氧化铝锆和它们的制造与使用方法技术

氧化铝－氧化锆材料及其制造方法。本发明专利技术的实施方案包括磨粒。所述磨粒可加入到各种磨具中，包括粘结磨具，涂覆磨具，非织造磨具，以及研磨刷。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关於氧化铝锆材料相关领域的说明氧化铝锆陶瓷材料(包括稳定氧化锆)，诸如经氧化铝韧化处理的氧化锆，经氧化锆韧化处理的氧化铝，以及氧化铝锆共晶物。这些材料已知具有诸如高强度、高韧性、高硬度、高温抗蠕变阻力和化学惰性等非常理想的性能。还知道，添加其它金属氧化物、氮化物和碳化物等可以修饰氧化铝锆材料的性质。这类氧化铝锆和以氧化铝锆为基的陶瓷材料已经加工成为颗粒，涂层，纤维以及块状物料。已知这类材料用途包括填料、磨粒、刀具衬套、磨介、耐火材料、纤维、热障材料、研磨剂、抗蚀涂层等。已知块状氧化铝锆和以氧化铝锆为基体的陶瓷材料的制造方法，包括粉体聚结技术(即烧结、热压、热等静压等)，溶胶-凝胶制造法，熔凝法和等离子体加工，如等离子体喷雾法等。已知氧化铝锆和以氧化铝锆为基体的陶瓷颗粒的制造方法包括块状材料的粉碎，喷雾技术适合于制作球状颗粒。至于氧化铝锆和氧化铝锆为基体的材料的形态，从无定形、结晶或这两者的组合形式，对于结晶物料，特别显微结构，对于一给定组成，则取决于诸如工艺方法以及工艺条件等。已知无定形或部分无定形的氧化铝锆是通过熔凝法，将熔体快速淬冷而制造的，或其它方法(如喷雾技术和等离子体工艺法)。通过盐类喷雾热解生成主要是无定形态的氧化铝锆粉体也是人们知道的。此外，尽管经熔化、快速淬冷得到许多金属氧化物的无定形态(包括玻璃态)，大多数场合下，因为需要极高快速淬冷速率才能得到无定形材料，如果物料尺寸太大，仍然形成结晶材料。因此许多材料无法生成块状或复杂形状。通常这类体系在随后再次加热时因为结晶过程而很不稳定，因此不会呈现粘滞流动这类性质。另一方面，基于常规的网络形成氧化物(如二氧化硅和氧化硼)的玻璃，通常较为稳定，在再次加热期间不易结晶。相应地发生粘滞流动的“有效”范围很容易获得。已知玻璃(如二氧化硅、氧化硼)粉末通过高于玻璃化转变温度的温度发生粘滞烧结而形成大的制品已早为人所知。例如在材料工业中，砂轮采用玻璃质结合剂制成，使磨粒牢固地结合在一起。虽然已知氧化铝锆有无定形态和晶态，但仍要求氧化铝锆的新颖形式和/或组成，特别是那些能用于制成有用制品或磨粒。专利技术概述一方面，本专利技术提供无定形材料，它包含Al2O3(在一些较佳实施方式中，Al2O3占无定形材料总重量的至少20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至70重量％)，包含ZrO2(在一些较佳实施方式中，ZrO2占无定形材料总重量的至少15，20，25，30，35，40或甚至45重量％)，包含除Al2O3或ZrO2之外的其它金属氧化物(如Y2O3，REO，TiO2，CaO，Cr2O3，MgO，NiO，CuO以及它们的复合金属氧化物)，其中至少除Al2O3或ZrO2之外的金属氧化物，当无定形材料结晶时，其一部分形成明显的结晶。在一些较佳实施方式中，占无定形材料总量的至少50，55，60，65，70，75，80，85，90甚至95重量％是Al2O3和ZrO2，其中无定形材料含有的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5之合量不超过该材料总量的20重量％(在一些实施方式中最好不超过15，10，5，4，3，2，1或0重量％)。该无定形材料具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少25μm(在一些实施方式中最好至少30μm，35μm，40μm，45μm，50μm，75μm，100μm，150μm，200μm，250μm，500μm，1000μm，2000μm，2500μm，1mm，5mm或甚至10mm)。所谓“明显结晶相”是指由X射线衍射法可测得的晶相(包括结晶复合金属氧化物)，它不同于与其它明显结晶相的固溶体中存在的那种结晶相。例如，很清楚诸如Y2O3或CeO2这类氧化物可以与结晶ZrO2形成固溶体，起相稳定剂作用。这一类Y2O3或CeO就不是明显结晶相。材料的X，Y和Z尺寸用目测或用显微镜测定，视其尺寸大小而定。例如，报道的Z尺寸为球状颗粒的直径，涂层的厚度或棱形体的最长尺寸。本专利技术采用术语“无定形材料”是指由熔体和/或蒸气相转变而成材料，它没有采用X射线衍射法可测得的远程晶体结构和/或由差示热分析法(DTA)测得的无定形材料结晶时的放热峰，该测定方法在“差示热分析法”一节中叙述。