專利名稱：氧化鋁鋯和它們的制造與使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)於氧化鋁鋯材料相關(guān)領(lǐng)域的說(shuō)明氧化鋁鋯陶瓷材料(包括穩(wěn)定氧化鋯)，諸如經(jīng)氧化鋁韌化處理的氧化鋯，經(jīng)氧化鋯韌化處理的氧化鋁，以及氧化鋁鋯共晶物。這些材料已知具有諸如高強(qiáng)度、高韌性、高硬度、高溫抗蠕變阻力和化學(xué)惰性等非常理想的性能。還知道，添加其它金屬氧化物、氮化物和碳化物等可以修飾氧化鋁鋯材料的性質(zhì)。
這類氧化鋁鋯和以氧化鋁鋯為基的陶瓷材料已經(jīng)加工成為顆粒，涂層，纖維以及塊狀物料。已知這類材料用途包括填料、磨粒、刀具襯套、磨介、耐火材料、纖維、熱障材料、研磨劑、抗蝕涂層等。
已知塊狀氧化鋁鋯和以氧化鋁鋯為基體的陶瓷材料的制造方法，包括粉體聚結(jié)技術(shù)(即燒結(jié)、熱壓、熱等靜壓等)，溶膠-凝膠制造法，熔凝法和等離子體加工，如等離子體噴霧法等。已知氧化鋁鋯和以氧化鋁鋯為基體的陶瓷顆粒的制造方法包括塊狀材料的粉碎，噴霧技術(shù)適合于制作球狀顆粒。至于氧化鋁鋯和氧化鋁鋯為基體的材料的形態(tài)，從無(wú)定形、結(jié)晶或這兩者的組合形式，對(duì)于結(jié)晶物料，特別顯微結(jié)構(gòu)，對(duì)于一給定組成，則取決于諸如工藝方法以及工藝條件等。
已知無(wú)定形或部分無(wú)定形的氧化鋁鋯是通過(guò)熔凝法，將熔體快速淬冷而制造的，或其它方法(如噴霧技術(shù)和等離子體工藝法)。通過(guò)鹽類噴霧熱解生成主要是無(wú)定形態(tài)的氧化鋁鋯粉體也是人們知道的。
此外，盡管經(jīng)熔化、快速淬冷得到許多金屬氧化物的無(wú)定形態(tài)(包括玻璃態(tài))，大多數(shù)場(chǎng)合下，因?yàn)樾枰獦O高快速淬冷速率才能得到無(wú)定形材料，如果物料尺寸太大，仍然形成結(jié)晶材料。因此許多材料無(wú)法生成塊狀或復(fù)雜形狀。通常這類體系在隨后再次加熱時(shí)因?yàn)榻Y(jié)晶過(guò)程而很不穩(wěn)定，因此不會(huì)呈現(xiàn)粘滯流動(dòng)這類性質(zhì)。
另一方面，基于常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)形成氧化物(如二氧化硅和氧化硼)的玻璃，通常較為穩(wěn)定，在再次加熱期間不易結(jié)晶。相應(yīng)地發(fā)生粘滯流動(dòng)的“有效”范圍很容易獲得。已知玻璃(如二氧化硅、氧化硼)粉末通過(guò)高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度發(fā)生粘滯燒結(jié)而形成大的制品已早為人所知。例如在材料工業(yè)中，砂輪采用玻璃質(zhì)結(jié)合劑制成，使磨粒牢固地結(jié)合在一起。
雖然已知氧化鋁鋯有無(wú)定形態(tài)和晶態(tài)，但仍要求氧化鋁鋯的新穎形式和/或組成，特別是那些能用于制成有用制品或磨粒。
發(fā)明概述一方面，本發(fā)明提供無(wú)定形材料，它包含Al2O3(在一些較佳實(shí)施方式中，Al2O3占無(wú)定形材料總重量的至少20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至70重量％)，包含ZrO2(在一些較佳實(shí)施方式中，ZrO2占無(wú)定形材料總重量的至少15，20，25，30，35，40或甚至45重量％)，包含除Al2O3或ZrO2之外的其它金屬氧化物(如Y2O3，REO，TiO2，CaO，Cr2O3，MgO，NiO，CuO以及它們的復(fù)合金屬氧化物)，其中至少除Al2O3或ZrO2之外的金屬氧化物，當(dāng)無(wú)定形材料結(jié)晶時(shí)，其一部分形成明顯的結(jié)晶。在一些較佳實(shí)施方式中，占無(wú)定形材料總量的至少50，55，60，65，70，75，80，85，90甚至95重量％是Al2O3和ZrO2，其中無(wú)定形材料含有的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5之合量不超過(guò)該材料總量的20重量％(在一些實(shí)施方式中最好不超過(guò)15，10，5，4，3，2，1或0重量％)。該無(wú)定形材料具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少25μm(在一些實(shí)施方式中最好至少30μm，35μm，40μm，45μm，50μm，75μm，100μm，150μm，200μm，250μm，500μm，1000μm，2000μm，2500μm，1mm，5mm或甚至10mm)。
所謂“明顯結(jié)晶相”是指由X射線衍射法可測(cè)得的晶相(包括結(jié)晶復(fù)合金屬氧化物)，它不同于與其它明顯結(jié)晶相的固溶體中存在的那種結(jié)晶相。例如，很清楚諸如Y2O3或CeO2這類氧化物可以與結(jié)晶ZrO2形成固溶體，起相穩(wěn)定劑作用。這一類Y2O3或CeO就不是明顯結(jié)晶相。
材料的X，Y和Z尺寸用目測(cè)或用顯微鏡測(cè)定，視其尺寸大小而定。例如，報(bào)道的Z尺寸為球狀顆粒的直徑，涂層的厚度或棱形體的最長(zhǎng)尺寸。
本發(fā)明采用術(shù)語(yǔ)
“無(wú)定形材料”是指由熔體和/或蒸氣相轉(zhuǎn)變而成材料，它沒(méi)有采用X射線衍射法可測(cè)得的遠(yuǎn)程晶體結(jié)構(gòu)和/或由差示熱分析法(DTA)測(cè)得的無(wú)定形材料結(jié)晶時(shí)的放熱峰，該測(cè)定方法在“差示熱分析法”一節(jié)中敘述。
“陶瓷”包括無(wú)定形材料、玻璃、結(jié)晶陶瓷、玻璃陶瓷，以及它們的混合物。
“復(fù)合金屬氧化物”是指包含兩種或多種不同金屬元素和氧的金屬氧化物(如CeAl11O18，Dy3Al5O12，MgAl2O4和Y3Al5O12)“復(fù)合Al2O3·金屬氧化物”是指基于理論氧化物，它包含氧化鋁以及一種或多種除鋁之外的其它金屬元素氧化物的復(fù)合金屬氧化物(如CeAl11O18，Dy3Al5O12，MgAl2O4和Y3Al5O12)。
“復(fù)合Al2O3·Y2O3”是指基于理論氧化物，它包含Al2O3和Y2O3。
“復(fù)合Al2O3·ReO”是指基于理論氧化物，它包含氧化鋁和稀土氧化物的復(fù)合金屬氧化物(如CeAl11O18和Dy3Al5O12)。
“玻璃”是指呈現(xiàn)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的無(wú)定形材料。
“玻璃陶瓷”是指包含無(wú)定形材料經(jīng)熱處理生成的結(jié)晶的陶瓷。
“Tg”是指玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，采用“差示熱分析”一節(jié)所述方法測(cè)定。
“Tx”是指為結(jié)晶溫度，采用“差示熱分析”一節(jié)所述方法測(cè)定。
“稀土氧化物”是指氧化鈰(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(La2O3)，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)，和它們的混合物；“REO”是指稀土氧化物。
此外，除非另有所述，這里的金屬氧化物(如Al2O3、復(fù)合Al2O3·金屬氧化物等)是結(jié)晶的，如在玻璃陶瓷中，它也可以是無(wú)定形，結(jié)晶或部分無(wú)定形部分結(jié)晶的。例如，如果玻璃陶瓷包含Al2O3和Zr2O3，則Al2O3和Zr2O3可以各自為無(wú)定形態(tài)，晶態(tài)或部分無(wú)定形態(tài)部分晶態(tài)，或甚至是與其它金屬氧化物的反應(yīng)產(chǎn)物(例如除非另有說(shuō)明，例如，Al2O3為晶態(tài)Al2O3，或?yàn)樘囟ǖ木B(tài)Al2O3(如α-Al2O3)，它可以晶態(tài)Al2O3和/或一部分是一種或多種晶態(tài)復(fù)合Al2O3·金屬氧化物。
而且，可以理解無(wú)定形材料經(jīng)加熱而成的玻璃陶瓷不呈現(xiàn)Tg，事實(shí)上它不包含玻璃，而是可包含結(jié)晶材料和不呈現(xiàn)Tg的無(wú)定形材料。
一方面本發(fā)明提供，玻璃陶瓷它包含Al2O3(在一些較佳實(shí)施方式中，Al2O3占玻璃陶瓷總量的至少20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至70重量％)，包含ZrO2(在一些較佳實(shí)施方式中，ZrO2占玻璃陶瓷總量的至少15，20，25，30，35，40或甚至45重量％)，還包含除Al2O3或ZrO2之外的其它金屬氧化物(如Y2O3，REO，TiO2，CaO，Cr2O3，MgO，NiO，CuO以及它們的復(fù)合金屬氧化物。其中至少除Al2O3或ZrO2之外的一部分金屬氧化物呈現(xiàn)至少明顯結(jié)晶相。其中，玻璃陶瓷中Al2O3和ZrO2加起來(lái)占玻璃陶瓷總量的至少50％，(在一些較佳實(shí)施方式中較佳55，60，65，70，75，80，85，90甚至95重量％，其中玻璃陶瓷含有的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5之合量不超過(guò)該材料總量的20重量％(在一些實(shí)施方式中最好不超過(guò)15，10，5，4，3，2，1或0重量％)。該玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少25μm(在一些實(shí)施方式中最好至少30μm，35μm，40μm，45μm，50μm，75μm，100μm，150μm，200μm，250μm，500μm，1000μm，2000μm，2500μm，1mm，5mm或甚至10mm)。
在一些實(shí)施方式中，無(wú)定形材料可以呈現(xiàn)在另一種材料(如包含本發(fā)明無(wú)定形材料的顆粒；包含本發(fā)明無(wú)定形材料的陶瓷)。還有無(wú)定形材料(包括玻璃)可進(jìn)行熱處理，使其至少部分轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａ沾伞?br> 一方面，本發(fā)明提供磨粒，它包含它玻璃陶瓷。根據(jù)本發(fā)明，磨粒的某些實(shí)施方式包含玻璃陶瓷，其中玻璃陶瓷包含Al2O3(在一些較佳實(shí)施方式中，Al2O3占玻璃陶瓷總量的至少20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至70重量％)，包含ZrO2(占玻璃陶瓷總量的至少15，在一些較佳實(shí)施方式中，至少20，25，30，35，40或甚至45重量％)，且包含Y2O3(在一些實(shí)施方式中至少占玻璃陶瓷總量的0.5-15％，較佳為1-10％)，其中Y2O3的至少一部分呈現(xiàn)明顯晶相(如晶態(tài)Y2O3和/或晶態(tài)復(fù)合Y2O3·金屬氧化物)。
本發(fā)明磨粒的某些實(shí)施方式包含玻璃陶瓷，其中該玻璃陶瓷含有Al2O3(在一些較佳實(shí)施方式中，Al2O3占玻璃陶瓷總量的至少20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至70重量％)，包含ZrO2(占玻璃陶瓷總量的至少15％，在一些較佳實(shí)施方式中，至少20，25，30，35，40或甚至45重量％)，且包含REO(在一些實(shí)施方式中至少占玻璃陶瓷總量的0.5-15％，較佳在1-10％)，其中REO至少呈現(xiàn)明顯晶相(晶態(tài)REO和/或復(fù)合REO·金屬氧化物)。
在本發(fā)明磨粒的某些實(shí)施方式中，它包含玻璃陶瓷，該玻璃陶瓷包含Al2O3(在一些較佳實(shí)施方式中，Al2O3占無(wú)定形材料總量的至少20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至70重量％)，包含15重量％的ZrO2(在一些較佳實(shí)施方式中，占玻璃陶瓷總量的至少20，25，30，35，40或甚至45重量％)，以及含有的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5之合量不超過(guò)玻璃陶瓷總量的10重量％(在一些實(shí)施方式中最好不超過(guò)5，4，3，2，1或0重量％)。該玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少25μm。
在本發(fā)明磨粒某些實(shí)施方式中，該磨粒包含玻璃陶瓷，該玻璃陶瓷包含Al2O3(在一些較佳實(shí)施方式中，Al2O3占玻璃陶瓷總量的至少20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至70重量％)，包含ZrO2(在一些較佳實(shí)施方式中，占無(wú)定形材料總量的至少20，25，30，35，40或甚至45重量％)，以及包含除Al2O3或ZrO2之外的其它金屬氧化物(如Y2O3，REO，TiO2，CaO，Cr2O3，MgO，NiO，CuO以及它們的復(fù)合金屬氧化物)。其中至少除Al2O3或ZrO2之外的一部分金屬氧化物呈現(xiàn)至少明顯的晶相。其中，玻璃陶瓷中Al2O3和ZrO2加起來(lái)占玻璃陶瓷總量的至少50％(在一些較佳實(shí)施方式中55，60，65，70，75，80，85，90甚至95重量％)，其中玻璃陶瓷含有的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5之合量不超過(guò)玻璃陶瓷總量的20重量％(在一些實(shí)施方式中最好不超過(guò)15，10，5，4，3，2，1或0重量％)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供的是制造磨粒的方法，它包括將無(wú)定形材料(包括玻璃)進(jìn)行熱處理，將至少其部分無(wú)定形材料轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａ沾?；將該玻璃陶瓷粉碎而成含玻璃陶瓷的磨粒?br> 磨?？梢灾瞥赡ゾ呋蛞运缮⑿问绞褂谩８鶕?jù)本發(fā)明的磨具包含粘結(jié)劑和許多磨粒，其中一部分磨粒為本發(fā)明的磨粒。舉例性的磨具包括涂覆磨具，粘結(jié)磨具(如磨輪)，非織造磨具，以及研磨刷。涂覆磨具通常包含有相背的第一和第二主面的背襯，在背襯上粘結(jié)劑和眾多磨粒在至少一部分第一主面上形成研磨層。
根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方式，磨粒占磨具總量至少5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，甚至100重量％。
使用前，磨粒通常分級(jí)成一指定顆粒粒度分布。這類粒度分布包括顆粒大小從粗到細(xì)的范圍。在研磨材料技術(shù)中，有時(shí)候這種粒度范圍稱之為“粗”“中”“細(xì)”三部分。根據(jù)業(yè)界接受的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)而分級(jí)的磨粒規(guī)定了每個(gè)標(biāo)稱級(jí)別顆粒粒度分布在數(shù)值范圍之內(nèi)。這類業(yè)界接受的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(即規(guī)定的標(biāo)稱級(jí)別)包括所知的美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(ANSI)的標(biāo)準(zhǔn)，歐洲研磨產(chǎn)品制造商聯(lián)合會(huì)(EEPA)的標(biāo)準(zhǔn)，以及日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)局(JIS)標(biāo)準(zhǔn)。一方面，本發(fā)明提供具有規(guī)定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒，其中眾多磨粒中至少部分為本發(fā)明中的磨粒。在一些實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的磨粒占眾多磨?？偭恐辽?，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，甚至100重量％。
一方面本發(fā)明提供的是制造磨粒的方法，它包括將包含無(wú)定形材料(包括玻璃)的顆粒進(jìn)行熱處理，使得至少其部分無(wú)定形材料轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａ沾?；提供含玻璃陶瓷的磨粒。通常含玻璃陶瓷的磨粒在熱處理后?jīng)分級(jí)提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒。其中至少部分眾多磨粒是含玻璃陶瓷的眾多磨粒。也可以在進(jìn)行含無(wú)定形材料的顆粒的熱處理之前，提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多顆粒，其中至少部分眾多顆粒是含要熱處理的無(wú)定形材料的眾多顆粒，并且進(jìn)行熱處理，使得提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒，其中至少部分眾多磨粒是含玻璃陶瓷的眾多磨粒。
一方面，本發(fā)明提供的是制造磨粒的方法，它包括將包含無(wú)定形材料(包括玻璃)的顆粒進(jìn)行熱處理，使得至少其部分無(wú)定形材料轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａ沾?，提供含玻璃陶瓷的磨粒。通常含玻璃陶瓷的磨粒在熱處理后?jīng)分級(jí)提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒。其中至少部分眾多磨粒是含玻璃陶瓷的眾多磨粒。也可以在進(jìn)行包含無(wú)定形材料的顆粒的熱處理之前，提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別眾多顆粒，其中至少部分眾多顆粒是含要熱處理的無(wú)定形材料的眾多顆粒，并且進(jìn)行熱處理，使得提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒，其中至少部分眾多磨粒是含玻璃陶瓷的眾多磨粒。
