FR2558151A1

FR2558151A1 - Alkali-free borosilicate glass containing lead, and composition for abrasive tools containing this glass as vitreous binder

Info

Publication number: FR2558151A1
Application number: FR8400679A
Authority: FR
Inventors: Vladislav Sergeevich Lysanov; Vladimir Devletovich Khalilev; Anna Mikhailovna Tsyvian; Mikhail Grigorievich Efros; Valentina Sergeevna Mironjuk; Lilia Ivanovna Venzel
Original assignee: LE N PROIZV
Current assignee: LE N PROIZV
Priority date: 1984-01-17
Filing date: 1984-01-17
Publication date: 1985-07-19
Also published as: FR2558151B1

Abstract

Manufacture of abrasive materials. The borosilicate glass forming the subject of the invention is of the type containing SiO2, B2O3, Al2O3, CaO, BaO, ZnO, PbO, MgO and TiO2 and is characterised in that it additionally contains MnO and P2O5. The glass in question contains (mass%): SiO2, 36.0 to 42.0; B2O3, 9.0 to 11.5; Al2O3, 13.0 to 14.0; PbO, 24.5 to 30.0; ZnO, 3.0 to 5.0; MgO, 1.5 to 2.5; CaO, 0.5 to 4.0; BaO, 0.1 to 2.0; TiO2, 0.1 to 0.5; P2O5, 0.1 to 1.0; MnO, 0.1 to 2.0. The invention can be employed in various branches of mechanical constructions.

Description

La présente invention se rapporte à la production de matériaux abrasifs et a notamment pour objet une composition à base de nitrure de bore cubique comportant un liant vitreux et destinée à la fabrication d'outils abrasifs, ainsi qu'un verre borosilicaté, au plomb, sans alcalis, à faible coefficient thermique de dilatation linéaire, utilisable en tant que liant vitreux dans ladite composition
L'invention peut etre utilisée le plus avantageusement dans diverses branches des constructions mécaniques, dans lesquelles il est nécessaire d'usiner par rectification des surfaces métalliques, et dans la micro-électronique pour obtenir des soudures et des revêtements isolants sur des matériaux à faible coefficient thermique de dilatation linéaire.The present invention relates to the production of abrasive materials and in particular relates to a composition based on cubic boron nitride comprising a vitreous binder and intended for the manufacture of abrasive tools, as well as a borosilicate glass, lead, without alkalis, with a low thermal coefficient of linear expansion, usable as a vitreous binder in said composition
The invention can be used most advantageously in various branches of mechanical constructions, in which it is necessary to machine by rectification of metal surfaces, and in microelectronics to obtain welds and insulating coatings on low coefficient materials linear expansion thermal.

On connaît une composition pour outils d'abrasion qui contient un abrasif, du graphite et un liant vitreux dans les proportions suivantes (% en masse):
abrasif 10 à 40
graphite 12 à 30
liant vitreux 30 à 78 ledit liant vitreux étant un verre de composition suivante (% en masse):
PbO 50 à 75
B203 10 à 22
ZnO 10 à 20
SiO2 5 à 8 (voir certificat
d'auteur U.R.S.SN 325242 du
10 juin 1970)
Le verre de cette composition présente un coefficient thermique élevé de dilatation linéaire (70 à 80.10 7 degré 1 qui n'est pas compatible avec celui du nitrure de bore cubique (35 à 40.10 7 degré 1), ce qui est à l'origine de la faible résistance mécanique des outils d'abrasion à base de nitrure de bore cubique.Le coefficient élevé de dilatation linéaire de ce verre ne permet pas de l'employer dans la micro-électronique pour obtenir des revêtements isolants et des soudures lorsqu'on a affaire à des matériaux à faible coefficient thermique de dilatation linéaire, par exemple au silicium métallique. En outre, la présence du graphite dans cette composition pour outils d'abrasion peut, pendant le grillage de l'outil, conduire à la réduction de l'oxyde de plomb contenu dans le verre, entraînant la perte de résistance mécanique de l'outil d'abrasion. De ce fait, la fabrication des outils d'abrasion à partir de cette composition est compliquée du point de vue technologique et requiert l'observation rigoureuse du régime thermique de la cuisson.A composition for abrasion tools is known which contains an abrasive, graphite and a vitreous binder in the following proportions (% by mass):
abrasive 10 to 40
graphite 12 to 30
vitreous binder 30 to 78, said vitreous binder being a glass of the following composition (% by mass):
PbO 50 to 75
B203 10 to 22
ZnO 10 to 20
SiO2 5 to 8 (see certificate
copyright URSSN 325242 from
June 10, 1970)
The glass of this composition has a high thermal coefficient of linear expansion (70 to 80.10 7 degree 1 which is not compatible with that of cubic boron nitride (35 to 40.10 7 degree 1), which is the cause of the low mechanical resistance of abrasion tools based on cubic boron nitride. The high coefficient of linear expansion of this glass does not allow it to be used in microelectronics to obtain insulating coatings and welds when materials with low thermal coefficient of linear expansion, for example metallic silicon. In addition, the presence of graphite in this composition for abrasion tools can, during the toasting of the tool, lead to the reduction of the lead oxide contained in the glass, causing the loss of mechanical resistance of the abrasion tool. As a result, the manufacture of abrasion tools from this composition is technologically complicated and requires the observ rigorous observation of the thermal regime of cooking.

