абразивное зерно на основе циркониевого корунда

Формула изобретения

1. Абразивное зерно на основе расплавленного в электродуговой печи Al₂O₃ и ZrO₂ c содержанием

- Al₂O₃ от 52 до 62% масс.,

- ZrO₂ от 35 до 45% масс., при этом в целом по меньшей мере 70% масс. ZrO₂ по отношению к всей массе ZrO ₂ находится в тетрагональной и кубической высокотемпературной модификации,

- соединений титана в восстановленной форме, в частности в форме оксидов, и/или субоксидов, и/или карбидов, и/или оксикарбидов, и/или оксикарбонитридов, и/или силицидов, выраженных как TiO₂, от 1 до 5% масс.,

- Y ₂O₃ от 0,5 до 3,0% масс.,

- соединений Si, выраженных как SiO₂, от 0,2 до 0,7% масс.,

- углерода всего от 0,03 до 0,5% масс. и

- обусловленных сырьем загрязнений менее 3,0% масс., отличающееся тем, что массовое соотношение TiO₂ и Y₂O₃ составляет от 1:2 до 5:1.

2. Абразивное зерно по п.1, отличающееся тем, что содержание соединений титана, выраженных как TiO ₂ составляет от 1,5% масс. до 4.0% масс., а содержание Y₂O₃ составляет от 0,5% масс. до 2,0% масс. по отношению к массе готового абразивного зерна.

3. Абразивное зерно по п.1 или 2, отличающееся тем, что содержание соединений титана, выраженных как TiO₂, вместе с содержанием Y₂O₃ составляет от 2,0 до 6,0% масс., предпочтительно от 3,0 до 5,0% масс. по отношению к готовому абразивному зерну.

4. Абразивное зерно по п.1 или 2, отличающееся тем, что массовое соотношение TiO₂:Y₂O₃ составляет от 2:1 до 4:1.

5. Абразивное зерно по п.3, отличающееся тем, что массовое соотношение TiO₂:Y₂O ₃ составляет от 2:1 до 4:1.

6. Абразивное зерно по одному из пп.1, 2 или 5, отличающееся тем, что в абразивном зерне более 20% масс. оксида циркония находится в кубической высокотемпературной фазе и более 50% масс. оксида циркония находится в тетрагональной высокотемпературной фазе по отношению к общей массе оксида циркония.

7. Абразивное зерно по п.3, отличающееся тем, что в абразивном зерне более 20% масс. оксида циркония находится в кубической высокотемпературной фазе и более 50% масс. оксида циркония находится в тетрагональной высокотемпературной фазе по отношению к общей массе оксида циркония.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к абразивному зерну на основе расплавленного в электродуговой печи циркониевого корунда с отличительными признаками согласно пункту 1 ограничительной части формулы изобретения.

Вид керамических частиц, которые получают с помощью крайне быстрого охлаждения расплава из оксида алюминия и оксида циркония, известен уже много лет и успешно применяется в качестве абразивного зерна и/или огнестойких материалов. В частности, при применении в качестве абразивного зерна было обнаружено, что высокое содержание тетрагональной высокотемпературной модификации оксида циркония в продукте выгодно отражается на качестве и производительности съема абразивного зерна. Высокотемпературная модификация оксида циркония в расплавленном циркониевом корунде обычно получается быстрым охлаждением расплава из оксида алюминия и оксида циркония в присутствии в основном известных, действующих как стабилизаторы для высокотемпературной модификации оксидов металлов, таких как, например, оксид титана, оксид иттрия, оксид магния, оксид кальция или других.

Так в US 5525135 (EP 0595081 B1) описано абразивное зерно на основе циркониевого корунда, в котором более 90% масс. оксида циркония находится в тетрагональной высокотемпературной модификации. Стабилизация высокотемпературной фазы в данном случае происходит с помощью добавления оксида титана в присутствии угля в качестве восстановителя в жидкий расплав и последующего быстрого охлаждения расплава. При этом образуются восстановленные соединения титана в форме субоксидов, карбидов и/или оксикарбидов, при этом стабилизация высокотемпературной фазы оксида циркония, вероятно, происходит с помощью субоксидов титана.

