DE2227642C3

DE2227642C3 - Schleifmaterial, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung

Info

Publication number: DE2227642C3
Application number: DE2227642A
Authority: DE
Inventors: George Robert Chippawa Ontario Watson
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1971-06-03
Filing date: 1972-06-02
Publication date: 1982-08-19
Also published as: FR2141730B1; ES403409A1; CA959276A; BR7203589D0; AR192788A1; SE374341B; DE2227642A1; AU4275472A; GB1392618A; DE2227642B2; IT959033B; FR2141730A1; ZA723532B; JPS5013989B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Schleifmaterial, bestehend aus aus annähernd eutektischem Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid-Gemisch gebildeten Körnern, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Schleifmaterials. Durch die Erfindung sollen verschmolzene, legierungsartige Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid-Schleifmaterialien verbessert werden, die seit etwa 1960 technische Anwendung finden.

In der US-Patentschrift 31 81 939 wird die schnelle Kristallisation von Schmelzen aus Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid vorgeschlagen, die 10 bis 60 Gew.-°/o Zirkoniumdioxid enthalten. Für die eutektische Zusammensetzung werden 41% Zirkoniumdioxid (Gewichtsprozent) angegeben (Schmid und Viechniki, Journal of Materials Science 5 (1970) S. 470-473); sie kann etwas variieren infolge Verunreinigungen. Der korrekte Wert sollte bei etwa 43% Zirkoniumdioxid zu suchen sein. Die Patentschrift lehrt das schnelle Abkühlen von Schmelzen durch Eingießen in Gußformen einer Kapazität von 22,68 bis 136,1 kg. Das verfestigte Produkt wird zerkleinert, um Schleifkörner zu erhalten, die sich für Grobschleifanwendungen geeignet erwiesen, wenn sie in harzhaltigen Schleifscheiben gebunden waren.
Bis zum Zeitpunkt der vorliegenden Erfindung hatte man gefunden, daß die Herabsetzung der Kristallgröße der primären Aluminiumoxid-Kristalle auf die Größenordnung von 50 Mikron durch schnelleres Abkühlen zu einem verbesserten Schleifmaterial für Anwendungen führt, bei welchen sich die Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid-Legierungsschleifmaterialien als brauchbar erwiesen hatte, d. h. bei Schleifanwendungen unter hohem Druck und schwerer Beanspruchung. Das Schleifmaterial erwies sich als nicht geeignet für Präzisions- oder Halbpräzisions- oder andere Anwendungen mit geringer Beanspruchung.

In der GB-PS 9 55 887 wird ein Schleifmaterial aus einem eutektischen Gemisch aus Aluminiumoxid und Zirkoniumoxid derart hergestellt, daß die Mischung im geschmolzenen Zustand schnell abgekühlt wird, so daß Kristalle im Größenbereich von 50 bis 150 Mikron entstehen. In dieser Patentschrift wird zum damaligen Stand der Technik weiter ausgeführt, daß ein schnelles Abkühlen der Schmelze durch Eingießen der Schmelze in Eisengußformen erfolgt.

Schleifkörner gemäß der US-Patentschrift 31 81 939, jedoch abgekühlt, um Aluminiumoxid-Kristalle von 50 Mikron oder weniger herzustellen, können in überzogenen Schleifmaterialien verwendet werden, wo verhältnismäßig hohe Drucke zur starken Materialentfernung beim Schleifen von Metallen verwendet werden. Für solche Spezialanwendungen bedeutet das Schleifmaterial eine Verbesserung gegenüber den Standardschleifmaterialien der Technik. Unter weniger scharfen Schleifbedingungen, wie sie beim Präzisions- und Halbpräzisionsschleifen verwendet werden, benutzte jedoch die Technik bis zur Entdeckung der vorliegenden Erfindung im wesentlichen monokristalline Aluminiumoxid- oder Siliziumcarbid-Schleifmaterialien, die das beste Betriebsverhalten zeigten; Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid-Schleifmaterial der Legierungstype sind nicht verwendet worden.

Beim Versuch, eine noch feinere MikroStruktur im Schleifmaterial durch noch schnelleres Abkühlen zu erhalten, wurde das erfindungsgemäße Schleifmaterial

so gefunden. Gemäß dem Trend früherer Resultate, nach welchen schnelleres Abkühlen zu zäheren Schleifmaterialien führte, die brauchbarer als die weniger schnell abgekühlten Materialien bei Grobanwendungen mit starker Beanspruchung sind, war zu erwarten, daß die am schnellsten abgekühlten Materialien diesem Trend folgen würden. Völlig unerwartet wurde jedoch gefunden, daß, wenn das neue erfindungsgemäße Schleifmaterial nahe der eutektischen Zusammensetzung liegt, es bei Anwendungen mit geringer Beanspruchung und anderen Anwendungen brauchbar ist, für welche die Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid-Schleifmaterialien der Technik ungeeignet waren.

Das Schleifmaterial, bestehend aus aus annähernd eutektischem Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxidgemisch gebildeten Körnern ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß dieses Gemisch 35 bis 50 Gew.-% Zirkoniumdioxid enthält und mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit abgekühlt ist, so daß in dem sich

ergebenden Schleifmaterial das Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid in eutektischen Inseln vorliegt, wobei diese eutektischen Inseln Zirkcniumdioxid in mikrokristalliner orientierter Stäbchenform enthalten, worin der mittlere Durchmesser der Stäbchen nicht größer als s 2000 A und der kleinste Durchmesser 100 A ist, und daß mindestens 25 Gew.-% des Zirkoniumdioxids in der tetragonalen Kristallform vorliegt

Das Verfahren zur Herstellung des Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid-Schleifmaterials durch Verschmelzen eines eutektischen Gemisches aus Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid und rasches Abkühlen ist dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene eutektische Gemisch durch Eingießen zwischen Metallplatten, die voneinander 0,95 bis 0,16 cm Abstand haben, eingegos- is sen und damit abgekühlt wird.

Zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Variationen der Abkühlgeschwindigkeiten und der erfindungsgemäßen Zusammensetzungsgrenzen haben gezeigt, daß Gemische aus Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid nahe dem eutektischen Gemisch die neu gefundenen Eigenschaften nur dann zeigen, wenn sie mit einer solchen Geschwindigkeit verfestigt worden sind, daß ein bedeutender Anteil des Zirkoniumdioxids 2s in der tetragonalen Kristallform vorliegt und der mittlere mikrokristalline Durchmesser der Zirkoniumdioxid-Stäbchen, die im Material zugegen sind, 1000 A-Einheiten beträgt oder feiner ist.

