CN1084314C - 煅烧溶胶凝胶氧化铝颗粒的方法、由其制得的磨粒及其应用 - Google Patents

Abstract

将干燥但未经煅烧的溶胶凝胶氧化铝加入到温度保持在能从凝胶颗粒中除去挥发性物质温度以上的炉中，可以使其发生爆炸性粉碎。再在适当的高温下煅烧足以形成完全致密化的α氧化铝颗粒，其粒度可直接适用作磨粒。

Description

煅烧溶胶凝胶氧化铝颗粒的方法、由其制得的磨粒及其应用

发明背景

本发明涉及氧化铝磨粒，特别是涉及具有改进研磨性能的溶胶凝胶法氧化铝磨料。

溶胶凝胶法氧化铝磨料的一般制备方法，是在约125-200℃之间干燥α氧化铝前体(通常是，但不必是勃姆石)的溶胶或凝胶，除去凝胶体中的水分；将干燥的凝胶粉碎成磨粒所需尺寸的颗粒；可能还将此颗粒焙烧(一般在约400-800℃的温度下)，形成氧化铝的过渡形式；然后在足以将γ氧化铝之类的过渡形式转化为α氧化铝的高温下对焙烧过的颗粒进行煅烧。简单溶胶凝胶法的实例记载在美国专利4,314,827；4,518,397；4,881,951和英国专利申请2,099,012中。虽然曾用少量的二氧化硅之类的改性添加剂、氧化镁之类的尖晶石形成剂和氧化锆、氧化钇、稀土金属氧化物、氧化钛和过渡金属氧化物之类的其它金属氧化物添加剂将这类溶胶凝胶氧化铝的晶体尺寸减小到约1-10微米，提高其某些物理性能，但它仍会具有25微米或更大的晶粒尺寸。

在一种特别好的溶胶凝胶法中，是用与α氧化铝本身晶体结构相同，晶格参数尽可能接近的物质在α氧化铝前体中“引入晶种”。加入的“晶种”应尽可能细，且均匀分散在整个溶胶或凝胶中。晶种可以在开始时加入或现场形成。这种晶种的作用是在比无晶种时低得多的温度下，将所有前体均匀地转化为α氧化铝。在这种方法制得的晶体结构中，每个α氧化铝晶粒(是指基本上内部具有相同晶体取向，与相邻晶体被高角度晶粒间界分隔的区域)的尺寸非常均匀，晶体直径基本上是亚微米级(例如约0.1-0.5微米)。合适的晶种物质包括α氧化铝本身和α氧化铁、低价氧化铬和钛酸镍之类的其它化合物以及许多具有与α氧化铝相似晶格参数且足以在比无此种晶种时进行常规转化的温度更低的温度下将前体转化为α氧化铝的其它化合物。这类加入晶种的溶胶凝胶法记载在美国专利4,623,364；4,774,802；4,954,462；4,964,883；5,192,339；5,215,551；5,219,806等之中。

为了减少在高温下煅烧所需的时间，宜对经干燥的溶胶凝胶进行焙烧(而焙烧一般是可有可无的)。这是因为煅烧步骤的任务是把过渡型氧化铝转化为α型氧化铝并对其烧结，以消除剩余的空隙，确保颗粒具有适用作磨粒的充分密度和硬度。已知在煅烧温度(对于加晶种的溶胶凝胶物质，一般为1300-1400℃，而未加晶种的溶胶凝胶物质约高100℃)下若时间过长，会引起晶体长大。因为晶体长大一般视为不适宜，所以人们认为宜分开先进行焙烧，以减少在煅烧高温下的时间。虽然这种方法需维持两个较高温度的操作而增加成本，但仍然使用。

因为干燥操作后要进行粉碎和筛分操作，所以颗粒需冷却到室温，结果干燥颗粒所用的热量被释放到环境中。这当然是效率非常低的。

在干燥后进行粉碎操作，这是因为干燥状态的材料容易粉碎，如果在煅烧操作后才进行粉碎操作，则因为材料的硬度很高，就需要过多的能量。因此，通常是在煅烧前进行粉碎操作。而且认为粉碎之后进行煅烧效率会更高，因为小颗粒会更快地达到煅烧温度。

现已发现有可能大大地减少用溶胶凝胶法生产氧化铝时所需的能量消耗。以与设计常规方法的直观思路完全相反的方式来设计过程的步骤，可以做到这一点。这种新方法可以生产非常合乎需要形式的α氧化铝颗粒，这种α氧化铝颗粒是完全致密的，很适用于磨料用途。另外，这种新方法又是很灵活的，可以设计获得所需的磨粒。

发明的一般描述

本发明方法是将挥发性物质含量至少为5％重量的，经干燥但未经煅烧的溶胶凝胶氧化铝直接加入到保持在400℃以上某个温度的炉子中，控制温度和停留时间，产生爆炸性粉碎的氧化铝。在某些炉中温度足够高和停留时间足够长的条件下，可直接将溶胶凝胶氧化铝转化为α型氧化铝，并将其烧结至具有95％的理论密度。

溶胶凝胶氧化铝经干燥后一般形成尺寸为几毫米的较大颗粒，它是基本上干燥的勃姆石，其每个分子都有缔合的水分子以及一些干燥时可能未被完全除去的残余水。另外常常在溶胶凝胶中以可溶硝酸盐型形式加入氧化镁、氧化钇、氧化铷、氧化铯、或稀土金属或过渡金属氧化物之类的有益改性剂。这些物质也使干燥凝胶中含有挥发性成分(如氧化氮)。如果在对溶胶凝胶进行胶溶时使用硝酸或乙酸之类的酸，在干燥的溶胶凝胶中也可能有这种残余的酸。干燥凝胶中挥发性物质的总含量一般为约5-50％重量，较好的为约10-45％重量，更好的为约20-40％重量。干燥通常约在200℃以下的温度下进行，更常见的是在低得多的温度进行。因此，装入炉中的干燥凝胶含有相当大量的挥发性物质。

