DE69021923T2

DE69021923T2 - Gebundene Schleifprodukte.

Info

Publication number: DE69021923T2
Application number: DE69021923T
Authority: DE
Inventors: Paul W Kalinowski; Kuni S Ramakrishnan; Charles V Rue; David A Sheldon; Brian Swanson
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1996-02-08
Anticipated expiration: 2010-04-28
Also published as: BR9002014A; ZA903147B; CA2015320A1; MX166943B; ES2076250T5; US5035723A; CA2015320C; KR0138994B1; DE69021923D1; EP0395087B1; DD297994A5; ATE127059T1; DK0395087T4; EP0395087B2; KR900016419A; AU620981B2; DK0395087T3; JPH0791533B2; DE69021923T3; AU5390290A

Description

Die Erfindung betrifft gebundene Schleifprodukte.
Sol-Gel- und insbesondere beimpfte aluminiumhaltige Sol-Gel-Schleifmittel haben seit ihrer Einführung vor einigen Jahren gegenüber anderen hochgeschätzten Schleifmitteln in weiten Anwendungsbereichen von gebundenen Schleifmitteln deutliche Vorteile gezeigt. Solche Schleifmittel werden allgemein durch Trocknen und Sintern eines hydratisierten Aluminiumoxidgels hergestellt, das auch verschiedene Mengen an Zusatzstoffen wie MgO oder ZrO&sub2; enthalten kann. Das getrocknete Material wird entweder vor oder nach dem Sintern zerkleinert, um unregelmäßige blockförmige polykristalline Schleifkörner in einem gewünschten Körnungsbereich zu erhalten. Die Körner können später in ein gebundenes Schleifprodukt wie eine Schleifscheibe oder ein Schleifsegment eingearbeitet werden.
Die PCT-Anmeldung WO 89/02344 beschreibt ein gebundenes Schleifwerkzeug, das allgemein einzelne, nach Korngröße getrennte Schleifkörner umfaßt, die in einer Matrix aus einem Bindungsmaterial gehalten werden, das sich chemisch von den Schleifkörnern unterscheidet. In dem Werkzeug sind sowohl Superschleifkörner als auch aluminiumhaltige Körner vorhanden, die vorwiegend aus annähernd gleichachsigen Alpha-Aluminiumoxid- oder Aluminiumoxid-Spinell-Mikrokristalliten mit einer Maximalabmessung von nicht mehr als etwa einem Mikrometer bestehen.
Das U.S. Patent 4.314.827 an Leitheiser et al. offenbart Schleifkörner, die durch ein Verfahren hergestellt werden, in dem die gesinterten Körner unregelmäßige, "schneeflockenförmig" Alpha-Al&sub2;O&sub3;-Kristalle enthalten, die einen Durchmesser in der Größenordnung von 5 bis 10 um aufweisen. Die Abstände zwischen den Armen einer "Schneeflocke" und zwischen benachbarten "Schneeflocken" werden von anderen Phasen gefüllt, wie einem fein kristallinen Aluminiumoxid-Magnesiumoxid-Spinell.
U.S. Patent 4.623.364, das am 18. November 1986 erteilt und an die Norton Company, den Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung, übertragen wurde, offenbart ein Sol-Gel-Verfahren zur Herstellung von aluminiumhaltigen Schleifkörnern und anderen Produkten als Schleifkörnern, wie Beschichtungen, dünnen Filmen, Fasern, Stäben oder klein geformten Teilen mit verbesserten Eigenschaften. In diesem Patent wird die Umsetzung des hydratisierten Aluminiumoxids zu Alpha-Aluminiumoxid durch das Einführen eines Impfmaterials in das Gel oder den Gelvorläufer vor dem Trocknen erleichtert. Dies kann entweder durch nasses Schwingmahlen des Gels oder Gelvorläufers mit Alpha-Aluminiumoxidmedien oder durch die direkte Zugabe von sehr feinen Impfpartikeln in Pulver- oder einer anderen Form erfolgen. Zur Herstellung von Schleifkörnern wird das beimpfte Gel getrocknet, zerkleinert und gebrannt. Die so hergestellten Schleifkörner können in der Herstellung von Produkten wie beschichteten Schleifblättern und Schleifscheiben verwendet werden. Als Alternative kann das Material zur Herstellung von Formteilen oder Stäben vor dem Trocknen zum Beispiel durch Extrusion um- oder abgeformt werden. Bei der Extrusion werden die geformten Stäbe später zu geeigneten Längen geschnitten oder gebrochen.
Sobald das Gel gebildet ist, kann es laut Patentinhaber durch jedes herkömmliche Verfahren wie Pressen, Formen oder Extrudieren geformt und dann sorgfältig getrocknet werden, um einen Körper in der gewünschten Form ohne Rißbildungen zu erhalten. Wenn ein Schleifmaterial gewünscht wird, kann das Gel laut der Offenbarung extrudiert oder einfach in jede gewünschte Form versprüht und getrocknet werden. Nach dem Trocknen kann der feste Körper oder das Material zur Bildung einer gewünschten Form geschnitten oder maschinell bearbeitet werden oder durch geeignete Mittel, wie zum Beispiel einen Hammer oder eine Kugelmühle, zerkleinert oder zerbrochen werden, um Schleifpartikel oder Körner zu bilden.
Solche beimpften Sol-Gel-Schleifmittel haben eine viel festere Alpha-Al&sub2;O&sub3;-Kristallstruktur und höhere Dichte als das nicht beimpfte Sol-Gel-Material vom Leitheiser-Typ. Die Größe der Alpha-Al&sub2;O&sub3;-Kristalle der beimpften Sol-Gel- Schleifmittel liegt im Submikronbereich und üblicherweise bei etwa 0,4 um und weniger, obwohl eine etwas gröbere Struktur erhalten werden kann, wenn das Impfen in einer nicht optimalen Weise erfolgt oder wenn das Brennen bei einer zu hohen Temperatur oder über einen zu langen Zeitraum durchgeführt wird.
Andere Materialien wie Eisenoxid, Chromoxid, Gamma- Aluminiumoxid und Vorläufer dieser Oxide wie auch andere feine Teilchen, die als Kernbildungsstellen für die gebildeten Alpha-Aluminiumoxid-Kristalle dienen, können auch als Impfmaterialien verwendet werden, um die Umsetzung zu Alpha-Al&sub2;O&sub3; zu erleichtern. Als Faustregel gilt, daß solche Impfmaterialien mit Al&sub2;O&sub3; isostrukturell sein sollten und ähnliche Kristallgitterparameter (innerhalb von etwa 15%) aufweisen sollten, um gut zu funktionieren.
Die U.S. Patente 3.183.071 an Rue et al. und 3.481.723 an Kistler et al. offenbaren Schleifscheiben zur Verwendung bei Hochleistungs-Abgratarbeiten, die mit extrudierten stabförmigen polykristallinen Alpha-Aluminiumoxid- Schleifkörnern hergestellt werden. Kistler et al. bespricht allgemein die Verwendung von extrudierten polykristallinen gesinterten Aluminiumoxid-Schleifstäben mit einem Durchmesser im Bereich von etwa 0,65 bis 3,28 mm (26 bis 160 mil), die durch Extrudieren einer Aufschlämmung von Alpha-Al&sub2;O&sub3; oder anderen geeigneten feinen keramischen Teilchen gebildet werden, die mit organischen Bindemitteln zur Erleichterung der Extrusion vermischt wurden.
Auf gleiche Weise extrudiert Howard in U.S. Patent 3.387.957, vom 11. Juni 1968, Bauxit in Form von geraden zylindrischen Stäben von geringem Durchmesser zu größeren Längen als dem Durchmesser zur Verwendung als Schleifmittel in harzgebundenen Abgratscheiben.
Die stabförmigen Schleifkörner von Rue '071, Kistler '723 und Howard '957 sind für Hochleistungs-Abgratarbeiten bei Stahl gedacht, und die stabförmigen Schleifkörner sind in der Praxis ziemlich grob, mit einem Stabdurchmesser, der einer Körnungsnummer 16 oder gröber entspricht. Es ist zwar theoretisch möglich, feinere Körner mit kleineren Querschnitten und Durchmessern herzustellen, aber es müßten große Mengen an organischen Bindemitteln, Extrusionshilfen und Gleitmitteln in die Aufschlämmung eingearbeitet werden, so daß diese durch feinere Öffnungen extrudiert werden kann. Diese Zusatzstoffe müßten alle während des Sinterns ausgebrannt werden, was entweder eine zu starke Porosität und somit zu große Schwäche in den gesinterten Stäben zur Folge hätte oder ein zu starkes Brennen zur Verdichtung des Materials nach dem Ausbrennen der Zusatzstoffe erfordern würde. Das starke Brennen würde ein zu starkes und unerwünschtes Kornwachstum in dem Produkt bewirken.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, diese Probleme zu vermeiden und schafft ein gebundenes Schleifprodukt, wie aus dem unabhängigen Anspruch 1 hervorgeht. Weitere vorteilhafte Merkmale des Produkts gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Die Erfindung betrifft gebundene Schleifprodukte, die auf gesintertem Sol-Gel-Alpha-Aluminiumoxid basierende, polykristalline Schleiffilamente enthalten. Die Schleifprodukte können Schleifscheiben und -segmente sein, die Schleiffilamente enthalten, die vorwiegend aus gesinterten Sol-Gel-Alpha-Aluminiumoxidkristallen bestehen. Die Kristallite in den Schleiffilamenten können in besonderen Fällen bis zu 10 um große sein, vorzugsweise weniger als 2 um aber insbesondere weniger als etwa 1 um und besonders bevorzugt weniger als etwa 0,4 um. Die Filamente können durch Zubereitung eines Sol-Gels aus einem hydratisierten Aluminiumoxid, Spinnen oder Extrudieren des Gels zu Filanienten, Trocknen der Filamente und Brennen der getrockneten Filamente bis zu einer Temperatur von nicht mehr als etwa 1500ºC hergestellt werden. In seiner bevorzugten Form enthält das Verfahren die Zugabe einer wirksamen Menge eines kristallinen Impfmaterials in Submikrongröße zu dem Ausgangssol oder -gel, welches Material die rasche Umsetzung des hydratisierten Aluminiumoxids in dem Gel zu sehr feinen Alpha-Aluminiumoxid-Kristallen fördert, wenn das extrudierte und getrocknete Sol-Gel gebrannt wird. Beispiele für ein solches Impfmaterial sind Beta-Aluminiumoxid, Gamma-Aluminiumoxid, Chromoxid, Alpha-Eisenoxid, Alpha-Aluminiumoxid und Vorläufer davon.