Bis zur vorliegenden Erfindung war die Existenz der tetragonalen Form von Zirkoniumdioxid bei Raumtemperatur unbekannt, ausgenommen, wenn es in Pulverform durch Nichtschmelztechniken in einer Kristallgröße von 100 bis 300 Α-Einheiten gebildet oder durch Plasmasprühung nichtaluminiumoxidhaltiger Massen oder von Aluminiumoxjd-Zirkoniumdioxid-Gemischen, die mehr als 60 Molprozent (63 Gew.-%) Zirkoniumdioxid enthalten, hergestellt wurde, wie durch A. Dietzel in »Berichte der Deutschen Keramischen Gesellschaft e.V.« 3. März 1965, Seiten 61 bis 102, mitgeteilt wurde.

Somit wurde gefunden, daß durch Modifizieren der Abkühlbedingungen für diese Schleifmaterialien und durch Verwendung einer Masse aus Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid nahe der eutektischen Zusammensetzung eine völlig neue Klasse von Schleifmitteln hergestellt werden kann, die für Anwendungen unter geringem oder mäßigem Druck anwendbar sind, was zuvor als außerhalb des Anwendungsbereichs der Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid-Schleifmittel liegend, sowohl in überzogenen Schleifmaterialien als auch in gebundenen Schleifmaterialien, angesehen wurde.

Aluminiumoxid- und Zirkoniumdioxidstoffe können in einem elektrischen Lichtbogenofen verschmolzen werden, um eine Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid-Schmelze zu erhalten, die 35 bis 50 Gew.-% Zirkoniumdioxid bei Gesamtverunreinigungen allgemein nicht über 3%, ausgenommen Titandioxid in fester Lösung mit Aluminiumoxid und bei 0,1% oder darunter im Falle von Soda, enthalten. Es können verschiedene Rohmaterialien verwendet werden, welche nach dem Verschmelzen, eine Reinigung, die während der Ofenbehandlung stattfindet, eingeschlossen, zu der gewünschten Masse führen. Siliziumdioxid und Titandioxid können ebenfalls in kleinen Mengen zugegen sein. Siliziumdioxid sollte so wenig wie möglich, auf jeden Fall unter 1%, im Produkt zugegen sein. Titandioxid ist weniger störend als Siliziumdioxid, und in einigen Fällen kann es absichtlich enthalten sein, um gleichwertige Schleifmaterialien zu erhalten oder erwünschte Wirkungen hervorzubringen. Es kann in fester Lösung bis zu 4%, ohne zu stören, anwesend sein, in diesem Falle es nicht als Verunreinigung betrachtet wird. Hafniumdioxid wird in Mengen, die in der Natur in Zirkor.iumdioxidmaterialien vorliegen, nicht als Verunreinigung angesehen.

MgO und CaO kann in dem Schleifmaterial entweder als Verunreinigung, zusammen mit den speziellen Materiaiien des verwendeten Zirkoniuradioxids und Aluminiumdioxids, zugegen sein oder absichtlich zugegeben werden. CaO tritt, wenn es in Konzentrationen unter 2% anwesend ist, in der Grenzphase, den Zwischenzellgrenzbereichen, auf. Bei Mengen über 0,5% beeinflußt es die physikalische Natur des Schleifkorns, indem die Brucheigenschaften des Korns modifiziert werden. Für einige Anwendungen ist die Anwesenheit von CaO bis zu 2% erwünscht. Bei MgO in Mengen über 4% wird praktisch alles Aluminiumoxid in dem Produkt in Magnesium-Mangelspinell überführt und liegt außerhalb des Erfindungsziefes.

Bei einem solchen Mangelspinell sind nicht alle kationischen Stellen der idealen Spinellstniktur besetzt, sondern ein Teil dieser Stellen bleibt leer, und die sich ergebenden Fehlstellen werden durch Kationen höherer Valenz an anderen Stellen kompensiert.

Bezüglich der Zugabe von Kalk ist zu veirmerken, daß z. B., während bei der Inbetriebnahme eines 1,82% Kalk (in den Zwischenzellgrenzen) enthaltenden Schleifmaterials beim Schleifen eines Flußstahls keine besseren Ergebnisse als mit den besten verfügbaren Standardmassen erzielt wurden, dieses beim Schleifen von Werkzeugdrehstahl bedeutend besser war, angegeben in Volumenmenge an entferntem Metall je Volumeneinheit Schleifscheibenverschleiß.

Das geschmolzene Aluminiumoxid-Zirkoniumdipxid wird dann mit hoher Geschwindigkeit verfestigt. Das sehr schnell abgekühlte Produkt ist dadurch ausgezeichnet, daß es aus orientierten eutektischen Inseln aus Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid-Eutektikiun aufgebaut ist, worin das Zirkoniumdioxid in Form von Stäbchen mit einem mittleren Durchmesser gut unterhalb 2000 A vorliegt, und die Zirkoniumdioxid-Stäbchen von einer Aluminiumoxid-Matrix umgeben sind. Eine bevorzugte Masse ist eine Masse (z. B. 40% Ζ1Ό2), in welcher das primäre Aluminiumoxid zuerst als Impfkristall kristallisiert für die eutektische Kristallisation, deren Orientierung durch die Orientierung des Aluminiumoxid-Impfkristalls geregelt wird. Die eutektische Kristallisation ist eine Simultankristallisation des Aluminiumoxids und orientierter Stäbchen des Zirkoniumdioxids. Im Eutektikum ist das Zirkoniumdioxid von Aluminiumoxid im eutektischen Verhältnis umgeben. Das kombinierte Impfkristall- und eutektische orientierte Gemisch wird zu einer Einzelzelle oder einer eutektischen Insel, an der die trigonale Ausrichtung des Impfkristalls sichtbar werden kann. Die eutektischen Inseln haben Dimensionen bis zu 60 Mikron, bezeichnend sind 5 bis 60 Mikron, bei einem typischen mittleren Durchmesser von 40 Mikron, wenn in Dünnschnitten oder Polierschnitten betrachtet wird, und sie sind gewöhnlich in Granulatformationen gruppiert, die aus einer Anzahl benachbarter, ähnlich orientierter, verlängerter, dendritischer eutektischer Inseln bestehen, deren Längsachsen allgemein senkrecht zur Oberfläche der eutektischen Inseln stehen. Die Kristaillform des Zirkoniumdioxids in solchen Produkten ist insofern einzig, als etwa 25% oder mehr des Zirkoniumdioxids in

hi der tetragonalen Kristallform vorliegt, die gewöhnlich

f j nur bei Temperaturen oberhalb 1000⁰C stabil ist

Nach dem Abkühlen wird das Material zerkleinert ς und gesiebt, um die gewünschten Korngrößen zu

erhalten. Das Grobzerkleinern zu Anfang kann mittels Einspannklemmen oder Schlagvonichtung, wie sie in ^f"i der Industrie üblich sind, geschehen. Die Benutzung des

Schlagzerkleinerns zur Herstellung der gewünschten Korngröße kann angewendet werden und mag erwünscht sein, um schwache Stellen im Material zu eliminieren. Das Walzbrechen mag erwünscht sein, um zerreibbarere längliche Teilchen, wie zum Sieben durch Schlitzsiebe herzustellen, was von der gewünschten endgültigen Kornform abhängt Durch Kombination dieser herkömmlichen Techniken kann ein geeignetes Schleifmittelkorn für spezielle Anwendungen geliefert werden.

