DE1923562C3 - Schleifkörper, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre weitere Verwendung - Google Patents

Description

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Dh Erfindung betrifft Schleifkömer aus Bornitridkristallen mit kubischem Kristallgitter, die einen Borsilikatüberzug aufweisen, ihr Verfahren zur Herstellung und weitere Verwendung zur Herstellung von Schleifkörpern.

In der US-Patentschrift 2947 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 »Borazen« bezeichnet

Kubisches Bornitrid ist wegen seiner großen Härte ein ausgezeichnetes Schleifmittel für Schleifkörper wie Schleifscheiben und dergleichen. Die Qualität eines Schleifkörpers, bei dem die Schleifkömer durch ein Bindemittel zusammengehalten werden, hängt in « starkem Maße von der Bindekraft ab, d. h. von der Kraft, die notwendig ist, um ein Schleifkorn aus der Bindung eines Schleifkörper* herauszubrechen. Je härter und daher je dauerhafter das Schleifkorn ist, desto größer sind die Anforderungen an die Bindekraft, da wegen der großen Härte das Schleifkorn kaum zürn 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 gesorgt werden. Es hat sich nun herausgestellt, daß bei einem Schleifkörper mit Schleifkörnern aus kubischem Bornitrid eine ausgezeichnete Bindung erzielt wird, wenn die Schleifkömer einen an ihre μ Oberfläche gebundenen Überzug oder Belag aus Borsilikat aufweiten.

Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung lassen sich Körner aus kubischem Bornitrid mit einem Überzug aus Borsilikat versehen, indem zunächst auf der Oberfläche 6$ des kubischen Bornitrids ein Boroxidbelag dadurch gebildet wird, daß das kubische Bornitrid vorzugsweise im erwärmten Zustand einer oxidierenden Aimosphäre ausgesetzt wird. Beispielsweise setzt man die qus kubischem Bornitrid bestehenden Körner in einem vorgeheizten Ofen mit einer aus gewöhnlicher Luft bestehenden Ofenatmosphäre eine halbe Stunde lang einer Temperatur von ungefähr 775"C aus. Dadurch wind die Kornoberfläche von den meisten Verunreinigungen befreit und es entsteht auf der Komoberfläche ein dünner RIm aus Boroxid. Weder die Temperatur, auf die das kubische Nitrid erwärmt wird, noch die Zeitdauer der Temperatureinwirkung sind kritische Größen. Es ist lediglich wesentlich, daß die Kornoberfläche mit einem dünnen Film aus Boroxid versehen wird.

Auf das mit einem Überzug aus Boroxid versehene kubische Bornitrid wird dann eine Organosiliziumverbindung in einer Lösung aufgebracht, die eine Entfernung der Hauptmasse des vorhandenen Boroxids B2O3 bewirkt Das kubische Bornitrid mit der aufgebrachten Organosiliziumverbindung wird dann erwärmt, wodurch die Organosiliziumverbindung mit dem noch vorhandenen Boroxid reagiert und zumindest eine merkliche Menge des Boroxids in ein Borsilikat übergeführt wird. Als Organoeisenverbindungen verwendet man vorzugsweise Silane, von denen wiederum Silane der Formel:

A
N—Si—C

1 ·

bevorzugt werden, wobei N eine Aminognippe oder ein Derivat einer Aminognippe, 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 Gammaaminopropyllriälhoxysilatt, 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 Triäthoxysilylpropylamin 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 polymerisiertem Silan oder aus dem Hydrolyseprodukt desselben. Die Kömer 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 Oxidationsprodukic 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 Borsilikatschicht haftet sehr gut auf dem kubischen Bornitrid und scheint durch Sauerstoffbindung an der Oberfläche des kubischen Bornitrids absorbiert zu sein. Aufgrund des sehr gut auf den Körnern aus kubischem Bornitrid haftenden Borsilikatbelages 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 Siliziumoxid der aufgebrachten Organosiliziumvcrbindung unter Bildung von Borsilikat auf der Kornoberfläche. Dadurch wird optimale Bindekraft zwischen dem kubischen Bornitrid und dem Borsilikat gewährleistet und in einfacher Weise eine außerordentlich dünne gleichmäßige Borsilikatsch'icht erzielt, die die gesamte Kornoberfläche überdeckt. Die Borsilikatschicht sollte möglichst dünn sein und dennoch einen kontinuierlichen Oberzug bilden.

