(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合マトリックス内に組み込まれた複数の個々の砥粒を含む凝集塊砥粒であって、
・前記砥粒が、コランダム、溶融コランダム、焼結コランダム、アルミナジルコニア、炭化ケイ素、炭化ホウ素、立方晶窒化ホウ素、ダイアモンドおよびこれらの混合物からなる群から選択され；
・前記結合マトリックスが、1:2〜1:20なる範囲のモル比Al2O3:SiO2を持つ、アルミノシリケートおよびアルカリシリケートを含み；および
・該凝集塊砥粒が、5〜40体積%なる範囲の開放気孔率を有し、
前記砥粒に加えて、該凝集塊砥粒が中空体を含み、前記中空体は前記結合マトリックスに組み込まれ、また前記中空体は該凝集塊砥粒に密閉気孔率を与え、
前記中空体が5体積%〜40体積%なる範囲の体積百分率を有し、前記密閉気孔率と前記開放気孔率との総和が、該凝集塊砥粒の50体積%未満であることを特徴とする、前記凝集塊砥粒。
【請求項２】
前記砥粒の体積百分率対前記中空体の体積百分率の比が、9:1〜1.5:1なる範囲にある、請求項1記載の凝集塊砥粒。
【請求項３】
前記砥粒の体積百分率対前記中空体の体積百分率の比が、6:1〜2:1なる範囲にある、請求項2記載の凝集塊砥粒。
【請求項４】
前記凝集塊砥粒が、10体積%〜80体積%なる範囲の前記砥粒、5体積%〜40体積%なる範囲の前記中空体、5体積%〜40体積%なる範囲の前記結合マトリックス、および5体積%〜40体積%なる範囲の前記開放気孔率を含む、請求項1〜3の何れか1項に記載の凝集塊砥粒。
【請求項５】
前記砥粒および前記中空体が、250μm〜5μmなる範囲の平均粒子径を有し、該砥粒の平均粒子径対該中空体の平均粒子径の比が、2:1〜1:2なる範囲にある、請求項1〜4の何れか1項に記載の凝集塊砥粒。
【請求項６】
前記中空体が、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化セリウムおよび/またはこれらの混合物をベースとする中空体からなる群から選択される、請求項1〜5の何れか1項に記載の凝集塊砥粒。
【請求項７】
前記中空体が、ガラス製の中空球である、請求項6記載の凝集塊砥粒。
【請求項８】
前記凝集塊砥粒が、5質量%〜30質量%なる範囲の前記結合マトリックス、60質量%〜95質量%なる範囲の前記砥粒および0.3質量%〜20質量%なる範囲の前記中空体を含む、請求項1〜7の何れか1項に記載の凝集塊砥粒。
【請求項９】
前記凝集塊砥粒が、10N〜40Nなる範囲の、ボルシュテット(Vollstadt)による粒子破壊強さ(CFF)を有する、請求項1〜8の何れか1項に記載の凝集塊砥粒。
【請求項１０】
請求項1〜7の何れか1項に記載の凝集塊砥粒の製造方法であって、個々の前記砥粒と前記中空体との混合物は、1:2〜1:20なる範囲のモル比Al2O3:SiO2を持つ、アルミノシリケートおよびアルカリシリケートの前記結合マトリックスに組み込まれており、該方法が以下の諸工程を含むことを特徴とする、前記方法:
・前記砥粒および前記中空体を、アルミノシリケートとアルカリシリケートと水の結合剤と混合する工程;
・このようにして得た前記凝集塊砥粒の未加工体を、80℃〜150℃なる範囲の温度にて乾燥する工程;
・乾燥された前記凝集塊砥粒の未加工体を、規定された研磨剤グリットサイズに分級する工程;および
・乾燥されかつ分級された前記凝集塊砥粒を、500℃以下の温度にて硬化する工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項1の前文に記載された特徴を持つ凝集塊砥粒（agglomerate abrasive grain）並びにその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
凝集塊砥粒は、研磨剤工業分野においてかなり以前から知られており、またこれらは典型的に研削砥石および研削ベルトにおいて使用されている。所定の平均グリットサイズを持つ個々の砥粒からなる凝集塊があり、ここで該砥粒は、結合マトリックスにより一緒に維持されている。無機または有機バインダを結合剤として使用することができ、フェノール系樹脂が有機バインダとしてしばしば使用され、一方ガラス-様材料またはセラミック材料が無機バインダとして使用されている。
凝集塊砥粒の大きな利点の一つは、微粉砕された緻密な砥粒を一次粒子として使用することができ、これから凝集塊砥粒が形成されることにあり、該砥粒は源としての粒子に比して、比較的大きく、複数の個々の粒子からなり、しかも匹敵するサイズを持つ個々の粒子と比較して、研削工程中の全く異なる磨耗メカニズムを示す。
