DE19629690C2

DE19629690C2 - Verfahren zur Herstellung gesinterter alpha-AL¶2¶0¶3¶-Körper sowie deren Verwendung

Info

Publication number: DE19629690C2
Application number: DE1996129690
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl Chem Dr Moeltgen; Pirmin Wilhelm; Martin Luette; Josef Dipl Ing Dr Schmoll
Original assignee: Korund Laufenburg GmbH
Current assignee: Imerys Fused Minerals Laufenburg GmbH
Priority date: 1996-07-23
Filing date: 1996-07-23
Publication date: 1999-08-05
Anticipated expiration: 2016-07-24
Also published as: DE19629690A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gesinterter, mikrokristalliner Körper auf Basis von α-Al₂O₃ sowie deren Verwendung.

Eine bevorzugte Anwendung von α-Al₂O₃-Sinterkörpern ist deren Einsatz als Schleifmittel. Neben geschmolzenen Korundschleifmitteln sind solche aus gesin tertem Material schon seit mehr als 50 Jahren bekannt.

In der US-A 3 909 991 werden polykristalline α-Al₂O₃-Körper beschrieben, deren Kristallitgröße im Submicron-Bereich liegt und deren Dichte über 95% der theo retischen Dichte beträgt. Die Herstellung erfolgt durch Heißpressen aus einer Mischung aus Ruß und granulierten α-Al₂O₃-Körpern, die nach der US-A 3 079 243 durch Zerkleinern kaltgepreßter α-Al₂O₃-Formkörper gewonnen werden.

In der neueren Zeit wurden ähnliche gesinterte Schleifmittel auf α-Al₂O₃-Basis be kannt, die aufgrund ihrer mikrokristallinen Struktur Vorteile gegenüber den be kannten Korundschleifmitteln aufweisen. So wird in der EP-B 0 152 768 ein Schleifmittel offenbart, das über die Sol-Gel-Technik bei Sintertemperaturen von ca. 1.400°C hergestellt wird. Als Sinterhilfe werden Kristallisationskeime zuge setzt. Ähnliche Verfahren und Stoffe gehen aus der EP-A 0 024 099, DE-A 32 19 607, US-A 4 518 397, US-A 4 574 003, US-A 4 623 364, EP-A 0 168 606, EP-A 0 200 487, EP-A 0 228 856, EP-A 0 209 084 und der EP-A 0 263 810 hervor.

Allen letztgenannten Verfahren ist gemeinsam, daß sie über ein Sol-Gel-Verfahren mit feinstdispersem Aluminiumoxidmonohydrat des Typs Böhmit durchgeführt werden. Die verhältnismäßig teuren Rohstoffe, die über die Hydrolyse von Aluminium-organischen Verbindungen gewonnen werden, und die energieaufwen dige Verfahrenstechnik lassen die Kosten des Sol-Gel-Korundes auf ein Vielfaches der herkömmlichen Korunde ansteigen. Ein weiterer Nachteil dieser Verfahren ist, daß die kolloidalen Lösungen meist mit relativ großen Mengen leicht flüchtiger anorganischer Säuren stabilisiert sind, was verfahrens- und umwelttechnische Probleme mit sich bringt.

In der DE-C 36 04 848 wird ein Verfahren beschrieben, eine Dispersion aus tonerdehaltigen Rohstoffen, kieselsäurehaltigen Verbindungen und weiteren Zu sätzen (z. B. Verbindungen der Metalle Co, Ni, Mg, Cr, Zr, Zn, Si oder Ti) zu einem sinterfähigen Schlicker zu vermahlen, aus dem durch stufenweises Trocknen und Sintern bei Temperaturen bis 1.700°C ein Schleifmittel hergestellt werden kann, dessen Korundprimärkristallite einen Durchmesser von weniger als 5 µm haben. Das so erhaltene Produkt hat mit einer Kristallitgröße kleiner 5 µm noch nicht die Feinstruktur eines Stoffes, der über die Sol-Gel-Methode mit entsprechenden Sinteradditiven hergestellt wird.

