粘結磨料製品和製造方法與流程

2023-12-02 01:53:21 3

背景技術：

本公開涉及粘結磨料製品諸如磨削輪等等。更具體地，其涉及製備粘結磨料製品的方法，包括在所得的粘結磨料製品中形成孔。

可用於研磨機加工和其它操作的粘結磨料製品在結構上為三維的並且通常包括通過粘結劑粘結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。用於製造粘結磨料製品的粘結體系的主要類型為：玻璃化的、樹脂狀的和金屬的。在使用玻璃化粘結磨料製品的情況下，諸如玻璃化磨削輪，使用玻璃狀粘結劑介質或體系將磨料顆粒粘結在一起。這些粘結通常在700℃至1500℃之間的溫度下玻璃化。樹脂狀粘結磨料利用有機粘結劑體系(例如酚醛樹脂粘結劑體系)將磨料顆粒粘結在一起以形成成型塊。金屬粘結磨料製品通常利用燒結的或鍍覆的金屬來粘結磨料顆粒。玻璃化粘結磨料製品與樹脂狀粘結磨料製品的不同之處在於，它們使用玻璃狀相來粘結磨粒並且從而在基本上更高的溫度下處理。玻璃化粘結磨料製品在使用中可耐受較高的溫度，並且通常比樹脂狀粘結輪更具剛性且更易碎。玻璃化粘結磨料製品非常適合精密機加工。

已發現，粘結磨料製品諸如玻璃化粘結磨削輪的切割特性可得益於包括或形成孔。包含或表現出孔隙率的粘結磨料製品具有開放結構(互連或互連通的孔隙率)，其可提供用於高度材料移除的薄片間隙，並且可在減小摩擦的同時將更多冷卻劑傳送到接觸區域中。在磨粒之間不存在足夠的孔隙率和間距的情況下，粘結磨料製品可變得載有薄片並且正如所預期的停止切割。而且，孔隙率可有利於自磨銳屬性，從而使粘結磨料製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。

當在壓力下包裝或模製磨料顆粒和粘結劑介質時，最小程度的孔隙率可自然地發生。然而，這種天然孔隙率通常對於許多玻璃化粘結磨料製品最終用途應用是不夠的。同樣地，玻璃狀粘結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，存在於磨料組合物中並且存在於最終粘結磨料製品中的組分)、臨時的(即，存在於磨料組合物中但不存在於最終粘結磨料製品中的組分)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製品製造工藝的一部分，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，但傾向於在供應上具有波動，並且由於材料不升華而傾向於引起爐的明火方面的問題。許多聚合物材料本質上是彈性的，並且經歷回彈，這反過來可使得難以預測或精確地控制焙燒後所得的玻璃化粘結磨料製品的幾何形狀。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樟腦球的主要成分的萘的物理和材料性質非常適合玻璃化磨料粘結製品的製造方法。萘可容易地被成形以產生期望大小的孔，不與常規的玻璃狀粘結材料或磨料砂粒反應，並且在預期壓力或壓制條件下表現出很小的體積變化或沒有體積變化。此外，萘在玻璃化粘結工藝的溫度(和壓力)下容易升華，並且因此從所得的粘結磨料製品中乾淨地移除。然而，萘被視為對人類和動物可能是致癌的，並且不適宜使用。此外，各種政府機構已經制定(或正在考慮制定)嚴格的萘暴露極限，該暴露極限可有效地使得其不可用於大量生產玻璃化粘結磨料製品。

鑑於上述，需要製造粘結磨料製品諸如玻璃化粘結磨料製品的方法，其中由環境友好材料引起的孔隙率以其他方式表現出萘的過程控制屬性。

技術實現要素：

本公開的一些方面涉及用於製造粘結磨料製品例如玻璃化粘結磨削輪的方法。製備了包含磨料顆粒、粘結劑介質和γ-吡喃酮造孔材料的可粘結磨料組合物。前體磨料結構由組合物形成。從前體磨料結構中移除γ-吡喃酮造孔材料以提供被進一步處理以提供粘結磨料製品的多孔前體磨料結構。在一些實施方案中，粘結劑介質包括玻璃狀粘結材料，其中多孔前體磨料結構經受升高的溫度(例如，至少700℃)以實現玻璃化粘結。在其它實施方案中，乙基麥芽酚被提供為造孔材料，並且通過升華和/蒸發從前體結構中移除。

