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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Glasbindungsschleifgegenstände, insbesondere Schleifscheiben.
Die Erfindung betrifft ferner Beimischungen zum Herstellen verbesserter
Glasbindungsschleifgegenstände.
Insbesondere betrifft die Erfindung verbesserte Glasbindungsschleifscheiben,
Verfahren zum Herstellen verbesserter Glasbindungsschleifscheiben
und Glasbindungsvorstufen zum Herstellen verbesserter Glasbindungsschleifscheiben.
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Hintergrund
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Glasbindungsschleifscheiben
ebenso wie andere Glasbindungsschleifgegenstände (z. B. Wetzsteine) sind
auf dem Fachgebiet seit einer langen Zeit bekannt. Solche Scheiben
und Gegenstände
sind der Gegenstand von Anstrengungen gewesen, um sowohl Materialien
als auch Verfahren für
deren Herstellung zu verbessern, um eine erhöhte Schleifleistung, höheren Nutzen,
erhöhte
Lebensdauer und verbesserte Wirtschaftlichkeit zu erzielen. Verbesserte
Schleifmittelkörner
und Verfahren für
deren Herstellung, ebenso wie Verbesserungen bei der Zusammensetzung
und den Eigenschaften von Glasbindungsmaterialien, haben in vielen Fällen in
einer erhöhten
Schleifleistung, geringeren Kosten, verbesserten Arbeitsprodukten
und längerer Scheibenlebensdauer
resultiert. Jedoch werden Steigerungen des Nutzens und der Leistung
kontinuierlich gesucht, da insbesondere Fortschritte in der Technologie
immer größere Anforderungen
an die Präzision,
Genauigkeit und Leistung der Vorrichtungen und ihrer Schleifkomponententeile
stellt, und ein gesteigerter Wettbewerb betont immer stärker ökonomische
Vorteile der Scheibenleistung und des Schleifbetriebs.
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Im
wesentlichen weisen Glasbindungsschleifscheiben und andere Glasbindungsschleifgegenstände Schleifkorn
oder -splitt auf, z. B. Aluminiumoxidschleifmittel, das durch ein
Glasmaterial zusammengebunden ist. Andere funktionale Materialien,
wie beispielsweise feste Schmiermittel, Schleifhilfen, Höchstdruckagentien und
hohle Füllstoffe
("Blasen") sind manchmal in
der Scheibe oder dem Gegenstand eingeschlossen. In dem typischen
bekannten Verfahren zum Herstellen einer Glasbindungsschleifmittelschleifscheibe
oder eines – gegenstands
werden Schleifmittelkorn, Bindungsvorstufe (z. B. Fritte oder andere
verglasbare Materialien), temporäres
Bindemittel (z. B. wäßriges Phenolharzbindemittel)
und, selektiv, andere funktionale Materialien und/oder Poreninduzierer
zusammengemischt, um eine einheitliche Mischung zu bilden. Diese
Mischung wird dann in einer Form angeordnet, die im allgemeinen
die Größe und Form
des Gegenstandes definiert, und in einen selbsttragenden Gegenstand
kompaktiert, der durch das temporäre Bindemittel zusammengehalten wird.
Dieser kompakte oder "Roh"-Gegenstand wird
getrocknet und dann in einem Ofen angeordnet, um erwärmt zu werden,
d. h. gebrannt zu werden, unter einer bestimmten Zykluszeit, Temperatur
und Atmosphäre, um
das temporäre
Bindemittel und jeglichen vorhandenen organischen Poreninduzierer
abzubrennen und um die Bindungsvorstufe zu verglasen. Der Heizzyklus
hängt von
der Zusammensetzung der Scheibe oder des Gegenstands ab und kann
mit dem Schleifmittelkorn, der Zusammensetzung des verglasbaren
Materials, der verwendeten Additive und der Größe und Form der Scheibe variieren.
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Es
ist auf dem Fachgebiet bekannt, Glasbindungsschleifscheiben unterschiedlicher
Qualitäten
herzustellen, die maßgeschneidert
sind, um bestimmte Schleifbedingungen und -erfordernisse zu erfüllen. Diese Qualitäten werden
breit von weich bis hart gekennzeichnet. Auf diese Weise erforderte
ein Schleifen eines weichen Metallarbeitsstücks (z. B. Kupfer, Aluminium)
häufig
eine Scheibenqualität,
die von einer Scheibe zum Schleifen eines harten oder zähen Metallarbeitsstücks (z.
B. Nickel, rostfreier Stahl) verschieden ist (z. B. weicher). Die
Qualität
der Scheibe ist abhängig
von einer Anzahl von herstellungsbedingten-, chemischen und physikalischen
Faktoren, einschließend,
jedoch nicht begrenzt auf Brennbedingungen; die Zusammensetzung des
Schleifmittelkorns; der Korngröße; der
Kornkonzentration in der Scheibe; der Glasbindungsmatrixzusammensetzung;
der Konzentration der Glasbindungs matrix in der Scheibe; der Porosität der Scheibe,
Porengröße; und
der Anhaftung zwischen dem Korn und der Glasbindungsmatrix. Diese
unterschiedlichen Qualitäten können unterschiedliche
physikalische Eigenschaften und unterschiedliche Schleifleistungen
zeigen. Trotz der Variationen unter den Qualitäten wird eine verbesserte Schleifleistung
für alle
Qualitäten
von Glasbindungsschleifmittelschleifscheiben gesucht. Besondere
Leistungsverbesserungen schließen
beispielsweise eine erhöhte
Retention von Scheibenformen, wie sie verwendet werden, um Konturen
in endbearbeiteten Arbeitsstücken
herzustellen, eine verminderte Häufigkeit
der Scheibennachbearbeitung, um eine gewünschte Schneidleistung zu halten,
eine verbesserte Scheibenlebensdauer, eine gesteigerte Metallentfernungsgeschwindigkeit,
ein gesteigertes Schleifverhältnis
und einen niedrigeren Energieverbrauch ein.
