Керамические формованные абразивные частицы, способы их получения, и абразивные изделия, содержащие их

Керамические формованные абразивные частицы, способы их получения, и абразивные изделия, содержащие их

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к оформленным абразивным изделиям.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В оформленных абразивных изделиях абразивные частицы объединяются связующей средой. К оформленным абразивным изделиям относятся, например, точильные камни, шлифовальные бруски, шлифовальные и отрезные круги. Связующей средой является, как правило, органическая смола, но может также использоваться неорганический материал, например керамика или стекло (т.е. стекловидные связующие элементы).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заявляется множество керамических формованных абразивных частиц, причем керамические формованные абразивные частицы имеют четыре основные плоскости, соединенные шестью общими кромками, причем каждая из четырех основных плоскостей соединяется с тремя другими основными плоскостями, при этом длина всех шести общих кромок в основном одинакова.

Известны реализации с керамическими формованными абразивными частицами, соответствующими номинальной категории, утвержденной абразивной промышленностью. Известны реализации, где как минимум одна из четырех основных плоскостей абразивной частицы совершенно плоская. Известные реализации, где как минимум одна из четырех основных плоскостей абразивной частицы вогнутая. Известные реализации, где керамические формованные абразивные частицы представляют собой корунд. Известные реализации со всеми четырьмя вогнутыми основными плоскостями абразивной частицы. Известные реализации, где как минимум одна из четырех основных плоскостей абразивной частицы выпуклая. Известные реализации, где керамические формованные абразивные частицы отличаются от усеченных пирамид. Известные реализации с тетраэдральной симметрией керамических формованных абразивных частиц. Известные реализации, где керамические формованные абразивные частицы выполнены в виде правильных четырехгранников. Известные реализации, где керамические формованные абразивные частицы представляют собой золь-гель корунда. Известные реализации, где керамические формованные абразивные частицы покрыты неорганическими частицами.

Заявляемые керамические формованные абразивные частицы практически используются, например, в производстве абразивных изделий и для шлифования детали.

Кроме того, заявляется способ шлифования детали, заключающийся в: фрикционном соприкосновении хотя бы части керамических формованных абразивных частиц абразивного изделия по настоящей заявке с поверхностью детали и перемещении хотя бы одной детали или абразивного изделия с целью шлифования хотя бы части поверхности детали.

Кроме того, заявляется абразивное изделие, содержащее керамические формованные абразивные частицы по настоящей заявке, закрепленные на связующем элементе.

Известные реализации со связующим элементом органического происхождения. Известные реализации абразивного изделия, включающего в себя оформленное абразивное изделие. Известные реализации со связующим элементом, содержащим фенолформальдегидную смолу. Известные реализации со связующим элементом неорганического происхождения. Известные реализации со связующим элементом, содержащим стекловидный связующий компонент.

Известные реализации абразивного изделия, представляющего собой оформленный абразивный круг. Известные реализации с абразивным кругом, представляющим собой шлифовальный круг (включая, например, шлифовальный круг с поджимным центром) или отрезной круг. Известные реализации абразивного изделия с дополнительным армирующим материалом, нанесенным на противоположные поверхности оформленного абразивного круга. Известные реализации абразивного изделия с дополнительным армирующим материалом, нанесенным только на одну поверхность оформленного абразивного круга. Известные реализации абразивного изделия с дополнительными измельченными абразивными частицами (например, соответствующими номинальной категории, утвержденной абразивной промышленностью).

Заявляется также способ изготовления абразивной частицы, заключающийся в:

помещении исходной керамической дисперсной массы в полость изложницы, при этом в полости имеются три вогнутые стенки, сходящиеся в общей вершине;

высушивании исходной керамической дисперсной массы и удалении ее из полости для создания заготовки керамической формованной абразивной частицы;

кальцинировании заготовки керамической формованной абразивной частицы и агломерации кальцинированной заготовки керамической формованной абразивной частицы для формирования керамической формованной абразивной частицы, при этом каждая из четырех основных плоскостей керамической формованной абразивной частицы соединяется с тремя другими основными плоскостями, при этом по меньшей мере три из четырех основных плоскостей в основном плоские, причем шесть общих кромок в основном одинаковы по длине.

