CN102482157A - 熔凝氧化铝/氧化锆颗粒的混合物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及熔凝的氧化铝/氧化锆颗粒混合物，所述混合物具有以wt％的化学分析：ZrO₂+HfO₂：35-45.5％；Al₂O₃：43.7-65％；其他氧化物：＜10％；SiO₂：＜0.8％。本发明同时遵守粒度测定条件以及密度条件。

Description

熔凝氧化铝/氧化锆颗粒的混合物

技术领域

本发明涉及熔凝陶瓷颗粒的混合物，该混合物主要由以接近于二元共晶的比例的氧化铝和氧化锆(按重量计，氧化锆为42％)组成且表现出改进的研磨性能。本发明还涉及包括根据本发明的颗粒混合物的研磨工具以及制造根据本发明的颗粒混合物的方法。

背景技术

研磨工具通常根据其成分陶瓷颗粒的配制形式分类：游离磨具(以喷雾或悬浮的形式使用，不需要支撑)、涂附磨具(布类或纸类的支撑，其中颗粒置于多层上)和固结磨具(以圆弧砂轮、砂条等的形式)。在后两种情况下，利用有机粘结剂或玻璃粘结剂压缩磨粒(在此情况下，粘结剂由主要被硅酸盐化的氧化物构成)。这些颗粒本身必须在研磨方面表现出良好的机械性质(尤其是硬度)且与粘结剂产生良好的机械凝结性(接触面的耐用性)。目前存在各种系列的磨粒，其使得可能涵盖大量应用和性能：通过熔融合成的氧化物颗粒尤其提供了优良质量/制造成本的折中。

在熔凝颗粒的范围内，从US-A-3181939了解到基于氧化铝和氧化锆的材料。这些颗粒大体由10％到60％的氧化锆和0到10％的添加剂以及剩余物氧化铝构成。实际上，商用产品的氧化锆的含量为约25％或者为氧化铝/氧化锆共晶体中的设在近似42％的值，通常为35％到50％，如专利US-A-3891408中所述。该专利指出，具有接近共晶的组分的产品提供了比氧化铝颗粒好的应用性能，尤其是如果它们非常快地凝固的话，因此在共晶团中，层间距小于

(共晶团定位成垂直于凝固前沿)。此独特的结构类型在颗粒的最大使用期限所需的机械强度和切削表面的良好再生所需的破裂之间产生良好的折中。

已知的添加剂包括根据US-A-4457767的合计达2％的氧化钇和根据专利DE-C1-4306966的合计达10％的氧化钛。这些添加剂改进了氧化铝/氧化锆颗粒的研磨性。氧化镁也是可能的添加剂，但是在几个百分点以上，它的存在引起与氧化铝形成尖晶石，直到刚玉消失，这导致机械性能不佳。

作为颗粒的示例，可以提及US-A-4457767中描述的颗粒。按重量计，这些颗粒典型地包括39％的氧化锆、0.8％的Y₂O₃以及小于0.5％的杂质，剩余物是氧化铝。这些颗粒的混合物广泛用于具有有机粘结剂的涂附磨具或磨砂轮，在操作中高效率地去除尤其是不锈钢上的材料(粗研磨、分离等)。

还从FR 2787106或US 2004/0040218了解到包括含量在10％与60％之间的氧化锆和含量在38％与90％之间的Al₂O₃的颗粒。这些熔凝的氧化铝/氧化锆颗粒由熔融原料在还原环境(具体地，向熔炉添加碳源，例如石油焦炭、沥青或煤)下制成。随后，该熔融材料被优选地快速冷却，以促进产生精细且定向的结构，例如通过在薄金属板之间进行浇铸的装置，比如专利US-A-3993119中提出的装置。最后，研磨冷却的材料，例如使用辊磨机，接着将其筛滤并分成一系列的与精密标准(例如，FEPA标准)相对应的颗粒尺寸分布(“粒度”)。如此制造的颗粒是致密的且并不十分细小。它们表现出良好的机械性质且可以有利地用在具有玻璃粘结剂的磨轮中。

FR2872157中也描述了熔凝的氧化铝/氧化锆磨粒的混合物。它们表现出显著的研磨性，尤其是在低压研磨条件下对于不锈钢或者一般地具有高碳含量和高硬度的钢而言。

所述研磨工具的研磨性质随着它们被使用而降低，直到表现为不可使用为止。

US5161696公开了表现出纵横比小于2∶1的块状棕刚玉颗粒用于固结磨具，然而，所使用的粉末包括20％和30％之间的表现出纵横比大于3∶1的尖利棕刚玉颗粒。针对涂附磨具，此文献公开了使用尖利的棕刚玉颗粒，但所使用的粉末能够包括达30％到40％的块状颗粒。

