Verfahren zur Herstellung hochporöser Schleifkörper Die Erfindung
betrifft die Herstellung von Schleifkörpern, wie Schleifscheiben, Schleifsegmenten
und ähnlichen, mit künstlich erhöhter Porosit'it aus hochschmelzenden Metalloxyden,
insbesondere praktisch reinem Aluminiumoxyd, ohne bleibendes Bindemittel. Zur Herstellung
des Schleifkörpers wird ein Schlicker aus dem in Wasser feinverteilten Metalloxyd
durch Zusatz von aktiven Sauerstoff abgebenden Stoffen, insbesondere Wasserstoffsuperoxyd,
getrieben und ohne Druck verformt. Der Formkörper wird danach getrocknet und schließlich
gesintert.Method of making highly porous abrasive articles The invention
relates to the production of grinding tools such as grinding wheels and grinding segments
and similar, with artificially increased porosity from refractory metal oxides,
in particular, practically pure aluminum oxide, without a permanent binder. For the production
The grinding wheel becomes a slip of the metal oxide finely dispersed in water
by adding active oxygen-releasing substances, in particular hydrogen peroxide,
driven and deformed without pressure. The shaped body is then dried and finally
sintered.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, in Schleifkörpern mit gekörntem
Korund als Schleifmittel die bisher gebräuchlichen Schleifscheibenbindungen, wie
z. B. keramische, vegetabilische, mineralische oder magnesitartige Bindung, durch
eine solche aus feinstverteiltem Aluminiumoxyd in Form des sogenannten Sinterkorundes
oder der Sintertonerde zu ersetzen. Solche Schleifwerkzeuge sind zwar stofflich
einheitlich aufgebaut, bestehen aber strukturell und funktionsmäßig stets aus zwei
Komponenten, nämlich dem Schleifkorn und der Bindung. Es ist weiterhin bekannt,
Schleifkörpern poröses Gefüge dadurch zu verleihen, daß man brennbare Stoffe zusetzt,
die beim Brennen wieder verschwinden, wie z. B. Holzmehl oder Naphthalin in Form
von kugelförmigen Teilchen. Auch durch Gastreiben unter Anwendung der bekannten
Mittel (Entwicklung von Wasserstoff, Kohlensäure, Sauerstoff usw.) kann ein poröses
Gefüge erhalten werden. In beiden Fällen sind auch diese bekannten Schleifwerkzeuge
,aufgebaut aus dem üblichen Schleifkorn und einer wesentlich weniger harten und
mechanisch weniger festen Bindung. Für den eigentlichen Schleifvorgang kommen bei
diesen Werkzeugen nur die Schleifkörner in Frage, während die zum Zusammenhalt des
Schleifkornes dienende Bindung, schleiftechnisch
gesehen, wirkungslos
bleibt. Zudem ist der Größe des Porenvolumens durch den infolge der Porosität herabgesetzten
tragenden Querschnitt, der die Sprengfähigkeit der Scheibe vermindert, in vielen
Fällen eine Grenze gesetzt. Bekannt ist auch die Herstellung von Schleifkörpern
aus aluminiumhaltigem Ausgangsmaterial, das kein reines Aluminiumoxyd darstellt,
z. B. Bauxit, wobei die anderen, in kleineren oder größeren Mengen vorhandenen Bestandteile,
wie z. B. Quarz; als bleibende Bindemittel dienen: Demgemäß werden hierbei Sintertemperaturen
vorgeschlagen, die für die Sinterung von reinen, hochschmelzenden Metalloxyden,
insbesondere Aluminiumoxyd, nicht ausreichend sind.It has already been suggested in abrasive grits with grained
Corundum as an abrasive, the previously common grinding wheel bonds, such as
z. B. ceramic, vegetable, mineral or magnesite-like bond through
one made of finely divided aluminum oxide in the form of so-called sintered corundum
or to replace the sintered clay. Such grinding tools are material
consistently structured, but consist of two structurally and functionally
Components, namely the abrasive grain and the bond. It is also known
To give abrasive bodies a porous structure by adding flammable substances,
which disappear again when burning, such as B. wood flour or naphthalene in the form
of spherical particles. Also by driving guests using the known
Means (development of hydrogen, carbonic acid, oxygen, etc.) can be a porous
Structure are preserved. In both cases, these are also known grinding tools
, made up of the usual abrasive grain and a significantly less hard and
mechanically less firm bond. For the actual grinding process, come with
These tools only question the abrasive grains, while those used to hold the
Binding used for abrasive grain, technically abrasive
seen, ineffective
remain. In addition, the size of the pore volume is reduced due to the porosity
load-bearing cross-section, which reduces the ability of the pane to explode, in many
Cases set a limit. The manufacture of grinding tools is also known
from aluminum-containing raw material that is not pure aluminum oxide,
z. B. Bauxite, with the other constituents present in smaller or larger quantities,
such as B. Quartz; serve as permanent binders: accordingly sintering temperatures are used
proposed that for the sintering of pure, high-melting metal oxides,
especially aluminum oxide, are not sufficient.
