DE2147530A1

DE2147530A1 - Schleifmittel und dessen Her stellung

Info

Publication number: DE2147530A1
Application number: DE19712147530
Authority: DE
Inventors: Lormg Princeton Mass Coes jun (V St A) P
Original assignee: Norton Co , Worcester, Mass (VStA)
Priority date: 1970-09-22
Filing date: 1971-09-20
Publication date: 1972-03-23
Also published as: JPS517348B1; US3909991A; DE2147530B2; CA951911A; FR2108397A5; SE392579B; GB1366100A; DE2147530C3; BR7106262D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochdichter feinkristalliner gesinterter Schleifmittel und die nach diesem Verfahren hes_f-;esteilten Schleifmittel«

Me Kntwicklung des Schleifens und insbesondere dessen Hochleistungsarten - wie ZoBo das Putzen, Entgraten usw. - hat sich in den letzten Jahren in Richtung auf sehr hohe Schleifdrücke und hohe Arbeitsgeschwindigkeiten hin vollzogen· Diese Bedingungen ergeben eine Verbesserung der Produktivität und geringere Unkosten, verlangen jedoch festere und dauerhaftere Schleifmittel, als sie bisher bekannt waren. Der Bedarf wurde hierbüi teilweise durch die gesinterten aluminiumhaltigen Schleifmittel , v/i' sie durch die US-PSn 3_eo79„243 und 3·239·97ο bekannt wurden, und durch die gesinterten Tonerde-Zirkonerde-Schleifmittel gedeckt, die die US-PS ^,454·385 lehrt» Diese gesinterten Schleifmittel erwiesen sich in den verschiedenen, in den erwähnten Patentschriften beschriebenen Abwandlungen auch Is vorzüglich geeignet für das Rommein bzw. Trommelschleif on von Lietallteilen·

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ORIGINAL INSPECTED

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Diese Schleifmaterialien lassen sich nach einem von zwei Verfahren her«- stellen. Schleifmittel mit regelloser Teiclhenform - wie z.B_e in den US-PSn 3οθ79·243 und 30454°385 beschrieben - werden hergestellt, indem man zuerst Bauxit oder ein anderes aluminiumhaltuges Material oder Mischungen aus Ton- und Zirkonerde fein zerkleinert, wobei man im allgemeinen Wasser zusetzt. Bas feingemahlene Pulver wird sodann getrocknet und unter Drucic bei Umgebungstemperatur zu Ziegeln oder Kugeln verpreßt» Diese bricht man dann zu der gewünschten Teilchengröße auseinander, verbringt sie in ein geeignetes Gefäß und brennt sie bei einer Temperatur, die ausreichend weit unter dem Schmelzpunkt, aber bei oder über der Sinter temperatur liegte. Die sich ergebende Masse von Körnchen ist zwar leicht zusammengebacken, läßt sich aber ohne Schwierigkeiten in die einzelnen Körnchen zerteilen, die zum Trommelschleifen verwendet oder unter Zugabe eines geeigneten Bindemittels zur Herstellung von Schleifscheiben dienen» Die vorgeformten Schleifmittel, wie sie die US-PSn 3«239<>97o und 3.38?»957 beschreiben, werden hergestellt, indem man zuerst das feuerfeste Ausgangsmaterial fein zermahlt, wie es auch bei der herstellung der regellos geformten Schleifkörner der Fall ist, und es dann trocknet. An diesem Punkt wird dann das feine Pulver gewöhnlich mit einem geeigneten vorläufigen Bindemittel versetzt. Sodann formt man die Schleifteilchen durch Auspressen oder Druckformen zu der gewünschten estalt. Diewe Teilchen brennt man dann auf ähnliche Weise, wie es bei den regellos geformten Teilchen geschieht. Die sich bei den beschriebenen Verfahren ergebenden Teilchen sind zäh, relativ dicht und feinkristallin. Da sie bei im wesentlichen Raumtemperatur unter Druck gesetzt werden, sind sie notwendigerweise im wesentlichen nicht völlig ohne Porosität, d.h. die Dichte der so erzeugten Teilchen ist wesentlich niedriger als die des verwendeten Ausgangsmaterials. Wegen der Wärmebehandlung, der die kaltgepreßten Teilchen ausgesetzt sind, findet außerdem ein ^rIetallwuchs statt, und zwar in

