EP3374129A1 - Sintered, polycrystalline, flat, geometrically structured ceramic grinding element, method for the production thereof, and use thereof - Google Patents

Sintered, polycrystalline, flat, geometrically structured ceramic grinding element, method for the production thereof, and use thereof

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EP3374129A1
EP3374129A1 EP16790612.2A EP16790612A EP3374129A1 EP 3374129 A1 EP3374129 A1 EP 3374129A1 EP 16790612 A EP16790612 A EP 16790612A EP 3374129 A1 EP3374129 A1 EP 3374129A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
grinding
flat
ceramic
abrasive element
sintered
Prior art date
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Application number
EP16790612.2A
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German (de)
French (fr)
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EP3374129B1 (en
Inventor
Jean-André Alary
Florent POLGE
Patrick Ronach
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Imertech SAS
Original Assignee
Center for Abrasives and Refractories Research and Development CARRD GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/20—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially organic
    • B24D3/28—Resins or natural or synthetic macromolecular compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D5/00—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor
    • B24D5/12—Cut-off wheels

Definitions

  • the present invention relates to a sintered, polycrystalline, flat
  • the present invention also relates to a method for producing such a sintered, polycrystalline, flat, geometrically structured ceramic Schielfelements and its use.
  • Cutting discs are flat circular discs, which are usually used to cut off material sections.
  • various materials to be processed such as e.g. Metal, stainless steel, natural stone, concrete or asphalt are used different cutting discs, the cutting discs can be divided into two main groups, namely resin-bonded cutting discs and diamond cutting discs.
  • resin-bonded cutting wheels Schleifkömer such. Corundum or silicon carbide, together with
  • Fillers, powdered resin and liquid resin are mixed into a mass, which is then used in special machines to make cutting discs of different thicknesses and
  • Diameters are pressed.
  • the abrasive is in a tissue Embedded fiberglass to the enormous centrifugal forces involved in the use of
  • Diamond cutting discs occur to be able to withstand.
  • Diamond cutting discs which are used almost exclusively for use in natural stone, concrete or asphalt, use diamond cutting techniques such as diamond cutting tools, such Sintering, brazing or laser welding, applied to steel logs.
  • EP 1 007 599 B1 describes cutting discs which have a mixture of different sol-gel corundums as abrasive grains.
  • EP 0 620082 B1 describes
  • Cutting wheels in addition to highly abrasive components, such. cubic Bornftrid or diamond, microcrystalline filament-shaped alumina particles having a uniform orientation, wherein the abrasives are in the form of segments, which are applied to a metal stem sheet.
  • Ceramic sanding towers in the form of tetrahedrons or pyramids obtained by sol-gel processes are used according to US Patent Application No. 2013/0040537 A1 in a mixture with other high-grade sanding grains in resin-bonded cutting disks. Similar resin-bonded cutting wheels are described in US Patent Application No. 2013/0203328 A1, wherein sol-gel ceramic sandblasters in the form of triangular platelets, prisms or truncated pyramids, in turn, among other high-quality abrasive beads mixed with phenolic resins, grinding aids, Fillers and other additives are used.
  • Cutting discs but generally in resin-bonded grinding wheels, compared to grinding wheels with high-quality Schleifkömem with undefined cutting remarkably high performance increases can be achieved.
  • the present invention is therefore based on the object of offering abrasives for use in resin-bonded grinding wheels, in particular cutting wheels, which have advantages over the prior art.
  • the object is achieved by sintered, polycrystalline, flat, geometrically structured ceramic grinding elements, which are intended to be installed in place of Schleifkömem In resin-bonded grinding wheels, in particular cutting wheels. It is also an object of the present invention to provide a process for producing sintered, polycrystalline, flat, geometrically structured ceramic grinding elements for use in resin-bonded
  • Precursor material from the flat formed, geometrically structured precursor for sintered, polycrystalline, flat-shaped, geometrically structured
  • ceramic abrasive elements are formed, which are then sintered to pofykristalllnen, flat-shaped, geometrically structured ceramic grinding elements.
  • Another object of the present invention is to provide improved resin-bonded abrasive wheels, especially cutting wheels.
  • This object is achieved by the use of sintered, pofykristalllnen, flat-shaped, geometrically structured ceramic grinding elements as a substitute Schleifkömem in ceramic bonded grinding wheels, especially cutting discs.
  • the said sintered, polycrystalline, flat-shaped, geometrically structured grinding elements are sintered shaped bodies having a homogeneous microstructure, a uniform chemical composition over the entire area of the grinding element and a uniform geometric structure.
  • the sintered body has a first surface and a second surface opposite and disposed parallel to the first surface. Both surfaces are separated by a side wall with a thickness (t) between 50 pm and 2000 ⁇ .
  • Diameter to thickness of the grinding element is greater than 30, preferably greater than 50.
  • the average diameter of the crystals forming the homogeneous microstructure is less than 10 pm, preferably less than 5 pm.
  • the chemical composition of the sintered is the chemical composition of the sintered
  • the sintered polycrystalline, flat, geometrically structured grinding elements preferably have a Vickers hardness Hv of at least 15 GPa, more preferably at least 18 GPa.
  • the structured ceramic abrasive elements at least 95% of the theoretical density, preferably at least 97.5% of the theoretical density.
  • the grinding elements are circular discs or circle segments, which are adapted in relation to the diameter and the thickness of the separating discs to be formed therefrom.
  • the SchlelFimplantation invention are formed as perforated, provided with recesses ceramic body.
  • the Periörl ceremonies or the recesses of the ceramic body advantageously show a homogeneous geometric structure with geometrically shaped openings or recesses.
  • the volume ratio of the openings to the solid portions of the grinding elements over the entire usable diameter of the Schlerfeiemente is constant, which is to be understood by usable diameter, the range of the grinding element, which is used when working with the Schielfelement.
  • the sintered, polycrystalline, flat-shaped, geometrically-structured ceramic grinding elements are porous ceramic bodies, which either possess sufficient porosity per se to guarantee the porosity required for the grinding wheels, or additionally also are perforated or have recesses, the perforation or the recesses, however, is then less pronounced.
  • a porous ceramic body in the context of the present invention are those ceramic bodies to understand that are interspersed with more or less small pores, while the above holes and recesses are bulky and preferably geometrically structured.
  • the basis for the chemical composition of the Schlerfetti is alumina, wherein the chemical composition is preferably at least 50 wt .-% alumina and optionally one or more of the oxides selected from the group consisting of SI02, MgO, ⁇ 2, CfeOs , MnCfe, C02O3, F62O3, NiO, C112O, ZnO, ZJOZ and the rare earth oxides.
  • the chemical composition is preferably at least 50 wt .-% alumina and optionally one or more of the oxides selected from the group consisting of SI02, MgO, ⁇ 2, CfeOs , MnCfe, C02O3, F62O3, NiO, C112O, ZnO, ZJOZ and the rare earth oxides.
  • a shapeable ceramic mass is first produced, from which flat, geometrically structured precursors for ceramic grinding elements are formed, which form polycrystalline, flat, geometrically structured ceramic
  • a-AluminiumoxkJ having an average particle size of preferably less than 1 ⁇ in a ball mill in the presence of a Dispersionsmitteis and subsequent addition of an organic binder and optionally a plasticizer and / or an anti-foaming agent are obtained to the dispersion.
  • the dispersion is mixed for several hours until a stable colloidal dispersion has formed, which is processed via film casting to a layer with a thickness of up to 3 mm.
  • the foil-cast layer is dried and precursors of the flat,
  • sol-gel processes are also very well suited to the preparation of a moldable ceramic mass wherein the sol-gel compositions comprise a liquid carrier in which the ceramic precursor material incorporated in a ceramic material such as a-alumina , Silica, titania, zirconia or mixtures thereof, can be converted, dissolved or dispersed.
  • a ceramic material such as a-alumina , Silica, titania, zirconia or mixtures thereof
  • the sol-gel compositions may comprise modifying additives or precursors of modifying additives. These additives have the function of improving the desired properties of the sintered, shallow, geometrically structured ceramic Schielfiata.
  • Typical modifying additives or precursors of modifying additives are oxides, carbides, nitrides, oxy carbides, oxy-nitrides, carbonitrides or water-soluble salts of magnesium, zinc, iron, silicon, cobalt, nickel, zirconium, hafnium and rare earths.
  • the sol-gel composition may contain nucleation nuclei to accelerate the conversion of hydrogenated or calcined alumina to alpha alumina, thereby limiting crystal growth.
  • Crystallization nuclei suitable for this purpose include fine ⁇ -alumina particles, finely divided ⁇ -iron oxide or its precursor, titanium oxide and titanates, chromium oxide or other compounds capable of promoting conversion to ⁇ -alumina.
