DE60009761T2

DE60009761T2 - Schleifkorn, schleifgegenstände, und herstellungsverfahren und verwendung derselben

Info

Publication number: DE60009761T2
Application number: DE60009761T
Authority: DE
Inventors: T. Darren CASTRO; Ahmet Celikkaya; D. Larry MONROE
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2020-01-29
Also published as: CA2385701A1; JP4298198B2; JP2003510417A; DE60009761D1; WO2001023321A1; EP1228017B1; US6277161B1; EP1228017A1; BR0014365A; AU2976900A

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Schleifkorn und ein Verfahren zur Herstellung von Schleifkorn. Das Schleifkorn kann in eine Vielfalt von Schleifgegenständen eingebracht sein, einschließlich in gebundene Schleifmittel, Schleifmittel auf Unterlage, Schleifvliese und Schleifbürsten.
Beschreibung des Standes der Technik
In den frühen 1980-Jahren wurde ein neuer und wesentlich verbesserter Typ von Aluminiumoxid-Schleifkorn, welches im Allgemeinen als „Sol-Gel"- oder „von Sol-Gel abgeleitetes" Schleifkorn bezeichnet wurde, vermarktet. Dieser neue Typ von α-Aluminiumoxid-Schleifkorn wies eine Mikrostruktur auf, welche aus sehr feinen α-Aluminiumoxid-Kristalliten aufgebaut war. So wie die Schleifleistung des neuen Schleifkorns auf Metall zum Beispiel als Laufzeitdauer des aus dem Korn hergestellten Schleifprodukts gemessen wurde, war diese sehr viel länger, als die von Produkten, welche aus herkömmlichem Schleifkorn aus geschmolzenem Aluminiumoxid hergestellt wurden.
Im Allgemeinen wird ein Sol-Gel-Schleifkorn typischerweise hergestellt, indem eine Dispersion oder ein Sol hergestellt wird, welche Wasser, Aluminiumoxid-Monohydrat (Boehmit) und gegebenenfalls ein Peptisiermittel (z. B. eine Säure, wie Salpetersäure) umfassen, die Dispersion geliert wird, die gelierte Dispersion getrocknet wird, die getrocknete Dispersion zu Partikeln zerkleinert wird, die Partikel calciniert werden, um flüchtige Stoffe zu entfernen, und die calcinierten Partikel bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur von Aluminiumoxid gesintert werden. Häufig enthält die Dispersion auch ein oder mehrere Oxid-Modifizierungsmittel (z. B. CeO₂, Cr₂O₃, CoO, Dy₂O₃, Er₂O₃, Eu₂O₃, Fe₂O₃, Gd₂O₃, HfO₂, La₂O₃, Li₂O, MgO, MnO, Na₂O, Nd₂O₃, NiO, Pr₂O₃, Sm₂O₃, SiO₂, SnO₂, TiO₂, Y₂O₃, Yb₂O₃, ZnO und ZrO₂), Nukleierungsmittel (z. B. α-Al₂O₃, α-Cr₂O₃ und α-Fe₂O₃) und/oder Vorläufer davon. Solche Zugaben werden typischerweise gemacht, um die physikalischen Eigenschaften und/oder die Mikrostruktur des gesinterten Schleifkorns zu verändern oder anderweitig zu modifizieren. Zusätzlich oder alternativ können solche Oxid-Modifizierungsmittel, Nukleierungsmittel und/oder Vorläufer davon in das getrocknete oder calcinierte Material (typischerweise calcinierte Partikel) imprägniert werden. Weitere Einzelheiten betreffend Sol-Gel-Schleifkorn, einschließlich Verfahren zu dessen Herstellung, können zum Beispiel in den U.S. Patenten mit den Nummern 4,314,827 (Leitheiser et al.), 4,518,397 (Leitheiser et al.), 4,623,364 (Cottringer et al.), 4,744,802 (Schwabel), 4,770,671 (Monroe et al.), 4,881,951 (Wood et al.), 4,960,441 (Pellow et al.), 5,011,508 (Wald et al.), 5,090,968 (Pellow), 5,139,978 (Wood), 5,201,916 (Berg et al.), 5,227,104 (Bauer), 5,366,523 (Rowenhorst et al.), 5,429,647 (Larmie), 5,547,479 (Conwell et al.), 5,498,269 (Larmie), 5,551,963 (Larmie), 5,725,162 (Garg et al.) und 5,776,214 (Wood) gefunden werden.
In den letzten fünfzehn Jahren wurde gesintertes Aluminiumoxid-Schleifkorn, insbesondere ein von Sol-Gel abgeleitetes, auf α-Aluminiumoxid basierendes, gesintertes Schleifkorn, bei einer großen Vielfalt von Schleifprodukten (z. B. gebundenen Schleifmitteln, Schleifmitteln auf Unterlage und Schleifbürsten) und Abschleifanwendungen, einschließlich sowohl Niedrig- als auch Hochdruck-Schleifanwendungen, verwendet. Zum Beispiel wurde von Sol-Gel abgeleitetes Schleifkorn in Harz gebundene Schleifscheiben eingebracht und man fand, dass es insbesondere bei Hochdruck-Schleifanwendungen mit hohem Abtrag nützlich ist. Solches Schleifkorn wurde bei vitrifizierten Schleifscheiben zum Feinschleifen von Exzenterwellen verwendet. Von Sol-Gel abgeleitetes Schleifkorn wurde auch in Produkte mit Schleifmittel auf Unterlage mittlerer Qualität eingebracht, welche für Sandholzschrankpaneelwerk verwendet wurden. Außerdem werden Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage, welche von Sol-Gel abgeleitetes Schleifkorn enthalten, unter relativ schwachem Druck zum Abschleifen von gestrichenen Autoteilen verwendet.
Für einige Schleifanwendungen bei höherem Druck ist es bevorzugt, wenn das gesinterte Aluminiumoxid-Schleifkorn relativ zäh ist, damit es den hohen Schleifkräften widersteht. Eine solche erhöhte Zähigkeit kann durch die Zugabe von verschiedenen Metalloxiden zu der Aluminiumoxid-Kristallstruktur erreicht werden. Alternativ ist es bei einigen Schleifanwendungen bei niedrigerem Druck bevorzugt, wenn das gesinterte Schleifkorn bröckeliger ist, so dass das Schleifkorn während dem Schleifen „Zerbröseln" kann. Um in diesen großen Bereichen von Schleifbedingungen die optimale Schleifleistung zu erhalten, wurde eine Vielfalt an gesinterten α-Aluminiumoxid-Schleifkörnern entwickelt und vermarktet.
Obwohl es eine Anzahl von im Handel erhältlichen, gesinterten Aluminiumoxid-Schleifkörnern gibt, ist ein gesintertes Aluminiumoxid-Schleifkorn, welches wünschenswerte Schleif- oder Abschleifcharakteristika (z. B. lange Laufzeitdauer, hohe Metallabtragraten und gewünschtes Feinstschleifen) unter bestimmten Schleifbedingungen (z. B. unter relativ hohem Schleifdruck oder relativ niedrigen Schleifdrücken) bereitstellen kann, was gewünscht ist, ein Schleifkorn, welches wünschenswerte Schleif- oder Abschleifcharakteristika in einem relativ großen Bereich von Schleifdrücken (z. B. sowohl bei hohen, als auch bei niedrigen Schleifdrücken) aufweist. Die Verfügbarkeit eines solchen Schleifkorns ist vorteilhaft, da es zum Beispiel den Bedarf für Mehrfachlagerbestände von Schleifkorn oder Schleifprodukten verringert oder in einigen Fällen vielleicht vollständig beseitigt. Zudem verringert zum Beispiel die Verfügbarkeit von Schleifprodukten, in welche solch ein Schleifkorn eingebracht wurde, den Bedarf für den Endverbraucher, wegen einer Veränderung der Schleifbedingungen das Schleifprodukt zu wechseln, oder es beseitigt ihn vollständig.
Zusammenfassung der Erfindung
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung überraschenderweise gesintertes, auf α-Aluminiumoxid basierendes Schleifkorn bereit, welches SiO₂ und ZrO₂ (typischerweise mindestens 0,1 Gewichtsprozent (bevorzugt mindestens 0,2, 0,25, 0,3 oder sogar 0,5 Gewichtsprozent) jeweils von SiO₂ und ZrO₂, bezogen auf den gesamten Metalloxidgehalt des Schleifkorns) umfasst, wobei das α-Aluminiumoxid des Schleifkorns eine mittlere Kristallitgröße von weniger als 1 (bevorzugt weniger als 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4 oder sogar 0,3) Mikrometer aufweist und wobei das ZrO₂, das als kristallines Zirkoniumoxid vorliegt, eine mittlere Kristallitgröße von weniger als 0,25 Mikrometer aufweist. Typischerweise wurde mindestens eine Mehrheit des α-Aluminiumoxids mit einem Nukleierungsmittel nukleiert. Bevorzugt beträgt die mittlere Kristallitgröße des α-Aluminiumoxids weniger als 0,75 Mikrometer, stärker bevorzugt weniger als 0,5 Mikrometer und noch stärker bevorzugt weniger als 0,3 Mikrometer.
Ein bevorzugtes gesintertes, auf α-Aluminiumoxid basierendes Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens 0,1 Gewichtsprozent (bevorzugt mindestens 0,2, 0,25, 0,3 oder sogar 0,5 Gewichtsprozent; stärker bevorzugt mindestens 1 Gewichtsprozent; noch stärker bevorzugt im Bereich von 1 bis 3 Gewichtsprozent) SiO₂ und mindestens 0,1 Gewichtsprozent (bevorzugt mindestens 0,2, 0,25, 0,3 oder sogar 0,5 Gewichtsprozent; stärker bevorzugt mindestens 1 Gewichtsprozent; noch stärker bevorzugt im Bereich von 1 bis 14 Gewichtsprozent, oder sogar von 4 bis 14 Gewichtsprozent) ZrO₂, bezogen auf den gesamten Metalloxidgehalt des Schleifkorns, wobei das α-Aluminiumoxid des Schleifkorns eine mittlere Kristallitgröße von weniger als 1 Mikrometer aufweist und wobei das ZrO₂, das als kristallines Zirkoniumoxid vorliegt, eine mittlere Kristallitgröße von weniger als 0,25 Mikrometer aufweist.
In einer anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Abschleifen einer Oberfläche bereit, wobei das Verfahren umfasst:
in Kontakt bringen einer Mehrzahl von Schleifkörnern mit einer Oberfläche (z. B. einer Oberfläche eines Substrats (z. B. eines Titansubstrats oder eines Stahlsubstrats, wie Kohlenstoffstahl (z. B. ein 1018 Flussstahlsubstrat), ein Edelstahlsubstrat (z. B. 304 Edelstahl) oder ein Werkzeugstahlsubstrat (z. B. 4140 Stahl und 4150 Stahl))) bei einem Kontaktdruck von mindestens 1 kg/cm², in manchen Fällen bevorzugt 2 kg/cm², 3,5 kg/cm², 5 kg/cm², 7 kg/cm², 10 kg/cm², 15 kg/cm² und 20 kg/cm², wobei mindestens ein Teil der Schleifkörner auf α-Aluminiumoxid basierende Schleifkörner gemäß der vorliegenden Erfindung sind; und
Bewegen von mindestens entweder der Mehrzahl von Schleifkörnern oder der Oberfläche in Bezug auf die jeweils andere, um mindestens einen Teil der Oberfläche mit den Schleifkörnern abzuschleifen. Bevorzugt sind mindestens 75 Gewichtsprozent (oder sogar 100 Gewichtsprozent) der Schleifkörner Schleifkörner gemäß der vorliegenden Erfindung. Beispiele von anderen Substratoberflächen, welche abgeschliffen werden können, schließen Anstrichmittel, Holz und Kunststoff ein.
Obwohl es nicht gewünscht ist, an eine Theorie gebunden zu sein, nimmt man an, dass die Gegenwart von Al₂O₃, SiO₂ und ZrO₂ und die Kristallitgröße von Al₂O₃ und ZrO₂ einen wesentlichen Einfluss auf ihre Schleifleistung haben. Man nimmt an, dass die kleinen α-Aluminiumoxid-Kristalle zu einem schnell schneidenden, langlebigen Schleifmittel führen. Man nimmt an, dass die Gegenwart von Zirkoniumoxid und Siliziumoxid die Verdichtung des α-Aluminiumoxids und die Minimierung des Wachstums der gewünschten kleinen α-Aluminiumoxid-Kristalle unterstützen, was zu einem Schleifkorn führt, welches gut bei höheren Drücken arbeitet. Außerdem nimmt man an, dass die Gegenwart des Zirkoniumoxids das Schleifkorn zäher machen kann.
In einer anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines auf α-Aluminiumoxid basierenden, keramischen Schleifkorns bereit, wobei das Verfahren umfasst:
das Herstellen eines Gemisches (z. B. einer Dispersion) durch Kombinieren von Komponenten umfassend flüssiges Medium, Zirkoniumoxidquelle (z. B. ein Zirkoniumoxid-Sol oder ein Salz, wie Zirkonylacetat), Siliziumoxidquelle (z. B. ein Siliziumoxid-Sol) und Aluminiumoxidquelle (bevorzugt Boehmit);
Umwandeln des Gemisches in ein partikuläres Vorläufermaterial eines auf α-Aluminiumoxid basierenden, keramischen Schleifkorns; und
Sintern des Vorläufermaterials, um ein gesintertes, auf α-Aluminiumoxid basierendes Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Wenn die Aluminiumoxidquelle Partikel, wie Boehmit, α-Aluminiumoxid-Pulver oder γ-Aluminiumoxid-Pulver, umfasst, schließen die zur Herstellung der Dispersion verwendeten Komponenten auch ein Peptisiermittel (z. B. eine Säure, wie Salpetersäure) ein.
In einer anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines auf α-Aluminiumoxid basierenden, keramischen Schleifkorns bereit, wobei das Verfahren umfasst:
das Herstellen eines Gemisches (z. B. einer Dispersion) durch Kombinieren von Komponenten umfassend ein erstes flüssiges Medium, Siliziumoxidquelle, Aluminiumoxidquelle (z. B. Boehmit) und gegebenenfalls Zirkoniumoxidquelle;
Umwandeln des Gemisches in ein partikuläres Vorläufermaterial eines auf α-Aluminiumoxid basierenden, keramischen Schleifkorns;
Imprägnieren des Vorläufermaterials mit einer Zusammensetzung umfassend ein Gemisch umfassend ein zweites flüssiges Medium und eine Zirkoniumoxidquelle; und
Sintern des imprägnierten Vorläufermaterials, um ein gesintertes, auf α-Aluminiumoxid basierendes Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Wenn die zur Herstellung der Anfangsdispersion verwendete Aluminiumoxidquelle Partikel, wie Boehmit, α-Aluminiumoxid-Pulver oder γ-Aluminiumoxid-Pulver umfasst, schließt die Dispersion auch ein Peptisiermittel (z. B. eine Säure, wie Salpetersäure) ein. Die Zirkoniumoxidquelle für das Anfangsgemisch und die imprägnierende Zusammensetzung können gleich oder unterschiedlich sein. Gegebenenfalls umfasst die imprägnierende Zusammensetzung zudem eine andere (d. h. unterschiedlich zu einer Zirkoniumoxidquelle) Metalloxidquelle.
