DE2842042A1 - Schleifmittelteilchen - Google Patents

Description

DR.-ING. "WALTER ABITZ DR. DIETER F. MORF DIPL.-FHYS. M. GRITSCHNEDSR

Patentanwälte

27. September 1978

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E.I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY 10th and·Market Streets, Wilmington, Delaware 19898, V.St.A,

Schleifmittelteilchen

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E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY Wilmington, Delaware, V.St.A.

Schleifmittelteilchen

Die Erfindung betrifft Schleifmittelteilchen, welche im wesentlichen aus Titancarbid, Zirkoniumcarbid, Tantalcarbid und Titandiborid. bestehen, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Teilchen.

Schleifmittelteilchen werden Schleifscheiben, Schneid- bzw. Frässcheiben und Schleifbändern zum Schleifen oder spanabhebenden Bearbeiten von Metallen und anderen harten Materialien einverleibt. Die genannten Scheiben, Bänder und dergleichen werden an ihrer Fähigkeit beurteilt, den Schleif- oder Fräsvorgang oder dergleichen rasch, mit möglichst geringer auferlegter Kraft, mit langer Gebrauchsdauer sowie unter Bildung einer glatten, gleichmässigen Oberfläche bei einem Minimum an verursachter Struktur- bzw. GefügeSchädigung auszuführen. Das vorteilhafte Verhalten dieser Scheiben, Bänder und dergleichen ist auf die Schleifmittelteilchen zurückzuführen, welche eine hohe Härte und chemische Inertheit gegenüber dem Schleifgut aufweisen müssen; wie nachstehend näher erläutert" wird, sind jedoch auch andere Faktoren von Bedeutung. Die herkömmlichen, im Handel erhältlichen Schleifmittelteilchen sind Aluminiumoxid und Siliciumcarbid. Diese Materialien sind billig, jedoch wird Aluminiumoxid rasch verschlissen, während Siliciumcarbid beim Einsatz an den meisten Stählen Reaktionen eingeht. Für bestimmte Zwecke werden teure Hochleistungs-Schleifmittelteilchen, wie Diamanten oder kubisches Bornitrid, verwendet. Diese Materialien weisen eine sehr lange Gebrauchsdauer auf, d.h.,

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sie versehleissen sehr langsam, haben jedoch, ungefähr <Len 10 OOOfachen Preis der bekannten, gewöhnlichen Schleifmittel.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Schleifmittelteilchen zur Verfügung zu stellen, deren Verhalten sich jenem von Diamanten und kubischem Bornitrid annähert, die jedoch billiger als diese Materialien, sind.

Übergangsmetallcarbide, welche bekanntlich eine hohe Härte und hohe Schmelzpunkte aufweisen, werden in grossem Umfang für technische Zwecke, wie als spanabhebende Werkzeuge und Eormen (dies),gewöhnlich mit einem duktxlen Metallbindemittel, eingesetzt. Obwohl diese Carbide eine hohe Härte und hohe Schmelzpunkte aufweisen, haben wiederholte Versuche, sie als Schleifmittel einzusetzen, gezeigt, dass diese Carbide mit herkömmlichen Schleifmitteln (wie Aluminiumoxid) nicht erfolgreich konkurrieren, insbesondere beim Schleifen von Eisenmetallen; vgl. L. Coes, Jr., Abrasives, Springer-Verlag, *Tew York - Wien (1971), Seiten 114 bis 116 und NSJ¹ Hard Materials Research, Bd. 1, Seite 92, Carnegie-Mellon University Section, Pennsylvania State University (1972).

Einige Verbesserungen der physikalischen Eigenschaften» insbesondere der Wärmeleitfähigkeit und Zähigkeit der für spanabhebende Werkzeuge und verschleissbeständige Oberflächen verwendeten Übergangsmetallcarbidverbundstoffe wurden durch Kombination mindestens eines Übergangsmetallcarbids mit Bor oder Übergangsmetallboriden erzielt; vgl. z.B. die US-PSen 2 806 800, 2 814 566 und 3 497 368 sowie die AT-PS 199 886. Diese Verbesserungen richten sich im allgemeinen auf Anwendungen für spanabhebende Werkzeuge, bei denen Härte zum Widerstand gegenüber einem Abriebsver-

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schleiss und sehr hohe Zähigkeit zum Widerstand gegenüber einer Schoekbelastung erforderlich sind. In der spanabhebenden Werkzeugtechnik hat es sich gezeigt, dass diese Eigenschaften durch eine feine Mikrostruktur-Korngrösse (weniger als 1,0-pm) optimiert werden. Andererseits erfordern Schleifmittelteilchen mit den Schleifeigenschaften von Hochleistungs-Schleifmitteln (insbesondere bezüglich der Schärfe und langen Gebrauchsdauer) eine Kombination von Härte mit massiger Zähigkeit. Die Schleifmittelteilchen sollen langlebige, scharfe Schneidkanten aufweisen» welche bei der Zerstörung durch Bruch in vorhersehbarer Weise frische anstatt abgerundete Schneidkanten ergeben. Wenn die Zähigkeit zu gering ist, sind die !Teilchen spröde und zerbrechen beim Schleifprozess zu rasch. Beispiele für solche Materialien sind reines Titancarbid und Zirkoniumcarbid, welche hart sind, jedoch zu schnell verschliessen bzw. abgenutzt werden. Schleifmittelteilchen müssen bis zu einem bestimmten, geregelten Grad zerbrechlich bzw. zerreibbar sein (eine Eigenschaft, welche nur bei einer sehr begrenzten Palette harter, chemischer Substanzen vorhanden ist und welche anscheinend auch durch eine relativ grobe Kornstruktur gefördert wird). Die hauptsächlichen chemischen Bestandteile der Schleifmittelteilchen sollen sich bei der Schleiftemperatur gegenüber den Metallen, welche geschliffen werden, nicht-reaktiv verhalten. Die obigen Patentschriften beschreiben somit zwar Verbundmaterialien aus einer sehr breiten Palette von Übergangsmetallcarbiden und -boriden einschliesslich jener von Titan, Molybdän, Wolfram, Eisen, Mangan, Chrom und Silicium, enthalten jedoch keinerlei Hinweis bezüglich des begrenzten Bereichs der Zusammensetzungen oder der Verfahrensweisen, welche zur Herstellung der erfindungsgemässen Hochleistungs-Schleifmittelteilchen erforderlich sind.

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Die Aufgabe der Erfindung wird durch Schleifmittelteilchen gelöst, welche im wesentlichen aus einer Mischcarbidmatrix aus Titancarbid, Zirkoniumcarbid und Tantalcarbid, welche mindestens teilweise in Porm einer festen lösung bzw. eines Mischkristalls vorliegt und eine Kristallit- oder Korngrösse bis zu 30 μπι aufweist, sowie 0,5 bis 30 μια grossen Titandiboridkristallen, welche innerhalb der gesamten Carbidmatrix dispergiert bzw. verteilt sind, bestehen.

Die im vorliegenden Rahmen angegebenen Prozentanteile sind Molprozente, sofern es nicht anders angegeben ist. Die bei der-Beschreibung der Schleifmittelteilchen angeführten Bereiche für die Carbid— und Boridkomponente beziehen sich ferner auf die Gesamtmolzahl des Titan-, Zirkonium- und Tantalcarbids und -borids oder des Titan-, Zirkonium- und Tantalcarbids, wie es speziell angegeben ist. Alle wiedergegebenen Analysenresultate beruhen jedoch auf der Analyse des Gesamtgewichts der Schleifmittelteilchen.

Ob feste Phasen vorhanden oder nicht vorhanden sind, wird durch Röntgenbeugung bestimmt.

Die Erfindung betrifft Schleifmittelteilchen, welche ein zusammengesetztes System bzw. Verbundsystem darstellen, bei dem eine Komponente eine Matrix aus einer oder mehreren Carbidphasen aus Titancarbid (TiC), Zirkoniumcarbid (ZrC) und Tantalcarbid (TaC) und die andere Komponente kristallines Titandiborid (TiB₂) darstellen. Der Anteil der Titandiboridkomponente liegt im Bereich von 2 bis 35 MoI-Jb des Carbid/Borid-Systems. Die Carbidkomponente liegt in einem Anteil von 98 bis 65 Mol-$ des Carbid/Borid-Systems vor und enthält selbst 1 bis 36 Mol-# Tantalcarbid und 18 bis 54 Mol-?S Zirkoniumcarbid (jeweils bezogen auf die Gesamtmolmenge an Carbid), wobei der Rest Titancarbid darstellt .

