CN110891919A

CN110891919A - 成形陶瓷磨粒以及用于制造成形陶瓷磨粒的方法

Info

Publication number: CN110891919A
Application number: CN201880044472.3A
Authority: CN
Inventors: M·奥尔登科特; A·哈策尔; G·海特曼; J·米萨克; P·斯特迪勒; S·芬夫席林
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-05-02
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2020-03-17
Also published as: EP3619182A1; US20200140338A1; DE102017207322A1; WO2018202507A1

Abstract

本发明涉及一种成形陶瓷磨粒，该成形陶瓷磨粒在α‑Al₂O₃的基础上包含5％重量百分比至30％重量百分比含量的ZrO₂，其中，α‑Al₂O₃的平均晶粒尺寸为0.5μm至3μm并且ZrO₂的平均晶粒尺寸为0.25μm至8μm，以及具有这样的磨粒的磨削用品和用于制造这种磨粒的方法。

Description

成形陶瓷磨粒以及用于制造成形陶瓷磨粒的方法

技术领域

本发明涉及一种成形陶瓷磨粒、磨削用品以及用于制造成形陶瓷磨粒的方法。

背景技术

由现有技术已知基于α-Al₂O₃(α-氧化铝)的成形陶瓷磨粒。成形磨粒是具有限定的形状和限定的尺寸的磨粒。由于限定的成型过程，所述磨粒具有其限定的形状和限定的尺寸。因此，例如在WO 2014/020075 A1中说明了用于陶瓷磨粒的不同的有利几何形状。此外，由现有技术已知不成形或者不规则成形的磨粒，这些磨粒也称为破碎的磨粒。与不成形或不规则成形的磨粒相比，成形陶瓷磨粒的优点在于其更高的磨削性能。

为了制造成形陶瓷磨粒，此外由现有技术已知两种方法，所述方法也在WO 2014/020075 A1中被说明。由现有技术已知α-Al₂O₃作为用于制造成形陶瓷磨粒的初始材料。如果将α-Al₂O₃用作初始材料，则所谓的粉浆法尤其适用于制造磨粒。由现有技术也已知，使用在制造磨粒期间才被转化为α-Al₂O₃的α-Al₂O₃前体产品作为用于制造的初始材料。合适的前体产品的示例是氢氧化铝勃姆石(γ-AlO(OH))和透辉石(α-AlO(OH))以及氢氧化铝三水铝石(γ-Al(OH)₃)和三羟铝石(α-Al(OH)₃)。为了由这些前体产品制造磨粒使用所谓的溶胶-凝胶法，该方法产生具有非常细的微结构的磨粒。

关于成形和部分成形的溶胶-凝胶磨粒存在许多文献。ZrO₂(氧化锆)在溶胶-凝胶磨粒中的影响也已被多次研究。然而，初始材料：α-Al₂O₃或α-Al₂O₃前体产品以及制造方法：溶胶-凝胶方法或粉浆方法引起在由此制造的成形陶瓷磨粒的性能方面的差异。

发明内容

本发明从基于α-Al₂O₃(α-氧化铝)的成形陶瓷磨粒出发。根据本发明设置，基于α-Al₂O₃的成形陶瓷磨粒，关于成形陶瓷磨粒的总重量而言包含5％重量百分比至30％重量百分比含量的ZrO₂(氧化锆)。在此，α-Al₂O₃具有0.5μm至3μm、优选0.6μm至2μm的平均晶粒尺寸，并且ZrO₂具有0.25μm至8μm、优选0.3μm至1.5μm的平均晶粒尺寸。尤其包含具有10％重量百分比至25％重量百分比、尤其特别15％重量百分比至22％重量百分比含量的ZrO₂。

已发现，提高的ZrO₂含量对配备有根据本发明的磨粒的磨削用品的磨削性能产生有利影响。据推测，通过提高的ZrO₂含量实现磨粒的连续的微晶分解，该分解持续释放出新的且锋利的切割棱边。提高的ZrO₂含量可能与磨粒组织中的增加的薄弱部位的数量相关，所述薄弱部位对磨粒的磨削性能产生积极影响。具有α-Al₂O₃和ZrO₂含量的磨粒也称为两相磨粒。

在本发明的范畴内，成形磨粒被理解为具有限定几何形状的磨粒。限定几何形状的成形磨粒具有限定大小的限定的三维形状。限定大小的限定形状通过在制造磨粒时的限定的成型工艺获得。成形磨粒的限定几何形状应能够复制。成形磨粒应能够重复地且有针对性地以所希望的限定几何形状制造。成形磨粒尤其不是破碎的或部分破碎的磨粒，该磨粒能够通过碎化，尤其破碎制造。

作为限定的三维形状尤其可以考虑具有两个或多个面、一条或多条棱边以及一个或多个角和/或尖端的几何体。所述几何体的一个或多个面可以是平面的或弯曲的。弯曲的面可以是凹形或凸形。一条或多条棱边和/或一个或多个角和/或一个或多个尖端可以是尖锐的或倒圆的。一条或多条棱边可以具有倒棱。适用于成形磨粒的几何体的示例是多面体，例如四面体、五面体、六面体等。替代多面体地，锥体、柱体等旋转体例如也适用于成形磨粒。成形磨粒的几何体尤其可以是棱柱、棱锥、圆柱或圆锥。

