[发明专利]烧结的溶胶凝胶氧化铝基磨料丝及其制造方法

说明书

本发明涉及烧结的溶胶凝胶α氧化铝磨料丝，其用于粘接的磨料制品，例如砂轮、砂瓦，以及涂覆制品，例如砂带、研磨盘之中。

溶胶凝胶，特别是加晶种的溶胶凝胶铝土磨料，自从它几年前被采用以来，已广泛应用于涂覆和粘接的磨具领域之中，已证实它比其他优质磨料具有显著的优点。通常这样的磨料都是由于干燥和烧结水合氧化铝凝胶而制成。这些凝胶也可含有某种不同量的添加剂，例如MgO，和ZrO₂。干燥过的材料在烧结前或烧结成不规则的块状多晶磨粒之后被压碎成所需的粒度范围。然后将这些磨粒结合到粘接或涂覆的磨料制品中，例如砂轮、砂瓦，砂带成研磨盘中。

雷塞施(Leitheiser)等的美国专利4,314,827公开了用这样方法制造的磨粒，该方法使烧结的磨粒含有直径在5到10微米数量级上的不规则的“雪花”形α型Al₂O₃晶体。“雪花”的花枝和相邻“雪花”之间的空隙是由其他相的物质占领，例如细微结晶氧化铝氧化镁尖晶。

1986年12月18日授权的转让给诺顿(Norton)公司一该申请的受让人，的美国专利4,623,364公开了一种用于制造氧化铝磨粒的溶胶凝胶的方法，以及具有更好特性的除涂覆物、薄膜、细丝、棒或小尺寸的部件以外的制品。在该专利中，将晶种材料加入凝胶中或干燥前的凝胶初级物中，以促使水合氧化铝转化成α氧化铝。这是通过对带α氧化铝介质的凝胶初级物或凝胶进行湿态振动研磨来完成的，或是通过直接加入非常细的粉末状或其他形状的晶种颗粒来完成。将加晶种凝胶干燥，压碎并熔烧以制成磨粒。如此生产的磨粒可用于制造诸如研磨盘和砂轮这样的产品。另外，为制造一定形状的部件成棒，将这些材料在焙烧前成形或通过挤压模成型。在挤压情况下，成形的棒以后可切成断成适当的长度。

一旦凝胶形成，它可由任一方便的方法成形，例如冲压、模压或挤压，然后小心地将其干燥以产生所希望形状的无裂纹的产品。如果想得到磨料材料，该凝胶也可方便地挤压扩散成任意方便的形状并被干燥。干燥后，这些固态产品或材料可切成或加工成所需的形状，或者用合适的设备，例如锤式碎矿机或球磨机将其压碎或破碎成颗粒或磨粒。

这种加晶种溶胶凝胶磨料，比雷塞施(Leitheiser)型非晶种溶胶凝胶材料具有坚实得多的α型Al₂O₃晶体结构和更高的密度。如果加晶种不是在最恰当的方式下进行或焙烧温度太高，或持续时间太长，虽然有可能导致产生某些较粗的晶体结构，但这种加晶种溶胶凝胶磨料的α型Al₂O₃的晶体是超细微的，并且一般是在大约0.4微米或更小的数量级上。

其他材料，例如Fe₂O₃也可作为促进转化成α型Al₂O₃的晶种。根据经验，这样的晶种材料与Al₂O₃应当是同结构的，并且应当具有相似的(在15％以内)晶格参数才能很好地发挥作用。

为制成所需尺寸的磨粒，就必须把上述溶胶磨料中较大的颗粒破碎，并把它筛分。然而这个工艺的非常浪费的，因为它产生的磨料粒度是在很大范围内的。这些磨料不是都可以用的。这使相当数量的磨粒不得不抛弃或再循环生产，或用在价值较低的场合。

现已发现，烧结的溶胶凝胶微晶材料具有显著提高的特性，它不需要在使用前进行进一步的粉碎加工，能直接获得性能极好的形状。由于人们习惯认为溶胶凝胶微晶氧化铝磨料的特性来自晶体的大小和纯度，尤其是要无杂质，这杂质存在于如铝土矿中，并导致在制成α氧化铝的温度时形成玻璃质物质，因此这种提高了的特性是特别令人惊奇的。

此外，由于用直接配方技术生产，从而使非直接需要的材料的生产量少得多。实际上，生产的几乎所有的材料都是要求一定规格的，因此，这种加工工艺更明显地有效。