В US 7122064 B2 (EP 1341866 B1) описано абразивное зерно на основе циркониевого корунда, в котором высокотемпературная фаза оксида циркония также стабилизирована с помощью соединений титана в восстановленной форме, в частности в форме оксидов, субоксидов, карбидов и/или оксикарбидов. В EP 1341866 B1 описано абразивное зерно, которое имеет дополнительно соединения кремния с содержанием от 0,2 до 0,7% масс., которые можно выразить как SiO₂. Хотя стабилизирующее действие восстановленных соединений титана из-за добавления SiO₂ явно снижается, однако одновременно также сильно снижается вязкость расплава, вследствие чего облегчается резкое охлаждение расплава, при котором жидкий материал вливают между металлическими пластинами. Это положительно сказывается на структуре готового абразивного зерна таким образом, что можно получить особенно тонкокристаллическую и гомогенную структуру, что наряду с по возможности более высоким содержанием высокотемпературной модификации оксида циркония является следующим важным критерием качества продукта.

В US 4457767 описано абразивное зерно из циркониевого корунда, которое содержит от 0,1 до 2% масс. оксида иттрия, который известен как стабилизатор для высокотемпературной модификации оксида циркония. Известно, что стабилизирующее действие Y₂O₃ на высокотемпературную фазу оксида циркония выражено более сильно, чем в случае восстановленного TiO₂, так что можно применять сравнительно меньше Y₂O₃ для того, чтобы получить сравнимое количество высокотемпературной фазы.

Абразивное зерно на основе циркониевого корунда сегодня все еще принадлежит к важнейшим традиционным абразивным зернам для обработки различных сортов стали, так что предпринимаются большие усилия для того, чтобы еще улучшить производительность этого абразивного зерна.

Так, в US 7011689 B2 описаны керамические зерна из расплавленного циркониевого корунда, которые предпочтительно содержат от 35 до 50% масс. оксида циркония, от 48 до 65% масс. оксида алюминия, до 0,4% масс. SiO₂ и до 10% масс. по меньшей мере одного оксида из группы, состоящей из оксида иттрия, оксида титана и оксида магния. Такие керамические зерна расплавляют в присутствии угля и металлического алюминия в качестве восстановителя. При этом пытались улучшить качество с помощью особого способа проведения процесса, в котором с одной стороны применяли металлический алюминий в комбинации с углем в качестве восстановителя и с другой стороны использовали электродуговую печь с напряжением от 175 до 205 В с удельной энергией 2,5-4 кВт·ч на килограмм применяемого материала для того, чтобы таким образом получать продукт менее подверженный окислению. В качестве стабилизаторов в US 7011689 B2 описаны оксид иттрия, оксид титана и оксид магния, причем пришли к выводу, что стабилизированный иттрием вариант осуществления является предпочтительным (страница 16, строки 16-18). Комбинация оксида титана и оксида иттрия в качестве стабилизаторов описана в примере 22 для материала с содержанием оксида циркония 28,1% масс. Отношение оксида титана к оксиду иттрия составляет в данном случае примерно 4:1. Оксид иттрия присутствует в количестве 0,25% масс., в такой низкой концентрации, как известно, он один оказывает незначительное стабилизирующее действие. Особые преимущества данной комбинации не указаны, более того, данный продукт по причине его пористости описан не входящим в изобретение.

В US 2008/0028685 A1 описаны зерна из смеси расплавленного циркониевого корунда, которая содержит от 40 до 45,5% масс. оксида циркония, от 46 до 58% масс. оксида алюминия, до 10% масс. добавок, менее 0,8% масс. SiO₂ и менее 1,2% масс. примесей. Зерна из циркониевого корунда отличаются тем, что имеют менее 2 % посторонних включений (inclusions) и тем, что концентрация шарообразных утолщений (nodules), измеренная на поверхности среза любого зерна данной смеси, в по меньшей мере 50 % случаев составляет более 500 включений на мм². Как возможные добавки называют оксид иттрия, оксид титана, оксид магния и кальция, оксиды неодима, лантана, церия, диспрозия и эрбия, или какие-нибудь другие соединения из семейства редкоземельных элементов или их смеси, при этом в п.20 формулы изобретения количество добавок оценивают количественно и определяют как возможные добавки оксида иттрия от 0,1 до 1,2% масс. и/или оксида титана от 0,1 до 3% масс. и/или оксида кремния менее 0,4% масс. в присутствии оксида циркония от 42 до 44% масс. Однако комбинация данных добавок конкретно не упоминается или указывается.

