Пористые абразивные изделия с агломерированными абразивными материалами и способы изготовления агломерированных абразивных материалов - RU2004133326A

Реферат

1. Абразивный инструмент на связке, имеющий структуру, проницаемую для потока флюида, содержащий: около 5-75 об.% спеченных агломератов, которые содержат множество абразивных шлифовальных зерен, удерживаемых при помощи связующего материала, причем связующий материал характеризуется температурой плавления в диапазоне от 500 и 1400°С, при этом спеченные агломераты имеют трехмерную форму и начальное распределение по размерам ранее изготовления инструмента; связку; и имеющий около 35-80 об.% полной пористости, из которой по меньшей мере 30 об.% взаимосвязанной пористости; при этом по меньшей мере 50%, по весу, спеченных агломератов в абразивном инструменте на связке удерживают множество абразивных шлифовальных зерен, сохраняющих свою трехмерную форму после изготовления инструмента.

2. Абразивный инструмент по п. 1, в котором спеченные агломераты имеют плотность неплотной упаковки до изготовления инструмента ≤1,6 г/см³.

3. Абразивный инструмент по п. 2, в котором связка представляет собой застеклованную связку.

4. Абразивный инструмент по п. 3, который имеет бимодальное распределение пористости для пор внутри агломерата и взаимосвязанную пористость.

5. Абразивный инструмент по п. 1, в котором по меньшей мере 50% по весу спеченных агломератов имеют размеры после изготовления инструмента внутри начального распределения по размерам.

6. Абразивный инструмент по п. 1, в котором связующий материал выбран из группы, в которую входят керамические материалы, застеклованные материалы, композиции застеклованных связок, а также их комбинации.

7. Абразивный инструмент по п. 6, у которого температура плавления связующего материала составляет ориентировочно от 800 до 1300°С.

8. Абразивный инструмент по п. 6, в котором связующий материал представляет собой композицию застеклованной связки, которая содержит композицию обожженных оксидов, содержащую 71 вес. % SiO₂ и В₂O₃, 14 вес. % Al₂О₃, меньше, чем 0,5 вес. % оксидов щелочноземельных металлов и 13 вес. % оксидов щелочных металлов.

9. Абразивный инструмент по п. 5, в котором связующий материал представляет собой керамический материал, выбранный из группы, в которую входят диоксид кремния, щелочные, щелочноземельные и перемешанные щелочные и щелочноземельные силикаты, алюмосиликаты, силикаты циркония, гидратные силикаты, алюминаты, оксиды, нитриды, оксинитриды, карбиды, оксикарбиды, а также их комбинации и производные.

10. Абразивный инструмент по п. 1, в котором взаимосвязанная пористость получена без использования средств создания пор в ходе изготовления инструмента.

11. Абразивный инструмент по п. 1, который имеет максимальную плотность, составляющую 2,2 г/см³.

12. Абразивный инструмент по п. 1, в котором взаимосвязанная пористость инструмента характеризуется значением относительной проницаемости для воздуха, которое по меньшей мере на 10% выше аналогичного значения для абразивного инструмента сравнения на связке, изготовленного с использованием такого же абразивного шлифовального зерна и материалов связки, имеющего такую же пористость и объемный процент связки, но изготовленного без использования спеченных агломератов.

13. Абразивный инструмент по п. 1, в котором спеченные агломераты имеют средний размер в 2-20 раз больше среднего размера абразивного шлифовального зерна.

14. Абразивный инструмент по л. 13, в котором начальный средний диаметр спеченных агломератов лежит в диапазоне от 200 до 3000 мкм.

15. Абразивный инструмент по п. 13, в котором абразивные шлифовальные зерна представляют собой микроабразивные шлифовальные зерна, а начальный средний диаметр спеченных агломератов лежит в диапазоне от 5 до 180 мкм.

16. Абразивный инструмент по п. 1, в котором средний диаметр спеченных агломератов не превышает средний размер взаимосвязанной пористости, когда взаимосвязанную пористость измеряют в точке максимального открытия.

