Diese Erfindung betrifft Schleifartikel, die unter Verwendung eines Hybrid-Bindungsmaterials hergestellt werden. Im Rahmen dieser Beschreibung wird der Begriff „Schleifartiket" so verstanden, dass damit solche Artikel, die üblicherweise als beschichtete Schleifmittel oder gebundene Schleifmittel bezeichnet werden, beschrieben werden.

Beschichtete Schleifmittel sind charakterisiert durch die Verwendung eines Substratmaterials, das üblicherweise planar ist, und die Abscheidung von Schleifkorn, das mit einem Bindungsmaterial an das Substrat gebunden wird, auf diesem Substratmaterial. Herkömmlicherweise wird die Bindung oder deren Vorläufer auf dem Substrat abgeschieden, und das Schleifkorn wird auf dem Bindemittel abgeschieden, das dann gehärtet wird, um eine adäquate Verankerungen des Korns bereitzustellen. Die erste Bindemittelschicht wird als Grundschicht bezeichnet, und eine Schicht über dem Korn wird als Deckschicht bezeichnet. In einer alternativen Anordnung wird das Schleifkorn mit einem Bindemittel oder Bindemittelvorläufer vermischt und die Mischung wird vor dem Härten des Bindemittels oder des Bindemittelvorläufers auf dem Substrat abgeschieden. Die Bindungs/Schleifmittel-Schicht kann als eine einheitliche Schicht oder in einem strukturierten Muster, dass entweder das Ergebnis des Abscheideverfahrens oder einer nachfolgenden Behandlung vor der Härtung des Bindemittels ist, abgeschieden werden. Im letztgenannten Fall wird das beschichtete Schleifmittelprodukt oftmals als strukturiertes Schleifmittel bezeichnet.

Gebundene Schleifartikel sind dadurch gekennzeichnet, dass sie eine dreidimensionale Struktur umfassen, in welcher das Schleifkorn in einer Matrix einer Bindung, die herkömmlicherweise ein Metall, ein glasartiges Material oder ein organisches Material ist, gehalten wird. Metallbindungen sind im Allgemeinen Hochleistungsschleifmitteln vorbehalten. Metallgebundene Schleifmittel werden im Allgemeinen in der Form einer dünnen Schicht aus Hochleistungsschleifkorn, das auf eine Metallschleifscheibe oder -oberfläche hartgelötet ist, erhalten. Die vorliegende Erfindung betrifft im Genaueren Schleifartikel, in denen die Struktur dreidimensional und die Bindung eine Hybrid-Bindung ist.

Die in dem erfindungsgemäßen Produkten eingesetzten "Hybrid"-Bindungen sind Bindungen, die nicht einfach in entweder glasartige oder organische Kategorien eingeordnet werden können. Glasartige Bindungen basieren, wie der Name andeutet, auf glasähnlichen Materialien, die Schmelzen und Fließen müssen, um das Schleiflkorn zu beschichteten, und bilden Bindungsposten, die benachbarte Körner miteinander verbinden, bevor sie abkühlen dürfen, um zu erstarren und die Struktur zusammen zu halten. Die Materialien glasartiger Bindungen werden daher bei hohen Temperaturen unter Verwendung ausgedehnter Bildungszyklen gebildet. Das Produkt ist allerdings sehr starr und besonders wirksam in Anwendungen zum Präzisionsschleifen. Organische Bindungsmaterialien werden hingegen bei wesentlich niedrigeren Temperaturen gebildet und die Bindung ist ein polymeres Material, das bei relativ niedrigen Temperaturen geformt und das als Ursache von Vernetzung zum Erstarren gebracht werden kann. Das Polymer kann ein wärmehärtendes Harz, wie beispielsweise ein Phenol/Formaldehyd-, ein Harnstoff/Formaldehyd- oder Epoxidharz, sein, oder es kann ein strahlungshärtbares Harz sein, wie beispielsweise ein acryliertes Urethanharz oder acryliertes Epoxidharz oder acryliertes Polyesterharz, oder jede der vielen Variationen dieser chemischen Themen, die nach der Exposition gegenüber sichtbarem Licht, UV-Licht oder Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl, mit oder ohne einem Katalysator, der die Umwandlung aktiviert oder fördert, hochgradig vernetzte, starre Polymere ergeben.

