[发明专利]烧结磨料颗粒、其制备方法以及包含烧结磨料颗粒的磨料制品

说明书

技术领域

本公开广义地涉及磨料颗粒及其制备和使用方法。

背景技术

烧结磨料颗粒和包含烧结磨料颗粒的磨料制品可在产品制造过程中用于研磨、整理或磨削多种材料和表面。多种已知磨料颗粒、熔凝磨料颗粒(例如，包括熔凝氧化铝、经热处理的熔凝氧化铝和熔凝氧化铝-氧化锆)和烧结陶瓷磨料颗粒(包括溶胶-凝胶衍生的烧结陶瓷磨料颗粒)被广泛用于磨料领域。

α氧化铝磨料颗粒为用于磨料行业的主要类别的磨料颗粒。通常通过将氧化铝源(诸如铝矿石或矾土)以及其他期望添加剂装入加热炉，将材料加热至高于其熔点，将熔体冷却以提供硬化块体，将硬化块体压碾成颗粒，并且然后对颗粒进行筛选和分级以提供期望的磨料粒度分布来制备熔凝α氧化铝磨料颗粒。尽管熔凝α氧化铝磨料颗粒和熔凝氧化铝-氧化锆磨料颗粒仍然广泛用于研磨应用(包括采用带涂层磨料制品和粘结磨料制品的那些)，但自大约20世纪80年代中期以来，用于许多研磨应用的首要磨料颗粒为溶胶-凝胶衍生的α氧化铝颗粒(也称作烧结陶瓷α氧化铝颗粒)。

溶胶-凝胶衍生的α氧化铝磨料颗粒可具有由非常精细的α氧化铝微晶(也称为“α氧化铝晶粒”)组成的微观结构，其中存在或不存在添加的辅助相。通常通过干燥α氧化铝前体(通常是但不一定是勃姆石)的水溶胶或凝胶以去除凝胶的水分，将干燥凝胶打碎成用于磨料粗碾粉的具有期望尺寸的颗粒；任选地煅烧颗粒(通常在约400℃-800℃的温度下)以形成过渡氧化铝(例如，γ氧化铝)，并且然后在足够高的温度下烧结干燥且已任选煅烧的颗粒以将它们转化成α氧化铝形式，来产生溶胶-凝胶衍生的氧化铝磨料。

在溶胶-凝胶过程的一个实施例中，α氧化铝前体“接种”晶体结构与α氧化铝自身的那些晶体结构相同并且晶格参数尽可能接近α氧化铝自身的晶格参数的材料。“晶种”(成核剂)以尽可能细分的形式添加并且在整个溶胶或凝胶中均匀分散。其可以在开始时添加或在原位形成。晶种的功能为在低于不存在晶种时所需温度的温度下使得α型的转化在整个前体中均匀发生。该接种过程产生微晶结构，在该微晶结构中单个α氧化铝晶粒(即，具有基本上相同的晶体学取向的那些区域通过高角度晶界与相邻的晶体分开)的尺寸非常均匀并且直径基本上全部为亚微米级。合适的晶种包括α氧化铝本身和其他化合物诸如α氧化铁、低价氧化铬、钛酸镍，以及晶格参数充分类似于α氧化铝的晶格参数的其他化合物，从而在低于不存在此类晶种时正常发生转化的温度的温度下能有效地由前体生成α氧化铝。

类似地，一种或多种α氧化铝晶体粒径改性剂(例如，形成金属氧化物的尖晶石)也可添加到溶胶-凝胶，或浸渍到干燥的溶胶-凝胶颗粒或已煅烧颗粒中，以控制所得α氧化铝磨料颗粒中的氧化铝晶粒的尺寸。

然而，晶种和/或α氧化铝晶体粒径改性剂的使用为溶胶-凝胶过程增加了复杂性和成本。

发明内容

在一个方面，本公开提供一种制备烧结磨料颗粒的方法，该方法包括：

使前体颗粒在一定条件下通过火焰，使得前体颗粒转化成烧结磨料颗粒，其中前体颗粒包含已煅烧的α氧化铝前体，并且其中前体颗粒具有小于或等于500微米的平均粒度。

在另一方面，本公开提供具有蜂窝状微观结构的烧结磨料颗粒，其包含α氧化铝的α氧化铝晶粒，α氧化铝晶粒的最大尺寸小于约3微米，其中烧结磨料颗粒具有小于或等于500微米的平均粒度，并且其中烧结磨料颗粒基本上不含晶种粒子和α氧化铝粒径改性剂。

根据本公开制备的α氧化铝磨料颗粒可用于磨料制品。因此，在另一方面，本公开提供一种包含粘结剂和多个磨料颗粒的磨料制品，其中烧结磨料颗粒的至少一部分为根据本公开的α氧化铝磨料颗粒。

有利地，根据本公开的方法提供在不依赖晶种粒子或α氧化铝晶体粒径改性剂的情况下经由溶胶-凝胶过程形成α氧化铝磨料颗粒的途径，以提供具有小α氧化铝粒度的高密度α氧化铝颗粒。此外，该方法通常是迅速的。

如本文所用，术语“已煅烧的”意为在足够长的时间内加热到低于熔点的高温(例如，650℃)，以去除所吸附的和化学结合的(如水合物)水和其他挥发性化合物。

如本文所用，术语“基本上不含”意为，基于重量，最多包含微量(例如，小于0.1％、小于0.01％、小于0.001％或者甚至小于0.0001％)或完全不含。

如本文所用，应用于颗粒的术语“成形”意为该颗粒具有通过用于制备它的方法所赋予的非随机形状，并且明确排除机械压碎的颗粒和/或研磨的颗粒。

在考虑具体实施方式以及所附权利要求书之后，将进一步理解本公开的特征和优点。