用于制备多层磨料颗粒的方法

用于制备多层磨料颗粒的方法
【专利摘要】提出了一种用于制备多层磨料颗粒(12)的方法，包含下列方法步骤：提供衬底支撑件(01)和至少一种磨料颗粒前体的分散相(05)；重复地将至少一个网格结构(02)定位于衬底支撑件(01)上方，其中覆盖区域(03)由至少被部分覆盖的栅网(11)限定和印刷区域(04)由开放的栅网(11)限定；将至少一种磨料颗粒前体的分散相(05)施用到所述网格结构(02)上，其中在网格结构(02)和衬底支撑件(01)或布置在衬底支撑件(01)上的层(08)之间产生接触，其中，当接触被破坏，分散相层(07)沉积在衬底支撑件(01)上的印刷区域(04)中或已经布置在衬底支撑件(01)上的层(08)上，随后对各个经过沉积的分散相层(07)进行干燥以形成层(08)。
【专利说明】
用于制备多层磨料颗粒的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于制备多层磨料颗粒的方法。
【背景技术】
[0002]磨料颗粒通常用于制备研磨剂，借由研磨剂转而可以对待研磨的材料进行加工或研磨。例如，研磨颗粒可以为陶瓷磨料颗粒。由于它们的材料性质，其显示出特别受喜爱的研磨剂性质。磨料颗粒生产的目标在于获得导致在相应磨料中尽可能恒定并且高的研磨性能或研磨剂作用的颗粒。
[0003]用于制备部分地实现上述性质的研磨剂的不同方法是已知的。例如，制备大规模或大体积的由磨料颗粒的材料组成的模制件并随后将其压碎以获得磨料颗粒的方法是已知的。然而，这类方法是消耗能源的并且由于压碎工艺仅为边缘性的或完全非选择性而导致了所获得磨料颗粒的宽分布。因此，所获得磨料颗粒也具有不同的尺寸，不同的几何结构和不同的其它性能。
[0004]另一种制备磨料颗粒的方法为将模塑化合物或磨料颗粒前体的分散相从挤出模具中挤出。同样地，模塑化合物或磨料颗粒前体的分散相进行模具铸造的方法是已知的。先前已经存在以这些方法的方式制备多层磨料颗粒的尝试。然而，目前所知的方法仅允许较大的结构，特别是在层厚度的方面为在每层几毫米的范围内，这意味着总体上只能实现非常简单几何结构的多层磨料颗粒。然而，它们不具有上述所需要的积极性能。

【发明内容】

[0005]因此，本发明的目的为提供一种用于制备多层磨料颗粒的方法，其可以克服上述现有技术中的缺点。
[0006]该目的通过根据权利要求1的本发明的方法达成。该方法的有利的实施方案为从属权利要求的主题。
[0007]依据本发明的教导的基本思想为，采用具有用于重复施用磨料颗粒前体的分散相的栅网的网格结构。该网格结构具有由至少部分被覆盖的栅网限定的覆盖区域和由开放的栅网限定的印刷区域。
[0008]详细地，用于制备多层磨料颗粒的方法包含以下方法步骤:
[0009]首先，提供了衬底支撑件，在衬底支撑件上制备磨料颗粒，即磨料颗粒的各个层是相继沉淀或施用在另一层顶部的一层。此外，该方法包含提供磨料颗粒前体的分散相。磨料颗粒前体的分散相可以为至少是由待制备的磨料颗粒材料组成的或可以转变为所述材料的并且至少在颗粒尺寸和粘度方面是适合的但通常为总体上适于应用在上述网格结构上的任意类型的化合物。这些化合物包含溶胶-凝胶体系的溶胶。
[0010]至少重复两次根据本发明的方法的方法步骤的循环或反复提供了下列步骤，将网格结构定位于衬底支撑件上方并将磨料颗粒前体施用或分散在网格结构上，在网格结构和衬底支撑件或先前布置在衬底支撑件上的层之间形成接触，当接触提起时，分散相层沉积在衬底支撑件上的网格结构的印刷区域内或先前布置在衬底支撑件上的层上，以及随后对各个沉积的分散相层进行干燥以形成层。
[0011]换言之，这意味着，通过施用分散相以及形成和提起与衬底支撑件的接触，首先将第一分散相层沉积或印刷在衬底支撑件上，干燥以形成层，然后将相同的方法步骤进行另一遍，然而其中形成和提起现在发生于网格结构和最新沉积或印刷并干燥的层之间提起。