Заявляемые керамические формованные абразивные частицы отличаются высокой степенью симметрии, благодаря чему снижается вероятность ориентации абразивных частиц в определенном направлении (например, вследствие технологической особенности производства), что либо препятствует абразивному воздействию, либо снижает его эффективность.

В настоящей заявке:

термин «в основном одинаковая длина» применительно к общим кромкам означает, что длина общих кромок отличается от номинальной длины на +/-20 процентов;

термин «правильный четырехгранник» относится к четырехграннику с четырьмя равными плоскостями;

термин «в основном одинаковая форма» применительно к правильному четырехграннику означает четырехгранник правильной формы с вероятными мелкими дефектами (обусловленными, например, производственными дефектами).

Перечисленные выше реализации возможны в любых сочетаниях, исключая явную ошибку с точки зрения настоящей заявки.

Отличительные особенности и преимущества настоящей заявки станут понятными с учетом подробного описания, а также прилагаемой формулы изобретения. Иллюстрации и подробное описание сопровождаются более конкретными показательными реализациями.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

ФИГ.1 представляет собой перспективное изображение оформленного абразивного круга 100 в соответствии с одной из реализации настоящей заявки;

ФИГ.2 представляет собой сечение 2-2 оформленного абразивного круга 100, показанного на ФИГ.1;

ФИГ.3А представляет собой условное перспективное изображение элементарной керамической формованной абразивной частицы 20а;

ФИГ.3В представляет собой условное перспективное изображение элементарной керамической формованной абразивной частицы 20b;

ФИГ.3C представляет собой условное перспективное изображение элементарной керамической формованной абразивной частицы 20с;

ФИГ.3D представляет собой условное перспективное изображение элементарной керамической формованной абразивной частицы 20d и

ФИГ.3Е представляет собой условное перспективное изображение элементарной керамической формованной абразивной частицы 20е.

Хотя на перечисленных выше иллюстрациях показано несколько реализации настоящей заявки, предполагаются также и другие реализации, как отмечено в описании. В любом случае, настоящая заявка представляет изобретение посредством изображения без ограничения. Следует указать на то, что прочие многочисленные модификации и реализации, которые могут быть разработаны специалистами, подпадают под область действия и принципы настоящей заявки. Иллюстрации приводятся без учета масштаба. На иллюстрациях могут использоваться одинаковые позиционные номера для обозначения одинаковых частей.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно ФИГ.1 и 2, показательный абразивный круг 100, соответствующий одной реализации настоящей заявки, снабжен центральным отверстием 112, используемым для крепления оформленного абразивного круга 100 например, к инструменту с приводом. Оформленный абразивный круг 100 включает в себя керамические формованные абразивные частицы 20, стандартно измельченные и отсортированные по размеру частицы 30 и связующий материал 25. Дополнительная первая сетка 115 и дополнительная вторая сетка 116 расположены на противоположных основных плоскостях абразивного круга 100.

Керамические формованные частицы с четырьмя основными плоскостями, которые соединяются между собой шестью общими кромками, причем каждая из четырех основных плоскостей соединяется с тремя другими основными плоскостями, и шесть общих кромок имеют в основном одинаковую длину. Различные реализации характерных форм отражены в предыдущем описании.

В одной показательной реализации, показанной на ФИГ.3А, керамические формованные абразивные частицы имеют форму правильных четырехгранников. Согласно ФИГ.3А, керамическая формованная абразивная частица 20А имеет четыре основные плоскости (81а, 82а 83а, 84а), соединенные шестью общими кромками (91а, 92а, 93а, 94а, 95а, 96а). Каждая из основных плоскостей соединяется с тремя другими плоскостями посредством соответствующих общих кромок. Например, основная плоскость 81а соединяется с основной плоскостью 82а по общей кромке 95а, основная плоскость 81а соединяется с основной плоскостью 84а по общей кромке 91a и основная плоскость 81a соединяется с основной плоскостью 83а по общей кромке 94а. Поскольку на ФИГ.3А изображен правильный четырехгранник (т.е. предмет с шестью равными кромками и четырьмя плоскостями), будут считаться допустимыми также частицы других форм. Например, керамические формованные абразивные частицы могут иметь форму неправильных (т.е. отличающихся от правильных) четырехгранников, при обязательном условии равной, в основном, длины шести общих кромок (как определено выше).

