DE68927112T2 - Schleifscheibe - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft Schleifscheiben, die gegen Herauslösen beständige keramische Schleifkörner enthalten.
- Das Delaminieren ((nachfolgend bezeichnet als "Herauslösen")) ist ein Begriff, der gelegentlich von Fachleuten auf dem Gebiet der Schleifmitteltechnik und insbesondere auf dem Gebiet der beschichteten Schleifmittel eingesetzt wird und sich auf das Phänomen des vorzeitigen Herauslösens von Schleifkörnern aus einem Bindesystem bezieht, das normalerweise zum Halten der Schleifkörner über die gesamte Nutzungsdauer der Schleifkörner vorgesehen ist. Der Begriff "Herauslösen" ist möglicherweise übernommen worden, da man der Ansicht war, daß das Phänomen der aus einem Bindesystem herausgelösten Schleifkörner ähnlich dem Herauslösen ((Enthülsen)) von Getreidekörnern aus einer Getreideähre während des Schälprozesses ähnlich ist. Obgleich es einige Ausnahmen gibt, z.B. wo das Schleifprodukt als eine Quelle von Schleifkorn für eine Aufschlämmung verwendet wird, ist das Herauslösen von Schleifkorn aus Schleifprodukten unerwünscht, da es die Wirksamkeit des Schleifproduktes infolge des Verlustes der abrasiven Oberflächen herabsetzt, die sonst durch das fehlende Schleifkorn bereitgestellt worden wären, aber auch aus anderen, nachfolgend erklärten Gründen. Die verringerte Wirksamkeit infolge des Herauslösens läßt sich bei allen Arten von Schleifprodukten feststellen, wie beispielsweise den gebundenen Schleifprodukten, z.B. Schleifscheiben, und den Schleifvlies-Produkten, sie ist jedoch besonders auffällig in beschichteten Schleifprodukten, bei denen weitgehend sämtliche Schleifkörner mit Hilfe des Bindesystems auf einem Flächengebilde gehalten werden, wobei die eine Seiete jedes Korns normalerweise exponiert oder nahezu exponiert ist. Der Verlust von Schleifkorn durch Herauslösen aus den beschichteten Schleifprodukten kann auf der Oberfläche des beschichteten Schleifmittels nichtabrasive Bereiche schaffen und so die Wirksamkeit des Schleifmittels herabsetzen und möglicherweise zu einer ungleichen Oberflächenfeinbehandlung führen.
- Das Problem des Herauslösens kann dann besonders signifikant sein, wenn das Schleifprodukt bei Anwendungen mit hohem Materialabtrag eingesetzt wird. Bei einer solchen Anwendung muß das Schleifprodukt bei hohen Drücken und Rotationsgeschwindigkeiten beständig sein und noch einen zufriedenstellenden Schleifabtrag gewähren. Eine beschichtete Schleifscheibe kann beispielsweise mit 12.000 Umdrehungen pro Minute (U/min) traversieren und einem Grenzflächendruck bis zu 15 kgf/cm² ((1 kgf 9,806 N)) ausgesetzt sein. Obgleich diese erschwerten Bedingungen bevorzugt werden, da sie in der Regel zu erhöhten Abtragraten führen, können sie auch die Klebstoffbindung zwischen dem Schleifkorn und dem Bindesystem stark belasten. Wenn diese Bindung versagt, werden Schleifkörner aus dem beschichteten Schleifprodukt mit einer außerordentlich hohen Geschwindigkeit ausgestoßen (oder herausgelöst), die zu schweren Verletzungen des Bedieners führen können, insbesondere, wenn die Schleifkörner aus einem groben Korn bestehen. Diese Gefahr ist besonders groß für die Betreffenden in der Schleifmittelindustrie und hat gelegentlich zur Folge, daß die Produkte aufgrund des Sicherheitsrisikos nicht bis zu ihrer vollen Möglichkeit eingesetzt werden.
- Darüber hinaus werden bei vielen Schleifprodukten, insbesondere bei beschichteten Schleifprodukten, feuchtigkeitsempfindliche Harzbindemittelsysteme eingesetzt, wobei die am meisten verbreiteten Systeme Phenol-Harz enthalten. Bindesysteme auf der Grundlage von Phenol-Harzen sind dafür bekannt, daß sie unter Schleifbedingungen mit zunehmendem Feuchtigkeitsgehalt die Gefahr eines Herauslösens des Schleifprodukts erhöhen.
- Im Zusammenhang mit dem Problem des Herauslösens wurden viele Lösungen vorgeschlagen, die jedoch entweder unpraktisch, kostspielig, von geringem Nutzen oder speziell für die Verwendung mit gesinterten Keramik-Schleifkörnern nicht geeignet waren.
- Die erste bekannte Veröffentlichung, die sich speziell mit der Lösung des Problems des Herauslösens befaßt, ist die US-P-1 528 543 (Hartann), in der ein Verfahren zum Behandeln der Oberflächen von kristallinen, mineralischen Materialien zum Aufritzen und Aufrauhen der Kornoberflächen und damit zur Erhöhung ihrer Bindungseigenschaften offenbart wurde. Zahlreiche andere Literaturstellen offenbaren das Adhärieren kleiner Partikel an der Oberfläche größerer Partikel zur Oberflächenvergrößerung durch Einsatz einer bindenden Schicht oder Flußmittel, um Partikel zu erhalten, an deren Oberfläche kleinerpartikuläres Material gebunden ist. Beispeusweise offenbart die US-P-3 269 815 (Koopman) das Beschichten von Schleifkorn mit feinteiligen Partikeln aus festem Material, wie beispielsweise Carbiden und Nitriden, indem diese Partikel mit Hilfe eines dünnen keramischen Films, wie beispielsweise Glas an dem Schleifkorn zementiert werden. Der dünne keramische Film wird bei einer Temperatur unterhalb des Erweichens oder Schmelzens des Schleifkorns oder der festen Materialien weich, wodurch die feinteiligen Partikel an dem Schleifkorn zur Verbesserung der Haftung des Harzes zementiert und dadurch die Bindungsfestigkeit zwischen den Partikeln des Schleifkorns in einem gebundenen Schleifartikel erhöht wird. Darüber hinaus offenbart die US-P-4 472 173 (Bruning et al.) Schleifkorn aus Korund, das mit einer gemahlenen Fritte, einem Bindemittel und einem feinkörnigen, hochabrasiven Material zum Verbessern der Haftung des Schleifkorns in seiner Verarbeitung zu harzgebundenen Schleifmitteln beschichtet ist.
- Darüber hinaus offenbaren bestimmte Literaturstellen das Erzeugen von Preßteilen aus kleineren Partikeln, die von sich aus eine größere Oberflächenrauheit aufweisen. Beispielsweise offenbart die US-P-4 252 544 (Takahashi) Aluminiumoxid-Schleifkorn, das aufgebaut ist aus groben Kristallpartikeln aus elektrogeschmolzenem oder hochgebranntem Aluminiumoxid und feinkristallinen Partikeln aus Aluminiumoxid, die zwischen den groben Kristallpartikeln aus Aluminiumoxid angeordnet sind. Diese Schleifkörner werden hergestellt durch Erzeugen von Alumminiumoxid-Grobpulver eines partikulären Typs, Erzeugen von Aluminiumoxid-Feinpulver eines partikulären Typs, Kneten des Aluminiumoxid- Grobpulvers und Aluminiumoxid-Feinpulvers in Gegenwart von Wasser oder erforderlichenfalls primärem Bindemittel, Extrudieren des gekneteten Materials mit Hilfe eines mechanischen Extruders, Trocknen des extrudierten Materials, Schneiden des extrudierten Materials zu einer vorbestimmten Länge und Sintern der getrockneten und geschnittenen Stücke des extrudierten Materials bei einer Temperatur oberhalb der Brenntemperatur des feinpulvrigen Aluminiumoxids und unterhalb von 1.700 ºC.
