WO2018202507A1 - Geformtes keramisches schleifkorn sowie verfahren zur herstellung eines geformten keramischen schleifkorns - Google Patents

Geformtes keramisches schleifkorn sowie verfahren zur herstellung eines geformten keramischen schleifkorns Download PDF

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abrasive
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ceramic abrasive
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Moritz Oldenkotte
Andreas Harzer
Georg Hejtmann
Jiri MISAK
Petra Stedile
Stefan Fuenfschilling
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a shaped ceramic abrasive grain, an abrasive article, and a method of making a shaped ceramic abrasive grain.
  • Shaped ceramic abrasive grains based on alpha-A 03 are known from the prior art. Shaped abrasive grains are abrasive grains having a defined shape and size. The abrasive grains receive their defined shape and defined size due to a defined shaping process.
  • WO 2014/020075 A1 describes various advantageous geometries for ceramic abrasive grains.
  • non-shaped or irregularly shaped abrasive grains are known from the prior art, which are also referred to as broken abrasive grains. The advantage of shaped ceramic abrasive grains is their higher grinding performance over non-shaped or irregularly shaped abrasive grains.
  • alpha-A Os is known from the prior art. If alpha-A 03 is used as the starting material, the so-called slip process is particularly suitable for the production of the abrasive grains. It is also known from the prior art to use precursor products of the alpha-A Os, which are first converted into alpha-A Os in the production of the abrasive grains, as starting material for the preparation.
  • Suitable precursor products are the alumina hydroxides Boehmite (gamma-AIO (OH)) and diaspore (alpha-AIO (OH)) as well as the aluminum orthohydroxides gibbsite (gamma-Al (OH) 3) and bayerite (alpha-Al (OH) 3).
  • the so-called sol-gel process is used, which produces abrasive grains of very fine microstructure.
  • the invention is based on a shaped ceramic abrasive grain based on alpha-A 03 (alpha-alumina). According to the invention, it is provided that the shaped ceramic abrasive grain based on alpha-A 03 contains a proportion of ZrCh (zirconium oxide) of 5% by weight to 30% by weight, based on the total weight of the shaped ceramic abrasive grain.
  • the alpha-A 03 has an average crystallite grain size of from 0.5 ⁇ m to 3 ⁇ m, preferably from 0.6 ⁇ m to 2 ⁇ m, and the ZrCh has an average crystallite grain size of from 0.25 ⁇ m to 8 ⁇ m, preferably from 0.3 ⁇ to 1.5 ⁇ .
  • the ZrCh is present at a level of from 10% to 25% by weight, more preferably from 15% to 22% by weight. It was found that an increased amount of ZrCh on the grinding performance of
  • Abrasive articles which are equipped with the abrasive grains according to the invention advantageously affects. It is believed that the increased level of ZrCh achieves a continuous, microcrystalline degradation of the abrasive grains which continuously releases new and sharp cutting edges. An increased amount of ZrCh could be associated with an increased number of weak spots in the structure of the abrasive grains, which have a positive effect on the abrasive properties of the abrasive grains.
  • An abrasive grain containing alpha-A 03 and ZrC ⁇ is also called a biphasic abrasive grain.
  • an abrasive grain having a defined geometry Under a shaped abrasive grain is understood in the context of the present invention, an abrasive grain having a defined geometry.
  • a shaped one Abrasive grain of defined geometry has a defined three-dimensional shape of defined size.
  • the defined shape of defined size is obtained by a defined shaping process in the production of the abrasive grain.
  • the defined geometry of the shaped abrasive grain should be reproducible.
  • the shaped abrasive grain should be repeatedly and selectively produced in the desired defined geometry.
  • a shaped abrasive grain is in particular not a broken or partially broken abrasive grain, which can be produced by crushing, in particular breaking.
  • geometric bodies which have two or more surfaces, one or more edges and one or more corners and / or tips.
  • One or more surfaces of the geometric bodies may be planar or curved.
  • a curved surface may be concave or convex.
  • One or more edges and / or one or more corners and / or one or more tips may be sharp or rounded.
  • One or more edges may have a chamfer.
  • geometric bodies suitable for shaped abrasive grains are polyhedra, for example tetrahedra, pentahedra, hexahedra and others.
  • rotating bodies for example cones, cylinders and others, are also suitable for shaped abrasive grains.
  • the geometric body of the shaped abrasive grain may in particular be a prism, a pyramid, a cylinder or a cone.
  • the shaped abrasive grain has at least one base surface which may be polygonal, for example triangular or quadrangular, or non-angular or curved, for example round or oval. For a base with multiple corners, one or more side edges may be straight or curved.
  • the geometric body also has in particular at least one side surface. If the ceramic abrasive grain has at least one base surface, at least one side surface and at least one tip, then it may be shaped in the manner of a cone.
  • the geometric body may in particular have a base surface and a plurality of side surfaces and at least one tip. Such an abrasive grain may be shaped like a pyramid.
  • the at least one side surface may form a lateral surface.
  • the geometric body of the shaped abrasive grain may have at least one cover surface, which may be polygonal, for example triangular or quadrangular, or non-angular or curved, for example round or oval.
  • cover surface may be polygonal, for example triangular or quadrangular, or non-angular or curved, for example round or oval.
  • one or more side edges may be straight or curved.
  • the at least one cover surface and the at least one base surface may have the same geometric shape or different geometric shapes.
  • the top surface and the bottom surface may be arranged substantially parallel to each other. However, they can also be arranged at an angle to each other.
  • the area of the base and the top surface may be substantially equal or different in size.
  • the at least one cover surface is connected to the base surface via at least one side surface.
  • the at least one side surface form a lateral surface between the base surface and the top surface.
  • the base surface and the top surface are each formed by a polygon with a number n of corners, the shaped abrasive grain may, for example, have n side surfaces.
  • the geometric body may be shaped in the manner of a prism having a base surface and a top surface and a plurality of side surfaces.
  • the geometric body may also be shaped in the manner of a cylinder with a base surface and a top surface and a side surface.
  • the geometric body with a base and a top surface and a plurality of side surfaces may also be shaped in the manner of a truncated pyramid.
  • the geometric body with a base surface and a top surface and a side surface may also be shaped in the manner of a truncated cone.
  • the at least one base surface and / or top surface may be formed, for example, by an equilateral and equiangular polygon, in particular an equilateral and equiangular triangle or quadrilateral.
  • the at least one base surface may also be formed by a non-equilateral polygon.
  • straight or oblique geometric bodies are suitable.
  • the shaped abrasive grain may be a straight or oblique prism, a straight or oblique pyramid, a straight or oblique cylinder, or a straight or slate cone.
  • the body of the abrasive grain is preferably flat.
  • a flat geometric body is considered a body whose at least one base and / or Deck surface one, in particular maximum extent which is many times greater than a, in particular maximum extent between the base and the top surface along the one or more side surfaces.
  • the extent of the base surface and / or top surface can be defined, for example, by a length of a side edge of the base surface and / or top surface.
  • the extent between the base surface and the top surface along a side surface may be defined by a thickness of the body.
  • the ratio of extension of the base surface and / or top surface to extension between the base surface and top surface of the geometric body can be, for example, in a range of 2 to 10, in particular in a range of 2 to 5.
  • the ratio of side edge length to thickness of the geometric body is from 2 to 10, in particular from 2 to 5.
  • the shaped abrasive grain of defined geometry may also be formed by any three-dimensional shape that can be made reproducible.
  • An arbitrary three-dimensional reproducible form is to be understood as meaning a form in which several surfaces together form a three-dimensional body in free form.
  • the defined three-dimensional shape of the ceramic abrasive grain may be a regular three-sided straight prism.
  • Abrasive grain has a base and a top surface, which are each formed by three side edges of equal length.
  • the base area and the top surface are essentially the same size.
  • the base surface and the top surface are arranged substantially parallel to each other.
  • the base surface and the top surface are spaced apart by three substantially equal side surfaces, which form a lateral surface of the prism.
  • the regular three-sided straight prism is particularly flat.
  • the ratio of side edge length to thickness of the prism is for example in a range of 2 to 10, in particular in a range of 2 to 5, more particularly in a range of 2.75 to 4.75.
  • deviations from an ideal or exact geometric body can occur in the case of a real shaped abrasive grain as a result of the production.
  • different degrees of deviation occur.
  • one or more surfaces, for example a ground, top or side surface, of the geometric body may irregularly have unevenness. These can be formed for example by air bubbles. Deformations can also occur, for example, through a drying process.
  • alpha-A 03 As starting material for the production of the ceramic abrasive grain according to the invention alpha-A 03 is used.
  • Alpha-A G ⁇ is known per se to the person skilled in the art and is commercially available, for example in powder form. In the context of the present invention, therefore, alpha-A 03 itself is used as starting material.
  • no precursor product of the alpha-A Os such as boehmite (gamma-AIO (OH)
  • boehmite gamma-AIO (OH)
  • ZrCh is also used as a starting material for the production of the ceramic abrasive grain according to the invention.
  • ZrCh is also known per se to the person skilled in the art and is commercially available, for example in powder form.
  • an average crystallite grain size is meant here the grain size of the alpha-A Os or ZrG crystallite grain in the shaped ceramic abrasive grain. It has been found within the scope of the present invention that a low mean crystallite grain size achieves a higher material removal than a larger average crystallite grain size.
  • An average crystallite grain size means that a mean value is formed from a certain number of measured values for the crystallite grain size.
  • the crystallite grain size can be determined by methods known per se, such as, for example, SEM or XRD analysis. For example, the images of a SEM analysis can be evaluated using the line-cut method.
  • the line-cutting method (also referred to as line method) is known per se to the person skilled in the art from the structural analysis. In this case, an average value of all measured sectional segment lengths is formed for the determination of the grain size. If necessary, a correction factor can be taken into account when determining the mean value.
  • a ratio of the average crystallite grain size of the alpha-A Os to the average crystallite grain size of the ZrCh is from 0.4 to 7.
  • the abrasive grain contains a stabilizer for stabilizing the ZrÜ2 with a maximum proportion of 20 wt.%
  • the stabilizer a Oxide of the metals yttrium, magnesium, calcium or cerium or a mixture of two or more of these oxides.
  • Particularly suitable stabilizers are Y 2 O 3, CeO 2, MgO, CaO.
  • Such ZrÜ2 is also referred to as stabilized ZrÜ2.
  • the stabilization causes the ZrÜ2 to remain in the tetragonal phase during cooling and not into the monoclinic phase.
  • the stabilization can also cause the ZrÜ2 to remain in the cubic phase on cooling and not transition into the tetragonal phase.
  • a stabilized ZrO 2 is understood to mean not only a completely stabilized or substantially completely stabilized ZrO 2, but also a partially stabilized ZrO 2.
  • a partially stabilized on cooling at least partially in the tetragonal phase.
  • the ZrÜ2 should at least be stabilized to such an extent that it does not or not completely change into the monoclinic phase on cooling.
  • the abrasive grain preferably contains MgO with a proportion of at most 0.5% by weight, in particular 0.02% by weight to 0.4% by weight.
  • MgO can serve as a means of inhibiting grain growth.
  • MgO is known per se to the person skilled in the art and commercially available, for example, in powder form.
