專利名稱：：煅燒溶膠凝膠氧化鋁顆粒的方法
背景技術(shù)：
：本發(fā)明涉及氧化鋁磨粒，特別是涉及具有改進(jìn)研磨性能的溶膠凝膠法氧化鋁磨料。溶膠凝膠法氧化鋁磨料的一般制備方法，是在約125-200℃之間干燥α氧化鋁前體(通常是，但不必是勃姆石)的溶膠或凝膠，除去凝膠體中的水分；將干燥的凝膠粉碎成磨粒所需尺寸的顆粒；可能還將此顆粒焙燒(一般在約400-800℃的溫度下)，形成氧化鋁的過渡形式；然后在足以將γ氧化鋁之類的過渡形式轉(zhuǎn)化為α氧化鋁的高溫下對(duì)焙燒過的顆粒進(jìn)行煅燒。簡(jiǎn)單溶膠凝膠法的實(shí)例記載在美國(guó)專利4,314,827；4,518,397；4,881,951和英國(guó)專利申請(qǐng)2,099,012中。雖然曾用少量的二氧化硅之類的改性添加劑、氧化鎂之類的尖晶石形成劑和氧化鋯、氧化釔、稀土金屬氧化物、氧化鈦和過渡金屬氧化物之類的其它金屬氧化物添加劑將這類溶膠凝膠氧化鋁的晶體尺寸減小到約1-10微米，提高其某些物理性能，但它仍會(huì)具有25微米或更大的晶粒尺寸。在一種特別好的溶膠凝膠法中，是用與α氧化鋁本身晶體結(jié)構(gòu)相同，晶格參數(shù)盡可能接近的物質(zhì)在α氧化鋁前體中“引入晶種”。加入的“晶種”應(yīng)盡可能細(xì)，且均勻分散在整個(gè)溶膠或凝膠中。晶種可以在開始時(shí)加入或現(xiàn)場(chǎng)形成。這種晶種的作用是在比無(wú)晶種時(shí)低得多的溫度下，將所有前體均勻地轉(zhuǎn)化為α氧化鋁。在這種方法制得的晶體結(jié)構(gòu)中，每個(gè)α氧化鋁晶粒(是指基本上內(nèi)部具有相同晶體取向，與相鄰晶體被高角度晶粒間界分隔的區(qū)域)的尺寸非常均勻，晶體直徑基本上是亞微米級(jí)(例如約0.1-0.5微米)。合適的晶種物質(zhì)包括α氧化鋁本身和α氧化鐵、低價(jià)氧化鉻和鈦酸鎳之類的其它化合物以及許多具有與α氧化鋁相似晶格參數(shù)且足以在比無(wú)此種晶種時(shí)進(jìn)行常規(guī)轉(zhuǎn)化的溫度更低的溫度下將前體轉(zhuǎn)化為α氧化鋁的其它化合物。這類加入晶種的溶膠凝膠法記載在美國(guó)專利4,623,364；4,774,802；4,954,462；4,964,883；5,192,339；5,215,551；5,219,806等之中。為了減少在高溫下煅燒所需的時(shí)間，宜對(duì)經(jīng)干燥的溶膠凝膠進(jìn)行焙燒(而焙燒一般是可有可無(wú)的)。這是因?yàn)殪褵襟E的任務(wù)是把過渡型氧化鋁轉(zhuǎn)化為α型氧化鋁并對(duì)其燒結(jié)，以消除剩余的空隙，確保顆粒具有適用作磨粒的充分密度和硬度。已知在煅燒溫度(對(duì)于加晶種的溶膠凝膠物質(zhì)，一般為1300-1400℃，而未加晶種的溶膠凝膠物質(zhì)約高100℃)下若時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)引起晶體長(zhǎng)大。因?yàn)榫w長(zhǎng)大一般視為不適宜，所以人們認(rèn)為宜分開先進(jìn)行焙燒，以減少在煅燒高溫下的時(shí)間。雖然這種方法需維持兩個(gè)較高溫度的操作而增加成本，但仍然使用。因?yàn)楦稍锊僮骱笠M(jìn)行粉碎和篩分操作，所以顆粒需冷卻到室溫，結(jié)果干燥顆粒所用的熱量被釋放到環(huán)境中。這當(dāng)然是效率非常低的。在干燥后進(jìn)行粉碎操作，這是因?yàn)楦稍餇顟B(tài)的材料容易粉碎，如果在煅燒操作后才進(jìn)行粉碎操作，則因?yàn)椴牧系挠捕群芨?，就需要過多的能量。因此，通常是在煅燒前進(jìn)行粉碎操作。而且認(rèn)為粉碎之后進(jìn)行煅燒效率會(huì)更高，因?yàn)樾☆w粒會(huì)更快地達(dá)到煅燒溫度?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有可能大大地減少用溶膠凝膠法生產(chǎn)氧化鋁時(shí)所需的能量消耗。以與設(shè)計(jì)常規(guī)方法的直觀思路完全相反的方式來設(shè)計(jì)過程的步驟，可以做到這一點(diǎn)。這種新方法可以生產(chǎn)非常合乎需要形式的α氧化鋁顆粒，這種α氧化鋁顆粒是完全致密的，很適用于磨料用途。另外，這種新方法又是很靈活的，可以設(shè)計(jì)獲得所需的磨粒。發(fā)明的一般描述本發(fā)明方法是將揮發(fā)性物質(zhì)含量至少為5％重量的，經(jīng)干燥但未經(jīng)煅燒的溶膠凝膠氧化鋁直接加入到保持在400℃以上某個(gè)溫度的爐子中，控制溫度和停留時(shí)間，產(chǎn)生爆炸性粉碎的氧化鋁。