[發明專利]煅燒溶膠凝膠氧化鋁顆粒的方法、由其制得的磨粒及其應用

無效

• 申請號: 96193054.3
• 申請日: 1996-03-27
• 公開（公告）號: CN1084314C
• 公開（公告）日: 2002-05-08
• 發明（設計）人: A·K·加格;A·K·哈翁特;L·E·奧恩;M·R·楊
• 申請（專利權）人: 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司
• 主分類號: C04B35/111
• 分類號: C04B35/111;C09K3/14
• 代理公司: 上海專利商標事務所
• 代理人: 林蘊和

發明背景

本發明涉及氧化鋁磨粒，特別是涉及具有改進研磨性能的溶膠凝膠法氧化鋁磨料。

溶膠凝膠法氧化鋁磨料的一般制備方法，是在約125-200℃之間干燥α氧化鋁前體(通常是，但不必是勃姆石)的溶膠或凝膠，除去凝膠體中的水分；將干燥的凝膠粉碎成磨粒所需尺寸的顆粒；可能還將此顆粒焙燒(一般在約400-800℃的溫度下)，形成氧化鋁的過渡形式；然后在足以將γ氧化鋁之類的過渡形式轉化為α氧化鋁的高溫下對焙燒過的顆粒進行煅燒。簡單溶膠凝膠法的實例記載在美國專利4,314,827；4,518,397；4,881,951和英國專利申請2,099,012中。雖然曾用少量的二氧化硅之類的改性添加劑、氧化鎂之類的尖晶石形成劑和氧化鋯、氧化釔、稀土金屬氧化物、氧化鈦和過渡金屬氧化物之類的其它金屬氧化物添加劑將這類溶膠凝膠氧化鋁的晶體尺寸減小到約1-10微米，提高其某些物理性能，但它仍會具有25微米或更大的晶粒尺寸。

在一種特別好的溶膠凝膠法中，是用與α氧化鋁本身晶體結構相同，晶格參數盡可能接近的物質在α氧化鋁前體中“引入晶種”。加入的“晶種”應盡可能細，且均勻分散在整個溶膠或凝膠中。晶種可以在開始時加入或現場形成。這種晶種的作用是在比無晶種時低得多的溫度下，將所有前體均勻地轉化為α氧化鋁。在這種方法制得的晶體結構中，每個α氧化鋁晶粒(是指基本上內部具有相同晶體取向，與相鄰晶體被高角度晶粒間界分隔的區域)的尺寸非常均勻，晶體直徑基本上是亞微米級(例如約0.1-0.5微米)。合適的晶種物質包括α氧化鋁本身和α氧化鐵、低價氧化鉻和鈦酸鎳之類的其它化合物以及許多具有與α氧化鋁相似晶格參數且足以在比無此種晶種時進行常規轉化的溫度更低的溫度下將前體轉化為α氧化鋁的其它化合物。這類加入晶種的溶膠凝膠法記載在美國專利4,623,364；4,774,802；4,954,462；4,964,883；5,192,339；5,215,551；5,219,806等之中。

為了減少在高溫下煅燒所需的時間，宜對經干燥的溶膠凝膠進行焙燒(而焙燒一般是可有可無的)。這是因為煅燒步驟的任務是把過渡型氧化鋁轉化為α型氧化鋁并對其燒結，以消除剩余的空隙，確保顆粒具有適用作磨粒的充分密度和硬度。已知在煅燒溫度(對于加晶種的溶膠凝膠物質，一般為1300-1400℃，而未加晶種的溶膠凝膠物質約高100℃)下若時間過長，會引起晶體長大。因為晶體長大一般視為不適宜，所以人們認為宜分開先進行焙燒，以減少在煅燒高溫下的時間。雖然這種方法需維持兩個較高溫度的操作而增加成本，但仍然使用。

因為干燥操作后要進行粉碎和篩分操作，所以顆粒需冷卻到室溫，結果干燥顆粒所用的熱量被釋放到環境中。這當然是效率非常低的。

在干燥后進行粉碎操作，這是因為干燥狀態的材料容易粉碎，如果在煅燒操作后才進行粉碎操作，則因為材料的硬度很高，就需要過多的能量。因此，通常是在煅燒前進行粉碎操作。而且認為粉碎之后進行煅燒效率會更高，因為小顆粒會更快地達到煅燒溫度。

現已發現有可能大大地減少用溶膠凝膠法生產氧化鋁時所需的能量消耗。以與設計常規方法的直觀思路完全相反的方式來設計過程的步驟，可以做到這一點。這種新方法可以生產非常合乎需要形式的α氧化鋁顆粒，這種α氧化鋁顆粒是完全致密的，很適用于磨料用途。另外，這種新方法又是很靈活的，可以設計獲得所需的磨粒。

發明的一般描述

本發明方法是將揮發性物質含量至少為5％重量的，經干燥但未經煅燒的溶膠凝膠氧化鋁直接加入到保持在400℃以上某個溫度的爐子中，控制溫度和停留時間，產生爆炸性粉碎的氧化鋁。在某些爐中溫度足夠高和停留時間足夠長的條件下，可直接將溶膠凝膠氧化鋁轉化為α型氧化鋁，并將其燒結至具有95％的理論密度。

溶膠凝膠氧化鋁經干燥后一般形成尺寸為幾毫米的較大顆粒，它是基本上干燥的勃姆石，其每個分子都有締合的水分子以及一些干燥時可能未被完全除去的殘余水。另外常常在溶膠凝膠中以可溶硝酸鹽型形式加入氧化鎂、氧化釔、氧化銣、氧化銫、或稀土金屬或過渡金屬氧化物之類的有益改性劑。這些物質也使干燥凝膠中含有揮發性成分(如氧化氮)。如果在對溶膠凝膠進行膠溶時使用硝酸或乙酸之類的酸，在干燥的溶膠凝膠中也可能有這種殘余的酸。干燥凝膠中揮發性物質的總含量一般為約5-50％重量，較好的為約10-45％重量，更好的為約20-40％重量。干燥通常約在200℃以下的溫度下進行，更常見的是在低得多的溫度進行。因此，裝入爐中的干燥凝膠含有相當大量的揮發性物質。