本發(fā)明無(wú)定形材料和玻璃陶瓷可以制成，形成或轉(zhuǎn)變成顆粒(如玻璃珠，其直徑至少為1μm，5μm，10μm，25μm，50μm，100μm，150μm，250μm，500μm，750μm，1mm，5mm或甚至10mm)，制品(如板)，纖維，顆粒以及涂層(如薄涂層)。例如無(wú)定形顆粒和/或玻璃陶瓷顆?？捎米鲝?fù)合材料中的絕熱材料，填料或增強(qiáng)材料。例如薄涂層可用于耐磨材料中的保護(hù)性涂層以及進(jìn)行熱控制的涂層。在本發(fā)明實(shí)施例中，制品包括廚房用具(如盤子)，牙托以及增強(qiáng)纖維，刀具襯套，磨料以及燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)件(如氣門閥和軸承)。其它制品包括在一物體外表面或其它基材外表面上的陶瓷保護(hù)涂層。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1為本發(fā)明包含磨粒的涂覆磨具的部分截面示意2為本發(fā)明包含磨粒的粘結(jié)磨具的透視示意3為本發(fā)明包含磨粒的非織造磨具的放大示意4為實(shí)施例1制得的材料的破裂表面的掃描電鏡(SEM)5為實(shí)施例3制得的材料的破裂表面的掃描電鏡(SEM)6為實(shí)施例22材料的DTA(差示熱分析)曲線圖7-8分別為實(shí)施例23和24材料的DTA曲線圖9為實(shí)施例32熱壓材料一截面的光學(xué)顯微鏡照片圖10為實(shí)施例32熱處理材料經(jīng)拋光截面的SEM照片圖11為實(shí)施例32材料的DTA曲線，圖12為實(shí)施例52材料經(jīng)拋光截面的SEM照片詳細(xì)說(shuō)明一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的無(wú)定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷、磨粒(它包含用來(lái)制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、無(wú)定形材料(包括玻璃))包含Al2O3(在一些實(shí)施方式中，至少占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷中總量的20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至至少70重量％)，包含ZrO2(在一些實(shí)施方式中，至少占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷中總量的15，20，25，30，35，40，或甚至至少45重量％)，還包含除Al2O3或ZrO2之外的其它金屬氧化物(Y2O3，REO，MgO，TiO2，NiO，CaO，Cr2O3，CuO以及它們的金屬?gòu)?fù)合氧化物)，其中至少部分除Al2O3或ZrO2之外的其它金屬氧化物在進(jìn)行熱處理期間形成明顯晶相結(jié)構(gòu)。其中所用無(wú)定形材料或玻璃陶瓷包含Al2O3或ZrO2的合量至少占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷中總量的50重量％(在一些實(shí)施方式中，至少55，60，65，70，75，80，85，90或甚至95重量％)。其中所用無(wú)定形材料或玻璃陶瓷含有合量不超過(guò)占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷中總量20重量％(在一些實(shí)施方式中最好不超過(guò)15，10，5，4，3，2，1或0重量％)的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5。
一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的無(wú)定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷、磨粒(它包含用來(lái)制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、無(wú)定形材料(包括玻璃))包含Al2O3(在一些實(shí)施方式中，至少占玻璃陶瓷總量的20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至至少70重量％)，包含至少15重量％ZrO2(在一些實(shí)施方式中，至少占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷總量的20，25，30，35，40，或甚至至少45重量％)，還包含Y2O3(在一些實(shí)施方式中，至少占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷總量的0.5-15重量％。較佳1-10重量％)，其中至少部分Y2O3在熱處理期間形成明顯晶相結(jié)構(gòu)。
一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的無(wú)定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷、磨粒(它包含用來(lái)制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、無(wú)定形材料(包括玻璃))包含Al2O3(在一些實(shí)施方式中，至少占玻璃陶瓷總量的20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至至少70重量％)，包含至少15重量％的ZrO2(在一些實(shí)施方式中，至少占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷總量的20，25，30，35，40，或甚至至少45重量％)，含有合量不超過(guò)占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷中總量20重量％(在一些實(shí)施方式中最好不超過(guò)15，10，5，4，3，2，1或0重量％)的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5。
一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的無(wú)定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷，磨粒(它包含用來(lái)制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、無(wú)定形材料(包括玻璃))包含Al2O3(在一些實(shí)施方式中，至少占所用無(wú)定形材料或玻璃陶瓷總量的20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至至少70重量％)，包含至少15重量％的ZrO2(在一些實(shí)施方式中，至少占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷總量的20，25，30，35，40，或甚至至少45重量％)，以及包含Y2O3(在一些實(shí)施方式中，至少占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷總量的0.5-15重量％。較佳1-10重量％)，以及所用無(wú)定形材料或玻璃陶瓷含有合量不超過(guò)占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷中總量10重量％(在一些實(shí)施方式中最好不超過(guò)5，4，3，2，1或0重量％)的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5。其中所用無(wú)定形材料或玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少25μm(在一些實(shí)施方式中，最好至少30μm，35μm，40μm，45μm，50μm，75μm，100μm，150μm，200μm，250μm，500μm，1000μm，2000μm，2500μm，1mm，5mm或甚至10mm)。
一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的無(wú)定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷，磨粒(它包含用來(lái)制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、無(wú)定形材料(包括玻璃))包含Al2O3(在一些實(shí)施方式中，至少占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷中總量的20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至至少70重量％)，包含ZrO2(在一些實(shí)施方式中，至少占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷中總量的20，25，30，35，40，或甚至至少45重量％)，以及包含除Al2O3或ZrO2之外的其它金屬氧化物(Y2O3，REO，MgO，TiO2，NiO，CaO，Cr2O3，CuO以及它們的復(fù)合金屬氧化物)，其中至少一部分除Al2O3或ZrO2之外的其它金屬氧化物在進(jìn)行熱處理期間形成明顯晶相結(jié)構(gòu)。其中所用無(wú)定形材料或玻璃陶瓷包含Al2O3或ZrO2的合量至少占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷中總量的50重量％。其中所用無(wú)定形材料或玻璃陶瓷含有合量不超過(guò)占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷中總量20重量％(在一些實(shí)施方式中最好不超過(guò)15，10，5，4，3，2，1或0重量％)的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5。其中所用無(wú)定形材料或玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中X，Y和Z尺寸至少25μm(在一些實(shí)施方式中，最好至少30μm，35μm，40μm，45μm，50μm，75μm，100μm，150μm，200μm，250μm，500μm，1000μm，2000μm，2500μm，1mm，5mm或甚至10mm)。
另外，如果本發(fā)明的無(wú)定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷、磨粒(它包含用來(lái)制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、無(wú)定形材料(包括玻璃))并未指明，則實(shí)施方式中的無(wú)定形材料，玻璃陶瓷等含有合量最好不超過(guò)占未被指明的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷中總量10重量％(在一些實(shí)施方式中最好不超過(guò)5，4，3，2，1或0重量％)的As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5。
另外，如果本發(fā)明的無(wú)定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷、磨粒(它包含用來(lái)制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、無(wú)定形材料(包括玻璃))并未指明，則實(shí)施方式中的無(wú)定形材料，玻璃陶瓷等含有最好不超過(guò)無(wú)定形材料或玻璃陶瓷中總量的15，10，5，4，3，2，1或0重量％的SiO2。
另外，如果本發(fā)明的無(wú)定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷、磨粒(它包含用來(lái)制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、無(wú)定形材料(包括玻璃))并未指明，則實(shí)施方式中的無(wú)定形材料、玻璃陶瓷等含有最好不超過(guò)無(wú)定形材料或玻璃陶瓷中總量的15，10，5，4，3，2，1或0重量％的B2O3。
另外，如果本發(fā)明的無(wú)定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷、磨粒(它包含用來(lái)制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、無(wú)定形材料(包括玻璃))并未指明，則實(shí)施方式中的無(wú)定形材料，玻璃陶瓷等含有合量最好不超過(guò)占無(wú)定形材料或玻璃陶瓷中總量的15，10，5，4，3，2，1或0重量％的SiO2，B2O3和P2O5。
另外，如果根據(jù)本發(fā)明的無(wú)定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷，磨粒(它包含用來(lái)制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、無(wú)定形材料(包括玻璃))并未指明，則至少部分無(wú)定形材料具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少10μm，至少25μm，至少30μm，35μm，40μm，45μm，50μm，75μm，100μm，150μm，200μm，250μm，500μm，至少1000μm，至少2000μm，至少2500μm，至少1mm，5mm或甚至10mm。
另外，本發(fā)明的無(wú)定形材料(包括玻璃)玻璃陶瓷、磨粒(它包含用來(lái)制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、無(wú)定形材料(包括玻璃))包含Al2O3，至少占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷中總量的20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至至少70重量％。
一些實(shí)施方式中，無(wú)定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷、磨粒(它包含用來(lái)制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、無(wú)定形材料(包括玻璃))較好含有的Al2O3占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷中Al2O3和ZrO2的合量的55-65重量％，含有的ZrO2占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷中Al2O3和ZrO2的合量的45-35重量％。一些實(shí)施方式中無(wú)定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷、磨粒(它包含用來(lái)制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、無(wú)定形材料(包括玻璃))最好含有的Al2O3占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷中Al2O3和ZrO2的合量的60重量％，含有的ZrO2占所用的無(wú)定形材料或玻璃陶瓷中Al2O3和ZrO2的合量的40重量％。
一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的無(wú)定形材料(包括玻璃)玻璃陶瓷、磨粒(它包含用來(lái)制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、無(wú)定形材料(包括玻璃))，其Al2O3和ZrO2的重量之比較佳在1∶10-10∶1，最佳在3∶2。
無(wú)定形材料(如玻璃)，含有無(wú)定形材料的陶瓷，含有無(wú)定形材料的顆粒等可以通過(guò)將相應(yīng)金屬氧化物加熱(包括在火焰中)成熔體，最理想的是均勻熔體，然后將該熔體快速冷卻成無(wú)定形材料而制得。例如在制造無(wú)定形材料實(shí)施方式中，金屬氧化物可以在任何合適電爐中(如感應(yīng)爐，燃?xì)鉅t或電爐)或等離子體中加熱熔化，隨后該熔體冷卻，如投入冷卻介質(zhì)中(如高速噴氣流，液體，金屬板(包括急冷金屬板)，金屬滾筒(包括急冷金屬滾筒)，金屬球(包括急冷金屬球)等之中。
制造無(wú)定形材料的實(shí)施方式可以采用美國(guó)專利US PatNo.6,254,981(Castle)所公開的火焰熔融法制造，在該方法中金屬氧化物(以顆粒形式有時(shí)稱之為“進(jìn)料顆粒”)直接送入一燃燒器(如甲烷-空氣燃燒器，乙炔-氧燃燒器，氫氧燃燒器之類)，然后在如水、冷卻油、空氣之類介質(zhì)中淬冷。進(jìn)料顆?？梢詫⒔饘傺趸锝?jīng)研磨、聚集(如噴霧干燥法)、熔化或燒結(jié)而成，饋入火焰中顆粒大小決定了生成含有該無(wú)定形材料的顆粒的尺寸。
無(wú)定形材料也可以采用其它技術(shù)得到，諸如激光旋轉(zhuǎn)熔融自由落體式冷卻，泰勒線技術(shù)，等離子體管技術(shù)，錘砧技術(shù)、離心淬冷，氣槍急冷，單滾和雙滾淬冷，滾板淬冷、懸滴排熱(參見Brockway等人編撰的陶瓷的快速固化(《Rapid Solidification of Ceramics》)一書，金屬和陶瓷信息中心，俄亥俄州Columbus的國(guó)防信息分析中心部，1984年1月)。無(wú)定形材料也可以通過(guò)其它技術(shù)，諸如合適前驅(qū)物的熱解(包括火焰或激光或等離子體輔助的)，金屬前驅(qū)物的物理氣相合成(PVS)，以及機(jī)械化學(xué)加工獲得。
有用的無(wú)定形材料組成包括那些共熔或接近共熔的組成(如二元和三元共熔組成)。除了本發(fā)明所揭示的組成，其它包括四元和多元共熔組成對(duì)讀了本發(fā)明公開內(nèi)容并熟悉此技術(shù)的人士來(lái)說(shuō)也是顯而易見的。
包括通過(guò)商業(yè)渠道購(gòu)得的Al2O3(基于理論氧化物)來(lái)源，包括鋁礬土(包括天然鋁礬土和人工合成鋁礬土)，燃燒鋁礬土，水合氧化鋁(一水軟鋁石，三水鋁礦)，鋁，拜耳法氧化鋁，鋁礦，γ-氧化鋁，α-氧化鋁，鋁鹽，硝酸鋁以及它們的混合物。Al2O3原料只含有，或僅僅提供Al2O3，有時(shí)還可以含有一種或多種Al2O3之外的其它金屬氧化物(包括含有復(fù)合Al2O3的氧化物的材料如Dy3Al5O12，Y3Al5O12，CeAl11O18等)。
包括通過(guò)商業(yè)渠道購(gòu)得的ZrO2(基于理論氧化物)來(lái)源，包括氧化鋯粉，鋯砂，鋯，鋯礦和鋯鹽(如碳酸鹽，醋酸鹽，硝酸鹽，氯化物)，氫氧化物，以及它們的混合物。此外，ZrO2原料可以只含有或提供ZrO2，有時(shí)還含有如氧化鉿等其它氧化物。HfO2的商業(yè)來(lái)源包括氧化鉿粉末，鉿，含鉿礦石，鉿鹽。它可以只提供HfO2，有時(shí)還含有諸如ZrO2等其它金屬氧化物。較為理想是添加的金屬氧化物(如，Te2O3，TiO2，CaO和MgO)要能起到穩(wěn)定ZrO2的四方/立方晶相結(jié)構(gòu)的作用。
稀土氧化物的來(lái)源及其商業(yè)來(lái)源，包括稀土氧化物粉末，稀土金屬，含稀土礦石，(如，氟碳鈰礦，獨(dú)居石)，稀土鹽類，稀土硝酸鹽和稀土碳酸鹽。稀土氧化物原料可僅僅提供稀土氧化物，有時(shí)可提供一種或多種除稀土之外的其它氧化物(包括稀土與其它金屬的復(fù)合氧化物(如，Dy3Al5O12，CeAl11O18等))Y2O3的來(lái)源及其商業(yè)來(lái)源包括氧化釔粉末，釔，含釔礦石，釔鹽(如，碳酸釔，硝酸釔，氯化釔，氫氧化釔，和它們的混合物。Y2O3原料可以僅提供Y2O3有時(shí)可提供一種或多種除釔之外的其它氧化物(包括釔與其它金屬的復(fù)合氧化物(如，Y3Al5O12))
其它有用金屬氧化物也包括基于理論氧化物的BaO，CaO，Cr2O3，CoO，F(xiàn)e2O3，GeO2，Li2O，MgO，MnO，NiO，Na2O，Sc2O3，SrO，TiO2，ZnO以及它們的混合物。它們的商業(yè)渠道包括它們各自的氧化物，復(fù)合氧化物，礦物，碳酸鹽，醋酸鹽，硝酸鹽，氯化物，氫氧化物等等。加入這些氧化物用以修飾所生成磨粒的物理性質(zhì)和/或改善工藝。取決于所要求的性質(zhì)，加入這些金屬氧化物的量占玻璃陶瓷重量的0-50重量％，在一些實(shí)施方式中，更好在0-25重量％，最好占玻璃陶瓷重量的0-50重量％。
