183977. lajstromszámú szabadalom • Kerámiai kötőanyag és eljárás porózus korundköszörű testek előállítására
1 183 977 2 — a kapott, szabványporózus köszörűtest rendelkezzék a gyorsköszörüléshez szükséges tulajdonságokkal, így a közel 150 m/mp-es törő kerületi sebességgel, (különleges kivitelben még ennél is több). — a köszörűtest nyers masszájának égetési intervalluma az eddig ismert üvegbázisú kötőanyag kompozíciókhoz viszonyítva szélesebb legyen, — a találmány szerint előállított köszörűtest tulajdonságai önmagában ismert módon, például a 2 102 343 sz. amerikai egyesült államok-beli szabadalmi leírás szerint tovább javíthatók legyenek. Meglepő módon alkáliboroszilikát-üveg, alkálifémhexafluoro-aluminátok és adott esetben plasztikus kerámiai nyersanyagok kombinálásán alapuló viszonylag egyszerű kötőanyag-kompozíciót találtunk, amellyel a fenti feladat megoldható. A találmány szerinti jellemzőket az igénypontokban foglaljuk össze. Vizsgálataink azt mutatták, hogy a szükséges nagy mechanikai szilárdságot és nagy törő kerületi sebességet csak az 1-4. igénypontokban leírtak szerint lehet elérni. A találmány szerint előállított köszörűtestek tulajdonságainak jellemzésére jelen leírásunkban gyakorlati okokból a hajlítószilárdság és a nyers sűrűség arányát — amely köztudottan a törő kerületi sebesség négyzetével arányos — vezetjük be és Vq-val jelöljük. Azt tapasztaltuk, hogy a találmány szerinti kötőanyag-kompozícióból és EK 12 típusú nemeskorundból előállított szabványporózus próbatestek Vq-értékei akkor voltak 30 000 m2/mp2-nél nagyobbak, ha az ugyanabból a nyers masszából készített, 250X20X51 mm3 méretű minta köszörűkorongok Vb értéke 155±5 m/mp, a 500X20X203 mm3 méretű korongok Vb értéke 145±5mpvolt. ' Az alkáliboroszilikát-üveg, alkálifém-hexafluoro-aluminát és az adott esetben jelenlevő plasztikus kerámiai nyersanyagok szinergetikus egymásra hatásának okát még nem tudjuk magyarázni; az eddig elvégzett vizsgálatok azonban egyértelműen arra engednek következtetni, hogy mind felületi jelenségeknek, mind a fluor-ionok által megváltoztatott üvegszerkezetnek a szemcsékre gyakorolt hatásának van szerepe a tulajdonságok meglepő javulásában. így megállapítottuk, hogy az üvegből és kriolitból készített homogén üveg a fluoridmentes üveghez viszonyítva a szilárdságot növeli ugyan, de nem annyira, mint a találmány szerinti kompozíció. További vizsgálatokból arra kell következtetnünk, hogy égetés közben a üvegrészecskék felületébe fluor-ionok épülnek be, és a fluor-ionok a határréteg viszkozitását csökkentik, ami a tapasztalatok szerint a csiszolószemcsék jobb bekötéséhez kell, hogy vezesse. Lényeges azonban, hogy a viszkozitás csökkenés nem jár azzal, hogy az üveg a korundot jobban támadja, mint ahogy ezt például a folyósítószerként alkalmazott lítium- és báriumoxid teszi (960 435 sz. német szabadalmi leírás, 2 258 540 sz. NSZK-beli közrebocsátási irat). A reakcióképesség növekedése következtében nagyobb mennyiségben oldatba ment korund növeli a viszkozitást, ezért az említett folyósítószerek hatása gyorsan kiegyenlítődik. A végzett vizsgálatok meglepő eredménye az a felismerés volt, hogy a hexafluoro-aluminátok fluoridionjai az igénypontokban megadott összetételű alkáliboroszilikát-üvegek viszkozitását csökkentik anélkül, hogy az üvegeknek a korunddal szemben reakcióképességét mérhetően fokoznák. Nagyon