In dieser Anmeldung:
„Boehmit" betrifft α-Aluminiumoxid-Monohydrat und Boehmit ist auf dem Fachgebiet im Allgemein als „Pseudo"-Boehmit (d. h. Al₂O₃·xH₂O, wobei x = 1 bis 2) bekannt.
„Vorläufer eines Schleifkorns" oder „nicht gesintertes Schleifkorn" betrifft eine getrocknete, auf Aluminiumoxid basierende Dispersion (d. h. „getrockneter Vorläufer eines Schleifkorns") oder eine calcinierte, auf Aluminiumoxid basierende Dispersion (d. h. „calcinierter Vorläufer eines Schleifkorns"), typischerweise in der Form von Partikeln, welche eine Dichte von weniger als 80% (typischerweise weniger als 60%) der theoretischen Dichte aufweisen und welche gesintert oder mit einer Imprägnierungszusammensetzung imprägniert und dann gesintert werden können, wobei auf α-Aluminiumoxid basierendes, keramisches Schleifkorn bereitgestellt wird.
„Auf α-Aluminiumoxid basierendes, keramisches Schleifkorn", „auf Aluminiumoxid basierendes Schleifkorn" oder „Schleifkorn", wie hier verwendet, betrifft ein gesintertes Schleifkorn, welches auf eine Dichte von mindestens 85% (bevorzugt mindestens 90% und stärker bevorzugt mindestens 95%) der theoretischen Dichte gesintert wurde und welches auf einer theoretischen Oxidbasis mindestens 60 Gewichtsprozent Al₂O₃ enthält, wobei mindestens 50 Gewichtsprozent der Gesamtmenge an Aluminiumoxid als α-Aluminiumoxid vorliegen.
„Nukleierungsmaterial" betrifft Material, welches die Transformation von Übergangsaluminiumoxid(en) zu α-Aluminiumoxid über extrinsische Nukleierung erhöht. Das Nukleierungsmaterial kann ein Nukleierungsmittel (d. h. ein Material mit der selben oder ungefähr der selben kristallinen Struktur wie α-Aluminiumoxid oder ansonsten mit einem Verhalten wie α-Aluminiumoxid) selbst (z. B. α-Aluminiumoxid-Impfkristalle, α-Fe₂O₃-Impfkristalle oder α-Cr₂O₃-Impfkristalle) oder ein Vorläufer davon sein. Andere Nukleierungsmittel können Ti₂O₃ (mit einer trigonalen Kristallstruktur), MnO₂ (mit einer rhombischen Kristallstruktur), Li₂O (mit einer kubischen Kristallstruktur) und Titanate (z. B. Magnesiumtitanat und Nickeltitanat) einschließen.
„Dispersion" oder „Sol" betrifft ein Fest-in-Flüssig-Zweiphasensystem, wobei eine Phase sehr gut aufgeteilte Partikel (im kolloidalen Größenbereich) einschließt, die in einer Flüssigkeit verteilt sind. Eine „stabile Dispersion" oder ein „stabiles Sol" betrifft eine Dispersion oder ein Sol in welchen die Feststoffe bei visueller Untersuchung bei ungestörtem Stehen für etwa 2 Stunden nicht erscheinen, als würden sie beginnen ein Gel zu bilden, sich aufzutrennen oder abzusetzen.
„Imprägnierungszusammensetzung" betrifft eine Lösung oder eine Dispersion eines flüssigen Mediums und einer Quelle von Metalloxid, welche in einen Schleifkornvorläufer imprägniert werden können.
„Imprägnierter Schleifkornvorläufer" betrifft eine getrocknete, auf Aluminiumoxid basierende Dispersion (d. h. „imprägnierter, getrockneter Schleifkornvorläufer") oder eine calcinierte, auf Aluminiumoxid basierende Dispersion (d. h. „imprägnierter, calcinierter Schleifkornvorläufer"), welche eine Dichte von weniger als 80% (typischerweise weniger als 60%) der theoretischen Dichte aufweisen und mit einer Imprägnierungszusammensetzung imprägniert wurden und imprägnierte, getrocknete Partikel und imprägnierte, calcinierte Partikel einschließen.
„Sintern" betrifft ein Verfahren von Erwärmen bei einer Temperatur unter der Schmelztemperatur des Materials, welches erwärmt wird, wobei eine Verdichtung und Kristallitwachstum bereitgestellt wird, um ein zähes, hartes und chemisch resistentes, keramisches Material bereitzustellen. Das auf α-Aluminiumoxid basierende, keramische Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung wird nicht über ein Schmelzverfahren, wobei Erwärmen bei einer Temperatur über der Schmelztemperatur des Materials, welches erwärmt wird, durchgeführt wird, hergestellt.
Typischerweise zeigt Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung gute Schleifwirkungen, sowohl unter Schleifbedingungen bei relativ hohem, als auch bei relativ niedrigem Druck.
Obwohl es nicht gewünscht ist, an eine Theorie gebunden zu sein, nimmt man an, dass die Verwendung von Nukleierungsmaterial das Erhalten von α-Aluminiumoxid-Kristallen mit einer Größe von weniger als einem Mikrometer erleichtert. Zudem nimmt man an, dass die Gegenwart von Zirkoniumoxid eine Neigung fördert, welche die Verdichtung und das „Zähmachen" der Aluminiumoxid-Kristallmatrix unterstützt, wobei es dem so erhaltenen Schleifkorn ermöglicht wird, den höheren Schleifkräften zu widerstehen. Man nimmt auch an, dass die Zugabe von Siliziumoxid das Sinterverfahren unterstützt.
Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung kann in verschiedene Schleifgegenstände eingebracht sein, wie in Schleifmittel auf Unterlage, gebundene Schleifmittel (einschließlich vitrifizierte Schleifscheiben und Harzschleifscheiben), Schleifvliese und Schleifbürsten. Die Schleifgegenstände umfassen typischerweise Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung und Bindemittel.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Fragments eines Gegenstandes mit Schleifmittel auf Unterlage, welcher Schleifkorn, das gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, einschließt;
2 ist eine perspektivische Darstellung eines Gegenstandes mit gebundenem Schleifmittel, welcher Schleifkorn, das gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, einschließt;
3 ist eine vergrößerte, schematische Ansicht eines Gegenstandes mit Schleifvlies, welcher Schleifkorn, das gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, einschließt;
4 und 6 sind Aufrissplanansichten eines Extruders, welcher bei den Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung nützlich ist, während 5 eine vergrößerte Draufsicht des Extruderbeschickungsanschlusses ist.
7 ist eine rasterelektronenmikroskopische mikrophotographische Aufnahme einer Bruchfläche eines Schleifkorns gemäß der vorliegenden Erfindung; und
8 ist eine rückstreuelektronenmikroskopische mikrophotographische Aufnahme eines Schleifkorns gemäß der vorliegenden Erfindung.
Genaue Beschreibung
Bevorzugt ist die für die Herstellung des Anfangsgemisches verwendete Aluminiumoxidquelle Boehmit. Andere geeignete Aluminiumoxidquellen, die in der Lage sind, während dem Sinterteil des Verfahrens α-Aluminiumoxid-Kristalle bereitzustellen, schließen α-Aluminiumoxid-Pulver, γ-Aluminiumoxid-Pulver, Aluminiumformoacetat, Aluminiumnitroformoacetat und Aluminiumsalze ein.
Spezifischere Beispiele von geeigneten Aluminiumverbindungen, welche als Aluminiumoxidvorläufer verwendet werden können, schließen basische Aluminiumcarboxylate, basische Aluminiumnitrate, teilweise hydrolysierte Aluminiumalkoxide oder andere Aluminiumsalze und -komplexe ein. Bevorzugte basische Aluminiumsalze schließen jene mit Carboxylat- oder Nitrat-Gegenionen oder Gemische dieser Salze ein. Im Falle der basischen Aluminiumcarboxylate weisen diese die allgemeine Formel Al(OH)_y(Carboxylat)_3-y auf, wobei y zwischen 1 und 2, bevorzugt zwischen 1 und 1,5 liegt und das Carboxylat-Gegenion ausgewählt ist aus Formiat, Acetat, Propionat und Oxalat oder Kombinationen dieser Carboxylate. Diese Materialien können durch Aufschließen von Aluminiummetall in einer Lösung der Carbonsäure, wie im U.S. Patent Nr. 3,957,598 beschrieben, hergestellt werden. Die basischen Aluminiumnitrate können auch durch Aufschließen von Aluminiummetall in einer Salpetersäure-Lösung, wie im U.S. Patent Nr. 3,340,205 oder im Britischen Patent 1,193,258 beschrieben, oder durch die thermische Zersetzung von Aluminiumnitrat, wie im U.S. Patent Nr. 2,127,504 beschrieben, hergestellt werden. Diese Materialien können auch durch teilweises Neutralisieren eines Aluminiumsalzes mit einer Base hergestellt werden. Die basischen Aluminiumnitrate weisen die allgemeine Formel Al(OH)_z(NO₃)_3-z auf, wobei z zwischen etwa 0,5 und 2,5 liegt.
Geeignete Boehmite schließen jene ein, welche im Handel unter dem Handelsnamen „HIQ" (z. B. „HIQ-10", „HIQ-20", „HIQ-30" und „HIQ-40") von Alcoa Industrial Chemicals erhältlich sind, und jene, welche im Handel unter den Handelsnamen „DISPERAL" von Condea GmbH, Hamburg, Deutschland und „DISPAL 23N480" und „CATAPAL D" von Condea Vista Company, Houston, TX erhältlich sind. Diese Boehmite oder Aluminiumoxid-Monohydrate liegen in der α-Form vor und schließen, wenn überhaupt, relativ kleine, hydratisierte Phasen unterschiedlich von Monohydraten ein (obwohl sehr kleine Mengen an Trihydrat-Verunreinigungen, welche toleriert werden können, in manchem Boehmit von Handelsqualität vorhanden sein können). Sie weisen eine niedrige Löslichkeit in Wasser und eine große Oberfläche (typischerweise mindestens etwa 180 m²/g) auf. Bevorzugt weist der dispergierte Boehmit, welcher zur Herstellung des Schleifkorns gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine mittlere Kristallitgröße von weniger als etwa 20 Nanometer (stärker bevorzugt weniger als 12 Nanometer) auf. In diesem Zusammenhang wird die „Kristallitgröße" über die 120- und 031-Röntgenreflexionen bestimmt.
Das bevorzugte flüssige Medium ist typischerweise Wasser, obwohl auch organische Lösungsmittel, wie niedrige Alkohole (typischerweise C_1-6-Alkohole), Hexan oder Heptan als das flüssige Medium nützlich sein können. Das Wasser kann Leitungswasser, destilliertes Wasser oder deionisiertes Wasser sein. In einigen Fällen ist es bevorzugt, das flüssige Medium (z. B. Wasser) bei (z. B. 30 bis 70°C) zu erwärmen, um die Dispergierfähigkeit des Boehmits oder von anderem partikulären Material zu verbessern.
Die Dispersion kann zudem Peptisiermittel umfassen; diese Peptisiermittel sind im Allgemeinen lösliche ionische Verbindungen, von welchen man annimmt, dass sie in einem flüssigen Medium (z. B. Wasser) eine einheitlich geladene Oberfläche eines Partikels oder Kolloids verursachen. Die bevorzugten Peptisiermittel sind Säuren oder Säureverbindungen. Beispiele von typischen Säuren schließen monoprotische Säuren und Säureverbindungen, wie Essigsäure, Salzsäure, Ameisensäure und Salpetersäure ein, wobei Salpetersäure bevorzugt ist. Die verwendete Menge an Säure hängt zum Beispiel von der Dispergierfähigkeit der partikulären Aluminiumoxidquelle, dem Prozentsatz der Feststoffe der Dispersion, den Komponenten der Dispersion, den Mengen oder relativen Mengen der Komponenten der Dispersion, den Partikelgrößen der Komponenten der Dispersion und/oder der Partikelgrößenverteilung der Komponenten der Dispersion ab. Für Boehmit enthält die Dispersion typischerweise mindestens 0,1 bis 20 Gewichtsprozent, bevorzugt 1 Gewichtsprozent bis 10 Gewichtsprozent Säure und am stärksten bevorzugt 3 bis 8 Gewichtsprozent Säure, basierend auf dem Gewicht von Boehmit in der Dispersion.
In manchen Fällen kann die Säure auf der Oberfläche der Boehmitpartikel vor dem Kombinieren mit dem Wasser angewendet werden. Die Säureoberflächenbehandlung kann eine verbesserte Dispergierfähigkeit des Boehmits in dem Wasser bereitstellen.
Die Siliziumoxidquelle wird bevorzugt zu der Aluminiumoxid-Dispersion als ein kolloidales Sol gegeben. Das kolloidale Siliziumoxid umfasst sehr gut aufgeteilte Partikel von amorphem oder kristallinem Siliziumoxid, typischerweise mit einem oder mehreren ihrer Ausmaße innerhalb eines Bereichs von etwa 3 Nanometer bis etwa 1 Mikrometer. Die mittlere Siliziumoxid-Partikelgröße im Kolloidalen beträgt bevorzugt weniger als etwa 150 Nanometer, stärker bevorzugt weniger als etwa 100 Nanometer und am stärksten bevorzugt weniger als etwa 50 Nanometer. In den meisten Fällen können die Siliziumoxid-Partikel in einer Größenordnung von etwa 3 bis 15 Nanometern sein. In den meisten Fällen umfasst das kolloidale Siliziumoxid eine Verteilung oder einen Bereich an Metalloxid-Partikelgrößen. Siliziumoxid-Sole sind zum Beispiel von Nalco in Naperville, IL und Eka Nobel in Augusta, GA erhältlich. Siliziumoxid-Sole schließen jene ein, welche unter den Handelsnamen „NALCO 1115", „NALCO 1130", „NALCO 2326", „NALCO 1034A" und „NALCOAG 1056" von Nalco Products, Inc. in Naperville, IL, wobei die letzten Zwei Beispiele saurer Siliziumoxid-Sole sind; und „NYACOL 215" von Eka Nobel, Inc. erhältlich sind. Für zusätzliche Informationen über Siliziumoxid-Sole siehe zum Beispiel die U.S. Patente mit den Nummern 5,611,829 (Monroe et al.) und 5,645,619 (Erickson et al.).
