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PERFECTIONNEMENTS AUX OBJETS EN MATIERE ABRASIVE ET LEUR PROCEDE DE FABRICATION.
L'invention est relative aux produits abrasifs et plus particulièrement à une meule fabriquée aveo des grains abrasifs agglomérés à l'aide d'une matière céramique.
Une meule de ce genre est, en général, constituée par des grains abrasifs, par exemple d'alumine cristalline ou de carbure de silicium, liés par un agglomérant en matière céramique chauffé à une haute température pour former une mas- se vitreuse ou vitrifiée. Cet agglomérant asti en général, oonstitué par un mélange d'une ou plusieurs argiles, par exem- ple d'argile dite " ball-olay" et d'argile dite "slip-clay", avec du feldspath, du kaolin, du silex, etc., ledit agglomé- rant étant analogue à de la porcelaine ou à du verre lorsqu' il est mûr ou transformé. Il existe un grand nombre de oomposi- tions agglomérantes utilisées dans ce but,
ces compositions dépendant du degré de dureté que doit avoir la meule et de la
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nature et des dicicnaions des gnains abrasifs utilisés, ainsi que d'autres csiaotéristiques déterminées de la meule. Le choix de l'agglomérant a dépendu en grande partie, jusqu'ici de procédés plus ou moins scientifiques, et en dépit de nom- brauses années d'essais pratiques dans le choix de ces compo-
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sitions agglom6untes, les meules présentent souvent des caractéristiques inattendues ou impropres, et deux meules fabriquées avec la marna composition et,on le supposer par le morne procédépeuvent ne pas être du tout ressemblantes dans leurs propriétés de meulage.
Le degré de dureté d'une meule ou son degré apparent dans des conditions de meulage, est grandement mesuré par la force avec laquelle l'agglomérant maintient en position les grains abrasifs sous les efforts do moulage ou d'essais de la meule. Une moule de degré de du- @
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raté plus faible ayant une faible force d'agglOM62rationj st use en général plus vite en Cours. de meulage que ne le fait une meule dure.
En dépit des efforts réalisés par les fabri- aants do meules pour sortir des produits uniformes, on s'est
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npergu3 parfois, qu*un3 meule que l'on supposait dure s'usait plus vite qu'une meule que l'on supposait douce, Par ailleurs)' le modula d'élasticité'do certaines moules diminue à la lon- gLZe probablement, à cause de la production graduelle de cer- tains efforts int'9:rnes.
La. stabilité des propriétés d'une meu- 1G est une oar atéristiqne importante et recherchée.,
Une étude do ces problèmes montre que divers fao- tours négligés jusqu'ici doivent être considérés., Avec des abrasifs dioxyde d'aluminium cristallin, par exemple, la- con-
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taminaiion; d'ull agglomérant, de composition supposée unifor- mule par les impuretés et l'alumine provenant de l'abrasif doit $fre oon8id6é8.
Ceci est dû au fait que le procédé de vitrification nG03ssit, en général, une température de 1200o ou plus, et on a trouve qu'à une telle température les scories et les impuretés de verre.présentes dans l'abrasif peuvent ressortir à la surface du grain et.se mélanger avec la com-
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position agglomérante. En plus de l'exsudation de la scorie, la composition de l'agglomérant peut être quelque peu modi- fiée de façon préjudiciable par l'attaque chimique actuelle) de l'agglomérant fondu sur la surface du grain abrasif.
Il peut y avoir trente-deux fois plus d'abrasif qu'il n'y a d' agglomérant dans un mélange donné pour la fabrication d'une meule, de sorte que la présence même d'uns petite quantité de scorie dans l'abrasif, peut matériellement affecter la composition de l'agglomérant, et l'effet varie suivant les quantités d'ingrédients utilisées,.
La quantité de scorie et d'alumine fournie par l'abrasif à l'agglomérant dépend également de la température et des conditions de chauffage ainsi que de l'abrasif et de 1'agglomérant particuliers uti- lisés, On a oonstaté que très peu de scorie sort de l'abra- sif alumineux cristallin à et au-dessous da 11000 et il est, par suite, important de chauffer les meules à des températu- res nettement au-dessous de 1200 C. afin d contrôler ou éliminer cette sortie de scorie* Il est nécessaire, touts- fois qu'on utilise avec tout agglomérant donné une tempéra- ture de chauffe suffisante pour donner à l'agglomérant une fluidité suffisante de façon qu'il vienne parfaitement en oontaot avec les surfaces du grain.
