CN1046924A - 含有烧结的可溶凝胶氧化铝磨料的粘结磨料制品 - Google Patents

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Abstract

热固树脂或陶瓷粘合剂粘结的磨料制品，含有以丝状烧结的氧化铝为主的磨料，磨料主要由细的α氧化铝晶粒组成。

Description

本发明涉及粘结磨料制品，如砂轮和砂瓦，它们含有主要由烧结的可溶凝胶α氧化铝晶体组成的磨丝。
可溶凝胶，尤其是引晶的可溶凝胶含铝的磨料，自几年前问世以来，它比其它优质磨料在粘接磨具应用的广泛领域，已经显示了本质的优点。这种磨料通常是通过干燥和烧结氢氧化铝凝胶制成的，其中凝胶还包含不同量的添加剂如MgO或ZrO2等。干燥过的材料在烧结前或烧结后被破碎以获得所需尺寸范围的不规则的块状多晶体磨粒。之后，磨粒可以加入粘结磨料制品，如砂轮或砂瓦中。
利萨塞尔（Leitheiser）等人的US4314827专利公开了一种磨粒，它们是由这样的方法制成的：其中烧结的磨粒含有不规则形状的“雪片”状α Al2O3晶体，晶体的直径大约为5至10微米。“雪片”的臂之间以及相邻的“雪片”之间的空间被其它晶相如细晶体的氧化铝、镁氧尖晶石所占据。
1986年11月28日公布的转让给诺顿（Norton）公司-本申请的受让人的US4623364专利公开了一种制造含铝磨粒的可溶凝胶方法，其产品不是磨粒，而是具有高性能的涂层、薄膜、纤维、棒或小的成形件。在那份专利中，通过在干燥之前把晶种材料引入凝胶或凝胶初生物，促进了氯氧化铝转换为α氧化铝。这可通过湿振动研磨带有α氧化铝培养基的凝胶或凝胶初生物，或者通过直接加入粉末状或其它形式的很细的晶种微粒来完成。经过干燥、粉碎及烧结引晶的凝胶，以制成磨粒。这样制成的磨料可以用于制造如涂复磨盘或砂轮等产品。另外，为了制造成形件或杆，在烧结之前还需通过挤压使材料成形或模压成形。在挤压的情况下，成形的杆后来还被切成或断成适当的长度。
根据专利权人所述，一旦形成凝胶，可以通过任何方便的方法，如压、模压或挤压，使它成形，然后精心干燥，以生产所需形状的无裂缝的物体。根据公开的内容，如果需要磨料，可以将凝胶挤压或简单展开成任何适当的形状，然后干燥。干燥之后，固体或材料可被切削或加工成所需的形状，或者用适当的工具，如锤子或球磨机粉碎或破碎成磨粒。
这种引晶的可溶凝胶磨料比利萨塞尔型未引晶的可溶凝胶材料具有更坚实的α Al2O3晶体结构和更高的密度。虽然如果引晶以非优化方式进行或者如果烧结温度太高或烧结过程太久，也会产生某些较粗的结构，但引晶的可溶凝胶磨料的α Al2O3晶体还是超微尺寸的，并且通常大约为0.4微米或更小。
其它材料如氧化铁、氧化铬、γ氧化铝和这些氧化物的初生晶粒，以及其它能作为形成α氧化铝晶体的成核点的细的碎屑也可以用作促进转化为α Al2O3的晶种。根据经验，这种引晶材料与Al2O3应是等结构的，并且具有类似的（约在15%以内）晶格参数，才能很好地起作用。
鲁（Rue）等人的US3183071专利和基斯特勒（Kistler）等人的US3481723专利公开了由挤压的杆状多晶体α氧化铝磨粒制成的用于重载粗磨加工的砂轮。基斯特勒等人广泛涉足了挤压的直径大约为26至160密耳（0.65至3.28毫米）的多晶体烧结的氧化铝磨料杆的利用，这种杆是通过挤压具有α Al2O3或其它适当的已经与有机粘合剂混合以促进挤压的陶瓷颗粒的软膏成形的。
类似地，荷瓦尔第（Howard）在1968年6月11日公开的US3387957专利中，把铁铝氧石挤压成小直径的直圆柱杆，其长度大于用作树脂粘合的粗加工砂轮中的磨料时的直径。
Rue′071、Kistler′723和Howard′957杆状磨粒是用于对钢进行重载粗加工用的，并且杆状磨料实际上相当粗，通常杆料直径相当16粒度或更粗。尽管在理论上制造更小横截面及直径更细的晶粒是可能的，但这必须在软膏中加入过量的有机粘合剂、挤压添加剂和润滑剂，以使它能够挤出更细的孔。这些添加剂在烧结时都必须全部烧掉，这既导致过度的积孔率，从而使烧结的杆料变得脆弱，又要求在添加剂烧掉后进行过度的烧结，以使材料密实。过度的烧结将导致产品中过度的和不希望有的晶粒长大。
本发明涉及粘结的磨料制品，它含有以烧结的可溶凝胶α氧化铝为基的多晶体磨丝。磨丝中的晶粒可以大至2微米，但最好小于1微米，甚至更好是小于0.4微米。通过制备氢氧化铝可溶凝体，将凝胶体甩丝或挤压成丝状，干燥丝，并且在不高于1500℃左右的温度下焙烧干燥过的丝，即可制成这种磨丝。在最佳实施方式中，该过程还包括在原有的溶液或凝胶体中加入有效量的超微结晶的晶种物质。在烧制经过挤压和干燥的可溶凝胶时，这些晶种能促使凝胶中的氢氧化铝迅速转变为非常细的α氧化铝晶体。这些晶种有例如β氧化铝，γ氧化铝，氧化铬，α氧化铁，α氧化铝及其初生晶粒。
由可溶凝胶的生长过程形成微晶体，允许在不会导致晶粒过度长大的很低的温度下转化为α氧化铝。这样产生了特别细的均匀的显微结构，特别是其中可溶凝胶已经被引晶。这个生长过程是十分重要的并且导致引晶可溶凝胶产品与由烧结α氧化铝颗粒形成的产品间的显著差别。除非用相当高的温度（这会导致晶体长大），这后一种情况的产品在相邻的晶体之间的烧结连接是薄弱的，因而必须在高温下烧制。结果，它们具有相对大的晶粒尺寸。
最好，晶体结构基本上没有烧制时产生玻璃物质的杂质。所谓“玻璃质”物质是指无长期分子序的无组织的非晶体物质。因而本发明的磨粒所含任何这种玻璃质成份按重量计算小于5%，并且最好少于2%。
对本申请和分开的发明的目的来说，术语“磨丝”常指长粒陶瓷磨料体，每粒磨料体沿其长度通常有一致的横截面，其中长度至少大约等于或最好至少大约是最大横截面尺寸的2倍。最大的横截面尺寸不超过2.0毫米，最好小于0.5毫米。本发明的磨丝可以是弯曲的或扭曲的，从而该长度是沿着磨料体测量的，而不是必须沿直线方向测量。
通常，这种磨丝最好通过将最好是引晶的氢氧化铝凝胶挤压或甩成连续的丝，干燥得到的丝，把丝切成或断成所需的长度，然后将丝烧结至不高于1500℃，而获得。
除了用于可溶凝胶法生成α氧化铝的氢氧化铝外，溶液还包含按重量计10-15%的粉末状添加剂，如尖晶石、富铝红柱石、二氧化锰、二氧化铈、二氧化锆，也可以加入更大剂量的，例如40%或更多的，它们的初生晶粒，或加入其它相容的添加剂或其初生晶粒。然而，最好不要加入在烧结α氧化铝的烧结条件下产生玻璃质物质的任何物质。可采纳的添加剂是那些能改进那些如断裂韧性、硬度、脆性、断裂力学或干燥性能等特性的添加剂。在其最佳实施例中，该溶液或凝胶体包含相当量的分散的超微晶体的晶种物质或其初生晶粒，以有利于在烧结时把氢氧化铝颗粒转化为α氧化铝。晶种物质的量不超过氢氧化铝重量的大约10%，而且通常超过大约5%的量是无用的。的确，如果使用太多的晶种物质，会减弱溶液或凝胶体的稳定性，并且产品很难挤压。再有，非常大量的α氧化铝，譬如说其重量为30%或更多，会导致必须在更高的温度下烧结，以便把晶体烧结成有凝聚力结构的产品。这样不是导致大晶体（如果得到足够的烧结），就是导致弱的强度（如果保持低温以避免晶体长大）。如果晶种足够细（最好每克60m2或更多），可以采用0.5-10%用量，最好为1-5%。
固体的超微晶体的晶种材料的例子是：β氧化铝、α氧化铁、α氧化铝、γ氧化铝、氧化铬，和为形成α氧化铝晶体提供晶核点的其它细碎屑（α氧化铝最好）。晶种也可以以初生晶粒的形式加入，如硝酸铁溶液。通常晶种材料与α氧化铝应是等结构的，并且有相同的晶格尺寸（15%以内），并且在发生转化α氧化铝的温度（约1000℃-1100℃）下，存在于干燥的凝胶体中。
可用各种方法，例如挤压或甩丝法，由凝胶体形成未烧结的磨丝。对于直径大约在0.254mm和1.0mm之间的未烧结的磨丝，挤压是最有效的，在干燥和烧结之后，丝经大约分别与用于100至24粒度的磨料的筛孔直径相等。对于直径小于约100微米的烧结磨丝，甩丝是最有效的。按照本发明甩丝法制成了细到0.1微米（0.001mm）的烧结磨丝。经过烧结，未烧结的磨丝直径由其挤压后的直径收缩大约40%。
最适合挤压的凝胶体的固体颗含量为大约30%至68%，最好从大约45%至64%，最佳的固体颗粒含量随甩丝直径成正比例地变化。对于烧结的直径大约与50粒度压碎的磨粒（大约0.28mm）的筛孔直径相等的磨丝，最好有60%的固体颗粒含量。如上所述，试图通过加入固体材料在凝胶体中达到过高的固体颗粒含量，通常会对凝胶体的稳定性产生极为不利的影响。原则上挤出物几乎没有湿态强度并且通常不能保持磨丝形状（直径2mm的除外）。
