背景技術(shù)：

本公開涉及粘結(jié)磨料制品諸如磨削輪等等。更具體地，其涉及制備粘結(jié)磨料制品的方法，包括在所得的粘結(jié)磨料制品中形成孔。

可用于研磨機(jī)加工和其它操作的粘結(jié)磨料制品在結(jié)構(gòu)上為三維的并且通常包括通過粘結(jié)劑粘結(jié)在一起的磨料顆粒的成型塊。此類成型塊可為例如圓柱體或輪的形式，諸如磨削輪、切割輪等。用于制造粘結(jié)磨料制品的粘結(jié)體系的主要類型為：玻璃化的、樹脂狀的和金屬的。在使用玻璃化粘結(jié)磨料制品的情況下，諸如玻璃化磨削輪，使用玻璃狀粘結(jié)劑介質(zhì)或體系將磨料顆粒粘結(jié)在一起。這些粘結(jié)通常在700℃至1500℃之間的溫度下玻璃化。樹脂狀粘結(jié)磨料利用有機(jī)粘結(jié)劑體系(例如酚醛樹脂粘結(jié)劑體系)將磨料顆粒粘結(jié)在一起以形成成型塊。金屬粘結(jié)磨料制品通常利用燒結(jié)的或鍍覆的金屬來粘結(jié)磨料顆粒。玻璃化粘結(jié)磨料制品與樹脂狀粘結(jié)磨料制品的不同之處在于，它們使用玻璃狀相來粘結(jié)磨粒并且從而在基本上更高的溫度下處理。玻璃化粘結(jié)磨料制品在使用中可耐受較高的溫度，并且通常比樹脂狀粘結(jié)輪更具剛性且更易碎。玻璃化粘結(jié)磨料制品非常適合精密機(jī)加工。

已發(fā)現(xiàn)，粘結(jié)磨料制品諸如玻璃化粘結(jié)磨削輪的切割特性可得益于包括或形成孔。包含或表現(xiàn)出孔隙率的粘結(jié)磨料制品具有開放結(jié)構(gòu)(互連或互連通的孔隙率)，其可提供用于高度材料移除的薄片間隙，并且可在減小摩擦的同時將更多冷卻劑傳送到接觸區(qū)域中。在磨粒之間不存在足夠的孔隙率和間距的情況下，粘結(jié)磨料制品可變得載有薄片并且正如所預(yù)期的停止切割。而且，孔隙率可有利于自磨銳屬性，從而使粘結(jié)磨料制品能夠脫落地使用或磨損磨料顆粒以暴露新的切割刃或新生的磨料顆粒。

當(dāng)在壓力下包裝或模制磨料顆粒和粘結(jié)劑介質(zhì)時，最小程度的孔隙率可自然地發(fā)生。然而，這種天然孔隙率通常對于許多玻璃化粘結(jié)磨料制品最終用途應(yīng)用是不夠的。同樣地，玻璃狀粘結(jié)磨料組合物或混合物包括造孔組分或添加劑。造孔組分或添加劑可為非臨時的(即，存在于磨料組合物中并且存在于最終粘結(jié)磨料制品中的組分)、臨時的(即，存在于磨料組合物中但不存在于最終粘結(jié)磨料制品中的組分)以及它們的組合。典型的非臨時造孔組分包括中空玻璃球和中空陶瓷球。典型的臨時造孔組分包括軟木、磨碎的胡桃殼、木材顆粒和聚合材料。作為玻璃化磨料粘結(jié)制品制造工藝的一部分，這些臨時的造孔組分從磨料基體中燒盡。

雖然磨碎的殼、木材顆粒等等為活的臨時造孔材料，但傾向于在供應(yīng)上具有波動，并且由于材料不升華而傾向于引起爐的明火方面的問題。許多聚合物材料本質(zhì)上是彈性的，并且經(jīng)歷回彈，這反過來可使得難以預(yù)測或精確地控制焙燒后所得的玻璃化粘結(jié)磨料制品的幾何形狀。萘是另一種眾所周知的臨時造孔材料，其不存在這些相同的回彈問題。而更眾所周知為傳統(tǒng)樟腦球的主要成分的萘的物理和材料性質(zhì)非常適合玻璃化磨料粘結(jié)制品的制造方法。萘可容易地被成形以產(chǎn)生期望大小的孔，不與常規(guī)的玻璃狀粘結(jié)材料或磨料砂粒反應(yīng)，并且在預(yù)期壓力或壓制條件下表現(xiàn)出很小的體積變化或沒有體積變化。此外，萘在玻璃化粘結(jié)工藝的溫度(和壓力)下容易升華，并且因此從所得的粘結(jié)磨料制品中干凈地移除。然而，萘被視為對人類和動物可能是致癌的，并且不適宜使用。此外，各種政府機(jī)構(gòu)已經(jīng)制定(或正在考慮制定)嚴(yán)格的萘暴露極限，該暴露極限可有效地使得其不可用于大量生產(chǎn)玻璃化粘結(jié)磨料制品。

鑒于上述，需要制造粘結(jié)磨料制品諸如玻璃化粘結(jié)磨料制品的方法，其中由環(huán)境友好材料引起的孔隙率以其他方式表現(xiàn)出萘的過程控制屬性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的一些方面涉及用于制造粘結(jié)磨料制品例如玻璃化粘結(jié)磨削輪的方法。制備了包含磨料顆粒、粘結(jié)劑介質(zhì)和γ-吡喃酮造孔材料的可粘結(jié)磨料組合物。前體磨料結(jié)構(gòu)由組合物形成。從前體磨料結(jié)構(gòu)中移除γ-吡喃酮造孔材料以提供被進(jìn)一步處理以提供粘結(jié)磨料制品的多孔前體磨料結(jié)構(gòu)。在一些實施方案中，粘結(jié)劑介質(zhì)包括玻璃狀粘結(jié)材料，其中多孔前體磨料結(jié)構(gòu)經(jīng)受升高的溫度(例如，至少700℃)以實現(xiàn)玻璃化粘結(jié)。在其它實施方案中，乙基麥芽酚被提供為造孔材料，并且通過升華和/蒸發(fā)從前體結(jié)構(gòu)中移除。

附圖說明

圖1為用于根據(jù)本公開原理制造粘結(jié)磨料制品的方法的流程圖；

圖2呈現(xiàn)了其中使用萘作為造孔材料制造的玻璃化粘結(jié)磨料制品和沒有使用造孔材料制造的玻璃化粘結(jié)磨料制品的根據(jù)本公開原理的粘結(jié)磨料制品的照片和光學(xué)顯微照片圖像的比較；并且

圖3-圖5為示出根據(jù)本公開方法制造的粘結(jié)磨料制品和使用常規(guī)方法制造的粘結(jié)磨料制品的性能特性的比較的圖。

具體實施方式

本公開的多個方面涉及制造粘結(jié)磨料制品的方法、在制造過程期間生成的前體磨料結(jié)構(gòu)以及所得的粘結(jié)磨料制品。一般來講，本公開的制造方法需要將造孔材料摻入到可粘結(jié)磨料組合物中、使可粘結(jié)磨料組合物形成(例如，壓制)為所需的形狀以便獲得前體磨料結(jié)構(gòu)(例如，“生坯”體)、處理前體磨料結(jié)構(gòu)以移除(例如，升華)造孔材料以便獲得多孔前體磨料結(jié)構(gòu)，以及處理多孔前體磨料結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)粘結(jié)磨料制品的形成。與將前體磨料結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檎辰Y(jié)磨料制品相關(guān)聯(lián)的處理步驟可被調(diào)整適于所采用的特定粘結(jié)劑。無論如何，本公開的技術(shù)使得能夠在前體磨料結(jié)構(gòu)的處理期間在很小的或沒有體積變化的情況下溫和地、受控地、環(huán)境友好地在所得的粘結(jié)磨料制品中引起孔隙率。本公開的技術(shù)特別可用于制造玻璃化粘結(jié)磨料制品，但也適用于其它磨料制品粘結(jié)形式諸如樹脂狀的和金屬的。因此，雖然下面討論玻璃狀粘結(jié)示例，但本公開決不局限于玻璃化粘結(jié)磨料制品。此外，本公開的粘結(jié)磨料制品可呈現(xiàn)各種形式，并且在一些實施方案中適用于金屬和其它材料諸如磨削輪、切割輪、磨刀石、磨石等等的機(jī)加工和精加工。

圖1為示出了本公開的用于制造粘結(jié)磨料制品的技術(shù)的流程圖。在20處，例如通過將以下所述的組分或成分混合在一起來制備可粘結(jié)磨料組合物。一般來講，本公開的可粘結(jié)磨料組合物包含磨料顆粒、粘結(jié)介質(zhì)或粘結(jié)劑介質(zhì)以及造孔材料。磨料顆粒和粘結(jié)劑介質(zhì)的特定類型和數(shù)量對于本公開來說不是關(guān)鍵的，只要它們分別擁有用于最終粘結(jié)磨料制品的預(yù)期最終用途的期望的磨料性質(zhì)和粘結(jié)性質(zhì)。本公開的多個方面在于選擇造孔材料。因此，首先在下面討論本公開的造孔材料，之后是磨料顆粒、粘結(jié)劑介質(zhì)和其它任選的可粘結(jié)磨料組合物成分的示例性標(biāo)識。

在一些實施方案中，造孔材料是為結(jié)晶固體形式的γ-吡喃酮。γ-吡喃酮是具有含有五個碳原子、一個具有兩個雙鍵的氧原子和附接到對位中的碳原子的第二氧原子的環(huán)的雜環(huán)化合物。已經(jīng)驚人地發(fā)現(xiàn)，至少一些γ-吡喃酮材料，例如乙基麥芽酚，基本上復(fù)制了萘的與玻璃化粘結(jié)磨料制品的制造有關(guān)的期望性能特征，但是是環(huán)境友好的。例如，乙基麥芽酚既不被懷疑為特別有毒的，也不受制于與萘相同的嚴(yán)格暴露極限。事實上，它在全世界用作食品添加劑，以提供新鮮出爐的味道和氣味。本公開也設(shè)想了其它γ-吡喃酮，諸如甲基麥芽酚。

作為參考點，本公開的造孔材料(例如，乙基麥芽酚)表現(xiàn)出或滿足至少以下性質(zhì)：首先，造孔材料是環(huán)境友好的。萘不滿足這個標(biāo)準(zhǔn)。第二，造孔材料不與所選擇的磨料顆粒、粘結(jié)介質(zhì)或與可粘結(jié)磨料組合物一起采用的其它成分發(fā)生反應(yīng)。第三，造孔材料能夠引起或產(chǎn)生特定大小的孔。第四，造孔材料在前體磨料結(jié)構(gòu)形成步驟(例如，壓制)期間表現(xiàn)出很小的體積變化或沒有體積變化。造孔材料干凈地升華或燒盡，并且不留下任何殘余。最后，造孔材料具有很小的水溶性或沒有水溶性。

已經(jīng)驚人地發(fā)現(xiàn)，乙基麥芽酚滿足這些標(biāo)準(zhǔn)中的每個標(biāo)準(zhǔn)。乙基麥芽酚為表現(xiàn)出與萘非常相似的許多物理和材料性質(zhì)的可以各種尺寸購得的結(jié)晶有機(jī)固體。乙基麥芽酚在壓制條件下塑性變形(例如，不存儲彈性能)、微溶于水，并且在低溫(例如約140℃)下干凈地升華。另外已經(jīng)驚人地發(fā)現(xiàn)，乙基麥芽酚可與現(xiàn)有的玻璃化粘結(jié)磨料制品制造工藝一起用作萘的直接或“即可式”替代物。預(yù)期本公開所設(shè)想的其它γ-吡喃酮同樣適合。

返回到圖1，可粘結(jié)磨料組合物的磨料顆粒組分(步驟20)可呈現(xiàn)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知以及以其它方式適于粘結(jié)磨料制品的各種形式。例如，磨料顆粒可為或包括由硬質(zhì)材料(例如，至少約7的莫氏硬度)形成的磨粒。磨料顆?？砂ú煌愋偷哪チ衔⒘２牧系慕M合。磨料顆粒可包括磨料附聚物、非附聚磨料顆粒以及它們的組合。在一些實施方案中，磨料顆?？砂ɑ蛴蔁o機(jī)材料制成，該無機(jī)材料為諸如碳化物、氧化物、氮化物、硼化物以及它們的組合。在一些實施方案中，磨料顆?？蔀榛虬ǔ材チ项w粒材料，諸如金剛石或立方氮化硼。在一些實施方案中，磨料顆?？砂ɑ虬沾深w粒，其由例如α氧化鋁、鎂鋁尖晶石和使用溶膠-凝膠前體α氧化鋁顆粒制備的稀土六方晶型鋁酸鹽的微晶組成?？捎玫哪チ项w粒的其它非限制性示例包括但不限于熔融氧化鋁、經(jīng)處理的氧化鋁、白色熔融氧化鋁、陶瓷氧化鋁材料，諸如以商品名3mceramicabrasivegrain購自明尼蘇達(dá)州圣保羅的3m公司(3mcompanyofst.paul,mn)的那些、黑碳化硅、綠碳化硅、二硼化鈦、碳化硼、碳化鎢、碳化鈦、石榴石、熔融氧化鋁氧化鋯、溶膠-凝膠衍生的磨料顆粒、氧化鐵、氧化鉻、二氧化鈰、氧化鋯、二氧化鈦、硅酸鹽、氧化錫、二氧化硅(諸如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纖維)、硅酸鹽(諸如滑石、粘土(例如蒙脫土)、長石、云母、硅酸鈣、偏硅酸鈣、鋁硅酸鈉、硅酸鈉)、燧石和金剛砂。磨料顆?？蔀榛虬▔核榈奈⒘：?或成形顆粒(例如，陶瓷成形磨料顆粒)。磨料顆?？蔀榻?jīng)涂覆的(例如涂覆有偶聯(lián)劑)。

如上所述，可粘結(jié)磨料組合物的粘結(jié)介質(zhì)呈現(xiàn)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的和以其它方式適于粘結(jié)磨料制品的各種形式。粘結(jié)劑材料通常包括玻璃質(zhì)無機(jī)材料(例如，如在玻璃化粘結(jié)磨料制品的情況下)、金屬或有機(jī)樹脂(例如，如在樹脂粘結(jié)磨料制品的情況下)。

在一些實施方案中，本公開的技術(shù)在玻璃化粘結(jié)處理中是有利的，其中粘結(jié)介質(zhì)包括玻璃狀(也稱為玻璃化)粘結(jié)材料或粘結(jié)相。玻璃狀粘結(jié)材料用來將磨料顆粒保留在組合物中或制品中。將磨料顆粒粘結(jié)在一起的玻璃狀粘結(jié)相可具有任何合適的組合物。

本領(lǐng)域中也稱為“玻璃化粘結(jié)”、“玻璃狀粘結(jié)”、“陶瓷粘結(jié)”或“玻璃粘結(jié)”的玻璃狀粘結(jié)相可由玻璃狀粘結(jié)前體組合物生產(chǎn)，該組合物包含一種或多種原材料的混合物或組合，當(dāng)加熱到高溫時該一種或多種原材料熔化和/或熔融以形成一體的玻璃狀基體相。

原材料沒有特別限制。用于形成玻璃狀粘結(jié)相的典型原材料可選自金屬氧化物(包括準(zhǔn)金屬氧化物)、非金屬氧化物、非金屬化合物、硅酸鹽和天然存在的與合成的材料，以及一種或多種這些原材料的組合。

金屬氧化物玻璃狀粘結(jié)劑可例如選自氧化硅、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋇、氧化鋰、氧化鈉、氧化鉀、氧化鐵、氧化鈦、氧化錳、氧化鋅，以及可表征為顏料的金屬氧化物，諸如氧化鈷、氧化鉻、或氧化鐵以及它們的組合。

非金屬氧化物可例如選自氧化硼、磷氧化物以及它們的組合。非金屬化合物的合適的示例包含硼酸。

硅酸鹽可例如選自硅酸鋁、硼硅酸鹽、硅酸鈣、硅酸鎂、硅酸鈉、硅酸鋰以及它們的組合。

礦物質(zhì)可例如選自粘土、長石、高嶺土、硅灰石、硼砂、石英、蘇打灰、石灰石、白云石、白堊以及它們的組合。

在制造玻璃化粘結(jié)磨料制品期間，粉末形式的玻璃狀粘結(jié)劑可與通常為有機(jī)粘結(jié)劑的臨時粘結(jié)劑混合。玻璃化粘結(jié)劑還可來自玻璃料，例如來自約1％至100％的任何地方的玻璃料，但通常是20％至100％的玻璃料。玻璃料為在其用于玻璃狀粘結(jié)前體組合物之前已被預(yù)焙燒用于形成粘結(jié)磨料制品的玻璃狀粘結(jié)相的組合物。如本文所用，術(shù)語“玻璃料”是通過以下步驟形成的材料的通用術(shù)語：充分共混包含一種或多種玻璃料形成組分的混合物，之后將混合物加熱(也稱為預(yù)焙燒)到至少足以使其熔化的高溫；冷卻玻璃并且使其粉碎。用于玻璃料粘結(jié)劑的常見材料的一些示例包含長石、硼砂、石英、蘇打灰、氧化鋅、白堊、三氧化銻、二氧化鈦、氟硅酸鈉、燧石、冰晶石、硼酸以及它們的組合。這些材料通常作為粉末混合在一起，焙燒以熔融該混合物，并且然后冷卻熔融混合物。經(jīng)冷卻的混合物被壓碎并篩分至非常細(xì)的粉末，以便隨后用作第一粘結(jié)劑。這些玻璃料粘結(jié)成熟的溫度取決于其化學(xué)性質(zhì)，但該溫度可在約600℃至約1800℃之間的任何范圍內(nèi)。

玻璃狀粘結(jié)材料或組合物(與本公開的可粘結(jié)磨料組合物一起使用)的合適的范圍的非限制性示例可規(guī)定如下：基于玻璃狀粘結(jié)材料的總重量，25重量％至90重量％，任選35重量％至85重量％的sio2；基于玻璃狀粘結(jié)材料的總重量，0重量％至40重量％，任選0重量％至30重量％的b2o3；基于玻璃狀粘結(jié)材料的總重量，0重量％至40重量％，任選5重量％至30重量％的al2o3；基于玻璃狀粘結(jié)材料的總重量，0重量％至5重量％，任選0重量％至3重量％的fe2o3；基于玻璃狀粘結(jié)材料的總重量，0重量％至5重量％，任選0重量％至3重量％的tio2；基于玻璃狀粘結(jié)材料的總重量，0重量％至20重量％，任選0重量％至10重量％的cao；基于玻璃狀粘結(jié)劑的總重量，0重量％至20重量％，任選1重量％至10重量％的mgo；基于玻璃狀粘結(jié)材料的總重量，0重量％至20重量％，任選0重量％至10重量％的k2o；基于玻璃狀粘結(jié)材料的總重量，0重量％至25重量％，任選0重量％至15重量％的na2o；基于玻璃狀粘結(jié)材料的總重量，0重量％至20重量％，任選0重量％至12重量％的li2o；基于玻璃化粘結(jié)材料的總重量，0重量％至10重量％，任選0重量％至3重量％的zno；基于玻璃狀粘結(jié)材料的總重量，0重量％至10重量％，任選0重量％至3重量％的bao；以及基于玻璃狀粘結(jié)材料的總重量，0重量％至5重量％，任選0重量％至3重量％的金屬氧化物(例如coo、cr2o3或其它顏料)?？捎糜诒竟_的方法和系統(tǒng)的玻璃狀粘結(jié)劑的其它具體的非限制性示例包含，基于重量，47.61％的sio2、16.65％的al2o3、0.38％的fe2o3、0.35％的tio2、1.58％的cao、0.10％的mgo3、9.63％的na2o、2.86％的k2o、1.77％的li2o、19.03％的b2o3、0.02％的mno2和0.22％的p2o5；以及63％的sio2、12％的al2o3、1.2％的cao、6.3％的na2o、7.5％的k2o和10％的b2o3?；谀柋?，可用于本公開的玻璃狀粘結(jié)劑的另外的其它非限制性示例包含3.77％的sio2、0/58％的al2o3、0.01％的fe2o3、0.03％的tio2、0.21％的cao、0.25％的mgo、0.47％的na2o和0.07％的k2o。

在一些實施方案中，粘結(jié)介質(zhì)的玻璃狀粘結(jié)劑形式可包括本領(lǐng)域已知的各種添加劑，以幫助制造磨料制品和/或改善此類制品的性能。根據(jù)本公開還可使用的此類常規(guī)添加劑包括但不限于潤滑劑、填料、臨時粘結(jié)劑和處理助劑。有機(jī)粘結(jié)劑優(yōu)選地用作臨時粘結(jié)劑。典型的臨時粘結(jié)劑包含糊精、尿素樹脂(包含脲醛樹脂)、多糖、聚乙二醇、聚丙烯酸酯以及任何其它類型的膠等。這些粘結(jié)劑還可包含液體組分，諸如水或聚乙二醇、粘度或ph調(diào)節(jié)劑或混合助劑。臨時粘結(jié)劑的使用可改善預(yù)焙燒或壓制生坯體以及焙燒制品的均勻性和結(jié)構(gòu)質(zhì)量。因為臨時粘結(jié)劑在焙燒期間被燒盡，所以它們不變成最終或成品粘結(jié)磨料制品的一部分。

雖然本公開的多個方面對于玻璃化粘結(jié)磨料制品的制造是非常有用的，但也可設(shè)想其它粘結(jié)形式。因此，可粘結(jié)磨料組合物的粘結(jié)介質(zhì)可替代地可包括金屬粘結(jié)劑(例如錫、銅、鋁、鎳等)或本領(lǐng)域已知的可用于樹脂粘結(jié)磨料制品的有機(jī)樹脂。

無論確切形式如何，將所選擇的成分在20處混合以制備可粘結(jié)磨料組合物?；旌线^程可采用本領(lǐng)域中常規(guī)和已知的設(shè)備。在22處，可粘結(jié)磨料組合物被形成為期望的形狀，以便獲得前體磨料結(jié)構(gòu)(例如，生坯結(jié)構(gòu))。形成可例如通過在壓制或不壓制的情況下模制來完成。典型的形成壓力可在寬范圍內(nèi)變化，并且可選自0kg/cm³至400kg/cm³范圍的壓力，這取決于可粘結(jié)磨料組合物的構(gòu)成和所得前體磨料結(jié)構(gòu)的所需特性。本公開的前體磨料結(jié)構(gòu)包含為至少一種γ-吡喃酮(例如乙基麥芽酚)形式的造孔材料；在其它實施方案中，本公開的前體磨料結(jié)構(gòu)包含玻璃狀粘結(jié)介質(zhì)和γ-吡喃酮(例如乙基麥芽酚)造孔材料；在其它實施方案中，本公開的前體磨料結(jié)構(gòu)包含玻璃狀粘結(jié)介質(zhì)和γ-吡喃酮(例如乙基麥芽酚)造孔材料，并且不包含萘。

在24處，將造孔材料從前體磨料結(jié)構(gòu)中移除，以便獲得多孔前體磨料結(jié)構(gòu)。完成造孔材料的移除所必需的處理可取決于造孔材料組合物和其它性質(zhì)，并且在一些實施方案中要求使前體磨料結(jié)構(gòu)經(jīng)受熱(例如，高于室溫的溫度)達(dá)足以實現(xiàn)造孔材料的升華的停留時間。例如，在其中造孔材料為或包括乙基麥芽酚的一些實施方案中，已經(jīng)驚人地發(fā)現(xiàn)，乙基麥芽酚在例如至少140℃左右或者175℃左右的溫度下在約0.5小時至10小時左右的停留時間將完全地和干凈地從前體磨料結(jié)構(gòu)中升華/蒸發(fā)，(應(yīng)當(dāng)理解，移除的完全性取決于乙基麥芽酚的量、制品的厚度、溫度、停留時間等)。在相關(guān)實施方案中，可通過使前體磨料結(jié)構(gòu)在各種階段經(jīng)受增加的加熱條件來移除造孔材料。例如，在第一段時間可使前體磨料結(jié)構(gòu)經(jīng)受70℃-140℃范圍內(nèi)的溫度下的加熱條件，并且隨后在第二個時間段經(jīng)受另外升高的溫度(例如，大約140℃-175℃)。也可設(shè)想適于實現(xiàn)造孔材料從前體磨料結(jié)構(gòu)中完全升華的其它溫度和/或停留時間條件。無論如何，在移除造孔材料之后，開口或孔保留在結(jié)構(gòu)中。

在26處，處理多孔前體磨料結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)粘結(jié)磨料制品的形成。適于實現(xiàn)完全粘結(jié)(bonding)或粘結(jié)(binding)的工藝參數(shù)根據(jù)具體粘結(jié)形式來選擇。例如，使用玻璃化粘結(jié)磨料制品，在高溫下加熱或“焙燒”多孔前體磨料結(jié)構(gòu)。玻璃狀粘結(jié)相通常在焙燒步驟產(chǎn)生，焙燒步驟通常在約700℃至約1500℃的溫度范圍內(nèi)，任選地在約750℃至約1350℃的范圍內(nèi)，任選地在約800℃至約1300℃的范圍內(nèi)。在一些實施方案中，也可在約1000℃或更低，或約1100℃至約1200℃的溫度下獲得良好的結(jié)果。玻璃狀粘結(jié)相形成的實際溫度取決于例如具體粘結(jié)劑化學(xué)性質(zhì)。玻璃狀粘結(jié)劑組合物的焙燒通常通過在長效的時間段(例如，約10小時-130小時)將溫度從室溫升高至最高溫度、保持在最高溫度(例如，達(dá)約1小時-20小時)并且然后在延長的時間段(例如，約10小時-140小時)將焙燒制品冷卻到室溫來完成。應(yīng)當(dāng)理解，為焙燒步驟選擇的溫度以及玻璃狀粘結(jié)介質(zhì)的組合物必須選擇為不對可粘結(jié)磨料組合物或最終粘結(jié)磨料制品中包含的磨料顆粒的物理性質(zhì)和/或組成有不利影響。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的金屬粘結(jié)介質(zhì)或有機(jī)樹脂粘結(jié)介質(zhì)可采用不同的處理條件。

與上述說明一致，盡管圖1的技術(shù)反映了造孔材料的移除(步驟24)和步驟26處的為不同操作的后續(xù)處理，但在其它實施方案中，“步驟”可組合。即，前體磨料結(jié)構(gòu)在足以實現(xiàn)玻璃化粘結(jié)的延長的時間段內(nèi)經(jīng)受升高的溫度；在前體磨料結(jié)構(gòu)經(jīng)歷該加熱或焙燒過程的初始階段時，造孔材料(例如，乙基麥芽酚)從結(jié)構(gòu)中升華。

所得的粘結(jié)磨料制品可呈現(xiàn)各種形式并且可表現(xiàn)出各種性質(zhì)。例如，粘結(jié)磨料制品可為磨削輪、切割輪、磨刀石、磨石等等。在一些非限制性示例中，磨料顆粒在粘結(jié)磨料制品中的量可寬泛地變化，并且可在例如10％至80％，任選地25％至65％范圍。磨料顆?？稍谡辰Y(jié)磨料制品中均勻地或非均勻地分布。粘結(jié)介質(zhì)的量也可寬泛地變化，并且可在例如1體積％至60體積％，任選地2.5體積％至40體積％范圍。在一些實施方案中，粘結(jié)磨料制品具有至少1.20g/cm³，任選地至少1.30g/cm³的密度，任選地在1.35g/cm³至2.65g/cm³范圍內(nèi)的密度。粘結(jié)磨料制品可具有任何可用的孔隙率范圍；在一些實施方案中，粘結(jié)磨料制品具有約5體積％至約80體積％，任選地約20體積％至約70體積％的孔隙率。粘結(jié)磨料制品的具體設(shè)計不受限制，并且可選自“整體”設(shè)計和“分區(qū)”設(shè)計(諸如分段和分層設(shè)計)。兩種設(shè)計均可包括增強(qiáng)材料(例如，增強(qiáng)輪式粘結(jié)磨料制品的中心鏜孔)，諸如膠或其它熱固性樹脂，例如選自環(huán)氧樹脂、縮聚物和酚醛樹脂的樹脂。

實施例和比較例

本公開的對象和優(yōu)點通過下面的非限制性實施例和比較例進(jìn)一步示出。這些實施例中所提到的具體材料及其量以及其它條件和細(xì)節(jié)，不應(yīng)被理解為是對本公開的不當(dāng)限制。

除非另有說明，否則在實施例及本說明書的其余部分中的所有份數(shù)、百分比、比率等均為按重量計。除非另行指出，否則所有試劑均得自或購自精細(xì)化學(xué)品供應(yīng)商諸如密蘇里州圣路易斯的西格瑪奧德里奇公司(sigma-aldrichcompany,st.louismo)，或者可通過已知的方法合成。在實施例的表中，“na”意指不適用。

下面的縮寫用于描述實施例：

℃:攝氏度

fx：在磨削期間在x方向上的力

fz：在磨削期間在z方向上的力

g/cm³克/立方厘米

gpa：吉帕斯卡

hmom薄片厚度

kn：千牛頓

kpa：千帕斯卡

kw：千瓦

m/s：米每秒

mil：10^-3英寸

mm：毫米

mm/min：毫米/分鐘

mm³/mm/sec：立方毫米每毫米每秒

μm：微米

mpa：兆帕斯卡

n：牛頓

psi：磅/平方英寸

q-prime：具體材料移除率

ra：表面粗糙度的絕對值的算術(shù)平均值

速比：磨削輪速度對工件速度的比

實施例中所使用的材料和試劑的縮寫如下：

糊精：得自奧地利的阿格拉納斯塔克股份有限公司(agranastarkegmbh,austria)

乙基麥3-羥基-2-乙基-4-吡喃酮，得自紐約州新羅謝爾的帕徹姆精細(xì)&專用化

芽酚：學(xué)品公司(parchemfine&specialtychemicals,newrochelle,newyork)。

f54：白剛玉，以商品名“alodurwskf54”得自奧地利的太巴客磨料有限公司(treibacherschiefmittel,ag,austria)

f60：白剛玉，以商品名“alodurwskf60”得自奧地利的太巴客磨料有限公司(treibacherschiefmittel,ag,austria)。

f70：白剛玉，以商品名“alodurwskf70”得自奧地利的太巴客磨料有限公司(treibacherschiefmittel,ag,austria)。

tbr：包含ufr和任選地蠟組分的臨時粘結(jié)劑樹脂。

ufr：脲-醛樹脂，以商品名“durite3029c”得自俄亥俄州哥倫布邁圖專用化學(xué)品公司(momentivespecialtychemicals,inc.,columbus,ohio)。

v601：玻璃料共混物。

v904：玻璃料共混物。

實施例1

根據(jù)本公開的原理制備玻璃化粘結(jié)磨料棒，其包括作為造孔材料的乙基麥芽酚。更具體地，通過均勻地分散以下組分來制備實施例1的玻璃化粘結(jié)磨料棒：1)磨料顆粒(氧化鋁礦物質(zhì)f54、f60和f70)；2)粘結(jié)劑介質(zhì)(v601(玻璃狀粘結(jié)介質(zhì))、糊精(固體臨時粘結(jié)劑添加劑)和tbr(液體臨時粘結(jié)劑添加劑))；以及3)根據(jù)表1中列出的配方的γ-吡喃酮造孔材料(乙基麥芽酚)，使用空氣驅(qū)動混合器在21℃下分散5分鐘以提供可粘結(jié)磨料組合物。30分鐘后，將可粘結(jié)磨料組合物鋪展到12mm×15mm×120mm的模頭中，并壓制以提供前體磨料結(jié)構(gòu)(或“生坯棒”)。測量實施例1的前體磨料結(jié)構(gòu)的密度為2.005g/cm³。將前體磨料結(jié)構(gòu)從模頭中移除、轉(zhuǎn)移到烘箱(耐火材料sager)中，并經(jīng)受表2中所列的熱循環(huán)，以便使乙基麥芽酚造孔材料升華/蒸發(fā)，從而得到多孔前體磨料結(jié)構(gòu)。將另外熔融的氧化鋁砂粒放置在烘箱內(nèi)用于最終的焙燒操作，以防止粘結(jié)劑流動并熔合到烘箱。根據(jù)表3中列出的條件，使多孔前體磨料結(jié)構(gòu)經(jīng)受第二次玻璃狀粘結(jié)熱循環(huán)，從而得到粘結(jié)磨料結(jié)構(gòu)(玻璃化粘結(jié)棒)。允許玻璃化粘結(jié)棒冷卻至21℃。

比較例a

根據(jù)實施例1中通常描述的過程來制備玻璃化粘結(jié)磨料棒，不同的是，按照表1中列出的配方，用萘取代乙基麥芽酚作為造孔材料。比較例a的前體磨料結(jié)構(gòu)的密度為2.010g/cm³。

比較例b

根據(jù)實施例1中通常描述的過程來制備玻璃化粘結(jié)磨料棒，不同的是，按照表1中列出的配方，不包括造孔材料。比較例b的前體磨料結(jié)構(gòu)的密度為2.090g/cm³。

表1

表2

表3

獲得實施例1、比較例a和比較例b的樣品的照片和光學(xué)顯微照片，并復(fù)制在圖2處。如圖所示，乙基麥芽酚生成與當(dāng)使用萘?xí)r觀察到的幾乎相同的孔結(jié)構(gòu)。此外，使用與實施例1和比較例a相同的通用制造方法實現(xiàn)了這些高度相似的結(jié)果。驚人地發(fā)現(xiàn)，在多孔玻璃化粘結(jié)磨料制品的制造中，乙基麥芽酚可用作萘的“即可式”替代物。從與在沒有任何另外的造孔材料的情況下制成的樣品(即比較例b)的比較可以看出，孔形成材料對于引起額外的孔隙率可為重要的。

實施例2

按照表1中的配方，如實施例1中通常所述的制備玻璃狀磨料組合物(可粘結(jié)磨料組合物)。將組合物轉(zhuǎn)移到具有127mm鏜孔的400mm直徑×25mm寬的輪模具，并且壓制以提供具有2.12g/cm³的密度的前體磨料結(jié)構(gòu)(或“生坯體”)。使前體磨料結(jié)構(gòu)經(jīng)受孔形成物燒盡和玻璃狀粘結(jié)熱循環(huán)，以提供磨削輪形式的粘結(jié)磨料制品。

實施例3

按照表1中的配方，如實施例2中通常所述的制備玻璃化粘結(jié)砂輪形式的粘結(jié)磨料制品，其中輪模具尺寸為195mm直徑×200mm寬×90mm鏜孔。實施例3的前體磨料結(jié)構(gòu)(或“生坯輪”)具有2.15g/cm³的密度。

比較例c

按照表1中的配方，如實施例2中通常所述的制備玻璃化粘結(jié)磨削輪形式的粘結(jié)磨料制品，不同的是，用等體積的萘取代乙基麥芽酚。比較例3的前體磨料結(jié)構(gòu)(或“生坯輪”)具有2.12g/cm³的密度。

比較例d

按照表1中的配方，如實施例3中通常所述的制備玻璃化粘結(jié)磨削輪形式的粘結(jié)磨料制品，不同的是，用等體積的萘取代乙基麥芽酚。比較例d的前體磨料結(jié)構(gòu)(或“生坯輪”)具有2.15g/cm³的密度。

根據(jù)以下測試方法測量實施例2和實施例3以及比較例c和比較例d的玻璃化磨料粘結(jié)制品/輪的物理特性。結(jié)果在表4中列出。

孔隙率：計算值

表面硬度：使用得自加利福尼亞州薩克拉曼多的磨料工程公司(abrasiveengineeringcorp.,sacramento,california)的grade-o-meter來測量

動態(tài)楊氏模量使用得自比利時勒芬的j.w.萊門斯公眾有限公司(j.w.

(edyn)：lemmens,n.v.,leuven,belgium)的grindosonic來測量

表4

緩進(jìn)料磨削測試

在以下條件下，使用得自德國的保寧瓊格股份有限公司(blohmjung,gmbh,germany)的型號“profitmatmt480”的磨削機(jī)來評估實施例2和比較例c。結(jié)果在表5-表8和圖3-圖5中列出。

工件：250mm×18mm×65mm耐低溫硬化鋼，洛氏硬度60hrc，類型“k720”，得自奧地利卡普芬貝格的edelstahl股份有限公司&兩合公司(edelstahlgmbh&cokg,kapfenberg,austria)。

冷卻劑：3％至5％乳液(v/v)的油或合成潤滑劑(例如可購自嘉實多股份有限公司(castrolltd.)或嘉實多集團(tuán)(castrolgroup)的castrolsyntilo81e或castrolsyntilocr4，或可購自公司的d81

磨削條件：

修整：

類型cvd，0.8mm×0.8mm

每條路徑的橫向進(jìn)料20μm

重疊2

表5

表6

表7

表8

本公開的制造粘結(jié)磨料制品的方法提供優(yōu)于先前技術(shù)的顯著改善。使用常規(guī)制造條件，使用γ-吡喃酮造孔材料(例如，乙基麥芽酚)容易地在所得粘結(jié)磨料制品中生成所需的孔隙率，并且不產(chǎn)生環(huán)境處理問題。本公開的γ-吡喃酮造孔材料，如果有的話，那么對所得粘結(jié)磨料制品的設(shè)計幾何形狀具有最小的的負(fù)面影響。

雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實施方案描述了本公開，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，在不脫離本公開的實質(zhì)和范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行改變。