DE2916084A1

DE2916084A1 - Aluminiumoxid-schleifkoerner und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2916084A1
Application number: DE19792916084
Authority: DE
Inventors: Tokiji Takahashi
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1978-08-03
Filing date: 1979-04-20
Publication date: 1980-02-21
Also published as: FR2432361A1; GB2033360A; GB2033360B; JPS5626547B2; JPS5524813A; FR2432361B1; US4252544A

Description

KRAUS & WEiSERT 2816084

PATENTANWÄLTE Lf

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-ING. ANNEKATE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMfE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8000 MÜNCHEN 71 · TELEFON 089/797077-797078 · TELEX 05-212156 kpatd

TELEGRAMM KRAUSPATENT

2131 WK/ps

SHOWA DENKO K.K. Tokyo, Japan

Aluminiumoxid-Schleifkörner und Verfahren zu ihrer

Herstellung

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Beschreibung

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Die Erfindung betrifft Aluminiumoxid-Schleifkörner und insbesondere Schleifkörner zur Verwendung für Schleif- bzw. Mahlzwecke unter hoher Last.

Es gibt eine Vielzahl von Schleifvorgängen unter schwerer Last, die sich von uinem schweren Schleifen bis zu einem extrem schweren Schleifen erstrecken. Beispiele hierfür sind die Rohmetallentfernung und Konditionierung von Stahlblöcken oder -stangen, das Entgraten oder Abschneiden von Graten und Läufern von Stahlgußteilen o.dgl. Gewöhnlich werden Spezialschleifkörner für die genannten schweren Mahlvorgänge verwendet.

Bislang sind als typische Schleifkörner für Schwerlastvorgänge, wie oben angegeben, Produkte bekannt, die durch Sinterung von Bauxitkörnern erhalten werden (vgl. JA-PSen 4398/64 und 27612/64 etc.). Als Nachteile der bislang bekannten Schleifkörner wird herausgestellt, daß diese eine verminderte Härte haben, welche auf den Einfluß von groß(η Mengen von Fremdstoffen, beispielsweise von Siliciumdioxid, Eisenoxid o.dgl., zurückzuführen sind. Weiterhin können sie nur für begrenzte Anwendungszwecke verwendet werden, beispielsweise für Schleifzwecke von Metallmaterialien, die hauptsächlich aus Edelstahl bestehen, da das Vorhandensein einer festen Lösungsstruktur, beispielsweise einer glasartigen Struktur o.dgl., bewirkt, daß sie zum Schleifen von Materialien mit hoher Härte, wie zum Beispiel Gußeisen, Chromstahl, Federstahl o.dgl., nicht gut geeignet sind.

Gewöhnlich werden Metallmaterialien mit hoher Härte, wie zum Beispiel Sepzialstähle o.dgl., unter schwerer Last abgeschliffen. Um einen derart extrem schweren SchleifVorgang

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durchzuführen, sind Schleifkörner verfügbar, die durch Vermischen von Aluminiumoxid- mit Zirkondioxidpulver, Elektroschmelzen und Abschrecken hergestellt werden. Diese sind zwar in einigen Fällen für übliche Schwerlast-Schleifvorgänge geeignet, haben jedoch den Nachteil, daß sie nur für Schwer- oder Extremschwerlastvorgänge vorgesehen sind, was auf ihre Eigenschaften zurückzuführen ist, die bewirken, daß sie mit hohen Kosten hergestellt werden müssen. Allgemein gesprochen, sieht der Herstellungsprozeß von Schleifkörnern vom geschmolzenen Typ zusätzliche Stufen einer Zerkleinerung und Siebung nach Beendigung der Verfestigung des geschmolzenen Materials vor, während dieser eine Vielzahl von Korngrößen der Schleifkörner gebildet werden. Es ist am meisten zu bevorzugen, daß alle Schleifkörner mit feiner bis grober Größe vielen Anwendungsgebieten zugeordnet werden können. Da die Aluminiumoxid-Zirkondioxid-Schleifkörner mit nur grober Größe für Schwer- oder Extremschwerlastvorgänge, wie oben angegeben, verwendet werden, können Schleifkörner mit einer kleineren Korngröße als die oben genannten Produkte, die für Schwer- oder Extremschwerlastvorgänge bestimmt sind, dem Verbraucher nicht geliefert werden, und sie müssen daher umgeschmolzen werden. Dabei besteht das Problem darin, daß dieser nicht verwertbare Teil einen erheblich hohen Prozentsatz der gesamten hergestellten Schleifkörner ausmacht, wodurch erhöhte Herstellungskosten bewirkt werden. Ein weiteres Problem solcher zusammengesetzten Schleifkörner besteht darin, daß gewisse Schwierigkeiten für die Sicherstellung der Zuführungsquelle von Zirkondioxid mit hoher Reinheit zu erwarten sind. Es ist daher anzunehmen, daß Aluminiumoxid-Zirkondioxid-Schleifkörner teurer werden. Aufgrund der vorgenannten Probleme der derzeitigen Schleifkörner sucht man nach einer Möglichkeit, andere Schleifkörner zu entwickeln, die diese ersetzen können.