Eine geeignete Kategorie von polymeren Hybrid-Materialien ist in den US-Patentschriften 4,349,386, 4,472,199 und 4,888,311 beschrieben. Diese beschreiben eine Familie von Silico-Aluminaten, Polysialaten und/oder Siloxo-Sialat-Polymeren. Diese Polymere haben die generische Formel M_n[-(Si-O₂-)₂ Al-O₂-]_n·w·H₂O, worin M Natrium oder Kalium oder ein Gemisch daraus ist, z 1–3 ist, w einen Wert von bis zu 7 hat und n der Kondensationsgrat ist. Solche Polymere sind heute im Allgemeinen unter dem Trivialnamen „Geopolymere" bekannt. Sie werden in einfacher Weise durch die Zugabe eines kaustisch-hydratisierten Aluminosilicats zu einer Alkalimetall-Silicat-Lösung hergestellt. Eine kleine Abwandlung dieses Themas ergibt Polymere, die als „Geosets" bekannt sind. Diese werden durch die Zugabe einer kaustischen Lösung eines Alkalimetall-Silicats zu einem hydratisierten Aluminiumsilicat hergestellt. Der Einfachheit halber werden im Weiteren beide Arten von Produkt als "Geopolymere" bezeichnet.

Aus der US-A-3,847,568 ist ein glasartiges Schleifelement, wie beispielsweise eine Schleifscheibe, bekannt, hergestellt aus einer Mischung aus (1) Schleifkorn, hauptsächlich zusammengesetzt aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), (2) einem keramischen Bindungsmaterial, das Feldspat, Fritte und Ton enthalten kann, und (3) einem porenbildenden Material umfassend Glasbruch wie, z. B., zermahlenes oder zerbrochenes Normalglas mit einer starken Affinität zum Schleifkorn, wenn es beim Erhitzen schmilzt. Die Mischung wird dann erhitzt, um das Bindungsmaterial zu vitrifizieren und den Glasbruch zu schmelzen, wodurch bewirkt wird, dass das Glas von dem Schleifkorn angezogen wird und dieses beschichtet und eine Bindung mit dem Schleifkorn und mit dem Bindungsmaterial gebildet wird. Hohlräume werden in den Bereichen zurückgelassen, die vormals durch das zermahlene Glas eingenommen wurden, wodurch eine poröse Struktur gebildet wird.

EP-A-0 417 729 offenbart einen gebundenen Schleifkörper, zusammengesetzt aus (i) aluminiumhaltigen, gesinterten Sol-Gel-Schleifkornpartikeln mit Siliziumoxid-angereicherten Oberflächen und (ii) einer glasartigen Bindung.

Die Verwendung solcher Geopolymere in der Herstellung von gebundenen Schleifmitteln ist in der EP-Anmeldung 0 485 966 erkannt, die auch lehrt, dass diese Bindungen durch die Zugabe organischer Polymere modifiziert werden können.

Geopolymere werden als „Hybrid-Bindungen" charakterisiert, da sie weder wie glasartige oder organische Bindungen sind, obwohl sie von jedem einige Eigenschaften haben. Sie weisen bei der Herstellung von gebundenen Schleifmitteln sehr wesentliche Vorteile gegenüber herkömmlichen, glasartigen Bindungen auf. Von größter Bedeutung ist, dass sie sich bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen bilden (wie organische Bindungen), die weit unterhalb der Temperatur liegen, bei der Glas geschmolzen wird, und haben eine einheitliche Zusammensetzung. Im Gegensatz dazu müssen glasartige Bindungen bei Temperaturen von geschmolzenem Glas gebildet werden und bei solchen Temperaturen gehalten werden, während das Glas fließt, um die Schleifkörner zu beschichteten und Bindungsposten zu bilden. Hingegen bilden die Geopolymere polymere Strukturen mit einem Großteil der Härte und Festigkeit von glasartigen Bindungen, und darin sind sie anders als herkömmliche organische Bindungen, die sehr viel weniger spröde sind und größere Modulwerte aufweisen als glasartige Bindungen.