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Die erfindungsgemässen Schleifmittelteilchen werden dadurch, hergestellt, dass man. Tantaldiborid (TaBp)* Titancarbid (TiC) und Zirkoniumcarbid (ZrC) gründlich vermischt, wobei das Titancarbid im Überschuss über die zur Umsetzung mit der Gesamtmenge an TaB„ nach der Gleichung TiC + TaBp —» TiB₂ + TaC erforderliche stöchiometrische Menge vorliegt, dann das Gemisch 1 bis 60 Min. bei Temperaturen von .1 900 bis 2200 C und Drücken von mindestens 137»9 bar (mindestens 2000 psi) zu einem eine Dichte bei Raumtemperatur von 5*1 bis 8,3 g/cm aufweisenden Pressling bzw. Presskörper heisspresst und schliesslich den heissgepressten Pressling bzw. Presskörper zu den gewünschten Schleifmittelteilchen zerkleinert. Das Heisspressen der Ausgangskomponenten wird vorzugsweise 5 bis 15 Min. bei Temperaturen von 1900 bis 2050⁰C und Drücken von mindestens 275»8 bar (mindestens 4000 psi) durchgeführt.

Wahlweise kann man die erfindungsgemässen Schleifmittelteilchen in der vorgenannten Weise mit der Ausnahme herstellen, dass man ein Gemisch aus TiC, ZrB₂ und TaC oder ein Gemisch aus TiC, ZrC, TaC und TiB₂* dessen Komponenten jeweils in den zur Bildung des gewünschten Produkts passenden Anteilen vorliegen, unter Druck erhitzt, wobei sich die Komponenten zu einem heissgepressten Pressling vereinigen.

Die erfindungsgemässen Schleifmittelteilchen haben eine Teilchen- bzw. Korngrösse von 37 bis 841 um (-20 bis +400 mesh nach der U.S. Standard-Siebreihe). Schleifmittelteilchen, die in Schleifwerkzeugen (z.B. Schleifscheiben) eingesetzt werden sollen, haben vorzugsweise Korngrössen von 74 bis 420 um (-40 bis +200 mesh). In Läppmitteln bzw. Schleifmassen einzusetzende Schleifmittelteilchen haben geringere Korngrössen; in solchen Fällen werden z.B. Korngrössen von 37 bis 44 um (-325 bis +400 mesh) bevorzugt. Die

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dieser Schleifmittelteilchen, gemessen am kalten Pressling vor dem Zerkleinern, liegt im Bereich, von 1,57 bis 1,96 χ 1O⁵ bar (1600 bis 2000 kg/mm²).

Die erfindungsgemässen Schleifniittelteilclien enthalten eine Matrix aus Titancarbid (TiC), Zirkoniumcarbid (ZrC) und Tantalcarbid (TaC), innerhalb welcher Körner von kristallinem Titandiborid (TiB₂) dispergiert bzw. verteilt sind. Die Carbidmatrix enthält einen oder mehrere feste Lösungen (Mischlcristalle) von TiC und ZrC und gegebenenfalls TaC sowie ferner eine gewisse Menge an u.U. nicht in die feste Lösung eingetretenem TiC, ZrG oder TaC. Die Bildung fester Lösungen in der Matrix hängt von den Yerarbeitungsbedingungen, wie der Korngrösse der Ausgangsmaterialien oder den Presstemperaturen, ab. In der Matrix weisen die Carbide eine Kristallitgrösse bis zu 50 \im auf. Die Soridkomponente der Schleifmittelteilchen liegt in Form von Körnern von kristallinem TiBg mit einer Länge im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 30 pm vor. Diese Carbid— und TiBp-Körner sind an polierten und geätzten Oberflächen der erfindungsgemässen Schleifmittelteilchen mit dem optischen Mikroskop leicht erkennbar.

Üb ergangsmetallcarbide und -boride haben die Tendenz, einen Kohlenstoff- und Borunterschuss in bezug auf die stöchiometrischen Formeln aufzuweisen. In der üblichen Praxis tritt Titancarbid z.B. in Wirklichkeit als IiC^f ₁__x, wobei χ den Wert 0 bis 0,5 hat, auf. Analoges gilt für die anderen erfindungsgemäss verwendeten übergangsmetallcarbide und -boride. Obwohl der Kohlenstoff- und Borgehalt der erfindungsgemässen Schleifmittelteilchen normalerweise nahe an (jedoch nicht zwangsläufig gleich mit) dem stöchiometrischen Anteil (d.h. bei etwa TiCg „) liegt, ist es üblich, diese Zusammensetzungen durch ihre stöchiometri-

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sehen Formelnwiederzugeben. Ea wird darauf hingewiesen, dass derartige Formeln so aufzufassen sind» dass sie einen gewissen Mangel an Kohlenstoff und Bor einschliessen und nicht nur exakt stöchiometrische Zusammensetzungen erfassen.

Die erfindungsgemässen Schleifmittelteilchen stellen ein zusammengesetztes System dar, in welchem eine Komponente eine Matrix aus mindestens einer CarMdphase, welche aus Titancarbid (TiC), Zirkoniumcarbid (ZrG) und Tantalcarbid (TaC) besteht, und die andere Komponente kristallines Titandiborid (TiB₂) darstellen. Der Anteil der Titandiboridkomponente "beträgt 2 "bis 35 Mol-jS des Carbid/Borid-Systems. Der Anteil der Carbidkomponente "beträgt 98 "bis 65 Mol-$ des Carbid/Borid-Systems; diese Komponente enthält ihrerseits 1 Ms 36 Mol-$ (vorzugsweise 5 "bis 25 MoI-Jb) Tantalcarbid und 18 bis 54· Mol-50 (vorzugsweise 20 bi3 35 Mol-?*) Zirkoniumcarbid, jeweils bezogen auf die G-esamtmolmenge an Carbid, während der Rest Titancarbid darstellt.

Ausser den erwähnten Hauptkomponenten können die erfindungsgemässen Schleifmittelteilchen weitere Substanzen in Int eilen bis etwa 20 Gew.-^ (bezogen auf das Gewicht der Schleifmittelteilchen) enthalten, sofern die Struktur der Schleifmittelteilchen, d.h. die TiC/ZrC/TaC-Mischcarbidmatrix mit darin dispergierten Körnern von kristallinem TiBp mit einer hauptsächlich im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 30 μια liegenden Länge, beibehalten wird. Diese zusätzlichen Substanzen, z.B. Bor, AIpO.,» TiN, ZrN, Silicium, Kohlenstoff, Siliciumcarbid (SiC), Borcarbid (B.C), Titandioxid (TiO₂)* Zirkoniumdioxid (ZrO₂), Titan und/oder Zirkonium, können in einer Menge vorhanden sein, welche die Schleifwirkung der erfindungsgemässen Schleif-

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teilchen nicht beeinträchtigt. Man kann diese Substanzen zuweilen zusetzen, um die Eigenschaften der Schleifinittelteilchen abzuwandeln oder um den Teilchen eine bessere Eignung zur Schleifscheibenherstellung zu verleihen. Die erwähnten Zusätze werden dem Gemisch der Ausgangskomponenten am zweckmässigsten vor dem Mahlen in Form von Pulvern einverleibt, welche ähnliche Korngrössen wie die Übergangsmet allcarbid- und -boridpulver aufweisen.

Die erfindungsgemässen Schleifmittelteilchen werden aus Tantaldiborid (TaB₂)» Titancarbid (TiC) und Zirkoniumcarbid (ZrC), wobei das TiC im Überschuss über die zur Umsetzung mit der Gesamtmenge' an TaB₂ nach der Gleichung TiC + TaBp —> TiB₂ + TaC nötige stöchiometrische Menge vorliegt, hergestellt. Wahlweise kann man die erfindungsgemässen Schleifmittelteilchen aus Gemischen von TiC, ZrB₂ und TaC oder Gemischen von TiC, ZrC, TaC und TiB₂ unter Anwendung solcher Mengen der Komponenten herstellen, dass das gewünschte Produkt erhalten wird.

