DE69435041T2

DE69435041T2 - Verfahren zur Herstellung eines Abrasivmaterials

Info

Publication number: DE69435041T2
Application number: DE69435041T
Authority: DE
Inventors: Naum N. Decatur Tselesin
Original assignee: Ultimate Abrasive Systems Inc
Current assignee: Ultimate Abrasive Systems Inc
Priority date: 1993-05-25
Filing date: 1994-05-24
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2014-05-25
Also published as: JP2004174712A; ATE376909T1; EP1430999A1; ES2214483T3; DE69433547D1; EP0713452B1; EP0713452A1; ZA943643B; TW254878B; ES2295712T3; DE69433547T2; CN1124480A; ATE259278T1; EP1430999B1; KR960702388A; KR100340851B1; EP0713452A4; DE69435041D1; BR9406663A; JP4287301B2

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Abrasivmaterialien und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines gemusterten Abrasivmaterials, wobei eine Menge von Abrasivpartikeln vorübergehend mittels eines Haftmittels gehalten und anschließend mittels eines Matrixmaterials fixiert wird.
Diskussion des Standes der Technik
Es wurden erhebliche Anstrengungen in dem Versuch unternommen, Diamanten oder andere harte Abrasivpartikel in einem vorgegebenen Muster auf einer Oberfläche anzuordnen. Das Muster ist dahingehend wünschenswert, dass die harten Partikel im Wesentlichen gleichmäßig über eine Oberfläche verteilt sind oder dass bestimmte Formen, die im Allgemeinen gleichmäßig verteilte Partikel enthalten, über eine Oberfläche verteilt sind. Durch Anordnen der Partikel in bestimmten Formen, die über eine Oberfläche verteilt sind, können die Materialabtragrate und die Qualität der bearbeiteten Oberfläche optimiert werden; und wichtiger noch erlauben es Räume zwischen den abrasiven Flächen, dass Schleifmehl entfernt wird und Kühlmittel einströmen kann.
Die meisten aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Schaffung von Mustern aus Abrasivpartikeln sehen Metallpunkte vor, auf die Diamanten galvanisch abgeschieden werden, wobei die Diamanten dann durch Galvanisieren oder mittels eines polymeren Harzes oder dergleichen am Platz gehalten werden. Diamanten wurden auch von Hand angeordnet, um ein Muster zu erhalten. Das Anordnen von Hand ist natürlich sehr zeitraubend; und das Halten der Partikel am Platz erfolgte dann mittels galvanischem Abscheiden von Metall, um die Partikel zu halten. Das Halten der Partikel durch galvanisches Abscheiden von Metall ist nicht in vollem Umfang zufrieden stellend, da eine unzureichende Menge an Metall bereitgestellt werden kann, um die Partikel tatsächlich zu halten und um Ver schleiß zu widerstehen; somit tendieren die Partikel dazu, sich zu lösen, bevor das Abrasivmaterial hinreichend benutzt wurde, um die Partikel abzunutzen. Wenn sich einmal ein Stein oder Partikel gelöst hat, ist weniger Abstützung für die benachbarten Partikel gegeben und es ist wahrscheinlich, dass sich eine Anzahl zusätzlicher Partikel sehr schnell löst. Darüber hinaus können nicht alle harten Partikel mittels galvanisch abgeschiedenem Metall gehalten werden; auch ist galvanisches Abscheiden im Hinblick auf die metallischen Zusammensetzungen eingeschränkt, da nicht alle Metalle galvanisch abscheidbar sind. Galvanisches Abscheiden ist nicht durchführbar mit nicht-metallischen Zusammensetzungen. Darüber hinaus bringt galvanisches Abscheiden einige Umweltprobleme in Bezug auf das Entsorgen der verwendeten Elektrolyte mit sich.
Ein anderes, aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren ist in der französischen Anmeldung Nr. 69.01577 beschrieben, die am 24.01.1969 eingereicht und unter der Nr. 2,029,390 veröffentlicht wurde. In dieser Anmeldung werden Abrasivpartikel in den Öffnungen in einem Gittermaterial aus Draht, Plastik oder dergleichen angeordnet. Während sich die Abrasivpartikel in den Öffnungen in dem Gitter befinden, wird Metall galvanisch abgeschieden, um die Partikel in dem Gitter zu befestigen. Bei einer Ausführungsform werden die Partikel in die Öffnungen in dem Gitter gedrückt, und das Gitter hält die Partikel, bis Metall auf diese galvanisch abgeschieden wird, um die Partikel zu befestigen. Um Gebrauch von dieser Erfindung zu machen, ist es daher erforderlich, dass man die Größe der Abrasivpartikel sorgfältig auswählt; darüber hinaus bietet das Galvanisieren nicht genügend Festigkeit, um das resultierende Material sehr haltbar zu machen. Dieses Verfahren ist schwierig im Rahmen einer Massenproduktion einzusetzen, da die Partikel bis zum galvanischen Abscheiden von Metall auf dem Material nicht innerhalb der Öffnungen befestigt sind, so dass es schwierig wäre, das Material zu transportieren, bevor das Metall galvanisch abgeschieden wird.
