MXPA02009304A - Herramientas abrasivas con aglomerante vitrificado. - Google Patents

Abstract

La presente invencion provee una herramienta abrasiva con aglomerante vitrificado en la cual la porcion de particula abrasiva comprende un grano abrasivo termicamente sensible, tal como grano abrasivo de alfa-alumina microcristalina en sol-gel concrecionada o grano super-abrasivo, y en el cual el aglomerante vitrificado se puede madurar mediante calcinacion a una temperatura de aproximadamente 700 a 1,100(C; la invencion de preferencia se efectua con grano abrasivo de alfa-alumina microcristalina en sol-gel concrecionada y una composicion para aglomerante vitrificado de alcali-boro silicato, que contenga oxido de fosforo; en una modalidad, durante la calcinacion a una temperatura de aproximadamente 700 a 1,100(C, el aglomerante vitrificado de la invencion comprende por lo menos dos fases amorfas, inmiscibles.

Description

HERRAMIENTAS ABRASIVAS CON AGLOMERANTE VITRIFICADO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a herramientas abrasivas con aglomerante vitrificado que se preparan con un aglomerante de resistencia elevada, y baja temperatura, que comprende óxido de fósforo y óxido de boro en cantidades suficientes para mejorar el desempeño de una herramienta abrasiva que contenga grano abrasivo de alúmina en sol-gel concrecionada. Como resultado de la selección del aglomerante, se puede utilizar de manera efectiva el grano abrasivo de alúmina en sol-gel concrecionada (u otro grano abrasivo térmicamente lábil), sin pérdida del desempeño de esmerilado en la herramienta abrasiva. La invención incluye también una composición de aglomerante vitrificado apropiada para calcinar a temperaturas relativamente bajas tales como 700-1 ,100°C, que comprende por lo menos dos fases vitreas amorfas, inmiscibles. Se sabe que las herramientas abrasivas que contienen granos súper-abrasivos (diamante o nitruro de boro cúbico (CBN)), o grano abrasivo de alúmina en sol-gel concrecionado sembrado o sin sembrar, también conocido como grano abrasivo de alfa-alúmina microcristalina (MCA), proveen desempeño de esmerilado superior en una variedad de materiales. La fabricación y características de estos granos de MCA y el desempeño de estos granos de MCA en diversas aplicaciones se describen, por ejemplo, en las patentes E.U.A. Nos. A-4,623,364, 4,314,827, 4,744,802, 4,898,597 y 4,543,107, cuyos contenidos se incorporan en la presente ¡nvención para referencia. Las herramientas abrasivas vitrificadas o aglomeradas con vidrio que contienen grano de MCA y grano súper-abrasivo son útiles desde el punto de vista comercial para el esmerilado de precisión de partes metálicas y otros componentes industriales que requieren un desempeño de esmerilado consistente y mejorado. Para producir estos tipos de herramientas abrasivas con calidad consistente, se deben evitar las reacciones entre los componentes del aglomerante vitreo y el grano abrasivo. La reactividad es un problema particular a las temperaturas típicas encontradas durante la calcinación del aglomerante, por ejemplo, 1,100-1 ,400°C. El control de estas reacciones reduce al mínimo el daño a la estructura microcristalina crítica del grano de MCA, conservando el filo y desempeño del grano. Para reducir la cantidad de reacción entre el grano de MCA y el aglomerante vitrificado, el documento U.S.-A-4,543,107 describe una composición de aglomerante apropiada para calcinar a una temperatura tan baja como aproximadamente 900°C. En una estrategia alterna, el documento U.S.-A-4,898,597 describe una composición de aglomerante que comprende por lo menos 40% de materiales derretidos apropiados para calcinar a una temperatura tan baja como alrededor de 900°C. Sin embargo, en ciertas aplicaciones de esmerilado estos aglomerantes de baja temperatura han demostrado una resistencia mecánica insuficiente para cumplir con los objetivos comerciales que exigen el desarrollo de aglomerantes más resistentes. Los aglomerantes vitrificados caracterizados por resistencia mecánica mejorada han sido descritos para el uso con cualquiera de partículas abrasivas de óxido de aluminio vaporizada o MCA (también conocida como alfa-alúmina en sol-gel concrecionada) en la fabricación de ruedas para esmerilado que tienen propiedades de conservación de forma mejoradas. Tales aglomerantes son descritos en los documentos U.S.-A-5,203,886, U.S.-A-5,401 ,284 y U.S.-A-5,536,283, los cuales se incorporan en la presente ¡nvención para referencia. Estos aglomerantes vitrificados se pueden calcinar a temperaturas relativamente bajas (por ejemplo de alrededor de 900-1 ,100°C) para evitar la reacción con el grano abrasivo de alfa-alúmina en sol-gel concrecionada, de alto rendimiento. Las ruedas elaboradas con estos aglomerantes y con grano de MCA han demostrado un desempeño excelente en el acabado de precisión de partes móviles, particularmente partes de metal ferroso. Otros aglomerantes vitrificados apropiados para ser utilizados con el grano abrasivo de MCA se pueden calcinar a temperaturas por debajo de aproximadamente 875°C. Estos aglomerantes se describen en el documento U.S.-A-5,863,308, el cual se incofora en la presente invención para referencia. Actualmente se ha descubierto que al seleccionar los componentes del material apropiado, se pueden preparar aglomerantes tenaces, con una resistencia elevada mejorada y se pueden calcinar aproximadamente a 700 y 1 ,100°C, de preferencia 750 a 950°C. En particular, mediante la selección de los contenidos apropiados de óxidos de fósforo, óxido de boro, sílice, óxido de aluminio, óxidos alcalinos y óxidos alcalinotérreos, y manteniendo ¡as relaciones correctas de óxidos, se puede obtener un aglomerante de alta resistencia, tenaz (por ejemplo, resistente a la propagación de grietas), de temperatura baja. Estos aglomerantes se caracterizan por un incremento de 25% o mayor en el valor del módulo de ruptura con relación a los aglomerantes comparativos de la técnica antecedente. En algunas modalidades, se pueden utilizar aglomerantes que comprendan por lo menos dos fases vitreas amorfas, inmiscibles con el grano de MCA para obtener una resistencia mecánica mayor. Aunque la selección apropiada de las materias primas que tienen las relaciones de óxido deseadas después de la calcinación puede lograr un vidrio con fases inmiscibles, se prefieren los vidrios fundidos para este propósito. Un vidrio fundido es un vidrio que se forma calcinando ¡nicialmente a temperaturas de por lo menos 1,200°C, enfriando, triturando y dimensionando para obtener un material pulverizado ("un fundente alcalino"). El fundente alcalino después se puede fundir a una temperatura muy por debajo de la temperatura de calcinación inicial utilizada para preparar el vidrio a partir de las materias primas, tales como sílice y arcillas. Cuando se formula una herramienta abrasiva, tal como una rueda abrasiva o una piedra para afilar, el uso de estos aglomerantes vitrificados con granos súper-abrasivos o de MCA, permite obtener herramientas abrasivas que tienen desempeño de esmerilado mejorado con un retiro de polvo reducido. Cuando se utilizan para esmerilar o terminar una pieza de trabajo, estas herramientas abrasivas permiten obtener acabados de superficie de la pieza de trabajo muy aceptables. Estas herramientas ofrecen mejoras con respecto a las herramientas de grano de MCA o de súper-abrasivo con aglomerante vitrificado de temperatura baja brevemente conocidos en la técnica. La invención es una herramienta abrasiva que comprende por lo menos 1%, en volumen, de grano abrasivo de MCA y 3 a 30%, en volumen de aglomerante vitrificado, en el cual el aglomerante vitrificado comprende después de calcinar la herramienta abrasiva, 40 a 60% de S1O2, 10 a 18% de AI2O3, 12 a 25% de óxidos alcalinos, 5 a 20% de B2O3, y 1 a 8% de P205, en una base de por ciento molar, y con lo cual la herramienta abrasiva se caracteriza por un incremento de por lo menos 30% en el módulo de ruptura con relación a una herramienta abrasiva comparable elaborada con un aglomerante vitrificado que comprenda menos de 1% molar de P2O5. Los grados de dureza de las herramientas abrasivas que contienen grano de MCA utilizados comúnmente (por ejemplo, grado K y los más duros en la escala de la compañía Norton) se caracterizan por tener un módulo de ruptura de por lo menos 421.80 kg/cm2 cuando se elaboran de conformidad con la invención. Los óxidos de metal alcalino del aglomerante se seleccionan a partir del grupo que consiste de óxido de sodio, óxido de litio y óxido de potasio.