按照本发明甩丝可以通过在轮盘上放置一定量的凝胶，然后旋转盘子甩出未烧结的磨丝来进行，甩出的磨丝在空气中几乎立即干燥。另一种方法是，将凝胶放在离心转筒中，转筒的圆周侧壁上钻有未烧结的磨丝所需尺寸的孔或槽，转筒以5000转/分的速度旋转，以形成磨丝。其它公知的旋转方法也可以用于制造未烧结的磨丝。对于甩丝法，最有效的固体颗粒含量大约在20%至45%之间，而以大约35%至40%之间为最好。
如果磨丝用甩丝法形成，需要在形成凝胶的溶液中加入大约1%至5%的非玻璃成分的甩丝成形添加剂，例如聚乙烯氧化物，以便赋予形成磨丝的凝胶所需的粘弹性能。甩丝添加剂的最优量，随溶液中固体颗粒含量成反比例地变化。在焙烧或烧结过程中，甩丝添加剂从磨丝中烧掉。因为需要加入的添加剂几乎很少（对于挤压法一般完全不加），所以它基本上不影响烧结磨丝的性质。
通过挤压凝胶体穿过具有磨丝横断面所需形状的模具，可以赋予挤压出的凝胶丝所需的各种形状，例如可以是矩形、菱形、椭圆形、圆管形或星形。然而，最经常的横截面是圆形。如果凝胶丝的横截面相对大，或者由含大量水的胶体制成，那么必须或最好在它们受到任何高于100℃的加热之前，在100℃以下干燥24至72小时。如果凝胶丝的横截面相对细或由含有高浓度的固体颗粒的凝胶制成，则不必要进行干燥。
开始形成的连续的凝胶丝最好按照打算进行磨削的用场所要求的最大尺寸断开或切成所需的长度。按照本发明，通常最好在凝胶阶段或干燥阶段完成将连续的凝胶丝转换成不连续体或变化它们的形状所需的任何成形或分割作业。因为在这些阶段完成比打算在经过最后烧结所形成的硬得多并且坚固得多的物体上作业更省力、省钱。因而当连续的凝胶丝由挤压模具中排出时，用现有技术中任何已知适用的装置，例如一个设置在模具面近处的旋转钢丝切割器，就可把连续丝切成所需长度的丝。另外一种方法是，可将干燥后的丝折断或轻轻地压碎，然后分级为所需长度范围。
在凝胶丝按所需要求成形，并切断或压碎后，如果有必要还要经过干燥，通过受控制的烧结，把它们转化成最后形式的磨丝。这个烧结过程应当足够充分，以将凝胶丝中基本上所有的氧化铝都转化成结晶体α氧化铝。但温度或时间不能过度，因为过度的烧结促使晶粒或晶体不必要地长大。通常分别在1200℃至1350℃之间烧结1小时至5分钟就足够了。当然也可以用其它温度和时间。这样，这种可溶凝胶形成的材料的特殊之处就在于，它们可在比较低的温度下烧结，并且能够得到很好的烧制，完成向α氧化铝的转换。相反，烧结前含有大量α氧化铝的产品则需要加热到高许多的温度，才能得到足够的烧制。
对于比0.25mm粗的磨丝，最好分别在在400℃-600℃左右对经过干燥的材料预热大约数小时到10分钟，以便除去在烧结过程中会引起磨丝断裂的剩余挥发物质和粘结水。特别对于由引晶的凝胶形成的磨丝，过度快速地焙烧会引起较大晶粒将大部分或全部较小的晶粒吸附在它们周围，从而降低了产品显微结构上的均匀性。
本发明的磨丝纵横尺寸比最好是从大约1.5至大约25。纵横尺寸比是指沿主长度或较长的尺寸与任何方位的垂直于主尺寸的最大尺寸之比。当横截面不是圆的，例如多边形的，用垂直于长度方向的最大尺寸来决定它的纵横尺寸比。
纵横尺寸比的范围最好是大约2至大约8，即使在许多应用领域更长的磨丝也是有用的。实施本发明的最有用的磨丝具有至少为16GPa，并且在大多数应用场合最好至少为18GPa的硬度（维氏压头，500克重），理论密度最好至少为90%，通常最好为95%。纯而致密的α氧化铝具有大约为20-21GPa的硬度。在某些实例中，至少用于实施本发明的磨丝，在它们的长度方向上可以是扭曲的，或略呈弧形，或略为弯曲的。
本发明的磨丝可以是弧形的，或是扭曲的，或是弯曲的。实际上，人们相信弧形的或扭曲的磨丝可能优于直的相应的磨丝，因为弧形或扭曲的外形或许会使得如此成形的磨料更难从其粘结剂中拉出。另外，这样卷曲或弯曲的磨丝更容易在砂轮中获得所需的松散堆积密度范围。磨丝的直径大约是2mm，但已经发现更小直径的磨丝经常可产生更优越的性能。因而，最佳磨粒的横截面小于1mm，最好小于0.5mm。已经发现本发明的磨丝制成的粘结磨料制品远优于含有压碎熔融并烧结成的磨粒的相同产品，该磨粒的横截面（粒度）大约等于磨丝的直径。
磨料制品中的磨丝的取向不是严格的，通常没有主导的排列方向，除非采用特别的方法。可以相信通过磨丝径向地取向，使其一端位于切削面上，将获得最大的效率。
本发明涉及粘结磨料制品，如砂轮，砂瓦和磨石，它是由粘合剂和烧结的可溶凝胶磨丝组成的。粘合剂和磨料的量可以变化，以体积百分比计，粘合剂为3%至76%，磨料为24%至62%，气孔率为0%至73%。从这些体积百分比的组成可以看出，丝状磨料使得粘结的磨料制品，比至今可能用普通方法成形的等轴磨料的磨料制品，在柔软度方面具有显著高的结构数。然而，普通的气孔诱生介质，包括如空心玻璃珠，实心玻璃珠，空心树脂珠，实心树脂珠，泡沫玻璃颗粒，泡沫氧化铝及类似物，也可以加入本发明的砂轮，从而在等级和结构数的变化方面提供更大的变化范围。
该磨料制品可以用热固树脂或陶瓷粘合剂粘结。最好的热固树脂是以酚醛树脂环氧树脂、聚亚胺脂、聚酯、虫胶、聚酰亚胺、聚苯并咪唑或它们的混合物为基础。粘合剂也可包括按体积计，由0%至75%的一种或多种现有技术中已知的填充剂或磨削添加剂。当粘合剂是热固树脂类的，可用的填充剂包括冰晶石、硫化铁、氟化钙、氟化锌、氯化铵、氯乙烯和亚乙烯基二氯共聚物、聚四氟乙烯、氟硼酸钾、硫酸钾、氯化锌、蓝晶石、富铝红柱石、霞石正长岩、二硫化钼、石墨、氯化钠，或这些物质的混合物。陶瓷粘合剂尽管适于与其中的填充剂结合，但因为需要相对高的温度来熟化这种粘合剂，从而稍微减少这些有用的填充物的数量。然而，根据具体陶瓷粘合剂的熟化温度，可以用富铝红柱石、霞石正长岩、石墨、二硫化钼这样的填充剂。陶瓷粘合剂粘结的砂轮，也可以掺入磨削添加剂，如熔融的硫，或者也可以掺入环氧树脂之类的媒介质，以便把磨削添加剂加入砂轮的气孔中。粘结磨料制品的性质仅可通过掺入热固性树脂，如环氧树脂、聚脂、尿烷、酚醛树脂或类似物，得到明显的改善。
除了填充剂和磨削添加剂之外，这些粘结型烧结成形的以含丝状氧化铝为基本磨料的制品还可包括占整个砂轮体积1%至90%的第二种磨料。当例如，如果第二种磨料粒度较细时，它可起填充剂的作用;或当第二种磨料较粗时，它可起辅助的或次要的磨料的作用。在一些磨削场合，第二种磨料将起优质的烧结丝状氧化铝基本磨料的稀释剂的作用。在另一些磨削场合，第二种磨料既在总效率方面，又在被磨材料的光洁度方面提高粘结型产品的磨削性能。第二种磨料可以是熔融的氧化铝、氧化锆共熔物、非丝状烧结氧化铝-氧化锆、立方氮化硼、金刚石、燧石、石榴石、泡沫氧化铝、泡沫氧化铝-氧化锆及其类似物。
如下述的实施例中所述，本发明的丝状磨料和含有所述磨料的粘结制品，通常优于现有技术中的磨料。这种磨料制品适于磨削所有类型的金属，例如各种钢如不锈钢、铸钢、淬硬工具钢，各种铸铁如延性铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、冷硬铸铁、标准铸铁，以及各种金属，如铬、钛和铝。所有磨料和含有该磨料的粘结制品事实就是如此，本发明的磨料和粘结制品比其它产品能更有效地磨削一些金属，同时在一些磨削作业比其它磨削作业有更高的效率。当采用的磨料是本说明书所述的丝状磨料时，能制造出杰出的携带型、切断型、精密型、砂瓦型、导轨磨削用的以及工具磨削用的各种砂轮。
最佳实施例：
实施例1
在这个实施例中，在普通的双筒V型混合机中混合由Condea Chemic GMBH得到的196.4Kg Pural
Figure 901041149_IMG1
NG含一分子结晶水的氧化铝粉末，38.2Kg研碎的含1.37kg水的α氧化铝晶种，和28.8kg蒸馏水，混合5分钟以形成基本上均匀的浆体。这时，当搅拌叶片还在运动时，向混合机中加入用44.6kg蒸馏水稀释的16kg（70%浓度）的硝酸。再混合约五分钟后，溶液转换为含有61%固体颗粒的凝胶体，并且含有基本上均匀分散的晶种。这个实施例中晶种是这样制备的：在型号为Sweco45的研磨机中研磨加有蒸馏水的由俄亥俄州施里弗金刚石制品公司（Diamonite Products Company，Shrever，Ohio）得到的常规88%度的氧化铝研磨介质（每个直径12mm，长12mm），直到水中颗粒（氧化铝晶种）达到规定的单位表面积至少为100M2/g。
所用的Pural
Figure 901041149_IMG2
