CN115279863A - 磨粒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种制备磨粒的方法，其包括以下步骤：i.提供至少含有氢氧化铝的起始混合物，其可以通过热处理至少转化为氧化铝，ii.将起始混合物挤出成挤出物，iii.将挤出物切割成中间颗粒，和iv.中间颗粒的热处理，其中所述中间颗粒转化为含有氧化铝的磨粒，其中所述挤出物和/或所述中间颗粒经受相对于所述挤出物和/或所述中间颗粒的几何形状的不对称能量输入。

Description

磨粒的制备方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的制备磨粒的方法以及根据该方法制备的磨粒。本发明还涉及一种用于加工金属材料的磨具的制备方法以及根据该方法制备的磨具。
背景技术
从现有技术中已知用于制备磨粒的各种方法。例如，申请人自己的EP 3 342 839A1公开了一种方法，其中通过切割挤出物制备具有不均匀形状和/或尺寸的磨粒。该工艺的目的是制备几何形状不均匀的磨粒。
其中的缺点是在特定时间内只能制备相对少量的磨粒。
此外，使用这种方法存在相对较高的磨损，因为用于切削的刀刃承受高负荷，因此磨损相对较快。
发明内容
本发明的目的在于提供避免上述问题的磨粒的制备方法、由此制备的磨粒、金属材料加工用磨具的制备方法，其中使用根据本发明制备的磨粒以及借助该方法制备的磨具。
这些目的通过独立权利要求1、14、20和21的特征来解决。
因此，在根据本发明的方法中，挤出物和/或中间颗粒经受相对于所述挤出物和/或中间颗粒的几何形状而言不对称的能量输入。
通过不对称的能量输入导致挤出物和/或中间颗粒的不对称加热。由于挤出物和/或中间颗粒因不对称的(即不均匀的)加热而不能均匀地冷却，在挤出物和/或中间颗粒内出现应力。这些应力导致挤出物和/或中间颗粒的扭曲，从而导致具有不均匀几何形状的磨粒。
与现有技术已知的方法相比，可以在相同的时间内制备更多的磨粒，因为例如可以提供多个挤出条。此外，根据本发明的方法中的磨损小于现有技术中的磨损，因为不需要碎屑装置。
应该指出的是，通过热处理将至少含有氢氧化铝的起始混合物至少转化为氧化铝的技术已是长久已知的。在本文中，称之为所谓的“溶胶-凝胶法”。在这种情况下，使用至少含有氢氧化铝的起始混合物。氢氧化铝可以以不同的变体形式存在。在本发明中，优选使用粉状勃姆石(γ-AlOOH)。此外，优选随后通过添加水和混合入胶溶剂(例如硝酸)将勃姆石转化为透明溶胶。然后优选通过进一步添加酸(例如硝酸)或硝酸盐溶液来引发形成凝胶的反应，即脱水和聚合。由于凝胶化，勃姆石以非常均匀的分布存在。在随后的步骤中，可以释放出的水被蒸发。在随后介于400℃和1200℃之间(优选在800℃和1000℃之间)的温度下的热处理的过程中，氢氧化铝可以转化为氧化铝的过渡相γ-Al2O3。在勃姆石转化成氧化铝的反应下，氮作为酸和水的残留物释放出来。这种低温烧制也称为煅烧。在最后的步骤中，然后可以优选无压地以烧结的形式进行进一步的热处理。该步骤优选在介于1200℃和1800℃之间，特别优选在1200℃和1500℃之间的温度下进行。取决于起始混合物可能出现的是，除了氧化铝(通常作为α-氧化铝)之外，还产生诸如尖晶石的第二相。表述“至少转化为氧化铝”考虑了这一事实。
“挤出”是一种工艺技术，其中固态到粘稠可硬化材料在压力下不断地从成型开口挤出。这会产生具有开口横截面的主体，称为挤出物。
在当前情况下，挤出物的横截面取决于所使用的喷嘴体并且优选为矩形、正方形、梯形、平行四边形、三角形、水滴形、螺旋桨形或星形和/或具有至少一个凸面或至少一个凹面。
根据本发明的制备磨粒的方法与现有技术的区别不仅在于其简单性和较低的维护要求和磨损，而且还可以通过更换喷嘴体灵活变化和/或切割时的改变容易地且灵活地变化中间颗粒或或烧结后存在的磨粒的形状和/或尺寸。
影响或控制磨粒尺寸的一种可能性是以可变的进料速率和/或以摆动运动将挤出物进料到切割工艺步骤。在摆动运动的情况下，待切割的挤出物具有一定的长度。
此外，还可以规定，通过切割产生的中间颗粒在热处理之前在进一步的方法步骤中被粉碎，优选通过切割装置。代替切割装置，也可以使用其他粉碎装置，例如，它们也使中间颗粒破碎和/或切碎。
影响磨粒形状和/或尺寸的另一种可能性是改变起始混合物的稠度。为此目的，可以规定，在提供起始混合物时和/或在起始混合物的挤出过程中，水、胶溶剂(优选硝酸)，和/或添加剂，例如也可以是硝酸的酸添加酸，和/或硝酸钴。
本发明的其他有利实施形式在从属权利要求中限定。