Die Schleifkörper gemäß der Erfindung sind dagegen nicht nur aus einem
einheitlichen Stoff aufgebaut, sondern .auch hinsichtlich ihrer Struktur vollständig
gleichmäßig. Aus diesem Grunde gelangt die gesamte Masse des Werkzeuges bei der
Schleifarbeit voll zur Wirkung. Da das erfindungsgemäß in feiner Verteilung verwendete
Aluminiumoxyd bei hohen Temperaturen zwischen 1700 und 192o° gesintert wird, weisen
die neuen Schleifwerkzeuge trotz des hohen Porenvolumens eine außerordentliche Festigkeit
auf, die auch bei umlaufenden Schleifkörpern großer Abmessungen eine genügend hohe
Sprengfestigkeit gewährleistet: Nach den bisher gültigen Vorstellungen über den
Verlauf von Schleifvorgängen wurde es für unerläßlich gehalten, daß der Schleifkörper
Schleifmittel mit scharfen Kanten und Spitzen aufwies, die nach Abnutzung durch
Freilegen neuer Schleifkörner immer wieder ersetzt werden mußten. Im Gegensatz dazu
wurde überraschenderweise gefunden, daß durch den grundsätzlich anderen Aufbau der
neuen erfindungsgemäßen Schleifwerkzeuge die Struktur des einzelnen Schleifkornes
in ihrer Bedeutung für den Schleifvorgang vollständig zurücktritt. Es hat sich im
Gegenteil ,als günstig erwiesen, wenn das in feiner Verteilung vorliegende Schleifmittel
eine möglichst gleichmäßige Kornstruktur besitzt. Es wurde nämlich weiterhin gefunden,
daß bei einem hochporösen, bindungsfreien Schleifkörper nicht das Einzelkorn, sondern
die die Poren gewissermaßen als Zellwand umschließenden dünnen Kristallagglomerate
in ihrer Gesamtheit etwa in der Art einer Schneide bei einem umlaufenden Werkzeug
die Abtragung des zu beschleifenden Werkstoffes vornehmen. Trotz der bekanntermaßen
hohen mechanischen Festigkeit des gesinterten Aluminiumoxyds war es überraschend
und nicht vorauszusehen, daß bei der zur Erzielung einer guten Schleifwirkung erforderlichen
geringen Stärke der die Poren umschließenden Wände derartig aufgebaute Schleifwerkzeuge
den außerordentlichen mechanischen Beanspruchungen und Belastungen, -die in einem
umlaufenden Schleifwerkzeug auftreten, ohne Zerstörung oder nennenswerten Verschleiß
gewachsen sein würden.The abrasive articles according to the invention, on the other hand, are not just made of one
built up with a uniform material, but also completely in terms of their structure
evenly. For this reason, the entire mass of the tool arrives at the
Grinding work fully effective. Since the invention used in fine distribution
Aluminum oxide is sintered at high temperatures between 1700 and 192o °
the new grinding tools have an extraordinary strength despite the high pore volume
on, which is sufficiently high even with rotating grinding tools of large dimensions
Explosive resistance guaranteed: According to the previously valid ideas about the
In the course of grinding operations, it was considered essential that the abrasive
Abrasives with sharp edges and points that showed signs of wear and tear
Exposing new abrasive grains had to be replaced again and again. In contrast to
it was surprisingly found that the fundamentally different structure of the
new grinding tools according to the invention the structure of the individual abrasive grain
completely recedes in its importance for the grinding process. It turned out to be
On the contrary, it has been found to be beneficial when the abrasive is finely divided
has a grain structure that is as uniform as possible. Because it was still found
that with a highly porous, bond-free grinding wheel, it is not the single grain, but rather the
the thin crystal agglomerates surrounding the pores as a kind of cell wall
in their entirety roughly in the manner of a cutting edge on a rotating tool
remove the material to be ground. Despite the known
the high mechanical strength of the sintered alumina was surprising
and not foreseen that in the case of the necessary to achieve a good abrasive effect
low thickness of the walls surrounding the pores, grinding tools constructed in this way
the extraordinary mechanical stresses and strains - all in one
rotating grinding tool occur without destruction or significant wear
would have grown.