Ein erfolgreiches Verfahren zur Schaffung von Mustern in dem Abrasivmaterial ist in den US-Patenten Nr. 4,925,457 , erteilt am 15.05.1990, Nr. 5,049,165 , erteilt am 17.09.1991, und Nr. 5,092,910 , erteilt am 03.03.1992, beschrieben. Dieses Verfahren stellt ein aus einer einzelnen oder aus mehreren Schichten gesintertes Abrasivmaterial zur Verfügung, das anschließend in eine Form geschnitten und an einem Substrat befestigt werden kann. Die Verwendung eines sinterbaren Materials, das während des Sinterns vorzugsweise unter Druck verarbeitet wurde, erlaubt es einem, das Abrasivwerkzeug mit einer gewünschten Kombination aus Festigkeit, Flexibilität, Zähigkeit, Verschleißfestigkeit sowie guter Haftung an metallischem Gitter und an einer Vielzahl von Abrasivpartikeln, wie etwa Diamanten und kubische Bornitride, zum Zwecke der strukturellen Integrität zu versehen. Aus diesem Grund können sehr herausfordernde Anwendungsbereiche zufrieden stellend versorgt werden, wie etwa Sägesegmente zum Schneiden von Beton, Keramik und Stein, Materialabtragelemente für Schleifwerkzeuge und Bohrkopfsegmente für dieselben Materialien. Diese Materialien und Werkzeuge werden in Hochbeanspruchungsanwendungsbereichen, wie etwa dem Trockenschneiden, verwendet. Galvanisch abgeschiedenes Metall weist diese Vorteile nicht auf. Falls gewünscht, kann natürlich eine Vielzahl bestimmter Formen auf einem Substrat beabstandet angeordnet werden, um ein gemustertes Abrasivstück zu erhalten. Das resultierende, gemusterte Abrasivstück ist ein Abrasivstück guter Qualität, jedoch ist diese Technik aufgrund der zusätzlichen Schritte des Herstellens des Abrasivstücks, des Transportierens des hergestellten Abrasivstücks innerhalb einer Herstellungsfabrik oder zwischen Herstellungsfabriken und des sich anschließenden Zusammensetzens des gemusterten Abrasivstücks unökonomisch für die Massenherstellung des Abrasivmaterials sowie für einige Anwendungen.
Das Dokument US-A-5,190,568 offenbart ein Abrasivwerkzeug mit einer konturierten Arbeitsfläche. Es können harte Partikel in Form einer Schicht auf einer Oberfläche vorhanden und zumindest teilweise von einem Matrixmaterial umgeben sein. Das Matrixmaterial wird dann mit oder ohne Druckbeaufschlagung gesintert. Zusätzlich kann ein Gittermaterial verwendet werden, um die Partikel vor der Zugabe des Matrixmaterials in einem erwünschten Muster anzuordnen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Abrasivmaterials zur Verfügung, bei dem ein Substrat mit einem klebrigen Haftmittel beschichtet wird. Daraufhin werden harte Abrasivpartikel mit dem Substrat in Berührung gebracht und das Haftmittel hält vorübergehend einige der harten Partikel auf dem Substrat fest. Bevor die harten Partikel mit dem Substrat in Berührung gebracht werden, wird eine Maske, die die Form eines Gittermaterials oder eines sonstigen netzartigen Materials aufweisen kann, auf dem Substrat angeordnet. Die Maske bestimmt dann die Verteilung der harten Partikel, wobei die harten Partikel in den Öffnungen des Gittermaterials oder des sonstigen netzartigen Materials aufgenommen werden können. Alternativ kann das Haftmaterial in einem Muster auf dem Substrat aufgebracht werden, um die Verteilung der harten Partikel zu bestimmen. Diese Alternative ist jedoch nicht Teil der Erfindung.
Nachdem die harten Partikel auf dem Substrat angeordnet wurden und an diesem anhaften, wird ein Matrixmaterial mit den harten Partikeln und/oder dem Substrat in Kontakt gebracht. Das Matrixmaterial bietet folglich ein Verbundabrasivmaterial, bei dem die Partikel in dem gewünschten Muster angeordnet sind und von dem Matrixmaterial gehalten werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Merkmale sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
1: eine eher schematische, perspektivische Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines Abrasivprodukts zeigt, das nicht Teil der Erfindung ist, jedoch zum Verständnis der Erfindung beiträgt;
2: eine Ansicht ähnlich der 1, wobei jedoch ein erfindungsgemäßer Prozess dargestellt wird;
3: eine vergrößerte Schnittansicht, die zeigt, dass gemäß der vorliegenden Erfindung das Material aus 1 oder 2 mittels Matrixmaterial befestigt ist;
4: eine vergrößerte Schnittansicht, die eine geänderte Form der in 3 gezeigten Anordnung zeigt;
5: eine schematische Darstellung, die ein anderes Verfahren zur Befestigung der Partikel in dem Matrixmaterial zeigt; und
6–8: schematische Ansichten, die weitere, geänderte Verfahren zur Befestigung der Partikel in dem Matrixmaterial zeigen.
