PT2318468E - Aglomerados de grãos abrasivos sinterizados - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "AGLOMERADOS DE GRÃOS ABRASIVOS SINTERIZADOS" A presente invenção refere-se a aglomerados de grãos abrasivos sinterizados, com uma fracção de óxido de alumínio de, pelo menos, 80% em peso, um diâmetro médio de partículas primárias menor a 5 μπι, um contorno exterior essencialmente esférico, uma fracção de poros de, pelo menos, 15% em vol. e uma dimensão média de aglomerado na gama entre 5 μπι e 500 μπι. A presente invenção refere-se também a um processo para a preparação de aglomerados de grãos abrasivos sinterizados, bem como à sua utilização como agente de brunimento, para a preparação de corpos abrasivos aglutinados orgânica ou inorganicamente, para a preparação de agentes abrasivos sobre um suporte, bem como em camadas de protecção contra desgaste.

Os aglomerados de grãos abrasivos são conhecidos, desde há muito, em muitas variações e são empregues habitualmente em agentes abrasivos aglutinados, tais como, p. ex., discos abrasivos, ou agentes abrasivos sobre um suporte, tais como, p. ex., fitas abrasivas. Os aglomerados de grãos abrasivos são constituídos, em regra, por grãos abrasivos individuais, as partículas primárias, que são aglomerados por meio de um aglutinante para formar um aglomerado de grãos abrasivos. Para o efeito, empregam-se ligantes orgânicos ou inorgânicos como aglutinantes, em que se utilizam frequentemente resinas fenólicas como ligante orgânico, enquanto, como ligante 1 inorgânico, se empregam materiais de ligação vítreos ou cerâmicos. A grande vantagem de aglomerados de grãos abrasivos consiste no facto de, como partículas primárias, poderem ser empregues grãos abrasivos na forma de partículas finas, a partir dos quais se forma depois um grão de aglomerado que, em comparação com um grão individual de dimensão comparável, revela um mecanismo de desgaste completamente diferente durante o processo de abrasão e de desgaste. Um grão individual de dimensão equiparável ou fica novamente rombo ou é destruído, consoante as condições de pressão no processo de abrasão. No caso do aglomerado de grãos abrasivos, pelo contrário, as condições de abrasão são seleccionadas de modo a que os grãos se destaquem individualmente do compósito, de modo que se formam continuamente novos bordos cortantes, tendo o grão aglomerado um tempo de vida elevado, uma abrasividade fria e um traço abrasivo homogéneo. Uma vantagem adicional dos aglomerados de grãos abrasivos consiste no facto de ser deste modo possível empregar grãos abrasivos muito finos para processos de abrasão e ferramentas abrasivas, os quais não seriam de outro modo adequados em virtude da sua reduzida granulometria.

No documento DE 10392532 B4 são descritos aglomerados de grãos abrasivos que compreendem um grande número de grãos abrasivos que são mantidos coesos com um material de ligação, em que o material de ligação apresenta uma temperatura de fusão entre 500 °C e 1400 °C. No documento DE 10392532 B4 é também descrito um processo para a preparação de aglomerados de grãos abrasivos desse género, em que os grãos abrasivos são misturados com um aglutinante e são subsequentemente submetidos a um tratamento térmico num forno tubular rotativo, numa gama de 2 temperatura entre 145 °C e 1300 °C. Os aglomerados assim obtidos possuem uma porosidade total entre 35% em vol. e 80%em vol., em que, pelo menos, 30% em vol. dos poros estão ligados entre si. Este processo origina aglomerados como uma conformação alongada, que revelam uma relação de comprimentos longitudinal e transversal de, pelo menos, 5:1. Como aglutinantes são empregues materiais de ligação vítreos, materiais vitrifiçados, materiais cerâmicos, aglutinantes inorgânicos, aglutinantes orgânicos e combinações destes. Os aglomerados de grãos abrasivos assim obtidos são supostamente sobretudo empregues em agentes abrasivos aglutinados, de modo a controlar a percentagem e as propriedades da porosidade e a obter a porosidade na forma de uma porosidade penetrável, ligada entre si.

No documento DE 102005007661 AI são descritos corpos abrasivos que são constituídos por grãos abrasivos ligados coesamente entre si por meio de um ligante e que apresentam, pelo menos aproximadamente, um contorno exterior esférico, em que os corpos abrasivos devem apresentar uma porosidade de, pelo menos, 35% em vol. Estes grãos de aglomerados de grãos abrasivos são constituídos por grãos abrasivos individuais, cuja dimensão de partículas e situa na gama entre 0,05 pm e 10 μπι, que são depois unidos para formar aglomerados de grãos abrasivos com um diâmetro exterior na gama entre 10 pm e 150 pm. Nas ferramentas abrasivas, estes aglomerados são empregues como granulações com classificações estreitas, quase constantes. Como ligantes utilizam-se, de um modo preferido, ligantes orgânicos, tais como, p. ex.,resinas fenólicas, poliuretano, resinas epóxidas, resinas ureicas e polivinilbutiral. Os corpos abrasivos aglomerados são particularmente concebidos para o emprego em agentes abrasivos sobre um suporte, onde estes são empregues para um trabalho abrasivo muito fino de superfícies de peças. 3