NG粉末纯度大约为99.6%，并带有少量的碳、二氧化硅、氧化镁和氧化铁。
引晶的凝胶通常由一个具有多个直径为1.19mm的孔的光滑壁面的模具挤出，以产生连续的凝胶丝。然后，凝胶丝在75至80℃温度下干燥24至72小时，其相对湿度大于85%。经过干燥步骤之后，凝胶丝相对较脆，并且容易破碎或断成短段。在这个实施例中，这种丝断为平均长度为2mm至8mm的丝段。然后，这些短的丝段以低于每分钟2℃的速率加热到800℃，从800℃以每分钟5℃的速率加热到1370℃，并且在1370℃温度下保温5分钟，然后让其冷却，从而转化为α氧化铝。冷却之后，丝的平均直径为0.58mm，并且有1.5mm至6mm的随机长度，并且基本上是纯的α氧化铝，平均晶体尺寸是0.3微米，抗拉强度大约为1.6GPa。
上面最后描述的磨丝直径比标准30粒度的磨粒只稍微小一些。按照公认的鲁（Rue）的US4543107专利的教导，用传统的装置将这些丝状磨粒制成陶瓷粘结砂轮。比较砂轮用马萨诸塞州武斯特市诺顿公司（Norton        Company，Worcester，Massachusetts）销售的30粒度的熔融32A（硫化工艺）磨粒制成。这些试验砂轮的直径为7″（178mm），1/2″（12.7mm）厚，并带一个1-1/4″（31.75mm）的孔。每种砂轮中磨料占总体积的百分比保持在48%，陶瓷粘合剂的体积百分比保持在7.21%，其成分A见表Ⅰ：
表Ⅰ 粘合剂A的熔融氧化物成分
SiO2 47.61
Al2O3 16.65
Fe2O3 0.38
TiO2 0.35
CaO 1.58
MgO 0.10
Na2O 9.63
K2O 2.86
Li2O 1.77
B2O3 19.03
MnO2 0.02
P2O5 0.22
100.00
可以采用的另一种陶瓷粘合剂公开在正在审理中的申请号为07/236586，申请日为1988年8月25日的美国专利申请中，它已转让给本发明的同一受让人。这种粘合剂的例子是宾夕法尼亚州匹兹堡市O.荷麦尔公司（O.Hommel        Company        of        Pittsburgh，Pennsylvania）注册并销售的3GF        259A。该烧结粘合剂由以重量计算，63%的二氧化硅、12%的氧化铝、1.2%的氧化钙、6.3%的氧化钠、7.5%的氧化钾和10%的二氧化硼组成。以传统的方式制成混合物和生砂轮，并且后者在900℃温度下烧结，以熟化粘合剂。烧结过程是以每小时25℃的速率从室温加热到900℃，900℃下保温8小时，然后以自由速率冷却到室温。
把磨粒与玻璃质粘合剂配料混合后，试验砂轮在钢模中成形，且达到44.79%的气孔率。然后经43小时将生砂轮烧至900℃，保温16小时，最后冷却到室温。修整烧结好的砂轮，并且把表面加工到1/4″（6.35mm）宽以备槽磨试验。本发明的丝状磨料砂轮记为SN119，而比较用的普通熔融磨料砂轮记为32A30。被磨削的材料是淬硬到Rc60的D3工具钢，被磨槽的长度是16.01英寸（40.64mm）。用Brown        and        Sharpe平面磨床进行试验。砂轮圆周速度设定为6000英尺/分（30.48米/秒），以三个向下的进给量进行试验，每两次走刀进给1、2和3密尔（0.25mm、0.051mm和0.076mm）。其总计进给量为60密尔（1.524mm）。在每一切入率测量砂轮的磨损、金属去除量和功率。用于表Ⅱ中的符号“G比率”实际上是对给定的磨削试验中，去除的金属体积量除以砂轮的体积磨损量所得的数值。商值越高，砂轮的质量越好。
试验结果如表Ⅱ所示。
表Ⅱ
在D3钢上干磨槽的试验结果
磨料                                                进给量        G比率                                        比功率
（类型） 砂轮号 (mils) (S/W) (Hp/in3min) (Joules/mm3)
熔融型        32A30                1                                4.0                    7.09                            19.35
(块状）                                        2                                4.25                9.02                            24.62
                                                                    3                                砂轮失速
烧结型        SN119                1                            30.28                5.11                            13.95
(挤压的                                        2                            21.31                4.91                            13.40
丝状）                                            3                            48.16                8.94                            24.41
在砂轮圆周速度为6000英尺/分转速下干磨D3型钢的试验中，由本发明的磨粒制成的砂轮寿命，是具有相似横截面直径的普通熔融型快状磨粒制成的砂轮寿命的5至10倍，并且切削单位体积的钢所消耗的动力更少。
根据本发明制成的含有细长丝状磨粒在高效切除金属时的优点是特别显著的，对于给定的磨削等级，含丝状磨料的砂轮更易于切削，这可从表Ⅱ中较低的动力消耗看出，并且产生的切削热也较少，从而防止了烧伤工件表面。低切削热和防止烧伤对于避免所制造的切削工具造成金相损坏是必要的。
实施例Ⅱ
在这个实施例中，陶瓷粘结的砂瓦是用实施例Ⅰ中所述的相同磨粒制成的。这些砂瓦的制造是为装配一个直径为12″（30.48cm）的CORTLAND夹盘之用。每个砂瓦的高度为5″（12.7cm），横截面等于12″（30.48cm）圆的弦长为7.5″（19.05cm）的弓形面，用实施例Ⅰ中制造砂轮的相同方法制造砂瓦。在12″（30.48cm）1018钢的正方形钢板上，利用BLANCHARD垂直轴平面磨床进行本发明的磨料与现有的最好的熔融磨料的磨削对比试验。用1∶40的水溶性油进行湿磨。
试验了三个向下进给率.0.016″/min（0.406mm/min），0.022″/min（0.559mm/min）和0.028″/min（0.711mm/min），每种情况下进行四轮，每轮总向下进给量为100密耳（2.54mm）。每一轮都测量砂轮的磨损，磨去的金属，和动力消耗。整个结果在表Ⅲ中给出。
表Ⅲ
对1018钢作砂瓦平面磨削试验结果
磨料        进给率        G比率        功率
（类型）        砂瓦号        （mils/min）        （mm/min）        （S/W）        （KW）
熔融型        32A30s        16        0.406        7.44        8.4
（块状）        22        0.559        5.75        12.02
28        0.711        4.48        12.0
烧结型        SN119s        16        0.406        34.32        8.8
（挤压的        22        0.559        12.64        9.2
丝状）        28        0.711        12.64        9.6
从表Ⅲ所示的结果可以看出，由本发明的丝状磨料制成的砂瓦在G比率方面工作性能均优于现有最好的熔融磨料300%至500%，而在较高进给率时，只吸收十分小的功率。
