CN102066283A - 具有极低堆积密度的陶瓷磨料及其制造方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了具有极低堆积密度的陶瓷磨料及其制造方法和用途，所述陶瓷磨料包含具有或不具有其它氧化物添加剂的熔融氧化铝材料、具有或不具有其它氧化物添加剂的熔融氧化铝-氧化锆共熔物、或具有或不具有其它氧化物添加剂的烧结溶胶凝胶氧化铝材料，其中所述陶瓷磨粒优选通过将所述材料的泡粉碎而制得。

Description

具有极低堆积密度的陶瓷磨料及其制造方法和用途
发明背景
本发明涉及具有极低堆积密度的陶瓷磨料的制造以及从各种已知磨料材料如熔融氧化铝、共熔的氧化铝-氧化锆或烧结的溶胶凝胶氧化铝制备具有极低堆积密度的陶瓷磨料的方法，所述各种已知磨料材料可以包含或不包含各种辅助氧化物。
通常的研磨粒子可以由双头锥体来表示，借以将所述锥体的一端粘结至磨料产品基底并将另一端与钢工件接触。当从锥体的尖端向后对所述锥体进行磨损时，在两个方向增加了磨损平面，因此，磨损平面面积增长率作为向后磨损(wear back)的平方函数的增加而增加。
为了用于研磨应用，以块状形式来制造上述磨料材料并将其粉碎成期望的磨料大小以用于涂覆型或粘结型的磨料产品。可以通过在电弧炉中对铝土矿进行精炼或者在电弧炉中对拜耳型氧化铝进行熔融并将其倾入到大型的冷却用模具中来制备氧化铝磨料。然后将粗品粉碎成期望的磨料大小。对共熔的氧化铝-氧化锆磨料也进行电弧炉处理，但是将其倾入到引起非常快速冷却的模具中。这种模具可以是其间具有小间距(约1/4″)的钢板或者是包含钢球从而使熔体流入孔隙空间的模具。然后将这种粗品粉碎成期望的磨料大小。在水基系统中制造溶胶凝胶氧化铝，将其挤出、干燥、粉碎成期望的磨料大小、煅烧并烧制成磨料粒子。
在所有上述中，块状材料的粉碎产生了具有三维形状的粒子，借以使在磨粒(grain)的三个轴上的粒子尺寸相等或几乎相等。期望用于重型粘结型应用的磨料具有相等的轴，所述相等的轴表示“块状(blocky)”材料并且象征是具有高堆积密度的材料。期望用于纸和布应用的磨料具有不相等的轴，所述不相等的轴表示“尖锐”的材料并且象征是具有较低堆积密度的材料。下表说明了各种粘结型或涂覆型磨料粒子的典型堆积密度。
表I
Figure BPA00001276774700021
共熔的氧化铝-氧化锆粒子与熔融的氧化铝和烧结的溶胶凝胶粒子具有类似的形状。与熔融氧化铝和溶胶凝胶氧化铝的真比重3.94-3.92相比，氧化铝-氧化锆的更高的真比重(4.55)导致更高的堆积密度。
一般来说，当如由较低的堆积密度所表示的磨料粒子较尖锐时，在粗材料的初始粉碎期间，将用于涂覆型应用的涂料取出。通常通过研磨或撞击来对用于一些粘结型应用的磨料进行进一步加工，从而使粒子更加块状化，如较高堆积密度所表示的。另外，一些粘结型应用确实需要较低的堆积密度或较尖锐的磨料。
特别感兴趣的是涂覆型磨料材料的堆积密度以及它们仅略低于粘结型磨料材料的堆积密度。涂覆型磨料堆积密度是从将块状材料粉碎成磨料而固有的。与上表I中所示的堆积密度相比，用于涂覆型磨料应用的更低堆积密度的材料是希望的，但是利用从块状粗材料至磨料的典型粉碎不能获得所述材料。较低堆积密度的磨料可能与在涂覆型应用中提供寿命更长的磨料产品即直至切削率不能接受的更高的总金属切削(切除)有关。
