NO175248B - Framgangsmåte for å tilvirke keramiske slipematerialer - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en framgangsmåte for tilvirkning av et sliperhateriale.

I de siste årene har interessen knyttet til utviklingen av bedre slipestoffer og tilvirkningen av forbedrete og mer spesialiserte slike slipestoffer økt. Hovedformålet med oppfinnelsen er å skape et nytt og forbedret slipestoff som er kjennetegnet med lav sprøhet, som dannes ved å findele i kornpartikler et legeme eller materialstykke som er spesielt tilvirket av en keramisk kompositt.

I samsvar med oppfinnelsen er det anvist en framgangsmåte for framstilling av et slikt slipemateriale, som angitt i den karakteriserende delen av patentkrav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i underkravene.

Ifølge oppfinnelsen blir et keramisk komposittmateriale dannet ved å anbringe en permeabel masse eller en sammenklumpning av et fyllmateriale, som kan være tilvirket på forhånd som et emnelegeme, opptil eller i berøring med utgangsmetallet slik at det voksende reaksjonsproduktet av utgangsmetallet infiltrerer og innleires i det minste i en del av fyllmaterialet. Utgangsmetallet oppvarmes som beskrevet foran og reaksjonen mellom utgangsmetallet og oksideringsmidlet fortsettes i tilstrekkelig lang tid til at reaksjonsproduktet kan gro gjennom eller infiltrere i det minste en del av fyllstoffet, og på denne måten tilvirke et komposittlegeme med en keramisk matrise av reaksjonsprodukter som innleirer fyllstoffet, idet en slik matrise også kan inneholde en eller flere metalliske bestanddeler. Dette keramiske komposittlegemet findeles til en hensiktsmessig partikkelstørrelse, ved hjelp av ei slagmølle, ei valsemølle ved hjelp av en roterende knuser eller andre vanlige framgangsmåter, avhengig av formålet med slipestoffet, og det resulterende findelte materialet blir gjenvunnet. Det gjenvunne materialet inneholder mikro-komposittslipekom, som består hovedsakelig av reaksjonsproduktet av utgangsmetallet og oksidanten, fyllmaterialet og eventuelt en eller flere metalliske bestanddeler.

Etter at keramikken eller det keramiske kompositt-legemet er blitt startformet som beskrevet ovenfor, tillates det å kjølne og blir deretter knust eller malt for å gi et slipepulver. Finheten på pulveret vil være avhengig av produktets formål og utstyret for findeling velges avhengig av den ønskete partikkelstørrelse og sammensetningen av keramikklegemet. Framgangsmåten og utstyret for findeling og "kalibrering" er . kjent og utgjør som sådan ingen del av oppfinnelsen. Det kan være fordelaktig å knuse legemet først til store biter på omtrent 6,44 - 12,7 mm med en kjeveknuser eller ei slagmølle og deretter i finere partikler på 150 - 2360 mikrometer eller finere ved slagmaling. Den malte massen blir vanligvis siktet slik at pulveret deles opp i forskjellige finheter.

Det resulterende slipepulver er karakterisert ved seighet og lav sprøhet eller høy varighet. Et foretrukket slipepulver tilvirket med framgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen kjennetegnes ved at en mikro-kompositt som inneholder reaksjonsprodukt, er nøye forbundet med fyllmasse som den findelte formen av det framvokste keramikk-legemet. Ved maling eller knusing av det keramiske kompositt-legemet, vil de resulterende slipepartiklene inneholde både keramisk matrise- og fyllmassebestanddeler som enhetlig sammenføyde materialer, uavhengig av vesentlig størrelsesreduksj on.

Det granulære slipematerialet framstilt i samsvar med oppfinnelsen kan brukes på forskjellige måter. F.eks. kan slipematerialet brukes løst, f.eks. til polering, maling eller sandblåsing. Dersom det ønskes kan slipematerialet brukes i belagte slipeprodukter eller i sammenføyde slipeprodukter. I det siste tilfellet er slipepulver sammenføyd med et hensiktsmessig bindemiddel, såsom harpiks, glass, metall eller et annet keramisk stoff og utformet som slipeskiver. I det første tilfellet blir slipepulveret kombinert med et passende klebemiddel og belagt på eller påført et bæreark eller en bærer, såsom cellulosefilt, tekstil eller papp. Slipematerialet framstilt i samsvar med oppfinnelsen kan være det eneste slipemiddelet i det ferdige slipeproduktet eller kan være kombinert med andre slipemidler eller ikke-slipende materialer, for å tilpasse egenskapene eller redusere kostnadene.

