DE1923562A1

DE1923562A1 - Schleifkoerper und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE1923562A1
Application number: DE19691923562
Authority: DE
Inventors: Mathewson Jun Wilfre Fairbanks
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-05-15
Filing date: 1969-05-08
Publication date: 1969-11-27
Also published as: NL6907252A; FR2008604A1; CH520082A; NL167460C; SE376600B; JPS4823589B1; DE1923562B2; GB1266972A; NL167460B; DE1923562C3; BE732879A; US3576610A

Description

Schleifkörper und Verfahren zur Herstellung

Die Erfindung betrifft einen Schleifkörper mit Schleifkörnern aus Bornidridkristallen mit kubischem Kristallgitter und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schleifkörpers.

In der US-Patentschrift 2 947 617 ist ein Verfahren zur Herstellung von Bornitrid mit einem kubischen Kristallgitter nach Art der Zinkblende beschrieben. Kubisches Bornitrid weist ungefähr die Härte von Diamant auf und wird häufig als "Borazon" bezeichnet.

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Kubisches Bornitrid ist wegen seiner grossen Härte ein ausgezeichnetes Schleifmittel für Schleifkörper wie Schleifscheiben wnü dergleichen. Die Qualität eines Soialeifkörpers, bei uem die Schleifkörper durch ein Bindemittel zusammengehalten werdenj hingt in starkem Masse von der Bindekraft ab, d*h. von d©r Kraft, die notwendig ist, 'ujb ein Schleifkorn aus der

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirfsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

Bindung eines Schleifkörpers herauszubrechen. Je härter und daher je dauerhafter das Schleifkorn ist, desto grosser sind die Anforderungen an die Bindekraft, da wegen der grossen Härte das Schleifkorn kaum zum Zerbrechen neigt oder einer Abnutzung ausgesetzt ist, sondern vielmehr die beim Schleifen auftretenden starken Kräfte das Schleifkorn aus dem Schleifkörper herauszubrechen suchen. Um die Härte von kubischem Bornitrid auszunutzen, muss daher für eine entsprechende Bindung geson£ werden. Es hat sich nun herausgestellt, dass bei einem Schleifkörper mit Schleifkörnern aus kubischem Bornitrid eine ausgezeichnete Bindung erzielt wird, wenn die Schleifkörner einen an ihre Oberfläche gebundenen Überzug oder Belag aus Borsilikat aufweisen.

Gemäss dem Verfahren nach der Erfindung lassen sich Körner aus kubischem Bornitrid mit einem Überzug aus Borsilikat versehen, indem zunächst auf der Oberfläche des kubischen Bornitrids ein Boroxidbelag dadurch gebildet wird, dass das kubische Bornitrid vorzugsweise im erwärmten Zustand einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt wird. Beispielsweise setzt man die aus kubischem Bornitrid bestehenden Körner in einem vor« geheizten Ofen mit einer aus gewöhnlicher Luft bestehenden Ofenatmosphäre eine halbe Stunde lang einer Temperatur von ungefähr 775 C aus. Dadurch wird die Kornoberflache von meisten Verunreinigungen befreit und es entsteht auf der oberfläche ein dünner Film aus Boroxid. Weder die Temperatur-, auf die das kubische Nitrid erwärmt wird, no-ch die Zeitdauer der Temperatureinwirkung sind kritische Grossen. Es ist lediglich wesentlich, dass die Kornoberfläche mit eines Film aus Boroxid versehen wird.

Auf das mit einem Überzug aus Boroxid versehene Bornitrid wird dann eine OrganosillssiiataverMndiing in ©iaer Lösung aufgebracht, die eine Entfernung ö©r Hawpteasse de® vorhandenen Boroxids BpO_ bewirkt«, Das Inafeiscae B©raitrid mit der aufgebrachten OrganosiliziuiaverMndtaBg erwärmt, wodurch die Organosiliziuoverbincüiuuftg mit dea vorhandenen Boroxid reagiert und zumiaäest eine

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Menge des Boroxids in ein Borsilikat übergeführt wird. Als Organosilikonverbindungen verwendet man vorzugsweise Silane, von denen wiederum Silane der Formel:

N-SI-C
B

bevorzugt werden, wobei N eine Aminogruppe oder ein Derivat einer Aminogruppe, C eine hydrolysierbare Gruppe und A und B entweder Aminogruppen, hydrolysierbare Gruppen, chemisch neutrale Gruppen oder irgendeine Kombination der vorgenannten Gruppen sind. Beispielsweise verwendet man Gammaaminopropyltriäthoxysilan, das auch unter dem Namen Triäthoxysilylpropylamin bekannt ist.

