DE69410663T2

DE69410663T2 - Beschichtetes Schleifmittel mit Verdünnungspartikeln und förmigen Schleifpartikeln

Info

Publication number: DE69410663T2
Application number: DE69410663T
Authority: DE
Inventors: David E. C/O Minnesota Mining And St. Paul Minnesota 55133-3427 Broberg
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1994-03-17
Publication date: 1999-01-28
Anticipated expiration: 2014-03-18
Also published as: EP0615816A1; BR9401140A; US5496386A; KR940021191A; DE69410663D1; US5584896A; JPH06297337A; CA2115889A1; EP0615816B1

Description

Diese Erfindung betrifft beschichtete Schleifmittel, und genauer beschichtete Schleifmittel, die Partikel mit bestimmten Formen enthalten.
Die drei Grundverfahren, die verwendet wurden, um Schleifkörner mit einer bestimmten Form herzustellen, sind (1) Schmelzen, (2) Sintern und (3) chemische Keramik.
Im Schmelzverfahren können die Schleifkörner mit einer Kühlwalze, deren Oberfläche geprägt sein kann oder nicht, einer Form, in die das geschmolzene Material gegossen wird, oder einem Wärmeabführmaterial, das in eine Aluminiumoxidschmelze getaucht wird, geformt werden. US-Patent Nr. 3,377,660 offenbart ein Verfahren, umfassend die Schritte des Fließens von geschmolzenem Schleifmaterial von einem Ofen auf einen kühlen rotierenden Gießzylinder, des raschen Erstarrens des Materials, um eine dünne halbfeste gebogene Platte zu bilden, des Verdichtens des halbfesten Materials mit einer Druckwalze und dann des teilweisen Zerbrechens des Streifens aus halbfestem Material durch Umkehren seiner Biegung durch das Abziehen vom Zylinder mit einem rasch angetriebenen gekühlten Fördergerät, wonach der teilweise zerbrochene Streifen in Form großer Fragmente auf einem Sammler abgelegt wird, die nach dem raschen Abkühlen und Festwerden in kleinere Fragmente zerbrechen, die verkleinert werden können, um herkömmliche Schleifkörner zu bilden. Die US-Patente Nr. 4,073,096 und 4,194,887 offenbaren ein Verfahren, das die Schritte umfaßt: (1) Schmelzen eines Schleifgemisches in einem elektrischen Bogenofen, (2) Eintauchen eines relativ kalten Substrats in das geschmolzene Material, wodurch rasch eine Schicht des festen Schleifmaterials auf dem Substrat ausfriert (oder abgeschieden wird), (3) Entnehmen des beschichteten Substrats aus dem geschmolzenen Material und (4) Abbrechen des erstarrten Schleifmaterials vom Substrat und Sammeln für die weitere Verarbeitung, um Schleifkörner herzustellen.
Im Sinterverfahren können Schleifkörner aus hitzebeständigen Pulvern mit einer Teilchengröße bis 10 Mikrometer im Durchmesser hergestellt werden. Zu den Pulvern können Binder zusammen mit einem Schmiermittel und einem geeigneten Lösungsmittel, z. B. Wasser, gegeben werden. Die so erhaltenen Gemische, Pasten oder Schlämme können zu Plättchen oder Stäben mit verschiedenen Längen und Durchmessern geformt werden. Die so erhaltenen geformten Körner müssen bei hohen Temperaturen, z. B. 1400ºC bis 1800ºC, bei hohen Drücken oder während langer Wärmeausgleichszeiten, z. B. bis 10 Stunden, gebrannt werden. Die Kristallgröße kann im Bereich von unter einem Mikrometer bis 25 Mikrometer liegen. Um kürzere Verweilzeiten und/oder eine kleinere Kristallgröße zu erhalten, muß entweder der Druck oder die Temperatur erhöht werden. US- Patent Nr. 3,079,242 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Schleifkörnern aus kalziniertem Bauxitmaterial, umfassend die Schritte: (1) Zerkleinern des Materials zu einem feinen Pulver, (2) Verdichten unter positivem Druck und Formen der feinen Partikel des Pulvers zu Agglomeraten in Korngröße und (3) Sintern der Agglomerate der Partikel bei einer Temperatur unter der Schmelztemperatur des Bauxits, um eine beschränkte Rekristallisation der Partikel zu induzieren, wodurch Schleifkörner direkt in der richtigen Größe hergestellt werden. US-Patent Nr. 4,252,544 offenbart Aluminiumoxidschleifkörner, die durch Sintern hergestellt werden, wobei die Kornstruktur aus groben Aluminiumoxidkristallteilchen und feinen Aluminiumoxidkristallteilchen gebildet wird, die zwischen den groben Aluminiumoxidkristallteilchen angeordnet sind. US-Patent Nr. 3,491,492 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines aluminiumhaltigen Schleifkorns, das aus Bauxit oder Gemischen aus Bauxit und Aluminiumoxid aus dem Bayer-Verfahren hergestellt wird, wobei das zerkleinerte aluminiumhaltige Material mit Wasser und Eisen(III)-ammoniumcitrat oder mit Eisen(III)-ammoniumcitrat und Citronensäure gemischt wird und durch Mahlen, wobei ein flüssiger Schlamm mit hohem Feststoffanteil entsteht, Trocknen des Schlamms zu zusammenhängenden Stücken mit der gleichen Dicke wie eine Dimension des endgültigen Korns vor dem Sintern, Zerbrechen der Stücke in Körner, Sieben, gegebenenfalls Abrunden der Körner durch Luftzerkleinerung, Sieben, Sintern, Abkühlen und Sieben, um das Endprodukt zu erhalten, bis zu einem Zustand der feinen Unterteilung zerkleinert wird. US-Patent Nr. 3,637,630 offenbart ein Verfahren, in dem der in US-Patent Nr. 3,491,492 offenbarte Typ von Schlamm auf einer rotierenden Anode einer elektrophoretischen Zelle abgeschieden oder aufgetragen wird. Das aufgetragene aluminiumhaltige Material wird von der rotierenden Anode entfernt, getrocknet, zu Körnchen zerbrochen, gesiebt, gesintert und bis zur endgültigen Größe gesiebt.
Das Verfahren der chemischen Keramik umfaßt das Umwandeln einer kolloidalen Dispersion oder eines Hydrosols (manchmal als Sol bezeichnet) gegebenenfalls in einem Gemisch mit Lösungen anderer Metalloxidvorstufen, in ein Gel oder einen beliebigen anderen physikalischen Zustand, der die Mobilität der Komponenten einschränkt, Trocknen und Brennen, um ein keramisches Material zu erhalten. Ein Sol kann mit einem beliebigen von verschiedenen Verfahren, einschließlich der Fällung eines Metallhydroxids aus einer wäßrigen Lösung, gefolgt von Peptisierung, Dialyse der Anionen aus einer Lösung des Metallsalzes, Lösungsmittelextraktion eines Anions aus einer Lösung eines Metallsalzes, hydrothermaler Zersetzung einer Lösung eines Metallsalzes mit einem flüchtigen Anion, hergestellt werden. Das Sol enthält gegebenenfalls ein Metalloxid oder eine Vorstufe davon und wird z. B. durch partielle Extraktion des Lösungsmittels, z. B. Wasser, in einen mittelharten festen Zustand mit beschränkter Mobilität, wie ein Gel, umgewandelt. Das Verfahren der chemischen Keramik wurde verwendet, um keramische Materialien. wie Fasern, Folien, Flocken und Mikrokügelchen, herzustellen. US-Patent Nr. 4,314,827 offenbart ein synthetisches, nicht geschmolzenes Schleifmineral auf der Basis von Aluminiumoxid, das eine mikrokristalline Struktur aus statistisch orientierten Kristalliten aufweist, die eine vorherrschende kontinuierliche Phase aus α- Aluminiumoxid und eine sekundäre Phase umfaßt. US-Patent Nr. 4,744,802 offenbart ein Schleifkorn, hergestellt mit einem chemischen keramischen Verfahren, das ein Eisenoxid als keimbildendes Mittel verwendet, um die Umwandlung in α-Aluminiumoxid zu fördern. Dieses Patent weist auch daraufhin, daß das Gel mit einem beliebigen geeigneten Verfahren, wie Pressen, Formen oder Extrudieren, geformt werden kann. US-Patent Nr. 4,848,041 offenbart ein geformtes Schleifkorn, das mit einem chemischen keramischen Verfahren hergestellt wird, wobei das Schleifkorn ein mittleres Teilchenvolumenverhältnis von weniger als 0.8 hat. US-A-5011512 offenbart ein Schleifmittel, umfassend ein Gemisch aus Schleifkörnern und nicht-schleifenden Verdünnungskörnern, die durch einen Binder an einem Träger haften.
Diese Erfindung stellt beschichtete Schleifmaterialien zur Verfügung, die Schleifpartikel mit bestimmten Formen und Verdünnungspartikel enthalten.
Das beschichtete Schleifmittel umfaßt:
a. einen Träger mit zwei Hauptoberflächen;
b. mindestens ein Bindemittel;
c. eine Schleifbeschichtung, umfassend geformte Schleifpartikel und Verdünnungspartikel, wobei das mindestens eine Bindemittel dazu dient, die Schleifbeschichtung mit mindestens einer Hauptoberfläche des Trägers zu verbinden, und wobei wenigstens ein Teil der geformten Schleifpartikel Formen aufweist, die als Stäbe mit einer Länge und einem maximalen Durchmesser charakterisiert werden können, wobei das Verhältnis der Länge zum maximalen Durchmesser wenigstens 1 zu 1 beträgt, und wobei die Verdünnungspartikel aus der Gruppe gewählt sind, bestehend aus (1) einer Vielzahl einzelner Schleifpartikel, die durch einen Klebstoff miteinander verbunden sind, so daß sie ein Agglomerat bilden, (2) einer Vielzahl einzelner nicht-schleifender Partikel, die durch einen Klebstoff miteinander verbunden sind, so daß sie ein Agglomerat bilden und (3) einer Vielzahl einzelner Schleifpartikel und einer Vielzahl einzelner nicht-schleifender Partikel, die durch einen Klebstoff miteinander verbunden sind, so daß sie ein Agglomerat bilden, wobei das Schleifpartikel enthaltende Agglomerat eine unregelmäßige oder statistische Form hat.