当研磨操作员认为磨盘或磨带已经变钝时，将其丢弃，所述变钝是指金属切削率已经降低至初始金属切削率的约10-20％。金属切削率是磨料粒子渗透进入钢工件的函数。粒子渗透进入钢进一步取决于磨料施加到钢工件上的压力。磨料在钢工件上的压力由研磨粒子在钢上的力除以粒子的磨损平面面积来定义。随着磨料粒子的磨损平面面积增大，施加到钢工件上的磨料压力降低，磨料渗透降低且所导致的金属切削率降低。当丢弃磨盘或磨带时，磨损平面面积非常小，每平方英寸的磨料材料，磨损平面面积为0.002平方英寸至0.004平方英寸，取决于被研磨的钢的类型和形状以及施加到磨料产品上的力。
磨料粒子的磨损平面面积取决于在研磨期间粒子的磨损(向后磨损)。随着向后磨损的增加，磨损平面面积增加。为了提高涂覆型磨料产品的有效切削寿命，必须降低磨料磨损平面增长率。这可能通过耐磨性更高的磨粒来完成，所述磨粒导致较慢的向后磨损增长率和由此引起的更慢的磨损平面增长率。第二，可以改变磨料粒子形状，从而导致随着粒子向后磨损，磨损平面增长率更慢。第三，可以改变磨料粒子的形状和一致性，从而使得具有末端磨损平面面积的磨料粒子可以使磨损平面脱落并露出新的研磨表面，或者使得粒子可以在研磨界面下方断开从而也除去末端磨损平面。这种脱落或断开现象可以被称作自修整(self dressing)。将末端磨损平面面积定义为防止磨料粒子在特殊的施加力下明显地渗透钢表面的面积。
对陶瓷空心球(陶瓷泡)已经知道了一段时间，并且其具有很多应用，其中之一是降低磨料产品，特别是粘结型磨料产品的密度。为了降低产品密度而添加的这种泡，例如氧化铝或氧化铝-氧化锆泡，通常不提供明显改善研磨性能的尖锐的边或角；然而，在使用可想到地会具有一些这种效果，即使效果较小的磨料产品期间，这种泡可能部分或全部破碎。这些陶瓷泡如同它们的制造方法一样为大家所熟知，例如，通过将熔融的陶瓷材料例如熔融的氧化铝或氧化铝-氧化锆混合物与压缩气体(通常为压缩空气)雾化。这种产品在工业中容易获得，例如源自华盛顿米尔斯(Washington Mills)的
Figure BPA00001276774700041
空心陶瓷球、源自Zircar Corporation的空心陶瓷球或源自TreibacherCorporation的
Figure BPA00001276774700043
空心陶瓷球。
这种陶瓷泡也可以由其它方法如美国专利5,077,241中所述的溶胶凝胶工艺而制得。
还已经知道，例如，如美国专利5,194,072；5,372,620和5,876,470中所述，向磨料产品中引入陶瓷细丝或陶瓷棒，考虑使这种细丝或棒的端部保留一定的锐度。尽管这在某些方面可能是有效的，但是难以用于实际应用。这是因为，为了具有适当的效果，所述棒或细丝必须适当取向，即这种棒或细丝曝露于工件的一侧不充当良好的切削边缘。而且，这种棒或细丝的末端可能实际上不具有特别尖锐的切削边缘，因为它们可能不比所述棒或细丝本身的直径薄。
发明内容
本发明的一个目的是降低磨料产品、特别是涂覆型磨料产品的磨损平面增长率或脱落末端磨损平面并延长有效金属切削率(切削寿命)。
本发明的还一个目的是提供一种勺状的磨粒，其能够挖去要从工件中除去的部分。
本发明的还一个目的是提供薄曲片状的磨粒，当它们的边缘磨损时，它们破裂或断开以提供新的尖锐的切削边缘表面来进行自锐化(selfsharpening)。
本发明的还一个目的是提供一种磨粒，其为由于弯曲而具有更高强度的薄尖板(thin sharp plate)。
本发明的还一个目的是提供一种磨粒，其具有允许具有磨损平面的边缘断开以露出新的尖锐面的微晶结构。
本发明使用薄片和/或纤维来降低伴随向后磨损的磨损平面面积增长率。随着向后磨损，厚度均匀的薄片的磨损平面仅在一个方向增加，因此磨损平面面积增长率是向后磨损的线性函数，而通常的磨料粒子的磨损平面面积增长率是向后磨损的平方函数。随着向后磨损，纤维的磨损平面在任何方向上都不增加，并因此磨损平面面积随着向后磨损是恒定的。包含磨料产品的纤维的磨损平面面积仅当另外的纤维进入研磨界面水平中时才增加。