Une autre composition connue pour outils d'abrasion contient du nitrure de bore cubique, une charge abrasive et un verre alcalinoboroaluminosilicaté servant de liant vitreux, dans les proportions suivantes (% en masse):
nitrure cubique de bore 36,0 à 51,0
charge abrasive 39,5 à 44,0
liant vitreux 9,0 à 16,0 (voir recueil "L'Elbor dans les constructions mécaniques",
Editions "Mashinostroienié", Leningrad, 1976, pp.78-98).Another known composition for abrasion tools contains cubic boron nitride, an abrasive filler and an alkaloboroaluminosilicate glass serving as a vitreous binder, in the following proportions (% by mass):
cubic boron nitride 36.0 to 51.0
abrasive load 39.5 to 44.0
vitreous binder 9.0 to 16.0 (see collection "Elbor in mechanical constructions",
Editions "Mashinostroienié", Leningrad, 1976, pp.78-98).

Le verre alcalinoboroaluminosilicaté employé dans cette composition a un coefficient thermique de dilatation linéaire de 53 à 63.10 7 degré ce qui n'assure pas une bonne cohésion avec les grains de nitrure de bore cubique et conduit à une usure rapide de la surface coupante de l'outil. The alkaloboroaluminosilicate glass used in this composition has a thermal coefficient of linear expansion of 53 to 63.10 7 degrees which does not ensure good cohesion with the grains of cubic boron nitride and leads to rapid wear of the cutting surface of the tool.

En tant que charge abrasive on utilise dans cette composition l'électrocorindon, matière dont le coefficient thermique de dilatation linéaire est compatible avec celui du verre utilisé dans la composition, mais n'est pas compatible avec celui du nitrure cubique de bore. La cohésion différente du liant vitreux avec, respectivement, le nitrure de bore et l'abrasif rend difficile le renouvellement des surfaces de coupe des outils d'abrasion réalisés à partir de cette composition. As an abrasive filler, electrocorundum is used in this composition, a material whose thermal coefficient of linear expansion is compatible with that of the glass used in the composition, but is not compatible with that of cubic boron nitride. The different cohesion of the vitreous binder with, respectively, the boron nitride and the abrasive makes it difficult to renew the cutting surfaces of the abrasion tools produced from this composition.

Pour former des outils d'abrasion à base de nitrure cubique de bore, il convient d'utiliser comme charge abrasive du carbure de silicium, dont le coefficient thermique de dilatation linéaire est suffisamment compatible avec celui du nitrure de bore cubique, et dont les propriétés abrasives sont meilleures que celles de l'électrocorindon. To form abrasion tools based on cubic boron nitride, silicon carbide should be used as the abrasive filler, whose thermal coefficient of linear expansion is sufficiently compatible with that of cubic boron nitride, and whose properties abrasives are better than those of electrocorundum.

Toutefois, il est impossible d'utiliser le carbure de silicium comme charge abrasive en association avec le verre alcalinoboroaluminosilicaté, parce que les oxydes des métaux alcalins présents dans le verre provoquent l'oxydation suivie de la destruction du carbure de silicium.However, it is impossible to use silicon carbide as an abrasive filler in combination with alkaloboroaluminosilicate glass, because the alkali metal oxides present in the glass cause oxidation followed by destruction of the silicon carbide.

On connait un verre borosilicaté au plomb, sans alcalis, qui contient (% en masse):
SiO2 40 à 45
A1203 10 à 16
CaO 2 à 10
BaO 3 à 15
ZnO 3 à 15
B203 2 à 8
SnO2 0,1 à 2
PbO 2 à 10
Sb203 0,1 à 10
MgO 2 à 5
TiO2 0,1 à 2
CeO2 0,1 à 2 (voir certificat
d'auteur U.R.S.S. N 647269 du
7 février 1977).We know a borosilicate lead glass, without alkali, which contains (% by mass):
SiO2 40 to 45
A1203 10 to 16
CaO 2 to 10
BaO 3 to 15
ZnO 3 to 15
B203 2 to 8
SnO2 0.1 to 2
PbO 2 to 10
Sb203 0.1 to 10
MgO 2 to 5
TiO2 0.1 to 2
CeO2 0.1 to 2 (see certificate
copyright USSR N 647269 from
February 7, 1977).