因此，不断需要表现出更长寿命的熔凝的氧化铝/氧化锆磨粒的混合物，本发明的一个目的是满足此需求。

发明内容

根据本发明，此目的是通过表现出以下化学成分的熔凝的氧化铝/氧化锆颗粒的混合物实现的，重量百分比为：

ZrO₂+HfO₂：35-45.5％

Al₂O₃：43.7-65％

SiO₂：＜0.8％

其他氧化物：＜10％；

该颗粒的混合物是值得注意的，因为其表现出遵守以下标准的至少一个标准的松装密度或LPD：

(1)按重量计超过97％的所述颗粒不通过边长为1400μm的方网眼的筛网，且按重量计少于20％的所述颗粒不通过边长为2360μm的方网眼的筛网(颗粒尺寸条件C1)，且所述松装密度大于2.18、优选地大于2.22且小于2.43、优选地小于2.36(密度条件D1)；

(2)按重量计超过96％的所述颗粒不通过边长为1000μm的方网眼的筛网，且按重量计少于3％的所述颗粒不通过边长为1700μm的方网眼的筛网(颗粒尺寸条件C2)，且所述松装密度大于2.04、优选地大于2.08且小于2.26、优选地小于2.19、优选地小于2.17(密度条件D2)；

(3)按重量计超过92％的所述颗粒不通过边长为600μm的方网眼的筛网，且按重量计少于18％的所述颗粒不通过边长为850μm的方网眼的筛网(颗粒尺寸条件C3)，且所述松装密度大于1.94、优选地大于1.98且小于2.17、优选地小于2.10、优选地小于2.08、优选地小于2.05(密度条件D3)；

(4)所述颗粒混合物表现出包括夹杂物的颗粒的含量小于5％、优选地小于2％，在所述混合物的任一颗粒的截面上测量的结核的浓度在所检查的所述颗粒的至少50％中大于每mm²500个结核，按重量计超过92％的所述颗粒不通过边长为425μm的方网眼的筛网，且按重量计少于18％的所述颗粒不通过边长为600μm的方网眼的筛网(颗粒尺寸条件C4)，且所述松装密度大于1.85、优选地大于1.89且小于2.05、优选地小于2.00、优选地小于1.91(密度条件D4)；

(5)所述颗粒混合物表现出包括夹杂物的颗粒的含量小于5％、优选地小于2％，在所述混合物的任一颗粒的截面上测量的结核的浓度在所检查的所述颗粒的至少50％中大于每mm²500个结核，按重量计超过96％的所述颗粒不通过边长为300μm的方网眼的筛网，且按重量计少于7％的所述颗粒不通过边长为500μm的方网眼的筛网(颗粒尺寸条件C5)，且所述松装密度大于1.83、优选地大于1.86且小于2.00、优选地小于1.97以及甚至小于1.96或1.95(密度条件D5)；

(6)所述颗粒混合物表现出包括夹杂物的颗粒的含量小于5％、优选地小于2％，在所述混合物的任一颗粒的截面上测量的结核的浓度在所检查的所述颗粒的至少50％中大于每mm²500个结核，按重量计超过96％的所述颗粒不通过边长为250μm的方网眼的筛网，且按重量计少于3％的所述颗粒不通过边长为425μm的方网眼的筛网(颗粒尺寸条件C6)，且所述松装密度大于1.82、优选地大于1.86且小于1.95、优选地小于1.93(密度条件D6)；

(7)所述颗粒混合物表现出包括夹杂物的颗粒的含量小于5％、优选地小于2％，在所述混合物的任一颗粒的截面上测量的结核的浓度在所检查的所述颗粒的至少50％中大于每mm²500个结核，按重量计超过96％的所述颗粒不通过边长为150μm的方网眼的筛网，且按重量计少于3％的所述颗粒不通过边长为250μm的方网眼的筛网(颗粒尺寸条件C7)，且所述松装密度大于1.79、优选地大于1.83且小于1.93、优选地小于1.91(密度条件D7)。

从说明书的继续描述中可以更详细地了解到并且与US5161696的教导相反，发明人发现为了延长颗粒的寿命，增大表现出细长形状的研磨颗粒的量是不够的。这是因为他们已证明该效果是受颗粒的化学组成制约的，并已证实对于特定范围的组成，混合物的松装密度和其颗粒尺寸分布之间的精确相关性是很重要的。

根据本发明的颗粒的混合物还表现出一个或多个以下特性：

-按重量百分比计：

ZrO₂+HfO₂：38-45.5％

Al₂O₃：43.7-62％

SiO₂：＜0.8％

其他氧化物：＜10％。

-按重量百分比计：

ZrO₂+HfO₂：40-45.5％

Al₂O₃：43.7-60％

SiO₂：＜0.8％

其他氧化物：＜10％。

-按重量百分比计：

ZrO₂+HfO₂：42-45％

Al₂O₃：44.2-58％

SiO₂：＜0.8％

其他氧化物：＜10％。

-所述“其他氧化物”包括至少一个添加剂，所述添加剂优选地选自：氧化钇、氧化钛、镁和钙的氧化物、钕、镧、铈、镝和铒的氧化物、稀土族金属的任何其他混合的氧化物以及这些氧化物的混合物。

