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KERAMISCHES BINDEMITTEL FÜR SCHLEIFWERKZEUGE Die vorliegende Erfindung
betrifft die Herstellung von Schleifwerkzeug, und insbesondere von keramischen Bindemitteln
für Schleifwerkzeuge.
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Die Erfindung kann weitgehend bei der Herstellung von Schleifwerkzeug
aus verschledenen Elektrokorunden, kublschem Bornitrid und Dlamanten verwendet werden.
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Weit bekannt sind keramische Bindemittel für Schleifwerkzeug auf
der Grundlage von Glas mit legierenden Komponenten und Zusätzen.
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Bekannt ist beispielsweise das keramische Bindemittel auf dez Grundlage
von Glas mlt folgenden leglerenden Komponenten: Boroxid - 5 Gew.%
Alumosilikate
- 65 Gew.% und einem Zusatz aus @ Bariumoxyd, in einer Menge von 30 Gew.%.
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Zu den Hauptnachteilen dieses bekannten Bindemittels gehört dle niedrige
Benetzbarkeit und als Folge eine niedrige Adhäsion an dem Schleifkorn. Außerdem
weist das erwähnte Bindemittel elne ungenügende Reaktionsfähigkeit auf, was einen
ungänstigen Einfluß auf die mechanlsche Festlgkelt des Schleifwerkzeugs ausübt,
indem es seine technologischen Möglichkeiten einschränkt.
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Im Fertigerzeugnis -- dem Schleifwerkzeug -- gewährleistet das bekannte
keramische Bindemittel keine gewünschte Homogenität der Ausgangskomponenten, was
eine mangelhafte Einhüllung der Körner des Schleifstoffs durch das Bindemittel verursacht,
wodurch die Festigkeit des Schleifwerkzeugs stark herabgesetzt wird.
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Das Vorhandensein schwer schmelzbarer Komponenten (Alumosilikate)
in der Zusammensetzung des Bindemittels erfordert die Durchführung des Röstens des
Schleifwerkzeugs(das mit diesen Bindemitteln hergestellt wurde) bei genugend hoher
Temperatur (mehr als 1270°C).
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Bekanntlich beträgt dle maximale Erhitzungstemperatur von kubischem
Bornitrid an der Luft, die keine Zerstörung der Mikrooberfläche seiner Kristalle
herbeiführt, 1000°C. Der Diamant oxydiert bei noch niedrigerer Temperatur; folglich
kann das bekannte keramische Bindemittel zur Herstellung von Schleifwerkzeug aus
kubischem Bornitrid und Diamanten nicht angewandt werden.
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Dis relativ niedrige mechanlsche Festigkeit des mit den erwähnten
keramischen Bindemitteln hergestellten Schleifwerkzeugs, die 120 kp/cm2 nicht übersteigt,
schränkt den Einsatz dieses Werkzeugs beim Schnellachleifen ein.
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Bekannt sind auch keramische Bindemittel für Schleifwerkzeug aus
uberharten Stoffen (kubischem Bornitrid und Dlamanten) auf der Basis von Glas mit
einer legierenden Komponente - dem Boroxid in einer Menge von 30 bis 75 Gew.% und
Zusätzen in Form verschiedener Oxyde: Lithiumoxid, Bleioxid, Natriumoxid, Kaliumoxide
-in einer Lenge von 25 bis 75 Gew.%. Diese keramischen Bindemittel sind leicht schmeizbar
(die Schmelztemperatur beträgt etwa 800°C).
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Für sie ist eine langwierige thermische Behandlung des Schleifwerkzeugs
kennzeichnend, was sich ungünstig auf dis Integrität des Korns im Schleifstoff auswirkt.
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Auserdem muß betont werden, daß die Herstellungstechnologie dleser
keramischen Bindemittel ein Fritten bei hoher Temperatur (1400-1450°C) vorsieht;
was ein mühsamer, zeitraubender wie auch kostspieliger Arbeitsgang ist, der spezlelle
Räume und Ausrüstungen erfordert (Schmelzöfen, Beschickungs- und Vertilationsanlagen,
Granulatoren).
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Die für dlese Bindemittel verwendeten Zusätze gehören auch zu den
teuren Werkstoffen.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung der erwähnten
Nachteile.
