Абразивное зерно на основе карбида кремния с покрытием и способ его получения

 

Изобретение касается поверхностно обработанного абразивного зерна на основе карбида кремния, который используется в 2 шлифовальных кругах с полимерным или керамическим связующим. Целью изобретения является улучшение удержания абразивного зерна в связке абразивного инструмента . Абразивное зерно на основе карбида кремния содержит покрытие из 0,01-5% от массы абразивного зерна высокодисперсного гидрофильного оксида металла из группы: двуокись кремния, окись алюминия, двуокись титана со средним размером первичных частиц 5-500 нм в значении dso и удельной поверхностью 5-500 м2/г по БЭТ. Способ изготовления абразивного зерна включает смешивание в сухом состоянии карбида кремния и высокодисперсного гидрофильного оксида металла с указанными характеристиками. 2 с.и. 2 з.п.ф-лы, 4 табл. СП С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 09 К 3/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4614340/33 (22) 16.06,89 (31) 2356/88 (32) 17.06,88 (33) СН (46) 23.03,92 Бюл. ¹,11 (71) Ланца АГ (СН) (72) Райнер Кунц и Райнер Дитрих (DE) (53) 666,798.2 (088.8) (56) 1, Заявка ФРГ

¹ 3330511, кл. С 09 К 3/14, опублик, 1984, (54) АБРАЗИВНОЕ ЗЕРНО НА ОСНОВЕ

КАРБИДА КРЕМНИЯ С ПОКРЫТИЕМ И

СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение касается поверхностно обработанного абразивного зерна на основе карбида кремния, который используется в

Изобретение касается поверхностно обработанного абразивного зерна на основе карбида. кремния и его применения в шлифовальных кругах с полимерным или кеоамическим связующим.

Карбид кремния является одним из наиболее важных абразивных материалов, используется, в частности, для шлифования и разрезания твердых и хрупких материалов и находит применение как в виде незакрепленного абразивного материала, так и в абразивных средствах на подложке и абразивов абразивных изделий, таких как шлифовальные и отрезные круги. Производительность шлифования и, в частности, износ или срок службы абразивных изделий зависит при этом не только от свойств самого абразивного зерна, но и от способа и прочности заделки абразива в связующем.

В частности, в случае связанных полимером абразивных средств прочность сцепления („)5U(„) 1722231 АЗ шлифовальных кругах с полимерным или керамическим связующим. Целью изобретения является улучшение удержания абразивного зерна в связке абразивного инструмента. Абразивное зерно на основе карбида кремния содержит покрытие из

0,01-5% от массы абразивного зерна высокодисперсного гидрофильного оксида металла из группы: двуокись кремния, окись алюминия, двуокись титана со средним размером первичных частиц 5-500 нм в значении бБО и удЕльнсй пОвЕрхнОСтьЮ 5-500 м /г по БЭТ. Способ изготовления абразивного зерна включает смешивание в сухом состоянии карбида кремния и высокодисперсного гидрофильного оксида металла с указанными характеристиками, 2 с,и. 2 з.п.ф-лы, 4 табл. зерен карбида кремния в связующем, как правило, является величиной, определяющей производительность и износ. Поэтому были предприняты попытки улучшить путем подходящей обработки сцепляемость очень гладких поверхностей карбида кремния.

Известен способ получения керамического покрытия, которое покрывает зерна как глазурь (патент США № 1910444), Если к покрытию добавляют трудно расплавляющийся материал с величиной частиц, которая значительно меньше величины частиц абразивного материала, то получают шероховатое покрытие (патент США № 2527044).

Известен также метод получения модифицированного шлифовального зерна с 0,1—

15 мас,% покрытия из неорганического наполнителя, например гидрофильного оксида металла, нанесенного с помощью неорганического или органического связующего (1).

1722231

Целью изобретения является улучшение удержания абразивного зерна в связке абразивного инструмента.

Цель достигается с помощью покрытия абразивного зерна высокодисперсной гидрофильной окисью металла без дополнительного связующего. Размер зерна абразива из карбида кремния может находиться как в макро-, так и в микроинтервале в соответствии со стандартном FEPA. В качестве высокодисперсной гидрофильной окиси металла можно использовать двуокись кремния, окись алюминия или двуокись титана, как по отдельности, так и в смеси. Высокодисперсную гидрофильную окись металла целесообразно наносить в количестве 0,01-5, предпочтительно 0,21,0 (на массу образца). Первичная величина частиц (dao) высокодисперсной гидрофильной окиси металла 1-500 нм, предпочтительно 7 — 40 нм, удельная поверхность БЭТ 5-500м /r, 50-400 м /г.

Нанесение высокодисперсной гидрофильной окиси металла на абразивное зерно осуществляют путем смешивания его с высокодисперсной гидрофильной окисью металла в сухом виде.

В качестве смесителей пригодны гравитационные смесители (например, вращающийся барабанный смеситель или двухконусный барабанный смеситель) или смеситель с вращающимися перемешивающими элементами (гребкоЪый или лопастной смесители), Возможно также применение абразивного зерна в комбинации с другими абразивами для получения абразивных иэделий, в частности с алмазными абразивами или абразивами из кубического нитрида бора. Абразивное зерно из карбида кремния может при этом применяться как основное зерно в шлифующей области абразивного изделия, так и для усиления и улучшения отвода тепла в несущих основных изделиях.

Пример 1, Порцию карбида кремния (карбогран"- темный F 24, Lonzawerke GmbH, Walo/hat) делят на две части и одну половину обрабатывают 0,5 мас. гидрофильной

А!гОз (первичный размер частиц бу=20 нм, удельная поверхность (БЭТ)=100+15 м /г) г путем сухого смешения в гравитационном смесителе. Из этого зерна при постоянных условиях готовят отрезные диски следующим образом.

Исходные материалы (73 мас. зерен, 13 мас. наполнителя — криолита, 14 мас. порошкообразной и жидкой фенол ьной смолы) при добавлении жидкой части фенольной смолы перерабатывают в гомогенную сыпучую массу и непосредственно после этого прессуют; в пресс-форме при давлении 200 кг/см . Отверждение дисков проводят в печи. при 190 С.

Эффективность определяют на обычной

5 разделительной шлифовальной машине на вибрационно уплотненных бетонных брусьях с поперечником 80 х 60 мм, При этом каждым диском проводят 5 разрезов и в качестве меры эффективности диска опре10 деляют уменьшение его диаметра.

Результаты приведены в табл. 1 (размеры диска 230 х 2,5 х 22 мм), Пример 2. По аналогии с примером 1 получают и исп ыты вают отрез н ые диски.

15 Состав дисков, мас. : абразивное зерно 78, наполнитель (криолит) 8, порошкообразная и жидкая фенольная смола 14.

Результаты приведены в табл. 2 (размер дисков 230 х 3 х 22 мм).

20 Пример 3. Партию промышленного карбида кремния (карбогран ;

Gotthardwerke Bodlo, размер зерна 0,4-1 мм) разделяют на пять частей, Одну часть смеси в качестве стандарта не обрабатывают. Ос25 тельные четыре части обрабатывают так, что на зерна наносят путем смешивания в гравитационном смесителе покрытие:

0,5 мас. гидрофильной А1 0з, био=20 нм, удельная поверхность (БЭТ)=100+15 м /г

30 (а); 0,5 мас. гидрофильной Ti02, dao=21 нм, удельная поверхность (БЭТ)=50+15 м /г (б);

0,5 мас. гидрофильной Si02, бьо=7 нм, удельная поверхность (БЭТ)=380+30 м /r (в);0,2 мас. гидрофильной SiOz, de =40 нм.

35 удельная поверхность (БЭТ)=60 4-15м /г (г), Остальные этапы проводят аналогично примеру 1.

Результаты приведены в табл. 3 (размеры дисков 230 х 2,5 х 22 мм).

40 Пример 4 (сравнительный). Карбид кремния с размером зерна F 24(карбогран, Lonza-Werke) покрывают аналогично примеру 1 по f1). Изготовление отрезных дисков и последующее испытание этих дисков осу45 ществляют аналогично примеру 1.

20 кг карбида кремния F 24 смешивают с дисперсией из 200 мл сложного акрилового эфира RAD-21 А (Fa. Bostik, D-6370

oberursel) и 800 мл воды и смачивают. Затем

50 в эту смесь интенсивно подмешивают 500 r высокодисперсной окиси алюминия (dao=20 нм, удельная поверхнос" ь (БЭТ)=100+15 м /r) и 42 г стеарата кальция.