在此，成形磨粒具有至少一个底面，该底面可以是多边形，例如三角形或正方形，或无角的或者弯曲的，例如圆形或椭圆形。在具有多个角的底面中，一条或多条侧棱边可以是直的或弯曲的。此外，几何体尤其具有至少一个侧面。如果陶瓷磨粒具有至少一个底面、至少一个侧面和至少一个尖端，则该陶瓷磨粒可以按照圆锥的类型成形。几何体尤其可以具有一个底面和多个侧面以及至少一个尖端。这种磨粒可以按照棱锥的类型成形。所述至少一个侧面可以构成外周面。

替代地或附加地，成形磨粒的几何体可以具有至少一个顶面，该顶面可以是多边形，例如三角形或四边形，或者是无角的或弯曲的，例如圆形或椭圆形。在具有多个角的顶面中，一条或多条侧棱边可以是直的或弯曲的。所述至少一个顶面和所述至少一个底面可以具有相同的几何形状或不同的几何形状。所述顶面和底面可以基本上彼此平行地布置。然而，它们也可以彼此成角度地布置。所述顶面和底面的表面积可以基本上相同或不同大小。

所述至少一个顶面经由至少一个侧面与底面连接。在此，所述至少一个侧面可以构成底面和顶面之间的外周面。如果底面和顶面由各一个具有n个角的多边形构成，则成形磨粒例如可以具有n个侧面。几何体可以按照具有一个底面和一个顶面以及多个侧面的棱柱的类型成形。几何体也可以按照具有一个底面和一个顶面以及一个侧面的圆柱的类型成形。此外，具有一个底面和一个顶面以及多个侧面的几何体也可以按照截棱锥的类型成形。此外，具有一个底面和一个顶面以及一个侧面的几何体也可以按照截圆锥的类型成形。所述至少一个底面和/或顶面例如可以由等边和等角的多边形，尤其是等边和等角的三角形或四边形构成。替代地，所述至少一个底面也可以由不等边的多边形构成。此外，直的或斜的几何体也适合。因此，成形磨粒例如可以是直的或斜的棱柱、直的或斜的棱锥，直的或斜的圆柱或直的或斜的圆锥。

如果成形磨粒的几何体具有至少一个底面、至少一个顶面和一个或多个侧面，则磨粒体优选扁平地构造。这样的体可以被视为扁平的几何体：所述体的至少一个底面和/或顶面具有尤其最大的延伸尺度，该延伸尺度比在底面和顶面之间沿着一个或多个侧面的尤其最大的延伸尺度大几倍。所述底面和/或顶面的延伸尺度例如可以由该底面和/或顶面的侧棱边的长度来限定。在底面和顶面之间沿着一个或多个侧面的延伸尺度可以由所述体的厚度来限定。因此，底面和/或顶面的延伸尺度与几何体的底面和顶面之间的延伸尺度的比例如可以在2至10的范围内、尤其在2至5的范围内。因此，侧棱边长度与几何体厚度的比例如为2至10、尤其2至5。

限定几何形状的成形磨粒也可以由能够重复地制造的任意三维形状构成。任意三维的可复制形状应理解为这样的形状，在该形状中，多个面以自由形式一起构成一个三维体。

在一个实施方式中，陶瓷磨粒的限定的三维形状可以是规则正三棱柱。在此，陶瓷磨粒具有一个底面和一个顶面，它们分别由三个等长的侧棱边构成。在此，底面和顶面基本上大小相同。底面和顶面基本上彼此平行地布置。底面和顶面通过三个基本上相同的、构成棱柱外周面的侧面彼此间隔开。所述规则正三棱柱尤其扁平地构造。侧棱边长度与棱柱厚度的比例如在2至10的范围内、尤其在2至5的范围内、尤其特别在2.75至4.75的范围内。

当然，在实际的成形磨粒中由制造决定地可能会出现与理想或者说精确的几何体的偏差。视制造方法和成型方法而定，出现极其明显的偏差。因此，例如通过制造方法尤其在棱边、角和/或尖端处可能出现倒圆。此外，几何体的一个或多个面，例如底面、顶面或侧面能够以不规则的方式具有不平部。这些不平部例如可能由于夹杂空气而形成。例如由于干燥过程也可能出现变形。

α-Al₂O₃被用作制造根据本发明的陶瓷磨粒的初始材料。α-Al₂O₃本身是本领域技术人员已知的并且商业上例如以粉末形状可购得。因此，在本发明的范畴内，从α-Al₂O₃本身作为初始材料出发。尤其不使用α-Al₂O₃的前体产品、例如勃姆石(γ-AlO(OH))作为初始材料。

