本體及其用圖
【專利說明】具有増加的初性的基于膝融氧化錯的多晶多孔A I 2〇3本體及其 用途
[0001] 本發(fā)明設及基于烙融氧化侶的多晶多孔Ah〇3本體，設及其制造方法及其用途，特 別是在磨料中的用途。
[0002] 基于烙融氧化侶的磨粒，在文獻中通常也稱為剛玉，長時間是已知的，且目前仍屬 于用于機加工表面的最常用的材料。由于有多種待機加工的不同材料，例如木材、鋼、不誘 鋼、塑料、石頭、陶瓷等，在過去已經(jīng)開發(fā)出了分別匹配相應的應用和物理特性(已對相應情 形進行了優(yōu)化)的剛玉類型或特殊的剛玉。
[0003] 對此目的，可W選擇不同的工藝，其中剛玉滲雜有其它氧化物和/或生產(chǎn)工藝有所 變化，從而特別是改變磨粒的物理特征，和/或還對所得到的磨粒進行后處理，從而得到特 定特征或從而強化它們。
[0004] W02012/041421公開了一種多晶Al2〇3本體，其通過在電弧爐中烙融氧化侶且然后 傾出液體烙體產(chǎn)生。由此傾出流快速冷卻，為此目的將液體烙體傾倒到兩個水冷漉子之間 的間隙中，例如W相反方向旋轉的漉子。為了增加冷卻速度，另外將細粒氧化侶顆粒添加到 傾出流中。
[0005] 隨后W運種方式將所得的固體物質粉碎和通過篩分處理成磨料粒度。W運種方式 獲得了具有封閉的宏觀孔隙率且由單獨的主晶體構成的磨粒，單獨的主晶體彼此連接并且 包括20WI1和IOOwii的微晶尺寸。包含確定的孔隙率和確定的多晶結構的運樣的磨粒在用于 研磨盤時特別具有優(yōu)點。
[0006] EP-B-1339809描述了一種用于生產(chǎn)基于氧化侶的致密緊密的磨粒的方法及其在 磨料中的用途，該磨料具有增加的初性。由此，將成品磨粒進行800-1500°C的熱后處理。
[0007] 從US-A-4157898也已知熱后處理。于氧化條件下對含Ti化的剛玉進行退火，其中 在還原條件下進行的烙化過程中由Ti化形成的鐵低價氧化物在粒子表面上被氧化且形成 鐵一侶化合物，其包括四價鐵且在磨粒的表面上實現(xiàn)藍色著色。
[0008] 在兩種較后情況下，對成品磨粒(對其復配從而為緊密和致密的）進行熱后處理， 從而提高它們的磨粒初性。在某些研磨操作的情形中，磨粒初性的增加與研磨性能的增加 相關。
[0009] 除了磨粒(對其復配從而為緊密和致密的且由極少的大的或單獨的微晶構成），特 別是在最近時間還已經(jīng)開發(fā)了大量磨粒，對其復配(compose)從而為微晶或多晶的，且其由 多個較小的微晶構成，且具有基于晶態(tài)結構或僅其結構的高初性。例如，EP-B-1595081描述 了氧化侶氧化錯的生產(chǎn)，其中與氧化侶一起烙融氧化錯，然后將液體烙體盡快冷卻，W便防 止冷卻時的組分偏析，因此化化和Ah〇3存在于產(chǎn)物中，從而在微晶結構中彼此相鄰均勻分 布。
[0010] 還可W通過化學或陶瓷方法獲得類似的堅初材料(對其也進行復配從而為微晶 的），其中對細顆粒烙凝氧化侶或相應的原料(在生產(chǎn)過程由其得到Ah〇3)進行加工W形成 生巧，然后在1200-1600°C的溫度下燒結。例如，微晶燒結剛玉是EP-B-0152068或EP-A-0725045的主題。
[0011] 過去，已經(jīng)避免該微晶或多晶剛玉的熱后處理，因為經(jīng)驗表明導致初性的晶態(tài)結 構響應于后熱處理而維持損傷，運歸因于晶體生長，或在氧化侶-氧化錯的情形中還歸因于 改性轉變。
[0012] 因而，當前僅對于由極少的大微晶或單微晶構成的緊密和致密類型的剛玉已知成 功的熱后處理。
[0013] 由于巨大范圍的待機加工的不同材料、表面和形狀，W及由于對機加工過程本身 的不同需要，不僅優(yōu)選使用上述W示例性方式明確的剛玉類型，還具有使磨粒更好地適應 某些研磨操作或特殊材料從而由此在機加工材料時進一步改善去除率或表面品質的需要。
[0014] 因此，本發(fā)明的任務是提供一種剛玉磨粒，其具有對特定研磨操作優(yōu)化的特性曲 線，且該曲線因此允許由其生產(chǎn)的磨料W及研磨效果的進一步優(yōu)化。
[0015] 本發(fā)明的任務還是提供一種制造相應的剛玉磨粒的方法。
[0016] 通過提供基于烙融氧化侶的多晶多孔Al2〇3本體解決了該問題，其包含大于97重 量％的〇氧化侶和總量小于3重量％的其它氧化物合金化組分。
[0017] Al2〇3本體包括具有20-100WI1的微晶尺寸的多個Al2〇3主晶體且顯示出宏觀孔隙 率，該宏觀孔隙率具有5-30體積％的孔隙體積，20-60皿的平均孔隙直徑，W及在約100皿的 范圍內最大孔隙直徑。在主晶體邊界處，該多晶Al2〇3本體顯示單一外部相的集聚，其W點狀 方式分別分布或還在沿著主晶體晶界的線中。外部相具有小于化m，優(yōu)選小于如m的直徑。
[0018] 在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，外部相包含Ti化和/或其它氧化物合金化組分，其選 自 〇2〇3^62〇3、]\%0、胞2〇、化0、化0、(：00、2州2、51〇2、]?11〇2或稀±的氧化物。