通过使用经由将陶瓷泡粉碎而形成的磨粒可以实现上述目的。这种磨粒是具有弯曲的薄板，所述弯曲跟随原始陶瓷泡的弯曲，因此导致了“勺”状。这种几何构造比相同厚度的平板更强，因此使得极薄的磨料边缘是可用的且在早期还不破裂，而在形成磨损平面的同时断裂，因此使得在允许自锐化的同时向所述磨粒施加了更多的力。
本发明还包括磨粒本身以及包含它们的磨料产品。
优选地，根据本发明，提供了陶瓷材料组成的陶瓷磨粒产品。所述陶瓷磨粒产品的平均粒度在约10和约1500微米之间；在其粒度分布中，超过50重量％的粒子的粒度互相在20的因数之内；其堆积密度低于与所述陶瓷磨粒产品具有基本上相同的陶瓷材料组成并具有大约相同的平均粒度和粒度分布的磨粒的松密度的75％；将所述陶瓷磨粒产品熔融、冷却并粉碎成磨粒大小。本发明的基本上全部(超过90％)的磨粒的磨粒厚度低于所述粒度的20％。
在本发明的另一个优选实施方式中，提供了磨粒材料，其包含具有内凹表面、外凸表面以及在所述内凹表面和所述外凸表面之间的相对均匀厚度的粒子，所述外表面是相对均匀的弯曲，如果延伸，所述弯曲会形成基本为球状的邻接表面。本发明的磨粒的平均粒度在约10和约1500微米之间。所述磨粒具有由内表面和外表面的圆周所限定的不规则的圆周边缘。
附图说明
图1示出了涂覆有本发明的磨粒的磨料产品；
图2示出了通过对空心氧化铝珠即“泡”进行粉碎而制得的本发明磨粒的实施方式的显微照片；
图3示出了本发明磨粒的放大图，表明了其弯曲和锐边；
图4示出了在20倍放大率下的本发明磨粒的SEM显微照片；
图5示出了在800倍下显示本发明磨粒的微晶结构的SEM显微照片，其中可以断开以露出锐边的微晶界面是清晰可见的；以及
图6示出了在2000倍下的本发明磨粒的SEM显微照片。
具体实施方式
“粒度”是粒子的中值尺寸。本发明磨粒的“平均粒度”由粒子的中值尺寸的平均值来定义。“中值尺寸”是粒子三维的介于中间的尺寸。通过确定穿过粒子几何中心的相互垂直的x、y和z各自的尺寸来确定中值尺寸，其中使x、y和z的总和最大，并将长度介于其它两种尺寸的长度的中间的尺寸当作中值尺寸。磨粒的“厚度”是穿过磨粒中心的x、y和z尺寸的最小值。粒子的“长度”是x、y和z尺寸的最大值。
一般来说，制备本发明的产品的方法包括下列步骤：
a.形成直径在20和3000微米之间的陶瓷泡；和
b.粉碎所述陶瓷泡以形成产品。
可以添加从约0.3至约0.7重量％的水不溶性陶瓷材料以减小泡壁厚度，所述陶瓷材料的熔化温度比氧化铝低。较低熔点的陶瓷材料可以选自二氧化硅、原硅酸镁和硅酸铝。优选的较低熔点的陶瓷材料是二氧化硅。
另外，可以添加约0.1至约0.7重量％的除氧化铝和氧化锆之外的氧化物以使得磨粒边界变弱，从而改善自动磨粒锐化。用于该目的的氧化物可以是例如二氧化硅或氧化镁。
可以通过许多方法来形成陶瓷泡。例如，可以利用压缩气体将熔融陶瓷材料雾化或者从膨胀的溶胶凝胶然后烧结形成溶胶凝胶陶瓷泡。
可用于制备能够按照本发明进行粉碎的陶瓷泡的材料包括，但不限于：包括添加剂如二氧化钛和稀土金属氧化物的氧化铝、氧化锆和二氧化硅及其混合物。
具有或不具有添加剂的氧化铝泡
具有或不具有添加剂的经粉碎的氧化铝-氧化锆泡
具有或不具有添加剂的经粉碎的二氧化硅泡
经粉碎的氧化铝-二氧化钛泡
磨料产品的陶瓷材料可以选自熔融和固化的白色氧化铝、熔融和固化的棕色氧化铝、熔融和固化的氧化铝-氧化锆陶瓷合金以及固化和烧结的氧化铝溶胶凝胶。
磨粒的堆积密度归因于包括磨粒的材料密度、平均磨粒大小、磨粒粒度分布和磨粒形状在内的许多变量。