此外，ZrO₂也被用作制造根据本发明的陶瓷磨粒的初始材料。ZrO₂本身也是本领域技术人员已知的并且商业上例如以粉末形状可购得。

在这里，平均晶粒尺寸被理解为成形陶瓷磨粒中的α-Al₂O₃或ZrO₂的颗粒尺寸。在本发明的范畴内已发现：较小的平均晶粒尺寸比较大的平均晶粒尺寸实现更高的材料去除量。在此，平均晶粒尺寸意味着由一定数量的晶粒尺寸的测量值构成的平均值。可以借助已知的方法，例如REM或XRD分析来确定晶粒尺寸。例如可以借助截线法分析评估REM分析的图像。所述截线法(也称为直线法)对于本领域技术人员而言由组织分析已知。在此，形成所有测得的截线段长度的平均值用于确定粒度尺寸。必要时在求取平均值时还可以考虑校正因子。

在一个实施方式中，α-Al₂O₃的平均晶粒尺寸与ZrO₂的平均晶粒尺寸的比为0.4至7。

在一个进一步的构造方式中，磨粒包含具有最大20％重量百分比含量的用于稳定ZrO₂的稳定剂，其中，所述稳定剂是金属钇、镁、钙或铈的氧化物或两种或多种这些氧化物的混合物。Y₂O₃、CeO₂、MgO、CaO尤其适合作为稳定剂。这种ZrO₂也称为稳定的ZrO₂。例如具有3mol％的Y₂O₃的稳定的ZrO₂在商业上可购得，其在商业上在名称3Y-TZP下是已知的。该稳定化引起，ZrO₂在冷却时保持在四方晶相中，并且不转变到单斜晶相中。所述稳定化也能够引起，ZrO₂在冷却时保持在立方晶相中，而不转变到四方晶相中。相反地，如果ZrO₂不包含稳定剂，则被称为不稳定的ZrO₂。在本发明的范畴内，稳定的ZrO₂不但被理解为完全稳定的或基本上完全稳定的ZrO₂，而且也被理解为部分稳定的ZrO₂。例如，部分稳定的ZrO₂在冷却时至少部分地转变到四方晶相中。尤其，ZrO₂应至少稳定到如此程度，使得其在冷却时不会或至少不完全转变到单斜晶相中。

此外，所述磨粒优选包含具有最大0.5％重量百分比、尤其0.02％重量百分比至0.4％重量百分比含量的MgO。MgO尤其可以用作抑制晶粒生长的阻碍物。MgO是本领域技术人员已知的并且在商业上例如以粉末形式可购得。

此外，成形陶瓷磨粒优选包含具有0.01％重量百分比至2％重量百分比、尤其0.015％重量百分比至1％重量百分比、尤其特别0.02％重量百分比至0.5％重量百分比含量的SiO₂。低含量的SiO₂尤其以下述方式起作用：防止或者减小组织中的巨大晶粒生长和从而改善磨削性能。

在一个实施方式中，成形陶瓷磨粒包含具有0.01％重量百分比至0.5％重量百分比、优选0.015％重量百分比至0.2％重量百分比含量的Na₂O。低含量的Na₂O尤其可以引起，防止或者限制组织中的巨大晶粒生长和从而提高磨削性能。

在一个变型中，成形陶瓷磨粒包含具有0.01％重量百分比至0.03％重量百分比含量的CaO。低含量的CaO尤其也可以引起，防止或者减小组织中的巨大晶粒生长和从而改善磨削性能。

此外，在一个成形陶瓷磨粒的变型中包含具有0.01％重量百分比至0.2％重量百分比含量的Fe₂O₃。低含量的Fe₂O₃尤其引起，防止或者减小组织中的巨大晶粒生长和从而改善磨削性能。

成形陶瓷磨粒尤其具有这样的密度，该密度为理论密度的92％至99.9％、尤其96％至99.9％。高密度引起磨粒的更大的强度并且伴随着更少的微孔数量。磨粒的密度可以借助已知方法，例如汞孔隙率法来确定。已发现，大量的微孔是不希望的。在此推测，在存在大量微孔的情况下在用成形陶瓷磨粒磨削工件时在切割棱边上会出现倒圆，并且金属磨屑被输入到微孔中。

此外，本发明还涉及一种磨削用品，所述磨削用品包含在α-Al₂O₃的基础上具有5％重量百分比至30％重量百分比含量的ZrO₂的成形陶瓷磨粒，其中，α-Al₂O₃具有0.5μm至3μm的平均晶粒尺寸，并且ZrO₂具有0.25μm至8μm的平均晶粒尺寸。