Die Erzeugung einer erhöhten Porosität wird in den erfindungsgemäßen
Schleifkörpern dadurch herbeigeführt, daß aktiven Sauerstoff abgebende Stoffe, insbesondere
Wasserstoffsuperoxyd, als Gastreibungsimittel benutzt werden. Aus den Metalloxyden,
die zweckmäßig m einer Korngröße von im wesentlichen unterhalb 1z Mikron verwendet
werden, und Wasser wird ein Schlicker bereitet. Dem Schlicker wird der aktiven Sauerstoff
abgebende Stoff zugesetzt, und das Gemisch wird in eine Form eingetragen. Die Formgebung
zu einem Schleifkörper wird erfindungsgemäß mit dem Treibvorgang verbunden; einer
weiteren Formgebung durch Pressen bedarf es nicht. Es hat sich dabei als zweckmäßig
erwiesen, den Zerfall der aktiven Sauerstoff abgebenden Stoffe durch Beigabe von
die Gasentwicklung steuernden Stoffen zu regeln und die Stabilität der gebildeten
Gasblasen durch die Oberflächenspannung beeinflussende Zusätze zu erhöhen.The generation of increased porosity is in the inventive
Abrasives brought about that active oxygen-releasing substances, in particular
Hydrogen peroxide, used as a gas propellant. From the metal oxides,
which is expediently used with a grain size substantially below 1z microns
and a slip is prepared for water. The slip becomes the active oxygen
The release substance is added, and the mixture is entered into a mold. The shaping
according to the invention, it is connected to the driving process to form a grinding wheel; one
no further shaping by pressing is required. It has proven to be useful
proved the decay of active oxygen-releasing substances by adding
to regulate the gas development controlling substances and the stability of the formed
To increase gas bubbles by additives which influence the surface tension.
Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung werden außerordentlich gute
Ergebnisse erzielt; die hierbei erhaltenen Schleifkörper sind stofflichvöllig einheitlich.
Diese stoffliche Homogenität erleichtert und verbessert die Gleichmäßigkeit und
Wiederholbarkeit des Schleifvorganges und wirkt sich günstig auf das Schleifergebnis
aus. Parallel damit ist in einwandfreier Weise die Aufgabe gelöst worden, eine gleichmäßige
und regelbare Porosität mit Sicherheit zu erreichen. Dadurch ist auch die strukturelle
Gleichmäßigkeit gewährleistet, und die gewünschte Struktur kann erfindungsgemäß
durch die willkürliche Beeinflussung von Zahl, Größe und Verteilung der Poren den
jeweiligen Erfordernissen der Praxis angepaßt werden.The method according to the invention results in extremely good results
Results achieved; the grinding wheels obtained in this way are completely uniform in terms of material.
This material homogeneity facilitates and improves the uniformity and
Repeatability of the grinding process and has a positive effect on the grinding result
the end. At the same time, the problem has been solved in an impeccable manner, a uniform
and to achieve controllable porosity with certainty. This is also the structural
Uniformity is ensured, and the desired structure can according to the invention
by arbitrarily influencing the number, size and distribution of the pores
be adapted to the respective requirements of practice.
