JPS62297070A - セラミック質超硬砥粒砥石の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ａ　発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 この発明はセラミック質超硬砥粒砥石およびその製造方
法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、ビトリファイドボンド砥石は、特に超硬砥粒がダ
イヤモンドであるときは、空気中６５０℃付近から熱的
損傷を受けるため９００℃以下における熱安定性しか望
めず、砥粒結合に適用するビトリファイドボンドは軟化
温度の低いガラス組成の選択となる。その結果熱膨張係
数の小さい〔たとえば（２，５〜３．０　）　Ｘ　１０
　／’ｃ　、室温〜４００℃〕砥粒に対して、熱膨張係
数の大きいビｌ−’Ｊファイドボンドは溶融冷却後に砥
粒周辺における収縮慴を増し、砥粒を支持する強度が弱
化することから、砥石強度、砥石性能は低下してしまう
。通常の研削砥石の製造方法には、ビトリファイドボン
ドの原料粉末を粉末状°態のままで低粒と混合する乾式
法と、液体中に砥粒とボンド原料粉末とを分散混合する
湿式法（泥漿鋳込法とも呼ばれる）とがあるが、いずれ
の方法も成形後乾燥を終えた砥石中のビトリファイドボ
ンド原料粒子は８００〜１３００℃の焼成によって一旦
溶融し、その後冷却固化してガラス化したボンドによっ
て砥粒が接着支持されることになるので、砥粒とボンド
との特に熱膨張係数における相対関係は砥石特性を決定
するうえできわめて重要な因子となる。

〔発明が解決しようとする問題点３ 以上述べたように従来の技術におけるビトリファイドボ
ンド砥石については、特に超硬砥粒がダイヤモンドのと
きは、ボンド材料を９００℃以下の低温で焼成する必要
があることから、ビトリファイドボンドは融点の低いも
のを選択しなければならず、その結果ボンドの膨張係数
の小さい超硬砥粒と膨張係数の大きいボンドとの間に焼
成冷却後収縮差を生じ砥粒保持力は非常に弱くなり、砥
石寿命も極端に短くなるという問題点があった。

〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決するために、この発明はＡｌ２Ｏ３−
　Ｓ　ｉ０２系ガラス薄膜によって表面が被覆されてい
る超硬砥粒がＬｉ２Ｏ−　Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ビト
リフアイドボンドによって結合されているセラミック質
超硬砥粒砥石とする手段およびそのセラミック質超硬砥
粒砥石の製造方法として、超硬砥粒表面にゾル・ゲル法
によってＡｌ２Ｏ３−５ｉｎ２系ガラスを形成し得る組
成を有するゲル状物質を被覆し、この被覆超硬砥粒と前
記同様のゾル・ゲル法によってＬｉＯ□−ＡＩ　２Ｏ３
−　Ｓ　１０□系ガラスを形成し得る組成を有するゲル
化ボンドとを混合し成形した後加熱して脱水反応を起こ
させ結合させるという手段を採用したものである。以下
その詳細を述べる。

まず、この発明における超硬砥粒とは、ダイヤモンド、
アルミナ、炭化珪素（ＳｉＣ）　、立方晶窒化ホウ素（
ＣＢＳ　）等からなる硬度のきわめて高い砥石用粒子で
あり、その粒度は通常砥石に使用される大きさのもので
あればよく、特に限定されるものではない。

つぎにこのような超硬砥粒の表面に被覆するＡｌ２Ｏ３
−ＳｉＯ２系ガラス薄膜はゾル・ゲル法に基づいてガラ
スとなる組成に配合された金属アルコキシドのアルコー
ル溶液から生成される。すなわち、金５萬アルコキシド
のアルコール溶液が、ゾル状態からゲル状態へ移行する
過程を経て超硬砥粒の表面に不完全脱水の水和ゲルを生
成させるが、たとえばＡｌ２Ｏ３−５ｉｎ２系ガラスの
組成はＡＩ　２Ｏ３５〜２Ｏモル％、５ｉＯ２８０〜９
５モル％であることが望ましく、このような組成のガラ
スが得られるようにアルミニクムイソプロポキシド（Ａ
Ｉ　（ｉ　−Ｃ３Ｈ７０）３　’：１とエチルシリケー
ト（Ｓｉ（Ｃ２Ｈ３Ｏ）４　：ｌとをプロパツール（Ｃ
３Ｈ，ＯＨ）に溶解させて得られる混合溶液を加水分解
させ、超硬低粒の表面に水和ゲルの被膜を形成させるの
である。この加水分解反応を促進し、ゲル化速度を高め
て均一反応とするために反応系に少量の塩酸を添加する
とよい。ここで超硬砥粒の表面に均一なガラス化被膜層
を確実に得るために、ゾルからゲルへの過程で溶液濃度
が約０．１〜０．３ポイズ（ｇ／ｃｍ−ｓｅｃ　）にな
った時点で超硬砥粒を加え、充分攬袢分散した後静置す
ることが望ましく、砥粒が沈降してから溶液と砥粒とを
分離し、溶液で表面を被覆された砥粒を大気中で２〜６
日間放置すると、表面に不完全脱水状態のゲル被膜が形
成される。なお、溶液で表面を被覆された砥粒を大気中
で放置れる日数が７０以上に長くなると、溶液の加水分
解および脱水重合が進み、加熱時における金属アルコキ
シドの蒸発慴は減少し、その結果として砥粒表面を被覆
したゲル層と後述するゲル化ボンドとの間での組合反応
が弱いものとなり砥粒保持力の低下を招くことになる。