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Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, ein keramider
sches
Bindemittel für Schleifwerkzeuge auf#Basis von Glas mit solchen legierenden Komponenten
und solchen Zusätzen zu entwickeln, einem daß diese keramische Bindemittel in #
breiten Bereich technologischer Möglichkeiten Anwendung finden können und hohe Güte
des Schielfwerkzeugs, hergestellt nicht nur aus verschiedenen Elektrokorunden, sondern
auch aus kubischem Bornitrid und Diamanten, gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird mit Hilfe so eines keramischen Bindemittels der
auf Grundlage von Glas gelöst, das erfindungsgemäß zumindest eine legierende Komponente,
gewählt aus der Gruppe, die aus Boroxld, Alumosilikaten und Bariumoxid besteht,
in einer Menge von 70--90 Gew.% und als Zusatz Phosphate von Alkali- bzw. Erdalkalimetallen
in einer Menge von 10-30 Gew.% enth@lt.
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Allgemein bekannt tragt die erwähnte Gruppe, bestehend aus Boroxid,
Alumosilikaten und Bariumoxid, zur Steigerung der mechanischen Festlgkelt der keramischen
Bindemittel und zur Verbesserung ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften bei.
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Das Boroxid trägt zur Steigerung der Raktions fähigkeit und zur Vergrößerung
der Adhäsionseigenschaften der keramischen Bindemltteln in bezug auf das Schleifmittel
bei, wie z.B. in bezug auf verschiedene Elektrokorunde, was letzten Endes dle Bindungsfestigkeit
der Schleifkörner mlt dem Bindemittel vergrößert und dem Schleifwerkzeug eine hohe
mechanische Festigkeit verleiht.
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Dazu tragen auch die nahe zusammenliegenden Koeffizienten der
Wärmeausdehnung
von Borglas und Elektrokorunden bei.
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Dle Anwendung von Alumosilikaten im keramischen Bindemittel fuhrt
zur Bildung einer hochfesten keramischen Struktur des Bindemittels, da sle dle Rolle
von Mineralisatoren der Kristallisation von Magnesiumspinellen spielen, did das
Bindemittel festigen.
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Das Bariumoxid tragt in noch größerem Maße als das Boroxid zur Steigerung
der Stabilität des Kristallgitters von Glas und zur Verbesserung der Adhäsionseigenschaften
des keramischen Bindemittels in bezug auf das Schleifkorn bei, was eine Steigerung
der mechanlschen Festigkeit des Schleifwerkzeugs zur Folge hat.
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Der quantitative Gehalt an Komponenten der erwähnten Gruppe ist durch
die Menge der in das Bindemittel eingeführten Phosphate bedingt.
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Es wurde festgestellt, daß phosphorhaltlges Glas unter glelchen Bedingungen
eine höhere mechanische Festigkeit und ein niedrigeres Elastizitätsmodul aufweist
als bor- bzw. barlumhaltages Glas. Außerdem setzt das Vorhandensein von Phosphaten
im Bindemittel (im erwähnte n Verhältnis) die Feuerfestigkeit der Schleifmasse (d.h.
des Schleifmittel mit dem keramischen Bindemittel) herab und steigert gleichzeitig
die Reaktionsfähigkeit dee Bindemittels (bezuglich des Schleifmittels) und somit
auch selne Adhäsion in bezug auf das Korn (des Schleifmittels). Die Adhäsions fähigkeit
des Bindemittels ist von wesentlicher Bedeutung f"ur die Gewinnung eines hochqualitativen
Schleifwerkzeugs aus kublschem
Bornitrid und Diamanten.
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Wir haben ermittelt, daß slch der Gehalt an Phosphaten der Alkali-
und Erdalkalimetalle in eiher Menge von 10 bis 30 Gew.% am günstigsten auf die Verbesserung
der physikalisch-mechanischen Eigenschaften des Bindemittels auswirkt, was zur Steigerung
der mechanischen Festigkeit des Schleifwerkzeugs aus verschiedenen Elektrokorunden,
kubischem Bornitrid und Diamanten führt. Der Gehalt an erwähnten Phosphaten im Bindemittel
von über 30 Gew.% fiihrt zu einer bedeutenden Verringerung der Eeuenf@stigkeit des
Bindemittels wie auch seiner Zählgkeit. Diese Erscheinung wirkt sich bei der thermischen
Behandlung des Schleifwerkzeugs aust Es konnen Deformationen des hergestellten Werkzeugs
vorkommen.
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Der Gehalt an Phosphaten der Alkali- und Erdalkalimetalle in einer
Menge weniger als 10 Gew.% fÜhrt nlcht zur gewünschten Steigerung der mechanischen
Festigkeit des Schleifwerkzeugs, da diese Menge zur Vergrößerung der Reaktions fähigkeit
des Bindemittels und zur Steigerung seiner Benetzbarkeit hinsichtlich des Schleifkorns
wie auch zur Verringerung der Feuerfestigkeit nicht ausreicht.