-按重量百分比计：

Y₂O₃：0.1-1.2％，和/或

TiO₂：＜3％和/或

SiO₂：＜0.4％。

-二氧化钛TiO₂的含量小于0.5％、小于0.2％、甚至小于0.15％。

-Y₂O₃≥0.4％和/或Y₂O₃：≤0.6％，

-杂质：＜1.2％。

-遵守所述标准(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)或(7)的所述颗粒分别表现出粒度F10、P16、P24、P36、P40|、P50或P80，对于粒度F10，所述粒度是根据Fédération Européenne des Fabricants de Produits Abrasifs[欧洲研磨材料制造商联合会]的标准FEPA 42-GB-1984(R1993)测量的，对于粒度P16、P24、P36、P40、P50或P80，所述粒度是根据欧洲研磨材料制造商联合会的标准FEPA43-GB-1984(R1993)测量的，所述的两个标准常用在研磨颗粒的领域中。

优选地，根据本发明的颗粒的混合物表现出：包括夹杂物的颗粒的含量小于5％、优选地小于2％，在所述混合物的任一颗粒的截面上测量的结核的浓度在所检查的所述颗粒的至少50％、优选地80％、更优选地90％中大于每mm²500个结核。

表现出该显微结构的熔凝的氧化铝/氧化锆研磨颗粒的混合物例如在FR2872157中予以描述。名称“mNZP”表示FR2872157中描述的颗粒的混合物的化学组成和显微结构。

出人意料地，发明人已发现遵守以上标准(1)到(7)中的至少一个标准使得当颗粒的混合物是mNZP颗粒的混合物时，可以显著地延长颗粒的寿命。因此获得的寿命能够比从目前颗粒的混合物获得的寿命长30％、40％或者甚至50％。

根据本发明的颗粒的混合物还能够表现出一个或多个以下特性：

-表现出大于每mm²500个结核的结核浓度的颗粒的比例按数目百分比计至少为50％、优选地80％、更优选地90％。更优选地，基本上所述混合物的所有颗粒(至少为99％)表现出这样的结核浓度。

-结核的所述浓度在每mm²600与3500个结核之间，包括夹杂物的所述混合物的颗粒的含量保持小于5％、优选地小于4％、更优选地小于2％。

-结核的所述浓度大于每mm²600个结核，优选地大于每mm²900个结核。

-结核的所述浓度小于3500个结核/mm²，小于2500个结核/mm²，优选地小于2000个结核/mm²，更优选地小于1500个结核/mm²。

-所述混合物表现出包括夹杂物的颗粒的含量最多为1.5％。

-包括一次氧化锆的所述颗粒的含量在20％和45％之间。

-包括一次刚玉的所述颗粒的含量在0和20％之间，优选地在0和10％之间。

-尺寸在500μm和600μm之间的所述混合物的颗粒形成的子集表现出包括夹杂物的所述颗粒的含量小于2％、优选地小于1.5％，和/或包括一次氧化锆的所述颗粒的含量在20％和45％之间和/或包括一次刚玉的颗粒的含量在0和20％之间。

根据本发明的颗粒的混合物还可包括与FR2872157中描述的颗粒混合物的颗粒的显微结构和组成有关的一个或多个特性，FR2872157以参考方式并入本文。

本发明还涉及一种包括以下的研磨工具：由粘结剂粘结或者作为一层沉积在柔性支撑上并由粘结剂保持的研磨颗粒的混合物，值得注意的是，所述混合物是依据本发明的。

本发明还涉及一种用于制造根据本发明的颗粒的混合物的方法，所述方法包括以下连续阶段：

A’)确定是否满足标准(1)到(7)中的一个标准的颗粒尺寸条件中的一个条件；

B’)在此情况下，改变松装密度，以便遵守相应的密度条件。

该松装密度的改变可以以各种方式进行。

具体而言，为了改变颗粒的混合物的松装密度，可以改变其细长颗粒的量。

例如，在阶段B’)中，可以将另一颗粒混合物添加所述颗粒混合物中，所述另一颗粒混合物优选地具有相同性质(组成、显微结构)、优选地也遵守所述颗粒尺寸条件(以防止因添加而产生的混合物不再遵守所述颗粒尺寸条件)、但该混合物的颗粒平均表现出不同的形态。例如，添加平均上表现出更细长的这样的颗粒混合物，使得可能减小松装密度。

还可以的是在阶段B’)中，研磨颗粒混合物以便改变所述颗粒的平均形态。例如，限制穿过辊磨机的次数提高了细长颗粒的比例且因此降低了松装密度。然而，此步骤可以产生不再遵守所述颗粒尺寸条件的颗粒混合物。

而且，传统上和辊磨机一起使用的研磨过程在于使已穿过磨机的磨机上游的一部分颗粒返回。因此，每一颗粒平均穿过磨机两次或三次。这引起松装密度大大提高。

测试显示出，对于表现出和根据本发明的颗粒的混合物的组成和显微结构一致的组成和显微结构的颗粒，这样的传统研磨引起松装密度比根据本发明的颗粒的混合物的松装密度大。

优选地，为了制造根据本发明的颗粒的混合物，使用辊磨机，优选地调节所述辊磨机，使得磨辊分开的距离“e”小于或等于2mm、优选地小于1mm、优选地接触(磨辊之间没有分离)。更优选地，用于使磨辊彼此分离的最小力“F”大于0.15kN、优选地大于0.2kN并且甚至大于0.23kN和/或小于3.1×(e)²+22.81×(e)+2kN，“e”以mm表示。优选地，磨辊接触(即，e＝0)且最小分离力F小于1.5kN、优选地小于1kN、优选地小于0.5kN。