Flere slipematerialer ble tilvirket i samsvar med oppfinnelsen og testet med hensyn på sprøhet sammenlignet med flere kjente slipematerialer. Sprøhetstesten som ble utført på hvert materiale medførte maling på kjent måte i ei kulemølle. Ti gram av hvert enkelt slipemateriale som skulle testes ble nøyaktig siktet til en bestemt partikkelstørrelse og plassert i en stålbeholder (Abbe Co. Mijit-størrelse) sammen med syv 2.5 cm herdete stålkuler (200 g, Abbe Co.). Stålbeholderne ble lukket og plassert på et roterende apparat og rotert i en time med 92 omdreininger pr minutt. Det resulterende materialet ble på nytt siktet med samme sikte og materialet som ikke gikk gjennom sikta ble veid. Materialets ytelse ved denne testen ble kvantifisert som en sprøhetsindeks. Resultatet er angitt i tabell 1 nedenfor. Sprøhetsindeksen er den prosenten av slipematerialet som overlevde denne malingen (dvs vekten av slipematerialet som ble igjen på sikta etter malingen (i gram) dividert med den opprinnelige prøvevekten (10 gram) ganger 100). Jo større sprøhetsindeksen var, desto mindre sprøtt var materialet.

Ni materialer ble testet, medregnet fem konvensjonelt tilvirkete materialer, sammensmeltet aluminiumoksid (38 Alundum fra Norton Co., 508 mikrometer), silisiumkarbid (37 Crystolon fra Norton Co., 2100 mikrometer), en sol-gel framstilt av aluminiumoksid-magnesium-aluminert materiale (Cubitron fra 3M Co., 840 mikrometer og 420 mikrometer) og materiale A og B beskrevet nedenfor, samt 4 materialer tilvirket i samsvar med oppfinnelsen og beskrevet nærmere nedenfor (betegnet C-F).

Slipematerialet A ble tilvirket ved å plassere flere emner av aluminiumlegering 380.1 (fra Belmont-metaller, med en nominell identifisert sammensetning regnet på vektbasis med 8 - 8,5 % Si, 2 - 3 % Zn og 0,1 % Mg som aktive dopemidler (som beskrevet nedenfor) og 3,5 % Cu, samt Fe, Mn og Ni, men det virkelige magnesiuminnholdet var enkelte ganger høyere, f.eks. i området 0,17 - 0,18 %) i ei seng av partikler av aluminiumoksid (El Alundum, fra Norton, 216 mikrometer) som var plassert i et ildfast kar, slik at ei flate på hvert emne var direkte blottlagt mot luft. Denne oppstillingen ble plassert i en ovn og varmet opp over 5 timer til 1000°C. Under disse betingelsene skjedde veksten av det keramiske legemet oppover fra den blottlagte metallflata til lufta, mens ingen vekst skjedde inn i El Alundum-partiklene som omga de andre metallflatene. Ovnstemperaturen ble holdt ved 1000°C og deretter nedkjølt over 5 timer. Oppstillingen ble fjernet fra ovnen og de resulterende kjeramikk-legemer ble tatt ut og findelt ved knusing mellom to stålplater. Det findelte materialet ble siktet for å skille ut fraksjonen med størrelse 315 mikrometer.

Slipematerialet B ble tilvirket ved å plassere flere emner av aluminiumlegering 6061 (med en nominell sammensetning regnet i vekt på 0,6 % Si, 1,0 % Mg og 0,25 % Cu og Cr) i ei seng av de samme 216 mikrometer aluminiumoksid-partiker som ovenfor, opptatt i et ildfast kar med ei flate av hvert emne blottlagt for luft. Et tynt lag av silisium-dioksid dopemateriale ble påført de blottlagte metallflatene. Denne oppstillingen ble plassert i en ovn og oppvarmet i 6 timer til 1325°C. Under disse forholdene skjedde den keramiske veksten bare i lufta og ikke i innleiringsmaterialet. Ovnstemperaturen ble holdt ved 1325 °C i omtrent 160 timer, slik at det uoksiderte aluminium-metallet ble tilnærmet fullstendig trukket ut av de keramiske legemene. Det resulterende keramiske materialet ble findelt som angitt ovenfor og siktet for å skille ut 1680 mikrometer-fraksjonen.

Slipematerialet C ble tilvirket ved å senke flere emner av en aluminiumlegering som inneholdt 10 vekt% Si, og 3 vekt% Mg fullstendig ned i aluminiumoksid-partikler (38 Alundum fra Norton Co., 66 mikrometer) som var opptatt i et ildfast kar. Denne oppstillingen ble plassert i en ovn og varmet opp i 6 timer til 1250°C. I dette tilfellet skjedde det en vekst fra metallflatene inn i det omgivende innleiringsmaterialet, som innesluttet 38 Alundum-partiklene i keramiske komposittlegemer. Ovnstemperaturen ble holdt ved 1250°C i 120 timer og nedkjølt over 6 timer. Oppstillingen ble fjernet fra ovnen og de resulterende kompositt-legemene som inneholdt oksidasjons-reaksjonsproduktet som innleiret fyllpartiklene, ble tatt ut og findelt på samme måte som beskrevet ovenfor. Det findelte materialet ble siktet til størrelse lik 1680 mikrometer.