La herramienta abrasiva de preferencia comprende 5 a 25% en volumen de aglomerante vitrificado y 10 a 56% en volumen de grano abrasivo de MCA, y podría comprender aproximadamente 0.1 hasta aproximadamente 60% en volumen de componentes adicionales que se seleccionan del grupo que consiste de granos abrasivos secundarios, materiales de relleno y auxiliares. El aglomerante vitrificado después de la calcinación podría comprender óxidos de metal alcalinotérreo, y la relación molar de SÍO2 a los contenidos combinados de NasO, óxidos de metal alcalino diferentes a Na2O y óxidos de metal alcalinotérreo es de por lo menos 1.2:1.0. La invención también es una herramienta abrasiva que comprende por lo menos 1%, en volumen, de grano abrasivo de MCA y 3 a 30%, en volumen, de un aglomerante vitrificado, en el cual aglomerante vitrificado, durante la calcinación de la herramienta abrasiva a una temperatura entre 700 a 1 ,100°C aproximadamente, comprende por lo menos dos fases inmiscibles, y con esto la herramienta abrasiva se caracteriza por un incremento de por lo menos 30% en el módulo de ruptura con relación a una herramienta abrasiva comparable que tenga un aglomerante vitrificado de una sola fase. El aglomerante vitrificado que tiene por lo menos dos fases inmiscibles de preferencia comprende un máximo de 12% molar de AI2O3. Cualquiera de los aglomerantes puede comprender también flúor, TiO2, ZnO, ZrO2, CaO, MgO, CoO, MnO2, BaO, Bi2O3) y Fe203, y combinaciones de los mismos.

La invención también incluye un método para preparar una herramienta abrasiva que comprende los pasos de: a) mezclar aproximadamente 70 a 95% en peso de grano abrasivo que se selecciona del grupo que consiste de grano de MCA, grano de carburo de silicio, grano de diamante, y grano de nitruro de boro cúbico, y mezclas de los mismos, y aproximadamente 5 a 30% en peso de mezcla de aglomerante, en la cual el aglomerante vitrificado comprende, después de calcinar la herramienta abrasiva, 40 a 60% de S¡O2> 10 a 18% de AI2O3, 12 a 25% óxidos alcalinos, 5 a 20% de B2?3, y 1 a 8% de P2O5, en una base de por ciento molar; b) moldear la mezcla como un material mixto crudo; y c) calcinar el material mixto crudo a una temperatura en el intervalo de 700 a 1 ,100°C para formar la herramienta abrasiva; y con lo cuai herramienta abrasiva se caracteriza en un incremento de por lo menos 30% en el módulo de ruptura con relación a una herramienta abrasiva comparable elaborada con un aglomerante vitrificado que comprende menos de 1 % molar El método es particularmente útil para grano abrasivo que se selecciona del grupo que consiste de grano de MCA, grano de carburo de silicio (SiC), grano de diamante, grano de nitruro de boro cúbico, y mezclas de los mismos. El paso de calcinación de este método se podría efectuar en una atmósfera oxidante. La invención también incluye una herramienta para terminado microabrasiva, tal como un piedra para afilar o una piedra para esmerilar, y ruedas de esmeril elaboradas con grano de MCA y que tienen desempeño de esmerilado mejorado, en particular para proporcionar un acabado de superficie lisa en partes móviles de precisión. Las herramientas abrasivas aglutinadas vitrificadas de la presente invención comprenden grano abrasivo de MCA. El grano de MCA o grano de alúmina en sol-gel se produce de preferencia mediante un procedimiento de sol-gel con siembra o sin siembra. Tal como se utiliza en la presente invención, el término "granos de alúmina en sol-gel" son granos de alúmina elaborados mediante un procedimiento que comprende peptidizar una solución de un monohidrato de óxido de aluminio de modo que se forme un gel, secar y calcinar el gel para concrecionarlo, y después triturarlo, tamizarlo y dimensionar el gel concrecionado para formar granos policristalinos elaborados de microcristales de alfa-alúmina (por ejemplo, por lo menos 95% aproximadamente de alúmina). Además de los microcristales de alfa-alúmina, la solución (soi) inicial podría incluir también hasta 15% en peso de espinela, mullita, dióxido de manganeso, dióxido de titanio, dióxido de magnesio, óxidos de metal de tierras raras, polvo de dióxido de circonio o un precursor de dióxido de circonio (el cual puede ser agregado en cantidades más grandes, por ejemplo 40% en peso o más), u otros aditivos o precursores compatibles del mismo. Estos aditivos con frecuencia se ¡ncluyen para modificar propiedades tales como tenacidad a la fractura, dureza, friabilidad, fractura mecánica o comportamiento de secado. Se han reportado muchas modificaciones al grano de alfa-alúmina en sol-gel. Todos los granos dentro de esta clase son apropiados para ser utilizados en la presente invención y el término grano de MCA se define para que incluya cualquiera de los granos que comprenda por lo menos 60% de microcristales de alfa-alúmina que tenga por lo menos 95% de densidad teórica y una dureza Vickers (500 gr) de por io menos 18 GPa a 500 gr. Los microcristales típicamente pueden variar en tamaño desde aproximadamente 0.2 hasta aproximadamente 1.0 mieras para ei grano sembrado y desde algo más de 0.2 hasta aproximadamente 5.0 mieras para el grano sin sembrar. El grano de alfa-alúmina en sol-gel concrecionado puede contener placas diminutas de material diferente a la alfa-alúmina dispersas entre los microcristales de alfa-alúmina. En términos generales, las partículas de alfa-alúmina y las plaquetas son de tamaño submicroscópico cuando se preparan en esta forma. La preparación de granos de alfa-alúmina en sol-gel concrecionada se describe con detalle en otras partes. Por ejemplo, se pueden encontrar detalles de dichos preparaciones en las patentes E.U.A. Nos. A-4,623,364, A-4,314,827 y A-5,863,308, cuyos contenidos se incorporan en la presente invención para referencia. Se pueden encontrar detalles adicionales para las preparaciones del grano abrasivo de MCA y de los tipos de grano abrasivo de MCA útiles en la presente invención en cualquiera de las numerosas patentes y publicaciones que citan la tecnología básica descrita en las patentes E.U.A. Nos. A-4,623,364 y A-4,314,827. Las herramientas abrasivas de la invención comprenden por lo menos 1% en volumen de grano abrasivo de MCA y de 3 a 30% en volumen de aglomerante vitrificado. Las herramientas ¡ncluyen típicamente de 35 a 65% en volumen de porosidad y, opcionalmente, 0.1 a 60% en volumen de uno o más granos abrasivos secundarios, materiales de relleno y/o aditivos. Las herramientas abrasivas de preferencia comprenden de 3 a 56% en volumen de grano abrasivo de MCA. La cantidad de grano abrasivo utilizada en ía herramienta y el porcentaje de abrasivo secundario pueden variar ampliamente. Las composiciones de las herramientas abrasivas de la ¡nvención de preferencia contienen un contenido total de grano abrasivo de 34 hasta 56% en volumen aproximadamente, más preferido desde aproximadamente 40 hasta aproximadamente 54% en volumen, y más preferido aún desde aproximadamente 44 hasta aproximadamente 52% en volumen de grano. El abrasivo de MCA de preferencia provee desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 100% en volumen del grano abrasivo total de la herramienta y de manera más preferida desde aproximadamente 10 hasta 80% en volumen, y más preferido aún, desde 30 hasta aproximadamente 70% en volumen del % en volumen total de grano abrasivo en la herramienta. Cuando se utilizan granos abrasivos secundarios, dichos granos abrasivos de preferencia proveen desde aproximadamente 0.1 hasta aproximadamente 97% en volumen del grano abrasivo total de la herramienta, y de manera más preferida, desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70% en volumen. Los granos abrasivos secundarios que se pueden utilizar incluyen, pero no se limitan a, granos de óxido de alúmina, carburo de silicio, nitruro de boro cúbico, diamante, pedernal y granate y combinaciones de los mismos. Las composiciones de las herramientas abrasivas contienen, de manera opcional, porosidad. Las composiciones de las herramientas abrasivas de la invención de preferencia contienen desde aproximadamente 0.1 hasta aproximadamente 68% en volumen de porosidad, más preferido contienen desde aproximadamente 28 hasta aproximadamente 56% en volumen, y más preferido aún contienen desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 53% en volumen. La porosidad se forma tanto por la separación natural suministrada por la densidad de empaquetamiento natural de los materiales, como por los medios inductores de poro convencionales, incluyendo, pero sin limitarse a, esferas de vidrio huecas, cascaras de nuez molidas, glóbulos de material de plástico o de compuestos orgánicos, partículas de vidrio en forma de espuma y alúmina en burbujas, granos alargados, fibras y combinaciones de los mismos. Las herramientas abrasivas de la presente invención se aglomeran con un aglomerante vitrificado. El aglomerante vitrificado utilizado contribuye en forma significativa al desempeño de esmerilado mejorado de las herramientas abrasivas de la presente invención.