附圖說明

圖1為用於根據本公開原理製造粘結磨料製品的方法的流程圖；

圖2呈現了其中使用萘作為造孔材料製造的玻璃化粘結磨料製品和沒有使用造孔材料製造的玻璃化粘結磨料製品的根據本公開原理的粘結磨料製品的照片和光學顯微照片圖像的比較；並且

圖3-圖5為示出根據本公開方法製造的粘結磨料製品和使用常規方法製造的粘結磨料製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製造粘結磨料製品的方法、在製造過程期間生成的前體磨料結構以及所得的粘結磨料製品。一般來講，本公開的製造方法需要將造孔材料摻入到可粘結磨料組合物中、使可粘結磨料組合物形成(例如，壓制)為所需的形狀以便獲得前體磨料結構(例如，「生坯」體)、處理前體磨料結構以移除(例如，升華)造孔材料以便獲得多孔前體磨料結構，以及處理多孔前體磨料結構以實現粘結磨料製品的形成。與將前體磨料結構轉變為粘結磨料製品相關聯的處理步驟可被調整適於所採用的特定粘結劑。無論如何，本公開的技術使得能夠在前體磨料結構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、環境友好地在所得的粘結磨料製品中引起孔隙率。本公開的技術特別可用於製造玻璃化粘結磨料製品，但也適用於其它磨料製品粘結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示例，但本公開決不局限於玻璃化粘結磨料製品。此外，本公開的粘結磨料製品可呈現各種形式，並且在一些實施方案中適用於金屬和其它材料諸如磨削輪、切割輪、磨刀石、磨石等等的機加工和精加工。

圖1為示出了本公開的用於製造粘結磨料製品的技術的流程圖。在20處，例如通過將以下所述的組分或成分混合在一起來製備可粘結磨料組合物。一般來講，本公開的可粘結磨料組合物包含磨料顆粒、粘結介質或粘結劑介質以及造孔材料。磨料顆粒和粘結劑介質的特定類型和數量對於本公開來說不是關鍵的，只要它們分別擁有用於最終粘結磨料製品的預期最終用途的期望的磨料性質和粘結性質。本公開的多個方面在於選擇造孔材料。因此，首先在下面討論本公開的造孔材料，之後是磨料顆粒、粘結劑介質和其它任選的可粘結磨料組合物成分的示例性標識。

在一些實施方案中，造孔材料是為結晶固體形式的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的雜環化合物。已經驚人地發現，至少一些γ-吡喃酮材料，例如乙基麥芽酚，基本上複製了萘的與玻璃化粘結磨料製品的製造有關的期望性能特徵，但是是環境友好的。例如，乙基麥芽酚既不被懷疑為特別有毒的，也不受制於與萘相同的嚴格暴露極限。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)表現出或滿足至少以下性質：首先，造孔材料是環境友好的。萘不滿足這個標準。第二，造孔材料不與所選擇的磨料顆粒、粘結介質或與可粘結磨料組合物一起採用的其它成分發生反應。第三，造孔材料能夠引起或產生特定大小的孔。第四，造孔材料在前體磨料結構形成步驟(例如，壓制)期間表現出很小的體積變化或沒有體積變化。造孔材料乾淨地升華或燒盡，並且不留下任何殘餘。最後，造孔材料具有很小的水溶性或沒有水溶性。