ι Beim Schleifen unterscheidet sich das Material von

den Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid- und Aluminiumoxid-Schleifmaterialien der Technik in seiner FähigkeitSchnittkanten beizubehali-'n und ist darin zu unterscheiden von der größeren Tendenz, Abschliffflächen wie in den langsamer abgekühlten oder zusammensetzungsmäßig unterschiedlichen Materialien der Technik zu bilden, wenn man diese bei Präzisions- oder Halbpräzisionsanwendungen, wie dem spitzenlosen Schleifen, beweglichen Schleifen, Gewindeschleifen, Rollschleifen, Auskehlen und bei überzogenen Schleifmittel-Anwendungen einsetzt

In der MikroStruktur ist das neue Schleifmaterial so zu kennzeichnen, daß es aus autektischen Inseln in ' Mikron-Größenordnung, bis zu 60 Mikron bei wahllos

'■/'. geschnittenem Durchmesser (wie einem Polierschnitt)

oder einem Dünnschnitt) aufgebaut ist, die aus (in bezug ■;·. auf sich selbst und das Aluminiumoxid) orientierten,

stäbchenförmigen Kristallen aus Zirkoniumdioxid be- :..'■; stehen, welche von einer Matrix aus Aluminiumoxid

i'■■■; umgeben sind, wobei das Verhältnis von Aluminiumoxid

,'■, das der eutektischen Zusammensetzung — d. h. 41 bis 43

Gew.-% Zirkoniumdioxid — ist Wenn ein Insgesamt-Überschuß an Aluminiumoxid in der Masse vorliegen kann, ist eine Y-förmige Musterung auf der Oberfläche der eutektischen Inseln zu sehen, die den Ablauf des Zellwachstums wiedergibt. Die Zirkoniumdioxid-Stäbchen liegen in ihrer durchschnittlichen Größe weit unterhalb etwa 2000 A im Durchmesser, obgleich einige größere Stäbchen vorhanden sein können, was von der Lage während des Abkühlens abhängt. Die Stäbchen erstrecken sich allgemein in parallelen Gruppen, normal zu den Flächen der eutektischen Insel vom Zentrum aus. Das heißt, die Stäbchen wachsen senkrecht zu den Grenzflächen der eutektischen Insel oder einer Zelle. Folglich scheint sich die Stäbchen-Orientierung zu ändern von praktisch senkrecht zur Schnittebene, im Zentrum der eutektischen Insel zu nahezu parallel zur Schnittebene, in der Nähe der Grenzflächen, bei einem Idealschnitt, der parallel zur Abschreckoberfläche, jedoch im Abstand davon vorgenommen wird.

Eine andere zu beobachtende Eigenschaft des Schleifmaterials der Erfindung ist die Assoziation von Gruppen aus den eutektischen Inseln mit identischer Orientierung.

Solche Gruppen von eutektischen Inseln werden gemäß der Terminologie der Metallurgen als Körner bezeichnet. Solche Körner enthalten bezeichnend 2 bis oj 100 oder mehr eutektische Inseln. Analysen der Elektronenmikroprobe zeigen, daß der größte Teil der Verunreinigungen (95% oder mehr) in diesen Grenzgebieten zwischen eutektischen Inseln und zwischen Körnern auftritt Das Material der Grenzen besteh» aus den Verunreinigungen in glasiger und kristalliner Form und kann elementare Metalle und Kombinationen der Metalle mit Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff enthalten. Aluminium und Zirkonium werden ebenfalls in kombinierten Formen in den Grenzphasen angetroffen. Die eutektischen Inseln sind im wesentlichen Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid, welche ΤΊΟ2 oder anderes Material in fester Lösung enthalten können, ohne daß deren Härte oder Festigkeit entgegengesetzt beeinträchtigt wird.

Schleifmaterialkörner, die vom Zerkleinern des verfestigten Schleifmaterials stammen, enthalten eine Vielzahl von eutektischen Inseln oder Zellen und können, was von ihrer Größe abhängt, eine Vielzahl von Körnern enthalten. Brauchbare technische Korngrößen liegen im Bereich von etwa 6 bis 180, definiert durch die übliche Grit-Größe.

Die parallele Orientierung der verbundenen eutektischen Inseln und Körner, worauf voranstehend Bezug genommen wurde, spiegelt sich in den einzigartigen Brucheigenschaften des Materials dieser Erfindung wieder, welches besonders geeignet zur Verwendung in überzogenen Schleifmaterialien ist, wie den beim Verfahren des Beispiels 1 hergestellten. Ein solcher Bruch, dessen Hauptteil entlang der Grenzbereiche der eutektischen Inseln und der Körper erfolgt, führt zu gestreiften oder stengelartigen Flächen entlang der Bruchebene parallel zur Längsachse der eutektischen Inseln, und zu einer gestuften Fläche für Brüche senkrecht zur Achse der eutektischen Inseln. Die durch den Schnitt aus zwei Bruchebenen definierten Kanten sind unterbrochen bzw. diskontinuierlich, gezackt und scharf. Bei einigen Brüchen ist in der Stengelstruktur eine gezackte und irreguläre Struktur erkennbar, die sich offenbar aus geringfügigen Verschiebungen von eutektischen Inseln in angrenzenden Körnern ergeben hat.

Für die Zwecke dieser Anmeldung wird die oben beschriebene Art von Bruch, die von einem Korn gezeigt wird, welches besonders geeignet für überzogene Schleifmaterialien ist, hier als »pseudo-hackly« bezeichnet, um von dem Begriff »hackly« zu unterscheiden, wie er von Mineralogen zur Beschreibung eines etwas anderen Bruchs verwendet wird, der von ■Mineralien (Einkristall- oder manchmal polykristallin Verbindungen oder Elemente) gezeigt wird zum Unterschied von den Komposit-(eutektischen), feinkristalünen Schleifmaterialien dieser Erfindung. Wenn ein großer Teil der größenmäßig sortierten Schleifkörner in einem gegebenen Materialstock dieser Erfindung den oben beschrienenen »pseudo-hackly«-Bruch zeigt, ist das Schleifmaterial besonders geeignet für überzogene Schleifmaterialien. Tis wurde auch beobachtet, daß bei dem Schleifmaterial, das in Gußsätzen von mehreren hundert kg hergestellt wird, das Material normalerweise nicht ganz homogen ist und Körner, welche die Anwesenheit von primären (nicht-eutektischen) Aluminiumoxid-Kristallen zeigen, Körner, welche primäre Zirkoniumdioxid- Kristall«; zeigen, und Körner enthalten kann, welche im wesentlichen nur-eutektisch sind, ohne Anzeichen für primäre Kristalle. Material, welches 50% oder mehr der nur-eutektischen Körner enthält, wenn es zu Schleifkorngrößen gebrochen worden ist, ist besonders bevorzugt für überzogene Schleifmaterialien.