La composición de la rueda abrasiva de preferencia contiene desde aproximadamente 3 hasta aproximadamente 25% en volumen de aglomerante, de manera más preferida contiene desde aproximadamente 4 hasta aproximadamente 20% en volumen de aglomerante, y más preferido contienen desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 18.5% en volumen de aglomerante. Las materias primas para el aglomerante pueden incluir arcilla, caolín, silicato de sodio, alúmina, carbonato de litio, bórax pentahldratado, bórax decahidratado o ácido bórico, y carbonato de sodio, pedernal, wolastonita, feldespato, fosfato de sodio, fosfato de calcio y algunos otros materiales que han sido utilizados en la fabricación de aglomerantes vitrificados. Los fundentes alcalinos se utilizan de preferencia en combinación con las materias primas o en lugar de las materias primas. Estos materiales aglomerados en combinación de preferencia contienen los siguientes óxidos: Si02, AI2O3, Na2?, P205, Li2O, K 0 y B203. Con frecuencia están presentes óxidos alcalinotérreos, tales como CaO, MgO y BaO, junto con ZnO, ZrO, F, CoO, MnO2, TiO2 y Bi2O3.

Aglomerantes aue contienen P2Og v B O3 El aglomerante, después de la calcinación, contiene menos de aproximadamente 55% molar de SiO2, de preferencia desde aproximadamente 40 hasta aproximadamente 50% molar de Si02; menos de aproximadamente 12% molar de AI2O3, de preferencia desde aproximadamente 6 hasta aproximadamente 11% molar de Al203; más de aproximadamente 2.5% molar de Li2O, de preferencia desde aproximadamente 3.5 hasta aproximadamente 8.0% molar de Li2O; más de aproximadamente 8% molar de B2O3, de preferencia desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 25% molar de B203 y aproximadamente 1 a 8% molar de P2O5, de preferencia de 2 a 6% molar de P2O5. En la mayoría de los aglomerantes de la invención, los óxidos alcalinos incluyen, en una base de % molar de aglomerante, desde aproximadamente 4 hasta aproximadamente 16% molar de Na20, y más preferido desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 10% molar de Na20; y aproximadamente 2.5 hasta 6.0% molar de K2O. El óxido de cobalto (CoO) y otras fuentes de color, no es necesario para la invención pero se podría incluir en los casos en los cuales se desee color para el aglutinante. Otros óxidos, tales como Fe2O3 y TiO2, y los óxidos alcalinotérreos incluyendo CaO, MgO y BaO existen como impurezas en las materias primas y podrían estar presentes en, o agregados al aglomerante de la invención. Se pueden utilizar óxidos de metal alcalinotérreo en el aglomerante de la invención de modo tal que el aglomerante vitrificado después de ia calcinación comprenda una relación molar de Si02 a los contenidos combinados de óxidos alcalinotérreos y óxidos alcalinos de por lo menos 1.2:1.0, cuando el aglomerante comprenda un máximo de 60 % molar de SÍO2. Cantidades mayores de estos óxidos combinados, con relación a SiO2, podrían ocasionar que el aglomerante de la invención sea muy suave para muchas operaciones de esmerilado. El óxido de fósforo, en combinación con óxido de boro y relaciones controladas de óxidos alcalinos, tiene aplicación en aglomerantes que han demostrado ser particularmente útiles en la elaboración de piedras para esmerilar y piedras para afilar microabrasivas vitrificadas a partir de grano abrasivo de MCA para operaciones de acabado de precisión. En una modalidad preferida, las herramientas abrasivas para súper-acabado comprenden grano abrasivo de MCA en un tamaño de grano de partícula abrasiva, y un aglomerante vitrificado que comprende 40-55% en peso (46-59% molar) de Si02, 15-25% en peso (10-18% molar) de Al203, 11-21 % en peso (12-25% molar) en total de óxido de metal alcalino monovalente (R2O) y óxido de metal alcalinotérreo divalente (RO), 5-15% en peso (5-15% molar) de B2O3 y 3-15% en peso (1-8% molar) de P2O5, en cantidades que se eligen para obtener un total de 100% en peso (o % molar). Estos aglomerantes vitrificados que contienen P205 ofrecen las siguientes ventajas. Debido a que el P2O5 sirve para ayudar a fundir el aglomerante vitrificado, es posible calcinar la herramienta de súper-acabado a una temperatura relativamente baja de, por ejemplo, 900°C a 1000°C, para evitar los efectos adversos en el desempeño de esmerilado del grano de MCA. Otros componentes que ayudan a fundir los aglomerantes vitrificados incluyen B2O3 y óxidos de metal alcalino monovalente (R2O), pero estos componentes tienden a reducir drásticamente la viscosidad en estado fundido del aglomerante y, por lo tanto, presentan un problema en términos de estabilidad del aglomerante vitrificado durante la fabricación de la herramienta abrasiva. Estos componentes pueden promover la reacción química entre el aglomerante vitrificado y el grano abrasivo de MCA, lo cual puede evitar que se expresen las propiedades de estructura cristalina fina del grano de MCA. En contraste, el P2O5 ocasiona poco cambio en la viscosidad en estado fundido del aglomerante, y permite que se expresen las propiedades de la estructura cristalina fina del grano de MCA. Aunque los óxidos de metal alcallnotérreo divalentes (RO) tienen la misma acción, ésta no es tan notable como P205, B203 y los óxidos de metal alcalino monovalentes (R2O). El componente P2O5 tiene una afinidad química adecuada para los componentes de tipo AI2O3 tales como los compuestos de fosfato de aluminio. De preferencia, el coeficiente de expansión térmica del aglomerante vitrificado se iguala, tan cerca como sea posible, con el de los granos abrasivos. En términos generales, cuando la diferencia entre el coeficiente de expansión térmica de los granos abrasivos y el aglomerante vitrificado es de ±2 x 10"6 o mayor, se presentan grietas en el aglomerante y promueven el desprendimiento prematuro del grano abrasivo. El coeficiente de expansión térmica para grano abrasivo de alúmina es de aproximadamente 8.0 x 10"6. El componente B2O3 actúa para reducir el coeficiente de expansión térmica, y se utiliza principalmente para ayudar a fundir los aglomerantes vitrificados que utilizan granos súper-abrasivos con un coeficiente de expansión térmica bajo. Los óxidos de metal alcalino monovalente (R2O) actúan para incrementar el coeficiente de expansión térmica. Por consiguiente, cuando se agrega B203 o un óxido de metal alcalino monovalente (R2O) para ayudar en la fusión del aglomerante vitrificado, la cantidad relativa puede evitar que el coeficiente de expansión térmica sea igual al de los granos abrasivos, dando como resultado el agrietamiento del aglomerante y el desprendimiento acelerado de los granos abrasivos. En contraste, aunque el P205 tiene el efecto de incrementar el coeficiente de expansión térmica, el incremento no es tan grande como con un óxido de metal alcalino monovalente (R2O). La adición de P2O5 al aglomerante vitrificado permite que se pueda lograr la calcinación a una temperatura entre 700°C y 1 ,1 OOX, de preferencia 850°C a 1,050°C, más preferido 900°C a 1000°C mientras que ai mismo tiempo éste experimenta la unión química efectiva con los granos abrasivos de alúmina cristalinos, finos, concrecionados, y puede casi igualar el coeficiente de expansión térmica de las partículas abrasivas para evitar la pérdida prematura de los granos abrasivos de la herramienta durante el esmerilado, haciendo posible de esta manera una herramienta abrasiva de súper-acabado con propiedades de esmerilado satisfactorias y una vida útil más larga como resultado del filo incrementado y la acción de esmerilado suministrada por las partículas abrasivas de alúmina concrecionada, cristalinas, finas. Se puede obtener un desempeño particularmente superior si se incluye P2O5 a una concentración de 3-15% en peso (1-8% molar) del aglomerante. El componente P2O5 presenta un desempeño máximo a 6-12% molar (2.5-6.5% molar).

Cuando el contenido de SÍO2 es menor de 40% en peso se reduce la resistencia del aglomerante, y cuando éste es mayor de 55% en peso se incrementa la temperatura de fusión, de modo tal que se requiere de una temperatura mayor para calcinación. Cuando el contenido de Al203 es menor de 15% en peso se presenta un problema en términos de estabilidad del aglomerante, cuando éste es mayor de 25% en peso se Incrementa la temperatura de fusión del aglomerante, de modo tal que se requiere una temperatura mayor para calcinación. Cuando el contenido de R2O (en el cual R es un metal alcalino) + RO (en el cual R es un metal alcalinotérreo) es menor de 11 %, se incrementa la temperatura de fusión del aglomerante de modo tal que se requiere una mayor temperatura de calcinación, y cuando éste es mayor de 21% se presenta un problema en términos de estabilidad de aglomerante. Cuando el contenido de B2O3 es menor de 5% en peso, se incrementa la temperatura de fusión del aglomerante de modo tal que se requiere de una mayor temperatura de calcinación, y cuando éste es mayor de 15% en peso se presenta un problema en términos de estabilidad de aglomerante.

