本體及其用圖
【專利說(shuō)明】具有増加的初性的基于膝融氧化錯(cuò)的多晶多孔A I 2〇3本體及其 用途
[0001] 本發(fā)明設(shè)及基于烙融氧化侶的多晶多孔Ah〇3本體，設(shè)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(xiàn)中通常也稱為剛玉，長(zhǎng)時(shí)間是已知的，且目前仍屬 于用于機(jī)加工表面的最常用的材料。由于有多種待機(jī)加工的不同材料，例如木材、鋼、不誘 鋼、塑料、石頭、陶瓷等，在過(guò)去已經(jīng)開發(fā)出了分別匹配相應(yīng)的應(yīng)用和物理特性(已對(duì)相應(yīng)情 形進(jìn)行了優(yōu)化)的剛玉類型或特殊的剛玉。
[0003] 對(duì)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(duì)所得到的磨粒進(jìn)行后處理，從而得到特 定特征或從而強(qiáng)化它們。
[0004] W02012/041421公開了一種多晶Al2〇3本體，其通過(guò)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(gè)水冷漉子之間 的間隙中，例如W相反方向旋轉(zhuǎn)的漉子。為了增加冷卻速度，另外將細(xì)粒氧化侶顆粒添加到 傾出流中。
[0005] 隨后W運(yùn)種方式將所得的固體物質(zhì)粉碎和通過(guò)篩分處理成磨料粒度。W運(yùn)種方式 獲得了具有封閉的宏觀孔隙率且由單獨(dú)的主晶體構(gòu)成的磨粒，單獨(dú)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(jié)構(gòu)的運(yùn)樣的磨粒在用于 研磨盤時(shí)特別具有優(yōu)點(diǎn)。
[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(jìn)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(duì)含Ti化的剛玉進(jìn)行退火，其中 在還原條件下進(jìn)行的烙化過(guò)程中由Ti化形成的鐵低價(jià)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(jià)鐵且在磨粒的表面上實(shí)現(xiàn)藍(lán)色著色。
[0008] 在兩種較后情況下，對(duì)成品磨粒(對(duì)其復(fù)配從而為緊密和致密的）進(jìn)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(guān)。
[0009] 除了磨粒(對(duì)其復(fù)配從而為緊密和致密的且由極少的大的或單獨(dú)的微晶構(gòu)成），特 別是在最近時(shí)間還已經(jīng)開發(fā)了大量磨粒，對(duì)其復(fù)配(compose)從而為微晶或多晶的，且其由 多個(gè)較小的微晶構(gòu)成，且具有基于晶態(tài)結(jié)構(gòu)或僅其結(jié)構(gòu)的高初性。例如，EP-B-1595081描述 了氧化侶氧化錯(cuò)的生產(chǎn)，其中與氧化侶一起烙融氧化錯(cuò)，然后將液體烙體盡快冷卻，W便防 止冷卻時(shí)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(jié)構(gòu)中彼此相鄰均勻分 布。
[0010] 還可W通過(guò)化學(xué)或陶瓷方法獲得類似的堅(jiān)初材料(對(duì)其也進(jìn)行復(fù)配從而為微晶 的），其中對(duì)細(xì)顆粒烙凝氧化侶或相應(yīng)的原料(在生產(chǎn)過(guò)程由其得到Ah〇3)進(jìn)行加工W形成 生巧，然后在1200-1600°C的溫度下燒結(jié)。例如，微晶燒結(jié)剛玉是EP-B-0152068或EP-A-0725045的主題。
[0011] 過(guò)去，已經(jīng)避免該微晶或多晶剛玉的熱后處理，因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)表明導(dǎo)致初性的晶態(tài)結(jié) 構(gòu)響應(yīng)于后熱處理而維持損傷，運(yùn)歸因于晶體生長(zhǎng)，或在氧化侶-氧化錯(cuò)的情形中還歸因于 改性轉(zhuǎn)變。
[0012] 因而，當(dāng)前僅對(duì)于由極少的大微晶或單微晶構(gòu)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(jī)加工的不同材料、表面和形狀，W及由于對(duì)機(jī)加工過(guò)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(yīng) 某些研磨操作或特殊材料從而由此在機(jī)加工材料時(shí)進(jìn)一步改善去除率或表面品質(zhì)的需要。
[0014] 因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種剛玉磨粒，其具有對(duì)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(jìn)一步優(yōu)化。
[0015] 本發(fā)明的任務(wù)還是提供一種制造相應(yīng)的剛玉磨粒的方法。
[0016] 通過(guò)提供基于烙融氧化侶的多晶多孔Al2〇3本體解決了該問(wèn)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(gè)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(nèi)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(diǎn)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(shí)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(guò)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(dāng)傾倒時(shí)，將細(xì)a氧 化侶顆粒加入傾倒流中。W運(yùn)種方式加速烙體的冷卻。然后，通過(guò)將該烙體倒入金屬板之間 的狹窄間隙或通過(guò)W相反方向旋轉(zhuǎn)的冷卻漉，或者還可W通過(guò)倒出到冷卻板上來(lái)進(jìn)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(yùn)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(zhuǎn)害中進(jìn)行熱后處理15分 鐘。
[0021] 作為在本發(fā)明的上下文中進(jìn)行的試驗(yàn)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在回火之前的成品磨料的先前 粉碎和篩分對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的磨粒的品質(zhì)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(dǎo)致磨粒特征的改善，但是所述改善遠(yuǎn)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(chǔ)Al2〇3本體的宏觀孔隙率，對(duì)于 根據(jù)FEPA的磨料粒度F24-F80,成品磨粒顯示出相對(duì)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(dāng)基礎(chǔ)產(chǎn)物包括少量外部氧化物作為合金化組分時(shí)，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(zhǎng)，盡管 其多晶結(jié)構(gòu)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(dāng)外部相不包括Ti化時(shí)， 也可W觀察到不很明顯的積極作用。
[0024] 另外，通過(guò)REM圖像說(shuō)明了本發(fā)明的特征，W圖1-6對(duì)說(shuō)明書附上運(yùn)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?qū)⒅骶w1的邊界3標(biāo)識(shí)為黑邊區(qū)域，其圍繞單個(gè)主晶體1。還通過(guò) 增加性顯現(xiàn)的單獨(dú)淺色外部相2突出了晶界，在該情況下該外部相包含超過(guò)88重量％的 Ti〇2(實(shí)施例4)。因而，外部相2的抓X分析導(dǎo)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(duì)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(duì)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(biāo) 識(shí)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(guò)熱處理之前的基礎(chǔ)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(rèn)為熱后處理的高溫度導(dǎo)致擴(kuò)散過(guò)程，運(yùn)導(dǎo)致增大的分隔物和外部相2的 更細(xì)的點(diǎn)狀分布。還可看出，溫度處理或擴(kuò)散效應(yīng)分別導(dǎo)致了相界3的厚度減小。
[0033] 在圖5中可WlOO倍放大倍