Schleifmittel mit verbesserten Schleifeigenschaften Die vorliegende Erfindung betrifft Schleifkörner aus der Gruppe der konventionellen Schleif- körner, die geschmolzene oder gesinterte Korunde, Zirkonkorunde, Siliziumcarbide und Bor- carbid umfasst, für den Einsatz in kunstharzgebundenen Schleifmitteln, wobei die Schleif- körner dadurch gekennzeichnet sind, dass sie oberflächlich mit einer Ummantelung, beste- <BR> <BR> hend aus 0,05 bis 2,0 Gew. -%, bezogen auf das Gewicht des unbehandelten Schleiflorns, eines wässerigen Bindemittels auf Silikatbasis und 0,05 bis 5,0 Gew.-%, ebenfalls bezogen auf das Gewicht des unbehandelten Schleifkorns, einer komplexen, feinkörnigen Oxidverbin- dung der allgemeinen Formel AxByOz, versehen sind, wobei es sich bei A und B jeweils um eine Gruppe von Elementen handelt und bei O um Sauerstoff, der im stöchiometrischen Ver- hältnis zu A und B vorliegt, und wobei die Zahlen x, y und z die Zusammensetzung der kom- plexen Oxide kennzeichnen und nicht auf ganze Zahlen beschränkt sind und z einem Produkt aus der Summe von (x+y) und einem Faktor zwischen 1.5 und 2.5 entspricht. Bei der Gruppe von Elementen A handelt es sich um die Gruppe der Metalle im Periodensystem der Elemen- te, während es sich bei der Gruppe von Elementen B um die Gruppe der amphoteren Elemen- te im Periodensystem handelt. Die komplexe feinkörnige Oxidverbindung AXByOz enthält mindestens jeweils ein Element aus der Gruppe der Metalle bzw. aus der Gruppe der ampho- teren Elemente des Periodensystems. Bei dem wässerigen Bindemittel auf Silikatbasis handelt es sich bevorzugt um kolloidale Kieselsäure. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hin- aus ein Verfahren zur Herstellung der o. g. Schleifkörner sowie ihre Verwendung in kunst- harzgebundenen Schleifmitteln.

Schleifmittelkörnungen werden in den unterschiedlichsten Korngrößen in gebundener und loser Form für verschiedenartigste Schleifprozesse eingesetzt. So werden sie beispielsweise in einer Mischung mit keramischen Massen oder Kunstharz zu Schleifscheiben geformt, wobei die keramischen Massen oder Kunstharz als Binder für das Schleifkorn dienen. Bei den Schleifmitteln auf Unterlagen (Papier, Leinen etc.) wird die Haftung auf der Unterlage in der Regel über Kunstharzbindungen realisiert. Die Leistungsfähigkeit der verschiedenen Schleif- mittel wird nun nicht allein vom eingesetzten Schleifkorn, sondern im hohen Maße auch von der Einbindung des Korns im Schleifmittel beeinflusst. Eine besondere Bedeutung kommt dabei der Grenzfläche zwischen Schleifkorn und Binderphase zu. Diese bestimmt die Kraft,

die erforderlich ist, um ein Schleifkorn aus einer Bindung herauszubrechen. Je härter und standfester ein Schleifkorn ist, desto größer sind auch die Anforderungen an die Bindung und die Haftkräfte an den Grenzflächen und um so leichter wird ein Korn aus der Bindung her- ausgelöst. Die meisten Schleiflörnungen, insbesondere diejenigen, die durch einen Schmelz- prozess hergestellt werden, besitzen eine relativ glatte Oberfläche, was sich für die Einbin- dung, die überwiegend auf Adhäsion beruht, als nachteilig erweist. Dies gilt besonders für kunstharzgebundene Schleifinittel, bei denen die Bindung nahezu ausschließlich auf Adhäsion beruht. In der Vergangenheit wurden daher bereits eine Vielzahl von Maßnahmen zur Auf- rauung bzw. Vergrößerung der Oberfläche und damit zur Verbesserung der Einbindung vor- geschlagen.

Die US 2,527, 044 und die US 2,541, 658, von denen die Erfindung ausgeht, beschreiben die Behandlung von konventionellen Schleifkörnern mit einem wässerigen Bindemittel und fein- körnigen Oxiden zur Vergrößerung der Kornoberfläche, wodurch eine Verbesserung der Ein- bindung in kunstharzgebundenen Schleifmitteln erreicht werden soll.