  • the particular advantage of the sol-gel method is that in this way grinding elements can be obtained with a particularly fine crystalline structure, high hardness and extraordinary toughness. Also in the sol-gel process, layers are formed, which are then dried. From the dried layers, the precursors of the flat, geometrically structured grinding elements are cut out and then sintered. Alternatively, the gels obtained in the sol-gel process can also be directly into a
  • the present invention will be further explained with reference to figures.
  • the figures 1 to 8 show two-dimensional plan views on different
  • Recesses and Figures 10a - 10c are schematic representations of different
  • Structures is not a limitation. In addition to the structures shown, a variety of werterer structures is possible and useful to achieve the object of the invention.
  • FIG. 1 shows a plan view of a radially formed round
  • the body 2 of the grinding element is formed star-shaped, wherein the ends of the beams 3, perpendicular to the circular recess 1 and form a circle whose diameter corresponds to the diameter of the grinding wheel, for which the grinding element is provided. Between the beams 3 recesses 4 can be seen, which are suitable for the grinding wheel
  • the recesses 4 are so dimensioned that the volume ratio of recesses 4 to the massive areas of the grinding element on the used during the grinding process
  • FIGS. 2 and 3 likewise show plan views of radiating grinding elements, the rays 3 forming an angle to the circular recess 1 in FIG. In the figure 3, the beams 3 are additionally curved. Again, the recesses 4 are again dimensioned so that the
  • rake angle Y which corresponds to the inclination of the chip surface (attack surface) to the reference surface, which is perpendicular to the tangent of the disc.
  • rake angles Y There are three different types of rake angles possible: positive, negative and exactly zero.
  • a positive rake angle ⁇ helps to reduce the cutting force and thus the energy consumption during cutting, whereas a negative rake angle Y increases the edge strength and the life of the grinding wheel.
  • the rake angle Y is additionally shown in FIGS. 3, 4, 8, 10a, 10b and 10c explained
  • the grinding element according to FIG. 3 has a positive rake angle Y of 18 °.
  • the rake angle Y falls to zero with increasing wear (decreasing radius) of the grinding wheel.
  • FIG. 4 shows a circular disk-shaped grinding element whose body 2 has a circular recess 1 corresponding to the holder of the grinding wheel.
  • the porosity of the grinding wheel is ensured in the present case with round holes 4, which become larger with increasing radius of the disc, so that here too, the volume ratio of recesses 4 to the solid areas of the grinding element is constant over the used during the grinding process diameter of the grinding element, which again by the ratio of the distances A / B and A '/ B' concerning the circumference.
  • the rake angle Y of the grinding element starts at + 29 ° and changes with
  • FIGS 5 to 8 also show circular disk-shaped
  • Rake angle Y of the grinding element according to FIG. 8 is 32 "and remains constant throughout the grinding process.
  • the rake angle Y is generally explained with reference to FIGS. 10a to 10c, wherein FIG. 10a shows a positive rake angle Y, the rake angle Y according to FIG. 10b is zero and FIG. 10c shows a negative rake angle ⁇ .
  • FIGS. 10a to 10c show a positive rake angle Y
  • FIG. 10b shows a positive rake angle Y
  • FIG. 10c shows a negative rake angle ⁇ .
  • Circular segments is that their manufacture and handling is simpler, and processing reduces the risk of breakage of abrasive elements.
  • Practical circle segments are in particular fractions of one-half, one-third, one-quarter, and one-eighth of a complete circular
  • the precursors of the abrasive elements were dried, due to the high alumina content only a small volume contraction and no
  • the dried precursors were heated to 600 ° C at a heating rate of 1 ° C / min to remove the binder and then sintered at a heating rate of 5 ° C / min to a maximum temperature of 1600 ° C.
  • the holding time at 1600 ° C was 30 minutes.
  • the thus obtained flat-shaped, geometrically structured grinding elements have a density of 3.94 g / cm 3 (98.3% of the theoretical density), a Vickers hardness Hv of 18.4 GPa and a crystallite size of less than 2 ⁇ .
  • a star-shaped, flat, geometrically structured grinding element according to FIG. 1 with a thickness of 300 ⁇ m was used.
  • the standard used was a comparison disk with a single crystal corundum (TSCTSK, Imerys Fused Minerals) in the granulations F46 / 60.
  • the above example illustrates the potential of the inventive abrasive elements.
  • the strength and the inherent porosity of the Schleffimplantation custom sanding elements can be provided for a variety of applications.
  • Abrasive elements with high intrinsic porosity are, for example, porous oxide ceramics whose porosity is between 10% and 90% using known ceramic technologies.
  • Pore volume can be adjusted.
  • Another potential for optimization results from the use of a plurality of grinding elements which can be used in parallel next to each other in a grinding wheel, wherein advantageously also the hole patterns of the grinding elements are offset from each other, so that the porosity over the width of the grinding wheel has an optimal homogeneous distribution.
  • An example of such a disk is a double-layered separating disk which has two flat, geometrically structured grinding elements which each have a thickness of 150 ⁇ m.
  • the physical properties of the abrasive elements can be changed by doping. For example, toughness and
  • Breaking strength of the Schielfetti be improved by the addition of ZlrkonoxkJ.
  • the choice of the starting materials and the manufacturing process offers further possibilities of variation and optimization approaches for the invention Grinding elements.
  • Such ceramics have extraordinary toughness and hardness and are particularly well suited for the machining of high-alloy steels
  • Abrasive elements are thin resin-bonded discs with a thickness between 100 pm and 200 pm and a small diameter between 1 cm and 4 cm, as used in the dental field.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

The invention relates to sintered, polycrystalline, flat, geometrically structured ceramic grinding elements for use in resin-bonded grinding disks, in particular cutting disks. The invention also relates to a method for manufacturing flat, geometrically structured ceramic grinding elements of said type as well as to the use thereof.

Description

Gesintertes, pcJykristalllnes, flach ausgebildetes, geometrisch strukturiertes keramisches SchleHelement, Verfahren zu seiner Herstellung und seine  Sintered, PCJykristalllnes, flat trained, geometrically structured ceramic SchleHelement, process for its preparation and its
Verwendung TECHNISCHES GEBIET Use TECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft ein gesintertes, polykristallines, flach The present invention relates to a sintered, polycrystalline, flat
ausgebildetes, geometrisch strukturiertes keramisches Schlelfelement für den Einsatz in kunstharzgebundenen Schleifscheiben, insbesondere Trennscheiben. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen gesinterten, polykristalinen, flach ausgebildeten, geometrisch strukturierten keramischen Schielfelements und seine Verwendung. formed, geometrically structured ceramic Schlelfelement for use in resin-bonded grinding wheels, especially cutting discs. The present invention also relates to a method for producing such a sintered, polycrystalline, flat, geometrically structured ceramic Schielfelements and its use.
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
Eine Sonderform der kunstharzgebundenen Schleifscheiben sind die A special form of resin-bonded grinding wheels are the
kunstharzgebundenen Trennscheiben, die im Rahmen dieser Anmeldung als Resin-bonded cutting discs, which in the context of this application as
Beispiele für kunstharzgebunden Schleifscheiben herangezogen werden, was jedoch nicht bedeutet, dass die Erfindung auf Trennscheiben beschränkt ist. Vielmehr hat sich bei den vorliegenden Arbelten herausgestellt, dass die erfindungsgemäßen Schleifelemente, die ursprünglich für den Einsatz in Trennscheiben konzipiert waren, allgemein für kunstharzgebundene Schleifscheiben geeignet sind. Examples of resin-bonded grinding wheels are used, but this does not mean that the invention is limited to cutting wheels. Rather, it has been found in the present Arbelten that the grinding elements of the invention, which were originally designed for use in cutting wheels, are generally suitable for resin-bonded grinding wheels.
