.37 68.23 66.9

65.88 64.71

3029树脂 6.25 6.15 6.29 6.19 6.30

粘结剂A 22.43 22.06 21.65 21.30 20.93

糊精 1.94 1.91 1.88 1.85 1.81

HBN100/120目 1.65 3.24 4.79 6.25

磨料(经焙烧的制品)体积% 41.0 41.0 41.0 41.0 41.0

粘结剂(经焙烧的制品)体积% 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0

HBN体积% 0 2 4 6 8

收缩体积% 0.833 0.770 0.640 0.255^*0.899^*

*为膨胀体积%

实例9至11

实例号 9 10 11

2A氧化铝80磨料 69.37 65.88 65.88

3029树脂 6.25 6.19 6.19

粘结剂A 22.43 21.30 21.30

糊精 1.94 1.85 1.85

六角形氮化硼(HBN) 4.79 4.79

经焙烧的制品中磨料体积% 41.0 41.0 41.0

经焙烧的制品中粘结剂体积% 23.0 23.0 23.0

HBN体积% 0 6 6

收缩体积% 0.833 0.126 0.448

实例12至13

实例号 12 13

2A氧化铝280磨料 63.29 62.33

3029树脂 7.36 7.25

粘结剂A 27.58 27.17

糊精 1.77 1.75

HBN100/120目 1.51

经焙烧的制品中磨料体积% 41.0 41.0

经焙烧的制品中粘结剂体积% 31.0 31.0

六角形氮化硼体积% 0 2

收缩体积% 0.574 0.255

实例14至15

实例号 14 15

2A氧化铝100磨料 58.94 58.52

3029树脂 7.07 7.02

粘结剂A 32.34 32.11

糊精 1.65 1.64

六角形氮化硼(HBN) 0.71

HBN粒度(目) 100/120

经焙烧的制品中磨料体积% 41.0 41.0

经焙烧的制品中粘结剂体积% 39.0 39.0

六角形氮化硼体积% 0 1

收缩体积% 1.923 1.923^*

*为膨胀体积%

实例16至17

实例号 16 17

2A氧化铝100磨料 72.82 69.33

3029树脂 6.72 7.32

粘结剂A 18.01 17.13

糊精 2.39 2.28

HBN100/120目 3.94

经焙烧的制品中磨料体积% 35.0 35.0

经焙烧的制品中粘结剂体积% 15.0 15.0

六角形氮化硼体积% 0 4

收缩体积% 3.896 2.391

实例18至19

实例号 18 19

2A氧化铝80磨料 65.65 62.73

3029树脂 7.07 7.05

粘结剂A 21.23 20.29

糊精 1.84 1.76

叶蜡石100/120目 4.28 8.17

经焙烧的制品中磨料体积% 41.0 41.0

经焙烧的制品中粘结剂体积% 23.0 23.0

叶蜡石的体积% 4 8

收缩体积% 0 0.826^*

*为膨胀体积%

实例20至22

实例号 20 21 22

2A氧化铝80磨料 63.75 62.79 61.25

3029树脂 6.69 7.06 7.35

粘结剂A 27.78 27.37 26.69

糊精 1.79 1.76 1.72

叶蜡石100/120目 1.02 2.99

经焙烧的制品中磨料体积% 41.0 41.0 41.0

经焙烧的制品中粘结剂体积% 31.0 31.0 31.0

叶蜡石体积% 0 1 3

收缩体积% 1.668 1.153 0.767

实例23和24

实例号 23 24

2A氧化铝80磨料 62.72 61.06

3029树脂 7.05 7.33

粘结剂A 27.33 26.61

糊精 1.76 1.71

云母100/120目 1.14 3.28

经焙烧的制品中磨料体积% 41.0 41.0

经焙烧的制品中粘结剂体积% 31.0 31.0

云母体积% 1 3

收缩体积% 0.996 0.777

实例25和26

实例号 25 26