Например, в другой показательной реализации, показанной на ФИГ.3В, керамические формованные абразивные частицы представляют собой четырехсторонние предметы. Согласно ФИГ.3В, керамическая формованная абразивная частица 20В имеет четыре основных плоскости (81b, 82b 83b, 84b), соединенные шестью общими кромками (91b, 92b, 93b, 94b). Каждая из основных плоскостей вогнутая и соединяется с тремя другими плоскостями по соответствующим общим кромкам. Например, основная плоскость 81b соединяется с основной плоскостью 82b по общей кромке 95b, основная плоскость 81b соединяется с основной плоскостью 84b по общей кромке 91b и основная плоскость 81b соединяется с основной плоскостью 83b по общей кромке 94b. Поскольку на ФИГ.3В изображена частица с тетраэдральной симметрией (т.е. с четырьмя осями вращения симметрии третьего порядка и шестью зеркальными плоскостями симметрии), будут считаться допустимыми также частицы других форм. Например, керамические формованные абразивные частицы могут иметь одну, две или три вогнутых плоскости при ровных остальных плоскостях и обязательности условия в основном равной длины шести общих кромок.

В другой показательной реализации, показанной на ФИГ.3С, керамические формованные абразивные частицы выполнены четырехсторонними. Согласно ФИГ.3С, керамическая формованная абразивная частица 20С имеет четыре основные плоскости (81с, 82с 83с, 84с), соединенные шестью общими кромками (91с, 92с, 93с, 94с). Каждая из основных плоскостей выпуклая и соединяется с тремя другими основными плоскостями по соответствующим общим кромкам. Например, основная плоскость 81с соединяется с основной плоскостью 82с по общей кромке 95с, основная плоскость 81с соединяется с основной плоскостью 84с по общей кромке 91с и основная плоскость 81с соединяется с основной плоскостью 83с по общей кромке 94с. Поскольку на ФИГ.3С изображена частица с тетраэдральной симметрией, будут считаться допустимыми также частицы других форм. Например, керамические формованные абразивные частицы могут иметь одну, две или три выпуклых плоскости при ровных остальных плоскостях и обязательности условия в основном равной длины шести общих кромок.

В другой показательной реализации, показанной на ФИГ.3D, керамические формованные абразивные частицы выполнены с восемью плоскостями, из них четыре плоскости считаются основными, а четыре - второстепенными.

Согласно ФИГ.3D, керамическая формованная абразивная частица 20D имеет четыре основные плоскости (81d, 82d 83d, 84d), соединенные шестью общими кромками (91d, 92d, 93d, 94d). Каждая из основных плоскостей является шестиугольником и соединяется с тремя другими основными плоскостями по соответствующим общим кромкам.

Например, основная плоскость 81d соединяется с основной плоскостью 82d по общей кромке 95d, основная плоскость 81d соединяется с основной плоскостью 84d по общей кромке 91d и основная плоскость 81d соединяется с основной плоскостью 83d по общей кромке 94d. Поскольку на ФИГ.3D изображена частица с тетраэдральной симметрией, 3D, будут считаться допустимыми также частицы других форм. Например, керамические формованные абразивные частицы могут иметь одну, две или три выпуклых плоскости при ровных остальных плоскостях и обязательности условия в основном равной длины шести общих кромок.

Безусловно, на практике будут часто встречаться отклонения от идеализированных изображений ФИГ.3A-3D. Такие керамические формованные абразивные частицы также входят в общий состав.

Согласно ФИГ.3Е, керамическая формованная абразивная частица 20Е имеет четыре основные плоскости (81е, 82е 83е, 84е), соединенные шестью общими кромками (91е, 92е, 93е, 94е). Каждая из основных плоскостей соединяется с тремя другими плоскостями посредством соответствующих общих кромок. Например, основная плоскость 81е соединяется с основной плоскостью 82е по общей кромке 95е, основная плоскость 81е соединяется с основной плоскостью 84е по общей кромке 91е и основная плоскость 81е соединяется с основной плоскостью 83е по общей кромке 94е.