在某些爐中溫度足夠高和停留時(shí)間足夠長(zhǎng)的條件下，可直接將溶膠凝膠氧化鋁轉(zhuǎn)化為α型氧化鋁，并將其燒結(jié)至具有95％的理論密度。溶膠凝膠氧化鋁經(jīng)干燥后一般形成尺寸為幾毫米的較大顆粒，它是基本上干燥的勃姆石，其每個(gè)分子都有締合的水分子以及一些干燥時(shí)可能未被完全除去的殘余水。另外常常在溶膠凝膠中以可溶硝酸鹽型形式加入氧化鎂、氧化釔、氧化銣、氧化銫、或稀土金屬或過渡金屬氧化物之類的有益改性劑。這些物質(zhì)也使干燥凝膠中含有揮發(fā)性成分(如氧化氮)。如果在對(duì)溶膠凝膠進(jìn)行膠溶時(shí)使用硝酸或乙酸之類的酸，在干燥的溶膠凝膠中也可能有這種殘余的酸。干燥凝膠中揮發(fā)性物質(zhì)的總含量一般為約5-50％重量，較好的為約10-45％重量，更好的為約20-40％重量。干燥通常約在200℃以下的溫度下進(jìn)行，更常見的是在低得多的溫度進(jìn)行。因此，裝入爐中的干燥凝膠含有相當(dāng)大量的揮發(fā)性物質(zhì)。雖然本發(fā)明主要針對(duì)干燥溶膠凝膠物質(zhì)的爆炸性粉碎，但這些物質(zhì)也可含有其它本身并不是揮發(fā)性物質(zhì)的組分。因此，只要干燥混合物中揮發(fā)性物質(zhì)的總含量保持在5％重量以上，在溶膠凝膠物質(zhì)中也可含有α或γ氧化鋁粉末、碳化硅(顆粒型和晶須型)、氧化鋯、立方氮化硼和其它磨料之類的成分。當(dāng)經(jīng)干燥的溶膠凝膠較大顆粒放入爐中時(shí)，其中的揮發(fā)物就爆炸性地膨脹，使較大顆粒散開，產(chǎn)生非常適用于研磨用途的小顆粒。如果在爐中的停留時(shí)間足夠長(zhǎng)，產(chǎn)生的小顆粒迅速轉(zhuǎn)化成α相，并非常迅速地?zé)Y(jié)成基本上完全致密。由于這一過程很猛烈，所以它被直觀地稱為“爆炸性粉碎”，雖然在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中本方法超出粉碎的范圍，并包括煅燒成α相，在某些情況下還基本上燒結(jié)至理論密度。當(dāng)溫度較低時(shí)，粉碎的程度可能會(huì)降低，主要破裂成較大的碎片，而在這些碎片中產(chǎn)生了線性缺陷，使它在隨后的粉碎操作中容易碎裂。然而，這也被看作爆炸性粉碎。因此，當(dāng)將干燥的溶膠凝膠氧化鋁顆粒加入爐中，并在不用任何外力的條件下至少部分地碎裂成較小的顆粒時(shí)，就認(rèn)為形成了“爆炸性粉碎”的顆粒物質(zhì)。若在爐內(nèi)的停留時(shí)間較短或爐內(nèi)溫度較低，則材料從爐中排出時(shí)，燒結(jié)過程可能進(jìn)行得不完全，甚至也可能沒有完全轉(zhuǎn)化為α相。在這種情況下，部分或全部的顆?？赡茉谀撤N程度上是多孔性的。這些較疏松的大顆?？梢韵冉?jīng)過較輕微的研磨操作進(jìn)行粉碎，然后在另一個(gè)爐中或第二次通過旋轉(zhuǎn)爐燒結(jié)成密度大于95％理論密度。有時(shí)種做法是很好的，因?yàn)榉浅?qiáng)烈的爆炸性粉碎可能產(chǎn)生大量的很細(xì)顆粒，而這些很細(xì)顆粒對(duì)某些研磨用途來說不適用。較溫和的爆炸性粉碎能夠產(chǎn)生外觀上沒有碎開的顆粒，這些顆粒在以后的操作很容易粉碎。有時(shí)更好的一個(gè)做法是，可將沒有被完全爆炸性粉碎的經(jīng)煅燒物質(zhì)(常有孔隙度)至少部分地用水之類的揮發(fā)性液體浸漬，然后再次通過旋轉(zhuǎn)爐完成粉碎過程。調(diào)節(jié)煅燒條件產(chǎn)生的上述多孔產(chǎn)物還可以用鎂、釔、過渡元素、銣、銫或稀土金屬的可溶鹽水溶液之類的改性劑溶液進(jìn)行浸漬。燒結(jié)這種經(jīng)浸漬的物質(zhì)通常會(huì)產(chǎn)生非常有效的改性氧化物，同時(shí)還產(chǎn)生可起爆炸性粉碎作用的其它揮發(fā)性物質(zhì)?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，如果在干燥前對(duì)凝膠進(jìn)行擠壓，較小的擠壓?？妆容^大的擠壓模孔更好。例如，用直徑為1.6毫米的?？讛D壓的凝膠比用直徑為6毫米的?？讛D壓的凝膠具有更好的爆炸性粉碎性能。另外，圓形擠壓物比角形擠壓物(如用直角?？字频玫?更佳。用上述方法制得的磨粒通常比用常規(guī)方法制得的磨粒具有意想不到好的研磨性能。其理論原理可能是由于這種粉碎技術(shù)對(duì)所產(chǎn)生的材料沒有施加機(jī)械應(yīng)變，從而沒有在磨粒結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生微缺陷。不管理論上如何解釋，這種性能的改善畢竟是令人驚奇和顯著的。因此，本發(fā)明也包括新穎的氧化鋁磨粒?