DE2425887A1 - Eingekapselte schleifkoerner und aus diesen hergestellte gegenstaende - Google Patents
Eingekapselte schleifkoerner und aus diesen hergestellte gegenstaendeInfo
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Description
M 34-32
PATENTANWÄLTE
Dr. - Ing. HANS RUSCHKE Dipl. ■ Ing. OLAF RUSCHKE
Dipl.-Ing. HANS E. RUSCHKE
1 BERLIN 33
Auguste-Viktoria-Straße $5
Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint Paul, Minnesota 55101 (V.St.v.A.)
Eingekapselte Sohleifkörner
und aus diesen hergestellte Gegenstände
Die Erfindung betrifft Pasten aus feinen Schleifmitteln und
deren Verwendung·
Polierarbeiten werden im allgemeinen in der Weise ausgeführt,
dass eine aus einem feinen Schleifmittel und einem Schmiermittel bestehende Paste beständig der gesamten Fläche einer sich drehenden
ebenen Polierscheibe zugeführt wird, wobei ein Werkstück gegen die mit der Paste bedeckte Fläche gedrückt wird. Bei diesem
Verfahren wird die Fläche der ELierscheibe natürlich abgenutzt
und muss daher von Zeit zu Zeit erneuert werden. Viele Partikel gleiten von der Polierfläche zu rasch ab und bleiben daher wirkungslos.
Da die Paste zur Verminderung der Kosten üblicherweise wieder in Umlauf gesetzt wird, so werden die anfangs feinen
Schleifpartikel im Gebrauch noch kleiner, wodurch der Wirkungsgrad
herabgesetzt wird, so dass die Politur am Werkstück sich beständig ändert.
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Ferner ist die Verwendung feiner Schleifpartikel in beschichteten
Schleifwerkzeugen schwierig, und es ist ebenso schwierig, ein Produkt Bit gleichbleibender Schleifwirkung herzustellen.
Da außerdem die Körner an der Oberfläche in Gebrauch stumpf werden, während die tiefer sitzenden Schleifkörner mit dem Werkstück
nicht in Berührung gelangen, so ist die Sicke des Belags in allgemeinen
gleich, dem doppelten Durchmesser eines Jeden einzelnen Schleifkörne. Außerordentlich kleine Sohleifkörner, z.B. in der
Größenordnung τοη 3 Mikron, befinden sich in solchen dünnen Schleif Bittelbelägen, so dass der gesamte Schleifmittelbelag
bei einem unbeabsichtigten ungeschickten Handhaben des Werkstückes zerstört werden kann« Besteht der Untergrund aus (Tuch oder eines
Gewebe, so können die Schleifkörner in den Untergrund hineingedrückt werden und nicht in das Werkstück.
Die Verwendung feiner Schleifkörner stellte daher immer ein· Schwierigkeit dar sowohl für die Hersteller als auch für die
Benutzer τοη Polierpasten und beschichteten Sohleifmittelprodukten.
Die obengenannten Schwierigkeiten werden nach der ülrfindung
mittels einer neuen Paste aus eingekapselten Schleifmitteln und Schmiermitteln beseitigt, die einfach herzustellen ist, und
wobei sehr verschiedenartige Schleifkörner und Schmiermittel verwendet werden können. Die erfindungsgemäßen Kapseln, die ein
wirksames Mittel zum Handhaben feiner Schleifkörner darstellen, sind im wesentlichen kugelförmig, so dass sie leicht zu handhaben
sind und ale Schleifmittel in einer Trägerflüssigkeit zum Läppen und Polieren dispergiert werden können. Um mit Sicherheit eine
gleichmäßige Leistung zu erhalten, werden sowohl das Schleifmittel als auch das Schmiermittel in vorherbestimmten Anteilen
innig mit einander vermischt. Unaufgebrochene Kapseln sind wesentlich
größer als die einzelnen eingekapselten Schleifkörner und können daher aus der Trägerflüssigkeit leichter ausgeschieden
und zurückgewonnen werden.
Bei beschichteten Schleifwerkzeugen werden die feinen Schleifkörner
durch die verhältnismäßig großen Kapseln ersetzt, wodurch ein dickerer und kratzfesterer Schleifbelag erzeugt werden kann,
als bisher möglich war. Im Gebrauch brechen die Kapseln
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allmählich, auf, und das Schleifmittel, das vom Besohichtungsharz
an der Gebrauchsstelle nicht langer festgehalten wird, bildet einen lockeren Belag, der als beschichtetes Schleifmittel geeignet
ist. Wird als Schmier- oder Schleifunterstützungsmittel beispielsweise Wachs oder Pech benutzt, so kann der Arbeitsfläche eine
Flüssigkeit zugeführt werden, die die Schleifspäne nicht aber
das Schleifmineral entfernt. Die Kapseln ermöglichen ferner die
Verwendung von korrodierenden oder giftigen SohleifhilfsmitteIn
ohne Gefährdung der Arbeiter oder der Maschinen, da das Schleifhilfsmittel
nicht als gesonderte Flüssigkeit gehandhabt wird.
