DE19520614C1 - Mikrokristalline Sinterschleifkörner auf Basis von a-AI¶2¶O¶3¶ mit hohem Verschleißwiderstand, Verfahren zu seiner Herstellung sowie dessen Verwendung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikrokristallines Sinterschleifkorn auf Basis von α-Aluminiumoxid, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie dessen Verwen­ dung.

Eine bevorzugte Anwendung von α-Al₂O₃-haltigen Sinterkörnern oder -materialien ist deren Einsatz als Schleifmittel. Neben geschmolzenen Korundschleifmitteln sind solche aus gesintertem Material schon seit mehr als 50 Jahren bekannt.

In der US-A-3 909 991 werden polykristalline Al₂O₃-Sinterkörner oder -materialien beschrieben, die aus Primärkristallen aufgebaut sind, deren Kristallit­ größen im Submicron-Bereich liegen. Die Dichten dieser Materialien liegen über 95% der theoretischen Dichte. Die Herstellung erfolgt durch Heißpressen aus einer Mischung aus Ruß und granulierten Al₂O₃-Körpern, die nach der US-A-3 079 243 durch Zerkleinern kaltgepreßter Al₂O₃-Formkörper gewonnen werden. Die Verfahrenstechnik, die großtechnisch nur unter großem Aufwand, der das resultierende Schleifkorn enorm verteuern würde, realisierbar ist, und die für das Verfahren notwendigen teuren Ausgangspulver dürften dafür verantwortlich sein, daß sich polykristalline Sinterkörper nach der US-A-3 909 991 auf dem Schleifkornmarkt nicht durchsetzen konnten.

In der neueren Zeit wurden ähnlich aufgebaute, gesinterte Schleifkörner auf Al₂O₂-Basis bekannt, die aufgrund ihrer mikrokristallinen Struktur Vorteile gegenüber den konventionellen Korundschleifmitteln, die über die Schmelze gewonnen werden, aufweisen. So wird in der EP-B-0 152 768 ein Schleifkorn offenbart, das über die Sol-Gel-Technik bei Sintertemperaturen unter 1400°C hergestellt wird. Als Sinterhilfe werden Kristallisationskeime zugesetzt. Ahnliche Verfahren und Stoffe gehen aus der EP-A-0 024 099, DE-A-32 19 607, US-A-4 518 397, US-A-4 623 364, EP-A-0 168 606, EP-A-0 200 487, EP-A-0 228 856, EP-A-0 263 810 und der EP-A-0 209 084 hervor.

Allen letztgenannten Stoffen ist gemeinsam, daß sie über ein Sol-Gel-Verfahren, ausgehend von einem feinstdispersen Aluminiumoxidmonohydrat des Typs Böhmit, hergestellt werden. Diese verhältnismäßig teuren Rohstoffe, die über die Hydrolyse von aluminium-organischen Verbindungen gewonnen werden, und die energieaufwendige Verfahrenstechnik lassen die Kosten der Sol-Gel-Korunde auf ein Vielfaches der herkömmlichen Korunde ansteigen. Das hat zur Folge, daß die Sol-Gel-Korunde trotz ihrer großen Leistungsstärke auch heute noch als Nischenprodukte anzusehen sind, da nur bei speziellen Anwendungen eine im Vergleich zu den preiswerten konventionellen Korunden positive Preis/Leistungs- Relation resultiert.

Ein weiterer Nachteil dieser Verfahren ist, daß die kolloidalen Lösungen meist mit relativ großen Mengen leicht flüchtiger anorganischer Säuren stabilisiert sind, was verfahrens- und umwelttechnische Probleme mit sich bringt.

In der US-A-5 194 073 werden Schleifmaterialien auf Basis von α-Al₂O₃ beschrieben, in deren α-Al₂O₃-Matrix weitere schleifaktive Härtstoffe eingebaut sind. Auch diese Materialien werden über energieaufwendige Sol-Gel-Verfahren aus teuren Rohstoffen hergestellt, so daß sich auch für diese Stoffe trotz hervor­ ragender Leistungsstärke nur ein begrenztes Einsatzgebiet ergibt.