Es ist bevorzugt ein Nukleierungsmaterial oder -mittel in die Boehmitdispersion einzuschließen. Ein bevorzugtes Nukleierungsmaterial für eine Umsetzung der vorliegenden Erfindung in die Praxis schließt Eisenoxid oder einen Eisenoxidvorläufer ein. Quellen von Eisenoxid, welche in manchen Fällen als ein Nukleierungsmaterial wirken können oder ein Material bereitstellen können, welches als ein Nukleierungsmaterial wirkt, schließen Hämatit (d. h. α-Fe₂O₃), genauso wie Vorläufer davon (d. h. Göthit (α-FeOOH), Lepidokrokit (γ-FeOOH), Magnetit (Fe₃O₄) und Maghemit (γ-Fe₂O₃)) ein. Geeignete Vorläufer von Eisenoxid schließen Eisen enthaltendes Material ein, welches, wenn es erwärmt wird, zu α-Fe₂O₃ umgewandelt wird. Für zusätzliche Einzelheiten betreffend die Zugabe von Eisenquellen zu der Dispersion oder keramischem Vorläufermaterial siehe zum Beispiel die U.S. Patente mit den Nummern 5,611,829 (Monroe et al.) und 5,645,619 (Erickson et al.).
Andere geeignete Nukleierungsmaterialien können α-Cr₂O₃-Vorläufer, wie Chromnitrat (Cr(NO₃)₃·9H₂O) und Chromacetat; MnO₂-Vorläufer, wie Mangannitrat (Mn(NO₃)₂·4H₂O), Manganacetat und Manganformiat; und Li₂O-Vorläufer, wie Lithiumnitrat (LiNO₃), Lithiumacetat und Lithiumformiat, einschließen. Zusätzliche Einzelheiten betreffend Nukleierungsmaterialien sind auch zum Beispiel in den U.S. Patenten mit den Nummern 4,623,364 (Cottringer et al.), 4,744,802 (Schwabel), 4,964,883 (Morris et al.), 5,139,978 (Wood) und 5,219,806 (Wood) offenbart.
Geeignete Zirkoniumoxidquellen schließen Zirkoniumsalze und Zirkoniumoxid-Sole ein, obwohl die Zirkoniumoxidquelle in einer Imprägnierungszusammensetzung typischerweise ein Zirkoniumsalz ist, welches eine Lösung in dem flüssigen Medium bildet. Beispiele von Zirkoniumsalzen schließen Zirkonylacetat (ZrO(CH₃COO)₂), Zirkoniumoxynitrat (ZrO(NO₃)₂·xH₂O), Zirkoniumhydroxynitrat, Zirkoniumformiat und Zirkoniumacetylacetonat, Zirkoniumalkoxide (Butoxid, Ethoxid, Propoxid, tert-Butoxid), Zirkoniumchlorid, Zirkoniumnitrat, Ammoniumkomplex, Zirkoniumtetrachlorid, Zirkoniumoxychlorid-Oktahydrat ein. Das Zirkoniumoxid-Sol umfasst sehr gut aufgeteilte Partikel von amorphem oder kristallinem Zirkoniumoxid, typischerweise mit einem oder mehreren ihrer Ausmaße bevorzugt in einem Bereich von etwa 3 Nanometer bis etwa 250 Nanometer. Die mittlere Zirkoniumoxid-Partikelgröße bei dem kolloidalen Zirkoniumoxid beträgt bevorzugt weniger als etwa 150 Nanometer, stärker bevorzugt weniger als etwa 100 Nanometer und am stärksten bevorzugt weniger als etwa 50 Nanometer. In manchen Fällen können die Zirkoniumoxid-Partikel in der Größenordnung von etwa 3 bis 10 Nanometer sein. In den meisten Fällen umfasst das kolloidale Zirkoniumoxid eine Verteilung oder einen Bereich an Zirkoniumoxid-Partikelgrößen. Zirkoniumoxid-Sole umfassen jene, welche von Nyacol Products, Inc., Ashland, MA unter den Handelsnamen „ZR10/20" und „ZR100/20" erhältlich sind. Für mehr Informationen über Zirkoniumoxid-Sole siehe zum Beispiel die U.S. Patente mit den Nummern 5,498,269 (Larmie) und 5,551,963 (Larmie).
Die Menge der Aluminiumoxidquelle, der Siliziumoxidquelle, des Nukleierungsmaterials und der Zirkoniumoxidquelle in der Anfangsdispersion und/oder welche durch die Imprägnierungszusammensetzung bereitgestellt wird, wird gewählt, um die gewünschten Gewichtsprozente in dem gesinterten Schleifkorn bereitzustellen.
Typischerweise umfasst Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung auf einer theoretischen Metalloxid-Basis etwa 55 bis etwa 99 Gewichtsprozent (bevorzugt etwa 65 bis 95 Gewichtsprozent; stärker bevorzugt etwa 70 bis etwa 93 Gewichtsprozent; und noch stärker bevorzugt etwa 80 bis 93 Gewichtsprozent) Al₂O₃, etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsprozent (bevorzugt etwa 0,5 bis etwa 5 Gewichtsprozent; stärker bevorzugt etwa 0,75 bis etwa 3 Gewichtsprozent; und noch stärker bevorzugt etwa 1 bis etwa 2 Gewichtsprozent) SiO₂ und etwa 0,5 bis etwa 15 Gewichtsprozent (bevorzugt etwa 1 bis etwa 13; stärker bevorzugt etwa 3 bis etwa 10 Gewichtsprozent; und noch stärker bevorzugt etwa 5 bis etwa 10 Gewichtsprozent) ZrO₂, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des Schleifkorns. Zudem umfasst das Schleifkorn typischerweise auf einer theoretischen Metalloxid-Basis etwa 0,1 bis etwa 10 (bevorzugt etwa 0,5 bis etwa 10 Gewichtsprozent; stärker bevorzugt etwa 0,75 bis etwa 5; und noch stärker bevorzugt etwa 1 bis etwa 3 Gewichtsprozent) Nukleierungsmittel, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des Schleifkorns.
Das Anfangsgemisch kann zudem andere Metalloxidquellen (d. h. Materialien, welche in der Lage sind, unter geeigneten Erwärmungsbedingungen in Metalloxid umgewandelt zu werden), welche manchmal als Metalloxid-Modifizierungsmittel bezeichnet werden, umfassen. Solche Metalloxid-Modifizierungsmittel können die physikalischen Eigenschaften und/oder chemischen Eigenschaften des so erhaltenen Schleifkorns verändern. Die Menge dieser anderen Metalloxide, welche in das Anfangsgemisch und/oder in die Imprägnierungszusammensetzung eingebracht wird, kann zum Beispiel von der gewünschten Zusammensetzung und/oder den gewünschten Eigenschaften des gesinterten Schleifkorns, genauso wie von der Wirkung oder der Rolle, welche der Zusatzstoff bei dem Verfahren, welches zur Herstellung des Schleifkorns verwendet wurde, haben oder spielen kann, abhängen.
Die anderen Metalloxide können zu dem Anfangsgemisch als ein Metalloxid (z. B. als eine kolloidale Suspension oder ein Sol) und/oder als ein Vorläufer (z. B. als ein Metallsalz, wie Metallnitratsalze, Metallacetatsalze, Metallcitratsalze, Metallformiatsalze und Metallchloridsalze) gegeben werden. Für Metalloxidpartikel ist es im Allgemeinen bevorzugt, dass die Größe der Metalloxidpartikel im Allgemeinen kleiner als 5 Mikrometer, bevorzugt kleiner als 1 Mikrometer ist. Die kolloidalen Metalloxide sind einzelne, sehr gut aufgeteilte Partikel von amorphem oder kristallinem Metalloxid, typischerweise mit einem oder mehreren ihrer Ausmaße innerhalb eines Bereichs von etwa 3 Nanometer bis etwa 1 Mikrometer. Bevorzugt sind die „kolloidalen Metalloxid-Sole" eine stabile (d. h. die Metalloxid-Feststoffe in dem Sol oder der Dispersion erscheinen bei visueller Untersuchung bei ungestörtem Stehen für etwa 2 Stunden nicht, als würden sie beginnen ein Gel zu bilden, sich aufzutrennen oder abzusetzen) Suspension von kolloidalen Partikeln (bevorzugt in einem flüssigen Medium mit einem pH-Wert von weniger als 6,5).
Beispiele von solchen anderen Metalloxiden schließen ein: Praseodymoxid, Dysprosiumoxid, Samariumoxid, Kobaltoxid, Zinkoxid, Neodymoxid, Yttriumoxid, Ytterbiumoxid, Magnesiumoxid, Nickeloxid, Lanthanoxid, Gadoliniumoxid, Natriumoxid, Europiumoxid, Hafniumoxid und Erbiumoxid, genauso wie Manganoxid, Chromoxid, Titanoxid und Eisenoxid, welche als Nukleierungsmittel wirken können oder nicht.
Metalloxidvorläufer schließen Metallnitratsalze, Metallacetatsalze, Metallcitratsalze, Metallformiatsalze und Metallchloridsalze ein. Metallnitrat-, -acetat-, -citrat-, -formiat- und -chloridsalze können über Techniken hergestellt werden, welche auf dem Fachgebiet bekannt sind, oder sie können über Quellen aus dem Handel, wie Alfa Chemicals in Ward Hill, MA und Mallinckrodt Chemicals in Paris, KY erhalten werden. Beispiele von Nitratsalzen schließen Magnesiumnitrat (Mg(NO₃)₂·6H₂O), Kobaltnitrat (Co(NO₃)₂·6H₂O), Nickelnitrat (Ni(NO₃)₂·6H₂O), Lithiumnitrat (LiNO₃), Mangannitrat (Mn(NO₃)₂·4H₂O), Chromnitrat (Cr(NO₃)₃·9H₂O), Yttriumnitrat (Y(NO₃)₃·6H₂O), Praseodymnitrat (Pr(NO₃)₃·6H₂O), Samariumnitrat (Sm(NO₃)₃·6H₂O), Neodymnitrat (Nd(NO₃)₃·6H₂O), Lanthannitrat (La(NO₃)₃·6H₂O), Gadoliniumnitrat (Gd(NO₃)₃·5H₂O), Dysprosiumnitrat (Dy(NO₃)₃·5H₂O), Europiumnitrat (Eu(NO₃)₃·6H₂O), Eisennitrat (Fe(NO₃)₃·9H₂O), Zinknitrat (Zn(NO₃)₃·6H₂O) und Erbiumnitrat (Er(NO₃)₃·5H₂O) ein. Beispiele von Metallacetatsalzen schließen Magnesiumacetat, Kobaltacetat, Nickelacetat, Lithiumacetat, Manganacetat, Chromacetat, Yttriumacetat, Praseodymacetat, Samariumacetat, Ytterbiumacetat, Neodymacetat, Lanthanacetat, Gadoliniumacetat und Dysprosiumacetat ein. Beispiele von Citratsalzen schließen Magnesiumcitrat, Kobaltcitrat, Lithiumcitrat und Mangancitrat ein. Beispiele von Formiatsalzen schließen Magnesiumformiat, Kobaltformiat, Lithiumformiat, Manganformiat und Nickelformiat ein.
Typischerweise kann die Verwendung eines Metalloxid-Modifizierungsmittels die Porosität des gesinterten Schleifkorns erniedrigen und dabei die Dichte erhöhen. Zusätzlich können bestimmte Metalloxidvorläufer (z. B. Nukleierungsmaterialien, welche Nukleierungsmittel sind oder sich in solche umwandeln oder Materialien, welche sich ansonsten wie Nukleierungsmittel verhalten) die Temperatur verringern, bei welcher sich die Übergangsaluminiumoxide in α-Aluminiumoxid umwandeln. Bestimmte Metalloxide können sich mit dem Aluminiumoxid umsetzen, wobei mit dem α-Aluminiumoxid ein Reaktionsprodukt gebildet wird und/oder kristalline Phasen gebildet werden, welche während der Verwendung des Schleifkorns bei Abschleifanwendungen vorteilhaft sein können. Deshalb werden die Auswahl und die Menge an Metalloxid teilweise von den Verarbeitungsbedingungen und den gewünschten Abschleifeigenschaften des Schleifkorns abhängen.
Die Oxide von Kobalt, Nickel, Zink und Magnesium zum Beispiel setzen sich typischerweise mit Aluminiumoxid um, wobei sie einen Spinell bilden, wogegen sich Zirkoniumoxid und Hafniumoxid typischerweise nicht mit Aluminiumoxid umsetzen. Alternativ sind zum Beispiel die Reaktionsprodukte von Dysprosiumoxid und Gadoliniumoxid mit Aluminiumoxid im Allgemeinen Granat. Die Reaktionsprodukte von Praseodymoxid, Ytterbiumoxid, Erbiumoxid und Samariumoxid mit Aluminiumoxid weisen im Allgemeinen eine Perovskit- und/oder Granatstruktur auf. Yttriumoxid kann sich auch mit dem Aluminiumoxid umsetzen, wobei sich Y₃Al₅O₁₂ mit einer Granat-Kristallstruktur bildet. Bestimmte Seltenerdoxide und zweiwertige Metallkationen setzen sich mit Aluminiumoxid um, wobei sich ein Seltenerdaluminat bildet, welches durch die Formel LnMAl₁₁O₁₉ dargestellt wird, wobei Ln ein dreiwertiges Metallion, wie La³⁺, Nd³⁺, Ce³⁺, Pr³⁺, Sm³⁺, Gd³⁺, Er³⁺ oder Eu³⁺, ist und M ein zweiwertiges Metallkation, wie Mg²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ oder Co²⁺, ist. Solche Aluminate weisen eine hexagonale Kristallstruktur auf. Für zusätzliche Einzelheiten betreffend den Einschluss von Metalloxid (und/oder Vorläufern davon) in einer Boehmit-Dispersion siehe zum Beispiel die U.S. Patente mit den Nummern 4,314,827 (Leitheiser et al.), 4,770,671 (Monroe et al.), 4,881,951 (Wood et al.), 5,429,647 (Larmie), 5,498,269 (Larmie) und 5,551,963 (Larmie).
Auf Aluminiumoxid basierende Dispersionen (z. B. auf Boehmit basierende Dispersionen), welche in der Praxis der vorliegenden Erfindung angewendet werden, umfassen typischerweise mehr als 15 Gewichtsprozent (im Allgemeinen mehr als 20 Gewichtsprozent bis etwa 80 Gewichtsprozent; typischerweise mehr als 30 Gewichtsprozent bis etwa 80 Gewichtsprozent) Feststoffe (oder alternativ Boehmit), basierend auf dem Gesamtgewicht der Dispersion. Bestimmte bevorzugte Dispersionen jedoch umfassen 35 Gewichtsprozent oder mehr, 45 Gewichtsprozent oder mehr, 50 Gewichtsprozent oder mehr, 55 Gewichtsprozent oder mehr, 60 Gewichtsprozent oder mehr und 65 Gewichtsprozent oder mehr Feststoffe (oder alternativ Boehmit), basierend auf dem Gesamtgewicht der Dispersion. Gewichtsprozente an Feststoffen und Boehmit von über etwa 80 Gewichtsprozent können auch nützlich sein, neigen aber dazu, schwieriger bei der Verarbeitung bei der Herstellung des Schleifkorns, welches durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, zu sein.
