DE69614386T2

DE69614386T2 - Schleifkorn basierend auf alpha-aluminiumoxid und enthaltend siliciumoxid und eisenoxid

Info

Publication number: DE69614386T2
Application number: DE69614386T
Authority: DE
Inventors: D. Erickson; D. Monroe; M. Wilson; E. Wood
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1995-06-20
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2016-05-15
Also published as: KR100430352B1; ATE203983T1; DE69614386D1; JPH11509241A; KR19990028228A; EP0833803B1; WO1997000836A1; EP0833803A1; AU5746796A; JP4410850B2; AU708470B2

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Schleifkorn, ein Verfahren zur Herstellung von Schleifkorn sowie Schleifprodukte (z.B. Schleifmittel auf Unterlage, gebundene Schleifmittel und Schleifvliese), die derartiges Schleifkorn enthalten. Das Schleifkorn enthält alpha-Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Eisenoxid und gegebenenfalls andere Metalloxide.

Stand der Technik

Schleifkorn findet bereits seit Jahrhunderten in Schleifprodukten Verwendung. Zu diesen Schleifprodukten gehören gebundene Schleifmittel (z.B. Schleifscheiben), Schleifmittel auf Unterlage und Schleifvliese. Bevorzugtes aggressives Schleifkorn ist in der Regel zäh, hart und gegenüber dem zu schleifenden Werkstück chemisch beständig. Ein "zähes" Schleifkorn ist im allgemeinen fest und bruchfest. Bei einem "harten" Schleifkorn tritt im allgemeinen unter Einwirkung der Schleifkräfte keine Nachgiebigkeit oder Abstumpfung auf. Treten bei dem Schleifkorn doch Nachgiebigkeit und Abstumpfung auf, so führt dies in der Regel zu einer verminderten Schleifleistung.
Ein unter der Bezeichnung Schmelzkorund bekannter gängiger Typ von aggressivem Schleifkorn wird durch Erhitzen einer Aluminiumoxidquelle bis zum Erreichen eines schmelzflüssigen Zustands, schnelles Abkühlen und anschließendes Brechen hergestellt. Dieser Schleifkorntyp ist hart, zäh und chemisch beständig. Ein neuerer Schleifkorntyp wird oft als auf alpha- Aluminiumoxid basierendes keramisches Schleifkorn bezeichnet. Dieser Schleifkorntyp kann nach einem Sol- Gel-Verfahren hergestellt werden, bei dem man beispielsweise eine ein flüssiges Medium (in der Regel Wasser), alpha-Aluminiumoxidmonohydrat und gegebenenfalls Additive, wie Metalloxid-Vorläufer (z.B. Magnesiumnitrat) enthaltende Dispersion trocknet, bricht, calciniert und dann sintert. Däs anfallende keramische Schleifkorn ist in der Regel zäher als das Schmelzkorund-Schleifkorn und zeichnet sich in der Regel durch höhere Leistungsfähigkeit bei Schleifarbeiten aus.
Auf alpha-Aluminiumoxid basierendes keramisches Schleifkorn wird zum Teil unter Verwendung eines Keimbildnermaterials im Sol-Gel-Verfahren hergestellt. Durch ein Keimbildnermaterial (der zuweilen auch als Impfmaterial bezeichnet wird) wird in der Regel die Größe der alpha-Aluminiumoxid-Kristallite verringert und die Dichte und Härte des resultierenden Schleifkorns erhöht. Beispiele für Keimbildner- und/oder Impfmaterialien sind alpha-Al&sub2;O&sub3;, alpha-Fe&sub2;O&sub3;, alpha-Cr&sub2;O&sub3; und Vorläufer davon. Wenngleich eine Reihe von nach einem Sol-Gel-Verfahren mit Keimbildung oder Animpfung hergestellten kommerziellen Produkten erhältlich ist, sind Produkte mit verbesserter Härte und Zähigkeit gewünscht.
Die EP-A-0 294 208 betrifft Keramikgegenstände auf Basis von mikrokristallinem alpha-Aluminiumoxid mit mindestens 60 Gew.-% Aluminiumoxid und bis zu 7,0 Gewichtsprozent äquivalentem Eisen, bei denen praktisch das gesamte Aluminiumoxid in der alpha-Phase mit einer einheitlichen Kornstruktur mit alpha-Aluminiumoxid- Kristalliten mit einer durchschnittlichen Kristallitgröße von weniger als 0,5 Mikrometer und einer Dichte von 90% der theoretischen Dichte vorliegt. Die Herstellung von Keramikgegenständen, die insbesondere zur Verwendung als hochmodulige feuerfeste Fasern (und andere Formkörper, wie Perlen, Flakes, Überzüge und geformte oder zufällig geformte Schleifteilchen) geeignet sind, erfolgt nach einem Sol- Gel-Verfahren, bei dem man zur Keimbildung für die alpha-Aluminiumoxid-Umwandlung Hydroxyeisenpolymere verwendet.
Die EP-A-0 324 513 betrifft Keramikgegenstände, deren Herstellung durch Sintern eines getrockneten Aluminiumoxidgels erfolgt, welches durch Zusatz von alpha-Aluminiumoxid-Submikronteilchen zum Gel oder Gelvorläufer konditioniert worden ist. Dies geschieht durch Vermahlen des Sols oder verdünnten Gels unter Verwendung von Aluminiumoxidkörpern als Mahlmedium in der Mühle oder durch Zusatz von mit Aluminiumoxidkörpern vermahlenem Wässer.

Kurze Darstellung der Erfindung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein auf alpha-Aluminiumoxid basierendes keramisches Schleifkorn, das auf theoretischer Oxidbasis Al&sub2;O&sub3;, mindestens 0,05 Gew.-%. SiO&sub2; und mindestens etwa 0,25 Gew.-% Fe&sub2;O&sub3; enthält, alpha-Aluminiumoxid- Kristallite mit einer durchschnittlichen Kristallitgröße von weniger als etwa 0,5 Mikrometer, eine Oberflächenrauhigkeitshöhe von mehr als etwa 200 Nanometer und eine Dichte von mehr als etwa 3,5 g/cm³ aufweist.
Einen weiteren Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein auf alpha-Aluminiumoxid basierendes keramisches Schleifkorn, das auf theoretischer Oxidbasis Al&sub2;O&sub3;, mindestens 0,01 Gew.-% Fe&sub2;O&sub3;, mindestens 0,05 Gew.-% SiO&sub2; und mindestens etwa 0,05 Gew.-% eines Alkalimetalloxids enthält, alpha- Aluminiumoxid-Kristallite mit einer durchschnittlichen Kristallitgröße von weniger als etwa 0,5 Mikrometer und eine Dichte von mehr als etwa 3,5 g/cm³ aufweist.
Einen weiteren Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein undurchsichtiges, auf alpha- Aluminiumoxid basierendes keramisches Schleifkorn, das eine Oberflächenrauhigkeitshöhe von mehr als etwa 200 Nanometer, eine Dichte von mehr als etwa 3,5 g/cm³ und eine durchschnittliche Kristallitgröße von weniger als etwa 0,5 Mikrometer aufweist und auf theoretischer Oxidbasis etwa 85,0-99,6 Gew.-% Al&sub2;O&sub3;, etwa 0,25-5,0 Gew. -% Fe&sub2;O&sub3;, etwa 0,1-5,0 Gew.-% SiO&sub2; und etwa 0,01-1,0 Gew.-% Alkalimetalloxid, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schleifkorns, enthält.
Noch einen weiteren Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein auf alpha-Aluminiumoxid basierendes keramisches Schleifkorn, das auf theoretischer Oxidbasis im wesentlichen aus Al&sub2;O&sub3;, mindestens 0,01 Gew.-% Fe&sub2;O&sub3; und mindestens 0,05 Gew.-% SiO&sub2; besteht, alpha-Aluminiumoxid-Kristallite mit einer durchschnittlichen Kristallitgröße von weniger als etwa 0,5 Mikrometer, eine Oberflächenrauhigkeitshöhe von mehr als etwa 200 Nanometer und eine Dichte von mehr als etwa 3,5 g/cm³ aufweist.
Ein Schleifgegenstand kann ein Bindemittel und mehrere erfindungsgemäße Schleifkörner enthalten, die durch das Bindemittel in dem Gegenstand festgehalten werden. Ein derartiger Schleifgegenstand kann beispielsweise in Form eines Schleifprodukts mit Schleifmittel auf Unterlage, eines Schleifprodukts mit gebundenem Schleifmittel (z.B. einer gebundenen Schleifscheibe) oder eines Schleifvliesprodukts vorliegen.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung von auf alpha-Aluminiumoxid basierendem keramischem Schleifkorn, bei dem man:
(a) eine flüssiges Medium, Boehmit, ein Peptisierungsmittel, eine Eisenoxidquelle und eine Quelle von amorphem Siliciumoxid enthaltende Dispersion herstellt;
(b) die Dispersion in einen Schleifkorn- Vorläufer umwandelt und
(c) den Schleifkorn-Vorläufer zu einem auf alpha-Aluminiumoxid basierenden keramischen Schleifkorn, das auf theoretischer Oxidbasis Al&sub2;O&sub3;, 0,1 bis 10 Gewichtsprozent Fe&sub2;O&sub3; und 0,1-20 Gewichtsprozent SiO&sub2; enthält, sintert.
Bei einem anderen Verfahren zur Herstellung von auf alpha-Aluminiumoxid basierendem keramischem Schleifkorn geht man so vor, daß man:
(a) eine Boehmit, ein Peptisierungsmittel, flüssiges Medium, eine Eisenoxidquelle und eine Quelle von amorphem Siliciumoxid enthaltende Dispersion herstellt;
(b) die Dispersion in einen Schleifkorn- Vorläufer umwandelt und
(c) den Schleifkorn-Vorläufer zu einem auf alpha-Aluminiumoxid basierenden keramischen Schleifkorn, das auf theoretischer Oxidbasis Al&sub2;O&sub3;, Fe&sub2;O&sub3; und SiO&sub2; enthält, sintert;
wobei die Quelle von amorphem Siliciumoxid in der Dispersion in einer zur Verringerung des durchschnittlichen alpha-Aluminiumoxid-Kristallitvolumens um mindestens ¹/&sub2; ausreichenden Menge vorliegt.
Bei noch einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von auf alpha-Aluminiumoxid basierendem keramischem Schleifkorn geht man so vor, daß man:
(a) eine flüssiges Medium, Boehmit, ein Peptisierungsmittel und eine Eisenoxidquelle enthaltende Dispersion herstellt;
(b) die Dispersion in einen porösen Schleifkorn-Vorläufer umwandelt und
(c) den porösen Schleifkorn-Vorläufer mit einer Imprägnierungszusammensetzung imprägniert, welche eine so große Menge einer Quelle von amorphem Siliciumoxid enthält, daß das nach den Schritten (d) und (e) erhaltene, auf alpha- Aluminiumoxid basierende keramische Schleifkorn alpha-Aluminiumoxid- Kristallite mit einem durchschnittlichen Kristallitvolumen, das kleiner als das durchschnittliche Kristallitvolumen von alpha-Aluminiumoxid-Kristalliten, die in einem auf die gleiche Weise, aber ohne die Quelle von amorphem Siliciumoxid, hergestellten, auf alpha-Aluminiumoxid basierenden keramischen Schleifkorn vorliegen, ist, aufweist;
(d) den aus Schritt (c) erhaltenen Schleifkorn-Vorläufer calciniert und
(e) den aus Schritt (d) erhaltenen calcinierten Schleifkorn-Vorläufer erhitzt, wobei man das auf alpha- Aluminiumoxid basierende keramische Schleifkorn erhält.
Bei einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von auf alpha-Aluminiumoxid basierendem keramischem Schleifkorn geht man so vor, daß man:
(a) eine flüssiges Medium, Boehmit, ein Peptisierungsmittel, eine Eisenoxidquelle und eine Quelle von kolloidalem Siliciumoxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als etwa 150 Nanometern enthaltende Dispersion her tellt;
(b) die Dispersion in einen Schleifkorn- Vorläufer umwandelt und
(c) den Schleifkorn-Vorläufer zu einem auf alpha-Aluminiumoxid basierenden keramischen Schleifkorn, das auf theoretischer Oxidbasis Al&sub2;O&sub3;, mindestens 0,01 Gew.-% Fe&sub2;O&sub3; und mindestens 0,05 Gew.-% SiO&sub2; enthält, sintert.
Es werden durchgängig die folgenden Definitionen verwendet:
"Schleifkorn-Vorläufer" oder "ungesintertes Schleifkorn" bezieht sich auf eine getrocknete, auf Aluminiumoxid basierende Dispersion (d.h. einen "getrockneten Schleifkorn-Vorläufer") oder eine calcinierte, auf Aluminiumoxid basierende Dispersion (d.h. einen "calcinierten Schleifkorn-Vorläufer"), in der Regel in Form von Teilchen, die eine Dichte von weniger als 80% (in der Regel weniger als 60%) der theoretischen Dichte aufweist und gegebenenfalls nach Imprägnierung mit einer Imprägnierungszusammensetzung zu einem auf alpha-Aluminiumoxid basierenden keramischen Schleifkorn gesintert werden kann.
Unter "auf alpha-Aluminiumoxid basierendem keramischem Schleifkorn", "auf Aluminiumoxid basierendem Schleifkorn" oder "Schleifkorn" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein gesintertes Schleifkorn zu verstehen, das auf eine Dichte von mindestens 85% (vorzugsweise mindestens 90% und besonders bevorzugt mindestens 95%) der theoretischen Dichte gesintert worden ist und auf theoretischer Oxidbasis mindestens 60 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; enthält, wobei mindestens 50 Gew.-% der Aluminiumoxid-Gesamtmenge als alpha-Aluminiumoxid vorliegen.
"Dispersion" oder "Sol" bezieht sich auf ein Feststoff-in-Flüssigkeit-Zweiphasensystem, in dem eine Phase aus feinverteilten Teilchen (im Kolloidgrößenbereich) in einer Flüssigkeit verteilt ist. "Stabile Dispersion" oder "stabiles Sol" bezieht sich auf eine Dispersion oder ein Sol, bei der bzw. dem die Flüssigkeiten nach etwa. 2 Stunden ruhigem Stehenlassen bei visueller Untersuchung keine beginnende Gelierung, Abscheidung oder Absetzung erkennen lassen.
"Imprägnierungszusammensetzung" bezieht sich auf eine Lösung oder Dispersion aus einem flüssigen Medium, einer Siliciumoxidquelle, einer Eisenoxidquelle und/oder einer Quelle von anderen Metalloxiden, mit denen der Schleifkorn-Vorläufer imprägniert werden kann.
"Imprägnierter Schleifkorn-Vorläufer" bezieht sich auf eine getrocknete, auf Aluminiumoxid basierende Dispersion (d.h. einen "imprägnierten getrockneten Schleifkorn-Vorläufer") oder eine calcinierte, auf Aluminiumoxid basierende Dispersion (d.h. einen "imprägnierten calcinierten Schleifkorn-Vorläufer"), die eine Dichte von weniger als 80% (in der Regel weniger als 60%) der theoretischen Dichte aufweist, mit einer Imprägnierungszusammensetzung imprägniert worden ist und imprägnierte getrocknete Teilchen und imprägnierte calcinierte Teilchen enthält.
"Undurchsichtiges Schleifkorn " bezieht sich auf Schleifkorn, durch das mit bloßem Auge keine Bilder zu sehen sind, wenn sich das Schleifkorn in direktem Kontakt mit einem kontrastreichen Bild (d.h. dem Text dieses Abschnitts) befindet. Dies schließt auch opakes Schleifkorn ein, ist aber nicht darauf beschränkt.
"Keimbildnermaterial" bezieht sich auf ein Material, das die Umwandlung von metastabilem Aluminiumoxid bzw. metastabilen Aluminiumoxiden in alpha-Aluminiumoxid verstärkt. Bei dem Keimbildnermaterial kann es sich um den Keimbildner selbst oder einen Vorläufer davon handeln.
"Sintern" bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem man auf eine unterhalb der Schmelztemperatur des zu erhitzenden Materials liegende Temperatur erhitzt, damit Verdichtung und Kristallitwachstum erfolgt und sich ein zähes, hartes und chemisch beständiges Keramikmaterial ergibt. Das erfindungsgemäße auf alpha- Aluminiumoxid basierende keramische Schleifkorn wird nicht nach einem Aufschmelzverfahren hergestellt, bei dem das Erhitzen bei einer oberhalb der Schmelztemperatur des zu erhitzenden Materials liegenden Temperatur erfolgt.
"Lösung" bezieht sich auf eine Lösung im eigentlichen Sinne, nämlich eine auf molekularer oder ionischer Ebene weitgehend einheitliche dispergierte Mischung eines oder mehrerer gelöster Stoffe in einem oder mehreren Lösungsmitteln.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische weggebrochene Querschnittsansicht eines Schleifprodukts mit Schleifmittel auf Unterlage mit darauf angeordnetem Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Schleifprodukts mit gebundenem Schleifmittel mit darin enthaltenem Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung und
Fig. 3 eine vergrößerte schematische Ansicht eines Schleifvliesprodukts mit darin eingearbeitetem Schleifkorn gemäß der vorliegenden Erfindung.