In der DE-C-36 04 848 wird ein Verfahren beschrieben, eine Dispersion aus tonerdehaltigen Rohstoffen, kieselsäurehaltigen Verbindungen und weiteren Zusätzen, wie Verbindungen der Metalle Co, Ni, Mg, Cr, Zr, Zn, Si oder Ti, zu einem sinterfähigen Schlicker zu vermahlen, aus dem durch stufenweises Trocknen und Sintern bei Temperaturen bis 1700°C ein Schleifkorn hergestellt werden kann, dessen Korundprimärkristallite einen Durchmesser von weniger als 5 µm haben. Es gelingt zwar so, preiswerte Rohstoffe einzusetzen, allerdings ist man immer noch auf aufwendige Mahlprozesse und hohe Sintertemperaturen angewiesen, um zu einem mikrokristallin aufgebauten Schleifkorn zu gelangen. Allein aufgrund der hohen Sintertemperaturen, die ein Kornwachstum während des Sinterns fördern, kann über diesen Weg kein Sinterkorund gewonnen werden, der eine mit den Sol- Gel-Korunden vergleichbare Struktur aufweist. Darüber hinaus hängt die Feinheit der Struktur des Endproduktes naturgemäß direkt von der Feinheit der Ausgangsmaterialien ab. Es ist aber selbst unter großem Aufwand - der dann das Produkt zusätzlich verteuern würde - nicht möglich, tonerdehaltige Rohstoffe durch Vermahlen in einer Feinheit zu erhalten, die eine Sinterung zu einem Produkt, das eine mit den Sol-Gel-Korunden vergleichbare Struktur zeigt, ermöglichen könnten. Die Leistungsstärke der nach DE-C-36 04 848 hergestellten Materialien liegt deutlich unter der der auf dem Markt erhältlichen Sol-Gel- Korunde, die üblicherweise aus Primärkristalliten aufgebaut sind, die einen mittleren Durchmesser von 0,2 µm und weniger aufweisen.

Zahlreiche schleiftechnische Untersuchungen an Sinterkorunden in den letzten Jahren haben gezeigt, daß die Schleifleistung umgekehrt proportional zur Größe der Primärkristalle ist. Das heißt, je feiner das Gefüge ist, umso höher ist in der Regel die Schleifleistung.

Die EP-A-0 524 436 beschreibt ein Verfahren, bei dem statt der teuren Böhmite andere preiswerte Vorstufen des Aluminiumoxids (z. B. Hydrargillit) eingesetzt werden. Durch Vermahlen und anschließende Desagglomeration werden Suspensionen mit einem Feststoffgehalt zwischen 10 und 40 Gew.-% erhalten, die analog zu den Sol-Gel-Verfahren weiterverarbeitet werden können. Der Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch, daß die alternativen Ausgangsstoffe nicht in der Fein­ heit und Reaktivität wie die Böhmite erhalten werden können, so daß auch über dieses Verfahren nicht die feinen Strukturen der Sol-Gel-Korunde erreicht werden. Mit Ausnahme des teuren Rohstoffes weist das in der EP-A-0 524 436 be­ schriebene Verfahren darüber hinaus alle verfahrenstechnischen Nachteile der Sol- Gel-Methode auf. Auch die nach dem in der EP-A-0 524 436 beschriebenen Verfahren hergestellten Sinterkorunde erreichen nicht die Leistungsstärke der marktüblichen Sol-Gel-Korunde.

In der EP-A-0 402 686 wird ein Verfahren aufgezeigt, mikrokristalline Korunde über die elektrophoretische Abscheidung aus einer α-Al₂O₃-haltigen organischen Suspension zu gewinnen. Es gelingt so, einen relativ dichten Grünkörper zu erhalten, der bei ca. 1600°C dicht gesintert werden kann. Trotz dieser - im Vergleich zu den bei den Sol-Gel-Verfahren üblichen Sintertemperaturen - hohen Brenntemperaturen kommt es aufgrund der dichten und homogenen Packung des Grünkörpers während des Sinterns nur zu einem geringen Kristallwachstum.

