專利名稱：Al的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及Al2O3-Y2O3-ZrO2/HfO2無定形和/或陶瓷材料(包括玻璃，晶狀陶瓷，玻璃陶瓷)及其制備方法。
相關(guān)技術(shù)的描述人們已知有許多種無定形(包括玻璃)和玻璃狀陶瓷組合物。大多數(shù)氧化物玻璃體系使用如SiO2，B2O3，P2O5GeO2，TeO2，AsO3和V2O5等用作玻璃形成物質(zhì)，有助于玻璃的形成。使用這些玻璃形成物質(zhì)的玻璃組合物，可以對其熱處理形成玻璃陶瓷。由此些玻璃形成物質(zhì)形成的玻璃和玻璃陶瓷，其使用溫度通常低于1200℃，一般約700-800℃。玻璃陶瓷要比形成它的玻璃能耐更高的溫度。
盡管某些非常規(guī)玻璃，如稀土氧化物-氧化鋁基的玻璃(見公開于2001年4月19日的No.WO01/27046A1的PCT申請和公開于2000年2月15日的No.JP2000-045129的日本文件)是已知的，還需要一些新型的玻璃和玻璃陶瓷，以及已知的和這些新型的玻璃和玻璃陶瓷的用途。
另一方面，本領(lǐng)域中已知許多種磨粒，如金剛石磨粒、立方氮化硼磨粒、熔凝磨粒、燒結(jié)陶瓷磨粒(包括溶膠凝膠法磨粒)。在有些研磨用途中，磨粒以松散形式使用；而在另一些情況下，磨粒則裝入磨具，如涂布磨具、粘合磨具、非織造磨具和研磨刷中。對一具體研磨用途用來選擇磨料的標(biāo)準(zhǔn)是拋光壽命、磨削速度、基材表面光潔度、拋光效率和產(chǎn)品成本。
從約1900年1980中期，用于研磨用途例如使用涂布和粘合磨具的用途的主要磨粒，，一直是熔凝磨粒。熔凝磨粒有兩類(1)熔凝α氧化鋁磨粒，例如見美國專利1,161,620(Coulter)，1,192,709(Tone)，1,247,337(Saunders等人)，1,268,533(Allew)，2,424,645(Bauman等人)；(2)熔凝(有時也稱“共熔凝”)氧化鋁-氧化鋯磨粒，例如見美國專利3,891,408(Rowse等人)，3,781,172(Poon等人)5,143,522(Gibson等人)，又美國專利5,023,212(Dubuts等人)，5,336,280(Dubots等人)報導(dǎo)了某些熔凝氧氮化物磨粒。熔凝氧化鋁磨粒的制造，一般是將例如鋁礦或鋁土礦的氧化鋁原料以及其他所需添加劑加入一熔爐內(nèi)，加熱至熔點以下，冷卻熔體形成固化物質(zhì)，破碎成顆粒，然后過篩分級獲得所需的磨粒粒度分布。熔凝氧化鋁-氧化鋯磨粒制造方法類似，不同的是熔爐中加入氧化鋁原料加上氧化鋯原料，熔體要冷卻得更快。對于熔凝氧化鋁-氧化鋯磨粒氧化鋁原料用大約50-80重量％，氧化鋯原料50-20重量％。制造熔凝氧化鋁以及氧化鋁-氧化鋯磨粒的過程可包括在冷卻步驟之前從熔體除去雜質(zhì)。
雖然熔凝的氧化鋁和氧化鋁-氧化鋯磨粒仍廣泛用于研磨用途，包括使用涂布和粘合磨具的用途，但自1980年代中期，許多研磨用途的主要磨粒是溶膠凝膠法α氧化鋁磨粒，例如見美國專利4314827(Leitheiser等人)，4518397(Leitheiser等人)，4623364(Cottringer等人)，4744802(Schwabel等人)，4770671(Monroe等人)，4881951(Wood等人)，4960441(Pellow等人)，5139978(Wood)，5201916(Berg等人)，5366523(Rouen-horst等人)，5429647(Larmie等人)，5547479(Conwell等人)，5498269(Larmie等人)，551963)(Larmie等人)，5725162(Garg等人)。
溶膠凝膠法α氧化鋁磨?？梢跃哂杏珊芗?xì)α氧化鋁晶粒構(gòu)成的顯微結(jié)構(gòu)，有或者沒有第二相。其對金屬的拋光行為，例如用其制造的磨具的所測拋光壽命比用常規(guī)熔凝α氧化鋁磨粒所制的磨具長得多。
制造溶膠凝膠法磨粒的工藝過程通常比制造熔凝磨粒要較為復(fù)雜，成本也高。其制造通常是先制備含水、氧化鋁-水合物(勃母石)、有時還有膠溶劑(例如酸如硝酸)的分散液或溶膠，使分散液膠凝，干燥，破碎成為顆粒，過篩獲得所需粒度的顆粒，煅燒除去揮發(fā)物，在低于氧化鋁熔點的溫度進(jìn)行燒結(jié)，過篩分級獲得所需磨粒粒度分布。經(jīng)常在燒結(jié)磨粒中加入一種金屬氧化物改性劑，以便改變或在其他方面修改燒結(jié)磨粒的物理性質(zhì)和/或顯微結(jié)構(gòu)。
有許多種磨具。磨具通常包含粘合劑和由粘合劑固定在磨具中的許多磨粒。磨具有涂布磨具、粘合磨具、非織造磨具和研磨刷。
粘合磨具的例子有磨輪、切割輪、鏜磨石。制造粘合磨具的粘合劑主要類型有樹膠狀物質(zhì)、玻璃質(zhì)和金屬。樹膠狀物質(zhì)粘合磨具使用一種有機(jī)粘合劑物系，(如酚醛粘合劑物系)將磨粒粘合在一起形成一個形體，見例如美國專利4741743(Narayanan等人)，4800685(Haynes等人)，5037453(Narayanan等人)，5110332(Narayanan等人)。另一主要類型是玻璃質(zhì)粘合磨輪，其中使用一種玻璃粘合劑物系將磨粒粘合在一起，見例如美國專利4543107(Rne)，4898587(Hay等人)。4997461(Narkhoff-Matheny等人)，5863308(Qi等人)。這些玻璃粘合劑通常在900°-1300℃固化之?，F(xiàn)今的玻璃質(zhì)粘合磨輪既使用熔凝氧化鋁磨粒，又使溶膠凝膠法磨粒。然而，熔凝氧化鋁-氧化鋯一般不用于玻璃質(zhì)粘合磨輪中，部分是因為其熱穩(wěn)定性差。在玻璃粘合劑固化的高溫度，氧化鋁-氧化鋯的物理性質(zhì)變差，因而顯著降低其拋光性能。金屬粘合制品通常使用燒結(jié)的或鍍敷的金屬來粘合磨粒。
磨粒的磨具工業(yè)一直在需要一些磨粒和磨具，它們應(yīng)該容易而便宜地制造，和/或比常規(guī)的磨粒和磨具性能又好。
發(fā)明概述本發(fā)明提供無定形(包括玻璃)和/或陶瓷(包括玻璃、結(jié)晶陶瓷、玻璃陶瓷)材料，這些材料包含(以理論氧化物為基礎(chǔ)；例如可以一種反應(yīng)產(chǎn)物(如Y2Al5O12)以形式出現(xiàn))Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2這兩者中的至少一種，包括玻璃、結(jié)晶陶瓷(如復(fù)合氧化物(如復(fù)合Al2O3·Y2O3)和/或ZrO2的晶粒)材料，其中在不具有Tg的無定形材料中，某些優(yōu)選實施方式具有互有垂直的x，y，z尺寸，各x，y，z尺寸至少為30、35、40、45、50、75、100、150、200、250、500、1000、2000、2500微米、1、5乃至10毫米。一個材料的x，y，z尺寸或目視或使用顯微鏡測定，視尺寸的大小而異。所報告的Z尺寸例如是球的直徑、涂層的厚度或棱柱形體的最大長度。本發(fā)明有些實施方式的陶瓷材料可以包含，基于陶瓷的總重，例如少于40重量％(30、35、25、20、15、10、5、3、2、1乃至0重量％)的常規(guī)玻璃形成物質(zhì)如SiO2，AsO3，B2O3，P2O5，GeO2，TeO2，V2O5和/或其組合。本發(fā)明陶瓷可以包含，例如至少1，2，3，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95乃至100體積％無定形材料。本發(fā)明有些實施方式的陶瓷可以包含，基于陶瓷總體積，例如至少1，2，3，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95乃至100體積％的結(jié)晶陶瓷。
本發(fā)明陶瓷通常包含基于其總重的至少30重量％的Al2O3。本發(fā)明陶瓷更為通常地包含基于其總重至少30(較好約30-60)重量％的Al2O3，至少20％(約20-65％)重量％Y2O3，和至少5(約5-30)重量％ZrO2和/或HfO2。ZrO2∶HfO2重量比可以1∶0(既全部ZrO2；無HfO2)，至0∶1，此重量比也可以是至少99，98，97，96，95，90，85，80，75，70，65，60，55，50，45，40，35，30，25，20，20，15，10和5重量份ZrO2與相應(yīng)量的HfO2，(如，至少99重量份ZrO2和不大于1重量份HfO2)以及至少99，98，97，96，95，90，85，80，75，70，65，60，55，50，45，40，35，30，25，20，20，15，10和5重量份HfO2與相應(yīng)量的HfO2。本發(fā)明陶瓷還可以包含REO。
對于包含結(jié)晶陶瓷的本發(fā)明陶瓷，某些實施方式中，該陶瓷(a)顯示含晶粒(如復(fù)合氧化物如復(fù)合Al2O3、Y2O3和/或ZrO2的晶粒)的顯微結(jié)構(gòu)，其平均晶粒尺寸小于1微米，一般小于500乃至小于300、200或150，有些實施方式中小于100、75、25或20納米；(b)不存在共晶顯微結(jié)構(gòu)特征(即晶落和片晶結(jié)構(gòu))和蜂窩狀結(jié)構(gòu)這兩者中的至少一種。也屬于本發(fā)明范圍的是，有些實施方式中該陶瓷具有至少一個平均晶粒尺寸在所指定范圍內(nèi)的結(jié)晶相與至少一個(不同的)平均粒尺寸在所指定范圍外的結(jié)晶相。
本發(fā)明某些實施方式是無定形材料，它包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2這兩者中的至少一種，基于無定形材料總重，此Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2中的至少一種的合量占至少80重量％(85，90，95，97，98，99乃至100重量％)。
本發(fā)明有些實施方式是無定形材料，它包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2這兩者中的至少一種，基于無定形材料總重，此Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2中的至少一種的合量占至少60重量％(65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100重量％)，SiO2少于20重量％(較好少于15、10、5乃至0重量％)，B2O3少于20重量％(較好少于15、10、5乃至0重量％)。
本發(fā)明有些實施方式是無定形材料，它包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2這兩者中的至少一種，基于無定形材料總重，此Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2中的至少一種的合量占至少60重量％(65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100重量％)，SiO2、B2O3和P2O5的含量少于40重量％(較好少于35，30，25，20，15，10，5乃至0重量％)。
本發(fā)明有些實施方式是陶瓷，它包含例如至少5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100體積％無定形材料，該無定形材料包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2這兩者中的至少一種，基于此無定形材料總重，此Al2O3、Y2O3和至少一種ZrO2和HfO2中的至少一種的合量占至少80重量％(85，90，95，97，98，99乃至100重量％)。
本發(fā)明有些實施方式是陶瓷，它包含例如至少5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100體積％無定形材料，該無定形材料包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2這兩者中的至少一種，基于此無定形材料總重，此Al2O3、Y2O3和至少一種ZrO2和HfO2中的至少一種的合量占至少60重量％(65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100重量％)，SiO2少于20(較好少于15，10，5乃至0)重量％，B2O3少于20重量％。此陶瓷還可包含例如至少95、90、85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10、5、3、2、1體積％結(jié)晶陶瓷。
本發(fā)明有些實施方式是陶瓷，它包含例如至少5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100體積％無定形材料，該無定形材料包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2這兩者中的至少一種，基于此無定形材料總重，此Al2O3、Y2O3和至少一種ZrO2和HfO2中的至少一種的合量占至少60重量％(65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100重量％)，SiO2、B2O3和P2O5的合量少于40重量％。此陶瓷還可包含例如至少95、90、85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10、5、3、2、1體積％結(jié)晶陶瓷。
本發(fā)明某些實施例是玻璃陶瓷，它包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2這兩者中的至少一種，基于此玻璃陶瓷的總重，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2中的至少一種的合量占至少80(85，90，95，97，98，99乃至100)重量％。此玻璃陶瓷可以包含例如至少1、2、3、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95體積％玻璃。此玻璃陶瓷可以包含例如至少99、98、97、95、90、85、70、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10、5體積％結(jié)晶陶瓷。
本發(fā)明某些實施例是玻璃陶瓷，它包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2這兩者中的至少一種，基于此玻璃陶瓷的總重，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2中的至少一種的合量占至少60(65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100)重量％。SiO2少于20(較好的，少于15，10，5乃至0)重量％，B2O3少于20(較好的，少于15，10，5乃至0)重量％。此玻璃陶瓷可以包含例如至少1、2、3、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95體積％玻璃。此玻璃陶瓷可以包含例如至少99、98、97、95、90、85、70、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10、5體積％結(jié)晶陶瓷。
本發(fā)明某些實施例是玻璃陶瓷，它包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2這兩者中的至少一種，基于此玻璃陶瓷的總重，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2中的至少一種的合量占至少60(65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100)重量％。SiO2，B2O3和P2O5的含量少于40重量％。此玻璃陶瓷可以包含例如至少1，2，3，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95體積％無定形材料。此玻璃陶瓷可以包含例如至少99、98、97、95、90、85、70、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或5體積％結(jié)晶陶瓷。
本發(fā)明有些實施方式是玻璃陶瓷，它包含Al2O3、Y2O3和至少一種ZrO2和HfO2這兩者的至少一種，此玻璃陶瓷(a)顯示一種包含晶粒(例如復(fù)合金屬氧化物如復(fù)合Al2O3、Y2O3和/或ZrO2的晶粒)的顯微結(jié)構(gòu)，這些晶粒的平均尺寸小于1微米(一般小于500，乃至300、220或150納米；有些實施方式中，小于100、75、50、25、或20納米)；(b)不存在共晶顯微結(jié)構(gòu)特征。本發(fā)明有些實施方式是玻璃陶瓷，它包含Al2O3、Y2O3和至少一種ZrO2或HfO2這兩者的至少一種，此玻璃陶瓷(a)顯示一種包含晶粒(例如復(fù)合金屬氧化物如復(fù)合Al2O3、Y2O3和/或ZrO2的晶粒)的非蜂窩顯微結(jié)構(gòu)，這些晶粒的平均尺寸小于1微米(一般小于500，乃至300、220或150納米；有些實施方式中，小于100、75、50、25、或20納米)。此玻璃陶瓷可以包含例如至少1，2，3，5，10，15，20，25，0，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95體積％無定形材料。此玻璃陶瓷可以包含例如至少99、98、97、95、90、85、70、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或5體積％結(jié)晶陶瓷。也屬于本發(fā)明范圍的是，有些實施方式中，此玻璃陶瓷中有至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍內(nèi)的結(jié)晶相和至少一種(不同的)平均晶粒尺寸在所指定范圍外的結(jié)晶相。
