DE1569297C3 - - Google Patents

Description

3 4

ein Schleifmittel ergibt, welches in Anbetracht der Prozentgehalt an multikristallinen Diamanten als Neigung der multikristallinen Diamanten zum Zer- Schleifmittel verwendet wird. Der gewichtsprozentuale brechen unter Druck eine verhältnismäßig geringe Anteil des Harzes, der in dem Gemisch aus Diamant-Schleifwirkung aufweist. grieß und Harz erforderlich ist, kann je nach den

Der Prozentsatz an multikristallinen Diamanten, 5 gewünschten Eigenschaften des Schleifmittels in weiten der erforderlich ist, um die beste Schleifwirkung zu Grenzen schwanken. Im allgemeinen werden Schleiferzielen, variiert mit der mittleren Korngröße der mittel in Form von Erzeugnissen mit der Konzen-Diamanten. Im Bereich der normalen handelsüblichen tration 100 verlangt. Es wurde gefunden, daß Schleif-Korngrößen von 0,074 bis 0,147 mm nimmt der mittel mit der Konzentration 100 bei Verwendung gewichtsprozentuale Anteil an multikristallinen Dia- io der erfindungsgemäßen Zusammensetzung mit etwa manten, der benötigt wird, um die günstigste Schleif- 55 Gewichtsprozent Harz erhalten werden. Diese Zahl wirkung zu erzielen, mit dem mittleren Korndurch- ändert sich bei Verwendung von Füllstoffen. Die messer der Diamanten ab. Zum Ausgleich für die untere Grenze wird durch das Erfordernis bestimmt, Schwankungen in der Korngröße können diese Pro- die Masse zu binden, und die obere Grenze wird durch zentgehalte normalisiert werden, indem man den 15 das (nachstehend definierte) Schleifverhältnis festtatsächlichen Prozentgehalt durch den mittleren gelegt. Ein hoher Prozentgehalt an Harz führt zu einem Korndurchmesser dividiert. niedrigeren Schleifverhältnis.

Wenn die multikristallinen Diamantteilchen in Der Prozentgehalt an multikristallinen Diamanten Form eines durch Harz gebundenen Schleif körpers in einem Ansatz aus synthetischen Diamanten kann verwendet und einer Schleifbeanspruchung ausgesetzt 20 durch mikroskopische Beobachtung bestimmt werden, werden, neigen sie dazu, sich an der Grenzfläche zu Die Bestimmung kann auch durch Untersuchung des trennen, bevor sie an der Bindung nachgeben. Nur ein Röntgenbeugungsspektrums erfolgen. Die mikrokleiner Teil der Diamantteilchen wird losgelöst, und skopische Untersuchung der synthetischen Diamanten der Rest der multikristallinen Diamantteilchen bleibt kann zwar durchgeführt werden, wenn sich der Objektin der Harzmasse eingebettet. Es lösen sich also nicht 25 tisch in einer Umgebung von Luft befindet; es hat sich sämtliche Diamantteilchen aus der Harzeinbettungs- jedoch herausgestellt, daß bessere Ergebnisse erzielt masse los, sondern die restlichen Teilchen bleiben werden, wenn man die Diamantproben mit einem eingebettet und bilden zusätzliche Schneidkanten, geschmolzenen Gemisch aus Selen und Schwefel was zu einer verbesserten Schleifwirkung führt. bedeckt. Das geschmolzene Gemisch aus Selen und

Bei den Untersuchungen, die zur vorliegenden 30 Schwefel stellt ein Medium mit einer ähnlichen

Erfindung geführt haben, wurde gefunden, daß die Brechungszahl wie Diamant dar, so daß die Strahlung

Verwendung besonderer thermoplastischer Stoffe in von der unter dem Objekttisch befindlichen Lichtquelle

der Harzeinbettungsmasse zu einer festeren Bindung durch die Teilchen hindurchgeht, statt größtenteils von

zwischen der Harzeinbettungsmasse und den Diamant- den Teilchen, besonders den unregelmäßig geformten

teilchen in dem erfindungsgemäßen Schleifmittel führt. 35 Teilchen, reflektiert zu werden, we es bei der Unter-

Während des Schleifens mit dem Diamantschleifkörper suchung solcher Teilchen in einem Medium aus Luft

besteht Berührung zwischen den äußersten Enden der der Fall ist.