在磨削用品的一个变型中，除成形陶瓷磨粒外也包含不成形的、尤其破碎的磨粒和/或部分成形的磨粒。这些不成形的磨粒和/或部分成形的磨粒例如用作支撑颗粒。在磨削用品的该变型中，成形陶瓷磨粒的含量例如为关于磨粒总量的最大80％、尤其50％至80％、尤其特别60％至70％。与成形陶瓷磨粒不同地，不成形的陶瓷磨粒不具有限定的几何形状。所述不成形的陶瓷磨粒不具有限定尺寸的限定的三维形状。在制造这种磨粒时不发生限定的成型过程。不成形磨粒不规则地构型并且是随机成形的。所述不成形磨粒可以通过碎化，例如通过破碎制造，其中，所述碎化以随机方式进行，使得磨粒由碎块构成。这种不成形的、尤其破碎的磨粒是本领域技术人员充分已知的。它们的制造例如在EP 947485 A1中被说明。与成形陶瓷磨粒不同地，部分成形的陶瓷磨粒不具有完全限定的几何形状。与不成形磨粒不同地，部分成形的陶瓷磨粒部分地具有限定的几何形状，该几何形状具有部分限定尺寸的部分限定的三维形状。例如，部分成形的磨粒具有至少一个限定的侧面，尤其至少两个限定的侧面，和/或至少一条限定的棱边，尤其至少两条限定的棱边。部分成形的磨粒具有至少一个随机成形的侧面和/或至少一条随机成形的棱边。这种磨粒例如可以通过以下方式制造：首先成型为前体产品，随后碎化该前体产品。因此，例如可以首先成形具有两个基本上平面平行的侧面的层。随后，该层能够以随机方式被碎化，由此形成不规则成形的破碎棱边。例如在DE 102015108812 A1中说明了这种部分成形的磨粒。

此外，在一个变型中，所述磨削用品除具有5％重量百分比至30％重量百分比含量的ZrO₂的两相的成形陶瓷磨粒外，也包括在α-Al₂O₃基础上的单相的成形陶瓷磨粒。单相磨粒被理解为由ZrO₂含量基本上为0％重量百分比的α-Al₂O₃构成的磨粒。因此，单相磨粒基本上不具有ZrO₂含量。单相磨粒基本上不含ZrO₂。表述“不含”或者“基本上不含”或者说“含量为零”或者“含量基本上为零”被理解为，少量ZrO₂例如由于污染而不能完全被排除。

在该变型中，磨削用品包括由两相的成形陶瓷磨粒和单相的成形陶瓷磨粒组成的混合物。关于这种磨削用品的成形陶瓷磨粒的总量，与两相的成形陶瓷磨粒相比，单相的成形陶瓷磨粒的含量为最大80％、尤其大于0％至最大80％，尤其特别是至少5％至最大50％。

在磨削用品的另一个变型中，除两相和单相的成形陶瓷磨粒外，也可以包含不成形的、尤其破碎的磨粒和/或部分成形的磨粒。这些磨粒例如用作支撑颗粒。

已发现，具有由两相的成形陶瓷磨粒和单相的成形陶瓷磨粒组成的混合物的磨削用品也提供提高的磨削性能。这样的磨削用品与具有两相的成形磨粒，而没有单相的成形陶瓷磨粒的磨削用品相比具有以下优点：所述磨削用品成本更低。

磨削用品尤其是涂覆的磨削用品。该磨削用品尤其包括柔性基底，该柔性基底具有至少一个层，该层尤其由纸、纸板、硫化纤维、泡沫、塑料、织物，尤其是机织物、针织物、钩织物、编织物、毛毡或这些材料的组合，尤其是以一层或多层的纸和织物构成。所述柔性基底赋予磨削用品在附着、拉伸、撕裂和拉伸强度、柔韧性和稳定性方面的特定的特性。

在涂覆的磨削用品中，磨粒尤其借助基础粘合剂附着在柔性基底上。借助基础粘合剂将磨粒尤其以所希望的位态和分布预固定在基底上。对于本领域技术人员而言由现有技术充分已知适用于将磨粒附接在柔性基底上的基础粘合剂。尤其考虑合成树脂，例如酚醛树脂、环氧树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂、聚酯树脂作为基础粘合剂。除基础粘合剂外，磨削用品还可以具有至少一种覆盖粘合剂，例如两种覆盖粘合剂。所述覆盖粘合剂尤其分层地施加到基础粘合剂和磨粒上。在此，所述覆盖粘合剂将磨粒彼此牢固地连接并且与基底牢固地连接。此外，对于本领域技术人员而言由现有技术充分已知合适的覆盖粘合剂。尤其考虑合成树脂，例如酚醛树脂、环氧树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂、聚酯树脂作为覆盖粘合剂。此外，可以设置另外的粘合剂和/或添加剂，用于赋予磨削用品特定的特性。这种粘合剂和/或添加剂是本领域技术人员熟悉的。

替代的磨削用品，例如粘结的磨削用品也是可能的。粘结的磨削用品尤其是本领域技术人员熟悉的树脂粘结的分离和粗磨盘。对于合成树脂粘结的分离和粗磨盘而言，由磨削矿物质以及填料、粉末树脂和液态树脂混合成团，然后将其以不同的厚度和直径压制成分离和粗磨盘。