由于磨粒为具有曲面的薄片状，所以本发明磨料产品的堆积密度低于具有相同陶瓷型组成和粒度的现有技术的固体磨料。认为这种独特的薄壁曲面是造成本发明磨粒的优越的切削性能的原因，本发明的磨粒提供了具有薄的尖锐的切削边缘的强磨粒。在图2中可以看到在约30倍放大率下的本发明磨粒的显微照片。图3示出了本发明的磨料粒子16的图，所述磨料粒子16示出了厚度20、曲面22和锐边24。
作为例子，根据起始泡的壁厚度，基本上由经粉碎的白色或棕色氧化铝泡构成的磨料产品会具有从约0.8至约1.5g/cm3的堆积密度，所述氧化铝泡从最高约3000微米被粉碎成约500至550微米(36戈瑞特)的平均粒度(如上面所讨论的)以及约0.05mm(0.002英寸)的壁厚。那种壁厚决定了磨粒的厚度，所述磨粒的厚度通常为约0.05至约0.4mm(0.002至约0.016英寸)。本发明的36戈瑞特的氧化铝磨粒的典型堆积密度低于1.5g/cm3(超过约3,000个粒子/克)，优选低于1.3g/cm3(超过约4,000个粒子/克)，并且对于大部分应用，更优选低于1.1g/cm3(超过约5,000个粒子/克)。对于按照本发明从泡制得的氧化铝-氧化锆磨粒，由于较高的材料密度，所以36戈瑞特磨粒的典型堆积密度低于1.7g/cm3(超过约2,500个粒子/克)，优选低于1.5g/cm3(超过约3,000个粒子/克)，并且对于大部分应用，更优选低于1.3g/cm3(超过约3,500个粒子/克)。
本发明的磨粒特别适合用于涂覆型磨料应用如砂纸，但是也很适合用于粘结磨料应用如磨轮以及高速切削磨料应用如喷砂(blasting)。
如例如在图1中所看到的，本发明的涂覆型产品10具有基片12，所述基片12为纤维盘或织物，例如织造材料或柔性聚合物片。至少一个粘结层14如树脂层在基层的表面上，所述粘结层部分地嵌入磨粒粒子16以将它们保持在基层。粘结层可以是陶瓷基体、树脂基体或其混合物。粘结层通常为树脂，例如酚醛树脂。
如图1中所示，除了粘结材料通常不是柔性的以及磨粒可以是全部被嵌入之外，本发明的粘结型磨料产品与涂覆型产品是相似的。在这种产品中，不存在柔性基层；然而，可以将加强材料或织物嵌入粘结层13中。粘结材料通常为选自陶瓷基体、树脂基体及其混合物的粘结基体。
本发明也包括通过利用使用了包括本发明的陶瓷磨料产品的材料的磨料材料对制品进行研磨、砂磨或喷砂(blasting)来磨损制品的方法。
实施例
利用从8″盘修剪的7″纤维盘获得了下述研磨结果，所述8″盘通过常规技术利用36戈瑞特材料并在胶料涂层中使用KBF4来进行涂覆。将所述盘安装在水平转台上，并以2500rpm进行旋转。在支架内垂直安置了不锈钢(316)条(3/16″×1″×24″)，在盘上方以所述钢条的1″方向以与盘的中心轴方向一致的方向面对盘。盘上的磨损痕迹具有6.5英寸的外径和4.5英寸的内径。将8.17磅的辅助重量设置在连接至所述条的支架上。新的条、辅助重量和用于将所述辅助重量连接至所述条的支架为9.71磅，这从钢条向研磨盘施加了51.8磅/平方英寸的压力。将带有其辅助重量支架的全部12根条用于20秒间隔的相续研磨。将六根条分为一组，将每组的重量损失记录为在两分钟时段期间的重量损失。当条损失重量时，向辅助重量添加相等的重量以使被施加到所述盘的压力保持为恒定。
表II示出了被制成用于涂覆型应用的盘的两种36戈瑞特(平均粒度500至550微米)的NZ+1585磨粒的以克计的切削量(cut)。使用该磨粒作为对照。也示出了NZ+的比较磨粒，ATZ-II。在钻石形桌子上将该第二种磨粒分为各种形状的级分，从而评价堆积密度(即，形状或锐度)对316不锈钢的切削量的影响。