  • the shaped ceramic abrasive grain further preferably contains S1O2 at a level of from 0.01% to 2% by weight, more preferably from 0.015% to 1% by weight, most preferably from 0.02% to 0.5% by weight .%.
  • S1O2 has the effect of preventing or reducing giant grain growth in the microstructure and thus improving the grinding performance.
  • the shaped ceramic abrasive grain contains Na 2 O at a level of from 0.01% to 0.5% by weight, preferably from 0.015% to 0.2% by weight.
  • a low content of Na2O can cause or inhibit giant grain growth in the microstructure and thus improve the grinding performance.
  • the shaped ceramic abrasive grain contains CaO in a proportion of 0.01% by weight to 0.03% by weight. Also, a low proportion of CaO can in particular cause a large grain growth in the structure is prevented or reduced, and thus the grinding performance is improved.
  • Fe 2 O 3 is contained in a proportion of 0.01% by weight to 0.2% by weight.
  • a low content of Fe 2 O 3 causes or prevents a growth of giant grains in the microstructure and thus improves the grinding performance.
  • the shaped ceramic abrasive grain has a density which is from 92% to 99.9%, in particular from 96% to 99.9%, of the theoretical density.
  • a high density causes a greater strength of the abrasive grains and is associated with a smaller number of pores.
  • the density of the abrasive grain can be determined by methods known per se, for example mercury porosimetry. It has been found that a high number of pores is undesirable. It is assumed that, in the case of a high number of pores, when grinding a workpiece with the shaped ceramic abrasive grain, rounding occurs at the cutting edges and metallic grinding dust is introduced into the pores.
  • the invention further relates to an abrasive article containing shaped ceramic abrasive grains based on alpha-A 03 with a content of ZrCh of 5 wt.% To 30 wt.%, Wherein the alpha-A 03 has an average crystallite grain size of 0.5 ⁇ has up to 3 ⁇ , and the ZrCh has a mean crystallite grain size of 0.25 ⁇ to 8 ⁇ .
  • abrasive grains and / or partially shaped abrasive grains are contained in addition to the shaped ceramic abrasive grains. These non-shaped abrasive grains and / or partially shaped abrasive grains serve as supporting grains, for example.
  • the proportion of shaped ceramic abrasive grains is for example at most 80%, in particular from 50% to 80%, very particularly from 60% to 70%, based on the total amount of abrasive grains.
  • Non-formed ceramic abrasive grains unlike shaped ceramic abrasive grains, have no defined geometry. They do not have a defined three-dimensional shape of defined size.
  • Unformed abrasive grains are of irregular shape and are randomly shaped. They can be made by crushing, for example by breaking, whereby the crushing takes place in a random manner, so that the abrasive grains are formed by fragments.
  • Such non-shaped, especially broken abrasive grains are well known to those skilled in the art. Their preparation is described for example in EP 947485 AI.
  • Partially shaped ceramic abrasive grains unlike shaped ceramic abrasive grains, do not have a completely defined geometry.
  • Partially shaped abrasive grains, unlike non-shaped abrasive grains sometimes have a defined geometry with a partially defined three-dimensional shape of partially defined size.
  • partially shaped abrasive grains have at least one defined side surface, in particular at least two defined side surfaces, and / or at least one defined edge, in particular at least two defined edges.
  • Partially shaped abrasive grains have at least one random shaped side surface and / or at least one random shaped edge.
  • Such abrasive grains can be prepared, for example, by first shaping to a precursor product and then comminuting the precursor product. Thus, for example, first a layer with two substantially plane-parallel side surfaces can be formed. This layer can then be crushed in a random manner, resulting in irregularly shaped break edges.
  • Such partially shaped abrasive grains are described for example in DE 102015108812 Al.
  • the abrasive article in addition to the two-phase shaped ceramic abrasive grains with a proportion of ZrCh of 5 wt.% To 30 wt.% also comprises single-phase shaped ceramic abrasive grains based on alpha-A Os.
  • a single-phase abrasive grain is understood to mean an abrasive grain of alpha-As with a content of ZrC ⁇ of substantially 0% by weight. Accordingly, a single-phase abrasive grain essentially has no share in ZrCh. A single-phase abrasive grain is essentially free of ZrCh.
  • the abrasive article comprises a blend of biphasic shaped ceramic abrasive grains and single-phase shaped ceramic abrasive grains. Based on the total amount of shaped ceramic abrasive grains of such an abrasive article, the proportion of single-phase ceramic abrasive grains formed is at most 80%, more preferably greater than 0% and maximum of 80%, more preferably at least 5% and maximum of 50% over the proportion of two-phase molded ceramic grains abrasive grains.
  • the two-phase and one-phase shaped ceramic abrasive grains may be included non-shaped, in particular broken, abrasive grains and / or partially shaped abrasive grains. These act, for example, as supporting grains.
  • an abrasive article comprising a mixture of single-phase shaped ceramic abrasive grains and two-phase shaped ceramic abrasive grains also provides increased grinding performance.
  • Such an abrasive article has the advantage over a two-phase shaped abrasive grain abrasive article having no proportion of single-phase shaped abrasive grains that the abrasive article is less expensive.
  • the abrasive article is in particular a coated abrasive article.
  • the abrasive article comprises in particular a flexible base with at least one layer, in particular of paper, cardboard, vulcanized fiber, foam, a plastic, a textile structure, in particular a woven, knitted, knitted, braided, nonwoven, or a combination of these materials, in particular paper and Fabric, in one or more layers.
  • the flexible backing gives the abrasive properties specific properties in terms of adhesion, elongation, tear and tensile strength, flexibility and stability.
  • the abrasive grains adhere to the flexible backing, in particular by means of a base binder.
  • the abrasive grains are prefixed in particular in the desired position and distribution on the substrate.
  • Suitable base binders for applying abrasive grains to a flexible backing of the prior art are well known to those skilled in the art. known. Synthetic resins, such as, for example, phenolic resin, epoxy resin, urea resin, melamine resin, polyester resin, are particularly suitable as basic binders.
  • the abrasive article may comprise at least one size coat, for example two size coat binders.
  • the coat binder (s) are applied in particular layer by layer to the base binder and the abrasive grains.
  • Suitable size coat binders are well-known in the art for suitable size coat binders. Synthetic resins, for example phenolic resin, epoxy resin, urea resin, melamine resin, polyester resin, are particularly suitable as capping agents.
  • binders and / or additives may be provided to impart specific properties to the abrasive article. Such binders and / or additives are familiar to the person skilled in the art.
  • abrasive articles such as bonded abrasive articles
  • Bonded abrasive articles are, in particular, synthetic resin-bonded release and roughing disks which are familiar to the person skilled in the art.
  • resin-bonded cutting and grinding discs a mass is mixed from abrasive minerals and fillers, powder resin and liquid resin, which are then pressed into cutting and grinding discs in different thicknesses and diameters.
  • the abrasive article may be in various shapes, for example, as a grinding wheel or as an abrasive belt, as a bow, rolls or strips.
  • the invention also relates to a process for the production of shaped ceramic abrasive grains, which comprises the following steps:
  • a solids content of the abrasive grain precursors is from 85% to 99.9% by weight; d) removing the abrasive grain precursors from the wells; e) sintering the abrasive grain precursors into abrasive grains based on alpha-A 03 with a content of ZrCh of 5 wt.% To 30 wt.% And a density of 92% to 99.9% of the theoretical density, wherein the alpha-A 03 an average crystallite grain size of 0.5 ⁇ m to 3 ⁇ m, and the ZrCh has an average crystallite grain size of 0.25 ⁇ m to 8 ⁇ m.
  • the method according to the invention is based on the slip method.
  • the preparation of the shaped ceramic abrasive grains according to the invention does not take place according to the sol-gel process which is well known from the literature. The individual process steps are explained in more detail below.
  • a slurry of at least one alpha-A Os powder, a ZrC ⁇ powder and a dispersant is prepared.
  • dispersing agent is particularly suitable water.
  • commercially available alpha-A Os powder and commercial ZrC ⁇ powder of the desired purity can be used.
  • the preparation of the slip can be carried out in particular in a dissolver.
  • the slip prepared according to step a) has a solids content of 50% by weight to 90% by weight and an average particle size of 0.1 ⁇ m to 8 ⁇ m.
  • the mean particle size of the solids content in the slurry can be in particular from 0.1 ⁇ m to 4 ⁇ m, very particularly from 0.1 ⁇ m to 2 ⁇ m, and furthermore in particular from 0.1 ⁇ m to 1 ⁇ m. It has been found that this small average particle size of the solids content in the slurry favors the formation of abrasive grains having a relatively low average crystallite grain size. As already mentioned, a relatively small mean crystallite grain size has an advantageous effect on the grinding performance.
  • the step a) of the method may also comprise a grinding process.
  • the grinding process is carried out in a mill, for example a ball mill.
  • the grinding process can be carried out after the dispersion of the pulverulent fractions of the alpha-A Os and ZrCh in the dispersion medium.
  • a binder is added to the slip.
  • Suitable binders are familiar to the person skilled in the art. For example, various polysaccharides and oligomers are particularly suitable.
  • the finished slurry contains in particular a proportion of binder of 0.1 wt.% To 2 wt.%.
  • the binder causes a higher strength of the abrasive grain precursor, so the unsintered abrasive grain, and thereby facilitates handling, for example, during the removal of the abrasive grain precursor from the mold.
  • a moisturizing agent is added to the slip.
  • Glycerin is particularly suitable as humectant.
  • the finished slip contains in particular a content of humectants of 0.2% by weight to 10% by weight, in particular 0.5% by weight to 8% by weight, very particularly 1% by weight to 6% by weight.
  • the humectant favors the subsequent drying process according to step c) and prevents the abrasive grain precursor from becoming too dry and thus brittle.
  • step a) of the method further additives can be added to the slurry.
  • a dispersant may be added.
  • the amount of the dispersing agent added is, for example, from 0.1% by weight to 2% by weight.
  • a wetting agent for example a polyglycol ether
  • the amount of wetting agent added is, for example, from 0.05% by weight to 2% by weight from 0.1% by weight to 0.6% by weight.
  • step b) the slip is filled into depressions of a casting mold, the depressions having a defined geometry.
  • This process step is used to shape the slurry to form shaped ceramic abrasive grains.
  • the slip is introduced into wells of defined geometry.
  • the mold contains a plurality of wells into which the slurry is poured.
  • the recesses have a defined geometry that defines the geometry of the shaped ceramic abrasive grains.
  • the wells of defined geometry form the negative molds for the production of the shaped ceramic abrasive grain.
  • a defined geometry of the depressions is understood to mean a defined three-dimensional shape of defined size in the context of the present invention.
  • the plurality of wells of the mold have all the same defined geometry to produce a plurality of shaped ceramic abrasive grains of the same geometry in one operation.
  • the mold may also have recesses of different defined geometry to produce shaped ceramic abrasive grains of different geometry in one operation.
  • the recesses are provided in particular on the upper side of the casting mold and are designed to be open towards the upper side of the casting mold, so that the slurry can be introduced into the recesses from above.
  • the filling can be done without pressure.
  • excess slurry can be removed from the surface of the mold by means of a squeegee.
