FI126896B - Parannetut, päällystetyt hioma-aineet - Google Patents

Description

Parannetut, päällystetyt hioma-aineet

Keksinnön tausta

Keksintö koskee päällystettyjä hioma-aineita ja erityisesti niitä hioma-ainetuotteita, jotka on sovitettu toimimaan parannetulla tavalla, kun niitä käytetään keskinkertaisen - pienen paineen hiontaolosuhteissa. Päällystettyjen hioma-aineiden valmistuksessa alustamateriaali, jota voidaan käsitellä absorptio-ominaisuuksien modifioimiseksi, varustetaan malli-päällysteellä, joka käsittää kovettuvan sideainehartsin, ja hiontarakeet saoste-taan mallipäällysteelle ennen kuin sideaine on ainakin osittain kovettunut. Tämän jälkeen liimapäällyste, joka käsittää kovettuvan sideainehartsin, saoste-taan hiontarakeen päälle sen varmistamiseksi, että rakeet ovat varmasti kiinnittyneet alustaan.

Kun päällystettyä hioma-ainetta käytetään työkappaleen hiomiseen, pinnan tasossa olevat hiontarakeiden kärjet osuvat työkappaleeseen ja aloittavat hiontatyön. Rakeet, jotka näin ovat kosketuksissa työkappaleeseen, alistetaan suuriin jännityksiin ja, jos liimapäällyste ei pidä raetta riittävästi kiinni, rae voi hypätä pinnalta ennen kuin se on suorittanut hionnan loppuun. Sidoksen pitäisi tämän vuoksi pitää raetta varmasti kiinni. Hionnan jatkuessa rae voi kiil-lottua, jolloin muodostuu merkittävästi kitkalämpöä ja työkappaletta poistuu vähän. Lisäksi jännitykset nousevat edelleen ja rae mahdollisesti joko hyppää pois kokonaan tai se murtuu, niin että suuri osa menetetään. Tämä kuitenkin synnyttää uusia teräviä reunoja, niin että hiontaa voidaan jatkaa. Ideaalisesti murtumismuodon pitäisi olla niin pieni kuin mahdollista, jotta jokainen rae kestää pitkän aikaa. Tämä saavutetaan käyttämällä sooli-geelialumiinioksidihion-tarakeita, joista jokainen käsittää mikrokokoisia tai pienempiä kristalliitteja, jotka voivat hiontaolosuhteissa katketa, jolloin tulee näkyviin uusia leikkaavia reunoja. Kuitenkin tämä tapahtuu keskinkertaisessa - voimakkaassa hiontapai-neessa ja pienen paineen hiontaolosuhteissa itseteroittumista tapahtuu vähemmän. Tämän vuoksi on tarvetta erittäin tehokkaalle hioma-ainepartikkelille, joka toimii hyvin tehokkaasti keskinkertaisen - pienen paineen hiontaolosuhteissa.

Yksi tutkittu vaihtoehto on käyttää agglomeroituja hiontarakeita, joissa lukuisista hienommista hioma-ainepartikkeleista valmistettu hioma-aine-partikkeli pysyy koossa sidosmateriaalin avulla, joka voi olla luonteeltaan orgaaninen tai keraaminen. Koska sidos on yleensä hauraampi kuin hioma-aine- partikkelit, sidos murtuu sellaisissa hiontaolosuhteissa, jotka muuten johtaisivat hiontarakeen kiihottumiseen tai täydellisen murtumiseen.

Agglomeroitu hiontarae mahdollistaa yleensä pienempien partikke-li(rae)kokojen käytön saman hiontatehokkuuden saavuttamiseksi kuin suuremmalla hioma-aineen raekoolla saavutetaan. Agglomeroitujen hiontarakeiden on myös raportoitu parantavan hiontatehokkuutta.

Jacksonin US-patentissa nro-A-2 194 472 selostetaan päällystettyjä hiomatyökaluja, jotka valmistetaan usean suhteellisen hienon hiontarakeen agglomeraattien ja minkä tahansa sellaisen sidoksen avulla, jota normaalisti käytetään päällystetyissä tai sidotuissa hiomatyökaluissa. Orgaanisia sidoksia käytetään agglomeraattien liimaamiseksi päällystettyjen hioma-aineiden alustaan. Agglomeraatit antavat avopäällyste-etupinnan päällystetyille hioma-aineille, jotka valmistetaan suhteellisen hienon rakeen avulla. Päällystetyille hioma-aineille, jotka valmistetaan agglomeraattien avulla yksittäisten hiontarakeiden sijaan, on tunnusomaista se, että ne ovat suhteellisen nopeita leikkaamaan, kestäviä ja sopivia hienon pintaviimeistelylaadun valmistamiseksi työ-kappaleeseen.

Bennerin US-patentissa nro-A-2 216 728 selostetaan minkä tahansa tyyppisestä sidoksesta valmistettuja hiontarae/sidosagglomeraatteja. Syy agglomeraattien käyttämiseksi on hyvin tiheiden laikkarakenteiden saaminen tekotimantti- tai CBN-rakeeseen hionnan aikana. Jos agglomeraatit valmistetaan huokoisen rakenteen avulla, tällöin sen tarkoituksena on mahdollistaa agglomeraattien välillä olevien sidosmateriaalien virtaaminen agglomeraattien huokosiin ja tiivistää rakenne täysin kuumennuksen aikana. Agglomeraatit mahdollistavat hiontarakeen hienoaineksen käytön, joka muuten menetettäisiin valmistuksessa.

Hurstin US-patentissa nro-A-3 048 482 selostetaan agglomeroitujen hiontarakeiden muotoiltuja hioma-aineen mikrosegmenttejä ja orgaanisia sidosmateriaaleja pyramidien tai muuten suppenevien muotojen muodossa. Muotoillut hioma-aineen mikrosegmentit liimataan kuitumaiseen alustaan ja niitä käytetään päällystettyjen hioma-aineiden valmistamiseksi ja ohuiden hiomalaikkojen pinnan päällystämiseksi. Keksinnölle on tunnusomaista pidemmän leikkauskeston, työkalun kontrolloidun joustavuuden, suuren lujuuden ja nopeus-turvallisuuden, kimmoisen toiminnan ja erittäin tehokkaan leikkaustoiminnon aikaan saaminen verrattuna ilman agglomeroidun hiontarakeen mikrosegmenttejä tehtyihin työkaluihin.

Elbelin US-patentissa nro-A-3 982 359 opetetaan hartsisidoksen ja hiontaraeagglomeraattien muodostaminen, joiden kovuudet ovat suurempia kuin hiomatyökalussa olevien agglomeraattien sitomiseen käytetyn hartsisidoksen kovuus. Kumilla sidotuilla laikoilla, jotka sisältävät agglomeraatteja, saavutetaan suuremmat hiomanopeudet ja pidempi työkalun kestoikä.

Heyerin US-patentissa nro-A-4 355 489 selostetaan hiomatuote (laikka, kiekko, nauha, levy, lohko ja vastaava), joka on valmistettu aaltomaisten filamenttien matriisista, jotka sidotaan yhteen käsikontaktin ja hioma-aine-agglomeraattien, joiden huokostilavuus on noin 70 - 97 %, pisteissä. Agglome-raatit voidaan valmistaa lasitettujen sidoksien tai hartsisidoksien ja minkä tahansa hiontarakeen avulla.

Bitzerin US-patentissa nro-A-4 364 746 selostetaan hiomatyökaluja, jotka käsittävät erilaisia hioma-aineagglomeraatteja, joilla on erilaiset lujuudet. Agglomeraatit voidaan valmistaa hiontarakeesta ja hartsisideaineista, ja ne voivat sisältää muita materiaaleja, kuten lasikatkokuituja, lujuuden tai kovuuden lisäämiseksi.

Eisenberg et ai. US-patentissa nro-A-4 393 021 selostetaan menetelmä hioma-aineagglomeraattien valmistamiseksi hiontarakeesta ja hartsiside-aineesta käyttämällä seulaverkkoa ja valssaamalla rakeen ja sideaineen pasta verkon läpi matomaisten ekstruusioiden valmistamiseksi. Ekstruusiot kovetetaan kuumentamalla ja tämän jälkeen ne murskataan agglomeraattien muodostamiseksi.

Bloecherin US-patentissa nro-A-4 799 939 opetetaan hiontarakeen, onttojen kappaleiden ja orgaanisen sideaineen eroduituvat agglomeraatit ja näiden agglomeraattien käyttö päällystetyissä ja sidotuissa hioma-aineissa. Agglomeraatteja käsittäville hioma-ainetuotteille esitetään patenttivaatimuksissa suurempi varaston poisto, pidempi kestoikä ja käytettävyys märkähiontaolo-suhteissa. Agglomeraatit ovat edullisesti korkeintaan mitoiltaan 150 - 3 000 mikrometriä. Agglomeraattien valmistamiseksi ontot kappaleet, rae, sideaine ja vesi sekoitetaan lietteenä, liete tehdään kiinteäksi poistamalla vesi kuumentaen tai säteilyttäen, ja kiinteä seos murskataan leuka- tai valssimurskaimessa ja seulotaan.

Wetshcerin US-patentissa nro-A-5 129 189 selostetaan sellaisia hiomatyökaluja, joissa on hartsisidosmatriisi, joka sisältää hiontarakeen, hartsin ja täyteainemateriaalin, kuten kryoliitin konglomeraatteja.

Benguerelin US-patentissa nro-A-5 651 729 opetetaan hiomalaikka, jossa on runkoja hartsisidoksesta valmistettu hiomavanne ja timantti- tai CBN-hiontarakeen murskattuja agglomeraatteja, joissa on metalli- tai keraaminen sidos. Laikkojen, jotka valmistetaan agglomeraattien avulla, todetut edut käsittävät suuret lastun poistovälit, suuren kulumisenkestävyyden, itseteroittuvuus-ominaisuuden, laikan suuren mekaanisen kestävyyden ja kyvyn sitoa hioma-vanne suoraan laikan runkoon. Yhdessä suoritusmuodossa käytetty timantti tai CBN, joka sidotaan hiomavanteisiin, murskataan 0,2 - 3 mm:n kokoon agglomeraattien muodostamiseksi.

Kressnerin US-patentissa nro-A-4 311 489 selostetaan hienon (< 200 mikrometriä) hiontarakeen ja kryoliitin agglomeraatteja, joissa on valinnaisesti silikaattisideaine, ja niiden käyttöä päällystettyjen hiomatyökalujen valmistuksessa.

Rostokerin US-patentissa nro-A-4 541 842 selostetaan päällystettyjä hioma-aineita ja hiomalaikkoja, jotka valmistetaan hiontarakeen agglomeraattien ja lasitettujen sidosmateriaalien seoksesta tehdyn vaahdon avulla, jossa on muita raakamateriaaleja, kuten hiilimustaa tai hiilikarbonaatteja, jotka soveltuvat vaahdotukseen agglomeraattien kuumennuksen aikana. Agglome-raatti”pelletit” sisältävät suuremman prosenttimäärän sidosta kuin raetta tilavuus-prosenttimäärän perusteella. Pellettejä, joita käytetään hiomalaikkojen valmistamiseksi, sintrataan 900 °C:ssa (tiheyteen 70 naulaa/kuutiojalka; 1,134 g/cm3) ja laikan valmistamiseen käytettyä lasitettua sidosta kuumennetaan 880 °C:ssa. Laikat, jotka valmistettiin 16-tilavuusprosenttisesti pellettien avulla, toimivat hionnassa samanlaisilla tehokkuustasoilla kuin vertailulaikat, jotka valmistettiin 46-tilavuusprosenttisesti hiontarakeen avulla. Pelletit sisältävät avoimia soluja lasitetussa sidosmatriisissa, jossa suhteellisesti pienemmät hiontarakeet ovat ryhmittyneet avoimien solujen kehälle. Kiertouuni mainitaan tuoreiden vaahto-agglomeraattien kuumentamista varten.