Trennscheiben sind flache kreisförmige Scheiben, die meist zum Abtrennen von Materialabschnitten eingesetzt werden. Für die verschiedenen zu bearbeitenden Materialien, wie z.B. Metall, Edelstahl, Naturstein, Beton oder Asphalt werden unterschiedliche Trennscheiben eingesetzt, wobei sich die Trennscheiben in zwei Hauptgruppen einteilen lassen, nämlich kunstharzgebundene Trennscheiben und Diamanttrennscheiben. Zur Herstellung von kunstharzgebundenen Trennscheiben werden Schleifkömer, wie z.B. Korund oder Siliziumcarbid, zusammen mit Cutting discs are flat circular discs, which are usually used to cut off material sections. For the various materials to be processed, such as e.g. Metal, stainless steel, natural stone, concrete or asphalt are used different cutting discs, the cutting discs can be divided into two main groups, namely resin-bonded cutting discs and diamond cutting discs. For the production of resin-bonded cutting wheels Schleifkömer, such. Corundum or silicon carbide, together with
Füllstoffen, Pulverharz und Flüssigharz zu einer Masse gemischt, die dann in speziellen Maschinen zu Trennscheiben in verschiedenen Stärken und Fillers, powdered resin and liquid resin are mixed into a mass, which is then used in special machines to make cutting discs of different thicknesses and
Durchmessern gepresst werden. Dabei wird das Schleifmittel in ein Gewebe aus Glasfaser eingebettet, um den enormen Fliehkräften, die beim Einsatz der Diameters are pressed. The abrasive is in a tissue Embedded fiberglass to the enormous centrifugal forces involved in the use of
Trennscheiben auftreten, standhalten zu können. Bei den Diamanttrennscheiben, die fast ausschließlich für den Einsatz in Naturstein, Beton oder Asphalt genutzt werden, werden Diamantsegmente mittels verschiedener Verfahren, wie z.B. Sintern, Löten oder Laserschweißen, auf Stahlstammblätter aufgebracht. Cutting discs occur to be able to withstand. Diamond cutting discs, which are used almost exclusively for use in natural stone, concrete or asphalt, use diamond cutting techniques such as diamond cutting tools, such Sintering, brazing or laser welding, applied to steel logs.
Die Schleifmittelindustrie suchte in den vergangenen Jahren beständig nach Wegen zur Verbesserung der Leistung von Trennscheiben, wobei man sich insbesondere auf den Einsatz von hochwertigen Schleifkörnern konzentrierte. So beschreibt die EP 1 007 599 B1 Trennscheiben, die eine Mischung aus unterschiedlichen Sol-Gek Korunden als Schleifkömer aufweisen. Die EP 0 620082 B1 beschreibt The abrasives industry has been constantly seeking ways to improve the performance of cutting wheels in recent years, focusing in particular on the use of high quality abrasive grits. For example, EP 1 007 599 B1 describes cutting discs which have a mixture of different sol-gel corundums as abrasive grains. EP 0 620082 B1 describes
Trennscheiben, die neben hochabrasiven Komponenten, wie z.B. kubisches Bornftrid oder Diamant, mikrokristalline filament-förmige Aluminiumoxidpartikel mit einer einheitlichen Ausrichtung aufweisen, wobei die Schleifmittel in Form von Segmenten vorliegen, die auf einem Metallstammblatt aufgebracht sind. Cutting wheels, in addition to highly abrasive components, such. cubic Bornftrid or diamond, microcrystalline filament-shaped alumina particles having a uniform orientation, wherein the abrasives are in the form of segments, which are applied to a metal stem sheet.
Über Sol-Gel-Verfahren erhaltene keramische Schleifkömer in Form von Tetraedern oder Pyramiden werden gemäß der US-Patentanmeldung Nr. 2013/0040537 A1 in einer Mischung mit anderen hochwertigen Schleifkömem in kunstharzgebundenen Trennscheiben eingesetzt. Ähnliche kunstharzgebundene Trennscheiben werden in der US-Patentanmeldung Nr. 2013/0203328 A1 beschrieben, wobei über Sol-Gel- Verfahren erhaltene keramische Schleifkömer in Form von dreieckigen Plättchen, Prismen oder kegelstumpfarUgen Pyramiden wiederum neben anderen hochwertigen Schleifkömem in einer Mischung mit Phenolharzen, Schleifhilfsmitteln, Füllstoffen und sonstigen Additiven eingesetzt werden. Ceramic sanding towers in the form of tetrahedrons or pyramids obtained by sol-gel processes are used according to US Patent Application No. 2013/0040537 A1 in a mixture with other high-grade sanding grains in resin-bonded cutting disks. Similar resin-bonded cutting wheels are described in US Patent Application No. 2013/0203328 A1, wherein sol-gel ceramic sandblasters in the form of triangular platelets, prisms or truncated pyramids, in turn, among other high-quality abrasive beads mixed with phenolic resins, grinding aids, Fillers and other additives are used.
Mit Hilfe solcher Schleifkommischungen, bei denen Schleifkömer mit definierten Formen eingesetzt werden, konnten nicht nur in kunstharzgebundenen With the help of such sanding mixtures, in which Schleifkömer are used with defined shapes, could not only in resin-bonded
Trennscheiben, sondern allgemein in kunstharzgebundenen Schleifscheiben, im Vergleich zu Schleifscheiben mit hochwertigen Schleifkömem mit Undefinierten Schneiden erstaunlich hohe Leistungssteigerungen erreicht werden. Cutting discs, but generally in resin-bonded grinding wheels, compared to grinding wheels with high-quality Schleifkömem with undefined cutting amazingly high performance increases can be achieved.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG Angespornt durch solche Ergebnisse, ist die Schleifmittelindustrie auch weiterhin auf der Suche nach Verbesserungen der Leistungen von kunstharzgebundenen PRESENTATION OF THE INVENTION Encouraged by such results, the abrasives industry continues to seek improvements in resin bonded performance
Schleifscheiben, insbesondere Trennscheiben. Grinding wheels, in particular cutting discs.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Schleifmittel für den Einsatz in kunstharzgebundenen Schleifscheiben, insbesondere Trennscheiben, anzubieten, die Vorteile gegenüber dem Stand der Technik haben. Gelöst wird die Aufgabe durch gesinterte, polykristalline, flach ausgebildete, geometrisch strukturierte keramische Schleifelemente, die dazu vorgesehen sind, an Stelle von Schleifkömem In kunstharzgebundene Schleifscheiben, insbesondere Trennscheiben, eingebaut zu werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es auch, ein Verfahren zur Herstellung von gesinterten, polykristallinen, flach ausgebildeten, geometrisch strukturierten keramischen Schleifelementen für den Einsatz in kunstharzgebundenen The present invention is therefore based on the object of offering abrasives for use in resin-bonded grinding wheels, in particular cutting wheels, which have advantages over the prior art. The object is achieved by sintered, polycrystalline, flat, geometrically structured ceramic grinding elements, which are intended to be installed in place of Schleifkömem In resin-bonded grinding wheels, in particular cutting wheels. It is also an object of the present invention to provide a process for producing sintered, polycrystalline, flat, geometrically structured ceramic grinding elements for use in resin-bonded
Schleifscheiben bereitzustellen. Gelöst wird die Aufgabe durch die Ausbildung eines formbaren keramischen To provide grinding wheels. The problem is solved by the formation of a malleable ceramic
Vorläufermaterials, aus dem flach ausgebildete, geometrisch strukturierte Vorläufer für gesinterte, polykristalline, flach ausgebildete, geometrisch strukturierte  Precursor material, from the flat formed, geometrically structured precursor for sintered, polycrystalline, flat-shaped, geometrically structured
keramische Schleifelemente gebildet werden, die dann zu pofykristalllnen, flach ausgebildeten, geometrisch strukturierten keramischen Schleifelementen gesintert werden. ceramic abrasive elements are formed, which are then sintered to pofykristalllnen, flat-shaped, geometrically structured ceramic grinding elements.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, verbesserte kunstharzgebundene Schleifscheiben, insbesondere Trennscheiben, zur Verfugung zu stellen. Another object of the present invention is to provide improved resin-bonded abrasive wheels, especially cutting wheels.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Einsatz von gesinterten, pofykristalllnen, flach ausgebildeten, geometrisch strukturierten keramischen Schleifelementen als Ersatz von Schleifkömem in keramisch gebundenen Schleifscheiben, insbesondere Trennscheiben. This object is achieved by the use of sintered, pofykristalllnen, flat-shaped, geometrically structured ceramic grinding elements as a substitute Schleifkömem in ceramic bonded grinding wheels, especially cutting discs.
Bei den besagte gesinterte, polykristalline, flach ausgebildete, geometrisch strukturierte Schleifelemente handelt es sich um gesinterte Formkörper mit einem homogenen Mikrogefüge, einer über den gesamten Bereich des Schleifelements gleichmäßig ausgebildeten chemischen Zusammensetzung und einer einheitlichen geometrischen Struktur. Der Sinterkörper besitzt eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende und parallel zu ihr angeordnete zweite Oberfläche. Beide Oberflächen sind durch eine Seitenwand mit einer Dicke (t) zwischen 50 pm und 2000 μιτι voneinander getrennt. Das Verhältnis von The said sintered, polycrystalline, flat-shaped, geometrically structured grinding elements are sintered shaped bodies having a homogeneous microstructure, a uniform chemical composition over the entire area of the grinding element and a uniform geometric structure. The sintered body has a first surface and a second surface opposite and disposed parallel to the first surface. Both surfaces are separated by a side wall with a thickness (t) between 50 pm and 2000 μιτι. The ratio of
Durchmesser zu Dicke des Schleifelements ist größer als 30, vorzugsweise größer als 50. Der mittlere Durchmesser der die homogene Mikrostruktur ausbildenden Kristalle ist kleiner als 10 pm, vorzugsweise kleiner als 5pm. Diameter to thickness of the grinding element is greater than 30, preferably greater than 50. The average diameter of the crystals forming the homogeneous microstructure is less than 10 pm, preferably less than 5 pm.