Vorzugsweise behandelt man die mit einem Boroxidüberzug versehenen Körner aus kubischem Bornitrid ungefähr eine Stunde lang in einer Lösung von 20 Volumenprozent Triäthoxysilylprppylamin in Isopropylalkohol unter Rückfluss, filtert' die Körner dann ab und lässt sie in Luft 12 Stunden lang trocknen. Auf diese Weise erzielt man über dem dünnen Boroxidfilm einen Belag aus teilweise polymerisiertera Silan oder aus dem Hydrolyseprodukt desselben. Die Körner werden dann eine halbe Stunde lang bei ungefähr 500 C gebrannt. Beim Brennen reagiert das Organosilizium mit dem Boroxid unter Bildung eines Borsilikats, Dabei erfolgt eine Zersetzung des Organosiliziums und die organischen Bestandteile oder die Oxidationsprodukte der organischen Bestandteile verdampfen im Laufe des Brennvorganges. Es ist auch möglich, dass ein Teil der Bornitridoberflächen der Körner an der Reaktion teilnehmen. Die entstehende Borsilikatschiclxt haftet sehr gut auf dem kubischen Bornitrid und scheint durch Sauerstoffbindung an der Oberfläche des kubischen Bornitrids adsorbiert zu sein. Aufgrund des sehr gut auf den Körnern aus kubischem Bornitrid haftenden Borsilikat-

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belages lässt sich eine ausgezeichnete Bindung in daraus hergestellten Schleifscheiben erzielen.

Das Verfahren nach der Erfindung zur Bildung eines Borsilikatbelages auf Körnern oder Partikeln aus kubischem Bornitrid ist sehr vorteilhaft. Beim Verfahren nach der Erfindung wird eine dem kubischem Bornitrid eigene Eigenschaft vorteilhaft ausgenutzt, nämlich die Ausbildung einer dünnen Oxidschicht an der Oberfläche bei erhöhter Temperatur in einer oxidierenden Atmosphäre. Diese dünne Boroxidschicht reagiert mit dem Siliciumoxid der aufgebrachten Organosiliziumverbindung unter Bildung von Borsilikat auf der Kornoberfläche. Dadurch wird optimale Bindekraft zwischen dem kubischen Bornitrid und dem Borsilikat gewährleistet und in einfacher Weise eine ausserordent lieh dünne gleichmässige Borsilikatschicht erzielt, die die gesamte Kornoberfläche überdeckt. Die Borsilikatschicht sollte möglichst dünn sein und dennoch einen kontinuierlichen Überzug bilden.

Die Organosiliziumverbindungen sind besonders vorteilhaftj da sie das für die Bildung der Borsilikatschicht erforderliche Siliziumoxid in Form eines ausserordentlich gleichmässigen dünnen Belages liefern. Das in den Organosiliziumverbindungen vorhandene Siliziumoxid ist nach Wärmezersetsung der Verbindungen ausserordentlich reaktionsfähig. Neben den vorzugsweise benutzten Silanen können auch andere Organosiliziumver— bindungen verwendet werden. Die Wahl des zum Lösen und Aufbringen der Verbindung dienenden Lösungsmittels wird durch die Löslichkeitseigenschaften der verwendeten Verbindung bestimmt« Die Orgaiiosiliziuraverbindung sollte natürlich nach Aufbringung auf 4as Korn im festen Aggregatszustand vorliegen oder in einen festen Aggregatszustand hydrolysierbar und/oder polymerisierbar sein»

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BAD ORIGiMAL

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Bindemittel gehärtet oder gesintert wird. Bei Verwendung einer keramischen Bindung gewährleistet der Borsilikatbelag nicht nur eine gute Bindekraft, sondern dient auch als Trennschicht zwischen der als Bindemittel dienenden sinterbaren Fritte und dem kubischen Bornitrid. Die Trennschicht ermöglicht die. Verwendung von Bindemitteln, die mit dem Bornitrid reagierende Bestandteile enthalten, was bei manchen Glasfritten der Fall ist.

Bei Verwendung eines organischen Harzes als Bindemittel ist die Einschaltung einer Zwischenschicht aus Süaxan zwischen dem Borsilikatbelag und dem organischen Harz erwünscht, um die Bindekraft zwischen diesen beiden Stoffen zu erhöhen. Die Siloxanschicht kann in nachstehend beschriebener Weise aufgebracht werden. Man weicht die mit einem Borsilikatbelag versehenen Körner kurze Zeit (eine Stunde lang genügt) in eine Lösung von 20 Volumenprozent Silan in Isopropylalkohol ein, filtert die Körner ab und erwärmt sie dann ungefähr zwei Stunden lang in feuchter Luft bei 150 C. Ein für diese Behandlung ausgezeichnet geeignetes Silan ist Triäthoxysilylpropylamin. Das Silan hydrolysiert und polymerisiert zumindest teilweise zu Siloxan, wodurch eine ausserordentlich gute Bindung mit der Borsilikatschicht erzielt wird. Die hydrolysierte, frisch polymerisierte Organosiliziumschioht wird nämlicli wahrscheinlich durch Sauerstoffbindung am Borsilikat aktiv adsorbiert»

Die Körner werden dann mit einem wärmehärtbaren Harz, das vorzugsweise einen Füllstoff enthält, vermischt, zu Schleifscheiben oder dergleichen heiss verprasst und vorzugsweise nachgehärtet„ Es kann eine ganze Reihe von wärmehärtbaren Harzen verwendet werden. Ausgezeichnet geeignet sind sowohl Phenolforiaaldehydharae als auch Epoxyharze» Ändere geeignete wärmehärtbare Harze sind beispielsweise Polyiaiidlaarze, Alkydharze, Melaminharze, Harnstoffformaldehydliarse -und modifizierte Harze wie Epoxy-Novolac-Harze.