Allgemeine Verfahren zur Herstellung von gesintertem, auf α-Aluminiumoxid basierendem Schleifkorn sind zum Beispiel in den U.S. Patenten mit den Nummern 4,518,397 (Leitheiser et al.), 4,770,671 (Monroe), 4,744,802 (Schwabel), 5,139,978 (Wood), 5,219,006 (Wood) und 5,593,647 (Monroe) offenbart.
Das (Anfangs)gemisch wird typischerweise hergestellt, indem die verschiedenen Komponenten zugegeben werden und sie dann zusammen gemischt werden, wobei ein homogenes Gemisch bereitgestellt wird. Zum Beispiel wird typischerweise Boehmit zu Wasser, welches mit Salpetersäure gemischt wurde, gegeben. Die anderen Komponenten werden vor, während oder nach der Zugabe von Boehmit zugegeben. Jedoch, wenn das Nukleierungsmaterial eine wässrige, saure Dispersion von Eisenoxyhydroxid ist und die Siliziumoxidquelle ein basisches, kolloidales Siliziumoxid-Sol ist, ist es bevorzugt, die Beiden nicht zusammen zuzugeben, sondern jedes einzeln zu angesäuertem Wasser zu geben, bevor, bevorzugt nachdem andere Komponenten, wie das Boehmit, zu dem angesäuerten Wasser gegeben wurden.
Eine Dispersion mit hohem Feststoffgehalt wird typischerweise und bevorzugt hergestellt, indem nach und nach (eine) flüssige Komponente(n) zu (einer) Komponente(n), welche in der/den flüssigen Komponente(n) nicht löslich ist/sind, gegeben wird/werden, während das/die Letztere(n) gemischt oder in einer Trommel vermischt wird/werden. Zum Beispiel kann nach und nach eine Flüssigkeit, welche Wasser, Salpetersäure und Metallsalz enthält, zu Boehmit gegeben werden, während Letzteres gemischt wird, so dass die Flüssigkeit in dem Boehmit einfacher verteilt wird.
Geeignete Mischvorrichtungen schließen Eimer-Mischvorrichtungen, Sigmaschaufel-Mischvorrichtungen, Kugelmühle und Mischvorrichtungen mit starkem Rühren ein. Andere geeignete Mischvorrichtungen können von Eirich Machines, Inc. in Gurnee, IL; Hosokawa-Bepex Corp. in Minneapolis, MN (einschließlich eine Mischvorrichtung, welche unter dem Handelsnamen „SCHUGI FLEX-O-MIX", Modell FX-160 erhältlich ist) und Littleford-Day, Inc. in Florence, KY erhältlich sein.
Auf Boehmit basierende Dispersionen können erwärmt werden, wobei die Dispergierfähigkeit des α-Aluminiumoxid-Monohydrats erhöht wird und/oder eine homogene Dispersion erzeugt wird. Die Temperatur kann entsprechend der Zweckmäßigkeit variieren, zum Beispiel kann die Temperatur in einem Bereich von etwa 20°C bis 80°C, normalerweise zwischen 25°C und 75°C, liegen. Alternativ kann die Dispersion unter einem Druck erwärmt werden, wobei der Druck in einem Bereich von 1,5 bis 130 Atmosphären liegt.
Auf Boehmit basierende Dispersionen gelieren typischerweise vor oder während dem Trocknen. Die Zugabe der meisten Modifizierungsmittel kann dazu führen, dass die Dispersion schneller geliert. Alternativ können Ammoniumacetat oder andere ionische Spezies zugegeben werden, um eine Gelierung der Dispersion herbeizuführen. Der pH-Wert der Dispersion und die Konzentration von Ionen in dem Gel bestimmen im Allgemeinen wie schnell die Dispersion geliert. Typischerweise liegt der pH-Wert der Dispersion in einem Bereich von etwa 1,5 bis etwa 5.
Die Dispersion kann extrudiert werden. Es kann bevorzugt sein, typischerweise eine Dispersion zu extrudieren, bei welcher mindestens 50 Gewichtsprozent des Aluminiumoxidgehalts durch Partikel (z. B. Boehmit) bereitgestellt wird, einschließlich in diesem Zusammenhang eine gelierte Dispersion oder eine Dispersion, welcher sogar teilweise Flüssigkeit entzogen wurde. Die extrudierte Dispersion, welche als Extrudat bezeichnet wird, kann zu länglichem Vorläufermaterial (z. B. Stäbchen (einschließlich zylindrische Stäbchen und elliptische Stäbchen)) extrudiert werden. Nach dem Heizen können die Stäbchen ein Seitenverhältnis zwischen 1,5 und 10, bevorzugt zwischen 2 und 6, aufweisen. Alternativ kann das Extrudat in der Form eines sehr dünnen Flächengebildes sein, siehe zum Beispiel U.S. Patent Nr. 4,848,041 (Kruschke). Beispiele von geeigneten Extrudern schließen Kolbenextruder, Einschnecken-, Doppelschnecken- und Segmentschnecken-Extruder ein. Geeignete Extruder sind zum Beispiel erhältlich von Loomis Products in Levitown, PA, Bonnot Co. in Uniontown, OH und Hosokawa-Bepex in Minneapolis, MN, welche zum Beispiel einen Extruder unter dem Handelsnamen „EXTRUD-O-MIX" (Modell EM-6) anbieten.
Die Dispersion wird bevorzugt verdichtet, zum Beispiel vor oder während der Extrusion (wobei bei dem Extrusionsschritt eine Verdichtung der Dispersion innewohnend eine Rolle spielen kann). Unter Verdichten der Dispersion wird verstanden, dass die Dispersion einem Druck oder einer Kraft ausgesetzt wird, wie diese zum Beispiel in einer Körnungsmaschine oder einer Gesenkpresse (einschließlich mechanischer, hydraulischer und/oder pneumatischer Pressen) oder einem Extruder (d. h. auf jede oder im Wesentlichen jede Dispersion wird der spezifizierte Druck ausgeübt) ausgeübt werden. Im Allgemeinen verringert ein Verdichten der Dispersion die Menge an Luft oder Gasen, welche in der Dispersion eingeschlossen ist, welche ihrerseits im Allgemeinen eine weniger poröse Mikrostruktur herstellen, was stärker wünschenswert ist.
Zudem führt der Verdichtungsschritt zu einem einfacheren Mittel, um kontinuierlich den Extruder zu beschicken, und deshalb kann es sein, dass Arbeit bei der Herstellung des Schleifkorns eingespart wird.
Wenn das längliche Vorläufermaterial ein Stäbchen ist, weist es bevorzugt einen Durchmesser auf, so dass das gesinterte Schleifkorn einen Durchmesser von zum Beispiel etwa 150 bis 5000 Mikrometer und bevorzugt ein Seitenverhältnis (d. h. Verhältnis von Länge zu Breite) von mindestens 2,5 : 1, mindestens 4 : 1 oder sogar mindestens 5 : 1 hat. Das Stäbchen kann im Querschnitt jedwede Gestalt beschreiben, einschließlich einen Kreis, ein Oval, eine Sternform, ein Rohr und Ähnliches. Das Stäbchen-Schleifkorn kann auch gebogen sein.
Eine bevorzugte Apparatur zur Verdichtung der Dispersion (geliert oder nicht) ist in den 4 bis 6 veranschaulicht. Ein modifizierter Segmentschnecken-Extruder 40 weist eine Beschickungsöffnung 41 auf und eine Einzugwalze 42, welche zentral in der Trommel 44 platziert ist. 5 ist eine Ansicht des Inneren von Extruder 40, über einen Einblick durch die Beschickungsöffnung 41. Die Trommel 44 weist Rillen (nicht gezeigt; im Allgemeinen bekannt als „Stege"), welche parallel entlang ihrer Länge verlaufen, auf. Bolzen 48 erstrecken sich zentral in die Trommel 44. Zudem erstreckt sich über die Länge der Einzugwalze 42 ein helikaler Schraubengang 46. Der Schraubengang 46 ist entlang der Länge der Einzugwalze 42 nicht kontinuierlich, sondern ist in Segmente unterteilt, so dass der Schraubengang 46 an der Einzugwalze 42 nicht mit den Bolzen 48 in Kontakt kommt.
Die Dispersion (einschließlich in diesem Zusammenhang gelierte Dispersion) (nicht gezeigt) wird in die Beschickungsöffnung 41 gegeben. Die Packschnecke 43 zwingt die Dispersion gegen die Einzugwalze 42, so dass die Dispersion über die Einzugwalze 42 verdichtet und durch das Formwerkzeug 49 extrudiert wird. Das Formwerkzeug 49 kann eine Vielfalt an Öffnungen oder Löchern darin aufweisen (einschließlich ein einzelnes Loch oder mehrfache Löcher). Die Formwerkzeugöffnungen können jedwede Gestalt aus einer Vielfalt an Querschnitten aufweisen, einschließlich einen Kreis oder Vieleckgestalten (z. B. ein Quadrat, Stern, Raute, Trapez oder Dreieck). Die Formwerkzeugöffnungen können jedwede aus einer Vielfalt an Größen aufweisen, liegen aber typischerweise in einem Bereich von etwa 0,5 mm (0,02 Inch) bis 1,27 cm (0,5 Inch), und stärker typisch von etwa 0,1 cm (0,04 Inch) bis etwa 0,8 cm (0,3 Inch).
Die extrudierte Dispersion kann geschnitten oder in dünnen Lagen abgetragen werden, um zum Beispiel getrennte Partikel bereitzustellen und/oder um Partikel mit einer einheitlicheren Länge bereitzustellen. Beispiele von Verfahren zum Schneiden (oder Abtragen in dünnen Lagen) der Dispersion schließen Rotationsmesser, Schaufelschneidevorrichtungen und Drahtschneidevorrichtungen ein. Die verdichtete Dispersion kann auch geschreddert und/oder zerrieben werden.
Im Allgemeinen sind Techniken zum Trocknen der Dispersion auf dem Fachgebiet bekannt, einschließlich Erwärmen, um ein Verdampfen des flüssigen Mediums zu fördern, oder einfaches Trocknen an Luft. Der Trocknungsschritt entfernt im Allgemeinen einen wesentlichen Teil des flüssigen Mediums von der Dispersion; jedoch kann noch ein kleiner Teil (z. B. etwa 10 Gewichtsprozent oder weniger) des flüssigen Mediums in der getrockneten Dispersion vorhanden sein. Typische Trocknungsbedingungen schließen Temperaturen in einem Bereich von etwa Raumtemperatur bis über etwa 200°C, typischerweise zwischen 50 und 150°C ein. Die Zeiten können in einem Bereich von etwa 30 Minuten bis länger als Tage liegen. Um Salzmigration zu minimieren kann es wünschenswert sein, die Dispersion bei niedriger Temperatur zu trocknen.
Nach dem Trocknen kann das getrocknete Gemisch (z. B. Dispersion) in Vorläuferpartikel umgewandelt werden. Ein typisches Mittel diese Vorläuferpartikel herzustellen ist durch eine Zerkleinerungstechnik. Verschiedene Zerkleinerungs- oder Pulverisierungstechniken können angewendet werden, wie eine Walzenmühle, ein Backenbrecher, eine Hammermühle, eine Kugelmühle und Ähnliche. Gröbere Partikel können nochmals zerkleinert werden, um feinere Partikel zu erzeugen. Es ist auch bevorzugt, dass die getrocknete Dispersion zerkleinert wird, da es zum Beispiel im Gegensatz zu gesintertem, auf α-Aluminiumoxid basierendem Schleifkorn im Allgemeinen einfacher ist, getrocknetes Gel zu zerkleinern.
Alternativ kann zum Beispiel das Gemisch vor dem Trocknen in Vorläuferpartikel umgewandelt werden. Dies kann zum Beispiel dann stattfinden, wenn das Gemisch zu einer gewünschten grobkörnigen Gestalt und Partikelgrößenverteilung verarbeitet wurde. Zum Beispiel kann die Dispersion zu Stäbchen extrudiert werden, welche darauffolgend in die gewünschten Längen geschnitten und dann getrocknet werden. Alternativ kann das Gemisch zu Partikeln in Dreiecksgestalt geformt und dann getrocknet werden. Zusätzliche Einzelheiten betreffend Partikel in Dreiecksgestalt können im U.S. Patent Nr. 5,201,916 (Berg et al.) gefunden werden.
Alternativ zum Beispiel wird das getrocknete Gemisch (z. B. Dispersion) in die Gestalt von Stücken mit einem hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen gebracht, welche dann durch direktes Geben der Stücke in einen Ofen, welcher bei einer Temperatur von über 350°C, normalerweise bei einer Temperatur zwischen 600°C und 900°C, gehalten wird, in explosiver Weise gemeinsam behandelt werden.
Typischerweise wird das getrocknete Gemisch vor dem Sintern calciniert, obwohl ein Calcinierungsschritt nicht immer notwendig ist. Im Allgemeinen sind die Techniken zur Calcinierung des getrockneten Gemisches oder des keramischen Vorläufermaterials, wobei im Wesentlichen alle flüchtigen Bestandteile entfernt werden, und die verschiedenen Komponenten, welche in der Dispersion vorhanden waren und in Oxide umgewandelt werden, auf dem Fachgebiet bekannt. Solche Techniken schließen die Verwendung eines Drehofens oder eines ruhenden Ofens ein, um das getrocknete Gemisch bei Temperaturen in einem Bereich von etwa 400 bis 1000°C (typischerweise von etwa 450 bis 800°C) zu erwärmen, bis das freie Wasser und typischerweise bis mindestens etwa 90 Gewichtsprozent von jedwedem der gebundenen flüchtigen Bestandteile entfernt sind.
Es liegt auch innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung und es ist auch ein Teil von mindestens einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, eine Metalloxid-Modifizierungsmittelquelle (typischerweise einen Metalloxidvorläufer) in einen calcinierten Vorläuferpartikel zu imprägnieren. Zum Beispiel kann in mindestens einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ein Zirkoniumoxidvorläufer (z. B. ein Zirkoniumsalz) in ein Vorläufermaterial imprägniert werden. Typischerweise sind die Metalloxidvorläufer in der Form von Metallsalzen. Diese Metalloxidvorläufer und Metallsalze sind in Bezug auf das Anfangsgemisch vorstehend beschrieben.
Verfahren zur Imprägnierung von von Sol-Gel abgeleiteten Partikeln sind im Allgemeinen zum Beispiel im U.S. Patent Nr. 5,164,348 (Wood) beschrieben. Im Allgemeinen ist keramisches Vorläufermaterial (d. h. getrocknetes, auf Aluminiumoxid basierendes Gemisch (oder getrocknetes, keramisches Vorläufermaterial) oder calciniertes, auf Aluminiumoxid basierendes Gemisch (oder calciniertes, keramisches Vorläufermaterial)) porös. Zum Beispiel weist ein calciniertes, keramisches Vorläufermaterial typischerweise Poren von etwa 2 bis 15 Nanometern im Durchmesser auf, welche sich darin von einer Außenoberfläche erstrecken. Die Gegenwart von solchen Poren ermöglicht eine Imprägnierungszusammensetzung, welche ein Gemisch umfasst, das ein flüssiges Medium (typischerweise Wasser) und einen geeigneten Metallvorläufer umfasst, um in ein keramisches Vorläufermaterial zu gelangen. Das Metallsalzmaterial wird in einer Flüssigkeit gelöst und die so erhaltene Lösung wird mit dem porösen, keramischen Partikelvorläufermaterial gemischt. Für das Imprägnierungsverfahren nimmt man an, dass es über Kapillarwirkung vonstatten geht.
