CN1036070C - 涂覆磨料制品 - Google Patents

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Abstract

具有多晶氧化铝磨丝的涂覆磨料制品。

Description

涂覆磨料制品
本发明涉及涂覆磨料制品，其中的涂覆磨料是含有多晶磨丝的。
溶胶凝胶法氧化铝磨料，自它们若干年前问世以来，在涂覆磨料应用的广阔领域中，已经证明比其它优质磨料更具有显著的优点。这种磨料一般通过对水合氧化铝凝胶体进行干燥和烧结的办法制成，水合氧化铝凝胶体也可含有诸如MgO或ZrO2那样的含量可变的添加物。干燥材料或者在烧结之前或者在烧结之后被破碎，以得到所希望的粒度范围内的不规则块状的多晶磨粒。这种磨粒可以过后结合在诸如涂覆研磨盘或砂带那样的磨料制品内。
雷塞施(Loitheiser)等人的美国专利4314827中公开的磨料是通过这样的一种方法制成：烧结的磨料含有不规则的“雪片”形的α氧化铝晶体，该晶体的直径量级为5至10微米，“雪片”臂之间和相邻“雪片”之间的空隙为其他的诸如细结晶状的氧化铝氧化镁尖晶石那样的物相所占据。
1986年11月18日公布并被转让给诺顿公司(Norton Compa-ny)的美国专利4623364中公开了一种制造氧化铝磨料的溶胶凝胶方法和除磨料之外的具有高性能的制品，例如涂料、薄膜、纤维、棒或小形件。在上述的专利中，将水合氧化铝转换成α氧化铝是通过在干燥前把籽晶材料加到凝胶体或凝胶体的前体物质中的办法实现的。这是能够采用将α氧化铝介质和凝胶体或凝胶体的前体物质进行湿态振动研磨的方法或者采用直接添加粉状的或其它形式的很细的籽晶颗粒的方法实现的。如此得到的α氧化铝(通常称之为SG磨料)具有很细的均匀的晶体结构，所有晶体的粒度基本上小于1微米。加长烧结时间是能够获得稍大的粒度，但一般来说并不希望。为制取磨粒，对这种加有籽晶的凝胶体加以干燥、破碎和烧结。如此生产出来的磨粒可以用来制造诸如涂覆研磨盘和磨轮那样的制品。为制取成形的另件或杆，一种可以替换的方案是，这种材料是在烧结前通过挤压成形或模压成形的。在杆的挤压成形情况下，杆过后被切或破碎成适当的长度。
本发明提供了一种使用寿命长的涂覆磨粒制品，采用特殊形状的溶胶凝胶法氧化铝磨粒，对给定的磨削速率而言，需要输入的功率不大。
本发明的涂覆磨料制品能自如地进行磨削，而且在研磨时产生的热较少。
还发现本发明的涂覆磨料制品能以较均匀的速率磨削，并在其非常长的使用寿命期间能使工件获得更为前后一致的表面光洁度。
本发明提供了一种涂覆磨料制品，其磨粒是烧结的溶胶凝胶法的α氧化铝丝，这种丝沿其长度具有基本上一致的横截面，平均的纵横之比值至少为1∶1，最好为2∶1至9∶1左右，且可高到12∶1或更高。这种α氧化铝丝可以含有诸如MgO那样的添加物、或其它尖晶石氧化铝形成物质、ZrO2，或其他相容的材料作为添加物。它们是用溶胶凝胶法路线，而最好是加籽晶溶胶凝胶法路线制成的。
这种丝最好至少含95％，而更好至少含有98％的α氧化铝晶体，基本上不含有烧结时会形成非晶体或“玻璃”的杂质。晶体的粒度高达2微米左右，但是，最好的丝具有的晶体粒度要低于1微米，最好是低于0.5微米。
磨丝是通过粘结层附着于与其一端贴近的柔性基材上。这种丝一般是从基材向外伸延，并通常覆盖有复胶层，以进一步地使丝粘连在基材上。基材可以用任何一种涂覆磨料采用的众所周知的基材，例如机织的或缝编的织物、薄膜或纸。随用途而异，有一大类众所周知的编织物或纸的抛光方法和材料被用于工业上以制备这种基材，它们同样适用于本发明采用的涂覆磨料制品的基材。类似地，任何一种在涂覆磨料制品制造中采用的众所周知的标准粘结层可以被采用。
如果本发明的磨丝的纵横之比值相当短，即平均比值至少为1∶1左右，最好为2∶1至5∶1左右，则复胶层可以采用标准的滚动涂覆技术。如果磨丝具有较长纵横之比值，采用其他装置诸如喷涂装置来涂覆是最好的，因为它对丝不会有过量的压挤力量。复胶层所用的材料也可以是任何一种在涂覆磨料制品工业中采用的众所周的型号。
本发明的涂覆磨料制品与含有现有技术破碎磨粒的那些制品相比，其寿命更长。它们的磨削速率变化较小，并至少在其部分寿命内，比起现有技术的涂覆磨料制品，用它加工的工件的表面光洁度变化不大。
还意外地发现，使用本发明的涂覆磨料制品，在低压力研磨操作时特别有效。
本发明的一个独特的优点是，不仅能按要求提供具有不同长度磨丝的涂覆磨料制品，而且对于某种一定用途，其粒度分布能按要求那样精确或变化，这是至今为止用滚动破碎的磨粒所不及的。
进一步的优点在于，本发明的涂覆磨料制品能将切割成各种长度或纵横比值的磨丝结合为一体，以仿造一种标准的CAMI级别磨丝混合物。可以替代的方案是，这种涂覆磨料制品能具有一种特定的磨丝混合物，其中直径粗于级别值、等于控制值和细于级别值的磨丝具有特定含量。
在制造涂覆磨料制品时采用具有预定结构的磨粒方面的另一优点在于，整个制造过程是比较经济和有效的。
再有一个优点是，这种表面上具有较低密度颗粒的制品的性能通常比每单位表面积较高数量磨粒的制品要好。
根据本发明的涂覆磨料制品具有多种结构形式，如研磨盘，在许多研究应用中，它提供了良好的性能。
本发明的涂覆磨料制品特别好地适合于有效使用研磨辅助物料，这种研磨辅助物料通常涂覆在磨料表面。普通磨粒较矮，故限制着研磨辅助物料的数量，因为辅助物料不应盖住磨粒。然而，由于本发明采用的是丝状磨料，它在高的方向上较长，所以有可能装入更多的研磨辅助物料，从而具有很有利的效果。应用更为活泼形式的研磨辅助物料也是可能的，也许是用泡沫形式取代树脂涂料中的混合物形式。
采用的这种研磨辅助物料可以包括众所周知的那些有效物料，例如KBF4、KaTiF6、NaCl、硫黄和类似物。
本发明上述的和其他目的及优点，结合附图阅读下面的说明和给出的实施例将会更清楚明了。
图1是本发明具有一层磨丝涂覆磨料制品的一部分平面视图照片；
图2是图1所示那样的涂覆磨料制品横截面视图的照片；
图3是本发明另一种涂覆磨料制品横截面视图的照片，其中的磨丝具有大于图2所示制品中磨丝的平均纵横比值；
图4是涂覆磨料制品横截面视图的照片，其中的磨丝的平均纵横比值略小于图2所示制品的磨丝平均纵横比值；
图5是涂覆磨料制品横截面视图的照片，其中的磨粒是通过常规的滚动破碎法获得的；
图6(a)、(b)、(c)、(d)、(e)和(f)是分别表示下列情况的照片：50粒度的滚动破碎的溶胶凝胶法氧化铝磨粒；常规的50粒度的滚动破碎的熔凝法氧化铝磨粒；用于制造本发明涂覆磨粒制品的50粒度溶胶凝胶法磨丝中，其纵横比值混乱的磨丝(c)，其平均纵横比值依次增大(d、e、f)的磨丝。
图7是表示增大纵横比值对本发明具有磨丝的涂覆研磨盘总磨削量的影响图；
图8表示磨丝纵横比值对涂覆研磨盘磨削性能影响的另一个图；
图9是本发明的涂覆磨料制品表面的扫描电子显微镜照片(放大100倍)，示出了埋置于复胶层中的磨粒；
图10是具有复胶层的常规破碎的加籽晶的溶胶凝胶法磨粒制品表面放大100倍的扫描电子显微镜的照片；
图11是使用如图9所示涂覆磨料制品(本发明的制品)研磨的切屑放大50倍的扫描电子显微镜的照片；
图12是使用图10所示涂覆磨料制品(现有技术)研磨的切屑放大50倍的扫描电子显微镜的照片。
现在参照附图，图1所示的涂覆磨料制品10的照片中，包括一个基材件12和涂覆磨料14的顶部表面涂层。从图2中清楚看到，该涂覆磨料14有一层粘结层16、一层磨丝18和一层复胶层20。
为了这种应用和公开本发明的目的，使用的术语“磨丝”是指伸长的陶瓷磨料体，这种磨料体沿其长度一般具有一致的横截面，而长度最好是至少为横截面最大尺度的2倍左右(平均值)。本发明的磨丝可以是弯曲的或扭曲的，因此是沿磨料体测其长度而不一定按直线测量。
一般来说，磨丝18最好是采用这样的办法获得：将加籽晶的水合氧化铝凝胶体挤成或甩成连续的丝；将如此获得的丝干燥；把丝切断或破碎成各种所需的长度；接着把丝加热到不高于1500℃的温度进行烧结。
