Brevet FR2497136A1 — publié le 19820702

Cette invention concerne des agglomérats abrasifs en particules o les grains abrasifs sont maintenus dans une matrice friable, ces agglomérats étant particulièrement appropriés pour l'utilisation dans des produits abrasifs enrobés dans lesquels les agglomérats sont liés à une feuille de support souple; ils peuvent également être utilisés dans des abrasifs liés (meules). L'utilisation de petits agglomérats en particules de grains abrasifs relativement fins maintenus dans une matrice, à utiliser comme produit de remplacement des grains abrasifs classiques sur un abrasif souple revêtu d'abrasif ("papier de verre"), a été suggérée au moins aussi tôt que dans le brevet U.S. No 2.194 472. Pour autant qu'on le sache, des agglomérats solides du type décrit dans le brevet précédent ou les produits préparés à partir d'eux n'ont jamais été satisfaisants commercialement. Le brevet U.S. No Re 29 808 décrit des sphères creuses (ou d'autres formes, comme des cylindres) consistant en grains abrasifs liés sur la surface extérieure d'une matrice friable, comme une résine ou un silicate minéral. La demande de brevet européen publiée sous le N0 0 008 868 le 19 mars 1980 décrit des agglomérats solides liés par de la cryolite fondue ou d'autres "sels ou silicates". Le brevet britannique No 982 215 et le brevet U.S. N0 3 156 545 décrivent la fabrication d'agglomérats solides pour l'utilisation dans des meules, consistant en alumine ou autres grains abrasifs liés par du verre. Le brevet U.S. No 2 216 728 décrit des liants de verre ou de métaux pour la matrice d'agrégats contenant des particules abrasives de diamant. Le brevet indique que la matrice peut être quelque peu poreuse pour améliorer la liaison mécanique quand les agrégats sont mélangés avec un liant pour former une meule. Le brevet U.S. N0 2 806 772 suggère l'inclusion de verre expansé dans les agglomérats abrasifs liés par une matrice de résine. Bien que des agglomérats abrasifs du type creux, liés par une résine ou un silicate aient donné de bons résultats dans les applications à abrasif revêtu et que les agglomérats tels que décrits dans la demande européenne susmentionnée donnent de bons résultats, les deux types utiliser du verre blanc mais.une composition d'alumino boro- silicate non dévitrifiante est supérieure. Le mélange d'abrasif et de verre destiné à former des agglomérats contient de 40 à 80 % (volume apparent sec) de composition de verre broyé et de 20 à 60 % de grains abrasifs. On peut ajouter à de tels mélanges jusqu'à 20 % d'un adjuvant de meulage comme la cryolite. Le produit final, quand il est sous forme de sphères, aura une masse volumique apparente de 320 à 880 g/dm3. La température et la durée optimale de cuisson dépendent de la composition particulière utilisée, de la masse volumique (porosité) désirée pour le produit. En général, une température de 800 à 9000C ou supérieure pendant environ 20 minutes convient. Les étapes dans un exemple type de cette invention sont les suivantes: 1. Préparation d'un lot de verre expansible par broyage de débris de verre blanc avec 0,25 % de noir de carbone et 0,5 % de carbure de silicium de 3 microns, pendant 24 heures dans un broyeur à boulet discontinu jusqu'à une granulométrie moyenne de cinq microns ou moins. 2. Addition d'une charge de 70 % en volume du lot de verre expansible et de 30 % en volume d'un grain abrasif, en particulier de l'oxyde d'aluminium noir - fusionné de grain N0 180,et leur mélange à sec à vitesse élevée. Après le mélange à sec, on fait une addition de 1 % d'alun sous forme d'un liquide dilué et on mélange à l'état humide, puis on ajoute 0,4 %, en solides, d'une bouillie aqueuse de montmorillonite ayant une teneur en matières solides de 4 %, en tant que liant. On ajoute suffisamment d'eau supplémentaire pour transformer le mélange en pastilles ayant une granulométrie de l'ordre de 420-840 microns. 3. Les pastilles généralement sphériques ainsi formées sont ensuite séchées dans un appareil de séchage à lit fluide et mélangées à sec avec un agent de partition qui est un hydrate d'aluminium et cuites dans un four rotatif à une température d'environ 8500C pendant 20 minutes. 