Dennoch ist das Gefüge eines über die elektrophoretische Abscheidung gewonnenen Sinterkörpers, bedingt durch die hohen Sintertemperaturen und die ungenügende Feinheit der aus kommerziellen Überlegungen noch sinnvoll einsetzbaren Ausgangsstoffe, deutlich gröber als das der nach den üblichen Sol- Gel-Verfahren hergestellten Sinterkorunde. Die Leistungsstärke der über die Elektrophorese gewonnenen Sinterkörper korreliert in der bekannten Weise mit der Kristallitgröße. Wenn man ähnliche Leistungsstärken wie die der Sol-Gel-Korunde erreichen will, ist man auf den Einsatz extrem feinkörniger und teurer Ausgangs­ stoffe angewiesen.

Es sind weiterhin kombinierte Reaktions/Sinterverfahren zur Herstellung von Keramik-Formkörpern bekannt, bei denen ein metallischer Prekursor mit einer gasförmigen oder flüssigen Phase zu der gewünschten Keramik reagiert. So werden in der Am. Ceram. Soc. Bull., 67 (1988) 356 reaktionsgebundene Si₃N₄- und SiC-Keramiken beschrieben. In der J. Am. Ceram. Soc. 71 (1988) C-96 werden Möglichkeiten beschrieben, mehrphasige Keramiken durch Infiltration eines porösen keramischen Körpers mit einer metallischen oder keramischen Phase herzustellen.

In der J. Mater. Sci. 1 (1986) 81 werden Verfahren beschrieben, poröse keramische Vorkörper mit einer keramischen Phase, die durch Reaktion eines Gases mit einer metallischen Schmelze entsteht, zu durchwachsen. Die Verfahren haben den Nachteil, daß extrem lange Reaktionszeiten bis zu mehreren Wochen notwendig sind. Es entstehen dabei Al/Al₂O₃-Verbundwerkstoffe, die zwar eine hohe relative Dichte aufweisen, gleichzeitig aber eine anisotrope, vergleichsweise grobe Strukturen aufweisen.

Als Schleifkorn sind Materialien, die nach dem obengenannten Verfahren herge­ stellt werden, nicht geeignet.

In der EP-B-0 259 238 wird ein Schleifmittel offenbart, das über die Oxidations­ reaktion eines Grundmetalls mit einem Dampfphasenoxidationsmittel hergestellt wird. Gegebenenfalls können in die so gewonnene Matrix noch Füllstoffe aus der Gruppe der Oxide, Carbide, Nitride oder Boride eingebaut werden. Ahnliche Stoffe und Verfahren werden auch in den US-Patenten US-A-4 867 758, US-A-5 104 423 und US-A-5 213 592 beschrieben. In allen Fällen weisen die Pro­ dukte ein im Vergleich zu den Sol-Gel-Korunden sehr grobes Kristallitgefüge auf und sind als Schleifkorn im Sinne der Erfindung nicht geeignet.

In der DE-A-38 12 266 werden pulvermetallurgisch erzeugte Keramikformkörper beschrieben, die aus mindestens einer dispersen anorganischen Komponente, die in einer Phase aus Aluminiumoxid und/oder Aluminiumnitrid und/oder Aluminium­ oxinitrid eingebettet ist, bestehen. Die DE-A-43 02 721 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von feinkörnigen Al₂O₃ enthaltenden keramischen Formkörpern unter Verwendung von pulverförmigem Aluminiummetall. In beiden Fällen wird aus Aluminiummetall oder Aluminiumlegierungen durch Oxidation die keramische Matrix gebildet, in die die disperse anorganische Komponente eingelagert ist. Die Verfahren, bei denen 30 bis 40 Vol.-% der Ausgangsmischung aus Aluminium- Metall bestehen, dienen zur Herstellung von Keramikformkörpern, die beim Übergang vom Grünkörper zum Endprodukt nur eine geringe oder gar keine Schrumpfung zeigen.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Schleifkorn zur Verfügung zu stellen, das über ein Verfahren erhältlich ist, das den Einsatz gröberer und damit preisgün­ stigerer Ausgangsmaterialien erlaubt, ohne daß das resultierende Produkt im Vergleich zu den Sol-Gel-Korunden einen Abfall in der Schleifleistung zeigt.

