NO175971B - Slipepartikkel som omfatter sintrede og fremgangsmåte for fremstilling av et sintret, aluminabasert slipelegeme - Google Patents

Description

Teknisk område

Oppfinnelsen angår sintrede sol-gel-a-alumina-slipepartikler som er anvendbare i bundne slipeprodukter,

som f.eks. slipenjul og -segmenter, og i belagte produkter, som f.eks. belter og skiver.

Oppfinnelsens bakgrunn

Sol-gel. og spesielt kimtilsatt ("seeded") sol-gel-aluminiumoxydholdige slipemidler har vist vesentlige fordeler sammenlignet med andre premiumslipemidler innen vide områder for anvendelse av belagte og bundne slipeprodukter siden de ble innført for endel år siden. Slike slipemidler blir i alminnelighet fremstilt ved tørking og sintring av hydratisert aluminagel som også kan inneholde varierende mengder av additiver, som f.eks. MgO eller Zr02. Det tørkede materiale ble knust før eller efter sintring for å få uregelmessige, blokkaktig utformede polykrystallinske slipekorn innen et ønsket størrelsesområde. Slipekornene (grit)

kan senere innarbeides i et bundet eller belagt slipeprodukt, som f.eks. et slipehjul eller et -segment eller et

-belte eller en -skive.

I US patent 4.314.827 beskrives slipekorn fremstilt

ved en slik metode, hvor de sintrede korn inneholder uregelmessige "snøfille"-formige a-Al203~krystaller med en diameter av 5-10 /um. Rommene mellom armene for en "snøfille" og mellom tilgrensende "snøfiller" inntas av andre faser, som f.eks. en findelt krystallinsk alumina-magnesiaspinell.

I US patent 4.623.364 beskrives en sol-gelmetode for fremstilling av aluminiumoxydholdige slipekorn, og for fremstilling av andre produkter enn slipekorn, som f.eks. belegg, tynne filmer, filamenter, stenger eller små deler, med forbedrede egenskaper. I henhold til dette patent lettes omvandlingen av det hydratiserte alumina til a-alumina ved i gelen eller i gelutgangsmaterialet å innføre kimmateriale før tørking. Dette kan gjøres ved hjelp av våtvibrasjonsmaling av gelen eller gelutgangsmaterialet med cx-aluminamedia eller ved hjelp av direkte tilsetning av meget findelte kimpartikler i pulverform eller i annen form. For fremstilling av slipekorn blir den kimtilsatte gel tørket, knust og brent. De på denne måte fremstilte slipekorn kan anvendes for fremstilling av produkter, som f.eks. belagte slipeskiver og slipehjul. Alternativt kan materialet for fremstilling av formede deler eller stenger formes, f.eks. ved ekstrudering, før brenning. Dersom ekstrudering benyttes, blir de dannede stenger senere kuttet eller brutt opp i egnede lengder.

Straks gelen er blitt dannet, kan den formes ved hjelp av en hvilken som helst egnet metode, som pressing, støping eller ekstrudering, for derefter å bli forsiktig tørket for å fremstille et legeme med ønsket form og uten sprekker. Dersom et slipemateriale er ønsket, kan gelen ekstruderes slik at den ganske enkelt blir spredd ut til en hvilken som helst bekvem form, og tørket. Etter tørking kan det faste legeme eller materiale kuttes eller maskineres for å få en ønsket form, eller det kan knuses eller brytes opp ved hjelp av egnede midler, som f.eks. en hammermølle eller kulemølle, for å danne slipepartikler eller -korn.

Slike kimtilsatte sol-gelslipemidler har en langt fastere cx-A^O-^-krystallstruktur og høyere densitet enn det ukimtilsatte sol-gelmateriale ifølge det ovennevnte US patent. Disse a-A^Oj-krystaller av de kimtilsatte sol-gelslipemidler har en størrelse under 1 /um og som regel en størrelse av 0,4 /um og derunder selv om en noe grovere struktur kan bli resultatet dersom kimtilsettingen utføres på en måte som ikke er optimal eller dersom brenningen fore-

tas ved for høy temperatur eller i for lang tid.

Andre materialer, som Fe203, kan også anvendes som kim for å lette omvandlingen til CX-AI2O3. Som en tommel-fingerregel bør slike kimmaterialer være isostrukturelle med AI2O3 og bør ha lignende (innenfor ca. 15%) krystallgitter-parametere for at de skal gi godt resultat.

I EP-A2 263810 beskrives sintrede slipepartikler av a-aluminakrystallitter med en krystallittstørrelse under 2 um. Slipepartiklene fremstilles fra en suspensjon av høydispergert a-aluminiumoxydhydrat hvorfra grove partikler eventuelt fjer-nes, hvoretter suspensjonen tørkes, knuses og sintres ved temperaturer mellom 1000 og 1500°C. Fremstilling av slipepartikler med en bestemt fysikalsk form er ikke beskrevet i denne referanse.

I EP-A2 200487, EP-A2 168606 og N0-B2 166783 beskrives fremgangsmåter for fremstilling av kimtilsatte sol-gel slipepartikler. Sol-gel materialet ekstruderes og tørkes og blir deretter brutt istykker til ønskede tradisjonelle slipepartikler. Det finnes ingen veiledning i disse referanser angående fordeler ved slipepartikler med en bestemt fysikalsk form.

I US-Aj^ 3853688 beskrives fremstilling av filamenter og ikke slipemidler. Filamentene ifølge referansen er beskrevet som anvendbare som forsterkende filamenter for metall, herdeharpikser og plastkompositter for konstruksjons-messige anvendelser, så som turbinblader, helikopterrotorer og trykkede kretsplater.

I US-Ai 4786292 beskrives fremstilling av et sintret, mikrokrystallinsk a-Al203 slipemateriale av a-Al203-krystallitter som er mindre enn 4 um. I denne referanse beskrives ikke avlange slipepartikler.

Sol-gelslipemidlene som tidligere er blitt beskrevet, har derfor måttet bli omdannet til korn med den ønskede størrelse ved å nedmale de større partikler og ved å gradere produktet. Denne metode er imidlertid meget tapsbringende fordi den fører til fremstilling av et bredt område av par-tikkelstørrelser hvorav ikke alle kan vise seg å være anvendbare. En betydelig mengde av det fremstilte produkt må derfor vrakes, resirkuleres eller anvendes for et formål av lavere verdi.

Det har nu vist seg at sintrede sol-gel mikrokrystallinske materialer som har betydelig forbedrede egenskaper, kan oppnås direkte med en spesielt sterkt fordelaktig ut-formning som ikke krever ytterligere nedmaling før bruk. De forbedrede egenskaper er spesielt overraskende fordi det ble antatt at egenskapene til sol-gel mikrokrystallinske aluminaslipemidler skrev seg fra krystallstørrelse og renhet, og spesielt fraværet av forurensninger som er til stede i f.eks. bauxitt og som fører til dannelse av glassaktig stoff ved den temperatur ved hvilken a-alumina blir dannet.

I tillegg fører anvendelsen av en direkte formuler-ingsteknikk til langt mindre produksjon av materialer for hvilke intet øyeblikkelig behov eksisterer. I virkeligheten har hele mengden av det fremstilte materiale de ønskede spesifikasjoner, og prosessen er som følge derav betydelig mer effektiv.

Oppsummering av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse angår sintrede sol-gel-a-alumina-baserte polykrystallinske avlange slipepartikler. Disse a-aluminakrystallitter i slipepartiklene kan være så store som 2^um dersom gelen ikke er blitt tilsatt kim, men de er med de foretrukne kimtilsatte geler mindre enn l^um og, med optimal bearbeiding, mindre enn 0,4^um. Generelt viser slipeegenskapene seg å være betydelig forbedret for de mindre krystallittstørrelser, slik at partikkelstørrelser av fra 0,05 til l^um ofte er de mest fordelaktige.

Oppfinnelsen angår således en slipepartikkel som omfatter sintrede a-aluminakrystaller som er blitt erholdt fra en gelert, fortrinnsvis kimtilsatt, sol av hydratiserte aluminapartikler, hvor a-aluminakrystallene har en størrelse av høyst 2yUm og hvor slipepartikkelen har en hardhet av minst 16 GPa, og slipepartikkelen er særpreget ved at den er avlang med en i det vesentlige jevn tverrsnittsform og har et sideforhold på fra 1,4:1 til 25:1 og en diameter på fra 0,05 til 1,5 mm.