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erheblichem Ausmaße Gewöhnlich wird 3ich die durchschnittliche ^ristallgröße gegenüber der des fein zermahlenen Ausgangsmaterials größenordnungsmäk.i£ mindestens verdoppele

Die beigefügte Zeichnung ist ein Flußdiagramm, das die verschiednen Schritte des Verfahrens nach vorliegender Erfindung ausweisto

Es wurde gefunden, da·? sich qualitativ überlegene Sinterschleifmaterialien herstellen lassen, indem man vorgefomrte ungebrannte Teilchen des feuerfesten Ausgangnmaterials isostatisch heißpreßt«, Die verbesserten Schleifeigenschaften ergeben sich aus der -"-'atsache, daß durch die gleichzeitig e Anwendung von tfärme und Druck die erzeugten Schleifmittelteilchen im wesentlichen eine durchschnittliche ^ristallgröße haben, die nicht größer ist als die des verwendeten feuerfesten Ausgangsmaterialsο Außerdem ist ihr spezifisches Gewicht im wesentlichen gleich dem des Ausgangsmaterials. Derartige Schleifmittel sind nur möglich durch die gleichzeitige Anwendung von Yifärme und isostatischem Drucke

Die Erfindung schafft also heißgepreßte Schleifteilchen aus feuerfestem Material, deren durchscnittliche Kristallgröße kleiner ist als 1 /U und deren spezifisches Gewicht 96-I00 °/o des spezifischen Gewichtes des feuerfesten Ausgangsmaterials beträgt·

Eebenfalls vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung dichter mikrokristalliner gesinterter Schleifteilchen, indem man ein fein zermahlenes feuerfestes Ausgangsmaterial zu Teilchen verdichtet, diese bei einer zwischen der Sinter- und der Schmelztemperatur liegenden Temperatur in einer inerten Atmosphäre erhitzt, und indem man weiterhin die verdichteten teilchen mit einem nichtreagierenden pulverförmigen Medium

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vermischt, um ein isostatisches Pressen zu erreichen, und die Mischung unter einem Druck erhitzt, der die Teilchen innerhalb der Zeitspanne verdichtet, in der eine Sinterung stattfindet, ohne daß dabei die Kristallgröße wesentlich zunimmt, und die Teilchen sodann vom Pulver trennt»

Um den Kristallwuchs zu verhindern, muß die Temperatur unter dem Schmelzpunkt des feuerfesten ^iuaterials, aber oberhalb seiner Sintertemperatur liegen» Diese Maßnahme allein verhindert jedoch den Kristallwuchs noch nicht; vergl« die US-PSn 3«ß79o243 und 3.387»957. Die gleichzeitig mit dem Erhitzen stattfindende Anwendung Von isostatischem Druck erleichtert eine fast augenblickliche Verdichtung der Teilchen auf im wesentlichen die theoretische Dichte, wobei die Verweildauer auf der hohen Temperatur so kurz ist, daß keine Zunahme der durchschnittlichen Kristallgröße erfolgt.

In der vorzugsweise angewandten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zerkleinert man ein feuerfestes Ausgangsmaterial - z.B_e matürliches oder synthetisches Bauxit, Spinell, Alpha-Tonerde, Zirkonerde bzw. Mischungen derselben - auf eine Teilchengröße von weniger als 1 /u} dies erfolgt durch irgendeines der bekannten Verfahren, vorzugsweise ein Naßmahlen in einer Kugelmühlep Die Aufschlämmung aus Wasser und dem zerkleinerten Ausgangsmaterial befreit man dann von überschüssigem Wasser, indem man das Ausgangsmaterial sich absetzen läßt und das Wasser abschüttet. Zusätzlich oder alternativ lassen sich Filtrierverfahren anwenden. Das restliche Waseer entfernt man dann durch Verdunsten; vorzugsweise wird man das teilentwässerte ^Material erhitzen.