- In den vorgenannten Literaturstellen gibt es keinerlei Hinweis dafür, daß die Lehren angewendet werden können zum Erzeugen von keramischem Schleifkorn auf alpha-Aluminiumoxid-Basis mit den angestrebten physikalischen Eigenschaften ohne diese zu verändern und ohne die keramischen Schleifkörner durch Aufbringen von Bindemittelschichten oder Flußmittel zu modifizieren. Der Typ des keramischen Schleifkorns, dessen Verbesserung nach der vorliegenden Erfindung angestrebt wird, ist beispielsweise der in der US-P-4 744 802 (Schbabel) offenbarte. Weitere Literaturstellen, die die Herstellung von keramischem Schleifkorn dieses Typs auf Aluminiumoxid-Basis offenbaren, sind die US-P-4 314 827 (Leitheiser et al.), 4 518 397 (Leitheiser et al.) und 4 574 003 (Gerk).
- In keiner der vorgenannten Literaturstellen wird ein keramisches partikuläres Material offenbart, welches an seiner Oberfläche anorganisches Material autogen gebunden aufweist, um ein verbessertes Schleifkorn zu schaffen, das gegenüber Herauslösen beständig ist, oder Schleifprodukte zu schaffen, wie beispielsweise gebundene Schleifprodukte, die diese enthalten.
- Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Schleifscheiben gewährt, umfassend eine glasartige Bindung und Schleifkörner, in denen mindestens ein Teil dieser Körner Keramikpartikel auf der Basis von Aluminiumoxid sind und nach einem Sol-Gel-Prozeß hergestellt werden. Die verbesserten Schleifkörner mit dem keramischen, partikulären Material weisen an ihrer Oberfläche autogen gebundenes organisches Material auf. Der Begriff "autogen gebunden" bedeutet, daß an der Oberfläche jedes keramischen Partikels ohne irgendeine Art von externem Mittel zum Binden, wie beispielsweise Flußmittel, glasartig bindendes Material, organische Bindemittel, Glas, separierte Oberflächenmassen gebunden sind. Das Binden der partikulären Oberflächenmaterialien ist ausschließlich ein Ergebnis der Bindemittelfreien Adhäsion zwischen dem Präkursor des Materials, welches das Schleifkorn bildet, und dem Präkursor des Materials, welches die anorganische Masse bildet, wodurch schließlich zwischen ihnen beim Brennen zum Sintern der Präkursormaterialien unter Erzeugung eines keramischen Materials eine permanente Bindung gebildet wird.
- Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schleif scheibe gewährt, umfassend Schleifkörner und eine glasartige Bindung, worin die Schleifkörner keramische Partikel sind, von denen jedes mit anorganischem Material beschichtet ist, um ein Oberflächenverhältnis von mindestens 1,5 im Vergleich zu dem Korn vor dem Beschichten zu schaffen.
- Es wurde unerwartet entdeckt, daß anorganische Oberflächen auf keramischen Schleifkörnern während des Sinterns ohne nachteiligen Einfluß auf die Abrasionseigenschaften des resultierenden Schleifkorns keramische Schleifkörner bilden können.
- Es wird ein Verfahren zur Erzeugung von keramischem Schleifkorn offenbart, wobei jedes Korn dadurch gekennzeichnet ist, daß es an seiner Oberfläche autogen gebunden anorganisches Material aufweist. Das Verfahren umfaßt die Schritte der Bereitstellung erster Partikel aus alpha-Aluminiumoxid-Präkursormaterial, von dem jedes Partikel auf Schleifkorn auf der Basis von alpha-Aluminiumoxid sinterfähig ist; Einführen zweiter Partikel, die sehr viel feiner sind als die ersten Partikel, wobei die zweiten Partikel an der Oberfläche der ersten Partikel beim Sintern der ersten Partikel zu einem harten anorganischen Material autogen gebunden werden können; sowie Erhitzen der Partikel unter Sinterbedingungen, um die ersten Partikel zu sintern und ein autogenes Binden der zweiten Partikel an der Oberfläche jedes der ersten Partikel zu bewirken.
- Das Verfahren bezeichnet das Einführen der zweiten Partikel mit Trommeln der ersten Partikel, um bei den ersten Partikeln ein Abtragen an ihren Oberflächen zur Erzeugung der zweiten Partikel zu bewirken. Dieses erfolgt ohne wesentliche Beeinflussung der Partikelgröße der ersten Partikel. Das Trommeln wird solange fortgesetzt, bis ein Anhaften der erzeugten zweiten Partikel an der Oberfläche jedes der ersten Partikel erfolgt. Das Verfahren bezeichnet mit der Einführung auch das Zusetzen von zweiten Partikeln zu den ersten Partikeln der zweiten Partikel, die aus einem Material bestehen, das von der Zusammensetzung des die ersten Partikel bildenden Materials verschieden ist. Die zweiten Partikel werden sodann mit den ersten Partikeln getrommelt, um ein Anhaften der zweiten Partikel an der Oberfläche der ersten Partikel zu bewirken.
- Für mindestens einen Teil der Körner umfaßt das Verfahren die Herstellung der ersten Partikel durch Bereitstellen einer Mischung einer wäßrigen Dispersion von Aluminiumoxid-hydrat; Gelieren der Mischung; Trocknen der gelierten Mischung zur Erzeugung eines trockenen Feststoffes sowie Zerkleinern des getrockneten Feststoffes unter Erzeugung der ersten Partikel.
- Das Verfahren kann den Schritt des Kalzinierens mindestens der ersten Partikel einschließen, um gebundene, flüchtige Materialien vor der Einführung der zweiten Partikel in die Masse der ersten Partikel weitgehend zu entfernen.
- Wie bereits ausgeführt, umfaßt mindestens ein Teil der erfindungsgemäßen Schleifkörner Keramikpartikel auf der Basis von alpha-Aluminiumoxid mit autogen gebundenem anorganischen Material, um auf jedem Schleifkorn eine Vielzahl von Oberflächen zu schaffen. Nach der vorliegenden Erfindung verfügt das bevorzugte Schleifkorn über Oberflächen, die ein Material aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Aluminiumoxid, alpha-Aluminiumoxid, Aluminiumoxid: Zirconiumoxid, Zirconiumoxid, Siliciumnitrid, Seltenerdmetalloxide, Yttriumoxid, Chrom(III)-oxid, Cer(IV)-oxid, Titancarbid, Titannitrid, Silicium-Aluminiumoxid, Oxynitrid, Silcium-Aluminiumoxycarbid, Yttrium-Aluminiumoxid-Granat, hexagonales Seltenerdmetall-Aluminat, Aluminiumoxynitrid, Oxide von Zink, Magnesium oder Nickel sowie Mischungen davon.