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Wie
zuvor erwähnt,
haben Praktiker auf dem Fachgebiet Leistungsverbesserungen durch
Variationen in der Zusammensetzung des verglasbaren Materials zum
Herstellen der Glasbindungsmatrix gesucht. Solche Veränderungen
beeinflussen die Festigkeit der Bindung, die das Schleifmittel hält. Eine
Glasbindungsmatrix, die zu stark ist, kann das Auftreten eines Kornbruchs
verhindern oder reduzieren, einen Mechanismus, durch welchen neue
scharfe Schneidkanten während
der Verwendung hergestellt werden. Ein vermindertes Auftreten eines
Kornbruchs kann in einer verminderten Metallentfernung und einem
Arbeitsstückbrennen
(d. h. einer Oberflächenentfärbung) von
metallischen Arbeitsstücken
resultieren. Auf der anderen Seite kann eine Glasbindungsmatrix,
die zu weich ist, zu einem vorzeitigen Kornverlust während des
Schleifens führen,
was in einem erhöhten
Scheibenabrieb und einem anschließenden geringen Schleifverhältnis (d.
h. das Verhältnis
an entferntem Metall zum Volumen an verlorener Scheibe während einer
Schleifperiode) resultiert.
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JP
8-206962 offenbart einen leitfähigen
Schleifstein, der beispielsweise beim elektrolytischen Polieren verwendet
wird. Der Schleifstein umfasst Schleifmittelteilchen und verglastes
Bindemittel, das die Schleifmittelteilchen bindet. Der Schleifstein
wird hergestellt durch Mischen des verglasten Bindemittels, Metallborid
und Schleifmitteln, Formen der Mischung in eine bestimmte Form und
Brennen der Form bei einer bestimmten Temperatur, um die Schleifmittel
zu binden und ein metallisches Element durch die thermische Zersetzung
wenigstens eines Teils des Metallborids zu bilden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Glasbindungsvorstufenschleifmittelbeimischung
zur Verwendung bei der Herstellung verbesserter Glasbindungsschleifmittelgegenstände bereitzustellen.
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Eine
weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen
verbesserter Glasbindungsschleifmittelgegenstände bereitzustellen.
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Eine
weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine verbesserte Glasbindungsschleifmittelschleifscheibe
bereitzustellen.
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Eine
noch weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, die Nachteile von
Glasbindungsschleifmittelschleifscheiben und Verfahren zum Herstellen
von Glasbindungsschleifmittelschleifscheiben aus dem Stand der Technik
zu überwinden.
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Diese
und andere Aufgaben dieser Erfindung werden in der folgenden Beschreibung,
den Beispielen und den Ansprüchen
dargelegt. Die obigen Aufgaben und weitere, die Fachleuten auf dem
Gebiet aus der folgenden Beschreibung, den Beispielen und den Ansprüchen offensichtlich
werden, werden in dieser Erfindung erreicht durch Verwendung einer
Glasbindungsvorstufenschleifmittelbeimischung zur Herstellung eines
Glasbindungschleifmittelgegenstands mit einer Metallborid modifizierten,
bleifreien Glasmatrix, die die Körner
des Schleifmittels bindet. Erscheinungen der Erfindung schließen solche
Beimischungen, Verfahren zum Herstellen solcher Glasbindungsschleifmittelgegenstände und
Glasbindungs schleifmittelgegenstände
mit Metallborid modifzierter, bleifreier Glasbindung ein, die das
Schleifmittel bindet.
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Beschreibung
der Erfindung
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Es
ist auf dem Fachgebiet bekannt gewesen, Metallboridfüllstoffe
(z. B. Wolframpentaborid und Zirkoniumdiborid) in Blei enthaltenden
Glasbindungsschleifscheiben mit kubischem Bornitrid zu verwenden,
die in einer nicht oxidierenden Atmosphäre, insbesondere Stickstoff,
gebrannt werden. Jedoch ist es auf dem gleichen Fachgebiet ebenfalls
bekannt, dass ein Brennen von den gleichen Metallboridfüllstoff
enthaltenden Scheiben in einer oxidierenden Atmosphäre erzeugt:
a) Glasartige Bindungen, die Anzeichen einer ungewöhnlichen
Reaktion zeigen (Gaslöcher,
Zerreibbarkeit, Porosität
und Unterschiede zwischen der Oberfläche und dem Inneren der Bindung);
und b) Schleifscheiben mit schlechter Schleifleistung (z. B. geringes
Schleifverhältnis).
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Es
ist jedoch unerwarteterweise entdeckt worden, dass eine Metallboridmodifikation
einer bleifreien glasartigen Bindung einen Schleifmittelgegenstand
mit verbesserten physikalischen Eigenschaften erzeugt, und wobei
dieser eine verbesserte Schleifleistung verglichen mit Schleifmittelgegenständen mit
einer nicht modifizierten glasartigen Bindung zeigt, wo die Bindungsvorstufe
durch das Metallborid durch Brennen in einer oxidierenden Atmosphäre modifiziert
wird. Somit wird in Übereinstimmung
mit dieser Entdeckung gemäß dieser
Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines verbesserten Glasbindungsschleifmittelgegenstands,
ein verbesserter Glasbindungsschleifmittelgegenstand und eine Glasbindungsvorstufenschleifmittelbeimischung zum
Herstellen eines verbesserten Glasbindungsschleifmittelgegenstands
bereitgestellt.