valószínű, hogy ez az oka a találmány szerinti kötőanyag-kompozícióban fellépő szinergetikus hatásnak. A hexafluoroaluminátok tehát nem egyszerűen folyósítószerként hatnak, mint például a 3 457 091 sz. amerikai egyesült államok-beli szabadalmi leírásban leírtak. A példákban bebizonyítjuk, hogy a kötőanyag-kompozíció váratlan műszaki effektusa csak a megadott összetételű üvegekkel érhető el. Szabvány összetételekkel végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy a találmány szerinti kötőanyagnak 1 — 10 tömeg% alkálihexafluoro-aluminátot kell tartalmaznia. A komplex fluoridok már kis mennyiségben lényegesen javítják a kiégetett köszörűtestek tulajdonságait; 10 tömeg% feletti adagolás esetén a szinergetikus hatás gyorsan megszűnik. ' A hexafluoro-alumináttal szinergizmust mutató üvegek összetételét tekintve meglepő, milyen széles tartományon belül változhat az A1203 üvegalkotó aránya. Megállapítottuk, hogy az üveg Al2 03 -tartalmának gyakorlatilag nincs befolyása az égetett köszörűtestek tulajdonságaira. Ezt a jelenséget lényegében az okozza, hogy égetés közben a korund a kötőanyagban feloldódik. A 219 570 sz. NDK-beli szabadalmi leírás szerint végzett analitikai vizsgálatok kimutatták, hogy az égetés utáni kötőanyagban az A1203 telítettségi koncentrációja gyakorlatilag egyenes arányban áll a hálózati szerkezetet megváltoztató ionok koncentrációjával; az égetéssel kialakított kötésben az A1203-koncentráció a 31 tömeg%-ot is elérheti (az analitikai módszer hibahatára rel. 3 %). Azt is megállapítottuk, hogy a cserép üveges fázisa homogén felépítésű, ami azt jelenti, hogy a kötőanyag és az Al2 03 feloldódása okozta koncentrációs és feszültségi gradiensek égetés közben teljesen megszűnnek. További kísérleteink azt mutatták, hogy a köszörűtestek csak az A1203 telítettségi tartományában és ennél fogva csak az üveges fázis elegendő homogénné válása esetén érik el optimális tulajdonságaikat. Ennek érdekébei az alkalmazott nyers masszától függően 1000— 1300 °C, előnyösen 1100—1250 °C égetési hőfok szükséges; égetés után a kerámiai kötésnek legalább 22 tömeg% Al2 03 -t kell tartalmaznia. A találmány szerinti kötőanyag-kompozíció plasztikus kerámiai nyersanyagokat, így agyag-, bentonitvagy kaolin-féleségeket is tartalmazhat 30 tömeg% menynyiségig anélkül, hogy az égetett köszörűtest tulajdonságai — az agyag ásványoktól mentes kötőanyagokhoz viszonyítva - megromlanának. Meglepő módon a plasztikus kerámiai nyersanyagok alkalmazása nemcsak a nyers massza formázhatóságát javítja ismert módon, hanem — az égetett termékek majdnem azonos tulajdonságai mellett — az égetési intervallum is kiszélesedik. Ezzel szemben az 1—4. igénypontokban meghatározott összetételű, de anyag-ásványoktól mentes kötőanyagoknak jó! figyelhető tulajdonság-maximumai vannak az égetési hőmérséklet függvényében. Végül megállapítottuk, hogy a találmány szerinti kötőanyagkompozícióval korund bázisú, javított mechanikai tulajdonságú, erősen porózus köszörűtesteket is tudunk előállítani; a 250X20X51 mm3 méretű köszörűkorongok maximális kerületi sebessége 50 m/mp. A találmányt az alábbi kiviteli példákkal közelebbről ismertetjük az oltalmi kör minden korlátozása nélkül. A példák kizárólag szabvány-porózusú (a TGL 29.806 NDK szabvány szerinti) korund bázisú köszörűtestekre vonatkoznak. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
