CN107107314B - 研磨制品及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

研磨制品，包括本体，所述本体包括粘结材料和包含在粘结材料内的研磨颗粒。研磨颗粒可包括纳米晶体氧化铝。粘结材料可包括有机材料。在一个实施例中，纳米晶体氧化铝可具有不大于1.5微米的平均微晶尺寸。在另一个实施例中，粘结材料和研磨颗粒可混合，并且混合物可固化以形成本文实施例的研磨制品。

Description

研磨制品及其形成方法
技术领域
本发明一般涉及研磨制品，且特别涉及包括纳米晶体氧化铝的经粘结研磨制品。
背景技术
经粘结研磨制品例如砂轮可用于将各种材料例如尤其是石材和金属切割、研磨或成形。经粘结研磨制品例如具有在有机粘结材料内粘结的微晶氧化铝的砂轮的性能可依赖于磨料的硬度、磨削比和其他性质。该行业持续需要改进的研磨制品。
附图说明
实施例通过举例的方式示出，并且不限于附图。
图1包括用于形成研磨制品的流程图。
图2包括根据一个实施例的经成形研磨颗粒的透视图。
图3包括根据一个实施例的经成形研磨颗粒的透视图。
图4包括根据一个实施例的经成形研磨颗粒的透视图。
图5包括根据一个实施例的经成形研磨颗粒的透视图。
图6A包括常规微晶氧化铝晶粒的SEM图像。
图6B包括根据一个实施例的纳米晶体氧化铝晶粒的SEM图像。
图7A包括研磨样品的磨削比的直方图。
图7B包括研磨样品的磨削比的直方图。
技术人员应了解在附图中的元件为了简单和清晰而示出，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的元件中的一些的尺寸可相对于其他元件进行放大，以帮助改进本发明的实施例的理解。
具体实施方式
本发明提供与附图组合的下述说明书，以帮助理解本文公开的教导。下述讨论集中于教导的具体实现和实施例。本发明提供了该焦点以帮助描述教导，并且该焦点不应解释为关于教导的范围或可应用性的限制。然而，其他教导当然可用于本专利申请中。
如本文使用的，术语“包含”、“包括”、“具有”或它们的任何其他变体旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括一系列特征的方法、制品或装置不必仅限于那些特征，而是可包括未明确列出的或这种方法、制品或装置所固有的其他特征。此外，除非明确相反指出，“或”指包括性的或，而非排他性的或。例如，条件A或B由如下任一者满足：A为真(或存在)且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)且B为真(或存在)，以及A和B均为真(或存在)。
此外，“一种”或“一个”的使用用于描述本文描述的元件和部件。这仅为了便利，并提供本发明的范围的一般含义。该描述应理解为包括一种或至少一种，并且单数也包括复数，反之亦然，除非其明显具有相反含义。例如，当本文描述单一实施例时，超过一个实施例可用于代替单一实施例。类似地，当本文描述超过一个实施例时，单一实施例可替换超过一个实施例。
除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语均具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解相同的含义。材料、方法和实例仅是举例说明性的，并且不预期是限制性的。至关于具体材料和加工动作的许多细节未描述的程度，这种细节可包括可在制造领域内的参考书及其他来源中找到的常规方法。
本文公开的实施例涉及包括本体的研磨制品，所述本体包括粘结材料和包含在粘结材料内的研磨制品。粘结材料可包括有机材料。研磨颗粒可包括纳米晶体氧化铝。本文实施例的纳米晶体氧化铝的使用可帮助改进研磨制品的硬度和微压裂性能。
其他实施例涉及形成研磨制品的方法，其包括形成包括粘结材料和研磨制品的混合物，以及使混合物固化以形成研磨制品。该方法可允许形成具有增强的性能和改进的性质(例如增加的G比和维氏硬度)的研磨制品。
图1包括根据一个实施例的形成研磨制品的方法的流程图。在步骤101 处，可制备包括粘结材料(或粘结材料的前体)和包含纳米晶体氧化铝的研磨颗粒的混合物。在某些情况下，可利用合适的混合操作来实现组分在混合物内的均匀分散。
混合物还可包括一种或多种任选的添加剂，包括例如次级研磨颗粒、填料等等。根据非限制性实施例，次级研磨颗粒可包括氧化铝、碳化硅、立方氮化硼、金刚石、火石和石榴石晶粒、及其任何组合。填料的实例可包括粉末、颗粒、球体、纤维、成孔剂、空心颗粒及其组合。填料可选自粉末、颗粒、球体、纤维、成孔剂、聚合物空心颗粒及其组合。
在进一步的实施例中，填料可包括选自砂、空心球氧化铝、铬铁矿、磁铁矿、白云石、空心球莫来石、硼化物、二氧化钛、碳产物、碳化硅、木粉、粘土、滑石、六方氮化硼、二硫化钼、长石、霞石正长岩、玻璃球、玻璃纤维、CaF2、KBF4、冰晶石(Na3AlF6)、钾冰晶石(K3AlF6)、黄铁矿、ZnS、硫化铜、矿物油、氟化物、碳酸盐、碳酸钙、莎纶、苯氧基树脂、CaO、K2SO4、矿棉、MnCl2、KCl及其组合的材料。
根据另一个实施例，填料可包括选自抗静电剂、润滑剂、多孔性诱导剂、着色剂及其组合的材料。填料可包括具有不大于约40微米的平均粒径的铁和硫。在一个特定实施例中，填料可基本上由本文所述的任何一种材料组成。在另一个特定实施例中，填料可基本上由本文实施例中描述的两种或多种材料组成。
根据至少一个实施例，粘结材料可包括至少一种有机材料，例如天然有机材料或合成有机材料。根据另一个实施例，粘结材料可包括热固性材料或热塑性材料。在另外一个实施例中，有机材料可包括树脂，例如酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯、聚酯、橡胶、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、芳族聚酰胺、改性酚醛树脂(例如：环氧改性和橡胶改性树脂、或与增塑剂混合的酚醛树脂等)，以及其任何组合。示例性酚醛树脂可包括可熔性酚醛树脂和酚醛清漆。根据进一步的实施例，粘结材料可包括选自树脂、热固性树脂、热塑性树脂、酚醛树脂及其组合的材料。例如，粘结材料可包括选自酚醛树脂、环氧树脂、聚酯、氰酸酯、虫胶、聚氨酯、橡胶及其组合的材料。在一个特定实施例中，粘结材料可基本上由本文所述的任何一种有机材料组成。在另一个实施例中，粘结材料可基本上由本文所述的两种或更多种有机材料组成。
在另一个实施例中，粘结材料可包括固化剂或交联剂。固化剂或交联剂可包括胺。示例性的胺可包括乙二胺；乙三胺；甲基胺等等。在一个特定实施例中，固化剂或交联剂可包括六亚甲基四胺。根据另一个实施例，粘结材料可包括用固化剂或交联剂(例如六亚甲基四胺)改性的酚醛树脂。
有机材料可为液体形式，并且充当前体粘结材料，其可通过固化形成为最终形成的粘结材料。在一个特定实施例中，粘结材料可包括具有亚微米平均尺寸的交联结构域的酚醛树脂。
在步骤101处形成混合物之后，可在步骤102处进行固化。固化可在热的存在下发生。例如，混合物可在最终固化温度下保持一段时间，例如6小时至48小时、10至36小时，或直到混合物达到交联温度或获得所需密度。例如，固化温度的选择取决于例如所采用的粘结材料的类型、强度、硬度和所需的研磨性能的因素。根据某些实施例，固化温度可在包括至少150℃至不大于250℃的范围内。在采用有机键的更具体的实施例中，固化温度可在包括至少150℃至不大于230℃的范围内。基于苯酚的树脂的聚合可在包括至少110℃且不大于225℃的范围内的温度下发生。可熔性酚醛树脂可在包括至少140℃且不大于225℃的范围内的温度下聚合。适合于本文实施例的某些酚醛清漆树脂可在包括至少110℃且不大于195℃的范围内的温度下聚合。
根据至少一个实施例，研磨颗粒可包括具有特定平均微晶尺寸的纳米晶体氧化铝。例如，纳米晶体氧化铝颗粒的平均微晶尺寸可不大于0.15微米，例如不大于0.14微米、不大于0.13微米、或不大于0.12微米、或甚至不大于0.11微米。在另一个实施例中，平均微晶尺寸可为至少0.01微米，例如至少0.02微米、至少0.05微米、至少0.06微米、至少0.07微米、至少0.08 微米、或至少约0.09微米。应了解，平均微晶尺寸可在包括上述最小值至最大值中任意者的范围内。例如，平均微晶尺寸可在0.01微米至0.15微米、 0.05微米至0.14微米、或0.07微米至0.14微米的范围内。在一个特定实施例中，微晶尺寸可在0.08微米至0.14微米的范围内。
