[發(fā)明專利]磨料顆粒、磨料制品及其制備和使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380030226.X
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN104350025B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 拉里·D·門羅
• 申請（專利權(quán)）人: 3M創(chuàng)新有限公司
• 主分類號: B24D3/14
• 分類號: B24D3/14;C04B35/111;C04B35/117;C09K3/14
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11112
• 代理人: 丁業(yè)平,金小芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磨料顆粒及其制備方法。該磨料顆粒可摻入到多種磨料制品中，包括粘結(jié)磨料、涂覆磨料、非織造磨料和磨刷。

背景技術(shù)

α-氧化鋁廣泛用作磨料工業(yè)中的磨料。它可以純的形式或更優(yōu)選地以含有增強(qiáng)其研磨性能的添加劑的形式使用。β-氧化鋁是其中除鋁之外的金屬離子和氧包含在晶格中的一種氧化鋁形式。β-氧化鋁作為磨料相比于α-氧化鋁通常表現(xiàn)出較差的特性。

許多在商業(yè)上重要的α-氧化鋁磨料顆粒衍生自溶膠-凝膠前體。它們通過以下方式制造：制備包含水、α-氧化鋁前體(諸如一水合氧化鋁(勃姆石))和任選的膠溶劑(例如酸，諸如硝酸)的分散體(例如溶膠)，然后使分散體膠凝化，干燥膠凝化的分散體，將干燥的分散體壓碎成顆粒，將顆粒煅燒以除去揮發(fā)物，以及在α-氧化鋁熔點(diǎn)以下的溫度燒結(jié)煅燒的顆粒。很多情況下，分散體還包含一種或多種氧化物改性劑(例如稀土氧化物(REO)、Cr₂O₃、CoO、Fe₂O₃、Li₂O、MgO、MnO、Na₂O、NiO、SiO₂、SnO₂、TiO₂、ZnO和ZrO₂)、成核劑(例如α-Al₂O₃、α-Cr₂O₃和α-Fe₂O₃)，和/或它們的前體。此類添加通常用于改變或以其他方式改性燒結(jié)磨料顆粒的物理特性和/或微觀結(jié)構(gòu)。此外或作為另外一種選擇，此類氧化物改性劑、成核劑和/或其前體可以摻入干燥的或煅燒的材料(通常是煅燒顆粒)中。最有用的氧化物改性劑是REO，諸如例如氧化鑭、氧化釹、氧化釔、氧化鈰、氧化銪、二氧化鉿、氧化鉺、氧化釤、氧化鐿、氧化釓和氧化鐠。最近幾年來，REO的可用性對于所有行業(yè)來講都成了主要的問題，從而限制了供應(yīng)并提高了成本。

溶膠-凝膠衍生的α-氧化鋁基燒結(jié)磨料顆粒已經(jīng)用于多種多樣的磨料產(chǎn)品(例如，粘結(jié)磨料、涂覆磨料和磨刷)以及磨削應(yīng)用(包括低壓和高壓研磨應(yīng)用兩者)。

發(fā)明內(nèi)容

在一個(gè)方面，本公開提供了磨料顆粒，其中所述磨料顆粒中的每個(gè)包含α-氧化鋁結(jié)晶相和0.25重量％至20重量％的β-氧化鋁結(jié)晶相，所述重量％是基于合并的所述α-氧化鋁結(jié)晶相和所述β-氧化鋁結(jié)晶相的總重量計(jì)算的，其中所述β-氧化鋁結(jié)晶相由經(jīng)驗(yàn)式(X)(Q)Al₁₀O₁₇表示，其中：

X選自Sr、Ca和Ba；并且

Q選自Mg、Co、Ni和Zn。

在另一個(gè)方面，本公開提供了制造磨料顆粒的方法，所述方法包括：

提供包含氧化鋁前體材料的分散體，其中所述氧化鋁前體材料包含：

鋁離子；

至少一種選自Sr、Ca和Ba的第一二價(jià)陽離子；和

至少一種選自Mg、Co、Ni和Zn的第二二價(jià)陽離子；

將晶種顆粒與所述分散體混合，其中所述晶種顆粒包含有利于將氧化鋁前體材料轉(zhuǎn)化成α-氧化鋁(例如，在燒結(jié)期間)的成核劑、或其前體；

將分散體轉(zhuǎn)化成磨料前體顆粒；以及

燒結(jié)所述磨料前體顆粒以提供磨料顆粒，其中所述磨料顆粒中的每個(gè)包含α-氧化鋁結(jié)晶相和0.25重量％至20重量％的β-氧化鋁結(jié)晶相，所述重量％是基于合并的所述α-氧化鋁結(jié)晶相和所述β-氧化鋁結(jié)晶相的總重量計(jì)算的。

在另一方面，本公開提供了包含根據(jù)本公開的磨料顆粒的磨料制品(例如，涂覆磨料、粘結(jié)磨料、非織造磨料或磨刷)。磨料制品可用于例如研磨工件。

因此，在另一方面，本公開提供了研磨工件的方法，所述方法包括：

將根據(jù)本公開的磨料顆粒與工件的表面進(jìn)行摩擦接觸，以及

使所述磨料顆粒和所述工件的所述表面中的至少一個(gè)相對于另一個(gè)移動，以研磨所述工件的所述表面的至少一部分。

有利地且相當(dāng)出人意料的是，根據(jù)本公開的磨料顆粒相比于常規(guī)α-氧化鋁磨料顆粒通常表現(xiàn)出一種或多種優(yōu)異的磨料性能特性。它們甚至可表現(xiàn)出與含有昂貴且難以獲得的稀土氧化物的商業(yè)α-氧化鋁磨料顆粒(其通常為例如用于磨削不銹鋼的性能最好的氧化鋁基磨料)相當(dāng)或甚至更優(yōu)異的一種或多種磨料性能特性。