“陶瓷”包括无定形材料、玻璃、结晶陶瓷、玻璃陶瓷，以及它们的混合物。“复合金属氧化物”是指包含两种或多种不同金属元素和氧的金属氧化物(如CeAl11O18，Dy3Al5O12，MgAl2O4和Y3Al5O12)“复合Al2O3·金属氧化物”是指基于理论氧化物，它包含氧化铝以及一种或多种除铝之外的其它金属元素氧化物的复合金属氧化物(如CeAl11O18，Dy3Al5O12，MgAl2O4和Y3Al5O12)。“复合Al2O3·Y2O3”是指基于理论氧化物，它包含Al2O3和Y2O3。“复合Al2O3·ReO”是指基于理论氧化物，它包含氧化铝和稀土氧化物的复合金属氧化物(如CeAl11O18和Dy3Al5O12)。“玻璃”是指呈现玻璃化转变温度的无定形材料。“玻璃陶瓷”是指包含无定形材料经热处理生成的结晶的陶瓷。“Tg”是指玻璃化转变温度，采用“差示热分析”一节所述方法测定。“Tx”是指为结晶温度，采用“差示热分析”一节所述方法测定。“稀土氧化物”是指氧化铈(CeO2)，氧化镝(Dy2O3)，氧化铒(Er2O3)，氧化铕(Eu2O3)，氧化钆(Gd2O3)，氧化钬(Ho2O3)，氧化镧(La2O3)，氧化镥(La2O3)，氧化钕(Nd2O3)，氧化镨(Pr6O11)，氧化钐(Sm2O3)，氧化铽(Tb2O3)，氧化钍(Th4O7)，氧化铥(Tm2O3)，氧化镱(Yb2O3)，和它们的混合物；“REO”是指稀土氧化物。此外，除非另有所述，这里的金属氧化物(如Al2O3、复合Al2O3·金属氧化物等)是结晶的，如在玻璃陶瓷中，它也可以是无定形，结晶或部分无定形部分结晶的。例如，如果玻璃陶瓷包含Al2O3和Zr2O3，则Al2O3和Zr2O3可以各自为无定形态，晶态或部分无定形态部分晶态，或甚至是与其它金属氧化物的反应产物(例如除非另有说明，例如，Al2O3为晶态Al2O3，或为特定的晶态Al2O3(如α-Al2O3)，它可以晶态Al2O3和/或一部分是一种或多种晶态复合Al2O3·金属氧化物。而且，可以理解无定形材料经加热而成的玻璃陶瓷不呈现Tg，事实上它不包含玻璃，而是可包含结晶材料和不呈现Tg的无定形材料。一方面本专利技术提供，玻璃陶瓷它包含Al2O3(在一些较佳实施方式中，Al2O3占玻璃陶瓷总量的至少20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至70重量％)，包含ZrO2(在一些较佳实施方式中，ZrO2占玻璃陶瓷总量的至少15，20，25，30，35，40或甚至45重量％)，还包含除Al2O3或ZrO2之外的其它金属氧化物(如Y2O3，REO，TiO2，CaO，Cr2O3，MgO，NiO，CuO以及它们的复合金属氧化物。其中至少除Al2O3或ZrO2之外的一部分金属氧化物呈现至少明显结晶相。其中，玻璃陶瓷中Al2O3和ZrO2加起来占玻璃陶瓷总量的至少50％，(在一些较佳实施方式中较本文档来自技高网...

【技术保护点】
由Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］，ＺｒＯ↓［２］和Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］，ＺｒＯ↓［２］之外的其它金属氧化物组成的无定形材料，其中至少一部分Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］，ＺｒＯ↓［２］之外的其它金属氧化物在当无定形材料结晶时形成明显的晶相，其中无定形材料中含有Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］，ＺｒＯ↓［２］的合量占该材料至少５０重量％。含有Ａｓ↓［２］Ｏ↓［３］，Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］，ＧｅＯ↓［２］，Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］，ＳｉＯ↓［２］，ＴｅＯ↓［２］和Ｖ↓［２］Ｏ↓［５］合量不超过该材料总量的２０重量％，该无定形材料具有Ｘ，Ｙ和Ｚ尺寸，并互成垂直，其中各Ｘ，Ｙ和Ｚ尺寸至少为２５μｍ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AZ罗森弗兰兹，A赛里卡亚，TJ安德森，
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]