DD297994A5

DD297994A5 - Schleifmittelprodukte

Info

Publication number: DD297994A5
Application number: DD90341987A
Authority: DD
Inventors: Paul W Kalinowski; Kuni S Ramakrishnan; Charles V Rue; David A Sheldon; Brian Swanson
Original assignee: ��@��k��
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1992-01-30
Also published as: JPH0791533B2; ES2076250T3; MX166943B; EP0395087B1; ATE127059T1; ZA903147B; AU620981B2; GR3018240T3; CN1046924A; US5035723A; EP0395087A2; DE69021923T2; KR900016419A; DE69021923T3; NO901917L; DE69021923D1; KR0138994B1; DK0395087T4; EP0395087A3; NO901917D0

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schleifkoerper, der ein gesintertes faserfoermiges Schleifmittel aus Aluminiumoxid und ein Bindemittel aufweist. Durch die erfindungsgemaesze Loesung soll erreicht werden, dasz ein faserfoermiges Schleifmittel eingesetzt wird, mit dem unter Vermeidung eines zu intensiven Brennvorgangs ein feinkoerniger Schleifkoerper mit guten Schleifeigenschaften erreichbar ist. Erfindungsgemaesz geschieht dieses dadurch, dasz das faserfoermige Schleifmittel einen im wesentlichen einheitlichen Querschnitt sowie ein Laengenverhaeltnis zu diesem von mindestens 1:1 und eine Haerte von mindestens 16 GPa besitzt und ueberwiegend aus gesinterten Alphaaluminiumoxidkristallen mit einer Koernung von wengier als 2 mm besteht.{Schleifkoerper; gesintertes faserfoermiges Schleifmittel; Aluminiumoxid; Bindemittel; Querschnitt; Laengenverhaeltnis; Haerte; Alphaaluminiumoxidkristall; Koernung}

Description

Die Erfindung betrifft einen Schleifkörper, der ein gesintertes fasorförmiges Schleifmittel aus Aluminiumoxid und ein Bindemittel aufweist.

Seit ihrer Einführung vor einigen Jahren haben SoI-GeI-, und insbesondere geimpfte Sol-Gel-Aluminiumoxidschleifmittel bei Schleifkörpern in breiten Anwendungsbereichen beträchtliche Vorzüge gegenüber anderen Premiumschleifmitteln bewiesen.

Es ist bekannt, derartige Schleifmittel durch Trocknen und Sintern eines Aluminiumhydroxid-Gels herzustellen, das auch unterschiedliche Mengen an Zusätzen wie MgO oder ZrO₂ enthalten kann. Das getrocknete Material wird entweder vor oder nach dem Sintern gebrochen, um unregelmäßige, blockig geformte polykristalline Schleifmittelkörper in einem gewünschten Körnungsbereich zu erhalten. Die Körner können später in einen Schleifkörper mit einem Bindemittel, wie z. B. eine Schleifscheibe oder ein Segment eingelagert werden.

Durch die US-P 4314827 ist es bekannt, Schleifkörner herzustellen, bei dem die gesinterten Körner unregelmäßige „schneeflockenartig" geformte A'.oha-AI^Oa-Kristalle enthalten, deren Durchmesser bei 5 bis 10pm liegt. Der Raum zwischen den Armen einer „Schneeflocke" und zwischen benachbarten „Schneeflocken" werden von anderen Phasen besetzt, beispielsweise von einem feinkristallinen Aluminiumoxid-Magnesio-Spinell.

Durch die US-P 4623364, übertragen auf die Norton Company, ist ein Sol-Gel-Verfahren zur Herstellung von aluminiumoxidhaltigen Schleifkörnern sowie von anderen Erzeugnissen als Schleifkörnern, wie z. B. Beschichtungen, dünnen Schichten, Fasern, Stäben oder kleinen Formteilen, mit verbesserten Eigenschaften bekannt. Entsprechend diesem Patent wird die Umwandlung des Aluminiumhydroxides in Alphaaluminiumoxid erleichtert, indem vor dem Trocknen Impfmaterial in das Gel oder den Gelvorläufer eingebracht wird. Dieser kann entweder durch Naßvermahlen des Gels oder Gelvorläufers mit Alphaaluminiumoxidmaterialien in der Schwingmühle oder durch direkte Zugabe von sehr feinkörnigen Impfpartikeln in Pulverform oder einer anderen Form erreicht werden. Zur Herstellung von Schleifmittelkörnern wird das geimpfte Gel getrocknet, zerkleinert und gebrannt. Die so erzeugten Schleifmittelkörner können bei der Fertigung von Erzeugnissen wie runden Schleifblättern und Schleifscheiben eingesetzt werden. Zur Herstellung von Formteilen oder Stäben kann das Material vor dem Brennen auch geformt oder formgepreßt werden, beispielsweise durch Extrusion. Im Falle des Extrudierens werden die entstehenden Stäbe später auf geeignete Längen geschnitten oder gebrochen.

Sobald sich das Gel gebildot hat, kann es in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch Pressen, Formpressen oder Extrusion, geformt und dann sorgfältig getrocknet werden, um einen rißfreien Körper der gewünschten Form herzustellen. Zur Herstellung oines Schleifmittels kann nach der Offenbarung das Gel extrudiert oder einfach in joder beliebigen Form ausgebreitet und getrocknet werden. Nach dem Trocknen kann der feste Körper oder das Material geschnitten oder bearbeitet werden, um eine gewünschte Form herzustellen, oder es kann durch geeignete Mittel, wie eine Hammer- oder Kugelmühle zerkleinert oder gebrochen werden, so daß Schleifmittelpartikel oder -körner entstehen.

Derartige geimpfte Sol-Gel-Schleifmittel haben eine viel festere Alpha-AI₂O₃-Kristallstruktur und eine höhere Dichte als das ungeimpfteSol-Gel-Material gemäß dem US-P 4314827. Die Alpha-AI₂Oa-Kristalle der geimpften Sol-Gel-Schleifmittel haben Korngrößen im Submikronbereich und gewöhnlich in der Größenordnung von etwa 0,4 pm und darunter; allerdings kann sich eine etwas gröbere Struktur ergeben, wenn das Impfen nicht optimal ausgeführt wird oder das Material bei zu hoher Temperatur oder zu lange gebrannt wird.

Andere Materialien.wie z. B. Eisenoxid, Chromoxid, Gammaaluminiumoxid und Vorläufer dieser Oxide sowie andere feine Kristalltrümmer, die als Keimbildungsplätze für die entsprechenden Alpha-Aluminiumoxid-Kristalle wirken, können ebenfalls als Impfzusätze verwendet werden, um die Umwandlung in Alpha-AI₂O₃ zu erleichtern. Als Faustregel gilt, daß derartige Impfmaterialien mit AI₂Oa strukturgleich sein und ähnliche Kristallparameter (innerhalb etwa 15%) haben sollten, um gut zu funktionieren.

Die US-P 3183071 und 3481723, offenbaren Schleifscheiben für den Einsatz bei Hochleistungsabgratarbeiten, die mit extrudieren stabförmigen polykristallinen Alphaaluminiumoxid-Schleifkörnern hergestellt werden. Aus der US-P 3481723 ist der Einsatz von extrudierten polykristallinen gesinterten Aluminiumoxidschleifmihelstäben mit Durchmessern in der Größenordnung von etwa 0,65 bis 3,28mm (26 bis 160 Millizoll) bekannt, die durch Extrusion einer Aufschlämmung von Alpha-AI₂O₃ oder anderen geeigneten feinen keramischen Teilchen gebildet werden, die mit organischen Bindemitteln vermischt worden sind, um die Extrusion zu erleichtern.

In ähnlicher Weise werden ger, ,aiJ US-P 3387957 Bauxit als gerade zylindrische Stäbe von kleinem Durchmesser extrudiert, deren Längen größer als der Durchmesser sind, für den Einsatz als Schleifmittel in kunstharzgebundenen Abgratschleifscheil^n extrudiert.

Die stabförmigen Schleifmittelkörner gemäß US-P 318307; US-P 3481723 sowie US-P 3387s?57 sind für Hochleistungs-Abgratarbeiten an Stahl bestimmt, und die stabförmigen Schleifmittelkörner sind in der Praxis ziemlich grob und haben im allgemeinen einen Stabdurchmesser, der einer Körnung von 16 oder darüber entspricht. Theoretisch kann zwar ein feineres Korn mit kleineren Querschnitten und Durchmessern hergestellt werden, aber es müßten zu große Mengen organischer Bindemittel, Fxtrusionshili sstoffe und Schmiermittel in die Aufschlämmung eingemischt werden, um sie durch die feineren Bohrungen extrudieren zu können. Diese Zusätze müßten alle beim Sintern ausgebrannt werden, was entweder zu einer übermäßigen Porosität und damit Schwäche der Sinterstäbe führen oder ein zu starkes Brennen erfordern würde, um das Material nach dem Ausbrennen der Zusätze zu verdichten. Das Hochbrennen würde zu einem zu starken und unerwünschten Kornwachstum im Erzeugnis führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schleifkörper, der ein gesintertes fasei förmi&es Schleifmittel aus Aluminiumoxid und ein Bindemittel aufweist, zu schaffen, welcher ein faserförmiges Schleifmittel aufweist, bei dem ein faserförmiges Schleifmittel eingesetzt wird, mit dem unter Vermeidung eines zu intensiven Brennvorg3nges ein feinkörniger Schleifkörper mit guten Schleifeigenschaften erreichbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das faserförmige Schleifmittel einen im wesentlichen einheitlichen Querschnitt sowie ein Längenverhältnis zu diesen vor· mindestens 1:1 und eine Härte von mindestens 16GPa besitzt und überwiegend aus gesinterten Alphaaluminiumoxidkristallen mit einer Körnung von weniger als ca. 2pm besteht.

Die gesinterten faserförmigen Schleifmittel können ein geimpftes faserförmiges Sol-Gel-Schleifmittel sein. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn das gesinterte faserförmige Schleifmittel aus Aluminiumoxid eine Dichte von weniger als 95% der theoretischen Dichte besitzt.

Vorteilhaft kann das gesinterte faserförmige Schleifmittel aus Aluminiumoxid 1 bis 50 Gewichtsanteile in % eines Bestandteiles aus einer Gruppe enthalten, die aus Zirkondioxid, Titandioxid, Magnesiumoxid, Zerdioxid, Spinell, Hafniumdioxid, Mullit, Mangandioxid, Vorläufern und Mischungen besteht.

Ein besonders geeignetes gesintertes faserförmiges Schleifmittel aus Aluminiumoxid weist ein Längenverhältnis von 1,5:1 bis 25:1 und/oder einen Durchmesser von 0,001 mm bis 2 mm auf und/oder die Alphaaluminiumoxidkristalle haben eine Größe von weniger als etwa 1 μιη, vorzugsweise von weniger als 0,4pm.

Hierbei besitzen die Schleifmittel bevorzugter Weise eine Härte von mindestem·. 18GPa und bestehen aus mindestens 95 Gewichtsanteilen in % Alphaaluminiumoxidkristalle mit einer Größe von 1 pm und darunter. Dabei sind die faserförmigen Schleifmittelpartikel zweckmäßigerweise weitgehend frei von glasartigen Bestandteilen.

Zur Erreichung hoher Schleifleistungen ist es zweckmäßig, wenn die faserförmigen Schleifmittelpartikel eine Bruchfestigkeit von mindestens 8000kp/cm² aufweisen.

Es ist möglich, daß die faserförmigen Schleifmittel in ihrer Längsabmessung gekrümmt und/oder verdreht sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines Schleifkörpers besteht darin, daß er aus 3 bis 39 Volumenanteilen in % Bindemittel, 30 bis EO Volumenanteilen in % Schleifmittel und 5 bis 67 Volumenanteilen in % Poren besteht, wobei das Bindemittel ein keramisches Bindemittel ist.