Керамические формованные абразивные частицы могут обладать сочетанием перечисленных выше формообразующих элементов (а именно выпуклые плоскости, вогнутые плоскости, плоскости неправильной формы и ровные плоскости). Аналогично, допускается использование керамических формованных абразивных частиц разных форм или размеров.

В некоторых реализациях керамические формованные абразивные частицы могут изготовляться в многоэтапном технологическом процессе. Технологический процесс осуществляется с использованием любого исходного керамического дисперсного материала.

Вкратце, способ включает в себя этапы изготовления просеянной или непросеянной исходной керамической дисперсной массы, из которой может быть изготовлена соответствующая керамика (например, из золь-геля бемита может быть изготовлен корунд); наполнение исходной керамической дисперсной массой одной или нескольких полостей изложницы, чья наружная форма соответствует желаемой формованной абразивной частице, высушивание исходной керамической дисперсной массы для создания предварительных керамических формованных абразивных частиц; извлечение предварительных керамических формованных абразивных частиц из полостей изложницы; кальцинирование предварительных керамических формованных абразивных частиц для создания керамических формованных абразивных частиц и последующее агломерирование кальцинированных предварительных керамических формованных абразивных частиц для создания керамических формованных абразивных частиц.

Теперь процесс будет описан более подробно на примере корундовых керамических формованных абразивных частиц.

На первом этапе процесса происходит получение просеянной или непросеянной исходной керамической дисперсной массы для изготовления керамики. Исходная керамическая дисперсная масса зачастую содержит жидкость, служащую испаряемым компонентом. В одной реализации испаряемым компонентом является вода. В дисперсной керамической массе необходимо присутствие достаточного количества жидкости, чтобы обеспечить достаточно низкую вязкость массы, позволяющую заполнить полости изложницы и повторить ее форму; одновременно, жидкости не должно быть настолько много, чтобы чрезмерно затруднить последующее удаление жидкости из полости изложницы. В одной реализации состав исходной керамической дисперсной массы таков: от 2 до 90 весовых процентов частиц, превращаемых в керамику, например частиц моногидрата оксида алюминия (бемит), и как минимум 10 весовых процентов, или от 50 о 70 процентов, или от 50 до 60 процентов испаряемого компонента, такого как вода. И наоборот, исходная керамическая дисперсная масса в некоторых реализациях содержит от 30 до 50 весовых процентов или от 40 до 50 весовых процентов твердых веществ.

Примеры практичной исходной керамической дисперсной массы включают золи оксида циркония, золи оксида ванадия, золи церия, золи оксида алюминия и их сочетания. В состав используемых на практике исходных дисперсных масс оксида алюминия входят, например, массы бемита и других гидратов оксида алюминия. Бемит может быть изготовлен по известным технологиям или приобретен на рыночной основе. Примеры предлагаемого на продажу бемита включают в себя продукцию с торговыми марками «DISPERAL» и «DISPAL», торговлей этими материалами занимается компания Sasol North America, Inc.; материал под торговой маркой «HIQ-40» продается компанией BASF Corporation. Эти моногидраты оксида алюминия являются относительно чистыми, в них содержится относительно мало гидратных фаз, отличающихся от моногидратов, при большой поверхностной площади.

Физические свойства готовых керамических формованных абразивных частиц будут в основном зависеть от типа материала, использованного для исходной керамической дисперсной массы. В настоящей заявке термином «гель» обозначается трехмерный полимерный каркас твердых веществ, диспергированный в жидкости.

Исходная керамическая дисперсная масса может содержать модифицирующую присадку или исходный продукт для модифицирующей присадки. Модифицирующая присадка может служить для улучшения некоторого желаемого свойства абразивных частиц или повышения эффективности последующего этапа агломерирования. Модифицирующие присадки или исходные продукты модифицирующих присадок могут быть в форме растворимых солей, обычно водорастворимых солей.