实施例Ⅲ
在这个实施例中，用3.2kgPural
Figure 901041149_IMG3
NG含一分子结晶水的氧化铝和1.3kg研磨过的含水22g的如实施例Ⅰ中的α氧化铝晶种混合，制成一批小直径的丝状磨料。混合5分钟后，加入用750毫升蒸馏水稀释的200g70%硝酸，并且连续再搅拌5分钟，从而形成晶种均匀分布的含59%固体颗粒的凝胶。然后以传统方式将引晶的凝胶挤出一具有多孔的光滑壁模具，其中孔的直径为0.6mm。干燥之后，挤出的丝断成平均长度为3mm的短段，而后焙烧至1320℃，烧结5分钟。烧结之后单个磨丝的横截面尺寸与标准的50粒度磨料相当。历时5分钟的1320℃烧结温度稍小于实施例Ⅰ中的温度。另外，如实施例Ⅰ所述，磨丝可以被弯曲和扭曲。这些磨丝按实施例Ⅰ的过程制成试验砂轮，所不同的是砂轮直径是5″（127mm）。而比较砂轮是用与丝状磨料成份相同的引晶可溶凝胶氧化铝磨料制成的，但是通过破碎干块状物制成的块状磨粒，这与熔融型氧化铝磨粒相似。本发明的含丝状磨料砂轮标为X31-1，而块状可溶凝胶磨粒制成的砂轮标为SN5。这些砂轮用槽磨实施例Ⅰ中淬硬的D3钢进行试验。结果在表Ⅳ中给出。
试验结果清楚表明，丝状可溶凝胶氧化铝磨料优于块状晶粒可溶凝胶氧化铝磨料。在最高的进给率时，本发明的磨料具有高255%的G比率，并且少吸收18%的功率。
表Ⅳ
干式槽磨D3钢的试验结果
磨料                                                                            进给量                                        G比率                比功率
（类型） 砂轮号 （mils) (S/W) (Hp/in3min) (Joules/mm3)
可溶凝胶        SN5                        0.5                24.3            23.0                                62.8
(块状）                                                1.0                35.8            15.5                                42.3
                                                                            2.0                28.8            10.6                                28.9
可溶凝胶        X31－1            0.5                26.27        18.2                                49.7
(挤压的                                                1.0                48.58        12.9                                35.2
丝状）                                                    2.0                    73.78        8.7                                23.75
实施例Ⅳ
四组标准类型的以普通方式制造的热压酚醛树脂粘结的携带式砂轮，其直径为6英寸（15.24cm），厚0.625英寸（1.59cm），并且有一个0.624英寸（1.59cm）的孔。第一组砂轮含有US3891408号专利公开的共熔氧化铝-氧化锆块状磨料（AZ）;第二组砂轮含有US4623304号专利中公开的16粒度（美国标准筛系列）块状引晶的可溶凝胶氧化铝磨料（SGB）;第三组砂轮含有在上面实施例Ⅰ中所述的直径为0.074英寸（1.5mm）的丝状引晶可溶凝胶氧化铝磨料（SGF）;所有的砂轮除了磨料的类型不同之外基本上是一样的;它们具有相同的相对硬度，其体积结构组成比为，磨料48%，粘合剂48%，气孔4%。所有砂轮在模拟磨削钢轨的条件下进行磨削试验。其对比砂轮含有公知的共熔氧化铝-氧化锆（AZ）磨料。结果如下表所示。
表Ⅴ
钢轨磨削试验
相对结果-%
磨料        恒定        砂轮        金属去
类别        功率        磨损率        除率        KW        G比率
AZ        1.7KW        100.0        100.0        100.0        100.0
SGB        239.9        116.8        106.7        48.6
SGF        140.2        141.6        107.8        101.0
AZ        2.2KW        100.0        100.0        100.0        100.0
SGB        286.4        117.7        101.2        41.1
SGF        149.1        137.2        103.8        92.0
AZ        2.3KW        100.0        100.0        100.0        100.0
SGB        152.7        99.0        101.4        64.8
SGF        140.0        128.2        99.6        91.5
AZ        2.5KW        100.0        100.0        100.0        100.0
SGB        248.3        107.5        103.1        43.3
SGF        117.5        120.9        103.5        102.5
从G比率，即单位砂轮磨损所去除的以体积计算的材料去除率，可以看出，通用的AZ磨料的综合质量优于块状引晶的可溶凝胶磨料，而这里所述的丝状引晶可溶凝胶磨料也仅仅相当AZ。然而，因为必须通过磨削修整钢轨，在钢轨的磨削问题上，铁路钢轨应在尽可能短的时间内停用是关键性的。因而砂轮去除金属的速率成为评估钢轨磨削砂轮质量的支配因素。含有丝状引晶可溶凝胶磨料的砂轮的金属去除率远远优于AZ磨料和块状引晶可溶凝胶磨料的金属去除率。在几轮磨削试验中，丝状磨料在去除的金属重量方面优于AZ磨料大约42%、37%、28%和21%，并且比含块状引晶的可溶凝胶磨料的砂轮好25%、20%、29%和13%。为什么丝状引晶的可溶凝胶磨料更优于块状同等磨料还不完全清楚，但差别是明显的。
实施例Ⅴ
按照公知的方法制造了一系列商业用酚醛树脂粘合的切割砂轮。砂轮尺寸为20×0.130×1英寸（50.8×0.33×2.54cm），并且侧面用玻璃布圆盘加强，其半径是砂轮半径的1/2，即加强布的直径为10英寸。三分之一砂轮由24粒度（根据美国标准筛系列）块状熔融破碎的氧化铝制成，这种磨料由诺顿公司销售，即公知的57ALUNDUM（57A），ALUNDUM是诺顿公司的注册商标。三分之一砂轮含有上述科特里格尔（Cottringer）等人的US4623364号专利所述块状24粒度引晶可溶凝胶（SGB）。最后三分之一砂轮含有本发明的丝状引晶可溶凝胶氧化铝磨料（SGF），其横截面大约等于24粒度等轴的57A和引晶的块状可溶凝胶磨料的直径，即大约0.74mm。以体积计算，所有砂轮含有48%的磨料，46%的粘合剂和6%的气孔。
通过干切1.5英寸（3.81cm）厚的C1018钢和1.5英寸（3.81cm）厚的304不锈钢，进行试验。在Stone        M150切断机上试验，砂轮圆周速度为12000英尺/分，切削30次，每次为两个2.5秒和0一个4秒，各种砂轮都在C1018钢和304不锈钢棒上试验。切割C1018钢和304不锈钢的比较试验结果在表Ⅵ和表Ⅶ中分别示出。