Die Mikrokristalle werden durch ein Wachstumsverfahren aus einem Sol-Gel gebildet, und dieses ermöglicht die Umsetzung zu Alpha-Aluminiumoxid bei verhältnismäßig geringen Temperaturen, wobei es zu keinem übermäßigen Kristallwachstum kommt. Dies ergibt eine charakteristische feine gleichförmige Mikrostruktur, insbesondere wenn das Sol-Gel beimpft wurde. Dieses Wachstumsverfahren ist sehr wichtig und führt zu wesentlichen Unterschieden zwischen beimpften Sol-Gel-Produkten und Produkten, die durch Sintern von Alpha-Aluminiumoxid-Partikeln gebildet werden. Wenn nicht verhältnismäßig hohe Temperaturen verwendet werden (was zu einem Kristallwachstum führt), neigen diese letztgenannten Produkte zu schwachen Sinterbindungen zwischen benachbarten Kristalliten und müssen daher bei hohen Temperaturen gebrannt werden. Infolgedessen neigen sie zu verhältnismäßig großen Kristallitgrößen.
Ferner wird bevorzugt, daß die Kristallstruktur im wesentlichen frei von Unreinheiten ist, die beim Brennen zu einem glasartigen Material führen. Unter "glasartigem" Material wird ein amorphes nichtkristallines Material mit keiner langfristigen molekularen Ordnung verstanden. So enthalten die Partikel der Erfindung weniger als 5 Gew.-% und vorzugsweise weniger als 2 Gew.-% solcher glasartiger Komponenten.
Für den Zweck dieser Anmeldung und der offenbarten Erfindung wird der Begriff "Schleiffilament(e)" zur Bezeichnung von länglichen keramischen Schleifkörpern verwendet, die jeweils einen permanenten Querschnitt entlang ihrer Länge aufweisen und bei welchen die Länge zumindest mehr als das 1,5-fache und insbesondere mindestens etwa das Zweifache der Maximalabmessung des Querschnitts beträgt.
Die maximale Querschnittslänge sollte nicht größer als etwa 2,0 mm sein und ist vorzugsweise kleiner als etwa 0,5 mm. Die Schleiffilamente der Erfindung können gebogen oder verdreht werden, so daß die Länge entlang dem Körper und nicht unbedingt in einer geraden Linie gemessen wird.
Die Schleiffilamente werden vorzugsweise allgemein durch Extrudieren oder Spinnen eines vorzugsweise beimpften Gels aus hydratisiertem Aluminiumoxid zu Endlosfilamenten, Trocknen der so erhaltenen Filamente, Schneiden oder Brechen der Filamente in die gewünschte Länge und anschließendes Brennen der Filamente bis zu einer Temperatur von nicht mehr als 1500ºC erhalten.
Außer dem hydratisierten Aluminiumoxid, das in den Sol-Gel-Verfahren zur Erzeugung des Alpha-Aluminiumoxids verwendet wird, kann das Sol bis zu 10-15 Gew.-% Zusatzstoffe wie Spinell, Mullit, Mangandioxid, Titanoxid, Magnesiumoxid, Ceriumoxid, Zirkoniumoxid in Form eines Pulvers enthalten oder es können auch ein Vorläufer in größeren Mengen, z.B. 40% oder mehr, oder andere verträgliche Zusatzstoffe oder Vorläufer davon zugegeben werden. Es sollte jedoch vorzugsweise kein Material eingearbeitet werden, das unter den Brennbedingungen zum Sintern des Alpha-Aluminiumoxids ein glasartiges Material erzeugte. Die annehmbaren Zusatzstoffe sind jene, die solche Eigenschaften wie Bruchfestigkeit, Härte, Zerreibbarkeit, Bruchmechanik oder Trocknungsverhalten verbessern. In seiner bevorzugtesten Ausführungsform enthält das Sol oder Gel ein dispergiertes kristallines Impfmaterial in Submikrongröße oder einen Vorläufer davon in einer wirksamen Menge, um die Umsetzung der hydratisierten Aluminiumoxid-Partikel zu Alpha-Aluminiumoxid beim Sintern zu erleichtern. Die Menge an Impfmaterial sollte etwa 10 Gew.-% des hydratisierten Aluminiumoxids nicht übersteigen und normalerweise wird bei Mengen über etwa 5% kein Vorteil erzielt. Wenn zuviel Impfmaterial verwendet wird, könnte tatsächlich die Stabilität des Sols oder Gels beeinträchtigt werden und das Produkte wäre schwer zu extrudieren. Ferner führen sehr große Mengen von Alpha-Aluminiumoxid, wie zum Beispiel 30 oder mehr Gew.-%, zu einem Produkt, das bei höheren Temperaturen gebrannt werden muß, um die Kristalle zu einer kohärenten Struktur zu sintern. Dies führt entweder zu großen Kristallen (wenn ein angemessenes Sintern erzielt wird) oder zu einer schlechten Stärke (wenn die Temperatur gering gehalten wird, um ein derartiges Kristallwachstum zu verhindern). Wenn das Impfmaterial richtig fein ist (vorzugsweise 60m² pro Gramm oder mehr), können Mengen von etwa 0,5 bis 10% verwendet werden, wobei 1-5% bevorzugt sind.
Beispiele für feste, mikrokristalline Impfmaterialien sind Beta-Aluminiumoxid, Alpha-Eisenoxid, Alpha-Aluminiumoxid, Gamma-Aluminiumoxid, Chromoxid und andere feine Teilchen, die eine Kernbildungsstelle für die gebildeten Alpha-Aluminiumoxid-Kristalle darstellen, wobei Alpha- Aluminiumoxid bevorzugt wird. Die Impfmaterialien können auch in Form eines Vorläufers wie einer Eisennitratlösung zugegeben werden. Im allgemeinen sollte das Impfmaterial mit Alpha-Aluminiumoxid isostrukturell sein und ähnliche Kristallgitterparameter (innerhalb von etwa 15%) aufweisen und in dem getrockneten Gel bei den Temperaturen vorhanden sein, bei welchen die Umsetzung zu Alpha-Aluminiumoxid stattfindet (etwa 1000º bis 1100ºC).
Die grünen Schleiffilamente können aus dem Gel durch eine Vielzahl von Methoden gebildet werden, wie durch Extrusion oder Spinnen. Die Extrusion ist für grüne Filamente mit einem Durchmesser zwischen etwa 0,254 mm und 1,0 mm besonders zweckdienlich, die nach dem Trocknen und Brennen ungefähr einen gleichen Durchmesser aufweisen wie die Sieböffnungen, die für Schleifkörner der Körnungsnummer 100 bzw. 24 verwendet werden. Das Spinnen ist für gebrannte Filamente mit einem Durchmesser von weniger als etwa 100 um besonders geeignet. Gebrannte Filamente, die nur 0,1 um (0,001 mm) fein sind, wurden gemäß der Erfindung durch Spinnen hergestellt. Beim Brennen verringert sich der Durchmesser der grünen Filamente um etwa 40% ihres extrudierten Durchmessers.
Gele, die für die Extrusion am besten geeignet sind, sollten einen Feststoffgehalt von etwa 30% bis etwa 68% und vorzugsweise von etwa 45% bis etwa 64% aufweisen. Der optimale Feststoffgehalt verändert sich direkt mit dem Durchmesser des extrudierten Filaments, wobei ein Feststoffgehalt von etwa 60% für die Filamente bevorzugt wird, deren gebrannter Durchmesser annähernd der Sieböffnung für ein zerkleinertes Schleifkorn der Körnungsnummer 50 entspricht (etwa 0,28 mm). Wie zuvor erwähnt, haben Versuche, einen zu hohen Feststoffgehalt in dem Gel durch Einarbeiten von festen Materialien zu erzielen, normalerweise eine besonders nachteilige Auswirkung auf die Stabilität des Gels. Das Extrudat hat in der Regel eine geringe Grünfestigkeit und behält oft seine Filamentform nicht bei, außer bei Durchmessern von etwa 2 mm.
Das Spinnen gemäß der Erfindung kann durch Aufbringen einer Gelmenge auf eine Scheibe erfolgen, die dann gedreht wird, um grüne Filamente wegzuschleudern, die beinahe sofort in der Luft trocknen. Als Alternative kann das Gel in eine Siebtrommel eingebracht werden, in deren Umfang Öffnung oder Schlitze der für die grünen Filamente gewünschten Größe gebohrt sind, und die Trommel wird zum Beispiel mit 5000 rpm gedreht, um die Filamente zu bilden. Es können auch andere bekannte Spinnmethoden zur Bildung der grünen Filamente verwendet werden. Zum Spinnen liegt der geeignetste Feststoffgehalt zwischen etwa 30% bis 45%, wobei etwa 35% bis 40% bevorzugt sind.
Wenn die Filamente durch Spinnen geformt werden, ist es wünschenswert, etwa 1% bis 5% einer nichtglasbildenden Spinnhilfe wie Polyethylenoxid dem Sol zuzugeben, aus dem das Gel gebildet wird, um dem Gel die zur Filamentformung gewünschten viskoelastischen Eigenschaften zu verleihen. Die optimale Menge der Spinnhilfe ändert sich umgekehrt zu dem Feststoffgehalt des Gels. Die Spinnhilfe wird aus den Filamenten während des Calcinierens oder Brennens ausgebrannt. Da nur eine sehr geringe Menge zugegeben werden muß (im allgemeinen überhaupt nichts bei der Extrusion), werden die Eigenschaften der gebrannten Filamente nicht wesentlich beeinträchtigt.
Den extrudierten Gelfilamenten können verschiedene gewünschte Formen verliehen werden, indem das Gel durch Düsen extrudiert wird, welche die für den Querschnitt des Filaments gewünschte Form aufweisen. Sie können zum Beispiel quadratisch, rautenförmig, oval, rohrförmig oder sternförmig sein. Am häufigsten jedoch ist der Querschnitt rund. Wenn die Gelfilamente einen verhältnismäßig großen Querschnitt aufweisen oder aus einem Gel hergestellt wurden, das eine große Menge Wasser enthält, kann es notwendig oder bevorzugt sein, sie bei einer Temperatur unter 100ºC 24-72 Stunden zu trocknen, bevor sie einer Erwärmung über 100ºC unterzogen werden. Wenn die Gelfilamente einen verhältnismäßig dünnen Querschnitt aufweisen oder aus Gelen mit sehr hohem Feststoffgehalt hergestellt werden, kann eine Trocknung nicht notwendig sein.
Die anfangs geformten Endlosfilamente werden vorzugsweise zu Längen der für die Schleifanwendung maximal gewünschten Abmessung gebrochen oder geschnitten. Allgemein wird jeder Formungs- oder Trennvorgang, der zur Umwandlung der Endlosfilamente in einzelne Körper oder zur Veränderung ihrer Form erforderlich ist, am besten in der Gelstufe oder in der getrockneten Stufe ausgeführt, da er an diesen Punkten mit weitaus geringerem Aufwand durchgeführt werden kann, als wenn versucht wird, die viel härteren und stärkeren Körper zu bearbeiten, die nach dem abschließenden Brennen gemäß dieser Erfindung gebildet werden. So können die Endlosfilamente, wenn sie aus der Extrusionsdüse laufen, auf das Filament mit gewünschter Länge durch jedes geeignete, in der Technik bekannte Mittel reduziert werden, zum Beispiel durch einen rotierenden Drahtschneider, der angrenzend an die Fläche der Düse montiert ist. Als Alternative können die getrockneten Filamente gebrochen oder leicht zerkleinert und dann nach den gewünschten Längenbereichen sortiert werden.