通常、個々の粒子は、上記研削工程中の圧力条件に依存して、鈍り、弱まりまたは破壊されるが、上記凝集塊砥粒は、特別に選択し、かつ適用することができ、そのために、個々の消耗した一次砥粒が、該凝集塊砥粒の結合マトリックスから抜け出し、またその下部に位置する砥粒がその代りに利用され、その結果として新たな切刃(cutting edges)が、連続的に露出されることになる。即ち、このような凝集塊砥粒は、長い寿命を有し、かつ低温切削(cool cutting)により特徴付けられ、また全寿命に渡り、均質で均一な研削表面パターンを生成する。
【０００３】
研磨剤により表面を加工するために、加工すべき物質、使用する研削方法および所望の表面品位に依存して、全く異なる要求が該研磨剤に対してなされる。そのために、異なる材料、例えば木材、金属、セラミックス、天然石材またはプラスチック等でできた表面の加工も、異なる研削条件および研磨剤を必要とし、これらは、各用途に対して夫々適合させる必要がある。
個々の砥粒を使用する場合に、該砥粒の型および該砥粒のサイズのみを変えることができるが、上記凝集塊砥粒の使用は、各用途に対して該凝集塊砥粒を最適化するための数々の付随的な可能性を与える。
アルミノシリケートを主成分とするバインダによって一緒に維持された、微粉化一次砥粒で作製された砥粒の凝集塊は、EP 2 174 751 A1に記載されている。適用された無機バインダは450℃以下の温度にて完全に硬化し、ここで並外れて高い強度を持つ砥粒凝集塊が形成され、該砥粒凝集塊は、幾つかの用途に対して大きな利点を有し、機械加工が困難な場合には、材料は高圧を用いて粉砕される。しかし、その高い強度のために、これら砥粒凝集塊は、温和な研削条件に対して、極めて適したものとは言えない。
【０００４】
US 4,799,939は、バインダと中空体とからなる浸食性のマトリックス内に配列された個々の砥粒を含む浸食性の凝集塊を開示している。好ましくは、該中空体は中空球であり、またこれは容易に分解し得る上記結合マトリックスを生成する役割を持つ。該中空球は小さな径を持ち、従ってできる限り多数のこれら中空球を、該結合マトリックス内に組み込むことができる。好ましくは、有機化合物を、結合剤として使用する。
GB 2 021 626は、砥粒粒質物を開示しており、ここで砥粒および孔-形成粒子は、合成樹脂バインダによって一緒に維持されている。該粒状物は、420μm〜2000μmなる範囲のグリットサイズを持ち、ここで該個々の砥粒は、250μm未満のグリットサイズを持ち、また15〜40体積%なる範囲の量で存在し、一方で該孔-形成粒子は、44μm〜297μmなる範囲のサイズを持ち、かつ2〜75体積%なる範囲の量で存在する。該結合剤は、10〜50体積%なる範囲の割合を占める。固体粒子間の体積よりもかなり小さな、所定量のバインダが与えられた場合には、満足な結合が既に達成されていることが明らかとなったことから、該完成された凝集体は、相互に連絡している孔のネットワークを示すことができる。この開放気孔率（open porosity）は、該凝集体の全体積の50％までに達し得る。
最後の2つの文書によれば、穏やかな研削条件に対して十分に適した、比較的柔軟な砥粒凝集塊が、特に合成樹脂結合剤が好ましく使用される場合に実現される。
【発明の概要】
【０００５】
しかし、既に述べた様々な材料および研削条件のために、依然として、表面の機械加工用の特定の凝集塊砥粒に対する高い要求があり、該粒子は、特定の研削操作のために、とりわけ、高過ぎることのない圧力の下で穏やかに加工すべき材料に対しても、更に進展され、また最適化されつつある。
この目的は、本発明の請求項1に記載の諸特徴を持つ凝集塊砥粒によって解決される。本発明による該凝集塊砥粒に係る更なる発展及び有利な態様は、本発明の従属請求項の主題である。
機械加工された材料を、様々に穏やかに加工するための凝集塊砥粒を開発し、また最適化することを試みた結果、各凝集塊砥粒が、これら個々の砥粒間に比較的強力な結合を、またそれによって同時に所定の割当ての密閉気孔率（closed porosity）および開放気孔率をも持つ場合に、特に良好な結果が達成されることが明らかになった。該強力な結合は、1:2〜1:20なる範囲のモル比Al2O3:SiO2を持つ、アルミノシリケートおよびアルカリシリケートの結合マトリックスによって達成され。ここで該結合マトリックスは、500℃以下の温度にて硬化される。該密閉気孔率は、好ましくは中空体を添加することにより調節され、該中空体は、該凝集塊砥粒の製造中にその個々の砥粒と混合される。該開放気孔率の調節は、主として使用されるバインダの量を通して行われる。