さらに、この発明において、前記の被覆された砥粒を結
合する結合材すなわちビトリファイドボンドも、前記同
様のゾル・ゲル法によって、低膨張性のＬｉ２Ｏ−　Ａ
ｌ　２Ｏ３−　Ｓ　ｔ　０２系ガラスとなる組成たとえ
ばＬｉ２Ｏ５〜１０モル％、Ａｌ２Ｏ３１０〜１５モル
多、ＳｉＯ３７５〜８５％の組成を有する混合金属アル
コキシドの溶液から生成される。すなわち、リチウムメ
トキシド［Ｌ　ｉＯＣＨ３）、アルミニクムイソプロポ
キシド（ＡＩ　（ｉ　−Ｃ３Ｈ７０）３およびエチルシ
リケート（Ｓｉ（Ｃ２Ｈ５０）４　）をプロパツールに
溶解し、均一反応と加水分解速度を促進させるために水
を加えて大気中で約１週間放置する。ゲル化反応の進行
した溶液は１００〜２Ｏ０℃、２〜４時間加熱し脱水し
た後、不完全脱水状態で粉砕する。粉砕は水和固化の程
度によって平均粒径１０〜４０μｍの程度まで可能であ
り、得られた粉末をボンドの原料とする。

前記の水和ゲルで波型した超硬砥粒とＥ記の不完全脱水
ゲルのボンド原料粉末とを所定の比率で調合し、冷間圧
縮した後、成形体を取り出し加熱するか、または熱間圧
縮した後冷却すれば所望の砥石が得られる。

〔作用〕

この発明の不完全脱水状態のゲルである砥粒表面の被膜
もまたボンド原料粉末も、混合、成形、加熱などの工程
を経て完全脱水し強固なガラス質となる過程で、砥粒表
面被膜の水酸基とボンド原料粉末中の水酸基との間で脱
水縮合が起こり、＝　Ｓｉ　−０−Ｓｉ　Ｈ１＝ＡＩ　
−０−ＡＩ＝、もしくは；　Ｓｉ　−０−ＡＩ　＝など
の結合によって砥粒はボンドによって強固に保持される
結果、研削能力に優れ、砥石摩耗量が少なく、研削比の
大きい優れた砥石が得られるものと考えられる。

〔実施例〕

Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス被膜の酸化物組成１５Ａ
ｌ２Ｏ３・８５　Ｓ　ｈ　０２に対応するようにアルミ
ニタムイソプロポキシド３５重量部を３〜５倍量のプロ
パツールに溶解し、さらにエチルシリケート１００重電
部を加え攪拌しながら８０〜９０℃、２時間加熱する。

この混合液に対してゲル化促進のため濃度３５重量％の
塩酸１〜２Ｍ量部を加えた。このような混合液の粘度が
ゾルからゲルに移行する過程において、約０．１〜０．
３ポイズになった時点で超硬砥粒としてダイヤモンド砥
粒（米国ゼネラル・エレクトリック社製：マンメードダ
イヤモンドＭ　Ｂ　Ｃ−［１、メツシュグレード２Ｏ０
／２３０）を混合液中に投入し攪拌分散させた後静置し
、沈降した低粒を分随し、混合液膜で被覆された砥粒を
大気中で約５日間放置し、砥粒表面にゲル波膜を形成さ
せた。

一方、ボンドの酸化物組成８Ｌ１２Ｏ・１２Ａｌ２Ｏ３
・８Ｑ　Ｓ　１０２に対応するようにアルミニタムイソ
プロポキシド３０重量部、リチウムメトキシド４重量部
およびエチルシリケート１００重量部をプロパツール１
２Ｏ重量部に溶解し、さらに水８５重量部を加えて７日
間大気中に放置してゲル化させた。このゲル化物質を２
Ｏ０℃、２時間加熱して脱水し、平均粒径１３μｍに粉
砕しボンドの原料粉末とした。