Im beschichteten Schleifmittel kann mehr als eine Art von Verdünnungspartikeln verwendet werden. Die Agglomerate, die die einzelnen Schleifpartikel enthalten, weisen unregelmäßige oder statistische Formen auf, d. h. sie sind aus dem Bereich der geformten Schleifpartikel ausgeschlossen. Agglomerate, die einzelne nicht-schleifende Partikel enthalten, aber frei sind von einzelnen Schleifpartikeln, können jedoch Formen aufweisen, die denen der geformten Schleifpartikel gleichwertig sind.
Die Schleifbeschichtung kann verschieden Typen von Konfigurationen annehmen. Die meisten Konfigurationen fallen jedoch unter vier Hauptkategorien:
(1) offener Überzug aus Verdünnungspartikeln und offener Überzug aus geformten Schleifpartikeln;
(2) offener Überzug aus Verdünnungspartikeln und geschlossener Überzug aus geformten Schleifpartikeln;
(3) geschlossener Überzug aus Verdünnungspartikeln und offener Überzug aus geformten Schleifpartikeln und
(4) geschlossener Überzug aus Verdünnungspartikeln und geschlossener Überzug aus geformten Schleifpartikeln.
In den ersten zwei Konfigurationen liegen die geformten Schleifpartikel im wesentlichen zwischen den Verdünnungspartikeln. In den zwei letzten Konfigurationen liegen die geformten Schleifpartikel im wesentlichen zwischen und über den Verdünnungspartikeln.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden zuerst die Verdünnungspartikel aufgetragen, und danach werden die geformten Schleifpartikel aufgetragen. Die geformten Schleifpartikel werden vorzugsweise in einem elektrostatischen Feld aufgetragen. Die elektrostatischen Feldlinien konzentrieren sich an den Ecken und entlang den Kanten der geformten Schleifpartikel, und die geformten Partikel orientieren sich so im elektrostatischen Feld, daß sie sich mit ihren dünnsten Kanten auf dem Binder oder den Verdünnungspartikeln ablagern, wodurch die dünnen Kanten der geformten Partikel während des Schleifvorgangs mit dem Werkstück in Kontakt kommen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Verdünnungspartikel und die geformten Schleifpartikel zuerst gemischt und dann gleichzeitig aufgetragen.
Ein Verfahren zur Herstellung solcher geformter Schleifpartikel umfaßt die Schritte:
(a) Bereitstellung einer Dispersion, umfassend Partikel, die in α-Aluminiumoxid umgewandelt werden können, vorzugsweise Partikel aus α-Aluminiumoxidmonohydrat, in einer Flüssigkeit, die eine flüchtige Komponente umfaßt;
(b) Bereitstellung einer Form mit einer ersten im allgemeinen planaren Oberfläche und einer zweiten, der ersten Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche, wobei die erste Oberfläche eine Öffnung zu einem Formhohlraum mit einer bestimmten Form aufweist;
(c) Einführen der Dispersion in den Formhohlraum, vorzugsweise so, daß sich keine exponierte Oberfläche der Dispersion wesentlich über die Ebene der ersten Oberfläche der Form ausdehnt;
(d) Entfernen eines ausreichenden Teils der flüchtigen Komponente der Flüssigkeit aus der Dispersion, während sich die Dispersion im Formhohlraum befindet, wodurch eine Vorstufe eines Schleifpartikels entsteht, die eine Form aufweist, die ungefähr der Form des Formhohlraums entspricht;
(e) Entfernen der Vorstufe des Schleifpartikels aus dem Formhohlraum;
(f) Kalzinieren der entfernten Vorstufe des Schleifpartikels und
(g) Sintern der kalzinierten Vorstufe, um den gewünschten Schleifpartikel herzustellen.
In einer Variation des Verfahrens zur Herstellung geformter Schleifpartikel läßt man die Dispersion, nachdem sie hergestellt ist, vor dem Einführen in den Formhohlraum erstarren. So wie er hier verwendet wird, bedeutet der Begriff "erstarren lassen", die Viskosität einer Substanz ausreichend zu erhöhen, so daß sie nicht aus einem umgedrehten Reagenzglas fließt. In einer zweiten Variation wird die Dispersion unter einem Druck von weniger als 100 psi in den Formhohlraum eingeführt. In einer dritten Variation wird wenigstens eine Seite der Form, d. h. die Seite, in der der Hohlraum liegt, während des Schritts, in dem die flüchtige Komponente entfernt wird, der Atmosphäre ausgesetzt, die die Form umgibt. In einer vierten Variation wird die flüchtige Komponente der Dispersion ohne Anwendung von zusätzlicher Wärme oder Druck aus der Dispersion entfernt, während sich die Dispersion in der Form befindet. In einer fünften Variation wird die flüchtige Komponente der Dispersion durch Verdunstung aus der Dispersion entfernt, während sich die Dispersion in der Form befindet. In einer sechsten Variation wird ein zusätzlicher Trocknungsschritt verwendet, nachdem die Vorstufe des Schleifpartikels aus der Form entfernt ist.
Die Form enthält vorzugsweise mehrere Hohlräume, stärker bevorzugt wenigstens zwanzig Hohlräume. Vorzugsweise entsprechen die Formen der Hohlräume ungefähr den gewünschten Formen der Schleifpartikel. Es ist auch bevorzugt, daß die Hohlräume von gleicher Größe und Form sind.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von geformten Schleifpartikeln umfaßt die Schritte:
(a) Bereitstellung einer Dispersion, umfassend Partikel, die in α-Aluminiumoxid umgewandelt werden können, vorzugsweise Partikel aus α-Aluminiumoxidmonohydrat, in einer Flüssigkeit, die eine flüchtige Komponente umfaßt;
(b) Extrudieren der Dispersion durch eine Auslaßöffnung einer Düse, wodurch eine gestreckte Vorstufe eines Schleifpartikels entsteht, wobei die Vorstufe im wesentlichen den gleichen Querschnitt hat wie die Auslaßöffnung der Düse;
(c) Entfernen eines ausreichenden Teils der flüchtigen Komponente der Flüssigkeit aus der gestreckten Vorstufe des Schleifpartikels, so daß die Vorstufe trocken genug ist, um ihre gestreckte Form und den Querschnitt beizubehalten;
(d) Umwandeln der getrockneten Vorstufe des Schleifpartikels in die gewünschte Länge;
(e) Kalzinieren der getrockneten Vorstufe des Schleifpartikels; und
(f) Sintern der kalzinierten Vorstufe, um den gewünschten Schleifpartikel herzustellen.
Die geformten Schleifpartikel weisen Formen auf, die als Stäbe charakterisiert werden können. Die Stäbe können zum Beispiel eine zylindrische oder prismatische Form haben, wobei das Verhältnis der Länge zum maximalen Durchmesser wenigstens 1 zu 1, vorzugsweise 2 zu 1 und besonders bevorzugt wenigstens 3 zu 1 beträgt.
Fig. 1 ist eine Ansicht einer Form, die zur Herstellung geformter Schleifpartikel geeignet ist, von oben.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Form, die zur Herstellung geformter Schleifpartikel geeignet ist.
Fig. 3 ist eine in 12facher Vergrößerung aufgenommene Mikrophotographie, die geformte Schleifpartikel zeigt, in denen die planare Form dreieckig ist.
Fig. 4 ist eine in 12facher Vergrößerung aufgenommene Mikrophotographie, die geformte Schleifpartikel zeigt, in denen die planare Form rechteckig ist.
Fig. 5 ist eine in 12facher Vergrößerung aufgenommene Mikrophotographie, die geformte Schleifpartikel zeigt, in denen die planare Form rund ist.
Fig. 6 ist ein vergrößerter Schnitt durch ein Fragment eines beschichteten Schleifmittels dieser Erfindung, das geformte Schleifpartikel verwendet.
Fig. 7 ist eine Seitenansicht eines Geräts zur Herstellung von Schleifpartikeln, das in dieser Erfindung verwendet werden kann.
Fig. 8 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Düse, die im Gerät der Fig. 7 verwendet werden kann.
Fig. 9 ist ein Querschnitt durch den Bohrer und das Bohrloch des Düsenkörpers der Fig. 8. So wie er hier verwendet wird, bedeutet der Begriff "Dispersion" die nicht erstarrte, nicht getrocknete Zusammensetzung, umfassend Partikel, die in einer fließfähigen Bindervorstufe in α- Aluminiumoxid umgewandelt werden können. Die Dispersion wird zur Herstellung geformter Schleifpartikel verwendet. Die Ausformung kann durch Formen oder durch Extrudieren und Sortieren erfolgen. Nachdem die Dispersion geformt ist, wird genügend flüchtige Komponente daraus entfernt, um die Erstarrung der so erhaltenen geformten Dispersion zu bewirken. Der Begriff "Vorstufe des geformten Schleifpartikels" bedeutet den ungesinterten Partikel, der durch Entfernen einer ausreichenden Menge der flüchtigen Komponente aus der Dispersion hergestellt wird, um einen erstarrten Körper mit einer Form herzustellen. Wenn die Ausformung durch Formen erfolgt, hat die Vorstufe des geformten Partikels eine Form, die ungefähr der Form des Formhohlraums entspricht, in dem sie hergestellt wurde. Wenn die Ausformung durch Extrusion durch die Auslaßöffnung einer Düse erfolgt, hat die Vorstufe des geformten Partikels einen Querschnitt, der ungefähr der Form der Auslaßöffnung der Extrusionsdüse entspricht. Nach der Ausformung und der Entfernung der flüchtigen Komponente wird der so erhaltene geformte Partikel gesintert, wodurch die Dichte des Partikels einen Wert von wenigstens 90% der theoretischen Dichte annimmt. Der Begriff "geformter Schleifpartikel" bedeutet einen gesinterten Partikel, der mit dem Verfahren aus US-A-5,201,916 (US-Seriennr. 07/919,179, eingereicht am 23. Juli 1992) hergestellt werden kann.