Die als Ausgangsverbindungen für die Herstellung der erfindungsgemässen Schleifmittelteilchen eingesetzten Übergangsmetallboride und -carbide sind im Handel in Form von Pulvern erhältlich, welche Teilchen mit einem Durchmesser bis zu 100 pm enthalten. Nachdem man die Ausgangsverbindungen vermischt hat, ist ein Mahlen des Gemisches (insbesondere ein längeres Mahl en während Zeiträumen in der Grössenordnung von Tagen) nicht notwendig, da sich das gewünschte Verbundmaterial bei Verwendung grosser Teilchen, wie mit einer Grosse von etwa 100 pm, bildet. Man bevorzugt jedoch Teilchen mit einem maximalen Durchmesser von 30 \xm. Wenn man den Ansatz dennoch ein wenig mahlt, kann man dazu eine herkömmliche Aluminiumoxid-Kugelmühle verwenden, ohne dass man unter einer Flüssigkeit oder einem Inertgas arbeiten braucht.

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Obwohl die Erfindung an keinerlei spezielle Theorie oder Erklärung gebunden ist, wird angenommen, dass die Korngrösse der Mischcarbidmatrix und die Korngrösse und -verteilung des TiB₂ innerhalb der Mischcarbidmatrix für die hervorragenden Eigenschaften der erfindungsgemässen Schleifmittelteilchen hauptverantwortlich sind. Die Korngrösse der Mischcarbidmatrix und die Korngrösse und Korngrössenverteilung des TiB₂ in der Mischcarbidmatrix können zumindest in einem gewissen Grad durch die speziellen Verfahrensbedingungen, z.B. durch, die Mahldauer, Temperatur oder Reaktionszeit, beeinflusst werden.

Obwohl ein längeres Mahlen für die Herstellung guter Schleifmittelteilchen nicht notwendig ist, bevorzugt man ein ausreichendes (d.h. 1 bis 12 Stunden langes) Mahlen, um sicherzustellen, dass die Teilchen der Ausgangsverbindung einen maximalen Durchmesser von etwa 50 μπι aufweisen. Pur die Herstellung besonders scharfer Schleifmittelteilchen ist es empfehlenswert, die Ausgangsverbindungen 1 bis 6 Stunden zu mahlen, da ein längeres Mahlen vermutlich die Bildung eines Endprodukts mit schlechterem Bruchverhalten, bei dem keine Wiederbildung scharfer Schneidkanten erfolgt, begünstigt.

Wenn man die Ausgangsverbindungen unter Druck erhitzt, kann man das Gemisch der Ausgangsverbindungen in einer herkömmlichen Formvorrichtung verpressen, welche aus einer Gra- . phithülse in einer Graphitform besteht, welche, von losem Graphitpulver umgeben und in einem Siliciumdioxidmantel eingeschlossen ist. Die Formvorrichtung wird mit Stickstoff oder einem anderen Inertgas, wie Helium oder Argon, geschützt. Wahlweise kann man die Ausgangsverbindungen unter Druck im Vakuum erhitzen. In der Praxis gibt man das Gemisch der Ausgangsverbindungen in die Graphithülse zwi-

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sehen zwei Graphit scheiben und unterwirft es bei erhöhten Temperaturen (z.B. 200O⁰C) einem hohen Druck (z.B. von 275»8 bar (4000 psi)). Die Verdichtungs- bzw. Pressdauer bei der maximalen Temperatur (hier als "Verweilzeit" bezeichnet) beträgt etwa 1 bis 60 Min., vorzugsweise etwa 5 bis 15 Min. Der beim Heisspressen erhaltene Pressling weist eine Raumtemperatur-Dichte von 5*1 bis 8,3 g/cm auf.

Die Temperatur beim Pressen der Dreikomponenten-Ausgangsgemische (TaB₂ ^^ Überschuss an TiG +.ZrC oder-ZrB₂ und" " Überschuss an TiC + TaC) oder des Vierkomponenten-Ausgangsgemisches (TiC, ZrC, TaC und TiB₂) kann 1900 bis 2200⁰C betragen und liegt vorzugsweise im Bereich von 1900 bis 2050⁰C.

Um die beste Kombination von Eigenschaften, wie Schärfe, gute Bruchmerkmale und ein befriedigendes Schleifverhältnis, zu erzielen, ist es empfehlenswert, das Drei- oder Vierkomponenten-Ausgangsgemisch 1 bis 6 Std. zu mahlen und dann 15 Min. bei 2000⁰C und 275,8 bar (4000 psi) heisszupressen.

Der beim Erhitzen unter Druck resultierende Pressling kann nach den verschiedensten herkömmlichen Methoden, beispielsweise durch Zerkleinern mit Hilfe eines Backenbrechers oder durch Mahlen in der Kugelmühle, Stabmühle oder Feinprall- bzw. Turbomühle» auf die gewünschte Korngrösse zerkleinert werden. Beim Zerkleinerungsvorgang anfallender Abrieb, d.h. Teilchen mit einer geringeren als der erwünschten Korngrösse, kann zurückgeführt werden und dabei die beim Heisspressen eingesetzten Ausgangsmaterialien ganz oder teilweise ersetzen.

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Die erfindungsgemässen Schleifmittelteilchen eignen sich insbesondere als Bestandteile von Schleifscheiben und anderen Schleifvorrichtungen, wie Schleifbändern, Schleifbzw. Schmirgelpapieren (z.B. Sandpapier) oder Wetz- bzw; Abziehstiften. Die allgemeinen Methoden zur Herstellung von Schleifscheiben' sind bekannt.

Schleifscheiben, welche Schleifmittelteilchen, Bindemittel und gegebenenfalls Füllstoffe und/oder Schleifhilfsmittel enthalten, können nach herkömmlichen Methoden in für die verschiedensten Zwecke geeigneten Formen erzeugt werden. Die erfindungsgemäßen Schleifmittelteilchen können in Schleifscheiben eingesetzt werden, welche anorganische Bindemittel, wie glasartige oder keramische Substanzen, Kleber bzw. Kitte, wie Magnesiumoxychlorid, Metalle, wie Kupfer oder verschiedene legierungen, oder organische Bindemittel, wie Phenol- oder Polyimidharze, enthalten. Nach Bedarf kann man der Schielf mittelzusammensetzung auch Füllstoffe und Schleifhilfsmittel, wie Calciumcarbonat, Kryolith, Talk, Schwefel, Dolomit oder Siliciumcarbid, einverleiben.. Die Wahl des Bindemittels und der übrigen Bestandteile hängt in hohem Masse vom beabsichtigten Verwendungszweck der Schleifscheibe ab und kann vom Fachmann routinemässig vorgenommen werden. Das Ausgangsgemisch wird in die gewünschte Form, wie jene einer Schleifscheibe, gebracht und gehärtet, gewöhnlich durch Erhitzen während oder nach der Formgebung.

Die erfindungsgemässen Schleifmittelteilchen können insbesondere unter Verwendung beliebiger handelsüblicher Glasfritten zu glasgebundenen Schleifscheiben verarbeitet werden. Besonders gut geeignete Fritten haben Zusammensetzungen von etwa 55 # SiO₂, 20 % B₃O₅, 10 <$> ZnO, 8 # Na₂O und 4 i* CaO. Um für "Grünfestigkeit" zwischen der Formgebung

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und dem Brennen zu sorgen, kann man ein zweites Bindemittel, wie ein Paraffin oder Natriumsilikat lösung, mitverwenden. Der Brennzyklus umfasst ein Erhitzen auf eine niedrige Temperatur in luft oder einem Inertgas, zur Entfernung jeglichen organischen Bindemittels und ein anschliessendes Hochtemperaturerhitzen in wasserfreiem Stickstoff auf 850 bis 1000⁰C. Ein Eontakt mit einer oxi- · dierenden oder feuchten Atmosphäre sollte auf Temperaturen unterhalb 45O⁰C beschränkt werden.

Schleifscheiben werden technisch auf drei allgemeinen Gebieten eingesetzt:

1) Zur spanabhebenden Bearbeitung von harten Materialien, wobei die Schleifscheiben in der Regel harzgebunden sind;

2) zum Innenschleifen, z.B. zur Endbearbeitung der Innen-Beite eines Laufringes oder Rohrteiles, wobei die Schleifscheiben gewöhnlich glasgebunden sind; und

3) zum Oberflächenschleifen, z.B. zur Bearbeitung ebener Oberflächen, wobei die Schleifscheiben entweder glas-, metall- oder harzgebunden sind.