2A氧化铝80磨料 62.7 61.21

3029树脂 7.06 7.35

粘结剂A 27.36 26.67

糊精 1.76 1.71

滑石200目 1.05 3.06

经焙烧的制品中磨料体积% 41.0 41.0

经焙烧的制品中粘结剂体积% 31.0 31.0

滑石体积% 1 3

收缩体积% 1.153 0.767

实例27和28

实例号 27 28

2A氧化铝100磨料 5.79 5.60

立方氮化硼80/100磨料 54.22 52.46

3029树脂 8.63 8.35

粘结剂A 29.47 28.51

糊精 1.89 1.83

六角形氮化硼100/120目 3.24

经焙烧的制品中磨料体积% 41.0 41.0

经焙烧的制品中粘结剂体积% 31.0 31.0

六角形氮化硼体积% 0 4

收缩体积% 6.963 6.091^*

*为膨胀体积%

实例29和30

实例号 29 30

2A氧化铝280磨料 28.26 27.28

立方氮化硼230/270磨料 38.71 37.36

3029树脂 7.59 7.33

粘结剂A 23.41 22.60

糊精 2.03 1.96

六角形氮化硼100/120目 3.47

经焙烧的制品中磨料体积% 41.0 41.0

经焙烧的制口中粘结剂体积% 23.0 23.0

六角形氮化硼体积% 0 4

收缩体积% 2.319 1.247

实例31和32

实例号 31 32

碳化硅100磨料 5.19 5.01

立方氮化硼80/100磨料 60.43 58.25

3029树脂 7.90 7.62

粘结剂A 24.37 23.49

糊精 2.11 2.04

六角形氮化硼100/120目 3.60

经焙烧的制品中磨料体积% 41.0 41.0

经焙烧的制品中粘结剂体积% 23.0 23.0

六角形氮化硼体积% 0 4

收缩体积% 4.484 0.288

实例33和34

实例号 33 34

MEM氧化铝80磨料 63.3 62.36

3029树脂 6.76 6.66

粘结剂A 28.10 27.67

糊精 1.81 1.78

六角形氮化硼100/120目 1.54

经焙煤的制品中磨料体积% 41.0 41.0

经焙烧的制品中粘结剂体积% 31.0 31.0

六角形氮化硼体积% 0 2

收缩体积% 1.926 1.283

实例35至37

实例号 35 36 37

立方氮化硼60磨料 59.11 57.78 57.19

3029树脂 9.60 9.39 9.29

粘结剂A 29.39 28.73 28.44

糊精 1.90 1.86 1.84

收缩控制剂无 AS^*HBN^**

＊AS是Agrashell100/120目

＊＊HBN是六角形氮化硼100/120目

磨轮尺寸0.75英寸外径×0.50英寸厚×0.5英寸内径收缩体积比% 2.821 3.040 0.704

实例 38和39

实例号 38 39

立方氮化硼100/120磨料 36.10 34.93

2A氧化铝100磨料 26.36 25.51

3029树脂 8.10 7.84

粘结剂A 27.55 26.66

糊精 1.90 1.84

六角形氮化硼100/120目 0 3.23

收缩体积% 4.566 0.461

G-速度 250.82 453.28

磨轮尺寸0.75×0.625×0.375英寸

实例38和39的磨轮除了所采用的有关模具尺寸之外，它们是以实例1到34中棒和实例35对37中磨轮的制备所述的同样条件和方式制备的。G-比值（即每单位磨轮磨损体积磨掉金属体积的比）是以用以下指导的磨削试验中测出的。

在磨削试验中，磨轮安装在IEFCINTERNAL磨床上，并以41，009每分钟转（RPM）的磨轮转速，每分钟0.060英寸的进给速度，每分钟150英尺的工件表面速度，反复磨削一个3英寸×1.045英寸×0.375英寸的淬硬硬度RC为60至62的52100号钢的圆筒件的内径。每次试验导致去掉0.75立方英寸的金属。在每次试验中使用CIMPERIAL HD-90水基金属加工液。CIMPERIAL是辛辛那堤米拉克龙公司（CINCINNATI Milacron Inc）登记的商标。用每次试验测得的磨轮磨损和磨掉的金属计算出G的比值。

