Abrasivstoff

Schleifmittel, auch Abrasive oder Abrasivstoffe genannt, (engl. abrasives) umfassen diejenigen Hartstoffkörner, die zur Erzielung des Werkstoffabtrages genutzt werden, meist gebunden in Schleifwerkzeugen (Schleifmittel auf Unterlage wie „Schleifpapier“, Schleifgewebe und Schleiffiber sowie „Gewebescheiben“, daneben keramisch gebundene Schleifkörper, Trenn- und Schruppscheiben, Bürsten mit Schleifborstenbesatz). Man unterscheidet natürliche Kornwerkstoffe (Quarz, Korund, Schmirgel, Granat, Naturdiamant) und synthetische Kornwerkstoffe (Korunde, Siliziumcarbide, Chromoxide, kubisches Bornitrid, Diamanten).

Grundanforderungen an Schleifmittel

Für alle Schleifmittel gelten folgende Grundanforderungen nach (1). Der Kornwerkstoff sollte

• sehr hart und möglichst zäh sein, damit der Materialabtrag eindeutig auf der Seite des Werkstücks liegt und die Schneiden über längere Zeit eine einmal gegebene Schärfe behalten;

• thermische (Wechsel-)Beständigkeit haben, damit das Korn sowohl den hohen Bearbeitungstemperaturen, als auch den schnellen Temperaturwechseln standhalten kann; Diese Anforderung besteht, weil die Schleifarbeit durch die damit verbundene Reibung regelmäßig zu beträchtlicher Hitzeentwicklung führt.

• chemisch beständig sein, damit auch bei höheren Drücken und Temperaturen im Zusammenwirken mit Luft, Kühlschmierstoff oder Werkstoff des Werkstücks keine chemischen Verbindungen entstehen, die das Korn schwächen könnten.

Schleifmittelarten

Korund

Korund ist das am häufigsten eingesetzte Schleifmittel. Seine wichtigen Eigenschaften, Härte und Zähigkeit, hängen von seiner Reinheit ab, die bereits an der Farbe erkennbar ist. Während Härte, und somit auch die Sprödigkeit mit dem Reinheitsgrad steigen, steigt die Zähigkeit durch Zusatz von Metalloxiden sowie die Abkühlgeschwindigkeit bei der Herstellung des Schleifmittels. Je nach Zusammensetzung der Eigenschaften wird Edelkorund in folgende Arten unterteilt:

• Edelkorund-weiß besteht zu über 99,9 % aus Al₂O₃. Wegen seiner hohen Härte und Warmbeständigkeit bis 2000 °C eignet sich Edelkorund für zähharte Stähle über 60HRC (Werkzeugstahl), zum Schleifen und Polieren von Glas, alle Stähle die einen kühlen Schliff benötigen.
• Edelkorund-rosa weist geringe Fremdstoffanteile auf, die ihm eine etwas höhere Kornzähigkeit verleihen und den Einsatz für das Form- und Profilschleifen aufgrund der höheren Kantenfestigkeit ermöglichen. Ansonsten entspricht er dem Edelkorund.
• Rubinkorund besitzt weiter Beimengungen lösbarer Metalloxide, insbesondere Cr₂O₃. Höchste Zähigkeit erlauben das Schleifen hochlegierter Stähle.
• Normalkorund ist braun und weist über 94 % Al₂O₃ auf. Sein Einsatzgebiet sind vorwiegend unlegierte und niedriglegierte Stähle sowie Stahlguss und Grauguss. Seine Zähigkeit erlaubt auch hohe Anpresskräfte an das Werkstück.
• Halbedelkorund ist eine Mischung aus Normalkorund und weißen Edelkorund, mit dem Stähle hoher Härte und Festigkeit geschliffen werden, die nicht wärmeempfindlich sind.
• Zirkonkorund weist Beimischungen von 10-40 % Zirkonoxid auf. Das Zirkonkorund wird mit Normalkorund gemischt zu Schleifscheiben für das Hochdruckschleifen verarbeitet. Damit sind höchste Zeitspanvolumina möglich.