Partiklene kan fremstilles ved å fremstille en sol-gel av et hydratisert alumina, ved spinning eller ekstrudering av gelen til filamenter, ved tørking av filamentene og ved brenning av de tørkede filamenter til en temperatur ikke over 1500°C. I henhold til den foretrukne utførelsesform innbefatter den foreliggende fremgangsmåte tilsetning til den opprinnelige sol eller gel av en effektiv mengde av et krystallinsk kimmateriale med størrelse under l^um og som befordrer hurtig omvandling av det hydratiserte alumina i gelen til meget findelte a-aluminakrystaller når den ekstruderte og tørkede sol-gel brennes. Eksempler på slike kimmaterialer er (3-alumina, T-alumina, kromoxyd, a-ferrioxyd, a-alumina og utgangsmaterialer for disse oxyder, såvel som annet findelt avfall som vil virke som kjernedannelsessentra

for a-aluraina.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for fremstilling av et sintret aluminabasert slipelegeme som inneholder a-aluminakrystaller med en størrelse av høyst 2^um, hvor en gelert, fortrinnsvis kimtilsatt, dispersjon av submikron hydratiserte aluminapartikler formes til filamenter som, eventuelt etter tørking av filamentene, oppdeles til slipepartikler som deretter brennes til en temperatur mellom 1090°C og 1500°C i en tid tilstrekkelig til å omdanne aluminaet i slipepartiklene til et keramisk legeme og frem-gangsmåten er særpreget ved at a-alumina, a-ferrioxyd,

■y-alumina, kromoxyd, utgangsmaterialer for a-alumina, 7-alumina, kromoxyd og a-ferrioxyd, og blandinger derav anvendes som kimpartikler i dispersjonen i en mengde av 0,5-10 vekt%.

Mikrokrystallene blir dannet ved hjelp av en vekstprosess fra en sol-gel fordi dette fører til en findelt jevn mikrostruktur, spesielt dersom kim er blitt tilsatt til sol-gelen. Denne vekstprosess er meget viktig og fører til be-tydelige forskjeller mellom produkter ifølge oppfinnelsen og dem som blir dannet ved sintring av blandinger som hovedsakelig eller fullstendig består av krystallinske partikler av a-alumina. Med mindre høye temperaturer (som fører til krystallvekst) anvendes, er disse sistnevnte produkter til-bøyelige til å ha svake sinterbindinger mellom tilgrensende krystallinske partikler, og kornene dannet av slike partikler er derfor tilbøyelige til å ha lav styrke. I motsetning hertil kan a-aluminakrystaller som har vokst fra en sol-gel og er blitt sintret på stedet, spesielt slike som er blitt fremstilt ved hjelp av en kimtilsatt prosess, brennes ved langt lavere sintringstemperaturer slik at den findelte krystallstruktur bevares.

Det foretrekkes ytterligere at den mikrokrystallinske struktur er i det vesentlige fri for forurensninger som ved brenning ville ha gitt opphav til glassaktig materiale. Med "glassaktig" materiale er ment amorft, ikke-krystallinsk materiale med ingen molekylær langtidsorden. Et slikt materiale svekker den samlede partikkelstruktur betydelig og gjør den mindre effektiv som et slipekorn. Partiklene ifølge oppfinnelsen inneholder således mindre enn 5 vekt%, fortrinnsvis mindre enn 2 vekt%, av enhver slik glassaktig komponent.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

I den foreliggende beskrivelse og i de foreliggende patentkrav er betegnelsen "avlang" blitt anvendt for å angi langstrakte keramiske legemer som hvert har et generelt jevnt tverrsnitt langs deres lengde med en maksimal tverrsnittsdimensjon som ikke overskrider 1,5 mm, og mer foretrukket som er mindre enn 0,5 mm, og hvori lengden er minst 1,4 ganger, fortrinnsvis minst 2 ganger, større enn tverrsnittets maks-imumdimensjon. Slipepartiklene ifølge oppfinnelsen kan være bøyd eller tvunnet slik at lengden blir målt langs legemet istedenfor nødvendigvis langs en rett linje.

Avlange slipepartikler blir generelt fortrinnsvis erholdt ved ekstrudering eller spinning av en gel av hydratisert alumina hvortil kim fortrinnsvis er blitt tilsatt, til kontinuerlige filamenter, tørking av filamentene oppnådd på denne måte, kutting eller oppbryting av filamentene til de ønskede partikkellengder og deretter brenning av partiklene til en temperatur av ikke over 15 00°C.

Forskjellige sol-gel-fremstillingsmetoder og brenning av geler av hydratisert alumina er beskrevet i US patenter nr. 4.314.827, nr. 4.623.364 og nr. 4.797.139. I tillegg til det hydratiserte alumina, som beskrevet i de nevnte patenter, kan solen innbefatte opp til 10-15 vekt% av additiver, som f.eks. titandioxyd, spinell, mullitt, mangandioxyd, magnesia, ceriumoxyd, zirkoniumdioxyd i form av et pulver eller i form av et utgangsmateriale for disse, eller andre forenlige additiver eller utgangsmaterialer for disse, forutsatt at disse ikke danner glassaktige materialer ved de temperaturer ved hvilke a-alumina blir dannet og heller ikke uheldig påvirker gelens stabilitet og integritet etter hvert som filamentene blir dannet. Disse additiver kan være innarbeidet for å modifisere slike egenskaper som bruddseighet, hardhet, sprøhet, bruddmekanisme eller tørkeoppførsel. I henhold til den mest foretrukne utførelsesform innbefatter solen eller gelen et dispergert, krystallinsk kimmateriale med størrelse under 1 /um eller et utgangsmateriale for dette i en slik mengde at denne effektivt vil lette omvandlingen av de hydratiserte aluminapartikler til a-alumina ved sintring. Mengden av kimmateriale bør ikke overskride 10 vekt% av det hydratiserte alumina, og normalt fås ingen fordel ved mengder over 5 vekt%. Dersom kimet er tilstrekkelig findelt (fortrinnsvis 60 m^/g eller mer), kan mengder av 0,5-10, fortrinnsvis 1-5, % anvendes. Tilsetning av langt mer er tilbøyelig til å påvirke sol-gelens stabilitet og å gjøre filamentdannelsen vanskelig. I tillegg forekommer en sterk reduksjon i styrken til interkrystallittbindingene som blir dannet under sintring, fordi på forhånd dannede a-aluminapartikler krever langt høyere temperaturer for å bli sintret. Selvfølgelig fører slike høyere temperaturer til krystallvekst og andre negative følger.

Eksempler på faste, mikrokrystallinske kimmaterialer er 3-alumina, a-ferrioxyd, a-alumina, y-alumina, kromoxyd og annet findelt avfall som vil gi et kjernedannelsessentrum for a-alumina, idet a-alumina er foretrukket. Kimene kan også tilsettes i form av et utgangsmateriale, som f.eks. en ferrinitratoppløsning. Generelt bør kimmaterialet være iso-strukturelt med a-alumina og ha lignende krystallgitter-dimensjoner (innenfor 15%) og være til stede i den tørkede gel ved de temperaturer ved hvilke omvandlingen til a-alumina finner sted (1000-1100°C).

Filamentene kan ha et hvilket som helst bekvemt tverrsnitt, som f.eks. rundt, kvadratisk, trekantformig eller stjerneformig. For de fleste anvendelser er et rundt tverrsnitt foretrukket, men for enkelte anvendelser kan andre være mer tjenlige, som f.eks. kvadratisk eller trekantformig.

De råe slipefilamenter kan dannes fra gelen ved hjelp av en rekke forskjellige metoder, som f.eks. ekstrudering eller spinning. Ekstrudering er mest anvendbar for råfilamenter med en diameter av 0,25-1,5 mm som etter tørking og brenning har en diameter som grovt sett svarer til diameteren for siktåpningene som anvendes for hhv. fra 100 grit til 24 grit slipekorn. Spinning er mest anvendbar for brente filamenter med en diameter under 100 /um. Brente filamenter som er så fine som 0,1 /um, er blitt fremstilt ved spinning i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Råfilamentene krymper ved brenning. F.eks. krymper filamentenes diameter ved 60% faste stoffer med ca. 40% i forhold til deres ekstruderte diameter.

Geler som er best egnede for ekstrudering, bør ha et innhold av faste stoffer av 30-68, fortrinnsvis 45-64, %.

Det optimale innhold av faste stoffer varierer direkte med diameteren til filamentet som ekstruderes, idet et innhold av faste stoffer av ca. 60% er foretrukket for filamenter som har en brent diameter som grovt sett svarer til sikt-åpningen for et 50 grit knust slipekorn (ca. 0,28 mm). Som angitt ovenfor, har forsøk på å oppnå et for høyt innhold av faste stoffer i gelen ved å innarbeide faste materialer, som regel en alvorlig skadelig virkning på gelens stabilitet. Ekstrudatet har som regel lav råstyrke og vil ofte ikke opprettholde en filamentaktig form bortsett fra ved diametere over 2 mm.

