DE202009019192U1

DE202009019192U1 - Schalenförmige Schleifpartikel mit einer vertieften Oberfläche

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Publication number: DE202009019192U1
Application number: DE202009019192.3U
Authority: DE
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2018-04-26
Anticipated expiration: 2019-11-25
Also published as: BRPI0922319A2; WO2010077491A2; US8142891B2; PL2373755T3; US20100151195A1; BRPI0922319B1; WO2010077491A3; KR20110100278A; CA2746931C; EP3444313B1; EP2373755A4; EP2373755B1; CA2746931A1; PL3444313T3; EP2373755A2; US20120144754A1; JP5415558B2; KR101696942B1; ES2820559T3; DE202009019189U1

Abstract

Schleifpartikel, die aufweisen:schalenförmige Schleifpartikel (20), die jeweils eine Seitenwand (28) haben;wobei jedes der schalenförmigen Schleifpartikel (20) Alpha-Aluminiumoxid aufweist und eine erste Fläche (24) und eine zweite Fläche (26), die durch eine veränderliche Dicke (T) getrennt sind, einen Umfang (29) der ersten Fläche (24) und einen Umfang (29) der zweiten Fläche (26) hat, undwobei der Umfang (29) eine dreieckige Form aufweist;wobei die erste Fläche (24) vertieft ist und die zweite Fläche (26) im Wesentlichen planar ist.

Description

Hintergrund
Schleifpartikel und Schleifartikel, die aus den Schleifpartikeln hergestellt sind, sind bei der Herstellung von Waren zum Schleifen, Glätten oder Mahlen einer großen Vielfalt an Materialien und Oberflächen nützlich. Als Solches besteht weiterhin ein Bedarf an der Verbesserung der Kosten, der Leistung oder der Lebensdauer des Schleifpartikels und/oder des Schleifartikels.
Dreieckig geformte Schleifpartikel und Schleifartikel, die dreieckig geformte Schleifpartikel verwenden, sind in den US-Patenten 5 201 916 von Berg, 5 366 523 von Rowenhorst und 5 984 988 von Berg offenbart. In einer Ausführungsform wies die Form der Schleifpartikel ein gleichseitiges Dreieck auf. Dreieckig geformte Schleifpartikel sind nützlich bei der Herstellung von Schleifartikeln mit verbesserten Abtragungsraten.
Zusammenfassung
Geformte Schleifpartikel können im Allgemeinen eine überlegene Leistung gegenüber zufällig gebrochenen Schleifpartikeln haben. Durch Steuern der Form des Schleifpartikels ist es möglich, die sich ergebende Leistung des Schleifartikels zu steuern. Die Erfinder haben entdeckt, dass unerwartete Schleifvorteile auftreten, indem das Schleifpartikel entweder mit einer vertieften oder konkaven Oberfläche schalenförmig gemacht wird.
Ohne den Wunsch, durch die Theorie beschränkt zu werden, wird angenommen, dass die vertiefte oder konkave Fläche die Materialmenge verbessert, die durch das schalenförmige Schleifpartikel entfernt wird. Insbesondere haben eine Eiscremeschaufel oder ein Löffel ein konkav geformtes Ende, das wirksam in Materialien gräbt und eine erhebliche Menge des Materials entfernt. Eine Schaufel ist viel wirksamer als ein Messer oder ein flacher dünner Körper, wenn in Material gegraben und große Mengen davon entfernt werden. Ebenso erzeugt ein hohl geschliffener Meißel mit einer konkaven Oberfläche eine schärfere Kante. Auf eine ähnliche Weise kann das Anordnen einer vertieften oder konkaven Fläche auf dem geformten Schleifpartikel, wodurch ein schalenförmiges Schleifpartikel ausgebildet wird, die Schleifleistung des schalenförmigen Schleifpartikels gegenüber einem ähnlich geformten Schleifpartikel mit einer planaren ersten Fläche und einer planaren zweiten Fläche verbessern.
Indem die schalenförmigen Schleifpartikel zweitens zusätzlich mit einer schrägen Seitenwand ausgebildet werden, neigen die schalenförmigen Schleifpartikel mit der schrägen Seitenwand dazu, auf der Bindemittelschicht eines beschichteten Schleifartikels mit einem Winkel zu lagern, der dem Schrägenwinkel der Seitenwand entspricht. Es wird angenommen, dass ein anderer Schrägenwinkel als 90 Grad dazu führt, dass die schalenförmigen Schleifpartikel sich in einem beschichteten Schleifartikel neigen, anstatt eine 90-Grad-Orientierung zu der Unterlage zu haben, da die Seitenwand, auf der das schalenförmigen Schleifpartikel in dem beschichteten Schleifmittel lagert, aufgrund des Schrägenwinkels schräg ist. Da die schalenförmigen Schleifpartikel aufgrund der gewinkelten Seitenwand, auf der sie lagern, meistens auf eine Seite gekippt sind oder sich neigen, können sie einen Spanwinkel von weniger als 90 Grad relativ zu dem Werkstück haben, wodurch Abtragungsraten verbessert werden. Es wird angenommen, dass dieser Spanwinkel die Abtragungsrate der schalenförmigen Schleifpartikel verbessert.
Folglich liegt die Erfindung in einer Ausführungsform in Schleifpartikeln, die aufweisen: schalenförmige Schleifpartikel, die jeweils eine Seitenwand haben, wobei jedes der schalenförmigen Schleifpartikel Alpha-Aluminiumoxid aufweist und eine erste Fläche und eine zweite Fläche hat, die durch eine veränderliche Dicke T getrennt sind, und wobei die erste Fläche vertieft ist, und ein Dickenverhältnis Tc/Ti für die schalenförmigen Schleifpartikel zwischen 1,25 und 5,00 liegt.
In einer anderen Ausführungsform liegt die Erfindung in Schleifpartikeln, die aufweisen: schalenförmige Schleifpartikel, die jeweils eine Seitenwand haben, wobei jedes der schalenförmigen Schleifpartikel Alpha-Aluminiumoxid aufweist und eine erste Fläche und eine zweite Fläche hat, die durch eine Dicke T getrennt sind, und wobei die erste Fläche konvex ist und die zweite Fläche konkav ist.
In einer anderen Ausführungsform liegt die Erfindung in Schleifpartikeln, die aufweisen: schalenförmige Schleifpartikel, die jeweils eine Seitenwand haben, wobei jedes der schalenförmigen Schleifpartikel Alpha-Aluminiumoxid aufweist und eine erste Fläche und eine zweite Fläche hat, die durch eine veränderliche Dicke T getrennt sind, und wobei die erste Fläche vertieft ist und die zweite Fläche vertieft ist.
Figurenliste
Es versteht sich für einen Fachmann, dass die vorliegende Diskussion lediglich eine Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist und nicht dafür gedacht ist, die allgemeineren Aspekte der vorliegenden Offenbarung zu beschränken, wobei die allgemeineren Aspekte in dem beispielhaften Aufbau ausgeführt sind.

1A stellt eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines schalenförmigen Schleifpartikels dar.
1B stellt eine Seitenansicht des schalenförmigen Schleifpartikels von 1A dar.
1C stellt eine Seitenansicht eines beschichteten Schleifartikels dar, der aus den schalenförmigen Schleifpartikeln von 1A hergestellt ist.
2A-C stellen Mikrofotografien der schalenförmigen Schleifpartikel von 1A dar.
3A stellt eine Perspektivansicht einer anderen Ausführungsform eines schalenförmigen Schleifpartikels dar.
3B stellt eine Seitenansicht des schalenförmigen Schleifpartikels von 3A dar.
3C stellt eine Seitenansicht eines beschichteten Schleifartikels dar, der aus den schalenförmigen Schleifpartikeln von 3A hergestellt ist.
4 stellt eine Mikrofotografie der schalenförmigen Schleifpartikel von 3A dar.
5 stellt eine Mikrofotografie eines Formschleifpartikels dar, der gemäß der Offenbarung des US-Patents Nr. 5 366 523 von Rowenhorst et al. hergestellt ist.
6A stellt eine Perspektivansicht einer anderen Ausführungsform eines schalenförmigen Schleifpartikels dar.
6B stellt eine Seitenansicht des schalenförmigen Schleifpartikels von 6A dar.
7 stellt eine Ansicht von unten einer anderen Ausführungsform der schalenförmigen Schleifpartikel von 1A und 1B mit einer Vielzahl von Rillen auf der planaren Oberfläche dar.
8 stellt eine Ansicht von unten einer anderen Ausführungsform der schalenförmigen Schleifpartikel von 3A und 3B mit einer Vielzahl von Rillen auf der konkaven Oberfläche dar.
9 stellt ein Diagramm der Abtragungsrate gegenüber der Zeit für die schalenförmigen Schleifpartikel dar.