Diamantteilchen und der abzuschleifenden Oberfläche. Bei optischen Untersuchungen und Messungen

An diesen Berührungsstellen entwickeln sich erhebliche wurde gefunden, daß bei einer gegebenen Korngröße,

Wärmemengen. Ein Teil dieser Wärme wird durch 40 z. B. 0,105 bis 0,125 mm, die Länge der komplexen

Strahlung in die Luft oder in ein Kühlmittel zerstreut, multikristallinen Teilchen _ketwa doppelt so groß ist

ein großer TeIi der Wärme wird aber durch die wie ihre Breite. Bei einfachen multikristallinen

Diamantteilchen zur Basis derselben geleitet und dort Diamanten sind Länge und Breite etwa einander gleich,

auf die Harzeinbettungsmasse übertragen. Mit zu- Die Länge der komplexen multikristallinen Teilchen

nehmender Wärme dehnen sich die Diamantteilchen 45 beträgt etwa das Doppelte der Länge der einfachen

und die Harzeinbettungsmasse in unterschiedlichem multikristallinen Teilchen, und die ersteren zeigen eine

Ausmaße aus, wodurch die Bindung geschwächt ausgesprochene Neigung zur Bildung einer stärkeren

wird. Schließlich übersteigt der durch das Andrücken Bindung mit der Harzeinbettungsmasse. Die quantita-

gegen das abzuschleifende Werkstück erzeugte Druck tive Größe der Schleifzahl wurde entwickelt, um die

auf die Diamantteilchen die Bindekraft der Harz- 50 Prozentgehalte an komplexen multikristallinen und

einbettungsmasse, und die Teilchen lösen sich los. einfachen multikristallinen Diamanten in einem ge-

Es wurde gefunden, daß eine erhöhte Bindungs- gebenen Schleifmittel zueinander in Beziehung zu

festigkeit erzielt werden kann, wenn man im wesent- setzen. Die Schleifzahl ist die Summe aus der Anzahl

liehen lineare Harze verwendet, die eine Übergangs- der einfachen multikristallinen Teilchen und dem

temperatur zweiter Ordnung von mehr als 250° C, 55 Zweifachen der Anzahl der komplexen multikristallinen

bestimmt aus Diagrammen der Abhängigkeit des Teilchen in einem gegebenen Schleifmittel.

Biegungsmoduls von der Temperatur, und einen bei Die Anzahl der komplexen multikristallinen Teilchen

Raumtemperatur gemessenen Modul von mehr als wird hierbei wegen der oben beschriebenen Beziehung

211 kg/mm² aufweisen. Zu derartigen Harzen gehören zwischen Länge und Bindefestigkeit der komplexen

aromatische Polyimide, aromatische Polyamide, aro- 60 und der einfachen multikristallinen Teilchen mit dem

matische Polyamid-imide, aromatische Polyketone, Faktor 2 multipliziert. Diese Schleifzahl kann zum

Polybenzotriazole und aromatische Polythiazole. Durch Ausgleich für unterschiedliche mittlere Korngrößen

die Verwendung dieser Harze erzielt man eine wesent- normalisiert werden, indem die gemessene Zahl, d. h.

lieh verbesserte Gesamtschleifwirkung. Obwohl die die Schleifzahl, durch den mittleren Teilchendurch-

Verwendung solcher Harze bevorzugt wird, wird die 65 messer dividiert wird.