Das Schleifkorn dieser Erfii.dung ist, wenn die Schmelzbedingungen reduzierende sind, so daß Reduk-

25

tionsprodukte wie Carbide, Suboxide oder Metalleinla- CaO

gerungen in dem abgekühlten Produkt zugegen sind, MgO

gegenüber Wärme empfindlich, und verlängertes ZrO₂

Heizen über 500^CC in sauerstoffhaltigen Atmosphären führt zum Brechen und Schwächen des Korns. Es tritt eine irreversible Verschlechterung der Schleifeigenschaften ein, was es zur Verwendung in gebundenen oder überzogenen Schleifmaterialien völlig ungeeignet macht. Dieser Wandel scheint in einer Änderung der Chemie des Grenzphasenmaterials zu bestehen und wird begleitet von einer Zunahme des Sauerstoffgehalts des Schleifmaterials. Bei der Herstellung von Schleifgegenständen aus einem solchen Korn ist es daher notwendig, obwohl ein Korn, das unter reduzierenden Bedingungen hergestellt wird, für überzogene Schleifmaterialien bevorzugt ist, verlängertes Erhitzen des Köms über 500° C in Gegenwart von Sauerstoff zu vermeiden, und das Erhitzen des Korns auf oder über 1250⁰C kann sogar in Abwesenheit von Sauerstoff unerwünscht sein.

Die störende Wirkung des verlängerten Erhitzens wird jedoch größtenteils eliminiert durch Nichtverwendung von Kohlenstoff oder durch Verwendung einer minimalen Menge Kohlenstoff während der Ofenbehandlung oder durch Einstellen oxidierender Bedingungen wie mittels Durchleiten von Luft oder Sauerstoff durch das geschmolzene Schleifmaterial vor dem Gießen. Bei solchen Produkten wurden 0,5% oder weniger Kohlenstoff gefunden.

Produkte, die solcher Art »oxidiert« oder unter minimalen reduzierenden Bedingungen hergestellt worden sind, haben sich jedoch für Anwendungen in überzogenem Schleifmaterial als weniger erwünscht erwiesen. Für Anwendungen in überzogenem Schleifmaterial sind die besten Ergebnisse erzielt worden, wo überschüssiger Kohlenstoff verwendet wurde, was ein dunkelgefärbtes Korn ergab, in welchem gewisse Reduktionsprodukte, wie Carbide, Nitride oder Metalle zugegen sind, wie sich nach visueller Prüfung zeigte.

Bequeme Verfahren zur Erreichung des schnellen Abkühlens, das zur Herstellung des verbesserten Schleifmaterials dieser Erfindung notwendig ist, bestehen in der Verwendung von Metallkugeln oder im Eingießen der Schmelze zwischen Metallplatten, wie unten beschrieben wird Luftabschreckung ist auch möglich durch Druckzerstäubung der geschmolzenen Schleifmaterialien zu kleinen Kügelchen mit einem Durchmesser der Größenordnung von 1000 Mikron und feiner in Luft Ein solches luftabgeschrecktes Schleifmaterial hat etwas unterschiedliche Eigenschaften gegen- über den gegossenen geschmolzenen Materialien und leidet nicht unter nachfolgendem Erhitzen in Sauerstoff in dem Maße, ^ie es die gegessenen Materialien zeigen.

Beispiel I

Ein Gemisch zum Schmelzen im elektrischen Lichtbogenofen wurde aus 60 Gewichtsteilen 90%igem Aluminiumoxid (AI2O3) mit 10% Zirkoniumdioxid, 44,25 Teilen Zirkonhimdioxid und 0,5 Teilen Anthrazitkohle eo zusammengestellt Das Zirkoniumdioxid enthielt 2 bis 3% Hafniumdioxid, 12 Teile der 44,25 Teile bestanden aus verschmolzenem Zirkonhimdioxid mit der folgenden Gewichtsanalyse:

65 0,24%

0,12% 84,2%

(Hafniumdioxid einbezogen)

die restlichen 32,25 Teile Zirkoniumdioxid hatten die folgende Gewichtsanalyse:

SiO₂	0,56%
Fe₂O₃	0,10%
TiO₂	0,26%
CaO	0,12%
MgO	0,03%
AI₂O₃	0,46%
ZrO₂	98,5%
	(Hafniurndioxid
	einbezogen)

10

15 Es wurde eine Schmelze in üblicher Weise in einem Lichtbogenofen hergestellt der zum Gießen des geschmolzenen Inhalts vorgesehen ist. Der Ofen besaß zwei Graphitelektroden und wurde mit 85 Volt und 175 kW betrieben.

Das Produkt wurde in eine mit 2,54 cm im Durchmesser großen Stahlkugeln gefüllte Gußeisen-Gußblockform gegossen. Insgesamt wurden 775 kg Material zu einer Gußserie gegossen. Die Durchschnittsanalyse des Produktes war:

Na₂O	0,04%
SiO₂	0,25%
Fe₂O₃	0,13%
TiO₂	0,16%
ZrO₂	40,07%
Al₂O₃	5935%
	(aus der Differenz)

SiO₂	0,14%
Fe₂O₃	0,24%
TiO₂

Die kleine Menge Hafniumdioxid ist von ZrO₂ umfaßt. Der maximale Stäbchendurchmesser des Zirkoniumdioxids im Eutektikum wurde nach Abfahren mit dem Elektronenmikroskop zu 2000 Ä gefunden, bei einem kleinsten Durchmesser von etwa 100 Ä, wobei die Stäbchen mit dem größeren Durchmesser nur in kleinen Mengen an den am langsamsten abgekühlten Teilen des Produkts anzutreffen waren (am weitesten von der kühlenden Kugeloberfläche entfernt).

