【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磨料的一些制造方法。磨料是由一种母体金属和气状态的氧化剂进行氧化反应而生成，并粉碎成具有研磨能力的陶瓷或陶瓷复合材料的颗粒。本专利技术还涉及用此方法所生产的这些材料。近年来，对磨料制造工艺的进展和制造高质量及特种磨料的兴趣日益增加。本专利技术的目的就是提供一种新型的性能良好的磨料。它的特点是脆性小，通过粉碎成一定粒度的颗粒后可用特定的方法制成由陶瓷或陶瓷复合体构成的部件或板块。按照本专利技术提供的制造磨料方法的特点是从一种多晶陶瓷材料粉碎成磨料颗粒，而这种材料中主要含由一种母体金属前体与气相氧化剂进行氧化反应所生成的物质，以及一种或多种任选的金属组分，例如一些未被氧化的母体金属组分。根据需要，可将陶瓷复合物制成含有多晶陶瓷反应生成物和加入的一种或多种填充物，以提高研磨性能或降低制造成本。下面将进行详细介绍。一般来说，按照本专利技术制造陶瓷磨料的方法中，将母体金属在气相氧化剂存在的环境中加热到高于金属熔点而低于氧化反应生成物熔点的温度，以形成一种熔融的母体金属体。母体金属熔化后，所形成的熔体与气相氧化剂进行反应而生成氧化反应产物。这种氧化反应产物至少部分保持与熔融的母体金属及气相氧化剂接触并在它们之间扩散开。在操作温度范围内，熔融的母体金属将透过已形成的氧化生成物移向气相氧化剂。当熔融的母体金属在气相氧化剂与已生成的氧化产物之间的界面上与气相氧化剂接触时，它就会被氧化而使氧化产物层增长或发展较厚的氧化产物层或形成氧化产物体。这一过程将持续一段时间以满足陶瓷体的生成。根据需要，取决于磨料的最终使用目的，可以使氧化反应过程持续足够的时间，基本上将母体...
【技术保护点】
一种磨料的生产方法，其特征在于其颗粒基本由（１）母体金属与气相氧化剂的氧化反应产物以及（２）任选的一种或多种未氧化的母体金属的金属组分组成，上述方法包括下列步骤：（Ａ）将上述母体金属加热到高于该母体金属的熔点，而低于其氧化反应产物的熔点 的温度以形成熔融金属体，在这一温度下，上述熔融金属体与上述气相氧化剂反应形成上述氧化反应产物；氧化反应产物必须至少有一部分保持与上述的熔融金属及氧化剂相接触，处于它们中间以使熔融金属吸出通过氧化反应产物向氧化剂移动，因此使得氧化反应产物能继续在氧化剂与已生成的氧化物界面上形成，任意选择地留下分散在所形成的氧化物中的上述母体金属的未氧化组分，使上述反应持续足够的时间以生产出一种陶瓷复合体，以及（Ｂ）将上述陶瓷复合体粉碎，以及（Ｃ）将粉碎后的陶瓷物料回收。
【技术特征摘要】
US 1986-8-7 894229中所用下列术语的定义如下“陶瓷”不应局限于对传统的陶瓷物体的解释方法，即完全由非金属及无机材料组成的物体。它是指这样一种物体从组成及主要性能看是陶瓷占主要地位，但是物体中还可以含有少量或相当数量的一种或几种金属组分。这些金属组分可能从母体金属带来，也可能从掺杂物被还原而形成。按体积百分比计算，比较典型的是在约1～40%范围内。但是也可以含更多的金属组分。“氧化反应产物”通常是指在任一氧化状态下的一种或多种金属，其中一种金属将电子给予了另一种元素，或与另一种元素共同享用电子，化合物或它们的混合物。因此，在这一定义下，氧化反应生成物包括一种或多种金属与某种氧化剂，例如前面描述过的氧化剂所产生的反应产物。“氧化剂”指一种或多种适合的电子接受体或电子共享体。在本发明采用的操作条件下它是一种气体(或蒸汽)或气体中的一个组分。“母体金属”指的是金属(例如铝)该金属是形成氧化反应生成的多晶体的前体，并包括比较纯的金属，或市场供应的含杂质或合金组分的金属，或主要成分为形成多晶体所需的金属前体的合金。如果已明确指定义一种特定金属，例如铝作为母体金属，则在文中除非特别标明时，这种金属就应按这一定义理解。