Nähere Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen Auf Aluminiumoxid basierende Dispersion

Alpha-Aluminiumoxidmonohydrat. Bei Herstellung von erfindungsgemäßem keramischem alpha-Aluminiumoxid- Schleifkorn nach einem Sol-Gel-Verfahren stellt man eine. Dispersion von alpha-Aluminiumoxidmonohydrat (d.h. Boehmit), einer Siliciumoxidquelle (vorzugsweise kolloidalem Siliciumoxid) und einer Eisenoxidquelle (vorzugsweise einem Vorläufer von teilchenförmigem Eisenoxid) her. Das kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. So kann man beispielsweise das Siliciumoxid und das Eisenoxid in einer Dispersion vereinigen und dann den Boehmit entweder in Pulverform oder als Dispersion zusetzen.
In den hier offenbarten Systemen ist es mit anderen Aluminiumoxidquellen als Boehmit, wie Aluminiumformoacetat ("AFA"), Aluminiumnitroformoacetat ("ANFA") und anderen basischen Aluminiumsalzen, in der Regel schwierig, Schleifkorn mit einer Größe von mehr als etwa 100 Mikrometer ohne Risse herzustellen. Derartige Risse führen zu einer allgemeinen Verschlechterung der Eigenschaften, insbesondere der Schleifeigenschaften des Schleifkorns. Im Gegensatz dazu ist mit Boehmit gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Schleifkorn leicht mit einer Schleifkorngröße von mehr als etwa 100 Mikrometer erhältlich.
Boehmit kann nach verschiedenen an sich gut bekannten Techniken hergestellt oder im Handel von verschiedenen Herstellern bezogen werden. So ist Boehmit beispielsweise unter der Handelsbezeichnung "DISPERSAL" von Condea Chemie GmbH, Hamburg, und unter der Handelsbezeichnung "DISPAL" von Vista Chemical Company, Houston, TX, USA, erhältlich. Diese Aluminiumoxidhydrate liegen in der alpha-Form vor und enthalten verhältnismäßig wenig oder gar keine anderen hydratisierten Phasen als Monohydrate (wenngleich in einigen handelsüblichen Boehmit-Qualitäten sehr geringe Mengen an Trihydrat-Verunreinigungen vorliegen können, die tolerierbar sind). Sie haben eine geringe Wasserlöslichkeit und eine große Oberfläche (in der Regel mindestens etwa 180 m²/g). Der zur Herstellung von erfindungsgemäßem Schleifkorn verwendete Boehmit hat vorzugsweise eine durchschnittliche Teilchengröße von weniger als etwa 20 Nanometer (besonders bevorzugt weniger als etwa 12 Nanometer). Hierbei ist die "Teilchengröße" durch die längste Dimension eines Teilchens definiert.
Die Dispersion enthält außerdem ein flüssiges Medium zur Dispergierung des Boehmits. Bei diesem flüssigen Medium kann es sich um Wasser oder ein organisches Lösungsmittel wie niedere Alkohole (in der Regel C&sub1;&submin;&sub6;-Alkohole), Hexan oder Heptan handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei dem flüssigen Medium um Wasser, besonders bevorzugt um entionisiertes Wasser. Eine Boehmit-Dispersion oder gewünschtenfalls ein Boehmit-Gel kann unter Verwendung von mindestens etwa 10 Gew.-% (vorzugsweise etwa 30 bis 80 Gew.-%) flüssigem Medium (vorzugsweise Wasser), bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion, hergestellt werden.
Eisenoxidquelle. Die auf Aluminiumoxid basierende Dispersion enthält außerdem eine Quelle von Eisenoxid (oder Eisenoxid-Keimbildungsmaterial), von der ohne Festlegung auf irgendeine bestimmte Theorie angenommen wird, daß sie als Material fungiert oder ein Material liefert, das als Keimbildner (d.h. als Material, das die Umwandlung von metastabilem Aluminiumoxid bzw. metastabilen Aluminiumoxiden in alpha-Aluminiumoxid verstärkt) wirkt. Beispiele für Eisenoxidquellen sind Hämatit (d.h. α-Fe&sub2;O&sub3;) sowie Vorläufer davon (d.h. Goethit (α-FeOOH), Lepidokrokit (γ-FeOOH), Magnetit (Fe&sub3;O&sub4;) und Maghämit (γ-Fe&sub2;O&sub3;)). Als Vorläufer für Eisenoxid eignen sich alle eisenhaltigen Materialien, die beim Erhitzen in α-Fe&sub2;O&sub3; übergehen.
Geeignete Eisenoxidquellen können nach verschiedenen an sich gut bekannten Techniken hergestellt werden. So kann man beispielsweise eine Dispersion von Hämatit (α-Fe&sub2;O&sub3;) durch Wärmebehandlung von Eisennitratlösungen herstellen, wie es beispielsweise von E. Matijevic et al., J. Colloidal Interface Science, 63, 509-524 (1978), und B. Voight et al., Crystal Research Technology, 21, 1177-1183 (1986), beschrieben wird. Zur Herstellung von Lepidokrokit (γ- FeOOH) kann man beispielsweise Fe(OH)&sub2; mit einer NaNO&sub2;- Lösung oxidieren. Maghämit (γ-Fe&sub2;O&sub3;) ist beispielsweise durch Dehydratisierung von γ-FeOOH im Vakuum erhältlich. γ-FeOOH kann auch in α-Fe&sub2;O&sub3; umgewandelt werden, beispielsweise durch Erhitzen oder Mahlen von γ-FeOOH an der Luft. Die Synthese von Goethit (α-FeOOH) gelingt beispielsweise durch Luftoxidation von Eisen (II)- hydroxid oder Alterung einer Dispersion von Eisen(III)- hydroxid bei erhöhter Temperatur und hohem pH. Weitere Informationen zur Herstellung von Eisenoxiden finden sich beispielsweise in den Aufsätzen von R.N. Sylva, Rev. Pure Applied Chemistry, 22, 15 (1972), und T. Misawa et al., Corrosion Science, 14 131 (1974).
Die Art der zur Herstellung des hier beschriebenen Schleifkorns verwendeten Eisenoxidquelle kann variieren. Es handelt sich dabei vorzugsweise um ein kristallines teilchenförmiges Material. Ein derartiges teilchenförmiges Material kann je nach Kristallinität der Teilchen und/oder Herstellungsverfahren kugelförmig, nadelförmig oder plättchenförmig sein. Unabhängig von seiner Form hat das teilchenförmige Material vorzugsweise eine Oberfläche von mindestens etwa 60 m²/g (besonders bevorzugt mindestens etwa 80 m²/g und ganz besonders bevorzugt mindestens etwa 100 m²/g) und eine durchschnittliche Teilchengröße von weniger als etwa 1 Mikrometer (besonders bevorzugt weniger als etwa 0,5 Mikrometer). Hierbei ist die "Teilchengröße" durch die längste Dimension eines Teilchens definiert. Nach bevorzugten Ausführungsformen sind die kristallinen Teilchen nadelförmig mit einem Streckungsgrad von mindestens etwa 2 : 1. Besonders bevorzugt ist u.a. ein Material mit nadelförmigen Teilchen mit einer Länge von etwa 0,04 bis 0,1 Mikrometer und einer Breite von etwa 0,01 bis 0,02 Mikrometer. Derartige Teilchen sind von verschiedenen Zulieferern von Pigmenten für magnetische Medien, wie Magnox Pulaski, Inc., Pulaski, VA, USA, erhältlich.
Die Bestimmung der Oberfläche der teilchenförmigen Eisenoxidquelle kann beispielsweise durch Stickstoffabsorption auf einem Gerät des Typs Quantasorb System OS-10 von Quantachrome, Boynton Beach, FL, USA, erfolgen. Die Bestimmung der Teilchengröße kann durch Ausmessung der längsten Dimension des Teilchens nach verschiedenen Techniken erfolgen. So kann man die Teilchengröße beispielsweise mit einem Transmissionselektronenmikroskop bestimmen, wobei man eine mikrophotographische Aufnahme einer Kollektion der Teilchen bei geeigneter Vergrößerung anfertigt und dann die Größe der Teilchen ausmißt. Eine andere Meßtechnik ist die quasielastische Lichtstreuung, bei der ein Lichtstrahl von den Teilchen gestreut wird. Die Bestimmung der Teilchengröße erfolgt durch numerische Analyse der Fluktuationen der Intensität des von den Teilchen gestreuten Lichts.
Es wird angenommen, daß die Gegenwart von sehr geringen Mengen an Fe&sub2;O&sub3; (z.B. mit nur 0,01 Gew.-% Fe&sub2;O&sub3; auf theoretischer Oxidbasis) die Keimbildung für die Umwandlung von metastabilem Aluminiumoxid bzw. metastabilen Aluminiumoxiden in alpha-Aluminiumoxid unterstützt. Außerdem wird angenommen, daß dadurch die Verdichtung des alpha-Aluminiumoxids bei einer Temperatur, die unter der Temperatur liegt, bei der ohne das Eisenoxid Verdichtung erfolgen würde (d.h. in auf die gleiche Weise, aber ohne die Fe&sub2;O&sub3;-Quelle hergestelltem Schleifkorn), unterstützt wird.
Siliciumoxidquelle. Die auf Aluminiumoxid basierende Dispersion kann außerdem auch noch eine Quelle von Siliciumoxid, vorzugsweise amorphem Siliciumoxid, enthalten. Die Siliciumoxidquelle kann kollodiales Siliciumoxid, Vorläufer von kolloidalem Siliciumoxid sowie Vorläufer von nichtkolloidalem Siliciumoxid enthalten. Das heißt, bei der Siliciumoxidguelle kann es sich um ein beliebiges wasserlösliches oder wasserdispergierbares Material handeln, das bei ausreichend starkem Erhitzen SiO&sub2; bildet. Als Siliciumoxidquellen eignen sich u.a. Siliciumoxidsole, pyrogenes Siliciumoxid, Siliciumhalogenide, Alkoxysilane wie Tetraethoxyorthosilan sowie Siloxanpolymere und -oligomere.
Kolloidales Siliciumoxid ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung definiert als diskrete feinverteilte Teilchen aus amorphem SiO&sub2;, die eine oder mehrere Dimensionen in einem Bereich von etwa 3 Nanometer bis etwa 1 Mikrometer aufweisen. Als Vorläufer von kolloidalem Siliciumoxid kommen beispielsweise alle wasserdispergierbaren oder wasserlöslichen Siliciumoxidquellen in Betracht, die beim Erhitzen feinverteilte (1 Nanometer bis 1 Mikrometer große) Polymere oder Teilchen aus SiO&sub2; bilden. Wenngleich es sich bei einem Vorläufer von kolloidalem Siliciumoxid um ein Material handelt, das feinverteilte SiO&sub2;-Teilchen bilden kann, braucht der Vorläufer von kolloidalem Siliciumoxid selbstverständlich unter den Bedingungen der im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschriebenen Reaktionen kein kolloidales Siliciumoxid zu bilden. Unter den Begriff kolloidales Siliciumoxid sollen im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Silicium und. Sauerstoff enthaltende kolloidale chemische Verbindungen (z.B. kolloidale Tone) fallen. Der Begriff umfaßt auch beschichtetes kolloidales Siliciumoxid, wie z.B. mit Aluminiumoxid beschichtetes Siliciumoxid und mit Zirconiumoxid beschichtetes Siliciumoxid. Vorzugsweise besteht das kolloidale Siliciumoxid im wesentlichen aus SiO&sub2;.
Unabhängig davon, ob es aus kolloidalem Siliciumoxid direkt oder aus anderen Formen oder Quellen von kolloidalem Siliciumoxid stammt, beträgt die durchschnittliche Größe der Siliciumoxidteilchen in dem kolloidalen Siliciumoxid vorzugsweise weniger als etwa 150 Nanometer, besonders bevorzugt weniger als etwa 100 Nanometer und ganz besonders bevorzugt weniger als etwa 50 Nanometer. In einigen. Fällen können die Siliciumoxidteilchen in der Größenordnung von etwa 3 bis 10 Nanometer liegen. In den meisten Fällen enthält das kolloidale Siliciumoxid eine Verteilung oder einen Bereich von Siliciumoxidteilchengrößen. Amorphes Siliciumoxid mit einer Größe von weniger als etwa 150 Nanometer ist leichter dispergierbar als größerteiliges Siliciumoxid, was ein einheitlicheres Schleifkorn ergibt.
In der Regel wird die Siliciumoxidquelle gegebenenfalls zusammen mit der Eisenoxidquelle zu einem flüssigen Medium gegeben und dann mit Boehmit vereinigt, das in der Regel in Form einer Dispersion vorliegt. Alternativ dazu kann man die Siliciumoxidquelle gegebenenfalls zusammen mit der Eisenoxidquelle dem Schleifkorn-Vorläufer als Imprägnierungszusammensetzung zugeben, wie im folgenden noch ausführlicher erläutert wird. Bei diesem flüssigen Medium kann es sich um das gleiche Medium wie in der Boehmit-Dispersion oder ein davon verschiedenes Medium handeln. Bei diesem flüssigen Medium handelt es sich in der Regel um Wasser (vorzugsweise entionisiertes Wasser). Besonders bevorzugt verwendet man sowohl als flüssiges Medium zum Dispergieren der Siliciumoxidquelle (und/oder der Eisenoxidquelle) als auch als flüssiges Medium in der Boehmit-Dispersion entionisiertes Wasser. Bei direktem Zusatz von kolloidalem Siliciumoxid in einen flüssigen Medium (d.h. in Form einer Dispersion anstelle einer Vorläuferlösung) liegt der Feststoffanteil der kolloidalen Siliciumoxiddispersion im allgemeinen bei etwa 5 bis 50% (vorzugsweise etwa 15 bis 30%), bezogen auf das Gesamtgewicht der kolloidalen Siliciumoxiddispersion.
Kolloidale Siliciumoxide werden im allgemeinen als basische Na&spplus;-stabilisierte oder NH&sub4;&spplus;-stabilisierte Systeme hergestellt, insbesondere wenn sie sehr kleine Teilchen (z.B. unter etwa 5 Nanometer) enthalten. Der pH-Wert der basischen kolloidalen Siliciumoxide liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 8,5 bis etwa 11,5 und beträgt in der Regel etwa 9 bis etwa 11. Im Handel sind auch saure kolloidale Siliciumoxide erhältlich, die jedoch nicht so stabil wie basische kolloidale Siliciumoxide sind. Das heißt, daß saure kolloidale Siliciumoxide leichter koagulieren als basische kolloidale Siliciumoxide. Somit sind bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung basische kolloidale Siliciumoxide wegen ihrer langen Haltbarkeit bevorzugt. Beispiele für derartige im Handel erhältliche basische kolloidale Siliciumoxide sind u.a. diejenigen, die unter den Handelsbezeichnungen "NALCO 1115", "NALCO 1130" und "NALCO 2326" von Nalco Products, Inc., Naperville, IL, USA, und "NYACOL 215" von Eka Nobel, Inc., Augusta, GA, USA, erhältlich sind. Beispiele für saure kolloidale Siliciumoxide sind u.a. diejenigen, die unter den Handelsbezeichnungen "NALCO 1034A" und "NALCOAG 1056" von Nalco Products, Inc., Naperville, IL, USA, erhältlich sind.
Bei der Herstellung von erfindungsgemäßem, auf alpha-Aluminiumoxid basierendem keramischem Schleifkorn gibt man das kolloidale Siliciumoxid in der Regel zu einer sauren Dispersion von Boehmit oder zu einer sauren Dispersion einer Eisenoxidquelle. Bei einem basischen Siliciumoxid kann dies zu unerwünschter Agglomerierung und Bildung von Siliciumoxid- Ausflockungen führen. Somit ist es bevorzugt, ein basisches kolloidales Siliciumoxid vor dem Vereinigen mit Boehmit oder der Eisenoxidquelle mit einer Säurequelle zu vereinigen und in eine saure kolloidale Siliciumoxiddispersion (vorzugsweise mit einem pH-Wert von etwa 1 bis 3) umzuwandeln. Diese frisch hergestellte saure kolloidale Siliciumoxiddispersion liefert im allgemeinen im Vergleich zu "älteren" sauren kolloidalen Siliciumoxiddispersionen, die mehr koagulierte Teilchen aufweisen können, ein besseres Schleifkorn, wie sich anhand einer höheren Dichte belegen läßt.
Erfindungsgemäßes Schleifkorn kann nach einem Verfahren hergestellt werden, bei dem man: eine flüssiges Medium, Boehmit, eine Eisenoxidquelle und eine Siliciumoxidquelle enthaltende Dispersion herstellt; diese Dispersion in einen Schleifkorn- Vorläufer umwandelt und den Schleifkorn-Vorläufer zu einem auf alpha-Aluminiumoxid basierenden keramischen Schleifkorn sintert. Bei bestimmten Ausführungsformen geht man bei der Herstellung einer Dispersion so vor, daß man: eine erste Dispersion, die ein erstes flüssiges Medium und Boehmit enthält, herstellt; durch Vereinigen eines zweiten flüssigen Mediums, einer Siliciumoxidquelle und einer Eisenoxidquelle eine zweite Dispersion herstellt und die erste und zweite Dispersion vereinigt.
Durch die Gegenwart von sehr geringen Mengen an SiO&sub2; (z.B. mit nur 0,05 Gew.-% SiO&sub2; auf theoretischer Oxidbasis) wird die Sintertemperatur erhöht und vermutlich die Kristallitgröße des im Schleifkorn vorliegenden alpha-Aluminiumoxids im Vergleich zu auf die gleiche Weise mit einer Fe&sub2;O&sub3;-Quelle, aber ohne SiO&sub2;-Quelle hergestelltem Schleifkorn verringert. Es wird auch angenommen, daß durch die Gegenwart von sehr geringen Mengen an SiO&sub2; (z.B. mit nur 0,05 Gew.-% SiO&sub2; auf theoretischer Oxidbasis) im Vergleich zu auf die gleiche Weise mit einer Fe&sub2;O&sub3;-Quelle, aber ohne SiO&sub2;- Quelle hergestelltem Schleifkorn das Ausmaß von transgranularem Bruch erhöht und mindestens eine Elementarzellendimension der Schleifkorn-Kristallite verlängert wird. Die Gegenwart von großen Mengen an Siliciumoxid (z.B. 8,0 Gew.-%) führt jedoch im allgemeinen zur Bildung von beträchtlichen Mengen an Mullit und einer schlechten Schleifleistung.
Fakultative Additive. Die auf Aluminiumoxid basierende Dispersion kann außerdem auch noch Oxidmodifikatoren und/oder andere Oxidadditive enthalten, die zur Verbesserung einer wünschenswerten Eigenschaft des auf alpha-Aluminiumoxid basierenden keramischen Schleifkorns oder zur Erhöhung der Effektivität des Sinterschritts zugesetzt werden können. So können beispielsweise durch den Zusatz eines Metalloxids die chemischen und physikalischen Eigenschaften des resultierenden Schleifkorns verändert werden. Der Zusatz eines Metalloxid-Modifikators kann in der Regel zu einer Verringerung der Porosität des gesinterten Schleifkorns und dadurch zu einer Erhöhung der Dichte führen. Die genauen Anteile dieser Komponenten können je nach den gewünschten Eigenschaften des gesinterten Schleifkorns variieren.
Diese Modifikatoren und/oder Additive liegen in Form eines Vorläufers eines Metalloxids (z.B. eines Salzes, wie eines Metallnitrat- oder Metallacetat- Salzes) vor, der sich durch Erhitzen unter Bildung eines Metalloxids zersetzt. Alternativ dazu kann man die Metalloxid-Modifikatoren und/oder -Additive der auf Aluminiumoxid basierenden Dispersion in Form einer Dispersion von Teilchen in Wasser zusetzen. Sie können auch als teilchenförmiges Material der auf Aluminiumoxid basierenden Dispersion direkt zugesetzt werden. Bei letzterer Vorgehensweise weist das teilchenförmige Material vorzugsweise eine Teilchengröße (d.h. eine längste Dimension) von weniger als etwa 5 Mikrometer und besonders bevorzugt weniger als etwa 1 Mikrometer auf.
Es hat sich unerwarteterweise herausgestellt, daß Na&sub2;O und K&sub2;O zwei derartige Modifikatoren darstellen. Derartige Alkalimetalloxide werden in der Regel bei der Herstellung von keramischem Schleifkorn vermieden, da sie als schädlich für die physikalischen Eigenschaften (d.h. die Härte) des Schleifkorns erachtet werden. Bezeichnenderweise liefert die Verwendung eines Quelle eines Alkalimetalloxids (z.B. Na&sub2;O, K&sub2;O und Li&sub2;O) bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Schleifkorns jedoch einen wesentlichen Vorteil, vermutlich insbesondere als Sinterhilfsmittel zur Verbesserung der Verdichtung. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß diese Alkalimetalloxide die Schleifleistung des resultierenden Schleifkorns verbessern. Somit setzt man der auf Aluminiumoxid basierenden Dispersion vorzugsweise eine zur Erhöhung der Dichte des Schleifkorns im Vergleich zu einem auf die gleiche Weise, aber ohne die Alkalimetalloxidquelle hergestellten Schleifkorn ausreichende Menge an Alkalimetalloxidquelle zu. Diese Alkalimetalloxidquelle kann in der Siliciumoxidquelle enthalten sein, wie in basischen Na&spplus;-stabilisiertem kolloidalem Siliciumoxid, oder der auf Aluminiumoxid basierenden Dispersion in Form eines Salzes, wie beispielsweise Natriumacetat, zugesetzt werden. Besonders bevorzugt liegen in dem auf alpha-Aluminiumoxid basierenden keramischen Schleifkorn auf theoretischer Oxidbasis mindestens etwa 0,01 Gew.-% und höchstens etwa 1,0 Gew.-% Alkalimetalloxid (z.B. Na&sub2;O) vor. Ganz besonders bevorzugt liegen in dem auf alpha-Aluminiumoxid basierenden keramischen Schleifkorn auf theoretischer Oxidbasis mindestens etwa 0,05 Gew.-% und höchstens etwa 0,12 Gew.-% Alkalimetalloxid vor.
Als Beispiele für andere Metalloxide, die in das erfindungsgemäße Schleifkorn eingearbeitet werden können, aber nicht unbedingt wünschenswert sind, seien Magnesiumoxid (MgO), Zinkoxid (ZnO), Cobaltoxid (CoO), Nickeloxid (NiO), Zirconiumoxid (ZrO&sub2;), Titanoxid (TiO&sub2;), Eisenoxid (Fe&sub2;O&sub3;), Yttriumoxid (Y&sub2;O&sub3;), Manganoxid (MnO), Praseodymoxid (Pr&sub2;O), Samariumoxid (Sm&sub2;O&sub3;), Ytterbiumoxid (Yb&sub2;O&sub3;), Neodymoxid (Nd&sub2;O&sub3;), Lanthanoxid (La&sub2;O&sub3;), Gadoliniumoxid (Gd&sub2;O&sub3;), Ceroxid (Ce&sub2;O&sub3;), Dysprosiumoxid (Dy&sub2;O), Erbiumoxid (Er&sub2;O&sub3;), Hafniumoxid (HfO&sub2;), Chromoxid (Cr&sub2;O&sub3;), Strontiumoxid (SrO), Calciumoxid (CaO) und Kombinationen davon genannt. Bestimmte dieser Metalloxide können mit dem Aluminiumoxid unter Bildung eines Reaktionsprodukts mit dem Aluminiumoxid reagieren, wohingegen andere als Metalloxid verbleiben. So reagieren beispielsweise die Oxide von Cobalt, Nickel, Zink und Magnesium in der Regel mit Aluminiumoxid zu einem Spinell, wohingegen Zirconiumoxid und Hafniumoxid nicht mit dem Aluminiumoxid reagieren. Alternativ dazu bildet sich bei der Reaktion von Dysprosiumoxid und Gadoliniumoxid mit Aluminiumoxid im allgemeinen Granat. Die Umsetzungsprodukte von Praseodymoxid, Ytterbiumoxid, Erbiumoxid und Samariumoxid mit Aluminiumoxid haben im allgemeinen eine Perowskit- und/oder Granatstruktur. Yttriumoxid kann ebenfalls mit dem Aluminiumoxid zu Y&sub3;Al&sub5;O&sub1;&sub2; mit einer Granat-Kristallstruktur reagieren. Bestimmte Seltenerdmetalloxide und zweiwertige Metallkationen reagieren mit Aluminiumoxid zu einem Seltenerdmetallaluminat der Formel LnMAl&sub1;&sub1;O&sub1;&sub9;, worin L für ein dreiwertiges Metallion, wie La³&spplus;, Nd³&spplus;, Ce³&spplus;, Pr³&spplus;, Sm³&spplus;, Gd³&spplus; oder Eu³&spplus;, und M für ein zweiwertiges Metallkation, wie Mg²&spplus;, Nn²&spplus;, Ni²&spplus;, Zn²&spplus; oder Co²&spplus;, steht. Ein derartiges Aluminat weist eine hexagonale Kristallstruktur auf. Weitere Angaben über Metalloxid in einer auf Aluminiumoxid basierenden Dispersion finden sich beispielsweise in den US-PS 4,314,827 (Leitheiser et al.), 4,770,671 (Monroe et al.) und 4,881,951 (Wood et al.).
Vorzugsweise liegt keines dieser Metalloxide im Schleifkorn in Anteilen vor, die über den sich aus geringfügigen Verunreinigungen in dem Boehmit, der Eisenoxidquelle und/oder der Siliciumoxidquelle ergebenden Gehalten liegen. Somit enthalten bevorzugte Ausführungsformen des Schleifkorns im wesentlichen keine Metalloxide, wie beispielsweise MgO. Sind irgendwelche Metalloxide vorhanden, so liegen sie in dem auf alpha-Aluminiumoxid basierenden keramischen Schleifkorn auf theoretischer Oxidbasis vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,01 bis 25 Gew.-% (besonders bevorzugt von etwa 0,01 bis 10 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt von etwa 0,01 bis 1,0 Gew.-%) vor. Diese Metalloxide sind nicht unbedingt wünschenswert, da bestimmte Quellen dieser Metalloxide (z.B. lösliche Salze wie Nitratsalze) häufig bei der Trocknung wandern, was zu einem in der Zusammensetzung heterogenen Schleifkorn führt. Einige dieser Metalloxide, wie MgO, können zwar das Ausmaß des transgranularen Bruchs des resultierenden Schleifkorns erhöhen, jedoch können sie auch zu einer Abnahme der Härte und Zähigkeit des Schleifkorns führen. Durch Siliciumoxid wird jedoch bei erfindungsgemäßer Verwendung in Kombination mit Fe&sub2;O&sub3; das Ausmaß an transgranularem Bruch des resultierenden Schleifkorns erhöht, wobei die Härte und Zähigkeit des Schleifkorns sowie die Schleifleistung im allgemeinen erhalten bleiben und sogar verbessert werden.
Zur Bereitstellung einer Boehmit-Dispersion wird ein Peptisierungsmittel, das auch als Dispergiermittel bezeichnet wird, verwendet. Als Peptisierungsmittel eignen sich u.a. einbasige Säuren und Säureverbindungen, wie Essigsäure, Salzsäure, Ameisensäure und Salpetersäure. Ein bevorzugtes Peptisierungsmittel ist Salpetersäure. Mehrbasige Säuren werden normalerweise vermieden, da sie in der Regel zu einer schnellen Gelierung der Dispersion führen, was die Handhabung und das Vermischen mit zusätzlichen Komponenten schwierig macht. Einige handelsübliche Quellen von Boehmit können den Säuretiter, wie z.B. absorbierte Ameisen- oder Salpetersäure, zur Bildung der Dispersion enthalten.
Darüber hinaus kann die auf Aluminiumoxid basierende Dispersion geringe Mengen an anderem Keimbildungsmaterial als der Eisenoxidquelle enthalten, wie z.B. eine Quelle von alpha-Aluminiumoxid- Keimbildungsmaterial. Die Gegenwart von derartigem anderem Keimbildungsmaterial kann jedoch je nach dem jeweils vorhandenen anderen Keimbildungsmaterial die Eigenschaften des Schleifkorns negativ beeinflussen. Aus diesem Grund ist der Zusatz eines zweiten Keimbildungsmaterials nicht unbedingt wünschenswert.
Im allgemeinen werden das flüssige Medium, das alpha-Aluminiumoxidmonohydrat, die Siliciumoxidquelle und die Eisenoxidquelle vermischt, bis sich eine homogene Mischung bildet. Bei Verwendung eines basischen kolloidalen Siliciumoxids wird dieses vorzugsweise zunächst durch Vereinigen mit einer Säurequelle angesäuert. Nach einer Ausführungsform wird die Siliciumoxidquelle vor dem Zusatz zum Boehmit in einem flüssigen Medium mit der Eisenoxidquelle vereinigt. Die Mischung bzw. Herstellung der Dispersion kann nach einer beliebigen bekannten Technik erfolgen, beispielsweise unter Verwendung einer Kugelmühle, eines Luftrührers, eines Ultraschallmischers, einer Kolloidmühle, eines kontinuierlich arbeitenden Schneckenmischers, eines Schneckenbohrers oder dergleichen. Eine Kugelmühle kann ein beliebiges geeignetes Mahlmedium enthalten, wie alpha- Aluminiumoxid-Mahlmedium, Zirconiumoxid-Mahlmedium und dergleichen.
Im allgemeinen wird durch die Verringerung der in der Dispersion eingeschlossenen Menge an Luft oder Gasen vor dem Flüssigkeitsentzug die Schaumbildungswahrscheinlichkeit verringert. Weniger eingeschlossene Gase führen im allgemeinen zu einer weniger porösen Mikrostruktur, was wünschenswert ist. Die Entgasung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß man an die Dispersion während ihrer Herstellung Vakuum anlegt. Alternativ dazu oder zusätzlich kann man gegebenenfalls auch Entschäumer verwenden.
Die Dispersion wird in der Regel vor oder bei dem Flüssigkeitsentziehungsschritt gelieren. Die Gelierungsgeschwindigkeit der Dispersion wird im allgemeinen durch den pH-Wert der Dispersion und die Ionenkonzentration im Gel bestimmt. Der pH-Wert der Dispersion liegt in der Regel in einem Bereich von etwa 1,5 bis etwa 4. Ferner kann die Zugabe der meisten Modifikatoren zu einer schnelleren Gelierung der Dispersion führen. Alternativ dazu kann man zur Induzierung der Gelierung der Dispersion Ammoniumacetat oder andere ionische Spezies zusetzen.