Aglomerantes de fase inmiscible Se pueden preparar los aglomerantes vitreos de fase separada de la invención a partir de cualquier composición vitrea susceptible a separación de fases bajo las condiciones útiles para la fabricación de herramientas abrasivas que comprenden grano abrasivo de MCA u otro grano térmicamente y/o químicamente lábil. La separación de fases se presenta cuando un vidrio de fase individual se separa en dos fases vitreas, teniendo cada una de ellas una composición química y propiedades de material distintas. Cuando el vidrio está en estado líquido, las fases líquidas son inmiscibles. En el caso de las herramientas abrasivas, la separación de la fase amorfa en fases inmiscibles permite que se puedan obtener aglomerantes vitreos de alta resistencia, tenaces a una temperatura de procesamiento relativamente baja. Mediante el control cuidadoso en las relaciones de óxido en el vidrio y en la selección de los fundentes alcalinos se puede madurar la mayoría, o fase de matriz del aglomerante vitreo en un vidrio de temperatura mayor, que pueda impartir resistencia y tenacidad a la herramienta abrasiva. La minoría, o fase discontinua se madurará en un vidrio de temperatura menor, que pueda fluir, humectar y aglomerar los granos abrasivos en el intervalo de temperatura relativamente bajo de 700 a 1 ,100°C. Una modalidad preferida del aglomerante vitrificado de fase separada combina fosfatos, por ejemplo, óxido de fósforo obtenido a partir de materias primas de fosfato de sodio o fosfato de calcio, para reducir la temperatura de calcinación con componentes de tipo silicato para suministrar la resistencia mecánica. Los componentes de tipo silicato de preferencia se proveen como un sistema vitreo de álcali-silicato de boro, por ejemplo, Na2O- B2O3-AI2O3-SÍO2, o Na2O-B2O3-SiO2. Se debe controlar la cantidad de óxido de aluminio ya que un exceso (por ejemplo, más de 12% molar en un sistema de aglomerante vitrificado típico) presentará tendencia a evitar la separación en fases inmiscibles. Cantidades mayores de boro con relación al álcali mejoran la separación de fases. Se prefieren relaciones de óxido de boro a óxido alcalino de 5.25:1 a 1 :1 , y la relación precisa depende de la cantidad de óxido de aluminio presente y si se utilizan o no otros modificadores. La adición de otros modificadores, tales como CaO, MgO, óxidos y fluoruros alcalinos, en cantidades de hasta 2% molar, típicamente incrementan la separación, en particular cuando se utilizan con materiales fosforosos. Se pueden sustituir óxidos tales como óxido de litio en lugar de óxido de sodio, en particular cuando se utiliza un fundente alcalino. Sin estar limitado a ninguna teoría particular, por varias razones se cree que ios aglomerantes con fases separadas son una mejora con respecto a los aglomerantes sin fases separadas, similares. Los aglomerantes vitreos con fase inmiscible suministran un comportamiento de aglomerante más fuerte a temperaturas de procesamiento menores, o estos permiten obtener una resistencia de herramienta abrasiva incrementada después del procesamiento a temperaturas de calcinación de aglomerante convencionales. La tenacidad incrementada de la herramienta abrasiva se debe al truncamiento o deflexión de la punta de la grieta debido a que la grieta se propaga a través de los campos de tensión residuales que resultan de un sistema de fases múltiples. Se mejora el control con respecto a la reacción entre el grano abrasivo y el aglomerante como resultado de las temperaturas de calcinación reducidas y de la separación de más componentes reactivos del grano (por ejemplo, óxidos alcalinos) en la fase deseada. Se puede esperar un rendimiento mejorado de esmerilado como resultado de que algunas fases vitreas de baja temperatura experimentan transición de vidrio durante el esmerilado. Esto debería incrementar la capacidad térmica efectiva de la herramienta abrasiva, actuando de esta manera para eliminar el calor de esmerilado proveniente del grano abrasivo circundante y de la pieza de trabajo. Durante la fabricación de herramientas abrasivas que contienen estos aglomerantes, de preferencia se agregan aglutinantes orgánicos a los componentes del aglomerante pulverizados, derretidos o en bruto, como auxiliares para moldeo o procesamiento. Estos aglutinantes pueden incluir dextrinas y otros tipos de pegamento, un componente líquido, tal como agua o etilenglicol, modificadores de viscosidad o pH y auxiliares para mezclado. El uso de aglutinantes mejora la uniformidad de la rueda y la calidad estructural de la rueda precalcinada o compactada en crudo y de la rueda calcinada. Debido a que los aglutinantes se queman durante la calcinación, estos no se convierten en parte del aglomerante o de la herramienta abrasiva terminada. Las ruedas abrasivas se pueden calcinar a las temperaturas relativamente bajas indicadas en la presente invención utilizando métodos conocidos por los expertos en la técnica. Las condiciones de calcinación quedan determinadas principalmente por el aglomerante y los abrasivos utilizados. El aglomerante se calcina a una temperatura entre 700 y 1100°C, de preferencia 730 a 950°C, para suministrar las propiedades mecánicas necesarias para esmerilar metales y otras piezas de trabajo. El cuerpo aglomerado vitrificado también se puede impregnar adicionalmente después de la calcinación en una forma convencional con un auxiliar para esmerilado, tal como azufre o cera, o con un vehículo, tal