Genaue Beschreibung der Ausführungsformen
Unter jetzt genauerer Bezugnahme auf die Zeichnungen, zeigt 1 ein Verfahren zum Aufbringen harter Abrasivpartikel auf ein Substrat, das nicht Teil der Erfindung ist, jedoch zum Verständnis der Erfindung beiträgt. Bei dem Substrat 10 kann es sich nahezu um jedes Material handeln, wie etwa: ein dünnes Metallblech, Plastik oder Papier; oder ein Vorformling, der aus ungesintertem, teilweise gesintertem oder vollständig gesintertem Metallpulver, Metallfasern oder dergleichen besteht. Allgemein kann nahezu jede Substanz als Substrat 10 verwendet werden, einschließlich einem Substrat, das durch Abscheidung aus der Gasphase, thermisches Spritzen, wie etwa Plasmaspritzen, oder dergleichen hergestellt wurde.
Der erste Schritt in 1 zeigt das Substart 10 mit mehreren Haftmittelflächen 11, die auf dem Substrat ausgebildet sind. Die Haftmittelflächen 11 können in jeder gewünschten Weise ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Oberfläche des Substrats 10 mittels einer Schablone abgedeckt werden und die Flächen können gespritzt, gegossen oder dergleichen werden. Die Flächen 11 können auch aus Stücken eines druckempfindlichen Bandes bestehen. Somit liegen jegliche Mittel, die die Flächen 11 klebrig machen, im Umfang des in 1 dargestellten Verfahrens.
Der zweite Schritt in 1 zeigt dann das Substrat 10 beschichtet mit einer Menge harter Partikel, wobei die Idee darin besteht, das gesamte Substrat mit den Partikeln zu bedecken. Dann wird das Substrat umgedreht oder anderweitig behandelt, um die losen Partikel von dem Substrat zu entfernen. Während die Partikel 12 in Schritt 2 das gesamte Substrat 10 bedecken, zeigt Schritt 3 Partikel 12, die nur in den klebrigen Flächen 11 verbleiben. Das Material ist somit fertig, um ein Matrixmaterial zum dauerhaften Befestigen der Partikel 12 aufzunehmen.
2 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Abwandlung des in 1 illustrierten Verfahrens. In 2 ist das gesamte Substrat 10A mit Haftmittel beschichtet. Da die gesamte Oberfläche beschichtet ist, ist klar, dass das Haftmittel gesprüht, gewalzt, aufgestrichen oder dergleichen oder das Substrat eingetaucht werden kann oder Bänder mit an diesen befindlichem Haftmittel verwendet werden können. Mit irgendeiner Technik wird folglich die Oberfläche des Substrats 10A mit einem klebrigen Haftmittel beschichtet.
Hartlöt- oder Schmelzpaste kann vorteilhafterweise als das Haftmittel im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die Paste ist mit und ohne Flussmittel erhältlich. Die Paste ist gewerblich erhältlich und kann auch auf Wunsch angefertigt werden, um individuellen Wünschen Rechnung zu tragen. Eine derartige Paste fungiert daher gleichzeitig als das Haftmittel und ein schmelzbares Material. Es sei auch darauf hingewiesen, dass eine derartige Paste anstelle eines schmelzbaren Materials natürlich sinterbares Material oder sowohl schmelzbare als auch sinterbare Materialien enthalten kann.
Der zweite Schritt besteht darin, eine Maske an der Oberfläche des Substrats 10A anzuordnen, und dann eine Menge harter Partikel auf der Oberfläche zu platzieren. Wie in 2 illustriert, weist die Maske 13 relativ große Öffnungen auf, durch welche hindurch die Partikel 12 gelangen, um Flächen aus Partikeln zu bilden, die an dem Substrat 10A haften. Die Maske 13 kann dann entfernt werden, wie in Schritt 3 der 2 gezeigt, und es bleibt ein Substrat mit mehreren, diskreten Flächen übrig, wobei an jeder dieser Flächen vorübergehend eine Menge Partikel haftet.
Verschiedene Variationen dieses Verfahrens sind möglich. Wie weiter unten beschrieben wird, kann es sich bei der Maske um ein Drahtgitter oder ähnliches handeln, und die Maske kann an ihrem Ort belassen werden, um ein Teil des letztendlichen Abrasivmaterials zu werden. Unter Berücksichtigung dieser Möglichkeit kann das Haftmittel auf die Maske aufgetragen werden, nachdem die Maske an ihrem Ort angeordnet wurde und bevor die harten Partikel an die Oberfläche angreifen. Die Maske wird zusätzlich zu den Partikeln, die innerhalb der Öffnungen der Maske zurückgehalten werden, einige Partikel auf ihrer Oberfläche zurückhalten. Die Partikel können auch auf der Oberfläche angeordnet werden; dann kann Haftmittel auf die gesamte Oberfläche aufgebracht und mehr harte Partikel können hinzugefügt werden. Eine größere Menge harter Partikel wird nun zurückgehalten und einige der Partikel werden an der Maske befestigt werden.
Die vorliegende Erfindung eignet sich auf einfache Weise zur Ausrichtung der harten Partikel, bevor die Partikel dauerhaft befestigt werden. Unter Verwendung mechanischer Kräfte, wie etwa Schütteln oder Vibrieren des Substrats mit den vorübergehend mittels Haftmittel befestigten, harten Partikeln oder mit lose auf dem Substrat befindlichen Partikeln, werden die Partikel in eine Position gezwungen, die stabil ist. Durch Anwendung magnetischer Kraft werden die Partikel, wie etwa Diamanten, entsprechend ihrer kristallografischen Struktur und der Magnetfeldlinien ausgerichtet. Somit kann das mit harten Partikeln versehene Substrat mit vielen verschiedenen physikalischen Kräften beaufschlagt werden und die Partikel werden gleichmäßig ausgerichtet.