已經驚人地發現，乙基麥芽酚滿足這些標準中的每個標準。乙基麥芽酚為表現出與萘非常相似的許多物理和材料性質的可以各種尺寸購得的結晶有機固體。乙基麥芽酚在壓制條件下塑性變形(例如，不存儲彈性能)、微溶於水，並且在低溫(例如約140℃)下乾淨地升華。另外已經驚人地發現，乙基麥芽酚可與現有的玻璃化粘結磨料製品製造工藝一起用作萘的直接或「即可式」替代物。預期本公開所設想的其它γ-吡喃酮同樣適合。

返回到圖1，可粘結磨料組合物的磨料顆粒組分(步驟20)可呈現本領域普通技術人員已知以及以其它方式適於粘結磨料製品的各種形式。例如，磨料顆粒可為或包括由硬質材料(例如，至少約7的莫氏硬度)形成的磨粒。磨料顆粒可包括不同類型的磨料微粒材料的組合。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，磨料顆粒可包括或由無機材料製成，該無機材料為諸如碳化物、氧化物、氮化物、硼化物以及它們的組合。在一些實施方案中，磨料顆粒可為或包括超硬磨料顆粒材料，諸如金剛石或立方氮化硼。在一些實施方案中，磨料顆粒可包括或包含陶瓷顆粒，其由例如α氧化鋁、鎂鋁尖晶石和使用溶膠-凝膠前體α氧化鋁顆粒製備的稀土六方晶型鋁酸鹽的微晶組成。可用的磨料顆粒的其它非限制性示例包括但不限於熔融氧化鋁、經處理的氧化鋁、白色熔融氧化鋁、陶瓷氧化鋁材料，諸如以商品名3mceramicabrasivegrain購自明尼蘇達州聖保羅的3m公司(3mcompanyofst.paul,mn)的那些、黑碳化矽、綠碳化矽、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、矽酸鹽、氧化錫、二氧化矽(諸如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纖維)、矽酸鹽(諸如滑石、粘土(例如蒙脫土)、長石、雲母、矽酸鈣、偏矽酸鈣、鋁矽酸鈉、矽酸鈉)、燧石和金剛砂。磨料顆粒可為或包括壓碎的微粒和/或成形顆粒(例如，陶瓷成形磨料顆粒)。磨料顆粒可為經塗覆的(例如塗覆有偶聯劑)。

如上所述，可粘結磨料組合物的粘結介質呈現本領域普通技術人員已知的和以其它方式適於粘結磨料製品的各種形式。粘結劑材料通常包括玻璃質無機材料(例如，如在玻璃化粘結磨料製品的情況下)、金屬或有機樹脂(例如，如在樹脂粘結磨料製品的情況下)。

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

本領域中也稱為「玻璃化粘結」、「玻璃狀粘結」、「陶瓷粘結」或「玻璃粘結」的玻璃狀粘結相可由玻璃狀粘結前體組合物生產，該組合物包含一種或多種原材料的混合物或組合，當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。用於形成玻璃狀粘結相的典型原材料可選自金屬氧化物(包括準金屬氧化物)、非金屬氧化物、非金屬化合物、矽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劑可例如選自氧化矽、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，以及可表徵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。

矽酸鹽可例如選自矽酸鋁、硼矽酸鹽、矽酸鈣、矽酸鎂、矽酸鈉、矽酸鋰以及它們的組合。

礦物質可例如選自粘土、長石、高嶺土、矽灰石、硼砂、石英、蘇打灰、石灰石、白雲石、白堊以及它們的組合。

在製造玻璃化粘結磨料製品期間，粉末形式的玻璃狀粘結劑可與通常為有機粘結劑的臨時粘結劑混合。玻璃化粘結劑還可來自玻璃料，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。玻璃料為在其用於玻璃狀粘結前體組合物之前已被預焙燒用於形成粘結磨料製品的玻璃狀粘結相的組合物。如本文所用，術語「玻璃料」是通過以下步驟形成的材料的通用術語：充分共混包含一種或多種玻璃料形成組分的混合物，之後將混合物加熱(也稱為預焙燒)到至少足以使其熔化的高溫；冷卻玻璃並且使其粉碎。用於玻璃料粘結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、氟矽酸鈉、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，並且然後冷卻熔融混合物。經冷卻的混合物被壓碎並篩分至非常細的粉末，以便隨後用作第一粘結劑。這些玻璃料粘結成熟的溫度取決於其化學性質，但該溫度可在約600℃至約1800℃之間的任何範圍內。