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，用爆炸性粉碎法制得的磨粒具有獨(dú)特的形狀和粒度分布。這也可能是產(chǎn)生上述優(yōu)良研磨性能的原因。它們與橫截面均勻的模壓或擠壓的磨粒不同，沒有均勻的橫截面形狀，形狀是不規(guī)則的，尤其是在垂直于最長(zhǎng)尺寸方向的橫截面上很不規(guī)則，這是粉碎所得顆粒的特征。一般來說，用非成形方法制造磨粒，就是將較大塊形的材料加以粉碎?，F(xiàn)有兩種基本的常規(guī)粉碎方法沖擊粉碎和滾壓粉碎。沖擊粉碎法會(huì)產(chǎn)生較為塊形的磨粒，其L/D，即長(zhǎng)寬比(最長(zhǎng)尺寸L與垂直于該最長(zhǎng)尺寸的最大尺寸D之比)接近于1。而滾壓粉碎法會(huì)產(chǎn)生較弱的磨粒，這實(shí)際上是指其平均長(zhǎng)寬比大于1。當(dāng)然對(duì)于滾壓粉碎法制得的磨粒，存在一個(gè)實(shí)際的長(zhǎng)寬比范圍，但大多數(shù)磨粒的長(zhǎng)寬比基本上小于2?！傲６取蓖ǔＳ靡幌盗泻Y孔大小不同的篩子進(jìn)行測(cè)量。如果說一個(gè)磨粒可用三個(gè)相互垂直的尺寸表征，則確定“粒度”的控制尺寸是第二大的尺寸，因?yàn)樗鼘Q定當(dāng)磨粒沿最長(zhǎng)尺寸取向時(shí)可以通過的最小孔的尺寸。如果本發(fā)明的磨粒平均比常規(guī)磨粒稍長(zhǎng)一點(diǎn)，則其每個(gè)磨粒顯然具有較大的平均體積?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)確實(shí)是這種情況。本發(fā)明的氧化鋁磨粒在垂直于縱向尺寸是非對(duì)稱的，在制得的磨粒的任一粒度級(jí)分中，長(zhǎng)寬比至少為2∶1的磨粒約占25％以上，較好的情況至少占30％，更好的情況至少占50％?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，常規(guī)滾壓粉碎的氧化鋁磨粒，在其粉碎制成狀態(tài)的磨粒的任一粒度級(jí)分中，長(zhǎng)寬比為2∶1或更高的磨粒不超過25％，通常僅約19-25％?？磥磉@與粉碎的具體方法有關(guān)，而不是與構(gòu)成氧化鋁磨粒的氧化鋁具體形態(tài)有關(guān)。因此，本發(fā)明磨粒與現(xiàn)有的磨粒顯著不同。正如下述的一些實(shí)施例所示，本發(fā)明磨粒大大提高了的研磨性能很清楚地證明了這一點(diǎn)。附1表示加晶種的溶膠凝膠氧化鋁的差熱分析曲線。圖2表示適用于本發(fā)明方法中一個(gè)實(shí)施方案的裝置的立視示意圖。發(fā)明的詳細(xì)描述圖1中所示的曲線是溫度升高時(shí)一種加晶種溶膠凝膠的差熱分析曲線。此曲線顯示，在約400℃時(shí)有一個(gè)吸熱峰。它表明失去水、酸和鹽分解產(chǎn)物之類的揮發(fā)性物質(zhì)。正是這種揮發(fā)性物質(zhì)的釋放引起了爆炸性粉碎。顯然這種釋放越快，分解的爆炸性越大。到大約600℃時(shí)要除去的揮發(fā)性物質(zhì)量明顯減少了，轉(zhuǎn)化成γ氧化鋁之類的無(wú)水氧化鋁相的轉(zhuǎn)化也趨完全。在更高的溫度時(shí)，開始轉(zhuǎn)化為α相。對(duì)于加晶種的溶膠凝膠材料，在約1150℃或更低溫度處發(fā)生這種轉(zhuǎn)化。這種轉(zhuǎn)化如圖1中的峰所示。在未加晶種的溶膠凝膠中，除了α轉(zhuǎn)化峰發(fā)生在更高溫度(約為1250℃)外，其曲線是非常相似的。為了實(shí)施本發(fā)明，僅需加熱到揮發(fā)物開始揮發(fā)的溫度。顯然，在最低分解溫度以上的溫度加熱有利于非常迅速地分解，從而產(chǎn)生最大的爆炸性效果。然而如果加熱足夠快的話，在上述范圍下限處的中等溫度加熱也是有效的。如果使用上述范圍下限處的溫度(在該溫度下還沒有形成α氧化鋁)，必要對(duì)經(jīng)爆炸性粉碎的材料進(jìn)行進(jìn)一步的煅燒，以完成向α相的轉(zhuǎn)化并(如有必須)將該材料燒結(jié)至接近理論密度(一般超過理論密度的95％)。雖然這需要額外的費(fèi)用，但它可使用比碳化硅爐管更堅(jiān)實(shí)、成本更低的旋轉(zhuǎn)爐管材料。雖然碳化硅爐管是同時(shí)進(jìn)行所有這些操作的標(biāo)準(zhǔn)爐管。在進(jìn)行爆炸性粉碎前，溶膠凝膠氧化鋁一般在200℃以下溫度干燥，更好地在約75-175℃間的更低溫度下干燥。如上所述，需要盡可能快地加熱經(jīng)干燥的溶膠凝膠大顆粒材料，以便產(chǎn)生最大程度的膨脹和爆炸性粉碎。圖2的部分剖面立視示意圖所示的裝置很適于滿足這些要求。