[0012]但是，本发明的意义中的干燥不仅是解释为液体或溶剂从分散相层的消失，还解释为导致分散相层的机械或化学稳定的相关或相似工艺。
[0013]方法步骤的重复的次数基本上没有限制。然后，接着为最终硬化工艺，其中多层磨料颗粒的所有层再一次经受相应的硬化。例如，硬化工艺可以为烧结工艺。
[0014]根据本发明的方法的特别的优点为所制备的多层磨料颗粒的层可以保持非常薄。以这种方式，先前未实现的多层磨料颗粒的几何结构可以采用该方法实现。特别是可以制备多个具有小于90度角的边角的磨料颗粒。此外，这使得在将磨料颗粒用于研磨剂时可以制备出与待研磨材料形成接触的表面在研磨工艺中尽管磨料颗粒的磨损也尽可能保持恒定的研磨颗粒。因此，在研磨期间获得了在总体研磨性能和研磨性能的改变方面上非常高等级的磨料颗粒。
[0015]为了在主要由层的数量决定的方法复杂性与多层膜料颗粒的精细结构所需要的精准性之间寻找待制备的多层磨料颗粒的不同尺寸的平衡，特别需要的是如果每次沉积产生具有10至500μπι的层厚的层，特别为具有20至250μπι的层厚的层。
[0016]通常，已知用于制备磨料颗粒的多种材料具有在它们性能方面的良好特性以及在大数量中是可行的并且质量一致。该材料可以为糊状陶瓷化合物的形式、溶胶-凝胶体系和磨料粗砂的形式。例如，碳化硅、氧化锆铝、熔融氧化铝和半易碎氧化铝是已知的磨料粗砂。特别有利的是如果这种磨料粗砂也用于在所提出的方法，其是在例如提供至少一种磨料颗粒前体的分散相的步骤包含加入磨料粗砂中获得的。在这种情况下，提供分散相的步骤还可以包含提供允许在对层进行干燥或最终烧结的过程中嵌入至待制备的多层磨料颗粒的粘合剂或活化剂。
[0017]经过溶胶-凝胶转变的磨料颗粒前体的分散相特别适合用于根据本发明的方法。在初始态中提供以所谓的溶胶为特征的这种溶胶-凝胶体系，直到内部交联达到其中溶胶或液体转化为凝胶态的状态时(该状态通常由机械储存模量和损失模量之间的比所限定)，在熟化过程的溶胶中一直形成物理和/或化学的桥联。由于在其它因素中这种体系可以在溶胶态和凝胶态之间容易地可控的并且有时相对快速的转化，这种体系特别适合于根据本发明的方法，因为这些特性允许实现从分散相层到可以被再次印刷上的层的快速转化。在这种情况下，对分散相层进行的干燥不仅可显著地实现溶胶的交联中而且产生机械稳定性。然而，在这种情况下由分散相层损失的溶剂也可以极大影响分散相层的干燥和机械稳定。因此，特别优选的实施方案提供了提供至少一种磨料颗粒前体的分散相的步骤包含制备溶胶-凝胶体系的溶胶。
[0018]可选地，还可以将糊状化合物用作磨料颗粒前体的分散相，其可以具有相应的粘合剂并由此也进行相应的干燥，其中粘合剂的反应可以有助于分散相层的干燥和其机械稳定。
[0019]在已知的研磨剂中，除了磨料颗粒之外，还可以将所谓的磨料物质包含在或引入到研磨剂中。磨料物质为当与磨料颗粒和/或待研磨的材料形成接触时积极影响研磨工艺的材料。冰晶石和黄铁矿是磨料物质的示例。然而，用于制造研磨剂的已知方法允许磨料物质仅布置在对于磨料颗粒相对大的空间距离上，这意味着无法充分利用该磨料物质的作用或效力。因此，理想的是将磨料物质布置为尽可能的临近磨料颗粒或将它们掺杂到磨料颗粒本身中。因此，对于根据本发明的方法特别理想的是，提供磨料颗粒前体的分散相的步骤设想加入磨料物质。
[0020]如上所述的，由于多层磨料颗粒各层的薄厚度，根据本发明的方法允许所产生的磨料颗粒的特殊几何结构。特别地，可以充分利用该可能性如果用于沉积各个分散相层的网格结构具有不同的印刷和覆盖区域，两个连续使用的网格结构的印刷区域至少部分重叠。这种所使用的网格结构的顺序允许实现了用于多层磨料颗粒的三维几何结构的几乎无限制的数量。连续使用的网格结构的印刷区域部分重叠的事实确保了每一次相继沉积的分散相层具有足够的粘附性、支撑和先前形成的层上的接触表面。
