DE2900007A1

DE2900007A1 - Schleifmittel und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2900007A1
Application number: DE19792900007
Authority: DE
Inventors: Paul Cichy; Donald Roland Moore; Thomas Bruce Walker
Original assignee: Carborundum Co
Current assignee: Unifrax I LLC
Priority date: 1978-01-09
Filing date: 1979-01-02
Publication date: 1979-07-12
Also published as: JPS54101588A; ZA7959B; BR7900089A; ES476672A1; CA1113727A; AU4308179A; FR2413955A1; GB2011880A; GB2011880B; SE7900042L

Description

COHAUSZ &. FLORACK

PATENT ANWALTSBÜRO SCHUMANNSTR. 97 . D-4000 DÜSSELDORF

Telefon: (0211) 6833 46 Telex: 08586513 cop d

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-tng. W. COHAUSZ ■ Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER · Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

THE CARBORUNDUM COMPANY
Niagara Falls, New York 14302
(Vereinigte Staaten von Amerika)

Schleifmittel
und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Schleifmittel, bestehend aus einer rasch abgekühlten, Aluminiumoxid und Zirkondioxid enthaltenden Schmelze, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Aluminiumoxid wird seit langem als bevorzugtes Schleifmittel verwendet. Es verdankt diese Stellung seiner leichten Verfügbarkeit, seiner Zähigkeit und seiner Härte. Obwohl härtere Stoffe, wie Diamant, bekannt sind und als hochwirksame Schleifmittel verwendet werden, standen bis in die jüngste Zeit keine kommerziell wettbewerbsfähige Stoffe als Schleifmittel mit Gesamteigenschaften zur Verfügung, die denen des Aluminiumoxids überlegen waren.

Es ist schon versucht worden, Aluminiumoxid mit anderen Oxiden, wie Zirkondioxid, zu vereinigen, um ein Schleifmittel mit besseren Eigenschaften als Aluminiumoxid zu erhalten. Diese Versuche hatten einigen Erfolg, wenn mindestens 10% Zirkondioxid mit Aluminiumoxid geschmolzen

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und die Zirkondioxid-Aluminiumoxid-Schmelze rasch zum Erstarren gebracht wurde.

In der US-Patentschrift 3 156 545 wird beschrieben, daß ein Schleifmittel mit einer Abtragsleistung, die mit derjenigen des Aluminiumoxids vergleichbar ist, durch rasches Abkühlen einer Masse aus Aluminiumoxid, Zirkondioxid und einer wesentlichen Mengen, z.B. 15—60 Vol.-% eines Glasbildners, wie Siliciumdioxid, zur Bildung einer glasartigen Grundmasse, in der die Zirkondioxid- und Aluminiumoxid-Teilchen eingebettet sind, erhalten werden kann. Das erhaltene Schleifmittel hatte jedoch im Durchschnitt keine höhere Stahlabtragsleistung als Aluminiumoxid.

Weitere Schleifmittel auf Zirkondioxid-Aluminiumoxid-Basis sind in späteren US-Patentschriften beschrieben und wurden aus hochreinem Aluminiumoxid und Zirkondioxid hergestellt. Die aus diesen Patentschriften bekannten Produkte zeigen eine wesentlich bessere Leistung als Schleifmittel denn Aluminiumoxid.

Beispielsweise wird in der US-Patentschrift 3 181 939 beschrieben, daß hochfeste Schleifmittel durch Zusammenschmelzen von 10 bis 60 Gew.-% Zirkondioxid mit ct-Aluminiumoxid und rasches Abkühlen der Schmelze erhalten werden kann. Nach Angaben in dieser Patentschrift sollen die erhaltenen Schleifmittel zum Putzen von Stahl geeignet sein, wofür eine hohe Festigkeit erforderlich ist. Zur Herstellung dieser Schleifmittel ist jedoch ot-Aluminiumoxid von hoher Reinheit — in der Regel mindestens 99,8 Gew.-% — notwendig, und auch die Reinheit des Zirkondioxids soll vorzugsweise mindestens 99% betragen.

Nach Angaben in den US-Patentschriften 3 891 408 und 3 893 826 werden Schleifmittel mit besten Schleif- und Poliereigenschaften erhalten, wenn das Verhältnis des

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Zirkondioxids zum Aluminiumoxid so gewählt wird, daß beim raschen Abkühlen einer Schmelze aus diesem Gemisch ein eutektisches Gefüge gebildet wird. In beiden Patentschriften wird vorgeschrieben, daß Aluminiumoxid und Zirkondioxid von hoher Reinheit verwendet werden sollen.