玻璃狀粘結材料或組合物(與本公開的可粘結磨料組合物一起使用)的合適的範圍的非限制性示例可規定如下：基於玻璃狀粘結材料的總重量，25重量％至90重量％，任選35重量％至85重量％的sio2；基於玻璃狀粘結材料的總重量，0重量％至40重量％，任選0重量％至30重量％的b2o3；基於玻璃狀粘結材料的總重量，0重量％至40重量％，任選5重量％至30重量％的al2o3；基於玻璃狀粘結材料的總重量，0重量％至5重量％，任選0重量％至3重量％的fe2o3；基於玻璃狀粘結材料的總重量，0重量％至5重量％，任選0重量％至3重量％的tio2；基於玻璃狀粘結材料的總重量，0重量％至20重量％，任選0重量％至10重量％的cao；基於玻璃狀粘結劑的總重量，0重量％至20重量％，任選1重量％至10重量％的mgo；基於玻璃狀粘結材料的總重量，0重量％至20重量％，任選0重量％至10重量％的k2o；基於玻璃狀粘結材料的總重量，0重量％至25重量％，任選0重量％至15重量％的na2o；基於玻璃狀粘結材料的總重量，0重量％至20重量％，任選0重量％至12重量％的li2o；基於玻璃化粘結材料的總重量，0重量％至10重量％，任選0重量％至3重量％的zno；基於玻璃狀粘結材料的總重量，0重量％至10重量％，任選0重量％至3重量％的bao；以及基於玻璃狀粘結材料的總重量，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)。可用於本公開的方法和系統的玻璃狀粘結劑的其它具體的非限制性示例包含，基於重量，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。基於摩爾比，可用於本公開的玻璃狀粘結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，粘結介質的玻璃狀粘結劑形式可包括本領域已知的各種添加劑，以幫助製造磨料製品和/或改善此類製品的性能。根據本公開還可使用的此類常規添加劑包括但不限於潤滑劑、填料、臨時粘結劑和處理助劑。有機粘結劑優選地用作臨時粘結劑。典型的臨時粘結劑包含糊精、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。這些粘結劑還可包含液體組分，諸如水或聚乙二醇、粘度或ph調節劑或混合助劑。臨時粘結劑的使用可改善預焙燒或壓制生坯體以及焙燒製品的均勻性和結構質量。因為臨時粘結劑在焙燒期間被燒盡，所以它們不變成最終或成品粘結磨料製品的一部分。

雖然本公開的多個方面對於玻璃化粘結磨料製品的製造是非常有用的，但也可設想其它粘結形式。因此，可粘結磨料組合物的粘結介質可替代地可包括金屬粘結劑(例如錫、銅、鋁、鎳等)或本領域已知的可用於樹脂粘結磨料製品的有機樹脂。

無論確切形式如何，將所選擇的成分在20處混合以製備可粘結磨料組合物。混合過程可採用本領域中常規和已知的設備。在22處，可粘結磨料組合物被形成為期望的形狀，以便獲得前體磨料結構(例如，生坯結構)。形成可例如通過在壓制或不壓制的情況下模製來完成。典型的形成壓力可在寬範圍內變化，並且可選自0kg/cm3至400kg/cm3範圍的壓力，這取決於可粘結磨料組合物的構成和所得前體磨料結構的所需特性。本公開的前體磨料結構包含為至少一種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構包含玻璃狀粘結介質和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構包含玻璃狀粘結介質和γ-吡喃酮(例如乙基麥芽酚)造孔材料，並且不包含萘。