制备水合氧化铝凝胶体的各种溶胶凝胶的方法在例如美国专利4314827和4623364中已被公开。除了水合氧化铝之外，正如所述专利中所揭示的那样，这种溶胶可有重量高达10～15％的粉末状尖晶石、富铝红柱石、二氧化锰、二氧化钛、氧化镁、二氧化铈、二氧化锆，或者添入较大数量的(40％或更多)前体物质，或者其它相容的添加物或其前体物质。然而，最好的是，这种凝胶体基本上不含有在烧结时会形成非晶的玻璃质的材料。因此，本发明的制品所采用的这种烧结的溶胶凝胶法磨料最好是α氧化铝重量至少为95％，更好为98％。在一个最佳的实施方案中，这种溶胶或凝胶中含有一种细分散的亚微米结晶的籽晶材料或者其前体物质，其量应有利于在烧结时使水合氧化铝颗粒有效转化为α氧化铝。这就是通常称之为“加籽晶的溶胶凝胶方法”。这种籽晶材料的量不应超过水合氧化铝重量的10％，一般超过5％的量就不会再有利。如果这种籽晶足够细，可以用0.5％至10％左右的量，最好用1～5％。
在一般情况下，如果添加了较多的籽晶材料，例如较多的α氧化铝，这就可能对凝胶体的稳定性有影响，使挤丝非常困难。另外，在挤丝物质中事先存在大量的α氧化铝，就会要求较高的烧结温度。然而，正如上面所指出的那样，较高的温度会导致晶体增大，而这样的制品一般来说是低劣的。
固态的微晶状的籽晶材料的实例是β氧化铝、α氧化铁、α氧化铝、γ氧化铝、氧化铬和能给正在形成的α氧化铝晶体提供成核场所的其他微细晶体。这些籽晶材料以α氧化铝最佳。各种籽晶材料也可以诸如硝酸铁溶液作为前体的形式添加。一般来说，这种籽晶材料应具有与α氧化铝相同的结构，类似的晶格尺寸(约15％的范围内)，并在转换成α氧化铝的温度(约1000至1100℃)条件下存在于干燥的凝胶中。
通过各种方法，例如挤丝法或甩丝法，可以由凝胶体形成生坯态的磨丝。挤丝法对于直径约为0.25和1.5毫米之间的丝来说是很有效的，在干燥和烧结之后，该丝的直径大约分别等于分离100粒度与24粒度的网孔的直径。甩丝法对于直径小于100微米的烧结丝来说是很有效的。像0.1微米(0.001毫米)那样细的烧结丝已按本发明的甩丝法做成。生坯态的磨丝在烧结时其直径缩小为挤丝直径的50％左右。
最适合于挤丝的凝胶体应含的固体含量得在30％至65％左右，而最佳是在45％至64％之间。这种最佳的固体含量是直接随被挤出的丝的直径而异的，对于具有烧结后直径大致等于50号粒度的破碎磨料的网孔(约0.28毫米)的磨丝而言，最佳的固体含量约为60％。
根据本发明的甩丝法，可以在一园盘上放置一定量的凝胶体，令盘子转动，甩动形成生坯态的磨丝，它立刻会在空气中干燥。可以替换的方案是，凝胶体可以置放在一个离心盆中，盆的周边上钻有孔或缝隙，盆以每分钟5000转的速度转动，使凝胶体甩成为磨丝。其它众所周知的甩丝法也可以用来形成生态的磨丝。对于甩丝法而言，最有效的固体含量是在20％和45％之间，最佳为35％至40％左右。
如果磨丝是采用甩丝法形成的，为了使成形为丝用的凝胶具有理想的粘弹性，需要添加1％至5％左右的甩丝辅助物料到形成凝胶的溶胶中，如聚氧化乙烯。甩丝辅助物料的最佳量是随凝胶体的固体含量成反比变化的。这种甩丝辅助物料在焙烧或烧结过程中从磨丝中被烧掉。由于需添加的量非常少(对于挤丝法而言一般根本不需要的)，所以，对经烧结的丝的性能基本上没有影响。
挤压凝胶体通过具有丝横截面所需形状的模具，例如方形、星形、椭圆形、三角形、或甚至是空心管形模具，被挤出的凝胶丝就可以有各种所需要的形状。如果凝胶丝的横截面相当地大，或者是由含大量水的凝胶体制成，则在加热到100℃以上之前，应当或最好将它们在温度低于100℃的条件下干燥24～72小时。如果凝胶丝的横截面相当小，或者是由含很高固体含量的凝胶体制成，则干燥就不必要。
这种最初形式的连续丝，最好破碎或切割成研磨应用时所需要最大尺寸的长度。一般情况下，把连续的丝转变成不连续或改变它们的形状所需的任何成形或分割的操作，最好在凝胶阶段或干燥阶段完成。因为在这些阶段完成成形或分割，要比在本发明最终烧结之后形成的坚硬烧结体上进行要更容易和经济些。因此，当连续的丝从挤压模具挤出来时，通过现有技术的众所周知的适当装置，例如用装在模具工作面附近的回转金属丝切割器，可以把连续的丝切成希望长度的丝。一种可替换的方案是，这种干燥的丝可以被破碎，而后分级到所要长度范围的丝。
凝胶丝按照所需成形和切断或破碎之后，再经干燥(若需要的话)后，通过控制烧结将它们转换成最终形式的丝。这种烧结过程应该足以使凝胶丝的全部氧化铝含量基本上转换成晶体α氧化铝，但温度不应过高，时间也不应过长，否则会引起不希望的颗粒长大或晶体长大。一般情况下，烧结温度为1200℃至1350℃之间，相应的时间为1小时和5分钟之间。对较粗的丝而言，为了排除在以后烧结时可能引起丝断裂的剩留挥发物和结合水，最好先在400～600℃的温度下干燥几个小时至10分钟。特别是对于由加籽晶凝胶法形成的丝，过度的烧结会使较大的颗粒迅速吸收掉大部分或全部在其周围的较小颗粒，从而，就微观结构尺度来说，减低了制品的均匀性。
本发明的磨丝应具有的纵横比值，即沿主要即较大尺寸方向的长度和沿垂直于主要方向的丝的最大尺寸之间的比值，平均至少为1∶1，最好至少为2∶1。横截面非圆的情况，即多边形情况，采用垂直于长度方向的的最大测量值来确定该纵横比值。然而，应该理解的是，某一特定批量的磨丝，其纵横比值可能在某种程度上取决于该磨丝分割的特定方式。因此，某一特定批量的磨丝中，有些磨丝的纵横比值小于2∶1，有些磨丝的纵横比值大于2∶1；然而，就平均值来说，在本发明的涂覆磨料制品中采用的所希望的那些磨丝应该最好具有至少为2∶1的纵横比值。
尽管较长的磨丝在许多应用中也是有效的，但纵横比值的平均值最好为2～8。在一般情况下，具有较小纵横比值磨丝的涂覆磨料制品更适于高压力研磨应用，而具有较高纵横比值磨丝的涂覆磨料更适于低压力研磨应用。本发明实际应用中很有效的磨丝，其硬度至少为16GPa(维氏硬度计，压头500克载荷)，对大多数应用，其硬度最好至少为18GPa，而且磨丝的密度较好为理论密度的至少90％，一般最好是理论密度的至少95％。纯粹的的致密α氧化铝的硬度约为20～21GPa。在某些情况下，至少在本发明实际应用中采用的磨丝，在其长度方向上可能是扭曲的，或者多少有些弯曲。
本发明的磨丝制造的涂覆磨料制品，已经发现它远远优于含有一般破碎磨粒的同类型磨料制品，即使具有相同材料和微观结构以及相同的粒径。
本发明涂覆磨料制品的制造，大部分都是采用现有熟知的常规技术实现的。基材件12可以使用目前在制造涂覆磨料制品中所采用的任一种材料。这种材料包括有纸、薄膜、机织的和缝编的织物(例如粘胶纤维、棉质斜纹布、尼龙和聚酯)、硬化纸板、形状稳定的聚脂薄膜等，而且在这些材料上涂胶，胶的材料种类或多或少取决于涂覆磨料制品的最终用途。如果上胶的话，则基材件的涂胶材料和充填物可以按要求用淀粉、胶水充填，或用诸如酚醛树脂那样的树脂材料。
粘结层可以用树脂材料，例如酚醛树脂、环氧树脂等。如果需要，该粘结层上面可以有一层砂胶层16。当砂胶层为热硬化树脂材料时，粘结层可以按要求或者是胶水或者是树脂材料。
一种常规的粘结层粘合剂的实例是含有48％苯酚甲醛树脂固体和52％碳酸钙充填物的溶液。基材件上涂了粘结层之后，该粘结层的树脂可按常规工艺进行预老化处理，例如，在107℃温度条件下30分钟的预老化处理，条件视配方而异。接着，根据有效的静电技术，最好是向上喷射法将磨丝施涂上去，随后接着涂敷复胶层，该复胶层的实例是一种常规的含有48％苯酚甲醛树脂和52％碳酸钙填料的溶液。然后，该涂覆磨料制品进行最终的固化处理，典型的是在107℃温度条件下经过10小时的固化处理，使粘结层和复胶层内的树脂固化到所需的硬度。
在涂覆磨料制品制造中所用的常规幅射(电子束或紫外线)固化树脂，也可以用于织物的整理层或粘胶层。
粘结剂涂覆于基材件上的工艺，一般是按照常规的涂覆技术，例如，滚动涂覆的方法。然而，在采用相当长的磨丝场合，复胶层更理想的是采用喷涂技术或滚动涂覆之外的其他技术，以避免磨丝的压碎。
现在转到附图5，它比较示出了现有技术的涂覆磨料22，这种磨料22含有常规的滚动破碎技术获得的磨粒24。人们能容易地看出图1-4所示的那些本发明涂覆磨料在结构上的差异。在制造本发明涂覆磨料中所采用的磨丝结构上的差异，参照图6可以更容易地看出。在上述附图中，对溶胶凝胶法氧化铝磨料进行常规滚动破碎所获得的不规则三维形状磨粒26示于图6(a)中，这些不规则形状的磨粒是与图6(b)中示出的熔凝法氧化铝通过常规的滚动破碎技术获得的磨粒相类似的。在图6(d-f)中，示出了根据本发明制造涂覆磨料中采用的各种磨丝。图6(c)示出了一批纵横比值混乱的磨丝18，对这些磨丝未进行粒度分级，该磨丝的平均纵横比值为4.1∶1。图6(d)、(e)和(f)中的磨丝的平均纵横比值分别为3.6∶1；5.1∶1；8.5∶1。正如从附图中能容易理解的那样，这种溶胶凝胶法磨丝18沿其长度具有基本相同的圆截面。另一方面，这种滚动破碎的溶胶凝胶法磨料26，象滚动破碎的熔凝法氧化铝磨料28，其形状是不规则的，有一些是相当长的，而另一些是块状的，没有一颗可认为具有横截面一致的形状。