Darüber hinaus müssen nach den in der DE-C 36 04 848 offenbarten Verfahren kieselsäurehaltige Verbindungen zugegeben werden, die als Sinterhilfe fungieren. Bei der Sinterung entsteht daraus durch Reaktion mit dem Aluminiumoxid Mullit. Es ist bekannt, das durch die Anwesenheit silikatischer Phasen die Leistungsstärke eines Schleifkorns herabgesetzt wird.

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

Die EP-A 0 524 436 offenbart ein Verfahren, wobei statt der teuren Böhmite andere preiswerte Vorstufen des Aluminiumoxids (z. B. Hydrargillit) eingesetzt werden. Durch Vermahlen und anschließende Desagglomeration werden Suspen sionen mit einem Feststoffgehalt zwischen 10 und 40 Gew.-% erhalten, die analog zu den Sol-Gel-Verfahren weiterverarbeitet werden können. Auch bei diesem Ver fahren muß mit sehr viel Energieaufwand das restliche Wasser entfernt werden. Mit Ausnahme des teuren Rohstoffes weist das in der EP-A 0 524 436 be schriebene Verfahren alle verfahrenstechnischen Nachteile der Sol-Gel-Methode auf.

Im Vergleich zu den Sol-Gel-Verfahren haben jedoch alle bisher bekannten Alter nativ-Verfahren zur Herstellung mikrokristalliner Sinterkorunde, die von preiswer ten Rohstoffen ausgehen, den Nachteil, daß nach der Sinterung deutlich gröbere Strukturen vorliegen als bei den über die Sol-Gel-Verfahren gewonnenen Pro dukten. Die Grunde dafür sind offensichtlich. Die Sol-Gel-Verfahren gehen von besonders feinteiligen Ausgangsstoffen aus, die unter Zugabe von Sinterhilfen ver fahrensbedingt bei sehr niedrigen Temperaturen dichtgesintert werden können. Da durch wird das Kristallwachstum unterdrückt. Die Alternativ-Verfahren benötigen grundsätzlich höhere Sintertemperaturen, die zu einem verstärkten Kristall wachstum führen. Darüber hinaus wird durch die bei der Sinterung stattfindenden Phasenumwandlungen zum α-Al₂O₃ ein homogenes und unkontrolliertes Kristall wachstum initiiert. Die Leistungsstärke der über die Alternativ-Verfahren ge wonnenen Sinterkorunde liegt somit deutlich unter denen der Sol-Gel-Korunde.

In der EP-A 0 402 G86 wird ein Verfahren aufgezeigt, mikrokristallinen Korund über die elektrophoretische Abscheidung aus einer α-Al₂O₃-haltigen organischen Suspension zu gewinnen. Es gelingt so, einen relativ dichten Grünkörper zu er halten, der allerdings - trotz der dichten und homogenen Packung - erst bei Temperaturen von 1.600°C dichtgesintert werden kann, so daß es auch hier wieder zu einem verstärkten Kristallwachstum kommt. Das Gefüge eines über die elektro phoretische Abscheidung gewonnen Sinterkorundes ist deutlich gröber als das der über das Sol-Gel-Verfahren hergestellten Sinterkotunde. Entsprechend geringer ist auch die Leistungsstärke der über die Elektrophorese gewonnenen Sinterkorunde.

Aufgabe dieser Erfindung ist es somit, ein Verfahren zur Herstellung eines mikrokristallinen α-Al₂O₃-Sinterkörpers aufzuzeigen, welches die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, und deren Verwendung anzugeben.

Überraschend wurde gefunden, daß diese Anforderungen erfüllt werden durch ein Verfahren zur Herstellung gesinterter, mikrokristalliner Körper auf Basis von α- Al₂O₃, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsstoff ein α-Al₂O₃-Pulver mit einer mittleren Korngröße ≦ 3 µm zu einem Schlicker mit einer Partikelgröße < 1 µm vermahlen oder desagglomeriert wird, der Schlicker mit Hilfe eines Wirbelschicht-Sprühgranulators zu Grünkörper mit einer Dichte ≧ 40% der theoretischen Dichte und einer Restfeuchte von ≦ 6 Gew.-% granuliert und anschließend einer Schocksinterung bei Temperaturen im Bereich von 1300 bis 1550°C unterzogen wird.

