磨粒及具有高研磨性能的磨料的制作方法
【專利摘要】提出了一種磨粒(01)，其具有殼體(02)和布置在殼體(02)內(nèi)的中空空間(03)。
【專利說(shuō)明】
磨粒及具有高研磨性能的磨料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種磨粒，并且涉及一種利用該磨粒而展現(xiàn)出高研磨性能的磨料。
【背景技術(shù)】
[0002]—般的磨粒除了其他材料之外還包括陶瓷材料，并且用于生成磨料。反過(guò)來(lái)，磨料用來(lái)加工及研磨待研磨材料。由于陶瓷材料的特性，陶瓷磨料適合使用并生成相應(yīng)的磨料。除了其純粹的材料特性外，磨粒的各種其他特性也對(duì)磨料的研磨性能有至關(guān)重要的影響，尤其是就磨料的適用期以及磨料和磨粒的磨損而言。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]目前，就研磨性能，尤其是磨損過(guò)程中研磨性能的變化而言，可使用的磨粒都不盡人意。
[0004]因此，本發(fā)明的目的在于以即使磨粒持續(xù)磨損，其研磨性能都能獲得提高的方式來(lái)增強(qiáng)普通磨粒及使用磨粒的磨料。
[0005]該目的通過(guò)本發(fā)明權(quán)利要求1所述的磨粒以及本發(fā)明權(quán)利要求12所述的磨料實(shí)現(xiàn)。磨粒和磨料的有利實(shí)施例是從屬權(quán)利要求的主題。
[0006]本發(fā)明的基本構(gòu)思為提出一種具有殼體的空心磨粒，該殼體具有布置在其內(nèi)的中空空間。這樣，磨粒的幾何結(jié)構(gòu)得以創(chuàng)造，其相比已知的實(shí)心磨粒具有多種優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于實(shí)心磨粒，在研磨工序期間，根據(jù)磨粒的幾何結(jié)構(gòu)以及磨粒與待研磨材料的表面的對(duì)準(zhǔn)，磨粒的與待研磨材料接觸的表面在磨粒的磨損過(guò)程中增大。但是，表面增大導(dǎo)致了研磨性能的削弱，因?yàn)榇心ゲ牧纤艿慕佑|壓力相應(yīng)減小。
[0007]相反，本發(fā)明提出的具有殼體和布置在殼體內(nèi)的中空空間的磨粒具有以下優(yōu)點(diǎn):在磨粒磨損過(guò)程中，與待研磨材料接觸的表面的增大受到中空空間存在的限制。換言之，這意味著盡管會(huì)有磨損，但根據(jù)本發(fā)明的磨粒保持與各個(gè)待研磨材料的接觸表面幾乎恒定，由此產(chǎn)生恒定的接觸壓力。這樣，穩(wěn)定的研磨性能成為可能。
[0008]在這種情況下，如果中空空間內(nèi)沒(méi)有生產(chǎn)工序中的料渣，將會(huì)極為有利。這種料渣，例如，在熱分解用于支撐中空空間的支撐材料期間產(chǎn)生，而且就磨粒而言，這種料渣對(duì)顆粒的研磨性能有不良影響。因此，磨粒的一個(gè)特殊優(yōu)點(diǎn)在于:如果中空空間在磨粒的生產(chǎn)過(guò)程中一直都是獨(dú)立的或自支撐的，從而沒(méi)有支撐材料以及由此剩余的料渣布置在磨粒的中空空間內(nèi)。
[0009]特別理想的是，磨粒包括具有層結(jié)構(gòu)的殼體。例如，層結(jié)構(gòu)允許以交替層的形式用不同材料生成磨粒。一方面，這種交替層對(duì)磨粒的機(jī)械穩(wěn)定性有積極的影響；另一方面，由相同或不同材料制成的層結(jié)構(gòu)還能提高研磨性能。如果空心體磨粒的特別優(yōu)選的幾何結(jié)構(gòu)是通過(guò)殼體的層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的，那么上述優(yōu)點(diǎn)尤為明顯，這種磨粒具有特別高且特別恒定的研磨性能。這種具有殼體和布置在殼體內(nèi)的中空空間的幾何結(jié)構(gòu)包括以下例子:四面體、角錐體、長(zhǎng)方體、棱柱、平行六面體、圓錐體、瓶體、圓柱體和各種常規(guī)形式的多面體，且不排除其他幾何結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)在于磨粒的殼體具有幾乎恒定的殼體厚度。幾乎恒定的殼體厚度允許磨粒的與待研磨材料接觸的表面能不管各自對(duì)準(zhǔn)和磨粒的磨損情況而保持幾乎恒定。反過(guò)來(lái)，這允許磨料的各個(gè)磨粒的研磨性能保持基本恒定。