Schleifwirkung von harzgebundenen Schleifmitteln Den Schleifmitteln gemäß der Erfindung können

auch bei Verwendung von Harzen, wie Phenol- verschiedene Füllstoffe zugesetzt werden, um die

Formaldehydharzen, verbessert, wenn ein kritischer Kühlungs-, Schmier- und Schleifeigenschaften nach

Wunsch zu beeinflussen. Zu solchen Füllstoffen gehören z. B. Siliciumcarbid, Molybdändisulfid, Kryolith, pulverförmiges Polytetrafluoräthylenharz, Bornitrid, Eisensulfid, Natriumchlorid, Asbest, Ton, Glimmer, Vermiculit, Metallcarbide, Kaolin, Metalloxyde und Gemische solcher Stoffe.

In den folgenden Beispielen beziehen sich Teile, falls nichts anderes angegeben ist, auf Gewichtsmengen.

B e i s pi e1 1

Es werden Schleifmittel durch Vermischen verschiedener Ansätze von Diamantgrieß mit 55 Gewichtsprozent eines Bindemittels hergestellt, welches aus einem im wesentlichen linearen aromatischen Polyimidharz mit einer Übergangstemperatur zweiter Ordnung von mehr als 25O⁰C, bestimmt aus Diagrammen der Abhängigkeit des Biegemoduls von der Temperatur, und einem bei Raumtemperatur bestimmten Modul von mehr als 211 kg/mm² besteht und in welchem etwa 10 bis 15% der Bindungen des Ausgangsstoffes keinen Ringschluß erlitten haben. Diese Schleifmittel unterscheiden sich voneinander nur hinsichtlich der Art der verwendeten Diamantansätze, wie sich aus der nachstehenden Tabelle ergibt.

Eine Anzahl von Aluminiumscheiben von 14,6 cm Durchmesser und 4,76 mm Dicke werden innerhalb kreisförmiger Formen von 15,24 cm Durchmesser zentrisch angeordnet. Das Gemisch aus Diamantgrieß und Harz wird in den so gebildeten Formvertiefungen bis zu einer Tiefe von 4,7625 mm verdichtet. Die Formen mit ihrem Inhalt werden auf 270° C erhitzt und einem Druck von 3165 kg/cm² ausgesetzt. Die erhaltenen Vorformlinge werden aus den Formen herausgenommen und 16 Stunden im Vakuum bei 300° C wärmebehandelt, um die Imidierung des Harzes zu vervollständigen. Dann werden die Vorformlinge 30 Minuten bei 450° C in einer inerten Atmosphäre freigesintert. Nach dem Sintern werden die Erzeugnisse allmählich auf Raumtemperatur erkalten gelassen.

Die so erhaltenen Erzeugnisse sind Schleifräder mit einem Außendurchmesser von 15,24 cm und einer Dicke von 4,76 mm. Am Umfang der Aluminiumscheiben befindet sich ein 3,175 mm breiter Rand aus dem gesinterten Schleifmittel aus Diamantgrieß und Harz. Diese Schleifräder werden auf eine Durchmessertoleranz von +0,635 mm, —0 mm, eine Dickentoleranz von +0,508 mm, —0 mm und eine Randtiefentoleranz von +10%, —0% abgerundet. Die seitliche Umfangsabweichung (lateral runout) wird unterhalb 0,127 mm gehalten. Die radiale Umfangsabweichung (radial rim runout) wird unterhalb 0,05 mm gehalten.
Die Schleifräder werden in einer Schleifmaschine

