[发明专利]成形磨料颗粒、制备方法及包含其的磨料制品

说明书

技术领域

本公开广义地涉及基于氧化铝的磨料颗粒、制备它们的方法及包含它们的磨料制品。

背景技术

因为其成本、良好导热性、强度、韧性和化学惰性的平衡使得其在涂覆和粘结磨料中具有优异的磨削特性，因此氧化铝(即，Al₂O₃)是磨料工业已知的最重要的磨料矿石之一。人们早已知道，微结构细化将带来磨料特性的改善。因此，开发了经由化学溶胶-凝胶途径生产并产生具有极细小的微结构(<0.5微米)的完全致密烧结结构的优质氧化铝晶粒(例如，参见美国专利4,314,827(Leitheiser等人))并引入到磨料市场中。由溶胶-凝胶衍生的α氧化铝形成的成形磨料颗粒的引入已彻底改变磨料工业。在研磨应用中，这些磨料颗粒通常优于由相同的材料制成的对应破碎颗粒。然而，此类溶胶-凝胶衍生的磨料颗粒仅可以小于约20目(美国目尺寸)的尺寸获得。由于在干燥过程中移除大量挥发性物质的需要所伴随的破裂，故使用溶胶-凝胶技术生产较大磨料颗粒的尝试通常不成功。

因此，期望提供粉末衍生的氧化铝磨料而无砂砾尺寸限制并具有与溶胶-凝胶晶粒相似或比其更好的磨削特性。虽然粉末衍生的Al₂O₃磨料也可得到(例如，以CCC晶粒得自奥地利菲拉赫的Treibacher Schleifmittel公司(Treibacher Schleifmittel AG,Villach,Austria)或以烧结氧化铝得自日本东京的昭和电工株式会社(ShowaDenko KK,Tokyo,Japan))，但它们的实用性由于通常伴随粉末烧结方法的较粗微结构而受限。

α氧化铝的机械性能常常受杂质存在的影响。特别地，广为人知的是，杂质诸如钠在由氧化铝前体形成α氧化铝中存在有害影响。例如，氧化钠的存在将导致烧结后α氧化铝晶粒尺寸的增大，从而导致降低的硬度和/或烧结过程中的开裂。目前，磨料工业中认为，显著高于约1-2微米结晶α氧化铝晶粒尺寸范围的微结构粗化对于用于涂覆磨料和精密磨削应用中的磨料颗粒中的使用来说是不实用的。

因此，商业上在成形α氧化铝磨料颗粒的生产中使用高纯度α氧化铝前体。这些前体相应地昂贵。

发明内容

在一个方面，本公开提供了一种制造磨料颗粒的方法，所述方法包括：

提供包含非胶态固体颗粒和液体载体的浆液，其中所述非胶态固体颗粒中的至少一些包含α氧化铝或α氧化铝前体中的至少一者，并且其中所述非胶态固体颗粒占所述浆液的体积的至少30％；

将所述浆液的至少一部分形成为接触基板的成形体，其中所述成形体基本上根据预定形状形成；

至少部分地干燥所述成形体以提供成形磨料前体颗粒；

将所述成形磨料前体颗粒的至少一部分从所述基板分离；以及

将所述成形磨料前体颗粒的至少一部分转化为成形磨料颗粒，其中所述成形磨料颗粒包含α氧化铝，其中所述α氧化铝具有0.8至8微米的平均晶粒尺寸，其中所述α氧化铝具有为真密度的至少92％的表观密度，并且其中每个成形磨料颗粒各自具有包括多个侧面和至少四个顶点的表面，并且其中所述成形磨料颗粒符合标称的预定形状。

在另一个方面，本公开提供了根据上述方法制得的成形磨料颗粒。

在又一个方面，本公开提供了包含α氧化铝的成形磨料颗粒，其中所述α氧化铝具有0.8至8微米的平均晶粒尺寸，其中所述α氧化铝具有为真密度的至少92％的表观密度，其中每个成形磨料颗粒各自具有包括多个侧面和至少四个顶点的表面，并且其中所述成形磨料颗粒符合标称的预定形状。

根据本公开的成形磨料颗粒可用于例如磨料制品(例如，涂覆磨料、粘结磨料、磨刷和/或非织造磨料)的制造中。

因此，在又一个方面，本公开提供了一种磨料制品，包括保持在粘结剂中的成形磨料颗粒，其中所述成形磨料颗粒包含α氧化铝，其中所述α氧化铝具有0.8至8微米的平均晶粒尺寸，其中所述α氧化铝具有为真密度的至少92％的表观密度，并且其中所述成形磨料颗粒符合标称的预定形状。

根据本公开的磨料颗粒和磨料制品可用于例如研磨工件。

在又一个方面，本公开提供了一种研磨工件的方法，所述方法包括：使根据本公开的磨料制品中包含的至少一个成形磨料颗粒与工件接触，并使磨料制品或工件中的至少一者相对于另一者移动来研磨所述工件的至少一部分。

如本文所用：

术语“表观密度”指材料的质量除以其表观体积(即，包括内部空隙空间的体积)；