Slipematerialet D ble tilvirket ved å senke flere emner av samme legering som ved tilvirkningen av materiale C ned i ei seng av flak av aluminiumoksid (fra Alcoa Co., 250 mikrometer) fyllmateriale, som var opptatt i et ildfast kar. Denne oppstillingen ble plassert i en ovn og oppvarmet over 6 timer til 1250°C. Det skjedde da en vekst av reaksjonsprodukt i fyllpartiklene rundt metallet. Ovnen ble holdt ved 1250°C i 144 timer og avkjølt til værelsestemperatur i løpet av 6 timer. Det resulterende komposittlegemet, som inneholdt oksidasjonsreaksjonsprodukt som innleiret fyllmaterialet av flakformet aluminiumoksid, ble findelt som beskrevet ovenfor og materialet ble siktet til en størrelse på 1680 mikrometer.

Slipemateriale E ble tilvirket ved å senke flere emner av aluminiumlegering 380.1, som brukt for tilvirkning av materiale A, ned i ei seng av et fyllmateriale som var sol-gel tilvirket av aluminiumoksid-magnesium-aluminat (Cubitron 3M Co., 177 mikrometer), som var fylt i et ildfast kar. Denne oppstillingen ble plassert i en ovn og oppvarmet over 5 timer til 1000°C. Ovnstemperaturen ble holdt på 1000°C i 4 timer og nedkjølt til omgivelsestemperatur over 5 timer. De resulterende komposittlegemer, som inneholdt oksidasjons-reaksjonsprodukt som innleiret fyllmaterialet, ble findelt som angitt ovenfor. Det resulterende materialet ble siktet til en størrelse på 1680 mikrometer.

Slipemateriale F ble tilvirket ved separat oppvarming av ei seng av silisiumkarbid-partikler (37 Crystolon fra Norton Co., 66 mikrometer) og omtrent 100 gram 380.1 legering til 1000°C. Den smeltete aluminiumlegeringen ble deretter helt over senga av fyllmateriale og mer fyllmateriale av samme slag ble lagt i et lag over det smeltete metallet. Denne oppstillingen ble holdt ved 1000°C i 48 timer og deretter tatt ut av ovnen. Det resulterende komposittmaterialet som inneholdt et oksidasjonsreaksjonsprodukt av aluminiumoksid som innleiret fyllmateriale av silisiumkarbid, ble tatt ut. Dette komposittmaterialet ble findelt på samme måte som beskrevet ovenfor og siktet til en størrelse på 1680 mikrometer.

Disse materialene ble utsatt for den sprøhetstesten som er angitt ovenfor og resultatet er ført opp i tabell 1 nedenfor. Som det går fram av tabellen, var to av materialene som ble tilvirket i samsvar med oppfinnelsen mindre sprø, under de beskrevne testbetingelser enn vanlig tilvirkete materialer.

Brukt i denne beskrivelsen og de medfølgende patentkravene har følgende betegnelser disse betydningene: "Keramikkmateriale" er ikke begrenset til tradisjonelle keramikkmaterialer, i den betydning at det består bare av ikke-metalliske og uorganiske materialer, men betegner et legeme som hovedsakelig er keramisk med hensyn til enten sammensetning eller hovedegenskaper, selv om det kan inneholde mindre eller betydelige mengder av en eller flere metalliske bestanddeler avledet fra utgangsmetallet, eller et redusert dopemiddel, vanligvis innenfor et område fra 1-40 volumprosent, men i noen tilfeller mer metall.

"Oksidasjons-reaksjonsprodukt" betyr generelt et eller flere metaller i enhver oksidert tilstand, hvor et metall har avgitt elektroner til eller deler elektroner med et annet element, en sammensetning eller kombinasjoner av disse. Følgelig omfatter betegnelsen produktet eller reaksjonen av ett eller flere metaller med en oksidant, som beskrevet i denne teksten.

"Oksidant" betyr en eller flere egnete elektron-akseptorer eller elektron-delere og er en gass (damp) eller en bestanddel av en gass ved prosessbetingelsene.

"Utgangsmetall" betyr det metallet, f.eks. aluminium, som er forløperen for det polykrystallinske oksidasjons-reaksjonsproduktet og omfatter dette metallet som et forholdsvis rent metall, et kommersielt tilgjengelig metall med forurensninger og/eller legeringsbestanddeler, eller en legering hvori dette metallet er hovedbestanddel, og når et bestemt metall er nevnt som utgangsmetall, dvs. aluminium, må det oppfattes i samsvar med denne definisjon såfremt annet ikke er angitt.

"Kompositt" eller "komposittmateriale" omfatter et heterogent materiale, legeme eller gjenstand tilvirket av to eller flere forskjellige materialer som er intimt forenet for å gi materialet bestemte egenskaper. F.eks. kan de to materialene være forenet ved at det ene innleires i en matrise av det andre. En keramisk kompositt-konstruksjon omfatter i henhold til oppfinnelsen en keramikk-matrise som inneslutter en eller flere forskjellige slag av fyll materialer, såsom partikler, fibre, stenger e.l.