Wenn die Partikel einmal ausgerichtet sind, müssen sie sicher gehalten werden, um die Vorteile der Ausrichtung zu erhalten. Nachdem die Partikel ausgerichtet worden sind, kann daher die Partikelgruppe mit einer Beschichtung aus einem Haftmittel besprüht werden, um die Positionen zu halten. Man kann auch die Partikel mit einer Flüssigkeit, wie etwa Wasser, befeuchten und dann die Flüssigkeit einfrieren, um die Partikel zu halten. In jedem Fall wird man die Partikel mit einem sinterbaren oder schmelzbaren Material in Kontakt bringen, vielleicht in einem Vorformling, um einen dauerhaften Halt für die Partikel zu gewährleisten.
Die Aufmerksamkeit sei nun auf 3 der Zeichnungen gerichtet, die ein Verfahren zum Befestigen der Partikel mit einem Matrixmaterial zeigt. In 3 ist ein Substrat 10B zu erkennen, bei dem es sich wie oben diskutiert um ein beliebiges Material handeln kann. Es sei weiterhin darauf hingewiesen, dass das Substrat 10B ein Band oder dergleichen mit Haftmittel auf beiden Seiten sein kann. Das Band kann dann an den Vorformling 15 geklebt werden und Partikel 14 auf der anderen Oberfläche aufnehmen. Bei dem Substrat 10B kann es sich auch um ein mehr nahezu starres Material handeln, das anschließend an dem Vorformling 15 angebracht wird. In jedem Fall wird das Substrat 10B an dem Vorformling 15 angeordnet und Druck wird mittels der gegenüber liegenden Platten 16 aufgebracht.
Wenn Druck auf die in 3 gezeigte Baugruppe ausgeübt wird, werden die Partikel 14 in den Vorformling gedrückt. Man könnte die Partikel 14 vollständig in den Vorformling drücken, so dass die Partikel vollständig von dem Matrixmaterial umgeben sind, oder man könnte einen Teil der Partikel aus dem Vorformling hervorstehen lassen. Dies ist eine Frage der Konstruktionswahl, die von der speziellen Verwendung des resultierenden Abrasivmaterials abhängt.
Dem Fachmann wird klar sein, dass der Vorformling 15 irgendeiner der zahlreichen Arten von Vorformlingen entsprechen kann. Zunächst sollte hervorgehoben werden, dass der Vorformling in Abhängigkeit von den spezifischen, gewünschten Ergebnissen ein sinterbares oder schmelzbares Material oder eine Kombination dieser sein kann. Dem Fachmann wird klar sein, dass der Prozess und die Funktion in diesem Zusammenhang im Wesentlichen der- bzw. dieselbe ist, unabhängig davon, ob das Matrixmaterial sinterbar oder schmelzbar ist. Die letztendliche Festigkeit ist verschieden, jedoch wird der Fachmann das spezielle Matrixmaterial, das für die beabsichtige Verwendung das Beste ist, auswählen. Daher umfasst jeder der hier gebrauchten Begriffe "sinterbar" und "schmelzbar" auch den anderen Begriff, wenn der Zusammenhang nicht etwas anderes erfordert. Darüber hin aus sei darauf hingewiesen, dass ein Matrixmaterial mittels eines Temperatur bezogenen Prozesses, wie etwa thermisches (z. B. Plasma) Spritzen oder Abscheidung aus der Gasphase aufgebracht werden kann. Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung kann ein derartiges thermisches Aufbringen des Materials als ein Äquivalent zu der Verwendung eines sinterbaren Materials betrachtet werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass zusätzlich zu den sinterbaren und schmelzbaren Matrixmaterialien Metall galvanisch abgeschieden werden kann, um einen vorübergehenden Halt für die Partikel zu gewährleisten. In diesem Fall kann ein elektrisch leitendes Haftmittel verwendet werden. Dem Fachmann wird klar sein, dass die durch galvanische Abscheidung gewonnene Matrix nicht so fest sein wird, wie gesintertes oder geschmolzenes Matrixmaterial.
Betrachtet man nun 4 der Zeichnungen, so ist erkennbar, dass es sich um eine Anordnung handelt, die von dem in Verbindung mit 2 diskutierten Verfahren dahingehend Gebrauch macht, dass eine Maske an dem Substrat angeordnet wird und Partikel an dem freiliegenden Substrat haften.
Wie in 4 gezeigt, weist das Substrat 10C ein Haftmittel auf, wie es vorangehend beschrieben worden ist. Die Maske hat die Form eines Drahtgitters 19. Während die Öffnungen in der Maske gemäß 2 groß genug sind, um eine große Anzahl von Partikeln 12 in jede Öffnung eintreten zu lassen, sind die Öffnungen in 4 derart ausgebildet, dass sich ein einzelner Partikel 18 in jeder Öffnung befindet. Dies ist eine Frage der Konstruktionswahl und jedes Verhältnis von Öffnungsgröße zu Partikelgröße kann gewählt werden.
