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PERFECTIONNEMENTS A LA METHODE DE FABRICATION D'ARTICLES OU OBJETS ABRASIFS.
L'invention concerne les corps abrasifs en diamant et, pour ce qui concerne ses caractéristiques les plus spécifiques, elle vise les roues de meulage ou meules dans lesquelles l'abrasif est constitué par le diamant,et le liant est un liant céramique.
Un objet de l'invention est de prévoir une roue de meula- ge, ou meule, possédant des caractéristiques de durée et possèdant d'excellentes qualités de coupe.
Un autre objet de l'invention est de prévoir une méthode pour relier entre elles des particules de diamant à l'aide d'un li- ant céramique.
Un autre objet de l'invention est de prévoir une roue de meulage ou meule comprenant des particules abrasives extrêmement et dures unies par un liant résistant/durable, et qui présente en ou- tre une structure relativement poreuse ou ouverte.
Un autre objet de l'invention est de prévoir une meule ou roue coupant librement qui présente des qualités de résistance
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à l'usure.
Un autre objet de l'invention est d'éviter ou et'empêcher l'oxydation des grains de diamant ou bort, dans un mélange de ceux- ci avec une matière céramique, alors que la matière céramique est vitrifiée.
Un autre objet de l'invention est de prévoir une matière céramique appropriée pour unir des particules de diamant.
Un autre objet de l'invention est de prévoir une méthode pour confectionner une roue de meulage, ou meule, ou un objet abra- sif analogue, à l'aide de diamants et d'un liant céramique, conve- nant entièrement à l'usage.
Un autre objet de l'invention est de prévoir une méthode de liaison des granules de diamant permettant d'obtenir une forte adhésion entre les granules de diamant et le liant.
Un autre objet de l'invention est de prévoir une méthode permettant de réaliser la liaison, en évitant le gonflement durant la cuisson ou passage au feu.
Un autre objet de l'invention est de prévoir une roue de meulage, ou meule, composée de particules abrasives de diamant et d'un liant céramique vitrifié.
D'autres objets encore de l'invention sont pour partie évidents et seront pour partie définis ci-après.
Conformément, l'invention comprend les particularités de construction, les combinaisons d'éléments, et les diverses opéra- tions, ainsi que la relation et l'ordre d'exécution de chacune de ces opérations par rapport à une ou plusieurs des autres opérations, le tout comme il sera décrit ci-après en manière d'illustration et comme indiqué dans les revendications qui suivent.
Conformément à l'invention on prévoit une certaine quan- tité de particules de diamant, telle la matière diamantifère con- nue sous le nom de "bort". L'expression "bort" est utilisée pour désigner de la matière diamantifère divisée, comme des fragments de diamant trop petits pour être employés en joaillerie, ainsi que les fragments de diamant de rebut et semblables. Des partiou-
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les de diamant de tout autre genre et de toutes provenances peuvent toutefois être utilisées pour l'exécution de l'invention.
On peut employer toutes dimensions de grains pour les par- ticules de diamant. Comme une meule abrasive de diamant est avanta- geusement employée pour former une surface très lisse sur les objets durs, dans la plupart des cas on a reoours à un grain relativement fin, par exemple un grain d'un ordre correspondant à 100 mailles.
On prévoit des matériaux céramiques pour former un liant vitrifié.
Dans les limites de l'invention on peut utiliser pour le liant plusieurs mélanges céramiques différents. On préfère toutefois employer une matière céramique qui mouillera effectivement les gra- nules de diamant. Une des caractéristiques du diamant est qu'il est plutôt difficile à mouiller. Un grand nombre de matières céramiques ramollies ne mouillent pas les granules de diamant dans une mesure suffisante pour procurer l'adhérence résultante désirée dans le li- ant final lorsqu'il est durci. En outre on désire employer une ma- tière céramique qui adhère aux granules de diamant pour autant que ceci implique des qualités autfes que la faculté de mouillage.
Des roues de meulage, ou meules, en diamant sont utiles pour meuler des matières dont la dureté est telle que d'autres abra- sifs donnent des résultats inférieurs, Comme conséquence, un liant pour des granules de diamant, destiné à former une roue de meulage, ou meule, sera de préférence résistant et solide, car sinon, le li- ant pourra s'user rop rapidement et simplement libérer les dia- mants. Par suite, pour la fabrication de roues de meulage, ou meu- les, destinées à la plupart des usages, on préfère employer un mé- lange céramique qui, dans le liant final, est solide et résistant, en donnant une roue de meulage ou meule caractérisée à un degré élé. vé par son degré de dureté.
Un grand nombre de matières céramiques ne réagissent pas chimiquement vis à vis du diamant, même à des températures élevées.