因此，最后本发明涉及用于研磨熔凝的氧化铝/氧化锆颗粒的方法，其中所述颗粒是通过仅一次穿过包括至少两个磨辊的辊磨机而研磨的，所述至少两个磨辊分离距离“e”，“e”小于或等于2mm、优选地小于1mm、优选地接触，施加的最小分离力“F”大于0.15kN、优选地大于0.2kN、甚至大于0.23kN和/或小于3.1×(e)²+22.81×(e)+2kN，“e”以mm表示。优选地，磨辊接触(即，e＝0)且最小分离力F小于1.5kN、优选地小于1kN、优选地小于0.5kN。

定义

颗粒混合物的松装密度是在不施加用来增大所述重量的应力的情况下的以规定的体积存在的颗粒的重量。松装密度是根据标准ANSI B74.4-1992利用测试单元A进行测量的。

根据本发明的混合物中的颗粒的氧化物含量指的是每一相应化学元素的总含量，根据工业标准惯例以最稳定的氧化物的形式表示；因此包括低氧化物以及选择性地氮化物、氮氧化物、碳化物、碳氧化物、碳氮化物甚或以上提及的元素的金属个体。

术语“杂质”被理解为必然会和起始材料一起添入的不可避免的成分。具体地，形成下列组的部分的化合物是杂质：钠和其他碱金属、铁、钒和铬的氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物、碳氧化物、碳氮化物和金属个体。作为示例，可以提到CaO、Fe₂O₃或Na₂O。残存碳形成根据本发明的产品的成分的部分杂质。另一方面，氧化铪不看作是杂质。

在通过熔融获得的产品中，HfO₂不能够与ZrO₂化学分离。因此，在这样的产品的化学组成中，ZrO₂+HfO₂表示这两种氧化物的总含量。然而，根据本发明，并不是故意地将HfO₂添加到起始料中。因此HfO₂表示仅痕量的氧化铪，该氧化物总是天然地存在于氧化锆的原料中，含量通常小于2％。因此，为了清楚，氧化锆以及痕量氧化铪的含量由ZrO₂+HfO₂或由ZrO₂或者还由“氧化锆含量”表示，没有差别。

术语“添加剂”涵盖了制造熔凝的氧化铝/氧化锆颗粒中常用的添加剂，具体地是氧化锆稳定剂且尤其是氧化钇和二氧化钛。还包括氧化镁、氧化钙或其他的稀土金属氧化物，尤其是钕以及镧、铈、镝、铒的氧化物。术语“添加剂”还包括所述个体的混合物。

根据本发明的混合物的熔凝的氧化铝/氧化锆颗粒呈现出HfO₂+ZrO₂的含量在35％与45.5％之间，以促进共晶结构的形成。

优选地，根据本发明的混合物的颗粒的氧化锆主要以其四方晶系同素异形的形式存在，破坏单斜晶系。

术语“结核”用来描述这样的颗粒：其主要成分是金属或金属组合(通常为Al、Zr、ZrSi)或者碳化物或碳化物组合(通常为ZrC、AlC)，且其尺寸小于或等于10μm。结核在颗粒内主要以基本上球形且单个(彼此分离)颗粒的形式存在。结核的浓度是颗粒的横截面的每mm²表面积的结核的数目。

术语“夹杂物”指的是一串或一群颗粒，其主要成分是碳化物或彼此接触的碳化物的组合，通常为ZrC，夹杂物的尺寸大于10μm。夹杂物通常以细长形式存在。包括夹杂物的颗粒的含量是包括至少一个夹杂物的颗粒的按数量计的百分比。

结核或夹杂物的“尺寸”由在抛光截面的观测面中测量的最大尺寸定义。

术语“一次氧化锆”通常指的是主要成分是氧化锆的枝晶。包括一次氧化锆的颗粒的含量由表现出一次氧化锆的颗粒的数目和抛光截面上研究的颗粒的总数目的比率给出，表示为百分比。一次氧化锆在显微镜下呈浅灰色，如图9所示。

术语“一次刚玉”通常指的是主要成分是氧化铝的枝晶。包括一次刚玉的颗粒的含量由表现出一次刚玉的颗粒的数目和抛光截面上研究的颗粒的总数目的比率给出，以百分比表示。如图8所示，一次刚玉在显微镜下呈深灰色。

术语“枝晶”通常指的是从晶种生长获得的并具有分形或伪分形几何形状的晶体。

术语“主要成分”被理解为按重量计具有最高含量的成分。通常，且非限制，该含量按重量计大于50％，甚至大于80％。

术语“熔凝颗粒”或更宽泛地“熔凝产品”被理解为通过冷却而凝固熔融材料获得的固体颗粒(或产品)。

“熔融材料”是液态主体，其可以包括一些固体颗粒，但固体颗粒的量不足以使它们能够形成所述主体的结构。为了保持其形状，熔融材料必须容纳在容器中。

辊磨机的磨辊的术语“最小分离力”指的是为了增大一个磨辊相对于另一磨辊自平衡位置分离而需要施加的最小力。传统上通过施加称为“卸载压力”的压力来调整“卸载”情况下的最小分离力，“卸载”就是说不存在待研磨的颗粒。如图10所示，辊磨机传统上包括第一磨辊和第二磨辊，分别由R1和R2表示，静止时或“卸载”时分离距离“e”。在该示例中，第一磨辊R1是静止的，第二磨辊R2以可移动的形式安装，以便能够自其平衡位置开始远离第一磨辊(如图所示)。

