Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schleifgegenstand und ein Verfahren zur Benutzung des Schleifgegenstands zum Schleifen von Glas- oder Glaskeramikwerkstücken.

Es ist bekannt, Glaskeramik als Substrat für magnetische Speicherplatten zu benutzen, zum Beispiel diejenigen, die als Speichervorrichtungen (zum Beispiel Festplattenlaufwerke) in Personalcomputern benutzt werden. Um eine brauchbare magnetische Speicherplatte herzustellen, muss das Speicherplattensubstrat präzise gesteuerte Dimensionen und eine präzise gesteuerte Oberflächenendbeschaffenheit aufweisen. Typischerweise umfasste das Dimensionieren und Verleihen der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit für die Speicherplattensubstrate einen Prozess mit vielen Schritten unter Verwendung von ungebundenen Schleifschlämmen. Im ersten Schritt des Prozesses werden die Glaskeramikplatten derart dimensioniert, dass sie die gewünschte Dicke und Dickengleichförmigkeit aufweisen. Nach dem Dimensionieren werden die Platten strukturiert, um die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit bereitzustellen.

Obwohl ungebundene Schleifschlämme in diesem Prozess weitgehend benutzt werden, weisen ungebundene Schleifschlämme viele diesbezügliche Nachteile auf. Diese Nachteile beinhalten die Unbequemlichkeit der Handhabung der erforderlichen großen Schlammmengen, des erforderlichen Schüttelns, um das Absetzen der Schleifpartikel zu verhindern und eine gleichmäßige Konzentration der Schleifpartikel an der Poliergrenzfläche zu gewährleisten, und die Notwendigkeit für zusätzliche Geräte, um den ungebundenen Schleifschlamm herzustellen, zu handhaben, darüber zu verfügen oder wiederherzustellen und wiederzuverwerten. Außerdem muss der Schlamm selbst regelmäßig analysiert werden, um seine Qualität und Dispergierungsstabilität zu gewährleisten. Ferner zeigen Pumpenköpfe, Ventile, Förderzeitungen, Schleifplatten und andere Teile der Geräte zur Schlammversorgung, die mit dem ungebundenen Schleifschlamm in Kontakt stehen, möglicherweise unerwünschte Abnutzungserscheinungen. Darüber hinaus sind die Prozesse, welche den Schlamm benutzen, gewöhnlich mit viel Schmutz verbunden, da der ungebundene Schleifschlamm, der eine viskose Flüssigkeit ist, leicht spritzt und schwer zu enthalten ist.

Angesichts der vielen Nachteile, die mit der Benutzung eines Schlammprozesses zum Schleifen (das heißt, Dimensionieren oder Strukturieren) von Speicherplattensubstraten aus Glaskeramik in Verbindung stehen, wird in der Branche ein fester Schleifgegenstand gewünscht, der zum Schleifen dieser Substrate geeignet ist.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Schleifgegenstand bereit, der zum Schleifen (das heißt, Dimensionieren oder Polieren) von Glas oder Glaskeramikwerkstücken geeignet ist. Der Schleifgegenstand umfasst einen Träger und mindestens eine dreidimensionale Schleifbeschichtung, die an eine Oberfläche des Trägers gebunden wird. Die Schleifbeschichtung umfasst ein Bindemittel, in dem mehrere Diamantkügelchen-Schleifpartikel, die etwa 6 Vol.-% bis 65 Vol.-% Diamantenpartikel umfassen, wobei die Diamantenpartikel über etwa 35 Vol.-% bis 94 Vol.-% einer mikroporösen, nicht geschmolzenen, kontinuierlichen Metalloxidschicht verteilt sind, und ein Füllstoff dispergiert sind. Der Füllstoff umfasst etwa 40 bis 60 Gew.-% der Schleifbeschichtung, vorzugsweise etwa 50 bis 60 Gew.-% der Schleifbeschichtung.

Es wird bevorzugt, dass die dreidimensionale Schleifbeschichtung mehrere Schleifverbundstoffe enthält. Die Schleifverbundstoffe können präzise geformte Verbundstoffe sein, die eine Form einer abgeschnittenen Pyramide mit einer flachen Oberseite aufweisen. Vorzugsweise weisen die präzise geformten Verbundstoffe einen Bodenabschnitt auf, der einen Flächeninhalt definiert, der nicht mehr als 50 %, insbesondere bevorzugt nicht mehr als 25 % und am meisten bevorzugten nicht mehr als 15 % größer als der größte Flächeninhalt der Verbundstoffe ist.

Vorzugsweise wird das Bindemittel aus einer Bindemittelvorstufe gebildet, die ein ethylenisch ungesättigtes Harz, zum Beispiel ein Acrylatharz umfasst. Das ethylenisch gesättigte Monomer ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe der monofunktionellen Acrylatmonomere, difunktionellen Acrylatmonomere, trifunktionellen Acrylatmonomere und Gemischen davon.

Die Schleifpartikel in einem Schleifgegenstand der vorliegenden Erfindung umfassen Diamantkügelchen-Schleifpartikel. Die Diamantkügelchen umfassen mehrere einzelne Diamantpartikel, die von einer Metalloxidmatrix, vorzugsweise von einer Siliciumoxidmatrix zusammengehalten werden. Vorzugsweise liegt die durchschnittliche Größe der Diamantkügelchen-Schleifpartikel bei etwa 6 bis etwa 100 Mikrometern.

Schleifgegenstände der vorliegenden Erfindung haben sich zum Schleifen von Glas- und Glaskeramikwerkstücken als besonders geeignet erwiesen. Das heißt, die Schleifgegenstände der vorliegenden Erfindung stellen eine hohe Schleifgeschwindigkeit bereit, die im Laufe des Lebens des Schleifgegenstands relativ konstant ist, wenn sie mit einem Schmiermittel benutzt werden, um ein Glas- oder Glaskeramikwerkstück zu schleifen. Folglich betrifft ein anderer Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Schleifen eines Glas- oder eines Glaskeramikwerkstückes, das die folgenden Schritte umfasst:

• (a) Kontaktieren eines Glas- oder eines Glaskeramikwerkstückes mit einer Schleifbeschichtung, wie oben beschrieben;
• (b) Aufbringen eines Schmiermittels an einer Grenzfläche zwischen dem Werkstück und dem Schleifgegenstand; und
• (c) Bewegen des Werkstückes und des Schleifgegenstands relativ zueinander.

Die dreidimensionale Schleifbeschichtung des Schleifgegenstands umfasst ein Bindemittel, in dem Diamantkügelchen-Schleifpartikel und mindestens ein Füllstoff in der Menge von etwa 40 bis 60 Gew.-% der Schleifbeschichtung dispergiert sind. Die Konzentration des Füllmittels wird gewählt, um eine Schleifbeschichtung bereitzustellen, welche unter typischen Benutzungsbedingungen erodiert, wodurch neue Diamantkügelchen-Schleifpartikel freigelegt und freigesetzt werden. Es wird angenommen, dass Diamantkügelchen-Schleifpartikel besonders geeignet sind, da ihre relativ große Größe verhindert, dass sie in die Schleifbeschichtung gepresst werden. Es wird ebenfalls angenommen, dass Diamantkügelchen-Schleifpartikel weniger dazu neigen, Verschleißabflachungen zu entwickeln (das heißt, weniger zur Abstumpfung neigen), was zu einer verminderten Schleifgeschwindigkeit führen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die dreidimensionale Schleifbeschichtung eine präzise geformte Oberfläche auf. Der hier verwendete Begriff „präzise geformt" beschreibt die Schleifverbundstoffe, die durch Härten der Bindemittelvorstufe gebildet werden, wobei die Vorstufe sowohl auf einem Träger gebildet wird als auch einen Hohlraum auf der Oberfläche eines Herstellungswerkzeugs füllt. Diese Schleifverbundstoffe weisen eine dreidimensionale Form auf, die durch Seiten mit einer relativ glatten Oberfläche definiert sind, welche durch gut definierte, scharfe Kanten gebunden und verbunden sind, die unterschiedliche Kantenlängen mit unterschiedlichen Endpunkten aufweisen, welche durch die Schnittlinien der verschiedenen Seiten definiert sind. Diese Art Schleifgegenstand wird insofern als strukturiert bezeichnet, als mehrere solcher präzise geformten Schleifmittel entwickelt werden. Die Schleifverbundstoffe können ebenfalls eine unregelmäßige Form aufweisen, die hier bedeutet, dass die Seiten oder Grenzen, welche den Schleifverbundstoff bilden, abgesenkt und nicht präzise sind. In einem unregelmäßig geformten Schleifverbundstoff wird der Schlamm zunächst in die gewünschte Form und/oder das gewünschte Muster geformt. Sobald der Schleifschlamm gebildet ist, wird die Bindemittelvorstufe in dem Schleifschlamm gehärtet und verfestigt. Im Allgemeinen besteht eine Zeitlücke zwischen dem Bilden der Form und dem Härten der Bindemittelvorstufe. Während dieser Zeitlücke strömt und/oder sinkt der Schleifschlamm ab, wodurch eine gewisse Deformierung der gebildeten Form bewirkt wird. Die Schleifverbundstoffe können ebenfalls bezüglich der Größe, Neigung oder Form in einem einzigen Schleifgegenstand variieren, wie in WO 95/07797 (veröffentlicht am 23. März 1995) und WO 95/22436 (veröffentlicht am 24. August 1995) beschrieben ist.

Der hier verwendete Begriff „Grenze" betrifft die freiliegenden Oberflächen und Kanten jedes Verbundstoffs, welche die eigentliche, dreidimensionale Form jedes Schleifverbundstoffs begrenzen und definieren. Diese Grenzen sind leicht sichtbar und erkennbar, wenn ein Querschnitt eines Schleifgegenstands dieser Erfindung unter einem Mikroskop betrachtet wird. Diese Grenzen trennen und unterscheiden einen Schleifverbundstoff von einem anderen sogar dann, wenn die Verbundstoffe aneinander oder entlang einer gemeinsamen Begrenzung an ihren Unterseiten grenzen. Für präzise geformte Schleifverbundstoffe sind die Grenzen und Kanten scharf und ausgeprägt. Im Vergleich dazu sind die Grenzen und Ecken in einem Schleifgegenstand, der keine präzise geformten Verbundstoffe aufweist, nicht eindeutig (das heißt, der Schleifverbundstoff sackt vor Vollendung seiner Härtung ab). Diese Schleifverbundstoffe, ob sie nun präzise oder unregelmäßig geformt sind, können jegliche geometrische Form aufweisen, die durch eine im Wesentlichen ausgeprägte und erkennbare Grenze definiert ist, wobei die präzise geometrische Form ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus kubischen, prismatischen, konischen, blockähnlich abgeschnitten konischen, pyramidalen, abgeschnitten pyramidalen, zylindrischen, halbkugelförmigen Formen und dergleichen.

Der hier verwendete Begriff „Struktur" betrifft eine Schleifbeschichtung, die jegliche der vorbenannten, dreidimensionalen Verbundstoffe aufweist, ob die einzelnen dreidimensionalen Verbundstoffe nun präzise oder unregelmäßig geformt sind. Die Struktur kann aus mehreren Schleifverbundstoffen gebildet werden, die alle im Wesentlichen die gleiche geometrische Form aufweisen (das heißt, die Struktur kann regelmäßig sein). Gleichermaßen kann die Struktur ein zufälliges Muster aufweisen, bei dem sich die geometrische Form von Schleifverbundstoff zu Schleifverbundstoff unterscheidet.

1 ist eine Draufsicht eines bevorzugten Schleifgegenstands gemäß der Erfindung.

2 ist ein vergrößerter Querschnitt entlang der Linie 2-2 des in 1 dargestellten Schleifgegenstands.

3 ist eine Draufsicht eines anderen bevorzugten Schleifgegenstands gemäß der Erfindung.

