DE102016100196A1

DE102016100196A1 - Geformte Sinterschleifkörner auf Basis von Aluminiumoxid mit Anteilen an mineralogischen Phasen bestehend aus Mullit, Tialit und/oder Armalcolit und Baddeleyit und/oder Srilankit sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102016100196A1
Application number: DE102016100196.1A
Authority: DE
Inventors: Jean-André Alary; Alexander Hirsch
Original assignee: Center for Abrasives and Refractories Research and Development CARRD GmbH
Current assignee: Imertech SAS
Priority date: 2015-02-06
Filing date: 2016-01-06
Publication date: 2016-08-11
Also published as: JP6525900B2; JP2016144864A; US9816020B2; CN105859256A; BR102016002016B1; US20160230058A1; BR102016002016A2; CN105859256B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft geformte Sinterschleifkörner auf Basis von Aluminiumoxid mit Anteilen an Mullit, Tialit und /oder Armalcolit und Baddeleyit und/oder Srilankit sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung, wobei als Rohstoffe Tonerde, Ilmenit und Zirkonsand eingesetzt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft geformte Sinterschleifkörner auf Basis von Aluminiumoxid mit Anteilen an mineralogischen Phasen bestehend aus Mullit, Tialit und/oder Armalcolit und Baddeleyit und/oder Srilankit sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung, wobei als Rohstoffe Tonerde, Ilmenit und Zirkonsand eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung der geformten Sinterschleifkörner in Schleifscheiben.
Schleifkörner auf Basis von Aluminiumoxid werden aufgrund ihrer hohen Härte, ihrer hohen Bruchzähigkeit, ihrer chemischen Stabilität und ihrer hohen Temperaturbeständigkeit industriell in großen Mengen zu Schleifmitteln verarbeitet. Dabei werden neben dem Schmelzkorund, der kostengünstig im elektrischen Lichtbogenofen hergestellt werden kann und den mengenmäßig größten Anteil der Schleifkörner für die Herstellung von Schleifmitteln ausmacht, für bestimmte Anwendungen gesinterte Schleifkörner eingesetzt, die über einen keramischen oder chemischen Weg hergestellt werden. Der Vorteil der Sinterschleifkörner für bestimmte Schleifoperationen ist durch ihren mikrokristallinen Aufbau und/oder die definierte geometrische Form der Schleifkörner bedingt.
Ganz allgemein wird die Schleifleistung eines Schleifkorns oder eines Schleifmittels üblicherweise durch den sogenannten G-Faktor bestimmt, der sich als Quotient aus dem Materialabtrag und der Abnutzung des Schleifmittels errechnet. Eine hohe Härte des Schleifkorns bedingt eine hohe Abtragmenge und damit einen hohen G-Faktor. Gleichzeitig bedingt eine hohe Bruchzähigkeit des Schleifkorns einen geringen Verschleiß des Schleifmittels und damit ebenfalls einen hohen G-Faktor. Im Idealfall sollten demnach Härte und Bruchzähigkeit des Schleifkorns möglichst hoch sein, um einen hohen G-Faktor zu erreichen.
Bedingt durch die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Vielzahl der zu bearbeitenden Werkstoffe, wie z.B. Metall, Stahl, Edelstahl, Holz, Kunststoffe, Stein, Glas, Keramik u.a., werden jedoch an das Schleifkorn unterschiedliche Anforderungen in Bezug auf seine Härte und Bruchzähigkeit bzw. in Bezug auf das Verhältnis von Härte zu Bruchzähigkeit gestellt.
Dieses Verhältnis kann beispielsweise durch Veränderungen der chemischen Zusammensetzung beeinflusst werden. Die Schleifleistung eines Schleifkorns wird jedoch nicht nur durch seine chemische Zusammensetzung, sondern darüber hinaus auch durch seinen kristallinen Aufbau, seine Dichte und nicht zuletzt durch seine geometrische Form bestimmt. Entscheidend für den Einsatz von Schleifkörnern in bestimmten Schleifmitteln für bestimmte Schleifoperationen ist darüber hinaus nicht nur die mögliche Schleifleistung, sondern es spielen in vielen Fällen auch die Herstellkosten für das Schleifkorn, die im Wesentlichen durch die einzusetzenden Rohstoffe und das Herstellverfahren geprägt werden, eine wichtige Rolle.