【０００６】
上記結合マトリックスの硬化が、無機バインダにとっては極めて低い温度にて起こるという事実のために、感温性の個々の砥粒を使用し、これから安定な凝集塊を得ることも可能である。該個々の砥粒は、コランダム、溶融コランダム、焼結コランダム、アルミナジルコニア、炭化ケイ素、炭化ホウ素、立方晶窒化ホウ素、ダイアモンドおよびこれらの混合物からなる群から選択される。
好ましくは、アルミノシリケート、アルカリナトリウムシリケートおよび水の混合物が、上記結合マトリックスのために使用され、ここでメタカオリン、煙道灰(フライアッシュ)、スラグ、ロックダスト、微(細)砂および活性化クレーを、アルミノシリケートとして使用することができ、これらは極めて微細な粒状物質であり、該粒状物質は、ケイ質およびアルミノシリケート系成分の500℃以下の温度における重縮合反応によりアルミノシリケートゲルを生成するのに十分な活性を持つ。
しかし、エネルギー発生の際におよび該原料物質の製造に由来して、副生物および廃棄物として大量に発生するこれら原料物質に加えて、任意の他の材料を使用することも可能であり、これらは、指定された量および十分に反応性の形状にある酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素を包含し、結果として重縮合を開始し、またSiO4およびAlO4の四面体構造の3-次元ネットワークを形成する。従って、該アルミノシリケートの代わりに、反応性の酸化または水酸化アルミニウムをも、SiO2に富むケイ酸ナトリウムと共に使用することもできる。
【０００７】
EP 2 174 751による砥粒凝集塊を使用した場合には、無機結合によって達成された、該砥粒凝集塊の高い強度が、幾つかの研削操作に関連する不都合な効果を持つことが明らかになった。特に、高感度の物質の場合、表面欠陥が検出され、これらの欠陥は、著しく強力な結合のために、該凝集塊砥粒由来の個々の摩耗した砥粒の脱離が、ある圧力比に対して最早正確に作用せず、個々の砥粒が、例えば上記結合マトリックスから突出している場合には、最終的に表面欠陥へと導くという事実によるものとされた。これら諸欠点は、中空体を組み込むことにより補償でき、それにより該凝集塊砥粒の構造および硬さは、上記研削工程の仕様に対して、具体的に調節することが可能であることが明らかになった。徐々に増大する量の中空体を使用すると、該凝集塊砥粒は、使用の際により柔軟に作用し、それによって驚いたことに、該凝集塊砥粒の耐圧性は、該増大と同程度に減少することはなく、その結果該凝集塊砥粒の加工性、輸送適正および十分な安定性が、依然として保障される。
【０００８】
更に、中空体を組み込むことにより達成し得る密閉気孔率に加えて、上記凝集塊砥粒が、結合剤の量により調節し得る、開放気孔率を所定の割当てで含む場合に、砥粒の磨滅を低下すると共に、より高い除去率を達成し得ることが明らかとなった。それに関して、該開放気孔率並びに該密閉気孔率両者は、5体積%〜40体積%なる範囲の割当てを持つべきである。同様に、該凝集塊砥粒の全有孔度を、50体積%以下とすべきであることも明らかとなった。その理由は、該凝集塊砥粒における個々の粒子の結合が、開放気孔率および密閉気孔率の総和が50体積%またはこれを超える場合には、当然ながら不安定化されるからである。開放気孔率対密閉気孔率の最適な比の発見は、更なるテストの主題となる。
本研究に関連して、密閉気孔率、砥粒および結合マトリックスの容量基準での百分率の決定は、各起源物質の使用された質量部を介して行われ、ここで該起源物質の容量基準での百分率は、開気孔（open pore）の容積百分率に基づいて、該物質の使用量および夫々の比重により計算され、ここで該開気孔の容積百分率は、水銀ポロシメトリーによって測定される。このようにして計算された該体積百分率に関する値は、研磨された断面によって検査された。それにより、体積百分率の計算値と、該研磨された断面において光学的に同定された体積分布との間の密接な適合性が明らかとなった。
【０００９】
