CN101638571B - 多晶含铝颗粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种形成含有复合多晶含铝颗粒的方法，包括形成氧化铝分散物和凝胶化该氧化铝分散物以形成凝胶，氮化物研磨颗粒能添加至该氧化铝分散物或该凝胶中，于添加该氮化物研磨颗粒之后，加工该凝胶以形成一复合多晶氧化铝氮化物颗粒。

Description

多晶含铝颗粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及与制造研磨颗粒有关的使用方法。更特别的是，本发明涉及多晶含铝颗粒，且伴随着制造这种颗粒的方法。因此，本发明涉及化学、冶金、材料科学以及高压技术的领域。 

背景技术

研磨颗粒长久以来是被用于各种应用，包括材料的切割、钻、锯、磨、研磨(lapping)以及抛光。能够依照特定应用和工件而使用各种研磨颗粒，通常，非常硬的研磨颗粒(如钻石和立方氮化硼(cBN))是用于作为超研磨颗粒，而非超研磨颗粒具有明显小于超研磨颗粒的坚韧度(toughness)和硬度(hardness)，因此，超研磨颗粒和非超研磨颗粒之间的价钱差距是非常明显的，且性能和成本在超研磨颗粒和非超研磨颗粒之间都产生一段差距。 

研磨颗粒一旦形成，能够再被加工而形成各种产品，例如，研磨颗粒能被研磨而形成较小的研磨细粒(fines)，如约和0.1微米(μm)一样小。或者，这种研磨颗粒的微米级粉末能够被烧结而形成较大的研磨体(如块体)，这种较大的块体通常借由基材支撑以强化其冲击强度。 

单晶颗粒和多晶体的切割和材料移除性质相当不同。特别的是，多晶体具有随意定位的微小颗粒，对应于个别的颗粒，其使得多晶体比单晶颗粒更具有耐冲击性，当单晶颗粒作为一有用的研磨颗粒时，倾向于沿着断裂面破裂，且常造成整个单晶颗粒产生破碎或瑕疵；再者，当多晶体产生微米等级的破裂时，该破裂会露出新的尖锐边缘而有助于保持研磨性质，因此有较长的使用寿命。 

已经发展出许多制造氧化铝和多晶氧化铝颗粒的方法。一已知的方法为溶胶-凝胶法，且产物称为溶胶-凝胶氧化铝颗粒，在此方法中，首先溶胶或分散物与氧化铝一起形成，接着溶胶会凝胶化，而后再干燥、烧结以形成个别的颗粒。为了形成能与研磨颗粒的功能一样好的颗粒，通常铝会抵抗在制作过程中的杂质。溶胶-凝胶法的一种修饰方法是添加晶种(seed)作为氧化铝成核反应的中心， α-氧化铝晶种能够有效地使用，因为它们不会将杂质引入系统中。然而，需要注意的是，有限数量的杂质会被加入溶胶-凝胶氧化铝中而影响制作过程，所以必须谨慎选择型态和数量以限制对于颗粒或块体产生不良影响。例如，氧化铁粉末可被加入以抑制氧化铝结晶的晶粒生长。 

因此，改良研磨颗粒的材料以及制造所述颗粒的方法正持续寻找中。 

发明内容

因此，本发明提供一种形成具有硬度和/或坚韧度在研磨颗粒与超研磨颗粒之间的多晶颗粒的方法。一种形成含有复合多晶含铝颗粒的方法包括形成氧化铝分散物、凝胶化该氧化铝分散物以形成凝胶、添加氮化物研磨颗粒至该氧化铝分散物或该凝胶、最后加工该凝胶以形成一复合多晶氧化铝以及氮化物颗粒。 

同样地，能够形成在一多晶研磨颗粒中包含氧化铝和氮化物的复合多晶颗粒，该氮化物研磨颗粒能和多晶氧化铝结合。相同的是复合多晶颗粒包含结晶的氧化铝和结晶的立方氮化硼的复合物。 

再者，在此呈现将超研磨特性置入形成多晶氧化铝颗粒的溶胶-凝胶中的方法，该方法包括在其溶胶-凝胶形成时复合(compositing)氮化物研磨颗粒和多晶氧化铝颗粒。 