本發(fā)明有些實施例是陶瓷，它包含例如至少1、2、3、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、97、98、99乃至100體積％的結(jié)晶陶瓷，此結(jié)構(gòu)陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2這兩者中的至少一種，基于結(jié)晶陶瓷總重，此Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2中的至少一種的含量占80(85，90，95，97，98，99乃至100)重量％。有些實施例中，此陶瓷(a)顯示含晶粒(例如復(fù)合金屬氧化物如復(fù)合Al2O3·Y2O3和/或ZrO2的晶粒)的顯微結(jié)構(gòu)，其平均晶粒尺寸小于1微米(一般小于500、甚至300、200、150納米，有些實施例方式中，小于100、75、50、25乃至20納米)；(b)不存共晶顯微結(jié)構(gòu)特征。本發(fā)明有些實施方式中，此陶瓷(a)顯示含晶粒(例如復(fù)合金屬氧化物如復(fù)合Al2O3·Y2O3和/或ZrO2的晶粒)的非蜂窩顯微結(jié)構(gòu)，其平均晶粒尺寸小于1微米(一般小于500、甚至300、200、150納米，有些實施例方式中，小于100、75、50、25乃至20納米)；此陶瓷可包含例如至少99，98，97，95，90，85，70，75，70，65，60，55，50，45，40，35，30，25，20，15，10，5，3，2，1乃至0體積％的無定形材料。也屬于本發(fā)明范圍的是，有些實施方式中，此陶瓷中有至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍內(nèi)的結(jié)晶相和至少一種(不同的)平均晶粒尺寸在所指定范圍外的結(jié)晶相。
本發(fā)明某些實施例是包含1，2，3，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100％結(jié)晶陶瓷的陶瓷，此結(jié)晶陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2這兩者中的至少一種，基于結(jié)晶陶瓷的總重，Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2這兩者中的至少一種的合量占60重量％(65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100重量％)。SiO2少于20重量％(較好少于15，10，5乃至0重量％)，B2O3少于20重量％(較好少于15，10，5乃至0重量％)。有些較好實施方式中，此陶瓷(a)顯示的顯微結(jié)構(gòu)；(b)不存在共晶結(jié)構(gòu)特征。有些實施方式中，此陶瓷(a)顯示包含晶粒(例如復(fù)合金屬氧化物如復(fù)合Al2O3、Y2O3和/或ZrO2的晶粒)的顯微結(jié)構(gòu)，其平均晶粒尺寸小于1微米(通常小于500、乃至300、200、150納米，有些實施方式中，小于100、75、50、25、20納米的非蜂竄顯微結(jié)構(gòu)。此陶瓷可包含例如至少99，98，97，95，90，85，80，75，70，65，60，55，50，45，40，35，30，25，20，15，10，5，3，2，1體積％無定形材料。也在本發(fā)明范圍的是，有些實施方式中，此陶瓷中有至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍內(nèi)的結(jié)晶相和至少一種(不同的)平均晶粒尺寸在所指定范圍外的結(jié)晶相。
本發(fā)明某些實施例是包含1，2，3，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100％結(jié)晶陶瓷的陶瓷，此結(jié)晶陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2這兩者中的至少一種，基于結(jié)晶陶瓷的總重，Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2這兩者中的至少一種的合量占60重量％(65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100重量％)。SiO2B2O3和P2O5的合量小于40重量％。有些較好實施方式中，此陶瓷(a)顯示的顯微結(jié)構(gòu)；(b)不存在共晶結(jié)構(gòu)特征。有些實施方式中，此陶瓷(a)顯示包含晶粒(例如復(fù)合金屬氧化物如復(fù)合Al2O3、Y2O3和/或ZrO2的晶粒)的顯微結(jié)構(gòu)，其平均晶粒尺寸小于1微米(通常小于500、乃至300、200、150納米，有些實施方式中，小于100、75、50、25、20納米的非蜂窩顯微結(jié)構(gòu)。此陶瓷可包含例如至少99，98，97，95，90，85，70，75，70，65，60，55，50，45，40，35，30，25，20，15，10，5，3，2，1體積％無定形材料。也在本發(fā)明范圍的是，有些實施方式中，此陶瓷中有至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍內(nèi)的結(jié)晶相和至少一種(不同的)平均晶粒尺寸在所指定范圍外的結(jié)晶相。
本發(fā)明有些實施方式是包含例如至少1，2，3，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100體積％結(jié)晶陶瓷的陶瓷，該結(jié)晶陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2這兩者中的至少一種。有些實施方式中，此陶瓷(a)顯示包含晶粒(例如復(fù)合金屬氧化物如復(fù)合Al2O3、Y2O3和/或ZrO2的晶粒)的顯微結(jié)構(gòu)，其平均晶粒尺寸小于1微米(通常小于500、乃至300、200、150納米，有些實施方式中，小于100、75、50、25、20納米的非蜂窩顯微結(jié)構(gòu)。此陶瓷可包含例如至少99，98，97，95，90，85，70，75，70，65，60，55，50，45，40，35，30，25，20，15，10，5，3，2，1體積％無定形材料。也在本發(fā)明范圍的是，有些實施方式中，此陶瓷中有至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍內(nèi)的結(jié)晶相和至少一種(不同的)平均晶粒尺寸在所指定范圍外的結(jié)晶相。
本發(fā)明有些實施方式是包含例如至少1，2，3，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100體積％，結(jié)晶陶瓷的陶瓷，該結(jié)晶陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2這兩者中的至少一種?；谔沾傻目傊?，Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2中的至少一種的合量至少占80重量％(85、90、95、97、98、99乃至100重量％)。有些較好實施方式中，此陶瓷(a)顯示的顯微結(jié)構(gòu)；(b)不存在共晶結(jié)構(gòu)特征。有些實施方式中，此陶瓷(a)顯示包含晶粒(例如復(fù)合金屬氧化物如復(fù)合Al2O3、Y2O3和/或ZrO2的晶粒)的顯微結(jié)構(gòu)，其平均晶粒尺寸小于1微米(通常小于500、乃至300、200、150納米)，有些實施方式中，小于100、75、50、25、20納米的非蜂窩顯微結(jié)構(gòu)。此陶瓷可包含例如至少99，98，97，95，90，85，70，75，70，65，60，55，50，45，40，35，30，25，20，15，10，5，3，2，1體積％無定形材料。也在本發(fā)明范圍的是，有些實施方式中，此陶瓷中有至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍內(nèi)的結(jié)晶相和至少一種(不同的)平均晶粒尺寸在所指定范圍外的結(jié)晶相。
本發(fā)明有些實施方式是包含例如至少1，2，3，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100體積％，結(jié)晶陶瓷的陶瓷，該結(jié)晶陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2這兩者中的至少一種。占60重量％(65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100重量％)。SiO2少于20重量％(較好的，少于15，10，5乃至0重量％)，B2O3少于20重量％(較好少于15、10、5乃至0重量％)，有些較好實施方式中，此陶瓷(a)顯示的顯微結(jié)構(gòu)；(b)不存在共晶結(jié)構(gòu)特征。有些實施方式中，此陶瓷(a)顯示包含晶粒(例如復(fù)合金屬氧化物如復(fù)合Al2O3、Y2O3和/或ZrO2的晶粒)的顯微結(jié)構(gòu)，其平均晶粒尺寸小于1微米(通常小于500、乃至300、200、150納米，有些實施方式中，于小100、75、50、25、20納米的非蜂竄顯微結(jié)構(gòu)。此陶瓷可包含例如至少99，98，97，95，90，85，70，75，70，65，60，55，50，45，40，35，30，25，20，15，10，5，3，2，1體積％無定形材料。也在本發(fā)明范圍的是，有些實施方式中，此陶瓷中有至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍內(nèi)的結(jié)晶相和至少一種(不同的)平均晶粒尺寸在所指定范圍外的結(jié)晶相。
本發(fā)明有些實施方式是包含例如至少1，2，3，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100體積％，結(jié)晶陶瓷的陶瓷，該結(jié)晶陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2這兩者中的至少一種。占60重量％(65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100重量％)，SiO2、B2O5和P2O5的合量少于40重量％，有些實施方式中，此陶瓷(a)顯示包含晶粒(例如復(fù)合金屬氧化物如復(fù)合Al2O3、Y2O3和/或ZrO2的晶粒)的顯微結(jié)構(gòu)，其平均晶粒尺寸小于1微米(通常小于500、乃至300、200、150納米，有些實施方式中，于小100、75、50、25、20納米的非蜂竄顯微結(jié)構(gòu)。此陶瓷可包含例如至少99，98，97，95，90，85，70，75，70，65，60，55，50，45，40，35，30，25，20，15，10，5，3，2，1體積％無定形材料。也在本發(fā)明范圍的是，有些實施方式中，此陶瓷中有至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍內(nèi)的結(jié)晶相和至少一種(不同的)平均晶粒尺寸在所指定范圍外的結(jié)晶相。
本發(fā)明有些實施方式是包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2這兩者至少一種的玻璃陶瓷，該玻璃陶瓷(a)顯示一種包含晶粒(例如復(fù)合金屬氧化物如復(fù)合包含Al2O3、Y2O3和/或ZrO2晶粒)的顯微結(jié)構(gòu)，其平均晶粒尺寸小于200(150、100、75乃至50)納米；(b)具有的密度至少為90％(95、96、97、98、99.5乃至100％)的理論密度、有些實施方式中，此玻璃陶瓷可以缺少共晶結(jié)構(gòu)和非蜂窩結(jié)構(gòu)中的至少一種。也屬于本發(fā)明范圍的是，有些實施方式中，此玻璃陶瓷中有至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍內(nèi)的結(jié)晶相和至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍外的不同結(jié)晶相。
本發(fā)明有些實施方式是包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2這兩者至少一種的玻璃陶瓷，該玻璃陶瓷(a)顯示一種包含晶粒(例如復(fù)合金屬氧化物如復(fù)合包含Al2O3、Y2O3和/或ZrO2晶粒)的顯微結(jié)構(gòu)，其晶粒尺寸沒有大于200(150、100、75乃至50)納米的；(b)具有的密度至少為90％(95、96、97、98、99.5乃至100％)的理論密度、有些實施方式中，此玻璃陶瓷可以缺少共晶結(jié)構(gòu)和非蜂窩結(jié)構(gòu)中的至少一種。也屬于本發(fā)明范圍的是，有些實施方式中，此玻璃陶瓷中有至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍內(nèi)的結(jié)晶相和至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍外的不同結(jié)晶相。
本發(fā)明有些實施方式是包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2這兩者至少一種的玻璃陶瓷，該玻璃陶瓷(a)顯示一種包含晶粒(例如復(fù)合金屬氧化物如復(fù)合包含Al2O3、Y2O3和/或ZrO2晶粒)的顯微結(jié)構(gòu)，其至少一部分晶粒尺寸不大于150(100、75乃至50)納米；(b)具有的密度至少為90％(95、96、97、98、99.5乃至100％)的理論密度、有些實施方式中，此玻璃陶瓷可以缺少共晶結(jié)構(gòu)和非蜂窩結(jié)構(gòu)中的至少一種。也屬于本發(fā)明范圍的是，有些實施方式中，此玻璃陶瓷中有至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍內(nèi)的結(jié)晶相和至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍外的不同結(jié)晶相。
本發(fā)明有些實施方式是充分結(jié)晶化的玻璃陶瓷，該玻璃陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2這兩者的至少一種，該玻璃陶瓷(a)顯示一種包含晶粒(例如復(fù)合金屬氧化物如復(fù)合Al2O3、Y2O3和/或ZrO2的晶粒)的顯微結(jié)構(gòu)，其平均晶粒尺寸不大于1微米(500、300、200、150、100、75乃至50納米)；(b)具有的密度至少為90％(95、96、97、98、99.5乃至100％)的理論密度、有些實施方式中，此玻璃陶瓷可以缺少共晶結(jié)構(gòu)和非蜂窩結(jié)構(gòu)中的至少一種。也屬于本發(fā)明范圍的是，有些實施方式中，此玻璃陶瓷中有至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍內(nèi)的結(jié)晶相和至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍外的不同結(jié)晶相。
本發(fā)明有些實施方式是包含結(jié)晶陶瓷的陶瓷，該陶瓷(a)顯示一種包含晶粒(例如復(fù)合金屬氧化物如復(fù)合Al2O3、Y2O3和/或ZrO2的晶粒)的顯微結(jié)構(gòu)，其平均晶粒尺寸小于200納米(150、100、75乃至50納米)；(b)具有的密度至少為90％(95、96、97、98、99.5乃至100％)的理論密度、有些實施方式中，此玻璃陶瓷可以缺少共晶結(jié)構(gòu)和非蜂窩結(jié)構(gòu)中的至少一種。也屬于本發(fā)明范圍的是，有些實施方式中，此玻璃陶瓷中有至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍內(nèi)的結(jié)晶相和至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍外的不同結(jié)晶相。
本發(fā)明有些實施方式是包含結(jié)晶陶瓷的陶瓷，包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2這兩者的至少一種，該陶瓷(a)顯示一種包含晶粒(例如復(fù)合金屬氧化物如復(fù)合Al2O3Y2O3和/或ZrO2的晶粒)的顯微結(jié)構(gòu)，其中沒有晶粒大于200(150、100、75乃至50)納米；(b)具有的密度至少為90％(95、96、97、98、99.5乃至100％)的理論密度。有些實施方式中，此玻璃陶瓷可以缺少共晶結(jié)構(gòu)和非蜂窩結(jié)構(gòu)中的至少一種。也屬于本發(fā)明范圍的是，有些實施方式中，此玻璃陶瓷中有至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍內(nèi)的結(jié)晶相和至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍外的不同結(jié)晶相。