Es wurde nun festgestellt, daß entgegen der aus den US-Patentschriften 3 181 939, 3 891 408 und 3 893 826 bekannten Lehre hochwirksame Aluminiumoxid-Zirkondioxid-Schleifmittel aus leicht erhältlichen unreinen Rohstoffen, wie Bauxit als Quelle für Aluminiumoxid und Baddeleyit als Quelle für Zirkondioxid, hergestellt werden können. Überraschenderweise wurde sogar festgestellt, daß die aus unreinen Ausgangsstoffen hergestellten Aluminiumoxid-Zirkondioxid-Schleifmittel in manchen Fällen mindestens in der einen oder anderen Hinsicht den aus reinem Aluminiumoxid und Zirkondioxid erhaltenen Schleifmitteln überlegen sind. Ferner wurde festgestellt, daß im Gegensatz zu der Lehre der US-Patentschrift 3 893 826 das Schleifmittel mindestens 0,8, besser mindestens 1,1% absichtlich zugesetztes Siliciumdioxid enthalten soll. Der Anteil des Siliciumdioxids soll jedoch etwa 3 Gew.-% der Masse nicht überschreiten.

Das Schleifmittel gemäß der Erfindung besteht somit aus einem zusammengeschmolzenem Gemisch aus Zirkondioxid, Bauxit und — falls notwendig — Siliciumdioxid, das aus im wesentlichen homogenem schmelzflüssigen Zustand innerhalb von höchstens 3 Minuten, besser innerhalb von höchstens 1 Minute zum Erstarren gebracht worden ist. Das fertige Schleifmittel enthält 25 bis 50, besser 35 bis 50 Gew„-% Zirkondioxid, 49,2 bis 74,2, besser 49,2 bis 64,2 Gew.-% Aluminiumoxid und 0,8 bis 2,5, besser 1,1 bis 2,4 Gew»-% Siliciumdioxid.

Das Schleifmittel kann zur Herstellung von Schleifmitteln auf Unterlage sowie zur Herstellung von Schleifkörpern,

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insbesondere gebundenen Schleifscheiben, verwendet werden.

Wie erwähnt, besteht das Schleifmittel aus Teilchen einer rasch abgekühlten Schmelze aus Bauxit und Zirkondioxid. Die Teilchengröße kann der Korngröße 6 bis 900 der vom US-Handelsministerium am 12. April 1965 herausgegebenen Handelsnorm CS 271-65 entsprechen. Vorteilhaft ist eine Korngröße zwischen 6 und 180 und am besten eine solche zwischen 14 und 80.

Bauxit und Zirkondioxid werden zu einer im wesentlichen homogenen Schmelze zusammengeschmolzen. Bauxit und Zirkondioxid werden in einer solchen Menge eingesetzt, daß das Produkt nach dem Erstarren der Schmelze 49,2 bis 64,2 Gew.-% Aluminiumoxid, 35 bis 50 Gew.-% Zirkondioxid und 0,8 bis 2,5 Gew.-% Siliciumdioxid enthält. Günstiger ist ein Produkt, das 50,5 bis 58,9 Gew.-% Aluminiumoxid, 40 bis 45 Gew.-% Zirkondioxid und 1,1 bis 2,4 Gew.-% Siliciumdioxid enthält. Vorteilhaft enthält das Produkt bis zu 2,5 Gew.-%, besser zwischen 0,25 und 2 Gew.-% Titandioxid. Am besten enthält das Produkt zwischen 0,25 und 1,6 Gew.-% Titandioxid. Der günstigste Siliciumdioxid-Gehalt beträgt 1,3 bis 2,0 Gew.-%.

Das Schleifmittel wird aus ungereinigtem kalzinierten oder nur teilweise gereinigtem Bauxit, d.h. einem Aluminiumoxid, das durch Schmelzen und Reduzieren von kalziniertem Bauxit mit metallischem Eisen und Kohle erhalten worden ist, hergestellt. Bei Verwendung von ungereinigtem kalziniertem Bauxit müssen der Bauxit-Zirkondioxid-Schmelze Eisen und Kohle zur Entfernung des Eisenoxids und eines Teils des Siliciumdioxids und Titandioxids zugesetzt werden. Unter "Bauxit" ist hier ungereinigter kalzinierter Bauxit, teilweise gereinigter Bauxit oder synthetischer Bauxit zu verstehen.

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Bauxit ist eine vorteilhafte Aluminiumoxid-Quelle, da seine Reinigung einfacher als die Herstellung von reinem Aluminiumoxid ist und er in der Regel genügend Siliciumdioxid und Titandioxid für die Einführung der erforderlichen Mengen dieser Stoffe in das Schleifmittel enthält. Der bei der Schleifmittelherstellung verwendete Bauxit enthält in der Regel 3 bis 4,5 Gew.-% Titandioxid, 3 bis 8 Gew.-% Siliciumdioxid und 3 bis 10 Gew.-% Eisenoxid (Fe₂O₃).

Verwendbar ist auch synthetisch hergestellter Bauxit, d. h. ein Bauxit, der durch Vereinigung von reinem Aluminiumoxid mit den erwünschten Verunreinigungen, wie Siliciumdioxid und Titandioxid, erhalten worden ist und eine solche Zusammensetzung hat, daß er als Ersatz für natürlichen Bauxit dienen kann.