Целенаправленное получение утолщений и включений, которыми характеризуются зерна циркониевого корунда, не являются объектами упомянутого выше документа, напротив получают продукты традиционным способом из обычного сырья в расплаве, а затем анализируют таким образом полученные зерна, при этом наряду с другими исследованиями оптически анализируют концентрацию утолщений и включений в шлифе.

Так как известно, что структура циркониевого корунда влияет на его производительность, пытались охарактеризовать структуру по имеющимся уплотнениям и включениям для того, чтобы можно было отсортировать смеси зерен, у которых структура характеризуется определенным количеством или, соответственно концентрацией уплотнений и включений, и на основании данной структуры ожидали определенной производительности. Вместе с этим в данном документе описан принципиально новый вид выходного контроля для давно известного продукта.

Комбинация оксида иттрия с оксидом титана известна из EP 0480678 A2, в которой на странице 6 в таблице 1 описано абразивное зерно (пример E), которое имеет химический состав 57% масс. оксида алюминия, 39,5% масс. оксида циркония, 0,5% масс. оксида иттрия и 2,12% масс. оксида титана. Целью данной заявки является получение доводочного средства на основе циркониевого корунда, который содержит максимально 30% масс. тетрагональной фазы по отношению к общему количеству оксида циркония. Данный продукт растворяют при окислительных условиях и после резкого охлаждения расплава подвергают термической обработке на воздухе для того, чтобы благодаря преобразованию высокотемпературной фазы оксида циркония получить продукт в моноклинной, термодинамически стабильной при комнатной температуре фазе, который содержит оксид циркония в тетрагональной фазе менее 30% масс.

В JP 1614974 описан циркониевый корунд, содержащий оксид титана и оксид иттрия, который имеет высокое содержание оксида циркония в тетрагональной высокотемпературной фазе. Однако продукт, описанный в данном документе, получают не при восстановительных условиях. Таким образом, в примерах из таблиц 8 и 9 видно, что имеющийся в продукте оксид титана не оказывает никакого влияния на стабилизацию тетрагональной высокотемпературной фазы. Продукт (пример 14) с содержанием примерно 6% масс. оксида титана имеет, например, только 34,2% масс. тетрагонального оксида циркония по отношению к общему количеству оксида циркония.

Таким образом, уровень техники можно обобщить тем, что из EP 1341866 B1 известно высокопроизводительное абразивное зерно на основе расплавленного в электродуговой печи Al₂ O₃ и ZrO₂, в котором высокотемпературная фаза оксида циркония стабилизируется восстановленными соединениями титана. Из US 4457767 известен сравнительно высокопроизводительный циркониевый корунд, который содержит от 0,1 до 2% масс. оксида иттрия, с помощью которого стабилизируется высокотемпературная модификация оксида циркония. Кроме того, известны композиции, в которых применяют оксид титана наряду с оксидом иттрия, однако при этом либо стабилизация происходит только за счет одного оксида иттрия, так как работают не при восстановительных условиях, либо производственные условия выбирают таким образом, что в общем образуется только незначительное количество тетрагональной фазы.

Хотя в новой патентной литературе оксид титана и оксид иттрия упоминаются вместе в качестве стабилизаторов, данная тема среди специалистов никогда не исследовалась дальше или не поднималась, так как не имеется никаких сведений о том, что с помощью такой комбинации смогли достичь улучшений продуктов. Таким образом, никакие исследования в этом направлении не описаны даже в процитированной выше новой патентной литературе.

В попытках улучшить производительность абразивного зерна из циркониевого корунда авторы данного изобретения подробнее исследовали принципы действия различных стабилизаторов. Для этого распределение фаз оксида циркония отлитого из расплава циркониевого корунда впервые исследовали с помощью так называемого метода Ритвельда. Данный способ основан на порошковой рентгеновской дифрактометрии и позволяет на основе полученной интенсивности рассеянного излучения количественно определять различные фазы в соединении. Особенное преимущество метода Ритвельда в случае циркониевого корунда состоит в том, что с помощью этого метода распределение фаз можно относительно точно анализировать количественно, а также различать прежде всего кубическую и тетрагональную высокотемпературную фазы оксида циркония.