本發(fā)明有些實施方式是包含結(jié)晶陶瓷的陶瓷，包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2這兩者的至少一種，該陶瓷(a)顯示一種包含晶粒(例如復(fù)合金屬氧化物如復(fù)合Al2O3Y2O3和/或ZrO2的晶粒)的顯微結(jié)構(gòu)，其中至少一部分晶粒尺寸不大于150(100、75乃至50)納米；(b)具有的密度至少為90％(95、96、97、98、99.5乃至100％)的理論密度。有些實施方式中，此玻璃陶瓷可以缺少共晶結(jié)構(gòu)和非蜂窩結(jié)構(gòu)中的至少一種。也屬于本發(fā)明范圍的是，有些實施方式中，此玻璃陶瓷中有至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍內(nèi)的結(jié)晶相和至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍外的不同結(jié)晶相。
本發(fā)明有些實施方式是包含結(jié)晶陶瓷的陶瓷，包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2這兩者的至少一種，該陶瓷(a)顯示一種包含晶粒(例如復(fù)合金屬氧化物如復(fù)合Al2O3Y2O3和/或ZrO2的晶粒)的顯微結(jié)構(gòu)，其中平均晶粒尺寸不大于1微米(500、300、200、150、100、75乃至50納米)；(b)具有的密度至少為90％(95、96、97、98、99.5乃至100％)的理論密度。有些實施方式中，此玻璃陶瓷可以缺少共晶結(jié)構(gòu)和非蜂窩結(jié)構(gòu)中的至少一種。也屬于本發(fā)明范圍的是，有些實施方式中，此玻璃陶瓷中有至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍內(nèi)的結(jié)晶相和至少一種平均晶粒尺寸在所指定范圍外的不同結(jié)晶相。
本發(fā)明某些實施方式是包含αAl2O3、結(jié)晶ZrO2和第一復(fù)合Al2O3·Y2O3的玻璃陶瓷，這三種物質(zhì)的至少一種的平均晶粒尺寸不大于200納米(有些實施方式中優(yōu)選不大于75乃至50納米)，此磨粒的密度是理論密度的至少90％(有時至少95，96，97，98，99，99.5乃至100％)。在有些實施方式中，較好至少75(80，85，80，95，97乃至99)數(shù)目％的結(jié)晶尺寸不大于500納米。有些實施方式中，此玻璃陶瓷較好還包含第二種不同的復(fù)合Al2O3·Y2O3。有些實施方式中，此玻璃陶瓷較好還包含一種復(fù)合Al2O3·REO。
本發(fā)明某些實施方式是包含第一復(fù)合Al2O3·Y2O3、第二不同的復(fù)合Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2的玻璃陶瓷，其中對于第一復(fù)合Al2O3·Y2O3、第二不同的復(fù)合Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2的至少一種，至少90％(有時較好95乃至100)數(shù)目％的結(jié)晶尺寸不大于200(有時較好不大于100、75乃至50)納米，此磨粒的密度是理論密度的至少90％(有時至少95，96，97，98，99，99.5乃至100％)。有些實施方式中，此玻璃陶瓷較好還包含第二種不同的復(fù)合Al2O3·Y2O3。有些實施方式中，此玻璃陶瓷較好還包含一種復(fù)合Al2O3·REO。
本發(fā)明某些實施方式是包含第一復(fù)合Al2O3·Y2O3、第二不同的復(fù)合Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2的玻璃陶瓷，對于第一復(fù)合Al2O3·Y2O3、第二不同的復(fù)合Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2的至少一種，其平均結(jié)晶尺寸不大于100納米(有時較好不大于75乃至不大于50納米)，此磨粒的密度是理論密度的至少90％(有時至少95，96，97，98，99，99.5乃至100％)。有些實施方式中，較好的至少75％(80，85，90，95，97乃至99)數(shù)目％的結(jié)晶尺寸不大于200納米。有些實施方式中，此玻璃陶瓷還包含第二種不同的復(fù)合Al2O3·Y2O3。有些實施方式中，此玻璃陶瓷較好還包含一種復(fù)合Al2O3·REO。
本發(fā)明某些實施方式是包含第一復(fù)合Al2O3·Y2O3、第二不同的復(fù)合Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2的玻璃陶瓷，其中對于第一復(fù)合Al2O3·Y2O3、第二不同的復(fù)合Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2的至少一種，至少90％(有時較好95乃至100)數(shù)目％的結(jié)晶尺寸不大于200納米(有時較好不大于100、75乃至50納米)，此磨粒的密度是理論密度的至少90％(有時至少95，96，97，98，99，99.5乃至100％)。有些實施方式中，此玻璃陶瓷較好還包含一種復(fù)合Al2O3·REO。
另一方面，本發(fā)明提供制造本發(fā)明陶瓷(例如玻璃、或玻璃和結(jié)晶陶瓷包括玻璃(陶瓷)的方法。例如，該方法包括將至少Al2O3、Y2O3以及ZrO2或HfO2這兩者中的至少一種的原料熔化形成熔體；將該熔體冷卻形成含陶瓷的材料。
也在本發(fā)明范圍的是，將某些這里所述的無定形材料或含無定形材料的陶瓷進(jìn)行熱處理成為含結(jié)晶陶瓷(包括玻璃陶瓷)的陶瓷(即使得一部分無定形材料轉(zhuǎn)變成玻璃陶瓷)。
在本申請中“無定形材料”是指由熔體和/或蒸氣相形成的不存在遠(yuǎn)存結(jié)晶結(jié)構(gòu)(由x射線衍射測定)和/或有個對應(yīng)于無定形材料結(jié)晶過程的放熱峰(由DTA即差熱分析，見下面所述“差熱分析”節(jié))的材料；“陶瓷”包括玻璃、結(jié)晶陶瓷、玻璃陶瓷及它們的組合；“復(fù)合金屬氧化物”是指含有二種或多種不同金屬元素和氧的化合物(如CeAl11O18、Dy3Al5O12、MgAl2O4、Y3Al5O12)；“復(fù)合Al2O3·金屬氧化物”是指以理論氧化物為基，包含Al2O3和Al以外的一種或多種金屬元素的復(fù)合金屬氧化物(如CeAl11O18，Dy3Al5O12，MgAl2O4，Y3Al5O12)；“復(fù)合Al2O3·Y2O3”是指以理論氧化物為基，包含Al2O3和Y2O3的復(fù)合金屬氧化物(如Y3Al5O12)；“復(fù)合Al2O3·REO”是指以理論氧化物為基，包含Al2O3和稀土氧化物的復(fù)合金屬氧化物(如CeAl11O18，Dy3Al5O12)；“玻璃”是指顯示玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的無定形材料；“玻璃陶瓷”是指包括由熱處理無定形材料形成的結(jié)晶的陶瓷；“Tg”是指“差熱分析”節(jié)所述試驗確定的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；“Tx”是指“差熱分析”節(jié)所述試驗確定的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；“稀土氧化物”是指氧化鈰(如CeO2)，氧化鏑(Dy2O3)，氧化鉺(Er2O3)，氧化銪(Eu2O3)，氧化釓(Gd2O3)，氧化鈥(Ho2O3)，氧化鑭(La2O3)，氧化镥(Lu2O3)，氧化釹(Nd2O3)，氧化鐠(Pr6O11)，氧化釤(Sm2O3)，氧化鋱(Tb2O3)，氧化釷(Th4O7)，氧化銩(Tm2O3)，氧化鐿(Yb2O3)，及其組合。
“REO”是指稀土金屬氧化物。
此外，不言而喻，除非指明一個金屬氧化物(如Al2O3，復(fù)合Al2O3·金屬氧化物等)是結(jié)晶的，例如在玻璃陶瓷中，否則它可能是無定形、結(jié)晶的、或者部分結(jié)晶部分無定形的。例如，若一種含Al2O3和ZrO2的玻璃陶瓷，其Al2O3和ZrO2可以各是無定形態(tài)、結(jié)晶態(tài)、或部分無定形態(tài)部分結(jié)晶態(tài)，或甚至作為與另一種金屬氧化物的反應(yīng)產(chǎn)物(例如，除非指明Al2O3是以晶體Al2O3或Al2O3的一特定結(jié)晶相如αAl2O3形式存在，否則它可以是結(jié)晶Al2O3和/或是一和多種結(jié)晶的復(fù)合Al2O3·金屬氧化物。
此外，不言而喻，加熱無定形材料形成的不顯示Tg的玻璃陶瓷可能實際上不含玻璃，而是包含結(jié)晶和不顯示Tg的無定形材料。
本發(fā)明陶瓷制品可以制成、形成或轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａе榱?如直到至少1，5，10，25，50，100，150，250，500，750微米，1，5乃至10毫米的珠粒)，片、纖維、顆粒和涂層(如薄涂層)。這些珠粒例如可用在反射裝置，如逆反射片、字母數(shù)字板和路面標(biāo)態(tài)中。顆粒和纖維可用于例如熱絕緣、填料或復(fù)合材料(如陶瓷、金屬或聚合物基質(zhì)的復(fù)合材料)中的增強(qiáng)材料。薄涂層可用于例如作為涉及磨損和熱量控制用途中的保護(hù)涂層。本發(fā)明制品的例子有廚房用具(如盤子)，牙托，增強(qiáng)纖維，切割工具嵌襯，磨料，燃?xì)獍l(fā)動機(jī)部件(如閥和軸承)。其它制品包括在一制品或其他基材外表面上的陶瓷的保護(hù)涂層。本發(fā)明某些陶瓷制品特別適用作磨粒。該磨?？裳b入磨具，也可以松散形式使用。
本發(fā)明磨具包含粘合劑和許多磨粒，一部分磨粒是本發(fā)明磨粒。代表性磨具有涂布磨具、粘合磨具(如磨輪)、非織造磨具和研磨刷。涂布磨具通常有個具有第一和第二相背的主表面的背襯，粘合劑和許多磨粒在一部分第一主表面上形成一個研磨層。
某些實施方式中，磨具中磨粒重量的至少5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95乃至100重量％是本發(fā)明磨粒。
使用前磨粒通常分級至一給定粒度分布。這種分布通常有個粒度范圍，從粗至細(xì)。在磨粒行業(yè)中這個范圍有時稱為“粗”、“調(diào)節(jié)”和“細(xì)”的級分。
根據(jù)工業(yè)上所接受的分級標(biāo)準(zhǔn)來對磨粒進(jìn)行分級，它對每一個標(biāo)稱粒級中的顆粒粒度分布都有數(shù)量上的限定。這些工業(yè)上所接受的分級標(biāo)準(zhǔn)(也就是，指定的標(biāo)稱級別)包括眾所周知的美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ANSI)標(biāo)準(zhǔn)，歐盟磨具(FEPA)標(biāo)準(zhǔn)，日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)。一方面，本發(fā)明涉及的大多數(shù)磨粒有特定的標(biāo)稱級別，其中大多數(shù)磨粒中的一部分是本發(fā)明的磨粒。在一些實施方式中，較好的是以磨具中磨粒的總重量計，至少5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95乃至100重量％的磨粒是本發(fā)明的研顆。
本發(fā)明還提供拋光一個表面的方法，包括使本發(fā)明的磨粒與工件的一個表面接觸；使本發(fā)明的磨粒中的至少一個或接觸表面移動，使該磨粒對表面的至少一部分拋光。
附圖簡述

圖1是經(jīng)熱處理的實施例1材料的拋光截面的SEM顯微鏡照片；圖2是實施例1中材料的DTA曲線；圖3是包括本發(fā)明磨粒的涂布磨具的分解截面示意圖；圖4是包含本發(fā)明磨粒的粘合磨具的透視圖；圖5是包含本發(fā)明磨粒的非織造磨具的放大示意圖。
發(fā)明詳述一般地，本發(fā)明陶瓷的制法，可以是將合適的氧化物原料加熱(包括在火焰中)形成熔體，較好是均勻熔體，快速冷卻提供無定形材料或含無定形材料的陶瓷。本發(fā)明無定形材料或含無定形材料的陶瓷的制造，例如可以是將合適的氧化物原料加熱(包括在火焰中)形成熔體，較好是均勻熔體，快速冷卻提供無定形材料。某些實施方式的無定形材料的制法，例如可以是將氧化物原料在任何合適的爐子(例如感應(yīng)爐、燃?xì)鉅t或電爐)或例如在等離子體中進(jìn)行熔化。將所得熔體冷卻，例如將熔體排入一冷卻介質(zhì)如高速空氣流液體、金屬板(包括急冷金屬板)、金屬輥(包括急冷金屬輥)、金屬球(包括急冷金屬球)中。
在一種方法中，本發(fā)明無定形材料和含無定形材料的陶瓷，其制備可以利用美國專利6254981(Castle)所述的火焰熔化法。是將金屬氧化物原料(例如顆粒形式，有時稱為“進(jìn)料顆?！?直接輸入一燃燒器(如甲烷空氣乙炔氧、氫氧燃燒器等)，然后在例如水、冷卻油、空氣等中淬冷。至于進(jìn)料顆粒的制備，例如可以將金屬氧化物原料拋光、聚集(如噴霧干燥)、熔化或燒結(jié)。輸入火焰的進(jìn)料顆粒的粒度一般決定著所得含無定形材料顆粒的粒度。
有些實施方式的無定形材料也可以用其他技術(shù)獲得，如激光旋轉(zhuǎn)熔化自由落地冷卻、Taylor線技術(shù)、等離子體管技術(shù)、錘砧技術(shù)、離心淬冷、空氣槍急冷、單輥和雙輥淬泠、輥板淬冷、懸滴熔體排出法(例如見Rapid Solidification of Ceramics，Brockway et al，Metals And Ceramics Information Center，A Department of DefenseInformation Analysis Center，Columbus，OH，January，1984)。某些實施方式的無定形材料也可以用其他技術(shù)獲得，如合適前體的熱(包括火焰或激光或等離子體協(xié)助)分解、金屬前體的物理蒸氣合成(PVS)和化學(xué)機(jī)械加工法。
有用的Al2O3-Y2O3-ZrO2/HfO2組合物包括組成為或接近共熔組成(如三元共熔組成)的組合物。除了上述的Al2O3-Y2O3-ZrO2/HfO2外，其他組合物，包括四元或更多元共熔組合物，對于本領(lǐng)域人員來說，在讀了本發(fā)明后是顯而易見的。
Al2O3(基于理論氧化物)的原料，包括商購原料，有礬土(天然的和人工合成的)、煅燒礬土、水含氧化鋁(如勃母石和三水鋁石)、鋁、拜爾法氧化鋁、鋁礦、γ氧化鋁、α氧化鋁、鋁鹽、硝酸鋁及其組合。Al2O3原料可以只含Al2O3也可以除此之外，還含有Al2O3之外的一種或多種金屬氧化物，包括復(fù)合Al2O3·金屬物(如Dy3Al5O12，Y3Al5O12，和CeAl11O18等)或含它的物質(zhì)。
Y2O3(基于理論氧化物)的原料，包括商購原料，氧化釔粉末、釔，釔礦石和釔鹽如碳酸釔，硝酸釔，氯化釔，氫氧化釔和它們的混合物。Y2O3原料可以只含Y2O3。也可以還包含Y2O3以外的一或多種金屬氧化物，包括復(fù)合Y2O3·金屬氧化物(如Y3Al5O12)或含它的材料。
ZrO2(基于理論氧化物)的原料，包括商購原料，氧化鋯粉末、鋯砂、鋯、鋯礦石和鋯鹽如碳酸鋯、醛酸鋯、硝酸鋯、氯化鋯、氫氧化鋯和其組合、ZrO2原料可以只含ZrO2，也可以包含ZrO2以外的金屬氧化物如氧化鉿。HfO2(基于理論氧化物)的原料，包括商購原料，氧化鉿粉末、鉿、鉿礦石和鉿鹽。HfO2原料可以只含HfO2，也可以包含其他金屬氧化物如ZrO2。
本發(fā)明陶瓷還可以包含其他金屬氧化物(即Al2O3、稀土氧化物和ZrO2/HfO2以外的金屬氧化物)。其他有用的金屬氧化物，以理論氧化物為基，有BaO，CaO，Cr2O3，CoO，F(xiàn)e2O3，GeO2，Li2O，MgO，MnO，NiO，Na2O，Sc2O3，SrO，TiO2，ZnO以及其組合。原料包括這些氧化物本身、復(fù)合氧化物、礦、碳酸鹽、乙酸鹽、硝酸鹽、氯化物、氫氧化物等。添加這些金屬氧化物后，可以改善生成的陶瓷的物理性質(zhì)和/或改善其加工。這些金屬氧化物典型的添加量，以陶瓷材料重量計，從0到50％，在一些具體實例中較好的是0到25％，最好0到50％，可以達(dá)到滿意的性質(zhì)。
有些實施方式中，有利的是獲得一部分(較好10、15、20、25、30、35、40、45乃至50重量％)金屬氧化物原料，其方法是將含有至少一種金屬M(fèi)(如Al、Ca、Cu、Cr、Fe、Li、Mg、Ni、Ag、Ti、Zr及組合)的顆粒金屬(或其合金)材料加入到熔體中，或以其它方式用它與其他原料結(jié)合，該金屬M(fèi)具有負(fù)的氧化物生成焓。雖然不擬拘泥于什么理論解釋，但可以認(rèn)為與該金屬氧化相關(guān)的放熱反應(yīng)產(chǎn)生的熱量對于形成均勻熔體的所得的無定形材料是有利的。例如，可以認(rèn)為原料中氧化反應(yīng)產(chǎn)生的額外熱量可以使不充分的熱傳遞消除或降至最小，因而有利于熔體的生成和均勻性，特別當(dāng)形成具有x，y，z尺寸超過150微米的無定形顆粒時。也可以認(rèn)為，有了這種額外的熱量，有助于推動各種化學(xué)反應(yīng)和物理過程(如致密化和球化)達(dá)到完成。還可以認(rèn)為，有時因氧化反應(yīng)產(chǎn)生的額外熱量，使得熔體得以形成，而否則的話由于材料熔點高，這本來是很困難或無法宣傳隊，因氧化反應(yīng)產(chǎn)生的額外熱量實際上有助于無定形材料的形成，否則的話它可能無法形成，或者無法形成所需范圍的尺寸。形成無定形材料時，本發(fā)明另一個優(yōu)點，是許多物理和化學(xué)過程如熔化、致密化和球化可以短時間完成，因而也可以使用很高的淬冷速度。詳情可見共同待審的與本發(fā)明同日提交的U.S.Serial No---(代理人Docket No.56931 US007)。
