DE2001728C

DE2001728C - Molten abrasive

Info

Publication number: DE2001728C
Application number: DE19702001728
Authority: DE
Inventors: Loring Princeton Mass Coesjun (V St A)
Original assignee: Norton Co , Worcester, Mass (V St A)
Priority date: 1969-01-16
Filing date: 1970-01-15
Publication date: 1973-02-08

Description

Die Erfindung betrifft geschmolzenes Schleifmittel, welches im wesentlichen aus Spinell und Zirkoniumoxid besteht, sowie die Anwendung des neuen Schleifmittels in Schleifkörpern und flächigen Schleifpapieren oder -leinen. Sie werden hergestellt durch Mischen entsprechender Mengenanteile von Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und Zirkoniumoxid und Einschmelzen der Masse. Aus der Schmelze kristallisiert dann Spinell und Zirkoniumoxid aus.The invention relates to a molten abrasive, which consists essentially of spinel and zirconium oxide, and the use of the new abrasive in abrasive bodies and flat abrasive paper or cloth. They are made by mixing appropriate proportions of aluminum oxide, magnesium oxide and zirconium oxide and melting the mass. Spinel and zirconium oxide then crystallize out of the melt.

Es ist bekannt, daß geschmolzene Schleifmittel auf der Basis von Zirkoniumoxid eine hohe Schlagfestigkeit besitzen und auf Schleifscheiben großer Haltbarkeit verarbeitet werden können. Diese Schleifkörper eignen sich infolge ihrer Eigenschaften für hohe Beanspruchungen wie Entgraten oder Putzen.It is known that molten zirconia-based abrasives have high impact resistance and can be processed on grinding wheels with great durability. Due to their properties, these grinding tools are suitable for high loads such as deburring or cleaning.

Seit vielen Jahren ist kleines Alpha-Aluminiumoxid das wichtigste Schleifmittel für schwere Schleifarbeiten. Die Leistungsfähigkeit von Schleifmitteln auf der Basis von kleines Alpha-Tonerde beruht auf dessen Härte, hohem Schmelzpunkt und relativ geringer chemischer Aktivität gegenüber den Metallen, mit denen sie im Rahmen der Metallbearbeitung in Berührung kommen. Schleifscheiben oder andere Schleifkörper aus solchem Schleifmittel sind sehr leistungsfähig und ermöglichen einen relativ sehr großen Materialabtrag bei relativ geringen Kosten für die Schleifkörper infolge von Verschleiß. Um diese wertvollen Produkte weiter zu verbessern, sind in den letzten Jahren große Anstrengungen gemacht worden. Eine wesentliche Verbesserung wurde dadurch erreicht, daß man im Rahmen der Herstellung der Schleifkörper die chemische Reaktionsfähigkeit des Schleifmittels einzustellen vermag. Dann wurde auch erkannt, daß Schleifmittel mit verbesserter Festigkeit aus Schmelztonerde, die abgeschreckt wurde, erhalten werden kann. Schließlich zeigte sich, daß ein Aufmahlen der Schmelzmasse auf ein blockiges oder stumpfes Korn günstiger ist. Auch wurden Wärmebehandlungen zur Befreiung des Korns von inneren Spannungen vorgeschlagen.For many years, small alpha alumina has been the primary abrasive for heavy-duty grinding work. The performance of abrasives based on small alpha alumina is based on its hardness, high melting point and relatively low chemical activity towards the metals with which they come into contact during metalworking. Grinding wheels or other grinding bodies made from such abrasives are very efficient and allow a relatively very large amount of material to be removed at relatively low costs for the grinding bodies as a result of wear. In order to further improve these valuable products, great efforts have been made in recent years. A significant improvement was achieved by being able to adjust the chemical reactivity of the abrasive during the production of the abrasive bodies. Then it was also recognized that abrasives having improved strength can be obtained from fused alumina which has been quenched. Finally, it was found that grinding the molten mass onto a blocky or blunt grain is more favorable. Heat treatments have also been proposed to relieve the grain from internal stresses.

Ein noch leistungsfähigeres Schleifkorn für schwere Schleifvorgänge ist eine kleines Alpha-Tonerde mit einem gewissen Anteil an Zirkoniumoxid. Durch diesen Zusatz wird der einzige Nachteil der kleines Alpha-Tonerde, nämlich der relativ hohe Verschleiß, verbessert. Zirkonhaltige kleines Alpha-Tonerde ist für Schleifvorgänge wesentlich leistungsfähiger als Schleifkorn aus Tonerde allein. Zwar ist die Abtragsgeschwindigkeit von Schleifkorn, enthaltend Zirkonium- und Aluminiumoxid, unter bestimmten Schleifbedingungen etwas geringer als bei Schleifkorn nur aus Aluminiumoxid, jedoch zeigt das zirkoniumhaltige Produkt einen bis zu 50 % geringeren Verschleiß, wodurch die etwas geringere Schnittgeschwindigkeit weitgehend aufgewogen ist (USA-Patentschrift 3 181 939).An even more powerful abrasive grain for heavy-duty grinding operations is a small alpha-alumina with a certain proportion of zirconium oxide. This addition improves the only disadvantage of the small alpha alumina, namely the relatively high wear and tear. Small alpha alumina containing zirconia is much more efficient for grinding than abrasive grain made from alumina alone. Although the removal rate of abrasive grain containing zirconium and aluminum oxide is somewhat lower under certain grinding conditions than with abrasive grain made only of aluminum oxide, the zirconium-containing product shows up to 50% less wear, which largely offsets the somewhat lower cutting speed (USA patent specification 3 181 939).

Trotzdem die Schleifmittel aus geschmolzener kleines Alpha-Tonerde und auch enthaltend Zirkoniumoxid zu einer wesentlichen Verbesserung der Schleifvorgänge in der metallbearbeitenden Industrie bei gleichzeitiger Kostensenkung führten, zeigte sich jedoch, daß diese Produkte nicht so begehrenswert sind, wenn Arbeit oder Zeit die am schwersten kostenbelastenden Faktoren sind und nicht so sehr der Aufwand für das Schleifmittel oder die Schleifscheibe ins Gewicht fällt. In Schleifoperationen, bei denen die Lohnkosten ausschlaggebend sind, ist die wichtigste Eigenschaft eines Schleifmittels die Schnittgeschwindigkeit oder der Materialabtrag bei bestimmten Arbeitsbedingungen. Im Hinblick auf die in den letzten Jahren ungeheuer angestiegenen Lohnkosten ist in der lohnintensiven metallverarbeitenden Industrie ein hoher Bedarf nach einem Schleifmittel, welches eine wesentliche Verringerung des Arbeitsaufwandes gestattet. Ein Schleifmittel mit wesentlich höherer Schnittgeschwindigkeit oder Materialabtrag, gleichzeitig mit keiner nennenswerten Verschlechterung der Haltbarkeit, würde notwendigerweise zu einer wesentlichen Kosteneinsparung führen. Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, dieses Problem durch ein neues Schleifmittel zu lösen.Although the abrasives made from molten small alpha alumina and also containing zirconia have significantly improved grinding operations in the metalworking industry while reducing costs, it has been found that these products are not as desirable when labor or time are the most heavily costly factors and the effort for the abrasive or the grinding wheel is not so important. In grinding operations, in which labor costs are a decisive factor, the most important property of an abrasive is the cutting speed or the material removal rate under certain working conditions. In view of the tremendous increase in wage costs in recent years, there is a great need in the wage-intensive metalworking industry for an abrasive which allows a significant reduction in the amount of work. An abrasive with a significantly higher cutting speed or material removal, at the same time with no significant deterioration in durability, would necessarily lead to significant cost savings. The invention has set itself the goal of solving this problem by means of a new abrasive.