图9和10清楚地示出了本发明的制品表面和现有技术的制品表面的不同的物理形貌。
图11和图12示出了图9和图10所示结构产生的切屑。应该注意的是，本发明的制品产生的切屑是整齐连续的切屑，证明了具有极好的磨削性能。然而，图12示出的是夹杂有熔凝金属小球的不连续切屑，表明了较差的磨削性能。
已经发现，本发明的涂覆磨料制品相对现有技术制品具有突出的优点，现有技术制品的磨粒形状不规则，磨粒对工件的构型关系也多种多样。本发明制品的大多数优点都直接来自磨粒的形状。
在不同的施加压力条件下采用砂带和研磨盘制品进行的研磨实验中，性能改进的程度与纵横比值有紧密的相连。总磨削量随纵横比值的增加而增加至某个值，该值取决于制品的类型、接触压力和其他实验条件。例如，在5.4千克/厘米2压力下的带状产品的全面进磨试验中，将纵横比值增加到大于3，研磨性能并不引起改善。性能不会连续无限制地随着增高纵横比值而增加，这是因为磨粒的长度太大，会在磨粒的基础处产生较大的力臂，从而产生较大的内应力使磨粒迅速破裂。在纤维织物作为基材的研磨盘制品上，用较低的0.35千克/厘米2左右的施加压力，一直增到较大的纵横比值，性能都不下降。
发现较高的纵横比值会通过下列四个方面影响研磨操作中的机理：
·较宽分布的磨削刃；
·单位面积上较少的接触点；
·增大的切屑间隙；
·磨粒的支撑或聚集。
采用较高的纵横比值，磨削刃分布在基材上方的较大高度(即厚度)范围内的各处，使涂覆制品中的磨粒能在不同高度的位置以若干组磨削刃进行研磨。具有最大纵横比值的第一组磨粒最后因纤维的内应力而断裂，而较短未受磨损的新磨粒组就暴露出来，开始进行磨削。如果该部位的刃的应力超过纤维的应力，则该刃就碎坏，又产生新的刃，起着再磨锐的作用。开始，高纵横比值的磨粒起研磨作用时，主要是靠暴露新磨粒而继续磨削；后来，由于力矩臂减小，刃的再磨锐作用就变成主要了。
有好几个实验和试验支持着这种机理的说明。在试验过程中，单位时间制品重量损失是随着纵横比值从2∶1至3∶1增加而增加的。在中断磨削以观察磨粒磨损和破裂情况的低压力研磨盘和高压力砂带的试验中，不但目视观察，而且对表面外形的研究也指出，本发明制品磨粒的尖点的分布比常规破碎的溶胶凝胶法磨料制品，其分布高度范围更大，观察到在磨削过程中是发生了上述方式的磨粒断裂情况的。而且这种范围随纵横比值而增大。另外，表面光洁度(Ra或算术平均值)和工作区随纵横比值而增加。工作区是在磨料制品的十个不同的长度区间上分别找出最高点和最低点的平均值，然后取其差的办法确定的。工作区给出一种较好的表示在粘结复胶层以上有多少材料可用于磨削工作的方法。
对于相等的磨粒涂覆重量而言，根据本发明的涂覆制品是一种更为“开放”性的涂覆制品，意即基材单位面积上有较少的磨粒，这是因为磨削尖点分布在较大的高度范围，而且每个磨粒较重。这种单位面积较少的潜在接触点导致单位磨粒的较大力。如果磨粒能承受得住这种较高的负荷，那末一种较深的、并因此较冷的和较有效的磨削将可实现。虽然本发明制品的每个磨粒刃削去材料比角锥状破碎磨粒的尖点削去更多，但破碎磨粒制品用更多的磨料尖点进行磨削，因此，初始磨削速率大致相等，或者破碎磨料制品甚至可以具有稍高的初始速率。然而，本发明制品中所采用的磨粒能保持较高的磨削速率，而且寿命较长。观察到产生的切屑较厚较宽支持了这种机理(见例如图11和图12)。外形测量结果也表明，尖点密度(尖点数/厘米)随纵横比值的增大而减小。
发生的第三种机理是因本发明的更粗糙更开放性的制品提供的切屑间隙的增大。在具有大接触面积的纤维织物作为基材的研磨盘试验中，本发明的制品所生成切屑的长度随纵横比值的增加而增加，这是由于较大的切屑间隙。在试验中，直至试验结束，纤维研磨盘也没有显示负荷的信号，这表明金属积累对磨削过程有影响并减少寿命。
当磨粒的纵横比值增大时，这些磨粒彼此并列而且支撑着，起着类似于聚集的作用。这种磨粒组在切削时彼此支撑，虽然整个磨粒组具有大的质量，但工件的光洁度却由单个磨粒磨削刃的尺寸决定。
不可能只靠这种较高的纵横比值来完全解释丝状磨粒的良好性能。平均纵横比值低为1.9∶1的磨粒在性能上仍然优越于具有稍为更低平均纵横比值1.5∶1的常规破碎的溶胶凝胶法磨粒。因此，看来，磨粒的这种规则的圆柱形状在控制研磨性能方面也是重要的。
磨粒呈圆柱形的形状对研磨性能的影响有四个方面：
·有更多的磨粒，其倾斜角是零度或接近于零度；
·磨粒中较均匀的应力分布；
·较长的连续的磨削刃；
·切屑受到控制，能离开磨削区。
由于采用适当的取向，本发明采用的磨粒就有一个相对工件和磨粒磨削表面为零度或接近于零度的倾斜角。如果磨粒具有径向对称的形状，这种倾斜角就会保持零度，不管磨粒围绕轴线的取向如何。这种零度的倾斜角能使磨粒磨削出带状的切屑，减少热量、磨擦和磨损。该磨粒的作用与其说是常规的破碎磨粒，不如说象一种小型的切削刀具。典型的棱锥形状的破碎磨粒的负倾斜角使磨粒尖点或刃沟刨着金属；熔化、撕破和抹光，而不是切削。根据技术文献的许多叙述和对工件材料金相变化的观测，研磨过程中产生的温度和压力是极其高的。切屑从磨削区排出的任一机理都将降低磨削刃的磨损，并增加耐久性和寿命。切削和沟刨过程之间的差别在图11和图12中的电子显微镜摄的照片中示出。这些照片证明，本发明制品中所采用的磨粒是以切削的方式而不是以沟刨方式把材料去掉的。
只要采用适当的取向，丝状磨粒的圆柱形形状有助于使切屑离开磨削区域。图11示出了在磨削表面上，切屑上具有一个凹道，凸的圆柱形磨粒表面贴住切屑表面，约束着切屑离开磨削刃和工件。
与极尖锐的不规则的破碎磨粒相比，这种规则的圆柱形形状还会产生较均匀的应力分布。因为凸的圆柱形表面插入到工件中，所以在这种磨粒表面的某些区域会产生压应力。常规破碎的溶胶凝胶法磨粒经常具有凹的表面和凹的雪片状形状，这是由于它的螺旋线方式断裂的趋势。当凸的形状插入到工件中时，拉应力会在破碎磨粒的某些区域内发生。陶瓷制品在压缩状态要比在拉伸状态承受得住更大的负载。结果是，园柱状磨粒在破坏之前，可以承受较大的负载，因此，延长寿命的较深磨削是可能的。破碎磨粒的表面上还存在着许多缺陷、切口或不规则性，会使施加的应力加大即集中。由于采用常规的破碎技术，消除磨粒上的凹形表面和有应力集中作用的切口是不可能的。虽然在研磨带的试验中，这种破碎磨粒较锐的刃产生较高的初始磨削速率，但在研磨力的作用下，由于较高的应力集中，破碎的磨粒具有更快破碎的趋势。
本发明制品中采用的圆柱形磨粒具有长的连续的磨削刃，这种刃与常规破碎磨粒的较短的锯齿形的磨削刃相比，它可以产生出较宽的带状切屑，并使磨损分布在较长的磨削刃上面。这种较长的磨削刃将经较长时间才会变钝，因此是更为经用的。在间断的研磨试验中的观察表明，与破碎的溶胶凝胶法磨粒相比，本发明磨粒顶部表面上产生磨损平台的速率较慢。
下面一些实施例是对本发明某些特定方案的简要说明。但是，这些实施例只是起着更好说明在此公开的本发明之目的，而不是对本发明的限制。实施例1
       磨丝与滚动破碎溶胶凝胶法氧
      化铝磨粒的性能对比的评定
在这个实例中，对含有平均直径(0.33mm)约等于50粒度CA-MI级别(0.35mm)的加籽晶溶胶凝胶法氧化铝磨丝的涂覆磨粒制品，对比由按常规方法滚动破碎干燥的凝胶体得到的加籽晶溶胶凝胶法氧化铝磨粒制品作出了评定。在这两种情况下，晶体粒度均低于1微米(这里所有的晶体粒度是用“截距”法测得的)。这种磨丝具有从2∶1变化到12∶1的纵横比值的不同长度，有点类似于由滚动破碎和分级获得的磨粒不同长度分布。尽管如此，应该注意的是，这种磨丝并未真正进行分级。与常规滚动破碎磨粒相反，在磨丝情况下，对所有磨丝，有两个尺寸是相等的。滚动破碎的凝胶法材料具有+8.2+3.1的粒度分布。