Austreiben von Flüssigkeit aus der Dispersion und Bildung von getrocknetem Schleifkorn-Vorläufer

Die Flüssigkeit kann der auf Aluminiumoxid basierenden Dispersion beispielsweise nach einem beliebigen herkömmlichen Verfahren entzogen werden. Dazu gehört u.a. das einfache Lufttrocknen der Dispersion. Weiterhin kommen an sich bekannte Entwässerungsmethoden zur Entfernung von freiem Wasser in der Dispersion und zur Lieferung eines getrockneten Schleifkorn-Vorläufers in Betracht. Beispiele hierfür sind das Zentrifugieren oder Filtrieren. Vorzugsweise erfolgt der Flüssigkeitsentzug durch Erhitzen zur Förderung der Verdampfung. Besonders bevorzugt erfolgt das Erhitzen in einem Umluftofen bei einer Temperatur von etwa 50 bis 200ºC (vorzugsweise etwa 100 bis 150ºC). Hierbei kann man chargenweise oder kontinuierlich arbeiten. Durch den Flüssigkeitsentziehungsschritt wird im allgemeinen ein wesentlicher Teil des flüssigen Mediums aus der Dispersion entfernt; in dem getrockneten Schleifkorn-Vorläufer kann jedoch noch ein geringer Teil des flüssigen Mediums vorhanden sein.
Für geformtes Schleifkorn wird der Dispersion Flüssigkeit teilweise entzogen, bis sich eine plastische Masse der teilweise von Flüssigkeit befreiten Dispersion bildet. Diese teilweise von Flüssigkeit befreite plastische Masse kann nach einem beliebigen zweckmäßigen Verfahren, wie Pressen, Abformen, Schneiden oder Extrudieren, geformt werden. Sie wird dann weiter von Flüssigkeit befreit, um die gewünschte Form zu erhalten (z.B. einen Stab, eine Pyramide, eine dreieckige Platte, einen Diamanten, einen Kegel oder dergleichen). Handelt es sich bei dem geformten Schleifkorn um einen Stab, so kann dieser einen Durchmesser von beispielsweise etwa 20 bis 1000 Mikrometer und ein Streckungsverhältnis (d.h. Verhältnis von Länge zu Breite) von mindestens eins, vorzugsweise mindestens zwei und besonders bevorzugt mindestens fünf aufweisen. Unregelmäßig geformtes Schleifkorn wird zweckmäßigerweise durch einfaches Eintragen der Dispersion in einen geeignet dimensionierten Trocknungsbehälter, wie einen Behälter in Form einer Kuchenform, und Trocknen, vorzugsweise bei einer Temperatur unterhalb der Schatambildungstemperatur der Dispersion, gebildet.
Des weiteren kann erfindungsgemäßes und/oder erfindungsgemäß hergestelltes Schleifkorn beispielsweise zu dünnen Körpern mit geometrischen Flächen von Dreiecken, Quadraten oder dergleichen und Filamenten oder Stäben geformt werden. Beispiele für geformtes Schleifkorn sind den US-PS 5,090,968 (Pellow) und 5,201,916 (Berg et al.) zu entnehmen.
Der getrocknete Schleifkorn-Vorläufer kann auf irgendeinem üblichen Weg, vorzugsweise durch Brechen, in passend dimensioniertes festes Material umgewandelt werden. Das Brechen kann mit geeigneten Mitteln erfolgen, wie z.B. einer Hammermühle, einem Walzenbrecher oder einer Kugelmühle. Zur Zerkleinerung des getrockneten Schleifkorn-Vorläufer s kann eine beliebige Methode angewandt werden. Der Begriff "Brechen" soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle derartigen Methoden umfassen. Es viel einfacher und wesentlich weniger energieaufwendig, den getrockneten Schleifkorn-Vorläufer zu brechen, als das gesinterte Schleifkorn zu brechen. Wenn der getrocknete Schleifkorn-Vorläufer durch Formen in eine bestimmte Dimension und Form gebracht wird, erfolgt die Umwandlung beim Formgebungsprozeß, so daß sich das Brechen erübrigt.

Calcinierung des getrockneten Schleifkorn-Vorläufers

Der der Flüssigkeitsentziehung unterzogene (d.h. getrocknete) Schleifkorn-Vorläufer kann durch Calcinieren weiterverarbeitet werden. Dieses Material wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unabhängig davon, ob es einfach getrocknet oder getrocknet und calciniert wird, als Schleifkorn-Vorläufer" oder "ungesintertes Schleifkorn" bezeichnet. Bei der Calcinierung werden die flüchtigen Stoffe praktisch vollständig entfernt und die verschiedenen Komponenten, die in der Dispersion vorhanden waren, in Oxide umgewandelt. Im allgemeinen erhitzt man das Material auf eine Temperatur von etwa 400 bis 1000ºC (vorzugsweise etwa 500 bis 800ºC) und hält diese Temperatur, bis das freie Wasser und vorzugsweise mindestens etwa 90 Gew.-% aller gebundenen flüchtigen Stoffe ausgetrieben sind. Eine Calcinierung kann vor oder nach der Imprägnierung (sofern eine Imprägnierung durchgeführt wird) oder sowohl vor als auch nach der Imprägnierung durchgeführt werden. Unabhängig davon, ob ein Imprägnierungsschritt zur Anwendung kommt, wird die Calcinierung vorzugsweise unmittelbar vor dem Sintern durchgeführt.

Imprägnieren

Bei dem Verfahren zur Herstellung von Schleifkorn kann gegebenenfalls ein Imprägnierungsschritt zur Einarbeitung von Siliciumoxid und/oder anderen Metalloxiden und Additiven zur Anwendung kommen. Die Imprägnierung des getrockneten oder calcinierten Materials (d.h. des Schleifkorn- Vorläufers) kann mit einer Imprägnierungszusammensetzung erfolgen, die eine Siliciumoxidquelle, eine Eisenoxidquelle, einen Metalloxid-Vorläufer und Kombinationen davon sowie ein flüssiges Medium enthält, wobei man einen imprägnierten Schleifkorn-Vorläufer erhält. Nach dem Imprägnierungsschritt wird der imprägnierte Schleifkorn-Vorläufer in der Regel getrocknet, falls erforderlich, und dann calciniert (im allgemeinen handelt es sich hierbei um den zweiten Calcinierungsschritt), wobei man einen imprägnierten calcinierten Schleifkorn-Vorläufer erhält.
Wenngleich sich die folgende Diskussion auf die Imprägnierung von gebrochenem Schleifkorn-Vorläufer bezieht, kann der Imprägnierungsschritt selbstverständlich auch vor dem Brechen oder Formen des getrockneten und/oder calcinierten Schleifkorn-Vorläufers erfolgen.
Für zufällig oder unregelmäßig geformtes Schleifkorn wird der getrocknete Schleifkorn-Vorläufer jedoch gebrochen, dann calciniert und anschließend imprägniert.
Die Imprägnierungszusammensetzung (bei der es sich vorzugsweise um eine Lösung handelt) enthält im allgemeinen eine Imprägnierungsflüssigkeit und eine oder mehrere der folgenden Substanzen: eine Siliciumoxidquelle, eine Eisenoxidquelle, eine Quelle eines Alkalimetalloxids oder eines anderen Metalloxids und Kombinationen davon. Bei der Imprägnierungsflüssigkeit kann es sich um Wasser (vorzugsweise entionisiertes Wasser) oder ein organisches Lösungsmittel (vorzugsweise ein unpolares organisches Lösungsmittel) handeln. Wird der Schleifkorn-Vorläufer vor dem Imprägnierungsschritt calciniert, so wird als Imprägnierungsflüssigkeit vorzugsweise Wasser verwendet. Wird der Schleifkorn-Vorläufer vor dem Imprägnierungsschritt nicht calciniert, so handelt es sich bei der Imprägnierungsflüssigkeit um eine Flüssigkeit, die den Schleifkorn-Vorläufer nicht löst oder aufweicht.
Zur Verbesserung der Penetration liegt der Metalloxid-Vorläufer im allgemeinen in Form eines löslichen Salzes, wie eines Metallnitrat- oder Metallacetat-Salzes, vor. Beispiele für geeignete Metallsalze, die sich in ein Oxid umwandeln, sind u.a. Salze von Magnesium, Zink, Cobalt, Nickel, Zirconium, Aluminium, Titan, Eisen, Yttrium, Praseodym, Samarium, Mangan, Chrom, Ytterbium, Neodym, Lanthan, Gadolinium, Cer, Dysprosium, Erbium, Hafnium, Chrom, Calcium, Strontium, Zinn, Natrium, Kalium, Lithium und Kombinationen davon. Wird die Siliciumoxidquelle durch Imprägnieren hinzugefügt, so liegt sie zur Verbesserung des Eindringens des Materials in die Poren im allgemeinen ebenfalls in Form eines löslichen Materials vor, wie z.B. als Tetraethoxyorthosilan, was auch für die Eisenoxidquelle gilt.
Der von Boehmit abgeleitete calcinierte Schleifkorn-Vorläufer ist im allgemeinen porös und enthält in der Regel Poren mit einem Radius von 30 bis 40 Angström. Somit kann die Imprägnierung durch Mischen des calcinierten Schleifkorn-Vorläufers mit der Imprägnierungszusammensetzung erfolgen, welche durch Kapillarwirkung in die Poren eindringt. Wenn die Imprägnierungszusammensetzung eine hohe Viskosität aufweist, wird dieser Mischschritt vorzugsweise unter Vakuum durchgeführt. In der Regel gibt man genug Imprägnierungszusammensetzung zu dem calcinierten Schleifkorn-Vorläufer, um auf theoretischer Oxidbasis die gewünschte Menge an SiO&sub2;, Fe&sub2;O&sub3;, Alkalimetalloxid oder gegebenenfalls anderem Metalloxid in dem resultierenden, auf alpha-Aluminiumoxid basierenden keramischen Schleifkorn bereitzustellen.
Nach der Imprägnierung wird das imprägnierte Material getrocknet, so daß einzelne Teilchen nicht zusammenkleben oder am Einspeisungsrohr der Calcinierungsapparatur haften bleiben. In manchen Fällen ist dieser Trocknungsschritt nicht notwendig. Danach wird das Material in der Regel zur Entfernung von gebundenen flüchtigen Stoffen unter den oben beschriebenen Bedingungen calciniert. Bei Anwendung von zwei Calcinierungsschritten brauchen die Bedingungen nicht identisch zu sein.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann man auch mehr als einen Imprägnierungsschritt anwenden. Durch mehrere Imprägnierungsschritte kann die Konzentration des in der Imprägnierungszusammensetzung enthaltenen Materials in den Poren erhöht werden. Die nachfolgende Imprägnierungszusammensetzung kann auch eine andere Feststoffkonzentration und/oder eine Kombination von anderen Materialien als die erste Imprägnierungszusammensetzung enthalten. So kann beispielsweise die erste Zusammensetzung ein Metallsalz und die zweite Zusammensetzung ein anderes Metallsalz enthalten.
Die Imprägnierungszusammensetzung kann zusätzlich auch noch sehr kleine Teilchen oder Protuberanzmassen (z.B. weniger als 25 Mikrometer) eines anorganischen teilchenförmigen Materials, wie kolloidalem Siliciumoxid, oder einer Eisenoxidquelle, enthalten. Dieses anorganische teilchenförmige Material kann im allgemeinen weitgehend nicht in die Poren der getrockneten oder calcinierten Teilchen eindringen. Beim Sintern sintert das anorganische teilchenförmige Material und haftet an der Oberfläche des keramischen Schleifkorns und bildet so auf der Oberfläche des gesinterten Schleifkorns einen Überzug. Weitere Informationen zu diesem Überzug finden sich beispielsweise in den US-PS 5,213,591 (Celikkaya et al.) und 5,011,508 (Wald et al.).