Bei einem anderen, in 4 gezeigten Merkmal handelt es sich um das Blockieren oder Abschirmen eines Teils der Maske 19. Eine Art Schild 20 kann verwendet werden, um einen Teil des Gitters 19 und des Haftmittels abzudecken, um zu verhindern, dass Partikel 18 in diesem Bereich haften bleiben. Zahlreiche Materialien und Techniken können angewendet werden. Wenn man ein druckempfindliches Band als das Substrat 10C verwendet, kann dasselbe Band als Schild 20 verwendet werden, so dass die gesamte Maske leicht anzubringen ist.
4 zeigt eine Anordnung ähnlich zu 3, nämlich dahingehend, dass das Substrat 10C mit den vorübergehend haftenden Partikeln 18 an einem Vorformling 21 angebracht ist und dann Platten 22 Druck auf die Baugruppe ausüben. Ein Unterschied in 4 besteht darin, dass die Maske in Form des Gitters 19 an ihrem Ort verbleibt, um in den Vorformling eingedrückt zu werden. Das Gitter 19 kann aus einem Stahl oder einem anderen Metall mit relativ hohem Schmelzpunkt bestehen, wobei in diesem Fall das Gitter dazu beiträgt, die Partikel 18 während der Benutzung des resultierenden Abrasivmaterials abzustützen; oder das Gitter 19 kann aus einem polymeren Material oder dergleichen mit einem niedrigen Schmelz-(oder sogar Verdampfungs-)punkt sein, wobei das Gitter in diesem Fall tatsächlich aus dem fertigen Abrasivmaterial verschwinden wird.
Wie zuvor können die Partikel 18 vollständig in den Vorformling 21 gedrückt werden, oder die Partikel können teilweise aus dem Vorformling hervorstehen, um sofort eine "offene" Oberfläche zu haben.
Bei Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis der Größe der Gitteröffnung zu der Größe der harten Partikel nicht wichtig. Während der Verdichtung des Materials können die Partikel mittels des Matrixmaterials getrennt werden, so dass im Wesentlichen alle Partikel vollständig von dem Matrixmaterial umgeben werden können und nicht in direktem Kontakt mit den Drähten des Gittermaterials stehen.
5 der Zeichnungen illustriert eine weitere Änderung des oben beschriebenen Verfahrens. In 5 ist das Substrat 10D zu erkennen, das ein Haftmittel auf wenigstens einer Oberfläche aufweist. Die Oberfläche 15 wird wie oben beschrieben mit einer Maske bedeckt, damit harte Partikel 24 angeordnet werden können; dann kann die Maske je nach Wunsch entfernt werden oder nicht. In 5 ist die Maske nicht gezeigt, jedoch wird ein Gitter wie in 4 verwendet und am Ort belassen, falls dies gewünscht ist. Dann wird ein Schmelzmaterial 25 auf dem Substrat angeordnet. Da sich die harten Partikel 24 bereits am Ort befinden, wird das Schmelzmaterial 25 die Zwischenräume ausfüllen. Eine kleine Anzahl von Stücken des Materials 25 ist in 5 gezeigt, jedoch ist dem Fachmann klar, dass ein relativ feines Pulver verwendet werden kann und das Material 25 in großem Umfang jeden der Partikel 24 umgeben wird.
Das Substrat 10D weist daher auf ihm verteilte, harte Partikel 24 auf und Schmelzmaterial 25 umgibt zumindest teilweise die harten Partikel 24, die alle mittels des Haftmittels auf dem Substrat an dem Substrat 10D haften. Dieses Substrat wird dann an einem Vorformling angeordnet. Wie in 5 gezeigt, ist das Substrat sandwichartig zwischen zwei Vorformlingen angeordnet, obwohl wie in 4 auch nur einer verwendet werden kann, falls dies gewünscht ist.
Die Platten 29 üben Druck auf die Baugruppe gemäß 5 aus und Hitze wird zugeführt. Das Schmelzmaterial 25 schmilzt bei oder unterhalb der Sintertemperatur der Vorformlinge 26 und 28 und unterstützt die Haftwirkung der Partikel 24 aneinander sowie an den Vorformlingen 26 und 28. Im Ergebnis kann das Abrasivwerkzeug fester sein; oder man kann wegen der besseren Haftung billigere Vorformlinge verwenden, ohne die Qualität des letztendlichen Abrasivmaterials zu verschlechtern. Wenn die harten Partikel 24 unter der Oberfläche des Matrixmaterials vergraben sind, kann – wie in dem hier in Rede stehenden Gebiet weithin bekannt – die Arbeitsoberfläche des Werkzeugs vor der ersten Benutzung sandgestrahlt oder ähnlich behandelt werden, um die Oberfläche zu "öffnen", d. h. um die harten Partikel freizulegen.
Bei allen oben beschriebenen Verfahren sei klargestellt, dass das Substrat 10 praktisch aus einem beliebigen Material sein kann einschließlich eines Vorformlings. Ein Vorformling kann mit Haftmittel beschichtet werden, um als Substrat zu fungieren. In diesem Fall handelt es sich bei dem Schritt des Anordnens des Substrats gegen einen Vorformling nicht um einen separaten Schritt, vielmehr wird dieser Schritt mit dem Schritt des Anordnens harter Partikel auf dem Substrat vermischt.