Die wiederholte Verwendung von Bezugszeichen in der Spezifikation und den Zeichnungen soll die gleichen oder analogen Merkmale oder Elemente der Offenbarung darstellen.
Definitionen
Wie sie hier verwendet werden, sind die Wörter „aufweisen“, „haben“ und „umfassen“ rechtlich äquivalent und unbeschränkt. Daher können neben den angeführten Elementen, Funktionen, Schritten oder Beschränkungen zusätzliche nicht angeführte Elemente, Funktionen, Schritte oder Beschränkungen vorhanden sein.
Wie er hier verwendet wird, bedeutet der Begriff „Schleifdispersion“ einen Alpha-Aluminiumoxid-Vorläufer, der in Alpha-Aluminiumoxid umgewandelt werden kann, das in einen Formhohlraum eingeführt wird. Auf die Zusammensetzung wird als eine Schleifdispersion Bezug genommen, bis ausreichend flüchtige Komponenten entfernt wurden, um die Verfestigung der Schleifdispersion herbeizuführen.
Wie er hier verwendet wird, bedeutet der Begriff „Formschleifpartikel-Vorläufer oder schalenförmiger Schleifpartikel-Vorläufer“ das ungesinterte Partikel, das erzeugt wird, indem eine ausreichende Menge der flüchtigen Komponente aus der Schleifdispersion entfernt wird, wenn sie in dem Formhohlraum ist, um einen verfestigten Körper zu bilden, der aus dem Formhohlraum entfernt werden kann und seine geformte Form in nachfolgenden Verarbeitungsarbeitsgängen im Wesentlichen beibehalten kann.
Wie er hier verwendet wird, bedeutet der Begriff „Formschleifpartikel“ ein keramisches Schleifpartikel, wobei wenigstens ein Abschnitt des Schleifpartikels eine vorbestimmte Form hat, die von einem Formhohlraum vervielfältigt wird, der verwendet wird, um den Formschleifpartikel-Vorläufer auszubilden. Abgesehen von dem Fall von Schleifsplittem (wie z.B. in der vorläufigen US-Anmeldung 61/016965 beschrieben), wird das Formschleifpartikel im Allgemeinen eine vorbestimmte geometrische Form haben, die im Wesentlichen den Formhohlraum vervielfältigt, der verwendet wurde, um das Formschleifpartikel auszubilden. Formschleifpartikel, wie hier verwendet, schließt Schleifpartikel, die durch einen mechanischen Zerkleinerungsarbeitsgang erhalten werden, aus.
Detaillierte Beschreibung
Schalenförmige Schleifpartikel
Bezug nehmend auf 1A, 1B und 1C wird ein beispielhaftes schalenförmiges Schleifpartikel 20 dargestellt. Das Material, aus dem das schalenförmige Schleifpartikel 20 hergestellt ist, weist Alpha-Aluminiumoxid auf. Alpha-Aluminiumoxidpartikel können aus einer Dispersion von Alpha-Aluminiumoxid-Monohydrat hergestellt werden, das, wie hier später diskutiert, geliert, zu einer Form geformt, getrocknet, um die Form zu halten, kalziniert und dann gesintert wird. Die Form des Formschleifpartikels wird ohne die Notwendigkeit eines Bindemittels, um ein Agglomerat zu bilden, das Schleifpartikel in einem Bindemittel aufweist, die dann zu einer geformten Struktur ausgebildet werden, gehalten.
Im Allgemeinen weisen die schalenförmigen Schleifpartikel 20 dünne Körper mit einer ersten Fläche 24 und einer zweiten Fläche 26 auf, die durch eine Seitenwand 28 mit veränderlicher Dicke T getrennt sind. Im Allgemeinen ist die Seitenwanddicke an den Punkten oder Ecken der schalenförmigen Schleifpartikel dicker und an den Mittelpunkten der Ränder dünner. Als Solches ist Tm kleiner als Tc. In einigen Ausführungsformen ist die Seitenwand 28, wie hier später detaillierter diskutiert, eine schräge Seitenwand mit einem Schrägenwinkel α größer 90 Grad. Mehr als eine schräge Seitenwand kann vorhanden sein und die Schräge oder der Schrägenwinkel für jede schräge Seitenwand kann, wie in 1A und 1B gezeigt, gleich sein oder, wie in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 12/337 075 mit dem Titel „Shaped Abrasive Particle With A Sloping Sidewall“, eingereicht am 17. Dezember 2008, Aktenzeichen des Bevollmächtigten 64869US002, diskutiert, für jede Seite des schalenförmigen Schleifpartikels verschieden sein.
Die Seitenwand 28 des schalenförmigen Schleifpartikels 20 kann in der Form veränderlich sein und sie bildet einen Umfang 29 der ersten Fläche 24 und einen Umfang 29 der zweiten Fläche 26. In einer Ausführungsform wird der Umfang 29 der ersten Fläche 24 und der zweiten Fläche 26 derart ausgewählt, dass er eine geometrische Form ist, und die erste Fläche 24 und die zweite Fläche 26 werden derart ausgewählt, dass sie die gleiche geometrische Form haben, wenngleich sie sich in der Größe unterscheiden können, wobei eine Fläche größer als die andere Fläche ist. In einer Ausführungsform war der Umfang 29 der ersten Fläche 24 und der Umfang 29 der zweiten Fläche 26 eine dreieckige Form, die dargestellt ist. In einigen Ausführungsformen wird eine gleichseitige Dreieckform verwendet, und in anderen Ausführungsformen wird eine gleichschenklige Dreieckform verwendet.
In einigen Ausführungsformen ist die erste Fläche 24 vertieft und die zweite Fläche 26 und die Seitenwand 28 sind im Wesentlichen planar, wie in 2A-2C gezeigt. Mit vertieft ist gemeint, dass die Dicke des Inneren der ersten Fläche 24 Ti dünner als die Dicke des Formschleifpartikels an Abschnitten entlang des Umfangs ist. In einigen Ausführungsformen hat die vertiefte Fläche ähnlich 2A einen im Wesentlichen flachen Mittelabschnitt und mehrere nach oben gerichtete Punkte oder mehrere erhöhte Ecken. Zu beachten ist, dass in 2A der Umfang des schalenförmigen Schleifpartikels an Abschnitten zwischen den nach oben gerichteten Punkten oder Ecken flach oder gerade zu sein scheint und die Dicke Tc viel größer als Tm ist. In anderen Ausführungsformen ist die vertiefte Fläche ähnlich 2B im Wesentlichen konkav mit drei nach oben gerichteten Punkten oder Ecken und einer im Wesentlichen planaren zweiten Fläche (das Formschleifpartikel ist plankonkav). Zu beachten ist in 2B, dass die Differenz zwischen Tc und Tm im Vergleich zu 2A kleiner ist und dass es einen allmählicheren Übergang von dem Inneren der ersten Fläche zu jedem nach oben gewandten Punkt gibt. Wie detaillierter diskutiert wird, wird angenommen, dass die vertiefte Fläche ausgebildet wird, indem das Sol-Gel in dem Formhohlraum 31 einen Meniskus bildet, der die erste Fläche vertieft lässt, wie am besten in 1B zu sehen.
Wie erwähnt, ist die erste Fläche 24 derart vertieft, dass die Dicke Tc an den Punkten oder Ecken 30 dazu neigt, größer als die Dicke Ti des Inneren der ersten Fläche 24 zu sein. Als Solches sind die Punkte oder Ecken 30 höher erhöht als das Innere der ersten Fläche 24. Ohne den Wunsch, durch die Theorie beschränkt zu werden, wird angenommen, dass die vertiefte erste Fläche 24 die Materialmenge, die durch das schalenförmige Schleifpartikel 20 entfernt wird, verbessert. Insbesondere haben eine Eiscremeschaufel oder ein Löffel ein konkav geformtes Ende, das wirksam in Materialien gräbt und eine erhebliche Menge des Materials entfernt. Eine Schaufel ist viel wirksamer als ein Messer oder ein flacher dünner Körper, wenn in Material gegraben und große Mengen davon entfernt werden. Ebenso erzeugt ein hohl geschliffener Meißel mit einer konkaven Oberfläche eine schärfere Kante. Auf eine ähnliche Weise wird angenommen, dass eine vertiefte Oberfläche auf dem schalenförmigen Schleifpartikel 20 zu einer verbesserten Schleifleistung des schalenförmigen Schleifpartikels gegenüber ähnlich geformten Schleifpartikeln mit einer planaren ersten Fläche 24 und einer planaren zweiten Fläche 26 führt.
Außerdem wird angenommen, dass ein dünnerer Innenabschnitt des Formschleifpartikels dazu beitragen kann, die Schleifleistung des schalenförmigen Schleifpartikels zu verbessern, wenn der scharfe nach oben gerichtete Punkt oder die Ecke einmal abgenutzt ist. Wenn der Innenabschnitt dünner ist, kommen zwei Faktoren ins Spiel, welche die Schleifleistung verbessern. Erstens wird eine entsprechende Abnutzungsabflachung, die während der Verwendung des schalenförmigen Schleifpartikels erzeugt wird, im Vergleich zu einem Formschleifpartikel mit einem dickeren Innenabschnitt weniger Fläche haben. Wenn ein Partikel halb so dick wie das nächste Partikel ist, dann wird die sich ergebende Abnutzungsabflachung aufgrund der Änderung der Dicke die halbe Größe haben. Zweitens kann der dünnere Innenabschnitt während der Verwendung zu einem erhöhten Brechen der schalenförmigen Schleifpartikel führen, was die Fähigkeit des Partikels verbessert, sich selbst durch Bruchmechaniken neu zu schärfen. Ein dickeres Partikel bricht weniger wahrscheinlich als ein dünneres Partikel.
Bezug nehmend auf 5 wird ein Formschleifpartikel gezeigt, das gemäß der Offenbarung in der US-Patentnummer 5 366 523 hergestellt ist. Das Formpartikel des Stands der Technik hat eine im Wesentlichen planare erste Fläche und eine planare zweite Fläche, abgerundete Ecken an den Punkten des Dreiecks und abgerundete Kanten, wo die Flächen die Seitenwand treffen.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Dickenverhältnis von Tc/Ti zwischen 1,25 und 5,00 oder zwischen 1,30 und 4,00 oder zwischen 1,30 und 3,00 liegen. Um das Dickenverhältnis zu berechnen, werden fünfzehn zufällig ausgewählte schalenförmige Schleifpartikel überprüft. Die Höhe jeder Ecke jedes Partikels wird gemessen und dann werden alle Höhen gemittelt, um eine mittlere Tc zu bestimmen. Zum Beispiel würde ein Dreieck drei Tc-Messungen pro Formschleifpartikel und 45 Messungen insgesamt für die Verwendung zur Bestimmung des Mittels von Tc haben. Wenn das Formschleifpartikel rund, oval oder in anderer Weise keine Ecken oder Punkte hat, dann sollten für jedes Formschleifpartikel drei Punkte in zueinander gleichen Abständen entlang des Umfangs gemessen werden. Als Nächstes wird die kleinste Dicke Ti für das Innere der ersten Fläche 24 jedes Formschleifpartikels gemessen. Häufig kann die Durchsichtigkeit des Formschleifpartikels verwendet werden, um die minimale Innendicke zu finden, und die 15 Ergebnisse werden gemittelt, um eine mittlere Ti zu bestimmen. Das Dickenverhältnis wird bestimmt, indem die mittlere Tc durch die mittlere Ti dividiert wird. Ein Lichtmikroskop, das mit einem X-Y-Gestell und einem vertikalen Ortsmessgestell ausgestattet ist, kann verwendet werden, um die Dicke verschiedener Abschnitte der schalenförmigen Schleifpartikel zu messen. Dreieckige schalenförmige Schleifpartikel, die durch die Erfindung hergestellt werden, wurden als in einigen Ausführungsformen Dickenverhältnisse zwischen 1,55 und 2,32 aufweisend gemessen. Dreieckig geformte Partikel, die durch das Verfahren des Stands der Technik, das in der US-Patentnummer 5 366 523 mit dem Titel „Abrasive Article Containing Shaped Abrasive Particles“ von Rowenhorst et al. offenbart wird, hergestellt wurden, wurden als Dickenverhältnisse zwischen 0,94 und 1,15 aufweisend gemessen, was bedeutet, dass sie im Wesentlichen flach sind und genau so wahrscheinlich in der Mitte ein wenig dicker sind wie sie in der Mitte ein wenig dünner sind. Scheibenförmige Schleifpartikel mit einem Dickenverhältnis größer 1,20 sind in dem 95%-Konfidenzintervall statistisch verschieden zu den Rowenhorst-Partikeln.
Bezug nehmend auf 1B kann ein Schrägenwinkel α zwischen der zweiten Fläche 26 und der Seitenwand 28 des schalenförmigen Schleifpartikels 20 verändert werden, um die relativen Größen jeder Fläche zu ändern. Als Referenz ist ein Formhohlraum 31 einer Form 33 in gestrichelten Linien gezeigt, um zu visualisieren, wie die schalenförmigen Schleifpartikel 20 hergestellt werden. Wie in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 12/337 075 mit dem Titel „Shaped Abrasive Particle With a Sloping Sidewall“, eingereicht am 17. Dezember 2008, mit dem Aktenzeichen des Bevollmächtigten 64869US002, diskutiert, wird angenommen, dass ein Schrägenwinkel α von größer 90 Grad die Schleifleistung von Formschleifpartikeln verbessert. Außerdem wurde herausgefunden, dass eine geringfügige Zunahme des Schrägenwinkels von 90 Grad auf 98 Grad die Abtragungsleistung von dreieckig geformten Schleifpartikeln verdoppelt und dass die erhöhte Leistung vorhanden ist, bis der Schrägenwinkel etwa 130 Grad wird.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann der Schrägenwinkel α zwischen etwa 95 Grad und etwa 130 Grad oder zwischen etwa 95 Grad und etwa 125 Grad oder zwischen etwa 95 Grad und etwa 120 Grad oder zwischen etwa 95 Grad und etwa 115 Grad oder zwischen etwa 95 Grad und etwa 110 Grad oder zwischen etwa 95 Grad und etwa 105 Grad oder zwischen etwa 95 Grad und etwa 100 Grad liegen.
Nun Bezug auf 1C nehmend wird ein beschichteter Schleifartikel 40 gezeigt, der eine erste Hauptoberfläche 41 einer Unterlage 42 hat, die durch eine Schleifschicht bedeckt ist. Die Schleifschicht weist eine Bindemittelschicht 44 und mehrere schalenförmige Schleifpartikel 20, die durch die Bindemittelschicht 44 an der Unterlage 42 befestigt sind, auf. Eine Deckschicht 46 wird aufgebracht, um die schalenförmigen Schleifpartikel 20 weiter an der Unterlage 42 zu befestigen oder daran zu kleben.
Wie zu sehen, ist die Mehrheit der schalenförmigen Schleifpartikel 20 gekippt oder neigt sich auf eine Seite, wenn der Schrägenwinkel α größer als 90 Grad ist, wodurch eine schräge Seitenwand ausgebildet wird. Dies führt dazu, dass die Mehrheit der schalenförmigen Schleifpartikel 20 einen Orientierungswinkel β kleiner 90 Grad relativ zu der ersten Hauptoberfläche 41 der Unterlage 42 hat. Dieses Ergebnis ist unerwartet, da das elektrostatische Beschichtungsverfahren zum Aufbringen der schalenförmigen Schleifpartikel mit einer schrägen Seitenwand dazu neigt, die Partikel ursprünglich in einem Orientierungswinkel β von 90 Grad zu orientieren, wenn sie zuerst auf die Unterlage aufgebracht werden. Die elektrostatischen Felder neigen dazu, die Partikel vertikal auszurichten, wenn sie an die Unterlage angelegt werden, die über den schalenförmigen Schleifpartikeln mit einer schrägen Seitenwand angeordnet ist. Außerdem neigt das elektrostatische Feld dazu, die Partikel zu beschleunigen und in der 90-Grad-Orientierung in die Bindemittelschicht zu treiben. An irgendeinem Punkt, nachdem die Bahn umgedreht wird, entweder bevor oder nachdem die Deckschicht 46 aufgebracht wird, neigen die Partikel unter der Schwerkraft oder der Oberflächenspannung der Bindemittel- und Deckschichten dazu, sich zu neigen und auf der schrägen Seitenwand zum Aufliegen zu kommen. Es wird angenommen, dass ausreichend Zeit in dem Verfahren zur Herstellung des beschichteten Schleifartikels vorhanden ist, damit die schalenförmigen Schleifpartikel sich neigen und an der Bindemittelschicht über die schräge Seitenwand befestigt werden, bevor die Bindemittelschicht und die Deckschicht trocknen und härten, was jegliche weitere Drehung verhindert. Wenn die schalenförmigen Schleifpartikel mit einer schrägen Seitenwand einmal, wie zu sehen, aufgebracht werden und zugelassen wird, dass sie sich neigen, sind die höchsten Ecken 30 in einem günstigen Spanwinkel für das Schleifen eines Werkstücks. Insbesondere führt die Vertiefung der ersten Fläche 24 zu einem spitzen Winkel λ zwischen der Seitenwand 28 und der ersten Fläche 24, was einen sehr scharfen Punkt oder eine Ecke anstelle der abgerundeten Ecke des Stands der Technik ergibt. Dies verleiht dem schalenförmigen Schleifpartikel einen Sägezahnpunkt 47, der angreift und mehr Material entfernt; insbesondere wenn der Schrägenwinkel α größer als 90 Grad ist.
Um die Neigungsorientierung weiter zu optimieren, werden die schalenförmigen Schleifpartikel in der Unterlage und in einer offenen beschichteten Schleifschicht aufgebracht. Eine geschlossene beschichtete Schleifschicht ist als das maximale Gewicht von Schleifpartikeln oder einer Mischung von Schleifpartikeln, das auf eine Bindemittelschicht eines Schleifpartikels in einem einzigen Durchgang durch den Hersteller aufgebracht werden kann, definiert. Eine offene beschichtete Schleifschicht ist eine Menge von Schleifpartikeln oder einer Mischung von Schleifpartikeln, die weniger als das maximale Gewicht in Gramm, das aufgebacht werden kann, wiegt, die auf eine Bindemittelschicht eines beschichteten Schleifartikels aufgebracht wird. Eine offene beschichte Schleifschicht wird zu weniger als 100% Abdeckung der Bindemittelschicht mit Schleifpartikeln führen, wodurch offene Flächen und eine sichtbare Kunstharzschicht zwischen den Partikeln bleibt. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann der Prozentsatz der offenen Fläche in der Schleifschicht zwischen etwa 10% und etwa 90% oder zwischen etwa 30% und etwa 80% liegen.
Es wird angenommen, dass, wenn zu viele der schalenförmigen Schleifpartikel mit einer schrägen Seitenwand auf die Unterlage aufgebracht werden, nicht ausreichend Zwischenräume zwischen den Partikeln vorhanden sein werden, um ihnen zu ermöglichen, dass sie sich vor dem Härten der Bindemittel- und Deckschichten neigen oder kippen. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind mehr als 50, 60, 70, 80 oder 90 Prozent der schalenförmigen Schleifpartikel in dem beschichteten Schleifartikel mit einer offenen beschichteten Schleifschicht mit einem Orientierungswinkel β von kleiner 90 Grad gekippt oder geneigt.