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Gemäß einer
Erscheinung der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines
Glasbindungsschleifgegenstands bereitgestellt, welches die Schritte
umfasst:
- a) Herstellen einer Glasbindungsvorstufenschleifbeimischung,
welche, wenn sie gebrannt wird, ein Metallborid modifiziertes, bleifreies
Glasmatrixbindungsschleifkorn erzeugt, wobei die Metallboridmodifikation
aus einem Brennen in einer oxidierenden Atmosphäre resultiert;
- b) Bilden der Beimischung in einen Rohschleifgegenstand; und
c) Brennen des Rohschleifgegentstands.
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Gemäß einer
weiteren Erscheinung der Erfindung wird eine Glasbindungsvorstufenschleifbeimischung
zur Verwendung in der Herstellung von Glasbindungschleifmittelgegenständen mit
einem Metallborid modifizierten, bleifreien Glasbindungsschleifkorn
bereitgestellt, wobei die Metallboridmodifikation aus einem Brennen
in einer oxidierenden Atmosphäre
resultiert, wobei die Beimischung Schleifkorn, eine bleifreie Bindungsvorstufe
und wenigstens eines von einem Metallboridpulver und einem Metallborid
modifizierten, bleifreien, partikulären Glasmaterial umfasst.
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Gemäß einer
noch weiteren Erscheinung der Erfindung wird ein Glasbindungsschleifmittelgegenstand bereitgestellt,
der ein Metallborid modifiziertes, bleifreies Glasmatrixbindungsschleifkorn
umfasst, wobei die Metallboridmodifikation aus einem Brennen in
einer oxidierenden Atmosphäre
resultiert.
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Solche
Glasbindungsschleifmittelgegenstände
zeigen eine verbesserte Schleifleistung und verbesserte physikalische
Eigenschaften (z. B. Glasbindungsfestigkeit) gegenüber einem
vergleichbar hergestellten Schleifmittelgegenstand, der ohne Metallborid
modifizierte, bleifreie Glasbindung hergestellt worden ist.
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Die
verschiedenen Erscheinungen dieser Erfindung werden nun unter Bezugnahme
auf bestimmte Ausführungsformen
und Beispiele derselben beschrieben.
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Die
bleifreie Glasbindungsvorstufe, die in dieser Erfindung eingesetzt
wird, ist das Material oder eine Mischung von Materialien, welches
bzw. welche, wenn es bzw. sie in dem Brennschritt erwärmt wird
bzw. werden, eine Glasbindung oder -matrix ausbildet, die die Schleifkörner des
Schleifgegenstands zusammenbindet. Diese Glasbindung, die die Schleifkörner zusammenbindet,
ist ebenfalls auf dem Fachgebiet als die Glasmatrix, Glasphase,
keramische Bindung oder Glasbindung des Schleifgegenstands bekannt.
Die bleifreie Glasbindungsvorstufe kann insbesondere eine Kombination
oder Mischung von Oxiden und Silikaten sein, die beim Erwärmen auf
eine hohe Temperatur reagieren, um eine Glasbindung oder -matrix
oder eine Glas- oder Keramikbindung oder -matrix zu bilden. Alternativ
kann die bleifreie Glasbindungsvorstufe eine Fritte sein, welche, wenn
sie auf eine hohe Temperatur in dem Brennschritt erwärmt wird,
schmilzt und/oder verschmilzt, um die Glasbindung des Schleifgegenstands
zu bilden. Verschiedene Kombinationen von Materialien, die auf dem Fachgebiet
bekannt sind, können
als die bleifreie Glasbindungsvorstufe verwendet werden. Hauptsächlich sind
solche Materialien metallische Oxide und Silikate. Vorgeformte,
bleifreie, feine Partikelgläser
(d. h. Fritten), hergestellt aus verschiedenen Kombinationen von
Oxiden und Silikaten, können
als das Glasbindungsvorstufenmaterial in dieser Erfindung verwendet
werden. Solche Fritten sind auf dem Fachgebiet gemeinhin bekannt
und kommerziell erhältlich.
Diese Fritten werden im allgemeinen hergestellt durch zunächst ein
Herstellen einer Kombination von Oxiden und Silikaten, die auf eine
hohe Temperatur erwärmt
wird, um ein Glas zu bilden. Das Glas wird, nachdem es abgekühlt ist,
dann in kleine Partikel gebrochen. Es kann in der Praxis dieser
Erfindung eine Kombination einer Fritte und einer nicht gebrannten
Beimischung von Oxiden und Silikaten als das Glasbindungsvorstufenmaterial
verwendet werden, solange die Kombination frei von Blei ist.
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Gemäß dieser
Erfindung kann in der Glasbindungsvorstufenschleifmittelbeimischung
ein Metallborid modifiziertes, bleifreies, Glaspartikelmaterial
als die bleifreie Glasbindungsvorstufe verwendet werden. Dieses Partikelmaterial
kann beispielsweise hergestellt werden durch Bilden einer innig
vermischten Beimischung von Metallboridpulver (z. B. Zirkoniumborid)
und einem bleifreien Glasbindungsvorstufenmaterial, Erwärmen der Beimischung
auf eine hohe Temperatur (z. B. 500°C bis 1.000°C) in einer oxidierenden Atmosphäre (z. B.