將直徑約為0.5-1厘米的未粉碎溶膠凝膠氧化鋁干燥顆粒加入料斗1中，用振動(dòng)加料器2將其從料斗1加入第二加料器3。第二加料器將此顆粒送入空氣噴射器4。空氣噴射器又用從支管5進(jìn)來的壓縮空氣流將這些顆粒加速。壓縮空氣流將這些顆粒傳送通過管道6在位置8處進(jìn)入旋轉(zhuǎn)爐7中。該旋轉(zhuǎn)爐具有上端和下端。位置8接近于爐內(nèi)的高溫區(qū)。在操作中，顆粒進(jìn)入高溫區(qū)發(fā)生爆炸，粉碎后的顆粒從爐的下端9排出。在爆炸粉碎法中，要迅速加熱經(jīng)干燥的凝膠大顆粒，以達(dá)到最大的爆炸效果。雖然與圖2中不同的幾種爐子設(shè)計(jì)也可滿足這種要求，但非常適用于實(shí)施本方法的爐子是具有一個(gè)與水平線成一角度傾斜并繞軸旋轉(zhuǎn)的爐管的旋轉(zhuǎn)爐。所述的爐管從外部加熱。爐管的旋轉(zhuǎn)保證了管內(nèi)的大小顆粒都總是處于不斷的運(yùn)動(dòng)中，這樣，就不會(huì)只有顆粒的一部分與爐管接觸而被加熱，而另一部分不被加熱的情況。爐管的旋轉(zhuǎn)速度和傾斜角度決定了顆粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間。調(diào)節(jié)這些參數(shù)，就能最好地保證揮發(fā)性物質(zhì)從大顆粒的內(nèi)部迅速地?fù)]發(fā)，而不是逐漸地進(jìn)行。這就能使大顆粒爆炸性粉碎后形成的小顆粒能最大限度地利用停留時(shí)間進(jìn)行煅燒和致密化。也可使用其它的爐子設(shè)計(jì)，包括或可裝有流化床的間歇式加熱爐和微波加熱或感應(yīng)加熱的爐子。在燒結(jié)氧化鋁溫度下使用的旋轉(zhuǎn)爐一般采用碳化硅爐管。這是由于它具有滿足本方法過程物理要求的性能，所述的物理要求包括爐管長(zhǎng)度方向上的溫度變化和不同位置的不同機(jī)械負(fù)載。碳化硅也能耐可能產(chǎn)生的酸性氣體，如釋放的硝酸鹽殘余物。然而如果想在低于發(fā)生完全燒結(jié)的溫度下進(jìn)行爆炸性粉碎和轉(zhuǎn)化成α型，可以使用能耐高達(dá)約1200℃溫度的金屬合金，如“鉻鎳鐵合金”。使用旋轉(zhuǎn)爐時(shí)，本發(fā)明方法要求在高溫區(qū)的停留時(shí)間約為1秒至30分鐘，較好的為2秒至20分鐘。為了獲得這種停留時(shí)間，管子的仰角約為1°至60°，更好為3°至20°，旋轉(zhuǎn)速度較好為約0.5-20轉(zhuǎn)/分，更好為約1-15轉(zhuǎn)/分。當(dāng)煅燒加晶種的溶膠凝膠氧化鋁時(shí)，旋轉(zhuǎn)爐中高溫區(qū)的煅燒溫度通常約為400-1500℃，更好的為約600-1400℃。當(dāng)煅燒未加晶種的溶膠凝膠氧化鋁時(shí)，旋轉(zhuǎn)爐中高溫區(qū)的煅燒溫度通常約為400-1650℃，更好的為約600-1550℃。用本發(fā)明爆炸粉碎法制得的顆粒多具有明顯大的長(zhǎng)寬比，即顆粒具有一個(gè)比其它任何一個(gè)尺寸長(zhǎng)得多的尺寸。這類顆粒特別適用于涂覆磨料的用途。本發(fā)明方法適用于生產(chǎn)所有類型的溶膠凝膠法顆粒，特別是適用于生產(chǎn)研磨用途的。溶膠凝膠可以加晶種或不加晶種。所用條件的唯一區(qū)別是溶膠凝膠中不加晶種時(shí)，一般需要較高的燒結(jié)溫度。本發(fā)明方法也可用于燒結(jié)的氧化鋁，即是通過部分燒結(jié)使細(xì)分散的α氧化鋁顆粒結(jié)成塊狀，然后液體浸漬再將其爆炸性粉碎，制成磨粒。因?yàn)楸景l(fā)明方法可以不用現(xiàn)有技術(shù)中常用的機(jī)械粉碎步驟，所以可以將經(jīng)干燥的凝膠直接從干燥器中送入爐中。這樣節(jié)約了可觀的時(shí)間和能量消耗。優(yōu)選實(shí)施方案的描述現(xiàn)在具體參照在旋轉(zhuǎn)爐中煅燒加晶種的溶膠凝膠氧化鋁來對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)行描述。這些實(shí)施例僅用于解釋性的目的，并不意味對(duì)本發(fā)明基本范圍的限定。實(shí)施例1在羅斯(Ross)混合器中加入74657克去離子水和α氧化鋁晶種漿料。所述晶種的BET表面積約為120米2/克。所述漿料是將6000克6％晶種的去離子水漿料加入10000克去離子水中制得的。再加入36.00千克勃姆石(CondeaGmbH出售，商標(biāo)為“Disperal”)，將混合物抽真空并攪拌5分鐘。然后在該攪拌后的混合物保持真空的條件下，加入1671克70％硝酸用5014克去離子水稀釋后所得的溶液。再攪拌5-10分鐘。