Nachdem die Gelfilamente nach Wunsch geformt und geschnitten oder zerkleinert und, falls erforderlich, getrocknet wurden, werden sie durch kontrolliertes Brennen zu den Filamenten mit der endgültigen Form umgewandelt. Das Brennen sollte ausreichen, um im wesentlichen den gesamten Aluminiumoxidgehalt der Gelfilamente in kristallines Alpha- Aluminiumoxid umzuwandeln, aber sollte weder hinsichtlich der Temperatur noch der Dauer übermäßig sein, da ein übermäßiges Brennen unerwünschtes Korn- oder Kristallitwachstum fördert. Im allgemeinen ist ein Brennen bei einer Temperatur zwischen 1200ºC bis 1350ºC über jeweils 1 Stunde bis 5 Minuten angebracht, obwohl andere Temperaturen und Zeiten verwendet werden können. In dieser Hinsicht sind die aus Sol-Gel gebildeten Materialien sehr unterschiedlich, da sie bei so verhältnismäßig geringen Temperaturen gebrannt werden können und ein ausgezeichnetes Sintern und eine vollständige Umwandlung zu Alpha-Aluminiumoxid erzielt wird. Im Gegensatz dazu müssen Produkte mit einem wesentlichen Gehalt an Alpha-Aluminiumoxid vor dem Brennen auf viel höhere Temperaturen erwärmt werden, um ein angemessenes Sintern zu erzielen.
Bei Filamenten, die gröber als etwa 0,25 mm sind, wird bevorzugt, das getrocknete Material bei etwa 400-600ºC jeweils von etwa mehreren Stunden bis etwa 10 Minuten vorzubrennen, um die verbleibenden flüchtigen Substanzen und gebundenes Wasser zu entfernen, die eine Rißbildung bei den Filamenten während des Brennens verursachen könnten. Insbesondere bei Filamenten, die aus beimpften Gelen gebildet werden, verursacht ein übermäßiges Brennen rasch größere Körner, welche die meisten oder alle der kleineren Körner um sie herum absorbieren, wodurch die Gleichförmigkeit des Produktes auf mikrostruktureller Ebene vermindert wird.
Die Schleiffilamente dieser Erfindung sollten vorzugsweise ein Aspektverhältnis, d.h., ein Verhältnis zwischen der Länge entlang der Haupt- oder Längsdimension und dem größten Ausmaß des Filaments entlang irgendeiner Dimension senkrecht zu der Hauptdimension, von etwa 1,5 bis etwa 25 aufweisen. Wenn der Querschnitt nicht rund ist, z.B. polygonal, wird die längste Abmessung senkrecht zu der Längsrichtung zur Bestimmung des Aspektverhältnisses verwendet.
Vorzugsweise liegt das Aspektverhältnis im Bereich von etwa 2 bis etwa 8, obwohl längere Filamente auch in vielen Anendungen zweckdienlich sind. Die nützlichsten Filamente bei der Durchführung der Erfindung haben eine Härte von mindestens 16 GPa und vorzugsweise mindestens 18 GPa für die meisten Anwendungen (Vickers Eindruckprüfgerät, 500 gm Last) und haben vorzugsweise mindestens 90% und üblicherweise insbesondere mindestens 95% der theoretischen Dichte. Reines dichtes Alpha-Aluminiumoxid hat eine Härte von etwa 20-21 GPa. Zumindest in einigen Fällen können die in der Durchführung der Erfindung verwendeten Schleiffilamente eine Drehung in ihrer Längsabmessung aufweisen oder etwas gekrümmt oder gebogen sein.
Die Schleiffilamente der Erfindung können gekräuselt oder gedreht oder gekrümmt sein. Tatsächlich wird angenommen, daß gekrümmte oder gedrehte Schleiffilamente besser als ihre geraden Gegenstücke sein könnten, da die gekrümmte oder verdrehte Anordnung ein Herausziehen eines derart geformten Schleifmittels aus seiner Bindung erschwert. Zusätzlich erleichtern solche gekräuselten oder gedrehten Schleiffilamente die Erzielung der gewünschten Bereiche einer lockeren Schüttdichte in einer Schleifscheibe. Der Durchmesser der Schleiffilamente kann bis zu etwa 2 mm betragen, aber es hat sich gezeigt, daß eine bessere Leistung häufig aus kleineren Durchmessern resultiert. Daher haben die bevorzugten Partikel einen Querschnitt unter 1 mm und vorzugsweise unter etwa 0,5 mm. Es hat sich gezeigt, daß die Schleiffilamente der vorliegenden Erfindung gebundene Schleifprodukte ergeben, die weitaus besser als dieselben Produkte sind, die zerkleinerte, geschmolzene und gesinterte Schleifkörner enthalten, die einen Querschnitt (eine Korngröße) aufweisen, der etwa gleich dem Querschnitt des Schleiffilaments ist.
Die Ausrichtung der Filamente in dem Schleifartikel ist nicht kritisch und im allgemeinen gibt es keine vorherrschende Ausrichtung, wenn nicht besondere Maßnahmen ergriffen werden. Es wird angenommen, daß die größte Wirksamkeit erzielt wird, wenn die Filamente radial so ausgerichtet werden, daß ein Ende an der Schneidfläche erscheint.
Die Erfindung betrifft gebundene Schleifprodukte, wie Schleifscheiben, Segmente und Schleifsteine, die ein Bindemittel und gesinterte Sol-Gel-Schleiffilamente enthalten. Die Mengen des Bindemittels und des Schleifmittels können auf einer Volumsprozentbasis von 3% bis 76% Bindemittel, 24% bis 62% Schleifmittel und 0% bis 73% Poren schwanken. Wie aus diesen Zusammensetzungen in Volumsprozent hervorgeht, ermöglicht das filamentförmige Schleifmittel die Herstellung von gebundenen Schleifprodukten mit deutlich höheren Strukturzahlen bei weicheren Klassen, als bisher bei herkömmlich geformten gleichachsigen Schleifmitteln möglich war. Herkömmliche porenhaltige Medien, wie hohle Glasperlen, feste Glasperlen, hohle Harzperlen, feste Harzperlen, Schaumglasteilchen, blasenförmiges Aluminiumoxid und dergleichen, können jedoch in die vorliegenden Scheiben eingearbeitet werden, wodurch sogar ein größerer Spielraum in bezug auf Korngrößen und Strukturzahlvariationen gegeben ist.
Die Schleifprodukte können entweder mit einem harzartigen oder verglasten Bindemittel gebunden werden. Die bevorzugten harzartigen Bindemittel basieren auf Phenol- Formaldehydharz, Epoxidharz, Polyurethan, Polyester, Schellack, Polyimid, Polybenzimidazol oder Mischungen davon. Die Bindemittel können 0 Vol.-% bis 75 Vol.-% jedes oder mehrerer Füllmittel oder Schleifhilfen enthalten, wie in der Technik allgemein bekannt ist. Wenn das Bindemittel vom harzartigen Typ ist, umfassen geeignete Füllmittel Kryolit, Eisensulfid, Kalziumfluorid, Zinkfluorid, Ammoniumchlorid, Copolymere von Vinylchlorid und Vinylidenchlorid, Polytetrafluoroethylen, Kaliumfluoroborat, Kaliumsulfat, Zinkchlorid, Kyanit, Mullit, Nephelinsyenit, Molybdändisulfid, Graphit, Natriumchlorid oder Mischungen dieser verschiedenen Materialien. Bei verglasten Bindemitteln können zwar Füllmittel eingearbeitet werden, aber die Anzahl von geeigneten Füllmitteln ist wegen der relativ hohen Temperaturen, die zum Garbrennen solcher Bindemittel erforderlich sind, begrenzt. Füllmittel wie Kyanit, Mullit, Nephelinsyenit, Graphit und Molybdändisulfid können jedoch abhängig von den Garbrenntemperaturen eines bestimmten verglasten Bindemittels verwendet werden. Verglast gebundene Scheiben können auch mit einer Schleifhilfe wie geschmolzenem Schwefel imprägniert werden oder können mit einem Träger wie Epoxidharz imprägniert werden, um eine Schleifhilfe in die Poren der Scheibe zu transportieren. Die Eigenschaften gebundener Schleifprodukte können durch das Imprägnieren mit nur einem wärmehärtbaren Harz, wie Epoxidharz, Polyester, Urethan, Phenol-Formaldehydharz oder dergleichen deutlich verändert werden.
Zusätzlich zu den Füllmitteln und Schleifhilfen können diese gebundenen Produkte, die ein gesintertes, filamentförmiges, auf Aluminiumoxid basierendes Schleifmittel enthalten, auch ein zweites Schleifmittel in Mengen enthalten, die in einem Bereich von etwa 1 Vol.-% bis 90 Vol. Ca der Gesamtscheibe liegen. Das zweite Schleifmittel kann als Füllmittel dienen, wie zum Beispiel wenn das Schleifmittel eine feine Korngröße besitzt, oder wenn das Schleifmittel gröber ist, würde es als zusätzliches oder sekundäres Schleifmittel dienen. Bei einigen Schleifanwendungen dient das zweite Schleifmittel als Verdünnungsmittel für das erste gesinterte, filamentförmige, auf Aluminiumoxid basierende Schleifmittel. Bei anderen Schleifanwendungen kann das zweite Schleifmittel sogar die Gesamtschleifeigenschaften des gebundenen Produkts verstärken, entweder hinsichtlich der Gesamtwirksamkeit oder der Oberflächenbeschaffenheit, die dem geschliffenen Material verliehen wird. Das zweite Schleifmittel kann ein geschmolzenes Aluminiumoxid, gemeinsam geschmolzenes Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid, nichtfilamentförmiges, gesintertes Aluminiumoxid- Zirkoniumoxid, Siliciumcarbid, kubisches Bornitrid, Diamant, Flintstein, Granat, blasenförmiges Aluminiumoxid, blasenförmiges Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid und dergleichen sein.
Das erfindungsgemäße filamentförmige Schleifmittel und die gebundenen Produkte, die das Schleifmittel enthalten, sind allgemein besser als Schleifmittel nach dem Stand der Technik, wie die folgenden Beispiele zeigen. Die Schleifprodukte sind zum Schleifen aller Arten von Metall geeignet wie für verschiedene Stahle wie rostfreien Stahl, Gußstahl, gehärteten Werkzeugstahl, Gußeisen, zum Beispiel Kugelgraphitgußeisen, Temperguß, Sphärolithguß, Hartguß, Grauguß, wie auch für Metalle wie Chromoxid, Titanoxid und Aluminiumoxid. Wie dies bei allen Schleifmitteln und den diese enthaltenden Schleifprodukten der Fall ist, sind die Schleifmittel und gebundenen Produkte der Erfindung beim Schleifen einiger Metalle besser als bei anderen und bei einigen Schleifanwendungen wirksamer als bei anderen. Hervorragende Hand-, Trenn-, Präzisions-, Segment-, Schienenschleif- und Werkzeugschleifscheiben entstehen, wenn das dabei verwendete Schleifmittel das hierin beschriebene filamentförmige Schleifmittel ist.