[0011]而且，如果殼體的內(nèi)表面和/或殼體的外表面具有臺(tái)階結(jié)構(gòu)，研磨性能可受到積極影響。內(nèi)表面是殼體鄰近中空空間的表面。這種臺(tái)階結(jié)構(gòu)在殼體的內(nèi)表面和外表面上均導(dǎo)致多個(gè)90度或小于90度的空間角度。殼體表面或殼體上的這種尖銳邊緣減小了磨粒與待研磨材料之間的接觸表面。由此，在內(nèi)表面和/或外表面上的殼體的臺(tái)階結(jié)構(gòu)提高了磨粒的研磨性能。這種提高是有可能的，只要研磨過(guò)程中的接觸壓力能通過(guò)減小接觸表面而增大，而且只要這種具有臺(tái)階結(jié)構(gòu)的磨粒的整個(gè)表面上的研磨效果保持均勻，也就是說(shuō)接觸壓力增大不會(huì)對(duì)整個(gè)表面的研磨性能的分布產(chǎn)生消極影響。
[0012]在特別有利的實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的磨粒設(shè)有包括層結(jié)構(gòu)的殼體，殼體的層以多級(jí)絲網(wǎng)印刷工藝形成。通過(guò)這種多級(jí)絲網(wǎng)印刷工藝，帶有布置在其內(nèi)的中空空間的磨粒的幾乎所有幾何結(jié)構(gòu)都能實(shí)現(xiàn)。另外，多級(jí)絲網(wǎng)印刷工藝允許生成殼體的特別薄的層，使得具有殼體和相應(yīng)地設(shè)置在其內(nèi)的中空空間的小磨粒或最小的磨粒都能成為可能。
[0013]但是，也可以通過(guò)用于3D打印的設(shè)備和通過(guò)相應(yīng)的打印方法(3D打印)來(lái)生成磨粒。一般的設(shè)備和方法可從例如快速成型領(lǐng)域中獲知。
[0014]而且，如果中空空間被殼體完全封閉，那么根據(jù)本發(fā)明的磨粒的穩(wěn)定性和研磨性能會(huì)受到特別積極的影響。
[0015]可選地，可能還有利的在于:如果磨粒的殼體具有朝向中空空間的兩個(gè)或兩個(gè)以上的通孔，這些通孔布置在彼此不同的空間方向上。通孔位置處的垂直于殼體或虛擬殼體的垂線應(yīng)該視為殼體中的朝向中空空間的通孔的空間方向。這種朝向磨粒的中空空間的通孔具有不同的有利影響。一方面，通孔使得與待研磨材料接觸的表面更獨(dú)立于磨粒和待研磨材料之間的定向或?qū)?zhǔn)。另外，通過(guò)在不同空間方向相應(yīng)地布置通孔，可以較低的材料成本生產(chǎn)磨粒，卻仍然獲得與類似的無(wú)通孔磨粒相當(dāng)?shù)难心バ阅堋?br>[0016]特別理想的是，磨粒的殼體中的通孔與其相應(yīng)的磨粒的剩余殼體以形成梁結(jié)構(gòu)的方式相互布置。尤其優(yōu)選的是形成多面體的邊緣的梁結(jié)構(gòu)。這種梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，不管磨粒的對(duì)準(zhǔn)和磨損情況如何，磨粒與待研磨材料接觸的表面能保持幾乎恒定且比相應(yīng)的實(shí)心磨粒要小很多。因此，在整個(gè)磨粒的磨損過(guò)程中，高研磨性能成為可能，這也不會(huì)對(duì)整個(gè)表面的研磨效果的分布產(chǎn)生消極影響。
