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Verfahren zur Herstellung von druck- und abriebfesten Kugeln. Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von besonders druck- und abriebfesten
Kugelny welche besonders vorteilhaft als Schleifkörner anwendbar sind.
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E-B ist bekannt, daß sich aus sehr fein gemahlenen Bauxiten mit hohem
Aluminiumoxidgehalt durch Sinterung verhältnismäßig dichte Körper herstellenlassen.
Werden solche Körper in bekannter Weise gebrochen und abgesiebt, so gelangt
man zu Körnungen, welche ähnlich gebrochenem Elektrokorund als Schleifkörner eingesetzt
werden können.
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Bekannterweise verwendet man als Schleifkörner auch zylindrische oder
prismatische Körper, wie sie nach einem entsprechenden bekannten Verfahren hergestellt
werden. Grundmaterial für die Herstellung derartiger Körnungen können kalziniertes
Aluminiumhydrat oder Aluminiumoxidabfälle, z.B. verbrauchte Katalysatorträger, sein.
Dieses Aluminiumoxid wird zunächst zerkleinert und gesiebt. Danach wird es unter
Zusatz eines Glaabindemittels mit Wasser angeteigt und intensiv gemischt. Der so
entstandene Brei wird durch Abpressen weitgehend von Wasser befreit und anschließend
nach
bekannten Verfahren, z.B. durch Extrusion und anschließendes
Zerteileng in die'zylindrische . oder prismatische Form gebracht. Nach Trocknung
dieser Körner wird bei hohen Temperaturen gesintert. Es liegen schließlich Teilchen
von regelmäßiger zylindrischer bzw. prismatischer Form vor, die 50 bis
95 % kristallines Aluminiumoxid mit einer mittleren Kristallgröße von weniger
als 5 ",t-und 5 bis 50 % eines Glaobindemittels enthalten.
Das spezifische Gewicht dieser Körner beträgt mindestens 2,75 9/cm
3. Sie weisen praktisch keinerlei Spränge und Risse auf und bestehen aus
einer diskontinuierlichen Aluminiumoxidphase, die durch eine kontinuierliche glasartige
Phase fest haftend gebunden ist.
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Diä oo hergestellten Körner haben gegenüber den durch Brechen und
Mahlen aus Bauxit oder synthetischem Aluminiumoxid hergeste llten Schleifmittelkörnungen
Vorteile. Sie sind druckfester, und bei dem Herstellungsverfahren derselben wird
ein unverwertbarer Zwangsanfall von staubförmigen Anteilen von vornherein vermieden.
Ob-
gleich diese in der Schleifmittelindustrie "Spaghetti-Ko=" oder "Stäbchen-Korn"
genannten Schleifkörner z.B. für die Herstellung von Schleifscheiben für Hochdruckschleifprozesse
bes.ser geeignet sind als die nach älteren Verfahren hergestellten Körnungen" weisen
sie doch noch erhebliche Nachteile auf.
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So ist einmal die verhältnismäßig hohe Druckfestigkeit durchaus nicht
als opitmal zu bezeichnen. Die Druckfestigkeit der durch Sinterung von feingemahlenem
Bauxit hergestellten Körnungen wird allgemein wesentlich durch die Grünfestigkeit
derselbeng d.h.
.durch die Festigkeit nach dem Formeng jedoch vor
dem Sinterprozeß, bestimmt. Diese wird wiederum beim Spaghetti-Korn durch das Zusammenpressen
der verformbaren Masse im Extruder beeinflußt. Dieser Verdichtung sind beim Extrudieren
verfahrenetechnische Grenzen gesetzt.
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Bei der Verwendung von Spaghetti-Korn in Schleifkörpern erweist sich
als großer Nachteil, daß beim Schleifprozeß, insbesondere beim Hochdruckschleifen,
eine sehr raube Oberfläche am Werkstück erzeugt wird. Dies ist auch beim Grobschleifverfahren
durchaus unen-Mnscht. Das Entstehen der rauhen Oberfläche ist durch die zwangsläufig
sehr unregelmäßige Anordnung der Zylinder bzw. Prismen im Schleifkörper zu erklären.