Der erste Schritt eines bevorzugten Verfahrens zu Herstellung geformter Schleifpartikel umfaßt die Herstellung einer Dispersion, umfassend eine Flüssigkeit, die Partikel enthält, die in α- Aluminiumoxid umgewandelt werden können, wobei die Flüssigkeit eine flüchtige Komponente, vorzugsweise Wasser, umfaßt. Die Dispersion sollte eine ausreichende Menge der Flüssigkeit umfassen, um die Viskosität der Dispersion gering genug zu machen, um ein leichtes Einführen in den Formhohlraum oder durch eine Extrusionsdüse sicherzustellen, aber nicht soviel Flüssigkeit, daß die anschließende Entfernung der Flüssigkeit untragbar teuer wird. Die Dispersion umfaßt vorzugsweise etwa 2 bis etwa 90 Gew.-% der Partikel, die in α-Aluminiumoxid umgewandelt werden können, vorzugsweise Teilchen aus α-Aluminiumoxidmonohydrat (Boehmit) und wenigstens 10 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 70 Gew.-%, stärker bevorzugt 50 bis 60 Gew.-% der flüchtigen Komponente, vorzugsweise Wasser. Umgekehrt enthält die Dispersion vorzugsweise 30 bis 50 Gew.- %, stärker bevorzugt 40 bis 50 Gew.-% Feststoffe. Wenn der Prozentanteil der Flüssigkeit zu hoch ist, können sich nach dem Trocknen zu viele Risse in den so erhaltenen Partikeln entwickeln. Wenn der Prozentanteil der Flüssigkeit zu niedrig ist, kann das Pumpen der Dispersion in die Form schwierig sein. Es können auch andere Aluminiumoxidhydrate als Boehmit verwendet werden.
Boehmit kann mit bekannten Verfahren hergestellt werden oder im Handel erhalten werden. Beispiele für im Handel erhältlichen Boehmit umfassen Produkte mit den Handelsbezeichnungen "DISPERAL" von Condea Chemie, GmbH und "DISPAL" von Vista Chemical Company. Diese Aluminiumoxidmonohydrate liegen in der Alphaform vor, sind relativ rein, d. h. sie umfassen, wenn überhaupt, relativ wenige andere Hydratphasen als Monohydrate und haben eine große Oberfläche. Die physikalischen Eigenschaften der geformten Schleifpartikel hängen im allgemeinen vom Typ des in der Dispersion verwendeten Materials ab.
Es ist bevorzugt, daß die Dispersion im Gelzustand vorliegt. So wie es hier verwendet wird, ist "ein Gel" ein dreidimensionales Netzwerk aus Feststoffen, die in einer Flüssigkeit dispergiert sind. Ein Gel fließt nicht aus einem umgedrehten Reagenzglas.
Die Dispersion kann einen modifizierenden Zusatz oder eine Vorstufe eines modifizierenden Zusatzes enthalten. Der modifizierende Zusatz kann eine erwünschte Eigenschaft der Schleifpartikel verstärken oder die Wirksamkeit des folgenden Sinterschrittes erhöhen. Modifizierende Zusätze oder Vorstufen modifizierender Zusätze können in Form löslicher Salze, typischerweise wasserlöslicher Salze vorliegen. Sie bestehen typischerweise aus einer metallhaltigen Verbindung und können eine Vorstufe eines Oxids von Magnesium, Zink, Eisen, Silicium, Kobalt, Nickel, Zirkonium, Hafnium, Chrom, Yttrium, Praseodym, Samarium, Ytterbium, Neodym, Lanthan, Gadolinium, Cer, Dysprosium, Erbium, Titan und Gemische davon sein. Die einzelnen Konzentrationen dieser Zusätze, die in der Dispersion vorhanden sein können, sind nicht kritisch und können in geeigneter Weise variiert werden. Die Zugabe eines modifizierenden Zusatzes oder einer Vorstufe eines modifizierenden Zusatzes verursacht typischerweise das Erstarren der Dispersion. Die Dispersion kann auch durch die Zuführung von Wärme während einiger Zeit zum Erstarren gebracht werden.
Die Dispersion kann auch ein keimbildendes Mittel enthalten, um die Umwandlung von hydratisiertem oder kalziniertem Aluminiumoxid in α-Aluminiumoxid zu fördern. Keimbildende Mittel, die für diese Erfindung geeignet sind, umfassen kleine α-Aluminiumoxidteilchen, α- Eisen(III)-oxid oder seine Vorstufe, Titanoxide und Titanate, Chromoxide oder beliebige andere Materialien, die die Umwandlung einleiten. Die Menge des keimbildenden Mittels, falls verwendet, sollte ausreichen, um die Umwandlung von α-Aluminiumoxid zu bewirken. Die Keimbildung in solchen Dispersionen ist in den US-Patenten Nr. 4,744,802 und 4,964,883 offenbart.
Zu der Dispersion kann ein Peptisierungsmittel gegeben werden, um ein stabileres Hydrosol oder eine stabilere kolloidale Dispersion herzustellen. Die für diese Erfindung bevorzugten Peptisierungsmittel sind monoprotische Säuren oder Säureverbindungen, wie Essigsäure, Salzsäure, Ameisensäure und Salpetersäure, wobei Salpetersäure bevorzugt ist. Mehrwertige Säuren sind als Peptisierungsmittel weniger bevorzugt, da sie die Dispersion rasch erstarren lassen, wodurch es schwierig wird, sie zu handhaben oder weitere Komponenten zuzugeben. Einige kommerzielle Quellen für Boehmit enthalten einen Säureliter (wie absorbierte Ameisen- oder Salpetersäure), der bei der Herstellung einer stabilen Dispersion hilft.
Die Dispersion kann mit beliebigen geeigneten Verfahren hergestellt werden, zum Beispiel einfach durch Mischen von Aluminiumoxidmonohydrat mit Wasser, das ein Peptisierungsmittel enthält, oder durch die Herstellung eines Aluminiumoxidmonohydratschlamms, zu dem das Peptisierungsmittel gegeben wird.
Der zweite Schritt des Verfahrens zur Herstellung geformter Schleifpartikel umfaßt die Bereitstellung einer Form mit wenigstens einem Hohlraum, vorzugsweise mehreren Hohlräumen. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 weist eine Form 10 eine im allgemeinen planare Oberfläche 12 und mehrere Hohlräume 14 auf. Form 10 kann aus einem starren Material, wie Metall, z. B. Stahl, hergestellt werden. Es ist bevorzugt, daß Form 10 aus einer relativ dünnen Aluminium- oder Edelstahlplatte oder einem Band, z. B. mit einer Dicke von weniger als 5 cm, vorzugsweise weniger als 2 cm, hergestellt wird. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 kann der Zugang zu den Hohlräumen 14 der Form 10 über eine Öffnung 15 in der ersten oder oberen Oberfläche 16 der Form 10, über eine Öffnung (nicht abgebildet) in der zweiten oder unteren Oberfläche 18 der Form 10 oder über Öffnungen in beiden Oberflächen der Form 10 erfolgen. In einigen Fällen können sich die Hohlräume 14 über die gesamte Dicke der Form 10 ausdehnen. In einer anderen Ausführungsform können sich die Hohlräume 14 nur über einen Teil der Dicke der Form 10 ausdehnen. Es ist bevorzugt, daß die obere Oberfläche 16 der Form 10 im wesentlichen parallel zu der unteren Oberfläche 18 der Form 10 liegt. Wenigstens eine Seite der Form 10, d. h. die Seite, in der der Hohlraum liegt, kann während des Schritts, in dem die flüchtige Komponente entfernt wird, der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt bleiben. Wenn sich die Hohlräume durch die gesamte Form ausdehnen, sollten die beide Oberflächen der Form im allgemeinen planar sein. So wie er hier verwendet wird, umfaßt der Begriff "planar" eine beliebige zweidimensionale Oberfläche. Es ist jedoch bevorzugt, daß die planaren Oberflächen flach oder eben sind.
Die Hohlräume 14 haben eine bestimmte dreidimensionale Form. Die bevorzugte Form eines Hohlraums kann als ein Dreieck mit einer Dimension der Tiefe beschrieben werden. Es können jedoch weitere Formen verwendet werden, wie Kreise, Rechtecke, Quadrate oder Kombinationen davon, wobei alle eine Dimension der Tiefe haben. Die Dimension der Tiefe ist der senkrechte Abstand der Oberfläche 12 vom tiefsten Punkt des Hohlraums 14. Ein Hohlraum kann außerdem der Umkehrung weiterer geometrischer Formen entsprechen, wie beispielsweise pyramidal, abgestumpftpyramidal, beschnitten sphärisch, beschnitten sphäroidal, kegelförmig und abgestumpft kegelförmig. Es gibt vorzugsweise wenigstens 20 Hohlräume pro Form, stärker bevorzugt wenigstens 100 Hohlräume pro Form. Die Tiefe eines gegebenen Hohlraums kann gleichmäßig sein oder entlang seiner Länge und/oder Breite variieren. Die Hohlräume einer gegebenen Form können die gleiche oder verschiedene Formen haben.
Es ist bevorzugt, daß die Dimensionen der Hohlräume 14 ungefähr den gewünschten Dimensionen der geformten Schleifpartikel entsprechen, wobei ein erwartetes Schrumpfen berücksichtigt wird. Folglich ist es nicht nötig, die geformten Schleifpartikel zu mahlen, zu brechen oder zu schneiden, um ihre Größe zu verringern. Ebenso ist es nicht nötig, die geformten Schleifpartikel nach der Herstellung mit dem hier beschriebenen Verfahren bis zu einer geeigneten Teilchengröße zu sieben. Außerdem bleibt die Größe der geformten Schleifpartikel zwischen verschiedenen Chargen im wesentlichen konstant, wodurch eine sehr gleichmäßige Teilchengröße und Verteilung der Teilchengrößen von Charge zu Charge sichergestellt wird.