I samsvar med oppfinnelsen er det skapt et slipemateriale som en findelt form av et keramisk eller keramisk komposittlegeme dannet ved oksidasjon av et

utgangsmetall. Ved dannelsen av legemet blir utgangsmetallet, som er forløperen for reaksjonsproduktet, tilført i hensiktsmessig form, f.eks. i form av et emne, en barre, ei plate e.l. og plassert i ei seng av inert og/eller fyllmateriale opptatt i en digel eller en annen ildfast beholder. Et inert materiale er et materiale som er hovedsakelig ikke-inntrengbart for veksten av reaksjonsproduktet under prosessbetingelsene. Denne inerte senga er i kontrast til ei gjennomtrengbar seng av fyllmateriale for bruk ved produksjon av en kompositt-struktur, gjennom hvilken reaksjonsproduktet vokser slik at det innleirer fyllmaterialet i den resulterende keramiske matrisen. Det inerte materialet, som kan være i partikkelform, tjener til å holde legemet av smeltet utgangsmetall for oksidasjon og vekst inn i den omgivende atmosfæren eller inn i et permeabelt fyllmateriale.

Den resulterende konstruksjonen, som omfatter utgangsmetallet, senga av inert materiale og/eller fyllmaterialet, plassert i en passende digel eller en annen beholder, oppvarmes til en temperatur over smeltepunktet for utgangsmetallet, men under smeltepunktet for reaksjonsproduktet. Det er imidlertid klart at det ikke trenger å være aktuelt å velge en temperatur over hele området mellom smeltepunktene til utgangsmetallet og til reaksjonsproduktet. Følgelig vil utgangsmetallet ved denne temperaturen eller i dette temperaturområdet, smelte slik at det dannes et legeme eller en dam av smeltet utgangsmetall og i kontakt med oksidanten vil det smeltete metallet reagere slik at det dannes et lag av reaksjonsprodukt ved oksidasjon. Ved fortsatt blottleggelse for det oksiderende miljøet, blir det gjenværende smeltete metallet progressivt trukket inn i og gjennom reaksjonsproduktet i oksidantens retning, slik at det skjer en fortsatt vekst av det polykrystallinske materialet ved eller nær skilleflata mellom keramisk materiale og oksidant, slik at det dannes et keramisk komposittmateriale.

Det polykrystallinske reaksjonsproduktet ved oksidasjon vokser med en hovedsakelig konstant hastighet (dvs. med en hovedsakelig konstant økning i tykkelsen over tid), forutsatt at det foreligger en tilstrekkelig utveksling av oksidant. Utveksling av en oksiderende atmosfære, i tilfelle av luft, kan hensiktsmessig oppnås ved hjelp av vifter i smelteovnen. Vekst av reaksjonsproduktet fortsetter inntil minst en av følgende skjer: 1) Hovedsakelig hele utgangsmetallet er forbrukt, 2) oksidanten utslettes eller forbrukes eller den oksiderende atmosfæren erstattes med en ikke-oksiderende atmosfære eller trekkes bort, eller 3) reaksjonstemperaturen endres slik at den kommer hovedsakelig utenfor grensene for reaksjonstemperaturen, f.eks. under smeltepunktet til utgangsmetallet. Vanligvis reduseres temperaturen ved å senke ovnstemperaturen og materialet blir deretter fjernet fra smelteovnen.

Det resulterende produktet består hovedsakelig av reaksjonsprodukt av utgangsmetallet med oksidanten, innhyllet i et fyllmateriale, og eventuelt en eller flere metall-bestanddeler, såsom uksiderte bestanddeler av utgangsmetallet. Det skal forstås, at det resulterende polykrystallinske materialet kan ha porøsitet som kan resultere fra en delvis eller tilnærmet fullstendig erstatning av metallfasen, men volumprosenten av hulrom i produktet vil avhenge i vesentlig grad av slike betingelser som temperatur, tid og type utgangsmetall. Produktet er i form av krystallitter som er i det minste delvis sammenbundet. Selv om oppfinnelsen heretter beskrives med særlig vektlegging på aluminium og spesielle utførelsesformer av aluminium som utgangsmetall, er dette bare ment som eksempel, og andre metaller, såsom silisium, titan, hafnium, zirkonium etc. også kan brukes dersom de tilfredsstiller eller kan dopes slik at de tilfredsstiller kriteriet for oppfinnelsen. Oksidanten er en som normalt er i gassform eller fordampet ved prosessbetingelsene, slik at det dannes en oksiderende atmosfære. Typiske oksidanter omfatter oksygen eller en oksygenholdig gass, nitrogen eller en nitrogenholdig gass, et halogen, svovel, fosfor, arsen, karbon, bor, selen, tellur og blandinger og kombinasjoner av disse, f.eks. metan, oksygen, etan, propan, acetylen, etylen, propylen (med hydrokarbon som karbonkilde) og blandinger såsom luft H2/H20 og CO/C02 idet de siste to er egnet for å redusere oksygenaktiviteten i omgivelsen. Når en oksidant er funnet å inneholde eller omfatte en bestemt gass eller damp, betyr dette en damp-fase oksidant hvor den identifiserte gassen eller dampen er det eneste oksideringsmiddel for utgangsmetallet. Luft faller derfor innenfor definisjonen av en "oksygenholdig gass "-oksidant, men ikke innenfor definisjonen av en "nitrogenholdig gass "-oksidant. Et eksempel på den siste slik det er brukt her i patentkravene, er "formegass" som vanligvis inneholder omtrent 96 volumprosent nitrogen og omtrent 4 volumprosent hydrogen.

