DE69030895T3

DE69030895T3 - Beschichtetes, schleifend wirkendes Material

Info

Publication number: DE69030895T3
Application number: DE69030895T
Authority: DE
Inventors: Robert G. Latham Kelly
Original assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2010-04-28
Also published as: NO175970B; MX167688B; US5185012A; ZA903146B; AU620510B2; NO901915D0; ATE154381T1; KR900016420A; DK0395088T3; JP2528197B2; NO901915L; KR0139202B1; EP0395088B1; GR3024694T3; EP0395088B2; CA2015547C; CA2015547A1; DE69030895T2; EP0395088A3; DE69030895D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein beschichtetes, schleifend wirkendes Material.
Aluminiumhaltige Sol/Gel-Schleifmittel haben seit ihrer Einführung vor einigen Jahren deutliche Vorteile gegenüber anderen hochgeschätzten Schleifmitteln in weiten Anwendungsbereichen von beschichteten Schleifmitteln gezeigt. Solche Schleifmittel werden im allgemeinen durch Trocknen und Sintern eines hydratisierten Aluminiumoxid-Gels hergestellt, welches auch verschiedene Mengen an Zusatzstoffen wie MgO oder ZrO₂ enthalten kann. Das getrocknete Material wird entweder vor oder nach dem Sintern zerkleinert, um unregelmäßige, blockförmige, polykristalline Schleifkörner im gewünschten Körnungsbereich zu erhalten. Die Körner können später in schleifend wirkende Produkte wie beschichtete Schleifblätter oder -bänder eingearbeitet werden.
Das U.S.-Patent 4.314.827 an Leitheiser et al. offenbart Schleifkörner, die nach einem solchen Verfahren hergestellt wurden, in dem die gesinterten Körner unregelmäßige wie "Schneeflocken" geformte Alpha-Al₂O₃-Kristalle enthalten, die einen Durchmesser in der Größenordnung von 5 bis 10 μm aufweisen. Die Zwischenräume zwischen den Ausläufern einer "Schneeflocke" und zwischen benachbarten "Schneeflocken" werden mit anderen Phasen wie einem feinkrstallinen Aluminiumoxid/Magnesiumoxid-Spinell ausgefüllt.
Das U.S.-Patent 4.623.364, welches am 18. November 1986 erteilt und der Norton Company abgetreten wurde, offenbart ein Sol/Gel-Verfahren zur Herstellung von aluminiumhaltigen Schleifkörnern und von anderen Produkten als Schleifkörner wie Beschichtungen, dünne Filmen, Fasern, Stäbe oder kleine Formteilen, welche verbesserte Eigenschaften aufweisen. In diesem Patent wird die Umwandlung des hydratisierten Aluminiumoxid zu Alpha-Aluminiumoxid durch die Einführung eines Impfmaterials in das Gel oder die Gelvorstufe vor dem Trocknen gefördert. Das kann entweder durch Naß-Schwingmahlen des Gels oder der Gelvorstufe mit Alpha-Aluminiumoxid-Medien oder durch die unmittelbare Zugabe von sehr feinen Impfteilchen in Pulver- oder einer anderen Form bewerkstelligt werden. Das auf diese Weise erhaltene Alpha-Aluminiumoxid (hierin oft SG-Korn genannt) weist eine sehr feine, einheitliche Kristallitstruktur auf, wobei im wesentlichen alle Kristallite weniger als etwa 1 μm messen. Etwas größere Abmessungen können durch längeres Brennen erhalten werden, wobei dies im allgemeinen nicht erwünscht ist. Um Schleifkörner herzustellen, wird das geimpfte Gel getrocknet, zerkleinert und gebrannt. Die auf diese Weise hergestellten Schleifkörner können zur Herstellung von Produkten wie beschichteten Schleifscheiben (Scheiben aus beschichtetem Schleifmittel) und Schleifrädern verwendet werden. Oder aber, um Formteile oder Stäbe herzustellen, kann das Material zum Beispiel durch Strangpressen vor dem Brennen geformt oder formgepreßt werden. Im Falle des Strangpressens von Stäben werden die Stäbe später zu passenden Längen geschnitten oder gebrochen.
DE-B-11 67 725 beschreibt aluminiumoxidhaltige Schleifkörner zur Herstellung von Schleifscheiben. Die Körner haben die Form von Kügelchen mit einer gleichmäßigen geometrischen Form. Die Körner enthalten 50 bis 95% kristallines Aluminiumoxid mit einer durchschnittlichen Kristallgröße von weniger als 5 μm und 5 bis 50% eines Glasbinders. Das spezifische Gewicht der Kügelchen beträgt mindestens 2,75 g/cm³, und das Gefüge der Kügelchen enthält keine Sprünge und Risse. Das Gefüge der Kügelchen besteht aus einer diskontinuierlichen Aluminiumoxidphase, welche mit Hilfe einer glasartigen Phase verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung schafft ein verbessertes, beschichtetes, schleifend wirkendes Material, wie es aus dem unabhängigen Anspruch 1 offensichtlich ist.
Die Erfindung schafft ein beschichtetes, schleifend wirkendes Material, welches umfaßt:

a. ein Unterlagselement, und
b. eine Schicht aus beschichtetem Schleifmittel, welches umfaßt:
– 1. eine Grundschicht, und
– 2. eine Schicht einer Vielzahl von vorgeformten Schleifpartikeln in Filamentform, die auf das Unterlagselement mittels der Grundschicht geklebt sind, wobei jedes der Schleifpartikel so ausgebildet ist, wie in Anspruch 1 definiert ist.

Die Schleifpartikel weisen eine Härte von mindestens 16 und insbesondere 18 GPa auf. Das durchschnittliche Aspektverhältnis der Teilchen ist mindestens 2 : 1, und ein bevorzugter Durchmesser mißt etwa 0,33 mm.
Vorzugsweise erscheinen mindestens 80%, insbesondere 95% der filamentförmigen Aluminiumoxid-Schleifteilchen als im allgemeinen gleichgerichtete Kristalle, die eine Größe von nicht mehr als 0,5 μm, vorzugsweise 0,4 μm, aufweisen.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung sind von den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung und den Figuren offensichtlich. Das beschichtete Schleifmittel der Erfindung enthält polykristalline Schleiffilamente. Es liefert eine lange Nutzlebensdauer und erfordert weniger angewandte Kraft für eine gegebene Schneidegeschwindigkeit unter Verwendung einer besonderen Form eines Sol/Gel-Aluminiumoxid-Schleifkorns.
Die beschichteten Schleifmittel der Erfindung zerspanen leichter und erzeugen während des Schleifens weniger Wärme.
Bei den beschichteten Schleifmitteln der Erfindung hat sich herausgestellt, daß sie bei einer gleichmäßigeren Geschwindigkeit schleifen und dem Werkstück eine einheitlichere Oberflächenbeschaffenheit über eine normalerweise lange Nutzlebensdauer verleihen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein beschichtetes, schleifend wirkendes Material oder Produkt, wobei das Schleifkorn gesinterte Sol/Gel-Alpha-Aluminiumoxid-Filamente umfaßt, die im wesentlichen einheitliche Querschnitte entlang ihrer Länge aufweisen. Die Filamente weisen im Durchschnitt ein Aspektverhältnis im Bereich von vorzugsweise mindestens 2 : 1 bis 9 : 1 auf, und dies kann bis auf 12 : 1 oder mehr reichen. Sie werden gemäß dem geimpften Sol/Gel-Verfahren hergestellt und vorzugsweise aus einem geimpften Sol/Gel gebildet.
Die Filamente bestehen aus Alpha-Aluminiumoxid-Kristalliten und sind im wesentlichen frei von Verunreinigungen, die beim Brennen amorphes oder "glasartiges" Material bilden. Die Kristallite sind kleiner als etwa 1 μm und insbesondere kleiner als 0,5 μm sind.
Die Schleiffilamente werden auf eine biegsame Unterlage nächst einem Ende des Filamentes mittels einer Klebergrundschicht geheftet. Die Filamente stehen im allgemeinen von dem Unterlagselement weg und sind normalerweise mit Deckbinder überschichtet, um sie weiter auf der Unterlage zu verankern. Die Unterlage kann aus jeder der bekannten Unterlagen geformt werden, die für beschichtete Schleifmittel verwendet werden, wie zum Beispiel gewebte oder nahtgeheftete Stoffe, Folie oder Papier. Eine Vielzahl von gut bekannten Gewebe- oder Papierveredelungsverfahren und Materialien werden in der Industrie verwendet, um abhängig von der Anwendung die Unterlage herzustellen, und sind gleichermaßen auf die Unterlagen für die beschichteten Schleifmittel anwendbar, die für die vorliegende Erfindung verwendet werden. Ebenso kann jeglicher der gut bekannten Standardgrundbinder verwendet werden, die bei der Herstellung von beschichteten Schleifmitteln verwendet werden.
Falls das Aspektverhältnis der Schleiffilamente der Erfindung ziemlich kurz ist, z. B. durchschnittlich 2 : 1 bis 5 : 1, kann der Deckbinder mit Hilfe von Standardwalzenbeschichtungsmethoden aufgebracht werden. Falls die Schleiffilamente eine längeres Aspektverhältnis aufweisen, wird es bevorzugt, mit anderen Mitteln wie Spritzbeschichten zu beschichten, was die Schleiffilamente nicht unmäßig zermalmt. Die für das Deckbeschichten verwendeten Materialien können auch von jeglicher der bekannten Sorten sein, die in der Industrie der beschichteten Schleifmittel verwendet werden.
Es wurde festgestellt, daß die beschichteten, schleifend wirkenden Produkte der vorliegenden Erfindung wesentlich längere Lebensdauer aufweisen, als jene, in die zerkleinerte Körner des früheren Standes der Technik eingearbeitet wurden. Sie neigen auch dazu, mit niedrigerer Geschwindigkeit zu schleifen und verleihen dem Werkstück eine weniger schwankende Oberflächenbeschaffenheit über wenigstens Abschnitte ihrer Lebensdauer, als dies beschichtete Schleifmittel des früheren Standes der Technik tun.
Unerwarteterweise wurde auch festgestellt, daß die Verwendung von beschichteten Schleifmitteln der vorliegenden Erfindung besonders bei Schleif-Arbeitsgängen mit niederem Anpreßdruck wirkungsvoll ist.
Ein einzigartiger Vorteil der Erfindung ist, daß nicht nur beschichtete, schleifend wirkende Produkte geschaffen werden können, die. wie gewünscht Schleiffilament-Teilchen mit verschieden Längen aufweisen, sondern daß die Größenverteilung für eine bestimmte Anwendung so genau oder unterschiedlich wie gewünscht sein kann, etwas das bisher mit. walzengebrochenen Schleifkörnern nicht erhalten werden konnte.
Ein weiterer Vorteil ist, daß beschichtete, schleifend wirkende Produkte der Erfindung Schleiffilamente einschließen können, die zu einer Vielzahl von Längen oder Aspektverhältnissen geschnitten wurden, um einen CAMI-sortierten Standardfilamentverschnitt nachzuahmen. Oder aber, die beschichteten Schleifmittel können einen bestimmten Verschnitt von Schleiffilamenten mit Übergröfle, Steuerungsfunktion und Feindurchmesser aufweisen.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Schleifpartikeln, die eine vorbestimmte Gestalt aufweisen, bei der Herstellung von beschichtetem, schleifend wirkendem Material ist, daß dies zu einem wirtschaftlicheren und rationelleren Gesamtvorgang der Herstellung führt.
Noch ein Vorteil ist, daß jene Produkte, die eine niedrigere Dichte der Körner an der Oberfläche aufweisen, sich gegenüber Produkten mit einer höheren Anzahl an Körnern pro Oberflächeneinheit oft günstiger verhalten.
Beschichtete, schleifend wirkende Produkte gemäß der Erfindung können in verschiedenen Formen zur Verfügung gestellt werden, z. B. Schleifblättern, welche verbessertes Verhalten in vielen Schleifanwendungen bieten.