[0017]此外，特別有利的是:如果研磨劑布置在磨粒的中空空間內(nèi)。這種研磨劑是一接觸待研磨材料和/或磨粒就能積極地影響研磨工序的材料?？梢栽O(shè)置使得殼體中具有和不具有通孔的磨粒的中空空間都包含這種研磨劑。對(duì)于具有朝向中空空間的通孔的磨粒，特別有利的是生成磨粒之后，研磨劑可通過(guò)浸漬法或類似方法引入磨粒內(nèi)?？蛇x地或另外地，也可以經(jīng)設(shè)置，使得這種研磨劑包含在殼體的至少部分層中。
[0018]而且，特別理想的是，本發(fā)明提出的磨粒由陶瓷模塑形成。這樣，陶瓷磨粒的有利特性能與具有殼體和中空空間的磨粒的上述優(yōu)良特性結(jié)合。此外，特別有利的是磨粒，尤其是磨粒的殼體，由溶膠凝膠體系中的凝膠形成。
[0019]包括以上及以下根據(jù)本公開(kāi)的所述磨粒的磨料也是本發(fā)明的主題?？山?jīng)設(shè)置，使得磨料具有襯底，通過(guò)相應(yīng)的粘合劑磨粒附接至襯底。
【附圖說(shuō)明】
[0020]根據(jù)本發(fā)明的磨粒和磨料的各個(gè)實(shí)施例和各個(gè)方面將通過(guò)示意性附圖在下文舉例說(shuō)明。
[0021]在附圖中:
[0022]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的磨粒的第一實(shí)施例；
[0023]圖2示出了在示例性的磨損條件下圖1中的磨粒；
[0024]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的磨粒的第二實(shí)施例；
[0025]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的磨粒的第三實(shí)施例；
[0026]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的磨粒的第四實(shí)施例；
[0027]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的磨粒的第五實(shí)施例；
[0028]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的磨粒的第六實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0029]圖1示出了具有殼體02的磨粒01。另外，圖1中的短劃線顯示了布置在磨粒01的布置在殼體02內(nèi)的中空空間03。而且，殼體厚度m反映在磨粒OI的不同點(diǎn)處。如從圖1中所選取的，殼體厚度m在整個(gè)磨粒01上是幾乎恒定的。因此，圖1所示的磨粒具有這樣的優(yōu)點(diǎn)一一在磨粒磨損過(guò)程中，磨粒與待研磨材料之間的接觸表面的連續(xù)或至少分段的增大很大程度上受到中空空間03的限制或消除。磨粒OI的殼體02仍提供足夠的機(jī)械穩(wěn)定性來(lái)承受在研磨過(guò)程中產(chǎn)生的力。
[0030]磨粒OI的殼體O2內(nèi)的中空空間03的優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)圖2中的例子來(lái)說(shuō)明。圖2示出了在部分磨損或磨耗的狀態(tài)下的圖1中的磨粒01。殼體02的表面04與待研磨材料接觸，這在圖2中未示出且通常導(dǎo)致磨料體01在箭頭05所指方向上的磨損。從圖2中顯而易見(jiàn)，相比于沒(méi)有中空空間03的實(shí)心體的相應(yīng)的表面，表面04在一側(cè)明顯減小，這使得研磨性能顯著提升。
