[發明專利]具有極低堆積密度的陶瓷磨料及其制造方法和用途

有效

• 申請號: 200980122230.2
• 申請日: 2009-06-11
• 公開（公告）號: CN102066283A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 羅伯特·賽德爾;安杰洛·R·安杰洛內
• 申請（專利權）人: 華盛頓密爾斯管理有限公司
• 主分類號: C04B35/00
• 分類號: C04B35/00;B24D3/02;B32B5/16
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 劉慧;楊青

發明背景

本發明涉及具有極低堆積密度的陶瓷磨料的制造以及從各種已知磨料材料如熔融氧化鋁、共熔的氧化鋁-氧化鋯或燒結的溶膠凝膠氧化鋁制備具有極低堆積密度的陶瓷磨料的方法，所述各種已知磨料材料可以包含或不包含各種輔助氧化物。

通常的研磨粒子可以由雙頭錐體來表示，借以將所述錐體的一端粘結至磨料產品基底并將另一端與鋼工件接觸。當從錐體的尖端向后對所述錐體進行磨損時，在兩個方向增加了磨損平面，因此，磨損平面面積增長率作為向后磨損(wear?back)的平方函數的增加而增加。

為了用于研磨應用，以塊狀形式來制造上述磨料材料并將其粉碎成期望的磨料大小以用于涂覆型或粘結型的磨料產品。可以通過在電弧爐中對鋁土礦進行精煉或者在電弧爐中對拜耳型氧化鋁進行熔融并將其傾入到大型的冷卻用模具中來制備氧化鋁磨料。然后將粗品粉碎成期望的磨料大小。對共熔的氧化鋁-氧化鋯磨料也進行電弧爐處理，但是將其傾入到引起非常快速冷卻的模具中。這種模具可以是其間具有小間距(約1/4″)的鋼板或者是包含鋼球從而使熔體流入孔隙空間的模具。然后將這種粗品粉碎成期望的磨料大小。在水基系統中制造溶膠凝膠氧化鋁，將其擠出、干燥、粉碎成期望的磨料大小、煅燒并燒制成磨料粒子。

在所有上述中，塊狀材料的粉碎產生了具有三維形狀的粒子，借以使在磨粒(grain)的三個軸上的粒子尺寸相等或幾乎相等。期望用于重型粘結型應用的磨料具有相等的軸，所述相等的軸表示“塊狀(blocky)”材料并且象征是具有高堆積密度的材料。期望用于紙和布應用的磨料具有不相等的軸，所述不相等的軸表示“尖銳”的材料并且象征是具有較低堆積密度的材料。下表說明了各種粘結型或涂覆型磨料粒子的典型堆積密度。

表I

共熔的氧化鋁-氧化鋯粒子與熔融的氧化鋁和燒結的溶膠凝膠粒子具有類似的形狀。與熔融氧化鋁和溶膠凝膠氧化鋁的真比重3.94-3.92相比，氧化鋁-氧化鋯的更高的真比重(4.55)導致更高的堆積密度。

一般來說，當如由較低的堆積密度所表示的磨料粒子較尖銳時，在粗材料的初始粉碎期間，將用于涂覆型應用的涂料取出。通常通過研磨或撞擊來對用于一些粘結型應用的磨料進行進一步加工，從而使粒子更加塊狀化，如較高堆積密度所表示的。另外，一些粘結型應用確實需要較低的堆積密度或較尖銳的磨料。

特別感興趣的是涂覆型磨料材料的堆積密度以及它們僅略低于粘結型磨料材料的堆積密度。涂覆型磨料堆積密度是從將塊狀材料粉碎成磨料而固有的。與上表I中所示的堆積密度相比，用于涂覆型磨料應用的更低堆積密度的材料是希望的，但是利用從塊狀粗材料至磨料的典型粉碎不能獲得所述材料。較低堆積密度的磨料可能與在涂覆型應用中提供壽命更長的磨料產品即直至切削率不能接受的更高的總金屬切削(切除)有關。

當研磨操作員認為磨盤或磨帶已經變鈍時，將其丟棄，所述變鈍是指金屬切削率已經降低至初始金屬切削率的約10-20％。金屬切削率是磨料粒子滲透進入鋼工件的函數。粒子滲透進入鋼進一步取決于磨料施加到鋼工件上的壓力。磨料在鋼工件上的壓力由研磨粒子在鋼上的力除以粒子的磨損平面面積來定義。隨著磨料粒子的磨損平面面積增大，施加到鋼工件上的磨料壓力降低，磨料滲透降低且所導致的金屬切削率降低。當丟棄磨盤或磨帶時，磨損平面面積非常小，每平方英寸的磨料材料，磨損平面面積為0.002平方英寸至0.004平方英寸，取決于被研磨的鋼的類型和形狀以及施加到磨料產品上的力。

磨料粒子的磨損平面面積取決于在研磨期間粒子的磨損(向后磨損)。隨著向后磨損的增加，磨損平面面積增加。為了提高涂覆型磨料產品的有效切削壽命，必須降低磨料磨損平面增長率。這可能通過耐磨性更高的磨粒來完成，所述磨粒導致較慢的向后磨損增長率和由此引起的更慢的磨損平面增長率。第二，可以改變磨料粒子形狀，從而導致隨著粒子向后磨損，磨損平面增長率更慢。第三，可以改變磨料粒子的形狀和一致性，從而使得具有末端磨損平面面積的磨料粒子可以使磨損平面脫落并露出新的研磨表面，或者使得粒子可以在研磨界面下方斷開從而也除去末端磨損平面。這種脫落或斷開現象可以被稱作自修整(self?dressing)。將末端磨損平面面積定義為防止磨料粒子在特殊的施加力下明顯地滲透鋼表面的面積。