Es wird festgestellt, daß die beschichteten, schleifend wirkenden Produkte der Erfindung zur wirksamen Verwendung von Schleifhilfsstoffen besonders gut angepaßt sind. Diese werden gewöhnlich auf die Oberfläche von schleifend wirkendem Material in Form einer Beschichtung aufgetragen. Die niedrige Bauform herkömmlicher Körner beschränkt die Menge an Schleifhilfsstoff, welche aufgetragen werden kann, da die Schleifkörner nicht zugedeckt werden sollten. Wegen der hohen Bauform der filamentösen Schleifteilchen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ist es jedoch möglich, weit mehr Schleifhilfsmittel einzuarbeiten, und das hat sehr günstige Folgen. Es ist auch möglich, die Schleifhilfsstoffe in einer reaktiveren Form, vielleicht in der Form eines Schaumes, anstatt als Mischung in einer Harzbeschichtung aufzutragen.
Die verwendeten Schleifhilfsstoffe können alle jene umfassen, die als wirksam bekannt sind, wie KBF₄, K₂TiF₆, NaCl, Schwefel und dergleichen.
Die vorhergehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung und den geschaffenen Beispielen gemeinsam mit den Zeichnungen offenbar werden, wobei:
1 eine fotografische Abbildung einer Draufsicht auf einen Teil eines beschichteten, schleifend wirkenden Produktes der Erfindung ist, das eine Schicht von Schleiffilamenten aufweist;
2 eine fotografische Abbildung einer Ansicht im Querschnitt eines beschichteten, schleifend wirkenden Produktes ist, wie in 1 gezeigt;
3 eine fotografische Abbildung einer Ansicht im Querschnitt eines anderen beschichteten, schleifend wirkenden Produktes der Erfindung ist, wobei Schleiffilamente verwendet werden, die ein größeres durchschnittliches Aspektverhältnis als das in 2 gezeigte Produkt aufweisen;
4 eine fotografische Abbildung einer Querschnittsansicht eines beschichteten, schleifend wirkenden Produktes ist, wobei die Schleiffilamente ein etwas geringeres durchschnittliches Aspektverhältnis als jene in 2 aufweisen;
5 eine fotografische Abbildung einer Querschnittsansicht eines beschichteten, schleifend wirkenden Produktes ist, wobei Schleifkörner verwendet werden, die durch herkömmliches Walzenbrechen erhalten wurden;
6(a), (b), (c), (d), (e) und (f) fotografische Abbildungen sind, die entsprechend zeigen: ein walzengebrochenes Sol/Gel-Aluminiumoxid-Schleifkorn der Körnungsnummer 50; ein herkömmliches walzengebrochenes Schmelz-Aluminiumoxid-Schleifkorn der Körnungsnummer 50; und walzengebrochene Sol/Gel-Aluminiumoxid-Schleiffilamente der Körnungsnummer 50 mit zufälligem (c) und steigendem (d, e, f) durchschnittlichem Aspektverhältnis, die bei der Herstellung von beschichteten, schleifend wirkenden Produkten gemäß der Erfindung verwendet werden;
7 ein Schaubild ist, das die Auswirkung von steigendem Aspektverhältnis auf den Gesamtschliff für beschichtete Schleifblätter gemäß der Erfindung, die Schleiffilamente aufweist; und
8 ein weiteres Schaubild ist, das die Auswirkung des Aspektverhältnisses der Schleiffilamente auf die Schleifleistung der beschichteten Schleifblätter zeigt.
9 eine S.E.M.-fotografische Abbildung (100-fach vergrößert) der Oberfläche eines beschichteten Produktes gemäß der Erfindung ist, das die Schleifteilchen in Deckbinder eingebettet zeigt.
10 eine 100 × S.E.M.-fotografische Abbildung der Oberfläche eines Produktes aus herkömmlichem, walzengebrochenem, geimpftem Sol/Gel-Korn mit einem Deckbinder ist.
11 eine 50 × S.E.M.-fotografische Abbildung des Schleifstaubes ist, der von der Verwendung eines beschichteten Produktes wie jenem, das in 9 gezeigt ist (Produkt der Erfindung), herrührt.
12 eine 50 × S.E.M.-fotografische Abbildung des Schleifstaubes ist, der von der Verwendung eines beschichteten Produktes, das in 10 gezeigt ist, herrührt (früherer Stand der Technik).
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird in 1 davon eine fotografische Abbildung eines beschichteten, schleifend wirkenden Produktes 10 gezeigt, das ein Unterlagselement 12 und eine oberste Oberflächenbeschichtung aus beschichtetem Schleifmittel 14 umfaßt. Das beschichtete Schleifmittel 14, wie es besser in 2 gesehen werden kann, umfaßt eine Grundschicht 16, eine Lage Schleiffilamente 18 und einen Deckbinder 20.
Für den Zweck dieser Anmeldung und der offenbarten Erfindung wird der Begriff "Schleiffilament(e)" zur Bezeichnung von länglichen keramischen Schleifkörpern verwendet, die jeweils einen gleichförmigen Querschnitt entlang ihrer Länge aufweisen und bei welchen die Länge mindestens das Zweifache der Maximalabmessung des Querschnittes beträgt. Die Schleiffilamente der Erfindung können gebogen oder verdreht werden, so daß die Länge entlang dem Körper und nicht unbedingt in einer geraden Linie gemessen wird.
Die Schleiffilamente 18 werden im allgemeinen durch Strangpressen oder Spinnen eines vorzugsweise beimpften Gels aus hydratisiertem Aluminiumoxid zu Endlosfilamenten, Trocknen der so erhaltenen Filamente, Schneiden oder Brechen der Filamente in die gewünschte Länge und anschließendes Brennen der Filamente bis zu einer Temperatur von nicht mehr als 1500°C erhalten.
Verschiedene Sol/Gel-Verfahren zur Herstellung von Gelen aus hydratisiertem Aluminiumoxid sind zum Beispiel in US-A-4.314.827 und US-A-4.623.364 beschrieben. Das Sol oder Gel enthält ein dispergiertes kristallines Impfmaterial in Submikrongröße oder einen Vorläufer davon in einer wirksamen Menge, um die Umsetzung der hydratisierten Aluminiumoxid-Teilchen zu Alpha-Aluminiumoxid beim Sintern zu erleichtern. Das wird gemeinhin das "geimpfte Sol/Gel-Verfahren" bezeichnet. Die Menge an Impfmaterial sollte etwa 10 Gewichts-% des hydratisierten Aluminiumoxids nicht übersteigen, und normalerweise wird bei Mengen über 5% kein Vorteil erzielt. Wenn das Impfmaterial richtig fein ist, können Mengen von etwa 0,5 bis 10% verwendet werden, wobei 1– 5% bevorzugt sind.
Im allgemeinen, wenn mehr Impfmaterial zugegeben wird, zum Beispiel mehr Alpha-Aluminiumoxid, kann das die Stabilität des Gels beeinträchtigen und das Strangpressen ziemlich erschweren. Ferner werden große Mengen an bereits vorliegendem Alpha-Aluminiumoxid in der Masse für das Strangpressen höhere Temperaturen erfordern, um Sintern zu erreichen. Wie oben angezeigt, führen jedoch höhere Temperaturen zu Kristallwachstum, und solche Produkte sind im allgemeinen minderwertig.
Beispiele für feste, mikrokristalline Impfmaterialien sind Beta-Aluminiumoxid, Alpha-Eisenoxid, Alpha-Aluminiumoxid, Gamma-Aluminiumoxid, Chromoxid und andere feine Teilchen, die eine Kernbindungsstelle für die gebildeten Alpha-Aluminiumoxid-Kristalle darstellen, wobei Alpha-Aluminiumoxid bevorzugt wird. Die Impfmaterialien können auch in Form eines Vorläufers wie einer Eisennitratlösung zugegeben werden. Im allgemeinen sollte das Impfmaterial mit Alpha-Aluminiumoxid isostrukturell sein und ähnliche Kristallgitterparameter (innerhalb von 15%) aufweisen und im getrockneten Gel bei den Temperaturen vorhanden sein, bei welchen Umsetzung zu Alpha-Aluminiumoxid stattfindet (etwa 1000° bis 1100°C).
Die rohen Schleiffilamente können aus dem Gel durch eine Vielzahl von Methoden gebildet werden, wie durch Strangpressen oder Spinnen. Das Strangpressen ist für rohe Filamente mit einem Durchmesser zwischen 0,25 und 1,5 mm besonders zweckdienlich, die nach dem Trocknen und Brennen ungefähr einen gleichen Durchmesser aufweisen wie die Sieböffnungen, die je nachdem zur Trennung von Schleifkörnern der Körnungsnummer 100 bis Körnungsnummer 24 verwendet werden. Das Spinnen ist für gebrannte Filamente mit einem Durchmesser von weniger als 100 μm besonders geeignet. Gebrannte Filamente, die nur 0,1 μm (0,0001 mm) fein sind, wurden gemäß der Erfindung durch Spinnen hergestellt. Beim Brennen verringert sich der Durchmesser der rohen Filamente um etwa 50% ihres stranggepreßten Durchmessers.
Gele, die für das Strangpressen am besten geeignet sind, sollten einen Feststoffgehalt von 30% bis 65% und vorzugsweise von 45% bis 64% aufweisen. Der optimale Feststoffgehalt verändert sich unmittelbar mit dem Durchmesser des stranggepreßten Filaments, wobei ein Feststoffgehalt von 60% für die Filamente bevorzugt wird, deren gebrannter Durchmesser annähernd der Sieböffnung für ein gebrochenes Schleifkorn der Körnungsnummer 50 (etwa 0,28 mm) entspricht.
Das Spinnen gemäß der Erfindung kann durch Aufbringen einer Gelmenge auf eine Scheibe erfolgen, die dann gedreht wird, um rohe Filamente wegzuschleudern, wobei diese nahezu sofort an der Luft trocknen. Oder aber kann das Gel in eine Siebtrommel eingebracht werden, in deren Umfang Öffnungen oder Schlitze einer für die rohen Filamente gewünschten Größe gebohrt sind, und die Trommel wird zum Beispiel mit 5000 U/min gedreht, um die Filamente zu bilden. Es können auch andere bekannte Spinnmethoden zur Bildung der rohen Filamente verwendet werden. Zum Spinnen liegt der zweckmäßigste Feststoffgehalt zwischen etwa 20% bis 45%, wobei etwa 35% bis 40% bevorzugt sind.
Wenn die Filamente durch Spinnen geformt werden, ist es wünschenswert, etwa 1% bis 5% eines nichtglasbildenden Spinnhilfstoffes wie Polyethylenoxid dem Sol zuzugeben, aus dem das Gel gebildet wird, um dem Gel die zur Filamentformung gewünschten viskoelastischen Eigenschaften zu verleihen. Die optimale Menge an Spinnhilfsstoff ändert sich umgekehrt zum Feststoffgehalt des Gels. Der Spinnhilfsstoff wird aus den Filamenten während des Calcinierens oder Brennens ausgebrannt. Da nur eine sehr geringe Menge zugegeben werden muß (im allgemeinen überhaupt keine beim Strangpressen), werden die Eigenschaften der gebrannten Filamente nicht wesentlich beeinträchtigt.
Den stranggepreßten Gelfilamenten können verschiedene gewünschte Formen verliehen werden, indem das Gel durch Düsen stranggepreßt wird, welche die für den Querschnitt des Filamentes gewünschte Form aufweisen. Die können zum Beispiel quadratisch, rautenförmig, oval, rohrförmig oder sternförmig sein. Am häufigsten jedoch ist der Querschnitt rund. Wenn die Gelfilamente einen verhältnismäßig großen Querschnitt aufweisen oder aus einem Gel hergestellt wurden, das eine große Menge Wasser enthält, kann es notwendig sein, sie bei einer Temperatur unter 100°C 24–72 Stunden lang zu trocknen, bevor sie einer Erwärmung über 100°C unterworfen werden. Wenn die Gelfilamente einen verhältnismäßig dünnen Querschnitt aufweisen oder aus Gelen mit sehr hohem Feststoffgehalt hergestellt werden, kann eine Trocknung unnotwendig sein.