所述磨削用品能够以不同的成型形状存在，例如作为磨削盘或作为磨削带，作为弓、卷或条。

此外，本发明涉及一种用于制造成形陶瓷磨粒的方法，所述方法包括以下步骤：

a)由至少一种α-Al₂O₃粉末、ZrO₂粉末和分散剂制造粉浆，其中，在该粉浆中，固体含量为50％重量百分比至90％重量百分比并且平均粒度为0.1μm至8μm；

b)将粉浆填充到铸模凹部中，其中，所述凹部具有限定的几何形状；

c)将所述凹部中的粉浆干燥成磨粒前体，其中，所述磨粒前体的固体含量为85％重量百分比至99.9％重量百分比；

d)将磨粒前体从所述凹部移出；

e)将所述磨粒前体烧结成磨粒，该磨粒在α-Al₂O₃的基础上包含5％重量百分比至30％重量百分比的ZrO₂并且密度为理论密度的92％至99.9％，其中，α-Al₂O₃具有0.5μm至3μm的平均晶粒尺寸，而ZrO₂具有0.25μm至8μm的平均晶粒尺寸。

根据本发明的方法基于粉浆方法。根据本发明的成形陶瓷磨粒的制造尤其不按照由文献充分已知的溶胶-凝胶法进行。下面详细地阐述各个方法步骤。

根据本发明的方法的步骤a)，由至少一种α-Al₂O₃粉末、ZrO₂粉末和分散剂制造粉浆。水尤其适合作为分散剂。为了制造粉浆可以使用具有所希望纯度的商业通用的α-Al₂O₃粉末和商业通用的ZrO₂粉末。粉浆的制造尤其可以在溶解器中进行。

根据步骤a)制造出的粉浆具有50％重量百分比至90％重量百分比的固体含量和0.1μm至8μm的平均粒度。粉浆中的固体含量的平均粒度可以为尤其0.1μm至4μm、尤其特别0.1μm至2μm、并且进一步尤其0.1μm至1μm。已发现，粉浆中的固体含量的该小的平均粒度有利于形成具有相对更小的平均晶粒尺寸的磨粒。如开头已经提及的那样，相对更小的平均晶粒尺寸对磨削性能产生有利影响。

平均粒度理解为粒度分布的值D50，其中，值D50意味着50％的颗粒小于给定值。本领域技术人员充分已知借助D值(例如D10、D50、D90、D95，D99、D100)描述粒度分布。

为了实现粉浆中的固体含量的平均粒度为0.1μm至8μm，该方法的步骤a)也可以包括碾磨过程。该碾磨过程在碾磨机，例如球磨机中进行。尤其可以在将α-Al₂O₃和ZrO₂的粉末状含量分散到分散剂中之后进行碾磨过程。

在该方法的一个实施方式中，尤其在步骤a)中将粘合剂添加给粉浆。合适的粘合剂是本领域技术人员熟悉的。例如，各种多聚糖和低聚物尤其合适。制成的粉浆尤其包含0.1％重量百分比至2％重量百分比含量的粘合剂。粘合剂引起磨粒前体，即未烧结的磨粒的更高强度，并且由此便于操作，例如在将磨粒前体从铸模中脱模时。

在该方法的一个扩展方案中，尤其在步骤a)中，将保湿剂添加给粉浆。甘油尤其适合作为保湿剂。制成的粉浆尤其包含含量为0.2％重量百分比至10％重量百分比、尤其0.5％重量百分比至8％重量百分比、尤其特别1％重量百分比至6％重量百分比的保湿剂。所述保湿剂有利于之后的根据步骤c)的干燥过程并且防止磨粒前体变得太干燥并且从而变脆。

尤其在该方法的步骤a)中，可以将其它添加剂添加给粉浆。例如，可以添加分散剂。添加的分散剂的量例如为0.1％重量百分比至2％重量百分比。

此外，可以添加润湿剂，例如聚乙二醇醚。添加的润湿剂的量例如为0.05％重量百分比至2％重量百分比，为0.1％重量百分比至0.6％重量百分比。

根据步骤b)，将粉浆填充到铸模凹部中，其中，所述凹部具有限定的几何形状。该方法步骤用于粉浆的成型以形成成形陶瓷磨粒。为了获得限定几何形状的成形陶瓷磨粒，将粉浆引入到限定几何形状的凹部中。铸模包含多个凹部，粉浆被填充到这些凹部中。所述凹部具有限定的几何形状，该几何形状限定了成形陶瓷磨粒的几何形状。限定几何形状的凹部构成用于制造成形陶瓷磨粒的阴模。在本发明的范畴内，凹部的限定的几何形状被理解为限定尺寸的限定的三维形状。多个铸模的凹部尤其全部具有相同的限定几何形状，以便在一个工作步骤中制造多个相同几何形状的成形陶瓷磨粒。替代地，铸模也可以具有不同的限定几何形状的凹部，以便在一个工作步骤中制造不同几何形状的成形陶瓷磨粒。所述凹部尤其设置在铸模的上侧上并且构造为向铸模的上侧敞开，使得可以将粉浆从上方填充到凹部中。该填充可以无压力地进行。例如，多余的粉浆例如可以借助刮板从铸模表面除去。所述铸模可由金属，例如铝，或由塑料，例如硅树脂、聚氨酯或聚氯乙烯构成。