In der US-A-3 387 957 wird ein gesintertes Schleifkorn beschrieben, das die Form eines Stäbchens besitzt und durch Extrudieren einer Mischung aus feingemahlenem Bauxit, Wasser und einem Binder hergestellt wird. Die so erhaltenen länglichen extrudierten Grünkörper mit einem einheitlichen Kreisdurchmesser werden auf die für die Schleifkörner gewünschte Länge gekürzt, die dann anschließend bei Temperaturen im Bereich zwischen 1300 °C und 1600 °C gesintert werden. Derartige stäbchenförmige Schleifkörner werden vorzugsweise bei Hochleistungsschleifoperationen, wie z.B. in kunstharzgebundenen Schleifscheiben zum Schruppschleifen von Rohlingen aus Rostfrei-Stahl und hochlegierten Stählen, eingesetzt.
Aufgrund der eingesetzten Rohstoffe enthalten diese Schleifkörner neben Aluminiumoxid auch Siliziumoxid, Eisenoxid, Titanoxid sowie geringfügige Mengen an weiteren Oxiden, wie z.B. Calciumoxid und Magnesiumoxid. Einige dieser Oxide bilden in Kombination mit Aluminiumoxid separate mineralogische Phasen aus, wie z.B. Mullit (3Al₂O₃·2SiO₂) oder Tialit (Al₂TiO₅), die eine geringere Härte als Aluminiumoxid (Korund) aufweisen, wodurch dann die entsprechenden Schleifkörner ebenfalls weniger hart sind, dafür aber aufgrund der Aussiegerungen oder Einlagerungen oftmals eine höhere Bruchzähigkeit aufweisen, was für bestimmte Schleifoperationen vorteilhaft sein kann. Hinzu kommt im vorliegenden Fall, dass mit Bauxit ein kostengünstiger Rohstoff eingesetzt wird, wodurch die Einsatzmöglichkeiten für das entsprechende Schleifkorn weiter verbessert werden. Ein Nachteil bei der Verwendung von natürlich vorkommendem Bauxit ist jedoch, dass es zu Schwankungen bei der chemischen Zusammensetzung kommen kann, was sich nachteilig auf die Produktqualität auswirken kann.
In der US-A-4 252 544 wird ein gesintertes Schleifkorn beschrieben, dessen Dichte mehr als 3.75 g/cm³ beträgt, das eine Knoop-Härte von mehr als 1.900 kg/mm² besitzt, zu über 98 Gew.% aus Aluminiumoxid besteht und dessen Gefüge aus einer Mischung aus groben Kristallen in einem Bereich von 3–10 µm und feinen Kristallen, deren mittlere Partikelgröße unter 2 µm liegt, aufgebaut ist. Das Schleifkorn wird hergestellt durch Mischen von grobem Elektrokorund oder hochkalzinierter Tonerde mit einer Partikelgröße zwischen 3 bis 10 µm und feinem Aluminiumoxidpulver mit einer Partikelgröße unter 1 µm in Gegenwart von Wasser und einem Binder, Extrudieren der Mischung, Trocknen des extrudierten Materials, wobei es auf die gewünschte Länge zerkleinert wird, und anschließendes Sintern der zerkleinerten und getrockneten Partikel in einem Temperaturbereich zwischen 1550 °C und 1650 °C. Die so erhaltenen Schleifkörner weisen eine höhere Härte auf als die Schleifkörner auf Bauxitbasis, so dass eine hohe Abtragleistung resultiert, wobei jedoch gleichzeitig der Verschleiß des Schleifwerkzeugs ansteigt. Nachteilig wirken sich die erhöhten Rohstoffkosten aus, die die Herstellung des Schleifkorns verteuern.
Die US-A-2 360 841 beschreibt aus Aluminiumoxid-Kristallen aufgebaute Sinterschleifkörner, die Fe₂O₃ und/oder Mn₂O₃ sowie Ti₂O₃ gelöst im Kristallgitter enthalten. Bei einer Ausführungsform wird Zirkonoxid als Kristallwachstumsinhibitor zugegeben.
