[发明专利]改进的玻璃态磨料体

说明书

发明背景

本发明一般涉及粘结磨料体，更具体地说是涉及用热压技术制备的玻璃态磨料磨具。

磨具的性能主要由用来制备磨具的材料成分所决定，例如，玻璃态砂轮的研磨作用和工具的寿命主要由存在的磨料和粘合剂的量，以及气孔率所决定。对于给定量的磨料，低气孔率和高粘合剂含量会产生较硬的作用和较长的磨具寿命。相反，高气孔率和低粘合剂含量得到“较软”的作用，即研磨效率较低，以及相对短的磨具寿命。最终的气孔率是常规的，冷压磨具由粘合剂/磨料比率以及冷压步骤所得的密度的改变来控制。

制备玻璃态磨具的常用技术是热压，它一般涉及给在模具内的成形材料同时加热加压。该技术可有利地在相对低的模塑压力下，如98.4～210.9kg/cm²〔0.7-1.5吨/平方英寸(tsi)〕，得到极致密的玻璃态材料。虽然所得的产物有较长的工作寿命，但它的有些方面是很欠缺的。例如，产品仅限于一级研磨能力或硬度，即，极低气孔率(如0-5％)的硬度特征。结果，产品有“硬作用”，即，它的切削表明不易损坏。由于磨粒会变钝并停止切削，硬作用特征会导致不合适的研磨；砂轮表面会有负载。此外，由于它的相对低的粘度，致密的玻璃态产物的玻璃部分在热压的压力和温度条件下会裂解。

过去已试图通过产生气孔来降低磨料的密度。例如，美国专利1,986,850(Pohl等)揭示了蜂窝状结构的磨体，其中当磨体内的成分相互反应时形成了气体来得到气孔。但是在这类方法中，常常难以控制气孔的大小和分布。

美国专利2,806,772(Robie)揭示了将薄壁空心球掺入酚类基质的磨料。球体可由粘土或各种树脂和塑料制成。Robie发明似乎依赖于冷压技术，这不能很好地控制磨具的气孔率和硬度。

美国专利2,986,455(Sandmeyer)也提出用空心的球体磨料颗粒制备多孔砂轮。虽然Sandmeyer揭示了热压技术，但该文献没有提出气孔率可在很广的范围里被精确控制的玻璃态砂轮。

美国专利4,157,897(Keat)揭示了陶瓷粘结磨具，它含金刚石或立方氮化硼硬磨料。基体粘合剂包括天然或合成的石墨。Keat要求基有极低的气孔率，即少于10％。

美国专利4,799,939(Bloecher等)揭示了在可腐蚀的基质中含有空心玻璃体的磨料产品。Bloecher专利涉及的是被涂覆的磨料，而不是诸如切削砂轮的玻璃态磨料体。

美国专利5,203,886(Sheldon等)揭示了高气孔率的玻璃态粘结砂轮，通过使用发泡的氧化铝珠和有机-产孔性材料的颗粒，如石墨、胡桃壳或木屑来制得。但是，与Robie一样，Sheldon也依赖于冷压技术，在某些环境下有不利处。

鉴于现有技术的状态和存在的一些上述缺陷，很明显需要具有改进的研磨性能和可调节级别特征的热压、玻璃态磨料。作为特例，人们需要在各种工作条件下能更自由切削的热压玻璃态砂轮。

很明显也需要开发选择性改变热压玻璃态材料气孔率(以及由此所得的硬度特征)的更好方法。

发明综述

对于上述所讨论的需求，本发明揭示了改进的热压玻璃态磨料体。这些材料包括：

(a)磨料；

(b)玻璃态粘合剂；和

(c)选自下列物质的增量剂：

(I)至少一种空心陶瓷体(c(i))；和

(II)组份c(i)与至少一种摩擦系数低的非空心、非反应性材料(c(ii))的混合物。

这些磨料体的气孔率在约1-50％(体积)范围里。如下所述，使用这些材料使磨具的性能比现有技术中用冷压材料制得的磨具的性能有极大的改进。

本发明的另一个技术方案是制备磨料体的改进方法。该方法包括将上述的磨料、玻璃态粘结剂和增量剂混合成所需的形式，然后用热压技术热处理形成的混合物。

附图简述

该附图显示了基于本发明的各种样品的模量和气孔率特征。

发明详述

组份(a)的磨料可为常规的磨料、超磨料、溶胶凝胶氧化铝磨料或这些材料的混合物。存在的磨料总量一般约为4-56％(体积)的磨料体。在优选的技术方案中，该范围约为30-48％(体积)。

常规的磨料是现有技术中公知的，包括，例如，氧化铝、碳化硅、氧化锆-氧化铝、石榴石、刚玉粉和燧石。超磨料也是现有技术已知的，其例子为金刚石和立方氮化硼。