在24處，將造孔材料從前體磨料結構中移除，以便獲得多孔前體磨料結構。完成造孔材料的移除所必需的處理可取決於造孔材料組合物和其它性質，並且在一些實施方案中要求使前體磨料結構經受熱(例如，高於室溫的溫度)達足以實現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，已經驚人地發現，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乾淨地從前體磨料結構中升華/蒸發，(應當理解，移除的完全性取決於乙基麥芽酚的量、製品的厚度、溫度、停留時間等)。在相關實施方案中，可通過使前體磨料結構在各種階段經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構經受70℃-140℃範圍內的溫度下的加熱條件，並且隨後在第二個時間段經受另外升高的溫度(例如，大約140℃-175℃)。也可設想適於實現造孔材料從前體磨料結構中完全升華的其它溫度和/或停留時間條件。無論如何，在移除造孔材料之後，開口或孔保留在結構中。

在26處，處理多孔前體磨料結構以實現粘結磨料製品的形成。適於實現完全粘結(bonding)或粘結(binding)的工藝參數根據具體粘結形式來選擇。例如，使用玻璃化粘結磨料製品，在高溫下加熱或「焙燒」多孔前體磨料結構。玻璃狀粘結相通常在焙燒步驟產生，焙燒步驟通常在約700℃至約1500℃的溫度範圍內，任選地在約750℃至約1350℃的範圍內，任選地在約800℃至約1300℃的範圍內。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果。玻璃狀粘結相形成的實際溫度取決於例如具體粘結劑化學性質。玻璃狀粘結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，達約1小時-20小時)並且然後在延長的時間段(例如，約10小時-140小時)將焙燒製品冷卻到室溫來完成。應當理解，為焙燒步驟選擇的溫度以及玻璃狀粘結介質的組合物必須選擇為不對可粘結磨料組合物或最終粘結磨料製品中包含的磨料顆粒的物理性質和/或組成有不利影響。如本領域的普通技術人員已知的金屬粘結介質或有機樹脂粘結介質可採用不同的處理條件。

與上述說明一致，儘管圖1的技術反映了造孔材料的移除(步驟24)和步驟26處的為不同操作的後續處理，但在其它實施方案中，「步驟」可組合。即，前體磨料結構在足以實現玻璃化粘結的延長的時間段內經受升高的溫度；在前體磨料結構經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)從結構中升華。

所得的粘結磨料製品可呈現各種形式並且可表現出各種性質。例如，粘結磨料製品可為磨削輪、切割輪、磨刀石、磨石等等。在一些非限制性示例中，磨料顆粒在粘結磨料製品中的量可寬泛地變化，並且可在例如10％至80％，任選地25％至65％範圍。磨料顆粒可在粘結磨料製品中均勻地或非均勻地分布。粘結介質的量也可寬泛地變化，並且可在例如1體積％至60體積％，任選地2.5體積％至40體積％範圍。在一些實施方案中，粘結磨料製品具有至少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範圍內的密度。粘結磨料製品可具有任何可用的孔隙率範圍；在一些實施方案中，粘結磨料製品具有約5體積％至約80體積％，任選地約20體積％至約70體積％的孔隙率。粘結磨料製品的具體設計不受限制，並且可選自「整體」設計和「分區」設計(諸如分段和分層設計)。兩種設計均可包括增強材料(例如，增強輪式粘結磨料製品的中心鏜孔)，諸如膠或其它熱固性樹脂，例如選自環氧樹脂、縮聚物和酚醛樹脂的樹脂。

實施例和比較例

本公開的對象和優點通過下面的非限制性實施例和比較例進一步示出。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節，不應被理解為是對本公開的不當限制。

除非另有說明，否則在實施例及本說明書的其餘部分中的所有份數、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化學品供應商諸如密蘇裡州聖路易斯的西格瑪奧德裡奇公司(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。