On remarquera également, que la décomposition du carbure de silicium présente ds dif- fioultés analogues du fuit les ingrédients qui le compo- sent pénètrent et modifient la composition de l'agglomérant.
Une autre difficulté réside dans le fait qu'un grand nombre d'agglomérants vitrifiables, utilisés ordinai- rement pour la fabrication des meules, passent par une éta- pe de gonflement pendant l'opération de vitrification) et il est néoessaire que la meule soit suffisamment poreuse pour que l'agglomérant puisse se gonfler dans les espaoes po- reux compris entre les grains abrasifs. Ceci rend difficile la fabrication de meules contenant des quantités d'agglomé- rant relativement grandes.
Dana le cas d'abrasif alumineux,
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cette condition est probablement due au fait que les agglo- mérants contiennent, en général, un composé de fer qui est habituellement présent sous la forme d'oxyde ferrique, Ce composé et d'autres ingrédients agissant à un degré moindre, ss dissocient ou passent par d'autres transformations chi- miques à la température de transformation à laquelle les agglo mérants sont soumise il en résulte une évolution de gaz et un gonflement consécutif de l'agglomérant- Ceci peut prendre naissance rapidement si la température de transformation est supérieure à 120CO C.
et de tels agglomérants doivent être chauffés dans des conditions telles qu'ils passent entièrement par l'étage de gonflement et restent finalement à l'état de verre, Toutefois, le gonflement peut occasionner des distur- bations dans la disposition des grains abrasifs et modifier autrement et de-façon préjudiciable les caractéristiques de la meule, Qu#ique les opérations de meulage modernes néoessi- tent des meules usant vite, et durant longtemps, qui peuvent être entrainées en rotation à de très grandes vitesses, las problèmes mentionnés ci-dessus ont rendu difficile la fabri- cation de meules répondant à ces conditions et, en particu- lier, de celles établies aveo des grains qui sont trop gros pour passer à travers un écran de 16 maillas, par 2 cm.
4,
Au cours de recherches sur ces meules on a obser- vé qu'il existait une tension au point de liaison entre l' ag- glomérant en verre et les grains de l'abrasif, et, dans de nombreux cas, le développement de petites fissures dans l'ag- glomérant est aisément visible.
Ces fissures peuvent se pro- duire soit pendant la fabrication soit à la longue, que les meules soient utilisées ou non. les coefficients de dilata- tion des abrasifs alumineux et de divers agglomérants ont été étudiés, et on a trouvé que les agglomérants ordinaire- ment utilisés n'avalent pas les mêmes coefficients de dila- tation que les grains' abrasifs et que, par suite, les opéra-
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tions Usuelles de fabrication des meules avaient pour effet de déterminer des états de tension entre ces corps* Une dif- férenoe dans la liaison ("fit"), entre l'agglomérant et l'a- brasif peut tendre l'agglomérant jusqu'à un point où il se fissure, et dans cet état on dit que l'agglomérant est 8affai- bli",
La résistance d'un agglomérant affaibli est bien infé- rieure à celle de ce même agglomérant non affaibli. Ceci occa- sionna une usure exagérée dé la meule pendant le meulage, et peut même se traduire par une rupture de la meule sous l'ac- tion de la force centrifuge. Ces résultats sont particulière- ment notables lorsque la meule est fabriquée avec des grains de très grandes dimensions,
On a trouvé également que, dans d'autres cas, des petites fissures ou des tensions internes pouvaient être dues à la présence de cristaux dans l'agglomérant, même.
Il est probable que ces effets se développent à cause de la différen- ce des coefficients de dilatation des cristaux et du verre les entourant@ ou à cause des modifications de la composition du verre dues à la séparation de ce verre des cristaux d'une com- position différente de celle du verre initial. On a désigné par le terme "décrépitement", cet état de l'agglomérant lorsque les cristaux sont en jeu. Il est évident que des cristaux de divers types peuvent agir d'une façon complètement différente à oe point de vue, ce qui dépend de leur composition chimique, de leurs dimensions, de leur dilatation et d'autres facteurs.