BEISPIELE FÜR DIE BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

BEISPIEL 1

In diesem Beispiel wurden 196,4 kg Pural NG Aluminiumoxid-Monohydratpulver, von Condea Chemie GMBH, 38,2 kg gemahlenes Wasser, das 1,37 kg Alpha-Aluminiumoxid- Keime enthielt, und 28,8 kg destilliertes Wasser in einem herkömmlichen Doppelmantel-V-Mischer fünf Minuten vermischt, um eine im wesentlichen gleichförmige Aufschlämmung zu erhalten. Dann wurden 16 kg Salpetersäure (70% Konzentration), verdünnt mit 44,6 kg destilliertem Wasser, dem Mischer zugegeben, während sich die Rührschaufeln bewegten. Nach etwa fünf Minuten weiteren Mischens wurde das Sol zu einem Gel umgewandelt, das etwa 61% Feststoffe enthielt und in dem die Keime im wesentlichen gleichförmig dispergiert waren. Die Herstellung der Keime erfolgte in diesem Beispiel durch Mahlen einer Charge von destilliertem Wasser in einer Model Sewco-Mühle mit 88% Aluminiumoxid-Schleifmedium regulärer Korngröße (jeweils 12 mm Durchmesser und 12 mm Länge) von Diamonite Products Company, Shreve, Ohio, bis die Teilchen (Aluminiumoxidkeime) in dem Wasser einen spezifischen Oberflächenbereich von mindestens 100 m²/g erreichten.
Das verwendete Pural NG Pulver besaß eine Reinheit von etwa 99,6% mit geringen Mengen an Kohlenstoff, Siliciumoxid, Magnesiumoxid und Eisenoxid.
Das beimpfte Gel wurde auf herkömmliche Weise durch eine glattwandige Düse mit zahlreichen Öffnungen mit einem Durchmesser von etwa 1,19 mm extrudiert, um Endlos-Gelfilamente herzustellen. Die Gelfilamente wurden dann 24-72 Stunden bei einer Temperatur von 75 bis 80ºC und bei einer relativen Feuchte von > 85% getrocknet. Nach diesem Trocknungsschritte waren die Filamente relativ brüchig und konnten leicht in kurze Längen zerkleinert oder gebrochen werden. In diesem Beispiel wurden die Filamente in faserige Körper mit einer durchschnittlichen Länge von 2 mm bis 8 mm umgewandelt. Diese kurzen Filamente wurden dann durch Erwärmen bei einer Geschwindigkeit von < 2ºC pro Minute auf 800ºC und einer Geschwindigkeit von etwa 5ºC pro Minute von 800ºC auf 1370ºC, wobei die letztere Temperatur 5 Minuten gehalten wurde, zu Alpha-Aluminiumoxld umgewandelt und anschließend abgekühlt. Nach dem Abkühlen hatten die Filament einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 0,58 mm und willkürliche Längen von etwa 1,5 mm bis 6 mm und waren im wesentlichen reines Alpha-Aluminiumoxid mit einer durchschnittlichen Kristallitgröße von 0,3 um und einer Zugfestigkeit von etwa 1,6 GPa.
Diese zuletzt beschriebenen Filamente hatten nur einen etwas kleineren Durchmesser als ein 0,71 mm (Standard- Körnungsnummer 30) Schleifkorn. Diese faserigen Körner wurden durch herkömmliche Mittel zu verglast gebundenen Schleifscheiben nach den Lehren des in gemeinschaftlichen Besitz befindlichen U.S. Patents 4.542.107 an Rue verarbeitet. Vergleichsschleifscheiben wurden aus 0,71 mm (Körnungsnummer 30) geschmolzenen 32A (Sulfidverfahren) Schleifkörnern hergestellt, die von Norton Company, Worcester, Massachusetts, vertrieben werden. Diese Testschleifscheiben hatten einen Durchmesser von 178 mm ( 87f1), eine Dicke von 12,7 mm (1/2") und eine Öffnung von 31,75 mm (1-1/4"). Die Gesamtvolumsprozent an Schleifmittel in jeder Scheibe wurden konstant bei 48% gehalten, und die Volumsprozent des verglasten Bindemittels der Zusammensetzung A (siehe Tabelle I) wurde konstant bei 7,21% gehalten. TABELLE I Schmelzoxidzusammensetzung des Bindemittels A
Ein Beispiel eines alternativen verglasten Bindemittels, das verwendet werden kann, ist jenes, das in der anhängigen U.S. Patentanmeldung Seriennr. 07/236.586, eingereicht am 25. August 1988, offenbart ist, die demselben Rechtsnachfolger wie der vorliegenden Erfindung übertragen wurde. Ein Beispiel eines solchen Bindemittels wird als 3GF259A bezeichnet, das unter dieser Bezeichnung von der O. Hommel Company, Pittsburgh, Pennsylvania, vertrieben wird. Dieses gefrittete Bindemittel umfaßt 63% Siliciumoxid, 12% Aluminiumoxid, 1,2% Kalziumoxid, 6,3% Natriumoxid, 7,5% Kaliumoxid und 10% Boroxid, wobei alle Prozentangaben auf dem Gewicht basieren. Die Mischung und grünen Scheiben werden auf herkömmliche Weise gebildet und später bei 900ºC zum Garbrennen des Bindemittels gebrannt, wobei der Brennzyklus einen 25ºC/h Anstieg von Raumtemperatur auf 900ºC, ein Halten bei 900ºC über 8 Stunden, und eine freie Aokühlgeschwindigkeit auf Raumtemperatur umfaßt.
Nach dem Mischen der Schleifkörner mit den Inhaltsstoffen des Glasbindemittels wurden die Testscheiben in Stahlformen auf die gewünschte Porosität von 44,79% formgepreßt. Die Scheiben wurden dann in 43 Stunden auf 900ºC gebrannt, bei dieser Temperatur 16 Stunden gehalten und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Die gebrannten Scheiben wurden auf eine Breite von 6,35 mm (1/4") als Vorbereitung für einen Langloch-Schleiftest abgerichtet und geschliffen. Die erfindungsgemäßen filamentförmigen Schleifscheiben wurden mit SN119 bezeichnet, und die herkömmlichen Vergleichsschleifscheiben aus geschmolzenem Aluminiumoxid wurden als 32A30 bezeichnet. Das geschliffene Material war D3 Werkzeugstahl, der auf Rc60 gehärtet war, die Länge des geschliffenen Langlochs war 40,64 cm (16,01 Inches). Die Tests wurden unter Verwendung eines Brown and Sharpe-Flächenschleifgeräts durchgeführt, wobei die Schleifgeschwindigkeit bei 30,48 smps (6000 sfpm) und die Tischgeschwindigkeit bei 0,254 mps (50 fpm) eingestellt wurde. Die Tests wurden mit drei Tiefenvorschüben durchgeführt: 0,025 mm, 0,051 mm und 0,076 mm (1, 2 und 3 mil) pro Doppellauf, mit jeweils insgesamt 1,524 mm (60 mil). Scheibenabrieb, Zerspanung und Leistung wurden bei jeder Einstechgeschwindigkeit gemessen. Der Begriff G-Verhältnis, wie in Tabelle II und anschließend verwendet, ist die Zahl, die sich aus der Division der volumetrischen Zerspanung durch den volumetrischen Scheibenabrieb für einen bestimmten Schleifvorgang ergibt; je höher der Quotient, desto größer ist die Qualität der Scheibe.
Die Testergebnisse sind in Tabelle II angeführt. TABELLE II Ergebnisse des Langloch-Trockenschleifens von D3-Stahl Schleifmittel (Art) Scheibe Vorschub (mil)* G-Verhältnis (S/W) Spezifische W/cm³.sec Leistung (Hp/in³min) Joules/mm³ geschmolzen (blockförmig) gesintert (extrudierte Filamente) festgefahrene Scheibe 1 Mil = 0,001 Inch
Beim Trockenschlelfen von Stahl des D3 Typs bei einer Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe von 6000 ft/min besaßen die Scheiben, die mit den erfindungsgemäßen Schleifkörnern hergestellt worden waren, eine fünf bis zehnfache Lebensdauer und verbrauchten weniger Leistung zur Entfernung einer Volumseinheit Stahl als die besten herkömmlichen geschmolzenen blockförmigen Schleifkörner mit einem gleichen Querschnittsdurchmesser.
Der Vorteil der Scheiben mit länglichen filamentförmigen Körnern, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, war besonders bei den hohen Zerspanungsraten deutlich. Bei einer bestimmten Schleifkorngröße wurde bei den Scheiben, die das filamentförmige Schleifmittel enthielten, ein leichteres Zerspanen festgestellt, wie die geringeren Lei- Stungswerte in Tabelle II zeigen, sowie eine geringere Wärmeerzeugung, wodurch wiederum eine Oberfläche ohne Brandstellen an dem Werkstück entstand. Die geringe Wärme und das Fehlen von Brandstellen sind notwendig, um einen metallurgischen Schaden an dem hergestellten Schneidwerkzeug zu vermeiden.