在此所述的方法和产生的颗粒能够让混合颗粒形成，其中个别颗粒包含比研磨颗粒大的坚韧度和/或硬度，但却以较不高价的材料所制成，因此并不会像研磨颗粒一样昂贵。 

现在仅概括性且较广地描述出本发明更重要的特征，因此在接下来的详细说明中可更进一步地理解，并且在本领域所做的贡献可能会有更佳的领会，而本发明的其他特征将会从接下来的详细说明及权利要求中变得更为清晰，也可能在实行本发明时得知。 

具体实施方式

在揭露与叙述本发明之前，需要了解本发明并非限制于在此所揭露的特定的结构、方法步骤以及材料，而是可延伸至所属技术领域具通常知识者能思及的等效结构、方法步骤及材料，应了解的是，在此所使用专有名词的目的只是在叙述特定实施例，并非意欲对本发明有任何的限制。 

值得注意的是在本说明书及其申请专利范围所使用的单数型态字眼如“一”和“该”，除非在上下文中清楚明白的指示为单数，不然这些单数型态的先行词也包括复数对象，因此例如“一制程步骤”包括一个或多个这样的步骤，而“一氮化物”包括一个或多个这样的材料。 

定义 

以下是在本发明的说明及权利要求中所出现的专有名词的定义。 

在此所述的“多晶颗粒(polycrystalline grits)”是指具有复数晶体结构的小微粒，一般来说，该多晶颗粒是一团烧结的单晶晶体(或较小的多晶晶体)。再者，“颗粒(grit)”一词是指粒径在于所属技术领域中具有通常知识者所熟知的范围内。然而，在一些形态中，这种颗粒常常小于约2mm，其相反于高达数公分的直径且数十个厘米的厚度的较大多晶片(compact)。 

在此所述的“实质上不变的表面(substantially unaltered surface)”是指具有无法被修饰而后烧结的颗粒表面。然而，后烧结程序(如清洗、辗磨以移除毛边(burrs)、与大气元素反应(如氧化等))可选择性地助于促进最终颗粒的品质，且同时留下实质上不变的表面。例如，一实质上不变的表面实质上存在于溶胶-凝胶含氧化铝颗粒烧结时所产生的。如以雷射、线性EDM等切割或破碎程序会引入人工物，并使得表面不平整，这些都不会在实质上不变的表面上发现，因此，具有实质上不变的表面的颗粒是指不经过实质上会改变颗粒表面的后烧结程序(如切割、破碎、化学过滤等)。 

在此所述的“溶胶-凝胶(sol-gel)”是指于所属技术领域中已知的方法，其中溶胶或分散物会首先与铝一起形成，该溶胶接着凝胶化，再干燥和烧结以形成个别的颗粒。 

在此所述的“键结(bonding)”是指物理键结和/或化学键结的一种或两种。“物理键结(Physical bonding)”是指将两个基材借由结构型态、所施加的压力、摩擦力等而保持在一起。“化学键结(Chemical bonding)”是指任何超过仅有机械力的键结，包括离子键、共价键和其组合，因此，其包括范德华力、磁吸引力、极性共价键、金属键结等。 

在此所述的“晶种(seeds)”，当使用于溶胶-凝胶法时为材料，如所属技术领域所知的，其作用为在多晶氧化铝借由添加溶胶或凝胶之一或二者而形成时作为成核剂。通常晶种为氧化铝颗粒，更特定的是，该晶种为α-氧化铝颗粒。 

浓度、数量以及其他数值上的资料可是以范围的形式来加以呈现或表示，而需要了解的是这种范围形式的使用仅基于方便性以及简洁，因此在解释时，应具有相当的弹性，不仅包括在范围中明确显示出来以作为限制的数值，同时也可包含所有个别的数值以及在数值范围中的次范围，如同每一个数值以及次范围被明确地引述出来一般。 

例如一个数值范围“约1到约5”应该解释成不仅仅包括明确引述出来的大约1到大约5，同时还包括在此指定范围内的每一个数值以及次范围，因此，包含在此一数值范围中的每一个数值，例如2、3及4，或例如1-3、2-4以及3-5等的次范围等。 

