磨料颗粒、磨料制品及其制备和使用方法技术

本发明专利技术公开了磨料颗粒，所述磨料颗粒包含：0.50重量％至5.00重量％的α‑氧化铝形成物的晶种颗粒，其选自α‑Fe2O3晶种颗粒、α‑Al2O3晶种颗粒，以及它们的组合；0.50重量％至5.00重量％的MgO；0.02重量％至0.40重量％的Li2O或一定摩尔当量的至少一种碱金属氧化物，其选自：Na2O；K2O；Na2O和Li2O的组合；K2O和Li2O的组合；Na2O和K2O的组合；以及Li2O、Na2O和K2O的组合；以及91.08重量％至99.48重量％的Al2O3。本发明专利技术还公开了制备磨料颗粒的方法和并入所述磨料颗粒的磨料制品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及磨料颗粒及其制备方法。该磨料颗粒可掺入到多种磨料制品中，包括粘结磨料、涂覆磨料、非织造磨料和磨刷。
技术介绍
α-氧化铝广泛用作磨料工业中的磨料。它可以纯的形式或更优选地以含有增强其研磨性能的添加剂的形式使用。许多在商业上重要的α-氧化铝磨料颗粒衍生自溶胶-凝胶前体。它们通过以下方式制造：制备包含水、α-氧化铝前体(诸如一水合氧化铝(勃姆石))和任选的胶溶剂(例如酸，如硝酸)的分散体(例如溶胶)，然后使分散体胶凝化，干燥胶凝化的分散体，将干燥的分散体压碎成颗粒，将颗粒煅烧以除去挥发物，以及在低于α-氧化铝熔点的温度下烧结经煅烧的颗粒。很多情况下，分散体还包括一种或多种氧化物改性剂(例如稀土氧化物(REO)、Cr2O3、CoO、Fe2O3、Li2O、MgO、MnO、Na2O、NiO、SiO2、SnO2、TiO2、ZnO和ZrO2)，晶种颗粒(例如α-氧化铝晶种颗粒和α-Fe2O3晶种颗粒)和/或其前体。此类添加通常用于改变或以其他方式改性烧结磨料颗粒的物理特性和/或微观结构。此外或另选地，此类氧化物改性剂、成核剂和/或其前体可以掺入到经干燥的或煅烧的材料(通常是经煅烧的颗粒)中。最有用的氧化物改性剂是REO，诸如例如氧化镧、氧化钕、氧化钇、氧化铈、氧化铕、二氧化铪、氧化铒、氧化钐、氧化镱、氧化钆和氧化镨。例如，REO改性剂通常用于溶胶-凝胶氧化铝研磨剂中以用于研磨不锈钢。最近几年来，REO的可用性对于所有行业来讲都成了主要的问题，从而限制了供应并提高了成本。溶胶-凝胶衍生的基于α-氧化铝的烧结磨料颗粒已用于多种多样的磨料产品(例如，粘结磨料、涂覆磨料和磨刷)以及磨削应用(包括低压和高压研磨应用两者)。
技术实现思路
在一个方面，本公开提供了磨料颗粒，其中磨料颗粒包含以下组分：a)0.50重量％至5.00重量％的α-氧化铝形成物的晶种颗粒，其选自α-Fe2O3晶种颗粒、α-Al2O3晶种颗粒，以及它们的组合；b)0.50重量％至5.00重量％的MgO；c)0.02重量％至0.40重量％的Li2O或一定摩尔当量的至少一种碱金属氧化物，其选自：Na2O；K2O；Na2O和Li2O的组合；K2O和Li2O的组合；Na2O和K2O的组合；以及Li2O、Na2O和K2O的组合；以及d)91.08重量％至99.48重量％的Al2O3。在另一方面，本公开提供了一种研磨工件的方法，该方法包括：将根据本公开的磨料颗粒与工件的表面进行摩擦接触，以及使磨料颗粒和工件的表面中的至少一者相对于另一者移动，以研磨工件的表面的至少一部分。在另一方面，本公开提供了一种根据本公开的磨料制品，其中将粘结剂材料设置在衬底上。在另一方面，本公开提供了一种制备磨料颗粒的方法，该方法包括：i)提供分散体，所述分散体包含：α-氧化铝前体；碱金属阳离子，其选自Li+、Na+、K+，以及它们的组合；氧化镁或其前体；以及晶种颗粒，其选自α-Fe2O3晶种颗粒和α-Al2O3晶种颗粒，或其前体，其中在烧结时，晶种颗粒有利于氧化铝前体材料转化成α-氧化铝；ii)将分散体转化成磨料前体颗粒；以及iii)烧结磨料前体颗粒以提供磨料颗粒，其中磨料颗粒包含以下组分：a)0.50重量％至5.00重量％的所述晶种颗粒；b)0.50重量％至5.00重量％的MgO；c)0.02重量％至0.40重量％的Li2O或一定摩尔当量的至少一种碱金属氧化物，其选自：Na2O；K2O；Na2O和Li2O的组合；K2O和Li2O的组合；Na2O和K2O的组合；以及Li2O、Na2O和K2O的组合；以及d)91.08重量％至99.48重量％的Al2O3。