在平衡位置中，最小分离力使磨辊R2保持紧靠挡块B1和B2，如此定位以便提供分离距离“e”。最小分离力为由箭头表示的力F，该力F将第一磨辊和第二磨辊推向彼此，为了使他们彼此分开超过距离“e”，需要超过该最小分离力。在使用中，尺寸大于“e”的颗粒在穿过期间难以破碎，它们对磨辊施加的分离力大于F，且因此使这些磨辊分开并穿过所述磨辊。

在本说明书中，除非另有提及，颗粒的所有组成按基于颗粒总重量的重量百分比给出。

附图说明

阅读以下描述且研究附图后，本发明的其他特性和优势将变得明显，其中：

图1具体提供了粒度P16、P24、P36、P40、P50和P80的颗粒尺寸特性；

图2提供了粒度F10的颗粒尺寸特性；

图3提供了被测试的混合物的化学特性和松装密度；

图4提供了研磨带上的使得可能以5.9in³/min/in的除去金属速率的压力的加工结果的图形表示；

图5提供了研磨带上的使得可能以2.3in³/min/in的除去金属速率的压力的加工结果的图形表示；

图6到图9示出了分别圈出结核、夹杂物、一次刚玉枝晶和一次氧化锆枝晶的mNZP颗粒混合物的颗粒表面的照片；

图10用图解法示出辊磨机。

具体实施方式

能够用来制造根据本发明的颗粒混合物的方法可以包括以下阶段：

A)混合选择的起始材料，使得阶段D)结束时获得的混合物的颗粒具有和根据本发明的混合物的颗粒的化学组成一致的化学组成，

B)例如在电弧炉中，使所述混合的起始材料熔化直到获得熔融液为止，

C)通过浸渍法使所述熔融液冷却，优选地使得所述熔融液例如通过浸渍法在不到3分钟内完全凝固，直到获得固体为止，

D)具体而言通过辊磨机，研磨所述固体以便获得颗粒混合物，

E)例如通过抽样，检查颗粒中的结核的浓度以及获得的颗粒混合物的包括夹杂物的颗粒的含量，且如果适当的话，重复阶段A)到D)，同时改变阶段B)和/或C)的参数，

F)选择性地，筛滤阶段D)中获得的颗粒，

G)检测阶段D)或阶段F)结束时获得的颗粒混合物是否遵守标准(1)到(7)中的一个标准，且如果不遵守，改变所述混合物，例如通过再一次地碾磨和/或再一次地筛滤或者与表现出不同特性的另一混合物混合，使其遵守所述标准中的一个标准。

还可以从FR2872157得出此方法的其他特性。此文献还提供了mNZP颗粒的性质和显微结构及其有益性质的细节。

示例

以说明本发明的目的给出以下非限制性实施方式。

通过对照片进行视觉分析还测量结核的浓度、包括夹杂物的颗粒的含量、包括一次氧化锆的颗粒的含量以及包括一次刚玉的颗粒的含量。所述照片(图6到图9)是通过连接到具有Visilog

软件的图像分析站的Reichert

显微镜获得的。所述测量是在内嵌在透明有机树脂中的混合物的研磨颗粒组成的圆柱形组合物的直径为25mm的抛光截面上进行的，该抛光截面中包括的颗粒表现出随标准(1)到(7)而变的尺寸，如下表1中所定义：

表1

在显微镜下拍摄的照片中，结核呈现为很亮的浅灰色(参见图6)。

为了评价结核的浓度，调节显微镜至放大倍数M1，如上表1中所定义。随后数尺寸小于或等于10μm(表明存在结核)的亮白点的数目。通过将结核的数目除以所检查的区域的表面积，获得颗粒的抛光截面的每mm²表面积的结核的数目。对颗粒的抛光截面的两个其他区域重复该计算。三个测量的平均值给出了给定样本的结核的浓度。

夹杂物在显微镜下呈现非常亮的浅灰色(参见图7的照片)。然而，夹杂物的含氮性质使其不如金属性质的结核亮，且因此使得可能容易地利用光学显微镜将它们与结核区分开。

为了评价包括夹杂物的颗粒的含量，将显微镜调节至放大倍数M2，如上表1所定义。随后在显示的图像上数具有至少一个可见夹杂物的颗粒的数目。对直径为25mm的抛光截面的整个表面进行计数。当在颗粒内发现大于10μm的含碳区域的至少一个亮标志时，该颗粒可以看作具有夹杂物。包括夹杂物的颗粒的含量的值由具有至少一个夹杂物的颗粒的数目和所数的颗粒的数目的比率给出。