平均微晶尺寸可基于使用扫描电子显微镜(SEM)显微照片的未校正截距法进行测量。磨粒的样品通过将在环氧树脂中制造胶木座进行制备，然后使用Struers Tegramin 30抛光单元用金刚石抛光浆料进行抛光。在抛光后，在热板上加热环氧树脂，然后将经抛光表面在低于烧结温度的150℃下热蚀刻 5分钟。将各个晶粒(5-10个砂粒)安装在SEM支架上，然后进行金涂布用于SEM制备。在大约50,000X放大率下拍摄三个单独的研磨颗粒的SEM 显微照片，然后使用下述步骤计算未校正的微晶尺寸：1)绘制从晶体结构视图的一角到相对角的对角线，排除在照片底部处的黑色数据带(参见例如图 7A和7B)；2)测量对角线的长度为L1和L2到最接近的0.1厘米；3)计数由对角线各自相交的晶界数目(即，晶界交点I1和I2)，并且关于每条对角线记录这个数目，4)通过测量在每个显微照片或视图屏幕的底部处的微米条的长度(以厘米表示)(即，“条长度”)，并且将条长度(以微米表示) 除以条长度(以厘米表示)，测定经计算的条数目；5)将在显微照片上绘制的对角线的总厘米相加(L1+L2)，以获得对角线长度的总和；6)将关于两条对角线的晶界交点数目相加(I1+I2)，以获得晶界交点的总和；7)将以厘米表示的对角线长度的总和(L1+L2)除以晶界交点的总和(I1+I2)，并且将该数目乘以经计算的条数目。该过程对于三种不同的随机选择的样品完成至少不同的三次，以获得平均微晶尺寸。
作为计算条数目的例子，假设如照片中提供的条长度为0.4微米。使用尺子，以厘米表示的经测量的条长度为2cm。将0.4微米的条长度除以2cm，并且作为经计算的条数目等于0.2um/cm。通过将以厘米表示的对角线长度的总和(L1+L2)除以晶界交点的总和(I1+I2)，并且将该数目乘以经计算的条数目，来计算平均晶体尺寸。
根据一个实施例，纳米晶体氧化铝可包括相对于研磨颗粒的总重量至少 51重量％的氧化铝。例如，纳米晶体氧化铝内的氧化铝含量可为至少约60 重量％、至少70重量％、至少80重量％、至少约85重量％，或甚至更高，例如至少90重量％、至少92重量％、至少93重量％、或至少94重量％。在一个非限制性实施例中，氧化铝的含量可不大于99.9重量％，例如不大于 99重量％、不大于98.5重量％、不大于98重量％、不大于97.5重量％、不大于97重量％、不大于96.5重量％、或不大于96重量％。应了解，氧化铝的含量可在包括上述最小百分比至最大百分比中任意者的范围内。例如，含量可在60重量％至99.9重量％的范围内、在70重量％至99重量％的范围内、在85重量％至98重量％的范围内、或在90重量％至96.5重量％的范围内。在一个特定实施例中，单晶氧化铝可主要由氧化铝例如α氧化铝组成。
如本文所述，纳米晶体氧化铝可具有许多特定的特征。这些特征可类似地应用于研磨颗粒。例如，研磨颗粒可包括相对于研磨颗粒的总重量的氧化铝的重量百分比，其类似于相对于纳米晶体氧化铝的总重量的氧化铝含量。例如，相对于研磨颗粒的总重量在研磨颗粒中的氧化铝含量可为至少60重量％，例如至少70重量％、至少80重量％、至少85重量％、至少90重量％、至少92重量％、至少93重量％、或至少94重量％。对于另一种情况，研磨颗粒中的氧化铝含量可不大于99.9重量％，例如不大于99重量％、不大于 98.5重量％、不大于98重量％、不大于97.5重量％、不大于97重量％、不大于96.5重量％、或不大于96重量％。应了解，研磨颗粒可包括含量在上述最小百分比和最大百分比的范围内的氧化铝。例如，该含量可在60重量％至99.9重量％的范围内、在70重量％至99重量％的范围内、在85重量％至 98重量％的范围内、或在90重量％至96.5重量％的范围内。在一个特定实施例中，研磨颗粒可主要由氧化铝例如α氧化铝组成。
根据一个实施例，纳米晶体氧化铝可包括至少一种添加剂。添加剂可包括过渡金属元素、稀土元素、碱金属元素、碱土金属元素、硅或其组合。在进一步的实施例中，添加剂可选自过渡金属元素、稀土元素、碱金属元素、碱土金属元素、硅及其组合。应了解，与纳米晶体氧化铝相关的实施例中描述的添加剂可应用于研磨颗粒。在一个实施例中，研磨颗粒可包括本文所述的添加剂中的一种或多种。
在另一个实施例中，添加剂可包括材料，所述材料包括例如镁、锆、钙、硅、铁、钇、镧、铈或其组合。在进一步的实施例中，添加剂可包括选自镁、锆、钙、硅、铁、钇、镧和铈中的至少两种材料。应了解，纳米晶体氧化铝可主要由氧化铝和一种或多种上述添加剂组成。还应了解，研磨颗粒可主要由氧化铝和一种或多种上述添加剂组成。
根据一个实施例，相对于纳米晶体氧化铝颗粒的总重量的添加剂的总含量可不大于12重量％，例如不大于11重量％、不大于10重量％、不大于9.5 重量％、不大于9重量％、不大于8.5重量％、不大于8重量％、不大于7.5 重量％、不大于7重量％、不大于6.5重量％、不大于6重量％、不大于5.8 重量％、不大于5.5重量％、或大于5.3重量％、或不大于5重量％。在另一个实施例中，添加剂的总含量可为至少0.1重量％，例如至少0.3重量％、至少0.5重量％、至少0.7重量％、至少1重量％、至少1.3重量％、至少1.5 重量％、或至少1.7重量％、至少2重量％、至少2.3重量％、至少2.5重量％、至少2.7重量％、或甚至至少3重量％。应了解，在纳米晶体氧化铝内的添加剂的总含量可在包括上述最小百分比至最大百分比中任意者的范围内。例如，总含量可在0.1重量％至12重量％的范围内，例如在0.7重量％至9.5 重量％的范围内、或在1.3重量％至5.3重量％的范围内。还应了解，相对于研磨颗粒的总重量的添加剂的总含量可包括本文实施例的类似百分比或在类似范围内。
在一个实施例中，添加剂可包括其含量可促进研磨制品的改进形成和/ 或性能的氧化镁(MgO)。相对于纳米晶体氧化铝的总重量的氧化镁的含量可为例如至少0.1重量％，例如至少0.3重量％、至少0.5重量％、至少0.7重量％、或至少0.8重量％。对于另一种情况，氧化镁的含量可不大于5重量％，例如不大于4.5重量％、不大于4重量％、不大于3.5重量％、不大于3重量％、或不大于2.8重量％。应了解，氧化镁的含量可在包括上述最小百分比至最大百分比中任意者的范围内。例如，含量可在0.1重量％至5重量％的范围内、在0.3重量％至4.5重量％的范围内、或在0.7重量％至2.8重量％的范围内。在一个特定实施例中，纳米晶体氧化铝可基本上由在本文公开的最小值和最大值中任意者之间的范围内的氧化铝和氧化镁组成。还应了解，相对于研磨制品的总重量的氧化镁的含量可包括本文所述的任何百分比或在本文所述的任何范围内。在另一个特定实施例中，研磨颗粒可基本上由在本文公开的最小值和最大值中任意者之间的范围内的纳米晶体氧化铝和氧化镁组成。
对于另一个例子，添加剂可包括可促进研磨制品的改进形成和/或性能的氧化锆(ZrO2)。相对于纳米晶体氧化铝的总重量的氧化锆的含量可为例如至少0.1重量％，例如至少0.3重量％、至少0.5重量％、至少0.7重量％、至少0.8重量％、至少1重量％、至少1.3重量％、至少1.5重量％、至少1.7 重量％、或至少2重量％。在另一个例子中，氧化锆的含量可不大于8重量％、不大于7重量％、不大于6重量％、不大于5.8重量％、不大于5.5重量％、或不大于5.2重量％。应了解，氧化锆的含量可在包括上述最小百分比至最大百分比中任意者的范围内。例如，含量可在0.1重量％至8重量％的范围内、在0.3重量％至7重量％的范围内、或在0.5重量％至5.8重量％的范围内。在一个特定实施例中，纳米晶体氧化铝可基本上由在本文实施例的范围内的氧化铝和氧化锆组成。还应了解，相对于研磨颗粒的总重量的氧化锆的含量可包括本文所述的任何百分比或在本文所述的任何范围内。在另一个特定实施例中，研磨颗粒可基本上由在上述最小百分比和最大百分比中任意者之间的范围内的纳米晶体氧化铝和ZrO2组成。
根据一个实施例，添加剂可包括以特定添加剂比率的氧化镁(MgO)和氧化锆(ZrO2)，其可促进研磨制品的改进成形和/或性能。添加剂也可具有添加剂比率(MgO/ZrO2)，氧化镁和氧化锆之间的重量百分比比率，其中MgO是纳米晶体氧化铝中的MgO重量百分比，并且ZrO2是纳米晶体氧化铝中的 ZrO2重量百分比。例如，该比率可不大于1.5，例如不大于1.4、不大于1.3、不大于1.2、不大于1.1、不大于1、不大于0.95、不大于0.9、不大于0.85、不大于0.8、不大于0.75、不大于0.7、不大于0.65、不大于0.6、或不大于 0.55。在另一种情况下，添加剂比率(MgO/ZrO2)可为至少约0.01、至少0.05、至少0.1、至少0.2、至少0.3、至少0.4、或至少0.5。应了解，添加剂比率 (MgO/ZrO2)可在包括上述最小比率至最大比率中任意者的范围内。例如，添加剂比率(MgO/ZrO2)可在0.01至1.5的范围内、在0.1至1.1的范围内、或在0.3至0.95的范围内。在一个特定实施例中，纳米晶体氧化铝可基本上由添加剂比率在包括本文所述的最小比率至最大比率中任意者的范围内的氧化铝、以及氧化镁和氧化锆组成。还应了解，研磨颗粒可包括以本文公开的重量百分比比率的氧化镁(MgO)和氧化锆(ZrO2)。在一个特定实施例中，研磨颗粒可基本上由添加剂比率在包括本文所述的最小比率至最大比率中任意者的范围内的纳米晶体氧化铝、以及氧化镁和氧化锆组成。
