[发明专利]基于共晶氧化铝氧化锆的磨粒

说明书

技术领域

本发明涉及在电弧炉中熔化的基于Al₂O₃和ZrO₂的磨粒，其具有52重量％－62重量％的Al₂O₃含量和35重量％－50重量％的ZrO₂含量，基于ZrO₂的总重量含量计，至少60重量％的ZrO₂以四方和/或立方高温变体(modification)存在。

基于氧化铝氧化锆的磨粒已公知多年，并成功地用于粘结或涂覆的磨料中，尤其是用于机加工高合金钢。因此，已经表明，除了微晶结构，特别是高重量含量的高温变体也对磨粒的性能具有有利的影响。这在如下情况下是特别有效：共晶的氧化铝氧化锆除氧化铝和以污染或良好导向的添加剂存在的其他氧化物还包含优选35％至50重量％的氧化锆。因此，在过去，作出一切努力以通过细化显微组织和/或增加高温变体的重量含量来改善氧化铝氧化锆的性能。而通过液态熔体的快速淬冷改善显微组织，优选通过稳定剂的具体使用获得了大量的高温变体，这样做时，氧化钛和/或氧化钇通常用作稳定剂。

发现锆氧化物处于三种不同的变体。在室温下稳定的单斜变体在约800℃－1200℃下转变成四方变体(其稳定高达至约2300℃)，随后转变成立方变体。上面提到的温度适用于纯的锆氧化物。在混合物或掺杂的材料的情况下温度是变换的。可逆相变伴随着体积变化，由此四方高温变体显示出最低体积。从四方变体到单斜变体(其具有最高的体积)的转变伴随着4.5％的体积增加。本领域的技术人员将高温变体的有利效应解释为因为在研磨过程中产生热而发生从四方到单斜的相变，由此体积的增加引起张力和微断裂，引起小区域的断开，由此形成新的切割边缘。这个过程也通常被称为自锐化。

在美国专利号5,525,135(EP0595081B1)中，描述了基于氧化铝氧化锆的磨粒，其中大于90重量％的锆氧化物以四方高温变体存在。在这种情况下，通过在作为还原剂的碳的存在下加入氧化钛，然后迅速淬冷熔体进行高温相的稳定化。据推测，亚氧化物形式的所得的还原钛化合物实现了氧化锆的高温相的稳定化。

在美国专利号7,122,064B2(EP1341866B1)中，描述了基于氧化铝氧化锆的磨粒，其中类似地用还原形式的钛化合物稳定化锆氧化物的高温相。此文中描述的磨粒还含有0.2重量％－0.7重量％含量的硅化合物(表示为SiO₂)。虽然还原的钛化合物的稳定效果因添加SiO₂而显著降低，但熔体的粘度也同时大大降低，从而有利于熔体的淬冷，在该过程中在金属板之间倾倒液体材料。快速淬冷对成品磨粒的结构具有积极作用，使得以这种方式可以实现特别细的晶态和均质的结构，除了锆氧化物的高温变体的高重量含量，所述结构也是产品品质的另一重要的标准。

在美国专利4,457,767中，描述了一种氧化铝氧化锆磨粒，其包含0.1重量％－2重量％的氧化钇，这是已知的用于锆氧化物的高温变体的稳定剂。已知的是，Y₂O₃用于锆氧化物的高温相的稳定作用比还原的TiO₂更明显，因此为了获得可比较的高温相的重量含量，需要使用相对较少的Y₂O₃。

今天，基于氧化铝氧化锆的磨粒仍然是用于机加工大量的各种不同钢的最重要的常规磨粒中，因此正在全球范围内进行着大量努力以改善磨粒的性能。仅高温变体量的进一步增加似乎没有实现足够的性能提升。因此，在WO2011/141037A1中，描述了氧化铝氧化锆磨粒的研磨试验，所述粒料部分地包含仅锆氧化物的高温变体，而相比之下，对于包含只有约90重量％(基于锆氧化物的重量计)的锆氧化物的高温变体的磨粒，没有发现改进的研磨性能。然而，因此在WO2011/141037A1中，第一次区分了四方和立方高温相，由此在如下情况下描述了研磨性能的优化：大于20重量％的锆氧化物以立方高温相存在，大于50重量％的氧化锆以四方高温相存在，各自基于锆氧化物的总重量计，这可以在作为助熔剂的少量SiO₂的存在下通过作为稳定剂的Y₂O₃和TiO₂的组合使用实现。