磨料颗粒及其制造方法技术

一种用于制备结晶陶瓷α氧化铝基磨粒的方法，所述方法包括以下步骤： （ａ）制备含有一种液体介质和足够量氧化铝颗粒的分散物系，它是可经脱液生成一种前体材料，该前体材料可烧结成硬度至少为１６ＧＰａ、密度至少为３．５８ｇ／ｃｍ↑［３］、α氧化铝平均晶体尺寸小于２微米的结晶陶瓷α氧化铝基的材料，所述氧化铝颗粒选自：α氧化铝颗粒、含有小于１０％（重量）化学结合水的过渡型氧化铝颗粒及其混合物，可烧结成的α氧化铝基的材料以理论氧化物计，ＳｉＯ↓［２］的含量小于０．３％（重量），ＣａＯ的含量不大于０．４％（重量），百分数系基于所述材料的总重量，所述α氧化铝颗粒的平均粒度小于２微米，所述分散物系含有不大于１％（重量）的一水合α氧化铝，此百分数系基于分散物系的重量减去其中存在的液体介质总重量后的重量； （ｂ）使该分散物系脱液生成前体材料； （ｃ）在某一温度下将该前体材料烧结足够长的时间，以得到硬度至少为１６ＧＰａ、密度至少为３．５８ｇ／ｃｍ↑［３］、α氧化铝平均晶体尺寸小于２微米，以理论氧化物计，ＳｉＯ↓［２］含量小于０．３％（重量），Ｎａ↓［２］Ｏ含量不大于０．４％（重量）（以该磨粒的总重量计）的结晶陶瓷α氧化铝基磨粒，此时烧结是在不高于１６００．０℃的温度和不高于１０．１３ＭＰａ（１００．０ａｔｍ）的压力下进行的，在进行步骤（ｃ）之前，所述前体材料是以磨粒前体的形式提供的。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及α氧化铝基陶瓷磨料颗粒(下面简称磨粒)及其制造方法。该种磨粒可采用于任何种类的磨料制品中。有关的现有技术以前合成的磨粒是用熔凝法制造的。在该方法中所用的氧化铝源材料通常是铝土矿或拜耳法氧化铝。在这些方法中，陶瓷材料在熔炉中溶化，然后冷却生成致密的块料，或者在水中猝冷生成细晶粒。近年来，磨粒已经采用各种溶胶-凝胶方法制备。在溶胶-凝胶法中，典型的是将一种水合形式的氧化铝(就是一水合α氧化铝即勃姆石)与水和酸混合，产生胶态的分散物系即溶胶。使该勃姆石的胶态分散体脱水，生成磨粒前体，再一般进行煅烧，然后烧结。在煅烧步骤中，勃姆石转化成过渡型氧化铝(一种或多种)。在烧结步骤中，磨料颗粒物质中的过渡型氧化铝转变成α氧化铝，后者接着进行了致密化。在例如美国专利No.5,035,369(Winkler等人)、No.4,770,671(Monroe等人)、No.4,314,827(Leitheiser等人)和No.5,164,348(Wood)中，叙述了溶胶-凝胶法。目前，溶胶-凝胶法是用于制造陶瓷磨粒的。在该方法中，勃姆石是关键组分，这是因为它能以含有99％至100％(重量)纯AlOOH的形式得到；它能以亚微米粒度的形式得到；而且它容易形成胶态分散物系。然而，勃姆石是一种非常昂贵的原料，所以，人们一直在寻求适宜的替代方法用以提供陶瓷α氧化铝基的磨粒。专利技术综述本专利技术提供用于制备结晶陶瓷α氧化铝基磨粒的一种第一种方法，该方法包括以下步骤(a)制备含有一种液体介质和足够量氧化铝颗粒的分散物系，它可经脱液生成一种前体材料，该前体材料可烧结成硬度至少为16GPa(较好为至少18GPa，更好为至少19GPa)、密度至少为3.58g/cm3(较好为至少3.78g/cm3，更好为至少3.88g/cm3)、α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)，以理论氧化物计，SiO2含量小于0.3％(重量)，Na2O含量不大于0.4％(重量)(以该材料的总重量计)的结晶陶瓷α氧化铝基材料；作为原料的氧化铝颗粒选自α氧化铝颗粒、含有小于10％(重量)化学结合水的过渡型氧化铝颗粒，以及它们的混合物，该氧化铝颗粒的平均粒度小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)，该分散物系含有不大于1％(重量)的一水合α氧化铝，此百分数系基于分散物系的重量减去分散物系中存在的液体介质总重后的重量。(b)使该分散物系脱液得到前体材料；以及(c)在某一温度下将该前体材料烧结足够长的时间，以得到硬度至少为16GPa(较好为至少18GPa，更好为至少19GPa)、密度至少为3.58g/cm3、α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)，以理论氧化物计，SiO2含量小于0.3％(重量)，Na2O含量不大于0.4％(重量)(以该磨料颗粒的总重量计)的结晶陶瓷α氧化铝基磨粒，此时烧结是在不高于1600.0℃的温度和不高于10.13MPa(100.0atm)的压力下进行的。