Bekanntlich werden gute Schleifkörner durch ein "scharfes Schneiden bei niedrigem Verschleiß" charakterisiert. Um eine Hochleistungsfähigkeit von Schleifkörnern zu gewährleisten,

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ist es erforderlich, daß die Härte der Schleifkörner relativ höher ist als diejenige der zu bearbeitenden Werkstücke und daß der Verschleiß der Schleifkörner erheblich vermindert wird. Insbesondere im Falle eines Schleifvorgangs unter schwerer Last müssen die Schleifkörner eine hohe Biegefestigkeit und Druckfestigkeit unter der schweren Last besitzen. Auf diesem Gebiet bedeutet ein scharfes Schneiden nicht nur, daß die Schleifkörner eine hohe Härte und Festigkeit haben, sondern auch, daß sie die Fähigkeit aufweisen, Schneidkanten zu erzeugen, so daß die neuen Schneidkanten fortschreitend während des SchleifVorgangs erzeugt werden. Dies stellt eine der wichtigsten Eigenschaften von Schleifkörnern dar. Um die Bildung von solchen Schleifkanten bzw. Schleifrändern zu gewährleisten, ist es erforderlich, daß ein Abmeißeltyp mit den Schleifkörnern an ihrem extremen Endteil in Kontakt mit den zu schleifenden Werkstücken im wirksamsten Ausmaß hinsichtlich der Entfernungsmenge und des ZeitIntervalls oder der Frequenz erfolgt. Dieser Abmeißelungsbruch erfolgt naturgemäß in unterschiedlicher Weise, je nach den Bedingungen des Betriebs, beispielsweise der anwendbaren Last. Wenn kein Abmeißelungsbruch während des SchleifVorgangs erfolgt, dann wird bei den Werkstücken ein Heißkleben o.dgl. bwirkt, was auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß keinerlei neue Schleifkanten erzeugt werden, nachdem die alten Schleifkanten verschlissen worden sind. Dies führt zum Abbrechen des Schleifvorgangs. Andererseits ist ein zu starker Abmeißelungsbruch nicht zweckmäßig, da dann die Schleif körner zu stark verschleißen. Es ist daher am meisten zu bevorzugen, daß der Abmeißelungsbruch am extremen Ende der Schleifkörner bis zu dem minimalen Ausmaß stattfindet, das nur zur Erzeugung von Schneidkanten erforderlich ist. Weiterhin soll dies in einem angemessenen Zeitintervall oder mit einer angemessenen Frequenz während des Schleif Vorgangs geschehen.

Ausgedehnte Untersuchungen des Verhaltens von Schleifkörnern mit Einschluß der oben genannten Produkte haben nun ergeben,

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daß die grundlegenden physikalischen Eigenschaften von gesinterten Schleif körnern von ihrer Dichte, ^on der Größe der Kristallteilchen der Schleifkörner und von der Verteilung der Kristallteilchen abhängen. Die Dichte steht mit der mechanischen Festigkeit der Schleifkörner in Beziehung. Wenn sie zunimmt, dann wird auch die Festigkeit und die Härte entsprechend erhöht. Weiterhin übt die Teilchengröße der Kristalle einen Effekt auf die mechanische Festigkeit sowie auf das Ausmaß des Verschleißens aus. Schleifkörner mit einer kleinen und kompakten Kristallstruktur haben eine erhöhte Festigkeit und Beständigkeit gegenüber einem Verschleiß. Aufgrund dieser Tatsachen ist es wichtig, das Wachstum der Kristallteilchen zu dämmen und ihre Dichte während des Sinterns zu erhöhen.

Die Verteilung der Kristallteilchen steht ebenfalls mit der oben genannten Erzeugung von Schneidkanten in Beziehung, die eine der wichtigsten Eigenschaften der Schleifkörner ist.

So gibt es zum Beispiel verschiedene Arten von gesinterten Aluminiumoxid-Schleifkörnern, die in der Weise hergestellt werden, daß feines Aluminiumoxidpulver verformt und das getrocknete Material bei einer Vielzahl von Temperaturen gesintert wird. Um die Dichte nach Beendigung des Sinterns zu erhöhen, wird vorzugsweise sehr fein zerkleinertes Aluminiumoxid verwendet. Weiterhin wird eine kleine Menge eines Inhibitors, zum Beispiel von Cr₂O,, MgO, NiO o.dgl., zugesetzt, um das Kristallwachstum ohne eine erhebliche Zunahme der Sinterungstemperatur zu hemmen.

Als Nachteil dieses Typs von gesinterten Aluminiumoxid-Schleifkörnern wird angesehen, daß diese nur für begrenzte Anwendungszwecke verwendet werden, da sie eine geringere Fähigkeit zur Erzeugung von Schleifkanten haben, was auf ihre inhärente Struktur zurückzuführen ist, obwohl sie vollständig aus einer gleichförmigen und fein gesinterten Struktur be-

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-Jb-

stehen und den Erfordernissen hinsichtlich der Dichte und der Härte nach Beendigung des Sinterns zufriedenstellend genügen.