根据一个实施例，添加剂可包括氧化钙(CaO)。纳米晶体氧化铝可包括相对于纳米晶体氧化铝的总重量的一定含量的氧化钙，其可促进研磨制品的改进形成和/或性能。例如，氧化钙的含量可为至少0.01重量％，例如至少 0.05重量％、至少约0.07重量％、至少0.1重量％、至少0.15重量％、至少 0.2重量％、或至少0.25重量％。在另一种情况下，含量可不大于5重量％，例如不大于4重量％、不大于3重量％、不大于2重量％、不大于1重量％、不大于0.7重量％、或不大于0.5重量％。应了解，氧化钙的含量可在包括上述最小比率至最大比率中任意者的范围内。例如，含量可在0.01重量％至5 重量％的范围内、在0.07重量％至3重量％的范围内、或在0.15重量％至0.7 重量％的范围内。在一个特定实施例中，纳米晶体氧化铝可基本上由含量在包括本文所述的最小百分比至最大百分比中任意者的范围内的氧化铝和氧化钙组成。还应了解，相对于研磨颗粒的总重量的氧化钙的含量可包括本文所述的任何百分比或在本文所述的任何范围内。在另一个特定实施例中，研磨颗粒可基本上由在上述最小百分比和最大百分比中任意者之间的范围内的纳米晶体氧化铝和ZrO2组成。
根据另一个实施例，添加剂可包括氧化镁(MgO)和氧化钙(CaO)。纳米晶体氧化铝可具有添加剂比率(CaO/MgO)，其中MgO是纳米晶体氧化铝中的 MgO重量百分比，并且CaO是纳米晶体氧化铝中的CaO重量百分比。添加剂比率可促进改进的形成和/或性能。对于一种情况，添加剂比率可不大于1，例如不大于0.95、不大于0.9、不大于0.85、不大于0.8、不大于0.75、不大于0.7、不大于0.65、不大于0.6、不大于0.55、不大于0.5、不大于0.45、或不大于0.4。对于另一个例子，该比率可为至少0.01，例如至少0.05、至少0.1、至少0.15、至少0.2、或至少0.25。应了解，添加剂比率(CaO/MgO) 可在包括上述最小比率至最大比率中任意者的范围内。例如，添加剂比率可在0.01至1的范围内、在0.05至0.9的范围内、或在0.1至0.75的范围内。在一个特定实施例中，纳米晶体氧化铝可基本上由添加剂比率在包括本文所述的最小比率和最大比率中任意者的范围内的氧化铝、以及氧化镁和氧化钙组成。还应了解，氧化钙/氧化镁的添加剂比率可包括本文所述的任何比率或在本文所述的任何范围内。在另一个特定实施例中，研磨颗粒可基本上由添加剂比率在上述最小比率和最大比率中任意者之间的范围内的纳米晶体氧化铝、以及氧化钙和氧化镁组成。
根据一个实施例，纳米晶体氧化铝可包括稀土氧化物。稀土氧化物的例子可为氧化钇、氧化铈、氧化镨、氧化钐、氧化镱、氧化钕、氧化镧、氧化钆、氧化镝、氧化铒、其前体等等。在一个特定实施例中、稀土氧化物可选自氧化钇、氧化铈、氧化镨、氧化钐、氧化镱、氧化钕、氧化镧、氧化钆、氧化镝、氧化铒、其前体、及其组合。在另一个实施例中，纳米晶体氧化铝可基本上不含稀土氧化物和铁。应了解，研磨颗粒可包括上述任何稀土氧化物。在另一个实施例中，研磨颗粒可基本上不含稀土氧化物和铁。在进一步的实施例中，研磨剂颗粒可包括含有稀土、二价阳离子和氧化铝的相，其可为磁铅矿结构的形式。磁铅矿结构的一个例子是MgLaAl11O19。
根据一个实施例，纳米晶体氧化铝可包括稀土氧化铝微晶。在另一个实施例中，纳米晶体氧化铝可包括稀土铝酸盐相。而且，根据另一个实施例，纳米晶体氧化铝可包括尖晶石材料。应了解，研磨颗粒可包括稀土氧化铝微晶、稀土铝酸盐相或尖晶石材料。
根据一个实施例，纳米晶体氧化铝可包括纳米晶体颗粒(例如，晶粒或结构域)，其可适合于改进研磨制品的形成和/或性能。在某些实施例中，相对于每个纳米晶体颗粒的总体积，每个纳米晶体颗粒可包括至少50体积％的结晶材料，例如单晶材料或多晶材料。例如，每个颗粒可包括至少75体积％的结晶材料、至少85体积％的结晶材料、至少90体积％的结晶材料、或至少95体积％的结晶材料。在一个特定实施例中，纳米晶体颗粒可基本上由结晶材料组成。应了解，纳米晶体氧化铝的上述特征可应用于研磨颗粒。例如，相对于每个研磨颗粒的总体积，每个研磨颗粒可包括至少50体积％的结晶材料，例如单晶材料或多晶材料。此外，应了解，研磨颗粒可基本上由如本文实施例中所述的包括α氧化铝和一种或多种添加剂的结晶材料组成。更特别地，在至少一个实施例中，研磨颗粒可基本上由如本文实施例中所述的结晶材料组成，所述结晶材料由α氧化铝和一种或多种添加剂组成。
在一个实施例中，纳米晶体氧化铝可具有一定的物理特性，包括维氏硬度和密度。例如，纳米晶体氧化铝的维氏硬度可为至少18GPa、至少18.5 GPa、至少19GPa、或甚至至少19.5GPa。在另一种情况下，纳米晶体氧化铝的维氏硬度可不大于26.5GPa，例如不大于26GPa、不大于25.5GPa、不大于25GPa、或甚至不大于24.5GPa。应了解，纳米晶体氧化铝可具有在包括上述最小值至最大值中任意者的范围内的维氏硬度。例如，维氏硬度可在 18GPa至24.5的范围内或在19GPa至24GPa的范围内。在另一个实施例中，纳米晶体氧化铝的物理性质可类似地应用于研磨颗粒。例如，研磨颗粒可具有上述维氏硬度。
应了解，维氏硬度基于磨粒的经抛光表面的金刚石压痕法(本领域众所周知的)进行测量。磨粒的样品通过将在环氧树脂中制造胶木座进行制备，然后使用StruersTegramin 30抛光单元用金刚石抛光浆料进行抛光。使用具有500gm负载和50X物镜的Instron-Tukon 2100Microhardness测试仪，测量在五个不同的研磨颗粒上的5个金刚石凹痕。测量为维氏单位，通过将维氏单位除以100转换为GPa。硬度平均值和范围对于合适的样本尺寸报告，以进行统计学相关的计算。
在一个实施例中，纳米晶体氧化铝可具有相对脆度，其是相对于具有相同砂粒尺寸的微晶氧化铝的穿过的纳米晶体氧化铝的穿过，所述两种穿过均以与下文更详细地公开的相同方式测量。纳米晶体氧化铝的相对脆度可以百分比的形式表示，相应微晶氧化铝的相对脆度视为标准且设定为100％。在一个实施例中，纳米晶体氧化铝的相对脆度可大于100％。例如，纳米晶体氧化铝的相对脆度可为至少102％，例如至少105％、至少108％、至少110％、至少112％、至少115％、至少120％、至少125％、或至少130％。在另一种情况下，纳米晶体氧化铝的相对脆度可不大于160％。
相对脆度一般通过下述进行测量：使用平均直径为3/4英寸的碳化钨球研磨颗粒样品给定时间段，筛分由球磨产生的材料，并且针对标准样品的断裂百分比测量样品的断裂百分比，所述标准样品在本文实施例中是具有相同砂粒尺寸的微晶氧化铝样品。
在球磨之前，将大约300克至350克标准样品的晶粒(例如，从 Saint-GobainCorporation作为
Figure BDA0001343648830000111
HTB可获得的微晶氧化铝)利用放置在由WS Tyler Inc制造的
Figure BDA0001343648830000112
摇筛器(型号RX-29)上的一套筛进行筛分。根据ANSI表3选择筛的砂粒尺寸，使得利用在目标粒径之上和之下的确定数目和类型的筛。例如，对于目标砂粒粒径80，该方法使用下述美国标准筛尺寸：1)60，2)70；3)80；4)100；和5)120。筛被堆叠，使得筛的砂粒尺寸从顶部到底部增加，并且将锅置于底部筛下方以收集下落通过所有筛的晶粒。
Figure BDA0001343648830000113
摇筛器以每分钟287±10次振荡的速率运行10分钟，其中抽头数计数为150±10，并且仅具有目标砂粒尺寸的在筛上的颗粒(下文称为目标筛)作为目标粒径样品被收集。重复相同的过程以收集用于其他材料测试样品的目标粒径样品。
在筛分后，使每个目标粒径样品的一部分经受研磨。
将一个空且干净的研磨机容器放在辊磨机上。辊的速度设定为305rpm，并且研磨机容器的速度设定为95rpm。将约3500克平均直径为3/4英寸的扁球形碳化钨球放置在容器中。将100克来自标准材料样品的目标粒径样品放置在具有球的研磨机容器中。将容器关闭并且放置在球磨机中并运行1分钟至10分钟的持续时间。停止球磨，并且使用
Figure BDA0001343648830000114
摇筛器和与生产目标粒径样品中使用的相同的筛来筛分球和晶粒。旋转攻丝机(tapper)使用上述相同的条件运行5分钟，以获得目标粒径样品，并且收集且称重下落通过目标筛的所有颗粒。标准样品的穿过百分比是通过目标筛的晶粒质量除以目标粒径样品的原始质量(即，100克)。如果穿过百分比在48％至52％的范围内，则使用与用于第一样品确切相同的条件测试第二个100克目标粒径样品，以确定重现性。如果第二样品提供了在48％-52％内的穿过百分比，则记录这些值。如果第二样品未提供在48％至52％内的穿过百分比，则调整研磨时间，或者获得另一个样品并且调整研磨时间，直到穿过百分比落在48％-52％的范围内。重复该测试，直到两个连续样品提供在48％-52％范围内的穿过百分比，并且记录这些结果。
以与测量具有48％至52％的穿过的标准样品相同的方式测量代表性样品材料(例如，纳米晶体氧化铝颗粒)的穿过百分比。纳米晶体氧化铝样品的相对脆度是相对于标准微晶样品的穿过的纳米晶体样品的穿过。