Siliciumcarbid

Siliciumcarbid ist wärmebeständig bis ca. 1600 °C und zeichnet sich durch seine harten, scharfkantigen Kristalle aus. Ein Schleifkorn besteht meist aus nur einem oder wenigen Kristallen. Es ist härter und spröder als Korund. Das Anwendungsgebiet umfasst Nichteisenmetalle, rostfreie Stähle, keramische und mineralische Werkstoffe, kohlenstoffreiche Stähle und das Abrichten. Siliciumcarbid neigt unter hohen Temperaturen zur Abgabe von Kohlenstoffatomen an aufnahmefähige Stoffe wie Eisen. Daneben gibt es noch das hochwertigere grüne Siliciumcarbid für die Bearbeitung von Glas, Porzellan, Marmor, Edelstein, Kunststein und für die Feinbearbeitung von Leicht- und Buntmetallen sowie Leder.

Bornitrid

Bornitrid ist nur in der kubischen Kristallform als Schleifmittel geeignet und muss daher mittels Hochdrucksynthese aus hexagonal kristallinen Bornitrid hergestellt werden. Das kubisch kristalline Bornitrid kann sowohl als monokristallines wie auch als polykristallines Schleifkorn Verwendung finden, wobei zweites eine höhere Zähigkeit aufweist. Als Bindung kommen Sinterbronze, Kunstharz und Keramik in Frage. Die keramische Bindung erfreut sich einer immer breiteren Beliebtheit, da sie Poren für den Transport des Kühlmittels und der Späne bereitstellt. Die Schleifkörper werden auf einen stählernen oder keramischen Grundkörper geklebt oder gelötet um die Kosten für das extrem teure Bornitrid zu minimieren. Die thermische Beständigkeit beruht auf der Bildung einer Schicht aus Boroxid, die jedoch mit Wasser in Lösung geht. Die Kühlmittel sollten also mineralisch oder wasserarm sein. Bis ungefähr 1300 °C ist der nach Diamant härteste bekannte Stoff Bornitrid warmbeständig. Ab ungefähr 730 °C übersteigt seine Härte sogar die von Diamant. Bornitrid eignet sich somit zum Präzisionsschleifen von Diamant bei hohen Temperaturen und dem Schleifen zähharten Stählen wie HSS-Stahl, Warm- und Kaltarbeitsstahl, es ist ungeeignet für weiche Stähle, Hartmetalle, Nichteisenmetalle, Beschichtungen aus Chrom und Nickel sowie Nichtmetalle.

Diamant

Diamant ist der härteste natürlich vorkommende Stoff, jedoch mit einer Warmbeständigkeit bis 800 °C nur beschränkt einsatzfähig. Für die Zerspanung werden natürliche Diamanten, die in der Regel etwas härter sind, wie auch künstlich hergestellte Diamanten verwendet. Künstliche Diamanten weisen eine geringe Färbung auf, die durch metallische Verunreinigungen, bedingt durch den Herstellungsprozess, hervorgerufen wird. Das Diamantschleifkorn kommt in drei Formen zum Einsatz. Als monokristallines Korn mit einer Vielzahl an Schneiden, länglich kristallisierte Körnungen, die bei ausgerichteter Einbindung in den Schleifkörper eine gute Ausnutzung des Schleifmittels erlauben und als gesinterte Körnung, die eine hohe Oberflächengüte des Werkstücks ermöglichen und wesentlich zäher sind. Je nach Verwendungszweck werden sie in Nickel, Kupfer, Kunstharz oder einer speziellen Legierung eingebunden beziehungsweise auf einem Stahlgrundkörper galvanisch gebunden. Sie dienen zum Präzisionsschleifen von Hartmetall, Grauguss, Glas, Keramik, Porzellan, feuerfester Steine, Germanium, Graphit, Schneidkeramik, Silizium, Gummi, Buntmetall, Eisencarbidlegierungen, Nickel- und Chromlegierungen, Kugellagerstahl, Werkzeugstähle mit großen Kohlenstoff- und geringen Vanadiumanteil.

Literatur

• Wilfried König & Fritz Klocke: Schleifen, Honen, Läppen. Springer-Verlag ISBN 3540623493.