有利地且相当出人意料的是，根据本公开的磨料颗粒相比于常规α-氧化铝磨料颗粒通常表现出一种或多种优异的磨料性能特性。它们甚至可表现出与含有昂贵且难以获得的稀土氧化物的商业α-氧化铝磨料颗粒(其通常为例如用于磨削不锈钢的性能最好的基于氧化铝的磨料)相当或甚至更优异的一种或多种磨料性能特性。此外，在通过加晶种的基于α-氧化铝的颗粒的情况下，有益效果显著时，看出能与之相比的通过未加晶种的基于α-氧化铝的磨料颗粒的微不足道的或相反效应。在考虑具体实施方式及所附权利要求书之后，将进一步理解本公开的特征和优点。附图说明图1是包含根据本公开的磨料颗粒的示例性带涂层的磨料制品的示意性剖视图；图2是包含根据本公开的磨料颗粒的另一个示例性带涂层的磨料制品的示意性剖视图；图3是包含根据本公开的磨料颗粒的示例性粘结磨料制品的示意性透视图；并且图4为包含根据本公开的磨料制品的非织造磨料制品的放大示意图。尽管以上指示的附图示出了本专利技术的若干实施例，但例如如讨论中所述，还可以想到其他的实施例。在所有情况下，本公开均以示例性而非限制性方式展示。应当理解，本领域的技术人员可设计出落入本公开原理的范围和实质内的许多其他的修改形式和实施方案。附图可能未按比例绘制。在所有附图中，类似的参考标号可以用来表示类似的部件。具体实施方式根据本公开的磨料颗粒可通过以分散在分散介质中的包含一种或多种α-氧化铝前体(例如，在干燥，任选地煅烧以及烧结形成α-氧化铝之后的材料)的初始分散体开始的工艺来制备。如本文所用，术语“分散体”是指由分散介质中的分散相组成的体系，例如诸如胶体或溶胶。分散介质为液体，通常为水，但诸如低级醇(通常为C1-C6醇)、己烷或庚烷的有机溶剂也可用作液体介质。水可以为例如自来水、蒸馏水或去离子水。合适的α-氧化铝前体的示例包括例如勃姆石。勃姆石可以DISPERAL从南非约翰尼斯堡的萨索尔公司(Sasol Limited,Johannesburg,South Africa)商购获得；以DISPAL 23N480和CATAPAL D从德克萨斯州休斯敦的沙索北美公司(Sasol North America,Houston,Texas)商购获得；并且以商品名HiQ(例如，HiQ-10、HiQ-20、HiQ-30和HiQ-40)从新泽西州伊瑟林的巴斯夫公司的催化剂部门(BASF,Catalysts Division,Iselin,New Jersey)商购获得。这些勃姆石或一水合氧化铝为α-形式，并包含相对少(如果有的话)的一水合物之外的水合相。其它α-氧化铝来源和前体的示例包括碱性羧酸铝(例如甲酰乙酸铝、硝基甲酰乙酸铝)、部分水解的铝醇盐、氢氧化铝、铝复合物和铝盐(例如碱性硝酸铝)，以及它们的组合。就碱性羧酸铝而言，它们具有通式Al(OH)y(羧酸盐)3-y，其中y介于1和2之间，在一些实施例中介于1和1.5之间，并且羧酸根抗衡离子选自甲酸根、乙酸根、丙酸根和草酸根，或这些羧酸根的组合。这些材料例如通过将铝金属在羧酸溶液中消化而制备，如美国专利3,957,598(Merkl)中所述。碱性硝酸铝也可例如通过在硝酸溶液中煮解铝金属来制备，如在美国专利3,340,205(Hayes等人)或英国专利1,193,258(Fletcher等人)中所述，或者通过硝酸铝的热分解来制备，如在美国专利2,127,504(Derr等人)中所述。这些材料也可例如通过将铝盐用碱部分地中和而制备。碱性硝酸铝具有通式Al(OH)z(NO3)3-z，其中z为约0.5至约2.5。任选且通常地本文档来自技高网...