Vorzugsweise basiert die chemische Zusammensetzung der gesinterten, Preferably, the chemical composition of the sintered,
polykristallinen, flach ausgebildeten, geometrisch strukturierten keramischen Schleifelemente auf Aluminiumoxid und/oder anderen chemischen Verbindungen ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus den CarbkJen, Oxiden, Nitriden, Oxy- Carbiden, Oxy-Nitriden und Carbo-Nitriden mindestens eines der Elemente ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus AI, B, Si, Ti und Zr. polycrystalline, flat-shaped, geometrically structured ceramic grinding elements on alumina and / or other chemical compounds selected from the group consisting of the CarbkJen, oxides, nitrides, oxy carbides, oxy-nitrides and carbonitrides at least one of the elements selected from the group consisting from Al, B, Si, Ti and Zr.
Die gesinterten polykristallinen, flach ausgebildeten, geometrisch strukturierten Schleifelemente besitzen vorzugsweise eine Vickershärte Hv von mindestens 15 GPa, besonders bevorzugt mindestens 18 GPa. The sintered polycrystalline, flat, geometrically structured grinding elements preferably have a Vickers hardness Hv of at least 15 GPa, more preferably at least 18 GPa.
Bei einer bevorzugten Ausführungsförm der vorliegenden Erfindung, beträgt die Dichte der gesinterten, polykristallinen, flach ausgebildeten, geometrisch In a preferred embodiment of the present invention, the density of the sintered, polycrystalline, shallow, geometric
strukturierten keramischen Schleifelemente mindestens 95% der theoretischen Dichte, vorzugsweise mindestens 97.5% der theoretischen Dichte. Vorzugsweise sind die Schleifelemente Kreisscheiben oder Kreissegmente, die in Bezug auf den Durchmesser und die Dicke den daraus zu bildenden Trennscheiben angepasst sind. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind die erfindungsgemäßen SchlelFelemente als perforierte, mit Aussparungen versehene keramische Körper ausgebildet. Dabei zeigen die Periörlerung bzw. die Aussparungen der keramischen Körper vorteilhaft eine homogene geometrische Struktur mit geometrisch geformten Öffnungen bzw. Aussparungen. Vorzugsweise ist dabei das Volumenverhältnis der Öffnungen zu den massiven Anteilen der Schleifelemente über den gesamten nutzbaren Durchmesser der Schlerfeiemente konstant, wobei unter nutzbarem Durchmesser der Bereich des Schleifelements zu verstehen ist, der beim Arbeiten mit dem Schielfelement zum Einsatz kommt. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die gesinterten, polykristallinen, flach ausgebildeten, geometrisch strukturierten keramischen Schleifelemente poröse keramische Körper sind, die entweder per se eine ausreichende Porosität besitzen, um die für die Schleifscheiben erforderliche Porosität zu garantieren, oder zusätzlich ebenfalls gelocht sind oder Aussparungen aufweisen, wobei die Lochung bzw. die Aussparungen jedoch dann weniger stark ausgeprägt ist. Als poröse keramische Körper im Sinne der vorliegenden Erfindung sind solche keramischen Körper zu verstehen, die mit mehr oder weniger kleinen Poren durchsetzt sind, während die oben genannten Lochungen und Aussparungen großvolumig und vorzugsweise geometrisch strukturiert sind. structured ceramic abrasive elements at least 95% of the theoretical density, preferably at least 97.5% of the theoretical density. Preferably, the grinding elements are circular discs or circle segments, which are adapted in relation to the diameter and the thickness of the separating discs to be formed therefrom. In a preferred embodiment, the SchlelFelemente invention are formed as perforated, provided with recesses ceramic body. The Periörlerung or the recesses of the ceramic body advantageously show a homogeneous geometric structure with geometrically shaped openings or recesses. Preferably, the volume ratio of the openings to the solid portions of the grinding elements over the entire usable diameter of the Schlerfeiemente is constant, which is to be understood by usable diameter, the range of the grinding element, which is used when working with the Schielfelement. A further advantageous embodiment of the present invention provides that the sintered, polycrystalline, flat-shaped, geometrically-structured ceramic grinding elements are porous ceramic bodies, which either possess sufficient porosity per se to guarantee the porosity required for the grinding wheels, or additionally also are perforated or have recesses, the perforation or the recesses, however, is then less pronounced. As a porous ceramic body in the context of the present invention are those ceramic bodies to understand that are interspersed with more or less small pores, while the above holes and recesses are bulky and preferably geometrically structured.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Basis für die chemische Zusammensetzung der Schlerfelemente Aluminiumoxid, wobei die chemische Zusammensetzung vorzugsweise mindestens 50 Gew.-% Aluminiumoxid und wahlweise eines oder mehrere der Oxide ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus SI02, MgO, ΊΠΟ2, CfeOs, MnCfe, C02O3, F62O3, NiO, C112O, ZnO, ZJOZ und die Oxide der Seltenen Erden umfasst. Daneben eignen steh auch andere chemische Verbindungen auf der Basis von Oxiden, Carbiden, Nitriden, Oxy-Carbiden, Oxy- Nitriden und Carbo-Nitriden, ausgewählt aus der Gruppe der Elementen bestehend aus AI, B, Si, Ti und Zr, geeignete Materialien zur Herstellung der In a preferred embodiment of the present invention, the basis for the chemical composition of the Schlerfelemente is alumina, wherein the chemical composition is preferably at least 50 wt .-% alumina and optionally one or more of the oxides selected from the group consisting of SI02, MgO, ΊΠΟ2, CfeOs , MnCfe, C02O3, F62O3, NiO, C112O, ZnO, ZJOZ and the rare earth oxides. Also suitable are other chemical compounds based on oxides, carbides, nitrides, oxy-carbides, oxy-nitrides and carbonitrides selected from the group of elements from Al, B, Si, Ti and Zr, suitable materials for the production of
erfindungsgemäßen keramischen Schleifelemente. ceramic abrasive elements according to the invention.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifelemente kann nach The preparation of the abrasive elements according to the invention can after
unterschiedlichen Verfahren erfolgen, wobei in allen Fällen zunächst eine formbare keramische Masse hergestellt wird, aus der flach ausgebildete, geometrisch strukturierte Vorläufer für keramische Schleifelemente gebildet werden, die zu polykristallinen, flach ausgebildeten geometrisch strukturierten keramischen In all cases, a shapeable ceramic mass is first produced, from which flat, geometrically structured precursors for ceramic grinding elements are formed, which form polycrystalline, flat, geometrically structured ceramic
Schleifelementen gesintert werden. Sintered sintered elements.
So kann die keramische Masse bzw. das keramische Vorläufermaterial Thus, the ceramic mass or the ceramic precursor material
beispielsweise durch Nassvermahlen von a-AluminiumoxkJ mit einer mittleren Partikelgröße von vorzugsweise weniger als 1 μιπ in einer Kugelmühle in Gegenwart eines Dispersionsmitteis und anschließende Zugabe eines organischen Binders und wahlweise eines Plastifizierungsmittels und/oder eines Antischaummlttels zu der Dispersion gewonnen werden. Die Dispersion wird für mehrere Stunden gemischt, bis sich eine stabile kolloidale Dispersion gebildet hat, die über Foliengießen zu einer Schicht mit einer Schichtstärke bis zu 3 mm verarbeitet wird. Die foliengegossene Schicht wird getrocknet und es werden Vorläufer der flach ausgebildeten, For example, by wet grinding of a-AluminiumoxkJ having an average particle size of preferably less than 1 μιπ in a ball mill in the presence of a Dispersionsmitteis and subsequent addition of an organic binder and optionally a plasticizer and / or an anti-foaming agent are obtained to the dispersion. The dispersion is mixed for several hours until a stable colloidal dispersion has formed, which is processed via film casting to a layer with a thickness of up to 3 mm. The foil-cast layer is dried and precursors of the flat,
geometrisch strukturierten Schleifelemente ausgeschnitten, die dann kalziniert und gesintert werden. cut geometrically structured abrasive elements, which are then calcined and sintered.
Daneben sind alle Verfahren geeignet, bei denen formbare keramische Massen erhalten werden, aus denen dann die entsprechenden Schleifelemente geformt und anschließend gesintert werden können. In addition, all methods are suitable in which moldable ceramic masses are obtained, from which then the corresponding grinding elements can be formed and then sintered.