Dabei kann das harzartige Bindemittel aus einer Gruppe ausgewählt sein, die aus Phenolformaldehyd, Epoxidharz, Polyurethan, Polyester, Schellack, Gummi, Polyimid, Polybenzimidazol, Phenoxydharz und/oder aus Mischungen dieser Stoffe besteht.

Um spezifische Ansprüche zu erfüllen kann der Schleifkörper außer dem gesinterten faserförmigen Schleifmittel aus Aluminiumoxid 1 bis 90 Volumenanteile in % eines zweiten Schleifmittels enthalten, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus geschmolzenem Aluminiumoxid, verschmolzenem Aluminiumoxid-Zirkondioxid, nichtfaserförmigem Aluminiumoxid-Zirkondioxid, Siliziumkarbid, kubisches Bornitrid, Diamant, Flintstein, Granat, blasigem Aluminiumoxid, blasigem Aluminiumoxid-Zirkondioxid und/oder aus Mischungen dieser Stoffe besteht.

Eine bevorzugte Form der Ausbildung des Schleifkörpers ist soine Ausbildung als Schleifscheibe. Die Erfindung wird an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In dem Schleifkörper aus gebundenem Schleifmittel sind po'ykristalline Schleifmittelfasern auf Sol-Gel-Alphaaluminiumoxid eingelagert. Die Schleifkörper können Schleifscheiben und Seg lontc sein, die Schleifmittelfasern enthalten, welche überwiegend aus gesinterten Sol-Gel-Alphaaluminiumoxidkristnllon bestehen. Die Größe der Kristallite in den Schleifmittelfasern kann inSpezialfällen bis zu 10 pm, besser jedoch weniger als 2 pm, noch besser weniger als etwa 1 pm, und noch besser weniger als etwa 0,4 pm betragen. Die Fasern können durch Bereiten eines SoI-GeIs aus Aluminiumhydroxid, Verspinnen oder Extrudieren des Gels zu Fasern, Trocknen der Fasern und Brennen der getrockneten Fasern bei einer Temperatur von maximal etwa 1500X hergestellt werden. In der bevorzugten Form des Verfahrens wird dem Ausgangssol oder -gel eine wirksame Menge eines kristallinen Impfmaterials von Submikronkörnung zugegeben, das die schnelle Umwandlung des Aluminiumhydroxids im Gel in sehr feinkörnige Alphaaluminiumoxidkristalle fördert, wenn das extrudierte und getrocknete SoI-GeI gebrannt wird. Beispiele für derartiges Impfmaterial sind Betaaluminiumoxid, Gammaaluminiumoxid, Chromoxid, Alphaeisen(lll)-oxid, Alphaaluminiumoxid und deren Vorläufer.

Die Mikrokristalle entstehen durch einen Wachstumsprozeß aus einem SoI-GeI, was die Umwandlung in Alphaaluminiumoxid bei relativ niedrigen Temperaturen gestattet, die zu keinem übermäßigen Kristallwachstum führen. Dies führt zu einer charakteristischen feinen, gleichmäßigen MikroStruktur, besonders wenn das SoI-GeI geimpft worden ist. Dieser Wachstumsprozeß ist sehr wichtig und führt zu bedeutenden Unterschieden zwischen Erzeugnissen aus geimpftem SoI-GeI und Erzeugnissen, die durch Sintern von Alphaaluminiumoxidpartikeln entstehen. Bei diesen Aluminiumoxidpartikeln sind hohe Temperaturen, die zum Kristallwachstum führen, erforderlich, da sie sonst schwache Sinterbindungen zwischen benachbarten Knstalliten aufweisen. Infolgedessen enthalten sie gewöhnlich relativ große Kristallite.

Weiterhin ist es wünschenswert, daß die Kristallstruktur im wesentlichen frei von Verunreinigungen ist, die beim Brennen zur Entstehung von glasartigem Material führen wurden. Mit „glasartigem" Material ist amorphes, nichtkristallines Material ohne molekulare Fernordnung gemeint. Daher enthalten die erfindungsgemäßen Teilchen weniger als 5 Gewichtsanteile in % und vorzugsweise weniger als 2 Gewichtsanteile in % einer solchen glasartigen Komponente.

Mit Schleifmittelfasern werden längliche keramische Schleifmittelkörper bezeichnet, die jeweils einen über die gesamte Länge annähernd gleichbleibenden Querschnitt haben und deren Länge mindestens gleich und vorzugsweise doppelt so groß wie die größte Querschnittsabmessung ist. Die größte Querschnittsabmessung sollte etwa 2,0mm nicht überschreiten und ist vorzugsweise kleiner als etwa 0,5 mm. Die erfindungsgemäßen Schleifmittelfasern können gebogen oder verdreht sein, so daß die Länge nicht unbedingt geradlinig, sondern entlang der Faser gemessen wird.

Die Schleifmittelfasern erhält man vorzugsweise im allgemeinen durch Extrudieren oder Verspinnen eines vorzugsweise geimpften Gels aus Aluminiumhydroxid zu Endlosfasern, Trocknen der so erhaltenen Fasern, Schneiden oder Brechen derselben auf die gewünschten Längen und anschließend s Brennen der Fasern bei einer Temperatur von nicht mehr als 1500°C.

Außer dem Aluminiumhydroxid, das in Sol-Gel-Verfahren zur Erzeugung von Alphaaluminiumoxid eingesetzt wird, kann das Sol bis zu 10-15 Gewichtsanteile in % Zusätze wie Spinell, Mullit, Mannandioxid, Titandioxid, Magnesiumoxid, Zerdioxid, Zirkondioxid in Pulverform enthalten, oder es können auch ein Vorläufer in größeren Mengen, z. B. von 40% oder darüber, oder andere verträgliche Zusätze oder deren Vorläufer zugesetzt werden. Das Sol sollte jedoch möglichst kein Material enthalten, das unter Brennbedingungen zum Sintern des Alphaaluminiumoxides ein glasartiges Material erzeugen würde. Akzeptierbare Zusätze sind diejenigen, die Eigenschaften wie die Bruchzähigkeit, die Härte, die Bröckligkeit, die Bruchmechanik oder das Trocknungsverhalten verbessern. In seiner am meisten bevorzugten Anwendungsform enthält das Sol oder Gel ein fein verteiltes kristallines Impfmaterial von Submikron-Körnung oder dessen Vorläufer in wirksamer Menge, um die Umwandlung der Aluminiumhydroxidpartikel in Alphaaluminiumoxid beim Sintern zu erleichtern. Die Menge des Impfmaterials sollte etwa 10 Gewichtsanteile in % des Aluminiumhydroxids nicht übersteigen und ist normalerweiser in Mengen von mehr als etwa 5% nicht von Nutzen. In der Tat kann bei Verwendung von zu viel Impfmaterial die Stabilität des Sols oder Gels beeinträchtigt werden und das Erzeugnis wäre schwer extrudierbar. Darüber hinaus führen sehr große Mengen Alphaaluminiumoxid z.B. von 30 Gewichtsanteilen in % oder darüber, zu einem Erzeugnis, das bei höheren Temperaturen gebrannt werden muß, um die Kristalle

zu einer zusammenhängenden Struktur zu sintern. Dies führt entweder zu großen Kristallen (wenn eine hinreichende Sinterung erreicht wird) oder zu schlechter Festigkeit (wenn die Temperatur niedrig gehalten wird, um ein derartiges Kristallwachstum zu vermeiden). Wenn der Impfzusatz hinreichend feinkörnig ist (vorzugsweise 6OmVg oder darüber), dann können Mengen von etwa 0,5 bis 10% eingesetzt werden, wobei 1-5% bevorzugt werden.

Beispiele für feste, mikrokristalline Impfmaterialien sind Betaaluminiumoxid, AlphaeisendlD-oxid, Alphaaluminiumoxid, Gammaaluminiumoxid, Chromoxid und andere feine Kristalltrümmer, die einen Keimbildungsplatz für die entstehenden Alphaaluminiumoxidkristalle liefern, wob6i Alphaaluminiumoxid bevorzugt wird. Die Impfzusätze können auch in Form eines Vorläufers wie z. B. Eisen(lll)-.iitratlösung zugesetzt werden. Im allgemeinen sollte das Impfmaterial mit dem Alphaaluminiumoxid strukturgleich sein, ähnliche Kristallitgittermaße (innerhalb 15%) aufweisen und bei den Temperaturen, bei denen die Umwandlung in Alphaaluminiumoxid erfolgt (etwa 1000"C bis 1100°C), im getrockneten Gel vorhanden sein. Die grünen Schleifmittelfasern können aus dem Gel nach vielfältigen Verfahren erzeugt werden, beispielsweise durch Extrusion oder Verspinnen. Extrusion ist am zweckmäßigsten für grünn Fasern zwischen etwa 0,254mm und 1,0mm Durchmesser, die nach dem Trocknen und Brennen im Durchmesser ungefähr den Sieböffnungen entsprechen, die für Schleifmittelkörner der Körnung 100 bzw. 24 eingesetzt werden. Spinnen ist am zweckmäßigsten für gebrannte Fasern mit einem Durchmesser von weniger als etwa 100pm. Nach der Erfindung wurden gebrannte Fasern mit einer Feinheit bis zu 0,1 pm (0,0001 mm) durch Verspinnen hergestellt. Die grünen Fasern schrumpfen beim Brennen um etwa 40% im Durchmesser gegenüber ihrem extrudierten Durchmesser.

Für die Extrus'in besonders geeignete Gele sollten einen Feststoffgehalt von etwa 30% bis etwa 68% und vorzugsweise von etwa 45% bis etwa 64% besitzen. Der optimale Feststoffgehalt ändert sich direkt proportional zum Durchmesser der extrudierten Faser, wobei ein Feststoffgehalt von etwa 60% für Fasern bevorzugt wird, deren Durchmesser nach dem Brennen der Sieböffnung für ein zerkleinertes Schleifmittelkorn der Körnung 50 (ca. 0,28mm) annähernd entspricht. Wie oben angedeutet, haben Versuche, durch Einmischen von Feststoffen einen zu hohen Feststoffgehalt im Gel zu erzielen, gewöhnlich eine sehr nachteilige Wirkung auf die Stabilität des Gels. Das Extrudat besitzt in der Regel eine geringe Grünfestigkeit und hält oft nicht die Form der Faser, außer bei Durchmessern von etwa 2mm.

Das Verspinnen zum Herstellen von faserförmigen Schleifmitteln erfolgt, indem eine Gelmenge auf eine Scheibe aufgebracht wird, die in schnelle Drehung versetzt wird und grüne Fasern abwirft, die fast sofort an der Luft trocknen. Wahlweise kann das Gel in eine Zentrifugentrommel eingebracht werden, an deren äußerem Umfang Löcher oder Schlitze in der für die grünen Fasern gewünschten Größe gebohrt sind, und man läßt die Tiommel zur Faserbildung mit etwa 5000U/min rotieren. Zur Bildung der grünen Fasern können auch andere bekannte Spinnverfahren eingesetzt werden. Beim Verspinnen liegt der zweckmäßigste Feststoffgehalt zwischen etwa 20% und 45%, wobei etwa 35% bis 40% bevorzugt werden.

Wenn die Fasern durch Verspinnen erzeugt werden, ist es günstig, etwa 1 % bis 5% eines nichtglasbildenden Spinnhilfsstoffs, wie z. B. Polyethylenoxid, dem Sol zuzusetzen, aus dem das Gel gebildet wird, um dem Gel günstige viskoseelastische Eigenschaften für die Faserbildung zu verleihen. Die optimale Menge des Spinnhilfsstoffs ändert sich umgekehrt proportional zum Feststoffgehalt des Gels. Der Spinnhilfsstoff wird beim Rösten oder Brennen aus den Fasern dusgebrannt. Da sehr wenig Hilfsstoff zugesetzt zu werden braucht, zur Extrusion im allgemeinen überhaupt keiner, hater keinen wesentlichen Einfluß auf die Eigenschaften der gebrannten Fasern.

