用氧化铁引晶形成的氧化铝陶瓷磨料粒制造技术

通过烧结α—水氧化铝生产α氧化铝陶瓷磨粒的方法是用微粒小于１５０ｎｍ的晶状氧化铁引晶来改进的。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在结晶氧化铁晶粒材料存在下烧结氧化铝水合物引发转变为α氧化铝生产陶瓷磨料粒的方法及由磨料粒制成的磨料产品。在受让人的美国专利第4，314，827号(Leitheiser等)中已阐述了通过化学陶瓷溶胶的浓缩方法，用至少一种改性组分的前体胶凝-水氧化铝，接着脱水和烧成制备致密的氧化铝基的陶瓷磨料粒的方法，其后公开了通过在水合氧化铝中包含一种晶种材料在焙烧过的α-氧化铝中提供一种更细的晶体结构，可以改进这种陶瓷磨料粒。众所周知焙烧含有α-氧化铝晶体材料的氧化铝水合物可以获得α-氧化铝陶瓷晶体。M.Kumagai和G.L.Messing在1984年5月2日美国陶瓷协会会议上就这个题目作了报告，后来在1984年11月的《美国陶瓷协会通讯》上发表了题为《用α氧化铝引晶使一水软铝石溶胶浓缩》的论文。美国专利第4，623，364号(Cottringer等人)阐明了一种生产多晶氧化铝基磨料粒的方法，该方法是通过使α氧化铝晶体材料的细粒与氧化铝水合物微粒混合，焙烧到至少1090℃。欧洲专利申请第209.084号(1987年1月21日出版)揭示了一种生产溶胶型陶瓷磨粒的方法，其中由氢氧化铝组成的前体材料与高级前体材料混合、干燥、焙烧和烧结，再干燥、煅烧和烧结。受让人的美国专利第4，744，802号(Schwabel)说明了用α-氧化铝、氧化铁或它们前体使一水α-氧化铝成核来生产α-氧化铝陶瓷磨料粒的方法，同时，Schwabel揭示的事实还指出成核剂微粒的粒度认为是可变的，例如，在α-氧化铝的情况下，人们就发现微粒粒度从80～100nm是可用的，而较大和较小的微粒也认为是可用的。Schwabel的专利说明了硝酸铁(氧化铁前体)溶液的成核，在烧结前的过程中，在原处这种溶液可转变为大小未知的氧化铁晶体微粒和0.2×0.02微米(200×20nm)的α-氧化铁。Schwabel未提到由于用小于150nm的氧化铁晶体微粒引晶而引起的意想不到的性能的改善。JamesL.Mcardle和GaryL.Messing在一篇题为《在一水软铝石中，用氧化铁催化获得的氧化铝的变化过程和微观结构控制》(《高级陶瓷材料》1988年第3卷第4期)的文章，文中说明了用粒状氧化铁使氧化铝凝胶成核能增强从γ氧化铝到α氧化铝的转变。成核试剂包括α氧化铝粒子或α氧化铁粒子，其粒度分布在15～90nm之间，其中80%的粒子在30～70nm之间。但该文中并没有提到利用平均小于150nm的氧化铁晶体成核粒子，可以使磨粒的性能得到意想不到的改善这一事实。本专利技术提供了一种生产改进的磨料粒的方法，更具体地讲，该方法包括以下步骤(a)制备一水α-氧化铝悬浮液;(b)用晶体氧化铁颗粒使悬浮液结晶;(c)使悬浮液胶凝;(d)干燥结晶过的胶凝悬浮液形成固体;(e)煅烧该固体;(f)压碎已干燥或煅烧过的固体形成颗粒;(g)烧结已煅烧过的颗粒，其改进包括上述结晶氧化铁颗粒具有小于150nm的平均粒度和所说的引晶是通过将所说的氧化铁晶体颗粒加入到所说的悬浮液中实现的。结晶氧化铁晶粒材料的添加降低了存在于悬浮液中过渡形式的氧化铝向α氧化铝转变的转变温度。如果结晶氧化铝晶粒材料平均粒度小于150nm，将得到对磨料的性能有意外改进的磨料粒。下文用到的术语“氧化铁”是指铁的所有结晶氧化形式，它能促进各种相态的氧化铝向α-氧化铝的转变。这里用到的术语“引晶”和“成核”意义相同。可以互换。根据本专利技术，做为引晶材料的铁的氧化物选自针铁矿、纤铁矿、赤铁矿(α-氧化铁)、磁铁矿、磁赤铁矿和其混合物中，最优选的铁氧化物是针铁矿、纤铁矿和赤铁矿。术语“结晶氧化铁颗粒”是指含有粒状氧化铁前体，该前体加热时转变为适于作引晶材料的结晶氧化铁颗粒。例如，烧结期间赤铁矿前体在低于一水α氧化铝转变为α-氧化铝的温度下转变为相应适当粒度的赤铁矿。