ίο (Gallmeyer and Livingston No. 28) geprüft. Die Oberflächengeschwindigkeit des Schleif rades beträgt 1914 m/ Min., die Tischgeschwindigkeit 15,24 m/Min., die Querförderung beträgt 1,27 mm je Richtungsumkehr des Tisches, und die Abwärtsförderung beträgt 0,0254 mm je Arbeitsgang über einen Werkblock (»Carboloy« 370) aus Wolframcarbid mit einer Rockwell Α-Härte von 90,2 bis 92,2 unter einer Belastung von 60 kg. Die Abmessungen der Oberfläche des Werkblockes betragen 5,08 cm χ 22,86 cm. An der Berührungsstelle zwischen dem Schleifrad und dem Werkblock wird eine 2,7%ige Lösung eines Kühlzusatzes (International 218 X) in Wasser mit einer Geschwindigkeit von 100 ml/Sek. zugeführt.
Die Schleifmaschine schleift sechmal nacheinander je 1,9 mm von der Tiefe des Wolframcarbid-Werkblockes ab. Nach jedem Schleifgang von 1,9 mm Tiefe wird das Schleifrad 30 Minuten erkalten gelassen, worauf mit dem Mikrometer der Betrag gemessen wird, um den sich das Schleifrad für je 1,9 mm Schleiftiefe abgenutzt hat. Das »Schleifverhältnis«, d. h. das Verhältnis zwischen dem abgeschliffenen Werkblockvolumen und dem Volumen des abgeschliffenen Randes des Schleifrades, wird für jeden der sechs Arbeitsgänge bestimmt. Aus diesen Zahlen wird der Mittelwert genommen, um ein Gesamtschleifverhältnis zu erhalten, aus welchem die sinusförmige Abnutzungscharakteristik von Schleifrädern, die sich aus ihrem Selbstabrundungsvermögen ergibt, eliminiert ist. Die Ergebnisse der Versuche mit verschiedenen Diamantgrießansätzen sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefaßt. Sämtliche untersuchten Schleifräder besitzen eine Rockwell-H-Härte von 68 bis 81. Die in der Tabelle angegebenen normalisierten Zahlenwerte sind durch Dividieren durch den mittleren Korndurchmesser in Einheiten von 4:1 mm errechnet.

	Korngröße	Mittlere Korngröße	Na tür	Ein kri	Diamanten,	Komplex multi	0/ /0	Multi kristallin ins	Schleif zahl	Normali sierte Schleif zahl	Schleif ver hältnis
Probe			lich	stall	Ein fach multi-	kristallin	Multi kristallin	gesamt normali
	mm	mm			kri- ställin		ins gesamt	siert
Nr.	0,105 bis 0,125	0,115	100	0		0		0	0	0	43
1	0,105 bis 0,125	0,115	0	53	0	27	0	409	74	643	88
2	0,105 bis 0,125	0,115	0	65	20	22	47	304	57	496	131
3	0,105 bis 0,125	0,115	0	64	13	29	35	313	65	565	97
4	0,105 bis 0,125	0,115	0	74	7	13	36	226	39	339	117
5	0,105 bis 0,125	0,115	0	69	13	18	26	270	49	426	117
6	0,105 bis 0,125	0,115	0	72	13	14	31	243	42	365	93
7	0,105 bis 0,125	0,115	0	55	14	25	28	391	70	609	96
8	0,105 bis 0,125	0,115	0	74	20	14	45	217	39	339	95
9	0,125 bis 0,147	0,136	0	57	11	27	25	316	70	515	102
10	0,074 bis 0,088	0,081	0	71	16	16	43	358	45	556	141
11	0,074 bis 0,088	0,081	0	83	13	8	29	210	25	309	>130
12	0,074 bis 0,088	0,081	0	68	9	19	17	395	51	630	124·
13				13	32

Aus den obigen Werten ergibt sich, daß die Abwesenheit von multikristallinen Teilchen (Probe Nr. 1) zu einem niedrigen Schleifverhältnis führt, während bei einem Gehalt an multikristallinen Diamantteilchen von 15 bis 45 Gewichtsprozent Schleifverhältnisse von mehr als 90 erzielt werden.

Beispiel 2

Es wird ein Schleifmittel hergestellt, indem 10 g eines Gemisches aus synthetischen Diamanten mit Korngrößen von 0,105 bis 0,125 mm, welches 13 Gewichtsprozent einfache multikristalline Diamanten und

18 Gewichtsprozent komplexe multikristalline Diamanten enthält, mit 11,5 g Siliciumcarbidpulver (Korngröße 600 Maschen) und 8,4 g Phenolharz vermischt werden. Dieses Gemisch wird in der in Beispiel 1 beschriebenen Form 2 Stunden im Vakuumofen auf etwa 150° C vorerhitzt. Dann wird die Form 30 Minuten unter einen Druck von 211 kg/cm² gesetzt, wobei sie auf 150° C gehalten wird. Das so vorgeformte Schleifrad wird 17 Stunden bei 190°C in einer inerten Atmosphäre gesintert.