In der US-A-3 454 385 wird ein für Schruppschleifen geeignetes gesintertes Schleifkorn beschrieben, das 30 bis 70 Gew.% Aluminiumoxid, 15 bis 60 Gew.% Zirkonoxid und 5 bis 15 Gew.% eines oder mehrere der Oxide ausgewählt aus der Gruppe Eisenoxid, Titanoxid, Manganoxid und Siliziumoxid umfasst.
Gegenstand der US-A-3 481 723 sind zylindrische Schleifkörner, die im Wesentlichen aus einem Schleifmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Zirkonsilikat, Siliziumcarbid, Titanoxid, Manganoxid, Bentonit, Siliziumoxid und Mischungen daraus, bestehen.
Die EP 2 636 655 A1 beschreibt Schleifkörner auf Basis von gesinterten Aluminiumoxidkörpern, die eine hohe Härte und eine hohe Bruchzähigkeit aufweisen. Zur Herstellung der Schleifkörner werden Ilmenit- und Aluminiumoxidpulver zusammen mit einem Lösungsmittel und einem Binder miteinander vermischt. Anschließend wird die Mischung homogenisiert, zu den gewünschten Formkörpern verarbeitet und gesintert, um geformte Sinterschleifkörper mit einer hohen Härte und einer hervorragenden Bruchzähigkeit zu erhalten. Die Bruchzähigkeit der Schleifkörner wird durch die Ausbildung von FeTiAlO₅-Kristallen beim Sintern erhöht, die an den Korngrenzen der Al₂O₃-Kristalle angelagert sind.
Sämtliche oben aufgeführten geformten Schleifkörner werden für grobe Schleifoperationen eingesetzt, bei denen möglichst schnell und möglichst viel Material abgetragen werden soll. Ein Beispiel für eine solche Anwendung ist das Schruppschleifen oder Grobschleifen von Brammen und Knüppeln im Gießereibetrieb oder in Stahlwerken, wobei beispielsweise hochverdichtete nahezu porenfreie heißgepresste Kunstharz gebundene Schleifscheiben eingesetzt werden. Wie bereits eingangs erwähnt, hängt die Eignung eines kompakten Festkörpers als Schleifkorn im Wesentlichen von seiner Härte und seiner Bruchzähigkeit ab. Allerdings spielen auch weitere Faktoren eine Rolle, wie z.B. die Bindungskräfte, die das Schleifkorn in der Einbindung der Schleifscheibe festhalten, und die Kräfte (Anpressdrücke), die beim Schleifprozess von außen auf das Schleifkorn wirken. Betrachtet man den Verschleißmechanismus der Schleifkörner, so nutzt sich das Schleifkorn zunächst ab und wird dabei stumpf, bis aufgrund des von außen einwirkenden Druckes ein Teil des Korns abbricht und neue Schneidkanten gebildet werden. Ist die Bruchzähigkeit des Schleifkorns jedoch sehr hoch, kann es zu einem gegenläufigen Effekt kommen, wobei das gesamte Korn aus der Bindung herausbricht und damit für den Schleifprozess verloren geht. Da immer wieder unterschiedliche Werkstoffe unter unterschiedlichen Bedingungen bearbeitet werden, ist es somit notwendig, das Schleifkorn dem zu bearbeitenden Werkstoff sowie den Schleifbedingungen und den dabei auftretenden Schleifkräften entsprechend anzupassen und insbesondere in Bezug auf das Zusammenspiel von Härte und Bruchzähigkeit zu optimieren.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Schleifkörner bereitzustellen, die für bestimmte Anwendungen ein Optimum an Härte und Bruchzähigkeit aufweisen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, derartige optimierte Schleifkörner zu einem akzeptablen Preis/Leistungsverhältnis herzustellen.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeiten wurde gefunden, dass sich bei Sinterschleifkörnern auf Basis von Aluminiumoxid mit einem Gehalt an Al₂O₃ zwischen 85 und 95 Gew.%, Ti-Verbindungen, ausgedrückt als TiO₂, zwischen 0.5 und 5.0 Gew.%, Si-Verbindungen, ausgedrückt als SiO₂, zwischen 0.3 und 4.0 Gew.%, Fe-Verbindungen, ausgedrückt als Fe₂O₃, zwischen 0.4 und 9.0 Gew.%, Zr-Verbindungen, ausgedrückt als ZrO₂, zwischen 1.0 und 9.0 Gew.% sowie Rohstoffbedingten Verunreinigungen von weniger als 2.0 Gew.% eine optimierte Härte und Bruchzähigkeit einstellen lässt und damit Schleifkörner erhalten werden, die für ausgewählte Schleifoperationen Vorteile gegenüber dem Stand der Technik haben.