Sintern

Das Sintern des Schleifkorn-Vorläufers erfolgt im allgemeinen durch Erhitzen auf eine Temperatur, bei der metastabiles Aluminiumoxid bzw. metastabile Aluminiumoxide in alpha-Alumihiumoxid umgewandelt wird bzw. werden und alle Metalloxid-Vorläufer entweder mit dem Aluminiumoxid reagieren oder Metalloxid bilden. Unter metastabilem Aluminiumoxid ist im Sinne der vorliegenden Erfindung jede kristallographische Form von Aluminiumoxid zu verstehen, die nach Erhitzen des Aluminiumoxidhydrats zum Austreiben von Hydratwasser vor der Umwandlung zu alpha-Aluminiumoxid existiert (z.B. eta-, theta, delta-, chi-, iota-, kappa- und gamma-Aluminiumoxidformen und intermediäre Kombinationen derartiger Formen). Die Sintertemperatur beträgt etwa 1200 bis 1650ºC (vorzugsweise etwa 1300 bis 1450ºC). Die Zeitdauer, für die der Schleifkorn- Vorläufer der Sintertemperatur zur Erzielung des gewünschten Umwandlungsniveaus ausgesetzt wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab, z.B. von der Teilchengröße, der Zusammensetzung der Teilchen und der Sintertemperatur. In der Regel kann das Sintern jedoch in einem Zeitraum von wenigen Sekunden bis eta 60 Minuten durchgeführt werden. Vorzugsweise wird das Sintern in von etwa 5 bis 30 Minuten durchgeführt.
Das Sintern erfolgt in der Regel bei Normaldruck, wenngleich es gegebenenfalls auch bei anderen Drücken durchgeführt werden könnte. Das Sintern erfolgt vorzugsweise in einer oxidierenden Atmosphäre. Beim Sintern in einer neutralen oder reduzierenden Atmosphäre wird im allgemeinen das Eisen von +3 reduziert und die Animpfungs-, d.h. Keimbildungseffizienz behindert. Das Sintern kann beispielsweise in einem Drehofen, einem Chargenofen (d.h. einem statischen Ofen) oder einem Ofen gemäß US- PS 5,489,204 (Conwell et al.) stattfinden.
Nach dem Sintern kann das Schleifkorn durch Weiterverarbeitung mittels Sieben oder Brechen und Sieben auf die gewünschte Größenverteilung gebracht werden.

Schleifkorn

Erfindungsgemäßes und/oder erfindungsgemäß hergestelltes Schleifkorn ist vorzugsweise undurchsichtig und enthält Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;), Siliciumoxid (SiO&sub2;) und Eisenoxid (α-Fe&sub2;O&sub3;) sowie bei bestimmten Ausführungsformen Alkalimetalloxide. Es weist in der Regel eine Schleifkorngröße (d.h. längste Dimension des Schleifkorns) von mindestens etwa 10 Mikrometer auf. Das hier beschriebene Schleifkorn ist leicht mit einer Schleifkorngröße von mehr als etwa 100 Mikrometer erhältlich. Größeres Schleifkorn (z.B. größer als etwa 150 Mikrometer oder sogar größer als etwa 200 Mikrometer) läßt sich aber ebenfalls leicht herstellen. Bei den hier angegebenen Schleifkorngrößen handelt es sich in der Regel um durchschnittliche Schleifkorngrößen, wenngleich für eine Probe, die als "größer als" eine bestimmte Schleifkorngröße bezeichnet wird, vorzugsweise praktisch das gesamte Korn der Probe größer als jener bestimmte Wert ist.
Erfindungsgemäßes und/oder erfindungsgemäß hergestelltes Schleifkorn weist in der Regel eine Oberflächenrauhigkeitshöhe von mehr als etwa 200 Nanometer (vorzugsweise mehr als etwa 300 Nanometer) und eine Oberflächenrauhigkeitsperiodizität von weniger als etwa 500 Nanometer (vorzugsweise weniger als etwa 250 Nanometer) auf. Diese Oberflächenrauhigkeit liefert einen Beitrag zur Haftung des Schleifkorns, beispielsweise gegenüber dem Bindemittel in einem Schleifgegenstand. Die Verfahren, mit denen die Oberflächenrauhigkeitshöhe und -periodizität bestimmt werden können, werden im folgenden beschrieben.
Die Mikrostruktur des gesinterten Schleifkorns läßt sich als zufällig orientierte, facettierte, gleichachsige alpha-Aluminiumoxid-Kristallite mit einem durchschnittlichen Durchmesser von weniger als etwa 0,5 Mikrometer, vorzugsweise weniger als etwa 0,3 Mikrometer, beschreiben. Das heißt, daß mindestens ein Teil des alpha-Aluminiumoxids in Form von alpha- Aluminiumoxid-Kristalliten mit einer mittleren Kristallitgröße von weniger als etwa 0,5 Mikrometer vorliegt. Im allgemeinen sind keine alpha- Aluminiumoxid-Kristallite vorhanden, die größer als 1 Mikrometer sind, und ihre Größe beträgt in der Regel etwa 0,1 bis 0,4 Mikrometer. Hierbei ist unter der Kristallitgröße die längste Dimension des Kristallits zu verstehen. Das Kristallitvolumen kann in der Regel durch Kubieren dieser längsten Dimension bestimmt werden.
Das erfindungsgemäße und/oder erfindungsgemäß hergestellte auf alpha-Aluminiumoxid basierende keramische Schleifkorn weist eine Dichte von mindestens etwa 3,5 g/cm³, besonders bevorzugt mindestens etwa 3,7 g/cm³ und ganz besonders bevorzugt mindestens etwa 3,8 g/cm³ auf. Im allgemeinen ist das Schleifkorn sowohl hart (d.h. verformungsbeständig) als auch zäh (d.h. bruchbeständig). Das Schleifkorn hat in der Regel eine durchschnittliche Härte (d.h. Verformungsbeständigkeit) von mindestens etwa 16 GPa. Die durchschnittliche Härte beträgt vorzugsweise mindestens etwa 18 GPa, besonders bevorzugt mindestens etwa 20 GPa und ganz besonders bevorzugt mindestens etwa 22 GPa. Außerdem hat das gesinterte Schleifkorn in der Regel eine durchschnittliche Zähigkeit (d.h. Bruchbeständigkeit) von mindestens etwa 2,5 MPa·m1/&sub2;. Die durchschnittliche Zähigkeit beträgt vorzugsweise mindestens etwa 3,0 MPa·m1/&sub2;, besonders bevorzugt mindestens etwa 3,5 MPa·m1/&sub2; und ganz besonders bevorzugt mindestens etwa 4,0 MPa·m1/&sub2;. Ein besonders bevorzugtes Schleifkorn weist eine durchschnittliche Härte von mindestens 23 GPa und eine durchschnittliche Zähigkeit von mindestens 3,3 Pa·m1/&sub2; auf.
Ohne Festlegung auf irgendeine bestimmte Theorie wird angenommen, daß das Eisenoxid die Keimbildung für die Umwandlung von metastabilem Aluminiumoxid bzw. metastabilen Aluminiumoxiden in alpha-Aluminiumoxid unterstützt. Außerdem wird angenommen, daß das Eisenoxid die Verdichtung des alpha-Aluminiumoxids bei einer Temperatur, die unter der Temperatur liegt, bei der ohne das Eisenoxid Verdichtung erfolgen würde, unterstützt, wohingegen angenommen wird, daß das Siliciumoxid die Verringerung des alpha-Aluminiumoxid-Kristallitwachstums beim Sintern unterstützt, wenngleich es die Sintertemperatur erhöht. Somit verwendet man eine so große Menge an Eisenoxid und eine so große Menge an Siliciumoxid, daß metastabiles Aluminiumoxid bzw. metastabile Aluminiumoxide unter Verringerung des Kristallitwachstums des alpha-Aluminiumoxids wirksam in alpha- Aluminiumoxid umgewandelt werden. Die auf Aluminiumoxid basierende Dispersion enthält vorzugsweise eine so große Menge an Eisenoxidquelle und eine so große Menge an Siliciumoxidquelle, daß sich ein auf alpha- Aluminiumoxid basierendes keramisches Schleifkorn mit alpha-Aluminiumoxid-Kristalliten mit einer durchschnittlichen Kristallitgröße von weniger als etwa 0,5 Mikrometer (besonders bevorzugt weniger als etwa 0,3 Mikrometer) ergibt.
Bei sehr geringen SiO&sub2;-Gehalten (z.B. 0,05%) beobachtet man beim Sintern des Schleifkorn-Vorläufers im allgemeinen ein verringertes Kristallitwachstum. Das SiO&sub2; liegt in dem Schleifkorn vorzugsweise in einer so großen Menge vor, daß sich ein Schleifkorn mit alpha- Aluminiumoxid-Kristalliten mit einem durchschnittlichen Kristallitvolumen, das kleiner als das durchschnittliche Kristallitvolumen von alpha-Aluminiumoxid- Kristalliten, die in einem auf die gleiche Weise, aber ohne die Siliciumoxidquelle, hergestellten, auf alpha- Aluminiumoxid basierenden keramischen Schleifkorn vorliegen, ist, ergibt. Vorzugsweise beläuft sich das durchschnittliche Kristallitvolumen auf höchstens die Hälfte (besonders bevorzugt ein Fünftel, ganz besonders bevorzugt ein Zehntel und insbesondere bevorzugt ein Hundertstel) des durchschnittlichen Kristallitvolumens von alpha-Aluminiumoxid-Kristalliten, die in einem auf die gleiche Weise, aber ohne die Siliciumoxidquelle, hergestellten, auf alpha-Aluminiumoxid basierenden keramischen Schleifkorn vorliegen.
Das hier beschriebene Schleifkorn, das wenig oder gar keine glasartigen Phasen aufweist, weist nach dem Sintern des Schleifkorns auf eine "reale" Dichte von mindestens 90% der theoretischen Dichte transgranularen Bruch im Gegensatz zu intergranularem Bruch auf. Ein sehr poröses Schleifkorn (d.h. ein Schleifkorn mit kontinuierlicher Porosität, wobei die inneren und äußeren Poren miteinander verbunden sind, wie es in Materialen mit vermikularer oder poröser, nicht angeimpfter Mikrostruktur anzutreffen ist) hat eine sehr große "scheinbare" Dichte und ein sehr hohes Ausmaß (d.h. mehr als etwa 70%) an transgranularem Bruch. In diesem Fall ist das Ausmaß an transgranularem Bruch bedeutungslos, da poröses Material im allgemeinen transgranular bricht. Wie für den Fachmann leicht ersichtlich ist, hat das erfindungsgemäße Schleifkorn eine angeimpfte und dichte Mikrostruktur mit sehr wenigen Poren (bestimmt mit Hilfe der nachstehend beschriebenen Rotfarbstoffprüfung, mit der äußere Porosität identifiziert wird, und/oder mittels Rasterelektronenmikroskopie, mit der sowohl äußere als auch innene Porosität identifiziert werden). Für ein derartiges nichtporöses Schleifkorn handelt es sich bei der gemessenen oder "scheinbaren" Dichte um eine "reale" Dichte. In diesem Fall läßt ein hohes Ausmaß an transgranularem Bruch im allgemeinen auf ein zäheres Schleifkorn mit im allgemeinen besserer Schleifleistung schließen.
Das Ausmaß an transgranularem Bruch kann wie nachstehend beschrieben mittels Rasterelektronenmikroskopie bestimmt werden. Transgranularer Bruch wird im allgemeinen bei sehr geringen SiO&sub2;-Gehalten (z.B. 0,05 Gew.-%) beobachtet; jedoch verbessern sich der transgranulare Bruch, die Schleifleistung und die Zähigkeit bei höheren SiO&sub2;-Gehalten (z.B. 0,1 Gew.-% und insbesondere 1 bis 2 Gew.-%). Somit liegt das SiO&sub2; in dem Schleifkorn vorzugsweise in einer so großen Menge vor, daß sich ein Schleifkorn mit einem im Vergleich zu auf die gleiche Weise, aber ohne das SiO&sub2; hergestelltem Schleifkorn vergrößerten Ausmaß an transgranularem Bruch ergibt. Besonders bevorzugt liegt das SiO&sub2; in einer so großen Menge vor, daß sich Schleifkorn mit mindestens etwa 30% transgranularem Bruch, ganz besonders bevorzugt mindestens etwa 40% transgranularem Bruch und bei bestimmten Ausführungsformen mindestens etwa 50% transgranularem Bruch ergibt. Mit steigendem Ausmaß an transgranularem Bruch verbessert sich im allgemeinen auch die Schleifleistung.
Die Einarbeitung von Fe&sub2;O&sub3; in ein aluminiumhaltiges Keramikmaterial führt bekanntlich zu einer Aufweitung der Elementarzellendimensionen der alpha- Aluminiumoxid-Kristallite. Die Gegenwart von SiO&sub2; verstärkt überraschenderweise diesen Aufweitungseffekt bei sehr geringen SiO&sub2;-Gehalten (z.B. 0,05 Gew.-%). Somit liegt das SiO&sub2; in dem Schleifkorn vorzugsweise in einer so großen Menge vor, daß sich Schleifkorn mit mindestens einer im Vergleich zu Schleifkorn ohne das SiO&sub2; verlängerten Elementarzellendimension ergibt. besonders bevorzugt liegt das SiO&sub2; in dem Schleifkorn in iner so großen Menge vor, daß sich Schleifkorn mit mindestens etwa 0,01% Aufweitung mindestens einer Elementarzellendimension und ganz besonders bevorzugt mindestens etwa 0,02% Aufweitung im Vergleich zu Schleifkorn ohne das SiO&sub2; ergibt.
Bei bestimmten Ausführungsformen enthält das Schleifkorn auf theoretischer Oxidbasis vorzugsweise mindestens etwa 0,1 Gew.-% (besonders bevorzugt mindestens etwa 0,5 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt mindestens etwa 1,0 Gew.-%) SiO&sub2;. Des weiteren enthält das Schleifkorn auf theoretischer Oxidbasis vorzugsweise höchstens etwa 20,0 Gew.-% (besonders bevorzugt höchstens etwa 5,0 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt höchstens etwa 2,0 Gew.-%) SiO&sub2;.
Bei bestimmten Ausführungsformen enthält das Schleifkorn auf theoretischer Oxidbasis vorzugsweise mindestens etwa 0,1 Gew.-% (besonders bevorzugt mindestens etwa 0,25 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens etwa. 0,5 Gew.-%, und bei bestimmten Ausführungsformen mindestens etwa 1,0 Gew. -%) Fe&sub2;O&sub3;. Des weiteren enthält das Schleifkorn auf theoretischer Oxidbasis vorzugsweise höchstens etwa 10,0 Gew.-% (besonders bevorzugt höchstens etwa 5,0 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt höchstens etwa 2,0 Gew.-%) Fe&sub2;O&sub3;.
Im allgemeinen enthält das erfindungsgemäße und/oder erfindungsgemäß hergestellte Schleifkorn vorzugsweise mindestens etwa 70 Gew.-% (besonders bevorzugt mindestens etwa 85,0 Gew.-%) Al&sub2;O&sub3;, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schleifkorns. Des weiteren enthält das Schleifkorn vorzugsweise höchstens etwa 99,9 Gew.-% (besonders bevorzugt höchstens etwa 99,5 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt höchstens etwa 98,0 Gew.-%) Al&sub2;O&sub3;, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schleifkorns.
Wie weiter oben bereits erwähnt, kann das erfindungsgemäße und/oder erfindungsgemäß hergestellte Schleifkorn zur Erzielung bestimmter Vorteile ein Alkalimetalloxid (z.B. Na&sub2;O, K&sub2;O oder Li&sub2;O) enthalten. In der Regel besteht das Schleifkorn jedoch im wesentlichen aus AbO&sub3;, Fe&sub2;O&sub3; und SiO&sub2;.