涂覆磨料的研磨盘(直径177.8mm、中心孔22.3mm)是采用常规的涂覆磨料制造工序制造的：采用常规的0.762mm硬化纸板基材，常规的碳酸钙填充的可熔酚醛树脂作粘结层(48％树脂、52％的填充物)，复胶层用的填充物是冰晶石而不是碳酸钙，其树脂和填充物的比例也分别为48％和52％。在施加了磨丝之后，对粘结层的树脂进行在225°F温度下5小时的予先固化处理。然后在复胶层涂覆之后进行在225°F温度下10小时的最后固化。涂覆工艺是采用常规的滚动涂覆方法，一道滚涂，接着在一个强送空气烘箱内进行固化处理。树脂涂层重量(湿基准)是：粘结层15磅/令；复胶层22磅/令。一令(“Rm”)相当于30.7平方米涂覆面积。滚动破碎磨粒和丝状磨粒的涂覆工序是按常用技术用静电向上喷涂。做试验的各种研磨盘的涂层重量在下列表1中说明。
                        表1
           评定丝状磨粒与滚动破碎磨料
            对比实验的纤维研磨盘的特性
研磨盘号 磨料类型 静电喷涂时间(秒) 磨料重量(克)
    1 滚动破碎S·G(对比)     5     52
    2   挤丝法S·G#645     5     65
    3   挤丝法S·G#6451     20     84-87
1.正常的磨料静电涂覆的循环时间，即如同按滚动破碎磨粒一样，为5秒。但在该涂覆时间(研磨盘2)之后，所得涂层发现是稀疏的，因此做了一个涂覆20秒的第二个试件(盘3)作了试验。
滚动破碎磨料(对比制品，盘1)由下列标准成份组成：
  成  份     重量百分比
    Al2O3     99.58
    SiO2     0.12
    Fe2O3     0.03
    TiO2     0.20
    CaO     0.04
    MgO     0.02
    Na2O     0.01
    100.00
其它特性：密度3.89(水比重计)，3.88(氦比重计)；硬度20.7(GPa)；晶体平均粒度0.17微米。
磨丝的纵横比值范围为2至12(平均纵横比值为6至7)，其组成为与上表相同的标准组成。正如表1数据所示那样，喷涂时间的增加导致涂覆磨粒重量的显著增加。
固化的研磨盘切割到尺寸之后，利用橡胶滚子弯曲器先按常规的方式弯曲0°～90°，有控制地使坚硬的树脂粘结剂(粘结层和复胶层)破裂，接着按照常规技术予以卷曲校正，之后，对磨料进行评定纤维研磨盘低压(112DsIII)和高压(112Dsh、112Dss)变钝的常规试验。一般来说，这样的试验要把研磨盘安装到一个中等硬度的橡胶支持衬垫上，而支持衬垫是装在水平配置的马达驱动主轴组件上，该组件是安装在一个支架上，该支架可无磨擦轴承在上沿水平方向朝着或离开液力驱动的试件夹持器自由移动。试件夹持器可夹持一个25.4mm×25.4mm×247.7mm×3.2mm角形试件或一个76.2mm×4.8mm×381mm的平板形长试件，并在对主轴呈90°的方向上水平移动，在预定的距离范围以预定速度作前后往复运动。在操作期间，试验装置是安装在具有稳定性的基本上钢制的平台支架上。研磨力是由悬挂在滑轮系统的净重量施加的，该滑轮系统与装有主轴的移动支架相连接。主轴与平行于试件夹持器的方向呈10°。
实验112Dsh是高压力(4.54千克力、50粒度磨粒，5.45千克力、36粒度磨粒)变钝实验，此时给纤维研磨轮施力，磨削25.4mm×25.4mm×247.7×3.2mm的1018碳钢角形试件厚为3.2mm的边缘。这种角形试件首先称出重量，然而安装到试件夹持器上，该试件夹持器在距离为247.7mm范围内以8.5行程/分的速度前后往复运动，其线速度为2.14米/分。研磨盘的转速为3450转/分。研磨周期为2分钟。之后，取下该角形试件，记录其重量的损失。接着装上新的角形试件，重复上述过程，直至达到最小研磨速度为10克/分为止，实验结束。记录下来的数据是每二分钟时间间隔内磨削掉的克数、实验结束时的时间间隔数和被试验研磨盘磨削掉的总磨削量的克数。本实验的结果一般按对比研磨盘的百分数示出。
实验112Dss是与实验112Dsh相同的实验，不同之处是用304不锈钢角形试件代替碳钢角形试件，研磨时间间隔为一分钟。实验共做十次，而研磨力为：50粒度研磨盘是3.18千克，36粒度研磨盘是4.54千克。
实验112DsIII是类似于实验112Dsh的实验，不同之处是4.54千克力的低压力实验，试件是76.2mm×4.8mm×381mm的冷拔碳钢长板，在其安装上务使纤维研磨盘研磨其76.2mm的平面，研磨时间间隔为一分钟，在磨削速度小于3克/分时结束本实验。
                      表2
             纤维状磨粒与滚动破碎
              磨粒对比的性能评定
                总磨削量(克)
研磨盘号 磨粒类型 112Dsh1018碳钢角形试件 112Dss304不锈钢角形试件   112DsIII1018碳钢76.2mm平板(B批)   112DsIII1018碳钢76.2mm平板(C批)
1     滚动破碎S.G5secup涂层 618 50 117 365
2     挤丝法SG.#6455 sec.up涂层 860 43 468 992
3     挤丝法S.G.#64520sec.up涂层 1192 - - 937
本低压力试验是对不同时间接到的二种不同批的钢(B批和C批)做的试验。如表2所给出的总的磨削量所示，它们具有不同的研磨特征。
                      表3
            丝状磨粒与滚动破碎磨粒
           对比的磨削性能的相对结果
研磨盘号 磨粒类型 112Dsh1018碳钢角形试件 112Dss304不锈钢角形试件   112DsIII1018碳钢76.2mm平板(B批)     112DsIII1018碳钢76.2mm平板(C批)
1     滚动破碎S.G.5secup涂层 100％ 100％ 100％ 100％
2     挤丝法S.G.#6455 sec.up涂层 139％ 86％ 400％ 479％
3     挤丝法S.G.#64520sec.up涂层 193％ _1 _1 264％
1.由于所制研磨盘的数量所限，这些实验未能做成。
根据上面的结果，显而易见的是，对1018碳钢，具有磨丝的纤维作为基材的研磨盘比起由常规破碎技术制成的诺顿公司的加籽晶凝胶法氧化铝磨料的研磨盘具有显著好的研磨性能。涂覆5秒钟的No.2研磨盘在高压力实验中给出了多39％的磨削量，而在低压力实验中给出了多179％至300％的磨削量。另外，增加磨丝量(No.3研磨盘)在高压力条件下甚至引起磨削量的更大改善，而在低压力实验看不到改善。本实验的全部结果表明，磨丝在高压研磨条件下更加耐用。它比起滚动破碎的溶胶凝胶法磨料，在低压力条件下对于1018碳钢，其通用性更强且磨削更易。
这种纤维状的磨料是由从康德阿·协米GMBH(CondeaChemio GMBH)获得的3.2kg Pural⑧NG水合氧化铝与含有22克α氧化铝籽晶的1.3千克经过研磨的水，在常规的双管V形混合器中混合5分钟，形成一种基本上均匀的溶胶。此时，加入200克70％硝酸，用750CC稀释，再经五分钟的继续混合，形成籽晶在其中均匀分布的固体含量为59％的凝胶。在凝胶中使用的籽晶是在型号为45的Sweco研磨机中加蒸馏水和标准等级的88％氧化铝研磨介质研磨而成的(研磨介质的直径为12毫米、长度为12毫米)，研磨到水中的颗粒(氧化铝籽晶)达到至少为100M2/g的规定表面积才停止，所用的标准等级的88％氧化铝研磨介质是由俄亥俄州·西富卫的金刚石制品公司(Diamonito Products Company.Shreve.Ohio.)提供的。
采用的Pural⑧NG粉末的纯度为99.6％，含有少量碳、二氧化硅、氧化镁和铁的氧化物。
这种带籽晶的凝胶体通过一个孔径为0.60毫米的多孔光滑壁的模具进行常规挤压，产生连续的凝胶丝。干燥以后，将挤压形成的丝破碎成约为2毫米的平均长度，然后加热到1320℃烧结，保温5分钟。在进行烧结使磨丝转变为α氧化铝之后，单个磨丝的横截面大小相当于标准的50粒度磨料。其中至少有一些磨丝沿它们的长度方向是被弯曲和扭曲的。
如上所述的那样，这种磨丝基本上是晶体平均粒度为0.3微米的纯α氧化铝，其硬度约为16GPa。
实施例2