Suivant l'invention on préfère utiliser une de ces matières, c'est
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à dire que l'on préfère éviter l'emploi de toute matière cérami- que qui, dans les conditions utilisées pour la vitrification, ré- agit chimiquement vis à vis des diamants.
On préfère également des mélanges céramiques qui se ra- mollissent à des températures inférieures à celles qui, dans les conditions spécifiées ci-après,pourraient déterminer la graphita- tion des granules de diamant.
Le diamant est, dans l'état actuel des connaissances, u- ne forme allotropique du carbone et le graphite est une autre for- me allotropique de ce carbone et, dans certaines conditions de cha leur ou autrement, le diamant devient du graphite. Comme, pour au- pas tant qu'on le sache, le graphite n'est/utile comme une substance abrasive en soi, suivant l'invention on désire éviter la graphita- tion du diamant.
Il existe de nombreux mélanges céramiques possédant tou- tes les caractéristiques ci-dessus, ou tout au moins suffisamment d'entre-elles, ou bien à un degré suffisant, pour être utiles pour assurer la liaison des granules de diamant. Par suite,il doit être entendu que les formules données ci-après pour un liant céramique destiné à être utilisé conformément à l'invention sont uniquement illustratives.
Considérant maintenant l'exemple donné à titre d'illus- tration, on prend 30 parties d'argile plastique (ball clay) et 75 parties d'une matière semi-fondue ou frittée conforme à la formule ci-après, les parties étant indiquées en poids pour la facilité.
Borax 32,2 parties
Acide borique 25,4 "
Silice 37,6 "
Hydrate d'alumine 1,0 "
Craie traitée (whiting) 3,8 "
Cette matière semi fondue ou frittée peut être préparée de toute manière usuelle pour la production de matières de ce gen- re. L'agglomérat en phase liquide peut être refroidi dans l'eau, et les fragments résultant sont ensuite broyés.
La composition chimique calculée de cette matière est ainsi qu'il suit :
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Na2O 7,3 %
CaO 3,0 %
Al2O3 0,9 %
B2O3 36,4 %
SiO2 52,4%
Au lieu du mélange céramique précédent on peut utiliser le sui- van t :
Argile plastique n 6 du Kentucky 15 parties
Silex broyé 15,5 "
Borax 19,5 "
Pour ce mélange, on peut accroitre la quantité d'argile plasti- que jusqu'à 20 parties ; peut accroitre la quantité de silex jus- qu'à 20 parties et on peut réduire la quantité de borax jusqu'à 12 parties.
Le mélange précité est un verre alumino-boro-silicate lorsqu' il est fondu; de même est la matière céramique de l'exemple donné en premier lieu, Une des caractéristiques de ces céramiques est la propriété de se ramollir suffisamment pour donner une bonne liaison à une température relativement basse. Par exemple la matière aéra- mique du premier exemple se rammllit suffisamment à 925 C. La ma- tière céramique du second exemple se ramollira dans le voisinage de 1000 0.
Les variantes ou modifications de ces liants se ramollis- sent suffisamment à différentes températures, mais lorsque la quan- tité ou teneur d'oxyde borique et de soude est maintenue dans, ou aux environs des proportions précédemment spécifiées, les tempéra- tures du ramollissement sont généralement de l'ordre de 1000 et en dessous.
Il doit être entendu toutefois que des matières cérami- ques qui se ramollissent ou fondent à des températures beaucoup plus élevées peuvent être employées pour exécuter l'invention, bien que l'on préfère celles se ramollissant au voisinage des températu- res indiquées.
Continuant avec l'exemple préféré de l'invention, on prend quatre parties en poids de "bort" de diamant, dont les dimensions de grains correspondant à 100 mailles, et une partie en poids de à raison de l'un quelconque des mélanges céramiques précédents. On y ajoute/4%
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.- de 1 'ensemble, une solution à 4% de glutoline Cette matière est un éther méthyle de cellulose et elle possède la propriété de plastifier la masse, en lui communiquant une résistance suffisante à l'état "cru", tandis qu'elle est partielle- ment auto-combustible. En outre elle brûle en ne laissant en substan- ce aucun résidu combustible ou autrement susceptible de réagir.
Bien que d'excellents résultats ont été obtenus par l'emploi de glutoline, on peut néanmoins utiliser tout autre liant temporaire désiré, ou tout plastifiant qui procure les résultats cherchés.
Les ingrédients sont mélangés suffisamment que pour recouvrir chaque granule de diamant à l'aide du liant céramique maintenu en Pla- ce par la glutoline ou un autre liant temporaire, après quoi une quan- tité voulue de mélange est placée dans un moule et pressée à la for- me désirée.