將真空解除后，邊將1671克70％硝酸用5014克去離子水稀釋后所得的溶液注入混合物，邊將該混合物通過一個(gè)在線混合均化器，使該混合物凝膠化。將所得凝膠干燥，再碎裂成大小約為0.25-1厘米的大顆粒，然后直接加入旋轉(zhuǎn)爐中。該旋轉(zhuǎn)爐用的是一根長(zhǎng)度為213厘米、直徑為15厘米的碳化硅管，它有溫度保持在1405℃的50厘米高溫區(qū)。爐管與水平線的傾斜角為6°，轉(zhuǎn)速約為18轉(zhuǎn)/分。所述的大顆粒爆炸粉碎后具有一個(gè)粒度范圍，從中分離出50T尺寸的磨粒用于機(jī)械試驗(yàn)。煅燒材料通過旋轉(zhuǎn)爐的時(shí)間約為1-2分鐘。煅燒后磨粒的密度超過3.8克/厘米，它們是直徑約為0.2微米的氧化鋁微晶體。為了比較起見，按相同的方式干燥相同的溶膠凝膠配方，再滾壓粉碎后制得通過24目的顆粒，在約800℃焙燒后，按常規(guī)方法在常規(guī)旋轉(zhuǎn)爐中煅燒。所得磨粒是與本發(fā)明爆炸粉碎法制得的相同亞微米級(jí)氧化鋁微晶體。然后用完全相同的磨粒量、背襯、初始粘結(jié)涂層和膠結(jié)涂層，將這兩種磨粒試樣分別制成磨帶。每條磨帶的寬為6.4厘米，長(zhǎng)為152.4厘米。每平方米表面積上粘接的磨粒量為590克。令磨帶以9000表面米/分的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，施加6.8千克的力并在冷卻劑作用下用于切削304不銹鋼棒，歷時(shí)4分鐘。在這段時(shí)間內(nèi)，用常規(guī)磨粒制成的磨帶切削74克，而用爆炸粉碎磨粒制成的磨帶切削94克，比常規(guī)磨帶高27％。實(shí)施例2用主要如圖2所示的設(shè)備將在室溫下干燥的粒度約為+24T的加晶種溶膠凝膠氧化鋁大顆粒直接加入旋轉(zhuǎn)爐中溫度為1000℃的高溫區(qū)，加入的速度約為2.25-4.5千克/小時(shí)。除管的轉(zhuǎn)速約為10轉(zhuǎn)/分和與水平線的傾斜角為7°以外，該旋轉(zhuǎn)爐與實(shí)施例1中所用的爐相同。凝膠顆粒在爐中被爆炸粉碎，其粒度分布列于下表1中。表1</tables>在另一個(gè)操作中，上述爆炸粉碎的材料被進(jìn)一步燒結(jié)至密度大于3.8克/厘米3。燒結(jié)后材料的粒度范圍列于如下的表2中。在這兩種磨粒中，氧化鋁都是亞微米微晶形式。表2</tables>實(shí)施例3本實(shí)施例說明本發(fā)明新穎的磨粒及其制備方法。按如下方法制備未加工的加晶種氧化鋁凝膠在裝有兩個(gè)西格馬形槳片和一個(gè)擠壓螺桿的高固體量Jaygo混合機(jī)中，加入148千克勃姆石(購(gòu)自CondeaGmbH，注冊(cè)商標(biāo)為“Disperal”)和40千克去離子水。在螺桿反方向旋轉(zhuǎn)下，將該混合物攪拌5分鐘。然后加入α氧化鋁水漿料(29千克4％α氧化鋁固體分散體，該α氧化鋁的BET表面積大于110米2/克)，繼續(xù)攪拌8分鐘后，加入30千克22％硝酸，再繼續(xù)攪拌20分鐘。最后正方向轉(zhuǎn)動(dòng)擠壓螺桿，經(jīng)過一個(gè)6.3毫米的擠壓模頭擠出所形成的凝膠。然后將此凝膠擠壓物干燥至含水量約為30-35％重量，再分成兩份。將第一份凝膠滾壓粉碎，在600-800℃溫度焙燒，然后在旋轉(zhuǎn)爐中燒結(jié)至理論密度的97％以上。對(duì)燒結(jié)的磨粒進(jìn)行篩分，分離出粒度為50T的磨粒，然后測(cè)量這些磨粒的長(zhǎng)寬比和研磨性能。它代表常規(guī)滾壓粉碎、弱形狀的溶膠凝膠氧化鋁磨粒。除了先將待爆炸粉碎的材料篩分至+10目，除去細(xì)顆粒以外，按實(shí)施例2中所述的方法將第二份凝膠加工至密度超過理論密度的97％。從爆炸粉碎產(chǎn)物中篩分出粒度為50T的相同磨粒。也對(duì)這一級(jí)分進(jìn)行長(zhǎng)寬比分析，并評(píng)價(jià)其研磨性能。長(zhǎng)寬比分析對(duì)于50T粒度，將要進(jìn)行長(zhǎng)寬比分析的磨粒篩分至-45+50；對(duì)于36T粒度，將要分析的磨粒篩分至-30+35。使用的設(shè)備是一個(gè)裝有NikonMicroNikkor55毫米微距攝影透鏡的DageMTIOPA-81高分辨黑白照相機(jī)，安裝在BencherM2照相機(jī)支撐架上，用以拍攝磨粒照片。拍攝時(shí)，將磨粒分散在黑紙上(對(duì)白色磨粒而言)，拍攝視野內(nèi)幾個(gè)磨粒的照片。僅用頂部螢光燈照明，要避免陰影和過度強(qiáng)光。照相機(jī)用固定架上的頂部孔和照相機(jī)背面的中心孔安裝在照相機(jī)支撐架上，照相機(jī)支撐架上的垂直移動(dòng)標(biāo)尺鎖定在約44厘米處。照相機(jī)鏡頭光圈設(shè)定在F-2.g。