Es wurde nun gefunden, daß über Reaktions/Sinterverfahren, bei denen das Aluminiummetall bzw. die Aluminiumlegierungen jedoch nicht zur Bildung der Matrix eines Sinterkörpers, sondern eher als Binder bzw. Sinterhilfe für eine fein­ teilige anorganische Komponente fungiert, Sinterkörper gewonnen werden können, mit denen trotz des im Vergleich zu den Sol-Gel-Korunden geringfügig gröberen kristallinen Aufbaus vergleichbare und sogar bessere Schleifleistungen erzielt werden können. Dadurch wird es möglich, leistungsfähige Sinterschleifkörner aus preiswerten Ausgangsmaterialien herzustellen, ohne daß die Leistungsstärke des Produktes eingeschränkt wird.

Gegenstand dieser Erfindung ist somit ein mikrokristallines Sinterschleifkorn auf Basis von α-Aluminiumoxid, welches erhältlich ist durch ein kombiniertes Reaktions/Sinterverfahren aus einem metalloxid- und aluminium- oder aluminium­ legierungshaltigen Grünkörnern, wobei die Grünkörner eine Zusammensetzung von

• a) 1 bis 30 Vol.-%, bevorzugt 3 bis 20 Vol.-% Aluminiummetall oder Aluminiumlegierung,
• b) 10 bis 95 Vol.-%, bevorzugt 30 bis 90 Vol.-% α-Al₂O₃,
• c) 0 bis 30 Vol.-%, bevorzugt 1 bis 15 Vol.-% nichtoxidische Hartstoffe aus der Gruppe der Carbide, Nitride, Boride, Oxycarbide, Carbonitride, Oxy­ nitride und Mischungen daraus und
• d) 0 bis 40 Vol.-% Metalle aus der Gruppe der Elemente Co, Ni, Mg, Zn, Zr, Hf, Ti, Si, Cr, Fe, Ta, Nb, Y, Nd, Dy, Sm, Yb, Er, Ce, Pr und Gd und/oder deren Oxide aufweisen.

Bevorzugt weisen die Grünkörner eine Dichte von 50 bis 80% der theoretischen Dichte auf. Die mittlere Größe der Metallteilchen in den Grünkörnern beträgt bevorzugt zwischen 0,1 und 10 µm, die des α-Al₂O₃ bevorzugt zwischen 0,1 und 1 µm und die der zusätzlichen Metalle und/oder Metalloxide zwischen 0,03 und 0,5 µm, die der nichtoxidischen Hartstoffe bevorzugt zwischen 0,1 und 50 µm.

Als Metalle sind insbesondere solche aus der Gruppe der Elemente Co, Ni, Mg, Zn, Zr, Hf, Ti, Si, Cr, Fe, Ta, Nb, Y, Nd, Dy, Sm, Yb, Er, Ce, Pr, Gd oder die entsprechenden Metalloxide bildenden Vorstufen geeignet. Als Härtstoffe sind besonders Carbide, Nitride, Boride, Oxycarbide, Oxynitride, Carbonitride oder Mischungen daraus geeignet.