Embora a preparação de aglomerados de grãos abrasivos seja, em princípio, relativamente descomplicada e assente somente em juntar grãos abrasivos individuais com uma glutinante e em formar um aglomerado de grãos abrasivos e, em seguida, em tratá-lo termicamente, na prática, em quase todos os processos conhecidos, ocorrem problemas processuais na obtenção de aglomerados com uma configuração homogénea e uniforme, tanto em relação à dimensão do aglomerado, como também em relação à forma dos aglomerado se à estrutura dos aglomerados. Os problemas são causados, na maioria dos casos, pelo facto de grãos abrasivos extremamente finos, com uma granulometria média de poucos micrómetros, serem misturados com um ligante e serem, em seguida, tratados termicamente. Quando se emprega ligantes sólidos, o problema pode ser desde logo justificado pelo facto da dimensão de partículas do aglutinante ser mais grosseira que o grão abrasivo a ligar, o que dificulta uma mistura homogénea. Quando se emprega ligantes líquidos ou dissolvidos com solvente, o problema consiste frequentemente no facto de os grãos abrasivos formarem agregados durante a mistura com o solvente, o que impede uma distribuição homogénea do aglutinante na granulação abrasiva e dificulta a preparação de um produto homogéneo.

Um problema processual adicional, em particular quando se emprega ligantes orgânicos, consiste na contaminação dos aparelhos empregues, uma vez que as misturas de ligantes e grãos abrasivos finos tendem a aderir às paredes do aparelho. Isto conduz, em particular no caso da troca de produtos, a um elevado esforço de limpeza, dado que na preparação de grãos de aglomerado é necessário garantir que o aglomerado de grãos abrasivos é formado por grãos abrasivos com uma estreita distribuição granulométrica. A contaminação com grãos mais 4 grosseiros, por exemplo em operações abrasivas nas quais o trabalho fino de superfícies de peças está em primeiro plano, tal como, por exemplo, o trabalho de camadas de verniz decorativas, conduziria a problemas consideráveis, dado que uma contaminação deste género, com grãos grosseiros pode originar riscos, que já só é possível eliminar posteriormente, quando possível, com um esforço muito considerável. No caso de aglutinantes orgânicos, a par da contaminação dos aparelhos, é ainda necessário mencionar a problemática ambiental, dado que a utilização de solventes ou ligantes orgânicos está associada, na maioria dos casos, a incómodos devido ao odor e riscos para a saúde.

Deste modo, a presente invenção teve por base o problema de disponibilizar aglomerados de grãos abrasivos, que não apresentam as desvantagens do estado da técnica. É também objectivo da invenção, disponibilizar um processo para a preparação de aglomerados de grãos abrasivos, que não apresenta os problemas processuais do estado da técnica. 0 problema ou o objectivo é solucionado por aglomerados de grãos abrasivos sinterizados com as características da reivindicação 1, bem como por um processo para a preparação de aglomerados de grãos abrasivos com as características da reivindicação 9. As formas de realização vantajosas dos aglomerados de grãos abrasivos de acordo com a invenção ou do processo de acordo com a invenção são objecto das correspondentes reivindicações dependentes.

Os aglomerados de grãos abrasivos sinterizados de acordo com a invenção são constituídos por partículas primárias à base 5 de óxido de alumínio, em que a fracção de óxido de alumínio perfaz, pelo menos, 80% em peso. O diâmetro médio das partículas primárias situa-se abaixo dos 5 μπι e os aglomerados, em si, possuem um contorno exterior essencialmente esférico. Os aglomerados de grãos abrasivos sinterizados não são, neste caso, corpos moldados densos, mas sim aglomerados com uma fracção de poros de, pelo menos, 15%em vol.%, para uma dimensão média de aglomerado na gama entre 5 μπι e 500 μπι. Ao contrário do estado da técnica, as partículas primárias de óxido de alumínio no aglomerado de grãos abrasivos de acordo com a invenção estão ligados entre si sem qualquer aglutinante adicional.

De modo a alcançar-se resultados abrasivos reproduzíveis aspira-se a que os poros estejam distribuídos homogeneamente num aglomerado de grãos abrasivos, em que o diâmetro de poros deverá oscilar igualmente numa magnitude estreita. No aglomerado de grãos abrasivos de acordo com a invenção, os poros apresentam um diâmetro médio menor a 2000 nm, de um modo preferido, menor a 1000 nm. Obtêm-se resultados particularmente bons com aglomerados de grãos abrasivos que apresentam um diâmetro médio de poros entre 100 nm e 300 nm.

Tal como mencionado acima, aspira-se, em regra, a uma distribuição de poros uniforme, de modo a obter-se propriedades de produto constantes. É contudo também possível, e pode ser vantajoso, alterar a porosidade do produto, em particular através de uma selecção adequada da temperatura de sinterização e adaptar, deste modo, as propriedades de produto a aplicações particulares.