[0021]如果在每次将分散相施用至网格结构上采用不同的分散相，就可以可实现所获得的多层磨料颗粒的另一重要改进。这提供了在各种情况下以不同的磨料颗粒前体的分散相采用具有相同印刷区域和覆盖区域的网格结构和具有不同的印刷区域和覆盖区域的网格结构。例如，两种或多种不同的层材料和相应的磨料颗粒前体的分散相的交替顺序的层是预期的。然而另一方面，一种材料的各个层或多个相邻的层也是预期的，其与其它层的材料不同，并且因此也在用于制备各个层的磨料颗粒前体的分散相的方面不同。
[0022]如上所述，一般如果在研磨过程中与待研磨的材料形成接触的磨料颗粒的表面尽管磨料颗粒的磨损和摩擦外没有太大改变，这对于磨粒颗粒是特别可取的。此外，形成尽可能小的空间角度的磨料颗粒的边缘或表面也是可取的。因此，总体上中空体特别地适于作为磨料颗粒，这是因为中空体的壳具有几乎一致的厚度(即壁或壳厚)的情况下，攻击表面或在研磨阶段被接触的表面在很大程度上保持不变。此外，由中空体封闭的中空空间开放并且磨料颗粒连续被磨损时，壳的攻击表面具有相对小的空间角度，其在研磨工艺过程中变大。因此，以特别有利的方式设计了根据本发明的方法，由此制备了具有由层制得的壳和由壳封闭的中空空间的中空体。
[0023]如果至少进行三次层或分散相层的沉积工艺，其中至少在第二沉积工艺中采用的网格结构具有各自完全由印刷区域包围的覆盖区域，中空体将以特别有利的方式由根据本发明的方法进行制备。
[0024]不依赖于层的数量或沉积工艺的次数，进一步有利的是如果反过来其中所使用的第一个网格结构和最后一个网格结构具有各自完全由覆盖区域包围的印刷区域。可以将这种至少第一层和最后一层或第一个分散相层和最后一个分散相层的沉淀可以理解为分别制备或提供中空体多层磨料颗粒的底部和顶部。
[0025]在这些至少两层完成的层之间可以布置多个其它层，其是采用网格结构制备的，其中覆盖区域完全由印刷区域包围，以便在各自的层厚度的方向上(即垂直于衬底支撑件)制备对应的壳结构。
[0026]为获得多层磨料颗粒特别有效的制备，特别有利的是如果将衬底支撑件运送到运输系统中，诸如循环运送系统，并且如果运送系统包含多个加工站或沉积站，其中将网格结构布置在至少一个沉积站或多个沉积站的衬底支撑件的上方。
[0027]此外，这种运送系统也可以包含加工站，在其中发生或促进了将分散相层干燥为层。在循环运送系统中另外可以设想的是，将多层磨料颗粒从最后一个加工站和第一个加工站之间的衬底支撑件中去除。
[0028]附图表明
[0029]以下将仅通过示意图的方式作为示例对根据本发明方法的各个实施方案和方面进行描述，在图中:
[0030]图la)_g)显示了根据本发明的方法的各个方法步骤的示意图和其中所采用的网格结构的示意图；
[0031]图2显示了示例性网格结构的示意图；
[0032]图3显示了由根据本发明的方法制备的多层磨料颗粒的第一实施方案的示意图；
[0033]图4显示了由根据本发明的方法制备的多层磨料颗粒的第二实施方案的示意图；
[0034]图5a)_d)显示了通过根据本发明的方法用于制备中空体多层磨料颗粒的网格结构的顺序的不意图；和
[0035]图6显示了用于执行根据本发明的方法的设备的示意图。
【具体实施方式】
[0036]图1a)显示了衬底支撑件01的侧视图和布置在衬底支撑件01上方的网格结构02的侧视图。除了侧视图，还在俯视图中表明了网格结构02。在网格结构02的俯视图中，对覆盖区域03和由覆盖区域03包围的印刷区域04进行了表明。然而，网格结构02的俯视图仅作为示例并由此以明显简化的形式进行表明。除了单个印刷区域04和包围其的覆盖区域03，还可以提供成行成列布置的多个印刷区域04和包围印刷区04并且可能合并为一整个覆盖区的覆盖区域03。因此，用于生产的各磨料颗粒和层的相应数量可以通过相应大的网格结构形成。
[0037]图1a)还描述了布置在网格结构02上的磨料颗粒前体的分散相05。磨料颗粒前体的分散相05沿网格结构02分布或通过刮板06施用于网格结构，这意味着通过刮板06沿图1a)中所表明的箭头P运动，所述箭头显示了刮板06的运动的一般方向。