Besonders gute Schleifleistungen werden mit erfindungsgemäßen Sinterschleif­ körnern erreicht, bei deren Herstellung die Grünkörner direkt über Sprüh-, Aufbaugranulation oder Formgebungsverfahren wie Trockenpressen, Spritzgießen, Schlickergießen oder Extrudieren erhalten wurden und mittlere Teilchengrößen zwischen 10 µm und 5 cm aufweisen.

Das Ergebnis ist auch insofern überraschend, da mit allen vorgenannten bekannten Verfahren, die auf preiswerte Alternativrohstoffe zurückgreifen, bei Einsatz gleicher Rohstoffe wesentlich schlechtere Schleifresultate gefunden werden als beim erfindungsgemaßen Sinterkorn. Dies überrascht umso mehr, da auch bei eingangs zitierten Verfahren bei geeigneter und vorsichtiger Prozeßführung ein Kristallwachstum während des Sinterns weitgehend unterdrückt werden kann, so daß sich die über verschiedene Verfahren gewonnenen Sinterkörper in ihren physikalischen Eigenschaften wie Härte und mittlere Kristallitgröße nur wenig oder gar nicht von den über kombinierte Reaktions/Sinterverfahren gewonnenen Sinterkörpern unterscheiden.

Gegenstand dieser Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemaßen mikrokristallinen Sinterschleifkörner, welches dadurch gekenn­ zeichnet ist, daß pulverförmiges Aluminiummetall und/oder eine pulverförmige Aluminiumlegierung zusammen mit α-Al₂O₃ und gegebenenfalls einer oder mehreren weiterer zur Keramikbildung geeigneter Substanzen einer Inten­ sivmahlung unterzogen, anschließend zu einem Grünkörper verdichtet und dann in einem kombinierten Reaktions/Sinterverfahren dichtgesintert werden.

Dabei kann die Mahlung vorteilhaft in einer nichtwäßrigen Flüssigkeit vorge­ nommen werden. Prinzipiell kommen dabei alle nichtwaßrigen Lösungsmittel in Betracht, beispielsweise Alkohole wie Methanol, Ethanol, Isopropanol, Ketone wie Aceton, Methylethylketon und Diethylketon und aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe wie n-Hexan, Toluol, Amine, Heterocyclen usw. Geeignete Mahlvorrichtungen sind beispielsweise energiereiche Kugelmühlen, vorzugsweise Perlmühlen oder Attritoren.

Die Dauer der Mahlbehandlung hängt von dem Mahlaggregat, der eingesetzten Mahlflüssigkeit sowie der Art und der Zusammensetzung des zu mahlenden Pulvers ab. Prinzipiell ist es allerdings auch möglich und kann durchaus vorteilhaft sein, die Mischung durch eine Trockenmahlung für die weitere Verarbeitung vorzubereiten.

Durch die Intensivvermahlung wird neben einer Zerkleinerung und Homo­ genisierung der Mischung eine erste Oxidation des Aluminiummetalls erzielt, so daß ein Teil des Metalls zu Aluminiumoxidationsvorstufen reagiert. Ein Großteil des Metall reagiert während der anschließenden Temperaturbehandlung des ent­ standenen Grünkörpers schon bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des Aluminiummetalls von 660°C, der Rest wird typischerweise während der Temperaturerhöhung auf 1100°C umgesetzt. Bei der anschließenden Sinterung bei 1100 bis 1650°C wird das Reaktionsprodukt verdichtet.

Nach der Mahlung wird das Pulver zu einem Grünkorn geformt. Dabei können die üblichen Verfahren wie Trockenpressen, Schlickergießen, Spritzgießen oder Extru­ dieren eingesetzt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, die Grünkörner direkt über Sprüh- oder Aufbaugranulation herzustellen. Die so ge­ wonnenen Grünkörner weisen eine außerordentliche Feinkörnigkeit auf, mit Kristallitgrößen unter 1 µm, teilweise unter 0,25 µm. Die Dichten der Grünkörner liegen bevorzugt zwischen 50 und 80% der theoretischen Dichte.