磨丝与滚动破碎磨粒对比磨削性能比较
本实施例是丝状的加籽晶凝胶法氧化铝磨粒与常规滚动破碎获得的溶胶凝胶法磨粒对比的磨削量和光洁度比较的实例。丝状磨粒的平均直径(0.33mm)接近于50粒度的磨粒(0.35mm)，且具有从2∶1至8∶1左右范围内随机不同的纵横比值。但是如下面所表明的那样，所采用的批量分级过程得出一些很长的磨丝和特别多的大量细粒。磨丝和对比的50粒度滚动破碎溶胶凝胶磨粒的成份具有如实施例1所述相同的标准成份。
滚动破碎磨粒与磨丝对比的分级结果
磨粒类型     序  号 粒度     级  别
滚动破碎     08D168.3     50     +3.2+1.9
    磨丝     08D168.7     50     -2.5+30.9
如上表中可以看到的那样，这两种不同磨“粒”分级的变化彼此间是显著的。读数“+3.2+1.9”指的是，当按CAMI分级筛系统做试验时，滚动破碎的磨粒试样高于级别范围的多3.2％，细粒多1.9％。这对50粒度溶胶凝胶法磨粒而言是在公差允许的范围之内。另一方面，对磨丝试样来说，读数“-2.5+30.9”表明了该试样高于级别范围的少2.5％，细粒多30.9％，这是一个很不相称的数值。这种细粒端的高读数是由于磨丝(“磨粒”)均具有大致相同直径，该直径的磨丝小于50粒度控制筛的尺寸。
纤维作为基材的研磨盘是按实施例1所述的方法制备的。涂层的重量近似为：粘结层为15磅/令：复胶层为23磅/令，磨丝65克，滚动破碎磨粒为52克。
这种纤维为基材的研磨盘制好后，经常规的弯曲，首先按前述的在低压变钝实验(实验DsIII)中作出评定。表示磨削量和光洁度的比较结果在下面的表4中说明：
                        表4丝状磨粒与滚动破碎磨粒对比的76.2mm平板磨削量和光洁度比较
          磨削量                         光洁度时间  S.G.对比       丝状磨料        S.G.对比     丝状磨粒
   50粒度         50粒度          50粒度       50粒度间隔 磨削量/ 累加磨 磨削量/ 累加磨  表面光洁度    表面光洁度
时间间隔 削量   时间间隔 削量   Ra   Rtm  Pc   Ra    Rtm  Pc号    GMS    GMS    GMS      GMS1    29     29     20       20     164  1005 227  125   995   2112    25     56     16       37     105  336  255  103   855   2334    18     94     15       68     80   625  163  109   757   1566    12     119    10       92     48   414  115  53    386   828    8      136    9        112    37   331  103  33    268   7310    41     46     8        128    34   282  96   28    222   9112    -      -      7        143                   28    193   9214    -      -      5        154                   40    297   81
Ra＝与平均线的距离，微米
Rtm＝峰至谷的高度的平均值，微米
Pc＝峰数
金属工件的光洁度质量通常用在沿被研磨件各点(例如中心和左、右边缘)所测的Ra和Rt值来衡量。这些统计参数的意思是本技术领域的技术人员所知的。这些参数在工业金属制品有限公司(IM-PCO)出版的名为《表面织构和另件几何形状介绍》一书中作了清楚的定义。在一般情况下，Ra是平均表面不平度的衡量。因为，许多形貌不同的表面会给出相同的Ra值，所以，这个数值经常由同一表面所得到的其他参数予以补充。在金属研磨技术中，Rt值经常用作补充Ra的测量值。Rt值是峰至谷的深度的测量值，这些刻痕是研磨之后保留在工件表面上的。Pc一般表示刻痕出现的频数。
正如从上面数据中能看到的那样，具有磨丝的研磨盘在磨削量上优于具有一般滚动破碎磨粒的研磨盘。开始时，磨丝研磨盘先以稍低的速率磨削一小段时间，但接着就以持续不变的速率连续磨削较长的时间。用磨丝研磨盘加工的表面光洁度看来与用滚动破碎磨粒研磨盘加工的光洁度大致相等。但应再次指出的是，对丝状磨料的批量分级，正如上面所叙述的那样，产生了特别多的细屑和一些很长的磨丝。采用控制得更好的“分级”，有可能达到一种不同的光洁度。
另一实验(112DsI)提供了磨丝和50粒度及36粒度的滚动破碎磨粒给出的磨削量和光洁度的比较。结果示于下列表5。本实验除了试件具有一个25.4mm平面之外，是与实验DsIII相同的。
                             表5
磨丝与滚动破碎磨颗对比的25.4mm钢表面磨削量和光洁度的比较
       磨削量                                                表洁度时间     SGC     #9521    SGC1    SG对比                   #9521             SG对比1
     50       50       36        50                        50                  36间隔    粒度     粒度     粒度      粒度                      粒度                粒度No.  累加磨削量(克)                 平面光洁度         平面光洁度          平面光洁度
                                Ra    Rtm    Pc    Ra    Rtm    Pc     Ra    Rtm    Pc1      41        31       44        152   1053   214   407   1455   149    226   1181  1635      215       189      256       154   852    195   196   1379   173    205   1079  22410     438       419      526       119   839    233   158   1019   179    135   84    17715     627       640      779       136   1018   243   136   714    159    128   711   28420     799       859      1001      63    599    353   124   730    196    129   820   14525     880       1060     1181      41    420    320   92    581    210    75    526   17930     926       1228     1334      41    254    100   80    423    152    73    534   18135     -         1350     1437      -     -      -     87    477    139    54    394   16840     -         1444     1506      -     -      -     48    431    200    70    359   18144     -         1496     1541      -     -      -     73    489    96     80    503   11548     -         1532     -         -     -      -     65    347    90     -     -     -