Der erste Verfahrensschritt besteht aus einer Naßvermahlung oder einer Desagglo merierung eines bereits möglichst feinteiligen α-Al₂O₃-Pulvers. Ziel der Naßver mahlung oder Desagglomerierung ist es, eine noch feinere, sehr homogene α- Al₂O₃-Suspension mit einer extrem feinen Kornverteilungskurve zu erhalten. Die Naßvermahlung und Desagglomerierung wird vorteilhaft im wäßrigen Medium durchgeführt. Im zweiten Schritt wird anschließend die bei der Mahlung oder Des agglomerierung erhaltene wäßrige Suspension in einem Wirbelschichtgranulator zu kugelförmigen Granulaten mit einem Durchmesser zwischen 1 und 10 mm granuliert.

Die DE-A 35 07 376 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstel lung von Granulaten mit enger Kornverteilung, bei denen das zu granulierende Produkt in flüssiger Form in ein Wirbelbett eingesprüht und dort auf entspre chende Keime aufgetragen wird. Die Granulatgröße wird durch die Stärke des Sichtgasstromes eines Zick-Zack-Sichters eingestellt. Ähnliche Verfahren bzw. Weiterentwicklungen der sogenannten Wirbelschicht-Sprühgranulation werden in der DE-A 38 08 277 und der DE-A 43 04 405 beschrieben.

Im dritten Schritt werden die Granulate einer Schocksinterung unterzogen.

Die Granulate können vor oder nach der Sinterung auf die gewünschte Kornform und -größe zerkleinert werden. Die Aufbereitung und Klassifizierung zur fertigen Schleifkörnung erfolgt nach den üblichen Methoden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können überraschenderweise, ausgehend von kostengünstigen Rohstoffen, Sinterkorunde gewonnen werden, die in ihren Eigenschaften vergleichbar mit den Sol-Gel-Korunden sind. Da die Kristallitgröße im gesinterten Endprodukt wesentlich von der mittleren Korngröße und der Kornverteilung im Ausgangsmaterial abhängt, ist es zweckmäßig, möglichst feinteilige α-Al₂O₃-Typen einzusetzen, die dann auf die gewünschte Korngröße vermahlen bzw. desagglomeriert werden.

Bevorzugt werden die Feststoffe auf eine mittlere Teilchengröße von kleiner als 1 µm, besonders bevorzugt kleiner als 0,4 µm, herabgemahlen und/oder desagglomeriert, um die gewünschte Ausgangskorngröße zu erhalten bzw. vorliegende Agglomerate in Einzelkristallite zu zerteilen. Die Vermahlung bzw. Desagglomeration wird vorzugsweise naß in Vibrationsmühlen, Attritoren oder Kugelmühlen durchgeführt. Die Mahldauer hängt von der Ausgangskorngröße und dem eingesetzten Mühlentyp ab. Obwohl es naheliegend sein sollte, ein möglichst feinteiliges Ausgangsmaterial zu wählen, sprechen vielfach wirtschaftliche Überle gungen dagegen; denn die superfeinen α-Aluminiumoxide sind häufig so teuer, daß einer der wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich der Einsatz eines kostengünstigen Rohstoffes, verloren geht. Beim erfindungsge mäßen Verfahren können hingegen vorteilhaft auch gröbere α-Al₂O₃-Aus gangspulver eingesetzt werden.

Da die Schleifleistung sich umgekehrt proportional zur Primärkristallgröße im Schleifkorn verhält, kann es vorteilhaft sein, das Ausgangsmaterial mit zusätzlichen Komponenten, Sinterhilfen und/oder Kristallwachstumsinhibitoren zu versetzen. Geeignete zusätzliche Komponenten, Sinterhilfen und Kristallwachs tumsinhibitoren sind die Oxide der Elemente Mg, Co, Ni, Zn, Hf, Ti, Zr, Cu, Li, Sr, Ba, K, Nb, Si, B und/oder Seltene Erden.