BEISPIEL II

In diesem Beispiel wurden verglast gebundene Segmente mit denselben Körnern wie in Beispiel I beschrieben hergestellt. Diese Segmente wurden einem CORTLAND Spannfutter mit 30,48 cm (12") Durchmesser angepaßt. Jedes Segment war 12,7 cm (5") hoch und hatte einen Querschnitt, der dem Sehnenabschnitt eines 30,48 cm (12") Kreises entsprach, dessen Sehnenlänge 19,05 cm (7,5") beträgt. Die Segmente wurden auf dieselbe Weise wie die Scheiben von Beispiel I hergestellt. Ein Schleiftest, in dem das erfindungsgemäßen Schleifmittel mit dem gegenwärtig besten geschmolzenen Schleifmittel verglichen wurde, wurde an 30,48 cm (12") quadratischen Stahlplatten aus 1018 Stahl unter Verwendung eines BLANCHARD Oberflächenschleifers mit vertikaler Spindel durchgeführt. Das Schleifen wurde naß durchgeführt, mit einem 1:40 Verhältnis von wasserlöslichen Öl zu Wasser.
Es wurden drei Tiefenvorschubsgeschwindigkeiten getestet: 0,406 mm/min (0,016"/min), 0,559 mm/min (0,022"/min) und 0,711 mm/min (0,028"/min), und in jedem Fall wurden vier Durchgänge mit jeweils 2,54 mm (100 mil) Gesamttiefenvorschub durchgeführt. Scheibenabrieb, Zerspanung und Leistung wurden bei jedem Durchgang gemessen. Die Gesamtergebnisse sind in Tabelle III angeführt. TABELLE III Ergebnisse des Segmentflächenschleifens auf 1018 Stahl Schleifmittelart Segment Vorschubrate (mil/min) G-Verhältnis (mm/min) Leistung (Kw) geschmolzen (blockförmig) gesintert (extrudierte Filamente)
Wie aus den in Tabelle III dargestellten Ergebnissen hervorgeht, waren die Segmente, die aus dem erfindungsgemäßen filamentförmigen Schleifmittel hergestellt worden waren, mit einem 300 bis 500% G-Verhältnis bei einem deutlich geringeren Leistungsverbrauch bei den h6heren Vorschubgeschwindigkeiten besser als das beste geschmolzene Schleifmittel, das derzeit verwendet wird.

BEISPIEL III

In diesem Beispiel wurde eine Charge eines filamentförmigen Schleifmittels mit geringerem Durchmesser durch Vermischen von 3,2 kg PURAL NG Aluminiumoxid-Monohydrat mit 1,3 kg gemahlenem Wasser, das 22 g Alpha-Aluminiumoxidkeine wie in Beispiel I enthielt, hergestellt. Nach 5 Minuten Mischen wurden 200 g 70% Salpetersäure, die mit 750 cc destilliertem Wasser verdünnt war, zugegeben und das Mischen weitere fünf Minuten fortgesetzt, um ein Gel mit 59% Feststoffen zu bilden, in dem die Keime gleichförmig dispergiert waren. Das beimpfte Gel wurde dann auf herkömmliche Weise durch eine glattwandige Düse mit mehrfachen Öffnungen extrudiert, welche Öffnungen einen Durchmesser von 60 mm aufwiesen. Nach dem Trocknen wurden die extrudierten Stränge zu Längen von durchschnittlich 3 mm gebrochen, die dann fünf Minuten auf 1320ºC gebrannt wurden. Nach dem Brennen entspricht die Querschnittsgröße der einzelnen Filamente einem 0,38 mm (Standard-Körnungsnummer 50) Schleifmittel. Die Brenntemperatur von 1320ac über 5 Minuten war etwas geringer als jene von Beispiel I. Die Filamente wurden auch wie in Beispiel I gekrümmt und gedreht. Diese Filamente wurden nach dem Verfahren von Beispiel I zu Testscheiben verarbeitet, mit der Ausnahme, daß der Scheibendurchmesser 127 mm (5 Inches) betrug, und es wurden Vergleichsscheiben mit einem beimpften Sol-Gel-Aluminiumoxid- Schleifmittel derselben Zusammensetzung wie des filamentförmigen Schleifmittels gebildet, die aber durch Aufbrechen von trockenen Kuchen hergestellt wurde, um blockförmige Körner zu formen, die der Form eines geschmolzenen Aluminiumoxids entsprachen. Die Scheiben, die das erfindungsgemäße filamentförmige Schleifmittel enthielten, wurden als X31-1 bezeichnet, und die Scheiben mit dem blockförmigen Sol-Gel-Korn wurden als SNS bezeichnet. Diese Scheiben wurden durch ein Langloch-Schleifen von gehärtetem D3 Stahl wie in Beispiel I getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV angeführt. TABELLE IV Ergebnisse des Langloch-Trockenschleifens von D3-Stahl Schleifmittel (Art) Scheibe Vorschub mm (mil)* G-Verhältnis (S/W) Spezifische W/cm³.sec Leistung (Hp/in³min) Joules/mm³ Sol-Cel (blockförmig) Sol-Gel (extrudierte Filamente)
Diese Ergebnisse zeigen deutlich den Vorteil des filamentförmigen Sol-Gel-Aluminiumoxid-Schleifmittels gegenüber dem Sol-Gel-Aluminiumoxid-Schleifmittel mit blockförmigen Körnern. Bei den höchsten Vorschubgeschwindigkeiten hatten die erfindungsgemäßen Körner ein um 255% höheres G- Verhältnis und verbrauchten 18% weniger Leistung.

BEISPIEL IV

Vier Sätze von standardmäßigen, warmgepreßten Phenol- Formaldehyd-Harz gebundenen Handschleifscheiben wurden auf herkömmliche Weise hergestellt und maßen 15,24 mm (6 Inches) im Durchmesser, 1,59 cm (0,625 Inches) in der Dicke und hatten eine 1,59 cm (0,625 Inches) Öffnung. Ein Scheibensatz enthielt das blockförmige, gemeinsam geschmolzene Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid-Schleifmittel (AZ) von U.S. Patent Nr. 3.891.408; ein zweiter Scheibensatz enthielt das blockförmige, beimpfte Sol-Gel-Aluminiumoxid-Schleifmittel (SGB) von U.S. Patent Nr. 4.623.364 mit 1,17 mm (Körnungsnummer 16 (U.S. Standard Sieve Series)); und ein dritter Scheibensatz enthielt das filamentförmige, beimpfte Sol-Gel-Aluminiumoxid-Schleifmittel (SGF), wie zuvor in Beispiel I beschrieben, mit einem Durchmesser von 1,5 mm (0,074 Inches). Alle Scheiben waren im wesentlichen gleich, mit Ausnahme der Schleifmittelart; sie waren von verhältnismäßig harter Güte mit einer Volumsstrukturzusammensetzung von 48% Schleifmittel, 48% Bindemittel und 4% Poren. Alle Scheiben wurden in einem Schleifverfahren verwendet, das die Bedingungen simulierte, die beim Schleifen von Eisenbahnschienen herrschen. Die Ergebnisse waren wie folgt, wobei die Scheiben, die das allgemein bekannte, gemeinsam geschmolzene Aluminiumoxid- Zirkoniumoxid (AZ-) Schleifmittel enthielten, als Bezug verwendet wurden. TABELLE V Schienenschleiftest Relative Ergebnisse - % Schleifmittelvariation Konstante Leistung Scheibenabriebsrate Zerspanungsrate KW G-Verhältnis
Wie aus den G-Verhältnissen hervorgeht, d.h., der volumetrischen Zerspanungsrate pro Einheit Scheibenabrieb, war die gesamte Qualität des gegenwärtig verwendeten AZ- Schleifmittels weitaus besser als das blockförmige, beimpfte Sol-Gel-Schleifmittel, und das filamentförmige, beimpfte Sol-Gel-Schleifmittel, das hierin beschrieben wird, ist dem AZ nur äquivalent. Beim Schienenschleifen ist es jedoch kritisch, daß die Eisenbahnschienen wegen der Notwendigkeit, die Schienen durch Schleifen zuzurichten, nur über einen so kurzen Zeitraum wie möglich außer Betrieb sind. Daher wird die Geschwindigkeit, mit welcher eine Schleifscheibe Metall entfernt, der wesentliche Faktor bei der Bewertung der Qualität einer Schienenschleifscheibe.
Die Zerspanungsrate der Scheiben, die das filamentförmige beimpfte Sol-Gel-Schleifmittel enthielten, war deutlich besser sowohl als jene des AZ-Schleifmittels als auch des blockförmigen, beimpften Sol-Gel-Schleifmittels. Bei mehreren Schleifdurchgängen war das filamentförmige Schleifmittel in bezug auf das Zerspanungsgewicht etwa 42%, 37%, 28% und 21% besser als AZ und etwa 25, 20, 29 und 13 Prozentpunkte besser als die Scheiben, die das blockförmige, beimpfte Sol-Gel-Schleifmittel enthielten. Warum das filamentförmige, beimpfte Sol-Gel-Schleifmittel sogar besser als sein blockförmiges Gegenstück ist, ist nicht klar, aber der Unterschied war deutlich.