Γ; O 9 6 /. Il / aü H 7

Vorzugsweise werden Füllstoff enthaltende wärmehärtbare Harze verwendet. Als Füllstoffe sind beispielsweise geeignet Glasfasern, Siliziumcarbid, Kupferwhiskers und pulverförmiges hexagonales Bornitrid.

Nachstehend wird anhand eines spezielles Beispiels die Herstellung einer Schleifscheibe erläutert. Körner aus kubischem Bornitrid mit einer Körnung von 60 « 80 (Maschen pro Zoll), die mit einem dünnen Belag aus Borsilikat und einera darüberliegenden Belag aus Silixan versehen waren, wurden gleichmässig mit pulverförmigea Phenolaldehydharz der B—Stufe und Siliziumcarbid mit einer Teilchengrösse von i-iQ Mikroneter zu einer Mischung vermischt, die 25 Volumenprozent kubisches Bornitrid, 36 Volumenprozent Siliziwiacarbid und 39 Volumenprozent Phenolformaldehydharz enthielt, Die Mischung wurde dann bei einer Temperatur von ungefähr 177 C mit einem Druck von 140 kg/cm zu Schleifscheiben verpresst. Die Schleifscheiben wurden dann 12 Stunden lang bei einer Temperatur von ungef&tir 190° C nachgehärtet,

Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von Schleifwerkzeugen mit einer um 100 % und meiir höheren Soherfestiglceit _a \ ■ Aufgrund der höheren Scherfestigkeitswerte ersielt man eine bessere Schleifwirkung, d.h., Verbesserungen in der Schleifwirkung in der Grössenordnung von 50 % und

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Claims

Patentanmeldung: Schleifkörper und Verfahren zur Herstellung

Patentansprüche

Schleifkörper mit aus limbischem Bornitrid bestehendem Schleifkorn, dadurch gekennzeichnet, dass an die Oberfläche des Schleifkorns ein Borsilikat gebunden ist«

2. Schleifkörper nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, dass die einen Borsilikatbelag aufweisenden Körner aus kubischem Bornitrid in eiraer Binflemitteliaatrix eingebettet sind.

3ο Schleifkörper nach Anspruch 2_S dadtsresi gekennzeichnet, dass das Biademifctel ein organisches Harz ist und zwischen dem Harz und dem Borsilikat eine Sil©saßsolnicfet vorgesehen ist.

Rufer

ki. Verfahren aur Herstellung von einea Borsilikatbelag

aufweisenden."Körnern aus ϊαΛϊ seises Boynj.triii iilr die SeSilei'f-* körper i&aeto ä&n Ansprüchen 1 » 3» öailwröl?. gelrennseichnet, dass auf der Oberflsiome übt aus teisüisoSiers Boraxtriä Ικ-ssiefe indan Kil^neru eiae rrorosiiasehiclit gebilöei_s auf die Körner eine

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O MHf'fiiEN 2, THEfiESl-ENSVK^SSr 33 ■ Telefon: 581202 · Tsiegramni-Adfcsfes 1!ρα1Π/Μΰη<ν.-_;η tv·- Verf.--.f-;nl M0nchen,Zv.c:.3rl. OsKai-vcü-'Var-iüiiä. Klo.-·¹-!--382495 ■ Poüs-i--·;! !ioülo.· Münd.cr, Ur. 1Γ" ⁰^

BAD ORIGINAL

5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Organosiliziumverbindung ein Silan verwendet wird, das vor dem Erhitzen der Körner hydrolysiert und zu einem Siloxan zumindest teilweise polymerisiert wird.

6. Verfahren zur Herstellung eines Schleifkörpers nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass Körner aus kubischem Bornitrid mit einem BorsilikatUherzug versehen werden und anschliessend mittels eines Bindemittels gebunden werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Borsilikatüberzug gebildet wird, indem eine Organosilizium-Verbindung auf die eine dünne Oberflächenschicht aus Boroxid aufweisenden Körner aus kubischem Bornitrid aufgebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf die einen BorsilikatUberzug aufweisenden Körner eine dünne Schicht eines Siloxane aufgebracht wird, worauf die Körner mittels eines wärmehärtenden organischen Harzes gebunden werden.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man auf der Oberfläche der Körner aus kubischem Bornitrid eine dünne Schicht aus Boroxid herstellt, eine dünne Schicht einer Organosiliziumverbindung auf die Körner aufbringt, die Körner zur Bildung, eines Borsilikatüberzugs erhitzt, die einen Borsilikatüberzug aufweisenden Körner mit einem Siloxan über-* zieht und mit einem wärmehärtbaren organischen Harz vermischt, das entstandene Gemisch zu Schleifkörpern verpresst und das Harz vollständig aushärtet.

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