Die Flüssigkeitsmenge bei der Vermahlung wird vorzugsweise so gewählt, daß die entstehende Suspension einen Feststoffgehalt von 15 bis 80 Gew.-%, bevorzugt 30 bis 70 Gew.-%, aufweist. Als Lösungsmittel wird vorzugsweise Wasser eingesetzt. Gegen andere Lösungsmittel wie z. B. Alkohole, Aceton, die ebenfalls eingesetzt werden können, sprechen vor allem ökologische Überlegungen.

Da besonders bevorzugt ein Sinterkörper mit einer mittleren Primärkristallgröße unter 0,4 µm angestrebt wird und bei richtiger Wahl der Sintertemperatur im Falle des erfindungsgemäßen Verfahrens das Kristallwachstum unterdrückt werden kann, reicht es häufig aus, die Mahlung solange fortzusetzen, bis die mittlere Korngröße in der Suspension unter 0,4 µm fliegt.

Vorteilhaft können Suspensionen, deren Feststoffpartikel eine bimodale Korn verteilungskurve aufweisen, eingesetzt werden.

Die besten Ergebnisse können mit Schlicker erzielt werden, deren bimodale Korngrößenverteilung ein Maximum im Bereich zwischen 0,1 und 0,3 µm und ein weiteres Maximum im Bereich zwischen 0,2 und 1,0 µm aufweisen. Die Korngrößenverteilung wird mit Hilfe einer Laser-Dispersion-Methode (Microtrac Type MIC 2, Micromeritics) in einer wäßrigen Lösung und Na₄P₂O₇ als Dispergierhilfe gemessen.

Die Suspension kann sterisch oder elektrostatisch durch anorganische oder organische Verbindungen stabilisiert werden. Im Falle der sterischen Stabilisierung können sämtliche bekannten Dispergierhilfen eingesetzt werden. Als solche eignen sich besonders Polyacrylsäuren, Polyglykolsäuren, Polymethacrylsäuren, organi sche Basen wie Triethylamin oder Carbonsäuren wie Essigsäure oder Propion säure. Bevorzugt enthält die Suspension zwischen 0,5 und 5 Gew.-% entspre chender organischer Stabilisatoren. Im Falle der elektrostatischen Stabilisierung können vorteilhaft flüchtige anorganische Säuren wie Salpetersäure oder Salzsäure sowie Ammoniak als Base eingesetzt werden.

Die Stabilisierung der Suspension erfolgt entweder schon während oder nach der Vermahlung mit Hilfe eines Dispergators, wodurch eine schnelle und gleichmäßige Verteilung des Stabilisators gewährleistet ist. Bevorzugt vor, aber auch während oder nach der Vermahlung bzw. Stabilisierung können der Suspension Sinteradditive und Bindemittel zugesetzt werden. Als Sinteradditive kommen sämtliche für Al₂O₃ bekannten Sinterhilfen bzw. deren Vorstufen in Frage.

Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Suspension 0,5 bis 10 Gew.-% eines oder mehrerer Bindemittel aus der Gruppe Alginate, Dextrin, Glykole, Gummiarabicum, Ligninsulfonat, Methylcellulose, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrro lidon, Stärke und Zucker, bezogen auf den Feststoffgehalt der Suspension. Ebenso vorteilhaft kann die Suspension 0,5 bis 10 Gew.-% eines oder mehrere Bindemittel aus der Gruppe Böhmit-Sol, Kieselsol und Wasserglas enthalten.

Die Trocknung der Suspension und Verdichtung des Feststoffes erfolgt in einem Schritt in einem Wirbelschichtgranulator. Die Granulation wird vorzugsweise an Luft durchgeführt und kann in einer Wirbelbettapparatur angefahren werden, die bereits Startgranulat enthält. Es ist jedoch auch möglich, die Granulation in einer leeren Apparatur zu starten, wobei die Wirbelbettgranulation als Sprühtrocknung beginnt und in situ Keime erzeugt werden.