- Das Schleifkorn nach der vorliegenden Erfindung kann auch die Einbeziehung mindestens eines modifizierenden Additivs in die Keramik auf der Basis von alpha-Aluminiumoxid vorsehen. Das modifizierende Additiv ist vorzugsweise ein Oxid von einem oder mehreren Metallen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Magnesium, Zink, Zirconium, Hafnium, Kobalt, Nickel, Yttrium, Praseodym, Samanum, Ytterbium, Neodym, Lanthan, Gadolinium, Cerium, Dysprosium und Erbium.
- Wie bereits erwähnt, gewährt die Erfindung vorgegebene Schleifprodukte, die aus diesen Schleifkörnern hergestellt werden. Die Schleifprodukte liegen in Form gebundener Schleifprodukte vor, d.h. Schleifscheiben, die ein glasartiges Bindemittel einbeziehen.
- Die erfindungsgemäßen keramischen Schleifkörner verfügen über eine vergrößerte Oberfläche, die zu einer verbesserten Adhäsion an dem Bindesystem in Produkten vom Schleifmitteltyp führen. Durch die Verbesserung der Adhäsion können die Schleifprodukte bei höheren Drücken eingesetzt werden, was zu einer Erhöhung der Materialabtragraten führt. Darüber hinaus wird mit den das erfindungsgemäße Schleifkorn enthaltenen Schleifprodukten von einem Werkstück wesentlich mehr Material abgetragen als mit einem entsprechenden Schleifprodukt, das ohne die hierin beschriebene Oberflächenmodifikation des Schleifkorns hergestellt wird.
- Die Erfindung wird zum besseren Verständnis unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, worin sind:
- Fig. 1 eine 700-fache Mikrophotographie der Oberfläche eines erfindungsgemäßen Schleifkorns, aufgenommen mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops;
- Fig. 2 eine 700-fache Mikrophotographie der Oberfläche von kommerziell verfügbarem keramischen Schleifkorn der gleichen Zusammensetzung wie das Korn von Fig. 1 mit der Ausnahme der Oberflächenmodifikation nach der vorliegenden Erfindung.
- Die vorliegende Erfindung betrifft keramische Schleifkörner auf der Basis von alpha-Aluminiumooxid, die hergestellt werden, indem partikuläres Präkursormaterial getrocknet und bis unterhalb der Schmelztemperatur des keramischen Materials gebrannt wird, um ein Sintern der wasserfreien Ausgangsmaterialien zu erzielen. Beim Erhitzen wird das Präkursormaterial zu einer dehydratisierten Metalloxid-Struktur umgewandelt, die sich beim fortgesetzten Erhitzen verdichtet. Die am häufigsten verwendete Keramik auf der Basis von alpha-Aluminiumoxid kann mit Oxiden von Metallen modifiziert werden, wie beispielsweise Magnesium, Nickel, Zink, mit Yttriumoxid, Seltenerdmetalloxiden, Zirconiumoxid, Hafnium, Chrom o.dgl. Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung des keramischen Schleifkorns ist der sogenannte Sol-Gel-Prozeß, der in den US-P-4 314,827; 4 518 397; 4 574 003; 4 523 364 und 4 744 802 offenbart wurde.
- Zur Herstellung der keramischen Schleifkörner auf der Basis von Aluminiumoxid nach dem Sol-Gel-Prozeß wird eine Dispersion von 2 % ... 60 Gewichtsprozent alpha-Aluminiumoxidmonohydrat (z.B. Boehmit) als erstes erzeugt. Das Boehmit kann entweder hergestellt werden nach verschiedenen bekannte Methoden oder kann kommerziell bei einer Reihe von Zulieferern erhalten werden. Beispiele für kommerziell verfügbare Materialien schließen ein: Disperal , hergestellt von der Condea Chemie, GMBH, und Catapal , hergestellt von der Vista Chemical Company. Diese Aluminiumoxid-monohydrate liegen in der alpha-Form vor, sind relativ rein (einschließlich relativ geringer, etwaiger anderer Hydrat-Phasen als das Monohydrat) und verfügen über eine große Oberfläche.
- Die Dispersion kann einen Präkursor eines modifizierenden Additivs enthalten, das zur Verbesserung einiger der angestrebten Eigenschaften des Fertigprodukts oder zur Erhöhung der Wirksamkeit des Sinterschrittes zugesetzt werden kann. Diese Additive liegen in Form löslicher Salze vor, normalerweise wasserlöslich, und bestehen normalerweise aus einer Metall-enthaltenden Verbindung und können ein Präkursor der Oxide von Magnesium, Zink, Kobalt, Nickel, Zirconium, Hafnium, Chrom, Titan, Yttrium, Seltenerdmetalloxide und Mischungen davon sein. Die genauen Anteile dieser in der Dispersion vorliegenden Komponenten sind für die vorliegende Erfindung nicht entscheidend und können daher nach Bedarf variiert werden.
- Zur Erzeugung einer stabileren Hydrosol- oder kolbidalen Dispersion wird der Boehmit-Dispersion in der Regel ein Peptisiermittel zugesetzt. Monoprotische Säuren oder saure Verbindungen, die als Peptisiermittel verwendet werden können, schließen Essigsäure, Salzsäure, Ameisensäure und Salpetersäure ein. Salpetersäure ist ein bevorzugtes Mittel zum Peptisieren. Multiprotische Säuren werden normalerweise vermieden, da sie die Dispersion rasch gelieren und die Handhabung oder das Mischen zusätzlicher Komponenten erschweren. Einige kommerziell verfügbare Quellen für Boehmit enthalten einen sauren Titer (wie beispielsweise absorbierte Ameisensäure oder Salpetersäure), um die Erzeugung einer stabilen Dispersion zu fördern.
- Die Dispersion kann nach jeder geeigneten Methode erzeugt werden, beispielsweise durch einfaches Mischen von Aluminiumoxid-monohydrat mit Wasser, das ein Peptisiermittel enthält, oder durch Erzeugen einer Aufschlämmung von Aluminiumoxid-monohydrat, in die eine peptisierende Säure gegeben wird. Sobald die Dispersion erzeugt ist, wird sie geliert. Das Gel kann nach einer beliebigen konventionellen Methode gebildet werden, wie beispielsweise den Zusatz eines aufgelösten oder dispergierten Metall enthaltenden, modifizierenden Additivs, z.B. Magnesiumnitrat, durch die Entfernung von Wasser aus der Dispersion nach einer bestimmten Kombination solcher Methoden.
- Die Dispersion kann ein Nukleierungsmittel zur Verbesserung der Umwandlung in alpha-Aluminiumoxid enthalten. Geeignete Nukleierungsmittel umfassen feine Partikel aus alpha-Aluminiumoxid, alpha-Eisen(III)-oxid oder dessen Präkursor und beliebige andere Substanzen, die die Umwandlung einleiten können. Die Menge des Nukleierungsmittels muß zur Herbeiführung der Keimbildung ausreichend sein. Das Einleiten der Keimbildung bei derartigen Dispersionen wurde in der US-P-4 744 802 des Rechtsschutzerwerbers offenbart.
- Sobald das Gel erzeugt worden ist, kann es nach einer beliebigen vorteilhaften Methode geformt werden, wie beispielsweise Pressen, Formpressen, Auftragen oder Extrusion, und wird danach vorsichtig unter Erzeugung eines getrockneten festen Materials getrocknet.