“复合物”是指一种由两种或两种以上不同物质组成的非均质材料，物体或制品。其中这些物质是紧密结合以使复合物显示出所要求的性能。例如，两种不同材料可以通过将一种物质埋藏在由另一物质中的方式紧密结合。陶瓷复合体结构一般包括一种陶瓷基质，该基质中包含一种或多种不同的填料，例如颗粒状，纤维状，杆状或其它形状的填料。按照本发明，提供了一种陶瓷或陶瓷复合体的粉碎状的磨料，该陶瓷或陶瓷复合体是在金属前体氧化时形成的。在陶瓷体的形成过程中，提供作为氧化反应产物前体的母体金属，它们可以具有不同的形状如金锭，条，块等，并将母体金属放进装在坩锅或其它耐火容器中的惰性物料及/或填料构成的料床内。惰性物料是指在操作条件下基本上不被生长的氧化反应生成物掺入。与惰性料床相反是用于生产复合体结构的可渗透的填料床。通过填料氧化反应产物的生长使填料嵌在形成的陶瓷基体中。这种惰性材料可以是粒状的，它的作用是保持用于氧化和生长的熔融的母体金属体进入周围的空气中或进入可渗透的填料中。将所得到的包括母体金属，惰性材料和/或填料的集体被放入适合的坩锅或其它耐火容器中加热到高于母体金属的熔点但低于氧化产物的熔点的温度，但是，应该理解，操作温度或优选的温度范围不可能完全遍及母体金属熔点与氧化生成物熔点之间的全部温度范围。在这一温度下或这个温度范围内，母体金属会熔化成熔体或熔体池。当它与氧化剂接触时就会被氧化而形成一层氧化产物。当熔融金属继续处在氧化环境中时，余下的金属熔体会被逐渐吸引到氧化生成物层中并且通过氧化产物层朝着氧化剂的方向移动。这样在陶瓷与氧化剂之间的界面上或接近这个界面处的多晶体物质就会继续生长而最终形成一个陶瓷体或陶瓷复合体。如果有足够的氧化剂在不断更新，多晶氧化反应生成物的生长几乎是等速的(即在整个时间范围内，厚度的生长速度保持不变)。在空气的情况下，氧化气氛的更新可以容易通过炉子的通风孔来提供。反应产物的生长一直可持续到至少出现下列情况之一时为止(1)几乎全部母体金属消耗尽;(2)氧化剂消耗尽或用非氧化性气氛代替了氧化性气氛或将炉内抽成真空;或(3)反应温度改变到较大地偏离应保持的温度范围，即低于母体金属的熔点。通常是降低炉温以使物料冷却，然后将物料从炉中取出。得到的陶瓷产物基本由母体金属与氧化剂反应生成的氧化产物，以及任选一种或多种金属组分，如母体金属的未氧化组分组成。应该明白生成的多晶材料中可能出现孔隙，它可能由金属相的部分或几乎全部取代所致。但是材料孔隙所占的体积百分比在很大程度上取决于操作条件，例如温度，时间以及所用的母体金属种类。多晶氧化反应产物呈现微细晶粒的形状，它们之间至少是部分互连的。虽然本发明在后面所介绍的仍然着重以铝或铝为主体的材料作为母体金属。这只是为了举例，应该理解，别的金属如硅，钛，铪，锆等也可采用。它们可以符合或被纳入本发明的技术范围。气相氧化剂是在操作条件下为气态或气化状态的物质，用它来提供氧化性气氛。典型的气相氧化剂包括例如氧或含氧气体，氮或含氮气体，囟素，硫，磷，砷，碳，硼，硒，碲以及由这些元素的化合物或混合物，例如甲烷，氧气，乙烷，丙烷，乙炔，乙烯，丙烯(这些碳氢化物可作为提供碳的原料)，混合气体如空气H2/H2O及CO/CO2。后面两种混合物(H2/H2O及CO/CO2)可以用来降低环境中的氧活性。如果对某种气相氧化剂作了特殊规定，如含某种确定的气体或蒸汽。这就意味着，在这种气相氧化剂中的确定气体在所利用的氧化环境下获得条件下为母体金属的唯一氧化剂。因此，按照这一规定，空气属于“含氧气体”氧化剂的定义之内，而不属于“含氮气体”氧化剂之内。在此和权项中所用的“含氮气体”的一个例子为“混合气体”。该气体一般含有约96%(体积)的氮气和约40%(体积)的氢气。某些母体金属在特定的温度和氧化性气氛条件下可以添加特殊的添加剂或改性剂就能满足本发明的氧化现象所必须的技术要求。而且与母体金属结合使用的一些掺杂剂可以有利地影响和促进氧化反应过程。