Den extrudierten Gelfasern können verschiedene gewünschte Formen gegeben werden, indem man das Gel durch Preßdüsen von der für den Faserquerschnitt gewünschten Form exirudiert. Diese Düsenformen können beispielsweise quadratisch, rhombisch, oval, röhrenförmig oder sternförmig sein. Am häufigsten ist der Querschnitt jedoch rund. Wenn die Gelfasern eintjn relativ großen Querschnitt haben oder aus einem Gel mit hohem Wassergehalt hergestellt wurden, kann es notwendig oder wünschenswert sein, sie 24-72 Stunden lang bei einer Temperatur unter 100°C zu trocknen, bevor sie einer ErhiUung über 100°C ausgesetzt werden. Wenn die Gelfasern einen relativ dünnen Querschnitt haben oder aus Gelen mit sehr hohem Feststoffgehalt bestehen, ist die Trocknung u.U. nicht notwendig.

Die zunächst entstehenden Endlosfasern werden vorzugsweise gebrochen oder auf die für die beabsichtigte Schleifanwendung gewünschte maximale Länge zugeschnitten. Im allgemeinen wird jede Formgebungs- oder Trennoperation, die zur Umwandlung der Endlosfasern in diskrete Körper zur Veränderung ihrer Form benötigt wird, am besten im Gelstadium oder im getrockneten Stadium ausgeführt. Sie ist dann mit viel weniger Arbeits- und Kostenaufwand herzustellen, als wenn sie aus den viel härteren und festeren Körpern hergestellt werden, die nach dem Fertigbrannen entstehen. Die Endlosfasern können daher unmittelbar nach dem Austreten aus der Extruderdüse durch jedes beliebige, dem Fachmann bekannte Mittel zu Fasern der gewünschten Länge verkürzt werden, beispielsweise durch einen rotierenden Drahtschneider, der dicht an der Stirnseite der Preßdüse montiert ist. Wahlweise können die getrockneten Fasern gebrochen oder geschnitten und dann in gewünschte Längenbereiche klassiert werden.

Nachdem die Gelfasern in vorbestimmter Weise geformt, geschnitten oder gebrochen sowie wenn erforderlich getrocknet wurden, werden sie durch kontrolliertes Brennen in Fasern der endgültigen Form umgewandelt. Das Brennen sollte ausreichen, um im wesentlichen den gesamten Gehalt an Aluminiumoxid der Gelfasern in kristallines Alphaaluminiumoxid umzuwandeln. Dieses sollte aber wader bei zu hoher Temperatur erfolgen noch zu lange dauern, da ein übermäßiges Brennen ein unerwünschtes Korn- oder Kristallwach'stum fördert. Im allgemeinen ist ein Brennen bei einer Temperatur zwischen 1200⁰C und 1350^cC mit einer Dauer von 1 h bzw. 5min hinreichend, allerdings können auch andere Temperaturen und Zeiten angewendet werden. In diesem Punkt weisen die aus SoI-GeI gebildeten Materialien die Besonderheit auf, daß sie bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen gebrannt werden können und eine ausgezeichnete Sinterung und vollständige Umwandlung in Alphaaluminiumoxid erzielen. Im Gegensatz dazu müssen Produkte mit einem wesentlichen Gehalt an Alphaaliiminiumoxid vor dem Brennen auf viel höhere Temperaturen erhitzt werden, um eine hinreichende Sinterung zu erzielen. Bei gröberen Fasern als ca. 0,25 mm wird das Vorbrennen des getrockneten Materials bei etwa 400-600⁰C über eine Dauer von mehren Stunden bzw. 10 Minuten bevorzugt, um die verbleibenden flüchtigen Bestandteile und das gebundene Wasser zu entfernen, die beim Brennen ein Reißen der Fasern verursachen könnten. Besonders für Fasern aus geimpften Gelen führt übermäßiges Brennen schnell dazu, daß größere Körner die meisten oder alle kleineren Körner in der Umgebung absorbieren und damit die Gleichmäßigkeit des Produktes im mikrostrukturellen Maßstab vermindern.

Die erfindungsgemäßen Schleifmittelfasel η sollten vorzugsweise ein Längeverhältnis, das bedeutet das Verhältnis zwischen der Länge in Richtung der Haupt- oder längeren Abmessung und der größten Ausdehnung des Fadens in Richtung jeder beliebigen Abmessung senkrecht zur Hauptabmessung, von etwa 1,5:1 bis 25:1 haben. Wenn der Querschnitt nicht rund ist, z.B. polygonal, wird die größte Abmessung senkrecht zur Längsrichtung bei der Bestimmung des Längenverhältnisses verwendet. Das Längenverhältnis liegt vorzugsweise zwischen etwa 2:1 und 8:1, obwohl längere Fasern bei vielen Anwendungsformen ebenfalls brauchbar sind. Die bei der praktischen Realisierung der Erfindung besonders brauchbaren Fasern haben eine Härte von mindestens 16GPa und vorzugsweise mindestens 18 GPa für die meisten Anwendungen (Vickers-Eindringkörper, Last 500g) und eine Dichte von vorzugsweise mindestens 90% und gewöhnlich möglichst 95% der theoretischen Dichte. Reines dichtes Alphaaluminiumoxid hat eine Härte von etwa 20-21 GPa. Zumindest in einigen Fällen können die zum Einsatz kommenden Schleifmittelfasern in Längsrichtung verdreht oder etwas gekrümmt oder gebogen sein.

Es wird angenommen, daß gekrümmte oder verdrehte Schleifmittelfasern gegenüber geraden Fasern überlegen sein können, da die gekrümmte oder verdrehte Konfiguration das Herausziehen derselben aus ihrer Bindung erschwert. Außerdem erleichtern es solche gewundenen oder verdrehten Schleifmittelfasern, erwünschte Bereiche von loseren Dichten einer Schleifscheibe zu erzielen. Der Durchmesser der Schleifmittelfasern kann bis zu etwa 2 mm betragen; es zeigt sich aber, daß mit einem kleineren Durchmesser oft eine höhere Leistung erreicht wird. Daher haben die bevorzugten Teilchen einen Querschnitt von weniger als 1 mm und vorzugsweise von weniger als etwa 0,5mm. Es wurde festgestellt, daß mit den erfindungsgemäßen Schleifmittelfasern Schleifkörper herstellbar sind, die vergleichbaren ErzeugH >sen, die zerkleinerte schmelzgeformte und gesinterte Schleifmittelkörper mit einem Querschnitt (Körnung) annähernd gleich dem Durchmesser der Schleifmittelfaser enthalten, weit überlegen sind.

Die Orientierung der Fasern im Schleifkörper kann beliebig sein. Eine domin&nte Orientierung ist lediglich bei besonderen Maßnahmen erforderlich. Es wird davon ausgegangen, daß die größte Wirksamkeit durch eine radiale Orientierung der Fasern erzielt wird, so daß ein Ende an der Schleiffläche liegt.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schleifkörper mit einem gesinterten faserförmigen Schleifmittel sowie ein Bindemitte', wie z. B. Schleifscheiben, Segmente und Abziehsteine, wobei diese aus einem Bindemittel und gesinterten SoI-GeI-Schleifmittelfasern bestehen. Die Mengen des Bindemittels und des Schleifmittels können, bezogen auf Volumenanteile in %, zwischen 3% und 76% Bindemittel, 24% und 62% Schleifmittel sowie 0% und 73% Poren variieren. Wie aus diesen Zusammensetzungen in Volumenanteilen in % ersichtlich, gestattet das faserförmige Schleifmittel die Produktion von Schleifkörpern aus gebundenem Schleifmittel mit wesentlich höheren Gefügekennwerten in weicheren Qualitäten, als dieses bisher mit gleichachsigem Schleifmittel von herkömmlicher Form möglich war. Herkömmliche porenbildende Mittel, wie z. B. Hohlglasperlen, Hohlkunstharzperlen, Vollkunstharzperlen, Schaumglaspartikel, blasiger Aluminiumoxid u.a. können jedoch in die erfindungsgemäßen Schleifscheiben eingelagert werden und biete*) dadurch noch mehr Spielraum bezüglich Veränderungen der Qualität und der Gefügekennwerte.

Die Schleifkörper können entweder mit einem harzartigen oder mit einem keramischen Bindemittel gebunden w irden. Die bevorzugten harzartigen Bindemittel basieren in an sich bekannter Weise auf Phenolformaldehydharz, Epoxidhar.. Polyurethan, Polyester, Schellack, Polyamid, Polybenzimidazol oder Mischungen dieser Stoffe. Die Bindemittel können 0 bis 75 Volumenanteile in % eines oder mehrerer Füllstoffe oder Schleifhilfsstoffe enthalten.

Wenn das Bindemittel vom harzartigen Typ ist, sind geeignete Füllstoffe u.a. Kryolith, Eisensulfid, Kalziumfluorid, Zinkfluorid, Ammoniumchlorid, Copolymere und Vinylchlorid und Vinylidenchlorid, Polytetrafluorethylen, Kaliumfluoroborat, Kaliumsulfat, Zinkchlorid, Kyanit, MuIHt, Nephelinsyenit, Molybdändisulfid, Graphit, Natriumchlorid oder Mischungen dieser verschiedenen Materialien. Die keramischen Bindemittel eignen sich zwar für das Einmischen von Füllstoffen, aber die Anzahl der brauchbaren Füllstoffe ist wegen der relativ hohen Temperaturen, die zum Einbrennen derartiger Bindemittel erforderlich sind etwas gering. Füllstoffe wie Kyanit, Mullit, Nephelinsyenit, Graphit und Molybdänsulfid können jedoch je nach der Einbrenntemperatur eines speziellen keramischen Bindemittels verwendet werden. Die Schleifscheiben mit keramischen Bindemitteln können auch mit einem Schleifhilfsstoff getränkt werden, wie z. B. geschmolzenem Schwefel, oder sie können mit einem Bindemittel wie Epoxidharz getränkt werden, um einen Schleifmittelhilfsstoff in die Poren der Scheibe einzubringen. Die Eigenschaften von Schleifkörpern aus gebundenem Schleifmittel können durch bloßes Tränken mit einem hitzehärtbaren Harz, wie z. B. einem Epoxidharz, Polyester, Urethan, Phenolformaldehydharz o.a. wesentlich verändert werden.