Schleifprodukte

Erfindungsgemäßes und/oder erfindungsgemäß hergestelltes Schleifkorn kann in herkömmlichen Schleifprodukten, wie z.B. Schleifprodukten mit Schleifmittel auf Unterlage, Schleifprodukten mit gebundenem Schleifmittel (einschließlich Schleifscheiben, Trennscheiben und Honsteinen), Schleifvliesprodukten und Schleifbürsten Anwendung finden. Schleifprodukte (z.B. Schleifgegenstände) enthalten in der Regel ein Bindemittel und durch das Bindemittel in dem Schleifprodukt festgehaltenes Schleifkorn, bei dem es sich zumindest teilweise um das erfindungsgemäße und/oder erfindungsgemäß hergestellte Schleifkorn handelt. Verfahren zur Herstellung derartiger Schleifprodukte sind dem Fachmann gut bekannt. Des weiteren kann erfindungsgemäßes und/oder erfindungsgemäß hergestelltes Schleifkorn bei Schleifanwendungen zum Einsatz kommen, bei denen Aufschlämmungen von Schleifmassen (z.B. Poliermassen) verwendet werden.
Schleifprodukte mit Schleifmittel auf Unterlage enthalten im allgemeinen eine Unterlage, Schleifkorn und mindestens ein Bindemittel zum Festhalten des Schleifkorns auf der Unterlage. Bei der Unterlage kann es sich um ein beliebiges geeignetes Material handeln, u.a. auch um Stoff, Polymerfolie, Faser, Vliese, Papier, Kombinationen davon und behandelte Varianten davon. Als Bindemittel kommen alle geeigneten Bindemittel einschließlich eines anorganischen oder organischen Bindemittels in Betracht. Das Schleifkorn kann in einer Schicht oder in zwei Schichten des Schleifprodukts mit Schleifmittel auf Unterlage vorliegen. Bevorzugte Verfahren zur Herstellung von Schleifprodukten mit Schleifmittel auf Unterlage werden beispielsweise in den US-PS 4,734,104 (Broberg) und 4,737,163 (Larkey) beschrieben.
Das Schleifprodukt mit Schleifmittel auf Unterlage kann auf seiner Rückseite ein Befestigungsmittel zum Anbringen des Schleifprodukts mit Schleifmittel auf Unterlage auf einem Stützteller aufweisen. Bei dem Befestigungsmittel kann es sich beispielsweise um einen Haftklebstoff oder eine textile Fläche vom Schlaufentyp für eine Klettverschluß- Anbringung handeln. Die Rückseite des Schleifprodukts mit Schleifmittel auf Unterlage kann auch einen rutschfesten Überzug oder einen Reibüberzug aufweisen. Als Beispiel für derartige Überzüge sei ein in einem Klebstoff dispergiertes, anorganisches teilchenförmiges Material (z.B. Calciumcarbonat oder Quarz) genannt.
Ein Beispiel für ein Schleifprodukt mit Schleifmittel auf Unterlage ist in Fig. 1 dargestellt. Gemäß dieser Figur weist ein Schleifprodukt 10 mit Schleifmittel auf Unterlage eine Unterlage (ein Substrat) 12 und eine Schleifschicht 13 auf. Die Schleifschicht 13 enthält Schleifkorn 14, das durch den "Make Coat" 15 und den "Size Coat" 16 auf einer Hauptoberfläche der Unterlage 12 festgehalten wird. In einigen Fällen wird ein "Supersize Coat" (nicht gezeigt) verwendet.
Schleifprodukte mit gebundenem Schleifmittel enthalten in der Regel eine geformte Schleifkornmasse, die von einem organischen, metallischen oder verglasten Bindemittel zusammengehalten wird. Eine derartige geformte Masse kann beispielsweise in Form einer Scheibe, wie einer Schleifscheibe, Trennscheibe oder dergleichen, vorliegen. Sie kann auch beispielsweise in Form eines Honsteins oder einer anderen üblichen Form von Schleifprodukten mit gebundenem Schleifmittel vorliegen. Sie liegt vorzugsweise in Form einer Schleifscheibe vor. In Fig. 2 ist eine Scheibe 20 dargestellt, die Schleifkorn 21, bei dem es sich zumindest teilweise um das erfindungsgemäße und/oder erfindungsgemäß hergestellte Schleifkorn handelt, enthält, das zu einer Scheibe geformt und an einer Nabe 22 befestigt ist. Weitere Einzelheiten zu Schleifprodukten mit gebundenem Schleifmittel sind beispielsweise der US-PS 4,997,461 (Markhoff-Matheny et al.) zu entnehmen. Bevorzugte verwendbare Bindemittel sind bei Temperaturen und unter Bedingungen härtbar, bei denen das erfindungsgemäße keramische Schleifkorn nicht nachteilig beeinflußt wird.
Schleifvliesprodukte enthalten in der Regel eine offene, poröse, voluminöse Polymerfilamentstruktur mit darin verteiltem und durch ein organisches Bindemittel haftend gebundenem Schleifkorn. Beispiele für Filamente sind Polyesterfasern, Polyamidfasern und Polyaramidfasern. In Fig. 3 ist ein typisches Schleifvliesprodukt in etwa 100facher Vergrößerung schematisch dargestellt. Ein derartiges Schleifvliesprodukt enthält die Fasermatte 30 als Substrat, auf dem das Schleifkorn 32, bei dem es sich zumindest teilweise um das erfindungsgemäße und/oder erfindungsgemäß hergestellte Schleifkorn handelt, durch das Bindemittel 34 haftend angebracht ist. Weitere Einzelheiten zu Schleifvliesprodukten sind beispielsweise der US-PS 2,958,593 (Hoover et al.) zu entnehmen.
Als organische Bindemittel für die erfindungsgemäßen Schleifprodukte kommen u.a. warmhärtbare organische Polymere in Betracht. Als warmhärtbare organische Polymere eignen sich beispielsweise Phenolharze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Melamin- Formaldehyd-Harze, Urethanharze, Acrylatharze, Polyesterharze, Aminoplastharze mit seitenständigen α,β-ungesättigten Carbonylgruppen, Epoxidharze und Kombinationen davon. Das Bindemittel und/oder das Schleifkorn kann außerdem Additive enthalten, wie Fasern, Gleitmittel, Netzmittel, thixotrope Substanzen, Tenside, Pigmente, Farbstoffe, Antistatika (z.B. Ruß, Vanadiumoxid, Graphit usw.), Kupplungsmittel (z.B. Silane, Titanate, Zirconiumaluminate usw.), Weichmacher, Suspendiermittel und dergleichen. Die Mengen dieser fakultativen Additive werden so gewählt, daß sich die gewünschten Eigenschaften ergeben. Durch die Kupplungsmittel kann die Haftung gegenüber dem Schleifkorn und/oder dem Füllstoff verbessert werden.
Die Bindemittel können auch Füllstoffe oder Schleifhilfsmittel enthalten, in der Regel als teilchenförmiges Material. Bei den teilchenförmigen Materialien handelt es sich in der Regel um anorganische Materialien. Beispiele für anorganische Materialien, die als Füllstoffe wirken können, sind Metallcarbonate, Siliciumoxid, Silicate, Metallsulfate, Metalloxide und dergleichen. Beispiele für teilchenförmige Materialien, die als Schleifhilfsmittel wirken können, sind Halogenidsalze, wie Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumkryolith und Kaliumtetrafluoroborat; Metalle, wie Zinn, Blei, Bismut, Cobalt, Antimon, Eisen und Titan; organische Halogenide, wie Polyvinylchlorid und Tetrachlornaphthalin; Schwefel und Schwefelverbindungen; Graphit, und dergleichen. Ein Schleifhilfsmittel ist ein Material, das einen wesentlichen Effekt auf die chemischen und physikalischen Prozesse des Schleifens hat, was zu einer verbesserten Leistung führt. In einem Schleifprodukt mit Schleifmittel auf Unterlage verwendet man ein Schleifhilfsmittel in der Regel in dem auf der Oberfläche des Schleifkorns aufgebrachten Supersize Coat, wenngleich es auch dem Size Coat einverleibt werden kann. Falls gewünscht, verwendet man ein Schleifhilfsmittel in der Regel in einer Menge von etwa 50 bis 300 g/m² (vorzugsweise etwa 80 bis 160 g/m²), bezögen auf das Schleifprodukt mit Schleifmittel auf Unterlage.
Erfindungsgemäßes und/oder erfindungsgemäß hergestelltes Schleifkorn kann eine Oberflächenbeschichtung aufweisen. Oberflächenbeschichtungen verbessern bekanntlich die Haftung zwischen dem Schleifkorn und dem Bindemittel in Schleifprodukten und in einigen Fällen die Schleifeigenschaften des Schleifkorns. Derartige Oberflächenbeschichtungen werden beispielsweise in den US-PS 5,011,508 (Wald et al.), 5,009,675 (Kunz et al.), 4,997,461 (Markhoff- Matheny et al.), 5,213,951 (Celikkaya et al.), 5,085,671 (Martin et al.) und 5,042,991 (Kunz et al.) beschrieben.
Die Schleifprodukte können 100% erfindungsgemäßes und/oder erfindungsgemäß hergestelltes Schleifkorn oder eine Mischung aus erfindungsgemäßem Schleifkorn und herkömmlichem Schleifkorn und/oder Verdünnerteilchen enthalten. Der Anteil an erfindungsgemäßem Schleifkorn an dem Schleifkorn in Schleifprodukten sollte jedoch mindestens etwa 15 Gew.-% und vorzugsweise etwa 50 bis 100 Gew.-%, betragen. Als herkömmliches Schleifkorn eignen sich beispielsweise Schmelzkorund, Siliciumcarbid, Granat, Schmelzzirkonkorund, anderes Sol-Gel-Schleifkorn und dergleichen. Als Verdünnungsteilchen eignen sich beispielsweise Marmor, Gips, Flint, Siliciumoxid, Eisenoxid, Aluminiumsilicat, Glas und Verdünnungsagglomerate. Erfindungsgemäßes Schleifkorn kann auch in Schleifagglomerate eingearbeitet oder damit kombiniert werden. Ein Beispiel für ein Schleifagglomerat wird in den US-PS 4,311,489 (Kressner), 4,652,275 (Bloecher et al.) und 4,799,939 (Bloecher et al.) beschrieben.

Beispiele

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele näher erläutert, wobei jedoch die in diesen Beispielen aufgeführten speziellen Materialien und deren Mengen sowie ändere Bedingungen und Einzelheiten die vorliegende Erfindung nicht unangemessen einschränken sollen. Verschiedene Modifikationen und Abänderungen der Erfindung werden für den Fachmann klar ersichtlich. Alle Teile- und Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht, sofern nicht anders vermerkt.
In den Beispielen werden die folgenden Bezeichnungen verwendet:
AAMH alpha-Aluminiumoxidmonohydrat (Boehmit), im Handel von Condea Chemie, Hamburg, unter der Handelsbezeichnung "DISPERSAL" erhältlich.
EIW entionisiertes Wasser.
HNO&sub3; Salpetersäure.
AMM Ammoniumacetat.
TEOS Tetraethoxyorthosilan.
ASM wäßrige alpha-Aluminiumoxid-Keimbildnerdispersion; hergestellt durch Vermahlen von ungefähr 5200 Gramm Aluminiumoxid-Mahlmedium (Aluminiumoxidstab mit einer Länge von 0,25 Zoll (0,64 cm) und einem Durchmesser von 0,25 Zoll (0,64 cm) von Coors, Golden, CO, USA) in etwa 750 ml H&sub2;O in einem 4-Liter-Kugelmühlengefäß (Innendurchmesser 21 cm) bei 60 UpM über einen Zeitraum von 72 Stunden.
ASG alpha-Aluminiumoxid-Keimbildner, mittlere Teilchengröße 0,4 Mikrometer, Oberfläche 8,2 m²/g; im Handel von Alcoa Industrial Chemicals, Bauxite, AK, USA, unter der Handelsbezeichnung "ALCOA A16SG" erhältlich.
SAS alpha-Aluminiumoxid-Impfsol, hergestellt durch etwa 48 Stunden Vermahlen von 50,0 g Gramm ASG, 5 ml konzentrierter HNO&sub3; und 400 ml EIW in einer Aluminiumoxid-Kugelmühle, die bis zu etwa 1/3 ihres Volumens mit zylindrischem Aluminiumoxid- Mahlmedium (gleiche Mengen von 0,5 Zoll (1,3 cm) großen Kugeln, 0,5 Zoll (1,3 cm) großen Zylindern und 0,75 Zoll (1,9 cm) großen Zylindern) gefüllt war.
IO-1 wäßrige Dispersion von Eisenoxidhydroxid (γ- FeOOH), (ph = 5,0-5,5), wovon etwa 90 bis 95% Lepidokrokit sind, nadelförmige Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 0,05 bis 0,1 Mikrometer, einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser oder Breite von etwa 1 : 1 bis 2 : 1 und einer Oberfläche von etwa 115,3 m²/g.
IO-2 wäßrige Dispersion von Eisenoxidhydroxid (α- FeOOH), nadelförmige Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als 0,1 Mikrometer.
IO-3 wäßrige Dispersion von Eisenoxidhydroxid (α- FeOOH) mit 15% Eisenoxid (berechnet auf theoretischer Oxidbasis als Fe&sub2;O&sub3;), hergestellt aus Eisensulfat und Ammoniumhydroxid, nadelförmige Teilchen mit einer Länge von etwa 0,4 Mikrometer, einer Breite von 0,05 Mikrometer und einer Oberfläche von etwa 80 m²/g. Diese Dispersion wurde etwa 3 Jahre gealtert.
IO-4 wäßrige Dispersion von Eisenoxid-Keimbildner (α-Fe&sub2;O&sub3;), hergestellt gemäß Beispiel 2 der US- PS 3,267,041 (MacCallum), jedoch mit der Abwandlung, daß das Fe(NO&sub3;)&sub3;·9H&sub2;O, Wasser und wäßriges Ammoniak jeweils in einer dem Fünffachen der von MacCallum angegebenen Menge entsprechenden Menge verwendet wurden, diskusförmige Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 0,2 bis 0,3 Mikrometer.
IO-5 wäßrige Dispersion (pH = 1) von Eisenoxid (α- Fe&sub2;O&sub3;), hergestellt durch Hydrothermalbehandlung eines Hydroxyeisenpolymers, abgeflachte ellipsoide Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 0,1 Mikrometer.
IO-6 wäßrige Paste von Eisenoxidhydroxid (α-FeOOH), nadelförmige Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 0,08 Mikrometer und einer Oberfläche von etwa 104,5 m²/g, erhältlich von Magnox Pulaski, Inc., Pulaski, VA, USA, unter der Bezeichnung "Goethite A".
IO-7 α-FeOOH-Dispersion (nadelförmige Teilchen mit einer durchschnittlichen Länge von 0,08 Mikrometer, Oberfläche etwa 130,7 m²/g, 1,4% Feststoffe, pH ungefähr 8,7), hergestellt durch Lösen von 83,4 Gramm FeSO&sub4;&sub7;H&sub2;O in 2000 Gramm EIW, Erwärmen der Lösung auf 40ºC und Einblasen von O&sub2;, Zusatz von NaOH-Lösung (30 Gramm NaOH in 500 Gramm EIW) und Rühren unter kontinuierlicher O&sub2;-Einleitung und Halten der Temperatur über einen Zeitraum von 4 Stunden; diese Suspension wurde 6 Minuten bei 2400 UpM zentrifugiert, und die Teilchen wurden in EIW redispergiert, nach 3maliger Wiederholung wurden die Teilchen über Nacht absetzen gelassen.
IO-8 wäßrige Dispersion von Eisenoxidhydroxid (α- FeOOH) mit 15% Eisenoxid (berechnet auf theoretischer Oxidbasis als Fe&sub2;O&sub3;), hergestellt aus Eisensulfat und Ammoniumhydroxid, nadelförmige Teilchen mit einer Länge von etwa 0,4 Mikrometer, einer Breite von 0,05 Mikrometer und einer Oberfläche von etwa 80 m²/g. Dieses Material ist analog IO-3, jedoch wurde die Dispersion frisch hergestellt.
IO-9 wäßrige α-FeOOH-Dispersion, 23,4% Eisenoxid (berechnet auf theoretischer Oxidbasis als Fe&sub2;O&sub3;), nadelförmige Teilchen mit einer Länge von ungefähr 40 Nanometer, Oberfläche etwa 200 m²/g.
CS1 basisches kolloidales Siliciumoxid (15% Feststoffe, 0,75% Na&sub2;O), im Handel von Eka Nobel, Inc., Augusta, GA, USA, unter der Handelsbezeichnung "NYACOL 215" erhältlich, durchschnittliche Teilchengröße 5 nm.
CS2 basisches kolloidales Siliciumoxid (15% Feststoffe, 0,75% Na&sub2;O), im Handel von Nalco Products, Inc., Naperville, IL, USA, unter der Handelsbezeichnung "NALCO 1115" erhältlich, durchschnittliche Teilchengröße 5 nm.
CS3 basisches kolloidales Siliciumoxid (15% Feststoffe, NH&sub3;&spplus;-stabilisiert), im Handel von Nalco Products, Inc., unter der Handelsbezeichnung "NALCO 2326" erhältlich, durchschnittliche Teilchengröße 5 nm.
CS4 basisches kolloidales Siliciumoxid (30% Feststoffe, 0,65% Na&sub2;O), im Handel von Nalco Products, Inc., unter der Handelsbezeichnung "NALCO 1130" erhältlich, durchschnittliche Teilchengröße 8 nm.
CS5 saures kolloidales Siliciumoxid (34 Gew.-% Feststoffe), im Handel von Nalco Products, Inc., unter der Handelsbezeichnung "NALCOAG 1034A" erhältlich, durchschnittliche Teilchengröße 20 nm.
CS6 saures aluminiumoxidbeschichtetes kolloidales Siliciumoxid (20% SiO&sub2;, 4% Al&sub2;O&sub3;), im Handel von Nalco Products, Inc., unter der Handelsbezeichnung "NALCOAG 1SJ613" erhältlich, durchschnittliche Teilchengröße 20 nm.
CS7 kolloidales Siliciumoxid (50 Gew.-% Feststoffe), im Handel von Nyacol Products, Inc., unter der Handelsbezeichnung "NYACOL 5050" erhältlich, durchschnittliche Teilchengröße 50 nm.
CS8 kolloidales Siliciumoxid (50 Gew.-% Feststoffe), im Handel von Nyacol Products, Inc., unter der Handelsbezeichnung "NYACOL 9950" erhältlich, durchschnittliche Teilchengröße 99 nm.

Beispiele 1-4 und Vergleichsbeispiel A

Für die Beispiele 1-4 und Vergleichsbeispiel A wurde jeweils eine auf Aluminiumoxid basierende Dispersion hergestellt. Hierzu wurden 500 Gramm AAMH, 35 Gramm HNO&sub3;, 60 Gramm IO-1 mit 6,5% Eisenoxid (berechnet auf theoretischer Oxidbasis als Fe&sub2;O&sub3;) und 1350 Gramm EIW miteinander vermischt. Die Aluminiumoxid-Dispersion für jedes der Beispiele 1-4 wurde mit kolloidalem Siliciumoxid der Art und in der Menge wie nachstehend in Tabelle 1 aufgeführt gemischt. Tabelle 1 Zusätze von kolloidalem Siliciumoxid zu der auf Aluminiumoxid basierenden Dispersion
Die auf Aluminiumoxid basierenden Dispersionen wurden jeweils geliert, in "PYREX"-Schalen gegossen und bei ungefähr 93ºC (200ºF) über Nacht getrocknet. Die dabei erhaltenen Bruchigen Feststoffe wurden in einem "Braun"-UD-Pulverisator mit einem 1,1 mm großen Abstand zwischen den Stahlplatten (von Braun Corp., Los Angeles, CA, USA, erhältlich) zu Schleifkorn-Vorläufer gebrochen. Die gebrochenen Schleifkorn-Vorläufer wurden jeweils mit Siebgrößen zwischen 0,125 und 1 mm gesiebt. Die zurückgehaltenen Schleifkorn-Vorläufer wurden jeweils zur Herstellung von calciniertem Schleifkorn- Vorläufer einem Calcinierofen zugeführt. Bei dem Calcinierofen handelte es sich um ein Rohr aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von 15 cm, einer Länge von 1,2 m und einer 0,3 m langen heißen Zone. Das Rohr war um einen Winkel von 2,4 Grad gegen die Horizontale geneigt und drehte sich mit etwa 20 UpM, was eine Verweilzeit im Calcinierofen von etwa 4 bis 5 Minuten ergab. Die Temperatur der heißen Zone im Calcinierofen betrug etwa 650ºC. Danach wurde der calcinierte Schleifkorn-Vorläufer einem Sinterofen zugeführt. Hierbei handelte es sich um ein um einen Winkel von 4,4 Grad gegen die Horizontale geneigtes Siliciumcarbidrohr mit einem Innendurchmesser von 8,9 cm, einer Länge von 1,32 m und einer 31 cm langen heißen Zone. Die Wärme wurde extern über elektrische SiC-Heizelemente zugeführt. Der Sinterofen drehte sich mit etwa 2,8 UpM, was eine Verweilzeit im Ofen von etwa 25 Minuten ergab.
Das auf alpha-Aluminiumoxid basierende keramische Schleifkorn gemäß Vergleichsbeispiel A wurde bei einer Temperatur von etwa 1290ºC gesintert, während das Schleifkorn gemäß den Beispielen 1-4 bei einer Temperatur von 1430ºC gesintert wurde. Die Gegenwart von Siliciumoxid in den Beispielen 1-4 erforderte eine höhere Sintertemperatur als im Fall des Schleifkorns gemäß Vergleichsbeispiel A. Das Produkt trat aus dem Ofen in Luft bei Raumtemperatur aus und wurde in einem Metallbehälter gesammelt und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen.
Die Dichte des Schleifkorns wurde für jedes der Beispiele 1-4 mit einem im Handel unter der Handelsbezeichnung "Micromeritics AccuPyc 1330" (von Micromeritics Instruments Corp., Norcross, GA, USA) erhältlichen Heliumgaspyknometer bestimmt. Die Dichtewerte sind in g/cm³ angegeben.
Zur Bestimmung der Mikrohärten wurde loses Schleifkorn in "EPOMET"-Einfaßharz (von Buehler Ltd., Lake Bluff, IL, USA) zu einem das Schleifkorn enthaltenden Zylinder mit einem Durchmesser von 1 Zoll (2,5 cm) und einer Höhe von 0,75 Zoll (1,9 cm) eingefaßt. Die eingefaßten Proben wurden mit einem "EPOMET"-Schleif- und Poliergerät (von Buehler Ltd.) unter Verwendung von "METADI"-Diamantaufschlämmungen (von Buelher Ltd.) poliert, was polierte Querschnitte der Proben ergab. Beim letzten Polierschritt wurde eine 1-Mikrometer-"METADI"-Diamantaufschlämmung verwendet. Die Härtemessungen erfolgten auf einem Härtetester "Mitutoyo MVK-VL" (von Mitutoyo Corp., Tokio, Japan), das mit einem Vickers-Eindruckkörper mit einer 500- Gramm-Eindrucklast ausgerüstet war. Die Härtemessungen erfolgten gemäß den Richtlinien der Prüfmethode "ASTM Test Method E384 Test Methods for Microhardness of Materials (1991)". Die Härtewerte sind in GPa angegeben.
Die Ergebnisse der Bestimmung der Dichte und Härte des Schleifkorns gemäß den Beispielen 1-4 sind nachstehend in Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2
Das auf alpha-Aluminiumoxid basierende keramische Schleifkorn gemäß den Beispielen 1-4 und Vergleichsbeispiel A wurde in Schleifscheiben mit Schleifmittel auf Unterlage verwendet, die auf ihre Schleifleistung geprüft wurden. Die Schleifscheiben mit Schleifmittel auf Unterlage wurden nach herkömmlichen Verfahren hergestellt. Das Schleifkorn wurde auf ungefähr "Grade 36" gesiebt, wobei 100% des Schleifkorns durch ein 25-Mesh-Sieb (US-Normsieb mit einer Öffnungsgröße von 0,707 mm) gingen, 50% auf einem 30-Mesh-Sieb (US-Normsieb mit einer Öffnungsgröße von 0,595 mm) zurückgehalten wurden und 50% durch das 30- Mesh-Sieb hindurchgingen und auf einem 35-Mesh-Sieb (US-Normsieb mit einer Öffnungsgröße von 0,500 mm) zurückgehalten wurden. Das Schleifkorn wurde unter Verwendung eines herkömmlichen, calciumcarbonatgefüllten Phenolharzes ("Make"-Harz; 48% Resolphenolharz, 52% Calciumcarbonat, mit Wasser und Glykolether auf 81% Feststoffe verdünnt) und eines herkömmlichen kryolithgefüllten Phenolharzes ("Size"- Harz; 32% Resolphenolharz, 2% Eisenoxid, 66% Kryolith, mit Wasser und Glykolether auf 78% Feststoffe verdünnt) auf Unterlagen aus vulkanisierter Faser mit einem Durchmesser von 17,8 cm und einem Loch mit einem Durchmesser von 2,2 cm in der Mitte gebunden. Das Make- Harz wurde 90 Minuten bei 88ºC vorgehärtet, und das Size-Harz wurde 90 Minuten bei 88ºC vorgehärtet, wonach 10 Stunden bei 100ºC endgehärtet wurde.
Die Schleifscheiben mit Schleifmittel auf Unterlage wurden, nach dem folgenden Prüfverfahren geprüft. Jede Schleifscheibe mit Schleifmittel auf Unterlage wurde auf einem abgeschrägten Stützteller aus Aluminium befestigt und zum Schleifen der Vorderseite eines vorher gewogenen Werkstücks aus kohlenstoffarmem Stahl 1018 mit den Abmessungen 1,25 cm · 18 cm verwendet. Die Scheibe wurde mit 5500 UpM angetrieben, während der über der abgeschrägten Kante des Sütztellers liegende Teil der Scheibe das Werkstück mit einer Belastung von etwa 6 kg (13 Pounds) berührte. Mit jeder Scheibe wurden einzelne Werkstücke nacheinander jeweils eine Minute lang geschliffen. Der Gesamtabtrag ergab sich aus der Summe der Menge des von den Werkstücken über den Prüfzeitraum abgetragenen Materials. Die Leistung des Schleifkorns wurde in Prozent zu einem Vergleich angegeben. Das bedeutet, daß die Gesamtmenge an abgetragenem Metall für den Vergleich gleich 100% gesetzt wurde und die Prüfstücke relativ zu den 100% gemessen wurden. Pro Beispiel wurden ungefähr vier Scheiben geprüft. Die Prüfergebnisse sind nachstehend in Tabelle 3 aufgeführt.

Tabelle 3

Schleifdaten (12-Minuten-Prüfung)

Beispiel Gesamtabtrag, % von Vergl. A

1 128
2 125
3 125
4 135
Vergl. A 100
Aus diesen Beispielen geht hervor, daß mit Boehmit, einer Eisenoxidquelle und einer Siliciumoxidquelle hergestelltes Schleifkorn eine bessere Schleifleistung als auf die gleiche Weise, aber ohne Siliciumoxidquelle, hergestelltes Schleifkorn aufweist.

Beispiele 5-6

Das Schleifkorn gemäß den Beispielen 5-6 wurde nach der oben für die Beispiele 1-4 beschriebenen Verfahrensweise hergestellt, jedoch mit der Abwandlung, daß die Dispersion gemäß Beispiel 5 aus 1300 Gramm EIW, 36 Gramm HNO&sub3;, 47 Gramm C51, 234 Gramm IO-1 mit 2,4% Eisenoxid (berechnet auf theoretischer Oxidbasis als Fe&sub2;O&sub3;) und 600 Gramm AAMH und die Dispersion gemäß Beispiel 6 aus 1450 Gramm EIW, 36 Gramm HNO&sub3;, 47 Gramm CS1, 37 Gramm IO-2 und 600 Gramm AAMH bestand. Die Sintertemperatur betrug 1430ºC. Die Ergebnisse der wie in den Beispielen 1-4 durchgeführten Bestimmung der Dichte und Härte des Schleifkorns gemäß den Beispielen 5-6 sind nachstehend in Tabelle 4 aufgeführt. Die Schleifleistung wurde nicht gemessen. Tabelle 4
Aus diesen Beispielen geht hervor, daß alternative Eisenoxidquellen Schleifkorn mit ähnlichen Eigenschaften ergeben.

Beispiele 7-10

Das Schleifkorn gemäß den Beispielen 7-10 wurde nach der für die Beispiele 1-4 beschriebenen Verfahrensweise hergestellt, jedoch mit der Abwandlung, daß jede Dispersion neben den nachstehend in Tabelle 5 aufgeführten Materialien 600 Gramm AAMH, 36 Gramm HNO&sub3; und 1300 Gramm EIW enthielt. Tabelle 5 Beispiel Eisenoxidquelle Siliciumoxidquelle
* IO-1 mit 2,4% Eisenoxid (berechnet auf theoretischer Oxidbasis als Fe&sub2;O&sub3;).
Die resultierenden Gele wurden analog den Beispielen 1-4 über Nacht bei 100ºC getrocknet, gebrochen, calciniert und bei 1430ºC gesintert.
Die Bewertung des Schleifkorns gemäß den Beispielen 8-10 erfolgte anhand einer "Rotfarbstoffprüfung", bei der die Oberfläche und die innere Porosität auf der Basis des Eindringens eines Rotfarbstoffs in die Oberfläche und innere Porosität des Schleifkorns gemessen wurde. Dabei wurde im einzelnen eine Probe von auf alpha-Aluminiumoxid basierendem Schleifkorn in einen Kolben mit einem roten Penetrierfarbstoff (der unter der Handelsbezeichnung "P-303 A Penetrant" von Uresco Androx, Cerritos, CA, USA, erhältlich ist) eingebracht. Das Schleifkorn wurde zur Gewährleistung einer vollständigen Bedeckung mit dem Farbstoff gründlich gemischt. Nach Abdekantieren des Farbstoffs wurden die Teilchen durch mehrmaliges Spülen mit entionisiertem Wasser von Farbstoffresten befreit. Eine von dem Farbstoff herrührende rote Endfarbe des Schleifkorns bedeutete ein hochporöses Schleifkorn, wohingegen für ein Schleifkorn, das nicht rot gefärbt war, die Einschätzung galt, daß es wenig oder gar keine gegenüber konnektiver innerer Porosität offene Oberflächenporosität aufwies.
Das Schleifkorn gemäß den Beispielen 8 und 10 fiel bei der Rotfarbstoffprüfung durch (d.h. das Schleifkorn wies eine beträchtliche rote Farbe auf), wohingegen das Schleifkorn gemäß den Beispielen 7 und 9 die Rotfarbstoffprüfung bestand (d.h. keine äußere Porosität aufwies). Es wird angenommen, daß die schlechten Ergebnisse für das Schleifkorn gemäß den Beispielen 8 und 10 auf das Eisenoxid-Keimbildüngsmaterial zurückzuführen sind, welches einige Jahre (etwa 3 Jahre) vor der Verwendung hergestellt worden war. Die Dichten des Schleifkorns gemäß den Beispielen 7 und 9 sind nachstehend in Tabelle 6 aufgeführt. Tabelle 6
Diese Beispiele belegen den Vorteil kleinerer Eisenoxid-Teilchengrößen am Beispiel von IO-1.

Beispiele 11 und 12 und Vergleichsbeispiel B

Das Schleifkorn gemäß den Beispielen 11 und 12 wurde nach der für die Beispiele 1-4 beschriebenen Verfahrensweise hergestellt, jedoch mit der Abwandlung, daß die Dispersion gemäß Beispiel 11 aus 600 Gramm AAMH, 36 Gramm HNO&sub3;, 47 Gramm CS1, 562 Gramm IO-1 mit 1,0% Eisenoxid (berechnet auf theoretischer Oxidbasis als Fe&sub2;O&sub3;) und 950 Gramm EIW und die Dispersion gemäß Beispiel 12 aus 600 Gramm AAMH, 36 Gramm HNO&sub3;, 47 Gramm CS1, 501 Gramm IO-4 und 1000 Gramm EIW bestand. Das Schleifkorn wurde in dem in den Beispielen 1-4 beschriebenen Drehofen bei 1440ºC gesintert.
Bei dem Schleifkorn gemäß Vergleichsbeispiel B handelte es sich um das in Faserscheiben "REGAL 983C" von der Firma 3M Company verwendete keramische Aluminiumoxid-Schleifkorn, das nach der allgemeinen Lehre der US-PS 4,314,827 (Leitheiser et al.), 4,744,805 (Schwabel) und 4,964,883 (Morris et al.) hergestellt wurde. Dieses Schleifkorn enthielt alpha- Aluminiumoxid, 1,2% Eisenoxid-Keimbildner (berechnet als Fe&sub2;O&sub3;) und 4,5% MgO.
Die Ergebnisse der wie in den Beispielen 1-4 durchgeführten Bestimmung der Dichte und Härte des Schleifkorns gemäß den Beispielen 11 und 12 sind nachstehend in Tabelle 7 aufgeführt. Tabelle 7
Das Schleifkorn gemäß den Beispielen 11 und 12 und Vergleichsbeispiel B wurde wie oben in den Beispielen 1-4 beschrieben in Schleifscheiben mit Schleifmittel auf Unterlage eingearbeitet. Die Schleifergebnisse sind nachstehend in Tabelle 8 aufgeführt. Tabelle 8 Schleifdaten (12-Minuten-Prüfung)
Diese Beispiele demonstrieren die verbesserte Schleifleistung bestimmter Ausführungsformen des hier beschriebenen Schleifkorns im Vergleich zu herkömmlichem Schleifkorn, das Al&sub2;O&sub3;, Fe&sub2;O&sub3; und MgO, aber kein SiO&sub2; enthält.

Beispiele 13-17 und Vergleichsbeispiel C

Das Schleifkorn gemäß den Beispielen 13-15 wurde nach der für die Beispiele 1-4 beschriebenen Verfahrensweise hergestellt, jedoch mit der Abwandlung, daß jede Dispersion 1200 Gramm AAMH, 72 Gramm HNO&sub3; und 93 Gramm CS1 enthielt. Daneben enthielt die Dispersion gemäß Beispiel 13 auch noch 264 Gramm IO-1 mit 4,3% Eisenoxid (berechnet auf theoretischer Oxidbasis als Fe&sub2;O&sub3;) und 2986 Gramm EIW, die Dispersion gemäß Beispiel 14 auch noch 782 Gramm IO-7 und 2468 Gramm EIW und die Dispersion gemäß Beispiel 15 auch noch 1442 Gramm IO-6 mit 0,8% Eisenoxid (berechnet auf theoretischer Oxidbasis als Fe&sub2;O&sub3;) und 1808 Gramm EIW. Die Sintertemperatur betrug 1440ºC.
Das Schleifkorn gemäß Beispiel 16 wurde nach der für die Beispiele 1-4 beschriebenen Verfahrensweise hergestellt, jedoch mit der Abwandlung, daß die Dispersion 600 Gramm AAMH, 1450 Gramm EIW, 47 Gramm CS1 und 131 Gramm IO-1 mit 4,3% Eisenoxid (berechnet auf theoretischer Oxidbasis als Fe&sub2;O&sub3;) enthielt. Die Sintertemperatur betrug 1430ºC.
Das Schleifkorn gemäß Beispiel 17 wurde nach der für die Beispiele 1-4 beschriebenen Verfahrensweise hergestellt, jedoch mit der Abwandlung, daß die Dispersion 3,5 Kilogramm AAMH, 210 Gramm HNO&sub3;, 7,9 Kilogramm EIW, 36 Gramm CS1 und 408 Kilogramm IO-1 mit 6,5% Eisenoxid (berechnet auf theoretischer Oxidbasis als Fe&sub2;O&sub3;) enthielt. Ferner erfolgte die Herstellung der Dispersion durch Mischen der Materialien in einem Eimer mit einem Fassungsvermögen von 5 Gallonen (19 Liter) mit einem Homogenizer Mixer von Gifford Wood, Modell 3227-210 (erhältlich von Dunmore Co., Racine, WI, USA). Die Dispersion wurde in einer 45 cm mal 75 cm mal 5 cm größen Aluminiumschale bei 100ºC getrocknet. Die Sintertemperatur betrug 1430 W.
Bei Vergleichsbeispiel C handelte es sich um gemäß Beispiel 9 der US-PS 5,201,916 (Berg et al.), auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird, hergestelltes Schleifkorn. Das dreieckige Schleifkorn enthielt alpha-Aluminiumoxid und ein Eisenoxid- Keimbildungsmaterial.
Die Dichte und Härte des Schleifkorns gemäß den Beispielen 13-15 wurde wie in den Beispielen 1-4 bestimmt, jedoch mit einer Last von 300 Gramm. Die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 9 aufgeführt. Tabelle 9
Das Schleifkorn gemäß den Beispielen 13-15 wurde wie in den Beispielen 1-4 beschrieben in Schleifscheiben mit Schleifmittel auf Unterlage eingearbeitet und geprüft. Die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 10 aufgeführt. Tabelle 10
Die Bestimmung der Oberflächenrauhigkeitshöhe und -periodizität des Schleifkorns gemäß den Beispielen 13 und 16 sowie Vergleichsbeispiel C erfolgte durch Messung der Höhe und des Abstands von Vorsprüngen, die auf mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) bei Vergrößerungsfaktoren von 6000 oder mehr erhaltenen vergrößerten Kanten der Schleifkornoberflächen zu sehen waren. Zur Bestimmung der "Rauheitsperiode" wurde ein Lineal an die Kante eines repräsentativen Teils einer mikrophotographischen Aufnahme der Schleifkornoberfläche angelegt und ein 90.000 Angström langes Stück der Schleifkornoberfläche beurteilt. Die Anzahl der Peaks entlang einer durch das Lineal definierten Linie in dem 90.000 Angström langen Stück wurde gezählt. Diese Vorgehensweise wurde in zwei anderen Bereichen der mikrophotographischen Aufnahme der Schleifkornoberfläche wiederholt. Bei dem Wert für die Rauheitsperiode handelte es sich um einen Durchschnittswert aus den drei repräsentativen Werten, der als durchschnittlicher Abstand zwischen Peaks in Angström angegeben ist.
Zur Bestimmung der "Oberflächenrauhigkeitshöhe" wurde ein Lineal so an die Kante eines repräsentativen Teils der Schleifkornoberfläche angelegt, daß das Lineal die beiden größten Peaks in einem 50.000 Angström langen Stück gerade berührte. Der Maximalabstand vom Lineal zum tiefsten Tal in diesem 50.000 Angström langen Stück war die Rauhigkeitshöhe. Diese Vorgehensweise wurde in zwei anderen Bereichen der Schleifkornoberfläche wiederholt. Bei dem Wert für die Rauhigkeitshöhe handelte es sich um einen Durchschnittswert aus den drei repräsentativen Werten, der in Angström angegeben ist. Die Ergebnisse für die Oberflächenrauhigkeitshöhe und -periodizität sind nachstehend in Tabelle 11 aufgeführt. Tabelle 11
Das Ausmaß an transgranularem Bruch in dem auf alpha-Aluminiumoxid basierenden keramischen Schleifkorn gemäß den Beispielen 13-15 wurde durch Brechen einer geringen Zahl von Schleifkörnern (ungefähr 10 bis 25) per Hand unter Verwendung eines mit Wolframcarbid ausgekleideten Mörsers und Pistills (SPEX Katalog Nr. 3203, SPEX Industries, Edison, NJ, USA) beurteilt. Das gebrochene Schleifkorn wurde dann mit Paste aus leitfähigem Kohlenstoff auf einem REM-Probentisch befestigt, unter Verwendung eines Sputtersystems "Anitech Hummer VI Sputtering System" (Anitech Ltd., Springfield, VA, USA) mit Au-Pd leitend beschichtet und unter einem Rasterelektronenmikroskop "JEOL 84DM" (JEOL USA, Peabody, MA, USA) bei Vergrößerungsfaktoren von mehr als 10.000 untersucht, um die gebrochenen Schleifkornoberflächen zu identifizieren und zu photographieren. Die Quantifizierung des transgranularen Bruchs erfolgte durch Ziehen von zwei jeweils ungefähr 14,5 cm langen diagonalen Linien von der oberen linken Ecke zur unteren rechten Ecke und von der unteren linken Ecke zur oberen rechten Ecke über eine mit 15.000facher Vergrößerung angefertigte. REM- mikrophotographische Aufnahme (3,5 Zoll (8,9 cm) mal 4,5 Zoll (11,4 cm)) eines gebrannten Querschnitts der Proben. Der transgranulare Bruch wurde durch Messen der Gesamtlänge der durch transgranularen Bruch verlaufenden diagonalen Linie und Dividieren durch die Länge der diagonalen Linie berechnet. Bei dem in Tabelle 12 aufgeführten Prozentanteil an transgranularem Bruch handelte es sich um den Durchschnitt von zwei für jede der diagonalen Linien erhaltenen Werten.

Tabelle 12

Beispiel Transgranularer Bruch, %

13 65
14 70
15 91
17 52
Vergl. C 0
Diese Beispiele demonstrieren die wesentliche Verbesserung des Anteils an transgranularem Bruch von bestimmten Ausführungsformen von hier beschriebenem Schleifkorn im Vergleich zu herkömmlichem Schleifkorn, das Al&sub2;O&sub3; und Fe&sub2;O&sub3;, aber kein SiO&sub2; enthält. Diese Beispiele belegen auch, daß SiO&sub2; enthaltendes Schleifkorn eine im Vergleich zu Schleifkorn ohne SiO&sub2; erhöhte Rauhigkeitshöhe und verringerte Periodizität aufweist.

Beispiele 18-20 und Vergleichsbeispiel D

Das Schleifkorn für die Beispiele 18-20 wurde nach der oben für die Beispiele 1-4 beschriebenen Verfahrensweise hergestellt, jedoch mit der Abwandlung, daß die Dispersion jeweils 600 Gramm AAMH, 36 Gramm HNO&sub3; 1450 Gramm EIW und 131 Gramm IO-1 mit 4,3% Eisenoxid (berechnet auf theoretischer Oxidbasis als Fe&sub2;O&sub3;) enthielt. Ferner enthielt die Dispersion gemäß Beispiel 18 auch noch 3,2 Gramm CS1, die Dispersion gemäß Beispiel 19 auch noch 47 Gramm CS1 und die Dispersion gemäß Beispiel 20 auch noch 250 Gramm CS1.
Des weiteren wurde der calcinierte Schleifkorn- Vorläufer gemäß den Beispielen 18-20 nicht in dem in den Beispielen 1-4 beschriebenen Drehofen, sondern in einem "RAPID TEMP"-Ofen von cm Furnaces (Bloomfield, NJ, USA), der auf eine Anfangstemperatur von 1100ºC eingestellt war, gesintert. Für Beispiel 18 wurde die Temperatur des Ofens in etwa 5 Minuten von 1100ºC auf 1315ºC erhöht, und der calcinierte Schleifkorn- Vorläufer wurde 20 Minuten bei 1315ºC gesintert. Für Beispiel 19 wurde die Temperatur des Ofens von 1100ºC auf 1430ºC erhöht, und der calcinierte Schleifkorn- Vorläufer wurde 30 Minuten gesintert. Für den calcinierten Schleifkorn-Vorläufer gemäß Beispiel 20 wurde die Temperatur des Ofens von 1100ºC auf 1430ºC erhöht, und der calcinierte Schleifkorn-Vorläufer wurde 30 Minuten gesintert. Die Dichten des Schleifkorns gemäß den Beispielen 18-20 sind nachstehend in Tabelle 13 aufgeführt. Tabelle 13
Bei Vergleichsbeispiel D handelte es sich um eine Faserschleifscheibe mit Schleifmittel auf Unterläge, Grade 36, die im Handel von der Firma 3M Company, St. Paul, MN, USA, unter der Handelsbezeichnung Faserscheibe "984C REGAL" erhältlich ist.
Proben der Beispiele 18-20 und von Vergleichsbeispiel D wurden in einem Borcarbid-Mörser manuell zerkleinert und durch ein 200-Mesh-Sieb geschickt. Röntgenbeugungsdaten wurden unter Verwendung eines Philips-Vertikaldiffraktometers mit Cu-Kα- Strahlung und Proportionaldetektorregistrierung der Streustrahlung erhalten. Das Diffraktometer war mit automatischen Divergenzspalten, 0,2-mm-Empfängsspalt und Graphit-Monochromator ausgestattet. An jeder Probe wurden zur Identifizierung der kristallinen Phasen Übersichtsscans im 2θ-Bereich von 5 bis 80 Grad durchgeführt. Anteile jeder Probe wurden mit Standardreferenzmaterial (NIST SRM 640b Si-Pulver) gemischt und erneut im 2Θ-Bereich von 80 bis 100 Grad gescannt. Die Bestimmung der Peaklagen erfolgte unter Verwendung einer Peaksuche anhand der zweiten Ableitung, und 2θ-Peaklagen wurden unter Verwendung von Peaklagen des internen Siliciumstandards korrigiert. Nach Indizierung der erhaltenen Pulvermuster wurden die Elementarzellenparameter unter Verwendung der Philips- "PCEXTEND"-Version des auf der Methode der kleinsten Fehlerquadrate beruhenden Zellenverfeinerungsprogramms von Appleman berechnet. Die Elementarzellenparameter "a" und "c" sind nachstehend in Tabelle 14 in Angström aufgeführt, wobei die Fehler in Klammern angegeben sind. So kann beispielsweise der Parameter "a" in Vergleichsbeispiel D im Bereich von 4,7596 Angström bis 4,7598 Angström liegen. Tabelle 14
Diese Beispiele demonstrieren die auf Siliciumoxid in Gegenwart von Eisenoxid in auf alpha- Aluminiumoxid basierendem keramischem Schleifkorn beruhende Aufweitung der Elementarzellenparameter a und c.