1.磨丝
Ra＝与平均线的距离，微米
Rtm＝峰至谷的高度的平均值，微米
Pc＝峰数
从上述结果可以看到，50粒度的磨丝在磨削量上不仅比50粒度的滚动破碎磨粒好，而且其磨削量等于36粒度对比磨粒的磨削量。再是，磨丝开始比起滚动破碎磨粒开始是以稍低的速率磨削的；但是，它能连续地以持续不变的速度磨削较长的时间。采用25.4mm平面的钢进行试验，丝状磨粒与36粒度对比磨粒产生的光洁度类似。
实施例3
       具有各种纵横比值的磨丝与滚动
       破碎磨粒对比的磨削性能的比较
在这个实例中，做了具有不同平均纵横比值磨丝的涂覆磨料研磨盘与具有相类似成份的滚动破碎磨料的涂覆磨料研磨盘对比的实验，以评定纵横比值对磨削性能的影响。
加籽晶溶胶凝胶法磨料按前面公开的方法制造，接着挤压穿过具有许多孔的细圆形模具成形。将磨丝干燥，然后轻轻破碎，产生一些长度各不相同的磨丝。烧结以后，通过一些筛孔不同的筛子，经短时间筛选分出不同长度的磨丝。确定出平均纵横比值在下面给出。不同试样的化学分析及其物理性能在表6中叙述。
                             表6
试样标号  10151   1016   1017   1013   对比
重量(磅)    10    24   13.5   12.5   0.01
物质化学成份Na2O   0.01   0.01   0.01   0.01   0.02
            MgO   0.01   0.01   0.01   0.01   0.12
            SiO2   0.04   0.01   0.03   0.03   0.04
            CaO   0.02   0.02   0.03   0.03   0.20
            TiO2   0.17   0.17   0.21   0.18   0.03
            Fe2O3   0.15   0.21   0.11   0.12   3.89
  密度：水比重计   3.91   3.91   3.91   3.91   3.88
    氦比重计   3.94   3.96   3.96   3.95   20.7
  硬度   19.6   20.1   20.4   19.6   0.17
  平均晶体粒度   0.139   0.135   0.125   0.135
  平均纵横比值   4.2∶1   3.6∶1   5.1∶1   8.5∶1
四个试样的平均的磨粒直径为0.28～0.33mm。
1.粒度的全范围——未筛选的，
2.用对于剩余物Al3O3的重量百分比表示。
以纤维作为基材的磨料研磨盘按实施例1公开的步骤制成，前述研磨试验的结果在表7中给出：
                          表7
结果         盘损失重量
     试验112Dsh   试验112Dss     试验112DsIII     试验112DsIII     试验112Ds
  研磨盘   粒度   纵横比值      LPD     1020HRSTL   304STV.STL   1018STL     C/A盘重量损失
    S·G对比    50   1.4∶1     180.7     705gms100％   48gms100％   180gms100％   0.5gms100％     1.8gms100％
    SG1015    50   4.2∶1     189.2     1434gms203％   55gms115％   624gms347％   2.6gms520％     6.2gms344％
    SG1016    50   3.6∶1     197.9     1185gms168％   57gms119％   401gms223％   1.5gms300％     3.8gms211％
    SG1017    50   5.1∶1     180.3     1617gms   56gms11％   465gms258％   2.3gms460％     7.2gms400％
    SG1018    50   8.5∶1     163.9     1346gms191％   53gms110％   639gms355％   2.7gms540％     9.5gms528％
与滚动破碎磨粒对比研磨盘相比，磨丝研磨盘如表7所表明的那样，对1020钢和1018钢的112Dsh和112DsIII试验中，磨削有明显改善。然而，通过比较看出，在不锈钢上进行磨削(试验112Dss)，性能改善不大。正如在高压变钝试验中那样，磨丝研磨盘在低压研磨应用中显示出非常有效。未筛选磨丝制品(试件1015)，在112DsIII试验中，总磨削量为对比的磨削量的347％。
如图7所示那样，在对1020H.R.钢的112Dsh实验中，磨削量随平均纵横比值的增加而增加，直到接近5.1∶1(试件1017)，而后减小。在试验中，观察到磨丝破裂并从纤维为基材的研磨盘飞出。明显的原因是，当磨丝的长度增加时，力臂增大，改变了磨粒(磨丝)中的应力大小，虽然我不希望限制于这种解释。磨丝研磨盘的磨削损失与纵横比值的关系在上表7中已被证实。例如在112Dsh实验中，涂覆磨料研磨盘重量损失随纵横比值的增加而增加：纵横比值为8.5∶1，重量损失为9.5克；纵横比值为3.6∶1，重量损失为3.8克。但如图7所示，平均纵横比值为8.5∶1的试件1018仍然比常规滚动破碎磨料的对比研磨盘的磨削性能好。
在表7中看到，纵横比值对不锈钢(112Dss)的磨削性能不产生影响，
在低压力变钝试验(112DsIII)中，从图8中可以看出，除了纵横比值为4.2∶1的1015试件有个磨削量奇峰外，磨削量随纵横比值增加而增加。该试件是本实施例3所试验的一组试件中的唯一一个磨丝未经筛选的。从1015磨丝试样中随机选出一些(25根)磨丝，用光学方法测定它们的直径和长度。这些磨丝的纵横比值从2.58变到12.66。这样，可以认为，1015试件中磨削量的这种差异的原因，可能是未经筛选过的试件中比经筛选过的其它试件中存在更宽的长度分布。筛选使长度分布改变即变窄了。另一方面，对于用未筛选的磨丝，其中较少的长磨粒(磨丝)外于接触状态，从而使每个磨粒有较高的压力。虽然在表7中没有具体地示出，含磨丝的研磨盘，象早先公开的实施例一样，具有比溶胶凝胶法磨粒对比研磨盘较低的初始磨削速率，但每种情况都保持有较长时间的较高磨削速率。溶胶凝胶法磨料对比磨轮在第8个时间间隔之前的磨削量为10克/分，而试件1015的磨削量在第30个时间间隔以前均高于10克/分。
实施例4
      36粒度磨丝研磨盘与36粒度滚动
      破碎磨粒研磨盘对比的磨削性能比较
在这个实施例中，对以纤维织物为基材的36粒度研磨盘作出了评定，它是采用具有下列相同组成的加籽晶溶胶凝胶法磨料，磨料的制造是采用常规滚动破碎法和挤丝法。
    成份 重量百分比
    Al2O3     99.55
    Na2O     0.01
    MgO     0.01
    SiO2     0.06
    CaO     0.04
    TiO2     0.19
    Fe2O3     0.17
滚动破碎磨粒和磨丝具有下列物理特性：密度(水比重计)为3.89；密度(氦比重计)为3.92；硬度为20.3；晶体粒度(平均)为0.149微米。
磨料挤压成形为直径0.40mm(接近于36粒度)，切割成从大约0.8毫米至4毫米范围中的随机长度。这样，这些磨丝(磨粒)的纵横比值从2∶1左右变化到10∶1左右。
纤维为基材的研磨盘按实施例1所公开的方法制造，不同的是涂层重量：粘结层为17磅/令，复胶层为28磅/令；磨粒/磨丝为60磅/令。
所采用磨料的分级和磨削性能，如前所叙述的那样，在表8中示出。
                             表8