Visse utgangsmetaller under bestemte forhold med hensyn på temperatur og oksiderende atmosfære tilfredsstiller kriteriet tilstrekkelig for å gjennomføre oppfinnelsen uten spesielle tilsetninger eller modifikasjoner. Dopematerialer som brukes i forbindelse med utgangsmetallet kan imidlertid hensiktsmessig påvirke eller fremme reaksjonsprosessen. Selv om en ikke ønsker å binde seg til noen bestemt teori eller forklaring på funksjonen for dopemidlene, synes det som om enkelte dopemidler er egnet i de tilfeller hvor det i utgangspunktet ikke eksisterer et passende overflateenergi-forhold mellom utgangsmetallet og dets oksidasjons-reaksjonsprodukt. Visse dopemidler eller kombinasjoner av dopemidler, som reduserer skilleflateenergien mellom fast stoff og væske vil således være tilbøyelig til å fremme eller akselerere utviklingen av den polykrystallinske struktur som dannes ved oksidering av metallet til en tilstand som inneholder kanaler for transport av smeltet metall, slik det kreves for den nye framgangsmåten. En annen funksjon for dopemidlene kan være å starte den keramiske vekst, tilsynelatende enten ved å tjene som et kimemiddel for dannelse av stabile krystallitter ved oksidasjon eller ved å avbryte et opprinnelig passivt sjikt, eller begge. Denne siste type dopemidler trenger ikke være nødvendig for å skape den keramiske veksten, men de kan være viktige for å redusere inkubasjonsperioden for start av slik vekst til et kommersielt akseptabelt område for visse utgangsmetall-systemer.

Funksjonen eller funksjonene til dopematerialet kan være avhengig av et antall faktorer utenom dopematerialet selv. Disse faktorene omfatter f.eks. det partikkelformete utgangsmetallet. Det ønskete sluttproduktet, den spesielle kombinasjon av dopemidler ved bruk av to eller flere dopemidler, bruken av eksternt påtrykt dopemiddel i kombinasjon med et innlegert dopemiddel, konsentrasjonen av dopemidlet, oksiderings-miljøet og prosessbetingelsene.

Egenete dopemidler for et aluminium-utgangsmetall, særlig med luft som oksidant omfatter f.eks. magnesium-metall og sinkmetall i kombinasjon med hverandre eller i kombinasjon med andre dopemidler som beskrevet nedenfor. Disse metallene eller en egnet metallkilde, kan legeres inn i det aluminiumbaserte utgangsmetallet ved konsentrasjoner for hver på mellom 0,1-10 vekt% regnet av den totale vekten av det resulterende dopete metallet. Konsentrasjonsområdet for ethvert dopemiddel vil være avhengig av slike faktorer som kombinasjon av dopemidler og prosesstemperatur. Konsentrasjoner innenfor dette området vil tilsynelatende starte den keramiske veksten, fremme metalltransporten og påvirke vekststrukturen gunstig for det resulterende produktet.

Andre dopemidler som er effektive ved å fremme veksten av et polykrystallinsk reaksjonsprodukt, er for aluminiumbaserte metallsystemer f.eks. silisium, germanium, tinn og bly, særlig brukt i forbindelse med magnesium eller sink. Ett eller flere av disse dopemidlene, eller en egnet kilde av dem, legeres inn i metallsystemet ved konsentrasjoner for hver fra 0,5 til 15 vekt% av den totale legeringen. Mer fordelaktig vekstdynamikk og vekststruktur oppnås ved dopemiddel-konsentrasjoner i området fra 1 - 10 vekt% av metall-legeringen. Bly som et dopemiddel blir vanligvis innlegert i utgangsmetallet ved en temperatur på minst 1000°C, for å omgå dens lave oppløsningsevne i aluminium. Tilsetningene av andre legeringskomponenter, såsom tinn, vil generelt øke blyets oppløsningsevne og tillate at legeringsmaterialene tilsettes ved en lavere temperatur.