Soll das herzustellende Schleifmittel regellos geformte Teilchen aufweisen, preßt man das entwässerte Pulver dann bei Umgebungstemperatur zu

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Ziegeln oder Stäben, und zwar vorzugsweise mit einer Dicke in der Größenordnung von ein bis zwei Zoll (25,4 - 5o,8 mm)» Dies geschieht einfach dadurch, daß man eine herkömmliche otahlform mit dem Material füllt und Druck bis zur maximalen Verdichtung aufbringt,. Die so gebildeten Ziegel lassen sich leicht zu der gewünschten Teilchengröße (vergl« die US-PS 3·ο79°243) weiterverarbeiten«

er

Soll das herzustellende Schleifmittel anderseits Teilchen mit vorgeformter oder stabförmiger bzw. irgendeiner anderen Gestalt aufweisen, wie sie für das Trommelschleifen verwendet werden, mischt man das entwässerte Pulver zuerst mit herkömmlichen vorläufigen Binde- und G-leitmitteln und preßt die so vorbereitete Mischung durch eine entsprechende Hohlform (patrize) aus5 den Preßling schneidet man dann in den gewünschten Längen zuc Ist das gewünschte Schleifmittel eines der derzeit gebräuchlichen Trommelschleifmittel mit komplexer - ZoBo pyramidenförmiger - Gestalt, können die vorgeformten Teilchen sodann auf herkömmliche Weise druckgeformt v/erden»

Bei sowohl den regellos gestaltetn als auch den vorgeformten Schleifkörnern ist der nächste Schritt das Mischen der ungebrannten Schleifkörner mit dem Medium, in dem das isostatische Pressen stattfinden solle Das Preßmedium ist ein Pulver, das mit dem feuerfesten Ausgangsmaterial, aus dem die ungebrannten Schleifkörper bestehen, nicht versintert, verschmilzt, sich zersetzt oder reagiert, d.h. ein Material, das bei der Verfahrenstemperatur nicht reagiert, sintert oder schmilzt» Dies trifft für eine Vielzahl von Sustanzen zu, und ein geeignetes Material läßt sich leicht aufgrund bekannter Eigenschaften auswählen; ggf. wird man die Eignung durch einen einfachen ^ersuch feststellen. Für die Durchführung der vorliegenden Erfindung .-sind Graphit oder Bornitrid¹ die vor-

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zugsweise verwendeten Substanzen» Die Menge an Preßmedium, die man im Verhältnis zur Menge der Schleifteilchen verwendet, läßt sich innerhalb eines breiten Bereiches variieren» Das Minimum ist dabei die Menge, bei der das Preßmedium jedes Schleifteilchen vollständig umgibt und die einzelnen Teilchen voneinander trennt» Eine solche ^i<lLenge in der fraxis anzuwenden, ist jedoch in der Hinsicht unerwünscht, als der Ertrag an qualitativ hochwertigem Schleifmaterial um so geringer ist, je näher man diesem Minimum kommt. Die obere Grenze des Anwendungsbereiches ist lediglich durch die praktische Durchführbarkeit des Verfahrens bestimmt. Ein optimaler Kompromiß zwischen beiden Kriterien liegt bei etwa 5o Gewo-'^ Anteil für beide Komponenten«

Hat man die ungebrannten Schleifteilchen und das Preßmedium vermischt, verbringt man die Mischung in eine Reihe von Formen, die vorzugsweise aus Graphit bestehen} es läßt sich jedoch jedes andere Material verwenden, das bei den Temperaturen, bei denen das Pressen durchgeführt wird, stabil bleibt. Die gefüllten Formen bringt man dann in eine Induktionspresse

oder dergl· ein und heizt sie schnell auf die Sintertemperatur des verfeuerfesten
wendeten/Materials aufο Ist dieser Punkt erreicht, bringt man auf die Formplatten den Druck auf, wodurch das im Preßmedium suspendierte teilchenförmige Material gesintert und verdichtet wird.