このような研磨された断面の一例が図１に示される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図1は、100-倍なる倍率における、本発明による凝集塊砥粒に関する研磨断面の走査電子顕微鏡像を示す。アルミナジルコニア砥粒1(ZK 40 P180、トライバッチャーシュライフミッテル(Treibacher Schleifmittel)製)、ガラス球2およびバインダ3で作製された該凝集塊砥粒は、事実上球形の形状を持ち、ここで該アルミナジルコニア砥粒1は、鮮明で不規則な領域として特定することができ、該ガラス球2は、明るい境界部を含む球形の規則的構造として特定でき、該結合マトリックス3は、該アルミナジルコニア砥粒1と該ガラス球2との間の灰色の領域として特定でき、また開気孔4は、該アルミナジルコニア砥粒1と該ガラス球2との間の該灰色の領域に隣接する暗色領域として特定できる。図1に例示した該凝集塊砥粒は、実施例4に従う組成物に対応し、そこでは該砥粒の30体積%が、中空体によって置換えられている。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
3つの異なるファクタの最適の組合せが、驚く程に良好な研削結果に対する説明であると考えられる。先ず、上記無機結合の高い強度は、この強度が低温にて実現されるという付随的な利点を与えるものと考えられ、結果として、特に熱的により安定性の低い砥粒をも、何の問題なしに加工して、高い破壊強さを持つ、無機的に結合された凝集塊砥粒とすることができるはずである。該強力な結合に係る考え得る欠点は、中空体を組み込むことにより補償され、これは、概して該凝集塊砥粒の強度を僅かに低下し、また同時にセルフ-シャープニング(self-sharpening)メカニズムを容易にし、ここで該中空体の破壊による研削工程中に生じる孔は、付随的に該材料の表面と冷却潤滑剤(cooling lubricant)との直接的な接触を容易にし、それに従って該被加工材料の表面性能は、改善される。同時に、チップおよび除去された材料に対してスペースが与えられる。本発明による凝集塊砥粒によって与えられた上記開気孔から以下の利点が得られる。即ち、結合剤が、該凝集塊砥粒の該開気孔を介する侵入を可能とし、該凝集塊砥粒を包埋させて研磨剤とし、および該凝集塊砥粒の研磨剤への並外れて安定な組込がこのようにして得られる。この効果は、該研磨剤の性能に対して著しく有益な影響を及ぼす。というのは、典型的には、研磨剤の磨滅の大部分が、特に研削ベルトを使用して作業する場合に、該砥粒が該研削工程において有意に関与することなしに、上記結合から該砥粒全体が脱出してしまうことに由来するものであり得るからであり、これは、該凝集塊砥粒の強力な結合によって防止でき、あるいは少なくとも減じることができる。
【００１２】
本研究に関連して、上記開放気孔率並びに上記密閉気孔率両者は、5〜40体積％なる範囲にあるべきであるが、それに従って該開放気孔率と該密閉気孔率との和(全多孔度)は、上記凝集塊砥粒の50体積％未満とすべきである。これに関して、有利には、該全多孔度は非常に高く、結果として該凝集塊砥粒の嵩密度は、1.0g/cm3未満、好ましくは0.9g/cm3未満である。
任意の材料の中空体が、閉気孔（closed pore）に対する源物質として使用し得る。上記凝集塊砥粒における結合の所定の高い強度のために、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化セリウムおよび/またはこれらの混合物を主成分とする無機中空体を使用することが好ましい。この点に関連して、様々なサイズのものとして、市場から安価に得ることのできる、ガラス製の中空球が、特にそれ自体本発明による該凝集塊砥粒において使用し得ることが明らかになった。該ガラス製の中空球は、該凝集塊砥粒の所望の破壊強さを保証するのに十分な強度を有している。これらは、更に如何なる問題も被ることなしに、アルミノシリケートおよびアルカリシリケートをベースとする無機バインダによって、該凝集塊砥粒内に組み込むことができる。それに関して、該ガラス製の中空球の強度は、それほど高いものではなく、結果として該凝集塊砥粒のセルフ-シャープニング(自生)メカニズムは機能しなくなるであろう。
【００１３】
本発明の上記凝集塊砥粒に係る有利な一態様によれば、該凝集塊砥粒は、5質量％〜30質量％なる範囲の量の結合マトリックス、60質量％〜90質量％なる範囲の量の砥粒、および0.5質量％〜15質量％なる範囲の量の中空体を含む。体積％単位で表すと、該凝集塊砥粒の有利な一態様は、5体積％〜40体積％なる範囲の量の結合マトリックス、10体積％〜70体積％なる範囲の量の砥粒、5体積％〜40体積％なる範囲の量の中空体、および5体積％〜40体積％なる範囲の量の開気孔を含む。
上記凝集塊砥粒における砥粒の体積百分率は、中空体の体積百分率よりも大きいことが好ましく、ここで砥粒対中空体の体積比は、有利には9:1〜1.5:1なる範囲にあり、特に有利には6:1〜2:1なる範囲にある。特に良好な結果は、約30体積％の該砥粒が、中空体によって置換えられた場合に見いだされた。