可以特别优选地规定，挤出物和/或中间颗粒具有纵向方向并且横向于纵向地进行不对称的能量输入。
一方面，这促进了挤出物和/或中间颗粒的扭曲，另一方面，能够容易地实现不对称的能量输入。
用于制备磨粒的方法的有利实施形式还在于，通过切割产生的中间颗粒在热处理过程中被煅烧，优选在介于400℃和1200℃之间，特别优选800℃和1000℃之间的温度，和/或烧结，优选在介于1200℃和1800℃之间，特别优选1200℃和1500℃之间的温度。此外，可以规定，通过切割产生的中间颗粒在煅烧和/或烧结之前的热处理期间预干燥，优选在50℃和350℃之间，特别优选在80℃和100℃之间的温度下。
如上所述，还寻求保护用于制备用于加工金属材料的磨具的方法，其中使用根据本发明的用于制备磨粒的方法制备的磨粒被嵌入粘结剂(Bindung)中，例如陶瓷粘合剂或合成树脂粘合剂中。经此有利地产生具有2至50％的孔隙率和/或1.5至4.5g/cm3的密度的磨具。
附图说明及具体实施方式
下面结合附图在附图说明的基础上更详细地解释本发明的其他细节和优点。在其中显示：
图1根据本发明的用于制备磨粒的方法的第一示例性实施例，
图2根据本发明的用于制备磨粒的方法的第二示例性实施例，
图3以剖视图示出喷嘴体的实施形式，
图4a-l根据本发明的喷嘴体的喷嘴通道的出口的示意图，
图5a/5b根据本发明的制备方法的优选实施例制备的磨粒的照片，
图6a是根据本发明用于制备磨粒的方法的一个实施例制备的磨粒的照片；和
图6b是根据本发明用于制备磨粒的方法的一个实施例制备的磨粒的正视图照片。
在图1所示的根据本发明用于制备磨粒的方法的第一示例性实施例中，通过将勃姆石13、水14、硝酸15和添加剂16例如硝酸钴引入混合器17来提供起始混合物2，其中所述混合器17主要由混合容器17a和布置在其中的旋转单元17b组成。
以这种方式提供的起始混合物2随后被供给到挤出装置18。可以规定，挤出装置18设置在可以处于摆动运动状态的平台19上。这种摆动运动在图1中通过双箭头示意性地表示。
离开挤出装置18的挤出物3具有由喷嘴体6确定的特定横截面形状。
在该第一实施例中，不对称能量输入装置8被直接布置在喷嘴体6后并且对中间粒子4进行不对称能量输入。然而，用于不对称能量输入的装置8也可以布置在其他位置，例如在导带装置20的区域中。
通过用于不对称能量输入的装置8的不对称的能量输入在此尤其可以通过如下方式进行
-与至少一种加热装置的接触，优选地其中所述至少一种加热装置至少区域性地是平台状构造的，和/或
-将电流引入所述挤出物3和/或所述中间颗粒4，其中电流的至少一部分能量通过所述挤出物3和/或所述中间颗粒4的电阻转化为热量，和/或
-对流，优选通过风扇加热器装置，和/或
-电磁辐射的作用，优选其中电磁辐射具有介于780nm和1mm或380nm和100nm之间的至少一种波长，和/或由至少一种激光器或辐射加热器发射，和/或
-感应，其中将铁磁颗粒加入待挤出的起始混合物2中。
也可以将用于不对称能量输入的装置8构造成滚筒和/或辊子的形式。
此外，用于不对称能量输入的装置8原则上可以布置在挤出装置18和烧结炉23之间的任何期望位置处。
随后将挤出物3通过构造为旋转或摆动刀的分离装置10切割。还可以设计，借助至少一种激光器或至少一种水切割机或至少一种等离子切割机来切割成中间颗粒，优选其中借助至少一种激光器或至少一个水切割机或至少一个等离子切割机的待切割的挤出物3在切割之前放置在传送装置上。
通过切割挤出物3产生的中间颗粒4借助导带装置20被输送到预干燥装置21。
然后将预干燥的中间颗粒4转运到煅烧炉22中，在其中煅烧中间颗粒4。
在煅烧之后，接着是烧结炉23，其中所述中间颗粒4被烧结成磨粒5。依据图5a和5b更详细地讨论以此方式产生的磨粒5的形状和/或尺寸。
代替三个在空间上分开的、顺序的热处理装置21、22和23，也可以使用用于热处理的集成装置，例如隧道炉，其具有可以相互独立控制的温度区。
经烧结的磨粒5定位在导带装置24上。在通过该导带装置24的输送过程中，通过烧结产生的磨粒5被冷却。
制成的磨粒5然后被转运到存储装置25并且可用于进一步加工，例如提供用于制备用于加工金属材料的磨具的方法。
图2示出了根据本发明的方法的第二示例性实施例。该示例性实施例的主要区别仅在于用于不对称能量输入的装置8和分离装置10的位置。
在此可以看出，挤出装置18被旋置并且挤出物3以多个挤出物条9的形式在重力加速度的方向上从喷嘴体6中出来。用于不对称能量输入的装置8在此被布置成其使得由于重力而下垂的挤出条9经受不对称的热量输入。因此，所述挤出物3而不是中间颗粒4经受不对称供热。