Sodann wirft man die Form aus der Presse aus und kühlt sie rasch ab. Die Preßtemperatur hängt von dem verwendeten feuerfesten Ausgangsmaterial ab. Für die hierbei interessierenden Materialien liegt der wirksame Bereich zwischen 12oo und i6oo C. Auch der Druck kann innerhalb eines breiten Bereiches variiert werden. Er hängt teilweise von der verwendeten Menge des Preßmediums und der Temperatur ab, größtenteils jedoch von der Dicke der Mischung aus Preümedium und Schleifteilchen. Für die meisten verwen-

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deten Dicken dieser Mischung ist ein Druck von nicht weniger als 2ooo psi ( 14o,6 kg/cm ) erwünscht. Man wird diese Parameter so wählen, daß sich die schnellste Erhitzung und Preßung ergeben. Ist "beispielsweise die gepreßte Dicke der Liischenordnung in der Größenordnung von 25 mm, wäre die Erhitzungsdauer etwa 1o min. und den Druck würde man etwa eine Minute lang oder etwas weniger aufbringen«

Nachdem man die Formen aus dem Preßbereich entfernt hat und sie sich etwas abgekühlt haben, entfernt man ihren Inhalt und unterwirft ihn einem Grohpressen wie z.B. Backen- oder Walzenbrechen; hierbei ist jedoch daraif zu achten, daß die Backen oder Walzen weit genug auseinander stehen, um ein Zermahlen der gebrannten Schleifkörper zu verhindern. Die Grobgebrochene Mischung wird sodann gesiebt, um das leicht entfernbare Preßmedium abzusondern. Der übrige, an den Oberflächen der Schleifteilchen haftende Anteil des Preßmediums wird dann entfernt, indem man diese mechanisch bearbeitet oder, wenn es eich um Graphit handelt, an der Luft kalziniert· Nach der mechanischen Reinigung oder Kalzinierung ist das Schleifmittel fertig und kann verwendet werden.

Die so hergestellten Schleifteilchen haben eine mittlere Kristallgröße von etwa der mittleren Teilchengröße des verwendeten feuerfesten Ausgangsmaterials und ein spezifisches Gewicht, das im wesentlichen gleich dem des feuerfesten Ausgangsmaterials ist· Die Schleifteilchen der vorliegenden Erfindung haben eine Kristallgröße von weniger als einem Mikrometer - gewöhnlich weniger als o,5 Mikrometer - und ein spezifisches Gewicht vo η nicht weniger als 96 ^oß> - gewöhnlich etwa 1oo $ - · des spezifischen Gewichtes des verwendeten feuerfesten AuBgangsmateriale·

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ι, 1 4 / ο 3 O

(- 8 —
Beispiel

1 Ib. (ο,454 kg) Graphitpulver und 1 Ib. (ο,454 kg) ungebranntes ausgepreßtes Bauxit, wie es in der erwähnten US-PS 3«ο79·243 beschrieben ist und von der Fa. Norton Company, Worcester*·Mass., Y.St.A. im gebrannten Zustand unter der Bezeichnung ")( ALUNDUM" vertrieben wird, wurden in einer Schleiftrommel gemischt. Die ausgepreßten Bauxitteilchen hatten die Normgröße 1o. Eine Lage der Mischung aus ungebrannten Bauxitpellets und Graphitpulver wurde in eine Graphitformanordnung mit Formbändern von 3 Zoll (7»62 cm) Durchmesser und 3 Zoll (7»62 cm) Höhe sowie entsprechend bemessenen Ober- und leiterplatten et^a 2 Zeil (5,c2 —0 -i-Γ ^-L^rilli:,. Die Graphitplatten wurden sodann ausgerichtet, und jede Form wurde nacheinander in 12 min« in einer Stickstoffatmosphäre auf 1315 C erhitzt; sodann wurde etwa eine Minute lang ein Druck von ca« 4ooo psi ( 281,2 kg/cm ) _auf &±_β Mischung aufgebracht. Nach dem Durchlaufen des Temperatur-Druck-Zyklus wurde jede Form schnell abgekühlt und ihr Inhalt entfernt. Die leicht zusammengebackene Mischung wurde auf einem Sieb der Masohenweite "24 mesh" leicht gebrochen, wodurch der größte Teil des Graphit-Preßmediums von den gebrannten Schleifteilchen abfiel. Die Schleifteilchen wurden sodann mit dem anhaftendem Graphit 4 Std. lang bei 8oo G in Luft erhitzt. Nach dem Abkühlen wurden sie durch Schütteln auf einem 24-mesh-Sieb weiter gereinigt. Das fertige Schleifmittel war rosa gefärbt, hatte ein porzellanartiges Aussehen und war äußerst hart und zähe. Das spezifische Gewicht und die Größe dieser Teilchen wurden mit den entsprechenden Eigenschaften von "76 ALUNDUM" und "75 ALUNDUM" verglichen, letzteres ein regellos gestaltetes Bauxit« schleifmittel der Fa. Norton Company, V/ercester, Mass«, T«St«A_e> das nach der Lehre der US-PS 3»079*243 hergestellt wird. Alls drei Schleifmittel waren aus der gleichen Charge kalzinierten Bauxits hergestellt.