Schleifscheiben, welche die erfindungsgemässen Schleifmittelteilchen enthalten, eignen sich zum Abschleifen der verschiedensten Materialien, wie von Metallen, Metallegierungen, Glas und Quarz; sie eignen sich insbesondere zum Schleifen von Eisenmetallen,, wie harten Stählen, z.B. AISI E521OO.

Auf technischem Gebiet hängt die Brauchbarkeit von Schleifscheiben bekanntlich nicht nur von den Merkmalen der Schleifmittelteilchen, sondern auch von der ^!festigkeit der Bindung zwischen den Teilchen und der Scheibenstruktur,

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d.h.. d-er-Porosität, dem -Gewichtsverhältnis der Teilehen .zum Bindemittel und dergl. ab. Bei einer bestimmten.Bindungsart und · Scheibenstruktur sind die Eigenschaften der --Schleifmit-telteilchen jedoch .für die.. Brauchbarkeit der Schleif scheibe: hauptverantwortlich. ""· ·"

Die Eigenschaften von die erfindungsgemässen Schleifmittelteilchen enthaltenden Schleif scheiben können dadurch verbes-· sert v/erden, dass man die Schleifmittelteilchen vor der Herstellung der Schleifscheibe mit Metallen oder Metallegierungen überzieht bzw. plattiert. Beispiele für geeignete Metalle sind Nickel» Kupfer und verschiedene Legierungen. Die Metallüberzüge können bis zu 60 Gew.-Jb des überzogenen Schleif mitt el teilchens-. ausmachen.

Die Hauptkriterien zur Beurteilung des Verhaltens eines Schleifmittelteilchens in einer Schleifscheibe sind

1) das Schleifverhältnis, d.h. das Verhältnis des abgetragenen Metallvolumens zum verbrauchten Schleifscheibenvolumen,

2) die Beibehaltung des Werkstückprofils, d.h.- die Fähigkeit der Schleifscheibe,zur Beibehaltung einer glatten bzw. gleichmässigen Verschleissoberfläche, gemessen an der maximalen Abweichung einer axialen Höcker-Tal-Spur an der Werkstückoberfläche während des Schleifprozesses,

3) die erzeugte Oberflächenbeschaffenheit, d.h. die Fähigkeit der Schleifscheibe zur .Herstellung einer glatten Oberfläche am Werkstück,ζ gemessen an der (den) mikroskopischen Rauhtiefe bzw. Höcker-Tal-Schwankungen anjler Werkstückoberfläche; und

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4) die Schärfe derSchleifniittelteilchen in der Schleifscheibe, bezeichnet als "Lambda" (X), d.h. der Metallabtragungsparameter» gemessen als der Quotient des pro xoinu-ce una"" cm (in.) Scheibenbreite abgetragenenMetallv-olumens durch_ die der Scheibe aufzuerlegende Kraft.

Zur Bestimmung der genannten Eigenschaften anwendbare Methoden werden in "Principles of Grinding" von E.S. Hahn und E.P. Lindsay, fünfteilige Aufsatzreihe,

erschienen in Machinery Magazine (Juli bis November"1971) näher erläutert. Nachstehend .werden die Tests, mit deren Hilfe die hier angeführten Werte erzielt wurden, kurz er-

läuxert.

'Das Schleif Verhältnis ist das Verhältnis des abgetragenen Me tall volumens zum verbrauchten Schleifscheibenvolumen. Vor und nach jedem lest bestimmt man die Abmessungen der Schleifscheibe und des Werkstücks mit einem Mikrometer bis auf etwa 2,54 |-im (0,0001 in.)· Man berechnet die vom Werkstück und von der Schleifscheibe eingebüssten Materialvolumina und dividiert den ersteren Wert durch den letzteren. !Für Schneidscheiben ist es zweckmässig, das Volumen der Purche im Werkstück durch Wägen des Werkstücks vor und nach dem lest zu berechnen.

Die Erhaltung des Werkstückprofils (Werkstückprofilretention) ist die Fähigkeit der Schleifscheibe, eine glatte VerschleissoberfiVh.e beizubehalten und auch nach einer Vielzahl, von Umd^t.£angen dasselbe Werkstückprofil zu erzeugen, ohne dass eine Ausrichtung erforderlich ist. Im Verlauf des Gebrauchs kann ein unterschiedlicher Verschleiss in der Mitte der Schleifscheibe als an den Seiten oder an einer Seite relativ zur anderen erfolgen. Dies würde zu ungleichmässigen Werkstücken führen. Die Werkstück-

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oberfläche wird mit einem Bendix-Proficorder gemessen. Die maximale Rauhtiefe (Höcker-Tal-Abstand) der ausgewerteten Spur wird als "Profil" bezeichnet.

Die Oberflächenbeschaffenheit ist die Qualität* der Werkstückoberfläche nach dem Schleifen. Die mikroskopischen Rauhtiefeschwankungen einer Bendix-Profieorder-Spur werden als "Oberflächenbeschaffenheit" bezeichnet.

Die Schärfe der Schleifmittelteilchen steht in Relation zum Metallabtragungsparameter Lambda (X.) > d.h. dem pro Zeiteinheit, Schleifscheibenbreite und der Schleifscheibe auferlegter Kraft abgetragenen Metall, ausgedrückt als cm /Hin.kg.cm (in. /min.-Ib.-in.). X wird berechnet, indem man das pro Minute und cm (bzw. in.) Scheibenbreite abgetragene Metallvolumen (in cnr bzw. in. ) als Funktion der der Schleifscheibe pro cm (bzw. in.) Breite auferlegten Kraft misst. Die Neigung der durch Auftragung der Metallabtragungsrate gegen die auferlegte Kraft erhaltenen Kurve ist der Parameter A.

Typische harzgebundene Schleifscheiben, welche 25 bis 50 Vol.-y£ der erfindungsgemässen Schleifmittelteilchen enthalten, zeigen beim Schleifen von A.I.S.I.-E521OO-Stahl bei 0,1 m /Min. im allgemeinen folgende Eigenschaften: Schleifverhältnis 400 bis 8000, vorzugsweise mehr als 1000; Verkstückprofilretention 1,02 bis 4»06 pm (40 bis 160 microinches), vorzugsweise weniger als 1,79 pm (< 70 microinches); Oberflächenbeschaffenheit 0,08 bis 0,26 pm (3 bis 10 microinches); und X 0,0114 bis 0,0428 cnr/Min.kg.cm (0,0008 bis 0,0030 in.³/min.-Ib.-in.).

Bei Hochleistungs-Schleifscheiben sind die vorgenannten Eigenschaften optimal ausgeglichen. Das Schleif verhältnis

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soll im allgemeinen möglichst hoch sein, so lange die anderen Eigenschaften, wie die Werkstückprofilretention» die Oberflächenbeschaffenheit und der Wert für λ,, nicht deshalb beeinträchtigt werden. Eine Werkstückprofilretention von weniger als etwa 1,79 μια (< etwa 70 micro inches), eine Oberflächenbeschaffenheit von weniger als 0,51 μπι (< 20 microinches) und eine Schärfe (d.h. ein Λ. -Wert) von mindestens 0,0142 cm-yMin.kg.em (0,0010 in. /min.-Ib.-in.) sind im allgemeinen charakteristisch für eine Hochleistungs-Schleifscheibe.

Analysenmethoden

Titan, Zirkonium und Tantal werden durch Röntgenfluoreszenzanalyse bestimmt. Eine etwa 0,154 g schwere Probe wird über Nacht an Luft bei 1000⁰C oxidiert und anschliessend in einem Platintiegel in Borax eingeschmolzen, bis sie in lösung geht. Die Schmelze wird dann auf eine auf 35O⁰C vorerhitste Aluminiumplatte gegossen, wobei ein Kügelchen (Pellet) entsteht, das man auf einer Seite mit einer 45 μπι grosse Diamanten enthaltenden Polierscheibe bis zur Erzielung einer optischen Planfläche schleift. Man analysiert das Kügelchen in einem G.E. XRD-6-Spektrograph. Die Platin-Target-Röntgenröhre wird bei 50 kV/50 mA für Ti, 35 kV(5 mA für Zr und 50 kV/5Ö mA für Ta unter Anwendung von TiJ₅-(Y-f ^Zr]ax~ ^¹*³- Ta_la~Spektrallinien erster Ordnung betrieben. Die Strahlung wird durch einen LiP-Analysierkristall zerlegt und mit einem Szintillationszähler erfasst. Man wendet eine Pulshöhenanalyse an und sammelt die Daten für eine 100-Sekunden-Periode. Die Röntgenstrahlintensitäten werden mit Eichkurven verglichen, welche mit Hilfe von bei identischen Bedingungen in Borax eingeschmolzenen, reinen TiO₂""* ZrO₂" und Ta₂0,--Standardproben aufgestellt wurden.