项目 粒度     级别     LPD                     试验结果磨削量/时间，％对比
112Ds1018STL 112DssSTN STL 112DsIII76.2mm板
对比 35 -0.7+13.2 185.1 1214/100 80/100  264/100
磨丝 35 -15.6+70.8 208.4 1842/152 91/112  465/176
用本发明涂覆磨料所完成的每个试验中，象早先完成的试验中一样，初始的磨削速率要低于对比的，但这种磨削速率能保持更长的时间。这样低的初始磨削速率可能是由于起初处于接触的极长磨粒的数量较少，虽然我并不拘泥于这种理论看法。
在通常10分钟结束的不锈钢试验中，溶胶凝胶法对比磨粒的研磨盘以每分钟6克的速率磨削，总的磨削量为80克。在10分钟结束后，具有磨丝的研磨盘以每分钟8克磨削，总磨削量为91克。这种纤维为基材的研磨盘再一直工作到磨削速率达到6克/分为止，这一过程又历时10分钟，20分钟后的总磨削量是163克。
尽管本发明是对于横截面近似圆形的磨丝作出的具体说明，但应理解的是，这不是对本发明的限制。在实际应用中，本发明采用的丝状磨粒可以是所希望的任一种横截面形状，例如，圆形、正方形、三角形、棱形、多边形、椭圆形、X形等等。主要要求只在于早先公开的那样是细长形状。而且，这种丝状的磨粒不必具有笔直的外形。如果需要，它们可以沿其纵向方向是扭曲的，或别的非直线形。涂覆磨料制品还可以用具有各不相同形状或不相同粒度的磨丝渗合制成。例如，涂覆磨料制品可以有二种不同直径的圆形磨丝。而且，可将磨丝与常规破碎的磨粒渗合，溶胶凝胶法Al2O3的磨丝可以与其他成份的磨粒，例如熔凝法的Al2O3、石榴石等渗合。涂覆磨料制品可以用常规的分层式涂覆技术制成，例如，涂完粘接层后，接着用重力涂覆法施加上便宜的磨粒或填充物，然后如在本文公开过的那样，用静电法涂覆磨丝。可以分层涂覆不同粒度的磨料，例如，先用重力法涂覆细的磨粒，接着在上面用静电法涂覆较粗的磨丝。
还要指出的是，尽管本发明已经具体公开了以纤维织物作为基材的研磨盘，但这不是对本发明的限制。可以有不同的常规涂覆磨料制品，例如，研磨带、研磨纸、仿型研磨制品和翼片磨轮。
上面详细的说明仅仅是为了清楚地理解本发明，不能理解为由此带来不必要的限制。本发明不限于所述的具体说明，因为只要不离开权利要求中所叙述的本发明的构思和保护范围，熟知本技术领域的技术人员可作出各种显而易见的变化和改进。
实施例5
本实施例说明了各种晶体粒度对本发明磨丝性能的影响。
这种磨丝涂覆在178mm直径的纤维作为基材的研磨盘上，按标准的112Dsh、112DsIII和113DsI研磨盘试验程序做了试验。前二个是前面已叙述的，113DsI中等压力实验程序采用112Dsh试验的相同设备，试件是25.4mm×63.5mm×247.7mm的1018钢棒。钢棒对于研磨盘设置的位置使得钢棒的25.4mm大小的面受到磨削。研磨时间间隔为2分钟，每次研磨后取下钢棒称出重量以检查重量损失。四根棒在实验过程中交替试验。所有别的方面，试验与112Dsh的试验相同。
下面的表10记录了结果。表中“比较的”是一种标准的工业加籽晶溶胶凝胶法磨粒，其块状磨粒是经破碎和分级程序制取的。
                            表10
试件 晶体粒度(微米) 纵横比值 112DsH*(1018钢)   112DsIII*(3 SteelRate) 113DsI*(1018钢)
比较的(SG) N/A N/A 100％ 100％ 100％
5-1 (未加籽晶)＞2 2.5∶1 14％ 42％ 8％
  5-2     1.16   2.5∶1   127％     127％   119％
  5-3     0.65   2.5∶1   148％     118％   109％
  5-4     0.54   2.5∶1   156％     154％   108％
  5-5     0.42   2.5∶1   158％     129％   118％
  5-6     0.39   2.5∶1   193％     136％   134％
  5-7     0.26   2.5∶1   211％     183％   151％
*以比较的工业制品的百分数表示。
根据上面的数据，清楚地看到的是，磨粒中晶体粒度最小，研磨性能最好；而且未加籽晶的制品研磨性能很差。
实施例6
本实施例是比较正方形横截面磨粒的制品和标准破碎的溶胶凝胶法磨粒制成的制品。在这两种情况中，磨料都是用加籽晶溶胶凝胶形成，晶体粒度小于1微米。前一种磨粒为80粒度的磨粒，本发明制品的磨粒(磨丝)是采用对应于80粒度的正方形横截面的磨粒，其纵横比值为4∶1。
结果用“溶胶凝胶法对比磨粒”制品性能的百分数表示，结果如下：
  112DsIII76.2mm平板     113DsI25.4mm钢棒
  SG(对比)(80粒度)     100％     100％
    正方形截面磨粒，本发明(80粒度)     339％     249％
清楚地是，具有不是园形而是其它形状横截面的磨粒在本发明制品中是有效的。
实施例7
本实施例示出了磨粒量对磨粒制品研磨有效性的影响。
所做的一系列实验都是为评定不同参数对本发明制品研磨性能的影响。研究的参数是：纵横比值、磨粒重量、各种磨粒的渗合和磨粒涂覆方法。除非加有说明，所采用的基材是菲尼希775、它是一种7.3盎司聚脂棉缎。粘结层和复胶层的粘结剂配方如下：
粘结层粘结剂 复胶层粘结剂
  Varcum 2535  30.0％   Varcum 2535  27.3％
    BM-42  13.6％     BM-42  14.4％
    Dura  54.5％     冰晶石  49.1％
    A-1100  0.25％     A-1100  0.25％
    水  1.6％     水  8.9％
表10概括了制成的制品和得到的研磨实验结果。观察实验结果可以清楚，性能最好的产品含有AR3.1。而且，仅仅减少制品中磨粒数量就具有正面效果。给出最好结果为308％的制品只有66％的表面被AR3.1所复盖。
AR2.1所得到的结果不如AR3.1那样引人注目，但仍比对比好的多，相差172％。随着AR2.1重量减少，也注意到性能改善的同样情况。磨粒重量在40-60％之间，看来对二种试验的纵横比值都有最好的结果。有趣的是，AR2.1在制品上的位置会引起性能的显著差异。制品7-11具有按第一层涂覆的AR 3.1和第二层涂覆的50粒度溶胶凝胶法磨粒，而制品7-12具有第一层涂覆的50粒度溶胶凝胶法磨粒和第二层涂覆的AR3.1。122-Ds(80)试验结果表明，制品7-11比对比制品略好(115％)，而制品7-12是对比制品的292％。
应该注意的是，尽管这里制成的AR3.1制品具有直径为0.33mm的颗粒，接近50粒度的大小，但它们的性能在122Ds(80)实验中，是36粒度(见36R984)的2.5倍，在固定进给试验中是2倍。
                        表10
    相对于标准的试验结果
制  品 磨粒涂层 磨粒类型 优质磨粒磅/令 全部磨粒磅/令  占紧密涂层的％    122Ds(80/psi)1018钢 固定进给41400钢
标准 一层  SG-50粒度  39   39     100％   100％ 100％
 7-17-27-3 一层一层一层  AR3.1AR3.1AR3.1  55.84737  55.84737     100％84％66％   269％299％308％ 450％-406％
 7-47-57-67-7 一层一层一层一层  AR2.1AR2.1AR2.1AR2.1  50422922.5  50422922.5     100％84％58％45％   136％151％164％172％ 163％-184％131％
                              表10(续)
 7-87-97-10    一层一层一层  AR3.1/FAAR3.1/FAAR3.1/FA   30.43630.4   47.443.847.4   100％100％100％   261％256％191％   325％--