Ett eller flere dopemidler kan brukes, avhengige av forholdene som beskrevet ovenfor. Ved bruk av aluminium som utgangsmetall og luft som oksidant kan det f.eks. brukes som hensiktsmessige dopemidler a) magnesium og silisium eller b) magnesium, sink og silisium i kombinasjon. I disse tilfellene er en foretrukket magnesiumkonsentrasjon i området fra 0,1-3 vekt% for, for sink i området fra 1 -

6 vekt% og for silisium i området fra 1 - 10 vekt%.

Ytterligere eksempler på dopemidler som er egnet i forbindelse med aluminium som utgangsmetall er natrium, litium, kalsium, bor, fosfor og yttrium, som kan brukes enkeltvis eller i kombinasjoner med ett eller flere andre dopemidler, avhengig av oksidanten og prosessbetingelsene. Natrium og litium kan brukes i meget små mengder i området 100 - 200 ppm, og hver kan brukes alene eller sammen, eller i kombinasjon med ett eller flere andre dopemidler. Sjeldne jordelementer, såsom cerium, lantan, praseodym, neodym og samarium, er egnete dopemidler, særlig i kombinasjon med andre dopemidler.

Det er ikke nødvendig å legere noe dopemateriale inn i utgangsmetallet. F.eks. kan selektiv tilførsel av ett eller flere dopematerialer i et tynt sjikt til enten hele eller en del av utgangsmetallets flate tillate lokal keramisk vekst fra metallflata eller deler av denne og gir vekst av det polykrystallinske keramikkmaterialet inn i det permeable fyllmaterialet i utvalgte områder. Veksten av det polykrystallinske keramikkmaterialet kan således styres ved lokal påføring av et dopemateriale på utgangsmetallets flate. Det påførte belegget eller sjiktet av dopemiddel er tynt i forhold til tykkelsen på utgangsmetallet og vekst eller dannelse av reaksjonsprodukt strekker seg hovedsakelig utenfor dette sjiktet, dvs. utenfor dybden på det påførte dopemiddelsjiktet. Et slikt sjikt av dopemateriale kan påføres ved maling, dypping, silketrykk, fordamping eller på annen måte i flytende eller pasta-form eller ved spruting eller enkelt ved å avsette et sjikt av faste partikler eller et fast tynt ark eller film av dopemidlet på utgangsmetallets flate. Dopematerialet kan, men trenger ikke, omfatte enten organiske eller uorganiske bindemidler, bærere, løsningsmidler og/eller fortykningsmidler. En særlig foretrukket framgangsmåte for påføring av dopemidler på utgangsmetallets flate er å utnytte en flytende oppløsning av dopemidlene i en vann/organisk bindemiddelblanding som sprøytes på utgangsmetallets flate for å oppnå et klebende belegg som forenkler håndteringen av det dopete utgangsmetallet forut for behandlingen.

Når dopematerialene brukes utvendig, blir de vanligvis påført på en del av ei flate av utgangsmetallet som et ensartet belegg. Mengden av dopemiddel er virksom over et bredt område i forhold til mengden av utgangsmetallet som det påføres, og når det gjelder aluminium, har en ved eksperimenter ikke kunnet fastsette noen øvre eller nedre grense. F.eks. ved bruk av silisium i form av silisium-dioksicf utvendig som dopemiddel for et aluminiumbasert utgangsmetall med luft eller oksygen som oksidant, har mengder så lave som 0,00003 gram silisium per gram utgangsmetall eller omtrent 0,0001 gram silisium per kvadratcentimeter blottlagt metallflate, sammen med et andre dopemiddel som gir tilgang på magnesium og/eller sink gitt den polykrystallinske keramiske veksten. Det er også funnet at en keramisk konstruksjon kan oppnås fra et aluminiumbasert utgangsmetall med luft eller oksygen som oksidant ved å bruke MgO eller MgAl204 som dopemiddel i en mengde som ligger over 0,003 gram Mg per kvadratcentimeter metallflate.

Ved visse foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen kan utgangsmetallet f.eks.

omfatte aluminium, silisium, zirkonium, hafnium, eller titan og en permeabel masse av fyllmateriale blir plassert opptil metallet og de to delene orientert slik i forhold til hverandre at veksten av reaksjonsproduktet som beskrevet foran vil skje i en retning mot fyllmaterialet for at dette eller en del av det blir infiltrert av reaksjonsproduktet og innleiret i dette. Denne plasseringen og innstillingen av utgangsmetallet og fyllmaterialet i forhold til hverandre kan oppnås ved å innleire et legeme av utgangsmetall i ei seng av partikkelformet fyllmateriale. Fyllmaterialet kan f.eks. omfatte et platesjikt, ei seng av kuler (massive eller hule), pulver eller andre partikler, sammenføyninger, ildfaste fiber, rør, fliser eller liknende eller en kombinasjon av slike. Oppstillingen blir i alle tilfelle utformet slik at en vekstretning av reaksjonsproduktet vil trenge inn i eller omslutte minst en del av fyllmaterialet, slik at tomrom mellom fyllmaterial-partiklene eller -gjenstandene blir fylt av den reaksjonsprodukt-matrisen som dannes.