Luft), um ein Glas zu bilden und eines Brechen des Glases beim Abkühlen in
Feinpartikel. Glasbindungsvorstufenmaterialien, wie verschiedene
Metalloxide und – silikate,
die auf dem Fachgebiet gut bekannt sind, können verwendet werden, um die
Glaspartikel zu bilden. Verschiedene Metallboridpulver können als
der Metallboridmodifizierer verwendet werden beim Herstellen des
Metallborid modifizierten, bleifreien Glaspartikelmaterials. Boride
von Metallen schließen
ein, sind jedoch nicht begrenzt auf Calcium, Titan, Zirkonium, Chrom,
Molybdän, Wolfram,
Nickel, Aluminium und Silizium, die verwendet werden können, bevorzugt
Boride von Calcium, Titan und Zirkonium. Die feinen Partikel eines
solchen Glaspartikelmaterials, wenn es in der Glasbindungsvorstufenschleifmittelbeimischung
verwendet wird, schmelzen und/oder verschmelzen zusammen während des
Brennschritts, um die Glasbindung zu bilden, die das Schleifkorn
des Glasbindungsschleifmittelgegenstands zusammenbindet. Das Metallborid
modifizierte, bleifreie Glaspartikelmaterial der Glasbindungsvorstufenschleifmittelbeimischung
dieser Erfindung kann ebenfalls hergestellt werden unter Verwendung
von Metallborid modifizierter, bleifreier Fritte. Ein solches bleifreies
Glasbindungspartikelmaterial kann hergestellt werden durch Beimischen
eines Metallboridpulvers mit bleifreier Fritte, Erwärmen der
Beimischung auf eine Schmelz- oder Verschmelztemperatur in einer
oxidierenden Atmosphäre
(z. B. Luft), um ein Glas zu bilden, Abkühlen des Glases und dann Ausbrechen
des Glases in feine Partikel. Es wird gemäß dieser Erfindung in Erwägung gezogen,
daß als
das Glasbindungsvorstufenmaterial folgendes verwendet werden kann:
(i) Beimischungen von bleifreier Fritte und solchen Metallborid
modifizierten, bleifreien Glaspartikelmaterialien, einschließlich solcher,
die aus Metallborid modifizierter, bleifreier Fritte hergestellt
werden; (ii) Beimischungen solcher bleifreien Glaspartikelmaterialien,
einschließlich
solcher, die von Metallborid modifizierter, bleifreier Fritte und
verschiedenen bleifreien Metalloxiden und – silikaten hergestellt werden,
die auf dem Fachgebiet gut bekannt sind; und (iii) Beimischungen
solcher bleifreien Glaspartikelmaterialien, einschließlich solcher,
die aus Metallborid modifizierter bleifreier Fritte; bleifreier
Fritte; und verschiedenen bleifreien Metalloxiden und -silikaten
hergestellt werden, die auf dem Fachgebiet gut bekannt sind.
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Temperaturen
in dem Bereich von etwa 538°C
(1.000°F)
bis etwa 1.371°C
(2.500°F)
können
in der Praxis dieser Erfindung zum Umwandeln der Glasbindungsvorstufe
in die Glasbindung, welche die Schleifkörner des Schleifgegenstands,
(z. B. Schleifscheibe) zusammenbindet, verwendet werden.
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Verschiedene
Schleifkörner
oder -splitte oder Kombinationen von Schleifkörnern herkömmlicher Größen, die auf dem Fachgebiet
gut bekannt sind, können
in der Praxis dieser Erfindung eingesetzt werden. Solcher Schleifkörner können von
einer einzigen Zusammensetzung, Struktur und Größe sein oder können von mehr
als einer Zusammensetzung, Struktur und Größe sein. Das Schleifsplitt
kann aus einem Sol-Gel-Verfahren,
gesintertem Sol-Gel-Verfahren oder durch ein von einem Sol-Gel-Verfahren
verschiedenen Verfahren (z. B. verschmolzene Schleifkörner) hergestellt
werden. Mischungen aus zwei oder mehr Schleifkörnern unterschiedlicher Größen und/oder
Zusammensetzung können
verwendet werden. Schleifkörner,
die in der Praxis dieser Erfindung geeignet sind, schließen ein,
sind jedoch nicht begrenzt auf gesintertes Sol-Gel-Aluminiumoxid,
wie es unter der Marke "CUBITRON" verkauft wird, erhältlich von
der Minnesota Mining and Manufacturing Company ("CUBITRON" ist eine eingetragene Marke der Minnesota
Mining and Manufacturing Company), Sol-Gel-Aluminiumnitrid/Aluminiumoxynitrid,
wie es im U.S. 4,788,167 beschrieben worden ist, geschmolzenes Aluminiumoxid,
Zirkoniumoxid, verschmolzenes Aluminiumoxid/Zirkoniumoxid, Siliziumcarbid,
kubisches Bornitrid, Wolframcarbid, Titancarbid, Zirkoniumcarbid,
Wolframnitrid, Titannitrid und Zirkoniumnitrid. Schleifkornpartikelgrößen, wie
sie auf dem Fachgebiet gut bekannt und eingesetzt werden, sind in
der Praxis dieser Erfindung verwendbar.
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Gemäß dieser
Erfindung ist es erforderlich, daß die Glasbindungsvorstufenschleifmittelbeimischung entweder
wenigstens ein Metallboridpulver oder ein Metallborid modifiziertes,
bleifreies Glaspartikelmaterial, wie hierin beschrieben, umfaßt. Mehr
als ein Metallboridpulver kann in der Praxis dieser Erfindung verwendet werden.