17. Абразивный инструмент по п. 2, который содержит от 35 до 52 об.% спеченных агломератов, от 3 до 13 об.% застеклованной связки и имеет от 35 до 70 об.% пористости.

18. Абразивный инструмент по п. 17, в котором связка выбрана из группы, в которую входят органические связки и металлические связки.

19. Абразивный инструмент по п. 1, в котором инструмент дополнительно содержит по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, в которую входят вторичное абразивное шлифовальное зерно, материалы наполнителя, шлифовальные добавки, средства создания пор, а также их комбинации.

20. Абразивный инструмент, имеющий структуру, проницаемую для потока флюида, который содержит: около 5-75 об.% спеченных агломератов из множества абразивных шлифовальных зерен со связующим материалом, причем связующий материал характеризуется вязкостью А при температуре плавления связующего материала; застеклованную связку, которая характеризуется вязкостью В при температуре плавления связующего материала, причем вязкость В по меньшей мере на 33 % ниже вязкости А; и имеет около 35-80 об.% пористости, которая содержит по меньшей мере 30 об.% взаимосвязанной пористости.

21. Абразивный инструмент по п. 20, у которого вязкость связующего материала А составляет от 345 до 55300 П при 1180°С.

22. Абразивный инструмент по п. 20, у которого вязкость застеклованного связующего материала В составляет от 30 до 37000 П при 1180°С.

23. Абразивный инструмент по п. 20, в котором спеченные агломераты имеют начальную трехмерную форму и начальное распределение по размерам, причем после изготовления инструмента с использованием спеченных агломератов, по меньшей мере 50 % по весу спеченных агломератов в инструменте удерживают множество абразивных шлифовальных зерен, сохраняющих трехмерную форму, и по меньшей мере 50% по весу спеченных агломератов имеют размер внутри начального распределения по размерам.

24. Абразивный инструмент по п. 20, который имеет максимальную плотность 2,2 г/см³.

25. Абразивный инструмент по п. 20, в котором связующий материал выбран из группы, в которую главным образом входят керамические материалы, застеклованные материалы, композиции застеклованных связок, а также их комбинации.

26. Абразивный инструмент по п. 20, у которого температура плавления связующего материала составляет от 800 до 1300°С.

27. Абразивный инструмент по п. 20, в котором взаимосвязанная пористость получена без использования средств создания пор в ходе изготовления инструмента.

28. Абразивный инструмент по п. 20, в котором взаимосвязанная пористость инструмента характеризуется значением относительной проницаемости для воздуха, которое по меньшей мере на 10% выше аналогичного значения для абразивного инструмента сравнения на связке, изготовленного с использованием такого же абразивного шлифовального зерна и материалов связки, имеющего такую же пористость и объемный процент связки, но изготовленного без использования спеченных агломератов.

29. Абразивный инструмент по п. 20, в котором спеченные агломераты имеют начальную плотность неплотной упаковки ≤1,6 г/см³ ранее изготовления инструмента.

30. Абразивный инструмент на застеклованной связке, имеющий структуру, проницаемую для потока флюида, который содержит: около 5-60 об.% спеченных агломератов из множества абразивных шлифовальных зерен со связующим материалом, причем связующий материал характеризуется температурой плавления А; застеклованную связку, которая характеризуется температурой плавления В, причем температура плавления В по меньшей мере на 150°С ниже, чем температура плавления; и имеет около 35-80 об.% пористости, в том числе по меньшей мере 30 об.% взаимосвязанной пористости.

31. Абразивный инструмент по п. 30, в котором спеченные агломераты имеют начальную трехмерную форму и начальное распределение по размерам, причем после изготовления инструмента с использованием спеченных агломератов, по меньшей мере 50 % по весу спеченных агломератов в инструменте удерживают множество абразивных шлифовальных зерен, сохраняющих трехмерную форму, при этом по меньшей мере 50% по весу спеченных агломератов имеют размер внутри начального распределения по размерам.

32. Абразивный инструмент по п. 30, который имеет максимальную плотность 2,2 г/см³.