Die für die Imprägnierungszusammensetzung verwendete Flüssigkeit ist bevorzugt Wasser (einschließlich deionisiertes Wasser), ein organisches Lösungsmittel und Gemische davon. Wenn eine Imprägnierung eines Metallsalzes gewünscht ist, liegt die Konzentration des Metallsalzes in dem flüssigen Medium typischerweise auf einer theoretischen Metalloxid-Basis im Bereich von etwa 5% bis etwa 40% gelöster Feststoffe. Bevorzugt werden mindestens 50 ml Lösung zugegeben, um eine Imprägnierung von 100 Gramm porösem Partikelvorläufermaterial zu erreichen, stärker bevorzugt mindestens etwa 60 ml Lösung für 100 Gramm Partikelvorläufermaterial.
Nach dem Imprägnieren wird der so erhaltene imprägnierte Vorläuferpartikel typischerweise calciniert, um vor dem Sintern jedwede flüchtigen Bestandteile zu entfernen. Die Bedingungen für diesen Calcinierungsschritt sind vorstehend beschrieben.
Nachdem der Vorläuferpartikel gebildet ist oder gegebenenfalls calciniert ist, wird der Vorläuferpartikel gesintert, wobei ein dichtes, keramisches, auf α-Aluminiumoxid basierendes Schleifkorn bereitgestellt wird. Im Allgemeinen sind Techniken zum Sintern von Vorläufermaterial, welche Erwärmen bei einer Temperatur, die bei der Umwandlung von Übergangsaluminiumoxid(en) in α-Aluminiumoxid wirkungsvoll ist, um all die Metalloxidvorläufer zu veranlassen, sich entweder mit dem Aluminiumoxid umzusetzen oder Metalloxid zu bilden, und Erhöhen der Dichte des keramischen Materials umfassen, auf dem Fachgebiet bekannt. Das Vorläufermaterial kann auf Chargen-Basis oder einer kontinuierlichen Basis durch Erwärmen gesintert werden (z. B. unter Verwendung von elektrischem Widerstand, Mikrowelle, Plasma, Laser oder Gasverbrennung). Sintertemperaturen liegen normalerweise im Bereich von etwa 1200°C bis etwa 1650°C; typischerweise von etwa 1200°C bis etwa 1500°C; stärker typisch weniger als 1400°C. Die Zeitdauer, während der das Vorläufermaterial der Sintertemperatur ausgesetzt wird, hängt zum Beispiel von der Partikelgröße, der Zusammensetzung der Partikel und der Sintertemperatur ab. Typische Sinterzeiten liegen im Bereich von einigen Sekunden bis etwa 60 Minuten (bevorzugt innerhalb etwa 3 bis 30 Minuten). Sintern wird typischerweise in einer oxidierenden Atmosphäre durchgeführt, obwohl auch inerte oder reduzierende Atmosphären nützlich sein können.
Das längste Ausmaß des auf α-Aluminiumoxid basierendem Schleifkorns beträgt typischerweise mindestens etwa 1 Mikrometer. Das hier beschriebene Schleifkorn kann in einfacher Weise mit einer Länge von größer als etwa 50 Mikrometer hergestellt werden, und ein größeres Schleifkorn (z. B. größer als etwa 1000 Mikrometer oder sogar größer als etwa 5000 Mikrometer) kann auch in einfacher Weise hergestellt werden. Im Allgemeinen weist das bevorzugte Schleifkorn eine Länge im Bereich von etwa 100 bis etwa 5000 Mikrometer auf (typischerweise im Bereich von etwa 100 bis etwa 3000 Mikrometer), obwohl auch andere Größen nützlich sind und für bestimmte Anwendungen sogar bevorzugt sein können. In einer anderen Ausführungsform weist das Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung typischerweise ein Seitenverhältnis von mindestens 1,2 : 1 oder sogar 1,5 : 1, manchmal mindestens 2 : 1 und alternativ mindestens 2,5 : 1 auf.
Getrocknete, calcinierte und/oder gesinterte Materialien, welche während oder über das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden, werden typischerweise unter Verwendung von auf dem Fachgebiet bekannter Techniken gesiebt und sortiert. Zum Beispiel werden die getrockneten Partikel typischerweise vor dem Calcinieren in einer gewünschten Größe gesiebt. Gesintertes Schleifkorn wird typischerweise vor der Verwendung in einer Schleifanwendung oder vor dem Einbringen in einen Schleifgegenstand gesiebt und sortiert.
Ein Sieben und Sortieren von Schleifkorn, welches gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, kann zum Beispiel unter Verwendung der bekannten Techniken und Standards für ANSI-(American National Standard Institute, Amerikanisches Institut für nationale Standards), FEPA-(Federation Europeenne des Fabricants de Products Abrasifs, Europäische Vereinigung der Hersteller von Schleifprodukten) oder JIS-(Japanese Industrial Standard, Japanischer Industriestandard)-Qualitätsschleifkorn vonstatten gehen.
Es liegt auch im Bereich der vorliegenden Erfindung nicht verwendetes (typischerweise Partikel mit einer zu geringen Größe, um die gewünschte Größe von gesintertem Schleifkorn bereitzustellen) Gemischmaterial (typischerweise Dispersion), welchem Flüssigkeit entzogen wurde, wie im Allgemeinen zum Beispiel im U.S. Patent Nr. 4,314,827 (Leitheiser et al.) beschrieben, zu recyceln. Zum Beispiel kann eine erste Dispersion wie vorstehend beschrieben hergestellt, getrocknet, zerkleinert und gesiebt werden und dann kann eine zweite Dispersion hergestellt werden, indem zum Beispiel flüssiges Medium (bevorzugt Wässriges), Boehmit und Material der ersten Dispersion, welchem Flüssigkeit entzogen wurde, und gegebenenfalls Metalloxid und/oder Metalloxidvorläufer kombiniert werden. Das recycelte Material kann auf einer theoretischen Metalloxid-Basis zum Beispiel mindestens 10 Prozent, mindestens 30 Prozent, mindestens 50 Prozent oder sogar bis zu (und einschließlich) 100 Prozent des theoretischen Al₂O₃-Gehalts der Dispersion, welcher Flüssigkeit entzogen und welche umgewandelt (einschließlich calciniert und gesintert) wurde, um das gesinterte Schleifkorn bereit zu stellen, bereitstellen.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann das Schleifkorn verarbeitet werden, so dass es „scharf" ist. Der Ausdruck scharf ist dem Fachmann für Schleifkörner bekannt. Im Allgemeinen weist ein scharfes Schleifkorn eine längliche Gestalt auf, bevorzugt ähnlich einer Nadel. Ein anderer Weg, ein scharfes Schleifkorn zu beschreiben, ist ein Korn, das in der Form eines Spans oder einer Scherbe vorliegt. Mit einem scharfen Schleifkorn wird keine grobstückige Gestalt verbunden. Es ist bevorzugt, wenn das scharfe Schleifkorn „punktförmige" Enden aufweist (d. h., dass sich die Flächen, welche die Enden des Schleifkorns bilden, in einem Punkt treffen). Außerdem ist es bevorzugt, wenn das scharfe Schleifkorn Winkelflächen aufweist. In manchen Abschleifanwendungen kann ein relativ scharfes Schleifkorn bevorzugt sein.
Es gibt mehrere Techniken zur Messung der Schärfe eines Schleifkorns, einschließlich Bulkdichte und Seitenverhältnis. Die Bulkdichte des Schleifkorns kann zum Beispiel gemäß dem ANSI Standard B74.4-1992, veröffentlicht im November 1992, gemessen werden.
Das Seitenverhältnis, welches auch ein Anzeigefaktor für Schärfe ist, wird als die Länge eines Schleifkorns dividiert durch die Querschnittsbreite bestimmt. Typischerweise weist scharfes Schleifkorn ein Seitenverhältnis von mindestens eins zu eins, bevorzugt mindestens etwa 1,5 zu 1 und bevorzugt etwa 2 zu 1 auf. In manchen Fällen kann das Seitenverhältnis größer als 3 zu 1 sein.
Es liegt auch im Bereich der vorliegenden Erfindung, das Schleifkorn mit einer Oberflächenbeschichtung zu beschichten, wie in den U.S. Patenten mit den Nummern 1,910,440 (Nicholson), 3,041,156 (Rowse), 5,009,675 (Kunz et al.), 4,997,461 (Markhoff-Matheny et al.) und 5,042,991 (Kunz et al.), 5,011,508 (Wald et al.) und 5,213,591 (Celikkaya et al.) beschrieben.
Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung kann in herkömmlichen Schleifprodukten verwendet werden, wie in Produkten mit Schleifmittel auf Unterlage, Produkten von gebundenem Schleifmittel (einschließlich vitrifizierte Schleifscheiben und Harzschleifscheiben, Trennscheiben und Honsteine), Produkten von Schleifvliesen und Schleifbürsten. Typische Schleifprodukte (d. h. Schleifgegenstände) schließen Bindemittel und Schleifkorn ein, wobei mindestens ein Teil von dem, was ein Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, in dem Schleifprodukt durch das Bindemittel gesichert ist. Verfahren zur Herstellung von solchen Schleifprodukten und zur Verwendung von Schleifprodukten sind dem Fachmann bekannt. Außerdem kann Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung in Schleifanwendungen verwendet werden, bei welchen Aufschlämmungen von abschleifenden Verbindungen (z. B. Poliermittel) angewendet werden.
Ein Produkt mit Schleifmittel auf Unterlage schließt im Allgemeinen einen Träger, Schleifkorn und mindestens ein Bindenttel, um das Schleifkorn auf dem Träger zu halten, ein. Der Träger kann jedes geeignete Material sein, einschließlich Stoff, Polymerfilm, Faser, Vliese, Papier, Kombinationen davon und behandelte Versionen davon. Das Bindemittel kann jedes geeignete Bindemittel sein, einschließlich ein anorganisches oder ein organisches Bindenttel. Das Schleifkorn kann in einer Schicht oder in zwei Schichten des Produkts mit Schleifmittel auf Unterlage vorliegen. Verfahren zur Herstellung von Produkten mit Schleifmittel auf Unterlage sind zum Beispiel in den U.S. Patenten mit den Nummern 4,734,104 (Broberg), 4,737,163 (Larkey), 5,203,884 (Buchanan et al.), 5,378,251 (Culler et al.), 5,417,726 (Stout et al.), 5,436,063 (Follett et al.), 5,496,386 (Broberg et al.) und 5,520,711 (Helmin) beschrieben.
Ein Beispiel eines Produkts mit Schleifmittel auf Unterlage ist in 1 gezeigt. Bezugnehmend auf diese Figur weist ein Produkt mit Schleifmittel auf Unterlage 1 einen Träger (Substrat) 2 und eine Schleifschicht 3 auf. Die Schleifschicht 3 schließt Schleifkorn 4 ein, welches auf einer Hauptoberfläche von Träger 2 durch Bindemittelschicht 5 und Deckschicht 6 gesichert ist. In manchen Fällen wird eine Überschicht (nicht gezeigt) verwendet.
Produkte von gebundenem Schleifmittel schließen typischerweise eine gestaltete Masse von Schleifkorn ein, welche durch ein organisches, metallisches oder vitrifiziertes Bindemittel zusammengehalten wird. Eine solche gestaltete Masse kann zum Beispiel in der Form einer Scheibe sein, wie eine Schleifscheibe oder eine Trennscheibe. Sie kann zum Beispiel auch in der Form eines Honsteines oder einer anderen herkömmlichen Gestalt von gebundenem Schleifmittel sein. Typischerweise ist sie in der Form einer Schleifscheibe. Bezugnehmend auf 2 ist eine Schleifscheibe 10 gezeigt, welche ein Schleifkorn 11 einschließt, wobei mindestens ein Teil davon ein Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, das zu einer Scheibe geformt und über eine Nabe 12 befestigt ist. Für weitere Einzelheiten betreffend Produkte von gebundenem Schleifmittel siehe zum Beispiel die U.S. Patente mit den Nummern 4,997,461 (Markhoff-Matheny et al.) und 4,898,597 (Hay et al.).
Produkte von Schleifvliesen schließen typischerweise eine offene, poröse, lose Polymerfilamentstruktur ein, wobei das Schleifkorn in der Struktur verteilt und durch ein organisches Bindemittel daran haftend gebunden ist. Beispiele von Filamenten schließen Polyesterfasern, Polyamidfasern und Polyaramidfasern ein. In 3 wird eine schematische Ansicht, welche etwa 100 × vergrößert ist, eines typischen Produkts von Schleifvliesen bereitgestellt. Ein solches Produkt von Schleifvliesen umfasst eine Fasermatte 50 als ein Substrat, auf welcher ein Schleifkorn 52, wobei mindestens ein Teil davon ein Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, über ein Bindemittel 54 haftend angebracht ist. Für weitere Einzelheiten betreffend Produkte von Schleifvliesen siehe zum Beispiel U.S. Patent Nr. 2,958,593 (Hoover et al.).
Nützliche Schleifbürsten schließen jene ein, welche eine Vielzahl von Borsteneinheiten mit einem Träger aufweisen (siehe z. B. U.S. Patent Nr. 5,679,067 (Johnson et al.)). Bevorzugt werden solche Bürsten durch Spritzgießen eines Gemisches von Polymer und Schleifkorn hergestellt.
Geeignete organische Bindemittel für die Schleifprodukte schließen wärmehärtbare organische Polymere ein. Beispiele von geeigneten wärmehärtbaren organischen Polymeren schließen Phenolharze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Melamin-Formaldehyd-Harze, Urethan-Harze, Acrylat-Harze, Polyester-Harze, Aminoplast-Harze mit anhängenden α,β-ungesättigten Carbonylgruppen, Epoxyharze und Kombinationen davon ein. Das Bindemittel und/oder das Schleifprodukt können auch Zusatzstoffe einschließen, wie Fasern, Gleitmittel, Netzmittel, thixotrope Materialien, oberflächenaktive Mittel, Pigmente, Farbstoffe, antistatische Mittel (z. B. Ruß, Vanadiumoxid, Graphit, usw.), Kopplungsmittel (z. B. Silane, Titanate, Zirkoniumaluminate, usw.), Weichmacher, suspendierende Mittel und Ähnliche. Die Mengen dieser optionalen Zusatzstoffe werden so gewählt, dass die gewünschten Eigenschaften bereitgestellt werden. Die Kopplungsmittel können die Adhäsion zum Schleifkorn und/oder Füllstoff verbessern.