在一些實(shí)施方式中，通過(guò)加入顆粒狀金屬材料或其合金，其至少含有一種金屬M(fèi)(如Al，Ca，Cu，Cr，F(xiàn)e，Li，Mg，Ni，Ag，Ti，Zr以及它們混合物)，加入到熔體中或以其他方式使其他原料金屬化而獲得的金屬氧化物原料(在一些實(shí)施方式中，該原料最好占10，15，20，25，30，35，40，45或甚至50重量％)，這是有利的。該金屬M(fèi)的氧化物生成焓為負(fù)值。盡管不愿受理論的束縛，可以認(rèn)為該金屬氧化時(shí)因放熱反應(yīng)產(chǎn)生的熱有利于生成均勻熔體和形成無(wú)定形材料。例如，可以認(rèn)為原材料內(nèi)氧化反應(yīng)產(chǎn)生額外的熱量可消除或減少熱傳遞的不足，進(jìn)而促進(jìn)熔體的形成和均勻化，特別當(dāng)生成的無(wú)定形顆粒的X，Y，Z尺寸超過(guò)150μm更為如此。還可以認(rèn)為額外熱量有助于各種化學(xué)反應(yīng)和物理過(guò)程(如致密化和球化過(guò)程)的完成。而且，可以認(rèn)為對(duì)于有些實(shí)施方式，氧化反應(yīng)產(chǎn)生的額外熱的存在對(duì)那些由于其高熔點(diǎn)，很難熔融而無(wú)法使用的材料也能夠生成熔體，。還可以認(rèn)為，氧化反應(yīng)產(chǎn)生的額外熱的存在能夠生成無(wú)定形材料，否則就不可能制得無(wú)定形材料或所需尺寸大小的無(wú)定形材料。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于在生成無(wú)定形材料中，許多化學(xué)與物理過(guò)程，如熔融、致密化和球化過(guò)程在很短時(shí)間內(nèi)完成，因此淬冷速率可以極高。若要了介更詳細(xì)情況，請(qǐng)參見臨時(shí)申請(qǐng)美國(guó)專利序列號(hào)＿＿(AttorneyDocket No.56931US007)，它與本申請(qǐng)于同一日期提交。
根據(jù)本發(fā)明制造陶瓷時(shí)金屬氧化物原料和其它添加劑的具體選擇通常須考慮諸如生成的陶瓷所要求的組成和顯微結(jié)構(gòu)，所要求的結(jié)晶程度，以及生成的陶瓷所要求的物理性質(zhì)(如硬度或韌性)，避免或減少其它不需要的雜質(zhì)，生成的陶瓷所要求的特性，以及/或具體工藝(包括設(shè)備和熔化前、熔化時(shí)固化前或固化時(shí)制造陶瓷的原材料的純化)。
根據(jù)本發(fā)明添加某些金屬氧化物會(huì)改變玻璃陶瓷的性質(zhì)和/或結(jié)晶結(jié)構(gòu)或顯微結(jié)構(gòu)，以及在制造玻璃陶瓷中原材料和中間體的加工工藝。例如，添加諸如MgO，CaO，Li2O和Na2O可以發(fā)現(xiàn)改變了無(wú)定形材料的Tg(對(duì)于玻璃而言)和Tx(其中Tx為結(jié)晶溫度)。盡管不希望受理論束縛，可以認(rèn)為添加這類材料會(huì)影響玻璃的生成。而且，添加氧化物會(huì)降低整個(gè)體系的熔點(diǎn)(驅(qū)使體系共熔點(diǎn)更低)幫助了無(wú)定形材料的形成。在多元體系中(四元體系等)復(fù)合共熔物具有形成更好無(wú)定形材料的能力。熔體和玻璃在有效范圍內(nèi)的粘度也受所添加諸如MgO，CaO，Li2O和Na2O一類氧化物的影響。在本發(fā)明專利范圍內(nèi)，無(wú)定形材料和由它制成的玻璃陶瓷，還可包含至少一種鹵素(如氟和氯)或硫族化合物(如硫化物，硒化物和碲化物)。
無(wú)定形材料和包含無(wú)定形材料的陶瓷的結(jié)晶過(guò)程也受添加某些材料的影響。例如，某些金屬，金屬氧化物(如鈦酸鹽和鋯酸鹽)和氟化物可以起成核劑的作用，有利于形成均勻的晶核。另外，添加有些氧化會(huì)改變無(wú)定形材料在重新加熱時(shí)脫玻作用的亞穩(wěn)態(tài)性質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明制造陶瓷時(shí)金屬氧化物原料和其他添加劑的選擇，要考慮例如，所得陶瓷的理想組成和顯微結(jié)構(gòu)，結(jié)晶程度，如果可能的話以及它的物理性質(zhì)(如硬度或韌性)，避免或減少雜質(zhì)的出現(xiàn)(包括用來(lái)制造陶瓷的熔化或期間，固化前或期間原料的純化及其設(shè)備)。
金屬氧化物原料和其它添加劑可以是任何形式，只要它適合本發(fā)明制造無(wú)定形材料和玻璃陶瓷等的工藝與設(shè)備即可。原材料可以采用本領(lǐng)域的技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行熔化并淬冷制造氧化物無(wú)定形材料和無(wú)定形金屬。理想的冷卻速率大于50K/S。本領(lǐng)域已知的冷卻技術(shù)有軋輥激冷。軋輥激冷可以將金屬氧化物原料通常在高于其熔點(diǎn)20°-200℃的溫度熔化，然后將熔體在高壓下(采用諸如空氣，氮?dú)?，氬氣一類氣體)噴射到高速旋轉(zhuǎn)軋輥上冷卻/淬冷。通常軋輥由金屬制成，并用水冷卻。金屬疊箱模子也可用于熔體的冷卻/淬冷。
生成熔體，熔體的冷卻/淬冷和/或形成無(wú)定形材料的其它技術(shù)，有蒸氣相淬冷法，熔體排熱法，等離子體噴霧法和氣體噴霧或離心噴霧技術(shù)?？梢酝ㄟ^(guò)濺射進(jìn)行蒸氣相淬冷，此時(shí)將金屬合金或金屬氧化物原料形成所采用的濺射靶。該濺射靶固定于濺射裝置內(nèi)一予定位置，被噴涂的基片置于面對(duì)靶的位置上。通常是10-3乇的氧和氬，在靶和基片之間產(chǎn)生放電。氬離子或氧離子與靶撞擊，產(chǎn)生濺射，在基片上沉積一層組合物的薄膜。關(guān)于等離子體噴霧技術(shù)請(qǐng)參閱臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)---(Attorney Docket No.57980US002)，與本申請(qǐng)同一日期提交。
氣體噴霧涉及到將進(jìn)料顆粒熔化，將其轉(zhuǎn)變成熔體。這種熔體的細(xì)流經(jīng)與分散性空氣噴射流接觸而噴霧(即熔體細(xì)流被撞擊分成細(xì)小霧滴)?；厥盏降氖菢O度分散，一般呈橢球狀無(wú)定形材料的顆粒(如珠)。珠粒的大小從5μm-3μm不等。熔體排熱法可以按照美國(guó)專利US Pot.No.5,605,870(Strom-Olsen等人)所公開的方法進(jìn)行。在2001年4月4日出版的公開號(hào)為WO 01/27046 Al的PCT申請(qǐng)中所揭示的采用激光束加熱的無(wú)容器玻璃形成技術(shù)也可用于本發(fā)明該材料的制造。
冷卻速率會(huì)影響被淬冷無(wú)定形材料的性質(zhì)。例如，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，密度和玻璃的其它性質(zhì)通常會(huì)隨冷卻速率而變。
通常塊狀材料最好至少包含50，60，70，75，80，85，90，95，98，99甚至100重量％無(wú)定形材料。
快冷也可在受控氣氛下，如還原性，中性或氧化性氣氛中進(jìn)行，維持和/或影響冷卻期間所要求的氧化狀態(tài)。氣氛也可以通過(guò)影響過(guò)冷液體下的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)而影響無(wú)定形材料的生成。例如，與在空氣中冷卻相比，有報(bào)道在氬氣氣氛下Al2O3熔體，過(guò)冷度較大，而無(wú)結(jié)晶現(xiàn)象。
有多種方法測(cè)定某材料相組成(玻璃態(tài)/無(wú)定形/結(jié)晶態(tài))的顯微結(jié)構(gòu)，例如采用光學(xué)顯微鏡，電子顯微鏡，差示熱分析(DTA)和X射線衍射法(XRD)獲取各種各樣信息。
采用光學(xué)顯微鏡，無(wú)定形材料通常主要呈透明狀，這是由于沒(méi)有晶界一類光散射中心所致，而結(jié)晶材料呈晶相結(jié)構(gòu)，由于光的散射效應(yīng)而呈不透明狀。
珠粒無(wú)定形的百分產(chǎn)率可采用-100+120目級(jí)分(即收集網(wǎng)眼為150μm和125μm兩個(gè)篩子之間的級(jí)分)經(jīng)計(jì)算而成。按如下方式進(jìn)行測(cè)量。
在玻璃片上鋪上一單層珠粒，用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察。以光學(xué)顯微鏡目鏡上的十字準(zhǔn)線為導(dǎo)向，然后根據(jù)它們光學(xué)透明度，對(duì)沿直線上的珠粒的無(wú)定形或結(jié)晶顆粒計(jì)數(shù)。總計(jì)數(shù)量為500，測(cè)得的無(wú)定形珠粒除以總計(jì)數(shù)量為測(cè)得的無(wú)定形百分產(chǎn)率。
采用DTA對(duì)材料進(jìn)行鑒別，如果材料相對(duì)應(yīng)的DTA曲線中含有放熱結(jié)晶峰(Tx)則為無(wú)定形。如果同一曲線也含有吸熱峰(Tg)，其溫度低于Tx，則認(rèn)為它含有玻璃相。如果材料TDA曲線中無(wú)這些峰，則認(rèn)為是結(jié)晶材料。
按如下方法進(jìn)行差示熱分析(DTA)，DTA采用德國(guó)Selb的Netzsch儀器公司，其商品名為NETZSCH STA 409 DTA/TGA的儀器進(jìn)行。采用-140+170目級(jí)分(即收集網(wǎng)眼為150μm和125μm兩個(gè)篩子之間的級(jí)分)。每個(gè)過(guò)篩的樣品(通常為400mg)置于100μlAl2O3樣品管內(nèi)，每個(gè)樣品在靜止空氣中加熱，以10℃/分鐘加熱速率從室溫(約為25℃)加熱到1,100℃。
采用粉末X-射線衍射法(新澤西州Mahwah的菲利普公司的商品名為PHILLIPS XRG3100)進(jìn)行分析，采用1.54050，Cu Kα1線，測(cè)得材料的衍射峰，經(jīng)與粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會(huì)(JCPDS)數(shù)據(jù)庫(kù)提供的結(jié)晶材料的XRD結(jié)晶衍射圖上衍射峰(國(guó)際衍射數(shù)據(jù)中心出版)進(jìn)行比較。由測(cè)得的XRD衍射圖可對(duì)相的類型進(jìn)行定性分析。如果有較寬的彌散峰說(shuō)明它為無(wú)定形材料。如果有寬峰和明顯尖峰說(shuō)明無(wú)定形基質(zhì)中結(jié)晶物質(zhì)。
最初形成的無(wú)定形材料或陶瓷(包括結(jié)晶之前的玻璃)，其尺寸可能比所要求的大。采用本領(lǐng)域已知粉碎和/或細(xì)磨技術(shù)，可將無(wú)定形材料或陶瓷變小。包括軋輥破碎，canary研磨，顎式破碎，錘式研磨，球磨，氣流磨，撞擊破碎一類技術(shù)。在一些實(shí)施例中，要求兩次或多次粉碎步驟。例如，生成的陶瓷其尺寸可能比要求的大。第一步先將其中稍大，質(zhì)量相對(duì)較大的塊子破碎成小塊。可以采用錘式粉碎機(jī)，撞擊破碎或顎式破碎完成。然后將較小顆粒研磨成所要求顆粒分布的粉體。為了達(dá)到所要求粒度分布(有時(shí)也稱之為粒徑或級(jí)別)，必要時(shí)采用多次粉碎。通常粉碎條件最佳化可獲得所要求的顆粒形狀與粒度分布。如果顆粒太大，已達(dá)要求的粉體可以重磨。如果他們太細(xì)的話，可以回收作為原料重熔。
陶瓷(包括結(jié)晶前的玻璃)的形狀取決于陶瓷組成和/或顯微結(jié)構(gòu)，冷卻時(shí)的幾何形式，以及陶瓷粉碎的方式(即所采用的粉碎技術(shù))。通常凡塊狀顆粒較合式的話，則要消耗更多的能量才能獲得該形狀。相反地，針狀顆粒消耗的能量較少。改變粉碎技術(shù)可獲得不同形狀要求的粉粒。產(chǎn)生的顆粒平均長(zhǎng)短比范圍從1∶1-5∶1，通常在1.25∶1-3∶1，較佳在1.5∶1-2.5∶1之間。
本發(fā)明另一個(gè)內(nèi)容為直接形成所要求形狀的陶瓷(包括結(jié)晶前的玻璃)。例如，陶瓷(包括結(jié)晶前的玻璃)可通過(guò)將熔體澆注到模子中形成。
本發(fā)明另一個(gè)內(nèi)容是通過(guò)聚結(jié)而成陶瓷(包括結(jié)晶前的玻璃)。聚結(jié)的本質(zhì)是兩個(gè)以上小顆粒形成較大尺寸的形體。例如，細(xì)顆粒(如由破碎而得到)(包括珠粒和微球)，纖維等形式的無(wú)定形材料可以形成大顆粒。例如，含無(wú)定形材料顆粒和/或纖維在其Tg溫度之上的溫度加熱，也可以得到陶瓷(包括結(jié)晶前的玻璃)，此時(shí)顆粒聚結(jié)成大的形體，再冷卻。聚結(jié)所用的溫度壓力取決于無(wú)定形材料的組成和生成材料所要求的密度。溫度應(yīng)低于玻璃結(jié)晶溫度，并且對(duì)于玻璃而言要高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。在一些實(shí)施方式中，加熱溫度在850-1100℃之間(在一些實(shí)施方式中，最好在900-1000℃之間)。通常在0-1GPa或更高壓力下進(jìn)行聚結(jié)，這樣有助于無(wú)定形材料的聚結(jié)。在一個(gè)實(shí)施方式中，顆粒料置于模子中熱壓，溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，此時(shí)玻璃的粘滯流動(dòng)導(dǎo)致其聚結(jié)成相對(duì)較大的形體。典型聚結(jié)技術(shù)的例子包括熱壓，熱等靜壓，熱擠壓一類。通常產(chǎn)生的聚結(jié)體在進(jìn)一步熱處理之前，先將其冷卻。如遇要求，熱處理后，將聚結(jié)體破碎成較小顆?；蚶硐氲牧６确植肌?br> 本發(fā)明另一個(gè)內(nèi)容是進(jìn)行額外的熱處理，進(jìn)一步改善材料的性質(zhì)。如熱等靜壓(如溫度900°-1400℃下進(jìn)行)，去除殘存孔隙，提高材料密度。也可選擇對(duì)生成的聚結(jié)體進(jìn)行熱處理提供玻璃陶瓷，結(jié)晶陶瓷或含有結(jié)晶陶瓷的陶瓷。
也可采用各種方法進(jìn)行無(wú)定形材料和/或玻璃陶瓷(如顆粒)的聚結(jié)，包括無(wú)壓或壓力燒結(jié)(如燒結(jié)，等離子體輔助燒結(jié)，熱壓，熱等靜壓，熱煅，熱擠壓等)。
可以任何方式進(jìn)行熱處理，包括本領(lǐng)域已知對(duì)玻璃熱處理提供玻璃陶瓷。例如，熱處理可批量進(jìn)行，可以采用電阻式，感應(yīng)式或燃?xì)饧訜釥t。熱處理也可以連續(xù)式，如采用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行。采用回轉(zhuǎn)窯情況時(shí)，材料在極高溫度直接送入爐窯。在最高溫度逗留時(shí)間從數(shù)秒(在一些實(shí)施方式中甚至少于5秒)到數(shù)分鐘，數(shù)小時(shí)。溫度900-1600℃，典型在1200-1500℃。本發(fā)明的范圍也包括批量熱處理(如成核階段)和連續(xù)式(如結(jié)晶長(zhǎng)大階段，以及為達(dá)到所要求的密度)。對(duì)于成核階段，溫度范圍通常在900-1100℃之間，在一些實(shí)施方式中，較佳在925-1100℃。同樣，致密階段，溫度通常在1100-1600℃之間，在一些實(shí)施方式中，較佳在1200°-1500℃之間。物料直接送入爐內(nèi)極端高溫處，進(jìn)行熱處理。另外，物料也可在較低溫度(如室溫)下送入爐內(nèi)，然后，按預(yù)定升溫速率加熱到所要求溫度。本發(fā)明的另一內(nèi)容是在空氣之外的其它氣氛下進(jìn)行熱處理。在一些場(chǎng)合下，要求在還原性氣氛下進(jìn)行熱處理或許更理想。有時(shí)候要求在一定壓力下，如熱等靜壓，或在氣壓爐中進(jìn)行熱處理更為理想。本發(fā)明的范圍包括將生成的制品或經(jīng)過(guò)熱處理的制品轉(zhuǎn)變(如破碎)成為顆粒(如磨粒)。
無(wú)定形材料經(jīng)熱處理，使至少其部分結(jié)晶成為玻璃陶瓷。本領(lǐng)域早已所知某種玻璃經(jīng)熱處理后可生成玻璃陶瓷。對(duì)于各種各樣玻璃加熱成核條件和玻璃陶瓷中晶粒成長(zhǎng)的條件已為人所知。此外，本領(lǐng)域熟練人員能夠采用本領(lǐng)域已知技術(shù)從玻璃時(shí)間-溫度-轉(zhuǎn)變(TTT)研究中決定合適條件。本領(lǐng)域熟練人員在閱讀本發(fā)明公開技術(shù)后能夠根據(jù)本發(fā)明畫出玻璃TTT曲線，決定合適成核和/或晶體成長(zhǎng)條件，根據(jù)本發(fā)明提供玻璃陶瓷。
通常，玻璃陶瓷強(qiáng)度大于生成它的無(wú)定形材料。因此，材料強(qiáng)度可以通過(guò)無(wú)定形材料轉(zhuǎn)變成結(jié)晶陶瓷相的程度進(jìn)行調(diào)整。另外，或此外，可從產(chǎn)生的成核數(shù)量影響材料的強(qiáng)度，成核數(shù)目則可用來(lái)影響結(jié)晶相晶粒的數(shù)目及尺寸。詳情請(qǐng)參閱P.W.Mc Millan編寫的玻璃陶瓷(Glass-Ceramics，1979年第二版Academic出版社)關(guān)于生成玻璃陶瓷一節(jié)內(nèi)容。
例如，根據(jù)本發(fā)明制造玻璃陶瓷的一些無(wú)定形材料的實(shí)例在熱處理期間，生成La2Zr2O7相，且當(dāng)溫度高于900℃時(shí)，如果ZrO2存在，可觀察到立方/四方相ZrO2，有些場(chǎng)合下還可見到單斜相ZrO2。盡管不愿受理論束縛，可以認(rèn)為與氧化鋯相關(guān)的相是從無(wú)定形材料成核的第一相。通常認(rèn)為當(dāng)溫度高于925℃時(shí)形成Al2O3，ReAlO3(這里Re至少為一種稀土離子)，ReAl11O18，Re3Al5O12，Y3Al5O12等相。一般說(shuō)來(lái)，成核階段中晶粒大小為納米級(jí)。例如，觀察到的晶粒可以小到10-15nm。至少在有些實(shí)施方式中，在約1300℃熱處理時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1小時(shí)后，可得到完全結(jié)晶的材料。一般說(shuō)來(lái)，成核階段或長(zhǎng)晶階段時(shí)熱處理時(shí)間可從數(shù)秒(在一些實(shí)施方式中，甚至少于5秒)到數(shù)分鐘，或一小時(shí)以上。
所得晶粒的大小至少部分受成核和/或結(jié)晶時(shí)間和/或溫度的控制。盡管通常喜歡小晶粒(即不大于1μm，甚至不大于1nm)，但也可制成較大晶粒(如至少1-10μm，至少10-25μm，至少50-100μm或甚至大于100μm)的玻璃陶瓷。不愿受理論束縛，可以認(rèn)為晶粒愈小，對(duì)于相同密度而言，陶瓷的機(jī)械性能(如硬度，強(qiáng)度)愈高。
本發(fā)明玻璃陶瓷實(shí)施方式中可能存在的結(jié)晶相包括Al2O3(如α-Al2O3)，Y2O3，REO，HfO2ZrO2(如立方ZrO2和四方ZrO2)，BaO，CaO，Cr2O3，CoO，F(xiàn)e2O3，GeO2，Li2O，MgO，MnO，NiO，Na2O，P2O5，Sc2O3，SiO2，SrO，TeO2，TiO2，V2O3，Y2O3，ZnO。復(fù)合金屬氧化物(包括復(fù)合Al2O3·金屬氧化物，如Al2O3·REO(如ReAlO3(如GdAlO3，LaAlO3)，ReAl11O18(如LaAl11O18)，和Re3Al5O12(如Dy3Al5O12))，復(fù)合Al2O3·Y2O3(如Y3Al5O12)，和復(fù)合ZrO2·REO(如Re2Zr2O7(La2Zr2O7)))和它們的混合物。