Как правило, они содержат металлсодержащий компаунд и могут служить исходным продуктом оксида марганца, цинка, железа, кремния, кобальта, никеля, циркония, гафния, хрома, иттрия, празеодима, самария, иттербия, неодима, лантана, гадолиния, церия, диспрозия, эрбия, титана и их смесей. Конкретные концентрации этих присадок в дисперсной массе исходного материала керамики могут изменяться в зависимости от навыков производителя работ.

Обычно введение модифицирующей присадки или ее исходного материала вызовет дисперсию в гель исходного материала керамики. Дисперсный исходный материал керамики может быть также включен в гель посредством нагревания в течение определенного времени для снижения концентрации жидкости в дисперсной массе за счет выпаривания. В дисперсной массе сходного материала керамики может также содержаться нуклеационный агент. Нуклеационные агенты, пригодные для настоящей заявки, могут включать тонкодисперсные частицы корунда, оксид железа (III) или его исходный материал, оксиды титана и титанаты или любой другой материал, который будет способствовать нуклеации преобразования. Объем нуклеационного агента, при условии использования, должен быть достаточен для преобразования корунда. Дисперсионные составы нуклеационного исходного материала корунда заявлены в патенте США No.4,744,802 (Schwabel).

К дисперсной массе сходного материала керамики может быть добавлен химический пластификатор для создания более стабильной гидрозольной или коллоидной дисперсии исходного материала керамики. Подходящими химическими пластификаторами являются одноосновные кислоты или кислотные компаунды, такие как уксусная кислота, соляная кислота, муравьиная кислота и азотная кислота. Допускается также использование многоосновных кислот, однако они могут быстро превратить в гель дисперсную массу исходного материала керамики, затруднив его обработку или ввод в него дополнительных компонентов. В некоторых коммерческих источниках бемита имеется кислотный титр (такой как абсорбированная муравьиная или азотная кислота), который поможет в образовании стабильной дисперсной массы исходного материала керамики.

Дисперсная масса исходного материала керамики может быть изготовлена любыми подходящими способами, например, для золь-гельного исходного материала корунда путем простого смешивания моногидрата оксида алюминия с водой, содержащей химический пластификатор, или созданием суспензии моногидрата оксида алюминия, в который добавляется химический пластификатор.

Допускается также добавка ингибиторов пенообразования и других химикатов, пригодных для снижения тенденции образования пузырей или попадания воздуха в процессе смешивания. При желании допускается ввод дополнительных химикатов, таких как смачивающие агенты, спирты или связующие агенты.

Второй этап процесса включает в себя обеспечение изложницы, имеющей, по крайней мере одну полость, предпочтительнее - несколько полостей, образованных по крайней мере на одной основной плоскости изложницы.

В некоторых реализациях изложница оформляется как часть орудия производства, в качестве которого может, например, использоваться ремень, лист, непрерывная лента, валик для нанесения покрытий, такой как ролик глубокой печати, муфта, надетая на валик для нанесения покрытий, или пуансон. В одной реализации орудие производства включает в себя полимерный материал. Примеры подходящих полимерных материалов включают термопластики, такие как полиэфиры, поликарбонаты, поли-(эфирные сульфоны), поли-(метил метакрилат), полиуретаны, поливинилхлорид, полиолефин, полистирен, полипропилен, полиэтилен или их сочетания, или термоусаживающиеся материалы. В одной реализации орудие производства целиком изготовлено из термопластичного материала. В другой реализации поверхности орудия производства, соприкасающиеся с дисперсионной массой исходного материала керамики в процессе сушки, выполнены со множеством полостей из полимерных или термопластичных материалов, а другие части орудия производства могут быть выполнены из других материалов. Например, на металлические орудия производства можно нанести подходящее полимерное покрытие для изменения их свойств поверхностного натяжения.

Полимерные или термопластичные орудия производства можно копировать с металлического эталонного инструмента. Металлический эталон будет иметь обратный узор по отношению к требуемому для орудия производства. Металлический эталон допускается изготовлять тем же способом, что и орудие производства. В одной реализации эталонный инструмент изготовляется из металла, например никеля, и подвергается алмазной обработке. В одной реализации эталонный инструмент как минимум частично изготовлен способом стереолитографии. Может быть произведено нагревание листового полимерного материала эталонным инструментом таким образом, что полимерный материал окажется тисненым узором эталонного инструмента в результате взаимного прижима. Модно также произвести экструзию термопластичного материала или залить им эталонный инструмент с последующим прессованием. Термопластичный материал охлаждается до затвердевания, формируя таким образом орудие производства. Пользуясь орудием производства из термопластичного материала, необходимо соблюдать осторожность и не допускать чрезмерного нагрева, способного повредить такое орудие, сокращая срок его службы.