Julkaisussa USP 5 975 988 opetetaan tavanomaisia hioma-aine-agglomeraatteja, jotka käsittävät sideainematriisiin dispergoituja hioma-aine-partikkeleita, mutta muotoiltujen rakeiden muodossa, jotka saostetaan ja sidotaan alustaan tarkassa järjestyksessä.

Julkaisussa USP 6 319 108 kuvataan jäykkä alusta, johon on metal-lipäällysteen avulla liimattu useita hioma-ainekomposiitteja, jotka käsittävät useita hioma-ainepartikkeleita, jotka dispergoidaan läpi koko huokoiseen keraamiseen matriisiin.

Missään näistä tunnetun tekniikan mukaisista kehitystöistä ei esitetä päällystettyjen hioma-aineiden valmistusta huokoista agglomeroitua hiontaraet-ta, kuten termiä käytetään tässä, ja sidosta käyttäen. Myöskään niissä ei esitetä tuotteen valmistusta sellaisten hioma-ainepartikkelien avulla, jotka pysyvät koossa suhteellisen pienen sidosmäärän avulla, niin että partikkelisideainefaa-si on epäjatkuva. Keksinnön mukaisilla menetelmillä ja työkaluilla saadaan aikaan uusia rakenteita ja rakenteille on etua tällaisten agglomeroitujen hionta-rakeiden käytöstä, kuitenkin ne ovat pitkälle kehitettyjä siinä, että ne mahdollistavat sellaisten hioma-ainetuoterakenteiden, joilla hyödyllisiä yhdistettyjä huo-koisuusominaisuuksia, kontrolloidun muotoilun ja laajan valikoiman valmistuksen. Tällainen yhdistetty huokoisuus nostaa hiomatyökalun suorituskykyä suuressa kontaktipinnassa, tarkkuushionnassa, ja yleisesti suhteellisen keskinkertaisen - pienen paineen hiontakäsittelyissä.

Keksinnön yhteenveto

Keksintö tarjoaa päällystetyn hioma-ainetuotteen, joka käsittää alus-tamateriaalin ja siihen sideainemateriaalin avulla liimatut hioma-aineagglome-raattirakeet, tunnettu siitä, että agglomeraattirakeet on sintrattu ja kukin käsittävät useita hioma-ainepartikkeleita, jotka liimataan yhteen kolmidimen-sionaaliseksi rakenteeseeksi, jossa jokainen hioma-ainepartikkeli liitetään ainakin yhteen viereiseen hioma-ainepartikkeliin lasimaisen sidosmateriaalin avulla, jossa lasimainen sidosmateriaali on läsnä epäjatkuvana faasina, jossa vähintään 70 % lasimaisesta sidosaineesta on sidospaikkojen muodossa liittäen viereiset hioma-ainepartikkelit yhteen, jossa lasimainen sidosmateriaali on 2-25 tilavuus-% kiinteästä materiaalista kunkin hioma-aineagglomeraattirakeen sisällä, ja jossa hioma-aineagglomeraatin vapaa komponenttitilavuus on ainakin 2 % pienempi kuin yksittäisinä olevien hioma-ainepartikkelien vapaa komponenttitilavuus. Tässä sovelluksessa termi ”rakeet” varataan useiden hioma-aine”par-tikkelien” agglomeraatteja varten. Siten rakeilla on edellä identifioidut huokoi-suusominaisuudet, kun taas partikkeleilla on pääasiallisesti nolla-huokoisuus. Lisäksi sideaine, joka pitää partikkelit koossa, identifioidaan ”partikkelisideai-neeksi”, joka voi olla sama kuin, (tai useimmiten erilainen kuin), sideaine, jonka avulla rakeet liitetään alustamateriaaliin.

Agglomeraattirakeissa oleva partikkelisideaine on pääasiallisesti täysin sidospaikkojen muodossa ja tämä tarkoittaa, että ainakin 70 %:a sideaineesta, ja edullisesti enemmän kuin 80 %:a sideaineesta, käytetään sidospaikkojen muodostamiseen, jotka yhdistävät viereisiä partikkeleita. Sidospaikka muodostetaan agglomeraatteja muodostavissa olosuhteissa, kun partikkelisideaine on fluiditilassa ja sillä on taipumus päällystää aluksi partikkelit ja virrata tämän jälkeen kontaktipisteisiin tai hyvin lähelle viereisiä partikkeleita ja yhtyä sideaineen kanssa, joka liittynyt tällaisiin viereisiin partikkeleihin. Kun lämpötilaa lasketaan ja sideaine muuttuu kiinteäksi, sideaine muodostaa kiinteän kontaktin partikkelien välille, joka tunnetaan ”sidospaikkana”. Luonnollisesti jokainen sidospaikka on liittyneenä myös niiden partikkelien pintaan, jotka se yhdistää, mutta tämän sideaineen ajatellaan olevan osa sidospaikkaa tätä selitystä varten. Tämä ei sulje pois sitä mahdollisuutta, että tietty suhteellisen pieni määrä päällystettä on läsnä ainakin osana sitä partikkelipintaa, joka ei ole liittynyt sidospaikkaan. On kuitenkin tarkoitus sulkea pois se tilanne, jossa partikkelit on upotettu sideainematriisiin, kuten tavanomaisissa aggregaattiiniontara-keissa. Kuten on ilmeistä piirustusten kuvien 5-7 tutkimuksista, yksittäiset hioma-ainepartikkelit, jotka muodostavat agglomeraattirakeen, ovat identifioitavissa yksilöllisesti ja se on pääasiassa todellakin kaikki, mitä keksinnön mukaisista tyypillisistä agglomeraattirakeista voidaan nähdä. Tämän vuoksi on mahdollista kuvata partikkelien olevan ”agglomeroituja”, mikä merkitsee sitä, että ne ovat pikemmin liittyneet yhteen kuin sitä, että ne ovat kiinni matriisissa, joka täyttää suuremman osan partikkelien välisestä tilasta. Luonnollisesti, kun suurempi määrä partikkeleita on agglomeroitunut, jotkut yksittäiset partikkelit agglomeraatin sisällä eivät ole yksittäisesti näkyviä, mutta jos olisi mahdollista saada poikkileikkauskuva, sama kuvio yksittäisen partikkelin näkyvyydestä olisi ilmeinen.

Selvästi, kun agglomeroitujen partikkelien lukumäärä tulee suureksi, tämä agglomerointi synnyttää pakostakin merkittäviä huokoisuustilavuuksia. Tämä huokoisuustilavuus voi olla niin paljon kuin 70 prosenttia agglomeraatin kokonaistilavuudesta kuivassa ja sullomattomassa tilassa. Kuitenkin kun agglomeroitujen partikkelien lukumäärä ovat pieni, ehkä yksinumeroinen luku, ”huokoisuuden” käsite tulee vähemmän käyttökelpoiseksi agglomeraatteja kuvattaessa. Esimerkkejä tällaisista agglomeraateista, joiden osoitetaan sisältävän tällaisia rakenteita, havainnollistetaan kuvissa 5-7. Tästä syystä valitaan termi ”vapaa komponenttitilavuus” (LPV). LPV-arvo saadaan jakamalla kiintotilavuus, (se on kiinteiden aineiden varsinainen kokonaistilavuus hiontarakeessa tai hiontapartikkelissa, mukaan lukien si-doskomponentti) agglomeraattirakeen tilavuudella kuivassa ja sullomattomas-sa tilassa. Suurin mahdollinen luku saadaan itse partikkeleista ilman, että lainkaan agglomeroitumista on tapahtunut. Mitä suurempi määrä agglomeroituja partikkeleita, sitä suurempi on eriävyys maksimiluvusta. Siten vaikka ero voi olla niin pieni kuin 2 %, se voi nousta 40 prosenttiin tai jopa suuremmaksi, kun suuri lukumäärä partikkeleita agglomeroidaan yhdessä tässä opetetulla tavalla. LPV:n laskemista havainnollistetaan käyttämällä seuraavia tietoja, jotka esittävät varsinaista agglomeraattia, joka valmistetaan käyttämällä raekooltaan 60 ympättyjä sooligeelialumiinioksidipartikkeleita ja tavanomaista lasimaista sidosta, joka soveltuu käytettäväksi tällaisten partikkelien kanssa, kun käytetään jäljempänä esimerkissä 2 pääkohdittain kuvattua menetelmää.

Tuotteita identifioidaan agglomeraattiraekoon avulla, joka esitetään jokaisen sarakkeen yläreunassa. Jokaisessa tapauksessa mittaukset tehtiin agglomeraattihiontarakeiden vakiotilavuuden pohjalta, johon tässä viitataan ”tilavuutena kuivassa ja sullomattomassa tilassa”.

* Tiheys arvioidaan seoksien säännön mukaisesti.

Kuten edellisestä ymmärretään, mitä suurempi hiontarae, sitä pienempi on LPV verrattuna ei-agglomeroitujen partikkelien LPV:hen. Pienimpien rakeiden LPV laski 4,6 %, kun taas suurempien rakeiden (-25+20) LPV laski lähes 34 % verrattuna raekooltaan 60 partikkelien LPV:hen.

Agglomeraattirakeiden halkaisija (joka määritetään seulassa (stan-dardiseulojen sarja) olevan aukon kokona, johon rakeet jäävät, karkean mesh-raekoon avulla) on yleensä ainakin kaksi kertaa niin suuri kuin niihin sisältyvien yksittäisten hioma-ainepartikkelien halkaisija. Agglomeraattihiontarakeiden muoto ei ole kriittinen ja ne voivat tämän vuoksi olla muodoltaan satunnaisia, jossain määrin lohkaremaisia tai, edullisemmin, jossain määrin sauvamaisia. Ne voivat olla myös muodoltaan taitettuja, tämän ollessa usein edullista joitakin sovelluksia varten.

Keksinnön mukaisissa agglomeraateissa läsnä olevat hioma-aine-partikkelit voivat sisältää yhden tai useamman hioma-aineen, jota tunnetusti käytetään hiomatyökaluissa, kuten alumiinioksideja, mukaan lukien sintratun alumiinioksidin, sintratun ja sooligeelillä sintratun alumiinioksidin, sintratun bauksiitin, ja vastaavat, piikarbidin, alumiinioksidi-zirkoniumoksidin, granaatin, piikiven, timantin, mukaan lukien luonnontimantin ja synteettisen timantin, kuu-tiohilaisen boorinitridin (CBN), ja niiden yhdistelmät. Minkä kokoista ja muotoista hioma-ainepartikkelia voidaan käyttää. Esimerkiksi, rae voi sisältää sauvamaisia sintrattuja sooligeelialumiinioksidipartikkeleita, joilla on suuri sivusuhde ja jotka ovat tyypiltään US-patentissa 5 129 919 kuvattuja tai muodoltaan kuitumaisia hioma-ainepartikkeleita, joita kuvataan julkaisussa USP 5 009 676.

Hioma-ainepartikkelit voivat käsittää erilaatuisten hioma-aineiden seoksia, koska korkealaatuisten partikkelien suorituskyky pienenee usein marginaalisesti, kun niitä laimennetaan huonolaatuisten partikkelien pienillä määrillä. Hioma-ainepartikkeleita on myös mahdollista sekoittaa ei-hiovien materiaalien, kuten hionta-apuaineiden, huokosmuodostajien ja laadultaan tavallisten täyteainemateriaalien pienillä määrillä. Tässä käytettäväksi sopivat partikkelikoot vaihtelevat säännöllisistä hiontarakeista (esimerkiksi välillä 60 - 7 000 mikrometriä) mikrohiontarakeisiin (esimerkiksi 2-60 mikrometriä), ja näiden kokojen seoksiin. Mitä tahansa tiettyä hiontaa varten on yleensä edullista käyttää agglomeraattiraetta, jonka raekoko on pienempi kuin se tavanomaisen hiontarakeen (ei-agglomeroitu) raekoko, joka normaalisti valitaan tätä hiontaa varten. Esimerkiksi kun käytetään agglomeraattirakeita, raekoko 80 korvataan tavallisella hioma-aineella, jonka raekoko on 54, raekoko 100 korvataan hioma-aineella, jonka raekoko on 60 ja raekoko 120 korvataan hioma-aineella, jonka raekoko on 80 ja niin edelleen.