- Das Gel kann extrudiert werden oder einfach auf irgendeine vorteilhafte Kontur ausgebreitet und getrocknet werden, normalerweise bei einer Temperatur unterhalb der Schaumbildungstemperatur des Gels. Zur Entfernung des freien Wassers aus dem Gel kann zur Erzeugung des Feststoffes jede beliebige Entwässerungsmethode, einschließlich die Lösemittel extraktion eingesetzt werden.
- Nachdem das Gel getrocknet wurde, kann der getrocknete Feststoff zerkleinert oder mit einem beliebigen geeigneten Mittel auseinandergebrochen werden, wie beispielsweise einem Hammer oder einer Kugelmühle oder einem Walzenbrecher, um die Partikel des Schleifkornpräkursors, nachfolgend bezeichnet als Präkursorpartikel, zu erzeugen. Es kann jede beliebige Methode zum Zerkleinern des Feststoffes eingesetzt werden, wobei die Verwendung des Begriffes "Zerkleinern" alle diese Methoden einbezieht.
- Das erfindungsgemäße keramische Schleifkorn mit der vergrößerten Oberfläche kann durch Trommeln der nichtgesinterten Partikel hergestellt werden. "Nichtgesinterte Partikel" bezeichnen Partikel, die getrocknet, nicht jedoch vollständig gesintert worden sind und normalerweise über eine Dichte von weniger als 60 % der theoretischen Dichte in einem solchen Zustand verfügen. Kalzinierte, nichtgesinterte Partikel verfügen in der Regel über etwa 50 % der theoretischen Dichte. Die bevorzugte Methode zur Erzeugung nichtgesinterter Partikel wurde in der US-P-4 744 802 des Rechtsschutzerwerbers der vorliegenden Patentanmeldung offenbart. Das Trommeln der nichtgesinterten Partikel kann entweder vor dem Kalzinieren oder vor dem Fertigbrennen (Sintern) vorgenommen werden. Die nichtgesinterten Partikel sind relativ weich, und es brechen die Kanten weg, wenn sie gemeinsam in einem Mischer getrommelt werden, wodurch Feinteile erzeugt werden, die erneüt auf der Oberfläche der Schleifkörner durch mechanisches Aufprallen beim fortgesetzten Trommeln abgeschieden werden. In einer ersten Ausführungsform werden die nichtgesinterten Partikel in einem Mischer unter Erzeugung von feinpartikulärem Material getrommelt. Das Trommeln kann durch Beschicken eines Mischers mit einer vorgegebenen Menge nichtgesinterter Partikel vorgenommen werden. Zu diesem Verarbeitungszeitpunkt sind die nichtgesinterten Partikel relativ weich. Das Trommeln führt zu Kontakt zwischen nichtgesinterten Partikeln, durch den feine Partikel erzeugt werden. Fortgesetztes Trommeln bewirkt ein erneutes Abscheiden der Feinteile auf den Oberflächen der nichtgesinterten Partikel durch mechanisches Aufprallen. Während des Fertigbrennens sintern die Feinpartikel mit den nichtgesinterten Partikeln unter Erzeugung von Schleifkörnern zusammen. Die feinen Partikel scheiden sich erneut auf der Oberfläche des Schleifkorns ab, wodurch die Oberfläche des Schleifkorns vergrößert wird und was zu einer verbesserten Adhäsion an dem Bindesystem führt.
- In einer zweiten Ausführungsform werden die nichtgesinterten Partikel in einem Mischer mit zugesetzten Feinpartikeln getrommelt, die eine andere Zusammensetzung aufweisen als die nichtgesinterten Partikel und dennoch auf den Schleifkörnern anorganische Oberflächen bilden. Diese Feinteile werden gemeinsam mit den Feinteilen der nichtgesinterten Partikel, die von der Oberfläche der nichtgesinterten Partikel während des Trommelns weggebrochen wurden, erneut auf der Oberfläche der nichtgesinterten Partikel während des fortgesetzten Trommelns abgeschieden. Das abschließende Sintern führt dazu, daß sowohl die zugesetzten als auch die erst erzeugten feinen Partikel zusammen mit den nichtgesinterten Partikeln unter Erzeugung von Schleifkorn mit anorganischen Oberflächen sintern.
- Zur Erleichterung des Trommelns werden nichtgesinterte Partikel in einen Mischer in einem vorgegebenen Gewichtsanteil gegeben. Normalerweise sollte der Mischer einen Füllungsgrad von 10... 75 % und vorzugsweise 20 ... 50 Volumenprozent von nichtgesinterten Partikeln aufweisen. Die nichtgesinterten Partikel werden für eine ausreichende Zeit getrommelt, um eine angemessene Menge von feinen Partikeln ohne ein unerwünschtes Abrunden der Kanten der nichtgesinterten Partikel zu erzeugen und dadurch beim Sintern ein Schleifkorn zu ergeben, das unerwünscht abgerundete Kanten aufweist und nicht so gut schleift wie ein Schleifmittel mit scharfen Kanten. Zur Vorbestimmung der exakten Zeit, die zum Trommeln der nichtgesinterten Partikel erforderlich ist, kann ein gewisses Experimentieren notwendig werden, da die Zeit eine Funktion der erzeugten Energie ist. Nichtgesinterte Partikel, die vorgebrannt oder kalziniert wurden, erfordern eine längere Trommelzeit, da die Partikel härter sind als nichtkalzinierte Partikel. Die Trommelzeiten lassen sich mühelos vom Fachmann bestimmen. In der Regel wird eine um so kürzere Trommelzeit benötigt, je mehr Energie für eine vorgegebene Zeitdauer erzeugt wird. Diese Energie ist die mechanische Energie, die durch die untereinander wechselwirkenden nichtgesinterten Partikel frei wird, die aber auch eine Funktion der Konstruktion des Mischers ist. Zur Erhöhung der freigesetzten Energie wird auch die Verwendung eines Mischers mit Prallblechen oder Flanschen bevorzugt und dadurch die Trommelzeit herabgesetzt. Obgleich jeder beliebige Mischertyp eingesetzt werden kann, wird ein geschlossenes System zur Vermeidung eines Verlustes von feinen Partikeln bevorzugt. Nicht alle Mischerkonstruktionen liefern die erforderlichen Bedingungen, um zu bewirken, daß die feinen Partikel an den nichtgesinterten Partikeln durch mechanisches Aufprallen adhärieren. Beispielsweise liefert eine Schwingmühle nicht die notwendigen Wechselwirkungen zwischen den Partikeln, um ein Abbrechen der Feinteile und ihr Abscheiden auf den nichtgesinterten Partikeln zu bewirken. Die bevorzugte Mischerkonstruktion ist eine Kugelmühle ohne das abrasive Medium. Typische Trommelzeiten liegen in der Größenordnung von 5 ... 180 Minuten und vorzugsweise 20 ... 50 Minuten.