Spinning i henhold til oppfinnelsen kan utføres ved å anbringe et kvantum av gelen på en skive som deretter spinnes for å slynge råfilamenter av fra skiven, og disse tørker nesten øyeblikkelig i luften. Alternativt kan gelen anbringes i en sentrifugeskål med hull eller spalter boret ut i dens omfang, og skålen spinnes ved f.eks. 5 000 r/min for å danne filamentene som under prosessen trekkes til den ønskede "rå"-diameter. Andre kjente spinnemetoder kan også anvendes for å danne råfilamentene. For spinning er det best anvendbare innhold av faste stoffer mellom 20 og 45%, fortrinnsvis mellom 35 og 40%.

Dersom filamentene dannes ved spinning, er det ønske-lig å tilsette 1-5% av et spinnehjelpestoff som ikke er et glass, som f.eks. polyethylenoxyd, til solen fra hvilken gelen blir dannet, for å bibringe gelen ønskelige visko-elastiske egenskaper for filamentdannelse. Den optimale mengde av spinnehjelpestoff varierer omvendt med gelens innhold av faste stoffer. Spinnehjelpestoffet brennes ut av filamentene under kalsinering eller brenning. Da meget lite av dette behøver å tilsettes (generelt intet i det hele tatt for ekstrudering), påvirker det ikke i vesentlig grad de brente filamenters egenskaper.

Forskjellige ønskede former kan bibringes de ekstruderte gelfilamenter ved å ekstrudere gelen gjennom dyser som har den form som er ønsket for filamentets tverrsnitt. Dersom gelfilamentene har forholdsvis stort tverrsnitt eller er blitt fremstilt fra en gel som inneholder en stor vannmengde, kan det være nødvendig eller foretrukket å tørke disse ved en temperatur under 100°C i 24-72 timer før de utsettes for en oppvarming over 100°C. Dersom gelfilamentene har et forholdsvis tynt tverrsnitt eller er laget fra geler med meget høyt innhold av faste stoffer, kan tørking vise seg ikke å være nødvendig.

De til å begynne med dannede kontinuerlige filamenter blir fortrinnsvis brutt opp eller kuttet i lengder med den maksimale dimensjon som er ønsket for den beregnede slipe-anvendelse. Generelt blir enhver formnings- eller oppdelings-operasjon som er nødvendig for å omdanne de kontinuerlige filamenter til adskilte legemer eller for å forandre deres form, best utført på gelstadiet eller på det tørkede stadium fordi dette kan gjøres med langt mindre innsats og omkost-ninger på disse stadier enn ved å forsøke å bearbeide de langt hårdere og sterkere legemer dannet etter sluttbrenning i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Etter hvert som de kontinuerlige filamenter kommer ut av ekstruderdysen, kan de således reduseres til partikler med den ønskede lengde ved anvendelse av et hvilket som helst egnet middel som fagfolk kjenner til, f.eks. ved anvendelse av en roterende trådskjærer montert tilgrensende til dysens front. Alternativt kan de tørkede filamenter brytes opp eller knuses svakt og deretter klassifiseres til de ønskede lengdeområder. Etter at gelfilamentene er blitt formet etter ønske og oppdelt eller knust, og om nødvendig tørket, blir de omdannet til partikler med sluttform ved regulert brenning. Brenningen bør være tilstrekkelig til å omvandle i det vesentlige hele aluminainnholdet i gelpartiklene til krystallinsk a-alumina, men den bør ikke være for sterk hverken hva gjelder temperatur eller tid fordi for sterk brenning befordrer uønsket korn- eller krystallittvekst som fører til et produkt som under bruk er et mindre effektivt slipemiddel.

For de foretrukne geler hvortil kim er blitt tilsatt, er i alminnelighet brenning ved en temperatur mellom 1200°C og 1350°C i en tid av mellom hhv. 1 time og 5 minutter tilstrekkelig selv om andre temperaturer og tider kan anvendes. For filamenter som er grovere enn 0,25 mm, foretrekkes det å forhåndsbrenne det tørkede materiale ved 400-600°C i en tid

av fra hhv. flere timer til 10 minutter for å fjerne de gjenværende, flyktige stoffer og bundet vann som ville ha kunnet forårsake sprekking av partiklene under brenning. Brenningen av geler hvortil kim ikke er blitt tilsatt, krever

i alminnelighet høyere temperaturer og lengre tider, som beskrevet i US patent 4.314.827. Spesielt for filamenter dannet av geler hvortil kim er blitt tilsatt, forårsaker for sterk brenning hurtig at større korn vil absorbere mesteparten av eller hele mengden av mindre korn rundt disse, hvorved prod-uktets jevnhet i mikrostrukturen målestokk minsker.

De avlange slipepartikler ifølge oppfinnelsen skal ha et sideforhold, dvs. forholdet mellom lengden langs

den hovedsakelige eller lengre dimensjon og den største ut-strekning av filamentet langs enhver dimensjon perpendikulær på den hovedsakelige dimensjon, av minst 1,4:1. Dersom tverr-snittet er annet enn rundt, f.eks. polygonalt, blir den lengste måling perpendikulært på lengderetningen anvendt for å bestemme sideforholdet.

Det gjennomsnittlige sideforhold ligger fortrinnsvis innen området fra 2:1 til 8:1 selv om lengre partikler også kan anvendes for flere formål. Partiklene ifølge den foreliggende oppfinnelse har en hardhet av minst 16 GPa og fortrinnsvis minst 18 GPa for de fleste anvendelser (Vickers-inntrenger, 500 g last), og de har fortrinnsvis minst 90% og som regel mest foretrukket minst 95% av den teoretiske densitet. Rent, tett a-alumina har en hardhet av 20-21 GPa. I det minste i enkelte tilfeller kan slipepartiklene ifølge den foreliggende oppfinnelse ha en tvinning eller krølling i deres lengde-messige dimensjon, eller de kan være noe buet eller bøyd.

Det antas at buede eller tvundne slipepartikler kan være overlegne i forhold til deres rette motstykker i bundne slipeanvendelser fordi den buede eller tvundne utforming vil gjøre det vanskeligere å trekke slipepartiklene SOm er formet på denne måte, ut at deres binding. I tillegg gjør slike krøllede eller tvundne slipepartikler det lettere å oppnå ønskede områder for løspakket densitet i et slipehjul. Diameteren for slipepartiklene kan være så høy som 1,5 mm. Slipepartiklene ifølge den foreliggende oppfinnelse har vist seg å gi bundne slipeprodukter som er langt overlegne i forhold til de samme produkter som inneholder knuste smeltede og sintrede slipekorn som har et tverrsnitt (grit-størrelse) som tilnærmet er lik den avlange slipepartikkels diameter.

De avlange slipepartikler ifølge oppfinnelsen

kan anvendes i bundne slipeprodukter, som f.eks. slipehjul,

-segmenter og -stener, som utgjøres av en binding og sintrede sol-gelslipepartikler. Mengdene av bindingen og slipemiddel kan variere på volumprosentbasis, fra 3 til 76% binding, 24 til 62% slipemiddel og 0 til 73% porer. Det fremgår av disse volumprosentsammensetninger at det avlange slipe-

middel muliggjør fremstilling av bunane slipeprodukter med betydelig høyere strukturtall innen mykere kvaliteter enn hva som hittil var mulig med vanlig formet likeakset slipemiddel. Imidlertid kan vanlige porebevirkende media, som f.eks. hule glassperler, massive glassperler, hule harpiksperler, massive harpiksperler, skummede glasspartikler, boblealumina og lignende, være innarbeidet i hjulene for derved å gi enda større frihet med hensyn til gradering og strukturantallvariasjoner.

Slipeproduktene kan bindes med et harpiksaktig eller forglasset bindemiddel. De foretrukne harpiksaktige bindemidler er basert på fenol-formaldehydharpiks, epoxyharpiks, polyurethan, polyester, skjellakk, polyimid, fenoxy, poly-benzimidazol eller blandinger derav. Bindemidlene kan innbefatte 0-75 volum% av et hvilket som helst av eller flere fyllstoffer eller slipehjelpestoffer som velkjent innen den angjeldende teknikk. Når bindemidlet er av den harpiksaktige type, innbefatter egnede fyllstoffer kryolitt, jernsulfid, kalsiumfluorid, sinkfluorid, ammoniumklorid, copolymerer av vinylklorid og vinylidenklorid, polytetrafluorethylen, kaliumfluorborat, kaliumsulfat, sinkklorid, kyanitt, mullitt, nefelinsyenitt, molybdendisulfid, grafitt, natriumklorid eller blandinger av disse forskjellige materialer.