Weiterhin kann man mit einem beliebigen Substrat, wie beispielsweise einem Stück drucksensitiven Band, beginnen und Pulver oder Fasern des Matrixmaterials auf diesem anordnen. Die Oberfläche des Matrixmaterials kann dann mit weiterem Haftmittel beschichtet und dieser Prozess wiederholt werden, bis man einen Vorformling der erwünschten Dicke erhält. Bei der letzten Schicht kann es sich um Haftmittel handeln, um harte Partikel aufzunehmen und vorübergehend zu halten.
Ein sinterbarer Vorformling mit einer hochprozentigen Porosität (z. B. 80% und darüber) kann ein Haftmittelsubstrat aufnehmen, um eine Seite des Vorformlings zu versiegeln. Ein feines, schmelzbares Pulver wird dann in den Vorformling gegossen, um (zumindest teilweise) die Poren des Vorformlings zu füllen. Falls gewünscht, kann ein zweites Haftmittelsubstrat verwendet werden, um die gegenüber liegende Seite des porösen Vorformlings zu versiegeln. Der poröse Vorformling nimmt dann eine Menge harter Partikel auf, die vorübergehend an einem anderen Haftmittelsubstrat befestigt werden. Ein Gitter oder dergleichen wird ebenso haftend an diesem Substrat angebracht. Die Substrate und der Vorformling werden dann aneinander angeordnet und gesintert, und zwar mit oder ohne Druck. Es ist klar, dass man einen Vorformling auch auf der Oberseite der Schicht harter Partikel anordnen kann, so dass sich die harten Partikel zwischen den beiden Vorformlingen befinden.
Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Vorformling kann auch in sich selbst eine Menge an harten Partikeln enthalten. Beispielsweise können in dem Metallpulver oder den Metallfasern des Vorformlings einige Diamanten, kubische Bornitride, zersplitterte Hartmetalle, wie beispielsweise zementierte Karbide sowie Keramikteile enthalten und untergemischt sein. Der Vorformling kann dann mit einem Haftmittel befestigt, teilweise gesintert oder gesintert werden. Die enthaltenen harten Partikel bieten eine bessere Widerstandsfähigkeit bezüglich Abrasion, um die harten Partikel 14, 19 oder 24 zu halten und um sie hartnäckiger festzuhalten.
Indem ein Vorformling mit darin befindlichen harten Partikeln bereitgestellt wird, kann dann ein Gittermaterial auf wenigstens einer Oberfläche des Vorformlings angeordnet und ein Druck zum Verdichten angelegt werden. Während des Verdichtens werden einige der harten Partikel in einige der Öffnungen des Gittermaterials gepresst, wodurch man ein Ergebnis erhält, das zu dem zuvor beschriebenen ähnlich ist. Während das Abrasivmaterial nicht so nahezu homogen wie das nach den anderen hier beschriebenen Verfahren hergestellte Material ist, ist das Verfahren einfach und könnte ein preisgünstiges kommerzielles Produkt zur Verfügung stellen.
Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist es für den Fachmann klar, dass die Materialien mit einem schmelzbaren Material imprägniert werden können. Man ordnet einfach vor dem Beginnen der Erhitzung und/oder der Verdichtung ein schmelzbares Material auf wenigstens einer Seite der Baugruppe an und das schmelzbare Material wird schmelzen und aufgrund der Kapillarwirkung in das Material getragen.
Betrachtet man nun die 6, 7 und 8, so sollte man obige Beschreibung der Verfahren im Gedächtnis haben, wobei der Verdichtungsschritt mittels Walzenverdichtung durchgeführt wird. In 6, 7 und 8 ist die Vorrichtung im Wesentlichen dieselbe, so dass alle Figuren dieselben Bezugszeichen für ähnliche Teile beinhalten.
In 6 wird ein Substrat 10E zwischen zwei Walzen 30 und 31 geführt. Bei dem Substrat 10E kann es sich um ein beliebiges der oben erwähnten Substrate handeln, wobei an diesem harte Partikel haften. Um die Partikel in einem Matrixmaterial zu halten, wird an den Punkt 32 ein Metallpulver oder ähnliches zugesetzt. Die Baugruppe wird am Spalt der Walzen 30 und 31 zur Ausbildung des endgültigen Produkts 32A verdichtet. Es sollte klar sein, dass es sich bei dem Pulver 32 um ein sinterbares oder schmelzbares Material handeln kann, das, wie oben beschrieben, harte Partikel enthalten kann.
7 zeigt das Substrat 10E, wie es sich zwischen den Walzen 30 und 31 hindurchbewegt und ein Vorformling 34 wird an dem Substrat 10E anliegend angeordnet. Druck in dem Spalt zwischen den Walzen 30 und 31 bewirkt den be schriebenen Verdichtungsschritt, um bei 34A das letztendliche Produkt herzustellen. 8 ist ähnlich zu 7 mit der Ausnahme, dass dort zwei Vorformlinge 35 und 36 vorhanden sind, und zwar einer auf jeder Seite des Substrats, um ein Produkt herzustellen, das demjenigen ähnelt, welches mittels des in 5 gezeigten Verfahrens hergestellt wird. Das Produkt 35A tritt aus dem Spalt der Walzen 30 und 31 aus.