Agglomeraatissa olevat hioma-ainepartikkelit sidotaan yhteen metallisen, orgaanisen tai lasimaisen sidosmateriaalin avulla ja näihin viitataan yleisesti ”partikkelisideaineina”.

Agglomeraattien valmistuksessa käyttökelpoiset partikkelisideaineet käsittävät lasimaisia materiaaleja, (jotka määritetään tässä käsittämään sekä tavanomaiset lasimateriaalit että lasi-keraamiset materiaalit), edullisesti ne laadut, joita käytetään sidosjärjestelminä keraamisesti sidottuja hiomatyökaluja varten. Nämä voivat olla esikuumennettua lasia, joka jauhetaan jauheeksi (sulate), tai eri raaka-ainemateriaalien, kuten saven, maasälvän, kalkin, booraksin ja natriumkarbonaatin seos, tai sulatettujen materiaalien ja raaka-ainemateriaalien yhdistelmiä. Tällaiset materiaalit sulavat ja muodostavat nestemäisen lasifaasin lämpötiloissa, jotka vaihtelevat välillä noin 500 - 1 400 °C, ja kostuttavat hioma-ainepartikkelien pinnan ja virtaavat pisteisiin, jossa ne ovat hyvin lähellä kontaktia viereisten partikkelien välissä, jolloin jäähdyttäessä muodostuu sidospaikkoja, mikä siten pitää hioma-ainepartikkelit komposiittirakenteessa. Partikkelisideainetta käytetään jauhemuodossa ja sitä voidaan lisätä neste-liuottimeen yhtenäisen, homogeenisen seoksen, joka päällystetään hioma-ainepartikkelien avulla, varmistamiseksi agglomeraattirakeiden valmistuksen aikana. Väliaikaisia orgaanisia sideaineita lisätään edullisesti jauhemaisiin epäorgaanisiin päällystekomponentteihin, joko sulana tai raakana, muottiin puristusapuaineina tai prosessointiapuaineina. Nämä sideaineet voivat käsittää dekstriinejä, tärkkelyksen, eläinproteiiniliiman, ja muita liimatyyppejä; nestemäisen komponentin, kuten veden tai eteeniglykolin, viskositeetti- tai pH-modi-fiointiaineita; ja sekoitusapuaineita. Tällaisten väliaikaisten orgaanisten sideaineiden käyttö parantaa agglomeraatin yhtenäisyyttä ja esikuumennettujen tai tuoreiden agglomeraattien rakenteellista laatua. Koska orgaaniset sideaineet palavat loppuun agglomeraattirakeiden kuumennuksen aikana, ne eivät tule osaksi valmista agglomeraattia, eikä osaksi valmista raetta.

Epäorgaaninen adheesiokiihdytin, kuten fosforihappo, voidaan lisätä seokseen tarvittaessa partikkelisideaineen adheesion parantamiseksi hioma-ainepartikkeleihin. Fosforihapon lisäys alumiinioksidirakeisiin parantaa suuresti seoslaatua, kun partikkelisideaine käsittää sulan lasin. Epäorgaanista adhee-siokiihdytintä voidaan käyttää yhdessä orgaanisen partikkelisideaineen kanssa tai ilman sitä agglomeraattirakeita valmistettaessa.

Edullinen partikkelisideaine on epäorgaaninen materiaali, kuten la-simainen sidosmateriaali. Tästä on selvä etu orgaanisiin partikkelisideaineisiin nähden, koska se mahdollistaa agglomeraattirakeiden saostamisen alusrainan päälle muodostettaessa päällystettyä hioma-ainetta UP-tekniikkaa käyttäen. UP-saostustekniikka sopii myös hyvin käytettäväksi, kun partikkelit sidotaan yhteen metallisideainetta käyttäen. Koska tämä menetelmä on jossain määrin tehokkaampi ja kontrolloitavampi kuin painovoimasaostustekniikka, tästä on merkittävä etu tavanomaisiin aggregaattirakeisiin nähden, jotka valmistetaan käyttämällä orgaanista hartsisideainematriisia.

Partikkelisideaine voi olla myös orgaaninen sideaine, kuten lämpö-kovettuva hartsi, kuten fenolihartsi, epoksihartsi, urea/formaldehydihartsi, tai säteilyn avulla kovettuva hartsi, kuten akrylaatti, uretaani/akrylaatti, epoksi-akrylaatti, polyesteri-akrylaatti ja vastaava. Yleensä lämpökovettuvat hartsit ovat edullisia orgaanisina sideaineina.

Partikkelisideainetta on läsnä noin 2 - 25 tilavuusprosenttia, edullisemmin 3-15 tilavuusprosenttia, ja edullisimmin 3-10 tilavuusprosenttia partikkelien ja sideaineen yhdistettyyn tilavuuteen perustuen. Nähdään myös ennalta, että partikkelisideainekomponentti voidaan poistaa kokonaan, jos hioma-ainepartikkelien annetaan sintrautua yhdessä kontrolloidulla tavalla, niin että, kosketuksiin joutuvien partikkelien välisen ma-teriaalisiirron avulla, sidospaikkoja muodostuu autogeenisesti. Vaihtoehtoisesti kun hioma-ainepartikkelit ovat alumiinioksideja, nämä voidaan sekoittaa soolin avulla, jossa on suhteellisen pieni määrä alfa-alumiinioksidiprekursoria, kuten bohemiittiä. Kuumentaessa tämä muuttuisi alfa-faasiksi ja suorittaisi saman tehtävän kuin sidospaikat yhdistämällä viereiset partikkelit.

Keksintö koskee myös menetelmää päällystetyn hioma-ainetuotteen muodostamiseksi, joka käsittää alustan ja joka on liimattu alustaan sideaineen avulla, ja joka päällystetty hioma-ainetuote käsittää useita hioma-aine-agglomeraattirakeita, jotka valmistetaan sellaisen menetelmän avulla, joka käsittää vaiheina: a) syötetään hioma-ainepartikkeleita ja lasimaista partikkelisideaine-materiaalia pyörivään kalsinointiuuniin kontrolloidulla syöttönopeudella; b) pyöritetään uunia kontrolloidulla nopeudella; c) kuumennetaan seosta kuumennusnopeudella, joka määritetään syöttönopeuden ja uunin nopeuden avulla, lämpötiloihin välille noin 145 °C -1 300 °C, d) rummutetaan partikkeletia ja lasimaista partikkelisideainetta uuniin, kunnes lasimainen sideaine liimautuu partikkeleihin ja useat partikkelit liimautuvat yhteen muodostaakseen sintrattuja agglomeraattirakeita; ja e) saadaan sellaiset sintratut agglomeraattirakeita, joissaa sintratuil-la agglomeraattirakeilla on alkuperäinen kolmidimensionaalinen muoto, jossa kukin hioma-ainepartikkeli on liitetty vähintään yhteen viereiseen hioma-ainepartikkeliin lasimaisella partikkelisideaineella, jossa lasimainen partikkelisideaine on läsnä hioma-aineagglome-raattirakeissa epäjatkuvana faasina, jossa ainakin 70 % lasimaisesta partikkelisidosaineesta on sidos-paikkojen muodossa liittäen viereiset hioma-ainepartikkelit yhteen, jossa lasimainen partikkelisidosaine on 2 - 25 tilavuus-% kiinteästä materiaalista kunkin hioma-aineagglomeraattirakeen sisällä, ja vapaa komponenttitilavuus, joka on ainakin 2 % alle vastaavien ai-neosapartikkelien vapaasta komponenttitilavuudesta.

Piirustusten kuvaus

Kuvio 1 on pyörivä kalsinointilaitteisto, jota voidaan käyttää keksinnön mukaisten agglomeraattien valmistamiseen.

Kuvio 2 on kaaviokuva, jossa esitetään metallileikkauksen määrä neljän hioma-ainekiekon arvioinneissa, jotka suoritetaan esimerkin 1 mukaisesti.

Kuvio 3 on kaaviokuva, jossa esitetään metallileikkauksen määrä neljän hioma-ainekiekon arvioinneissa, jotka suoritetaan esimerkin 2 mukaisesti.

Kuvio 4 on kaaviokuva, jossa esitetään metallileikkauksen määrä neljän hioma-ainekiekon arvioinneissa, jotka suoritetaan esimerkin 3 mukaisesti.

Kuviot 5 - 7 ovat suurennettuja valokuvia agglomeraateista, joita käytetään keksinnön mukaisten päällystettyjen hioma-aineiden valmistamiseen.

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus Tässä osassa tutkitaan ja havainnollistetaan hioma-aineagglome-raattirakeiden ja niiden päällystettyjen hioma-aineiden luonnetta ja valmistusta, jotka valmistetaan tällaisten rakeiden avulla, useiden esimerkkien avulla, jotka havainnollistavat niitä hämmästyttävästi parannettuja ominaisuuksia, jotka saadaan aikaan käyttämällä hioma-aineagglomeraattirakeita päällystettyjen hioma-aineiden komponentteina.

Agglomeraattirakeita voidaan muodostaa useiden tekniikoiden avulla useisiin kokoihin ja muotoihin. Nämä tekniikat voidaan suorittaa ennen ra- keen ja partikkelisideaineen alku(”tuore”)vaiheen seoksen kuumentamista tai rakeen ja partikkelisideaineen alku(”tuore”)vaiheen seoksen kuumentamisen jälkeen. Seoksen kuumennusvaiheeseen, joka aiheuttaa partikkelisideaineen sulamisen ja virtaamisen, ja siten sideaineen liimautumisen rakeeseen ja rakeen kovettumisen agglomeroituun muotoon, viitata tässä kuumentamisena, kalsinointina tai sintrauksena. Mitä tahansa alalla tunnettua menetelmää partikkelien seoksien agglomeroimiseksi voidaan käyttää hioma-aineagglome-raattirakeiden valmistuksessa.

Menetelmän ensimmäisessä suoritusmuodossa, jota tässä käytetään agglomeraattirakeiden valmistamiseksi, partikkelien ja partikkelisideaineen alkuperäinen seos agglomeroidaan ennen seoksen kovettamista, niin että muodostuu suhteellisen heikko mekaaninen rakenne, johon viitataan ”tuoreena agglomeraattina” tai ”esikuumennettuna agglomeraattina”.

Ensimmäisen suoritusmuodon suorittamiseksi hioma-ainepartikkelit ja epäorgaaninen partikkelisideaine agglomeroidaan tuoreessa tilassa millä tahansa lukuisista eri tekniikoista, esimerkiksi pelletointikattilassa, ja syötetään tämän jälkeen pyörivään kalsinointilaitteistoon sintrausta varten. Tuoreet agglo-meraatit voidaan sijoittaa myös välipohjalle tai telineelle ja kuumentaa uunissa, rummutuksen kanssa tai ilman, jatkuvatoimisessa menetelmässä tai panosme-netelmässä.

Toisessa menetelmässä hioma-ainepartikkelit siirretään leijukerrok-seen, kostutetaan tämän jälkeen partikkelisideaineen sisältävän nesteen avulla sideaineen liimaamiseksi partikkelien pinnalle, seulotaan agglomeraattikokoa varten, ja kuumennetaan tämän jälkeen uunissa tai kalsinointilaitteistossa.

Kattilapelletointi suoritetaan usein lisäämällä partikkelit sekoitusmal-jaan, ja annostamalla partikkelisideaineen sisältävä nestekomponentti (esimerkiksi vesi, tai orgaaninen sideaine ja vesi) sisältävä nestemäinen komponentti rakeeseen sekoittaen niiden agglomeroimiseksi yhdessä. Vaihtoehtoisesti partikkelisideaineen nestemäinen dispersio, valinnaisesti yhdessä orgaanisen sideaineen kanssa, ruiskutetaan partikkeleihin, ja tämän jälkeen päällystetyt partikkelit sekoitetaan agglomeraattien muodostamiseksi.