Ohne den Wunsch, durch die Theorie beschränkt zu werden, wird angenommen, dass ein Orientierungswinkel β von weniger als 90 Grad zu einer verbesserten Abtragungsleistung der schalenförmigen Schleifpartikel mit einer schrägen Seitenwand führt. Überraschenderweise neigt dieses Ergebnis dazu, ungeachtet der Drehorientierung der Partikel um die Z-Achse in dem beschichteten Schleifartikel aufzutreten. Währen 1C idealisiert ist, um alle schalenförmigen Schleifpartikel in der gleichen Richtung ausgerichtet zu zeigen, würde eine tatsächliche beschichtete Schleifscheibe die schalenförmigen Schleifpartikel zufällig verteilt und in vielfältigen Orientierungen relativ zu der Z-Achse gedreht haben. Da die Schleifscheibe rotiert und die schalenförmigen Schleifpartikel zufällig verteilt sind, werden einige Partikel in das Werkstück getrieben, wobei zuerst die erste Fläche 24 getroffen wird, während ein benachbarter schalenförmiger Schleifpartikel genau um 180 Grad gedreht sein könnte, wobei das Werkstück auf die Rückseite des Partikels und die zweite Fläche 26 auftrifft. Mit einer zufälligen Verteilung der Partikel und der Drehung der Scheibe könnte die Hälfte der Partikel das Werkstück zuerst auf die zweite Fläche 26 anstatt der ersten Fläche 24 auftreffend haben. Für ein Schleifband mit einer definierten Drehrichtung und einem definierten Kontaktpunkt mit dem Werkstück kann es jedoch möglich sein, die schalenförmigen Schleifpartikel mit einer schrägen Seitenwand auf dem Band auszurichten, um sicherzustellen, dass das Werkstück zuerst, wie in 1C idealisiert, in die erste Fläche 24 getrieben wird. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann der Orientierungswinkel β für die Mehrheit der schalenförmigen Schleifpartikel mit einer schrägen Seitenwand in einer Schleifschicht eines beschichteten Schleifartikels zwischen etwa 50 Grad und etwa 85 Grad oder zwischen etwa 55 Grad und etwa 85 Grad oder etwa 60 Grad und etwa 85 Grad oder zwischen etwa 65 Grad und etwa 85 Grad oder zwischen etwa 70 Grad und etwa 85 Grad oder zwischen etwa 75 Grad und etwa 85 Grad oder zwischen etwa 80 Grad und etwa 85 Grad liegen.
Nun wird Bezug nehmend auf 2A, 2B und 2C eine Mikrofotografie von schalenförmigen Schleifpartikeln 20 mit einer vertieften Fläche gezeigt. Der Schrägenwinkel α ist etwa 98 Grad und der Umfang des schalenförmigen Schleifpartikels weist ein gleichseitiges Dreieck auf. Die Seiten jedes Dreiecks messen eine Länge von etwa 1,4 mm an dem Umfang der ersten Fläche 24. Um die vertiefte Fläche weiter zu kennzeichnen, wurde die Krümmung der ersten Fläche 24 für die schalenförmigen Schleifpartikel gemessen, indem unter Verwendung eines geeigneten Bildanalyseprogramms, wie etwa eines nichtlinearen Regressionskurvenanpassungsprogramms „NLREG“, verfügbar von Phillip Sherrod, Brentwood, Tennessee, erhalten von www.NLREG.com, eine Kugel eingepasst wurde. Die Ergebnisse der Bildanalyse zeigten, dass der Radius der Kugel, die in die vertiefte erste Fläche eingepasst wird, zwischen etwa 1 mm und etwa 25 mm oder zwischen etwa 1 mm und etwa 14 mm oder zwischen etwa 2 mm und etwa 7 mm sein kann, wenn die Mitte der Kugel vertikal über dem Mittelpunkt der ersten Fläche 24 ausgerichtet ist. In einer Ausführungsform maß der Radius der in die schalenförmigen Schleifpartikel eingepassten Kugel 2,0 mm, in einer anderen Ausführungsform 3,2 mm, in einer anderen Ausführungsform 5,3 mm und in einer anderen Ausführungsform 13,7 mm.
Bezug nehmend auf 3A, 3B und 3C wird eine andere Ausführungsform des schalenförmigen Schleifpartikels 20 dargestellt. Das Material, aus dem das schalenförmige Schleifpartikel 20 hergestellt ist, weist Alpha-Aluminiumoxid auf. Im Allgemeinen weisen die schalenförmigen Schleifpartikel 20 dünne Körper mit der ersten Fläche 24 und der zweiten Fläche 26 auf, die durch die Seitenwand 28 mit einer Dicke T getrennt sind. Im Allgemeinen ist die Seitenwanddicke T in der zweiten Ausführungsform gleichmäßiger. Als Solche kann Tm etwa gleich Tc sein. In einigen Ausführungsformen wird die Seitenwand 28, wie hier später detaillierter diskutiert, in einer Form mit einem Schrägenwinkel α von größer als 90 Grad ausgebildet.
Die Seitenwand 28 des schalenförmigen Schleifpartikels 20 kann in der Form variieren und bildet den Umfang 29 der ersten Fläche 24 und der zweiten Fläche 26. In einer Ausführungsform wird der Umfang 29 der ersten Fläche 24 und der zweiten Fläche 26 ausgewählt, um eine geometrische Form zu sein, und die erste Fläche 24 und die zweite Fläche 26 werden derart ausgewählt, dass sie die gleiche geometrische Form haben, wenngleich sie sich in der Größe unterscheiden können, wobei eine Fläche größer als die andere Fläche ist. In einer Ausführungsform waren der Umfang 29 der ersten Fläche 24 und der Umfang 29 der zweiten Fläche 26 eine dreieckige Form, die dargestellt ist. In einigen Ausführungsformen wird eine gleichseitige Dreieckform verwendet und in anderen Ausführungsformen wird eine gleichschenklige Dreieckform verwendet.
In dieser Ausführungsform ist die erste Fläche 24 konvex und die zweite Fläche 26 ist konkav (konkav-konvex), so dass das schalenförmige Schleifpartikel im Wesentlichen einen dreieckigen Schnitt einer kugelförmigen Schale aufweist. Wie detaillierter diskutiert, wird angenommen, dass die konvexe Fläche durch das Sol-Gel in dem Formhohlraum 31 ausgebildet wird, das sich aufgrund des Vorhandenseins eines Formtrennmittels, wie etwa Erdnussöl, während der Verdampfungstrocknung des Sol-Gels von der unteren Oberfläche der Form löst. Die Rheologie des Sol-Gels führt dann zu der konvexen/konkaven Ausbildung der ersten und zweiten Fläche, während der Umfang 29 während der Verdampfungstrocknung zu einer dreieckigen Form ausgebildet wird.
Wie erwähnt, ist die zweite Fläche 26 konkav und benachbart zu der Unterseite des Formhohlraums 31 ausgebildet. Wenn der schalenförmige Schleifpartikel 20 als Solches auf einer Oberfläche, wie in 3A positioniert, sitzt, sind die Punkte oder Ecken 30 höher erhöht als das Innere der zweiten Fläche 26. Ohne den Wunsch, durch die Theorie beschränkt zu werden, wird angenommen, dass die konkave zweite Fläche 26 die Materialmenge, die durch den schalenförmigen Schleifpartikel 20 entfernt wird, verbessert. Insbesondere haben eine Eiscremeschaufel oder ein Löffel ein konkav geformtes Ende, das wirksam in Materialien gräbt und eine erhebliche Menge des Materials entfernt. Eine Schaufel ist viel wirksamer als ein Messer oder ein flacher dünner Körper, wenn in Material gegraben und große Mengen davon entfernt werden. Ebenso erzeugt ein hohl geschliffener Meißel mit einer konkaven Oberfläche eine schärfere Kante. Auf eine ähnliche Weise wird angenommen, dass das Anordnen einer konkaven Oberfläche auf dem schalenförmigen Schleifpartikel 20 zu einer verbesserten Schleifleistung des schalenförmigen Schleifpartikels gegenüber ähnlich geformten Schleifpartikeln mit einer planaren ersten Fläche 24 und einer planaren zweiten Fläche 26 führt.
Nun wird Bezug nehmend auf 3C ein beschichteter Schleifartikel 40 gezeigt, der die erste Hauptoberfläche 41 der Unterlage 42 von einer Schleifschicht bedeckt hat. Die Schleifschicht weist die Bindemittelschicht 44 und die Vielzahl schalenförmiger Schleifpartikel 20, die durch die Bindemittelschicht 44 an der Unterlage 42 befestigt sind, auf. Eine Deckschicht 46 ist aufgetragen, um die schalenförmigen Schleifpartikel 20 weiter an der Unterlage 42 zu befestigen oder daran zu kleben.
Um die Orientierung in dem beschichteten Schleifartikel zu optimieren, werden die schalenförmigen Schleifpartikel in der Unterlage in einer offenen beschichteten Schleifschicht aufgebracht. Eine geschlossene beschichtete Schleifschicht ist als das maximale Gewicht von Schleifpartikeln oder einer Mischung von Schleifpartikeln, das auf eine Bindemittelschicht eines Schleifpartikels in einem einzigen Durchgang durch den Hersteller aufgebracht werden kann, definiert. Eine offene beschichtete Schleifschicht ist eine Menge von Schleifpartikeln oder einer Mischung von Schleifpartikeln, die weniger als das maximale Gewicht in Gramm, das aufgebacht werden kann, wiegt, die auf eine Bindemittelschicht eines beschichteten Schleifartikels aufgebracht wird. Eine offene beschichtete Schleifschicht wird zu weniger als 100% Abdeckung der Bindemittelschicht mit Schleifpartikeln führen, wodurch offene Flächen und eine sichtbare Kunstharzschicht zwischen den Partikeln bleibt. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann der Prozentsatz der offenen Fläche in der Schleifschicht zwischen etwa 10% und etwa 90% oder zwischen etwa 30% und etwa 80% liegen.
Nun wird Bezug nehmend auf 4 eine Mikrofotografie eines schalenförmigen Schleifpartikels 20 mit einer konkaven zweiten Fläche 26 gezeigt. Die Seiten jedes Dreiecks maßen an dem Umfang der ersten Fläche 24 ungefähr 1,2 mm und die schalenförmigen Schleifpartikel hatten eine Dicke von ungefähr 0,35 mm. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann der Radius einer Kugel, die an die konkave zweite Fläche 26 angepasst wird, zwischen etwa 1 mm und 25 mm oder zwischen etwa 1 mm und etwa 14 mm oder zwischen etwa 2 mm und etwa 7 mm sein, wenn die Mitte der Kugel vertikal über dem Mittelpunkt der zweiten Fläche ausgerichtet ist.
Nun können Bezug auf 6A und 6B nehmend in anderen Ausführungsformen der Erfindung die erste Fläche 24 und die zweite Fläche 26 der schalenförmigen Schleifpartikel 20 beide vertieft sein. In manchen Ausführungsformen können die schalenförmigen Schleifpartikel bikonkav mit einer konkaven ersten Fläche 24 und einer konkaven zweiten Fläche 26 sein. Derartige Formschleifpartikel können hergestellt werden, indem die untere Oberfläche des Formhohlraums 31 konvex gemacht wird, so dass eine konkave zweite Fläche 26 auf dem Formschleifpartikel ausgebildet wird. Alternativ können andere Geometrien mit vertiefter Struktur auf der zweiten Fläche 26 ausgebildet werden, indem der Umriss der unteren Oberfläche des Formhohlraums geeignet konstruiert wird. Zum Beispiel kann die untere Oberfläche der Form in 6B einen im Wesentlichen planaren Mittelabschnitt und vertiefte Ecken haben, die mehrere nach oben gerichtete Punkte oder mehrere erhöhte Ecken 30 auf der zweiten Fläche 26 bilden. In derartigen Ausführungsformen kann der Krümmungsgrad oder die Flachheit der ersten Fläche 24 in gewissem Maß dadurch gesteuert werden, wie die schalenförmigen Schleifpartikel getrocknet werden, was zu einer vertieften oder gekrümmten ersten Fläche oder einer im Wesentlichen planaren ersten Fläche führt.
Für jede der diskutierten Ausführungsformen können die schalenförmigen Schleifpartikel 20 verschiedene dreidimensionale Formen haben. Die geometrische Form des Umfangs 29 kann dreieckig, rechteckig, kreisförmig, elliptisch, sternförmig oder die anderer regelmäßiger oder unregelmäßiger Polygone sein. In einer Ausführungsform wird ein gleichseitiges Dreieck verwendet und in einer anderen Ausführungsform wird ein gleichschenkliges Dreieck verwendet. Außerdem können die verschiedenen Seitenwände der schalenförmigen Schleifpartikel den gleichen Schrägenwinkel oder verschiedene Schrägenwinkel haben.
Außerdem können die schalenförmigen Schleifpartikel mit einer Öffnung mehrere Rillen auf einer der Flächen haben, wie in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung mit der US-Seriennummer 61/138 268 mit dem Titel „Shaped Abrasive Particles With Grooves“ mit dem Aktenzeichen des Bevollmächtigten 64792US002, eingereicht am 17. Dezember 2008, offenbart. Die mehreren Rillen werden durch mehrere Grate in der unteren Oberfläche des Formhohlraums ausgebildet, für die herausgefunden wurde, dass sie es einfacher machen, die Formschleifpartikel-Vorläufer aus der Form zu entfernen. In einer Ausführungsform weisen die mehreren Rillen parallele Linien auf, die sich vollständig über die zweite Fläche erstrecken und sich mit dem Umfang 29 entlang eines ersten Rands in einem 90-Grad-Winkel schneiden. Die Schnittgeometrie der mehreren Rillen kann, wie in der anhängigen Anmeldung diskutiert, ein abgeschnittenes Dreieck, ein Dreieck oder eine andere Geometrie sein.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann die Tiefe D der mehreren Rillen zwischen etwa 1 Mikrometer und etwa 400 Mikrometer liegen. Ferner kann ein Prozentsatzverhältnis der Rillentiefe D zu der Dicke des schalenförmigen Schleifpartikels Tc (D/Tc in Prozent ausgedrückt) zwischen etwa 0,1% und etwa 30% oder zwischen etwa 0,1% und 20% oder zwischen etwa 0,1% und 10% oder zwischen etwa 0,5% und etwa 5% liegen.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann der Zwischenraum zwischen jeder Rille zwischen etwa 1% und etwa 50% oder zwischen etwa 1% und 40% oder zwischen etwa 1% und 30% oder zwischen etwa 1% und 20% oder zwischen etwa 5% und 20% einer Flächenabmessung, wie etwa der Länge eines der Ränder des schalenförmigen Schleifpartikels, liegen. In einer Ausführungsform hatte ein gleichseitiges Dreieck mit einer Seitenlänge an der unteren Oberfläche der Form von 2,54 Millimeter und 8 Graten pro Formhohlraum mit einem Zwischenraum von 0,277 mm einen Rillenzwischenraum von 10,9%. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Anzahl von Graten in der unteren Oberfläche jedes Formhohlraums zwischen 1 und etwa 100 oder zwischen 2 und etwa 50 oder zwischen 4 und etwa 25 liegen und somit eine entsprechende Anzahl von Rillen in den schalenförmigen Schleifpartikeln ausbilden.
In einer Ausführungsform der Fertigungswerkzeuge wurden dreieckförmige Formhohlräume mit 28 Mil Tiefe und 110 Mil auf jeder Seite verwendet. Der Schrägenwinkel α zwischen der Seitenwand und der Unterseite der Form war 98 Grad. Die Fertigungswerkzeuge wurden derart hergestellt, dass sie 50% der Formhohlräume mit 8 parallelen Graten hatten, die sich von den unteren Oberflächen der Hohlräume erhoben, die sich mit einer Seite des Dreiecks in einem 90-Grad-Winkel schnitten, und die restlichen Hohlräume hatten eine glatte untere Formoberfläche. Die parallelen Grate waren, wie in der Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen des Bevollmächtigten 64792US002, auf die vorstehend Bezug genommen wurde, beschrieben, alle 0,277 mm beabstandet und der Querschnitt der Grate war eine Dreieckform mit einer Höhe von 0,0127 mm und einem 45-Grad-Winkel zwischen den Seiten jedes Grats an der Spitze. Nun wird Bezug nehmend auf 7 eine Mikrofotografie der schalenförmigen Schleifpartikel, die mit den beschriebenen Fertigungswerkzeugen hergestellt wurden, gezeigt, welche mehrere parallele Rillen auf der zweiten Fläche 26 zeigen, welche den schalenförmigen Schleifpartikeln von 1A entsprechen. Nun wird Bezug nehmend auf 8 eine Mikrofotografie der schalenförmigen Schleifpartikel, die mit den beschriebenen Fertigungswerkzeugen hergestellt wurden, gezeigt, welche mehrere parallele Rillen auf der zweiten Fläche 26 zeigen, welche den schalenförmigen Schleifpartikeln von 3A entsprechen. Da die Rillen auf der konkaven Fläche sind, ist klar, dass diese Fläche ursprünglich in Kontakt mit der unteren Oberfläche der Form war und dann an einem gewissen Punkt während des Trocknungsverfahrens, nachdem das Sol-Gel ausreichend getrocknet war, um den Eindruck von den Graten in der unteren Oberfläche zu halten, konkav wurde.
Die schalenförmigen Schleifpartikel 20 können verschiedene maßanalytische Seitenverhältnisse haben. Das maßanalytische Seitenverhältnis ist als das Verhältnis der maximalen Querschnittfläche durch den Schwerpunkt eines Volumens, dividiert durch die minimale Querschnittfläche, die durch den Schwerpunkt geht, definiert. Für manche Formen kann die maximale oder minimale Querschnittfläche eine Ebene sein, die in Bezug auf die äußere Geometrie der Form gekippt, gewinkelt oder geneigt ist. Zum Beispiel hätte eine Kugel ein maßanalytisches Seitenverhältnis von 1,000, während ein Würfel ein maßanalytisches Seitenverhältnis von 1,414 hat. Ein Formschleifpartikel in der Form eines gleichseitigen Dreiecks, bei dem jede Seite gleich der Länge A ist, und mit einer gleichmäßigen Dicke gleich A hat ein maßanalytisches Seitenverhältnis von 1,54, und wenn die gleichmäßige Dicke auf 0,25 A verringert wird, wird das maßanalytische Seitenverhältnis auf 2,64 erhöht. Es wird angenommen, dass schalenförmige Schleifpartikel mit einem größeren maßanalytischen Seitenverhältnis eine verbesserte Abtragungsleistung haben. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann das maßanalytische Seitenverhältnis für die schalenförmigen Schleifpartikel größer als etwa 1,15 oder größer als etwa 1,50 oder größer als etwa 2,0 oder zwischen etwa 1,15 und etwa 10,0 oder zwischen etwa 1,20 und etwa 5,0 oder zwischen etwa 1,30 und etwa 3,0 sein.
Schalenförmige Schleifpartikel 20, die gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellt sind, können in einen Schleifartikel eingearbeitet oder in loser Form verwendet werden. Schleifpartikel werden im Allgemeinen vor der Verwendung nach einer vorgegebenen Partikelgrößenverteilung klassifiziert werden. Derartige Verteilungen haben typischerweise einen Bereich von Partikelgrößen von groben Partikeln zu feinen Partikeln. In der Schleiftechnik wird auf diesen Bereich manchmal als „grobe“, „mittlere“ und „feine“ Bruchstücke Bezug genommen. Schleifpartikel, die nach von der Schleifindustrie akzeptierten Korngrößenstandards klassifiziert sind, spezifizieren die Partikelgrößenverteilung für jede Nennklasse innerhalb numerischer Grenzen. Derartige in der Industrie akzeptierte Klassifizierungsstandards (d.h. spezifizierte Nennklasse der Schleifindustrie) umfassen die, die als die Standards des American National Standards Institute, Inc. (ANSI), Standards der Federation of European Producers of Abrasive Products (FEPA), und Standards des Japanese Industrial Standard (JIS) bekannt sind.
ANSI-Klassenbezeichnungen (d.h. spezifizierte Nennklassen) umfassen: ANSI 4, ANSI 6, ANSI 8, ANSI 16, ANSI 24, ANSI 36, ANSI 40, ANSI 50, ANSI 60, ANSI 80, ANSI 100, ANSI 120, ANSI 150, ANSI 180, ANSI 220, ANSI 240, ANSI 280, ANSI 320, ANSI 360, ANSI 400 und ANSI 600. FEPA-Klassenbezeichnungen umfassen P8, P12, P16, P24, P36, P40, P50, P60, P80, P100, P120, P150, P180, P220, P320, P400, P500, P600, P800, P1000 und P1200. JIS-Klassenbezeichnungen umfassen JIS8, JIS12, JIS 16, JIS24, JIS36, JIS46, JIS54, JIS60, JIS80, JIS 100, JIS 150, JIS 180, JIS220, JIS240, JIS280, JIS320, JIS360, JIS400, JIS600, JIS800, JIS 1000, JIS 1500, JIS2500, JIS4000, JIS6000, JIS8000 und JIS 10000.