Более развернутые сведения о конструкции и изготовлении орудий производства или эталонных инструментов можно найти в патентах США №№5,152,917 (Pieper и соавторы); 5,435,816 (Spurgeon и соавторы); 5,672,097 (Hoopman и соавторы); 5,946,991 (Hoopman и соавторы); 5,975,987 (Hoopman и соавторы) и 6,129,540 (Hoopman и соавторы).

Доступ в полости может открываться через отверстия в верхней или нижней поверхности изложницы. В некоторых реализациях полости могут занимать всю толщину изложницы. В качестве альтернативы, полости могут занимать только часть толщины изложницы. В одной реализации верхняя плоскость в основном параллельна нижней плоскости изложницы, а полости имеют в основном равную глубину.

По крайней мере одна сторона изложницы, а именно та, на которой имеются полости, может сообщаться с окружающей атмосферой на этапе удаления летучих компонентов.

Полостям придана специальная трехмерная форма для создания керамических формованных абразивных частиц. Глубина полости равна поперечному расстоянию от верхней плоскости до самой нижней точки нижней плоскости. Глубина конкретной полости может быть постоянной или изменяться по длине и/или ширине. Полости конкретной изложницы могут быть одной формы или разных форм.

Третий этап технологического процесса включает в себя наполнение полостей изложницы дисперсионной массой исходного материала керамики (например, посредством общепринятой технологии). В некоторых реализациях может быть использована машина для нанесения покрытий с ножевым валиком или машина для нанесения покрытий с вакуумной щелевой экструзионной головкой. Выпуск изложницы может быть использован, при желании, для облегчения удаления частиц из изложницы. В число типовых агентов выпуска изложницы входят масла, такие как арахисовое масло, минеральное масло, рыбий жир, кремнийорганические пластики, политетрафтороэтилен, стеарат цинка и графит. В основном, такой агент выпуска изложницы, как арахисовое масло, в жидкости, такой как вода или спирт, наносится на поверхности орудия производства, соприкасающиеся с дисперсионной массой исходного материала керамики, в количествах от примерно 0,1 мг/дюйм (0,6 мг/см²) до примерно 3,0 мг/дюйм (20 мг/см²) или от примерно 0,1 мг/дюйм (0,6 мг/см²) до примерно 5,0 мг/дюйм² (30 мг/см²) при желательности выпуска изложницы. В некоторых реализациях верхняя плоскость изложницы покрывается дисперсионной массой исходного материала керамики. Дисперсионная масса исходного материала керамики может быть закачана на верхнюю плоскость.

Затем можно воспользоваться скребком или разравнивателем для принудительного заполнения полостей изложницы дисперсионной массой исходного материала керамики. Остаток дисперсионной массой исходного материала керамики, не предназначенный для попадания в полости изложницы, может быть удален с верхней плоскости изложницы и использован повторно. В некоторых реализациях небольшая часть дисперсионной массой исходного материала керамики может оставаться на верхней плоскости, а в других реализациях верхняя плоскость полностью свободна от дисперсионной массы. Давление, прикладываемое к скребку или шине разравнивателя, обычно меньше 100 фунтов на кв. дюйм (0,6 МПа), меньше 50 фунтов на кв. дюйм (0,3 МПа) или даже меньше 10 фунтов на кв. дюйм (60 кПа). В некоторых реализациях за пределами верхней плоскости изложницы отсутствует существенная поверхность дисперсионной массы исходного материала керамики.

В тех реализациях, где желательны открытые поверхности полостей, образующие плоские поверхности формованных керамических абразивных частиц, может потребоваться переполнение полостей (например, при помощи матрицы микрофорсунок) и медленная сушка дисперсионной массы исходного материала керамики.