Die Erfindung betrifft nun ein geschmolzenes Schleifmittel hoher Festigkeit, hoher Schnittgeschwindigkeit, guter Kristallinität, welches im wesentlichen aus Zirkoniumoxid und Spinell (Magnesium-Aluminium-Oxid) besteht. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Schleifmittels kann in einem üblichen elektrischen Lichtbogenofen durch Einschmelzen von Bauxit, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid, Kohle und Eisendrehspänen erhalten werden. Die Schmelze wird abgegossen und kann schnell erstarren. Die Schmelzmasse besteht im wesentlichen aus Zirkoniumoxid und dem Spinell, also Magnesiumoxid-Aluminiumoxid. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Schleifmittels kann in einer Schleifscheibe oder einem ähnlich geformten Schleifkörper mit Kunstharzbindung oder mit Hilfe eines silikatischen oder anderen anorganischen Bindemittels angewandt werden. Die Schleifkörper eignen sich zur Bearbeitung von niederlegierten Stählen, wo sie sich durch hohe Schnittgeschwindigkeit im Vergleich gegenüber Aluminiumoxid-Schleifkorn und eine besondere Dauerhaftigkeit infolge geringem Verschleißes auch gegenüber den bekannten Aluminium-Zirkoniumoxid-Schleifmitteln auszeichnen.The invention now relates to a molten abrasive of high strength, high cutting speed, good crystallinity, which consists essentially of zirconium oxide and spinel (magnesium-aluminum oxide). The abrasive according to the invention can be produced in a conventional electric arc furnace by melting down bauxite, zirconium oxide, magnesium oxide, carbon and iron turnings. The melt is poured off and can solidify quickly. The melt consists essentially of zirconium oxide and the spinel, i.e. magnesium oxide-aluminum oxide. The abrasive according to the invention can be used in a grinding wheel or a similarly shaped abrasive body with a synthetic resin bond or with the aid of a silicate or other inorganic binder. The grinding tools are suitable for processing low-alloy steels, where they are characterized by a high cutting speed compared to aluminum oxide abrasive grain and a special durability due to low wear, also compared to the known aluminum-zirconium oxide abrasives.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Schleifmittel in der metallbearbeitenden Industrie ist die Kombination der hohen Schnittgeschwindigkeit mit dem geringen Verschleiß. Die erfindungsgemäßenThe particular advantage of the abrasives according to the invention in the metalworking industry is the combination of the high cutting speed with the low wear. The invention

Schleifmittel füllen also die Lücke zwischen den schnell schneidenden aber auch schnell verschleißenden Aluminiumoxid-Schleifmitteln und den außerordentlich dauerhaften, jedoch relativ langsam schneidenden Zirkonium-Aluminiumoxid-Schleifmitteln.Abrasives fill the gap between the fast-cutting but also fast-wearing aluminum oxide abrasives and the extremely durable, but relatively slow-cutting zirconium-aluminum oxide abrasives.

Das erfindungsgemäße Schleifmittel besitzt eine Dauerhaftigkeit wie die besten vergleichbaren Schleifmittel, zeichnet sich jedoch durch eine wesentlich höhere Schnittgeschwindigkeit aus. Sie dienen zur Herstellung von Schleifscheiben u. dgl., die besonders vorteilhaft für Schleifvorgänge unter hoher Belastung geeignet sind, wie beim Hobeln auf Pendelschleifmaschinen oder Schleifböcken.The abrasive according to the invention has a durability like the best comparable abrasives, but is characterized by a significantly higher cutting speed. They are used to produce grinding wheels and the like, which are particularly suitable for grinding processes under high loads, such as when planing on pendulum grinding machines or bench grinders.

Die erfindungsgemäßen Schleifmittel können auch zu Schleifpapieren oder Schleifleinen verarbeitet werden und dienen als solche für schwere Bearbeitungsvorgänge.The abrasives according to the invention can also be processed into abrasive papers or abrasive cloth and as such are used for heavy machining operations.

Spinelle sind Doppeloxide der allgemeinen Formel M[hoch]II M[hoch]III[tief]2O[tief]4 mit einem Kristallgitter, in dem die Sauerstoffatome in kubisch dichter Packung mit den zweiwertigen und dreiwertigen Metallatomen in einem hexakisoktaedrischen Gitter auftreten. Die Spinellgruppe umfaßt eine große Vielfalt von natürlich vorkommenden und synthetischen Verbindungen, wobei als zweiwertige Metallatome Beryllium, Magnesium, Zink, Kadmium, Mangan, Eisen, Kobalt oder Nickel und als dreiwertige Metallatome Aluminium, Gallium, Indium, Eisen, Kobalt oder Chrom vorkommen können. Eines der wesentlichen Produkte der Spinellgruppe ist der Spinell, also das Magnesium-Aluminium-Doppeloxid MgAl[tief]2O[tief]4 oder MgO x Al[tief]2O[tief]3. Wenn im folgenden von dem Spinell gesprochen wird, wird das Magnesium-Aluminium-Oxid verstanden, wird von Spinellen gesprochen, so ist die ganze Kristallklasse der Spinelle zu verstehen. Die Sache wird noch komplizierter, wenn man berücksichtigt, daß Magnesium-Aluminium-Spinelle auftreten, die einen höheren Anteil an Aluminiumoxid aufweisen, als er dem Spinell MgAl[tief]2O[tief]4 entsprechen würde, z.B. MgO x 4Al[tief]2O[tief]3. In diesem Fall liegen 3 Moleküle Aluminiumoxid neben dem eigentlichen Spinell vor. Es handelt sich dabei um eine feste Lösung. Derartige Spinelle kann man auch dadurch charakterisieren, daß man auf ihren fehlenden Anteil an Magnesiumoxid hinweist. Nach der Erfindung kann das Verhältnis Al[tief]2O[tief]3 : MgO über 4 : 1 liegen. Da es ohne Bedeutung ist, ob das überschüssige Aluminiumoxid in dem Spinell gelöst ist oder nicht, wird der Anteil an Aluminiumoxid, der über das Verhältnis zu Magnesiumoxid in dem Spinell hinausgeht, im folgenden als freies Aluminiumoxid bezeichnet. Im gleichen Sinne wird von freiem Magnesiumoxid gesprochen, wenn der Anteil von MgO die Menge übersteigt, die der Formel des Spinells entsprechen würde, auch hier ohne Rücksicht darauf, ob das freie Magnesiumoxid in dem Spinell gelöst ist oder nicht.Spinels are double oxides of the general formula M [high] II M [high] III [low] 2O [deep] 4 with a crystal lattice in which the oxygen atoms occur in a cubic close packing with the divalent and trivalent metal atoms in a hexakisoctahedral lattice. The spinel group comprises a large variety of naturally occurring and synthetic compounds, with beryllium, magnesium, zinc, cadmium, manganese, iron, cobalt or nickel as divalent metal atoms and aluminum, gallium, indium, iron, cobalt or chromium as trivalent metal atoms. One of the main products of the spinel group is spinel, i.e. the magnesium-aluminum double oxide MgAl [deep] 2O [deep] 4 or MgO x Al [deep] 2O [deep] 3. If in the following the spinel is spoken of, the magnesium-aluminum oxide is understood; if spinels are spoken of, the entire crystal class of spinels is to be understood. The matter becomes even more complicated if one takes into account that magnesium-aluminum spinels occur which have a higher proportion of aluminum oxide than would correspond to the spinel MgAl [deep] 2O [deep] 4, eg MgO x 4Al [deep] 2O [deep] 3. In this case there are 3 molecules of aluminum oxide in addition to the actual spinel. It is a solid solution. Such spinels can also be characterized by pointing out their lack of magnesium oxide. According to the invention, the ratio of Al [deep] 2O [deep] 3: MgO can be above 4: 1. Since it is irrelevant whether the excess aluminum oxide is dissolved in the spinel or not, the proportion of aluminum oxide which exceeds the ratio to magnesium oxide in the spinel is hereinafter referred to as free aluminum oxide. In the same sense, the term free magnesium oxide is used when the proportion of MgO exceeds the amount that would correspond to the formula of the spinel, also here regardless of whether the free magnesium oxide is dissolved in the spinel or not.