  • the mold may be formed of a metal, for example aluminum, or of a plastic, for example silicone, polyurethane or polyvinyl chloride.
  • the drying of the slip according to step c) is preferably carried out at a temperature of 25 ° C to 60 ° C, in particular from 30 ° C to 50 ° C. Drying is preferably carried out in a drying oven. During drying, at least a portion of the dispersant is removed. The drying in particular lasts from 5 minutes to 4 hours, more particularly from 20 minutes to 40 minutes. If the drying takes place at too high a temperature within a relatively short time, shrinkage leads to deformations of the abrasive grain precursors, which are generally undesirable
  • abrasive grain precursors are formed, which have a solids content of 85 wt.% To 99.9 wt.%.
  • the abrasive grain precursors are removed from the wells.
  • This process step of demoulding the abrasive grain precursors can be done in different ways.
  • the abrasive grain precursors may be removed from the wells by gravity.
  • the removal can be done by deflecting the mold around a relatively narrow radius. Removal may be assisted by additional tools such as brushes, compressed air, vacuum and / or vibration.
  • the abrasive grain precursors are sintered.
  • the sintering of the abrasive grain precursors takes place in particular at a temperature of 1300 ° C to 1700 ° C, in particular from 1450 ° C to 1600 ° C.
  • abrasive grains based on alpha-A 03 are formed with a content of ZrCh of 5 wt.% To 30 wt.% And a density of 92% to 99.9% of the theoretical density, wherein the alpha-A 03 an average crystallite grain size from 0.5 ⁇ to 3 ⁇ and the ZrCh has a mean crystallite grain size of 0.25 ⁇ to 8 ⁇ .
  • the invention also relates to shaped ceramic abrasive grains which are produced by the process according to the invention.
  • the invention also relates to an abrasive article comprising shaped ceramic abrasive grains made by the process of the invention.
  • Figure 1 is a schematic view of one embodiment of the shaped ceramic abrasive grain of the invention.
  • Figure 2 is a detail of a schematic sectional view of an embodiment of the abrasive article according to the invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the grinding performance of the abrasive article according to FIG. 2
  • FIG. 4 shows a flow chart for illustrating the method steps for producing the shaped ceramic abrasive grain.
  • FIG. 1 schematically shows an exemplary embodiment of a shaped ceramic abrasive grain 10 according to the invention.
  • the geometric shape of the abrasive grain 10 is formed by a regular three-sided straight prism having the side edges 12 and the height 14.
  • the base 16 and the top surface 18 are accordingly each formed by three equal side edges 12.
  • the base 16 and the top surface 18 are the same size and are spaced apart by the height 14.
  • the three side surfaces 17 are formed by rectangles and are the same size.
  • the side edges 12 have a length of 1400 ⁇ .
  • the height 14 is 410 ⁇ .
  • the length of the side edge 12 may also be 1330 ⁇ and the height 14 400 ⁇ .
  • FIG. 2 shows a section of an exemplary embodiment of an abrasive article 50 according to the invention with abrasive grains 10 in a schematic sectional view.
  • the abrasive article 50 in the illustrated embodiment is a coated abrasive article 50 having a carrier element 52 of vulcanized fiber.
  • the vulcanized fiber support element 52 serves as a flexible support for the abrasive grains 10.
  • Vulcanized fiber is a composite of pulp, particularly cotton or cellulose fibers, and is well known to those skilled in the art as a flexible support for prior art abrasive articles.
  • the abrasive grains 10 are fixed on the support element 52 by means of a base binder 54, for example of phenolic resin.
  • the layer of base binder 54 and abrasive grains 10 is coated with a capping agent 56, for example, phenolic resin.
  • the process according to the invention for the production of shaped ceramic abrasive grains is explained in more detail with reference to the flowchart according to FIG.
  • the manufacturing method 100 includes the following steps.
  • a first step 110 the production of a slip from at least one alpha-A Os powder, a ZrCh powder and a dispersing agent, wherein in the slurry, a solids content of 50 wt.% To 90 wt.% And a mean particle size of 0 , 1 ⁇ is up to 8 ⁇ .
  • the filling of the slip takes place in depressions of a casting mold, wherein the depressions have a defined geometry.
  • abrasive grain precursors are removed from the wells.
  • a fifth step 150 the sintering of the abrasive grain precursors into alpha-A03-based abrasive grains having a ZrCh content of 5 wt% to 30 wt% and a density of 92% to 99.9% of the theoretical density is performed in which the alpha-A Os has an average crystallite grain size of 0.5 ⁇ m to 3 ⁇ m and the ZrCh has an average crystallite grain size of 0.25 ⁇ m to 8 ⁇ m.
  • Figure 3 is a graph showing the grinding performance of different abrasive articles made with shaped ceramic abrasive grains having different amounts of ZrO2. In the diagram is on the y-axis as a measure of the
  • an abrasive article having single phase shaped ceramic abrasive grains containing no ZrO 2 (0 wt% ZrCh) (hereinafter also referred to as Variant A) was used.
  • the abrasive grains of variants AZ22, AZ16 and A were prepared as follows. First, a slurry was prepared for each of the variants AZ22, AZ16 and A (see Figure 4, step 110).
  • the amounts listed in Table 1 of water as a dispersant and Dolapix as a dispersant with the amounts listed in Table 1 of powdered alpha-A Os, powdered ZrÜ2 (for the variants AZ22, AZ16) and powdered MgO were homogenized in a dissolver.
  • the powdered ZrO2 was partially stabilized ZrO2 (containing 3 mol% of Y2O3 stabilized ZrCh).
  • the slip was further followed by the other amounts listed in Table 1 of the organic additives Optapix AC 112 as a binder, Glydol N109 as a network medium and glycerol added as a humectant. Subsequently, the slurry was ground in a ball mill. The finished slip had an average particle size of 0.2 ⁇ m.
  • the finished slip was filled into depressions of a casting mold for each of the three variants AZ22, AZ16 and A in a subsequent step, the depressions having a defined geometry (compare FIG. 4, step 120).
  • the Schlickers were filled into the wells manually by means of a hand doctor blade.
  • the mold was in the form of a 3 mm thick plate and was made of silicone.
  • the mold had a multiplicity of depressions of the same geometry.
  • the cavities in the mold were formed as negative molds of a regular three-sided straight prism having an edge length of 1.7 mm and a depth of 0.5 mm.
  • the slip was dried in the depressions of the casting mold (compare FIG. 4, step 130).
  • the drying was carried out at a temperature of 40 ° C for a period of about 1 hour.
  • abrasive grain precursors having a solids content of, for example, 96% by weight could be obtained.
  • the abrasive grain precursors were removed from the wells of the mold (see Figure 4, step 140).
  • the mold was a tight Radius deflected.
  • the demolding was also mechanically supported by a brush.
  • the abrasive grain precursors were sintered into abrasive grains (see Figure 4, step 150).
  • the sintering was carried out at a temperature of 1530 ° C for a duration of 120 minutes for the variants AZ16 and AZ22 and at a temperature of 1560 ° C for a duration of 180 minutes for the variant A.
  • the abrasive grains had a density of 98% (variant AZ22), 97% (variant AZ16) and 95% (variant A95) of the theoretical density.
  • the abrasive grains had a ZrCh content of 16% by weight (variant AZ16, inventive example 1), 22% by weight (variant AZ22, inventive example 2) and 0% by weight (variant A, comparative example).
  • the average crystallite grain size of the alpha-A Os was 1.28 ⁇ m
  • the mean crystallite grain size of the alpha-A Os was 1.39 ⁇ m.
  • the average crystallite grain size of the ZrCh was 0.61 ⁇ in the variant AZ22 and 0.57 ⁇ in the variant AZ16.
  • the respective abrasive articles 50 in the form of abrasive wheels made with abrasive grains AZ22, AZ16 and A were constructed as follows (see Fig. 2).
  • As the support member 52 a fiber disk made of vulcanized fiber having a diameter of 180 mm and a thickness of 0.8 mm was used, respectively.
  • As the base binder 54 a mixture of phenolic resin (35-50 wt.%) And chalk (30-45 wt.%) was used.
  • the amount of base binder used was 100-120 g / m 2 in the wet state.
  • the amount of abrasive grains 10 applied to the backing member 52 with base binder 54 was 640-740 g / m 2 .
  • the cap binder 56 employed for the AZ22 and AZ16 variants was a mixture of phenolic resin (20-30% by weight), chalk / kaolin mixture 1: 1 (30-40% by weight) and cryolite (5-20% by weight) ,
  • a mixture of phenolic resin (20-30% by weight), chalk (35-45% by weight) and cryolite (5-20% by weight) was used as the capping agent 56.
  • the amount of capping agent used was 760-950 g / m 2 in the wet state.
  • the respective grinding wheel was driven at a speed of 4181 rpm and the workpieces were fed past the grinding wheel at a feed rate of 1.5 mm / s.
  • the workpieces were pressed with a weight of 6 kg to the grinding wheel.
  • the graph of FIG. 3 shows a significantly increased grinding performance for the two abrasive grains AZ22 and AZ16 compared to the single-phase abrasive grain A. Further, the graph shows a higher grinding performance for the abrasive grain AZ22 compared to the abrasive grain AZ16 in a first phase of the grinding test (FIGS about 35 plates) and vice versa a higher grinding performance for the abrasive grain AZ16 compared to the abrasive grain AZ22 in a second phase of the grinding test (from about 35 plates to 80 plates). In the first phase of the grinding test, the wear of the abrasive grains is less than in the second phase (from about 35 plates to 80 plates).

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein geformtes keramisches Schleifkorn, auf Basis von alpha-Al2O3, enthaltend einen Anteil an ZrO2 von 5 Gew.% bis 30 Gew.%, wobei das alpha-Al2O3 eine mittlere Kristallitkorngröße von 0,5 µm bis 3 µm und das ZrO2 eine mittlere Kristallitkorngröße von 0,25 µm bis 8 µm aufweist, sowie einen Schleifartikel mit derartigen Schleifkörnern und ein Verfahren zur Herstellung derartiger Schleifkörner.

Description

Beschreibung Titel
Geformtes keramisches Schleifkorn sowie Verfahren zur Herstellung eines geformten keramischen Schleifkorns
Die Erfindung betrifft ein geformtes keramisches Schleifkorn, einen Schleifartikel sowie ein Verfahren zur Herstellung eines geformten keramischen Schleifkorns.
Stand der Technik
Geformte keramische Schleifkörner auf Basis von alpha-A 03 (alpha-Aluminiumoxid) sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei geformten Schleifkörnern handelt es sich um Schleifkörner, welche eine definierte Form und eine definierte Größe haben. Die Schleifkörner erhalten ihre definierte Form und definierte Größe aufgrund eines definierten Formgebungsprozesses. So sind zum Beispiel in WO 2014/020075 AI verschiedene vorteilhafte Geometrien für keramische Schleifkörner beschrieben. Aus dem Stand der Technik sind ferner nicht geformte bzw. unregelmäßig geformte Schleifkörner bekannt, welche auch als gebrochene Schleifkörner bezeichnet werden. Der Vorteil von geformten keramischen Schleifkörnern liegt in ihrer höheren Schleifleistung gegenüber nicht geformten bzw. unregelmäßig geformten Schleifkörnern.