Damit die Erzeugung von Schneidkanten bei Schleifkörnern stattfindet, sind, wie oben erwähnt, sehr hohe Schwerlast-Schleifbedingungen erforderlich. Ohne eine Schwerlast von sehr hohem Schwerschleifen (Preßlast der Schleifscheibe 300 bis 1000 kg) erfolgt kein nennenswerter Ab.neißelungsbruch bei diesem Typ von gesinterten Aluminiumoxid-Schleifkörnern. Hierdurch wird es notwendig, daß die gesinterten Aluminiumoxid-Schleifkörner oftmals mittels eines Diamantwerkzeugs o.dgl. während des SchleifVorgangs behandelt werden müssen, was zu einer verminderten Leistung des Schleifvorgangs und zu einem erhöhten Verschleiß der Schleifscheibe führt.

Es gibt schließlich auch weitere gesinterte Aluminiumoxid-Schleifkörner, die in der Weise hergestellt werden, daß man feines, elektrogeschmolzenes Aluminiumoxidpulver mit fei em Bauxitpulver vermischt, das gut gemischte Material verfo mt und das geformte Material sintert. Bei diesem Typ von Schleifkörnern bestehen zwar keine Probleme hinsichtlich der Erzeugung von Schneidkanten, doch haben diese Produkte den Nachteil, daß der gesinterte Bauxitteil, der zwischen den elektrogeschmolzenen Aluminiumoxidkörnern angeordnet ist, eine niedrige Härte hat, was zu einer erhöhten Menge von verschlissenen Schleifkörnern führt.

Die Arbeitsbedingungen beim Schleifen unter Schwerlast sind unterschiedlich, und zwar je nach Typ und Gestalt des zu schleifenden Werkstücks, des Zweckes des SchleifVorgangs und der Schleifmaschine. Da ein ausgeprägter Unterschied zwischen Schwerschleif- und Extremschwerschleifvorgängen besteht, ist es notwendig, Schleifkörner zur Verfügung zu stellen, die den Erfordernissen für die jeweiligen Arbeitsbedingungen in zufriedenstellender Weise genügen.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, Alumlniumoxid-Schleifkörner für die Herstellung von Schleifscheiben unter Schwerlast zur Verfügung zu stellen, durch die selbst bei Hochleistungsbedingungen ein scharfer Schleifvorgang gewährleistet wird.

Weiterhin sollen durch die Erfindung Schleifkörner für Schleifscheiben zur Verfügung gestellt werden, bei denen während des Schleifvorgangs weniger Zurichtungsvorgänge erforderlich sind.

Durch die Erfindung sollen weiterhin Schleifkörner zur Verfügung gestellt werden, die aus billigen Materialien hergestellt sind, bei denen hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Zuführungsquellen keine Befürchtungen bestehen, wie es beispielsweise bei Zirkondioxid der Fall Ist.

Schließlich soll durch die Erfindung ein wirtschaftliches und verwendbares Verfahren zur Herstellung dieser Schleifkörner zur Verfügung gestellt werden.

Gegenstand der Erfindung sind daher Aluminiumoxid-Schleifkörner mit einer Dichte von mehr als 3,75 g/cm⁵, vorzugsweise 3,80 g/cm⁵, und einer Härte (Knoop) von mehr als 1900

ρ ρ

kg/mm , vorzugsweise 2000 kg/mm , zur Verwendung für Schleifzwecke unter Schwerlast, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die Kornstruktur aus groben, elektrogeschmolzenen oder hochtemperaturcalcinierten Aluminiumoxid-Kristallteilchen und feinen Aluminiumoxid-Kristallteilchen, welche zwischen den groben Kristallteilchen angeordnet sind, besteht, wobei letztere eine geringere Teilchengröße als die ersteren haben und bei einer niedrigeren Calcinierungstemperatur als die ersteren behandelt worden sind und wobei die feinen Kristallteilchen integral mit den groben Kristallteilchen versintert sind.

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AA

Gemäß einer bevprzugten Ausführungsform der Erfindung haben die groben geschmolzenen oder hochtemperaturcalcinlerten Aluminiumoxid-Kristallteilchen eine Teilchengröße im Bereich von 3 jam bis 10 /um, während die feinen Aluminiumoxid-Kristallteilchen eine Teilchengröße von weniger als 2 ium und eine Härte (Knoop) von mehr als 2000 kg/mm haben.

Durch die Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung dieser Aluminiumoxid-Schleifkörner zur Verfügung gestellt, das dadurch gekennzeichnet 1st, daß man ein Pulver aus grobem, elektrogeschmolzenem oder hochtemperaturcalciniertem Aluminiumoxid und ein Pulver aus feinem Aluminiumoxid mit einer geringeren Teilchengröße als das grobe Pulver in Gegenwart von Wasser oder erforderlichenfalls eines primären Bindemittels gut verknetet, das verknetete Material mittels eines Extruders extrudiert, daß man das extrudierte Material, während man dieses zu der vorgewählten Länge zuschneidet, trocknet und daß man die getrockneten und geschnittenen Stükke des extrudierten Materials sintert.