So sind zum Beispiel auch Sol-Gel-Verfahren sehr gut geeignet zur Herstellung einer formbaren keramischen Masse, wobei die Sol-Gel-Zusammensetzungen einen flüssigen Träger umfassen, in dem das keramische Vorläufermaterial, das in ein keramisches Material, wie zum Beispiel a-AluminiumoxkJ, Siliziumoxid, Titanoxid, Zirkonoxid oder Mischungen davon, umgewandelt werden kann, gelost oder dispergiert ist. Viele solcher für die Herstellung von Keramiken auf Basis von Aluminiumoxid geeigneter Sole sind als Boehmit-Sole kommerziell unter den For example, sol-gel processes are also very well suited to the preparation of a moldable ceramic mass wherein the sol-gel compositions comprise a liquid carrier in which the ceramic precursor material incorporated in a ceramic material such as a-alumina , Silica, titania, zirconia or mixtures thereof, can be converted, dissolved or dispersed. Many such for the production of ceramics based on Alumina suitable sols are commercially available as boehmite sols among the
Markennamen .Dispal" , .Disperal", .Pural" oder„Catapal" erhältlich. Brand names "Dispal", "Disperal", "Purple" or "Catapal" available.
Die Sol-Gel-Zusammensetzungen können modifizierende Additive oder Vorläufer von modifizierenden Additiven umfassen. Diese Additive haben die Funktion, die gewünschten Eigenschaften der gesinterten, flach ausgebildeten, geometrisch strukturierten keramischen Schielfelemente zu verbessern. Typische modifizierende Additive oder Vorläufer von modifizierenden Additiven sind Oxide, Carbide, Nitride, Oxy-CarbkJe, Oxy-Nitride, Carbo-Nitride oder wasserlösliche Satze des Magnesiums, Zinks, Eisens, Siliziums, Kobalt, Nickels, Zirkoniums, Hafniums und der Seltenen Erden. The sol-gel compositions may comprise modifying additives or precursors of modifying additives. These additives have the function of improving the desired properties of the sintered, shallow, geometrically structured ceramic Schielfelemente. Typical modifying additives or precursors of modifying additives are oxides, carbides, nitrides, oxy carbides, oxy-nitrides, carbonitrides or water-soluble salts of magnesium, zinc, iron, silicon, cobalt, nickel, zirconium, hafnium and rare earths.
Zusätzlich oder alternativ kann die Sol-Gel-Zusammensetzung Kristallisationskeime enthalten, um die Umwandlung von hydriertem oder kalziniertem Aluminiumoxid in a- Aluminiumoxid zu beschleunigen und damit das Kristallwachstum zu begrenzen. Dafür geeignete Kristallisationskeime schließen feine a-Aluminiumoxid-Partikel, feinteiliges α-EisenoxkJ oder dessen Vorläufer, Titanoxid und Titanate, Chromoxid oder andere Verbindungen ein, die in der Lage sind, die Umwandlung in o- Aluminiumoxid zu begünstigen. Additionally or alternatively, the sol-gel composition may contain nucleation nuclei to accelerate the conversion of hydrogenated or calcined alumina to alpha alumina, thereby limiting crystal growth. Crystallization nuclei suitable for this purpose include fine α-alumina particles, finely divided α-iron oxide or its precursor, titanium oxide and titanates, chromium oxide or other compounds capable of promoting conversion to α-alumina.
Der besondere Vorteil des Sol-Gel-Verfahrens liegt darin, dass auf diese Weise Schleifelemente mit einem besonders feinkristallinen Gefüge, einer hohen Härte und einer außerordentlichen Zähigkeit erhalten werden können. Auch beim Sol-Gel- Verfahren werden Schichten ausgebildet, die dann getrocknet werden. Aus den getrockneten Schichten werden die Vorläufer der flach ausgebildeten, geometrisch strukturierten Schleifelemente ausgeschnitten und anschließend gesintert Alternativ können die beim Sol-Gel-Verfahren erhaltenen Gele auch direkt in eine The particular advantage of the sol-gel method is that in this way grinding elements can be obtained with a particularly fine crystalline structure, high hardness and extraordinary toughness. Also in the sol-gel process, layers are formed, which are then dried. From the dried layers, the precursors of the flat, geometrically structured grinding elements are cut out and then sintered. Alternatively, the gels obtained in the sol-gel process can also be directly into a
entsprechende Form gegeben, anschließend getrocknet und dann gesintert werden. Weitere geeignete Verfahren zur Herstelung von flach ausgebildeten, geometrisch strukturierten keramischen Schleifelementen sind das Spritzgießen, das Pressen, das RoHformen und die schnelle Prototypenentwicklung oder additive Fertigung, wie zum (Beispiel der 3D-Druck, die Stereolithografie und das LOM-Verfahren (Laminated Object Manufacturing). be given appropriate form, then dried and then sintered. Other suitable methods for the production of flat, geometrically structured ceramic grinding elements are injection molding, pressing, roughing and rapid prototyping or additive manufacturing, such as (Example of 3D printing, stereolithography and LOM (Laminated Object Manufacturing).
KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Die vorliegende Erfindung wird anhand von Abbildungen zusätzlich erläutert. Dabei zeigen die Figuren 1 bis 8 zweidimensionale Draufsichten auf unterschiedlich The present invention will be further explained with reference to figures. The figures 1 to 8 show two-dimensional plan views on different
geometrisch strukturierte Schleifelemente; die Figur 9 eine Übersicht mit unterschiedlichen geometrischen  geometrically structured grinding elements; 9 shows an overview with different geometric
Aussparungen und die Figuren 10a - 10c schematische Darstellungen unterschiedlicher  Recesses and Figures 10a - 10c are schematic representations of different
Spanwinkel.  Rake angle.
In der Auswahl der in den oben genannten Figuren gezeigten geometrischen In the selection of the geometric shown in the above figures
Strukturen ist keine Einschränkung zu sehen. Neben den gezeigten Strukturen ist eine Vielzahl werterer Strukturen möglich und sinnvoll, um die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen. Structures is not a limitation. In addition to the structures shown, a variety of werterer structures is possible and useful to achieve the object of the invention.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN Die Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf ein strahlenförmig ausgebildetes rundes DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a plan view of a radially formed round
Schleifelement, in dessen Mitte eine kreisförmige Aussparung 1 zu sehen ist, die mit der Aufnahme der Schleifscheibe korrespondiert, in die das Schleifelement eingebaut werden soll. Der Körper 2 des Schleifelements ist sternförmig ausgebildet, wobei die Enden der Strahlen 3, senkrecht zur kreisförmigen Aussparung 1 stehen und einen Kreis ausbilden, dessen Durchmesser mit dem Durchmesser der Schleifscheibe korrespondiert, für die das Schleifelement vorgesehen ist. Zwischen den Strahlen 3 sind Aussparungen 4 zu sehen, die geeignet sind, der Schleifscheibe die  Grinding element, in the middle of a circular recess 1 can be seen, which corresponds to the recording of the grinding wheel into which the grinding element is to be installed. The body 2 of the grinding element is formed star-shaped, wherein the ends of the beams 3, perpendicular to the circular recess 1 and form a circle whose diameter corresponds to the diameter of the grinding wheel, for which the grinding element is provided. Between the beams 3 recesses 4 can be seen, which are suitable for the grinding wheel
erforderliche Porosität zur Verfügung zu stellen. Die Aussparungen 4 sind so dimensioniert, dass das Volumenverhältnis von Aussparungen 4 zu den massiven Bereichen des Schleifelements über den beim Schleifprozess genutzten To provide required porosity. The recesses 4 are so dimensioned that the volume ratio of recesses 4 to the massive areas of the grinding element on the used during the grinding process
Durchmesser des Schleifelements konstant Ist. Auf diese Weise wird gewährleistet dass bei radialer Abnutzung der Schleifscheibe die Porosität der Schleifscheibe und damit die Schleifbedingungen über den gesamten Schleifprozess unverändert bleiben. In der Figur 1 wird dieses Verhältnis verdeutlicht über das Verhältnis der den Umfang U bzw. U' betreffenden Abstände A / B und Α' / B' bei einen bestimmten Scheibendurchmesser. Die Figuren 2 und 3 zeigen ebenfalls Draufsichten auf strahlenförmig ausgebildete Schleifelemente, wobei die Strahlen 3 in der Figur 2 einen Winkel zur kreisförmigen Aussparung 1 bilden. In der Figur 3 sind die Strahlen 3 zusätzlich noch gekrümmt. Auch hier sind die Aussparungen 4 wieder so dimensioniert, dass das Diameter of the grinding element is constant. In this way it is ensured that with radial wear of the grinding wheel, the porosity of the grinding wheel and thus the grinding conditions remain unchanged over the entire grinding process. In FIG. 1, this relationship is clarified by the ratio of the distances A / B and Α '/ B' relating to the circumference U or U ', given a specific disk diameter. FIGS. 2 and 3 likewise show plan views of radiating grinding elements, the rays 3 forming an angle to the circular recess 1 in FIG. In the figure 3, the beams 3 are additionally curved. Again, the recesses 4 are again dimensioned so that the
Volumenverhältnls von Aussparungen zu den massiven Bereichen des Volume ratios of recesses to the massive areas of the
Schleifelementes über den beim Schleifprozess genutzten Durchmesser des Abrasive element over the diameter used during the grinding process
Schleifelements konstant ist, was ebenfalls wieder durch das Verhältnis der den Umfang betreffenden Abstände A / B und A' / B' verdeutlicht wird. Grinding elements is constant, which is again illustrated by the ratio of the circumference distances A / B and A '/ B'.