Die Verwendung von Geopolymeren ist daher unter dem Gesichtspunkt ihrer relativ geringen Bildungstemperatur eine sehr attraktive Alternative zu herkömmlichen glasartigen Bindungen. Als Ergebnis der Verarbeitung bei relativ geringer Temperatur können viele fortschrittliche Techniken, wie die Verwendung von aktiven Füllstoffen, die nicht in glasartig gebundenen Produkten eingesetzt werden können, in die Bindung inkorporiert werden. Zusätzlich zu diesen Vorteilen kommen die im Vergleich mit organisch gebundenen Produkten höhere thermische Stabilität nach der Verarbeitung und die höheren Anwendungstemperaturen. Die Bindungsmaterialien sind daher ihrem Wesen nach wirkliche „Hybride".

Die niedrige Verarbeitungstemperatur ermöglicht durch die Zugabe von organischen Polymeren auch eine teilweise Milderung der mit glasartigen Bindungen verbundenen Sprödigkeit. Es besteht daher die Möglichkeit, die physikalischen Eigenschaften einer Bindung gemäß den Anforderungen des herzustellenden Produkts maßzuschneidern.

Bei der Herstellung von gebundenen Schleifmittelprodukten, in denen das Schleifmittel auf Aluminiumoxid basiert, besteht bei der Verwendung von Geopolymeren allerdings ein schwerwiegendes Problem. Dies liegt daran, dass die Bindung bei stark alkalischen Bedingungen gebildet und die Oberfläche der Aluminiumoxid-Schleifkörner durch die Alkali angegriffen wird. Das Ergebnis ist eine sehr wesentlich geschwächte Bindungen zwischen dem Schleifmittel und dem Bindungsmaterial, so dass in eigentlichen Schleiftests die Leistungsfähigkeit wenig beeindruckt.

Es wurde nun herausgefunden, dass Geopolymere mit Schleifmitteln auf Aluminiumoxidbasis verwendet werden können, und diese Entdeckung bildet die Basis für diese Erfindung. Diese Entdeckung ermöglicht einen Zugang zu billigen, glasartig gebundenen Schleifmitteln, wobei die Eigenschaften des gebundenen Schleifmittels durch Modifikation der Bindung angepasst werden können und wobei die Bindung in hohem Maße reproduzierbar und ökonomisch in der Herstellung und Verwendung ist.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines gebundenen Schleifmittels bereit, umfassend das Bereitstellen von Schleifkörnern auf Basis von Aluminiumoxid, wobei 70% der Schleifkornoberfläche dieser Schleifkörner mit einer glasartigen Schicht bedeckt ist, dass Mischen der glasbeschichteten Schleifkörner auf Basis von Aluminiumoxid mit einem Geopolymer und das Aushärten des Geopolymers zur Bildung eines gebundenen Schleifmittelerzeugnisses. Das Schleifmittel auf Basis von Aluminiumoxid kann Elektrokorund oder ein keramisches (oder gesintertes) Aluminiumoxid sein, das optional ein solches sein kann, das durch einen Sol-Gel-Verfahren gebildet wurde. Es kann auch ein co-geschmolzenes Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid oder eine Mischung solcher Körner mit anderen Aluminiumoxid-Schleifmittelkörnern sein. Das Problem des Angriffs auf die Bindung wird durch kleinere Kristallgrößen des Aluminiumoxids vergrößert und somit wird der größte Vorteil dann sichergestellt, wenn die Schleifkörner auf Basis von Aluminiumoxid tatsächlich durch ein Sol-Gel-Verfahren mit Beimpfung, wie es in der US-Patentschrift 4,623,364 unter anderen beschrieben wird, hergestellt werden, da dies Aluminiumoxidkristalle im sub-Mikrometerbereich erzeugt. Aluminiumoxid mit Kristallgrößen von bis etwa 10 &mgr;m wird durch Sol-Gel-Verfahren ohne Beimpfung erzeugt, insbesondere dort, wo das Kristallwachstum während dem Sintern durch die Gegenwart von Seltenerdmetalloxiden, Yttriumoxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumdioxid und Siliziumoxid und Ähnlichem inhibiert wird. Die durch die vorliegende Erfindung verliehenen Vorteile werden auch bei der Verwendung mit solchen unbeimpften Sol-Gel-Aluminiumoxiden recht deutlich. Im Allgemeineren ist die Erfindung auch nützlich für alle Schmelz-Aluminiumoxide.