Zur Herstellung der Schleifkörner werden 85–95 Gew.% alpha-Tonerde, 0.5–8.0 Gew.% Ilmenit und 1.0–10.0 Gew.% Zirkonsand als Rohstoffe eingesetzt und in einem ersten Schritt trocken homogen miteinander vermischt werden. Die Rohstoffbedingten Verunreinigungen machen dabei weniger als 2 Gew.% aus. Da das Kristallgefüge im Sinterkörper später möglichst fein sein sollte, werden die Rohstoffe gegebenenfalls vorher vermahlen. Anschließend erfolgt die Zugabe mindestens eines Binders und mindestens eines Lösungsmittels zusammen mit einem oder mehreren Hilfsstoffen, ausgewählt aus der Gruppe Dispergiermittel, Gleitmittel und Weichmacher, um eine extrudierbare Masse zu erhalten. Die Masse wird extrudiert und zu Vorläufern (Grünkörper) von geformten Schleifkörnern aufbereitet, die dann in einem Temperaturbereich zwischen 1450 °C und 1650 °C gesintert werden. Dabei beträgt das Verhältnis von Ilmenit zu Zirkonsand vorzugsweise 1:6 bis 6:1.
Nach dem Sintern umfassen die mineralogischen Bestandteile der Sinterschleifkörner vorzugsweise Korund (Al₂O₃), Mullit (3Al₂O₃·2SiO₂), Tialit (Al₂TiO₅) und/oder Armalcolit (AlFeTiO₅) und Baddeleyit (ZrO₂) und/oder Srilankit (Ti_0.75Zr_0.25O₂), wobei das prozentuale Gewichtsverhältnis von Mullit zu Tialit und/oder Armalcolit vorzugsweise von 6:1 bis 1:6 beträgt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung besitzen die erfindungsgemäßen Sinterschleifkörner eine Dichte von ≥ 3.6 g/cm³ und weisen eine Härte HV zwischen 14 und 18 GPa auf. Darüber hinaus besitzen die Sinterschleifkörner vorzugsweise eine Kornbruchzähigkeit (MKZ-Wert) von ≤ 2.0 %, besonders bevorzugt ≤ 1.2 %.
Die Sinterschleifkörner sind vorteilhaft stäbchenförmige Formkörper mit einem Durchmesser zwischen 0.5 und 5 mm und einer Länge zwischen 1 und 10 mm, wobei das Verhältnis von Durchmesser zur Länge zwischen 0.2:1.0 und 1.0:1.0 liegt.
Um die Qualität von Schleifkörnern zu beurteilen, ist es unumgänglich Schleiftests durchzuführen. Schleiftests sind relativ aufwändig und zeitintensiv. Es ist deshalb in der Schleifmittelbranche üblich, die Qualität von Schleifkörnern vorab anhand von mechanischen Eigenschaften zu beurteilen, die leichter zugänglich sind und als Indizien für das spätere Verhalten in Schleiftests dienen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeiten wurde daher neben der Härte insbesondere die Kornbruchzähigkeit der Schleifkörner über den Mikrokornzerfall (MKZ) durch Mahlen in einer Kugelmühle bestimmt.