在照相機(jī)支撐架的底板上放置一桿米制直尺，對(duì)照相機(jī)進(jìn)行聚焦并設(shè)定所需長(zhǎng)度的線(它實(shí)際上是10毫米，即10000微米)，對(duì)拍攝系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。將放有磨粒的黑紙移動(dòng)，產(chǎn)生不同的視野，分析不同的磨粒。拍攝照片，并用CompixCImaging1280/Simple51軟件系統(tǒng)進(jìn)行分析。在檢測(cè)過程中為了有助于更好地對(duì)準(zhǔn)磨粒邊緣，按圖象增強(qiáng)方式進(jìn)行圖象清晰化操作。然后產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制圖象(binaryimage)，對(duì)磨粒圖象進(jìn)行編選，保證拍攝的兩個(gè)磨粒不相互接觸并消除明顯歪曲的圖象。為了排除圖象中與紙有關(guān)的背景噪音，檢測(cè)磨粒的最小粒度范圍設(shè)定在200平方微米?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，設(shè)定這種最小值并沒有漏去檢測(cè)的磨粒。用Simple51軟件采集的數(shù)據(jù)包括視野中各個(gè)磨粒的面積、最大長(zhǎng)度和最大寬度。該試驗(yàn)對(duì)每種試樣至少測(cè)量200-250個(gè)磨粒的這些參數(shù)。然后將收集的數(shù)據(jù)輸入Microsoft’sExcel(Release5.0)軟件，計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、長(zhǎng)寬比和有關(guān)的累積數(shù)據(jù)。評(píng)估研磨性能按標(biāo)準(zhǔn)涂布量將磨粒靜電沉積在涂有酚醛樹脂粘合劑涂層的布背襯上。然后使粘合劑固化。在這些磨粒上面涂布酚醛樹脂膠結(jié)涂層后，使其固化。將此涂覆磨料制成長(zhǎng)為152.4厘米、寬為6.35厘米的環(huán)形磨帶。以914.4表面米/分的線速度、用水冷卻劑、在6.8千克力的作用下對(duì)一根不銹鋼304棒進(jìn)行磨削，按恒力方式對(duì)磨帶進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)記下20分鐘內(nèi)總的鋼磨削量。所有磨粒具有由直徑約為0.2-0.4微米(用平均截距法測(cè)量)α氧化鋁微晶構(gòu)成的微晶結(jié)構(gòu)。評(píng)估的結(jié)果試樣每100個(gè)磨粒中相對(duì)％研磨性能L/D＞/＝2.0GMS磨消量/20磨粒的相對(duì)％數(shù)分鐘實(shí)施例354207284對(duì)比例325100199從上述數(shù)據(jù)可以清楚地看出，爆炸粉碎的磨粒具有相當(dāng)優(yōu)越的研磨性能，它與對(duì)比試樣的弱形狀磨粒有很大不同。其中L/D比大于或等于2.0的磨粒的比例要高得多。實(shí)施例4除了使用稍有不同的溶膠凝膠法以外，本實(shí)施例按實(shí)施例3相似的方法進(jìn)行。在所有其它方而這兩個(gè)實(shí)施例是相同的。用于制造對(duì)比磨粒和本發(fā)明磨粒的方法如下在一個(gè)混合容器中裝入908千克的水、118千克稀釋的α氧化鋁晶種漿料和41千克的21％硝酸。所述的α氧化鋁晶種漿料含有4％重量的表面積超過120米2/克的α氧化鋁晶種(通過在Sweco球磨機(jī)中用Diamonite低純度氧化鋁磨介研磨8％亞微米級(jí)α氧化鋁水分散體制得)。該混合物用高速分散槳片攪拌，并抽真空除去氣泡。測(cè)得的pH值約為4。然后將該混合物和21％硝酸一起泵入一在線均化器中，供料速度為0.6升/分，使該混合物均化。將所得的凝膠干燥至含水量約為30-35％。然后將干燥的凝膠分成兩份，按實(shí)施例3所述的方法分別進(jìn)一步處理和評(píng)估。結(jié)果如下試樣每100個(gè)磨粒中相對(duì)％研磨性能L/D＞/＝2.0GMS磨削量/20分鐘磨粒的相對(duì)％數(shù)實(shí)施例436171281對(duì)比例421100212這些數(shù)據(jù)也表明，對(duì)于低固體含量的方法而言，在用常規(guī)方法制得的磨粒和用本發(fā)明方法制得的磨粒之間也有明顯的區(qū)別。實(shí)施例5除了被測(cè)試磨粒的粒度不同外，本實(shí)施例的方法與實(shí)施例3相同。