В процитированной вначале патентной литературе хотя и определяют содержание высокотемпературной фазы также с помощью рентгеновской дифракции, однако при этом за основу для количественного анализа принимают интенсивности только трех пиков в области от 28º до 32º (2 ). Недостатком данного способа определения является то, что оно менее точно и не различает кубическую и тетрагональную высокотемпературные фазы, так как для высокотемпературных фаз исследуемые пики при примерно 30º (2 ) образуются из почти полного перекрывания соответствующих отдельных отражений обоих высокотемпературных фаз [см. также C.J. Howard, R.J. Hill, Journal Materials Science, 26 (1991)]. Поэтому в процитированной выше патентной литературе описана почти исключительно тетрагональная фаза в качестве высокотемпературной фазы. В немногих документах, в которых наряду с тетрагональной фазой также упоминалась кубическая фаза, не имеется никаких сведений о том, как данные фазы определялись.

В противоположность традиционному способу при анализе Ритвельда используют весь диапазон измерений [при используемых здесь результатах измерений от 20º до 80º (2 )] для количественного анализа композиции, при этом измеренные интенсивности отражения и углы отражения сопоставляют с теоретическими вычислениями для ожидаемых кристаллических фаз. При хорошем соответствии можно исходить из того, что количественный анализ является достаточно надежным.

Неожиданно в данных исследованиях было установлено, что оба стабилизатора Y₂O₃ и восстановленный TiO₂ в случае расплавленного в электродуговой печи циркониевого корунда отличаются не только своей эффективностью, но и образом действия. Так при стабилизации соединениями восстановленного оксида титана получают относительно высокое содержание кубической фазы, в то время как оксид иттрия в качестве стабилизатора при условиях плавления циркониевого корунда преимущественно предоставляет тетрагональную высокотемпературную фазу.

Исходя из этих данных целенаправленно были исследованы различные концентрации и комбинации отдельных стабилизаторов, а также их эффективность. Наиболее важные результаты данных исследований обобщены в следующих примерах, а также на фиг.1-3.

Пример 1 (получение образцов)

Для получения образцов для исследований примерно 400 кг смеси из глинозема (AC 34 фирма Rio Tinto Alcan, Gardanne), концентрата бадделеита (Kovdorsky GOK), циркониевого песка (Coferal Mineralien GmbH/состав: 66% масс. ZrO₂, 32% масс. SiO₂, 1,2% масс. Al₂O₃) и нефтяного кокса с различными количествами песка рутила (Coferal Mineralien GmbH/состав: 96% TiO₂ , 1,5% SiO₂) и/или оксида иттрия (Treibacher Industrie AG) расплавляли в трехфазной электродуговой печи при напряжении 91 В и потребляемой мощности 1400 кВт. После полного расплавления всей смеси исходных веществ (примерно 1 час) расплав согласно EP 0593977 выливали в зазор примерно от 3 до 5 мм между металлическими пластинами. Таким образом резко охлажденные пластины циркониевого корунда после полного охлаждения измельчали обычным способом в щековой дробилке, валковой дробилке, валковой мельнице или конусной дробилке и просеивали до получения желаемых фракций размеров зерен. Наряду с нефтяным коксом также можно предпочтительно применять металлический Al в качестве восстановителя, при этом часть нефтяного кокса заменяют металлическим Al.

В таблице 1 представлены составы в процентах отдельных смесей для различных полученных в рамках данной заявки образцов.

Таблица 1
Образец	Химический состав смесей (% масс.)
	Глинозем	Бадделеит	Циркониевый песок	Нефтяной кокс	Песок рутила	Y2O3
A	54,5	35,0	8,0	2,0	-	0,5
B	54,0	35,0	8,0	2,0	-	1,0
C	53,5	34,5	8,0	2,0	-	2,0
D	53,0	34,0	8,0	2,0	-	3,0
E	53,5	34,5	8,0	2,0	2,0	-
F	53,0	34,0	8,0	2,0	3,0	-
G	52,5	33,5	8,0	2,0	4,0	-
H	53,0	34,5	8,0	2,0	2,0	0,5
I	52,0	33,5	8,0	2,0	3,0	0,5
J	53,0	34,0	8,0	2,0	2	1
K	52,5	33,5	8,0	2,0	3	1
L	52,0	33,0	8,0	2,0	4	1
M	53,0	34,0	8,0	2,0	1	2
N	52,5	33,5	8,0	2,0	1	3

Пример 2 (исследование Ритвельда)

