Je besser die Schleifkörner, desto besser die Schleifscheibe

Werkzeuge im High-End-Bereich müssen durch Präzision und hohe Belastbarkeit überzeugen. Für Schleifscheiben, die für die Bearbeitung von unterschiedlichen Werkstoffen eingesetzt werden, haben sich die Anforderungen in letzter Zeit vor allem in eine Richtung entwickelt: Auf dem Markt gefragt sind Hochleistungsschleifscheiben, die zugleich durch Dauerhaftigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit und Verschleissresistenz überzeugen. Für die Herstellung werden bislang vorwiegend Schleifkörner aus Diamant, Korund oder Siliciumcarbid verwendet. Um die Eigenschaften von Schleifscheiben jedoch weiter verbessern zu können, besteht ein grosses Interesse an der Entwicklung von neuen Stoffen, die den Anforderungen der Industrie noch besser entsprechen. Ein solcher neuer und vielversprechender Stoff ist die SiAlON-Keramik.

Herstellung oder Veränderung von Werkstoffen

Mit Hilfe von chemisch-mechanischen Verfahren lassen sich bestehende Werkstoffe kombinieren und so neue Materialeigenschaften erzeugen. Wie der zusammengesetzte Begriff der «SiAlON-Keramik» vermuten lässt, handelt es sich hierbei um einen solchen Stoff. Je nachdem, wie die Zusammensetzung der verwendeten Elemente variiert wird, verändern sich die Eigenschaften des Materials. Und je genauer die Herstellung kontrolliert werden kann, desto besser lassen sich die gewünschten Eigenschaften der Keramik optimieren. Bei entsprechender Genauigkeit ist es damit beispielsweise möglich, die exzellente Korrosionsbeständigkeit von Al₂O₃ mit der hohen Bruchzähigkeit von Si₃N₄ zu kombinieren.

Synthese mit statistischer Versuchsplanung

Um einen hochwertigen Werkstoff zu erhalten, müssen möglichst reine Zutaten verwendet werden. Zur Synthese von SiAlON ist es deshalb wichtig, dass die beteiligten Elemente in möglichst reiner Form vorliegen, damit das verwendete Mengenverhältnis exakt mit den Berechnungen übereinstimmt. Im Rahmen einer Masterarbeit wurde ein möglicher Syntheseweg eingehend geprüft: die Herstellung von SiAlON aus dem Tonmineral Kaolin und der Kohlenstoffquelle Russ. Durch Brennen der richtigen Mischung bei ca. 1500 °C in reiner Stickstoffatmosphäre entsteht nach einiger Zeit ein graues Pulver, das einen hohen Anteil an SiAlON enthält. Zur Optimierung der vielen Parameter, die bei dieser Synthese variiert werden können, wurde auf Methoden der statistischen Versuchsplanung zurückgegriffen. Dieser Ansatz erwies sich als sehr erfolgreich, so dass am Ende SiAlON-Pulver mit einer Reinheit mindestens 95 Prozent oder höher hergestellt werden konnte.