[0038]在图1b)中所表明的可选的方法步骤中，刮板06最初可以以使得刮板06的较低边缘具有对于网格结构02的小的距离的方式运动，磨料颗粒前体的分散相05的相同厚的层因此形成在网格结构02上。
[0039]如在图1c)中所描述的，在刮板06的后续运动中，当将分散体05分散到网格结构02上或将分散体05施用到网格结构02上时，在衬底支撑件OI的方向上还产生了向下的力，使得网格结构02和衬底支撑件01之间形成接触。在这种情况下，可以将分散相05转移或施用于在印刷区域04中的衬底支撑件01。提起由于衬底支撑件01和分散相05之间的粘附或已经存在的层08和分散相05之间的粘附和分散相05的惰性，当提起衬底支撑件OI和网格结构02之间的接触时可以实现的是，转移至或施用于印刷区域04中的衬底上的磨料颗粒前体的分散相05保持在衬底支撑件01上。一旦网格结构02和衬底支撑件01之间的接触被提起，分散相可流入被网格结构02荒废的空间，使得没有网格结构的印记留下。
[0040]图1d)显示了刮板06与图1相比几乎到达网格结构02的相对部分并且网格结构02不再与衬底支撑件01接触的情况。随着将分散相05施用或分布至网格结构02上，第一分散相层07形成在网格结构02的印刷区域04的区域中的衬底支撑件Ol上。例如，在图1d)中所表明的情况下，分散相层07可以具有50μπι的层厚度。层厚度受不同参数影响，该参数包含刮板06的刮板速度和刮板几何形状、衬底支撑件01和网格结构02之间的接触过程中产生的压力和特别地还有磨料颗粒前体的分散相05的组成。分散相05的流变性也非常重要。例如陶瓷溶胶-凝胶体系的溶胶为特别地优选的，在将该溶胶施用或分布于网格结构上的情况下，其具有触变剪切性能和约10至5000Pas的范围内的零剪切粘度。
[0041]通过将分散相层07形成到层(即到磨料颗粒的层中)的方式，在图1d)中所表明的方法步骤之后进行干燥步骤。干燥本身高度依赖于所使用的分散相05。例如，可以造成溶胶-凝胶转变。可选地或附加地，引起溶剂的提取，或一般可以通过化学地或物理地引起的交联或桥联加快分散相05的各个颗粒的交联。干燥需要进行到至少当网格结构02与层08接触时，形成层08相对于发生的力在大尺寸上保持稳定，其中层08在其它层08或布置在层08上的分散相层07的重量下基本上还保持着其形状。
[0042]如在图1e)中表明的，网格结构02随后被替换。网格结构02目前布置在衬底支撑件上方，并且第一层08具有完全由印刷区域04包围的第一覆盖区域03。印刷区域04本身反过来完全地由第二覆盖区域04包围。明显的是，圆环通过主要对应于图1a至Id的过程的方法步骤的方法中的网格结构02沉积或印刷。在图1e的情况下，刮板在分散相反的方向上运动以将分散相05分布或施用到网格结构上。
[0043]相对于图lc，图1f)显示了网格结构之间的接触进行接触的过程和进行提起的过程;而图1f)表明，第一层08和网格结构02之间的接触的形成或提起。并且，没有显示最初在图1b)中的网格结构02上形成的磨料颗粒前体的分散相05的均一层，然而这并不意味着，这种可选择的方法步骤也不可以发生在根据图1f)显示出的使接触进行接触和提起接触之
、广.刖。
[0044]因此，在图1g)中，将第二分散相层07沉积或布置在再次经历相应干燥的第一层08上。
[0045]以相应的不同网格结构02对图1a)至Ig)的方法进行重复，以制备相应的多层磨料颗粒。基于图1a)和Ie)中所表明的网格结构02，例如，预期的是，制备出中空体形式的多层磨料颗粒，其包含阶梯结构和基本上接近于中空圆锥体的形状。
[0046]从图1中变得明显，几乎任何种类的多层磨料颗粒的几何结构和特别为中空体多层磨料颗粒可以通过所述的方法制备。