Ein weiteres Merkmal zur Charakterisierung der flach ausgebildeten, geometrisch strukturierten keramischen Schielfelemente ist der Spanwinkel Y, welcher der Neigung der Spanoberfläche (Angriffsfläche) zur Referenzfläche, die senkrecht zur Tangente der Scheibe angeordnet ist, entspricht. Es sind drei unterschiedliche Arten von Spanwinkel möglich: positiv, negativ und genau null. Ein positiver Spanwinkel γ hilft, die Schnittkraft und somit den Energiebedarf beim Schneiden zu reduzieren, wohingegen ein negativer Spanwinkel Y die Kantenfestigkeit und die Lebensdauer des Schleifelements bzw. der Schleifscheibe erhöht Der Spanwinkel Y ist zusätzlich anhand der Figuren 3, 4, 8, 10a, 10b und 10c erläutert Another feature for characterizing the flat, geometrically structured ceramic Schielfelemente is the rake angle Y, which corresponds to the inclination of the chip surface (attack surface) to the reference surface, which is perpendicular to the tangent of the disc. There are three different types of rake angles possible: positive, negative and exactly zero. A positive rake angle γ helps to reduce the cutting force and thus the energy consumption during cutting, whereas a negative rake angle Y increases the edge strength and the life of the grinding wheel. The rake angle Y is additionally shown in FIGS. 3, 4, 8, 10a, 10b and 10c explained
Das Schleifelement gemäß Figur 3 besitzt einen positiven Spanwinkel Y von 18°. Während des Schleifprozesses fällt der Spanwinkel Y mit zunehmendem Verschleiß (abnehmendem Radius) der Schleifscheibe auf null zurück. Die Figur 4 zeigt ein kreisscheibenförmig ausgebildetes Schleifelement, dessen Körper 2 eine mit der Aufnahme der Schleifscheibe korrespondierende kreisförmige Aussparung 1 aufweist. Die Porosität der Schleifscheibe wird im vorliegenden Fall mit runden Löchern 4 gewährleistet, die mit zunehmendem Radius der Scheibe größer werden, so dass auch hier das Volumenverhältnis von Aussparungen 4 zu den massiven Bereichen des Schleifelementes über den beim Schleifprozess genutzten Durchmesser des Schleifelements konstant ist, was wieder durch das Verhältnis der den Umfang betreffenden Abstände A / B und A' / B' verdeutlicht wird. Der Spanwinkel Y des Schleifelements beginnt mit +29° und wechselt mit The grinding element according to FIG. 3 has a positive rake angle Y of 18 °. During the grinding process, the rake angle Y falls to zero with increasing wear (decreasing radius) of the grinding wheel. FIG. 4 shows a circular disk-shaped grinding element whose body 2 has a circular recess 1 corresponding to the holder of the grinding wheel. The porosity of the grinding wheel is ensured in the present case with round holes 4, which become larger with increasing radius of the disc, so that here too, the volume ratio of recesses 4 to the solid areas of the grinding element is constant over the used during the grinding process diameter of the grinding element, which again by the ratio of the distances A / B and A '/ B' concerning the circumference. The rake angle Y of the grinding element starts at + 29 ° and changes with
abnehmendem Schleifscheibenradius nach dem Passieren der Null in den negativen Bereich bis hinunter zu -90°. Bei der nächsten Reihe der runden Löcher 4 beginnt der Spanwinkel mit +90°, fällt auf null zurück und wechselt anschließend in den negativen Bereich bis hinunter zu -90°. Dieser Verlauf wiederholt sich dann mit Jeder beginnenden Lochreihe. decreasing grinding wheel radius after passing the zero in the negative range down to -90 °. At the next row of round holes 4, the rake angle starts at + 90 °, falls back to zero, and then goes into the negative range down to -90 °. This course is then repeated with each beginning row of holes.
Die Figuren 5 bis 8 zeigen ebenfalls kreisscheibenförmig ausgebildete Figures 5 to 8 also show circular disk-shaped
Schleifelemente, die Lochungen 4 in anderen geometrischen Formen aufweisen. In der Figur 5 sind trapezförmige Löcher 4, in der Figur 6 rautenförmige Löcher 4, in der Figur 7 hexagonale, wabenförmige Löcher 4 und in der Figur 8 dreieckige Löcher 4 zu sehen. In allen Fällen ist das Volumenverhältnis von Aussparungen 4 zu den massiven Bereichen des Schleifelementes über den beim Schleifprozess genutzten Durchmesser des Schleifelements konstant ist was wieder durch das Verhältnis der den Umfang betreffenden Abstände A / B und A' / B' verdeutlicht wird. Der Sanding elements having perforations 4 in other geometric shapes. Trapezoidal holes 4, in FIG. 6 diamond-shaped holes 4, hexagonal honeycomb-shaped holes 4 in FIG. 7 and triangular holes 4 in FIG. 8 are shown in FIG. In all cases, the volume ratio of recesses 4 to the solid areas of the grinding element is constant over the diameter of the grinding element used in the grinding process, which is again illustrated by the ratio of the circumferential distances A / B and A '/ B'. Of the
Spanwinkel Y des Schleifelementes gemäß Figur 8 beträgt 32" und bleibt während des gesamten Schleifprozesses konstant. Rake angle Y of the grinding element according to FIG. 8 is 32 "and remains constant throughout the grinding process.
Der Spanwinkel Y wird allgemein anhand der Figuren 10a bis 10c erläutert, wobei Figur 10a einen positiven Spanwinkel Y zeigt, der Spanwinkel Y gemäß Figur 10b ist null und Figur 10c zeigt einen negativen Spanwinkel γ. Beim Abtragen erzeugt das Schleifelement 7 auf dem Werkstück 5 einen Span 6, wobei ein positiver Spanwinkel Y dazu beträgt, die Schnittkraft und damit den Energiebedarf beim Schneiden zu reduzieren, währenddessen eine negativer Spanwinkel Y die Kantenfestigkeit und die Lebensdauer des Schleifelements 7 erhöht. Wie bereits eingangs erwähnt, handelt es sich bei den In den Figuren 1 bis 8 gezeigten Ausführungsformen der Schleifelemente um eine willkürliche Auswahl, worin keine Einschränkung zu sehen ist. In der Figur 9 sind Beispiele für weitere geometrische Flächen zu sehen, die mögliche Formen für Aussparungen bzw. The rake angle Y is generally explained with reference to FIGS. 10a to 10c, wherein FIG. 10a shows a positive rake angle Y, the rake angle Y according to FIG. 10b is zero and FIG. 10c shows a negative rake angle γ. When abrading produces the grinding element 7 on the workpiece 5 a chip 6, wherein a positive rake angle Y is to reduce the cutting force and thus the energy consumption during cutting, while a negative rake angle Y increases the edge strength and life of the grinding element 7. As already mentioned, the embodiments of the grinding elements shown in FIGS. 1 to 8 are an arbitrary selection, wherein no restriction is to be seen. In the figure 9 are examples of other geometric surfaces to see the possible forms for recesses or
Löcher wiedergeben. Auch in dieser Zusammenfassung ist keine Einschränkung zu sehen. Reproduce holes. Also in this summary is no restriction to see.