在另一种情况下，纳米晶体氧化铝可具有至少3.85g/cc，例如至少3.9 g/cc或至少3.94g/cc的密度。在另一个实施例中，纳米晶体氧化铝的密度可不大于4.12g/cc，例如不大于4.08g/cc、不大于4.02g/cc、或甚至不大于4.01 g/cc。应了解，纳米晶体氧化铝可具有在包括本文所述的最小值至最大值中任意者的范围内的密度。例如，密度可在3.85g/cc至4.12g/cc或3.94g/cc 至4.01g/cc的范围内。还应了解，研磨颗粒的密度可包括本文所述的任何值或在本文所述的任何范围内。
根据一个实施例，研磨颗粒可包括至少一类研磨颗粒。例如，研磨颗粒可包括包含第一类研磨颗粒和第二类研磨颗粒的共混物。第一类研磨颗粒可包括根据本文实施例中任一的包含纳米晶体氧化铝的研磨颗粒。第二类研磨颗粒可包括选自氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、碳氧化物、氧氮化物、超级磨料、碳基材料、附聚物、聚集体、经成形研磨颗粒、稀释剂颗粒及其组合的至少一种材料。在一个特定实施例中，研磨颗粒可主要由纳米晶体氧化铝组成。
在一个实施例中，本文实施例的研磨制品的本体可包括经固定研磨制品。在另一个实施例中，本体可包括经粘结研磨制品。经粘结研磨制品可包括包含在粘结材料的三维基质中的磨粒。经粘结磨料本体可形成为如本领域技术人员已知的任何合适的形状，包括但不限于磨轮、锥体、磨刀石、杯、凸缘轮、锥形杯、磨段、磨头工具、盘、薄轮、大直径切断轮等等。
根据一个实施例，研磨制品的本体可包括一定含量的研磨颗粒，这可促进研磨制品的改进形成和/或性能。例如，研磨颗粒的含量可为相对于本体的总体积至少2体积％、至少4体积％、至少6体积％、至少8体积％、至少 10体积％、至少12体积％、至少14体积％、至少16体积％、至少18体积％、至少20体积％、至少25体积％、至少30体积％、或甚至至少35体积％。在另一种情况下，粘结磨料本体内的研磨颗粒的含量可不大于65体积％，例如不大于64体积％、不大于62体积％、不大于60体积％、不大于58体积％、不大于56体积％、不大于约54体积％、不大于52体积％、不大于50 体积％、不大于48体积％、不大于46体积％、不大于44体积％、不大于42 体积％、不大于40体积％、不大于38体积％、不大于36体积％、不大于34 体积％、不大于32体积％、不大于30体积％、或大于28体积％、不大于26 体积％、不大于24体积％、不大于22体积％、或不大于20体积％。应了解，研磨颗粒的含量可在包括上述最小百分比和最大百分比中任意者的范围内。例如，本体内的研磨颗粒的含量可在2体积％至64体积％的范围内、在12 体积％至62体积％的范围内、或在20体积％至58体积％的范围内。
在一个实施例中，可控制相对于本体的总体积的纳米晶体氧化铝的含量，以促进研磨制品的改进形成和/或性能。例如，纳米晶体氧化铝的含量可为至少1体积％，例如至少2体积％、至少4体积％、至少6体积％、至少8 体积％、至少10体积％、至少12体积％、至少14体积％、至少16体积％、至少18体积％、至少20体积％、至少25体积％、至少30体积％、或至少 35体积％。在另一个实施例中，纳米晶体氧化铝的含量可不大于65体积％，例如不大于64体积％、不大于62体积％、不大于60体积％、不大于58体积％、不大于56体积％、不大于约54体积％、不大于52体积％、不大于50 体积％、不大于48体积％、不大于46体积％、不大于44体积％、不大于42 体积％、不大于40体积％、不大于38体积％、不大于36体积％、不大于34 体积％、不大于32体积％、不大于30体积％、或大于28体积％、不大于26 体积％、不大于24体积％、不大于22体积％、或不大于20体积％。应了解，研磨颗粒的含量可在包括上述最小百分比至最大百分比中任意者的范围内。例如，本体内的纳米晶体氧化铝的含量可在2体积％至64体积％的范围内、在12体积％至62体积％的范围内、或在20体积％至58体积％的范围内。
根据一个实施例，在本文的实施例中，本体可包括一定含量的粘结材料。例如，相对于本体的总体积的粘结材料的含量可为至少1体积％，例如至少 2体积％、至少5体积％、至少10体积％、至少20体积％、至少30体积％、至少35体积％、至少40体积％、或至少45体积％。对于另一种情况，粘结材料的含量可不大于98体积％，例如不大于95体积％、不大于90体积％、不大于85体积％、不大于80体积％、不大于75体积％、不大于70体积％、不大于65体积％、或不大于60体积％、不大于55体积％、不大于50体积％、或不大于45体积％、不大于40体积％、或不大于35体积％、不大于30体积％、或不大于25体积％。应了解，粘结材料的含量可在包括上述最小百分比至最大百分比中任意者的范围内。例如，本体中的粘结材料的含量可在1 体积％至98体积％的范围内、在5体积％至85体积％的范围内、或在20体积％至70体积％的范围内。
研磨制品的本体可形成为具有一定的孔隙率。在一个实施例中，孔隙率可为相对于本体的总体积至少1体积％。例如，孔隙率可为至少2体积％、至少4体积％、至少6体积％、至少8体积％、至少10体积％、至少12体积％、至少14体积％、至少16体积％、至少18体积％、至少20体积％、至少25体积％、至少30体积％、至少40体积％、至少45体积％、至少50体积％、或至少55体积％。在另一个实施例中，本体的孔隙率可不大于80体积％。例如，孔隙率可不大于75体积％、不大于70体积％、不大于60体积％、不大于55体积％、不大于50体积％、不大于45体积％、不大于40体积％、不大于35体积％、不大于30体积％、不大于25体积％、不大于20体积％、不大于15体积％、不大于10体积％、不大于5体积％、或不大于2体积％。应了解，本体的孔隙率可在包括上述最小百分比至最大百分比中任意者的范围内。例如，本体中的粘结材料的含量可在1体积％至80体积％的范围内、在8体积％至55体积％的范围内、或在14体积％至30体积％的范围内。
本体的孔隙可为各种形式。例如，孔隙可为封闭的、开放的，或者包括封闭的孔隙和开放的孔隙。在一个实施例中，孔隙可包括选自封闭的孔隙、开放的孔隙及其组合的一类孔隙。在另一个实施例中，孔隙的大部分可包括开放的孔隙。在一个特定实施例中，所有的孔隙可为基本上开放的孔隙。而且，在另一个实施例中，孔隙的大部分可包括封闭的孔隙。例如，所有的孔隙可为基本上封闭的孔隙。
本体可包括具有一定平均孔径的孔。在一个实施例中，平均孔径可不大于500微米，例如不大于450微米、不大于400微米、不大于350微米、不大于300微米、不大于250微米、不大于250微米、不大于200微米、不大于150微米、或不大于100微米。在另一个实施例中，平均孔径可为至少0.01 微米、至少0.1微米、或至少1微米。应了解，本体可具有在包括上述最小值至最大值中任意者的范围内的平均孔径。例如，本体的平均孔径可在0.01 微米至500微米的范围内、在0.1微米至350微米的范围内、或在1微米至 250微米的范围内。
根据一个实施例，本文实施例的研磨颗粒可包括非附聚颗粒，例如，包括纳米晶体氧化铝的研磨颗粒可为非附聚颗粒。根据另一个实施例，研磨颗粒可包括附聚颗粒，例如，包括纳米晶体氧化铝的研磨颗粒可为附聚颗粒。
在一个实施例中，包括纳米晶体氧化铝的研磨颗粒是经成形研磨颗粒。颗粒可包括二维形状、三维形状或其组合。示例性二维形状包括规则多边形、不规则多边形、不规则形状、三角形、部分凹入三角形、四边形、矩形、梯形、五边形、六边形、七边形、八边形、椭圆形、希腊字母字符、拉丁字母字符、俄语字母字符及其组合。根据一个实施例，研磨颗粒可由任何上述二维形状组成。示例性三维形状可包括多面体、棱锥、椭圆体、球体、棱柱、圆柱体、锥体、四面体、立方体、长方体、菱面体、截棱锥、截短的椭圆体、截短的球体、截锥体、五面体、六面体、七面体、八面体、九面体、十面体、希腊字母文字、拉丁字母字符、俄语字母字符、汉字字符、复杂多边形形状、不规则形状轮廓、火山形状、单站形状(monostatic shape)及其组合。单站形状可为具有单个稳定静止位置的形状。根据另一个实施例，研磨颗粒可由任何上述三维形状组成。在一个特定实施例中，经成形研磨颗粒可包括三角形二维形状。在另一个特定实施例中，经成形研磨颗粒可包括部分凹入三角形二维形状。经成形研磨颗粒和形成方法可在通过Doruk O.Yener等人的 US2013/0236725 A1中，以及通过Doruk O.Yener等人的US 2012/0167481 中找到，所述两个专利均以引用的方式全文并入本文。
图2包括示例性经成形研磨颗粒200的透视图示。经成形研磨颗粒可包括具有三维形状的本体201。本体201可为大致棱形的，具有第一端面202 和第二端面204。此外，经成形研磨颗粒200可包括在第一端面202和第二端面204之间延伸的第一侧面210。第二侧面212可与第一侧面210相邻，在第一端面202和第二端面204之间延伸。如所示的，经成形研磨颗粒200 还可包括与第二侧面212和第一侧面210相邻，在第一端面202和第二端面 204之间延伸的第三侧面214。如所示的，经成形研磨颗粒本体201的每个端面202、204在形状中可为大致三角形。每个侧面210、212、214在形状中可为大致矩形。此外，在与端面202、204平行的平面中经成形研磨颗粒本体201的横截面为大致三角形。