Die so erhaltenen Grünkörner werden anschließend einer Temperaturbehandlung bis ca. 1000°C in sauerstoffhaltiger Atmosphäre, bevorzugt Luft, unterzogen, wobei bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des Aluminiums ein Großteil des Metalls oxidiert wird. Nach dieser Temperaturbehandlung weisen die Formkörper immer noch die oben beschriebene Feinkörnigkeit auf.

Der Temperung schließt sich ein Sinterschritt an, bei dem die Grünkörner bei Temperaturen zwischen 1000 und 1650°C, vorzugsweise zwischen 1300 und 1600°C, dichtgesintert werden. Die Dichte der so erhaltenen Sinterkörper liegen über 95%, bevorzugt über 98%, der Theorie.

Die erfindungsgemäßen Sinterkörner oder -materialien stellen auch eine geeignete Matrix dar, in die andere Substanzen eingelagert oder einreagiert werden können, so daß das kombinierte Reaktions/Sinterverfahren auch zur Herstellung von Schleif­ kompositen genutzt werden kann. So können der Pulvermischung vor, während oder auch nach der Mahlbehandlung keramische, metallische oder metallhaltige Substanzen oder Verbindungen in Form von Teilchen oder metallorganischen Flüs­ sigkeiten zugesetzt werden. Die Zusätze können die Feinkörnigkeit des entstehen­ den α-Al₂O₃-Gefüges begünstigen, indem sie als Sinterhilfe oder Kristall­ wachstumsinhibitor wirken. Darüber hinaus können sie zur Bildung von aluminiumoxidhaltigen Phasen oder als Verstärker genutzt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist auch die Herstellung von Schleifkompositen, bei denen grobkristalline Hartstoffe über das Reaktions/Sinterverfahren in eine α-Al₂O₃-Matrix eingelagert werden.

Mit Hilfe des Reaktions/Sinterverfahrens ist es somit möglich, aus preiswerten Rohstoffen über einen einfachen Reaktionsweg, bei dem die eventuell einzu­ setzenden Lösungsmittel problemlos im Kreislauf gefahren werden können und damit zu keiner Belastung der Umwelt führen, ein mikrokristallin aufgebautes Sinterschleifkorn herzustellen, das den bekannten und handelsüblichen Sol-Gel- Korunden in der Schleifleistung ebenbürtig oder überlegen ist. Darüber hinaus gelingt es nach dem Verfahren, Kompositschleifkörner herzustellen, die durch geeignete Wahl der Zusätze für die Anforderungen spezieller Schleifoperationen maßgeschneidert werden können.

Gegenstand dieser Erfindung ist somit auch die Verwendung der mikrokristallinen Sinterschleifkörner als Schleifkorn in Schleifscheiben oder Schleifmitteln auf Unterlagen.

Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft erläutert, ohne daß darin eine Ein­ schränkung zu sehen ist.

Beispiel 1

80 g eines Pulvers aus 20 Vol.-% Al-Pulver (Alcan 105, 20 bis 50 µm, Alcan, Kanada), 60 Vol.-% Al₂O₃ (HPA 4, Condea, Deutschland) und 20 Vol.-% ZrO₂ (Y-TZP, Tosoh, Japan) wurden sieben Stunden in Aceton gemahlen. Die mittlere Partikelgröße wurde dadurch auf <1 µm reduziert. Danach wurde die Mischung in einem Rotationsverdampfer vorgetrocknet und anschließend zunächst an Luft bei Raumtemperatur und dann in einem Trockenschrank bei 90°C nachgetrocknet. Die Pulvermischungen wurden isostatisch mit einem Preßdruck von 300 MPa zu Form­ körpern verpreßt, die im weiteren durch einfaches Brechen und leichtes Mörsern zu Bruchstücken einer Größe von 20 µm bis 2 mm verarbeitet wurden. Diese Bruchstücke wurden in einem Tiegel zunächst mit 2 K/min auf 400°C und dann mit 1 K/min auf 1000°C an Luft aufgeheizt und wieder abgekühlt. Anschließend wurden die Proben in einem zweiten Schritt von Raumtemperatur mit 20 K/min auf 1500°C aufgeheizt und 30 Minuten bei dieser Temperatur gehalten.