33. Абразивный инструмент по п. 30, в котором связующий материал представляет собой материал, выбранный из группы, в которую главным образом входят керамические материалы, застеклованные материалы, композиции застеклованных связок, а также их комбинации.

34. Абразивный инструмент по п. 30, у которого температура плавления связующего материала А лежит в диапазоне от 950 до 1300°С.

35. Абразивный инструмент по п. 30, в котором взаимосвязанная пористость получена без использования средств создания пор в ходе изготовления инструмента.

36. Абразивный инструмент по п. 30, в котором взаимосвязанная пористость характеризуется значением относительной проницаемости для, которое по меньшей мере на 10% выше аналогичного значения для абразивного инструмента сравнения на связке, изготовленного с использованием такого же абразивного шлифовального зерна и материалов связки, имеющего такую же пористость и объемный процент связки, но изготовленного без использования спеченных агломератов.

37. Абразивный инструмент по п. 20, в котором спеченные агломераты имеют начальную плотность неплотной упаковки до изготовления инструмента ≤1,6 г/см³.

38. Абразивный инструмент на связке, имеющий структуру, проницаемую для потока флюида, который содержит: около 34-56 об.% абразивного шлифовального зерна; около 3-25 об.% связки; и имеет около 35-80 об.% полной пористости, в том числе по меньшей мере 30 об.% взаимосвязанной пористости, причем инструмент главным образом не содержит средств создания пористости и материалов с удлиненной формой, имеющих коэффициент формы (отношение длины к ширине поперечного сечения), составляющий по меньшей мере 5:1.

39. Абразивный инструмент по п. 38, в котором 5-100 об.% абразивного шлифовального зерна состоят из абразивного шлифовального зерна, удерживаемого внутри трехмерных спеченных агломератов, причем спеченные агломераты содержат множество абразивных шлифовальных зерен со связующим материалом, при этом связующий материал характеризуется температурой плавления от 500 до 1400°С.

40. Абразивный инструмент по п. 38, в котором связка представляет собой застеклованную связку.

41. Абразивный инструмент по п. 39, в котором связующий материал представляет собой материал, выбранный из группы, в которую главным образом входят керамические материалы, застеклованные материалы, композиции застеклованных связок, а также их комбинации.

42. Абразивный инструмент по п. 38, в котором взаимосвязанная пористость инструмента характеризуется значением относительной проницаемости для воздуха, которое по меньшей мере на 10% выше аналогичного значения для абразивного инструмента сравнения на связке, изготовленного с использованием такого же абразивного шлифовального зерна и материалов связки, имеющего такую же пористость и объемный процент связки, но изготовленного без использования спеченных агломератов.

43. Абразивный инструмент по п. 39, в котором спеченные агломераты имеют плотность неплотной упаковки до изготовления инструмента ≤1,6 г/см³.

44. Абразивный инструмент по п. 39, который имеет бимодельное распределение пористости для пор внутри агломерата и взаимосвязанную пористость.

45. Абразивный инструмент по п. 39, который дополнительно содержит по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, в которую входят вторичное абразивное шлифовальное зерно, материалы наполнителя, шлифовальные добавки, а также их комбинации.

46. Абразивный инструмент по п. 39, в котором начальный средний диаметр спеченных агломератов лежит в диапазоне от 200 до 3000 мкм.

47. Абразивный инструмент по п. 39, в котором абразивные шлифовальные зерна представляют собой микроабразивные шлифовальные зерна, а начальный средний диаметр спеченных агломератов лежит в диапазоне от 5 до 180 мкм.

48. Абразивный инструмент по п. 39, в котором средний диаметр спеченных агломератов превышает средний размер взаимосвязанной пористости, когда взаимосвязанную пористость измеряют в точке максимального открытия.

49. Абразивный инструмент по п. 40, который имеет максимальную плотность 2,2 г/см³.

50. Абразивный инструмент, который содержит от 5 до 75 об.% агломератов абразивного шлифовального зерна, изготовленный способом, который включает в себя следующие операции: подача абразивного шлифовального зерна и связующего материала, выбранного из группы, в которую главным образом входят материалы с застеклованной связкой, застеклованные материалы, керамические материалы, неорганические связующие материалы, органические связующие материалы, а также их комбинации, во вращающуюся обжиговую печь с контролируемой скоростью подачи; вращение печи с контролируемой скоростью; нагревание смеси со скоростью нагрева, которая определяется скоростью подачи материала и скоростью вращения печи, до температуры ориентировочно от 145 до 1300°С; галтовка смеси в печи, до тех пор, пока связующий материал не пристанет к зерну, а множество зерен, сцепленных вместе, не образуют множество спеченных агломератов; извлечение спеченных агломератов из печи, причем спеченные агломераты состоят из множества, абразивных шлифовальных зерен, связанных вместе при помощи связующего материала, имеющих начальную трехмерную форму и плотность неплотной упаковки ≤1,6 г/см³; формование из спеченных агломератов фасонного композитного тела; и термическая обработка фасонного композитного тела с образованием абразивного инструмента.

51. Абразивный инструмент по п. 50, способ изготовления которого дополнительно включает в себя операцию перемешивания спеченных агломератов с материалом связки, для того, чтобы образовать смесь агломератов.

52. Абразивный инструмент по п. 51, в котором связующий материал представляет собой застеклованной связующий материал.

53. Абразивный инструмент по п. 52, в котором застеклованная связка имеет температуру обжига связки, которая по меньшей мере на 150°С ниже, чем температура плавления связующего материала.

54. Абразивный инструмент по п. 50, в котором связующий материал представляет собой материал, выбранный из группы, в которую главным образом входят керамические материалы, застеклованные материалы, композиции застеклованных связок, а также их комбинации.

55. Абразивный инструмент по п. 54, у которого температура плавления связующего материала составляет ориентировочно от 800 до 1300°С.

56. Абразивный инструмент по п. 55, в котором связующий материал характеризуется вязкостью, составляющей ориентировочно от 30 до 55300 П при температуре плавления связующего материала.

57. Абразивный инструмент по п. 55, в котором связующий материал представляет собой композицию застеклованной связки, которая содержит композицию обожженных оксидов, содержащую 71 вес. % SiO₂ и В₂О₃, 14 вес. % Al₂О₃, меньше, чем 0,5 вес. % оксидов щелочноземельных металлов и 13 вес. % оксидов щелочных металлов.

58. Абразивный инструмент по п. 54, в котором связующий материал представляет собой керамический материал, выбранный из группы, в которую входят диоксид кремния, щелочные, щелочноземельные и перемешанные щелочные и щелочноземельные силикаты, алюмосиликаты, силикаты циркония, гидратные силикаты, алюминаты, оксиды, нитриды, оксинитриды, карбиды, оксикарбиды, а также их комбинации и производные.

59. Абразивный инструмент по п. 50, в котором взаимосвязанная пористость получена без использования средств создания пор.

60. Абразивный инструмент по п. 50, который имеет от 35 до 80 об.% полной пористости, из которой по меньшей мере 30 об.% взаимосвязанной пористости.

61. Абразивный инструмент по п. 52, который имеет максимальную плотность 2,2 г/см³.

62. Абразивный инструмент по п. 50, в котором спеченные агломераты имеют средний размер в 2-20 раз больше среднего размера абразивного шлифовального зерна.

63. Абразивный инструмент по п. 50, в котором начальный средний диаметр спеченных агломератов лежит в диапазоне от 200 до 3000 мкм.

64. Абразивный инструмент по п. 50, в котором абразивные шлифовальные зерна представляют собой микроабразивные шлифовальные зерна, причем начальный средний диаметр спеченных агломератов лежит в диапазоне от 5 до 180 мкм.

65. Абразивный инструмент по п. 60, в котором взаимосвязанная пористость инструмента характеризуется значением относительной проницаемости для воздуха, которое по меньшей мере на 10% выше аналогичного значения для абразивного инструмента сравнения на связке, изготовленного с использованием такого же абразивного шлифовального зерна и материалов связки, имеющего такую же пористость и объемный процент связки, но изготовленного без использования спеченных агломератов.

66. Абразивный инструмент по п. 51, который содержит от 35 до 52 об.% спеченных агломератов, от 3 до 13 об.% застеклованной связки и от 35 до 70 об.% пористости.

67. Абразивный инструмент по п. 50, который дополнительно содержит по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, в которую входят вторичное абразивное шлифовальное зерно, материалы наполнителя, шлифовальные добавки, средства создания пор, а также их комбинации.

68. Способ шлифования, который включает в себя следующие операции: приготовление абразивного инструмента на связке, имеющего структуру, проницаемую для потока флюида, причем инструмент содержит: от 5 до 75 об.% спеченных агломератов, которые содержат множество абразивных шлифовальных зерен, удерживаемых при помощи связующего материала, причем связующий материал характеризуется температурой плавления от 500 до 1400° С, а спеченные агломераты имеют трехмерную форму и начальное распределение по размерам ранее изготовления инструмента; связку; и имеет около 35-80 об.% полной пористости, из которой по меньшей мере 30 об.% взаимосвязанной пористости, причем по меньшей мере 50 %, по весу, спеченных агломератов в абразивном инструменте на связке удерживают множество абразивных шлифовальных зерен, сохраняющих трехмерную форму после изготовления инструмента; введение абразивного инструмента на связке в контакт с обрабатываемой деталью; и шлифование поверхности обрабатываемой детали при помощи абразивного инструмента на связке.

69. Способ шлифования, который включает в себя следующие операции: приготовление абразивного инструмента на связке, имеющего структуру, проницаемую для потока флюида, причем инструмент содержит: около 34-56 об.% абразивного шлифовального зерна; около 3-25 об.% связующего материала; и имеет около 35-80 об.% полной пористости, из которой по меньшей мере 30 об.% взаимосвязанной пористости; причем инструмент главным образом не содержит средств создания пористости и материалов удлиненной формы, имеющих коэффициент формы (отношение длины к ширине поперечного сечения), составляющий по меньшей мере 5:1; введение абразивного инструмента на связке в контакт с обрабатываемой деталью; и шлифование поверхности обрабатываемой детали при помощи абразивного инструмента на связке.

70. Способ агломерирования абразивного шлифовального зерна, который включает в себя следующие операции: подача зерна и связующего материала, выбранного из группы, в которую главным образом входят материалы с застеклованной связкой, застеклованные материалы, керамические материалы, неорганические связующие материалы, органические связующие материалы, вода, растворитель, а также их комбинации, во вращающуюся обжиговую печь с контролируемой скоростью подачи; вращение печи с контролируемой скоростью; нагревание смеси со скоростью нагрева, которая определяется скоростью подачи материала и скоростью вращения печи, до температуры ориентировочно от 145 до 1300°С; галтовка зерна и связующего материала в печи, до тех пор, пока связующий материал не пристанет к зерну, а множество зерен, сцепленных вместе, не образуют множество спеченных агломератов; и извлечение спеченных агломератов из печи, причем спеченные агломераты имеют начальную трехмерную форму, плотность неплотной упаковки ≤1,6 г/см³ и содержат множество абразивных шлифовальных зерен.

71. Способ по п. 70, который дополнительно включает в себя операцию приготовления однородной смеси абразивного шлифовального зерна и связующего материала, а затем операцию подачи смеси во вращающуюся обжиговую печь.

72. Способ по п. 70, в котором смесь галтуют в обжиговой печи ориентировочно в течение от 0,25 до 2,0 ч.

73. Способ по п. 70, в котором спеченные агломераты в 2-20 раз больше по размеру, чем абразивное шлифовальное зерно.

74. Способ по п. 70, в котором печь имеет наклон на угол ориентировочно от 0,5 до 5 градусов.

75. Способ по п. 70, в котором печь вращается со скоростью от 0,5 до 10 об/мин.

76. Способ по п. 71, в котором смесь подают в печь со скоростью подачи, составляющей ориентировочно от 5 до 910 кг/ч.

77. Способ по п. 71, в котором скорость подачи смеси выбирают таким образом, чтобы смесь занимала 8-12 % объема печи.

78. Способ по п. 70, в котором спеченные агломераты имеют минимальную прочность на раздавливание 0.5 при 50% раздробленной фракции в испытании на уплотнение.

79. Способ по п. 71, в котором смесь дополнительно содержит по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, в которую входят вторичное абразивное шлифовальное зерно, материалы наполнителя, шлифовальные добавки, средства создания пор, а также их комбинации.

80. Способ по п. 71, в котором смесь дополнительно содержит средства создания пор, выбранные из группы, в которую входят полые стеклянные шарики, размолотая скорлупа грецких орехов, полые шарики или бусины из пластмассы или органических соединений, частицы пеностекла, пузырьковый муллит и пузырьковый оксид алюминия, а также их комбинации.

81. Способ по п. 70, в котором зерно и связующий материал нагревают в печи до температуры в диапазоне 800-1200° С.

82. Способ по п. 81, в котором температура является достаточной для того, чтобы вызвать плавление и течение связующего материала, при этом вязкость связующего материала составляет по меньшей мере 300 П.

83. Способ по п. 71, в котором однородную смесь агломерируют для того, чтобы образовать сырые агломераты, после чего сырые агломераты направляют во вращающуюся обжиговую печь.

84. Спеченные агломераты абразивного шлифовального зерна, изготовленные способом, который включает в себя следующие операции: подача абразивного шлифовального зерна со связующим материалом во вращающуюся обжиговую печь с контролируемой скоростью подачи; вращение печи с контролируемой скоростью; нагревание смеси со скоростью нагрева, которая определяется скоростью подачи материала, и скоростью вращения печи, до температуры ориентировочно от 145 до 1300°С; галтовка зерна и связующего материала в печи, до тех пор, пока связующий материал не пристанет к зерну, а множество зерен, сцепленных вместе, не образуют множество спеченных агломератов; и извлечение спеченных агломератов из печи, причем спеченные агломераты имеют начальную трехмерную форму, плотность неплотной упаковки ≤1,6 г/см³ и содержат множество абразивных шлифовальных зерен.

85. Спеченные агломераты по п. 84, которые дополнительно содержат по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, в которую входят вторичное абразивное шлифовальное зерно, материалы наполнителя, шлифовальные добавки, средства создания пор, а также их комбинации.

86. Спеченные агломераты по п. 84, в которых связующий материал представляет собой материал, выбранный из группы, в которую главным образом входят застеклованные связующие материалы, застеклованные материалы, керамические материалы, неорганические связующие материалы, органические связующие материалы, органические материалы связки, металлические связующие материалы, а также их комбинации.

87. Спеченные агломераты по п. 84, способ изготовления которых дополнительно включает в себя операцию приготовления однородной смеси абразивного шлифовального зерна и связующего материала, а затем операцию подачи указанной смеси во вращающуюся обжиговую печь.

88. Спеченные агломераты по п. 84, которые имеют средний размер в 2-20 раз больше среднего размера абразивного шлифовального зерна.

89. Спеченные агломераты по п. 84, у которых начальный средний диаметр лежит в диапазоне от 200 до 3000 мкм.

90. Спеченные агломераты по п. 84, в которых абразивные шлифовальные зерна представляют собой микроабразивные шлифовальные зерна, причем начальный средний диаметр спеченных агломератов лежит в диапазоне от 5 до 180 мкм.

91. Спеченные агломераты по п. 84, в которых гранула имеет около 30-88 об.% пористости.

92. Спеченные агломераты по п. 91, в которых до 75 об.% пористости представляет собой взаимосвязанную пористость.

93. Спеченные агломераты по п. 84, в которых относительная плотность агломератов, измеренная как объем вытеснения жидкости и выраженная как отношение объема агломератов к кажущемуся объему абразивного шлифовального зерна и связующего материала, использованного для изготовления агломератов, имеет максимальное значение 0,7.