Четвертый этап технологического процесса включает в себя удаление летучего компонента посредством сушки дисперсионной массы. Летучий компонент предпочтительно удалять быстрым испарением. В некоторых реализациях удаление летучего компонента испарением происходит при температурах выше точки кипения летучего компонента. Верхний предел температуры сушки часто зависит от материала, из которого изготовлена изложница. Для полипропиленовых орудий производства температура должна быть ниже точки плавления пластика. В одной реализации с водной дисперсией твердых веществ от 40 до 50 процентов и полипропиленовой изложницы температуры сушки могут находиться в диапазоне от примерно 90°C до примерно 165°C, или от примерно 105°C до примерно 150°C, или от примерно 105°C до примерно 120°C. Повышенные температуры могут привести к увеличенной скорости производства, но могут также привести к разрушению полипропиленового средства производства, сокращая его срок службы в качестве изложницы.

В процессе сушки происходит усадка дисперсионной массы исходного материала керамики, часто вызывающая отход от стенок полости. Например, в полости с плоскими стенками у готовых керамических формованных абразивных частиц могут образоваться как минимум три вогнутые основные плоскости. Ранее было заявлено, что при вогнутых стенках полости (что увеличивает объем полости) имеется возможность получить керамические формованные абразивные частицы с как минимум тремя в основном плоскими основными плоскостями. Требуемая степень вогнутости зависит, в основном, от концентрации твердых веществ в дисперсионной массе исходного материала керамики.

Пятый этап технологического процесса включает в себя извлечение готовых исходных керамических формованных абразивных частиц из полостей изложницы. Исходные керамические формованные абразивные частицы можно удалять из полостей только посредством перечисленных далее процессов или в сочетании их с изложницей: естественная сила тяжести, вибрация, ультразвуковая вибрация, вакуум или сжатый воздух для извлечения частиц из полостей изложницы.

Исходные керамические формованные абразивные частицы можно затем дополнительно просушить вне изложницы. При сушке дисперсионной массы исходного материала керамики до желаемой степени внутри изложницы не требуется этап дополнительной сушки. Однако, в некоторых случаях может оказаться экономически целесообразным воспользоваться этим этапом дополнительной сушки для сокращения времени пребывания исходного материала керамики внутри изложницы. Как правило, исходные керамические формованные абразивные частицы будут сушиться от 10 до 480 минут, или от 120 до 400 минут при температуре от 50°C до 160°C, или от 120°C до 150°C.

Шестой этап технологического процесса включает в себя кальцинирование исходных керамических формованных абразивных частиц. В процессе кальцинирования удаляется в основном весь летучий материал, и различные компоненты, имевшиеся в дисперсионной массе исходного материала керамики, преобразуются в металлические оксиды. Обычно исходные керамические формованные абразивные частицы нагреваются до температуры от 400°C до 800°C и выдерживаются в этом температурном диапазоне вплоть до удаления несвязанной воды и 90 весовых процентов любого связующего летучего материала. В качестве дополнительного этапа может оказаться желательным ввести модифицирующие присадки посредством пропитки. В процессе пропитки в поры кальцинированных исходных керамических формованных абразивных частиц может быть введен водный раствор соли. Затем исходные керамические формованные абразивные частицы подвергаются повторному обжигу. Этот вариант подробно описан в патенте США No. 5,164,348 (Wood).

Шестой этап технологического процесса включает в себя агломерирование кальцинированных исходных керамических формованных абразивных частиц для формирования керамических частиц. Кальцинированные исходные керамические формованные абразивные частицы не полностью уплотнились до агломерирования, и это отсутствие желаемой твердости не позволяет использовать их в качестве керамических формованных абразивных частиц. Агломерирование происходит при нагревании кальцинированных исходных керамических формованных абразивных частиц до температуры от 1000°C до 1650°C. Продолжительность воздействия температуры агломерирования на кальцинированные исходные керамические формованные абразивные частицы для достижения заданного уровня преобразования зависит от различных факторов, как правило, от пяти секунд до 48 часов.