4 ist ein vergrößerter Querschnitt entlang der Linie 4-4 des in 3 dargestellten Schleifgegenstands.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schleifgegenstand und ein Verfahren zum Schleifen eines Glas- oder eines Glaskeramikwerkstückes mit dem Schleifgegenstand. Der Schleifgegenstand umfasst einen Träger und mindestens eine dreidimensionale Schleifbeschichtung, die an eine Oberfläche eines Trägers gebunden wird. Die Schleifbeschichtung umfasst ein Bindemittel, das aus einer gehärteten Bindemittelvorstufe gebildet wird, mehrere Diamantkügelchen-Schleifpartikel, die etwa 6 Vol.-% bis 65 Vol.-% Diamantenpartikel umfassen, wobei die Diamantenpartikel über etwa 35 Vol.-% bis 94 Vol.-% einer mikroporösen, nicht geschmolzenen, kontinuierlichen Metalloxidschicht verteilt sind, und einen Füllstoff, der etwa 40 bis 60 Gew.-% der Schleifbeschichtung umfasst. Die Schleifbeschichtung kann ferner optionale Bestandteile wie Verbindungsmittel, Absetzverhütungsmittel, Härtungsmittel (zum Beispiel Initiatoren), Photosensibilisatoren und dergleichen umfassen.

Das Bindemittel wird aus einer Bindemittelvorstufe gebildet. Die Bindemittelvorstufe umfasst ein Harz, das sich in einem nicht gehärteten und nicht polymerisierten Zustand befindet. Während der Herstellung des Schleifgegenstands wird die Bindemittelvorstufe polymerisiert und gehärtet, so dass ein Bindemittel gebildet wird. Das Bindemittel kann ein durch Kondensation härtbares Harz, ein durch Zugabe polymerisierbares Harz, ein durch freie Radikale härtbares Harz und/oder Kombinationen und Mischungen davon umfassen.

Die bevorzugten Bindemittelvorstufen sind Harze, die durch einen Freie-Radikale-Mechanismus polymerisieren. Der Polymerisationsprozess wird dadurch initiiert, dass die Bindemittelvorstufe zusammen mit einem geeigneten Katalysator einer Energiequelle wie einer Wärmeenergie oder Strahlungsenergie ausgesetzt wird. Beispiel der Strahlungsenergie umfassen Elektronenstrahlen, UV-Licht oder sichtbares Licht.

Beispiele von durch freie Radikale härtbaren Harzen enthalten Urethane, Acrylepoxide, Acrylpolyester, ethylenisch ungesättigte Verbindungen, Aminoplastderivate, an denen ungesättigte Carbonylgruppen hängen, Isocyanuratderivate, an denen mindestens eine Acrylatgruppe hängt, Isocyanatderivate, an denen mindestens eine Acrylatgruppe hängt, und Gemische und Kombinationen davon. Der Begriff Acrylat umfasst Acrylate und Methacrylate.

Acrylurethane sind ebenfalls Acrylatester von Hydroxyl-terminierten, Isocyanat-erweiterten Polyestern oder Polyethern. Sie können aliphatisch oder aromatisch sein. Beispiele von im Handel erhältlichen Acrylurethanen umfassen diejenigen, die unter den folgenden Handelsbezeichnungen bekannt sind: PHOTOMER (zum Beispiel PHOTOMER 6010) von Henkel Corp. Hoboken, NJ; EBECRYL 220 (hexafunktionelles, aromatisches Urethanacrylat mit einem Molekulargewicht von 1.000), EBECRYL 284 (aliphatisches Urethandiacrylat mit einem Molekulargewicht von 1.200 verdünnt mit 1,6-Hexandioldiacrylat), EBECRYL 4827 (aromatisches Urethanacrylat mit einem Molekulargewicht von 1.600), EBECRYL 4830 (aliphatisches Urethandiacrylat mit einem Molekulargewicht von 1.200 verdünnt mit Tetraethylenglycoldiacrylat), EBECRYL 6602 (trifunktionelles, aromatisches Urethanacrylat mit einem Molekulargewicht von 1.300 verdünnt mit Trimethylolpropanethoxytriacrylat) und EBECRYL 840 (aliphatisches Urethandiacrylat mit einem Molekulargewicht von 1.000) von UCB Radcure Inc., Smyrna, GA; SARTOMER (zum Beispiel SARTOMER 9635, 9645, 9655, 963-B80, 966-A80 usw.) von Sartomer Co., West Chester, PA, und UVITHANE (zum Beispiel UVITHANE 782) von Morton International, Chicago, IL.

Ein Urethanacrylatoligomer kann mit einem ethylenisch ungesättigten Monomer vermischt werden. Die bevorzugten ethylenisch ungesättigten Monomere sind monofunktionelle Acrylatmonomere, difunktionelle Acrylatmonomere, trifunktionelle Acrylatmonomere oder Kombinationen davon.

Die ethylenisch ungesättigten Monomere oder Oligomere oder Acrylatmonomere oder -oligomere können monofunktionell, difunktionell, trifunktionell oder tetrafunktionell sein oder eine sogar noch höhere Funktionalität aufweisen. Der Begriff Acrylat umfasst sowohl Acrylate als auch Methacrylate. Ethylenisch ungesättigte Bindemittelvorstufen weisen sowohl monomere als auch polymere Verbindungen, die Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoff- und optional Stickstoffatome und Atome der Halogene enthalten. Sauerstoff- und Stickstoffatome sind im Allgemeinen in Ether-, Ester-, Urethan-, Amid- und Harnstoffgruppen gegenwärtig. Ethylenisch ungesättigte Verbindungen weisen vorzugsweise ein Molekulargewicht von weniger als 4.000 auf und sind vorzugsweise Ester, die aus der Reaktion der Verbindungen hergestellt werden, die aliphatische Monohydroxygruppen oder aliphatische Polyhydroxygruppen und ungesättigte Carbonsäuren wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Crotonsäure, Isocrotonsäure, Maleinsäure und dergleichen enthalten. Repräsentative Beispiele von ethylenisch ungesättigten Monomeren enthalten Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Styrol, Divinylbenzol, Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylacrylat, Hydroxypropylemethacrylat, Hydroxybutylacrylat, Hydroxybutylmethacrylat, Vinyltoluol, Ethylenglycoldiacrylat, Polyethylenglycoldiacrylat, Ethylenglycoldimethacrylat, Hexandioldiacrylat, Triethylenglycoldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Glyceroltriacrylat, Pentaerythritoltriacrylat, Pentaerythritoltrimethacrylat, Pentaerythritoltetraacrylat und Pentaerythritoltetramethacrylat. Andere ethylenisch ungesättigte Harze enthalten Monoallyl-, Polyallyl- und Polymethallylester und Amide von Carbonsäuren wie Diallylphthalat, Diallyladipat und N,N-Diallyladipamid. Wiederum andere stickstoffhaltige Verbindungen enthalten Tris(2acryl-oxyethyl)isocyanurat, 1,3,5-Tri(2-methacryloxyethyl)-s-triazin, Acrylamid, Methylacrylamid, N-Methyl-Acrylamid, N,N-Dimethylacrylamid, N-Vinylpyrrolidon und N-Vinyl-Piperidon und CMD 3700, erhältlich bei Radcure Specialties. Beispiele von ethylenisch ungesättigten Verdünnungsmitteln oder Monomeren können in US-Patentschriften Nr. 5,236,472 (Kirk et al.) und 5,580,647 (Larson et al.) gefunden werden.

Zusätzliche Information bezüglich anderer, potenziell nützlicher Bindemittel und Bindemittelvorstufen können in der ebenfalls anhängigen Patentanmeldung Seriennr. 08/694,014 (eingereicht am 8. August 1996) des Inhabers gefunden werden, die eine Teilfortsetzung von Patentanmeldung Seriennr. 08/557,727 (eingereicht am 13. November 1995, (Bruxvoort et al.)) und US-Patentschrift Nr. 4,773,920 (Chasman et al.) ist.

Acrylepoxide sind Diacrylatester von Epoxidharzen wie den Diacrylatestern des Bisphenol-A-Epoxidharzes. Beispiele von im Handel erhältlichen Acrylepoxiden umfassen CMD 3500, CMD 3600 und CMD 3700, die im Handel bei Radcure Specialties erhältlich sind, und CN103, CN104, CN111, CN112 und CN114, die im Handel bei Sartomer, West Chester, PA erhältlich sind.

Beispiele von Polyesteracrylaten umfassen Photomer 5007 und Photomer 5018 von Henkel Corporation, Hoboken, NJ.

Die Aminoplastharze weisen mindestens eine daran hängende alpha, beta-ungesättigte Carbonylgruppe pro Molekül oder Oligomer auf. Diese ungesättigten Carbonylgruppen können acrylat-, methacrylat- oder acrylamidartige Gruppen sein. Beispiele solcher Materialien enthalten N-(Hydroxymethyl)-acrylamid, NN'-Oxydimethylenbisacrylamid, Ortho- und Para-Acrylamidomethylphenol, Acrylamidomethylphenolnovolac und Kombinationen davon. Diese Materialien sind in US-Patentschriften Nr. 4,903,440 (Larson et al.) und 5,236,472 (Kirk et al.) weiter beschrieben.

Isocyanuratderivate, die an mindestens einer Acrylatgruppe hängen, und Isocyanatderivate, die an mindestens einer Acrylatgruppe hängen, sind in US-Patentschrift Nr. 4,652,27 (Boettcher) weiter beschrieben. Das bevorzugte Isocyanuratmaterial ist ein Triacrylat von Tris(hydroxyethyl)isocyanurat.

Eine besonders bevorzugte Bindemittelvorstufe umfasst ein Gemisch aus etwa 30 Teilen Tris(hydroxyethyl)isocyanurat (TATHEIC) und etwa 70 Teilen Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA). Solch ein Gemisch ist im Handel unter der Handelsbezeichnung „SR368D" bei Sartomer Corporation, West Chester, PA erhältlich.

Die Bindemittelvorstufe kann auch ein Epoxidharz umfassen. Epoxidharze weisen ein Oxiran auf und werden durch Ringöffnung polymerisiert. Solche Epoxidharze enthalten monomere Epoxidharze und polymere Epoxidharze. Beispiele einiger bevorzugter Epoxidharze enthalten 2,2-Bis[4-(2,3-epoxypropoxy)-phenyl)propan, ein Diglycidylether von Bisphenol, im Handel unter den Handelsbezeichnungen EPON 828, EPON 1004 und EPON IOOIF erhältliche Materialen von Shell Chemical Co., und DER-331, DER-332 und DER-334, die bei Dow Chemical Co. erhältlich sind. Andere geeignete Epoxidharze enthalten cycloaliphatische Epoxide, Glycidylether von Phenolformaldehydnovolac (zum Beispiel DEN-431 und DEN-428, erhältlich bei Dow Chemical Co.). Eine Mischung von durch freie Radikale härtbaren Harzen und Epoxidharzen ist in US-Patentschriften Nr. 4,751,138 (Tumey et al.) und 5,256,170 (Harmer et al.) weiter beschrieben.

Träger haben die Funktion, eine Stütze für die Schleifbeschichtung bereitzustellen. Träger, die in der Erfindung nützlich sind, müssen dazu in der Lage sein, an dem Bindemittel zu haften, nachdem die Bindemittelvorstufe Härtungsbedingungen ausgesetzt worden ist, und sind nach der Aussetzung vorzugsweise biegsam, so dass sich die Gegenstände, die in dem erfinderischen Verfahren benutzt werden, an die Oberflächenkonturen, Radien und Unregelmäßigkeiten des Werkstückes anpassen können.