[0047]图2示意性地显示了在根据本发明方法中所使用的网格结构02。网格结构02具有框09，其用于固定相应网格线10的网格。因此相应栅网11形成在网格线10之间。例如，网格线可以具有30μπι的厚度，而网格线之间的距离可以为约70μπι。在图2中，将另一材料层布置在由网格线形成的网格上，所述材料层部分覆盖或填充网格线。因此在图2的情况下，该层形成覆盖区域03，即连续覆盖区域03。所述连续的覆盖区域03围绕多个成行成列以矩阵形式进行布置的圆形印刷区域04。然而，还预期了不同的布置，特别是允许最大数量的印刷区域的布置。
[0048]图3显示了包含层08的多层磨料颗粒12的实施例。图3为接近圆锥形状的多层磨料体，例如其可以在采用图1和图2的网格结构02时进行制备。同时，然而还可能的是，在图3中显示的多层磨料颗粒12仅从如图2所示的那些网格结构02中制备。换言之，图3的多层磨料颗粒12也可以指定为固体圆锥而不是中空圆锥。在中空圆锥的情况下，层08封闭了布置在层08中的中空空间18。
[0049]在图4中，多层磨料颗粒12被表明为使基于根据本发明的方法的变化的，这提供了在施用和印刷层08的不同工艺中采用不同分布的颗粒前体。这通过图4中层08的不同阴影进行了表明。然而，也可以预期具有超过两个不同的颗粒前体的分散相的层的其它顺序和/或另外的顺序。
[0050]在图5a)至5d)中，图5显示了网格结构02的顺序的示例，其可以用于根据本发明的方法以制备中空体多层磨料颗粒。
[0051]图5a)显示具有十字形的印刷区域04和完全包围印刷区的覆盖区03的网格结构。
[0052]图5b)显示了其中第一覆盖区03完全由印刷区域04包围的网格结构，其中印刷区域04以至少分段的方式布置在图5a)的印刷区域04上的方式布置。此外，图5b)的网格结构的第一覆盖区域03和印刷区域04也是十字形的。因此，当根据本发明的方法采用图5b)的网格结构进行实施时，具有十字边缘的形状的十字在干燥后形成为分散相层或层。
[0053]在覆盖区域03的布置和印刷区域04的布置的方面，图5c)基本上对应于图5b)的网格结构，第一或内部覆盖区域O3的十字和印刷区域04的十字均小于在图5b)中的。然而同时，图5c)的网格结构的印刷区域04至少在当根据本发明的方法采用图5b)的网格结构进行实施时所形成的层上方。以这种方式，可能的是，当采用图5c)的网格结构02施用分散相时，分散相层可以在经干燥的采用图5b)的网格结构所形成的层上获得。
[0054]图5d)显示了仅具有一个十字形状的印刷区域04和完全包围印刷区域04的覆盖区域03的网格结构02。图5d)的网格结构因此允许封闭采用图5a)至5c)的网格结构形成的中空体。因此，图5a)至5d)的网格结构的示例性应用导致了具有十字的基本形状的金字塔形的中空体多层磨料颗粒。
[0055]要求保护的方法的特别的优点为在该方法的过程中所采用的磨料颗粒前体的分散相05也可以指定为悬壁或表面，可以在悬壁或表面上进行印刷的并且不需要由衬底支撑件01或其它层支撑至分散相层07转变为层08时没有分散相层07或在悬壁区域中发生的层的大量形变的特定程度上。因此，根据本发明的方法还可以以在以图5d)开始以图5a)结束的顺序中使用图5的网格结构的方式进行实施。
[0056]图6显示了用于实施根据本发明的方法的循环运送系统15的示例。循环运送系统包含多个加工站13，其通过用于运送衬底支撑件01的相应的运输装置14与另一个工作站连接。如在图6中示意性表明的，储存设备19可以布置在不同加工站，这保证了颗粒前体的分散相05的储存。衬底支撑件01在图6的循环运送系统15中运送，从第一加工站16沿箭头通过相应加工站13直到其到达最终加工站17。在该加工站，使所获得的多层磨料颗粒在衬底支撑件01通过运送装置14返回到第一加工站16先前去除并尽可能地清洁。