将经受不对称供热的挤出物3随即放置在导带装置20上并由分离装置10切割。
根据第二示例性实施例的根据本发明的方法的其余部分与图1所示的第一示例性实施例类似地运行。
图3以截面图示出了喷嘴体6的示例性实施例。可以看出，喷嘴通道7基本上是圆柱形的并且具有与入口7a相同的直径。
在根据图3的喷嘴体6中，待挤出的起始混合物2通过入口7a进入喷嘴体6，并且通过出口7b经历其密度和/或其速度的增加。
待挤出的混合物2然后作为挤出物3通过出口7b从喷嘴体6出来。该示例性实施例中的出口7b在形状上类似于三叶片转子。
根据图3的喷嘴体6可以通过增材制备工艺或通过至少一种材料去除制备工艺来制备。
在材料去除制备的情况下，例如可以规定在金属坯料中制备盲孔。然后可以通过激光切割在这些盲孔中切出出口7b。然而，也可以提供任何其他合适的制备方法。
图4a至4l示出了喷嘴体6的喷嘴通道7的出口7b的示意图。可以看出，出口7b可以具有最多样化的几何形状。图4a至4l中所示的出口7b仅旨在用作示例；原则上，所有合适的几何形状都可用于出口7b。
出口7b的形状也决定了挤出物3的横截面形状，因此决定了中间颗粒4和磨粒5的横截面形状。
图5a和5b显示了根据本发明用于制备磨粒5的方法制备的磨粒的照片。从照片中可以一方面看出磨粒5的尺寸和另一方面磨粒5的形状。可以看出，来自所拍摄样品的大部分磨粒5具有90°至180°的扭转角。然而，特别是可以设计，使磨粒5具有高达360°的扭转角。
图6a显示了通过根据本发明用于制备磨粒5的方法制备的磨粒的照片，其具有根据图3制备的喷嘴体的实施形式。从照片中可以一方面看出磨粒5的尺寸和另一方面磨粒5的形状。
可以看出，来自所拍摄样品的大部分磨粒5具有90°至180°的扭转角。然而，特别是可以设计，使磨粒5具有高达360°的扭转角。
图6b以正视图示出了通过根据本发明用于制备磨粒5的方法制备的磨粒的照片，其具有根据图3的喷嘴体的实施形式。依据照片可以识别磨粒的大小及其横截面。
标记列表：
1 工艺
2 起始混合物
3 挤出物
4 中间颗粒
5 磨粒
6 喷嘴体
7 喷嘴通道
7a 入口
7b 出口
7c 漏斗形截面
7d 扭曲截面
8 用于不对称供能的装置
9 股挤出物
10 分离装置
11 传送装置
12 磨具
13 勃姆石
14 水
15 硝酸
16 添加剂
17 搅拌机
17a 搅拌罐
17b 旋转单元
18 挤出装置
19 平台
20 导带装置
21 预干燥单元
22 煅烧炉
23 烧结炉
24 导带装置
25 存储装置

Claims (21)

1.一种制备磨粒(5)的方法，包括以下工艺步骤：
i.提供至少含有氢氧化铝的起始混合物(2)，其可以通过热处理至少转化为氧化铝，
ii.将起始混合物挤出成挤出物(3)，
iii.将挤出物(3)切割成中间颗粒(4)，和
iv.中间颗粒(4)的热处理，其中所述中间颗粒(4)转化为含有氧化铝的磨粒(5)，其特征在于所述挤出物(3)和/或所述中间颗粒(4)经受相对于所述挤出物(3)和/或中间颗粒(4)的几何形状而言不对称的能量输入。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述不对称的能量输入在挤出装置(18)的至少一个喷嘴体(6)的至少一个出口(7b)处和/或在至少一个导带装置(20、24)上和/或在至少一个用于不对称能量输入的装置(8)中进行，优选地包括至少一个滚筒和/或辊子。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述不对称的能量输入在挤出装置(18)的至少一个喷嘴体(6)的至少一个出口(7b)处进行，其中至少一根在重力的影响下下垂的挤出条(9)经受不对称的能量输入。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述不对称的能量输入
-通过与至少一种加热装置的接触进行，优选地其中所述至少一种加热装置至少区域性地是平台状构造的，和/或
-通过将电流引入所述挤出物(3)和/或所述中间颗粒(4)进行，其中电流的至少一部分能量通过所述挤出物(3)和/或所述中间颗粒(4)的电阻转化为热量，和/或
-通过对流，优选通过风扇加热器装置进行，和/或
-通过电磁辐射的作用进行，优选其中电磁辐射具有介于780nm和1mm或380nm和100nm之间的至少一种波长，和/或由至少一种激光器或辐射加热器发射，和/或