此相同原则适用在仅有引述一数值的范围中，再者，这样的阐明应该能应用在无论是一范围的幅度或所述的特征中。 

本发明 

根据本发明的一形态，形成复合多晶含铝颗粒的方法包含形成氧化铝分散物，该氧化铝分散物会被凝胶化而形成凝胶。于该氧化铝的分散物或凝胶中加入氮化物研磨颗粒，一旦氮化物加入该分散物或凝胶的至少一个，该凝胶会被加工而形成一复合多晶氧化铝以及氮化物颗粒，所述颗粒借由在进一步加工之前预形成该凝胶而成形出不同的形状和尺寸，故能有效地在同一时间形成复数颗粒，然而从目前所揭露的方法所产生的各颗粒为复合多晶氧化铝和氮化物颗粒。 

在一形态中，该进一步加工凝胶包括任何数量的加工，包含塑型(shaping)、干燥、烧结等，该塑型包括形成凝胶层或脱水的凝胶，或形成具有个别颗粒形状的凝胶或脱水凝胶；能使用任何于所属技术领域所熟知的技术进行塑型以塑型或形成层状结构或颗粒。 

晶种可选择性地加入氧化铝分散物或凝胶中，所述晶种是作为在材料中的成核位置，且用于降低氧化铝材料所需的烧结点。在一形态中，所述晶种为氧化铝颗粒，在更多特定的形态中，所述晶种为α-氧化铝颗粒。能添加其他于所属技术领域所熟知的添加物(如氧化镁或其他金属氧化物、莫来石(mullite)等)至该溶胶中，以增进多晶氧化铝的晶粒结构。这些添加物不会与氧化铝材料键结，且为有限的数量，以在需要的时候影响氧化铝的结构。 

将氮化物研磨颗粒加入氧化铝分散物或凝胶的至少一个中，在本发明的一形态中，氮化物研磨颗粒为任何氮化物，其有助于将材料从工件上移除，能使用的氮化物非限制性的范例包括氮化硼、氮化铝、氮化硅、氮化钛以及其组合。在一实施例中，该氮化物为立方氮化硼或包括立方氮化硼。在一形态中，该氮化物研磨颗粒具有小于约250微米(microns)的平均颗粒尺寸；或者，各氮化物研磨颗粒具有小于约250微米(microns)的颗粒尺寸。氮化物研磨颗粒是加入足够增加复合颗粒的硬度或坚韧度至少一个的量。在一形态中，该氮化物研磨颗粒是加入约1vol％至约50vol％的量；再另一形态中，该氮化物研磨颗粒是加入约3vol％至约35vol％的量；又另一形态中，该氮化物研磨颗粒是加入约5vol％至约25vol％的量，或甚至约10vol％至约20vol％的量。在又一实施例中，该氮化物能以少于该颗粒约1/3体积的量。能在各种组合中使用多于一种氮化物研磨颗粒，第二、第三或甚至第四种氮化物研磨颗粒能独自加入该氧化铝分散物或凝胶或二者之中。在一形态中，少于约10vol％的第二氮化物研磨颗粒能包含于该复合氧化铝多晶颗粒中，再者，相信至少在一实例中是将氮化物加入氮化物的分散物或凝胶中作为至少一部分的晶种材料。 

所产生的复合氧化铝多晶颗粒是在一多晶研磨颗粒中包括氧化铝和氮化物，其具有与多晶氧化铝键结的氮化物研磨颗粒，相信在烧结之前于溶胶-凝胶制作过程(即在溶胶状态或凝胶状态)中加入氮化物研磨颗粒以形成多晶氧化铝复合颗粒能够产生键结，该键结可为物理键结，于本发明的方法中所形成的物理键结比可能借由结合或烧结个别的氮化物研磨颗粒和氧化铝研磨颗粒具有更紧密且牢固的结构，因为分散物和/或凝胶形成氧化铝能让在氮化物颗粒之上或附近的氧化铝有更紧密的排列，因此增进物理键结。再者或可选择的是，该氮化物能化学键结于该多晶氧化铝，这种键结可能因为氮化物的硼、铝、硅和/或钛与氧化铝的氧原子之间的交互作用，例如特别是在高温中(即烧结条件)更为剧烈，氮化物和氧化铝之间的化学交互作用可为共价吸引、离子吸引或共价和离子吸引两者的混合。键结的力量和特性至少部分是依赖特定氮化物或所用的氮化物。 