So wird in der US 2,527, 044 ein geschmolzenes Aluminiumoxid-und Siliziumcarbidschleif- korn beschrieben, das zur Verbesserung der Einbindung in kunstharzgebundenen Schleifmit- teln mit einem matten Überzug aus feinkörnigen Metalloxidpartikeln, beispielsweise Eisen- III-Oxid oder Molybdänoxid, überzogen wird. Die Metalloxidpartikel haften mittels einer dünnen glasartigen Schicht an der Oberfläche des Korns.

Die US 2,541, 658 beschreibt die Ummantelung von Schleiflcörnungen mit Metaphosphaten und Eisenoxidpigmenten, welche die Einbindung des Korns in der Papier-und Leinenanwen- dung und gleichzeitig die Wasserbeständigkeit der Schleifmittel verbessern sollen.

Darüber hinaus wird in der EP-A-0 014 236 die Behandlung von Schleifkorn auf Basis von Aluminiumoxid, das einen Anteil an Titanoxid aufweist, beschrieben, wobei auf das Schleif- korn eine Schicht aus einer keramischen Masse, wie z. B. Tone, Kaolin oder Glasfritten, auf- geschmolzen oder aufgesintert wird. Gleichzeitig mit dem Aufsintern oder Aufschmelzen der Ummantelung erfolgt eine Umwandlung des im Korund enthaltenen Titanoxids von der 3-

wertigen in die 4-wertige Oxidationsstufe, die mit einer Umwandlung der Struktur des Schleifkorns einhergeht.

Die EP-B-0 080 604 schließlich beschreibt eine keramische Ummantelung zur Verbesserung der Schleifleistung beim Nassschleifen, wobei die keramische Ummantelung aus einer Glas- fritte, einem Bindemittel und einem schleifaktiven Feinkorn besteht.

Die Kornbehandlungen gemäß den oben genannten Patenten, insbesondere die Behandlung nach der US 2,541, 658, haben trotz erkannter Mängel Eingang in der Industrie gefunden. Aus Kostengründen erlangte dabei die Behandlung mit Eisenoxidpigment (Fe203) zur Vergröße- rung der Kornoberflächen von Schleifkörnern für den Einsatz in kunstharzgebundenen Schleifinitteln besondere Bedeutung. Der Nachteil dieser Behandlung besteht jedoch darin, dass bei hoher Beanspruchung und starker Erwärmung des Korns während der Schleifoperati- on die Haftung des Korns in der Bindung nachlässt und das Korn aus der Bindung heraus- bricht. Eine Erklärung für dieses Verhalten ist möglicherweise darin zu suchen, dass das Ei- sen-III-Oxid thermisch zum Eisen-II-Oxid zersetzt wird. Durch die damit verbundene Volu- menveränderung und den frei werdenden Sauerstoff wird die Bindung zum Kunstharz ge- schädigt und das Ausbrechen des Korns begünstigt. Entsprechend gering ist die Standzeit bzw. die Abtragsleistung des Schleifmittels.

Das Aufbringen keramischer Massen nach der EP-A-0 014 236 ist auf Titanoxid-haltige Ko- runde beschränkt und bedingt zusätzlich die Anwendung hoher Temperaturen. Ein Nachteil ist, dass bei diesen Temperaturen häufig stabile Kornagglomerate gebildet werden, die sich nur noch schwer zerstören lassen. Dadurch verringert sich entweder die Ausbeute an Schleif- körnung in der gewünschten Partikelgrößenverteilung oder das so erhaltene Gemisch muss einem zusätzlichen personal-und damit kostenaufwendigen Zerkleinerungsschritt unterwor- fen werden. Außerdem erhalten die behandelten Körnungen meist nur eine geringfügig ver- größerte Oberfläche, da bei den hohen Temperaturen das aufgebrachte Feinkorn mit dem Bin- demittel zu einem glasartigen Überzug verschmilzt.

Bei der Ummantelung mit schleifaktivem Feinkorn nach dem EP-B-0 080 604 ist es schwie- rig, die vorgesehenen Feinkornpartikel fest an die Oberfläche der Schleiflcörner zu binden.

Auch handelt es sich bei den vorgesehenen Feinkornpartikeln um schleifaktive Stoffe, die mit einer Glasfritte verschmolzen sind und dabei eine möglichst glatte Oberfläche bilden sollen, so dass auch hier die spezifische Oberfläche des Schleifkorns nur geringfügig vergrößert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein ummanteltes Schleifkorn mit vergrößerter Oberfläche zur Verfügung zu stellen, das sich auch bei starker mechanischer und thermischer Beanspru- chung, beispielsweise in kunstharzgebundenen Trennscheiben, gut und dauerhaft einbinden lässt und somit die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. Damit verbunden ist eine bessere Nutzung der Korneigenschaften, die sich zusätzlich zum geringe- ren Kornausbruch in einer erkennbaren Verbesserung der Schleifleistung dokumentiert.