本發(fā)明的另一內(nèi)容，復(fù)合Al2O3·金屬氧化物(如復(fù)合Al2O3·Y2O3，呈現(xiàn)石榴石結(jié)晶結(jié)構(gòu))中用其它陽(yáng)離子替換部分Y離子和/或鋁離子。例如，復(fù)合Al2O3·Y2O3中部分Al離子可被選自下列一組元素中一種離子替換Cr，Ti，Sc，F(xiàn)e，Mg，Ca，Si，Co以及其它的混合物。復(fù)合例如，Al2O3·Y2O3中部分Y離子可被下列一組元素中一種離子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以及它們的混合物替換。類似地，本發(fā)明一個(gè)內(nèi)容，是將氧化鋁中鋁部分替換，例如Cr，Ti，Sc，F(xiàn)e，Mg，Ca，Si和Co可替換氧化鋁中鋁。上述替換離子也會(huì)影響熔凝材料的性質(zhì)(如硬度，韌性，強(qiáng)度，導(dǎo)熱性等)。
本發(fā)明的另一內(nèi)容，用其它離子替換復(fù)合Al2O3·金屬氧化物(如Al2O3.REO)中部分稀土和/或鋁離子。例如，復(fù)合Al2O3.REO中部分鋁被至少下列一組元素Cr，Ti，Sc，F(xiàn)e，Mg，Ca，Si，Co以及它們的混合物中一個(gè)離子所替換。例如，復(fù)合Al2O3.REO中Y被至少下列一組元素Y，F(xiàn)e，Ti，Mn，V，Cr，Co，Ni，Cu，Mg，Ca，Sr以及它們的混合物中一個(gè)離子所替換。類似地，本發(fā)明的另一內(nèi)容，用其它離子替換氧化鋁中部分鋁，Cr，Ti，Sc，F(xiàn)e，Mg，Ca，Si，Co可以替換氧化鋁中鋁。上述陽(yáng)離子替換會(huì)影響熔凝材料的物理性質(zhì)(如硬度，韌性，強(qiáng)度，導(dǎo)熱性等)。
根據(jù)美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)E112-96《測(cè)定平均晶粒度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》中的直線截取法測(cè)定晶粒度。樣品置于鑲裝樹脂內(nèi)(購(gòu)自伊利諾斯州LakeBluff的Buehler公司，商品名為“TRANSOPTIC POWDER”，通常鑲裝樹脂直徑2.5cm，高為1.9cm，采用常規(guī)拋光技術(shù)和拋光器(購(gòu)自伊利諾斯州LakeBluff的Buehler公司，商品名為“ECOMET3”)制鑲裝截面。樣品用金剛石輪拋光3分鐘，再逐次用45，30，15，9，3以及1μm漿料拋光5分鐘，鑲裝并拋了光的樣品濺射一層金-鈀，然后用掃描電鏡觀察(如JEOL公司的JSM840A型掃描電鏡)。通常樣品中觀察到顯微結(jié)構(gòu)的背散射電鏡照片(BSE)按照如下方法測(cè)定平均晶粒度。對(duì)照片上任意一根直線上截取得到的單位長(zhǎng)度(NL)上晶粒計(jì)數(shù)。由該數(shù)字按如下公式計(jì)算測(cè)得平均晶粒度為 其中，NL為單位長(zhǎng)度上截得的晶粒數(shù)，M為顯微鏡放大倍數(shù)。
本發(fā)明一些實(shí)施方式包括含α-Al2O3的玻璃陶瓷，它的平均晶粒度150nm。
本發(fā)明一些實(shí)施方式包括含α-Al2O3的玻璃陶瓷，其中90％(在一些實(shí)施例中，最好95或甚至100％)的α-Al2O3晶粒，其晶粒度不大于200nm。
本發(fā)明一些實(shí)施方式包括含α-Al2O3、結(jié)晶ZrO2和第一復(fù)合Al2O3·Y2O3的玻璃陶瓷，其中α-Al2O3，結(jié)晶ZrO2或第一復(fù)合Al2O3-Y2O3中的至少一種平均晶粒度不大于150nm。在一些實(shí)施方式中，玻璃陶瓷最好還包含不同的第二復(fù)合Al2O3·Y2O3。在一些實(shí)施方式中，玻璃陶瓷還包含復(fù)合Al2O3·REO。
本發(fā)明一些實(shí)施方式包括含第一復(fù)合Al2O3·Y2O3，不同的第二復(fù)合Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2的玻璃陶瓷，其中第一復(fù)合Al2O3·Y2O3，第二復(fù)合Al2O3·Y2O3或結(jié)晶ZrO2中的至少一種，其晶?？倲?shù)90％(在一些實(shí)施例中最好95或甚至100％)的晶粒度不大于200nm。在一些實(shí)施方式中，玻璃陶瓷最好還包括不同的第二復(fù)合Al2O3·Y2O3，在一些實(shí)施方式中，玻璃陶瓷最好還包含復(fù)合Al2O3·REO。
本發(fā)明一些實(shí)施方式包括含α-Al2O3，結(jié)晶ZrO2和第一復(fù)合Al2O3·REO的玻璃陶瓷，且其中α-Al2O3，結(jié)晶ZrO2和第一復(fù)合Al2O3·REO中至少一種其平均晶粒度不大于150nm。在一些實(shí)施方式中，玻璃陶瓷還包含不同的第二復(fù)合Al2O3·REO。在一些實(shí)施方式中，玻璃陶瓷還包含復(fù)合Al2O3·Y2O3。
本發(fā)明一些實(shí)施方式包括含第一復(fù)合Al2O3·REO，不同的第二復(fù)合Al2O3·REO和結(jié)晶ZrO2的玻璃陶瓷，其中第一復(fù)合Al2O3·REO，不同的第二復(fù)合Al2O3·REO和結(jié)晶ZrO2中的至少一種，其90％(在一些實(shí)施例中，最好95或甚至100％)的晶粒的晶粒度不大于200nm。在一些實(shí)施方式中，玻璃陶瓷最好還包含不同的第二復(fù)合Al2O3·REO。在一些實(shí)施方式中，玻璃陶瓷還包含復(fù)合Al2O3·Y2O3。
本發(fā)明的一些實(shí)施方式還包括含有第一復(fù)合Al2O3·Y2O3，不同的第二復(fù)合Al2O3·Y2O3以及結(jié)晶ZrO2的玻璃陶瓷，其中第一復(fù)合Al2O3·Y2O3，第二復(fù)合Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2中的至少一種，其90％(在一些實(shí)施例中，最好95或甚至100％)的晶粒的平均晶粒度不大于200nm。在一些實(shí)施方式中，玻璃陶瓷還最好包含復(fù)合Al2O3·REO。
本發(fā)明的一些實(shí)施方式還包括含有第一復(fù)合Al2O3·Y2O3，不同的第二復(fù)合Al2O3·Y2O3以及結(jié)晶ZrO2玻璃陶瓷，其中第一復(fù)合Al2O3·Y2O3，第二復(fù)合Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2的至少一種，其90％(在一些實(shí)施例中，最好95或甚至100％)的晶粒的晶粒度不大于200nm。在一些實(shí)施方式中，玻璃陶瓷還最好包括復(fù)合Al2O3·REO。
本發(fā)明一些實(shí)施方式包括含第一復(fù)合Al2O3·REO，不同的第二復(fù)合Al2O3·REO和結(jié)晶ZrO2的玻璃陶瓷，其中第一復(fù)合Al2O3·REO，不同的第二復(fù)合Al2O3·REO和結(jié)晶ZrO2中的至少一種，其中平均晶粒不大于150nm。在一些實(shí)施方式中，玻璃陶瓷還包含Al2O3·Y2O3復(fù)合物。
本發(fā)明一些實(shí)施方式包括含第一復(fù)合Al2O3·REO，不同的第二復(fù)合Al2O3·REO和結(jié)晶ZrO2的玻璃陶瓷，第一復(fù)合Al2O3·REO，不同的第二復(fù)合Al2O3·REO和結(jié)晶ZrO2，中的至少一種，其90％(在一些實(shí)施例中，最好95或甚至100％)的晶粒，其晶粒度不大于200nm。在一些實(shí)施方式中，玻璃陶瓷還包含復(fù)合Al2O3·Y2O3。
在本發(fā)明一些實(shí)施方式中，玻璃陶瓷包含至少75，80，85，90，95，97，98，99或甚至100體積％的晶粒，晶粒平均晶粒度小于＜1μm。在一些實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的玻璃陶瓷包含不大于至少75，80，85，90，95，97，98，99或甚至100體積％的晶粒，晶粒平均晶粒度不大于0.5μm。在一些實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的玻璃陶瓷包含不大于至少75，80，85，90，95，97，98，99或甚至100體積％的晶粒，晶粒平均晶粒度不大于0.3μm。在一些實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的玻璃陶瓷包含不大于至少75，80，85，90，95，97，98，99或甚至100體積％的晶粒，晶粒平均晶粒度不大于0.15μm。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式提供的無(wú)定形材料經(jīng)熱處理形成的結(jié)晶可以是等軸晶，柱狀晶或片狀晶。
根據(jù)本發(fā)明，盡管無(wú)定形材料，玻璃陶瓷等可以為塊狀材料，本發(fā)明的實(shí)例還提供了含有無(wú)定形材料，玻璃陶瓷等的組合材料。這種組合材料可以包含一種相，或纖維(連續(xù)或離散)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，玻璃顆粒以及它們的混合物)，它們分散在無(wú)定形材料中或?qū)訝顝?fù)合結(jié)構(gòu)(如含有玻璃陶瓷到用來(lái)制造該玻璃陶瓷的無(wú)定形材料的濃度梯度，和/或玻璃陶瓷的各種不同組成層)。
通常，本發(fā)明的陶瓷(真)密度，有時(shí)也稱比重，一般至少為理論值的70％，較理想至少為75％，80％，85％，90％，95％，96％，97％，98％，99％，99.5％或甚至100％。
本發(fā)明材料的平均硬度按下操作測(cè)定。將材料樣品鑲裝在鑲裝樹脂內(nèi)(伊利諾斯州Lake Bluff的Buehler公司，商品名為“TRANSOPTIC POWER”)，通常鑲裝樹脂直徑2.5cm，高為1.9cm，采用常規(guī)拋光技術(shù)和拋光器(伊利諾斯州Lake Bluff的Buehler公司，商品名為“ECOMET3”)制備鑲裝截面。樣品用金剛石輪拋光3分鐘，再依次用45，30，15，9，3以及1μm漿料拋光5分鐘，采用常規(guī)顯微硬度測(cè)試儀測(cè)定顯微硬度(日本東京的Mitutoyo公司產(chǎn)商品名為MITUTOYO MVK-VL)采用100g負(fù)載的維氏壓頭，按照ASTM E384材料顯微硬度測(cè)試方法(1991年)進(jìn)行顯微硬度測(cè)試。
在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的玻璃陶瓷平均硬度至少為13GPa(在有些實(shí)施例中較佳至少在14，15，16，17或甚至18GPa)。本發(fā)明的磨粒，其平均硬度至少15GPa，在一些實(shí)施例中，至少為16GPa，17GPa或甚至18GPa。
關(guān)于無(wú)定形材料和玻璃陶瓷，包括它們的制造，使用和性質(zhì)等額外資料可參閱2001年8月2日備案的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朥S Serial No.09/922，526，09/922，527和09/922，530以及與本申請(qǐng)同一天提交的序列號(hào)US SerialNo.(Attorney Docket號(hào)56931US005，56931US006，56931US007，56931US008，56931US009，57980US002以及57981US002。
本發(fā)明的磨粒一般包含結(jié)晶陶瓷，在一些實(shí)施例中較佳包含75，80，85，90，91，92，93，94，95，96，97，98，99，99.5或甚至100％的結(jié)晶陶瓷。
本發(fā)明的磨?？刹捎帽绢I(lǐng)域已知技術(shù)進(jìn)行篩分和分級(jí)，包括使用工業(yè)界認(rèn)定的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(ANSI)，歐洲研磨產(chǎn)品制造商聯(lián)合會(huì)(FEPA)和日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)。本發(fā)明的磨粒粒徑的范圍較寬，通常在0.1-5000μm之間，較佳在1-2000μm之間，理想的在5-1500μm之間，更理想的在100-1500μm之間。
ANSI的級(jí)別規(guī)定有ANSI4，ANSI6，ANSI8，ANSI16，ANSI24，ANSI36，ANSI40，ANSI50，ANSI60，ANSI80，ANSI100，ANSI120，ANSI150，ANSI180，ANSI220，ANSI240，ANSI280，ANSI320，ANSI360，ANSI400，ANSI600。本發(fā)明的磨粒的較佳級(jí)別規(guī)定為ANSI 8-220。FEPA的級(jí)別規(guī)定有P8，P12，P16，P24，P36，P40，P50，P60，P80，100，P120，P150，P180，P220，P320，P400，P500，P600，P800，P1000和P1200。本發(fā)明的磨粒的較佳分級(jí)規(guī)定為P12-220。JIS的級(jí)別規(guī)定有JIS8，JIS12，JIS16，JIS24，JIS36，JIS46，JIS54，JIS60，JIS80，JIS100，JIS150，JIS180，JIS220，JIS240，JIS280，JIS320，JIS360，JIS400，JIS500，JIS600，JIS800，JIS1000，JIS1500，JIS2500，JIS4000，JIS6000，JIS8000和JIS10000。本發(fā)明的研磨顆料的較佳級(jí)別規(guī)定為JIS 8-220。
破碎與過(guò)篩后，通常有多種不同粒度分布與級(jí)別的磨粒。這些級(jí)別也許一時(shí)無(wú)法滿足制造商或供應(yīng)商的需要。為了減少庫(kù)存，有可能將不符合要求的顆粒重新回收熔化，生成無(wú)定形材料。可在破碎階段后進(jìn)行回收，將不能落在粒度分布內(nèi)的大塊子或過(guò)細(xì)顆粒(有時(shí)稱之為細(xì)粉)進(jìn)行回收。
另一方面，本發(fā)明提供了磨粒的制造方法。該方法包括將包含無(wú)定形(如玻璃)的顆粒進(jìn)行熱處理將其至少部分無(wú)定形材料轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａ沾?，成為含玻璃陶瓷的磨粒。本發(fā)明也提供含玻璃陶瓷的磨粒的制造方法，該方法包括將無(wú)定形材料熱處理使至少其部分轉(zhuǎn)變成玻璃陶瓷，然后將經(jīng)熱處理的材料破碎成磨粒。破碎后，與明顯結(jié)晶的玻璃陶瓷或結(jié)晶材料相比，玻璃更易獲得較尖銳的顆粒。
在另一方面，本發(fā)明提供磨粒的聚集物，它包括本發(fā)明用粘結(jié)劑粘結(jié)的許多磨粒。在另一方面，本發(fā)明提供含有粘結(jié)劑和眾多磨粒的磨具(如涂覆磨具，粘結(jié)磨具(包括玻璃質(zhì)、香樹脂，和金屬粘結(jié)的磨輪，切割輪，工具鑲裝尖和磨石，非織造磨具和研磨刷)，其中至少部分磨粒為本發(fā)明磨粒(包括磨粒的聚集物)。本領(lǐng)域熟練人員早已知道制造與使用這些磨具的方法。而且，根據(jù)本發(fā)明的磨粒可以用于研磨用途，如磨?；衔?如拋光化合物)作研磨漿料，磨介，噴丸介質(zhì)，振動(dòng)磨介等等。
涂覆磨具通常包括一個(gè)背襯，許多磨粒以及至少一種將磨粒粘結(jié)到背襯上的粘結(jié)劑。背襯可以為任何一種合適的材料，如布，聚合膜，非織造布，紙以及它們的組合物和它們經(jīng)處理后的材料。粘結(jié)劑可以是任一種粘結(jié)劑，包括無(wú)機(jī)，有機(jī)粘結(jié)劑(包括熱固樹脂和輻射固化樹脂)。磨粒可出現(xiàn)在涂覆磨具的一層或兩層中。
圖1所示為本發(fā)明涂覆磨具的實(shí)例。參見該圖，本發(fā)明的涂覆磨具1具有背襯(基片)2和研磨層3。研磨層3包括本發(fā)明的磨粒4，它被初始結(jié)合涂層5和膠結(jié)涂層6固定在背襯2的主面上。在一些實(shí)施例中，采用上膠結(jié)涂層(并未顯示)。
粘結(jié)磨具通常是磨粒通過(guò)有機(jī)粘結(jié)劑，金屬粘結(jié)劑或玻璃質(zhì)粘接劑粘結(jié)成的具有一定形狀的物體。這類形體，例如，可以是輪狀，如磨輪或切割輪。磨輪直徑通常為1cm-1m，切割輪直徑在1cm-80cm之間(較典型在3cm-50cm之間)。切割輪的厚度通常在0.5mm-5cm，(較典型在0.5mm-2cm之間)。該形體也可以是磨石，片段，工具，鑲裝尖，圓盤(如雙盤磨)或其它常規(guī)粘結(jié)磨具。粘結(jié)磨具通常含有約占粘結(jié)型磨具3-50體積％粘結(jié)材料，約30-90體積％磨粒(或磨粒混合物)，高達(dá)50體積％的添加劑(包括研磨輔料)和高達(dá)70體積％的孔隙。
較佳形狀為磨輪。參見圖2，它所示的是本發(fā)明的磨輪10。它包括本發(fā)明的磨粒11，模制成輪狀，裝在輪轂上。
本發(fā)明的非織造磨具通常包括本發(fā)明的磨粒分布在敞開多孔疏松的聚合物纖維結(jié)構(gòu)上，通過(guò)有機(jī)粘結(jié)劑固定在其上，該纖維狀包括聚酯纖維，聚酰胺纖維和聚芳酰胺纖維。圖3為放大約100倍的典型非織造磨具的示意圖。本發(fā)明這種非織造磨具包含織物墊50作基片，通過(guò)粘接劑54將本發(fā)明磨粒52粘結(jié)其上。
有用的研磨刷包括那些上具有眾多硬毛與背襯成一體的研磨刷。如參見美國(guó)專利US Pat.No.5，427,595(Pihl等人)，5,443906(Pihl等人)，5,679,067(Johnson等人)，以及5,903,951(Ionta等人)。較理想的是這些研磨刷由聚合物與磨粒的混合物經(jīng)注射成型而制得。
制造磨具用的合適有機(jī)粘結(jié)劑為熱固型有機(jī)聚合物。它們的實(shí)例包括酚醛樹脂，脲醛樹脂，密胺縮醛樹脂，聚氨酯樹脂，丙烯酸酯樹脂，聚酯樹脂，接有α，β非飽和羧基的氨基塑料樹脂，環(huán)氧樹脂，丙烯酸化聚氨酯，丙烯酸化環(huán)氧樹脂，以及它們的混合物。粘結(jié)劑和/或磨具還可以包含諸如纖維，潤(rùn)滑劑，增濕劑，觸變劑，表面活性劑，顏料，染料，抗靜電劑(如碳黑，氧化釩，石墨等)，偶合劑(如硅烷，鈦酸鹽，鋯鋁酸鹽等)，增塑劑，懸浮劑一類添加劑。這些可用的添加劑的用量經(jīng)選擇使其達(dá)到理想的性質(zhì)。偶合劑可改善磨粒和/或填料的粘性。粘結(jié)劑可以是熱固性，輻照固化，或兩者兼而有之。有關(guān)粘結(jié)化學(xué)請(qǐng)參閱美國(guó)專利US Pat.No4,588,419(Caul等人)，4,751,138(Tumey等人)以及5,436,063(Follett等人)。
更具體有關(guān)玻璃質(zhì)粘接磨具，玻璃質(zhì)粘結(jié)材料，它們呈現(xiàn)無(wú)定形結(jié)構(gòu)，通常很硬，這一事實(shí)早為本領(lǐng)域所熟知。在一些場(chǎng)合下，玻璃質(zhì)粘結(jié)材料包含結(jié)晶相。根據(jù)本發(fā)明的玻璃質(zhì)粘結(jié)磨具可以是輪子(包括切割輪)，磨石，工具鑲裝尖或其它常規(guī)粘結(jié)磨具。根據(jù)本發(fā)明，較佳玻璃質(zhì)粘結(jié)磨具為磨輪。
金屬氧化物用于形成玻璃質(zhì)粘結(jié)材料的實(shí)例包括二氧化硅，硅酸鹽，氧化鋁，蘇打，氧化鈣，氧化鉀，二氧化鈦，氧化鐵，氧化鋅，氧化鋰，氧化鎂，三氧化二硼，硅酸鋁，硼酸玻璃，硅酸鋰鋁，以及它們的混合物。通常玻璃質(zhì)粘結(jié)材料可以從包含10一100％玻璃料，較典型為20-80％玻璃料，或30-70％玻璃料的組合物制成。剩余部分可以為非玻璃料。玻璃質(zhì)粘結(jié)還可以由非玻璃料組合物形成。玻璃質(zhì)粘接材料在700℃-1500℃溫度范圍內(nèi)熟化，通常在800℃-1300℃，有時(shí)候在900℃-1200℃，或甚至在950℃-1100℃固化。熟化的實(shí)際溫度取決于具體的玻璃質(zhì)粘結(jié)劑的組成。