[0057]在作为在图6中表明的一种循环运送系统15中，必然了解到为了工序的经济原因提供不止一个衬底支撑件01而提供至少尽可能和加工站一样多的衬底支撑件。这可以是有利的如果在没有用于颗粒前体的分散相的储存设备19的加工站13中进行干燥，意味着没有分散相的施用发生在这些加工站13中。然而，如果分散相层的干燥在各个的加工站13外或各个加工站13之间发生，可选地甚至为有利的是提供作为加工站13的多个衬底支撑件01。因此，分散相层的干燥可以在各个加工站13之间发生，以及分散相层的另一次施用或沉积可以在另一个或下个加工站13处发生。
【主权项】
1.一种用于制备多层磨料颗粒(12)的方法，包含下列方法步骤: 提供衬底支撑件(Ol)和至少一种磨料颗粒前体的分散相(05); 重复地将至少一个网格结构(02)定位于所述衬底支撑件(01)上方，覆盖区域(03)由被至少部分覆盖的栅网(11)限定而印刷区域(04)由开放的栅网(11)限定； 将至少一种分散相(05)施用至所述网格结构(02)上，在所述网格结构(02)和所述衬底支撑件(01)或布置在所述衬底支撑件(01)上的层(08)之间形成接触，而当所述接触被提起，分散相层(07)沉积在所述衬底支撑件(01)上的所述印刷区域(04)中或在先前布置在所述衬底支撑件(OI)上的所述层(08)上，和 随后对各个沉积的分散相层(07)进行干燥以形成层(08)。2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于 所述沉积制备了具有10至500μπι的层厚度的层(08)，特别是具有20至250μπι的层厚度的层。3.根据权利要求1或2所述的方法， 其特征在于 所述提供至少一种磨料颗粒前体的分散相(05)的步骤包含加入磨料粗砂。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法， 其特征在于 所述提供至少一种磨料颗粒前体的分散相(05)的步骤包含制备溶胶-凝胶体系的溶胶。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法， 其特征在于 所述提供至少一种磨料颗粒前体的分散相(05)的步骤包含加入磨料物质。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法， 其特征在于 采用具有不同的印刷区域(04)和覆盖区域(03)的网格结构(02)。7.根据权利要求6所述的方法， 其特征在于 两个连续采用的网格结构(02)的所述印刷区域(04)至少部分重叠。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法， 其特征在于 将不同的分散相(05)用于施用步骤。9.根据权利要求8所述的方法， 其特征在于 交替施用两种不同的分散相(05)。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法， 其特征在于 制备了具有壳(08)和由所述壳封闭的中空空间(18)的闭合中空体。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法， 其特征在于 在至少一个沉积步骤中采用各个覆盖区域(03)完全由印刷区域(04)包围的网格结构(02)。12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法， 其特征在于 在第一沉积步骤和最后沉积步骤中均采用各个印刷区域(04)完全由覆盖区域(03)包围的网格结构(02)。
【文档编号】B24D18/00GK105992676SQ201480069535
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2014年12月17日
【发明人】艾琳·博克, 托马斯·斯图德尼特齐, 托马斯·坎普斯
【申请人】金世博股份公司, 弗朗霍夫应用科学研究促进协会