Bei der Verwendung von teilweise gereinigtem Bauxit wird dem Gemisch vor dem Schmelzen in der Regel 0,1 bis 0,5 Gew.-% teilchenförmige Kohle zugesetzt. Bei der Verwendung von ungereinigtem Bauxit wird mehr Kohle, etwa 2 bis 5 Gew.-%, zusammen mit etwa 5 bis 10 Gew.-% metallischem Eisen zugesetzt. Die Menge der zuzusetzenden Kohle und des zuzusetzenden Eisens hängt von dem Gehalt des Bauxits an Eisenoxid, Siliciumdioxid und Titandioxid an. Die jeweils erforderlichen Mengen von Eisen und Kohle können von jedem Fachmann leicht errechnet werden. Jede teilchenförmige Kohle ist geeignet; oft verwendet wird Petrolkoks. Während des Schmelzens und der Reduktion mit Kohle werden bei Gegenwart von metallischem Eisen überschüssiges Titan, Silicium und Eisen abgeschieden und aus der Schmelze entfernt. Nach dem Schmelzen enthält das Gemisch bei Verwendung von ungereinigtem oder teilweise gereinigtem Bauxit in der Regel die gewünschten Anteile Siliciumdioxid und Titandioxid. Eisen in der Form des Oxids oder einer Legierung kann in geringen Mengen — bis 1,5 Gew.-% — in der Schmelze verbleiben.

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Sollte der Bauxit nicht genügend Siliciumdioxid oder Titandioxid enthalten, um den erforderlichen Siliciumdioxid- oder Titandioxid-Gehalt zu erreichen, können der Schmelze die fehlenden Anteile Siliciumdioxid oder Titandioxid zugesetzt werden. .

Als Zirkondioxid wird am besten Baddeleyit verwendet, der in der Regel 95 bis 99 Gew.-% Zirkondioxid, 0,3 bis 3 Gew.-% Siliciumdioxid, 0,5 bis 2 Gew.-% Titandioxid und 0,5 bis 2 Gew.-% enthält. Im Vergleich zu Bauxit enthält Baddeleyit geringere Anteile an Siliciumdioxid, Titandioxid und Eisenoxid als ungereinigter Bauxit. Unter "Zirkondioxid" sind hier Baddeleyit (Zirkonerde), die beim Schmelzen von Zirkonmineralien entstehenden Zirkondioxid-"Blasen" und gereinigtes Zirkondioxid zu verstehen.

Die einzigen Verunreinigen im fertigen Schleifmittel, die bei Gegenwart größerer Mengen möglicherweise einen nachteiligen Einfluß ausüben können, sind Alkali- und Erdalkalimetalloxide, wie Calciumoxid, Magnesiumoxid und Natriumoxid. Selbst diese Verunreinigungen scheinen aber keine nachteilige Wirkung auf das Schleifmittel zu haben, wenn ihr Gesamtanteil weniger als 1 Gew.-% beträgt. Bei vorteilhaften Zusammensetzungen des Schleifmittels beträgt der Gesamtanteil weniger als 0,5 Gew.-%. In der Praxis enthalten die durch Zusammenschmelzen von Bauxit und Baddeleyit hergestellten Schleifmittel in der Regel weniger als insgesamt 0,5 Gew.-% Calciumoxid (CaO), Magnesiumoxid (MgO) und Natriumoxid (Na₂O)

Die Schmelze aus dem Gemisch wird innnerhalb von höchstens 3 Minuten, besser innerhalb von höchstens 1 Minute vom Zeitpunkt der beginnenden Erstarrung bis zur vollständigen Erstarrung abgekühlt. Der "Zeitpunkt der beginnenden Erstarrung" ist der Zeitpunkt, an dem ein Teil der Schmelze durch Abkühlung auf eine Temperatur unterhalb der Erstarrungstemperatur bleibend erstarrt. Die Er-

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starrungstemperatur eines eutektischen Aluminiumoxid-Zirkondioxid-Gemisches, d. h. eines Gemisches, das etwa 42 Gew.-% Zirkondioxid und etwa 58 Gew.-% Aluminiumoxid enthält, liegt bei etwa 1700 ⁰C und ist bei höheren Anteilen von Aluminiumoxid oder Zirkondioxid etwa höher.

Zur Erzielung bester Ergebnisse darf die Erstarrungszeit, d. h. die Zeit bis zur vollständigen Erstarrung, höchstens 1 Minute, am besten nicht mehr als 20 Sekunden vom Zeitpunkt der beginnenden Erstarrung ab betragen.