Somit ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung auf einfache Weise dazu geeignet, einen kontinuierlichen Prozess zur Herstellung eines Abrasivmaterials durchzuführen. Ein kontinuierlicher Streifen eines Substrats, bei dem es sich um ein druckempfindliches Klebeband oder einen Vorformling oder dergleichen handeln kann, das bzw. der mit Haftmittel beschichtet ist, kann zwischen Verdichtungswalzen 30 und 31 geführt werden. Matrixmaterial in der Form von Pulver oder Fasern kann gegen das Substrat anliegend zugeführt werden, um das letztendliche Produkt zu bilden. Das Substrat und die Matrixmaterialien können ausgewählt werden, um ein letztendliches Produkt mit den gewünschten Merkmalen zur Verfügung zu stellen.
Für den Fachmann ist daher klar, dass die speziellen, hier vorgestellten Ausführungsformen der Erfindung lediglich dem Zwecke der Illustration dienen und in keiner Weise einschränkend zu verstehen sind; daher können im Rahmen des Schutzumfangs der Erfindung, der von den beigefügten Ansprüchen dargestellt wird, zahlreiche Änderungen und Modifikationen vorgenommen sowie vollständiger Gebrauch von Äquivalenten gemacht werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Abrasivmaterials umfassend die Schritte des Aufbringens eines Substrats (10A–E) auf eine Seite einer Maske (13, 19, 20) mit mehreren Öffnungen, so dass das Substrat (10A–E) wenigstens einige der Öffnungen auf der einen Seite verschließt während die Öffnungen auf der gegenüberliegenden Seite der Maske (13, 19, 20) offen bleiben, des Anordnens einer Anzahl an harten Partikeln (12, 18, 24) in wenigstens einigen der Öffnungen in der Maske (13, 19, 20), um eine verteilte Anordnung der Partikel (12, 18, 24) in der Maske (13, 19, 20) zu bilden, des zumindest teilweise Umgebens der Partikel (12, 18, 24) mit einem sinterbaren Matrixmaterial (25, 32) und des Erhitzens des Matrixmaterial (25, 32), um das Matrixmaterial (25, 32) dazu zu veranlassen, die Partikel (12, 18, 24) in der Anordnung zu halten, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Substrat (10A–E) um ein haftendes Substrat handelt, so dass wenigstens einige der Partikel (12, 18, 24) in den Öffnungen an dem haftenden Substrat (10A–E) haften, wenn die Anzahl an harten Partikeln (12, 18, 24) in wenigstens einigen der Öffnungen in der Maske (13, 19, 20) angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend den Schritt des Entfernens der Maske (13, 19, 20) von dem haftenden Substrat (10A–E) vor dem Schritt des zumindest teilweise Umgebens der an dem haftenden Substrat (10A–E) haftenden Partikel (12, 18, 24) mit einem sinterbaren Matrixmaterial (25, 32).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend den Schritt des Anlegens einer mechanischen oder magnetischen Kraft auf die an dem haftenden Substrat (10A–E) haftenden harten Partikel (12, 18, 24), um die Partikel (12, 18, 24) vor dem Schritt des zumindest teilweise Umgebens der Partikel (12, 18, 24) mit einem sinterbaren Matrixmaterial (25, 32) auszurichten.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das sinterbare Matrixmaterial (25, 32) weiterhin ein schmelzbares Material umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Maske (13, 19, 20) aus einem polymeren Material gebildet ist und das Verfahren weiterhin den Schritt eines Erhitzens des polymeren Materials, das ausreichend ist, um die Maske (13, 19, 20) gewissermaßen verschwinden zu lassen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die harten Partikel (12, 18, 24) aus der von den Materialien Diamanten, kubisches Boron, Nitriden, zementierte Carbide sowie Keramikteilen gebildeten Gruppe ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des zumindest teilweise Umgebens der an dem haftenden Substrat (10A–E) haftenden Partikel (12, 18, 24) mit einem sinterbaren Matrixmaterial (25, 32) den Schritt des Anordnens eines sinterbaren Vorformlings (15, 21, 26, 28, 34, 35, 36) gegen wenigstens eine Seite des haftenden Substrats (10A–E) und das darauf folgende Zusammenpressen des Vorformlings (15, 21, 26, 28, 34, 35, 36) mit dem haftenden Substrat (10A–E) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der sinterbare Vorformling (15, 21, 26, 28, 34, 35, 36) harte Partikel (12, 18, 24) enthält, die in ihm zufällig verteilt sind.