Überraschend konnte das angestrebte Ziel dadurch erreicht werden, dass Schleifkörnungen auf Basis geschmolzener oder gesinterter Korunde, Zirkonkorunde, Siliziumcarbid und Bor- carbid zuerst in einem Mischer mit 0,05-2, 0 Gew-% mit einer wässerigen Silikatlösung, vorzugsweise kolloidale Kieselsäure, benetzt und darauffolgend mit 0,05-5, 0 Gew.-%, je- weils bezogen auf die Masse des Ausgangskorns, einer komplexen feinkörnigen Oxidverbin- dung der allgemeinen Formel AxByOz ummantelt werden, wobei es sich bei A und B jeweils um eine Gruppe von Elementen und bei O um Sauerstoff handelt, der im stöchiometrischen Verhältnis zu A und B vorliegt, und wobei die Zahlen x, y und z die Zusammensetzung der komplexen Oxide kennzeichnen und nicht auf ganze Zahlen beschränkt sind und z einem Produkt aus der Summe von (x+y) und einem Faktor zwischen 1.5 und 2.5 entspricht. Bei der Gruppe von Elementen A handelt es sich dabei um die Gruppe der Metalle im Periodensystem der Elemente, während es sich bei der Gruppe von Elementen B um die Gruppe der amphote- ren Elemente im Periodensystem der Elemente handelt. Die komplexe feinkörnige Oxidver- bindung der allgemeinen Formel AxByOz, enthält mindestens ein Element A aus der Gruppe der Metalle im Periodensystem der Elemente und mindestens ein Element B aus der Gruppe der amphoteren Elemente sowie Sauerstoff im stöchiometrischen Verhältnis zu A und B. In Abhängigkeit von der Temperaturbeständigkeit des zu ummantelnden Schleifkorns ist im An- schluss an die Ummantelung eine Wärmebehandlung zwischen 100 und 900 °C zur Verbesse- rung der Haftung Ummantelung vorgesehen.

Im Vergleich zu anderen ähnlich feinkörnigen Materialien, die dem Stand der Technik ent- sprechend zur Vergrößerung der Oberfläche und zur Verbesserung der Einbindung eingesetzt werden, ist der positive Effekt der erfindungsgemäßen feinkörnigen komplexen Oxide auf die Einbindung des Schleifkorns und damit auf die Schleifleistung des Schleifmittels wesentlich ausgeprägter, was auch anhand von Beispielen später ausführlicher erläutert wird. Eine Erklä- rung für diesen positiven Effekt ist somit nicht allein in der Vergrößerung der Oberfläche der Schleifmittelkörnungen durch die komplexe, feinkörnige Oxidverbindung, die über den silika- tischen Binder gut an der Oberfläche des Korns haftet und die besondere Oberflächenstruktur an den Körnern, welche die mehrheitlich durch Adhäsion bedingten Haftkräfte zum Kunst- harz vergrößert, zu suchen. Die erfindungsgemäßen, komplexen, feinkörnigen Oxidverbin- dungen sind darüber hinaus thermodynamisch sehr stabil und dadurch reaktionsträge. Wäh- rend eines Schleifprozesses mit hoher mechanischer bzw. thermischer Kornbeanspruchung finden nahezu keine Zersetzung oder Reaktionen mit dem zu schleifenden Werkstoff oder dem Schleifkorn statt. Die Ursache dafür ist möglicherweise die spezielle Oxidzusammenset- zung zwischen metallischen und amphoteren Elementen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der guten Benetzung sowohl des Schleifkorns als auch der komplexen Oxidverbindung durch das silikatische Bindemittel bevorzugt durch kolloidale Kieselsäure. Verbunden mit einer auf die thermische Stabilität des Korns abgestimmten Wärmebehandlung des ummantelten Korns ergibt sich eine optimale Haftung der komplexen Oxidverbindung.

Korunde, Siliciumcarbide und Borcarbid können zum Einbrennen der Ummantelung ohne nennenswerte Veränderung der Grundsubstanz bis zu ca. 900 °C eine Stunde lang erhitzt wer- den. Eine Ausnahme bildet der eutektische Zirkonkorund, der oberhalb von ca. 600 °C auf- grund einer dem Produkt eigenen überproportionalen thermischen Dehnung zerfällt. Dieses Produkt sollte deshalb zum Einbrennen der Ummantelung nicht höher als 500 °C erhitzt wer- den. Überraschend hat sich gezeigt, dass diese Temperatur ausreicht, um die gewünscht gute Haftung der Ummantelung am Korn zu gewährleisten und eine deutlich verbesserte Schleif- leistung zu erzielen.