Die glasartige Schicht kann auf das Korn abgeschieden werden, beispielsweise durch Behandlung des Korns mit Quarzstaub, gefolgt von einem Brennverfahren. Als Alternative kann das Korn mit einer Mischung aus herkömmlichen Glaskomponenten behandelt werden und dann bei einer Temperatur gebrannt werden, die ausreicht, um das Glas zu bilden und die es dem Glas ermöglicht, zu fließen und die Körner zu beschichteten. Die Mischung würde dann aufgebrochen werden, um die glasbeschichteten Körner zu ergeben. Dieses Verfahren könnte durch die Verwendung einer gepulverten Glasfritte an Stelle der Glaskomponenten beschleunigt und einheitlicher gestaltet werden.

Der bequemste Weg, das Verfahren der vorliegenden Erfindung einzusetzen, ist aber wesentlich einfacher. Bei der Herstellung von herkömmlichen, glasartig gebundenen Schleifmittelprodukten wird festgestellt, dass ein gewisser prozentualer Anteil der Produkte außerhalb der vorgeschriebenen Spezifikationen liegt, und dieser muss verworfen werden. Außerdem bleibt, nachdem ein Schleifmittelprodukt, wie eine Schleifscheibe, das Ende seiner verwendbaren Lebensdauer erreicht hat, ein beträchtliches Volumen des Produkts bestehen. Diese Abfall- und Restprodukte ergeben, wenn sie zermahlen werden, Schleifkorn, dass zumindest teilweise mit einer glasartigen Schicht beschichtet ist, die von der zuvor verwendeten glasartigen Bindungen verbleibt. Der Oberflächenbereich dieser Körner ist oft im Wesentlichen zu 100% mit Glas beschichtet, außer wo das Korn Abrieb ausgesetzt war oder wo ein Bindungsposten weggebrochen ist und einen Bereich der Oberfläche offen zurückgelassen hat. Wenn solche wiedergewonnenen Schleifkörner auf Aluminiumoxid basieren, können diese sehr geeignet sein, um die beschichteten Schleifkörner auf Basis von Aluminiumoxid, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, bereitzustellen.

Somit stellt die vorliegende Erfindung eine Möglichkeit bereit, Abfallmaterial zu verwenden, das sonst zur Lagerung auf Deponien geschickt werden müsste. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind somit klar. Es ist zur Verwendung von andernfalls wertlosem Material angepasst und ist vom Umweltstandpunkt aus akzeptabler.

Die Vorteile sind aber nicht nur ökonomische. Die Erfindung stellt weiterhin zum ersten Mal eine Möglichkeit bereit, die Verfahrensflexibilität in Bezug auf niedrige Temperatur und schnelle Aushärtung und das Potential zur Gestaltung von Bindungen, um den Anforderungen des herzustellenden Produkts gerecht zu werden, auszunutzen.

Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfasst Schleifkorn mit einer Beschichtung einer glasartigen (Glas-) Bindungen von 0,5 bis 5 &mgr;m (und vorzugsweise 1 bis 3 &mgr;m) Dicke. Eine solche Beschichtung ist dick genug, um das Korn vor einem Angriff durch die kaustische Geopolymer-Bindung mit hohem Alkalianteil zu schützen, und doch immer noch dünn genug, um die Funktion des Korns während dem Schleifen nicht zu verändern. Um Beschichtungen innerhalb des bevorzugten Bereichs zu verwirklichen, kann ein unterschiedliches Korn/Glas-Verhältnis nötig sein, abhängig von der Korngröße, Korndichte und Glasdichte. Um dies zu verdeutlichen: Geschmolzenes oder gesintertes Aluminiumoxidschleifkorn mit einer Korngröße von Grit 100 (etwa 180 &mgr;m), das mit einer typischen, glasartigen Glasbindungen beschichtet ist, hat ein Korn/Glas-Verhältnis von 100 : 5, nach Volumen, falls die Dicke der Beschichtung etwa 1,5 &mgr;m beträgt und angenommen wird, dass die Oberfläche des Korns zu 100% beschichtet ist. Die Beschichtung wird geringfügig höher sein, wenn die Abdeckung weniger als 100% beträgt.

Die Menge der glasartigen Beschichtung, die auf dem Korn abgeschieden wird, reicht aus, um zumindest 70% der Oberfläche des Korns zu beschichteten. Allerdings ist es oft schwierig oder zumindest unbequem, den Grad der Beschichtung auf diese Weise zu messen, und der Grad wird bequemer über den prozentualen Gewichtsanteil, der von der glasartigen Bindung eingenommen wird, ausgedrückt. Somit stellt das Gewicht der glasartigen Beschichtung üblicherweise von 1 bis 30%, und vorzugsweise von 2 bis 20%, und besonders bevorzugt von 2 bis 10%, des gesamten Gewichts des beschichteten Korns dar.

Die chemische Zusammensetzung der glasartigen Schicht ist vorzugsweise solch eine, die nicht wesentlich mit Aluminiumoxid während des Beschichtungsvorgangs reagiert. Somit sind Formulierungen, die Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Erdalkalimetalloxide und Boroxide sowie geringere Mengen an anderen Metalloxiden. enthalten, häufig zur Verwendung geeignet. Bevorzugte glasartige Zusammensetzung umfassen (nach Gewicht) >47% Siliziumoxid, <16% Aluminiumoxid, 0,05–2,5% Kaliumoxid, 7–11% Natriumoxid, 2–10% Lithiumoxid und 9–16% Boroxid.

Die bevorzugten glasartigen Zusammensetzungen, insbesondere dort wo, die Schleifkörner auf Basis von Aluminiumoxid ein Sol-Gel-Aluminiumoxid umfassen, sind die so genannten „Niedrigtemperatur-Bindung"-Formulierungen, wobei darunter verstanden wird, dass diese Formulierungen bei Temperaturen unterhalb von etwa 1000°C Schmelzen und Fließen.

Die Geopolymer-Bindung ist im Allgemeinen in dem Sinne einer glasartigen Bindung ähnlich, dass sie hochgradig vernetzt und daher starr und spröde ist. Der pH-Wert der typischen Geopolymer-Formulierung ist vor dem Mischen mit dem Korn >14. Anders als herkömmliche glasartige Bindungen kann sie allerdings bei Temperaturen vernetzt werden, die thermoplastische Modifikator-Polymere nicht zersetzen. Durch die Geopolymere wird es somit möglich, einen thermoplastischen Modifikator zu inkorporieren, um dem Bindungsmaterial ein Maß an Flexibilität und Festigkeit zu verleihen, und dies ist häufig ein bevorzugtes Merkmal der vorliegenden Erfindung. Geeignete verstärkende oder modifizierende, thermoplastische Polymere schließen Polyolefine, Polybutadien, Polyvinylchlorid, Polytetraflourethylen, Polyimide oder Polyester ein. Die Menge von solchem verstärkenden und/oder modifizierenden, thermoplastischen Polymer, die in die Bindungen inkorporiert werden kann, kann bis zu 30%, und vorzugsweise bis zu 20%, des gesamten Gewichts der Bindungen darstellen.