Zur Herstellung von geformten keramischen Schleifkörnern sind aus dem Stand der Technik unter anderem zwei Verfahren bekannt, welche ebenfalls in WO 2014/020075 AI beschrieben sind. Als Ausgangsstoff für die Herstellung von geformten keramischen Schleifkörnern ist alpha-A Os aus dem Stand der Technik bekannt. Wird alpha-A 03 als Ausgangsstoff verwendet, eignet sich insbesondere das sogenannte Schlicker- Verfahren für die Herstellung der Schleifkörner. Es ist aus dem Stand der Technik auch bekannt, Vorläuferprodukte des alpha-A Os, die erst bei der Herstellung der Schleifkörner in alpha-A Os umgewandelt werden, als Ausgangsstoff für die Herstellung zu verwenden. Beispiele für geeignete Vorläuferprodukte sind die Aluminiumoxidhydroxide Böhmit (gamma-AIO(OH)) und Diaspor (alpha-AIO(OH)) sowie die Aluminiumorthohyd- roxide Gibbsit (gamma-AI(OH)3) und Bayerit (alpha-AI(OH)3). Für die Herstellung der Schleifkörner aus diesen Vorläuferprodukten wird das sogenannte Sol-Gel-Verfahren verwendet, das Schleifkörner von sehr feiner Mikrostruktur hervorbringt.
Es existiert zahlreiche Literatur zu geformten und teilweise geformten Sol-Gel-Schleif- körnern. Auch der Einfluss von ZrCh (Zirkonoxid) in Sol-Gel-Schleifkörnern ist bereits vielfach untersucht worden. Der Ausgangsstoff, alpha-A Os oder Vorläuferprodukt des alpha-A Os, und das Herstellverfahren, Sol-Gel-Verfahren oder Schlicker-Verfahren, bewirken jedoch Unterschiede im Verhalten der daraus hergestellten geformten keramischen Schleifkörner.
Offenbarung der Erfindung Die Erfindung geht aus von einem geformten keramischen Schleifkorn, auf Basis von alpha-A 03 (alpha-Aluminiumoxid). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das geformte keramische Schleifkorn auf Basis von alpha-A 03 einen Anteil an ZrCh (Zirkonoxid) von 5 Gew.% bis 30 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des geformten keramischen Schleifkorns, enthält. Dabei weist das alpha-A 03 eine mittlere Kristallitkorn- größe von 0,5 μηη bis 3 μηη, vorzugsweise von 0,6 μηη bis 2 μηη, auf, und das ZrCh eine mittlere Kristallitkorngröße von 0,25 μηη bis 8 μηη, vorzugsweise von 0,3 μηη bis 1,5 μηη. Insbesondere ist das ZrCh mit einem Anteil von 10 Gew.% bis 25 Gew.%, ganz insbesondere von 15 Gew.% bis 22 Gew.%, enthalten. Es wurde gefunden, dass sich ein erhöhter Anteil an ZrCh auf die Schleifleistung von
Schleifartikeln, die mit den erfindungsgemäßen Schleifkörnern bestückt sind, vorteilhaft auswirkt. Es wird vermutet, dass durch den erhöhten Anteil an ZrCh ein kontinuierlicher, mikrokristalliner Abbau der Schleifkörner erreicht wird, der fortlaufend neue und scharfe Schneidkanten freisetzt. Ein erhöhter Anteil an ZrCh könnte mit einer erhöhten Anzahl an Schwachstellen im Gefüge der Schleifkörner verbunden sein, die sich positiv auf die Schleifeigenschaften der Schleifkörner auswirken. Ein Schleifkorn mit einem Anteil an alpha-A 03 und ZrC^ wird auch als zweiphasiges Schleifkorn bezeichnet.
Unter einem geformten Schleifkorn wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Schleifkorn verstanden, welches eine definierte Geometrie aufweist. Ein geformtes Schleifkorn von definierter Geometrie weist eine definierte dreidimensionale Form von definierter Größe auf. Die definierte Form von definierter Größe wird durch einen definierten Formgebungsprozess bei der Herstellung des Schleifkorns erhalten. Die definierte Geometrie des geformten Schleifkorns soll reproduzierbar sein. Das geformte Schleifkorn soll wiederholt und gezielt in der gewünschten definierten Geometrie herstellbar sein. Ein geformtes Schleifkorn ist insbesondere kein gebrochenes oder teilweise gebrochenes Schleifkorn, welches durch Zerkleinern, insbesondere Brechen, herstellbar ist.
Als definierte dreidimensionale Formen kommen insbesondere geometrische Körper in Frage, die zwei oder mehr Flächen, eine oder mehrere Kanten und eine oder mehrere Ecken und/oder Spitzen haben. Eine oder mehrere Flächen der geometrischen Körper können eben oder gekrümmt sein. Eine gekrümmte Fläche kann konkav oder konvex sein. Eine oder mehrere Kanten und/oder eine oder mehrere Ecken und/oder eine oder mehrere Spitzen können scharf oder abgerundet sein. Eine oder mehrere Kanten können eine Fase aufweisen. Beispiele für geometrische Körper, die sich für geformte Schleifkörner eignen, sind Polyeder, zum Beispiel Tetraeder, Pentaeder, Hexaeder und andere. Alternativ zu Polyeder sind auch Rotationskörper, zum Beispiel Kegel, Zylinder und andere, für geformte Schleifkörner geeignet. Der geometrische Körper des geformten Schleifkorns kann insbesondere ein Prisma, eine Pyramide, ein Zylinder oder ein Kegel sein.
Dabei weist das geformte Schleifkorn zumindest eine Grundfläche auf, die mehreckig, zum Beispiel dreieckig oder viereckig, oder nicht eckig bzw. gekrümmt, zum Beispiel rund oder oval, sein kann. Bei einer Grundfläche mit mehreren Ecken können eine o- der mehrere Seitenkanten gerade oder gekrümmt sein. Der geometrische Körper weist außerdem insbesondere zumindest eine Seitenfläche auf. Weist das keramische Schleifkorn zumindest eine Grundfläche, zumindest eine Seitenfläche und zumindest eine Spitze auf, so kann es nach Art eines Kegels geformt sein. Der geometrische Kör- per kann insbesondere eine Grundfläche und mehrere Seitenflächen sowie zumindest eine Spitze aufweisen. Ein derartiges Schleifkorn kann nach Art einer Pyramide geformt sein. Die zumindest eine Seitenfläche kann eine Mantelfläche bilden. Alternativ oder zusätzlich kann der geometrische Körper des geformten Schleifkorns zumindest eine Deckfläche aufweisen, die mehreckig, zum Beispiel dreieckig oder viereckig, oder nicht eckig bzw. gekrümmt, zum Beispiel rund oder oval, sein kann. Bei einer Deckfläche mit mehreren Ecken können eine oder mehrere Seitenkanten gerade oder gekrümmt sein. Die zumindest eine Deckfläche und die zumindest eine Grundfläche können die gleiche geometrische Form oder unterschiedliche geometrische Formen haben. Die Deckfläche und die Grundfläche können im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein. Sie können jedoch auch winklig zueinander angeordnet sein. Der Flächeninhalt der Grundfläche und der Deckfläche kann im Wesentlichen gleich groß oder verschieden groß sein.
Die zumindest eine Deckfläche ist mit der Grundfläche über zumindest eine Seitenfläche verbunden. Dabei kann die zumindest eine Seitenfläche eine Mantelfläche zwischen der Grundfläche und der Deckfläche bilden. Wird die Grundfläche und die Deckfläche von je einem Vieleck mit einer Anzahl n an Ecken gebildet, so kann das geformte Schleifkorn zum Beispiel n Seitenflächen aufweisen. Der geometrische Körper kann nach Art eines Prismas mit einer Grundfläche und einer Deckfläche sowie mehreren Seitenflächen geformt sein. Der geometrische Körper kann auch nach Art eines Zylinders mit einer Grundfläche und einer Deckfläche sowie einer Seitenfläche geformt sein. Ferner kann der geometrische Körper mit einer Grundfläche und einer Deckfläche sowie mehreren Seitenflächen auch nach Art eines Pyramidenstumpfes geformt sein. Weiterhin kann der geometrische Körper mit einer Grundfläche und einer Deckfläche sowie einer Seitenfläche auch nach Art eines Kegelstumpfes geformt sein. Die zumindest eine Grundfläche und/oder Deckfläche kann zum Beispiel durch ein gleichseitiges und gleichwinkliges Vieleck, insbesondere ein gleichseitiges und gleichwinkliges Dreieck oder Viereck, gebildet sein. Alternativ kann die zumindest eine Grundfläche auch von einem nicht gleichseitigen Vieleck gebildet sein. Ferner eignen sich gerade oder schiefe geometrische Körper. So kann das geformte Schleifkorn zum Beispiel ein gerades oder schiefes Prisma, eine gerade oder schiefe Pyramide, ein gerader oder schiefer Zylinder oder ein gerader oder schiefer Kegel sein.
Weist der geometrische Körper des geformten Schleifkorns zumindest eine Grundfläche, zumindest eine Deckfläche und eine oder mehrere Seitenfläche auf, so ist der Körper des Schleifkorns vorzugsweise flach ausgebildet. Als ein flacher geometrischer Körper wird ein Körper angesehen, dessen zumindest eine Grundfläche und/oder Deckfläche eine, insbesondere maximale Erstreckung aufweist, die um ein Vielfaches größer als eine, insbesondere maximale Erstreckung zwischen der Grundfläche und der Deckfläche entlang der einen oder mehreren Seitenflächen ist. Die Erstreckung der Grundfläche und/oder Deckfläche kann zum Beispiel von einer Länge einer Seiten- kante der Grundfläche und/oder Deckfläche definiert sein. Die Erstreckung zwischen der Grundfläche und der Deckfläche entlang einer Seitenfläche kann von einer Dicke des Körpers definiert sein. So kann das Verhältnis von Erstreckung der Grundfläche und/oder Deckfläche zu Erstreckung zwischen Grundfläche und Deckfläche des geometrischen Körpers zum Beispiel in einem Bereich von 2 bis 10, insbesondere in einem Bereich von 2 bis 5 betragen. So beträgt zum Beispiel das Verhältnis von Seitenkan- tenlänge zu Dicke des geometrischen Körpers von 2 bis 10, insbesondere von 2 bis 5.
Das geformte Schleifkorn von definierter Geometrie kann auch durch eine beliebige dreidimensionale Form gebildet sein, die reproduzierbar hergestellt werden kann. Unter einer beliebigen dreidimensionalen reproduzierbaren Form soll eine Form verstanden werden, bei der in freier Form mehrere Flächen zusammen einen dreidimensionalen Körper bilden.