Die anfangs geformten Endlosfilamente werden vorzugsweise zu Längen der für die Schleifanwendung maximal gewünschten Abmessung gebrochen oder geschnitten. Im allgemeinen wird jeder Formungs- oder Trennvorgang, der zur Umwandlung der Endlosfilamente in einzelne Körper oder zur Veränderung ihrer Form erforderlich ist, am besten in der Gelstufe oder in der getrockneten Stufe ausgeführt, da er an diesen Punkten mit weitaus geringerem Aufwand durchgeführt werden kann, als wenn versucht wird, die viel härteren und stärkeren Körper zu bearbeiten, die nach dem abschließenden Brennen gemäß der Erfindung gebildet werden. So können die Endlosfilamente, wenn sie aus dem Mundstück der Strangpresse laufen, zu einem Filament mit gewünschter Länge durch jedes geeignete einschlägige Mittel vermindert werden, zum Beispiel durch einen rotierenden Drahtschneider, der angrenzend an die Fläche des Mundstückes montiert ist. Oder aber können die getrockneten Filamente gebrochen oder leicht zerkleinert werden, und dann nach den gewünschten Längenbereichen sortiert werden.
Nachdem die Gelfilamente nach Wunsch geformt und geschnitten oder zerkleinert und, falls erforderlich, getrocknet wurden, werden sie durch kontrolliertes Brennen zu Filamenten mit der endgültigen Form umgewandelt. Das Brennen sollte ausreichen, um im wesentlichen den gesamten Aluminiumoxidgehalt der Gelfilamente in kristallines Alpha-Aluminiumoxid umzuwandeln, aber sollte weder hinsichtlich der Temperatur noch der Dauer übermäßig sein, da ein übermäßiges Brennen unerwünschtes Korn- und Kristallitwachstum fördert. Im allgemeinen ist ein Brennen bei einer Temperatur zwischen 1200°C bis 1350°C über jeweils 1 Stunde bis 5 Minuten angebracht. Bei gröberen Filamenten geht dem Brennen vorzugsweise Trocknen bei etwa 400–600°C für jeweils etwa einige Stunden bis etwa 10 Minuten voraus, um die verbleibenden flüchtigen Substanzen und gebundenes Wasser zu entfernen, die eine Rißbildung bei den Filamenten während des Brennens verursachen könnten. Insbesondere bei Filamenten, die aus beimpften Gelen gebildet werden, läßt ein übermäßiges Brennen größere Körner die meisten oder alle der kleineren Körner um sich herum absorbieren, wodurch die Gleichförmigkeit des Produktes im mikrostrukturellen Maßstab vermindert wird.
Die Schleiffilamente dieser Erfindung sollten vorzugsweise ein Aspektverhältnis, d. h. ein Verhältnis zwischen der Länge entlang der Haupt- oder Längsausdehnung und dem größten Ausmaß des Filamentes entlang irgendeiner Dimension senkrecht zu der Hauptausdehnung, von im Durchschnitt mindestens 2 : 1 aufweisen. Wenn der Querschnitt anders als rund, z. B. polygonal ist, wird die längste Abmessung senkrecht zu der Längsrichtung zur Bestimmung des Aspektverhältnisses verwendet.
Es sollte jedoch verstanden werden, daß das Aspektverhältnis einer bestimmten Charge Schleiffilamente abhängig irgendwie von der genauen Art des Zerteilens der Filamente schwanken kann. So kann eine bestimmte Charge einige Filamente mit Aspektverhältnissen geringer als 2 : 1 und einige mit mehr als 2 : 1 aufweisen, jedoch sollten im Durchschnitt jene Filamente, die zur Verwendung in beschichteten, schleifend wirkenden Produkten der Erfindung gewünscht sind, ein Aspektverhältnis von mindestens 2 : 1 aufweisen.
Vorzugsweise liegt das Aspektverhältnis im Bereich von 2 bis 8, obwohl längere Filamente auch in vielen Anwendungen zweckdienlich sind. Im allgemeinen werden beschichtete, schleifend wirkende Produkte, die Schleiffilamente mit niedrigerem Aspektverhältnis aufweisen, sich geeigneter für Anwendungen mit hohem Anpreßdruck herausstellen, und jene mit Filamenten mit hohem Aspektverhältnis werden sich als geeigneter bei Anwendungen mit niedrigem Anpreßdruck herausstellen. Die nützlichsten Filamente bei der Durchführung der Erfindung haben eine Härte von mindestens 16 GPa und vorzugsweise mindestens 18 GPa für die meisten Anwendungen (Vickers Eindruckprüfgerät, 500 gm Last) und besitzen vorzugsweise mindestens 90% und üblicherweise insbesondere mindestens 95% der theoretischen Dichte. Reines dichtes Alpha-Aluminiumoxid besitzt eine Härte von etwa 20–21 GPa. Die in der Durchführung der Erfindung verwendeten Schleiffilamente weisen eine Drehung in ihrer Längsabmessung auf oder sind etwas gekrümmt oder gebogen.
Für die Schleiffilamente der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß sie beschichtete, schleifend wirkende Produkte hervorbringen, welche den schleifend wirkenden Produkten der selben Sorte überlegen sind, welche übliches zerkleinertes Schleifkorn enthalten, selbst wenn es aus demselben Material ist und dieselbe Mikrostruktur und denselben Durchmesser hat.
Die Herstellung der beschichteten, schleifend wirkenden Produkte 10 der Erfindung kann zum Großteil durch herkömmliche Methoden ebenso durch Fachleute bewerkstelligt werden. Das Unterlagselement 12 kann aus jeglichem Material bestehen, das nun herkömmlicherweise zur Herstellung von beschichteten Schleifmittel verwendet wird. Dies umfaßt Papier, Folie, gewebte oder nahtgeheftete Stoffe, wie Rayon, Baumwolldrilliche, Nylon und Polyester, vulkanisierte Faser, formbeständige Polyesterfolie und dergleichen, wobei diese ziemlich abhängig von beabsichtigten Endzweck der beschichteten, schleifend wirkenden Produkte mit verschiedenen Materialien beleimt werden. Die Deckbinder- und Füllmaterialien für das Unterlagselement, falls verwendet, können Stärke, Klebstoff, abgefüllt oder anders wie gewünscht, oder aus einem harzartigen Material wie Phenolaldehyd sein.
Die Verbundschicht oder Grundschicht 16 kann aus einem harzartigen Material, z. B. Phenolaldehyd, Epoxidharz und dergleichen sein. Diese Schicht kann, wenn gewünscht, einen sandartigen Deckbinder 16 darüber aufweisen. Wenn der sandartige Deckbinder aus einem hitzegehärteten, harzartigen Material besteht, kann die Grundhaftschicht wie gewünscht entweder aus kleberartigem oder harzartigem Material sein.
Ein Beispiel eines herkömmlichen Grundklebers umfaßt eine Lösung, die 48% Phenolformaldehydharz-Feststoffanteil und 52% Kalziumcarbonat als Füllmittel enthält. Der Auftragung der Grundschicht auf das Unterlagselement folgend kann das Grundschichtharz auf herkömmliche Weise vorgehärtet werden, zum Beispiel für 30 Minuten bei 107°C, abhängig von der Formulierung. Die Schleiffilamente werden dann gemäß den üblichen elektrostatischen Verfahren aufgetragen, wobei Aufwärtstreiben oder -schleudern bevorzugt wird. Dem kann dann das Aufbringen des Deckbinders oder -klebstoffes folgen, wobei ein Beispiel dessen eine herkömmliche Lösung ist, die 48% Phenolformaldehydharz und 52% Calciumcarbonat als Füllmittel enthält. Das beschichtete Schleifmittel wird dann einer endgültigen Härtung unterzogen, typischerweise bei 107°C für 10 Stunden, um das Harz in der Grund- und Deckbinderschicht zur gewünschten Härte zu härten.
Herkömmliche, mit Strahlung härtbare (E-Strahl oder UV) Harze, die bei der Herstellung von beschichteten Schleifmitteln verwendet werden, können, wenn gewünscht, auch für irgendeine oder alle der deckenden oder haftenden Schichten verwendet werden.
Das Auftragen der Haftschichten auf das Unterlagselement wird im allgemeinen gemäß den herkömmlichen Beschichtungsverfahren, z. B. Walzenbeschichtung, bewerkstelligt. Wenn jedoch verhältnismäßig lange Schleiffilamente verwendet werden, kann die Deckbinderschicht lieber durch Spritzbeschichtung oder andere Verfahren als Walzenbeschichtung aufgetragen werden, um übermäßiges Zerbrechen oder Zerquetschen der Schleiffilamente zu vermeiden.
Wenden wir uns nun der 5 der Zeichnungen zu, wo zum Vergleich beschichtetes, schleifend wirkendes Material 22 gemäß dem früheren Stand der Technik gezeigt wird, welches Schleifkörner 24 enthält, die durch herkömmliche Walzenbrechverfahren erhalten werden. Man kann leicht den Unterschied im Aufbau verstehen, der durch beschichtetes, schleifend wirkendes Material dieser Erfindung, wie in 1 –4 gezeigt, geboten wird. Der Unterschied im Aufbau der Schleiffilamente, die zur Herstellung von beschichtetem, schleifend wirkendem Material der Erfindung verwendet wird, kann leichter mit Bezug auf 6 verstanden werden. In dieser Figur werden die unregelmäßigen, dreidimensional geformten Körner 26 in 6(a) gezeigt, die durch herkömmliches Walzenbrechen von Sol/Gel-Aluminiumoxid- Schleifmittel erhalten werden. Diese unregelmäßig geformten Körner sind ähnlich geformt wie die in 6(b) gezeigten Schmelz-Aluminiumoxidkörner 28, die durch herkömmliche Walzenbrechverfahren erhalten werden. In den 6(d–f sind verschiedene Chargen Schleiffilamente gezeigt, die zur Herstellung von beschichtetem, schleifend wirkendem Material gemäß der Erfindung verwendet werden. 6(c) zeigt eine Charge Schleiffilamente 18 mit zufälligen Aspektverhältnissen, wobei kein Versuch unternommen wurde, die Filamente nach der Größe zu ordnen. Derartige Schleiffilamente weisen ein durchschnittliches Aspektverhältnis von 4,1 : 1 auf. Die Schleiffilamente 18 in 6(d), (e) und (f) weisen durchschnittliche Aspektverhältnisse von 3,6 : 1; 5,1 : 1 beziehungsweise 8,5 : 1 auf. Wie leicht aus den Zeichnungen verstanden werden kann, haben die Sol/Gel-Schleiffilamente 18 im wesentlichen durchwegs entlang ihrer Längsausdehnung einen runden Querschnitt. Auf der anderen Seite sind walzengebrochene Sol/Gel-Körner 26, ebenso wie die walzengebrochenen Schmelz-Aluminiumoxid-Körner 28 von unregelmäfliger Gestalt. Einige sind verhältnismäßig lang und andere sind von blockförmiger Gestalt. Für keine wird angenommen, daß sie eine durchwegs gleichförmige Querschnittsform aufweisen.
Die 9 und 10 zeigen deutlich die unterschiedliche physikalische Erscheinung der Oberfläche des Produktes der Erfindung und diejenigen des früheren Standes der Technik.
Die 11 und 12 zeigen den Schleifstaub, der durch die in 9 und 10 gezeigten Strukturen erzeugt wird. Es sollte beachtet werden, daß das Produkt der Erfindung einen sauberen kontinuierlichen Schleifstaub erzeugt, was von vorzüglichem Schleifen zeugt. 12 zeigt jedoch gesplitterten Schleifstaub, gemischt mit kleinen Kügelchen aus geschmolzenen Metall, was eine verhältnismäßig schlechte Schleifleistung anzeigt.
Es wurde festgestellt, daß die beschichteten Schleifmittel der vorliegenden Erfindung ausgeprägte Vorteile gegenüber den Produkten des früheren Standes der Technik aufweisen, welche weniger gleichmäßige Gestalten aufweisen und welche dem Werkstück mit einer Vielzahl von Anordnungen gegenübertreten. Viele dieser Vorteile stammen unmittelbar von der Gestalt des Korns.
