Общая информация об абразивах

Первый зарегистрированный случай появления наждачной бумаги (шлифшкурки) был датирован 13-м веком в Китае. Тогда раскрошенная скорлупа, семена и песок были нанесены на пергамент и скреплены естественным связующим - натуральными смолами.

Позже были найдены подтверждения, что в качестве шлифшкурки использовалась высушенная акулья кожа. В Японии, в качестве традиционного полировочного материала, использовался грубый хвощ.  Долгое время люди экспериментировали,  пытались создавать абразивное зерно т.н. фрит (смесь кварца, извести, медной руды и др. материалов с нагреванием массы между температурой 850-1000 градусов по Цельсию) и  только к 1833 году, в Лондоне, Джон Оки"Компани смогли произвести первую наждачную бумагу в промышленном производстве  используя специальные связки (клея). 14 июня 1834 г. Исаак Фишер младший (Вирджиния) первым запантетовал процесс изготовления шлифовальной шкурки. Они же впервые смогли произвести шлифматериал для шлифовки лакокрасочного покрытия в автомобильном производстве.

В 1916 г. компания 3М смогла впервые произвести шлифшкуру на водостойкой основе, что позволило использовать водные материалы в качестве смазки и удаления частиц материала, предотвращая преждевременное засаливание и продлевая срок службы материала.

Абразивный инструмент на гибкой основе (бумаге, ткани, металлической ленте, фибре) или комбинированной основе (бумага + ткань) с нанесенным на нее слоем шлифовального материала, закрепленного связкой – это шлифовальная шкурка. В общем виде ее конструкция представляет собой систему: основа — аппрет (пропитка) — связующее — шлифовальный материал — связующее. Качество инструмента зависит от свойств связующего, аппретирующих составов, прочности основы, состава зерна, его формы.

Основа шлифшкурки:

Бумажная основа. Как правило производители шлифшкури используют обозначения типа бумажной основы в зависимости от плотности бумаги - от А до F (от 70 до 300 г/м2). Чем более тонкая основа - тем более эластичная шлифшкурка, тем проще и лучше её использовать для деликатной шлифовки изделий, имеющих повышенные округлости и изгибы,  не требующие прикладывать особые усилия. И напротив, чем более плотная основа, тем большие нагрузки способна выдерживать шлифшкурка, тем больше съем с калибруемой или шлифуемой поверхности может быть обеспечен без повышенного износа инструмента.

Тканевая основа. Маркируется буквенными обозначениями E, F, J, T, X, Y, R. Обычно тканевой основой служит хлопковая ткань. При этом производители шлифшкурки на тканевой основе, путем внедрения своих собственных разработок, придают ткани особые свойства по износостойкости, эластичности, усилию на разрыв и т.д.

Комбинированная основа - используется относительно редко. Само название говорит за себя - в ней используется ткань и бумага.

Полиэстер - материал на основе волокон полиэфира. Обладает очень высокой износостойкостью. Волокна полиэстера производятся из химических веществ, содержащихся, главным образом, в нефти.

Связующее:

В качестве связующего основу и абразив материала используют синтетические смолы. Все производители абразивной продукции держат в строжайшем секрете технологии изготовления, нанесения и использования смол. Ведь на этом этапе происходит один из важнейших процессов, крепления самого абразивного зерна, на которое приходятся высокие, а иногда и запредельные нагрузки в процессе использования абразивного инструмента.  Особо крупные производители имеют собственные НИИ и лаборатории, которые постоянно совершенствуют в этой части свои технологии.

Абразивное зерно: 

  Гранат -  натуральный природный материал. В основном непрозрачные образцы используются в промышленных целях как абразивный материал. Твердость по шкале Мооса - 6,0 - 7,5 ед. Обладая высокой твердостью и образуя при измельчении частички с острыми углами, гранат, как нельзя лучше, подходит для нужд технологии гидроабразивной резки. Гранат является крайне жестким и тяжелым абразивом. Эта твердость связана с кристаллическим строением и обеспечивает высокое сопротивление к разрушению. Благодаря этой способности гранат устойчив в течение всего времени использования. Таким образом, получается высокое качество реза с различными степенями шероховатости, в зависимости от размера зерна и скорости резки.

  Кремень - используется крайне редко. Представляет собой жесткий, осадочных скрытокристаллических форм минеральных кварцев. Точный способ формирования кремня пока не ясен, но считается, что это происходит в результате химических изменений с жатием осадочных горных пород, в процессе диагенеза.Карбид кремния -  В чистом виде  — бесцветный кристалл с алмазным блеском, технический продукт зелёного или сине-чёрного цвета. Тугоплавок (плавится с разложением при 2830°С), имеет исключительно высокую твёрдость, уступая только алмазу и бора карбиду B₄C, хрупок, устойчив в различных химических средах, в том числе при высоких температурах. 
Карбид кремния получают в электропечах при 2000—2200°С из смеси кварцевого песка (51—55%), кокса (35—40%) с добавкой NaCI (I—5%) и древесных опилок (5—10%). Благодаря высокой твёрдости, химической устойчивости и износостойкости карбид кремния широко применяется как абразивный материал (при шлифовании), для резания твёрдых материалов, точки инструментов, а также для изготовления различных деталей химической и металлургической аппаратуры, работающей в сложных условиях высоких температур.