Forglassede bindemidler vil selv om de er egnede for innarbeidelse av fyllstoffer i disse, i noen grad begrense antallet av fyllstoffer som kan anvendes på grunn av de forholdsvis høye temperaturer som er nødvendige for å modne slike bindemidler. Imidlertid kan slike fyllstoffer som kyanitt, mullitt, nefelinsyenitt, grafitt og molybdendisulfid anvendes avhengig av modningstemperaturen for et spesielt forglasset bindemiddel. Forglassede, bundne hjul kan også impregneres med et slipehjelpestoff, som f.eks. smeltet svovel, eller de kan impregneres med en bærer, som f.eks. epoxyharpiks, for å føre et slipehjelpemiddel inn i hjulets porer.

Ved fremstilling av belagte slipeprodukter under anvendelse av slipepartiklene ifølge oppfinnelsen blir slipepartiklene festet til et fleksibelt underlag nær en ende av partikkelen ved hjelp av et klebemiddelbindingsbelegg. Partiklene strekker seg generelt bort fra underlaget og blir normalt overtrukket med klisterbelegg for. ytterligere å for-ankre disse i underlaget. Underlaget kan være dannet av et hvilket som helst av de kjente underlag som anvendes for belagte slipemidler, som f.eks. vevede eller sydde, bundne tekstiler, film eller papir. Et stort antall velkjente duk-eller papirfinishingmetoder og materialer anvendes innen industrien for å lage underlaget eller "backingen", avhengig av anvendelsen, og de er like godt egnede for belagte slipeunderlag. På lignende måte kan hvilket som helst av de velkjente standardbindingsbelegg ("maker coats") som anvendes innen produksjonen av belagte slipemidler, anvendes.

Dersom det gjennomsnittlige sideforhold for slipepartiklene ifølge oppfinnelsen er f.eks. 1,5:1 til 6:1 eller enda høyere, kan klisterbelegget påføres ved anvendelse av standard valsebelegningsmetoder. Dersom slipepartiklene har et lengre sideforhold, foretrekkes det å utføre belegningen ved hjelp av andre midler, som f.eks. sprøytebe-legning, som ikke vil kryste partiklene for sterkt ned. Materialene anvendt for klisterbelegningen, kan også være en hvilket som helst av de kjente typer som anvendes innen industrien for produksjon av belagte slipemidler.

Det har vist seg at de belagte avlange slipepartikler ifølge den foreliggende oppfinnelse har vesentlig lengre levetid enn slipemidler som innbefatter de knuste korn i henhold til teknikkens stand. De er også tilbøyelige til å kutte eller skjære med en mindre variabel hastighet og til å bibringe arbeidsstykket en mindre variabel overflatefinish i løpet av deres brukslevetid enn hva belagte slipemidler i henhold til teknikkens stand gjør.

Det har også uventet vist seg at anvendelsen av belagte slipemidler som innbefatter slipepartiklene ifølge den foreliggende oppfinnelse, er spesielt effektiv ved lav-trykks slipeoperasjoner.

En unik fordel ved oppfinnelsen er at ikke bare kan belagte slipeprodukter tilveiebringes som har slipepartikler med varierende lengde etter ønske, men størrelsesfor-delingen for en spesiell anvendelse kan være så nøyaktig eller variert som ønsket, og dette har hittil ikke vært opp-nåelig med valseknuste slipekorn.

Det er en ytterligere fordel at i belagte slipeprodukter som innbefatter slipepartiklene ifølge oppfinnelsen, kan filamentene kuttes til en reKke forskjellige lengder eller sideforhold for å etterligne en standard CAMI-gradert partikkelblanding. Alternativt kan de belagte slipemidler ha en tilsiktet blanding av slipepartikler med overgraderings-diameter, kontrolldiameter og fin diameter.

En annen fordel ved anvendelsen av avlange slipepartikler er at det ikke forekommer vrak av den type som forekommer med vanlige knuste korn, slik at fremstillingsoperasjonene blir mer økonomiske og effektive.

Slipepartiklene ifølge oppfinnelsen og de bundne og belagte produkter som inneholder de nevnte slipepartikler, er generelt overlegne i forhold til slipemidler i henhold til teknikkens stand, hvilket de følgende eksempler viser. Slipeproduktene er egnede for å slipe alle typer av metall, som forskjellige stålkvaliteter, som rustfritt stål, støpe-stål, herdet verktøystål, støpejern, f.eks. duktilt jern, smibart jern, kulegrafittjern, hardstøpt jern og modulært jern, såvel som metaller som krom, titan og aluminium. Som tilfellet er med alle slipemidler og de bundne eller belagte produkter som inneholder disse, vil slipemidlet ifølge oppfinnelsen og de bundne produkter være mer effektive ved sliping av enkelte metaller enn andre, og de vil være mer effektive for enkelte slipeanvendelser enn for andre.

Eksempler på de foretrukne utførelsesformer

Eksempel 1

I dette eksempel ble 196,4 kg PuraJ® NG alumina-monohydratpulver fra Condea Chemie GMBH, 3 8,2 kg møllet vann inneholdende 1,37 kg a-aluminakim og 28,8 kg destillert vann blandet i et vanlig V-blandeapparat med dobbelt kappe i 5 minutter under dannelse av en i det vesentlige jevn opp-slemming. På dette stadium ble 16 kg (70% konsentrasjon) salpetersyre fortynnet med 44,6 kg destillert vann tilsatt til blandeapparatet mens blandebladene var i bevegelse. Etter ca. 5 minutters ytterligere blanding ble solen omvandlet til en gel som inneholdt ca. 61% faste stoffer og som innbe-fattet i det vesentlige jevnt dispergerte kim. Kimene i dette eksempel ble fremstilt ved maling av en charge av destillert vann i en Sweco-mølle modell 45 med aluminaslipemedia av regulær kvalitet 88% (hvert med en diameter av 12 mm og en lengde av 12 mm) fra Diamonite Products Company, Shreve,

Ohio, inntil partiklene (aluminakimene) i vannet nådde et spesifikt overflateareal av minst 100 m^/g.

Pura 1® NG-pulveret som ble anvendt, hadde en renhet av ca. 99,6% med mindre mengder av carbon, silika, magnesia og jernoxyd.

Den kimtilsatte gel ble på vanlig måte ekstrudert gjennom en glattvegget dyse med flere hull med en diameter av ca. 1,19 mm for fremstilling av kontinuerlige gelfilamenter. Gelfilamentene ble deretter tørket i 24-72 timer ved en temperatur av 75-80°C og en relativ fuktighet over 85%. Etter dette tørketrinn var filamentene forholdsvis skjøre og kunne lett knuses eller brytes opp i korte lengder. For dette eksempel ble filamentene omdannet til avlange legemer med en gjennomsnittslengde av 2-8 mm. Disse korte legemer ble deretter omvandlet til a-alumina ved'oppvarming med en hastighet på under 2°C pr. minutt til 800°C og med en hastighet på ca. 5°C pr. minutt fra 800°C til 1370°C,

holdt ved den sistnevnte temperatur i 5 minutter og fikk deretter avkjøle.. Etter avkjøling hadde legemene en gjennomsnittsdiameter av ca. 0,58 mm og tilfeldige lengder av fra 1,5 mm til 6 mm og utgjordes av i det vesentlige rent a-alumina med en gjennomsnittlig krystallittstørrelse av 0,3yum og hadde en Vickers-hardhet av over 16 GPa. Alle krystal-littstørrelser blir her målt ved hjelp av avskjæringsmetoden.

Disse avlange partikler som nylig beskrevet ovenfor, hadde akkurat en litt mindre diameter enn et standard 30 grit slipekorn. Disse avlange korn ble på vanlig måte anvendt for fremstilling av glassaktige, bundne slipehjul i henhold til den lære som fremsettes i US patent nr. 4.543.107. Sammenligningsslipehjul ble fremstilt fra 30 grit smeltede

32A (sulfidprosess) slipekorn som selges av Norton Company, Worcester, Massachusetts. Disse prøveslipehjul ble frem-

stilt med en diameter av 178 mm, en tykkelse av 12,7 mm og et hull på 31,75 mm. Den samlede volumprosent av slipe-

middel i hvert hjul ble holdt konstant på 48%, og volum-prosenten av glassaktig bindemiddel med sammensetning A (se Tabell I) ble holdt konstant på 7,21%.