Os diâmetros médios de partículas primárias situam-se vantajosamente abaixo dos 3 μπι, de um modo preferido abaixo de 6 1 μπι, e, de um modo particularmente preferido, abaixo de 0,5 μπι. Amassa volúmica aparente dos aglomerados de grãos abrasivos situa-se entre 1,4 e 2,9 kg/L, em que os aglomerados de grãos abrasivos apresentam uma superfície específica (BET) entre 3 e 0,1 m2/g. A superfície específica é particularmente afectada pela temperatura de sinterização em que, partindo de uma superfície especificado corpo verde de aglomerado de cerca de 20 m2/g é alcançada, a uma temperatura de sinterização de 1450 °C, umas superfície específica de cerca de 2 m2/g, enquanto para uma temperatura de sinterização mais elevada tem lugar uma compactação mais intensa do aglomerado e, por exemploal550 °C, é medida uma superfície específica de apenas cerca de 0,3 m2/g.

Dado que a estabilidade dos aglomerados não é suficiente para determinar uma resistência à fractura do grão segundo Vollstádt, prescindiu-se de um teste de resistência ao grão individual e, em vez disso, realizaram-se ensaios comparativos de compressão com corpos verdes de aglomerado e aglomerados. Tal como esperado, verificou-se que os corpos verdes de aglomerado são mais fáceis de compactar, enquanto os aglomerados de grãos abrasivos sinterizados apenas permitem uma compactação muito reduzida. A resistência final à pressão dos aglomerados de grãos abrasivos é, tal como esperado, mais elevada que a dos corpos verdes de aglomerado. Após o ensaio de pressão, os corpos verdes de aglomerado apresentam-se como corpos compactos, enquanto os aglomerados de grãos abrasivos sinterizados fluem a partir do molde de prensagem quase sem destruição. Os ensaios de pressão foram realizados numa argola de latão simples, como molde de pressão, na qual foram introduzidos os aglomerados e depois carregados com uma punção com pressões até 200 N. 7

Os aglomerados de grãos abrasivos apresentam, de um modo preferido, um conteúdo de, pelo menos, 90% em peso de óxido de aluminio, de um modo particularmente preferido, pelo menos, 98% em peso. Todavia, a composição química pode variarem determinadas gamas, consoante a necessidade, e estão previstas configurações preferidas dos aglomerados de grãos abrasivos que apresentam, no total, no máximo, até 20% em peso em compostos do grupo dos elementos volfrâmio, titânio, cromo, zircónio, magnésio, silício, boro, carbono e/ou azoto, em relação ao pelo total do aglomerado de grãos abrasivos. Estes compostos podem apresentar-se como óxidos, carbonetos ou nitretos, em que estes podem existir desde logo, como contaminação na matéria-prima ou ser adicionados especificamente durante a moagem húmida, ou após a moagem húmida, ou, eventualmente, ser indirectamente introduzidos na suspensão como resíduos da abrasão dos corpos moentes.

Neste contexto, chama-se a atenção para o facto da presente invenção também compreender, por princípio, possibilidades adicionais para preparar materiais compósitos na forma de aglomerados, em que o aglomerado de acordo com a invenção representa praticamente a base do composto e, através de misturas adequadas, é possível obter aglomerados compósitos com fracções definidas de outras substâncias sólidas ou de outros minerais. A granulometria média de substâncias sólidas ou minerais deste género pode ser, neste caso, menor, igual ou também maior que a dimensão das partículas primárias do material de base respectivamente presente. O processo para a preparação de aglomerados de grãos abrasivos parte de uma moagem húmida de uma alumina calcinada num moinho de bolas com agitador, em que, como corpos moentes, são empregues, de um modo preferido, pérolas moentes de óxido de alumínio ou pérolas moentes de óxido de zircónio estabilizado. Como matéria prima é empregue, de um modo preferido, uma alumina em partículas finas calcinada que, para a preparação de uma suspensão, é moída ou desaglomerada com auxílio de uma moagem húmida até uma dimensão média de partículas de <5pm, de um modo preferido, <lpm e, de um modo particularmente preferido, <0,5 μπι. A cominuição pode efectuar-se vantajosamente por meio de um moinho vibratório, um moinho do tipo Attritor ou um moinho de bolas com agitador. Após a moagem, a suspensão contém, na maioria dos casos, um conteúdo de matéria sólida entre cerca de 5% em peso e cerca de 70% em peso, de um modo preferido, entre cerca de 30% em peso e cerca de 60% em peso. Neste caso, podem ser adicionados à suspensão, consoante a necessidade, estabilizadores orgânicos como auxiliares de dispersão. A moagem tem lugar, de um modo preferido, em água, embora também seja possível o emprego de outros solventes, tais como, p. ex., álcoois, cetonas ou outros líquidos polares orgânicos, sendo estes contudo contra-indicados por questões ecológicas, económicas e técnicas de segurança. A secagem da dispersão de alumina molda efectua-se por via de uma secagem por pulverização que origina corpos verdes de aglomerado que, após a secagem, apresentam uma humidade residual máxima de cerca de 6% em peso. De um modo particularmente vantajoso, o produto intermédio apresenta uma humidade residual de <1% em peso. A selecção adequada das condições de secagem (quantidade de ar quente, pressão do líquido, dimensões da torre de pulverização) permite ajustar a dimensão dos aglomerados do produto numa gama relativamente estreita. Deste modo, é possível 9 obter, sem problemas, aglomerados numa gama de dimensões entre 5 μπι e 500 pm. O ajuste específico dos parâmetros de secagem permite obter corpos verdes de aglomerado vantajosos, com uma dimensão de aglomerado entre 30 pm e 300 pm. Uma classificação adicional pode ser efectuada através de uma crivagem subsequente.

