DE2211442C2

DE2211442C2 - Keramisches Bindemittel für Schleifwerkzeuge

Info

Publication number: DE2211442C2
Application number: DE19722211442
Authority: DE
Inventors: Boris A. Brjanzev; Michail G. Leningrad Efros; Nikolaij V. Mon&ccaron;egorsk Kuzenko; Valentina S. Mironjuk
Original assignee: INSTITUT CHIMII I TECHNOLOGII REDKICH ELEMENTOV I MINERAL'NOGO SYR'JA KOL'SKOGO FILIALA AKADEMII NAUK SSSR APATITY MURMANSKAJA OBLAST' SU
Current assignee: INSTITUT CHIMII I TECHNOLOGII REDKICH ELEMENTOV I MINERAL'NOGO SYR'JA KOL'SKOGO FILIALA AKADEMII NAUK SSSR APATITY MURMANSKAJA OBLAST' SU
Priority date: 1972-03-09
Filing date: 1972-03-09
Publication date: 1983-08-04
Also published as: DE2211442A1

Description

Sitiziumoxid	SiO₂	65,8-67,3
Alumiumoxid	Al₂Oj	4,6- 5,0
Boroxid	B₂O₃	12,6-16,2
Eisen(II)oxid	FeO	0,8- 1,0
Magnesiumoxid	MgO	4,2-10,0
Calciumoxid	CaO	weniger als 0,1
Natriumoxid	Na,0	2,9- 3,7
Kaliumoxid	K,0	1,6- 2,0.

Die Erfindung betrifft ein keramisches Bindemittel für Schleifwerkzeuge auf der Basis von Borglas und Talk.

Dieses keramische Bindemittel kann besonders wirksam bei der Herstellung von Schleifwerkzeugen aus vorwiegend Elektrokorund und kubischem Bornitrid verwendet werden.

Keramische Bindemittel für Schleifwerkzeuge auf der Grundlage von Borsilikatglas (Borglas) mit verschiedenerlei mineralischen Zusätzen sind bereits vorgeschlagen worden. (S. G. Woronow, »Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit von Schleifscheiben«, Zeitschrift »Schleifmittel«, NIIMASCH, Moskau N 5,1952; W. N. Lubomudrow, N. N. Wassiljew und B. I. Falkowski. > Schleifinstrumente und ihre Herstellung«, Maschgis. Moskau, 1953; W. T. Iwaschinnikow. »Wahl der Daten von Schleifscheiben für verschiedenartige Schleifoperalionen«, Süduraler Buchverlag, Tscheljabinsk, 1966).

Zur Herstellung eines Schleifwerkzeuges aus Elektrokorund wird beispielsweise ein Bindemittel verwendet, dessen Zusammensetzung in Gew.-% folgende ist:

40% Borsilikatglas (Borglas) und als mineralisierender Zusatz 20% Feldspat in Kombination mit 30% feuerfestem Edelton und 10% Talk.

Ein anderes bis zu 16% Feldspat, bis zu 30% plastischen Ton und 50 bis 100%Talkum und um im übrigen bi3 25%Siliciumcarbid enthaltendes Bindemittel ist aus der US-PS 24 75 565 bekannt.

Der Hauptnachteil dieser bekannten Bindemittel besteht darin, daß sie aus vielen Bestandteilen zusammengesetzt sind, von denen ein Teil schwer schmelzbar ist (Feldspat. Edelton, Talk). Diese Komponenten bedingen auch die hohe Feuerfestigkeit des Bindemittels, die eine Durchführung des Sinterns von auf dieser Grundlage hergestellten Schleifinstrumenten bei einer Temperatur von mindestens 1270° C erfordert.

Im Fertigerzeugnis sind diese Bindemittel inhomogen und enthalten oft nicht durchgeschmolzene Körner der Ausgangskomponenten, was in bedeutendem Maße die mechanische Festigkeit des Schleifwerkzeugs herabsetzt.

Außerdem haben diese Bindemittel eine niedrige Nelzfiihigkeil der Elektrokorundoberfliiche; der Benetzwinkel ist sogar bei Temperaturen von 1250° C hoch. Die relativ niedrige mechanische Festigkeit eines auf der Grundlage der bekannten Bindemittel hergestellten Schleifwerkzeugs schränkt seine Anwendung bei Operationen des Schnellschleifens von Erzeugnissen ein.

