[发明专利]经包覆的研磨颗粒,其制备方法以及其用于制备研磨剂的用途

说明书

本发明涉及由诸如刚玉、熔融刚玉、烧结刚玉、锆刚玉、碳化硅 和碳化硼的传统的研磨颗粒类以及诸如立方氮化硼和金刚石、和/或它 们的混合物的超硬磨料类制成的研磨颗粒，并且它们用无机粘结剂和 微细颗粒状的无机粉末包覆。本发明还涉及制备这种研磨颗粒的方法 以及它们在研磨剂中的用途。

研磨颗粒以各不相同的粒度并以粘结和松散的形式用于各种各 样的研磨过程中，利用它们可以对所有已知的材料进行加工。当使用 结合形式的研磨颗粒时，又区分为所谓的粘结的研磨剂以及基底上的 研磨剂或柔性研磨剂，前者理解为是磨盘、磨石或磨头且其中使研磨 颗粒与陶瓷材料或合成树脂成形为相应的研磨体并接着通过热处理而 固化，后者则是借助于粘结剂(合成树脂)而将研磨颗粒固定于基底 (纸张或亚麻布)上。

不同研磨剂的效率不单取决于所用的研磨颗粒，而且也在很大程 度上取决于研磨颗粒在粘合剂中的内结合。其中，研磨颗粒和粘结剂 相之间的界面也具有特别的意义，因为它们决定了为将研磨颗粒从粘 结体中分出所需要的力。研磨颗粒越坚硬和坚韧，则对于粘结合界面 粘附力的要求也就越高。大多数的研磨颗粒，特别是通过熔融过程制 得的那些，具有相对平滑的表面，而这被证明对于内结合是不利的。 因此，研磨操作中超过50％的研磨颗粒通过从粘结体中分出而丢失并 因而基本上不能带来真正的研磨使用，这一点并非罕见。

因此，在过去已经推荐和采用有许多措施以使研磨颗粒的表面粗 糙或扩大并因此而改善其的内结合。这些措施的大多数都基于，在研 磨颗粒的表面上施加微细颗粒状的颜料或粉末并使其与研磨颗粒牢固 结合。为此，通常要以粘结剂润湿研磨颗粒的表面并接着与无机颜料 或粉末混合，从而使颗粒表面尽可能均匀且均质地以微细粒子层包覆。 接着，使经如此处理的研磨颗粒经受热处理，在该过程中强化微细颗 粒和研磨颗粒的结合。

作为粘结剂，通常使用硅酸盐粘结剂，例如水玻璃或胶体硅酸。 这种处理的缺陷是，需要较高的温度以实现粘结剂的牢固化，从而使 得对于这种处理不仅需要较多的能量，而且温度敏感的研磨颗粒也要 被这种包覆排除在外。

因此，在US2527044A中记载了一种熔融的氧化铝研磨颗粒或碳 化硅研磨颗粒，所述研磨颗粒为改善特别是在结合合成树脂的研磨剂 中的内结合，而被覆上由微细颗粒状的金属氧化物粒子，特别是氧化 铁(3)或氧化钼组成的覆层。在这种情况下，作为粘结剂采用低熔融 的玻璃料并且氧化性热处理的温度也在1350°至1500℉之间，这对应 于732℃至1222℃的温度。对于温度敏感的和/或氧化反应敏感的研磨 颗粒而言，例如共晶的锆刚玉、立方氮化硼或金刚石，这样的处理过 程并不适合。

在EP0014236A1中记载了基于氧化铝的研磨颗粒的处理过程，其 中，在研磨颗粒上熔融或烧结施加由陶瓷材料，如粘土、高岭土或玻 璃料构成的层。同时，借助烧结或熔融施加包覆体应会发生刚玉中含 有的氧化钛从三价至四价的氧化态的转变。所述包覆方法因此只是适 于除了氧化铝之外还具有氧化钛成分的研磨颗粒。另外，热处理过程 要在1250℃至1350℃的温度下实行并且在氧化性条件下进行，从而这 种处理同样对于氧化反应和温度敏感的研磨颗粒是被排除的。

采用磷酸盐粘结剂或有机粘结剂，如合成树脂，能够实现更低的 热处理温度。但是这类粘结剂具有的缺陷是，它们对于研磨颗粒具有 较小的粘合力并因此使得表面上的包覆层缺乏牢固度。

在DE10257554A1中记载了由传统的研磨颗粒类，特别是熔融的 或烧结的刚玉、锆刚玉、碳化硅和碳化硼构成的研磨颗粒用于合成树 脂粘结的研磨剂中，且其表面上设置一个由基于硅酸盐的水性粘结剂 和微细颗粒状的氧化物化合物构成的包覆层。对于微小颗粒的氧化物 化合物，指的是通式AxByOz的复合化合物，其具有选自金属的元素A 和选自两性元素的元素B以及相对于A和B化学计量比的氧。

对于热处理而言，预定温度范围在100℃至900℃之间并且在热 处理经包覆的研磨颗粒之后，在400℃下可以获得相比于未经处理的 研磨颗粒明显提高的效率。对如此处理过的研磨颗粒更精确的检测， 特别是利用声空化效应计算粘结力，已经证实，氧化物在表面上的结 合相对较弱并且，尽管研磨颗粒表面上包覆层的结合很弱但还是获得 这种效率的提高，并且效率的提高可以归因于颜料的晶体结构(金红 石晶格(Rutilgitter))和颜料与可以作为研磨助剂支持研磨过程的 两性元素的组合。