專利名稱：爆炸碎裂法的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及具有適合用作磨料砂粒形狀的陶瓷顆粒，以及生產(chǎn)這類顆粒的方法。
磨料顆粒通常是采用研磨法或滾碎法粉碎大的陶瓷顆粒形成的。這些方法是高度能耗的，并且由于形成顆粒時(shí)的沖擊力而產(chǎn)生有大量微裂紋的顆粒。據(jù)信這類微裂紋是顆粒缺陷的原因，從而降低了顆粒作為磨料的效率。
曾研究出溶膠-凝膠法生產(chǎn)氧化鋁磨料，由一種前體形態(tài)，通常是勃母石形成凝膠，將這種凝膠擠出或以其它方法成型為易處理的片，然后干燥除去水。經(jīng)干燥的凝膠極為易碎，通常是將其磨碎至最終磨料顆粒要求的粒度范圍，然后燒結(jié)制得最終的磨料顆粒。
近來(lái)，于1995年4月5日提出的美國(guó)專利申請(qǐng)08/417,169中已經(jīng)提出將仍含有至少5％(重量)水的干燥后凝膠直接送入爐子的熱區(qū)，使水以爆炸方式膨脹。這樣制得的顆粒一般具有較大的長(zhǎng)徑比，并且具有優(yōu)良的磨削性能。
現(xiàn)在，人們發(fā)現(xiàn)很多陶瓷材料都可以爆炸方式粉碎來(lái)制得相似長(zhǎng)徑比的顆粒，而不必施加沖擊力。因此，本發(fā)明提供一種吸引人的零沖擊力方法，該方法適合生產(chǎn)很多種顆粒形態(tài)的陶瓷。
發(fā)明概述本發(fā)明的方法包括使多孔陶瓷材料處于其孔被一定壓力的氣體占據(jù)的條件，在釋放該壓力時(shí)氣體的膨脹會(huì)引起陶瓷材料的碎裂。
本申請(qǐng)的文本中，術(shù)語(yǔ)“碎裂”用于指發(fā)生碎裂后，原顆粒中顆粒尺寸保持不變的顆粒少于15％，其余的碎裂為更小的顆粒。
引起碎裂所需的壓力隨陶瓷和多孔形態(tài)的固結(jié)程度而不同。通過(guò)簡(jiǎn)單的迅速釋放壓力使氣體膨脹，該壓力為使氣體充入多孔陶瓷的壓力。所產(chǎn)生的爆炸膨脹引起顆粒的碎裂。另一種有用的方法是在孔中充入液體，然后使液體迅速蒸發(fā)，產(chǎn)生內(nèi)壓，而使陶瓷碎裂。這可以通過(guò)迅速加熱陶瓷來(lái)進(jìn)行。然而本發(fā)明的優(yōu)選方法包括使多孔陶瓷在一種液體中浸透足夠的時(shí)間，以使陶瓷材料的至少部分孔隙被該液體占據(jù)，這種液體在常溫和常壓下為氣體，然后從該液體中取出顆粒，迅速將它們置于該液體為氣態(tài)的溫度和/或壓力條件。這基本上立即產(chǎn)生了要求的內(nèi)壓，并引起顆粒的碎裂。應(yīng)理解本文本中術(shù)語(yǔ)“迅速地”是指陶瓷內(nèi)幾乎所有的壓力增加都發(fā)生在陶瓷材料處于產(chǎn)生碎裂的溫度和/或壓力以后。
適用于本發(fā)明的這種優(yōu)選方法的液體包括壓縮液體制冷劑，如液態(tài)氨和液化氯氟烴；液化氣，如液態(tài)氮、液態(tài)氧和超臨界二氧化碳。
理論上用一種爆炸性液體滲入孔中也是可能的，這種液體可以本身為炸藥，如硝化甘油或空氣/汽油混合物，或干燥時(shí)會(huì)成為爆炸性的，如三碘化氮。然而由于明顯的原因，采用這類方法會(huì)引起一些安全問(wèn)題，而使之不能付諸實(shí)踐。