como resina a base de epóxido, para transportar un auxiliar para esmerilado en los poros de la rueda. Para el grano micro-abrasivo utilizado en las herramientas abrasivas para, por ejemplo, operaciones de súper-acabado, el tamaño de partícula de las partículas abrasivas utilizadas típicamente es de 2 a 6 mieras aproximadamente (grano 280-6000 JIS) pero es más común un tamaño de partícula fina de 18 mieras (1000 JIS) o más pequeña. La dureza del aglomerante de la herramienta abrasiva es de + 100 hasta -60 en términos de la dureza Rockwell, siendo +100 el más duro y -60 el más suave. Las dimensiones y forma de la herramienta de súper-acabado quedan determinadas por lo general por la pieza de trabajo y la estructura mecánica. Las dimensiones mínimas son de aproximadamente 2 x 2 x 15 mm y las dimensiones máximas son de aproximadamente 25 x 50 x 120 mm, pero también son posibles dimensiones más grandes y más pequeñas que éstas. La forma es por lo general rectangular (es decir, una piedra para esmerilar o una piedra para afilar), pero algunas veces se proveen extremos redondeados. Las herramientas para súper-acabado por lo general comprenden 32%-46%, en volumen, de grano abrasivo, 5%-20%, en volumen, de aglomerante vitrificado y 40-55%, en volumen, de porosidad.

Se proveen los siguientes ejemplos a manera de ilustración de la invención, y no como una limitación a la misma.

EJEMPLO 1 Se utilizan grano abrasivo de alúmina concrecionada, cristalina fina (MCA) proveniente de Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc., Worcester, MA, (nombre comercial: grano abrasivo Norton SG, tamaño de partícula abrasiva: 5 mieras (JIS #3000) y grano abrasivo de alúmina blanca vaporizada disponible comercialmente (de la misma fuente, nombre comercial WA, tamaño de partícula abrasiva: 5 mieras (JIS #3000) en una relación en peso igual (50:50) y se utiliza el aglomerante vitrificado de temperatura de calcinación baja descrito en la solicitud de patente japonesa no examinada No. 8-90422 para los aglomerantes modificados (1) a (3) con las composiciones químicas listadas en el cuadro 1 , para fabricar las herramientas para esmerilado de súper-acabado (1 ) a (3) como se muestra en el cuadro 2. Para comparación se utiliza una herramienta para esmerilado de súper-acabado que comprende 100% de partículas abrasivas de alúmina blanca vaporizada más comúnmente utilizada en forma comercial (producto comercial A). La estructura para las herramientas para esmerilado de súper- acabado es un volumen de partícula abrasiva de 37%, un volumen de 9% de aglomerante vitrificado y un volumen de poro de 54%, y la dureza de la herramienta para esmerilado de súper-acabado vitrificada está en el intervalo de -30 a -40 en la escala H de dureza de Rockwell (escala de 0.32 cm, carga de 60 kgf).

CUADR0 1 % en peso de los componentes químicos del aglomerante de prueba Se eligen estos aglomerantes debido a que éstos representan los aglomerantes de temperatura de calcinación más baja entre los aglomerantes conocidos públicamente y estos son apropiados para maduración a 900°C.

CUADRO 2 Mezclas de la herramienta para esmerilado de prueba Procedimiento de mezclado de la herramienta para esmerilado de prueba v condiciones de esmerilado Se obtienen herramientas para esmerilado calcinadas agitando y mezclando 5 partes en peso de una solución acuosa de dextrina al 30% y cada aglomerante vitrificado con 100 partes en peso de cada una de las partículas abrasivas, WA y WA + Norton SG®, de tal manera que los porcentajes en volumen de los componentes de la herramienta son, respectivamente, un volumen de partícula abrasiva de 37%, un volumen de aglomerante vitrificado de 9% y un volumen de poro de 54%, tomando como base la gravedad específica a granel de la herramienta para esmerilado. Después, se moldea en herramientas cuadradas para esmerilado con dimensiones de 60 x 12 x 25 mm. Después de moldear las herramientas para esmerilado de prueba (1) a (3), las herramientas para esmerilado se secan y después se calcinan durante un periodo prescrito de 30 horas, con 2 horas a la temperatura máxima de 900°C. Estas herramientas para esmerilado se someten a mediciones de dureza de Rockwell y se utilizan en una prueba de esmerilado. Para comparación, también se evalúa una herramienta para esmerilado de súper-acabado con 100% de grano abrasivo de alúmina blanca vaporizada disponible comercialmente. La prueba de esmerilado utiliza un disco de súper-acabado (producto de Seibu Jido Kiki) y un aceite mineral insoluble en agua como el fluido para esmerilado, una pieza de trabajo SUJ-2 (58/62 de HRC) y dimensiones de herramienta de esmerilado de 10 mm de longitud, 5 mm de ancho y 20 mm de profundidad, la superficie de operación de la herramienta para esmerilado tiene una anchura de 10 mm en la dirección de la circunferencia, una anchura de 5 mm en la dirección del eje y 20 mm en la dirección de desgaste por abrasión, y las dimensiones de trabajo son un diámetro de 50 mm y una anchura de 5 mm, efectuándose el esmerilado del émbolo en la circunferencia exterior. La aspereza de superficie del objetivo para esmerilado antes de la prueba es de 1.3 µmRz. Las condiciones de súper-acabado son una frecuencia de vibración de 1785 cpm de la herramienta para esmerilado, una velocidad de rotación de trabajo de 197 rpm, una amplitud de herramienta de 2 mm y un ángulo de inclinación máximo de 20°, siendo sometido cada uno de ellos a un minuto bajo estas condiciones.