Pienipaineista ekstruusiolaitteistoa voidaan käyttää partikkelien ja partikkelisideaineen pastan ekstrudoimiseksi sellaisiin kokoihin ja muotoihin, jotka ovat kuivia, jotta agglomeraattirakeita muodostuu. Pasta voidaan valmistaa partikkelisideaineesta ja partikkeleista, valinnaisesti yhdessä väliaikaisen orgaanisen sideaineen kanssa, ja ekstrudoida sauvamaisiksi partikkeleiksi US-patentissa 4 393 021 selostetun laitteiston ja menetelmän avulla.

Kuivagranulointimenetelmässä hioma-ainepartikkeleista valmistettua levyä tai lohkoa, joka on upotettu partikkelisideaineen dispersioon tai pastaan, kuivataan ja se murretaan tämän jälkeen telatiivistintä käyttämällä agglo-meraattirakeiden prekursorien muodostamiseksi.

Tuoreiden tai prekursoriagglomeraattirakeiden toisessa valmistusmenetelmässä partikkelisideaineen ja partikkelien seos lisätään muottiin puris-tuslaitteeseen ja seos muottiin puristetaan tarkkojen muotojen ja kokojen muodostamiseksi, esimerkiksi US-patentissa 6 217 413 selostetulla tavalla.

Menetelmän mukaisessa toisessa suoritusmuodossa, joka on tässä käyttökelpoinen agglomeraattirakeiden valmistamiseksi, hioma-ainepartikke-lien, partikkelisideaineen ja väliaikaisen orgaanisen sideainejärjestelmän seos syötetään uuniin, ilman esiagglomerointia, ja se kuumennetaan. Seos kuumennetaan sellaiseen lämpötilaan, joka on riittävä suuri partikkelisideaineen sulat-tamiseksi, virtaamiseksi ja liimautumiseksi partikkeleihin, jonka jälkeen seos jäähdytetään komposiitin valmistamiseksi. Komposiitti murskataan ja seulotaan sintrattujen agglomeraattirakeiden valmistamiseksi.

Lisäksi on mahdollista sintrata agglomeraatteja, sillä aikaan kun partikkeleita ja sideainetta säilytetään muotoillussa onkalossa, niin että valmistetuilla agglomeraatteilla on erityinen muoto, kuten neliöpohjainen pyramidi. Muotojen ei tarvitse olla tarkkoja ja todellakin koska partikkelisideaineen määrä on suhteellisen pieni, muotojen sivut ovat usein suhteellisen epätasaisia. Kuitenkin tällaiset agglomeroidut rakeet voivat olla erittäin käyttökelpoisia päällystettyjen hioma-aineiden valmistuksessa, jonka myötä kyetään valmistamaan hyvin tasainen pinta hyvin aggressiivisessa hionnassa.

Hioma-aineagglomeraattien edullinen valmistus

Edullisessa menetelmässä hioma-aineagglomeraattien valmistamiseksi partikkelien ja epäorgaanisen partikkelisideaineen (valinnaisesti yhdessä orgaanisen väliaikaisen sideaineen kanssa) yksikertainen seos syötetään pyörivään kalsinointilaitteistoon, joka on kuviossa 1 esitetyn tyyppinen. Seosta rummutetaan esimääritetyssä rprmssä pitkin esimääritettyä kaltevaa pintaa käyttämällä lämpöä. Agglomeraattirakeita muodostuu, kun partikkeli-sideaine kuumenee, sulaa, virtaa ja liimautuu partikkeleihin. Kuumennus- ja agglomerointivaiheet suoritetaan samanaikaisesti kontrolloiduilla nopeuksilla ja syöttötilavuuksilla ja lämpökäsittelyllä. Syöttönopeus asetetaan yleensä sei- laiseksi, että saadaan virtaus, joka vie noin 8-12 tilavuusprosenttia pyörivän kalsinointilaitteiston putkesta. Maksimilämpötila-altistus laitteiston sisällä valitaan sellaiseksi, että nestetilassa olevien partikkelisideainemateriaalien viskositeetti pidetään ainakin noin 1 000 poisissa. Tämän avulla vältetään partikkeli-sideaineen ylimääräinen virtaus putken pinnalle ja siitä johtuva hävikki hioma-ainepartikkelien pinnalta.

Pyörivää kalsinointilaitteistoa, joka on kuviossa 1 havainnollistetun tyyppinen, voidaan käyttää agglomerointimenetelmän suorittamiseksi, jossa agglomeraatit agglomeroidaan ja kuumennetaan yhdessä prosessivaiheessa. Kuten kuviossa 1 esitetään, syöttösuppilo (10), joka sisältää partikkelisideai-neen ja hioma-ainepartikkelien seoksen syötteen (11), syötetään välineeseen (12) seoksen annostelemiseksi onttoon kuumennusputkeen (13). Putki (13) asetetaan noin 0,5 - 5,0 asteen kaltevaan kulmaan, niin että syöte voidaan syöttää painovoiman avulla onton kuumennusputken (13) läpi. Samanaikaisesti onttoa putkea (13) pyöritetään nuolen (a) suuntaan kontrolloidulla nopeudella syötteen (11) ja kuumennetun seoksen (18) rummuttamiseksi, kun ne siirtyvät pitkin onttoa putkea.

Osaa ontosta putkesta (13) kuumennetaan. Yhdessä suoritusmuodossa kuumennusosa voi käsittää kolme kuumennusaluetta (15, 16, 17), joiden pituusmitta (d1) on 60 tuumaa (152 cm) pitkin onton putken (13) pituutta (d2), joka on 120 tuumaa (305 cm). Kuumennusalueet mahdollistavat koneenkäyttäjälle prosessointilämpötilan kontrolloinnin ja sen muuttamisen tarvittaessa agglomeraattirakeiden sintraamiseksi. Laitteiston muissa malleissa ontto putki saattaa käsittää ainoastaan yhden tai kaksi kuumennusaluetta, tai se voi käsittää useamman kuin kolme kuumennusaluetta. Vaikka asiaa ei havainnollisteta kuviossa 1, laitteisto varustetaan lämmityslaitteella ja mekaanisella, elektronisella ja lämpötilakontrollilla ja antureilla, jotka ovat toimintakunnossa termisen menetelmän suorittamiseksi. Kuten onton putken (13) poikkileikkaus-kuvasta voidaan nähdä, syöte (11) muuttuu kuumennetuksi seokseksi (18) putken sisällä ja se poistuu putkesta ja kerätään talteen agglomeraattirakeina (19). Onton putken seinän sisäisen halkaisijan mitta (d3) on sellainen, joka voi vaihdella välillä 5,5 - 30 tuumaa (14-76 cm), ja onton putken seinän halkaisijan mitta (d4) voi vaihdella välillä 6-36 tuumaa (15-91 cm), riippuen mallista ja siitä materiaalityypistä, jota käytetään onton putken rakentamiseksi (esimerkiksi tulenkestävä metallilejeerinki, ruostumaton teräs, tulenkestävä tiili, piikar-bidi, mulliitti). Putken rakentamiseksi valittu materiaali riippuu pääasiassa saa vutettavasta lämpötilasta. Aina 1 000 °C:n lämpötiloja varten voidaan tavallisesti soveltaa ruostumatonta teräsputkea, mutta tämän lämpötilan yläpuolella piikarbidiputki on usein edullinen.

Putken kaltevuuskulma voi vaihdella välillä 0,5 - 5,0 astetta ja putki voi pyöriä välillä 0,5-10 rpm:ää. Pienen mittakaavan pyörivän kalsinointiuunin syöttönopeus voi vaihdella välillä noin 5-10 kg/tunti, ja teollisen tuotannon mittakaavassa syöttönopeus voi vaihdella välillä noin 227 - 910 kg/tunti. Pyörivää kalsinointilaitetta voidaan kuumentaa 800 - 1 400 °C:n sintrauslämpötilaan, ja syöttömateriaalia voidaan kuumentaa aina nopeudella 200 °C/minuutti syötteen mennessä kuumennetun alueen sisään. Jäähdytys tapahtuu putken viimeisessä osassa, kun syöte siirtyy kuumennusalueelta kuumentamattomaan alueeseen. Tuote jäähdytetään, esimerkiksi vesijäähdytysjärjestelmän avulla huoneenlämpötilaan, ja kerätään talteen.

Sopivia pyöriviä kalsinointikoneita voidaan saada Harper Internati-onal-yhtiöstä, Buffalo, New York, tai Alstom Power, Inc.-yhtiöstä, Applied Test Systems, Inc., ja muilta laitevalmistajilta. Laitteisto voidaan valinnaisesti sovittaa yhteen elektronisen, prosessin sisäisen kontrollin ja tunnistuslaitteiden, jäähdytysjärjestelmän, syöttölaitteiston eri muotoilujen ja muiden valinnaisten laitteiden kanssa. Päällystettyjen hioma-aineiden valmistus

Keksinnön mukainen päällystetty hioma-aine voi olla muodoltaan hioma-ainenauha, levy, yksittäinen hioma-ainekiekko tai komposiittihioma-aine missä tahansa rakenteessa tai formaatissa. Siten alusraina, johon hioma-aine-agglomeraattirakeet liimataan, voi olla kalvo, paperi, tekstiili, kuitu (sekä kuitu-kangasverkon muodossa että korkeana kuitumaisena rakenteena) tai jopa solumateriaali. Tässä käytettynä termi ”päällystetty hioma-aine” tämän vuoksi käsittää sekä tavanomaiset hioma-ainetuotteet, kuten nauhat ja kiekot, joissa käytetään yhdessä tasossa olevaa alusrainaa, joka valmistetaan tavanomaisista materiaaleista, että lisäksi tuotteet, joissa keksinnön mukaiset hioma-aine-agglomeraatit liimataan sen tyyppiseen korkeaan kuitumaiseen rakenteeseen, jota kutsutaan usein ”komposiittihioma-aineiksi”, ja tuotteet, joihin keksinnön mukaiset hioma-aineagglomeraatit dispergoidaan ja ne liimataan avosoluisten solurakenteiden pintakerroksiin.

Keksinnön mukainen päällystetty hioma-aine voidaan muodostaa minkä tahansa tunnetussa tekniikassa tiedetyn tavanomaisen tekniikan avulla. Nämä sisältävät käytön mallipäällysteen päällä, joka on saostettu alusrainalle, jota seuraa liimapäällysteen saostus sekä sellaisten hioma-aineagglomeraatti-rakeiden saostus, jotka dispergoidaan alusrainassa olevan sopivan kovettuvan sideaineen sisään. Kovettuva sideaine voidaan kovettaa siinä muodossa kuin sitä käytetään tai pintaa voidaan käsitellä tunnettujen tekniikoiden avulla siinä olevan pinnan taittamiseksi.

Samoin päällystettyjä hioma-aineita, joissa hioma-aineagglomeraat-tirakeet saostetaan korkeiden kuitumaisten rakenteiden päälle tai ainakin poly-meerivaahdon pintakerroksien päälle, voidaan saada käyttämällä alalla tunnettuja menetelmiä. Päällystetty hioma-aine voidaan muodostaa saostamalla hioma-aineagglomeraattirakeita alusrainalle, joka on päällystetty mallipäällysteen avulla tavanomaisesti. Tässä tapauksessa saostus voidaan tehdä painovoima-syötön tai UP-menetelmän avulla. Kun lasimaista partikkelisideainetta käytetään agglomeraattien muodostamiseksi, tulee mahdolliseksi käyttää UP-saos-tustekniikkaa, joka on yleensä edullinen päällystettyjä hioma-aineita varten. Tämä tekniikka soveltuu huonommin sellaisten agglomeraattien saostamiseen, jotka valmistetaan käyttämällä orgaanista hartsia partikkelisideaineena, koska tällaiset rakeet eivät projisoi hyvin sähköstaattisen kentän vaikutuksen alaisena.

Hioma-aineagglomeraattirae voidaan saostaa yksin tai sekoitettuna yhdessä muiden tavanomaisten hiontarakeiden kanssa. Käyttömäärä voi mahdollistaa suljetun päällysteen, (alusrainan pinnan alan 100-prosenttinen peitto, johon rakeita käytetään), tai avoimemman päällysteen, jossa rakeet ovat jossain määrin erillään riippuen ”avoimuuden” asteesta. Jossakin tapauksessa on haluttavaa käyttää hioma-aineagglomeraattirakeita toisen hioma-aineen, joka on ehkä huonompilaatuinen, ennalta saostetun kerroksen päällä, paremman kantajan tuottamiseksi hioma-aineagglomeraattirakeille.