In Schleifversuchen, die mit einer Vielzahl von angewendeten Drücken mit Band- und Blattproduktformen ausgeführt wurden, steht der Grad an Leistungsverbesserung mit den Werten für das Aspektverhältnis in enger Wechselbeziehung. Der Gesamtschliff erhöhte sich mit dem Aspektverhältnis bis zu einem bestimmten Wert, der von der Produktsorte, Anpreßdruck und anderen Versuchsbedingungen abhängig war. Zum Beispiel verursachte in einem Stoßschleifversuch mit Band bei 5,52 bar (80 psi) die Erhöhung des Aspektverhältnisses auf größer als 3 keine Verbesserung in der Leistung. Die Leistung stieg nicht mit den hohen Werten für das Aspektverhältnis grenzenlos an, weil die größere Länge ein größeres Hebelmoment am Sockel des Korns erzeugte und die sich ergebende Beanspruchung die Körner rasch zerbrach. Auf Faserscheibenprodukten fiel die Leistung mit einem niedriger angewendeten Druck von etwa 0,34 bar (etwa 5 psi) nicht ab, bis ein wesentlich höheres Aspektverhältnis erreicht wurde.
Ein höheres Aspektverhältnis, wurde festgestellt, beeinflußt die Schleifleistungsmechanismen auf vier Arten durch Schaffung von:

– einer breiteren Verteilung von Schleifkanten
– weniger Berührungspunkten pro Flächeneinheit
– gesteigerte Schleifstaubbeseitigung
– Stützung oder Anhäufung von Körnern

Mit höheren Aspektverhältnissen werden die Schleifkanten über eine größere Höhe oder Dicke über der Unterlage verteilt, was das beschichtete Produkt mit mehreren Gruppen von Schleifkanten auf verschiedenen Ebenen schleifen läßt. Die erste Gruppe Körner mit dem größten Aspektverhältnissen bricht letztlich infolge von innerer Beanspruchung der Faser zusammen, und eine neue Gruppe von kürzeren, unverbrauchten Körnern wird freigelegt und beginnt zu schleifen. Falls die örtlichen Kantenbeanspruchungen die Faserbeanspruchungen übertreffen, dann zerspanen die Kanten unter Bildung neuer Kanten und einer Schärfungswirkung. Anfänglich arbeiten die Körner mit hohem Aspektverhältnis hauptsächlich durch Freilegung neuer Körner; später, wenn sich das Hebelmoment verringert, wird die Arbeitsweise der Kantenschärfung vorherrschender.
Mehrere Versuche und Prüfungen unterstützten diese Deutung des Mechanismus. Während der Prüfung stieg mit einer Erhöhung im Aspektverhältnis der Gewichtsverlust des Produktes pro Zeitabschnitt von 2 : 1 auf 3 : 1 an. Bei Versuchen mit Blättern bei niedrigem Druck und Bändern bei hohem Druck, wobei unterbrochene Zyklen verwendet wurden, um Beobachtungen der Kornabnützung und -zerfall zu ermöglichen, traten die oben beschriebenen Brucharten während des Schleifens auf. Die visuelle Prüfung ebenso wie Untersuchungen der Profilbeschaffenheit der Oberfläche zeigten auch, daß die Kornspitzen in Produkten gemäß der Erfindung über einen weiteren Bereich von Höhen verteilten sind als in Produkten aus herkömmlichem, gebrochenem SG-Korn und daß sich der Bereich mit dem Aspektverhältnis vergrößert. Zusätzlich verbesserten sich die Oberflächenbeschaffenheit (Ra oder arithmetisches Mittel) und das Arbeitsband. Das Arbeitsband wird durch Feststellen des Durchschnitts der höchsten Punkte und der niedrigsten Punkte von zehn verschiedenen Abschnitten und Berechnen des Unterschieds bestimmt. Das Arbeitsband liefert eine bessere Angabe darüber, wieviel Material über der Ebene des Deckklebers zu Verfügung steht, um die Arbeit zu verrichten.
Bei gleichen Korngewichten weist ein beschichtetes Produkt gemäß der Erfindung eine mehr "offene" Beschichtung, oder anders gesagt weniger Körner pro Flächeneinheit auf der Unterlage auf, da die Punkte über eine größere Höhe verteilt sind und jedes Korn schwerer ist. Weniger mögliche Berührungspunkte pro Flächeneinheit führen zu einer höheren Kraft pro Korn. Wenn das Korn die höhere Belastung aushalten kann, dann wird ein tieferer und deswegen kühlerer und wirksamerer Schliff bewerkstelligt. Während jede Kornkante mehr Material entfernt als eine gebrochene, pyramidale Kornzacke, schleift das Produkt aus gebrochenem Korn mit mehr Kornspitzen, und daher sind die anfänglichen Schleifgeschwindigkeiten etwa gleich oder das gebrochene Korn kann sogar eine leicht höhere anfängliche Schleifgeschwindigkeit aufweisen. Die Körner, die in den Produkten der Erfindung verwendet werden, behalten jedoch eine höhere Schleifgeschwindigkeit bei und halten länger. Beobachtungen von dickeren, breiteren Teilchen im erzeugten Schleifstaub stützen diesen Mechanismus (siehe zum Beispiel 11 und 12). Profilmessungen zeigen auch, daß die Zackendichte (Zacken/2,54 cm (Zacken/Zoll)) mit zunehmendem Aspektverhältnis abnimmt.
Ein dritter auftretender Mechanismus ist die Steigerung in der Schleifstaubbeseitigung, die von den rauheren und offeneren Produkten der Erfindung geliefert werden. In Prüfungen mit Faserblättern mit einer großen Berührungsfläche nimmt der Schleifstaub, der durch die Produkte der Erfindung erzeugt wird, in der Länge mit steigendem Aspektverhältnis aufgrund der höheren Schleifstaubbeseitigung zu. Während der Prüfung zeigten die Faserblätter keine Anzeichen von Belastung bis zum Ende der Prüfung, was anzeigt, daß die Anhäufung von Metall den Schleifvorgang stört und die Lebensdauer verkürzt.
Wenn das Aspektverhältnis der Körner zunimmt, liegen die Körner gegeneinander und stützen einander mit einer Wirkung ähnlich einer Anhäufung. Die Gruppe von Körnern stützt sich gegenseitig, und während sie eine große Masse aufweisen, ist die Oberflächenbeschaffenheit des Werkstückes bestimmt durch die Größe der Schleifkanten auf den einzelnen Körnern.
Das höhere Aspektverhältnis alleine kann die überlegene Leistung des filamentartigen Korns nicht vollständig erklären. Mit einem niedrigen mittleren Aspektverhältnis von 1,9 : 1 übertraf das Korn noch immer das herkömmlich gebrochene S. G.-Korn mit einem nur geringfügig niedrigeren Aspektverhältnis von 1,5 : 1. Es zeigt sich daher, daß die regelmäßige, zylindrische Gestalt des Korns bei der Steuerung der Schleifleistung wichtig ist.
Die zylindrische Gestalt wirkt sich auf die Schleifleistung auf vier Arten aus:

– Körner mit einem Neigungswinkel von Null oder nahe Null vermehrt
– mehr gleichförmige Belastungsverteilung im Korn
– längere, kontinuierliche Schleifkanten
– Schleifstaub wird gesteuert und von der Schleifzone weggelenkt.

Bei passender Ausrichtung liefert das in der Erfindung verwendete Korn einen Neigungswinkel von Null oder nahe Null in Bezug auf das Werkstück und der Schneidefläche des Korns. Der Neigungswinkel wird, ungeachtet der Rotationsausrichtung um die Kornachse, Null bleiben, wenn das Korn eine radialsymmetrische Gestalt besitzt. Der Neigungswinkel von Null ermöglicht dem Korn, einen bandartigen Span zu schneiden, was Wärme, Reibung und Verschleiß vermindert. Das Korn verhält sich vielmehr wie ein Miniaturschneidewerkzeug als wie ein herkömmliches, gebrochenes Schleifkorn. Der negative Neigungswinkel des kennzeichnenden, pyramidal geformten, gebrochenen Korns läßt die Kornspitze oder -kante durch das Metall pflügen; eher treten Schmelzen, Zerreißen und Verschmieren denn Schleifen auf. Die Temperaturen und Drücke, die sich während des Schleifvorganges entwickeln, sind gemäß vieler Berechnungen in der technischen Literatur und durch Beobachtungen von metallurgischen Veränderungen im Werkstückmaterial außerordentlich hoch. Jeglicher Mechanismus, der den Schleifstaub aus der Schleifzone entfernt, wird den Verschleiß an der Schleifkante mindern und die Beständigkeit und Lebensdauer erhöhen. Die Unterschiede zwischen den Schleif/Pflüge-Vorgängen ist in den SEM-Fotografien in 11 und 12 veranschaulicht. Diese bestätigen, daß die Körner, die in den Produkten der Erfindung verwendet werden, Material mehr mit einer Schneideals mit einer Pflugwirkung entfernen.
Bei passender Ausrichtung hilft die zylindrische Gestalt des filamentartigen Korns, den Schleifstaub von der Schleifzone weg zu lenken. 11 zeigt, daß die Schleifstaubteilchen einen konkaven Kanal auf der geschnittenen Oberfläche aufweisen. Die konvexe, zylindrische Kornoberfläche verkeilt sich in den Schleifstaub, wobei sie die Bewegung des Schleifstaubes auf eine Wegbewegung von der Schleifkante und vom Werkstück einschränkt.
Die gleichmäßige, zylindrische Gestalt bringt auch eine einheitlichere Belastungsverteilung, verglichen mit den sehr scharfen, unregelmäßig geformten, gebrochenen SG-Körnern. Da eine konvexe, zylindrische Oberfläche in das Werkstück gestoßen wird, werden sich stauchende Kräfte in einigen Zonen der Stirnseite des Korns entwickeln. Herkömmliches, gebrochenes SG-Korn weist oft konkave Oberflächen und konkave Flockengestalten auf, aufgrund seiner Neigung, auf eine muschelartige Weise zu brechen. Wenn die konkaven Formen in das Werkstück gestoßen werden, werden sich gewöhnlich Dehnungsbelastungen in einigen Zonen des gebrochenen Korns entwickeln. Keramikgegenstände können viel höhere Belastung bei Stauchung als bei Dehnung aushalten. Folglich kann das Korn höheren Belastungen vor dem Ausfallen standhalten, und daher sind tiefere Schliffe möglich, welche die Lebensdauer erhöhen. Gebrochene Körner haben auch viele Risse und Kerben oder Unregelmäßigkeiten auf ihrer Oberfläche, welche die angewendete Beanspruchung vergrößert oder konzentriert. Mit herkömmlichen Brechverfahren ist es unmöglich, die konkaven Oberflächen und die die Beanspruchung konzentrierenden Kerben zu beseitigen. während die schärferen Kanten des gebrochenen Korns eine höhere anfängliche Schleifrate in Prüfungen mit Bändern hervorrufen, weist das gebrochene Korn eine höhere Neigung auf, unter den Schleifkräften aufgrund höherer Konzentrationsstufen der Beanspruchung zu zerbröckeln.
Die zylindrischen Körner, die in den Produkten der Erfindung verwendet werden, weisen lange, kontinuierliche Schneidekanten auf, welche im Vergleich mit den kürzeren, schartigen Kanten des herkömmlichen gebrochenen Korns breitere Spanbänder erzeugen und den Verschleiß über eine längere Arbeitskante verteilen. Die längere Schleifkante sollte längere Zeit benötigen um abzustumpfen, und ist daher länger beständig. Beobachtungen während unterbrochener Schleifprüfungen weisen darauf hin, daß die Verschleißplateaus an der oberen Oberfläche der Körner sich, verglichen mit gebrochenem SG-Korn, mit einer niedrigeren Geschwindigkeit entwickeln.
BESCHREIBUNG DER BESONDEREN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgenden Beispiele erläutern bestimmte, besondere Ausführungsformen dieser Erfindung; diese Beispiele sind jedoch nur für Zwecke der besseren Veranschaulichung der hierin offenbarten Erfindung angeführt und sollen nicht als Einschränkungen auf die Erfindung ausgelegt werden.