Ce verre possède un plus faible coefficient thermique de dilatation linéaire (44 à 46.10 7 degré 1).qui est suffisamment compatible avec celui du nitrure de bore cubique. En outre, l'absence, dans ce verre, d'oxydes de métaux alcalins, aurait pu permettre son utilisation en association avec le carbure de silicium faisant office de charge abrasive. Grâce à ces propriétés, ce verre est utilisé en micro-électronique pour former des soudures avec le silicium métallique. Cependant, la poudre de ce verre se cristallise intensément aux températures de 800 à 1,1000C, c'est-à-dire à celles de cuisson des outils d'abrasion.De plus, la viscosité de ce verre est telle que sa diffluence aux températures de cuisson est de 110 à 120%, tandis qu'un bon mouillage des grains de nitrure de bore cubique et une bonne cohésion entre celui-ci et le verre sont obtenus quand la diffluence du verre n'est pas inférieure à 140%. Pour toutes ces raisons, l'utilisation d'un tel verre dans les compositions à base de nitrure de bore cubique pour outils d'abrasion n'est pas'avantageuse. This glass has a lower thermal coefficient of linear expansion (44 to 46.10 7 degree 1). Which is sufficiently compatible with that of cubic boron nitride. In addition, the absence, in this glass, of alkali metal oxides, could have allowed its use in combination with silicon carbide acting as an abrasive filler. Thanks to these properties, this glass is used in microelectronics to form welds with metallic silicon. However, the powder of this glass crystallizes intensely at temperatures of 800 to 1.1000C, that is to say those of baking abrasion tools. In addition, the viscosity of this glass is such that its diffluence at baking temperatures is 110 to 120%, while good wetting of the cubic boron nitride grains and good cohesion between the latter and the glass are obtained when the diffluence of the glass is not less than 140%. For all these reasons, the use of such a glass in compositions based on cubic boron nitride for abrasion tools is not advantageous.

La présente invention vise par conséquent, premièrement, un verre borosilicaté, au plomb, sans alcalis, qui ne se cristalliserait pas aux températures de cuisson des outils d'abrasion, qui posséderait une viscosité permettant une diffluence suffisante du verre aux températures indiquées plus haut, et dont le coefficient thermique de dilatation linéaire serait faible et proche, par exemple, de ceux du nitrure de bore et du silicium métallique, et deuxièmement, une composition pour outils d'abrasion contenant ledit verre comme liant vitreux et dans laquelle les proportions des composants serait telle qu'elle assurerait une haute résistance mécanique et une bonne résistance à l'usure des outils d'abrasion. The present invention therefore aims, firstly, a borosilicate glass, lead, without alkali, which would not crystallize at the cooking temperatures of the abrasion tools, which would have a viscosity allowing a sufficient diffluence of the glass at the temperatures indicated above, and whose thermal coefficient of linear expansion would be low and close, for example, to those of boron nitride and metallic silicon, and secondly, a composition for abrasion tools containing said glass as a vitreous binder and in which the proportions of the components would be such that it would ensure high mechanical strength and good wear resistance of the abrasion tools.

Le premier but visé par l'invention est atteint du fait que le verre borosilicaté, au plomb, sans alcalis, du type contenant SiO2, B203, Al203, CaO, BaO, ZnO, PbO, MgO et Ti02, contient en outre, selon l'invention, MnO et P205, la composition dudit verre étant la suivante (% en masse):
SiO2 36,0 à 42,0
B203 9,0 à 11,5
Al203 13,0 à 14,0
PbO 24,5 à 30,o
ZnO 3,0 à 5,0
MgO 1,5 à 2,5
CaO 0,5 à 4,0
BaO 0,1 à 2,0
Ti02 0,1 à 0,5
P2O5 0,1 à 1,0
MnO 0,1 à 2,0
Le deuxième but visé est atteint grâce au fait que
la composition pour outils d'abrasion, du type contenant du nitrure de bore cubique, une charge abrasive et un liant vitreux, contient, selon l'invention, en tant que liant vitreux, un verre borosilicaté, au plomb, sans alcalis, ladite composition contenant lesdits constituants dans les proportions suivantes (% en masse)::
nitrure de bore cubique 37 à 51
charge abrasive 33 à 48
liant vitreux 13 à 23
Les proportions précitées des composants du verre permettent d'obtenir un matériau à coefficient thermique de dilation linéaire de 33 à 40.10-7 degré-1, dont les poudres sont douées d'une résistance élevée à la cristallisation aux températures de cuisson de l'outil d'abrasion, et d'une vis cosité qui assure une diffluence de 140 à 150% à ces températures.The first object of the invention is achieved by the fact that borosilicate glass, lead, without alkali, of the type containing SiO2, B203, Al203, CaO, BaO, ZnO, PbO, MgO and Ti02, also contains, according to l invention, MnO and P205, the composition of said glass being as follows (% by mass):
SiO2 36.0 to 42.0
B203 9.0 to 11.5
Al203 13.0 to 14.0
PbO 24.5 to 30, o
ZnO 3.0 to 5.0
MgO 1.5 to 2.5
CaO 0.5 to 4.0
BaO 0.1 to 2.0
Ti02 0.1 to 0.5
P2O5 0.1 to 1.0
MnO 0.1 to 2.0
The second goal is achieved thanks to the fact that
the composition for abrasion tools, of the type containing cubic boron nitride, an abrasive filler and a vitreous binder, contains, according to the invention, as vitreous binder, a borosilicate glass, lead, without alkali, said composition containing said constituents in the following proportions (% by mass):
cubic boron nitride 37 to 51
abrasive load 33 to 48
glass binder 13 to 23
The aforementioned proportions of the glass components make it possible to obtain a material with a thermal coefficient of linear expansion of 33 to 40.10-7 degree-1, the powders of which are endowed with a high resistance to crystallization at the firing temperatures of the tool. abrasion, and a cosited screw which provides a 140 to 150% diffluence at these temperatures.