Das Zirkoniumdioxid lag zu 31% in der tetragonalen, der Rest in der monoklinen Form vor, wie durch Ausmessen der Winkellage des Centroids der Pulver-Röntgenbeugungsaufnahme für den monoklinen Doppelpeak und den tetragonalen Peak bestimmt wurde; bei etwa 303° (2 thete) für der. tetragcnalen Peak and bei etwa 283° und 31,5° für das monokline Duplett, wenn Kupfer—K —Strahlung verwendet wird. Das Centroid des moniklin-tetragonalen Tripplets wird durch übliche mathematische Methoden bestimmt nachdem das Profil des Tripletts durch sorgfältiges Auszählen ermittelt wurde, wobei der wahrscheinliche Zählfehler in der Größenordnung von 2^% oder besser liegt Die Gewichtsprozent Tetragonalen können dann aus einer Eichkurve abgelesen werden, die auf folgenden Parametern basiert:

Fläche (integrierte Intensität) des monoklinen Dupletts A_n, = 72,73 willkürliche Einheiten, Fläche (integrierte Intensität) des tetragonalen Peaks A_x = 84,79 willkürliche Einheiten,

230233/Dffi

ίο

Lage des monoklinen Dupletts -fm,(gemessen unter 27,00°) = 2,500°,

Lage des tetragonalen, X₁, (gemessen unter 27,00°) = 3,266°.

Diese Parameter wurden aus bekannten Proben erhalten, die 100% tetragonale und 100% monokline Zirkoniumdioxidformen enthielten. Es ist verständlich, daß die speziellen Werte für Fläche und Lage der Peaks im Röntgenbild etwas variieren werden, je nach den instrumentellen Gegebenheiten und der Qualität der verwendeten Proben. Im Falle des tetragonalen Zirkoniumdioxids bestand die Probe aus 40% Zirkoniumdioxid und 60% Aluminiumoxid. Aus den Massenabsorptionskoeffizienten kann berechnet werden, daß die ts wirkliche Intensität des monoklinen Peaks in Anwesenheit von 60% Aluminiumoxid. 0.58mal der gemessenen integrierten Intensität entspricht, was einen tatsächlichen relativen Wert von 72,73 Einheiten ergibt.Eine Eichkurve kann erhalten werden, wo Λ3 die Winkeleinstellung (gemessen unter 27,00°) des Centroids und w der Gewichtsanteil des tetragonalen Zirkoniumdioxids ist, aus der folgenden Beziehung:

ρ _ α-w)A_mX_m+w A₁X₁

³ (i-w)A_m+wA, '

welche Xi zu einem gegebenen Wert w von 0 bis 1 in Beziehung setzt. Somit kann für jeden Wert X3, der aus einem gegebenen Röntgenbeugungsbild bestimmt wird, der entsprechende Wert w berechnet oder aus der Eichkurve abgelesen werden. Alle Werte für die Prozent tetragonal, die hier angegeben sind, wurden auf diese Weise erhalten. Es wurde gefunden, daß eine genügend schnelle Abkühlgeschwindigkeit, um mindestens 25% des Zirkoniumdioxids in der tetragonalen Form zu haben, notwendig ist, um die Schleifmaterialien dieser Erfindung herzuste'.len. Es wurde auch gefunden, daß die kristalline Form des Al₂Oj, bekannt als delta-Aluminiumoxid, in Proben enthalten ist, welche tetragonales Zirkoniumdioxid enthalten, wobei die Menge an delta-Aluminiumoxid zunimmt, wenn der Gehalt an tetragonalem Zirkoniumdioxid anwächst Bei luftabgeschrecktem Material, das 100% tetragonales Zirkoniumdioxid enthält, wurde gefunden, daß praktisch alles Aluminiumoxid in der delta-Form auftritt, wie durch Standard-Pulverröntgenbeugung ermittelt wurde.

Das Produkt aus Beispiel I wurde durch 50,8 cm χ 15,24 cm Einspannklemmen zum Zerkleinern geführt, um ein Produkt einer Größe von 1,27 cm und feiner zu erhalten. Das 1,27 cm Produkt wird dann weiter durch Walzen oder Schlagvorrichtungen zerkleinert um die gewünschten Korngrößen zur Verwendung in gebundenen oder überzogenen Schleifmaterialien zu liefern. Das Schleifmaterial bringt überlegene Ergebnisse bei Anwendungen mit mittlerer und leichter Beanspruchung.

Beispiel II

60

Es wurde ein dem Beispiel I ähnlicher Schmelzgang unter Verwendung eines Gemisches vorgenommen, das aus 60 Gewichtsteilen eines 90%-Aluminiumoxid-10%-Zirkomumdioxid-Materials und 42J5 Gewichtsteilen des Zirkoniumdioxidmaterials höherer Reinheit aus es Beispiel I hergestellt war. Drei Gußverfahren kamen zur Anwendimg: 525 kg des Produkts worden auf 234 cm im Durchmesser große Stahlkugeln gegossen, 93 kg auf 1,59 cm Stahlkugeln gegossen und 54,3 kg zwischen Stahlplatten gegossen, die 0,48 cm voneinander entfernt waren. Die Produktanalyse war:

Fe₂O₃

TiO₂

ZrO₂

Na₂O

AI₂O₃

0,18%

0,13%

0,13%
40,40%

0,05% 59,11% (aus der Differenz)

Ihre MikroStruktur und der Gehalt an tetragonalem Zirkoniumdioxid waren ähnlich denen für das auf 2,54-cm-Kugel gegossene Material in Beispiel I, aber die MikroStruktur war feiner und der Gehalt an tetragonalem Zirkoniumdioxid lag höher.

Das grobzerkleinerte Schleifmaterial wurde verwendet, um Test-Schleifscheiben herzustellen. Der Verbund in den Schleifscheiben bestand aus 75 Gew.-% gepulvertem zweistufigem Phenol-Formaldehyd-Harz und 25% Bariumsulfat-Füilstoff. Bei Herstellung der Schleifscheiben wurden die Schleifmaterialkörner mit einem einstufigen flüssigen Phenol-Formaldehyd-Harz benetzt und mit dem gepulverten Harz (welches 8 — 9% Hexamethylentetramin enthielt) und Füllstoff gemischt. Es wurden zwei Schleifscheibentypen hergestellt durch Kaltpressen in einer Form und herkömmliches Härten bei einer oberen Temperatur von 175° C; ein Typ enthielt 54% Schleifmaterial, 22% Verbund und 24% Poren und der andere enthielt 54% Schleifmaterial, 26% Verbund und 20% Poren (jeweils in Volumen-%). Eine ähnliche Serie von Schleifscheiben wurde unter Verwendung von verschmolzenem Standard-Aluminiumoxid zum Vergleich in Gießereirohschliffen bei Verwendung einer tragbaren Standardschleifmaschine hergestellt.

Der Test benutzte eine pneumatische Zylinderschleifmaschine mit 5900 UpM. Die Schleifscheiben waren 1524 cm im Durchmesser und 2,54 cm dick. Das Werkstück war ein gegossener Stahlzylinder mit 30,48 cm Außendurchmesser und 27,39 cm Innendurchmesser, der auf einem Drehtisch mit 12 UpM befestigt war.

