[發明專利]亞微米α-氧化鋁高溫粘結磨料

有效

• 申請號: 200780046540.1
• 申請日: 2007-12-12
• 公開（公告）號: CN101594966A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: R·寶爾;M·L·斯科隆
• 申請（專利權）人: 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司
• 主分類號: B24D3/16
• 分類號: B24D3/16;B24D3/34;B24D18/00;C04B35/117;C04B35/119;C09K3/14
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 顧 敏

技術領域

本發明的方面通常涉及高溫粘結磨料工具和構件，具體而言， 涉及引入精細微結構氧化鋁研磨砂粒(abrasive?grits)的高溫粘結磨料。

背景技術

高性能研磨材料和構件已經長期被用于各種工業機械加工應 用中，所述應用包括研磨/磨削——其中要進行大塊材料去除——到精 細拋光——其中精細的微米和亞微米表面不規則性被解決。進行此類 機械加工作業的典型材料包括各種陶瓷、玻璃、玻璃-陶瓷、金屬和金 屬合金。磨料可以采用多種形式中的任意一種，例如在磨料漿中的自 由磨料，其中處于懸浮的松散磨粒被用于機械加工。可選地，磨料可 以采用固定磨料的形式，例如，砂帶或粘結磨料。砂帶一般被分類為 具有下層襯底的磨料構件，在該襯底上研磨砂粒或磨料粒通過一系列 制備涂層和上膠涂層被粘結到其上。粘結磨料典型地不具有下層襯底 并且由通過基質粘結材料而粘合在一起的研磨砂粒的整體結構形成。

現有技術的粘結磨料利用了玻璃狀的粘結材料，例如，二氧 化硅基玻璃粘結基質。可選地，用于一些應用的專用粘結磨料摻入了 超細研磨砂粒，例如立方碳化硼和金剛石，并且通過使用金屬合金粘 結基質，可以被整體粘結。

近年來在粘結磨料持續得以發展的同時，利用由玻璃狀材料 形成的粘結基質的高溫粘結磨料受到特別的關注。高溫粘結磨料構件 的實例在美國專利5,282,875中被描述。盡管現有技術高溫粘結磨料構 件已經提高了性能和耐久性，但是在本領域對進一步改進的構件存在 持續的需要。

發明內容

根據一個方面，提供了高溫粘結磨料，其包括氧化鋁研磨砂 粒和其中散布有該氧化鋁研磨砂粒的玻璃狀粘結基質。該玻璃狀粘結 基質具有高溫性質，包括不小于大約1000℃的固化溫度。所述氧化鋁 研磨砂粒包括多晶α-氧化鋁，其具有由不大于500nm的α-氧化鋁平均 疇尺寸(domain?size)表征的精細晶體微結構。所述氧化鋁研磨砂粒進 一步包括阻塞劑(pinning?agent)，所述阻塞劑包括在多晶α-氧化鋁相 中的分散相。

根據另一方面，提供了高溫粘結磨料，其包括氧化鋁研磨砂 粒和其中散布有該氧化鋁研磨砂粒的玻璃狀粘結基質。所述玻璃狀粘 結基質具有不小于大約1000℃的固化溫度。所述氧化鋁研磨砂粒包括 多晶α-氧化鋁，其具有由不大于300nm的平均疇尺寸表征的精細晶體微 結構。此外，所述氧化鋁研磨砂粒包括阻塞劑，所述阻塞劑至少包括 分散在多晶α-氧化鋁相中的氧化鋯相。

此外，提供了形成高溫粘結磨料的方法。該方法需要：在不 小于1350℃的溫度下熱處理含有阻塞劑的α-氧化鋁前體，形成精細晶體 微結構的α-氧化鋁研磨砂粒。然后形成含有α-氧化鋁砂粒和玻璃狀粘結 基質材料的成型體。此外，在不小于1000℃并且高于玻璃狀粘結基質 材料的熔點的固化溫度下進行該成型體的熱處理。在熱處理之后，該 氧化鋁研磨砂粒具有不大于大約300nm的平均晶疇尺寸。

具體實施方式

根據實施方式，高溫粘結磨料包括氧化鋁研磨砂粒——其具 有特別精細的微結構——和玻璃狀粘結基質——該氧化鋁研磨砂粒分 布在所述玻璃狀粘結基質中。

首先，轉到氧化鋁研磨砂粒的描述，典型地該氧化鋁研磨砂 粒主要由多晶α-氧化鋁形成。該多晶α-氧化鋁一般形成該砂粒的主要 相，也就是說，按重量計至少50％。但是通常地，該氧化鋁研磨砂粒為 至少60wt％、通常至少80wt％的多晶α-氧化鋁，以及在一些實施方式中 為至少90wt％的多晶α-氧化鋁。該多晶α-氧化鋁具有精細晶體微結構， 其可由不大于500納米(nm)的α-氧化鋁平均晶疇尺寸表征。晶疇是分散 的可識別的微結構的結晶區，其由單晶的聚集形成或者可以由單晶形 成。但是，根據一些實施方式，該晶疇是單晶并且通過掃描電子顯微 鏡術分析容易被觀察到。該晶疇尺寸可以甚至更精細，例如不大于 400nm或不大于300nm。在甚至更精細的晶疇尺寸情況下，該晶疇典型 地是如上所述的單晶。這樣的細晶疇可以特別地小，例如不大于200nm， 不大于190nm，或甚至不大于180nm。值得注意的是該精細晶疇尺寸存 在于高溫粘結磨料構件的后處理中。這是特別值得注意的，因為形成 該高溫粘結磨料的過程經常包括高溫處理，此時玻璃狀粘結基質固化。 這樣的高溫處理具有引起晶疇增長的趨勢，這是特別不希望的。下面 提供進一步的細節。