【００１４】
上記組み込まれた中空体および上記開気孔の存在にも拘らず、使用された上記無機バインダの存在のために、上記凝集塊砥粒の粒子破壊強さ(ボルシュテットに従うCFF)は、比較的高く、10N〜40Nなる範囲にあるといわれている。この粒子破壊強さの対応する測定は、テスト装置により行われ、該装置は、ダイアモンドの強度を計るために開発された(ボルシュテット、ダイアテスト(Vollstadt, Diatest) SI)。該砥粒は、それによりピストンセル内で破砕され、また該粒子が破裂する最大の力(圧縮破壊強さ(Compressive Fracture Force)=CFF)が記録される。その圧力センサは、0〜200ニュートン(N)なる範囲での測定に対して、測定すべき該凝集塊砥粒に適合される。サンプルを調製するために、850μm〜710μmなる範囲(=20メッシュ〜24メッシュの範囲)で、適当な画分をスクリーニングする。該サンプルを、次に更に振動テーブルによって、該粒子の形状に関して分別する。150〜200回の各測定を行い、これにより測定画分を得、結果として平均粒子強度に関して、十分に統計的に信頼し得る値を得る。高いCFF値は、該凝集塊砥粒の良好な加工性および輸送適正を保証する。
上記凝集塊砥粒および上記中空体の粒径は、各場合において、250μm〜5μmの匹敵する範囲内の平均粒径を持ち、ここで該砥粒の平均粒径対該中空体の平均粒径の比は、2:1〜1:2なる範囲にあることが好ましい。本発明による該凝集塊砥粒の有利な一態様では、該中空体の平均粒径が、夫々該砥粒の平均粒径よりも大きいか、あるいはこれに等しいことを認めている。
【００１５】
上記砥粒の体積百分率またはその数対上記中空体の体積割合またはその数の比は、上記凝集塊砥粒の強度に関する本質的なファクタである。用途に応じて、該凝集塊砥粒は、この比の簡単な変更によって、各意図された目的に適合させることができ、それにより該凝集塊砥粒中の該砥粒の体積百分率対該中空体の体積百分率の比は、好ましくは6:1〜2:1なる範囲にある。該中空体の平均粒径が、好ましくは夫々該砥粒の平均粒径よりも大きいか、あるいはこれに等しいという事実のために、結果として本発明による該凝集塊砥粒の好ましい一態様は、数値的見地から、中空体よりも多くの砥粒が該凝集塊砥粒中に存在することを認めている。
上記開放気孔率の変更並びに調節に係る上記の可能性に加えて、上記結合マトリックスを変更することにより、更に上記凝集塊砥粒の特徴を変えることが可能である。有利な一態様において、該結合マトリックスは、従って該結合剤の全質量を基準として、凡そ20質量％〜60質量％なる範囲のリン酸塩を含む。更に、該結合剤は、約2質量％〜約15質量％なる範囲の、0.35μmなる平均粒度を持つ微細粒子を含むことができる。この場合において、コランダム、溶融コランダム、焼結コランダム、アルミナジルコニア、炭化ケイ素、炭化ホウ素、立方晶窒化ホウ素、ダイアモンドおよび/またはこれらの混合物からなる群を由来とする、微細粒度を使用することが、特に有利であることが明らかになった。特に、該結合マトリックスが、該微細粒子により交換されることになっているという事実のために、各使用された砥粒に等価な、微細な粒度を使用する必要はない。従って、微細粒子として、市場で大量に、安価に入手できる、溶融コランダムの使用が適切である。
【００１６】
上に列挙した成分に加えて、上記バインダは、付随的にフィラーおよび/または研削助剤を含むことができ、その目的に対して、公知のフィラーおよび研磨助剤、特に、以下の元素:ナトリウム、ケイ素、カリウム、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、マンガン、銅、亜鉛、鉄、チタン、アンチモン、および/またはスズを含む群から選択される、スルフィド、ホスフェート、カーボネートおよび/またはハライド、および/またはスルフィド-、ホスフェート-、カーボネート-、および/またはハライド-含有錯化合物からなる群を由来とする、上記公知のフィラーおよび研磨助剤が使用される。
本発明による凝集塊砥粒は、好ましくは0.05〜3mmなる範囲の平均径を持ち、一方において該凝集塊砥粒内で相互に結合している個々の該砥粒の平均粒度は、好ましくは30μm〜200μmなる範囲にある。