Alternativ können die schalenförmigen Schleifpartikel 20 unter Verwendung von USA-Standard-Prüfsieben, die dem ASTM E-11 „Standard Specification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes“ entsprechen, nach einer geprüften Nennklasse klassifiziert werden. ASTM E-11 schreibt die Anforderungen für das Design und die Konstruktion von Prüfsieben unter Verwendung eines Mediums aus gewebtem Siebtuch in einem Rahmen für die Klassifizierung von Materialien gemäß einer bestimmten Partikelgröße vor. Eine typische Bezeichnung kann als -18+20 dargestellt werden, was bedeutet, dass die schalenförmigen Schleifpartikel durch ein Prüfsieb gehen, das die ASTM E11-Spezifikationen für das Sieb Nummer 18 erfüllt, und in einem Prüfsieb, das die ASTM E11-Spezifikationen für das Sieb Nummer 20 erfüllt, festgehalten werden. In einer Ausführungsform haben die schalenförmigen Schleifpartikel 20 eine Partikelgröße, so dass die meisten der Partikel durch ein 18-Maschen-Prüfsieb gehen und auf einem 20-, 25-, 30-, 35-, 40-, 45- oder 50-Maschen-Prüfsieb festgehalten werden. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung können die schalenförmigen Schleifpartikel 20 eine Prüfklasse haben, die aufweist: -18+20, -20+25, -25+30, -30+35, -35+40, -40+45, -45+50, -50+60, -60+70, -70+80, -80+100, -100+120, -120+140, -140+170, -170+200, -200+230, -230+270, -270+325, -325+400, -400+450, -450+500 oder -500+635.
Nach einem Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung eine Vielzahl von Schleifpartikeln mit einer von der Schleifindustrie spezifizierten Nennklasse oder einer geprüften Nennklasse bereit, wobei wenigstens ein Teil der Vielzahl von Schleifpartikeln schalenförmige Schleifpartikel 20 sind. Nach einem anderen Aspekt stellt die Offenbarung ein Verfahren bereit, das die Klassifizierung der schalenförmigen Schleifpartikel 20 aufweist, die gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellt sind, um eine Vielzahl schalenförmiger Schleifpartikel 20 mit einer von der Schleifindustrie spezifizierten Nennklasse oder einer geprüften Nennklasse bereitzustellen.
Falls gewünscht, können die schalenförmigen Schleifpartikel 20 mit einer von der Schleifindustrie spezifizierten Nennklasse oder einer geprüften Nennklasse mit anderen bekannten Schleif- oder Nichtschleifpartikeln gemischt werden. In manchen Ausführungsformen sind basierend auf dem Gesamtgewicht der Vielzahl von Schleifpartikeln mindestens 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 oder sogar 100 Gewichtsprozent der Vielzahl von Schleifpartikeln mit einer von der Schleifindustrie spezifizierten Nennklasse oder einer geprüften Nennklasse schalenförmige Schleifpartikel 20, die gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellt sind.
Partikel, die für das Mischen mit den schalenförmigen Schleifpartikeln 20 geeignet sind, umfassen herkömmliche Schleifkörner, Verdünnungskörner oder abtragungsanfällige Agglomerate, wie etwa die in den US-Patenten Nr. 4 799 939 und 5 078 753 Beschriebenen. Repräsentative Beispiele für herkömmliche Schleifkörner umfassen geschmolzenes Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Granat, geschmolzenes Aluminiumoxid-Zirkonoxid, kubisches Bornitrid, Diamant und Ähnliche. Repräsentative Beispiele für Verdünnungskörner umfassen Marmor, Gips und Glas. Mischungen verschieden geformter schalenförmiger Schleifpartikel 20 (zum Beispiel Dreiecke und Quadrate) oder Mischungen zum Beispiel schalenförmiger Schleifpartikel 20 mit vertieften Flächen und konkaven Flächen können in den Artikeln dieser Erfindung verwendet werden.
Die schalenförmigen Schleifpartikel 20 können auch eine Oberflächenbeschichtung haben. Oberflächenbeschichtungen sind dafür bekannt, die Haftung zwischen Schleifkörnern und dem Bindemittel in Schleifartikeln zu verbessern, oder können verwendet werden, um die elektrostatische Abscheidung der schalenförmigen Schleifpartikel 20 zu unterstützen. Derartige Oberflächenbeschichtungen sind in den US-Patentnummern 5 213 591; 5 011 508; 1 910 444; 3 041 156; 5 009 675; 5 085 671; 4 997 461 und 5 042 991 beschrieben. Außerdem kann die Oberflächenbeschichtung verhindern, dass die schalenförmigen Schleifpartikel gedeckelt werden. Deckeln ist der Begriff, um das Phänomen zu beschreiben, bei dem Metallpartikel von dem Werkstück, das abgetragen wird, an die Oberseiten der Schleifpartikel geschweißt werden. Oberflächenbeschichtungen, um die vorstehenden Funktionen durchzuführen, sind Fachleuten bekannt.
Schleifartikel mit schalenförmigen Schleifpartikeln
Bezug nehmend auf 1C und 3C weist ein beschichteter Schleifartikel 40 eine Unterlage 42 mit einer ersten Schicht aus Bindemittel auf, auf die hier nach stehend als Bindemittelschicht 44 Bezug genommen wird, die über einer ersten Hauptoberfläche 41 der Unterlage 42 aufgebracht wird. An die Bindemittelschicht 44 befestigt oder teilweise in sie eingebettet ist eine Vielzahl von schalenförmigen Schleifpartikeln 20, die eine Schleifschicht bilden. Über den schalenförmigen Schleifpartikeln 20 ist eine zweite Bindemittelschicht, auf die hier nachstehend als die Deckschicht 46 Bezug genommen wird. Der Zweck der Deckschicht 44 ist, schalenförmige Schleifpartikel 20 an der Unterlage 42 zu befestigen, und der Zweck der Deckschicht 46 ist, die schalenförmigen Schleifpartikel 20 zu verstärken.
Die Bindemittelschicht 44 und die Deckschicht 46 weisen einen harzigen Klebstoff auf. Der harzige Klebstoff der Bindemittelschicht 44 kann der Gleiche wie der der Deckschicht 46 oder verschieden zu diesem sein. Beispiele für harzige Klebstoffe, die für diese Schichten geeignet sind, umfassen Phenolharze, Epoxidharze, Harnstoff-Formaldehydharze, Acrylatharze, Aminoplastharze, Melaminharze, acrylisierte Epoxidharze, Harnstoffharze und Kombinationen davon. Neben dem harzigen Klebstoff können die Bindemittelschicht 44 oder die Deckschicht 46 oder beide Schichten ferner Zusätze aufweisen, die in der Technik bekannt sind, wie etwa zum Beispiel Füllstoffe, Schleifhilfsmittel, Benetzungsmittel, oberflächenaktive Stoffe, Farbstoffe, Pigmente Vernetzungsmittel, Haftförderungsmittel und Kombinationen davon. Beispiele für Füllstoffe umfassen Kalziumkarbonat, Quarz, Talk, Lehm, Kalziummetasilikat, Dolomit, Aluminiumsulfat und Kombinationen davon.
Ein Schleifhilfsmittel kann auf den beschichteten Schleifartikel aufgebracht werden. Ein Schleifhilfsmittel ist als ein partikelförmiges Material definiert, dessen Zusatz eine erhebliche Wirkung auf die chemischen und physikalischen Prozesse des Schleifens hat, woraus sich eine verbesserte Leistung ergibt. Schleifhilfsmittel umfassen eine große Vielfalt an Materialien und können anorganisch oder organisch sein. Beispiele für chemische Gruppen von Schleifhilfsmitteln umfassen Wachse, organische Halogenidverbindungen, Halogenidsalze und Metalle und ihre Legierungen. Die organischen Halogenidverbindungen werden typischerweise während des Schleifens zusammenbrechen und eine Halogensäure oder eine gasförmige Halogenidverbindung freisetzen. Beispiele für derartige Materialien umfassen chlorierte Wachse, wie etwa Tetrachloronaphthalin, Pentachloronaphthalin und Polyvinylchlorid. Beispiele für Halogenidsalze umfassen Natriumchlorid, Kaliumkryolith, Natriumkryolith, Ammoniumkryolith, Kaliumtetrafluoroborat, Natriumtetrafluoroborat, Siliziumfluorid, Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid. Beispiele für Metalle umfassen Zinn, Blei, Wismut, Kobalt, Antimon, Kadmium, Eisen und Titan. Andere Schleifhilfsmittel umfassen Schwefel, organische Schwefelverbindungen, Graphit und metallische Sulfide. Es liegt auch innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung, eine Kombination verschiedener Schleifhilfsmittel zu verwenden; in manchen Fällen kann dies eine synergistische Wirkung erzeugen. In einer Ausführungsform war das Schleifhilfsmittel Kryolith oder Kaliumtetrafluoroborat. Die Menge derartiger Zusätze kann eingestellt werden, um erwünschte Eigenschaften zu ergeben. Es liegt auch innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung, eine überdimensionierte Deckschicht zu verwenden. Die überdimensionierte Deckschicht enthält typischerweise ein Bindemittel und ein Schleifhilfsmittel. Die Bindemittel können aus derartigen Materialien ausgebildet werden, wie etwa Phenolharzen, Acrylatharzen, Epoxidharzen, Harnstoff-Formaldehydharzen, Melaminharzen, Harnstoffharzen und Kombinationen davon.
Es liegt auch innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung, dass die schalenförmigen Schleifpartikel 20 in einem aufgeklebten Schleifartikel, einem Vliesschleifartikel oder Schleifbürsten verwendet werden kann. Ein aufgeklebtes Schleifmittel kann eine Vielzahl der schalenförmigen Schleifpartikel 20 aufweisen, die mit Hilfe eines Bindemittels miteinander verbunden sind, um eine geformte Masse zu bilden. Das Bindemittel für ein aufgeklebtes Schleifmittel kann metallisch, organisch oder gläsern sein. Ein Vliesschleifmittel weist eine Vielzahl der schalenförmigen Schleifpartikel 20 auf, die mit Hilfe eines organischen Bindemittels in eine fasrige Vliesbahn geklebt sind.
Verfahren für schalenförmige Schleifpartikel
Der erste Verfahrensschritt bedingt entweder die Bereitstellung einer Schleifdispersion mit oder ohne Keime, die in Alpha-Aluminiumoxid umgewandelt werden können. Die Alpha-Aluminiumoxid-Vorläuferzusammensetzung weist häufig eine Flüssigkeit auf, die eine flüchtige Komponente ist. In einer Ausführungsform ist die flüchtige Komponente Wasser. Die Schleifdispersion sollte eine ausreichende Menge an Flüssigkeit aufweisen, damit die Viskosität der Schleifdispersion ausreichend niedrig ist, um das Füllen der Formhohlräume und die Vervielfältigung der Formoberflächen zu ermöglichen, aber nicht so viel Flüssigkeit, dass bewirkt wird, dass die anschließende Entfernung der Flüssigkeit aus dem Formhohlraum unerschwinglich teuer wird. In einer Ausführungsform weist die Schleifdispersion auf: 2 Gewichtsprozent bis 90 Gewichtsprozent der Partikel, die in Alpha-Aluminiumoxid umgewandelt werden können, wie etwa Partikel aus Alpha-Aluminiumoxid-Monohydrat (Böhmit), und mindestens 10 Gewichtsprozent oder 50 Gewichtsprozent bis 70 Gewichtsprozent oder 50 Gewichtsprozent bis 60 Gewichtsprozent der flüchtigen Komponente, wie etwa Wasser. Im Gegensatz dazu enthält die Schleifdispersion in manchen Ausführungsformen 30 Gewichtsprozent bis 50 Gewichtsprozent oder 40 Gewichtsprozent bis 50 Gewichtsprozent Feststoffe.
Andere Aluminiumoxidhydrate als Böhmit können ebenfalls verwendet werden. Böhmit kann mit bekannten Verfahren hergestellt oder im Handel erhalten werden. Beispiele für im Handel erhältlichen Böhmit umfassen Produkte mit den Warenzeichen „DISPERAL“, und „DISPAL“, die beide von der Sasol North America, Inc. erhältlich sind, oder „HI-Q40“, das von der BASF Corporation erhältlich ist. Diese Aluminiumoxidmonohydrate sind relativ rein, d.h. sie enthalten, sofern überhaupt, relativ wenige Hydratphasen außer Monohydraten und haben eine große Oberfläche. Die physikalischen Eigenschaften der sich ergebenden schalenförmigen Schleifpartikel 20 und die sich ergebende Größe der Partikel werden im Allgemeinen von der Art des in der Schleifdispersion verwendeten Materials abhängen.
In einer Ausführungsform ist die Schleifdispersion in einem Gelzustand. Wie es hier verwendet wird, ist ein „Gel“ ein dreidimensionales Netzwerk aus Feststoffen, die in einer Flüssigkeit verteilt sind. Die Schleifdispersion kann einen Modifikationszusatz oder einen Vorläufer eines Modifikationszusatzes enthalten. Der Modifikationszusatz kann wirken, um eine erwünschte Eigenschaft der Schleifpartikel zu verbessern oder die Wirksamkeit des anschließenden Sinterschritts zu erhöhen. Modifikationszusätze oder Vorläufer von Modifikationszusätzen können die Form löslicher Salze, typischerweise wasserlöslicher Salze, haben. Sie bestehen typischerweise aus einer metallenthaltenden Verbindung und können ein Vorläufer des Oxids von Magnesium, Zink, Eisen, Silizium, Kobalt, Nickel, Zirkonium, Hafnium, Chrom, Yttrium, Praseodym, Samarium, Ytterbium, Neodym, Lanthan, Gadolinium, Cer, Dysprosium, Erbium, Titan und Mischungen davon sein. Die bestimmten Konzentrationen dieser Zusätze, die in der Schleifdispersion vorhanden sein können, können basierend auf den Kenntnissen der Technik verändert werden. Typischerweise wird die Einführung eines Modifikationszusatzes oder Vorläufers eines Modifikationszusatzes bewirken, dass die Schleifdispersion geliert. Die Schleifdispersion kann auch durch die Anwendung von Wärme über eine Zeitspanne zum Gelieren veranlasst werden.
Die Schleifdispersion kann auch einen Keimbildner enthalten, um die Verwandlung von hydratisiertem oder kalziniertem Aluminiumoxid in Alpha-Aluminiumoxid zu verbessern. Keimbildner, die für diese Offenbarung geeignet sind, umfassen feine Partikel aus Alpha-Aluminiumoxid, Alpha-Eisen(III)-oxid oder seinen Vorläufer, Titanoxide und Titanate, Chromoxide oder jedes andere Material, das Keime für die Umwandlung bildet. Die Menge des Keimbildners, wenn er verwendet wird, sollte ausreichen, um die Umwandlung von Alpha-Aluminiumoxid herbeizuführen. Die Keimbildung derartiger Schleifdispersionen ist in der US-Patentnummer 4 744 802 von Schwabel offenbart.
Ein Peptisierungsmittel kann der Schleifdispersion zugesetzt werden, um eine stabilere Hydrosol- oder kolloidale Schleifdispersion herzustellen. Geeignete Peptisierungsmittel sind monoprotische Säuren oder Säureverbindungen, wie etwa Essigsäure, Salzsäure, Ameisensäure und Salpetersäure. Mehrprotische Säuren können ebenfalls verwendet werden, aber sie können die Schleifdispersion schnell gelieren, was es schwierig macht, sie zu handhaben oder zusätzliche Komponenten in sie einzuführen. Manche gewerbliche Quellen für Böhmit enthalten Säuretiter (wie etwa absorbierte Ameisen- oder Salpetersäure), welche die Ausbildung einer stabilen Schleifdispersion unterstützen.
Die Schleifdispersion kann durch jedes geeignete Mittel, wie etwa zum Beispiel durch einfaches Mischen von Aluminiumoxidmonohydrat mit Wasser, das ein Peptisierungsmittel enthält, oder durch Ausbilden einer Aluminiumoxidmonohydratschlämme, der Peptisierungsmittel zugesetzt wird, ausgebildet werden. Entschäumungsmittel oder andere geeignete Chemikalien können zugesetzt werden, um die Neigung zur Blasenbildung oder zum Mitreißen von Luft während des Mischens zu verringern. Zusätzliche Chemikalien, wie etwa Benetzungsmittel, Alkohole oder Vernetzungsmittel können nach Wunsch zugesetzt werden. Das Alpha-Aluminiumoxid-Schleifkorn kann, wie in der US-Patentnummer 5 645 619 von Erickson et al. vom 8. Juli 1997 offenbart, Siliziumdioxid und Eisenoxid enthalten. Das Alpha-Aluminiumoxid-Schleifkorn kann, wie in der US-Patentnummer 5 551 963 von Larmie vom 3. September 1996 offenbart, Zirkonoxid enthalten. Alternativ kann das Alpha-Aluminiumoxid-Schleifkorn kann, wie in der US-Patentnummer 6 277 161 von Castro vom 21. August 2001 offenbart, eine Mikrostruktur oder Zusätze haben.
Der zweite Verfahrensschritt bedingt die Bereitstellung einer Form 33 mit mindestens einem Formhohlraum 31 und vorzugsweise mehreren Hohlräumen. Die Form kann eine im Allgemeinen planare untere Oberfläche und mehrere Formhohlräume haben. Die mehreren Hohlräume können in einem Fertigungswerkzeug ausgebildet sein. Das Fertigungswerkzeug kann ein Band, eine Schicht, eine fortlaufende Bahn, eine Auftragwalze, wie etwa eine Tiefdruckwalze, eine auf eine Auftragwalze montierte Hülse oder eine Pressform sein. Das Fertigungswerkzeug weist Polymermaterial auf. Beispiele für geeignete Polymermaterialien umfassen Thermoplaste, wie etwa Polyester, Polykarbonate, Poly(ethersulfone), Poly(methylmethacrylate), Polyurethane, Polyvinylchloride, Polyolefine, Polystyrene, Polypropylene, Polyethylene oder Kombinationen davon, und wärmehärtende Materialien. In einer Ausführungsform sind die gesamten Werkzeuge aus einem Polymer- oder Thermoplastmaterial hergestellt. In einer anderen Ausführungsform weisen die Oberflächen der Werkzeuge, die während des Trocknens in Kontakt mit dem Sol-Gel sind, wie etwa die Oberflächen der Vielzahl an Hohlräumen, Polymer- oder Thermoplastmaterialien auf, und andere Abschnitte der Werkzeuge können aus anderen Materialien hergestellt sein. Beispielhaft kann eine geeignete Polymerbeschichtung auf Metallwerkzeuge aufgebracht werden, um ihre Oberflächenspannungseigenschaften zu ändern.
Ein Polymerwerkzeug kann aus einem Metallmasterwerkzeug vervielfältigt werden. Das Masterwerkzeug hat das zu dem für das Fertigungswerkzeug Erwünschte inverse Muster. Das Masterwerkzeug kann auf die gleiche Weise wie das Fertigungswerkzeug hergestellt werden. In einer Ausführungsform ist das Masterwerkzeug aus Metall, z.B. Nickel, hergestellt und ist diamantgedreht. Das Polymer- oder Thermoplastschichtmaterial kann zusammen mit dem Masterwerkzeug erwärmt werden, so dass dem Polymer- oder Thermoplastmaterial das Masterwerkzeugmuster eingeprägt wird, indem die beiden zusammengepresst werden. Ein Polymer- oder Thermoplastmaterial kann auch auf das Masterwerkzeug extrudiert oder gegossen und dann gepresst werden. Das Thermoplastmaterial wird gekühlt, um sich zu verfestigen und das Fertigungswerkzeug herzustellen. Wenn ein thermoplastisches Fertigungswerkzeug verwendet wird, dann sollte Sorge getragen werden, dass keine übermäßige Hitze erzeugt wird, die das thermoplastische Fertigungswerkzeug verziehen kann und seine Lebensdauer begrenzt. Mehr Information bezüglich der Konstruktion und Fertigung von Fertigungswerkzeugen oder Masterwerkzeugen ist in den US-Patenten 5 152 917 (Pieper et al.); 5 435 816 (Spurgeon et al.); 5 672 097 (Hoopman et al.); 5 946 991 (Hoopman et al.); 5 975 987 (Hoopman et al.) und 6 129 540 (Hoopman et al.) zu finden.