CUADRO 3 Resultados de la prueba * Nota: un valor más pequeño para la aspereza de superficie indica un mejor acabado de superficie. Como queda demostrado por los resultados en el cuadro 3, en el cual se muestra el producto comercial (A) como referencia, la herramienta para esmerilado de prueba (1) presenta desempeño inferior al del producto comercial, y el aglomerante de prueba (2) y el aglomerante de prueba (3) tienen un volumen de corte inferior pero una durabilidad ligeramente mejor. Sin embargo, a pesar de utilizar grano abrasivo de MCA, los ejemplos comparativos casi no presentan un desempeño superior, y en especial propiedades de esmerilado, en comparación con la herramienta para esmerilado del producto comercial (A) que utiliza partículas abrasivas de alúmina blanca vaporizada.

EJEMPLOS EXPERIMENTALES Se utilizan los aglomerantes (11) a (16), con las composiciones químicas mostradas en el cuadro 4, para fabricar las herramientas para esmerilado de prueba (11) a (18) listadas en el cuadro 5 en la misma forma que las herramientas para esmerilado de prueba (1) a (3) de los ejemplos comparativos, y éstos se someten a una prueba de esmerilado en la misma manera que la de los ejemplos comparativos. Los resultados se muestran en el cuadro 6.

CUADRO 4 % en peso (% molar) de los componentes químicos del aglomerante de prueba CUADRO 5 Mezclas para herramienta para esmerilado de prueba CUADRO 6 Propiedades de la herramienta para esmerilado de prueba *Nota: un valor más pequeño para la aspereza de superficie indica un mejor acabado de superficie. Las durezas Rockwell de todas las herramientas para esmerilado de prueba están en el intervalo de -30 a -40. No se encontraron quemaduras en ninguna de las piezas de trabajo. Aquellas herramientas para esmerilado con volúmenes de esmerilado mayores que los del producto comercial (A) tienen aspereza de superficie ligeramente inferior en comparación con ei producto comercial (A). Esto se debe a que un volumen de esmerilado más grande presenta tendencia a dar como resultado una aspereza de superficie más pobre. Sin embargo, estos valores están dentro del intervalo aceptable. El cuadro 6 muestra que la herramienta para esmerilado de prueba (11) la cual contiene 100% en peso de partículas abrasivas de alúmina blanca vaporizada y ninguna cantidad de P2O5 en el aglomerante vitrificado presenta un desempeño inferior con respecto al producto comercial (A) como referencia. El desempeño se mejora, en términos generales, cuando se utiliza grano abrasivo de MCA. Las herramientas para esmerilado que contienen P2O5 en los aglomerantes vitrificados también presentan un mejor desempeño. En particular, las herramientas para esmerilado de prueba (14), (15) y (17), las cuales incluyen grano abrasivo de MCA y contienen P2O5 a una concentración de 6-12% en peso en el aglomerante vitrificado, tienen una mejoría del 10% o más en los volúmenes de esmerilado y relaciones de esmerilado del doble o mayores, presentándose el desempeño máximo con concentraciones de 9-12% en peso de P2O5 en el aglomerante vitrificado. La herramienta para esmerilado de prueba (18) la cual tiene 15% en peso de P2O5 en el aglomerante vitrificado presenta un incremento de 1.8 veces mayor que el desempeño del producto comercial (A), pero su desempeño es inferior al de la herramienta para esmerilado de prueba (17). En cuanto a la herramienta para esmerilado de prueba (15) que incluye grano abrasivo de MCA y la herramienta para esmerilado de prueba (16) que no contienen grano abrasivo de MCA, la herramienta para esmerilado de prueba (15) que incluye grano abrasivo de MCA presenta aproximadamente el doble de la relación G que la de la herramienta para esmerilado de prueba (16) que no contienen grano abrasivo de MCA. Por lo tanto, el grano abrasivo de MCA y un aglomerante vitrificado que contenga P2O5 producen mejor desempeño.

EJEMPLO 2 Se elaboran muestras para prueba en forma de barra para evaluar las propiedades de resistencia mecánica de los aglomerantes experimentales para las herramientas abrasivas elaboradas de conformidad con la invención. Las materias primas para elaborar las composiciones de aglomerante experimental calcinado como las indicados en el cuadro 7 se seleccionan a partir de arcilla caolín, carbonato de sodio, silicato de sodio, carbonato de litio, (Ca,Mg)0, bórax, ácido bórico, criolita, feldespato, fosfato de sodio, fosfato de calcio, dióxido de titanio y un fundente alcalino de vidrio pulverizado. El fundente alcalino de vidrio pulverizado tiene la composición: Composición del fundente alcalino (% en peso) Oxido Fundente alcalino Si02 54.1 Na2O 7.7 B203 38.2 La mezcla para aglomerante se produce mezclando en seco cantidades pequeñas (aproximadamente 100 gramos) de las materias primas en una mezcladora de laboratorio para preparar una premezcla para aglutinante en polvo. Las pruebas de calcinación preliminares en porciones elaboradas a partir de estas mezclas de aglomerante, confirman que los aglomerantes experimentales se maduran como un aglomerante vitreo a 900°C. En el siguiente cuadro 7 se muestran los porcentajes molares de las composiciones para los aglomerantes experimentales CUADRO 7 Composiciones en % molar de los aglomerantes experimentales después de la calcinación Aglomerantes SiO;; AbOs B2Q3 Pz05 F experimentales aQü K2Q LbO Q Aglomerante 2 41.55 11.97 15.00 4.90 0.00 12.97 2.98 4.98 Aglomerante 3 45.48 11.99 14.99 0.00 0.00 10.99 2.99 7.99 Aglomerante 12 40.09 11.59 14.48 4.76 4.78 8.12 2.99 7.79 Aglomerante 21 42.00 11.57 14.44 2.26 4.77 9.13 5.39 4.90 Aglomerante 24 44.48 11.99 10.99 4.99 0.00 10.99 2.99 7.99 Aglomerantes comparativos Aglomerante 9 41.34 12.00 15.00 5.00 0.00 16.02 2.99 1.99 Aglomerante 11 43.60 11.54 14.49 0.04 4.75 4.73 7.74 7.73 Aglomerante 13 46.38 11.58 6.78 4.60 4.72 4.86 7.77 7.78 5 Aglomerante 15 41.47 12.01 15.00 4.99 0.00 4.93 8.00 8.00 Aglomerante 20 46.21 11.78 10.76 2.47 2.47 15.85 2.97 1.97 Estos aglomerantes experimentales y comparativos también contienen aproximadamente 1.38-1.51 % molar de TiO2, 2.38-2.58% molar de CaO y 1.38-1.54% molar de MgO, para proveer un total de 100% molar. 0 Los aglomerantes se combinan con un grano abrasivo de MCA, obtenido a partir de Norton Company (Norton SG® tamaño de partícula abrasiva 80, grano abrasivo de MCA). Se mezclan el grano y un componente de aglutinante orgánico líquido en una mezcladora pequeña para laboratorio.