In einer Ausführungsform kann die definierte dreidimensionale Form des keramischen Schleifkorns ein regelmäßiges dreiseitiges gerades Prisma sein. Das keramische
Schleifkorn weist dabei eine Grundfläche und eine Deckfläche auf, die jeweils von drei gleich langen Seitenkanten gebildet werden. Dabei sind die Grundfläche und die Deckfläche im Wesentlichen gleich groß. Die Grundfläche und die Deckfläche sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Die Grundfläche und die Deckfläche sind durch drei im Wesentlichen gleiche Seitenflächen voneinander beabstandet, welche eine Mantelfläche des Prismas bilden. Das regelmäßige dreiseitige gerade Prisma ist insbesondere flach ausgebildet. Das Verhältnis von Seitenkantenlänge zu Dicke des Prismas liegt zum Beispiel in einem Bereich von 2 bis 10, insbesondere in einem Bereich von 2 bis 5, ganz insbesondere in einem Bereich von 2,75 bis 4,75.
Es versteht sich, dass bei einem realen geformten Schleifkorn herstellungsbedingt Abweichungen von einem idealen bzw. exakten geometrischen Körper auftreten können. Je nach Herstellungsverfahren und je nach Formgebungsverfahren treten unterschiedlich stark ausgeprägte Abweichungen auf. So können zum Beispiel durch das Herstel- lungsverfahren insbesondere an den Kanten, Ecken und/oder Spitzen Verrundungen auftreten. Ferner kann eine oder mehrere Flächen, zum Beispiel eine Grund-, Deckoder Seitenfläche, des geometrischen Körpers in unregelmäßiger Weise Unebenheiten aufweisen. Diese können zum Beispiel durch Lufteinschlüsse gebildet sein. Verformungen können zum Beispiel auch durch einen Trocknungsprozess auftreten.
Als Ausgangsstoff für die Herstellung des erfindungsgemäßen keramischen Schleifkorns wird alpha-A 03 verwendet. Alpha-A G^ ist dem Fachmann an sich bekannt und im Handel, zum Beispiel in Pulverform, erhältlich. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird also von alpha-A 03 selbst als Ausgangsstoff ausgegangen. Es wird insbesondere kein Vorläuferprodukt des alpha-A Os, wie zum Beispiel Böhmit (gamma- AIO(OH)), als Ausgangsstoff verwendet.
Als Ausgangsstoff für die Herstellung des erfindungsgemäßen keramischen Schleifkorns wird ferner ZrCh verwendet. ZrCh ist dem Fachmann ebenfalls an sich bekannt und im Handel, zum Beispiel in Pulverform, erhältlich.
Unter einer mittleren Kristallitkorngröße wird hier die Korngröße des alpha-A Os- bzw. ZrG Kristallitkorns in dem geformten keramischen Schleifkorn verstanden. Es wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung gefunden, dass eine geringe mittlere Kristallitkorngröße einen höheren Werkstoffabtrag als eine größere mittlere Kristallitkorngröße erzielt. Dabei bedeutet eine mittlere Kristallitkorngröße, dass ein Mittelwert aus einer bestimmten Anzahl an Messwerten für die Kristallitkorngröße gebildet wird. Die Kristallitkorngröße kann mittels an sich bekannter Verfahren, wie zum Beispiel REM- oder XRD-Analyse, bestimmt werden. Zum Beispiel können die Abbildungen einer REM- Analyse mit Hilfe des Linienschnittverfahrens ausgewertet werden. Das Linienschnitt- verfahren (auch als Linienverfahren bezeichnet) ist dem Fachmann aus der Gefügeanalyse an sich bekannt. Dabei wird für die Bestimmung der Korngröße ein Mittelwert aller gemessenen Schnittsegmentlängen gebildet. Gegebenenfalls kann bei der Ermittlung des Mittelwerts noch ein Korrekturfaktor berücksichtigt werden.
In einer Ausführungsform beträgt ein Verhältnis der mittleren Kristallitkorngröße des al- pha-A Os zu der mittleren Kristallitkorngröße des ZrCh von 0,4 bis 7.
In einer weiterführenden Ausbildung enthält das Schleifkorn einen Stabilisator zur Stabilisierung des ZrÜ2 mit einem Anteil von maximal 20 Gew.%, wobei der Stabilisator ein Oxid der Metalle Yttrium, Magnesium, Calcium oder Cer oder eine Mischung zweier o- der mehrerer dieser Oxide ist. Als Stabilisator eignen sich insbesondere Y2O3, Ce02, MgO, CaO. Ein derartiges ZrÜ2 wird auch als stabilisiertes ZrÜ2 bezeichnet. Im Handel erhältlich ist beispielsweise ein mit 3 Mol% an Y2O3 stabilisiertes ZrÜ2, welches im Handel auch unter der Bezeichnung 3Y-TZP bekannt ist. Die Stabilisierung bewirkt, dass das ZrÜ2 beim Abkühlen in der tetragonalen Phase bleibt und nicht in die mono- kline Phase übergeht. Die Stabilisierung kann auch bewirken, dass das ZrÜ2 beim Abkühlen in der kubischen Phase bleibt und nicht in die tetragonale Phase übergeht. Enthält das ZrÜ2 hingegen keinen Stabilisator spricht man auch von unstabilisiertem ZrÜ2. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem stabilisierten ZrÜ2 nicht nur ein vollständig stabilisiertes oder im Wesentlichen vollständig stabilisiertes ZrÜ2 verstanden, sondern auch ein teilstabilisiertes ZrÜ2. Zum Beispiel geht ein teilstabilisiertes beim Abkühlen zumindest teilweise in die tetragonale Phase über. Insbesondere soll das ZrÜ2 zumindest soweit stabilisiert sein, dass es beim Abkühlen nicht oder zumindest nicht vollständig in die monokline Phase übergeht.
Des Weiteren enthält das Schleifkorn bevorzugt MgO mit einem Anteil von maximal 0,5 Gew.%, insbesondere 0,02 Gew.% bis 0,4 Gew.%. Das MgO kann insbesondere als Mittel zur Hemmung des Kornwachstums dienen. MgO ist dem Fachmann an sich bekannt und im Handel zum Beispiel in Pulverform erhältlich.
Das geformte keramische Schleifkorn enthält ferner vorzugsweise S1O2 mit einem Anteil von 0,01 Gew.% bis 2 Gew.%, insbesondere von 0,015 Gew.% bis 1 Gew.%, ganz insbesondere von 0,02 Gew.% bis 0,5 Gew.%. Ein niedriger Anteil an S1O2 wirkt insbe- sondere in der Weise, dass ein Riesenkornwachstum im Gefüge verhindert bzw. reduziert wird und damit die Schleifleistung verbessert wird.
In einer Ausführungsform enthält das geformte keramische Schleifkorn Na2Ü mit einem Anteil von 0,01 Gew.% bis 0,5 Gew.%, vorzugsweise von 0,015 Gew.% bis 0,2 Gew.%. Ein niedriger Anteil an Na2Ü kann insbesondere bewirken, dass ein Riesenkornwachstum im Gefüge verhindert bzw. eingeschränkt wird und damit die Schleifleistung verbessert wird.
In einer Variante enthält das geformte keramische Schleifkorn CaO mit einem Anteil von 0,01 Gew.% bis 0,03 Gew.%. Auch ein niedriger Anteil an CaO kann insbesondere bewirken, dass ein Riesenkornwachstum im Gefüge verhindert bzw. verringert wird und damit die Schleifleistung verbessert wird.
Ferner ist in einer Variante des geformten keramischen Schleifkorns Fe2Ü3 mit einem Anteil von 0,01 Gew.% bis 0,2 Gew.% enthalten. Ein niedriger Anteil Fe2Ü3 bewirkt insbesondere, dass ein Riesenkornwachstum im Gefüge verhindert bzw. vermindert wird und damit die Schleifleistung verbessert wird.
Das geformte keramische Schleifkorn hat insbesondere eine Dichte, welche von 92% bis 99,9%, insbesondere von 96% bis 99,9%, der theoretischen Dichte beträgt. Eine hohe Dichte bewirkt eine größere Festigkeit der Schleifkörner und geht mit einer geringeren Anzahl an Poren einher. Die Dichte des Schleifkorns kann mit an sich bekannten Verfahren, zum Beispiel Quecksilberporosimetrie, bestimmt werden. Es wurde gefunden, dass eine hohe Anzahl an Poren unerwünscht ist. Dabei wird vermutet, dass bei einer hohen Anzahl an Poren beim Schleifen eines Werkstücks mit dem geformten keramischen Schleifkorn Verrundungen an den Schneidkanten auftreten und metallischer Schleifstaub in die Poren eingetragen wird.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Schleifartikel, welcher geformte keramische Schleifkörner auf Basis von alpha-A 03 mit einem Anteil an ZrCh von 5 Gew.% bis 30 Gew.% enthält, wobei das alpha-A 03 eine mittlere Kristallitkorngröße von 0,5 μηη bis 3 μηη aufweist, und das ZrCh eine mittlere Kristallitkorngröße von 0,25 μηη bis 8 μηη aufweist.
In einer Variante des Schleifartikels sind neben den geformten keramischen Schleifkörnern auch nicht geformte, insbesondere gebrochene, Schleifkörner und/oder teilweise geformte Schleifkörner enthalten. Diese nicht geformten Schleifkörner und/oder teilweise geformten Schleifkörner dienen zum Beispiel als Stützkörner. In dieser Variante des Schleifartikels beträgt der Anteil an geformten keramischen Schleifkörnern zum Beispiel maximal 80%, insbesondere von 50% bis 80%, ganz insbesondere von 60% bis 70%, bezogen auf die Gesamtmenge an Schleifkörnern. Nicht geformte keramische Schleifkörner weisen im Unterschied zu geformten keramischen Schleifkörnern keine definierte Geometrie auf. Sie weisen keine definierte dreidimensionale Form von definierter Größe auf. Bei der Herstellung derartiger Schleifkörner findet kein definierter Formgebungsprozess statt. Nicht geformte Schleifkörner sind von unregelmäßiger Gestalt und sind zufällig geformt. Sie können durch Zerkleinern, zum Beispiel durch Brechen, hergestellt werden, wobei das Zerkleinern auf zufällige Weise erfolgt, so dass die Schleifkörner von Bruchstücken gebildet sind. Derartige nicht geformte, insbesondere gebrochene Schleifkörner sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Ihre Herstellung ist zum Beispiel in EP 947485 AI beschrieben. Teilweise geformte keramische Schleifkörner weisen im Unterschied zu geformten keramischen Schleifkörnern keine vollständig definierte Geometrie auf. Teilweise geformte Schleifkörner weisen im Unterschied zu nicht geformten Schleifkörnern teilweise eine definierte Geometrie mit einer teilweise definierten dreidimensionalen Form von teilweise definierter Größe auf. Zum Beispiel weisen teilweise geformte Schleifkörner zumindest eine definierte Seitenfläche, insbesondere zumindest zwei definierte Seitenflächen auf, und/oder zumindest eine definierte Kante, insbesondere zumindest zwei definierte Kanten. Teilweise geformte Schleifkörner weisen zumindest eine zufällig geformte Seitenfläche und/oder zumindest eine zufällig geformte Kante auf. Derartige Schleifkörner können beispielsweise hergestellt werden, indem zunächst eine Formgebung zu einem Vorläuferprodukt und anschließend eine Zerkleinerung des Vorläuferprodukts erfolgt. So kann zum Beispiel zunächst eine Schicht mit zwei im Wesentlichen planparallelen Seitenflächen geformt werden. Diese Schicht kann anschließend in zufälliger Weise zerkleinert werden, wodurch unregelmäßig geformte Bruchkanten entstehen. Derartige teilweise geformte Schleifkörner sind beispielsweise beschrieben in DE 102015108812 AI.