In vielen Schleifanwendungen muss der Träger fest und langlebig sein, damit der resultierende Schleifgegenstand haltbar ist. Außerdem muss der Träger in manchen Schleifanwendungen fest und biegsam sein, so dass sich der Schleifgegenstand gleichmäßig an das Glaswerkstück anpassen kann. Dies gilt typischerweise dann, wenn das Werkstück eine damit in Verbindung stehende Form oder Kontur aufweist. Der Träger kann eine Polymerschicht, Papier, vulkanisierte Faser, ein behandelter Vliesträger oder ein behandelter Tuchträger sein, um diese Eigenschaften der Festigkeit und Anpassbarkeit bereitzustellen. Es wird bevorzugt, dass der Träger eine Polymerschicht ist. Beispiele einer Polymerschicht enthalten eine Polyesterschicht, Copolyesterschicht, Polyimidschicht, Polyamidschicht und dergleichen. Ein besonders bevorzugter Träger ist eine Polyesterschicht, die eine Grundierbeschichtung aus Ethylenacrylsäure auf mindestens einer Oberfläche aufweist, um die Haftung der Schleifbeschichtung an dem Träger zu fördern.

Ein Vlies, das Papier enthält, kann mit entweder einem wärmehärtenden oder thermoplastischen Material gesättigt werden, um die nötigen Eigenschaften bereitzustellen.

Tuchträger können für den Schleifgegenstand der vorliegenden Erfindung ebenfalls geeignet sein. Das Tuch kann ein Tuch mit dem Gewicht J, X, Y oder M sein. Die Fasern oder Garne, welche das Tuch bilden, können ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: Polyester, Nylon, Rayon, Baumwolle, Fiberglas und Kombinationen davon. Das Tuch kann ein gestricktes oder gewobenes Tuch sein (zum Beispiel Drellstoffe, Köperstoffe oder Satingewebe) oder es kann ein steppgebundenes Tuch oder Schusseintragtuch sein. Das Rohtuch kann strukturiert, gesengt oder entschlichtet sein oder irgendeine herkömmliche Behandlung für ein Rohtuch aufweisen. Es wird bevorzugt, dass das Tuch mit Polymermaterial behandelt wird, um das Tuch zu versiegeln und die Tuchfasern zu schützen. Die Behandlung kann eine oder mehrere der folgenden Behandlungen einbeziehen: Vorimprägnieren, Sättigungsimprägnieren oder Nachimprägnieren. Eine solche Behandlung umfasst zunächst eine Vorimprägnierungsbeschichtung, gefolgt von einer Nachimprägnierungsbeschichtung. Alternativ eine Sättigungsimprägnierungsbeschichtung gefolgt von einer Nachimprägnierungsbeschichtung. Im Allgemeinen wird bevorzugt, dass die vordere Oberfläche des Trägers relativ glatt ist. Gleichermaßen sollte(n) die Behandlungsschicht(en) zu einem wasserfesten Tuchträger führen. Ebenso sollte(n) die Behandlungsschicht(en) zu einem Tuchträger mit ausreichender Festigkeit und Biegsamkeit führen. Eine bevorzugte Behandlung ist ein querverbundenes Urethanacrylatoligomer, das mit einem Acrylatmonomerharz gemischt ist. Innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung ist die Tuchbehandlungschemie mit der Chemie des Bindemittels identisch oder bezüglich der Wesensart ähnlich. Die Tuchbehandlungschemie kann ferner die folgenden Additive umfassen: Füllstoffe, Farbstoffe, Pigmente, Netzmittel, Verbindungsmittel, Weichmacher und dergleichen.

Andere Behandlungsbeschichtungen enthalten wärmehärtende und thermoplastische Harze. Beispiele typischer und bevorzugter wärmehärtender Harze enthalten Phenolharze, Aminoplastharze, Urethanharze, Epoxidharze, ethylenisch ungesättigte Harze, Acrylisocyanuratharze, Harnstoff-Formaldehydharze, Isocyanuratharze, Acrylurethanharze, Acrylepoxidharze, Bismaleimidharze und Gemische davon. Beispiele bevorzugter thermoplastischer Harze enthalten Polyamidharze (zum Beispiel Nylon), Polyesterharze und Polyurethanharze (umfassend Polyurethan-Harnstoffharze). Ein bevorzugtes thermoplastisches Harz ist ein Polyurethanderivat aus dem Reaktionsprodukt eines Polyesterpolyols und Isocyanats.

In manchen Fällen kann ein einstückig geformter Träger bevorzugt werden, das heißt, einen Träger, der direkt benachbart zu den Verbundstoffen gegossen wird, statt die Verbundstoffe unabhängig an einem Träger (zum Beispiel Polyesterschicht) zu befestigen. Der Träger kann auf die Rückseite der Verbundstoffe geformt oder gegossen werden, nachdem die Verbundstoffe geformt worden sind, oder er kann gleichzeitig mit den Verbundstoffen geformt oder gegossen werden. Der einstückig geformte Träger kann aus entweder durch Wärme oder durch Strahlung härtbaren, thermoplastischen oder wärmehärtenden Harzen geformt werden. Beispiele von typischen und bevorzugten wärmehärtenden Harzen enthalten Phenolharze, Aminoplastharze, Urethanharze, Epoxidharze, ethylenisch ungesättigte Harze, Acrylisocyanuratharze, Harnstoff-Formaldehydharze, Isocyanuratharze, Acrylurethanharze, Acrylepoxidharze, Bismaleimidharze und Gemische davon. Beispiele bevorzugter thermoplastischer Harze enthalten Polyamidharze (zum Beispiel Nylon), Polyesterharz und Polyurethanharze (umfassend Polyurethan-Harnstoffharze). Ein bevorzugtes thermoplastisches Harz ist ein Polyurethanderivat aus dem Reaktionsprodukt eines Polyesterpolyols und eines Isocyanats.

Die Schleifbeschichtung eines Schleifgegenstands der vorliegenden Erfindung umfasst mehrere Diamantkügelchen-Schleifpartikel, die etwa 6 Vol.-% bis 65 Vol.-% Diamantenpartikel umfassen, wobei die Diamantenpartikel über etwa 35 Vol.-% bis 94 Vol.-% einer mikroporösen, nicht geschmolzenen, kontinuierlichen Metalloxidschicht verteilt sind. Der hier verwendete Begriff „Diamantkügelchen-Schleifpartikel" betrifft einen Verbundstoff-Schleifpartikel, der etwa 6 Vol.-% bis 65 Vol.-% Diamant-Schleifpartikel umfasst, die einen Durchmesser von 25 Mikrometern oder weniger aufweisen und über etwa 35 Vol.-% bis 94 Vol.-% einer mikroporösen, nicht geschmolzenen, kontinuierlichen Metalloxidschicht verteilt sind. Die Metalloxidmatrix weist eine Knoop-Härte von weniger als etwa 1.000 auf und umfasst mindestens ein Metalloxid, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zirkoniumoxid, Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und Titanoxid. Diamantkügelchen-Schleifpartikel können insofern als bröckelig beschrieben werden, als das Metalloxid unter der Kraft des Schleifens zerbröckeln oder zerbrechen kann, wodurch eine neue freiliegende Oberfläche erzeugt wird. Diamantkügelchen-Schleifpartikel sind in US-Patentschrift Nr. 3,916,584 (Howard, et al.) beschrieben.

In einem bevorzugten Herstellungsverfahren werden Diamant-Schleifpartikel in ein wässriges Sol eines Metalloxids (oder Oxidvorstufe) gemischt und der resultierende Schlamm wird dann einer geschüttelten, dehydrierenden Flüssigkeit (zum Beispiel 2-Ethyl-1-hexanol) hinzugefügt. Wasser wird aus dem dispergierten Schlamm entfernt und die Oberflächenspannung zieht den Schlamm in die kugelförmigen Verbundstoffe, die danach herausgefiltert, getrocknet und gebrannt werden. Die resultierenden Diamantkügelchen-Schleifpartikel sind im Allgemeinen kugelförmig und weisen eine Größe auf, die mindestens zweimal so groß ist wie die der Diamantenpartikel, die zur Herstellung der Diamantkügelchen-Schleifpartikel benutzt werden.

Die einzelnen Diamanten, welche die Diamantkügelchen-Schleifpartikel bilden, weisen typischerweise eine Größe im Bereich von etwa 0,5 bis 25 Mikrometern auf, insbesondere bevorzugt im Bereich von etwa 3 bis 15 Mikrometern. Die Diamantkügelchen-Schleifpartikel weisen typischerweise eine Größe im Bereich von etwa 5 bis etwa 200 Mikrometern auf, insbesondere bevorzugt im Bereich von etwa 6 bis etwa 100 Mikrometern und am meisten bevorzugt im Bereich von etwa 6 bis 30 Mikrometern.

Die einzelnen Diamantkügelchen-Schleifpartikel können natürliche oder synthetisch hergestellte Diamanten sein. Bezüglich der synthetisch hergestellten Diamanten können die Partikel als „harzgebundene Diamanten", „Sägeblatt-Diamanten" oder „metallgebundene Diamanten" berücksichtigt werden. Die Diamanten können eine blockartige Form aufweisen, die damit in Verbindung steht oder alternativ eine nadelähnliche Form aufweisen. Die Diamantenpartikel können eine Oberflächenbeschichtung wie eine Metallbeschichtung (zum Beispiel Nickel, Aluminium, Kupfer oder dergleichen), eine anorganische Beschichtung (zum Beispiel Siliciumdioxid) oder eine organische Beschichtung enthalten.

Die Schleifbeschichtung umfasst typischerweise etwa 1 bis etwa 30 Gew.-% Diamantkügelchen-Schleifpartikel und vorzugsweise etwa 2 bis etwa 25 Gew.-% Diamantkügelchen-Schleifpartikel. Insbesondere bevorzugt umfasst die Schleifbeschichtung etwa 5 bis etwa 15 Gew.-% Diamantkügelchen-Schleifpartikel und am meisten bevorzugt etwa 7 bis etwa 13 Gew.-% Diamantkügelchen-Schleifpartikel.

Die Schleifbeschichtung eines Schleifgegenstands der vorliegenden Erfindung umfasst ferner einen Füllstoff. Ein Füllstoff ist ein partikelförmiges Material und weist im Allgemeinen eine durchschnittliche Partikelgröße im Bereich zwischen 0,01 und 50 Mikrometern, typischerweise zwischen 0,1 und 40 Mikrometern auf. Ein Füllstoff wird zu der Schleifbeschichtung hinzugefügt, um die Erosionsrate der Schleifbeschichtung zu steuern. Eine gesteuerte Erosionsrate der Schleifbeschichtung während des Schleifens ist für das Erreichen einer ausgeglichenen, hohen Schleifgeschwindigkeit, einer stetigen Schleifgeschwindigkeit und einer langen Nutzungsdauer von Bedeutung. Wenn die Füllstoffladung zu hoch ist, kann die Schleifbeschichtung bei einer zu schnellen Geschwindigkeit erodieren, was zu einem unwirksamen Schleifvorgang (zum Beispiel geringer Schnitt und geringe Nutzungsdauer des Schleifgegenstands) führt. Wenn die Füllstoffladung jedoch zu niedrig ist, kann die Schleifbeschichtung bei einer zu langsamen Geschwindigkeit erodieren, was die Abstumpfung der Schleifpartikel ermöglicht und zu einer niedrigen Schleifgeschwindigkeit führt. Die Schleifbeschichtung eines Schleifgegenstands der vorliegenden Erfindung umfasst etwa 40 bis etwa 60 Gew.-% Füllstoff. Insbesondere bevorzugt umfasst die Schleifbeschichtung etwa 45 bis etwa 60 Gew.-% Füllstoff. Am meisten bevorzugt umfasst die Schleifbeschichtung etwa 50 bis 60 Gew.-% Füllstoff.