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Die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen keramischen Blndemittels
gestattet das Rösten des Schleifwerkzeugs in einem breiten Temperaturenbereich von
900 bis 12800C, was dle Herstellung eines hochqualitativen Schleifwerkzeugs gewäghrleistet,
welches über hohe Widerstandsfähigkeit und mechanische Festigkeit
während
des Betriebs bei hohan Bearbeitungsgeschwindigkeiten (z.B. bei einer Geschwindigkeit
von 60 m/sek) gewährleistet.
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Es wirkt sich günstig auf das gestellte Ziel aus, wenn das keramische
Bindemittel als legierende Komponente Boroxid in einer Menge von 75 bis 85 Gew.%
und als Zusatz - das Phosphat der Alkalimetalle in einer Menge von 10 bis 20 Gew.%
entblt, das in Kombination mlt Tonerde in elner Menge bls zu 5 Gew.% genommen wird.
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Das Vorliegen von Alkalimetallphosphat in einer Menge von 10 bis
20 Gew.% im Bindemittel gewährleistet die Gewinnung einer notwendigen Verbindung
von Eigenschaften in dlesem Bindemittel, d.h. die Steigerung der Adhäsion des Bindemittels
an dem Schleifkorn, die Vergrößerung seiner Reaktionsfähigkeit und infolgedessen
die Steigerung der Festigkeit des Sohleifwerkzeugs.
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Das keramische Bindemittel kann für eln Schleifwerkzeug empfohlen
werden, das aus kublschem Bornitrid und Dlamanten besteht.
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Die gegebene Zusammensetzung des Bindemittels gewährleistet infolge
des Vorhandenselns ziemlich leicht schmelzbarer Komponenten (Phosphat der Alkalimetalle,
Boroxid,) die Feuerfestigkeit des Bindemittels (780-800°C), was dle Herstellung
des Werkzeugs aus kubischem Bornitrid und Diamanten ermöglicht.
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Zur Verbesserung der physikalish-chemischen Eigenschaften des Bindemittels
selbst wird in seine Zusammensetzung Tonerde eingeführt, die bei hohen Rösttemperaturen
des Schleifwerkzeugs mit dem Alkalimetallphosphat in Reaktion tritt und eine Verbindung
schafft,
dle das Bindemittel festlegt.
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Wir haben ermittelt, daß ein Gehalt das Bindemittels an Tonerde über
5 Gew.% seine Feuerfestigkeit steigert, was sich ungünstig auf die Integrität des
Korns beim Rösten des Schleifwerkzeugs aus kubischem Bornitrid und Diamanten auswirkt.
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Die gewählte Menge an Boroxid ist durch den Gehalt an Alkalimetallphosphat
bedingt, das in Verblndung mit Tonerde genommen wird.
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Ein solches keramlsches Bindemittel kann erfolgreich fur dle Herstellung
von Schleifwerkzeug aus kubischem Bornitrid und Diamanten verwendet werden.
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Es ist zweckmäßig, das Boroxid in Form von Borglas zu verwenden.
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Nicht minder günstig ist die Einführung von Alumosilikaten in einer
Menge von 40 bis 65 Gew.% in Kombination mit 20--35 Gew.% Bariumoxid als legierende
Komponente, wle auch die Einführung von 10--30 Gew.% Natriumphosphat als Zusatz.
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Allgemein bekannt ist, daß das Alumosilikate enthaltendes Glas ein
starres Strukturgitter aufweist, welches eine ausrelchende mechanische Festigkeit
des Glases bedingt. Wenn man Alumosili-@ate in Verbindung mlt Barlumoxld und einem
Zusatz von Natriumphosphat (in erwähnten Mengen) Verwendet, erhält man dank der
Einführung von Ionen des Bariumoxids und Phosphors in das Kristallgitter der Alumosilikate
und dank der Ausfüllung ihrer Defektdefektstellenfreies stellen ein stabiles Kristallgitter
des Glases, welches dem
erfindungsgemäßen keramischen Bindemittel
hohe mechanische Festigkeit verleiht. Dieses keramische Bindemittel verfügt über
eine Feuerfestigkeit von etwa 1000-1100°C und gestattet das Rösten von Schleifwerkzeug
bel einer Temperatur von 12700C.
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Das erwähnte Bindemittel ist für dle Herstellung von Schleifwerkzeug,
hauptsächlich aus Elektrokorunden, gedacht.
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Die Alumosilikate können im erfindungsgemäßen keramischen Bindemittel
in Form von feuerfestem Ton in einer Menge von 25--40 Gew.% vertreten seln, den
man in Verbindung mit 15-25 Gew.% Perlit nimmt.