Et eksempel på et alternativt forglasset bindingsmiddel som kan anvendes, er det som er beskrevet i US patent-søknad nr. 07/236.586, inngitt 25. august 1988. Et eksempel på et slikt bindingsmiddel er betegnet med 3GF259A og selges av O. Hommel Company, Pittsburg, Pennsylvania. Dette frittede bindingsmiddel er sammensatt av 63% silika, 12% alumina, 1,2% kalsiumoxyd, 6,3% natriumoxyd, 7,5% kaliumoxyd og 10% boroxyd, alle på vektprosentbasis. Blandingen og råhjul fremstilles på vanlig måte, og det sistnevnte brennes ved 900°C for å modne bindingsmidlet, idet brenningssyklusen er en 25°C/h stigning fra romtemperatur til 900°C, en varmholdetid ved 900°C av 8 timer og en fri avkjølingshastighet ned til romtemperatur.

Etter blanding av slipekornene med glassbindings-middelbestanddelene ble prøvehjulene presset til den ønskede form i stålformer til den ønskede porøsitet av 44,79%. Hjulene ble deretter brent til 900°C i 43 timer, holdt ved denne temperatur i 16 timer og avkjølt til værelsetemperatur. De brente hjul ble avrettet og belagt til 6,35 mm bredde som forberedelse til en spalteslipeprøve.'Slipehjul med partikler ifølge oppfinnelsen ble merket SN119, og de vanlige sammenligningshjul med et smeltet slipemiddel ble merket 32A30. Materialet som ble slipt, var D3 verktøystål herdet til Rc60, og lengden av den slipte spalte var 40,64 cm. Prøvene ble utført under anvendelse av et overflateslipeapparat av typen Brown og Sharpe med hjulhastigheten innstilt på 30,48 m/s og bordhastigheten innstilt på 0,254 m/s. Prøvene ble utført for tre forskjellige nedmatinger: 0,025, 0,051 mm og 0,076 mm pr. dobbeltpassering, alt inntil samlet 1,524 mm. Hjul-

slitasje, metallfjerning og kraft ble målt for hver innmatingshastighet. Betegnelsen G-forhold som anvendt i Tabell II og senere, er det tall som fås ved å dividere det volumetriske metall fjernet med den volumetriske hjulslitasje for en gitt slipekjøring. Jo høyere kvotienten er, desto bedre er hjulets kvalitet.

Forsøksresultater er vist i Tabell II.

Ved tørrmaling av stål av type D3 med en hjulhastighet av 1829 overflatemeter pr. minutt hadde hjulene fremstilt med slipekorn i henhold til den foreliggende oppfinnelse, fem til ti ganger lengre levetid og anvendte mindre kraft for å fjerne en volumenhet av stål enn de beste vanlige, smeltede, blokklignende slipekorn med lignende tverrsnitt sdiameter .

Fordelene ved hjulene med langstrakte (avlange)

korn fremstilt i henhold til den foreliggende oppfinnelse, var spesielt markert ved høye metallfjerningshastigheter. For en gitt slipekvalitet var hjulene som inneholdt det avlange slipemiddel, langt friereskjærende, hvilket de lavere kraftnivåer i Tabell II antyder, og utviklet mindre varme som på sin side ga en brenningsfri finish på arbeidsstykket. Lav varme og mangel på brenning er nødvendig for å unngå metallurgisk beskadigelse av skjæreverktøyet som fabrikeres.

Eksempel 2

I dette eksempel ble forglassede, bundne segmenter fremstilt med de samme korn som beskrevet i eksempel 1. Disse segmenter ble laget slik at de passet for en CORTLAND-chuck med en diameter av 30,48 cm. Hvert segment hadde en høyde av 12,7 cm og et tverrsnitt svarende til kordesnittet for en 30,48 cm sirkel hvor kordelengden er 19,05 cm. Seg-mentene ble fremstilt på samme måte som hjulene ifølge eksempel 1. En slipeprøve som sammenlignet slipemidlet ifølge oppfinnelsen med det for tiden anvendte, beste, smeltede slipemiddel, ble utført for 30,48 cm kvadratiske stålplater av 1018 stål under anvendelse av et overflateslipeapparat med vertikal spindel av typen BLANCHARD. Slipingen ble ut-

ført vått med et 1:40 forhold mellom vannoppløselig olje og vann.

Tre nedmatingshastigheter ble prøvet: 0,406 mm/min, 0,559 mm/min og 0,711 mm/min, og i hvert tilfelle ble fire kjøringer foretatt hver med en samlet nedmating på 2,54 mm. Hjulslitasje, metallfjerning og kraft ble målt for hver kjøring. De samlede resultater er gjengitt i Tabell III.

Det fremgår av resultatene vist i Tabell III, at seg-mentene med det avlange slipemiddel i henhold til oppfinnelsen utkonkurrerte det beste smeltede slipemiddel som nå er i bruk, med 300-500% hva gjaldt G-forhold samtidig som de trakk betydelig mindre kraft ved de høyere innmat-

ingshastigheter.

Eksempel 3

I dette eksempel ble en sats av avlangt slipe-

middel med mindre diameter fremstilt ved å blande 3,2 kg Pural® NG aluminamonohydrat med 1,3 kg møllet vann som inneholdt 22 g a-aluminakim, som i eksempel 1. Etter 5 minutters blanding ble 200 g 70% salpetersyre fortynnet med 750 cm^ destillert vann, tilsatt og blandingen fortsatt i ytterligere 5 minutter under dannelse av en gel med 59% faste stoffer i hvilken kimene var jevnt dispergert. Gelen hvortil kim var blitt tilsatt, ble deretter på vanlig måte ekstrudert gjennom en glattvegget dyse med flere åpninger hver med en diameter av 0,60 mm. Etter tørking ble de ekstruderte strenger brutt opp i lengder på gjennomsnittlig 3 mm og deretter brent til 1320°C i 5 minutter. Etter brenning var tverrsnittstørrelsen for de enkelte partikler ekvivalent med et standard 50 grit slipemiddel. Brenningstemperaturen av 1320°C i 5 minutter var noe lavere enn i henhold til eksempel 1. Dessuten var, på samme måte som i eksempel 1, partiklene bøyd og tvunnet. Disse partikler ble anvendt for fremstilling av prøvehjul i henhold til metoden ifølge eksempel 1, bortsett fra at hjul-diameteren var 127 mm, og sammenligningshjul ble laget med et kimtilsatt sol-gelaluminaslipemiddel med den samme sammensetning som det avlange slipjemiddel, men produsert ved å bryte opp tørre kaker under dannelse av blokkaktig formede korn lignende formen til smeltede aluminakorn. Hjulene inneholdende det avlange slipemiddel ifølge oppfinnelsen, ble merket X31-1, og hjulene med blokkaktige sol-gelkorn ble merket SN5. Disse hjul ble prøvet ved spaltesliping av herdet D3 stål på samme måte som i eksempel 1. Resultatene er vist i Tabell IV.

Disse resultater viser tydelig fordelen ved det avlange sol-gelaluminaslipemiddel sammenlignet med sol-gelalmuminaslipemidlet med blokkaktig formede korn. Ved den høyeste innmatingshastighet hadde kornene ifølge oppfinnelsen et 255% høyere G-forhold og trakk 18% mindre kraft.

Eksempel IV

Fire sett av varmpressede, fenolformaldehydharpiks-bundne, bærbare slipehjul av standard type ble fremstilt på den vanlige måte og hadde en diameter av 15,2 4 cm, en tykkelse av 1,59 cm og et hull på 1,59 cm. Ett sett med hjul inneholdt det blokkformige slipemiddel av samsmeltet alumina-zirkoniumdioxyd (AZ) i henhold til US patent nr. 3.891.408. Et annet sett med hjul inneholdt det blokkformige aluminaslipemiddel dannet fra kimtilsatt sol-gel (SGB) i henhold til US patent nr. 4.623.364 på 16 grit (US standard siktserie). og et tredje sett med hjul inneholdt det av-

lange aluminaslipemiddel fremstilt fra kimtilsatt sol-gel (SGF) beskrevet ovenfor i eksempel 1, men med en diameter av 1,5 mm. Alle hjul var i det vesentlige like hverandre bortsett fra slipemiddeltypen. De var av forholdsvis hard gradering og hadde en volumstruktursammensetning av 48% slipemiddel, 48% bindingsmiddel og 4% porer. Samtlige hjul

ble anvendt for en slipeprosess som simulerte betingelser

anvendt for sliping av jernbaneskinner. Resultatene var som følger idet hjulene som inneholdt det velkjente slipemiddel av samsmeltet alumina-zirkoniumdioxyd (AZ), ble anvendt som referanse.