Mikrokornzerfall (MKZ)
Zur Messung des Mikrokornzerfalls werden 10 g Schleifkörner einer definierten Körnung (z.B. auf Basis von Korund, vorzugsweise Korn 24 oder 36) in einer mit 12 Stahlkugeln (Durchmesser 19 mm, Gewicht 330–332 g) gefüllten Kugelmühle (Höhe 10.5 cm, Durchmesser 6.8 cm) bei 185 Umdrehungen pro Minute über einen Zeitraum von 150 Sekunden vermahlen. Anschließend wird das vermahlene Korn 5 Minuten über ein entsprechendes Feinsieb (vorzugsweise 250 µm), das 2 Klassen feiner ist als das für die entsprechende Körnung definierte Bodensieb, in einer Rotap- Siebmaschine (Haver Böcker EML 200) gesiebt und der Feinanteil wird ausgewogen. Der MKZ-Wert ergibt sich aus: MKZ (%) = Siebdurchgang Feinsieb / Gesamteinwaage × 100
Der Mikrokornzerfall korreliert nicht nur mit der Bruchzähigkeit von Schleifkörnern, sondern ist gleichzeitig ein wichtiger Indikator für das Schleifverhalten der Schleifkörner. So können für bestimmte Schleifoperationen anhand des MKZ-Wertes bereits relativ sichere Voraussagen für die Schleifleistung gemacht werden, vorausgesetzt, dass das für die entsprechende Schleifoperation geforderte Zusammenspiel zwischen Härte und Bruchzähigkeit gegeben ist.
Wie bereits eingangs erwähnt, werden die stäbchenförmigen Schleifkörner vorzugsweise für Schruppschleifen oder Grobschleifen von Brammen und Knüppeln im Gießereibetrieb oder in Stahlwerken eingesetzt, wobei hochverdichtete nahezu porenfreie heißgepresste Kunstharz gebundene Schleifscheiben verwendet werden. Bei typischen Tests werden z.B. Werkstücke aus Carbonstahl mit einer Dicke von 220 mm, einer Breite von 400 mm und einer Länge von 1540 mm oder Werkstücke aus Rostfrei Stahl mit einer Dicke von 140 mm, einer Breite von 500 mm und einer Länge von 2080 mm jeweils mit einer Kunstharz gebundenen Schleifscheibe bei gleichbleibenden Maschinenparametern bearbeitet, wobei die Scheibe einen Durchmesser von 616 mm und eine Dicke von 76 mm besitzt. Bei den oben aufgeführten Tests wurde allgemein festgestellt, dass bei den erfindungsgemäßen Schleifkörnern mit abnehmendem MKZ-Wert der G-Faktor (Verhältnis Materialabtrag zu Scheibenverschleiß) ansteigt, so dass der MKZ-Wert direkt einen Rückschluss auf die Leistungsfähigkeit des Schleifkorns zulässt. Dies trifft jedoch nur dann zu, wenn auch die Härte des Schleifkorns in einem für die bestimmte Schleifoperation geforderten Bereich liegt, der in Bezug auf die erfindungsgemäßen Schleifkörner bei einer Härte HV von 14 bis 18 GPa liegt.
Das Zusammenspiel zwischen Härte und MKZ-Wert kann bei den erfindungsgemäßen Schleifkörnern insbesondere durch die Zugabe von Zirkonsand bzw. das Verhältnis von Zirkonsand zu Ilmenit beeinflusst werden, was sich letztlich im gesinterten Schleifkorn dann auch im Verhältnis der mineralogischen Phasen Mullit zu Tialit und/oder Armalcolit widerspiegelt. Bei den Rohstoffen sollte das Verhältnis Zirkonsand zu Ilmenit zwischen 1:6 und 6:1 liegen, um leistungsstarke Schleifkörner zu erhalten, wobei gefunden wurde, dass besonders gute Ergebnisse bei Schleifkörnern zu verzeichnen sind, bei denen Zirkonsand und Ilmenit im Verhältnis von 5:1 bis 1:1 eingesetzt werden. Im gesinterten Schleifkorn beträgt das Verhältnis von Mullit zu Tialit und/oder Armalcolit vorzugsweise 6:1 bis 1:6.