Os corpos verdes de aglomerado assim obtidos são depois submetidos a uma sinterização numa gama de temperaturas entre 1300 °C e 1750 °C. 0 processo de sinterização, em si, não exige quaisquer requisitos particulares e podem ser empregues fornos tubulares rotativos, fornos de atravessamento ou fornos de câmaras. Por questões processuais é vantajoso realizar a sinterização num forno tubular rotativo directamente aquecido, no qual é possivel realizar elevadas taxas de aquecimento e tempos de permanência curtos. A gama de temperatura preferida para a sinterização situa-se entre 1400 °C e 1550 °C.

Os aglomerados de grãos abrasivos obtidos deste modo podem ser empregues vantajosamente, em particular, com agentes de brunimento, bem como para a preparação de corpos abrasivos ligados orgânica ou inorganicamente e para a preparação de produtos abrasivos sobre um suporte. A par destas, surgem utilizações em camadas de protecção contra desgaste à base de sistemas compósitos inorgânicos, orgânicos ou elastoméricos, tais como, p. ex. , tintas contendo solventes ou à base de água, vernizes, vernizes em pó ou esmalte. Um domínio de utilização adicional é a utilização em produtos de impregnação na preparação de superfícies resistentes ao desgaste para revestimentos de solo, tais como, p. ex., laminados, parquete ou pavimentos PVC ou CV, para móveis, ladrilhos, panelas e/ou frigideiras. 10

Em seguida apresente invenção é explicada pormenorizadamente com base em figuras e exemplos.

Mostram neste caso:

Figura 1 uma micrografia electrónica de varrimento de um corte através de um aglomerado de grãos abrasivos sinterizado a 1450 °C, numa ampliação de 3000 vezes,

Figura 2 uma micrografia electrónica de varrimento de um corte através de um aglomerado de grãos abrasivos sinterizado a 1550 °C, numa ampliação de 3000 vezes,

Figura 3 uma micrografia electrónica de varrimento de uma superfície de um aglomerado de grãos abrasivos, numa ampliação de 10000 vezes,

Figura 4 uma micrografia electrónica de varrimento de aglomerados de grãos abrasivos a granel, numa ampliação de 30 vezes e as

Figuras 5-8 curvas de distribuição de poros de fracções de diferentes crivagens de aglomerados de grãos abrasivos sinterizados a 1450 °C, medidas respectivamente por porosimetria de mercúrio.

Depois de se descobrir surpreendentemente que é possível obter aglomerados de grãos abrasivos sólidos e relativamente compactos, sem o emprego de aglutinante, através de simples sinterização de aglomerados pulverizados, que são excelentemente 11 adequados para determinadas operações abrasivas, trabalhou-se na optimização dos aglomerados de grãos abrasivos. Neste caso, constatou-se que a porosidade dos aglomerados desempenha um papel relevante no emprego ulterior como aglomerado de grãos abrasivos. A figura 1 mostra, como representação em corte, uma fotografia electrónica de varrimento de um aglomerado de grãos abrasivos sinterizados a 1450°C,numaampliação de 3000 vezes. Neste caso constata-se uma fracção de poros relativamente grande (regiões escuras) que, neste caso, está homogeneamente distribuída pelo aglomerado de grãos abrasivos quase idealmente esférico. A imagem permite constatar que a dimensão dos poros se situa nitidamente abaixo de 2000 nm, presumivelmente na gama de cerca de 100 nm e 300 nm. O diâmetro do aglomerado perfaz cerca de 30 pm. A figura 2 mostra a fotografia electrónica de varrimento de um aglomerado de grãos abrasivos com uma dimensão aproximadamente igual, como representação em corte igualmente numa ampliação de 3000 vezes, em que o aglomerado de grãos abrasivos, neste caso, foi sinterizado a 1550 °C. Na comparação directa com a figura 1 constata-se nitidamente que o aglomerado de grãos abrasivos sinterizado a 1550 °C é consideravelmente mais compacto no centro e que, aparentemente devido à temperatura de sinterizaçao mais elevada, teve lugar uma compactação no núcleo do aglomerado. 0 aglomerado de graos abrasivos de acordo com afigura 2 tem, deste modo, uma constituição menos homogénea, o que se manifesta negativamente, em particular em determinados empregos abrasivos, e aqui sobretudo no emprego em agentes abrasivos sobre suportes. Descobriu-se assim, que uma distribuição uniforme de poros finos tem efeitos positivos sobre o resultado da abrasão e que, em regra, é imperativo evitar uma sinterização excessiva do 12 produto, quando se pretende obter resultados óptimos. Consoante a aplicação também poderá ser, contudo, vantajoso preparar especificamente materiais mais compactos e menos porosos com auxílio do ajuste de temperatura, que podem ser depois empregues em aplicações especiais. Um exemplo para tais aplicações é a protecção contra o desgaste em camadas de verniz muito finas. As granulações abrasivas de corundo de partículas finas compactas habitualmente empregues neste caso, possuem uma superfície relativamente lisa desprovida de poros, a partir da qual, quando sujeita a um esforço mecânico, os grãos de corundo se destacam facilmente do verniz compósito. 0 grão de aglomerado representado na figura 2 mostra uma superfície (ou revestimento) poroso de um núcleo compacto. Com um sistema de verniz líquido adequado, quando se emprega o grão de aglomerados como protecção contra o desgaste numa camada de verniz fina, esta superfície porosa pode ser infiltrada em virtude da sua capilaridade e o resultado, após o endurecimento apropriado do verniz, é uma ligação coesa entre grão de aglomerado e camada de verniz com uma resistência de ligação aumentada. Simultaneamente, o núcleo compactamente sinterizado possui uma resistência à pressão mais elevada, em comparação com um grão de aglomerado homogeneamente poroso. A figura 3 é uma micrografia electrónica de varrimento da superfície de um aglomerado de grãos abrasivos numa ampliação de 10000 vezes. Nesta representação constata-se em particular o diâmetro das partículas primárias, em que no presente caso, o diâmetro médio das partículas se situa nitidamente abaixo de 1 μπι. 13