图3包括研磨颗粒300的另一个透视图示。如所示的，研磨颗粒300可具有包括本体301的三维形状，所述本体301具有上表面305和与上表面305 相对的底表面306。如进一步所示的，本体301可形成为具有在上表面305 和底表面306之间延伸的侧表面302、303、307和308。
如所示的，本体301可具有本体长度(Lb)、本体宽度(Wb)和本体厚度 (Tb)，并且其中Lb≥Wb，Lb≥Tb，并且Wb≥Tb。在进一步的实施例中，本体可包括至少1:1的第一纵横比(Lb:Wb)。例如，纵横比(Lb:Wb)可为至少2:1、至少3:1、至少5:1或至少10:1。在另一种情况下，纵横比(Lb:Wb)可不大于 1000:1或不大于500:1。应了解，纵横比(Lb:Wb)可在包括上述最小值至最大值中任意者的范围内，例如1:1至1000:1。根据另一个实施例，本体可具有至少1:1、至少2:1、至少3:1、至少5:1或至少10:1的第二纵横比(Lb:Tb)。第二纵横比可不大于约1000:1。应了解，第二纵横比(Lb:Tb)可在包括上述最小值至最大值中任意者的范围内，例如1:1至1000:1。而且，根据另一个实施例，本体可具有至少1:1、至少2:1、至少3:1、至少5:1或至少10:1的第三纵横比(Wb:Tb)。第三纵横比可不大于约1000:1。应了解，第三纵横比(Wb:Tb)可在包括上述最小值至最大值中任意者的范围内，例如1:1至 1000:1。
在进一步的实施例中，本体长度(Lb)、本体宽度(Wb)和本体厚度(Tb)中的至少一个可具有至少0.1微米的平均尺寸。例如，平均尺寸可为至少1微米、至少10微米、至少50微米、至少100微米、或至少150微米、至少200 微米、至少400微米、至少600微米、至少800微米、或至少1mm。对于另一种情况，平均尺寸可不大于20mm，例如不大于18mm、不大于16mm、不大于14mm、不大于12mm、不大于10mm、不大于8mm、不大于6mm、或不大于4mm。应了解，平均尺寸可在包括上述最小值至最大值中任意者的范围内，例如1微米至20mm、10微米至18mm、50微米至14mm、或 200微米至8mm。
根据一个实施例，本体可包括在由本体长度和本体宽度限定的平面中的横截面形状。横截面形状可包括三角形、四边形、矩形、梯形、五边形、六边形、七边形、八边形、椭圆形、希腊字母字符、拉丁字母字符、俄语字母字符及其组合。根据另一个实施例，本体可包括由本体长度和本体厚度限定的平面中的横截面形状。横截面形状可包括三角形、四边形、矩形、梯形、五边形、六边形、七边形、八边形、椭圆形、希腊字母字符、拉丁字母字符、俄语字母字符及其组合。本体可具有任何上述形状的横截面形状。例如，如在由宽度和厚度限定的平面中观察的，图4包括具有大致四边形，且更特别地，矩形二维形状的研磨颗粒400的横截面图示。可选地，图5包括如在由长度和宽度限定的平面中观察的可具有大致八边形二维形状的研磨颗粒500 的透视图示。
许多不同方面和实施例是可能的。这些方面和实施例中的一些在本文描述。在阅读本说明书后，技术人员应了解这些方面和实施例仅是举例说明性的，并且不限制本发明的范围。实施例可根据如下文列出的任何一个或多个实施例。
实施例1.一种研磨制品，所述研磨制品包括：
本体，所述本体包括：
包含有机材料的粘结材料；和
包含在所述粘结材料内的研磨颗粒，所述研磨颗粒包含纳米晶体氧化铝。
实施例2.一种形成研磨制品的方法，所述方法包括：
形成混合物，所述混合物包括：
包含有机材料的粘结材料；
包含纳米晶体氧化铝的研磨颗粒；和
使所述混合物固化以形成经固定研磨制品。
实施例3.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述粘结材料包括选自树脂、热固性树脂、热塑性树脂、酚醛树脂及其组合的材料。
实施例4.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述粘结材料基本上由有机材料组成。
实施例5.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述研磨颗粒包含具有不大于约0.18微米、或不大于约0.17微米、或不大于约0.16微米、或不大于约0.15微米、或不大于约0.14微米、或不大于约0.13微米的平均微晶尺寸的微晶氧化铝。
实施例6.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述研磨颗粒包含具有至少约0.01微米、或至少约0.02微米、或至少约0.05微米、或至少约0.06 微米、或至少约0.07微米、或至少约0.08微米、或至少约0.09微米的平均微晶尺寸的纳米晶体氧化铝。
实施例7.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包含相对于所述颗粒的总重量至少约51重量％、或至少约60重量％、或至少约70重量％、或至少约80重量％、或至少约85重量％、或至少约90重量％、或至少约92重量％、或至少约93重量％、或至少约94重量％的氧化铝。
实施例8.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包含相对于所述颗粒的总重量不大于约99.9重量％、或不大于约99重量％、或不大于约98.5重量％、或不大于约98重量％、或不大于约97.5重量％、或不大于约97重量％、或不大于约96.5重量％、或不大于约96重量％的氧化铝。
实施例9.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包括选自过渡金属元素、稀土元素、碱金属元素、碱土金属元素、硅及其组合的至少一种添加剂。
实施例10.实施例9的研磨制品或方法，其中所述添加剂包含选自镁、锆、钙、硅、铁、钇、镧、铈及其组合的材料。
实施例11.实施例9的研磨制品或方法，其中所述添加剂包括选自镁、锆、钙、硅、铁、钇、镧和铈的至少两种材料。
实施例12.实施例9所述的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包含相对于所述纳米晶体氧化铝颗粒的总重量不大于约12重量％、或不大于约11重量％、或不大于约10重量％、或不大于约9.5重量％、或不大于约 9重量％、或不大于约8.5重量％、或不大于约8重量％、或不大于约7.5重量％、或不大于约7重量％、或不大于约6.5重量％、或不大于约6重量％、或不大于约5.8重量％、或不大于约5.5重量％、或不大于约5.3重量％、或不大于约5重量％的添加剂总含量。
实施例13.实施例9的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包含相对于所述纳米晶体氧化铝颗粒的总重量至少约0.1重量％、或至少约0.3 重量％、或至少约0.5重量％、或至少约0.7重量％、或至少约1重量％、或至少约1.3重量％、或至少约1.5重量％、或至少约1.7重量％、或至少约2 重量％、或至少约2.3重量％、或至少约2.5重量％、或至少约2.7重量％、或至少约3重量％的添加剂总含量。
实施例14.实施例9的研磨制品或方法，其中所述添加剂包括氧化镁 (MgO)。
实施例15.实施例14的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包含相对于所述纳米晶体氧化铝的总重量至少约0.1重量％、或至少约0.3重量％、或至少约0.5重量％、或至少约0.7重量％、或至少约0.8重量％的MgO。
实施例16.实施例14的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包含相对于所述纳米晶体氧化铝的总重量不大于约5重量％、或不大于约4.5 重量％、或不大于约4重量％、或不大于约3.5重量％、或不大于约3重量％、或不大于约2.8重量％的MgO。
实施例17.实施例9的研磨制品或方法，其中所述添加剂包括氧化锆 (ZrO2)。
实施例18.实施例17的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包含相对于所述纳米晶体氧化铝的总重量至少约0.1重量％、或至少约0.3重量％、或至少约0.5重量％、或至少约0.7重量％、或至少约0.8重量％、或至少约1重量％、或至少约1.3重量％、或至少约1.5重量％、或至少约1.7 重量％、或至少约2重量％的ZrO2。
实施例19.实施例17的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包含相对于所述纳米晶体氧化铝的总重量不大于约8重量％、或不大于约7重量％、或不大于约6重量％、或不大于约5.8重量％、或不大于约5.5重量％、或不大于约5.2重量％的ZrO2。
实施例20.实施例9的研磨制品或方法，其中所述添加剂包括氧化镁 (MgO)和氧化锆(ZrO2)。