Die Einbindung der ummantelten Schleifkörner und die damit verbundene Verbesserung der Schleifleistung wurde in kunstharzgebundenen Trennscheiben getestet. Bei Trennversuchen wird das einzelne Korn überdurchschnittlich stark belastet und erhitzt und somit auch die

Grenzfläche des Korns zum Kunstharz extrem stark beansprucht, so dass anhand solcher Ver- suche die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Ummantelung besonders deutlich aufgezeigt werden kann.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert werden, ohne dass darin eine Einschränkung zu sehen ist.

Beispiele Trennscheibenfertisuns Halbedelkorund FRSK von Treibacher Schleifmittel in der Korngröße F36 nach FEPA Für jeweils 5 Trennscheiben werden zuerst 780 g Schleifkorn mit 55 g Flüssigharz (Phenol- harz) vermischt und dieses Gemisch wurde anschließend mit 240 g einer Pulvermischung, <BR> <BR> bestehend aus 50,0 Gew. -% Phenol-Pulverharz, 25,0 Gew. -% Kryolith, 24,0 Gew. -% Pyrit<BR> und 1,0 Gew. -% CaO, versetzt. Danach wurde ein entsprechender Anteil der Mischung je- weils zu Scheiben mit einem Durchmesser von 178 mm und eine Stärke von 2,8 mm verpresst und innerhalb von 14 Stunden bei 180 °C ausgehärtet.

Trennscheibenfertisuns Eutektischer Zirkonkorund ZK40 von Treibacher Schleifmittel in der Korngröße F36 nach FEPA Im Unterschied zu dem FRSK-Korn wird beim ZK40 zu 780 g Schleifkorn 65 g Flüssigharz und 260 g der oben beschriebenen Pulvermischung zugesetzt.

Testparameter bei den Trenntest : 20 Schnitte l Trennscheibe Werkstoffe : Flachstahl ST 37,30x8 mm (für FRSK) Rundstahl V2A (18 % Cr, 10 % Ni), 0 20 mm (für ZK40) Zeit/Schnitt : 3.5 s (FRSK).

5. 5 s (ZK40) Berechnung des G-Faktors nach 20 Schnitten nach (Durchschnittswert der 5 Scheiben) nach : getrennte Fläche des Werkstoffes = G-Faktor Flächenverlust der Trennscheibe Beispiel 1 (Versleichsbeispiel) 5,0 kg Halbedelkorund FRSK F36 (Korngröße nach FEPA, Federation Europeenne des Fabri- cants de Produits Abrasifs) von Treibacher Schleifmittel wurden im Labor-Intensivmischer zuerst mit 0,3 Gew. -% MAPL (50 %-ige, wässrige Monoaluminiumphospatlösung der Che- mischen Fabrik Budenheim), bezogen auf die Masse des unbehandelten Korns, benetzt und nach einer zusätzlichen Mischzeit von ca. 3 Minuten mit 1.2 Gew. -% Bayferrox 222 (synthe- tisches Eisenoxidpigrnent, Fe203 von Bayer AG), bezogen auf die Masse des unbehandelten Korns, ummantelt. Nach einer weiteren Mischzeit von 2 Minuten wurde das ummantelte Korn eine Stunde lang bei 800 °C gebrannt.

Mit dem ummantelten Halbedelkorulmdkorn wurden in der oben beschriebenen Weise fünf Trennscheiben gefertigt und diese auf Normal-Flachstahl getestet. Der ermittelte G-Faktor ist aus der nachfolgenden Tabelle 1 zu entnehmen.

Beispiel 2 (Erfindung) 5,0 kg Halbedelkorund FRSK F36 wurden mit 0,2 Gew.-% kolloidaler Kieselsäure (LUDOX HS 30 von Du Pont) benetzt und nach einer zusätzlichen Mischzeit von 3 Minuten mit 0,2 <BR> <BR> Gew. -% Titan-Mangan-Antimonrutil (Pigment PK12100 von Ferro Corp. ) mit einer ungefäh-<BR> ren Zusammensetzung von 10 Gew.-% Mn02, 24 Gew. -% Sb203 und 66 Gew.-% Ti02 um- mantelt. Nach einer weiteren Mischzeit von 2 Minuten wurde das Korn eine Stunde bei 800 °C gebrannt und anschließend zu Trennscheiben verarbeitet.