Die Organosilizhimverbindungen sind besonders vorteilhaft, da sie das für die Bildung der Borsilikatschicht erforderliche Siliziumoxid in Form eines außerordentlich gleichmäßigen dünnen Belages liefern. Das in den Organosflbäumverbindungen vorhandene Siliziumoxid ist nach Wirmezersetzung; der Verbindungen außerordentlich reaktionsfähig. Neben den vorzugsweise benutzten Silanen können auch andere Organosiliziumverbiwtangcn verwendet werden. Die Wahi des zum Lösen und Aufbringen der Verbindung dienenden Lösungsmittels wird durch die Löslichkeitseigenschaften der verwendeten Verbindung bestimmt Die Organosiliziumverbindung sollte natürlich nach Aufbringung auf das Korn im festen Aggregatzustand vorliegen oder in einen festen Aggregatszustand hydrolysierbar und/oder polymerisierbar sein.

Die mit einem Borsilikatbelag versehenen Körner aus kubischem Bornitrid können dann mit einem Bindemittel vermischt und zu Schleifscheiben oder dergleichen verpreßt werden, worat'f das Bindemittel gehärtet und 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 Frilte 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 Siloxan 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 Zeil (eine Stunde lang genügt), in eine Lösung von 20 Volumenprozent Silan in Isopropylalkohol ein, filiert die Körner ab und erwärmt sie dann ungefähr zwei Stunden lang in feuchter Luft bei 150⁰C, 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 Borsilikatschichi erzielt wird. Die hydrolysiert, frisch polymerisierte Organosiliziumschicht wird nämlich wahrscheinlich durch Sauerstoff bindung an Borsilikat aktiv adsorbiert

Die Körner werden dann mit einem wärmehärtbaren Harz, das vorzugsweise einen Füllstoff enthält, vermischt zu Schleifscheiben oder dergleichen heiß verpreßt und vorzugsweise nachgehärtet. Es kann eine ganze Reihe von wärmehärtbaren Harzen verwendet werden. Ausgezeichnet geeignet sind sowohl Phenolformaldehydharze als auch Epoxyharze. Andere geeignete wärmehärtbare Harze sind beispielsweise Poiyimidharze Alkydharze, Melaminharze, Harnstofformaldehydharze und modifizierte Harze wie Epoxy-Novolac-Harzc.

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

Nachstehend wird anhand eines speziellen Beispiels die Herstellung einer Schleifscheibe erläutert. Körner aus kubischem Bornitrid mit einer Körnung von 24 — 32 Maschen/cm, die mit einem dünnen Belag aus Borsilikat und einem darüberliegenden Belag aus Siloxan verschen waren, wurden gleichmäßig mit pulverförmiger^ teilweise gehärtetem Phenolaldehydharz und Siliziumcarbid mit einer Teilchengröße von I — 10 Mikrometer zu einer Mischung vermischt, die 25 Volumenprozent kubisches Bornitrid, 36 Volumenprozent Siliziumcarbid 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 ungefähr 190"C nachgehärtet.

Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von Schleifwerkzeugen mit einer um 100% und mehr höheren Scherfestigkeit Aufgrund der höheren Scherfestigkeitswerte erzielt man eine bessere Schlcifwirkung, d. h„ Verbesserungen in der Schlcifwirkung in der Größenordnung von 50% und mehr.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schleifkörner aus kubischem Bornitrid, dadurch gekennzeichnet, daß Schleifköiner s einen Borsilikatüberzug aufweisen.

2. Verfahren zum Herstellen von Schleifkörriern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der Schleifkörner ws kubischem Bornitrid eine Boroxydschicht gebildet, auf die Schleifkömer dann eine Organosilicuimverbindung aufgebracht wird und danach die Schleifkörner zur Bildung des Borsilikatüberzuges erhitzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Organosiliciumverbindung ein Silan ι s verwendet wird, das vor dem Erhitzen der Schleifkörner hydrolysiert und zu einem Siloxan zumindest teilweise polymerisiert wird

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die einen Borsilikatüberzug aufweisenden Schleifkömer eine weitere dünne Schicht eines Süoxans aufgebracht wird.

5. Verwendung der Schleifkörner nach den Ansprüchen 1 —4, zur Herstellung vom mit keramischen Bindemitteln oder wärmehärtbaren organisehen Harzen gebundenen Schleifkörpern.