Neben Füllstoffen und Schleifhilfsstoffen können die Schleifkörper, die gebundenes, gesintertes faserförmiges Schleifmittel auf der Basis von Aluminiumoxid enthalten, auch ein zweites Schleifmittel in Mengen von etwa 1 bis 90 Volumenanteilen in % der gesamten Schleifscheibe enthalten. Das zweite Schleifmittel kann als Füllstoff dienen, beispielsweise wenn es sich um ein feinkörniges Schleifmittel handelt, oder wenn das Schleifmittel gröber ist, dient es gewöhnlich als Hilfs- oder Sekundärschleifmittel. Bei einigen Schleifanwendungen dient das zweite Schleifmittel als Streckmittel für das gesinterte faserförmige Superschleifmittel auf der Basis Aluminiumoxid. Bei anderen Schleifanwendungen kann das zweite Schleifmittel sogar die Gesamtschleifeigenschaften des gebundenen Erzeugnisses verbessern, entweder bei der Gesamtleistung oder bei der Oberflächenbeschaffenheit des geschliffenen Materials. Das zweite Schleifmittel kann geschmolzenes Aluminiumoxid, zusammengeschmolzenens Aluminiumoxid-Zirkondioxid, nichtfaserförmiges gesintertes Aluminium-Zirkondioxid, Siliziumkarbid, kubisches Bornitrid, Diamant, Flintstein, Granat, blasiges Aluminium-Zirkondioxid und dgl. sein. Das erfindungsgemäße faserförmige Schleifmittel und die Schleifkörper, die das Schleifmittel enthalten, sind im allgemeinen bisher bekannten Schleifmitteln überlegen, wie die folgenden Beispiele zeigen. Die Schleifkörper eignen sich zum Schleifen aller Arten von Metall, beispielsweise von verschiedenen Stählen wie rostfreiem Stahl, Gußstahl, gehärtetem Werkzeugstahl, von Gußeisen, wie Gußeisen mit Kugelgraphit, Tempergut, Sphäroguß, Schalenhartgut und Kugelgraphitgrauguß sowie von Metallen wie Chrom, Titan und Aluminium. Wie alle Schleifmittel und die sie enthaltenden Schleifkörper sind das Schleifmittel und die Schleifkörper nach der Erfindung beim Schleifen bestimmter Metalle wirksamer als bei anderen und in bestimmten Schleifanwendungen leistungsfähiger als in anderen. Hervorragende Hands>:hleifscheiben, Trennscheiben, Präzisionsschleifscheiben, Segmentscheiben, Schienenschleifscheiben und Abziehscheiben erhält man, wenn das darin verwendete Schleifmittel das hier beschriebene faserförmige Schleifmittel ist.

Beispiele für bevorzugte Realisierungen Beispiel I

In diesem Beispiel wurden 196,4 kg Pural^s NG-Aluminiummonohydroxidpulver, bezogen von der Condea Chemie GmbH, 38,2 kg Wasser, vermengt mit 1,37 kg Alphaaluminiumoxid-Impfmaterial, und 28,8 kg destilliertes Wasser in einem gewöhnlichen Doppelmantel-V-Mischer fünf Minuten lang gemischt und ergaben eine im wesentlichen gleichmäßige Aufschlämmung. An diesem Punkt wurden 16kg Salpetersäure (Konzentration 70%), verdünnt mit 44,6kg destilliertem Wasser unter fortgesetzter Rotation der Mischerschaufeln dem Mischer zugesetzt. Nach fünf Minuten weiteren Mischens erfolgte die Umwandlung des Sols in ein Gel, das etwa 61 % Feststoffe einschließlich des im wesentlichen gleichmäßig verteilten Impfmaterials enthielt. Das Impfmaterial in diesem Beispiel wurde aufbereitet, indem eine Charge destilliertes Wasser in einer Sweco-Mühle, Modell 45, mit 88%igem Aluminiumoxid-Mahlkörper von Standardqualität (je 12mm Durchmesser χ 12mm Länge), bezogen von der Diamonite Products Company, Shreve, Ohio, vermählen wurde, bis die Kristallkeime im Wasser eine spezifische Oberfläche von mindestens 10OmVg erreichten.

Das verwendete Pural* NG-Pulver hatte eine Reinheit von etwa 99,6% mit geringen Beimengungen von Kohlenstoff, Siliziumdioxid, Magnesiumoxid und Eisenoxid.

Das geimpfte Gel wurde in üblicherweise durch eine glattwandige Preßdüse mit mehreren Bohrungen von etwa 1,19mm Durchmesser extrudiert, um kontinuierlich Gelfäden zu erzeugen. Die Gelfäden wurden dann 24-72 Stunden lang bei einer Temperatur von 75 bis 8O⁰C und einer relativen Luftfeuchte > 85% getrocknet. Nach diesem Trocknungsschritt waren die Endlosfäden relativ spröde und konnten leicht auf kurze Längen zerkleinert oder gebrochen werden. Für dieses Beispiel wurden aus den Endlosfasern faserförmige Körper mit einer durchschnittlichen Länge von 2mm bis 8mm hergestellt. Diese kurzen Fasern wurden dann durch Erhitzen mit einer Geschwindigkeit von etwa 2 °C/min auf800⁰C, mit einer Geschwindigkeit von etwa 5°C/min von 800°C auf 137O⁰C in Aluminiumoxid umgewandelt, bei der letzteren Temperatur fünf Minutenlang gehalten, worauf sie abgekühlt wurden. Nach der Abkühlung hatten die Fasern einen mittleren Durchmesser von etwa 0,58mm und zufällig verteilte Längen von etwa 1,5mm bis 6mm und bestanden im wesentlichen aus reinem Alphaaluminiumoxid mit einer mittleren Kristallitgröße von 0,3 pm und einer Zugfestigkeit von etwa 1,6GPa. Diese zuletzt beschriebenen Schleifmittelfasern hatten einen nur etwas kleineren Durchmesser als ein Schleifkorn der Standardkörnung 30. Diese faserförmigen Körner wurden, in an sich bekannter Weise nach dem US-P 4543107, zu keramisch gebundenen Schleifscheiben verarbeitet. Aus geschmolzenen 32 A-Schleifmittelkörnern (Sulfidverfahren), die von der Norton Company, Worchester, Massachusetts, vertrieben werden, wurden Vergleichs-Schleifscheiben hergestellt. Diese Testschleifscheiben wurden mit einem Durchmesser von 178mm (7"), einer Dicke von 12,7mm ('/2") und einer Bohrung von 31,75mm (1¹A") hergestellt. Der Gesamtanteil des Schleifmittels in Volumenanteile in % in jeder Schleifscheibe wurde konstant bei 48 % gehalten, und der Anteil des keramischen Bindemittels der Zusammensetzung A in Volumenanteile in % (siehe Tabelle I) werden konstant bei 7,21 % gehalten.

Tabelle I: Schmelzoxid-Zusammensetzung des Bindemittels A

SiO₂	47,61
AI₂O₃	16,65
Fe₂O₃	0,38
TiO₂	0,35
CaO	1,58
MgO	0,10
Na₂O	9,63
K₂O	2,86
Li₂O	1,77
B₂O₃	19,03
MnO₂	0,02
P₂O₃	0,22
	100,00

Ein Beispiel für ein wahlweise verwendbares keramisches Bindemittel wurde in dem schwebenden US-Patentantrag, Aktenzeichen 07/236586, registriert am 25.8.1988, abgetreten an den gleichen Rechtsnachfolger wie die vorliegende Erfindung, offenbar. Ein Beispiel eines solchen Bindemittels trägt die Bezeichnung 3GF259A, so bezeichnet und vertrieben von der O. Hommel Company of Pittsburgh, Pennsylvania. Dieses gefrittete Bindemittel besteht aus 63% Siliziumdioxid, 12% Aluminiumoxid, 1,2% Kalziumoxid, 6,3% Natriumoxid, 7,5% Kaliumoxid und 10% Boroxid, alle Angaben Gewichtsanteile in %. Die Mischung und die grünen Schleifscheiben werden in der üblichen Weise hergestellt, und die letzteren werden bei 900⁰C gebrannt, um das Bindemittel einzubrennen, wobei der Brennzyklus aus einem Aufheizabschnitt mit 25°C/h Temperaturanstieg von Raumtemperatur auf 900⁰C, einemdchtstündigem Ausgleichsglühen bei 900⁰C und einer Abkühlung auf Raumtemperatur mit freier Abkühlungsgeschwindigkeit besteht.

Nach dem Mischen der Schleifmittelkörner mit den Bestandteilen des Glasbindemittels wurden die Testschleifscheiben in Stahlformen auf die gewünschte Porosität von 44,79% formgepreßt. Die Schleifscheiben wurden dann 43 Stunden lang auf 900°C aufgeheizt, 16h lang bei dieser Temperatur gehalten, worauf man sie auf Raumtemperaturen abkühlen ließ. Die gebrannten Schleifscheiben wurden zur Vorbereitung für einen Nutschleiftest auf b",35mm (¹A") abgerichtet und geschlichtet. Die Schleifscheiben mit den erfindungsgemäßen Schleifmittelfasern wurden mit SN119, die Vergleichsschleifscheiben mit dem an sich bekannten schmelzgefo.-mten Schleifmittel mit 32 A30 bezeichnet. Das zu schleifende Material war auf Rc60 (Rockwell-Härte) gehärteter D-3-Werkzeugsiahl, die Länge der geschliffenen Nut war 40,64cm (16,01"). Die Tests wurden mit einer Flächenschleifmaschine von Brown and Sharpe durchgeführt, wobei die Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe auf 30,48 m/s (6000 Fuß/min) und die Tischgeschwindigkeit auf 0,254 m/s (50 Fuß/min) eingestellt wurden. Tests wurden bei drei Tiefenvorschubwerten durchgeführt: 0,025mm; 0,051 mm und 0,076mm (1,2 und 3 Millizoll) pro Doppeldurchgang, sämtlich bis zu einer Gesamttiefe von 1,524mm (60 Millizoll). Der Schleifscheibenverschleiß, der Metallabtrag und die Leistung wurden

bei joder Zustellgeschwindigkeit rjamescen. l;er Begriff „G-Verhältnis", wie er in Tabelle Il und weiterhin verwendet wird, bezeichnet die Zahl, die sich s-us der Division des abgetragenen Metallvolumens durch die VoI imenabnahme der Schleifscheibe infolge Abnutzung bei einem bestimmten Schleifarbeitsgang ergibt; je höher der Quotient, desto höher ist die Qualität der

Schleifscheibe.

Die Testergebnisse sind in Tabelle Il dargestellt.

Tabelle II: Ergebnisse des Trocken-Nutschleiftests an D3-Stahl

Schleifmittel	Scheibe	Vorschub	G-Verhältnis	Spezif.	Energie
(Typ)	Nr.	(mil)·	(Stahl/Scheibe)	(PS-min/	J/mm³
				Zoll³)
Geschmolzen	32A30	1	4,0	7,09	19,35
(blockig)		2	4,25	9,02	24,62
		3	Scheibe blockiert
Gesintert	SN119	1	30,28	5,11	13,95
(extrudierte)		2	21,31	4,91	13,40
Fasern)		3	48,16	8,94	24,41

• 1 mil = 0,001" = 0,0254mm.

Beim trockenen Schleifen von D3-Stahl mit einer Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe von 30,48m/s (6000 Fuß/min) hatten die mit den erfindungsgemäßen Schleifkörnern hergestellten Schleifscheiben die fünf- bis zehnfache Lebensdauer und verbrauchten weniger Energie zum Abtragen einer Volumeneinheit Stahl als die besten an sich bekannten walzengebrochenen Schmelzschleifkörner von ähnlichem Querschnittsdurchmesser.

Der Vorteil der Schleifscheiben mit länglichen faserförmigen Schleifkörnern, die nach der Erfindung hergestellt waren, war bei hohen Metallabtragsraten besonders ausgeprägt. Für eine bestimmte Schleifqualität zeigten die Schleifscheiben mit faserförmigem Schleifmittel eine viel bessere Spanleistung, wie die niedrigeren Energiewerte in Tabelle Il zeigen, und erzeugten weniger Wärme, woraus sich wiederum eine brandmarkenfreie Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks ergibt. Geringe Hitze und fohlende Brandmarken sind notwendig, um eine metallurgische Beschädigung des zu fertigenden Schneidwerkzeugs zu vermeiden.