根据步骤c)的粉浆的干燥优选在25℃至60℃，尤其30℃至50℃的温度下进行。所述干燥优选在干燥炉中进行。在干燥期间所述分散剂的至少一部分被除去。干燥尤其持续5分钟至4小时、尤其特别持续20分钟至40分钟。如果在相对短的时间内在过高的温度下进行干燥，则由于收缩出现磨粒前体的变形，该变形对于获得限定几何形状的磨而言粒通常是不希望的。通过方法的步骤c)形成具有85％重量百分比至99.9％重量百分比的固体含量的磨粒前体。

在下面的步骤d)中，将磨粒前体从凹部中移出。磨粒前体脱模的该方法步骤能够以不同方式进行。磨粒前体例如可以借助重力从凹部中取出。替代地或附加地，所述移出可以通过将铸模偏转一个较窄的半径来实现。所述移出可以通过附加的辅助器具，例如刷子、压缩空气、负压和/或振动来辅助。

在步骤e)中，磨粒前体被烧结。磨粒前体的烧结尤其在1300℃至1700℃、尤其1450℃至1600℃的温度下进行。在此形成在α-Al₂O₃的基础上具有ZrO₂含量为5％重量百分比至30％重量百分比并且密度为理论密度的92％至99.9％的磨粒，其中，α-Al₂O₃具有0.5μm至3μm的平均晶粒尺寸，并且ZrO₂具有0.25μm至8μm的平均晶粒尺寸。

本发明还涉及一种根据本发明的方法制造的成形陶瓷磨粒。最后，本发明还涉及一种磨削用品，该磨削用品包括根据本发明的方法制造的成形陶瓷磨粒。

附图说明

下面根据附图详细地阐述本发明。附图示出了：

图1根据本发明的成形陶瓷磨粒的一个实施方式的示意图；

图2根据本发明的磨削用品的一个实施方式的示意截面图的局部；

图3用于示出根据图2的磨削用品的磨削性能的曲线图；

图4用于示出制造成形陶瓷磨粒的方法步骤的流程图。

具体实施方式

在图1中示意性地示出根据本发明的成形陶瓷磨粒10的一个示例性的实施方式。磨粒10的几何形状由具有侧棱边12和高度14的规则正三棱柱构成。底面16和顶面18与此相应地分别由三个等长的侧棱边12构成。底面16和顶面18大小相同并且通过高度14彼此间隔开。三个侧面17由矩形构成并且大小相同。在根据图1的示例性的实施方式中，侧棱边12具有1400μm的长度。高度14为410μm。在一个替代的实施方式中，侧棱边12的长度也可以为1330μm并且高度14为400μm。

图2以示意性截面图示出具有磨粒10的根据本发明的磨削用品50的一个示例性实施方式的局部。在所示的实施方式中，磨削用品50是具有由硫化纤维构成的承载元件52的涂覆的磨削用品50。由硫化纤维构成的承载元件52用作磨粒10的柔性基底。硫化纤维是由纤维素、尤其棉花或纸浆纤维构成的复合材料，并且对于本领域技术人员而言作为磨削用品的柔性基底由现有技术充分已知。磨粒10借助例如由酚醛树脂构成的基础粘合剂54固定在承载元件52上。由基础粘合剂层54和磨粒10构成的层用被涂覆以例如由酚醛树脂构成的覆盖粘合剂56。

根据图4的流程图详细地阐述根据本发明的用于制造成形陶瓷磨粒的方法。制造方法100包括以下步骤。在第一步骤110中由至少一种α-Al₂O₃粉末、ZrO₂粉末和分散剂制造粉浆，其中，在所述粉浆中固体含量为50％重量百分比至90％重量百分比并且平均粒度为0.1μm至8μm。在第二步骤120中，将所述粉浆填充到铸模的凹部中，其中，这些凹部具有限定的几何形状。然后，在第三步骤130中，将所述凹部中的粉浆干燥成磨粒前体，其中，磨粒前体的固体含量为85％重量百分比至99.9％重量百分比。在粉浆干燥之后，在第四步骤140中，将磨粒前体从凹部中移出。此外，在第五步骤150中，将磨粒前体烧结成磨粒，该磨粒在α-Al₂O₃的基础上具有5％重量百分比至30％重量百分比的ZrO₂含量并且具有为理论密度的92％至99.9％的密度，其中，α-Al₂O₃具有0.5μm至3μm的平均晶粒尺寸，而ZrO₂具有0.25μm至8μm的平均晶粒尺寸。