Zum raschen Abkühlen der Schmelze kann jede geeignete Methode benutzt werden. Beispielsweise kann die Schmelze auf ein Bett aus Stahlkugeln von 45 mm Durchmesser oder kleiner gegossen werden. Vorteilhaft sind Kugeln von etwa 20 mm Durchmesser. Die Schmelze kann auch durch Gießen auf kleine Brocken von etwa 7 mm Durchmesser oder kleiner einer bereits erstarrten Schmelze oder durch Ausgießen zu einer dünnen Schicht von etwa 20 mm Dicke oder weniger auf einer Stahlplatte rasch abgekühlt werden. Es ist anzunehmen, daß jedes Abkühlungsverfahren, bei dem die Schmelze auf einen wärmeabführenden Körper mit hoher Wärmeleitfähigkeit, d. h. von mehr als etwa 0,2 W/cm.⁰C (0,05 cal/cm-s.°C) bei etwa 1200 ⁰C, aus einem Abstand von weniger als 20 mm, besser weniger als 5 mm gegossen wird, brauchbar ist. Wärmeabführende Körper, die eine geringere Wärmeleitfähigkeit haben, wie Brocken einer bereits erstarrten Schmelze, können verwendet werden, sofern die Dicke der aufgegossenen Schmelze wesentlich kleiner ist, bei den genannten Brocken aus bereits erstarrter Schmelze also weniger als 7, besser weniger als 3 mm.

Geeignete wärmeabführende Materialien haben nicht nur eine hohe Wärmeleitfähigkeit, sondern auch einen ausreichend hohen Schmelzpunkt. Stahl ist deshalb und wegen seiner niedrigen Kosten sowie leichten Beschaffbarkeit

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ein besonders geeignetes wärmeabführendes Material. Ein anderes technisch brauchbares wärmeabführendes Material ist beispielsweise Gußeisen. Beispiele anderer guter wärmeabführender Stoffe, die aber aus Kostengründen nicht in erster Linie in Betracht kommen, sind: Chrom, Nickel, Zirkonium und deren Legierungen. Eine hohe spezifische Wärme des wärmeabführenden Material ist ebenfalls wünschenswert.

Nach dem Erstarren wird das erhaltene Produkt auf die gewünschte Korngröße zerkleinert. Diese Zerkleinerung wird in der Regel durch Brechen in einem Backenbrecher und nachfolgendes Feinzerkleinern in einer Hammer- oder Walzenmühle.

Zur Herstellung des Schleifmittels wird nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ein gründlich durchmischtes Teilchengemisch aus 35 bis 50 Gew.-% Zirkondioxid und 50 bis 65 Gew.-% Bauxit zusammengeschmolzen. Die Korngröße des Zirkondioxids, Bauxits und eventuell anderer Komponenten ist nicht besonders kritisch und kann von 50 mm bis herab zu 1 μπι reichen, sofern nur alle Komponenten ungefähr die gleiche Korngröße haben. Die günstigste Korngröße liegt zwischen 0,075 und 10 mm. Das Gemisch muß soviel Siliciumdioxid enthalten, daß das Produkt nach dem Erstarren 0,8 bis 2,5 Gew.-% Siliciumdioxid enthält. Das Siliciumdioxid in dem Gemisch wird in der Regel von dem Bauxit oder Baddeleyit geliefert, der auch das Zirkondioxid einführt. Das Teilchengemisch wird durch Mischen von Bauxit- und Zirkondioxid-Teilchen, letztere in Form von Baddeleyit, erhalten. Die Aluminiumoxid und Zirkondioxid enthaltenden Teilchen können auch gleichzeitig mit Siliciumdioxid und Titandioxid enthaltenden Teilchen gemischt werden, falls eine Zugabe von zusätzlichem Siliciumdioxid oder Titandioxid erwünscht ist. In der Regel ist eine Beimischung von zusätzlichem Siliciumdioxid oder Titandioxid nicht er-

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forderlich, doch können zwischen 1,1 und 2,5 Gew.-% Siliciumdioxid und bis zu 2,5 Gew.-% des Gesamtgewichts von Bauxit und Zirkondioxid zugemischt werden, sofern dann in dem fertigen Schleifmittel der Siliciumdioxid- und Titandioxid-Gehalt jeweils 3 Gew.-%, besser jeweils 2 Gew.-% nicht überschreitet. Mischungen von Bauxit mit bis zu 50 Gew.-% gereinigtem Aluminiumoxid in Teilchenform können ebenfalls als Aluminiumdioxid-Quelle verwendet werden.

Nach dem Mischen wird das Teilchengemisch geschmolzen, in der Regel bei einer Temperatur von oberhalb 1800 ⁰C, Nach dem Schmelzen wird die Schmelze so abgekühlt, daß sie innerhalb von 3 Minuten, besser innerhalb von 1 Minute ab Beginn des Erstarrens vollständig erstarrt. Am besten beträgt die Erstarrungszeit weniger als 20 Sekunden. Nach dem Abkühlen und Erstarren wird das Produkt zur Herstellung des Schleifmittels zerkleinert. Das Zerkleinern des Produktes wird, wie erwähnt, in der Regel durch Brechen in einem Backenbrecher und nachfolgendes Feinzerkleinern in einer Hammer- oder Walzenmühle ausgeführt.