In der folgenden Tabelle 1 sind die chemischen Zusammensetzungen, die eingesetzten Rohstoffe, die physikalischen Eigenschaften und die mineralogischen Phasen einiger ausgewählter gesinterter stäbchenförmiger Schleifkörner zusammengefasst. Tabelle 1
Bei den erfindungsgemäßen Beispielen A, B und C wurden jeweils 90 Gew.% Tonerde als Rohstoff eingesetzt, während die Anteile an Zirkonsand und Ilmenit variiert wurden. Das Beispiel A mit einem Verhältnis Zirkonsand zu Ilmenit von 3:1 zeigt den niedrigsten MKZ-Wert und besitzt somit die höchste Kornbruchzähigkeit. Möglicherweise spielen dabei die hohen Anteile an Mullitphase im fertigen Produkt eine Rolle, was Gegenstand weiterer Untersuchungen ist. Die Muster B und C mit einem Verhältnis von Zirkonsand zu Ilmenit von 1:1 bzw. 1:3 zeigen etwas höhere MKZ-Werte und lassen demnach auch eine etwas niedrigere Schleifleistung erwarten.
Bei den Beispielen D und E wurde das Verhältnis Zirkonsand zu Ilmenit von 3:1 beibehalten, während der Anteil an Tonerde erhöht wurde. Dabei zeigt sich, dass die MKZ-Werte mit steigendem Aluminiumoxidanteil schlechter werden, während das Beispiel F mit geringeren Anteilen an Aluminiumoxid, bei dem das Verhältnis von Zirkonsand zu Ilmenit ebenfalls bei 3:1 liegt, einen erstaunlich guten MKZ-Wert von 1.00 % bei einer Härte von 16.6 GPa liefert, was ein weiteres Indiz für den Vorteil der Additive Ilmenit und Zirkonsand ist.
Die Vergleichsbeispiele G, H und I basieren auf Bauxit als Rohstoff, wobei für das Vergleichsbeispiel I ein hochwertiger Bauxit mit hohem Aluminiumoxidanteil gewählt wurde. Der Unterschied zwischen den Beispielen G und H, die beide unterschiedliche Bauxitsorten als Rohstoffbasis aufweisen, besteht vor allem in den unterschiedlichen Anteilen an Mullitphasen im Produkt. Auch in diesem Fall muss der Einfluss der Mullitphase auf die Produktqualität noch näher untersucht werden.
Weiterhin wurden mit dem Beispiel J gesinterte Korundstäbchen auf reiner Tonerdebasis zum Vergleich herangezogen. Das Vergleichsbeispiel J zeigt eine hohe Härte von 18.6 GPa und einen niedrigen MKZ-Wert von 1.00 % und liegt damit in der Größenordnung der MKZ-Werte für die Beispiele B, C und F, während der MKZ-Wert für das erfindungsgemäße Beispiel A deutlich besser ist. Erste reguläre Schleiftests haben gezeigt, dass der G-Faktor (das Verhältnis Materialabtrag zu Scheibenverschleiß) in den vorliegenden Fällen direkt mit dem MKZ-Wert korreliert, so dass mit den erfindungsgemäßen Schleifkörnern ein Produkt zur Verfügung steht, das kostengünstig produziert werden kann und für bestimmte Schleifoperationen gleich gute oder sogar bessere Schleifresultate als geformte Sinterschleifkörner auf Tonerdebasis liefert.