加入某些金屬氧化物可以改變本發(fā)明陶瓷的性質(zhì)和/或結(jié)晶結(jié)構(gòu)或顯微結(jié)構(gòu)，以及制造陶瓷所用原料和中間物的加工工藝。例如，加入MgO、CaO、Li2O、Na2O已發(fā)現(xiàn)會改變玻璃的Tg和Tx。雖不打算拘泥于理論解釋，但可以認(rèn)為加入這些氧化物會影響玻璃的形成。而且，這些氧化物的加入會降低整個物系的熔點(向更低共熔點方向)和促進(jìn)玻璃形成。多元物質(zhì)(四元等)中的復(fù)合共熔理解會有助于玻璃形成。熔體粘度和玻璃在“操作”范圍的粘度，也受Al2O3、Y2O3，和ZrO2/HfO2以外的金屬氧化物如MgO，CaO，Li2O和Na2O加入的影響。
本發(fā)明無定形材料和玻璃陶瓷通常具有互相垂直的x，y，z尺寸，各至少10微米。有時，至少30，35，40，45，50，75，100，150，200，250，500，1000，2000，2500微米，1，5乃至10毫米。這些尺寸目測或用顯微鏡測量，視尺寸的值而異。所報告的z尺寸例如是球的直徑、涂層厚度或棱柱體的最大長度。無定形材料的含無定形材料的陶瓷結(jié)晶成為玻璃陶瓷的過程也受添加劑的影響。例如，某些金屬、金屬氧化物(如鈦酸鹽和鋯酸鹽)、氧化物可用作成核劑，有利于晶體的異相成核。加入某氧化物還會改變亞穩(wěn)相的本性，導(dǎo)致在再加熱時從玻璃中析晶出來。另一方面，對含ZrO2的本發(fā)明陶瓷，有時宜加入已知能使四方/立方ZrO2穩(wěn)定化的金屬氧化物如TiO2、CaO和MgO。Y2O3已知也對四方/立方ZrO2有穩(wěn)定化作用。
制造本發(fā)明陶瓷時，具體選擇金屬氧化物原料和添加劑要考慮所得含結(jié)晶的陶瓷的所需組成和顯微結(jié)構(gòu)、所需結(jié)晶度、所需物理性質(zhì)如硬度和韌性、避免或使不好的雜質(zhì)含量盡量少、所得陶瓷的所需特性、和/或用來制造陶瓷的具體工藝包括設(shè)備和熔化前和/或熔化時以及固化前和/或固化時對原料的純化。
有時，較好加入限制量的Na2O，P2O5，SiO2，TeO2，V2O3及組合之類的金屬氧化物。其原料包括這些氧化物本身、復(fù)合氧化物、礦石、碳酸鹽、乙酸鹽、硝酸鹽、氯化物、氫氧化物等。這些金屬氧化物的加入可用來改善所得磨粒的物理性質(zhì)和/或改善工藝。其加入量一般0-20重量，較佳0-5重量％，更佳0-2重量％(以玻璃陶瓷重計)，取決于所需性能。
金屬氧化物原料和其他添加劑可以是適合于制造本發(fā)明陶瓷的工藝和設(shè)備的任何形式?？梢杂帽绢I(lǐng)域已知制造氧化物玻璃和無定形材料的技術(shù)和設(shè)備對原料進(jìn)行熔化和淬冷。所需冷卻速度包括50K/S或更大。已知的冷卻技術(shù)包括輥冷。進(jìn)行輥冷可以是將金屬氧化物原料在一般高于熔點20°-200℃的溫度進(jìn)行熔化后，將熔體以高壓(如用空氣、氬氣、氮等)噴射到一高速旋轉(zhuǎn)輥上。輥子用金屬制，且用水冷卻。金屬箱模(book molds)也可用來淬冷熔體。
形成并淬冷熔體和/或以其他方式形成玻璃的其他方法有蒸氣相淬冷、等離子體噴射、熔體排除、氣體或離心噴務(wù)。蒸氣相淬冷可以是例如通過濺射，此時使用金屬合金或金屬氧化物形成的濺射靶。將靶固定在濺射設(shè)備中的一預(yù)定位置，要被涂布的基材置于靶的對面位置。通常壓力為氧或氬氣的10-3乇，在靶和基材之間進(jìn)行放電，Ar或O離子撞擊靶子開始反應(yīng)濺射，從而將一層組合物沉積在基材上。關(guān)于等離子體噴射的詳情可見與本申請同日提交的U.S.Serial No--(代理人Docket，No.579801US002)的共同待批申請。
氣體噴霧法是先將進(jìn)料顆粒熔化成為熔體，然后將該熔體的細(xì)流通過與有粉碎作用的空氣流接觸而噴霧成液體。冷卻得到的是基本分開的通常橢球形玻璃顆粒(如球粒)。顆粒粒度可為5μm-3mm直徑。熔體排除淬冷法如美國專利5605870(Strom-Olsen等人)所述。使用激光束加熱的無容器形成玻璃的技術(shù)可見發(fā)表于2001年4月4日的申請WO 01/27046 A1，也可用來制造本發(fā)明玻璃。
快速冷卻可在受控氣氛如還原性、中性或氧化性氣氛中進(jìn)行，為的是維持和/或影響冷卻時的所需氧化態(tài)。氣氛影響玻璃形成可以是通過影響過冷液體的結(jié)晶動力學(xué)。例如，報導(dǎo)了Al2O3在氬氣氣氛中可達(dá)到比在空氣中更高Al2O3熔體過冷度而不結(jié)晶。
材料的顯微結(jié)構(gòu)或相組成(玻璃/無定形/結(jié)晶)可以多種方法測定，如使用光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、差熱分布(DTA)、X射線衍射(XRD)。
用光學(xué)顯微鏡時，無定形材料通常主要是透明的，由于不存晶界之類的光散射中心，而結(jié)晶材料有結(jié)晶結(jié)構(gòu)，因光散射效應(yīng)而呈半透明。
對珠?？梢杂?100+120目級分(即網(wǎng)眼150μm和120μm的兩個篩子之間收集的級分)測定計算無定形產(chǎn)率百分?jǐn)?shù)。具體測量如下。將一單層珠粒鋪在一玻璃載片上，用光學(xué)顯微鏡觀察。使用其目鏡上的十字線作為導(dǎo)引，數(shù)出位于一直線上的珠粒，它們按光學(xué)透明度而分出無定形或結(jié)晶的。共計數(shù)500顆粒粒，用總計數(shù)除以無定形珠粒數(shù)即得無定形產(chǎn)率百分?jǐn)?shù)。
使用DTA，如材料的相應(yīng)DTA曲線上有放熱結(jié)晶峰(Tx)，則材料歸為無定形，若還有個在Tx溫度以下的吸熱峰，則可視為是玻璃相。若這兩種峰都沒有，則認(rèn)為含有結(jié)晶相。
DTA如下進(jìn)行?？梢杂?140+170目級分(即網(wǎng)眼105μm和90μm的兩個篩子間收集的級分)進(jìn)行DTA試驗(用得自德國Netzsch Instrccments，Selb的商品名“NETZSCH STA409DTA/TGA”的儀器)。一定量(一般400mg)的過篩樣品置于一個100μlAl2O3樣品容器中，以10℃/分的速率由室溫(約25℃)在靜止空氣中升溫至1100℃。
使用XDR(用例如Pillips，Mahwah，NJ的商品名“PHILLIPS XRG3100”的X射線衍射儀，用1.54050埃的Kα1輻射)可以確定材料中的相，是將結(jié)晶材料的XRD圖譜與由國際衍射數(shù)據(jù)中心出版的JCPDS(Joint Committee on Power DiffractionStandards)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較。XRD可用來對各相的類型定性測定。有寬的彌散強(qiáng)度峰是材料無定形性質(zhì)的標(biāo)志。有寬的彌散強(qiáng)度峰是材料無定形性質(zhì)的標(biāo)志。存在寬峰和清楚尖峰是無定形基基質(zhì)中有結(jié)晶物質(zhì)的標(biāo)志。起初形成的無定形材料或陶瓷(包括結(jié)晶前的玻璃)，其尺寸可能比所需的大。此種無定形材料和陶瓷可以用粉碎和/或拋光技術(shù)將其轉(zhuǎn)變成小尺寸，包括輥子破碎、canary研磨、鄂式破碎、錘磨、球磨、氣流粉碎、沖擊破碎等。有時需用二步或多步粉碎。例如，形成(固化)的陶瓷可能其尺寸比所需的大。第一步粉碎可以是將較大的形體粉碎成較小尺寸，可用錘磨、沖擊破碎機(jī)、鄂式破碎機(jī)。然后可再進(jìn)行粉碎獲得所需粒度分布(有時稱為磨粒粒度或粒級)，如此可以進(jìn)行多步粉碎。粉碎條件一般要加以優(yōu)化，以便獲得所需粒形和粒度分布。如果太大可以返回再粉碎，如果太細(xì)可以作為原料重熔。
粒形可決定于陶瓷的組成和/或顯微結(jié)構(gòu)、冷卻時的幾何形式、粉碎方式(即所用粉碎技術(shù))。一般如果要的是大體各向等大的粒形，需要較多能量。反之如果要的是銳形，可用較少能量?？梢愿淖兯梅鬯榉椒▉慝@得所需不同形狀。有些磨粒的所需平均長寬比為1∶1至5∶1，有時1.25∶1至301，乃至1.5∶1到2.5∶1。
也屬于本發(fā)明范圍的是，例如直接形成所需形狀的制品。例如，可以將熔體傾倒在一模子中形成(包括模制)所需制品。
令人驚訝的是，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明陶瓷可以獲得而沒有尺寸上的限制。在高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上的溫度進(jìn)行聚結(jié)可以做到這一點。例如，圖2顯示，本發(fā)明玻璃在發(fā)生顯著結(jié)晶過程(Tx)以前可以進(jìn)行玻璃化轉(zhuǎn)變，如圖上的在低于放熱峰(Tx)的溫度有吸熱峰(Tg)存在所證實的。例如，陶瓷(包括結(jié)晶前的玻璃)，其形成也可以是將包含無定形材料的顆粒和/或纖維加熱到高于Tg，使顆粒等聚結(jié)成一形體，然后冷卻它。用于聚結(jié)的溫度和壓力可取決于該無定形材料的組成和所得材料的所需密度。該溫度應(yīng)低于結(jié)晶溫度，而對玻璃則應(yīng)高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。有些實施方式中，加熱至至少850-1100℃(有時較好900-1000℃)范圍內(nèi)的一個溫度。無定形材料此時通常應(yīng)在壓力(如高于0-1GPa或以上)下以促進(jìn)其聚結(jié)。有些實施方式中，將顆粒料等裝入一模中，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上進(jìn)行熱壓，此時玻璃的粘性流動導(dǎo)致聚結(jié)成一相對大的形體。代表性的聚結(jié)技術(shù)有熱壓、熱等靜壓、熱擠壓等，例如，含無定形材料的顆粒(如粉碎所得，包括珠粒和微珠)、纖維等，可以將其形成較大的粒度。通常較好是在進(jìn)一步熱處理以前將所得的聚結(jié)體冷卻。熱處理后，如果需要，將聚結(jié)體粉碎至較小粒度或所需粒度分布。
也在本發(fā)明范圍的是進(jìn)一步進(jìn)行熱處理改進(jìn)材料的所需性質(zhì)。例如，可進(jìn)行熱等靜壓(如900-1400℃)去除殘余孔隙、增加材料密度。所得聚結(jié)的顆粒也可以熱處理形成玻璃陶瓷、結(jié)晶陶瓷或含結(jié)晶陶瓷的陶瓷。
無定形材料和/或玻璃陶瓷(如顆粒)的聚結(jié)可以用多種方法完成，包括無壓或加壓燒結(jié)(如燒結(jié)、等離子體協(xié)助燒結(jié)、熱壓、熱等靜壓，熱煅、熱擠壓等)。
熱處理可以用任何一種方式進(jìn)行，包括用對玻璃熱處理生成玻璃陶瓷的領(lǐng)域中已知的方法。例如，熱處理可以間歇進(jìn)行，用電阻、感應(yīng)或燃?xì)鉅t。熱處理也可以連續(xù)進(jìn)行，例如用回轉(zhuǎn)窯。若用回轉(zhuǎn)窯將材料直接輸入高溫的窯中。在高溫的時間可以從幾秒種(有時乃至短于5秒)至幾分鐘至若干小時。溫度可以是900-1600℃，一般1200-1500℃。也在本發(fā)明范圍中的是，有些熱處理階段是間歇進(jìn)行(如成核步驟)，另一些是連續(xù)進(jìn)行(如晶體生長步驟以及為獲得所需密度)。成核步驟溫度通常為900-1100℃，有時較好925-1050℃。同樣對提高密度的步驟，是1100-1600℃，有時較好1200-1500℃。這熱處理可以是例如將材料直接輸入高溫的爐中；也可以輸入溫度低得多(如室溫)的爐中，然后以預(yù)定加熱速度升溫至所需溫度。也在本發(fā)明范圍中的是，熱處理在空氣以外的某種氣氛中進(jìn)行。有時甚至需要在還原性氣氛中熱處理。也可能需要在氣體壓力下熱處理，例如用熱等靜壓機(jī)或氣體加壓爐。將所得制品或經(jīng)熱處理的制品轉(zhuǎn)變(如粉碎)為顆粒(如磨粒)也屬本發(fā)明范圍。
將無定形材料熱處理，至少使其部分結(jié)晶形成玻璃陶瓷。某些玻璃經(jīng)熱處理成為玻璃陶瓷是本領(lǐng)域中已知的。對許多種玻璃已知成核并成長玻璃陶瓷中的晶體的加熱條件。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員也可以用已知技術(shù)進(jìn)行玻璃的時間-溫度-轉(zhuǎn)變(TTT)研究來確定。讀了本發(fā)明這說明書后，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)能夠獲得本發(fā)明玻璃的TTT曲線，據(jù)此確定適當(dāng)?shù)某珊撕?或晶體生長條件來生成本發(fā)明玻璃陶瓷。
玻璃陶瓷通常比形成它的無定形材料強(qiáng)度要大些。因此，材料的強(qiáng)度例如可以借無定形材料轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶陶瓷相的程度來調(diào)節(jié)。取代前者或者添加上，例如借生成的成核位點的數(shù)目從而用來影響結(jié)晶相的晶體的數(shù)目和尺寸來影響材料的強(qiáng)度。關(guān)于形成玻璃陶瓷的詳情，可參閱例如Glass-Ceramics，P.W.Mc Millan，Academic Press，Inc.，Ind edition，1979。
例如，在某些典型無定形材料熱處理形成本發(fā)明玻璃陶瓷的過程中，含形成一些相如成La2Zr2O7，如果存在ZrO2的話，會形成立方/四方ZrO2，有時在高于900°的溫度觀察到單斜ZrO2。雖然此處不想拘泥于理論解釋，但可以認(rèn)為，與氧化鋯相關(guān)的相是由無定形材料中成核的第一批相。Al2O3，ReAlO3(Re是至少一種稀土陽離子)、ReAl11O18，Re3Al5O12，Y3Al5O12等相的生成可以認(rèn)為一般發(fā)生在925℃以上的溫度。在此成核步驟中微晶尺寸通常為納米級。例如觀察到小達(dá)10-15納米的晶體。至少有些實施方式，在大約1300℃為時約1小時的熱處理已足以發(fā)生完全的結(jié)晶。成核與晶體生長的步驟，其熱處理時各為數(shù)秒(有時甚至少于5秒)至數(shù)分至1小時以上。
存在于本發(fā)明陶瓷中的結(jié)晶相的實例包括復(fù)合Al2O3·金屬氧化物(如復(fù)合Al2O3·REO)(ReAlO3(如GdAlO3LaAlO3)，ReAl11O18(LaAl11O18)，和Re3Al5O12(如Dy3Al5O12)，復(fù)合Al2O3·Y2O3(Y3Al5O12)，和復(fù)合Al2O3·ZrO2(La2Zr2O7))，Al2O3(α-Al2O3)，和ZrO2(立方ZrO2和四角ZrO2)。
在復(fù)合Al2O3·金屬氧化物((如復(fù)合Al2O3·Y2O3)(如顯示石榴石晶體結(jié)構(gòu)的鋁酸釔))中用其他陽離子取代部分釔和/或鋁離子也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如在復(fù)合Al2O3·Y2O3中的部分鋁離子至少可以被下列一組元素的離子取代，這些元素包括Cr，Ti，Sc，F(xiàn)e，Mg，Ca，Si，Co及其混合物。在復(fù)合Al2O3·Y2O3中的部分Y離子至少可以被下列一組元素的離子取代，這些元素包括Ce，Dy，Er，Eu，Gd，Ho，La，Lu，Nd，Pr，Sm，Th，Tm，Yb，F(xiàn)e，Ti，Mn，V，Cr，Co，Ni，Cu，Mg，Ca，Sr及其混合物。相類似的，在氧化鋁中取代部分鋁離子也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。如用Cr，Ti，Sc，F(xiàn)e，Mg，Ca，Si和Co取代氧化鋁中部分鋁離子。上述取代的離子可以影響熔凝材料的性質(zhì)(如硬度，韌性，強(qiáng)度，熱傳導(dǎo)性)。
在復(fù)合Al2O3·金屬氧化物(如復(fù)合Al2O3·REO)中用其他離子取代部分稀土和/或鋁離子也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如在復(fù)合Al2O3·REO中的部分鋁離子至少可以被下列一組元素的離子取代，這些元素包括Cr，Ti，Sc，F(xiàn)e，Mg，Ca，Si，Co及其混合物。在復(fù)合Al2O3·REO中的部分Y離子至少可以被下列一組元素的離子取代，這些元素包括Y，F(xiàn)e，Ti，Mn，V，Cr，Co，Ni，Cu，Mg，Ca，Sr及其混合物。相類似的，在氧化鋁中取代部分鋁離子也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。如用Cr，Ti，Sc，F(xiàn)e，Mg，Ca，Si和Co取代氧化鋁中部分鋁離子。上述取代的離子可以影響熔凝材料的性質(zhì)(如硬度，韌性，強(qiáng)度，熱傳導(dǎo)性)。
平均結(jié)晶尺寸可以按照ASTM標(biāo)準(zhǔn)E112-96“測定平均晶粒尺寸的標(biāo)準(zhǔn)方法”用直線截取法測定。將樣品鑲裝在一般為2.5cm直徑，1.9cm高的圓柱形鑲裝樹脂(如得自Buehler，Lake Bluff，IL的“TRANS OPTIC POWDER”)中。用一拋光機(jī)(如得自Buehler，Lake Bluff，IL的“ECOMET 3”)用常規(guī)拋光技術(shù)制備該鑲裝的樣品截面。用金剛石磨輪拋光約3分鐘，繼之逐次用45、30、15、9、3、1μm磨粒的漿液拋光5分鐘。拋光的鑲裝樣品濺射上一薄層金鈀，用掃描電鏡(如JEOL SEM Model JSM 840a)觀察。采用對此樣品顯微結(jié)構(gòu)的一般背散射電子(BSE)顯微鏡照片如下測定出平均結(jié)晶尺寸。數(shù)出一任意直線單位長度所截取的晶體數(shù)。由此數(shù)目用下式求出平均結(jié)晶尺寸 這里NL是單位長度所截取的晶體數(shù)，M是顯微照片的放大比例。另一方面，本發(fā)明陶瓷(包括玻璃陶瓷)可以包含至少1，2，3，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，97，98，99，甚至100％體積的晶粒，其中這些晶粒的平均尺寸小于1微米。另一方面，本發(fā)明陶瓷(包括玻璃陶瓷)可以包含至少1，2，3，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，97，98，99，甚至100％體積的晶粒，其中這些晶粒的平均尺寸小于0.5微米。另一方面，本發(fā)明陶瓷(包括玻璃陶瓷)可以包含至少1，2，3，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，97，98，99，甚至100％的體積晶粒，其中這些晶粒的平均尺寸小于0.3微米。另一方面，本發(fā)明所陶瓷(包括玻璃陶瓷)可以包含至少1，2，3，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，97，98，99，甚至100體積％的晶粒，其中這些晶粒的平均尺寸小于0.15微米。