本発明の主題は、また凝集塊砥粒の製造方法にあり、該凝集塊砥粒は、5体積％〜40体積％なる範囲の開放気孔率、5体積％〜40体積％なる範囲の密閉気孔率および50体積％未満の全有孔度を持つ。この目的に対して、コランダム、溶融コランダム、焼結コランダム、アルミナジルコニア、炭化ケイ素、炭化ホウ素、立方晶窒化ホウ素、ダイアモンドおよび/またはこれらの混合物からなる群から選択される、個々の砥粒および密閉気孔率を該凝集塊砥粒に与える中空体の混合物が、1:2〜1:20なる範囲のモル比Al2O3:SiO2を持つ、アルミノシリケートおよびアルカリシリケートをベースとする結合マトリックスに組み込まれている。この方法は以下の諸工程を含む：
【００１７】
・砥粒および中空体を、アルミノシリケート、アルカリシリケートおよび水の結合剤と混合する工程;
・このようにして得た凝集塊砥粒の未加工体を、80℃〜150℃なる範囲の温度にて乾燥する工程;
・乾燥された凝集塊砥粒の未加工体を、規定されたグリットサイズに分級する工程;および
・分級された凝集塊砥粒を、500℃以下の温度にて硬化する工程。
上記凝集塊砥粒の分級は、好ましくはFEPA標準[フェデレーションオブユーロピアンプロセデュアーズオブアブレーシブズ(Federation of European Producers of Abrasives)]に従って行われる。
【実施例】
【００１８】
以下において、本発明を、実施例により付随的に更に詳しく説明する。
実施例1(比較例)
本比較例の製造のために、3kgの砥粒(ZK40 P180、トライバッチャーシュライフミッテル(Treibacher Schleifmittel)製)と、25gのメタカオリン(オパシライト(OPACILITE)、イマーリス(Imerys)製)、および333gのコランダムマイクロ粒子(ESK P1400F、トライバッチャーシュライフミッテル製)とを、強力ミキサ(R01型、エリッヒ(Eirich)製)内で、向流式にて5分間混合した。該顆粒製造用の混合物の一部を、引続き200rpmにておよびステージ8〜9に相当する勾配にて回転している造粒テーブル(TR04型、エリッヒ(EIRICH)製)上に配置し、これにより希薄ケイ酸ナトリウム溶液(30％)を噴霧した。連続して粒子混合物およびケイ酸ナトリウムを添加しつつ、生成される粒子を、重力作用により皿造粒器の端部に搬送し、集めた。全体として500gのケイ酸ナトリウム溶液を添加した。このようにして得た上記凝集塊砥粒の未加工物を分級したが、ここでは1180μm〜850μmなる範囲の画分が分離され、該画分は、引続き再循環空気を用いた乾燥チャンバー内で、125℃にて1時間乾燥され、次いでロータリーキルン内で450℃にて焼成された。
【００１９】
実施例2〜5
実施例2〜5の製造は、実施例1と同様にして行った。しかし、これら実施例では、上記砥粒の10体積％を、各場合において連続的に、80μmなる平均粒径を持つ酸化ケイ素および酸化アルミニウム(e-球(e-spheres)、エルブスレー(Erbsloh))を主成分とする中空体によって置換えた。300gの砥粒(ZK40 P180)を、各場合において34.5gのe-球により置換した。
実施例7〜9
サンプルの製造は、実施例4と同様にして行った。しかし、これら実施例においては、開気孔割当て分を、様々な量のバインダによって変更した。その結果として、僅かに250mLの希薄ケイ酸ナトリウム溶液を、バインダとしての、12.5gのメタカオリンおよび166.5gのコランダム微細粒子と共に、実施例7において使用した。また結果として、夫々750mLまたは1,000mLの希薄ケイ酸ナトリウム溶液を、夫々37.5または50gのメタカオリンおよび夫々499.5gまたは666gのESK P1400Fと共に、夫々実施例8または9において使用した。
実施例10〜11
凝集塊砥粒の製造を、実施例4と同様にして行った。しかし、ここではより低い平均粒径を持つ中空体を実施例10において使用し、またより大きな平均粒径を持つ中空体を実施例11において使用し、一方で依然としてアルミナジルコニアZK 40 P 180を、個々の砥粒として使用した。
【００２０】
研削テスト
バルカンファイバーディスク(これを用いて、径20mmを持つスチール1.4301(X5CrNi18-10；V2A)の棒を研磨した)を、約1mmという平均粒度を持つ凝集塊砥粒から製造した。ここで、該砥粒は、上述の実施例1〜11に従って製造した。研削は、30秒間という5つの研削間隔で、各場合において30m/秒なるホイール(砥石)速度、2,700なるrpmにて、また20Nなる接触圧にて行われた。該材料の除去に加えて、該粒子の磨耗をも測定し、これからG-比を算出した。更に、その表面を光学的に評価したが、そこでは、極めて良好=完全に均一な表面；良好=僅かな不規則性を含む均質な表面；普通=明確に肉眼視可能な不規則性を含む実質上均質な表面；および不良=不均質な表面の間で弁別した。