Neben den in den Figuren 1 bis 8 gezeigten vollständigen kreisförmigen Elementen ist es selbstverständlich auch möglich, Kreissegmente mit den gleichen In addition to the complete circular elements shown in Figures 1 to 8, it is of course also possible to circle segments with the same
geometrischen Strukturen herzustellen und einzusetzen. Der Vorteil der manufacture and use geometric structures. The advantage of
Kreissegmente besteht darin, dass ihre Herstellung und Handhabung einfacher ist und bei der Verarbeitung die Gefahr des Bruches von Schleifelementen geringer ist Als praktische Kreissegmente sind insbesondere Bruchteile mit der Hälfte, einem Drittel, einem Viertel und einem Achtel eines vollständigen kreisförmigen Circular segments is that their manufacture and handling is simpler, and processing reduces the risk of breakage of abrasive elements. Practical circle segments are in particular fractions of one-half, one-third, one-quarter, and one-eighth of a complete circular
Schleif elementes geeignet Sanding element suitable
Letztendlich hängt die geometrische Gestattung der Schleifelemente im Ultimately, the geometric design of the grinding elements in
Wesentlichen vom Einsatzgebiet der Schleifscheibe ab, wobei der Fachmann die geometrische Form wählt, mit der sich die gewünschten Schleifbedingungen am besten einstellen lassen und die darüber hinaus am einfachsten herzustellen ist. Essentially from the field of application of the grinding wheel, wherein the expert selects the geometric shape with which the desired grinding conditions can best be set and which moreover is the simplest to produce.
Beispiele Es wurde eine 80%ige a-Aluminiumoxid-Suspension mit einer mittleren Partikelgröße D50 von 0.144 μπΊ durch Nassvermahlen eines a-Alumlniumoxid-Ausgangspulvers mit einer mittleren Partikelgrößer von weniger als 1 μητι gewonnen. Dabei wurde die Suspension durch Zugabe von 0.75 Gew.-% eines Polymethacrylats (KV5182, Zschimmer & Schwarz) stabilisiert. Die stabilisierte Suspension wurde dann mit einem Latex-Binder (B-1000, Dow Chemicals) versetzt EXAMPLES An 80% strength α-aluminum oxide suspension having an average particle size D50 of 0.144 μπΊ was obtained by wet grinding of a starting material of α-alumina with an average particle size of less than 1 μητι. The suspension was stabilized by adding 0.75% by weight of a polymethacrylate (KV5182, Zschimmer & Schwarz). The stabilized suspension was then treated with a latex binder (B-1000, Dow Chemicals)
Anschließend wurden zur Erhöhung der Viskosität zur flüssigen Suspension 5 Gew.- % einer wässrigen 1.25%igen Cellulose-Lösung (Methocel K15M) in Wasser zugegeben. Mit der so hergestellten keramischen Vorstufe, die einen Aluminiumoxid- Gehalt von 72.6 Gew.-% und eine Viskosität von 1300 mPa*s aufwies, wurden Folien mit unterschiedlichen Stärken zwischen 200 und 500 μπι gegossen, aus denen dann Vorläufer der flach ausgebildeten, geometrisch strukturierten keramischen Subsequently, to increase the viscosity to the liquid suspension, 5% by weight of an aqueous 1.25% strength cellulose solution (Methocel K15M) in water added. With the thus prepared ceramic precursor, which had an aluminum oxide content of 72.6 wt .-% and a viscosity of 1300 mPa * s, foils with different thicknesses between 200 and 500 μπι were poured, from which then precursor of the flat, geometrically structured ceramic
Schleifelemente entsprechend den Figuren 1 bis 8 gestanzt wurden. Sanding elements were punched according to Figures 1 to 8.
Die Vorläufer der Schleifelemente wurden getrocknet, wobei aufgrund des hohen Aluminiumoxidgehaltes nur eine geringe Volumenkontraktion und keine The precursors of the abrasive elements were dried, due to the high alumina content only a small volume contraction and no
Rissbildungen zu erkennen waren. Die getrockneten Vorläufer wurden mit einer Aufheizrate von 1 °C/min auf 600 °C erwärmt, um den Binder zu entfernen, und dann mit einer Aufheizrate von 5° C/min bis zu einer maximalen Temperatur von 1600 °C gesintert. Die Haltezeit bei 1600 °C betrug 30 Minuten. Die so erhaltenen flach ausgebildeten, geometrisch strukturierten Schleifelemente besitzen einen Dichte von 3.94 g/cm3 (98.3 % der theoretischen Dichte), eine Vickers-Härte Hv von 18.4 GPa und eine Kristallitgröße von weniger als 2 μπι. Cracks were visible. The dried precursors were heated to 600 ° C at a heating rate of 1 ° C / min to remove the binder and then sintered at a heating rate of 5 ° C / min to a maximum temperature of 1600 ° C. The holding time at 1600 ° C was 30 minutes. The thus obtained flat-shaped, geometrically structured grinding elements have a density of 3.94 g / cm 3 (98.3% of the theoretical density), a Vickers hardness Hv of 18.4 GPa and a crystallite size of less than 2 μπι.
Trenntest separation test
Zur Herstellung einer kunstharzgebundenen Trennscheibe mit einem Durchmesser von 125 mm wurde ein sternförmiges flach ausgebildetes, geometrisch strukturiertes Schleifelement gemäß Figur 1 mit einer Stärke von 300 pm eingesetzt. Um die Stabilität der Scheibe zu gewährleisten wurde dem Harz Korund als Füllstoff zugemischt. Als Standard wurde ein Vergleichsscheibe mit einem Einkristallkorund (TSCTSK, Imerys Fused Minerals) in den Körnungen F46/60 herangezogen. To produce a synthetic resin-bonded cutting disk with a diameter of 125 mm, a star-shaped, flat, geometrically structured grinding element according to FIG. 1 with a thickness of 300 μm was used. To ensure the stability of the disc corundum was added to the resin as a filler. The standard used was a comparison disk with a single crystal corundum (TSCTSK, Imerys Fused Minerals) in the granulations F46 / 60.
Es wurden Cr-Ni-Edelstahl-Rundstäbe mit einem Durchmesser von 20 mm als Werkstücke eingesetzt und mit einer Schnittgeschwindigkeit von 6000 pm/sec bei einer Scheibendrehzahl von 8800 Umdrehungen pro Minute bearbeitet. Dazu wurden jeweils 3 Vorschnitte und 12 weitere Schnitte durchgeführt. Danach wurde der Scheibenverlust anhand der Abnahme des Durchmessers der Scheiben bestimmt. Aus dem Quotienten von Materialabtrag und Scheibenverlust wurde dann das das G- Verhältnis bestimmt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefasst: Cr-Ni stainless steel round rods with a diameter of 20 mm were used as workpieces and machined at a cutting speed of 6000 pm / sec at a wheel speed of 8800 revolutions per minute. In each case 3 preliminary cuts and 12 further cuts were made. Thereafter, the disc loss was determined by the decrease in the diameter of the discs. From the quotient of material removal and disk loss, the G ratio was then determined. The results are summarized in the following Table 1:
Tabelle 1 Table 1
Das oben aufgeführte Beispiel veranschaulicht das Potential der erfindungsgemäßen Schleifelemente. Durch Variationen der geometrischen Struktur, der Stärke und der Eigenporosität der Schleffelemente können für die unterschiedlichsten Anwendungen maßgeschneiderte Schleifelemente zur Verfügung gestellt werden. Schleifelemente mit hoher Eigenporosität sind beispielsweise poröse Oxidkeramiken, deren Porosität mit Hilfe bekannter keramischer Technologien zwischen 10 % und 90 % The above example illustrates the potential of the inventive abrasive elements. By varying the geometric structure, the strength and the inherent porosity of the Schleffelemente custom sanding elements can be provided for a variety of applications. Abrasive elements with high intrinsic porosity are, for example, porous oxide ceramics whose porosity is between 10% and 90% using known ceramic technologies.
Porenvolumen eingestellt werden kann. Ein weiteres Optimierungspotential ergibt sich aus der Verwendung mehrerer Schleifelemente, die in einer Schleifscheibe parallel nebeneinander eingesetzt werden können, wobei vorteilhaft zusätzlich die Lochbilder der Schleifelemente versetzt zueinander angeordnet sind, so dass die Porosität über die Breite der Schleifscheibe eine optimale homogene Verteilung aufweist. Ein Beispiel für eine solche Scheibe ist eine doppelschichtig versetzte Trennscheibe, die zwei flach ausgebildete, geometrisch strukturierte Schleifelemente aufweist, die jewsfls eine Stärke von 150 pm besitzen.  Pore volume can be adjusted. Another potential for optimization results from the use of a plurality of grinding elements which can be used in parallel next to each other in a grinding wheel, wherein advantageously also the hole patterns of the grinding elements are offset from each other, so that the porosity over the width of the grinding wheel has an optimal homogeneous distribution. An example of such a disk is a double-layered separating disk which has two flat, geometrically structured grinding elements which each have a thickness of 150 μm.