Es zeigte sich überraschenderweise, daß durch die Einbringung von Magnesium-Aluminium-Spinell in eine Grundmasse aus Zirkoniumoxid man ein Produkt erhält, welches eine Schnittgeschwindigkeit in der Größenordnung des alten Aluminiumoxids, jedoch eine Verschleißbeständigkeit wie die zirkoniumaluminium-haltigen Schleifmittel besitzt; dies gilt bis herunter zu einem Spinellanteil von 15 Gewichtsprozent.It was surprisingly found that by incorporating magnesium-aluminum spinel into a base material of zirconium oxide, a product is obtained which has a cutting speed in the order of magnitude of the old aluminum oxide, but has a wear resistance like the zirconium-aluminum-containing abrasives; this applies down to a spinel content of 15 percent by weight.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß ein derartig hochwertiges Schleifmittel erhalten wird, wenn ein Gemisch von etwa 20 bis 65 Gewichtsprozent Zirkoniumoxid und 80 bis 35 Gewichtsprozent eines Gemisches von Magnesiumoxid und Aluminiumoxid in üblichen elektrischen Lichtbogenöfen eingeschmolzen und die Schmelze abgeschreckt wird und die Gießlinge zerkleinert werden. Es ergab sich, daß das Spinell nicht unbedingt genau einem Molverhältnis Aluminiumoxid zu Magnesiumoxid 1 : 1 entsprechen muß, sondern man besonders hochwertige Schleifmittel erhält, wenn in gewissen Grenzen freies Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid vorliegt. Bei umfangreichen Untersuchungen über brauchbare Doppeloxide aus der Gruppe der Spinelle ergab sich, daß zwar einige der Spinelle brauchbar sind, jedoch überragendes Schleifmittel mit Magnesium-Aluminium-Spinell in Verbindung mit Zirkoniumoxid erhalten wird. Andere Spinelle haben einen tieferen Schmelzpunkt, d.h. unter 2000°C, während das Spinell einen Schmelzpunkt von 2135°C besitzt. Man kann also sagen, daß bei sonst allen anderen Eigenschaften in gleicher Weise das Material das beste sein wird, welches den höchsten Schmelzpunkt besitzt.According to the invention it has been found that such a high quality abrasive is obtained when a mixture of about 20 to 65 percent by weight of zirconium oxide and 80 to 35 percent by weight of a mixture of magnesium oxide and aluminum oxide is melted in conventional electric arc furnaces and the melt is quenched and the castings are comminuted. It was found that the spinel does not necessarily have to correspond exactly to a molar ratio of aluminum oxide to magnesium oxide 1: 1, but that particularly high-quality abrasives are obtained if free aluminum oxide or magnesium oxide is present within certain limits. Extensive investigations into useful double oxides from the group of spinels have shown that although some of the spinels are useful, outstanding abrasives are obtained with magnesium-aluminum spinel in conjunction with zirconium oxide. Other spinels have a lower melting point, i.e. below 2000 ° C, while the spinel has a melting point of 2135 ° C. So it can be said that for all other properties in the same way, the best material will be the one which has the highest melting point.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifmittel sollten die hochreinen Oxide angewandt werden. Durch die extremen Kosten von besonders reinen Ausgangsmaterialien ist dies jedoch praktisch undurchführbar. Erfindungsgemäß können die neuen Schleifmittel auch aus weniger reinen Ausgangsprodukten hergestellt werden, wie Bauxit, Magnesit und Zirkon. Art und Menge der Verunreinigungen, die durch das Rohmaterial in die Schmelze eingebracht werden, müssen jedoch berücksichtigt werden. Der Gesamtanteil an Verunreinigungen über 5 % wirkt sich nicht als besonders nachteilig auf die Schleifleistung aus, jedoch wird zweckmäßigerweise der Anteil an Fremdstoffen und Verunreinigungen unter etwa 5 % gehalten. Aus diesem Grund verwendet man für Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid und Magnesiumoxid Ausgangsprodukte oder wendet ein Schmelzverfahren entsprechender Art an, um den Gesamtanteil an Fremdstoffen in dem Schleifmittel nicht über 5 % zu haben. Optimale Produkte erhält man aus dem Eutektikum von Zirkoniumoxid und Spinell bei einem Gewichtsanteil von etwa 52 % Zirkoniumoxid und 48 % Spinell, wobei für das Spinell ein Molverhältnis Al[tief]2O[tief]3 : MgO von 1 : 1, mit anderen Worten ohne freier Tonerde oder Magnesia anzunehmen ist. Dieses ideale Verhältnis ist zwar wünschenswert, jedoch nicht kritisch. Es wurde nämlich festgestellt, daß auch erfindungsgemäße Schleifmittel überragende Eigenschaften besitzen, wenn bis etwa 7 Gewichtsprozent der gesamten Masse freies Magnesiumoxid vorliegt. Auch kann ein Anteil bis zu etwa 65 Gewichtsprozent freies Aluminiumoxid zugelassen werden. Das optimale Gewichtsverhältnis von Zirkoniumoxid und Spinell liegt bei ungefähr 1 : 1, wobei beide Produkte in der Masse in einer Menge von jeweils 35 bis 55 Gewichtsprozent vorliegen.The high purity oxides should be used in the manufacture of the abrasives of the present invention. However, due to the extreme cost of particularly pure starting materials, this is practically impracticable. According to the invention, the new abrasives can also be produced from less pure starting products, such as bauxite, magnesite and zirconium. However, the type and amount of impurities introduced into the melt by the raw material must be taken into account. The total proportion of impurities over 5% does not have a particularly detrimental effect on the grinding performance, but the proportion of foreign matter and impurities is expediently kept below about 5%. For this reason, raw materials are used for aluminum oxide, zirconium oxide and magnesium oxide, or a melting process of the same type is used so that the total proportion of foreign matter in the abrasive does not exceed 5%. Optimal products are obtained from the eutectic of zirconium oxide and spinel with a weight fraction of about 52% zirconium oxide and 48% spinel, with a molar ratio Al [deep] 2O [deep] 3: MgO of 1: 1 for the spinel, in other words without free clay or magnesia. This ideal ratio, while desirable, is not critical. It has been found that abrasives according to the invention also have outstanding properties when free magnesium oxide is present up to about 7 percent by weight of the total mass. A proportion of up to about 65 percent by weight of free aluminum oxide can also be permitted. The optimal weight ratio of zirconia and spinel is approximately 1: 1, with both products being present in the bulk in an amount of 35 to 55 percent by weight each.

Die Art des Einschmelzens ist für die Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifmittel ohne Belang. Es kann praktisch jeder Ofen angewandt werden, der die erforderliche Schmelztemperatur zu erzeugen vermag (USA-Patentschrift 2 426 643).The type of melting is of no importance for the production of the abrasives according to the invention. Virtually any furnace capable of generating the required melting temperature can be used (US Pat. No. 2,426,643).

Wenn das ganze Ausgangsmaterial eingeschmolzen und alle Reaktionen beendet sind, so wird die Schmelze schnell abgegossen und zur Erstarrung gebracht. Die Abkühlungsgeschwindigkeit und die Zu- sammensetzung der Schmelzmasse haben einen gewissen Einfluß auf die durchschnittliche Kristallgröße des fertigen Produkts. Bei den erwähnten Mengenanteilen und einem Molverhältnis Al[tief]2O[tief]3 : MgO von 1 : 1 liegen in dem erstarrten Produkt wesentliche Anteile des Zirkoniumoxid-Spinell-Eutektikums vor. Dieses besitzt immer eine extrem kleine Kristallgröße, nämlich in der Größenordnung von maximal 5 µm. Dieses scheint eigentlich im allgemeinen von der Abkühlungsgeschwindigkeit unabhängig zu sein. Liegt eine eutektische Zusammensetzung vor, das sind etwa 52 Gewichtsprozent ZrO[tief]2 und 48 Gewichtsprozent Spinell, dann hat die ganze Masse eine außerordentlich kleine durchschnittliche Kristallgröße.When all of the starting material has melted and all reactions have ended, the melt is quickly poured off and solidified. The cooling rate and the composition of the melt have a certain influence on the average crystal size of the finished product. With the mentioned proportions and a molar ratio Al [deep] 2O [deep] 3: MgO of 1: 1, the solidified product contains substantial amounts of the zirconium oxide spinel eutectic. This always has an extremely small crystal size, namely in the order of magnitude of a maximum of 5 µm. This actually seems to be independent of the cooling rate in general. If there is a eutectic composition, that is about 52 percent by weight ZrO [deep] 2 and 48 percent by weight spinel, then the whole mass has an extremely small average crystal size.