图3以曲线图示出不同磨削用品的磨削性能，所述磨削用品已经制造为具有不同ZrO₂含量的成形陶瓷磨粒。在该曲线图中，在y轴上示出在磨削测试中测得的单位为克/板的材料去除量S作为磨削性能的量度，在x轴上示出在磨削测试中被磨削的板的数量P。用具有成形陶瓷磨粒的磨削用品的三个不同实例总共执行三个磨削测试。在根据本发明的第一示例中，使用具有22％重量百分比的ZrO₂含量的成形陶瓷磨粒的磨削用品(在下面也称为变型AZ22)。在根据本发明的第二示例中，使用具有16％重量百分比的ZrO₂含量的成形陶瓷磨粒的磨削用品(在下面也称为变型AZ16)。在第三比较示例中，使用具有不含ZrO₂(0％重量百分比的ZrO₂)的单相成形陶瓷磨粒的磨削用品(在下面也称为变型A)。

变型AZ22、AZ16和A的磨粒如下所述地制造。首先为变型AZ22、AZ16和A中的每一个制造粉浆(参见图4，步骤110)。为此，将表1中列出量的水作为分散剂以及Dolapix作为解凝剂与表1中列出量的粉末状α-Al₂O₃、粉末状ZrO₂(对于变型AZ22、AZ16而言)和粉末状MgO在溶解器中均质化。粉末状ZrO₂是部分稳定的ZrO₂(具有3mol％Y₂O₃的稳定的ZrO₂)。此外，将进一步在表1中列出量的有机添加剂Optapix AC 112作为粘合剂、Glydol N109作为润湿剂和甘油作为保湿剂添加给所述粉浆。随后，将所述粉浆在球磨机中碾磨。制成的粉浆的平均粒度为0.2μm。

表1：

在下面的步骤中，对于三种变型AZ22、AZ16和A中的每一种，将制成的粉浆填充到铸模凹部中，其中，所述凹部具有限定的几何形状(参见图4，步骤120)。借助手动刮板将粉浆手动地填充到凹部中。铸模具有板的形状，该板具有3mm的厚度并且由硅树脂构成。铸模具有多个相同几何形状的凹部。为了获得如在图1中所示的成形陶瓷磨粒，铸模中的凹部构造为具有棱边长为1.7mm和深度为0.5mm的规则正三棱柱的阴模。

在进一步的步骤中，铸模凹部中的粉浆被干燥(参见图4，步骤130)。所述干燥在40℃的温度下进行约1小时。在此，可以获得具有固体含量为例如96％重量百分比的磨粒前体。

在干燥之后，将磨粒前体从铸模凹部中移出(参见图4，步骤140)。为此，将铸模偏转一个窄的半径。此外，通过刷子机械地辅助脱模。

在下一个步骤中，将磨粒前体烧结成磨粒(参见图4，步骤150)。对于变型AZ16和AZ22而言在1530℃的温度下烧结120分钟，以及对于变型A而言在1560℃的温度下烧结180分钟。在烧结之后，磨粒分别具有为理论密度的98％(变型AZ22)、97％(变型AZ16)和95％(变型A95)的密度。磨粒分别具有16％重量百分比(变型AZ16，根据本发明的示例1)、22％重量百分比(变型AZ22，根据本发明的示例2)和0％重量百分比(变型A，比较示例)的ZrO₂含量。在变型AZ22中，α-Al₂O₃的平均晶粒尺寸为1.28μm，在变型AZ16中，α-Al₂O₃的平均晶粒尺寸为1.39μm。ZrO₂的平均晶粒尺寸在AZ22变型中为0.61μm，而在AZ16变型中为0.57μm。

用磨粒AZ22、AZ16和A制造的、呈磨削盘形式的各磨削用品50如下所述地构造(参见图2)。分别使用由硫化纤维构成的具有直径为180mm和厚度为0.8mm的纤维盘作为承载元件52。使用由酚醛树脂(35-50％重量百分比)和白垩(30-45％重量百分比)构成的混合物作为基础粘合剂54。在此，所使用的基础粘合剂的量在湿状态下为100-120g/m²。施加到具有基础粘合剂54的承载元件52上的磨粒10的量为640-740g/m²。对于变型AZ22和AZ16而言，使用由酚醛树脂(20-30％重量百分比)、白垩/高岭土混合物1：1(30-40％重量百分比)和冰晶石(5-20％重量百分比)组成的混合物作为覆盖粘合剂56。对于变型A而言，使用由酚醛树脂(20-30％重量百分比)、白垩(35-45％重量百分比)和冰晶石(5-20％重量百分比)组成的混合物作为覆盖混合物56。所使用的覆盖粘合剂的量在湿状态下为760-950g/m²。

为了确定在图3中所示的分别用磨粒AZ22、AZ16和A制造的磨削用品的磨削性能，在检测设备上执行以下磨削测试。呈磨削盘形式的各磨削用品被安装在支撑盘上。使用由材料1.0332和1.8974构成的、具有加工面为6mm×285mm的钢板作为用于磨削的工件。为了确定每钢板的材料去除量，在磨削测试之前和之后对钢板称重。在磨削测试期间，交替地重复磨削由材料1.0332和1.8974构成的钢板。以4181U/min的转速驱动各磨削盘，并且将工件以1.5mm/s的进给速度从磨削盘旁引导过。在此，工件以6kg的重量被压到磨削盘上。借助具有磨粒AZ22、AZ16和A的所述三个磨削盘中的每一个加工80块钢板。