存在于本發(fā)明陶瓷中的結(jié)晶相包括氧化鋁(α-氧化鋁和過渡型氧化鋁)，Y2O3，ZrO2，HfO2和一種或多種金屬氧化物，如BaO，CaO，Cr2O3，CoO，F(xiàn)e2O3，GeO2，Li2O，MgO，MnO，NiO，Na2O，P2O5，REO，Sc2O3，SiO2，SrO，TeO2，TiO2，V2O3，ZnO，“復(fù)合金屬氧化物”(包括“復(fù)合Al2O3·金屬氧化物(如復(fù)合Al2O3·Y2O3))和它們的混合物。
本發(fā)明的一些實施方式還包括玻璃，玻璃包含Al2O3以及REO和Y2O3中的至少一種、ZrO2和HfO2中的至少一種，以玻璃總重量計，Al2O3、REO和Y2O3中的至少一種、ZrO2和HfO2中的至少一種的合量，至少占80重量％(85，90，95，97，98，99乃至100重量％)。
本發(fā)明的一些實施方式還包括一種玻璃，玻璃包含Al2O3以及REO和Y2O3中的至少一種、ZrO2和HfO2中的至少一種，以玻璃總重量計，上述各組分的合量占至少60重量％(65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100重量％)，和少于20重量％(較好15，10，5乃至0重量％)SiO2，少于20重量％(較好15、10、5乃至0重量％)B2O3。
本發(fā)明的一些實施方式還包括提供玻璃，玻璃包含Al2O3以及REO和Y2O3中的至少一種、ZrO2和HfO2還的至少一種，以玻璃總重量計，上述各組分的合量占至少60重量％(65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100重量％)，且SiO2、B2O3和P2O5的合量少于40重量％(較好35、30、25、20、15、10、5乃至0重量％)。
本發(fā)明有些實施方式還包括陶瓷，陶瓷包含(例如至少5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100體積％)的玻璃，該玻璃包含Al2O3以及REO和Y2O3中至少一種，ZrO2或HfO2中至少一種，按玻璃總重計，上述各組分的合量為至少80重量％(85，90，95，97，98，99乃至100重量％)。
本發(fā)明有些實施方式還包括陶瓷，所述陶瓷包含(例如至少5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100體積％)的玻璃，該玻璃包含Al2O3以及REO和Y2O3中至少一種，ZrO2或HfO2中至少一種，按玻璃總重計，上述各組分的合量為至少60重量％(65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100重量％)，和少于20重量％(較好15，10，5乃至0重量％)SiO2，少于20重量％(較好15、10、5乃至0重量％)B2O3。此陶瓷還可包含(如至少95，90，85，70，75，70，65，60，55，50，45，40，35，30，25，20，15，10，5，3，2，1體積％)的結(jié)晶陶瓷。
本發(fā)明有些實施方式還包括陶瓷，所述陶瓷包含(例如至少5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100體積％)的玻璃，該玻璃包含Al2O3以及REO和Y2O3中至少一種，ZrO2或HfO2中至少一種，按玻璃總重計，上述各組分的合量為至少60重量％(65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100重量％)，SiO2、B2O5、P2O5的合量少于40重量％。此陶瓷還可包含(如至少95，90，85，70，75，70，65，60，55，50，45，40，35，30，25，20，15，10，5，3，2，1體積％)的結(jié)晶陶瓷。
本發(fā)明的有些實施方式還包括玻璃-陶瓷，所述玻璃陶瓷包含Al2O3以及REO和Y2O3中的至少一種、ZrO2或HfO2中的至少一種，按玻璃陶瓷總重計，上述各組分的合量為至少80重量％(85，90，95，97，98，99乃至100重量％)。此玻璃陶瓷可包含例如至少1，2，3，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90或95體積％的玻璃?？砂缰辽?9，98，97，95，90，85，70，75，70，65，60，55，50，45，40，35，30，25，20，15，10，5體積％的結(jié)晶陶瓷。
本發(fā)明的有些實施方式還包括玻璃-陶瓷，所述玻璃陶瓷包含Al2O3以及REO和Y2O3中的至少一種、ZrO2或HfO2中的至少一種，按玻璃陶瓷總重計，上述各組分的合量為至少60重量％(65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100重量％)，少于20重量％(較好15，10，5乃至0重量％)的SiO2，少于20重量％(較好15，10，5乃至0重量％)的B2O3。玻璃陶瓷可包含例如至少1，2，3，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90或95體積％的玻璃，至少例如99，98，97，95，90，85，70，75，70，65，60，55，50，45，40，35，30，25，20，15，10，5體積％的結(jié)晶陶瓷。
本發(fā)明的有些實施方式還包括玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷包含Al2O3以及REO和Y2O3中的至少一種、ZrO2或HfO2中的至少一種，按玻璃陶瓷總重計，上述各組分的合量為至少60重量％(65，70，75，80，85，90，95，97，98，99乃至100重量％)，SiO2、B2O3、P2O5的合量少于40重量％。此玻璃陶瓷可包含例如至少1，2，3，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90或95體積％的玻璃，例如至少99，98，97，95，90，85，70，75，70，65，60，55，50，45，40，35，30，25，20，15，10，5體積％的結(jié)晶陶瓷。
關(guān)于包含Al2O3、REO以及ZrO2和HfO2這兩者至少一種的陶瓷的詳情，包括制造、使用和性能，可以參見提交于2001.8.2的U.S.Serial Nos.09/922,526，09/922,527，和與本申請同日提交的U.S.Serial---Nos.(代理人Docket No.，56931US005，56931US006，56931US007，56931US008，56931US009，56931US010，57980US002，57981US002)這些專利申請。
熱處理無定形材料形成本發(fā)明玻璃陶瓷時生成的晶體可以是例如各方向等大的、圓柱狀或扁平的。
盡管本發(fā)明的無定形材料、玻璃陶瓷等可以是塊狀的材料，提供包含本發(fā)明的無定形材料、玻璃陶瓷等的復(fù)合材料也包括在本發(fā)明范圍內(nèi)。這些復(fù)合材料可以包含分散在本發(fā)明的無定形材料、玻璃陶瓷等或者是一種層狀復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(一種由玻璃陶瓷到用來制備該玻璃陶瓷的無定形材料的含量梯度和/或不同組成的玻璃陶瓷許多層)中的一種相或纖維(連續(xù)或不連續(xù))或顆粒(包括晶須)(如金屬氧化物顆粒，硼化物顆粒，碳化物顆粒，氮化物顆粒，金剛石顆粒，金屬顆粒，玻璃顆粒及其混合物)。
本發(fā)明的某種玻璃的Tg，其范圍在810℃到890范圍內(nèi)。
本發(fā)明的材料的硬度按下列方法測定。將一部分材料鑲裝在鑲裝樹脂(商品名“TRANSPOTIC POWDER”，購自Buehler of Lake Bluff，IL)，該圓柱狀樹脂典型的大小為直徑2.5cm，高1.9cm。使用常規(guī)的拋光機(jī)(商品名“ECOMET3”，購自BuehlerLtd.)和拋光技術(shù)制備鑲裝的截面。樣品用金剛石磨輪拋光3分鐘，然后再分別用45，30，15，9，3和1微米磨粒的漿料拋光5分鐘。使用常規(guī)顯微硬度測試儀(日本，東京，Mitutoyo公司生產(chǎn)的商品名為“MITUTOYO MVK-VL”的儀器)測定顯微硬度，配有100g負(fù)荷的維氏壓頭。根據(jù)ASTM E384材料顯微硬度測試方法測定顯微硬度。
本發(fā)明的某些玻璃可以具有平均硬度為至少5Gpa(較滿意的是至少6Gpa，7GPa，8GPa，9GPa，一般在5GPa到10GPa范圍內(nèi))，本發(fā)明的結(jié)晶陶瓷，其平均硬度至少5GPa(較滿意的是，至少6GPa，7GPa，8GPa，9GPa，10GPa，11GPa，12GPa，13GPa，14GPa，15GPa，16GPa，17GPa，18Gpa乃至更大，一般在2GPa到18GPa范圍內(nèi))，本發(fā)明的玻璃陶瓷或包含玻璃和結(jié)晶陶瓷的陶瓷，其平均硬度至少5GPa(較滿意的是，至少6GPa，7GPa，8GPa，9GPa，10GPa，11GPa，12GPa，13GPa，14GPa，15GPa，16GPa，17GPa，18GPa乃至更大，一般在5GPa到18GPa范圍內(nèi))，本發(fā)明的磨粒，其平均硬度至少15GPa，在一些實施方式中，較好至少16GPa，至少17GPa，甚至至少18GPa。
一般要求本發(fā)明的陶瓷，其密度(真密度)，有時候稱為比重，至少是理論密度的70％。更理想的，至少是理論密度的75％，80％，85％，90％，95％，96％，97％，98％，99％，99.5％或100％。本發(fā)明的磨粒的密度，至少是理論密度的85％，90％，95％，96％，97％，98％，99％，99.5％或100％。
用本發(fā)明的陶瓷可以制成一些制品，如填料、增強(qiáng)材料和/或基質(zhì)材料。例如，本發(fā)明陶瓷可以是適用于復(fù)合材料(例如陶瓷、金屬或熱固性或熱塑料聚合物)中作為增強(qiáng)材料的顆粒和/或纖維的形式。顆粒和/或纖維會提高基質(zhì)材料的模量、耐熱性、耐磨損性和/或強(qiáng)度。雖然用來制造復(fù)合材料的顆粒和/或纖維的尺寸、形成和數(shù)量可取決于例如具體的基質(zhì)材料和復(fù)合材料的用途，但增強(qiáng)顆粒的粒度一般約為0.1-1500μm，較佳約1-500μm，更佳約2-100μm。用于聚合物用途的顆粒量一般0.5-75重量％，較佳1-50重量％。熱固性聚合物包括酚醛、密胺、脲甲醛、丙烯酸酯、環(huán)氧、氨基甲酸乙酯等聚合物。熱塑性聚合物包括耐綸、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚酯、聚酰胺等。
用于增強(qiáng)聚合物材料(即本發(fā)明增強(qiáng)顆粒分散在聚合物中)的例子，包括保護(hù)涂層，混凝土、家具、地面、路面、木材、木材類材料、陶瓷等，以及防滑涂層和注射模制的塑料部件。
而且，本發(fā)明陶瓷可以用作基質(zhì)材料，又例如，可以用作陶瓷材料如金剛石、立方-BN，Al2O3，ZrO2，Si3N4、SiC的粘合劑。有用制品的例子包括基材涂層、切削工具、鑲件磨料聚集物、粘合磨具如玻璃質(zhì)粘合磨輪。使用本發(fā)明陶瓷作為粘合劑，則可以例如提供復(fù)合制品的模量、耐熱性、耐磨損性和/或強(qiáng)度。
本發(fā)明的磨粒通常包含例如至少75，80，85，90，91，92，93，94，95，96，97，98，99，99.5，甚至100％的結(jié)晶陶瓷。另一方面，本發(fā)明提供的許多顆粒，其顆粒尺寸分布從細(xì)小到粗大，在此許多顆粒中至少一部分是本發(fā)明的磨粒。另一方面，本發(fā)明的磨粒的一些實施方式通常包含至少75，80，85，90，91，92，93，94，95，96，97，98，99，99.5，甚至體積100％的本發(fā)明的玻璃陶瓷。
本發(fā)明的磨?？梢圆捎帽绢I(lǐng)域所知的技術(shù)進(jìn)行過篩分級，包括使用工業(yè)上接受的分級標(biāo)準(zhǔn)，如美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ANSI)標(biāo)準(zhǔn)，歐盟磨具(FEPA)標(biāo)準(zhǔn)，日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)。本發(fā)明的磨粒有較寬的顆粒粒度范圍，典型的粒度范圍從0.1微米到5000微米，更典型的從1微米到2000微米，令人滿意的是從5微米到1500微米，更滿意的是從100微米到1500微米。
在一給定顆粒粒度分布中，粒度的范圍從粗大的顆粒到細(xì)小的顆粒。在拋光技術(shù)中，這個范圍有的時候稱為“粗大”，“控制”，“細(xì)小”等級分。根據(jù)工業(yè)上接受的分級標(biāo)準(zhǔn)就是對磨粒說明其顆粒粒度分布，為每一標(biāo)稱級別中作出數(shù)字限制。這些工業(yè)上所接受的分級標(biāo)準(zhǔn)包括眾所周知的美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ANSI)標(biāo)準(zhǔn)，歐盟磨具(FEPA)標(biāo)準(zhǔn)，日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)。ANSI級別名稱(也就是，指定的標(biāo)稱級別)包括ANSI4，ANSI6，ANSI8，ANSI16，ANSI24，ANSI36，ANSI40，ANSI50，ANSI60，ANSI80，ANSI100，ANSI120，ANSI150，ANSI180，ANSI220，ANSI240，ANSI280，ANSI320，ANSI360，ANSI400和ANSI600。包含本發(fā)明磨粒的較好ANSI級別是ANSI8-220。FEPA級別名稱包括P8，P12，P16，P24，P36，P40，P50，P60，P80，P100，P120，P150，P180，P220，P320，P400，P500，P600，P800，P1000，P1200。包含本發(fā)明磨粒的較好FEPA級別是P12-220。JIS級別名稱包括JIS8，JIS12，JIS16，JIS24，JIS36，JIS46，JIS54，JIS60，JIS80，JIS100，JIS150，JIS180，JIS220，JIS280，JIS320，JIS360，JIS400，JIS600，JIS800，JIS1000，JIS1500，JIS2500，JIS4000，JIS6000，JIS80000，JIS10，1000。包含本發(fā)明磨粒的較好JIS級別是JIS8-220。
在粉碎過篩以后，一般含有許多不同的磨粒粒度分布即級別。這許多級別可能不適應(yīng)于生產(chǎn)廠家或供應(yīng)商家一時的需要。為減少庫存，可以將不適應(yīng)需求級別的顆粒返回去熔制形成玻璃。這種返回可以在粉碎步驟之后，此時顆?；蚴谴蟮膲K子或是太細(xì)的粒子，未經(jīng)過篩成為特定的分布。
另一方面，本發(fā)明提供一種制造磨粒的方法，包括對本發(fā)明的玻璃顆?；蚝ＡУ念w粒進(jìn)行熱處理，形成本發(fā)明含玻璃陶瓷的磨粒?；蛘?，本發(fā)明制造磨粒的方法，是對本發(fā)明的玻璃進(jìn)行熱處理，然后將其粉碎形成含本發(fā)明玻璃陶瓷的磨粒。粉碎后，熱處理的玻璃形成的顆粒往往比粉碎顯著結(jié)晶化的玻璃陶瓷或結(jié)晶材料所得的顆粒形狀上更銳利。
另一方面，本發(fā)明提供磨粉聚集物，該每個聚集物是本發(fā)明的許多磨粒用粘合劑粘合在一起的。還一方面，本發(fā)明提供一種磨具(例如涂布磨具、粘合磨具(包括玻璃質(zhì)、樹膠狀物質(zhì)和金屬的磨輪、切割輪、工具鑲裝尖和鏜磨石)、非織造磨具和研磨刷)，它們包含粘合劑和許多磨粒，其中至少一部分磨粒是本發(fā)明磨粒(包括磨粒聚集物)。制造與使用這些磨具是本領(lǐng)域所熟知的。此外，本發(fā)明磨粒可以使用于一些研磨用途，其中使用磨料化合物(如拋光用化合物)顆粒的漿液、磨介、噴砂介質(zhì)、振動磨介質(zhì)等。
涂布磨具通常包括一個襯底，磨粒和至少一種把磨粒粘合在襯底上的粘合劑。襯底可以使用任意合適的材料，包括布，聚合物薄膜，纖維，非織造帶材，紙等，以及它們經(jīng)處理的形式。粘合劑可以是任何合適的粘合劑，包括無機(jī)或有機(jī)粘合劑(包括熱固性樹脂和可輻射固化樹脂)。磨粒在涂布磨具中可以是一層，也可以是兩層。
涂布磨具的一個實例見圖3。在圖中，涂布磨具1有一個襯底(基材)2和研磨層3。研磨層3包括通過初始結(jié)合涂層5和膠結(jié)涂層6，固定在襯底主表面上的本發(fā)明的磨粒4。在一些實例中，使用了上膠結(jié)涂層(圖中未示)。