Une pression de l'ordre de 422 par am2 peut être employée pour de petits objets, bien que pour de grands objets ou meules une pression moindre est satisfaisante.
Considérant maintenant plus spécialement la méthode de vitri- fication du liant, on prévoit un four fermé de toute conformation dé- sirée. On préfère utiliser un four relativement imperméable ou non po- reux, qui peut être aisément ouvert et fermé pour l'introduction des objets à traiter, et qui comporte des raccorda appropriés pour l'in- troduction des gaz désirés dans le four et le contrôle de cette intro- duction, Par exemple, il est désirable de disposer d'une soupape ou valve d'entrée et d'une soupape ou valve de sortie ou d'échappement, grâce à quoi un léger courant de gaz peut être maintenu dans le four pendant la cuisson des objets, ceci afin de maintenir l'atmosphère à la concentration désirée dans un cas particulier donné malgré des fuites possibles ou d'autres causes de contamination,
On prévoit tout type désiré d'équipement pour le four. Celui- ci peut comprendre des plaques réfractaires d'alumine qui ne se ramol- lissent pas aux températures employées dans le four. D'autres équipe- ments de four, comme des plaques en nichrome peuvent être employées,
Disposant une ou un certain nombre de meules et d'autres ob- jets abrasifs "crus" sur la ou les plaques, on introduit celles-ci
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dans le four.
On applique alors à l'objet ou aux objets le traitement suivant,
Considérant une roue, ou meule, confectionnée à l'aide du liant conforme au premier exemple donné, on élève la température du four, pas trop rapidement, en prenant un temps d'environ 1,1/2 heure, plus ou moins, suivant les dimensions des objets, pour atteindre 500. Ci* Plus l'objet à cuire est de grandes dimensions, et plus le temps à em- ployer peut être prolongé, On comprendra que si on le désirait, un temps plus long peut être employé sans effet néfaste. Durant cette pre- mière phase de chauffage, l'atmosphère du four est d'ordinaire de l'air.
Comme résultat du chauffage dans l'air à 5000 0, la glutoline ou autre liant temporaire brûle. On maintient la température aux envi- rons de 5000 C pendant environ une 1/2 heure. Dans le cas d'objets de grandes dimensions on peut maintenir cette température pendant une pé- riode plus prolongée, par exemple pendant une heure dans le cas de roues ou meules dont les dimensions atteignent 150 mm. de diamètre et 50 mm. d'épaisseur. Une 1/2 heure est un temps suffisant pour de pe- tites roues ou meules de l'ordre de 19 x 19 x 9,5 mm. Cette seconde phase de chauffage brûle plus complètement la glutoline et constitue en fait une continuation ou prolongement de la première phase de chauf fage.
La glutoline s'élimine sous la forme de gaz, en ne laissant pra- tiquement rien sauf un peu de cendres qui sont sans réaction et ne brûlent plus à quelque température que ce soit.
A ce stade de l'opération, on introduit de l'azote par la sou- pape ou valve d'admission, évacuant, par la valve ou soupape de sortie, l'air en même temps que les autres gaz quelconques qui peuvent s'être formés. On maintient la température à 5000 c. et, par exemple,on peut maintenir une demi heure cette température en faisant passer de l'azo- te dans le four afin d'éliminer, autant que possible, tout l'air du four et du ou des objets traités, car ces objets contiennent un volu- me notable de pores. L'azote est introduit pour éliminer, autant que possible, tout l'oxygène qui entoure et xxx est en contact avec les granules de diamant.
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Tandis que l'on maintient la température à 5000 c., on intro- duit de l'oxyde de carbone par la soupape d'admission. De préférence, on utilisera de l'oxyde de carbone pratiquement pur. Cette opération peut prendre vingt minutes ou à peu près. On introduit l'oxyde de car- bone en quantité suffisante pour que l'atmosphère du four ne soit pra- tiquement composée que d'oxyde de carbone. On élève alors la tempéra- ture du four à 9250 c, plus ou moins. Cette élévation de température, pour la petite meule telle que celle spécifiée plus haut, peut être ef. fectuée en 1,1/2 heure, pourvu que le four soit susceptible de fonc- tionner à cette vitesse, étant entendu qu'un temps plus long peut être employé si on le désire.
Ayant atteint la température élevée désirée, on maintient le four à cette température durant 4,1/2 heures ou sensi- blement pendant cette durée. On lui permet alors de se refroidir. Du- rant tout le temps du chauffage, à partir du moment où la température est élevée au-dessus de 5000 c, jusqu'au moment où elle descend à nou- veau à 5000 C., on maintient une atmosphère d'oxyde de carbone. De pré férence, en tant que protection, on fait passer une petite quantité de gaz à travers le four durant cette période. Un faible courant de gaz suffit d'ordinaire.