Kun päällystetty hioma-aine muodostetaan tavanomaisesti käyttämällä malli-ja liimapäällysteitä agglomeraattirakeiden kiinnittämiseksi, on usein edullista, että liimapäällysteen käytöllä ei ole sitä vaikutusta, että se pienentää merkittävästi hioma-aineagglomeraattirakeiden huokoisuutta. Liimapäällyste on tyypillisesti suhteellisen juokseva, kovettuva hartsiformulointi ja jos tätä käytetään tietyssä paineessa, esimerkiksi valssitekniikan avulla, kovettuva formulointi voidaan pakottaa rakeen huokosiin, jolloin siten pienennetään hioma-aineagglomeraattirakeiden tärkeätä ominaisuutta. Tämän vuoksi on edullista, että liimapäällystettä käytetään käyttämällä ei-kontaktoivaa tekniikkaa, kuten ruiskutusta. Lisäksi tai vaihtoehtoisesti on usein haluttavaa modifioida liima- päällystehartsin ominaisuuksia viskositeetin lisäämiseksi, ehkä täyteaineiden, kuten piidioksidin lisäyksen avulla minimoimaan hartsin taipumusta tunkeutua raerakenteeseen. Edullisesti viskositeetti säädetään arvoon, joka on ainakin 1 000 sentipoisia ja edullisemmin ainakin 1 500 sentipoisia tai suurempi. Kun sideainetta käytetään matriisina agglomeraattirakeen kiinni pitämiseksi ja samanaikaisesti sen liittämiseksi alustaan, samanlainen viskositeettisäätö on edullinen. Päällystetyn hioma-aineen valmistuksessa, jossa käytetään malli-päällystettä, rakeet eivät uppoa mallipäällysteeseen, joka tavallisesti joka tapauksessa kovettuu osittain ja eikä ole tämän vuoksi hyvin juokseva vastaan ottaessaan hioma-aineagglomeraatteja. Kuitenkin liimapäällystettä käytetään tavallisesti agglomeraattirakeen päällä ja tämän vuoksi sillä on merkittävästi suuremmat mahdollisuudet läpäistä agglomeraattirakenne. Vaikka monia partikkeleita käsittävän agglomeraattirakenteen avoimuuden liiallinen häviäminen voi olla ei-haluttavaa, pieni määrä tunkeutumista agglomeraattirakenteeseen ei ole välttämättä paha asia, koska sen vaikutuksesta rakeen, joka on kosketuksissa liimapäällysteen kanssa, pinnan ala kasvaa ja siten liimapäällysteen kohdistama pito rakeeseen voimistuu. Päällystetty hioma-aine voidaan myös muodostaa levittämällä sellaista lietettä sopivaan alustamateriaaliin, joka käsittää hioma-aineagglome-raattirakeita, jotka dispergoidaan kovettuvaan sideaineformulointiin. Tässä tapauksessa myös sideainetta voidaan käsitellä sideainehartsin avulla hioma-aineagglomeraattirakeiden rakenteeseen tunkeutumisen pienentämiseksi. Lietteen levitys voidaan suorittaa kahdessa tai useammassa työvaiheessa, valinnaisesti käyttämällä eri formulointeja peräkkäisissä saostuksissa. Tämä mahdollistaa tietyn joustavuuden muunnella hioma-aineen vaikutuksen luonnetta, kun päällystetty hioma-aine kuluu.

Keksinnön mukaisia päällystettyjä hioma-ainenauhoja saatetaan joutua taivuttamaan ennen käyttöä, kuten on tavallista sellaisten nauhojen kanssa, jotka valmistetaan käyttämällä sideainehartsia, joka kovettuu joustamattomaksi kerrokseksi. Lisäksi on usein haluttavaa teroittaa hiontapinta ennen käyttöä tasaisten suurien leikkausnopeuksien varmistamiseksi alusta lähtien.

Keksinnön mukaisia korkeita kuitumaisia rakenteita voidaan valmistaa esimerkiksi käsittelemällä korkeaa kuitumattaa sideainemateriaalilla, usein käyttämällä ruiskutustekniikkaa, ja tämän jälkeen saostamalla siinä olevat hio ma-aineagglomeraattirakeet ennen sideainehartsin kovettamista. Keksinnön mukaiset tuotteet ovat tässä muodossa erityisen käyttökelpoisia metallipintojen kiillottamista ja viimeistelyä varten.

Esimerkit

Keksintöä havainnollistetaan nyt käyttämällä seuraavia esimerkkejä, jotka on tarkoitettu osoittamaan keksinnön mukaisten tuotteiden hämmästyttävän edullisia ominaisuuksia.

Lasimaisesti sidottujen hioma-aineagglomeraattirakeiden valmistus

Seuraavissa esimerkeissä arvioidut agglomeraattirakeet valmistettiin sellaisen menetelmän avulla, joka vastaa edellä kuvatun artikkelin ”Preferred Manufacture of Abrasive Agglomerates" mukaista menetelmää, ja käyttämällä kuviossa 1 havainnollistettua laitetta.

Kuusi ensimmäistä esimerkkiä havainnollistavat keksinnössä käytettyjen hioma-aineagglomeraattien valmistusta. Tällä tavalla valmistetut agglomeraattirakeet sisällytettiin päällystettyihin hioma-aineisiin niiden suorituskyvyn arvioimiseksi vertaamalla niitä tavanomaisiin, korkealaatuisiin kaupallisiin hio-ma-ainerakeisiin. Tulokset dokumentoidaan esimerkeissä 7-9, jotka tarjotaan keksinnön havainnollistamiseksi, ja ei sen rajoittamiseksi.

Esimerkki 1

Agglomeroitujen hiontaraenäytteiden sarja valmistettiin pyörivässä kalsinointilaitteistossa (sähkölämmitetty malli # HOU-5D34-RT-28, 1 200 °C:n maksimilämpötila, 30 kW:n ottoteho, joka on varustettu 72-tuumaa (183 cm) pitkällä ja sisähalkaisijaan 5,5 tuuman (14 cm) tulenkestävällä metalliputkella, jonka valmisti Harper International-yhtiö, Buffalo, New York). Tulenkestävä metalliputki korvattiin mitoiltaan samalla piikarbidiputkella, ja laitteisto modifioitiin toimimaan 1 550 °C:n maksimilämpötilassa. Agglomerointimenetelmä suoritettiin ilmakehän olosuhteissa, kuuman alueen lämpötilan asetusarvossa 1 180 °C, jossa laitteiston putken pyörimisnopeus oli 9 rpm, putken kaltevuus-kulma 2,5 - 3 astetta, ja materiaalin syöttönopeus 6-10 kg/tunti. Käytetty laitteisto oli pääosin identtinen kuviossa 1 havainnollistetun laitteiston kanssa. Käyttökelpoisten vapaasti vihaavien rakeiden saanto (määritetty 12 meshia seulassa) oli 60 - 90 % syötteen kokonaispainosta ennen kalsinointia.

Agglomeraattinäytteet valmistettiin hioma-ainepartikkelien ja veden yksinkertaisesta seoksesta, joita kuvataan taulukossa 1-1. Lasitettu sidospår- tikkelisideaine, jota käytettiin näytteiden valmistamiseksi, luetteloidaan taulukossa 2. Näytteet valmistettiin hioma-ainepartikkelien kolmesta tyypistä: alumii-nioksidista-38A, sintratusta alumiinioksidista-32A ja Norton SG-rakeen sintra-tusta sooligeelialfa-alumiinioksidista, jotka saatiin Saint-Gobain Ceramics &amp; Plastics-yhtiöstä, Inc., Worcester, MA, USA, taulukossa 1 luetteloiduissa raekoissa.

Pyörivässä kalsinointilaitteistossa tehtävän agglomeroinnin jälkeen, agglomeroidut hiontaraenäytteet seulottiin ja niiden vapaa komponenttitiheys (LPD), kokojakauma ja agglomeraattilujuus testattiin. Nämä tulokset esitetään taulukossa 1.

Taulukko 1-1 Agglomeroidun rakeen ominaisuudet

aSideaineen tilavuusprosenttimäärä on rakeessa olevan kiinteän materiaalin prosenttimäärä (toisin sanoen sideaine-materiaali ja partikkelit) kuumennuksen jälkeen, ja siihen ei lueta mukaan huokoisuuden tilavuusprosenttimäärää.

Kuumennettujen agglomeraattirakeiden sideaineen tilavuusprosenttimäärä laskettiin käyttämällä sideaineen raaka-aineiden keskimääräistä LOI:ta (hehkutushäviö).

Sintrattuja agglomeraattirakeita seulottiin US-standardikoeseuloilla, jotka kiinnitettiin tärinäseulontalaitteistoon (Ro-Tap; Model RX-29; W.S Tyler Inc. Mentor, OH). Seulan silmäkoot vaihtelivat välillä 18-140 sopivasti eri näytteille. Sintrattujen agglomeraattirakeiden vapaa komponenttitiheys (LPD) mitattiin Amerikan kansallisen standardimenetelmän avulla hiontarakeiden irto-tiheydelle.

Alkuperäinen keskimääräinen suhteellinen tiheys, joka ilmaistiin prosenttimääränä, laskettiin jakamalla LPD (p) agglomeraattirakeiden teoreettisella tiheydellä (po), olettamalla huokoisuudeksi nolla. Teoreettinen tiheys laskettiin seoksien volymetrisääntö-menetelmän mukaisesti partikkelisideai-neen ja agglomeraatteihin sisältyvien hioma-ainepartikkelien painoprosenteista ja ominaispainoista.

Agglomeraattirakeiden lujuus mitattiin tiivistyskokeella. Tiivistysko-keet suoritettiin käyttämällä halkaisijaan yhden tuuman (2,54 cm) voideltua terässuulaketta Instron® yleistestauskoneessa (malli MTS 1125, 20 000 naulaa (9 072 kg)) 5 gramman agglomeraattiraenäytteellä. Agglomeraattiraenäyte kaadettiin suulakkeeseen ja sitä tasattiin hieman naputtamalla suulakkeen ui- kopuolta. Roiskesuoja lisättiin ja ristipäätä laskettiin, kunnes voima (”alkuasento”) havaittiin mittarissa. Painetta, jota nostettiin vakionopeudella (2 mm/min), käytettiin näytteeseen aina 180 MPa:n maksimipaineella. Agglomeraattirae-näytteen tilavuus (näytteen tiivistetty LPD), joka havaittiin ristipään (venymä) siirtymänä, rekisteröitiin suhteellisena tiheytenä käytetyn paineen logaritmin funktiona. Jäännösmateriaali seulottiin tämän jälkeen murskaantumisfraktion prosenttimäärän määrittämiseksi. Eri paineita mitattiin käytetyn paineen logaritmin ja prosentuaalisen murskaantumisfraktion välisen suhteen käyrän aikaan saamiseksi. Tulokset ilmoitetaan taulukossa 1 paineen logaritmina pisteessä, jossa murskaantumisfraktio on 50 painoprosenttia agglomeraattiraenäytteestä. Murskaantumisfraktio on niiden murskattujen partikkelien painon, jotka kulkevat pienemmän seulan läpi, ja näytteen alkupainon välinen suhde.

Valmiilla sintratuilla agglomeraateilla oli kolmidimensionaalisia muotoja, jotka vaihtelivat kolmikulmaisen, pallon muotoisen, kuutiomaisen, suorakulmaisen ja muiden geometristen muotojen välillä. Agglomeraatit koostuivat monista yksittäisistä hiontarakeista (esimerkiksi 2-20 raetta), jotka sidottiin yhteen lasisideainemateriaalin avulla rae-rakeeseen-kontaktipisteissä.

Agglomeraattirakeen koko nousi agglomeraattirakeessa olevan si-deainemateriaalin määrää nostamalla alueelle välillä 3-20 painoprosenttia partikkelisideainetta.