La premezcla de aglomerante se agrega después y se mezcla con el grano. La mezcla se tamiza a través de una malla para desintegrar cualquier grumo y después se compacta como barras con dimensiones de 10.16 cm x 2.54 cm x 1.77 cm en una instalación de molde para barra de tres cavidades. Se calculan las pérdidas por calcinación y se considera la gravedad específica del vidrio para cada aglomerante durante el ajuste de los porcentajes en peso de los componentes de aglomerante utilizados en cada muestra de prueba para obtener herramientas abrasivas experimentales que tengan aproximadamente la misma dureza después de la calcinación (es decir, un grado K de dureza en la escala de Norton Company). Las barras de prueba comprenden aproximadamente 9% en volumen de componente para aglomerante vitreo, 48% en volumen de grano abrasivo de MCA y 43% en volumen de porosidad. Las barras se calcinan en un horno eléctrico bajo las siguientes condiciones de calcinación: incrementos de temperatura de 25°C/hora desde temperatura ambiente hasta 350°C; se mantienen durante 2 horas; incrementos de temperatura de 25°C/hora hasta una temperatura máxima de 900°C; se mantienen durante 8 horas a esa temperatura máxima; y se enfría hasta temperatura ambiente. Las barras se evalúan respecto al módulo de ruptura en una máquina para evaluación mecánica Instrom modelo 47727 con un portapiezas con doblamiento en 4 puntos que tiene un espacio de soporte de 7.62 cm, un espacio de carga de 2.54 cm y a una velocidad de carga de 0.13 cm por . minuto de velocidad de cruceta. Los datos de penetración de ráfaga de arena se generan evaluando las barras en una máquina para graduación de ráfaga de arena (cámara #2) de Norton Co. A una presión de 1.05 kg/cm2 durante 10 segundos. El módulo de elasticidad se determina utilizando un probador Grindo-Sonic MK3S. Los resultados (promedio de 6 muestras) se presentan en el cuadro 9.

CUADRO 9 Resistencia v dureza de la barra de prueba Densidad Módulo de Módulo de Penetración de Aglomerante experimental calcinada elasticidad ruptura ráfaga de arena g/cc GPa (kg/cm2) mm Aglomerante 2 2.080 41.55 462.22 2.59 Aglomerante 3 2.082 43.53 466.86 3.60 Aglomerante 12 2.091 45.59 483.24 2.32 Aglomerante 21 2.077 43.10 459.27 2.46 Aglomerante 24 2.073 43.40 462.64 2.40 466.86 prom. Aglomerante comparativo Aglomerante 9 2.068 39.96 363.80 2.90 Aglomerante 11 2.081 44.20 359.58 2.59 Aglomerante 13 2.089 38.39 267.07 3.71 Aglomerante 15 2.085 44.50 408.86 2.22 Aglomerante 20 2.067 35.20 317.40 3.52 343.35 prom.

Los resultados de la prueba indican que todos los aglomerantes experimentales maduraron durante la calcinación a una temperatura de 900°C para crear un aglomerante con resistencia y propiedades mecánicas suficientes para que sean de utilidad en herramientas abrasivas apropiadas para operaciones de esmerilado. Se seleccionan la temperatura de calcinación relativamente baja y la química de óxidos de los aglomerantes, tanto experimentales como comparativos, respecto a la compatibilidad con el grano abrasivo de MCA y son apropiados para conservar el desempeño superior de esmerilado del grano abrasivo de MCA. Sin embargo, con relación a los aglomerantes comparativos, ios aglomerantes experimentales también proveen un incremento inesperado en la resistencia del aglomerante tal como queda demostrado por el módulo de ruptura (MOR por sus siglas en inglés) y por otros indicadores de resistencia (SBP y MOE). El MOR máximo se obtiene cuando están presentes tanto el óxido de boro como el óxido de fósforo. Una cantidad insuficiente de boro (6.78%) en el aglomerante 13, incluso en presencia de fósforo (4.60%) y flúor (4.72%), ocasiona una caída en el MOR. En el aglomerante 24, las cantidades combinadas de boro (10.99%) y fósforo (4.99%) son suficientes para proveer un MOR de alrededor de 421.80 kg/cm2. A diferencia del fósforo, el flúor agregado (4.75%) no tiene el mismo efecto benéfico en combinación con el boro (14.49%) en el aglomerante 11. Cada uno de los ejemplos comparativos tiene un MOR menor de 421.80 kg/cm2, lo que demuestra resistencia mecánica insuficiente en el aglomerante vitreo para ser utilizado en herramientas abrasivas que comprendan grano abrasivo de MCA. La diferencia promedio en MOR entre las muestras experimentales y las muestras comparativas representan una mejoría de aproximadamente 35% en resistencia. Un exceso de alúmina (es decir, 12% molar o mayor), y un desequilibrio de los óxidos de potasio y litio uno con respecto al otro, o con el óxido de sodio, da como resultado un MOR no satisfactorio y resistencia insuficiente del aglomerante para ser utilizado en las herramientas abrasivas de la invención. Los aglomerantes comparativos 9 y 15 ¡lustran los efectos de un exceso de alúmina y los aglomerantes comparativos 9, 11 y 15 ¡lustran los efectos de un desequilibrio en el contenido de óxido alcalino.

EJEMPLO 3 Se prepara la muestra de prueba en forma de barra (A) como se describe para el aglomerante 12 en el ejemplo 2, excepto que la muestra A comprende 47% de Si02, 10% de Al203, 4% de Na20, 2.5% de Li20, 2.5% de K20, 25% de B2O3 y 5% de P2O5, en una base en por ciento molar. La barra de prueba A se examina para evaluar si se crean o no por lo menos dos fases inmiscibles, amorfas durante la calcinación de los aglomerantes vitreos. Se examinan secciones de las barras de prueba mediante microscopía de barrido electrónico a un aumento de 10,000 X. Se observan por lo menos dos fases vitreas separadas en la barra de prueba A que contiene el aglomerante de la invención. En los aglomerantes comparativos se observan fases vitreas individuales. Por lo tanto, una herramienta abrasiva elaborada con un vidrio de álcali-boro silicato que comprenda por lo menos 1% molar de P205, un mínimo de 8% molar de B2O3, una relación de por lo menos 2:1 de boro a óxido alcalino, y menos de 12% molar de AI2O3, contiene fases vitreas separadas cuando se calcina a 900°C con grano de MCA. Se entiende que serán evidentes algunas otras modificaciones y que el experto en la técnica puede llevarlas fácilmente a la práctica sin alejarse del alcance y campo de la presente invención. Por consiguiente, no se pretende limitar el campo de las reivindicaciones a la descripción antes indicada. Se debe entender que las reivindicaciones abarcan todas las características de novedad patentable que residen en la presente invención, incluyendo todas las características consideradas por el experto en la técnica como equivalentes de las mismas.