- In der ersten Ausführungsform werden die nichtgesinterten Partikel allein getrommelt, um Feinteile der gleichen chemischen Zusammensetzung wie die nichtgesinterten Partikel zu erzeugen. In der zweiten Ausführungsform werden die nichtgesinterten Partikel mit zugesetzten Feinteilen einer anderen Zusammensetzung getrommelt, was zu einem Gemisch dieser mit den Feinteilen der gleichen chemischen Zusammensetzung führt, die beim Trommeln der nichtgesinterten Partikel erzeugt wurden. Die zweite Ausführungsform hat den unerwarteten Vorteil, daß sie durch Auswahl geeigneter Feinpartikel, die mit den nichtgesinterten Partikeln getrommelt werden sollen, ein maßgerechtes Erzeugen der Schleifkornoberflächen ermöglicht, wobei auf dem Gebiet bekannt ist, daß die Oberfläche des Schleifkorn eine bedeutende Rolle während der Schleifeinsätze spielt. Die getrockneten Gelpartikel werden nach dem Zerkleinern (und Trommeln, sofern dieses zu diesem Zeitpunkt erfolgt) zur weitgehenden Entfernung sämtlicher flüchtiger Stoffe und zur Umwandlung der verschiedenen Komponenten der Körner zu dem keramischen Material kalziniert. Die getrockneten Gelpartikel werden in der Regel bei einer Temperatur zwischen 400 ºC und 800 ºC erhitzt (kalziniert) und in diesem Temperaturbereich solange gehalten, bis freies Wasser und mehr als 90 Gewichtsprozent etwaiges gebundenes Wasser entfernt sind.
- Das Trommeln kann entweder vor oder nach dem Schritt des Kalzinierens erfolgen, solange er vor dem Schritt des Fertigbrennens vorgenommen wird. Vorzugsweise erfolgt das Trommeln zur Erleichterung der Handhabung vor dem Schritt des Kalzienierens.
- Die kalzinierten Partikel werden sodann gesintert, indem sie auf eine Temperatur zwischen 1.000 ºC und 1.650 ºC erhitzt und innerhalb dieses Temperaturbereichs solange gehalten werden, bis im wesentlichen das gesamte alpha- Aluminiumoxid-Präkursormaterial (z.B. alpha-Aluminiumoxid-monohydrat) zu alpha-Aluminiumoxid umgewandelt worden ist. Selbstverständlich hängt die Zeitdauer, in der das keramische Material zum Erzielen dieses Umwandlungsgrads der Sintertemperatur exponiert werden muß von verschiedenen Faktoren ab, wobei jedoch in der Regel 5 ... 30 Minuten ausreichend sind.
- In diesem Prozeß können weitere Schritte einbezogen werden, wie beispielsweise rasches Erhitzen des Materials von der Temperatur des Kalzinierens auf die Temperatur des Sinterns, Klassieren des Granulats, Zentrifugieren der Dispersion zur Entfernung des Abschlammes, usw. Darüber hinaus läßt sich dieser Prozeß durch Vereinigung zweier oder mehrerer der einzelnen beschriebenen Schritte auf Wunsch modifizieren.
- Es ist ersichtlich, daß ein keramisches Schleifkorn mehrere Hochtemperatur-Brennzyklen durchlaufen kann. Das Trommeln muß vor dem letzten oder sinternden Brennzyklus ausgeführt werden. Der Trommelprozeß sollte nicht nach dem Sintern ausgeführt werden, da dadurch kleine Teile von den Schleifkörnern wegbrechen könnten, ohne daß sie die Möglichkeit haben, auf der Schleifkornoberfläche aufzusintern.
- Fig. 1 zeigt die Oberfläche mit den Rauheitsspitzen auf einem erfindungsgemäßen Schleifkorn, während Fig. 2 im Gegensatz dazu die sehr glatte Oberfläche eines konventionellen keramischen Schleifkorns darstellt. Es ist zu beachten, daß die vergrößerte Oberfläche des erfindungsgemäßen Schleifkorns nicht aus einer erhöhten Porosität des Schleifkorns resultiert. Das erfindungsgemäße Schleifkorn hat vorzugsweise eine Dichte von mindestens 90 % der theoretischen Dichte. Obgleich poröse Schleifkörner in der Regel eine große Oberfläche haben, ist ihre Leistungsfähigkeit aufgrund der verringerten Festigkeit und des verringerten Zusammenhalts wesentlich schlechter.
- Das Oberflächenverhältnis ist eine der Möglichkeiten, mit dem das erfindungsgemäße Schleifkorn gekennzeichnet werden kann. Das erfindungsgemäße Schleifkorn hat ein Oberflächenverhältnis von mindestens 1,5 und vorzugsweise mindestens 2,0. Das Oberflächenverhältnis wird als Maß der Vergrößerung der Oberfläche des Schleifkorns dadurch bestimmt, daß die Oberfläche des erfindungsgemäßen Schleifkorns durch die Oberfläche des unbehandelten, nach Standard klassierten Schleifkorns für eine bestimmte Körnung dividiert wird. Das Oberflächenverhältnis ist deshalb eine wichtige Möglichkeit zur Charakterisierung der Vergrößerung der Oberfläche, weil jede Schleifkorn-Klasse eine verschiedene Partikelgröße aufweist und damit eine unterschiedliche Oberfläche haben würde. Der Klassierungsstandard für Schleifkörner kann dem Standard des "American National Standard Institute" (ANSI) Nr. B74.18, 1984, entnommen werden, wobei die groben und Vergleichsfraktionen für eine bestimmte Klassierung zur Berechnung der Oberflächenverhältnisse verwendet wurde. Unbehandelte, nach Standard klassierte Schleifkörner können von der Minnesota Mining and Manufacturing (3M) Company of St. Paul, Minnesota, unter der Warenbezeichnung "Cubitron"- Schleifkorn erworben werden. Die getrommelten Schleifkörner wurden nach der Lehre der US-P-4 744 802 mit der Ausnahme hergestellt, daß die Schleifkörner in einer Kugelmühle, die kein Mahlmittel oder Schleifmittel enthielt, vor dem Vorbrennen für 20 Minuten getrommelt wurden. Die Kugelmühle hatte eine Länge von näherungsweise 1,82 m und einen Innendurchmesser von 1,82 m und wurde mit 16 U/min gefahren. Die Prallbleche (5,1 cm hoch und 5,1 cm dick) waren entlang des inneren Umfanges der Kugelmühle in Abständen von näherungsweise 46 cm angeordnet. Die übrigen Schritte waren die gleichen wie entsprechend der Lehre der US-P-4 744 802.
- Nachfolgend sind die Oberflächen des unbehandelten, klassierten Schleifkorns nach ANSI-Standard und des erfindungsgemäß hergestellten, getrommelten Schleifkorns sowie die berechneten Oberflächenverhältnisse zusammengestellt. Die Oberfläche wurde auf einer Oberflächenmeßvorrichtung "Quantosorb", Modell QS 13, von der Quantochrome Company, Syusett, New York, gemessen. Die Proben wurden in Stickstoffgas für 20 Minuten vor dem Prüfen durchtränkt. Oberflächenmessungen
- Die Beschichtung auf der Oberfläche des Schleifkorns, die aus der Anhaftung von Feinteilen an ihr resultiert, ist nicht zusammenhängend und läßt exponierte Abschnitte der ursprünglichen Oberfläche des Schleifkorns mit einer unregelmäßigen Beschichtung der anorganischen Feinpartikel zurück. Diese nichtzusammenhängende Beschichtung hat eine größere Oberfläche als eine zusammenhängende Beschichtung und führt zu einer verbesserten Adhäsion an dem Bindesystem.
