磨粒、磨料制品及其制造和使用方法技术

本发明专利技术提供包含α－氧化铝、Ｇｄ↓［２］Ｏ↓［３］和ＺｎＯ的烧结α－氧化铝基磨粒及其制造方法。所述磨粒可掺入（例如）各种磨料制品（包括固结磨具、涂附磨具、非织造磨具和磨刷）中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及磨粒及其制造方法。所述磨粒可掺入各种磨料制品(包括固结磨具、涂附磨具、非织造磨具和磨刷)中。
技术介绍
在20世纪80年代早期，一种新的和显著改进的氧化铝磨粒被商业化，它通常称为“溶胶-凝胶”或“溶胶-凝胶衍生的”磨粒。这种新型的α-氧化铝磨粒具有由非常细小的α-氧化铝晶粒形成的微观结构。这种新磨粒对金属的研磨性能由(例如)该磨粒制成的磨料制品的寿命来测评，其寿命明显长于由传统熔融氧化铝磨粒制成的类似制品的寿命。一般来说，溶胶-凝胶磨粒的制备方法通常如下制备包含水、一水合氧化铝(勃姆石)和可任选的胶溶剂(例如，诸如硝酸的酸类)的分散体或溶胶，使该分散体凝胶化，干燥该胶化分散体，将干燥的分散体粉碎成颗粒，将所述颗粒煅烧去除挥发物，以及在氧化铝熔点以下的温度烧结所煅烧的颗粒。通常，上述分散体还包括一种或多种氧化物改性剂(例如，CeO2、Cr2O3、CoO、Dy2O3、Er2O3、Eu2O3、Fe2O3、Gd2O3、HfO2、La2O3、Li2O、MgO、MnO、Na2O、Nd2O3、NiO、Pr2O3、Sm2O3、SiO2、SnO2、TiO2、Y2O3、Yb2O3、ZnO和ZrO2)、成核剂(例如，α-Al2O3、α-Cr2O3和α-Fe2O3)和/或其前体。这些添加剂通常用于调节或者改变烧结磨粒的物理性能和/或微观结构。另外，或者作为选择，这些氧化物改性剂、成核剂和/或其前体可以掺入干燥的或煅烧的材料(通常是煅烧颗粒)中。某些优选的α-氧化铝基磨粒致密度高(即，大于理论密度的95％)，并具有细小(例如，亚微米)、均匀的α-氧化铝微观结构。此外，一些优选的α-氧化铝基磨粒包括氧化物改性剂(如上所述)，在一些情况下也可以包括除α-氧化铝以外的亚微米氧化物，其中α-氧化铝可以是或者可以不是亚微米的。α-氧化铝和其它氧化物的晶粒尺寸、磨粒中的氧化物相以及物理性质(例如，密度、硬度和韧性)或特性可以取决于(例如)特定成分和/或用于制造磨粒的工艺(包括烧结时间和温度)。例如，较长的烧结时间和较高的温度有助于获得较高密度的磨粒。但是，较长的烧结时间和较高的温度也加剧晶粒长大，这是不希望看到的。溶胶-凝胶衍生的α-氧化铝基烧结磨粒已经应用于广泛多样的磨料制品(例如，固结磨具、涂附磨具和磨刷)以及研磨应用(包括低压和高压研磨应用)。即使已有多种公知的磨粒，这包括大量溶胶-凝胶衍生的磨粒，但磨料工业仍然需要可以在一种或多种应用中具有性能优势的其它磨粒。专利技术概述在一个方面，本专利技术提供了一种烧结α-氧化铝基磨粒，该磨粒包括α-氧化铝(在一些实施方案中，其重量占所述磨粒的金属氧化物总量的55％到97％，乃至是55％到93％)、Gd2O3和ZnO，并且Gd2O3的重量占所述磨粒的金属氧化物总量的1％到15％(在一些实施方案中，为2％到8％)，ZnO的重量占所述磨粒的金属氧化物总量的0.2％到8％(在一些实施方案中，为1％到5％)，并且Gd2O3与ZnO的摩尔比为2∶1到1∶5(在一些实施方案中，为1∶2到1∶4，乃至是1∶2到1∶3)，其中烧结α-氧化铝基磨粒中低于0.05体积％(在一些实施方案中，低于0.025％，乃至低于0.01％)的α-氧化铝是用成核剂(即，具有与α-氧化铝相同或大致相同的晶体结构的材料，或者性能类似于α-氧化铝的材料)本身(例如，α-氧化铝晶种、α-Fe2O3晶种或α-Cr2O3晶种)或其前体成核的；其它成核剂可以包括Ti2O3(具有三方晶体结构)、MnO2(具有斜方晶体结构)、Li2O(具有立方晶体结构)和钛酸盐(例如，钛酸镁和钛酸镍)。在另一方面，本专利技术提供了一种制造本专利技术烧结α-氧化铝基磨粒的方法，所述方法包括通过混合几种成分制备分散体，所述成分包括液体介质、胶溶剂、勃姆石、Gd2O3源(例如，钆盐)和ZnO源(例如，锌盐)；将所述分散体转换成颗粒状α-氧化铝基磨粒前体材料；以及烧结所述颗粒状α-氧化铝基磨粒前体材料，以得到所述的烧结α-氧化铝基磨粒。