本体及其用图
【专利说明】具有増加的初性的基于膝融氧化错的多晶多孔A I 2〇3本体及其 用途
[0001] 本发明设及基于烙融氧化侣的多晶多孔Ah〇3本体，设及其制造方法及其用途，特 别是在磨料中的用途。
[0002] 基于烙融氧化侣的磨粒，在文献中通常也称为刚玉，长时间是已知的，且目前仍属 于用于机加工表面的最常用的材料。由于有多种待机加工的不同材料，例如木材、钢、不诱 钢、塑料、石头、陶瓷等，在过去已经开发出了分别匹配相应的应用和物理特性(已对相应情 形进行了优化)的刚玉类型或特殊的刚玉。
[0003] 对此目的，可W选择不同的工艺，其中刚玉渗杂有其它氧化物和/或生产工艺有所 变化，从而特别是改变磨粒的物理特征，和/或还对所得到的磨粒进行后处理，从而得到特 定特征或从而强化它们。
[0004] W02012/041421公开了一种多晶Al2〇3本体，其通过在电弧炉中烙融氧化侣且然后 倾出液体烙体产生。由此倾出流快速冷却，为此目的将液体烙体倾倒到两个水冷漉子之间 的间隙中，例如W相反方向旋转的漉子。为了增加冷却速度，另外将细粒氧化侣颗粒添加到 倾出流中。
[0005] 随后W运种方式将所得的固体物质粉碎和通过筛分处理成磨料粒度。W运种方式 获得了具有封闭的宏观孔隙率且由单独的主晶体构成的磨粒，单独的主晶体彼此连接并且 包括20WI1和IOOwii的微晶尺寸。包含确定的孔隙率和确定的多晶结构的运样的磨粒在用于 研磨盘时特别具有优点。
[0006] EP-B-1339809描述了一种用于生产基于氧化侣的致密紧密的磨粒的方法及其在 磨料中的用途，该磨料具有增加的初性。由此，将成品磨粒进行800-1500°C的热后处理。
[0007] 从US-A-4157898也已知热后处理。于氧化条件下对含Ti化的刚玉进行退火，其中 在还原条件下进行的烙化过程中由Ti化形成的铁低价氧化物在粒子表面上被氧化且形成 铁一侣化合物，其包括四价铁且在磨粒的表面上实现蓝色着色。
[0008] 在两种较后情况下，对成品磨粒(对其复配从而为紧密和致密的）进行热后处理， 从而提高它们的磨粒初性。在某些研磨操作的情形中，磨粒初性的增加与研磨性能的增加 相关。
[0009] 除了磨粒(对其复配从而为紧密和致密的且由极少的大的或单独的微晶构成），特 别是在最近时间还已经开发了大量磨粒，对其复配(compose)从而为微晶或多晶的，且其由 多个较小的微晶构成，且具有基于晶态结构或仅其结构的高初性。例如，EP-B-1595081描述 了氧化侣氧化错的生产，其中与氧化侣一起烙融氧化错，然后将液体烙体尽快冷却，W便防 止冷却时的组分偏析，因此化化和Ah〇3存在于产物中，从而在微晶结构中彼此相邻均匀分 布。
[0010] 还可W通过化学或陶瓷方法获得类似的坚初材料(对其也进行复配从而为微晶 的），其中对细颗粒烙凝氧化侣或相应的原料(在生产过程由其得到Ah〇3)进行加工W形成 生巧，然后在1200-1600°C的溫度下烧结。例如，微晶烧结刚玉是EP-B-0152068或EP-A-0725045的主题。
[0011] 过去，已经避免该微晶或多晶刚玉的热后处理，因为经验表明导致初性的晶态结 构响应于后热处理而维持损伤，运归因于晶体生长，或在氧化侣-氧化错的情形中还归因于 改性转变。
[0012] 因而，当前仅对于由极少的大微晶或单微晶构成的紧密和致密类型的刚玉已知成 功的热后处理。
[0013] 由于巨大范围的待机加工的不同材料、表面和形状，W及由于对机加工过程本身 的不同需要，不仅优选使用上述W示例性方式明确的刚玉类型，还具有使磨粒更好地适应 某些研磨操作或特殊材料从而由此在机加工材料时进一步改善去除率或表面品质的需要。
[0014] 因此，本发明的任务是提供一种刚玉磨粒，其具有对特定研磨操作优化的特性曲 线，且该曲线因此允许由其生产的磨料W及研磨效果的进一步优化。
[0015] 本发明的任务还是提供一种制造相应的刚玉磨粒的方法。
[0016] 通过提供基于烙融氧化侣的多晶多孔Al2〇3本体解决了该问题，其包含大于97重 量％的〇氧化侣和总量小于3重量％的其它氧化物合金化组分。
[0017] Al2〇3本体包括具有20-100WI1的微晶尺寸的多个Al2〇3主晶体且显示出宏观孔隙 率，该宏观孔隙率具有5-30体积％的孔隙体积，20-60皿的平均孔隙直径，W及在约100皿的 范围内最大孔隙直径。在主晶体边界处，该多晶Al2〇3本体显示单一外部相的集聚，其W点状 方式分别分布或还在沿着主晶体晶界的线中。外部相具有小于化m，优选小于如m的直径。