Beispiel Il

In diesem Beispiel wurden keramisch gebundene Segmentschleifkörper mit den gleichen Körnungen wie in Beispiel I beschrieben hergestellt. Diese Segmente wurden so gefertigt, daß sie in ein CORTLAND-Spannfutter von 30,48cm (12") Durchmesser paßten. Jedes Segment hatte eine Höhe von 12,7cm (5") und einen Querschnitt, der gleich dem Sehnenabschnitt eines Kreises von 30,48cm (12") bei einer Sehnenlänge von 19,05cm (7,5") war. Die Segmente wurden in der gleichen Weise hergestellt wie die Schleifscheiben von Beispiel I. Ein Schleiftest, bei dem das erfindungsgemäße Schleifmittel mit dem besten gegenwärtig eingesetzten Schmel !schleifmittel verglichen wurde, wurde an quadratischen Stahlplatten von 30,48cm (12") Seitenlänge aus 1018er-Stahl mit ainer BLANCHARD-Senkrechtflächenschleifmaschine durchgeführt. Es wurde ein Naßschleifverfahren mit einer Emulsion von wasserlöslichem Öl in Wasser im Verhältnis 1:40 angewendet. Es wurden drei Tiefenvorschubgeschwindigkeiten getestet:

0,406mm/min (0,016"/min), 0,559mm/min (0,022"/min) und 0,711 mm/min (0,028"/min), und in jedem Falle wurden vier Schleifgänge vjrchgeführt, jeweils mit einem Gesamt-Tiefenvorschub von 2,54 mm (100 Millizoll). Der Scheibenverschleiß, der Metallabtrag und die Leistung wurden für jeden Arbeitsgang gemessen. Die Gesamtergebnisse sind in Tabelle III angegeben.

Tabelle III: Ergebnisse des Segment-Flächenschleiftests an 1018er Stahl

Schleifmittel (Typ)

Segment Nr.

Vorschubgeschwindigk. G-Verhältn. Leistg.

(mil/min)* (mm/min) (Stahl/Scheibe) (kW)

Geschmolzen (blockig)

Gesintert (extrudierte Fasern)

32A30S

SN119S

16	0,406	7,44
22	0,559	5,75
28	0,711	4,48
16	0,406	34,32
22	0,559	12,64
;>8	0,711	12,64

• 1 mil = 0,001 Zoll = 0,0254mm.

Wie aus den in Tabelle Il dargestellten Ergebnissen ersichtlich, übertrafen die aus den erfindungsgemäßen faserförmigen Schleifmitteln gefertigten Segmente das beste gegenwärtig verwendete Schleifmittel um 300 bis 500% im G-Verhältnis, während ihre Leistungsaufnahme bei den höheren Zustellgeschwindigkeiten wesentlich niedriger war.

Beispiel III

In diesem Beispiel wurde ein Charge faserförmiges Schleifmittel von geringerem Faserdurchmesser hergestellt, indem 3,2kg Pural® NG-Aluminiummonohydroxid mit 1,3kg Wasser, vermengt mit 22g Alphaaluminiumoxid-Impfmaterial, wie in Beispiel I vermischt wurde. Nach fünfminütigem Mischen wurden 200g 70%ige Salpetersäure verdünnt mit 750cm³ destilliertem Wasser

zugesetzt, und das Mischen wurde weiter fünf Minuten lang fortgesetzt, um ein Gel mit 59% Feststoffgehalt zu erzeugen, in dem das Impfmaterial gleichmäßig verteilt war. Das geimpfte Gel wurdo dann in üblicherweise durch eine glattwandige Preßdüse mit mehreren Öffnungen von jeweils 0,60mm Durchmesser extrudiert. Nach dem Trocknen wurden die extrudierten Fasern auf Längen von durchschnittlich 3mm gebrochen und dann 5 Minuten lang bei 1320°C gebrannt. Nach dem Brennen entsprach das Maß des Querschnitts der Einzelfasern einem Standardschlcifmittel der Körnung 50. Die Brenntemperatur von 1320⁰C bei einer Brenndauer von D min war etwas geringer als in Beispiel I. Wie in Beispiel I waren auch hier die Fasern gebogen und verdreht. Diese Fasern wurden nach der Verfahrensweise von Beispiel I zu Testschleifscheiben verarbeitet, wobei jedoch der Scheibendurchmesser 127 mm (5") betrug, und es wurden Vergleichsscheiben mit einem geimpften SoI-GeI-Aluminiumoxidschleifmittel der gleichen Zusammensetzung wie der derjenigen dos faserförmigen Schleifmittels hergestellt, die aber durch Zerkleinern von trockenen Pulverkörpern gefertigt wurden, um blockig geformte Körner von ähnlicher Form wie geschmolzene Aluminiumoxidkörner herzustellen. Die Schleifscheiben mit dem erfindungsgemäßen faserförmigen Schleifmittel wurden mit X31-1, die Scheiben mit dem blockigen Sol-Gel-Korn mit SN 5 bezeichnet. Diese Schlafscheiben wurden durch Nutschleifen von gehärtetem D3-Stahl wie in Beispiel I getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV dargestellt.

Tabelle IV: Ergebnisse des Trocken-Nutschleiftests an D3-Stahl

Schleifmittel	Scheibe	Vorschub	G-Verhältnis	Spezif.	Energie
(Typ)	Nr.	(mil)*	(Stahl/Scheibe)	(PS-min/	J/mm³
				Zoll³)
SoI-GeI	SN5	0,5	24,3	23,0	62,8
(blockig)		1,0	35,8	15,5	42,3
		2,0	28,8	10,6	28,9
SoI-GeI	X31-1	0,5	26,27	18,2	49,7
(extrudierte		1,0	48,58	12,9	3¹V?
Fasern)		2,0	73,78	8,7	23,75

• 1 mil = 0,001 Zoll = 0,0254mm.

Diese Ergebnisse zeigen deutlich den Vorteil des faserförmigen Sol-Gel-Aluminiumoxidschleifmittels gegenüber dem Soi-Gel-Aluminiumoxidschleifmittel mit blockig geformten Körnern. Bei der höchsten Vorschubgeschwindigkeit hatten die erfindungsgemäßen Körner ein um 255% höheres G-Verhältnis und eine 18% niedrigere Energieaufnahme.

Beispiel IV

Vier Sätze heißgepreßte Standard-Handschleifscheiben mit Phenolformaldehydharzbindung wurden in an sich bekannter Weise mit einem Durchmesser von 15,24 mm (6"), einer Dicke von 1,59cm (0,625") und einer Bohrung von 1,59cm (0,625") hergestellt. Ein Scheibensatz enthielt das zusammengeschmolzene, blockig geformte Aluminiumoxid-Zirkondioxidschleifmittel (AZ) gemäß US-P 3891408; ein zweiter Scheibensatz enthielt das blockig geformte geimpfte Sol-Gol-Aluminiumoxidschleifmittel (SGB) gemäß US-P 4623364 in der Körnung 16 (US-Standardsiebreihe); und ein dritter Scheibensatz enthielt das im obigen Beispiel I beschriebene faserförmige geimpfte Sol-Gel-Aluminiumoxidschleifmittel (SGF), jedoch mit einem Durchmesser von 1,5mm (0,074"). Alle Schleifscheiben waren bis auf den Schleifmitteltyp im wesentlichen gleich; sie waren von relativ harter Beschaffenheit mit Volumenanteilen in % von 48% Schleifmittel, 48% Bindemittel und 4% Poren. Alle Schleifscheiben wurden in einem Schleifprozeß eingesetzt, der Bedingungen simulierte, die beim Schleifen von Eisenbahnschienen gegeben sind. Die Ergebnisse waren die folgenden, wobei die Schleifscheiben, die das an sich bekannte geschmolzene Aluminiumoxid-Zirkondioxid-(AZ)-Schleifmittel enthielten, als Vergleichsmaßstab verwendet wurden.

Tabelle V: Schienenschleiftest

Relative Ergebnisse in %

Schleiwnittel-	Konst.	Scheiben	Material	kW	G-Verhält
variante	Leistg.	verschleiß	abtrags		nis
	kW	rate	rate
AZ	1,7	100,0	100,0	100,0	100,0
SGB		239,9	116,8	106,7	48,6
SGF		140,2	141,6	107,8	101,0
AZ	2,2	100,0	100,0	100,0	100,0
SGB		286,4	117,7	101,2	41,1
SGF		149,1	137,2	103,8	92,0
AZ	2,3	100,0	100,0	100,0	100,0
SGB		152,7	99,0	101,4	64,8
SGF		140,0	128,2	99,6	91,5
AZ	2,5	100,0	100,0	100,0	100,0
SGB		248,3	107,5	103,1	43,3
SGF		117,5	120,9	103,5	102,9

Wie aus den G-Verhältnissen, d. h. aus der Material-Volumenabtragsrate pro Einheit des Scheibenverschleißes, ersichtlich, war die Gesamtgüte des gegenwärtig verwendeten AZ-Schleifmittels dem blockig geformten geimpften Sol-Gel-Schleifmittel weit überlegen, und das hier beschriebene faserförmige geimpfte Sol-Gel-Schleifmittel ist nur dem AZ gleichwertig. Beim Schienenschleifen ist es jedoch entscheidend, daß die Eisenbahnschienen für die notwendige Aufarbeitung der Schienen durch

Nachschleifen so kurz wie möglich außer Betrieb sind. Damit wird die Geschwindigkeit, mit der eine Schleifscheibe Metal! abträgt, der bestimmende Faktor bei der Beurteilung der Qualität einer Schienenschleifscheibe. Die Metallabtragsgeschwindigkeit der Schleifscheiben, die das faserförmige geimpfte Sol-Gel-Schleifmittel enthielten, war sowohl der Geschwindigkeit des AZ-Schleifmittels als auch der des walzengebrochenen geimpften Sol-Gel-Schleifmittels haushoch überlegen. In den verschiedenen Schleifgängen war das faserförmige Schleifmittel bezüglich des abgetragenen Metallgewichtn um etwa 42%, 37%, 28% bzw. 21 % besser als AZ und um etwa 25,20,29 bzw. 13 Prozentpunkte besser als die Schleifscheiben, die das blockig geformte geimpfte Sol-Gel-Schleifmittel enthielten. Warum das faserförmige geimpfte Sol-Gel-Schleifmittel sogar seinem blockig geformten Gegenstück überlegen ist, ist nicht vollständig klar, aber der Unterschied war deutlich.

Beispiel V

Eine Serie von handelsüblichen Trennscheiben mit Phenolformaldehydharzbindung wurde nach an sich bekannten Verfahren hergestellt. Die Maße der Schleifscheiben waren 50,8cm χ 0,33cm χ 2,54cm (20ZoII χ 0,130ZoII χ 1 Zoll), und die Scheiben waren seitlich durch eine Glasfasergewebescheibe mit einem Radius etwa vom halben Radius der Trennscheibe verstärkt, d. h. die Verstärkungsgewebe hatten einen Durchmesser von etwa 254 mm (10 Zoll). Die Trennscheiben wurden zu einem Drittel mit walzengebrochenen geformtem, zerkleinerten Schmelzaluminiumoxid der Körnung 24 (bezogen auf die US-Standardsiebreihe) hergestellt, der von der Norton Company unter der Bezeichnung ALUNDUM (57 A) vertrieben wird, wobei ALUNDUM ein registriertes Warenzeichen der Norton Company ist. Ein zweites Drittel der Scheiben enthielt das blockig geformte geimpfte Sol-Gel-Schleifmittel der Körnung 24, das in der obenerwähnten US-P 4623364 beschrieben wird (SGB). Das letzte Drittel der Schleifscheiben enthielt das erfindungsgemäße faserförmige geimpfte Sol-Gel-Aluminiumoxidschleifmittel (SGF) mit einem Querschnitt, der dem Durchmesser des gleichachsigen 57A und des blockig geformten geimpften Sol-Gel-Schleifmittels der Körnung 24 annähernd gleich war, d. h. ca. 0,74 mm. Auf Volumenbasis enthielten alle Schleifscheiben 48%'Schleifmittel, 46% Bindemittel und 6% Poren.