BEISPIEL 1
Bewertung der Leistung von Schleiffilamenten gegenüber walzengebrochenem Sol/Gel-Aluminiumoxid-Korn
In diesem Beispiel wurden beschichtete Schleifblätter, die Schleiffilamente aus geimpftem Gel-("S. G.")-Aluminiumoxid umfassen, die einen mittleren Durchmesser (0,33 mm (0,013'')) annähernd gleich zur CAMI-Klasse entsprechend der Körnungsnummer 50 (0,35 mm (0,01369'')) aufweisen, gegenüber Schleifkörnern aus geimpften Gel-Aluminiumoxid bewertet, die durch Walzenbrechen des getrockneten Gels, wie herkömmlicherweise gemacht, erhalten werden. In jedem Fall lagen die Kristallitgrößen unter 1 μm (alle Kristallitgrößen hierin werden mit dem "Achsenabschnitt"-Verfahren gemessen). Die Schleiffilamente wurden mit verschiedenen Längen geschaffen, wobei sie Aspektverhältnisse zwischen etwa 2 : 1 bis etwa 12 : 1 in einer Art aufwiesen, die ziemlich vergleichbar mit der Verteilung der verschiedenen Längen von Schleifkorn ist, das durch Walzenbrechen erhalten und sortiert wurde. Nichtsdestoweniger sollte verstanden werden, daß die Schleiffilamente sich nicht wirklich für eine solche Korngrößenaufteilung eignen. Im Falle der Schleiffilamente sind im Gegensatz zu herkömmlichem walzengebrochenem Korn zwei Ausdehnungsrichtungen aller Filamente gleich. Das walzengebrochene Gelmaterial wies eine Größenverteilung von +8,2 +3,1 auf.
Beschichtete Schleifblätter (17,78 cm (7'') Durchmesser, 2,22 cm (7/8'') mittige Öffnung) wurden unter Verwendung von herkömmlichen Herstellungsverfahren für beschichtete Schleifmittel, herkömmlichen Unterlagen mit 0,76 mm (0,030'') Dicke aus vulkanisierten Fasern und herkömmlichen Resol/Phenolharz-Grund- (48% Harz, 52% Füllstoff), die mit Kalziumcarbonat gefüllt sind, und Deckbinder (48% Harz, 52% Füllstoff) hergestellt. Der Füllstoff, der im Deckbinder verwendet wurde, war jedoch Kryolith anstelle von Calciumcarbonat. Das Harz für die Grundschichte wurde nach dem Aufbringen der Schleiffilamente 5 Stunden lang bei 107°C (225°F) vorgehärtet, gefolgt von einer abschließenden Härtung nachfolgend zur Aufbringung der Deckbinderschicht 10 Stunden lang bei 107°C. Die Beschichtung wurde unter Verwendung von herkömmlichen Walzenbeschichtungsverfahren in einem Durchlauf mit Härtung in einem Gebläseluftofen bewerkstelligt. Die Gewichte der Harzbeschichtung (Naßgewicht) waren wie folgt: Grundschicht, 15#/Rm; und Deckbinderschicht, 23#/Rm. Ein Ries ("Rm") ist gleich 30,66 m² (330 Quadratfuß) Beschichtungsfläche. Die walzengebrochenen Schleifkörner und die filamentförmigen Schleifpartikel wurden gemäß üblicher Verfahren unter Verwendung von elektrostatischem, nach oben gerichtetem Schleudern beschichtet. Die Beschichtungsgewichte für die verschieden geprüften Blätter sind in untenstehender Tabelle 1 angegeben:
TABELLE 1 Faserblättereigenschaften für die Prüfung, die filamentförmige Schleifmittel gegenüber walzengebrochenem Korn bewertet
Das walzengebrochene Schleifkorn (Vergleichsprodukt, Blatt-Nr. 1) hatte die folgende Standardzusammensetzung:
Andere Eigenschaften: Dichte 3,89 (Wasserpyk.), 3,88 (Heliumpyk.); Härte 20,7 (GPa); und durchschnittliche Kristallitgröße 0,17 μm.
Die Schleiffilamente hatten dieselbe Standardzusammensetzung, wobei sie ein Aspektverhältnis von 2 bis 12 (durchschnittliches Aspektverhältnis 6–7) aufwiesen. Wie von den obigen Werten angezeigt, führt die Verlängerung der Schleuderzeit zu einer bedeutenden Erhöhung des Gewichts des beschichteten Korns.
Die gehärteten Blätter wurden nach dem Zuschneiden zuerst auf herkömmliche Weise unter Verwendung einer Gummiwalzenbiegemaschine 0°–90° gebogen, um die harte Harzhaftschicht (Grund- und Deckbinderschicht) kontrolliert einzureißen, und wurden dann gemäß herkömmlicher Verfahren geglättet, wonach sie in herkömmlich durchgeführten Prüfungen für die Bewertung von Faserscheiben für die Abstumpfung bei niedrigem (112 DsIII) und hohem (112 Dsh, 112 Dss) Anpreßdruck verwendet wurden. Im allgemeinen erfordern solche Prüfungen das Anbringen des Schleifblattes auf ein mittelhartes Auflagegummistück, welches selbst auf eine horizontal angeordnete motorgetriebene Welleneinheit aufgezogen ist, die auf einem Schlitten befestigt ist, welcher sich in horizontaler Richtung frei auf reibungsfreien Lagern einwärts zu einem hydraulisch betriebenen Objektträger hin- und von ihm wegbewegen kann. Der Objektträger ist angepaßt, um entweder ein Winkelprofil mit den Maßen 2,54 cm (1'') × 2,54 cm (1'') × 24,76 cm (9–3/4'') – 0,32 cm (1/8'') oder eine lange flache Platte mit den Maßen 7,62 cm (3'') × 0,48 cm (3/16'') × 38,1 (15'') aufzunehmen, und bewegt sich horizontal in eine Richtung 90° zu der Welle, die sich mit einem vorbestimmten Geschwindigkeitsverhältnis über eine vorbestimmte Strecke zurück und nach vor bewegt. Die Prüfvorrichtung ist auf einem soliden Stahltischunterbau befestigt, der während des Betriebes Standfestigkeit gewährt. Die Schleifkraft wird durch Aufhängen eines Totgewichtes auf ein Laufrollensystem angewendet, das an den beweglichen Schlitten, auf dem die Welle (das Blatt) befestigt ist, angekoppelt ist. Das Blatt ist in einem Winkel von 10° zur Parallelen zum Objekthalter bereitgestellt.
Prüfung 112 Dsh – ist eine Abstumpfungsprüfung bei hohem Anpreßdruck (mit 4,54 kg (10 lb.) Druck für Korn der Körnungsnummer 50, 5,44 kg (12 lb.) – Körnungsnummer 36), wobei das Faserblatt verwendet wird, den 0,32 cm (1/8'') dicken Rand eines Winkelprofiles (0,32 cm (1/8'')) für Bauzwecke aus 1018er Kohlenstoffstahl mit den Maßen 2,54 cm (1'') × 2,54 cm (1'') × 24,76 (9–3/4 Zoll) zu schleifen. Das winkelförmige Werkstück wird zuerst gewogen und wird dann am Objektträger befestigt, welcher sich über eine Strecke von 24,76 cm (9–3/4'') in einem Takt von 8–1/2 Stößen/min und einer linearen Geschwindigkeit von 2,13 m/min (7 ft/min) zurück und nach vor bewegt. Das Schleifblatt wird mit 3450 U/min gedreht. Der Schleifzyklus dauert zwei Minuten, wonach der Winkelprüfling entfernt und der Gewichtsverlust vermerkt wird. Dieser Zyklus wird dann mit neuen Winkelprüflingen wiederholt, die wie erforderlich eingespannt werden, bis die minimale Schleifgeschwindigkeit von 10 Gramm/min erreicht ist. Das beendet die Prüfung. Die Werte werden in entfernten Gramm (gms) pro Zeitabschnitt von zwei Minuten, Zahl der Zeitabschnitte bis zum Prüfende, und als Gesamtschliff (gms), der durch das zu bewertende Blatt entfernt wurde, vermerkt. Die Prüfergebnisse werden üblicherweise in Prozenten eines Vergleichsblattes gezeigt.
Prüfung 112 Dss – Diese Prüfung stimmt mit der Prüfung 112 Dsh genau überein, außer daß der Prüfling ein Winkel aus rostfreiem 304er-Stahl anstelle des Winkels aus Kohlenstoffstahl ist, der Zeitabschnitt des Schleifens ist eine Minute, und das Prüfungsende ist nach 10 Zeitabschnitten. Die Schleifkraft ist zudem 3,18 kg (7 lb.) für Scheiben mit Körnungsnummer 50 und 4,54 kg (10 lb.) für Scheiben mit Körnungsnummer 36.
Prüfung 112 DsIII – Diese Prüfung ist der Prüfung 112 Dsh ähnlich, außer daß es eine Prüfung bei niedrigem Anpreßdruck ist – 10 lb. Kraft – der Prüfling ist eine lange, kaltgezogene Platte aus Kohlenstoffstahl mit den Maßen 7,62 cm (3'') × 0,48 cm (3/16'') × 38,1 cm (15''), und eine solche wird in der Halterung eingepaßt, so daß das Faserblatt die 7,62 cm (3'')-Stirnseite der Platte schleift. Der Zeitabschnitt des Schleifens beträgt eine Minute, und der Test wird beendet, wenn die Schleifgeschwindigkeit weniger als 3 gms/min beträgt.
TABELLE 2 Bewertung der Leistung von faserförmigem Schleifmittel gegenüber walzengebrochenem Korn GESAMTSCHLIFF (GMS)
Die Prüfung bei niedrigem Druck wurde mit zwei verschiedenen Chargen Stahl (Charge B und Charge C), die zu verschiedenen Zeiten erhalten wurden, ausgeführt. Wie angezeigt, haben sie verschiedene Schleifkenndaten, wie durch den in Tabelle 2 angegebenen Gesamtschliff offensichtlich wird.
Die relativen Ergebnisse der obigen Schleifprüfungen in bezug auf das Vergleichsblatt, d. h. Blatt Nr. 1, werden in der nachfolgenden Tabelle 3 gezeigt.
TABELLE 3 Relative Ergebnisse der Schleifleistung von filamentförmigem Schleifmittel gegenüber walzengebrochenem Korn
Es ist aus den obigen Ergebnissen klar ersichtlich, daß auf 1018er-Kohlenstoffstahl die faserunterlegten Blätter, die darin Schleiffilamente aufweisen, wesentlich bessere Schleifleistung aufweisen als die Scheiben, die die geimpften Gel-Aluminiumoxid-Körner der Norton Company aufweisen, die mit herkömmlichen Walzenbrechverfahren hergestellt werden. Blatt Nr. 2 mit 5 sek. UP-Beschichtung ergab 39% mehr Schliff in der Prüfung mit hohem Druck und von 179 bis 300% mehr Schliff in der Flachprüfung mit niedrigem Druck. Überdies führte die Erhöhung der Menge an Schleiffilamenten (Blatt Nr. 3) zu sogar noch größerer Verbesserung des Schliffs bei hohen Drücken, wogegen keine Verbesserung bei der Prüfung mit niedrigem Druck beobachtet wurde. Die Gesamtergebnisse dieser Prüfung weisen darauf hin, daß die Schleiffilamente besser haltbar unter Hochdruck-Schleifbedingungen sind. Solche sind auch vielseitiger und wirken leichter zerspanend als walzengebrochene S. G.-Schleifkörner auf 1018er-Kohlenstoffstahl bei niedrigen Drücken.
Das faserförmige Schleifmittel wurde durch 5 Minuten langes Vermischen von 3,2 kg Plural^® NG Aluminium-Monohydrat, erhalten von Condea Chemie GmbH, mit 1,3 kg von gemahlenem Wasser, das 22 g Alpha-Aluminiumoxid-Keime enthielt, in einem herkömmlichen Doppelmantel-V-Mischer hergestellt, um ein im wesentlichen einheitliches Sol zu bilden. An dieser Stelle wurden 200 g 70%ige Salpetersäure zugegeben, die mit 750 cm³ destilliertem Wasser verdünnt wurde, und das Mischen für zusätzliche 5 Minuten fortgesetzt, um ein Gel mit 59% Feststoffanteil zu bilden, in dem die Keime einheitlich dispergiert sind. Die in dem Gel verwendeten Keime wurden durch Vermahlen einer Charge an destilliertem Wasser in einer Sweco-Mühle Modell 45 mit 88% Aluminiumoxid-Schleifmedium regulärer Korngröße (jeweils 12 mm Durchmesser und 12 mm Länge) von Diamonite Products Company, Shreve, Ohio, vorbereitet, bis die Teilchen (Aluminiumoxidkeime) in dem Wasser eine spezifische Oberfläche von mindestens 100 m²/g erreichten.