Der Schleifdruck (zwischen der Schleifscheibe und der 1,59 cm breiten Innenwandoberfläche des Werkstücks) betrug 11,79 kg. Der Schleifscheibenverschleiß (WX vom Werkstück entferntes Metall (M) und das Schleifverhältnis (G) werden unten für die Vergleichs- · scheiben und die Testschleifscheiben angeführt Dabei ist (W) in 1639 cm³ je Stunde, (M) in 0,454 kg und (G) in 0,454 kg entferntes Metall pro 1639 cm³ Schleifscheibenverschleiß angegeben.

Schleifscheibe

9,07	733	2$
7,16	6,82	3,4
4,49	7,70	6,0
4,19	7^5	6,4

Vergleich (22% Verbund) Vergleich (26% Verbund) Test (22% Verbund) Test (26% Verbund)

Wie aus den Werten ersehen werden kann, war die weichere Testschleifscheibe mehr als zweimal so wirksam wie die Vergleichsscheibe, während die härtere Scheibe nicht ganz (l,89mal) zweimal so wirksam wie die härtere Vergleichsscheibe war. Dies veranschaulicht den unerwarteten Vorteil des neuen Schleifmaterials

!2

unter milden Schleifbedingungen (geringere Drucke, weichere Scheiben).

Das Schleifmaterial in diesem Test wurde zunächst wie in Beispiel 1 grobzerkleinert, dann durch Schlag zerkleinert, um Körner der Größenordnung entsprechend einer lichten Maschenweite von 3,36 mm bis ausschließlich 0,71 mm zu gewinnen, und der Anteil der Körner mit einer Größenordnung entsprechend einer lichten Maschenweite von 3,36 mm bis ausschließlich 1,68 mm wurde dann mit Walzen zerkleinert und zur Gewinnung einer Korngröße entsprechend einer lichten Maschenweite von 0,71 mm gesiebt, die bei der Herstellung der Schleifscheiben verwendet werden sollte. Praktisch gleichwertige Ergebnisse können erzielt werden, wenn man die Schlagzerkleinerung durch andere Zerkleinerungsverfahren, z. B. Walzzerkleinerung, ersetzt. Die Vergleichsscheibe verwendete regulär verschmolzenes walzzerkleinertes Aluminiumoxid, das durch Verschmelzen von Bauxit hergestellt war und eine typische Zusammensetzung hatte von 95% oder mehr Al₂O₃ mit einem Rest von 5% oder weniger an hauptsächlich Siliziumdioxid, Eisen und Titandioxid.

Das Material aus Beispiel II, das auf 1,59-cm-Kugeln gegossen wurde, war in der MikroStruktur etwas feiner als das auf 2,54-cm- Kugeln gegossene Material und hatte einen höheren Gehalt an tetragonalem Zirkoniumdioxid. Das zwischen Stahlplatten gegossene Material hatte einen maximalen Zirkoniumdioxid-Stäbchen-Durchmesser von etwa 1500 Α-Einheiten, und der Durchmesser der eutektischen Inseln maß auf Polierschnitten 10 bis 30 Mikron. Bei diesem Gußverfahren wird das verschmolzene Schleifmaterial auf den Oberteil einer Vielzahl von vertikalen, gegeneinander abgesetzten Stahlplatten gegossen, wobei jede Platte 1,27 cm oder mehr dick war. die (z. B.) 0,48 cm Abstand voneinander hatten. Das Produkt wird aus den Zwischenräumen zwischen den Plattenflächen herausgeholt Sein Gehalt an tetragonalem Zirkoniumdioxid beträgt 67%, und seine Schleifeigenschaften sind ausgezeichnet

Beispiel III

Das Ofengemisch bestand aus 60 Gewichtsteilen 90%-AIuminiumoxid-10%-Zirkoniumdioxid-Material und 42,75 Teilen des in Beispiel 1 verwendeten Zirkoniumdioxids höherer Reinheit

Das Gemisch wurde in üblicher Weise unier Anwendung von im Mittel 175 kW bei im Mittel 85 Volt verschmolzen. Ein Produkt in einer Menge von 142,9 kg, gegossen auf 2,54-cm-StahlkugeIn, wurde gewonnen. Die Durchschnittsanalyse des Produkts war:

SiO₂	0,17%
Fe₂O₃	0,15%
TiO₂	0,13%
ZrO₂	38,09%
CaO	0,09%
MgO	0,02%
Na₂O	0,03%

Das durch Differenz bestimmte Aluminiumoxid ist in diesem Falle 6132%. Die Verunreinigungen sind im wesentlichen in den Grenzbereichen der eutektischen Inseln und Körner vorhanden. Obwohl alle Bestandteile in der Analyse als Oxide angegeben sind, liegen in dem Material der Grenzbereiche etwas Carbide, Oxicarbide, Nitride, Carbonitride, Oxinitride, Suboxide und manchmal elementares Metall gewöhnlich vor. Die Analyse eines typischen Produkts hat etwa 0,1% Stickstoff und 0,02 bis 0,1% Kohlenstoff ergeben. Dies kann auch demonstriert werden durch die Gewichtszunahme des Materials, wenn es Oxidationsbedingungen unterworfen wird. Es wird angenommen, daß ein Teil dieser Gewichtszunahme der Aufnahme von Sauerstoff durch nichtstöchiometrisches Zirkoniumdioxid in die eigentlichen eutektischen Inseln zuzuschreiben ist. Wenn elementare Metalle oder Kohlenstoff und Stickstoffverbindungen abwesend sind, wird dennoch etwas Gewichtszunahme beobachtet.

Beispiel IV

Ein Zirkoniumdioxid-Aluminiumoxid-Schleifkornmaterial (40% ZrO?). welches wie in den Beispielen I und 11 beschrieben hergestellt worden war (2,54-cm-Kugcln, gegossen), wurde durch Zerkleinern zwischen Klemm backen zu 1,27 cm dicken Stückchen zerkleinert. Dieses Schleifmaterial wurde dann zu einer Größe entsprechend lichten Maschenweite von 0,48 mm durch Walzen zerkleinert, gesiebt, mit Wasser gewaschen und von magnetischen Teilchen gereinigt

Eine herkömmliche Resol-Phenol-Formaldehyd-Handelsklebstoffmasse wurde durch Mischen der folgenden Bestandteile hergestellt:

Bestandteile

Gewicht

Ein Resolharz mit einem Feststoffgehalt 8.16 kg von 78%, ein Formaldehyd/Phenol-Ververhältnis von 2,01 zu 1, alkalisch katalysiert und mit Dipropylenglykol modifiziert.