In der DT-PS 9 60435 sind Schleifkörper aus geschmolzenen Tonerdekörnern und verglastem Borsilikat als Bindemittel beschrieben, bei dem ein beträcht-Iicher Anteil des Alkaligehaltes des Bindemittels aus Lithiumoxid besteht. Dabei ist irrt Zusammenhang mit einer großen Reihe anderer Auswahlkomponenten, wie Feldspat, Kryolith. Kaliumnitrat, Flußspat und Lithiumkarbonat, auch ein bei etwas über 2% liegender Talkumgehalt vorgesehen. Auch dieses Bindemittel hat den Nachteil, aus einer Vielzahl von Komponenten — im Beispiel 1 sind es 9 — zusammengesttzt zu sein, wobei der Lithiumoxidgehalt als zur Benetzung wesentlich angesehen wird, der wiederum die Schmelzeigenschäften nicht unwesentlich verschlechtest.

In der US-PS 28 97 076 ist ein Schleifkörper beschrieben, bei dem die Schleifpartikel vorzugsweise Diamant mit einem keramischen Bindemittel gebunden sind, das zu 64 bis 45%aus fluorhaltigem Glimmerund zu 35 bis 55% aus Borsilikatglas besteht. Der Fluorgehalt der Hauptkomponenie, mämlich des Glimmers, soll eine Reinigung der Oberfläche der Schleifmittelkörner gewährleisten, wobei aber aufgrund der hohen Feuerfestigkeit des Glimmers hohe Sintertemperaturen bei der Herstellung der Schleifwerkzeuge erforderlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein keramisches Bindemittel für Schleifwerkzeuge auf der Basis von Borglas und Talk anzugeben, welches preiswert und in seiner Herstellung einfach ist und eine wirtschaftlichere und einfachere HerstelluQgstechnologie für die Schleifwerkzeuge gewährleistet, die bei hoher Schleifleistung auch über gesteigerte Festigkeit und Verschleißfestigkeit verfugen. Dies wird bei einem keramischen Bindemittel für Schleifwerkzeuge auf der Basis von Borglas und Talk dadurch erreicht, daß es Borglas in einer Menge von 70 bis 90 Gew.-% und Talk in einer Menge von 10 bis 30 Gew.-% enthält.

Bei einem solchen Gehalt von borglas kann dieses wesentlich zur Steigerung der mechanischen Festigkeit des keramischen Bindemittels und zur Verbesserung ihrer Benetzbarkeit und Reaktionsfähigkeit beitragen. Die niedrige Schmelztemperatur von Borglas (820° C) ergibt eine niedrige Feuerfestigk?it des auf seiner Grundlage hergestellten Bindemitters, was fürdie Fertip.ung von Schleifwerkzeugen beim Sintern unter niedrigen Temperaturen besonders wichtig ist.

Das Vorhandensein von Talk in der angegebenen Menge im Bindemittel, der ein intensiver Mineralisator und Katalysator bei der Bildung von Magnesiumspinell ist, und die Glasphase des Bindemittels im Sinterprozeß des Schleifwerkzeugs festigt, schafft eine feste keramische Struktur und verleiht dem Instrument hohe physikalisch-mechanische Eigenschaften.
Ein Gehalt von weniger als 10 Gew.-%Talk übt keinen wesentlichen Einfluß auf den Prozeß der Mineralbildung aus und ein Gehalt von mehr als 30% verschlechtert die Eigenschaften des Bindemittels, da er zur Vergrößerung der Spinellneubildungen führt. Die Bildung einer grobkörnigen Struktur des keramischen Bindemittels beim Sintern des Schleifinstruments setzt aber dessen mechanische Festigkeit bedeutend herab.

Die erfindungsgemäßen keramischen Bindemittel besitzen bei der angegebenen Zusammensetzung eine

niederige Feuerfestigkeit, die im Bereich von 840 bis Calciumoxid

iO2O°CHegt Natriumoxid

Der Berietzungswmkel bezüglich einer Elektrokorund- Kaliumoxid

oberfläche variert für den erfindungsgemäßen Bereich von Zusammensetzungen zwischen 17° und 35°, was diese keramischen Bindemittel als Bindemittel mit hoher Adhäsionsfähigkeit charakterisiert. Das ergibt eine hohe Haftfestigkeit des Bindemittels an dem Schleifmaterial während des Sintems des Schleifwerkzeugs. :■-·..