不希望将这一现象与某种特殊理论相联系或对掺杂剂的功能作一番解释。可是当母体金属与其氧化反应产物之间的表面能不存在故有的联系时，加入一些掺杂剂似乎是有用的。因此，能够降低固一液界面能的某些掺杂剂或它们混合物将倾向于促进或加速金属氧化时形成的含有熔融金属转移通道的多晶结构的发展。掺杂剂的另一种功能可能是激发陶瓷体的成长，虽然或是作为一种成核剂以帮助形成稳定的氧化产物晶粒，或以某种方式破坏开始形成比较迟钝的氧化产物层，或同时产生两种作用。后面一种掺杂剂对于陶瓷体的生成可能是不必要;但是为了缩短陶瓷体成长前的保温时间，以使用某种特定的母体金属系统在保证时间上达到经济上合理的限度以内，这种掺杂剂的作用还是十分重要的。掺杂剂的某种功能或各种功能除物料本身以外还与一系列因素有关。这些因素包括例如特定的母体金属，要求的最终产物，使用两种或两种以上的掺杂剂时，它们之间的结合情况，外部使用的掺杂剂与形成合金掺杂剂的结合，掺杂剂的浓度，氧化环境，工艺条件等。对于铝母体金属，特别是以空气作为氧化剂时，有用的掺杂剂包括例如金属镁和金属锌，两者的相结合物或如与下面还要介绍的别的掺杂剂结合物。可将这些金属或其适当来源物熔合到以铝为基础的母体金属中，其每种掺杂剂的浓度按重量计算约在0.1～10%之间，以最后制成的加上掺杂剂的金属总量为基数。任意一种掺杂剂的浓度范围取决于这样一些因素如几种掺杂剂的结合方式以及操作温度等。在这一浓度范围似乎可激发陶瓷体的成长，促使金属的迁移并对氧化产物的形态起优良作用。对于以铝为基的母体金属体系，能有效促进多晶氧化产物成长的其它掺杂剂，有例如硅，锗，锡和铅等，特别是将它们与镁或锌结合使用。可将这些掺杂剂中的一种或多种或它们的适当来源熔合到铝母体金属体系中制成合金，每种掺杂剂加入的量约在合金总量的0.5%到15%范围;但以约在1～10%(按母体合金的总重量计算)的浓度范围对陶瓷体的增长动力学及长成的形态方面更为有利。由于铅在铝中的溶解度比较低，作为掺杂剂加入到以铝为基的母体金属中制成合金时，一般至少在1000℃的温度下操作才有可能达到所需的浓度范围。但是如果同时加入锡之类的别的合金组分，就可以提高铅的溶解度而在比较低的温度制成合金。如上述，使用一种或多种掺杂剂由操作的各种条件决定。例如以铝为母体金属和以空气为氧化剂的情况下，特别有用的掺杂剂结合为掺杂剂(a)镁及硅或(b)镁，锌及硅。在这种实例中，优选镁的浓度为约0.1～3%(重量)，优选锌的浓度为约1～6%，(重量)，优选硅的浓度为约1～10%(重量)。另外一些对以铝为基的母体金属有利的掺杂剂还有钠，锂，钙，硼，磷，钇。取决于氧化剂及操作条件，它们可以单独使用或与一种或多种其它掺杂剂结合使用。钠和锂可加入的量相当小，约在百万分之几范围，常见的是百万分之100～200份。两者可以单独使用或同时使用或与别的掺杂剂(一种或几种)结合使用。烯土因素如铈、镧、镨、钕、钐等也是有用的掺杂剂，特别是将它们与别的掺杂剂相结合。没有必要将任何掺杂剂都与母体金属制成合金。例如可有选择地将一种或几种掺杂剂在母体金属的全部或部分表面上一薄层，就可使陶瓷体在母体金属表面或表面上的某一部分局部生长，并可引导成长的多晶陶瓷体在选择的部位掺入填料中。因此，在母体金属表面上局部涂上一种掺杂剂可以控制多晶陶瓷材料的生长。施用的掺杂剂涂层的厚度与母体金属本身对比是相当薄的。氧化反应产物的形成或生长将这超出掺杂剂层的范围，也就是超出涂上的掺杂剂层的深度。这种掺杂剂层可通过涂布，浸渍，丝网印刷，蒸汽沉积等等方法施用。也可用液态或浆状掺杂剂通...
【专利技术属性】
技术研发人员：马克S纽克尔克，
申请(专利权)人：兰克西敦技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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