這里是分離出粒度級(jí)分為36T的部分，而不是50T的級(jí)分，進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果如下試樣每100個(gè)磨粒中相對(duì)％研磨性能L/D＞/＝2.0GMS磨削量/20分鐘磨粒的相對(duì)％數(shù)實(shí)施例527142259對(duì)比例519100149因此，即使本發(fā)明磨粒中較長(zhǎng)磨粒的相對(duì)數(shù)目?jī)H為用常規(guī)滾壓粉碎法制得磨粒的142％，但其研磨性能的提高仍相當(dāng)驚人。實(shí)施例6本實(shí)施例表明七種材料的尺寸和重量變化。這七種材料具有相同的標(biāo)準(zhǔn)45/50粒度。其中三種材料是按本發(fā)明方法爆炸粉碎的加晶種溶膠凝膠氧化鋁材料的不同試樣。另外三種是滾壓粉碎加晶種溶膠凝膠氧化鋁材料制得的，所述的加晶種溶膠凝膠氧化鋁材料與按本發(fā)明方法粉碎的磨粒相同。另一種試樣是市售的氧化鋁磨粒(購(gòu)自3M公司，商品名稱為“321Cubitron”)。據(jù)稱這種磨粒是用未加晶種的溶膠凝膠氧化鋁法制得的，這種氧化鋁用少量的氧化釔和稀土金屬氧化鋁改性。據(jù)知這種磨粒是用機(jī)械碾碎法制得。這種磨粒的晶體結(jié)構(gòu)是直徑約為1-7微米(用平均截距法測(cè)量)的氧化鋁晶體。結(jié)果列于如下表3中表3平均長(zhǎng)度平均寬度平均高度平均體積試樣微米微米微米微米3發(fā)明17544001793.95發(fā)明28723992693.90發(fā)明36734242543.19滾壓15974502992.22滾壓26154142822.92滾壓36014502262.873216493962312.27除了還用白光干擾技術(shù)測(cè)量顆粒的高度外，使用與實(shí)施例3相同的測(cè)量技術(shù)。這些數(shù)據(jù)表明雖然決定粒度的尺寸(寬度)在試樣范圍內(nèi)僅差約54微米，這是由于所有試樣具有相同的粒度(45/50)，而各類試樣顆粒的平均高度和平均寬度的范圍相互重迭，平均長(zhǎng)度以及因此平均重量則在明顯不同的范圍內(nèi)，按本發(fā)明方法粉碎的磨粒比現(xiàn)有技術(shù)滾壓粉碎的磨粒更長(zhǎng)，而且更重。權(quán)利要求1.一種含干燥但未經(jīng)煅燒的溶膠凝膠氧化鋁的組合物的爆炸粉碎方法，所述組合物中揮發(fā)性物質(zhì)含量至少為5％重量，方法的特征在于是將組合物的顆粒直接加入到溫度保持在400-1600℃的爐中并控制爐中的停留時(shí)間，產(chǎn)生爆炸性粉碎的氧化鋁顆粒。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的爐為管形旋轉(zhuǎn)爐。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在爐內(nèi)最高溫度區(qū)(高溫區(qū))的停留時(shí)間為1秒到30分鐘。4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的爐管與水平線的傾斜角為1°-60°。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述管的轉(zhuǎn)速為0.5-40轉(zhuǎn)/分。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于送入爐中的含干燥溶膠凝膠氧化鋁組合物含有5-60％重量的揮發(fā)性物質(zhì)。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于直接將所述含干燥溶膠凝膠氧化鋁的組合物加到爐中高溫區(qū)附近。8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于爐內(nèi)的溫度和停留時(shí)間足以形成α相，并至少燒結(jié)至理論密度的95％。9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的爐子保持在低于燒結(jié)α氧化鋁所需溫度以下的溫度，然后再將爆炸性粉碎的材料燒結(jié)至接近于理論密度。10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于在燒結(jié)前，對(duì)爆炸性粉碎的材料進(jìn)行粉碎，以進(jìn)一步調(diào)節(jié)粒度。11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于在進(jìn)行燒結(jié)操作前，用選自稀土金屬、過渡金屬、銣、銫和釔的可溶金屬鹽溶液處理所述經(jīng)爆炸性粉碎的材料。12.