Der dritte Schritt des Verfahrens zur Herstellung geformter Schleifpartikel umfaßt die Einführung der Dispersion in die Hohlräume 14 mit einem beliebigen konventionellen Verfahren. Es ist bevorzugt, die Oberfläche 12 der Form 10 mit der Dispersion zu übergießen. Die Dispersion kann auf die Oberfläche 12 der Form 10 gepumpt werden. Danach kann ein Schaber oder ein Ausstreichstab verwendet werden, um einen Teil der Dispersion in die Hohlräume 14 der Form 10 zu drücken. Der restliche Teil der Dispersion, der nicht in die Hohlräume 14 gelangt, kann von der Oberfläche 12 der Form 10 entfernt und wiederverwendet werden. Obwohl ein kleiner Teil der Dispersion auf der Oberfläche 12 der Form 10 zurückbleiben kann, ist das nicht bevorzugt. Der mit dem Schaber oder dem Ausstreichstab ausgeübte Druck ist typischerweise kleiner als 100 psi, vorzugsweise kleiner als 50 psi und besonders bevorzugt kleiner als 10 psi. Ferner sollte sich keine exponierte Oberfläche der Dispersion wesentlich über die Ebenen ausdehnen, die durch die planaren Oberflächen der Form gebildet werden, um eine gleichmäßige Dicke der geformten Schleifpartikel sicherzustellen. Es ist auch bevorzugt, daß die planare Oberfläche der Form in der Umgebung der Hohlräume im wesentlichen frei von der Dispersion ist.
Es ist bevorzugt, daß vor dem Einführen der Dispersion in die Hohlräume 14 eine Trennbeschichtung auf die Oberfläche 12 der Form 10 und auf die Oberflächen der Hohlräume 14 aufgetragen wird. Die Funktion der Trennbeschichtung besteht darin, eine leichte Entfernung der Vorstufen der geformten Schleifpartikel zu erlauben. Typische Materialien für die Herstellung von Trennbeschichtungen sind Silicone und Polytetrafluorethylen.
Der vierte Schritt des Verfahrens zur Herstellung geformter Schleifpartikel umfaßt die Entfernung eines Teils der Flüssigkeit, d. h. ihrer flüchtigen Komponente, aus der Dispersion, während sich die Dispersion im Formhohlraum befindet, wodurch eine Zunahme der Viskosität der Dispersion erreicht wird. Es ist bevorzugt, daß die flüchtige Komponente eher durch Verdunstung als durch eine äußere Kraft, wie Filtration, entfernt wird. Die Entfernung von Flüssigkeit durch Verdunstung kann bei Raumtemperatur oder bei erhöhten Temperaturen erfolgen. Die erhöhten Temperaturen können von etwa 40ºC bis etwa 300ºC reichen. Bei höheren Temperaturen werden jedoch hohe Trocknungsgeschwindigkeiten erreicht, die im so erhaltenen Schleifpartikel unerwünschte Risse erzeugen können. Wenn die flüchtige Komponente Wasser ist, ist es bevorzugt, die Form, die die Dispersion enthält, während etwa 10 bis etwa 30 Minuten in einem Gebläseofen auf eine Temperatur von etwa 50ºC bis etwa 80ºC zu erwärmen. Aus der Dispersion muß eine ausreichende Menge der flüchtigen Komponente entfernt werden, um ihre Erstarrung zu bewirken, wodurch eine Vorstufe eines geformten Schleifpartikels mit ungefähr der gleichen Form wie die Form des Formhohlraums entsteht. Es ist bevorzugt, daß eine ausreichende Menge der flüchtigen Komponente aus der Dispersion entfernt wird, so daß die Vorstufen der geformten Schleifpartikel leicht aus den Hohlräumen der Form entfernt werden können. In diesem Schritt werden typischerweise bis 40% der Flüssigkeit aus der Dispersion entfernt.
Der fünfte Schritt des Verfahrens zur Herstellung geformter Schleifpartikel umfaßt die Entfernung der Vorstufen des geformten Schleifpartikels aus den Formhohlräumen. Dieser Schritt wird durch das Schrumpfen der Dispersion während der Herstellung der Vorstufen der geformten Schleifpartikel ermöglicht, wenn die Flüssigkeit daraus entfernt wird. Es ist beispielsweise nicht ungewöhnlich, daß das Volumen der Vorstufe des geformten Schleifpartikels 80% oder weniger der geformten Dispersion beträgt, aus der sie hergestellt wurde. Die Vorstufen der geformten Schleifpartikel können entweder durch Schwerkraft oder durch die Anwendung eines schwachen Drucks aus den Hohlräumen entfernt werden, z. B. mit einer rotierenden Bürste, um sie aus den Hohlräumen zu drücken.
Die entfernten Vorstufen der geformten Schleifpartikel haben ungefähr die gleiche Form wie die Hohlräume der Form, in der sie hergestellt wurden. Eine genaue Nachbildung ist aus drei Gründen unwahrscheinlich. Erstens schrumpft die Dispersion, daher sind die Vorstufen der geformten Schleifpartikel kleiner als die Hohlräume; in denen sie hergestellt werden. Zweitens können einige Kanten der Vorstufen der geformten Schleifpartikel abbrechen oder abgerundet werden, wenn sie aus den Formhohlräumen entfernt werden. Drittens kann die Dispersion die Hohlräume nicht vollständig ausfüllen, wenn sie in die Hohlräume eingeführt wird. Es sollte erwähnt werden, daß in dem Verfahren darauf geachtet werden sollte, die vorstehenden Faktoren zu minimieren.
Die Vorstufen der geformten Schleifpartikel können außerhalb der Form weiter getrocknet werden. Wenn die Dispersion in der Form in gewünschten Ausmaß getrocknet wird, ist dieser zusätzliche Trocknungsschritt nicht nötig. Es kann jedoch in einigen Fällen wirtschaftlich sein, diesen zusätzlichen Trocknungsschritt anzuwenden, um die Zeit, die die Dispersion in der Form verbringt, zu minimieren. Während dieses zusätzlichen Trocknungsschritts muß darauf geachtet werden, die Entstehung von Rissen in den Vorstufen der geformten Schleifpartikel zu verhindern.
Wenn Wasser die flüchtige Komponente ist, werden die Vorstufen der geformten Schleifpartikel typischerweise während etwa 10 bis etwa 480 Minuten, vorzugsweise während etwa 120 bis etwa 400 Minuten, bei einer Temperatur von etwa 50ºC bis etwa 160ºC, vorzugsweise von etwa 120ºC bis etwa 150ºC, getrocknet.
Der sechste Schritt des Herstellungsverfahrens für geformte Schleifpartikel umfaßt das Kalzinieren der Vorstufen der geformten Schleifpartikel. Während der Kalzinierung wird im wesentlichen das gesamte flüchtige Material entfernt, und die verschiedenen Komponenten, die in der Dispersion vorhanden waren, werden in Metalloxide umgewandelt. Die Vorstufen der geformten Schleifpartikel werden allgemein auf eine Temperatur von etwa 400ºC bis etwa 800ºC erwärmt und in diesem Temperaturbereich gehalten, bis das freie Wasser und über 90 Gew.-% des gebundenen flüchtigen Materials entfernt sind. Es kann wünschenswert sein, den modifizierenden Zusatz in einem optionalen Schritt durch ein Imprägnierungsverfahren zuzugeben. Ein wasserlösliches Salz kann durch Imprägnierung in die Poren der kalzinierten Vorstufen der geformten Schleifpartikel eingeführt werden. Dann werden die Vorstufen der geformten Schleifpartikel wieder vorgebrannt. Diese Option ist in der europäischen Patentanmeldung Nr. 293,163 weiter beschrieben.
Der siebte Schritt des Verfahrens zur Herstellung geformter Schleifpartikel umfaßt das Sintern der Vorstufen der geformten Schleifpartikel, um die geformten Schleifpartikel herzustellen. Vor dem Sintern sind die Vorstufen der geformten Schleifpartikel nicht vollständig verdichtet, und so fehlt ihnen die Härte, um als geformte Schleifpartikel dieser Erfindung verwendet zu werden. Das Sintern findet statt, indem die Vorstufen der geformten Schleifpartikel auf eine Temperatur von etwa 1000ºC bis etwa 1650ºC erwärmt werden und in diesem Temperaturbereich gehalten werden, bis im wesentlichen das gesamte α-Aluminiumoxidmonohydrat (oder das Äquivalent) in α-Aluminiumoxid umgewandelt ist und die Porosität auf weniger als 15 Vol.% verringert ist. Die Zeit, während der die Vorstufen der geformten Schleifpartikel der Sintertemperatur ausgesetzt werden müssen, um diesen Umwandlungsgrad zu erreichen, hängt von verschiedenen Faktoren ab, aber in der Regel sind etwa fünf Sekunden bis etwa 48 Stunden typisch. Die bevorzugte Dauer des Sinterns reicht von etwa einer Minute bis etwa 90 Minuten.
Es können weitere Schritte verwendet werden, um das Verfahren dieser Erfindung zu modifizieren, wie rasches Erwärmen des Materials von der Kalzinierungstemperatur auf die Sintertemperatur, Zentrifugieren der Dispersion, um Schlamm, Abfall usw. zu entfernen. Außerdem kann dieses Verfahren auf Wunsch durch die Kombination von zwei oder mehreren der Verfahrensschritte modifiziert werden. Herkömmliche Verfahrensschritte, die verwendet werden können, um das Verfahren dieser Erfindung zu modifizieren, sind ausführlicher in US-Patent Nr. 4,314,827 beschrieben.
Wie in Fig. 7 zu sehen ist, kann ein kontinuierliches Verfahren verwendet werden, um die geformten Schleifpartikel herzustellen, die in dieser Erfindung verwendet werden können. Das Gerät 60 in Fig. 7 umfaßt eine Form 62, einen Antriebsmechanismus 64, einen Düsenkörper 66, Vorderkantenabstreifer 68, Ausstreichmesser 70, einen Ofen 72, eine Sammelwanne 74 und eine Bürste 76. In Fig. 8 wird eine extrudierbare Dispersion, die in einer Flüssigkeit Partikel "P" eines Materials enthält, das in α-Aluminiumoxid umgewandelt werden kann (nachstehend "umwandelbares Material"), für den Transport in den Düsenkörper 66 in das Zuleitungsmittel 80 gegeben. Typische Zuleitungsmittel können einen Kombinationskneter und einen Extruder 82 umfassen, der doppelte, entgegengesetzt rotierende Mischarme enthält, die das umwandelbare Material mischen und für den Transport durch die Austrittsöffnung 86 mit einem Hilfsbohrer 88 in einen Bohrerkanal 84 pressen. Das Mischen und Pressen des umwandelbaren Materials hilft bei der Verhinderung von Lücken, die eine ungleichmäßige Platte verursachen könnten. Die Austrittsöffnung 86 ist mit einer Pumpe 90 verbunden, die das umwandelbare Material unter Druck setzt und es zu einer Einlaßöffnung 92 des Düsenkörpers 66 befördert.