Durch die ungleichmäßige Belastung der Einzelkörner kann außerdem ein Ausbrechen
einzelner resultieren. Dadurch kann der Reißprozeß noch verstärkt werden. Gegenstand
derlErfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von besonders druck- und abriebfesten
Kugeln auf der Basis von Aluminiumoxid, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
man Aluminiumoxid, vorzugsweise Bauxit, auf einenTeinheitsgrad von kleinei als
15 und mindestens zu 70 % auf eine Feinheit von weniger als 5.--"
vo rzugsweise von etwa 2",Lvermahlt, diesem Aluminiumoxidmehl ggfo. soviel von einem
gleich feinen Oxidgemisch anderer Metalle zugibt, daß der Gehalt an Aluminiumoxid
des Gesamtgemisches 85 bis
99,Gew.% beträgt, dieses Gesamtgemisch nach an
sich bekannten Verfahren
der Aufbaugranulierung mittels eines Granuliertellers
unter Zusatz von ggfa. organi sche Bindemittel enthaltendem Wasser zu Kugeln formt,
die so entstandenen Kugeln bei Temperaturen von 30 bis 90 0 0 trocknet
und 2 bis 12 Stunden lang im Temperaturbereich von 1350 bis 1550 0
C, vorzugsweise bei etwa 1450 0 cg sintert.
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Das auf die angegebene Feinheit gemahlene Oxidgemisch wird während
der Granulierung z.B. mittels einer Vibrationsrinne auf den Granulierteller gegeben.
Durch die rollende Bewegung im Granulator bilden sich nach einiger Zeit kleine Kugeln,
deren Größen durch die Rotationsgeschwindigkeit-des Tellers, Pulver-und Feuchtigkeitsmenge
festgelegt worden können. Als Bindemittel .beim Granuliervorgang kommen vor
allen Dingen organische Substanzen, ivie Methylcellulose, Agar-Agar, Dextrin und
dgl. in Frage. Diese Substanzen haben lediglich die Aufgabe das Oxid-Pulver bei
dem Granulieren zu verkleben. Beim späteren Sintervorgang verbrennen sie. Sehr gute
Ergebnisse erzielt--man bei diesem speziellen Granuliervorgang auch, wenn man keinerlei
Bindemittel einsetzt und das Pulver lediglich mit Wasser befeuchtet.
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Bei diesem Verfahren der Aufbaugranulierung werden die verfalirenstechnischen
Grenzen in der Steigerung der 4rünfestigkeit des Extrusionsverfahrens überschritten.
Im Endeffekt resultieren daraus eine besonders hohe Druck- und Abriebfcotigkeit
der gebrannten Kugeln.
Die Sinterung der Kugeln kann beispielsweise
in einem diskontinuierlich arbeitenden Drehrohrofen unter oxidierender
p 4-Lumosphäre erfolgen. Nach rascher Abkühlung erfolgt eine Siebung.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Kugeln sind frei von jeg-
lichen
Sprüngen und Rissen. Sie sind sehr kompakt und dichtg und weisen ein spezifisches
Gewicht von mindestens 3,5 g/cm 3
auf. Das Oxidgemisch liegt in Form
homogener Kristallite und in Kristallgrößen von weniger als,15..,und mindestens
zu 70 % in Kristallgrößen von weniger als 5.-." vorzugsweise von etwa 2 vor.
Die Kugeln sind erheblich druck- und abriebfester als die nach bekanntem Verfahren
hergestellten zylindrischen oder prismatischen Schleifkörner. Sie sind in diesen
Eigenschaften aber auch -allen anderen bisher bekannten Schleifkörnungen überlegen.
Aufgrund dieser überraschenden, außerordentlich großen Druck-und Abriebfestigkeit
der erfindungegemäß hergestellten Kugeln sind letztere für die Anwendung in der
schleifenden Bearbeitung von Werkstoffen besonders gut geeignet. So sind sie beispielsweise
einsetzbar als Strahlmittel bei etwa dem Sandstrahlveranalogen Methoden. Auch für
die Nachbearbeitung zwecks Entgratung von Formkörpern, wie z.B. Sprit'zgußartikeln,
oder Gußkörpern nach dem Trommelverfahren.eind diese Kugeln gut geeignet.
Es
muß hier jedoch herausgestellt werdene daß die erfindungsgemäß hergestellten Kugeln
besonders als Schleifkörner fUr Schleifkörper, insbesondere Schleifscheiben, geeignet
sind. Sie sind vor allen Dingen in Schleifscheiben, welche für Hochdruckschleifprozesse
und für das sogenannte Heißschleifen eingesetzt werden', allen anderen Körnungen,
so auch dem Spaghetti-Korn, vorzuziehen. Im Gegensatz zu Schleifkörpern, welche
zylindrische oder prismatische Sinterkörper enthalten, werden bei Benutzung von
Schleifkörpern mit den erfindungsgemäßen Kugeln gleichmäßige, velhältnismäßig fein
strukturierte Schleifflächen am Werkstück hervorgerufen.