Claims

1、一种制造具有20%至55%体积百分比范围的孔隙度的玻态粘结磨料制品的改进方法，包括以下步骤：

a)把磨料和玻态基体积初始物混合在一起，形成均匀的混合物，

b)把该混合物放入一个模具中，

c)对在压模中的该混合物加压，并形成一个压过的形体，

d)在能把玻态基体初始物转变成与磨料粘结在一起的玻态基体的温度下加热该压制形体，

其特征为该改进之处包括了把一个减少收缩有效量的收缩控制剂与该磨料和玻态基体初始物相混合的步骤，所述控制剂是一种无包层，非磨料，非金属，颗粒状的无机物固体。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征是该收缩控制剂是一种具有从以下组中选出的，莫氏硬度在1至4范围内的无包层、非磨料、非金属、颗粒状的无机物固体，该组组成：（1）含有氧和至少硅、铝、镁元素中一种的矿物质，和（2）六角形氮化硼。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征为该收缩控制剂是一种含有氧和至少硅、铝、镁元素中一种的矿物质。

4、根据权利要求2所述的方法，其特征为该收缩控制剂是非磨料的六角形氮化硼。

5、根据权利要求2所述的方法，其特征为一种暂时粘结剂包括在步骤a）中，并且提供于进一步步骤：在模具中把压制的形体加热到低于把玻态基体初始物转变成与磨料粘结在一起的玻态基体的温度，形成一种自我支撑成形的模压体，并且此后，在步骤d）之前把所述模压体从该模具中卸出。

6、根据权利要求2所述的方法，其特征为该磨料是立方氮化硼。

7、根据权利要求2所述的方法，其特征为该磨料是立方氮化硼磨料和熔融氧化铝磨料的混合物。

8、根据权利要求2所述的方法，其特征为在把磨料与制造玻态粘结磨料制品的其他配料相混合的步骤之前，包括一个把磨料和收缩控制剂相混合在一起的步骤。

9、根据权利要求2所述的方法，其特征为该收缩控制剂所用的量是以制品体积为基础的从1%到10%体积比范围。

10、根据权利要求3所述的方法，其特征为该玻态基体初始物是一种玻璃料。

11、根据权利要求4所述的方法，其特征为该磨料是立方氮化硼。

12、根据权利要求4所述的方法，其特征为该玻态基体初始物是一种玻璃料。

13、根据权利要求8所述的方法，其特征为该收缩控制剂是非磨料的六角形氮化硼。

14、根据权利要求9所述的方法，其特征为该收缩控制剂的量是基于该制品体积的从4%到8%范围的体积比的量。

15、根据权利要求11所述的方法，其特征为该六角形氮化硼使用量是在基于该制品体积的从1%到10%范围的体积比的量。

16、一种具有20%到55%体积比范围的孔隙度的由改进方法所生产的玻态粘结磨料制品，该方法包括以下步骤：

a）把磨料和玻态基体初始物混合在一起，形成一种均匀的混合物，

b）把该混合物放入模具之中，

c）把该混合物在模具中加压，形成一个压制的形体，和

d）在能使玻态基体初始物转变成与磨料粘结在一起的玻态基体的温度下，加热该压制的形体，

其特征为改进之处包括：把一个收缩减少有效量的收缩控制剂与磨料和玻态粘结初始物相混合的步骤，所述控制剂是一种无包层、非磨料、非金属、颗粒状的无机物固体。

17、根据权利要求16所述的一种玻态粘结磨料制品，其特征在于该收缩控制剂是一种从以下组中选出的，莫氏硬度在1到4的范围之内的无包层、非金属、非金属、颗粒状的无机物固体，该组组成：（1）含有氧和至少硅、铝、镁元素中一种的矿物质，和（2）六角形氮化硼。

18、根据权利要求17所述的玻态粘结磨料制品，其特征在于该收缩控制剂是一种含有氧和至少硅、铝、镁元素中一种的矿物质。

19、根据权利要求17所述的玻态粘结磨料制品，其特征在于该收缩控制剂是六角形氮化硼。

20、根据权利要求17所述的玻态粘结磨料制品，其特征在于该磨料是立方氮化硼。