Das Bindemittel kann auch Füllstoffmaterialien oder Schleifhilfsmittel enthalten, typischerweise in der Form eines partikulären Materials. Typischerweise sind die partikulären Materialien anorganische Materialien. Beispiele von partikulären Materialien, welche als Füllstoffe wirken, schließen Metallcarbonate, Siliziumoxid, Silikate, Metallsulfate, Metalloxide und Ähnliche ein. Beispiele von partikulären Materialien, welche als Schleifhilfsmittel wirken, schließen ein: Halogenidsalze, wie Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumkryolith und Kaliumtetrafluoroborat; Metalle, wie Zinn, Blei, Wismut, Kobalt, Antimon, Eisen und Titan; organische Halogenide, wie Polyvinylchlorid und Tetrachlornaphthalin; Schwefel und Schwefelverbindungen; Graphit; und Ähnliche. Ein Schleifhilfsmittel ist ein Material, welches eine wesentliche Wirkung auf die chemischen und physikalischen Abschleifvorgänge hat, was zu einer verbesserten Leistung führt. Bei einem Produkt mit Schleifmittel auf Unterlage wird ein Schleifhilfsmittel typischerweise in der Überschicht verwendet, welche über der Oberfläche des Schleifkorns angewendet wird, obwohl es auch zu der Deckschicht gegeben werden kann. Wenn gewünscht, wird typischerweise ein Schleifhilfsmittel in einer Menge von etwa 50 bis 300 g/m² (bevorzugt etwa 80 bis 160 g/m²) des Produkts mit Schleifmittel auf Unterlage verwendet.
Die Schleifprodukte können 100% Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten, oder sie können eine Mischung von solchem Schleifkorn mit herkömmlichem Schleifkorn und/oder Verdünnungspartikeln enthalten. Jedoch sollten mindestens etwa 5 Gewichtsprozent und bevorzugt etwa 30 bis 100 Gewichtsprozent des Schleifkorns in den Schleifprodukten ein Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung sein. Beispiele von geeignetem herkömmlichem Schleifkorn schließen geschmolzenes Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Diamant, kubisches Bornitrid, Granat, geschmolzenes Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid und anderes Sol-Gel-Schleifkorn und Ähnliche ein. Beispiele von geeigneten Verdünnungspartikeln schließen Marmor, Gips, Feuerstein, Siliziumoxid, Eisenoxid, Aluminiumsilikat, Glas und Verdünnungsmittelagglomerate ein. Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch in oder mit Schleifagglomeraten kombiniert werden. Ein Beispiel eines Schleifagglomerates wird in den U.S. Patenten mit den Nummern 4,311,489 (Kressner), 4,652,275 (Bloecher et al.) und 4,799,939 (Bloecher et al.) beschrieben.
Beispiele
Diese Erfindung wird ferner über die folgenden Beispiele veranschaulicht, aber die in diesen Beispielen aufgeführten, besonderen Materialien und Mengen davon, genauso wie andere Bedingungen und Einzelheiten sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie diese Erfindung übermäßig einschränken. Verschiedene Modifizierungen und Veränderungen der Erfindung werden für den Fachmann offensichtlich werden. Wenn nicht anders angegeben, sind alle Teile und Prozentanteile auf Gewichtsbasis.
Jeder Bezug auf die Level von Feststoffen dieser Dispersion in Prozent, welche in den folgenden Beispielen verwendet werden, gibt die ungefähren Level von Feststoffen wieder, da sie weder die 2 bis 6% Wasser berücksichtigen, welche im Allgemeinen in der Oberfläche von Boehmit gefunden werden, noch die Feststoffe, welche durch jeden von Boehmit verschiedenen Zusatzstoff bereitgestellt werden.

Die folgenden Abkürzungen werden in den Beispielen verwendet:

AAMH	α-Aluminiumoxid-Monohydrat (Boehmit) (erhalten von Condea Chemie, Hamburg, Deutschland, unter dem Handelsnamen „DISPERAL"); Dispergierfähigkeitswert: 99,0%
DWT	deionisiertes Wasser mit einer Temperatur von 60 bis 65°C, wenn nicht anders angegeben
HNO₃	Salpetersäure, 70% konzentriert
IO	Eisenoxyhydroxid (α-FeOOH), wässrige Dispersion (pH-Wert = 5,0 bis 5,5), wovon etwa 90 bis 95% Göthit ist, nadelförmige Partikel mit einer mittleren Partikelgröße von etwa 0,05 bis 0,1 Mikrometer, einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser oder Breite von etwa 1 : 1 bis 3 : 1 und einer Oberfläche von etwa 100 m²/g; Dispersion enthält 3 Gewichtsprozent bis 7 Gewichtsprozent Fe₂O₃
H-30	α-Aluminiumoxid-Monohydrat (Boehmit) (erhalten von Alcoa Industrial Chemicals, Houston, TX, unter dem Handelsnamen „HIQ-30")
CS1	basisches kolloidales Siliziumoxid, 15% Feststoffe, (erhalten von Eka Nobel, Inc. in Augusta, GA, unter dem Handelsnamen „NYACOL 215"); mittlere Partikelgröße 5 nm
CS2	kolloidales Siliziumoxid, 30 Gewichtsprozent Feststoffe, (erhalten von Nyacol Products, Inc. in Ashland, MA, unter dem Handelsnamen „NYACOL 830"); mittlere Partikelgröße 8 bis 10 nm
MGN	Lösung von Magnesiumnitrat (von Mallinckrodt Chemical, Paris, KY) in Wasser, welche auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 10,5% MgO enthält
ZRO	Zirkoniumoxid-Sol, welches 20 Gewichtsprozent festes ZrO₂ enthält (erhalten von Nyacol Products, Inc. in Ashland, MA, unter dem Handelsnamen „ZR100/20"); mittlere Partikelgröße 100 nm
ZRO2	Zirkoniumoxid-Sol, welches 20 Gewichtsprozent Feststoff enthält (erhalten von Nyacol Products, Inc., unter dem Handelsnamen „ZR10/20"); mittlere Partikelgröße 5 bis 10 nm
ZRN	Zirkonylacetat-Lösung (auf einer theoretischen Metalloxid-Basis ~22% ZrO₂; erhalten von Magnesium Electron, Inc. in Flemington, NJ)

Beispiel 1
Eine Dispersion wurde hergestellt, indem 600 Gramm AAMH, 375 Gramm ZRO, 46 Gramm CS1, 36 Gramm HNO₃, 100 Gramm IO mit 6,5% Eisenoxid (berechnet auf einer theoretischen Metalloxid-Basis als Fe₂O₃) und 1,650 Gramm DWT in einer herkömmlichen 4 Liter Mischvorrichtung für Lebensmittelqualität (Waring-Mischvorrichtung, erhältlich von Waring Products Division, Dynamics Corp. of America, New Hartford, CT; Modell 34BL22(CB6)) zusammen gemischt wurden. Das DWT, die HNO₃, das ZRO, das CS1 und das IO wurden in die Mischvorrichtung gegeben und gemischt. Dann wurde das AAMH zugegeben und die Inhalte wurden bei niedriger Geschwindigkeit, welche für 60 Sekunden eingestellt wurde, gemischt.
Die so erhaltene Dispersion wurde in Glasgefäße (erhalten unter dem Handelsnamen „PYREX") überführt und man lies sie bei Raumtemperatur gelieren. Die gelierte Dispersion wurde dann über Nacht bei ungefähr 93°C (200°F) getrocknet, wobei getrocknetes, bröckeliges, festes Material bereitgestellt wurde. Das getrocknete Material wurde unter Verwendung einer Pulverisiervorrichtung (mit einer 1,1 mm Lücke zwischen den Stahlplatten; erhalten unter dem Handelsnamen „BRAUN" Typ DU von Braun Corp., Los Angeles, CA) zerkleinert, wobei Vorläuferschleifkorn (Partikel) bereitgestellt wurde. Das zerkleinerte Material wurde gesiebt, wobei die Partikel zurückgehalten wurden, welche eine Größe zwischen etwa 0,25 und 1 mm aufwiesen.
Die zurückgehaltenen Partikel wurden in einen Trommelcalcinierofen gegeben, wobei calciniertes Schleifkorn-Vorläufermaterial bereitgestellt wurde. Der Calcinierofen bestand aus einer Edelstahlröhre mit einem Innendurchmesser von 15 cm, einer Länge von 1,2 Meter und einer heißen Zone von 0,3 Meter. Die Röhre war in Bezug auf die Horizontale in einem Winkel von 3,0 Grad geneigt. Die Röhre dreht sich mit etwa 3,5 UpM, wobei eine Verweildauer in der Röhre von etwa 4 bis 5 Minuten bereitgestellt wurde. Die Temperatur der heißen Zone betrug etwa 650°C.
Der calcinierte Schleifkornvorläufer wurde in einen Trommelsinterofen gegeben. Der Sinterofen bestand aus einer 1,32 Meter langen Siliziumcarbid-Röhre mit einem Innendurchmesser von 8,9 cm, welche in Bezug auf die Horizontale in einem Winkel von 4,4 Grad geneigt war, und wies eine heiße Zone von 31 cm auf. Die Wärme wurde von außen über elektrische SiC-Erwärmungselemente angewandt. Der Sinterofen dreht sich mit 5,0 UpM, wobei eine Verweildauer in der Röhre von etwa 7 Minuten bereitgestellt wurde. Die Sintertemperatur betrug etwa 1400°C. Das Produkt wurde aus dem Ofen in Luft mit Raumtemperatur gebracht, wo es in einem Metallbehälter gesammelt wurde und wo man es auf Raumtemperatur abkühlen lies. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 83 Gewichtsprozent Al₂O₃, 14 Gewichtsprozent ZrO₂, 1,5 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des gesinterten Schleifkorns.
Eine Bruchfläche eines Schleifkorns von Beispiel 1 wurde unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (SEM, scanning electron microscope) untersucht. Die mittlere Größe der α-Aluminiumoxid-Kristallite wurde beobachtet und man fand, dass sie kleiner als ein Mikrometer war. Zudem wurde ein Schleifkorn von Beispiel 1 befestigt und mit einer herkömmlichen Poliervorrichtung (erhalten von Buehler in Lake Bluff, IL, unter dem Handelsnamen „ECOMET 3 TYPE POLISHER-GRINDER") poliert. Die Probe wurde etwa 3 Minuten lang mit einer Diamantscheibe poliert, gefolgt von Polieren für drei Minuten mit jeweils Diamantaufschlämmungen von 45, 30, 15, 9, 3 und 1 Mikrometer. Die polierte Probe wurde unter Verwendung von SEM im Rückstreumodus untersucht. Die mittlere Größe der Zirkoniumoxid-Kristallite wurde beobachtet und man fand, dass sie kleiner als 0,25 Mikrometer war. Zusätzlich zeigte die SEM-Analyse, dass die Mikrostruktur dicht und einheitlich war.
Das gesinterte, auf α-Aluminiumoxid basierende, keramische Schleifkorn wurde sortiert, wobei die mesh-Fraktion von –35 + 40 (U.S.A. Standard Testing Sieves, „U.S.A. Standardtestsiebe") zurückgehalten wurde. Dieses zurückgehaltene Schleifkorn wurde in Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage eingebracht, welche auf Schleifleistung hin getestet wurden. Die Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage wurden gemäß den herkömmlichen Verfahren hergestellt. Das Schleifkorn wurde unter Verwendung eines herkömmlichen, Calciumcarbonat gefüllten Phenol-Bindemittelharzes (48% Resol-Phenolharz, 52% Calciumcarbonat, verdünnt auf 81% Feststoffe mit Wasser) und eines herkömmlichen, Kryolith gefüllten Phenol-Deckharzes (32% Resol-Phenolharz, 2% Eisenoxid, 66% Kryolith, verdünnt auf 78% Feststoffe mit Wasser) auf 0,8 mm dicke, vulkanisierte Faserträger mit einem Durchmesser von 17,8 cm (mit einem Loch in der Mitte mit einem Durchmesser von 2,2 cm) gebunden. Das Bindemittelharzfeuchtgewicht betrug etwa 185 g/m². Sofort nachdem die Bindemittelschicht angewendet wurde, wurde das Schleifkorn elektrostatisch beschichtet. Das Bindemittelharz wurde für 90 Minuten bei 88°C vorgehärtet. Das Deckfeuchtgewicht betrug etwa 850 g/m². Das Deckharz wurde für 90 Minuten bei 88°C vorgehärtet, gefolgt von einer Endhärtung von 10 Stunden bei 100°C. Die Faserscheiben wurden vor dem Testen gebogen.
Vergleichsbeispiel A
Die Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage von Vergleichsbeispiel A wurden wie für Beispiel 1 beschrieben hergestellt, außer, dass die Dispersion, welche kein ZRO einschloss, aus 600 Gramm AAMH, 46 Gramm CS1, 36 Gramm HNO₃, 100 Gramm IO mit 6,5% Eisenoxid (berechnet auf einer theoretischen Metalloxid-Basis als Fe₂O₃) und 1.450 Gramm DWT bestand, die Sintertemperatur 1440° betrug und der Sinterofen sich mit 2 UpM drehte, wobei eine Verweildauer in der Röhre von etwa 15 Minuten bereitgestellt wurde. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 97 Gewichtsprozent Al₂O₃, 1,5 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des gesinterten Schleifkorns.
Vergleichsbeispiel B
Die Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage von Vergleichsbeispiel B wurden wie für Vergleichsbeispiel A beschrieben hergestellt, außer, dass (a) die Dispersion kein CS1 einschloss, und (b) die zerkleinerten, calcinierten Vorläuferpartikel mit MGN (47 Gramm MGN, verdünnt auf 60 ml mit DWT für jeweils 100 Gramm calciniertem Vorläufer) imprägniert wurden, ein zweites Mal calciniert wurde und bei 1350° gesintert wurde, wobei der Sinterofen sich mit 2 UpM drehte, wobei eine Verweildauer in der Röhre von etwa 15 Minuten bereitgestellt wurde. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 94 Gewichtsprozent Al₂O₃, 4,5 Gewichtsprozent MgO und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des gesinterten Schleifkorns.
Beispiel 2
Eine Lösung wurde hergestellt, indem 625 Gramm ZRO, 75 Gramm CS1, 60 Gramm HNO₃, 175 Gramm IO mit 6,5% Eisenoxid (berechnet auf einer theoretischen Metalloxid-Basis als Fe₂O₃) zusammen gemischt wurden. 1000 Gramm AAMH wurden in einen 19 Liter (5 Gallonen) Eimer gegeben, welcher sich kontinuierlich und gleichzeitig mit 55 UpM drehte und in Längsrichtung um 28° geneigt war, während ein Strahl der Lösung auf das AAMH gesprüht wurde. Agglomeratbälle mit etwa 3 bis 5 mm im Durchmesser wurden bei etwa 60% Feststoff gebildet. Die Agglomeratbälle wurden in einen Katalysatorextruder (erhältlich von Bonnot Co. in Uniontown, OH) gegeben und durch ein Formwerkzeug mit sechsunddreißig Öffnungen mit einem Durchmesser von 0,254 cm (0,1 Inch) extrudiert. Der Druck in dem Extruder, welcher direkt am Nächsten zum Formwerkzeug gemessen wurde, betrug etwa 410 bis 477 kg/cm² (1200 bis 1400 Psi). Das extrudierte Material wurde auf ein Förderband gegeben, welches einen Trocknungsofen, der etwa 93°C (200°F) aufwies, beschickte. Das so erhaltene getrocknete, bröckelige, feste Material wurde zerkleinert, gesiebt, calciniert und gesintert, wie für Beispiel 1 beschrieben. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 83 Gewichtsprozent Al₂O₃, 14 Gewichtsprozent ZrO₂, 1,5 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des gesinterten Schleifkorns.