[0031]另外，清晰可見(jiàn)的是，表面04在磨粒OI在箭頭05所指方向上的進(jìn)一步磨損過(guò)程中將保持基本恒定，因此維持磨粒01整體較高的研磨性能。當(dāng)表面04表示一個(gè)特定方向或與磨粒01的幾何結(jié)構(gòu)特定對(duì)準(zhǔn)，即平行于殼體02的底部時(shí)，容易地理解的是，當(dāng)待研磨材料沿著點(diǎn)表示的平面a和b接觸時(shí)，所得特性，尤其是上述中空空間03的有利特性，可以在同等程度或至少在較高的相似程度上得以實(shí)現(xiàn)。因此，根據(jù)本發(fā)明的磨粒01的優(yōu)點(diǎn)不依賴于磨粒01朝著待研磨材料特定對(duì)準(zhǔn)。事實(shí)上，根據(jù)本發(fā)明的包括殼體02和布置在殼體內(nèi)的中空空間03的磨粒01的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)就在于，研磨性能及其在磨粒10磨損過(guò)程中的變化表現(xiàn)為不取決于與待研磨材料的對(duì)準(zhǔn)。此外，限定中空空間03的殼體02的內(nèi)表面11在圖2的圖解中也是可見(jiàn)的。
[0032]圖3中的磨粒OI大體呈現(xiàn)出與圖1中的磨粒OI相同的幾何形狀。但是，相比于圖1，磨粒01的殼體02包括由各個(gè)層07組成的層結(jié)構(gòu)06。如圖3進(jìn)一步所示，在殼體02具有層結(jié)構(gòu)06的情況下，可以但絕非必須將層結(jié)構(gòu)06的層07與磨粒01的優(yōu)選的對(duì)稱軸線平行對(duì)齊。
[0033]另外，可經(jīng)設(shè)置使得層結(jié)構(gòu)06的層07由不同材料制成。除了陶瓷材料外，例如，由研磨劑制成的層07也被考慮在內(nèi)。而且，這種磨粒的優(yōu)點(diǎn)在于其可在多級(jí)絲網(wǎng)印刷工藝的過(guò)程中生成，并通過(guò)該工藝獲得層07的特別薄的單層厚度和復(fù)合的幾何結(jié)構(gòu)。
[0034]圖4中的磨粒01也包括帶有層結(jié)構(gòu)06的殼體02。殼體02完全封閉中空空間，圖4中未闡明或顯示出該中空空間。而且，除了包括層07的層結(jié)構(gòu)06外，殼體02在其外表面08具有臺(tái)階結(jié)構(gòu)09。這種臺(tái)階結(jié)構(gòu)09的優(yōu)點(diǎn)在于可得到許多90度或小于90度的磨粒的空間角度α。臺(tái)階結(jié)構(gòu)09所得的空間角度α使得磨粒01朝向待研磨材料的表面對(duì)準(zhǔn)，如圖4中由通過(guò)平面s的虛線所勾畫，其中并非殼體02的平行于平面s延伸的整個(gè)外表面08都與待研磨材料接觸，只有殼體02的臺(tái)階結(jié)構(gòu)09的尖銳邊緣與其接觸。這樣一來(lái)，磨粒01的研磨表面由此表現(xiàn)為很大程度上不受磨粒的磨損情況和對(duì)準(zhǔn)情況影響，另外，該表面進(jìn)一步減小，這允許更大的接觸壓力。這兩方面又有利于研磨性能的瞬時(shí)提高及其在磨粒01磨損過(guò)程中的提高。同時(shí)，臺(tái)階結(jié)構(gòu)對(duì)研磨工序相對(duì)于待研磨材料的表面的均勾性沒(méi)有不利影響。磨粒OI的內(nèi)表面(未在圖4中示出)也可具有臺(tái)階結(jié)構(gòu)。
[0035]圖5示出了一種磨粒01，其中包括朝向中空空間03的總共4個(gè)通孔10。虛線r表示殼體02的通孔10的不同空間方向。通孔10的每個(gè)空間方向被理解為在通孔10位置處的垂直于殼體或虛擬殼體的垂線方向。在圖5中，不同通孔10由此布置在彼此不同的空間方向上。這種通孔可用于積極地提高磨粒的研磨性能，通過(guò)在研磨過(guò)程中實(shí)現(xiàn)增大接觸壓力的同時(shí)使磨粒與待研磨材料之間的接觸表面最小化，而研磨工序中表面均勻性保持不變。另外，通孔10也允許在例如浸漬法或浸漬涂布的過(guò)程中，將研磨劑或材料布置在中空空間內(nèi)，磨粒01的內(nèi)表面上或外表面上。
[0036]圖6中的磨粒01代表另一種變型。除了殼體02外，磨粒01具有總共6個(gè)通孔，殼體02形成梁結(jié)構(gòu)，而梁結(jié)構(gòu)進(jìn)而形成或復(fù)制出多面體的邊緣，即在此情況中的長(zhǎng)方體或立方體的邊緣。圖6所示的磨粒01的通孔10也全部布置在三個(gè)彼此成矩形的空間方向上。所圖示的梁結(jié)構(gòu)也可獲得磨粒01的整個(gè)磨損過(guò)程中的高研磨性能，同時(shí)允許研磨劑進(jìn)入中空空間