所形成的多晶氧化铝复合颗粒能具有比纯多晶氧化铝颗粒、溶胶-凝胶型态或其他形态的颗粒大的硬度，所增加的硬度是因为氮化物颗粒的存在以及氮化物颗粒与多晶氧化铝材料的键结所产生的。在一形态中，该复合多晶氧化铝颗 粒的硬度约大于纯多晶氧化铝颗粒的硬度的5％；在另一形态中，该复合多晶氧化铝颗粒的硬度约大于纯多晶氧化铝颗粒的硬度的10％，或甚至大于约20％；在一特别的实施例中，该复合多晶氧化铝颗粒的硬度约大于纯多晶氧化铝颗粒的硬度的5％至50％；在另一形态中，该复合多晶氧化铝颗粒的硬度约大于纯多晶氧化铝颗粒的硬度的10％至40％；在又一形态中，该复合多晶氧化铝颗粒的硬度约大于纯多晶氧化铝颗粒的硬度的15％至30％。再者，所形成的多晶氧化铝复合颗粒能具有比纯多晶氧化铝颗粒、溶胶-凝胶型态或其他形态的颗粒大的坚韧度，所增加的硬度和/或坚韧度是起因于所用的氮化物的种类、颗粒整体所用的材料的品质、加工条件以及各材料的相对数量。在一形态中，该复合多晶氧化铝颗粒的坚韧度约大于纯多晶氧化铝颗粒的坚韧度的5％；在另一形态中，该复合多晶氧化铝颗粒的坚韧度约大于纯多晶氧化铝颗粒的坚韧度的10％，或甚至约20％。在一特别的实施例中，该复合多晶氧化铝颗粒的坚韧度约大于纯多晶氧化铝颗粒的坚韧度的5％至约50％；在另一实施例中，该复合多晶氧化铝颗粒的坚韧度约大于纯多晶氧化铝颗粒的坚韧度的10％至约40％；在又一实施例中，该复合多晶氧化铝颗粒的坚韧度约大于纯多晶氧化铝颗粒的坚韧度的15％至约30％。各种组成比例的修饰以及材料的选择属于在所属技术领域中具有通常知识者所熟知的范围。 

如所述的，所使用的组成比例和材料有很多种。在一形态中，该复合颗粒的多晶氧化铝部分具有小于约5微米(microns)的平均粒径。各种添加物可如同加工条件一样用于改变粒径尺寸。在一实施例中，大于约40vol％的复合颗粒可为多晶氧化铝。在使用上述方法之前，若有需要可先清洗该氮化物颗粒，其有助于促进品质，且因此使得所形成的颗粒借由移除会在加工时影响颗粒接触和生长的外来杂质材料，以促进硬度和坚韧度。 

该凝胶(包括氮化物颗粒)是被加工形成一复合多晶氧化铝和氮化物颗粒，该加工过程包括很多分离加工步骤。在一形态中，加工包括进一步干燥该凝胶和/或使该凝胶或该干燥的凝胶进行锻烧。这种干燥是从约80℃至约200℃之间的温度或更特定的是在约100℃至约150℃之间的温度下发生的。锻烧通常在一提高的温度下发生，从约600℃至约800℃，或从约650℃至约750℃。若锻烧的材料为一层状结构，其可使用任何已知的研磨(pulverizing)方法和仪器研磨至想要的尺寸；若锻烧的材料为一预成型的块体，该块体能够恢复原状，该研磨 材料或预成型锻烧的块体能于从约1100℃至约1300℃的温度进行烧结，接着能获得该烧结的颗粒，产生单独的烧结颗粒，这种获得包括借由包含机械和/或化学分离的各种方式从基材移除，所产生的烧结产物为金刚砂(corundum)基底复合颗粒，其具有比纯金刚砂颗粒良好的特性。应该注意的是能进一步加工进行各种修饰以获得复合颗粒，其中该氧化铝为多晶状的，且键结于氮化物。 