Der Düsenkörper 66 umfaßt eine Bohrung 100 in Längsrichtung mit einem ersten und einem zweiten Ende 102 beziehungsweise 104. Die Einlaßöffnung 92 verbindet das Äußere des Düsenkörpers 66 mit dem zweiten Ende 104 in der Nähe der Bohrung 80. Ein Bohrer 106 mit einem ersten und zweiten Ende 108 beziehungsweise 110 liegt in der Bohrung 100. Der Bohrer 106 umfaßt einen Fuß in Längsrichtung und eine helikale Schaufel, die sich der Länge nach an den Fuß anschließt. Der Schaufeldurchmesser des Bohrers 106 ist konstant, und der Fuß hat einen ersten Durchmesser am ersten Ende 108 und einen zweiten Durchmesser, kleiner als der erste Durchmesser, am zweiten Ende 110. Die Schaufeltiefe des Bohrers 106 ist deshalb am größten in der Nähe der Einlaßöffnung 92 und nimmt allmählich bis zum ersten Ende 108 des Bohrers 106 ab, obwohl der Schaufeldurchmesser überall konstant ist. Wegen der allmählich abnehmenden Schaufeltiefe nimmt die Kapazität des Bohrers 106 für den Materialtransport daher allmählich entlang der Länge des Bohrers ab.
Der Düsenkörper 66 umfaßt eine oder mehrere längliche Düsenöffnungen 112, die das Äußere des Düsenkörpers 66 mit der Bohrung 100 entlang der Länge des Bohrers 106 verbinden. In der bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Düsenkörper 66 eine einzelne längliche Düsenöffnung 112, die so angepaßt ist, daß sie ein gleichmäßiges Plattenelement bildet, das eine Breite hat, die wesentlich größer als seine Dicke ist. Die Kombination der Position der Düsenöffnung 112 bezüglich des Bohrers 106 und die Konfiguration des Bohrers 106 erzeugt leicht eine gleichmäßige extrudierte Platte 114 aus umwandelbarem Material.
Ein Motor 116 läßt den Bohrer 106 in der Bohrung 100 rotieren, um das umwandelbare Material in Plattenform zu extrudieren. Die geeignete Rotationsgeschwindigkeit des Bohrers 106 kann experimentell oder analytisch bestimmt werden, um die gewünschte gleichmäßige Extrusionsgeschwindigkeit zu erhalten. Wenn der Bohrer 106 zu langsam rotiert, kann überschüssiges umwandelbares Material durch den Teil der Düsenöffnung 112 austreten, der dem zweiten Ende 104 am nächsten liegt. Ebenso kann überschüssiges umwandelbares Material durch den Teil der Düsenöffnung 112 austreten, der dem ersten Ende 102 am nächsten liegt, wenn der Bohrer 106 zu schnell rotiert. Bei der geeigneten Rotationsgeschwindigkeit ist der Druck entlang der Bohrung 100 gleichmäßig, wodurch eine Platte in gleichmäßiger Dicke durch die Düsenöffnung 112 gepreßt wird.
Die Dispersion wird in Hohlräume (nicht abgebildet) der Form 62 gepreßt, wenn sie die Düsenöffnung 112 durchläuft. Die Form 62 der Fig. 7 ist ein biegsames Band, das durch den Antriebsmechanismus 64 angetrieben wird. Die Hohlräume in der Form 62 können eine beliebige gewünschte planare Form haben, wie dreieckig, rund oder rechteckig. Die Hohlräume können mit herkömmlichen Verfahren hergestellt werden, wie durch Zerspanung, Stanzen oder Ätzen. Das biegsame Band 62 kann aus einem beliebigen Material hergestellt werden, das die Bearbeitungsbedingungen des Verfahrens aushält. Ein aus Metall, wie Edelstahl oder Aluminium, hergestelltes Band ist bevorzugt. Es ist bevorzugt, daß die Form 62 mit einer Trennbeschichtung beschichtet ist, wie Polytetrafluorethylen, um die Trennung der getrockneten Vorstufen der geformten Schleifpartikel von den Hohlräumen der Form 62 zu erleichtern.
Es ist bevorzugt, daß sich die exponierte Oberfläche oder die Oberflächen der Dispersion in den Hohlräumen nicht wesentlich über die Ebene des Bandes ausdehnen, um zu sicherzustellen, daß die in dem Verfahren hergestellten geformten Schleifpartikel im wesentlichen einheitlich sind. Überschüssige Dispersion, die die Öffnungen der Hohlräume umgibt und auf dem nicht vertieften Teil des Bandes 62 zurückbleibt, wird entfernt, vorzugsweise mit den Vorderkantenabstreifern 68, die sich unter dem Düsenkörper 66 auf dem Band 62 befinden. Die obere und untere Oberfläche des Bandes 62 kann mit den Vorderkantenabstreifern 68 abgewischt werden. Diese Messer 68 sind zwischen den Ausstreichmessern 70 und dem Düsenkörper 66 befestigt. Die Ausstreichmesser 70 stellen außerdem sicher, daß die Vorstufen der Schleifpartikel eine einheitliche Dicke aufweisen. Es ist bevorzugt, daß die Abstreifer 68 sehr nahe an der Düse angebracht sind, so daß der Wischvorgang die Dispersion nicht aus den Hohlräumen hebt. Wenn die Abstreifer 68 zu weit von der Düse entfernt sind, kann die Ansammlung überschüssiger Dispersion die Dispersion in den Hohlräumen dazu bringen, an der Dispersion auf der Oberfläche des Bandes zu haften.
Die gefüllten Hohlräume im Band 62 werden in den Ofen 72 transportiert, der vorzugsweise ein Umluftofen ist. Die Ofentemperatur wird vorzugsweise auf ungefähr 75ºC eingestellt. Die Ofentemperatur kann jedoch höher oder niedriger sein, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Bandes 62 und dem Feststoffgehalt der Vorstufe. Im Ofen 72 wird die flüchtige Komponente der Flüssigkeit aus der Dispersion entfernt. Man sollte darauf achten, daß die Dispersion langsam genug erstarrt, so daß die Rißbildung in den geformten Schleifpartikeln minimiert wird. Wenn die flüchtige Komponente entfernt wird, beginnt die Entstehung der Vorstufen der geformten Schleifpartikel. Da ihr Volumen kleiner als das der Dispersion ist, aus der sie hergestellt werden, fallen sie aus den Hohlräumen im Band 62 und können in einer Sammelwanne 74 gesammelt werden. Dann werden die geformten, getrockneten Vorstufen der geformten Schleifpartikel kalziniert und gebrannt, vorzugsweise in einem Rotationsofen (nicht abgebildet). Das Brennen wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 1300ºC bis 1400ºC in einem Zeitraum von 1 bis 15 Minuten durchgeführt. Dispersions- oder Vorstufenmaterial, das auf dem Band 62 oder in den Hohlräumen des Bandes zurückbleibt, kann entfernt werden, vorzugsweise mit einer rotierenden Bürste 76 oder einem anderen Reinigungsverfahren.
Im Extrusionsverfahren zur Herstellung geformter Schleifpartikel wird die Dispersion in einen Extruder gegeben und dann durch eine Auslaßöffnung einer Düse extrudiert, um gestreckte Vorstufen der Schleifpartikel herzustellen. Dann wird eine ausreichende Menge der flüchtigen Komponente aus der gestreckten Vorstufe des Schleifpartikels entfernt, so daß die Vorstufe trocken genug ist, um ihre gestreckte Form und den Querschnitt beizubehalten. Die Bedingungen für die Entfernung der flüchtigen Komponenten sind die gleichen wie vorstehend beschrieben. Die geformten Schleifpartikel können vor, während oder nach dem Trocknen der Vorstufe in die gewünschte Länge gebracht werden. Die Bedingungen für das Kalzinieren und Sintern sind die gleichen wie vorstehend beschrieben.
Fig. 3 zeigt ein Bild eines Schleifpartikels mit dreieckiger Form, das mit 12facher Vergrößerung aufgenommen wurde. Fig. 4 zeigt ein Bild eines Schleifpartikels mit quadratischer Form, das mit 12facher Vergrößerung aufgenommen wurde. Fig. 5 zeigt ein Bild eines Schleifpartikels mit runder Form, das mit 12facher Vergrößerung aufgenommen wurde.
Die geformten Schleifpartikel haben die Form von Stäben, wie beispielsweise Stäbe mit zylindrischer oder prismatischer Form. Das Verhältnis der Länge eines Stabs zum maximalen Durchmesser dieses Stabs beträgt vorzugsweise mindestens 1 zu 1, stärker bevorzugt mindestens 2 zu 1 und besonders bevorzugt mindestens 3 zu 1. So wie er hier verwendet wird, bedeutet "maximaler Durchmesser eines Stabs" den Durchmesser eines kreisförmigen Querschnitts eines Stabs oder den Durchmesser eines Kreises, der einen nicht kreisförmigen Querschnitt eines Stabs umschreibt. Die Durchmesser eines Stabes können entlang seiner Länge variieren.