Es sei auQh betont, daß die einfache Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Bindemittels aus zwei billigen Komponenten (Borglas und Talk), die leicht miteinander benetzbar sind und ein homogenes Gemisch im ganzen Volumen bilden, sich günstig auf die Qualität des Schleifwerkzeugs auswirkt und zu einer Verringerung von Ausschuß beiträgt

Das keramische Bindemittel mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung besitzt folglich eine niedrige Feuerfestigkeit, eine hohe Benetzungs- und Reakticnsfestigkeit, weiche eine einfache und ökonomische Herstellungstechnologie von Schleifwerkzeugen ermöglichen, die über eine hohe Leistungsfähigkeit zum Schleifen bei langer Lebensdauer und großer Verschleißfestigkeit verfugen.

Eine optimale Lösung wird in demjenigen Falle erreicht, wenn die chemische Zusammensetzung des Bindemittels das nachstehende Verhältnis der Komponenten in Gew.-% aufweist:

CaO

Na₂O K₁O

weniger als 0,1 2,9 bis 3,7 1,6 bis 2,0.

Siliciumoxid SiO₂..

Aluminiumoxid AbOj

Boroxid B₃O₃

Eisen(II)-oxid FeO

Magnesiumoxid MgO

65,8 bis 67,3
4,£bis 5,0

12,6 bis 16,2
0,8 Sf: 1,0
4,2 bis 10,0

Das Hatiptkriterium bei der Wahl einer Zusammensetzung von keramischen Bindemitteln war die Entwicklung eines Schleifwerkzeugs, das über eine preiswerte und einfache Herstellungstechnologie bei hohen physikalisch-mechanischen Eigenschaften und Betriebsdaten verfügt.

Wie' wir feststellten, ist das Schleifwerkzeug, hergestellt mit dem erfindungsgemäßen keramischen Bindemittel, bei unterem Gehalt an Borglas und oberem Gehalt ah Talk für das Roh- und Hochgeschwindigkeitsvorschleifen am geeignetesten.

Das Schleifwerkzeug auf keramischer Grundlage mit einem Gehalt an Borglas und Talk nahe dem durchschnittlich Optimalen, kann besonders wirksamen für das Fein- und Präzisionsschleifen bei Schleifgeschwindigkeiten über 50 m/sec verwendet werden.

Ein keramisches Bindemittel mit oberem Gehalt an Borglas und unterem Gehalt an Talk, das über eine niedrigere Feuerfestigkeit verfügt, kann für die Entwicklung von Werkzeugen aus kubischem Bornitrid mit Elektrokorund-FüIIstoff verwendet werden.

Die Bindemittel mit syfmdungsgemäßer Zusammensetzung weisen wesentliche Vorzüge im Vergleich zu den bislang bekannten Zusammensetzungen auf, was experimentell nachgewiesen wurde.

Beispiel:

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen keramischen Bindemittels für Schleifwerk2:euge wurde Borglas und Talk verwendet, deren chemische Zusammensetzung in nachstehender Tabelle gebracht wird.

Komponenten Gehalt, Gew.-% SiO₂ AI₂O, B₂O₃ FeO MgO CaO Na₂O K₁O Verlust beim

Ausglühen

Borglas 68,04 5,20 17,99 0,69 1,34 - 4,16 2,22 0,66

Talk 60,40 3,29 - 1,61 30,22 0,12 0,08 0,05 4,50

Das keramische Bindemittel aus 80 Gew.-% Borglas und 20 Gew.-% Talk mit folgender Zusammensetzung in Gew-%:

66,51 SiOj; 4,82 AI₂O₃; 14,39 B₂O₃; 0,94 FeO; 7,11 MgO; 0,03 CaO; 3,35 Na₂O; 1,80 K₂O und Verlusten beim Ausglühen von 0,90, wurde bis zum pulverformigen Zustand zerkleinert und durch ein Sieb mit Maschengröße 0,063 mm bis 3% Rückstand durchgesiebt. Die Feuerfestigkeit des Bindemittels liegt bei 930° C, der Benetzungswinkel der Elektrokorundoberfläche liegt bei einer Temperatur 1250° im Bereich von 23° bis 27°.