Die Herstellung von Schleifwerkzeugen gemäß der Erfindung wird an
den folgenden Beispielen erläutert. Beispiel r 700g Aluminiumoxyd, dessen Korngröße
im wesentlichen unterhalb von 12 Mikron liegt, werden unter Zugabe von
300 ccm Wasser zu einem Schlikker angerührt, dem ein die Oberflächenspannung
regulierendes Mittel zugesetzt wird. Zu dem 'Schlikker werden 12 ccm Wasserstoffperoxyd
mit einem Zersetzungskatalysator hinzugefügt und das Gemisch in einen als Schleifscheibenform
ausgebildeten Eisenring eingetragen. Nach Ablauf des Treibvorganges wird die Masse
bei einer Temperatur von 5o bis 6o° getrocknet und anschließend bei tgoo` gebrannt.
Es wird eine Schleifscheibe mit einer Gesamtporosität von 700/Q und gleichmäßig
verteilten kugeligen Poren von etwa r,5 mm Durchmesser erhalten. Das Schleifwerkzeug
entspricht einer hart eingebundenen Schleifscheibe. Beispiel 56o g Aluminiumoxyd
einer Korngröße unterhalb von 12 Mikron werden mit 2 5o ccm Wasser unter Zusatz
eines blasenstabilisierenden Stoffes zu einem Schlicker angemacht, dem als ausbrennb:ares
Bindemittel noch to ccm einer q.o,!oigen Methylcellulose-Lösung beigegeben werden.
Zur Auslösung des Treibvorganges werden dem Schlicker 14 ccm Wasserstoffperoxyd
mit einem Zersetzungskataly-
Bator zugesetzt. Der wie im Beispiel
i weiterverarbeitete Schleifkörper weist nach dem Brennen eine Gesamtporosität von
8o% sauf. Der Porendurchmesser beträgt im Mittel weniger als o,¢ mm; der Härtegrad
entspricht dem einer weichen Scheibe. Beispiel 3 Aus 50o g Aluminiumoxyd und 26o
ccm Wasser mit den gleichen Zusätzen wie im Beispie12 wird ein Schlicker hergestellt,
der mit 8 ccm Wasserstoffperoxyd versetzt wird. Die weitere Verarbeitung der Masse
entsprechend Beispiele ergibt eine Schleifscheibe von 69% Gesamtporosität und einen
Härtegrad entsprechend dem einer mittelhart eingebundenen Scheibe.The production of grinding tools according to the invention is illustrated by the following examples. Example r 700 g of aluminum oxide, the grain size of which is essentially below 12 microns, are mixed with the addition of 300 ccm of water to form a slip to which an agent regulating the surface tension is added. 12 cc of hydrogen peroxide with a decomposition catalyst are added to the slip and the mixture is introduced into an iron ring designed as a grinding wheel. After the blowing process has ended, the mass is dried at a temperature of 5o to 6o ° and then burned at tgoo`. A grinding wheel with a total porosity of 700 / Q and uniformly distributed spherical pores of about r.5 mm in diameter is obtained. The grinding tool corresponds to a hard-bound grinding wheel. EXAMPLE 56o g of aluminum oxide with a grain size of less than 12 microns are mixed with 25o ccm of water with the addition of a bubble-stabilizing substance to form a slip to which to cc of a qo,! O methyl cellulose solution is added as a burnout binder. To initiate the blowing process, 14 ccm of hydrogen peroxide are added to the slip using a decomposition catalyst. The grinding wheel processed as in Example i has a total porosity of 80% after firing. The pore diameter is on average less than 0.06 mm; the degree of hardness corresponds to that of a soft disc. EXAMPLE 3 A slip is made from 50 g of aluminum oxide and 260 cc of water with the same additives as in Example 12, to which 8 cc of hydrogen peroxide are added. Further processing of the compound according to the examples results in a grinding wheel with 69% total porosity and a degree of hardness corresponding to that of a medium-hard bonded wheel.