Claims (27)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Una herramienta abrasiva que tiene un módulo de ruptura de por lo menos 421.80 kg/cm2, que comprende por lo menos 1%, en volumen, de grano abrasivo de MCA y 3 a 30%, en volumen, de un aglomerante vitrificado, caracterizado porque el aglomerante vitrificado, durante la calcinación de la herramienta abrasiva a una temperatura de aproximadamente 700 a 1 ,100 °C, comprende por lo menos dos fases inmiscibles.

2.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque el aglomerante vitrificado se prepara a partir de componentes para aglomerante que comprenden un fundente alcalino vitreo.

3.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque las fases inmiscibles del aglomerante vitrificado durante la calcinación de la herramienta abrasiva son fases amorfas.

4.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque el aglomerante vitrificado comprende una cantidad mayor de un vidrio de álcali-boro silicato.

5.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada además porque por lo menos una de las fases inmiscibles del aglomerante vitrificado durante la calcinación de la herramienta abrasiva comprende de 1 a 8% molar de P2O5.

6.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada además porque el aglomerante vitrificado comprende un mínimo de 8% molar de B2O3 y menos de 12% molar de AI2O3.

7.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación uno, caracterizada además porque la herramienta comprende 4 a 25% en volumen de aglomerante vitrificado y 10 a 56% en volumen del grano abrasivo de MCA.

8.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada además porque la herramienta comprende también aproximadamente 0.1 a 60% en volumen de componentes adicionales que se seleccionan del grupo que consiste de granos abrasivos secundarios, materiales de relleno y auxiliares.

9.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada además porque el grano abrasivo de MCA se selecciona del grupo que consiste esencialmente de grano microcristalino de alfa-alúmina fabricado mediante un procedimiento de sol-gel sembrado, grano microcristalino de alfa-alúmina fabricado mediante un procedimiento de sol-gel sin sembrar, modificaciones del mismo con óxidos de metal de tierras raras, y combinaciones de los mismos.

10.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada además porque el aglomerante vitrificado comprende una relación molar de B2O3 a óxidos alcalinos de 5.25:1 a 1 :1.

11.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada además porque los óxidos alcalinos se seleccionan del grupo que consiste de Na2O, Li2O y K2O y combinaciones de ios mismos.

12.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada además porque el aglomerante vitrificado después de la calcinación comprende también un máximo de 2% molar de un componente que se selecciona del grupo que consiste de componentes fluorados, ZnO, ZrO2, CaO, MgO y combinaciones de los mismos.

13.- Una herramienta abrasiva que comprende por lo menos 1%, en volumen, de grano abrasivo de MCA y 3 a 30%, en volumen, de aglomerante vitrificado, caracterizada porque el aglomerante vitrificado comprende después de calcinar ia herramienta abrasiva, 40 a 60% de Si02, 10 a 18% de AI2O3, 12 a 25% de óxidos alcalinos, 5 a 20% de B2O3 y 1 a 8% de P2O5, en una base de por ciento molar, y con lo cual la herramienta abrasiva se caracteriza con un incremento de por lo menos 30% en el módulo de ruptura con relación a una herramienta abrasiva comparable elaborada con un aglomerante vitrificado que comprende menos de 1 % molar de P2O5.

14.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada además porque los óxidos alcalinos se seleccionan del grupo que consiste de Na2O, Li2O y K2O y combinaciones de los mismos.

15.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada además porque el aglomerante vitrificado se calcina a una temperatura de 700 a 1 ,100°C.

16.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada además porque la herramienta comprende 4 a 25% en volumen de aglomerante vitrificado y 10 a 56% en volumen de grano abrasivo de MCA.

17.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 16, caracterizada además porque la herramienta comprende también aproximadamente 0.1 a 60% en volumen de componentes adicionales que se seleccionan del grupo que consiste de granos abrasivos secundarios, materiales de relleno y auxiliares.

18.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada además porque el grano abrasivo de MCA se selecciona del grupo que consiste esencialmente de grano microcristalino de alfa-alúmina fabricado mediante un procedimiento de sol-gel sembrado, grano microcristalino de alfa-alúmina fabricado mediante un procedimiento de sol-gel sin sembrar, modificaciones del mismo con óxidos de metal de tierras raras, y combinaciones de los mismos.

19.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada además porque el aglomerante vitrificado después de calcinar comprende también un máximo de 2% molar de por lo menos un óxido que se selecciona del grupo que consiste de TÍO2, ZnO, Z1O2, CaO, MgO, CoO, Mn?2, BaO, BÍ2O3 y Fe2?3, y combinaciones de los mismos.

20.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada además porque el aglomerante vitrificado 5 después de calcinar comprende óxidos de metal alcalinotérreo y la relación molar de SÍO2 a los contenidos combinados de óxidos alcalinos y óxidos alcalinotérreos es de por lo menos 1.5:1.0.

21.- Un método para elaborar una herramienta abrasiva que tenga un módulo de ruptura de por lo menos 421.80 kg/cm2, que comprende 10 los pasos de: a) mezclar aproximadamente 70 a 95% en peso de grano abrasivo que se selecciona del grupo que consiste de grano de MCA, grano de carburo de silicio, grano de diamante y grano de nitruro de boro cúbico, y mezclas de los mismos, y aproximadamente 5 a 30% en peso de mezcla para •< aglomerante, la mezcla para aglomerante comprende, después de calcinar la - 15 herramienta abrasiva, 40 a 60% de Si02, 10 a 18% de AI203, 12 a 25% de óxidos alcalinos, 5 a 20% de B2O3 y 1 a 8% de P2O5, en una base de por ciento molar; b) moldear la mezcla como un material mixto crudo; y c) calcinar el material mixto crudo a una temperatura en el intervalo de 700 a 1 ,100°C para formar la herramienta abrasiva; y con lo cual la herramienta abrasiva se 20 caracteriza por un incremento de por lo menos 30% en el módulo de ruptura con relación a una herramienta abrasiva comparable elaborada con un aglomerante vitrificado que comprende menos de 1 % molar de P2O5.

22.- El método de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque el material mixto crudo se calcina a una temperatura menor de 900°C aproximadamente.

23.- El método de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque la herramienta abrasiva se selecciona del grupo que consiste de ruedas para esmerilado, piedras para esmerilado abrasivas y piedras para afilar abrasivas.

24.- El método de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque el paso de calcinación se efectúa en una atmósfera oxidante.

25.- El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque la herramienta abrasiva es una herramienta para súper-acabado microabrasiva.

26.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada además porque el aglomerante vitrificado comprende óxidos alcalinos en una relación de 1:1:1 a 2:1:1 de sodio: litio: potasio.

27.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada además porque el aglomerante vitrificado comprende óxidos alcalinos en una relación de 1 :1 :1 a 2:1 :1 de sodio: litio: potasio.