上記実施例1〜11に係る組成および幾つかの物理的なデータを、以下の表1にまとめた。
【００２１】
【表１】
0005938110.tif 000002
注：上記開気孔の体積百分率は、水銀ポロシメトリーによって測定した。次いで、測定されたこれらの値に基いて、上記砥粒、上記バインダマトリックスおよび上記中空体の体積百分率を、上記使用量に対して算出した。そのために、該砥粒並びに該バインダマトリックスに対して使用した上記微細粒子に対して、4.0g/cm3なる比重を仮定し、2.4g/cm3なる比重を、珪質バインダ(メタカオリンおよびケイ酸ナトリウム)に対して仮定し、また0.46g/cm3なる比重を、ガラス製の中空球に対して想定した。
【００２２】
上記研削テストの結果を、以下の表2にまとめた。
【００２３】
【表２】
0005938110.tif 000003
【００２４】
如何なる中空体をも含まない比較例1に基いて、実施例1〜6において、個々の砥粒の一部を次々と中空体によって置き換えた。10体積％の該砥粒を、中空体で置換えることにより(実施例2)、既に上記G-比(除去されたおよび磨滅した材料の比率)のかなりの改善を確認することができ、ここでは特に表面品質も著しく改善される。該凝集塊砥粒の破壊強さが、個々の砥粒を中空体で更に置換することにより、低下した場合においてさえ、これは該研削テストに関して負の作用を持つことがない。というのは、高い除去率に反映されているように、該凝集塊砥粒の切削能力が、高められるからである。同時に、該凝集塊砥粒の破壊強さは、依然として該砥粒の磨滅を限界内に維持するのに十分に高く、結果として高いG-比が得られる。最良の結果は、約30体積％の個々の砥粒を、中空体で置換えた場合に実現される(実施例4)。該砥粒の夫々約40体積％または約50体積％が各場合において中空体により置換えられている、実施例5および6における如く、より高い割当て分の中空体は、該凝集塊砥粒の不安定化に導き、結果として、依然として極めて良好な除去率を持ちつつ、高い粒子の磨滅が、低いG-比へと導き、ここではしかしながら優れた工作物表面品質が、特に多量の中空体を含む実施例について常に観測できる。
【００２５】
上記開気孔対閉気孔の比は、実施例7〜9において変化させた。実施例7における該開放気孔率の増加は、破壊強さの著しい低下およびその結果起こる高い粒子の磨滅および実施例4と比較して低下されたG-比へと導く。しかし、実施例8および9における該開放気孔率の低下が、破壊強さの増加をもたらしたとしても、研削結果に正の効果を持つことはない。というのは、該凝集塊砥粒のこの高い破壊強さにも拘らず、高い粒子の磨滅が確認され得るからである。この高い粒子の磨滅は、恐らく、より低い開放気孔率を持つ該凝集塊砥粒の該研磨剤への結合が最早最適ではないという事実によって引き起こされ、それによって該凝集塊砥粒全体の該結合からの離脱が可能となり、これは、該凝集塊砥粒の上記高い破壊強さのためにより一層有利なものとなる。該開放気孔率と該研磨剤への結合との間の相関関係は、該凝集塊砥粒の結合の際の該開気孔への液状結合剤の侵入、およびその結果としての該凝集塊砥粒の該研磨剤内での係留、定着の可能性から起こる。
上記中空体の粒度は、実施例10および11において変更され、それにより該中空体の粒度が上記砥粒の粒度にほぼ対応する場合には、最良の結果が得られたものと要約することができる。特に良好な結果は、該中空体の平均の粒度が、該砥粒の平均粒度よりも僅かに大きい場合に得られた。
これに関連して、上述の原理および本発明による上記凝集塊砥粒の有利な態様が、それほど高くない圧力を使用して、穏やかに処理すべき材料を使用する場合には、特に表面の機械加工に当てはまることを再度指摘しておくべきである。更なるテストの主題である他の原理は、恐らく他の材料および他の研削条件に対して当て嵌まるであろう。
【００２６】
実施例12〜17
実施例12〜17の製造は、実施例1〜6に記載の如く実施したが、ここでは、グリットサイズP320を持つやや脆い酸化アルミニウムFRPLを、個々の砥粒として、グリットサイズP180を持つ上記アルミナジルコニアZK40の代わりに使用した。従って、該中空体の粒度を適合させたが、ここでは、80μmなる平均系を持つ酸化ケイ素および酸化アルミニウムを主成分とする上記中空体に代わる、平均径55μmを持つ酸化ケイ素を主成分とする、識別標識「Q-セル(Q-cel) 5070」(ポッターズ、バロチニ(Potters, Ballotini)GmbH)を持つ中空体を、今回は上記やや脆い酸化アルミニウムと混合した。その他の条件は維持された。