Flüssiges Harz, ein Phenol-Formaldehyd- 650 g Resolharz mit einem Formaldehyd/Phenol-Verhältnis von 0,84 zu 1, alkalisch katalysiert, mit einem Feststoffgehalt von 78.4%

CaCO₃ (14 Mikron) 14.06 kg

H₂O 1,1 kg

Ein brauner Farbstoff 24 g

Diese Masse (37,8°C, Viskosität 7000 centipoise) wurde auf der Vorderseite eines gewebten Baumwolldrill-Trägermaterials (217 g/m²) aufgezogen, das einen 2 χ 1-Zoll-Körper und eine Garnzahl von 76 pro 2.54 cm in der Kett- und von 48 pro 2,54 cm in der Schußrichtung aufwies und mit einer herkömmlichen Leimstärke-Schlichtung versehen worden war. Eine ausreichende Menge der Masse wurde auf dem Stützteii abgeschieden, um nach Trocknen und Härten einen Klebstoffüberzug von 9,53 kg je Ries der Sandpapierhersteller zu geben.

Nach der Auftragung der Klebstoffmasse wurde Schleifmaterial (hochreines Aluminiumoxid 0,48 mm lichte Maschenweite) auf die Schicht der Klebstoffmas se aufgezogen (9,43 kg je Ries der Sandpapierherstel ler). Dieses mit Schleifmaterial und Klebstoff überzogene Trägermaterial wurde dann 25 Minuten bei 76,7°C 25 Minuten bei 87,8⁰C und 47 Minuten bei 107,2"C erhitzt Ein zweiter Klebstoffüberzug wurde dann auf dem Trägermaterial aufgebracht (938 kg, Trockengewicht je Ries der Sandpapierherstelier), wobei dieser aus derselben Masse wie der erste Klebstoff bestand; hierauf wurde dann elektrostatisch in herkömmlicher

Weise das oben beschriebene Zirkoniumdioxid-Aluminiumoxid-Schleifkornmaterial abgeschieden, und zwar 17,5 kg je Ries der Sandpapierhersteller. Das mit Schleifmaterial und Klebstoff überzogene Trägermaterial wurde dann wie zuvor beschrieben erhitzt.

Eine Schlichtklebstoffmasse wurde aus den gleichen Bestandteilen wie der beschriebene Klebstoff hergestellt, mit der Ausnahme, daß genügend Wasser zugefügt war, um eine Masse mit einer Viskosität von 1100 centipoise bei 37,8⁰C zu erhalten. Nach Auftragen der Schlichtmasse wurde das so überzogene Trägermaterial 25 Minuten bei 51,7°C, 25 Minuten bei 57,2°C, 18 Minuten bei 82,2°C, 25 Minuten bei 87,8°C und 15 Minuten bei 110⁰C erhitzt. Es wurde genügend Schlichtmasse vorgegeben, um zu einem Naßgewicht von 12,7 kg je Ries der Sandpapierhersteller zu gelangen. Das mit Schleifmaterial und Klebstoff überzogene Trägermaterial wurde dann abschließend gehärtet indem es 8 Stunden bei 110⁰C erhitzt wurde, wonach es zu Schleifartikeln für verschiedene Anwendungszwecke verarbeitet war. .

Beispiel V

Überzogenes Schleifmaterial, das wie in Beispiel IV hergestellt war, wurde zu geeigneten Längen und Breiten zugeschnitten und gemäß üblichen Techniken zu Endlos-Schleifriemen (6,35 cm χ 152,4 cm) verarbeitet. Diese Riemen wurden dann unter kontrollierten Bedingungen in einem Test geprüft, dem sogenannten »backstand belt test«, bei dem im allgemeinen ein Riemen, der horizontal angeordnet ist, nach innen mit konstantem Druck und in einer im wesentlichen senkrechten Richtung gegen die 1,27-cm-Seite eines Werkstückes (12.7 cm χ 5,04 cm χ 24,77 cm) bewegt wird, das sich über einen Abstand von 24,77 cm mit 2,13 m je Minute vor und zurück bewegt. In diesem Test wird der Schleifriemen mit 1524 Oberflächenmeter je Minute über eine vertikal angeordnete geriffelte 55-Durometer-Gummikontaktscheibe (17,78 cm Durchmesser) angetrieben, wobei auf ein Werkstück aus A-6-Stahl ein Gewicht von 6.8 kg lastet

Zu Vergleichszwecken wurde ein Kontrollriemen aus herkömmlichem hochreinem Aluminiumoxid diesem Test in der gleichen Weise unterworfen. Das überzogene Schleifmaterial für den Vergleichsriemen wurde wie oben beschrieben hergestellt mit einem Doppelüberzug aus überzogenem Schleifmaterial, mit der Ausnahme, daß das Gewicht des im zweiten Überzug verwendeten Schleifkorns (hochreines Aluminiumoxid)18,l kg je Ries betrug. Die Ergebnisse sind unten tabellarisch wiedergegeben:

Riemen

Zeit (min)

Vergleich

Zirkoniumdioxid-

Aluminiumoxid

40
120

Wie durch die Werte belegt fiel der Vergleichsriemen nach 40 Minuten aus und schnitt nur 677 g heraus. Über den gleichen Zeitraum schnitt jedoch der Riemen mit dem erfmdungsgemäßen Schleifmittel 1235 g (annähernd 180% des Vergleichsriemens) heraus. Überdies schnitt dieser Riemen 120 Minuten, bevor es ausfiel, und die insgesamt herausgeschnittene Menge betrug 2350 g. Für zusätzliche Vergleiche des Schleifmaterials dieser Erfindung mit hochwertigem Schleifmaterial aus verschmolzenem Aluminiumoxid, das speziell zur Verwendung beim Präzisionsschleifen hergestellt war, wurden spezielle harzartige (phenolisch) gebundene Schleifscheiben durch Heißpressen und Härten eines 32 Vol.-% Schleifmittels und 68 Vol.-% eines einstufigen, gepulverten Phenol-Formaldehyd-Harzes (im Harz enthalten