Det fremgår av G-forholdene, dvs. den volumetriske materialfjerningshastighet pr. hjulslitasjeenhet, at den samlede kvalitet for det for tiden anvendte AZ slipemiddel var langt bedre enn for det blokkformige slipemiddel av kimtilsatt sol-gel og at det avlange slipemiddel fra kimtilsatt sol-gel ifølge oppfinnelsen bare er ekvivalent med AZ. Ved skinnesliping er det imidlertid av kritisk betydning at jernbaneskinnene er ute av tjeneste i så kort tid som mulig på grunn av nødvendigheten av på ny å tilpasse skinnene ved sliping. Den hastighet ved hvilken et slipehjul fjerner metall, blir derfor den bestemmende faktor for å bedømme kvaliteten av et skinneslipehjul. Metallfjernings-hastigheten for hjulene som inneholdt det avlange slipemiddel fra kimtilsatt sol-gel, var langt bedre enn den som ble oppnådd både med AZ-slipemidlet og med det blokkformige slipemiddel fra kimtilsatt sol-gel. Ved de mange slipekjøringer var det avlange slipemiddel ca. 42%,

37%, 28% og 21% bedre enn AZ hva gjaldt metallfjerningsvekt, og ca. 25, 20, 29 og 13 prosentpoeng bedre enn hjulene som inneholdt det blokkformige slipemiddel fra kimtilsatt sol-gel. Grunnen til at det avlange slipemiddel fra kim-

tilsatt sol-gel endog er overlegent i forhold til dets blokkformige motstykke, er ikke helt forstått, men forskjellen var fremtredende.

Eksempel 5

En rekke fenol-formaldehydharpiksbundne avkappings-hjul av kommersiell type ble fremstilt ved anvendelse av velkjente metoder. Hjulene målte 50,8 x 0,33 x 2,54 cm og var sideforsterket med glassdukskive med en radius som var ca. halvparten av hjulets radius, dvs. at den forsterkende duk hadde en diameter av ca. 25,4 cm. En tredjedel av hjulet ble fremstilt med et 24 grit (basert på US standard sikt-

serie) blokkformig, smeltet, knust alumina som selges av Norton Company og som er kjent som 57 ALUNDUM^ (57A). En tredjedel av hjulene inneholdt det blokkformige 24 grit slipemiddel fra kimtilsatt sol-gel beskrevet i US patent nr. 4.623.364 (SGB) som er nevnt ovenfor. Den siste tredjedel av hjulantallet inneholdt det avlange slipemiddel av alumina fra kimtilsatt sol-gel i henhold til den foreliggende oppfinnelse (SGF) med et tverrsnitt som tilnærmet var likt diameteren for det 24 grit blokkaktige, likeaksede slipemiddel 57A fra kimtilsatt sol-gel, dvs. ca. 0,74 mm. På volumbasis inneholdt samtlige hjul 48% slipemiddel, 46% bindingsmiddel og 6% porer.

Hjulene ble prøvet ved tørrskjæring av 3,81 cm tykt C1018 stål og 3,81 cm tykt 304 rustfritt stål. Hjulene ble prøvet på en M150 stenavkappingsmaskin og ble kjørt med 3658 overflatemeter pr. minutt med 30 kutt laget ved såvel 2,5 som 4 sekunder pr. kutt og med hvert hjul på C1018 stålet og på de rustfrie 304 stålstenger. Sammenlignings-prøvingsresultater ved kutting av C1018 stål og 304 rustfritt stål er vist i hhv. Tabell VI og Tabell VII.

Ved kutting av C1018 stål var hjulene som inneholdt det avlange aluminaslipemiddel (SGF) fra kimtilsatt sol-gel, betraktelig mye bedre hva gjaldt samlet kvalitet og G-forhold enn hjulene som inneholdt det smeltede aluminaslipemiddel 57A og hjulene som inneholdt det blokkformige slipemiddelmotstykke SGB til SGF-materialet. Da kutte- eller skjæringstiden var 2,5 s, hadde SGF-hjulene G-forhold som var 158,5 prosentpoeng høyere enn hva de tilsvarende 57A hjul hadde, og 370,3 prosentpoeng høyere enn da kuttetiden var 4 s. Fordelen ved SGF sammenlignet med SGB, selv om den ikke er like stor som fordelen i forhold til 57A, var fremdeles meget stor, dvs. 93,4 prosentpoeng da kuttetiden var 2,5 s, og 55 prosentpoeng da kuttetiden var 4 s. Det bør også be-merkes at i tillegg til langt høyere slipekvalitet (G-forhold) trakk SGF-hjulene betydelig mindre kraft, uttrykt ved kilowatt (kW), enn såvel 57A-slipemidlet som SGB-slipemidlet. Den samlede kraft for alle tre SGF-hjul som ble prøvet, var 31,89 kW, for de tre SGB-hjul 34,66 kW og for de tre 57A-hjul 37,55 kW. SGF-slipemidlet førte til en kraftbesparelse på 15,1% sammenlignet med de 57A-holdige hjul og til en kraftbesparelse på 7,9% sammenlignet med hjul,som inneholdt SGB-slipemidlet.

På samme måte som ved kutting av C1018 stål, utkonkurrerte de SGF-holdige hjul hjulene som inneholdt det normalt anvendte slipemiddel 57A av smeltet, knust alumina, meget sterkt, og de var betydelig bedre enn hjulene som inneholdt slipemidlet SGB. Ved 2,5 sekunder pr. kutt hadde SGF-hjulene G-forhold av 182,4 og 146,7 prosentpoeng høyere enn 57A-hjulene, og ved 4 sekunder pr. kutt var disse samme forskjeller 198,3 og 148,7 prosentpoeng i favør av SGF-hjulene. Sammenlignet med de SGB-holdige hjul hadde SGF-hjulene kvalitetsfordeler på 71,2 og 61,2 prosentpoeng, da tiden pr. kutting var 2,5 sekunder, og 59,4 og 48,2 prosentpoeng da tiden pr. kutting ble forlenget til 4 sekunder. Hva gjelder kraftforbruket, førte de SGF-holdige hjul for meste-partens vedkommende til en kraftbesparelse sammenlignet med 57A-og SBG-hjulene, men besparelsen var forholdsvis liten.

Eksempel 6

Fire sett med fenol-formaldehydharpiksbundne avkapp-ingshjul av kommersiell type som målte 50,8 x 0,22 x 2,5 cm og var sideforsterket med glassdukskiver med en radius på halvparten av hjulradiusen, ble produsert på den vanlige måte. Hjulene hadde en volumprosentsammensetning av 50% slipemiddel, 32% bindingsmiddel og 18% porer. Det første sett med hjul var laget med et smeltet, knust, blokkformig aluminaslipemiddel som markedsføres under varemerket 53 ALUNDUM® (53A), og slipemidlet var 50 grit, basert på US standard siktserie. Det annet sett med hjul inneholdt det blokkformige slipemiddel (SGB) av sintret, kimtilsatt sol-gel i henhold til US patent nr. 4.623.364 og var også 50 grit. Det tredje og det fjerde sett med hjul inneholdt det

avlange slipemiddel av sintret, kimtilsatt sol-gel beskrevet ovenfor i eksempel 1, men med et tverrsnitt som var tilnærmet det samme som diameteren for det 50 grit likeaksede 53A slipemiddel og det blokkformige slipemiddel av kimtilsatt sol-gel. Alle slipemidler av kimtilsatt sol-gel hadde krystallitter med en størrelse under 1 /um. Slipemidlet i begge disse sistnevnte sett med hjul hadde en diameter av ca. 0,28 mm, men hjulene 26 og 27 hadde et gjennomsnittlig sideforhold av 9, mens hjulene 28 og 29 hadde et gjennomsnittlig sideforhold av 6. Disse hjul er identifisert som hhv. SGF(a) og SGF(b) i den nedenstående Tabell VIII.

En oscillerende kappemaskin av typen Campbell nr. 406 ble anvendt for å kutte 4340 stålvalser med en diameter av 10,16 cm. Kuttingen ble gjort mens kutteområdet ble over-flømmet med vann, under anvendelse av en oscillering på 4,12 cm vandring med 57 sykluser pr. minutt og kuttetider på 1 og 2 minutter. Kuttingen ble utført med en hjulhastighet av 3008 overflatemeter pr. minutt. Resultatene var som følger:

G-forhold = volumetrisk forhold mellom fjernet materiale og hjulslitasje.