Das verwendete Pural^® KG-Pulver besaß eine Reinheit von etwa 99,6% mit geringen Mengen an Kohlenstoff, Siliciumoxid, Magnesiumoxid und Eisenoxid.
Das geimpfte Gel wurde dann auf herkömmliche Weise durch eine glattwandige Düse mit zahlreichen Öffnungen mit einem Durchmesser von etwa 0,60 mm stranggepreßt, um Endlos-Gelfilamente herzustellen. Nach dem Trocknen wurden die stranggepreßten Stränge zu im Mittel 2 mm-Längen zerbrochen, dann fünf Minuten lang bei 1320°C gebrannt. Nach dem Brennen zur Umwandlung der Schleiffilamente in Alpha-Aluminiumoxid wiesen die einzelnen Filamente eine durchschnittliche Querschnittsgröße gleich einem Standardschleifmittel der Körnungsnummer 50 auf. Mindestens einige der Schleiffilamente waren entlang der Länge gebogen und verdreht.
Die schleifend wirkenden Fasern waren aus im wesentlichen reinem Alpha-Aluminiumoxid mit einer durchschnittlichen Kristallitgröße von 0,3 μm, wie oben erwähnt, und einer Härte von etwa 16 GPa.
BEISPIEL 2
VERGLEICHENDE SCHLEIFLEISTUNG VON SCHLEIFFILAMENTEN GEGENÜBER WALZENGEBROCHENEM KORN
Dieses Beispiel vergleicht den Schliff und die Oberflächenbeschaffenheit der filamentförmigen Schleifpartikel aus geimpftem Gel-Aluminiumoxid mit S. G.-Schleifkorn, das mit herkömmlichem Walzenbrechen erhalten wird. Die filamentförmigen Schleifpartikel wiesen einen mittleren Durchmesser von 0,33 mm (0,013'') auf, annähernd gleich Schleifkörnern der Körnungsnummer 50 mit 0,35 mm (0,01369''), und wiesen zufällige Aspektverhältnisse auf, die von etwa 2 : 1 bis etwa 8 : 1 schwankten. Nichtsdestoweniger führte die verwendete Chargensortierung, wie unten angedeutet, zu einigen sehr langen Fasern und einer unverhältnismäßig hohen Anzahl Feinstkörner. Die Zusammensetzung der Schleiffilamente und der walzengebrochene S. G.-Vergleich der Körnungsnummer 50 hatten dieselbe Standardzusammensetzung wie jene, die vorher in Beispiel 1 dargelegt wurde.
Ergebnisse der Sortierung von walzengebrochenem Korn gegenüber schleifend wirkenden Fasern
Wie in obiger Tabelle gesehen werden kann, unterschieden sich die Abweichungen der Sortierung der zwei verschiedenen, schleifend wirkenden "Körner" von einander beträchtlich. Die Ablesung "+3,2 + 1,9" gibt an, daß die Probe der walzengebrochenen Schleifkörner 3,2% zu viele Grobkörner und 1,9% zu viele Feinstkörner aufwies, was unter Verwendung des CAMI-Klassiersiebsystems geprüft wurde. Solches ist innerhalb der zulässigen Abweichung, die für SG-Schleifkörner der Körnungsnummer 50 als annehmbar erachtet wird. Auf der anderen Seite bedeutet die Ablesung "–2,5 + 30,9" für die Probe der Schleiffilamente, daß die Probe 2,5% zuwenig Grobteilchen und 30,9% zu viele Feinstteilchen, ein unverhältnismäßiger Wert, aufwies. Die hohe Ablesung auf der Seite der Feinstkörper ist darauf zurückzuführen, daß die Schleiffilamente ("Körner") alle denselben ungefähren Durchmesser aufweisen, der geringer als die Lochgröße des Steuersiebes für die Körnungsnummer 50 ist.
Faserscheiben wurden, wie vorhin in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt. Die Beschichtungsgewichte waren ungefähr: Grundschicht 6,8 kg (15 lb.)/Rm; Deckbinderschicht 10,43 kg (23 lb.)/Rm, Schleiffilamente 65 gms, walzengebrochenes Korn 52 gms.
Die hergestellten Faserblätter wurden, nachdem sie auf herkömmliche Weise gebogen wurden, zuerst mit der früher beschriebenen Abstumpfungsprüfung (Test DsIII) bewertet. Die Ergebnisse, die den Schliff und die Oberflächengüte im Vergleich zeigen, werden in untenstehender Tabelle 4 dargelegt: TABELLE 4 Schliff & Oberflächengüte im Vergleich auf einer 7,62 cm (3'') flachen Platte für filamentförmige Schleifmittel gegenüber walzengebrochenem Korn

Ra: = Abweichung von der Hauptlinie in μm
Rtm: = Mittlere Höhe Spitze zu Tal in μm
Pc: = Zahl der Spitzen

Die Güte der Oberflächenbeschaffenheit eines Metallwerkstückes wird üblicherweise durch die Ra- und Rt- Werte gemessen, die aus den Spuren an verschiedenen Punkten (z. B. in der Mitte und an den linken, rechten Rändern) entlang des geschliffenen Stückes genommen werden. Die Bedeutung dieser statistischen Parameter ist den Durchschnittsfachleuten gut vertraut. Sie sind als solche in einer Veröffentlichung mit dem Titel "An Introduction to Surface Texture and Part Geometry" von Industrial Metal Products Incorporated (IMPCO) klar festgelegt. Im allgemeinen ist Ra ein Maß für die durchschnittliche Oberflächenrauheit. Da viele Oberflächen verschiedener Topographie ähnliche Ra-Werte ergeben könnten, wird diese Zahl üblicherweise durch andere, von derselben Oberfläche erzeugte Parameter ergänzt. In der Veredelungstechnik von Metalloberflächen wird Rt oft dazu verwendet, die Ra-Messung zu ergänzen. Der Wert von Rt ist ein Maß für die Tiefe von Spuren oder Kratzern, die an der Oberfläche des Werkstückes nach dem Oberflächenveredelungsvorgang zurückbleiben könnten. Pc ist eine Zahl, die im allgemeinen die Häufigkeit von Kratzern angibt.
Wie aus den obigen Werten ersichtlich ist, übertreffen die Blätter, die Schleiffilamente darin aufweisen, beim Schliff jene Blätter, die das herkömmliche walzengebrochene Schleifkorn aufweisen. Zu Beginn schliff das Schleiffilamentblatt mit einer ziemlich niedrigeren Geschwindigkeit für die ersten wenigen Zeitabschnitte, setzte dann aber fort, bei einer anhaltenden Geschwindigkeit für eine sehr viel längere Zeit zu schleifen. Die Oberflächenbeschaffenheit, die durch die Schleiffilamente erzeugt wird, erscheint etwa gleich zu jener des walzengebrochenen Korns. Nichtsdestoweniger sollte nochmals darauf hingewiesen werden, daß die chargenweise Sortierung der filamentförmigen Schleifpartikel zu einer unverhältnismäßig großen Zahl an Feinteilchen führte, wie oben offenbart, und zu einigen sehr langen Schleiffilamenten. Mehr gesteuertes "Sortieren" würde wahrscheinlich zu einer anderen Oberflächengüte führen.
Eine weitere Prüfung (112 DsI) wurde durchgeführt, um einen Vergleich mit dem Schliff und der Oberflächengüte zu liefern, die durch die Schleiffilamente und das walzengebrochene Korn sowohl der Körnungsnummer 50 als auch der Körnungsnummer 36 erzeugt wird. Die Ergebnisse werden in der nachfolgenden Tabelle 5 gezeigt. Diese Prüfung ist gleich der Prüfung DsIII, außer daß das Prüfstück eine Stirnseite von 2,54 cm (1'') aufweist. TABELLE 5 Schliff und Oberflächengüte im Vergleich für filamentförmige Schleifmittel gegenüber walzengebrochenem Korn auf 2,54 cm (1'') stählerner Stirnseite

Wie aus den obigen Ergebnissen ersehen werden kann, übertrafen die Schleiffasern der Körnungsnummer 50 beim Schliff nicht nur die walzengebrochenen Schleifkörner der Körnungsnummer 50, der Schliff war gleich dem des Vergleichs der Körnungsnummer 36. Wiederum schliffen die Schleiffasern anfänglich bei einer ziemlich geringeren Geschwindigkeit als die walzengebrochenen Körner; es setzte jedoch fort, bei einer anhaltenden Geschwindigkeit für eine längere Zeit zu schleifen. Mit dieser Prüfung auf 2,54 cm (1'')-Stahl erzeugten die faserförmigen Schleifpartikel eine Oberflächengüte ähnlich der des Vergleichs der Körnungsnummer 36.
BEISPIEL 3
SCHLEIFLEISTUNG VON SCHLEIFFILAMENTEN MIT STEIGENDEM ASPEKTVERHÄLTNIS IM VERGLEICH ZU WALZENGEBROCHENEM KORN
In diesem Beispiel werden beschichtete Schleifblätter mit Schleiffilamenten mit verschiedenen mittleren Aspektverhältnissen gegenüber walzengebrochenem Schleifkorn mit ähnlicher Zusammensetzung geprüft, um die Wirkung des Aspektverhältnisses auf die Schleifleistung zu bewerten.
Geimpftes Sol/Gel-Schleifmaterial wurde wie vorhin offenbart hergestellt und wurde dann durch ein feines, rundes Mundstück stranggepreßt, das eine Vielzahl von Öffnungen aufwies. Die Schleiffilamente wurden getrocknet und mit einem Backenbrecher leicht gebrochen, um verschiedene Schleiffilamentlängen zu liefern. Nach dem Brennen wurde die Charge für kurze Zeit über wechselnde Sieböffnungen gesiebt, wobei diese die Trennung verschiedener Längen von Schleiffilamenten zuließen. Das durchschnittliche Aspektverhältnis wurde bestimmt und ist unten angegeben. Die chemische Untersuchung der verschiedenen Proben und andere physikalische Eigenschaften sind in Tabelle 6 dargelegt.
TABELLE 6
Der durchschnittliche Korndurchmesser betrug 0,28–0,33 mm (0,11–0,13'') bei allen 4 Proben.
Faserunterlegte Schleifscheiben wurden gemäß des in Beispiel 1 offenbarten Arbeitsganges hergestellt. Die Ergebnisse der Schleifprüfungen, wie früher offenbart, sind in Tabelle 7 angegeben:
TABELLE 7
Die Blätter, die Schleiffilamente enthalten, zeigen wie oben angegeben eine ausgeprägte Verbesserung des Schliffs bei den Prüfungen 112 Dsh und 112 DsIII auf 1020er-Stahl und 1018er-Stahl, beim Vergleich mit dem Vergleichsblatt mit walzengebrochenem Schleifkorn. Jedoch wurde im Vergleich eine viel geringere Leistungssteigerung beim Schleifen von rostfreiem Stahl gezeigt (Prüfung 112 Dss). wie bei der Abstumpfungsprüfung bei hohem Druck zeigen sich die Blätter, die Schleiffilamente enthalten, hochwirksam in Schleifanwendungen mit niedrigem Druck. Das unbehandelte, ungesiebte (Probe 1015) Produkt wies einen Gesamtschliff von 347% des Vergleichsschliffes in der 112 DsIII-Prüfung auf.