Das Schleifkorn von Beispiel 2 wurde unter Verwendung von SEM untersucht, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die mittlere Größe der α-Aluminiumoxid-Kristallite wurde beobachtet und man fand, dass sie kleiner als 1 Mikrometer war; die mittlere Größe der Zirkoniumoxid-Kristallite war kleiner als 0,25 Mikrometer. Außerdem zeigte die SEM-Analyse, dass die Mikrostruktur dicht und einheitlich war.
Das gesinterte, auf α-Aluminiumoxid basierende, keramische Schleifkorn wurde sortiert, wobei die mesh-Fraktionen von –30 + 35 und –35 + 40 (U.S.A. Standard Testing Sieves) zurückgehalten wurden. Diese Fraktionen wurden in einem Verhältnis von 1 : 1 gemischt und in Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage eingebracht, deren Schleifleistung getestet wurde. Die Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage wurden wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt.
Vergleichsbeispiel C
Vergleichsbeispiel C wurde wie für Beispiel 2 beschrieben hergestellt, außer, dass die Dispersion, welche kein ZRO einschloss, aus 1.000 Gramm AAMH, 75 Gramm CS1, 60 Gramm HNO₃, 175 Gramm IO mit 6,5% Eisenoxid (berechnet auf einer theoretischen Metalloxid-Basis als Fe₂O₃) und 400 Gramm DWT bestand; und dass sie gesintert wurde, wie für Vergleichsbeispiel A beschrieben. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 97 Gewichtsprozent Al₂O₃, 1,5 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des gesinterten Schleifkorns.
Beispiel 3
Beispiel 3 wurde wie für Beispiel 1 beschrieben hergestellt, außer, dass die Dispersion aus 600 Gramm AAMH, 95 Gramm ZRO2, 46 Gramm CS1, 36 Gramm HNO₃, 100 Gramm IO mit 6,5% Eisenoxid (berechnet auf einer theoretischen Metalloxid-Basis als Fe₂O₃) und 1.650 Gramm DWT bestand; und dass sich der Sinterofen mit 2 UpM drehte. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 93 Gewichtsprozent Al₂O₃, 4 Gewichtsprozent ZrO₂, 1,5 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des gesinterten Schleifkorns.
Das Schleifkorn von Beispiel 3 wurde unter Verwendung von SEM untersucht, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die mittlere Größe der α-Aluminiumoxid-Kristallite wurde beobachtet und man fand, dass sie kleiner als 1 Mikrometer war; die mittlere Größe der Zirkoniumoxid-Kristallite war kleiner als 0,25 Mikrometer. Außerdem zeigte die SEM-Analyse, dass die Mikrostruktur dicht und einheitlich war.
Beispiel 4
Beispiel 4 wurde wie für Beispiel 1 beschrieben hergestellt, außer, dass die Dispersion aus 600 Gramm AAMH, 185 Gramm ZRO2, 46 Gramm CS1, 36 Gramm HNO₃, 100 Gramm IO mit 6,5% Eisenoxid (berechnet auf einer theoretischen Metalloxid-Basis als Fe₂O₃) und 1.650 Gramm DWT bestand; und dass sich der Sinterofen mit 2 UpM drehte. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 89,5 Gewichtsprozent Al₂O₃, 7,5 Gewichtsprozent ZrO₂, 1,5 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des gesinterten Schleifkorns.
Das Schleifkorn von Beispiel 4 wurde unter Verwendung von SEM untersucht, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die mittlere Größe der α-Aluminiumoxid-Kristallite wurde beobachtet und man fand, dass sie kleiner als 1 Mikrometer war; die mittlere Größe der Zirkoniumoxid-Kristallite war kleiner als 0,25 Mikrometer. Außerdem zeigte die SEM-Analyse, dass die Mikrostruktur dicht und einheitlich war.
Bewertung der Schleifleistung der Beispiele 1 bis 4 und der Vergleichsbeispiele A bis C
Die Schleifleistung der Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage von Beispiel 1 und der Vergleichsbeispiele A und B wurde gemäß dem folgenden Testverfahren bewertet. Jede Scheibe mit Schleifmittel auf Unterlage wurde an einem abgeschrägten Aluminium-Sicherungsblock befestigt und verwendet, um die Fläche eines vorher gewogenen Werkstücks aus 1018 Flussstahl mit 1,25 cm × 18 cm × 10 cm zu schleifen. Die Scheibe wurde mit 5.000 UpM angetrieben, während der Teil der Scheibe, welcher mit der abgeschrägten Kante des Sicherungsblocks überlagerte, mit dem Werkstück bei einer Belastung von 10,88 kg (24 lbs.) in Kontakt stand. Jede Scheibe wurde der Reihe nach zum Schleifen eines einzelnen Werkstücks in Intervallen von einer Minute verwendet. Der Gesamtabtrag war die Summe der Materialmenge, welche von den Werkstücken während des Testzeitraums entfernt wurde. Zwei Scheiben wurden für jedes Beispiel getestet. Die Ergebnisse, welche Mittelwerte der getesteten Scheiben sind, sind nachstehend in Tabelle 1 zusammengefasst.
Tabelle 1
Die Schleifleistung der Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage von Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel C wurde wie für Beispiel 1 beschrieben (vorstehend) bewertet. Zwei Scheiben wurden für jedes Beispiel getestet. Die Ergebnisse, welche Mittelwerte der getesteten Scheiben sind, sind nachstehend in Tabelle 2 zusammengefasst.
Tabelle 2
Die Schleifleistung der Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage der Beispiele 3 und 4 und von Vergleichsbeispiel C wurde wie für Beispiel 1 beschrieben (vorstehend) bewertet, außer, dass die Belastung während des Schleifens 7,73 kg (17 lbs.) betrug. Zwei Scheiben wurden für jedes Beispiel getestet. Die Ergebnisse, welche Mittelwerte der getesteten Scheiben sind, sind nachstehend in Tabelle 3 zusammengefasst.
Tabelle 3
Beispiel 5
Das gesinterte Schleifmittel von Beispiel 5 wurde wie für Beispiel 2 beschrieben hergestellt, außer, dass die Lösung aus 2.650 Gramm ZRN, 750 Gramm CS2, 1.250 Gramm HNO₃, 5.000 Gramm IO mit 4,7% Eisenoxid (berechnet auf einer theoretischen Metalloxid-Basis als Fe₂O₃) und 2.400 Gramm DWT bestand, und dass 18.000 Gramm H-30 anstelle des AAMH verwendet wurden; und dass sich der Sinterofen mit 2 UpM drehte. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 93% Al₂O₃, 4% ZrO₂, 1,5% SiO₂ und 1,5% Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des gesinterten Schleifkorns.
Das Schleifkorn von Beispiel 5 wurde unter Verwendung von SEM untersucht, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die mittlere Größe der α-Aluminiumoxid-Kristallite wurde beobachtet und man fand, dass sie kleiner als 1 Mikrometer war; die mittlere Größe der Zirkoniumoxid-Kristallite war kleiner als 0,25 Mikrometer. Außerdem zeigte die SEM-Analyse, dass die Mikrostruktur dicht und einheitlich war.
Das keramische α-Aluminiumoxid-Schleifkorn, welches zu einem Gemisch von 1 : 1 von mesh-Fraktionen von –30 + 35 und –35 + 40 (U.S.A. Standard Testing Sieves) sortiert wurde, wurde in harzbehandelte Stoffbänder mit 439 cm × 335 cm (173'' × 132'') und YF Gewicht eingebracht. Die Bindemittel- und Deckharze, welche die selben waren, wie jene für Beispiel 1, wurden vorgehärtet und gehärtet, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die Bindemittel- und Deckfeuchtgewichte betrugen etwa 185 g/m² bzw. etwa 850 g/m². Das gehärtete Bandmaterial wurde dann in Bänder mit 2,5 cm × 100 cm (1'' × 40'') umgewandelt. Die Bänder mit Schleifmittel auf Unterlage wurden vor dem Testen gebogen.
Beispiel 6
Beispiel 6 wurde wie für Beispiel 5 beschrieben hergestellt, außer, dass die Dispersion aus 18.000 Gramm H-30, 4.750 Gramm ZRN, 750 Gramm CS2, 1.250 Gramm HNO₃, 5.000 Gramm IO mit 4,7% Eisenoxid (berechnet auf einer theoretischen Metalloxid-Basis als Fe₂O₃) und 1.250 Gramm DWT bestand. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 90 Gewichtsprozent Al₂O₃, 7 Gewichtsprozent ZrO₂, 1,5 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des Schleifkorns.
Das Schleifkorn von Beispiel 6 wurde unter Verwendung von SEM untersucht, wie in Beispiel 1 beschrieben. 7 ist eine mikrophotographische Aufnahme einer Bruchfläche des Schleifkorns von Beispiel 6, welche die α-Aluminiumoxid-Kristallite 61 zeigt. 8 ist eine mikrophotographische Aufnahme im Rückstreumodus eines polierten Bereichs eines Schleifkorns von Beispiel 6, welche Zirkoniumoxid-Kristallite 63 zeigt. Die mittlere Größe der α-Aluminiumoxid-Kristallite wurde beobachtet und man fand, dass sie kleiner als 1 Mikrometer war; die mittlere Größe der Zirkoniumoxid-Kristallite war kleiner als 0,25 Mikrometer. Außerdem zeigte die SEM-Analyse, dass die Mikrostruktur dicht und einheitlich war.
Beispiel 7
Beispiel 7 wurde wie für Beispiel 5 beschrieben hergestellt, außer, dass die Dispersion aus 18.000 Gramm H-30, 7.000 Gramm ZRN, 750 Gramm CS2, 1.250 Gramm HNO₃, 5.000 Gramm IO mit 4,7% Eisenoxid (berechnet auf einer theoretischen Metalloxid-Basis als Fe₂O₃) bestand. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 87 Gewichtsprozent Al₂O₃, 10 Gewichtsprozent ZrO₂, 1,5 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des Schleifkorns.
Das Schleifkorn von Beispiel 7 wurde unter Verwendung von SEM untersucht, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die mittlere Größe der α-Aluminiumoxid-Kristallite wurde beobachtet und man fand, dass sie kleiner als 1 Mikrometer war; die mittlere Größe der Zirkoniumoxid-Kristallite war kleiner als 0,25 Mikrometer. Außerdem zeigte die SEM-Analyse, dass die Mikrostruktur dicht und einheitlich war.
Vergleichsbeispiel D
Das Band von Vergleichsbeispiel D wurde wie für Beispiel 5 beschrieben hergestellt, außer, dass das verwendete Schleifmittel ein von Sol-Gel abgeleitetes, keramisches α-Aluminiumoxid-Schleifkorn, erhältlich unter dem Handelsnamen „201 CUBITRON" von 3M Company, war. Dieser Typ von Schleifkorn wird zur Verwendung bei Hochdruck-Schleifanwendungen gestaltet.
Bewertung der Schleifleistung der Beispiele 5 bis 7 und des Vergleichsbeispiels D
Die Schleifleistung der Bänder mit Schleifmittel auf Unterlage der Beispiele 5 bis 7 und von Vergleichsbeispiel D wurde gemäß dem folgenden Testverfahren bewertet. Die Bänder mit 2,5 cm × 100 cm (1'' × 40'') wurden um eine Metallscheibe eines Bandschleifers (erhalten unter dem Handelsnamen „SPA2030ND" von Elb Grinders Corporation in Mountainside, NJ) platziert. Die Metallscheibe drehte sich mit einer Geschwindigkeit von 1.700 smm (Oberflächenmeter pro Minute, surface meters per minute). Die Werkstücke aus 1018 Flussstahl (mit Ausmaßen von 1,3 cm × 10,2 cm × 35,6 cm (0,5'' × 4'' × 14'')) wurden an einer Auflage befestigt, welche mit einer Geschwindigkeit von 6 mpm (Meter pro Minute, meters per minute) oszillierte. Das Band wurde bei einer vorbestimmten Vorschubrate bei jedem Durchlauf getestet. Die Werkstücke wurden nach jedem Durchlauf wassergekühlt. Die Normalschleifkräfte wurden beobachtet. Wenn die Normalschleifkraft 23 kgf erreichte, wurde der Schleiftest beendet. Die Menge an Metall, welche von jedem Band entfernt wurde, wurde bestimmt. Zwei Bänder wurden für jedes Beispiel getestet, außer, dass vier Bänder für Beispiel 6 getestet wurden. Die Ergebnisse, welche Mittelwerte der getesteten Bänder sind, sind nachstehend in Tabelle 4 zusammengefasst.
Tabelle 4
Für den besonderen Test stellt der Vorschub von 152,4 Mikrometer (6 Mil) eine Schleifanwendung bei relativ niedrigem Druck dar und der Vorschub von 177,8 Mikrometer (7 Mil) stellt eine Schleifanwendung bei relativ hohem Druck dar.
Beispiele 8 und 9 und Vergleichsbeispiel E
Das Schleifkorn der Beispiele 8 und 9 wurde wie für die Beispiele 5 und 6 beschrieben hergestellt, außer, dass das zur Herstellung der Bänder mit Schleifmittel auf Unterlage verwendete, gesinterte, auf α-Aluminiumoxid basierende Schleifkorn in ein Gemisch von 1 : 1 von Größen von –25 + 30 mesh und –30 + 35 mesh sortiert wurde.
Die Zusammensetzung der gesinterten Schleifkörner, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis für Beispiel 8 93 Gewichtsprozent Al₂O₃, 4 Gewichtsprozent ZrO₂, 1,5 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃ und für Beispiel 9 90 Gewichtsprozent Al₂O₃, 7 Gewichtsprozent ZrO₂, 1,5 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des Schleifkorns.
Die Bänder der Beispiele 8 und 9 und von Vergleichsbeispiel E wurden wie für Beispiel 5 beschrieben hergestellt, wobei das für Vergleichsbeispiel E verwendete Schleifkorn das selbe war, welches für Vergleichsbeispiel D verwendet wurde. Diese Bänder wurden wie für die Beispiele 5 bis 7 und für Vergleichsbeispiel D beschrieben getestet, außer, dass die verwendeten Vorschubraten 127 Mikrometer (5 Mil), 152,4 Mikrometer (6 Mil) und 177,8 Mikrometer (7 Mil) betrugen. Die Ergebnisse, welche von einem Band für jede Vorschubrate (d. h. von jedem Posten wurden drei Bänder getestet) herrühren, sind nachstehend in Tabelle 5 zusammengefasst, außer die Ergebnisse von Vergleichsbeispiel E, wobei bei einer Vorschubrate von 127 Mikrometer (5 Mil) diese von einem Mittelwert von zwei Bändern herrühren.
