Brevet FR2208862A1 — publié le 19740628

L'invention concerne un liant pour la fabrication des outils abrasifs à base de corindons, de-diamant et de borazone. On sait que la fabrication des outils abrasifs est fondée sur l'utilisation des matériaux abrasifs et d'un liantyen particulier d'un liant céramique, qui est le plus souvent employé et dont la composition est choisie en vue d'obtenir une résistance mécanique requise, une dureté réglable et une tenue à l'usure optimale de ltoutil abrasif. On a élaboré divers liants céramiques contenant des oxydes inorganiques, répondant au genre du matériau abrasif requis et des caractéristiques opératoires de l'outil. Ainsi, par exemple, on onnatt bien des liants à base d'argile et de feldspath et contenant SiO2, A120s, Fe203, ainsi que des liants contenant, outre les oxydes indiqués, de l'oxyde de bore et de la magnésie. On connaît également des liants. céramiques titrant 100 % de perlite ou d'obsidienne (cf. le certificat d'auteur d'Union des Républiques Sc)vMtiques Socialistes n 206 352 du 30 août 1967., classe 67c, 1). On connaît aussi un liant céramique contenant de l'oxyde de lithium (cf. le certificat d'auteur n 218 699 du 18 mai 1968, classe 67u, 1). On connais, d'autre part, l'emploi pour la fabrication d'outils abrasifs à base de corindons et de diamant, de liants dont l'oxyde principal qui conditionne leur résistance mécanique est la magnésie (brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2 475 565, classe 51-308). On connaft encore l'utilisation de liants contenant de l'oxyde de plomb pour la fabrication d'articles abrasifs en diamant (brevets des Etats-Unis d'Amérique n 2 566 828 du 4 septembre 1951, n 2 495 607 du 24 janvier 1954, classe 51-308). On introduit l'oxyde de bore dans les compositions connues de liants céramiques en vue d'accroître la réactivité du liant vis-à-vis des corindons ainsi que la résistance mécanique de l'outil. Les oxydes de lithium et de plomb que l'on introduit dans le liant céramique sous la forme de matières vitreuses appropriées permettent d'abaisser la température du traitement thermique des outils abrasifs sans en altérer les caractéristiques mécaniques. Les compositions mentionnées de liants employés pour la fabrication des outils abrasifs, tout en présentant certains avantages, ont aussi nombre d inconvénients majeurs - toutes les compositions, à l'exception de celles qui contiennent de l'oxyde de-llthium, présentent une réactivité insuffisante vis- -vis des matériaux abrasifs récemment proposés tels que les corindons alliés et, en premier lieu, te corindon a chrome obtenu par voie électrique - les compositions de liants céramiques contenant de l'oxyde de lithium sont onereuses et déficitaires - tous les liants cités, à l'exception du liant perlitique, contiennent de l'oxyde de lithium ou de l'oxyde de plomb, qui sont déficitaires, ce qui limite leurs emplois industriels E - le liant titrant 100 % de perlite, tout en conférant aux outils abrasifs des caractéristiques opératcires élevées, n'a pas reçu de développements industriels vu sa résistance mécanique insuffisante immédiatement après le moulage. Les compositions de liants indiquées ne permettent pas d'obtenir une bonne résistance mécanique pour les outils abrasifs fabriqués. Aussi les outils de ce genre pr^sentent-ils une faible tenue à l'usure, ainsi qu'une faible productivité. En outre, la résistance mécanique insuffisante des outils à base de liants céramiques actuels entrave leur industrialisation dans la rectification à grandes vitesses. L'invention a pour but de supprimer les inconvénients cités. L'invention a donc pour objet d'élaborer un liant céramique pour la fabrication d'outils abrasifs dont la composition permette de réaliser des outils abrasifs présentant une résistance mécanique accrue ainsi que de hautes caractéristiques opératoires. Selon l'invention, on introduit dans un liant céramique pour la fabrication d'outils abrasifs constitué de SiO2, A1203, Fe203, TiO2, CaO, MgO et B20j, de l'oxyde de baryum à raison de 1,0 à 7,0 % en poids. Le liant céramique proposé peut avoir la composition pondérale suivante SiO2 - 55 à 62 % Al2O3 - 16 à 20 % Fe2O3 - 0,2 à 1,5 % TiO2 - 0,1 à 1,0 % CaO - 0,1 à 1,0 X MgO - 0,5 à 5,0 % B203 - 0,3 à 5,0 % BaO - 1,0 à 7,0 % F - 0,1 à 0,6 % K20 Na2 O Li20 - 5,0 à 8,0 % L'invention consiste essentiellement en ce qui suit. On sait que l'oxyde de baryum entrant dans la composition du liant céramique le rend moins réfractaire ; aussi, la phase liquide du liant au cours du traitement thermique des outils abrasifs apparait-elle à de plus basses températures, ce qui augmente la quantité totale de la masse fondue du liant sous les régimes de traitement thermiques effectifs. L'oxyde de baryum au cours du recuit réagit facilement avec les impuretés contenues dans le grain abrasif ainsi qu'avec ce grain proprement dit, formant à la surface do ce grain