表Ⅵ
切削材料-C1018钢
砂轮号        磨料        切削        金属去        砂轮        相对
类型        时间        除率        磨损率        G比率        KW        G比率
sec. In3/Min in3/Min
1        57A        2.5        5.47        0.82        6.67        14.26        100
2        ″        2.5        5.43        0.81        6.67        13.97        100
3        ″        4.0        3.45        0.75        5.58        9.27        100
4        SGB        2.5        5.47        0.51        10.79        12.67        161.8
5        ″        2.5        5.51        0.51        10.79        13.20        161.8
6        ″        4.0        3.42        0.40        8.65        8.79        161.8
7        SGF        2.5        5.51        0.32        17.24        11.90        258.5
8        ″        2.5        5.39        0.25        21.54        11.95        323.4
9        ″        4.0        3.37        0.16        21.54        8.04        470.3
含有这种丝状引晶可溶凝胶氧化铝磨料（SGF）的砂轮切削C1018钢时，在综合质量上及G比率方面，比含有熔融氧化铝磨料57A的砂轮，和对应于这种SGF磨料的含有块状磨料SGB的砂轮有很大的优越性。当磨削时间是2.5秒时，SGF砂轮比相应的57A砂轮的G比率高158.5%和223.4%，当磨削的时间是4秒时，要高380.3%。即使SGF优于SGB不象优于57A那么突出，但其优点仍是明显的，即当磨削时间是2.5秒时仍高出96.7%和161.6%，当磨削时间是4秒时，仍高出302%。除了具有非常高的磨削量（G比率）外，SGF砂轮比57A或SGB磨料制成的砂轮所吸收的以千瓦（KW）计的功率更少。三个SGF砂轮试验消耗的总功率是31.89KW，三个SGB砂轮消耗的总功率是34.66KW，而三个57A砂轮消耗的总功率是37.55KW。SGF磨料砂轮比57A磨料砂轮节约功率15.1%，比SGB磨料砂轮节约功率7.9%。
表Ⅶ
切削材料-304不锈钢
砂轮号        磨料        切削        金属去        砂轮        相对
类型        时间        除率        磨损率        G比率        KW        G比率
sec. In3/Min in3/Min
10        57A        2.5        5.51        1.08        5.11        12.96        100
11        ″        2.5        5.39        0.92        5.85        12.06        100
12        ″        4.0        3.45        0.48        7.22        8.94        100
13        ″        4.0        3.42        0.39        8.66        9.12        100
14        SGB        2.5        5.64        0.52        10.79        12.43        211.2
15        ″        2.5        5.51        0.51        10.85        12.34        185.5
16        ″        4.0        3.50        0.20        17.24        9.09        238.9
表Ⅶ（续）
切削材料-304不锈钢
砂轮号        磨料        切削        金属去        砂轮        相对
类型        时间        除率        磨损率        G比率        KW        G比率
sec. In3/Min in3/Min
17        ″        4.0        3.45        0.20        17.24        8.61        200.5
18        SGF        2.5        5.34        0.37        14.43        11.81        282.4
19        ″        2.5        5.30        0.37        14.43        12.48        246.7
20        ″        4.0        3.39        0.16        21.54        8.82        298.3
21        ″        4.0        3.31        0.15        21.54        8.43        248.7
切削C1018钢时，含SGF磨料的砂轮，其工作性能比含常用的57A熔融破碎的氧化铝磨料的砂轮要好的多，并且明显地比含SGB磨料的砂轮更好。每切削2.5秒时，SGF砂轮比57A砂轮的G比率高182.4%和146.7%;每切削4秒时G比率高出198.3%和148.7%，SGF砂轮较优越。与含SGB磨料的砂轮比较，每切削2.5秒时，SGF砂轮质量要好71.2%和61.2%，每切削4秒时，要好59.4%和48.2%。从动力消耗考虑，含SGF的砂轮，对大多数工件来说比57A和SGB砂轮都节约动力，但这种节约相对较小。
实施例Ⅵ
四组以传统方法制造的商业型酚醛树脂粘结的切断砂轮，其尺寸为20×0.130×1英寸（50.8×0.22×2.5cm），其侧面是用玻璃布圆盘加强的，圆盘的半径是砂轮半径的1/2。砂轮成分的体积百分比为，磨料50%，粘合剂32%，气孔18%。第一组砂轮是熔融破碎块状氧化铝磨料，称为53ALUNDUM（53A），ALUNDUM是马萨诸塞州活塞斯特的诺顿公司（Norton        Company        of        Worcester，Massachusetts）的注册商标。该磨料相当美国标准筛系列50粒度。第二组砂轮含有科特里格尔（Cottringer）等人的US4623364号专利所述的块状烧结的引晶可溶凝胶磨料（SGB），也是50粒度。第三组和第四组砂轮含有上面实施例Ⅰ中所述的丝状烧结引晶可溶凝胶磨料，但其横截面的直径大约分别等于50粒度等轴的53A和块状引晶可溶凝胶磨料。后两组砂轮的磨料直径是0.11英寸（0.28mm），但砂轮26和27中磨料的平均纵横比是9，而砂轮28和29的平均纵横比是6。这些砂轮在下面表Ⅷ中分别表示为SGF（a）和SGF（b）。
用一个摆动式Campbell＃406切割机，切割4英寸（10.16cm）直径的4340钢棒。切割时同时在切割面上喷水。摆幅为1.62英寸（4.12cm）每分钟往返57次。切割时间为1和2分钟。砂轮圆周速度为9870英尺/分。切削结果如下：
表Ⅷ
切削材料-4340不锈钢
砂轮号        磨料类型        切削时间        平均相对        平均相对功率