Die Kapseln, die sowohl feine Schleifkörner als auch flüssige Schleifhilfsmittel oder solche mit einem niedrigen Schmelzpunkt
enthalten, können im wesentlichen kugelförmig mit mäßig großen Durchmessern von beispielsweise 10-200 Mikron ausgestaltet werden.
Die kleineren Kapseln mit einem Durchmesser von beispielsweise 10-30 Mikron sind natürlich für die kleineren Schleifkörner in
der Größenordnung von 0,5-5 Mikron geeignet, während größere Kapseln jedoch entweder feine oder grobe Schleifkörner enthalten
können· Die Kapsel ist jedoch in allen Fällen mindest doppelt so groß wie die eingekapselten Sohleifkörner, so dass die Kapsel
im allgemeinen mehrere Schleifkörner enthält. Die Kapseln sind im allgemeinen Kugelförmig, welche Form der leichteren Handhabung
wegen vorzuziehen ist. Befriedigend sind auch ellipsenförmige oder unregelmäßig abgerundete Kapseln.
Die einzukapselnden Schleifkörner können, wie an sich bekannt, aus Siliziumkarbid, Aluminiumoxid, Borkarbid sowie auch aus
anderen Schleifkörnern und deren Gemische bestehen. Die erfindungsgemäßen
Kapseln eignen sich besonders gut für die Verwendung mit teuren, schwer zu dispergierenden Sohleifkörnern, wie Diamanten
oder kubischen Bornitridkörnern.
Die Größe der einzukapselnden Schleifkörner liegt im Bereich
Ton 1/2 Mikron oder kleiner bis zu 25 Mikron (Durchmesser). Die
Schleifkörner weisen im allgemeinen einen Durchmesser von weniger als ungefähr 25 Mikron auf, während größere Schleifkörner mit
einem 25 Mikron übersteigenden Durchmesser als Beschichtung von Schleifwerkzeugen oder in Pasten benutzt werden können, ohne
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eine Einkapselung vorsehen zu müssen. Bei der Verwirklichung der
Erfindung sind Schleifkörner zu bevorzugen, deren Noiainaldurchmesser
15 Mikron oder weniger beträgt, da diese bei beschichteten Schleifmitteln schwieriger zu verwenden sind, bei einer Einkapselung
jedoch höchst nützlich sind.
Die Schleifkörner oder die zu verwendenden Körner werden einem Schleifhilfsmittel, z.B. einem Schleiföl oder einem Schmiermittel
beigemischt oder in diesen dispergiert. Mit dem Ausdruck "Schleifhilfsmittel" sollen alle diejenigen nicht abschleifend
wirkenden Flüssigkeiten oder Feststoffe mit einem niedrigen Schmelzpunkt bezeichnet werden, bei deren Verwendung der geringste
Kraftaufwand benötigt wird, der zum überwinden der "Reibung
zwischen dem Werkstück und dem Schleifwerkzeug erforderlich ist· Als Beispiele für solche Schleifhilfsmittel werden angeführt
öle mit einer niedrigen Viskosität und hohem Flammpunkt, wie das unter der Handelsbezeichnung "VAM1EOL" vertriebene öl, "ALIiAG"
Diamantsägenschmiermittel, ein Produkt der Firma TEXACO, Karnaubawachs, in Wasser lösliche öle, z.B. "GHiDOL", Glycerol, Petroleumöl,
chlorinierte Kohlenwasserstoffe, Paraffin und Pech. Zu»
Polieren von Materialien, wie Zink, Silizium oder Aluminium können als Schleifhilfsmittel saure oder basische Stoffe verwendet
werden (z.B. NaHSO. oder NaOH).
Die Gewichtsverhältnisse Schleifkörner : Schleifhilfemittel für verhältnismäßig billige herkömmliche Schleifmittel, wie
Silitiumkarbid und Aluminiumoxid, betragen im allgemeinen 40:60% bis zu 60:40% Mineral : Schleifhilfsmittel. Diese Verhältnisse
stellen bis zu 10 - 30 Vol% Schleifmineral dar, wobei die Menge
des Minerals in diesem Bereich gewählt wird, um die höchste Schleifwirkung zu erzielen und eine Einkapselung der Schleifpasten
zu ermöglichen.