Na figura 4, uma fotografia electrónica de varrimento numa ampliação de 30 vezes, constata-se um grande número de aglomerados de grãos abrasivos. Neste caso, está reproduzida uma distribuição de dimensão de aglomerados tal como esta ocorre habitualmente numa secagem por pulverização. Os aglomerados individuais maiores situam-se na gama de cerca de 200 pm, enquanto os aglomerados menores apresentam uma dimensão de aglomerado de cerca de 20 pm a cerca de 30 pm. Consoante a finalidade de utilização prevista para os aglomerados de grãos abrasivos, é possível separar por crivagem, sem quaisquer problemas, determinadas fracções a partir deste espectro de aglomerados, de modo que é possível disponibilizar distribuições granulométricas relativamente estreitas, consoante a necessidade, para o emprego ulterior como abrasivo ou como protecção contra o desgaste.

Realizaram-se estudos adicionais quanto à distribuição de poros que são explicados com base nas figurasõ - 8 e que são esclarecidos pormenorizadamente, em seguida, pelos resultados das medições correspondentes, exibidos em tabelas. A distribuição da dimensão dos poros de uma fracção de aglomerados de grãos abrasivos sinterizados a 1450 °C, com uma dimensão de aglomerado entre 0 pm e 32 pm, representada graficamente na figura 5 está resumida na tabela 1 seguinte. 14

Tabela 1

Dados gerais dos aglomerados Distribuição da dimensão dos poros (Porosimetria de Hg) Temperatura de sinterização: 1450 °C Dimensão dos poros (pm) Volume relativo dos poros (%) Fracção de aglomerados: 0 - 3 2 pm 110 - 57 2,08 57 - 30 2,49 Massa volúmica aparente: 1,58 g/cm3 30 - 15 4, 46 15-8 52,87 Superfície específica: 2,10 m2/g 8-4 12,86 4-2 2,63 Porosidade total: 61,04% 2-1 1, 48 1 - 0,6 0,82 Diâmetro médio dos poros: 8,56 pm 0,6 - 0,3 1,59 0,3 - 0,1 18,23 0,1 - 0,05 0, 44 0,05 - 0,01 0,05

Na representação gráfica da distribuição da dimensão dos poros resumida na tabela acima sobressai o facto de se tratar de uma distribuição bimodal com um máximo dos poros na gama de 15 pm a 8 pm e um máximo adicional na gama de 3 00 nm a 100 nm. Tal como é possível demonstrar mais tarde, também com base nas fracções de aglomerado mais grosseiras, a distribuição bimodal deve ser atribuída exclusivamente ao método de medição, dado que no caso da porosimetria de mercúrio são medidos aglomerados a granel, em que não são então medidos apenas os poros nos aglomerados, mas sobretudo também os espaços vazios entre os aglomerados individuais do lote a granel. No caso de uma dimensão de aglomerado entre 0 pm e 32 pm, o diâmetro destes espaços vazios situa-se entre 15 pm e 8 pm. 0 poros propriamente ditos, que caracterizam o aglomerado de grãos abrasivos,

situam—se, pelo contrário, na gama de 300 nm a 100 nm. A 15 porosidade total medida também não se refere, deste modo, à partícula individual de aglomerado de grãos abrasivos, mas novamente ao lote a granel, em que a porosidade do aglomerado de grãos abrasivos, em si, no presente caso, se situa somente em cerca de 19% em vol.

Na figura 6 está reproduzida graficamente a distribuição da dimensão dos poros para uma fracção de aglomerados de grãos abrasivos, sinterizados a 1450° C, na gama de 32 μπι a 75 pm. Os resultados das correspondentes medições estão resumidos na Tabela 2 seguinte.