sec.        G比率
22        53A        60        100        100
24        SGB        60        113        97
60
26        SGF（a）        60        319        101
60
28        SGF（a）        60        335        102
60
23        53A        120        100        100
25        SGB        120        99        84
27        SGF（a）        120        350        103
120
29        SGF（b）        120        401        102
120
表中G.比率＝去除的材料与砂轮磨损量的体积比
每切削60秒时，两种丝状烧结引晶可溶凝胶磨料SGF（a）和SGF（b）的工作性能都比广泛应用的熔融破碎型53A氧化铝磨料和块状烧结型引晶可溶凝胶磨料SGB优越。含SGB磨料的砂轮比53A砂轮的确显示了高出13%的G比率。但SGF（a）和SGF（b）砂轮却分别比标准53A砂轮高219%和235%。当通过4英寸（10.2cm）直径的切割时间降为120秒时，53A和SGB砂轮在质量上大体是相同的，而含丝状烧结型引晶可溶凝胶氧化铝磨料SGF（a）和SGF（b）的二种砂轮在品质上比53A和SGB砂轮高3.5和4倍。二种本发明的SGF磨料和SGB和53A磨料之间在功率消耗上无实质差别。然而，就含有SGB和53A磨料的砂轮而言，即使其功率消耗低25-30%，较之含丝状烧结型引晶可溶凝胶磨料的219%至301%的优点来，就太无意义了。
实施例Ⅶ
这个实施例说明晶粒大小对本发明磨料的磨削性能的影响。
除了一种（“G”，无引晶过程，最容易得到较大的晶体）外，其余磨粒都是由引晶可溶凝胶过程制成的。
磨料晶体的特性见下表：
表Ⅸ
磨粒        水密度        晶粒尺寸        喷砂器穿
＃        （gm/cc）        （microm）        透性
（mm）
A        3.94        1.16        3.91
B        3.93        0.65        3.84
C        3.89        0.54        3.83
D        3.92        0.42        4.14
E        3.90        0.39        4.16
F        3.88        0.26        3.92
G＊        3.95        2.54        2.99
＊晶体大小由截取法测量。
具有圆形横截面的这些粒子的直径，相当50粒度大小。用相同的陶瓷粘合剂制成127mm×12.7mm×31.75mm的砂轮的样品中，有一定范围的纵横比。每个砂轮被修整成正方形轮廓面，其宽度为6.4mm，并且经受“干”磨或“湿”磨方式。
“干”磨方式采用D-3钢板，大小约100mm×400mm，硬度Rc60，砂轮圆周速度为6500英尺/分。
“湿”磨方式采用淬硬的4340钢，大小约100mm×400mm，以1∶40与城市用水混合的White        and        Bagley        E55作冷却剂，用一个25mmlD柔性喷咀。砂轮的圆周速度为8500英尺/分。
该试验过程采用了以下参数：
1.工作台速度15.24m/min;
2.在“干”磨方式中，向下进给量为0.5，1.0和1.5。而在“湿”磨方式中，向下进给量为0.5，1.0。总的向下进给量为100mils。
3.在进给100mils之后，测量砂轮的磨损（WW），金属切除率（mrr）、光洁度、功率和磨削力（在干磨方式中，在100.5mils之后以1.5mils的向下进给量不测）;
4.用单点金刚石以1mil的向下进给量，250mm/min的横向走刀量修整砂轮。
得到的数据在下面的表Ⅹ和Ⅺ中给出。
其比较数据与商业的54号粒度普通可溶凝胶材料粘结在同一材料上的砂轮有关。
表Ⅹ
干磨
类别 向下进 平均峰 in3/in
给率        值功率        G比率        表面光
（Mils）        （Watts）        MRR        WW        光洁度
0.5        940        0.2470        0.0051        58.1        60
比较砂轮        1.0        960        0.5942        0.0096        62.0        80
1.5        1120        0.8839        0.0178        49.8        100
0.5        400        0.1035        0.1652        0.6        240
G        1.0        500        0.1939        0.3127        0.6        320
1.5        640        0.2910        0.4852        0.6        300
0.5        720        0.2364        0.0430        5.5        170
A        1.0        ′850        0.0992        0.0690        7.1        200
1.5        1000        0.7182        0.0892        8.1        280
0.5        800        0.2631        0.0301        9.7        120
B        1.0        1000        0.5196        0.0514        10.1        120
1.5        1120        0.7916        0.0515        15.4        260
0.5        640        0.2625        0.0238        11.0        110
C        1.0        960        0.5532        0.0312        17.1        150
表Ⅹ（续）
干磨
类别 向下进 平均峰 in3/in
给率        值功率        G比率        表面光
（Mils）        （Watts）        MRR        WW        光洁度
1.5        1040        0.8239        0.0458        18.0        170
0.5        640        0.2736        0.0262        10.5        190
D        1.0        920        0.5650        0.0321        17.6        180
1.5        1120        0.8543        0.0317        26.9        200
0.5        480        0.2613        0.0247        10.6        190
E        1.0        690        0.5550        0.0333        16.7        180
1.5        920        0.8284        0.0471        17.6        200
0.5        680        0.2915        0.0079        37.1        170