Die zu granulierende Suspension wird durch Sprühdüsen in das Wirbelbett einge bracht. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Zweistoffdüsen. Als Zer stäubungsgas kann jedes unter den Arbeitsbedingungen inerte Gas verwendet wer den. Die Menge an Zerstäubergas kann innerhalb eines größeren Bereiches variiert werden und richtet sich im allgemeinen nach den Apparate-Dimensionen und nach der Art und Menge des einzusprühenden Produktes. Die Temperatur des Zerstäu bergas-Stromes bzw. die Lufteintrittstemperatur ist ebenfalls innerhalb eines grö ßeren Bereiches variabel. Im allgemeinen arbeitet man bei Temperaturen zwischen 20 und 350°C. Auch die Sichtgas-Temperaturen sind in einem größeren Bereich variabel. Auch hier arbeitet man bevorzugt in einem Bereich zwischen 20 und 350°C. Die Menge und Geschwindigkeit des Sichtgases richtet sich nach der Dichte und der gewünschten Korngröße des Granulats.

Die Korngröße wird primär durch Gasstrom und Geschwindigkeit des Sichtergases gesteuert. Mit dem in der DE-A 35 07 376 beschriebenem Zick-Zack-Sichter ist es möglich, gezielt ein enges Kornband im Korngrößenbereich zwischen 0,01 und 10 mm mit einer Bandbreite ≦ 1 mm einzustellen. Das fertige Granulat kann direkt - oder nach einem Kalzinier-Zwischenschritt bei Temperaturen zwischen 300 und 600°C - gesintert werden.

Die Sinterung erfolgt bei Temperaturen zwischen 1300°C und 1550°C. Damit liegt die notwendige Sintertemperatur zwar deutlich unter den sonst für das Sintern von konventioneller α-Al₂0₂-Keramik üblichen Temperaturen von ca. 1600°C, ist aber gleichzeitig immer noch wesentlich höher, als die beim Sol-Gel-Prozeß erfor derliche Temperatur, die vorzugsweise unter 1300°C liegt. Um so überraschender ist es, daß es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt, das Kristallwachstum nahezu vollständig zu unterdrücken. Dazu muß neben der Feinteiligkeit und sehr engen Kornverteilung des Ausgangspulvers und der hohen Dichte des Grünkörpers als weitere Voraussetzung ein sehr schnelles Erreichen der notwendigen Sinter temperatur gewährleistet sein. Das heißt, daß der Grünkörper möglichst schnell in die heißeste Zone des Sinterofens gelangen sollte. Durch diese Schocksinterung gelingt es, den Sinterprozess abzuschließen, bevor das Kristallwachstum einsetzt. Gleichzeitig wird der Sinterprozess durch die gute Vorverdichtung beschleunigt. Die homogene Kornverteilung und die Feinheit des Ausgangsstoffes begünstigt ein gleichmäßiges Dichtsintern, wobei ein Zusammenwachsen der Primärkristalle zu größeren Kristalliten vermieden werden kann.

Für die Sinterung eignen sich sämtliche Ofentypen bzw. Sintetverfahren, die ein schlagartiges Aufheizen des Grünkörpers ermöglichen. Vorteilhaft können direkt oder indirekt beheizte Drehrohröfen, Pendelöfen, Durchschuböfen, Wirbelschicht sinteröfen oder Mikrowellensinteröfen eingesetzt werden. Vorteilhaft erfolgt die Schocksinterung so, daß der Grünkörper in ≦ 60 Sekunden, bevorzugt ≦ 10 Sekunden, besonders bevorzugt ≦ 3 Sekunden, auf die erforderliche Sinter temperatur gebracht wird. Die Haltezeit bei der Sinterung beträgt ≦ 60 Minuten, bevorzugt ≦ 30 Minuten, besonders bevorzugt ≦ 15 Minuten.

Die Zerkleinerung der Granulate zur gewünschten Körnung erfolgt aus energeti schen Gründen vorteilhaft direkt nach der Granulation. Je nach Einsatzzweck kann es jedoch auch vorteilhaft sein, daß nach dem Kalzinierschritt oder nach der Sinte rung die Zerkleinerung der Granulate durchgeführt wird, um besonders scharfe Schneidkanten zu erhalten.

Gegenüber der Elektrophorese hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß bei vergleichbaren Korngrößen der Ausgangsstoffe feinere Kristallitgefüge im gesinterten Endprodukt erhalten werden können.

Da die Feinheit des Kristallitgefüges in direkter Relation zur Leistungsstärke des Schleifkorns steht, kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Schleifkorn mit einer höheren Abtragsleistung zur Verfügung gestellt werden. Ein weiterer Vorteil aus ökologischer Sicht besteht darin, daß in wäßrigem Medium gearbeitet werden kann und eine Umweltbelastung durch organische Lösungsmittel vermieden wird.