该凝胶材料能成型为一层状结构或个别的颗粒前驱物，该颗粒前驱物具有指定的三维形状，所述前驱物能成型为各种指定的三维形状，例如但不限制在立方体、矩形锥体、块体、三角锥体、圆柱体及其组合或之类的形状。因此，所述前驱物的截面形状可如方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形、五角形、六角形等。通常所想要的形状包括能够用于研磨应用中的边缘，合适的三维形状的特定范例包括立方体、矩形块体、三角块体、五角块体等。 

能够使用于所属技术领域中所熟知的各种方法形成个别的颗粒前驱物，包括使用模板，无论使用于形成颗粒前驱物的方法为何，所述前驱物的排列涉及广泛种类的间隔以及前驱物形状。通常，所述前驱物的间隔为约有三倍前驱物直径的间距(中心至中心)。在另一形态中，所述前驱物之间边缘至边缘的距离是前驱物的直径的约1至约10倍，前驱物之间的间隔通常为研磨多晶颗粒的产率和研磨多晶颗粒的品质之间的折衷结果。特定的是，当前驱物被放置得更近，会有较大的风险是邻近的颗粒会一起生长，于所属技术领域中具有通常知识者能依照在此揭露的技术而选择能够使此风险最小化的材料和条件。 

在另一形态中，凝胶层和/或个别的前驱物能在烧结前形成或排列于基材上，该基材为任何能够用于在前驱物形成和研磨颗粒烧结时将前驱物保持在所想要的位置的合适材料。该基材是以任何具有足够的完整性以让研磨前驱物形成于其上的材料所组成。因此，几乎任何的材料都适合，包括但不限制在金属片、金属板、膜、高分子薄板、纸等，合适的基材包括金属或非金属材料，通常是提供一薄的圆形碟或片的形式，合适的基材材料非限制性的范例可包括钴(cobalt)、镍(nickel)、铁(iron)、铜(copper)、氯化钠(sodium chloride)、六方氮化硼(hexagonal boron nitride)、石墨(graphite)、不锈钢(stainless steel)及其合金、其混合物或其复合物。虽然在以下的范围之外的厚度也能使用，但通常基材具有从约30微米(μm)至约500μm的厚度。为了加工的方便，可提供基材以作为单一片体，在该凝胶层或前驱物形成于其上后接着被切割或者分开成较小的片段， 所述较小的片段是按尺寸排列于特定的高压装置中，可选的是，该基材能在研磨前驱物形成于其上的前被切割成较小的片段。 

在一实施例中，能形成一凝胶层，并继续进行锻烧，接着能使用任何已知的方法将其崩散(broken up)以形成之后要被烧结的颗粒前驱物。最终的复合颗粒包括多晶氧化铝和氮化物材料二者。 

依照本发明的一形态的方法，前驱物组合物是被放置于能够烧结所述研磨颗粒的装置中，以形成一烧结的多晶颗粒组合物。任何能够制造足够高温以使得氧化铝颗粒产生烧结的装置皆可使用。 

在本发明的方法的另一形态中，恢复的(recovered)复合多晶颗粒具有实质上不变的表面，使得恢复的多晶颗粒能用于研磨应用，而不需要对于多晶颗粒的表面进行修饰。通常，多晶颗粒借由恢复步骤实质上不会改变形状、表面粗糙度和/或其他性质。有时可能需要额外的清洗步骤以移除多晶颗粒上多余的碎屑、金属或高压介质，然而，这种清洗步骤通常不会改变多晶颗粒的形状、表面性质或完整性。 

如同在研磨前驱物所讨论的，所能产生的多晶颗粒的尺寸和形状范围很广，通常，依照特定所要的应用，多晶颗粒具有从约18网目(mesh)(约1mm)至约400mesh(37microns)，本发明的方法尚能产生大量具有高度一致性的尺寸分布的多晶颗粒。根据本发明，多晶颗粒具有在数个微米内实质上均匀的尺寸和形状。 