实施例21.实施例20的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包含不大于1.5的添加剂比率(MgO/ZrO2)，其中MgO是所述纳米晶体氧化铝中的MgO重量百分比，并且ZrO2是所述纳米晶体氧化铝中的ZrO2重量百分比，其中所述添加剂比率(MgO/ZrO2)不大于约1.4、或不大于约1.3、或不大于约1.2、或不大于约1.1、或不大于约1、或不大于约0.95、或不大于约 0.9、或不大于约0.85、或不大于约0.8、或不大于约0.75、或不大于约0.7、或不大于约0.65、不大于约0.6、或不大于约0.55。
实施例22.实施例20的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包括至少约0.01的添加剂比率(MgO/ZrO2)，其中MgO是所述纳米晶体氧化铝中的MgO重量百分比，并且ZrO2是所述纳米晶体氧化铝中的ZrO2重量百分比，其中所述添加剂比率为(MgO/ZrO2)为至少约0.05、或至少约0.1、或至少约0.2、或至少约0.3、或至少约0.4、或至少约0.5。
实施例23.实施例9的研磨制品或方法，其中所述添加剂包括氧化钙 (CaO)。
实施例24.实施例23的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包含相对于所述纳米晶体氧化铝的总重量至少约0.01重量％、或至少约0.05 重量％、或至少约0.07重量％、或至少约0.1重量％、或至少约0.15重量％、或至少约0.2重量％、或至少约0.25重量％的CaO。
实施例25.实施例23的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包含相对于所述纳米晶体氧化铝的总重量不大于约5重量％、或不大于约4重量％、或不大于约3重量％、或不大于约2重量％、或不大于约1重量％、或不大于约0.7重量％、或不大于约0.5重量％的CaO。
实施例26.实施例9的研磨制品或方法，其中所述添加剂包括氧化镁 (MgO)和氧化钙(CaO)。
实施例27.实施例26的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包含不大于1的添加剂比率(CaO/MgO)，其中MgO是所述纳米晶体氧化铝中的MgO重量百分比，并且CaO是所述纳米晶体氧化铝中的CaO重量百分比，其中所述添加剂比率(CaO/MgO)不大于约0.95、或不大于约0.9、或不大于约0.85、或不大于约0.8、或不大于约0.75、或不大于约0.7、或不大于约0.65、不大于约0.6、或不大于约0.55、或不大于约0.5、或不大于约0.45、不大于约0.4。
实施例28.实施例26的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包含至少约0.01的添加剂比率(CaO/MgO)，其中MgO是所述纳米晶体氧化铝中的MgO重量百分比，并且CaO是所述纳米晶体氧化铝中的CaO重量百分比，其中所述添加剂比率(CaO/MgO)为至少约0.05、或至少约0.1、或至少约0.15、或至少约0.2、或至少约0.25。
实施例29.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包含选自氧化钇、氧化铈、氧化镨、氧化钐、氧化镱、氧化钕、氧化镧、氧化钆、氧化镝、氧化铒、其前体及其组合的稀土氧化物。
实施例30.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包含稀土氧化铝微晶。
实施例31.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包含尖晶石材料。
实施例32.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体材料包含纳米晶体颗粒，并且每个颗粒包含相对于每个颗粒的总体积至少约50体积％的结晶材料或多晶材料、或至少约75体积％的结晶材料或多晶材料、或至少约85体积％的结晶材料或多晶材料、或至少约90体积％的结晶材料或多晶材料、或至少约95体积％的结晶材料或多晶材料，或其中每个颗粒基本上由结晶材料或多晶材料组成。
实施例33.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝基本上不含稀土氧化物和铁。
实施例34.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包含稀土铝酸盐相。
实施例35.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包含至少约18GPa、或至少约18.5GPa、或至少19GPa、或至少约19.5GPa 的维氏硬度。
实施例36.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述纳米晶体氧化铝包含至少约3.85g/cc、或至少约3.9g/cc、或至少约3.94g/cc的密度。
实施例37.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述本体包括经固定研磨制品。
实施例38.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述本体包括经粘结研磨制品，其包括包含所述粘结材料的三维基质中的磨粒。
实施例39.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述本体包含相对于所述本体的总体积至少约1体积％、或至少约2体积％、或至少约4体积％、或至少约6体积％、或至少约8体积％、或至少约10体积％、或至少约12 体积％、或至少约14体积％、或至少约16体积％、或至少约18体积％、或至少约20体积％、或至少约25体积％、或至少约30体积％、或至少约35 体积％的研磨颗粒。
实施例40.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述本体包含相对于所述本体的总体积不大于约65体积％、或不大于约64体积％、或不大于约 62体积％、或不大于约60体积％、或不大于约58体积％、或不大于约56 体积％、或不大于约54体积％、或不大于约52体积％、或不大于约50体积％、或不大于约48体积％、或不大于约46体积％、或不大于约44体积％、或不大于约42体积％、或不大于约40体积％、或不大于约38体积％、或不大于约36体积％、或不大于约34体积％、或不大于约32体积％、或不大于约30 体积％、或不大于约28体积％、或不大于约26体积％、或不大于约24体积％、或不大于约22体积％、或不大于约20体积％的研磨颗粒。
实施例41.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述本体包含相对于所述本体的总体积至少约1体积％、或至少约2体积％、或至少约4体积％、或至少约6体积％、或至少约8体积％、或至少约10体积％、或至少约12 体积％、或至少约14体积％、或至少约16体积％、或至少约18体积％、或至少约20体积％、或至少约25体积％、或至少约30体积％、或至少约35 体积％的纳米晶体氧化铝。
实施例42.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述本体包含相对于所述本体的总体积不大于约65体积％、或不大于约64体积％、或不大于约 62体积％、或不大于约60体积％、或不大于约58体积％、或不大于约56 体积％、或不大于约54体积％、或不大于约52体积％、或不大于约50体积％、或不大于约48体积％、或不大于约46体积％、或不大于约44体积％、或不大于约42体积％、或不大于约40体积％、或不大于约38体积％、或不大于约36体积％、或不大于约34体积％、或不大于约32体积％、或不大于约30 体积％、或不大于约28体积％、或不大于约26体积％、或不大于约24体积％、或不大于约22体积％、或不大于约20体积％的纳米晶体氧化铝。
实施例43.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述研磨颗粒包括共混物，所述共混物包括包含所述纳米晶体氧化铝的第一类研磨颗粒和选自氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、碳氧化物、氮氧化物、超级磨料、碳基材料、附聚物、聚集体、经成形研磨颗粒及其组合的第二类研磨颗粒。
实施例44.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述研磨颗粒主要由纳米晶体氧化铝组成。