Gegenüber den Sol-Gel-Verfahren ergeben sich ebenfalls - neben dem ökonomischen Vorteil durch den Einsatz von preiswerten Rohstoffen - nicht zu unterschätzende ökologische Vorteile. So werden beim Sol-Gel-Verfahren zur Stabilisierung der Suspension relativ große Mengen an leicht flüchtigen Säuren eingesetzt, die während des Trocknens und vor allem während des Kalzinierens verdampft werden müssen. Bei den Säuren handelt es sich vorzugsweise um Salpeter- oder Salzsäure.

Dabei treten Umweltbelastungen auf, die trotz aufwendiger Technik noch nicht vollständig vermieden werden können. Ein weiterer Vorteil gegenüber den Sol-Gel-Verfahren besteht in der Einfachheit des erfindungsgemäßen Verfahrens, wodurch die Fertigung im kontinuierlichen Produktionsbetrieb erleichtert wird, was letztendlich wieder wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt die Herstellung von hochdichten gesinterten, mikrokristallinen Körpern mit einer hohen Härte, deren Kristallitgröße zwischen 0,1 und 10 µm einstellbar ist. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich diese Sinterkörper hervorragend als Schleifmittel, wobei hier die Kristallitgrößen zwischen 0,1 bis 3 µm betragen.

Gegenstand dieser Erfindung ist somit auch die Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten gesinterten mikrokristallinen Körper als Schleifmittel und für die Herstellung von Schleif- und Schneidwerkzeugen.

Da die Schleifeigenschaften wesentlich von der Kristallitstruktur des jeweiligen Schleifkorns abhängen, gelingt es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren für die verschiedensten Anwendungszwecke Schleifkörnungen mit einem für die jeweilige Anwendung optimalen Kristallitgefüge bereitzustellen.

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

Beispiel

α-Aluminiumoxid mit einer mittleren Korngröße (d₅₀) von 1,5 µm wurde in einer Rührwerkskugelmühle (Typ PMC 25 TEX, Fa. Drais) auf eine mittlere Korngröße (d₅₀) von 320 nm in wäßrigem Medium vermahlen. Die entstehende Slurry mit einem Feststoffgehalt von 30 Gew.-% und einem d₉₀ von 630 nm wurde mit einer 10%igen wäßrigen Suspension eines Polyvinyl alkohols als Binder (Mowiol 8/88, Hoechst AG, Deutschland) vermischt, so daß der Anteil des Binders ca. 4 Gew.-% betrug, bezogen auf den Feststoffgehalt der Slurry.

Anschließend wurde die Suspension in einem Wirbelschicht- Sprühgranulator (AGT 400, Fa. Glatt Deutschland) bei einer Lufteintrittstemperatur von 320°C, einer Schichttemperatur von 75°C und einer Sprührate von 2,4 kg/min zu Grünkörpern mit einer Dichte von ≧ 40% der theoretischen Dichte verarbei tet. Zur Keimbildung wurde eine feine Granulatfraktion mit einer mittleren Granulatgröße zwischen 0,5 und 1 mm, die bei einer vorangegangenen Wirbelschicht-Sprühgranulation über eine in-situ-Keimbildung gewonnen worden war, eingesetzt.

Die Abtrennung des gewünschten Granulats erfolgte über einen Zick-Zack-Sichter. 60 Gew.-% des so gewonnenen Granulats hatten einen Durchmesser zwischen 3 und 5 mm, ca. 30 Gew.-% der Granulate hatten eine Durchmesser zwischen 1 und 3 mm und ca. 10 Gew.-% der Granulate hatten einen Durchmesser von < 5 mm. Die Restfeuchte der Granulate lag unter 1%.

Die Granulate wurden zerkleinert und anschließend bei 1480°C in einem beheizten Drehrohr reiner Schocksinterung bei Temperaturen von 1300 bis 1550°C unterzogen.