依照本发明，多晶颗粒具有实质上一致的形状和尺寸，除此之外，实质上一致的复合多晶颗粒能够因多晶颗粒的微观裂缝而非巨观裂缝而增加研磨应用的效能。特别的是，多晶结构使用少部分的颗粒破裂，而不会产生整体颗粒灾难性的缺陷。除此之外，各颗粒持续性的破裂会使得颗粒产生持续更新的尖锐边缘，以有助于维持切割速率，再者，本发明的多晶颗粒的粗糙度相较于单晶颗粒来的高，此增加的粗糙度促进各种工具的连接。 

在特定的实施例中，复合多晶颗粒包括结晶氧化铝和结晶立方氮化硼的复合体。在又一实施例中，该复合颗粒包括从约0.1vol％至约10vol％的氮化物，其选自于由以下物质所组成的群组：氮化铝、氮化硅、氮化钛及其组合物。 

同样地，赋予超研磨特性的方法(如增加硬度和/或坚韧度)包括在多晶氧化铝颗粒的溶胶-凝胶形成时将氮化物研磨颗粒复合于多晶氧化铝颗粒。可选的是，该氮化物研磨颗粒包括具有约小于250微米的粒径尺寸的立方氮化硼。 

从在此所呈现的方法所产生的复合多晶颗粒能够具有超研磨特性，但并不用增加材料支出，这种特别的研磨物填充于超研磨颗粒和非超研磨颗粒之间的间隙。本发明的方法引进复合材料，特别的是该氧化铝和氮化物在溶胶-凝胶法中呈现密切的关系，以形成键结，且因此影响所形成的颗粒的物理性质。 

所形成的颗粒能用于很多应用，包括形成研磨体和其他研磨机器。值得注意的是，已知将氧化铝或多晶氧化铝与氮化物颗粒(如立方氮化硼)混合能形成块体或玻璃化工具，其与单独包含氧化铝和氮化物二者的颗粒不同，且在此所形成的颗粒块体不会有与氧化铝和立方氮化硼的混合物一样的性质。再次强调，在多晶氧化铝的溶胶-凝胶形成过程中包含氮化物颗粒的复杂性质会物理性交杂(interlocking)或埋设氮化物颗粒，且很可能有化学键结产生，因此让此材料之间比个别颗粒以简单混合物和玻璃化工具的形式成为块体更能达到相容和强化的关系。 

颗粒另外一个应用就是用于切割工具，例如那些包括钻嘴(shank)和刀架(holder)。例如形成切割工具的方法包括将一或多个复合颗粒硬焊至一基材或一切割工具的其他部分。在一特定的实施例中，形成一切割工具的方法包括将预硬焊涂剂(如钛)涂布在一或多个复合氧化铝多晶颗粒，该已涂布的颗粒埋设于一工具的钻嘴的凹陷处的硬焊粉末中，而硬焊料能被熔融，与该工具的钻嘴的颗粒键结，该钻嘴有一刀架是所属技术领域中具有通常知识者所熟知的，例如借由磨和/或研磨，一或多个复合颗粒的尖锐角会露出。 

以下范例解释本发明制造复合多晶氧化铝颗粒的方法。但必须了解的是以下例子仅为依本发明原则的应用的示范与说明，许多修饰以及具选择性的组成、方法和系统在不脱离本发明精神与范畴的情况下皆可被于本领域具通常知识者所能推想出来的，所附的权利要求倾向于包括这些修饰与安排，本发明特征已于上所陈述，以下范例会更详细连结本发明多个特定实施例。 

实施例 

混合铝土矿以及烷氧化物且将其辗碎至小于400网目，再加入NaOH以及水(H₂O)，软铝石(AlOOH)接着加入此混合物中，而形成溶胶，具有约1μm大小的立方氮化硼(cBN)被加入氮化铝(AlN)和氮化硅(Si₃N₄)的混合物中，α-氧化铝晶种以及氧化铁(Fe₂O₃)和氧化锰(Mn₂O₃)的氧化物添加物，各具有约小于50 nm的尺寸，其皆被加入该混合物中。可选的是，也可以使用其他氧化物，如氧化镁(MgO)、二氧化钛(TiO₂)、氧化锆(ZrO₂)、氧化钇(Y₂O₃)、氧化镧(La₂O₃)、氧化铌(Nd₂O₃)及其组合物。接着该组合物混合，再来加入硝酸镁[(Mg(NO₃)₂]，而该混合物经过蒸发形成凝胶，该凝胶是层合于该基材上且于120℃的温度干燥，再以700℃的温度锻烧，该锻烧层之后被研磨且筛选至想要的尺寸，其中所有不符合要求的颗粒会适当地循环回制作过程中(即过大的会再次被研磨，过小的会与铝土矿以及烷氧化物一起再次被辗碎)。具有适当尺寸的颗粒接着在1200℃的温度下被烧结而形成金刚砂。 