較佳的玻璃質(zhì)粘結(jié)材料包含二氧化硅，氧化鋁(較理想的是至少10重量％的氧化鋁)和三氧化二硼(較理想的是至少10重量％的氧化硼)。大多數(shù)場(chǎng)合下，玻璃質(zhì)粘結(jié)材料還包含堿金屬氧化物(Na2O和K2O)(有時(shí)候至少10重量％的堿性氧化物)。
粘結(jié)劑材料也可以含有填料或研磨輔料，通常為顆粒狀。一般說(shuō)來(lái)，該顆粒物為無(wú)機(jī)材料。合適的填料包括金屬碳酸鹽(如碳酸鈣(如白堊，方解石，灰泥，鈣華，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，玻璃泡和玻璃纖維)，硅酸鹽(如滑石，粘土，蒙脫土，長(zhǎng)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，硫酸鋁鈉，硫酸鋁)，石膏，蛭石，木屑，三水合鋁，碳黑，金屬氧化物(如氧化鈣(石灰)，氧化鋁，二氧化鈦)以及金屬亞硫酸鹽(如亞硫酸鈣))。
通常添加研磨輔料可增加磨具的使用壽命。研磨輔料是一種具有明顯影響研磨化學(xué)與物理過(guò)程的材料，能改善研磨性能。盡管不愿受理論束縛，可以認(rèn)為研磨輔料會(huì)(a)降低研磨顆料與被研磨工件之間的研磨力，(b)防止磨粒“封蓋”(即阻止金屬顆粒焊結(jié)在磨粒的頂部)，或至少降低了磨粒被“封蓋”的機(jī)會(huì)，(c)降低磨粒與工件之間界面溫度，或(d)降低了研磨力。
研磨輔料包含眾多不同材料，可以為無(wú)機(jī)材料，也可以是有機(jī)材料，研磨輔料的實(shí)例包括蠟，有機(jī)鹵化物，鹵化物鹽和金屬及其合金。有機(jī)鹵化物在研磨期間會(huì)分解，會(huì)放出氫鹵酸或鹵化物氣體。這類材料的實(shí)例有鹵化臘，如四氯萘，五氯萘，以及聚氯乙烯。鹵化物鹽有氯化鈉，鉀冰晶石，鈉冰晶石，氨冰晶石，四氟硼酸鉀，四氟硼酸鈉，四氟化硅，氯化鉀和氯化鎂。金屬包括，錫，鉛，鉍，鈷，銻，鎘和鐵，鈦。其它各種研磨輔料有硫，有機(jī)硫，石墨，金屬硫化物。本發(fā)明一個(gè)內(nèi)容是使用各種研磨輔料的混合物，有些場(chǎng)合會(huì)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。較佳的輔料為冰晶石，最佳為四氟硼酸鉀。
研磨輔料在涂覆型和粘結(jié)型磨具中特別有用。在涂覆磨具，研磨輔料通常用于上膠結(jié)涂層中，該涂層覆蓋于磨粒表面。然而有時(shí)候研磨輔料加入膠結(jié)涂層中。通常研磨輔料的加入量為50-300g/m2(較理想為80-160g/m2)。在玻璃質(zhì)粘結(jié)磨具中，研磨輔料通常浸漬在磨件的孔隙內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，磨具可以含有100％磨粒，或該磨粒與其它磨粒和/或稀釋顆粒的混合物。然而，根據(jù)本發(fā)明磨粒至少占磨具重量的2％，理想的為5％，更理想的為30-100％。在一些例子中，根據(jù)本發(fā)明的磨粒可以與其它磨粒和/或稀釋顆粒以5-75重量％，25-75重量％，40-60重量％或50-50重量％(即重量相等)比例混合。合適的常規(guī)的磨粒實(shí)例為熔凝氧化鋁，(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，碳化鈦，金剛石，立方氮化硼，石榴石，熔凝鋁-鋯復(fù)合氧化物和溶膠-凝膠法制得的磨粒之類。溶膠-凝膠法制得的磨?？梢约恿司ХN，也可以不加晶種；同樣溶膠-凝膠法制得的磨?？梢噪S意形狀，或可以有一定形狀，如棒狀或三角狀。溶膠-凝膠顆粒的實(shí)例包括那些在美國(guó)專利US Pat.No.4,314,827(Leitheiser等人)，4,518,397(Leitheiser等人)，4,623,364(Cottringer等人)，4,744,802(Schwabel等人)，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)以及5,551,963(Larmie)中所述的。關(guān)于由氧化鋁作原料的燒結(jié)氧化鋁磨具的額外資料可參閱US Pat.No.5,259,147(Falz)，5,593,467(Monroe)以及5,665,127(Moltgen)。關(guān)于熔凝磨粒的資料可參閱US Pat.No.1,161,620(Coulter)，1,192,709(Tone)，1,247,337(Saunders等人)，1,268,533(Allen)和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等人)和5,336,280(Dubots等人)，和在2000年2月2日提交的美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)US Serial No.09,495,978，09/496,422，09/496,638,和09/496,713，和在2000年7月19日提交的09/618,876，09/618,879，09/619,106，09/619,191，09/619,192，09/619,215，09/619,289，09/619,563，09/619,729，09/619,744和09/620,262和在2001年1月30日提交的09/772,730。在一些實(shí)例中，磨粒混合物制成的磨具與含100％純種磨粒相比，研磨性能有所改善。
如果采用混合磨粒，則形成混合物的磨粒大小可以相同，也可以不同，例如，本發(fā)明的磨粒較大，而另一種磨粒較小。相反地，本發(fā)明的研磨粒較小，另一種磨粒較大。
合適的稀釋顆粒的實(shí)例包括大理石，石墨，燧石，二氧化硅，氧化鐵，硅酸鋁，玻璃(包括玻璃泡，玻璃珠)，氧化鋁泡，氧化鋁珠和稀釋劑聚合物。本發(fā)明磨粒也可以與磨粒聚集物結(jié)合使用，磨粒聚集物通常包含眾多磨粒，粘結(jié)劑和可用的添加劑。粘結(jié)劑可以是有機(jī)的和無(wú)機(jī)的。磨粒聚集物可以是隨意形狀，也可以有一定形狀。形狀可以是塊狀，圓柱狀，棱錐狀，圓片式，四方體等，其大小通常在100-5000μm之間，典型在250-2500μm之間，有關(guān)磨粒聚集物的詳細(xì)資料請(qǐng)參閱美國(guó)專利US Pat.No.4,311,489(Kressner)，4,652,275(Bloecher等人)，4,799,939(Bloecher等人)，5,549,962(Holmes等人)，以及5,975,988(Christianson)，和2000年10月16日提交的專利申請(qǐng)序列號(hào)USSerial No.09/688,444和09/688,484。
磨粒在磨具內(nèi)均勻分布，或集中在某一選定區(qū)域或位置。例如，涂覆型研磨劑可以有兩層磨粒。第一層含有本發(fā)明磨粒之外的其它磨粒，第二層(最外層)含有本發(fā)明的磨粒。同樣，在粘結(jié)型研磨劑中，磨輪明顯有兩個(gè)部分，最外面是本發(fā)明磨粒，而里面就不含該材料。根據(jù)本發(fā)明磨粒也可以均勻分布在整個(gè)粘結(jié)型磨具。
有關(guān)涂覆磨具的詳細(xì)情況請(qǐng)參閱US Pat.No.4,734,104(Brogerg)，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)，5,954,844(Law等人)，5,961,674(Gagliardi等人)，以及5,975,988(Christinason)。關(guān)于粘結(jié)磨具的進(jìn)一步詳細(xì)情況請(qǐng)參閱美國(guó)專利US Pat.No.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)，以及5,863,308(Qi等人)。關(guān)于陶瓷粘接磨具的詳細(xì)情況請(qǐng)參閱美國(guó)專利US Pat.No.4,543,107(Rue)，4,898,597(Hay等人)，4,997,461(Markhoff-Matheny等人)，5,094,672(Giles Jr等人)，5,118,326(Sheldon等人)，5,131,926(Sheldon等人)，5,203,886(Sheldon等人)，5,282,875(Wood等人)，5,738,696(Wu等人)，以及5,863,308(Qi)。關(guān)于非織造磨具的詳細(xì)情況請(qǐng)參閱美國(guó)專利US Pat.No.2,958,593(Hoover等人)。
本發(fā)明提供一種研磨一個(gè)表面的方法。根據(jù)本發(fā)明，該方法包括讓至少一個(gè)磨粒與工件的一個(gè)面接觸；且移動(dòng)該至少一個(gè)磨?；虮唤佑|面，用該磨粒研磨至少所述表面的一個(gè)部分。根據(jù)本發(fā)明，用磨粒研磨的方法從打磨(即高壓高磨削率)到拋光(如用涂覆型研磨帶對(duì)醫(yī)學(xué)植入體進(jìn)行拋光)，其中后者通常采用較細(xì)(如比ANSI220更細(xì))的磨粒。磨粒也可用于精密研磨，如用陶瓷粘接磨輪研磨凸輪軸。本領(lǐng)域技術(shù)人員很清楚具體用途的磨粒的大小。
本發(fā)明的磨粒可以進(jìn)行干磨或濕磨。對(duì)于濕磨，液體以細(xì)霧狀打濕被研磨表面的方式引入。常采用的液體實(shí)例有水，水溶性油，有機(jī)潤(rùn)滑劑和乳化液。液體可以降低研磨產(chǎn)生的熱量和/或起潤(rùn)滑劑作用。液體可以含有微量添加劑，如殺菌劑，去泡劑一類物質(zhì)。
采用本發(fā)明的磨?？梢匝心ダ缃饘黉X，碳鋼，軟鋼，工具鋼，不銹鋼，硬化鋼，鈦，玻璃，陶瓷，木材，類木材料，漆，漆面，有機(jī)涂面等一類材料。研磨時(shí)施力通常在1-100kg。
根據(jù)本發(fā)明使用無(wú)定形材料和/或玻璃陶瓷的其它實(shí)施例，包括固體電解質(zhì)，用于包括固態(tài)電池；固體氧化物燃料電池和其它電化學(xué)裝置。作放射性廢料和過(guò)剩錒系元素的基質(zhì)；氧化催化劑；氧傳感器；熒光中心的基質(zhì)；長(zhǎng)壽命紅外(IR)發(fā)射窗材料；裝甲。已知焦綠石型稀土鋯復(fù)合氧化物(Re2Zr2O7)可以用作處理上述放射性廢料，過(guò)剩錒系元素，氧化催化劑，氧傳感器和熒光中心。而且，含鈰復(fù)合氧化物已知為氧化催化劑。盡管不愿受理論束縛，可以認(rèn)為含鈰復(fù)合氧化物有助于氧化催化劑的氧化還原性和相對(duì)較高的儲(chǔ)氧能力。對(duì)于長(zhǎng)壽命紅外發(fā)射窗材料的應(yīng)用包括要遭遇受潮，被固體和液體顆粒的撞擊，高溫和快速升溫的場(chǎng)合。
下面實(shí)施例將進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施方式，但實(shí)施例中應(yīng)用的具體種材料和它們的量，以及其它條件和細(xì)節(jié)不應(yīng)理解成不當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明。除非另有說(shuō)明，所有份和百分?jǐn)?shù)均以重量計(jì)。除非另有說(shuō)明，所有實(shí)施例的材料均不含顯著量的SiO2，B2O3，P2O5，GeO2，TeO2，As2O3，和V2O5。
實(shí)施例實(shí)施例1在250ml聚乙烯瓶(直徑7.3cm)內(nèi)裝50g下列混合物19.3g氧化鋁顆粒(美鋁化學(xué)工業(yè)公司，品名為“Al6SG”)，9.5g氧化鋯顆粒(GA Marietta的氧化鋯銷售公司，品名為“DK-2”)和21.2g氧化鑭顆粒(加州蒙的帕斯的鉬公司)，75g異丙醇和200g剛玉磨介(圓柱狀，高度與直徑分別為0.635cm，含99.9％氧化鋁，CO Golden的Coors公司)。聚乙烯瓶?jī)?nèi)的物料以60轉(zhuǎn)/分研磨16小時(shí)。氧化鋁與氧化鋯原料之比為2∶1，且氧化鋁與氧化鋯之和占58重量％。研磨后取出磨介，漿料倒入溫?zé)岵ＡПP(75℃，派力克斯)上加以干燥。將干燥的混合物過(guò)70目篩(212μm篩孔)，研磨和過(guò)篩后，將物料顆?；旌臀锞徛斎?0.5g/分)氫/氧焰炬熔化。用于熔化顆粒。產(chǎn)生熔滴的焰炬是Bethlehem臺(tái)式燃燒器，PM2DB型(PA州Hellertown的Bethlehem公司)。焰炬的氫氧氣體流率如下對(duì)于內(nèi)環(huán)氫的流率為8L/分，氧的流率為3.5L/分。對(duì)于外環(huán)氫的流率為23L/分，氧的流率為12L/分。干燥且過(guò)篩的顆粒緩慢送入焰炬(0.5g/分)，顆粒熔化后將其送到傾斜度為45°，表面用水冷卻(約8L/分)的不銹鋼板(約51cm寬)上。熔滴經(jīng)快速淬冷。將熔化并經(jīng)淬冷的顆粒收集，在110℃下干燥。顆粒呈圓球狀，大小從數(shù)μm到250μm不等。
隨后，火焰生成的顆粒直徑＜125μm，然后通過(guò)等離子體噴槍，按如下方式沉積到不銹鋼基板上。
按如下方式準(zhǔn)備4塊304#不銹鋼基板(76.2mm×25.4mm×3.175mm)和兩塊1080#碳鋼基板(76.2mm×25.4mm×l.15mm)。要涂敷的面用噴砂處理，在超聲浴內(nèi)清洗，用異丙醇擦拭清潔。四塊不銹鋼和一塊1080#碳鋼基板置于等離子體噴槍前約10cm的位置(NH Concord的Praxair表面技術(shù)公司產(chǎn))。另一塊1080#碳鋼板置于等離子體噴槍噴嘴前18cm的位置。在此另一塊1080#碳鋼基板上距離等離子噴嘴18cm，將樣品涂覆，但此后未作進(jìn)一步表征。
等離子體發(fā)生器額定功率為40KW，等離子體工作介質(zhì)為氬氣(50psi，0.3MPa)，氦作輔助氣(150psi，1MPa)。顆粒以氬氣作載氣通過(guò)等離子體噴嘴(50psi，0.3MPa)。Praxair 1270型計(jì)算機(jī)控制功率輸入(NH Concord的Praxair表面技術(shù)公司產(chǎn))。沉積期間的電壓40V，電流900A，噴嘴由左轉(zhuǎn)向右，上下移動(dòng)，在基板上均勻噴涂。一旦達(dá)到理想厚度，關(guān)閉等離子體噴霧，收集樣品。將1080#碳鋼基板彎曲，取下涂層，成為獨(dú)立的自承沉積物。用光學(xué)顯微鏡測(cè)定沉積物Z方向(厚度)尺寸約為1350μm，采用差示熱分析儀(DTA)按如下步驟測(cè)定其相組成(玻璃態(tài)/無(wú)定形/結(jié)態(tài))。如果物料相應(yīng)的DTA曲線中有放熱結(jié)晶峰(Tx)，則該物料被鑒定為無(wú)定形材料。如果同一曲線還含有吸熱峰(Tg)溫度低于Tx，則它被認(rèn)定為玻璃相。如果DTA軌跡不含有這類峰，則被認(rèn)定含有結(jié)晶相。
采用下列方法進(jìn)行差示熱分析。DTA測(cè)定樣品用-140+170目級(jí)分(儀器為德國(guó)Selb的Netzsch公司產(chǎn)“NETZSCH STA409 DTA/TGA”)(收集篩分在105μm和90μm網(wǎng)眼兩個(gè)篩子之間收集的級(jí)分)，每個(gè)過(guò)篩的樣品置于100μl Al2O3樣品架中的量為400mg。每個(gè)樣品在靜止空氣中加熱，加熱速率達(dá)10℃/分，從室溫(約25℃)升至1100℃。
被噴涂材料(304#不銹鋼基板上)的曲線向下方彎折，即在880℃附近有一吸熱峰，可以認(rèn)為該峰由玻璃材料發(fā)生玻璃轉(zhuǎn)變(Tg)時(shí)產(chǎn)生的。同一材料在931℃處呈現(xiàn)一銳的放熱峰，可以認(rèn)定是該峰在材料發(fā)生結(jié)晶作用時(shí)(Tx)產(chǎn)生的。因此，被噴涂材料(304#不銹鋼基板上)和自承的材料經(jīng)DTA曲線測(cè)量為玻璃態(tài)。
將一部分自承玻璃態(tài)材料在1300℃下處理48小時(shí)，用粉末XRD(X射線衍射儀，品名為PHILLIPS XRG3100，新澤西州Mahwah的菲利浦公司產(chǎn))測(cè)定其中的相，波長(zhǎng)為1.54050的Kα1線。將測(cè)定的XRD衍射圖上的衍射峰與國(guó)際衍射數(shù)據(jù)中心公開的JCPDS數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)提供的XRD結(jié)晶衍射圖進(jìn)行對(duì)比，測(cè)出所得結(jié)晶物料包含LaAlO3，ZrO2(立方相，四方相)，LaAl11O18以及過(guò)渡Al2O3相。
另一部分自承的玻璃態(tài)材料在電爐(新澤西州Bloomfield的CM電爐廠，品名為“Rapid Temp Furnace”)內(nèi)1300℃下結(jié)晶1小時(shí)。結(jié)晶涂層用-錘子破碎成顆粒大小為-30+35目(即在600μm和500μm網(wǎng)眼兩個(gè)篩子收集的級(jí)分)，顆粒物在超聲浴中清洗，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)15分鐘，伊利諾州Vernon Hills的Cole-Parmer公司產(chǎn)，品名為“8891”)除去細(xì)小碎粒，再在100℃下干燥，用碳帶裝在一金屬圓柱體(直徑3cm，高度2cm)上。然后樣品上噴涂一層金-鈀薄層，用JEOL公司產(chǎn)掃描電鏡觀察(JSM 840A型)。SEM照片上的破裂表面粗糙不平，未見有＞200mm的晶粒(見圖4)。
實(shí)施例2按實(shí)施例1所述方法，采用下列混合物50g制造進(jìn)料顆粒21.5mg氧化鋁顆粒(美鋁化學(xué)工業(yè)公司，品名為“Al6SG”)，9g氧化鋯顆粒(GA Marietta的氧化鋯銷售公司，品名為“DK-2”)和19.5g氧化鈰顆粒(法國(guó)羅納普朗克公司)。氧化鋁與氧化鋯原料之比為2.4∶1，且氧化鋁與氧化鋯合量占61重量％。按實(shí)施例1所述方法，進(jìn)料顆粒用火焰形成熔凝顆粒，大小從數(shù)μm到250μm不等。隨后，將火焰生成的顆粒(直徑在180-250μm之間)通過(guò)等離子體噴槍，沉積到如實(shí)施例1所述的不銹鋼和碳鋼基板上。
將1080#碳鋼基板彎曲，取下涂層，它是自承的材料。該材料Z方向上尺寸(厚度)用光學(xué)顯微鏡測(cè)定為700μm。用光學(xué)顯微鏡也觀察了其顯微結(jié)構(gòu)。物料一般由球形和傾斜的晶粒組成，在透明的無(wú)定形基體中不透明。無(wú)定形材料透明是由于缺少諸如晶界一類光散射中心所致。而結(jié)晶顆粒顯示的晶相結(jié)構(gòu)和不透明是由于光散射效應(yīng)所致。按實(shí)施例1所述粉末XRD法測(cè)定的結(jié)晶由Zr0.4Ce0.6O2(立方)和過(guò)渡Al2O3組成。
采用火焰熔珠法進(jìn)行第二次沉積實(shí)驗(yàn)，該熔珠直徑＜125μm，生成的涂層在Z方向上尺寸(厚度)用光學(xué)顯微鏡測(cè)定為1100μm。用光學(xué)顯微鏡也觀察了顯微結(jié)構(gòu)。該材料有類似特征(即在無(wú)定形基質(zhì)中，一般由球形和傾斜晶粒組成)，與直徑在180-250μm之間的顆粒生成的材料特征類似。按實(shí)施例1所述粉末XRD法測(cè)定的結(jié)晶相由Zr0.4Ce0.6O2(立方)和過(guò)渡Al2O3組成。
按如下方法測(cè)定本實(shí)施例中噴霧生成的物料的平均硬度。材料的斷片安裝在鑲裝樹脂(伊利諾州Lake Bluff的Buehler公司產(chǎn)，品名為“TRANSOPTICPOWDER”)中，生成的鑲裝樹脂柱體直徑為2.5cm，高度為1.9cm。用拋光機(jī)(伊利諾州Lake Bluff的Buehler公司產(chǎn)，品名為“ECOMET 3”)采用常規(guī)技術(shù)制造其截面。樣品用金剛石輪拋光3分鐘，隨后依次用45，30，15，9，3和1μm漿料拋光5分鐘，然后用常規(guī)的顯微硬度計(jì)(日本東京的Misutoyo公司產(chǎn)品名為“MITUTOYO MVK-VL”)測(cè)定顯微硬度。裝有維氏壓頭，負(fù)載量為100g。按照ASTM測(cè)試方法E384材料的顯微硬度的測(cè)試方法(1991年)進(jìn)行測(cè)試，本實(shí)施例材料的平均顯微硬度為15Gpa(20次測(cè)定的平均值)。