Weiterhin umfasst der Schleifartikel in einer Variante neben den zweiphasigen geformten keramischen Schleifkörnern mit einem Anteil an ZrCh von 5 Gew.% bis 30 Gew.% auch einphasige geformte keramische Schleifkörner auf Basis von alpha-A Os. Unter einem einphasigen Schleifkorn wird ein Schleifkorn aus alpha-A Os mit einem Anteil an ZrC^ von im Wesentlichen 0 Gew.% verstanden. Ein einphasiges Schleifkorn hat demnach im Wesentlichen keinen Anteil an ZrCh. Ein einphasiges Schleifkorn ist im Wesentlichen frei von ZrCh. Unter dem Ausdruck„frei von" bzw.„im Wesentlichen frei von" bzw.„kein Anteil an" bzw.„im Wesentlichen kein Anteil an" wird verstanden, dass ein geringfügiger Anteil an ZrCh, zum Beispiel durch Verunreinigung, nicht völlig ausgeschlossen werden kann. In dieser Variante umfasst der Schleifartikel eine Mischung aus zweiphasigen geformten keramischen Schleifkörnern und einphasigen geformten keramischen Schleifkörnern. Bezogen auf die Gesamtmenge an geformten keramischen Schleifkörnern eines derartigen Schleifartikels beträgt der Anteil an einphasigen geformten keramischen Schleifkörnern maximal 80%, insbesondere größer als 0% und maximal 80%, ganz insbesondere mindestens 5% und maximal 50%, gegenüber dem Anteil an zweiphasigen geformten keramischen Schleifkörnern.
In einer weiteren Variante des Schleifartikels können neben den zweiphasigen und ein- phasigen geformten keramischen Schleif körnern auch nicht geformte, insbesondere gebrochene, Schleifkörner und/oder teilweise geformte Schleifkörner enthalten sein. Diese wirken beispielsweise als Stützkörner.
Es wurde gefunden, dass ein Schleifartikel mit einer Mischung aus einphasigen geformten keramischen Schleifkörnern und zweiphasigen geformten keramischen Schleifkörnern ebenfalls eine erhöhte Schleifleistung liefert. Ein solcher Schleifartikel hat gegenüber einem Schleifartikel mit zweiphasigen geformten Schleifkörnern ohne einen Anteil an einphasigen geformten Schleifkörnern den Vorteil, dass der Schleifartikel kostengünstiger ist.
Bei dem Schleifartikel handelt es sich insbesondere um einen beschichteten Schleifartikel. Der Schleifartikel umfasst insbesondere eine flexible Unterlage mit zumindest einer Schicht, insbesondere aus Papier, Pappe, Vulkanfiber, Schaumstoff, einem Kunststoff, einem textilen Gebilde, insbesondere einem Gewebe, Gewirke, Gestricke, Geflecht, Vlies, oder einer Kombination dieser Materialien, insbesondere Papier und Gewebe, in einer oder mehreren Schichten. Die flexible Unterlage verleiht dem Schleifarti- kei hinsichtlich Haftung, Dehnung, Reiss- und Zugfestigkeit, Flexibilität und Stabilität spezifische Eigenschaften. Bei einem beschichteten Schleifartikel haften die Schleifkörner insbesondere mittels eines Grundbinders auf der flexiblen Unterlage. Mit dem Grundbinder werden die Schleifkörner insbesondere in der gewünschten Stellung und Verteilung auf der Unterlage vorfixiert. Dem Fachmann sind geeignete Grundbinder zum Anbringen von Schleifkörnern auf einer flexiblen Unterlage aus dem Stand der Technik hinlänglich be- kannt. Als Grundbinder kommen insbesondere Kunstharze, wie zum Beispiel Phenolharz, Epoxidharz, Harnstoffharz, Melaminharz, Polyesterharz, in Betracht. Zusätzlich zu dem Grundbinder kann der Schleifartikel zumindest einen Deckbinder, beispielsweise zwei Deckbinder, aufweisen. Der oder die Deckbinder sind insbesondere schichtweise auf dem Grundbinder und den Schleifkörnern aufgebracht. Dabei verbindet der oder die Deckbinder die Schleifkörner fest untereinander und fest mit der Unterlage. Dem Fachmann sind ferner geeignete Deckbinder aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Als Deckbinder kommen insbesondere Kunstharze, wie zum Beispiel Phenolharz, Epoxidharz, Harnstoffharz, Melaminharz, Polyesterharz, in Betracht. Darüber hinaus können weitere Bindemittel und/oder Zusatzstoffe vorgesehen sein, um dem Schleifartikel spezifische Eigenschaften zu verleihen. Derartige Bindemittel und/oder Zusatzstoffe sind dem Fachmann geläufig.
Alternative Schleifartikel, wie zum Beispiel gebundene Schleifartikel, sind ebenfalls möglich. Bei gebundenen Schleifartikeln handelt es sich insbesondere um kunstharzgebundene Trenn- und Schruppscheiben, die dem Fachmann geläufig sind. Für kunstharzgebundene Trenn- und Schruppscheiben wird aus Schleifmineralien sowie Füllstoffen, Pulverharz und Flüssigharz eine Masse gemischt, die dann zu Trenn- und Schruppscheiben in verschiedenen Stärken und Durchmessern gepresst werden.
Der Schleifartikel kann in unterschiedlichen Konfektionsformen vorliegen, zum Beispiel als Schleifscheibe oder als Schleifband, als Bogen, Rollen oder Streifen.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Herstellung von geformten keramischen Schleifkörnern, welches die folgenden Schritte umfasst:
a) Herstellen eines Schlickers aus zumindest einem alpha-A Os-Pulver, einem
ZrÜ2-Pulver und einem Dispersionsmittel, wobei in dem Schlicker ein Feststoffgehalt von 50 Gew.% bis 90 Gew.% und eine mittlere Partikelgröße von 0,1 μηη bis 8 μηη beträgt;
b) Einfüllen des Schlickers in Vertiefungen einer Gießform, wobei die Vertiefungen eine definierte Geometrie aufweisen;
c) Trocknen des Schlickers in den Vertiefungen zu Schleifkornvorläufern, wobei ein Feststoffgehalt der Schleifkornvorläufer von 85 Gew.% bis 99,9 Gew.% beträgt; d) Entfernen der Schleifkornvorläufer aus den Vertiefungen; e) Sintern der Schleifkornvorläufer zu Schleifkörnern auf Basis von alpha-A 03 mit einem Gehalt an ZrCh von 5 Gew.% bis 30 Gew.% und einer Dichte von 92% bis 99,9% der theoretischen Dichte, wobei das alpha-A 03 eine mittlere Kristallitkorn- größe von 0,5 μηη bis 3 μηη und das ZrCh eine mittlere Kristallitkorngröße von 0,25 μηη bis 8 μηη aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem Schlicker-Verfahren. Die Herstellung der erfindungsgemäßen geformten keramischen Schleifkörner erfolgt insbesondere nicht nach dem aus der Literatur hinlänglich bekannten Sol-Gel-Verfahren. Die einzelnen Verfahrensschritte werden nachfolgend näher erläutert.
Gemäß Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Schlicker aus zumindest einem alpha-A Os-Pulver, einem ZrC^-Pulver und einem Dispersionsmittel hergestellt. Als Dispersionsmittel eignet sich insbesondere Wasser. Für die Herstellung des Schlickers kann handelsübliches alpha-A Os-Pulver sowie handelsübliches ZrC^-Pulver der gewünschten Reinheit verwendet werden. Die Herstellung des Schlickers kann insbesondere in einem Dissolver erfolgen.
Der gemäß Schritt a) hergestellte Schlicker weist einen Feststoffgehalt von 50 Gew.% bis 90 Gew.% und eine mittlere Partikelgröße von 0,1 μηη bis 8 μηη auf. Die mittlere Partikelgröße des Feststoffanteils in dem Schlicker kann insbesondere von 0,1 μηη bis 4 μηη, ganz insbesondere von 0,1 μηη bis 2 μηη, und ferner insbesondere 0,1 μηη bis 1 μηη betragen. Es wurde gefunden, dass diese geringe mittlere Partikelgröße des Feststoffanteils in dem Schlicker die Bildung von Schleifkörnern mit verhältnismäßig geringer mittlerer Kristallitkorngröße begünstigt. Wie bereits eingangs erwähnt, wirkt sich eine verhältnismäßig geringe mittlere Kristallitkorngröße vorteilhaft auf die Schleifleistung aus.
Unter einer mittleren Partikelgröße wird der Wert D50 der Partikelgrößenverteilung verstanden, wobei der Wert D50 bedeutet, dass 50% der Partikel kleiner sind als der angegebene Wert. Dem Fachmann ist die Beschreibung einer Partikelgrößenverteilung anhand von D-Werten (zum Beispiel D10, D50, D90, D95, D99, D100) hinlänglich bekannt. Um eine mittlere Partikelgröße des Feststoffanteils in dem Schlicker von 0,1 μηη bis 8 μηη zu erzielen, kann der Schritt a) des Verfahrens auch einen Mahlvorgang umfassen. Der Mahlvorgang wird in einer Mühle, zum Beispiel einer Kugelmühle, vorgenommen. Insbesondere kann der Mahlvorgang nach der Dispergierung der pulverförmigen Anteile des alpha-A Os und des ZrCh in dem Dispersionsmittel erfolgen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird insbesondere im Schritt a) dem Schlicker ein Bindemittel hinzugefügt. Geeignete Bindemittel sind dem Fachmann geläufig. Zum Beispiel eignen sich insbesondere verschiedene Polysaccharide und Oligomere. Der fertige Schlicker enthält insbesondere einen Anteil an Bindemittel von 0,1 Gew.% bis 2 Gew.%. Das Bindemittel bewirkt eine höhere Festigkeit des Schleifkornvorläufers, also des ungesinterten Schleifkorns, und erleichtert dadurch die Handhabung, beispielsweise bei der Entformung des Schleifkornvorläufers aus der Gießform.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird insbesondere im Schritt a) dem Schlicker ein Feuchthaltemittel hinzugefügt. Als Feuchthaltemittel eignet sich insbesondere Gly- cerin. Der fertige Schlicker enthält insbesondere einen Anteil an Feuchthaltemittel von 0,2 Gew.% bis 10 Gew.%, insbesondere 0,5 Gew.% bis 8 Gew.%, ganz insbesondere 1 Gew.% bis 6 Gew.%. Das Feuchthaltemittel begünstigt den späteren Trocknungspro- zess gemäß Schritt c) und verhindert, dass der Schleifkornvorläufer zu trocken und damit brüchig wird.
Insbesondere im Schritt a) des Verfahrens können dem Schlicker weitere Zusatzstoffe hinzugefügt werden. Zum Beispiel kann ein Dispergiermittel zugegeben werden. Die Menge an zugegebenem Dispergiermittel beträgt zum Beispiel von 0,1 Gew.% bis 2 Gew.%.