Metallboridpulver, die in der Praxis dieser Erfindung verwendbar
sind, schließen
ein, sind jedoch nicht begrenzt auf Boride von Kupfer, Calcium,
Strontium, Barium, Aluminium, Cäsium,
Silizium, Titan, Zirkonium, Chrom, Wolfram, Molybdän, Eisen,
Cobalt und Nickel, insbesondere die Boride von Calcium, Titan, Zirkonium, Wolfram
und Molybdän
und noch bevorzugter die Boride von Calcium, Titan, Zirkonium und
Wolfram. Die Metallboridpulver, die in der Praxis dieser Erfindung
eingesetzt werden, weisen eine Partikelgröße auf, die wesentlich kleiner
ist, bevorzugt sehr viel kleiner, als die Partikelgröße der Schleifkörner, die
in der Praxis dieser Erfindung eingesetzt werden. In der Praxis
dieser Erfindung können
Metallboridpulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße in dem
Bereich von etwa 1 Mikrometer bis etwa 40 Mikrometer, bevorzugt
von etwa 10 Mikrometer bis etwa 20 Mikrometer verwendet werden.
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Das
Metallboridpulver, das in der Praxis dieser Erfindung verwendbar
ist, modifiziert die Glasbindung, im Gegensatz zur Funktion als
ein Schleifmittel. Daher kann das Metallboridpulver in einer Menge
eingesetzt werden, die stark mit den chemischen und physikalischen
Eigenschaften des Metallboridpulver variieren kann, den chemischen
und physikalischen Eigenschaften der anderen bleifreien Glasbindungsvorstufenbestandteile ebenso
wie den Mengen der bleifreien Glasbindungsvorstufe und des Schleifkorns,
das zum Herstellen des Glasbindungsschleifmittelgegenstands eingesetzt
wird. Im allgemeinen kann die Menge des Metallboridpulvers, das
in der Praxis dieser Erfindung eingesetzt wird, in dem Bereich von
etwa 5 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-%, bevorzugt von etwa 15 Gew.-% bis
etwa 75 Gew.-% des Gesamtgewichts der Nicht-Metallboridbestandteile
(d. h. solche Bestandteile, die kein Metallborid sind) des bleifreien
Glasbindungsvorstufenmaterials liegen.
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Verschiedene
andere Materialien oder Substanzen (d. h. Additive), die in dem
Fachgebiet gut bekannt sind, können
zu der Glasbindungsvorstufenschleifmittelbeimischung in der Praxis
dieser Erfindung in Mengen beigefügt werden, die auf dem Fachgebiet üblich sind.
Solche andere Materialien oder Substanzen schließen ein, sind jedoch nicht
begrenzt auf Schmiermittel, einschließlich feste Schmiermittel,
wie Graphit, Höchstdruckagentien,
Wachse, Poreninduzierer, Schleifhilfen und Füllstoffe. Schleifhilfen, wie
beispielsweise Mullit, Kyanit, Cryolit und Syenit, können in
der Praxis dieser Erfindung eingesetzt werden.
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In
der Praxis einer Erscheinung dieser Erfindung wird in der Glasbindungsschleifmittelvorstufenbeimischung
ein temporäres
Bindemittel kombiniert, das ein organisches oder anorganisches Material
sein kann. Üblicherweise
werden organische temporäre
Bindemittel verwendet, wie beispielsweise Phenolharze. Diese Bindemittel
binden die Komponenten der Glasbindungsvorstufenschleifmittelbeimischung
ausreichend zusammen, so daß der
geformte Gegenstand vor dem Brennen selbsttragend ist. Verschiedene
organische temporäre
Bindemittel, die zur Verwendung in der Praxis der Erfindung geeignet
sind, schließen
beispielsweise organische Polymermaterialien oder Polymerbildungsmaterialien
ein. Phenolharze, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, um als temporäre Bindemittel
geeignet zu sein, können
in der Praxis der Erfindung verwendet werden.
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Beim
Schritt des Herstellens der Glasbindungsvorstufenschleifmittelbeimischung
im Verfahren dieser Erfindung können
herkömmliche
Mischmethoden, -bedingungen und -ausrüstung eingesetzt werden, die
auf dem Fachgebiet gut bekannt sind. Das bleifreie Glasbindungsvorstufenmaterial,
temporäres
Bindemittel, Schleifkorn und, wenn es verwendet wird, Metallboridpulver,
können
in verschiedenen Reihenfolgen kombiniert werden, um die Beimischung
herzustellen. Das Schleifkorn kann mit dem bleifreien Glasbindungsvorstufenmaterial
gemischt werden, und das Metallboridpulver kann dann mit der resultierenden
Mischung gemischt werden, gefolgt von der Zugabe eines temporären Bindemittelmaterials
und optional anderer Additive (z. B. Poreninduzierern). Es ist häufig wünschenswert,
in das temporäre
Bindemittelmaterial als letztes einzumischen, insbesondere wenn
das bevorzugte temporäre
Bindemittel flüchtig
ist und von der Glasbindungsvorstufenschleifmittelbeimischung angenommen
wird, für
eine beträchtliche
Zeitdauer vor der Verwendung bei der Herstellung von Schleifgegenständen gelagert
zu werden. Es kann jedoch Fälle
geben, wo es günstig
oder wünschenswert
ist, das temporäre
Bindemittelmaterial früher
in dem Schritt des Herstellens der Glasbindungsvorstufenschleifmittelbeimischung
einzumischen. Alternativ kann das Metallboridpulver mit dem bleifreien
Glasbindungsvorstufenmaterial vermischt werden, gefolgt von der
Zugabe des Schleifkorns und dann dem Einmischen des temporären Bindemittelmaterials.