Zusätzlich können die physikalischen Eigenschaften der Schleifelemente durch Dotierungen verändert werden. So kann beispielsweise die Zähigkeit und In addition, the physical properties of the abrasive elements can be changed by doping. For example, toughness and
Bruchfestigkeit der Schielfelemente durch den Zusatz von ZlrkonoxkJ verbessert werden. Die Wahl der Ausgangsstoffe und des Herstellverfahrens bietet weitere Variationsmöglichkeiten und Optimierungsansätze für die erfindungsgemäßen Schleifelemente. So können beispielsweise über das Sol-Gel-Verfahren mit bekannten Technologien besonders feinkristalline Schleifelemente hergestellt werden, die eine mittlere Kristallitgroße im Bereich von 100 nm aufweisen. Derartige keramische Stoffe besitzen eine außerordentliche Zähigkeit und Härte und sind besonders gut für die Bearbeitung von hochlegierten Stählen geeignet Breaking strength of the Schielfelemente be improved by the addition of ZlrkonoxkJ. The choice of the starting materials and the manufacturing process offers further possibilities of variation and optimization approaches for the invention Grinding elements. Thus, for example, using the sol-gel process with known technologies, it is possible to produce particularly fine-crystalline abrasive elements which have an average crystallite size in the region of 100 nm. Such ceramics have extraordinary toughness and hardness and are particularly well suited for the machining of high-alloy steels
Ein besonders interessantes Einsatzgebiet für die erfindungsgemäßen A particularly interesting application for the invention
Schleifelemente sind dünne kunstharzgebundene Scheiben mit einer Stärke zwischen 100 pm und 200 pm und einem geringen Durchmesser zwischen 1 cm und 4 cm, wie sie im Dentalbereich eingesetzt werden. Abrasive elements are thin resin-bonded discs with a thickness between 100 pm and 200 pm and a small diameter between 1 cm and 4 cm, as used in the dental field.

Claims

Patentansprüche claims
1. Gesintertes, polykristallines, flach ausgebildetes, geometrisch strukturiertes keramisches Schielfelement, bestehend aus einem gesintertem Formkörper mit 1. Sintered, polycrystalline, flat formed, geometrically structured ceramic Schielfelement, consisting of a sintered molded body with
- einer homogenen Mikrostruktur,  a homogeneous microstructure,
- einer über das gesamte Schleifelement gleichmäßig ausgebildeten  - One over the entire grinding element uniform
chemischen Zusammensetzung und  chemical composition and
- einer einheitlichen geometrischen Struktur,  - a uniform geometric structure,
wobei der Sinterkörper eine erste Oberfläche und eine der ersten  wherein the sintered body has a first surface and one of the first
Oberfläche gegenüberliegende und parallel zu ihr angeordnete zweite Surface opposite and arranged parallel to her second
Oberfläche aufweist, wobei beide Oberflächen durch eine Seltenwand mit einer Dicke zwischen 50 μιη und 2000 μιη voneinander getrennt sind und das Verhältnis von Durchmesser zu Dicke des Schleifelements größer alsSurface having both surfaces separated by a rare wall with a thickness between 50 μιη and 2000 μιη and the ratio of diameter to thickness of the grinding element greater than
30 ist, 30,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der mittlere Durchmesser der die homogene Mikrostruktur ausbildenden the average diameter of the homogeneous microstructure forming
Kristalle kleiner als 10 pm ist. Crystals is less than 10 pm.
2. Schleifelement nach Anspruch 1, 2. Sanding element according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die chemische Zusammensetzung des Schleifelements auf Aluminiumoxid und/oder anderen chemischen Verbindungen basiert, ausgewählt aus der the chemical composition of the grinding element is based on alumina and / or other chemical compounds selected from
Gruppe bestehend aus den Carbiden, Oxiden, Nitriden, Oxy-Carbiden, Oxy-Group consisting of the carbides, oxides, nitrides, oxy carbides, oxy-
Nitriden und Carbo-Nitriden von mindestens einem der Elemente Nitrides and carbonitrides of at least one of the elements
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus AI. B, Si, Zr und Tl.  selected from the group consisting of AI. B, Si, Zr and Tl.
3. Schleifelement nach Anspruch 1 oder 2, 3. grinding element according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Schleifelement eine Kreisscheibe oder ein Kreissegment ist  the abrasive element is a circular disk or a circular segment
4. Schleifelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. Abrasive element according to one of claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Schleifelement ein perforierter keramischer Körper ist. the abrasive element is a perforated ceramic body.
5. Schleifelement nach Anspruch 4, 5. Abrasive element according to claim 4,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Perforierung des keramischen Körpers eine homogene geometrische Struktur mit geometrisch geformten Öffnungen aufweist.  the perforation of the ceramic body has a homogeneous geometric structure with geometrically shaped openings.
6. Schleifelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. Abrasive element according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Schleifelement ein poröser keramischer Körper ist.  the abrasive element is a porous ceramic body.
7. 7th
Schleifelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6,  An abrasive element according to any one of claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Volumenverhältnis der Öffnungen zu den massiven Anteilen des Schleifelements über den gesamten nutzbaren Durchmesser des  the volume ratio of the openings to the solid portions of the grinding element over the entire usable diameter of the
Schleifelements konstant ist.  Grinding elements is constant.
8. Schleifelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 8. Abrasive element according to one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die chemische Zusammensetzung des Schleifelements mindestens 50 Gew.-% Aluminiumoxid und wahlweise eines oder mehrere der Oxide ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SK>2, MgO, ΊΊΟ2, CnzOa, MnCfc, Co20a, F62O3, NiO, CU2O, ZnO, Z1O2 und der Oxide der Seltenen Erden umfasst.  the chemical composition of the abrasive element at least 50 wt .-% alumina and optionally one or more of the oxides selected from the group consisting of SK> 2, MgO, ΊΊΟ2, CnzOa, MnCfc, Co20a, F62O3, NiO, CU2O, ZnO, Z1O2 and the Includes oxides of rare earths.
9. Verfahren zur Herstellung eines flach ausgebildeten, geometrisch 9. Method of making a flat, geometric
strukturierten keramischen Schleifelements nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend die Schritte:  A structured ceramic abrasive element according to any one of claims 1 to 7, comprising the steps of:
- Herstellung einer formbaren Masse eines keramischen  - Preparation of a moldable mass of a ceramic
Vorläufermaterials;  Precursor material;
- Formen eines Vorläufers für ein flach ausgebildetes, geometrisch  - Forms a precursor to a flat, geometric
strukturiertes Schleifelement aus der formbaren Masse; und - Kalzinieren und Sintern des besagten Vorläufers, um ein flach ausgebildetes, geometrisch strukturiertes keramisches Schleffelement zu erhalten. structured abrasive element of the moldable mass; and - Calcining and sintering of said precursor to obtain a flat trained, geometrically structured ceramic Schleffelement.
10. 10th
Verfahren nach Anspruch 9,  Method according to claim 9,
zusätzlich gekennzeichnet durch die Schritte:  additionally characterized by the steps:
- Herstellung einer Dispersion von α-Alumlniumoxid In Wasser durch  - Preparation of a dispersion of α-Alumlnoxid in water
Nassvermahlung von α-Aluminlumoxld mit einer mittleren Partikelgröße von weniger als 1 pm in Gegenwart eines Dtepersionsmittete;  Wet grinding of α-alumina with a mean particle size of less than 1 pm in the presence of a dispersion agent;
- Zugabe eines organischen Binders und wahlweise eines  Adding an organic binder and optionally one
Plastlfizierungsmittels und/oder eines Antischaummittels zur Dispersion; Plastlfizierungsmittels and / or an antifoaming agent for dispersion;
- Mischen der Dispersion für mehrere Stunden, um eine stabile kolloidale Dispersion zu erhalten; Mixing the dispersion for several hours to obtain a stable colloidal dispersion;
- Foliengießen der stabilen kolloidalen Dispersion zu einer Schicht mit einer Dicke bis zu 3 mm;  Film-casting the stable colloidal dispersion into a layer having a thickness of up to 3 mm;
- Trocknen der foliengegossenen Schicht;  - drying the film-cast layer;
- Ausstanzen von Vorläufern eines flach ausgebildeten, geometrisch strukturierten keramischen Schleifelements; und  - punching out precursors of a flat, geometrically structured ceramic abrasive element; and
- Kalzinieren und Sintern der Vorläufer, um ein flach ausgebildete,  - calcining and sintering the precursor to form a shallow,
geometrisch strukturierte keramische Schleifelemente zu erhalten.  to obtain geometrically structured ceramic grinding elements.
11. Die Verwendung von flach ausgebildeten, geometrisch strukturierten 11. The use of flat, geometrically structured
keramischen Schleffelementen nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von kunstharzgebundenen Schielfscheiben.  Ceramic Schleffelementen according to any one of claims 1 to 7 for the production of resin bonded Schielfscheiben.
12. Trennscheiben, umfassend flach ausgebildete, geometrisch strukturierte keramische Schleifelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 7. 12. Cutting discs, comprising flat trained, geometrically structured ceramic grinding elements according to one of claims 1 to 7.
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