术语“结晶氧化铁颗粒”并不包括氧化铁的颗粒形式，如氧化铁的某种非晶态形式，它加热时并不能转变为结晶氧化铁颗粒。这种氧化铁颗粒形式一般是由氧化铝而不是晶状氧化铝引晶的，它们不能产生引晶的α-氧化铝。本专利技术还提供新的磨料产品，它含有的磨料粒至少一部分是本专利技术的磨料粒。优选的磨料产品是砂纸、粘结磨料，如研磨砂轮，高级无纺磨料。用溶胶方法制备氧化铝基陶瓷材料通常是从制备悬浮液开始，虽然其它水合物也可用，但一般都用含有一水α氧化铝(一水软铝石)重2%最高达60%的悬浮液。一水软铝石可以用已知的各种技术方法制备，也可以从大量承制厂购买。市售材料的例子包括DisperalR，由Condea Chemie、GmbH和Catapal D、及Vista化学公司生产。这些-水氧化铝以α结构形式存在，相对纯的(含有微量其它的水化物相态而不是-水合物)，具有大表面积。最后焙烧过的产品的物理性质一般依赖于选做悬浮液的一水氧化铝的种类。悬浮液中可以含有改良添加剂前体，加入这种前体能提高形成产品的某些要求的性能或增加烧结阶段的效率。这些前体一般以可溶性盐的形式加入，典型的是水溶性的，并且典型地是由含金属的化合物组成，可以是镁、锌、钴、镍、锆、铪、铬、钇、镨、钐、镱、钕、镧、钆、铈、镝、铒、钛的氧化物的前体及其混合物。存在于悬浮液中的这些组分的确切比例，在本专利技术中没有严格要求，因此可以方便地改变这些组分的比例。通常在一水软铝石悬浮液中加入胶溶剂产生更稳定的水溶胶体或胶体悬浮液。可用作胶溶剂的一元酸或酸化合物包括醋酸、盐酸、甲酸和硝酸，其中硝酸是最好的胶溶剂。由于多元酸能快速胶凝悬浮液使其难于控制或与其它成份混合，因而通常避免使用。一水软铝石某些商业来源中含有一种酸滴定度(titer)(如吸收的甲酸或硝酸)，这种的滴定度能有助于形成一种稳定的悬浮液。这种悬浮液可以通过任何适宜的方法即可以使一水氧化铝与含有溶胶剂的水混合或通过在一水氧化铝泥浆中加入溶胶剂获得。一旦悬浮液形成，最好然后胶凝。凝胶可以通过任何一种常用的方法得到，如加入用含有象硝酸镁等改良添加剂的溶解或分散的金属，把水从悬浮液中除去，或者用这些方法的某种组合来得到凝胶。一旦凝胶形成，可以通过任何常用的方法如压、制模或挤压成形，然后可将成形的产品干燥产生所要求形状的未开裂的物体。凝胶应在低于凝胶的发泡温度下干燥。任一种脱水方法包括溶剂萃取法都能用来除去凝胶中的自由水使凝胶形成固体。固体干燥后可以切割或机加工形成所要求的形状或用适宜的工具如锤、碾压破碎机或球磨机来压碎或粉碎形成颗粒。可以使用任何粉碎固体的方法。所用的术语“破碎”包括所有这些方法。颗粒可以用机械搅拌，如在干燥或煅烧后立即滚动以增加表面粗糙度，这样在树脂粘着系中会获得更好的粘着力。成形后，然后可以使干燥的凝胶燃烧除去所有挥发物质把颗粒的各种组份转变为陶瓷(金属氧化物)。干燥的凝胶一般加热到约400～800℃之间，保持在这个温度范围内一段时间直到除去自由水和占重量90%以上的任何键合挥发物质。然后将煅烧后的材料通过加热到约1000～1650℃之间，并保持在这个温度范围内直至大体上所有的α-水氧化铝转变为α氧化铝来烧结。加入成核剂的目的在于增强向α氧化铝的转变。当然陶瓷在达到这种变化程度时，所必须经历的烧结温度时间的长短依赖于各种因素，但通常在约5秒～48小时之间，当然本文档来自技高网...

【技术保护点】
形成磨粒的方法包括以下步骤：（ａ）制备α－水氧化铝微粒悬浮液。（ｂ）用晶状氧化铁微粒结晶所述的悬浮液。（ｃ）胶凝所述的悬浮液。（ｄ）干燥结晶的凝胶悬浮液形成固体。（ｅ）煅烧该固体。（ｆ）压碎干燥或煅烧后的固体形成颗粒 。（ｇ）烧结煅烧后的微粒，把所述平均微粒小于１５０ｍｍ的晶状氧化铁微粒和所述的晶状氧化铁微粒加入到上述悬浮液中，得到的晶体都做进一步检定。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：玛丽L莫瑞斯，托马斯E伍德，
申请(专利权)人：明尼苏达州采矿制造公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]