当然需要了解的是以上所述的排列皆仅是在描述本发明原则的应用，许多改变及不同的排列亦可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下被于本领域具通常知识者所设想出来，而权利要求也涵盖上述的改变和排列。因此，尽管本发明被特定及详述地描述呈上述最实用和最佳实施例，于本领域具通常知识者可在不偏离本发明的原则和观点的情况下做许多如尺寸、材料、形状、样式、功能、操作方法、组装和使用等变动。 

Claims (19)

1.一种形成复合多晶含铝颗粒的方法，其特征在于其包括

形成氧化铝分散物；

凝胶化该氧化铝分散物以形成凝胶；

添加氮化物研磨颗粒至该氧化铝分散物或该凝胶中；以及

将该凝胶加工以形成复合多晶氧化铝和氮化物颗粒。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于将该凝胶加工的步骤包括干燥和烧结。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括添加晶种至该氧化铝分散物或该凝胶中。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于该氮化物研磨颗粒选自于由以下物质所组成的群组：立方氮化硼、氮化铝、氮化硅、氮化钛及其组合。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于该氮化物研磨颗粒具有小于250微米(micron)的粒径。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括添加第二氮化物研磨颗粒至该氧化铝分散物或该胶体中。

7.一种复合氧化铝多晶颗粒，其特征在于是在一多晶研磨颗粒中包含氧化铝和氮化物，其中该氮化物研磨颗粒是键结于该多晶氧化铝。

8.如权利要求7所述的复合氧化铝多晶颗粒，其特征在于该颗粒具有大于纯多晶氧化铝的硬度(hardness)的硬度。

9.如权利要求7所述的复合氧化铝多晶颗粒，其特征在于该颗粒具有大于纯多晶氧化铝的坚韧度(toughness)的坚韧度。

10.如权利要求7所述的复合氧化铝多晶颗粒，其特征在于该键结包括机械键结。

11.如权利要求7所述的复合氧化铝多晶颗粒，其特征在于该键结包括化学键结。

12.如权利要求7所述的复合氧化铝多晶颗粒，其特征在于该氮化物选自于由以下物质所组成的群组：立方氮化硼、氮化铝、氮化硅、氮化钛及其组合。

13.如权利要求7所述的复合氧化铝多晶颗粒，其特征在于该氮化物少于颗粒体积的1/3。

14.如权利要求7所述的复合氧化铝多晶颗粒，其特征在于该复合颗粒的多晶氧化铝部分具有小于5微米的晶粒尺寸。

15.如权利要求7所述的复合氧化铝多晶颗粒，其特征在于多晶氧化铝大于颗粒的40vol％

16.如权利要求7所述的复合氧化铝多晶颗粒，其特征在于还包括少于10vol％的第二氮化物研磨颗粒。

17.一种切割工具，其特征在于包括如权利要求7所述的复合氧化铝多晶颗粒、一钻嘴(shank)以及一刀架(holder)。

18.一种形成切割工具的方法，其特征在于包括：

将钛涂布在复数个如权利要求7所述的复合氧化铝多晶颗粒上；

将该已涂布的颗粒埋设于一工具的钻嘴的凹陷处中，其中该颗粒埋设于硬焊粉末中；

将该硬焊粉末熔融，与该工具的钻嘴的颗粒键结；以及

露出至少一颗粒的尖锐角。

19.一种赋予溶胶-凝胶法所形成的多晶氧化铝颗粒超研磨特性的方法，其特征在于包括在多晶氧化铝颗粒的溶胶-凝胶形成时将氮化物研磨颗粒复合于多晶氧化铝颗粒。