用于引起爆炸性膨脹的方法可以是上面討論的施加熱量，但更為常用的是，當(dāng)通過(guò)膨脹一種在常溫和常壓下為氣體的液體，在孔內(nèi)就地產(chǎn)生氣體時(shí)，優(yōu)選將顆粒置于足以使其迅速膨脹的常壓和常溫下的惰性液體中。這種方法具有確保均勻的溫度環(huán)境、提供最大的迅速傳熱的接觸面以及緩和爆炸性膨脹的效果的作用。對(duì)陶瓷和引起碎裂的氣體而言，該液體被描述為“惰性的”。這意味著沒(méi)有相互間的化學(xué)反應(yīng)，或陶瓷溶解或氣體的溶解。然而，這并不意味著該液體不能作為媒介物用以將所需的組分浸透到陶瓷中。
能夠通過(guò)本發(fā)明的方法碎裂的陶瓷材料包括氧化鋁，碳化硅、氮化硅、氮化鈦、碳化鈦等。其中氧化鋁包括氧化鋁的前體，如勃姆石和以至氧化鋁三水合物。這些產(chǎn)品含有結(jié)合水，但是這并不受本發(fā)明方法的影響，可多次重復(fù)該方法，直到達(dá)到要求的碎裂度。
本發(fā)明方法使用的陶瓷材料的孔隙應(yīng)主要為開(kāi)孔為佳，可使待膨脹的氣體或液體進(jìn)入。這樣的孔隙率應(yīng)至少為5％(體積)為佳，10-30％(體積)更好，如10-20％(體積)。沒(méi)有理論上限，但是在實(shí)踐中，陶瓷的最大孔隙率可高達(dá)80％(體積)，以70％(體積)更合適。孔隙率范圍宜為10-80％(體積)，20-50％(體積)更好。
在使用氧化鋁中間物或未燒結(jié)的α-氧化鋁(通過(guò)溶膠-凝膠法獲得)的情況，孔隙是在成型過(guò)程中產(chǎn)生，而且是相變的結(jié)果。也可能是將粉碎得很細(xì)的陶瓷顆粒形成糊料的，然后將糊料造粒和干燥，使該類顆粒包括疏松集聚的陶瓷顆粒。
碎裂后，如果用作磨料，通常需要焙燒所獲的陶瓷顆粒使它們完全燒結(jié)。燒結(jié)的溫度和時(shí)間隨使用的陶瓷而變化。
優(yōu)選實(shí)施方案的描述具體參考下面的實(shí)施例描述本發(fā)明，這些實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的任何限制。
實(shí)施例1此實(shí)施例中，陶瓷使用溶膠-凝膠氧化鋁，這種氧化鋁已經(jīng)干燥除去游離水，并粉碎為+12目顆粒。因此，該陶瓷主要包含如勃母石的氧化鋁前體。
將顆粒浸入環(huán)境壓力下的液態(tài)氮中，使其熱平衡約2分鐘，之后，潷析除去過(guò)量的液態(tài)氮，立刻將顆粒移入室溫下液態(tài)辛烷的容器中。導(dǎo)致液態(tài)氮的爆炸性膨脹，使氧化鋁碎裂。潷析除去辛烷，將氧化鋁顆粒干燥和分級(jí)。顆粒尺寸分布如下顆粒尺寸的范圍 該范圍中的百分?jǐn)?shù)+12目11-12+16目 20-16+18目 13-18+20目 14-20+25目 16-25+35目 13-35+45目 5-45目7在相同條件下，將沒(méi)有浸入液態(tài)氮中的相同的溶膠-凝膠氧化鋁原料直接放入辛烷時(shí)，沒(méi)有發(fā)生明顯的碎裂。
實(shí)施例2實(shí)施例1中獲得的碎裂后產(chǎn)品經(jīng)同樣方法測(cè)定是否達(dá)到進(jìn)一步的粉碎。所獲顆粒尺寸如下顆粒尺寸的范圍 該范圍中的百分?jǐn)?shù)+12目0-12+16目 5-16+18目 4-18+20目 11-20+25目 16-25+35目 28-35+45目 17
-45目16這證實(shí)，重復(fù)該方法可以確保要求的碎裂度。