Ved en tid pr. kutting av 60 s utkonkurrerte såvel avlange slipemidler av sintret, kimtilsatt sol-gel SGF(a)- og SGF(b)-holdige hjul det utstrakt anvendte, smeltede, knuste aluminaslipemiddel 53A og det blokkformige slipemiddel SG av sintret, kimtilsatt sol-gel. Hjulet som inneholdt SGB-slipemidlet, oppviste et G-forhold som var 13 prosentpoeng høyere enn for 53A-hjulet, men SGF(a)- og SGF(b)-hjulene var hhv. 219 og 235 prosentpoeng bedre enn 53A-standardhjulene. Da tiden for kutting gjennom diameteren på 10,2 cm ble øket til 120 s, hadde 53A og SGB tilnærmet den samme kvalitet, men de to hjul som inneholdt de avlange aluminaslipemidler av sintret, kimtilsatt sox-gel, SGF(a) og SGF(b), hadde 3,5 og 4 ganger høyere kvalitet enn 53A- og SGB-hjulene. Det var ingen vesentlig forskjell i kraftforbruk mellom de to SGF-slipemidler ifølge oppfinnelsen og SGB- og 53A-slipemidlene. Imidlertid ville endog et 25-30% lavere kraftforbruk for de SGB- og 53A-slipemiddel-holdige hjul blekne i betydning tatt i betraktning 219 til 301 prosentpoengfordelen ved de avlange slipemidler av sintret, kimtilsatt sol-gel.

En ytterligere anvendelse av det avlange

slipemiddel av kimtilsatt gel var for et belagt slipeprodukt hvor slipemidlet oppviste en uventet evne til å opprettholde en høy kuttehastighet i lengre tid enn hva det valseknuste SG-slipemiddel gjorde.

Eksempel VII

I dette eksempel sammenlignes kuttingen og finishen for avlange aluminiumoxydslipepartikler av kimtilsatt gel (SG) i forhold til SG slipekorn oppnådd ved vanlig valse-knusing. De filamentformige slipepartikler. hadde en gjennomsnittsdiameter (0,33 mm) som tilnærmet var lik 50 grit slipekorn (0,35 mm) og hadde et tilfeldig sideforhold som varierte fra 2:1 til 8:1. Ikke desto mindre førte den anvendte satsgradering til endel meget lange partikler og til et uforholdsmessig høyt antall av finstoff som antydet neden-for. Sammensetningen for de avlange slipepartikler og for den anvendte 50 grit SG 2011 knuste kontroll var den samme.

Det fremgår av den ovenstående tabell at variasjonen

i graderingen for de to forskjellige slipe-"korn" varierte sterkt i forhold til hverandre. Avlesningen "+3,2 + 1,9" betyr at prøven av det valseknuste slipekorn var 3,2% høy i overgradering og 1,9% høy i finstoff, som prøvet under anvendelse av CAMI-graderingssiktsystemet. Dette ligger innenfor den toleranse som anses tillatelig for 50 grit SG slipekorn. På den annen side antyder avlesningen "-2,5 + 30,9" for prøven av de avlange slipekorn at prøven var 2,5% lav i overgradering og 30,9% høy i finstoff, 'hvilket er en uforholdsmessig verdi. Den høye avlesning for finstoffenden er resultatet av- at alle avlange slipekorn har samme form.

Jo lavere tallet er, desto større er den tilnærmede diameter som er mindre enn størrelsen for 50 grit kontrollsikten.

Fiberskiver ble fremstilt på vanlig måte. Belegg-vektene var ca.: bindingsbelegg 6,8 kg/ris, klisterbelegg 10,4 kg/ris, avlange slipekorn 65 g, valseknust korn 52 g.

Fiberskivene som var blitt fremstilt, ble etter at de på vanlig måte var blitt bøyd, først bedømt ved en lavtrykks-matteringsprøving. Resultatene som viser den sammenlignende kutting og finish, er gjengitt i den nedenstående Tabell X:

Finishkvaliteten for et metallarbeidsstykke blir van-ligvis målt ved Ra- og Rt-verdiene tatt fra spor på forskjellige punkter (f.eks. i sentrum og på de venstre, høyre kanter) langs det avsluttede stykke. Betydningen av disse statistiske parametre er velkjent for fagfolk. Disse er klart definert i en publikasjon med tittel "An Introduction to Surface Texture and Part Geometry" av Industrial Metal Products Incorporated (IMPCO). Generelt er Ra et mål på gjennomsnittlig overflateruhet. Da mange overflater med for-skjellig topografi kan gi lignende Ra-verdier, blir dette tall som regel supplert med andre parametere som skriver seg fra den samme overflate. Innen den avsluttende metallbe-arbeidingsteknikk blir Rt ofte anvendt for å supplere Ra-målingen. Verdien for Rt er et mål på dybden av søkk eller riper som kan være tilbake på arbeidsstykkets overflate etter den avsluttende bearbeidingsoperasjon. Pc er et tall som generelt angir hyppigheten av riper.

Det fremgår av de ovenstående data at skiven hvori de avlange slipekorn befant seg, utkonkurrerte skivene med vanlig valseknust slipekorn hva gjaldt kutting. Til å begynne med kuttet skiven med avlange korn med en noe lavere hastighet i de første få intervaller, men den fortsatte deretter å kutte med en opprettholdt hastighet i langt lengre tid. Overflatefinishen som ble oppnådd med de avlange slipekorn, synes å være lik den som ble oppnådd med det valseknuste korn. Ikke desto mindre bør det igjen påpekes at sats-graderingen av de avlange slipepartikler førte til et for-holdsmessig høyt antall av finstoff, som beskrevet ovenfor, og til en del meget lange slipepartikler. Med mer regulert "gradering" er det sannsynlig at en annen finish vil bli oppnådd.

En ytterligere prøving (112 Dsl) ble utført for å få

en sammenligning mellom kuttingen og finishen oppnådd med de avlange slipekorn og både med 50 grit og 36 grit valseknust slipekorn. Resultatene er vist i den nedenstående Tabell XI. Prøvestykket hadde en 7,62 cm flate.

Det fremgår av de ovenstående resultater at de avlange 50 grit slipepartikler ikke bare utkonkurrerte de 50 grit valseknuste slipekorn hva gjaldt kutting, men kuttingen var lik kuttingen med 36 grit-kontrollen. Igjen kutter de avlange slipepartikler med en noe lavere hastighet til å begynne med enn de valseknuste korn, men de fortsatte å kutte med en opprettholdt hastighet i en lengre tid. Med denne 7,62 cm stålprøv-ing utviklet de avlange slipepartikler en finish lignende den med 36 grit-kontrollen.

Eksempel 8

Dette eksempel illustrerer virkningen av å fremstille cx-aluminaet in situ i form av filamenter i motsetning til å ekstrudere a-aluminapartikler i et egnet medium for deretter å foreta sintring for å danne en sammenhengende struktur.

Produkt ifølge oppfinnelsen ble fremstilt ved å blande bømitt (Condeas "Disperal") med vann og med 1 vekt% av bømitten av a-alumina med en størrelse under 1 /um i et V-blandeapparat i 2 minutter. En 18 vekt% oppløsning av salpetersyre ble deretter tilsatt for å gi 7,2 vekt% salpetersyre basert på vekten av bømitten. Blandingen ble fortsatt i ytterligere 5 minutter for å fremstille en bømittgel.

En serie med produkter ble deretter tilberedt for sammenligningsformål svarende til de ovennevnte, bortsett fra at mer a-alumina (av den type som ble anvendt som kimmateriale ovenfor) ble tilsatt slik at den samlede blanding hadde langt høyere forholdsvise vektmengder av alumina. Bømitten ble beholdt for å bibringe blandingen ekstruderbar-het. Oppskriftene er beskrevet i den nedenstående Tabell XII.

Disse materialer ble deretter ekstrudert under dannelse av filamenter som ble tørket og sintret under de neden-for beskrevne betingelser. Høyere temperaturer var nødvendige for å sintre sammenligningssatsene med høyt a-aluminainnhold enn for dem som ble fremstilt ved hjelp av den kimtilsatte sol-gelprosess. Prøver på filamentene ble deretter utsatt for prøving for å fastslå deres styrke i henhold til en enkel trepunktsmetode under anvendelse av en Instron-prøvings-maskin med en tverrhodehastighet av 0,2 cm/min. Filamentet var understøttet på et par egger i en avstand av 1 cm fra hverandre (0,9 cm for sammenligningene C, D og E). Et nedad-rettet trykk ble påført midtveis mellom disse punkter ved anvendelse av en knivegg. Trykket ble gradvis øket inntil filamentet ble utsatt for brudd, og dette trykk dividert med filamentenes tverrsnittsareal, er rapportert i den nedenstående Tabell XIII som bruddfastheten.