Tabela 2

Dados gerais dos aglomerados Distribuição da dimensão dos poros (Poroslmetrla de Hg) Temperatura de sinterlzação: 1450 °C Dimensão dos poros Vim Volume relativo dos poros (%) Fracção de aglomerados: 32 μιη-75 pm 110 - 57 3,38 57 - 30 25,31 Superfície específica: 2,16m2/g 30 - 15 36,28 15-8 4,4 Massa volúmlca aparente: 1,86 g/cm3 8-4 1, 96 4-2 0,54 Porosidade total: 54,86% 2-1 0,47 1 - 0,6 0,2 Diâmetro médio dos poros: 44,16 pm 0,6 - 0,3 0,37 0,3 - 0,1 26,29 0,1 - 0,05 0,78 0,05 - 0,01 0,00

Também neste caso, está presente uma distribuição bimodal da dimensão dos poros, em que agora, os espaços vazios entre as 16 partículas individuais de aglomerado da fracção de aglomerados entre 32 pm e 75 pm estão igualmente desviados para a gama mais grosseira e apresentam um máximo na gama entre 60 pm e 15 pm. 0 máximo para a distribuição da dimensão dos poros estabelecidos no grão de aglomerado está inalterado na gama de 100 nm a 300 nm. No presente caso, o aglomerado de grãos abrasivos apresenta uma porosidade de cerca de 27% em vol., enquanto a porosidade total do lote a granel a granel se situa em 54,9% em vol. 0 diâmetro médio dos poros do lote a granel medido situa-se em 44,2 pm. Este resultado é dominado quase exclusivamente pelos espaços vazios grosseiros entre os aglomerados de grãos abrasivos individuais e não permite quaisquer conclusões quanto ao diâmetro médio de poros dos aglomerados de grãos abrasivos em si. A figura 7 mostra uma representação gráfica da distribuição da dimensão dos poros de uma fracção de aglomerados de grãos abrasivos, sinterizados a 1450°C,na gama de 150 pm a 250 pm. Os resultados das medições correspondentes estão resumidos na Tabela 3.

Também o gráfico mostrado na figura 7 revela novamente uma função bimodal, na qual se constata um máximo em poros finos na gama de 100 nm a 300 nm, enquanto os poros grosseiros apresentam a sua gama máxima de 110 pm a 57 pm. Nesta fracção de aglomerados de grãos abrasivos relativamente grosseira, com 150 pm a 250 pm, os espaços vazios entre os aglomerados de grãos abrasivos individuais, que são medidos simultaneamente pela porosimetria de mercúrio, apresentam também um diâmetro correspondentemente grande, que se situa, neste caso, em 110 pm a 75 pm. A porosidade total do lote a granel situa-se em 56,8%, 17 enquanto a porosidade do aglomerado de graos abrasivos, em si, se situa em cerca de 30,1% em vol.

Tabela 3

Dados gerais dos aglomerados Distribuição da dimensão dos poros (Porosimetria de Hg) Temperatura de sinterização: Dimensão dos poros Volume relativo 1450 °C (pm) dos poros (%) Fracção de aglomerados: 110 - 57 48,82 150 pm - 250 pm 57 - 30 12, 7 Superfície específica: 30 - 15 3,85 2,15 m2/g 15-8 1,7 Massa volúmica aparente: 8-4 0,89 1,96 g/cm3 4-2 0,24 Porosidade total: 2-1 0,21 51,29% 1 - 0,6 0,18 Diâmetro médio dos poros: 0,6 - 0,3 0, 09 56,75 pm 0,3 - 0,1 30,76 para a gama de 0,01 a 10 pm: 0,1 - 0,05 0,57 0,194 pm (calculado) 0,05 - 0,01 0,00 A comparação directa entre as fracções de grãos abrasivos individuais mostra que os aglomerados de grãos abrasivos em si, são quase exclusivamente dominados por poros de dimensão na nanoescala, na gama entre 100 nm e 300 nm.

Para medir o diâmetro médio efectivo dos poros realizaram-se por conseguinte medições adicionais, nas quais já só se recorreu à gama entre 1 pm e 10 nm para a determinação do diâmetro médio dos poros. A figura 8 mostra uma representação gráfica da distribuição da dimensão dos poros da fracção de aglomerado de grãos 18 abrasivos, sinterizados a 1450 °C, na gama de 150 μπι a 250 μιη. Tal como é possível constatar, a supressão da dimensão da gama de poros acima de 10 μπι leva ao cálculo de um diâmetro médio de poros consideravelmente mais realista, para o aglomerado de grãos abrasivos, de 0,194 μπι, para o qual a gama de poros grosseiros dos espaços vazios já pouco contribui.

Nos exemplos seguintes estão descritas a preparação, bem como a utilização dos aglomerados de grãos abrasivos de acordo com a invenção.