Die Scheiben wurden durch trockenes Trennen von 3,81 cm (1,5") dickem C 1018er Stahl und von 3,81 cm (1,5") dickem 304er rostfreiem Stahl getestet. Die Scheiben wurden in einem Stone M150-Trennschleifer mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 60,96m/s (2 000 Fuß/min) getestet, wobei mit jeder Schleifscheibe 30 Schnitte jeweils mit 2,5 und 4 Sekunden pro Schnitt an den C 1018er Stahlbarren und an dem 304er rostfreien Stahlbarren ausgeführt wurden. Die Ergebnisse des Vergleichstests beim Trennen von C 1018er Stahl bzw. 304er rostfreiem Stahl sind in den Tabellen Vl bzw. VII dargestellt.

Tabelle Vl: Materialtrennung-C 1018er Stahl

Scheibe	Schleif	Zeit/	MA»)	SV")	G-Ver-	kW	Reiat.
Nr.	mittel	Schnitt	Zoll³/	Zoll³/	hältnis		G-Verh.
	typ	S	min	min			%

57 A 57 A 57 A SGB SGB SGB SGF SGF SGF

2,5 2,5 4,0 2,5 2,5 4,0 2,5 2,5 4,0

5,47 5,43 3,45 5,47 5,51 3,42 5,51 5,39 3,37

0,82 0,81 0,75 0,51 0,51 0,40 0,32 0,25 0,16

6,67

5,58

10,79

8,65

17,24

21,54

14,26 13,97

9,27 12,67 13,20

8,79 11,90 11,95

8,04

100

161,8

258,4

232,4

470,3

• MA = Materialbetrag ·· SV = Scheibenverschleiß.

Beim Trennen von C 1018er Stahl waren die Trennscheiben, die das faserförmige geimpfte SoI-GeI-Aluminiumoxidschleifmittel (SGF) enthielten, in der Gesamtqualität und im G-Verhältnis den Trennscheiben, die das Schmelzaluminiumoxidschleifmittel 57 A bzw. das walzengebrochnene geformte Schleifmittel SGB als Gegenstück zum SGF-Material enthielten, absolut überlegen. Bei der Trennzeit von 2,5 Sekunden lagen die G-Verhältnisse der SGF-Trennscheiben um 158,5 bzw. 223,4 Prozentpunkte höher als die entsprechenden Werte der 57 Α-Scheiben, und bei der Trennzeit von 4 Sekunden lagen sie um 380,3 Prozentpunkte höher. Die Überlegenheit des SGF- gegenüber dem SGB-Material war zwar nicht groß wie gegenüber dem 57 A, jedoch immer noch sehr groß, nämlich 96,7 und 161,6 Prozentpunkte bei der Trennzeit von 2,5 Sekunden bzw. 302 Prozentpunkte bei der Trennzeit von 4 Sekunden. Es sollte auch vermerkt werden, daß neben der viel höheren Schleifqualität (G-Verhältnis) die SGF-Trennscheiben eine wesentlich geringere Leistungsaufnahme in Kilowatt (kW) hatten als die Scheiben mit 57 A- bzw. SGB-Schleifmittel. Die Gesamtleistung betrug für alle drei getesteten SGF-Scheiben 31,89kW,für die drei SGB-Scheiben 34,66kW und für die drei 57 Α-Scheiben 37,55kW. Das SGF-Schleifmittel führte zu Energieeinsparungen von 15,1 % im Vergleich zu den 57A-haltigen Scheiben und zu Einsparungen von 7,9% gegenüber Scheiben, die das SGB-Schleifmittel enthielten.

Tabelle VII: Materialtrennung - 304er rostfreier Stahl

Scheibe	Schleif	Zeit/	MA»)	SV")	G-Ver-	kW	Rolat.
Nr.	mittel	Schnitt	Zoll³/	Zoll³/	hältnis		G-Verh.
	typ	S	min	min			%

10	57 A	2,5	5,51	1,08	5,11	12,96	100
11	57 A	2,5	5,39	0,92	5,85	12,06	100
12	57 A	4,0	3,45	0,48	7,22	8,94	100
13	57 A	4,0	3,42	0,39	8,66	9,12	100
14	SGB	2,5	5,64	0,52	10,79	12,43	211,2
15	SGB	2,5	5,51	0,51	10,85	12,34	185,5
16	SGB	4,0	3,50	0,20	17,24	9,09	238,9
17	SGB	4,0	3,45	0,20	17,24	8,61	200,5
18	SGF	2,5	5,34	0,37	14,43	11,81	282,4
19	SGF	2,5	5,30	0,37	14,43	12,48	246,7
20	SGF	4,0	3,39	0,16	21,54	8,82	298,3
21	SGF	4,0	3,31	0,15	21,54	8,43	248,7

* MA = MaterialaDlrag " SV = Scheibenverschleiß.

Wie beim Trennen von C1018er Stahl waren die SGF-haltigen Scheiben den Trennscheiben, die das normalerweise verwendete zerkleinerte Schmelzkorund-Schleifmittel 57 A enthielten, enorm überlegen und bedeutend besser als die Scheiben, die das SGB-Schleifmittel enthielten. Bei 2,5 Sekunden pro Schnitt lagen die G-Verhältnisse der SGF-Scheiben um 182,4 bzw. 146,7 Prozentpunkte höher als diejenigen der 57A-Scheiben, und bei 4 Sekunden pro Schnitt lagen die gleichen Differenzen bei 198,3 bzw. 148,7 Prozentpunkten zugunsten der SGF-Scheiben. Im Vergleich zu den SGB-haltigen Scheiben belief sich dor Qualitätsvorteil der SGF-Scheiben bei der Schnittzeit von 2,5 Sekunden auf 71,2 bzw. 61,2 Prozentpunkte und auf 59,4 bzw. 48,2 Prozentpunkte bei Verlängerung der Schnittzeit auf 4 Sekunden. Bozüglich der Leistungsaufnshme führten die SGF-haltigen Scheiben größtenteils zu einer Energieeinsparung im Verglei ;h zu den 57 A- bzw. SGB-haltigen Scheiben, jedoch war die Einsparung relativ gering.

Beispiel Vl

Vier Sätze handelsübliche Trennscheiben mit Phenolformaldehydharzbindung, mit den Maßen 50,8cm x 0,22cm χ 2,5cm (20" χ 0,130" χ 1") und seitlicher Verstärkung durch Glasfasergewebescheiben mit dem halben Radius der Trennscheibe, wurden in an sich bekannter Weise hergestellt. Die Scheiben hatten eine Zusammensetzung, angegeben in Volumenanteile in %, von 50% Schleifmittel, 32% Bindemittel und 18% Poren. Der erste Trennscheibensatz enthielt ein zerkleinertes blockig geformtes Schmelzaluminiumoxidschleifmittel mit der Bezeichnung 53 ALUNDUM (53A), wobei ALUNDUM ein eingetragenes Warenzeichen der Norton Company, Worcester, Massachusetts ist; das Schleifmittel hatte die Körnung 50, bezogen auf die US-Standardsiebreihe. Der zweite Scheibensatz enthielt ein blockig geformtes gesintertes geimpftes Sol-Gel-Schleifmittel (SGB) nach US-P 4623 364, ebenfalls von der Körnung 50. Der dritte und der vierte Trennscheibensatz enthielten das im obigen Beispiel I beschriebene faserförmige gesinterte geimpfte Sol-Gel-Schleifmittel, jedoch mit einem Querschnitt, der etwa dem Korndurchmesser des gleichachsigen 53A-Schleifmittels und des blockig geformten geimpften Sol-Gel-Schleifmittels der Körnung 50 entsprach. Das Schleifmittel in den beiden letzteren Scheibensätzen hatte einen Korndurchmesser von ca. 0,28 mm (0,011"), wobei aber in den Scheiben 26 und 27 das durchschnittliche Längenverhältnis 9:1, in den Scheiben 28 und 29 das durchschnittliche Längenverhältnis 6:1 war; diese Scheiben sind in der untenstehenden Tabelle VIII mit SGF (a) bzw. SGF (b) bezeichnet.

Zum Trennen von 4340er Stahlwalzen von 10,16cm (4") Durchmesser wurde eine Campell #406-Pendeltrennschleifmaschine verwendet. Die Trennung erfolgte durch Naßschleifen mit Wasser bei einem Pendelweg von 4,12 cm (1,62") bei 57 Zyklen pro Minute und Trennzeiten von 1 bis 2 Minuten. Die Trennung erfolgte bei einer Umfangsgeschwindigkeit der Trennscheibe von 50,14 m/s (9870 Fuß/min). Die Ergebnisse waren:

Tabelle VIII: Materialtrennung -4340er rostfreier Sta^;il

Mittl.relat. Leistung

100 97

101 102

100 84 103

102 G-Verhältnis = Volumenverhältnis des Materialabtrags zum Scheibenverschloiß.

Scheibe	Schleifmit	Zeit/Schnitt	Mittl.relat.
Nr.	teltyp	S	η ι/·.-uxi«„ U'IUIIIUUII
22	53 A	60	100
24	SGB	60	113
		60
26	SGF(a)	60	319
		60
28	SGF (b)	60	335
		60
23	53 A	120	100
25	SGB	120	99
27	SGF (a)	120	350
		120
29	SGF(b)	120	401
		120

Bei einer Zeit von 60 Sekunden oro Schnitt übertrafen die Trennscheiben, welche die faserförmigen gesinterten qciimpften Sol-Gel-Schleifmittel SGF (a) bzw. SGF (b) enthielten, die Scheiben mit dem zerkleinerten 53 A-Schmelzalurniniumoxidschleifmittel und mit dem verwandten blockig geformten geimpften Sol-Gel-Schleifmittel SGB. Die Scheibe, die das SGB-Schleifmittel enthielt, hatte ein um 13 Prozentpunkte höheres G-Verhältnis als die 53 Α-Scheibe, während die SGF(a)- und SGF(b)-Scheiben den Standard-53A-Schoibon um 219 bzw. 235 Prozentpunkte überlegen waren. Bei Verlängerung der Schnittzeit für den Durchmesser von 1u,2cm (4") auf 120 Sekunden war die Qualität der 53 A- und der SGB-Scheiben ungefähr gleich, während die Qualität der Trennscheiben, welche die faserförmigen gesinterten geimpften SoI-GeI-Tonerdeschleifmiuel SGF(a) und SGF(b) enthielten, 3,5- bzw. 4mal höher war als die der 53Ä- und der SGB-Scheiben. in der Leistungsaufnahme ergab sich kein wesentlicher Unterschied zwischen den bcidsn SGF-Schleifmitteln nach der Erfindung und den SGB- und 53 Α-Schleifmitteln. Jedoch wäre selbst eine 25-30% niedrigere Leistungsaufnahme auf Seiten der Trennscheiben, welche die SGB- und 53A-Schleifmittel enthielten, in Anbetracht der Überlegenheit von 219 bis 301 Prozentpunkten der faserförmigen gesinterten geimpften Sol-Gel-Schleifmittel von geringerer Bedeutung.

Beispiel VII

Dieses Beispiel veranschaulicht die Auswirkung der Kristallgröße auf die Schleifleistung der erfindur.gsgemäßen Schleifmittel.

Die Schleifmittelkörner wurden nach einem Verfahren unter Verwendung eines geimpften SoI-GeIs hergestellt, mit Ausnahme eines Schleifmittels („G", wo die größere Kristallgröße sehr leicht durch Weglassen des Impfens erzielt wurde).

Die Kennwerte der Schleifmittelkörnung waren:

Tabelle IX

Körnung	Wasserdichte	Kristallgröße*	Sandstrahleindring
#	(g/cm³)	(M)	tiefe (mm)
A	3,94	1,16	3,91
B	3,93	0,65	3,84
C	3,89	0,54	3,83
D	3,92	0,42	4,14
E	3,90	0,39	4,16
F	3,88	0,26	3,92
G*	3,95	2,54	2,99

* Kristallgrößen wurden sämtlich nach dem Linienschnittverfahren gemessen.