Es wurde festgestellt, daß das Zirkondioxid in dem erhaltenen Schleifmittel zu 10 bis 25% in der tetragonalen Kristallform vorkommt und daß die durchschnittliche Länge der primären Aluminiumdioxid- und Zirkondioxid-Kristalle, sofern welche vorhanden sind, über 60 μΐη beträgt. Der Durchmesser der primären Kristalle beträgt 30 bis 60 μια. Der Abstand der Zirkondioxid-Teilchen in der eutektischen beträgt in der Regel zwischen 2,5 und 5,0-10 m (2500 und 5000 A).

Das nach dem Verfahren erhaltene Schleifmittel kann zur Herstellung neuartiger Schleifmittel auf Unterlagen und neuartiger gebundener Schleifkörper verwendet werden. Die Leistungsfähigkeit dieser Produkte ist nicht bei allen Anwendungen derjenigen bekannter Aluminiumoxid-Zirkon-

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dioxid-Schleifmitteln überlegen, doch haben diese Produkte für mindestens einige Anwendungen bessere Eigenschaften. Zu den gebundenen Schleifkörpern gehören vor allem Schleifscheiben. Zur Herstellung solcher gebundener Schleifkörper wird das teilchenförmige Schleifmittel mit einem geeigneten Kunstharz, insbesondere Phenolharzen t wie Phenol-Formaldehyd-, Resorzin-Aldehyd- und Kresol-Aldehyd-Harzen, oder Amin-Aldehyd-Harzen, wie Harnstoff-Aldehyd und Melamin-Formaldehyd-Harzen, gebunden. Die erhaltenen gebundenen Schleifkörper haben Schleifeigenschaften, die denjenigen des Aluminiumoxids überlegen und denjenigen bekannter Schleifmittel aus im wesentlichen reinem Aluminiumoxid und Zirkondioxid mindestens gleich sind.

Schleifmittel auf biegsamer Unterlage, die aus dem Schleifkorn gemäß der Erfindung hergestellt sind, haben Schleifeigenschaften, die — mindestens beim Bandschleifen — bekannten Schleifmitteln auf Unterlage aus Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid-Zirkondioxid überlegen sind. Diese höhere Leistungsfähigkeit ist angesichts des Siliciumdioxid-Gehalts von mindestens 0,8, besser 1,1 Gew.-% überraschend, da nach den Angaben in der US-Patentschrift 3 891 408 das aus gereinigten Ausgangsstoffen, insbesondere reinem Aluminiumoxid, hergestellte Schleifmittel weniger als 1 Gew.-%, am besten weniger als 0,3 Gew.-% Siliciumdioxid enthalten soll.

Zur Herstellung eines Schleifmittels auf Unterlage kann jede geeignete Unterlage, wie Papier, Baumwollgewebe, Polyestertuch oder Fasermatte, verwendet werden. Unterlage und Bindemittel sollten sehr dauerhaft sein, da überraschenderweise gefunden wurde, daß das Schleifkorn eine längere Standzeit als die Haltbarkeit der Unterlage oder des Bindemittels haben kann. Das Bindemittel zum Binden des Schleifkorns auf der Unterlage ist am besten

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ein warm aushärtbares Kunstharz, z.B. ein Phenol-Formaldehyd-Kunstharz .

Überraschenderweise wurde ferner festgestellt, daß die Schleifeigenschaften gebundener Schleifkörper dadurch weiter verbessert werden können, daß das Schleifkorn gemäß der Erfindung mit bis zu 60 Gew.-%, am besten mit 5 bis 60 Gew.-% eines anderen Schleifkorns, wie Aluminiumoxid oder teilgereinigtem Bauxit/ gemischt wird.

An Hand nachstehender Beispiele wird die Erfindung näher erläutert. Sofern nicht anders angegeben, sind alle Teile und Prozentangaben Gewichtsteile bzw. Gewichtsprozente.

BEISPIEL 1

49,8 Gew.-% teilweise gereinigter, teilchenförmiger Bauxit, der etwa 1,2 Gew.-% Siliciumdioxid und etwa 2,9 Gew.-% Titandioxid enthielt, 49,8 Gew.-% "Zirkondioxid-Blasen", die etwa 10,5 Gew.-% Aluminiumoxid, etwa 3,5 Gew.-% Siliciumdioxid und etwa 0,9 Gew.-% Titandioxid enthielten, und etwa 0,4 Gew.-% kalzinierter Petrolkoks wurden in einem Patterson-Kelly-Doppel-V-Mischer 10 Minuten gemischt.

Etwa 39 kg des Gemisches wurden in einem mit zwei Elektroden ausgerüsteten 150-kW-Wechselstrom-Elektroofen von 43 cm Durchmesser und 36 cm Höhe geschmolzen. Die Schmelze wurde in eine Form gegossen, die mit Stahlkugeln von etwa 20 mm Durchmesser gefüllt war. Die Form hatte einen Durchmesser von etwa 500 mm und eine höhe von etwa 150 mm.