[0018] 在本发明的优选实施方案中，外部相包含Ti化和/或其它氧化物合金化组分，其选 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] 通过包含少量Ti化和/或其它氧化物合金化组分的多晶Al2〇3本体（例如可按 W02012041421制成）的热后处理得到上述多晶Al2〇3本体。
[0020] 根据本发明的基于多晶Al2〇3本体的磨粒生产包括一系列工艺步骤，从在电弧炉中 烙融至少97重量％的氧化侣和至多3重量％的其它氧化物合金化组分的混合物开始。在完 全烙融该混合物后，W低于80kg/min的恒定倾倒速率倾倒出液体烙体。当倾倒时，将细a氧 化侣颗粒加入倾倒流中。W运种方式加速烙体的冷却。然后，通过将该烙体倒入金属板之间 的狭窄间隙或通过W相反方向旋转的冷却漉，或者还可W通过倒出到冷却板上来进行烙体 的完全冷却。在冷却后，多晶Al2〇3本体W粗片或板的形式存在，然后将其粉碎，并随后筛分 到限定的磨料粒度。本发明的必要步骤是W运种方式获得的磨粒的后续回火(tempering)， 在1000-1400°C的溫度下持续5-60分钟。优选地，在1250°C下在回转害中进行热后处理15分 钟。
[0021] 作为在本发明的上下文中进行的试验的结果，发现在回火之前的成品磨料的先前 粉碎和筛分对于根据本发明的磨粒的品质具有显著影响。因而已发现，即使在冷却后获得 的粗片的回火和后续粉碎也导致磨粒特征的改善，但是所述改善远不如反向次序显著。粉 碎后得到的磨粒的形状是立方的和块状，但是其中由于基础Al2〇3本体的宏观孔隙率，对于 根据FEPA的磨料粒度F24-F80,成品磨粒显示出相对低的堆积密度，其小于1.75g/cm 3,优选 小于1.70g/cm3,更优选小于1.65g/cm3。
[0022] 令人惊奇地是，现已发现，当基础产物包括少量外部氧化物作为合金化组分时，甚 至在多晶多孔Al2〇3本体的情形中，也可W借助于热后处理获得磨粒初性的巨大增长，尽管 其多晶结构和其孔隙率。在少量Ti化存在下该作用尤其显著和明显。
[002引除了 Ti02,根据本发明的多晶Al203本体中还存在一小部分选自化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组分，其 中附加的合金化组分之和小于于3重量％，优选含1重量％。然而，当外部相不包括Ti化时， 也可W观察到不很明显的积极作用。
[0024] 另外，通过REM图像说明了本发明的特征，W图1-6对说明书附上运些图像。
[0025] 图IWlOOO倍放大倍数示出了根据本发明的多晶磨粒的抛光截面的扫描电子显微 照片，
[0026] 图2W2000倍放大倍数示出了根据本发明的多晶磨粒的抛光截面的扫描电子显微 照片，
[0027] 图3W1000倍放大倍数示出了比较例的抛光截面的扫描电子显微照片，
[0028] 图4W1000倍放大倍数示出了比较例的抛光截面的扫描电子显微照片，
[0029] 图5W100倍放大倍数示出了多晶磨粒的扫描电子显微照片，
[0030] 图6W150倍放大倍数示出了紧密致密单晶磨粒的扫描电子显微照片。
[0031] 在图1和2中能够将主晶体1的边界3标识为黑边区域，其围绕单个主晶体1。还通过 增加性显现的单独浅色外部相2突出了晶界，在该情况下该外部相包含超过88重量％的 Ti〇2(实施例4)。因而，外部相2的抓X分析导致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的组合物。对于主晶体1，分析了 99.5重 量％的412〇3,0.3重量％的51〇2和在每种情况下0.1重量％的化0和1'1〇2。对于相界3，发现 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。可W在图像中标 识的黑色区域是沿着主晶态边界形成的孔隙4。图2W2000倍放大倍数示出了磨粒的抛光截 面，在该情况下，特别能够看到沿微晶边界3镶衬的含Ti化的外部相2。
[0032] 图3和4示出了穿过热处理之前的基础磨粒的截面。与图1或2中所示的根据本发明 的热后处理的磨粒相比，可W看出含铁外部相2的量低得多，分隔物更粗，且分隔物的形状 更像薄片。因此，认为热后处理的高溫度导致扩散过程，运导致增大的分隔物和外部相2的 更细的点状分布。还可看出，溫度处理或扩散效应分别导致了相界3的厚度减小。
[0033] 在图5中可WlOO倍放大倍