Der Zugang zu Hohlräumen kann von einer Öffnung in der oberen Oberfläche oder von einer Öffnung in der unteren Oberfläche erfolgen. In manchen Fällen kann sich der Hohlraum über die gesamte Dicke der Form erstrecken. Alternativ kann sich der Hohlraum nur über einen Abschnitt der Dicke der Form erstrecken. In einer Ausführungsform ist die obere Oberfläche im Wesentlichen parallel zu der unteren Oberfläche der Form, wobei die Hohlräume eine im Wesentlichen gleichmäßige Tiefe haben. Wenigstens eine Seite der Form, d.h. die Seite, auf welcher der Hohlraum ausgebildet ist, kann während des Schritts, in dem die flüchtige Komponente entfernt wird, der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt bleiben.
Der Hohlraum hat eine spezifizierte dreidimensionale Form. In einer Ausführungsform kann die Form eines Hohlraums von oben gesehen als ein Dreieck beschrieben werden, das eine schräge Seitenwand hat, so dass die untere Oberfläche des Hohlraums ein wenig kleiner als die Öffnung in der oberen Oberfläche ist. Es wird angenommen, dass eine schräge Seitenwand eine leichtere Entfernung der Schleifpartikelvorläufer aus der Form ermöglicht. In verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung kann der vorgegebene Winkel α zwischen etwa 95 Grad und etwa 130 Grad oder zwischen etwa 95 Grad und etwa 120 Grad, wie etwa bei 98 Grad, liegen. In einer anderen Ausführungsform wies die Form eine Vielzahl dreieckiger Hohlräume auf. Jeder der Vielzahl dreieckiger Hohlräume weist ein gleichseitiges Dreieck auf.
Alternativ können andere Hohlraumformen, wie etwa Kreise, Dreiecke, Quadrate, Sechsecke, Sterne oder Kombinationen davon verwendet werden, welche alle eine im Wesentlichen gleichmäßige Tiefenabmessung haben. Die Tiefenabmessung ist gleich dem senkrechten Abstand von der obersten Oberfläche zu dem untersten Punkt auf der unteren Oberfläche. Außerdem kann ein Hohlraum die Inverse anderer geometrischer Formen, wie etwa zum Beispiel pyramidenförmig, pyramidenstumpfförmig, kugelstumpfförmig, konisch und kegelstumpfförmig, haben. Die Tiefe eines gegebenen Hohlraums kann gleichmäßig sein oder kann sich entlang seiner Länge und/oder Breite ändern. Die Hohlräume einer gegebenen Form können die gleiche Form oder verschiedene Formen haben.
Der dritte Verfahrensschritt bedingt das Füllen der Hohlräume in der Form mit der Schleifdispersion durch jedes herkömmliche Verfahren. In einer Ausführungsform wird die obere Oberfläche der Form mit der Schleifdispersion beschichtet. Die Schleifdispersion kann auf die obere Oberfläche gepumpt werden. Als nächstes kann ein Schaber oder ein Nivellierbalken verwendet werden, um die Schleifdispersion vollständig in den Hohlraum der Form zu zwingen. Der restliche Teil der Schleifdispersion, der nicht in den Hohlraum eintritt, kann von der oberen Oberfläche der Form entfernt und wiederverwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann ein Messerwalzenbeschichter oder eine Vakuumschlitzdüse verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann ein kleiner Teil der Schleifdispersion auf der oberen Oberfläche bleiben, und in anderen Ausführungsformen ist die obere Oberfläche im Wesentlichen frei von der Dispersion. Der Druck, der durch den Schaber oder Nivellierbalken angewendet wird, ist typischerweise niedriger als 100 psi oder niedriger als 50 psi oder niedriger als 10 psi. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich im Wesentlichen keine freiliegende Oberfläche der Schleifdispersion über die obere Oberfläche hinaus, um die gleichmäßige Dicke der sich ergebenden Schleifpartikel sicherzustellen.
In einer Ausführungsform werden die Innenoberflächen des Hohlraums einschließlich der Seitenwand und der unteren Oberfläche mit einem Formtrennmittel beschichtet. Typische Formtrennmittel umfassen zum Beispiel Öle, wie etwa Erdnussöl, Fischöl oder Mineralöl, Silikone, Polytetrafluorethylen, Zinkstearat und Graphit.
Der vierte Verfahrensschritt bedingt die Steuerung der Rheologie des Sol-Gels in der Form, um verschiedene Arten von schalenförmigen Schleifpartikeln herzustellen. Insbesondere haben die Erfinder vermutet, dass das Nichtvorhandensein oder das Vorhandensein eines Formtrennmittels zu der Art des hergestellten schalenförmigen Schleifpartikels beiträgt. Wenn kein Formtrennmittel oder eine kleine Menge des Formtrennmittels auf den Oberflächen der Werkzeuge in Kontakt mit dem Sol-Gel vorhanden ist, neigt das Sol-Gel dazu, die Oberflächen der Werkzeuge zu benetzen und einen Meniskus in der ersten Fläche 24 auszubilden. Wenn mehr Formtrennmittel vorhanden ist oder ein Überschuss von Formtrennmittel auf den Oberflächen der Werkzeuge in Kontakt mit dem Sol-Gel vorhanden ist, neigen die Formschleifpartikelvorläufer dazu, sich während des Trocknens von der unteren Oberfläche der Form zu lösen, wodurch auf den schalenförmigen Schleifpartikeln konvexe/konkave Flächen ausgebildet werden. Im Allgemeinen wird zwischen etwa 0,0% und etwa 5 Gewichtsprozent Formtrennmittel, wie etwa Erdnussöl, in einer Flüssigkeit, wie etwa Wasser oder Alkohol, auf die Oberflächen der Fertigungswerkzeuge in Kontakt mit dem Sol-Gel aufgebracht, so dass etwa zwischen 0,0 mg/in² und etwa 3,0 mg/in² oder etwa 0,1 mg/in²und etwa 5,0 mg/in² Formtrennmittel pro Einheitsfläche der Form vorhanden sind, wenn ein Formtrennmittel erwünscht ist.
Der fünfte Verfahrensschritt bedingt das Entfernen der Vielzahl schalenförmiger Schleifpartikel aus den Formhohlräumen. Die Vielzahl von schalenförmigen Schleifpartikel-Vorläufern kann unter Anwendung nur der folgenden Verfahren oder in ihrer Kombination auf die Form aus den Hohlräumen entfernt werden: Schwerkraft, Schwingungen, Ultraschallschwingungen, Vakuum oder Druckluft, um die Partikel aus der Form zu entfernen.
Die schalenförmigen Schleifpartikel-Vorläufer können ferner außerhalb der Form getrocknet werden. Wenn die Schleifdispersion in der Form auf das gewünschte Maß getrocknet wird, ist dieser zusätzliche Trocknungsschritt nicht notwendig. In manchen Fällen kann es wirtschaftlich sein, diesen zusätzlichen Trocknungsschritt zu verwenden, um die Zeit zu minimieren, in der die Schleifdispersion in der Form verweilt. Typischerweise werden die schalenförmigen Schleifpartikel-Vorläufer zwischen 10 und 480 Minuten oder zwischen 120 und 400 Minuten bei einer Temperatur von 50 Grad C bis 160 Grad C oder bei 120 Grad C bis 150 Grad C getrocknet.
Der sechste Verfahrensschritt bedingt das Kalzinieren der schalenförmigen Schleifpartikel-Vorläufer. Während des Kalzinierens wird im Wesentlichen das gesamte flüchtige Material entfernt, und die verschiedenen Komponenten, die in der Schleifdispersion vorhanden waren, werden in Metalloxide umgewandelt. Die schalenförmigen Schleifpartikel-Vorläufer werden im Allgemeinen auf eine Temperatur von 400 Grad C bis 800 Grad C erhitzt und in diesem Temperaturbereich gehalten, bis das freie Wasser und über 90 Gewichtsprozent jedes gebundenen flüchtigen Materials entfernt sind. In einem optionalen Schritt kann es erwünscht sein, den Modifikationszusatz durch ein Imprägnierungsverfahren einzuführen. Ein wasserlösliches Salz kann durch Imprägnieren in die Poren der kalzinierten schalenförmigen Schleifpartikel-Vorläufer eingeführt werden. Dann werden die schalenförmigen Schleifpartikel-Vorläufer erneut vorgebrannt. Diese Option wird in der europäischen Patentanmeldung Nr. 293 163 weiter beschrieben.
Der siebte Verfahrensschritt bedingt das Sintern der kalzinierten Vielzahl von schalenförmigen Schleifmittel-Vorläufern. Vor dem Sintern werden die kalzinierten schalenförmigen Schleifpartikel-Vorläufer nicht vollständig verdichtet und ihnen fehlt es somit an der gewünschten Härte, um als Schleifpartikel verwendet zu werden. Das Sintern findet durch Heizen der kalzinierten schalenförmigen Schleifpartikel-Vorläufer auf eine Temperatur von 1000 Grad C bis 1650 Grad C und das Halten in diesem Temperaturbereich, bis im Wesentlichen das gesamte Alpha-Aluminiumoxidmonohydrat (oder Äquivalent) zu Alpha-Aluminiumoxid umgewandelt ist und die Porigkeit auf weniger als 50 Volumenprozent verringert ist, statt. die Zeitdauer, welche die kalzinierten schalenförmigen Schleifpartikel-Vorläufer der Sintertemperatur ausgesetzt werden müssen, um dieses Maß an Umwandlung zu erreichen, hängt von verschiedenen Faktoren ab, aber normalerweise ist von fünf Sekunden bis 48 Stunden typisch. In einer anderen Ausführungsform reicht die Dauer für den Sinterschritt von einer Minute bis 90 Minuten. Nach dem Sintern können die schalenförmigen Schleifpartikel eine Vickershärte von 10 GPa, 16 GPa, 18 GPa, 20 GPa oder mehr haben.
Andere Schritte können verwendet werden, um das beschriebene Verfahren zu modifizieren, wie etwa Schnellheizen des Materials von der Kalzinierungstemperatur auf die Sintertemperatur, Zentrifugieren der Schleifdispersion, um Schlämme, Abfall, etc. zu entfernen. Überdies kann das Verfahren modifiziert werden, indem nach Wunsch zwei oder mehr der Verfahrensschritte kombiniert werden. Herkömmliche Verfahrensschritte, die verwendet werden können, um das Verfahren dieser Offenbarung zu modifizieren, werden in dem US-Patent Nummer 4 314 827 von Leitheiser vollständiger beschrieben. Mehr Informationen bezüglich Verfahren zur Herstellung von Formschleifpartikeln sind in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 12/337 001 mit dem Titel „Method Of Making Abrasive Shards, Shaped Abrasive Particles With An Opening, Or Dish-Shaped Abrasive Particles“ mit dem Aktenzeichen des Bevollmächtigten 63512US002 und eingereicht am 17. Dezember 2008, offenbart.
Beispiele
Aufgaben und Vorteile dieser Offenbarung werden ferner durch die folgenden nicht einschränkenden Beispiele dargestellt. Die bestimmten Materialien und ihre Mengen, die in diesen Beispielen angeführt werden, ebenso wie andere Bedingungen und Einzelheiten, sollten nicht als diese Offenbarung unzulässig einschränkend ausgelegt werden. Wenn nicht anders angemerkt, sind alle Teile, Prozentsätze, Verhältnisse, etc. in den Beispielen und dem Rest der Spezifikation nach Gewicht.
Herstellung von planaren/konkaven Formschleifpartikel-Vorläufern (Fig. 2A-2C, 7)
Eine Probe von Böhmit-Sol-Gel wurde unter Verwendung des folgenden Rezepts hergestellt: Aluminiumoxidmonohydratpulver (7333 Teile) mit der Handelsbezeichnung „DISPERSAL“ wurden unter Mischen mit einer hohen Scherkraft in einer wasserenthaltenden Lösung (11000 Teile) und 70% wässriger Salpetersäure (293 Teile) 10 Minuten lang aufgelöst. Das sich ergebende Sol-Gel wurde vor dem Beschichten 1 Stunde lang gealtert. Das Sol-Gel wurde in Fertigungswerkzeuge mit dreieckig geformten Formhohlräumen mit 28 Mil Tiefe und 110 Mil auf jeder Seite gezwungen. Der Schrägenwinkel α zwischen der Seitenwand und der Unterseite der Form betrug 98 Grad. Die Fertigungswerkzeuge wurden derart hergestellt, dass 50% der Formhohlräume 8 parallele Grate hatten, die sich von den unteren Oberflächen der Hohlräume erhoben, die sich mit einer Seite des Dreiecks in einem 90-Grad-Winkel schnitten, und die restlichen Hohlräume eine glatte untere Formoberfläche hatten. Die parallelen Grate waren alle 0,277 mm beabstandet und der Querschnitt der Grate war eine Dreieckform mit einer Höhe von 0,0127 mm und einem 45-Grad-Winkel zwischen den Seiten jedes Grats an der Spitze, wie in der vorstehend angeführten anhängigen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen des Bevollmächtigten 64792US002 beschrieben. Das Sol-Gel wurde mit einer Vakuumschlitzdüsenbeschichtungsstation in die Hohlräume gezwungen, so dass alle Öffnungen des Fertigungswerkzeugs vollständig gefüllt waren. Das Sol-Gel-beschichtete Fertigungswerkzeug wurde mit 10 Fuß pro Minute durch einen 27-Fuß-Konvektionsofen geführt, der auf 300 Grad Fahrenheit mit 40%-Luftgeschwindigkeit in dem 13,5-Fußzone-1-Abschnitt und 325 Grad Fahrenheit mit 40% Luftgeschwindigkeit in dem 13,5-Fuß-Zone-2-Abschnitt eingestellt war. Die Formschleifpartikel-Vorläufer wurden von dem Fertigungswerkzeug entfernt, indem es über eine Sonotrode geführt wurde.
Herstellung von konkaven/konvexen Formschleifpartikel-Vorläufern (Fig. 4, 8)
Eine Probe von Böhmit-Sol-Gel wurde unter Verwendung des folgenden Rezepts hergestellt: Aluminiumoxidmonohydratpulver (4824 Teile) mit der Handelsbezeichnung „DISPERSAL“ wurden unter Mischen einer wasserenthaltenden Lösung (7087 Teile) und 70% wässriger Salpetersäure (212 Teile) mit hoher Scherkraft für 13 Minuten aufgelöst. Das sich ergebende Sol-Gel wurde vor dem Beschichten 1 Stunde lang gealtert. Das Sol-Gel wurde in Fertigungswerkzeuge mit dreieckig geformten Formhohlräumen mit 28 Mil Tiefe und 110 Mil auf jeder Seite gezwungen. Der Schrägenwinkel α zwischen der Seitenwand und der Unterseite der Form betrug 98 Grad. Die Fertigungswerkzeuge wurden derart hergestellt, dass 50% der Formhohlräume 8 parallele Grate hatten, die sich von den unteren Oberflächen der Hohlräume erhoben, die sich mit einer Seite des Dreiecks in einem 90-Grad-Winkel schnitten, und die restlichen Hohlräume eine glatte untere Formoberfläche hatten. Die parallelen Grate waren alle 0,277 mm beabstandet und der Querschnitt der Grate war eine Dreieckform mit einer Höhe von 0,0127 mm und einem 45-Grad-Winkel zwischen den Seiten jedes Grats an der Spitze, wie in der vorstehend angeführten anhängigen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen des Bevollmächtigten 64792US002 beschrieben. Das Sol-Gel wurde mit einer Vakuumschlitzdüsenbeschichtungsstation in die Hohlräume gezwungen, so dass alle Öffnungen des Fertigungswerkzeugs vollständig gefüllt waren. Ein Formtrennmittel, 2% Erdnussöl in Wasser, wurde verwendet, das auf das Fertigungswerkzeug beschichtet wurde, wobei etwa 1 mg/in² Erdnussöl auf das Fertigungswerkzeug aufgebracht wurde. Das Sol-Gel-beschichtete Fertigungswerkzeug wurde mit 11 Fuß pro Minute durch einen 27-Fuß-Konvektionsofen geführt, der auf 280 Grad Fahrenheit mit 60%-Luftgeschwindigkeit in dem 13,5-Fußzone-1-Abschnitt und 250 Grad Fahrenheit mit 40% Luftgeschwindigkeit in dem 13,5-Fuß-Zone-2-Abschnitt eingestellt war. Die Formschleifpartikel-Vorläufer wurden von dem Fertigungswerkzeug entfernt, indem es über eine Sonotrode geführt wurde.
Herstellung von Formschleifpartikeln des Stands der Technik (Fig. 5)
Formschleifpartikel des Stands der Technik wurden gemäß dem Verfahren hergestellt, das in dem US-Patent 5 366 523 von Rowenhorst et al. offenbart ist. Eine Schleifdispersion (44% Feststoffe) wurde durch das folgende Verfahren hergestellt: Aluminiumoxidmonohydratpulver (1235 Teile) mit der Handelsbezeichnung „DISPERSAL“ wurden unter kontinuierlichem Mischen einer wasserenthaltenden Lösung (3026 Teile) und 70% wässriger Salpetersäure (71 Teile) vermischt. Das sich ergebende Sol wurde bei einer Temperatur von etwa 125 Grad C in einem Durchlauftrockner getrocknet, um eine Schleifdispersion mit 44% Feststoffen herzustellen. Die Schleifdispersion wurde mit Hilfe eines Gummirakels in dreieckig geformte Formhohlräume eingeführt. Die Hohlräume wurden vor der Einführung der Schleifdispersion mit einem Silikontrennmaterial beschichtet. Die Form war ein Aluminiumblech, das mehrere gleichseitige dreieckförmige Löcher enthielt, die durch das Aluminiumblech gestanzt waren. Die Größen der dreieckig geformten Löcher waren 28 Mil Tiefe und 110 Mil auf jeder Seite. Die gefüllte Form wurde 20 Minuten lang in einem Umluftofen angeordnet, der auf einer Temperatur von 71 Grad gehalten wurde. Die Schleifdispersion machte eine erhebliche Schrumpfung durch, während sie trocknete, und die Formschleifpartikel-Vorläufer schrumpften in den Hohlräumen. Die Formschleifpartikel-Vorläufer wurden durch Schwerkraft aus der Form entfernt, woraufhin sie drei Stunden lang bei einer Temperatur von 121 Grad C getrocknet wurden.
Alle drei der Formschleifpartikel-Vorläufer wurden bei etwa 650 Grad Celsius kalziniert und dann mit einer gemischten Nitratlösung mit der folgenden Konzentration (als Oxide angegeben) gesättigt: jeweils 1,8% von MgO, Y₂O₃, Nd₂O₃ und La₂O₃. Die überschüssige Nitratlösung wurde entfernt, und die gesättigten Formschleifpartikel-Vorläufer wurden trocknen gelassen, woraufhin die Formschleifpartikel-Vorläufer erneut bei 650 Grad Celsius kalziniert und bei etwa 1400 Grad Celsius gesintert wurden, um Formschleifpartikel herzustellen. Sowohl das Kalzinieren als auch das Sintern wurden unter Verwendung von Drehröhrenbrennöfen durchgeführt.
Das vierte Los war ein grobkörniges CUBITRON-Schleifkorn 321, erhältlich von der 3M Company, St. Paul, MN.
Die vier Lose von Schleifpartikeln wurden nach den Größen von -18+20-Maschen (USA-Standardprüfsiebe) klassifiziert, um jegliche Splitter oder gebrochene Formen zu entfernen. Jedes Los wurde mit einer nach Gewicht gleich großen Menge von -25+30-Maschen (USA-Standardprüfsiebe) von Kalziumkarbonatpartikeln gemischt. Die -25+30-Bezeichnung bezieht sich auf die Partikelgrößen, die durch ein 25-Maschensieb gingen und auf einem 30-Maschensieb festgehalten wurden. Die vier Lose wurden anschließend unter Verwendung einer mit Kalziumkarbonat gefüllten Bindemittelschicht, einer mit Kryolith gefüllten Deckschicht und einer mit Kaliumfluorkarbonat (KBF₄) gefüllten überdimensionierten Beschichtung in einer Höhe von 18 Gramm pro Scheibe der Schleifpartikel/Kalziumkarbonatmischung auf Faserscheibenunterlagen beschichtet. Die vier Lose, die hergestellt wurden, umfassten:

1. Planare/konkave Dreiecke 2A-2C, 7
2. Konkave/konvexe Dreiecke 4, 8
3. Dreieckig geformtes Schleifmittel des Stands der Technik 5
4. CUBITRON-Schleifkorn 321 (zufällig zerkleinert)

Die Schleifleistung der Scheiben wurde unter Verwendung eines Gleitwirkungs-Schleiftests auf einem nichtrostenden 304-Stahlwerkstück unter Verwendung von 18 lbs Lastkraft auf dem Werkstück gegen die Schleifscheibe ausgewertet. Der Gleitwirkungs-Schleiftest ist konzipiert, um die Abtragungsrate der beschichteten Schleifscheibe zu messen. Jede Schleifscheibe wurde verwendet, um die Fläche eines 1,25 cm mal 18 cm großen nichtrostenden 304-Stahlwerkstücks zu schleifen. Das verwendete Schleifwerkzeug war ein Scheibenschleifwerkzeug mit konstanter Last. Die konstante Last zwischen dem Werkstück und der Schleifscheibe wurde durch eine Lastfeder bereitgestellt. Das Schleifkissen für das Schleifwerkzeug war ein Aluminiumschleifkissen, das um ungefähr 7 Grad ausgehend von dem Rand und in Richtung der Mitte 3,5 cm angeschrägt war. Die Schleifscheibe war durch eine Haltemutter an dem Aluminiumkissen befestigt und wurde mit 5000 U/Min angetrieben. Die Metallmenge in Gramm, die in Ein-Minutenintervallen entfernt wurde, wurde aufgezeichnet.
Bezug nehmend auf 9 schlugen sich die schalenförmigen Schleifpartikel 20 erheblich besser als die dreieckig geformten Schleifpartikel des Stands der Technik, die in der US-Patentnummer 5 366 523 von Rowenhorst et al. offenbart wurden, die zwei parallele planare Oberflächen haben (5), oder das zufällig zerkleinerte Korn. Insbesondere hatten die schalenförmigen Schleifpartikel fast die zweifache Anfangsabtragungsrate der Formschleifpartikel des Stands der Technik, was eine riesige Verbesserung für eine Schleifscheibe ist. Außerdem behielten die schalenförmigen Schleifpartikel im Vergleich zu den Formschleifpartikeln des Stands der Technik eine höhere Abtragungsrate über den Test bei.
Andere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Offenbarung können von Fachleuten praktiziert werden, ohne von dem Geist und Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, der genauer in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist. Es versteht sich, dass Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen ganz oder teilweise ausgetauscht oder mit anderen Aspekten der verschiedenen Ausführungsformen kombiniert werden können. Alle angeführten Referenzen, Patente oder Patentanmeldungen in der vorstehenden Anmeldung für eine Patenturkunde sind hier in einer konsistenten Weise in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingebunden. Im Fall von Inkonsistenzen oder Widersprüchen zwischen Abschnitten der aufgenommenen Referenzen und dieser Anmeldung, soll die Information in der vorangehenden Beschreibung vorgehen. Die vorangehende Beschreibung, die gegeben wird, um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die beanspruchte Offenbarung zu praktizieren, soll nicht als den Schutzbereich der Offenbarung, welcher durch die Ansprüche und alle Äquivalente dazu definiert wird, einschränkend ausgelegt werden.
Die Erfindung bezieht sich u.a. auf folgende Aspekte:

1. Schleifpartikel, die aufweisen: schalenförmige Schleifpartikel, die jeweils eine Seitenwand haben, wobei jedes der schalenförmigen Schleifpartikel Alpha-Aluminiumoxid aufweist und eine erste Fläche und eine zweite Fläche hat, die durch eine veränderliche Dicke T getrennt sind; wobei die erste Fläche vertieft ist und ein Dickenverhältnis von Tc/Ti für die schalenförmigen Schleifpartikel zwischen 1,25 und 5,00 liegt.
2. Schleifpartikel nach Aspekt 1, wobei die zweite Fläche im Wesentlichen planar ist.
3. Schleifpartikel nach Aspekt 2, wobei die erste Fläche einen im Wesentlichen planaren Mittenabschnitt und eine Vielzahl erhöhter Ecken aufweist.
4. Schleifpartikel nach Aspekt 2, wobei die erste Fläche konkav ist.
5. Schleifpartikel nach Aspekt 1, 2, 3 oder 4, die einen Schrägenwinkel α zwischen der zweiten Fläche und der Seitenwand aufweisen, und wobei der Schrägenwinkel α zwischen etwa 95 Grad und etwa 130 Grad liegt.
6. Schleifpartikel nach Aspekt 1, 2, 3 oder 4, die einen Schrägenwinkel α zwischen der zweiten Fläche und der Seitenwand aufweisen, und wobei der Schrägenwinkel α zwischen etwa 95 Grad und etwa 110 Grad liegt.
7. Schleifpartikel nach Aspekt 1, 2, 3 oder 4, die einen Umfang der ersten Fläche und einen Umfang der zweiten Fläche aufweisen, und wobei der Umfang eine dreieckige Form aufweist.
8. Schleifpartikel nach Aspekt 7, wobei die dreieckige Form ein gleichseitiges Dreieck aufweist.
9. Schleifpartikel nach Aspekt 1, die einen Radius einer Kugel, die durch Bildanalyse an die erste Fläche angeglichen ist, aufweisen, wobei der Radius zwischen etwa 1 mm und etwa 25 mm liegt.
10. Schleifpartikel nach Aspekt 9, wobei der Radius der Kugel, die durch Bildanalyse an die erste Fläche angeglichen ist, zwischen etwa 1 mm und etwa 14 mm liegt.
11. Schleifpartikel, die aufweisen: schalenförmige Schleifpartikel, die jeweils eine Seitenwand haben, wobei jedes der schalenförmigen Schleifpartikel Alpha-Aluminiumoxid aufweist und eine erste Fläche und eine zweite Fläche hat, die durch eine Dicke T getrennt sind, und wobei die erste Fläche konvex ist und die zweite Fläche konkav ist.
12. Schleifpartikel nach Aspekt 11, die einen Radius einer Kugel, die durch Bildanalyse an die zweite Fläche angeglichen ist, aufweisen, wobei der Radius zwischen etwa 1 mm und etwa 25 mm liegt.
13. Schleifpartikel nach Aspekt 11 oder 12, die einen Umfang der ersten Fläche und einen Umfang der zweiten Fläche aufweisen, und wobei der Umfang eine dreieckige Form aufweist.
14. Schleifpartikel nach Aspekt 13, wobei die dreieckige Form ein gleichseitiges Dreieck aufweist.
15. Schleifpartikel, die aufweisen: schalenförmige Schleifpartikel, die jeweils eine Seitenwand haben, wobei jedes der schalenförmigen Schleifpartikel Alpha-Aluminiumoxid aufweist und eine erste Fläche und eine zweite Fläche hat, die durch eine veränderliche Dicke T getrennt sind; wobei die erste Fläche vertieft ist und die zweite Fläche vertieft ist.
16. Schleifpartikel nach Aspekt 15, wobei die erste Fläche konkav ist und die zweite Fläche konkav ist.
17. Schleifpartikel nach Aspekt 15, wobei die erste Fläche einen im Wesentlichen planaren Mittelabschnitt und mehrere erhöhte Ecken hat und die zweite Fläche einen im Wesentlichen planaren Mittelabschnitt und mehrerer erhöhte Ecken aufweist.
18. Schleifpartikel nach Aspekt 15, 16 oder 17, die einen Umfang der ersten Fläche und einen Umfang der zweiten Fläche aufweisen, und wobei der Umfang eine dreieckige Form aufweist.
19. Schleifpartikel nach Aspekt 1, 11 oder 15, die ein Bindemittel aufweisen, die einen Schleifartikel bilden, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus geklebten Schleifartikeln, beschichteten Schleifartikeln, Vliesschleifartikeln und Schleifbürsten besteht.
20. Schleifpartikel nach Aspekt 1, 11 oder 15, die eine Bindemittelschicht auf einer ersten Hauptoberfläche einer Unterlage und einen Hauptteil der schalenförmigen Schleifpartikel, die durch die Seitenwand an die Bindemittelschicht angehaftet sind, aufweisen, wobei die schalenförmigen Schleifpartikel eine Schleifschicht bilden, wobei die Schleifschicht mit einer Deckschicht beschichtet ist und wobei die Schleifschicht mindestens 5 Gewichtsprozent der schalenförmigen Schleifpartikel aufweist.