表II
316不锈钢条的重量损失(切削量)
Figure BPA00001276774700101
表II示出了使用低堆积密度(尖锐)的商业磨料材料来获得更高切削量的重要性。所述堆积密度为对现有技术的“尖锐”磨粒的最低可获得的堆积密度的说明，但并不是接近低到本发明磨粒的堆积密度。盘重量损失与堆积密度和切削量有很大关联。与对于相同的向后磨损，磨损平面面积较小的较尖锐的细长磨粒相比，较块状的磨粒(高堆积密度)的形状对于特定的向后磨损，导致了较大的磨损平面面积。因此，具有更高磨损平面面积增长率的块状材料也具有更迅速下降的切削率以及更低的总切削量。块状磨粒较低的向后磨损导致较低的盘重量损失。较尖锐的磨粒更加有攻击性地进行切削，具有更大的向后磨损并可能也具有有助于更高的盘重量损失的磨损平面磨粒断裂。
为了解释表III和IIIA中的结果，必须对氧化铝泡的物理性质进行描述。
氧化铝泡的壳厚随SiO2含量和泡的寸而变化。通常，从包含0.3至0.7％SiO2的Al2O3熔体膨胀的泡具有最薄的壁厚。当SiO2水平低于或高于上述水平时，壁厚逐渐增大。另外，壁厚随着下表IIA中所示的泡大小的降低而降低。当泡大小降低时，壁厚降低，这导致降低36戈瑞特堆积密度、每克的粒子数提高且表III和3A中所示的磨盘上的粒子数更少。表IIA仅作为例证。所述材料与表III和表IIIA中所列的材料不同。
表IIA
源自经粉碎的泡的36戈瑞特(500至550微米)
Figure BPA00001276774700111
*该尺寸的泡是不可得的。
表III示出了对于被用作对照的36戈瑞特NZ+1585的以克计的切削量。也示出了由经粉碎的4/10和10/14氧化铝泡制成的36和30戈瑞特材料。也示出了由经粉碎的6/14NZ+比较泡制成的36戈瑞特材料。当切削量在两分钟时段内达到约5克时，停止对每种单独磨粒的研磨试验。
表III
316不锈钢条对于各种泡材料的重量损失(切削量)
364/10：通过粉碎4/10氧化铝泡而制造的36戈瑞特
304/10：通过粉碎4/10氧化铝泡而制造的30戈瑞特
3610/14：通过粉碎10/14氧化铝泡而制造的36戈瑞特
3010/14：通过粉碎10/14氧化铝泡而制造的30戈瑞特
36ATZ-II：通过粉碎6/14氧化铝-氧化锆泡而制造的36戈瑞特
*NZ+和ATZ-II的堆积密度以及粒子/克被调整为与氧化铝泡相同的比重，即比重3.60。
与NZ+对照相比，由泡粉碎的磨粒(薄片)具有显著更高的切削量，切削更长的时间且具有更高的重量损失。尽管不希望被任何特殊理论所约束，但是认为这种现象是由下述产生的：
首先，据信伴随先前所提到的向后磨损，薄片状粒子具有较低的磨损平面增长率，并因此在当将磨料产品丢弃时，在达到最终磨损平面面积之前可以研磨较长的时间。
其次，据信因为较弱的形状，所以当磨损平面尺寸增加且从研磨操作接收到更多摩擦力时，它们可能脱落(脱离)。
第三，据信因为较弱的形状，所以具有磨损平面的磨粒可能从研磨表面下方断开并因此使新的磨粒接合钢表面。
可以将脱落和断开看作是自修整，并且这种概念受到与NZ+相比更高的盘重量损失的支持。在所有试验结果中，更高的切削量总是与更高的盘重量损失相关联。
与由4/10氧化铝泡制成的磨粒相比，由10/14氧化铝泡制成的磨粒具有更高的切削量。由10/14泡制成的磨粒具有更低的堆积密度、更薄的壁以及更大量的每克粒子，所有这些提高了切削量。由氧化铝-氧化锆泡制成的磨粒具有更高的堆积密度、更厚的壳壁0.005″-0.010″以及更少的每克粒子。壁更薄的泡应该获得更高的切削量。还认为氧化铝-氧化锆是更坚硬的材料，且可能不如由氧化铝泡制成的磨粒那样容易向后断开。在表III中ATZ-II试样的较低重量损失(2.91g)支持了该概念。