Obwohl über
die Verwendung eines temporären Bindemittelmaterials
in dieser Erfindung nachgedacht wird, wird ebenfalls in Erwägung erzogen,
daß ein
temporäres
Bindemittel in Fällen
weggelassen werden kann, wo beispielsweise ein Brennen des Rohgegenstands innerhalb
einer Form durchgeführt
werden kann.
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In
der Praxis des Verfahrens dieser Erfindung wird ein Schleifmittelgegenstand
(z. B. eine Schleifscheibe) aus der Glasbindungsvorstufenschleifmittelbeimischung
gebildet. Typischerweise wird eine abgemessene Menge der Glasbindungsvorstufenschleifmittelbeimischung
in einer Form angeordnet, die die gewünschte Form und Gesamtgröße eines
Gegenstands definiert. Die Beimischung wird innerhalb der Form kompressiert
und luftgetrocknet und/oder erwärmt,
um jegliche flüchtige
Materialien zu entfernen. Das Kompressieren, Trocknen und Erwärmen der
Beimischung trägt
zum Binden der Komponenten der Beimischung durch das temporäre Bindemittel,
wenn es vorhanden ist, bei. Das Erwärmen an dieser Stufe des Verfahrens wird
unterhalb der Temperatur zum Umwandeln des bleifreien Glasbindungsvorstufenmaterials
in eine Glasbindung oder -matrix sein, der tatsächlichen Temperatur, die gemäß der Natur
des temporären
Bindemittels und verschiedenen anderen Komponenten der Beimischung
begründet
wird. Geeignete Temperaturen für
ein solches Erwärmen
sind beispielsweise von etwa 200°C
bis etwa 300°C.
Ausreichendes Kompressieren, Trocknen und, selektiv, Erwärmen werden
typischerweise durchgeführt,
um die Beimischungskomponenten ausreichend zu binden, um ein selbsttragendes,
jedoch nicht gebranntes Kompaktmaterial herzustellen, das auf dem Fachgebiet
als ein "Roh"-Gegenstand (z. B. "Rohscheibe") bezeichnet wird.
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Gemäß dem Verfahren
dieser Erfindung wird der Rohkompaktgegenstand, der mit der Glasbindungsvorstufenschleifmittelbeimischung
gebildet wird, gebrannt, um die Glasmatrix zu bilden, welche das
Schleifkorn bindet. Ein solches Brennen schließt im allgemeinen ein Erwärmen des
Rohschleifmittelgegenstands auf eine hohe Temperatur in Luft gemäß einem
Zeit/Temperaturzyklus ein, der in einem Ofen durchgeführt wird.
Temperaturen in einem Bereich von etwa 500°C bis etwa 1.200°C können in
dem Brennschritt in der Praxis des Verfahrens dieser Erfindung eingesetzt
werden.
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Die
besonderen Brennbedingungen (d. h. Zeit und Temperatur), die in
dem Brennschritt des Verfahrens dieser Erfindung eingesetzt werden,
werden durch solche Faktoren beieinflußt, wie beispielsweise die
Zusammensetzung des Schleifkorns; die Zusammensetzung des bleifreien
Glasbindunsvorstufenmaterials; und die Größe und Form des Schleifgegenstands
(z. B. Schleifscheibe). Beim Durchführen des Brennschritts des Verfahrens
dieser Erfindung können
verschiedene Heizverfahren, die auf dem Fachgebiet bekannt sind,
eingesetzt werden. Solche Verfahren, die ebenfalls als "Brennbedingungen" bekannt sind, können beispielsweise ein
Erwärmen
des Rohschleifmittelgegenstands durch ein schrittweises Erhöhen der
Temperatur mit spezifischen Zeitperioden bei jeder Stufe auf eine
Plateautemperatur (d. h. konstante Temperatur), Halten der Plateautemperatur
für eine
bestimmte Zeit und dann Erwärmen
auf eine höhere
Temperatur oder Abkühlen
des Schleifgegenstands in einem schrittweise oder kontinuierlich
abnehmenden Temperaturmuster auf Raumtemperatur. Alternativ kann
der Rohschleifmittelgegenstand in dem Brennschritt mit einer konstanten
Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit
(z. B. 50° pro
Stunde) auf eine maximale Temperatur erwärmt werden, die für eine bestimmte
Zeitdauer gehalten werden kann, oder auf eine maximale Temperatur,
woraufhin ein Abkühlen des
Scheifmittelgegenstands auf Raumtemperatur stattfindet. Der Brennschritt
schließt
sowohl eine Erwärmungs-
als auch Kühlfolge
ein, welche beide auf verschiedene Arten durchgeführt werden
können,
die auf dem Fachgebiet bekannt sind.
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Ein
besonderer Vorteil einer Erscheinung des Verfahrens dieser Erfindung
ist, daß der
Brennschritt in einer oxidierenden Atmosphäre durchgeführt werden kann, was die Notwendigkeit,
die von dem Stand der Technik bekannt ist, eliminiert, eine inerte
oder nicht oxidierende Atmosphäre
bereitzustellen, um die Bindung zu verglasen. Gewöhnlich wird
eine solche oxidierende Atmosphäre
eine Luftatmosphäre
sein. Während
des Brennschritts werden verschiedene organische Materialien, die
in dem Rohschleifmittelgegenstand vorhanden sind (z. B. harzartige
temporäre
Bindemittel, organische Poreninduzierer, etc.), gewöhnlicherweise
abgebrannt oder physikalisch oder chemisch durch die hohen Temperaturen,
die in dem Brennschritt verwendet werden, verändert.