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Kohlenstoff wird mit dem "Leco"-Kohlenstoffanalysator bestimmt; die Proben werden dabei in Sauerstoff verbrannt, und das CO₂ wird in einer Absorptionskette bestimmt. Bor wird durch Verschmelzen der Probe mit Carbonat» Auflösen in HCl und Titration mit NaOH in Gegenwart von Mannit bestimmt .

In geringerer Menge vorhandene Verunreinigungen werden durch spektrographische Analyse im Gleichstrombogen unter Verwendung eines Planrostspektrographs (Jarrell-Ash, Modell 7a-71OO, 3,4 Meter) bestimmt.

Die Dichte der Schleifmittelteilchen wird durch Plüssigkeitsverdrängung bestimmt. Man gibt etwa 5 bis 10 g der Schleifmittelteilchen (88 bis 250 μια (-60/+170 mesh) in ein 25 ml-Pyknometer und berechnet das Volumen der Probe aus der Alkoholverdrängung.

Die Dichte wird als "Schüttdichte" bzw. "scheinbare Dichte" (apparent density) ausgedrückt und unterscheidet sich von der wahren Dichte der vorhandenen Phasen durch die Porosität des Presslings. Die erfindungsgemässen Schleifmittelteilchen haben eine Porosität von weniger als etwa 5 $·

Die Mikrohärte an der Knoop-Skala wird mit Hilfe eines Tukon-Iestgeräts Modell MO (Erzeugnis von Wilson Mechanical Instrument Division, American Chain and Cable Co., Inc.) bestimmt. Grobe Bruchstücke der Presslinge werden in Bakelite (Phenolharz) eingebettet und mit immer feinere Diamanten aufweisenden Schleifmitteln, wobei die Endgrösse 1 pm beträgt, poliert. Für jede Bestimmung werden an der polierten Oberfläche zehn Messungen mit einer 15 Sekunden lang auferlegten Last von 1000 g durchgeführt.

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Die Phasenanalyse erfolgt durch Röntgen-eugung unter Verwendung einer Debye-Scherrer-Pulverkamera mit CUj-Strahlung von einer Norelco-Iyp 12O45B-Einheit "bei 40 kV/20 mA und 5 "bis 10 Stunden langer Belichtung.

Die Kristallgrösse des Titandiborids wird mit dem optischen Mikroskop bestimmt. Man erzeugt polierte Oberflächen nach derselben Methode, wie sie für die Bestimmung der Mikrohärte angewandt wird. Ein guter Kontrast zwischen der IiBp.Phase und der Mischcarbidmatrix wird durch etwa 1 Sek. langes elektrolytisches Ätzen bei 2 Y in einer Säurelösung von 30 ?S Hi¹, 5 % HNO.,, 1 $ ^p⁰Z ^{tei Eaum}~ temperatur erzielt. Mit Hilfe eines leitz-Panphot-Mikroskops werden mehrere mikrophotographische Aufnahmen im Dunkelfeld bei 500facher Vergrösserung an einem Polaroid-I¹Hm vom Typ 47 gemacht. Die Aufnahmen werden dann auf ein Pormat von 20,32 χ 25,4 cm (8x10 in.) vergrössert, und ungefähr 50 TiB₉-Körner werden gemessen.

C.

Die Carbidkristallit- oder Korngrösse wird nach derselben Methode wie die Titandiborid-Kristallgrösse bestimmt, ausser dass man die Probe nach der Ätzung mit ΣΠ? mit destilliertem Wasser wäscht und anschliessend in einer lösung von 15g K^Fe(CN)g und 15 g KOH in 100 ml destilliertem Wasser bei 50⁰C ätzt. Durch diese Itzung werden die Carbidkorngrenzen sichtbar gemacht.

Beispiel 1 bis 16

200 g-Mischungen aus handelsüblichem Titancarbid-, Zirkoniumcarbid- und Tantaldiboridpulver mit Teilchendurchmessern von jeweils bis zu 100 pm werden in den aus Tabelle I ersichtlichen Anteilen gründlich vermischt und danach 6 Std. bei 60 üpm in einer Porzellan-Kugelmühle eines Innen-

■— 21 —

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durchmessers von 12,4 cm (4,875 in.) und eines Aussendurchmessers von 14»9 cm (5»58 in.) unter Verwendung von Aluminiumoxidkugeln eines Durchmessers von 0,95 cm (3/8 in.) vermählen.

Nach, dem Mahlen beträgt die maximale Korngrösse des Pulvers etwa 30 pm. Man gibt etwa 100 g des Gemisches in eine zylindrische Graphitform eines Durchmessers von 5*1 cm (2 in.) und führt eine Induktionserhitzung unter Stickstoff in Gegenwart von losem Graphitpulver in dem die Porm umgebenden Raum durch. Die Aufheizperiode beträgt 2 1/2 Stunden. Das Gemisch wird 15 Min. bei einer Temperatur von 2000 bis 220O⁰C (wie in Tabelle I angegeben) gehalten und danach bei 275»8 bar (4000 psi; 281,2 kg/cm²) gepresst. Man wendet zu Beginn des Erhitzens einen Druck von 137,9 bar (2000 psi; 140,6 kg/cm²) an und erhöht den Druck auf 275,8 bar (4000 psi; 281,2 kg/cm²), wenn die Form eine Temperatur von etwa 1900⁰C erreicht. Dieser Druck wird dann während der restlichen Aufheizperiode und der gesamten Temperaturhalteperiode aufrechterhalten. Nach der Abkühlung der Form wird der kalte Pressling entformt und zunächst mit einem herkömmlichen Backenbrecher und danach von Hand in einem Stahlmörser zerkleinert. Das zerkleinerte Produkt wird nach der Grosse zu folgenden Fraktionen ausgesiebt: >250 pm, +177/-25O pm, +149/-177 pm» +105/-149 pm, +88/-105 pm, <88 pm (U.S.-Standard-Siebreihe, mesh: +60, -60/+80, -80/+100, -IOO/+14O, -140/+170, -170).

Die Mikrohärte auf der Enoop-Skala wird an einem Stück des Presslings bestimmt. Innerhalb des vorgenannt en bevorzugten Bereichs liegende Zusammensetzungen weisen Mikrohärten von 1,57 bis 1,96 χ K^bar (1600 bis 2000 kg/mm²) bei einer Belastung von 1000 g auf.

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Die Schüttdichte und Produktzusammensetzung sind aus Tabelle I ersichtlich.

Tabelle II zeigt die Elementaranalysen der Schleifmittelteilchen.

!Die Elektronensonden-Mikroanalyse mehrerer Proben mit einer Mikrosonde (Applied Research laboratories, Typ EMX, Modell 21000-11) ergibt hohe Konzentrationsbereiche für Ti und C, Zr und C, Ta und C, Ti und B, jedoch nicht für Ta und B. Die Analyse zeigt, dass das Produkt kein TaBp oder zumindest nur eine unterhalb des Auflösungsgrades der Methode liegende Menge davon enthält. Dieses Resultat wird auch durch die Röntgenpulverbeugungsbilder, in welchen keine TaB2-I"inien auftreten, bestätigt. .

Polierte und geätzte, grobe Bruchstücke der Presslinge werden auf die TiBp-Korngrösse und die Carbid-Korngrösse geprüft. Das TiBp tritt in Form von 0,5 bis 30 pm langen Körnern auf, während die Carbidkörner bis zu 30 pm gross sind.

Vergleichsbeispiele

Vergleichsproben A, B und D-M werden nach der Methode von Beispiel 1 bis 16 hergestellt und getestet.