Смесь высушивают в течение 10 мин при

55 120 С, а затем возникшие комки основательно размельчают и просеивают. Из полученного таким образом абразивного зерна изготовляют аналогично примеру 1 отрезные диски с размерами 230 х 2,5 х

1722231

55 х22 мм, а каждым диском проводят пять разрезов. Затем диски испытывают на бетонных балках с размерами поперечного сечения 80 х 60 мм. Результаты приведены в табл. 4.

Пример 5. Иэ карбида кремния с размером зерна F 800 изготовляют шлифовальные круги с размерами 760 х 75 х х304,8 мм (наружный диаметр х толщина х диаметр отверстия) в связке на основе синтетической смолы. Для этого используют карбид кремния F 800 в необработанном виде с покрытием из 5 мас. высокодисперсной А!гОз (б5о=20 нм, удельная поверхность (БЭТ)=100+15 м /г).

Состав круга, мас.%; SiCF 800 (в обработанном или необработанном виде) ф4,5; жидкая смола (типа резол, бакелите- SW

436, Fa, Raschig, 0-6700 Ludwigshafen) 5,5 порошковая смола(типа новолак, бакелите

SP 222, Fa Raschig) 10,0.

Абразивное зерно в смесителе смачивают жидкой смолой, Затем интенсивно подмешивают . порошковую смолу.

Шлифовальные коуги прессуют под давлением 150 кг/см и отверждают в течение

60 ч при 180 С.

Полученные таким образом шлифовальные круги используют для тонкого шлифования стальных валков (сталь HSS, HRG 65) с размерами 600 х 700 (диаметр х длина) с рабочей скоростью 32 м/с до глубины микронеровности 0,05 мкм.

Благодаря использованию шлифовальных кругов из покрытого согласно изобретению абразивного зерна время шлифования одного валка сокращается (2,5 ч по сравнению с 3,0 ч при шлифовании с необработанн ым абразивным зерном). 3а счет нанесения покрытия стойкость шлифовального круга увеличивается на 20%

Пример 6. Аналогично примеру Д готовят из карбида кремния (карбогра Р, темный, F 24, Lonza-Werke) отрезные диски.

Абразивное зерно обрабатывают 0,01 мас. высокодисперсной гидрофильной SION (d5p=5 нм, дельная поверхность (БЭТ)=500+40 м /г).

Скорость разрыва и плотность диска отрезных дисков из обработанного согласно изобретению абразивного зерна остаются по сравнению со скоростью разрыва и плотностью диска отрезных дисков из необработанного абразивного зерна без резкого изменения. Однако относительная эффективность повышается и составляет 108%.

Пример 7. Аналогично примеру 1 изготовляют из карбида кремния (карбогран; темный, F 24, Lonza-Werke) отрезные диски. Абразивное зерно обрабатывают

1 мас.% гидрофильной SiOz (dso=500 нм, удельная поверхность (БЭТ)=5+0,5 м /г).

Относительная эффективность отрезных дисков эа счет обработки абразивного зерна согласно изобретению повышается и составляет 106%.

Формула изобретения

1. Абразивное зерно на основе карбида кремния с покрытием из 0,01-5 от массы абразивного зерна высокодисперсного гидрофильного оксида металла иэ группы; двуокись кремния, окись алюминия; двуокись титана, отл ич а ю щееся тем,что,c целью улучшения удержания абразивного зерна в связке абразивного инструмента, высокодисперсный гидрофильный оксид имеет средний размер первичных частиц 5-500 нм в значении dso и удельную поверхность 5500 м /г по БЭТ.

2. Абразивное зерно по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что высокодисперсный гидрофильный оксид металла нанесен в количестве 0,2-1,0% от массы абразивного зерна.

3. Абразивное зерно по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что высокодисперсный гидрофильный оксид металла имеет средний размер первичных частиц 7-40 нм в значении dso и удельную поверхность 50—

400 м /г по БЭТ.

4. Способ изготовления абразивного зерна на основе карбида кремния с покрытием из высокодисперсного гидрофильного оксида металла путем смешивания карбида кремния с высокодисперсным гидрофильным оксидом из группы, двуокись кремния, окись алюминия, двуокись титана, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения абразивного зерна в связке абразивного инструмента, указанный оксид металла имеет средний размер первичных частиц 5-500 нм в значении dao и удельную поверхность 5500 м /г по БЭТ, а смешивание осуществляг ют в сухом состоянии, 1722231

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4