實(shí)施例3按實(shí)施例1所述方法，采用下列混合物50g制造進(jìn)料顆粒27.9mg氧化鋁顆粒(美鋁化學(xué)工業(yè)公司，品名為“Al6SG”)，7.8g氧化鋯顆粒(GA Marietta的氧化鋯銷售公司，品名為“DK-2”)和14.3g氧化釔顆粒(MA Newtown的H.C.Stark公司產(chǎn))。氧化鋁與氧化鋯原料之比為3.5∶1，且氧化鋁與氧化鋯合量占72重量％。將此進(jìn)料顆粒過(guò)30目篩(600μm網(wǎng)眼)，該顆粒在電爐(新澤西州Bloomfield的CM電爐廠，品名為“Rapid Temp Furnace”)中1400℃熱處理長(zhǎng)達(dá)2小時(shí)。熱處理后顆粒再進(jìn)一步過(guò)篩，分出粒徑在125-180μm的顆粒，該顆粒通過(guò)等離子體噴槍，沉積到如實(shí)施例1所述的不銹鋼和碳鋼基板上。
將1080#碳鋼基板彎曲，取下涂層，它是自承的材料。同光學(xué)顯微鏡測(cè)定此自承的沉積物Z方向(厚度)尺寸，約為700μm，用光學(xué)顯微鏡也觀察其顯微結(jié)構(gòu)。物料一般由不透明的晶粒組成(大部分仍維持其原先的不規(guī)則形狀)，主體仍為無(wú)定形基質(zhì)。按實(shí)施例1所述粉末XRD法測(cè)定的晶相由Al5Y3O12和Y0.5Zr0.85O1.93組成。
另一部分自承材料在1300℃結(jié)晶1小時(shí)，在其粗糙表面上濺射-層金-鈀層，按照實(shí)施例1所述的方法，用JEOL公司產(chǎn)掃描電鏡觀察(JSM 840A型)，SEM照片上截面粗糙不平，未見有＞200mm的晶粒(見圖5)采用直徑＜125μm的熱處理顆粒進(jìn)行第二次沉積實(shí)驗(yàn)。生成的涂層在Z方向上尺寸(厚度)用光學(xué)顯微鏡測(cè)定為1500μm。用光學(xué)顯微鏡也觀察顯微結(jié)構(gòu)。該材料的特征(一般由不透明晶粒組成，大部分仍維持其原先的不規(guī)則形狀，主體仍為透明的無(wú)定形基質(zhì)。)，與直徑在180-250μm之間的顆粒形成的材料特征類似。按實(shí)施例1所述粉末XRD法測(cè)定的晶相由Al5Y3O12和Y0.5Zr0.85O1.93組成。
實(shí)施例4采用實(shí)施例1-3產(chǎn)生的三種進(jìn)料顆粒進(jìn)行等離子體噴霧，生成由上述三個(gè)實(shí)施例顆粒構(gòu)成的三層的厚涂層。實(shí)施例2所述的為第一涂層，實(shí)施例1所述的是第二涂層，而實(shí)施例3所述的為第三涂層。
噴涂前基板不作噴砂處理，因此很容易用手剝離，生成三片自承物料，大小約為75mm×25mm×7.5mm。用金剛鋸將各層切透。獲得一切片，將切出的材料鑲裝在鑲裝樹脂(伊利諾州Lake Bluff的Buehler公司產(chǎn)，品名為“TRANSOPTIC POWDER”)中生成的樹脂柱直徑為2.5cm，高度為1.9cm。用拋光機(jī)(伊利諾州Lake Bluff的Buehler公司產(chǎn)，品名為“ECOMET 3”)采用常規(guī)技術(shù)制造其截面。樣品用金剛石輪拋光3分鐘，隨后依次用45，30，15，9，3和1μm漿料拋光5分鐘。
第一層Z方向上尺寸(厚度)用光學(xué)顯微鏡測(cè)定為2.5mm，用光學(xué)顯微鏡也觀察其顯微結(jié)構(gòu)。該材料具有與實(shí)施例2物料相類似特征(即在透明的無(wú)定形基質(zhì)中有不透明球形晶粒)。第二層Z方向上尺寸(厚度)用光學(xué)顯微鏡測(cè)定為2mm，用光學(xué)顯微鏡也觀察其顯微結(jié)構(gòu)。該材料具有與實(shí)施例1相類似特征(即透明，說(shuō)明為無(wú)定形物料)。第三層Z方向上尺寸(厚度)用光學(xué)顯微鏡測(cè)定為3mm，用光學(xué)顯微鏡也觀察顯微結(jié)構(gòu)。該材料具有與實(shí)施例3相類似特征(即在透明的無(wú)定形基質(zhì)中有不透明的晶粒，大部分仍維持其原先的不規(guī)則形狀)。
實(shí)施例5-7按實(shí)施例1所述的方法制造進(jìn)料顆粒，不同的是采用的混合物列在下面表1中，原料來(lái)源列在下面表2中，按實(shí)施例1所述方法，進(jìn)料顆?；鹧娉芍椤?br> 無(wú)定形百分產(chǎn)率從-100+120目級(jí)分(即在150μm和125μm網(wǎng)眼的兩個(gè)篩子之間的級(jí)分)的測(cè)量計(jì)算而得。按如下方式測(cè)量。玻璃片上鋪上一層顆粒。用光學(xué)顯微鏡觀察顆粒。以顯微鏡目鏡上的十字準(zhǔn)線為導(dǎo)向，然后根據(jù)它們光學(xué)透明度，對(duì)沿直線上的顆粒是無(wú)定形或結(jié)晶顆粒計(jì)數(shù)?？傆?jì)數(shù)量為500，測(cè)得的無(wú)定形顆粒除以總計(jì)數(shù)量即為測(cè)得的無(wú)定形百分產(chǎn)率。按實(shí)施例1所述方法進(jìn)行DTA測(cè)定。實(shí)施例樣品的Tg和Tx值列在下面表1。
表1
表2
將來(lái)自實(shí)施例5約25g顆粒裝入石墨模型內(nèi)，用單向壓機(jī)(加州Brea的熱技術(shù)公司，品名“HP-50”)進(jìn)行熱壓。在氬氣氣氛中，壓力為13.8MPa(2000psi或2ksi)下進(jìn)行熱壓。熱壓爐以25℃/分速率升溫至970℃，形成透明圓盤，直徑34mm，厚度6mm，用Chipmunk顎式破碎機(jī)(加州Burbank的BICO公司產(chǎn)，VD型)破碎成磨粒，分級(jí)成-30+35目級(jí)分(即在600μm和500μm網(wǎng)眼的兩個(gè)篩子之間的級(jí)分)和-35+40目級(jí)分(即在500μm和425μm網(wǎng)眼的兩個(gè)篩子之間的級(jí)分)。
過(guò)篩后的磨粒在電爐內(nèi)1300℃熱處理45分鐘進(jìn)行結(jié)晶。按實(shí)施例1所述XRD分析方法測(cè)定晶相包含LaAlO3，ZrO2(立方，四方相)，LaAl11O18和過(guò)渡Al2O3。
如同實(shí)施例5制得的物料的第二熱壓盤，在電爐內(nèi)1300℃熱處理45分鐘使其結(jié)晶。按實(shí)施例1所述XRD分析方法測(cè)定晶相包含LaAlO3，ZrO2(立方，四方)，LaAl11O18和過(guò)渡A12O3相。結(jié)晶的盤用chipmunk顎式破碎機(jī)(加州Burbank的BICO公司產(chǎn)，VD型)破碎成磨粒，分級(jí)成-30+35目級(jí)分(即在600μm和500μm網(wǎng)眼的兩個(gè)篩子間的級(jí)分)和-35+40目級(jí)分(即在500μm和425μm網(wǎng)眼的兩個(gè)篩子之間的級(jí)分)。
測(cè)定經(jīng)熱處理，分級(jí)后顆粒的平均硬度。將顆粒鑲裝在鑲料樹脂(伊利諾州Lake Bluff的Buehler公司產(chǎn)，品名為“EPOMET”)中。生成的樹脂柱體直徑為2.5cm，高度為1.9cm。用研磨機(jī)/拋光機(jī)(伊利諾州Lake Bluff的Buehler公司產(chǎn)，品名為“EPOMET”)采用常規(guī)技術(shù)對(duì)樣品進(jìn)行拋光，最后再用1μm金剛石漿料(Buehler公司產(chǎn)，品名為“METADI”)拋光，得到的是經(jīng)拋光的樣品截面。然后用常規(guī)的顯微硬度計(jì)(日本東京的Misutoyo公司產(chǎn)品名為“MITUTOYO MVK-VL”)測(cè)定顯微硬度。裝有維氏壓頭，負(fù)載量為500g。按照ASTM測(cè)試方法E384材料的顯微硬度的測(cè)試方法(1991年)進(jìn)行測(cè)試，本實(shí)施例材料的平均顯微硬度為17.6Gpa(20次測(cè)定的平均值)。
實(shí)施例8按實(shí)施例5所述方法制得約150g顆粒，置于5cm×5cm×5cm鐵罐內(nèi)，抽真空，密封隔絕空氣。隨后將鐵罐在等靜壓機(jī)(俄亥俄州美國(guó)等靜壓公司，品名為“IPS Eagle-6”。在氬氣氣氛中，壓力為207MPa(30ksi)中進(jìn)行等靜壓。等靜壓爐以25℃/分速率升溫至970℃，在該溫度下保溫30分鐘。等靜壓后，切開鐵罐，取出物料，可見到聚結(jié)成一大塊透明玻璃狀物料。按實(shí)施例1所述方法進(jìn)行DTA分析，呈現(xiàn)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為879℃和結(jié)晶溫度(Tx)為931℃。
實(shí)施例9-19在250ml聚乙烯瓶(直徑7.3cm)內(nèi)裝50g下列混合物(見下面表3)，原料的來(lái)源列在下面表4。且裝入75g異丙醇以及200g剛玉磨介(圓柱狀，高度與直徑分別為0.635cm，含99.9％氧化鋁，CO Golden的Coors公司)。聚乙烯瓶?jī)?nèi)物料以60轉(zhuǎn)/分研磨16小時(shí)。研磨后，研磨后取出磨介，漿料緩慢倒入溫?zé)岵ＡПP(75℃，派力克斯)上進(jìn)行干燥。干燥后的物料在毛刷的幫助下通過(guò)70目(212μm網(wǎng)眼)篩子。
研磨與過(guò)篩后，將此進(jìn)料顆粒混和物緩慢輸入(0.5g/分)氫/氧焰炬熔化。用來(lái)熔化物料顆粒，產(chǎn)生熔滴的焰炬是Bethlehem臺(tái)式燃燒器，PM2D B型(PA州Hellertown的Bethlehem公司有售)。焰炬的氫氧氣體流率如下對(duì)于內(nèi)環(huán)氫的流率為8L/分，氧的流率為3.5L/分。對(duì)于外環(huán)氫的流率為23L/分，氧的流率為12L/分。干燥且過(guò)篩的顆粒緩慢(0.5g/分)送入焰炬，顆粒熔化后將其1wg入容積19升(5加侖)的圓柱狀容器內(nèi)(直徑為30cm，高為34cm)，其中有循環(huán)的湍流水進(jìn)行冷卻快速淬冷?；鹧媾c水的角度為45°，且火焰長(zhǎng)度，即臺(tái)式燃燒器到水表面的距離，約18cm。收集熔化然后快速淬冷的顆粒，在110℃下干燥。顆粒呈圓球狀，尺寸從數(shù)μm到250μm不等。
對(duì)于某些實(shí)施例，按實(shí)施例5-7所述方法計(jì)算無(wú)定形的百分產(chǎn)率。對(duì)于某些實(shí)施例，按實(shí)施例1所述方法進(jìn)行DTA分析。下面表3列出了某些實(shí)施例的Tg和Tx值。
實(shí)施例15-22制得的物料采用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行目測(cè)為無(wú)定形。并未按上面步驟對(duì)其進(jìn)行定量分析。
表3
表4
實(shí)施例20-21在250ml聚乙烯瓶(直徑7.3cm)內(nèi)裝19.3g氧化鋁顆粒(美鋁化學(xué)工業(yè)公司，品名為“Al6SG”)，9.5g氧化鋯顆粒(GA Marietta的氧化鋯銷售公司有售，品名為“DK-2”)和21.2g氧化鑭顆粒(加州蒙的帕斯的鉬公司)，75g異丙醇和200g剛玉磨介(圓柱狀，高度與直徑分別為0.635cm，含99.9％氧化鋁，CO Golden的Coors公司)。聚乙烯瓶?jī)?nèi)物料以60轉(zhuǎn)/分研磨16小時(shí)。研磨后取出磨介，漿料倒入溫?zé)岵ＡПP(75℃，派力克斯)上，烘干3分鐘。將干燥的物料在毛刷的幫助下通過(guò)14目(1400μm網(wǎng)眼)篩子過(guò)篩。
在石墨棒(約60cm長(zhǎng)，直徑為15mm)末端鉆一個(gè)直徑為13mm深為8cm的孔。將約20g預(yù)燒結(jié)顆粒裝入其空心端。將石墨棒空心端插入電阻爐加熱區(qū)域(加州Santa Barbara的Astro工業(yè)公司)。該電爐經(jīng)改裝成石墨管的管式爐，石墨管內(nèi)徑約18mm。加熱區(qū)域維持在2000℃，該爐可傾斜30°，熔體也不會(huì)潷出。石墨棒的空心端在加熱區(qū)域保溫10分鐘，保證均勻熔化。10分鐘后，從爐中快速取出石墨棒，傾斜倒出熔體到淬冷表面上。
對(duì)于實(shí)施例20，淬冷表面為二塊面對(duì)的不銹鋼板。鋼板尺寸為17.8cm×5cm×2.5cm，它們的長(zhǎng)邊互相平行，間隔1mm。淬冷的材料大致上透明，且呈無(wú)定形。按實(shí)施例1所述DTA測(cè)得其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為885℃結(jié)晶溫度(Tx)為930℃。
對(duì)于實(shí)施例21，淬冷面為二塊相反旋轉(zhuǎn)鋼質(zhì)滾筒。滾筒直徑為5cm，由80rpm電機(jī)驅(qū)動(dòng)。兩滾筒之間間隙約0.8mm。熔體倒入該間隙，滾筒使熔體快速固化成X，Y和Z(厚度)上尺寸為0.8mm的薄片。淬冷的材料大致透明，呈無(wú)定形，按實(shí)施例1所述DTA測(cè)得的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為885℃，結(jié)晶溫度(Tx)為930℃。
實(shí)施例22在250ml聚乙烯瓶(直徑7.3cm)內(nèi)裝27.5g氧化鋁顆粒(亞利桑那州Tucson的Condea Vista公司，品名為“APA-0.5”)，22.5g氧化鈣顆粒(MA Ward Hill的Alfa Aesar公司)和90g異丙醇和約200g剛玉磨介(新澤西州Bound Brook分部的TOSOH工廠，品名“YTZ”)。聚乙烯瓶?jī)?nèi)物料以120轉(zhuǎn)/分研磨24小時(shí)。研磨后取出磨介，漿料倒入玻璃盤(派力克斯)上干燥。將干燥的物料用研缽研磨，過(guò)70目的(212μm網(wǎng)眼)篩子。
研磨與過(guò)篩后，將顆粒送入(0.5g/分)氫/氧焰炬。用來(lái)熔化物料顆粒，產(chǎn)生玻璃熔滴的焰炬是Bethlehem臺(tái)式燃燒器，PM2D B型(PA州Hellertown的Bethlehem公司有售)。焰炬內(nèi)氫氧氣體流率如下對(duì)于內(nèi)環(huán)氫的流率為8L/分，氧的流率為3L/分。對(duì)于外環(huán)氫的流率為23L/分，氧的流率為9.8L/分。經(jīng)干燥及過(guò)篩的顆粒則直接送入焰炬(0.5g/分)，顆粒熔化后轉(zhuǎn)移到傾斜的不銹鋼的表面上(51cm寬，傾斜度為45°)。用冷水流過(guò)該表面形成無(wú)定形珠粒。
實(shí)施例23和24按實(shí)施例22所述方法制造玻璃珠，不同的是原料及其用量列在下面表5，原料在90ml異丙醇和200g氧化鋯磨介(新澤西州Bound Brook分部的TOSOH工廠，品名“YTZ”)，以轉(zhuǎn)速120rpm研磨24小時(shí)。原料來(lái)源列在下面表6。
表5
表6
按如下測(cè)定實(shí)施例22-24材料的各種性質(zhì)與特征。采用粉末X-射線衍射法(新澤西州Mahwah的菲利普公司的商品名為PHILLIPS XRG3100)法進(jìn)行分析，采用波長(zhǎng)1.54050 Cu Kα1線，測(cè)得材料相結(jié)構(gòu)。如果有較寬的彌散峰說(shuō)明它為無(wú)定形材料。如果有明顯尖峰形說(shuō)明無(wú)定形基體中有結(jié)晶物質(zhì)。各種實(shí)施例物料的相結(jié)構(gòu)列在下面表7。
表7
*玻璃，因該實(shí)施例材料具有Tg值進(jìn)行差示熱分析(DTA)(DTA采用德國(guó)Selb的Netzsch儀器公司，商品名為NETZSCH STA 409 DTA/TGA的儀器進(jìn)行)，將樣品過(guò)篩，使玻璃珠粒度控制在90-125μm。每次過(guò)篩量通常為400mg，置于l00μlAl2O3樣品管內(nèi)。每個(gè)樣品在靜止空氣中加熱，以10℃/分的加熱速率從室溫(約為25℃)加熱到1,200℃。
參見圖6，線345是實(shí)施例物料的DTA曲線。圖6上的線345在799℃附近有一吸熱峰，可以認(rèn)為該峰由材料發(fā)生玻璃轉(zhuǎn)變(Tg)時(shí)產(chǎn)生的。在線345的875℃處呈現(xiàn)一銳放熱峰，可以認(rèn)定該峰在材料發(fā)生結(jié)晶時(shí)(Tx)產(chǎn)生的。其它實(shí)施例的Tg和Tx值列在上面表7中。
圖7-8分別是實(shí)施例23和24的DTA曲線。
對(duì)于實(shí)施22-24，將約25g玻璃珠置于石墨模中，用單向壓機(jī)(加州Brea的熱技術(shù)公司產(chǎn)，品名“HP-50”)進(jìn)行熱壓。在氬氣氣氛中，壓力為13.8MPa(2000psi或2ksi)下進(jìn)行熱壓。玻璃體流動(dòng)性良好時(shí)的熱壓溫度受上述熱壓裝置的一位移單元指示，實(shí)施例22-24的熱壓溫度列在上面表7。
實(shí)施例25-31裝入聚乙烯瓶的原料列在下面表8，原料連同90ml異丙醇和200g氧化鋯磨介(新澤西州BoundBrook分部的TOSOH工廠，品名“YTZ”)，以轉(zhuǎn)速120rpm研磨24小時(shí)。研磨后取出磨介，漿料倒入玻璃盤(派力克斯)上，用吹風(fēng)機(jī)干燥。干燥后的物料用研缽研磨，過(guò)篩70目(212μm網(wǎng)眼)篩子。研磨與過(guò)篩后，如實(shí)施例1所述方法，將物料顆粒送入氫/氧焰炬。
表8
表9
如下測(cè)定實(shí)施例25-31材料的各種性質(zhì)與特征。采用粉末X-射線衍射法(新澤西州Mahwah的菲利普公司的商品名為PHILLIPS XRG3100)進(jìn)行分析，采用波長(zhǎng)1.54050Cu Kα1線，測(cè)得材料相結(jié)構(gòu)。如果有較寬的彌散峰說(shuō)明它為無(wú)定形材料。如果有明顯尖峰形說(shuō)明無(wú)定形基體中有結(jié)晶物質(zhì)。測(cè)得各實(shí)施例物料的相結(jié)構(gòu)列在下面表10。
表10
進(jìn)行差示熱分析(DTA)(DTA采用德國(guó)Selb的Netzsch儀器公司，商品名為NETZSCH STA 409 DTA/TGA的儀器進(jìn)行)。過(guò)篩后的熱壓溫度受上述熱壓裝置玻璃珠粒度控制在90-125μm。每次過(guò)篩量通常為400mg，置于100μlAl2O3樣品管內(nèi)。每個(gè)樣品在靜止空氣中加熱，加熱速率從室溫(約為25℃)到1,200℃為10℃/分鐘。
玻璃體流動(dòng)性良好時(shí)的熱壓溫度受上述熱壓裝置中的位移單元指示，各實(shí)施例的熱壓溫度列在上面表10。
實(shí)施例32襯有聚氨酯的研磨機(jī)內(nèi)裝819.6g氧化鋁(“APA-0.5”)，818g氧化鑭(美國(guó)鉬公司)，362.4g釔穩(wěn)定氧化鋯(標(biāo)稱組份為94.6重量％ZrO2(+HfO2)和5.4重量％Y2O3)(GA Marietta的鋯銷售公司，品名“HSY-3”)，1050g蒸餾水和2000g二氧化鋯磨介(新澤西州Bound Brook分部的TOSOH工廠，品名“YTZ”)以轉(zhuǎn)速120rpm研磨24小時(shí)。使物料充分混合。研磨后取出磨介，漿料倒入玻璃盤(派力克斯)上，用吹風(fēng)機(jī)干燥。干燥后的物料用研缽研磨，過(guò)篩70目的(212μm網(wǎng)眼)篩子。研磨與過(guò)篩后，如實(shí)施例1所述方法，將物料顆粒送入氫/氧焰炬。
約50g生成的熔珠顆粒裝入石墨模內(nèi)，用單向壓機(jī)(加州Brea的熱技術(shù)公司產(chǎn)，品名“HP-50”)進(jìn)行熱壓，在氬氣氣氛中，壓力為13.8MPa(2000psi或2ksi)960℃下進(jìn)行熱壓。生成半透明圓盤，直徑48mm，厚度5mm。還進(jìn)行了一些熱壓實(shí)驗(yàn)得到別的圓盤。圖9是2mm厚熱壓料截面的光學(xué)顯微鏡照片，表明該材料為透明的。
熱壓生成的玻璃材料的密度用阿基米德法測(cè)定，其值在4.1-4.4g/cm3之間。用超聲測(cè)試系統(tǒng)(WA Richland的Nortek公司，品名“NDT140”)測(cè)量該材料的楊氏模量(E)，其值在130-150GPa之間。