实施例45.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述本体包含相对于所述本体的总体积至少约1体积％、或至少约2体积％、或至少约5体积％、或至少约10体积％、或至少约20体积％、或至少约30体积％、或至少约35 体积％、或至少约40体积％、或至少约45体积％的粘结材料。
实施例46.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述本体包含相对于所述本体的总体积不大于约98体积％、或不大于约95体积％、或不大于约 90体积％、或不大于约85体积％、或不大于约80体积％、或不大于约75 体积％、或不大于约70体积％、或不大于约65体积％、或不大于约60体积％、或大于约55体积％、或不大于约50体积％、或不大于约45体积％、或不大于约40体积％、或不大于约35体积％、或不大于约30体积％、或不大于约 25体积％的粘结材料。
实施例47.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述本体包含相对于所述本体的总体积至少约1体积％、或至少约2体积％、或至少约4体积％、或至少约6体积％、或至少约8体积％、或至少约10体积％、或至少约12 体积％、或至少约14体积％、或至少约16体积％、或至少约18体积％、或至少约20体积％、或至少约25体积％、或至少约30体积％、或至少约40 体积％、或至少约45体积％、或至少约50体积％、或至少约55体积％的孔隙率。
实施例48.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述本体包含相对于本体的总体积不大于约80体积％、或不大于约75体积％、或不大于约70体积％、或不大于约65体积％、或不大于约60体积％、或不大于约55体积％、或不大于约50体积％、或不大于约45体积％、或不大于约40体积％、或不大于约35体积％、或不大于约30体积％、或不大于约25体积％、或不大于约20体积％、或不大于约15体积％、或不大于约10体积％、或不大于约5 体积％、或不大于约2体积％的孔隙率。
实施例49.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述本体包含选自封闭的孔隙、开放的孔隙及其组合的一类孔隙。
实施例50.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述本体包含孔隙，并且其中所述孔隙的大部分是开放的孔隙，其中基本上所有的所述孔隙都是开放的孔隙。
实施例51.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述本体包含孔隙，并且所述孔隙的大部分是封闭的孔隙，其中基本上所有的所述孔隙都是封闭的孔隙。
实施例52.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述本体包含具有至少约0.01微米、或至少约0.1微米、或至少约1微米的平均孔径的孔隙。
实施例53.实施例1的研磨制品或方法，其中包含纳米晶体氧化铝的所述研磨颗粒是非附聚颗粒。
实施例54.实施例1或2的研磨制品或方法，其中包含纳米晶体氧化铝的所述研磨颗粒是附聚颗粒。
实施例55.实施例1或2的研磨制品或方法，其中包含纳米晶体氧化铝的所述研磨颗粒是经成形研磨颗粒。
实施例56.实施例55的研磨制品或方法，其中所述经成形研磨颗粒包含选自规则多边形、不规则多边形、不规则形状、三角形、部分凹入三角形、四边形、矩形、梯形、五边形、六边形、七边形、八边形、椭圆形、希腊字母字符、拉丁字母字符、俄语字母字符及其组合的二维形状。
实施例57.实施例55的研磨制品或方法，其中所述经成形研磨颗粒包含选自多面体、棱锥、椭圆体、球体、棱柱、圆柱体、锥体、四面体、立方体、长方体、菱面体、截棱锥、截短的椭圆体、截短的球体、截锥体、五面体、六面体、七面体、八面体、九面体、十面体、希腊字母文字、拉丁字母字符、俄语字母字符、汉字字符、复杂多边形形状、不规则形状轮廓、火山形状、单站形状及其组合的三维形状。
实施例58.实施例55的研磨制品或方法，其中所述经成形研磨颗粒包含三角形二维形状。
实施例59.实施例55的研磨制品或方法，其中所述经成形研磨颗粒包含部分凹入三角形二维形状。
实施例60.实施例55的研磨制品或方法，其中所述经成形研磨颗粒包括具有本体长度(Lb)、本体宽度(Wb)和本体厚度(Tb)的本体，并且其中 Lb>Wb，Lb>Tb，并且Wb>Tb。
实施例61.实施例60的研磨制品或方法，其中所述本体包含至少约1:1、或至少约2:1、或至少约3:1、或至少约5:1、或至少约10:1且不大于约1000:1 的第一纵横比(Lb:Wb)。
实施例62.实施例60的研磨制品或方法，其中所述本体包含至少约1:1、或至少约2:1、或至少约3:1、或至少约5:1、或至少约10:1且不大于约1000:1 的第二纵横比(Lb:Tb)。
实施例63.实施例60的研磨制品或方法，其中所述本体包含至少约1:1、或至少约2:1、或至少约3:1、或至少约5:1、或至少约10:1且不大于约1000:1 的第三纵横比(Wb:Tb)。
实施例64.实施例60的研磨制品或方法，其中所述本体长度(Lb)、所述本体宽度(Wb)和所述本体厚度(Tb)中的至少一个具有至少约0.1微米、或至少约1微米、或至少约10微米、或至少约50微米、或至少约100微米、或至少约150微米、或至少约200微米、或至少约400微米、或至少约600微米、或至少约800微米、或至少约1mm且不大于约20mm、或不大于约18 mm、或不大于约16mm、或不大于约14mm、或不大于约12mm、或不大于约10mm、或不大于约8mm、或不大于约6mm、或不大于约4mm的平均尺寸。
实施例65.实施例60的研磨制品或方法，其中所述本体包含选自下述的在由所述本体长度和所述本体宽度限定的平面中的横截面形状：三角形、四边形、矩形、梯形、五边形、六边形、七边形、八边形、椭圆形、希腊字母字符、拉丁字母字符、俄语字母字符及其组合。
实施例66.实施例60的研磨制品或方法，其中所述本体包含选自下述的在由所述本体长度和所述本体厚度限定的平面中的横截面形状：三角形、四边形、矩形、梯形、五边形、六边形、七边形、八边形、椭圆形、希腊字母字符、拉丁字母字符、俄语字母字符及其组合。
实施例67.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述本体包含选自粉末、颗粒、球体、纤维、短切纤维(CSF)、空心颗粒、聚合物空心球体及其组合的填料。
实施例68.实施例67的研磨制品或方法，其中所述填料包含选自砂、空心球氧化铝、铬铁矿、磁铁矿、白云石、空心球莫来石、硼化物、二氧化钛、碳产物、碳化硅、木粉、粘土、滑石、六方氮化硼、二硫化钼、长石、霞石正长岩、玻璃球、玻璃纤维、CaF2、KBF4、冰晶石(Na3AlF6)、钾冰晶石(K3AlF6)、黄铁矿、ZnS、硫化铜、矿物油、氟化物、碳酸盐、碳酸钙、莎纶、苯氧基树脂、CaO、K2SO4、矿棉、MnCl2、KCl及其组合的材料。
实施例69.实施例67的研磨制品或方法，其中所述填料包含选自抗静电剂、润滑剂、多孔性诱导剂、着色剂及其组合的材料。所述填料可包含具有不大于约40微米的平均粒径的铁和硫。
实施例70.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述粘结材料包括一种或多种天然有机材料、合成有机材料及其组合。
实施例71.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述粘结材料包含选自酚醛树脂、环氧树脂、聚酯、氰酸酯、虫胶、聚氨酯、橡胶及其组合的材料。
实施例72.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述粘结材料包含用固化剂或交联剂包括六亚甲基四胺改性的酚醛树脂。
实施例73.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述粘结材料包含具有亚微米平均尺寸的交联结构域的酚醛树脂。
74.实施例1或2的研磨制品或方法，其中所述本体具有选自轮、磨刀石、锥体、杯、凸缘轮、锥形杯、盘、段、磨头及其组合的形状。
实例1
图6A和6B包括常规微晶氧化铝晶粒(图6A)和代表本文实施例的纳米晶体氧化铝晶粒(图6B)的经抛光部分的扫描电子显微镜(SEM)图像。如所示的，微晶氧化铝(MCA)的平均微晶尺寸为大约0.2微米，而纳米晶体氧化铝(NCA)的平均微晶尺寸为大约0.1微米。
实例2
根据本文公开的实施例测量代表性MCA晶粒样品和NCA晶粒样品的维氏硬度。MCA晶粒和NCA晶粒得自Saint-Gobain Corporation。MCA晶粒可作为
Figure BDA0001343648830000251
HTB获得。纳米晶体氧化铝和微晶氧化铝的微晶尺寸分别为约0.1微米和0.2微米。MCA晶粒和NCA晶粒的样品以相同的方式制备。测试了5个MCA晶粒和NCA晶粒样品的维氏硬度。MCA晶粒和NCA 晶粒的平均维氏硬度公开于表1中。