【技术保护点】
磨料颗粒，其中所述磨料颗粒包含以下组分：a)0.50重量％至5.00重量％的α‑氧化铝形成物的晶种颗粒，其选自α‑Fe2O3晶种颗粒、α‑Al2O3晶种颗粒，以及它们的组合；b)0.50重量％至5.00重量％的MgO；c)0.02重量％至0.40重量％的Li2O或一定摩尔当量的至少一种碱金属氧化物，其选自：Na2O；K2O；Na2O和Li2O的组合；K2O和Li2O的组合；Na2O和K2O的组合；以及Li2O、Na2O和K2O的组合；以及d)91.08重量％至99.48重量％的Al2O3。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.27 US 61/945,6091.磨料颗粒，其中所述磨料颗粒包含以下组分：a)0.50重量％至5.00重量％的α-氧化铝形成物的晶种颗粒，其选自α-Fe2O3晶种颗粒、α-Al2O3晶种颗粒，以及它们的组合；b)0.50重量％至5.00重量％的MgO；c)0.02重量％至0.40重量％的Li2O或一定摩尔当量的至少一种碱金属氧化物，其选自：Na2O；K2O；Na2O和Li2O的组合；K2O和Li2O的组合；Na2O和K2O的组合；以及Li2O、Na2O和K2O的组合；以及d)91.08重量％至99.48重量％的Al2O3。2.根据权利要求1所述的磨料颗粒，其中所述磨料颗粒由组分a)、b)、c)和d)组成。3.根据权利要求1或2所述的磨料颗粒，其中组分c)包含0.03重量％至0.70重量％的Na2O。4.根据权利要求1或2所述的磨料颗粒，其中组分c)包含0.05重量％至1.00重量％的K2O。5.根据权利要求1至4中任一项所述的磨料颗粒，其中所述磨料颗粒包含α-氧化铝结晶相和0.25重量％至20重量％的β-氧化铝结晶相。6.根据权利要求1至5中任一项所述的磨料颗粒，其中所述磨料颗粒包含少于10重量％的磁铅矿结晶相。7.根据权利要求1至6中任一项所述的磨料颗粒，其中所述磨料颗粒具有至少3.7g/cm3的密度和至少19GPa的硬度。8.根据权利要求1至7中任一项所述的磨料颗粒，其中所述磨料颗粒符合磨料行业指定的标称等级。9.根据权利要求8所述的磨料颗粒，其中所述磨料行业指定的标称等级选自ANSI 4、ANSI 6、ANSI 8、ANSI 16、ANSI 24、ANSI 36、ANSI 40、ANSI 50、ANSI 60、ANSI 80、ANSI 100、ANSI 120、ANSI 150、ANSI 180、ANSI 220、ANSI 240、ANSI 280、ANSI 320、ANSI 360、ANSI 400和ANSI 600。10.根据权利要求8所述的磨料颗粒，其中所述磨料行业指定的标称等级选自P8、P12、P16、P24、P36、P40、P50、P60、P80、P100、P120、P150、P180、P220、P320、P400、P500、P600、P800、P1000和P1200。11.根据权利要求8所述的磨料颗粒，其中所述磨料行业指定的标称等级选自JIS8、JIS12、JIS16、JIS24、JIS36、JIS46、JIS54、JIS60、JIS80、JIS100、JIS150、JIS180、JIS220、JIS240、JIS280、JIS320、JIS360、JIS400、JIS400、JIS600、JIS800、JIS1000、JIS1500、JIS2500、JIS4000、JIS6000、JIS8000和JIS10,000。12.一种研磨工件的方法，所述方法包括：使根据权利要求1至11中任一项所述的磨料颗粒与所述工件的表面摩擦接触...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉里·D·门罗，格兰特·E·格雷什科，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US