粘合磨具包括通過使用有機(jī)、金屬或玻璃質(zhì)粘合劑把磨粒粘合在一起形成的形體。這些形體可以為輪形，如磨輪或切割輪。磨輪的直徑典型的在1cm到1m；切割輪的直徑典型的在1cm到80cm(更典型的是3cm到50cm)。切割輪的厚度典型的在0.5mm到5cm，更典型的是0.5mm到2cm。這些形體也可以是鏜磨石、片段、工具鑲裝尖、盤(如雙盤拋光機(jī))或其他常規(guī)粘合磨具形狀。粘合磨具以它的總體積計，典型的包含3-50％粘合劑材料，30-90％的磨粒(或磨?；旌衔?，最多50％的添加劑(包括研磨助劑)，最多70％的孔隙。
磨輪是一種較好的形式。見圖4，磨輪10包括本發(fā)明的磨粒11，模制成輪，安裝在輪軸12上。
非織造磨具通常包含一個敞開多孔蓬松的聚合物纖維結(jié)構(gòu)，其中有本發(fā)明磨粒分布著，并由有機(jī)粘合劑所粘合。纖維的例子有聚酯、聚酰胺、聚芳酰胺等纖維。圖5是一非織造磨具的放大100倍的示意圖。其中有個纖維墊子50作為基材，其上面由粘合劑54粘合著的本發(fā)明磨粒52。
有用的研磨刷包括那些有大量剛毛整體粘附于襯底上的研磨刷(見USP 5,427，595(Pihl等人)，5,443,906(Pihl等人)，5,679,067(Johnson等人)和5,903,951(Ionta等人))。這些刷子最好是由聚合物和磨粒的混合物通過注射模制成形的。
用來制備磨具的合適的有機(jī)粘合劑包括熱固性有機(jī)聚合物。這些熱固性聚合物的實例包括酚醛樹脂、脲甲樹脂、密胺-甲醛樹脂、聚氨酯樹脂、丙烯酸酯樹脂、聚酯樹脂、有α，β-不飽和側(cè)羰基的氨基塑料樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸化氨基甲酸乙酯、丙烯酸化環(huán)氧等。粘合劑和/或磨具也可以包括添加劑如纖維、潤滑劑、潤濕劑、觸變材料、表面活性劑、顏料、染料、抗靜電劑(如碳黑、氧化釩、石墨等)、偶聯(lián)劑(如硅烷、鈦酸鹽、鋯鋁酸鹽等)、增塑劑、懸浮劑等。選用適量的這些添加劑從而得到所要求的性質(zhì)。偶聯(lián)劑可以改善對磨粒和/或填料的粘著性。粘合劑可以是熱固化，輻射固化或其混合方式固化。粘合劑額外的細(xì)節(jié)可以參見USP 4,588,419(Caul等人)，USP4,751,138(Tumey等人)，和USP5,436,0639(Follett等人)。
具體的關(guān)于玻璃質(zhì)粘合磨具和玻璃質(zhì)粘合材料，它們一般為無定形結(jié)構(gòu)且堅硬，本領(lǐng)域是人們熟知的。有時玻璃質(zhì)粘合材料包含結(jié)晶相。本發(fā)明玻璃質(zhì)粘合磨具可以是輪子形式(包括切割輪)、鏜磨石、工具鑲裝尖或其它形式。其一個較好形式是磨輪。
用來形成玻璃質(zhì)粘合材料的金屬氧化物的實例包括二氧化硅、硅酸鹽、氧化鋁、碳酸鈉、氧化鈣、氧化鉀、氧化鈦、氧化鐵、氧化鋅、氧化鋰、氧化鎂、氧化硼、硅鋁酸鹽、硼硅酸鹽玻璃、鋰鋁硅酸鹽和它們的混合物。由上述組分形成的玻璃質(zhì)粘合材料通常包含10-100％玻璃料，盡管更一般的是包含20-80％玻璃或30-70％的玻璃料。玻璃質(zhì)粘合材料的其余部分可以是非玻璃料。玻璃質(zhì)粘合也可以從含非玻璃料的組合物產(chǎn)生。玻璃質(zhì)粘合材料典型的固化溫度范圍在700℃到1500℃，通常在800℃到1300℃范圍內(nèi)，有時候在900℃到1200℃乃至從950℃到1100℃。粘合劑固化的實際溫度是由具體的粘合劑所決定的。
較佳的玻璃質(zhì)粘合材料可包含氧化硅、氧化鋁(較好至少10重量％)和氧化硼(較好至少10重量％)。多數(shù)情況下，還包含堿金屬氧化物(如Na2O，K2O，其量有時至少10重量％)。
粘合劑材料也可以包含填料或研磨助劑，一般是顆粒形式。這些顆粒材料一般是無機(jī)材料。本發(fā)明使用的填料的實例包括金屬碳酸鹽(如碳酸鈣(如白堊、方解石、泥灰?guī)r、石灰華、大理石和石灰石)、碳酸鈣鎂、碳酸鈉、碳酸鎂、二氧化硅(如石英、玻璃珠粒、玻璃泡和玻璃纖維)、硅酸鹽(如滑石、粘土、(蒙脫石)、長石、云母、硅酸鈣、偏硅酸鈣、鋁硅酸鈉、硅酸鈉)、金屬硫酸鹽(如硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鈉、硫酸鈉鋁、硫酸鋁)、石膏、蛭石、木粉、三水合氧化鋁、碳黑、金屬氧化物(如氧化鈣(石灰)、氧化鋁、二氧化鈦)、和金屬亞硫酸鹽(如亞硫酸鈣)。
通常加入研磨助劑可增長磨具的使用壽命。研磨助劑是一種對研磨過程中的化學(xué)和物理過程有重要影響的物質(zhì)，它能提高使用性能。盡管不擬受理論解釋的約束，可以認(rèn)為，研磨助劑(a)減少了磨粒和被拋光工件之間的摩擦力，(b)防止磨粒的“蓋帽”(也就是，防止磨粒頂部被焊上的金屬顆粒所覆蓋)或至少減少此趨勢，(c)降低了磨粒和工件之間的界面溫度，或(d)減少拋光作用力。
研磨助劑包含各種不同的物質(zhì)，可以是無機(jī)物也可以是有機(jī)物。一組化學(xué)研磨助劑的實例包括蠟、有機(jī)含鹵化合物、鹵鹽、金屬和其合金。有機(jī)含鹵化合物在研磨過程中一般會分解，釋放出含鹵酸或氣體鹵化物。這些材料的實例包括氯化蠟(如四氯化萘、五氯化萘)和聚氯乙烯。鹵鹽的實例包括氯化鈉、鉀冰晶石、鈉冰晶石、銨冰晶石、四氟硼酸鉀、四氟硼酸鈉、氟化硅、氯化鉀、氯化鎂。金屬實例包括錫、鉛、鉍、鈷、銻、鎘、和鐵鈦。其他各種研磨助劑包括硫磺、有機(jī)含硫化合物、石墨和金屬硫化物。將各種研磨助劑復(fù)合使用也包括在本發(fā)明范圍內(nèi)，在一些實例中可以產(chǎn)生協(xié)同作用。較好的研磨助劑是冰晶石，最好的研磨添加劑是四氟硼酸鉀。
研磨助劑可以特別適用于涂布磨具和粘合磨具。在涂布磨具中，研磨助劑一般用于覆蓋磨粒表面的上膠結(jié)涂層中，有時則加入膠結(jié)涂層中。加入涂布磨具的研磨助劑的量一般約為50-300g/m2(較好80-160g/m2)。在玻璃質(zhì)粘合磨具中，研磨助劑一般浸漬進(jìn)入磨具的孔隙中。
磨具可含100％本發(fā)明的磨粒，或者其與其它磨粒和/或稀釋顆粒的混合物。但至少2、較好至5、更好30-100重量％的磨粒應(yīng)是本發(fā)明磨粒。有時，本發(fā)明磨?？梢哉?-75重量％、25-75重量％或50-50重量％(即占相同重量比)與別的磨粒和/或稀釋顆?；旌鲜褂谩：线m磨粒的例子有熔凝氧化鋁(包括白色熔凝氧化鋁、熱處理氧化鋁和棕色氧化鋁)、碳化硅、碳化硼、硼化鈦、金剛石、立方氮化硼、石榴石、熔凝氧化鋁氧化鋯、溶膠凝膠體磨粒等。溶膠凝膠體磨?？梢允羌恿司ХN或未加晶種的。同樣，溶膠凝膠法磨粒可以具有混亂形狀，也可以具有一定形狀，如棒狀或三角形狀。溶膠凝膠體磨粒的例子見述于美國專利4,314,827(Leitheiser等人)；4,518,397(Leitheiser等人)；4,623,364(Cottringer等人)；4,744,802(Schwabel)，4,770,671(Monroe等人)；4,881,951(Wood等人)；5,011,508(Wald等人)；5,090,968(Pellow)，5,139,978(Wood)，5,201,916(Berg等人)；5,227,104(Bauer)，5,366,523(Rowenhorst等人)；5,429,647(Larmie)，5,498,269(Larmie)，5,551,963(Larmie)。以氧化鋁粉末為原料制備的燒結(jié)氧化鋁磨粒的其他細(xì)節(jié)可以參見美國專利5,259,147(Falz)；5,593,467(Monroe)；5,665,127(Moltgen)。熔凝磨粒的其他細(xì)節(jié)可以參見美國專利1,161,620(Coulter)；1,192,709(Tone)；1,247,337(Saunders等人)；1,268,533(Allen)；2,424,645(Baumann等人)；3,891,408(Rowse等人)；3,781,172(Pett等人)；3,893,826(Quinan等人)；4,126,429(Watson)；4,457,767(Poon等人)；5,023,212(Dubots等人)；5,143,522(Gibson)；5,336,280(Dubots等人)；和公布于2000，2，2，美國專利申請?zhí)枮?9,495,978；09/496,422；09/496,638；09/496,713的申請，和提交于2000，7，19的美國專利申請?zhí)枮?9/618,876；09/618,879；09/619,106；09/619,191；09/619,192；09/619,215；09/619,289；09/619,563；09/619,729；09/619,744；09/620,262的申請，和提交于2001，1，30的美國專利申請?zhí)枮?9/772,730的申請。在有些情況下，與由100％一種類型磨粒組成的磨具相比較，由磨?；旌衔锝M成的磨具體表現(xiàn)更好的拋光性能。
如果是磨?；旌衔?，形成該混合物的各種磨粒的粒度可以相同，也可以不同。例如，較大粒度的磨?？梢允潜景l(fā)明磨粒，而較小粒度的磨粒可以是別類型的磨粒。反之也可以。
合適的稀釋顆粒的例子包括大理石、石膏、燧石、二氧化硅、氧化鐵、硅酸鋁、玻璃(包括玻璃泡和玻璃珠粒)、氧化鋁泡、氧化鋁珠和稀釋劑顆粒聚集物。本發(fā)明的磨粒可以結(jié)成磨粒聚集物或與其一起使用。磨粒聚集物典型的包含許多磨粒、粘合劑和其他可用的添加劑。粘合劑可以是有機(jī)物和/或無機(jī)物。磨粒聚集物可以是隨機(jī)形狀也可以具有一定形狀，可以是塊狀、圓柱狀、用錐狀、幣狀、正方形等。磨粒聚集物的粒度范圍在100到5000微米，典型的在250到2500微米。關(guān)于磨粒聚集物的其他細(xì)節(jié)參見美國專利4,311,489(Kressner)；4,652,275(Bloecher等人)；4,799,939(Bloecher等人)；5,549,962(Holmes等人)；5,975,988(Chrisanson等人)；和提交于2001，10，16的美國專利申請?zhí)枮?9/688,444和09/688,484的申請。
磨粒可以均勻分布在磨具中或集中于磨具一些選定的區(qū)域或部分中。例如，在涂布磨具中，可以有兩層磨粒。第一層包含的磨粒與本發(fā)明的磨粒不同，第二層(最外層)包含的磨粒是本發(fā)明的磨粒。同樣的，在粘合磨具中，在磨輪中存在兩個不同的區(qū)域。外部區(qū)域包含的磨粒是本發(fā)明的磨粒，而內(nèi)部區(qū)域則不是。也可以將本發(fā)明的磨粒均勻分布于整個粘合磨具中。
關(guān)于涂布磨具進(jìn)一步的細(xì)節(jié)可參見美國專利4,734,104(Broberg)；4,737,163(Larkey)；5,203,884(Buchanan等人)；5,152,917(Pieper等人)；5,378,251(Culler等人)；5,417,726(Stout等人)；5,436,063(Follett等人)；5,496,386(Broberg等人)；5,609,706(Benedict等人)；5,520,711(Helmin等人)；5,954,844(Law等人)；5,961,674(Gagliardi等人)；5,975,988(Christinason)。關(guān)于粘合磨具進(jìn)一步的細(xì)節(jié)可參見美國專利4,543,107(Rue)；4,741,743(Narayanan等人)；4,800,685(Haynes等人)；4,898,597(Hay等人)；4,997,461(Markhoff-Matheny等人)；5,037,453(Narayanan等人)；5,110,332(Narayanan等人)；5,863,308(Qi等人)。關(guān)于玻璃質(zhì)粘合磨具進(jìn)一步的細(xì)節(jié)可參見美國專利4,543,107(Rue)；4,898,597(Hay等人)；4,997,461(Markhoff-Matheny等人)；5,094,672(Giles等人)；5,118,326(Sheldon等人)；5,131,696(Sheldon等人)；5,203,886(Sheldon等人)；5,282,875(Wood等人)；5,738,696(Wu等人)；5,863,308(Qi)。關(guān)于非紡造磨具的進(jìn)一步細(xì)節(jié)可參見美國專利2,958,593(Hoover等人)。
本發(fā)明提供一種對表面拋光的方法，包括將至少一個本發(fā)明磨粒與工件的表面接觸，然后使該至少一個本發(fā)明磨?；蚬ぜ慕佑|表面移動，來對該表面的至少一部分進(jìn)行拋光。用本發(fā)明磨粒拋光的方法，包括打磨(即高壓高磨削速率)至拋光(如用涂布磨具拋光醫(yī)用移植體)，后種應(yīng)用中一般使用較細(xì)級別(如小于ANSI220或更細(xì))的磨粒。磨粒也可使用于精密研磨用途，如用玻璃質(zhì)粘合磨輪對凸輪軸的拋光。所用磨粒的粒度，對于一定研磨用途來說對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。
用本發(fā)明的磨粒進(jìn)行拋光可以是干法，也可以是濕法。對濕拋光，所用液體量可以是薄薄的一層水霧，也可以是大量的。通常使用的液體例子包括水，水溶性油，有機(jī)潤滑劑和乳化液。加入的液體可以減少拋光產(chǎn)生的熱量和/或起潤滑作用。液體中可以包含少量的添加劑如殺菌劑，消泡劑等。
本發(fā)明的磨?？梢杂糜趻伖庖恍┕ぜ缃饘黉X、碳鋼、軟鋼、工具鋼、不銹鋼、硬化鋼、鈦、玻璃、陶瓷、木材、類木材材料、油漆、油漆表面、有機(jī)涂層表面等。在研磨過程中使用的拋光力典型的在1到100千克。
本發(fā)明的優(yōu)點和實施方式在以下的一些實施例中將進(jìn)一步闡述，但是在這些實施例中所用的具體材料和數(shù)量以及其他條件和細(xì)節(jié)不能解釋為不當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明。除非另行指明，所有的份數(shù)和百分?jǐn)?shù)都是以重量計。除非另行指明，所有實施例不包含顯著含量的SiO2、B2O3、P2O5，GeO2、TeO2、As2O3和V2O5。
實施例實施例1在一個聚乙烯瓶子中加入263.5克氧化鋁顆粒(商品名“APA-0.5”，購自CondeaVista，Tucson，AZ)，143.5克氧化釔顆粒(購自H.C.Starck，Newton，MA)，93克氧化鋯顆粒(標(biāo)稱組成為100％(重量)的ZrO2/(+HfO2)；商品名“DK-2”，購自ZirconiaSales，Inc.of Marietta，GA)和300克異丙醇。約800克氧化鋯拋光介質(zhì)(商品名“YTZ”，購自Tosoh Ceramics，Division of Bound Brook，NJ)加入瓶中，混合物在120轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)的條件下拋光24小時。研磨后，除去研磨介質(zhì)，將漿料倒到一玻璃(“PYREX”)盤上，用熱風(fēng)器干燥。干燥后的混合物用研缽和研棒搗碎，用70目(篩孔212微米)的篩網(wǎng)分級。
研磨分級以后，將所得顆粒的一部分作為進(jìn)料噴入氫氣/氧氣炬焰中。該炬用來熔化顆粒，從而產(chǎn)生熔融的玻璃珠粒，所用的炬是Bethlehem臺式燃燒器PM2D型號B，購自Bethlehem Apparatus Co.，Hellertown，PA，在下列流量下輸送氫氣和氧氣。在內(nèi)環(huán)，氫氣流量為8標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘(SLPM)，氧氣流量為3標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘(SLPM)。在外環(huán)，氫氣流量為23標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘(SLPM)，氧氣流量為9.8標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘(SLPM)。干燥并過篩的顆粒直接進(jìn)料到炬焰區(qū)，在那里熔化，然后被輸送到一個帶有水冷(冷水流量為8升/分鐘)的傾斜的不銹鋼表面(約51厘米(cm)(20英寸)寬，傾角45度)上，冷卻成珠粒。
約50克生成的珠粒放入石墨模子中，用單向壓機(jī)(商品名“HP-50”，購自ThermalTechnology Inc.，Brea，CA)熱壓。在氬氣氣氛，960℃，13.8兆帕(Mpa)(2000磅/平方英寸(2ksi))壓力下進(jìn)行熱壓。生成的熱壓片直徑約48毫米(mm)，厚5毫米(mm)。
熱壓片按下列條件在爐子(電爐，商品名“Model KKSK-666-3100”，購自KeithFurnaces of Pico Rivera，CA)中進(jìn)行熱處理。該片首先從室溫(約25℃)以10℃/min的加熱速度，升溫到900℃，然后在900℃停留1小時。然后片從900℃以10℃/min的加熱速度，升溫到1300℃，在1300℃停留1小時，關(guān)掉爐子，冷卻到室溫。
圖1是實施例1中材料熱處理后經(jīng)拋光的截面掃描電子顯微鏡(SEM)照片，它顯示了材料的細(xì)小結(jié)晶特征。使用常規(guī)的鑲裝和拋光技術(shù)制備拋光截面。使用拋光機(jī)(商品名“ECOMET 3 TYPE POLISHER-GRINDER”，購自Buehler of Lake Bluff，IL)進(jìn)行拋光。樣品用金剛石輪拋光3分鐘，接著分別用45，30，15，9，3微米金剛石磨漿各拋光3分鐘。拋光后的樣品濺射上薄薄一層的金-鈀，然后用JEOL SEM(ModelJSM 840A)觀察。
材料的顯微硬度按下列方法測定。疏松的珠粒(大小約125微米)鑲裝在直徑2.5cm(1英寸)，高1.9cm(0.75英寸)的鑲裝樹脂(商品名“TRANSPOTIC POWDER”，購自Buehler of Lake Bluff，IL)中。使用常規(guī)的拋光機(jī)(商品名“EPOMET”，購自BuehlerLtd.)和常規(guī)的1微米金剛石磨漿(商品名“METADI”，購自Buehler Ltd.)先后進(jìn)行拋光，得到拋光的樣品截面。