一種含干燥但未經(jīng)煅燒的溶膠凝膠氧化鋁的組合物的爆炸粉碎方法，所述組合物中揮發(fā)性物質(zhì)含量為20-40％重量，其特征在于是將該組合物加入到管形旋轉(zhuǎn)爐中，該爐內(nèi)高溫區(qū)的溫度保持在600-1500℃，爐管與水平線間的傾斜角為2°-20°，轉(zhuǎn)速為2-20轉(zhuǎn)/分。13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于爐內(nèi)的溫度和停留時(shí)間足以形成α相，并至少燒結(jié)至理論密度的95％。14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述的爐子保持在低于燒結(jié)α氧化鋁所的溫度以下的溫度，然后再將爆炸性粉碎的材料燒結(jié)至接近于理論密度。15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于在燒結(jié)前，對(duì)爆炸性粉碎的材料進(jìn)行粉碎，以進(jìn)一步調(diào)節(jié)粒度。16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于在進(jìn)行燒結(jié)操作前，用選自稀土金屬、過渡金屬、銣、銫和釔的可溶金屬鹽溶液處理所述經(jīng)爆炸性粉碎的材料。17.一種干燥但未經(jīng)煅燒的未加晶種溶膠凝膠氧化鋁的爆炸粉碎方法，所述組合物中揮發(fā)性物質(zhì)含量為20-40％重量，其特征在于是將該組合物加入到管形旋轉(zhuǎn)爐中，該爐內(nèi)高溫區(qū)的溫度保持在600-1650℃，爐管與水平線間的傾斜角為3°-20°，轉(zhuǎn)速為1-20轉(zhuǎn)/分。18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于爐內(nèi)的溫度和停留時(shí)間足以形成α相，并至少燒結(jié)至理論密度的95％。19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述的爐子保持在低于燒結(jié)α氧化鋁所需溫度以下的溫度，然后再將爆炸性粉碎的材料燒結(jié)至接近于理論密度。20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于在燒結(jié)前，對(duì)爆炸性粉碎的材料進(jìn)行粉碎，以進(jìn)一步調(diào)節(jié)粒度。21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于在進(jìn)行燒結(jié)操作前，用選自稀土金屬、過渡金屬、銣、銫和釔的可溶金屬鹽溶液處理所述經(jīng)爆炸性粉碎的材料。22.一種粘接磨具，其特征在于它含有用如權(quán)利要求1所述方法爆炸粉碎的磨粒。23.一種粘接磨具，其特征在于它含有用如權(quán)利要求12所述方法爆炸粉碎的磨粒。24.一種粘接磨具，其特征在于它含有用如權(quán)利要求17所述方法爆炸粉碎的磨粒。25.一種涂敷磨具，其特征在于它含有用如權(quán)利要求1所述方法爆炸粉碎的磨粒。26.一種涂敷磨具，其特征在于它含有用如權(quán)利要求12所述方法爆炸粉碎的磨粒。27.一種涂敷磨具，其特征在于它含有用如權(quán)利要求17所述方法爆炸粉碎的磨粒。28.氧化鋁磨粒，其特征在于相對(duì)于縱向尺寸它是不對(duì)稱的，在制得的磨粒的所有粒度級(jí)分內(nèi)，都含有25％以上，其長(zhǎng)寬比至少為2∶1和密度至少為95％理論密度的磨粒。29.如權(quán)利要求28所述的氧化鋁磨粒，其特征在于長(zhǎng)寬比超過2∶1的磨粒百分?jǐn)?shù)大于30％。30.如權(quán)利要求28所述的氧化鋁磨粒，其特征在于它都是尺寸為0.01-10微米的燒結(jié)氧化鋁晶體。31.如權(quán)利要求30所述的氧化鋁磨粒，其特征在于所述氧化鋁晶體是亞微米級(jí)的。32.如權(quán)利要求28所述的氧化鋁磨粒，其特征在于它是用高達(dá)10％的一種或多種氧化物改性的燒結(jié)氧化鋁，所述的氧化物選自鎂、鋯、稀土金屬、過渡金屬、銣、銫和釔的氧化物。全文摘要將干燥但未經(jīng)煅燒的溶膠凝膠氧化鋁加入到溫度保持在能從凝膠顆粒中除去揮發(fā)性物質(zhì)溫度以上的爐中,可以使其發(fā)生爆炸性粉碎。再在適當(dāng)?shù)母邷叵蚂褵阋孕纬赏耆旅芑摩裂趸X顆粒,其粒度可直接適用作磨粒。文檔編號(hào)C04B35/111GK1180344SQ96193054公開日1998年4月29日申請(qǐng)日期1996年3月27日優(yōu)先權(quán)日1995年4月5日發(fā)明者A·K·加格,A·K·哈翁特,L·E·奧恩,M·R·楊申請(qǐng)人:圣戈本/諾頓工業(yè)陶瓷股份有限公司