Tabelle 5
Beispiel 10 und Vergleichsbeispiel F
Beispiel 10 wurde wie für Beispiel 1 beschrieben hergestellt, außer, dass die Menge von ZRO um 46,4% verringert und die Menge von AAMH um 7,8% erhöht wurde. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns betrug 89,5 Gewichtsprozent Al₂O₃, 7,5 Gewichtsprozent ZrO₂, 1,5 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem Metalloxidgehalt des Schleifkorns.
Vergleichsbeispiel F wurde wie für Beispiel 1 beschrieben hergestellt, außer, dass kein CS1 verwendet wurde, die Menge von ZRO um 46,4% verringert wurde und die Menge von AAMH um 9,6% erhöht wurde. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns betrug 91 Gewichtsprozent Al₂O₃, 7,5 Gewichtsprozent ZrO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem Metalloxidgehalt des Schleifkorns.
Beispiel 10 und Vergleichsbeispiel F wurden wie für Beispiel 1 beschrieben getestet, außer, dass das zur Herstellung der Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage verwendete Schleifkorn in ein Gemisch von 1 : 1 von Größen von –25 + 30 mesh und –30 + 35 mesh sortiert wurde, die Belastung während des Tests 7,73 Kilogramm (17 lbs.) betrug und drei Scheiben für jedes Beispiel getestet wurden. Der mittlere Gesamtabtrag für Beispiel 10 und Vergleichsbeispiel F waren 1353 Gramm bzw. 1230 Gramm.
Beispiel 12
Das Schleifkorn von Beispiel 12 wurde wie für Beispiel 1 beschrieben hergestellt, außer, dass das Siliziumoxid-Sol CS2 war und das calcinierte Korn mit MGN imprägniert wurde. Jeweils 100 Gramm calcinierter Vorläufer wurden mit 30 Gramm MGN, welche vor der Imprägnierung auf 60 ml verdünnt wurden, gemischt. Das imprägnierte Korn wurde getrocknet und wieder calciniert, der Sinterofen dreht sich etwa mit 2 UpM, wobei eine Verweildauer in der Röhre von etwa 15 Minuten bereitgestellt wurde, und die Sintertemperatur betrug etwa 1375°C. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 93,5 Gewichtsprozent Al₂O₃, 1 Gewichtsprozent ZrO₂, 3 Gewichtsprozent MgO, 1 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des gesinterten Schleifkorns.
Das gesinterte, auf α-Aluminiumoxid basierende, keramische Schleifkorn wurde wie für Beispiel 1 beschrieben in Scheiben mit Schleifnittel auf Unterlage eingebracht, außer, dass das Schleifkorn in ein Gemisch von 1 : 1 von Fraktionen von –35 + 40 und –40 + 45 mesh (U.S.A. Standard Testing Sieves) sortiert wurde.
Vergleichsbeispiel G
Die Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage von Vergleichsbeispiel G wurden wie für Beispiel 12 beschrieben hergestellt, außer, dass (a) kein ZRN oder CS2 verwendet wurde, (b) die Menge von MGN um 50% erhöht wurde, (c) die Menge von AAMH um 0,5% erniedrigt wurde und (d) das Schleifkorn bei 1350°C gesintert wurde. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 94 Gewichtsprozent Al₂O₃, 4,5 Gewichtsprozent MgO und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des gesinterten Schleifkorns.
Beispiel 13
Die Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage von Beispiel 13 wurden wie für Beispiel 12 beschrieben hergestellt, außer, dass (a) die Menge an ZRN um 600% erhöhte wurde und (b) die Menge an AAMH um 6,4% erniedrigt wurde. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 87,5 Gewichtsprozent Al₂O₃, 7 Gewichtsprozent ZrO₂, 3 Gewichtsprozent MgO, 1 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des gesinterten Schleifkorns.
Beispiel 14
Die Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage von Beispiel 14 wurden wie für Beispiel 12 beschrieben hergestellt, außer, dass (a) die Menge an MGN um 133% erhöhte wurde und (b) die Menge an AAMH um 5,3% erniedrigt wurde. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 88,5 Gewichtsprozent Al₂O₃, 1 Gewichtsprozent ZrO₂, 7 Gewichtsprozent MgO, 1 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des gesinterten Schleifkorns.
Beispiel 15
Die Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage von Beispiel 15 wurden wie für Beispiel 12 beschrieben hergestellt, außer, dass (a) die Menge an ZRN um 600% erhöhte wurde, (b) die Menge an MGN um 133% erhöht wurde und (c) die Menge an AAMH um 10,7% erniedrigt wurde. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 83,5 Gewichtsprozent Al₂O₃, 7 Gewichtsprozent ZrO₂, 7 Gewichtsprozent MgO, 1 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des gesinterten Schleifkorns.
Beispiel 16
Die Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage von Beispiel 16 wurden wie für Beispiel 12 beschrieben hergestellt, außer, dass (a) die Menge an CS2 um 200% erhöhte wurde und (b) die Menge an AAMH um 2,1% erniedrigt wurde. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 91,5 Gewichtsprozent Al₂O₃, 1 Gewichtsprozent ZrO₂, 3 Gewichtsprozent MgO, 3 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des gesinterten Schleifkorns.
Beispiel 17
Die Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage von Beispiel 17 wurden wie für Beispiel 12 beschrieben hergestellt, außer, dass (a) die Menge an ZRN um 600% erhöhte wurde, (b) die Menge an CS2 um 200% erhöht wurde und (c) die Menge an AAMH um 8,6% erniedrigt wurde. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 85,5 Gewichtsprozent Al₂O₃, 7 Gewichtsprozent ZrO₂, 3 Gewichtsprozent MgO, 3 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des gesinterten Schleifkorns.
Beispiel 18
Die Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage von Beispiel 18 wurden wie für Beispiel 12 beschrieben hergestellt, außer, dass (a) die Menge an CS2 um 200% erhöhte wurde, (b) die Menge an MGN um 133% erhöht wurde und (c) die Menge an AAMH um 6,4% erniedrigt wurde. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 87,5 Gewichtsprozent Al₂O₃, 1 Gewichtsprozent ZrO₂, 7 Gewichtsprozent MgO, 3 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des gesinterten Schleifkorns.
Beispiel 19
Die Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage von Beispiel 19 wurden wie für Beispiel 12 beschrieben hergestellt, außer, dass (a) die Menge an ZRN um 600% erhöhte wurde, (b) die Menge an MGN um 133% erhöht wurde, (c) die Menge an CS2 um 200% erhöht wurde und (d) die Menge an AAMH um 12,8% erniedrigt wurde. Die Zusammensetzung des gesinterten Schleifkorns, basierend auf der Formulierung, welche zur Herstellung des Korns verwendet wurde, betrug auf einer theoretischen Metalloxid-Basis 81,5 Gewichtsprozent Al₂O₃, 7 Gewichtsprozent ZrO₂, 7 Gewichtsprozent MgO, 3 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃, basierend auf dem gesamten Metalloxidgehalt des gesinterten Schleifkorns.
Bewertung der Schleifleistung der Beispiele 12 bis 19 und des Vergleichsbeispiels G
Die Schleifleistung der Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage der Beispiele 12 bis 19 und von Vergleichsbeispiel G wurde wie für die Beispiele 1 bis 4 und für Vergleichsbeispiel A beschrieben bewertet, außer, dass die Werkstücke Werkstücke aus 4150 Stahl waren und die Belastung 7,7 Kilogramm betrug. Der mittlere Gesamtabtrag für jedes Beispiel ist nachstehend in Tabelle 6 aufgeführt.
Tabelle 6
Die Schleifleistung der Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage der Beispiele 12 bis 19 und von Vergleichsbeispiel G wurde auch unter Verwendung des selben Schleiftests, welcher für die in Tabelle 6 aufgeführten Ergebnisse beschrieben wurde, bewertet, außer, dass die Belastung 5,9 Kilogramm betrug. Zwei Scheiben wurden für jedes Beispiel getestet. Der mittlere Gesamtabtrag für jedes Beispiel ist nachstehend in Tabelle 7 aufgeführt.
Tabelle 7
Die Schleifleistung der Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage der Beispiele 12, 15 und 16 und von Vergleichsbeispiel G wurde auch unter Verwendung des selben Schleiftests, welcher für die in Tabelle 7 aufgeführten Ergebnisse beschrieben wurde, bewertet, außer, dass fünfzehn Intervalle von einer Minute verwendet wurden, anstelle von zehn Intervallen von einer Minute. Zwei Scheiben wurden für jedes Beispiel getestet. Der mittlere Gesamtabtrag für jedes Beispiel ist nachstehend in Tabelle 8 aufgeführt.
Tabelle 8
Die Schleifleistung der Scheiben mit Schleifmittel auf Unterlage der Beispiele 12, 14 und 15 und von Vergleichsbeispiel G wurde auch unter Verwendung des selben Schleiftests, welcher für die in Tabelle 6 aufgeführten Ergebnisse beschrieben wurde, bewertet, außer, dass die Werkstücke 1018 Flussstahl waren. Zwei Scheiben wurden für jedes Beispiel getestet. Der mittlere Gesamtabtrag für jedes Beispiel ist nachstehend in Tabelle 9 aufgeführt.
Tabelle 9
Verschiedene Modifizierungen und Veränderungen dieser Erfindung werden, ohne vom Bereich und dem Wesen dieser Erfindung abzuweichen, dem Fachmann offensichtlich werden und sie sollte so verstanden werden, dass diese Erfindung nicht übermäßig auf die hier dargelegten, veranschaulichenden Ausführungsformen eingeschränkt ist.

Claims

Gesintertes, auf α-Aluminiumoxid basierendes Schleifkorn, umfassend mindestens 0,1 Gewichtsprozent SiO₂ und im Bereich von 1 bis 14 Gewichtsprozent ZrO₂, bezogen auf den gesamten Metalloxidgehalt des Schleifkorns, wobei das α-Aluminiumoxid des Schleifkorns eine mittlere Kristallitgröße von weniger als 1 Mikrometer aufweist, und wobei das ZrO₂, das als kristallines Zirkoniumoxid vorliegt, eine mittlere Kristallitgröße von weniger als 0,25 Mikrometer aufweist.
Gesintertes, auf α-Aluminiumoxid basierendes Schleifkorn nach Anspruch 1 mit einer Dichte, die mindestens 95 Prozent der theoretischen Dichte beträgt.
Gesintertes, auf α-Aluminiumoxid basierendes Schleifkorn nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Al₂O₃ im Bereich von 55 bis 98 Gewichtsprozent vorliegt, das SiO₂ im Bereich von 1 bis 3 Gewichtsprozent vorliegt und das ZrO₂ im Bereich von 1 bis 14 Gewichtsprozent vorliegt, bezogen auf den gesamten Metalloxidgehalt des Schleifkorns.
Gesintertes, auf α-Aluminiumoxid basierendes Schleifkorn nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Mehrheit des α-Aluminiumoxid mit einem Nukleierungsmittel nukleiert wurde.
Gesintertes, auf α-Aluminiumoxid basierendes Schleifkorn nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Al₂O₃ im Bereich von 70 bis 93 Gewichtsprozent vorliegt, das SiO₂ im Bereich von 1 bis 3 Gewichtsprozent vorliegt und das ZrO₂ im Bereich von 1 bis 14 Gewichtsprozent vorliegt, bezogen auf den gesamten Metalloxidgehalt des Schleifkorns.
Gesintertes, auf α-Aluminiumoxid basierendes Schleifkorn nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das α-Aluminiumoxid des Schleifkorns eine mittlere Kristallitgröße von weniger als 0,6 Mikrometer aufweist.
Gesintertes, auf α-Aluminiumoxid basierendes Schleifkorn nach einem der vorstehenden Ansprüche, des weiteren umfassend ein Metalloxid ausgewählt aus Lithiumoxid, Manganoxid, Chromoxid, Praseodymoxid, Dysprosiumoxid, Samariumoxid, Kobaltoxid, Zinkoxid, Neodymoxid, Yttriumoxid, Ytterbiumoxid, Magnesiumoxid, Nickeloxid, Natriumoxid, Titanoxid, Lanthanoxid, Gadoliniumoxid, Europiumoxid, Eisenoxid, Hafniumoxid, Erbiumoxid und Kombinationen davon.
Schleifgegenstand, einschließend: ein Bindemittel; und eine Mehrzahl von in dem Gegenstand durch das Bindemittel gesicherten Schleifkörnern nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Verfahren zum Herstellen eines auf α-Aluminiumoxid basierenden, keramischen Schleifkorns, umfassend: das Herstellen einer Dispersion durch Kombinieren von Komponenten umfassend flüssiges Medium, Peptisiermittel, Zirkoniumoxidquelle, Siliziumoxidquelle und Aluminiumoxidquelle; Umwandeln der Dispersion in ein partikuläres Vorläufermaterial eines auf α-Aluminiumoxid basierenden, keramischen Schleifkorns; und Sintern des Vorläufermaterials, um ein gesintertes, auf α-Aluminiumoxid basierendes Schleifkorn nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zu liefern.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren zwischen dem Umwandeln und dem Sintern des weiteren (i) Imprägnieren des Vorläufermaterials mit einem Gemisch hergestellt durch Kombinieren von Komponenten umfassend ein zweites flüssiges Medium und mindestens entweder ein Metalloxid oder einen Metalloxidvorläufer, wobei ein imprägniertes Vorläufermaterial zur Verfügung gestellt wird; (ii) Trocknen des imprägnierten Vorläufermaterials; und (iii) Calcinieren des getrockneten, imprägnierten Vorläufermaterials umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines auf α-Aluminiumoxid basierenden, keramischen Schleifkorns, umfassend: das Herstellen einer Dispersion durch Kombinieren von Komponenten umfassend ein erstes flüssiges Medium, Peptisiermittel, Siliziumoxidquelle und Aluminiumoxidquelle; Umwandeln der Dispersion in ein partikuläres Vorläufermaterial eines auf α-Aluminiumoxid basierenden, keramischen Schleifkorns; Imprägnieren des Vorläufermaterials mit einer Zusammensetzung umfassend ein Gemisch umfassend ein zweites flüssiges Medium und eine Zirkoniumoxidquelle; und Sintern des imprägnierten Vorläufermaterials, wobei ein gesintertes, auf α-Aluminiumoxid basierendes Schleifkorn nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren zum Abschleifen einer Oberfläche, umfassend: in Kontakt bringen einer Mehrzahl von Schleifkörnern mit einer Oberfläche eines Substrats bei einem Kontaktdruck von mindestens 1 kg/cm², wobei mindestens ein Teil der Schleifkörner gesinterte, auf α-Aluminiumoxid basierende Schleifkörner nach einem der Ansprüche 1 bis 7 sind; und Bewegen von mindestens entweder der Mehrzahl von Schleifkörnern oder der Oberfläche in Bezug auf die jeweils andere, um mindestens einen Teil der Oberfläche mit den Schleifkörnern abzuschleifen.