Das gewonnene Bindemittel wurde mit Dextrin und dann mit einem Schleifstoff, beispielsweise mit weißem Elektrokorund durchgemischt, der zuvor mit flüssigem Wasserglas in folgender Zusammensetzung in Gew.-% benetzt wurde:

29,7 SiO₂; 11,8 Na₂O; 58,5 H₂O.

Die Schleifmasse zur Herstellung des Schleifwerkzeugs hat folgende Beschickungszusammensetzung in Gewichtsteilen: 100 Teile Schleifstoff mit Korngröße etwa 400μΐη; 9,4 Teile erfindungsgemäßes keramisches Bindemittel; 4,1 Teile lösbares Wasserglas; 2 Teile Dextrin; das Volumengewicht des Schleifamsse betrug betruc 2,26 g/cm³.

Die Zusammensetzung der Schleifmasse kann in Abhängigkeit von den erforderlichen Daten des Schleifwerkzeugs verändert werden.

Nötigenfalls kann man zur Verbesserung der formbaren Eigenschaften der Schleifmasse plastischen Ton (bis 20 Gew.-%) vom Gesamtgewicht des Bindemittels in sie einfuhren.
Das Schleifwerkzeug wird in einem Kammerofen nach der bekannten Technologie bei einer maximalen Temperatur von 1270° C gesintert und bei dieser Temperatur etwa 2 Stunden gehalten.

Die mechanische Festigkeit frischgeformter Proben beträgt 7,10 N/cm² (Biegen;, getrockneter bei einer Temperaturvon 120°Cwährend2Stunden- 189N/cm² (Biegen) und gebrannter 1650 N/cm² (Zug).

Die niedrige Feuerfestigkeit des erfindungsgemäßen Bindemittels gestattete ein Sintern von Schleifwerkzeu-

gen bei einer Temperatur von 1000° C und den Sinterzyklus um das 1,5fache im Vergleich zur Dauer der Sinterzyklen von Schleifinstrumenten, hergestellt mit Hilfe üblicher Bindemittel ähnlicher Art, herabzusetzen. Die mechanische Zerreißfestigkeit der gesinterten Probe verringert sich wenig. Das Sintern von Schleifwerkzeugen mit erfindungsgemäßem Bindemittel bei einer Temperatur von 1000° während 10 Stunden ermöglicht es, die Herstellungskosten merklich herabzusetzen, da der Sinterzyklus des Werkzeugs und der Aufwand an elektrischem Strom verringert und die Lebensdauer der Sinterofen und Transportmittel vergrößert wird.

Durch Benutzung des keramischen Bindemittels in erfindungsgemäßer Zusammensetzung, das preiswert und einfach bei der Herstellung ist, wird die Festigkeit

des Schleifwerkzeugs um das 1,3fache vergrößert, es wächst die Verschleißfestigkeit und die spezifische Leistungsfähigkeit um das l^fache, während sich die Sintertemperatur um 250° C im Vergleich zu den Sintertemperaturen Von Schleifwerkzeugen hergestellt mit bekannten keramischen Bindemitteln, verringert.

Die durchschnittliche Widerstandsfähigkeit zwischen jedem Abziehen (in Mengen bearbeiteter Teile) von Schleifwerkzeugen mit erfindungsgemäßen keramischen Bindemitteln ist um das 3,6fache höher als die durchschnittliche Widerstandsfähigkeit .,von Schleifwerkzeugen mit bekannten keramischen Bindemitteln, was zu einer Vergrößerung der Leistungsfähigkeit des Schleifprozesses um das Zweifache führt.

Claims

Patentansprüche:

1. Keramische Bindemittel für Schleifwerkzeuge auf der Basis von Borglas und Talk» dadurch gekennzeichnet, daß es Borglas in einer Menge von 70 bis 90 Gew.-%und Talk in einer Menge von 10 bis 30 Gew.-% enthält.

2. Keramische Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende chemische Zusammensetzung in Gew.-% aufweist: