專利名稱：固結(jié)磨具的制作方法
固結(jié)磨具本申請(qǐng)是2006年8月26日提交的PCT/US2006/033438 (國家申請(qǐng)?zhí)枮?00680044108. 4)、發(fā)明名稱為“一種固結(jié)模具和制造固結(jié)模具的方法”的專利國際申請(qǐng)的
分案申請(qǐng)。
背景技術(shù)：
在許多磨削操作中，磨削工具的孔隙，尤其是具有可滲透性或互連性的孔隙，提高了磨削操作的效率和被磨削工件的質(zhì)量。具體而言，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)互連孔隙的體積百分率或流體可滲透性是決定磨具的磨削性能的重要因素。在磨削過程中，互連孔隙有利于砂輪中磨削廢料(磨屑)的清除和冷卻流體的通過。另外，互連孔隙允許潤滑劑之類的磨削流體到達(dá)運(yùn)動(dòng)的磨粒與工件表面之間。這些特征對(duì)于在深切和現(xiàn)代精密工藝(例如緩進(jìn)給磨削)中達(dá)到高效磨削特別重要，因?yàn)樵谝粋€(gè)深磨削行程中，要在不犧牲工件尺寸精度的前提下除去大量材料。 這種極具開放性和可滲透性結(jié)構(gòu)的磨具的例子包括利用長形或纖維狀磨粒的磨具。美國專利第5738696和5738697號(hào)披露了采用長寬比(aspect radio)至少約為5:1的細(xì)長形或纖維狀磨粒的固結(jié)磨具(bonded abrasive)的制造方法。這種采用絲形磨粒的磨具的一個(gè)例子是目前可以購自美國馬薩諸塞州伍斯特市圣戈班磨料磨具公司(Saint-Gobain Abrasives, Worcester, MA)的商標(biāo)為 ALTOS 的磨具。ALT0S 磨具采用平均長寬比約為7. 5:1的燒結(jié)溶膠一凝膠氧化鋁陶瓷顆粒(馬薩諸塞州伍斯特市圣戈班公司)，如Norton'* TG2或TGX磨料(以下稱“TG2”)，其為絲形磨粒。ALT0S 磨具是具有高孔隙率和高滲透性的磨具，其具有高的金屬去除速率、改進(jìn)的保形性和較長的砂輪壽命，并能極大地降低導(dǎo)致冶金損傷的風(fēng)險(xiǎn)[例如，參見諾頓公司技術(shù)服務(wù)簡報(bào)(Norton Company Technical Service Bulletin), 2002 年 6 月，“ALTOS 高性能氧化招陶瓷砂輪，，(ALTOS High Performance Ceramic Aluminum Oxide Grinding Wheels)]。基于纖維一纖維堆積理論，ALTOS 磨具采用僅含絲形磨粒，如TG2顆粒的磨粒，以便獲得最大的結(jié)構(gòu)開放性(例如，參見美國專利第5738696和5738697號(hào)，其全文內(nèi)容通過參考結(jié)合于本文)。一般認(rèn)為，將TG2顆粒與顯著量的其他非絲形顆粒，如球形顆粒摻合起來，要么會(huì)降低其結(jié)構(gòu)開放性，要么會(huì)損害金屬工件的表面精整度。盡管TG2顆粒非常耐用，但對(duì)于某些應(yīng)用來說，其脆性不夠；而且相對(duì)于多數(shù)塊形或球形顆粒，TG2顆粒的制造成本更高。因此，需要開發(fā)一種脆性更好、成本效率更高的磨具，其性能特征類似于采用絲形磨粒的磨具如ALT0S 磨具的性能。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與用100%的絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨?；驁F(tuán)聚的粗磨粒制造的磨具相比，用絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨?；蚱鋱F(tuán)聚體與團(tuán)聚的粗磨粒的摻合物制造的固結(jié)磨具可具有改進(jìn)的性能。例如，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，采用TG2或TG2團(tuán)聚體與團(tuán)聚的氧化鋁磨粒的粗磨粒的固結(jié)磨具具有高孔性和可滲透性的結(jié)構(gòu)，在許多磨削應(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，而且不會(huì)損害表面精整質(zhì)量。基于此發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明披露了一種磨具和這種磨具的制造方法，所述磨具包含絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨?；蚱鋱F(tuán)聚體與團(tuán)聚的粗磨粒的摻合物。本發(fā)明還披露了一種磨具和這種磨具的制造方法，所述磨具包含絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨粒的團(tuán)聚體。在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及一種固結(jié)磨具，其包含磨粒摻合物、粘結(jié)組分和至少約35體積％孔隙率。所述磨粒摻合物包含絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨?；蚱鋱F(tuán)聚體與團(tuán)聚的粗磨粒。所述絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨粒的長度一橫截面寬度一長寬比之比大于約
I.O。團(tuán)聚的粗磨粒包含許多磨粒，它們借助粘結(jié)材料保持三維形狀。在另一種實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及一種固結(jié)磨具，其包含團(tuán)聚體、粘結(jié)組分和至少約35體積％孔隙，所述團(tuán)聚體包含絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨粒、非絲形磨粒和粘結(jié)材料。所述非絲形磨粒和絲形溶膠一凝膠磨粒借助粘結(jié)材料保持三維形狀。本發(fā)明還包含制造固結(jié)磨具的方法。在所述方法中，形成磨粒摻合物，所述摻合物 包含上述絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨?；蚱鋱F(tuán)聚體和團(tuán)聚的粗磨粒。然后將磨粒摻合物與粘結(jié)組分合并。將所述磨粒與粘結(jié)組分的合并摻合物模塑為成形的復(fù)合物，該復(fù)合物包含至少約35體積％的孔隙率。對(duì)由磨粒與粘結(jié)組分的摻合物形成的所述成形復(fù)合物進(jìn)行加熱，形成所述固結(jié)磨具。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)所需性能，而不會(huì)損害所得產(chǎn)品的表面精整質(zhì)量或結(jié)構(gòu)開放性。采用絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨?；蚱鋱F(tuán)聚體與團(tuán)聚的粗磨粒的摻合物形成的磨具可在同一結(jié)構(gòu)中形成纖維一纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并同時(shí)形成非纖維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如偽球面一球面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的磨具如砂輪具有對(duì)流體的流動(dòng)具有高透過性的多孔結(jié)構(gòu)，還具有出色的磨削性能和高金屬去除速率。通過調(diào)整磨粒摻合物含量，可以根據(jù)磨削應(yīng)用來調(diào)節(jié)本發(fā)明磨具的性能，以使脆性或韌性達(dá)到最大，或者平衡這兩種性能。本發(fā)明磨具的高滲透性同高金屬去除速率結(jié)合起來是特別有利的，它可最大程度減少磨削區(qū)產(chǎn)生的熱量，因而使砂輪壽命更長，并降低了造成冶金損傷的風(fēng)險(xiǎn)。


無
具體實(shí)施例方式通過下面對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的更具體的描述，本發(fā)明的上述及其他目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。本發(fā)明的固結(jié)磨具具有極為開放的可滲透結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中具有互連的孔隙。所述固結(jié)磨具具有至少約35體積％，優(yōu)選約35體積％至約80體積％的孔隙率(基于磨具體積)。在優(yōu)選實(shí)施方式中，總孔隙中至少約30體積％是互連的孔隙。因此，本發(fā)明的固結(jié)磨具具有高互連的孔隙率，特別適用于深切和現(xiàn)代精密工藝，如緩進(jìn)給磨削。本文中，術(shù)語“互連的孔隙”是指磨具中由粘結(jié)的磨粒的顆粒之間的空隙組成的孔隙，這些空隙對(duì)流體流動(dòng)是開放的。互連孔隙的存在一般可通過測(cè)定磨具對(duì)空氣流或水在受控條件下的可滲透性加以證實(shí)，如美國專利第5738696和5738697號(hào)中所披露的測(cè)試方法那樣，其全文內(nèi)容通過參考結(jié)合于本文。
本文中，所用術(shù)語“絲形”磨粒是指絲形陶瓷磨粒，沿其長度方向具有大致一致的橫截面，其中長度大于橫截面的最大尺寸。最大橫截面尺寸可高達(dá)約2毫米,優(yōu)選小于約I毫米，更優(yōu)選小于約0. 5毫米。絲形磨?？梢允侵钡摹澢幕蚺で?，這樣長度是沿粒體而不必是沿直線測(cè)量的。較佳的是，用于本發(fā)明的絲形磨粒是彎曲的或扭曲的。用于本發(fā)明的絲形磨粒的長寬比大于1.0，優(yōu)選至少2:1，最優(yōu)選至少約4:1，例如至少約7:1，在約5:1和約25:1之間的范圍內(nèi)。本文中，術(shù)語“長寬比”或“長度一橫截面寬度一長寬比”是指沿主尺寸或較長尺寸方向的長度與顆粒沿垂直于主尺寸方向的任意尺寸的最大伸展幅度之比。如果橫截面不是圓形的，例如呈多邊形，就利用垂直于長度方向的最長尺寸確定長寬比。本文中，術(shù)語“團(tuán)聚的粗磨?！被颉皥F(tuán)聚的磨?！笔侵赴チ：驼辰Y(jié)材料的三維粗粒，所述粗粒具有至少35體積％的孔隙率。除非寫明絲形顆粒構(gòu)成粗粒中的全部或部分的顆粒，團(tuán)聚的粗磨粒由長寬比為約I. 0的塊形或球形磨粒組成。團(tuán)聚的粗磨粒的例子可參見美國專利第6679758B2號(hào)所述的團(tuán)聚體。本發(fā)明的固結(jié)磨具由包含為松散形式或團(tuán)聚形式的絲形磨粒與團(tuán)聚的粗磨粒的顆粒摻合物制成，團(tuán)聚的粗磨粒包含長寬比為約I. 0的 塊形或球形磨粒。或者，本發(fā)明的磨具由包含長寬比為約1.0的塊形或球形磨粒的團(tuán)聚的絲形磨粒的粗磨粒制成。這些磨具中的每一種均可在顆粒摻合物中任選包含一種或多種呈松散形式的次級(jí)磨粒。在一種實(shí)施方式中，所述摻合物包含絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨粒和團(tuán)聚的粗磨粒。在這些實(shí)施方式中，所述摻合物包含約5 — 90重量％、優(yōu)選約25 — 90重量％、更優(yōu)選約45 - 80重量％的絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨粒(基于摻合物的總重量)。所述摻合物還包含約5 — 90重量％、優(yōu)選約25 — 90重量％、更優(yōu)選45 — 80重量％的團(tuán)聚的粗磨粒。所述摻合物任選包含最多約50重量％、優(yōu)選約25重量％的次級(jí)磨粒,該次級(jí)磨粒既不是絲形顆粒也不是團(tuán)聚的顆粒。絲形顆粒、團(tuán)聚的顆粒和任選次級(jí)磨粒的選用量之和為本發(fā)明的磨具中所用顆粒摻合物總重的100%。適合任選與絲形顆粒和團(tuán)聚的顆粒摻合的次級(jí)磨粒將在后面描述。在另一種實(shí)施方式中，所述摻合物包含絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨粒的團(tuán)聚體和團(tuán)聚的粗磨粒。該絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨粒的團(tuán)聚體包含絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨粒的許多顆粒和第二粘結(jié)材料。所述第二粘結(jié)材料使絲形溶膠一凝膠磨粒保持三維形狀。絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨粒的團(tuán)聚體還任選包含次級(jí)磨粒。所述第二粘結(jié)材料使所述次級(jí)磨粒和絲形磨粒保持三維形狀。所述次級(jí)磨粒可包含一種或多種本領(lǐng)域已知用于磨具的磨粒，如氧化鋁顆粒(包括熔融氧化鋁、非絲形燒結(jié)的溶膠一凝膠氧化鋁、燒結(jié)的帆土等)、碳化娃、氧化招一氧化錯(cuò)、氧氮化招(aluminoxynitride)、氧化鋪、低價(jià)氧化硼(boron suboxide)、石槽石、燧石、金剛石(包括天然和合成氧化招)、立方氮化硼(CBN)及其組合。除非采用燒結(jié)的溶膠一凝膠氧化鋁，所述次級(jí)磨?？扇∪我庑螤?，包括絲類形狀。所述次級(jí)磨粒優(yōu)選為非絲形磨粒。所述絲形磨粒團(tuán)聚體中的絲形磨粒的用量，以團(tuán)聚體總重量為基準(zhǔn)，通常在約15 - 95重量％的范圍內(nèi)，優(yōu)選約35 - 80重量％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選約45 — 75重量％的范圍內(nèi)。絲形磨粒的團(tuán)聚體中次級(jí)磨粒的用量，以團(tuán)聚體總重量為基準(zhǔn)，通常在約5 - 85重量％的范圍內(nèi)，優(yōu)選約5 — 65重量％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選約10 — 55重量％的范圍內(nèi)。對(duì)絲形顆粒和團(tuán)聚的顆粒的摻合物的情況，可在團(tuán)聚的絲形顆粒中加入任選的次級(jí)磨粒，形成本發(fā)明的磨具中所用的總顆粒摻合物。同樣，最多約50重量％、優(yōu)選約25重量％的任選次級(jí)磨粒可與絲形顆粒的團(tuán)聚體摻合，形成磨具中所用的總顆粒摻合物。絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨粒包含燒結(jié)的溶膠一凝膠氧化鋁的多晶。絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨粒中可包含加晶種或未加晶種的溶膠一凝膠氧化鋁。較佳的，磨粒摻合物中采用加晶種的絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨粒。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，燒結(jié)的溶膠一凝膠氧化鋁磨粒主要包含a氧化鋁晶體，其尺寸小于約2微米，更優(yōu)選不大于約I 一 2微米，甚至更優(yōu)選小于約0.4微米。溶膠一凝膠氧化鋁磨?？捎帽绢I(lǐng)域已知的方法制備(例如，參見美國專利4623364、4314827、4744802、4898597、4543107、4770671、4881951、5011508、5213591、5383945、5395407和6083622，其內(nèi)容通過參考結(jié)合于本文)。例如，它們通常這樣制備形成還包含不同量的一種或多種氧化物改性劑(例如MgO、ZrO2或稀土金屬氧化物)或晶種 /成核材料(例如a-Al203、Y -A1203> a-Fe2O3或鉻氧化物)的水合氧化鋁凝膠，然后干燥并燒結(jié)該凝膠(例如，參見美國專利第4623364號(hào))。絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨粒一般可通過多種方法獲得，如將水合氧化鋁溶膠或凝膠擠出或噴絲成連續(xù)的絲形顆粒，干燥所得絲形顆粒，將絲形顆粒切成或斷開成所需長度，然后在優(yōu)選不超過約1500°C的溫度下煅燒絲形顆粒。制備所述顆粒的優(yōu)選方法見述于美國專利第5244477、5194072和5372620號(hào)。對(duì)于直徑在約0. 254毫米與約I. 0毫米之間的水合氧化鋁的溶膠或凝膠，最有用的方法是擠出，擠出物干燥和煅燒之后，其直徑大致分別等價(jià)于用于100顆粒度(grit)至24顆粒度磨料的網(wǎng)孔的直徑。對(duì)于煅燒后直徑小于約100微米的絲形顆粒，最有用的方法是噴絲。最適合擠出的凝膠通常具有約30 - 68%的固含量。最佳固含量隨擠出絲的直徑變化。例如，如果絲形磨粒在煅燒后的直徑大致等于用于50顆粒度碎磨粒的網(wǎng)孔的直徑，固含量優(yōu)選約為60%。如果絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨粒是通過噴絲形成的，宜向形成凝膠的溶膠中加入約I % — 5%的非玻璃成形用(non-glass-forming)噴絲助劑,如聚環(huán)氧乙烷，以便為凝膠提供所需的粘性和彈性，形成絲形磨粒。在焙燒或煅燒過程中，噴絲磨粒中的噴絲助劑會(huì)被燒掉。當(dāng)在磨粒摻合物中采用加晶種的絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨粒時(shí)，在將水合氧化鋁的溶膠或凝膠擠出或噴絲成連續(xù)絲形顆粒的過程中，優(yōu)選加入有效量的亞微米晶種材料，以促使凝膠中的水合氧化鋁快速轉(zhuǎn)化為非常細(xì)的a氧化鋁晶體。晶種材料的例子如上所述。通過將凝膠從具有顆粒截面所需形狀的模具中擠出，可產(chǎn)生各種所需形狀的擠出凝膠顆粒。例如，這些形狀可以是方形、菱形、橢圓形、管形或星形。不過，所述截面一般是圓形。優(yōu)選將初始形成的連續(xù)絲形顆粒斷開或切成目標(biāo)磨削用途所需的最長維度方向上的尺寸。絲形凝膠顆粒根據(jù)需要成形之后，如果需要，再對(duì)其切割或壓碎并干燥之后，通過受控煅燒將其轉(zhuǎn)化為最終的磨粒形狀。一般地，煅燒步驟的溫度在約1200°C至約1350°C之間。煅燒時(shí)間通常在約5分鐘至I小時(shí)之間。然而，其他溫度和時(shí)間也可采用。對(duì)于大于約0. 25毫米的顆粒，優(yōu)選在約400 - 600°C對(duì)干燥的材料預(yù)焙燒約幾小時(shí)至約10分鐘，以除去殘余的揮發(fā)物和結(jié)合水，錐形組分可能會(huì)在煅燒過程中造成顆粒破裂。特別是由加晶種的凝膠形成的顆粒，過度燒結(jié)會(huì)導(dǎo)致較大顆粒快速吸附其周圍多數(shù)較小的顆粒，因此降低了產(chǎn)品微米結(jié)構(gòu)尺度的均勻性。用于本發(fā)明中磨粒摻合物的團(tuán)聚的粗磨粒是三維粗粒，其包含許多磨粒和粘結(jié)材料。團(tuán)聚的粗磨粒的平均尺寸比磨粒的平均顆粒度大約2 — 20倍。團(tuán)聚的粗磨粒的平均直徑優(yōu)選在約200-3000微米之間。團(tuán)聚的粗磨粒的松堆積密度(loose packing density)(LPD)通常是，例如，120顆粒度(106微米)的顆粒約為I. 6克/立方厘米，60顆粒度(250微米)的顆粒約為I. 2克/立方厘米，孔隙率約為30 - 88體積 ％。由TG2顆粒制成的團(tuán)聚的絲形粗磨粒的松堆積密度約為I. 0克/立方厘米。對(duì)于多數(shù)顆粒，團(tuán)聚的磨粒的松堆積密度約為相同顆粒在松弛、未團(tuán)聚顆粒形式下測(cè)得的松堆積密度的0. 4倍。團(tuán)聚的粗磨粒的最小壓碎強(qiáng)度值優(yōu)選約為0. 2兆帕。團(tuán)聚的粗磨?？砂环N或多種已知適用于磨具的磨粒，如氧化鋁顆粒，包括熔融氧化鋁、非絲形溶膠一凝膠燒結(jié)氧化鋁、燒結(jié)鋁土礦等；碳化硅；氧化鋁一氧化鋯，包括共熔氧化鋁一氧化鋯和燒結(jié)氧化鋁一氧化鋯；氧氮化鋁；低價(jià)氧化硼；石榴石；燧石；金剛石，包括天然和合成金剛石；立方氮化硼(CBN);以及它們的組合。合適的磨粒的其他例子包括未加晶種的燒結(jié)溶膠一凝膠氧化鋁磨粒，其包含微晶a氧化招和至少一種氧化物改性劑，如稀土金屬氧化物(例如,CeO2、Dy2O3、Er2O3、Eu2O3、La2O3、Nd203、Pr2O3> Sm2O3> Yb2O3 和 Gd2O3)、堿金屬氧化物(例如，Li20、Na2O 和 K2O)、堿土金屬氧化物(例如，MgO、Ca。、SrO 和 BaO)和過渡金屬氧化物(例如，HfO2, Fe2O3、Mn。、Ni。、Y2O3' ZnO和 ZrO2)(例如，參見美國專利第 5779743、4314827、4770671、4881951、5429647 和 5551963，其全文內(nèi)容通過參考結(jié)合于本文)。未加晶種的燒結(jié)溶膠一凝膠氧化鋁磨粒的具體例子包括稀土招酸鹽，可由式LnMAl11O19表示,其中Ln是三價(jià)金屬離子,如La、Nd、Ce、Pr、Sm、Gd或Eu，M是二價(jià)金屬陽離子，如Mg、Mn、Ni、Zn、Fe或Co (例如，參見美國專利第5779743號(hào))。這種稀土鋁酸鹽通常具有六方晶體結(jié)構(gòu)，有時(shí)稱為磁性鉛酸鹽晶體結(jié)構(gòu)。團(tuán)聚的粗磨粒的許多例子可見于美國專利第6679758B2號(hào)和美國專利第6988937號(hào)，其全文內(nèi)容通過參考結(jié)合于本文。任意尺寸或形狀的磨粒均可采用。優(yōu)選，這樣選擇用于磨粒摻合物的團(tuán)聚的粗磨粒的尺寸，使得砂輪孔隙率和可滲透性的損失最小。適用于團(tuán)聚的粗磨粒的粒度范圍為從常規(guī)磨料顆粒度(例如大于約60至最大約7000微米)到微磨料顆粒度(例如約a 5至約60微米)，以及這些尺寸的組合。對(duì)于指定的磨削操作，可能需要團(tuán)聚的磨粒的顆粒度小于平常為這種磨削操作選擇的磨粒(非團(tuán)聚磨粒)的顆粒度。例如，可用80顆粒度(180微米)團(tuán)聚磨料代替54顆粒度(300微米)磨料，用100顆粒度(125微米)團(tuán)聚磨料代替60顆粒度(250微米)磨料，用120顆粒度(106微米)團(tuán)聚磨料代替80顆粒度(180微米)磨料。典型磨粒的優(yōu)選團(tuán)聚尺寸范圍為平均直徑約200至約3000微米，更優(yōu)選約350至約2000微米，最優(yōu)選約425至約1000微米。對(duì)于微磨粒，優(yōu)選的團(tuán)聚體尺寸為平均直徑約5至約180微米，更優(yōu)選約20至約150微米，最優(yōu)選約70至約120微米。在用于本發(fā)明的團(tuán)聚的粗磨粒中，磨粒一般占團(tuán)聚體的約10體積％至約95體積％。磨粒優(yōu)選占團(tuán)聚體的約35體積％至約95體積％，更優(yōu)選占約48體積％至約85體積％。團(tuán)聚體的其余部分包含粘結(jié)材料和孔。對(duì)于團(tuán)聚的粗磨粒，用于本發(fā)明的絲形溶膠一凝膠磨粒的團(tuán)聚體是三維粗粒，其包含許多絲形溶膠一凝膠磨粒和第二粘結(jié)材料。絲形溶膠一凝膠磨粒的團(tuán)聚體還優(yōu)選包含上述次級(jí)磨粒。在一個(gè)具體實(shí)例中，次級(jí)磨粒是非絲形的。在一種實(shí)施方式中，包含許多絲形溶膠一凝膠磨粒的顆粒和次級(jí)磨粒的絲形溶膠一凝膠磨粒的團(tuán)聚體可與團(tuán)聚的粗磨粒一起用于磨粒摻合物。在另一種實(shí)施方式中，包含許多絲形溶膠一凝膠磨粒的顆粒和次級(jí)磨粒的絲形溶膠一凝膠磨粒團(tuán)聚體可在不與團(tuán)聚的粗磨粒摻合的情況下用于本發(fā)明的磨具。絲形溶膠一凝膠磨粒的團(tuán)聚體的典型特征見上面對(duì)團(tuán)聚的粗磨粒的討論。通過對(duì)絲形顆粒和非絲形顆粒摻合物的粒度進(jìn)行不同選擇，可以調(diào)節(jié)包含團(tuán)聚顆粒的磨具的磨削性能。例如，在較高材料清除率(MRR)下操作的磨削操作所用工具，可用包含46顆粒度(355微米)方形或塊形氧化鋁顆粒和80顆粒度(180微米)TG2顆粒的顆粒團(tuán)聚體制備。以類似的方式，經(jīng)調(diào)整用于高M(jìn)RR操作 的磨具可包含46顆粒度方形或塊形氧化鋁顆粒與80顆粒度松散的非團(tuán)聚TG2顆粒摻合而成的團(tuán)聚體。在另一個(gè)實(shí)例中，對(duì)于需要控制精細(xì)的表面精整度而且不能在工件表面留下擦痕的磨削操作，其所用工具可用包含120顆粒度(106微米)方形或塊形氧化鋁顆粒和80顆粒度(180微米)TG2顆粒的顆粒團(tuán)聚體制造。在另一種實(shí)施方式中，經(jīng)調(diào)整用于精細(xì)表面質(zhì)量磨削或拋光操作的工具可包含120顆粒度(106微米)方形或塊形氧化鋁顆粒與80顆粒度松散的非團(tuán)聚TG2顆粒摻合而成的團(tuán)聚體。通常用于本領(lǐng)域的固結(jié)磨具的任意結(jié)合(粘結(jié))材料均可用作團(tuán)聚的粗磨粒的粘結(jié)材料(以下稱“第一粘結(jié)材料”)和絲形溶膠一凝膠磨粒團(tuán)聚體的第二粘結(jié)材料。第一和第二粘結(jié)材料優(yōu)選各自獨(dú)立包含無機(jī)材料，如陶瓷材料、玻璃化材料、玻璃化結(jié)合組合物及其組合，更優(yōu)選在玻璃化固結(jié)磨具中用作結(jié)合體系的那種陶瓷和玻璃化材料。這些玻璃化結(jié)合材料可以是磨成粉末的燒前玻璃(pre-fired glass)(玻璃料)，或諸如粘土、長石、石灰、硼砂和蘇打之類的各種原料的混合物，或者燒結(jié)料和原料的組合。這種材料在約500至約1400°C的溫度范圍內(nèi)熔合形成液態(tài)玻璃相，濕潤磨粒表面，冷卻后產(chǎn)生連接柱，由此將磨粒保持在復(fù)合結(jié)構(gòu)之內(nèi)。適用于團(tuán)聚體的粘結(jié)材料的例子可見于例如美國專利第6679758B2和美國專利第6988937號(hào)。優(yōu)選的粘結(jié)材料的特征在于它在約1180°C的粘度約為345至55300泊，熔點(diǎn)約為800至約1300。。。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，第一和第二粘結(jié)材料各自獨(dú)立為燒結(jié)的結(jié)合組合物，其包含煅燒的氧化物組合物，所述組合物包含Si02、B203、Al203、堿土金屬氧化物和堿金屬氧化物。煅燒的氧化物組合物的一個(gè)例子包含71重量％的SiO2和B2O3,14重量％的Al2O3,低于0. 5重量％的堿土金屬氧化物和13重量％的堿金屬氧化物。第一和第二粘結(jié)材料也可為陶瓷材料，包括氧化硅、堿金屬、堿土金屬、混合的堿金屬與堿土金屬的硅酸鹽、硅酸鋁、硅酸鋯、水合硅酸鹽、鋁酸鹽、氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物、氧碳化物和它們的組合及衍生物。一般地，陶瓷材料與玻璃材料或燒結(jié)材料的不同之處在于，陶瓷材料包含晶體結(jié)構(gòu)。有些玻璃相可能與晶體結(jié)構(gòu)并存，特別是在處于非精制狀態(tài)的陶瓷材料中。本發(fā)明可采用處于原始狀態(tài)的陶瓷材料，如粘土、水泥和礦物。適用于本發(fā)明的具體陶瓷材料的例子包括氧化硅、硅酸鈉、多鋁紅柱石及其他硅鋁酸鹽、氧化鋯一多鋁紅柱石、鋁酸鎂、硅酸鎂、硅酸鋯、長石和其他堿金屬硅鋁酸鹽(alkali-alumino-siIicate)、尖晶石、招酸|丐、招酸鎂及其他堿金屬招酸鹽、氧化錯(cuò)、用氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化鈰、氧化鈦或者其他稀土添加劑、滑石、氧化鐵、氧化鋁、勃姆石、氧化硼、氧化鈰、氧氮化鋁、氮化硼、氮化硅、石墨和這些陶瓷材料的組合。
—般地，第一和第二粘結(jié)材料各自獨(dú)立地以粉末形式使用，任選將其加入液體載體，確保粘結(jié)材料與磨粒在制造團(tuán)聚體的過程中形成均勻混合物。優(yōu)選在粉化粘結(jié)材料的組分中加入有機(jī)粘結(jié)劑分散體，用作模塑或加工的助劑。這些粘結(jié)劑可包含糊精、淀粉、動(dòng)物蛋白膠和其他類型的膠；液體組分，如水、溶劑、粘度或PH改性劑；混合助劑。使用有機(jī)粘結(jié)劑可提高團(tuán)聚體的均勻性，尤其是顆粒上的粘結(jié)材料分散體的均勻性，還能提高預(yù)焙燒的或生坯團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及包含團(tuán)聚體的煅燒磨具的質(zhì)量。因?yàn)橛袡C(jī)粘結(jié)劑在煅燒團(tuán)聚體的過程中被燒掉，它們沒有變成制成的團(tuán)聚體或制成的磨具的一部分。需要時(shí)，可向混合物中加入無機(jī)增粘劑，以提高粘結(jié)劑對(duì)磨粒的粘附性，從而提高混合質(zhì)量。在制備團(tuán)聚體時(shí)，可在采用或不采用有機(jī)粘結(jié)劑的情況下使用無機(jī)粘增劑。盡管在本發(fā)明的團(tuán)聚體中優(yōu)選使用高溫熔合的粘結(jié)材料，但所述粘結(jié)材料也可包含其他無機(jī)粘結(jié)劑、有機(jī)粘結(jié)劑、有機(jī)結(jié)合材料、金屬結(jié)合材料及其組合。優(yōu)選使用的粘結(jié)材料是在磨具工業(yè)中用作有機(jī)固結(jié)磨料、涂覆磨料、金屬固結(jié)磨料等的結(jié)合劑。
團(tuán)聚體中粘結(jié)材料的含量約為0. 5體積％至約15體積％，更優(yōu)選約I體積％至約10體積％，最優(yōu)選約2體積％至約8體積％。在制造磨具并用它進(jìn)行磨削所需的團(tuán)聚體機(jī)械強(qiáng)度限度內(nèi)，只要技術(shù)許可，團(tuán)聚體中的優(yōu)選體積％孔隙率可盡可能高?？紫堵士蔀榧s30體積％至約88體積％，優(yōu)選約40體積％至約80體積％，最優(yōu)選約50體積％至約75體積％。所述團(tuán)聚體內(nèi)的一部分孔隙(例如，最多約75體積％)優(yōu)選以互連孔隙形式存在，或者是對(duì)流動(dòng)的流體，包括液體(例如磨削冷卻劑和碎屑)和空氣具有可透性的孔隙。團(tuán)聚體的密度可以多種方式表示。團(tuán)聚體的堆積密度可表示為LPD。團(tuán)聚體的相對(duì)密度可表示為初始相對(duì)密度的百分?jǐn)?shù)，或者團(tuán)聚體與用來制造團(tuán)聚體的組分的相對(duì)密度t匕，要考慮團(tuán)聚體中互連孔隙的體積。表示為百分?jǐn)?shù)的初始平均相對(duì)密度可以通過以下方式計(jì)算用LPD除以假定孔隙率為0的團(tuán)聚體的理論密度。所述理論密度可根據(jù)混合物體積規(guī)則(volumetric rule),由包含在團(tuán)聚體中的粘結(jié)材料和磨粒的重量百分?jǐn)?shù)和比重計(jì)算。對(duì)于用于發(fā)明的團(tuán)聚體，最大相對(duì)百分密度為約50體積％，優(yōu)選的最大相對(duì)百分密度為約30體積％。相對(duì)密度可通過流體置換體積技術(shù)測(cè)定，因而包含互連孔隙，排除了封閉閉孔隙。相對(duì)密度是用流體置換法測(cè)定的團(tuán)聚體體積與用于制造團(tuán)聚體的材料的體積之比。用來制造團(tuán)聚體的材料的體積是表觀體積的量度，所述表觀體積基于制造團(tuán)聚體時(shí)所用磨粒和粘結(jié)材料的量和堆積密度。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，團(tuán)聚體的最大相對(duì)密度優(yōu)選為約0. 7，更優(yōu)選最大相對(duì)密度為約0. 5。磨粒的團(tuán)聚體可通過多種技術(shù)形成很多種尺寸和形狀。這些技術(shù)可在煅燒顆粒與粘結(jié)材料的初始(“生坯”)階段的混合物之前、當(dāng)中或之后使用。煅燒、焙燒或燒結(jié)是指加熱混合物的步驟，用以使粘結(jié)材料熔化和流動(dòng)，從而將粘結(jié)材料粘附到顆粒上，將顆粒固定為團(tuán)聚形式。本領(lǐng)域已知的用來使顆?；旌衔锇l(fā)生團(tuán)聚的方法均可用于制備磨粒團(tuán)聚體。例如，可采用前面結(jié)合的美國專利第6679758B2號(hào)和美國專利第6988937號(hào)披露的方法。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，用以下步驟制備磨粒的團(tuán)聚體，如燒結(jié)的團(tuán)聚的粗磨粒1)將磨粒和粘結(jié)材料以受控進(jìn)料速率裝入旋轉(zhuǎn)焙燒窯；2)以受控速度旋轉(zhuǎn)該窯；3)加熱混合物，加熱速率根據(jù)進(jìn)料速率和將窯加熱到約80°C至約1300°C范圍內(nèi)的某個(gè)溫度的速度確定；4)反轉(zhuǎn)窯中的顆粒和粘結(jié)材料，直到粘結(jié)材料附著到顆粒上，并使許多顆粒粘附在一起，形成燒結(jié)的團(tuán)聚的粗粒；4)從窯中回收燒結(jié)的團(tuán)聚的粗粒。燒結(jié)的團(tuán)聚的粗粒的松堆積密度優(yōu)選等于或小于約I. 6克/立方厘米。在本發(fā)明用來制備團(tuán)聚體的工藝的一個(gè)實(shí)例中，在煅燒之前將顆粒和粘結(jié)材料的初始混合物團(tuán)聚起來，產(chǎn)生機(jī)械強(qiáng)度較弱的結(jié)構(gòu)，稱為“生坯團(tuán)聚體”或“燒前團(tuán)聚體”。在此實(shí)例中，可利用許多不同技術(shù)，例如在盤式造粒機(jī)中，將磨粒和粘結(jié)材料團(tuán)聚以生坯狀態(tài)，然后將其送入旋轉(zhuǎn)式焙燒爐中燒結(jié)?？梢赃B續(xù)或間歇方式將生坯團(tuán)聚體置于托盤或托架上，在不進(jìn)行回轉(zhuǎn)的情況下于爐子中進(jìn)行煅燒?？蓪⒛チＫ腿肓骰?，然后用包含粘結(jié)材料的液體濕潤，使粘結(jié)材料附著到顆粒上，篩選團(tuán)聚體粒度，然后在爐子或焙燒裝置中煅燒。盤式造?？梢砸韵路绞竭M(jìn)行操作將顆粒加入混合碗，將包含粘結(jié)材料(如水或 有機(jī)粘結(jié)劑和水)的液體組分定量加到顆粒上，通過攪拌使顆粒團(tuán)聚在一起?？蓪⒄辰Y(jié)材料、任選含有有機(jī)粘結(jié)劑的液態(tài)分散體噴涂到顆粒上，然后可以將經(jīng)涂覆的顆?；旌?，形成團(tuán)聚體?？衫玫蛪簲D出裝置將顆粒與粘結(jié)劑的糊料擠成一定尺寸和形狀，然后干燥形成團(tuán)聚體。糊料可由粘結(jié)材料和顆粒與有機(jī)粘結(jié)劑溶液制成，然后擠成所需形狀的顆粒，如絲形顆粒，所用裝置和方法見美國專利第4393021號(hào)，其全文內(nèi)容通過參考結(jié)合于本文。在一種干式造粒工藝中，可對(duì)由包埋在粘結(jié)材料分散體或糊料中的磨粒制成的片體或塊體進(jìn)行干燥，然后用輥筒壓實(shí)機(jī)將顆粒與粘結(jié)材料的復(fù)合物壓碎。在制備生坯或前體團(tuán)聚體的另一種方法中，粘結(jié)材料與顆粒的混合物可加入模塑設(shè)備，然后模塑混合物，形成精確的形狀和尺寸，例如用美國專利第6217413 BI所披露的方式，其全文內(nèi)容通過參考結(jié)合于本文。在本發(fā)明用來制備團(tuán)聚體的工藝的另一個(gè)實(shí)例中，將顆粒與粘結(jié)材料(任選加入有機(jī)粘結(jié)劑)的簡單混合物，優(yōu)選基本上均勻的混合物送入旋轉(zhuǎn)式焙燒裝置(例如，參見美國專利第6679758號(hào))。混合物在預(yù)定轉(zhuǎn)速下以預(yù)定傾斜度回轉(zhuǎn)，并對(duì)其加熱。當(dāng)粘結(jié)材料混合物受熱、熔化、流動(dòng)并附著到顆粒上時(shí)，就形成團(tuán)聚體。在受控的速率和進(jìn)料體積以及加熱條件下，同時(shí)進(jìn)行煅燒和團(tuán)聚步驟。在設(shè)定進(jìn)料速率時(shí)，通常使流體大致占據(jù)旋轉(zhuǎn)式焙燒裝置中焙燒管(即窯部分)體積的8-12%。選擇該裝置中的最高溫度，要使液態(tài)粘結(jié)材料的粘度至少約為1000泊。這可避免粘結(jié)材料過多地流到焙燒管表面上，同時(shí)避免粘結(jié)材料從磨粒表面損失。對(duì)團(tuán)聚體進(jìn)行團(tuán)聚和煅燒的團(tuán)聚過程可以在單個(gè)步驟中進(jìn)行，也可分兩個(gè)獨(dú)立步驟進(jìn)行，優(yōu)選單步進(jìn)行。合適的旋轉(zhuǎn)式焙燒機(jī)械可購自紐約州布法羅市的哈珀國際公司(HarperInternational, Buffalo, NY),或者購自阿爾斯通能源公司(ALSTOM Power Inc.)、應(yīng)用測(cè)試系統(tǒng)公司以及其他設(shè)備制造商。所用裝置可任選配有電子、過程控制和檢測(cè)設(shè)備，還可配有冷卻系統(tǒng)/各種類型的進(jìn)料裝置和其他任選設(shè)備。當(dāng)通過低溫(例如約80_500°C )固化粘結(jié)材料來團(tuán)聚磨粒時(shí)，可采用配有旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)的旋轉(zhuǎn)窯裝置。旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)向管的出料端提供熱空氣，加熱磨?；旌衔?，從而固化粘結(jié)材料，將其粘結(jié)到顆粒上，因此，當(dāng)從該裝置中收集磨粒時(shí)，磨粒得以團(tuán)聚。本說明書中，術(shù)語“旋轉(zhuǎn)式焙燒窯”的例子就是這種旋轉(zhuǎn)干燥設(shè)備。在本發(fā)明用來制備團(tuán)聚體的方法的第三個(gè)實(shí)例中，將磨粒、粘結(jié)材料和有機(jī)粘結(jié)劑體系的混合物直接送入爐子而無須預(yù)團(tuán)聚，并進(jìn)行加熱。將混合物加熱到足夠高的溫度，使粘結(jié)材料熔化、流動(dòng)并附著到顆粒上，然后冷卻，制成復(fù)合物。對(duì)該復(fù)合物進(jìn)行破碎并篩分，制得燒結(jié)的團(tuán)聚體。在第四個(gè)實(shí)例中，團(tuán)聚體在制成磨具之前不進(jìn)行燒結(jié)，而是用結(jié)合材料對(duì)“生坯”團(tuán)聚體進(jìn)行模塑，形成磨具體，對(duì)該磨具體進(jìn)行煅燒，形成磨具。在實(shí)施此方法的一種優(yōu)選方式中，用高粘度(當(dāng)熔化成液體時(shí))的玻璃化粘結(jié)材料來團(tuán)聚處于生坯狀態(tài)的顆粒。該生坯團(tuán)聚體在爐子中干燥，然后與第二玻璃化(優(yōu)選低粘度)的結(jié)合組合物混合，模塑成生坯磨具的形式。此生坯磨具在一定溫度下煅燒，所述溫度能有效熔合該高粘度玻璃化粘結(jié)材料，但能避免該材料流動(dòng)。所選煅燒溫度足夠高，能將粘結(jié)材料組合物熔合到玻璃，從而使顆粒團(tuán)聚，并使結(jié)合組合物流動(dòng)，將團(tuán)聚體結(jié)合，形成磨具。在實(shí)施此方法時(shí)，選用具有不同粘度的材料和具有不同熔合或熔化溫度的材料不是關(guān)鍵問題。在此技術(shù)中，可利用本領(lǐng)域已知的粘結(jié)材料和連接材料的其他組合，由處于生坯狀態(tài)的團(tuán)聚體制備磨具。 本發(fā)明的固結(jié)磨具一般包括任意類型的常規(guī)磨具。這種常規(guī)磨具的例子包括磨輪、切割輪和鏜磨石，其包含一種結(jié)合組分和上述磨粒摻合物或絲形溶膠一凝膠磨粒的團(tuán)聚體。制備固結(jié)磨具的合適方法見述于美國專利第5129919、5738696和5738697號(hào)，其全文內(nèi)容通過參考結(jié)合于此。通常用于研磨制品中的任意連接材料均可用于本發(fā)明。結(jié)合材料和磨料的用量通常在以下范圍內(nèi)變化結(jié)合材料占磨具體積的約3-25體積％，磨粒占磨具體積的約10-70體積％。磨粒摻合物在固結(jié)磨具中的含量優(yōu)選占磨具體積的約10 - 60體積％，更優(yōu)選約20 - 52體積％。另外，不與團(tuán)聚的粗磨粒摻合的情況下使用絲形溶膠一凝膠磨粒團(tuán)聚體時(shí)，絲形溶膠一凝膠磨粒團(tuán)聚體在固結(jié)磨具中的含量占磨具的約10 - 60體積％，更優(yōu)選約20 - 52體積％。連接材料的優(yōu)選用量隨磨具中所用結(jié)合材料的類型變化。在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明的磨具可用樹脂粘結(jié)劑結(jié)合。合適的樹脂粘結(jié)劑包括酚醛樹脂、脲甲醛樹脂、蜜胺一甲醛樹脂、聚氨酯樹脂、丙烯酸酯樹脂、聚酯樹脂、氨基塑料樹脂、環(huán)氧樹脂及其組合。合適的樹脂粘結(jié)劑和這種粘結(jié)劑的制造技術(shù)的例子可參見(例如)美國專利第6251149、6015338、5976204、5827337和3323885號(hào)，其全文內(nèi)容通過參考結(jié)合于本文。一般地，磨具組合物中樹脂粘結(jié)劑的含量約為3 - 48體積％?？扇芜x進(jìn)一步向樹脂粘結(jié)劑中加入添加劑，如纖維、磨削助劑、潤滑劑、濕潤劑、表面活性劑、顏料、染料、抗靜電劑(例如碳黑、氧化釩、石墨等)、偶聯(lián)劑(例如硅烷、鈦酸鹽、鋯鋁酸鹽等)、增塑劑、懸浮劑等。添加劑的典型用量約占磨具的0 — 70體積％。在另一實(shí)施方式中，磨具的結(jié)合組分包含一種無機(jī)材料，其選自陶瓷材料、玻璃化材料、玻璃化的結(jié)合組合物以及它們的組合。合適的結(jié)合劑的例子可見于美國專利第4543107、4898597、5203886、5025723、5401284、5095665、5711774、5863308 和 5094672 號(hào)，其全文內(nèi)容通過參考結(jié)合于本文。例如，適用于本發(fā)明的玻璃質(zhì)結(jié)合劑包括用于熔融氧化鋁或溶膠一凝膠氧化鋁磨粒的常規(guī)玻璃質(zhì)結(jié)合劑。這種結(jié)合劑見述于美國專利第5203886、5401284和5536283號(hào)。這些玻璃質(zhì)結(jié)合劑可在較低溫度，如約850 — 1200°C下煅燒。適用于本發(fā)明的其他玻璃質(zhì)結(jié)合劑可在低于約875°C的溫度下煅燒。這些結(jié)合劑的例子見述于美國專利第5863308號(hào)。較佳的，本發(fā)明采用可在約850°C至約1200°C之間的溫度范圍內(nèi)煅燒的玻璃質(zhì)結(jié)合劑。在一個(gè)具體例子中，玻璃質(zhì)結(jié)合劑是堿金屬硼鋁硅酸鹽(alika boroalumina silicate)(例如，參見美國專利第 5203886,5025723 和 5711774 號(hào))。磨具組合物中玻璃質(zhì)連接劑的含量通常小于約28體積％，如在約3體積％至約25體積％之間；約4體積％至約20體積％之間；以及約5體積％至約18. 5體積％。任選地，磨具的結(jié)合組分和粘結(jié)材料，包括第一和第二粘結(jié)材料，可包括相同類型的結(jié)合組合物，如玻璃化的結(jié)合組合物，其包含Si02、B2O3> Al2O3、堿土金屬氧化物和堿金屬氧化物的煅燒氧化物的組合物。利用絲形溶膠一凝膠磨粒與團(tuán)聚的磨粒，或者與絲形溶膠一凝膠磨粒團(tuán)聚體(與團(tuán)聚的粗磨粒摻合或不摻合)的組合，可生產(chǎn)具有高孔性和滲透性結(jié)構(gòu)的固結(jié)磨具。然而，可在本發(fā)明的砂輪中任選引入常規(guī)造孔介質(zhì)，如空心玻璃珠、實(shí)心玻璃珠、空心樹脂珠、實(shí) 心樹脂珠、泡沫玻璃顆粒、發(fā)泡氧化招(bubbled alumina)等，以此為產(chǎn)品級(jí)別和結(jié)構(gòu)提供更寬的變化范圍。以磨具體積為基準(zhǔn)，本發(fā)明的固結(jié)磨具優(yōu)選包含約0. I體積％至約80體積％的孔隙率。它們更優(yōu)選包含約35體積％至約80體積％，它們甚至更優(yōu)選包含約40體積％至約68體積％的孔隙率。當(dāng)采用樹脂結(jié)合劑時(shí)，在一定溫度，例如約60°C至約300°C的范圍內(nèi)固化磨粒與樹脂結(jié)合組分的合并摻合物，由此制備樹脂型磨具。當(dāng)采用玻璃質(zhì)結(jié)合劑時(shí)，磨粒與玻璃質(zhì)結(jié)合組分的合并組合物在一定溫度，例如約600-1350°C的范圍內(nèi)進(jìn)行煅燒，由此制備玻璃化的磨具。當(dāng)采用玻璃質(zhì)結(jié)合劑時(shí)，玻璃化磨具通常利用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法煅燒。煅燒條件主要由實(shí)際使用的結(jié)合劑和磨料決定。煅燒可在惰性氣氛或空氣中進(jìn)行。在一些實(shí)施方式中，該合并的組分在環(huán)境空氣氣氛中煅燒。本說明書中所用詞語“環(huán)境空氣氣氛”是指取自周圍環(huán)境并且未加處理的空氣。可利用本領(lǐng)域公知的方法進(jìn)行模塑和壓制過程，以形成磨具，如砂輪、磨石等。例如，美國專利第6609963號(hào)介紹了這樣一種合適的方法，其全文內(nèi)容通過參考結(jié)合于本文。一般地，所述組分通過機(jī)械摻合的方法合并。如本領(lǐng)域所公知的，可以加入其他成分，例如有機(jī)粘結(jié)劑。各組分可依次合并，也可在一步驟中合并。任選對(duì)所得混合物進(jìn)行篩分，除去在摻合過程中可能形成的團(tuán)聚體。將所得混合物置于合適的模具中壓制。通常用成形柱塞蓋住(cap off)混合物。在一個(gè)實(shí)例中，將合并組分模塑和壓制成與砂輪邊緣相適應(yīng)的形狀。壓制過程可利用任何合適的方式完成，如冷壓或熱壓，如專利第6609963號(hào)所述。優(yōu)選采用不會(huì)壓碎空心體的模塑和壓制方法。優(yōu)選冷壓，其通常包含在室溫下施加足夠的初始?jí)毫Γ瑢⒛＞呓M裝件保持在一起。當(dāng)采用熱壓時(shí)，在煅燒之前和煅燒過程中施加壓力?；蛘撸瑥臓t子中取出制品之后對(duì)模具組裝件施加壓力，這稱作“熱沖制(hot coining)”。在一些采用空心體的實(shí)施方式中，模塑和壓制之后，優(yōu)選至少有90重量％的空心體保持不變。從模具中取出磨具制品并在空氣中冷卻。在后一步驟中，可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)做法對(duì)經(jīng)煅燒的磨具進(jìn)行修邊和精整，并在使用前進(jìn)行速度測(cè)試。本發(fā)明的磨具適用于磨削所有類型的金屬，如各種鋼，包括不銹鋼、鑄鋼和硬化工具鋼；鑄鐵，例如延性鐵、可鍛鑄鐵、球墨鐵、冷硬鑄鐵和球鐵(modular iron);類似于鉻、鈦和鋁這樣的金屬。本發(fā)明的磨具在與工件有較大接觸面積的磨削應(yīng)用，如緩進(jìn)給磨削、齒輪磨削和表面磨削中特別有效，尤其是當(dāng)采用難磨的熱敏材料如鎳基合金時(shí)。下面通過實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，它們不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制。實(shí)施例實(shí)施例I用兩種團(tuán)聚原料的摻合物制備砂輪為實(shí)驗(yàn)砂輪制備絲形溶膠一凝膠磨粒的團(tuán)聚體與團(tuán)聚的粗磨粒的各種組合，見表·
I。本文中，“TG2”表示加晶種的絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨粒的一個(gè)例子，購自美國馬薩諸塞州伍斯特市圣戈班磨料磨具公司(Saint-Gobain Abrasives, Worcester, MA)。購自同一公司的N_oii 38A熔融氧化鋁磨粒用作團(tuán)聚粗磨粒(以下稱“38A”)。利用不同比例的TG2顆粒和38A顆粒團(tuán)聚體配制一組實(shí)驗(yàn)砂輪。這種含有絲形溶膠一凝膠氧化鋁磨?；蚱鋱F(tuán)聚體和團(tuán)聚的粗磨粒的摻合物的砂輪在下文稱作“團(tuán)聚的顆粒一 TG2”型砂輪。制備四種團(tuán)聚的顆粒一 TG2砂輪(20)-(23)，其總共含10重量％、30重量％、50重量％和75重量％的TG2并相應(yīng)含90重量％、70重量％、50重量％和25重量％的38A。這些砂輪由以下兩種團(tuán)聚原料制備1)75重量％ TG2(長寬比為8:1)和25重量％ 38A[粒度為120目粒度(38A —120)]在3重量％粘結(jié)材料C中的團(tuán)聚體，見述于美國專利第6679758 B2號(hào)中的表2[煅燒組合物包含71重量％的玻璃成形劑(Si02+B203) ；14重量％的Al2O3 ；<0. 5重量％的堿土金屬RO (CaO, MgO) ；13重量％的堿金屬R2O (Na20、K20、Li2O)，比重為2. 42克/立方厘米，1180°C的粘度為345泊]；2)粒度為60目(38A — 60)的38A在3重量％的粘結(jié)材料C中的團(tuán)聚體。原料I)包含一種團(tuán)聚體，其包含75重量％的粒度為80目的TG2和25重量％的粒度為120目(38A-120)的熔融氧化鋁38A。原料2)包含一種團(tuán)聚體，其包含粒度為60顆粒度(38A-60)的熔融氧化鋁38A顆粒。對(duì)于每種原料，采用3重量％的粘結(jié)材料C作為粘結(jié)材料。團(tuán)聚體I)和2)是按照美國專利第6679758B2號(hào)中實(shí)施例5所述的方法在旋轉(zhuǎn)窯中制備的，不同之處是窯在1150°C下工作。該團(tuán)聚體包含75重量％的TG2和25重量％的38A-120的摻合物，它們?cè)?重量％的粘結(jié)材料C中團(tuán)聚。細(xì)小顆粒度的38A-120獲得了對(duì)絲形TG2顆粒的良好覆蓋。改變團(tuán)聚體I)和2)的摻合比，結(jié)果得到了本發(fā)明的四種不同的磨粒摻合物，總結(jié)于表I。表I用于磨具的磨粒摻合物(20) - (30)
權(quán)利要求
1.一種固結(jié)磨具，其包含 I)磨粒摻合物，該摻合物包含 1)由第一粘結(jié)材料保持的絲形溶膠-凝膠氧化鋁磨粒的團(tuán)聚體，所述絲形溶膠-凝膠氧化鋁磨粒的長度-橫截面寬度的長寬比至少為2 I ； )團(tuán)聚的粗磨粒，其包含許多通過第二粘結(jié)材料保持三維形狀的磨粒，所述磨粒的長度-橫截面寬度的長寬比為1.0 ; 2)結(jié)合劑；和 3)35-80體積％的孔隙率。
2.如權(quán)利要求I所述的固結(jié)磨具，其特征在于所述絲形溶膠-凝膠氧化鋁磨粒的長寬比至少為約4 1，并主要包含粒度小于約2微米的α氧化鋁晶體。
3.如權(quán)利要求I所述的固結(jié)磨具，其特征在于所述第一粘結(jié)材料、第二粘結(jié)材料、結(jié)合劑或其組合包括相同類型的結(jié)合組合物。
4.如權(quán)利要求3所述的固結(jié)磨具，其特征在于所述第一粘結(jié)材料、第二粘結(jié)材料和結(jié)合劑具有相同的組成。
5.如權(quán)利要求I所述的固結(jié)磨具，其特征在于所述絲形溶膠-凝膠氧化鋁磨粒的團(tuán)聚體進(jìn)一步包含次級(jí)非絲形磨粒。
6.如權(quán)利要求I所述的固結(jié)磨具,包含40體積％至68體積％的總孔隙率。
7.如權(quán)利要求I所述的固結(jié)磨具，其特征在于團(tuán)聚體中絲形溶膠-凝膠氧化鋁磨粒的用量在15 — 95重量％的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求I所述的固結(jié)磨具，其特征在于在團(tuán)聚的粗磨粒中，所述粗磨粒占10體積％至95體積％。
9.如權(quán)利要求I所述的固結(jié)磨具，其特征在于所述結(jié)合劑占3-25體積％。
10.如權(quán)利要求I所述的固結(jié)磨具，其特征在于所述第一粘結(jié)材料、第二粘結(jié)材料或者兩者包括低于O. 5重量％的堿土金屬氧化物。
全文摘要
公開了一種固結(jié)磨具，其包含1)磨粒摻合物，該摻合物包含i)由第一粘結(jié)材料保持的絲形溶膠-凝膠氧化鋁磨粒的團(tuán)聚體，所述絲形溶膠-凝膠氧化鋁磨粒的長度-橫截面寬度的長寬比至少為2∶1；ii)團(tuán)聚的粗磨粒，其包含許多通過第二粘結(jié)材料保持三維形狀的磨粒，所述磨粒的長度-橫截面寬度的長寬比為1.0；2)結(jié)合劑；和3)35-80體積%的孔隙率。
文檔編號(hào)B24D18/00GK102794713SQ20121014916
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2006年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者X·奧哈克, M·吉瓦納瑟姆, R·克勞斯, 吳勉學(xué) 申請(qǐng)人:圣戈本磨料股份有限公司