F        1.0        880        0.5838        0.0156        37.3        200
1.5        1040        0.8796        0.0176        44.8        200
表Ⅺ
湿磨
类别 向下进 平均峰 in3/in
给率        值功率        G比率        表面
（Mils）        （Watts）        MRR        WW        光洁度
0.5        1560        0.2470        0.0051        58.1        60
比较砂轮        1.0        1760        0.5942        0.0096        62.0        80
0.5        960        0.0741        0.2006        0.4        230
G        1.0        960        0.1416        0.3962        0.4        200
0.5        880        0.1422        0.1193        1.2        120
A        1.0        1040        0.3060        0.1958        1.6        120
0.5        960        0.2016        0.0453        4.8        180
B        1.0        1120        0.4236        0.0760        5.6        110
0.5        1200        0.2439        0.0191        12.7        140
C        1.0        1360        0.4524        0.0661        6.8        110
0.5        1440        0.2885        0.0100        29.0        120
D        1.0        1520        0.5202        0.0169        30.7        200
0.5        1440        0.2883        0.0092        31.2        100
表Ⅺ（续）
湿磨
类别 向下进 平均峰 in3/in
给率        值功率        G比率        表面
（Mils）        （Watts）        MRR        WW        光洁度
E        1.0        1760        0.5658        0.0198        28.6        130
0.5        1360        0.2961        0.0043        69.0        120
F        1.0        1480        0.5892        0.0105        59.1        120
从以上数据可以清楚看出，随着晶体尺寸的减小，磨削性能显著改进。另外，在干磨中，施加的作用力越大（增加进给量）被研磨的砂轮就越好。这是最没意料到的。通常的经验是，当晶粒开始磨光，且没有有效的切削刃时，G比率随施力增加而减少。相反，本发明的磨粒，对大多数零件来说，却保持越来越好，且无过量的砂轮磨损。
实施例Ⅷ
本实施例说明星形截面的丝状磨粒的用途。
具有星形截面晶体尺寸为2微米左右的磨粒被做成砂轮，并按实施例Ⅸ规定的步骤进行试验，所不同的是在“干磨”中增加了2.0密耳的向下进给率，以使磨粒受到更大的压力。试验结果见表Ⅻ：
表Ⅻ
类别 向下进给率 功率 in3/in G比率
（Mils）        （Hp.in）        MRR        WW
0.5        4.09        0.294        0.007297        40.3
干磨        1.0        5.65        0.589        0.010142        58.0
1.5        7.74        0.879        0.015031        58.5
2.0        7.64        1.165        0.022874        51.0
湿磨        0.5        6.20        0.294        0.004233        79.5
1.0        8.36        0.592        0.008401        70.4
可以看出，星形磨粒是特别有效的。
实施例Ⅸ
本实施例说明了这一惊人发现，即使用本发明的磨粒，其横截面的减小有导致G比率提高的趋势。这与减小引晶的可溶凝胶磨料粒度的经验不同。这是一个特别惊人的结果，因为磨料在化学性质上是等同的，只是在晶粒的物理形状方面不同。
用5%Trim        VHPE300作冷却剂，对M7（Rc62）钢作内圆磨削。使用的砂轮大约是76mm×12.6mm×24mm且磨粒用陶瓷系粘合剂粘结。
砂轮转速为11，000转/分，工件转速为78转/分，用单点金刚石修整砂轮，导程采用0.005英寸/转，修整直径深度0.001英寸。
试验砂轮如下：
SG-80和SG-150
Inv.-80和Inv.-150，
这里SG代表一种商业的引晶可溶凝胶氧化铝块状磨粒，它是用破碎和分级层选的办法获得的，相连的数字表示粒度。Inv.代表根据本发明的磨粒，相连的数字表示相应于圆柱形磨粒直径的粒度。每种情况中，晶粒尺寸大约为0.2微米。
测量并比较所有砂轮的G比率。结果在表Ⅷ中给出：
表Ⅷ
G比率        （3次磨削）
SG-80        12.4，11.6，11.8
SG-150        10.4，8.5，7.0
INV.-100        8.0，9.2，9.6
INV.-150        10.4，11.4，13.0
可见，随着SG粒度的减小，粒度导致G比率预期的下降。另外，随后的磨削显示出G比率缓慢的下降。所有这些都与对这种磨粒预期的趋势一致。
然而按照本发明，减小磨粒直径实际上增加了G比率，随后的磨削显示出随着砂轮的使用，实际切削得更好。附带还注意到，表面光洁度与通常的良好光洁度相比变化不大。
从已知的SG磨粒出发，这些改进是出乎意料的，并且提供了一种选择，在本发明的磨料论述中，最大的横截面直径应小于1mm，最好小于0.5mm。
实施例Ⅹ
这个实施例比较了本发明的砂轮与用引晶可溶凝胶磨粒制成的砂轮性能。在每种情况下，磨粒中的晶体尺寸均小于0.2微米。
该试验涉及切槽磨削，使用Brown        &        sharpe机床，砂轮速度为5000/6525转/分，相应的圆周线速度为6500/8500英尺/分。工作台横向移动速度为50英尺/分。
干磨在硬度为Rc59的淬硬D3钢上进行。
湿磨在4340钢上进行。每种情况下钢板部是16×4″。
磨粒用相同标准商用陶瓷粘合剂粘结。用单点金刚石以1密耳进刀量和10英寸/分的横向进给量修整砂轮。
湿磨用2.5%的White        and        Bagley        E-55溶液作为冷却剂。
得到的结果如表ⅩⅣ所示。
表ⅩⅣ
磨粒        向下进给率        金属去除率        平均        累积的平
Mils        G比率        均G比率
干磨：
SG-54        0.5        0.291        42.0        44.7
1.0        0.570        34.3        33.4
2.0        1.125        22.3        25.4
INV-50        0.5        0.288        36.1        38.2
1.0        0.574        43.9        45.4