源自粉碎的泡的磨粒的另一重要方面是钢表面的精加工(finish)更好。由粉碎的泡制造的磨粒的切削边缘由作为粗泡沫熔岩的微晶构成，并且与如在NZ+中的大的单一磨粒切削点相比，导致更好的表面精加工。使用粉碎的泡的钢的更好的表面精加工使得可以将较粗糙的级别用于制造带和盘，即用30戈瑞特经粉碎的氧化铝泡代替40或可能50戈瑞特NZ+。使用36NZ+和3010/14研磨的钢条的表面粗糙度在2分钟研磨后分别是2783微英寸和1577微英寸，在12分钟研磨后分别是1836微英寸和730微英寸。
从表III中，能够计算经粉碎的氧化铝泡对于NZ+的改善的性能。
Figure BPA00001276774700141
即，源自4/10经粉碎的氧化铝泡的36戈瑞特的性能为NZ+的230％。
使用相同的程序：
磨粒                                            性能％
                                                超出36NZ+
36戈瑞特经粉碎的4/10氧化铝                      230
30戈瑞特经粉碎的4/10氧化铝                      297
36戈瑞特经粉碎的10/14氧化铝                     595
30戈瑞特经粉碎的10/14氧化铝                     548
36戈瑞特粉碎的6/14氧化铝-氧化锆                 192
再次，尽管不希望被任何特殊理论所约束，但是认为通过磨损平面面积可以解释在NZ+和经粉碎的泡材料之间的切削量和盘重量损失的差异现象。所述NZ+初始具有更尖锐的点，并因此具有更小的初始磨损平面面积和更高的切削量。但是较块状的NZ+材料在向后磨损期间具有较迅速的磨损平面面积增长率。比较起来，源自经粉碎的氧化铝泡的薄片具有较高的初始磨损平面面积，但是在向后磨损期间磨损平面面积增长率较慢和/或发生了自修整从而降低了磨损平面增长率。
设计另一种试验以确定胶料的量是否对切削量有影响。在进行涂覆以评价各种磨料的先前试验(在表III之前)中，总是以两次涂覆向8″纤维盘施加28-30克的胶料，基于3M专利4,770,671中的数据。因为假设的经粉碎的氧化铝泡壳的脆弱特性，所以决定提高表III中的盘中的胶料的量，从而提供有所改善的或另外的支持。
表IIIA包括与表III中相同批的具有各种胶料重量的10/14材料(0.28％SiO2)。包括具有21g和28g胶料的两种NZ+盘。结果表明，对于经粉碎的泡，有给出最佳性能的最佳胶料量。NZ+结果表明，21、28或32g(表III)的胶料对切削量没有影响。
将表IIIA中的第二组磨粒标记为0％。与0.28％SiO2试样上的25和28g胶料相比，在0％SiO2磨粒上的25和28g胶料具有更高的切削量。这是出乎意料的，因为0％SiO2材料具有更高的堆积密度、更少的每克粒子以及略微更厚的壳壁。一种解释是SiO2的缺乏提高了总切削量。
表IIIA
316不锈钢条对于各种材料的重量损失(切削量)
Figure BPA00001276774700161
对于这里的氧化铝溶胶凝胶，对熔融氧化铝和熔融氧化铝-氧化锆材料进行讨论的相同概念也适用，并将不再进行讨论。将提出赞同和支持先前部分的概念的数据。
在第一种情况下，将组合物321的带挤成各种厚度、干燥、粉碎为18gg×26gg；在650℃下煅烧，在1370℃下烧制6分钟并分级为36戈瑞特。下面示出了近似的挤出和烧制厚度：