使用常規(guī)顯微硬度測試儀器(日本，東京，Mitutoyo公司生產(chǎn)的牌號為“MITUTOYO MVK-VL”的儀器)測定顯微硬度，用帶500g負(fù)荷的維氏壓頭。根據(jù)ASTM E384材料顯微硬度測試方法(1991)測定顯微硬度。取20個測量值的平均值作為顯微硬度值。材料熱處理前的平均顯微硬度值是8.5GPa。材料熱處理后(如上所述測量，除了珠粒在1300℃下熱處理1小時的外)的平均顯微硬度值是15.9GPa。
實施例2-16
按實施例1所描述的方法制備實施例2-16，不同的是使用的原料和原料量見表1，原料在90ml異丙醇中，用約200克氧化鋯研磨介質(zhì)(商品名“YTZ”，購自TosohCeramics，Division of Bound Brook，NJ)，在轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)的條件下研磨24小時。所用原料的來源見表2。
表1
表2
實施例2-16中材料的各種性能/特征按下列方法測定。
使用粉末X-射線衍射(使用X-射線衍射儀，購自NJ，Mahwah，Phillips，商品名稱“PHILLIPS XRG 3100”，銅Kα1幅射線，1.54050埃)來定性測定實施例材料中存在的相。存在寬而彌散的峰表明材料是無定形的。同時存在寬峰和明確的尖峰表示無定形基體中存在結(jié)晶物質(zhì)。各種實施例中發(fā)現(xiàn)的相列于表3中。
表3
材料經(jīng)篩分，選取90-125微米范圍內(nèi)的珠粒進(jìn)行差熱分析(DTA)。DTA曲線由購自德國Selb，NETZSCH STA409的儀器(商品名稱“NETZSCH STA 409DTA/TGA”)測定而得。每種約400毫克篩分的樣品，放置于100ml Al2O3樣品容器中。每一種樣品在靜止空氣中以10℃/min的速度從室溫(約25℃)加熱到1200℃。
參見圖2，線123是實施例1材料的DTA數(shù)據(jù)繪制的。由圖2的123線可以看出在875℃時向下彎曲，可以作為存在吸熱過程的證據(jù)。在941℃時，123線出線一個尖峰，可以作為存在放熱過程的證據(jù)，這種現(xiàn)象可以歸因于材料結(jié)晶的過程(Tx)。其他實施例中的Tg和Tx報告于表3中。
所述熱壓設(shè)備的位移控制單元顯示了玻璃發(fā)生明顯流動時的熱壓溫度，報告于表3中。
在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，各種變化和改進(jìn)對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。必須明白，本發(fā)明不得不當(dāng)?shù)叵拗朴谶@里所述的一些說明性的實施方式。
權(quán)利要求
1.包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的玻璃，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占80％。
2.如權(quán)利要求1所述的玻璃，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3和ZrO2的合量至少為80重量％。
3.包含如權(quán)利要求1所述玻璃的陶瓷。
4.一種制備玻璃的方法，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占80重量％，這種方法包括將至少Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的原料熔化成熔體；冷卻該熔體，得到玻璃。
5.一種制備包含玻璃的陶瓷的方法，其特征在于，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占80％，這種方法包括將至少Al2O3、Y2O3和至少一種ZrO2或HfO2的原料熔化成熔體；冷卻該熔體，得到陶瓷。
6.一種制備包含玻璃的制品的方法，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占80重量％，這種方法包括把至少Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的原料熔化成熔體；冷卻該熔體，得到玻璃珠粒，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占80重量％，該玻璃有一個Tg；將玻璃珠粒加熱到Tg溫度以上，使玻璃珠粒聚結(jié)成一形體；冷卻該聚結(jié)的形體，得到制品。
7.一種制備包含玻璃的制品的方法，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，且包含少于20重量％SiO2，少于20重量％B2O3，這種方法包括將至少Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的原料熔化成熔體；冷卻該熔體，得到玻璃珠粒，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，且包含少于20重量％的SiO2，少于20重量％B2O3，該玻璃有一個Tg；將玻璃珠粒加熱到Tg溫度以上，使玻璃珠粒聚結(jié)成一形體；冷卻聚結(jié)的形體，得到制品。
8.一種制備包含玻璃的制品的方法，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2、B2O3和P2O5的合量少于40重量％，這種方法包括將至少Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的原料熔化成熔體；冷卻該熔體，得到玻璃珠粒，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2，B2O3和P2O5合量少于40重量％，該玻璃有一個Tg；將玻璃珠粒加熱到Tg溫度以上，使玻璃珠粒聚結(jié)成一形體；冷卻聚結(jié)的形體，得到制品。
9.一種制備包含玻璃的制品的方法，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占80重量％，這種方法包括把至少Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的原料熔化成熔體；冷卻該熔體，得到玻璃珠粒，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占80重量％，玻璃有一個Tg；把玻璃珠粒轉(zhuǎn)化成玻璃粉末；將玻璃粉末加熱到Tg溫度以上，使玻璃粉末聚結(jié)成一形體；冷卻該聚結(jié)的形體，得到制品。
10.一種制備包含玻璃的制品的方法，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，且包含少于20重量％SiO2，少于20重量％B2O3，這種方法包括把至少Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的原料熔化成熔體；冷卻該熔體，得到玻璃珠粒，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，且包含少于20重量％SiO2，少于20重量％B2O3，玻璃有一個Tg；把玻璃珠粒轉(zhuǎn)化成玻璃粉末；將玻璃粉末加熱到Tg溫度以上，使玻璃粉末聚結(jié)成一形體；冷卻該聚結(jié)的形體，得到制品。
11.一種制備由玻璃組成的制品的方法，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，且包含少于20重量％SiO2，少于20重量％B2O3，這種方法包括把至少Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的原料熔化成熔體；冷卻該熔體，得到玻璃珠粒，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2、B2O3和P2O5的合量少于40重量％，玻璃有一個Tg；把玻璃珠粒轉(zhuǎn)化成玻璃粉末；將玻璃粉末加熱到Tg溫度以上，使玻璃粉末聚結(jié)成一形體；冷卻該聚結(jié)的形體，得到制品。
12.包含至少75體積％玻璃的陶瓷，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占80重量％。
13.如權(quán)利要求12所述的陶瓷，其特性在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3和ZrO2的合量至少占80重量％。
14.包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的玻璃陶瓷，其特征在于，以玻璃陶瓷總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占80重量％。
15.如權(quán)利要求14所述的玻璃陶瓷，其特性在于，以玻璃陶瓷總重量計，Al2O3、Y2O3和ZrO2的合量至少占80重量％。
16.包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的玻璃陶瓷，其特征在于，以玻璃陶瓷總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，且包含少于20重量％SiO2，少于20重量％B2O3。
17.如權(quán)利要求16所述的玻璃陶瓷，其特性在于，以玻璃陶瓷總重量計，Al2O3、Y2O3和ZrO2的合量至少占60重量％。
18.包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的玻璃陶瓷，其特征在于，以玻璃陶瓷總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2、B2O3和P2O5合量少于40重量％。
19.如權(quán)利要求18所述的玻璃陶瓷，其特性在于，以玻璃陶瓷總重量計，Al2O3、Y2O3和ZrO2的合量至少占60重量％。
20.包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的玻璃陶瓷，其特征在于，該陶瓷(a)顯示一種平均晶粒尺寸小于1微米晶粒的顯微結(jié)構(gòu)，和(b)沒有低共晶顯微結(jié)構(gòu)特征。
21.如權(quán)利要求20所述的玻璃陶瓷，包含Al2O3、Y2O3和ZrO2。
22.一種制備玻璃陶瓷的方法，該玻璃陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃陶瓷總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占80重量％，這種方法包括對包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的玻璃進(jìn)行熱處理，其特征在于，以產(chǎn)生玻璃陶瓷的玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占80重量％。
23.一種制備玻璃陶瓷的方法，該玻璃陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃陶瓷總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占80重量％，這種方法包括對包含玻璃的陶瓷進(jìn)行熱處理，其特征在于，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃陶瓷總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占80重量％。
24.一種制備玻璃陶瓷的方法，該玻璃陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃陶瓷總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2少于20重量％，B2O3少于20重量％，這種方法包括對玻璃進(jìn)行熱處理，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以產(chǎn)生該玻璃陶瓷的玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2少于20重量％，B2O3少于20重量％。
25.一種制備玻璃陶瓷的方法，該玻璃陶瓷包Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃陶瓷總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2少于20重量％，B2O3少于20重量％，這種方法包括對包含玻璃的陶瓷進(jìn)行熱處理，其特征在于，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以產(chǎn)生該玻璃陶瓷的玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2少于20重量％，B2O3少于20重量％。
26.一種制備玻璃陶瓷的方法，該玻璃陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃陶瓷總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2、B2O3和P2O5合量少于40重量％，這種方法包括對玻璃進(jìn)行熱處理，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以產(chǎn)生玻璃陶瓷的玻璃的總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2、B2O3和P2O5合量少于40重量％。
27.一種制備玻璃陶瓷的方法，該玻璃陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃陶瓷總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2、B2O3和P2O5合量少于40重量％，這種方法包括對包含玻璃的陶瓷進(jìn)行熱處理，其特征在于，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以產(chǎn)生該玻璃陶瓷的玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2，B2O3和P2O5合量少于40重量％。
28.一種制備玻璃陶瓷的方法，該玻璃陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，這種方法包括對包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfiO2的至少一種的玻璃進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷，其特征在于，該玻璃陶瓷(a)顯示一種平均晶粒尺寸小于1微米的晶體粒的顯微結(jié)構(gòu)，(b)沒有共晶顯微結(jié)構(gòu)特征。
29.一種制備玻璃陶瓷的方法，該玻璃陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，這種方法包括對包含玻璃的陶瓷進(jìn)行熱處理得到玻璃陶瓷，其特征在于，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于該玻璃陶瓷(a)顯示一種平均晶粒尺寸小于1微米的晶體的顯微結(jié)構(gòu)，(b)沒有共晶顯微結(jié)構(gòu)特征。
30.一種制備玻璃陶瓷制品的方法，這種方法包括將玻璃轉(zhuǎn)化成玻璃粉末，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占80重量％，玻璃有一個Tg；將玻璃粉末加熱到Tg溫度以上，使玻璃粉末聚結(jié)成一形體；冷卻該聚結(jié)的形體，得到玻璃制品；對玻璃制品進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷制品。
31.一種制備玻璃陶瓷制品的方法，該該玻璃陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，這種方法包括將玻璃轉(zhuǎn)化成玻璃粉末，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2少于20重量％，B2O3少于20重量％，玻璃有一個Tg；將玻璃粉末加熱到Tg溫度以上，使玻璃粉末聚結(jié)成一形體；冷卻聚結(jié)的形體，得到玻璃制品；對玻璃制品進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷制品。
32.一種制備玻璃陶瓷制品的方法，該玻璃陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，這種方法包括將玻璃轉(zhuǎn)化成玻璃粉末，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2、B2O3和P2O5合量少于40重量％，玻璃有一個Tg；將玻璃粉末加熱到Tg溫度以上，使玻璃粉末聚結(jié)成一形體；冷卻聚結(jié)的形型體，得到玻璃制品；對玻璃制品進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷制品。