按如下方法測(cè)定熱壓處理的物料的平均硬度。將物料(2.5mm)鑲裝在鑲裝樹脂(伊利諾州Lake Bluff的Buehler公司產(chǎn)，品名為“EPOMET”)中。生成的樹脂柱體直徑為2.5cm，高度為1.9cm。用研磨機(jī)/拋光機(jī)(伊利諾州Lake Bluff的Buehler公司產(chǎn)，品名為“EPOMET”)采用常規(guī)技術(shù)對(duì)樣品進(jìn)行拋光，最后再用1μm金剛石漿料(Buehler公司產(chǎn)，品名為“METADI”)拋光，得到的是拋光的樣品截面。
用常規(guī)的顯微硬度計(jì)(日本東京的Misutoyo公司產(chǎn)品名為“MITUTOYOMVK-VL”)測(cè)定顯微硬度。裝有維氏壓頭，負(fù)載量為500g。按照ASTM測(cè)試方法E384材料的顯微硬度的測(cè)試方法(1991年)進(jìn)行測(cè)試。本實(shí)施例材料的平均顯微硬度為8.3Gpa(20次測(cè)定的平均值)。
熱壓材料的平均壓痕韌度經(jīng)由維氏壓頭負(fù)載量為500g用顯微硬度計(jì)(日本東京的Mitutoyo公司產(chǎn)商品名為MITUTOYOMVK-VL)測(cè)量，從壓痕中心延伸的裂縫的長(zhǎng)度按如下公式計(jì)算壓痕韌度KIC＝0.016(E/H)1/2(P/c)3/2其中E＝物料的楊氏模量H＝維氏硬度P＝壓頭上的牛頓力c＝壓痕中心到末端的裂縫長(zhǎng)度按如上顯微硬度測(cè)試方法制造測(cè)試韌度樣品，報(bào)告的壓痕韌度值是五次測(cè)量的平均值。用數(shù)字式量規(guī)測(cè)量掃描電鏡(JEOL SEM的JSM6400型)顯微照片上的裂縫長(zhǎng)度(c)。熱壓材料的平均壓痕韌性為1.4MPa·m1/2。
用熱分析儀(康奈狄克州Shelton的PE公司，品名“PE Thermal Analyzer”)測(cè)量熱壓材料的熱膨脹系數(shù)。平均熱膨脹系數(shù)為7.6×10-6/℃.
根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)D5470-95，測(cè)試法A(1995年)測(cè)量熱壓材料的熱導(dǎo)率。平均熱導(dǎo)率為1.15W/m.k。
將熱壓的La2O3-Al2O3-ZrO2玻璃的半透明狀圓盤在爐內(nèi)按如下操作進(jìn)行熱處理(加州Pico Rivera的Keith公司，品名KKSK-666-3100型)。該圓盤先從室溫(約25℃℃)以10℃/分速率升至900℃，并在900℃下保溫1小時(shí)，下一步從900℃，以10℃/分速率升至1300℃，并在1300℃保溫1小時(shí)，然后關(guān)閉電源，冷卻至室溫。若還重復(fù)相同的熱處理程序制得額外一些圓盤樣品。
圖10是實(shí)施例32物料拋光截面的掃描電鏡照片，表明該物料的精細(xì)晶相結(jié)構(gòu)，采用常規(guī)的鑲裝和拋光技術(shù)制造拋光截面。采用拋光機(jī)(伊利諾州LakeBluff的Buehler公司產(chǎn)，品名為“ECOMET3型POLISHER-GRINDER”)拋光。樣品用金剛石輪拋光3分鐘，再逐次用45，30，15，9，以及3μm漿料拋光3分鐘。在拋光截面上濺射一層金-鈀，然后用掃描電鏡觀察(如JEOL公司產(chǎn)JSM840A型掃描電鏡)。
實(shí)施例32的一部分熱處理物料的粉末X-射線衍射以及拋光樣品的掃描電鏡(以背射模式測(cè)量)，結(jié)果可以認(rèn)為照片上黑暗部分為晶相LaAl11O18，灰色部分為晶相LaAlO3和白色部分為立方與四方ZrO2。
熱壓生成的材料的密度用阿基米德法測(cè)定，其值在5.18g/cm3。用超聲測(cè)試系統(tǒng)(WA Richland的Nortek公司，品名“NDT-140”)測(cè)量該材料的楊氏模量(E)，其值在260GPa。按實(shí)施例32所述方法測(cè)定熱壓材料的平均顯微硬度為18.3Gpa。按實(shí)施例32所述方法測(cè)定熱壓材料的平均壓痕韌度(KIC)為3.3MPa.m1/2。
實(shí)施例33-49按實(shí)施例32所述方法制造實(shí)施例33-49的顆粒，不同的是原料及其用量列在下面表11，原料在90ml異丙醇和200g氧化鋯磨介(新澤西州Bound Brook分部的TOSOH陶瓷工廠，品名“YTZ”)，以轉(zhuǎn)速120rpm研磨24小時(shí)。原料來(lái)源列在下面表12。
表11
表12
按如下測(cè)定實(shí)施例32-49材料的各種性質(zhì)與特征。采用粉末X-射線衍射法(新澤西州Mahwah的菲利普公司的商品名為PHILLIPS XRG3100)進(jìn)行分析，采用波長(zhǎng)1.54050 Cu Kα1線，測(cè)得材料的相結(jié)構(gòu)。如果有較寬的彌散峰說(shuō)明它為無(wú)定形材料。如果有明顯尖峰形說(shuō)明玻璃基質(zhì)中有結(jié)晶物質(zhì)。測(cè)得各實(shí)施例物料的相結(jié)構(gòu)列在下面表13。
表13
*玻璃，因?yàn)樵搶?shí)施例具有Tg值進(jìn)行差示熱分析(DTA)(DTA采用德國(guó)Selb的Netzsch儀器公司，商品名為NETZSCH STA 409 DTA/TGA的儀器進(jìn)行)，樣品經(jīng)過(guò)篩將顆粒粒度控制在90-125μm。每個(gè)過(guò)篩的通常為400mg的樣品，置于100μlAl2O3樣品管內(nèi)。每個(gè)樣品在靜止空氣中加熱，加熱速率從室溫(約為25℃)到1,200℃為10℃/分鐘。
參見圖11，線801是實(shí)施例32物料的DTA曲線。圖11上的線801在840℃附近有一吸熱峰，可以認(rèn)為該峰由材料發(fā)生玻璃轉(zhuǎn)變(Tg)時(shí)產(chǎn)生的。在線801的875℃處呈現(xiàn)一銳放熱峰，可以認(rèn)定該峰在材料發(fā)生結(jié)晶時(shí)(Tx)產(chǎn)生的。其它實(shí)施例的Tg和Tx值列在上面表13。
玻璃體流動(dòng)性良好時(shí)的熱壓溫度由上述熱壓裝置的位移控制單元示出。各實(shí)施例的熱壓溫度列在上面表13。
實(shí)施例50聚氯乙烯瓶?jī)?nèi)裝20.49g氧化鋁(“APA-0.5”)，20.45g氧化鑭(美國(guó)鉬公司)，9.06g釔穩(wěn)定氧化鋯(標(biāo)稱組份為94.6重量％ZrO2(+HfO2)和5.4重量％Y2O3(GA Marietta的氧化鋯銷售公司，品名“HSY-3”)，80g蒸餾水和450g氧化鋁磨球(直徑10m，99。9％氧化鋁，俄亥俄州Akron的聯(lián)合過(guò)程公司)，以轉(zhuǎn)速120rpm研磨4小時(shí)，使物料充分混合。研磨后取出磨介，漿料倒入玻璃盤(派力克斯)上，用吹風(fēng)機(jī)干燥。干燥后的物料用研缽研磨，過(guò)70目(212μm網(wǎng)眼)的篩子。
將少量干顆粒在電弧爐(NH Nashua的Centorr真空工業(yè)公司，5T/A 39420型)內(nèi)熔化。將1g干燥與過(guò)篩的物料置于爐膛內(nèi)的冷銅板上，爐膛抽真空后充氬氣，氣壓達(dá)13.8KPa(2psi)。在電極與銅板之間進(jìn)行電弧放電。電弧放電產(chǎn)生的熱量足以快速熔化顆粒。熔融完成后，使物料保持熔融態(tài)10秒，使熔體均勻。關(guān)閉電弧，熔體快速冷卻，讓熔體自行冷卻。因樣品量少，并且水冷卻銅板帶走大量熱，可達(dá)到快冷目的。在切斷電源后一分鐘內(nèi)，將熔體從爐內(nèi)取出。盡管不愿受理論束縛，可以認(rèn)為熔體在銅板表面水冷的冷卻速率為100℃/秒以上。熔凝材料為透明的玻璃珠(其最大直徑為2.8mm)。
形成的無(wú)定形珠連同200g的2mm氧化鋯磨介(新澤西州Bound Brook分部的TOSOH工廠，品名“YTZ”)一起轉(zhuǎn)入聚乙烯瓶，瓶?jī)?nèi)加入300g蒸餾水，以轉(zhuǎn)速120rpm研磨24小時(shí)成粉末，研磨后材料用吹風(fēng)機(jī)干燥。15g干燥顆粒樣品置于石墨模內(nèi)，按實(shí)施例5-7所述在960℃下進(jìn)行熱壓。形成半透明狀圓盤。
實(shí)施例51按實(shí)施例50所述制造熔凝無(wú)定形珠，按實(shí)施例50所述取15g的珠粒進(jìn)行熱壓，不同的是在石墨模底沖壓出2mm深的凹槽，所得熔凝材料上復(fù)制著凹槽，說(shuō)明在施壓加熱期間玻璃流動(dòng)性好。
比較例A比較例A按實(shí)施例50所述制造熔凝材料，不同的是聚氯乙烯瓶?jī)?nèi)裝27g氧化鋁(“APA-0.5”)，27g釔穩(wěn)定氧化鋯(標(biāo)稱組份為94.6重量％ZrO2(+HfO2)和5.4重量％Y2O3(GA Marietta的氧化鋯銷售公司，品名“HSY-3”)，本實(shí)施例樣品的組成相應(yīng)于Al2O3-Zr2O3二元體系的共熔組成。生成的球狀顆粒直徑為100-150μm，經(jīng)XRD分析得知部分呈無(wú)定形態(tài)，大部分為結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例52按實(shí)施例32所述制備的無(wú)定形顆粒(31.25g)和比較例A所述制造的18.75g顆粒置于聚氯乙烯瓶?jī)?nèi)，加以80g蒸餾水和300g氧化鋯磨介(新澤西州Bound Brook分部的TOSOH工廠，品名“YTZ”)，以轉(zhuǎn)速120rpm研磨24小時(shí)。研磨后材料的用吹風(fēng)機(jī)干燥。按實(shí)施例32所述，將20g干顆粒物料進(jìn)行熱壓處理。圖12所示為實(shí)施例32中物料按實(shí)施例32所述制得的拋光截面的SEM照片。在比較例A材料(深色區(qū)域)與實(shí)施例52材料(淺色區(qū)域)的界面上未見有裂縫，說(shuō)明粘結(jié)性很好。
實(shí)施例32和32A與比較例B-D的研磨性能用“Chipmunk”顎式破碎機(jī)將實(shí)施例32熱壓材料破碎成磨粒，分級(jí)成-25+30目級(jí)分(即25μm和30μm網(wǎng)眼)和-30+35目級(jí)分(即30μm-35μm網(wǎng)眼)(USA標(biāo)準(zhǔn)篩)。將這兩種級(jí)分按50/50混合。按實(shí)施例32所述，對(duì)混合料進(jìn)行熱處理。將30g生成的玻璃陶瓷磨粒制入涂覆研磨盤。按常規(guī)方法制作此涂覆研磨盤。玻璃陶瓷磨粒粘結(jié)到直徑為17.8cm，0.8mm厚硫化纖維背襯上(中間有2.2cm直徑的孔)。采用常規(guī)的碳酸鈣填充的酚醛樹脂(48％酚醛樹脂，52％碳酸鈣，用水和乙二醇醚稀釋成含固量為81％)作初始結(jié)合涂層，用常規(guī)冰晶石填充的酚醛樹脂(32％酚醛樹脂，2％氧化鐵，66％冰晶石，用水和乙二醇醚稀釋成含固量為78％)作膠結(jié)涂層。濕的初始結(jié)合涂層樹脂量約為185g/m2。施涂后立即靜電涂覆玻璃陶瓷磨粒。制得的樹脂在88℃熟化120分鐘，然后將冰晶石填充酚醛涂料涂覆在涂層與磨粒之上。濕的膠結(jié)涂層量為850g/m2，將此膠結(jié)涂層樹脂在99℃熟化12小時(shí)。測(cè)試前，先將涂覆研磨盤進(jìn)行彎曲，然后進(jìn)行測(cè)試。
實(shí)施例32A涂覆研磨盤按實(shí)施例32所述方法制造，不同的是實(shí)施例32A磨粒通過(guò)實(shí)施例32物料經(jīng)熱壓與熱處理后破碎而制得。
比較例B中涂覆研磨盤按實(shí)施32所述方法制造，不同的是采用了熱處理熔凝氧化鋁磨粒(奧地利Villach的Triebacher公司，品名“ALODUR BFRPL”)，而不是實(shí)施例32中的玻璃陶瓷磨粒。
比較例C中涂覆研磨盤按實(shí)施32所述方法制造，不同的是采用了氧化鋁鋯磨粒(共熔組分為53％Al2O3和47％ZrO2(MA Worcester的Norton公司，品名“NORZON”)，而不是實(shí)施例32中的玻璃陶瓷磨粒。
比較例D中涂覆研磨盤按實(shí)施32所述方法制造，不同的是采用了溶膠-凝膠法制的磨粒(MN St.Paul的3M公司，品名“CUBITRON”)，而不是實(shí)施例32中的玻璃陶瓷磨粒。
按如下方法檢驗(yàn)實(shí)施例32和比較例B-D的涂覆磨盤的研磨性能。將每片研磨盤置于斜邊的鋁背墊上，預(yù)先稱重的用來(lái)研磨的尺寸為1.25cm×18cm×10cm的1018#軟鋼板工件的表面。圓盤轉(zhuǎn)速達(dá)5000rpm，圓盤覆蓋在與工件接觸的背墊的斜邊上，負(fù)載力為8.6kg。每片圓盤用來(lái)研磨一個(gè)工件，時(shí)間間隔1分鐘，整個(gè)試驗(yàn)周期中，總磨削量為從工件上被去除材料的總和。下面表14列出了每個(gè)樣品12次研磨后總磨削量以及第12次磨削量(即最后一次拋削量)。實(shí)施例32是二個(gè)圓盤的平均量，而實(shí)施例32A，比較例B，C和D僅試驗(yàn)了一個(gè)圓盤。
表14
在不偏離本發(fā)明的范圍與精神前提下，對(duì)本發(fā)明所作各種修改與變換是顯而易見的。對(duì)熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人士來(lái)說(shuō)，可以理解本發(fā)明不僅僅限于這里所述的說(shuō)明性實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.由Al2O3，ZrO2和Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物組成的無(wú)定形材料，其中至少一部分Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物在當(dāng)無(wú)定形材料結(jié)晶時(shí)形成明顯的晶相，其中無(wú)定形材料中含有Al2O3，ZrO2的合量占該材料至少50重量％。含有As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)該材料總量的20重量％，該無(wú)定形材料具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少為25μm。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)定形材料，其特征在于該無(wú)定形材料無(wú)Tg。
3.如權(quán)利要求1所述的無(wú)定形材料，其特征在于該無(wú)定形材料含有占其重量至少35重量％的Al2O3。
4.如權(quán)利要求1所述的無(wú)定形材料，其特征在于無(wú)定形材料含Al2O3和ZrO2的總量中，Al2O3占55-65重量％，ZrO2占45-35重量％。
5.如權(quán)利要求1所述的無(wú)定形材料，其特征在于Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物為TiO2。
6.包含如權(quán)利1所述無(wú)定形材料的陶瓷。
7.如權(quán)利要求6所述的陶瓷，其特征在于無(wú)定形材料為玻璃。
8.制造含有Al2O3，ZrO2和Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物的無(wú)定形材料的方法，其中至少一部分Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物在當(dāng)無(wú)定形材料結(jié)晶時(shí)形成明顯的晶相，其中無(wú)定形材料中含有Al2O3，ZrO2的合量占該材料至少50重量％，含有As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)該材料總量的20重量％，該無(wú)定形材料具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少為25μm，此方法包括熔化至少Al2O3，ZrO2和Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物的原料；將該熔體冷卻形成無(wú)定形材料。
9.含有Al2O3，ZrO2和Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物的玻璃陶瓷，其中至少一部分除Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物以呈至少一個(gè)明顯的晶相，其中玻璃陶瓷中含有Al2O3，ZrO2的合量占該材料至少50重量％，含有As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)該材料總量的20重量％，該無(wú)定形材料具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少為25μm。
10.制造玻璃陶瓷的方法，該方法包括對(duì)無(wú)定形材料進(jìn)行熱處理，使至少一部分無(wú)定形材料轉(zhuǎn)變成玻璃陶瓷，其中該無(wú)定形材料含有Al2O3，ZrO2和Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物。其中至少一部分Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物在當(dāng)其進(jìn)行熱處理時(shí)形成明顯的晶相，其中無(wú)定形材料中含有Al2O3，ZrO2的合量占該材料至少50重量％，含有As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)該材料總量的20重量％，該無(wú)定形材料具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少為25μm，其中玻璃陶瓷含有Al2O3，ZrO2和Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物，其中至少一部分Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物呈至少一個(gè)明顯的晶相，其中玻璃陶瓷中含有Al2O3，ZrO2的合量占該材料至少50重量％，含有As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)玻璃陶瓷總量的20重量％，該玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少為25μm。
11.具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒，其中至少部分磨粒含有玻璃陶瓷的眾多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，以及Y2O3，其中至少部分Y2O3呈現(xiàn)至少一個(gè)明顯晶相。
12.眾多具有特定標(biāo)稱級(jí)別的磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的眾多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，還包含REO，其中至少一部分REO呈至少一個(gè)明顯的晶相。
13.具有特定標(biāo)稱級(jí)另的眾多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的眾多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，以及As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)玻璃陶瓷總量的10重量％，至少部分磨粒的玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少各25μm。