Das Geopolymer-Bindungssystem kann auch durch die Verwendung von Füllmaterialien modifiziert werden. Die Füllstoffe können aktive Füllstoffe wie Pyrit, Schwefeloder organische Mahlhilfsmittel sein, vorausgesetzt, dass diese bei den Bildungstemperaturen der Bindungen stabil sind, oder anorganische Füllstoffe wie Mineralpartikel oder Glas- oder keramische Kügelchen, deren Hauptzweck darin besteht, den gewünschten Grad an Porosität oder Struktur in dem fertigen, gebundenen Schleifmittelprodukt zu erzeugen. Die Füllstoffe können in Anteilen, basierend auf dem Gewicht der Formulierung, von bis zu 20%, und vorzugsweise von 5 bis 10%, Gewichtsanteil betragen.

1 zeigt Wiedergaben von Daten aus Beispiel 1 in Form eines Balkendiagramms.

2 zeigt Wiedergaben von Daten aus Beispiel 2 in Form eines Balkendiagramms.

Die Erfindung wird nun speziell unter Bezug auf die nachfolgenden Beispiele beschrieben, wobei diese so verstanden werden, dass sie keine wesentliche Einschränkung des wesentlichen Umfangs der Erfindung darstellen.

Dieses Beispiel beschreibt den Weg zur Herstellung von Schleifscheiben mit Hybrid-Bindung, mit und ohne einer Beschichtung aus einer glasartigen (Glas-) Bindung auf dem Schleifkorn. Auch vergleicht es die Schleifleistung von Schleifscheiben mit beschichtetem und Schleifscheiben mit unbeschichtetem Schleiflkorn.

Zwei Sätze gebundener Schleifscheiben wurden hergestellt. Der erste Satz enthielt ein konventionelles, Elektrokorund-Korn („38 Alundum"-Aluminiumoxid erhältlich von Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc. unter diese Handelsbezeichnung) in einer Geopolymer-Bindung und der zweite Satz enthielt das gleiche Schleifkorn, dass mit einer glasartigen Beschichtung ausgestattet war und unter Verwendung der gleichen Bindungen zu Schleifscheiben verarbeitet wurde.

Die Schleifkörner in dem zweiten Satz wurden dadurch erhalten, dass eine Schleifscheibe mit glasartiger Bindung zermahlen wurde, wobei die glasartige Bindung eine Formulierung innerhalb des oben spezifizierten Formulierungs-Bereichs aufwies.

Das glasartige Material lag hauptsächlich als eine Beschichtung auf den Schleifkörnern vor, die nach dem Zermahlen der Schleifscheibe abgetrennt wurden, und stellte etwa 3% des Gesamtgewichts des beschichteten Korns dar. Bei Betrachtung mittels optischer oder Rasterelektronen-Mikroskopie erschien es, dass das beschichtete Korn eine glasige Schicht aufwies, die im Vergleich mit dem unbeschichteten Korn glatter und glänzender war und zumindest 80–90% der gesamten Kornoberfläche bedeckte. Energie-dispersive Spektroskopie innerhalb des REM zeigte die charakteristischen Röntgenstrahlen, die von der Schicht emittiert wurden und die charakteristisch für eine Siliziumoxid-reiche Multikomponentenstruktur waren. Es wurde herausgefunden, dass die chemische Zusammensetzung der Schicht mit der des Glases, das zur Beschichtung des Korns verwendet wurde, im Einklang stand.

Bei der Herstellung der getesteten Schleifscheiben betrug der Gewichtsanteil von Geopolymer-Bindung zu Schleifkorn 25 : 75. In jedem Fall umfasste das Geopolymer das trockene Bindung-Geopolymer (GP600HT, das von Geopolymere erhalten wurde), Kaliumhydroxid, Quarzstaub und Wasser. Das trockene Bindungsmaterial kann durch Mischen von Metakaolin, Natriumhexafluorosilicat und amorphem Siliziumoxid in den jeweiligen Gewichtsverhältnissen 25 : 18 : 57 erhalten werden.

Die zur Herstellung der Schleifscheiben verwendeten Formulierungen waren wie folgt: Material Gramm Elektrokorund (100 Grit) 400 GP600HT 66 Quarzstaub 21 5 KOH 44,4 Wasser 48,2

Beide Sätze der Schleifscheiben (das heißt, ob sie das glasbeschichtete Schleifkorn enthielten oder nicht) wurden auf die folgende Weise hergestellt.