Beispiele von Füllstoffen, die zur Benutzung in einem Schleifgegenstand der vorliegenden Erfindung geeignet sind, enthalten: Metallkarbonate (wie Kalziumkarbonat (Kreide, Kalzit, Mergel, Travertin, Marmor und Kalkstein), Kalziummagnesiumkarbonat, Natriumkarbonat, Magnesiumkarbonat), Siliciumdioxide (wie Quarz, Glaskügelchen, Glasblasen und Glasfasern), Silikate (wie Talk, Tone, (Montmorillonit) Feldspat, Glimmer, Kalziumsilikat, Kalziummetasilikat, Natriumaluminiumsilikat, Natriumsilikat, Lithiumsilikat und Kaliumsilikat), Metallsulfate (wie Kalziumsulfat, Bariumsulfat, Natriumsulfat, Aluminiumnatriumsulfat, Aluminiumsulfat), Gips, Vermiculit, Holzmehl, Aluminiumtrihydrat, Russ, Metalloxide (wie Kalziumoxid (Kalk), Aluminiumoxid, Zinnoxid (zum Beispiel Stannioxid), Titandioxid) und Metallsulfite (wie Kalziumsulfit), thermoplastische Partikel (Polykarbonat, Polyetherimid, Polyester, Polyethylen, Polysulfon, Polystyrol, Acrylonitril-Butadien-Styrol-Blockcopolymer, Polypropylen, Acetalpolymere, Polyurethane, Nylonpartikel) und wärmehärtende Partikel (wie Phenolblasen, Phenolkügelchen, Polyurethanschaumpartikel) und dergleichen. Der Füllstoff kann ebenfalls ein Salz wie ein Halogenidsalz sein. Beispiele von Halogenidsalzen enthalten Natriumchlorid, Kaliumkryolith, Natriumkryolith, Ammoniumkryolith, Kaliumtetrafluoroborat, Natriumtetrafluoroborat, Siliciumfluoride, Kaliumchlorid und Magnesiumchlorid. Beispiele von Metallfüllstoffen enthalten Zinn, Blei, Wismut, Kobalt, Antimon, Kadmium, Eisen und Titan. Andere gemischte Füllstoffe enthalten Schwefel, organische Schwefelverbindungen, Grafit und metallische Sulfide.

Bevorzugte Füllstoffe zum Verleihen der gewünschten Erosionsfähigkeit für die Schleifbeschichtung enthalten Kalziummetasilikat, weißes Aluminiumoxid, Kalziumkarbonat, Siliciumdioxid und Kombinationen davon. Eine besonders bevorzugte Füllstoffkombination ist Kalziummetasilikat und weißes Aluminiumoxid. Wenn eine feine Oberflächenbeschaffenheit gewünscht wird, kann es wünschenswert sein, einen weichen Füllstoff zu benutzen, der in einer kleinen Partikelgröße erhältlich ist.

Die Schleifbeschichtung eines Schleifgegenstands der vorliegenden Erfindung kann ferner optionale Additive wie Additive zur Modifikation der Schleifpartikeloberfläche, Verbindungsmittel, Ausdehnungsmittel, Fasern, antistatische Mittel, Härtungsmittel, Absetzverhütungsmittel, Photosensibilisatoren, Schmiermittel, Netz-mittel, Tenside, Pigmente, Farbstoffe, UV-Stabilisatoren und Antioxidationsmittel umfassen. Die Mengen dieser Materialien werden so ausgewählt, dass sie die gewünschten Eigenschaften bereitstellen.

Ein Verbindungsmittel kann eine Verbindungsbrücke zwischen dem Bindemittel und den Schleifpartikeln bereitstellen. Außerdem kann das Verbindungsmittel eine Verbindungsbrücke zwischen dem Bindemittel und den Füllstoffpartikeln bereitstellen. Beispiele von Verbindungsmitteln enthalten Silane, Titanate und Zircoaluminate. Es gibt verschiedene Wege, das Verbindungsmittel aufzunehmen. Zum Beispiel kann das Verbindungsmittel direkt zu der Bindemittelvorstufe hinzugegeben werden. Die Schleifbeschichtung kann etwa 0 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 0,1 bis 25 Gew.-% Verbindungsmittel enthalten. Alternativ kann das Verbindungsmittel auf die Oberfläche der Füllstoffpartikel aufgebracht werden. Auf noch andere Art und Weise wird das Verbindungsmittel auf die Oberfläche der Schleifpartikel aufgebracht, bevor diese in den Schleifegegenstand aufgenommen werden. Die Schleifpartikel können basierend auf dem Gewicht des Schleifpartikels und des Verbindungsmittels von etwa 0 bis 3 Gew.-% Verbindungsmittel enthalten. Beispiele von im Handel erhältlichen Verbindungsmitteln enthalten „AI74" und „AI230" von OSI. Ein weiteres Beispiel eines im Handel erhältlichen Verbindungsmittels ist ein Isopropyltriisosteroyltitanat, das im Handel bei Kenrich Petrochemicals, Bayonne, NJ, unter der Handelbezeichnung „KR-TTS" erhältlich ist.

Ein Beispiel eines Absetzverhütungsmittels ist ein amorpher Siliciumdioxidpartikel, der einen Flächeninhalt von weniger als 150 Quadratmetern/Gramm aufweist und im Handel bei DeGussa Corp., Ridgefield Park, NJ, unter der Handelbezeichnung „OX-50" erhältlich ist. Die Zugabe des Absetzverhütungsmittels kann die Gesamtviskosität des Schleifschlamms verringern. Die Benutzung von Absetzverhütungsmittel ist in US-Patentschrift Nr. 5,368,619 weiter beschrieben.

Die Bindemittelvorstufe kann ferner ein Härtungsmittel aufweisen. Ein Härtungsmittel ist ein Material, das dabei hilft, die Polymerisation oder den Querverbindungsprozess derart zu initiieren und zu vollenden, dass die Bindemittelvorstufe in ein Bindemittel umgewandelt wird. Der Begriff Härtungsmittel umschließt Initiatoren, Photoinitiatoren, Katalysatoren und Aktivatoren. Die Menge und die Art des Härtungsmittels hängen größtenteils von der Chemie der Bindemittelvorstufe ab.

Die Polymerisation des oder der bevorzugten ethylenisch ungesättigten Monomers oder Monomere oder Oligomers oder Oligomere tritt durch einen Freie-Radikale-Mechanismus auf. Wenn die Energiequelle ein Elektronenstrahl ist, erzeugt der Elektronenstrahl freie Radikale, welche die Polymerisation initiieren. Es ist jedoch auch innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, Initiatoren zu benutzen, sogar wenn die Bindemittelvorstufe einem Elektronenstrahl ausgesetzt wird. Wenn die Energiequelle Wärme, UV-Licht oder sichtbares Licht ist, muss möglicherweise ein Initiator gegenwärtig sein, um die freien Radikalen zu erzeugen. Beispiele von Initiatoren (das heißt, Photoinitiatoren), die freie Radikale erzeugen, wenn sie UV-Licht oder Wärme ausgesetzt werden, enthalten, sind aber nicht beschränkt auf organische Peroxide, Azoverbindungen, Quinone, Nitrosoverbindungen, Acylhalogenide, Hydrazone, Mercaptoverbindungen, Pyryliumverbindungen, Imidazole, Chlortriazine, Benzoin, Benzoinalkylether, Diketone, Phenone und Gemische davon. Ein Beispiel eines im Handel erhältlichen Photoinitiators, der freie Radikale erzeugt, wenn er UV-Licht ausgesetzt wird, enthält IRGACURE 651 und IRGACURE 184 (im Handel bei Ciba Geigy Company, Hawthorne, NJ, erhältlich) und DAROCUR 1173 (im Handel bei Merck erhältlich). Beispiele von Initiatoren, die freie Radikale erzeugen, wenn sie sichtbarem Licht ausgesetzt werden, können in US-Patentschrift Nr. 4,735,632 gefunden werden. Ein anderer Photoinitiator, der freie Radikale erzeugt, wenn er sichtbarem Licht ausgesetzt wird, trägt den Handelsnamen IRGACURE 369 (im Handel bei Ciba Geigy Company erhältlich).

Typischerweise wird der Initiator basierend auf dem Gewicht der Bindemittelvorstufe in Mengen im Bereich von 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 Gew.-% bis 2 Gew.-% benutzt.

Außerdem wird bevorzugt, den Initiator in der Bindemittelvorstufe vor der Zugabe jeglichen partikelförmigen Materials wie der Schleifpartikel und/oder Füllstoffe zu dispergieren, vorzugsweise gleichmäßig zu dispergieren.

Im Allgemeinen wird bevorzugt, dass die Bindemittelvorstufe einer Strahlungsenergie ausgesetzt wird, vorzugsweise UV-Licht oder sichtbarem Licht. In manchen Fällen absorbieren bestimmte Additive und/oder Schleifpartikel das UV-Licht und sichtbare Licht, was die angemessene Härtung der Bindemittelvorstufe schwierig macht. Dieses Phänomen gilt insbesondere bei Cerdioxid-Schleifpartikeln und Siliciumkarbid-Schleifpartikeln. Es ist recht unerwartet herausgefunden worden, dass die Benutzung von phosphathaltigen Photoinitiatoren, insbesondere acylphosphinoxidhaltigen Photoinitiatoren darauf abzielt, dieses Problem zu überwinden. Ein Beispiel solch eines Photoinitiators ist 2,4,6-Triemthylbenzoyldiphenylphosphinoxid, das bei BASF Corporation, Charlotte, NC, unter der Handelsbezeichnung LUCIRIN TPO erhältlich ist. Andere Beispiele von im Handel erhältlichem Acylphosphinoxiden enthalten DAROCUR 4263 und DAROCUR 4265, die beide im Handel bei Merck erhältlich sind, und Phosphinoxid, Phenyl-bis-(2,4,6-trimethylbenzoyl)-Photoinitiator, der im Handel bei Ciba Geigy Corp., Greensboro, NC, unter der Handelsbezeichnung IRGACURE 819 erhältlich ist.

Optional kann die Schleifbeschichtung Photosensibilisatoren oder Photoinitiatorsysteme enthalten, welche die Polymerisation entweder in der Luft oder in einer inerten Atmosphäre wie Stickstoff beeinflussen. Diese Photosensibilisatoren oder Photoinitiatorsysteme enthalten Verbindungen, die Carbonylgruppen oder tertiäre Aminogruppen und Gemische davon aufweisen. Unter den bevorzugten Verbindungen, die Carbonylgruppen aufweisen, befinden sich Benzophenon, Acetophenon, Benzil, Benzaldehyd, o-Chlorbenzaldehyd, Xanthon, Thioxanthon, 9,1 0-Anthraquinon und andere aromatische Ketone, die als Photosensibilisatoren wirken können. Unter den bevorzugten tertiären Aminen befinden sich Methyldiethanolamin, Ethyldiethanolamin, Trieethanolamin, Phenylmethylethanolamin und Dimethylaminoethylbenzonat. Im Allgemeinen kann die Menge der Photosensibilisatoren oder des Photoinitiatorsystems basierend auf dem Gewicht der Bindemittelvorstufe von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-% variieren, insbesondere bevorzugt von etwa 0,25 bis etwa 4,0 Gew.-%. Beispiele von Photosensibilisatoren enthalten QUANTICURE ITX, QUANTICURE QT-X, QUANTICURE PTX, QUANTICURE EPD, die alle im Handel bei Biddle Sawyer Corp. erhältlich sind.

Der Schleifgegenstand gemäß der Erfindung enthält einen Träger, der eine dreidimensionale Schleifbeschichtung aufweist, die an den Träger gebunden wird. Die Schleifbeschichtung umfasst mehrere geformte Schleifverbundstoffe. Diese Schleifverbundstoffe können präzise oder unregelmäßig geformt sein. Es wird bevorzugt, dass die Schleifverbundstoffe präzise geformt sind, da präzise geformte Schleifverbundstoffe gleichförmiger und beständiger sind.