BEISPIEL V

Eine Reihe von im Handel erhältlichen Phenol-Formaldehydharz gebundenen Trennschleifscheiben wurden nach allgemein bekannten Verfahren hergestellt. Die Scheiben maßen 50,8 x 0,33 x 2,54 cm (20 x 0,130 x 1 Inch) und wurden an der Seite mit einer Glasfasergewebescheibe verstärkt, deren Radius etwa 1/2 des Scheibenradius betrug, d.h., die Glasfasergewebe hatten einen Durchmesser von etwa 25,4 cm (10 Inches).
Ein Drittel der Scheiben wurde mit einem blockförmigen, zerkleinerten geschmolzenen Aluminiumoxid der Körnungsnummer 24 (basierend auf den U.S. Standard Sieve Series) hergestellt, das von der Norton Company vertrieben wird und als 57 ALUNDUM (57A) bekannt ist, wobei ALUNDUM ein eingetragenes Warenzeichen der Norton Company ist. Ein Drittel der Scheiben enthielt das blockförmige, beimpfte Sol-Gel-Schleifmittel der Körnungsnummer 24, das von Cottringer et al. in U.S. Patent Nr. 4.623.364 (SGB) beschrieben ist, wie zuvor erwähnt wurde. Das letzte Drittel der Scheibenanzahl enthielt das filamentförmige, beimpfte Sol-Gel-Aluminiumoxid-Schleifmittel der gegenwärtigen Erfindung (SGF), mit einem Querschnitt, der annähernd gleich dem Durchmesser des gleichachsigen 57A der Körnungsnummer 24 und des blockförmigen, beimpften Sol-Gel- Schleifmittels war, d.h. etwa 0,74 mm. Auf einer Volumsbasis enthielten alle Scheiben 48% Schleifmittel, 48% Bindemittel und 6% Poren.
Die Scheiben wurden durch Trockenschleifen von 3,81 cm (1,5 Inches) dickem C 1018 Stahl und 3,81 cm (1,5 Inches) dickem 304 rostfreiem Stahl getestet. Die Scheiben wurden auf einer Stein-M150-Trennschleifmaschine getestet und liefen mit 3660 m/min (Umfangsgeschwindigkeit von 12000 ft/min), wobei mit jeder Scheibe 30 Spanabnahmen mit sowohl 2,5 als auch 4 Sekunden pro Spanabnahme an dem C1018 Stahl und an den 304 rostfreien Stahlstäben durchgeführt wurden. Die Vergleichstestergebnisse des Schleifens von C1018 Stahl und 304 rostfreiem Stahl sind in den Tabellen VI bzw. VII dargestellt. TABELLE VI Materialabnahme - C1018 Stahl Scheibe Art des Schleifmittels Dauer der Spanabnahme Sek MR cm³/min (in³/min) G-Verhältnis Relatives %
Beim Zerspanen von C1018 Stahl waren die Scheiben, die das filamentförmige, beimpfte Sol-Gel-Aluminiumoxid- Schleifmittel (SGF) enthielten, in der Gesamtqualität, dem G-Verhältnis, deutlich besser als die Scheiben, die das 57A Schleifmittel aus geschmolzenem Aluminiumoxid enthielten, und die Scheiben, die das blockförmige Schleifmittel SGB, das Gegenstück zu dem SGF-Material enthielten. Bei einer Spanabnahmezeit von 2,5 Sekunden hatten die SGF-Scheiben G- Verhältnisse, die um 158,5 und 223,4 Prozentpunkte höher lagen als bei den entsprechenden 57A Scheiben, und um 380,3 Prozentpunkte höher lagen, wenn die Spanabnahmedauer 4 Sekunden betrug. Der Vorteil von SGF gegenüber SGB, der zwar nicht so groß wie gegenüber jenem von 57A war, ist dennoch ziemlich groß, nämlich 96,7 und 161,6 Prozentpunkte bei einer Spanabnahmedauer von 2,5 Sekunden und 302 Prozentpunkte bei einer Spanabnahmedauer von 4 Sekunden. Es ist auch zu beachten, daß außer der viel höheren Schleifqualität (G-Verhältnis) die SGF Scheiben deutlich weniger Leistung, ausgedrückt in Kilowatt (KW) verbrauchten als das 57A- oder SGB-Schleifmittel. Die Gesamtleistung betrug für alle drei getesteten SGF-Scheiben 31,89 Kilowatt, für die drei SGB-Scheiben 34,66 und für die drei 57A Scheiben 37,55. Das SGF-Schleifmittel führte zu einer Leistungsersparnis von 15,1% im Vergleich zu den 57A- haltigen Scheiben und einer Einsparung von 7,9% im Vergleich zu den Scheiben, die das SGB-Schleifmittel enthielten. TABELLE VII Materialabnahme - 304 rostfreier Stahl Scheibe Art des Schleifmittels Dauer der Spanabnahme Sek MR cm³/min (in³/min) G-Verhältnis Relatives %
Wie bei dem Schleifen von C1018 Stahl waren die SGF- haltigen Scheiben wesentlich besser als die Scheiben, die das normal verwendete 57A Schleifmittel aus geschmolzenem und zerkleinertem Aluminiumoxid enthielten und waren deutlich besser als die SGB-Schleifmittel enthaltenden Scheiben. Bei 2,5 Sekunden pro Spanabnahme hatten die SGF- Scheiben G-Verhältnisse, die 182,4 und 146,7 Prozentpunkte höher lagen als bei den 57A Scheiben, und bei 4 Sekunden pro Spanabnahme betrugen diese Unterschiede 198,3 und 148,7 Prozentpunkte zugunsten der SGF-Scheiben. Im Vergleich zu den SGB-haltigen Scheiben war die Qualität der SGF-Scheiben bei einer Spanabnahmedauer von 2,5 Sekunden 71,2 und 62,2 Prozentpunkte besser und 59,4 und 48,2 Prozentpunkte besser, als die Spanabnahmedauer auf 4 Sekunden verlängert wurde. In bezug auf den Leistungsverbrauch führten die SGF- haltigen Scheiben großteils zu Leistungseinsparungen im Vergleich zu den 57A- und SGB-Scheiben, aber die Einsparungen waren verhältnismäßig gering.

BEISPIEL VI

Es wurden vier Sätze von im Handel erhältlichen Phenol-Formaldehydharz gebundenen Trennschleifscheiben auf herkömmliche Weise hergestellt, die 50,8 x 0,22 x 2,5 cm (20 x 0,130 x 1 Inch) maßen, und an der Seite mit Glasfasergewebescheiben verstärkt, deren Radius etwa 1/2 des Scheibenradius betrug. Die Scheiben hatten eine Zusammensetzung auf einer Volumsprozentbasis von 50% Schleifmittel, 32% Bindemittel und 18% Poren. Der erste Scheibensatz, ein Schleifmittel aus zerkleinertem geschmolzenem Aluminiumoxid in Blockform, bekannt als 53 ALUNDUM (53A), wobei ALUNDUM ein eingetragenes Warenzeichen der Norton Company, Worcester, Massachusetts, ist, war ein Schleifmittel von 0,38 mm (Körnungsnummer 50), basierend auf den U.S. Standard Sieve Series. Der zweite Satz von Scheiben enthielt das blockförmige, gesinterte, beimpfte Sol-Gel- Schleifmittel (SGB) von Cottringer et al., U.S. Patent Nr. 4.623.364, mit ebenso 0,38 mm (Körnungsnummer 50). Der dritte und vierte Satz von Scheiben enthielt das filamentförmige, gesinterte, beimpfte Sol-Gel-Schleifmittel wie zuvor in Beispiel I beschrieben, hatte aber einen Querschnitt, der annähernd gleich dem Durchmesser des gleichachsigen 53A mit 0,38 mm (Körnungsnummer 50) und des blockförmigen, beimpften Sol-Gel-Schleifmittels war. Die Schleifmittel in beiden dieser letztgenannten Scheibensätze hatten einen Durchmesser von etwa 0,28 mm (0,011 Inch), aber die Scheiben 26 und 27 hatten ein durchschnittliches Aspektverhältnis von 9, während die Scheiben 28 und 29 ein durchschnittliches Aspektverhältnis von 6 aufwiesen; diese Scheiben sind in der folgenden Tabelle VIII als SGF(a) bzw. SGF(b) bezeichnet.
Eine Campbell #406 Schwingschleifmaschine wurde zum Schleifen von 4340 Stahlwalzen mit 10,16 cm (4 Inch) Durchmesser verwendet. Das Schleifen erfolgte unter Überfluten der Schleiffläche mit Wasser bei einer Schwingung mit einer Streckenlänge von 4,12 cm (1,62 Inch), mit 57 Zyklen pro Minute und einer Dauer der Spanabnahme von 1 bis 2 Minuten. Das Schleifen wurde bei einer Scheibengeschwindigkeit mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 9870 ft/min durchgeführt. Die Ergebnisse waren wie folgt: TABELLE VIII Materialabnahme - 304 rostfreier Stahl Scheibe Art des Schleifmittels Dauer/Spanabnahme Sek Durchschn. relatives G-Verhältnis relative Leistung G-Verhältnis = volumetrisches Verhältnis von Zerspanung zu Scheibenabrieb
Bei einer Dauer der Spanabnahme von 60 Sekunden waren beide Scheiben, die das filamentförmige, gesinterte, beimpfte Sol-Gel Schleifmittel SGF(a) und SGF(b) enthielten, besser als das allgemein verwendete 53A Schleifmittel aus geschmolzenem und zerkleinertem Aluminiumoxid und das verwandte blockförmige beimpfte Sol-Gel-Schleifmittel 5G. Die Scheibe, die das SGB-Schleifmittel enthielt, wies ein G-Verhältnis von 13 Prozentpunkten über jenem der 53A Scheibe auf, aber die SGF(a) und SGF(b) Scheiben waren 219 bzw. 255 Prozentpunkte besser als die Standard 53A Scheiben. Als die Dauer der Spanabnahme durch den Durchmesser von 10,2 cm (4 Inch) auf 120 Sekunden verlangsamt wurde, waren 53A und SGB etwa von gleicher Qualität aber die beiden Scheiben, die das filamentförmige, gesinterte, beimpfte Sol-Gel-Aluminiumoxid-Schleifmittel, SGF(a) und SGF(b), enthielten, hatten eine 3,5 bis 4 mal so hohe Qualität wie die 53A und SGB Scheiben. Im Leistungsverbrauch gab es gab keinen wesentlichen Unterschied zwischen den beiden SGF-Schleifmitteln der Erfindung und den SGB und 53A Schleifmitteln. Selbst ein 25-30% geringerer Leistungsverbrauch seitens der SGB und 53A Schleifmittel enthaltenden Scheiben verblaßt jedoch angesichts des Vorteils von 219 bis 301 Prozentpunkten der filamentförmigen, gesinterten, beimpften Sol-Gel-Schleifmittel.