Ferner stellt man eine Vergleichsprobe C wie folgt her:

200 g-Mischungen von handelsüblichem Titancarbid, Zirkoniumcarbid und Tantaldiborid, welche Teilchen mit Durchmessern bis zu 100 pm aufweisen, werden in denselben Anteilen, wie sie in den Beispielen 5 "bis 9 verwendet werden, 48 Std. durch JTassmahlen in einer Stahlkugelmühle vermischt,

- 23 -

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PG 1842 2 Γ

Man verwendet gleichzeitig Stahlkugeln mit zwei verschiedenen Grossen:

a) hohe Grosse: 2,54 cm (1 in.) Durchmesser, 1870 g Gesamtgewicht ;

b) geringe Grosse: 0,64 cm (1/4 in.) Durchmesser, 1486 g Gesamtgewicht,

Man gibt 200 g schweres Mineralöl ("Nujol") in die Kugelmühle. Nach 48 Std. langem ständigem Mahlen wird das Öl mit £etrachloräthylen ("Perclene") ausgespült und das filtrierte Material bei 110⁰C im Ofen getrocknet. Anschliessend behandelt man das Material über Macht bei Raumtemperatur mit verdünnter Schwefelsäure (1:30), um den von der Mühle abgeschliffenen Stahl zu entfernen, filtriert das Material, wäscht es mit Äthanol aus und troclcaet es. Dann stellt man zwei 90 g-Scheiben durch Pressen unter den in Beispiel 1 bis 16 angewendeten Bedingungen her. Auch die Weiterverarbeitung und Prüfung der Schleifmittelteilchen erfolgt nach der Methode von Beispiel 1 bis 16.

Die Eerstellungsbedingungen, Analysen und Schleifresultate für die Vergleichsproben A bis M sind aus den Tabellen I, II und III ersichtlich.

- 24' -

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03 <J" VO <t" in VOvO O-CO CO CTiOrO

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CU	ω
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9098

Si U CU Fh CU

• TABELLE II

	I	Vergleichsbeispiel	bjß.	Ii	Zr	Ta	C	Elementaranalyse	Al.	Fe,	Si,	(Gew.	.01	W	(.1	= 0,1)	I	tu	«S.	Ba,	184
	ro		1	51.2	29.7	4.4	15.22	B,	>1	>1	.5	Cr	.01	<.l	V	Cp_	.003	.03	.02	üs. M
			A-	65.1	6.4	8.7	16.26	0.64	>1	>1	.5	.03	.02	>1	.01	,01	•.01	.005	.01	.ooS
	I	Vergleichsbeispiel	2	49.6	29.6	9.0	14.74	1.09	>1	>1	.3	. «03	Λ	..2	■ .02	.001	.01	.005	.01	.02
			3	30.4	48.6	11.5	13.10	0.99	>1 .	>1	.2 .	.05	,02	<,1	.02	.01	.01	.05	.02	.005
			B	52.5	13.7	16.4	12.44	1.41	>1	.5	.08	.05	.05	.1	.02	. .02	.05	.005	,01	.02
			4'	38.7	30.9"	18.0	11.72	5.68	>1	>1.	.3	.02	<.01	<.l	.05	.01·	.01	.05	,02	.05
			5	41.0	2Z.7	17.2	9.80	1.90	.5	.5	.05	.02	<.01 ·	<4	.02	.01	.01	.05	.01	.05
			6	37.3	30.6	17.4	12.97	2.13	>1	>1	.05	.01	<.01	<4	.03	.005	.01	,05 ·	.01	.02
			7	38.2	30.3	17.8	13.01	2.38	>1	.3	.03	.02	<.01	<.l	.05"	.02 ;	.005	.05	.02	.05
co			8	37.5	30.1	17.6	13,06	2.40	>1	.5	.03	.03	<.01	<.l	.03	.01	.01	.05	,02	,001
V-? CO			9	37.8	30.2	17.8	12.49	2.39	>1	.5	.05	.05	.02	<.l	.03	.005	.01·	.05	.02	.02
CD		Vergleichsbeispiel	10	36.7	30.2	17.4	12.59	2.47	>1	.03	.3	.02	<,01	<.l	,08	.005 ·	.001	.05	.02	.002
cn		Vergleichsbeispiel	.11	■ 36.9	30.1	18.2	13.19	1.S6	>1	>1	.03	.03	.02	<.l	.05	.01	.02	.05	.01	.002 χ
		Vergleichsbeispiel	C	39.8	26.3	17.7	9.70	1.59	.5	.2	.03	.01	.02	.1	.05	.005	.01	.03	.01	.001 ,.
O		Vergleichsbeispiel	D	42.1	14.8	24.9	12.54	2.42	>1	>1	.5	.20	.03	.1	.03	.001	.05	.05	.02	.03
			E	42.4	14.8	25.0	12.27	2.B3	>1	.7	.05	.05	.05	>1	.03	.03 ·	.01.	• 05	.01	.03
			F	42.4	15.5	25.3	12.02	2.74	>1	>1	.5	.05	.2	.2	.03	.005	.03	.03	.01	.001
	Vergleichsbeispiel	1.2	37.3	19.8	26.5	11.63	2.84	>1	>1	.3	.05	>1.	.1	.03	.02	.03	.05	.02	.05
		13	17.7	34.4	33.2	3.51	2.75	>1	.5	.1	.05	>1.	.1	.02	.02	.03	.05	.02	.003
		G	38.7	4.0	37.6	9.54	3.54	>1	>1.	.5	.1	.5	>.l	.02	.05	.03	.05	.02	.001
	Vergleichsbeispiel	14	21.6	21.5	42.5	7.93	4.17	>1	.5	.1	.1	.5	.1	.02	.05	.02	.03	.02	.02
	Vergleichsbeispiel	15	21.4	21.8	42.4	7.99	4.63	>1	.5	.1	.05	.2 ,01	.2	.02	.02	.02	.03	,01	.001
	Vergleichsbeispiel	16 H	21.6 29.6	21.7 9.6	42.3 44.5	8.19 8.39	4.41	>ί	.2	.05 .2	.3	.01	.2 ,1	.02	.02	,003 ,03	.05 105	.02 ,02·	.002
	Vergleichsbeispiel	I	29.4	9,6	43.0	8.41	4.64 *.7O	>1	.2	.5	.3 .03	.01	.2	.1 .07	.01 .01	.07	.02	.01
	Vergleichsbeispiel	J	29.9	9.8	44.1,	8.50	4.66	.5	>1	.5	* .3	1.	.2	.05	.03"	.1	.002	.01	.001J>-
	Vergleichsbeispiel	K	17.2	24.8	45.2	7.24	5.40	.5	>1	.2	.3	.6	♦1	.05	.03	.03	.01	.01
		L	27.9	5.5	51.2	7.27	5.12	>1	.5	.2	.5	1.	1..	.01	.05	.07	.02	.02	"o°iQ1<?
	M	16.8	10.6	55.5	5.21	5.49			.1	.5		>1	.05	.05	.03	.05	.02	.001NJ
					6.14	.5	.02	.05			.005

PG 1842

Schleifergebnisse

Man stellt geränderte Schleifscheiben nach herkömmlichen Methoden her. Man vermischt die Schleifmittelteilchen mit einem Phenolharz, v/elches anorganische Füllstoffe» wie Dolomit, CaCO., oder feinzerteiltes SiC, enthält und presst die rings um einen zylindrischen Aluminiumkern angeordnete Mischung im heissen Zustand. Die Schleifmittelkörner machen 25 $ des Schleifscheibenvolumens (mit Ausnahme des Kerns) aus, während die restlichen 75 f* aus Harz und Füllstoff "bestehen. Die geränderten Scheiben haben eine Breite von 1,59 cm (5/8 in.) mit einer Sanddicke von 0,16 cm (1/16 in.). Der Scheibendurchmesser "beträgt 3,81 cm (1 1/2 in.). Tabelle III zeigt die Grossen der Schleifmittelteilchen.

Die Schleifscheiben werden an AISI E52iOO-Stahl mit Hilfe einer unter geregelter Kraft arbeitenden Innenschleifmaschine (Modell ICi¹TO, Handelsprodukt von Cincinnati-Milacron Corporation, Heald Division, V.St.A.) getestet. Die Maschine wird bei einer Scheibengeschwindigkeit von 1951 m/Min. (6400 ft./min.), einer Arbeitsgeschwindigkeit von 61 m/Min. (200 ft./min.), einem konstanten Tiefenvorschub von 0,016 cm /Min. (0,1 in. /min.) pro 2,54 cm (pro in.) Scheibenbreite und einer axial en Hin- und Herbewegung (reciprocation magnitude) von 0,152 cm (0,060 in.) betrieben. Einige Tests werden auch bei höheren Tiefenvorschüben durchgeführt, wie Tabelle III zeigt. Die Scheiben werden mit Hilfe einer rotierenden Diamanten-Abdrehvorrichtung vom Schalen-Typ abgerichtet. D ie. Ab drehvorrichtung wird mit einer Drehzahl von 4200 Upm oder 335 m/Min. (1100 ft./min.), mit einer Voreilung (lead) von 0,010 cm/ümdrehung (0,004 in./ Umdrehung) und einer Abzugstiefe von 0,0005 cm (0,0002 in.)