Im Bezug auf die Figuren ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Schleifgegenstands 10 gemäß der Erfindung in 1 und 2 jeweils in Draufsicht und vergrößerter Schnittansicht dargestellt. Der Schleifgegenstand 10 weist einen Träger 12 auf, der auf einer Hauptoberfläche davon die Schleifverbundstoffe 16 trägt. Die Schleifverbundstoffe 16 weisen mehrere Diamantkügelchen-Schleifpartikel 14 auf, die in einem Bindemittel 15 dispergiert sind. Vorzugsweise umfasst das Bindemittel ein multifunktionelles Acrylat, am meisten bevorzugt ein Gemisch aus Tris(hydroxyethyl)isocyanurat und Trimethylolpropantriacrylat. Die Schleifverbundstoffe 16 enthalten ferner etwa 40 Gew.-% bis 60 Gew.-% Füllstoff (nicht dargestellt). Das Bindemittel 15 bindet die Schleifverbundstoffe 16 typischerweise an den Träger 12. Optional kann eine Vorimprägnierungsbeschichtung oder Verbindungsschicht 13 zwischen die Schleifverbundstoffe 16 und den Träger 12 gesetzt werden.

Die Schleifverbundstoffe 16 weisen vorzugsweise eine erkennbare Form auf. Anfangs wird bevorzugt, dass die Diamantkügelchen-Schleifpartikel 14 nicht über die Oberfläche des Bindemittels 15 hervorstehen. Wenn der Schleifgegenstand 10 benutzt wird, um eine Oberfläche zu schleifen, bricht der Schleifverbundstoff zusammen, um unbenutzte Diamantkügelchen-Schleifpartikel 14 freizulegen.

Die Verbundstoffform kann jegliche Form sein. Typischerweise weist der Flächeninhalt der Bodenseite der Form, die mit dem Träger in Kontakt steht, einen größeren Wert auf als der des distalen Endes des Verbundstoffs, der von dem Träger entfernt ist. Die Form des Verbundstoffs kann aus einer Reihe geometrischer Formen wie einer kubischen, blockähnlichen, zylindrischen, prismatischen, rechteckigen, pyramidalen, abgeschnitten pyramidalen, konischen, abgeschnitten konischen Form, Kreuzform oder pfostenähnlich Form mit einer flachen oberen Fläche ausgewählt werden. Eine andere Form ist halbkugelförmig und in PCT WO 95/22436 weiter beschrieben. Der resultierende Schleifgegenstand kann eine Mischung verschiedener Formen der Schleifverbundstoffe aufweisen.

Die Bodenschleifverbundstoffe können aneinander grenzen oder alternativ können die Böden der benachbarten Schleifverbundstoffe um einen spezifischen Abstand voneinander getrennt werden. Es versteht sich, dass diese Definition von Angrenzen auch eine Anordnung abdeckt, bei der benachbarte Schleifverbundstoffe einen gemeinsamen Schleifmaterialbereich oder eine brückenähnliche Struktur teilen, die mit den gegenüberliegenden Seitenwänden der Verbundstoffe in Kontakt steht und sich dazwischen erstreckt. Der Schleifmaterialbereich wird aus dem gleichen Schleifschlamm gebildet, der zur Bildung der Verbundstoffe benutzt wird. Die Verbundstoffe sind insofern „benachbart", als sich auf einer direkten imaginären Linie, die zwischen den Zentren der Verbundstoffe gezogen wird, kein Zwischenverbundstoff befindet.

Eine bevorzugte Form der Schleifverbundstoffe 16 ist im Allgemeinen eine abgeschnittene Pyramide, die eine flache Oberseite 18 und einen Boden 20 aufweist, der nach außen ausbricht, wie in 2 dargestellt. Es wird bevorzugt, dass die Höhe H der Schleifverbundstoffe 16 über den beschichteten Schleifgegenstand 10 hinweg konstant ist, es ist jedoch möglich, dass die Schleifverbundstoffe unterschiedliche Höhen aufweisen. Die Höhe H der Verbundstoffe kann einen Wert von etwa 10 bis etwa 1.500 Mikrometern, vorzugsweise von etwa 25 bis etwa 1.000 Mikrometern, insbesondere bevorzugt von etwa 100 bis etwa 600 Mikrometern und am meisten bevorzugt von etwa 300 bis etwa 500 Mikrometern aufweisen.

Es wird bevorzugt, dass die Böden 20 der benachbarten Schleifverbundstoffe voneinander durch eine Abquetschfläche 22 getrennt werden. Obwohl die Bindung an irgendeine Theorie nicht gewünscht wird, wird angenommen, dass diese Abquetschfläche 22 oder diese Trennung ein Mittel bereitstellt, um zu ermöglichen, dass das Fluidmedium frei zwischen den Schleifverbundstoffen strömt. Es wird dann angenommen, dass dieser freie Strom des Fluidmediums möglicherweise zu einer besseren Schleifgeschwindigkeit, Oberflächenbeschaffenheit oder erhöhten Flachheit beiträgt. Die Entfernung der Schleifverbundstoffe kann von etwa 0,3 Schleifmittelverbundstoff pro linearem cm bis etwa 100 Schleifmittelverbundstoff pro linearem cm variieren, vorzugsweise zwischen etwa 0,4 Schleifmittelverbundstoff pro linearem cm bis etwa 20 Schleifmittelverbundstoff pro linearem cm, insbesondere bevorzugt von etwa 0,5 Schleifmittelverbundstoff pro linearem cm bis etwa 10 Schleifmittelverbundstoff pro linearem cm und am meisten bevorzugt zwischen etwa 6 Schleifmittelverbundstoff pro linearem cm bis etwa 7 Schleifmittelverbundstoff pro linearem cm.

In einem Aspekt des Schleifgegenstands besteht eine Flächenentfernung von mindestens 5 Schleifverbundstoff/cm² und vorzugsweise mindestens 30 Schleifverbundstoff/cm². In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung befindet sich die Flächenentfernung in einem Bereich von weniger als 1 bis etwa 12.000 Schleifverbundstoff/cm².

Wenn eine abgeschnittene pyramidale Form benutzt wird, weist der Boden 20 im Allgemeinen eine Länge von etwa 100 bis 2.000 Mikrometern auf. Die Seiten, welche die Schleifverbundstoffe bilden, können gerade oder verjüngt sein. Wenn die Seiten verjüngt sind, ist es im Allgemeinen einfacher, die Schleifverbundstoffe 16 aus den Hohlräumen des Herstellungswerkzeugs zu entfernen. Der Winkel "A" in 2 wird von einer imaginären vertikalen Linie gemessen, welche den Boden 20 des Schleifverbundstoffs 16 an dem Punkt schneidet, an dem sie die Abquetschfläche 22 zwischen den Schleifverbundstoffen 16 (das heißt, die imaginäre Linie ist bezüglich des Bereichs 22 normal) berührt. Der Winkel „A" kann in einem Bereich von etwa 1 Grad bis etwa 75 Grad liegen, vorzugsweise von etwa 2 Grad bis etwa 50 Grad, insbesondere bevorzugt von etwa 3 Grad bis etwa 35 Grad und am meisten bevorzugt von etwa 5 Grad bis etwa 15 Grad.

In einem Schleifverfahren kann der Schleifgegenstandträger 12 an dem Untersegment 24 befestigt werden oder direkt an der Plattform 28. Das Untersegment 24 ist vorzugsweise aus Polymermaterial gefertigt, zum Beispiel aus Polykarbonat. Optional kann das zusammendrückbare Segment 26 zwischen das Untersegment 24 und die Plattform 28 gesetzt werden, um während des Schleifens ein Polster für den Schleifgegenstand bereitzustellen. Das zusammendrückbare Segment kann ein Polyurethanschaum, Kautschuk, Elastomer, Kautschukschaum und dergleichen sein. Der Schleifgegenstandträger 12 wird vorzugsweise mit einem Haftklebstoff (nicht dargestellt) an das Untersegment 24 oder die Plattform 28 gebunden.

Mit Bezug auf 3 und 4 wird eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Schleifgegenstands 10' gemäß der Erfindung jeweils in 3 und 4 in Draufsicht und vergrößerter Schnittansicht dargestellt. In dieser Ausführungsform sind die Schleifverbundstoffe 16' halbkugelförmig, wie in 4 dargestellt. Der Schleifgegenstand 10' weist einen gewobenen Polyesterträger 12' auf, der auf einer Hauptoberfläche mit einer thermoplastischen Polyester-Vorimprägnierungsbeschichtung 13' versiegelt ist. Auf die gehärtete Vorimprägnierungsbeschichtung 13' wird durch ein Sieb (nicht dargestellt) ein Schlamm aufgebracht, wobei der Schlamm Schleifpartikel und die Bindemittelvorstufe umfasst. Die halbkugelförmigen Schleifverbundstoffe 16' können bezüglich Größe und Form variieren und auf der Vorimprägnierungsbeschichtung 13' zufällig und gleichmäßig verteilt werden. Vorzugsweise erscheinen die halbkugelförmigen Verbundstoffe 16' in der Draufsicht aus 3 als kreisförmig und weisen den gleichen Durchmesser auf.

Ungeachtet der Form der einzelnen Schleifverbundstoffe werden vorzugsweise etwa 20 % bis etwa 90 %, insbesondere bevorzugt etwa 40 % bis etwa 70 % und am meisten bevorzugt etwa 50 % bis etwa 60 % des Flächeninhalts des Trägers von den Schleifverbundstoffen abgedeckt. Außerdem weisen die präzise geformten Verbundstoffe einen Bodenabschnitt auf, der einen Flächeninhalt definiert, der nicht mehr als 50 %, insbesondere bevorzugt nicht mehr als 25 % und am meisten bevorzugt nicht mehr als 15 % größer als der größte Flächeninhalt der Verbundstoffe ist.

Der erste Schritt zur Herstellung eines Schleifgegenstands der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung eines Schleifschlamms. Der Schleifschlamm wird mit Hilfe jeglicher geeigneten Mischtechnik durch Kombinieren einer Bindemittelvorstufe, Diamantkügelchen-Schleifpartikel, eines Füllstoffs und gewünschter optionaler Additive hergestellt. Beispiele von Mischtechniken umfassen das Mischen mit niedriger Scherkraft und das Mischen mit hoher Scherkraft, wobei das Mischen mit hoher Scherkraft bevorzugt wird. Ultraschallenergie kann in Kombination mit dem Mischschritt ebenfalls benutzt werden, um die Viskosität des Schleifschlamms zu verringern. Typischerweise werden die Diamantkügelchen-Schleifpartikel schrittweise zu der Bindemittelvorstufe hinzugegeben. Es kann bevorzugt werden, vor der Zugabe des Füllstoffs ein Tensid zu der Bindemittelvorstufe hinzuzufügen. Ein geeignetes Tensid ist ein anionisches Polyestertensid, das im Handel unter der Handelsbezeichnung „ZYPHRUM PD 9000" erhältlich ist (im Handel bei ICI Americas, Wilmington, DE, erhältlich). Es wird bevorzugt, dass der Schleifschlamm ein homogenes Gemisch aus der Bindemittelvorstufe, den Schleifpartikeln, Füllstoffen und optionalen Additiven ist. Falls nötig kann Wasser und/oder Lösungsmittel hinzugefügt werden, um die Viskosität zu verringern. Die Menge der Luftblasen in dem Schleifschlamm kann durch Herausziehen eines Vakuums entweder während oder nach dem Mischschritt minimiert werden. In manchen Fällen wird bevorzugt, den Schleifschlamm zu erwärmen, im Allgemeinen im Bereich von etwa 30 °C bis etwa 70 °C, um die Viskosität zu verringern. Es ist wichtig, dass der Schleifschlamm vor dem Beschichten überwacht wird, um eine Rheologie zu gewährleisten, die gut beschichtet und in der sich die Schleifpartikel und andere Füllstoffe nicht vor dem Beschichten absetzen.