Wie von der 7 der Zeichnung gezeigt, erhöht sich in der Prüfung 112 Dsh auf 1020er-H. R.-Stahl der Schliff mit steigendem durchschnittlichem Aspektverhältnis bis zu einem Punkt annähernd 5,1 : 1 (Probe 1017) und fällt dann ab. Während dem Prüfen werden die Schleiffilamente beobachtet, wie sie abgebrochen sind und wie sie dann vom Faserblatt weg fliegen. Während ich mir nicht wünsche, auf diese Erklärung eingeschränkt zu werden, rührt dies offensichtlich von der Tatsache, daß sobald die Länge des Filamentes zunimmt, sich das Hebelmoment erhöht, was das Beanspruchungsverhältnis in dem Schleifkorn (-filamenten) ändert. Der Verlust an Schleiffilamenten im Verhältnis zum Aspektverhältnis wird durch die obige Tabelle 7 bestätigt. Daher nimmt zum Beispiel in der Prüfung 112 Dsh der Gewichtsverlust des beschichteten Schleifblattes mit zunehmendem Aspektverhältnis zu: 9,5 gms, mit einem 8,5 : 1 Verhältnis gegenüber 3,8 gms, mit einem 3,6 : 1 durchschnittlichen Aspektverhältnis. Nichtsdestoweniger, wie aus 7 ersichtlich, übertraf Probe 1018, in welcher das Aspektverhältnis im Mittel 8,5 : 1 ausmachte, immer noch das Vergleichsblatt, welches herkömmliches walzengebrochenes Korn aufwies.
Das Aspektverhältnis, wie aus Tabelle 7 ersichtlich, scheint nicht die Leistung beim Schleifen von rostfreiem Stahl (112 Dss) zu bewirken.
Im Falle der Abstumpfungsprüfung bei niedrigem Druck (112 DsIII) wird aus 8 ersehen, daß der Schliff mit zunehmendem Aspektverhältnis zunimmt, außer für einen zu hohen Ausreißer beim Schliff mit dem 4,2 : 1-Aspektverhältnis der Probe 1015. Diese Probe ist die einzige in einer Gruppe von Proben, die in diesem Beispiel 3 geprüft wurden, wobei sie unbehandelt, ungesiebt zur Verfügung gestellt wurde. Eine kleine Anzahl (25) Schleiffilamente wurde willkürlich aus der Probe 1015 ausgewählt, und die Länge des Durchmessers derjenigen wurde optisch bestimmt. Das Aspektverhältnis dieser Filamente schwankte zwischen 2,58 bis 12,66. Daher wird angenommen, daß dieser Unterschied im Schliff von 1015 von der breiteren Verteilung der Längen herrührt, die in der ungesiebten Probe vorliegen, anders als in den anderen Proben, die alle gesiebt wurden. Das Sieben verändert oder verengt die Längenverteilung. Auf der anderen Seite sind mit ungesiebten Schleiffilamenten weniger lange Körner (Filamente) in Berührung miteinander, was zu höherer Druckeinheit pro Korn führt. Obwohl nicht ausdrücklich oben in Tabelle 7 gezeigt, weisen die Blätter, die Schleiffilamente enthalten, ebenso wie die Beispiele, die früher offenbart wurden, eine niedrigere anfängliche Schleifgeschwindigkeit gegenüber den SG-Vergleich auf, aber in jedem Fall behalten sie eine höhere Schleifgeschwindigkeit für eine viel längere Zeit bei. Der SG-Vergleich schliff 10 gms/min im 8ten Zeitabschnitt, wogegen Probe 1015 mehr als 10 gms/min bis zum 30sten Zeitabschnitt schliff.
BEISPIEL 4
SCHLEIFLEISTUNG VON BLÄTTERN MIT SCHLEIFFILAMENTEN DER KORNGRÖSSE 36 GEGENÜBER WALZENGEBROCHENEM KORN DER KORNGRÖSSE 36
In diesem Beispiel wurde eine Faserscheibe mit Körnungsnummer 36 bewertet, wobei geimpftes Sol/Gel-Aluminiumoxid-Schleifmittel verwendet wurde, das dieselbe, nachfolgende Zusammensetzung zur Herstellung von Schleifkörnern durch herkömmliches Walzenbrechen und durch Strangpressen von Filamenten aufwies:
Die walzengebrochenen Schleifkörner und -filamente wiesen die folgenden physikalischen Eigenschaften auf: Dichte (Wasser, Pyk) – 3,89; Dichte (Helium, Pyk) – 3,92; Härte – 20,3; Kristallgröße (Durchschn.) – 0,149 μm.
Dieses schleifend wirkende Material wurde mit 0,41 mm (0,016'') Durchmesser (annähernd Körnungsnummer 36) stranggepreßt und zu willkürlichen Längen zerschnitten, die zwischen etwa 0,8 mm bis etwa 4 mm schwankten. Daher schwankte das Aspektverhältnis solcher Schleiffilamente (– körner) zwischen etwa 2 : 1 und etwa 10 : 1.
Faserunterlegte Blätter wurden wie in Beispiel 1 offenbart hergestellt, außer daß die Beschichtungsgewichte betrugen: Grund, 7,71 kg (17 lb.)/Rm; Deckbinder, 12,7 kg (28 lb.)/Rm; Schleifkorn/fasern, 27,22 kg (60 lb.)/Rm.
Die Sortierung der verwendeten, schleifend wirkenden Materialien und die sich ergebende Schleifleistung, wie sie vorhin beschrieben wurde, werden in Tabelle 8 gezeigt.
TABELLE 8
In jeder der Prüfungen, die mit dem beschichteten, schleifend wirkenden Material der Erfindung durchgeführt wurden, ist die anfängliche Schleifgeschwindigkeit, wie in den früher durchgeführten Prüfungen, niedriger als beim Vergleich, aber die Schleifgeschwindigkeit wird für eine viel längere Zeitspanne beibehalten. während ich nicht wünsche, an diese Theorie gebunden zu werden, kann sich eine solche niedrige Anfangsgeschwindigkeit aufgrund der verhältnismäßig niedrigen Zahl an äußerst langen Körnern mit anfänglicher Berührung ergeben.
Bei der Prüfung an rostfreiem Stahl, die üblicherweise bis zu einem Endpunkt von 10 Minuten geführt wird, schliff der SG-Vergleich mit einer Geschwindigkeit von sechs Gramm pro Minute, und der Gesamtschliff betrug 80 Gramm. Nach 10 Minuten schliffen die Blätter, die andrerseits Schleiffilamente aufwiesen, mit einer Geschwindigkeit von 8 Gramm pro Minute mit einem Gesamtschliff von 91 Gramm. Dieses Faserblattprodukt wurde geführt, bis eine Schleifgeschwindigkeit von 6 Gramm/min erreicht wurde. Das beanspruchte weitere 10 Minuten Laufzeit, und der Gesamtschliff nach 20 Minuten betrug 163 Gramm.
Obwohl die Erfindung besonders in bezug auf Schleiffilamente beschrieben wurde, die einen annähernd kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wird es verstanden werden, daß das nicht darauf eingeschränkt ist. Die filamentförmigen Schleifmittel, die in der Praxis dieser Erfindung verwendet werden, können jede beliebige Querschnittsgestalt aufweisen, z. B. abgerundet, quadratisch, dreieckig, rautenförmig, polygonal, ova1, x-förmig usw. Das hauptsächliche Erfordernis ist, daß solche, wie früher offenbart, eine in die Länge gezogene Form haben sollten. Darüber hinaus weisen filamentförmige Schleifmittel der vorliegenden Erfindung keine geradlinige Gestalt auf. Sie sind entlang der Längsrichtung verdrillt oder auf andere Weise nichtlinear sein. Und beschichtetes, schleifend wirkendes Flächengebilde kann aus Verschnitten von Schleiffilamenten hergestellt werden, die verschiedene Gestalten oder verschiedene Größen aufweisen, z. B. kann beschichtetes schleifend wirkendes Material mit zwei im Durchmesser verschiedenen, kreisförmigen Schleiffilamenten geschaffen werden. Darüber hinaus können die Schleiffilamente mit Schleifkörnern, die herkömmlich gebrochen wurden, vermischt werden. Schleiffilamente aus Sol/Gel-Al₂O₃ können mit Schleifkörnern anderer Zusammensetzungen, z. B. Schmelz-Al₂O₃, Granat usw., gemischt werden. Beschichtetes, schleifend wirkendes Material kann geschaffen werden, hergestellt mit herkömmlichen mehrteiligen Beschichtungsverfahren, z. B. kann der Grundkleber aufgetragen werden, gefolgt von der Auftragung eines billigeren Schleifkorns oder Füllstoffes durch Schwerkraftbeschichtung und danach Elektroaufbringung der Schleiffilamente, wie es hierin offenbart wird. Sortiertes, mehrstufig beschichtetes, schleifend wirkendes Material kann z. B. durch zuerst Schwerkraftaufbringen eines Feinkornes, gefolgt von Elektroaufbringung eines gröberen Schleiffilamentes obendrauf.
Es wird sich auch von selbst verstehen, daß, obwohl die Erfindung besonders in bezug auf faserunterlegte Blätter offenbart wurde, sie nicht darauf eingeschränkt ist.
Verschiedene herkömmliche, beschichtete, schleifend wirkende Produkte können geschaffen werden, z. B. Bänder, Matten, Formen und Klappscheiben.
BEISPIEL 5
Dieses Beispiel veranschaulicht die Wirkung von veränderlicher Kristallgröße auf das Verhalten der Schleiffilamente der Erfindung.
Die Schleiffilamente wurden als Faserblätter mit einem Durchmesser von 17,78 cm (7'') beschichtet und in den Standard-Blatt-Prüfverfahren 112DsH, 112DsIII und 113DsI geprüft. Die ersten zwei sind oben beschrieben. Das Prüfverfahren 113DsI bei mittlerem Anpreßdruck verwendet dieselbe Ausrüstung wie die Prüfung 112Dsh und als Prüfkörper eine Schiene aus 1018er-Stahl mit den Maßen 2,54 cm (1'') × 6,35 cm (2–1/2'') × 24,76 cm (9–3/4''). Die Schiene wird dem Blatt entgegengestellt, um die 2,54 cm (1'') Stirnseite der Schiene abzuschleifen. Der Zeitabschnitt des Schleifens beträgt zwei Minuten; die Schiene wird nach jedem Schleifen entfernt und gewogen, um den Gewichtsverlust zu schätzen. Vier Schienen werden wechselweise während der Prüfung verwendet. In allen anderen Aspekten ist die Prüfung gleich wie die Prüfung 112DsH.
Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 9 festgehalten. Der geprüfte "Vergleich" ist ein standardmäßiges, handelsübliches, geimpftes Sol/Gel-Schleifmittel, wobei dieses mit blockförmigen Körnern geimpft wurde, die mit Hilfe von Zerkleinerungs- und Sortierverfahren hergestellt wurden.
TABELLE 9
Aus den obigen Daten kann klar ersehen werden, daß in der Verwendung der kleinsten verfügbaren Kristallitgröße aus den Schleifpartikeln ein deutlicher Vorteil liegt. Es ist auch eindeutig, daß sich das nichtgeimpfte Produkt überhaupt nicht sehr zufriedenstellend verhält.
BEISPIEL 6
Dieses Beispiel vergleicht ein Produkt, das unter Verwendung eines Korns mit quadratischem Querschnitt hergestellt wurde, mit einem, das unter Verwendung eines standardgemäßen zerkleinerten S. G.-Korns hergestellt wurde. In jedem Fall wurde das Korn aus einem geimpften Sol/Gel gebildet, und die Kristallite wiesen eine Größe kleiner als 1 μm auf. Die S. G.-Körner mit einer Größe der Körnungsnummer 80 und das Produkt der Erfindung verwendeten Körner mit einem quadratischen Querschnitt, entsprechend einer Größe der Körnungsnummer 80. Das Aspektverhältnis betrug 4 : 1.
Die Ergebnisse sind als Prozent der Leistung des "SG-Vergleichs"-Produktes angegeben. Die erhaltenen Ergebnisse sind die folgenden:
Es ist daher eindeutig, daß Körner mit anderen Querschnitten als die oben beschriebenen, runden Formen in den Produkten der Erfindung wirksam sind.
BEISPIEL 7
Dieses Beispiel zeigt die Wirkung der Kornmenge auf die Wirksamkeit eines schleifend wirkenden Produktes.
Eine Reihe von Durchläufen wurde gemacht, um die Wirkung zu bewerten, die verschiedene Parameter auf die Schleifleistung von Produkten der Erfindung ausübten. Die untersuchten Parameter waren Aspektverhältnis, Korngewicht, Mischungen verschiedener Körner und das Verfahren der Aufbringung der Körner. Wenn nicht anders angegeben, war die verwendete Unterlage Finish 775, ein Polyestersatin mit 206,95 g (7,3 oz), und die Grundschicht- und Deckbinderklebstoffe wurden aufgrund folgender Formulierungen hergestellt:
Tabelle 10 faßt die hergestellten Produkte und die erhaltenen Ergebnisse der Schleifprüfungen zusammen.