A titre d'exempl d'un agglomérant brut d'utilisa- tion courante pour la fabrication des meules dans lesquelles l'abrasif est constitué par de l'alumine cristalline, la com- position suivante peut être indiquée :
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<tb> bioxyde <SEP> de <SEP> silicium <SEP> ........... <SEP> 58,0
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> d'aluminium <SEP> ......... <SEP> 15,9
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> ferrique <SEP> ................ <SEP> 48
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> magnésium <SEP> ............ <SEP> 2,4
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> calcium <SEP> ................. <SEP> 4,5
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> sidium <SEP> ................ <SEP> 1,4
<tb>
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Oxyde d3 po-bspsiun 1! 1 e a a 2,5 Oxyde due U 1 !1 t.'..2J 'i. p s 4 .a ! 1 1 9' a ,1 Humidité a s w w a s e k i! ! A IG 1 p R 1,1 Perte. au feu ................
8,3
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<tb> Total <SEP> 100,0
<tb>
Cstte composition se transforme en un verre à une
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température d'environ 12zoo Fla à 13Oo Os Une quantité appré- aimable dioxyde de fsr est"présente et ceci occasionna le gon- flement de l'agglomérant lorsqu'il est chauffée par formation d'oxygène qui résulte de la dissociation thermique aux envi-
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rons de 1175 à l2S5 fla Un tel agglomérant se conètracte et g'amaIgSBie en premier lieu. sous forme d'un corps dense;
il COIDm0nCe ensuite à se ramollir et se gonfle lorsqu'il est suf- fisamment fluide, car du gas est dégagea et subsiste enfin
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sous forme de verre'noir dense, >rsqu'oÉ s'en sert pour les meulas aTi<ic un abrasif constitué par de l'alumine cristalline de la qualité ordinaire qui peut contenir environ 5j d' a.u mine et diverses impuretés telles que de l'oxyde ferrique, de
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la silice cl du titsine, on obtient une meule présentant de nombreuses'caractéristiques impropres.
Cette moule est dans
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une certaine mesuyo instable, du fait'que ses propriétés phy-"
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siques pau'vent varier à la longue La meule peut avoir un degré de dureté bas et être faible comparée à la résistance qu'elle devrait *voir, On a souvent trouvé dans cet agglomérant en
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;erre un i::vs7.op:ï û'--:nt considérable de cristaux plagioclases eef feldspath ot de cristaux de mullite.
Do même on a trouvé que dans une telle moule l'agglomérant est fréquemment dans un état de tension d'où. il résulte des fissures et un affaiblis- sament. Cet agglomérant a un coefficient de dilatation d'en-
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viron 45 ruz IC- 7 tandis que les grains d'alumine cristalline ont un coefficient de dilatation d'environ 72 x 10-7.Un agglomérant de cette nature peut contenir certaines matières
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non dissoutes du mélange-brut 1qµij±,
insé que des cristaux qui ont été formés à partir des lieues matières de l'agglo-
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mérant ou avec les substances fournies par l'abrasif. On pen- se que les cristaux de feldspath sont particulièrement préju- ddiciables dans leur tendance à provoquer les fissures, Les tensions dans un tel agglomérant peuvent s'élargir et occa- sionner un affaiblissement et des fissures à tout moment, à partir du chauffage de la meule jusqu'à plusieurs années a- près;
cette formation de fissures peut être accélérée par la présence d'humidité, ou peut être commencés, peut âtre, par des ohoos ou des changements thermiques ainsi que par d'au- tres conditions qui sont incidentes à l'emmagasinage, au vieil lisaement et à l'usage- de la meule,
Les buts prinoipaux de l'invention sont de remédier ces inoonvénients et elle a, en partioulier, pour objet un procédé de fabrication d'un produit abrasif contenant une matière abrasive en grains agglomérée, qui ne se gonfle pas de façon nuisible au cours de l'opération de fabrication ou qui ne s'affaiblit pas ou ne se fissure pas à la longue,ou en cours d'usage.
D'autres buts de l'invention sont d'offrir des in- grédients d'agglomération tels et de conduira de façon telle la fabrication qu'on obtienne une matière cosmique granulai- re agglomérée qui supprime les caractéristiques impropres indiquées précédemment; l'invention a, en particulier, pour but, d'offrir des meulas ou autres corps céramiques de ce- genre qui sont stables et non gonflés, fissurés ou affai- blis à un point préjudiciable et qui peuvent âtre établis avec des degrés de dureté très grands et trèspetits sur une grande échelle de dimensions de grains et de degrés de poro- sité.