挤出厚度：    0.099″    0.058    0.036     0.027    0.020
烧制厚度：    0.015″    0.010    0.0065    0.005    0.004
通过与先前的讨论相同的方法，将各种试样制成涂覆盘，并通过对先前讨论的316不锈钢条进行研磨来进行试验。结果示于表IV中。结果中包括在制备带盘的同时，将3M商业盘(985C)和3M商业磨粒(321)的对照制成盘。
当在两分钟间隔内金属切削率降低到11克以下时，停止研磨试验。
表IV
经由利用粉碎的带制成的36戈瑞特盘的
316不锈钢条的重量损失(切削量)
3M    3M   WM**
985C  321  321
Figure BPA00001276774700181
*该盘上约30％的磨粒是40戈瑞特熔融的棕色氧化铝
**由Washington Mills Electro Minerals制成的3M 321等效组合物
985C商业盘具有高的初始切削量，这是较尖锐的磨粒的特征。然而，985C盘具有非常迅速的切削量衰退以及非常低的重量损失，这是块状磨粒的特征。在该盘上的溶胶凝胶磨粒的堆积密度不能确定，因为其与约30％的棕色氧化铝混合。
将商业3M 321磨粒用作在该系列中的残留磨粒的对照。标记为WM 321的磨粒是与3M 321类似的等效组合物，但是其更加尖锐且通过特殊技术由粗材料粉碎。这种更尖锐的磨粒导致更高的切削量以及更高的盘重量损失。
当带状磨粒的挤出厚度降低时，堆积密度降低，每克粒子升高，切削量升高且盘重量损失升高。因此，当从0.020″挤出材料制备磨盘或带时，与利用常规磨料制备的消耗10-20％磨料的盘或带相比，切削量将高得多且将消耗20-30％的磨料。
与商业氧化铝磨料产品相比，利用挤出带制备的产品具有改进的切削量，但是所述挤出带的性能因素并不能几乎如前述的本发明的低松密度陶瓷泡磨粒的性能因素那样好。
在还一个试验中，通过具有0.031″的多孔的机头挤出了细棒。将经干燥的材料进行部分粉碎、在650℃煅烧、然后通过手摩擦在14目约8″的美国标准筛上进一步粉碎。在该14目筛下使筛叠层20、25、30、35、40、45、50筛盘。然后将所述棒进行过筛分类并在1370℃烧制六分钟。所述棒直径约为0.007″。
美国筛                     平均长度
25-30                      0.080-0.090
30-35                      0.060-0.070
35-40                      0.060-0.070
40-45                      0.050-0.060
45-50                      0.030-0.040
筛盘
将所述棒用作上述级分并不将其分级为36戈瑞特。将研磨结果示于表V中。利用棒和带的组合以及棒和321TM的组合制备了一些盘。
表V
经由利用棒或棒和带制成的盘的
316不锈钢条的重量损失(切削量)
Figure BPA00001276774700201
通过盘上的切削量和磨粒的克数来计算性能。
*磨粒的克数和堆积密度-不是棒的
在所有情况下，切削量和盘重量损失都高于至远高于3M 321对照。而且，该切削量是优越的，但是仍然没有前述的经粉碎的氧化铝泡好。可信的解释如前所述，更低的磨损平面增长率和自修整这两项都有助于更长的寿命和更高的切削量。
与单独的棒相比，棒和带或棒和WM 321的混合物具有更高的切削量，并具有最高的盘重量损失。这会是在研磨期间，带和WM321对棒提供支持的结果。也可能存在促进自修整的协同效应。
