[发明专利]磨料颗粒、磨料制品及其制备和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及磨料颗粒及其制备方法。该磨料颗粒可掺入到多种磨料制品中，包括粘结磨料、涂覆磨料、非织造磨料和磨刷。

背景技术

α-氧化铝广泛用作磨料工业中的磨料。它可以纯的形式或更优选地以含有增强其研磨性能的添加剂的形式使用。β-氧化铝是其中除铝之外的金属离子和氧包含在晶格中的一种氧化铝形式。β-氧化铝作为磨料相比于α-氧化铝通常表现出较差的特性。

许多在商业上重要的α-氧化铝磨料颗粒衍生自溶胶-凝胶前体。它们通过以下方式制造：制备包含水、α-氧化铝前体(诸如一水合氧化铝(勃姆石))和任选的胶溶剂(例如酸，诸如硝酸)的分散体(例如溶胶)，然后使分散体胶凝化，干燥胶凝化的分散体，将干燥的分散体压碎成颗粒，将颗粒煅烧以除去挥发物，以及在α-氧化铝熔点以下的温度烧结煅烧的颗粒。很多情况下，分散体还包含一种或多种氧化物改性剂(例如稀土氧化物(REO)、Cr₂O₃、CoO、Fe₂O₃、Li₂O、MgO、MnO、Na₂O、NiO、SiO₂、SnO₂、TiO₂、ZnO和ZrO₂)、成核剂(例如α-Al₂O₃、α-Cr₂O₃和α-Fe₂O₃)，和/或它们的前体。此类添加通常用于改变或以其他方式改性烧结磨料颗粒的物理特性和/或微观结构。此外或作为另外一种选择，此类氧化物改性剂、成核剂和/或其前体可以掺入干燥的或煅烧的材料(通常是煅烧颗粒)中。最有用的氧化物改性剂是REO，诸如例如氧化镧、氧化钕、氧化钇、氧化铈、氧化铕、二氧化铪、氧化铒、氧化钐、氧化镱、氧化钆和氧化镨。最近几年来，REO的可用性对于所有行业来讲都成了主要的问题，从而限制了供应并提高了成本。

溶胶-凝胶衍生的α-氧化铝基烧结磨料颗粒已经用于多种多样的磨料产品(例如，粘结磨料、涂覆磨料和磨刷)以及磨削应用(包括低压和高压研磨应用两者)。

发明内容

在一个方面，本公开提供了磨料颗粒，其中所述磨料颗粒中的每个包含α-氧化铝结晶相和0.25重量％至20重量％的β-氧化铝结晶相，所述重量％是基于合并的所述α-氧化铝结晶相和所述β-氧化铝结晶相的总重量计算的，其中所述β-氧化铝结晶相由经验式(X)(Q)Al₁₀O₁₇表示，其中：

X选自Sr、Ca和Ba；并且

Q选自Mg、Co、Ni和Zn。

在另一个方面，本公开提供了制造磨料颗粒的方法，所述方法包括：

提供包含氧化铝前体材料的分散体，其中所述氧化铝前体材料包含：

铝离子；

至少一种选自Sr、Ca和Ba的第一二价阳离子；和

至少一种选自Mg、Co、Ni和Zn的第二二价阳离子；

将晶种颗粒与所述分散体混合，其中所述晶种颗粒包含有利于将氧化铝前体材料转化成α-氧化铝(例如，在烧结期间)的成核剂、或其前体；

将分散体转化成磨料前体颗粒；以及

烧结所述磨料前体颗粒以提供磨料颗粒，其中所述磨料颗粒中的每个包含α-氧化铝结晶相和0.25重量％至20重量％的β-氧化铝结晶相，所述重量％是基于合并的所述α-氧化铝结晶相和所述β-氧化铝结晶相的总重量计算的。

在另一方面，本公开提供了包含根据本公开的磨料颗粒的磨料制品(例如，涂覆磨料、粘结磨料、非织造磨料或磨刷)。磨料制品可用于例如研磨工件。

因此，在另一方面，本公开提供了研磨工件的方法，所述方法包括：

将根据本公开的磨料颗粒与工件的表面进行摩擦接触，以及

使所述磨料颗粒和所述工件的所述表面中的至少一个相对于另一个移动，以研磨所述工件的所述表面的至少一部分。

有利地且相当出人意料的是，根据本公开的磨料颗粒相比于常规α-氧化铝磨料颗粒通常表现出一种或多种优异的磨料性能特性。它们甚至可表现出与含有昂贵且难以获得的稀土氧化物的商业α-氧化铝磨料颗粒(其通常为例如用于磨削不锈钢的性能最好的氧化铝基磨料)相当或甚至更优异的一种或多种磨料性能特性。