Suivant les découvertes de la demanderesse et comme résultats de ses expérienoes, on a trouvé qu'une moule doit être faite avec des matières telles que les grains abrasifs et l'agglomérant aient sensiblement les mêmes coefficients de dilatation sur une grande échelle de températures et, en
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particulier, au-dessous des températures dag douoissement ou de recuisson de l'agglomérant transformé;
il reste entendu
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qu'aux hautes t>aipéi;atures l'agglomérant est susceptible de se déforni-3 de fecon permanente sous l'action ,des efforts qui prennent naissance lorsque la corps se refroidit, Si les
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grains abrasifs et l'agglomérant sa dilatent et sa oontrao- tent également, il en résulte que la formation ds tensions intsrnes à la surface des grains est, de ce fait, diminuée,, Il est important que la formation de fissures ainsi que l'af- faiblissement soient réduits et ceci est réalisé en utilisant des compositions d'agglomérant et en conduisant Itopération de vitrification de façon à réduira, pour autant que cela est possible,
la formation dans l'agglomérant d'une quantité appréciable de cristaux de dimensions et de types qui ont
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été jugés comme étant p2éjudiciables, Il est préférable que , l'agglomérant soit refroidi rapidement dans la zone dans la- quelle les cristaux peuvent se former et,si on le désire, 1' agglomérant peut être refroidi lentement au-dessous de cette sono pendant la période de reouisson. On préfère, aussi, utiliser comme agglomérant pour les meules, un agglomérant qui- est pratiquement insoluble dans les conditions d'emploi habituelles, dans les liquides utilisés pour refroidir ou lubrifier la meule et le travail.
On a trouvé que l'agglomé-
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tent doit s"tre constitué de façon telle qu'il ne se gonfle pas de façon préjudiciable pendant la période de chauffage et qu'il se transforme à une température suffisamment basse de façon à ne pas tre trop contaminé par les ingrédients
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abrasif a< La i;'3t1lpératura à laquelle l* agglomèrent se trans- forme, si on utilise comme abrasif de l'alumine oristalline, doit être inféTisure- à 1200 0, et, de préf6rence inférieure .au degré Seger 6;
il resta entendu que la scorie et les au-
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tres impuretés do 1'abrasif tendent à stéQOu.er1 mais faiblement, $de, températures inférieures à 1]foo Ce Une ,0ÔÉlp0sition diagglomérant, pour chaque abra- sif, qui présente oçp ,"oaract6ristiqu-,es appropriées peut être
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aisément déterminée par tout homme du métier en tenant compte de ce qui précède.
A titre d'exemple d'agglomérant qui est d' usage approprié avec un abrasif constitué en ma,jeure partie, par de l'alumine cristalline, on peut citer le suivant :
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<tb> Bioxyde <SEP> de <SEP> silicium <SEP> ........... <SEP> 55,0
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> d'aluminium <SEP> .....,...... <SEP> Il,4
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> ferrique <SEP> ............... <SEP> 4,3
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> magnésium <SEP> ........... <SEP> 2,8
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> calcium <SEP> ........... <SEP> de, <SEP> 5,9
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> sodium <SEP> .............. <SEP> 6,0
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> potassium <SEP> ........... <SEP> 2,6
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> titane <SEP> .............. <SEP> Ci?
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> bore <SEP> ...............
<SEP> Il,3
<tb>
<tb> Total <SEP> ..............100,0
<tb> @
<tb>
On a trouvé qu'un verre établi avec cette composi- tion a un coefficient linéaire de dilatation d'environ 72 x 10- et ce coefficient de dilatation reste, au-dessous d'environ 5500 C.,sensiblement le même que le coefficient moyen des grains abrasifs d'alumine cristalline. A des tampé- ratures supérieures à environ 6500 C. l'agglomérant est suf- fisamment mou, de sorte qu'il peut se déformer de façon per- manente et supporter toutes tensions qui peuvent tendre à se produire..
Un refroidissement lent dansla période de recuisson, c'est à dire entre 6500 C. et 550 C., enlève les tensions des résidus de verre quoiqu'il existe une tendance qui est très faible, sinon nulle, à la déformation dans cette zône.