Для исследования Ритвельда небольшой образец подвергали измельчению в вибрационной мельнице до фракции <45 мкм. Порошок наносили на поверхность держателя образцов рентгеновского дифрактометра. В качестве рентгеновского дифрактометра применяли Bruker D8 Advance (Bruker AXS GmbH). Измерения проводили в области от 20º до 80ºС (2 ) с шагом 0,02º в 80 сек при вращении образца. В качестве источника излучения применяли стандартную рентгеновскую трубку с медным анодом, при этом измерение проводили без монохроматора с Cu K _/ излучением. В качестве исходной модели для вычислений Ритвельда привлекали данные из литературы. Так, данные для моноклинного оксида циркония происходят из Journal of Applied Crystallography, 29, (1996), 707-713, для кубического оксида циркония из Acta Crystallographica B, 39, (1983), 86, и для тетрагонального оксида циркония из Journal of Materials Science, 30, (1995), 1621-1625.

Пример 3 (испытание шлифования)

Параллельно с количественным вычислением распределения фаз проводили испытание шлифования соответствующих образцов, при этом материал испытывали в диске из вулканизованной фибры и в отрезном шлифовальном диске.

Испытание шлифования I (диск из вулканизованной фибры)

Для получения дисков стандартные диски из вулканизированной фибры с толщиной 0,8 мм с помощью ракли снабжали связующим слоем основы, состоящим из 56% масс. фенольной смолы (фирма Hexion Speciality Chemicals GmbH), 40% масс. карбоната кальция и 6% масс. воды. Затем электростатическим способом насыпали абразивное зерно (чистый циркониевый корунд просеянный NP 40) с плотностью разброса примерно 650 г/м³. После сушки или, соответственно, отверждения слоя основы наносили покрывающий слой, состоящий из 54% масс. фенольной смолы (фирма Hexion Speciality Chemicals GmbH), 20% масс. карбоната кальция, 20% масс. KBF4 и 6% масс. воды. Диски сушили и отверждали согласно указаниям производителя. После хранения в течение 12 часов в кондиционируемом помещении диски становились более гибкими и их с помощью штампования кольцевой матрицей подгоняли до конечных размеров.

В испытании шлифования применяли круглые стержни из высококачественной нержавеющей стали X5CrNi18-10 (производственный номер 1,4301) с диаметром 20 мм, при этом стержень под прямым углом с постоянной прижимной силой 16 Н/см² проводили по диску. Радиальная скорость диска в инструменте составляла в среднем 30 м/с, при этом деталь со скоростью 25 мм/сек попеременно двигалась на диске к центру и от центра. Чтобы предотвратить преждевременное перегревание детали, место контакта детали и диска охлаждали сжатым воздухом.

Результаты исследования Ритвельда, а также результаты шлифования образцов с одной добавкой представлены в следующей таблице 2.

Результаты шлифовки из таблицы 2 дополнительно графически воспроизведены на фиг.1 и 2, причем на фиг.1 представлено общее снашивание (г) на диаграмме относительно времени (интервалы каждые 30 секунд) для различных стабилизированных Y₂ O₃ циркониевых корундов, в то время как на фиг.2 представлены аналогичные результаты для различных стабилизированных восстановленным TiO₂ циркониевых корундов.

Таблица 2
Образец	Добавка (% масс. по отношению к всему абразивному зерну)		Распределение фаз оксида циркония (% масс. по отношению к всему количеству ZrO2)					Количество снашивания или производительность снашивания после 28 интервалов по 30 секунд
	TiO2	Y2 O3	Метод Ритвельда				Традиционный	(г)	(%)
			K*	T**	M***	K+T	K+T
A	-	0,5	5	45	50	50	75	183,9	80
B	-	1,0	10	65	25	75	90	229	100
C	-	2,0	15	75	10	90	100	230,7	100
D	-	3,0	18	82	0	100	100	205,8	90
E	2,0	-	20	30	50	50	89	210,5	92
F	3,0	-	25	41	34	66	96	229,7	100
G	4,0	-	60	22	18	82	100	218,1	95
Примечания к таблице 2: K* - кубический оксид циркония T** - тетрагональный оксид циркония M*** - моноклинный оксид циркония B - соответствует содержанию Y2O3 коммерчески доступного под торговым названием NZ Plus® (Saint-Gobain, Grains and Powders) F - соответствует коммерчески доступному Alodur® ZK40 (Treibacher Schleifmittel)