Die Verdünnungspartikel umfassen (1) mehrere einzelne Schleifpartikel, die durch einen Klebstoff miteinander verbunden sind, wobei sie ein Agglomerat bilden, (2) mehrere einzelne nichtschleifende Partikel, die durch einen Klebstoff miteinander verbunden sind, wobei sie ein Agglomerat bilden, (3) mehrere einzelne Schleifpartikel und mehrere einzelne nicht-schleifende Partikel, die durch einen Klebstoff miteinander verbunden sind, wobei sie ein Agglomerat bilden. Die Agglomerate, die einzelne Schleifpartikel enthalten, weisen unregelmäßige Formen oder statistische Formen auf, d. h. sie sind aus dem Bereich der geformten Schleifpartikel ausgeschlossen. Agglomerate, die einzelne nicht-schleifende Partikel enthalten, aber frei sind von einzelnen Schleifpartikeln, können dennoch Formen aufweisen, die denen der geformten Schleifpartikel gleichwertig sind. Die Verdünnungspartikel haben typischerweise eine Teilchengröße im Bereich von etwa 0.1 bis 1500 Mikrometer, in der Regel etwa 1 bis etwa 1300 Mikrometer. Es ist bevorzugt, daß die Schleifpartikel eine Mohs-Härte von wenigstens etwa 8, stärker bevorzugt wenigstens etwa 9 haben. Beispiele für die Materialien solcher Schleifpartikel umfassen geschmolzenes Aluminiumoxid, keramisches Aluminiumoxid, wärmebehandeltes Aluminiumoxid; Siliciumcarbid, Aluminiumoxid-Zirkonoxid, Diamant, Ceroxid, kubisches Bornitrid, Siliciumnitrid, Granat und Kombinationen davon. Es ist bevorzugt, daß die nicht-schleifenden Partikel eine Mohs-Härte von weniger als etwa 7 haben. Beispiele für nicht-schleifende Partikel umfassen Metallcarbonate, wie Calciumcarbonat (Kreide, Calcit, Travertin, Marmor und Kalkstein), Calciummagnesiumcarbonat, Natriumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Siliciumdioxid (wie Glasperlen, Glasblasen, Glasfasern), Silikate, wie Talk, Ton (Montmorillonit), Feldspat, Glimmer, Calciumsilicat, Calciummetasilicat, Natriumaluminiumsilicat, Natriumsilicat, Metallsulfate, wie Calciumsulfat, Bariumsulfat, Natriumsulfat, Aluminiumnatriumsulfat, Aluminiumsulfat, Gips, Vermiculit, Holzmehl, Aluminiumtrihydrat, Ruß, Metalloxide, wie Calciumoxid (Kalk), Aluminiumoxid, Titandioxid, und Metallsulfite (wie Calciumsulfit). Weitere Beispiele für nicht-schleifende Partikel umfassen Halogenidsalze, z. B. Natriumchlorid, Kaliumcryolith, Natriumcryolith, Ammoniumcryolith, Kaliumtetrafluoroborat, Natriumtetrafluoroborat, Siliciumfluoride, Kaliumchlorid und Magnesiumchlorid. Weitere Beispiele für nicht-schleifende Partikel umfassen Schwefel, organische Schwefelverbindungen, Graphit und Metallsulfide.
Wie vorstehend angegeben, sind einzelne Schleifpartikel oder einzelne nicht-schleifende Partikel durch einen Klebstoff miteinander verbunden, wobei sie ein Agglomerat bilden. Der Klebstoff, der für die Bindung verwendet werden kann, kann anorganisch oder organisch sein. Beispiele für anorganische Klebstoffe umfassen metallische oder glasartige Binder. Beispiele für organische Klebstoffe umfassen Phenolharze, Aminoplastharze, Urethanharze, Epoxyharze, ethylenisch ungesättigte Harze, acrylierte Isocyanuratharze, Harnstoff-Formaldehydharze, Isocyanuratharze, acrylierte Urethanharze, acrylierte Epoxyharze, Bismaleimidharze, fluorenmodifizierte Epoxyharze und Gemische davon. In Abhängigkeit vom jeweiligen Klebstoff kann die Vorstufe des Klebstoffs außerdem einen Katalysator oder ein Härtungsmittel umfassen. Der Katalysator und/oder das Härtungsmittel kann dabei helfen, den Polymerisationsvorgang zu initiieren oder zu beschleunigen oder beides. Das Agglomerat kann außerdem Zusätze, wie Füllstoffe (einschließlich Mahlhilfsstoffe), Fasern, Schmiermittel, Benetzungsmittel, oberflächenaktive Mittel, Pigmente, Farbstoffe, Kopplungsmittel, Weichmacher und Suspensionsmittel umfassen. Die Menge dieser Materialien kann so gewählt werden, daß sie die gewünschten Eigenschaften liefern. Beispiele für solche Agglomerate sind in den US-Patenten Nr. 2,194,472; 4,311,489; 4,132,533; 4,393,021; 4,541,842; 4,652,275; 4,799,939; 5,078,753 und 5,093,311 beschrieben.
Das Verhältnis der Größe der geformten Schleifpartikel zu der Größe der Verdünnungspartikel kann allgemein im Bereich von etwa 2.5 : 1 bis etwa 0.5 : 1 liegen. Wenn die Verdünnungspartikel 1111 Verhältnis zu den geformten Schleifpartikeln zu klein sind, erhalten die geformten Schleifpartikel nicht genügend Halt, und die Leistung des beschichteten Schleifmittels kann ungünstig beeinflußt werden. Wenn die Verdünnungspartikel im Verhältnis zu den geformten Schleifpartikeln zu groß sind, könnten die Verdünnungspartikel verhindern, daß die geformten Schleifpartikel das Werkstück berühren. Die Größe der Verdünnungspartikel kann im Bereich von etwa 50 bis etwa 1500 Mikrometer liegen und liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 100 bis etwa 1200 Mikrometer. Es ist bevorzugt, daß die Verdünnungspartikel und die geformten Schleifpartikel ungefähr im gleichen Teilchengrößenbereich liegen.
Fig. 6 zeigt das beschichtete Schleifmittel der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf Fig. 6 umfaßt ein beschichtetes Schleifmittel 40 einen Träger 42, einen ersten Binder 44, eine Schleifbeschichtung 46 und einen zweiten Binder 48. Die Schleifbeschichtung 46 umfaßt Verdünnungspartikel 50 und geformte Schleifpartikel 52. Die Verdünnungspartikel und die geformten Schleifpartikel sind in einem offenen Überzug angeordnet. Die Verdünnungspartikel 50 wirken als Träger oder Verstärkung für die geformten Schleifpartikel 52. Der erste Binder 44, d. h. die Leimschicht, wird über dem Träger 42 aufgetragen. Der zweite Binder 48, d. h. die Deckschicht, wird über den geformten Schleifpartikeln 52 und den Verdünnungspartikeln 50 aufgetragen. Die Deckschicht verstärkt die Schleifbeschichtung 46. Die Schleifpartikel 52 liegen in Form von Stäben vor.
Wenn die Verdünnungspartikel in einem geschlossenen Überzug angeordnet sind, d. h. ein Überzug, in dem die Partikel den Träger im wesentlichen vollständig bedecken, liegt ein hoher Anteil der geformten Schleifpartikel über den Verdünnungspartikeln.
Das beschichtete Schleifmittel der Fig. 6 kann durch das Auftragen des ersten Binders 44 auf die Stirnfläche des Trägers 42 hergestellt werden. Dann werden die Verdünnungspartikel 50 in den ersten Binder 44 eingebettet. Die Verdünnungspartikel 50 können durch Tropfbeschichtung oder elektrostatische Beschichtung aufgetragen werden. Die Verdünnungspartikel 50 können in einem offenen Überzug oder einem geschlossenen Überzug aufgetragen werden. In einem offenen Überzug ist ein Teil des Trägers frei von Verdünnungspartikeln. In einem geschlossenen Überzug ist im wesentlichen der gesamte Träger durch Verdünnungspartikel bedeckt. Dann können die geformten Schleifpartikel 52 über den Verdünnungspartikeln 50 und dem ersten Binder 44 durch Tropfbeschichtung oder elektrostatische Beschichtung aufgetragen werden. Die geformten Schleifpartikel 52 können in einem offenen Überzug oder einem geschlossenen Überzug aufgetragen werden. Nachdem die geformten Schleifpartikel aufgetragen sind, wird der erste Binder 44 wenigstens teilweise gehärtet. Schließlich wird der zweite Binder 48 über der Schleifbeschichtung 46 aufgetragen. Dann wird der zweite Binder 48 gehärtet. Die Härtung des zweiten Binders 48 bewirkt eine zusätzliche Härtung des ersten Binders 44, wenn der erste Binder 44 nur teilweise gehärtet wurde. Es ist bevorzugt, die Verdünnungspartikel 50 durch Tropfbeschichtung und die geformten Schleifpartikel 52 durch elektrostatische Beschichtung aufzutragen. Da die Verdünnungspartikel 50 zuerst aufgetragen werden, bestimmt die geschlossene oder offene Natur der Beschichtung der Verdünnungspartikel, ob die geformten Schleifpartikel im wesentlichen zwischen den Verdünnungspartikeln (Verdünnungspartikel in offenem Überzug) oder im wesentlichen zwischen und über den Verdünnungspartikeln (Verdünnungspartikel in geschlossenem Überzug) liegen.
Das Volumenverhältnis der geformten Schleifpartikel zu den Verdünnungspartikeln kann von 95 : 5 bis 5 : 95, typischerweise von 30 : 70 bis 70 : 30 und vorzugsweise von 40 : 60 bis 60 : 40 variieren. Es ist bevorzugt, daß die oberste Schicht im wesentlichen aus geformten Schleifpartikeln besteht. Die Schichten, die unter der obersten Schicht liegen, enthalten vorzugsweise überwiegend Verdünnungspartikel.
Die geformten Schleifpartikel können auch eine Oberflächenbeschichtung aufweisen. Es ist bekannt, daß Oberflächenbeschichtungen in Schleifmitteln die Haftung zwischen den Schleifkörnern und dem Binder verbessern. Zusätzlich kann die Oberflächenbeschichtung die Abdeckung des geformten Schleifpartikels verhindern. Abdeckung ist der Begriff zur Beschreibung des Phänomens, bei dem abgeschliffene Metallteilchen aus dem Werkstück auf die Spitzen der Schleifpartikel geschweißt werden. Solche Oberflächenbeschichtungen sind in den US-Patenten Nr. 5,011,508; 1,910,444; 3,041,156; 5,009,675; 5,085,671; 4,997,461 und 5,042,991 beschrieben.
Die beschichteten Schleifmittel der vorliegenden Erfindung liefern einen Schliff, der besser ist als der Schliff, den beschichtete Schleifmittel liefern, die nur Schleifkörner von hoher Qualität, wie beispielsweise "Cubitron"-Körner von Minnesota Mining and Manufacturing Company, ohne Verdünnungspartikel enthalten. Die beschichteten Schleifmittel der vorliegenden Erfindung können trotzdem mit geringeren Kosten hergestellt werden als Mittel, die eine äquivalente Menge von Schleifkörnern hoher Qualität enthalten.
Die folgenden Beispiele erläutern bestimmte Ausführungsformen dieser Erfindung; diese Beispiele erfüllen jedoch nur den Zweck der Erläuterung und sind nicht als Einschränkungen der Erfindung zu verstehen.
Für die Beispiele 1-4 wurden die folgenden Verfahren verwendet.