14.具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的眾多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al2O3，ZrO2和Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物，其中至少部分Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物呈明顯的晶相，其中玻璃陶瓷中含有Al2O3，ZrO2的合量占玻璃陶瓷至少50重量％，含有As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)玻璃陶瓷總量的20重量％。
15.制造磨粒的方法，該方法包括提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒，其中至少部分磨粒是含有無(wú)定形材料的眾多磨粒，其中無(wú)定形材料包含Al2O3，ZrO2和Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物，其中至少一部分Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物在進(jìn)行熱處理時(shí)呈明顯的晶相，其中無(wú)定形材料中含有Al2O3，ZrO2的合量占無(wú)定形材料至少50重量％。含有As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)無(wú)定形材料總量的20重量％；對(duì)含有無(wú)定形材料的顆粒進(jìn)行熱處理，使至少部分無(wú)定形材料轉(zhuǎn)變成玻璃陶瓷，提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的眾多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al2O3，ZrO2和Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物，其中至少部分除Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物呈現(xiàn)明顯的晶相，其中玻璃陶瓷中含有Al2O3，ZrO2的合量占玻璃陶瓷總量至少50重量％。含有As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)玻璃陶瓷總量的20重量％。
16.制造磨粒的方法，該方法包括對(duì)含有無(wú)定形材料的顆粒進(jìn)行熱處理，使至少部分無(wú)定形材料轉(zhuǎn)變成玻璃陶瓷，其中無(wú)定形材料包含Al2O3，ZrO2和Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物，其中至少部分Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物在熱處理時(shí)形成明顯的晶相，其中無(wú)定形材料中含有Al2O3，ZrO2的合量占無(wú)定形材料總量至少50重量％，含有As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)無(wú)定形材料總量的20重量％，其中玻璃陶瓷包含Al2O3，ZrO2和Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物，其中至少部分除Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物呈明顯的晶相，其中玻璃陶瓷中含有Al2O3，ZrO2的合量占玻璃陶瓷總量至少50重量％，含有As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)玻璃陶瓷總量的20重量％，對(duì)含有玻璃陶瓷的磨粒進(jìn)行分級(jí)，提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的眾多磨粒。
17.制造磨粒的方法，該方法包括對(duì)含有無(wú)定形材料的顆粒進(jìn)行熱處理，使至少部分無(wú)定形材料轉(zhuǎn)變成玻璃陶瓷，其中無(wú)定形材料包含Al2O3，ZrO2和Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物，其中至少部分Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物在進(jìn)行熱處理時(shí)形成明顯的晶相。其中無(wú)定形材料中含有Al2O3，ZrO2的合量占無(wú)定形材料總量至少50重量％，含有As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)無(wú)定形材料總量的20重量％，其中玻璃陶瓷包含Al2O3，ZrO2和Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物，其中至少部分除Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物呈明顯的晶相，其中玻璃陶瓷中含有Al2O3，ZrO2的合量占玻璃陶瓷總量至少50重量％，含有As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)玻璃陶瓷總量的20重量％，對(duì)含有玻璃陶瓷的磨粒進(jìn)行分級(jí)，提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的眾多磨粒；對(duì)玻璃陶瓷進(jìn)行破碎，提供含有玻璃陶瓷的磨粒；對(duì)含有玻璃陶瓷的磨粒進(jìn)行分級(jí)，提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的眾多磨粒。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于該無(wú)定形材料具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少為25μm，且玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z至少為25μm。
19.制造磨粒的方法，該方法包括提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多顆粒，其中至少部分顆粒是含有無(wú)定形材料的眾多磨粒，其中無(wú)定形材料包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，以及Y2O3，其中至少部分Y2O3在進(jìn)行熱處理時(shí)形成至少一個(gè)明顯的晶相。對(duì)含有無(wú)定形材料的顆粒進(jìn)行熱處理，提供含有玻璃陶瓷的磨粒，使至少部分無(wú)定形材料轉(zhuǎn)變成玻璃陶瓷，提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的眾多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2以及Y2O3，其中至少部分Y2O3呈至少一個(gè)明顯的晶相。
20.制造磨粒的方法，該方法包括對(duì)含有無(wú)定形材料的顆粒進(jìn)行熱處理，使至少部分無(wú)定形材料轉(zhuǎn)變成玻璃陶瓷，其中無(wú)定形材料包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，以及Y2O3，其中至少部分Y2O3在進(jìn)行熱處理時(shí)形成明顯的晶相。其中玻璃陶瓷包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2以及Y2O3，其中至少部分Y2O3呈現(xiàn)至少一個(gè)明顯的晶相；對(duì)含有玻璃陶瓷的磨粒進(jìn)行分級(jí)，提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的眾多磨粒。
21.制造磨粒的方法，該方法包括對(duì)含有無(wú)定形材料的顆粒進(jìn)行熱處理，使至少部分無(wú)定形材料轉(zhuǎn)變成玻璃陶瓷，其中無(wú)定形材料包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，以及Y2O3，其中至少部分Y2O3在進(jìn)行熱處理時(shí)形成明顯的晶相，其中玻璃陶瓷包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2以及Y2O3，其中至少部分Y2O3呈現(xiàn)至少一個(gè)明顯晶相；對(duì)玻璃陶瓷進(jìn)行破碎，提供含有玻璃陶瓷的磨粒；對(duì)含有玻璃陶瓷的磨粒進(jìn)行分級(jí)，提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒，其中至少部分磨粒含有玻璃陶瓷的眾多磨粒。
22.制造磨粒的方法，該方法包括提供眾多顆粒具有特定標(biāo)稱級(jí)，其中至少部分顆粒是含有無(wú)定形材料的眾多磨粒，其中無(wú)定形材料包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，以及REO，其中至少部分REO在進(jìn)行熱處理時(shí)呈現(xiàn)至少一個(gè)明顯晶相；對(duì)含有無(wú)定形材料的顆粒進(jìn)行熱處理，提供含有玻璃陶瓷的磨粒，使至少部分無(wú)定形材料轉(zhuǎn)變成玻璃陶瓷，提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒，其中至少部分磨粒含有玻璃陶瓷的眾多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，以及REO，其中至少部分REO呈現(xiàn)至少一個(gè)明顯晶相。
23.制造磨粒的方法，該方法包括對(duì)含有無(wú)定形材料的顆粒進(jìn)行熱處理，使至少部分無(wú)定形材料轉(zhuǎn)變成玻璃陶瓷，其中無(wú)定形材料包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，以及REO，其中至少部分REO在進(jìn)行熱處理時(shí)形成明顯的晶相，其中玻璃陶瓷包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，以及REO，其中至少部分REO呈現(xiàn)至少一個(gè)明顯晶相；對(duì)含有玻璃陶瓷的磨粒進(jìn)行分級(jí)，提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的眾多磨粒。
24.制造磨粒的方法，該方法包括對(duì)含有無(wú)定形材料的顆粒進(jìn)行熱處理，使至少部分無(wú)定形材料轉(zhuǎn)變成玻璃陶瓷，其中無(wú)定形材料包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，以及REO，其中至少部分REO在進(jìn)行熱處理時(shí)形成明顯的晶相，其中玻璃陶瓷包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，以及REO，其中至少部分REO呈至少一個(gè)明顯的晶相；對(duì)玻璃陶瓷進(jìn)行破碎，提供含有玻璃陶瓷的磨粒；對(duì)含有玻璃陶瓷的磨粒進(jìn)行分級(jí)，提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的眾多磨粒。
25.制造磨粒的方法，該方法包括提供眾多顆粒具有特定標(biāo)稱級(jí)，其中至少部分顆粒是含有無(wú)定形材料的眾多磨粒，其中無(wú)定形材料包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，含有As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)無(wú)定形材料總量的10重量％；該無(wú)定形材料至少有部分具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少為25μm。且玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少為25μm。對(duì)含有無(wú)定形材料的顆粒進(jìn)行熱處理，提供含有玻璃陶瓷的磨粒，使至少部分無(wú)定形材料轉(zhuǎn)變成玻璃陶瓷，提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的眾多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，含有As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)無(wú)定形材料總量的10重量％，其中磨粒至少部分玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少為25μm。
26.制造磨粒的方法，該方法包括對(duì)含有無(wú)定形材料的顆粒進(jìn)行熱處理，使至少部分無(wú)定形材料轉(zhuǎn)變成玻璃陶瓷，其中無(wú)定形材料包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，以及As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)無(wú)定形材料總量的10重量％，該無(wú)定形材料至少有部分具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少為25μm。其中玻璃陶瓷包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，含有As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)無(wú)定形材料總量的10重量％，其中至少有些顆粒的玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少為25μm；對(duì)含有玻璃陶瓷的磨粒進(jìn)行分級(jí)，提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒，其中至少部分磨粒含有玻璃陶瓷的眾多磨粒。
27.制造磨粒的方法，該方法包括對(duì)含有無(wú)定形材料的顆粒進(jìn)行熱處理，使至少部分無(wú)定形材料轉(zhuǎn)變成玻璃陶瓷，其中無(wú)定形材料包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，以及As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)無(wú)定形材料總量的10重量％，該無(wú)定形材料至少有部分具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少為25μm，其中玻璃陶瓷包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，含有As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)無(wú)定形材料總量的10重量％，其中玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少為25μm；對(duì)玻璃陶瓷進(jìn)行破碎，提供含有玻璃陶瓷的磨粒；對(duì)含有玻璃陶瓷的磨粒進(jìn)行分級(jí)，提供具有特定標(biāo)稱級(jí)別的眾多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的眾多磨粒。
28.對(duì)表面研磨的方法，該方法包括提供含有粘結(jié)劑和眾多磨粒的磨具，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的眾多磨粒。其中玻璃陶瓷包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，以及Y2O3，其中至少部分Y2O3呈現(xiàn)至少一個(gè)明顯的晶相；至少有一個(gè)含有玻璃陶瓷的磨粒與工件的表面接觸；移動(dòng)至少有一個(gè)含有玻璃陶瓷并與工件接觸的磨?；蚪佑|面，研磨至少與含有玻璃陶瓷的磨粒接觸的部分表面。
29.對(duì)表面研磨的方法，該方法包括提供含有粘結(jié)劑和眾多磨粒的磨具，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的眾多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，以及REO，其中至少部分REO呈至少一個(gè)明顯的晶相；至少有一個(gè)含有玻璃陶瓷的磨粒與工件的表面接觸；移動(dòng)至少有一個(gè)含有玻璃陶瓷并與工件接觸的磨?；蚪佑|面，研磨至少與含有玻璃陶瓷的磨粒接觸的部分表面。
30.對(duì)表面研磨的方法，該方法包括提供含有粘結(jié)劑和眾多磨粒的磨具，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的眾多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al2O3和占其總量15重量％的ZrO2，含有As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)玻璃陶瓷總量的10重量％。其中至少一些顆粒的玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少為25μm；至少有一個(gè)含有玻璃陶瓷的磨粒與工件的表面接觸；移動(dòng)至少有一個(gè)含有玻璃陶瓷并與工件接觸的磨?；蚪佑|面，研磨至少與含有玻璃陶瓷的磨粒接觸的部分表面。
31.對(duì)表面研磨的方法，該方法包括提供含有粘結(jié)劑和眾多磨粒的磨具，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的眾多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al2O3，ZrO2和Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物，其中至少部分Al2O3，ZrO2之外的其它金屬氧化物呈一個(gè)明顯的晶相，其中玻璃陶瓷中含有Al2O3，ZrO2的合量占無(wú)定形材料總量至少50重量％，含有As2O3，B2O3，GeO2，P2O5，SiO2，TeO2和V2O5合量不超過(guò)無(wú)定形材料總量的20重量％，其中至少有部分磨粒的玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少為25μm；至少有一個(gè)含有玻璃陶瓷的磨粒與工件的表面接觸，移動(dòng)至少有一個(gè)含有玻璃陶瓷并與工件接觸的磨粒或接觸面，研磨至少與含有玻璃陶瓷的磨粒接觸的部分表面。
全文摘要
氧化鋁－氧化鋯材料及其制造方法。本發(fā)明的實(shí)施方案包括磨粒。所述磨?？杉尤氲礁鞣N磨具中，包括粘結(jié)磨具，涂覆磨具，非織造磨具，以及研磨刷。
文檔編號(hào)C09C1/68GK1537084SQ02815119
公開日2004年10月13日 申請(qǐng)日期2002年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月2日
發(fā)明者A·Z·羅森弗蘭茲, A Z 羅森弗蘭茲, A·賽里卡亞, 錕ㄑ, T·J·安德森, 安德森 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司