Das rohe Schleifmittel, d. h. die erstarrte Schmelze, wurde von Hand auf einem geneigten Tisch, auf dem die Kugeln von der erstarrten Schmelze wegrollen konnten, getrennt .

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Das rohe Schleifmittel wurden in einem 457 mm χ 254 mm großen Economy-Walzenbrecher von Allis Chalmers zerkleinert. Das rohe Produkt wurde viermal durch den Walzenbrecher gegeben, und bei jedem Durchgang wurde der Walzenspalt in einem Verhältnis zwischen 2:1 und 3:1 verengt. Nach vier Durchgängen wurde das Schleifkorn abgesiebt und der Siebüberlauf in den Walzenbrecher zurückgegeben.

Das Schleifkorn wurde dann dreimal durch eine mit 900 U/min betriebene Pennsylvania-Hammermühle gegeben und danach klassiert.

Das so erhaltene Schleifkorn enthielt etwa 1,4 Gew.-% Siliciumdioxid, etwa 1,6 Gew.-% Titandioxid, etwa 43 Gew.-% Zirkondioxid und etwa 0,5 Gew.-% Verunreinigungen. Der Rest war Aluminiumoxid.

BEISPIEL 2

Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt, wobei jedoch anstelle des Bauxits im wesentlichen reines tafelförmiges Aluminiumoxid und nur 0,1 Gew.-% Petrolkoks eingesetzt wurden, da nur sehr wenig Siliciumdioxid und Eisen zugegen waren. Das erhaltene Schleifkorn enthielt 0,24 Gew.-% Siliciumdioxid.

BEISPIEL 3

Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt, wobei jedoch folgende Abänderungen vorgenommen wurden: Es wurden ein erheblich größerer Ofen sowie eine Form von etwa 2,1 m Durchmesser und 2,1 m Höhe verwendet. Eingesetzt wurde ungereinigter kalzinierter Bauxit zusammen mit metallischem Eisen und Kohle. Zirkondioxid wurde nicht zugesetzt, und die Form enthielt auch keine Stahlkugeln. Eine Prallzerkleinerung wurde nicht vorgenommen. Als Ergebnis wurde

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ein braunes Aluminiumoxid-Schleifkorn erhalten.

BEISPIEL 4

Das Verfahren des Beispiels 3 wurde wiederholt, wobei jedoch das Schleifmittel zur Erhöhung seines Schüttgewichts einer Prallzerkleinerung unterworfen wurde.

BEISPIEL 5

Das nach den Verfahren der Beispiele 1, 2 und 3 erhaltene Schleifkorn wurde zur Herstellung von Schleifbändern verwendet, die dann geprüft wurden. Es wurde wie folgt verfahren:

Durch elektrostatisches Beschichten einer Schicht aus herkömmlichem braunen Aluminiumoxid-Korn der Korngröße 36, hergestellt nach dem Verfahren des Beispiels 3 und durch Aufstreuen auf das appretierte Gewebe aufgetragen, mit einem Testkorn der Korngröße 36 wurde ein doppelt beschichtetes Schleifmittel auf Unterlage hergestellt.

Das als Unterlage gewählte Gewebe bestand aus einem in herkömmlicher Weise appretiertem, warm verfestigtem Polyestergewebe in 4:1-Satinbindung mit ungefähr 41 χ 16 Fäden/cm² und einem Flächengewicht in appretiertem Zustand von etwa 1,8 g/m².

Zum Anleimen des Schleifkorns wurde ein Bindemittel verwendet, das aus einem im Handel erhältlichen einstufigen, flüssigen Phenolharz mit einem Formaldehyd/Phenol-Verhältnis von etwa 1:1 und gemahlenem Kalkstein mit einer mittleren Korngröße zwischen 17 und 25 μπι bestand. Das Mischungsverhältnis von flüssigem Phenolharz und Kalkstein betrug 1:1.

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Das Bindemittelgeitiisch wurde auf etwa 32 ⁰C erwärmt und mit Hilfe eines gebräuchlichen Walzenbeschichtungsverfahrens auf die Unterlage aufgetragen. Die Schichtdicke des Bindemittels betrug etwa 1,2 g/m².

Mit Hilfe einer herkömmlichen Schleifband-Herstellungseinrichtung wurde sodann das nach dem Verfahren des Beispiels 3 erhaltene Aluminiumoxid-Schleifkorn mit einer Schichtdicke von etwa 1,8 g/m² durch Aufstreuen aufgetragen. Unmittelbar danach wurde das Testkorn elektrostatisch in einer Schichtdicke von etwa 2,0 g auf die feuchte Bahn aufgetragen.