Die erfindungsgemäßen Schleifkörper mit in vorstehend beschriebener
Weise geregelter Porenzahl und Porengröße lassen sich in besonders vorteilhafter
Weise dem jeweiligen Verwendungszweck im Hinblick auf die Eigenschaften des zu bearbeitenden
Werkstoffes anpassen. Grundsätzlich werden für harte Werkstoffe und geringe Sparabnahme
feinporige Schleifwerkzeuge, für weichere Werkstoffe und starken Sparabfall dagegen
solche mit grobporigem Gefüge verwendet.The abrasive articles according to the invention with in the above-described
A regulated number of pores and pore size can be particularly advantageous
Way of the respective purpose with regard to the properties of the to be processed
Adapt material. Basically, for hard materials and low savings
fine-pored grinding tools, for softer materials and strong savings
those with a coarse-pored structure are used.
Die Schleifwirkung der getriebenen Schleifwerkzeuge läßt sich jedoch
nicht nur durch Veränderung der Porosität variieren und den jeweiligen Erfordernissen
anpassen, sondern auch durch die Beeinflussung von Härte und Festigkeit des als
Schleifmittel dienenden Aluminiumoxyds selbst. Das kann nach der Erfindung dadurch
geschehen, daß dem verwendeten Aluminiumoxyd beispielsweise Chromoxyd zur Steigerung
der Härte oder Magnesium-oder Siliciumverbindungen zur Regelung der Korngröße und
Kornausbildung zugesetzt werden, und zwar in untergeordneter, genau dosierter Menge.The grinding effect of the driven grinding tools can, however
not only vary by changing the porosity and the respective requirements
adjust, but also by influencing the hardness and strength of the as
Aluminum oxide itself, which serves as an abrasive. This can thereby be achieved according to the invention
happen that the aluminum oxide used, for example, chromium oxide to increase
the hardness or magnesium or silicon compounds to regulate the grain size and
Grain formation are added, in fact in a subordinate, precisely metered amount.
Die gute Reproduzierbarkeit in stofflicher und struktureller Hinsicht
ist bei diesem Verfahren besonders ausgeprägt und bedeutet bei der Herstellung von
Schleifkörpern gemäß der Erfindung eine beträchtliche Erleichterung und Vereinfachung,
während bei den bisher bekanntgewordenen Verfahren die Treffsicherheit in bezug
auf die Eigenschaften der fertigen Schleifkörper in vielen Fällen in Frage gestellt
war. Das hier beschriebene Verfahren zeigt einen besonders vorteilhaften Weg, wie
feinverteilte Metalloxyde, insbesondere praktisch reines Aluminiumoxyd, durch Zusatz
von aktiven Sauerstoff abgebenden Stoffen, insbesondere Wasserstoffsuperoxyd, in
ein hinsichtlich der Porenverteilung oder Porengröße gleichmäßiges Gefüge übergeführt
werden können, wobei man es ohne besondere Aufwendungen in der Hand hat, die Porengröße
durch einfache Variationen der Treibbedingungen beliebig auch nach kleinsten Abmessungen
zu wählen und einzuhalten. Die Anwendung von Wasserstoffsuperoxyd selbst hat besondere
Vorteile, und zwar erstens verschwindet dieser Stoff, ohne Rückstände zu hinterlassen,
wodurch keine Verunreinigungen vorhanden sind, die das Sinterverhalten oder die
Schleifeigenschaften stören, und zweitens ist gerade dieser Stoff bei der Anwendung
in bezug auf Dosierung, Einmischung usw. besonders gut zu handhaben, weil es sich
bei ihm um eine Flüssigkeit handelt.The good reproducibility in terms of material and structure
is particularly pronounced in this process and means in the production of
Abrasive bodies according to the invention a considerable simplification and simplification,
while with the previously known procedures the accuracy in relation
on the properties of the finished grinding wheel in many cases
was. The method described here shows a particularly advantageous way of how
finely divided metal oxides, in particular practically pure aluminum oxide, by addition
of active oxygen-releasing substances, especially hydrogen peroxide, in
a structure that is uniform in terms of pore distribution or pore size
the pore size can be, whereby one has it in hand without any special effort
by simply varying the driving conditions as required, even for the smallest dimensions
to choose and adhere to. The use of hydrogen peroxide itself has special features
Advantages, first of all, this substance disappears without leaving any residue,
whereby there are no impurities that affect the sintering behavior or the
Abrasive properties interfere, and secondly, it is precisely this material that is used
particularly easy to handle with regard to dosage, interference, etc., because it is
it is a liquid.