Прежде всего следует придерживаться того, что определенные методом Ритвельда значения для высокотемпературных фаз находятся ниже значений, которые можно определить традиционным способом, что можно приписать тому, что в методе Ритвельда расчетами охватывается вся измерительная область, в то время как в традиционном способе только 3 избранных, особенно интенсивных пика принимают для количественного определения. Таким образом, нельзя сравнивать описанные в литературе для расплавленного в электродуговой печи циркониевого корунда данные о содержании высокотемпературных фаз с установленными с помощью метода Ритвельда.

Из уровня техники известно, что стабилизирующее действие оксида иттрия более выражено, чем у восстановленных соединений титана, что явно следует из результатов, приведенных в таблице 2. Кроме того, неожиданно было установлено, что оба стабилизатора отличаются не только эффективностью, но и образом действия. Таким образом, при стабилизации восстановленными соединениями оксида титана получается относительно высокое содержание кубической фазы, в то время как оксид иттрия в качестве стабилизатора при условиях плавления циркониевого корунда преимущественно предоставляет тетрагональную высокотемпературную фазу.

Для образцов с одной добавкой исследование шлифования дало однозначные результаты, заключающиеся в том, что при добавлении определенного количества стабилизатора достигают оптимальных значений и последующее добавление неэффективно и не происходит дальнейшего повышения производительности шлифования, даже если при этом повышается содержание высокотемпературной фазы. Это было обнаружено как для оксида иттрия, так и для оксида титана, причем соответствующие оптимальные массовые доли различные. Так оптимальное значение для оксида иттрия находится в интервале от 1,0 до 2,0% масс., в то время как оптимальное значение для восстановленного оксида титана находится в интервале от 3,0 до 3,5% масс. Дальнейшее добавление того же самого стабилизатора приводит в обоих случаях к ухудшению продукта, что можно объяснить тем, что повышенная концентрация посторонних ионов в циркониевом корунде ухудшает прочность зерна и вместе с этим приводит к более быстрой потере режущей способности абразивного зерна в исследовании шлифования.

После того как было установлено, что соответствующие стабилизаторы оказывают разное действие, в рамках данного исследования впервые целенаправленно исследовали комбинации обоих стабилизаторов, при этом неожиданно было обнаружено, что в области, в которой для отдельных стабилизаторов достигаются оптимальные значения относительно воздействия на производительность абразивного зерна, дальнейшее повышение общего количества стабилизатора не только безвредно, но даже отражается положительно на производительности абразивного зерна, если дополнительное количество стабилизатора состоит из двух различных типов стабилизаторов. Соответствующие результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3
Образец	Добавка (% масс. по отношению к всему абразивному зерну)		Распределение фаз оксида циркония (% масс. по отношению к всему количеству ZrO2)				Количество снашивания или производительность снашивания после 28 интервалов по 30 секунд
	TiO 2	Y2O3	K	T	M	K+T	(г)	(%)
H	2	0,5	20	50	30	70	229,7	100
1	3	0,5	25	48	27	73	241,5	105
J	2	1	25	60	15	95	279	121
K	3	1	28	66	5	98	305,7	133
L	4	1	32	66	2	98	261,8	114
M	1	2	20	73	7	93	253,3	110
N	1	3	20	80	0	99	218,1	95
Примечания к таблице 3: K* - кубический оксид циркония T** - тетрагональный оксид циркония M*** - моноклинный оксид циркония

Указанные в таблице 3 результаты шлифования графически представлены на фиг.3 и 4.

Из таблицы, а также из графического изображения следует, что производительность абразивного зерна, которое стабилизировано примерно 3% масс. соединений восстановленного оксида титана, при добавлении 1% масс. оксида иттрия возрастает более чем на 30%. Подходящего объяснения данного неожиданного синергического эффекта двух различных стабилизаторов, который проявляется в частности тогда, когда преобладают соединения восстановленного оксида титана, до сих пор не могли найти.

Испытание отрезного шлифовального диска

Для подтверждения обнаруженных результатов дополнительно проводили испытание отрезного шлифовального диска.