Der Durchmesser der Partikel mit kreisförmigem Querschnitt entsprach der Körnung 50. Es gab eine gewisse Streubreite der Längen Verhältnisse in den Probon, die zur Herstellung einer Schleifscheibe von 127 mm x 12,7 mm χ 31,75mm verwendet wurden, wobei zur Fertigung der Scheiben das gleiche keramische Bindemittel eingesetzt wurde. Jede Scheibe wurde auf eine rechtwinklige Randform von 6,4 mm Breite abgerichtet und einem „trockenen" oder „nassen" Schleiftest unterzogen.

Beim „trockenen" Schleifen wurde eine D-3-St3h!p!atte Rc60 (P.cckwcü-Härt) von etwa 100mm χ 400mm vorwondet. Die Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe betrug 33,02 m/s (6500Fuß/min).

Beim „nassen" Schleifen wurden eine 4340er gehärtete Stahlplatte von 100mm x 400m.n und ein White and Bagley E 55-Kühlmittel in Leitungswasser im Verhältnis 1:40 verwendet, wobei die Kühlflüssigkeit mit einer flexiblen 25-mm-D-Düse aufgebracht wurde. Die Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe betrug 43,18m/s (tJ500 Fuß/min).

Bei dem Verfahren wurden die folgenden Parameter angewendet:

1. Tischgeschwindigkeit 15,24m/min.

2. TiefenvorschubwerteO,5; 1,0 und 1,5 beim trockenen Schleifen und 0,5; 1,0 beim nassen Schleifen. Gesamt-Tiefenvorschubvon 100 Millizoll* (2,54mm).

3. Zu messeil waren der Schleifscheibenverschleiß (SV), die Metallabtragsrate (MAR), die Oberflächenbeschaffenheit, die Leistung und die Kraft nach 2,54rnrn (100 mi!!i7.oll) {außer bei dem Tiefenvörschub vonO,038mm [1,5 Millizoll], wo nach 100,5 Millizoll zu messen war).

4. Die Schleifscheiben waren mit einem Spitzdiamanten bei einem Tiefenvorschub von 0,0254mm (1 Millizoll) und einem Planvorschub von 250mm/min abzurichten.

Die erhaltenen Daten sind in den folgenden Tabellen X und Xl daraostellt.

Die Vergleichsdaten beziehen sich auf handelsübliches herkömmliches Sol-Gel-Material der Körnung 54, das mit dem gleichen Bindemittel verarbeitet ist.

1 mil = 1 Millizoll = 0,001 Zoll = 0,0254mm.

Tabelle X Trockenes Schleifen

Kennzeichnung

Tiefenvorschub (mil)·

Mittl, Spitzenleistung (W)

ZollVZoll

MAR"

G-Verhältnis

Oberflächengüte

Vergleich:

0,5 1,0 1,5

940

960

1120

400 500 640

• 1 mil = 0,001 Zoll = 0,0254mm. " MAR = Materialabtragsrate. SV= Scheibenverschleiß.

0,2470 0,5942 0,8839

0,0051 0,009(5 0,0178

0,1035 0,1939 0,2910

0,1652 0,3127 0,4852

58,1 62,0 49,8

0,6 0,6 0,6

60

80

100

240 320 300

A	0,5 1,0 1,5	720 850 1000	0,2364 0,0992 0,7182	0,0430 0,0690 0,0892	5,5 7,1 8,1	170 200 280
B	0,5 1,0 1,5	800 1000 1120	0,2631 0,5196 0,7916	0,0301 0,0514 0,0515	9,7 10,1 15,4	120 120 260
C	0,5 1,0 1,5	640 960 1040	0,2625 0,5532 0,8239	0,0?38 0,0312 0,0458	11,0 17,7 13,0	110 150 170
D	0,5 1,0 1,5	640 920 1120	0,2736 0,5650 0,8543	0,0262 0,0321 0,0317	10,5 17,6 26,9	190 180 200
E	0,5 1,0 1,5	480 690 920	0,2613 0,5550 0,8284	0,0247 0,0333 0,0471	10,6 16,7 17,6	190 180 200
F	0,5 1,0 1,5	680 880 1040	0,2915 0,5838 0,8796	0,0079 0,0156 0,0176	37,1 37,3 44,8	170 200 200

Tabelle Xl Nasses Scnleifen

Kennzeich nung	Tiefen vorschub (mil)·	Mittl. Spitzen leistung (W)	ZollVZoll MAR"	SV·*	G-Ver- hältnis	Oberflä chengüte
Vergleich:	0,5 1,0	1560 1760	0,2470 0,5942	0,0051 0,0096	58,1 62,0	60 80
G	0,5 1,0	960 960	0,0741 0,1416	0,2006 0,3962	0,4 0,4	230 200
A	0,5 1,0	880 1040	0,1422 0,3060	0,1193 0,1958	1,2 1,6	120 120
B	0,5 1,0	960 1120	0,2016 0,4236	0,0453 0,0760	4,8 5,6	180 110
C	0,5 1,0	1200 1360	0,2439 0,4524	0,0191 0,0661	12,7 6,8	140 110
D	0,5 1,0	1440 1520	0,2885 0,5202	0,0100 0,0169	29,0 30,7	120 200
E	0,5 1,0	1440 1760	0,2883 0,5658	0,0092 0,0198	31,2 28,6	100 130
F	0,5 1,0	1360 1480	0,2961 0,5892	0,0043 0,0105	69,0 59,1	120 120

• 1 mil - 0,001 Zoll = 0,0254 mm. ·* MAR = Materialabtragsrate. SV = Scheibenverschleiß.

Aus den obigen Daten ist klar ersichtlich, daß sich die Schleifleistung mit abnehmender Kristallitgröße wesentlich verbessert. Außerdem arbeitete beim trockenen Schleifen die Schleifscheibe um so besser, je stärker die angreifende Kraft war (größerer Tiefenvorschub). Dies ist höchst unerwartet. Die allgemeine Erfahrung ist, daß sich das G-Verhältnis mit der angreifenden Kraft verringert, da die Körner zu polieren beginnen und ihre Wirksamkeit als Schneidkanten abnimmt. Im Gegensatz dazu wurden die erfindungsgemäßen Schleifpartikel zum größten Teil nur immer besser, wobei die zusätzli >e Scheibenabnutzung gering blieb.

Beispiel VIII

Dieses Beispiel veranschaulicht den Einsatz eines faserförmigen Schleifmittelpartikels mit sternförmigem Querschnitt.

Die Partikel mit sternförmigem Querschnitt und einer Kristallitgröße von etwa 0,2 pm wurden zu einer Schleifscheibe verarbeitet und nach dem in Beispiel IX dargestellten Verfahren getestet, mit der Abweichung, daß beim „trockenen Schleifen" eine weitere Tiefenvorschubrate von 2,0 Millizoll hinzugefügt wurde, um das Koi ι unter noch stärkeren Schleifdruckzu setzen. Die Ergebnisse sind in Tabelle XII dargestellt:

Tabelle XII	Tiefenvor schub (mil)*	Leistung (PS/Zoll)	MAR"	ZollVZoll SV	G-Verhältnis
Kennzeich nung	0,5 1,0 1,5 2,0	4,09 5,65 7,74 7,64	0,294 0,589 0,879 1,165	0,007297 0,010142 0,015031 0,022874	40,3 58,0 58,5 51,0
TROCKEN	0,5 1,0	6,20 8,36	0,294 0,592	C 004233 0,008401	79,5 70,4
NASS

• 1 mit = 0,001 Zoll = 0,0254mm

** MAR = Materialabtragsrate

SV- "cheibenverschleiß.

Wie ersichtlich, erwies sich das sternförmige Partikel als besonders wirksam.

Beispiel IX

Dieses Beispiel veranschaulicht das überraschende Ergebnis, daß bei den erfindungsgemäßen Schleifpartikeln die Tendenz zum kleineren Querschnitt zu einer Verbesserung im G-Verhältnis führt. Dies ist erfahrungsgemäß bei abnehmender Körnung von geimpften Sol-Gel-Körnem nicht der Fall. Es ist deshalb besonders überraschend, da die Körner chemisch identisch sind und sich ni'r in der physikalischen Form des Korns unterscheiden.

Unter Verwendung von 5%igem Trim VHPE 300 als Kühlmittel wurde M 7-(Rc62)-Stahl innen naßgeschliffen. Die Maße der verwendeten Schleifscheiben waren ca. 76mm x 12,6mm χ 24mm,unddie Körnerwaren in ein keramisches Bindemittelsystem eingelagert.

Die Drehzahl der Schleifscheibe war 110OOU/min, die Arbeitsdrehzahl 78U/min. Das Abrichten erfolgte mit einem Spitzdiamanten unter Anwendung eines Leitvorschubs von 0,127 mm/U (0,005 ZollVUmdrehung) und einer Durchmesser-Abrichttiefe von 0,0254 mm (0,001 Zoll)

Die getesteten Schleifscheiben waren: SG-80 und SG-150

lnv.-0undlnv.-150,

wobei SG ein handelsübliches geimpftes Sol-Gel-Aluminiumoxidkorn von blockiger Form bezeichnet, das durch Zerkleinern und Klassieren von Schichtkristallen erzeugt wurde. Die dazugehörige Zahl ist die Körnung. Inv. bezeichnet ein Korn nach der Erfindung, wobei die dazugehörige Zahl die Körnung bedeutet, die dem Durchmesser der zylindrischen Körner entspricht. In jedem Fall betrug die Kristallit öße etwa 0,2μητι.

Die bei allen Schleifscheiben erhaltenen G-Verhältnisse wurden gemessen und verglichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle XIII angegeben:

Tabelle XIII	12,4	11,6	11,8
	10,4	8,5 ·	7,0
G-Verhältnis (3 Schliffe)	8,0	9,2	9,6
SG-80	10,4	11,4	13,0
SG-150
INV.-100
INV.-150

Somit führt beim SG-Korn eine Abnahme der Körnung zur erwarteten Abnahme des G-Verhältnisses, und außerdem zeigte sich bei den aufeinanderfolgenden Schliffen ein langsam abnehmendes G-Verhältnis. Alles das ist in Übereinstimmung mit den für solche Körner erwarteten Trends.

Eine Verringerung des Durchmessers der erfindungsgemäßen Körner führte jedoch tatsächlich zu oincr Vergrößerung des G-Verhältnisses, und die aufeinanderfolgenden Schliffe zeigten, daß sich die Spanleiotung der Scheibe mit zunehmendem Gebrauch tatsächlich verbesserte.

1 Zoll = 2,54cm.

Nebenbei bemerkt, veränderte sich die Oberflächengüte nicht wesentlich gegenüber einem allgemein guten Niveau. Diese Verbesserungen sind auf der Grundlage der bekannten SG-Körner nicht voraussagbar und führten dazu, daß bei den erfindungsgemäßen faserförmigen Schleifmitteln der größte Querschnittsdurchmesser vorzugsweise kleiner als 1 mm und noch besser kleiner alf 0,5mm gewählt wird.

Beispiel X

In diesem Beispiel wird die Leistung von Schleifscheiben nach der Erfindung mit der von Schleifscheiben verglichen, die mit geimpften Sol-Gel-Körnorn hergestellt wurden. In jedem Fall betrug die Kristallitgröße in den Körnern weniger als ca. 0,2μηι.

Als Test wurde ein Profilnutschliff unter Verwendung einer Brown &Sharpe-Maschine mit einer Drehzahl von 5000/6000 U/min durchgeführt, was einer linearen Umfangsgeschwindigkeit von 33,0/43,2 m/s (6500/8500 Fuß/min*) entsprach. Die Tischverstellgeschwindigkeit lag bei 0,254m/s (50 Fuß/min).

