[发明专利]用氧化铁引晶形成的氧化铝陶瓷磨料粒

说明书

本发明涉及在结晶氧化铁晶粒材料存在下烧结氧化铝水合物引发转变为α氧化铝生产陶瓷磨料粒的方法及由磨料粒制成的磨料产品。

在受让人的美国专利第4，314，827号（Leitheiser等）中已阐述了通过化学陶瓷溶胶的浓缩方法。用至少一种改性组分的前体胶凝-水氧化铝，接着脱水和烧成制备致密的氧化铝基的陶瓷磨料粒的方法，其后公开了通过在水合氧化铝中包含一种晶种材料在焙烧过的α-氧化铝中提供一种更细的晶体结构，可以改进这种陶瓷磨料粒。众所周知焙烧含有α-氧化铝晶体材料的氧化铝水合物可以获得α-氧化铝陶瓷晶体。M.Kumagai和G.L.Messing在1984年5月2日美国陶瓷协会会议上就这个题目作了报告，后来在1984年11月的《美国陶瓷协会通讯》上发表了题为《用α氧化铝引晶使-水软铝石溶胶浓缩》的论文。美国专利第4，624，364号（Cottringer等人）阐明了一种生产多晶氧化铝基磨料粒的方法，该方法是通过使α氧化铝晶体材料的细粒与氧化铝水合物微粒混合，焙烧到至少1090℃。欧洲专利申请第209.084号（1987年1月21日出版）揭示了一种生产溶胶型陶瓷磨粒的方法，其中由氢氧化铝组成的前体材料与高级前体材料混合、干燥、焙烧和烧结，再干燥、煅烧和烧结。

受让的人美国专利第4，744，802号（Schwabel）说明了用α氧化铝、氧化铁或它们前体使-水α-氧化铝成核来生产α-氧化铝陶瓷磨料粒的方法，同时，Schwabel揭示的事实还指出成核剂微粒的粒度认为是可变的，例如，在α-氧化铝的情况下，人们就发现微粒粒度从80-100nm是可用的，而较大和较小的微粒也认为是可用的。Schwabel的专利说明了硝酸铁（氧化铁前体）溶液的成核，在烧结前的过程中，在原处这种溶液可转变为大小未知的氧化铁晶体微粒和0.2×0.02微米（200×20nm）的α-氧化铁。Schwabel未提到由于用小于150nm的氧化铁晶体微粒引晶而引起的意想不到的性能的改善。

James    L.Mcardle和Gary    L.Messing在一篇题为《在-水软铝石中，用氧化铁催化获得的氧化铝的变化过程和微观结构控制》（《高级陶瓷材料》 1988年第3卷第4期）的文章，文中说明了用粒状氧化铁使氧化铝凝胶成核能增强从γ氧化铝到α氧化铝的转变，成核试剂包括α氧化铝粒子或α氧化铁粒子，其粒度分布在15-90nm之间，其中80%的粒子在30-70nm之间。但该文中并没有提到利用平均小于150nm的氧化铁晶体成核粒子，可以使磨粒的性能得到意想不到的改善这一事实。

本发明提供了一种生产改进的磨料粒的方法，更具体地讲，该方法包括以下步骤：

（a）制备-水α-氧化铝悬浮液;

（b）用晶体氧化铁颗粒使悬浮液结晶;

（c）使悬浮液胶凝;

（d）干燥结晶过的胶凝悬浮液形成固体;

（e）煅烧该固体;

（f）压碎已干燥或煅烧过的固体形成颗粒;

（g）烧结已煅烧过的微粒，其改进包括上述结晶氧化铁颗粒具有小于150nm的平均粒度和所说的引晶是通过将所说的氧化铁晶体颗粒加入到所说的悬浮液中实现的。

结晶氧化铁晶粒材料的添加降低了存在于悬浮液中过渡形式的氧化铝向α氧化铝转变的转变温度。如果结晶氧化铝晶粒材料平均粒度小于150nm，将得到对磨料的性能有意外改进的磨料粒。

下文用到的术语“氧化铁”是指铁的所有结晶氧化形式，它能促进各种相态的氧化铝向α-氧化铝的转变。这里用到的术语“引晶”和“成核”意义相同。可以互换。

根据本发明，做为引晶材料的铁的氧化物选自针铁矿、纤铁矿、赤铁矿（α-氧化铁）、磁铁矿、磁赤铁矿和其混合物中，最优选的铁氧化物是针铁矿、纤铁矿和赤铁矿。

术语“结晶氧化铁颗粒”是指含有粒状氧化铁前体，该前体加热时转变为适于作引晶材料的结晶氧化铁颗粒。例如，烧结期间赤铁矿前体在低于-水α氧化铝转变为α-氧化铝的温度下转变为相应适当粒度的赤铁矿。术语“结晶氧化铁颗粒”并不包括氧化铁的颗粒形式，如氧化铁的某种非晶态形式，它加热时并不能转变为结晶氧化铁颗粒。这种氧化铁颗粒形式一般是由氧化铝而不是晶状氧化铝引晶的，它们不能产生引晶的α-氧化铝。

本发明还提供新的磨料产品，它含有的磨料粒至少一部分是本发明的磨料粒。优选的磨料产品是砂纸、粘结磨料，如研磨砂轮，高级无纺磨料。