在另一方面，本专利技术提供了一种制造本专利技术烧结α氧化铝基磨粒的方法，所述方法包括通过混合几种成分制备分散体，所述成分包括液体介质、胶溶剂和勃姆石；将所述分散体转换成颗粒状α-氧化铝基磨粒前体材料；煅烧所述颗粒状α-氧化铝基磨粒前体材料，以得到第一煅烧α-氧化铝基磨粒前体颗粒；用包含液体介质的浸渍剂组合物浸渍所述第一煅烧颗粒，以得到浸渍的α-氧化铝基磨粒前体颗粒；煅烧所述浸渍的α-氧化铝基磨粒前体颗粒，以得到第二煅烧α-氧化铝基磨粒前体颗粒；以及烧结所述第二煅烧颗粒，以得到所述的烧结α-氧化铝基磨粒，其中所述分散体或所述浸渍剂组合物中至少一者包含Gd2O3源(例如，钆盐)和ZnO源(例如，锌盐)。在本申请中“勃姆石”是指一水合α-氧化铝以及在本
通常被称为“假”勃姆石(即，Al2O3·xH2O，其中x＝1到2)的勃姆石。“α-氧化铝基磨粒前体”、“磨粒前体”或者“未烧结磨粒”是指干燥的氧化铝基分散体(即，“干燥的磨粒前体”)或者煅烧的氧化铝基分散体(即，“煅烧的磨粒前体”)，通常是颗粒状的，其密度小于理论密度的80％(通常小于60％)，并能通过烧结或者通过用浸渍剂组合物浸渍而后烧结，以得到烧结α-氧化铝基磨粒。这里使用的“烧结α氧化铝基磨粒”是指α-磨粒的密度已经烧结到理论密度的至少85％(优选至少90％，以及更优选至少95％)，并且含有占理论氧化物至少60重量％的Al2O3。“分散体”或“溶胶”是指固体在液体中的两相系统，其中一相包括分布在液体中的细小的颗粒(在胶体尺寸范围内)。“稳定分散体”或“稳定溶胶”是指这样一种分散体或溶胶在不搅动的情况下在约2小时内，通过肉眼不会观察到其中的固体开始胶凝、分离或沉降。“浸渍剂组合物”是指液体介质与通常能浸渍到磨粒前体中的金属氧化物源的分散体或溶液。“浸渍的磨粒前体”是指密度小于理论密度的80％(通常小于60％)、并且已经用浸渍剂组合物浸渍的干燥氧化铝基分散体(即，“浸渍的干燥磨粒前体”)或煅烧的氧化铝基分散体(即，“浸渍的煅烧磨粒前体”)，并且包括浸渍的干燥颗粒和浸渍的煅烧颗粒。“烧结”是指在材料熔点以下的温度下加热的过程，材料受热后达到致密化并且晶粒长大，以得到坚韧的、硬的和化学稳定的陶瓷材料。本专利技术的烧结α-氧化铝基磨粒不是通过在材料熔点以上的温度进行加热的熔融过程制备的。本专利技术的磨粒可以以(例如)松散形式使用，或者掺入磨料制品使用。本专利技术的磨料制品包含粘合剂和多个磨粒，其中所述磨粒的至少一部分是本专利技术的磨粒。示例性的磨料制品包括涂附磨具制品、固结磨具制品(如，砂轮)、非织造磨具制品和磨刷。涂附磨具制品通常包括具有第一和第二相反主表面的背衬，并且其中粘合剂和多个磨粒在第一主表面的至少一部分上形成磨料层。在一些优选实施例中，占磨料制品中磨粒总重量的至少5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％乃至100％的磨粒是本专利技术的磨粒。磨粒在使用前通常按给定粒度分布进行分级。这些分布通常具有一定范围的粒度，即从粗颗粒到细颗粒。在磨料领域中，这个范围有时称为“粗”、“控制”和“细”级别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种烧结α－氧化铝基磨粒，该磨粒包括α－氧化铝、Ｇｄ↓［２］Ｏ↓［３］和ＺｎＯ，所述Ｇｄ↓［２］Ｏ↓［３］的重量占所述磨粒的金属氧化物总量的１重量％到１５重量％，所述ＺｎＯ的重量占所述磨粒的金属氧化物总量的０．２重量％到８重量％，并且Ｇｄ↓［２］Ｏ↓［３］与ＺｎＯ的摩尔比为２∶１到１∶５，其中所述烧结α－氧化铝基磨粒中的所述α－氧化铝中低于０．０５体积％的α－氧化铝是由成核剂成核的。

【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：拉里D门罗，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]