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Im
Verfahren dieser Erfindung, in welchem ein Metallborid modifiziertes,
bleifreies Glaspartikelmaterial, das wie oben beschrieben hergestellt
wird, die Glasbindungvorstufe umfasst, kann der Brennschritt des Rohschleifmittelgegenstands
in einer oxidierenden oder nicht oxidierenden Atmosphäre durchgeführt werden. Es
ist bevorzugt, solche Metallborid modifizierten, bleifreien Glaspartikelmaterialien
als das gesamte Glaspartikelmaterial in der Glasbindungsvorstufenschleifmittelbeimischung
zu verwenden. Jedoch kann ein solches Glaspartikelmaterial zusammen
mit einem bleifreien Glasbindungspartikelmaterial verwendet werden,
das nicht mit einem Metallborid und/oder einer Beimischung von bleifreien
Metalloxiden und -silikaten, die auf dem Fachgebiet bekannt sind,
modifiziert worden ist, mit oder ohne einem vorhandenen Metallboridpulver.
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Die
Wirkung oder Wirkungen für
die verbesserte Leistung von Glasbindungsschleifmittelgegenständen, z.
B. Schleifscheiben, die gemäß dem Verfahren
und der Glasbindungsvorstufenschleifmittelbeimischung dieser Erfindung
hergestellt werden, sind bekannt. Jedoch zeigen visuelle Beobachtungen
und vorherige instrumentelle Untersuchungen an, daß das Metallboridpulver
physikalischen und/oder chemischen Veränderungen während des Brennens des bleifreien
Glasbindungsvorstufenmaterials in einer oxidierenden Atmosphäre (z. B.
Sauerstoff) unterliegt, und daß solche
Veränderungen
minimal sind oder nicht auftreten, wenn ein solches bleifreies Glasbindungsvorstufenmaterial
in einer inerten Atmosphäre
(z. B. Stickstoff) gebrannt wird. Diese Beobachtungen und Untersuchungen
erscheinen ebenfalls anzuzeigen, daß das Metallboridpulver mit einer
oder mehreren Komponenten des bleifreien Glasbindungsvorstufenmaterials
in der Gegenwart einer oxidierenden Atmosphäre (z. B. Sauerstoff) wechselwirkt,
um chemisch und/oder physikalisch die Glasmatrix zu modifizieren.
Die resultierende, Metallborid modifizierte, bleifreie Glasmatrix
bildet gebundene Schleifmittelgegenstände, die eine verbesserte Leistung
verglichen mit Scheifmittelgegenständen, die im Stand der Technik bekannt
sind, zeigt.
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Diese
Erfindung wird nun weiter unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele
beschrieben. Diese Beispiele demonstrieren verschiedene Praktiken
dieser Erfindung und sind nicht beabsichtigt, um den Umfang und
die Ausführungsformen
der Erfindung, die hierin offenbart und beansprucht werden, zu begrenzen.
In den folgenden Beispielen sind alle Teile und Prozentanteile,
Gewichtsteile und Gewichtsprozentangaben, sofern nicht anderweitig
bezeichnet, alle Temperaturen sind in Grad Fahrenheit, sofern nicht
anderweitig bezeichnet, und Mesh-Größen sind in U.S.-Standardsiebgrößen.
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In
den untigen Beispielen weist das bleifreie Glasbindungsvorstufenmaterial,
das als Bindung A identifiziert ist, die folgende nominale Gewichtprozentzusammensetzung
auf:
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-
Bindung
A wird hergestellt durch gründliches
Zusammenmischen der Glasfritte, von Aluminiumoxidpulver und Titandioxid
in einer einheitlichen Mischung. "FERRO" SG 613A-Glasfritte ist kommerziell von der Ferro
Corporation erhältlich. "FERRO" ist eine eingetragene
Marke der Ferro Corporation.
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Harz
3029, das in den Beispielen unten verwendet wird, ist ein temporäres Bindemittelmaterial
mit 65 Gew.-% festem Harnstoffformaldehydharz und 35 Gew.-% Wasser.
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Beispiele
1 bis 8 unten betreffen Glasbindungsschleifmittelstangen mit nominalen
Abmessungen von 0,64 × 0,65 × 3,96 cm
(0,250 × 0,254 × 1,560
inch), die für
eine physikalische Untersuchung und eine Einstufung der Eigenschaften
hergestellt wurden. Die Stangen wurden auf die folgende Art und
Weise unter Verwendung der Materialien und Mengen (d. h. Gew.-%)
hergestellt, die in den Beispielen gezeigt sind. Bleifreies Glasbindungsvorstufenmaterial
der Bindung A und Dextrin wurden gründlich zusammen vermischt.
Metallboridpulver, wo es eingesetzt wurde, wurde zugefügt und gründlich in
die bleifreie Glasbindungsvorstufenmaterial-Dextrinmischung eingemischt,
um eine einheitliche Mischung zu erzeugen. Schleifmittelkorn aus
kubischem Bornitrid wurde gemischt und gründlich mit dem organischen
AGRASHELL-Partikulat und dem Harz 3029 vermischt, um eine einheitliche
Mischung herzustellen ("AGRASHELL" ist eine eingetragene
Marke von Agrashell Inc.). Die Mischung von Schleifkorn, organischem
AGRASHELL-Partikulat und Harz 3029 wurde dann zu der Mischung von
Bindung A, Dextrin und, wo eingesetzt, Metallboridpulver, zugegeben
und vermischt, um eine einheitliche Mischung zu bilden. Diese einheitliche
Mischung oder Zubereitung wurde dann in eine Formaushöhlung mit
der nominalen Abmessung von 0,65 × 3,96 cm (0,254 × 1,56 inch)
und variabler Tiefe abgemessen, und zusammengedrückt auf eine nominale Dicke
von 0,64 cm (0,250 inch). Die zusammengedrückte Stange mit nominalen Abmessungen
ist von 0,64 × 0,65 × 3,96 cm
(0,250 × 0,254 × 1,56 inch)
wurde aus der Form entfernt und für wenigstens eine Stunde bei
Raumtemperatur getrocknet. Anschließend wurde die Stange gemessen
und dann in einem Ofen durch Erwärmen
derselben von Raumtemperatur auf 93°C (200°F) in 10 Minuten, dann Erhöhen der
Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 38°C (100°F) pro Stunde auf 371°C (700°F) und anschließend Erhöhen der
Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 10°C (50°F)/Stunde auf 816°C (1.500°F) und Halten
der Stange bei 816°C
(1.500°F)
für 3 Stunden
gebrannt, woraufhin sie allmählich auf
Raumtemperatur in dem Ofen abkühlen
konnte, wobei der Ofen ausgeschaltet war.