Sopiva tiivistyslujuus havaittiin kaikille näytteille 1 - 9, mikä osoitti sen, että lasipartikkelisideaine oli kypsynyt ja se virtasi muodostaakseen tehokkaan sidoksen agglomeraattirakeessa olevien hioma-ainepartikkelien kesken. Agglomeraattirakeilla, jotka valmistettiin 10-painoprosenttisesti partikkelisideai-neen avulla, oli merkittävästi suurempi tiivistyslujuus kuin 2 - 6-painoprosentti-sesti partikkelisideaineen avulla valmistetuilla agglomeraattirakeilla.

Pienemmät LPD-arvot olivat osoitus suuremmasta agglomeroitumis-asteesta. Agglomeraattirakeiden LPD laski partikkelisideaineen painoprosentti-määrän noustessa ja hioma-aineen partikkelikoon laskiessa. Suhteellisen suuret erot partikkelisideaineen 2-6- painoprosenttisessa määrässä verrattuna suhteellisen pieniin eroihin partikkelisideaineen 6 - 10-painoprosenttisessa määrässä osoitti sen, että alle 2 painoprosenttia partikkelisideainetta voi olla riittämätön määrä agglomeraattirakeiden muodostamiseksi. Suuremmilla pai-noprosenttimäärillä, jotka ovat yli noin 6 painoprosenttia, partikkelisideaineen lisääminen edelleen ei ole välttämättä edullista merkittävästi suurempien tai lujempien agglomeraattirakeiden valmistamiseksi.

Kuten agglomeraattiraekoon tulokset antavat ymmärtää, C-partikke-lisideainenäytteillä, joilla oli pienin sulalasiviskositeetti agglomerointilämpötilas-sa, oli kolmesta partikkelisideaineesta pienin LPD. Hioma-ainetyypillä ei ollut merkittää vaikutusta LPD:hen.

Taulukko 2: Agglomeraateissa käytetty partikkelisideaine

a. A-1-partikkelisideaineen muunnelmaa, joka esitetään suluissa, käytettiin esimerkin 2 näytteitä varten. b. Epäpuhtauksia (esimerkiksi Fe203ja T1O2) on läsnä noin 0,1 - 2 %.

Esimerkki 2

Agglomeraattirakeiden lisänäytteitä valmistettiin käyttämällä useita eri prosessointisuoritusmuotoja ja syötemateriaaleja.

Agglomeraattirakeiden sarja (näytteet nro 10 - 13) muodostettiin eri sintrauslämpötiloissa, jotka vaihtelivat välillä 1 100- 1 250 °C, käyttämällä pyörivää kalsinointilaitteistoa (malli #HOU-6D60-RTA-28, joka varustettiin 120 tuumaa (305 cm) pitkällä, sisähalkaisijaltaan 5,75-tuumaisella (15,6 cm), ja 3/8-tuumaa (0,95 cm) paksulla mulliittiputkella, jolla oli 60 tuuman (152 cm) kuumennettu pituus kolmessa lämpötilan kontrollialueessa. Laitteiston valmisti Harper International, Buffalo, New York). Brabender®-syöttöyksikköä, jossa oli säädettävä kontrolli volymetrisen syöttönopeuden suhteen, käytettiin hioma-ainepartikkelien ja partikkelisideaineen seoksen annostelemiseksi pyörivän kalsinointilaitteiston kuumennusputkeen. Agglomerointimenetelmä suoritettiin ilmakehän olosuhteissa, joissa laitteiston putken pyörimisnopeus oli 4 rpm:ää, putken kaltevuuskulma 2,5 astetta, ja materiaalin syöttönopeus 8 kg/tunti. Käytetty laitteisto oli pääasiallisesti identtinen kuviossa 1 havainnollistetun laitteiston kanssa. Lämpötilavalinnat ja muut käytetyt muuttujat näiden agglomeraat-tien valmistamiseksi esitetään taulukossa 2-1.

Kaikki näytteet sisälsivät seoksen, jossa oli painoprosenttiperustei-sesti 89,86 % hioma-ainepartikkeleita (38A-alumiinioksidi, jonka raekoko oli 60, ja joka saatiin Saint-Gobain Ceramics &amp; Plastics-yhtiöstä, Inc.), 10,16 % väliaikaista sideaineseosta (6,3 painoprosenttia nestemäistä proteiinisideainetta-AR30:tä, 1,0 painoprosenttia Carbowax® 3350 PEG:tä ja 2,86 % A-partikkeli-sideainetta). Tällä seoksella saatiin 4,77 tilavuusprosenttia partikkelisideainetta ja 95,23 tilavuusprosenttia hioma-ainepartikkeleita sintrattuun agglomeraattira-keeseen. Agglomeraattirakeiden laskettu teoreettinen tiheys (oletetaan, että ei ole huokoisuutta) oli 3,852 g/cm3

Ennen kuin seos sijoitettiin syöttöyksikköön, alkuvaiheen agglome-raattirakeet muodostettiin simuloidun ekstruusion avulla. Ekstrudoitujen agglomeraattirakeiden valmistamiseksi nestemäistä väliaikaista proteiinisideainetta kuumennettiin Carbowax® 3350 PEG:n liuottamiseksi. Tämän jälkeen partik-kelisideaine lisättiin hitaasti samalla kun seosta sekoitettiin. Hioma-ainepartik-kelit lisättiin leikkausvoimaltaan suuren sekoittimeen (44 tuuman (112 cm) halkaisija) ja valmistettu partikkelisideaineseos lisättiin hitaasti sekoittimessa oleviin partikkeleihin. Yhdistelmää sekoitettiin 3 minuutin ajan. Sekoitettu yhdistelmä märkäseulottiin 12 mesh kammioseulan läpi (US-standardiseulakoko) kerroksessa oleville välipohjille yhden tuuman (2,5 cm) maksimisyvyydellä märkien, tuoreiden (ei-kuumennettujen) ekstrudoitujen agglomeraattirakeiden muodostamiseksi. Ekstrudoitujen agglomeraattirakeiden kerrosta kuivattiin uunissa 90 °C:ssa 24 tunnin ajan. Kuivauksen jälkeen agglomeraattirakeet seulottiin uudestaan käyttämällä 12-16 mesh (US-standardiseulakoko) kammio-seulaa.

Pyörivän kalsinoinnin aikana havaittiin, että tuoreessa tilassa valmistetut agglomeraattirakeet näyttivät hajoavan, kun niitä kuumennettiin, ja tämän jälkeen ne muodostuivat uudelleen, kun ne putosivat pyörivän kalsinoin-tiuunin putken kuumennetun osan poistopäästä. Tuoreessa tilassa valmistettu- jen agglomeraattirakeiden suuremmat koot suhteessa kuumennuksen jälkeen oleviin agglomeraattirakeiden kokoihin olivat ilmeisiä näytteiden visuaalisessa tarkastelussa.

Kuumennuksen jälkeen agglomeroitujen rakeiden kokojen havaittiin olevan riittävän yhtenäisiä kaupallisia tarkoituksia varten, jossa niiden kokojakauma oli alueella noin 500 - 1 200 mikrometriä. Kokojakaumamittaukset esitetään jäljempänä taulukossa 2-2.

Taulukko 2-1

a. Pyörivän kalsinointiuunin lämpötilan asetusarvo (kaikille 3 alueelle). b. n/a tarkoittaa sitä, että mittausta ei tehty.

Taulukko 2-2: Kuumennettujen agglomeraattirakeiden kokojakauma

Esimerkki 3

Agglomeraattirakeet (näytenumerot 14-23) valmistettiin esimerkissä 2 kuvatulla tavalla, paitsi että lämpötila pidettiin vakiona 1 000 °C:ssa, ja että käytettiin pyörivää kalsinointiuunilaitteistoa, jonka malli oli # KOU-8D48-RTA-20, ja joka varustettiin 108 tuumaa (274 cm) pitkällä, sisähalkaisijaltaan 8-tuumaisella (20 cm) kvartsilasiputkella, jolla oli 48 tuuman (122 cm) kuumennettu pituus kolmessa lämpötilan kontrollialueessa. Laitteiston valmisti Harper International, Buffalo, New York. Lukuisia eri tekniikoita tutkittiin hioma-ainepartikkelien ja partikkelisideainemateriaalin esikuumennetun seoksen valmistamiseksi. Agglomerointimenetelmä suoritettiin ilmakehän olosuhteissa, jossa laitteiston putken pyörimisnopeus oli 3 - 4 rpm:ää, putken kaltevuuskulma 2,5 astetta, ja materiaalin syöttönopeus 8-10 kg/tunti. Käytetty laitteisto oli pääosin identtinen kuviossa 1 havainnollistetun laitteiston kanssa.

Kaikki näytteet sisälsivät 30 naulaa (13,6 kg) hioma-ainepartikke-leita (samoja kuin esimerkissä 2 käytetyt, paitsi että näyte 16 sisälsi 25 naulaa (11,3 kg) raekooltaan 70 Norton SG®-sooligeelialumiinioksidia), joka saatiin Saint-Gobain Ceramics &amp; Plastics-yhtiöstä, Inc.) ja 0,9 naulaa (0,41 kg) A-par-tikkelisideainetta (saataessa 4,89 tilavuusprosenttia sintratussa agglomeraatti-rakeessa olevaa partikkelisideainetta). Partikkelisideainemateriaalia dispergoi-tiin eri väliaikaisiin sideainejärjestelmiin ennen hioma-ainepartikkelien lisäystä. Esimerkin 2 mukaista väliaikaista sideainejärjestelmää (”sideaine 2”) käytettiin joitakin näytteitä varten ja muut näytteet valmistettiin käyttämällä nestemäistä väliaikaista proteiinisideainetta (”sideaine 3”) jäljempänä taulukossa 3 luetteloiduissa painoprosenttimäärissä. Näytettä 20 käytettiin agglomeraattirakeiden valmistamiseksi tuoreessa, kuumentamattomassa tilassa esimerkin 2 mukaisen simuloidun ekstruusiomenetelmän avulla.

Testatut muuttujat ja kokeiden koetulokset vedetään yhteen jäljempänä taulukossa 3.

Taulukko 3: Alkuvaiheen sideainekäsittelyt

Nämä tulokset vahvistavat, että alkuvaiheen agglomerointi ei ole tarpeen laadultaan ja saannoltaan hyväksyttävien sintrattujen agglomeraattira-keiden muodostamiseksi (vertaa näytteitä 18 ja 20). Alkuperäisessä seoksessa olevan sideaine 3 prosenttimäärän noustessa 1:stä 8 prosenttiin, LPD laski keskinkertaisesti, mikä osoitti sen, että sideaineen käytöllä oli hyödyllinen, mutta ei olennainen vaikutus agglomerointimenetelmään. Siten, melko odottamattomasi!, ei vaikuttanut välttämättömältä muodostaa etukäteen haluttua agglo-meraattirakeen muotoa tai kokoa ennen sen sintraamista pyörivässä kalsinoin-tiuunissa. Sama LPD saavutettiin ainoastaan syöttämällä agglomeraattikompo-nenttien märkä seos pyörivään kalsinointiuuniin ja rummuttamalla seosta sen siirtyessä laitteiston kuumennetun osan läpi.