Når ett eller flere dopematerialer kreves eller ønskes for å fremme eller forbedre veksten av reaksjonsproduktet gjennom fyllmaterialet, kan dopemidlet brukes på og/eller i utgangsmetallet og alternativt eller i tillegg kan dopemidlet brukes på eller tilføres med fyllmaterialet. Dopemidlet eller dopemidlene kan således være tilveiebragt som legeringselement i utgangsmetallet eller påføres på i det minste en del av metallflata slik det er beskrevet ovenfor eller kan tilføres med fyllmaterialet eller en del av dette eller en annen kombinasjon av to eller flere av disse framgangsmåtene. I det tilfellet hvor et dopemiddel tilsettes til fyllmaterialet, kan påføringen skje på enhver hensiktsmessig måte, f.eks. ved å dispergere dopemidlene gjennom hele fyllmaterialmassen i findelt eller partikkelform, fortrinnsvis i en del av fyllmaterialet som ligger opp til utgangsrnaterialet. Tilføyelse av et hvert dopemiddel til fyllmaterialet kan også skje ved å påføre et sjikt av et eller flere dopematerialer til og i fyllmaterialmassen, omfattende enhver av dens indre åpninger, hulrom, kanaler, gjennomgående rom eller liknende, som gjør den permeabel. En dopemiddelkilde kan også skaffes ved å plassere et stivt legeme som inneholder dopemidlet i kontakt med og mellom i det minste en del av metallflata og fyllmaterialmassen. Dersom et silisium-dopemiddel kreves, kan f.eks. en tynn bane av silisiumholdig glass eller annet materiale plasseres på metallflata som et andre dopemiddel allerede er blitt påført. Når utgangsmetallet belagt med dette materialet smeltes i en oksiderende omgivelse (f.eks. ved bruk av aluminium i luft, mellom 850 - 1450°C, fortrinnsvis 900 - 1350°C) skjer det vekst av det polykrystallinske keramikkmaterialet inn i det permeable fyllmaterialet. I det tilfellet hvor dopemidlet påføres utvendig på minst en del av metallflata, vil den polykrystallinske oksidstrukturen generelt vokse inne i fyllmaterialet forbi dopemiddelsjiktet. I alle tilfeller kan ett eller flere dopemidler påføres utvendig på utgangsmetallets flate og/eller på fyllmateiralmassen. I tillegg kan dopemidler som er legert med utgangsmetallet eller påført utvendig på dette forsterkes med dopemidler påført fyllmaterialmassen. Enhver konsentrasjonssvikt av dopemidlet innlegert i utgangsmetallet og/eller påført utvendig på dette, kan repareres ved ekstra konsentrasjon av det eller de aktuelle dopemidler i fyllmateiralmassen og omvendt.

I det tilfellet at det brukes aluminium eller aluminiumlegering som utgangsmetall og en oksygenholdig gass som oksidant, er de hensiktsmessige mengdene av dopemiddel innlegert i eller påført utgangsmetallet som beskrevet ovenfor. Utgangsmetallet blir deretter satt i en digel eller annen ildfast beholder med ei metallflate blottlagt mot en opptilliggende eller omgivende masse av permeabelt fyllmateriale i beholderen og i nærvær av en oksiderende atmosfære (vanligvis luft ved omgivelsestrykk). Den resulterende oppstillingen blir deretter oppvarmet i en ovn til mellom 850°C - 1450°C eller fordelaktig, mellom 900°C - 1350°C, avhengig av fyllmaterialet, dopemidlet eller dopemiddelkonsentrasjonen eller kombinasjon av disse, hvoretter utgangsmetallet begynner å transporteres gjennom oksidhuden som normalt beskytter dette metallet.

Den vedvarende blottleggelsen av utgangsmetallet for oksidanten under høy temperatur tillater dannelse av det polykrystallinske reaksjonsproduktet som er beskrevet ovenfor. Når en fast oksidant brukes ved tilvirkningen av en slik struktur, kan den være dispergert gjennom hele volumet av fyllmaterialet eller gjennom en del av det fyllmaterialet som ligger opptil utgangsmetallet. Når det brukes en flytende oksidant kan hele fyllmateiralmassen være belagt eller fuktet. I alle tilfeller vil reaksjonsproduktet etter hvert impregnere fyllmaterialet, idet matrisen også kan inneholde uoksiderte bestanddeler av utgangsmetallet eller metalliske bestanddeler av et reduserbart dopemiddel, slik at det dannes et kohesivt komposittmateriale. Den voksende polykrystallinske matrisen impregnerer eller trenger igjennom fyllmaterialet.