Verfahren zur Herstellung von geformten Schleifpartikeln

Mit dem folgenden Verfahren wurde eine Dispersion (44% Feststoffe) hergestellt: α- Aluminiumoxidmonohydratpulver (1,235 Teile) mit der Handelsbezeichnung "DISPERAL" und eine wäßrige FeOOH-Dispersion wurden durch kontinuierliches Mischen in einer Lösung dispergiert, die Wasser (3,026 Teile) und 70%ige wäßrige Salpetersäure (71 Teile) enthielt.
Im Fall stabförmiger Partikel war das FeOOH etwa 0.4 Mikrometer lang und 0.05 Mikrometer breit und bestand aus etwa 10 Gew.-% Feststoffen in entionisiertem Wasser. Die stabförmigen Partikel enthielten 2 Gew.-% Fe&sub2;O&sub3;, 4.5 Gew.-% Magnesiumoxid, wobei der Rest Aluminiumoxid war.
Das so erhaltene Sol wurde mit Magnesiumnitrat (429 Teile) gemischt, wobei man ein Gel erhielt, das dann bei einer Temperatur von ungefähr 125ºC in einem Durchlauftrockner getrocknet wurde, wobei man die Dispersion mit 44% Feststoffen erhielt.
Für die Stäbe wurde die Vorstufendispersion, nachdem sie erstarrt war, mit einem Schneckenextruder zu Stäben extrudiert. Während des Trocknens zerbrachen die Stäbe in Stücke. Dann wurden sie der Größe nach gesiebt. Die Dimensionen der getrockneten Stäbe betrugen etwa 0.6 mm Durchmesser bei etwa 0.6 bis 2.4 mm Länge, wobei die mittlere Länge etwa 1.6 mm betrug.
Die getrockneten Vorstufen der geformten Schleifpartikel wurden in das Ende eines Kalzinierofens eingeführt, der als Edelstahlrohr mit einem Durchmesser von 23 cm und einer Länge von 4.3 m mit einer 2.9 m langen heißen Zone beschrieben werden kann, wobei das Rohr um 2.4º gegenüber der Horizontalen geneigt ist und mit 6 U/min. rotiert, wobei die Verweilzeit darin etwa 15 Minuten beträgt. Die Temperatur am Eintrittsende der heißen Zone betrug 350ºC, und die Temperatur am Austrittsende der heißen Zone betrug 800ºC. Das Material, das den Kalzinierofen verließ, wurde ein einen Ofen eingeführt, der auf einer Temperatur von etwa 1390ºC gehalten wurde. Der Ofen war ein Siliciumcarbidrohr mit einem Durchmesser von 8.9 cm, einer Länge von 1.32 m, um 4.4º gegenüber der Horizontalen geneigt, mit einer 76 cm langen heißen Zone, das mit 10.5 U/min. rotierte, wobei die Verweilzeit darin etwa vier Minuten betrug. Das Material kam aus dem Ofen an Luft bei Raumtemperatur, wo es in einem Metallbehälter gesammelt und auf Raumtemperatur abgekühlt wurde.

Verfahren zur Herstellung von Verdünnungspartikeln

Ein Resolphenolharz, Natriumcryolith, eine 10%ige wäßrige Zellstoffdispersion, ein Glasblasenfüllstoff (Microspheres S22, von Minnesota Mining and Manufacturing Company im Handel erhältlich) und Wasser wurden in einen Hobart-Mischer Modell L-800 gegeben, und das so erhaltene Gemisch wurde gemischt, bis es eine homogene Dispersion zu sein schien. Das so erhaltene Gemisch, das hochviskos war, wurde in einer Höhe von etwa 3.5 bis 6.5 cm auf einem flachen Metalltablett verteilt und 16 Stunden bei einer Temperatur von ungefähr 100ºC gehärtet. Das so erhaltene Material wurde mit einem Walzenbrecher zerkleinert, um seine Größe zu verringern. Das zerkleinerte Material wurde wieder mit einem Walzenbrecher zerkleinert und gesiebt. Die so erhaltenen Verdünnungspartikel bestanden aus 35.5 Gewichtsteilen gehärtetem Resolphenolharz, 61.1 Gewichtsteilen Natriumcryolith, 1.0 Gewichtsteil Zellstoff und 2.4 Gewichtsteilen Glasblasen. Die Verdünnungspartikel, nachstehend als DP I bezeichnet, wurden bis zu einem Größenbereich von etwa 589 bis 1350 Mikrometer gesiebt, so daß sie ein Edelstahlsieb der Maschenzahl 16 durchliefen aber von einem Edelstahlsieb der Maschenzahl 34 zurückgehalten wurden.

Verfahren zu Herstellung von beschichteten Schleifmitteln

Auf eine 0.76 mm dicke vulkanisierte Faserscheibe mit einem Durchmesser von etwa 17.8 cm und einem Mittelloch von 2.2 cm wurde eine Leimschicht aufgetragen. Die Leimschicht umfaßte 48 Gew.-% Resolphenolharz und 52 Gew.-% Calciumcarbonat und wurde mit Wasser und Glycoletherlösungsmittel auf 81% Feststoffe verdünnt. Das Naßgewicht der Leimschicht betrug 377 g/m². Die Schleifbeschichtung bestand aus zwei Materialien. Das erste Material ist eine Vielzahl von Verdünnungspartikeln, die zu einer Masse agglomeriert sind. Dieses Material wurde elektrostatisch auf die Leimschicht aufgetragen. Das zweite Material bestand aus einzelnen geformten Schleifpartikeln. Auch dieses Material wurde elektrostatisch aufgetragen. Die so erhaltene Konstruktion wurde 15 Minuten auf eine Temperatur von 77ºC und dann 8 Stunden auf eine Temperatur von 93ºC erwärmt, um die Leimschicht zu härten. Dann wurde eine Deckschicht mit einem mittleren Gewicht von etwa 670 g/m² über der Schleifbeschichtung aufgetragen. Die Deckschicht war mit Wasser und Glycoletherlösungsmittel auf 78% Feststoffe verdünnt und enthielt 32 Gew.-% Resolphenolharz und 68 Gew.-% Natriumcryolith. Die Deckschicht wurde bei einer Temperatur von 77ºC eine Stunde und dann bei einer Temperatur von 102ºC 16 Stunden gehärtet. Die Faserscheiben wurden vor dem Test gebogen.

Testverfahren I

Das Testverfahren I maß die Schleifgeschwindigkeit der Scheibe und die Metallmenge, die in 12 Minuten vom Werkstück entfernt wurde. Die beschichtete Schleifscheibe wurde auf einer abgeschrägten Hilfsunterlage aus Aluminium befestigt und verwendet, um die Oberseite eines 1.25 cm mal 18 cm großen Werkstücks aus 1018-Weichstahl zu schleifen. Die Scheibe wurde mit 5500 U/min. angetrieben, während der Teil der Scheibe, der über der abgeschrägten Kante der Hilfsunterlage lag, das Werkstück mit einer Belastung von etwa 6 kg berührte. Jede Scheibe wurde verwendet, um ein anderes Werkstück in einem Intervall von einer Minute während einer Gesamtzeit von 12 Minuten zu schleifen. In diesem Verfahren wurden für jede Scheibe zwölf verschiedene Werkstücke verwendet. Der erste Schliff war die in der ersten Minute beim Schleifen entfernte Metallmenge. Der letzte Schliff war die in der letzten Minute beim Schleifen entfernte Metallmenge. Der Gesamtschliff war die Summe der im gesamten Test entfernten Metallmenge. In den meisten Beispielen wurde die Leistung des Schleifmittels als Prozentanteil der Kontrolle angegeben, d. h. die Gesamtmenge des im Kontrollbeispiel entfernten Metalls wurde mit 100% gleichgesetzt, und das Material, das mit den Schleifmitteln der Beispiele entfernt wurde, wurde relativ zu 100% gemessen. Für jede Probe wurden ungefähr drei Scheiben getestet.

Testverfahren II

Das Testverfahren II maß die Metallmenge, die in 8 Minuten Schleifen bei hohen Schleifdrücken entfernt wurde. Die Testapparatur umfaßte die beschichtete Schleifscheibe, die auf einer harten Phenolhilfsunterlage befestigt war (16.5 cm Durchmesser, 1.57 mm dick), die auf einem Stahlflansch (15.2 cm Durchmesser) befestigt war. Die so gehaltene Testscheibe rotierte mit 3550 U/min. Ein scheibenförmiges Werkstück aus 1018-Kohlenstoffstahl mit einem Durchmesser von 25 cm wurde unter einer Belastung von 2.9 kg mit der Schleifseite der Schleifscheibe in Kontakt gebracht. Die 1.8 mm dicke Außenkante des Werkstücks wurde um 18.5º abweichend von einer Position senkrecht zu der Schleifscheibe eingesetzt und rotierte im Gegenuhrzeigersinn mit 2 U/min. Am Anfang und am Ende des Tests wurde das Werkstück gewogen, um die entfernte oder abgeschliffene Stahlmenge zu bestimmen. Der Endpunkt des Tests war nach 8 Minuten Schleifen erreicht. Der Gesamtschliff war die Stahlmenge, die während des gesamten Tests abgeschliffen wurde. Die in den Tabellen angegebenen Werte wurden als Prozentanteil des Vergleichsbeispiels gemessen. Für jedes Beispiel wurden ungefähr drei Scheiben getestet.

Testverfahren III

Das Testverfahren III war das gleiche wie das Testverfahren II, außer daß der Winkel 7º statt 18.5º betrug und die Belastung an der Schleifgrenzfläche 2.7 kg betrug.

Testverfahren IV

Das Testverfahren IV maß die in 5 Minuten entfernte Metallmenge. Die Testapparatur umfaßte eine beschichtete Schleifscheibe mit einem Durchmesser von 12.7 cm mit einem Mittelloch von 2.2 cm, die auf einer harten schwarzen Faserhilfsunterlage (11.9 cm Durchmesser, 1.9 mm dick) befestigt war. Die Scheiben wurden auf einer pneumatischen Scheibenschleifmaschine von Allen Air Inc., St. Louis, MO mit einem Betriebsluftdruck von 90 psi befestigt. Das Werkstück war eine 6 mm mal 27.9 cm große Schweißwulst, die auf einer Stahlplatte angelegt wurde. Die Dicke oder Höhe der Wulst betrug ursprünglich etwa 6 bis 13 mm. Der Test bestand daraus, die Schleifscheibe auf das horizontal angebrachte Werkstück zu bewegen und eine nach unten gerichtete Kraft anzuwenden. Der Gesamtschliff war die Menge des Schweißmaterials, die während des 5minütigen Tests abgeschliffen wurde. Die in den Tabellen angegebenen Werte wurden als Prozentanteil des Vergleichsbeispiels gemessen.