Für teurere Schleifkörner, wie kubisches Bornitrit oder
Diamant, liegt das Gewichtsverhältnis Schleifmaterial : Schleifhilfsmittel
normalerweise im Bereich von1 Teil Schleifmittel : 2 Teilen Schleifhilfsmittel bis zu 1 Teil Schleifmittel : 5 Teilen
Schleifhilfsmittel, welche Werte ungefähr 5-15 Vol% Schleifmittel
entsprechen.Von dem teureren Schleifmittel wird eine
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kleinere Menge gewählt, mit der eine ausreichende üchleifwi-rkung
erzielt wird, während andererseits die Kosten für den Benutzer gering gehalten werden.
Bei der Zwisohenflächeneinkapselung befinden sich zwei komplementär
kondensatbildende Materialien in zwei gesonderten und mit einander im wesentlichen nicht vermischbaren Flüssigkeiten.
Wird eine der Flüssigkeiten in der anderen Flüssigkeit dispergiert,
so bilden sich Tröpchen, und um diese herum kondensiert sich eine Umhüllungswandung, die die Tröpchen in Kapseln umschließt.
Die aus einem Schleifmittel und einem Schleifhilfsmittel bestehende
Paste wird im allgemeinen dadurch eingekapselt, dass in einem Zwischenflächeneinkapselungsverfahren eine Lösung zugesetzt
wird, die aus einem ersten Mittel besteht, das mit einem zweiten Mittel reagiert. Ein Gemisch aus der Paste und einem
ersten Eeagenzmittel wird unter Umrühren in die zweite Reagenzmittellösung
eingetragen. Das Gemisch verteilt sich als Tröpchen, um die herum das erste und das zweite Eeagenzmittel Wandungen
bilden, die die Gemischtröpchen einhüllen·
Die Kapseln werden dann aus dem flüssigen Eeagenzmittel ausgefiltert
und können nunmehr als ein Teil einer Paste oder zum Beschichten einer Unterlage nach den herkömmlichen Verfahren verwendet
werden, wobei die herkömmlichen Schleif körner durch die Kapseln ersetzt werden.
In diesem Falle sollen die bei der Herstellung von Schleifmitteln
verwendeten Harze vor der Benutzung zum Ausführen von Polierarbeiten die Bestandteile nicht freisetzen·
In der beiliegenden einzigen Zeichnung ist eine Schleifkapsel nach der Erfindung zum Teil als Schnitt dargestellt.
Nachstehend werden einige bevorzugte Ausführungsbeispiele für die Erfindung beschrieben. Die in der Zeichnung dargestellt«
Schleifmittelkapsel 10 enthält eine Anzahl von Schleifkörnern 16,
die in einem Schleifhilfsmittel 14 diepergiert und von einer
Wandung 12 eingehüllt sind. Im Folgenden werden einige Beispiele beschrieben, in denen alle Prozentsätze und Teile in Gewichten
angegeben sind, sofern nichts anderes angebenen wird.
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Beispiel 1
Herstellung der Schmiermittel und Schleifmittel enthaltenden Kapseln
Es wurde ein Urea-formaldehyd-Vorkondensat zubereitet durch
Vermischen von 20 Gramm Harnstoff (Urea) mit 54 Gramm 37 %-iges
Formaldehyd in Wasser unter Zusatz von 0,4 ml Tetraäthylenamin, um das System basis zu machen, wobei das Gemisch eine Stunde lang
bei einer Temperatur von 700O langsam umgerührt wurde. Das Gemisch
wurde dsnn mit 92 nl Wasser verdünnt und die Temperatur auf ungefähr
300O abgesenkt·
line Öl-Schleifmittel-Paste mit einem Gehalt von 40 Gramm
"VlNTROL" 5551-A und 10 Gramm 3-Mikron-Diamanten wurde dem Gemisch,
zugesetzt, und unmittelbar danach wurden dem Gemisch 50 ml Wasser und 1,8 ml 9-%-iger Hydrochlorsäure zugesetzt. Das
resultierende Gemisch, wurd· rasch umgerührt, wobei sich Tröpfchen
der Öl-Schleifmittel-Schlämme bildeten, und. wobei zwei Stunden
lang die Temperatur auf 40°0 erhöht wurde. Diese Temperatur wurde
zwei weitere Sunden lang unter beständigem Umrühren aufrechterhalten.
In der warmen sauren Umgebung kondensierte sich das Ureaformaldehyd
zu einer die Schlämme oder Faste umhüllenden Wandung.