该系列中的盘具有额外的胶料材料，这可能已经为更高的盘重量损贡献了少量。

Claims (15)

1.陶瓷材料组成的陶瓷磨粒产品，所述陶瓷磨粒产品的平均粒度在约10和约1500微米之间；在其粒度分布中，超过50重量％的粒子的粒度互相在20的因数之内；其堆积密度低于与所述陶瓷磨粒产品具有基本上相同的陶瓷材料组成并具有大约相同的平均粒度和粒度分布的磨粒的松密度的75％；将所述陶瓷磨粒产品熔融、冷却并粉碎成磨粒大小，其特征在于，所述陶瓷磨粒产品的基本上全部磨粒的磨粒厚度低于所述磨粒尺寸的粒度的20％。
2.权利要求1的陶瓷磨粒产品，其特征在于，至少50重量％的粒子具有内凹表面、外凸表面以及在所述内凹表面和所述外凸表面之间相对均匀的距离，所述外表面是相对均匀的弯曲，如果延伸，所述弯曲会形成基本为球状的邻接表面，所述粒子的平均粒度在约10和约1500微米之间，所述粒子具有由内表面和外表面的圆周所限定的不规则的圆周边缘。
3.权利要求2的陶瓷磨粒产品，其特征在于，其包含利用压缩气体将熔融的陶瓷材料雾化而形成的经粉碎的陶瓷泡。
4.权利要求2的陶瓷磨粒产品，其特征在于，所述磨粒产品的陶瓷材料选自熔融和固化的白色氧化铝、熔融和固化的棕色氧化铝、熔融和固化的氧化铝-氧化锆陶瓷合金、熔融和固化的氧化铝-二氧化钛陶瓷合金以及固化和烧结的氧化铝溶胶凝胶。
5.涂覆型磨料产品，其特征在于，其包含具有权利要求1至4中一项所述的陶瓷磨粒产品的片状材料，所述陶瓷磨粒产品部分地嵌入在基层上的树脂层中。
6.粘结型磨料产品，其特征在于，其包含权利要求1至4中一项所述的陶瓷磨粒产品，所述陶瓷磨粒产品嵌入在选自陶瓷基体、树脂基体和其混合物的粘结基体中。
7.权利要求1的磨粒产品，其特征在于，当所述产品的平均粒度在500和550微米之间时，其包含经粉碎的白色或棕色氧化铝泡，所述经粉碎的白色或棕色氧化铝泡的堆积密度低于1.5g/cm3，优选低于1.3g/cm3，更优选低于1.0g/cm3。
8.权利要求1的磨粒产品，其特征在于，当所述产品的平均粒度在500和550微米之间时，其包含经粉碎的熔融氧化铝-氧化锆泡，所述经粉碎的熔融氧化铝-氧化锆泡的堆积密度低于1.7g/cm3，优选低于1.5g/cm3。
9.权利要求7的磨粒产品，其特征在于，当所述产品的平均粒度在500和550微米之间时，每克产品的粒子超过3,000个，优选超过4,000个，更优选超过5,000个。
10.权利要求8的磨粒产品，其特征在于，当所述产品的平均粒度在500和550微米之间时，每克产品的粒子超过2,500，优选超过3,000个，更优选超过3,500个。
11.一种制造权利要求1的产品的方法，其特征在于包括下列步骤：
a.形成直径在20和3000微米之间的陶瓷泡；和
b.粉碎所述陶瓷泡以形成产品。
12.权利要求11的方法，其特征在于，添加约0.3至约0.7重量％的水不溶性陶瓷材料以降低泡壁厚度，所述水不溶性陶瓷材料的熔点低于氧化铝的熔点。
13.权利要求11的方法，其特征在于，所述熔点较低的陶瓷材料选自二氧化硅、原硅酸镁和硅酸铝。
14.权利要求11的方法，其特征在于，除了氧化铝和氧化锆之外，还存在约0.1至约0.7重量％的氧化物以使得磨粒边界变弱，从而改善自动磨粒锐化，所述氧化物优选二氧化硅、氧化镁或其混合物。
15.一种研磨制品的方法，其特征在于，其包括利用包含权利要求1至10中一项的陶瓷磨粒产品的磨料材料对制品进行研磨、砂磨或喷砂。
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