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betrieben. Die Schleifscheiben und die Werkstücke werden nach Beendigung der 5., 30., 55. und 80. Schleifstufe nach dem Abdrehen (dressing) gemessen. Jede Schleifstufe besteht aus einer Grobschleifung von etwa 10 Sekunden bei der obigen Vorschubgeschwindigkeit, woran sich eine Zeitspanne des Ausfeuernlassens ("sparkout" time) anschliesst, bei der der Schleifabfall der Scheibe beseitigt wird und die während der Grobschleifung dem System auferlegte Abweichung vermindert wird. In den Schleifstufen 25 bis 28,. 50 bis 53 und 75 bis 78 wird der Schleifdruck in Schritten von jeweils etwa 0,69 bar (etwa 10 psi; etwa 0,7 kg/cm ) herabgesetzt, um die Metallabtragungsgeschwindigkeit als Funktion der der Scheibe auferlegten Kraft für die Berechnung von Λ-, d.h. des Metallabtragungsparameters, zu bestimmen. Ein Anfangswert von wird analog vor der Schleifstufe 1 bestimmt, wobei vorher und danach ein Abdrehvorgang stattfindet. Die vier Werte des Schleifverhältnisses, von λ., des Profils und der Oberflächenbeschaffenheit werden für jede Probe gemittelt.

Vergleichsbeispiele M, P und Q

Man stellt weitere Schleifscheiben zum Vergleich mit die erfindungsgemässen Schleifmittelteilchen enthaltenden Schleifscheiben her. Die beim Test verwendeten Schleifscheiben werden wie oben beschrieben hergestellt und enthalten folgende Schleifmittelteilchen:

Vergleichsbeispiel N: Schleifmittelteilchen, hergestellt aus einem Gemisch aus 160 g handelsüblichem Titancarbidpulver und 40 g handelsüblichem Zirkoniumdiboridpulver

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nach, der Methode von Beispiel 1 bis 16. Die leuchen nahen eine scheinbare Dichte von 5,01 g/cm und eine Knoop.' Härte von 172 480 bar (1760 kg/mm²).

Yergleichsbeispiel P: 2A-Aluminiumscia eifmittelteilcnen.

Vergleichsbeispiel Q: kuMsch.es Bornitrid.

Die Schleifresultate sind aus Tabelle III ersichtlich..

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TABELLE III Schleifr'esult'a't'e' -' harzgebunderie Schleifscheiben

Beispiel

CD CO OO

' Vergleichsbeispiel. A

3
Vergleichsbeispiel B

6
7

co
ο

8
9

10
. 11

Vergleichsbeispiel C
Vergleichsbeispiel D
Vergleichsbeispiel E
Vergleichsbeispiel F

12

13
Vergleichsbeispiel G

.14

15

16

Vergleichsbeispiel H
Vergleichsbeispiel I
Vergleichsbeispiel J
Vergleichsbeispiel K

.Korngrösse, mm
(US-Standard-rSieb- ^sö
reihe, mesh)

149/177

88/105

149/177

88/105

149/177

149/177

149/177

80/100)

140/170)

80/100)

140/170)

80/100]

so/ioo;

80/100]

105/149 (100/140)
88/105 (140/170)

105/149 (100/140)
149/177 (80/100)

88/105
88/105

149/177
88/105
88/105
88/105

149/177
88/105
88/105
88/105
88/105
88/105
88/105
88/105
88/105
88/105

140/170)
140/170)
80/100)

140/170

140/170
140/170
80/100)
140/170
140/170
140/170
140/170
140/170
140/170
140/170
140/170
140/170

Schleifge- profil um

ihwindigkeit* (^0^3)

(cu.in./min.)

1,67 1,66 1,72 1,66 1,67 1,70 1,69 5,13 1,69 1,57 6,87 1,62 6,29 1,62 6,06 1,66 1,66 1,67 1,69 1,64 1,85 1,66 1,66 1,64 1,66 1,62 1,66 1,70 1,69 1,66 1,67

0,1	02)	03	01	01
o|i	01)	0,096	01	04
0,1	05)	0,419	02	03
0,1	01)	0,099	03	01
0,1	02	0,384	00	02)
0,1	04	0,099	13
0,1	03	0,370	01
0,313	0,1	01
0,1	0,1	00·
0,1	01
0,1	0,099
0,1	0,1
0,1	0,1
0,1	0,1
o!i	0,1
0,1	0,1
0,1

1,24
3,05
1,27
1,12
2,01
1,65
1,73
3,25
1,02
2,13
4,06
2,34
4,01
2,24
2,31
1,45
2,13
2,36
4,09
2,16
2,49
1,55
2,29
2,64
1,78
1,02
3,10
2,06
2,64
2,49
1,65

,(49 (120 50 44 79 65 68 (128 (40 (84 (160 (92 (158 88 91 57 84 93 (161 85 98 61 90 (104 (70 (40 (122 (81 (104 (88 65

Oberflächen- λ w 1 0
beschaffen- τ . . ,

heit, um cm⁰Mm.kg.cm

(microinches) (cu.in./mdn.-lb.-dn.) ^nis

Schleif-^ verhält

0,13	4'
0,10	4'
0,10	^y
0,08
0,13	6'
0,15	K '
0,13	Q '
0,23	5'
0,13	5
0,13	Q
0,23	5
0,13	5
0,13	5
0,13	6
0,15	4
0,10	4'
0,10	6
0,15	I
0,10	4
0,10	Q
0,23	C
0,13	5
0,13	/* *
0,15	4'
0,10	5
0,13	5
0,13	5
0,13
0,10	4
0,10
0,15

1849

3555

1565

2134

1.138

1280

1920

3058

1280

2119

6273

1678

3086

1223

2233

3983

4125

1181

1707

3129

4409

1422

1422

1280

2134

1707

3271

1280

2702

3129

1280

1267

661

864

980

920

1118

1627

810

1520

1296

474

8447

1988

2142

1772

750

484

1273

842

754

473

1657

1060

889

1052

862

544

889

566

686

767

TABELLE III (Fortsetzung)
Schleifresultate - harzgebundene Schleifscheiben

Beispiel

Korngrösse, nun (US-Standard-Siebreihe/ mesh)

\fergleichsbeispiel L
\fergleichsbeispiel M
Xfergleichsbeispiel N
Vfergleichsbeispiel P
\fergleichsbeispiel Q

·" 88/105 '■ 88/105

88/105 149/177

88/105

*Pro 2,54 cm (ΐ in.)-Scheibenbreite

Schleif ge- Profil ,/am Oberflachen-

schwirdigkeit (microinches) beschaffen-

cm³/Min. ' ''^
(Cu. in./min.)

140/170) 1,56 140/170) .1,64 140/170) 1 ,66 80/100) 2,10 140/170) 1 ,92 7,54

0,095	1,78
0,100	2,69
0,101	1,42
0,128	2,08
0,117
0,460	2,29

70)

106)

56)

103)

82)

90)

- 31 -

cm /Min.kg.cm

Schleifverhält nis

0,10	V	1565	110	939
0,13	5)	1422	100	629
0,13	5)	1892	133	1380
0,33	13)		250	529
0,28	11)	3712	261	1685
0,41	16)	16215 ("	140	861

CD -F-

PG 1842

Tabelle III zeigt die Verhaltensmerkmale der erfindungsgemässen Zusammensetzung und der Vergleichsproben.

Die mit Hilfe der erfindungsgemässen Schleifmittelteilchen erzielbare Oberflächenbeschaffenheit erweist sich bei sämtlichen Tests als überlegen gegenüber jener bei Verwendung handelsüblicher Teilchen. In den meisten !fällen ist diese Verbesserung mit einem.überlegenen Schleifverhältnis verbunden.