Для данной серии испытаний были выбраны отрезные шлифовальные диски спецификации R-T1 180×3×22,5. Сначала получали прессовочную смесь из 75% масс. циркониевого корунда с крупностью зерна F36, 5% масс. жидкой смолы, 12% масс. порошковой смолы фирмы HEXION Speciality Chemicals GmbH, 4% масс. пирита и 4% масс. криолита. Для получения диска 160 г прессовочной смеси формовали на стандартной ткани и при 200 бар прессовали и согласно данным производителя смолы отверждали.

Для испытания шлифования применяли круглые стержни из нержавеющей стали (производственный номер 1,4301) с диаметром 20 мм. Процесс отделения происходил при скорости вращения шкива 8000 оборотов в минуту и с продолжительностью резки 3 секунды. После 12 отрезаний определяли уменьшение диска, определяя уменьшение диаметра диска. Исходя из соотношения удаления материала и уменьшения диска рассчитывали значение G.

Таблица 4
Образец	Добавка (% масс. по отношению к всему абразивному зерну)		Значение G
	TiO2	Y2O3
B	-	1,0	4,9	100%
F	3,0	-	5	102%
H	2	0,5	5,2	106%
1	3	0,5	5,4	110%
J	2	1	5,8	118%
K	3	1	6,2	126%
N	1	3	4,7	96%

Таким образом, можно установить, что производительность шлифования абразивного зерна на основе расплавленного в электродуговой печи Al₂O₃ и ZrO₂ с содержанием Al ₂O₃ от 52 до 62% масс. и содержанием ZrO ₂ от 35 до 45% масс., можно существенно улучшить, если применять от 1 до 5% масс. выраженных как TiO₂ соединений титана в восстановленной форме, в частности в форме оксида, и/или субоксида, и/или карбида, и/или оксикарбида, и/или оксикарбонитрида, и/или силицида вместе с Y₂O₃ в количестве от 0,5 до 3,0% масс. в качестве стабилизатора для высокотемпературной фазы оксида циркония в присутствии угля, при этом массовое соотношение TiO₂ и Y₂O₃ составляет от 1:2 до 5:1.

В соответствующем продукте содержится по меньшей мере 70% масс. ZrO₂ по отношению к общему содержанию ZrO₂ в кубической и тетрагональной высокотемпературной модификации, при этом необходимо отметить, что соответствующие значения следует определять методом Ритвельда. Далее, предпочтительно, чтобы применяемое исходное сырье содержало SiO₂, так чтобы в продукте содержались соединения Si в количестве от 0,2 до 0,7% масс., выраженные как SiO₂. Также следует отметить, что SiO₂ в электродуговой печи в большом количестве восстанавливается до SiO и испаряется, так что в исходных веществах должно находиться гораздо большее количество.

Общее содержание углерода в продукте составляет от 0,03 до 0,5% масс., в то время как в исходной смеси применяют предпочтительно от 0,5 до 5% масс. угля в качестве восстановителя, который, в частности, расходуется на восстановление оксида титана и при этом в большом количестве выделяется в форме CO из расплава. В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения предусмотрено, чтобы наряду с углем в качестве восстановителя применялся металлический алюминий, при этом часть угля заменяют металлическим алюминием и предпочтительно применять смесь с соотношением 1:1.

Наряду с указанными выше компонентами продукт может дополнительно содержать до 3,0% масс. загрязнений, обусловленных сырьем, без того, чтобы вследствие этого ухудшалось качество продукта.

В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения предусмотрено, чтобы содержание соединений титана, выраженных как TiO₂, составляло от 1,5% масс. до 4,0% масс., а содержание Y₂O₃ составляло от 0,5% масс. до 2,0% масс. по отношению к массе готового абразивного зерна, при этом содержание соединений титана, выраженных как TiO₂, вместе с содержанием Y₂O₃ составляет от 2,0 до 6,0% масс., предпочтительно от 3,0 до 5,0% масс. по отношению к массе готового абразивного зерна.

Синергия в комбинации двух стабилизаторов в отношении производительности шлифования особенно выражена, если массовое соотношение TiO ₂:Y₂O₃ составляет от 2:1 до 4:1.

Особенно хороших результатов можно достичь с помощью абразивного зерна на основе расплавленного в электродуговой печи циркониевого корунда, в котором более 20% масс. всего оксида циркония находится в кубической и более 50% масс. всего оксида циркония в тетрагональной фазе, при этом определение распределения фаз основано на методе Ритвельда.