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Aus diesem günstigen Verhalten der kugelförmige Schleifkörner enthaltenden
Schleifkörper in bezug auf die Oberflächenveränderung von Werkstücken muß man entnehmeng
daß'scharfe Kanten der Körner) wie z.B. bei einem zylindrischen oder prismatischen
Kornl zur Erreichung eines hohen Schleifgrades und zur Erzielung möglichst ebenmäßiger
Oberflächen beim Hochdruckschleifen gar nicht erforderlich sind. Offensichtlich
handelt es sich beim Schleifen unter sehr hohen Anpreßdrücken im Gegensatz zu normalem
Schleifen ,-ar nicht mehr um einen spanabhebenden Schneidvorgang. Vermutlich eniärmt
sich das Material unter diesen extremen Bedingungen bereits so stark, daß an der
Oberfläche des Werkstoffes Temperaturen im Bereich des Schmelzpunktes desselben
auftreten. Diese Erkonntnisse waren überraschend, und ebenso unvorhersehbar war,
daß
ausgerechnet die stumpfe, gleichmäßige Kugelform der Schleifkörner zu so günstigen
Ergebnissen führte.
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Als Gruncbiaterial für die Körner wurde kalzinierter Bauxit aus Holländisch-Guynea
mit nachfolgenden Analysenwerten verwendet: Sio 2 2t59 %
Fc20 3 6957 %
r-Ii02
3t69 %
Cao 0905 %
Cr20 3 0905 %
xno 01,01 L120 3 87904
ido Der vollkommen trockene Bauxit wurde eisenfrei zu 70 % auf eine Feinheit
von unter 5 ivermahlen. Die gröbsten Teilchen-lacr"en bei eiwa
13 .. Nach bekanntem Aufbaugranulier-Verfahren wurden unter Verwendung einer
wässrigen Lösung von Dextrin auf einem Granulierteller Kugeln geformt. Der erhaltene
Korngrößenbereich lag zwischen Korn-Nr. 10 und 16, mit deutlichen
Maximum bei den er-,.Ct.,ischten Körnungen der Korn-Nr. 12 und 14. Der Granuliervorgang
wurde so lange fortgesetzt, bis die höchstmögliche Verdichtung erreicht war.
Die
Körner wurden zunächst bei etwa 75 0 C getrocknet und danach ca.
6 Stunden lang bei etwa 1430 bis 14600 C in einem diskontinuierlich
arbeitenden Drehrohrofen in oxidierender Atmos-PI-Läre gesintert. Nach schneller
Abkühlung wurde gesiebt. Die Dichte der Kugeln betrug 3,86 g/cm3; das sind
97 - 97,5 ia der -Dichte von elektrisch geschmolzenem Korund. Anschliffe
zeigten eruartungsgemäß ein sehr fein kristallines Gefüge mit Kristallgrößen unter
5 et, vorzugsweise unter 2 ' #i.
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Die außerordentliche Festigkeit des so erhaltenen Materials konnte
durch eine bekannte Prüfungsmethode des Vereins Deutscher Schleifmittelwerke, welche
von dem Batelle-Institut entwickelt wurde, sehr anschaulich angezeigt werden, Dabei
wird eine Einwaage von 125 g genau gleich großer Schleifkörner in einer Test-Liühle
solange einem Mahlprozeß unterworfen, bis 33,3 % der Einwaage soweit verfeinert
sind,- daß der Staub durch ein Prüfsieb fällt.
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Zyl . indrische und*kugelförmige Schleifkörner der korn-Nummern
10, 12 und 14 wurden nach dieser Einheitsmethode untersucht.
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Han gelangte zu dem in der nachstehenden Tabelle dargestellten Ergebnis.
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Zum Vergleich enthält die Tabelle auch Angaben über Korundkörnuni
gen, welche nach der konventionellen Methode durch Brechen und Sieben von Elektrokorund
hergestellt wurden. (Anmerkung: Bei der
1'or.nbezeichnung handelt
es sich um Angaben gemäß "FEPA-Korngröße: Standard für Schleifmittelkorn zur Herstellung
von Schleifkörper. Körnung
8 - 24011, 2. Auflage, Deutschland 1964, herausgegeben
voi Fachverband Blektrokorund- und Siliciumkarb'id-Hersteller e.V.)
| T a b e 1 1 e |
| Gewicht von 100 Körnern Umdrehungen der Testmühle |
| Ko.-ii-Nr. zylind.-kugelf. zylind. kugelf. gebr. Elektro- |
| korund |
| abgebr.b. |
| 10 2p30 g 2968 g 85.100 820.000 --- |
| 12 le50 9 1926 g 75.900 295.000 560 |
| 14 0,88 g 0998 g 58.900 75.900 690 |
Die Tabelle zeigti daß die nach dem erfindungegemäßen Verfahren gefertigen kugelförmigen
Körner ein besonders widerstandsfähiges Haterial darstellen.