Um eine präzise geformte Schleifbeschichtung zu erhalten, wird die Bindemittelvorstufe im Wesentlichen gefestigt oder gehärtet, während der Schleifschlamm in den Hohlräumen eines Herstellungswerkzeugs vorhanden ist. Alternativ wird das Herstellungswerkzeug vor dem wesentlichen Härten von der Bindemittelvorstufe entfernt, was zu abgesenkten, etwas unregelmäßig geformten Seitenwänden führt.

Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung des Schleifgegenstands, der präzise geformte Schleifverbundstoffe umfasst, benutzt ein Herstellungswerkzeug, das mehrere Hohlräume enthält. Diese Hohlräume sind im Wesentlichen die umgekehrte Form der gewünschten Schleifverbundstoffe und für die Erzeugung der Form der Schleifverbundstoffe verantwortlich. Aus der Anzahl der Hohlräume/Einheitsbereich folgt, dass der Schleifgegenstand eine entsprechende Anzahl Schleifverbundstoffe/Einheitsbereich aufweist. Diese Hohlräume weisen jegliche geometrische Form wie eine zylindrische, kuppelförmige, pyramidale, rechteckige, abgeschnitten pyramidale, prismatische, kubische, konische, abgeschnitten konische oder jede andere Form auf, die einen obersten Flächenquerschnitt aufweisen, der ein Dreieck, Viereck, Kreis, Rechteck, Siebeneck, Achteck oder dergleichen ist. Die Dimensionen der Hohlräume werden ausgewählt, um die gewünschte Anzahl der Schleifverbundstoffe/Einheitsbereich zu erreichen. Die Hohlräume können in einem punktähnlichen Muster mit Zwischenräumen zwischen den benachbarten Hohlräumen vorliegen oder die Hohlräume können aneinander grenzen.

Der Schleifschlamm kann mit Hilfe jeglicher herkömmlichen Technik wie Heißschmelzbeschichten, Vakuumdruckguss, Zerstäuben, Walzenbeschichtung, Transferbeschichtung, Rakelstreichverfahren und dergleichen in die Hohlräume des Herstellungswerkzeugs beschichtet werden. Wenn das Herstellungswerkzeug Hohlräume enthält, die entweder flache Oberseiten oder relativ gerade Seitenwände aufweisen, wird die Benutzung eines Vakuums während der Beschichtung bevorzugt, um jeglichen Lufteinschluss zu minimieren.

Das Herstellungswerkzeug kann ein Band, ein Zuschnitt, ein kontinuierlicher Zuschnitt oder eine Bahn, eine Beschichtungswalze wie eine Rotationstiefdruckwalze, eine Hülse, die auf einer Beschichtungswalze befestigt ist, oder eine Schneidplatte sein. Das Herstellungswerkzeug kann aus Metall, das eine vernickelte Oberfläche aufweist, Metalllegierungen, Keramik oder Kunststoff zusammengesetzt sein. Weitere Informationen zu Herstellungswerkzeugen, ihrer Herstellung, Materialien usw. können in US-Patentschriften Nr. 5,152,917 (Pieper et al.) und 5,435,816 (Spurgeon et al.) gefunden werden. Ein bevorzugtes Herstellungswerkzeug ist ein thermoplastisches Herstellungswerkzeug, das aus einer Metallmatrize geprägt ist.

Wenn der Schleifschlamm eine wärmehärtende Bindemittelvorstufe umfasst, muss die Bindemittelvorstufe gehärtet oder polymerisiert werden. Diese Polymerisation wird im Allgemeinen bei Aussetzung einer Energiequelle initiiert. Im Allgemeinen hängt die Menge der Energie von mehreren Faktoren ab, wie der Chemie der Bindemittelvorstufe, den Dimensionen des Schleifschlamms, der Menge und Art der Schleifpartikel, der Menge und Art der Füllstoffe und der Menge und Art der optionalen Additive. Strahlungsenergie wird als Energiequelle bevorzugt. Geeignete Strahlungsenergiequellen umfassen Elektronenstrahlen, UV-Licht oder sichtbares Licht. Elektronenstrahlstrahlung kann bei einem Energiepegel von etwa 0,1 bis etwa 10 Mrad. benutzt werden. UV-Strahlung bezieht sich auf die nicht partikuläre Strahlung, die eine Wellenlänge innerhalb des Bereichs von etwa 200 bis etwa 400 Nanometern aufweist, vorzugsweise innerhalb des Bereichs von etwa 250 bis 400 Nanometern. Die bevorzugte Leistung der Strahlungsquelle ist 118 bis 236 Watt/cm. Sichtbare Strahlung bezieht sich auf die nicht partikuläre Strahlung, die eine Wellenlänge innerhalb des Bereichs von etwa 400 bis etwa 800 Nanometern aufweist, vorzugsweise innerhalb des Bereichs von etwa 400 bis 550 Nanometern.

Nachdem das Herstellungswerkzeug beschichtet worden ist, werden der Träger und der Schleifschlamm durch jegliches geeignete Mittel miteinander in Kontakt gebracht, so dass der Schleifschlamm die vordere Oberfläche des Trägers befeuchtet. Der Schleifschlamm wird dann mittels zum Beispiel einer Kontaktspaltwalze mit dem Träger in Kontakt gebracht. Danach wird eine wie hierin beschriebene Energieform durch eine Energiequelle in den Schleifschlamm übertragen, um die Bindemittelvorstufe mindestens teilweise zu übertragen. Zum Beispiel kann das Herstellungsmittel ein durchsichtiges Material (zum Beispiel Polyester, Polyethylen oder Polypropylen) sein, um die Lichtstrahlung auf den in den Hohlräumen in dem Werkzeug enthaltenen Schlamm zu übertragen. Mit dem Begriff „teilweise gehärtet" ist gemeint, dass die Bindemittelvorstufe auf einen derartigen Zustand polymerisiert wird, dass der Schleifschlamm nicht strömt, wenn der Schleifschlamm von dem Herstellungswerkzeug entfernt wird. wenn die Bindemittelvorstufe nicht voll ausgehärtet wird, kann sie durch jegliche Energiequelle voll ausgehärtet werden, nachdem sie von dem Herstellungswerkzeug entfernt worden ist. Weitere Details bezüglich der Benutzung eines Herstellungswerkzeugs zur Herstellung des Schleifgegenstandes gemäß diesem bevorzugten Verfahren sind in US-Patentschriften Nr. 5,152,917 (Pieper et al.) und 5,435,816 (Spurgeon et al.) weiter beschrieben.

In einer weiteren Variation dieses ersten Verfahrens kann der Schleifschlamm auf den Träger und nicht in die Hohlräume des Herstellungswerkzeugs beschichtet werden. Der mit Schleifschlamm beschichtete Träger wird dann mit dem Herstellungswerkzeug derart in Kontakt gebracht, dass der Schleifschlamm in die Hohlräume des Herstellungswerkzeugs strömt. Die verbleibenden Schritte zur Herstellung des Schleifgegenstands sind die gleichen wie die unten aufgeführten. Bezüglich dieses Verfahrens wird bevorzugt, dass die Bindemittelvorstufe durch Strahlungsenergie gehärtet wird. Die Strahlungsenergie kann durch den Träger und/oder durch das Herstellungswerkzeug übertragen werden. Wenn die Strahlungsenergie durch entweder den Träger oder das Herstellungswerkzeug übertragen wird, sollte der Träger oder das Herstellungswerkzeug die Strahlungsenergie nicht merklich absorbieren. Außerdem sollte die Strahlungsenergiequelle den Träger oder das Herstellungswerkzeug nicht merklich beschädigen. Zum Beispiel kann UV-Licht durch einen Polyesterschichtträger übertragen werden.

Wenn das Herstellungswerkzeug alternativ aus bestimmten thermoplastischen Materialien wie Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Polykarbonat, Poly(ethersulfon), Poly(methylmethacrylat), Polyurethane, Polyvinylchlorid oder Kombinationen davon gefertigt ist, kann UV-Licht oder sichtbares Licht durch das Herstellungswerkzeug und in den Schleifschlamm übertragen werden. In manchen Fällen wird bevorzugt, UV-Licht-Stabilisatoren und/oder Antioxidationsmittel in das thermoplastische Herstellungswerkzeug aufzunehmen. Für auf thermoplastischen Materialien basierende Herstellungswerkzeuge sollten die Betriebsbedingungen zur Herstellung des Schleifgegenstands derart festgelegt werden, dass keine übermäßige Wärme erzeugt wird. Wenn übermäßige Wärme erzeugt wird, kann diese das thermoplastische Werkzeug deformieren oder schmelzen.

In manchen Fällen kann ein einstückig geformter Träger bevorzugt werden, das heißt, die Schleifverbundstoffe werden direkt an einen Harzträger gebunden, der auf die Verbundstoffe gegossen oder geformt wird, während sich die Verbundstoffe noch immer in den Hohlräumen der Gussform befinden. Vorzugsweise wird der Träger geformt, bevor die Bindemittelvorstufe vollständig ausgehärtet ist, um eine bessere Haftung zwischen den Verbundstoffen und dem Träger zu ermöglichen. Es kann wünschenswert sein, einen Primer oder Haftungsbeschleuniger auf der Oberfläche der Verbundstoffe zu umfassen, bevor der Träger gegossen wird, um eine angemessene Haftung des Trägers zu gewährleisten.

Der Träger kann aus dem gleichen Harz wie die Verbundstoffe gegossen oder geformt werden oder kann aus einem anderen Material gegossen werden. Beispiele von besonders nützlichen Trägerharzen enthalten Urethane, Epoxide, Acrylate und Acrylurethane. Es wird bevorzugt, dass der Träger keine Schleifpartikel darin enthält, da diese Partikel im Allgemeinen nicht für Schleifzwecke verwendet werden. Jedoch können Füllstoffe, Fasern oder andere Additive in den Träger aufgenommen werden. Fasern können in den Träger aufgenommen werden, um so die Haftung zwischen dem Träger und den Schleifverbundstoffen zu erhöhen. Beispiele von Fasern, die in den Trägern der Erfindung nützlich sind, enthalten solche, die aus Silikaten, Metallen, Glas, Kohlenstoff, Keramik und organischen Materialien gefertigt sind. Bevorzugte Fasern zur Benutzung in dem Träger sind Kalziumsilikatfaser, Stahlfaser, Glasfaser, Kohlefaser, Keramikfaser und organische Fasern mit hohem Modul.

In bestimmten Anwendungen kann ein Träger mit größerer Haltbarkeit und Zugfestigkeit wünschenswert sein, was durch die Aufnahme eines Mullmaterials oder dergleichen innerhalb des einstückig geformten Trägers erreicht werden kann. Während des Formens des Trägers ist es möglich, einen Mullstoff oder anderes Material über die Hohlräume zu legen, die bereits mit Harz gefüllt (jedoch nicht gehärtet) sind und danach eine andere Harzschicht über den Mullstoff aufzubringen; oder es ist möglich, ein Mullmaterial oder anderes Material über den ungehärteten geformten Träger zu legen. Vorzugsweise ist jeglicher Mullstoff oder zusätzliches Trägermaterial porös genug, um zu ermöglichen, dass das Trägerharz das Material durchdringt und darin versenkt wird.

Nützliche Mullstoffe sind im Allgemeinen leichtgewichtige, grobe Gewebe mit offener Webart. Geeignete Materialien enthalten Metall oder Drahtmaschen, Gewebe wie Baumwolle, Polyester, Rayon, Glastuch oder andere Verstärkungsmaterialien wie Fasern. Der Mullstoff oder das Verstärkungsmaterial kann vorbehandelt werden, um die Haftung des Harzes an dem Mullstoff zu erhöhen.

Nach der Herstellung des Schleifgegenstands kann dieser gebogen und/oder befeuchtet werden, bevor er in eine geeignete Gestalt/Form umgewandelt wird und bevor der Schleifgegenstand benutzt wird.