33.包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的玻璃陶瓷，其特征在于，該玻璃陶瓷(a)顯示了一種平均晶粒尺寸小于200納米的晶體的顯微結(jié)構(gòu)，(b)其密度至少是理論密度的90％。
34.包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的玻璃陶瓷，其特征在于，該玻璃陶瓷(a)顯示了一種，其中沒有晶粒尺寸大于200納米的顯微結(jié)構(gòu)，(b)其密度至少是理論密度的90％。
35.包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的顯微結(jié)構(gòu)，其特征在于，該玻璃陶瓷(a)顯示了一種，其中至少一部分晶粒的尺寸不大于150納米的顯微結(jié)構(gòu)，(b)其密度至少是理論密度的90％。
36.包含至少75體積％結(jié)晶陶瓷的陶瓷，該結(jié)晶陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于該陶瓷(a)顯示了一種平均晶粒尺寸小于200納米的顯微結(jié)構(gòu)，(b)其密度至少是理論密度的90％。
37.包含至少75體積％結(jié)晶陶瓷的陶瓷，該結(jié)晶陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于該陶瓷(a)顯示了一種，其中沒有晶粒尺寸大于200納米的顯微結(jié)構(gòu)，(b)其密度至少是理論密度的90％。
38.包含至少75體積％結(jié)晶陶瓷的陶瓷，該結(jié)晶陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于該陶瓷(a)顯示了一種，其中至少一部分晶體的尺寸不大于150納米的顯微結(jié)構(gòu)，(b)其密度至少是理論密度的90％。
39.包含至少75體積％結(jié)晶陶瓷的陶瓷，該結(jié)晶陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于該陶瓷(a)顯示了一種平均晶粒尺寸不大于200納米的顯微結(jié)構(gòu)，(b)其密度至少是理論密度的90％。
40.如權(quán)利要求39所述的陶瓷，其特征在于，以結(jié)晶陶瓷總重量計，該結(jié)晶陶瓷包含Al2O3，REO和ZrO2的總量。
41.由玻璃陶瓷組成的磨粒，該玻璃陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃陶瓷總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占80重量％。
42.由玻璃陶瓷組成的磨粒，該玻璃陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃陶瓷總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2少于20重量％，B2O3少于20重量％。
43.由玻璃陶瓷組成的磨粒，該玻璃陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃陶瓷總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2、B2O3和P2O5合量少于40重量％。
44.一種制備磨粒的方法，這種方法包括對包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的玻璃顆粒進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷磨粒，其特征在于以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占80重量％。
45.一種制備磨粒的方法，這種方法包括對包含玻璃的顆粒進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷磨粒，其特征在于玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以產(chǎn)生玻璃陶瓷磨粒的玻璃顆粒總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占80重量％。
46.一種制備磨粒的方法，這種方法包括對包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的玻璃進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占80重量％；和將該玻璃陶瓷制成磨粒。
47.一種制備磨粒的方法，這種方法包括對包含玻璃的陶瓷進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷，其特征在于該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占80重量％；將該玻璃陶瓷制成磨粒。
48.一種制備磨粒的方法，這種方法包括對包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的玻璃顆粒進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷磨粒，以玻璃顆?？傊亓坑?，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2少于20重量％，B2O3少于20重量％。
49.一種制備磨粒的方法，這種方法包括對包含玻璃的顆粒進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷磨粒，其特征在于該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2少于20重量％，B2O3少于20重量％。
50.一種制備磨粒的方法，這種方法包括對包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的玻璃進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷，其特征在于，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2少于20重量％，B2O3少于20重量％，將玻璃陶瓷制成磨粒。
51.一種制備磨粒的方法，這種方法包括對包含玻璃的陶瓷進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷，其特征在于該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2少于20重量％，B2O3少于20重量％；將玻璃陶瓷制成磨粒。
52.一種制備磨粒的方法，這種方法包括對包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的玻璃顆粒進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷磨粒，其中以玻璃顆?？傊亓坑嫞珹l2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2、B2O3和P2O5合量少于40重量％。
53.一種制備磨粒的方法，這種方法包括對包含玻璃的顆粒進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷磨粒，其特征在于，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2、B2O3和P2O5合量少于40重量％。
54.一種制備磨粒的方法，這種方法包括對包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的玻璃進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷，其特征在于，以玻璃總重量計Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2、B2O3和P2O5合量少于40重量％；和將玻璃陶瓷制成磨粒。
55.一種制備磨粒的方法，這種方法包括對包含玻璃的陶瓷進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷，其特征在于，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于以玻璃總重量計，Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的合量至少占60重量％，SiO2、B2O3和P2O5合量少于40重量％；和將玻璃陶瓷制成磨粒。
56.一種制備磨粒的方法，這種方法包括對包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的玻璃顆粒進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷磨粒，其特征在于，該玻璃陶瓷(a)顯示了一種平均晶粒尺寸小于1微米的顯微結(jié)構(gòu)，和(b)沒有共熔晶顯微結(jié)構(gòu)特征。
57.一種制備磨粒的方法，這種方法包括對包含玻璃的顆粒進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷磨粒，其特征在于，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，該玻璃陶瓷(a)顯示了一種平均晶粒尺寸小于1微米的顯微結(jié)構(gòu)，和(b)沒有共晶顯微結(jié)構(gòu)特征。
58.一種制備磨粒的方法，這種方法包括對包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的玻璃進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷，其特征在于該玻璃陶瓷(a)顯示了一種平均晶粒尺寸小于1微米的顯微結(jié)構(gòu)，(b)沒有共晶顯微結(jié)構(gòu)特性；將玻璃陶瓷制成磨粒。
59.一種制備磨粒的方法，這種方法包括對包含玻璃的陶瓷進(jìn)行熱處理，得到玻璃陶瓷，其特征在于，該玻璃包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，該玻璃陶瓷(a)顯示了一種平均晶粒尺寸小于1微米的顯微結(jié)構(gòu)，(b)沒有共晶顯微結(jié)構(gòu)特征；將玻璃陶瓷制成磨粒。
60.包括包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的玻璃陶瓷的磨粒，其特征在于，該玻璃陶瓷(a)顯示了一種平均晶粒尺寸小于200納米的顯微結(jié)構(gòu)，(b)其密度至少是理論密度的90％。
61.如權(quán)利要求60所述的磨粒，以磨粒總體積計，至少包含90％所述陶瓷。
62.包括包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的玻璃陶瓷的磨粒，其特征在于，該玻璃陶瓷(a)顯示了一種沒有晶粒尺寸大于200納米的顯微結(jié)構(gòu)，(b)其密度至少是理論密度的90％。
63.如權(quán)利要求62所述的磨粒，以磨?？傮w積計，至少包含90％所述陶瓷。
64.包括包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種的玻璃陶瓷的磨粒，其特征在于，該玻璃陶瓷(a)顯示了一種至少一部分晶粒的尺寸不大于150納米的顯微結(jié)構(gòu)，(b)其密度至少是理論密度的90％。
65.如權(quán)利要求64所述的磨粒，以磨?？傮w積計，至少包含90％所述陶瓷。
66.包含至少75體積％結(jié)晶陶瓷的陶瓷的磨粒，該結(jié)晶陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，該陶瓷(a)顯示了一種平均晶粒尺寸小于200納米的顯微結(jié)構(gòu)，(b)其密度至少是理論密度的90％。
67.如權(quán)利要求66所述的磨粒，以磨?？傮w積計，至少包含90％所述陶瓷。
68.包含至少75體積％結(jié)晶陶瓷的陶瓷的磨粒，該結(jié)晶陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于該陶瓷(a)顯示了一種沒有晶粒尺寸大于200納米的顯微結(jié)構(gòu)，(b)其密度至少是理論密度的90％。
69.如權(quán)利要求68所述的磨粒，以磨粒總體積計，至少包含90％所述陶瓷。
70.包含至少75體積％結(jié)晶陶瓷的陶瓷的磨粒，該結(jié)晶陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，該陶瓷(a)顯示了一種至少一部分晶體的尺寸不大于150納米的顯微結(jié)構(gòu)，(b)其密度至少是理論密度的90％。
71.如權(quán)利要求70所述的磨粒，以磨粒總體積計，至少包含90％所述陶瓷。
72.包括至少75體積％結(jié)晶陶瓷的陶瓷的磨粒，該結(jié)晶陶瓷包含Al2O3、Y2O3以及ZrO2和HfO2的至少一種，其特征在于，該陶瓷(a)顯示了一種平均晶粒尺寸不大于200納米的顯微結(jié)構(gòu)，(b)其密度至少是理論密度的90％。
73.如權(quán)利要求72所述的磨粒，以磨?？傮w積計，至少包含90％所述陶瓷。
74.許多具有指定標(biāo)稱粒級的磨粒，其特征在于，這許多磨粒中至少有一部分包含Al2O3，結(jié)晶ZrO2和第一種復(fù)合Al2O3·Y2O3，其特征在于，αAl2O3、結(jié)晶ZrO2和第一種復(fù)合Al2O3·Y2O3中至少有一種物質(zhì)的平均晶粒尺寸不大于150納米，這部分磨粒的密度至少是理論密度的90％。
75.一種磨具，包含粘合劑和許多磨粒的，特征在于至少一部分磨粒包含αAl2O3、結(jié)晶ZrO2和第一種復(fù)合Al2O3·Y2O3，其特征在于αAl2O3、結(jié)晶ZrO2和第一種復(fù)合Al2O3·Y2O3中至少有一種物質(zhì)的平均晶粒尺寸不大于150納米，這部分磨粒的密度至少是理論密度的90％。
76.一種拋光表面的方法，這種方法包括提供一種包含粘合劑和許多磨粒，其特征在于，至少一部分磨粒包含αAl2O3、結(jié)晶ZrO2和第一種復(fù)合Al2O3·Y2O3，其特征在于αAl2O3、結(jié)晶ZrO2和第一種復(fù)合Al2O3·Y2O3中至少有一種物質(zhì)的平均晶粒尺寸不大于150納米，這部分磨粒的密度至少是理論密度的90％。將包含αAl2O3、結(jié)晶ZrO2和第一種復(fù)合Al2O3·Y2O3的磨粒中的至少一個和工件表面接觸；移動包含αAl2O3、結(jié)晶ZrO2和第一種復(fù)合Al2O3·Y2O3的至少一個接觸磨?；蚬ぜ佑|表面，用該接觸磨粒拋光工件表面的至少一部分。
77.許多有指定標(biāo)稱粒級的磨粒，其特征在于，這許多磨粒中至少有一部分包含第一種復(fù)合Al2O3·Y2O3、第二種不同的復(fù)合Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2，其特征在于第一種復(fù)合Al2O3·Y2O3、第二種不同的復(fù)合Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2中至少有一種，其90數(shù)目％的晶粒尺寸不大于200納米，這部分磨粒的密度至少是理論密度的90％。
78.包含粘合劑和許多磨粒的磨具，其特征在于，這許多磨粒中至少有一部分包含第一種復(fù)合Al2O3·Y2O3、第二種不同的復(fù)合Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2，其特征在于在這部分中，第一種復(fù)合Al2O3·Y2O3、第二種不同的復(fù)合Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2中至少有一種，其90數(shù)目％的晶粒尺寸不大于200納米，這部分的磨粒的密度至少是理論密度的90％。
79.一種拋光表面的方法，這種方法包括提供一種包含粘合劑和許多磨粒的磨具，其特征在于，這許多磨粒中至少有一部分包含第一種復(fù)合Al2O3·Y2O3、第二種不同的復(fù)合Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2，其特征在于在這部分中，第一種復(fù)合Al2O3·Y2O3、第二種不同的復(fù)合Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2中至少有一種，其90數(shù)目％的晶粒尺寸不大于200納米，這部分的磨粒的密度至少是理論密度的90％。將包含第一種復(fù)合Al2O3·Y2O3、第二種不同的復(fù)合Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2的磨粒中的至少一個工件表面接觸；移動包含第一種復(fù)合Al2O3·Y2O3、第二種不同的復(fù)合Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2的至少一個接觸磨粒或工件接觸表面，用該接觸磨粒拋光工件表面的至少一部分。
全文摘要
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文檔編號B24D3/00GK1608036SQ02819097
公開日2005年4月20日 申請日期2002年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月2日
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