- Die Materialien, aus denen die feinen Partikel ausgewählt werden, sind sinterfähig, um ein keramisches Material zu erzeugen, das normalerweise auf Metalloxid, -nitrid, -carbid, -oxynitrid oder -oxycarbid beruht. Beispiele für typische Feinstoffe als Zusatz sintern zu den folgenden: Aluminiumoxid, Aluminiumoxynitrid, Metalloxide des Zink, Magnesium oder Nickel, alpha-Aluminiumoxid, Aluminiumoxid-Zirconiumoxid, Zirconiumoxid, Siliciumnitrid, Seltenerdmetalloxide, Yttriurnoxid, Ceroxid, Titancarbid, Titannitrid, Silicium- Aluminiumoxid-oxynitrid, Siliciuum-Aluminium-oxycarbid, Yttrium- Aluminiumoxid-Granat und hexagonale Seltenerdmetallaluminate. Der Zusatz von Feinstoffen kann als ein Präkursor der fertigen gesinterten Zusammensetzung erfolgen. Der Zusatz von Feinstoffen erfolgt vorzugsweise direkt in den Mischer in einem Anteil von 1 Teil Feinstoffe zu 99 Teilen Präkursorpartikel bis 30 Teilen Feinstoffe zu 70 Teilen Präkursorpartikel. Der Zusatz von Feinstoffen kann in den Mischer in Pulverform erfolgen. Mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops und einer energiedispersiven Röntgen- Spektroskopie (EDAX), mit der eine Elementaranalyse ermittelt wird, wurde nachgewiesen, daß der Zusatz von Feinstoffen tatsächlich an der Oberfläche des Schleifkorns haftet.
- Während des Sinterns können einige Feinstoffzusätze auch gemeinsam mit dem Schleifkorn auf Aluminiumoxid-Basis reagieren. Beispielsweise werden normalerweise die Oxide von Kobalt, Nickel, Zink und Magnesium eine Spinellstruktur mit dem Aluminiumoxid bilden. Yttriumoxid wird normalerweise mit Aluminiumoxid unter Bildung von 3Y&sub2;O&sub3; 5Al&sub2;O&sub3;, eine kristalline Granat-Phase, reagieren. Praseodym, Samanum, Ytterbium, Neodym, Lanthan, Gadolinium, Cer, Dysprosium, Erbium und Mischungen von zwei oder mehreren dieser Seltenerdmetalle werden normalerweise mit Aluminiumoxid unter Erzeugung eines Granats, beta-Aluminiumoxids, Perowskits oder einer hexagonalen kristallinen Struktur von Seltenerdmetallaluminat reagieren.
- Die mittlere Partikelgröße der Feinstoffe sollte zu Beginn zwischen 0,05 und 50 Mikrometer liegen. Die mittlere Partikelgröße von nichtgesinterten Partikeln liegt zwischen 50 und 1.200 Mikrometer. In der Regel eignen sich die Feinstoffe mit großer Partikelgröße nicht so gut wie die Feinstoffe mit kleiner Partikelgröße auf der kleinen Partikelgröße der nichtgesinterten Partikel. Ein Schleifkorn mit einer Partikelgröße von 120 Mikrometern wird normalerweise über Feinstoffe in der Größenordnung von 0,2 ... 5 Mikrometer verfügen. In ähnlicher Weise verfügt ein Schleifkorn mit einer Partikelgröße von 600 Mikrometern vorzugsweise über Feinstoffe in der Größenordnung von 0,2 ... 10 Mikrometer. Die bevorzugte mittlere Partikelgröße von Feinstoffzusatz liegt zwischen 0,1 und 15 Mikrometer. Wenn die Partikelgröße der Feinstoffe zu groß ist, kann die Adhäsion an der Oberfläche des Schleifkorns unzureichend sein. Wenn die Partikelgröße der Feinstoffe zu klein ist, könnte es zu einer nur geringen oder keiner Vergrößerung der Oberfläche kommen.
- Wie bereits erwähnt, werden die erfindungsgemäßen keramischen Schleifkörner in konventioneller Weise gehandhabt und in die gebundenen Schleifprodukte eingebaut. Die Verfahren der Herstellung derartiger Schleifprodukte sind dem Fachmann gut bekannt.
- Gebundene Schleifprodukte bestehen normalerweise aus einer geformten Masse in Form einer Schleifscheibe. Die verwendeten glasförmig gebundenen Bindemittel sind bei Temperaturen und unter Bedingungen härtbar, unter denen die erfindungsgemäßen keramischen Schleifkörner nicht nachteilig beeinflußt werden.
- Vorzugsweise liegt in dem Bindesystern ein Kupplungsmittel vor. Typische Beispiele für Kupplungsmittel und ihre verwendbaren Mengen in Schleifprodukten können aus der Patentanmeldung der Seriennummer 132 485 vom 14. Dezember 1987 des Rechtsschutzerwerbers entnommen werden.
- Die folgenden, nichteinschränkenden Beispiele sollen die Erfindung weiter veranschaulichen.
- Das Kontrollbeispiel und die Referenzbeispiele 1 bis 3 vergleichen die Wirkung des Trommelns auf das Verhalten des Schleifkorns.
- Das Kontrollbeispiel ist ein in konventioneller Weise ohne Trommeln der Feinstoffe hergestelltes Schleifkorn.
- Das Korn des Kontrollbeispiels wurde nach der folgenden Prozedur hergestellt. In einen kontinuierlich arbeitenden Mischapparat wurden 12.000 ml deionisiertes Wasser, 282,5 g im analytisch reine Salpetersäure, 4.780 g alpha-Aluminiumoxid-monohydrat-Pulver mit 78 % Feststoffen, vertrieben unter der Handelsbezeichnung Disperal und 761 g einer wäßrigen Präkursorlösung von alpha-Eisenoxid mit 10 % Feststoffen gegeben. Die Charge wurde solange dispergiert, bis eine homogene Lösung erhalten wurde. Die resultierende Dispersion und eine wäßrige Lösung von Magnesiumnitrat, [Mg(NO&sub3;)&sub2; 6H&sub2;O] wurden über eine eingebaute Mischvorrichtung zur Erzeugung eines Gels in einer solchen Menge dosiert, daß die folgende Zusammensetzung nach dem Fertigbrennen erhalten wurde: 93,5 % alpha- Aluminiumoxid, 4,5 % MgO und 2 % Fe&sub2;O&sub3;. Das resultierende Gel wurde sodann in Zwangsumluft oberhalb von 150 ºC zu einem brüchigen Feststoff getrocknet.
- Das resultierende getrocknete Material wurde unter Verwendung einer Schlagprallmühle und eines Walzenbrechers zerkleinert.