BEISPIEL VII

Diese Beispiel zeigt die Auswirkung der Kristallgröße in der Schleifleistung von Schleifmitteln gemäß der Erfindung.
Die Schleifkörner wurden nach einem beimpften Sol- Gel-Verfahren hergestellt, mit Ausnahme von einem ("G", wobei die größere Kristallgröße einfach durch Unterlassung der Impfung erzielt wurde).
Die Eigenschaften des Schleifkorns waren wie folgt: TABELLE IX KORN # WASSER-DICHTE (g/cc) KRISTALL-GRÖSSE* (um) SANDSTRAHL-PENETRATION (MM)
* Kristallgrößen wurden nach dem Intercept Verfahren gemessen.
Der Durchmesser der Partikel, die einen kreisförmigen Querschnitt hatten, entsprach einer Größe von 0,38 mm (Körnungsnummer 50). Bei den Proben, die zur Herstellung einer Schleifscheibe von 127 mm x 12,7 mm x 31,75 mm verwendet wurden, wobei dasselbe keramische Bindungsmaterial zur Herstellung der Scheiben verwendet wurde, gab es einen Bereich der Aspektverhältnisse. Jede Scheibe wurde auf eine quadratische Scheibenfläche mit einer Breite von 6,4 mm zugerichtet und einem "trockenen" oder nassen Schleifmodus unterzogen.
Im "trockenen" Schleifmodus wurde eine D-3 Stahlplatte von ungefähr 100 m x 400 mm, Rc 60 verwendet. Die Scheibengeschwindigkeit betrug 6500 SFPM.
Im 'nassen Modus wurde ein 4340 gehärteter 100 mm x 400 mm Stahl, ein White and Bagley E55 Kühlungsmittel in einem Verhältnis von 1:40 mit Leitungswasser, das mit einer 25 mm 1D flexiblen Düse aufgebracht wurde, verwendet. Die Scheibengeschwindigkeit betrug 8500 SFPM.
In dem Verfahren wurden die folgenden Parameter verwendet:
1. Tischgeschwindigkeit von 15,24 m/min.
2. Tiefenvorschub von 0,5, 1,0 und 1,5 im Trockenmodus; und 0,5, 1,0 im Naßmodus.
Gesamttiefenvorschub von 100 mil¹.
3. Messung des Scheibenabriebs (WW), der Zerspanungsrate (mrr), Oberflächengüte, Leistung und Kraft nach 100 mil (außer nach 100,5 mil bei einem 1,5 mil Tiefenvorschub im Trockenmodus).
4. Anrichten der Scheiben mit einem Punktdiamant bei einem Tiefenvorschub von 1 mil und einem Planvorschub von 250 mm/min.
Die erhaltenen Daten sind in den folgenden Tabellen X und XI angeführt: Die Vergleichsdaten betreffen ein im Han-¹ 1 mil = 0,0001 Inchdel erhältliches, herkömmliches Sol-Gel-Material von 0,35 mm (Körnungsnummer 54), das in demselben Material gebunden ist. TABELLE X TROCKENSCHLEIFEN Bezeichnung Tiefenvorschub (MIL) Durchschn. Höchstleistung (Watt) MRR cm³/cm G-Verhältnis Oberflächengüte TABELLE XI NASS-SCHLEIFEN Bezeichnung Tiefenvorschub (MIL) Durchschn. Höchstleistung (Watt) MRR cm³/cm G-Verhältnis Oberflächengüte
Aus den obigen Daten ist eindeutig ersichtlich, daß sich die Schleifleistung deutlich mit abnehmender Kristallgröße verbessert. Zusätzlich schleift beim Trockenschleifen die Scheibe umso besser, je stärker die ausgeübte Kraft ist (erhöhter Tiefenvorschub). Dies ist höchst unerwartet. Die allgemeine Erfahrung ist, daß das G-Verhältnis mit der ausgeübten Kraft abnimmt, da die Körner abgeschliffen werden und daher weniger wirksame Schleifkanten werden. Im Gegensatz dazu wurden die Schleifpartikel der Erfindung in den meisten Fällen einfach besser mit nur geringem Scheibenabrieb.

BEISPIEL VIII

Dieses Beispiel zeigt die Nützlichkeit eines filamentförmigen Schleifpartikels mit sternförmigem Querschnitt.
Partikel mit einem sternförmigen Querschnitt und einer Kristallitgröße von etwa 0,2 um wurden zu einer Scheibe geformt und nach den in Beispiel IX angeführten Verfahren getestet, mit der Ausnahme, daß beim "Trockenschleifen" eine zusätzliche Tiefenvorschubrate von 2,0 mil hinzugefügt wurde, um das Korn einem noch stärkeren Druck auszusetzen. Die Ergebnisse sind in Tabelle XII angeführt. TABELLE XI NASS-SCHLEIFEN Bezeichnung Tiefenvorschub (MIL) Energie Kw.cm MRR cm³/cm (in³/in) G-verhältnis TROKNEN Nass
Wie offensichtlich ist, war das sternförmige Partikel besonders wirksam.

BEISPIEL IX

Dieses Beispiel zeigt die überraschende Erkenntnis, daß bei den Schleifmitteln der Erfindung die Neigung zu einem schmäleren Querschnitt zu einer Verbesserung im G-Verhältnis führt. Dies wird bei der abnehmenden beimpften Sol- Gel-Korngröße nicht festgestellt. Es ist dies ein besonders überraschendes Ergebnis, da die Körner chemisch identisch sind und sich nur in der physikalischen Form des Korns unterscheiden.
M7 (Rc62) Stahl wurde naßgeschliffen, wobei innen 5% Trim VHPE300 als Kühlungsmittel verwendet wurde. Die Scheiben waren etwa 76 mm x 12,6 mm x 24 mm groß, und die Körner wurden in einem verglasten Bindungssystem gehalten.
Die Scheibengeschwindigkeit betrug 11000 rpm, und die Arbeitsgeschwindigkeit war 78 rpm. Das Anrichten erfolgte mit einem Punktdiamant unter Verwendung einer 0,005 Inch²/Umdrehung Steigung und einer 0,001 Inch Durchmesser- Schlichtungstiefe.
Die getesteten Scheiben waren folgende:
SG-80 und SG150,
Inv.-80 und Inv-150,
wobei SG für ein im Handel erhältliches, beimpftes Sol-Gel Aluminiumoxidkorn in Blockform steht, das durch Zerkleinern und Sortieren von Schichtkristallen hergestellt wurde. Die zugeordnete Nummer ist die Körnungsnummer. Inv. steht für ein erfindungsgemäßes Korn, wobei die zugeordnete Nummer die Körnungsnummer angibt, die dem Durchmesser der zylindrischen Körner entspricht. In jedem Fall betrug die Kristallitgröße etwa 0,2 um.
Bei allen Scheiben wurden die erhaltenen G-Verhältnisse gemessen und verglichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle XIII angeführt: ² ¹ Inch = 2, 54 cm TABELLE XIII G-VERHALTNIS (3 SCHLEIFDURCHGANGE)
So führt bei abnehmendem SG-Korn die Körnungsnummer zu dem unerwarteten Abfall im G-Verhältnis und zusätzlich zeigen die folgenden Schleifvorgänge ein langsam abnehmendes G-Verhältnis. Dies stimmt mit den bei solchen Körnern erwarteten Tendenzen überein.
Die Verringerung des Durchmessers der Körner gemäß der Erfindung erhöhte jedoch tatsächlich das G-Verhältnis und die folgenden Schleifvorgänge zeigten, daß die Scheibe tatsächlich mit der Verwendung besser schliff. Es wird außerdem festgestellt, daß die Oberflächengüte nicht stark von einem allgemein guten Wert abwich.
Diese Verbesserungen sind aufgrund der bekannten SG- Körner nicht vorherzusagen und führen dazu, daß bei den Schleifartikeln der Erfindung ein größter Querschnittsdurchmesser von weniger als 1 mm und insbesondere weniger als 0,5 mm bevorzugt wird.