Vergleichsbeispiel A

Die Faserscheibe des Vergleichsbeispiels A enthielt zwei Schleifmaterialien. Das erste Schleifmaterial bestand aus etwa 800 g/m² wärmebehandeltem geschmolzenem Aluminiumoxid der Körnung 24. Das zweite Schleifmaterial bestand aus etwa 390 g/m² "221 Cubitron"-Partikeln der Körnung 24, von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN im Handel erhältlich.

Vergleichsbeispiel B

Die Faserscheibe des Vergleichsbeispiels B enthielt ein Schleifmaterial und ein aus der Gruppe der Verdünnungspartikel ausgewähltes Material. Die Verdünnungspartikel bestanden aus etwa 460 g/m² Marmorpartikeln der Körnung 24. Das Schleifmaterial bestand aus etwa 590 g/m² "221 Cubitron"-Partikeln der Körnung 24, von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN im Handel erhältlich.
Diese Beispiele verglichen verschiedene beschichtete Schleifkonstruktionen. Die Faserscheiben wurden gemäß Testverfahren I bis IV getestet, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1

Beispiele 1-4 und Vergleichsbeispiele C und D

Diese Beispiele verglichen verschiedene beschichtete Schleifkonstruktionen. Die so erhaltenen Faserscheiben wurden gemäß den Testverfahren I und II getestet, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.
Die Faserscheibe des Beispiels 1 enthielt zwei Schleifmaterialien. Das erste Schleifmaterial bestand aus etwa 710 g/m² wärmebehandeltem Aluminiumoxid der Körnung 24. Das zweite Schleifmaterial bestand aus etwa 480 g/m² Stäben der Körnung 36.
Die Faserscheibe des Beispiels 2 enthielt ein Schleifmaterial und ein aus der Gruppe der Verdünnungspartikel ausgewähltes Material. Die Verdünnungspartikel bestanden aus etwa 190 g/m² DP I. Das Schleifmaterial bestand aus etwa 480 g/m² Stäben der Körnung 36.
Die Faserscheibe des Beispiels 3 enthielt zwei Schleifmaterialien. Das erste Schleifmaterial bestand aus etwa 530 g/m² wärmebehandeltem Aluminiumoxid der Körnung 36. Das zweite Schleifmaterial bestand aus etwa 480 g/m² Stäben der Körnung 36.
Die Faserscheibe des Beispiels 4 enthielt ein Schleifmaterial und ein aus der Gruppe der Verdünnungspartikel ausgewähltes Material. Die Verdünnungspartikel bestanden aus etwa 130 g/m² DP I. Die Verdünnungspartikel wurden bis zu einem Größenbereich von etwa 297 bis 710 Mikrometer gesiebt, so daß sie durch ein US-Standardsieb 25 liefen, aber auf einem US- Standardsieb 50 zurückgehalten wurden. Das Schleifmaterial bestand aus etwa 480 g/m² Stäben der Körnung 36.
Die Faserscheibe des Vergleichsbeispiels C enthielt zwei Schleifmaterialien. Das erste Schleifmaterial bestand aus etwa 710 g/m² wärmebehandeltem Aluminiumoxid der Körnung 24. Das zweite Schleifmaterial bestand aus etwa 480 g/m² "221 Cubitron"-Partikeln der Körnung 24, von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN im Handel erhältlich.
Die Faserscheibe des Vergleichsbeispiels D enthielt ein Schleifmaterial und ein aus der Gruppe der Verdünnungspartikel ausgewähltes Material. Die Verdünnungspartikel bestanden aus etwa 190 g/m² DP I. Das Schleifmaterial bestand aus etwa 480 g/m² "221 Cubitron"-Partikeln der Körnung 24, von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN im Handel erhältlich. Tabelle 2

Beispiele 1-4 und Vergleichsbeispiele C und D

Diese Beispiele verglichen verschiedene beschichtete Schleifkonstruktionen. Die Beispiele 1- 4 und die Vergleichsbeispiele C und D wurden vorstehend beschrieben. Die so erhaltenen Faserscheiben wurden gemäß Testverfahren III getestet, und die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3
Es sollte selbstverständlich sein, daß diese Erfindung nicht unzulässigerweise auf die hier aufgeführten erläuterten Ausführungsformen eingeschränkt werden darf.

Claims

1. Beschichtetes Schleifmittel, umfassend:

a. einen Träger mit zwei Hauptoberflächen;

b. wenigstens ein Bindemittel;

c. eine Schleifbeschichtung, umfassend geformte Schleifpartikel und Verdünnungspartikel,

wobei das wenigstens eine Bindemittel dazu dient, die Schleifbeschichtung mit wenigstens einer Hauptoberfläche des Trägers zu verbinden, und

wobei wenigstens ein Teil der geformten Schleifpartikel Formen aufweist, die als Stäbe mit einer Länge und einem maximalen Durchmesser charakterisiert werden können, wobei das Verhältnis der Länge zum maximalen Durchmesser wenigstens 1 zu 1 beträgt, und wobei die Verdünnungspartikel aus der Gruppe gewählt sind, bestehend aus (1) einer Vielzahl einzelner Schleifpartikel, die durch einen Klebstoff miteinander verbunden sind, so daß sie ein Agglomerat bilden, (2) einer Vielzahl einzelner nicht-schleifender Partikel, die durch einen Klebstoff miteinander verbunden sind, so daß sie ein Agglomerat bilden und (3) einer Vielzahl einzelner Schleifpartikel und einer Vielzahl einzelner nicht-schleifender Partikel, die durch einen Klebstoff miteinander verbunden sind, so daß sie ein Agglomerat bilden, wobei das Schleifpartikel enthaltende Agglomerat eine unregelmäßige oder statistische Form hat.

2. Beschichtetes Schleifmittel nach Anspruch 1, wobei die Stäbe eine Länge und einen Durchmesser aufweisen, wobei das Verhältnis der Länge zum Durchmesser wenigstens 2 zu 1 beträgt.

3. Beschichtetes Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die geformten Schleifpartikel α-Aluminiumoxid umfassen.

4. Beschichtetes Schleifmittel nach Anspruch 3, wobei die geformten Schleifpartikel α- Aluminiumoxid und ein Metalloxid, ausgewählt aus der Gruppe Magnesiumoxid, Zinkoxid, Eisenoxid, Siliciumoxid, Kobaltoxid, Nickeloxid, Zirkonoxid, Hafniumoxid, Chromoxid, Yttriumoxid, Praseodymoxid, Samariumoxid, Ytterbiumoxid, Neodymoxid, Lanthanoxid, Gadoliniumoxid, Ceroxid, Dysprosiumoxid, Erbiumoxid, Titanoxid und Gemische davon, umfassen.

5. Beschichtetes Schleifmittel nach Anspruch 3, wobei die geformten Schleifpartikel α- Aluminiumoxid und einen Keimbildner umfassen.

6. Beschichtetes Schleifmittel nach Anspruch 5, wobei der Keimbildner aus der Gruppe α- Aluminiumoxid, α-Eisen(III)-oxid oder seine Vorstufen, Titanoxide, Titanate und Chromoxid ausgewählt ist.

7. Beschichtetes Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Klebstoff aus der Gruppe Phenolharze, Harnstoff-Formaldehydharze, ethylenisch ungesättigte Harze, acrylierte Isocyanuratharze, Isocyanuratharze, acrylierte Methanharze, acrylierte Epoxyharze, Bismaleimidharze, fluorenmodifizierte Epoxyharze, Epoxyharze, Urethanharze und Aminoplastharze ausgewählt ist.

8. Beschichtetes Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die durch einen Klebstoff miteinander zu einem Agglomerat verbundenen Schleifpartikel aus der Gruppe geschmolzenes Aluminiumoxid, wärmebehandeltes Aluminiumoxid, keramisches Aluminiumoxid, Diamant, kubisches Bornitrid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Ceroxid, Aluminiumoxid-Zirkonoxid und Granat ausgewählt sind.

9. Beschichtetes Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Mohs-Härte der nicht-schleifenden Partikel kleiner als etwa 7 ist.

10. Beschichtetes Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die nicht-schleifenden Partikel aus der Gruppe Metallcarbonate, Siliciumdioxid, Silikate, Metallsulfate, Gips, Vermiculit, Holzmehl, Aluminiumtrihydrat, Ruß, Metalloxide, Metallsulfite, Halogenidsalze, Schwefel, organische Schwefelverbindungen, Graphit und Metallsulfide ausgewählt sind.

11. Beschichtetes Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Schleifbeschichtung mindestens zwei Schichten umfaßt.

12. Beschichtetes Schleifmittel nach Anspruch 11, wobei mindestens eine Schicht der zwei Schichten Verdünnungspartikel umfaßt und die andere Schicht der mindestens zwei Schichten geformte Schleifpartikel umfaßt.

13. Beschichtetes Schleifmittel nach Anspruch 12, wobei die mindestens eine Schicht, umfassend geformte Schleifpartikel, über der mindestens einen Schicht liegt, die Verdünnungspartikel umfaßt.

14. Beschichtetes Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das wenigstens eine Bindemittel eine Bindemittelschicht umfaßt.

15. Beschichtetes Schleifmittel nach Anspruch 14, außerdem eine Deckschicht umfassend.

16. Beschichtetes Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Verhältnis der Größe der geformten Schleifpartikel zu der Größe der Verdünnungspartikel im Bereich von etwa 2.5 : 1 bis etwa 0.5 : 1 liegt.

17. Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Schleifmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 16, umfassend die Schritte:

a. Bereitstellung des Trägers;

b. Auftragen eines ersten Bindemittels auf eine Hauptoberfläche des Trägers;

c. Auftragen der Verdünnungspartikel auf das erste Bindemittel;

d. Auftragen der geformten Schleifpartikel auf die aufgetragenen Verdünnungspartikel und

e. wenigstens teilweises Härten des ersten Bindemittels.

18. Verfahren nach Anspruch 17, das außerdem die Schritte umfaßt:

a. Auftragen eines zweiten Bindemittels über den geformten Schleifpartikeln, den Verdünnungspartikeln und dem ersten Bindemittel, nachdem das erste Bindemittel wenigstens teilweise gehärtet ist und

b. Härten des zweiten Bindemittels.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Verdünnungspartikel durch Auffallbeschichtung aufgetragen werden.

20. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei die geformten Schleifpartikel durch elektrostatische Beschichtung aufgetragen werden.