- Das getrocknete, gesiebte, zerkleinerte Gel wurde durch Zuführung in das Ende eines Kalzinierofens mit einem Rohr aus rostfreiem Stahl eines Durchmessers von 23 cm und einer Länge von 4,3 m mit einer Heizzone von 2,9 m kalziniert, wobei das Rohr zur Horizontalen um 2,4º geneigt war und mit 7 U/min lief, um darin eine Verweilzeit von etwa 15 Minuten zu gewähren. Der Kalzinierofen hatte eine Endtemperatur der Heizzonenzuführung von 350 ºC und eine Endtemperatur am Austritt von 800 ºC. Das gebrannte Produkt wurde aus dem Kalzinierofen in einen Brennofen von 1.390 ºC gegeben, bei dem es sich um ein 1,53 Meter langes Siliciumcarbid-Rohr mit einem Durchmesser von 10,1 cm und einer Neigung zur Horizontalen von 4,40 mit einer Heizzone von 76 cm und einer Drehzahl von 10 U/min handelte, um darin eine Verweilzeit von etwa 3,8 Minuten zu gewähren. Das Schleifkorn verließ den Ofen in Luft mit Raumtemperatur, wo es in einen Metallbehälter aufgenommen wurde und auf Raumtemperatur kühlen konnte. Das Schleifkorn hatte eine konventionelle Körnung von 36 und eine mittlere Partikelgröße von 700 Mikrometer.
- Nach seiner Herstellung wurde das Schleifkorn für eine beschichtete Schleifscheibe verwendet. Die Schleifscheiben wurden unter Anwendung konventioneller Herstellungsverfahren für beschichtete Schleifmittel mit konventionellen Unterlagen aus 0,76 mm Vulkanfiber und konventionellern, mit Calciumcarbonat gefülltem, phenolischen Aufbauharz und konventionellern mit Kryolith gefülltem, phenolischen Leimungsharz hergestellt. Die mittlere Auftragsmasse der Aufbauschicht betrug 172 g/m², die mittlere Auftragsmasse der Leimungsschicht 696 g/m². Das Aufbauharz wurde vorgehärtet für 90 Minuten bei 88 ºC und das Leimungsharz vorgehärtet für 90 Minuten bei 88 ºC, gefolgt von einer Fertighärtung für 10 Stunden bei 100 ºC. Das Auftragen erfolgte unter Anwendung konventioneller Methoden in einem einstufigen Durchlauf mit einem Curing in einem Umluftofen. Die gehärteten Scheiben wurden zunächst konventionell flexiert, um in kontrollierter Weise die harten Klebharze zu brechen. Die Testergebnisse für der Herauslösungsversuch sind in Tabelle 1 und für den Schleiftest in Tabelle 2 zusammengestellt.
- Der Herauslösungsversuch ist so aufgebaut, daß die Zeit für das Herauslösen des Schleifkorns aus der beschichteten Schleifscheibe gemessen wird. Die Prüfanordnung umfaßt beschichtete Test-Schleifscheiben mit einem Durchmesser von 17,8 cm und einer Aufstecköffnung von 2,22 cm, aufgespannt auf einer 1,57 mm dicken, harten Phenolharz-Aufspannplatte mit einem Durchmesser von 16,5 cm, die wiederum auf einem Stahlflansch mit einem Durchmesser von 15,2 cm aufgespannt war. Die so gehaltene Testplatte wurde mit 3.550 U/min gegen den Uhrzeigersinn rotiert. Es wurde die 1,8 mm-Umfangskante eines scheibenförmigen Werkstückes aus 1010-Kohlenstoffstahl mit einem Durchmesser von 25 cm und einer Orientierung in einem Winkel von 18,50 in einer Position senkrecht zur Schleifscheibe mit 2 U/min gegen den Uhrzeigersinn rotiert und mit der Schleifkornseite der Schleifscheibe unter einer Last von 2,9 kgf ((1 kgf = 9,806 N)) in Kontakt gebracht. Je nachdem, was früher auftrat, war der Endpunkt des Versuchs 20 Minuten oder, wenn die Scheibe sich abzulösen begann, d.h. wenn ein wesentlicher Teil ihres Schleifkorns von der Scheibe wegschleuderte. Am Ende des Tests wurde das Werkstück zur Betimmung der Menge des Metallabtrags (abgeschliffen) von dem Werkstück gewogen. Die Scheiben wurden für eine Woche vor dem Testen mit einer in Tabelle I oder II nachstehend angegebenen Luftfeuchtigkeitsmenge befeuchtet.
- Für den Schleiftest wurde die Scheibe mit 17,8 cm Durchmesser und einer Mittenbohrung von 2,22 cm auf eine Aluminium- Aufspannplatte mit gewellter Kante aufgespannt und zum Schleifen eines 2,5 cm x 18 cm großen Werkstückes aus Weichstahl 1018 aufgespannt. Die Scheibe wurde mit 5.500 U/min betrieben, während der auf der gewellten Kante der Auf spannplatte aufliegende Teil der Scheibe mit dem Werkstück mit einem Druck von 5,92 kgf in Kontakt gebracht wurde und eine Schleiffläche der Scheibe von etwa 140 cm² erzeugte. Jede Scheibe wurde zum Schleifen eines separaten Werkstückes für jeweils eine Minute für eine Gesamtzeit von 12 Minuten jeweils oder für ausreichende einminütige Zeitabschnitte solange benutzt, bis nicht mehr als 5 g Metall in jedem einminütigen Schleifabtrag entfernt wurden.
- Referenzbeispiel 1 wurde in der gleichen Weise wie das Kontrollbeispiel mit der Ausnahme ausgeführt und getestet, daß das Schleifkorn vor dem Kalzinieren getrommelt wurde. Es wurden näherungsweise 1.200 kg des getrockneten Gels in eine Kugelmühle gegeben, die kein Mahlmittel und Zerkleinerungsmittel enthielt. Die Kugelmühle war näherungsweise 1,82 m breit und hatte einen Innendurchmesser von 1,82 m und eine Drehzahl von 16 U/min. Die Prallbleche (5,1 cm hoch und 5,1 cm dick) waren in Abständen von 46 cm um den inneren Umfang der Kugelmühle angeordnet. Die nichtgesinterten Partikel des getrockneten Gels wurden für 10 Minuten getrommelt. Nach dem Trommeln wurden die übrigen Schritte in der gleichen Weise wie im Kontrollbeispiel ausgeführt.
- Referenzbeispiel 2 wurde in der gleichen Weise wie Referenzbeispiel 1 mit der Ausnahme ausgeführt und getestet, daß die Trommelzeit 20 Minuten betrug. Tabelle I (Herauslösungsversuch) Tabelle II (Abtrag)
- Anhand der vorstehend aufgeführten Daten gab es eine dramatische Verbesserung der Leistung beim Herauslösungsversuch, speziell bei hohen Feuchtigkeiten, was auf die verbesserte Adhäsion zwischen dem Bindesystem und den Schleifkörnern entsprechend Referenzbeispiel 1 und 2 gegenüber dem Kontrollbeispiel hinwies. Die Ergebnisse des Schleiftests, bei denen die Adhäsion zwischen dem Bindesystem und den Schleifkörnern nicht so entscheidend ist, zeigten eine geringe Verbesserung der Leistung in Referenzbeispiel 1 und 2 gegenüber dem Kontrollbeispiel.
- Die Referenzbeispiele 3 bis 5 demonstrieren die zweite Ausführungsform der Erfindung, in der die zugesetzten Feinstoffpartikel mit den Präkursorpartikeln getrommelt wurden. Das resultierende Schleifkorn war mit seiner Oberfläche sowohl auf den zugesetzten Feinstoffpartikeln als auch auf den Feinstoffpartikeln aufgesintert, die von den Präkursorpartikeln kamen.