 7-117-12   第一层第二层第一层第二层   AR3.1SG-50SG-50AR3.1   28.218.82126   4747   100％100％   115％292％    97％-
 7-147-15    一层一层   AR2.1/NZAR2.1/Sic   4426.8   4441.8   100％100％   138％136％    --
在每种情况下，都是采用静电磨粒喷涂技术。50粒度溶胶凝胶法磨粒具有疏松堆积密度1.73，具有+16.0超过级别，-4.6细粒。
FA表示50粒度熔凝法氧化铝磨粒(这是一种非优质磨粒)。
NZ表示取自诺顿公司的50粒度NOZZON(这是一种优质磨粒)。
SiC表示50粒度碳化硅磨粒(这是一种非优质磨粒)。
“占紧密涂层的％”意思是实际涂层重量占最大可能涂层量的百分数。
根据上述结果，清楚地看到在采用丝状磨粒制品的情况，如果使用复合涂覆，丝状磨粒最好是在上部涂层。还清楚的是，含有丝状磨粒的涂层，对于最佳性能而言，丝状磨粒应只占紧密层重量的40-60％左右，其余由非优质磨粒或者较好的是由空隙来占据。
实施例8
本实施例是简要说明α氧化铝就地形成磨丝的效果，而不是在适当介质中挤压α氧化铝颗粒然后烧结以形成紧密结构的方法。
加籽晶溶胶凝胶丝的制造方法是：将勃姆石(Condea的“Dis-peral”)和水以及重量为勃姆石1％的亚微米尺寸α氧化铝在V型混料器中混合二分钟，接着加进18％的硝酸溶液，使得料浆含有7.2％重量的硝酸(此百分数以勃姆石重量为基础)，继续混合5分钟，生成勃姆石凝胶。
为了比较目的，再制备一系列制品，与前面仅为不同的是，加进较多的α氧化铝(其种类就是上面作为籽晶材料的那一种)使得整个混合物具有较高比例的氧化铝重量。勃姆石仍然保留使混合物具有可挤压性。各种配方在表11中叙述。
           表11批料           固体％比较A    30％α氧化铝                  70％比较B*  30％α氧化铝                  70％比较D    90％α氧化铝/10％凝胶体比较E    60％α氧化铝/40％凝胶体比较F    60％α氧化铝/40％凝胶体实施例1  1％α氧化铝(籽晶)             62％实施例2  1％α氧化铝(籽晶)             58％实施例3  1％α氧化铝(籽晶)             59％*对浆料采用额外的超声混合
将这些材料挤压成丝，根据下述条件干燥和烧结。烧结α氧化铝含量高的比较批料，比起由加籽晶溶胶凝胶法生成的批料要求更高的烧结温度。利用具有十字头速度为0.2cm/min的Instron试验机，用简单的三点法，对磨丝试件进行强度实验。磨丝支承在间距为1cm的一对刃上(在比较C、D、的E的情况，间距为0.9cm)。另用一刀刃对这两个支点中间施加向下的压力。令该压力逐渐增加到磨丝破断为止。破断压力除以磨丝横截面的值在下列表12中作为断裂强度给出：
                         表12批料    烧结温度/时间     磨丝直径      断裂强度    kg/cm2
                         mm          平均值      高值比较A    1500℃  30分钟     0.32         6831        7465比较B    1550℃  30分钟     0.3175       6162        6268比较C    1450℃  60分钟     1.00         5424        6646比较D    1300℃  6分钟      0.88         3430        4036比较E    1350℃  6分钟      0.87         2378        2436实施例1  1370℃  4分钟      0.054        11197       13239实施例2  1350℃  30分钟     0.043        14366       15986
     1350℃  5分钟      0.046        14154       17112
     1325℃  30分钟     0.046        14296       16549
     1350℃  30分钟     0.053        10281       14859实施例3  1350℃  30分钟     0.020        16000       18169
因要挤压出很细的磨丝，又要在挤压出来之后和烧结之前仍保持其尺寸完整性是非常困难的，所以各比较批料的磨丝都较粗。α氧化铝的含量若更高，这个问题就更为严重。
从上面数据比较中可以看出，各比较磨丝具有显著低得多的断裂强度。可以认为，这反映出α氧化铝晶体之间在烧结过程中形成较弱的烧结。因此，用于本发明的涂覆制品的最佳磨丝应具有至少8000kg/cm2的断裂强度，而最好为10000kg/cm2，其测量方法是用实施例8中所介绍的方法。这个情况与烧结预先成形的具有较低强度的α氧化铝所得制品的情况不同。

Claims (19)

1.涂覆磨料制品，它包括：
a.一个基材元件，该元件由纸、薄膜、机织的和缝编的织物，硬化纸板材料组成；
b.一层涂覆磨料，它包括：
(1)一个粘结涂层，该涂层由酚醛树脂、环氧树脂或常规的辐射固化树脂材料组成；
(2)一个通过粘结涂层粘附到所述基材元件上的磨料颗粒层，磨料颗粒的特点在于它们是预先成形的，横截面基本上均匀的丝状颗粒，该种磨粒是纵横比值为2∶1至12∶1，粒度不大于2微米，密度至少是理论密度90％的烧结的溶胶凝胶法α氧化铝晶体。
2.根据权利要求1所述的涂覆磨料制品，其特征是其中所述丝状磨粒的硬度至少为16GPa。
3.根据权利要求1所述的涂覆磨料制品，其特征是其中丝状磨粒具有圆形的横截面。
4.根据权利要求1所述的涂覆磨料制品，其特征是所述的基材元件上的丝状磨粒的平均纵横比值至少为2∶1。
5.根据权利要求1所述的涂覆磨料制品，其特征是所述磨丝的硬度至少为18GPa。
6.根据权利要求5所述的涂覆磨料制品，其特征是其中烧结的磨丝的平均纵横比值至少为2∶1，每个磨丝的直径为0.02-0.4mm，所述的α氧化铝晶体是加籽晶的溶胶凝胶法晶体，且粒度不大于1微米。
7.根据权利要求6所述的涂覆磨料制品，其特征是所述的丝状氧化铝磨粒至少有95％是晶体粒度不大于0.5微米均匀微细的晶体。
8.根据权利要求1所述的涂覆磨料制品，其特征是其中的丝状磨粒的断裂强度至少为8000kg/cm2。
9.根据权利要求1所述的涂覆磨料制品，其特征是所述的预先成形的磨粒是密度至少为理论密度的95％的磨丝，并含有5％(重量)以下选自尖晶石、富铝红柱石、氧化锰、二氧化钛、氧化镁、二氧化铈、二氧化锆、所述氧化物的前体物质和其混合物的物质。
10.根据权利要求9所述的涂覆磨料制品，其特征是所述的α氧化铝晶体是粒度小于1微米的加籽晶溶胶凝胶法α氧化铝晶体。
11.根据权利要求1所述的涂覆磨料制品，其特征是至少某些建立在所述丝状氧化铝基础上的磨料颗粒在其较长的尺度上是弯曲的。
12.根据权利要求1所述的涂覆磨料制品，其特征是至少某些所述的磨丝在其较长的尺度上是扭曲的。
13.根据权利要求1所述的涂覆磨料制品，其特征是所述的预先成形的磨料为具有圆形截面的磨丝，每个所述的磨丝直径接近0.33mm。
14.根据权利要求1所述的涂覆磨料制品，其特征是基材元件表面安放着形成一个紧密涂层所需理论重量的40-60％丝状烧结氧化铝颗粒。
15.根据权利要求1所述的涂覆磨料制品，其特征是采用多层磨料，而且最后涂覆的那一层为丝状磨粒。
16.根据权利要求1所述的涂覆磨料制品，其特征是使用时至少有一部分的丝状磨粒相对于工件的倾斜角接近于零。
17.根据权利要求1所述的涂覆磨料制品，其特征是涂覆磨料层含有研磨辅助物料。
18.根据权利要求1所述的涂覆磨料制品，其特征是磨料制品为一种研磨盘，基材元件为硬化纸板。
19.根据权利要求1所述的涂覆磨料制品，其特征是磨丝的平均纵横比值为2∶1-8∶1。
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