Filamentene for sammenligningssatsene var langt tykkere fordi det var meget vanskelig å ekstrudere finere filamenter med dimensjonsmessig integritet etter ekstrudering og før brenning. Høyere forholdsvise mengder av a-alumina viste seg å forsterke dette problem betraktelig.

Det fremgår av en sammenligning av de ovenstående data at sammenligningsfilamentene hadde betydelig lavere brudd-fastheter, og dette antas å tilkjennegi den svakere sint-ringsbinding som er blitt utviklet mellom a-aluminakrystallene som et resultat av sintringsprosessen. De foretrukne filamenter for slipepartiklene ifølge oppfinnelsen har derfor fortrinnsvis en bruddfasthet av minst 8000, fortrinnsvis 10000, kg/cm 2 tverrsnitt målt ved anvendelse av den prøv-ing som er beskrevet i eksempel 8. Dette står i motsetning til produktet fremstilt ved sintring av på forhånd dannet a-alumina hvor langt lavere fastheter fås.

Eksempel 9

Dette eksempel illustrerer fremstillingen av filamenter av kimtilsatt sol-gel for slipepartikler i henhold til oppfinnelsen. 20 g polyethylenoxyd i 200 ml destillert vann ble blandet med 28 ml vann som var blitt malt i en Sweco-mølle med a-aluminamedia inntil vannet inneholdt 5% a-alumina-faststoffer. Denne blanding ble forsiktig blandet i 16 timer. Den ble deretter tilsatt til 200 g aluminiumoxydmonohydrat (Condea NG) og blandet i 5 minutter i et Hobart-blandeapparat. 80 ml 20 volum% salpetersyre ble deretter tilsatt, og det hele ble blandet i ytterligere 5 minutter.

Den erholdte blanding som var en viskoelastisk gel, ble fylt i en skål med en diameter av 15,24 cm og med en plexiglassplate klemt fast på toppen. Skålen ble montert på en vertikal motoraksel og omsluttet i en 1,83 m kvadratisk omhylling med tverrventilasjon. Skålen ble rotert (spunnet) med 2500-3500 r/min, og etter hvert som gelen ble tvunget utad og oppad, forårsaket den at plexiglasset ble forskjøvet slik at en spalte ble åpnet. Gelen ble tvunget utad og forlenget til filamenter. På grunn av filamentenes meget lille diameter, tørket de meget hurtig. Filamentene ble oppsamlet på sikten for en uttømningsåpning og deretter brent ved 1350°C i 15 minutter med en temperaturstigning på 15°C/minutt.

De oppsamlede filamenter hadde meget høy renhet og om-fattet 99%+ meget findelte a-aluminakrystallitter.

Eksempel 10

Dette eksempel illustrerer fremstillingen av avlange materialer med andre former enn rette sylindere ved ekstrudering av et kimtilsatt sol-gelaluminamateriale med en rekke forskjellige tverrsnittsdimensjoner. Som alltid ellers i denne beskrivelse, blir der hvor avlangt materiale er beskrevet, dets største tverrsnittsdimensjon uttrykt ved "gritstørrelse".

Produktene er beskrevet i den nedenstående Tabell XIV.

Alle korn viste utmerkede karakteristika da de ble anvendt som slipekorn.

Eksempel 11

Dette eksempel illustrerer virkningen av krystall-størrelsen på slipeytelsen for slipemidler i henhold til oppfinnelsen.

Satsen av slipekorn ble fremstilt ved hjelp av en kimtilsatt sol-gelprosess bortsett fra en sats ("G" hvor den større krystallstørrelse lettest ble oppnådd ved å sløyfe kimtilsetning).

Karakteristikaene for slipekornet var som følger:

Diameteren til partiklene som hadde et sirkulært tverrsnitt, overensstemte med en 50 grit størrelse. Det fore-kom et område av sideforhold i prøvene som ble anvendt for å lage et slipehjul på 127 mm x 12,7 mm x 31,75 mm under anvendelse av det samme glassaktige bindingsmateriale for fremstilling av hjulene. Hvert hjul ble bearbeidet til en kvadratisk hjulflate med bredde på 6,4 mm og utsatt for "tørr"-eller "våt"-slipemetoder.

For "tørr"-slipemetoden ble en D-3 stålplate på ca. 100 mm x 400 mm, Rc60, anvendt. Hjulhastigheten var 1981 overflatenreter/min.

For "våt"-metoden ble et 4340 herdet 100 mm x 400 mm, et kjølemiddel av typen White and Bagley E55 i forholdet 1:40 med ledningsvann, påført med et fleksibelt munnstykke med innvendig diameter på 25 mm. Hjulhastigheten var 2591 overflatenreter/min.

For metoden ble de følgende parametere anvendt:

1. Bordhastighet 15,24 m/min.

2. Nedmatinger på 0,5, 1,0 og 1,5 ved tørrmetoden og 0,5, 1,0 ved våtmetoden.

Samlede nedmatinger 2,54 mm.

3. Målt hjulslitasje (ww), metallfjerningshastighet (mrr), finish, energi og kraft etter 2,54 mm (bortsett fra

etter 2,55 mm med 0,038 mm nedmating ved tørrmetoden).

4. Ferdigbearbeidet hjul med enkeltpunkt diamant ved 0,0254 mm nedmating, 250 mm/min tverrmating.

De oppnådde data er gjengitt i de nedenstående Tabeller X og XI:

Sammenligningsdataene gjelder for et kommersielt vanlig sol-gelmateriale med 54 grit størrelse bundet i det samme materiale.

Det fremgår tydelig av de ovenstående data at slipeytelsen forbedres betydelig etter hvert som krystallitt-størrelsen minsker. I tillegg er ved tørrmalingen jo hardere den påførte kraft er (øket nedadmating), desto bedre er hjulslipingen. Dette er høyst uventet. Den generelle erfar-ing er at G-forholdet minsker med den påførte kraft etter hvert som kornene begynner å bli polert og får-mindre effektive kutteegger. I motsetning hertil fortsatte slipepartiklene ifølge oppfinnelsen for størstepartens vedkommende nettopp å bli bedre med liten ekstra hjulslitasje.

Claims (6)

1. Slipepartikkel som omfatter sintrede a-aluminakrystaller som er blitt erholdt fra en gelert, fortrinnsvis kimtilsatt, sol av hydratiserte aluminapartikler, hvor a-aluminakrystallene har en størrelse av høyst 2 um og hvor slipepartikkelen har en hardhet av minst 16 GPa, karakterisert ved at slipepartikkelen er avlang med en i det vesentlige jevn tverrsnittsform og har et sideforhold på fra 1,4:1 til 25:1 og en diameter på fra 0,05 til 1,5 mm.

2. Slipepartikkel ifølge krav 1, karakterisert ved at den har et sideforhold av fra 2:1 til 8:1.

3. Slipepartikkel ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den innbefatter fra 1 til 50 vekt% av et oxyd valgt fra gruppen bestående av zirkoniumdioxyd, titandioxyd, magnesiumoxyd, hafniumoxyd, ceriumoxyd, spinell, mullitt, mangandioxyd, utgangsmaterialer for disse oxyder og blandinger derav.

4. Slipepartikkel ifølge krav 1, karakterisert ved at den er buet i dens lengre dimensjon.

5. Slipepartikkel ifølge krav 1, karakterisert ved at den er tvunnet i dens lengre dimensjon.

6. Fremgangsmåte for fremstilling av et sintret, aluminabasert slipelegeme som inneholder a-aluminakrystaller med en størrelse av høyst 2 um, hvor en gelert, fortrinnsvis kimtilsatt, dispersjon av submikron hydratiserte aluminapartikler formes til filamenter som, eventuelt etter tørking av filamentene, oppdeles til slipepartikler som deretter brennes til en temperatur mellom 1090°C og 1500°C i en tid tilstrekkelig til å omdanne aluminaet i slipepartiklene til et keramisk legeme, karakterisert ved at a-alumina, a-ferrioxyd, y-alumina, kromoxyd, utgangsmaterialer for a-alumina, y-alumina, kromoxyd og a-ferrioxyd, og blandinger derav anvendes som kimpartikler i dispersjonen i en mengde av 0,5-10 vekt%.