[发明专利]涂层的研磨材料中含溶胶-凝胶法氧化铝磨粒的混合物

说明书

本发明总的来说涉及涂层研磨材料（藉涂覆制造的研磨材料），和由其制得的制品。更具体地说，本发明是涉及通过两种磨粒的组合物，更具体地是溶胶-凝胶法氧化铝磨粒和共熔氧化铝-氧化锆磨粒物构成的组合物的涂层研磨材料。

涂层研磨材料一般包括较柔韧的支持件（背衬），在其正面涂上一粘合层，即所谓的“接合涂层”，趁接合涂层仍是湿的时候，接着在其上施加一磨粒层。然后将接合涂层部分固化成一硬化层，在这之后，施加另一粘合层即“胶料涂层”，然后将粘合层充分固化。接着将此涂层研磨材料成形为各种产品，例如砂纸、磨盘、环形磨带等，这在某种程度上取决于所制造的涂层研磨材料有哪些具体组分和其处理方式。这样的方法在美国专利4，836，832中有描述。该专利阐述了涂层磨料的典型成份，特别是新的接合涂层组合物。

在任何特定涂层研磨材料中所用的磨粒材料的有效性不仅取决于具体的研磨条件，而且取决于被研磨的具体材料或工件。例如，发现某些磨粒与其他磨粒相比以高的金属去除速率研磨不锈钢和低碳钢更为有效。在较低速研磨应用中，已发现某些其他磨粒比另外一些磨粒更有效。时常，人们不太清楚对于一种给定的研磨材料，在不同研磨应用中具有不同效能的原因。然而，看来这至少关系到和取决于研磨材料的化学组成、其显微结构、研磨材料的有关物理性能，诸如硬度、断裂韧性、冲击强度和热性能。由于缺乏这方面的知识，自然地使得对于在任何具体研磨应用中一给定研磨材料或磨粒的有效性进行预测变得困难（如果没有事先经验的话）。因此，在确定一种磨粒是否对任何特定应用有效或确定这种有效性的程度时，常常依靠试凑法。

六十年代前期之前，用于涂层研磨材料的磨粒通常是燧石、金刚砂、石榴石、氧化铝或碳化硅，后两种磨料是采用众所周知的方法在电炉中人工制得的。所谓的“熔融氧化铝”通常提供了一种比碳化硅更结实和更富韧性的磨粒。多年来，发现它特别适用于对高强度材料诸如高碳钢、合金钢、韧青铜和某些硬木的研磨操作。当打算作为一种用于木工的涂覆磨粒时，对原料的破碎工艺可以改变，以便制得一种比通常用于重金属加工的磨粒更尖锐一些的磨粒。碳化硅的硬度和锐度早已使它成为理想的用于研磨低强度金属、玻璃、塑料、纤维木材、皮革、搪瓷和其他较软材料的涂覆磨粒。然而，这些磨粒现知的合适应用是通过多年来花费不少时间和努力才发现的，这是因为这些研磨材料首先是在对磨粒在不同应用和在不同研磨条件下进行评价和试验中制得的。

然而，在60年代前期，包括熔融合金型氧化铝-氧化锆（即“氧化锆-氧化铝”）组合物的磨粒已成为商业上可购到的产品。在美国专利第3，181，939;3，891，408和3，893，826号中揭示了这些研磨材料，所有这些专利都转让给了诺顿公司即本申请的受让人。这些专利的合部揭示已作为参考结合入本文。如后来授权的两篇专利中所揭示的那样，发现其中揭示的共熔融氧化铝-氧化锆磨料在用于以高的金属去除速率研磨304不锈钢和低碳钢的涂层研磨材料中很有效，但在较慢研磨条件下，与熔融氧化铝相比，该研磨材料却被认为不太有效。然而，自从最初引用以来，据经验发现，氧化铝-氧化锆磨粒是一种在任何用途中都比熔融氧化铝好的在涂层磨料中的万能磨料。然而，与只包含熔融氧化铝磨粒的涂层研磨材料的成本相比，如此范围更广泛的使用却遇到成本的增加。

最近，出现了另一种用于制造涂层研磨材料的磨粒。该新颖磨料一般地说是将也可能含有变化量的添加剂（诸如MgO和ZrO₂）的水合氧化铝凝胶进行干燥并烧结而获得的。经干燥的材料一般在烧结前或之后进行粉碎以获得所需尺寸范围的不规则的块状多晶磨粒。然后可将磨粒结合入研磨产品，诸如涂层研磨盘或研磨带。

揭示该研磨材料的现有技术例子是美国专利第4，623，364号，它于1986年11月18日授予诺顿公司即本申请的受让人。该专利的全部揭示是通过参考结合入本文中的。揭示溶胶凝胶法（即非溶融法）氧化铝研磨材料和含有该磨粒的研磨产品的其他专利是美国专利第4，314，827;4，543，107;4，741，743;4，744，802和4，800，685号。其中美国专利第4，543，107和4，741，743号都转让给了诺顿公司，其全部揭示通过参考结合入本文中。

授予Ceitheiser等的美国专利第4，314，827号揭示了用溶胶凝胶法1制得的磨粒，其中烧结磨粒是由不含钙离子和碱金属离子并具有基本上是无规取向α-Al₂O₃晶体微晶结构的致密氧化铝基研磨材料以及一改性组份获得的，其中基本上以氧化铝为连续相。所揭示的矿物物质全部具有极细的晶体尺寸。