[0019] 通過包含少量Ti化和/或其它氧化物合金化組分的多晶Al2〇3本體（例如可按 W02012041421制成）的熱后處理得到上述多晶Al2〇3本體。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的基于多晶Al2〇3本體的磨粒生產(chǎn)包括一系列工藝步驟，從在電弧爐中 烙融至少97重量％的氧化侶和至多3重量％的其它氧化物合金化組分的混合物開始。在完 全烙融該混合物后，W低于80kg/min的恒定傾倒速率傾倒出液體烙體。當傾倒時，將細a氧 化侶顆粒加入傾倒流中。W運種方式加速烙體的冷卻。然后，通過將該烙體倒入金屬板之間 的狹窄間隙或通過W相反方向旋轉的冷卻漉，或者還可W通過倒出到冷卻板上來進行烙體 的完全冷卻。在冷卻后，多晶Al2〇3本體W粗片或板的形式存在，然后將其粉碎，并隨后篩分 到限定的磨料粒度。本發(fā)明的必要步驟是W運種方式獲得的磨粒的后續(xù)回火(tempering)， 在1000-1400°C的溫度下持續(xù)5-60分鐘。優(yōu)選地，在1250°C下在回轉害中進行熱后處理15分 鐘。
[0021] 作為在本發(fā)明的上下文中進行的試驗的結果，發(fā)現(xiàn)在回火之前的成品磨料的先前 粉碎和篩分對于根據(jù)本發(fā)明的磨粒的品質具有顯著影響。因而已發(fā)現(xiàn)，即使在冷卻后獲得 的粗片的回火和后續(xù)粉碎也導致磨粒特征的改善，但是所述改善遠不如反向次序顯著。粉 碎后得到的磨粒的形狀是立方的和塊狀，但是其中由于基礎Al2〇3本體的宏觀孔隙率，對于 根據(jù)FEPA的磨料粒度F24-F80,成品磨粒顯示出相對低的堆積密度，其小于1.75g/cm 3,優(yōu)選 小于1.70g/cm3,更優(yōu)選小于1.65g/cm3。
[0022] 令人驚奇地是，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，當基礎產(chǎn)物包括少量外部氧化物作為合金化組分時，甚 至在多晶多孔Al2〇3本體的情形中，也可W借助于熱后處理獲得磨粒初性的巨大增長，盡管 其多晶結構和其孔隙率。在少量Ti化存在下該作用尤其顯著和明顯。
[002引除了 Ti02,根據(jù)本發(fā)明的多晶Al203本體中還存在一小部分選自化203、Fe2化、MgO、 化20、化0、2110、(：00、化02、5102、111化和/或稀±氧化物中的附加的氧化物的合金化組分，其 中附加的合金化組分之和小于于3重量％，優(yōu)選含1重量％。然而，當外部相不包括Ti化時， 也可W觀察到不很明顯的積極作用。
[0024] 另外，通過REM圖像說明了本發(fā)明的特征，W圖1-6對說明書附上運些圖像。
[0025] 圖IWlOOO倍放大倍數(shù)示出了根據(jù)本發(fā)明的多晶磨粒的拋光截面的掃描電子顯微 照片，
[0026] 圖2W2000倍放大倍數(shù)示出了根據(jù)本發(fā)明的多晶磨粒的拋光截面的掃描電子顯微 照片，
[0027] 圖3W1000倍放大倍數(shù)示出了比較例的拋光截面的掃描電子顯微照片，
[0028] 圖4W1000倍放大倍數(shù)示出了比較例的拋光截面的掃描電子顯微照片，
[0029] 圖5W100倍放大倍數(shù)示出了多晶磨粒的掃描電子顯微照片，
[0030] 圖6W150倍放大倍數(shù)示出了緊密致密單晶磨粒的掃描電子顯微照片。
[0031] 在圖1和2中能夠將主晶體1的邊界3標識為黑邊區(qū)域，其圍繞單個主晶體1。還通過 增加性顯現(xiàn)的單獨淺色外部相2突出了晶界，在該情況下該外部相包含超過88重量％的 Ti〇2(實施例4)。因而，外部相2的抓X分析導致88.6重量％的1'1〇2,0.7重量％的化2〇,0.1重 量％的1旨0，0.1重量％的51〇2和10.5重量％的412〇3的組合物。對于主晶體1，分析了 99.5重 量％的412〇3,0.3重量％的51〇2和在每種情況下0.1重量％的化0和1'1〇2。對于相界3，發(fā)現(xiàn) 5.6重量％的Na20,93.4重量％的Al203,0.2重量％Si化和0.8重量％的Ti化?？蒞在圖像中標 識的黑色區(qū)域是沿著主晶態(tài)邊界形成的孔隙4。圖2W2000倍放大倍數(shù)示出了磨粒的拋光截 面，在該情況下，特別能夠看到沿微晶邊界3鑲襯的含Ti化的外部相2。
[0032] 圖3和4示出了穿過熱處理之前的基礎磨粒的截面。與圖1或2中所示的根據(jù)本發(fā)明 的熱后處理的磨粒相比，可W看出含鐵外部相2的量低得多，分隔物更粗，且分隔物的形狀 更像薄片。因此，認為熱后處理的高溫度導致擴散過程，運導致增大的分隔物和外部相2的 更細的點狀分布。還可看出，溫度處理或擴散效應分別導致了相界3的厚度減小。
[0033] 在圖5中可WlOO倍放大倍