Eksempler på fyll materialer som kan brukes i samsvar med oppfinnelsen avhengig av utgangsmetallet og oksidasjonssystemet, omfatter oksid, nitrid, borid, og karbid. Slike materialer kan f.eks. være aluminiumoksid, silisiumkarbid, silisiumoksid, silisium-aluminium-oksynitrid, zirkoniumoksid, zirkoniumborid, titannitrid, bariumtitanat, bornitrid, silisiumnitrid, diamant, titandiborid, magnesium-aluminat-spinell og blandinger av disse. Ethvert egnet fyllmateriale kan imidlertid benyttes i samsvar med oppfinnelsen.

Det følgende eksempel illustrerer visse sider ved oppfinnelsen. Et slipemateriale tilvirket i samsvar med oppfinnelsen ble sammenlignet med et konvensjonelt tilvirket aluminiumoksid-slipemiddel (38 Alundum fra Norton Co. siktet til en størrelse på 1410 mikrometer) med hensyn på evnen til å slipe et kommersielt tilgjengelig stållegeme.

Slipematerialet framstilt i samsvar med oppfinnelsen inneholdt fine korn som besto hovedsakelig av reaksjonsproduktet av en aluminiumlegering og luft som oksidant, og et silisiumkarbidfyllmateriale. Materialet ble tilvirket i samsvar med framgangsmåten for framstilling av F beskrevet ovenfor. Materialet ble siktet til en størrelse på 1410 mikrometer).

20 gram av det kjente slipemidlet og 20 gram av det nye ble plassert i avskilte stålbeholdere av den typen som er beskrevet i eksemplene foran. To sett med tre gjengete stålstenger ble veid nøye og plassert et sett i hver beholder. Beholderne ble lukket og plassert i et rotasjonsapparat og rotert i 1,5 time med 92 omdreininger per minutt. De gjengete stålstengene ble tatt ut av beholderne og veid "for å fastslå massetapet.

Massen før sliping med konvensjonelt slipemiddel var 36,37 gram sammenlignet med 36,32 gram etter sliping. Massetapet på 0,05 gram utgjorde 0,14 %. Tilsvarende tall for sliping med nytt slipemiddel var 36,49 gram før sliping og 36,44 gram etter sliping. Dette betyr 0,05 gram tap eller 0,14 % i løpet av samme tid.

Claims (8)

1. Framgangsmåte for tilvirkning av et slipemateriale, karakterisert ved at kornene består hovedsakelig av 1) oksidasjons-reaksjonsproduktet av et utgangsmetall med minst en oksidant, 2) et fyllmateriale, og eventuelt 3) en eller flere metalliske bestanddeler, idet framgangsmåten omfatter følgende trinn: A. varme utgangsmetallet til en temperatur over dets smeltepunkt men under smeltepunktet for oksidasjons-reaksjonsproduktet, slik at det dannes et legeme av smeltet metall, kontakte en sone av en masse av fyllmaterialet med legemet av smeltet metall, reagere det smeltete metallet med minst en oksidant for dannelse av oksidasjon-reaksjonsprodukt, opprettholde i det minste en del av reaksjonsproduktet i kontakt med og mellom legemet av smeltet metall og oksidant, for progressivt å trekke smeltet metall gjennom oksidasjons-reaksjonsproduktet mot oksidanten og inn i fyllermassen, slik at friskt oksidasjons-reaksjonsprodukt fortsetter å dannes ved grenseflata mellom oksidanten og tidligere dannet oksidasjons-reaksjonsprodukt som har infiltrert fyllmaterialet, og fortsette oksidasjonsreaksjonen i et tidsrom som er tilstrekkelig til å infiltrere minst en del av fyllmaterialet for dannelse av et keramisk komposittlegeme, eventuelt ved å etterlate uoksiderte metalliske bestanddeler av utgangsmetallet dispergert i det keramiske komposittproduktet, og B. findele det keramiske komposittlegemet, samt C. gjenvinne det findelte keramiske komposittmaterialet.

2. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at oksidanten som anvendes velges i form av en gassfase-oksidant, en fast oksidant og/eller en oksidant i væskefase.

3. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved utgangsmetallet som anvendes velges i form av aluminium, silisium, titan, hafnium og/eller zirkonium.

4. Framgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at det findelte materialet blandes med et bindemiddel, støpes for ved herding å danne en slipeartikkel.

5. Framgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at det findelte materialet blandes med et klebemiddel og påføres en bærer, for derved å danne en slipeartikkel.

6. Framgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at fylleren som anvendes velges i form av oksider, nitrider, borider og/eller karbider.

7. Framgangsmåte ifølge et av kravene 2 til 6, karakterisert ved at utgangsmetallet som anvendes velges i form av aluminium, og at oksidanten velges i form av luft for derved å resultere i et oksidasjons-reaksjonsprodukt i form av alumina.

8. Framgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at fyllmaterialet som anvendes velges i form av et materiale i form av alumina, silisiumkarbid, zirkoniumoksid, diamant, titandiborid, bornitrid, borkarbid og/eller magnesiumaluminat-spinell.