Beispiele 21-25

Das Schleifkorn für die Beispiele 21-25 wurde nach der oben für die Beispiele 1-4 beschriebenen Verfahrensweise hergestellt, jedoch mit der Abwandlung, daß die Dispersionen neben den nachstehend in Tabelle 15 aufgeführten Materialien jeweils 600 Gramm AAMH, 131 Gramm IO-1 mit 4,3% Eisenoxid (berechnet auf theoretischer Oxidbasis als Fe&sub2;O&sub3;), 36 Gramm HNO&sub3; und 1400 Gramm EIW enthielten. Tabelle 15
Die Sintertemperatur betrug 1435ºC. Die Dichten des Schleifkorns gemäß den Beispielen 21-25 sind nachstehend in Tabelle 16 aufgeführt. Das Schleifkorn wurde ferner wie in den Beispielen 1-4 beschrieben in Schleifscheiben mit Schleifmittel auf Unterlage eingearbeitet und auf seine Schleifleistung geprüft. Die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 16 aufgeführt. Tabelle 16 Schleifdaten (12-Minuten-Prüfung)
Diese Beispiele belegen die Verstärkung des SiO&sub2;-Effekts, die sich durch die Einarbeitung eines Alkalimetallsalzes in ein auf alpha-Aluminiumoxid basierendes keramisches Schleifkorn ergibt.

Beispiele 26 und 27

Das Schleifkorn gemäß den Beispielen 26 und 27 wurde nach der oben für die Beispiele 1-4 beschriebenen. Verfahrensweise hergestellt, jedoch mit der Abwandlung, daß die Dispersionen jeweils 600 Gramm AAMH, 36 Gramm HNO&sub3; und 1450 Gramm EIW enthielten. Ferner enthielt die Dispersion gemäß Beispiel 26 auch noch 137,6 Gramm IO-1 mit 6,6% Eisenoxid (berechnet auf theoretischer Oxidbasis als Fe&sub2;O&sub3;) und 76,8 Gramm CS1 und die Dispersion gemäß Beispiel 27 auch noch 202,8 Gramm IO-I mit 6,6% Eisenoxid (berechnet auf theoretischer Oxidbasis als Fe&sub2;O&sub3;) und 48,0 Gramm CS1. Die Sintertemperatur für die Beispiele 26 und 27 betrug 1430ºC bzw. 1400ºC.
Das Schleifkorn gemäß den Beispielen 26 und 27 wurde wie in den Beispielen 1-4 beschrieben in Schleifscheiben mit Schleifmittel auf Unterlage eingearbeitet und auf seine Schleifleistung geprüft. Das Schleifkorn gemäß Beispiel 26 wies einen Gesamtabtrag von 1629 Gramm auf, während das Schleifkorn gemäß Beispiel 27 einen Gesamtabtrag von 1688 Gramm aufwies. Die Ergebnisse der Bestimmung der Dichte und Härte des Schleifkorns gemäß den Beispielen 26 und 27 sind nachstehend in Tabelle 17 aufgeführt. Die Härte der Vergleichsbeispiele B und C beträgt zum Vergleich 21 GPa bzw. 25 GPa. Tabelle 17
Die Zähigkeit des Schleifkorns gemäß den Beispielen 26 und 27 wurde durch Messen der von den Spitzen der mit einer 500-Gramm-Last erzeugten Vickers- Eindrücke ausgehenden Rißlängen mit einem Mikrohärte- Prüfgerät "Leitz Miniload" berechnet. Die Bruchzähigkeit (KIC) wurde gemäß der folgenden Gleichung berechnet: KIC = FN/(πc)3/2tan b (b = 68º; F = auf den Eindruckkörper einwirkende Kraft in Newton; c = ¹/&sub2; Rißlänge in Meter). Bei jedem der Werte handelt es sich um einen Durchschnittswert aus 5 Messungen. Die Bruchzähigkeiten des Schleifkorns gemäß Beispiel 26 und 27 betrugen 3,3 MPa·m1/2 bzw. 3,99 MPa·m1/2. Die Bruchzähigkeiten des Schleifkorns gemäß der Vergleichsbeispiele B und C betrugen 2,9 MPa·m1/2 bzw. 2,5 MPam. Zähigkeitsproben wurden auf die gleiche Weise wie Mikrohärteproben in den Beispielen 1-4 hergestellt.
Diese Beispiele belegen, daß bestimmte Ausführungsformen des hier beschriebenen Schleifkorns eine im Vergleich zu herkömmlichem Schleifkorn ohne Siliciumoxid verbesserte Härte und/oder Zähigkeit aufweisen.

Beispiele 28-30

Für Beispiel 28 wurde durch Verdünnen von 0,38 Gramm CS5 mit 50,0 ml EIW in einem Mischer (Waring Modell 5011, Waring Products Division, Dynamics Corporation of America, New Hartford, CN, USA) mit 850 Gramm EIW mit 2 Tropfen konzentrierter HNO&sub3; eine kolloidale Siliciumoxiddispersion hergestellt. Diese Dispersion wurde sofort nach der Herstellung unter schnellem Rühren zu einer Dispersion von 11,34 Gramm IO-9 gegeben. Diese Mischung wurde mit 336,92 Gramm AAMH und 11 ml konzentrierter HNO&sub3; versetzt. Die erhaltene Dispersion wurde im Mischer unter kräftigem Rühren dispergiert. Die vermischte Dispersion wurde zur Induzierung der Gelierung mit einer Lösung von 4,6 Gramm AMM in 10 ml EIW versetzt. Das Sol wurde in eine flache Aluminiumschale gegossen, gelieren gelassen (ungefähr 10 Minuten) und dann bei 95ºC über Nacht in einem Umluftofen getrocknet. Der getrocknete Schleifkorn-Vorläufer wurde durch Erhitzen von 100ºC auf 600ºC innerhalb von 1,5 Stunden in einem Kastenofen (mit einer Heizkammer mit einem Volumen von 9180 cm³, von Lindberg, einem Teilunternehmen von General Signal, Chicago, IL, USA) calciniert, gebrochen und in einem "RAPID TEMP"-Ofen 5 Minuten bei 1400ºC gesintert. Der Ofen befand sich ursprünglich bei Raumtemperatur und wurde mit etwa 100 bis 125ºC/Minute für den Temperaturbereich von 500ºC bis 1400ºC erhitzt.
Das Schleifkorn für die Beispiele 29 und 30 wurde analog Beispiel 28 hergestellt, jedoch mit der Abwandlung, daß die CS5-Menge 0,75 Gramm bzw. 1,88 Gramm betrug.
Das auf alpha-Aluminiumoxid basierende keramische Schleifkorn gemäß Beispiel 28 enthielt auf theoretischer Oxidbasis 98,95% Al&sub2;O&sub3;, 1,0% Fe&sub2;O&sub3; und 0,05% SiO&sub2;; Beispiel 29 98,9% Al&sub2;O&sub3;, 1,0% Fe&sub2;O&sub3; und 0,1% SiO&sub2; und Beispiel 30 98,75% Al&sub2;O&sub3;, 1,0% Fe&sub2;O&sub3; und 0,25% SiO&sub2;.
Proben des Schleifkorns gemäß den Beispielen 28-30 wurden mit einem Wolframcarbidmörser und -pistill gebrochen, wonach die Bruchoberflächen mittels REM untersucht wurden. Die durchschnittliche Kristallitgröße von Proben gemäß den Beispielen 28-30 wurde auf etwa 0,8 Mikrometer, 0,5 Mikrometer bzw. 0,2 bis 0,3 Mikrometer geschätzt. Diese Beispiele belegen den Befund, daß die Kristallitgröße mit zunehmendem Siliciumoxid-Gehalt abnimmt.

Beispiele 31-34 und Vergleichsbeispiel E

Für die Beispiele 31-34 und Vergleichsbeispiel E wurde die nachstehend in Tabelle 18 aufgeführte Menge an CS5 mit EIW auf ein Gesamtvolumen von 50 ml verdünnt.

Tabelle 18

Beispiel CS5, Gramm

31 1,10
32 2,21
33 5,51
34 11,43
Vergl. E 0
Diese kolloidale Dispersion wurde unter schnellem Rühren zu 340,90 Gramm IO-8 gegeben. Während der Zugabe wurde die Dispersion mit einem Schnellmischer ("OMNI 5000", OMNI International, Waterbury, Connecticut, USA) güt durchmischt. Nach dem Mischen wurde die resultierende Dispersion etwa 4 Stunden ruhig stehengelassen. Danach wurden 1040 Gramm EIW und 340,90 Gramm der Siliciumoxid/α-FeOOH- Dispersion mit einem Schnellmischer (Ross, Modell ME 100L, Charles Ross & Son Co., Hauppauge, NY, USA) homogenisiert, wonach 671,1 Gramm AAMH zugegeben wurden. Unter schnellem Mischen wurden 26,0 ml konzentrierte HNO&sub3; zugegeben. Nach gutem Mischen wurden unter schnellem Rühren 10 ml einer Lösung von 90,0 Gramm AMM in 100 Gramm EIW zugegeben. Das erhaltene Sol wurde in flache (3,25 cm) Aluminiumschalen gegossen und ungefähr 10 Minuten ungestört gelieren gelassen. Danach wurden die Schalen in einem Umluftofen bei 95ºC getrocknet. Der getrocknete Schleifkorn-Vorläufer wurde in einem Kastenofen über einen Zeitraum von 1,5 Stunden auf 650ºC gebrannt und dann 30 Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Der calcinierte Schleifkorn- Vorläufer wurde wie in den Beispielen 1-4 gebrochen und gesiebt und wie in Beispiel 28 8 Minuten bei 1450ºC gesintert. Eine andere Probe des gesiebten Materials wurde wie in Beispiel 28 8 Minuten bei 1430ºC gesintert und wie in den Beispielen 1-4 in Schleifgegenstände eingearbeitet.
Das auf alpha-Aluminiumoxid basierende keramische Schleifkorn gemäß Beispiel 31 enthielt auf theoretischer Oxidbasis 98,45% Al&sub2;O&sub3;, 1,48% Fe&sub2;O&sub3; und 0,07% SiO&sub2;, Beispiel 32 98,38% Al&sub2;O&sub3;, 1,48% Fe&sub2;O&sub3; und 0,14% SiO&sub2;, Beispiel 33 98,16% Al&sub2;O&sub3;, 1,47% Fe&sub2;O&sub3; und 0,37% SiO&sub2; und Beispiel 34 97,8% Al&sub2;O&sub3;, 1,47% Fe&sub2;O&sub3; und 0,73% SiO&sub2;.
Die Schleifleistung des Schleifkorns für jedes der Beispiele 31-34 wurde wie in den Beispielen 1-4 bewertet. Die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 19 aufgeführt. Tabelle 19
¹Diese Probe war für die Prüfung zu porös. Sie bestand die oben beschriebene Rotfarbstoffprüfung nicht. Es wird angenommen, daß dies daran liegt, daß die Sinterbedingungen nicht optimiert wurden.
²Es wird angenommen, daß diese Proben eine geringe Schleifleistung aufwiesen, da die Sinterbedingungen nicht optimiert wurden.
Die REM-Untersuchung des bei 1450ºC gesinterten Vergleichsbeispiels E zeigte im wesentlichen volldichtes Material mit einer durchschnittlichen Kristallitgröße von 2 bis 3 Mikrometer. Das bei 1450ºC gesinterte Schleifkorn gemäß den Beispielen 31-34 erschien im wesentlichen volldicht, bestand aber aus viel feineren Kristalliten. Beispiel 31 wies eine scheinbare durchschnittliche Kristallitgröße von ungefähr 0,5 Mikrometer auf, und die Beispiele 32-34 besaßen eine scheinbare durchschnittliche Kristallitgröße von 0,4 Mikrometer oder weniger.
Aus diesen Beispielen geht hervor, daß geringe Mengen von Siliciumoxid eine Kristallitverfeinerung induzieren und die Schleifeigenschaften von mit Eisenoxid gekeimtem, auf alpha-Aluminiumoxid basierendem keramischem Schleifkorn verbessern können.

Beispiele 35-36

Die Beispiele 35-36 illustrieren den Effekt der Umsetzung eines α-FeOOH-Keimbildungsmaterials mit einem hydrolysierbaren Alkoxysilan vor der Verwendung als Keimbildungsmaterial in dem Aluminiumoxid-Vorläufer.
Die Umsetzung des Alkoxysilans mit dem α-FeOOH- Keimbildungsmaterial wurde folgendermaßen durchgeführt. Für die Beispiele 35 und 36 wurden 340,90 Gramm IO-8 unter schnellem Rühren mit 2,8 ml bzw. 7,0 ml TEOS versetzt. Während der Zugabe wurden die erhaltenen Dispersionen mit einem Schnellmischer ("OMNI 5000", OMNI International, Waterbury, Connecticut, USA) gut gemischt. Dann wurde jede Dispersion unter Rühren mit 3 Tropfen konzentrierter HNO&sub3; versetzt und unter gelegentlichem Wiedervermischen etwa 24 Stunden reagieren gelassen. Die Herstellung der Beispiele 35-36 erfolgte auf die gleiche Weise wie oben für die Beispiele 31-34 beschrieben, jedoch mit der Abwandlung, daß 5 Minuten bei 1450ºC gesintert wurde.
Das auf alpha-Aluminiumoxid basierende keramische Schleifkorn gemäß Beispiel 35 enthielt auf theoretischer Oxidbasis 98,38% Al&sub2;O&sub3;, 1,48% Fe&sub2;O&sub3; und 0,148% SiO&sub2;, und Beispiel 36 enthielt auf theoretischer Oxidbasis 98,16% Al&sub2;O&sub3;, 147% Fe&sub2;O&sub3; und 0,37% SiO&sub2;.
Die REM-Untersuchung ergab, daß die Beispiele 35 und 36 weitgehend dicht waren und aus Kristalliten mit durchschnittlichen Durchmessern von weniger als 0,5 Mikrometer bestanden. Vergleichsbeispiel E wies jedoch eine durchschnittliche Kristallitgröße von etwa 2 bis 3 Mikrometer auf. Der Prozentanteil an transgranularem Bruch betrug für die Beispiele 35 und 36 49% bzw. 51%.
Die Schleifleistung des Schleifkorns für jedes der Beispiele 35 und 36 wurde wie in den Beispielen 1-4 bewertet. Die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 20 aufgeführt. Tabelle 20
¹Es wird angenommen, daß diese Proben eine geringe Schleifleistung aufwiesen, da die Sinterbedingungen nicht optimiert wurden.
Diese Beispiele demonstrieren die Verwendung eines hydrolysierbaren Organosilans als Siliciumoxid- Vorläufer in einem mit Eisenoxid gekeimten auf alpha- Aluminiumoxid basierenden keramischen Schleifkorn.

Vergleichsbeispiele F, G und H (mit Aluminiumoxid angeimpftes Schleifkorn)

Zur Herstellung von Vergleichsbeispiel F wurden in einem großen Becherglas 1360 Gramm EIW und 20,2 Gramm SAS vorgelegt. Diese Dispersion wurde mit einem Schnellmischer (Ross, Modell ME 100L, Charles Ross & Son Co., Hauppauge, NY, USA) zu einem Aluminiumoxid- Impfsol homogenisiert. Diese Mischung wurde mit 671,1 Gramm AAMH und dann unter schnellem Mischen mit 26,0 ml HNO&sub3; versetzt. Nach gutem Mischen wurden unter schnellem Rühren 10 ml einer Lösung von 90,0 Gramm AMM in 100 Gramm EIW zugegeben. Das Material wurde wie in den Beispielen 35 und 36 getrocknet und gebrochen.
Für die Vergleichsbeispiele G und H wurden 100 Gramm des wie in Vergleichsbeispiel F hergestellten Aluminiumoxid-Impfsols unter schnellem Rühren mit 1,42 ml bzw. 15,6 ml TEOS vereinigt. Diese Mischungen wurden unter Rühren etwa 20 Stünden hydrolysieren gelassen. Die Vergleichsbeispiele G und H wurden auf die gleiche Weise wie Vergleichsbeispiel F hergestellt, jedoch mit der Abwandlung, daß 20,44 Gramm bzw. 23,12 Gramm mit TEOS behandeltes Aluminiumoxid-Impfmaterial verwendet wurden.
Die REM-Untersuchung der Produkte der Vergleichsbeispiele F-H ergab, daß nach. 5 Minuten Sintern bei 1450ºC das Schleifkorn gemäß Vergleichsbeispiel F dichter zu sein schien als die Vergleichsbeispiele G oder H. Die Vergleichsbeispiele G und H bestanden zwar aus sehr feinen Kristalliten, zeigten aber Anzeichen von vermikularer (d.h. poröser) oder nicht angeimpfter Mikrostruktur.
Proben des Schleifkorns gemäß den Vergleichsbeispielen F-H wurden wie in den Beispielen 1-4 in Schleifgegenstände eingearbeitet und geprüft. Die Schleifleistungsergebnisse sind nachstehend in Tabelle 21 aufgeführt. Tabelle 21
Aus diesen Vergleichsbeispielen geht hervor, daß die Einarbeitung von Siliciumoxid in mit alpha- Aluminiumoxid gekeimtem Schleifkorn im Gegensatz zu mit Eisenoxid gekeimtem Schleifkorn die Schleifleistung herabsetzt.

Beispiel 37

Beispiel 37 erläutert die Einarbeitung des Siliciumoxids in das Schleifkorn durch Imprägnierung des porösen, calcinierten Schleifmineral-Vorläufers mit einem Siliciumoxid-Vorläufer. Calcinierter Schleifkorn- Vorläufer wurde analog Vergleichsbeispiel E hergestellt. Der calcinierte Schleifkorn-Vorläufer wurde wie in den Beispielen 31-34 gebrochen und gesiebt.
Zur Herstellung einer hydrolysierten TEOS- Imprägnierungslösung wurden 6,0 ml TEOS in 75 ml EIW mit 3 Tropfen konzentrierter HNO&sub3; eingemischt. Diese Lösung wurde vor der Verwendung etwa 5 Stunden lang magnetisch gerührt. Zur Imprägnierung des calcinierten Schleifkorn-Vorläufers wurde die teilhydrolysierte TEOS-Lösung zu 162 Gramm des calcinierten Schleifkorh- Vorläufers gegeben, wonach die Masse in einem kleinen Becherglas per Hand mit einem Spatel vermischt wurde. Der imprägnierte, auf Aluminiumoxid basierende Kornvorläufer wurde in ein kleines Glas gefüllt, mit einem Schraubdeckel verschlossen und 12 Stunden bei 85ºC gealtert. Nach Abnehmen des Deckels wurde der imprägnierte, auf Aluminiumoxid basierende Kornvorläufer im Öfen bei 85ºC getrocknet. Dann wurde der imprägnierte, auf Aluminiumoxid basierende Kornvorläufer bei 600ºC calciniert und wie in Vergleichsbeispiel E 8 Minuten bei 1430ºC gesintert. Das auf alpha-Aluminiumoxid basierende keramische Schleifkorn gemäß Beispiel 37 enthielt auf theoretischer Oxidbasis 97,55% Al&sub2;O&sub3;, 1,46% Fe&sub2;O&sub3; und 0,99% SiO&sub2;.
Das Schleifkorn gemäß Beispiel 37 wurde wie in den Beispielen 1-4 in eine Schleifscheibe mit Schleifmittel auf Unterlage eingearbeitet und geprüft. Der Gesamtabtrag des Schleifkorns gemäß Beispiel 37 betrug 123%, bezogen auf Vergleichsbeispiel F (100%).
Aus diesem Beispiel geht hervor, daß die Imprägnierung von calciniertem Schleifkorn-Vorläufer mit einer Siliciumquelle zur Verbesserung der Schleifleistung des anfallenden Schleifkorns verwendet werden kann.