249713d Les particules résultantes présentent une masse volumique de 0,48 à 0,56 g par centimètre cube. Quand on les examine au microscope, on observe que le verre tend à encapsuler les particules d'alumine dans un réseau de bulles de mousse. Il a également été observé que les particules d'alumine ont tendance à être concentrées à la périphérie de la bulle d'une manière qui ressemble à la flottation par moussage. Les particules à la surface sont encore recouvertes d'une couche de verre. On tamise les particules jusqu'à une fraction de 590/840 microns et 350/590 microns puis on les teste en les utilisant comme si elles étaient en elles-mêmes des grains abrasifs et en préparant des courroies revêtues d'abrasif de la façon classique. Les courroies sont testées dans un dispositif d'essai de polissage de métal classique et comparées à des courroies Laites d'alumine noirede grain 180. On atrouvé que la durée initiale pour obtenir un poli comparable était plus longue avec les courroies faites d'agrégats qu'avec les courroies faites de grains classiques, mais la quantité totale de métal enlevée et la durée de vie de la courroie étaient de deux à six fois celle de la courroie à grains normale. Des essais répétés donnent des résultats erratiques, certains répétant les caractéristiques susmentionnées et d'autres donnant des caractéristiques nettement inférieures. Il a été déterminé que les raisons de ces caractéristiques variables étaient la tendance du verre blanc à se dévitrifier et le potentiel des cristaux de cristobalite à provoquerdes défauts qui entraînent parfois la rupture du verre. Des essais supplémentaires ont été faits en utilisant la courroie avec un lubrifiant aqueux et les caractéristiques résultantes étaient nettement mauvaises. Il a été déterminé que ceci était provoqué par la médiocre durabilité du verre en milieu aqueux. Il a donc été déterminé d'utiliser un lot qui serait essentiellement un borosilicate non dévitrifiant fait d'un mélange d'argile ou de cendre volcanique et d'additifs chimiques similaires à ceux décrits dans le brevet U.S. No 3 793 039. On a broyé un mélange de 66 % de cendre volcanique, 15 % de kaolin, 5,5 % de borax 5 moles, 8 % de dolomite, 2,7 % de carbonate de lithium, 2 %de bicarbonate de sodium et 0,25 % de noir de carbone. On fait une addition de 1 % d'alun liquide avant la formation de pastilles. Les pastilles résultantes, une fois cuites à 930'C, présentent des caractéristiques essentiellement similaires à celles faites à partir de débris de verre fondus qui ont des essais reproductibles. En outre, quand on les essaie dans un environnement humide, les caractéristiques sont réduites mais encore meilleures que celles d'une courroie classique faite d'un grain 180. L'alumino borosilicate a amélioré la durabilité en milieu aqueux. On a en outre trouvé qu'une addition de 10 % de cryolite en poudre améliore les caractéristiques de meulage. La cryclite est un adjuvant de meulage bien connu pour les métaux et est apparemment encapsulée d'une manière similaire à celle des grains d'alumine. Les exemples suivants montrent que, bien qu'il ne soit pas préféré, on peut utiliser comme grain abrasif du carbure de silicium ou de l'alumineoxyde de zirconium fondus simultanément. La première expérience utilise le mélange de verre blanc mousse classique auquel on a ajouté 30 % de grain 180 de Crystolon 39 et 10 % de fine cryolite. Le produit est expansé à environ 850'C. L'agrégat résultant est plus léger que celui fait à partir d'alumine, sa masse volumique apparente étant de 358 g/dm3 à 840/1680 A au lieu de 432- 464 g/dm3 à 840/1680 y, mais semble par ailleurs similaire. Il a été observé que certaines des particules de grain étaient associées avec de grosses bulles qui suggèrent que même du SiC de grain grossier influencera la réaction de moussage ou d'expansion. Ces grosses bulles affaibliront vraisemblablement l'agrégat. La seconde expérience utilise les mêmes ingrédients mais on utilise de l'alumine-oxyde de zirconium, fusionnés ensemble, de grain 80 contenant 40 % d'oxyde de zirconium (le grain 180 n'était pas disponible). L'agrégat résultant est essentiellement équivalent à l'alumine dans toutes les propriétés. Un examen microscopique des grains d'alumine- 249713 oxyde de zirconium encapsulés montrent qu'en dépit des conditions réductrices du moussage, il apparaît une oxydation des composants métalliques du grain. Cet effet réduira la ténacité des grains. Ainsi, on peut voir que d'autres abrasifs peuvent être encapsulés en agrégats comme l'a été l'alumine mais qu'il y a des effets secondaires qui peuvent réduire leur utilité. Les produits revêtus d'abrasif sont préparés à partir des agglomérats de cette invention en liant les agrégats sur une seule couche sur un support souple par des moyens classiques bien connus