Die Lösung wprde dann neutralisiert unter Verwendung von
5 Gram» 8-%-igen Natriumazetats, wonach die Kapseln in klarem
Wasser ausgefiltert und mehrmals gewaschen wurden. Der Durchmesser der Kapseln betrug 5 bis 150 kikron. Je nach dem Ausmaß des
Uarührens konnte der Ka$se!durchmesser verkleinert oder vergrößert
werden.
Eine Schlämme aus Kapseln und basis-katalysiertem Phenolharz
mit einem Gehalt von 3 Teilen Kapseln und einem Teil Harz (gewichtsmäßig) mit einer Viskosität von ungefähr 350 Zentipoise wurde
mittels eine* Streichmessers auf ein normales feingradiges Diamanttuch
(35% Baumwolle, 65% Polyester, einfaches Gewebe) mit einer Dicke von 100 Mikron aufgetragen. Das Material wurde an der Luft
bei 80°0 getrockenet und 10 Stunden lang bei 1000O ausgehärtet.
Das "beschichtete Schleif mittel nach diesem Beispiel erscheint
als ein gröberes Produkt als die 3-&ikron-Schleifkörner und glich
ungefähr einem normalen beschichteten Schleifmittel mit der Körnung 220. Die obere Schicht der Kapseln konnte von einem Finger
zerrissen werden. Die physikalischen Merkmale, z«B· die Biegsamkeit,
die Dicke und Handhabungsfähigkeit waren mit einen herkömmlichen beschichteten Schleif material vergleichbar·
Wie sich gezeigt hat, war das beschichtete Schleifmittel von großem Nutzen beim Polieren von Siliziumplättchen auf einer ebenen
Unterlage unter Benetzung von hin- und herschwingenden Scheiben, die an der Unterseite mit einem Schleifmittelbelag nach dem vorstehend
beschriebenen Beispiel versehen waren« Das beschichtete Schleifmittel nach diesem Beispiel passt sich der Form des Werkstückes
an, und die in diesem Schleifmittel enthaltene Diamantpaste erzeugt eine feine Außenseite.
Unter Anwendung des im Beispiel Λ beschriebenen Verfahrens
wurde eine Pastenzusammensetzung aus einem 9-Mikron-Aluminiumoxidschleifmittel
und ölsäure in einem Gewichtsverhältnis Schleifmittel : Schleifhilfsmittel von 1 : 1 verwendet.
Die Kapseln wurden mit einem Urethan-phenoxid-Klebstoff zu
einem Gemisch verarbeitet, wobei das Verhältnis Kapseln : B*rzfeststoffen
gewichtsmäßig 3 : 1 betrug. Das Harz bestand aus 70 Teilen hydrooxidabgeschlossenem Polyester mit eine» JLquivalenzgewicht
von ungefähr 15·000 und aus 30 Teilen Bisphenol A in einer
Verdünnung bis zu 35% Gesamtfeststoffen in Methyläthylketon. Das
Harz wurde aktiviert mit "PAPI" (Polyphenylpolyarylpolyisozyanat"
unter Verwendung von 1 Teil "PAPI" pro 10 Teile Harz·
Aus Messing und nichtrostendem Stahl bestehende Magnetaufzeichnung
sköpfe wurden dann von Hand geläppt unter Verwendung des nach diesem Beispiel beschichteten Schleifmittels zum Polieren
der Oberfläche, , so dass die Magnetköpfe ihre endgültigen Abmessungen erhielten. Die auf diese Weise geläppten Magnetköpfe zeigten
bei Betrachtung eine gleichmäßigere Außenseite als Köpfe, die mit einer herkömmlichen Läppfolie bearbeitet werden, die mit
409-851/102 A
-8- 2425387
9-Mikron-Aluminiumoxid ohne .einkapselung beschichtet ist.
Das in den Kapseln enthaltene Schmiermittel verminderte die Reibungskräfte zwischen der Läppfolie und dem Aufzeichnungskopf
während des Läppens, das daher müheloser durchgeführt werden kann als mit der herkömmlichen Läppfolie.
Bei diesem Beispiel wurden die Schleifkapseln nach dem Beispiel
1 durch die Schleifkapseln nach dem Beispiel 2 ersetzt, und zum Herstellen des aus einer mit dem Schleifmittel beschichteten
Folie wurde das Verfahren nach Beispiel 2 angewendet.