Das erhaltene Schleifrad ergibt bei der Prüfung gemäß Beispiel 1 ein Schleifverhältnis von 97.

409 531/397

Claims (4)

1 2 Patentansprüche: ohne weiteres halten können, daß das Losreißen sol-

1. Schleifmittel, bei dem synthetische Diamanten eher Diamantenkörner verringert wird, daß solche in einem linearen Harz mit einer Übergangs- Körner leichter zermalmt werden und leichter brechen temperatur zweiter Ordnung von mindestens 250° C als natürliche Diamanten und daß diese Eigenschaften und einem bei Raumtemperatur gemessenen Modul 5 _zu dem gleichmäßigen Erscheinungsbild frischer, von mindestens 21 100 kg/cm² oder in einem scharfkantiger Diamanten führen. Die erfindungs-Phenol-Formaldehyd-Harz verteilt sind, da- gemäßen Schleifmittel und Schleifkörper zeichnen durch gekennzeichnet, daß 15 bis sich gegenüber diesem Stand der Technik durch ein 45 Gewichtsprozent der synthetischen Diamanten höheres Schleifverhältnis und eine höhere Lebensaus üblichen, multikristallinen synthetischen Dia- ^l0 dauer aus. Die Verbesserung wird dabei durch die manten einer Korngröße von 0,074 bis 0,147 mm Auswahl eines bestimmten Anteils multikristalliner bestehen, wobei der normalisierte Index der ins- Diamanten erreicht.

gesamt vorhandenen multikristallinen Diamanten Bisher wurde angenommen, daß nur natürliche

zwischen 197 und 395 liegt. oder synthetische Einkristalldiamanten zur Ver-

2. Schleifmittel nach Anspruch 1, dadurch *5 wendung in Schleifmitteln bzw. Schleifkörpern gegekennzeichnet, daß das Harz ein lineares aro- eignet seien. Man glaubte, daß multikristalline Diamatisches Polyimidharz ist. manten ungeeignet seien, da sie bereits unter sehr

3. Schleifmittel nach Anspruch 1 oder 2, da- niedrigen Drücken eine Neigung zum Zerbrechen durch gekennzeichnet, daß die Diamanten in der zeigten. Multikristalline Diamanten sind diejenigen Harzeinbettungsmasse in Form eines Schleif- ^ao synthetischen Diamanten, bei denen die Einzelteilchen körpers mit einer normalisierten Schleifzahl zwi- erkennbare einzelne Kristallgrenzen zeigen. Das sehen 275 und 670 gebunden sind. Profil dieser Teilchen ist im allgemeinen ganz unregel-

4. Verfahren zur Herstellung von Schleifmitteln mäßig und zeigt scharfe Spitzen und einspringende nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn- Winkel. Ferner lassen sich multikristalline Diamanten zeichnet, daß ein Harz mit einer Übergangs- ^a5 in einfache und komplexe Diamanten einteilen. Bei temperatur zweiter Ordnung von mindestens den einfachen multikristallinen Diamanten sind Länge 250° C und einem bei Raumtemperatur gemessenen und Breite für eine gegebene Korngröße ungefähr Modul von mindestens 21 100 kg/cm² verwendet gleich, während bei den komplexen multikristallinen wird, das Gemisch auf nicht mehr als 400° C erhitzt Diamanten die Länge etwa das Doppelte der Breite und dann bei einer Temperatur oberhalb 400° C 3° beträgt.

gesintert wird. · Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schleif-

mittel, deren Eigenschaften durch die Verwendung

multikristalliner Diamanten verbessert wurden, und

Die Erfindung betrifft ein Schleifmittel, bei dem ein Verfahren zur Herstellung solcher Schleifmittel

synthetische Diamanten in einem linearen Harz mit 35 bereitzustellen.