Kaliumhydroxid wurde in Wasser aufgelöst und konnte abkühlen. Quarzstaub wurde in die Kaliumhydroxid-Lösungen gerührt, wodurch eine Kaliumsilicat-Lösungen erzeugt wurde, die abkühlen konnte, bevor die trockene GP600HT Bindung eingerührt wurde. Abschließend wurde das Schleifmittel dem Gemisch beigemischt. Falls zusätzliches Wasser benötigt wurde, wurde es zu diesem Zeitpunkt zugegeben und der Mischung beigemischt. Die Mischung wurde dann in eine Silicongummi-Form geschüttelt und festgestampft. Die verwendete Schleifscheiben-Form hatte die Abmessungen 13,65 × 1,27 × 3,18 cm. Die gefüllte Form wurde für etwa eine Minute gerüttelt. Überschüssige Mischung wurde entfernt und die Form wurde mit einer PTFE-Bahn, einer keramischen Platte abgedeckt und dann mit zwei Stahlplatten, die jeweils etwa 4,5 kg wogen, beschwert.

Die gefüllten und beschwerten Formen wurden für zwei bis vier Stunden bei Raumtemperatur Ruhen gelassen und dann für den in der nachfolgenden Tabelle aufgezeigten Härtungs-Zyklus „A" in einen Ofen eingebracht. Danach wurden die Schleifscheiben aus den Formen entfernt und für den Härtungs-Zyklus „B" aus der Tabelle in einen Lindberg-Brennofen eingebracht. Härtungs-Zyklus Bedingungen A Erhöhe die Temperatur über einen Zeitraum von einer Stunde auf 85°C 1,5 Stunden bei 85°C

Erhöhe die Temperatur über einen Zeitraum von einer Stunde auf 120°C

Halte für 5 Stunden bei 120°C B Erhöhe die Temperatur über einen Zeitraum von einer Stunde auf 350°C

Halte für 5 Stunden bei 350°C

Die fertigen Schleifscheiben hatten jeweils etwa 30–40% Porosität und die endgültigen Abmessungen nach der Endbearbeitung betrugen 12,7 × 1,59 × 3,18 cm.

Beide Sätze Schleifscheiben wurden dann einem Flach-Längsschleif-Test unter Verwendung einer Brown & Sharp Maschine unterzogen, wobei kein Kühlmittel verwendet wurde. Die Geschwindigkeit der Schleifscheibe wurde bei etwa 4700 U/min gehalten und die Geschwindigkeit des Tisches betrug 15,2 m/min. Vor dem Schleifen wurde jede Schleifscheibe unter Verwendung einer einzelnen Diamantspitze bei einer Geschwindigkeit von 25,4 cm/min mit einem Abgleich beim Abrichten von 0,025 mm abgerichtet. Das beschliffene Metall war 52100-Stahl mit einer Härte von 65Rc in der Form einer Platte mit einer Abmessung von 40,6 Zentimetern in die Richtung des Schleifens mit der Schleifscheibe und 4,6 cm in die Schleifscheiben-Quervorschub-Richtung. Bei einer Quervorschubrate von 1,27 mm hatte jede Schleifscheibe einen Gesamt-Tiefenvorschub von 0,5 mm, bei individuellen Tiefenvorschubraten von 0,0125, 0,025 und 0,05 mm. Um die Leistungen zu vergleichen, wurde für beide Sätze Schleifscheiben der G-Faktor, die Schleifleistung und die Metallabtragrate (MRR) bei jeder individuellen Tiefenvorschubrate gemessen.

Die Ergebnisse sind in 1 in Form von zwei Blockdiagrammen dargestellt. Das erste vergleicht die Leistungen in der Form eines Auftrags des gemessenen G-Faktors bei den verschiedenen Tiefenvorschubraten. Das zweite vergleicht die „Schleifbarkeit" (definiert als G-Faktor geteilt durch die spezifische Energie, die selbst als die spezifische Leistung geteilt durch die MRR definiert ist) bei den verschiedenen Tiefenvorschubraten.