このようにして作られた表面に不完全脱水状態のゲル被
膜を有する砥粒と不完全脱水状態のボンドの原料である
ゲル粉末とを充分に混合して、所定の形状寸法に成形し
、加熱温度８００℃から冷却温度８００℃の間窒素ガス
雰囲気下にある電気炉によって毎分２℃の昇温速度のも
とに１０００℃まで加熱し、同温度に２時間保持して冷
却した。なお、砥粒とボンド原料粉末との配合に際して
は、焼成後の砥石が容積割合で砥粒率５０％、結合材率
１８％、気孔率３２％となるように生砥石の嵩比重を予
め算出しておき、この嵩比重にもとづいてボンド原料の
配合割合および成形圧力を定めた（以下これを本発明品
と呼ぶ）。

得られた本発明品の結合度はロックフェル硬度計の■１
スケールによるＲＨ硬度で表わし、また、砥石性能の測
定は、被削材にねずみ鋳鉄品（Ｆｅ１２、硬さＩＩＲｃ
’７　）を用い、回転（４０６ｒｐｍ　）するリング状
加工物（外径４５　ｍｍ　、内径２２ｍ１ｎ）の端面に
角形砥石（ｌ　Ｑ　ｍｍ　ｘ　３　ｍｍ）を押し付けて
、砥石に振動（毎分１１４０回）と振幅（両側で２、ｌ
　ｍｍ　）を与え、加工油（硫化脂肪浦５部と鉱浦９５
部との混合油）を注油しながら、プランジカット平面超
仕上げ方法に基づいて実施した。なお、この際の砥石圧
力は１５　ｋ　ｇ　−ｆ／　ｃ　ｍ２、加工時間は２分
であった。試験片７個からなる群の測定結果を表にまと
めた。表中の研削比は研削量を砥石損耗量で除した値で
ある。

表 本発明品と比較するための対照品として、ビトリファイ
ド組成物（酸化物モル％としてＳｉＯ□５９．５％、Ａ
ｌ２Ｏ３６，１％、ＣａＯ３，１％、Ｋ２Ｏ９，５％、
Ｎａ２Ｏ４．７％、Ｂ２Ｏ３１２．１％、融点６７８℃
）にダイヤモンド砥粒（前記と同じ）を恣加混合し、所
定の形状寸法に成形して乾燥した後、加熱工程（こおけ
る６００　’Ｃ以上、また冷却工程における６００℃ま
での間を窒素ガス雰囲気下となし得る電気炉によって最
高温度８００°Ｃに加熱し、この温度に２時間保ち、加
熱所要時間が２６時間になるような条件で焼成した（以
下これを対照品と呼ぶ）。なお、対照品の砥粒とボンド
との配合割合、成形圧力および砥石性能の測定方法など
は前記本発明品の場合と同一であり、焼成砥石の測定結
果を表に併記した。

表から明らかなように、本発明品は対照品に比較して研
削量では約１．５〜２．０倍、砥石損耗量で約１／２以
下で、研削比においては約３〜５倍と大きく、研削性が
著しく優れていて寿命の長いことがわかる。

〔効果〕

この発明の砥石は砥粒がボンド（こよって強固に保持さ
れている結果、研削性に優れ、砥石摩耗量が小さく、し
たがって研削比は大きく砥石寿命において卓越した性能
を発揮し得るものであり、また砥粒表面の被覆ゲルおよ
びゲル化ボンドをそれぞれ個別に製作し、混合成形する
こと（こよって連続気孔を有するブリッジ（架橋）型砥
石を製造することも可能であり、研削加工における実用
化に際して、ツルーイング、ドレッシング等を容易とし
、しかも研削抵抗の小さい砥石性能を発揮させることも
可能である。そして原料ゲルを加熱することによって起
こる脱水縮合反応または焼結反応のために、最終的にガ
ラスなる砥粒表面の薄膜およびボンドは、低膨張性、耐
熱性、熱衝撃抵抗性、化学的耐久性に優れたものであり
、砥粒支持力および砥粒間結合力も大きく、研削性、研
削比が大きく、砥石寿命において従来品よりも遥かに卓
越した性能を発揮できるものであるから、この発明の意
義はきわめて大きいということができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ａｌ＿２Ｏ＿３−ＳｉＯ＿２系ガラス薄膜によって
   表面が被覆されている超硬砥粒がＬｉ＿２Ｏ−Ａｌ＿２
   Ｏ＿３−ＳｉＯ＿２系ビトリフアイドボンドによって結
   合されていることを特徴とするセラミック質超硬砥粒砥
   石。 ２、超硬砥粒表面にゾル・ゲル法によってＡｌ＿２Ｏ＿
   ３−ＳｉＯ＿２系ガラスを形成し得る組成を有するゲル
   状物質を被覆し、この被覆超硬砥粒と前記同様のゾル・
   ゲル法によってＬｉＯ＿２−Ａｌ＿２Ｏ＿３−ＳｉＯ＿
   ２系ガラスを形成し得る組成を有するゲル化ボンドとを
   混合し成形した後加熱して脱水反応を起こさせ 結合させることを特徴とするセラミック質超硬砥粒砥石
   の製造方法。