Die Ergebnisse der Trenntests auf Normalstahl sind ebenfalls aus der Tabelle 1 zu entnehmen.

Tabelle 1

Versuchsbeispiele (Trennscheiben) G-Faktor FRSK, F36, unbehandelt 11 FRSK, F36, Beispiel 1 13 FRSK, F36, Beispiel 2 16 Die Ergebnisse der Trenntests zeigen, dass sich mit der erfindungsgemäßen Ummantelung von FRSK-Korn eine deutliche Verbesserung der Schleifleistung im Vergleich zu einem un- behandelten bzw. einem entsprechend dem Stand der Technik behandelten Korn erzielen lässt.

Beispiel 3 (Versleichsbeispiell 5,0 kg eutektischer Zirkonkorund ZK 40 F36 wurde wie in Beispiel 1 mit MAPL und Bayfer- rox 222 ummantelt und das Korn anschließend bei 400 °C wärmebehandelt. Aus dem Produkt wurden Trennscheiben gefertigt.

Das Ergebnis der Trenntests auf Rostfrei-Stahl ist aus der Tabelle 2 zu entnehmen.

Beispiel 4 (Versleichsbeispiel) 5,0 kg eutektischer Zirkonkorund ZK 40 F36 wurde im Laborintensivmischer anders als in Beispiel 3 zuerst mit 0,2 Gew.-% MAPL angefeuchtet und nach einer zusätzlichen Mischzeit von 3 Minuten mit 0,2 Gew. -% Bayferrox ummantelt. Die Wärmebehandlung des ummantel- ten Korns erfolgte eine Stunde bei 400 °C.

Das Ergebnisse der Trenntests der mit dem Korn gefertigten Trennscheiben sind in der Tabel- le 2 wiedergegeben.

Beispiel 5 (Vergleichsbeispiel) <BR> <BR> 5,0 kg eutektischer Zirkonkorund ZK 40 F36 wurden im Laborintensivmischer mit 0,2 Gew. - % kolloidaler Kieselsäure (Ludox HS30) angefeuchtet und nach einer zusätzlichen Mischzeit <BR> <BR> von 3 Minuten mit 0,2 Gew. -% Titanoxidpigment ummantelt. Nach einer weiteren Mischzeit von 2 Minuten erfolgte die Wärmebehandlung bei 400 °C. Aus dem ummantelten Korn wur- den in der oben beschriebenen Weise Trennscheiben gefertigt, die dann schleiftechnisch ge- prüft wurden.

Die Testergebnisse sind in der Tabelle 2 wiedergegeben.

Beispiel 6 (Erfindung) 5,0 kg eutektischer Zirkonkorund ZK 40 F36 wurden wie im Beispiel 2 zuerst mit kolloidaler Kieselsäure angefeuchtet und danach mit Titan-Mangan-Antimonrutil ummantelt. Die Wär- mebehandlung erfolgte über eine Stunde bei 400 °C. Die Fertigung der Trennscheiben erfolg- te in der oben beschriebenen Weise.

Die Ergebnisse der Trenntests sind in der Tabelle 2 wiedergegeben.

Beispiel 7 (Erfindung) 5,0 kg eutektischer Zirkonkorund ZK 40 F36 wurden im Laborintensivmischer zuerst mit 0,2 Gew.-% kolloidaler Kieselsäure benetzt und nach einer zusätzlichen Mischzeit von 3 Minuten mit einem Chrom-Eisen-Mangan-Nickelmischoxid (D 24148 Schwarzpigment von Degussa) ummantelt. Nach einer weiteren Mischzeit von 2 Minuten wurde das ummantelte Korn eine Stunde bei 400 °C wärmebehandelt und danach zu Trennscheiben verarbeitet.

Die Ergebnisse der Trenntests sind in der Tabelle 2 wiedergegeben.

Tabelle 2 Versuchsbeispiele (Trennscheiben) G-Faktor ZK40 F36, unbehandelt 18,5 ZK40 F36, Beispiel 3 (Vergleich) 18,0 ZK40 F36, Beispiel 4 (Vergleich) 19,0 ZK40 F36, Beispiel 5 (Vergleich) 22,5 ZK40 F36, Beispiel 6 (Erfindung) 27,4 ZK40 F36, Beispiel 7 (Erfindung) 26,8

Aus den Ergebnissen in der Tabelle 2 ist ersichtlich, dass mit dem erfindungsgemäß umman- telten eutektischen Zirkonkorund eine deutliche Leistungssteigerung beim Trennschleifen im Vergleich zu einem unbehandeltem oder herkömmlich behandelten Zirkonkorund-Schleifkom erreicht werden kann.