烧结的溶胶凝胶氧化铝磨料丝及其制备方法技术

本发明专利技术烧结的氧化铝基磨料丝主要是由细微的α氧化铝晶体所组成。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及烧结的可溶凝胶α氧化铝磨料丝，其用于粘接的磨料制品，例如砂轮、砂瓦，以及涂覆制品，例如砂带、研磨盘之中。可溶凝胶，特别是引晶的可溶凝胶铝土磨料，自从它几年前被采用以来，已广及应用于涂覆和粘接的磨具领域之中，已证实它比其他优质磨料具有显著的优点。通常这样的磨料都是由干燥和烧结水合氧化铝凝胶而制成。这些凝胶也可含有某种不同量的添加剂，例如MgO，和ZrO2。干燥过的材料在烧结前或烧结成不规则的块状多晶磨粒之后被压碎成所需的粒度范围。然后将这些磨粒结合到粘接或涂覆的磨料制品中，例如砂轮、砂瓦，砂带成研磨盘中。雷塞施(Leitheiser)等的美国专利4，314，827公开了用这样方法制造的磨粒，该方法使烧结的磨粒含有直径在5到10微米数量级上的不规则的“雪花”形αAl2O3晶体。“雪花”的花枝和相邻“雪花”之间的空隙是由其他相的物质占领，例如细微结晶氧化铝氧化镁尖晶。1986年12月18日授权的转让给诺顿(Norton)公司-该申请的受让人，的美国专利4，623，364公开了一种用于制造氧化铝磨粒的可溶凝胶的方法，以及具有更好特性的除涂覆物、薄膜、细丝、棒或小尺寸的部件以外的制品。在该专利中，将晶种材料加入凝胶中或干燥前的凝胶初级物中，以促使水合氧化铝转化成α氧化铝。这是通过对带α氧化铝介质的凝胶初级物或凝胶进行湿态振动研磨来完成的，或是通过直接加入非常细的粉末状或其他形状的晶种颗粒来完成。将引晶凝胶干燥，压碎并熔烧以制成磨粒。如此生产的磨粒可用于制造诸如研磨盘和砂轮这样的产品。另外，为制造一定形状的部件成棒，将这些材料在焙烧前成形或通过挤压模成型。在挤压情况下，成形的棒以后可切成断成适当的长度。一旦凝胶形成，它可由任一方便的方法成形，例如冲压、模压或挤压，然后小心地将其干燥以产生所希望形状的无裂纹的产品。如果想得到磨料材料，该凝胶也可方便地挤压扩散成任意方便的形状并被干燥。干燥后，这些固态产品或材料可切成或加工成所需的形状，或者用合适的设备，例如锤式碎矿机或球磨机将其压碎或破碎成颗粒或磨粒。这种引晶可溶凝胶磨料，比雷塞施(Leitheiser)型非引晶可溶凝胶材料具有坚实得多的α型Al2O3晶体结构和更高的密度。如果引晶不是在最恰当的方式下进行或焙烧温度太高，或持续时间太长，虽然有可能导致产生某些较粗的晶体结构，但这种引晶可溶凝胶磨料的α型Al2O3的晶体是超细微的，并且一般是在大约0.4微米或更小的数量级上。其他材料，例如Fe2O3也可作为促进转化成α型Al2O3的晶种。根据经验，这样的晶种材料与Al2O3应当是同结构的，并且应当具有相似的(在15%以内)晶格参数才能很好地发挥作用。为制成所需尺寸的磨粒，就必须把上述可溶胶磨料中较大的颗粒破碎，并把它筛分。然而这个工艺是非常浪费的，因为它产生的磨料粒度是在很大的范围内的。这些磨料不是都可以用的。这使相当数量的磨粒不得不抛弃或再循环生产，或用在价值较低的场合。现已发现，烧结的可溶凝胶微晶材料具有显著提高的特性，它不需要在使用前进行进一步的粉碎加工，能够直接获得性能极好的形状。由于人们习惯认为可溶凝胶微晶氧化铝磨料的特性来自晶体的大小和纯度，尤其是要无杂质，这杂质存在于如铝土矿中，并导致在制成α氧化铝的温度时形成玻璃质物质，因此这种提高了的特性是特别令人惊奇的。此外，由于用直接配方技术生产，从而使非直接需要的材料的生产量少得多。实际上，生产的几乎所有的材料都是要求一定规格的，因此，这种加工工艺更明显地有效。本专利技术涉及烧结的可溶凝胶α氧化铝基多晶磨料丝。如果凝胶没有加晶种，磨料丝中的α氧化铝晶粒可大到2微米。但加入最佳的晶种，它可以小于1微米，用最佳的处理工艺，它不大于0.4微米。一般来说，可以发现，如果晶粒变小，则磨料性能显著改善。晶粒尺寸大约为0.05至1微米的数量级常常是最优越的。