Das Trockenschleifen wurde an D3-Stahl mit einer Härte von 59Rc (Rockwell-Härte) durchgeführt.

Das Naßschleifen wurde an 4340er Stahl durchgeführt. In jedem Fall waren die Plattenmaße 16" χ 4"** 40,64cm χ 10,16cm

Die Körner waren im gleichen handelsüblichen keramischen Standardbindemittel eingelagert. Die Schleifscheiben wurden mit einem Spitzdiamanten bei einem Vorschub von 0,025 mm (1 Millizoll·**) und einer Planvorschubgeschwindigkeit von 4,23 mm/s (10 Zoll/min) abgerichtet.

Zum Naßschleifen wurde eine 2,5%ige White & Bagley E-55-Lösung als Kühlmittel verwendet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle XIV dargestellt.

Tabelle XIV

	Korn	Tiefenvorschub	MAR	Mittleres	Kummulatives
		(mil)·	ft»	G-Verhältnis	mittl.G-Verh.
TROCKEN:	SG-54	0,5	0,291	42,0	44,7
		1,0	0,570	34,3	33,4
		2,0	1,125	22,3	25,4
	INV-50	0,5	0,288	36,1	38,2
		1,0	0,574	43,9	45,4
		2,0	2,558	50,0	54,8
NASS:	SG-54	0,5	0,290	127,7	93,6
		1,0	0,590	67,0	65,1
	INV-50	0,5	0,288	171,2	133,4
		1,0	0,587	87,8	81,0

• Imil = 0,001 Zoll = 0,0254mm

** MAR = Materialabtragsrate.

SG-54 bezeichnet ein geimpftes SoI-GeI der Körnung 54. INV-50 bezeichnet ein erfindungsgemäßes Schleifmittelpartikel mit rundem Querschnitt und einem Durchmesser entsprechend der Körnung 50.

Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, daß sich die erfindungsgemäßen Körner beim trockenen Schleifen insofern ungewöhnlich verhalten, als sie mit zunehmender Einsatzdauer immer besser schleifen, während beim Naßschleifen die Leistung zwar mit der Zeit abnimmt, jedoch dem sehr ähnlichen handelsüblichen geimpften Sol-Gel-Erzeugnis immer noch weit überlegen ist.

Beispiel Xl

Dieses Beispiel veranschaulicht den Festigkeitsunterschied zwischen geimpften Sol-Gel-Fasern, den bevorzugten faserförmigen Schleifmittelpartikeln für den Einsatz in den erfindungsgemäßen gebundenen Schleifkörpern, und faserförmigen Schleifmitteln, die durch Extrusion und Sintern einer Mischung hergestellt werden, die eine bedeutende Menge bereits vorhandener Alphaaluminiumoxidpartikeln enthält.

Fasern aus geimpftem SoI-GeI wurden hergestellt, indem Böhmit („Disperal" von Condea) mit Wasser und 1 Gewichtsanteile in %, bezogen auf das Böhmit, Alphaaluminiumoxid von Submikron-Korngröße zwei Minuten lang in einem V-Mischer gemischt wurde. Dann wurde eine 18%ige Gewichtsanteile in % Salpetersäurelösung zugesetzt, was bezogen auf das Böhmit 7 Gewichtsanteile in % Salpetersäure ergab. Das Mischen wurde weiter fünf Minuten lang fortgesetzt, um ein Böhmit-Gel zu erzeugen.

Es wurden dann eine Reihe von Produkten zu Vergleichszwecken hergestellt, die dem obigen Erzeugnis entsprachen, außer daß mehr Alphaaluminiumoxid (von der Art, wie sie oben als Impfmaterial verwendet wurde) zugesetzt wurde, derart, daß die Gesamtmischung viel höhere Gewichtsanteile Aluminiumoxid enthielt. Das Böhmit wurde beibehalten, um die Mischung extrudierbar zu machen. Die Ansätze sind in der folgenden Tabelle XV beschrieben.

1 Fuß/min = 0,305 m/min = 0,0051 m/s.

Zoll = 2,54 cm.

1mil = 0,001 Zoll = 0,0254 mm.

Tabelle XV

Ansatz Variante % Feststoffe

VergleichsansatzA 30%Alphaaluminiumoxid 70%

Vergleichsansatz B* 30% Alphaaluminiumoxid 70%

Vergleichsansatz D 90%Alphaaluminiumoxid/10%Gel

Vergleichsansatz E 60%Alphaaluminiumoxid/40%Gel

Vergleichsansatz F 60%Alphaaluminiumoxid/40%Gel

Beispiel 1 1% Alphaaluminiumoxid (Impfzusatz) 62%

Beispiel 2 1 % Alphaaluminiumoxid (Impfzusatz) 58%

Beispiel3 1 % Alphaaluminiumoxid (Impfzusatz) 59% * Zusätzliches Ultraschallinischen der Aufschlämmung wurde angewendet.

Diese Materialien wurden dann extrudiert, um Fasern zu bilden, die unter den nachfolgend beschriebenen Bedingungen getrocknet und gesintert wurden. Zum Sintern der Vergleichsansätze mit hohem Alphaaluminiumoxidgehalt waren höhere Temperaturen erforderlich als für die nach dem Verfahren mit geimpftem SoI-GeI erzeugten Ansätze. Proben der Fasern wurden dann nach einem einfachen Dreipunktverfahren unter Verwendung einer Instron-Prüfmaschine mit einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von 0,2cm/min auf Festigkeit geprüft. Die Faser lag auf zwei Kanten im Abstand von 1 cm (0,9cm im Falle der Vergleichsansätze C, D und E). Ein abwärts gerichteter Druck wirkte in der Mitte zwischen diesen Auflagepunkten über eine Messerschneide ein. Der Druck wurde allmählich bis zum Bruch der Faser erhöht, und dieser Druck, geteilt durch die Querschnittsfläche des Fadens, ist in der folgenden Tabelle XVI als Bruchfestigkeit angegeben.

Tabelle XVI

Charge	Brenn	Brenn	Faden	Bruchfestigkeit	6,831	obererW.
	temperatur	dauer	durchmesser	Mittelw.	6,162
	⁰C	min	mm	kp/cm²	5,424	7,465
Vergleichsans.A	1500	30	0,32	3,430	6,268
Vergleichsans. B	1550	30	0,3175	2,378	6,646
vergleichsans.C	1450	60	1,00	11,197	4,036
Vergleichsans. D	1300	6	0,88	14,366	2,436
Vergleichsans. E	1350	6	0,87	14,154	13,239
Ex. 1	1370	4	0,054	14,296	15,986
Ex. 2	1350	30	0,043	10,281	17,112
	1350	5	0,046	16,000	16,549
	1325	30	0,046		14,859
	1350	30	0,053	18,169
Ex. 3	1350	30	0,020

Die Fasern der Vergleichschargen waren viel dicker, da es schwierig war, dünnere Fasern zu extrudieren, die nach der Extrusion und vor dem Brennen einheitliche Maße aufwiesen. Es zeigte sich, daß höhere Alphaaluminiumoxid-Anteile dieses Problem wesentlich verschärften.

Aus einem Vergleich der obigen Daten ist ersichtlich, daß die Vergleichsfasern bedeutend niedrigere Bruchfestigkeiten hatten, und es ist anzunehmen, daß dies auf die schwächeren Sinterbindungen zurückzuführen ist, die sich im Ergebnis des Sinterungsprozesses zwischen den Alphaaluminiumoxidkristallen entwickelten. Daher haben die bevorzugten, in den erfindungsgemäßen Schleifkörperprodukten verwendeten Fasern eine Bruchfestigkeit von mindestens 8000 und vorzugsweise mindestens 10000kp/cm² Querschnitt, gemessen nach dem in Beispiel VIII beschriebenen Test. Dies steht im Gegensatz zu Erzeugnissen, die durch Sintern von vorgeformtem Alphaaluminiumoxid erzeugt wurden, woboi viel geringere Festigkeiten erzielt werden.

Claims

1. Schleifkörper, der ein gesintertes faserförmiges Schleifmittel aus Aluminiumoxid und ein Bindemittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das faserförmige Schleifmittel einen im wesentlichen einheitlichen Querschnitt sowie ein Längenverhältnis zu diesem von mindestens 1:1 und eine Härte von mindestens 16 GPa besitzt und überwiegend aus gesinterten Alphaaluminiumoxidkristallen mit einer Körnung von weniger als ca. 2 pm besteht.

2. Schleifkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gesinterte faserförmige Schleifmittel ein geimpftes faserförmiges Sol-Gel-Schleifmittel ist.

3. Schleifkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gesinterte faserförmige Schleifmittel aus Aluminiumoxid eine Dichte von weniger als 95% der theoretischen Dichte besitzt.

4. Schleifkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gesinterte faserförmige Schleifmittel aus Aluminiumoxid von 1 bis 50 Gewichtsanteilen in % eines Bestandteiles aus einer Gruppe enthält, die aus Zirkondioxid, Titandioxid, Magnesiumoxid, Zerdioxid, Spinell, Hafniumdioxid, Mullit, Mangandioxid, Vorläufern und Mischungen dieser Oxide besteht.

5. Schleifkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gesinterte faserförmige Schleifmittel aus Aluminiumoxid ein Längenverhältnis von 1,5:1 bis 25:1 und/oder einen Durchmesser von 0,001 mm bis 2 mm aufweisen und/oder die Alphaaluminiumoxidkristalle eine Größe von weniger als etwa 1 pm vorzugsweise von weniger als etwa 0,4pm haben.

6. Schleifkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifmittelpartikel eine Härte von mindestens 18GPa besitzen und aus mindestens 95 Gewichtsanteilen in % Alphaaluminiumoxidkristalle mit einer Größe von 1 pm oder darunter bestehen.

7. Schleifkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die faserförmigen Schleifmittelpartikel weitgehend frei von glasartigen Bestandteilen sind.

8. Schleifkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die faserförmigen Schleifmittelpartikel aus Aluminiumoxid eine Bruchfestigkeit von mindestens 8000kp/cm² aufweisen.

9. Schleifkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das faserförmige Schleifmittel aus Aluminiumoxid ihrer Längsabmessung gekrümmt und/oder verdreht ist.

10. Schleifkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkörper aus 3 bis 39 Volumenanteilen in % Bindemittel,' 30 bis 50 Volumenanteilen in % Schleifmittel und 5 bis 67 Volumenanteilen in % Poren besteht, wobei das Bindemittel ein keramisches Bindemittel ist.

11. Schleifkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkörper aus 5 bis 76 Volumenanteilen in % Bindemittel, 24 bis 62 Volumenanteilen in % Schleifmittel und bis 71 Volumenanteilen in % Poren besteht, wobei das Bindemittel ein harzartiges Bindemittel ist.

12. Schleifkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das harzartige Bindemittel aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Phenolformaldehyd, Epoxidharz, Polyurethan, Polyester, Schellack, Gummi, Polyimid, Polybenzimidazo!, Phenoxyharz und oder aus Mischungen dieser Stoffe besteht.

13. Schleifkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkörper aus dem gesinterten faserförmigen Schleifmittel aus Aluminiumoxid 1 bis 90 Volumenanteile % eines zweiten Schleifmittels enthält, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus geschmolzenem Aluminiumoxid, verschmolzenem Aluminiumoxid-Zirkondioxid, nichtfaserförmigem gesintertem Aluminiumoxid-Zirkondioxid, Siliziumkarbid, kubischem Bornitrid, Diamant, Flintstein, Granat, blasigem Aluminiumoxid, blasigem Alumini¹ irnoxid-Zirkondioxid und/oder Mischungen dieser Stoffe besteht.

14. Schleifkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkörper als eine Schleifscheibe ausgebildet ist.