Die Stufe der Extrudierung wird vorzugsweise in einer solchen Weise durchgeführt, daß das geknetete Material durch eine kleine Düse in einem vakuumuntersttttzten Extruder extrudiert wird, deren Innendurchmesser im wesentlichen gleich ist wie der Außendurchmesser der angestrebten Schleifkörner und wobei der Extruder so angepaßt 1st, daß er bei vermindertem Druck und unter Evakuierung der Luft betrieben wird. Als Ergebnis wird das extrudierte Material im Verlauf des Herabfallens von dem Extruder oder während des Trocknungsvorgangs natürlich zu Stücken zerschnitten, deren Länge fast gleich oder geringfügig größerr ist als der Durchmesser der angestrebten Körner.

Die genannte Stufe der Versinterung wird in einem Drehofen bei einer Temperatur von -155O⁰C bis 165O°C, vorzugsweise 158Ö°C bis 162O°C, und über eine Zeltspanne von 40 bis 60 min durchgeführt.

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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese stellt eine mikroskopische Aufnahme eines erfindungsgemäßen Schleifkorns dar. Es handelt sich um eine schematische Skizze eines Abschnitts des Schleifkorns. Das Bezugszeichen 1 bedeutet grobe, elektrogeschmolzene oder hochtemperaturcalcinierte Aluminiumoxid-Kristallteilchen, während das Bezugszeichen 2 feine Aluminiumoxid-Kristallteilchen in einem gesinterten Zustand bezeichnet.

Vorzugsweise haben die elektrogeschmolzenen oder hochtemperaturcalcinierten Aluminiumoxid-Kristallteilchen eine Teilchengröße im Bereich von 3 um bis 10 um. Kristallteilchen mit zu kleiner Größe bringen das Problem einer verminderten Erzeugung von Schneidkanten der Schleifkörner mit sich, was auf ihre enge und gleichförmige Struktur zurückzuführen ist. Andererseits bewirken Kristallteilchen mit zu großer Größe einen beschleunigten Verschleiß. Die elektrogeschmolzenen Aluminiumoxidteilchen sind normalerweise weißem oder braunem Aluminiumoxid ähnlich, während das hochtemperaturcalcinierte Aluminiumoxid Aluminiumoxid darstellt, das bei einer erhöhten Temperatur von mehr als 1700⁰C, vorzugsweise mehr als 1800⁰C, b handelt worden ist. Letzteres wird beispielsweise dadurch hergestellt, daß man feines Aluminiumoxidpulver verformt, das geformte Material bei der genannten hohen Temperatur calciniert und sodann das calcinierte Material zerkleinert. Bei der mikroskopischen Beobachtung des elektrogeschmolzenen hochtemperaturcalcinierten Aluminiumoxids wird gewöhnlich ein erheblich hohes Kristallwachstum festgestellt, wobei die Kristallgröße im Bereich von mehreren zehn bis mehreren hundert yum liegt. Beim Zerkleinern des calcinierten Aluminiumoxids wird daher ein Kristallteilchen vom zerkleinerten Typ erhalten. Wenn das Aluminiumoxid bei einer niedrigeren Temperatur von etwa 1500⁰C calciniert wird, dann wird festgestellt, daß selbst dann, wenn zu einer Teilchengröße von 3 Aim bis 10 /um zerkleinert wird, jedes Teilchen des zerkleinerten Aluminiumoxids aus einer Aggregation von feinen Kristallteil-

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chen gebildet worden ist, wodurch ein niedrigeres spezifisches Gewicht und eine verminderte Schleiffähigkeit der daraus gebildeten Schleifkörner resultiert.

Die Schleifkörner sind so gestaltet, daß in dem Raum zwischen den groben Aluminiumoxid-Kristallteilchen die feinen Aluminiumoxid-Kristallteilchen aneinander selbst gesintert sind und daß sie weiterhin integral mit den groben Aluminiumoxid-Kristallteilchen versintert sind, so daß dazwischen eine dichte und enge Struktur erhalten wird. Vorzugsweise sind die feinen Aluminiumoxid-Kristallteilchen kleiner als die groben Aluminiumoxid-Kristallteilchen und insbesondere kli iner als 2 um . In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß eine geringe Menge eines Inhibitors für das Kristallwachstum, zum Beispiel von MgO o.dgl., zugesetzt werden kann, um das Kristallwachstum der feinen Aluminiumoxid-Kristallteilchen zu hemmen.

Die feinen calcinierten Aluminiumoxid-Kristallteilchen müssen bei einer Temperatur feehandelt werden, die niedriger ist als diejenige der groben Aluminiumoxid-Kristallteilchen. Die Tatsache, daß der calcinierte Teil der feinen Kristallteilchen bei niedrigerer Temperatur behandelt wird, bedeutet, daß sowohl die Stufe der Herstellung der feinen Aluminiumoxid-Kristallteilchen als auch die Stufe der Sinterung der feinen Kristallteilchen bei der Herstellung der Schleifkörner bei einer Temperatur vorgenommen wird, die niedriger ist als die Calcinierungstemperatur der groben Aluminiumoxid-Kristallteilchen. Wenn elektiogeschmolzenes Aluminiumoxid oder hochtenperaturcalciniertes Aluminiumoxid, beispielsweise ein solches, das bei einer erhöhten Temperatur von mehr als 1700⁰C calciniert worden 1st, für den Teil der feinen Aluminiumoxid-Kristallteilchen verwendet wird, dann erfolgt das damit durchgeführte Schleifen mit erheblich niedriger Leistung, und ein weiteres Sintern der Schleifkörner wird in nicht zufriedenstellender Weise durch-

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geführt, was zu einer verminderten mechanischen Festigkeit der gesinterten Schleifkörner führt. Im Gegensatz dazu wird bei der Verwendung von feinen Aluminiumoxidteilchen, die bei niedrigerer Temperatur calciniert worden sind, zum Beispiel bei Verwendung von Bayer-Aluminium o.dgl., und Sinterung dieses Produkts bei erhöhter Temperatur ein hohes Kristallwachstum festgestellt, und es wird daher eine verminderte mechanische Festigkeit, ein erhöhter Verschleiß und eine erniedrigte Schleiffähigkeit bewirkt.