  Оксид алюминия - еще называется корундом. В абразивной отрасли  широко испорльзуется электрокорунд, получаемый термической обработкой различного высокоглинозёмного сырья. Твердость по шкале Мооса - 9 ед. Электрокорунд (алунд), огнеупорный и химически стойкий синтетический корунд (88-99% Al₂O₃). Электрокорунд размягчается при температуре 1750°С, плавится при 2050°С. Электрокорунд получают плавкой химически чистого глинозема (оксида алюминия) в открытых дуговых электрических печах большой мощности с последующей кристаллизацией расплава. При переходе из расплавленного состояния в твердое, оксид алюминия кристаллизуется в a-корунд — чрезвычайно твердое вещество белого цвета, уступающее по твердости только алмазу и карбиду кремния.В зависимости от содержания глинозема и особенностей технологии различают несколько разновидностей электрокорунда: нормальный, белый, хромистый, титанистый, циркониевый, монокорунд и сферокорунд.  Зерна электрокорунда нормального обладают высокой твердостью и механической прочностью, что обеспечивает его широкое применение при шлифовании металлов. Электрокорунд нормальный обладает еще и значительной вязкостью, которая необходима при выполнении работ с переменными нагрузками. Из электрокорунда нормального выпускаются шлифзерно, шлифпорошки и микропорошки различных размеров. Электрокорунд белый, получают в электрических печах плавлением чистого глинозема, содержит от 98,0 до 99,5% Al₂O₃ и сравнительно мало примесей (1-2%) в виде высокоглиноземистого алюмината натрия и других минералов. По свойствам и химическому составу белый электрокорунд более однороден, чем нормальный. Микротвердость его несколько выше, чем у нормального электрокорунда. Зерна белого электрокорунда обладают высокой прочностью и острыми кромками. Абразивные изделия из белого электрокорунда отличаются стабильными свойствами, обладают хорошей самозатачиваемостью и обеспечивают высокую чистоту обрабатываемой поверхности. Применяется для обработки высокопрочных сплавов, при скоростном и прецизионном шлифовании.

  Циркониевый электрокорунд -  Ниже приведена интересная информация о свойствах циркония при добавлении его в различные материалы. Стали, легированные цирконием, не теряют необходимой вязкости в широком интервале температур, они хорошо сопротивляются ударным нагрузкам. Поэтому цирконий добавляют в сталь, идущую на изготовление броневых плит. При этом, вероятно, учитывается и тот факт, что добавки циркония положительно сказываются и на прочности стали. Если образец стали, не легированной цирконием, разрушается при нагрузке около 900 кг, то сталь той же рецептуры, но с добавкой всего лишь 0,1% циркония выдерживает нагрузку уже в 1600 кг.  Незначительные добавки циркония повышают теплостойкость алюминиевых сплавов, а многокомпонентные магниевые сплавы с добавкой циркония становятся более коррозионно-устойчивыми. Цирконий повышает стойкость титана к действию кислот. Коррозионная стойкость сплава титана с 14% Zr в 5%-ной соляной кислоте при 100°C в 70 раз (!) больше, чем у технически чистого титана. Иначе влияет цирконий на молибден. Добавка 5% циркония удваивает твердость этого тугоплавкого, но довольно мягкого металла.".

Таким образом, добавки циркония в электрокорунд многократно увеличивают режущую способность абразива, способствуют высокой теплостойкости зерна  без потери своих режущих свойств.

В ниболее часто используемых абревиатурах абразивного инструмента используют следующие марки шлифматериала: 
13А, 14А, 15А - электрокорунд нормальный. Цвет - розовый, коричневый (от светлого до темного) 
23А, 25А - электрокорунд белый. Цвет - бело-розовый и белый 
33А, 34А - электрокорунд хромистый (технический рубин). Розовый или темно-вишневый цвет. 
37А - электрокорунд титановый (технический сапфир). 
38А - электрокорунд циркониевый; 
ЭС - сферокорунд; 
43А, 44А, 45А – монокорунд. Рекомендуем для правки. 
53С, 54С, 55С - Карбид кремния черный 
63С, 64С - Карбид кремния зеленый

КБ - карбид бора (B₄C);

Карбид бора является третьим твердейшим материалом после алмаза и нитрида бора с кубической решеткой. 
Карбид кремния очень износостоек, справляется почти с любой сталью (даже высокоуглеродистой). Это для операций значительного съема материала - восстановление убитого профиля, первичная точка совсем тупых лезвий. 
Более мягкий и однородный - белый электрокорунд - 25А. Это уже чистовые операции, доводка. 
Нормальный электрокорунд - нечто среднее между ними - 13А, 14А. Годится и для точки и для правки - в зависимости от размера зерна.