Weiterhin kann ein Netzmittel, zum Beispiel ein Polyglykolether, zugegeben werden. Die Menge an zugegebenem Netzmittel beträgt zum Beispiel von 0,05 Gew.% bis 2 Gew.% von 0,1 Gew.% bis 0,6 Gew.%.
Gemäß Schritt b) wird der Schlicker in Vertiefungen einer Gießform eingefüllt, wobei die Vertiefungen eine definierte Geometrie aufweisen. Dieser Verfahrensschritt dient der Formgebung des Schlickers zur Ausbildung von geformten keramischen Schleifkörnern. Um geformte keramische Schleifkörner von definierter Geometrie zu erhalten, wird der Schlicker in Vertiefungen von definierter Geometrie eingebracht. Die Gießform enthält eine Vielzahl an Vertiefungen, in die der Schlicker eingefüllt wird. Die Vertiefungen haben eine definierte Geometrie, welche die Geometrie der geformten keramischen Schleifkörner definiert. Die Vertiefungen von definierter Geometrie bilden die Negativformen für die Herstellung des geformten keramischen Schleifkorns. Unter einer definierten Geometrie der Vertiefungen wird eine definierte dreidimensionale Form von definierter Größe im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden. Die Vielzahl an Vertiefungen der Gießform haben insbesondere alle die gleiche definierte Geometrie, um eine Vielzahl an geformten keramischen Schleifkörner von der gleichen Geometrie in einem Arbeitsschritt herzustellen. Alternativ kann die Gießform auch Vertiefungen von unterschiedlicher definierter Geometrie aufweisen, um geformte keramische Schleifkörner von unterschiedlicher Geometrie in einem Arbeitsschritt herzustellen. Die Vertiefungen sind insbesondere an der Oberseite der Gießform vorgesehen und sind zur Oberseite der Gießform hin offen ausgebildet, so dass der Schlicker von oben in die Vertiefungen eingefüllt werden kann. Das Einfüllen kann drucklos erfolgen. Überschüssiger Schlicker kann zum Beispiel mittels einer Rakel von der Oberfläche der Gießform entfernt werden. Die Gießform kann aus einem Metall, zum Beispiel Aluminium, oder aus einem Kunststoff, zum Beispiel Silikon, Polyurethan oder Polyvinylchlorid, gebildet sein.
Das Trocknen des Schlickers gemäß Schritt c) erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 25 °C bis 60 °C, insbesondere von 30 °C bis 50 °C. Das Trocknen erfolgt bevorzugt in einem Trocknungsofen. Während des Trocknens wird zumindest ein Teil des Dispersionsmittels entfernt. Das Trocknen dauert insbesondere von 5 Minuten bis 4 Stunden, ganz insbesondere von 20 Minuten bis 40 Minuten. Erfolgt das Trocknen bei zu hoher Temperatur innerhalb von relativ kurzer Zeit, treten durch Schwindung Verformungen der Schleifkornvorläufer auf, die in der Regel nicht gewünscht sind, um
Schleifkörner von definierter Geometrie zu erhalten. Durch den Schritt c) des Verfahrens werden Schleifkornvorläufer gebildet, die einen Feststoffgehalt von 85 Gew.% bis 99,9 Gew.% aufweisen.
In einem nachfolgenden Schritt d) werden die Schleifkornvorläufer aus den Vertiefungen entfernt. Dieser Verfahrensschritt des Entformens der Schleifkornvorläufer kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Die Schleifkornvorläufer können zum Beispiel mittels Schwerkraft aus den Vertiefungen entnommen werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Entfernen durch Umlenken der Gießform um einen verhältnismäßig engen Radius erfolgen. Das Entfernen kann durch zusätzliche Hilfsmittel, wie zum Beispiel Bürsten, Druckluft, Unterdruck und/oder Vibrationen, unterstützt werden.
In Schritt e) werden die Schleifkornvorläufer gesintert. Das Sintern der Schleifkornvorläufer erfolgt insbesondere bei einer Temperatur von 1300 °C bis 1700 °C, insbesondere von 1450 °C bis 1600 °C. Dabei werden Schleifkörner auf Basis von alpha-A 03 mit einem Gehalt an ZrCh von 5 Gew.% bis 30 Gew.% und einer Dichte von 92% bis 99,9% der theoretischen Dichte gebildet, wobei das alpha-A 03 eine mittlere Kristallitkorngröße von 0,5 μηη bis 3 μηη und das ZrCh eine mittlere Kristallitkorngröße von 0,25 μηη bis 8 μηη aufweist.
Die Erfindung betrifft auch geformte keramische Schleifkörner, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Schließlich betrifft die Erfindung auch einen Schleifartikel, welcher geformte keramische Schleifkörner umfasst, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.
Figuren
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen geformten keramischen Schleifkorns;
Figur 2 ein Ausschnitt aus einer schematischen Schnittdarstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schleifartikels;
Figur 3 ein Diagramm zur Darstellung der Schleifleistung des Schleifartikels gemäß Figur 2
Figur 4 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung der Verfahrensschritte zur Herstellung des geformten keramischen Schleifkorns. In Figur 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen geformten keramischen Schleifkorns 10 schematisch dargestellt. Die geometrische Form des Schleifkorns 10 wird durch ein regelmäßiges dreiseitiges gerades Prisma mit den Seitenkanten 12 und der Höhe 14 gebildet. Die Grundfläche 16 und die Deckfläche 18 werden dementsprechend jeweils von drei gleich langen Seitenkanten 12 gebildet. Die Grundfläche 16 und die Deckfläche 18 sind gleich groß und sind durch die Höhe 14 voneinander beabstandet. Die drei Seitenflächen 17 werden von Rechtecken gebildet und sind gleich groß. In der beispielhaften Ausführungsform nach Figur 1 haben die Seitenkanten 12 eine Länge von 1400 μηη. Die Höhe 14 beträgt 410 μηη. In einer alternativen Ausführungsform können die Länge der Seitenkante 12 auch 1330 μηη und die Höhe 14 400 μηη betragen.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt aus einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifartikels 50 mit Schleifkörnern 10 in einer schematischen Schnittdarstellung. Der Schleifartikel 50 ist in der dargestellten Ausführungsform ein beschichteter Schleifartikel 50 mit einem Trägerelement 52 aus Vulkanfiber. Das Trägerelement 52 aus Vulkanfiber dient als flexible Unterlage für die Schleifkörner 10. Vulkanfiber ist ein Verbundmaterial aus Zellstoff, insbesondere Baumwoll- oder Zellulosefasern, und ist dem Fachmann als flexible Unterlage für Schleifartikel aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Die Schleifkörner 10 sind mittels eines Grundbinders 54, zum Beispiel aus Phenolharz, auf dem Trägerelement 52 befestigt. Die Schicht aus Grundbinder 54 und Schleifkörnern 10 ist mit einem Deckbinder 56, zum Beispiel aus Phenolharz, beschichtet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von geformten keramischen Schleifkörnern wird anhand des Ablaufdiagramms gemäß Figur 4 näher erläutert. Das Herstellverfahren 100 umfasst die folgenden Schritte. In einem ersten Schritt 110 erfolgt das Herstellen eines Schlickers aus zumindest einem alpha-A Os-Pulver, einem ZrCh- Pulver und einem Dispersionsmittel, wobei in dem Schlicker ein Feststoffgehalt von 50 Gew.% bis 90 Gew.% und eine mittlere Partikelgröße von 0,1 μηη bis 8 μηη beträgt. In einem zweiten Schritt 120 erfolgt das Einfüllen des Schlickers in Vertiefungen einer Gießform, wobei die Vertiefungen eine definierte Geometrie aufweisen. Danach wir in einem dritten Schritt 130 das Trocknen des Schlickers in den Vertiefungen zu Schleifkornvorläufern vorgenommen, wobei ein Feststoffgehalt der Schleifkornvorläufer von 85 Gew.% bis 99,9 Gew.% beträgt. Nach dem Trocknen des Schlickers werden in einem vierten Schritt 140 die Schleifkornvorläufer aus den Vertiefungen entfernt. Ferner wird in einem fünften Schritt 150 das Sintern der Schleifkornvorläufer zu Schleifkörnern auf Basis von alpha-A 03 mit einem Gehalt an ZrCh von 5 Gew.% bis 30 Gew.% und einer Dichte von 92% bis 99,9% der theoretischen Dichte vorgenommen, wobei das al- pha-A Os eine mittlere Kristallitkorngröße von 0,5 μηη bis 3 μηη und das ZrCh eine mittlere Kristallitkorngröße von 0,25 μηη bis 8 μηη aufweist.
Figur 3 zeigt in einem Diagramm die Schleifleistung von unterschiedlichen Schleifartikeln, die mit geformten keramischen Schleifkörnern mit unterschiedlichem Anteil an ZrÜ2 hergestellt wurden. In dem Diagramm ist auf der y-Achse als Maß für die
Schleifleistung der in einem Schleiftest gemessene Materialabtrag S in Gramm pro Platte aufgetragen, auf der x-Achse die Anzahl an Platten P, die in dem Schleiftest geschliffen wurden. Es wurden insgesamt drei Schleiftests mit drei verschiedenen Beispielen von Schleifartikeln mit geformten keramischen Schleifkörnern durchgeführt. In einem ersten erfindungsgemäßen Beispiel wurde ein Schleifartikel mit geformten keramischen Schleifkörnern mit einem Anteil an ZrÜ2 von 22 Gew.% verwendet (im Folgenden auch als Variante AZ22 bezeichnet). In einem zweiten erfindungsgemäßen Beispiel wurde ein Schleifartikel mit geformten keramischen Schleifkörnern mit einem Anteil an ZrC^ von 16 Gew.% verwendet (im Folgenden auch als Variante AZ16 bezeichnet). In einem dritten Vergleichsbeispiel wurde ein Schleifartikel mit einphasigen geformten keramischen Schleifkörnern verwendet, welche kein ZrÜ2 (0 Gew.% ZrCh) enthielten (im Folgenden auch als Variante A bezeichnet). Die Schleifkörner der Varianten AZ22, AZ16 und A wurden wie folgt hergestellt. Zunächst wurde für jede der Varianten AZ22, AZ16 und A ein Schlicker hergestellt (vgl. Figur 4, Schritt 110). Hierfür wurden die in Tabelle 1 aufgeführten Mengen an Wasser als Dispersionsmittel sowie Dolapix als Dispergator mit den in Tabelle 1 aufgeführten Mengen an pulverförmigem alpha-A Os, pulverförmigem ZrÜ2 (für die Varianten AZ22, AZ16) und pulverförmigem MgO in einem Dissolver homogenisiert. Bei dem pulverförmigem ZrÜ2 handelte es sich um teilstabilisiertes Zr02 (mit 3 Mol% an Y2O3 stabilisiertes ZrCh). Dem Schlicker wurden ferner die weiteren in Tabelle 1 aufgeführten Mengen an den organischen Additiven Optapix AC 112 als Bindemittel, Glydol N109 als Netz- mittel und Glycerin als Feuchthaltemittel hinzugefügt. Anschließend wurde der Schlicker in einer Kugelmühle gemahlen. Der fertige Schlicker wies eine mittlere Partikelgröße von 0,2 μηη auf.
