[发明专利]一种粘结的磨料制品

说明书

本发明涉及粘结磨料制品，如砂轮和砂瓦，它们含有主要由烧结的溶溶凝胶法α氧化铝晶体组成的磨丝。

溶胶凝胶，尤其是引晶的溶胶凝胶法氧化铝的磨料，自几年前问世以来，它比其它优质磨料在粘接磨具应用的广泛领域，已经显示了很大的优点。这种磨料通常是通过干燥和烧结氢氧化铝凝胶制成的，其中凝胶还包含不同量的添加剂如MgO或ZrO₂等。干燥过的材料在烧结前或烧结后被破碎以获得所需尺寸范围的不规则的块状多晶体磨粒。之后，磨粒可以加入粘结磨料制品，如砂轮或砂瓦中。

利萨塞尔(Leitheiser)等人的US4314827专利公开了一种磨粒，它们是由这样的方法制成的：其中烧结的磨粒含有不规则形状的“雪片”状αAl₂O₃晶体，晶体的直径大约为5至10微米。“雪片”的臂之间以及相邻的“雪片”之间的空间被其它晶相如细晶体的氧化铝、镁氧尖晶石所占据。

1986年11月28日公布的转让给诺顿(Norton)公司——本申请的受让人的US4623364专利公开了一种制造氧化铝磨粒的溶胶凝胶方法，其产品不是磨粒，而是具有高性能的涂层、薄膜、纤维、棒或小的成形件。在那份专利中，通过在干燥之前把晶种材料引入凝胶或凝胶前体物质，促进了氢氧化铝转换为α氧化铝。这可通过湿振动研磨凝胶或凝胶前体物质。或者通过直接加入粉末状或其它形式的很细的晶种微粒来完成。经过干燥、粉碎及烧结引晶的凝胶，以制成磨粒。这样制成的磨料可以用于制造如涂复磨盘或砂轮等产品。另外，为了制造成形件或杆，在烧结之前可通过挤压使材料成形或模压成形。在挤压的情况下，成形的杆后来还被切成或断成适当的长度。

根据专利权人所述，一旦形成凝胶，可以通过任何方便的方法，如压、模压或挤压，使它成形，然后精心干燥，以生产所需形状的无裂缝的物体。根据公开的内容，如果需要磨料，可以将凝胶挤压或简单铺展成任何适当的形状，然后干燥。干燥之后，固体或材料可被切割或加工成所需的形状，或者用适当的工具，如锤式粉碎机或球磨机粉碎或破碎成磨粒。

这种引晶的溶胶凝胶磨料比利萨塞尔型未引晶的可溶凝胶材料具有更坚实的αAl₂O₃晶体结构和更高的密度。虽然如果引晶以非优化方式进行或者如果烧结温度太高或烧结过程太久，也会产生较粗的结构，但引晶的可溶凝胶磨料的αAl₂O₃晶体还是亚微米尺寸的，并且通常大约为0.4微米或更小。

其它材料如氧化铁、氧化铬、γ氧化铝和这些氧化物的前体物质，以及其它能作为形成α氧化铝晶体的成核点的细的碎屑也可用作促进转化为αAl₂O₃的晶种。根据经验，这种引晶材料与αAl₂0₃应是等结构的，并且具有类似的(约在15％以内)晶格参数，才能很好地起作用。

鲁(Rue)等人的US3183071专利和基斯特勒(Kistler)等人的US3481723专利公开了由挤压的杆状多晶体α氧化铝磨粒制成的用于重载粗磨加工的砂轮。基斯特勒等人广泛涉足了挤压的直径大约为0.65至3.28毫米(26至160密耳)的多晶体烧结的氧化铝磨粒杆的利用，这种杆是通过挤压已经与有机粘合剂混合以促进挤压的αAl₂O₃或其它适当的陶瓷颗粒的浆料成形的。

类似地，荷瓦尔第(Howard)在1963年6月11日公开的US3387957专利中，把铁铝氧石挤压成小直径的直圆柱杆，其长度大于用作树脂粘合的粗加工砂轮中的磨料时的直径。

Rue′071、kistler′723和Howard′957这些专利中的杆状磨粒是用于对钢进行重载粗加工用的，并且杆状磨料实际上相当粗，通常杆的直径相当于粒度16或更粗。尽管在理论上制造更小横截面及直径更细的晶粒是可能的，但必须在浆料中加入过量的有机粘合剂、挤压助剂和润滑剂，以使它能够挤出更细的孔。这些添加剂在烧结时都必须全部烧掉，这既导致过度的孔隙率，从而使烧结的杆料变得脆弱，又要求在添加剂烧掉后进行过度的烧结，以使材料密实。过度的烧结将导致产品中不希望有的晶料过度长大。