Die mit Schleifmittel beschichtete Unterlage wurde sodann auf einem Gestell eine Stunde auf 80 ⁰C und zwei Stunden auf 93 ⁰C erwärmt. Nach dem Trocknen wurde mit Hilfe einer üblichen Walzenbeschichtungsmethode eine Schlichte mit einer Schichtdicke zwischen 1,5 und 1,75 g/m² aufgetragen. Die Schlichte bestand aus dem bereits als Bindemittel benutzten 1:1-Phenolharz-Füllstoff-Gemisch, wobei jedoch anstelle des Kalksteins ungepufferter synthetischer Kryolit mit einer mittleren Korngröße von 25 um verwendet wurde. Das beschichtete Material wurde dann durch einstündiges Erhitzen auf 66 ⁰C, fünfstündiges Erhitzen auf 80 ⁰C und 16stündiges Erhitzen auf 107 ⁰C getrocknet und ausgehärtet.

Nach dem Aushärten wurde das Material an den Kanten besäumt und rechtwinklig zur Kante gebogen, um die Handhabung bei der Schleifbandherstellung zu erleichtern. Mit Hilfe bekannter Methoden wurden aus dem Material Schleifbänder mit den Abmessungen 50 mm χ 3350 mm hergestellt. Diese wurden auf einer Hochleistungs-Ständer-Schleifbandprüfmaschine unter Verwendung von kalt gewalztem Stahl ASI 1018 als Werkstoff getestet. Bei dieser Prüfung wird das Schleifband in üblicher Weise aufgelegt, und ein Werkstück mit den Abmessungen 25 mm χ 25 mm χ 914 mm

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wurde so angeordnet, daß es mit der quadratischen Fläche dicht unterhalb des horizontalen Durchmessers der Andrückrolle anlag.

Das zu prüfende Schleifband wurde mit einer Oberflächengeschwindigkeit von I280 m ⁷IrUn über eine Andrückrolle von 356 mm Durchmesser geführt. Auf das Werkstück wurde eine Vorschubkraft von 280 N ausgeübt. Der Materialabtrag nach 3o s Schleifen wurde durch Wiegen des Stahlstabes vor und nach dem Schleifen ermittelt und registriert. Das Verfahren wurde wiederholt, bis der Materialabtrag 2o g oder weniger je SchleifIntervall betrug. Der bei den einzelnen Testbändern bestimmte Gesamtabtrag ist in Tabelle 1 zusammengestellt.

Tabelle 1 Getestetes Schleifkorn Materialabtrag

Beispiel 1 (Bauxit-SrO₂^ 383^ g

Beispiel 2 (Al₂O₃-ZrO₂' 1934 g

Beispiel 3 (Bauxit^ 850 g

Dieser Test zeigt deutlich die überlegene Materialabtragsleistung des Schleifkorns gemäß der Erfindung beim Bandschleifen.

Beispiel 6

iCin Formhohlraum zur Herstellung einer Topfscheibe mit den Abmessungen I52 mm χ 51 mm χ 16 mm wurde mit einem Gemisch gefüllt, das aus 83 Gew..-% des nach dem Verfahren des Beispiels 4 hergestellten Schleifkorns mit einer Korngrößenverteilung von 50 Gew.-% der Körnung 14, 25 Gew.-% der Körnung 16 und 25 Gew.-% der Körnung 2o; 2,9 Gew.-% eines flüssigen Phenolharzes mit einem Kunstharz-Feststoff gehalt von 72 bis 76 Gew.-%, einer Viskosität von 0,325 bis 0,4o5 Pa.s f325 bis 4o5 cP) und einer Gelierzeit von 12 bis 38 min bei 121° C; 4,55 Gew.-% eines ge-

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pulverten Phenolharzes mit einem Erweichungspunkt von 80 bis 90 ⁰C, einer Aushärtungszeit auf einer Heizplatte von 150 ⁰C von 45 bis 55 s, einem Fließweg auf einer geneigten Platte bei 125 ⁰C von 26 bis 34 mm und einem Hexamethylentetramin-Gehalt von 8,6 bis 9,2 Gew.-%; 4,55 Gew.-% eines mit Polyvinylbutyral modifizierten gepulverten Phenolharzes mit einem Schmelzpunkt von 105 bis 108 ⁰C, einem Fließweg auf einer geneigten Platte bei 125 ⁰C von 12 bis 17 mm und einem Hexamethylentetramin-Gehalt von 6,1 bis 7,2 Gew.-%; sowie 5,0 Gew.-% gepulvertem Flußspat bestand.

Das Gemisch wurde mit einem so hohen Druck formgepreßt, daß ein Formkörper mit einer Dichte von 2,74 g/cm³ erhalten wurde, der dann 9 Stunden bei einer Temperatur von etwa 180 ⁰C ausgehärtet wurde.

BEISPIEL 7

Das Verfahren des Beispiels 6 wurde wiederholt, wobei jedoch das Schleifmittel des Beispiels 4 durch ein Gemisch ersetzt wurde, das aus 50 Gew.-% des nach dem Verfahren des Beispiels 1 erhaltenen Schleifmittels mit einer Körnung 14, 25 Gew.-% des nach dem Verfahren des Beispiels 1 erhaltenen Schleifmittels mit einer Körnung 16 und 25 Gew.-% des nach dem Verfahren des Beispiels 1 erhaltenen Schleifmittels mit einer Körnung 20 bestand.