In der 1 werden diese Zusammenhänge anhand der erfindungsgemäßen Beispiele A, B und C zusätzlich graphisch erläutert. Dabei ist zu erkennen, dass das Muster A, bei dem Zirkonsand und Ilmenit im Verhältnis 3:1 eingesetzt wurden, mit HV 15.1 GPa eine relativ hohe Härte und gleichzeitig mit 0.8 % einen sehr niedrigen MKZ-Wert aufweist und damit Eigenschaften besitzt, die sehr gute Schleifleistungen erwarten lassen. Tatsächlich wurden mit derartigen gesinterten Schleifkörnern im Vergleich zu Stäbchenkorund auf Bauxitbasis (Muster G und H) bei vorläufigen Schleiftests Verbesserungen des G-Faktors von bis zu 75% gefunden. Das Beispiel B mit einem Verhältnis von Zirkonsand zu Ilmenit von 1:1 und das Beispiel C mit einem Verhältnis von Zirkonsand zu Ilmenit von 1:3 zeigen geringfügige Unterschiede in ihren mechanischen Eigenschaften. Allerdings bewirken eine Härte von nahezu 15 GPa und ein Mikrokornzerfall MKZ von nahezu 1 % eine Schleifleistung, die im Bereich der Stäbchenkorunde auf reiner Tonerdebasis liegt, wobei die Herstellungskosten jedoch aufgrund der preiswerten Rohstoffbasis günstiger sind. Hinzu kommt, dass die zusätzlichen mineralogischen Phasen eine erhöhte Kornbruchzähigkeit (geringere MKZ) bei nur unwesentlich geringerer Härte bedingen, so dass die erfindungsgemäßen Schleifkörner insbesondere für die Bearbeitung von besonders zähen Stahlsorten prädestiniert sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 3387957 [0006]
US 4252544 [0008]
US 2360841 [0009]
US 3454385 [0010]
US 3481723 [0011]
EP 2636655 A1 [0012]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Sinterschleifkörnern mit den Schritten: – Herstellung einer homogenen trockenen Mischung aus 85–95 Gew.% Tonerde (Al₂O₃), 1.0–10.0 Gew.-% Zirkonsand (ZrSiO₄) und 0.5–8.0 Gew.% Ilmenit (FeTiO₃), wobei rohstoffbedingte Verunreinigungen weniger als 2 Gew.-% ausmachen, – Zugabe mindestens eines Binders und mindestens eines Lösungsmittels zusammen mit einem oder mehreren Hilfsstoffen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Dispergiermittel, Gleitmittel und Weichmacher, um eine extrudierbare Masse zu erhalten, – Extrudieren der Masse, – Aufbereiten der Masse zu Vorläufern von geformten Schleifkörnern und – Sintern der so erhaltenen Schleifkörner-Grünkörper in einem Temperaturbereich zwischen 1450 °C und 1650 °C.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis in Gewichtsprozent von Zirkonsand zu Ilmenit von 1:6 bis 6:1 beträgt.
Sinterschleifkörner hergestellt nach Anspruch 1 oder 2 auf Basis von Aluminiumoxid mit einem Gehalt an – Al₂O₃ zwischen 85 und 95 Gew.%, – Ti-Verbindungen, ausgedrückt als TiO₂, zwischen 0.5 und 5.0 Gew.%, – Si-Verbindungen, ausgedrückt als SiO₂, zwischen 0.3 und 4.0 Gew.%, – Fe-Verbindungen, ausgedrückt als Fe₂O₃, zwischen 0.4 und 9.0 Gew.%, – Zr-Verbindungen, ausgedrückt als ZrO₂, zwischen 1.0 und 9.0 Gew.% und – Rohstoff-bedingten Verunreinigungen von weniger als 2.0 Gew.%.
Sinterschleifkörner nach Anspruch 3, wobei die mineralogischen Bestandteile der Sinterschleifkörner Korund (Al₂O₃), Mullit (3Al₂O₃·2SiO₂), Tialit und/oder Armalcolit (Al₂TiO₅/AlFeTiO₅) und Baddeleyit und/oder Srilankit (ZrO₂/Ti_0.75Zr_0.25O₂) umfassen.
Sinterschleifkörner nach Anspruch 4, wobei das prozentuale Verhältnis von Mullit zu Tialit und/oder Armalcolit von 6:1 bis 1:6 beträgt.
Sinterschleifkörner nach Anspruch 3, wobei die Sinterschleifkörner eine Dichte von ≥ 3.6 g/cm³ und eine Härte HV zwischen 14 und 18 GPa aufweisen.
Sinterschleifkörner nach Anspruch 3, wobei die Sinterschleifkörner einen MKZ-Wert von ≤ 2.0 % aufweisen.
Sinterschleifkörner nach Anspruch 7, wobei die Sinterschleifkörner einen MKZ-Wert von ≤ 1.2 % aufweisen.
Sinterschleifkörner nach Anspruch 3, wobei die Sinterschleifkörner stäbchenförmige Formkörper mit einem Durchmesser zwischen 0.5 und 5 mm und einer Länge zwischen 1 und 10 mm sind, wobei das Verhältnis von Durchmesser zur Länge zwischen 0.2:1.0 und 1.0:1.0 liegt.