dans le domaine, en utilisant les revêtements de couchage et de préparation thermo- durcissables, la colle, ou une combinaison de colle et de résine. Après avoir effectué les exemples précédents, il a été trouvé que des agrégats contenant du carbure de silicium étaient nettement supérieurs aux abrasifs classiques revêtus de carbure de silicium, pour certaines applications comme la rectification du titane métallique. Il a en outre été déterminé que lorsqu'on utilise des mélanges chimiques formateurs de verre, plutôt que du verre préfondu et broyé, dans la formation des agrégats, on pouvait obtenir un mouillage supérieur de l'abrasif. En outre, la structure de l'agrégat résultant est différente de celle des mélanges types contenant du verre. Dans le cas des mélanges formant un verre, les particules abrasives sont plus uniformément dispersées dans la masse d'agrégat multicellulaire, par rapport aux mélanges de verre dans lesquels les particules abrasives ont tendance à être concentrées dans les parois cellulaires périphériques extérieures de la matrice multicellulaire. Dans une mise en oeuvre, on mélange à sec un assemblage expansible d'un lot de verre, à raison de 70 %, et de SiC cru de grain 180, à raison de 30 %. A ce mélange, on ajoute 1 % d'alun, en matières solides sèches, en solution aqueuse, puis suffisamment (0,4 %) d'une bouillie aqueuse de montmorillonite pour former des pastilles d'une dimension de 420/840 microns. Ces particules généralement sphériques sont séchées et cuites à 850'C pendant 20 minutes dans un four rotatif. Si on le désire, une addition de 10 à 20 % de cryolite, en tant qu'adjuvant de meulage, peut être effectuée à l'étape de mélange à sec. Les particules cuites sont revêtues sur une courroie de la façon classique et testées à sec dans le polissage du titane métallique et en voie humide dans le polissage d'une plaque de verre. Dans les deux cas, il y a une plus longue période d'attente qu'avec une courroie de SiC normale mais la durée de rectification utile est nettement plus longue. Dans le cas du titane, une courroie classique découpe 16 g tandis que la courroie expérimentale coupe un total de 245 g. La rectification par voie humide du verre donne des résultats similaires. 18 g au lieu de 180 g pour la courroie à agrégat expérimentale. On répète l'expérience en utilisant un mélange de produits chimiques et de produits minéraux qui donnent une composition vitreuse d'oxyde dont on sait qu'elle constitue un bon liant pour SiC. Ce liant est broyé avec du charbon, puis mélangé, transformé en pastilles et cuit d'une façon similaire à l'exemple précédent. Les essais à sec sur le titane sont équivalents à ceux d'un matériau contenant une matrice de verre mais le polissage par voie humide du verre est amélioré et l'on a noté une découpe de 248 g. Des observations au microscope montrent que-le grain dans le verre a migré substantiellement à la périphérie de la bulle et que le centre de la bulle est formé de quelques larges cellules. Les nodules ou agglomérats de la composition de liant ont du SiC réparti dans tout le nodule et les cellules fermées internes sont petites et ont une dimension uniforme. REVENDICATIONS 1. Particules d'agglomérats d'abrasif comprenant une matrice contenant des particules de grains abrasifs, caractérisées en ce que la matrice est un verre cellulaire et que les particules de grains abrasifs sont encapsulées dans les parois cellulaires dudit verre, lesdites particules étant présentes en plus grande concentration dans les parois extérieures. 2. Agglomérats d'abrasif selon la revendication 1, caractérisés en ce que le grain abrasif comprend de l'alumine fusionnée, de l'alumine-oxyde de zirconium co- fusionnés ou du carbure de silicium. 3. Agglomérats d'abrasif selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisés en ce que lesdits agglomérats contiennent des particules de cryolite. 4. Agrégats d'abrasif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisés en ce qu'ils ont une masse volumique de 0,32 à 0,88 g/cm3. 5. Agglomérats d'abrasif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisés en ce qu'ils ont une forme généralement sphérique. 6. Agglomérats d'abrasif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisés en ce que le verre est une composition de borosilicate d'aluminium. i. Matériau en feuille revêtu d'abrasif, caractérisé en ce qu'il est préparé en liant par adhérence les agglomérats selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 à un support souple.