Die erfindungsgemäßen Schleifpartikel können z.B. durch ein Verfahren hergestellt werden, das aufweist:

Bereitstellen einer Form mit mehreren Hohlräumen, wobei die mehreren Hohlräume Polymeroberflächen aufweisen;
Füllen der mehreren Hohlräume mit einem Sol-Gel, das Partikel, die in Alpha-Aluminiumoxid umgewandelt werden können, in einer Flüssigkeit aufweist, wobei die Flüssigkeit eine flüchtige Komponente aufweist; und
Entfernen wenigstens eines Teils der flüchtigen Komponente aus dem Sol-Gel, während das Sol-Gel in den mehreren Hohlräumen verweilt, wodurch mehrere schalenförmige Schleifpartikel-Vorläufer ausgebildet werden.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5201916 [0002]
US 5366523 [0009, 0078]
US 61016965 [0014]
US 12/337075 [0016, 0023]
US 61/138268 [0040]
US 4799939 [0050]
US 5078753 [0050]
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US 5551963 [0061]
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US 5152917 [0063]
EP 293163 [0072]
US 4314827 [0074]
US 12/337001 [0074]

Claims

Schleifpartikel, die aufweisen: schalenförmige Schleifpartikel (20), die jeweils eine Seitenwand (28) haben; wobei jedes der schalenförmigen Schleifpartikel (20) Alpha-Aluminiumoxid aufweist und eine erste Fläche (24) und eine zweite Fläche (26), die durch eine veränderliche Dicke (T) getrennt sind, einen Umfang (29) der ersten Fläche (24) und einen Umfang (29) der zweiten Fläche (26) hat, und wobei der Umfang (29) eine dreieckige Form aufweist; wobei die erste Fläche (24) vertieft ist und die zweite Fläche (26) im Wesentlichen planar ist.
Schleifpartikel nach Anspruch 2, wobei die erste Fläche (24) konkav ist.
Schleifpartikel nach Anspruch 1, wobei die erste Fläche (24) einen im Wesentlichen planaren Mittenabschnitt und eine Mehrzahl erhöhter Ecken (30) aufweist.
Schleifpartikel nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Seitenwand (28) im Wesentlichen planar ist.
Schleifpartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Dickenverhältnis von Tc/Ti für die schalenförmigen Schleifpartikel (20) zwischen 1,25 und 5,00 liegt, wobei Tc die Dicke an einer Ecke (30) der Seitenwand (28) und Ti die kleinste Dicke eines Inneren der ersten Fläche (24) ist.
Schleifpartikel nach Anspruch 5, wobei, um das Dickenverhältnis zu berechnen: - fünfzehn zufällig ausgewählte schalenförmige Schleifpartikel (20) überprüft werden; - die Höhe jeder Ecke jedes Schleifpartikels (20) gemessen wird und dann alle Höhen gemittelt werden, um eine mittlere Tc zu bestimmen; - die kleinste Dicke Ti des Inneren der ersten Fläche (24) jedes der fünfzehn zufällig ausgewählten schalenförmigen Schleifpartikel gemessen wird und die fünfzehn Ergebnisse gemittelt werden, um eine mittlere Ti zu bestimmen; und - das Dickenverhältnis durch Teilen der mittleren Tc durch die mittlere Ti bestimmt wird.
Schleifpartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Schrägenwinkel (α) zwischen der zweiten Fläche (26) und der Seitenwand (28) größer als 90 Grad ist.
Schleifpartikel nach Anspruch 7, wobei der Schrägenwinkel (α) zwischen etwa 95 Grad und etwa 130 Grad, vorzugsweise zwischen etwa 95 Grad und etwa 110 Grad, liegt.
Schleifpartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die dreieckige Form ein gleichseitiges Dreieck aufweist.
Schleifpartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Dicke des Inneren (Ti) der ersten Fläche (24) dünner als die Dicke der schalenförmigen Schleifpartikel (20) an Abschnitten entlang des Umfangs (29) ist.
Schleifpartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, die ein Bindemittel aufweisen, die einen Schleifartikel bilden, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus aufgeklebten Schleifartikeln, beschichteten Schleifartikeln, Vliesschleifartikeln und Schleifbürsten besteht.
Schleifpartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, die eine Bindemittelschicht auf einer ersten Hauptoberfläche einer Unterlage und einen Hauptteil der schalenförmigen Schleifpartikel (20), die durch die Seitenwand (28) an die Bindemittelschicht geklebt sind, aufweisen, wobei die schalenförmigen Schleifpartikel (20) eine Schleifschicht bilden, wobei die Schleifschicht mit einer Deckschicht beschichtet ist und wobei die Schleifschicht mindestens 5 Gewichtsprozent der schalenförmigen Schleifpartikel (20) aufweist.
Schleifpartikel nach Anspruch 12, wobei die schalenförmigen Schleifpartikel als eine offene beschichtete Schleifschicht aufgebracht werden, wobei mehr als 50, 60, 70, 80 oder 90 Prozent der schalenförmigen Schleifpartikel gekippt oder geneigt sind und einem Orientierungswinkel (β) von kleiner 90 Grad aufweisen.