Gemäß der Erfindung wird für den Teil der groben Teilchen (grobe Aluminiumoxid-Kristallteilchen) elektrogeschmolzenes oder hochtemperaturcalclniertes Aluminiumoxid verwendet, und der Raum zwischen den groben Teilchen wird mit feinen Teilchen (feine Aluminiumoxid-Kristallteilchen) gefüllt, die integral bzw. einteilig mit den groben Teilchen versintert sind. Letztere werden einer Wärmebehandlung bei einer niedrigeren Temperatur als die ersteren unterworfen, wodurch eine Vielzahl von Eigenschaften, die für Schleifkörner unter Schwerlast erforderlich sind, durch Kontrolle der Teilchengröße von beiden Teilchenportionen sowie der prozentualen Menge dieser Komponenten erhalten wird. Die Teilchengröße ist wie oben angegeben. Was die prozentuale Zusammensetzung anbelangt, so liegt der Anteil der groben Teilchen ,orzugsweise im Bereich von 15 bis 60 Gew.-%, mehr bevorzugt 20 bis 50 Gew.-96, während der Anteil der feinen Teilchen vorzugsweise im Bereich von 85 bis 40 Gew.-96, mehr bevorzugt 80 bis 50 Gew.-96, liegt, wie es in den folgenden Beispielen beispielhaft dargestellt wird.

Wie oben erwähnt, kann eine geringe Menge eines Inhibitors, zum Beispiel von MgO, CaO, SiOp, NiO o.dgl., zu den auf diese Weise hergestellten Schleifkörnern zugesetzt werden. Diese Zugabe kann zu dem Teil der groben Teilchen und/oder zu dem Teil der feinen Teilchen geschehen. Diese zusätzlichen Inhibitoren verbessern die Starrheit der Schleifkörner, und. sie hemmen ihr Kristallwachstum. Eine zu hohe Zugabe kann

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eine verminderte Härte bewirken, obgleich eine geringe Zugabemenge vorzuziehen ist. Es ist daher zweckmäßig, den Inhibitor in einer Menge von 0,1 bis 1,5 Gew.-% zuzusetzen.

Die erfindungsgemäßen Schleifkörner enthalten daher im Falle, daß kein weiteres Material zugesetzt wird, mehr als 999δ Aluminiumoxid. Im Falle des Zusatzes eines Inhibitors enthalten sie mehr als 98 % Aluminiumoxid. Die Korngröße ist nicht besonders spezifiziert, doch ist der Bereich von 0,5 bis 3,5 mm für den Schwerschleifbetrieb vorzuziehen und geeignet. Wie oben ausgeführt, sind die Dichte und die Härte der Schleifkörner wichtige Eigenschaften. Die Dichte der erfindungsgemäßen Schleifkörner beträgt mehr als 3,75 g/cnr und die Härte mehr als 1900 kg/mm, so daß eine dichte und enge Struktur gewährleistet wird. Um zu diesen Eigenschaften zu kommen, ist es notwendig, daß, wie später beschrieben, eine Vielzahl von Gesichtspunkten beachtet wird. Dieser Typ von Schleifkörnern ist für Schwerschleifvorgänge verfügbar, die bei einer Schleifscheibenlast im Bereich von 20 bis 300 kg durchgeführt werden. Er kann jedoch auch für extreme Schwerschleifvorgänge bei höherer Preßlast der Schleifscheibe als wie oben angegeben mit erheblich niedrigerem Schleifverhältnis (Menge des geschliffenen Materials/Menge der verschlissenen Schleifscheibe) verwendet werden.

Der Grund, warum die erfindungsgemäßen Schleifkörner für den Schwerschleifbetrieb sehr gut geeignet sind, liegt darin, daß die genannte Kornstruktur eine genügend hohe mechanische Festigkeit und Starrheit hat, daß sie einem derart schweren Schleifen widersteht und daß die Erzeugung von Schneidkanten der Schleifkörner wirksam erfolgt, was auf Kornbrüche zurückzuführen ist, die in der Teilchengrenze zwischen den groben und feinen Teilchen bewirkt werden, wobei erstere spröder sind und mehr Fehlstellen haben, wenn ein Widerstand in steigendem Maße zwischen der verschlissenen Schleifkante der Schleifkörner und dem zu schleifenden Werkstück entwickelt wird.

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Nachstehend wird die Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifkörner näher erläutert.

