陶瓷材料、磨粒、磨具及制造和使用方法技术

本发明专利技术涉及无定形材料，玻璃陶瓷和其制备方法。本发明专利技术的实施方案包括磨料颗粒。磨料颗粒可掺入各种磨料制品，包括粘结磨料、涂布磨料、非织造磨料和研磨刷中。（*该技术在2022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】
本专利技术涉及无定形材料和玻璃陶瓷。另一方面，本专利技术的实施方式涉及磨粒和装有该种磨粒的磨具。相关技术说明已知许多种无定形(包括)玻璃和玻璃陶瓷组合物。大多数氧化物玻璃体系利用如SiO2，B2O3，P2O5，GeO2，TeO2，As2O3和V2O5等众所周知的玻璃形成物质帮助形成玻璃。一些由这些玻璃形成物质构成的玻璃组合物能被热处理形成玻璃陶瓷。由这些玻璃形成物质构成的玻璃和玻璃陶瓷的最高使用温度，通常低于1200℃，典型值约为700-800℃。玻璃陶瓷与构成它的玻璃相比，往往具有更强的抗高温性能。另外，已知的玻璃和玻璃陶瓷的许多性质都受限于玻璃形成物质的固有特性。比如，对SiO2，B2O3和P2O5基玻璃和玻璃陶瓷而言，杨氏模量，硬度和强度都受这些玻璃形成物质的限制。这些玻璃和玻璃陶瓷与Al2O3或ZrO2相比，其机械性能较差。要求制备具有与Al2O3或ZrO2相似机械性能的玻璃陶瓷。虽然已知一些非常规玻璃，比如基于稀土氧化物-氧化铝的玻璃(参见公开号是WO01/27046A1，于2001年4月19日公开的PCT申请和于2000年2月15日公开的日本专利JP2000-045129)，要求提供其他的新型玻璃和玻璃陶瓷，以及已知的和新型的玻璃和玻璃陶瓷的用途。另一方面，本领域已知许多种磨粒(比如，金刚石颗粒，立方氮化硼颗粒，熔凝磨粒和烧结的陶瓷磨粒(包括溶胶凝胶法磨粒))。在一些研磨应用中，所用磨粒是疏松形式的，其他应用中，磨粒则装入磨具中(比如，涂布磨具，粘结磨具，非织造磨具和研磨刷)。用于特定研磨应用的磨粒的选择标准包括研磨寿命，磨削速度，基片表面光洁度，研磨效率和制造成本。从约1900年到1980年代中期，用于涂布磨具和粘结磨具等研磨应用中的主要磨粒，通常是熔凝磨粒。熔凝磨粒大致分为两类(1)熔凝α-氧化铝磨粒(参见美国专利1161620(Coulter)，1192709(Tone)，1247337(Saunders等人)，1268533(Allen)和2424645(Baumann等人))；(2)熔凝(有时也称为“共熔凝”)氧化铝-氧化锆磨粒(参见美国专利3891408(Rowse等人)，3781172(Pett等人)，3893826(Quinan等人)，4126429(Watson)，4457767(Poon等人)和5143522(Gibson等人))(参见美国专利5023212(Dubots等人)和5336280(Dubots等人)，这两份专利报告了某种熔凝氧氮化物磨粒)。熔凝氧化铝磨粒的制法通常是在加热炉中装入铝矿或铝土矿等氧化铝原料以及其他需要的添加剂，加热这些物质到高于其熔点，冷却熔体制得一种固化形体，将其破碎成颗粒，然后过筛分级颗粒，形成符合要求的磨粒粒径分布。熔凝氧化铝-氧化锆磨粒是按相似方法制备的，区别在于，加热炉中装有氧化铝原料和氧化锆原料，而且熔体冷却速度比制备熔凝氧化铝磨粒时更快。对于熔凝氧化铝-氧化锆磨粒而言，氧化铝原料的用量通常是约50-80重量％，氧化锆用量是50-20重量％。制备熔凝氧化铝和熔凝氧化铝磨粒的过程，包括在冷却步骤前，从熔体中除去杂质的步骤。虽然熔凝α-氧化铝磨粒和熔凝氧化铝-氧化锆磨粒仍然被广泛用于研磨应用中包括使用涂布和粘结磨具的应用，从大约1980年代中期开始，用于许多研磨应用的主要磨粒是溶胶凝胶法α-氧化铝颗粒(参见美国专利4314827(Leitheiser等人)，4518397(Leitheiser等人)，4623364(Cottringer等人)，4744802(Schwabel)，4770671(Monroe等人)，4881951(Wood等人)，4960441(Pellow等人)，5139978(Wood)，5201916(Berg等人)，5366523(Rowenhorst等人)，5429647(Larmie)，5547479(Conwell等人)，5498269(Larmie)，5551963(Larmie)和5725162(Garg等人))。溶胶凝胶法α-氧化铝磨粒可具有由非常细的α-氧化铝晶粒形成的显微结构，其中存在或不存在添加的二次相。溶胶凝胶法磨粒对金属的研磨性能用由其制成的磨具的寿命来衡量，该寿命与由常规熔凝氧化铝磨粒制成的磨具相比，长得很多。