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Der feuerfeste Ton beeinflußt in diesen Mengen günstig die Plastizität
des keramischen Bindemittels, was dle Formelgenschaften der Schleifmasse verbessert.
Dle Verwendung von Perlit (in erwähnter Menge) im keramischen Bindemittel tragt
in noch größerem Grade zur Bildung einer hochfesten keramischen Struktur des Bindemittels
bei, da der Perlit neben den ihm eigenen guten minenalisierenden Eigenschaften die
physikalisch-chemischen Eigenschaften des Bindemittels verbessert, indem es seine
Viskosität günstig beeinflußt, was in der Folge zu einer besseren Einhüllung der
Körner des Schleifstoffes führt.
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Mit der Vergrößerung des Gehalts an Perlit im Blndemlttel kann man
das Quellen des Schleifwerkzeugs belm Rösten herbeiführen, während bei nichtgenügender
Menge der gewünschte Prozeß der Mineralbildung im Bindemittel ausbleibt@.
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Der gesamte Gehalt an feuerfestem Ton und Perlit ist durch
den
Gehalt an Alumosilikat im Bindemittel bedingt.
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Aus ökonomischen Erwägungen kann man statt Bariumoxid auch Bariumglas
verwenden.
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Es ist ratsam, der Zusammensetzung des oben erwähnten keramischen
Bindemittels Tonerde bis 5 Gew.% beizugeben.
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Wie oben erwähnt, bildet die Tonerde, indem sie beim Rösten Schleifwerkzeugs
des mit dem Natriumphosphat in Reaktion tritt, eine hochfeste Verbindung. Wenn der
Gehalt an Tonerde im Bindemittel mehr als 5 Gew.% ausmacht, so verschlechtert slch
seine Reakttonsfähigkeit und steigt dle Zähigkeit, was sich ungünstig auf die mechanlsche
Festigkeit des Schleifwerkzeugs auswirkt.
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Das erwähnte keramlsche Bindemittel kann man zur Herstellung von
Schleifwerkzeug aus verschledenen Elektrokorunden empfehlen.
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Das erfindungsgemäße keramische Bindemittel verfügt dank seiner legierenden
Komponenten und Zusätze über einen großen Bereich technologischer Möglichkeiten,
da es erfolgreich bei der Herstellung von Schleifwerkzeug nicht nur aus verschied@nen
Elektrokorunden, sondern auch aus kubischem Bornitrid und Diamanten verwendet werden
kann.
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Nachstehend wird die vorliegende Erfindung durch konkrete Ausführungsbeispiele
erläutert.
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Zur Bestätigung des oben Gesagten wurde dle Feuerfestigkeit der keramischen
Bindemittel auf der Basis von Glas mit legierenden Komponenten und Zusätzen, wie
erfindungsgemäß vorgesehen, geprüft und die mechanische Festigkeit des mit diesen
Bindemitteln hergestellten
Schleifwerkzeugs getestet.
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In nachstehender Tabelle 1 werden konkrete Zusammensetzungen (Nr.
1--11) des erfindungsgemäßen keramischen Bindemittels angeführt, die erfindungsgemäß
folgende legierende Komp@nente aufweisen als Boroxid - Borglas; als Alumosilikate
- feuerfester Ton in Kombination mit Perlit; als Bariumoxid - Bariumglas; als Zusätze
- Natriumphosphat, Kaliumphosphat, Kalziumphosphat, einzeln genommen bzw. in Verbindung
mit Tonerde.
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Tabelle 1 Lfd.Nr. Legierende Zusammensetzung des keramischen Bindemittels
in Gew.% Komponenten und Zusätze (in Gew.%) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1. Borglas 80
80 80 75 2. feuerfester Ton 30 30 35 35 30 25 30 3. Perlit 15 15 20 20 25 20 25
4. Bariumlas 30 30 35 35 20 20 20 5. Natriumphosphat 20 20 25 10 20 30 6. Kaliumphosphat
20 25 7. Kalziumphosphat 20 10 20 8. Tonerde 5 5 5 5
Dle Komponenten
des Bindemittels wurden bis zum pulverförmigen Zustand zerkleinert und durch ein
Sieb mit von 0,063 mm - Maschen weite bis 3% Rückstand durchsiebt. Danach wurden
sie nach der bekannten Technologie bis zur Gewinnung eines homogenen Gemisches vermischt.
Aus jedem gewonnenen Gemisch - dem Bindemittel - wurde eine Probe genommen und in
an sich bekannter Weise auf Feuerfestigkeit untersucht. Die Ergebnisse werden in
Tabelle 2 angeführt.
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Tabelle 2 Keramisches Bindemittel Nr.