Zunächst wird von einem groben, elektrogi ;chraolzenen Aluminiumoxidpulver oder von einem groben, hochtemperaturcalcinierten Aluminiumoxidpulver, beispielsweise einem solchen, das bei einer erhöhten Temperatur von mehr als 17OO°C calciniert worden ist, ausgegangen. Die Teilchengröße dieses groben Pulvers liegt vorzugsweise im Bereich von 3 J^m bis 10 yum. Es kann sich um ein grobes, elektrogeschmolzenes oder calciniertes Aluminiumoxidpulver handeln, das als Nebenprodukt bei der Herstellung von herkömmlichen Schleifkörnern oder von feuerfesten Produkten anfällt.

Bayer-Aluminiumoxid ist für die feinen Aluminiumoxid-Kristallteilchen geeignet, das gut zerkleinert wird, so daß fast die ganzen Aluminiumoxidteilchen als feine Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 1 yum verteilt sind. Wenn ein Inhibitor, wie MgO o.dgl., zugesetzt wird, dann sollte er im wesentlichen zu der gleichen Teilchengröße wie das Aluminiumoxidpulver vor der Zugabe und dem Vermischen mit dem feinen Aluminiumoxidpulver zerkleinert werden.

In der nächsten Stufe werden die Bestandteile gut gemischt, in Gegenwart von Wasser oder erforderlichenfalls eines primären Bindemittels, wie Stärkepulver, geknetet und sodann dem Verformungsvorgang unterworfen. Vorzugsweise wird das Verformen unter Zuhilfenahme eines vakuumunterstützten Extruders durchgeführt, der es gestattet, das verknetete Material durch eine Düse unter vermindertem Druck zu extrudieren. Der Innendurchmesser des Extruders ist im wesentliche gleich dem äußeren Durchmesser der angestrebten Schleifkörner. Auf diese Weise wird ein dichtes stäbchenförmig geformtes Material erhalten. Dieses geformte Material wird im Verlaufe des Herabfallens von der Düse oder während seiner Wanderung durch den Trockner natürlich zu Stücken zerschnitten bzw. zerschlagen, so daß eine Partie von kornförmi-

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gen Stücken erhalten wird, deren Länge ungefähr gleich oder geringfügig größer ist als ihr Durchmesser. Nach Beendigung des Trocknens wird das Produkt in einem Drehofen o.dgl. gesintert. Es wird bevorzugt, einen Drehofen zu verwenden, da in diesem Falle das Material während der Calcinierung gedreht wird, wodurch ein dichteres und fester gesintertes Produkt als im Falle des Sinterns in einem statischen Zustand erhalten wird.

Die Sinterungstemperatur 1st einer der wichtigen Faktoren, da sie einen ausgeprägten Effekt auf die physikalischen Eigenschaften der Schleifkörner, zum Beispiel die Kristallgröße u. dgl., ausübt. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es erforderlich, das Kristallwachstum des Teils der feinen Aluminiumoxid-Kristallteilchen innerhalb des vorgewählten Ausmaßes zu hemmen. Die Sinterung wird demgemäß nicht bei einer zu hohen Temperatur durchgeführt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß eine Sinterung bei extrem niedriger Temperatur eine verminderte Sinterungsfestigkeit bewirkt, wodurch die mechanische Festigkeit der Schleifkörner vermindert wird. Die Sinterung sollte daher oberhalb der vorgewählten Temperatur durchgeführt werden. Die Sinterungstemperatur variiert weiterhin entsprechend der Teilchengröße des verwendeten Aluminiumoxid-Feinpulvers. Im Falle eines Aluminiumoxid-Feinpulvers, von dem ein Hauptteil der Teilchen (mehr als 95 %) im Teilchengrößenbereich von weniger als 1 Aim verteilt ist, liegt die Sinterungstemperatur vorzugsweise im Bereich von 155O°C bis 165O°C, insbesondere 1580⁰C bis 162O°C. Eine angemessene Zeitspanne, die für das Sintern erforderlich ist, liegt im Bereich von 40 bis 60 min in der höchsten Temperaturzone. Da das AluminiUB oxidpulver (grober Teil) bei einer Temperatur oberhalb der oben genannten Temperatur vorbehandelt wird, besteht das Aluminiumoxidpulver aus einzelnen Kristallteilchen. Wenn das Produkt daher bei der oben beschriebenen Temperatur gesintert wird, dann wird kein Kristallwachsturn festgestellt. Fin Kristallwachstum wird in dem Teil der feinen

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Teilchen festgestellt. Da das Kristallwachstum bei der vorgenannten Temperaturbedingung zweifach begrenzt ist, wird die resultierende Teilchengröße kleiner als 2 um gehalten, wenn Aluminiumoxidteilchen verwendet werden, die eine Anfangsteilohengröße von weniger als 1 um haben.

Beispiel 1

Zur Herstellung von verschiedenen Arten von Schleifkörnern wurde von den in Tabelle I angegebenen Ausgangsinaterialien ausgegangen.