L'introduction, dans le verre conforme à l'invention, de MnO augmente sa resistance à la cristallisation et abaisse le coefficient thermique de dilatation linéaire du matériau. The introduction into the glass according to the invention of MnO increases its resistance to crystallization and lowers the thermal coefficient of linear expansion of the material.

L'introduction dans le verre de P2O5 permet de diminuer sa viscosité et, par conséquent, d'augmenter sa diffluence aux températures de cuisson entre 800 et 1.100 C. The introduction into the glass of P2O5 makes it possible to decrease its viscosity and, consequently, to increase its diffluence at baking temperatures between 800 and 1,100 C.

Les pourcentages précités des composants du verre ont été choisis pour les raisons suivantes. Un taux de B2O3 supérieur à 11,5% ou inférieur à 9%, ainsi qu'un taux de
Al2O3 inférieur à13% et de ZnO supérieur à 5%, augmentent l'aptitude à la cristallisation du verre. Quand le taux de
Al203 dépasse 14%, la température de fusion du verre augmente.The above percentages of the components of the glass were chosen for the following reasons. A B2O3 level higher than 11.5% or lower than 9%, as well as a
Al2O3 less than 13% and ZnO greater than 5%, increase the crystallization ability of the glass. When the rate of
Al203 exceeds 14%, the melting temperature of the glass increases.

Un verre contenant moins de 38 de ZnO ou plus de 2,5%, de 4,0%, de 2,0% et de 30,0%, respectivement, de MgO, de CaO, de BaO et de PbO, a un trop grand coefficient thermique de dilatation linéaire. Quand le taux de MgO, de CaO et de
BaO est inférieur à 1,5%, 8 0,5% et 0,1%, respectivement, ou quand le taux de MnO est supérieur à 2,0%, le verre se cristallise dans l'intervalle de températures de cuisson des outils d'abrasion. Lorsque le taux de PbO est inférieur à 24,5%, la température de ramollissement du verre augmente.A glass containing less than 38 of ZnO or more than 2.5%, 4.0%, 2.0% and 30.0%, respectively, of MgO, CaO, BaO and PbO, has a too large a thermal coefficient of linear expansion. When the level of MgO, CaO and
BaO is less than 1.5%, 8 0.5% and 0.1%, respectively, or when the MnO level is greater than 2.0%, the glass crystallizes in the baking temperature range of the tools abrasion. When the PbO level is less than 24.5%, the softening temperature of the glass increases.

Si la quantité de MnO, de TiO2 et de P205 est inférieure à 0,1%, le verre ne manifeste plus l'activité d'adhésion voulue lorsqu'on l'utilise comme liant vitreux dans les compositions pour outils d'abrasion à base de nitrure de bore cubique. Avec une teneur en TiO2 supérieure à 0,5% et une teneur en P205 supérieure à 1,0%, le verre perd ses bonnes propriétés technologiques. Quand la teneur en SiO2 dépasse 42,0%, la température de synthèse du verre augmente. Par contre, au-dessous de 36,0% de SiO2, le verre acquiert une plus grande aptitude à la cristallisation dans l'intervalle de températures de cuisson des outils d'abrasion, et un plus grand coefficient thermique de dilatation linéaire.If the amount of MnO, TiO2 and P205 is less than 0.1%, the glass no longer exhibits the desired adhesion activity when it is used as a vitreous binder in compositions for abrasion-based tools cubic boron nitride. With a TiO2 content greater than 0.5% and a P205 content greater than 1.0%, the glass loses its good technological properties. When the SiO2 content exceeds 42.0%, the glass synthesis temperature increases. On the other hand, below 36.0% of SiO2, the glass acquires a greater aptitude for crystallization in the temperature range of firing of the abrasion tools, and a greater thermal coefficient of linear expansion.

Grâce à l'ensemble des propriétés décrites plus haut, le verre, objet de la présente invention, peut avantageusement servir comme liant vitreux dans les compositions pour outils d'abrasion à base de nitrure cubique de bore, et peut être utilisé pour obtenir des soudures ou des revêtements isolants dans le cas des matériaux à faible coefficient de dilatation thermique linéaire, par exemple le silicium métallique. Thanks to all of the properties described above, the glass which is the subject of the present invention can advantageously serve as a vitreous binder in compositions for abrasion tools based on cubic boron nitride, and can be used to obtain welds or insulating coatings in the case of materials with a low coefficient of linear thermal expansion, for example metallic silicon.