根据本文公开的程序测量NCA晶粒的相对脆度。MCA和NCA样品具有砂粒尺寸80，并且MCA晶粒用作标准样品。球磨时间为6分钟。如表1 中公开的，MCA晶粒的相对脆度设定为100％，并且NCA晶粒证实维氏硬度非常类似于MCA晶粒的维氏硬度，但具有123％的相对脆度。
表1
MCA NCA
硬度(GPa) 21.8 21.4
相对脆度 100％ 123％
实例3
由MCA晶粒和NCA晶粒制备了两种不同类型的样品。MCA晶粒和NCA晶粒两者均得自Saint-Gobain Corporation。MCA晶粒可作为
Figure BDA0001343648830000261
HTB获得。制备了包括47体积％的磨粒的第一常规砂轮样品(CS1)，其包括大约25体积％的微晶氧化铝晶粒、38体积％的熔融刚玉、38体积％的SiC 的混合物。样品CS1还包括大约20体积％的树脂粘结体和大约32体积％的孔隙率。制备了包括大约47体积％的研磨颗粒的第二砂轮样品(S2)，其包括大约25体积％的纳米晶体氧化铝(NCA)、38体积％的熔融刚玉和38体积％的SiC的混合物。样品S2包括并具有与样品CS1相同类型和含量的粘结体和孔隙率。样品CS1和S2各自的两种形式用36砂粒尺寸的研磨颗粒和54 砂粒尺寸的研磨颗粒制备。NCA和MCA的微晶尺寸分别为约0.1微米和0.2 微米。
根据本文公开的程序测量用于制备轮样品的NCA和MCA晶粒的相对脆度。MCA晶粒用作标准样品。对于具有砂粒尺寸36的晶粒，球磨时间为 3分钟。对于砂粒尺寸54，球磨时间为3分15秒。NCA晶粒的相对脆度公开于表3中。CS1和CS2的MCA的相对脆度设定为100％。
表3
相对脆度
CS1-36 100％
S2-36 130％
CS1-54 100％
S2-54 116％
使用低材料去除率(MRR)操作和高材料去除率操作两者来测试样品的磨削比(G比)，以模拟各种研磨条件。如图7A所示，对于样品的36砂粒尺寸形式，与样品CS1相比，样品S2在低MRR和高MRR条件两者下均证实显著更高的G比。如图7B所示，对于样品的54砂粒尺寸形式，与CS1 相比，S2对于低MRR操作具有非常高的G比。此外，对于高MRR条件， S2还证实超过CS2的改进。
本文实施例表示了与现有技术的偏离。虽然一些专利出版物已注意到微晶氧化铝可制备为具有亚微米平均微晶尺寸，但本领域技术人员认识到，商购可得形式的微晶氧化铝具有在大约0.18至0.25微米之间的平均微晶尺寸。就申请人所知，具有更精细的平均微晶尺寸的基于氧化铝的磨料尚未商购可得。此外，包括NCA的研磨制品的结果证实显著和出乎意料的结果，特别是考虑到MCA和NCA晶粒的维氏硬度基本上没有区别的发现，并且本领域的普通技术人员可能并未期望利用NCA晶粒的经粘结磨料的性能中的显著差异。然而，令人惊奇和显著地，与包括常规MCA晶粒的研磨制品相比，对于高和低材料去除速率两者，包括NCA晶粒的研磨制品具有显著改进的 G比(与从砂轮去除的材料相比从样品去除的材料的量度，并且因此，研磨制品的效率的量度)。不希望受任何理论束缚，如与MCA晶粒(例如高于 100％)相比，NCA晶粒的相对脆度可促成使用NCA晶粒形成的砂轮的改进G比。
应当指出并非需要上文一般描述或实施例中描述的所有活动，特定活动的一部分可能是不需要的，并且除所述那些之外，可执行一种或多种另外的活动。再进一步地，活动列出的次序不一定是它们执行的次序。
益处、其他优点和问题的解决方法已关于具体实施例如上进行描述。然而，益处、优点、问题的解决方法和可能使任何益处、优点或解决方法出现或变得更明显的任何特征不应被解释为任何权利要求或所有权利要求的关键、所需或必要特征。许多不同方面和实施例是可能的。这些方面和实施例中的一些在本文描述。在阅读本说明书后，技术人员应了解这些方面和实施例仅是举例说明性的，并且不限制本发明的范围。另外，本领域技术人员将理解，包括模拟电路的一些实施例可使用数字电路类似地实现，并且反之亦然。
本文描述的实施例的详述和例证预期提供各个实施例的结构的一般理解。详述和例证不旨在充当仪器和系统的所有元件和特征的穷举和广泛描述，所述仪器和系统使用本文描述的结构或方法。分开的实施例还可在单个实施例中组合提供，并且相反，为了简洁起见，在单个实施例的背景下描述的各个特征也可分开或以任何子组合提供。此外，对以范围陈述的值的引用包括该范围内的每个和每一个值。仅在阅读本说明书后，许多其他实施例对于技术人员可为显而易见的。其他实施例可使用且来源于本公开内容，使得可作出结构替换、逻辑替换或另一种变化，而不背离本公开内容的范围。相应地，本公开内容应视为举例说明性的而不是限制性的。益处、其他优点和问题的解决方法已关于具体实施例如上进行描述。然而，益处、优点、问题的解决方法和可能使任何益处、优点或解决方法出现或变得更明显的任何特征不应被解释为任何权利要求或所有权利要求的关键、所需或必要特征。
提供说明书摘要以符合专利法，在了解说明书摘要不用于解释或限定权利要求的范围或含义的情况下提交说明书摘要。另外，在如上附图的详细描述中，为了简化本公开内容，各个特征可在单个实施例中组合在一起或进行描述。本公开内容不解释为反映如下意图：所要求保护的实施例需要比在每个权利要求中明确记载的更多的特征。相反，如下述权利要求所反映，本发明的主题可涉及比所公开的实施例中的任意者的全部特征更少的特征。因此，如下权利要求引入附图的详细描述，每个权利要求本身分别限定所要求保护的主题。

Claims (11)

1.一种研磨制品，所述研磨制品包括：
本体，所述本体包括：
粘结材料，所述粘结材料的含量为相对于所述本体的总体积5体积％至35体积％，其中所述粘结材料包含有机材料；和
包含在所述粘结材料内的研磨颗粒，其中所述研磨颗粒的含量为相对于所述本体的总体积35体积％至58体积％，其中所述研磨颗粒包含具有至少0.08微米且不大于0.13微米的平均微晶尺寸的纳米晶体氧化铝，其中所述纳米晶体氧化铝包含添加剂，所述添加剂包括：
相对于所述纳米晶体氧化铝的总重量至少2重量％且不大于8重量％的ZrO2；和
相对于所述纳米晶体氧化铝的总重量至少0.1重量％且不大于5重量％的MgO，其中MgO与ZrO2的重量含量比率为至少0.01且不大于0.95；和
相对于所述本体的总体积16体积％至45体积％的孔隙率。
2.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述研磨颗粒包含具有至少0.09微米且不大于0.12微米的平均微晶尺寸的纳米晶体氧化铝。
3.根据权利要求2所述的研磨制品，其中所述研磨颗粒包含包括第一类研磨颗粒和第二类研磨颗粒的共混物，所述第一类研磨颗粒包含所述纳米晶体氧化铝，所述第二类研磨颗粒包含选自氧化物和碳化物的至少一种材料。
4.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述纳米晶体氧化铝包含相对于所述纳米晶体氧化铝颗粒的总重量至少0.1重量％至不大于12重量％的添加剂总含量。
5.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述纳米晶体氧化铝包含相对于所述纳米晶体氧化铝的所述总重量至少0.8重量％至不大于5重量％的MgO。
6.根据权利要求5所述的研磨制品，其中MgO与ZrO2的重量含量比率为至少0.1且不大于0.8。
7.根据权利要求1所述的研磨制品，其中所述添加剂包括氧化钙(CaO)，并且其中所述纳米晶体氧化铝包含相对于所述纳米晶体氧化铝的总重量至少0.01重量％的CaO至不大于5重量％的CaO。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的研磨制品，其中所述本体具有轮的形状。
9.一种形成研磨制品的方法，所述方法包括：
形成混合物，所述混合物包括：
包含有机材料的粘结材料；
包含具有至少0.08微米且不大于0.13微米的微晶尺寸的纳米晶体氧化铝的研磨颗粒，其中所述纳米晶体氧化铝包含添加剂，所述添加剂包括：
相对于所述纳米晶体氧化铝的总重量至少2重量％且不大于8重量％的ZrO2；和
相对于所述纳米晶体氧化铝的总重量至少0.1重量％且不大于5重量％的MgO，其中MgO与ZrO2的重量含量比率为至少0.01且不大于0.95；和
使所述混合物固化以形成经固定研磨制品，
其中所述经固定研磨制品包括本体，所述本体包括相对于所述本体的总体积的下述：
35体积％至58体积％的所述研磨颗粒；
5体积％至35体积％的所述粘结材料；和
16体积％至45体积％的孔隙率。
10.根据权利要求9所述的方法，其中包括纳米晶体氧化铝的所述研磨颗粒包含相对于所述研磨颗粒的总重量至少51重量％的氧化铝。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述研磨颗粒包含具有至少0.09微米且不大于0.12微米的平均微晶尺寸的纳米晶体氧化铝。
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