Beispiel 38

Das Schleifkorn gemäß Beispiel 38 wurde wie in Vergleichsbeispiel E hergestellt, jedoch mit der Abwandlung, daß 1,87 Gramm CS6 mit EIW auf ein Endvolumen von 5 ml verdünnt und der HNO&sub3;/AAMH/α-FeOOH- Solmischung vor der AMM-Zugabe zugesetzt wurden. Nach der Zugabe des aluminiumoxidbeschichteten kolloidalen Siliciumoxids wurde die AMM-Lösung analog Vergleichsbeispiel E zur Induktion der Gelierung zugesetzt. Das auf alpha-Aluminiumoxid basierende keramische Schleifkorn gemäß Beispiel 38 enthielt auf theoretischer Oxidbasis 98,45% Al&sub2;O&sub3;, 1,48% Fe&sub2;O&sub3; und 0,07% SiO&sub2;.
Das Schleifkorn gemäß Beispiel 38 wurde wie in den Beispielen 1-4 in ein Schleifprodukt mit Schleifmittel auf Unterlage eingearbeitet und geprüft. Der Gesamtabtrag des Schleifkorns gemäß Beispiel 38 betrug 120%, bezogen auf Vergleichsbeispiel F.
Aus diesem Beispiel geht hervor, daß aluminiumoxidbeschichtetes kolloidales Siliciumoxid zur Verbesserung der Schleifleistung des anfallenden Schleifkorns verwendet werden kann.

Beispiele 39-42

Die Beispiele 39-42 wurden nach der gleichen Verfahrensweise wie die Beispiele 1-4 hergestellt, jedoch mit der Abwandlung, daß 600 Gramm AAMH, 36 Gramm HNO&sub3;, 1300 Gramm EIW und 234 Gramm IO-1 mit 2,4% Eisenoxid (berechnet auf theoretischer Oxidbasis als Fe&sub2;O&sub3;) verwendet wurden. Die verwendeten Siliciumoxid- Quellen und -Mengen sind nachstehend in Tabelle 22 aufgeführt. Das Schleifkorn wurde wie in den Beispielen 1-4 bei 1440ºC gesintert.

Tabelle 22

Beispiel Siliciumoxidquelle

39 47 g CS1
40 14 g CS7
41 14 g CS8
42 42 g 038
Das Schleifkorn gemäß den Beispielen 39-42 wurde wie in den Beispielen 1-4 in Schleifprodukte mit Schleifmittel auf Unterlage eingearbeitet und geprüft. Es wurden zwei Scheiben aus jedem Schleifkorn geprüft. Die Dichte-, Härte- und Schleifdaten wurden für jedes Schleifkorn wie oben in den Beispielen 1-4 beschrieben erhalten. Die Schleifdaten für jedes Schleifkorn wurden außerdem unter Hochdruckschleifbedingungen wie in den Beispielen 1-4 erhalten, jedoch unter einem Druck von 8 kg. Die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 23 aufgeführt. Tabelle 23
Aus diesen Beispielen geht hervor, daß verschiedene kleine Siliciumoxid-Teilchengrößen (z.B. weniger als etwa 150 Nanometer) zur Erzeugung einer ähnlichen verbesserten Schleifleistung verwendet werden können.

Vergleichsbeispiele I-K

Drei separate Proben von auf alpha-Aluminiumoxid basierendem keramischem Schleifkorn, die vermutlich gemäß US-PS 4,623,364 (Cottringer et al.) hergestellt worden waren, wurden nach der oben in den Beispielen 13-17 beschriebenen Verfahrensweise auf transgranularen Bruch untersucht. Die Schleifkornproben wurden von den folgenden Schleifkorngegenständen erhalten, die alle von der Firma Norton Company, Worcester, MA, USA, erhältlich sind: 42-Zoll- Kurbelschleifscheibe; Faserscheibe "'F944" SG Grade 50; und SG-Stäbe enthaltende Faserscheibe. Wenngleich nicht klar ist, wie diese Schleifkörner hergestellt wurden, konnten mittels energiedispersiver Röntgenmikroanalyse keine anderen Elemente als Al und O nachgewiesen werden. Jede dieser Proben wies einen transgranularen Bruch von weniger als 10% auf.
Da unsicher war, wie diese Proben hergestellt worden waren, wurden die Beispiele II, IV und X der US- PS 4,623,364 (Cottringer et al.) wiederholt, um den Anteil an transgranularem Bruch zu bestimmen, der sich aus den Siliciumoxid- und Eisenoxid-Verunreinigungen im Aluminiumoxid-Mahlmedium ergibt.
Schleifkorn gemäß Vergleichsbeispiel I wurde gemäß Beispiel II von Cottringer et al. (in einem um den Faktor 20 verkleinerten Maßstab) unter Verwendung von 1,135 kg AAMH (mikrokristallitiem Boehmit "PURAL"), 11,25 Liter EIW und 0,675 Liter 14%iger HNO&sub3; (hergestellt durch Mischen von 135 ml konzentrierter HNC3 mit 545 ml EIW) hergestellt. Das "PURAL" wurde in einem großen Mischgefäß aus Kunststoff mit dem Wasser vermischt und unter Mischen mit einem Ross-Mischer (Modell ME 100L von Charles Ross & Son Co., Hauppauge, NY, USA) mit der Säure versetzt. Dann wurde die Mischung mit hoher Geschwindigkeit 10-15 Minuten gut durchmischt. Ein Teil (5 bis 6 Liter) dieser Mischung wurde in eine Sweco-Schwingfertigermühle (1/3 HP) mit keramisch gebundenem Aluminiumoxid von Coors (0,5 · 0,5 Zoll großes Stabmedium, das unter der Handelsbezeichnung "ABP" von Coors Porcelain Co. erhältlich ist) überführt. Das Mahlmedium enthielt 89,3% Al&sub2;O&sub3;, 6,7% SiO&sub2;, 2,5% MgO und 0,8% CaO. Die Röntgenbeugungsanalyse des Mediums ergab, daß es alpha- Aluminiumoxid, Magnesiumoxid-Aluminiumoxid-Spinell und geringe Mengen an Orthoklas und Plagioklas enthielt. Daher die US-PS 4,623,364 (Cottringer et al.), in der die Verwendung von keramisch gebundenem Aluminiumoxid- Mahlmedium mit kristallinen siliciumoxidhaltigen Verunreinigungen beschrieben wird. Die Mischung wurde in der Sweco-Mühle 2 Stunden gemahlen. Das Gel wurde 6 bis 7 cm tief in Glasschalen gegossen und in einem Ofen 30 Stunden bei 200ºC getrocknet. (Zunächst wurden zum Trocknen wie bei Cottringer et al. Aluminiumschalen verwendet; das erhaltene Schleifmaterial war jedoch leicht rosa gefärbt und besaß eine weniger dichte und gröbere Mikrostruktur als beim Trocknen in Glasschalen.) Die getrockneten Feststoffe wurden 16 Stunden bei 450ºC calciniert. Das calcinierte Gel wurde 1 Stunde bei 1400ºC gesintert. Das resultierende Material war weiß und besaß eine Mikrostruktur aus großen drehbankähnlichen Kristallen mit einer Länge von bis zu etwa 5 Mikrometer zusammen mit einer geringeren Menge an feinen Submikron-Kristallen.
Schleifkorn gemäß Vergleichsbeispiel J wurde gemäß Beispiel IV von Cottringer et al. (in einem um den Faktor 10 verkleinerten Maßstab) unter Verwendung von 1,36 kg AAMH (mikrokristallinem Boehmit "PURAL"), 13,6 Litern EIW, 0,41 Litern 14%iger HNO&sub3; (hergestellt durch Mischen von 82 ml konzentrierter HNO&sub3; mit 328 ml EIW) und einer Lösung von 0,34 kg Magnesiumhydratnitrat in 1,37 Litern EIW hergestellt. Das "PURAL" wurde in einem großen Mischgefäß aus Kunststoff mit dem Wasser vermischt und unter Mischen mit einem Ross-Mischer (Modell ME 100L von Charles Ross & Son Co., Hauppauge, NY, USA) mit der Säure versetzt. Dann wurde die Magnesiumnitratlösung unter Mischen zugegeben. Danach wurde die Mischung mit hoher Geschwindigkeit 10-15 Minuten gut durchmischt. Ein Teil (5 bis 6 Liter) dieser Mischung wurde in eine Sweco-Schwingfertigermühle (1/3 HP) mit keramisch gebundenem Aluminiumoxid von Coors gemäß Vergleichsbeispiel I überführt. Die Mischung wurde in der Sweco-Mühle 2 Stunden gemahlen. Das Gel wurde 6 bis 7 cm tief in Aluminiumschalen gegossen und in einem Öfen 30 Stunden bei 200ºC getrocknet. Die getrockneten Feststoffe wurden 0,5 Stunden bei 600ºC calciniert (Aufheizzeit bis zu dieser Temperatur: 1 Stunde). Das calcinierte Gel wurde 1 Minute bei 1400ºC gesintert. Das Schleifkorn war weiß und wies 32% transgranularen Bruch auf.
Schleifkorn gemäß Vergleichsbeispiel K wurde gemäß Beispiel X von Cottringer et al. (in einem um den Faktor 20 verkleinerten Maßstab) unter Verwendung von 0,68 kg AAMH (mikrokristallinem Boehmit "PURAL"), 6,8 Litern EIW und 0,205 Litern 14%iger HNO&sub3; (hergestellt durch Mischen von 41,0 ml konzentrierter HNO&sub3; mit 164,0 ml EIW) hergestellt. Das "PURAL" wurde in einem großen Mischgefäß aus Kunststoff mit dem Wasser vermischt und unter Mischen mit einem Ross-Mischer (Modell ME 100L von Charles Ross & Son Co., Hauppauge, NY, USA) mit der Säure versetzt. Dann wurde die Mischung mit hoher Geschwindigkeit 10-15 Minuten gut durchmischt. Ein Teil (5 bis 6 Liter) dieser Mischung wurde in eine Sweco-Schwingfertigermühle (1/3 HP) mit keramisch gebundenem Aluminiumoxid von Coors gemäß Vergleichsbeispiel I überführt. Die Mischung wurde in der Sweco-Mühle 2 Stunden gemahlen. Das Gel wurde 6 bis 7 cm tief in Glasschalen gegossen und in einem Ofen 30 Stunden bei 200ºC getrocknet. (Zunächst wurden zum Trocknen wie bei Cottringer et al. Aluminiumschalen verwendet; das Schleifkorn war jedoch leicht rosa gefärbt und besaß eine weniger dichte Mikrostruktur als beim Trocknen in Glasschalen.) Die getrockneten Feststoffe wurden 16 Stunden bei 450ºC calciniert. Das calcinierte Gel wurde 15 Minuten bei 1400ºC gesintert. Das Schleifkorn war weiß und wies 32% transgranularen Bruch auf.
Die Elementaranalysen des Materials gemäß den Vergleichsbeispielen I-K wurden mittels ICP-Analyse (ICP = Inductively Coupled Plasma, induktiv gekoppeltes Plasma) durchgeführt. Die Schleifkornproben (0,1 Gramm) wurden mit Li&sub2;B&sub4;O&sub7; (1 Gramm) aufgeschlossen, in 100 ml 5%iger Salpetersäure gelöst und mit entionisiertem Wasser auf 250 ml verdünnt. Die Analyse erfolgte auf einem Gerät Applied Research Laboratories Inductively Coupled Plasma Spectrometer, Modell 3580, Fison Instrument Co., Beverly, MA, USA. Die Analysen von Vergleichsbeispielen I und J wurden an auf alpha- Aluminiumoxid basierendem keramischem Schleifkorn durchgeführt, wohingegen die Analyse von Vergleichsbeispiel K an dem nach 16 Stunden Erhitzen des Materials auf 450ºC, aber vor dem Sintern erhaltenen Material erfolgte. Die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 24 in Gewichtsprozent auf theoretischer Oxidbasis aufgeführt. Tabelle 24 Tabelle 24
Für den Fachmann sind verschiedene Modifikationen und Änderungen der vorliegenden Erfindung leicht ersichtlich, ohne daß er den Schutzbereich der Erfindung verlassen müßte. Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung durch die hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nicht unangemessen eingeschränkt werden soll.

Claims

1. Auf alpha-Aluminiumoxid basierendes keramisches Schleifkorn, das auf theoretischer Oxidbasis Al&sub2;O&sub3;, mindestens 0,05 Gew.-% SiO&sub2; und mindestens etwa 0,25 Gew.-% Fe&sub2;O&sub3; enthält, alpha-Aluminiumoxid- Kristallite mit einer durchschnittlichen Kristallitgröße von weniger als etwa 0,5 Mikrometer, eine Oberflächenrauhigkeitshöhe von mehr als etwa 200 Nanometer und eine Dichte von mehr als etwa 3,5 g/cm³ aufweist.

2. Schleifkorn nach Anspruch 1, bei dem SiO&sub2; in einer so großen Menge vorliegt, daß das Schleifkorn mindestens etwa 50% transgranularen Bruch aufweist.

3. Auf alpha-Aluminiumoxid basierendes keramisches Schleifkorn, das auf theoretischer Oxidbasis Al&sub2;O&sub3;, mindestens 0,01 Gew.-% Fe&sub2;O&sub3;, mindestens 0,05 Gew.-% SiO&sub2; und mindestens etwa 0,05 Gew.-% eines Alkalimetalloxids enthält, alpha-Aluminiumoxid- Kristallite mit einer durchschnittlichen Kristallitgröße von weniger als etwa 0,5 Mikrometer und eine Dichte von mehr als etwa 3,5 g/cm aufweist.

4. Undurchsichtiges, auf alpha-Aluminiumoxid basierendes keramisches Schleifkorn, das eine Oberflächenrauhigkeitshöhe von mehr als etwa 200 Nanometer, eine Dichte von mehr als etwa 3,5 g/cm³ und eine durchschnittliche Kristallitgröße von weniger als etwa 0,5 Mikrometer aufweist und auf theoretischer Oxidbasis etwa 85,0-99,6 Gew.-% Al&sub2;O&sub3;, etwa 0,25-5,0 Gew.-% Fe&sub2;O&sub3;, etwa 0,1-5,0 Gew.-% SiO&sub2; und etwa 0,01-1,0 Gew.-% Alkalimetalloxid, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schleifkorns, enthält.

5. Auf alpha-Aluminiumoxid basierendes keramisches Schleifkorn, das auf theoretischer Oxidbasis im wesentlichen aus Al&sub2;O&sub3;, mindestens 0,01 Gew.-% Fe&sub2;O&sub3; und mindestens 0,05 Gew.-% SiO&sub2; besteht, alpha- Aluminiumoxid-Kristallite mit einer durchschnittlichen Kristallitgröße von weniger als etwa 0,5 Mikrometer, eine Oberflächenrauhigkeitshöhe von mehr als etwa 200 Nanometer und eine Dichte von mehr als etwa 3,5 g/cm³ aufweist.

6. Verfahren zur Herstellung von auf alpha- Aluminiumoxid basierendem keramischem Schleifkorn, bei dem man:

(a) eine flüssiges Medium, Boehmit, ein Peptisierungsmittel, eine Eisenoxidquelle und eine Quelle von amorphem Siliciumoxid enthaltende Dispersion herstellt;

(b) die Dispersion in einen Schleifkorn- Vorläufer umwandelt und

(c) den Schleifkorn-Vorläufer zu einem auf alpha-Aluminiumoxid basierenden keramischen Schleifkorn, das auf theoretischer Oxidbasis Al&sub2;O&sub3;, 0,1 bis 10 Gewichtsprozent Fe&sub2;O&sub3; und 0,1-20 Gewichtsprozent SiO&sub2; enthält, sintert.

7. Verfahren zur Herstellung von auf alpha- Aluminiumoxid basierendem keramischem Schleifkorn, bei dem man:

(a) eine Boehmit, ein Peptisierungsmittel, flüssiges Medium, eine Eiserioxidquelle und eine Quelle von amorphem Siliciumoxid enthaltende Dispersion herstellt;

(b) die Dispersion in einen Schleifkorn- Vorläufer umwandelt und

(c) den Schleifkorn-Vorläufer zu einem auf alpha-Aluminiumoxid basierenden keramischen Schleifkorn, das auf theoretischer Oxidbasis Al&sub2;O&sub3;, Fe&sub2;O&sub3; und SiO&sub2; enthält, sintert; wobei die Quelle von amorphem Siliciumoxid in der Dispersion in einer zur Verringerung des durchschnittlichen alpha- Aluminiumoxid-Kristallitvolumens um mindestens ¹/&sub2; ausreichenden Menge vorliegt.

8. Verfahren zur Herstellung von auf alpha- Aluminiumoxid basierendem keramischem Schleifkorn, bei dem man:

(a) eine flüssiges Medium, Boehmit, ein Peptisierungsmittel und eine Eisenoxidquelle enthaltende Dispersion herstellt;

(b) die Dispersion in einen porösen Schleifkorn-Vorläufer umwandelt und

(c) den porösen Schleifkorn-Vorläufer mit einer Imprägnierungszusammensetzung imprägniert, welche eine so große Menge einer Quelle von amorphem Siliciumoxid enthält, daß das nach den Schritten (d) und (e) erhaltene, auf alpha-Aluminiumoxid basierende keramische Schleifkorn alpha-Aluminiumoxid-Kristallite mit einem durchschnittlichen Kristallitvolumen, das kleiner als das durchschnittliche Kristallitvolumen von alpha-Aluminiumoxid-Kristalliten, die in einem auf die gleiche Weise, aber ohne die Quelle von amorphem Siliciumoxid, hergestellten, auf alpha-Aluminiumoxid basierenden keramischen Schleifkorn vorliegen, ist, aufweist;

(d) den aus Schritt (c) erhaltenen Schleifkorn-Vorläufer calciniert und

(e) den aus Schritt (d) erhaltenen calcinierten Schleifkorn-Vorläufer erhitzt, wobei man das auf alpha-Aluminiumoxid basierende keramische Schleifkorn erhält.

9. Verfahren zur Herstellung von auf alpha- Aluminiumoxid basierendem keramischem Schleifkorn, bei dem man:

(a) eine flüssiges Medium, Boehmit, ein Peptisierungsmittel, eine Eisenoxidquelle und eine Quelle von kolloidalem Siliciumoxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als etwa 150 Nanometern enthaltende Dispersion herstellt;

(b) die Dispersion in einen Schleifkorn- Vorläufer umwandelt und

(c) den Schleifkorn-Vorläufer zu einem auf alpha-Aluminiumoxid basierenden keramischen Schleifkorn, das auf theoretischer Oxidbasis Al&sub2;O&sub3;, mindestens 0,01 Gew.-% Fe&sub2;O&sub3; und mindestens 0,05 Gew.-% SiO&sub2; enthält, sintert.