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a 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Fe uerfestigkeit in °C 760 780 820 830 980
1070 1060 1080 1100 1080 1120 Aus der angeführten Tabelle ist ersichtlich, daß das
erfindungsgemäße keramische Bindemittel eine Feuerfestigkeit in einem großen Temperaturenbereich
besitzt. Dieser Umstand gestattet eine Zusammensetzung des keramischen Bindemittels
zur Herstellung von Schleifwerkzeug aus verschiedenen Elektrokorunden, kubischem
Bornitrid und Diamanten zu wah"len.
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Weiterhin wurde das gewonnene Bindemittel mit Dextrin und einem Schleifmittel,
beispielsweise mit welßem Elektrokorund, zuvor angefeuchtet mit flüssigem Wasserglas,
(Zusammensetzung in Gew.% 29,7 SiO2; 11,8 Na2O; 58,5 H2O) vermiscnt.
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Die gewonnene Schleifmasse hatte folgende Zusammensetzung der Schicht,
(in Gew.%): Schleifmittel mit Korngröße von ca. 400 µm - 100,0; erfindungsgemäßes
keramisches Bindemittel - 9,7; flüssiges Wasserglas - 4,2; Dextrin - 2,0.
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Das Volumengewicht der Schlelfmasse betrug 2,28 g/cm3.
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Die Zusammensetzung der Schleifmasse kann in Abhängigkeit von den
gewünschten Daten des Schleifwerkzeug@ verändert werden.
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Die gewonnene Masse wurde auf übliche Welse (Fachleuten, die auf
diesem Gebiet tätig sind, wohlbekannt) geformt.
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Das Schleifwerkzeug wurde in einem Tunnelofen nach der bekannten
Technologie bei einer maximalen Temperatur von 1270°C und bel einer Haltedauer bei
dieser Temperatur von etwa 2 Stunden geröstet.
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Die niedrige Feuerfestigkeit des erfindungsgemäßen Bindemittels (Nr.
1--4, Tabelle Nr. 2) gestattete eln Rösten des Schleifwerkzeugs bei 10000C durchzufuhren
und den Röstzyklus um das Anderthaibfache im Vergleich zum Röstzyklus des mit bekannten
Bindemitteln gleicher Art hergestellten Werkzeugs zu kürzen.
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Dies ermöglicht eine merkliche Senkung der Selbstkosten des Schleifwerkzeugs
dank der Kürzung seines Röstzyklus (Verringerung des Stromaufwands, Vergrößerung
der Lebensdauer der Rostöfen).
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Das erwähnte keramische Bindemittel kann dank seiner niedrlgen
Feuerfestigkeit
erfolgrelch für die Herstellung von Schleifwerkzeug, hauptsächlich aus kubischem
Bornitrid und Diamanten, Anwendung finden, das zur Bearbeitung von Hartstoffen bestimmt
tst, wobei elne um 20% größere Widerstandsfähigkeit im Vergleich zum Schleifwerkzeug
aus kublschem Bornitrid (und Diamanten) mit bekannten gleichartigen Bindemitteln
erzielt wird.
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In der Tabelle 3 sind die Ergebnisse von Prüfungen der mechanischen
Festigkeit des Schleifwerkzeugs aus Elektrokorund mSt dem erfindungsgemäßen keramischen
Bindemittel angeführt.
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Tabelle 3 Keramisches Bindemittel Nr.
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Mecha@ alsche Reißfestigkeit kp/cm2 117,1
112,5 110,7 121,3 129,1 130,0 125,2 127,0 133,1 140,0 125,3 Anmerkung: Bei Herstellung
von Schleifwerkzeug aus Diamanten und kubischem Bornitrid ist der Füllstoff hauptsächlich
Elektrokorund, deshalb ist die erwähnts Charakteristik für Schleifwerkzeug aus Elektrokorund
angeführt.
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Dank der Anwendung des Bindemittels mit erfindungsgemäßer Zusammensetzung
erhöht sich die Festigkeit des Schleifwerkzeugs um 15--20%, seine Verschleißfestigkeit
und die spezifische Leistungsfähigkeit
vergrößern sich um 20%.
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Die durchschnittliche Lebensdauer zwischen dem Abziehen (in der Zahl
bearbeiteter Teile) des Schleifwerkzeugs mit dem erfindungsgemäßem keramischen Bindemittel
liegt um 25% höher als die durchschnittliche Lebensdauer des Schleifwerkzeugs mit
bekannten gleichartigen keramlschen Bindemitteln, was einer Vergrößerung der Leistungsfähigkeit
des Schleifprozesses um das 1,5-2fache gleichkommt.