Beispiel 17 und 18

Schleifmittelteilchen mit derselben Zusammensetzung wie jene von Beispiel 5 bis 9 werden mit einem Glasbindemittel zu Prüf scheiben mit Abmessungen von 3,81 cm χ 15,875 mm χ 15-, 875 nun (1 Λ/2 in. χ 5/8 in. χ 5/8 in.) verarbeitet,. Bei 'dem Versuch verwendet man etwa 50 bis 55 Vol. -% Schleif körner und 10 bis 15 Vol. -% Glasf ritte, z.B. Pemco J-141. Die Grünbindung wird mit einer verdünnten Natriumsilikatlösung (1:1, 40° Be, zu Wasser) gebildet.

Anschliessend mischt man das Gemisch von Hand durch. Dann wird die nasse Mischung bei einem Gesamtdruck von 15 Tonnen (etwa 10 Tonnen/6,452 cm (etwa 10 tons/sq.in.)), welcher von beiden Seiten durch Umkehrung der Form auferlegt wird, gepresst. Anschliessend gibt man die Scheiben Seite an Seite auf 250 pm (60 mesh) grosse "Alundum"-Eörner in einem Aluminiumschiffchen innerhalb eines Platinröhrenofens. Man leitet einen ständigen Strom von mit CaSO. getrocknetem Stickstoff über die Schleifscheiben. Der Ofen wird dann innerhalb von etwa 7 Std. aufgeheizt und etwa 1 Std. bei 900⁰C gehalten. Anschliessend unterbricht man die Stromzufuhr und lässt die Schleifscheiben über Nacht im.Ofen abkühlen.

- 32 -

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PG 1842

Die Schleifscheiben werden auf ihre Festigkeit durch rasche Rotation bei 35 000 Upm getestet. Schleiftests werden dann nach der Methode von Beispiel 1 bis 16 durchgeführt. Tabelle IV zeigt die Resultate. Die Testmethode ist dieselbe wie bei den Beispielen 1 bis 16.

Yergleichsbeispiele R und S

Verschiedene glasgebundene Testschleif scheiben werden mit handelsüblichen Aluminiumoxidkörnern (Norton Typ E1X, 60 Grit) nach, der Methode von Beispiel 17 und 18 hergestellt. Die Testmethode ist gleich wie bei den Beispielen 1 bis 16.

Tabelle IV zeigt die beim Schleifen erzielten Resultate.

- 33 -

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	Beispiel	TABELLE	IV	(0,102)	Profil,/im	(49)	Oberflächen	(4)	Λ w.ic	(110)	co Cohleif— l\)
		Schleifresultate -		(0,245)	(microinches)	(50)	beschaffen heit, pm (microinches)	(4)		(170)	Verhält nis
	17	Korngrösse, mm		(0,391)	1,24	(74)	0,10	(5)		(210)	1676
	17	(US-Standard-Sieb- reihe, mesh)		(0,099)	1,27	(44)	0,10	(7)		(167)	1405
	17	105/149 (100/140)	■ glasgebundene Schleifscheiben	(0,252)	1,88	(40)	0,13	(8)	cm /Min.kg.cm (cu.in./mdn.-lb.-in.)	(230)	992
	18	105/149 (100/140)	Schleifge	(0,386)	1,12	(45)	0,18	(8)	1565	(260)	1608
	18	105/149 (100/140)	schwindigkeit*' (cu.in./min.)	(0,138)	1,02	(114)	0,20	(7)	2418	(510)	935
	18	88/105 (140/170)	1,67	(0,105)	1,14	(108)	0,20	(10)	2987	(250)	943
co /—»	Vergleichsbeispiel R	88/105 (140/170)	4,01	2,90	0,18		2375		209 ^t
CD	Vergleichsbeispiel S •	88/105 (140/170)	6,40	2,74	0,25		3271		177
CO		60 Grit	1,62	3698
cn σ a>	60 Grit	4,13	7254
	6,33	3556
	2,26
1,72

*Pra 2,54 cm (1 in.)- Scheibenbreite

- 34 -

Claims (12)

1. DR.-ING. WALTER ABITZ DR. DIETER F. MORF DIPL.-PHYS. M. GRITSCHNEDER

   Patentanwälte

   Ttlünchen,

   Postanschrift / Postal Address Postfach 860109, 8OO0 München 86

   Pienzenauerstraße 28

   Telefon 98 32 22

   Telegramme: Chemindus München

   Telex: CO) 523ΘΘ2

   PG- 1842

   PATENTANSPRUCHS

   1/ Schleifinittelteilchen, im wesentlichen "bestehend aus einer Carbidmatrix und Boridkri stall en in einem Verbundsystem, wobei» bezogen auf die vorhandenen gesamten Carbide und Boridkristalle,

   A) 65 bis 98 Mol-% des Verbundsystems eine Matrix aus mindestens einer festen Lösung (Mischkristall),

   in welcher

   i) 10 bis 81 Mol-?6 der gesamten Carbide Titancarbid,

   ii) 18 bis 54 Mol-$ der gesamten Carbide Zirkoniumcarbid und

   iii) 1 bis 36 Mol-# der gesamten Carbide Tantalcarbid sind,

   darstellen und

   B) 2 bis 35 Mol-$ des Verbundsystems kristallines Titandiborid darstellen.
2. 2. Schleifmittelteilchen nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

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   ORIGINAL INSPECTED

   1842

   2842

   zeichnet» dass 65 bis 98 MoI-^ des Verbundsystems eine Matrix aus mindestens einer festen Lösung (Mischkristall) darstellen, in welcher

   i) 40 bis 75 Mol-# der gesamten Carbide litancarbid,

   ii) 20 bis 35 Mol-$ der gesamten Carbide Zirkoniumcarbid und

   iii) 5 bis 25 Mol-$ der gesamten Carbide lantalearbid darstellen.
3. 3. Schleifmittelteilchen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Titandiborid in Eorm von 0,5 bis 30 μπι grossen Körnern vorliegt. -
4. 4. Schleifmittelteilchen nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Carbidmatrix in Form von bis zu etwa 30 μπι grossen Körnern vorliegt.
5. 5. Schleifmittelteilchen nach Anspruch 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifmittelteilchen eine Grosse von 37 bis 841 μπι (-20 bis +400 mesh) aufweisen.
6. 6. Schleifmittelteilchen nach Anspruch 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifmittelteilchen eine schein-

   •7.

   bare Dichte von 5»1 bis 8,3 g/cm aufweisen.
7. 7. Verfahren zur Herstellung der Schleifmittelteilchen nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man

   1) Tantaldiborid, Titancarbid und Zirkoniumcarbid, welche jeweils überwiegend eine maximale Abmessung von 1 bis 100 μια aufweisen, gründlich vermischt» wobei die genannten Carbide im Überschuss über die zur Umsetzung mit der vorhandenen Gesamtmenge des !Eantaldiborids erforderliche stöchiometrische Menge einge-

   109815/0812

   setzt werden,

   2) das Gemisch von Stufe 1)1 "bis 60 Minuten "bei einer Temperatur von 1900 Ms 220O⁰C und einem Druck von mindestens 137 »9 "bar (mindestens 2 000 psi) heisspresst. und

   3) den Pressling von Stufe 2) zur Bildung von Schleifmittelteilchen zerkleinert.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, dass man das Gemisch von Stufe 1) 1 bis 12 Stunden mahlt und dann 5 bis 15 Minuten bei einer Temperatur von 1900 bis 2050⁰G und einem Druck von mindestens 137»9 bar (mindestens 2 000 psi) heisspresst.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass man das Gemisch von Stufe 1) 1 bis 6 Stunden mahlt und dann 15 Minuten bei 1900 bis 2050⁰C und einem Druck von 275,8 bar (4 000 psi) heisspresst.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet» dass das in Stufe 1) verarbeitete Gemisch im -wesentlichen aus vorbestimmten Anteilen von Titancarbid, Zirkoniumdiborid und Tantalcarbid besteht.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass das in Stufe 1) verarbeitete Gemisch im wesentlichen aus vorbestimmten Anteilen von Titancarbid, Zirkoniumcarbid, Tantalcarbid und Titandiborid besteht.
12. 12. Verwendung der Schleifmittelteilchen nach Anspruch 1 bis 7 zur Herstellung von Schleifkörpern, insbesondere Schleifscheiben.

    - 3

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