-通过感应进行，其中将铁磁颗粒加入待挤出的起始混合物(2)中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述挤出物和/或所述中间颗粒(4)具有纵向方向，并且所述不对称的能量输入横向于所述纵向方向进行。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中在挤出过程中，所述起始混合物(2)通过具有至少一个喷嘴通道(7)的至少一个喷嘴体(6)被挤出，所述至少一个喷嘴通道(7)优选是多个基本上平行走向的喷嘴通道(7)，优选其中所述至少一个喷嘴体(6)通过增材制备工艺制备。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述至少一个喷嘴体(6)的所述至少一个喷嘴通道(7)具有优选为圆形或椭圆形的入口(7a)和优选为矩形、正方形、三角形、水滴形或星形和/或具有至少一个凸面或至少一个凹面的出口(7b)，起始混合物(2)通过所述入口(7a)进入所述至少一个喷嘴通道(7)，挤出物(3)经由所述出口(7b)离开所述至少一个喷嘴通道(7)。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述至少一个喷嘴通道(7)具有与入口(7a)邻接的漏斗形部分(7c)，其直径在出口(7b)的方向上减小，从而增加待挤出的起始混合物(2)的压力、密度和/或速度。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述挤出物(3)通过分离装置(10)，优选通过旋转或摆动刀，和/或通过至少一种激光器和/或在至少一个水切割机和/或至少一个等离子切割机被分成中间颗粒(4)，优选地其中通过分离装置(10)待切割的挤出物(3)在切割之前放置在传送装置上。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中在热处理过程中通过切割产生的中间颗粒
-被煅烧，优选在400℃和1200℃之间的温度，特别优选在800℃和1000℃之间的温度，和/或
-被烧结，优选在1200℃和1800℃，之间的温度，特别优选在1200℃和1500℃之间的温度。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述通过切割产生的中间颗粒(4)在煅烧和/或烧结之前的热处理过程中进行预干燥，优选在50℃和350℃之间的温度下，特别优选在80℃和100℃之间的温度下。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述在热处理后存在的磨粒(5)被冷却。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中在提供起始混合物(2)和/或在挤出起始混合物(2)时添加水(14)、胶溶剂，优选硝酸(15)，和/或添加剂(16)，例如酸和/或硝酸钴。
14.通过根据权利要求1至13中任一项所述的方法制备的磨粒(5)，优选地其中所述磨粒(5)至少部分地是螺旋形构造的。
15.根据权利要求14所述的磨粒(5)，其特征在于，所述磨粒(5)具有矩形、正方形、梯形、平行四边形、三角形、水滴形、螺旋桨形或星形和/或至少一个凸面或至少一个凹面的底部。
16.根据权利要求14或15中任一项所述的磨粒(5)，其特征在于，所述磨粒(5)具有0.5mm至4mm，优选为1mm至2mm的长度。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的磨粒(5)，其特征在于，所述磨粒(5)具有200μm至800μm，优选介于500μm和700μm之间的宽度。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的磨粒(5)，其特征在于，所述磨粒(5)具有50μm至400μm、优选150μm至250μm的厚度。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的磨粒(5)，其特征在于，所述磨粒(5)具有介于0°和360°之间、优选地介于180°和360°之间的扭转角。
20.一种制备用于加工金属材料的磨具(12)的方法，其中通过根据权利要求1至13中任一项所述的方法制备的磨粒(5)被嵌入粘合剂中，例如陶瓷粘合剂或合成树脂粘合剂中。
21.通过根据权利要求20所述的方法制备的磨具(12)，其中所述磨具(12)具有2至50％的孔隙率和/或1.5至4.5g/cm3的密度。
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