Exemplo 1

Moeu-se alumina calcinada obtenível comercialmente (Nabalox NO 713-10 RF, firma Nabaltec), em condições húmidas, num moinho de bolas com agitado utilizando-se bolas moentes de óxido de zircónio estabilizado com ítrio até uma granulometria média entre 0,35 μπι e 0,55 μπι. A dimensão de partícula das partículas foi determinada na suspensão a cerca de 50%por meio de um medidor de granulometria Sympatec-Helos. Obteve-se neste caso, uma dimensão de partícula de D90% = 0,85 μπι, D50% = 0,44μπι e Dio% =0,2 μπι. Determinou-se a superfície como sendo de 20,6 m2/g (BET) . Secou-se em seguida esta suspensão por pulverização, em que se ajustou a granulometria dos aglomerados na gama de 0 μπι a 200 μπι. Em seguida efectuou-se uma sinterização no forno de câmaras a diferentes temperaturas de sinterização, em que o corpo verde de aglomerado foi mantido, respectivamente, durante cerca de 30 minutos à temperatura de sinterização prevista. Submeteram-se amostras a sinterização a respectivamente a 1450 °C, 1500 °C e 1550 °C. 19

Exemplo 2 A partir das fracções de grão aglomerado preparadas no exemplo 1, sinterizados a diferentes temperaturas, separou-se por crivagem uma gama de granulometria mais estreita, que foi equiparada a uma granulometria F100 segundo a FEPA. Nos ensaios seguintes empregou-se depois uma granulação de corundo nobre igualmente como grão 100 (ALODUR WSK, Firma Treibacher) . Com todos as quatro granulações preparou-se respectivamente uma suspensão aquosa, na medida em que se misturaram respectivamente 3 g de grão abrasivo com 40mL de água destilada. Estas suspensões foram depois respectivamente submetidas a ultra-sons num recipiente de aço inoxidável com uma barra de ultra-sons (20 kHz, 200 Watt), durante respectivamente 10, 15, 20, 25 e 30 minutos. Transferiram-se as suspensões em seguida para frascos de vidro e, após um período de deposição de dois dias, documentou-se e avaliou-se fotograficamente o comportamento de deposição. O corundo nobre branco (ALODUR WSK, Treibacher) revela uma potência de maquinagem apenas reduzida no recipiente de aço inoxidável, bem como na barra de ultra-sons, também após o período de tratamento de 30 minutos. As partículas metálicas destacadas são relativamente grosseiras e sedimentam muito bem, de modo que, para todos os períodos de tratamento, está presente uma solução quase límpida. O grão abrasivo aglomerado sinterizado a 1450 °C, pelo contrário, revela uma potência de maquinagem nitidamente mais elevada. As partículas metálicas maquinadas, neste caso, são muito pequenas, de modo que quase não ocorre qualquer 20 sedimentação e as soluções apresentam-se com uma coloraçao cinzenta escuro a preta mesmo após dois dias. 0 grão abrasivo aglomerado sinterizado a 1500 °C sinterizado maquinado nitidamente pior e só é possível reconhecer uma turvação constante da solução apenas na prova como um período de tratamento de30 minutos, enquanto as restantes amostras sedimentam. O aglomerado de grãos abrasivos sinterizado a 1550 °C comporta-se de forma comparável ao corundo nobre branco e mesmo a prova tratada ao longo de 30 minutos apresenta-se como uma solução quase límpida.

Este comportamento pode ser explicado com a crescente resistência de ligação entre as partículas primárias com o aumento da temperatura de sinterização, o crescente crescimento cristalino com o aumento da temperatura de sinterização e o decréscimo do volume dos poros com o aumento da temperatura de sinterização.

Exemplo 3

Para a simulação de um processo de brunimento por ultra-sons preparam-se, em analogia com o exemplo 2, diversas suspensões de brunimento com uma fracção de matéria sólida mais elevada. Para o efeito juntaram-se 100 g de matéria sólida (aglomerados de grãos abrasivos ou corundo nobre) a 120 mL de água. 21

Ligou-se a barra de ultra-sons de forma coesa a uma chapa esmerilada de aço inoxidável CrNi, bem como, num outro ensaio, a uma chapa esmerilada de uma liga de alumínio.

Após um período de brunimento de respectivamente 30 minutos, analisou-se a superfície das chapas em teste. Neste caso, foi possível verificar que a suspensão com os aglomerados de grãos abrasivos sinterizados a 1450 °C gerou a profundidade de rugosidade mais baixa. Comparou-se com uma suspensão de corundo nobre, bem como com suspensões de aglomerados de grãos abrasivos sinterizados a 1500 °C e 1550 °C. Estes resultados correlacionam-se deste modo com as potências de micromaquinagem encontradas no exemplo 2.

Exemplo 4

Depois de se ter verificado surpreendentemente que os aglomerados porosos revelam uma capilaridade pronunciada e que podem ser enchidos rápida e facilmente por infiltração com líquidos, tal como, p. ex., lubrificantes líquidos à base de água ou de óleo, realizaram-se ensaios adicionais nesse sentido.

Uma granulação de aglomerado sinterizado a 1470 °C e crivado numa gama granulométrica entre 60 e 100 pm foi infiltrada por mistura simples, num misturador intensivo, com óleo de polimetilsiloxana (firma Bayer, óleo Baysilon M50) ou uma emulsão oleosa correspondente (firma Bayer, emulsão oleosa HBaysilon). Neste caso, recorreu-se à fluidez a seco das misturas como medida da quantidade necessária em óleo ou emulsão para a infiltração completa dos poros, em que, no presente caso, a mistura ainda se apresentava fluída até uma adição de cerca de 22 16 mL de emulsão ou 14mLde óleo por cada 100 g de grão de aglomerado.