einer Übergangstemperatur zweiter Ordnung von Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein

mindestens 25O⁰C und einem bei Raumtemperatur Schleifmittel gelöst, bei dem 15 bis 45 Gewichtsprozent

gemessenen Modul von mindestens 21 100 kg/cm² der synthetischen Diamanten aus üblichen, multi-

oder in einem Phenol-Formaldehyd-Harz verteilt sind, kristallinen synthetischen Diamanten einer Korngröße

und ein Verfahren zur Herstellung solcher Schleifmittel. 4° von 0,074 bis 0,147 mm bestehen, wobei der normali-

Es ist bekannt, natürliche und synthetische Dia- sierte Index der insgesamt vorhandenen multikristal-

manten zur Herstellung von Schleifmitteln bzw. linen Diamanten zwischen 197 und 395 liegt.

Schleifkörpern zu verwenden. Die bisher zu diesem Vorzugsweise sind die Diamanten in einem linearen

Zweck verwendeten Diamanten waren vorwiegend aromatischen Polyamidharz gebunden.

Einkristalle. Ihre Bindung erfolgte in einer Ein- 45 Vorzugsweise sind die Diamanten außerdem in der

bettungsmasse aus einem Harz, wie einem Phenol- Harzeinbettungsmasse in Form eines Schleifkörpers

Formaldehyd-Harz. mit einer normalisierten Schleifzahl zwischen 275 und

Die bisher bekannten Schleifkörper auf der Basis 670 gebunden.

von Einkristalldiamanten konnten nicht voll aus- Das Verfahren zur Herstellung solcher Schleifmittel genutzt werden, weil die Diamanten aus der Schneid- 5° kennzeichnet sich dadurch, daß ein Harz mit einer fläche des Schleifrades losgelöst werden, bevor die Übergangstemperatur zweiter Ordnung von min-Diamantteilchen ihr volles Schleif vermögen zur Gel- destens 250° C und einem bei Raumtemperatur getung gebracht haben. Ein wichtiger Faktor für die messenen Modul von mindestens 21 100 kg/cm² verLebensdauer von Schleif körpern war die Festigkeit wendet wird, das Gemisch auf nicht mehr als 400° C der Bindung zwischen dem Diamantkristall und der 55 erhitzt und dann bei einer Temperatur oberhalb Harzeinbettungsmasse. Unter Schleifbedingungen, 400° C gesintert wird.

wenn die auf die Diamantteilchen ausgeübte Spannung Der Prozentgehalt an multikristallinen Diamanten

so groß ist, daß die Bindung zwischen ihnen und der ist wichtig zur Erzielung der günstigsten Schleif-

Harzeinbettungsmasse gelöst wird, werden die Dia- wirkung. Wenn Diamantgrieß mit Korngrößen von

mantteilchen losgelöst, wodurch der Wirkungsgrad ⁶° 0,074 bis 0,147 mm verwendet wird, müssen 15 bis

des Schleifkörpers vermindert wird. 45 Gewichtsprozent der Diamanten multikristallin

Die Verwendung harzgebundener, synthetischer sein, um eine hochgradige Schleifwirkung zu erzielen.

Diamanten in Schleifgeräten ist aus dem Katalog Ein niedrigerer Prozentsatz an multikristallinen Dia-

»Man-Made Diamond« der Osaka Diamond, Kogyo manten führt zu einer verhältnismäßig geringen

Kabushiki Kaisha vom 20. April 1961, bekannt. In 65 Schleifwirkung, da dann nicht genügend multi-

diesem Katalog wird betont, daß synthetische Dia- kristalline Diamanten vorhanden sind, um die Schleif-

manten unregelmäßige, rauhe Oberflächen besitzen, wirkung zu erhöhen, während ein höherer Prozentsatz

daß Bindemittel für Schleifscheiben solche Kristalle an multikristallinen Diamanten als 45 Gewichtsprozent