2.0        1.558        50.0        54.8
表ⅩⅣ（续）
磨粒        向下进给率        金属去除率        平均        累积的平
Mils        G比率        均G比率
湿磨
SG-54        0.5        0.290        127.7        93.6
1.0        0.590        67.0        65.1
INV-50        0.5        0.288        171.2        133.4
1.0        0.587        87.8        81.0
表中SG-54表示粒度为54的引晶可溶凝胶磨粒。
INV-50表示根据本发明的圆形横截面且直径相当50粒度的磨粒。
人上表可以看出，在干磨试验中本发明的磨料是非同一般的，随着不断使用，它的磨削性能越来越好。虽然在湿磨中，性能随着时间下降，它仍然远优于极类似的商业引晶可溶凝胶产品。
实施例Ⅺ
这个实施例说明引晶可溶凝胶磨丝，即用在本发明的粘结制品中的最佳丝状磨粒，和由挤压和烧结具有大量早已存在的α氧化铝颗粒成份制成的丝状磨料间，强度上的差别。
引晶的可溶凝胶磨丝是这样制成的：在V型混合器中将一水软铝石即Condea的“扩散”剂（Condea′s        “Disperal”），与水和1%重量的具有超微尺寸的α氧化铝的一水软铝石混合二分钟。然后，根据一水软铝石重量，加入按重量计算18%的硝酸溶液，以获得按重量计7.2%的硝酸。继续混合5分钟后以产生一水软铝石凝胶体。
然后，为了相对如上所述而进行比较，制备了一系列产品，所不则的是加入了更多的α氧化铝（这种氧化铝在前面是用作晶种的），以便总的混合物中有更多的按重量计算的氧化铝比例。保留的一水软铝石给混合物予可挤压性。其成份如下面的表ⅩⅤ所述。
表ⅩⅤ
组别        变量        固体颗粒含量%
比较物A        30%α氧化铝        70%
比较物B＊        30%α氧化铝        70%
比较物D        90%α氧化铝/10%凝胶
比较物E        60%α氧化铝/40%凝胶
比较物F        60%α氧化铝/40%凝胶
实施例1        1%α氧化铝（晶种）        62%
实施例2        1%α氧化铝（晶种）        58%
实施例3        1%α氧化铝（晶种）        59%
＊        增加超声波混合浆料
然后挤压这些材料，以形成丝状物，并在下述条件下干燥和烧结。需要用比由引晶的可溶凝胶工艺中更高的烧结温度来烧结高α氧化铝的对比配料。然后按照简单的三点法，用Instron试验机试验磨丝样品的强度，试验机十字头速度为0.2cm/min。磨丝放在一对相距1cm（对比较物C、D和E为0.9cm）的刃口上，在这些点中间由刀刃施加一个向下的压力。逐渐增大压力直到磨丝断裂，该压力除以磨丝横截面，作为断裂强度，记在下表ⅩⅥ中：
表ⅩⅥ
kg/cm2
组别        温度/时间        磨丝直径        断裂强度
烧结        （mm）        平均        高
Comp.A        1500℃        30min.        0.32        6，831        7，465
Comp.B        1550℃        30min.        0.3175        6，162        6，268
Comp.C        1450℃        60min.        1.00        5，424        6，646
Comp.D        1300℃        6min.        .88        3，430        4，036
Comp.E        1350℃        6min.        .87        2，378        2，436
例1        1370℃        4min.        0.054        11，197        13，239
例2        1350℃        30min.        0.043        14，366        15，986
1350℃        5min.        0.046        14，154        17，112
1325℃        30min.        0.046        14，296        16，549
1350℃        30min.        0.053        10，281        14，859
例3        1350℃        30min.        0.020        16，000        18，169
比较用的磨丝粗得多，因为挤压较细的丝在挤压之后和烧结之前仍具有尺寸的完整性是很困难的。已经发现高比例的α氧化铝会显著加重这一问题。
从以上的比较数据可以看出，比较用的磨丝具有明显低的抗拉强度。可以相信，由于烧结过程，α氧化铝晶体之间反映出较弱的烧结结合。因而用在本发明的粘结产品中较好的磨丝最好具有的断裂强度至少是8000kg/cm2，最好至少为10000kg/cm2，这个数值是用实施例Ⅷ中所述的试验方法测得的。这与烧结预先形成的α氧化铝只能获得非常低的强度的情况形成鲜明对照。

Claims (14)

1、一种粘结的磨料制品，由一种以烧结的可溶凝胶氧化铝为主的丝状磨料和粘合剂组成，其中所述的丝状磨料具有基本均匀的横截面，平均纵横比大于1左右，硬度至少为16GPa，并且主要由烧结的α氧化铝晶粒组成，晶粒尺寸小于2微米。
2、根据权利要求1所述的粘结磨料制品，其中所述的烧结磨料是引晶的可溶凝胶丝状磨料。
3、根据权利要求1所述的粘结磨料制品，其中所述的以烧结的丝状氧化铝为主的磨料的理论密度至少为95%，并且含有按重量计1%至50%的从由氧化锆、二氧化钛、氧化镁、二氧化铈、尖晶石、二氧化铪、铝红柱石、二氧化锰、这些氧化物的初生晶粒，和它们的混合物组成的一组物质中选择的物质。
4、根据权利要求2所述的粘结磨料制品，其中所述的以烧结的丝状氧化铝为主的磨料的纵横尺寸比是从1.5至2.5，直径是从0.001mm至2mm，并且所述的α氧化铝晶体尺寸小于约1微米。
5、根据权利要求4所述的粘结磨料制品，其中所述的α氧化铝晶体尺寸小于约0.4微米。
6、根据权利要求1所述的粘结磨料制品，其中磨粒的硬度至少为18GPa，并且是由按重量计至少95%的α氧化铝晶体组成的，晶体尺寸为1微米或更小。
7、根据权利要求1所述的粘结磨料制品，其中的磨粒基本上无玻璃质成分，并且抗断裂强度至少为8000kg/cm2。
8、根据权利要求1所述的粘结磨料制品，其中所述的以丝状氧化铝为主的磨料在其较长尺寸上是弯曲的。
9、根据权利要求1所述的粘结磨料制品，其中所述的丝状氧化铝为主的磨料在其较长尺寸上是扭曲的。
10、根据权利要求1所述的粘结磨料制品，其中所述的粘结磨料制品由按体积计3%至39%的粘合剂，30%至56%的磨料和5%至67%的气孔组成，其中所述粘合剂为陶瓷粘合剂。
11、根据权利要求1所述的粘结磨料制品，其中所述的粘结磨料制品是由按体积计5%至76%的粘合剂，24%至62%的磨料，0%至71%的气孔组成，其中所述的粘合剂是热固树脂粘合剂。
12、根据权利要求2所述的粘结磨料制品，其中所述的磨料制品除了包括所述的以烧结的丝状氧化铝为主的磨料之外，还包括按体积计1%至90%的从由熔融的氧化铝、共熔氧化铝-氧化锆、无丝状烧结氧化铝，无丝状烧结氧化铝-氧化锆、碳化硅、立方氮化硼、金刚石、燧石、石榴石、泡沫氧化铝、泡沫氧化铝-氧化锆及其混合物组成的材料组中选择出的第二种磨料。
13、根据权利要求11所述的粘结磨料制品，其中所述的热固树脂粘合剂是从酚醛树脂、环氧树脂、聚亚胺脂、聚脂、虫胶、橡胶、聚酰亚铵、聚苯并咪唑、苯氧树脂，及其混合物组成的一组物质中选出的一种粘合剂。
14、根据权利要求1所述的粘结磨料制品，其中所述的制品是砂轮。
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