Weicht jedoch andererseits die Zusammensetzung wesentlich von der eutektischen ab, z.B. 28 % ZrO[tief]2 und 62 % Spinell, d.h. etwa 30 % Spinell über dem eutektischen Gemisch, so bilden sich wesentlich größere Kristalle aus der Schmelze, als dies bei der eutektischen Mischung der Fall ist, und zwar für eine bestimmte Abkühlungsgeschwindigkeit.If, on the other hand, the composition differs significantly from the eutectic mixture, e.g. 28% ZrO [deep] 2 and 62% spinel, ie about 30% spinel above the eutectic mixture, significantly larger crystals form from the melt than is the case with the eutectic mixture is the case for a certain cooling rate.

Der dritte Faktor, der die Kristallinität der erfindungsgemäßen Schleifmittel beeinflußt, sind die freien Anteile an Magnesiumoxid oder Aluminiumoxid. Liegen diese beiden freien Oxide in fester Lösung oder ausgefällt vor, so sind sie extrem feinkristallin, und zwar etwa wie das Eutektikum Zirkoniumoxid-Spinell. Darüber hinaus ist das eutektische Gemisch von Zirkoniumoxid und diesen MgO- oder Al[tief]2O[tief]3-reichen Spinellen so fein kristallin wie das obenerwähnte einfache Eutektikum mit den stöchiometrischen Anteilen an Magnesium- und Aluminiumoxid. Die ziffernmäßige durchschnittliche Kristallitgröße beider Spinelle, also der mit freiem Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid oder auch solchen mit ungelösten Anteilen dieser Oxide, liegen etwa in der Größenordnung von 5 bis 10 µm oder darunter und werden im wesentlichen nicht beeinflußt durch die Verfahrensbedingungen.The third factor which influences the crystallinity of the abrasives according to the invention is the free proportions of magnesium oxide or aluminum oxide. If these two free oxides are in solid solution or are precipitated, they are extremely finely crystalline, like the eutectic zirconium oxide spinel. In addition, the eutectic mixture of zirconium oxide and these MgO or Al [deep] 2O [deep] 3-rich spinels is as finely crystalline as the above-mentioned simple eutectic with the stoichiometric proportions of magnesium and aluminum oxide. The numerical average crystallite size of both spinels, i.e. those with free aluminum oxide or magnesium oxide or also those with undissolved fractions of these oxides, are in the order of magnitude of 5 to 10 μm or less and are essentially not influenced by the process conditions.

Liegt in der Schmelze ein Überschuß an Spinell über das eutektische Verhältnis vor, so kann sich die Abkühlungsgeschwindigkeit sehr deutlich auf das Fertigprodukt auswirken. In diesem Fall wird die Kristallitgröße der Primärkristalle des Spinells um so größer sein, je größer der Überschuß an Spinell und je geringer die Abkühlungsgeschwindigkeit der Schmelze ist.If there is an excess of spinel in the melt over the eutectic ratio, the cooling rate can have a very clear effect on the finished product. In this case, the greater the excess of spinel and the lower the cooling rate of the melt, the greater the crystallite size of the primary crystals of the spinel.

Die einzige Begrenzung hinsichtlich der Größe der Primärspinellkristalle und folglich der Abkühlungsgeschwindigkeit der Schmelze liegt in der beabsichtigten Teilchengröße oder Körnung des angestrebten Schleifmittels. Der Überschuß an Spinell und die Kühlgeschwindigkeit brauchen nicht derart eingestellt sein, daß die Primärkristalle des Spinells so groß sind, daß bei Aufmahlen des rohen Schleifmittels auf die gewünschte Körnung die Zusammensetzung eines wesentlichen Anteils des aufgemahlenen Schleifmittels außerhalb der erfindungsgemäßen Zusammensetzung an Zirkoniumoxid und Spinell fällt. Soll beispielsweise aus dem Schleifmittel ein Produkt mit einer Körnungsgröße 0,21 mm gemacht werden, wobei das rohe Schleifkorn eine Zusammensetzung von 28 % ZrO[tief]2, 62 % Spinell, 6 % freies Al[tief]2O[tief]3 und 4 % Verunreinigungen hat und hergestellt worden ist aus etwa 22,5 kg Masseln, werden etwa 26 % des Schleifkorns obiger Körnung im wesentlichen Spinell sein und nicht Zirkoniumdioxid-Spinell nach der Erfindung, und zwar auf Grund der Rohzusammensetzung und der Abkühlungsgeschwindigkeit beim Abguß in Masseln oder Gießlinge von etwa 22,5 kg, wobei sich primäre Spinellkristalle mit einer durchschnittlichen Kristallgröße von etwa 210 µm entsprechend dem Schleifkorn 0,21 mm bilden.The only limitation with regard to the size of the primary spinel crystals and consequently the cooling rate of the melt lies in the intended particle size or grain size of the desired abrasive. The excess of spinel and the cooling rate do not need to be adjusted in such a way that the primary crystals of the spinel are so large that when the raw abrasive is ground to the desired grain size, the composition of a substantial proportion of the ground abrasive falls outside the inventive composition of zirconium oxide and spinel. If, for example, a product with a grain size of 0.21 mm is to be made from the abrasive, the raw abrasive grain having a composition of 28% ZrO [deep] 2, 62% spinel, 6% free Al [deep] 2O [deep] 3 and 4 % Impurities and has been produced from about 22.5 kg pigs, about 26% of the abrasive grain of the above grain size will be essentially spinel and not zirconia spinel according to the invention, due to the raw composition and the cooling rate when casting in pigs or Castings of about 22.5 kg, primary spinel crystals with an average crystal size of about 210 µm corresponding to the abrasive grain 0.21 mm.

Aus obigem ist zu entnehmen, daß diese Ausführungen in gleicher Weise für Zirkoniumdioxid-Spinell-Massen mit freiem gelösten und/oder nicht gelöstem Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid gelten.From the above it can be seen that these statements apply in the same way to zirconium dioxide spinel masses with free, dissolved and / or undissolved aluminum oxide or magnesium oxide.

Wird jedoch andererseits das obige rohe geschmolzene Produkt auf eine Körnung 1,41 mm zerkleinert, so würde das dabei anfallende Korn und das daraus hergestellte Schleifmaterial unter den Erfindungsgegenstand fallen.On the other hand, if the above raw molten product is crushed to a grain size of 1.41 mm, the resulting grain and the abrasive material made from it would fall under the subject matter of the invention.

Mit anderen Worten ist die zahlenmäßige durchschnittliche Kristallgröße des erfindungsgemäßen Schleifkorns kein einschränkender Faktor mit Ausnahme, wenn es die Zusammensetzung des Fertigprodukts, nämlich des feinteiligen Schleifkorns beeinflußt. Die durchschnittliche Kristallgröße sollte derart sein, daß ein zerkleinertes Schleifkorn erhalten werden kann, in dem zumindest das Hauptvolumen die erfindungsgemäßen Forderungen erfüllt.In other words, the numerical average crystal size of the abrasive grain according to the invention is not a limiting factor with the exception of when it influences the composition of the finished product, namely the finely divided abrasive grain. The average crystal size should be such that a comminuted abrasive grain can be obtained in which at least the main volume meets the requirements of the invention.