磨料能够由制备水合氧化铝可溶凝胶，把这些凝胶挤丝或甩丝，并把这些丝干燥，焙烧到不高于1500℃温度的步骤制成。对最佳加工工艺来说，其包括在初始的溶胶或凝胶中加入添加剂，即加入有效量的超微晶体的晶种材料，它在挤丝和干燥后的可溶凝胶焙烧时，促进凝胶中的水合氧化铝迅速转化成非常细微的α氧化铝晶体。这样的晶种材料实例可以是β氧化铝、γ氧化铝、氧化铬、α氧化铁、α氧化铝，或这些氧化物的的初晶品以及其他的象α氧化铝一样起着核的作用的细微碎屑。微晶是在生长过程中从可溶凝胶中形成的，因为这样能产生细微的均匀的微晶结构，特别是在可溶凝胶中加入了晶种时。这种生长过程是十分重要的，它形成了本专利技术的产品与那些通过烧结主要或完全由α氧化铝晶粒组成的混合物制成的产品之间的显著差异。除非使用高温(其导致晶体生长)，后者的产品在相邻晶粒间总是呈现出较弱的烧结结合力，所以由这样晶体组成的磨粒强度较小。相反，从可溶凝胶中生长而成的并当场烧结的α氧化铝晶体，尤其是那些由引晶工艺所产生的α氧化铝能在低得多的烧结温度下焙烧保护了细微的晶体结构。由于杂质在焙烧时产生玻璃质的物质，所以最好是在微晶结构中基本上除去杂质。所谓的“玻璃质”物质意思是指无确定形状的不具有长分子链的非晶物质。这种物质显著地削弱了所有晶粒结构，并使其变成效果较差的磨粒。因此，本专利技术的磨粒中含有小于5%，最好小于2%重量的任何这种玻璃质混合物。为便于申请和公开，本专利技术在此采用的术语“丝”，指的是细长的陶瓷体，每个陶瓷体沿其长度方向上横截面一般是一致的，其最大横截面尺寸不超过大约1.5mm，最好小于大约0.5mm，而且其长度大于横截面最大尺寸，最好至少是横截面最大尺寸的大约2倍。本专利技术的磨料丝可以弯曲或扭曲，所以其长度当然不是沿直线测量的，而是沿其本体量得的。一般说，磨料丝最好是由最佳水合氧化铝引晶凝胶挤压或甩出连续的丝状物，将如此获得的丝状物干燥，并将其切成或断成所需长度的丝，然后将其焙烧到不超过1500℃的温度而获得。美国专利4，314，827、4，623，364以及4，797，139中描述了各种制备水合氧化铝可溶凝胶及焙烧凝胶的方法。除所述专利中公开的水合氧化铝外，溶胶中还可包括其重量成分高达10～15%的添加剂，例如二氧化钛、尖晶石、富铝红柱石、二氧化锰、氧化镁、二氧化铈、氧化锆，均成粉末状或初晶品形式，或其他相容的添加剂或其初晶品。所提供的这些添加剂在α氧化铝形成的温度下，不产生玻璃质物质，并且在细丝形成时，它们对凝胶的完善性及稳定性不产生有害的作用。这些添加剂可改善凝胶的性能，如断裂韧性、硬度、脆性、断裂力学性能或干燥性能。在最佳实施例中，溶胶或凝胶包含弥散的有效量的促进水合氧化铝烧结时转化成α氧化铝的超微细晶种材料或初晶品。该晶种材料的量不应超过水合氧化铝重量的大约10%，正常情况下含量超过大约5%时就不会有什么益处了。如果晶种足够细(最好每克有60m2或更多)，可使用的晶种的量大约是0.5%到10%，最好是1%到5%。过多的添加剂往往会影响可溶凝胶的稳定性，并使其成丝困难。另外，由于预先形成的α氧化铝颗粒需要高得多的温度才能烧结，故在烧结过程中形成的晶体间键的强度大大降低。当然，这样高的温度往往还会导致晶体生长以及其他的不良后果。固态微晶晶种材料的实例是β氧化铝、α氧化铁、α氧化铝、γ氧化铝、氧化铬、和其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种烧结的可溶凝胶氧化铝基磨料丝，其包含尺寸不大于α微米的烧结的α氧化铝晶体，所述磨粒具有基本上均匀一致的横截面，直径不超过２ｍｍ，平均长细比至少为１．０，硬度至少为１６ＧＰａ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：查尔斯鲁尔，罗纳德H范德默文拉尔夫保尔，司考德W比罗，托马斯E考托林格，理查德J克洛克，
申请(专利权)人：诺顿公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]