为了评价包括一次刚玉的颗粒的含量，将显微镜调节至放大倍数M3，如上表1所定义。随后数具有一次刚玉枝晶的颗粒的数目和没有一次刚玉的颗粒的数目，直到将一种或另一种颗粒数到100为止。当在一颗粒内发现至少一个一次刚玉枝晶时，该颗粒被看作具有一次刚玉。包括一次刚玉的颗粒的含量的值由具有一次刚玉的颗粒的数目和所数的颗粒的总数的比率给出，以百分比表示。

为了评价包括一次氧化锆的颗粒的含量，将显微镜调至放大倍数M3，如上表1所定义。随后数具有一次氧化锆枝晶的颗粒的数目和没有一次氧化锆的颗粒的数目，直到将一种或另一种颗粒数到100为止。当在一颗粒内发现至少一个一次氧化锆枝晶时，该颗粒被看作具有一次氧化锆。包括一次氧化锆的颗粒的含量的值由具有一次氧化锆的颗粒的数目和所数的颗粒的总数的比率给出，以百分比表示。

比较颗粒的各种混合物的寿命：

(i)NZPlus颗粒的混合物，其表现出和US-A-4457767中描述的颗粒的组成和显微结构一致的组成和显微结构，称为“标准NZPlus” ；

(ii)mNZP颗粒的混合物，其表现出和FR2872157中描述的颗粒的组成和显微结构一致的组成和显微结构，称为“标准mNZP”；

(iii)自NZPlus

颗粒的混合物获得但遵守标准(1)到(7)中的一个标准的混合物，称为“受控松装密度NZPlus

”；

(iv)自mNZP颗粒的混合物获得但遵守标准(1)到(7)中的一个标准的混合物，称为“受控松装密度mNZP”。

作为示例给出的产品自以下起始材料制备：

-具有含量不到0.3％的氢氧化钠的欠烧的Bayer

氧化铝；

-对于mNZP产品，氧化锆+氧化铪的含量大于98％的氧化锆粉末；

-对于NZPlus

产品，氧化锆+氧化铪的含量大于85％的的氧化锆粉末；

-石油焦；

-铝金属屑。

作为添加剂的氧化钇由包含大于98％的氧化钇的纯材料提供。

被测混合物的化学组成和松装密度提供在图3中的表中。

杂质(部分来自残存碳)的含量在0.3％与0.8％之间变化。剩余物对应于氧化铝的含量。

所述颗粒是通过本领域的普通技术人员熟知的传统方法制备的：混合起始材料，在包括石墨电极的Héroult类型的单相电弧炉中进行熔化，炉容器的直径为0.8m，电压为105-150V，电流为2200A到2500A且加载的供给的比电能为2.2到2.8kWh/kg。根据电弧炉的状态，最少为0.5％(最多3％)的石油焦炭以及近似为0.5％到5.5％的铝屑被引入到装载的组合物中。随后通过用于在薄金属板之间浇铸的装置使熔融液很快冷却，该装置比如专利US-A-3993119中提出的装置。

为了制备混合物(i)和(ii)，研磨所述固体并根据它们的尺寸进行分类(FEPA标准)。利用辊磨机的互相接触的两个磨辊以及等于3kN的最小分离力F进行研磨。传统的调节包括颗粒再循环，使得每一颗粒平均在两次和三次之间穿过该辊磨机，与该传统的调节相反，该进行的研磨不包括再循环。因此，所有颗粒仅穿过辊磨机的磨辊之间一次。这引起了松装密度比传统的NZPlus

mNZP混合物的松装密度略低。

为了制备混合物(iii)和(iv)，利用颚式破碎机分别破碎NZPlus

mNZP的固体且接着利用4目(4760微米)筛网对它们进行筛滤。穿过该筛网的NZPlus

mNZP颗粒分别在由Clero制造的型号BLC 200×200辊磨机中进行研磨，单次通过，生产率为60kg/h且最小分离力为0.25kN。这两个磨辊接触。

随后利用恰当的筛网分别筛滤NZPlus

mNZP颗粒，以便利用型号为600LS24 S 544的Sweco分离器获得各种期望的粒度。随后进行检测以确定遵守标准(1)到(7)中的一个标准。

为了评价颗粒混合物的寿命，利用传统的静电沉积方法将所述混合物附于研磨带上。

通过这些研磨带，总是以相同的方式加工铁部件，所述带在所述部件上的压力保持不变且被调整，使得研磨带每分钟且每英寸除去金属(表示为英寸×英寸×英寸或者in³)的速率为2.3in³/min/in和5.9in³/min/in。在被加工的部件上出现烧伤标志之前，数能够被加工(要烧伤)的部件的数目。