Employé dans la composition pour outils d'abrasion, le verre borosilicaté, au plomb, sans alcalis, faisant l'objet de l'invention, du fait de son coefficient de dilata tion thermique linéaire compris entre 33 et 40.10 degré , assure une liaison solide entre les grains du nitrure de bore cubique et le liant vitreux grâce à la compatibilité de ces deux composants quant à la relation température Zdilatation, permet l'obtention d'outils d'abrasion de haute résistance mécanique et accroît leur résistance à l'usure. Used in the composition for abrasion tools, borosilicate glass, lead, without alkali, subject of the invention, because of its coefficient of linear thermal expansion between 33 and 40.10 degree, provides a solid bond between the grains of cubic boron nitride and the vitreous binder thanks to the compatibility of these two components with regard to the temperature relationship Zdilation, makes it possible to obtain abrasion tools of high mechanical strength and increases their resistance to wear.

Le verre de la présente invention combine des propriétés optimales de dilatation thermique linéaire et de viscosité et assure l'obtention d'outils d'abrasion de haute résistance mécanique. The glass of the present invention combines optimal properties of linear thermal expansion and viscosity and ensures that abrasion tools of high mechanical strength are obtained.

La composition pour outils d'abrasion manifeste une résistance à la flexion de 42,183à 44,145 MPa (outils de dureté moyenne) et de 39,240 MPa (outils de faible dureté). The composition for abrasion tools exhibits a flexural strength of 42.183 to 44.145 MPa (tools of medium hardness) and 39.240 MPa (tools of low hardness).

Les grains de nitrure de bore revêtus d'une couche de verre conforme à l'invention, ont une résistance mécanique de 1,5 à 1,7 fois supérieure & celle du nitrure de bore cubique sans revêtement. Le durcissement des grains de nitrure de bore cubique améliore ses propriétés abrasives et, de ce fait, contribue à élever la résistance à l'usure des outils d'abrasion. The grains of boron nitride coated with a layer of glass according to the invention have a mechanical resistance of 1.5 to 1.7 times greater than that of cubic boron nitride without coating. The hardening of cubic boron nitride grains improves its abrasive properties and thereby contributes to increasing the wear resistance of the abrasion tools.

Quand on utilise dans la composition pour outils d'abrasion le verre borosilicaté au plomb, sans alcalis, qui fait l'objet de l'invention, il devient possible d'employer d'une façon efficace diverses charges abrasives, non seulement l'électrocorindon, mais aussi le carbure de silicium, ce qui étend considérablement le domaine d'application des outils d'abrasion. When the alkali-free lead-free borosilicate glass which is the subject of the invention is used in the composition for abrasion tools, it becomes possible to use various abrasive fillers effectively, not only electrocorundum , but also silicon carbide, which considerably extends the field of application of abrasion tools.

Les limites indiquées du taux de chaque constituant de la composition permettent d'obtenir des outils d'abrasion dans une large gamme de duretés. The indicated limits of the rate of each constituent of the composition make it possible to obtain abrasion tools in a wide range of hardnesses.

Dans la composition proposée pour l'obtention d'outils d'abrasion, la teneur totale en nitrure de bore cubique et en charge abrasive est telle que les outils d'abrasion ont la dureté et la porosité voulues. Par contre, quand la quantité de nitrure de bore cubique dépasse 51%, les outils abrasifs deviennent plus chers sans gain notable en efficacité de rectification; si cette quantité est inférieure à 37%, ou si le taux de la charge abrasive dépasse 48%, l'aptitude au fonctionnement des outils diminue. Au-dessous de 33% de charge abrasive on est obligé, pour obtenir des outils d'abrasion ayant les caractéristiques requises, d'élever la teneur en nitrure de bore cubique et de rendre ainsi plus coûteux les outils d'abrasion.Quand le taux du liant vitreux dans la composition excède 23%, l'outil devient moins poreux et l'évacuation de la chaleur pendant la rectification devient plus difficile; par contre, si la composition contient moins de 13% de liant vitreux, ce dernier n'est plus capable de retenir solidement les grains d'abrasif. In the composition proposed for obtaining abrasion tools, the total content of cubic boron nitride and of abrasive charge is such that the abrasion tools have the desired hardness and porosity. On the other hand, when the quantity of cubic boron nitride exceeds 51%, the abrasive tools become more expensive without significant gain in efficiency of grinding; if this quantity is less than 37%, or if the rate of the abrasive load exceeds 48%, the usability of the tools decreases. Below 33% of abrasive load, it is necessary, in order to obtain abrasion tools having the required characteristics, to increase the content of cubic boron nitride and thus make the abrasion tools more expensive. vitreous binder in the composition exceeds 23%, the tool becomes less porous and the evacuation of heat during grinding becomes more difficult; on the other hand, if the composition contains less than 13% of vitreous binder, the latter is no longer able to retain the grains of abrasive securely.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront mieux à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif. The invention will be better understood and other objects, details and advantages thereof will appear more clearly in the light of the following description of an embodiment given by way of nonlimiting example.