Tabelle I

Ai elektrogeschmolzenes Aluminiumoxid (AIpO-, 99,7 Teilchengröße 3 bis 10 um

A¹: dto

Teilchengröße 0,2 bis 1 um

B: Bayer-Aluminiumoxid (calciniert bei 1100⁰C) Teilchengröße 3 bis 10 um

B¹: dto

Teilchengröße 0,2 bis 1 um

C: Bayer-Aluminiumoxid (calciniert bei 180O⁰C) Teilchengröße 3 bis 10 um

C·: dto

Teilchengröße 0,2 bis 1 jum

(Die angegebenen Produkte C und C stellen Rohmaterialien dar, die dadurch hergestellt worden sind, daß Bayer-Aluminiumoxid zu einer bestimmten Gestalt verformt worden ist, das geformte Material bei 1800⁰C calciniert wo: te Material zerkleinert worden ist.)

te Material bei 1800⁰C calciniert worden ist und das calcinier-

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Ausgehend von den oben angegebenen Rohmaterialien wurde das in Tabelle II angegebene zusammengesetzte Material hergestellt.

Tabelle II

	A	A«	B B'	C C¹
1	O		100
2	20		80
3	30		70
4	50		50
5	60		40
6	100		0
7		60		40
8	30	70
9				50 50
10			40 60

(in Gew.-%)

Das zusammengesetzte Material wurde in Gegenwart von zugesetztem Wasser gut geknetet und sodann mit einem vakuumunterstützten. Extruder verformt, so daB ein stäbchenförmiges geformtes Material mit einem Durchmesser von 2,4mm und einer Länge von 3 bis 5 mm erhalten wurde.

Nach beendigtem Trocknen wurde das geformte Material in einem Drehofen im Temperaturbereich von 1550⁰C bis 16OO°C und bei einer maximalen Temperatur von 1600⁰C (Temperatur gdes gesinterten Materials) über eine Zeitspanne von 60 min gesintert. In Tabelle III sind die physikalischen Eigenschaften der gesinterten Produkte zusammengestellt.

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-yf-

Tabelle III

	3,84	Teilchengröße	-	(in ρ ) *	Knoop- härte _o (kg/mm²)	Biege festig keit _o (kg/mm²)
	3,86	Teilchengröße verteilung des groben Teils (Mittelwert)	Teilchengröße verteilung des feinen Teils (Mittelwert)	2086	63
Dichte (g/cm3)	3,87	_	0,9-2,0 (1,6)	2092	58
1	3,80	3-10 (5,6)	ti ( η \	2131	58
2	3,70	( η )	Il ( " )	2069	50
3	3,51	η ( ⁿ )	Il ( " )	1964	44
4	3,75	H f ti \		1805	38
VJl	3,77	" ( " )	-	2017	46
6	3,76	(6,1)	0,5-1,6 (1,3)	2060	46
7	3,70	(5,6)	η ( " )	2032	51
8	(5,9)	0,5-1,8 (1,4)	1957	49
9	0,5-2,0 (1,5)
10

Fußnote: Die Teilchengröße wurde an der Oberfläche der Schleifkörner, die durch Heißätzen erschien, gemessen.

Zu Vergleichszwecken wurden Schleifscheiben aus den oben angegebenen Schleifkörnern und herkömmlichen Schleifkörnern in bekannter Weise hergestellt, wobei Phenolharz als Bindemittel verwendet wurde. Kontinuierliche Schleiftests wurde mit einem Federstahl (SUP-6 entsprechend JIS) als zu schleifendes Werkstück durchgeführt. Die Umfangsgeschwindigkeit betrug 2700 m/min. Die Last betrug 45 kg, und die Zeitspanne betrug 10 min.

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Die Ergebnisse dieser Test sind in Tabelle IV zusammengestellt. In der Tabelle stellt das Schleifverhältnis die Menge von geschliffenem Material/Menge der verschlissenen Schleifscheibe dar.

Tabelle IV

Schleif scheibe Nr.	Menge des gemahlenen Materials (g)	Menge der verschlis senen Schleif scheibe (g)	Schleif- verhält- nis	Stumpfwerden der Schleif scheibe
1	2562	375	6,8	da
2	2412	443	7,8	nein
3	3565	495	7,2	nein
4	3219	494	6,3	nein
VJl	2944	581	5,1	nein
6	1503	427	3,6	da
7	2067	455	4,6	nein
8	2536	420	6,0	nein
9	2470	449	5,5	nein
10	2118	450	4,7	da
11	1626	416	3,9	da
12	3256	501	6,5	nein
13	2641	843	3,1	da

Es wird darauf hingewiesen, daß die Schleifscheibe Nr. 11 gesinterte Bauxitschleifkörner enthält, daß die Schleifscheibe Nr. 12 Aluminiumoxid-Zirkondioxid-Schleifkörner enthält und daß die Schleifscheibe Nr. 13 elektrogeschmolzene Aluminiumoxid-Schleifkörner enthält. In der Tabelle ergibt sich das Stumpfwerden der

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Schleifscheibe durch eine verminderte Schleifgeschwindigkeit, die mittels eines elektrischen Kraftmessers abgelesen werden kann. Dies bedeutet, daß ein Zurichtvorgang notwendig ist, um die ursprüngliche Schleifgeschwindigkeit wieder herzustellen.