В другой реализации продолжительность этапа агломерирования составляет от одной до 90 минут. После агломерирования значение твердости по Виккерсу керамических формованных абразивных частиц может достигать 10 ГПа (гигапаскаль), 16 ГПа, 18 ГПа, 20 ГПа или выше.

Для модификации желаемого процесса могут использоваться другие этапы, например быстрое нагревание материала от температуры кальцинирования до температуры агломерирования, обработка дисперсионной массы исходного материала керамики на центрифуге для удаления отстоя и (или) отходов. Кроме того, при желании, процесс можно модифицировать путем сочетания двух или более технологических этапов. Общепринятые технологические этапы модификации заявляемого технологического процесса более подробно изложены в патенте США No. 4,314,827 (Leitheiser).

Керамические формованные абразивные частицы, состоящие из зерен корунда, шпинеля и редкоземельного гексагонального алюмината могут быть изготовлены из золь-гельных исходных корундовых частиц способами, заявленными, например, в патенте США No.5,213,591 (Celikkaya и соавторы) и заявкам на патент США №№2009/0165394 A1 (Culler и соавторы) и 2009/0169816 A1 (Erickson и соавторы).

Абразивные зерна корунда могут содержать цирконий, согласно патенту США No.5,551,963 (Larmie). В качестве альтернативы, абразивные зерна корунда могут содержать микроструктуры или присадки согласно патенту США No.6,277,161 (Castro). Дополнительные сведения по способам изготовления керамических формованных абразивных частиц изложены в находящейся на рассмотрении заявке на патент США No.2009/0165394 A1 (Culler и соавторы).

Керамические формованные абразивные частицы, используемые в настоящей заявке, могут быть изготовлены обычно с помощью инструментов (например, изложниц) с последующей резкой алмазным инструментом, чем обеспечивается повышенная четкость рельефа по сравнению с другими способами производства, например штамповкой или перфорированием.

Как правило, полости на поверхности орудия производства имеют плоские лицевые стороны, обеспечивающие острые кромки, формирующие плоскости правильного тетраэдра. Готовые керамические формованные абразивные частицы имеют относительно номинальную среднюю форму, соответствующую форме полостей в поверхности орудия производства; однако в процессе изготовления могут возникнуть отклонения (т.е. случайные отклонения) от номинальной средней формы, и керамические формованные абразивные частицы с такими отклонениями включаются в определение керамических формованных абразивных частиц настоящей заявки.

В состав керамических формованных абразивных частиц могут входить частицы с различными особенностями формы. Например, керамическая формованная абразивная частица может иметь одну или более из основных плоскостей выпуклой, ровной, вогнутой или иной формы, а также изогнутые или прямые общие кромки. Таким образом, в состав керамических формованных абразивных частиц могут входить частицы с различными особенностями формы, однако с четырьмя плоскостями, соединяемыми шестью общими кромками. В дополнение к этому, основные плоскости могут быть гладкими и (или) иметь полости или сквозные отверстия; например, для обеспечения дополнительных острых кромок.

На ФИГ.3А-3Е приведены различные показательные реализации керамических формованных абразивных частиц по настоящей заявке.

В одной показательной реализации керамические формованные абразивные частицы могут иметь вид правильного тетраэдра, как показано на ФИГ.3А. Соответственно, керамическая формованная абразивная частица 20а имеет четыре сопрягаемые основные плоскости 81а, 82а, 83а и 84а, соединяемые шестью общими кромками 91а, 92а, 93а, 94а, 95 и 96а.

В другой показательной реализации керамические формованные абразивные частицы могут иметь форму, приведенную на ФИГ.3В. Соответственно, керамическая формованная абразивная частица 20b имеет четыре сопрягаемые основные плоскости 81b, 82b, 83b и 84b, соединяемые шестью общими кромками 91b, 92b, 93b, 94b, 95b и 96b.

В другой показательной реализации керамические формованные абразивные частицы могут иметь форму, приведенную на ФИГ.3С. Соответственно, керамическая формованная абразивная частица 20с имеет четыре сопрягаемые основные плоскости 81с, 82с, 83с и 84с, соединяемые шестью общими кромками 91с, 92с, 93с, 94с, 95с и 96с.

В еще одной показательной реализации керамические формованные абразивные част