On a synthétisé le verre de la. présente invention à partir des composants traditionnels d'un mélange vitrifiable, selon le procédé classique, dans des creusets en quartz et à une température de 1380 à 14000C. We synthesized the glass of the. present invention from the traditional components of a vitrifiable mixture, according to the conventional process, in quartz crucibles and at a temperature of 1380 to 14000C.

On a déterminé le coefficient de dilatation thermique linéaire du verre suivant la technique ordinaire. The coefficient of linear thermal expansion of the glass was determined according to the ordinary technique.

On a déterminé la diffluence du verre (qui caractérise son pouvoir de mouiller les grains d'abrasif) comme la relation entre les résultats de deux mesures opérées sur une pastille de poudre de verre: son diamètre après cuisson et son diamètre avant cuisson (en %). The diffluence of the glass (which characterizes its power to wet the abrasive grains) was determined as the relationship between the results of two measurements carried out on a pellet of glass powder: its diameter after baking and its diameter before baking (in% ).

POur fabriquer des outils abrasifs à partir de la composition de la présente invention, on a procédé selon la méthode usuelle. On a mélangé les poudres de nitrure de bore cubique et de charge abrasive, on les a humidifées avec une résine phénol-formaldéhyde liquide, après quoi on les a mélanges avec le liant vitreux, on les a moulées et grillées à des températures de 800 à 1.100 C. To manufacture abrasive tools from the composition of the present invention, the procedure was carried out according to the usual method. The cubic boron nitride and abrasive filler powders were mixed, moistened with a liquid phenol-formaldehyde resin, after which they were mixed with the vitreous binder, molded and roasted at temperatures from 800 to 1,100 C.

Pour soumettre à des essais d'exploitation les outils abrasifs fabriqués à partir de la composition proposée, on les a utilisés pour la rectification intérieure de pièces en aciers pour roulements à billes, en pratiquant cette opération à deux regimes (voir Tableau i). To subject the abrasive tools made from the proposed composition to operational tests, they were used for the internal grinding of steel parts for ball bearings, by practicing this operation at two speeds (see Table i).

Tableau I
Régime I Régime II
Vitesse de rotation de la meule (m/s) 17,0 - 17,5 62,0
Vitesse de rotation de la pièce (m/min) 20,0 - 23,0 93,0
Avance longitudinale (m/min) 1,0 0,5
Avance en profondeur (mm/course) 0,01 0,0025
On a déterminé le degré de dureté des outils d'abrasion sur un dispositif du type Rockwell en appliquant une charge de 5,886 MPa et en utilisant une bille de 3,23 mm.Table I
Diet I Diet II
Grinding wheel speed (m / s) 17.0 - 17.5 62.0
Workpiece rotation speed (m / min) 20.0 - 23.0 93.0
Longitudinal feed (m / min) 1.0 0.5
Depth feed (mm / stroke) 0.01 0.0025
The hardness of the abrasion tools was determined on a Rockwell-type device by applying a load of 5.886 MPa and using a 3.23 mm ball.

Des exemples concrets mais non limitatifs de réalisation de l'invention sont décrits ci-après. Concrete but nonlimiting examples of embodiment of the invention are described below.

Exemple 9
On a formé un mélangé vitrifiable des matériaux de départ utilisés ordinairement: quartz, acide borique, alumine, oxydes de plomb, de magnésium, de zinc, de titane et de manganèse, nitrates de calcium et de baryum, phosphate d'ammonium, de maniere à obtenir un verre de composition suivante (% en masse):
Si02 40,9
Al203 13,7
B203 9,8
ZnO 4,5
MgO 2,2
CaO 1,7
BaO 0,5
PbO 24,5
MnO 2,0
TiO2 0,1
P2O5 0,1
La synthèse du verre a été réalisée dans un creuset en quartz dans un four à flamme de gaz à une température de 1380 à 13900C pendant 2 heures. On a fritté le verre en fusion.Example 9
A vitrifiable mixture of the starting materials ordinarily used was formed: quartz, boric acid, alumina, oxides of lead, magnesium, zinc, titanium and manganese, nitrates of calcium and barium, ammonium phosphate, so to obtain a glass of the following composition (% by mass):
Si02 40.9
Al203 13.7
B203 9.8
ZnO 4.5
MgO 2.2
CaO 1.7
BaO 0.5
PbO 24.5
MnO 2.0
TiO2 0.1
P2O5 0.1
The synthesis of the glass was carried out in a quartz crucible in a gas flame oven at a temperature of 1380 to 13900C for 2 hours. The molten glass was sintered.