Die Proben waren danach vollständig oxidiert, in keinem Fall wurden Restanteile an nicht umgesetztem Aluminium beobachtet. Die Körner erreichten Dichten von deutlich über 95% TD (theoretische Dichte), wobei bevorzugt feine, homogen verteilte Mikroporen <0,1 µm vorlagen. Die geometrische Form der wärmebehan­ delten Körner war im Vergleich zu den Grünkörnern nahezu unverändert, scharfe Kanten blieben erhalten. Die Körner bestanden aus Al₂O₃ mit einer typisch Gefügekenngröße (Korngröße im Schleifkorn, KG) von <1 µm, die ZrO₂-Kompo­ nente war homogen verteilt und konnte bevorzugt an Tripelpunkten nachgewiesen werden. Die Körner wiesen eine Härte von <16 GPa auf.

Beispiel 2

Eine Mischung aus 15 Vol.-% Al-Pulver (Alcan 105), 65 Vol.-% Al₂O₃ (Alcoa Cl 3000, Alcoa, USA) und 20 Vol.-% ZrO₂ (bestehend aus m-ZrO₂ der Fa. ICI, USA, dotiert mit 1 Mol-% Y₂O₃ der Fa. H.C. Starck, Deutschland) wurde wie in Beispiel 1 gemahlen, getrocknet, gepreßt und zu Körner verarbeitet. Die Körner in einer ersten Stufe bei einer maximalen Temperatur von 900°C wärmebehandelt und anschließend in einer zweiten Stufe bei 1550°C für 10 Minuten geglüht. Anstelle einer langsamen, kontrollierten Aufheizung und Abkühlung wurden diese Proben mit extremen Heiz- bzw. Kühlraten von mehreren hundert Grad pro Minute in der zweiten Stufe hergestellt.

Diese Produkte waren ebenfalls vollständig oxidiert und zeigten mit Beispiel 1 vergleichbare Eigenschaften und Gefügestrukturen. Die mittlere Korngröße lag bei 0,7 µm und die Mikrohärte bei 17,5 GPa.

Beispiel 3

Anstelle des in Beispiel 2 eingesetzten Al-Pulvers der Fa. Alcan wurde ein grob­ körniges Al-Pulver der Fa. Eckert, Deutschland verwendet. Die Gefügestrukturen und Eigenschaften der Reaktion/Sinterprodukte sind vergleichbar mit den in Beispiel 2 genannten Daten.

Beispiel 4

Wie in Beispiel 1 wurde eine Mischung aus Metall- und Keramik-Pulver herge­ stellt, in diesem Fall allerdings ohne ZrO₂ Zusatz. Die Mischungen wurden wie schon beschrieben zu Grünkörner verarbeitet und anschließend in zwei Stufen wärmebehandelt. Im Gegensatz zu Beispiel 1 wurde dabei ein maximale Tempe­ ratur und Haltezeit in der zweiten Stufe von 1300°C und 30 Minuten eingestellt. Die Körner waren vollständig oxidiert und zeigten ein feinkörniges Gefüge.

Beispiel 5

Ein Pulver aus 10 Vol.-% Al (Alcan 105), 75 Vol.-% Al₂O₃ (High Purity Alumina, Tamei, Japan), 10 Vol.-% SiC (F1000, Norton, USA) und 5 Vol.-% ZrO₂ (Y-TZP, Tosoh, Japan) wurde wie beschrieben vermahlen, getrocknet, gepreßt und zu Grünkörnern geformt. Die Körner wurden zunächst in einer ersten Stufe an Luft bei einer maximalen Temperatur von 900°C wärmebehandelt und anschließend in der zweiten Stufen unter inerten Bedingungen und niedrigen Heizraten zunächst drucklos auf 1550°C aufgeheizt, 30 Minuten geglüht und dann noch einmal 20 Minuten bei 1550°C unter einem Gasdruck von 180 MPa behandelt.