實(shí)施例3此實(shí)施例中，陶瓷使用粒態(tài)的氮化硅，其圓截面約為2.5厘米，長(zhǎng)約為2.5厘米?？赏ㄟ^(guò)滑動(dòng)澆注膠體氮化硅獲得。將這些顆粒浸在液態(tài)氮中，使其熱平衡約2分鐘，之后，潷析除去液態(tài)氮，將顆粒放在約50℃水的容器中。在幾秒中內(nèi)顆粒發(fā)生碎裂。立刻潷析除去水，將碎裂的氮化硅顆粒干燥并測(cè)定其顆粒尺寸分布。發(fā)現(xiàn)約73％的顆粒尺寸為0.2-0.6厘米，約17％為0.2-0.08厘米，約10％小于0.08厘米。
不進(jìn)行液態(tài)氮浸入而重復(fù)該試驗(yàn)，沒(méi)有發(fā)生明顯的碎裂。
實(shí)施例4此實(shí)施例中，陶瓷使用α-氧化鋁粉末(Sumitomo AKP-30)。通過(guò)在裝有1.2厘米氧化鋯介質(zhì)的塑料罐中輾滾，使50克該粉末在有1.0克Darvan-821-A分散劑500毫升水中的分散體均化約1小時(shí)。在約80℃干燥該懸浮液，干燥后，+10目大小的片狀物浸在液態(tài)氮中約2分鐘，之后，潷析除去過(guò)量的液態(tài)氮，立刻將氧化鋁片狀物移入室溫下液態(tài)己烷的容器中。氧化鋁爆炸性碎裂。產(chǎn)物尺寸分布如下顆粒尺寸的范圍該范圍中的百分?jǐn)?shù)+10目 42-10+12目 22-12+16目 24-16目 10不浸入液態(tài)氮中，重復(fù)上面的試驗(yàn)，沒(méi)有觀察到明顯的碎裂。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)碎裂陶瓷的方法，該方法包括使多孔陶瓷材料處于其孔被一定壓力的氣體占據(jù)的條件，在使氣體膨脹時(shí)，膨脹會(huì)引起陶瓷材料的碎裂。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的多孔陶瓷材料浸在一種液體中，然后使陶瓷材料處于能使該液體迅速揮發(fā)足以引起陶瓷材料碎裂的溫度和壓力下。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的陶瓷材料通過(guò)浸在一種液體中而使其孔充滿液體，這種液體在常壓和20℃下為氣體。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于通過(guò)將所述的多孔陶瓷置于惰性液體中，使該多孔陶瓷處于揮發(fā)溫度和壓力。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的陶瓷有10-80％體積的孔隙率。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述的陶瓷有20-50％體積的孔隙率。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的陶瓷是選自氧化鋁、氧化鋁前體、碳化硅、氮化硅以及它們的混合物。
全文摘要
通過(guò)在孔內(nèi)產(chǎn)生足夠壓力的氣體,使顆粒碎裂來(lái)破碎多孔陶瓷顆粒。產(chǎn)生壓力的優(yōu)選方法是將顆粒浸入一種液體直到該液體被吸收到孔中,這種液體在室溫和常壓下為氣體,之后,迅速改變條件使該液體成為氣體,導(dǎo)致陶瓷顆粒的爆炸性碎裂。
文檔編號(hào)C09K3/14GK1243536SQ98801777
公開(kāi)日2000年2月2日 申請(qǐng)日期1998年1月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月17日
發(fā)明者A·K·加吉, M·D·卡瓦諾 申請(qǐng)人:圣戈本工業(yè)陶瓷股份有限公司