Lorsque la température est descendue à 5000 c. on peut arrêter l'alimentation d'oxyde de carbone et permettre au four de se refroidir jusqu'à la température d'appartement, Durant une pha- se quelconque durant laquelle la température est notablement inférieu- re à 5000 0., on peut admettre de l'air, dès lors que des précautions sont prises pour ne pas rompre ou fendre llobjet par un refroidisse- ment trop brusque.
La plastification avec un liant temporaire peut, dans cer- tains cas, être supprimée, car on peut compter sur la nature plasti- fiante de llargile ou autre matière céramique même, ququel cas l'azo- te ou l'oxyde de carbone peut, si on le désire, être présent. dans le four durant toute la phase de chauffage.
Comme résultat du ramollissement de la matière céramique des- tinée à servir de liant, dans une atmosphère droxyde de carbone, on évite l'oxydation des granules de diamant. En outre, lorsque le liant lui-même contient une certaine quantité d'un agent d'oxydation, l'oxy- de de carbone peut agir pour protéger les diamants, en réagissant
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avec cet agent,et sous ce rapport il agit comme un agent réducteur.
Cette phase de la méthode se rapporte plus spécialement à l'emploi de liants céramiques autres que ceux plus particulièrement indiqués, car les liants indiqués ne sont pas oxydants et, pour ce qui les concerne, on peut utiliser une atmosphère non oxydante par distinction avec une atmosphère réductrice. Par exemple, on peut utiliser de l'azote durant tout le procédé; on désire seulement que cet azote soit pratiquement pur. L'une des raisons pour préférer l'emploi d'oxyde de carbone est qu'il est difficile d'obtenir de l'azote pur, c'est à dire de l'azote exempt d'une petite quantité d'oxygène ou d'autres impuretés néfastes.
Aux températures indiquées, même une petite quantité d'oxygène peut a- voir une réaction suffisante avec les granules de diamant pour altérer dans une certaine mesure la qualité de l'objet final. D'autres gaz non oxydants, ou réducteurs, tels que l'argon, l'hélium et le néon, ou des mélanges de ces gaz, peuvent être employés avec l'un quelconque des au- tres gaz ou avec de l'oxyde de carbone. Les gaz qui viennent d'être mentionnés sont des gaz inertes.
Il résulte de ce qui précède que l'on aura formé une roue de meulage,ou meule, ou un autre objet abrasif composé de diamants unis par une matière céramique, possédant les caractéristiques précédemment in- diquées ou certaines d'entre-elles, Le.degré de dureté de l'objet est, ou peut être très élevé. En outre, en utilisant de petites dimensions de grains pour le diamant on obtient un excellent fini.
Les roues ou meules établies conformément à l'invention présen- tent pour certains usages des avantages définis par rapport aux roues ou meules en diamant unies à l'aide de résine artificielle.
Comparativement à des meules ou roues de diamant unies par des matières résineuses, antérieures, une roue ou meule confectionnée con- formément à l'invention possède certains avantages marqués pour meuler certaines matières, tels que des carbures cimentés, Par exemple dans certaines conditions, comme dans le meulage interne, une roue ou meu- le établie suivant la présente invention coupe:
plus librement, main- tient mieux sa forme et exécute l'opération de meulage dans un temps moindre, Bien que l'on ne doive pas prévoir que l'amélioration rela-
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tive soit obtenue ou maintenue dans tous les cas, du fait que le meula- ge implique un grand nombre de variables, néanmoins, dans le meulage interne on a constaté qu'une roue ou meule établie conformément à l'in- vention coupe cinq fois plus vite que certaines roues ou meules de dia- mant unies par un liant résineux, antérieures. Par exemple, la ténacité du liant par rapport aux granules de diamant est supérieure dans une roue ou meule établie conformément à l'invention. En outre, ses qualités d'usure sont meilleures.
La demanderesse croit être la première à avoir uni avec succès des granules de diamant à l'aide d'un liant de cérami- que, tout en évitant la brûlure ou l'oxydation des granules de diamant, tout au moins dans une mesure néfaste.
Bien qu'à la connaissance de la demanderesse il n'y ait aucune limite aux dimensions des objets qui peuvent être confectionnés confor- mément à l'invention, néanmoins, en raison du prix des objets en dia- mant sur le marché actuel, l'invention sera plus naturellement appli- quée pour les objets de dimensions généralement réduites.
REVENDICATIONS ----------------
1.- La méthode pour unir des granules de diamant en vue de former un objet abrasif vitrifié, qui consiste à mélanger les diamants avec une matière céramique qui est conditionnée pour se ramollir à 1000 0., aux environs de cette température, ou en dessous de cette température, et à passer au feu ou cuire le mélange.