Tabelle 1:
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Der fertige Schlicker wurde für jede der drei Varianten AZ22, AZ16 und A in einem nachfolgenden Schritt in Vertiefungen einer Gießform eingefüllt, wobei die Vertiefungen eine definierte Geometrie aufwiesen (vgl. Figur 4, Schritt 120). Das Einfüllen des Schli- ckers in die Vertiefungen erfolgte manuell mittels eines Handrakels. Die Gießform hatte die Form einer Platte mit einer Stärke von 3 mm und bestand aus Silikon. Die Gießform wies eine Vielzahl an Vertiefungen der gleichen Geometrie auf. Um zu geformten keramischen Schleifkörnern, wie in Fig. 1 dargestellt, zu gelangen, waren die Vertiefungen in der Gießform als Negativformen eines regelmäßigen dreiseitigen geraden Prismas mit einer Kantenlänge von 1,7 mm und einer Tiefe von 0,5 mm ausgebildet.
In einem weiteren Schritt wurde der Schlicker in den Vertiefungen der Gießform getrocknet (vgl. Figur 4, Schritt 130). Die Trocknung erfolgte bei einer Temperatur von 40 °C für eine Dauer von ca. 1 Stunde. Dabei konnten Schleifkornvorläufer mit einem Feststoffgehalt von zum Beispiel 96 Gew.% gewonnen werden.
Nach dem Trocknen wurden die Schleifkornvorläufer aus den Vertiefungen der Gießform entfernt (vgl. Figur 4, Schritt 140). Hierfür wurde die Gießform um einen engen Radius umgelenkt. Das Entformen wurde außerdem durch eine Bürste mechanisch unterstützt.
In einem nachfolgenden Schritt wurden die Schleifkornvorläufer zu Schleifkörnern gesintert (vgl. Figur 4, Schritt 150). Das Sintern erfolgte bei einer Temperatur von 1530 °C für eine Dauer von 120 Minuten für die Varianten AZ16 und AZ22 sowie bei einer Temperatur von 1560 °C für eine Dauer von 180 Minuten für die Variante A. Nach dem Sintern wiesen die Schleifkörner eine Dichte von 98% (Variante AZ22), 97% (Variante AZ16) und 95% (Variante A95) der theoretischen Dichte auf. Die Schleifkörner hatten einen Gehalt an ZrCh von 16 Gew.% (Variante AZ16, erfindungsgemäßes Beispiel 1), 22 Gew.% (Variante AZ22, erfindungsgemäßes Beispiel 2) und 0 Gew.% (Variante A, Vergleichsbeispiel). In der Variante AZ22 betrug die mittlere Kristallitkorngröße des al- pha-A Os 1,28 μηη, in der Variante AZ16 betrug die mittlere Kristallitkorngröße des al- pha-A Os 1,39 μηη. Die mittlere Kristallitkorngröße des ZrCh betrug in der Variante AZ22 0,61 μηη und in der Variante AZ16 0,57 μπτι.
Die jeweiligen Schleifartikel 50 in Form von Schleifscheiben, die mit den Schleifkörnern AZ22, AZ16 und A hergestellt wurden, waren wie folgt aufgebaut (vgl. Fig. 2). Als Trägerelement 52 wurde jeweils eine Fiberscheibe aus Vulkanfiber mit einem Durchmesser von 180 mm und einer Dicke von 0,8 mm verwendet. Als Grundbinder 54 wurde eine Mischung aus Phenolharz (35 - 50 Gew.%) und Kreide (30 - 45 Gew.%) verwendet. Dabei betrug die verwendete Menge an Grundbinder 100 - 120 g/m2 in nassem Zustand. Die Menge an Schleifkörnern 10, die auf das Trägerelement 52 mit Grundbinder 54 aufgetragen wurde, betrug 640 - 740 g/m2. Als Deckbinder 56 wurde für die Varianten AZ22 und AZ16 eine Mischung aus Phenolharz (20 - 30 Gew.%), Kreide/Kaolin-Mischung 1:1 (30 - 40 Gew.%) und Kryolith (5 - 20 Gew.%) eingesetzt. Für die Variante A wurde als Deckbinder 56 eine Mischung aus Phenolharz (20 - 30 Gew.%), Kreide (35 - 45 Gew.%) und Kryolith (5 - 20 Gew.%) eingesetzt. Die eingesetzte Menge an Deckbinder betrug 760 - 950 g/m2 in feuchtem Zustand.
Zur Bestimmung der in Figur 3 dargestellten Schleifleistung der jeweiligen mit den Schleifkörnern AZ22, AZ16 und A hergestellten Schleifartikel wurde folgender Schleiftest auf einer Prüfanlage durchgeführt. Der jeweilige Schleifartikel in Form einer Schleifscheibe wurde auf einem Stützteller montiert. Als Werkstücke zum Schleifen wurden Stahlplatten aus den Werkstoffen 1.0332 und 1.8974 mit einer Bearbeitungsfläche von 6 mm x 285 mm eingesetzt. Zur Bestimmung des Materialabtrags pro Stahlplatte wurden die Stahlplatten vor und nach dem Schleiftest gewogen. Während des Schleiftests wurden die Stahlplatten aus den Werkstoffen 1.0332 und 1.8974 abwechselnd überschliffen. Die jeweilige Schleifscheibe wurde mit einer Drehzahl von 4181 U/min angetrieben und die Werkstücke mit einem Vorschub von 1,5 mm/s an der Schleifscheibe vorbeigeführt. Die Werkstücke wurden dabei mit einem Gewicht von 6 kg an die Schleifscheibe gedrückt. Mit jeder der drei Schleifscheiben mit den Schleifkörnern AZ22, AZ16 und A wurden 80 Stahlplatten bearbeitet.
Das Diagramm nach Figur 3 zeigt eine deutlich erhöhte Schleifleistung für die beiden Schleifkörner AZ22 und AZ16 im Vergleich zu dem einphasigen Schleifkorn A. Ferner zeigt das Diagramm eine höhere Schleifleistung für das Schleifkorn AZ22 im Vergleich zu dem Schleifkorn AZ16 in einer ersten Phase des Schleiftests (bis ca. 35 Platten) und umgekehrt eine höhere Schleifleistung für das Schleifkorn AZ16 im Vergleich zu dem Schleifkorn AZ22 in einer zweiten Phase des Schleiftests (ab ca. 35 Platten bis 80 Platten). In der ersten Phase des Schleiftests ist die Abnutzung der Schleifkörner geringer als in der zweiten Phase (ab ca. 35 Platten bis 80 Platten).

Claims

Ansprüche
1. Geformtes keramisches Schleifkorn, auf Basis von alpha-A Os, enthaltend einen Anteil an ZrC^ von 5 Gew.% bis 30 Gew.%, wobei das alpha- AI2O3 eine mittlere Kristallitkorngröße von 0,5 μηη bis 3 μηη und das ZrCh eine mittlere Kristallitkorngröße von 0,25 μηη bis 8 μηη aufweist.
2. Geformtes keramisches Schleifkorn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ZrCh mit einem Anteil von 10 Gew.% bis 25 Gew.%, insbesondere 15 Gew.% bis 22 Gew.%, enthalten ist.
3. Geformtes keramisches Schleifkorn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis der mittleren Kristallitkorngröße des alpha-A 03 zu der mittleren Kristallitkorngröße des ZrCh von 0,4 bis 7 beträgt.
4. Geformtes keramisches Schleifkorn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifkorn einen Stabilisator zur Stabilisierung des ZrÜ2 mit einem Anteil von maximal 20 Gew.% enthält, wobei der Stabilisator ein Oxid der Metalle Yttrium, Magnesium, Calcium oder Cer oder eine Mischung dieser Oxide ist.
5. Geformtes keramisches Schleifkorn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifkorn MgO mit einem Anteil von maximal 0,5 Gew.%, insbesondere 0,02 Gew.% bis 0,4 Gew.%, enthält.
6. Geformtes keramisches Schleifkorn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifkorn S1O2 mit einem Anteil von 0,01 Gew.% bis 2 Gew.%, insbesondere von 0,015 Gew.% bis 1 Gew.%, insbesondere von 0,02 Gew.% bis 0,5 Gew.%, enthält.
7. Geformtes keramisches Schleifkorn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifkorn Na2Ü mit einem Anteil von 0,01 Gew.% bis 0,5 Gew.%, vorzugsweise von 0,015 Gew.% bis 0,2 Gew.%, enthält.
8. Geformtes keramisches Schleifkorn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifkorn CaO mit einem Anteil von 0,01 Gew.% bis 0,03 Gew.% enthält.
9. Geformtes keramisches Schleifkorn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifkorn Fe2Ü3 mit einem Anteil von 0,01 Gew.% bis 0,2 Gew.% enthält.
10. Geformtes keramisches Schleifkorn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Schleifkorns von 92% bis 99,9% der theoretischen Dichte beträgt.
11. Schleifartikel umfassend geformte keramische Schleifkörner nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Schleifartikel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifartikel weiterhin geformte keramische Schleifkörner auf Basis von alpha-A Os umfasst, welche im Wesentlichen frei von ZrCh sind, wobei bezogen auf die Gesamtmenge an geformten keramischen Schleifkörnern der Anteil an geformten keramischen Schleifkörnern frei von ZrCh maximal 80% beträgt.
13. Verfahren zur Herstellung von geformten keramischen Schleifkörnern, umfassend a) Herstellen eines Schlickers aus zumindest einem alpha-A Os-Pulver, einem
Zr02-Pulver und einem Dispersionsmittel, wobei in dem Schlicker ein Feststoffgehalt von 50 Gew.% bis 90 Gew.% und eine mittlere Partikelgröße von 0,1 μηη bis 8 μηη beträgt;
b) Einfüllen des Schlickers in Vertiefungen einer Gießform, wobei die Vertiefungen eine definierte Geometrie aufweisen;
c) Trocknen des Schlickers in den Vertiefungen zu Schleifkornvorläufern, wobei ein Feststoffgehalt der Schleifkornvorläufer von 85 Gew.% bis 99.9 Gew.% beträgt; d) Entfernen der Schleifkornvorläufer aus den Vertiefungen; e) Sintern der Schleifkornvorläufer zu Schleifkörnern auf Basis von alpha-A 03 mit einem Gehalt an ZrCh von 5 Gew.% bis 30 Gew.% und einer Dichte von 92% bis 99,9% der theoretischen Dichte, wobei das alpha-A 03 eine mittlere Kristallitkorn- größe von 0,5 μηη bis 3 μηη und das ZrCh eine mittlere Kristallitkorngröße von 0,25 μηη bis 8 μηη aufweist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintern der Schleifkornvorläufer gemäß Schritt e) bei einer Temperatur von 1300 °C bis 1700 °C, insbesondere von 1450 °C bis 1600 °C, erfolgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen des Schlickers gemäß Schritt c) bei einer Temperatur von 25 °C bis 60 °C, insbesondere von 30 °C bis 50 °C, erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlicker ein Feuchthaltemittel, insbesondere Glycerin, mit einem Anteil von 0,1 Gew.% bis 10 Gew.% enthält.
17. Geformte keramische Schleifkörner hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16.
18. Schleifartikel umfassend geformte keramische Schleifkörner hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16.
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