BEISPIEL 8

Das Verfahren des Beispiels 6 wurde wiederholt, wobei jedoch das Schleifmittel des Beispiels 4 durch ein Gemisch ersetzt wurde, das zu 50 Gew.-% aus dem nach dem Verfahren des Beispiels 1 erhaltenen Schleifmittel mit einer Körnung 14, 25 Gew.-% aus dem nach dem Verfahrens des Beispiels 1 erhaltenen Schleifmittel der Körnung 16 und 25 Gew.-% aus dem nach dem Verfahren des Beispiels 4 er-

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haltenen Schleifmittel der Körnung 20 bestand.

BEISPIEL 9

Die nach den Verfahren der Beispiele 6, 7 und 8 hergestellten Schleifscheiben wurden hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit durch den Einsatz an einer Chicago-Druckluftschleifmaschine. Modell CP 3490, mit einer Drehzahl von 6000 ü/min bei einem Luftdruck von 6,2 bis 6,9 bar getestet. Die Schleifmaschine wurde von Hand 30 min in einer solchen Stellung gehalten, daß die Schleifscheibe einen Stahlgußblock schleifen könnte.

Schleifscheibe und Block wurden vor und nach dem 30-Minuten-Test gewogen, um Materialabtrag und Schleifmittelverbrauch festzustellen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.

Tabelle 2

GETESTETE SCHLEIFSCHEIBE	METALLABTRAG JE MINUTE	GEWICHTSVERHÄLTNIS g METALL/g SCHEIBE
Beispiel 6 (Al₂O₃)	16,3 g	8,7
Beispiel 7 (Bauxit-ZrO₂)	27,9 g	10,9
Beispiel 8 (Bauxit-ZrO₂/ Al₂ O₃-Gemisch)	27,9 g	13,4

Dieses Beispiel zeigt, daß das Schleifmittel gemäß der Erfindung bei den getesteten Schleifscheiben eine höhere Materialabtragsleistung als Aluminiumoxid ergibt und überraschenderweise zur Erhöhung der Schleifscheibenstandzeit mit Aluminiumoxid ohne Beeinträchtigung der Schleifleistung kombiniert werden kann.

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Claims

2900Ü07

Patentansprüche

1„ Schleifmittel, bestehend aus Teilchen einer rasch abgekühlten, Aluminiumoxid und Zirkonoxid enthaltenden Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 25 bis 50 Gew. -% Zirkondioxid, 49, 2 bis 74, 2 Gew. -% Aluminiumoxid und 0, 8 bis 2, 5 Gew. -% Silizium di oxid besteht und die im wesentlichen homogene Schmelze innerhalb von höchstens 3 Minuten ab Beginn der Erstarrung bis zur vollständigen Erstarrung abgekühlt worden ist»

2„ Schleifmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 35 bis 50 Gew. -% Zirkondioxid und 49, 2 bis 64, 2 Gew. -% Aluminiumoxid enthält,

3„ Schleifmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es 40 bis 45 Gew. -% Zirkondioxid enthält.

4«, Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es 1, 1 bis 2, 5 Gew. -%, vorzugsweise 1, 3 bis 2, Gew„ -% Siliziumdioxid enthält«

5. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es bis 2, 5 Gew„»% Titandioxid enthält,,

Schleifmittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es 0, 25 bis 2 Gew. -%, vorzugsweise 0, 25 bis 1, 6 Göw„ -% Titandioxid enthält.

7. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 5 oder Q₃ dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Titandioxids aus Bauxit stammt,,

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2900ÜÖ7

8„ Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumoxid und mindestens ein Teil des Siliziumdioxids aus Bauxit stammt,

Verfahren zur Herstellung eines Schleifmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein gründlich durchgemischtes Teilchengemisch aus 35 bis 50 Gew_o -% Zirkondioxid und 50 bis 65 Gew„ -% Bauxit geschmolzen, die Schmelze innerhalb von höchstens 3 Minuten ab Beginn der Erstarrung bis zum vollständigen Erstarren abgekühlt und das Produkt zerkleinert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze innerhalb von höchstens einer Minute, vorzugsweise innerhalb von 20 Sekunden ab Beginn der Erstarrung erstarrt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch aus Bauxit und Zirkondioxod vor dem. Schmelzen 1, 1 bis 2, 5 Gew. -% des Gemisches Siliziumdioxid zugesetzt wird,

„ Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch vor dem Schmelzen 0,1 bis 0, 5 Gew„ -% teilchenförmige Kohle beigemischt wird.

13. Verwendung des Schleifmittels nach Anspruch 1 zur Herstellung eines Schleifmittels auf biegsamer Unterlage.

14. Verwendung des Schleifmittels nach Anspruch 1 zur Herstellung eines gebundenen Schleifkörpers.

15. Verwendung des Schleifmittels nach Anspruch 1 zur Herstellung einer gebundenen Schleifscheibe.

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