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Die
Volumenprozentveränderung,
die in Beispielen 1 bis 8 angegeben wird, wurde gemäß einer
gut bekannten Standardvorgehensweise und Berechnungen bestimmt,
die in Kapitel IV, Seite 27 bis 42 aus Ceramic Tests and Calculations
von A.I. Andrews, veröffentlicht
von John Wiley & Sons
Inc., erschienen 1948 beschrieben sind. Eine Schrumpfung der Stange
während
des Brennens ist durch negative Werte angezeigt.
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BEISPIELE Glasbindungsschleifmittelstangenbeispiele
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Glasbindungsschleifmittelstangen
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Glasbindungsschleifmittelstangen
wurden mit den Zubereitungen der Beispiele 1 bis 8 gemäß der Vorgehensweise,
die hierin zuvor beschrieben worden ist, hergestellt und bezüglich der
physikalischen Eigenschaften [d. h. Bruchmodul (MOR) und Elastizitätsmodul
(MOE)] gemäß gut bekannter
Standardvorgehensweisen ebenso wie bezüglich der Volumen-%-Veränderung
durch das hierin beschriebene Verfahren getestet. Die Ergebnisse
der physikalischen Tests und der Untersuchung sind in der folgenden
Tabelle angegeben. (1 PSI∼ 6896
N/m2).
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Glasbindungsschleifmittelschleifscheiben
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Die
Zubereitungen der Beispiele 1, 4, 7 und 8 wurden in Glasbindungsschleifmittelschleifscheibenfelgen
gebildet. Jede Scheibenfelge wies anfänglich einen nominalen Außendurchmesser
von 12,7 cm (5,0 inch), eine nominale Dicke von 0,64 cm (0,25 inch)
und einen nominalen Innendurchmesser von 11,4 cm (4,5 inch) auf.
Die untigen Schleifscheibenfelgen wurden auf die gleiche Art und
Weise wie die Schleifmittelstangen der Beispiele 1 bis 8 bezüglich des
Mischens der Zubereitungskomponenten und des Erwärmungsmusters zum Brennen des
zusammengedrückten
Kompaktmaterials hergestellt. Die zum Bilden der Schleifscheibenfelgen verwendete
Form wies eine Aushöhlung
auf, um eine Schleifscheibenfelge mit den genannten nominalen Abmessungen
herzustellen. Gründlich
gemischte Komponenten der angezeigten Zubereitungen wurden in die geeignete
Formaushöhlung
abgemessen und auf die genannten nominalen Scheibenfelgenabmessungen
zusammengedrückt.
Die zusammengedrückte
Scheibenfelge wurde dann aus der Form entfernt und für wenigstens
eine Stunde luftgetrocknet, woraufhin die Scheibenfelge gebrannt
wurde, um die Bindung zu verglasen.
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Jede
Glasbindungsschleifmittelschleifscheibe wurde an einem Aluminiummetallkern
mit einem nominalen Außendurchmesser
von 11,4 cm (4,5 inch), einer nominalen Dicke von 0,64 cm (0,25
inch) und einem nominalen Innendurchmesser von 3,18 cm (1,25 inch)
angeklebt, um die Schleifscheiben der Beispiele 9 bis 12 herzustellen.
Die so hergestellten Schleifscheiben wurden dann bezüglich der
Schleifleistung getestet. Die Schleiftests wurden durch Montieren
der Schleifscheiben der Beispiele 9 bis 12 auf einem Oberflächenschleifer
durchgeführt,
um ein Arbeitsstück
von M-2-Stahl zu schleifen. Das Schleifen wurde mit einer Scheibengeschwindigkeit
von 1615 m (5300 Oberflächenfuß) pro Minute,
einer Zuführung
(Zuführung
in Richtung auf das Arbeitsstück)
pro Durchgang von 0,00254 cm (0,001 inch) und einer Tischgeschwindigkeit
von 127 cm (50 inch) pro Minute durchgeführt. CIMTECH 100-Metallbearbeitungsfluid
auf Wasserbasis wurde auf die Werkzeug-Arbeitsstück-Grenzfläche während jedes Tests aufgetragen
("CIMTECH" ist eine eingetragene
Marke von Milacron Inc.) Messungen wurden an der Schleifscheibe
und dem Arbeitsstück
vor und nach dem Test durchgeführt,
um das Volumen an verlorener Scheibe und das Volumen an entferntem
Arbeitsstückmaterial
zu bestimmen. Die berichteten G-Verhältniswerte wurden aus diesen
Messungen aufgezeichnet. Höhere
Werte des G-Verhältnisses
stellen eine bessere Schleifscheibenleistung dar. Die Ergebnisse
des Schleiftests sind in der folgenden Tabelle angegeben:
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