根据图3的曲线图示出对于两种磨粒AZ22和AZ16与单相磨粒A相比而言显著提高的磨削性能。此外，该曲线图示出在磨削测试的第一阶段(直至约35块板)中，对于磨粒AZ22与磨粒AZ16相比而言更高的磨削性能，而相反地，示出在磨削测试的第二阶段(从约35块板到80块板)中，对于AZ16磨粒与AZ22磨粒相比而言更高的磨削性能。在磨削测试的第一阶段中，磨粒的磨损比在第二阶段(从约35块板到80块板)中更小。

Claims

1.一种成形陶瓷磨粒，所述成形陶瓷磨粒在α-Al₂O₃的基础上包含5％重量百分比至30％重量百分比含量的ZrO₂，其中，所述α-Al₂O₃具有0.5μm至3μm的平均晶粒尺寸，并且，所述ZrO₂具有0.25μm至8μm的平均晶粒尺寸。

2.根据权利要求1所述的成形陶瓷磨粒，其特征在于包含具有10％重量百分比至25％重量百分比、尤其15％重量百分比至22％重量百分比含量的ZrO₂。

3.根据前述权利要求中任一项所述的成形陶瓷磨粒，其特征在于，所述α-Al₂O₃的平均晶粒尺寸与所述ZrO₂的平均晶粒尺寸的比为0.4至7。

4.根据前述权利要求中任一项所述的成形陶瓷磨粒，其特征在于，所述磨粒包含具有最大20％重量百分比含量的用于稳定ZrO₂的稳定剂，其中，所述稳定剂是金属钇、镁、钙或铈的氧化物或这些氧化物的混合物。

5.根据前述权利要求中任一项所述的成形陶瓷磨粒，其特征在于，所述磨粒包含具有最大0.5％重量百分比、尤其0.02％重量百分比至0.4％重量百分比含量的MgO。

6.根据前述权利要求中任一项所述的成形陶瓷磨粒，其特征在于，所述磨粒包含具有0.01％重量百分比至2％重量百分比、尤其0.015％重量百分比至1％重量百分比、尤其0.02％重量百分比至0.5％重量百分比含量的SiO₂。

7.根据前述权利要求中任一项所述的成形陶瓷磨粒，其特征在于，所述磨粒包含具有0.01％重量百分比至0.5％重量百分比、优选0.015％重量百分比至0.2％重量百分比含量的Na₂O。

8.根据前述权利要求中任一项所述的成形陶瓷磨粒，其特征在于，所述磨粒包含具有0.01％重量百分比至0.03％重量百分比含量的CaO。

9.根据前述权利要求中任一项所述的成形陶瓷磨粒，其特征在于，所述磨粒包含具有0.01％重量百分比至0.2％重量百分比含量的Fe₂O₃。

10.根据前述权利要求中任一项所述的成形陶瓷磨粒，其特征在于，所述磨粒的密度为理论密度的92％至99.9％。

11.一种磨削用品，所述磨削用品包括根据权利要求1至10中的一项所述的成形陶瓷磨粒。

12.根据权利要求11所述的磨削用品，其特征在于，所述磨削用品还包括基于α-Al₂O₃的成形陶瓷磨粒，所述成形陶瓷磨粒基本上不含ZrO₂，其中，关于成形陶瓷磨粒的总量而言，不含ZrO₂的成形陶瓷磨粒的含量为最大80％。

13.一种用于制造成形陶瓷磨粒的方法，所述方法包括：

a)由至少一种α-Al₂O₃粉末、ZrO₂粉末和分散剂制造粉浆，其中，在所述粉浆中，固体含量为50％重量百分比至90％重量百分比，平均粒度为0.1μm至8μm；

b)将所述粉浆填充到铸模的凹部中，其中，所述凹部具有限定的几何形状；

d)将所述磨粒前体从所述凹部中移出；

e)将所述磨粒前体烧结成这样的磨粒，所述磨粒在α-Al₂O₃的基础上包含5％重量百分比至30％重量百分比的ZrO₂并且密度为理论密度的92％至99.9％，其中，所述α-Al₂O₃具有0.5μm至3μm的平均晶粒尺寸，并且，所述ZrO₂具有0.25μm至8μm的平均晶粒尺寸。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，根据步骤e)的磨粒前体烧结在1300℃至1700℃、尤其1450℃至1600℃的温度下进行。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，根据步骤c)的粉浆干燥在25℃至60℃、尤其30℃至50℃的温度下进行。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述粉浆包含具有0.1％重量百分比至10％重量百分比含量的保湿剂，尤其是甘油。

17.一种成形陶瓷磨粒，按照根据权利要求13至16中任一项所述的方法制造。

18.一种磨削用品，所述磨削用品包括按照根据权利要求13至16中任一项所述的方法制造的成形陶瓷磨粒。