Infiltraram-se 400 g de grão de aglomerado com 40 mL de emulsão, com o qual se prepararam depois fitas abrasivas para o trabalho em superfícies envernizadas de automóveis. Como referência preparou-se uma fita abrasiva com aglomerados não tratados. A preparação das fitas, em si, efectuou-se por aplicação humidade uma suspensão de grão de aglomerado/resina por meio de revestimento com espátula sobre um suporte e subsequente endurecimento térmico. A superfície envernizada foi depois trabalhada com discos abrasivos cortados por estampagem a partir destas fitas, com auxílio de uma lixadeira excêntrica convencional. Na subsequente medição das profundidade de rugosidade verificou-se que as fitas com aglomerados infiltrados conseguem uma profundidade de rugosidade média mais baixa em comparação com as fitas com aglomerados não tratados e revelam deste modo um traço abrasivo mais fino, o que é particularmente vantajoso no tratamento superficial de vernizes de carroçarias de automóveis. Este traço abrasivo mais fino pode ser possivelmente atribuído a uma lubrificação oleosa in situ durante o brunimento.

Os resultados relatados acima permitem constatar que os aglomerados de grãos abrasivos porosos sinterizados são excelentemente adequados como agentes abrasivos, agentes de brunimento ou produtos de polimento.

Para aplicações em agentes abrasivos aglutinados, sobre os quais são habitualmente exercidas elevadas pressões de carga, às quais o aglomerado de grãos abrasivos com distribuição de poros 23 homogénea não resiste, podem ser também vantajosos os aglomerados de grãos abrasivos mais sólidos, que tenham sido sinterizados a temperaturas mais elevadas. Os mesmos raciocínios são válidos para a utilização em camadas de protecção contra o desgaste, em que é o tipo de desgaste e os mecanismos de desgaste são aqui decisivos.

Lisboa, 9 de Janeiro de 2012 24

Claims (12)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Aglomerados de grãos abrasivos sinterizados constituídos por partículas primárias à base de óxido de alumínio com a) uma fracção de óxido de alumínio de, pelo menos, 80% em peso, b) um diâmetro médio de partículas primárias menor a 5 pm, c) um contorno exterior essencialmente esférico, d) uma fracção de poros de, pelo menos, 15% em vol. e e) uma dimensão média de aglomerado na gama entre 5 e 500 pm, caracterizados por as partículas primárias estarem ligadas entre si sem aglutinante adicional.
2. 2. Aglomerados de grãos abrasivos de acordo com a reivindicação 1, caracterizados por os poros apresentarem um diâmetro médio menor a 2000 nm.
3. 3. Aglomerados de grãos abrasivos de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizados por os poros apresentarem um diâmetro médio menor a 1000 nm, de um modo preferido, entre 100 e 300 nm.
4. 4. Aglomerados de grãos abrasivos de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizados por os aglomerados de grãos abrasivos apresentarem um diâmetro médio de partículas primárias menor a 3 pm, de um modo preferido, menor a 1 pm e, de um modo particularmente preferido, menor a 0,5 pm. 1
5. 5. Aglomerados de grãos abrasivos de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizados poros aglomerados de grãos abrasivos apresentarem uma massa volúmica aparente entre 1,4 e 2,9 kg/L.
6. 6. Aglomerados de grãos abrasivos de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizados por os aglomerados de grãos abrasivos apresentarem uma superfície específica (BET) entre 3 e 0,1 m2/g.
7. 7. Aglomerados de grãos abrasivos de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizados por os aglomerados de grãos abrasivos apresentarem um conteúdo de óxido de alumínio de, pelo menos, 90% em peso, de um modo preferido, pelo menos, 98% em peso.
8. 8. Aglomerados de grãos abrasivos de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizados poros aglomerados de grãos abrasivos apresentarem, a par do óxido de alumínio, uma fracção total em compostos do grupo dos elementos W, Ti, Cr, Zr, Mg, Fe, Si, B, C, N de até, no máximo, 20% em peso, relativamente ao peso total do aglomerado de grãos abrasivos.
9. 9. Processo para a preparação de aglomerados de grãos abrasivos de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, compreendendo os passos: a) moagem humidade uma alumina calcinada num moinho de bolas com agitador com corpos moentes de óxido de alumínio e/ou óxido de zircónio estabilizado, 2 b) secagem por pulverização ou granulação por pulverização da dispersão de alumina moída para a preparação de corpos verdes de aglomerados e c) sinterização dos corpos verdes de aglomerado numa gama de temperatura entre 1300 °C e 1750 °C.
10. 10. Utilização de aglomerados de grãos abrasivos de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9 como agente de brunimento.
11. 11. Utilização de aglomerados de grãos abrasivos de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9 para a preparação de corpos abrasivos ligados orgânica ou inorganicamente.
12. 12. Utilização de aglomerados de grãos abrasivos de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9,em camadas de protecção contra o desgaste à base de sistemas compósitos inorgânicos, orgânicos ou elastoméricos, tais como, p. ex.,tintas contendo solventes ou à base de água, vernizes, vernizes em pó ou esmalte, para ladrilhos, panelas e frigideiras, bem como em produtos de impregnação, na preparação de superfícies resistentes ao desgaste para revestimentos de solo, tais como, p. ex., laminados, parquete ou pavimentos PVC ou CV, bem como para superfícies de móveis. Lisboa, 9 de Janeiro de 2012 3