On a séché la fritte saune température de 100 à 1100C. On a broyé la fritte sèche dans un tambour en porcelaine (rapport fritte/boulets = 1/2).The frit was dried at a temperature of 100 to 1100C. The dry frit was ground in a porcelain drum (frit / ball ratio = 1/2).

Exemple 2
Pour fabriquer les outils d'abrasion, on a préparé la composition suivante:
nitrure de bore cubique 44% en masse
(125 / 100)
carbure de silicium (80 / m) 33% en masse
liant vitreux (selon l'exemple 1) 23% en masse
On a mélangé une charge de nitrure cubique de bore avec du carbure de silicium et on a ajouté une résine phénol-formaldéhyde liquide à raison de 5% de la masse des deux composants abrasifs; on a ajouté au mélange ainsi formé une charge de poudre de liant vitreux et on a-brassé soigneusement. On a tamisé la masse ainsi obtenue avec un tamis à mailles de 400 / m. On a versé la masse tamisée dans un moule métallique et on l'a pressée, on a retiré la pièce humide du moule et on l'a séchée à 1800C. Ensuite on a grillé la pièce.Example 2
To make the abrasion tools, the following composition was prepared:
cubic boron nitride 44% by mass
(125/100)
silicon carbide (80 / m) 33% by mass
glassy binder (according to Example 1) 23% by mass
A charge of cubic boron nitride was mixed with silicon carbide and a liquid phenol-formaldehyde resin was added in an amount of 5% by mass of the two abrasive components; a charge of vitreous binder powder was added to the mixture thus formed and it was carefully stirred. The mass thus obtained was sieved with a 400 mesh screen. The sieved mass was poured into a metal mold and pressed, the wet part was removed from the mold and dried at 1800C. Then we roasted the room.

La vitesse d'augmentation de la température dans le four à cuisson était de 2000 C/heure, la température de cuisson était de 1 0000C, le grillage durait 3 heures.The rate of increase of the temperature in the baking oven was 2000 C / hour, the baking temperature was 1 0000C, the toasting lasted 3 hours.

Le Tableau Il ci-après donne des compositions concrètes de verres obtenus selon l'invention comme décrit en détail dans l'exemple 1, ainsi que les propriétés des échantillons synthétisés. Table II below gives concrete compositions of glasses obtained according to the invention as described in detail in Example 1, as well as the properties of the synthesized samples.

Tableau II
Teneur en oxydes (% en masse)
Echantillon SiO2 Al203 B203 ZnO MgO CaO BaO PbO N 2 2@ 2@
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 40,9 13,7 9,8 4,5 2,2 1,7 0,5 24,5
2 38,7 13,5 9,0 4,5 1,5 0,5 0,3 30,0
3 42,0 13,0 9,2 3,7 1,8 2,5 2,0 24,9
4 38,8 14,0 11,1 5,0 1,5 0,6 0,1 28,3
5 36,0 13,4 11,5 3,0 2,5 4,0 4,0 24,4
Suite du Tableau II
Teneur en oxydes Coefficient de dila (% de la masse) tation thermique li- Diffluence, ---------------- néaire, %
MnO TiO2 P2O5 α;20-300 C#10-7 degrés-1 10 11 12 13 14 2,0 0,1 0,1 33,5 140 0,9 0,5 0,6 35,6 150 0,6 0,2 0,1 33,0 145 0,1 0,3 0,2 36,5 140 1,9 0,2 1,0 40,0 140
Le Tableau III ci-après regroupe des exemples concrets de compositions conformes à la présente invention, contenant, en tant que liants vitreux, les verres énumérés dans le
Tableau II. Le Tableau III donne aussi la caractéristique de la résistance mécanique des outils d'abrasion fabriqués à partir de ces compositions. Le procédé de fabrication des outils d'abrasion correspond à celui de l'exemple 2.Table II
Oxides content (% by mass)
Sample SiO2 Al203 B203 ZnO MgO CaO BaO PbO N 2 2 @ 2 @
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 40.9 13.7 9.8 4.5 2.2 1.7 0.5 24.5
2 38.7 13.5 9.0 4.5 1.5 0.5 0.3 30.0
3 42.0 13.0 9.2 3.7 1.8 2.5 2.0 24.9
4 38.8 14.0 11.1 5.0 1.5 0.6 0.1 28.3
5 36.0 13.4 11.5 3.0 2.5 4.0 4.0 24.4
Continuation of Table II
Oxide content Coefficient of dila (% of mass) thermal relation li- Diffluence, ---------------- nary,%
MnO TiO2 P2O5 α; 20-300 C # 10-7 degrees-1 10 11 12 13 14 2.0 0.1 0.1 33.5 140 0.9 0.5 0.6 35.6 150 0, 6 0.2 0.1 33.0 145 0.1 0.3 0.2 36.5 140 1.9 0.2 1.0 40.0 140
Table III below groups together concrete examples of compositions in accordance with the present invention, containing, as vitreous binders, the glasses listed in the
Table II. Table III also gives the characteristic of the mechanical resistance of the abrasion tools produced from these compositions. The process for manufacturing the abrasion tools corresponds to that of Example 2.