Die letzte Stufe bei der Herstellung des Schleifmittels ist das Zerkleinern auf die gewünschte Körnung. Es gibt die verschiedensten üblichen Zerkleinerungsarten für rohe Schleifprodukte, z.B. Backenbrecher, Hammermühlen, Walzwerke, Schlagmühlen u. dgl. Die Art der Zerkleinerung ist kein wesentlicher Faktor. Aus wirtschaftlichen Überlegungen wird jedoch eine Schlagzerkleinerung wie in der Hammermühle (deutsches Patent 506 517) bevorzugt. Soll darüber hinaus das Schleifmittel für besondere schwere Schleifarbeiten angewandt werden, ist es besonders zweckmäßig, eine Schlagzerkleinerung vorzunehmen, da gerade bei dieser Zerkleinerungsart nur die allerfestesten Brocken oder Teile den Zerkleinerungsprozeß überstehen.The last stage in the manufacture of the abrasive is crushing it to the desired grain size. There are various common types of comminution for raw grinding products, e.g. jaw crushers, hammer mills, rolling mills, impact mills, etc. The type of comminution is not an essential factor. For economic reasons, however, impact comminution as in the hammer mill (German patent 506 517) is preferred. If, in addition, the abrasive is to be used for particularly heavy grinding work, it is particularly expedient to undertake impact comminution, since with this type of comminution only the most solid chunks or parts survive the comminution process.

Wie allgemein bekannt, sind nach der Zerkleinerung des groben Schleifmaterials und Sieben auf die gewünschte Körnung weitere Verfahrensstufen zur Weiterbehandlung des erhaltenen Korns verfügbar, z.B. eine Wärmebehandlung und/oder eine Behandlung auf einem Mahlteller, um dem Schleifkorn eine sogenannte festere Form zu geben. Die erfindungsgemäßen Schleifmittel lassen sich ebenfalls nach diesen bekannten Verfahren weiterbehandeln.As is well known, after the coarse abrasive material has been comminuted and sieved to the desired grain size, further process steps are available for further treatment of the grain obtained, e.g. a heat treatment and / or a treatment on a grinding table in order to give the abrasive grain a so-called firmer shape. The abrasives according to the invention can also be further treated by these known processes.

Trotzdem sich die erfindungsgemäßen Schleifmittel insbesondere für schwere Schleifoperationen wie Schruppen eignen, ist ihre Anwendung nicht auf dieses Gebiet begrenzt. Sie lassen sich grundsätzlich überall dort anwenden, wo auch übliche Aluminiumoxid-Schleifmittel zur Anwendung gelangten, z.B. Präzisionsschleifen, wie Walzenschleifen, spitzenloses Schleifen, Kurbelwellenschleifen, bei Schleifpapieren und Schleifleinen u. dgl. Das Schleifmittel unterscheidet sich bei diesen Schleifvorgängen hinsichtlich der Körnung von den schweren Schleifoperationen und auch in einem gewissen Ausmaß in der Form der Körnchen.Although the abrasives according to the invention are particularly suitable for heavy grinding operations such as roughing, their use is not limited to this area. In principle, they can be used wherever common aluminum oxide abrasives have also been used, e.g. precision grinding, such as drum grinding, centerless grinding, crankshaft grinding, with sandpaper and abrasive cloth, etc. The abrasive differs from the heavy grit in these grinding processes Grinding operations and also to some extent in the shape of the granules.

Die Verarbeitung der erfindungsgemäßen Zirkoniumoxid-Spinell-Schleifmittel einschließlich solcher, die freies Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid enthalten, kann mit einem der drei üblichen Binder, wie sie für die Schleifscheibenherstellung angewandt werden, erfolgen, nämlich eine glasige Bindung auf Basis von Ton, mit Natriumsilikat oder mit Hilfe einer organischen oder harzartigen Substanz einschließlich wärmehärtenden Harzen, wie Kondensationsprodukte von Phenol und Formaldehyd, Epoxyharze, Alkylharze, Polyurethane, ungesättigte Polyester, Schellack, vulkanisierter Kautschuk u. dgl. Die Möglichkeiten bei der Schleifscheibenherstellung sind sehr groß, und die spezielle Bindung ist für die Erfindung nicht essentiell.The processing of the zirconium oxide spinel abrasives according to the invention, including those containing free aluminum oxide or magnesium oxide, can be carried out with one of the three common binders used for the manufacture of grinding wheels, namely a vitreous bond based on clay, with sodium silicate or with Help of an organic or resinous substance including thermosetting resins such as condensation products of phenol and formaldehyde, epoxy resins, alkyl resins, polyurethanes, unsaturated polyesters, shellac, vulcanized rubber and the like. The possibilities in grinding wheel manufacture are very large and the specific bond is not essential to the invention.

Die Erfindung wird an Hand von einigen Beispielen der Praxis näher erläutert. Um nun die verschiedenen Zirkoniumoxid-Spinell-MgO oder Al[tief]2O[tief]3-Massen in Schleifscheiben zu bewerten, wurde jedesmal eine Harzbindung angewandt, und zwar ein Bindemittel in Form eines Phenolformaldehyd-Kondensationsprodukts. Die Untersuchungen wurden bei schweren Schleifoperationen, insbesondere beim Schruppen durchgeführt. Diese beliebige Auswahl sollte nicht als Begrenzung angesehen werden. Die erfindungsgemäßen Schleifmittel zeichnen sich durch ihre hohe Schnittgeschwindigkeit besonders aus und sind daher speziell geeignet für das Präzisionsschleifen.The invention is explained in more detail by means of some practical examples. In order to evaluate the different zirconia spinel MgO or Al [deep] 2O [deep] 3 compounds in grinding wheels, a resin bond was used each time, namely a binder in the form of a phenol-formaldehyde condensation product. The investigations were carried out during heavy grinding operations, especially during roughing. This arbitrary choice should not be taken as a limitation. The abrasives according to the invention are particularly notable for their high cutting speed and are therefore particularly suitable for precision grinding.

Bei den Untersuchungen zu den folgenden Beispielen wird die Leistungsfähigkeit als G-Verhältnis bezeichnet. Es handelt sich dabei um das Verhältnis des Materialabtrags zu dem Scheibenverschleiß.In the investigations into the following examples, the performance is referred to as the G-ratio. It is the ratio of material removal to disk wear.

Bei den Beispielen wurden die bekannten Aluminiumoxid- und Aluminium-Zirkoniumoxid-Schleifmittel so behandelt, wie dies für optimale Eigenschaften zum Schruppen üblich ist, d.h. die Zerkleinerung erfolgte trocken zu einer festen blockigen Form. Die erfindungsgemäßen Schleifmittel wurden nicht in dieser Weise auf einer Mahlscheibe zerkleinert, so daß die Schleifeigenschaften dieses Materials etwas tiefer liegen, als es sein würde, wenn auch dieses Material in gleicher Weise zerkleinert worden wäre.In the examples, the known alumina and alumina-zirconia abrasives were treated as is customary for optimal roughing properties, i.e. the grinding was dry to a solid blocky form. The abrasives according to the invention were not comminuted in this way on a grinding disc, so that the grinding properties of this material are somewhat lower than it would be if this material had also been comminuted in the same way.

Beispiel 1example 1

In einem kleinen elektrischen Lichtbogenofen, Fassungsvermögen etwa 450 kg, wurden 21,2 kg Surinam-Bauxit, 22,2 kg Zirkoniumoxid, enthaltend etwa 5 % SiO[tief]2 und etwa 10 % Al[tief]2O[tief]3, 9 kg MgO, 1,54 kg Kohle und 2,25 kg Eisendrehspäne je 45 kg des Gemisches eingeschmolzen. Nach insgesamt etwa 6,25 Stunden waren alle Reaktionen beendet und der Abstich möglich. Es wurden Gießlinge von etwa 22,5 kg hergestellt, wobei die Schmelze schnell erstarrte. Das verfestigte Produkt enthielt 1,29 Gewichtsprozent SiO[tief]2, 0,11 % Fe[tief]2O[tief]3, 1,83 % TiO[tief]2, 6,8 % Al[tief]2O[tief]3, 46,96 % Spinell und 43,01 % ZrO[tief]2.In a small electric arc furnace, capacity about 450 kg, 21.2 kg of Surinam bauxite, 22.2 kg of zirconium oxide, containing about 5% SiO [deep] 2 and about 10% Al [deep] 2O [deep] 3, 9 kg MgO, 1.54 kg coal and 2.25 kg iron turnings per 45 kg of the mixture melted. After a total of about 6.25 hours, all reactions were over and tapping was possible. Castings weighing about 22.5 kg were produced, the melt rapidly solidifying. The solidified product contained 1.29 percent by weight SiO [deep] 2, 0.11% Fe [deep] 2O [deep] 3, 1.83% TiO [deep] 2, 6.8% Al [deep] 2O [deep] 3, 46.96% spinel and 43.01% ZrO [deep] 2.

Die Gießlinge wurden aufgebrochen auf eine Korngröße 1 bis 9,5 mm. Durch Schlagzerkleinerung erhielt man ein Material mit einer Körnung von 1 bis 2 mm.The castings were broken up to a grain size of 1 to 9.5 mm. Impact comminution gave a material with a grain size of 1 to 2 mm.

Dieses Produkt wurde nun verglichen mit dem als besonders gut bekannten geschmolzenen Schleifmaterial aus Aluminium- und Zirkoniumoxid (USA-Patentschrift 3 181 939) sowie dem in großem Umfang angewandten Aluminiumoxid 95%ig. Das Schleifkorn wurde mit Hilfe eines Harzbinders durch Heißpressen auf Schleifscheiben verarbeitet.This product has now been compared to the well known fused alumina and zirconia abrasive (U.S. Patent 3,181,939) and the widely used 95% alumina. The abrasive grain was processed by hot pressing onto grinding wheels with the aid of a resin binder.

Die Herstellung der Schleifscheiben geschah in der Weise, daß die vorbestimmten Mengen an Schleifkorn und einem üblichen Bindemittel, in diesem Fall eines 2-Stufen-Formaldehydharzes, Kaliumfluoroborat, Pyrit und Calciumoxid gemischt, in eine Stahlform mit einem Innendurchmesser von etwa 406 mm sowie einer Boden- und Deckplatte aus Stahl gefüllt wurde. Bei einer Temperatur von etwa 160°C wurde unter einer Last von etwa 3 kg/mm² heißgepreßt, und zwar etwa 1 Stunde lang, so daß man eine Scheibe mit einer Stärke von etwa 50 mm und einer Porosität von etwa 1 % erhielt. Die teilweise gehärtete Scheibe wurde dann aus der Presse genommen und einer Wärmebehandlung bei etwa 180°C 12 Stunden unterzogen. Die fertige Schleifscheibe wurde dann abgedreht und abgerichtet und die Innenbohrung bearbeitet, so daß man eine Scheibe mit guten Laufeigenschaften erhielt. In gleicher Weise wurden die beiden Vergleichsprodukte verarbeitet. Die Vergleichsversuche wurden nun durchgeführt auf einer hydraulischen Knüppelschleifmaschine, Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe 47,5 m/Sek. Anpreßdruck 180 kg. Bei dem abgeschliffenen Werkstück handelte es sich um einen niederlegierten Stahl der Spezifikation 4140.The grinding wheels were manufactured in such a way that the predetermined amounts of abrasive grain and a standard binder, in this case a 2-stage formaldehyde resin, potassium fluoroborate, pyrite and calcium oxide, were mixed in a steel mold with an inner diameter of about 406 mm and a base - and cover plate made of steel was filled. At a temperature of about 160 ° C, hot-pressing was carried out under a load of about 3 kg / mm² for about 1 hour to obtain a disk having a thickness of about 50 mm and a porosity of about 1%. The partially cured disk was then removed from the press and subjected to a heat treatment at about 180 ° C. for 12 hours. The finished grinding wheel was then turned off and dressed and the inner bore was machined so that a wheel with good running properties was obtained. The two comparison products were processed in the same way. The comparison tests were then carried out on a hydraulic billet grinder, peripheral speed of the grinding wheel 47.5 m / sec. Contact pressure 180 kg. The ground workpiece was a low-alloy steel of specification 4140.

Tabelle ITable I.

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Verschleiß Abschliff G-Ver-Wear Grinding G-Ver

cm³/h kg/h hältniscm³ / h kg / h ratio

95 % Al[tief]2O[tief]3 1600 52,6 1,295% Al [deep] 2O [deep] 3 1600 52.6 1.2

Zirkonium-Aluminium-Zirconium aluminum

Oxyd (40 % ZrO[tief]2) 492 39 2,8Oxide (40% ZrO [deep] 2) 492 39 2.8

Beispiel 1 565 60 3,9Example 1 565 60 3.9

Aus obigen Daten ergibt sich die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Schleifmittel. So ist die Schnittgeschwindigkeit besser als des sehr schnell schneidenden Aluminiumoxids, die Haltbarkeit ist wesentlich besser als die von Aluminiumoxid und vergleichbar mit dem Zirkonium-Aluminium-Oxid. Durch die sehr hohe Schnittgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Zirkoniumoxid-Spinell-Schleifmittel ist die gesamte Schleifzeit z.B. zum Blankschleifen eines Knüppels und damit der Lohnanteil wesentlich verringert. Durch den geringen Verschleiß, also die hohe Haltbarkeit der Scheiben, ist die kostenmäßige Belastung durch die Preise für die Scheibe bei Abschliff einer gegebenen Menge an Metall gering. Das G-Verhältnis ist ein üblicherweise angewandtes Maß, um die Qualität von Schleifmitteln zu bestimmen. Je höher das G-Verhältnis, um so besser ist das Schleifmittel. In dem G-Verhältnis ist die Leistungsfähigkeit hinsichtlich Abschliff und der Scheibenverschleiß berücksichtigt. Das G-Verhältnis ist, wie aus der Tabelle hervorgeht, bei den erfindungsgemäßen Produkten mehr als 200 % besser als des Aluminiumoxid-Schleifkorns und etwa 36 % besser als der Zirkonium-Aluminium-Oxid-Produkte.The above data show the superiority of the abrasives according to the invention. The cutting speed is better than that of the very fast cutting aluminum oxide, the durability is considerably better than that of aluminum oxide and comparable to zirconium aluminum oxide. Due to the very high cutting speed of the zirconium oxide spinel abrasives according to the invention, the entire grinding time, e.g. for bare grinding of a billet, and thus the wage share, is significantly reduced. Due to the low wear, i.e. the high durability of the disks, the cost burden due to the price of the disk when a given amount of metal is removed is low. The G-ratio is a commonly used measure to determine the quality of abrasives. The higher the G-Ratio, the better the abrasive. The performance in terms of stock removal and wheel wear is taken into account in the G-ratio. As can be seen from the table, the G-ratio of the products according to the invention is more than 200% better than the aluminum oxide abrasive grain and about 36% better than the zirconium-aluminum oxide products.

Beispiel 2Example 2

Im Sinne des Beispiels 1 wurde ein Schleifmaterial aus 20,2 kg Surinam-Bauxit, 26 kg Zirkoniumoxid, enthaltend 5 % SiO[tief]2 und etwa 10 % Al[tief]2O[tief]3, 5,4 kg Magnesiumoxid, 1,53 kg Kohle und 2,47 kg Drehspäne auf 45 kg des Gemisches erschmolzen. Die Gesamtschmelzzeit betrug 11,75 Stunden. Analyse: 1,35 Gewichtsprozent SiO[tief]2, 0,13 % Fe[tief]2O[tief]3, 1,62 % TiO[tief]2, 16,32 % Al[tief]2O[tief]3, 33,6 % Spinell, 46,98 % ZrO[tief]2.In the sense of Example 1, a grinding material made of 20.2 kg of Surinam bauxite, 26 kg of zirconium oxide, containing 5% SiO [deep] 2 and about 10% Al [deep] 2O [deep] 3, 5.4 kg of magnesium oxide, 1 , 53 kg of coal and 2.47 kg of turnings were melted to 45 kg of the mixture. The total melt time was 11.75 hours. Analysis: 1.35 percent by weight SiO [deep] 2, 0.13% Fe [deep] 2O [deep] 3, 1.62% TiO [deep] 2, 16.32% Al [deep] 2O [deep] 3, 33.6% spinel, 46.98% ZrO [deep] 2.

Im Sinne des Beispiels 1 wurde aus diesem Schleifmaterial und aus den Vergleichsprodukten Schleifscheiben hergestellt und in der gleichen Versuchsanordnung bewertet.In the sense of Example 1, grinding wheels were produced from this grinding material and from the comparison products and evaluated in the same test arrangement.

Tabelle IITable II

Verschleiß Abschliff G-Ver-Wear Grinding G-Ver

cm³/h kg/h hältniscm³ / h kg / h ratio

95 % Al[tief]2O[tief]3 1600 52,6 1,295% Al [deep] 2O [deep] 3 1600 52.6 1.2

Zirkonium-Aluminium-Zirconium aluminum

Oxyd (40 % ZrO[tief]2) 492 39 2,8Oxide (40% ZrO [deep] 2) 492 39 2.8

Beispiel 2 625 55,4 3,2Example 2 625 55.4 3.2

Aus der Tabelle ergibt sich, daß die neuen Produkte hinsichtlich der Schnittgeschwindigkeit dem Aluminiumoxidkorn und in etwa hinsichtlich der Dauerhaftigkeit dem Zirkonium-Aluminium-Oxidkorn entsprechen.The table shows that the new products correspond to the aluminum oxide grain in terms of cutting speed and roughly correspond to the zirconium-aluminum oxide grain in terms of durability.

Beispiel 3Example 3

Im Sinne des Beispiels 1 wurde ein Schleifmaterial aus 26 kg Surinam-Bauxit, 22 kg Zirkoniumoxid, enthaltend 5 % SiO[tief]2 und etwa 10 % Al[tief]2O[tief]3, 8 kg Magnesiumoxid, 1,8 kg Kohle und 2,25 kg Eisendrehspäne auf 45 kg des Gemisches erschmolzen. Schmelzzeit: 7,5 Stunden. Analyse des Schleifmaterials: 1,29 % SiO[tief]2, 0,19 % Fe[tief]2O[tief]3, 1,62 % TiO[tief]2, 18,57 % Al[tief]2O[tief]3, 41,81 % Spinell, 36,52 % ZrO[tief]2.In the sense of Example 1, a grinding material was made from 26 kg of Surinam bauxite, 22 kg of zirconium oxide, containing 5% SiO [deep] 2 and about 10% Al [deep] 2O [deep] 3.8 kg of magnesium oxide, 1.8 kg of coal and 2.25 kg of iron turnings melted to 45 kg of the mixture. Melting time: 7.5 hours. Analysis of the grinding material: 1.29% SiO [deep] 2, 0.19% Fe [deep] 2O [deep] 3, 1.62% TiO [deep] 2, 18.57% Al [deep] 2O [deep] 3, 41.81% spinel, 36.52% ZrO [deep] 2.

In dieser Masse lagen 20 % freies Al[tief]2O[tief]3 also neben dem Spinell vor.In this mass, 20% free Al [deep] 2O [deep] 3 was present next to the spinel.

Tabelle IIITable III

Verschleiß Abschliff G-Ver-Wear Grinding G-Ver

cm³/h kg/h hältniscm³ / h kg / h ratio

95 % Al[tief]2O[tief]3 1600 52,6 1,295% Al [deep] 2O [deep] 3 1600 52.6 1.2

Zirkonium-Aluminium-Zirconium aluminum

Oxyd (40 % ZrO[tief]2) 492 39 2,8Oxide (40% ZrO [deep] 2) 492 39 2.8

Beispiel 3 710 57,5 2,96Example 3 710 57.5 2.96

Der Scheibenverschleiß war nun merklich höher als der von Zirkonium-Aluminium-Oxid, jedoch liegt das G-Verhältnis noch immer ausgezeichnet.The disc wear was now noticeably higher than that of zirconium aluminum oxide, but the G-ratio is still excellent.

Beispiel 4Example 4

Als Ausgangsgemisch dienten 30,6 kg Surinam-Bauxit, 10,8 kg Zirkoniumoxid, enthaltend etwa 5 % SiO[tief]2 und 10 % Al[tief]2O[tief]3, 11,3 kg MgO, 1,9 kg Kohle, 0,9 kg Eisendrehspäne je 45 kg des Gemisches. Schmelzzeit: 6,75 Stunden. Analyse: 1,7 % SiO[tief]2, 0,94 % Fe[tief]2O[tief]3, 1,86 % TiO[tief]2, 2,77 % Al[tief]2O[tief]3, 71,55 % Spinell, 21,18 % ZrO[tief]2.The starting mixture was 30.6 kg of Suriname bauxite, 10.8 kg of zirconium oxide, containing about 5% SiO [deep] 2 and 10% Al [deep] 2O [deep] 3, 11.3 kg of MgO, 1.9 kg of coal , 0.9 kg of iron turnings per 45 kg of the mixture. Melting time: 6.75 hours. Analysis: 1.7% SiO [deep] 2, 0.94% Fe [deep] 2O [deep] 3, 1.86% TiO [deep] 2, 2.77% Al [deep] 2O [deep] 3, 71.55% spinel, 21.18% ZrO [deep] 2.

Tabelle IVTable IV

Verschleiß Abschliff G-Ver-Wear Grinding G-Ver

cm³/h kg/h hältniscm³ / h kg / h ratio

95 % Al[tief]2O[tief]3 1600 52,6 1,295% Al [deep] 2O [deep] 3 1600 52.6 1.2

Zirkonium-Aluminium-Zirconium aluminum

Oxyd (40 % ZrO[tief]2) 492 39 2,8Oxide (40% ZrO [deep] 2) 492 39 2.8

Beispiel 4 1115 48 1,6Example 4 1115 48 1.6

Trotzdem das erfindungsgemäße Material nur 21,18 % ZrO[tief]2 enthielt, war doch die Schnittgeschwindigkeit beachtlich. Die Lebensdauer, also der Verschleiß, liegt etwa in der Mitte zwischen dem Zirkonium-Aluminium-Oxid und den Aluminiumoxid-Schleifmitteln.Despite the fact that the material according to the invention only contained 21.18% ZrO [deep] 2, the cutting speed was considerable. The service life, i.e. the wear and tear, is roughly in the middle between the zirconium-aluminum oxide and the aluminum oxide abrasives.

VergleichsversuchComparative experiment

Ausgangsgemisch: 20,7 kg Surinam-Bauxit, 22 kg Zirkoniumoxid mit etwa 5 % SiO[tief]2 und 10 % Al[tief]2O[tief]3, 14,5 kg MgO, 1,8 kg Eisendrehspäne und 1,75 kg Kohle auf 45 kg des Gemisches. Schmelzzeit: 6,42 Stunden. Analyse: 1,9 % SiO[tief]2, 0,37 % Fe[tief]2O[tief]3, 1,52 % TiO[tief]2, 0,14 % CaO, 7,63 % MgO, 53,23 % Spinell, 35,21 % ZrO[tief]2.Starting mixture: 20.7 kg Surinam bauxite, 22 kg zirconium oxide with about 5% SiO [deep] 2 and 10% Al [deep] 2O [deep] 3, 14.5 kg MgO, 1.8 kg iron turnings and 1.75 kg coal to 45 kg of the mixture. Melting time: 6.42 hours. Analysis: 1.9% SiO [deep] 2, 0.37% Fe [deep] 2O [deep] 3, 1.52% TiO [deep] 2, 0.14% CaO, 7.63% MgO, 53, 23% spinel, 35.21% ZrO [deep] 2.

Das Produkt enthielt 7,68 % freies MgO.The product contained 7.68% free MgO.

Tabelle VTable V

Verschleiß Abschliff G-Ver-Wear Grinding G-Ver

cm³/h kg/h hältniscm³ / h kg / h ratio

95 % Al[tief]2O[tief]3 1600 52,6 1,295% Al [deep] 2O [deep] 3 1600 52.6 1.2

Zirkonium-Aluminium-Zirconium aluminum

Oxyd (40 % ZrO[tief]2) 492 39 2,8Oxide (40% ZrO [deep] 2) 492 39 2.8

Beispiel 5 2200 53 0,87Example 5 2200 53 0.87

Aus der Tabelle ergibt sich, daß die Schnittgeschwindigkeit nicht hervorragend und der Verschleiß mehr als das Aluminiumoxid-Vergleichsmaterial war.It can be seen from the table that the cutting speed was not excellent and the wear was more than that of the comparative alumina material.

Beispiel 5Example 5

Es wurde ein Schleifkorn folgender Analyse untersucht: 0,04 % SiO[tief]2, 0,1 % Fe[tief]2O[tief]3, 0,3 % TiO[tief]2, 34,96 % Spinell, 64,62 % ZrO[tief]2. Körnung 0,7 bis 1,4 mm. Als Vergleichsprodukt dienten 95 % Al[tief]2O[tief]3. Abgeschliffen wurde korrosionsbeständiger Stahl, Spezifikation 302.An abrasive grain of the following analysis was examined: 0.04% SiO [deep] 2, 0.1% Fe [deep] 2O [deep] 3, 0.3% TiO [deep] 2, 34.96% spinel, 64, 62% ZrO [deep] 2. Grain size 0.7 to 1.4 mm. As a comparison product, 95% Al [deep] 2O [deep] 3 was used. Corrosion-resistant steel, specification 302, was abraded.

Tabelle VITable VI

Verschleiß Abschliff G-Ver-Wear Grinding G-Ver

cm³/h kg/h hältniscm³ / h kg / h ratio

95 % Aluminiumoxid 83,6 6,7 2,9295% alumina 83.6 6.7 2.92

Beispiel 6 187 7,6 1,48Example 6 187 7.6 1.48

Das erfindungsgemäße Produkt hatte die gewünschte Schnittgeschwindigkeit, jedoch doppelte Haltbarkeit als das Vergleichsmaterial.The product according to the invention had the desired cutting speed, but twice the durability than the comparison material.

Beispiel 6Example 6

Es wurde ein Schleifleinen hergestellt, und zwar ein Körper, knapp 1 m breit, Gewicht 4,3 m/kg, 14 Kettfäden, 12 Schußfäden, Gewebezifferung 72 x 48, entschlichtet, wurde mit Hilfe eines Klebstoffs mit sogenannten "0,25 mm vulkanisierte Fasern für Schleifzwecke" versehen. Als Klebstoff für dieses Trägermaterial diente eine Masse aus 13,9 kg Leim 86 mP, 18,7 kg Calciumkarbonat, etwa 15 µm auf 12,3 kg Wasser. Der Kleber wurde auf die Fasern und diese in üblicher Weise auf das Gewebe aufgebracht. Dies geschieht vorzugsweise bei etwa 77°C, dann wird wie üblich getrocknet und aufgewickelt.An abrasive cloth was produced, namely a body, almost 1 m wide, weight 4.3 m / kg, 14 warp threads, 12 weft threads, fabric numbering 72 x 48, desized, was vulcanized with the help of an adhesive with so-called "0.25 mm" Fibers for abrasive purposes "provided. A mass of 13.9 kg of glue 86 mP, 18.7 kg of calcium carbonate, about 15 μm to 12.3 kg of water was used as the adhesive for this carrier material. The adhesive was applied to the fibers and these to the fabric in the usual manner. This is preferably done at about 77 ° C., then dried and wound up as usual.

Auf die Gewebeseite dieses Trägers wird dann in dünner Schicht ein Bindemittel aus 11,4 kg Leim 86 mP, 11,4 kg feines Calciumkarbonat und 22,2 kg Wasser in solcher Schichtdicke aufgetragen, daß ein Auftragsgewicht von 32,5 g/m² erreicht wurde.A binder made of 11.4 kg of 86 mP glue, 11.4 kg of fine calcium carbonate and 22.2 kg of water is then applied in a thin layer to the fabric side of this carrier in such a layer that an application weight of 32.5 g / m² was achieved .

Auf diesem Haftgrund wurde nun das Bindemittel für das Schleifkorn aufgetragen, und zwar in Form einer Masse aus 13,6 kg Leim 86 mP, 13,6 kg Calciumkarbonat und 17,6 kg Wasser mit einer Temperatur von etwa 71°C. Der Auftrag geschieht auf üblichen Schleifpapiermaschinen, und zwar für ein Auftragsgewicht von 222 g/m². Schleifkorn des Beispiels 1, Körnung 0,7 mm, wurde in einer Menge entsprechend etwa 680 g/m² aufgebracht und getrocknet und gehärtet.The binding agent for the abrasive grain was then applied to this primer, namely in the form a mass of 13.6 kg glue 86 mP, 13.6 kg calcium carbonate and 17.6 kg water with a temperature of about 71 ° C. The application is carried out on conventional sandpaper machines for an application weight of 222 g / m². Abrasive grain of Example 1, grain size 0.7 mm, was applied in an amount corresponding to about 680 g / m² and dried and cured.

Nun wurde eine Deckschicht aufgebracht aus einer Masse von 14,4 kg eines Ein-Stufen-Phenolformaldehydharzes mit einem Feststoffgehalt von 80 %, 24,2 kg Calciumkarbonat und 6,3 kg Wasser. Der Auftrag erfolgt wie der Leimauftrag, vorzugsweise jedoch bei einer Temperatur von etwa 38°C. Diese tiefere Temperatur ist nötig, um ein Aushärten und Gelieren des Harzes in zu kurzer Zeit zu vermeiden. Anschließend wird das Phenolharz gehärtet.A top layer was then applied from a mass of 14.4 kg of a one-stage phenol-formaldehyde resin with a solids content of 80%, 24.2 kg of calcium carbonate and 6.3 kg of water. It is applied like glue, but preferably at a temperature of around 38 ° C. This lower temperature is necessary to prevent the resin from hardening and gelling in too short a time. The phenolic resin is then cured.

Aus dieser Bahn wurden Scheiben geschnitten und diese auf tragbaren Schleifwerkzeugen befestigt, um damit Schweißnähte zu entfernen und zum Putzen von Metallgießlingen.Discs were cut from this web and attached to portable grinding tools in order to remove weld seams and for cleaning metal castings.

Aus dem erfindungsgemäßen Schleifkorn wurden auf ähnliche Weise Schleifbahnen auf Gewebe- oder Papierunterlagen, gegebenenfalls mit Schichten zur Verbesserung der Wasserfestigkeit, verarbeitet. Für Schleifmaterialien zur hohen Beanspruchung in schweren Schleifvorgängen sind besonders längliche Körner wünschenswert. Diese erhält man z.B. durch Zerkleinern in Walzenbrechern (USA-Patentschrift 2 970 929).In a similar manner, abrasive tracks on fabric or paper backing, optionally with layers to improve the water resistance, were processed from the abrasive grain according to the invention. Elongated grains are particularly desirable for abrasive materials that are subjected to heavy loads in heavy grinding operations. This is obtained, for example, by crushing in roll crushers (USA Patent 2,970,929).

Claims

1. Molten, crystalline abrasive material based on zirconium oxide and aluminum oxide, characterized in that it contains essentially 20 to 65 percent by weight of zirconium oxide, 75 to 15 percent by weight of spinel and optionally up to 65 percent by weight of aluminum oxide or up to 7% magnesium oxide, which is not present in the spinel , contains.

2. Abrasive material according to claim 1, characterized in that the weight ratio of spinel to zirconium oxide is approximately 1: 1 and the proportion of spinel and zirconium oxide is each 35 to 55 percent by weight.

3. Use of the abrasive material according to claim 1 or 2 for grinding wheels or other shaped bodies with a vitreous, silicate or organic bond, in particular a thermosetting phenol-formaldehyde resin.

4. Use of the abrasive material according to claim 1 or 2 for the production of sandpaper or cloth.