BEISPIEL X

Dieses Beispiel vergleicht die Leistung von Schleifscheiben der Erfindung mit Scheiben, die unter Verwendung von beimpften Sol-Gel-Körnern hergestellt wurden. In jedem Fall war die Kristallitgröße in den Körnern kleiner als etwa 0,2 um.
Der Test umfaßt das Tiefenlanglochschleifen unter Verwendung einer Brown & Sharpe Maschine mit einer Scheibengeschwindigkeit von 5000/6525 rpm, die einer linearen Geschwindigkeit von 6500/8500 sfpm³ entspricht. Die Tischverstellung betrug 50 fpm. ³ 1 fpm = 0,305 Meter pro Min.
Das Trockenschleifen wurde an einem D3 Stahl mit einer Härte von 59 Rc durchgeführt.
Das Naßschleifen wurde an einem 4340 Stahl durchgeführt. In jedem Fall war die Platte 16 x 4"&sup4;.
Die Körner wurden in derselben standardmäßigen, im Handel erhältlichen keramischen Bindemittelformulierung gehalten. Die Scheiben wurden unter Verwendung eines Punktdiamanten mit einem 1 mil&sup5; Einstechvorschub und einem 10 Inch/Minute Planvorschub durchgeführt.
Beim Naßschleifen wurde ein 2,5% White and Bagley E-55 Lösung als Kühlungsmittel verwendet.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle XIV dargestellt. TABELLE XIV KORN TIEFEN-VORSCHUB MIL DURCH-SCHNITTL. G-VERHÄLTNIS KUMULATIVES Trocken Naß &sup4; 1 Inch = 2,54 cm &sup5; 1 mil = 0,0001 Inch
SG-54 bezeichnet ein beimpftes Sol-Gel mit 0,35 mm (einer Körnungsnummer von 54).
INV-50 bezeichnet ein Schleifpartikel gemäß der Erfindung mit einem runden Querschnitt und einem Durchmesser, der 0,38 mm (einer Körnungsnummer von 50) entspricht.
Aus dem Vorhergesagten ist ersichtlich, daß sich die Körner der Erfindung beim Trockenschleifen als unüblich erweisen, da sie im Laufe der Verwendung immer besser schleifen und obwohl beim Naßschleifen die Leistung mit der Zeit abnimmt, diese immer noch weitaus besser als bei dem ziemlich ähnlichen, im Handel erhältlichen, beimpften Sol-Gel- Produkt ist.

BEISPIEL XI

Dieses Beispiel zeigt den Unterschied in der Stärke zwischen den beimpften Sol-Gel-Filamenten, welche die bevorzugten filamentförmigen Schleifpartikel zur Verwendung in den gebundenen Produkten der Erfindung darstellen, und den filamentförmigen Schleifmitteln, die durch Extrudieren und Sintern einer Zusammensetzung hergestellt werden, die eine wesentliche Menge an bereits bestehenden Alpha-Aluminiumoxid-Partikeln enthält.
Beimpfte Sol-Gel-Filamente wurden durch Vermischen von Böhmit (Condea's "Disperal") mit Wasser und 1 Gew.-% von Böhmit Alpha-Aluminiumoxid in einem V-Mischer über zwei Minuten hergestellt. Eine 18 Gewichtsprozent Lösung Salpetersäure wurde dann zugegeben, um 7,2 Gew.-% Salpetersäure, basierend auf dem Gewicht des Böhmit, zu erhalten. Mit dem Mischen wurde weitere fünf (5) Minuten fortgefahren, um ein Böhmitgel herzustellen.
Dann wurde eine Reihe von Produkten für Vergleichszwecke hergestellt, die den obengenannten entsprachen, mit der Ausnahme, daß mehr Alpha-Aluminiumoxid (jener Art, die oben als Impfmaterial verwendet wurde) zugegeben wurde, so daß die gesamte Mischung höhere Gewichtsanteile Aluminiumoxid enthielt. Das Böhmit wurde zurückgehalten, um der Mischung Extrudierbarkeit zu verleihen. Die Formulierungen sind in der folgenden Tabelle XII beschrieben. TABELLE XV Charge Variation % Feststoffe Vergleich Alpha-Aluminiumoxid Gel Beispiel (Keim)
Es wurde ein zusätzliches Ultraschallmischen der Aufschlämmung angewendet.
Diese Materialien wurden dann zur Formung von Filamenten extrudiert, die unter den in der Folge beschriebenen Bedingungen getrocknet und gesintert wurden. Es waren höhere Temperaturen erforderlich, um die Vergleichschargen mit hohem Alpha-Aluminiumgehalt zu sintern, als jene, die durch das beimpfte Sol-Gel-Verfahren hergestellt worden waren. Proben der Filamente wurden dann auf ihre Stärke in einem einfachen Dreipunktverfahren unter Verwendung einer lnstron-Testmaschine mit einer Querträgergeschwindigkeit von 0,2 cm/min getestet. Das Filament wurde von einem Paar Kanten gehalten, die 1 cm voneinander beabstandet waren (bei den Vergleichschargen C, D und E 0,9 cm). In der Mitte zwischen diesen Punkten wurde ein Abwärtsdruck durch eine Messerkante ausgeübt. Der Druck wurde allmählich erhöht, bis das Filament brach, und dieser Druck, dividiert durch die Querschnittsfläche der Filamente, ist in der folgenden Tabelle XIII als Bruchfestigkeit angegeben. TABELLE XVI Charge Brenntemperatur/Dauer Filamentdurch-messer (mm) kg/cm² Bruchfestigkeit Durchschn. Hoch
Die Filamente der Vergleichschargen waren viel dicker, da es sehr schwierig war, feinere Filamente zu extrudieren, die nach der Extrusion und vor dem Brennen eine dimensionale Integrität besaßen. Es zeigte sich, daß höhere Anteile von Alpha-Aluminiumoxid dieses Problem deutlich verstärken.
Wie aus einem Vergleich der obigen Daten hervorgeht, hatten die Vergleichsfilamente deutlich geringere Bruchfestigkeiten und es wird angenommen, daß sie die schwächeren Sinterbindungen widerspiegeln, die sich zwischen den Alpha- Aluminiumoxidkristallen infolge des Sinterverfahrens gebildet hatten. Daher haben die zur Verwendung in den gebundenen Produkten der Erfindung bevorzugten Filamente vorzugsweise eine Bruchfestigkeit von mindestens 8000 und vorzugsweise mindestens 10000 kg pro Quadratzentimeter Querschnitt bei einer Messung durch den in Beispiel VIII beschriebenen Test. Dies steht im Gegensatz zu den Produkten, die durch Sintern von vorgeformtem Alpha-Aluminiumoxid hergestellt werden, wo weitaus geringere Stärken erzielt werden.

ZUSAMMENFASSUNG

Harzartige und verglast gebundene Schleifprodukte, die filamentförmige, gesinterte, auf Aluminiumoxid basierende Schleifmittel enthalten, welche vorwiegend aus feinen Alpha-Aluminiumoxidkristallen zusammengesetzt sind.

Claims

1. Gebundenes Schleifprodukt, enthaltend ein auf gesintertem Sol-Gel-Aluminiumoxid basierendes, filamentförmiges Schleifmittel und einer Bindung dafür, wobei das filamentförmige Schleifmittel einen im wesentlichen gleichförmigen Querschnitt, ein durchschnittliches Aspektverhältnis von mindestens 1,5, eine Härte van mindestens 16 GPa aufweist und vorwiegend gesinterte Alpha- Aluminiumoxidkristalle mit einer Größe von weniger als etwa 2 um enthalten.

2. Gebundenes Schleifprodukt nach Anspruch 1, wobei das gesinterte Schleifmittel ein filamentförmiges, beimpftes Sol-Gel-Schleifmittel ist.

3. Gebundenes Schleifprodukt nach Anspruch 1 oder 2, wobei das gesinterte, filamentförmige auf Aluminiumoxid basierende Schleifmittel eine Dichte von mindestens 95% der theoretischen Dichte aufweist.

4. Gebundenes Schleifprodukt nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das gesinterte, filamentförmige, auf Aluminiumoxid basierende Schleifmittel 1 bis 50 Gew.-% eines Materials enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zirkoniumoxid, Titanoxid, Magnesiumoxid, Ceriumoxid, Spinell, Hafniumoxid, Mullit, Mangandioxid, Vorläufern dieser Oxide und Mischungen davon.

5. Gebundenes Schleifprodukt nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das gesinterte, filamentförmige, auf Aluminiumoxid basierende Schleifmittel ein Aspektverhältnis von 1,5 bis 25 und/oder einen Durchmesser von 0,001 mm bis 2 mm aufweist, und/oder die Alpha-Aluminiumoxidkristalle eine Größe von weniger als etwa 1 um und vorzugsweise weniger als etwa 0,4 um aufweisen.

6. Gebundenes Schleifprodukt nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Partikel eine Härte von mindestens 18 Gpa aufweist und mindestens 95 Gew.-% Alpha- Aluminiumoxidkristallite mit einer Größe von 1 um oder weniger enthält.

7. Gebundenes Schleifprodukt nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die filamentförmigen Schleifpartikel im wesentlichen frei von glasartigen Komponenten sind.

8. Gebundenes Schleifprodukt nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die filamentförmigen, auf Aluminiumoxid basierenden Schleifpartikel eine Bruchfestigkeit von mindestens 8000 kg/cm² aufweisen.

9. Gebundenes Schleifprodukt nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das filamentförmige, auf Aluminiumoxid basierende Schleifmittel in seiner Längsdimension gekrümmt und/oder verdreht ist.

10. Gebundenes Schleifprodukt nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das gebundene Schleifprodukt aus 3 bis 39 Vol.-% Bindemittel, 30 bis 56 Vol.-% Schleifmittel und 5 bis 67 Vol.-% Poren besteht und wobei das Bindemittel ein verglastes Bindemittel ist.

11. Gebundenes Schleifprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das gebundene Schleifprodukt aus 5 bis 76 Vol.-% Bindemittel, 24 bis 62 Vol.-% Schleifmittel und 0 bis 71 Vol.-% Poren besteht und wobei die Bindung ein harzartiges Bindemittel ist.

12. Gebundenes Schleifprodukt nach Anspruch 11, wobei das harzartige Bindemittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Phenol-Formaldehydharz, Epoxid, Polyurethan, Polyester, Schellack, Gummi, Polyimid, Polybenzimidizol, Phenoxy und Mischungen davon.

13. Gebundenes Schleifprodukt nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Schleifprodukt zusätzlich zu dem gesinterten, filamentförmigen, auf Aluminiumoxid basierenden Schleifmittel 1 bis 90 Vol.-% eines zweiten Schleifmittels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus geschmolzenem Aluminiumoxid, gemeinsam geschmolzenem Aluminiumoxid- Zirkoniumoxid, nicht-faserförmigem gesinterten Aluminiumoxid, nicht-faserförmigem gesinterten Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid, Siliciumcarbid, kubischem Bornitrid, Diamant, Flintstein, granat, blasenförmigem Aluminiumoxid, blasenförmigem Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid und Mischungen davon, enthält.

14. Gebundenes Schleifprodukt nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Produkt eine Schleifscheibe ist.