Tableau III
Taux des composants (% en Degré de Exem masse) dureté de m@sse, @@@@@@ de
ple -------------------------------- l'outil
N nitrure charge liant vitreux d'abrasion
cubique abrasi- (N de l'échan-
de bore ve tillon de ver
re du Tableau
II)
1 2 3 4 5
1 38,0 49,0 13,0 (2) très mou
2 51,0 36,0 13,0 (1) moyennement
mou
3 51,0 34,0 15,0 (2) moyen
4 42,0 40,0 1-8,0 (5) moyennement
dur
5 41,0 39,0 20,0 (3) dur
6 37,0 40,0 23,0 (4) très dur
Lorsque, pour la rectification intérieure d'une pièce en acier pour roulements à billes,on emploie des outils d'abrasion fabriqués à partir des compositions suivant les exemples 3 et 4 (Tableau III) ,la consommation relative de nitrure de bore cubique est de 2,3 à 2,6 mg/g pour le régime I (Tableau
I) et de 0,7 à 1,0 mg/g pour le régime II (Tableau I) en cas de rectification d'acier pour roulements à billes, résistant à la chaleur.Table III
Rate of components (% in Degree of Exem mass) hardness of m @ sse, @@@@@@ de
ple -------------------------------- the tool
N nitride filler glass abrasion binder
cubic abrasi- (N of the sample-
boron ve worm
re of the Table
II)
1 2 3 4 5
1 38.0 49.0 13.0 (2) very soft
2 51.0 36.0 13.0 (1) moderately
soft
3 51.0 34.0 15.0 (2) medium
4 42.0 40.0 1-8.0 (5) moderately
hard
5 41.0 39.0 20.0 (3) hard
6 37.0 40.0 23.0 (4) very hard
When, for the internal grinding of a steel part for ball bearings, abrasion tools made from the compositions according to Examples 3 and 4 (Table III) are used, the relative consumption of cubic boron nitride is 2.3 to 2.6 mg / g for diet I (Table
I) and from 0.7 to 1.0 mg / g for regime II (Table I) in the case of grinding of steel for ball bearings, heat resistant.

Le verre borosilicaté, au plomb, sans alcalis, de la présente invention, dont le coefficient de dilatation thermique linéaire est de 33 à 40#10-7 degré-1, est utilisable comme liant vitreux dans les compositions pour outils d'abrasion, dans lesquels il est en forte cohésion avec les grains de nitrure de bore cubique et avec ceux de la charge abrasive, ainsi que dans la micro-électronique pour l'obtention de soudures avec du silicium métallique et de revêtements isolants sur ce matériau. The borosilicate lead-free alkali-free glass of the present invention, the coefficient of linear thermal expansion of which is 33 to 40 # 10-7 degree-1, can be used as a vitreous binder in compositions for abrasion tools, in which it is in strong cohesion with the grains of cubic boron nitride and with those of the abrasive load, as well as in microelectronics for obtaining welds with metallic silicon and insulating coatings on this material.

La composition, objet de l'invention, pour outils d'abrasion, qui contient, en tant que liant vitreux, le verre borosilicaté, au plomb, sans alcalis, faisant également l'objet de l'invention, confere aux outils d'abrasion à base de nitrure de bore cubique une résistance mécanique et une tenue à l'usure elevees. A partir de la composition proposée on peut fabriquer des outils d'abrasion avec une large gamme de duretés. The composition, subject of the invention, for abrasion tools, which contains, as a vitreous binder, borosilicate glass, lead, without alkali, also forming the subject of the invention, confers on abrasion tools based on cubic boron nitride, high mechanical resistance and wear resistance. From the proposed composition can be used abrasion tools with a wide range of hardnesses.

Claims

1. Borosilicate glass, lead-free, without alkali, of the type containing SiO2, B203, Al203, CaO, BaO, ZnO, PbO,

MgO and TiO2, characterized in that it also contains

MnO and P205,

2. Borosilicate glass according to claim 1, characterized in that it contains (% by mass):

SiO2 36.0 to 42.0

B203 9.0 to 11.5

A1203 13.0 to 14.0

PbO 24.5 to 30.0

ZnO 3.0 to 5.0

MgO 1.5 to 2.5

CaO 0.5 to 4.0

BaO 0.1 to 2.0

TiO2 0.1 to 0.5

P205 0.1 to 1.0

MnO 0.1 to 2.0

3. Composition for abrasion tools, of the type containing cubic boron nitride, an abrasive filler and a vitreous binder, characterized in that it contains, as vitreous binder, borosilicate glass, lead, without alkali, according to one of claims 1 and 2.

4. Composition according to claim 3, characterized in that it contains (% by mass):

cubic boron nitride 37 to 51

abrasive load 33 to 48

glass binder 13 to 23