Aus den Daten in 1 geht eindeutig hervor, dass die Schleifscheibe, die mit dem beschichteten Korn hergestellt wurde, in dem Flach-Längs-Test sowohl hinsichtlich des G-Faktors und der Schleifbarkeit wesentlich bessere Leistung zeigte als die Schleifscheibe, die mit dem unbeschichteten Korn hergestellt wurde.

In diesem Beispiel wird die Wirkung der Zugabe von Füllmaterialien zu dem Bindungssystem zur Modifizierung der Eigenschaften untersucht. Die verwendeten Schleifmaterialen und die eingesetzten Formgebungs- und Brennverfahren sind wie in Beispiel 1 beschrieben, mit der zusätzlichen Zugabe von Füllmaterialien, um zwei Sätze Schleifscheiben herzustellen, beide enthaltend Füllstoff, wobei aber ein Satz mit glasbeschichteten Schleifkorn hergestellt wurde. Die Schleifscheiben wurden ausgehend von der in Beispiel 1 beschriebenen Formulierung hergestellt, mit dem Unterschied, dass ein Füllstoff verwendet wurde, der eine Mischung aus vier Teilen eines feinen, anorganischen Staubs mit einem Teil geschäumten Mullit-Kügelchen, erhältlich von Zeelan Industries unter dem Handelsnamen „Z-Light", umfasste. Die Gesamtmenge an zugegebenen Füllstoff betrug 39,6 Gramm. Diese Schleifscheiben wurden mit einem zylindrischen-Kontrollkraft-Test (ODCF) ausgewertet. Im Vergleich mit den in Beispiel 1 beschriebenen Tests war die Arbeits-Kontaktfläche der Schleifscheibe kleiner, so dass die lokale Kraft, die auf das Schleifkorn einwirkte, wesentlich stärker war.

Der ODCF-Test wurde ohne Kühlmittel in einem Profilschliff-Modus ohne einem Ausfeuerungsverfahren durchgeführt. Das beschliffene Metall war 52100-Stahl mit einer Härte von 59Rc. Das zylinderförmige Metallwerkstück hatte eine Dicke von 6,4 mm und einen Durchmesser von 10,2 cm. Die Geschwindigkeit der Schleifscheibe wurde bei etwa 4950 U/min gehalten und das Werkstück wurde mit 150 U/min rotiert. Für jede Schleifdauer wurde die Schleifscheibe mit einem Vorschub bei einer kontrollierten, konstanten Kraft bewegt, die bei 4,5 kg begann und in Intervallen von 2,3 kg zunahm, bis eine übermäßige Abnutzung der Schleifscheibe erreicht wurde. Der G-Faktor und die Schleifbarkeit wurden jeweils gegen die Schleifkraft aufgetragen. Die Ergebnisse sind in der 2 der Zeichnungen in der Form von Balkendiagrammen gezeigt und zeigen das gleiche Muster der Verbesserung gegenüber Schleifscheiben, die ohne Schleifkorn ohne die Glasbeschichtungen hergestellt wurden, wie es in 1 gezeigt wird. Dies weist darauf hin, dass die ökonomischen Vorteile, die durch die Gegenwart der Füllmaterialien gewährt werden, von keiner Verschlechterung der physikalischen Vorteile, die durch die Verwendung des beschichteten Schleifkorns abgeleitet werden, begleitet werden.

Die erhaltenen Ergebnisse stellen klar, dass bei geringen angewendeten Kräften und Metallabtragraten die Schleifscheiben, die mit dem beschichteten Schleifkorn hergestellt wurden, erheblich bessere Leistung zeigten als die Schleifscheiben, die mit dem unbeschichteten Korn hergestellt wurden.

Es wird angenommen, dass bei höheren Drücken die überwiegende Art des Ausfalls das Versagen der Bindung selbst ist, und dies wird in den Ergebnissen wiedergegeben. Wo das Versagen der Bindung ohne Bedeutung ist, ergibt somit das beschichtete Korn bei Verwendung der Geopolymer-Bindung eine wesentlich bessere Schleifscheibe als das unbeschichtete Korn.