Die Proben waren nach den Wärmebehandlungen vollständig oxidiert und wiesen mittlere KG-Werte von 0,9 bis 1,2 µm auf. Die Härte erreichte einen Wert von 20,9 GPa.

Beispiel 6

Ein Pulver der Zusammensetzung, Aufbereitung und Wärmebehandlung wie in Beispiel 5 wurde mit SiC einer Submikron-Körnung (Tbiden, Japan) anstelle des SiC Pulvers der Fa. Norton hergestellt. Der mittlere KG-Wert lag bei 0,9 µm, die Härte bei 18,6 GPa.

Claims (10)

1. Mikrokristallines Sinterschleifkorn auf Basis von α-Aluminiumoxid, er­ hältlich durch ein kombiniertes Reaktions/Sinterverfahren aus metall­ oxid- und aluminium- oder aluminiumlegierungshaltigen Grünkörnern, dadurch gekennzeichnet, daß die Grünkörner einer Zusammensetzung von

• a) 1 bis 30 Vol.-%, bevorzugt 3 bis 20 Vol.-% Aluminiummetall oder Aluminiumlegierung,
• b) 10 bis 95 Vol.-%, bevorzugt 30 bis 90 Vol.-% α-Al₂O₃,
• c) 0 bis 30 Vol.-%, bevorzugt 1 bis 15 Vol.-% nichtoxidische Hartstoffe aus der Gruppe der Carbide, Nitride, Boride, Oxycarbide, Carbonitride, Oxynitride und Mischungen daraus und
• d) 0 bis 40 Vol.-% Metalle aus der Gruppe der Elemente Co, Ni, Mg, Zn, Zr, Hf, Ti, Si, Cr, Fe, Ta, Nb, Y, Nd, Dy, Sm, Yb, Er, Ce, Pr und Gd und/oder deren Oxide

entsprechen.

2. Mikrokristallines Sinterschleifkorn gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Grünkörner eine Dichte von 50 bis 80% der theo­ retischen Dichte aufweisen.

3. Mikrokristallines Sinterschleifkorn gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Größe der Metallteilchen in den Grünkörnern zwischen 0,1 und 10 µm beträgt.

4. Mikrokristallines Sinterschleifkorn gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Teilchengröße des α-Al₂O₃ in den Grünkörnern zwischen 0,1 bis 1 µm beträgt.

5. Mikrokristallines Sinterschleifkorn gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Teilchengröße der zusätzlichen Metalle und/oder Metalloxide in den Grünkörnern zwischen 0,03 und 0,5 µm beträgt.

6. Mikrokristallines Sinterschleifkorn gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Teilchengröße der nichtoxidischen Hartstoffe in den Grünkörnern zwischen 0,1 und 50 µm beträgt.

7. Mikrokristallines Sinterschleifkorn gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grünkörner direkt über Sprüh-, Aufbaugranulation oder Formgebungsverfahren wie Trocken­ pressen, Spritzgießen, Schlickergießen oder Extrudieren erhalten worden sind und mittlere Teilchengrößen zwischen 10 µm und 5 cm aufweisen.

8. Verfahren zur Herstellung mikrokristalliner Sinterschleifkörner gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß pulverförmiges Aluminiummetall und/oder eine pulverförmige Aluminium­ legierung zusammen mit α-Al₂O₃ und gegebenenfalls einer oder mehreren weiterer zur Keramikbildung geeigneter Substanzen einer Intensivmahlung unterzogen, anschließend zu einem Grünkörper verdichtet und dann in einem kombinierten Reaktions/Sinterverfahren dichtgesintert werden.

9. Verwendung der mikrokristallinen Sinterschleifkörner gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 als Schleifkorn in Schleifscheiben oder Schleifmitteln auf Unterlagen.