通常，溶胶凝胶法磨粒的制备过程比常规熔凝磨粒的制备过程更复杂，更昂贵。总的来说，溶胶凝胶法磨粒的制备过程是制备一种含有水，氧化铝单水合物(勃姆石)，还可含有胶溶剂(比如硝酸等酸)的分散液或溶胶，将分散液胶化后干燥，然后破碎成颗粒，将颗粒过筛制成要求粒径的颗粒，煅烧颗粒除去挥发性物质，在低于氧化铝熔点的温度下烧结经煅烧的颗粒，并将颗粒过筛分级，形成符合要求的磨粒粒径分布。经常将一种金属氧化物改性剂复合进入烧结的磨粒中，改变或修饰烧结的磨粒的物理性质和/或显微结构。本领域已知多种磨具。通常，磨具包括粘合剂和被粘合剂固定在磨具中的许多磨粒。磨具实例包括涂布磨具，粘结磨具，非织造磨具和研磨刷。粘结磨具实例包括磨轮，切割轮和镗磨油石。用于制备粘结磨具的主要粘合体系类型是树脂状物质，玻璃质物质和金属。树脂状粘结研磨助剂中使用了一种有机粘合体系(比如苯酚树脂粘合体系)，将磨粒粘结在一起形成一个形体(参见美国专利4741743(Narayanan等人)，4800685(Haynes等人)，5037453(Narayanan等人)和5110332(Narayanan等人))。另一主要类型是玻璃质烧结磨轮，其中使用了一种玻璃粘合体系，将磨粒粘合成一形体(参见美国专利4543107(Rue)，4898587(Hay等人)，4997461(Markhoff-Matheny等人)和5863308(Oi等人))。这些玻璃粘合剂通常在900℃到1300℃之间的温度下固化。如今的玻璃质烧结磨轮同时使用熔凝氧化铝和溶胶凝胶法磨粒。但是，通常不把熔凝氧化铝-氧化锆用于玻璃质烧结磨轮中，部分原因是由于氧化铝-氧化锆的热稳定性较差。在玻璃质粘合剂的固化高温下，氧化铝-氧化锆的物理性能会急剧降低，导致其研磨性能显著降低。金属粘结磨具通常使用烧结的或沉积的金属来粘合磨粒。研磨工业一直要求提供磨粒的磨具，它们容易制备，价格便宜，和/或性能优于常规的磨粒和磨具。专利技术简述一方面，本专利技术提供了无定形材料，其中含有占其总重量至少35％(在一些实施方式中，优选至少40％，45％，50％，55％，60％，65％或甚至是至少70％)的Al2O3，和除Al2O3之外的一种金属氧化物(比如，Y2O3，REO，ZrO2，TiO2，CaO，Cr2O3，MgO，NiO，CuO和它们的复合金属氧化物)，无定形材料中含有占其总重量不超过10％(在一些实施方式中，优选小于5％，4％，3％，2％，1％或甚至是0)合量的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5，该无定形材料具有彼此垂直的x，y和z三维尺寸，每个x，y和z尺寸上的长度至少是5mm(在一些实施方式中至少是10mm)。可以对该无定形材料进行热处理，使至少一部分该无定形材料转变成玻璃陶瓷。材料x，y和z的尺寸可以用视觉或显微镜确定，这取决于该尺寸的数值。比本文档来自技高网...

【技术保护点】
无定形材料，含有占其总重量至少３５％的Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］和除Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］之外的一种金属氧化物，其特征在于该无定形材料的Ａｓ↓［２］Ｏ↓［３］，Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］，ＧｅＯ↓［２］，Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］，ＳｉＯ↓［２］，ＴｅＯ↓［２］和Ｖ↓［２］Ｏ↓［５］的合量占其总重量不超过１０％，其中该无定形材料具有彼此垂直的ｘ，ｙ和ｚ三维尺寸，而且ｘ，ｙ和ｚ的尺寸至少是５ｍｍ，限制条件是如果除Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］之外的该金属氧化物是ＣａＯ或ＺｒＯ↓［２］，则该无定形材料进一步含有除Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］，ＣａＯ和ＺｒＯ↓［２］之外的一种金属氧化物，当该无定形材料结晶时，该金属氧化物的至少一部分形成明显的结晶相。

【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：AZ罗森弗兰兹，
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]