- Das Schleifkorn und die beschichtete Schleifscheibe für das Referenzbeispiel 3 wurden in der gleichen Weise wie das Kontrollbeispiel mit der Ausnahme ausgeführt und getestet, daß die Feinstoffe, die die Oxide Alurniniurnoxid und Zirconiumoxid enthielten, vor dem Kalzinieren mit den Schleifkorn-Präkursorpartikeln getrommelt wurden. Die Schleifkorn-Feinstoffe wurden nach dem Beispiel 1 der US-P-4 314 827 hergestellt. In einen Mischer wurden näherungsweise 5.000 g der Präkursorpartikel des getrockneten Gels und 500 g Feinstoffe, die die Oxide Aluminiumoxid und Zirconiumoxid enthielten, gegeben. Die Partikelgröße der Feinstoffe lag im Bereich von 0,25 ... 3 Mikrometer. Der Mischer hatte ein Fassungsvermögen von 1,15 m³ und wurde erhalten von der Patterson-Keller Co., Inc., East Stroudsburg, als Modell # P.K. 232213. Der Mischer hatte keinerlei Prallbleche oder Flansche in seinem Innenraum. Die Feinstoffe und die getrockneten, gesiebten, zerkleinerten Gel-Präkursorpartikel wurden für eine Stunde getrommelt. Die übrigen Schritte der Erzeugung des Schleifkorns und des beschichteten Schleifmittels waren die gleichen wie im Kontrollbeispiel. Die Testergebnisse sind in Tabelle III zusammengestellt.
- Das Schleifkorn und die beschichtete Schleifscheibe von Referenzbeispiel 4 wurden in der gleichen Weise wie im vorangegangenen Referenzbeispiel mit der Ausnahme ausgeführt und getestet, daß die feinen anorganischen Partikel Schleifmittel- Feinstoffe waren, die die Oxide Aluminiumoxid, Yttriumoxid und Magnesiumoxid und kein Aluminiumoxid-Zirconiumoxid enthielten. Die Schleifmittel-Feinstoffe wurden nach der US-P-4 770 671 hergestellt und enthielten 90 % alpha-Aluminiumoxid, 8,5 % Yttriumoxid und 1,5 Magnesiumoxid. Während des Fertigbrennens gab es eine Co-Reaktion des Magnesiums in den Feinstoffen mit dem alpha-Aluminiumoxid in dem Korn unter Bildung eines Spinells. Gleichzeitig gab es auch eine Co-Reaktion des Yttriumoxids mit dem alpha-Aluminiumoxid unter Bildung von 3Y&sub2;O&sub3; 5Al&sub2;O&sub3;.
- Das Schleifkorn und die beschichtete Schleifscheibe für Referenzbeispiel 5 wurden in der gleichen Weise wie das Kontrollbeispiel mit der Ausnahme ausgeführt und getestet, daß mit den Schleifkorn-Präkursorpartikeln vor dem Kalzinieren Siliciumnitrid-Feinstoffe getrommelt wurden. Außerdem wurden in Referenzbeispiel 5 aufgrund der Siliciumnitrid-Feinstoffe erforderliche andere Bedingungen des Kalzinierens und Brennens angewendet. Nach dem Trommeln wurden die resultierenden, beschichteten Präkursorpartikel in ein 30 cm langes Rohr aus Aluminiumoxid mit einem Durchmesser von 5 cm gepackt und in einen stationären Röhrenofen mit einem Durchmesser von 7,5 cm gegeben und dort auf eine Kalzinierungsternperatur von 1.050 ºC in einer Stickstoffatmosphäre erhitzt, wonach eine Atmosphäre mit 95 % Stickstoff und 5 % Wasserstoff aufrecht erhalten wurde. Die Temperatur wurde über mehrere Stunden auf 1.350 ºC erhöht und für 30 Minuten zum Sintern des Schleifkorns gehalten und danach über mehrere Stunden auf Raumtemperatur gekühlt.
- Das Schleifkorn wurde zur Herstellung von Schleifscheiben verwendet, die entsprechend der vorstehenden Beschreibung getestet wurden. Die Ergebnisse des Herauslösungsversuches sind in Tabelle III zusammengestellt. Tabelle III (Herauslösungsversuch)
- Aus den in Tabelle III gezeigten Daten geht eindeutig hervor, daß autogen gebundene zugesetzte Feinstoffe die Adhäsion zwischen dem Schleifkorn und dem bindenden Harz erhöhen.
- In den Referenzbeispielen 6 und 7 wird Schleifkorn vor dem Kalzinieren getrommelt und nach dem Kalzinieren verglichen. Die Testergebnisse sind in Tabelle IV zusammengestellt.
- Referenzbeispiel 6 wurde in der gleichen Weise wie Referenzbeispiel 1 mit der Ausnahme ausgeführt und getestet, daß zum Trommeln des Schleifkorns eine andere Kugelmühle eingesetzt wurde. Es wurden näherungsweise 182 g des getrockneten Gels in eine Kugelmühle gegeben, die kein Mahlmittel oder Zerkleinerungsmittel enthielt. Die Kugelmühle hatte einen Innendurchmesser von näherungsweise 1,82 m und eine Breite von 0,3 m. Die Prallbleche hatten eine Höhe von 5,1 cm und waren 5,1 cm dick und in Abständen von näherungsweise 46 cm um den Innenumfang der Kugelmühle angeordnet. Die Kugelmühle lief mit einer Drehzahl von 16 U/min. Die nichtgesinterten Partikel wurden für 20 Minuten getrommelt. Nach dem Trommeln wurden die übrigen Schritte wie in Referenzbeispiel 1 ausgeführt. Die nichtgesinterten Partikel von Referenzbeispiel 6 wurden vor dem Trommeln nicht kalziniert.
- Referenzbeispiel 7 wurde in der gleichen Weise wie Referenzbeispiel 6 mit der Ausnahme ausgeführt und getestet, daß die nichtgesinterten Partikel vor dem Trommeln kalziniert wurden. Tabelle IV
- Aus den vorstehenden Daten wurde der Schluß gezogen, daß das Trommeln entweder vor oder nach dem Kalzinieren das Widerstandsvermögen des beschichteten Schleifprodukts gegenüber Herauslösen wesentlich verbessert.
Claims (5)
1. Schleifscheibe, umfassend eine glasartige Bindung
und Schleifkörner, bei der mindestens ein Teil der Körner
Keramikpartikel auf der Basis von Aluminiumoxid sind und
nach einem Sol-Gel-Prozeß hergestellt werden und jedes eine
nichtzusammenhängende Beschichtung von autogen auf dessen
Oberfläche gebundenem anorganischen Material aufweist.
2. Schleifscheibe nach Anspruch 1, bei welcher die
Schleifkörner eine Kontur aufweisen.
3. Schleifscheibe nach Anspruch 2, bei welcher die
Kontur aufweisenden Schleifkörner durch Extrusion erzeugt
wurden.
4. Schleifscheibe nach Anspruch 2, bei welcher die
Kontur aufweisenden Schleifkörner durch Preßformen erzeugt
wurden.
5. Schleifscheibe, umfassend Schleifkörner und
glasartige Bindung, bei welcher Schleifscheibe die
Schleifkörner Keramikpartikel sind, von denen jedes autogen
mit gebundenem anorganischen Material beschichtet ist, um
ein Oberflächenverhältnis von mindestens 1,5 im Vergleich zu
dem Korn vor dem Beschichten zu gewähren.
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