Ein zweites Verfahren zur Herstellung des Schleifgegenstands betrifft ein Verfahren, in dem die Schleifverbundstoffe nicht präzise geformt oder unregelmäßig geformt sind. In diesem Verfahren wird der Schleifschlamm einer Energiequelle ausgesetzt, sobald der Schleifschlamm von dem Herstellungswerkzeug entfernt worden ist. Der erste Schritt ist das Beschichten der Vorderseite des Trägers mit einem Schleifschlamm durch jegliche herkömmliche Technik wie Gesenk-Heißschmelzbeschichtung, Walzenbeschichtung, Rakelstreichverfahren, Vorhangbeschichtung, Vakuumdruckguss oder eine Heißschmelzbeschichtung. Es ist gegebenenfalls möglich, den Schleifschlamm zu erwärmen und/oder den Schlamm vor der Beschichtung einem Ultraschallverfahren zu unterziehen, um die Viskosität zu verringern. Danach wird der Schleifschlamm/die Trägerkombination mit einem Herstellungswerkzeug in Kontakt gebracht. Das Herstellungswerkzeug kann der gleichen Art sein wie das oben beschriebene Herstellungswerkzeug. Das Herstellungswerkzeug umfasst eine Reihe Hohlräume und der Schleifschlamm strömt in diese Hohlräume. Nach der Entfernung des Schleifschlamms von dem Herstellungswerkzeug weist der Schleifschlamm ein damit in Verbindung stehendes Muster auf; das Muster der Schleifverbundstoffe wird aus den Hohlräumen in dem Herstellungswerkzeug gebildet. Nach der Entfernung wird der mit Schleifschlamm beschichtete Träger einer Energiequelle ausgesetzt, um die Polymerisation der Bindemittelvorstufe zu initiieren und so die Schleifverbundstoffe zu bilden. Im Allgemeinen wird bevorzugt, dass die Zeit zwischen der Freigabe des mit Schleifschlamm beschichteten Trägers von dem Herstellungswerkzeug bis zur Härtung der Bindemittelvorstufe relativ gering ist. Wenn diese Zeit zu lang ist, strömt der Schleifschlamm und das Muster wird derart deformiert, dass das Muster im Wesentlichen verschwindet.

In einer weiteren Variation dieses zweiten Verfahrens kann der Schleifschlamm in die Hohlräume des Herstellungswerkzeugs und nicht auf den Träger beschichtet werden. Der Träger wird dann mit dem Herstellungswerkzeug derart in Kontakt gebracht, dass der Schleifschlamm befeuchtet wird und an dem Träger haftet. In dieser Variation kann das Herstellungswerkzeug zum Beispiel eine Rotationstiefdruckwalze sein. Die restlichen Schritte zur Herstellung des Schleifgegenstands sind die gleichen wie die unten beschriebenen.

Eine noch andere Variation ist die Zerstäubung oder Beschichtung des Schleifschlamms durch ein Sieb, um ein Muster zu erzeugen. Danach wird die Bindemittelvorstufe gehärtet oder verfestigt, um die Schleifverbundstoffe zu bilden.

Eine weitere Technik zur Herstellung eines Schleifgegenstands besteht darin, dass der Schleifgegenstand eine Schleifbeschichtung aufweist, die ein damit in Verbindung stehendes Muster oder eine Struktur aufweist, um einen Träger bereitzustellen, der geprägt wird, wobei dann der Schleifschlamm über den Träger beschichtet wird. Die Schleifbeschichtung folgt der Kontur des geprägten Trägers, um ein Muster oder eine strukturierte Beschichtung bereitzustellen.

Ein wiederum anderes Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands ist in US-Patentschrift Nr. 5,219,462 beschrieben. Ein Schleifschlamm wird in die Aussparungen eines geprägten Trägers beschichtet. Der Schleifschlamm enthält Schleifpartikel, eine Bindemittelvorstufe und ein Ausdehnungsmittel. Die resultierende Konstruktion wird derartigen Konditionen ausgesetzt, dass das Ausdehnungsmittel die Ausdehnung des Schleifschlamms über die vordere Fläche des Trägers bewirkt. Danach wird die Bindemittelvorstufe verfestigt, um ein Bindemittel zu bilden und der Schleifschlamm wir in Schleifverbundstoffe umgewandelt.

Der Schleifgegenstand kann in jegliche gewünschte Form oder Gestalt umgewandelt werden, je nach der gewünschten Anwendung. Diese Umwandlung kann durch Trennschleifen, Stanzschneiden oder jegliches andere Mittel erreicht werden.

Das bevorzugte Verfahren zum Schleifen von Glas- oder Glaskeramikwerkstücken unter Verwendung eines Schleifgegenstands der vorliegenden Erfindung ist ein „Nass"-Schleifprozess, bei dem ein flüssiges Schmiermittel verwendet wird. Das Schmiermittel weist diesbezüglich mehrere Vorteile auf. Zum Beispiel verhindert die Gegenwart eines Schmiermittels die Bildung von Wärme während des Schleifens und entfernt den Schneidspan von der Grenzfläche zwischen dem Schleifgegenstand und dem Werkstück. Der hier verwendete Begriff "Schneidspan" beschreibt den eigentlichen Schmutz, der von dem Schleifgegenstand abgeschliffen wird. In manchen Fällen kann der Schneispan die Oberfläche des Werkstücks, das geschliffen wird, beschädigen. Folglich ist es wünschenswert, den Schneidspan von der Grenzfläche zu entfernen. Das Schleifen in Gegenwart eines Schmiermittels kann ebenfalls zu einer feineren Beschaffenheit auf der Werkstückoberfläche führen.

Geeignete Schmiermittel enthalten auf Wasser basierende Lösungen, die eine oder mehrere der folgenden Substanzen umfassen: Amine, Mineralöl, Kerosin, Mineralspiritus, wasserlösliche Ölemulsionen, Polyethylenimin, Ethylenglycol, Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Propylenglycol, Aminborat, Borsäure, Amincarboxylat, Pinienöl, Indole, Thioaminsalz, Amide, Hexahydro-1,3,5-triethyltriazin, Carbonsäuren, Natrium-2-mercaptobenzothiazol, Isopropanolamin, Triethylendiamintetraessigsäure, Propylenglycolmethylether, Benzotriazol, Natrium-2-pyridinethiol-1-oxid und Hexylenglycol. Schmiermittel können ebenfalls Korrosionshemmstoffe, Pilzhemmstoffe, Stabilisatoren, Tenside und/oder Emulgatoren enthalten.

Im Handel erhältliche Schmiermittel enthalten zum Beispiele diejenigen, die unter den folgenden Markenbezeichnungen bekannt sind: BUFF-O-MINT (im Handel bei Ameratron Products erhältlich), CHALLENGE 300HT oder 605HT (im Handel bei Intersurface Dynamics erhältlich), CIMTECH GL2015, CIMTECH CX-417 und CIMTECH 100 (CIMTECH ist im Handel bei Cincinnati Milacron erhältlich), DIAMOND KOOL oder HEAVY DUTY (im Handel bei Rhodes erhältlich), K-40 (im Handel bei LOH Optical erhältlich), QUAKER 101 (im Handel bei Quaker State erhältlich), SYNTILO 9930 (im Handel bei Castrol Industrial erhältlich), TIM HM (im Handel bei Master Chemical erhältlich), LONG-LIFE 20/20 (im Handel bei NCH Corp. erhältlich), BLASECUT 883 (im Handel bei Blaser Swisslube erhältlich), ICF-31NF (im Handel bei Du Bois erhältlich), SPECTRA-COOL (im Handel bei Salem erhältlich), SURCOOL K-11 (im Handel bei Texas Ntal erhältlich), AFG-T (im Handel bei Noritake erhältlich), SAFETY-COOL 130 (im Handel bei Castrol Industrial erhältlich) und RUSTLICK (im Handel bei Devoon erhältlich).

Ein bevorzugtes Schmiermittel zum Schleifen von Glas- oder Glaskeramikwerkstücken umfasst 3 Gew.-% Cimtech 100 (im Handel bei Cincinnati Milicron erhältlich) und 97 Gew.-% eines 80/20-Gew.-%-Gemisches aus Wasser und Glycerol. Ein anderes bevorzugtes Schmiermittel umfasst 4 Gew.-% einer K-40-Lösung in Wasser (K-40 umfasst eine Seife/Tensid und Mineralöl und ist im Handel bei LOH Optical erhältlich).

Während des Schleifens bewegt sich der Schleifgegenstand relativ zu der Oberfläche des Werkstücks und wird gegen die Werkstückoberfläche gedrückt, vorzugsweise bei einem Druck, der im Bereich von etwa 0,35 g/mm² bis etwa 7,0 g/mm², insbesondere bevorzugt von etwa 0,7 g/mm² bis etwa 3,5 g/mm² und am meisten bevorzugt bei etwa 2,8 g/mm² liegt. Wenn der Druck zu hoch ist, kann der Schleifgegenstand übermäßig abnutzen. Wenn umgekehrt der Druck zu niedrig ist, kann der Schleifgegenstand eine nicht angemessen hohe Schleifgeschwindigkeit aufweisen.

Wie erwähnt bewegen sich das Werkstück oder der Schleifgegenstand oder beide während des Schleifprozesses relativ zueinander. Diese Bewegung kann eine Drehbewegung, eine zufällige Bewegung oder eine lineare Bewegung sein. Eine Drehbewegung kann durch Befestigen einer Schleifplatte an einem Drehwerkzeug erzeugt werden. Das Werkstück und der Schleifgegenstand können sich in die gleiche Richtung drehen oder in entgegengesetzte Richtungen, wenn sie sich jedoch in die gleiche Richtung drehen, muss dies bei unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten geschehen. In einem bevorzugten Prozess werden Glaskeramikplatten in Haltern gehalten, die zwischen im Wesentlichen parallel drehenden Schleifgegenständen verlaufen, die um einen Abstand voneinander entfernt sind. Die drehenden Schleifgegenstände schleifen die beiden Hauptflächen der Glaskeramikplatten gleichzeitig ab, wenn die Platten zwischen die Schleifgegenstände geführt werden. Optional kann der Plattenhalter die Platten relativ zu den Schleifgegenständen in einem Drehmuster bewegen.

Für Maschinen beträgt die Betriebsanzahl der Umdrehungen pro Minute bis zu etwa 4.000 U/min und liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 25 U/min bis etwa 2.000 U/min, insbesondere bevorzugt von etwa 50 U/min bis etwa 1.000 U/min. Eine zufällige Kreisbewegung kann durch ein zufälliges Kreiswerkzeug erzeugt werden und eine lineare Bewegung kann durch ein kontinuierliches Schleifband erzeugt werden. Die relative Bewegung zwischen dem Werkstück und dem Schleifgegenstand kann ebenfalls von den Dimensionen des Werkstücks abhängen. Wenn das Werkstück relativ groß ist, kann bevorzugt werden, den Schleifgegenstand zu bewegen, während das Werkstück ortsfest gehalten wird.

In vielen Fällen wird der Schleifgegenstand an ein Polykarbonat-Untersegment gebunden, das ein Befestigungsmittel wie einen Haftklebstoff benutzt. Das Untersegment wird dann an die Plattform gebunden, ebenfalls mit Hilfe eines Befestigungsmittels wie eines Haftklebstoffes. Optional kann ein zusammendrückbares Segment zwischen das Untersegment und die Plattform gesetzt werden. Das zusammendrückbare Segment ist typischerweise aus einem zusammendrückbaren Material wie einem Polyurethanschaum, Kautschuk, Elastomer, Kautschukschaum und dergleichen gefertigt. Alternativ kann der Schleifgegenstand mit Hilfe eines Befestigungsmittels direkt an die Plattform gebunden werden.