Esimerkki 4

Agglomeraattirakeet (näytteet nro 24 - 29) valmistettiin esimerkissä 2 kuvatulla tavalla, paitsi että lämpötila pidettiin vakiona 1 200 °C:ssa ja eri menetelmiä tutkittiin hioma-ainepartikkelien ja partikkelisideaineen esikuumen-netun seoksen valmistamiseksi. Kaikki näytteet (paitsi näytteet 28 - 29) sisälsivät 300 naulaa (136,4 kg) hioma-ainepartikkeleita (sama kuin esimerkissä 2; 38A-alumiinioksidi, jonka raekoko oli 60) ja 9,0 naulaa (4,1 kg) A-partikkeliside-ainetta (saataessa 4,89 tilavuusprosenttia sintratussa agglomeraattirakeessa olevaa partikkelisideainetta). Näyte 28 (sama koostumus kuin esimerkissä 2) sisälsi 44,9 naulaa (20,4 kg) hioma-ainepartikkeleita ja 1,43 naulaa (0,6 kg) väliaikaista A-sideai-netta. Sideaine yhdistettiin nestemäisen sideaineseoksen kanssa (37,8 painoprosenttia (3,1 naulaa) AR30-sideainetta vedessä) ja 4,98 naulaa tätä yhdistelmää lisättiin hioma-ainepartikkeleihin. Nestemäisen yhdistelmän viskositeetti oli 784 senttipoisia 22 °C:ssa (Brookfield LVF-viskosimetri). Näyte 29 (sama koostumus kuin esimerkissä 2) sisälsi 28,6 naulaa (13 kg) hioma-ainepartikkeleita ja 0,92 naulaa (0,4 kg) A-partikkelisideainetta (saataessa 4,89 tilavuusprosenttia sintratussa agglomeraattirakeessa olevaa partikkelisideainetta). Partikkelisideaine yhdistettiin nestemäisen väliaikaisen sideaineseoksen kanssa (54,7 painoprosenttia (0,48 naulaa) B1052-Duramax®-hartsia ja 30,1 painoprosenttia (1,456 naulaa) vedessä olevaa B1051-Duramax-hartsia) ja tätä yhdistelmää lisättiin hioma-ainepartikkeleihin. Duramax-hartsit saatiin Rohm and Haas-yhtiöstä, Philadelphia, PA.

Agglomerointimenetelmä suoritettiin ilmakehän olosuhteissa, joissa laitteiston putken pyörimisnopeus oli 4 rpm:ää, putken kaltevuuskulma 2,5 astetta, ja materiaalin syöttönopeus 8-12 kg/tunti. Käytetty laitteisto oli pääasiallisesti identtinen kuviossa 1 havainnollistetun laitteiston kanssa. Näyte 28 esiagglomeroitiin ennen kalsinointia leijukerroslaitteistos-sa, jonka valmisti Niro-yhtiö, Inc., Columbia, Maryland (malli MP-2/3 Multiprocessor™, joka varustettiin seulakartiolla (3 jalkaa (0,9 metriä) halkaisijaltaan suurimmassa leveydessään). Seuraavat prosessimuuttujat valittiin leijukerros-prosessin näyteajoja varten: 64 - 70 °C:n sisään tulevan ilman lämpötila 100 - 300 kuutiometriä/tunti oleva sisään tulevan ilman virtaus 440 g/min oleva granulointinesteen virtausnopeus noin 10 cm:n kerrossyvyys (3-4 kg:n alkupanos) 1 barn ilman paine kahden fluidin ulkoinen seossuutin, jonka aukko on 800 mikrometriä Hioma-ainepartikkelit panostettiin pohjalaitteistoon ja ilma suunnattiin leijukerroksen levyuutturiin läpi ja partikkeleihin. Samaan aikaan partikkeli-sideaineen ja väliaikaisen sideaineen nestemäinen seos pumpattiin ulkoiseen seossuuttimeen ja se ruiskutettiin tämän jälkeen suuttimista levyuutturin läpi ja partikkeleihin, siten päällystäen yksittäiset partikkelit. Alkuvaiheen agglome-raattirakeet muodostettiin partikkelisideaineen ja sideaineseoksen kuivauksen aikana. Näyte 29 esiagglomeroitiin ennen kalsinointia pienipaineisessa ekstruusioprosessissa käyttämällä Benchtop Granulator™-laitetta, jonka valmisti LCI Corporation-yhtiö, Charlotte, North Carolina (joka varustettiin reikä-seulalla, jossa oli halkaisijaltaan 0,5 mm reiät). Hioma-ainepartikkelien, partikkelisideaineen ja väliaikaisen sideaineen seos syötettiin manuaalisesti rei-käseulaan (ekstruuderiseulalevy), pakotettiin seulalevyn läpi pyörittämällä la poja ja kerättiin talteen keräyskattilaan. Ekstrudoituja esi-agglomeroituja rakeita kuivattiin uunissa 90 °C:ssa 24 tunnin ajan ja niitä käytettiin syötteenä pyörivää kalsinointimenetelmää varten.

Muuttujia testattiin ja kokeiden tulokset vedetään yhteen jäljempänä taulukoissa 4-1 ja 4-2. Nämä kokeet vahvistavat, että esimerkissä 3 esitetyt tulokset havaitaan myös suuremmissa kuumennuslämpötiloissa (1 200 verrattuna 1 000 °C). Nämä kokeet havainnollistavat myös sen, että pienipaineista ekstruusiota ja leijukerroksen esi-agglomerointia voidaan käyttää agglomeroi-tujen rakeiden valmistamiseksi, mutta agglomerointivaihe ennen pyörivää kal-sinointia ei ole välttämätön keksinnön mukaisten agglomeraattien valmistamiseksi.

Taulukko 4-1 Agglomeraatin ominaisuudet

Taulukko 4-2: Agglomeraattirakeiden raekokojakauma

Esimerkki 5

Ylimääräisiä agglomeraattirakeita valmistettiin esimerkissä 3 kuvatulla tavalla, paitsi että sintraus tehtiin 1 180 °C:ssa, erityyppisiä hioma-aine-partikkeleita testattiin, ja 30 naulaa (13,6 kg) hioma-ainepartikkeleita sekoitettiin 1,91 naulalla (0,9 kg) A-partikkelisideainetta (saataessa 4,89 tilavuusprosenttia sintratussa agglomeraattirakeessa olevaa partikkelisideainetta). Esimerkin 3 sideainetta 3 verrattiin veteen väliaikaisena sideaineena alkuvaiheen agglomerointia varten. Näytteissä 30 - 34 käytettiin 0,9 naulaa (0,4 kg) vettä väliaikaisena sideaineena. Näytteissä 35 - 37 käytettiin 0,72 naulaa (0,3 kg) sideaine 3:a. Testatut muuttujat vedetään yhteen jäljempänä taulukossa 5.

Agglomerointimenetelmä suoritettiin ilmakehän olosuhteissa, joissa laitteiston putken pyörimisnopeus oli 8,5 - 9,5 rpm, putken kaltevuuskulma 2,5 astetta, ja materiaalin syöttönopeus 5-8 kg/tunti. Käytetty laitteisto oli pääosin identtinen kuviossa 1 havainnollistetun laitteiston kanssa.

Agglomeroinnin jälkeen, agglomeroidut hiontaraenäytteet seulottiin ja niiden vapaa komponenttitiheys (LPD), kokojakauma ja agglomeraattilujuus testattiin. Nämä tulokset esitetään taulukossa 5.

Taulukko 5

Nämä tulokset osoittavat uudemman kerran veden käyttökelpoisuuden väliaikaisena sideaineena agglomeraattirakeita varten pyörivässä kalsi-nointimenetelmässä. Lisäksi raetyyppien, raekokojen, tai molempien seoksia voidaan agglomeroida keksinnön mukaisen menetelmän avulla ja nämä agglo-meraatit voidaan päällystää 1 180 °C:n lämpötilassa pyörivässä kalsinointiuu-nissa. Murskauslujuuden merkittävä nousu havaittiin, kun suuren sivusuhteen (toisin sanoen >4:1) omaavaa sauvamaista hiontaraetta käytettiin agglome-raattirakeiden (näyte 33) valmistuksessa.

Esimerkki 6

Agglomeraattirakeiden toinen sarja (näytteet nro 38 - 45) valmistettiin esimerkissä 3 kuvatulla tavalla, paitsi että eri sintrauslämpötiloja käytettiin, ja erityyppisiä hioma-ainepartikkelin raekokoseoksia ja erilaisia partikkeliside-aineita testattiin. Joissakin syöteseoksissa käytettiin saksanpähkinäkuorta orgaanisena huokoisia indusoivana täyteainemateriaalina (saksanpähkinäkuori saatiin Composition Materials Co-yhtiöstä, Inc., Fairfield, Connecticut, US-seu-lakoossa 40/60). Testatut muuttujat vedetään yhteen jäljempänä taulukossa 6. Kaikki näytteet sisälsivät seoksen, jossa oli 30 naulaa (13,6 kg) hioma-ainepar-tikkeleita ja 2,5-painoprosenttia sideaine 3:a raepainoon perustuen, ja jossa oli eri määriä partikkelisideaineita, kuten taulukossa 6 osoitetaan.

Agglomerointimenetelmä suoritettiin ilmakehän olosuhteissa, joissa laitteiston putken pyörimisnopeus oli 8,5 - 9,5 rpm, putken kaltevuuskulma 2,5 astetta, ja materiaalin syöttönopeus 5-8 kg/tunti. Käytetty laitteisto oli pääosin identtinen kuviossa 1 havainnollistetun laitteiston kanssa.

Agglomeroinnin jälkeen, agglomeroidut hiontaraenäytteet seulottiin ja niiden vapaa komponenttitiheys (LPD), keskimääräinen kokoja agglomeraa-tin murskauslujuus testattiin (katso taulukko 6). Kaikkien agglomeraattirakeiden ominaisuudet olivat hyväksyttäviä käytettäväksi päällystettyjen hioma-aineiden valmistuksessa. Nämä tiedot vaikuttaisivat osoittavan sen, että orgaanisten huokoisia indusoivien aineiden, toisin sanoen saksanpähkinäkuorien käytöllä ei ollut merkittävää vaikutusta agglomeraatin ominaisuuksiin.

Taulukko 6

a. Tilavuusprosenttia perustuu kiinteiden aineiden kokonaismäärään (rae, sideainemateriaali ja huokosta indusoiva aine) ja siihen ei lueta mukaan agglomeraatin huokoisuutta. 38 A ja 32 A ovat sintrattuja alumiinioksidihioma-ainemateriaaleja

Esimerkki 7 Tässä esimerkissä 17,8 cm (7 tuumaa) levyn, joka valmistettiin käyttämällä keksinnön mukaisia hioma-aineagglomeraatteja, suorituskykyä verrat- tiin niiden kaupallisten hioma-ainekiekkojen suorituskykyihin, jotka valmistettiin käyttämällä tavanomaisia materiaaleja ja hiontarakeita.

Keksinnön mukaisen hioma-ainekiekko valmistettiin käyttämällä hioma-aineagglomeraattirakeita, jotka käsittivät ympättyjä sooligeelialumiiniok-sidihioma-ainepartikkeleita, joiden raekoot olivat 90, ja jotka saatiin Saint-Go-bain Ceramics &amp; Plastics-yhtiöstä, Inc. Nämä partikkelit muodostettiin hioma-aineagglomeraattirakeiksi kuvatulla tavalla yhdessä edellä olevan esimerkin 1 näytteen 7 mukaisen valmisteen kanssa. Rakeet luokiteltiin ja -28/+40-luokitus-fraktio säilytettiin käyttöä varten. Näitä hioma-aineagglomeraattirakeita käytettiin päällystetyn hioma-ainekiekon muodostamiseksi saostuksen avulla tavanomaisella kuitukiekko-alusrainalla käyttämällä tavanomaista mallipäällyste/liimapäällyste-tekniikkaa. Hartsi, jota käytettiin malli- ja liimapäällysteiden tuottamiseksi, oli tavallinen fenolihartsi. Mallipäällystettä käytettiin 0,12 kg/m2 (8,3 naulaa/riisi) määrässä ja hioma-aineagglomeraattirakeet saostettiin UP-tekniikan avulla 0,28 kg/m2 (19 naulaa/riisi) määrässä. Liimapäällystettä käytettiin käyttämällä ruiskutus-tekniikkaa 0,49 kg/m2 (33 naulaa/riisi) määrässä ja se oli standardi fenolihartsi, jonka viskositeetti oli 800 senttipoisia, ja jota modifioitiin Cabot Corporation-yhtiön Cab-O-Sil-piidioksidilla 2 000 senttipoisin viskositeettiin. Jokaisessa tapauksessa ”riisi” viittasi hiekkapaperivalmistajien riisiin, joka vastaa 330 neliöjalkaa tai 30,7 neliömetriä.