在进行步骤(c)之前，前体材料是以磨料颗粒前体的形式提供的。较好的是，陶瓷磨粒中的CaO含量不大于0.4％(重量)(以理论氧化物计)。在此，当提到以理论氧化物计对材料进行表征时，并不是涉及存在的特定的相。而是指一种物料衡算的关系。另一方面，本专利技术提供用于制备结晶陶瓷α氧化铝基磨粒的一种第二种方法，该方法包括以下步骤(a)制备含有一种液体介质、足够量的烧结助剂材料(选自氧化钇、氧化铈、氧化镨、氧化钐、氧化镱、氧化钕、氧化镧、氧化钆、氧化镝、氧化铒、它们的前体以及它们的混合物)以及足够量氧化铝颗粒的分散物系，此分散物系可经脱液生成前体材料，此前体材料可烧结成含有至少2％(重量)(较好为至少2.5％(重量)，更好为3％(重量))氧化钇、氧化铈、氧化镨、氧化钐、氧化镱、氧化钕、氧化镧、氧化钆、氧化镝、氧化铒或它们的混合物，此处含量系以Y2O3、Ce2O3、Pr2O3、Sm2O3、Yb2O3、Nd2)3、La2O3、Gd2O3、Dy2O3和Er2O3等理论氧化物计)，硬度至少为16GPa，密度至少为3.58g/cm3，α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米的结晶陶瓷α氧化铝基的材料，以及以理论氧化物计；氧化铝颗粒选自α氧化铝颗粒、含有小于10％(重量)化学结合水的过渡型氧化铝颗粒，以及它们的混合物，该氧化铝颗粒的平均粒度小于2微米，该分散物系含有至少65％(重量)，较好为至少75％(重量)，更好为至少80％(重量)的氧化铝颗粒，此含量系基于分散物系中总的理论Al2O3含量；(b)使该分散物系脱液生成前体材料；(c)在某一温度下将该前体材料烧结足够长的时间，以得到硬度至少为16GPa、密度至少为3.58g/cm3、α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米的结晶陶瓷α氧化铝基的磨粒，此时烧结是在不高于1600.0℃的温度和不高于10.13MPa(100.0atm)的压力下进行的。在进行步骤(c)之前，前体材料是以磨料颗粒前体的形式提供的。较好的是，按理论氧化物计，得到的磨粒含有小于0.3％(重量)的SiO2、不大于0.4％(重量)的Na2O，不大于0.4％(重量)的CaO(基于所述磨料颗粒的总重量)。该分散物系还可含有选自氧化锆、氧化铪、氧化铬，它们的前体和它们的混合物的某一种材料。另一方面，本专利技术提供用于制备结晶陶瓷α氧化铝基磨粒的一种第三种方法，该方法包括以下步骤(a)制备含有一种液体介质、足够量氧化铝颗粒以及足够量的烧结助剂材料的分散物系，在经过以下的步骤(b)和(c)之后，该分散物系能转变为结晶陶瓷α氧化铝基磨粒，其硬度至少为16GPa(较好为至少18GPa，更好为至少19GPa)、密度至少为3.58g/cm3(较好为至少3.78g/cm3，更好为至少3.88g/cm3)、α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)，该磨粒以理论氧化物计含有，小于0.3％(重量)的SiO2，不大于0.4％(重量)的Na2O(以磨料颗粒的总重量计)。氧化铝颗粒选自α氧化铝颗粒、含有小于10％(重量)化学结合水的过渡型氧化铝颗粒以及它们的混合物，该氧化铝颗粒的平均粒度小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)，该分散物系含有不大于1％(重量)的一水合α氧化铝，此百分数系基于分散物系的重量减去其所含液体介质总重后的重量。(b)使该分散物系脱液；(c)在某一温度下将该前体材料烧结足够长的时间，以得到硬度至少为16GPa(较好为至少18GPa，更好为至少19GPa)、密度至少为3.58g/cm3(较好为至少3.78g/cm3，更好为至少3.88g/cm3)、α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)，以理论氧化物计，SiO2含量小于0.3％(重量)，Na2O含量不大于0.4％(重量)(以该磨料颗粒的总重量计)的结晶陶瓷α氧化铝基磨粒，此时烧结是在不高于1600.0℃的温度和不高于10.13MPa(100.0atm)的压力下进行的。较好的是，陶瓷磨粒中的CaO含量(以理论氧化物计)不大于0.4％(重量)。在此所用的术语“烧结助剂材料”是指一种促进陶瓷体致密化的材料(或其前体)，若不用该材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：L·D·门罗，T·E·伍德，
申请(专利权)人：美国三M公司，
类型：发明
国别省市：