L'agglomérant ne se cristallise pas si on le refroidit avec une rapidité suffisante dans la zone de formation des cristaux, ou jusqu'à ce que l'agglomérant commence à se prendre, et, par suite, il ne se fissure pas ni ne s'affaiblit à la ligne de jonction avec les grains d'alumine et, de cette manière, la formation de tensions internes et de fissures est soit sup- primée, soit réduite dans de grandes proportions, L'agglomé-
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rant se transforme en un verre relativement stable à des tem- pératures inférieures à 1175 C., et ne sc gonfle pas de fa- çon préjudiciable pendant ce chauffage.
Des meules fabriquées avec cet agglomérant on.? une périphérie qui est constamment fine et propre. On. peut admettre que la valeur d'une meule peut être estimée dans une certaine mesure par le son musi- cal qu'elle donne lorsqu'on la frappe avec un marteau et que la clarté du son indique l'absence de fissures ou de fêlures néfastes, dans la meule..
A titre d'exemple) d'une meule fabriquée aveo l'ag- glomérant indiquée on peut utiliser des grains d'alumine cris- talline en dimensions de 24 à 36 qui donnent à l'analyse chi- mique 95,24 d'alumine, 0,74 d'oxyde ferrique} 0,93*de silice et 5)09 de titane; Une meule dure peut être fabriquée en uti- lisant 28 gr. 349 de cet agglomérant pour 453 gr. 593 dtabra- sif, et le mélange peut être humidifié de façon appropriée avec de l'eau ou avec une solution d'une matière liante, tem- porairement :
on donne ensuite par des moyens appropriés la forme d'une roue à la masse qui peut être ensuite chauffée, Un céramiste comprendra comment doit être conduit le procédé de fabrication de façon à réaliser les résultats voulus, les différentes étapes consistant en général, en premier lieur à chauffer de façon à vitrifier ou à transformer l'agglomé- rant, puis à refroidir rapidement pendant la zone de forma- tion des cristaux, et lentement pour effectuer la recuisson convenable, puis enfin à refroidir au-dessous du point de solidification do l'agglomérant pour fixer,de façon permanen- te, les ingrédients de la meule.
Unemeule de la composition indiquée ci-dessus peut être ohauffée au degré Seger 4, ou à t une température d'environ 11250 C. La meule est de préféren- ce, refroidie rapidement jusqu'à environ 8000 C. puis lente- ment jusqu'à environ 6000, température à laquelle l'agglomé- rant est solideAu-dessous de cette température l'agglomé- rant et les grains d'abrasif ont la même vitesse de retrait
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au fur et à mesure que la meule se refroidit,
La meule établie avec un agglomérant ayant la for- mule indiquée plus haut, est très stable et est insoluble,
Un examen microscopique montre que l'agglomérant est relati- vement exempt de cristaux délétères et se transforme à une température inférieure au point de dissociation de l'oxyde ferrique, et inférieure à la température à laquelle une quan- tité appréciable de scories passe des xxx grains abrasifs dans l'agglomérant, Cet agglomérant a une très faible tendan- ce à se gonfler pendant la période de chauffage et est sus- ceptible d'agglomérer des grains abrasifs très gros, du ? 8 ou plus et de produire une meule de degré de dureté élevé qui a une grande force d'agglomérant.
Bien que l'exemple donné ci-dessus montre l'applica- tion de ce nouveau type d'agglomérant aux meules à grande du- reté et à gros grains, il est évident que des meules douces et que les meules établies avec des grains plus fins, peuvent aussi être fabriquées; il est seulementnécessaire de modifier les proportions relatives des ingrédients de la meule comme cela est bien connu dans le métier.
Il va de soi que le procé- dé et que la composition agglomérante pourront être modifiés suivant la nature de l'abrasif employé, la dimension des grains, la dimension et la forme de l'objet, le type de four employé et de divers autres facteurs, et que le prooédé doit être conduit de façon à obtenir la structure de meule voulue Il est évident, également, que divers autres produits, en ou- tre des meules, peuvent être établis suivant l'inven-cion qui couvre tous les produits céramiques comportant une matière abrasive en grains agglomérée par des matières vitrifies ou vitreuses quel que soit l'usage des grains abrasifs.