针对研磨带上的能够以5.9in³/min/in的速率除去金属的压力，获得的结果提供在表2中并以图表形式示在图4中。

表2

针对研磨带上的能够以2.3in³/min/in的速率除去金属的压力，获得的结果提供在表3中并以图表形式示在图5中。

表3

表2和表3首先表明，与US5161696的教导相反，在涂附磨具中，松装密度的降低可以基本上不延长磨料的寿命。因此，对于颗粒尺寸P36，从标准NZPlus

到受控松装密度NZPlus

的改变几乎对性能没有影响。

这些表还表明了颗粒尺寸分布在引起磨具的寿命改进上非常重要。因此，对于颗粒尺寸P24，从标准NZPlus到受控松装密度NZPlus

的改变大大改进了混合物的性能，而对尺寸颗粒P36而言，基本上未提高性能。

NZPlus

颗粒和mNZP颗粒的性能比较还表明化学组成和显微结构的重要影响。

因此，对于研磨带上的能够以5.9in³/min/in的除去金属速率的压力，用“受控松装密度”颗粒的混合物代替“标准”颗粒的混合物引起：

-对于粒度为P24的NZPlus

颗粒而言改进因数为1.44，对于粒度为P24的mNZP颗粒而言改进因数为1.55；

-对于粒度为P36的NZPlus

颗粒而言改进因数为1.03，对于粒度为P36的mNZP颗粒而言改进因数为1.41；

-对于粒度为P40的mNZP颗粒而言改进因数为1.86；

-对于粒度为P50的NZPlus

颗粒而言改进因数为1.11，对于粒度为P50的mNZP颗粒而言改进因数为1.46。

尽管使用的颗粒的形状的改变对NZPlus

颗粒的影响是变化的，但该影响对mNZP颗粒而言总是特别明显。因此出人意料地，发明人证实了组成特性和形状特性之间的真正协同。

然而，为了实现此协同，形状规范必须适用于粉末的颗粒尺寸。

同样，对于研磨带上的能够以2.3in³/min/in的速率除去金属的压力，用“受控密度”颗粒的混合物代替“标准”颗粒的混合物引起：

-对于粒度为P36的NZPlus

颗粒而言改进因数为1.04，对于粒度为P36的mNZP颗粒而言改进因数为1.41；

-对于粒度为P40的mNZP颗粒而言改进因数为1.71。

因此，对于特定范围的化学组成，发明人已发现了为了改进颗粒的混合物的性能而要施加于该颗粒的混合物的松装密度和颗粒尺寸分布上的条件。

研磨条件对表现出mNZP颗粒的组成和显微结构的颗粒的松装密度的影响示在下表4中。

在该表中，“比较”混合物是获自以下的混合物：在辊磨机中以磨辊间没有分开且以颗粒再循环进行研磨。“受控松装密度”混合物是通过以下获得的：在辊磨机中以磨辊彼此接触、颗粒仅穿过磨辊一次(没有再循环)且用于磨辊的最小分离力F调整为0.25kN而进行研磨。

该调整对产生根据本发明的颗粒混合物的效果示在表4中。

表4

现在可以很明显，本发明提供了表现出更长寿命的熔凝的氧化铝/氧化锆研磨颗粒的混合物，该混合物尤其能够实现比当前混合物的寿命长30％、40％或甚至50％。

然而，当然本发明不局限于所描述和所示出的实施方式，所述实施方式仅作为说明性且非限制性示例提供。

Claims (15)

1.一种熔凝的氧化铝/氧化锆颗粒的混合物，所述混合物表现出下列以重量百分比表示的化学成分：

ZrO₂+HfO₂：35-45.5％

Al₂O₃：43.7-65％

其他氧化物：＜10％

SiO₂：＜0.8％；

所述颗粒的混合物表现出：包括夹杂物的颗粒的含量小于5％，在所述混合物的任一颗粒的截面上测量的结核的浓度在被检查的所述颗粒的至少50％中大于每mm²500个结核，其特征在于，所述混合物表现出遵守下列标准中的至少一个标准的松装密度：

(1)按重量计超过97％的所述颗粒不通过边长为1400μm的方网眼的筛网，且按重量计少于20％的所述颗粒不通过边长为2360μm的方网眼的筛网，且所述松装密度大于2.18且小于2.43；

(2)按重量计超过96％的所述颗粒不通过边长为1000μm的方网眼的筛网，且按重量计少于3％的所述颗粒不通过边长为1700μm的方网眼的筛网，且所述松装密度大于2.04且小于2.26；

(3)按重量计超过92％的所述颗粒不通过边长为600μm的方网眼的筛网，且按重量计少于18％的所述颗粒不通过边长为850μm的方网眼的筛网，且所述松装密度大于1.94且小于2.17；

(4)按重量计超过92％的所述颗粒不通过边长为425μm的方网眼的筛网，且按重量计少于18％的所述颗粒不通过边长为600μm的方网眼的筛网，且所述松装密度大于1.85且小于2.05；

(5)按重量计超过96％的所述颗粒不通过边长为300μm的方网眼的筛网，且按重量计少于7％的所述颗粒不通过边长为500μm的方网眼的筛网，且所述松装密度大于1.83且小于2.00；

(6)按重量计超过96％的所述颗粒不通过边长为250μm的方网眼的筛网，且按重量计少于3％的所述颗粒不通过边长为425μm的方网眼的筛网，且所述松装密度大于1.82且小于1.95；

(7)按重量计超过96％的所述颗粒不通过边长为150μm的方网眼的筛网，且按重量计少于3％的所述颗粒不通过边长为250μm的方网眼的筛网，且所述松装密度大于1.79且小于1.93。