Beispiel 2

Die Schleifscheibe Nr. 3, die als bestes Ergebnis des Beispiels 1 angesehen wird, wurde insbesondere hinsichtlich des Effekts der Sinterungstemperatur der Schleifkörner untersucht. Tests wurden bei den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 einschließlich der Testbedingungen der Schleifscheibe durchgeführt, jedoch mit der Ausnahme, daß die Sinterungstemperatur in dem Drehofen verschieden war. Die Testergebnisse werden in der Tabelle V anhand der charakteristischen Eigenschaften der Schleifscheibe und in Tabelle VI anhand des Verhaltens der Schleifscheibe dargestellt.

Tabelle V

Schleif scheibe Nr.	Sinte- . rungs- tempe- ratur (⁸C)	Dichte (g/cm3)	Teilchengröße ( n)	Teilchen größever teilung d. feinen Teils (Mittelw.)	Härte _p (kg/mm )	Biege festig keit _o (kg/mm²)
14 15 ' 16 17 18 19	1500 1550 1600 1650 1700 1800	3,62 3,75 3,87 3,87 3,88 3,90	Feilchen- größever- teilung i. groben Teils (Mittelw.)	0,6-1,4(1,0) 0,6-1,7(1,2) 0,7-1,9(1,3) 0,9-2,1(1,6) 2,4-4,5(3,2) 10-25 (15)	1680 2010 2151 2160 2175 2194	31 48 57 54 46 42
3-10 (5,6) H ( ,, ) " ( ^w ) η ( „ ) " ( ⁿ ) 10-25 (15)

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Tabelle VI

Schleif scheibe Nr.	Menge des gemahlenen Materials	Menge der verschlis senen Schleif scheibe	Schleif verhält nis	Stumpf werden der Schleif scheibe
14	1537	418	3,7	Ja
15	2802	452	6,2	nein
16	3695	507	7,3	nein
17	3599	576	6,2	nein
18	3405	629	5,4	nein
19	2614	805	3,2	ja

Ende der Beschreibung.

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Claims

PATENTANWÄLTE

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-ING. ANNEKÄTE WEISERT D1PL.-1NG. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8000 MÜNCHEN 71 ■ TELEFON 089/797077-797078 · TELEX 05-212156 kpatd

TELEGRAMM KRAUSPATENT

2131 WK/ps

Patentansprüche 1* Aluminiumoxid-Schlelfkörner mit einer Dichte von mehr

^ ■ -ι ρ

als 3»75 g/cm und einer Härte (Knoop) von mehr als 1900 kg/mm zur Verwendung für Schleif- bzw. Mahlzwecke, dadurch g e kennz eich net , daß die Kornstruktur aus groben, elektrogeschmolzenen oder hochtemperaturcalcinierten Aluminiumoxid-Kristallteilchen und feinen Aluminiumoxid-Kristallteilchen, welche zwischen den groben Kristallteilchen angeordnet sind, besteht, wobei letztere eine geringere Teilchengröße als die ersteren haben und bei einer niedrigeren CaI-cinierungstemperatur als die ersteren behandelt worden sind und wobei die feinen Kristallteilchen integral mit den groben Kristallteilchen versintert sind.
2. Aluminiumoxid-Schleifkörner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die groben Aluminiumoxid-Kristallteilchen eine Teilchengröße im Bereich von 3 bis 10 yum haben, während die feinen Aluminiumoxid-Kristallteilchen eine Teilchengröße von weniger als 2 um und eine Härte (Knoop).von mehr als 2000 kg/mm haben.
3. - Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxid-Schleifkörnern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man ein Pulver aus grobem, elektrogeschmolzenem oder hochtemperaturcalciniertem Aluminiumoxid und ein Pulver aus feinem Aluminiumoxid mit einer geringeren Teilchengröße als das grobe Pulver in Gegenwart von Wasser oder erforderlichenfalls eines primären Bindemittels gut ver-

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knetet, das verknetete Material mittels eines Extruders extrudiert, daß man das extrudierte Material, während man dieses zu der vorgewählten Länge zuschneidet, trocknet und daß man die getrockneten und geschnittenen Stücke des extrudierten Materials sintert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das grobe Pulver eine Teilchengröße von 3 bis 10 um und das feine Pulver eine Teilchengröße von weniger als 1 um hat.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das während des Knetens zugesetzte primäre Bindemittel Stärke ist.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß man das Extrudieren unter vermindertem Druck unter Verwendung eines Extruders vom vakuumunterstützten Typ durchführt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß man das verknetete Material während des Extrudierens durch eine Düse extrudiert, deren Innendurchmesser im wesentlichen gleich ist wie der Außendurchmesser der angestrebten Schleifkörner.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet , daß man das extrudierte Material natürlich oder unter Zuhilfenahme einer geeigneten Schneideinrichtung zu der vorgewählten Länge zuschneidet, wobei die Länge im wesentlichen gleich oder etwas größer ist als der Durchmesser der angestrebten Schleifkörner.
9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß man die kornförmigen Stücke des geformten Materials in einem Drehofen sintert.

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10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß man die kornförmigen Stücke des geformten Materials im Temperaturbereich von 155O⁰C bis 165O°C, vorzugsweise 1580°C bis 162O°C, über einen Zeitraum von 40 bis 60 min sintert.

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