Die Ergebnisse der Prüfungen zusammenfassend, ist es offensichtlich, daß die Produkte mit der höchsten Leistung das AR3.1 enthielten. Überdies hatte einfach die Verminderung der Menge dieses Korns eine positive Wirkung. Jenes Produkt, das die höchsten Ergebnisse (308%) erbrachte, war nur zu 66% der Oberfläche mit AR3.1 bedeckt.
Die Ergebnisse, die mit dem AR2.1 erzielt wurden, waren nicht so dramatisch wie die AR3.1, aber sie waren immer noch deutlich besser als der Vergleich, um 172%. Dasselbe Muster mit verbesserter Leistung mit einer Verminderung des Gewichts von AR2.1 wurde vermerkt. Korngewichtsgehalte zwischen ungefähr 40 bis 60% scheinen die besten Ergebnisse für jedes der zwei bewerteten Aspektverhältnisse zu liefern. Es ist interessant zu bemerken, daß die Lage der AR2.1 auf dem Produkt einen deutlichen Unterschied in der Leistung ausmachte. Das Produkt 7–11 wies AR3.1, aufgebracht als die erste Schicht, und SG der Körnungsnummer 50 als die zweite auf, wogegen das Produkt 7–12 SG der Körnungsnummer 50, aufgebracht als die erste Schicht, und AR3.1 als die zweite aufwies. Die Ergebnisse der Prüfung 122-Ds (80) zeigen, daß 7–11 sich etwas besser verhielt (115%) als der Vergleich, während 7–12 292% des Vergleichs erreichte. Es sollte beachtet werden, daß, obwohl die hier hergestellten AR3.1-Produkte einen Teilchengrößendurchmesser von 0,33 cm (0,013'') aufwiesen, was annähernd die Größe der Körnungsnummer 50 ist, sie Körnungsnummer 36 (siehe 36 R984) bei der Prüfung 122-Ds (80) um das 2,5-fache und bei der Prüfung mit konstantem Vorschub um das 2-fache übertrafen.
TABELLE 10
In jedem Fall wurde ein elektrostatisches Kornschleuderverfahren verwendet. Das SG-50-Korn wies eine lose Schüttdichte von 1,73 auf und wies +16,0 übergroße und – 4,6 feine Körner auf.
FA bedeutet ein Schmelz-Aluminiumoxid-Schleifmittel der Körnungsnummer 50. (Das ist ein nicht hochgeschätztes Korn.)
NZ bedeutet ein Norton^® der Körnungsnummer 50 von Norton Company. (Das ist ein hochgeschätztes Korn.)
SiC bedeutet ein Siliciumcarbid-Korn der Körnungsnummer 50. (Das ist ein nicht hochgeschätztes Korn.)
"% der lückenlosen Beschichtung" meint den Prozentanteil am höchstmöglichen Beschichtungsgewicht, welcher durch das tatsächliche Beschichtungsgewicht ausgemacht wird.
Von den oben gezeigten Ergebnissen scheint es eindeutig zu sein, daß dort, wo ein Produkt mit filamentartigem Korn verwendet wird, diese sich vorzugsweise in der obersten Schicht befinden sollte, falls mehrere Beschichtungsebenen verwendet werden. Es ist auch eindeutig, daß die Beschichtung, welche die filamentartigen Körner enthält, vorzugsweise nur etwa 40 bis 60% des Gewichtes der lückenlosen Beschichtung für optimale Leistung aufweisen sollte, wobei der Ausgleich durch ein nicht hochgeschätztes Schleifkorn oder besser durch Luftraum geschaffen wird.
BEISPIEL 8
Dieses Beispiel veranschaulicht die Wirkung von der Herstellung des Alpha-Aluminiumoxids in situ in Form von Filamenten im Gegensatz zum Strangpressen der Alpha-Aluminiumoxid-Partikel in ein geeignetes Medium und nachfolgendem Sintern, um ein kohärentes Gefüge zu erhalten.
Geimpfte Sol/Gel-Filamente werden durch Mischen von Böhmit ("Dispersal" von Condea) mit Wasser und Alpha-Aluminiumoxid in Submicrongröße, 1 Gewichts-% des Böhmits, zwei Minuten lang in einem V-Mischer, hergestellt. Eine 18 gewichtsprozentige Salpetersäurelösung wurde dann zugegeben, um 7,2 Gewichts-% Salpetersäure, bezogen auf das Gewicht des Böhmits, zu ergeben. Das Mischen wurde weitere fünf (5) Minuten lang fortgesetzt, um ein Böhmit-Gel herzustellen.
Eine Reihe von Produkten wurde dann zu Vergleichszwecken hergestellt, die den obigen entsprechen, außer daß mehr Alpha-Aluminiumoxid (von der Sorte, die oben als Impfmaterial verwendet wurde) zugegeben wurde, so daß die Gesamtmischung viel höhere Gewichtsanteile Aluminiumoxid aufwies. Der Böhmit wurde zurückbehalten, um der Mischung Strangpreßbarkeit zu verleihen. Die Formulierungen sind unten in Tabelle 11 beschrieben.
TABELLE 11
Diese Materialien wurden dann stranggepreßt, um die Filamente zu bilden, die unter den unten beschriebenen Bedingungen getrocknet und gesintert wurden. Höhere Temperaturen waren erforderlich, um die Vergleichschargen mit hohem Alpha-Aluminiumoxid-Anteil zu sintern als jene, die mit Hilfe des geimpften Sol/Gel-Verfahrens hergestellt wurden. Proben der Filamente wurden dann auf ihre Festigkeit gemäß einem einfachen Dreipunktverfahren unter Verwendung eines Instron-Prüfinstrumentes mit einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von 0,2 cm/min geprüft. Das Filament wurde auf einem Paar Kanten abgestützt, die 1 cm voneinander beabstandet waren (0,9 cm im Falle der Vergleiche C, D und E). Ein abwärts wirkender Druck wurde auf halbem Wege zwischen diesen Punkten mit Hilfe einer Messerkante angewendet. Der Druck wurde allmählich erhöht, bis das Filament brach, und dieser Druck, gebrochen durch die Querschnittsfläche des Filamentes, wird unten in Tabelle 12 als die Bruchfestigkeit wiedergegeben.
TABELLE 12
Die Filamente der Vergleichschargen waren viel dicker, weil es sehr schwierig war, feinere Filamente mit Intaktheit der Gestalt nach dem Strangpressen und vor dem Brennen durch. Strangpressen zu erzeugen. Höhere Anteile an Alpha-Aluminiumoxid, wurde festgestellt, verschlimmern deutlich dieses Problem.
Wie aus einem Vergleich der obigen Werte ersehen werden kann, weisen die Vergleichsfilamente eine deutlich niedrigere Bruchfestigkeit auf, und das, wird vermutet, spiegelt die schwächeren Sinterbindungen wider, die sich zwischen den Alpha-Aluminiumoxid-Kristallen als Ergebnis des Sintervorgangs entwickeln. Daher weisen die bevorzugten Filamente zur Verwendung in beschichteten Produkten der Erfindung vorzugsweise eine Bruchfestigkeit von mindestens 8.000 und vorzugsweise mindestens 10.000 kg pro Quadratzentimeter Querschnitt bei Messung mit der oben beschriebenen Prüfung auf. Das steht im Gegensatz zu den Produkten, die durch Sintern von vorgeformtem Alpha-Aluminiumoxid hergestellt werden, wobei viel geringere Festigkeiten erhalten werden.

Claims

Beschichtetes, schleifend wirkendes Material (10) mit einem Unterlagselement (12), wobei eine Schicht aus Schleifpartikeln (14) mittels einer Grundschicht (16) auf dem Unterlagselement haftend befestigt ist und die Schicht aus Schleifpartikeln (14) eine Vielzahl von vorgeformten, filamentartigen, geimpften Sol/Gel-Aluminiumoxid-Schleifpartikeln (18) aufweist, bestehend aus gesinterten Sol/Gel-Alpha-Aluminiumoxidkristalien mit einer Größe von nicht mehr als 1 μm, wobei jedes derartige Partikel einen im wesentlichen gleichmäßigen Querschnitt im Bereich von 0,1 μm bis 0,5 mm, ein Aspektverhältnis von wenigstens 2 : 1, eine Härte von wenigstens 16 GPa aufweist und in seiner Längserstreckung gekrümmt oder verdreht ist.
Beschichtetes, schleifend wirkendes Material nach Anspruch 1, bei dem die Größe der Alpha-Aluminiumoxidkristalle weniger als 1 μm beträgt.
Beschichtetes, schleifend wirkendes Material (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Sol/Gel-Alpha-Aluminiumoxidkristalle eine Dichte von wenigstens 90%, vorzugsweise 95%, der theoretischen Dichte aufweisen.
Beschichtetes, schleifend wirkendes Material (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vorgeformten, filamentartigen Schleifpartikel (18) einen runden. Querschnitt aufweisen.
Beschichtetes, schleifend wirkendes Material (l0) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Härte der vorgeformten, filamentartigen Schleifpartikel (18) wenigstens 18 GPa beträgt.
Beschichtetes, schleifend wirkendes Material (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jedes der vorgeformten, filamentartigen Schleifpartikel (18) einen Durchmesser von 0,05 bis 0,5 mm aufweist.
Beschichtetes Material (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vorgeformten, filamentartigen Schleifpartikel (18) wenigstens. 95% im allgemeinen gleichgerichteter Kristalle mit einer Kristallgröße von nicht mehr als 0,5 μm enthalten.
Beschichtetes, schleifend wirkendes Material (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vorgeformten, filamentartigen Schleifpartikel (18) eine Bruchfestigkeit von wenigstens 8000 kg/cm² aufweisen.
Beschichtetes, schleifend wirkendes Material (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vorgeformten, filamentartigen Schleifpartikel (18) einen runden Querschnitt aufweisen, wobei jedes der filamentartigen Pärtikel einen Durchmesser von vorzugsweise etwa 0,33 mm aufweist.
Beschichtetes, schleifend wirkendes Material (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberfläche des Unterlagselements (12) von 40 bis 60% des theoretischen Gewichts an vorgeformten, filamentartigen Schleifpartikeln (18) aufnimmt, welches notwendig ist, um eine geschlossene Beschichtung zu bilden.
Beschichtetes, schleifend wirkendes Material (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Vielzahl von Schleifmittelschichten verwendet wird und wenigstens die zuletzt aufgebrachte Schicht die vorgeformten, filamentartigen Schleifpartikel (18) umfaßt.
Beschichtetes, schleifend wirkendes Material (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schicht aus beschichteten Schleifpartikeln (14) bis zu 40%, bezogen auf das Gewicht der vorliegenden Schleifmittel, nicht-filamentartiger Schleifpartikel aufweist.
Beschichtetes, schleifend wirkendes Material (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein Teil der vorgeformten, filamentartigen Schleifpartikel (18) bei der Benutzung einen Neigungswinkel von nahe Null in Bezug auf ein Werkstück hat.
Beschichtetes, schleifend wirkendes Material (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein Teil der vorgeformten, filamentartigen Schleifpartikel (18) in Gruppen angeordnet ist, in dem die Komponentenfilamente gegeneinander liegen und sich gegenseitig abstützen.
Beschichtetes, schleifend wirkendes Material (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Schicht, welche ein Schleifhilfsmittel aufweist, auf die beschichtete Schleifmittelschicht aufgebracht ist.
Beschichtetes, schleifend wirkendes Material (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Deckbinderschicht (20) nach dem Aufbringen der Schleifpartikel aufgebracht ist und die Grund- und die Deckbinderschicht (16, 20) ein Phenolharz enthalten.
Beschichtetes, schleifend wirkendes Material (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Schleifprodukt eine Scheibe ist und das Unterlagselement aus vulkanisierter Faser ist.
Beschichtetes, schleifend wirkendes Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vorgeformten, filamentartigen Schleifpartikel (18) ein durchschnittliches Aspektverhältnis von 2 : 1 bis 8 : 1 aufweisen.