【００２７】
比較例12を製造するために、3kgの砥粒(FRPL P320、トライバッチャーシュライフミッテル(Treibacher Schleifmittel)製)、25gのメタカオリン(オパシライト(OPACILITE)、イマーリス(Imerys)製)、および333gのコランダムマイクログリット(ESK P1400F)の混合物を強力ミキサ(R01型、エリッヒ(Eirich)製)内で向流式にて5分間混合した。顆粒製造用の該混合物の一部を、引続き200rpmにておよびステージ8〜9に相当する勾配にて回転している造粒テーブル(PR04型、エリッヒ(EIRICH)製)上に配置し、これにより希薄ケイ酸ナトリウム溶液(30％)を噴霧した。連続して粒子混合物およびケイ酸ナトリウムを添加しつつ、生成される粒子を、重力作用により皿造粒器の端部に搬送し、集めた。全体として500gのケイ酸ナトリウム溶液を添加した。このようにして得た上記凝集塊砥粒の未加工物を分級したが、ここでは1180μm〜850μmなる範囲の画分が分離され、該画分は、引続き再循環空気を用いた乾燥チャンバー内で、125℃にて1時間乾燥され、次いでロータリーキルン内で450℃にて焼成された。
実施例13〜17に対して、上記砥粒の10体積％を、順次連続的に10体積％の、平均径55μmを持つ中空球により置換えた。
【００２８】
実施例18〜20
実施例18〜20の製造は、実施例15におけるようにして行ったが、ここでは開気孔の割当て分を、様々な量のバインダにより変更した。そのため12.5gのメタカオリンおよび166.5gのESK P1400Fと共に、僅かに250mLの希薄ケイ酸ナトリウム溶液を、実施例18に対するバインダとして使用した。夫々750mLまたは1,000mLのケイ酸ナトリウム溶液を、夫々37.5gまたは50gのメタカオリンおよび夫々399.5gまたは666gのESK P1400Fと共に、実施例19および20の各場合において使用した。
実施例21および22
凝集塊砥粒の製造を、実施例15と同様にして行ったが、ここではより小さな平均粒子径(30μm)を持つ中空体を、実施例21において使用し、またより大きな平均粒子径(80μm)を持つ中空体を、実施例22において使用し、一方やや脆い酸化アルミニウムFRPL P320を、依然として個々の砥粒として使用した。
【００２９】
研削テスト
バルカンファイバーホイール(これを用いて、径20mmを持つスチール1.4301(X5CrNi18-10；V2A)の棒を研磨した)を、約1mmという平均粒度を持つ凝集塊砥粒から製造した。ここで、該砥粒は、上述の実施例12〜22に従って製造した。その結果、研削は、30秒間という5つの研削間隔で、各場合において30m/秒なるホイール(砥石)速度、3,700なるrpmにて、また30Nなる接触圧にて行われた。該材料の除去に加えて、該粒子の磨耗をも測定し、これからG-比を算出した。更に、その表面を光学的に評価したが、そこでは、極めて良好=完全に均一な表面；良好=僅かな不規則性を含む均質な表面；普通=明確に肉眼視可能な不規則性を含む実質上均質な表面；および不良=不均質な表面の間で弁別した。
【００３０】
【表３】
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【００３１】
実施例12〜22に従って得た凝集塊砥粒の組成および幾つかの物理的データ、例えば破壊強さおよび嵩密度を、表3にまとめた。砥粒、バインダおよび中空体の体積百分率は、表1において提示された実施例の場合における如く、測定された開気孔を基にして算出した。
上記研削テストの結果を、以下の表4にまとめる。
【００３２】
【表４】
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【００３３】
実施例12〜22は、実施例1〜11と同様なモデルに従って設定された。より粗い砥粒で作られた上記凝集塊砥粒の場合において既に見出されている原理を確認することができた。このようにして、最良の結果は、約30体積％の該個々の砥粒が中空体によって置換えられている場合における(実施例15)、凝集塊砥粒を使用して得られた。また、有利には中空体および砥粒が同一の粒度を持つべきであることが、より微細な砥粒で作られた凝集塊砥粒について確認された。このことは、実施例21および22と、実施例15とを比較することによって理解される。
【図１】
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