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Anordnens eines sinterbaren Vorformlings (15, 21, 26, 28, 34, 35, 36) gegen wenigstens eine Seite des haftenden Substrats (10A–E) die Schritte des Herstellens des Vorformlings (15, 21, 26, 28, 34, 35, 36) durch Beschichten eines drucksensiblen haftenden Bandes mit einem sinterbaren Matrixmaterial (25, 32) zur Bereitstellung einer ersten Schicht aus einem sinterbaren Matrixmaterial (25, 32), 1. des Beschichtens der Oberfläche der ersten Schicht aus sinterbaren Matrixmaterial (25, 32) mit einem haftenden Material, 2. des Aufbringens einer weiteren Schicht aus sinterbaren Matrixmaterial (25, 32) sowie des Wiederholens der Schritte 1 und 2 bis ein Vorformling (15, 21, 26, 28, 34, 35, 36) der erwünschten Dicke ausgebildet ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Maske (13, 19, 20) und das haftende Substrat (10A–E) jeweils die Form eines kontinuierlichen Streifens aufweisen und wobei der Schritt des Anordnens des haftenden Substrats (10A–E) gegen eine Seite der Maske (13, 19, 20) durch Zuführen der kontinuierlichen Streifen der Maske (13, 19, 20) und des haftenden Substrats (10A–E) zwischen gegenüberstehende Zusammenpressmittel (16, 22, 29, 30, 31) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des zumindest teilweise Umgebens der an dem haftenden Substrat (10A–E) haftenden harten Partikel (12, 18, 24) mit einer sinterbaren Matrix (25, 32) das Zuführen wenigstens eines kontinuierlichen Streifens aus einem sinterbaren Vorformling (15, 21, 26, 28, 34, 35, 36) gemeinsam mit einem kontinuierlichen Streifen aus haftendem Substrat (10A–E), an dem die verteilte Anordnung an Partikeln (12, 18, 24) haftet, zwischen Zusammenpressmitteln (16, 22, 29, 30, 31) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verfahren das Zuführen zweier kontinuierlicher Streifen aus sinterbaren Vorformlingen (15, 21, 26, 28, 34, 35, 36) zwischen die Zusammenpressmittel (16, 22, 29, 30, 31) umfasst, wobei von diesen auf jeder Seite des haftenden Substrats (10A–E), an dem die verteilte Anordnung an Partikeln (12, 18, 24) haftet, einer angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des zumindest teilweise Umgebens der an dem haftenden Substrat (10A–E) haftenden harten Partikel (12, 18, 24) mit einem sinterbaren Matrixmaterial (25, 32) das Zuführen eines kontinuierlichen Streifens aus einem sinterbaren Vorformling (15, 21, 26, 28, 34, 35, 36) gemeinsam mit einem kontinuierlichen Streifen der Maske (13, 19, 20) und dem haftenden Substrat (10A–E) nach dem Anordnen der harten Partikel (12, 18, 24) in den Öffnungen der Maske (13, 19, 20) zwischen Zusammenpressmittel (16, 22, 29, 30, 31) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Maske (13, 19, 20) Teil des Abrasivmaterials ist und wobei das sinterbare Matrixmaterial (25, 32) die Partikel (12, 18, 24) in der Anordnung in den Öffnungen der Maske (13, 19, 20) hält.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, wobei es sich bei dem haftenden Substrat (10A–E) um ein drucksensibles haftendes Band handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Maske (13, 19, 20) um ein Gittermaterial (19) handelt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei es sich bei dem Gittermaterial (19) um ein Drahtgeflecht handelt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt des zumindest teilweise Umgebens der harten Partikel (12, 18, 24) mit einem sinterbaren Matrixmaterial (25, 32) die Schritte des Abdichtens einer Seite eines porösen sinterbaren Vorformlings (15, 21, 26, 28, 34, 35, 36) mit einem haftenden Material (10A–E), des Einbringens einer Menge eines schmelzbaren Puders in den porösen Vorformling (15, 21, 26, 28, 34, 35, 36) sowie das Anordnen des porösen Vorformlings (15, 21, 26, 28, 34, 35, 36) gegen die harten Partikel (12, 18, 24) vor dem Schritt des Erhitzens des Matrixmaterial (25, 32), umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Gittermaterial (19) ein Teil des Abrasivmaterials ist und wobei das sinterbare Matrixmaterial (25, 32) die Partikel (12, 18, 24) in der Anordnung in den Öffnungen des Gittermaterials hält.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Gittermaterial (19) mit den in dessen Öffnungen angeordneten Partikeln (12, 18, 24) und das umgebende sinterbare Matrixmaterial (25, 32) vor dem Schritt des Erhitzens des Matrixmaterials (25, 32) unter Druck verdichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das sinterbare Matrixmaterial (25, 32) während des Schrittes des Erhitzens des sinterbaren Matrixmaterials (25, 32) mit Druck beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Gittermaterial (19) eine niedrige Verdampfungstemperatur aufweist und während des Erhitzens des Matrixmaterials (25, 32) gewissermaßen entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das haftende Substrat (10A–E) im Wesentlichen sämtliche Öffnungen in der einen Seite des Gittermaterials (19) verschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem haftenden Substrat (10A–E) um einen sinterbaren Vorformling (15, 21, 26, 28, 34, 35, 36) handelt, der mit einem haftenden Material beschichtet ist und wobei der Schritt des zumindest teilweise Umgebens der Partikel (12, 18, 24) in den Öffnungen mit einem sinterbaren Matrixmaterial (25, 32) den Schritt des Zusammenpressens des Vorformlings (15, 21, 26, 28, 34, 35, 36) mit den Partikeln (12, 18, 24) umfasst.