ίο 30% des Aluminiumoxid-Pulvers) hergestellt. Bei Ansetzen der Mischung wird eine kleine Menge Furfural verwendet, um die Schleifkörper zu benetzen. Die Schleifscheiben waren zylindrische Scheiben, 12,7 cm im Durchmesser und 0,48 cm dick mit einem 3,17-cm-Hohlschaft in der Mitte. Der Schleifabschnitt war ein 0,32 cm dicker Rand und auf einen Stahlvorformling gegossen worden zur Herstellung der Scheibe. Die Schleifoperation war ein Naßoberflächenschleifen mit konstantem Vorschub. Die Scheibengeschwindigkeit betrug 1615 Oberflächenmeter je Minute; der Tischvorschub 15,24 cm je Minute; der jeweilige Quervorschub 1,27 mm; die jeweilige Zustellung 0,0254 mm; die geschliffenen Materialien waren Huron (D 3) Formstahl (Rockwell C-Härte 55) und 1045 Flußstahl (Rockwell b-Härte 89), 5004 cm breit und 4064 cm lang. Die gesamte Zustellung betrug 0,508 mm je Schleifvorgang bei 1 Schleifvorgang je Scheibe; das Kühlmittel war Wasser mit Korrosionsinhibitoren.
Das Bezugsschleifmaterial war hochreines verschmolzenes Aluminiumoxid, kristallisiert aus einer Aluminiumsulfid-Matrix, wie es in der US-Patentschrift Re 20 547 beschrieben wird. Diese Art von Schleifmaterial ist frei von thermischen Spannungen, im wesentlichen monokristallin und ergibt bei dieser Art von Präzisionsschleifen die hohen Schleifverhältnisse, wie sie bei bekannten verfügbaren Aluminiumoxid-Schleifmitteln erzielbar ist.

Der Durchschnittswert für das G-Verhältnis für das Bezugsschleifmaterial war 15,7 entfernte Volumeneinheiten Metall je Volumeneinheit Scheibenverschleiß für den MS-Stahl. Das nahezu eutektische Zirkoniumdioxid-Aluminiumoxid dieser Erfindung, gegossen zwischen 0,48 cm entfernte Stahlplatten, gab ein G-Verhältnis von 29 beim Schleifen des MS-Stahls. In beiden Fällen wurde Schleifmaterial einer Größe entsprechend einer lichten Maschenweite von 0,25 mm angewendet • Auf 2,54-cm-Kugeln gegossenes Material der Erfindung gab einen durchschnittlichen G-Wert von 24 für 13 Testscheiben.

Für D3-Formstahl waren die G-Werte 4,0 für das Bezugsmaterial und 6,7 für das Schleif material dieser Erfindung, die zwischen 0,48 cm voneinander getrennte Stahlplatten gegossen wurden. Für auf 2,54-cm-K.ugeln gegossenes Material war er 4,6.

55 Der oben beschriebene Oberflächen-Schleiftest hat sich als brauchbares Mittel zur Auswahl der verschiedenen modifizierten Formen des neuen Schleifmaterials 677 hinsichtlich seiner Anwendbarkeit erwiesen. Aus sol

chen Tests wurde gefunden, daß die kleinste Kom-1235 eo Größe, welche eine größere Leistungsfähigkeit zeigt als

2350 das Bezugsmaterial, mit einer Abnahme in der

Abkühlgeschwindigkeit (oder einer Zunahme in der Mikrogröße der Zellverbände oder Stäbchen) anwächst Zum Beispiel veriiert das neue Schleifmaterial für auf 2^54-Kugeln gegossenes Material seinen Vorteil gegenüber dem Bezugsmaterial bei Korn-Größen einer lichten Maschenweite von 0,177 mm oder ferner, während das Material, welches schneller abgekühlt wird

Herausgeschnittene Mengen in g

gegenüber dem Bezugsmaterial, die Vorteile bis zu Korn-Größen einer lichten Maschenweite von 0,149 mm zeigen kann.

Solche Tests zeigen auch die Wirkung der Verunreinigung; sie lassen erkt.inen, daß der Sodagehalt des Schleifmaterials 0,1 Gew.-% oder weniger betragen soll. Maximale Leistungsfähigkeit wurde mit einem Zirkoniumdioxidgehalt von 38 bis 44% gefunden, mit der höchsten Leistungsfähigkeit bei 404 bis 43,2%. Gute Ergebnisse werden im Bereich von 35 bis 44% erzielt, und Zirkoniumdioxidgehalte bis zu 50% sind akzeptierbar. Eine 68% Zirkoniumdioxid enthaltende Probe war beim Präzisionsschleifen nicht akzeptierbar.

Naheliegende andere Variationen können bei der

praktischen Durchführung der Erfindung vorgenommen werden. Obwohl Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 2,54 cm und 1,59 cm vorgeschlagen wurden, können gute Ergebnisse mit 3,81 -cm-Kugeln erreicht werden, und obwohl eine 0,48-cm-Abstandsplatte vorgeschlagen wurde, können gute Ergebnisse mit einem Abstand von 0,95 cm erzielt werden. Die wesentliche Forderung für das Abkühlen besteht lediglich darin, daß das Abkühlen direkt und schnell erfolgen muß, um in den vorgeschlagenen Massen einen Gehalt an tetragonalem Zirkoniumdioxid von mindestens 25% und eineii mittleren Massendurchmesser der Zirkoniumdioxidstäbchen von 1000 Ä oder weniger zu erreichen.

230 233/0S5

Claims

Patentansprüche:

1. Schleifmaterial, bestehend aus aus annähernd eutektischem Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid-Gemisch gebildete.i Körnern, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Gemisch 35 bis 50 Gew.-% Zirkoniumdioxid enthält und mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit abgekühlt ist, so daß in dem sich ergebenden Schleifmaterial das Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid in eutektischen Inseln vorliegt, wobei diese eutektischen Inseln Zirkoniumdioxid in mikrokristalliner orientierter Stäbchenform enthalten, worin der mittlere Durchmesser der Stäbchen nicht größer als 2000 Ä und der kleinste Durchmesser 100 A ist, und daß mindestens 25 Gew.-% des Zirkoniumdioxids in der tetragonalen Kristallform vorliegt

2. Schleifmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eutektischen Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid-Inseln entlang ihrer Grenzbereiche Verunreinigungen aus Metallen, Metalloxiden und Metallcarbiden oder Gemischen derselben aufweisen und der mittlere mikrokristalline Durchmesser im Massenschwerpunkt nicht größer als 1000 Ä ist.

3. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid-Schleifmaterial nach den Ansprüchen l und 2, durch Verschmelzen eines eutektischen Gemisches aus Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid und rasches Abkühlen, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene eutektische Gemisch zwischen Metallplatten, die voneinander 0,95 bis 0,16 cm Abstand haben, eingegossen und damit abgekühlt wird.

4. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumdioxid-Zirkoniumdioxid-Schleifmaterial nach den Ansprüchen 1 und 2 durch Verschmelzen eines eutektischen Gemisches aus Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid und rasches Abkühlen, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene eutektische Gemisch auf eine Masse von Metallkugeln, deren Durchmesser kleiner als 3,81 cm sind, gegossen und damit abgekühlt wird.

5. Verwendung des Schleifmaterials nach einem der Ansprüche 1 und 2 in einer Schleifscheibe.

6. Verwendung des Schleifmaterials nach einem der Ansprüche 1 und 2 in Form von an einen flexiblen Stützteil gebundenen Körnern.