Das erhaltene Produkt hat eine Vickershärte (HV 0,2) von 20,1 GPa und eine mittlere Primärkristallitgröße von 0,38 µm. Die Dichte liegt bei 98,7% der theoretischen Dichte.

Schleiftest (Schleifband)

Claims

1. Verfahren zur Herstellung gesinterter, mikrokristalliner Körper auf Basis von α-Al₂O₃, dadurch gekenn zeichnet, daß als Ausgangsstoff ein α-Al₂O₃-Pul ver mit einer mittleren Korngröße ≦ 3 µm zu einem Schlic ker mit einer Partikelgröße < 1 µm vermahlen oder desagg lomeriert wird, der Schlicker mit Hilfe eines Wirbel schicht-Sprühgranulators zu Grünkörpern mit einer Dichte von ≧ 40% der theoretischen Dichte und einer Restfeuchte von ≦ 6 Gew.-% granuliert und anschließend einer Schock sinterung bei Temperaturen im Bereich von 1300 bis 1550°C unterzogen wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Grünkörper mit einer Dichte von ≧ 50% der theoretischen Dichte eingesetzt werden.

3. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Grünkörper mit einer Restfeuchte von ≦ 1 Gew.-% eingesetzt werden.

4. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grünkörper bei der Schocksinterung in ≦ 60 Sekunden, bevorzugt ≦ 10 Sekunden, besonders bevorzugt in ≦ 3 Sekunden, auf die erforderli che Sintertemperatur gebracht werden.

5. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlicker mit weite ren Komponenten, Sinteradditiven und/oder Kristallwachs tumsinhibitoren, bevorzugt Oxiden aus der Gruppe der Elemente Mg, Zn, Ni, Co, Hf, Zr, Si, Ti, Cu, Sr, Ba, K, Nb, B und/oder Seltene Erden, eingesetzt wird.

6. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlicker mit einer mittleren Teilchengröße ≦ 0,4 µm eingesetzt wird.

7. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen im Schlicker eine bimodale Verteilungskurve aufweisen.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine bimodale Verteilungskurve mit dem ersten Maximum im Bereich zwischen 0,1 und 0,3 µm, bevorzugt 0,1 und 0,2 µm, und dem zweiten Maximum im Bereich zwischen 0,2 und 1,0 µm, bevorzugt 0,3 und 0,7 µm, vorliegt.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei 20 bis 70 Gew.-%, bevorzugt 30 bis 50 Gew.-% des Feststoffgehaltes des Schlickers eine Teilchengröße zwischen 0,1 und 0,3 µm und bei 80 bis 30 Gew.-%, bevor, zugt 70 bis 50 Gew.-%, des Feststoffgehalts des Schlic kers eine Teilchengröße zwischen 0,3 und 1,0 µm verwen det wird.

10. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlicker mit einem Feststoffgehalt, gerechnet als α-Al₂O₃, von 5 bis 80 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 50 Gew.-%, und mit 0,5 bis 5 Gew.-% anorganischen oder organischen Stabilisato ren, bezogen auf den Feststoffgehalt, als Dispergierhil fen verwendet wird.

11. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Suspension verwen det wird, die 0,5 bis 10 Gew.-% eines oder mehrerer Bindemittel aus der Gruppe Methylcellulose, Dextrin, Zucker, Stärke, Alginate, Glykole, Polyvinylpyrrolidon, Ligninsulfonat, Gummiarabicum, Polyvinylalkohol und Polyvinylacetat, bezogen auf den Feststoffgehalt der Suspension, enthält.

12. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Suspension verwen det wird, die 0,5 bis 10 Gew.-% eines oder mehrerer Bindemittel aus der Gruppe Wasserglas, Kieselsol und Böhmit-Sol enthält.

13. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sprühgranulat mit einer Restfeuchte von ≦ 6 Gew.-%, bevorzugt ≦ 1 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt, eingesetzt wird.

14. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Granulate vor dem Sintern bei Temperaturen zwischen 300 und 600°C kalzi niert werden.

15. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat vor dem Sintern auf die gewünschte Kornform zerkleinert wird.

16. Verwendung der nach dem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15 hergestellten mikro kristallinen Körper als Schleifmittel und/oder für die Herstellung von Schleif- und Schneidwerkzeugen.