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Die vorerwähnten Eigenschaften der beiden gesinterten Bauxitschleifmittel

heiß-"75 ALUNDUM" und "76 ALUNDUM" und des isostatisch/gepreßten Schleifmittels

nach der vorliegenden Erfindung waren wie folgt»

Schleifmittel	spez.Gewicht	mittl. Kristallgröße
	itf/cm³)	( /u)
		/
Isostatisch heißgepreßtes Schleifmittel	3,86	< o,5
Gesintertes, regelloses Schleifmittel (75 Alundum)	3,69	4
Gesintertes ausgepreßtes Schleifmittel (76 Alundum)	3,69	4

Diese Tabelle zeigt das hohe spezifische Gewicht des isostatiaoh heißgepreßten Materials, d.h. 3,86 g/cm , und dessen äußerst feine Kristallstruktur. Der V/ert von 3,86 g/cm war auch der theoretische Wert des verwendeten Bauxits. Die relativ geringe Dichte und die durchschnitt·« liehe Kristallgröße von 4 /u d-er beiden gesinterten Schleifmittel sind typisch für Schleifmittel, die durch die bekannte Verfahrensweise eines durch Sintern bei Umgebungstemperatur gefolgten Kaltformens hergestellt werden·

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Claims

« 1ο -

Patentansprüche

Heißgepreßte Schleifteilchen aus feuerfestem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Kristallgröße weniger als 1 zu beträgt und das spezifische Gewicht 96 - I00 ^ύ/ο des wahren spezifischen Gewichtes des feuerfesten Materials ist»
2. Verfahren zur Herstellung dichter mikrokristalliner gesinterter Schleifteilchen durch Verdichten eines feinzermahlenen feuerfesten Materials und dessen Erhitzen "bei einer zwischen dem Sinter- und dem Schmelzpunkt liegenden Temperatur in einer inerten Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß man die verdichteten Teilchen mit einem nichtreagierenden pulverförmigen isostatischen Preßmedium vermischt und die Mischung bei einem Druck erhitzt, bei dem die Teilchen für eine Zeitspanne verdichtet werden, während der sich versintern, ohne dap jedoch eine wesentliche Zunahme der Kristallgröße stattfindet, und das? man die Teilchen sodann vom Pulver trennt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus einem Material hergestellt sind, das zu einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als 1 /u zermahlen wurde, daß das Preßmedium Graphit ist, die Temperatur 12oo - I600 C und der Druck mindestens 2ooo psi ( 14o,6 kg/cm ) betragen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, da3 die Temperatur 13oo - 15oo°C, der Druck mindestens 4000 psi ( 281,2 kg/cm² ) und die Preßdauer 1-5 min. betragen.

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feuerfesteβ Aungi^i^ zerkleinern

Entwässern

;u Ziegeln verpressen

mit vorläufigen Bindemittel vermischen

Hörnchen zerkleinern

Auspressen oder Formen

mit Pulver zur isostatischen Preßung vermischen

Formen beschicken

Heißpressen

Abkühlen und aus Formen entfernen

Grobbrechen

Frei?pulver von der Oberfläche der Schleifteilchen entfernen

Preßpulver rückgewinnen

fertiges Erzeugnis

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80 b 11-20 AT: 20.09.1971 OT: 23.03.1972