下面的縮寫用於描述實施例：

℃: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/立方釐米

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&專用化

芽酚：學品公司(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

根據本公開的原理製備玻璃化粘結磨料棒，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製備實施例1的玻璃化粘結磨料棒：1)磨料顆粒(氧化鋁礦物質f54、f60和f70)；2)粘結劑介質(v601(玻璃狀粘結介質)、糊精(固體臨時粘結劑添加劑)和tbr(液體臨時粘結劑添加劑))；以及3)根據表1中列出的配方的γ-吡喃酮造孔材料(乙基麥芽酚)，使用空氣驅動混合器在21℃下分散5分鐘以提供可粘結磨料組合物。30分鐘後，將可粘結磨料組合物鋪展到12mm×15mm×120mm的模頭中，並壓制以提供前體磨料結構(或「生坯棒」)。測量實施例1的前體磨料結構的密度為2.005g/cm3。將前體磨料結構從模頭中移除、轉移到烘箱(耐火材料sager)中，並經受表2中所列的熱循環，以便使乙基麥芽酚造孔材料升華/蒸發，從而得到多孔前體磨料結構。將另外熔融的氧化鋁砂粒放置在烘箱內用於最終的焙燒操作，以防止粘結劑流動並熔合到烘箱。根據表3中列出的條件，使多孔前體磨料結構經受第二次玻璃狀粘結熱循環，從而得到粘結磨料結構(玻璃化粘結棒)。允許玻璃化粘結棒冷卻至21℃。

比較例a

根據實施例1中通常描述的過程來製備玻璃化粘結磨料棒，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的前體磨料結構的密度為2.010g/cm3。

比較例b

根據實施例1中通常描述的過程來製備玻璃化粘結磨料棒，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的前體磨料結構的密度為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顯微照片，並複製在圖2處。如圖所示，乙基麥芽酚生成與當使用萘時觀察到的幾乎相同的孔結構。此外，使用與實施例1和比較例a相同的通用製造方法實現了這些高度相似的結果。驚人地發現，在多孔玻璃化粘結磨料製品的製造中，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製成的樣品(即比較例b)的比較可以看出，孔形成材料對於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中通常所述的製備玻璃狀磨料組合物(可粘結磨料組合物)。將組合物轉移到具有127mm鏜孔的400mm直徑×25mm寬的輪模具，並且壓制以提供具有2.12g/cm3的密度的前體磨料結構(或「生坯體」)。使前體磨料結構經受孔形成物燒盡和玻璃狀粘結熱循環，以提供磨削輪形式的粘結磨料製品。

實施例3

按照表1中的配方，如實施例2中通常所述的製備玻璃化粘結砂輪形式的粘結磨料製品，其中輪模具尺寸為195mm直徑×200mm寬×90mm鏜孔。實施例3的前體磨料結構(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中通常所述的製備玻璃化粘結磨削輪形式的粘結磨料製品，不同的是，用等體積的萘取代乙基麥芽酚。比較例3的前體磨料結構(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中通常所述的製備玻璃化粘結磨削輪形式的粘結磨料製品，不同的是，用等體積的萘取代乙基麥芽酚。比較例d的前體磨料結構(或「生坯輪」)具有2.15g/cm3的密度。

根據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的玻璃化磨料粘結製品/輪的物理特性。結果在表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」的磨削機來評估實施例2和比較例c。結果在表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(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

每條路徑的橫向進料20μm

重疊2

表5

表6

表7

表8

本公開的製造粘結磨料製品的方法提供優於先前技術的顯著改善。使用常規製造條件，使用γ-吡喃酮造孔材料(例如，乙基麥芽酚)容易地在所得粘結磨料製品中生成所需的孔隙率，並且不產生環境處理問題。本公開的γ-吡喃酮造孔材料，如果有的話，那麼對所得粘結磨料製品的設計幾何形狀具有最小的的負面影響。

雖然已經參考優選實施方案描述了本公開，但是本領域技術人員將認識到，在不脫離本公開的實質和範圍的情況下，可以在形式和細節上進行改變。