2.如前述权利要求所述的混合物，其中所述结核的浓度大于每mm²600个结核。

3.如前述两项权利要求中任一项所述的混合物，其特征在于所述结核的浓度小于3500个结核/mm²。

4.如前述权利要求中任一项所述的混合物，所述混合物表现出遵守以下标准的至少一个标准的松装密度：

(1)按重量计超过97％的所述颗粒不通过边长为1400μm的方网眼的筛网，且按重量计少于20％的所述颗粒不通过边长为2360μm的方网眼的筛网，且所述松装密度大于2.22且小于2.36；

(2)按重量计超过96％的所述颗粒不通过边长为1000μm的方网眼的筛网，且按重量计少于3％的所述颗粒不通过边长为1700μm的方网眼的筛网，且所述松装密度大于2.08且小于2.19；

(3)按重量计超过92％的所述颗粒不通过边长为600μm的方网眼的筛网，且按重量计少于18％的所述颗粒不通过边长为850μm的方网眼的筛网，且所述松装密度大于1.98且小于2.10；

(4)按重量计超过92％的所述颗粒不通过边长为425μm的方网眼的筛网，且按重量计少于18％的所述颗粒不通过边长为600μm的方网眼的筛网，且所述松装密度大于1.89且小于2.00；

(5)按重量计超过96％的所述颗粒不通过边长为300μm的方网眼的筛网，且按重量计少于7％的所述颗粒不通过边长为500μm的方网眼的筛网，且所述松装密度大于1.86且小于1.97；

(6)按重量计超过96％的所述颗粒不通过边长为250μm的方网眼的筛网，且按重量计少于3％的所述颗粒不通过边长为425μm的方网眼的筛网，且所述松装密度大于1.86且小于1.93；

(7)按重量计超过96％的所述颗粒不通过边长为150μm的方网眼的筛网，且按重量计少于3％的所述颗粒不通过边长为250μm的方网眼的筛网，且所述松装密度大于1.83且小于1.91。

5.如前述权利要求中任一项所述的混合物，其特征在于，按重量百分比计：

ZrO₂+HfO₂：38-45.5％

Al₂O₃：43.7-62％

其他氧化物：＜10％

SiO₂：＜0.8％。

6.如前述权利要求中任一项所述的混合物，其特征在于，按重量百分比计：

ZrO₂+HfO₂：40-45.5％

Al₂O₃：43.7-60％

其他氧化物：＜10％

SiO₂：＜0.8％。

7.如前述权利要求中任一项所述的混合物，其中遵守所述标准(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)或(7)的所述颗粒分别表现出粒度F10、P16、P24、P36、P40|、P50或P80，粒度F10是根据欧洲研磨材料制造商联合会的FEPA标准42-GB-1984，R1993测量的，粒度P16、P24、P36、P40、P50或P80是根据欧洲研磨材料制造商联合会的FEPA标准43-GB-1984，R1993测量的。

8.如前述权利要求中任一项所述的混合物，其中在所述混合物的任一颗粒的截面上测量的结核的浓度在至少90％的情况中大于每mm²500个结核。

9.如前述权利要求中任一项所述的混合物，其特征在于，所述混合物表现出包括夹杂物的颗粒的含量至多为2％。

10.如前述权利要求中任一项所述的混合物，其特征在于，所述“其他氧化物”包括至少一个添加剂，所述添加剂选自：氧化钇、二氧化钛、镁和钙的氧化物、钕、镧、铈、镝和铒的氧化物、稀土金属族元素的任何其他混合的氧化物以及这些氧化物的混合物。

11.如前述权利要求中任一项所述的混合物，其特征在于，按重量百分比计：

Y₂O₃：0.1-1.2％，和/或

TiO₂：＜3％，和/或

SiO₂：＜0.4％。

12.如前述权利要求中任一项所述的混合物，其特征在于，包括一次氧化锆的颗粒的含量在20％与45％之间。

13.如前述权利要求中任一项所述的混合物，其特征在于，包括一次刚玉的颗粒的含量在0与20％之间。

14.如前述权利要求中任一项所述的混合物，所述混合物表现出遵守以下标准的至少一个标准的松装密度：

(2)按重量计超过96％的所述颗粒不通过边长为1000μm的方网眼的筛网，且按重量计少于3％的所述颗粒不通过边长为1700μm的方网眼的筛网，且所述松装密度小于2.17；

(3)按重量计超过92％的所述颗粒不通过边长为600μm的方网眼的筛网，且按重量计少于18％的所述颗粒不通过边长为850μm的方网眼的筛网，且所述松装密度小于2.05；

(4)按重量计超过92％的所述颗粒不通过边长为425μm的方网眼的筛网，且按重量计少于18％的所述颗粒不通过边长为600μm的方网眼的筛网，且所述松装密度小于1.91。

15.一种用于研磨熔凝的氧化铝/氧化锆颗粒的方法，其中所述颗粒是通过仅一次穿过包括至少两个磨辊的磨机而被研磨，所述至少两个磨辊分离距离“e”，“e”小于或等于2mm，以kN表示的用于分离所述磨辊的最小力小于3.1×(e)²+22.81×(e)+2，“e”以mm表示。

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