Optional kann die Oberfläche des Schleifgegenstands und der Stützsegmente (zum Beispiel Untersegment, zusammendrückbares Segment) diskontinuierlich sein, um einen Weg für den Schmiermittelstrom zwischen dem Schleifgegenstand und dem Werkstück bereitzustellen.

Das Untersegment kann jegliche gewünschte Form wie einen Kreis, Rechteck, Viereck, Oval und dergleichen aufweisen. Das Untersegment kann bezüglich der Größe (längste Dimension) im Bereich von etwa 5 cm bis 1.500 cm liegen.

Der Schleifgegenstand ist an dem Untersegment oder der Plattform durch ein Befestigungsmittel gesichert. Dieses Befestigungsmittel kann eine Haftklebestoff-, Haken- und Ösenbefestigung oder ein Dauerklebstoff sein. Das Befestigungsmittel sollte derart sein, dass der Schleifgegenstand fest an dem Untersegment oder der Plattform gesichert werden kann.

Repräsentative Beispiele von Haftklebstoffen, die für diese Erfindung nützlich sind, enthalten Latexkrepp, Kolophonium, Acrylpolymer und -copolymer, zum Beispiel Polybutylacrylat, Polyacrylatester, Vinylether (zum Beispiel Polyvinyl-n-butylether), Alkyd-Klebstoffe, Kautschukklebstoffe (zum Beispiel Naturkautschuk, synthetischer Kautschuk, chlorierter Kautschuk) und Gemische davon. Der Haftklebstoff kann aus Wasser oder einem organischen Lösungsmittel beschichtet werden. In manchen Fällen wird bevorzugt, einen auf Kautschuk basierenden Haftklebstoff zu benutzen, der aus einem nicht polaren, organischen Lösungsmittel beschichtet wird. Alternativ kann der Haftklebstoff ein Übertragungsband sein.

Alternativ kann der Schleifgegenstand ein haken- und ösenartiges Befestigungssystem enthalten, um den Schleifgegenstand an dem Untersegment oder an der Plattform zu sichern. Das ösenartige Gewebe kann auf der Rückseite des beschichteten Klebstoffs mit Haken auf dem Untersegment angeordnet sein. Alternativ können die Haken auf der Rückseite des Schleifgegenstands mit den Ösen auf dem Untersegment oder der Plattform angeordnet sein. Dieses haken- und ösenartige Befestigungssystem ist in US-Patentschriften Nr. 4,609,581, 5,254,194 und 5,505,747 und in PCT WO 95/19242 weiter beschrieben.

Das folgende Testverfahren und die nicht einschränkenden Beispiele erläutern die Erfindung weiter. Alle Teile, Prozentanteile, Verhältnisse und dergleichen sind in den Beispielen bezüglich des Gewichts zu verstehen, sofern nicht anderweitig angegeben.

In den Beispielen werden die folgenden Abkürzungen benutzt:

In den Beispielen werden die folgenden Materialabkürzungen benutzt.

APS

ein anionisches Polyestertensid, das im Handel bei ICI Americas Inc., Wilmington, DE, unter der Handelsbezeichnung „ZYPHRUM PD9000" erhältlich ist;

OX-50

ein Siliciumdioxid-Absetzverhütungsmittel mit einem Flächeninhalt von 50 Quadratmetern/Gramm, das im Handel bei DeGussa Corporation, Dublin, OH, unter der Handelsbezeichnung „OX-50" erhältlich ist;

CS

Kalziummetasilikat-Füllstoff, der im Handel bei NYCO, Willsboro, NY, unter der Handelsbezeichnung „NYAD 400 WOLLASTONITE" erhältlich ist;

IRG819

Phosphinoxid, Phenyl-bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-Photoinitiator, der im Handel bei Ciba Geigy Corp., Greensboro, NC, unter der Handelsbezeichnung „IRGACURE 819" erhältlich ist;

SR368D

Acrylatestermischung, die im Handel bei Sartomer Company, West Chester, PA, unter der Handelsbezeichnung „SR368D" erhältlich ist;

PWA15

Weißer Aluminiumoxid-Füllstoff, der im Handel bei Fujimi Corporation, Elmhurst IL, unter der Handelsbezeichnung „PWA15" erhältlich ist;

DIA

10 bis 20 Mikrometer Industriediamantenpartikel, die im Handel bei Warren Diamond Powder Co., Inc., Olyphant, PA, unter der Handelsbezeichnung „RB DIAMOND" erhältlich sind.

Die Testmaschine war eine modifizierte, einseitige Strasbaugh-Schleifscheibe (erhältlich bei R. Howard Strasbaugh, Inc. von Long Beach, CA). Ein Untersegment aus 0,5 mm Polykarbonat wurde auf einen 2,3 mm dicken Urethanschaum laminiert und an die Stahlpolierplattform mit einem Haftklebstoff geklebt. Ein Schleifsegment von 30,5 cm wurde mit einem Haftklebstoff an das Untersegment geklebt. Das Werkstück war eine Titandioxidaluminiumsilikat-Glaskeramik, die einen äußeren Durchmesser von 84 mm und einen inneren Durchmesser von 25 mm aufwies und 0,99 mm dick war. Der Werkstückhalter benutzte einen gefederten Delrin-Ring (mit einem inneren Durchmesser von etwa 85 mm), um die Glasplatte während des Schleifens einzufassen. Ein DF200-Trägersegment von 84 mm Durchmesser (erhältlich bei Rodel von Newark, NJ) wurde auf der Stahlanschlussplatte des Werkstückhalters befestigt. Danach wurde die Glasplattenfläche, die der zu schleifenden Fläche gegenüberliegt, gegen das Trägersegment angeordnet, das mit Wasser befeuchtet worden war. Ohne Kraftanwendung ragte die Fläche des Delrin-Rings etwa 0,64 mm über die Fläche der Glasplatte heraus. Der Werkstückhalter wurde mit dem Schleifsegment derart in Kontakt gebracht, dass sich der Delrin-Ring zurückzog und ein direkter Kontakt der Glasplatte mit dem Schleifsegment bestand. Eine ausreichende Kraft wurde angewendet, so dass der resultierende Druck auf die Glasplatte etwa 564 Gramm/cm² betrug. Das Glasplattenzentrum war von dem Schleifsegmentzentrum etwa um 70 mm versetzt. Das Schleifsegment drehte sich bei etwa 150 U/min in Draufsicht in Uhrzeigerrichtung. Der Werkstückhalter drehte sich bei 50 U/min ebenfalls in Uhrzeigerrichtung. Das Schmiermittel wurde bei einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 80 Millimetern/Minute direkt auf das Schleifsegment getröpfelt. Die Platte schwang über dem Schleifsegment in einem Abstand von etwa 25 mm. Ein Schwingzeitraum betrug etwa 15 Sekunden. Um das Schleifsegment vorzukonditionieren, wurde eine Glasplatte 15 Minuten bei einem Druck von 564 Gramm/cm² geschliffen. Danach wurde eine Testplatte mit einer ungefähren Oberflächenbeschaffenheit von 0,30 um Ra (gemessen mit einem Modell-Perthometer M4Pi von Mahr Corp. von Cincinnati, OH, mit einem Fahrstift-Spitzenradius von 5 um) in den Werkstückhalter eingesetzt und bei einem Druck von etwa 282 Gramm/cm² drei Zyklen lang geschliffen, wobei jeder Zyklus fünf Minuten lang war. Eine neue Testplatte mit einer Eingangsbeschaffenheit von 0,30 um Ra wurde drei zusätzliche Zyklen lang benutzt. Die Glasplatten wurden vor und nach jedem Zyklus gewogen, um die Gesamtentfernung in Gramm zu bestimmen. Unter Benutzung einer Plattendichte von 2,78 Gramm/cm³ und einem Plattenflächeninhalt von 50,51 cm² wurde die Entfernung in Gramm in Mikrometer pro Minute (&mgr;m/min) umgewandelt.

Ein Schlamm aus 200 g der kolloidalen Siliciumdioxid-Dispergierung Ludox LS (im Handel bei Dupont Co., Wilmington, DE, erhältlich), 0,6 g des Tensids AY-50 (im Handel bei American Cyanamid, Wayne, NJ) und 30 g DIA wurden bei 825 bis 1.350 U/min 30 Minuten lang mit einem Sägezahnmischer mit hoher Scherkraft (7,62 cm (3 Inch) Blattdurchmesser) gemischt. Ungefähr 18,10^–3 m³ (4,75 Gallonen) 2-Ethylhexanol wurden zusammen mit 20 g AY-50-Tensid in einen Behälter gegeben. Der oben beschriebene Schlamm wurde dann unter kontinuierlichem Rühren 2-Ethylhexanol hinzugefügt. Das Gemisch wurde 30 Minuten lang geschüttelt. Dann wurde das 2-Ethylhexanol abgezogen und die Kügelchen wurden mit Aceton gewaschen. Die Kügelchen wurden bei 550 °C getrocknet und nach Größe gesiebt. In diesem Fall wiesen die Kügelchen einen Durchmesser von weniger als 37 &mgr;m auf.

Ein Herstellungswerkzeug wurde durch Gießen eines Polypropylenmaterials auf ein Metallmatrizenwerkzeug hergestellt, das eine Gussfläche aufweist, die aus einer Ansammlung benachbarter, abgeschnittener Pyramiden besteht. Das Metallmatrizenwerkzeug ist durch einen Diamantabstimmungsprozess hergestellt worden. Das resultierende Polymerherstellungswerkzeug enthielt Hohlräume, welche die Form von vierseitigen, abgeschnittenen Pyramiden aufwiesen. Die Höhe jeder abgeschnittenen Pyramide lag bei etwa 356 Mikrometern (14 mils), jede Grundseite wies etwa 1.427 Mikrometer (56 mils) pro Seite auf und die Oberseite wies etwa 1.334 Mikrometer (52,5 mils) pro Seite auf. Es lagen ungefähr 445 Mikrometer zwischen den Grundseiten der benachbarten, abgeschnittenen Pyramiden.

Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel A und B wurden aus den Schleifschlammformulierungen in Tabelle 2 mit Hilfe des Herstellungswerkzeugs hergestellt. Zuerst wurden die Hohlräume des Herstellungswerkzeuges mit dem gewünschten Schleifschlamm gefüllt. Danach wurde ein Zuschnitt einer Polyesterschicht von 0,127 mm (5 mil) mit einer Ethylenacrylsäure-Grundierschicht unter Verwendung von Kautschukabquetschwalzen auf die mit Schleifschlamm gefüllte Bearbeitung laminiert. Zwei Mitteldruck-Quecksilberkugeln wurden bei 400 Watt pro Inch in Reihe benutzt, um die Bindemittelvorstufe des Schleifschlamms zu härten. Der Folien/Herstellungswerkzeug-Schichtstoff wurde bei 0,178 m/s (35 fmp) zweimal unter die UV-Lampen gehalten. Der Folienträger, an dem die strukturierte Schleifbeschichtung haftet, wurde dann von dem Herstellungswerkzeug entfernt. Die strukturierten Schleifgegenstände wurden dann unter Benutzung von Testverfahren 1 (Strasbaugh-Test) getestet und die Ergebnisse sind in Tabelle 3 beschrieben.

• Anmerkung: Das benutzte Schmiermittel umfasste 3 Gew.-% Cimtech 100 (im Handel bei Cincinnati Milicron erhältlich) und 97 Gew.-% eines 80/20-Gew.-%-Wasser/Glycol-Gemischs.

Die Ergebnisse in Tabelle 3 zeigen, dass Beispiel 1 mit einem Schmiermittel die höchsten und die stetigsten Schleifgeschwindigkeiten der getesteten Proben aufweist. Die Leistung nimmt ab, wenn das Schmiermittel durch Wasser ersetzt wird, wenn die Diamantkügelchen-Schleifpartikel durch Diamantenpartikel (Vergleichsbeispiel A) ersetzt werden oder die Füllstoffmenge reduziert wird (Vergleichsbeispiel B).