une couche de transition qui contribue à accroître l'adhérence de l'abrasif avec le liant.Cette adhérence accrue ainsi que la proportion considérable de la phase liquide du liant, permettent de répartir régulibrement celui-ci entre les grains abrasifs conférant aux outils une résistance mécanique élevée. On a choisi une teneur du liant céramique en oxyde de baryum de 1,0 à7,O7 en poids afin d'obtenir des'caractéristiques optimales des outils pour les régimes de traitement thermique existants. (la température de recuit étant égale à 1250 -1280 C). L'utilisation d'un agglomérant contenant l'oxyde de baryum pesmet de por- ter la vitesse des meules à 70 m/s et même au-delà, ce qui oboutit de manière connue à un meilleur état de surface de la pièce à usiner, et de réduire simultanément le temps d'usinage à la machine, c'est-à-dire d'élever, en définitive, la productivité de la rectification. Ainsi, l'utilisation des outils abrasifs a base d'un liant à l'oxyde de baryum dans l'industrie automobile, dans celle des roulements et de l'outillsage,pe.rmet d'obtenir deys effets économiques notables. On décrit dans ce qui suit des exemples concrets des coapositions du liant céramique. Pour préparer ce liant, on utilise comme matières premières des constituants tels que le feldspath, l'argile réfractaire et le verre au baryum. On dessèche les constituants par des procédés connus, on les réduit en particules de moins de 80 microns et on mélange des matières ainsi broyées dans des proportions imposées dans un appareil mélangeur. Outre les constituants indiqués, on introduit comese catalyseurs dans l'agglomérant, d'autres matières, telles que de la cryoli @te@ du talc, du verre au bore. Le constituant indispensable de liant est le verre au baryum avec une teneur en oxyde de baryum de 10 à 30 % en poids. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. EXEMPLE 1. Le présent exemple illustre l'obtention d'un liant céramique à base de verre au baryum ayant une teneur en oxyde de baryum de 10 à 12 % en poids. tes teneurs en constituants de départ pour ce cas sont indiquées dans le tableau T ci-dessous. T A B L E A U I Teneurs, % en poids Constituant de départ 1 2 3 4 du liant argile réfractaire 30 30 30 30 feldspath 38 28 35 25 verre au baryum 32 32 20 35 talc - - - 10 cryolithe - 10 - verre au bore - - 15 La composition chimique des liants céramiques obtenus à base des constituants-de départ mentionnés est indiquée dans le tableau II ci-dessous. T A B L E A U II Tendeurs, % en poids Constituant 1 2 3 4 SiO2 60,0 à 62,0 56,0 à 58,0 56,0 à 60,0 55,0 à 58,0 Al2O3 15,0 à 16,0 17,5 à 18,0 16,0 à 18,0 18,0 à 20,0 Fe203 0,1 à 1,0 0,1 1,0 0,1 à 1,0 0,1 à 1,0 TiO2 0,1 à 1,0 0,1 à 1,0 0,1 à 1,0 0,1 à 1,0 CaO 0,1 à 1,0 0,1 à 1,0 0,1 à 1,0 0,1 à 1,0 MgO 0,1 à 0,5 0,1 à 0,5 0,1 à 0,5 3,0 à 4,0 B2O3 - - 2,3 à 4,0 BaO 3,8 à 4,0 3,8 à 4,0 2,0 à 3,0 5,8 à 6,0 F 0,1 à 0,3 0,6 0,1 à 0,3 0,1 à 0,3 K2O, Na2O 5,5 à 6,0 6,0 à 8,0 5,5 à 6,0 4,0 à 5,5 EXEMPLE 2 Le présent exemple illustre l'obtention d'un liant céramique à base de verre au baryum ayant une teneur en oxyde de baryum égale à 20 % en poids. Les constituants de départ sont indiqués dans le tableau III ci-dessous. T A B L E A U III Constituants de départ Teneurs, % en poids du liant 1 2 3 argile réfractaire 30 30 35 feldspath 25 30 35 verre au baryum 10 20 30 verre au bore 35 20 La composition chimique des liants céramiques obtenus à base des constituants de départ est indiquée dans le tableau IV ci-dessous. T A B L E A U IV Teneurs, % en poids Constituant 1 2 3 SiO2 55,0 à 58,0 56,0 à 57,0 57,0 à 59,0 A1203 18,0 à 20,0 17,0 à 18,0 16,0 à 17,0 B2O3 4,9 à 5,6 3,4 à 3,6 BaO 2,0 4,0 6,0 K2O, Na2O 2,0 à 3,0 3,0 à 4,0 5,0 à 6,0 F 0,1 à 0,2 0,1 à 0,2 0,2 à 0,3 Note : les oxydes Fe203, CaO, MgO, TiO2 contenus dans le liant à raison de 0,1 à 1,0 % sont des impuretés caractérisant les matières premières outre les oxydes basiques. Les outils abrasifs fabriqués à partir des liants de compositions précitées présentent des caractéristiques opératoires élevées par comparaison aux outils abrasifs utilisés jusqu'à présent. Les outils suivant l'invention se distinguent notamment a) par une productivité spécifique et une tenue en service jusqu'a leur usure complète multipliée (au maximum) par le coefficient 2 b) par une productivité supérieure de 30 % (au maximum) c) par un état de surface des pièces qu'ils usinent plus élevé de 1 à 2 classes. R E V E N D I C A T I O N S 1. Liant céramique pour la fabrication des outils abrasifs contenant SiO2, A1203, Fe2O3, TiO2, CaO, MgO et B203, caractérisé en ce qu'il contient aussi de l'oxyde de baryum à raison de 1,0-7,0 % en poids. 2. Liant selon la revendication 1, caractérisé par la composition pondérale suivante SiO2 55 à 62 % A1203 16 à 20 7 Fe2O3 0,2 à 1,5 % TiO2 0,1 à 1,0 % CaO 0,1 à 1,0 % MgO 0,5 à 5,0 % B2O3 0,3 à 5,0 % BaO 1,0 à 7,0 7 F 0,1 à 0,6 % K2O Na2O Li2O 5,0 à 8,0 %