Keksinnön mukaista kiekkoa käytettiin litteän 1008-terästangon hiomiseen. Kiekko saatettiin kontaktiin tangon kanssa 30 sekunnin ajaksi paineessa 13 naulaa/neliötuuma ja tangon paino mitattiin jokaisen kontaktin jälkeen jokaisessa kontaktissa poistuneen metallimäärän määrittämiseksi. Tulokset merkittiin kaaviokuvaan, joka esitetään kuviossa 2.

Vertailun vuoksi kolmelle kilpailevalle kaupalliselle kiekolle, jotka olivat samankokoisia, tehtiin sama koe ja tulokset piirrettiin samaan kuvioon 2. Testatut kiekot olivat: 984C, joka on kuitualustainen, 44-päällystetty, ympätty sooligeeli-alumiinioksidihiontarae, jonka raekoko on 80, ja jota 3M Company myy; 987C, joka samanlainen kuin 984C, paitsi että hiontarae oli ”321 Cubitron®”, jonka raekoko oli 80, ja että kiekolle oli tehty superliimakäsittely. Tätä kiekkoa myi myös 3M Company; ja 983C, joka samanlainen kuin 984C, paitsi että rae oli MgO:Ma modifioitu sooligeelialumiinioksidi, jonka raekoko oli 80, ja että raetta käytettiin 10O-prosenttisessa UP-prosessissa. Tämä on myös saatavilla 3M Companystä.

Kuten kuviosta 2 on ilmeistä, vaikka kaikki kiekot leikkasivat aluksi suunnilleen samoilla nopeuksilla, keksinnön mukainen kiekko jatkoi leikkaamista paljon pidempään ja paljon paremmin kuin mikään 3M:n vertailukiekoista.

Esimerkki 8 Tässä esimerkissä tutkittiin modifioidun liimapäällysteen käytön vaikutusta. Kaksi muuten identtistä hioma-ainekiekkoa, jotka valmistettiin samalla tavalla kuin esimerkin 1 mukainen ”keksinnöllinen” kiekko, valmistettiin eri lii-mapäällysteiden avulla. Ensimmäisessä näytteessä kiekko oli tarkalleen sama kuin esimerkistä 1 peräisin oleva ”keksinnöllinen” näyte ja toinen oli tarkalleen sama, paitsi että modifioimatonta liimapäällystettä käytettiin. Arvioinnissa käytettiin esimerkissä 1 esitettyjen menetelmien kanssa samoja menetelmiä ja saadut tulokset esitetään piirrosten kuviossa 3.

Kuten selvästi nähdään, vaikka suorituskyky on yhä parempi kuin tunnetun tekniikan mukaisten tuotteiden suorituskyvyt, suorituskyky ei ole niin hyvä kuin sellaisen tuotteen suorituskyky, jossa on viskositeettimodifioitu liima-päällyste. Tämä antaa uskottavuutta sille näkemykselle, että pienempi viskoosien liima pienentää jossain määrin huokoisuuden edullista vaikutusta hioma-aineagglomeraatti rakeissa.

Esimerkki 9 Tässä esimerkissä verrataan kahden keksinnön mukaisen kiekon suorituskykyä, joista kummassakin on standardi (toisin sanoen modifioimaton esimerkissä 8 testatun kiekon viskositeetin nostamiseksi) liimapäällyste. Tässä tapauksessa ainoa ero kiekkojen välillä on sideaineessa, jota käytetään hioma-ainepartikkelien sitomiseksi yhteen hioma-aineagglomeraattirakeiden muodostamiseksi. Näytteessä, joka identifioitiin ”lasitetuksi standardi SCA-liimapäällys-teeksi”, sidos oli lasimainen ja näyte oli esimerkissä 8 testattu, kuten edellä osoitetaan. Näytteessä, joka identifioitiin ”orgaaniseksi standardi SCA-liima-päällysteeksi”, sidos oli orgaaninen sidos ja agglomeraateissa olevat ympätyt sooligeelialumiinioksidihioma-ainepartikkelit olivat vähän karkeampia ja niiden raekoko oli 80. Kuitenkin niiden huokoisuus oli pääasiallisesti samaa luokkaa. Vertaileva tiedot, jotka saatiin käyttämällä samaa testimenetelmää kuin edellisissä esimerkeissä, merkitään piirrosten kuviossa 4 esitettyyn kaaviokuvaan.

Kaaviokuvasta ymmärretään, että keraamisesti sidotut agglomeraa-tit toimivat hieman paremmin kuin orgaanisesti sidotut agglomeraatit, vaikka orgaanisessa standardi SCA-liimapäällysteessä olevien karkeampien rakeiden odottaisi johtavan suurempiin metallin poistonopeuksiin. Ero tuli merkittävämmäksi kiekon kestoiän myöhemmissä vaiheissa.

Yllä olevien tietojen perusteella on hyvin selvää, että hioma-aine-agglomeraattien käyttö johti merkittäviin parannuksiin tunnetun tekniikan mukaisiin kiekkoihin verrattuna, erityisesti kun agglomeraatit koossa pitävä sidos on lasimainen sidos ja, kun liimalla on korkeampi viskositeetti kuin normaalisti huokoisuuden häviämisen estämiseen käytetty viskositeetti käytettäessä agglomeraatteja päällystetyn hioma-aineen valmistamiseen.

Claims (22)

1. Päällystetty hioma-ainetuote, joka käsittää alustamateriaalin ja siihen sideainemateriaalin avulla liimatut hioma-aineagglomeraattirakeet, tunnettu siitä, että agglomeraattirakeet on sintrattu ja kukin käsittävät useita hioma-ainepartikkeleita, jotka liimataan yhteen kolmidimensio-naaliseksi rakenteeseeksi, jossa jokainen hioma-ainepartikkeli liitetään ainakin yhteen viereiseen hioma-ainepartikkeliin lasimaisen sidosmateriaalin avulla, jossa lasimainen sidosmateriaali on läsnä epäjatkuvana faasina, jossa vähintään 70% lasimaisesta sidosaineesta on sidospaikkojen muodossa liittäen viereiset hioma-ainepartikkelit yhteen, jossa lasimainen sidosmateriaali on 2-25 tilavuus-% kiinteästä materiaalista kunkin hioma-aineagglomeraattirakeen sisällä, ja jossa hioma-aineagglomeraatin vapaa komponenttitilavuus on ainakin 2 % pienempi kuin yksittäisinä olevien hioma-ainepartikkelien vapaa komponenttitilavuus.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen päällystetty hioma-ainetuote, jossa lasimainen sidosmateriaali on 3-15 tilavuus-% hioma-ainepartikkelien ja lasi-maisten partikkelien sidosmateriaalin yhdistetystä tilavuudesta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen päällystetty hioma-ainetuote, jossa rakeet alustaan liimaava sideaine on orgaaninen hartsi.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen päällystetty hioma-ainetuote, jossa sideaine on orgaaninen hartsi, jonka viskositeetti on ainakin 1 500 senttipoisia.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen päällystetty hioma-ainetuote, jossa sideaineen viskositeettiä säädetään käyttämällä täyteainemateriaalia.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen päällystetty hioma-ainetuote, jossa hioma-ainepartikkeleita käytetään seoksessa vähintään yhden ei-hiovan materiaalin kanssa, joka valitaan ryhmästä, joka koostuu hionta-apuaineista, täyteaineista ja huokosmuodostajista, agglomeraattirakeiden valmistuksessa.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen päällystetty hioma-ainetuote, jossa hioma-ainepartikkelit valitaan ryhmästä, joka koostuu eri hioma-aineen ominaisuudet omaavista hioma-ainepartikkeleista, erikokoisista hioma-ainepartikkeleista, ja niiden seoksista.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen päällystetty hioma-ainetuote, jossa agglomeraattirakeet käsittävät partikkelisideaineen, joka valitaan lasimaisten ja metallisidosmateriaalien joukosta, ja jossa agglomeraattirakeet saostetaan alustaan käyttämällä sähköstaattisen kentän menetelmää.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen päällystetty hioma-ainetuote, jossa agglomeraattirakeet dispergoidaan sideainematriisiin.

10. Patenttivaatimuksen 4 mukainen päällystetty hioma-ainetuote, jossa päällystetyn hioma-ainetuotteen pinta on tekninen, joka käsittää useita erillisiä muotoja.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen päällystetty hioma-ainetuote, jossa agglomeraattihioma-ainerakeet ovat muotoiltujen rakenteiden muodossa, jotka saostetaan alustaan säännöllisessä järjestyksessä.

12. Menetelmä päällystetyn hioma-ainetuotteen muodostamiseksi, joka käsittää alustan ja joka on liimattu alustaan sideaineen avulla, ja joka päällystetty hioma-ainetuote käsittää useita hioma-aineagglomeraattirakeita, jotka valmistetaan sellaisen menetelmän avulla, joka käsittää vaiheina: a) syötetään hioma-ainepartikkeleita ja lasimaista partikkelisideaine-materiaalia pyörivään kalsinointiuuniin kontrolloidulla syöttönopeudella; b) pyöritetään uunia kontrolloidulla nopeudella; c) kuumennetaan seosta kuumennusnopeudella, joka määritetään syöt-tönopeuden ja uunin nopeuden avulla, lämpötiloihin välille noin 145 QC - 1 300 QC, d) rummutetaan partikkeletia ja lasimaista partikkelisideainetta uuniin, kunnes lasimainen sideaine liimautuu partikkeleihin ja useat partikkelit liimautuvat yhteen muodostaakseen sintrattuja agglomeraattirakeita; ja e) saadaan sellaiset sintratut agglomeraattirakeita, joissaa sintratuilla agglomeraattirakeilla on alkuperäinen kolmidimensionaalinen muoto, jossa kukin hioma-ainepartikkeli on liitetty vähintään yhteen viereiseen hioma-ainepartikkeliin lasimaisella partikkelisideaineella, jossa lasimainen partikkelisideaine on läsnä hioma-aineagglomeraattirakeissa epäjatkuvana faasina, jossa ainakin 70% lasimaisesta partikkelisidosaineesta on sidospaik-kojen muodossa liittäen viereiset hioma-ainepartikkelit yhteen, jossa lasimainen partikkelisidosaine on 2 - 25 tilavuus-% kiinteästä materiaalista kunkin hioma-aineagglomeraattirakeen sisällä, ja vapaa komponenttitilavuus, joka on ainakin 2 % alle vastaavien ai-neosapartikkelien vapaasta komponenttitilavuudesta.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, jossa lasimainen si-dosmateriaali on 3-15 tilavuus-% kiinteästä materiaalista kunkin hioma-aineagglomeraattirakeen sisällä.

14. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, joka edelleen käsittää vaiheen, jossa liimataan sintratut agglomeraattirakeet alustaan sideaineella, jossa rakeet alustaan liimaava sideaine on orgaaninen hartsi.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, jossa sideaine on orgaaninen hartsi, jonka viskositeetti on ainakin 1 500 senttipoisia.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, jossa sideaineen viskositeettiä säädetään käyttämällä täyteainemateriaalia.

17. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, jossa hioma-ainepartikkeleita käytetään seoksessa vähintään yhden sellaisten ei-hiovien aineiden kanssa, jotka valitaan ryhmästä, joka koostuu hionta-apuaineista, täyteaineista ja huokosmuodostajista, agglomeraattirakeiden valmistuksessa.

18. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, jossa hioma-ainepartikkelit valitaan ryhmästä, joka koostuu eri hioma-aineen ominaisuudet omaavista hioma-ainepartikkeleista, erikokoisista hioma-ainepartikkeleista, ja niiden seoksista.

19. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, jossa agglomeraattirakeet saostetaan alustaan käyttämällä sähköstaattisen kentän menetelmää.

20. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, jossa agglomeraattirakeet dispergoidaan sideainematriisiin.

21. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, jossa päällystetyn hioma-ainetuotteen pinta on tekninen, joka käsittää useita erillisiä muotoja.

22. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, jossa agglomeraat-tihioma-ainerakeet ovat muotoiltujen rakenteiden muodossa, jotka saostetaan alustaan säännöllisessä järjestyksessä. Patentkrav