JJas beschichtete Schleifmittel wurde zu einem Ringkörper
zugeschnitten. An einer Spindel wurde eine nickelplattierte Computerspeicherscheibe angebracht, die mit dem drehbar gelagerten
Schleifmittel in Berührung gebracht wurde. Die Speicherscheibe und das Schleifmittel wurden im Kontakt mit einander gedreht, um
die Scheibenoberfläche unter den folgenden Bedingungen zu polieren:
Drehzahl der Speieherscheibe 40 U/min
Drehzahl des Schleifmittels 1000 U/min Abmessungen des Schleifmittels Außendurchmesser 10,8 cm
Durchmesser des Mittelloches 6,3 cm
Gesamtbelastung 11 kg
Während des Polierens wurde auf die abzuschleifende Fläche ein Kerosin-Schmiermittel aufgetragen.
Nach einem 3 Minuten dauernden Polieren wurde die Oberfläche unter Verwendung einer "Tallysurf "-Maschine gemessen. Der von der
Maschine angezeigte Messwert betrug ungefähr 2,54 χ 10""* Mikron
Mittelliniendurchschnitt. Unter dieser Zahl liegende Werte sind als gut anzusehen. Das Ergebnis, das mit einer herkömmlichen
3-Mikron-Diamantläppfolie mit der gleichen Ausstattung und in
der gleichen Weise erzielt wird, ist mindestens dreimal so hoch·
Es wurde Karnaubawachs mit einem Schmelzpunkt von 78 C geschmolzen
und 3-Mikron-Aluminiumoxid zugesetzt unter Bildung
409851/1024
einer gleichmäßigen Dispersionspaste, deren Verhältnis Wachs : Aluminiumoxid gewichtsmäßig 1 : 1 betrug.
Wasser mit einem kleinen Gehalt an "Alconox" (einem Oberflächenbeeinf
lösungsmittel) wurde auf 900O erhitzt, kräftig umgrührt
unter langsamen Zusetzen der · Wachs-Mineral-Paste, wobei das Wachs um das Mineral herum kleine Tröpfchen bildete.
Nach Entfernen der wärmequelle wurde die Temperatur auf ungefähr 85°0 abgesenkt, wonach Wasser mit der Raumtemperatur zum
raschen Abkühlen des Gemisches zugesetzt wurde, um ein Zusammenkleben der Wachsperlen zu verhindern·
Es wurde das Einkapselungsverfahren nach Beispiel 1 angewendet, wobei die Öl-Schleifmittel-Paste durch die Wachs-Mineral-Perlen
ersetzt wurde, und wobei NaOH zum Neutralisieren der Lösung verwendet wurde.
Die eingekapselten Wachs-kineral-Perlen wurden gesiebt, wobei
Kapseln mit einem Durchmesser von 75 Mikron und kleiner gewählt wurden· Die Kapseln wurden im Urethanphnoxidharz nach Beispiel
2 dispergiert in einem Gewichtsverhältnis von 5 Teilen
Kapseln zu 1 Teil Harzfeststoffe. Die Dispersion wurde mit Methyläthylketon
bis zu einer Viskosität von ungefähr 350 Zentipoise
verdünnt und mittels eines Streichmessers auf einer Polyesterfilmunterlage mit einer Dicke von 3 Mil (ca. 75 Mikron) aufgetragen.
Das beschichtete Material wurde 10 Stunden lang bei einer Temperatur von 70°0 ausgehärtet.
Unter Anwendung des Läppverfahrens nach Beispiel 2 wurde das beschichtete Schleifmittel nach diesem Beispiel verglichen mit
dem herkömmlichen 3-Mikron-Aluminiumoxid-Läppfolie bei dem Polieren
von aus Messing und nichtrostendem Stahl bestehenden Werkstücken.
Das beschichtete Schleifmittel nach diesem Beispiel passte sich der Außenseite des Werkstückes an und erzeugte eine sichtlich
bessere Oberfläche.
Patentansprüche
409851 /1 024
Claims (1)
- -ίο- 2425387PatentansprücheScaleif material, gekennzeichnet durch eine kugelförmige Kapsel, die Schleifkörner und ein Schleifhilfsmittel enthält, welche Schleifkörner einen nominaldurchmesser von 0,5 "bis 25 Mikron aufweisen, während die Kapsel einen Durchmesser von ungefähr 10 bis 200 Mikron und mindestens den doppelten Durchmesser der Schleifkörner aufweist·2· Sohleifmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörner aus Diamant bestehen·3· Sohleifmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifhilfsmittel aus Karnaubawachs besteht.4· Sohle if mate rial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapsel eine umhüllende Wandung aus Urea-formaldehyd aufweist·5« Beschichtetes Schleitmittelprodukt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapseln nach Anspruch 1-4 mit einer biegsamen Folie verbunden sind, die von einem ausgehärteten Bindemittel abgestützt wird.409851/1024
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