03。但是，描述中所用的術(shù)語(yǔ)“梁結(jié)構(gòu)”不能理解為僅指圖6所示的一種布置。當(dāng)殼體的通孔10比圖6中的通孔明顯小時(shí)，這種殼體也被認(rèn)作是梁結(jié)構(gòu)。
[0037]圖7示出了磨粒01的另一種變型。圖7中的磨粒01的殼體02和通孔10也形成梁結(jié)構(gòu)。在圖7的例子中，殼體02的梁形成四面體的邊緣，殼體02內(nèi)具有中空空間03。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磨粒(01)，其特征在于，所述磨粒(Ol)具有殼體(02)和布置在所述殼體(02)內(nèi)的中空空間(03)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨粒(01)，其特征在于，所述中空空間(03)內(nèi)沒(méi)有料渣。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磨粒(01)，其特征在于，所述殼體(02)具有包括多個(gè)層(07)的層結(jié)構(gòu)(06)。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的磨粒(01)，其特征在于，所述殼體(02)具有幾乎恒定的殼體厚度(m)。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的磨粒(01)，其特征在于，所述殼體(02)的內(nèi)表面(11)和/或所述殼體(02)的外表面(08)具有臺(tái)階結(jié)構(gòu)(09)。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的磨粒(01)，其特征在于，以多級(jí)絲網(wǎng)印刷工藝形成所述殼體(02)的層(07)。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的磨粒(01)，其特征在于，所述中空空間(03)被所述殼體(02)完全封閉。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的磨粒(01)，其特征在于，所述殼體(02)具有朝向所述中空空間(03)的兩個(gè)或兩個(gè)以上的通孔(10)，至少兩個(gè)通孔(10)布置在彼此不同的空間方向(r)上。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磨粒(01)，其特征在于，所述殼體(02)和所述通孔(10)形成梁結(jié)構(gòu)。10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的磨粒(01)，其特征在于，研磨劑布置在所述中空空間(03)內(nèi)。11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的磨粒(01)，其特征在于，所述殼體(02)由陶瓷模塑制成。12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的磨粒(01)，其特征在于，所述殼體(02)由溶膠凝膠體系中的凝膠形成。13.—種磨料，其特征在于，所述磨料具有根據(jù)權(quán)利要求1至12所述的磨粒(01)。
【文檔編號(hào)】C09K3/14GK105992805SQ201480069621
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2014年12月17日
【發(fā)明人】艾琳·博克, 托馬斯·坎普斯
【申請(qǐng)人】金世博股份公司