EP-A-0176476和EP-A-0518106中揭示了高温下迅速剧烈的脱水方法，但并未用于水铝氧的细粉末，而是用于生产勃姆石或活性有形体的中间步骤。

虽然本发明主要针对干燥溶胶凝胶物质的爆炸性粉碎，但这些物质也可含有其它本身并不是挥发性物质的组分。因此，只要干燥混合物中挥发性物质的总含量保持在5％重量以上，在溶胶凝胶物质中也可含有α或γ氧化铝粉末、碳化硅(颗粒型和晶须型)、氧化锆、立方氮化硼和其它磨料之类的成分。

当经干燥的溶胶凝胶较大颗粒放入炉中时，其中的挥发物就爆炸性地膨胀，使较大颗粒散开，产生非常适用于研磨用途的小颗粒。如果在炉中的停留时间足够长，产生的小颗粒迅速转化成α相，并非常迅速地烧结成基本上完全致密。由于这一过程很猛烈，所以它被直观地称为“爆炸性粉碎”，虽然在一个优选的实施方案中本方法超出粉碎的范围，并包括煅烧成α相，在某些情况下还基本上烧结至理论密度。当温度较低时，粉碎的程度可能会降低，主要破裂成较大的碎片，而在这些碎片中产生了线性缺陷，使它在随后的粉碎操作中容易碎裂。然而，这也被看作爆炸性粉碎。在这些情况下，烧结前对爆炸性粉碎的材料进行粉碎，以进一步调节粒度。

因此，当将干燥的溶胶凝胶氧化铝颗粒加入炉中，并在不用任何外力的条件下至少部分地碎裂成较小的颗粒时，就认为形成了“爆炸性粉碎”的颗粒物质。

若在炉内的停留时间较短或炉内温度较低，则材料从炉中排出时，烧结过程可能进行得不完全，甚至也可能没有完全转化为α相。在这种情况下，部分或全部的颗粒可能在某种程度上是多孔性的。这些较疏松的大颗粒可以先经过较轻微的研磨操作进行粉碎，然后在另一个炉中或第二次通过旋转炉烧结成密度大于95％理论密度。有时种做法是很好的，因为非常强烈的爆炸性粉碎可能产生大量的很细颗粒，而这些很细颗粒对某些研磨用途来说不适用。较温和的爆炸性粉碎能够产生外观上没有碎开的颗粒，这些颗粒在以后的操作很容易粉碎。有时更好的一个做法是，可将没有被完全爆炸性粉碎的经煅烧物质(常有孔隙度)至少部分地用水之类的挥发性液体浸渍，然后再次通过旋转炉完成粉碎过程。

调节煅烧条件产生的上述多孔产物还可以用镁、钇、过渡元素、铷、铯或稀土金属的可溶盐水溶液之类的改性剂溶液进行浸渍。烧结这种经浸渍的物质通常会产生非常有效的改性氧化物，同时还产生可起爆炸性粉碎作用的其它挥发性物质。

现已发现，如果在干燥前对凝胶进行挤压，较小的挤压模孔比较大的挤压模孔更好。例如，用直径为1.6毫米的模孔挤压的凝胶比用直径为6毫米的模孔挤压的凝胶具有更好的爆炸性粉碎性能。另外，圆形挤压物比角形挤压物(如用直角模孔制得的)更佳。

用上述方法制得的磨粒通常比用常规方法制得的磨粒具有意想不到好的研磨性能。其理论原理可能是由于这种粉碎技术对所产生的材料没有施加机械应变，从而没有在磨粒结构中产生微缺陷。不管理论上如何解释，这种性能的改善毕竟是令人惊奇和显著的。

因此，本发明也包括新颖的氧化铝磨粒。现已发现，用爆炸性粉碎法制得的磨粒具有独特的形状和粒度分布。这也可能是产生上述优良研磨性能的原因。它们与横截面均匀的模压或挤压的磨粒不同，没有均匀的横截面形状，形状是不规则的，尤其是在垂直于最长尺寸方向的横截面上很不规则，这是粉碎所得颗粒的特征。

一般来说，用非成形方法制造磨粒，就是将较大块形的材料加以粉碎。现有两种基本的常规粉碎方法：冲击粉碎和滚压粉碎。冲击粉碎法会产生较为块形的磨粒，其L/D，即长宽比(最长尺寸L与垂直于该最长尺寸的最大尺寸D之比)接近于1。而滚压粉碎法会产生较弱的磨粒，这实际上是指其平均长宽比大于1。当然对于滚压粉碎法制得的磨粒，存在一个实际的长宽比范围，但大多数磨粒的长宽比基本上小于2。

“粒度”通常用一系列筛孔大小不同的筛子进行测量。如果说一个磨粒可用三个相互垂直的尺寸表征，则确定“粒度”的控制尺寸是第二大的尺寸，因为它将决定当磨粒沿最长尺寸取向时可以通过的最小孔的尺寸。如果本发明的磨粒平均比常规磨粒稍长一点，则其每个磨粒显然具有较大的平均体积。现已发现确实是这种情况。

本发明的氧化铝磨粒在垂直于纵向尺寸是非对称的，在制得的磨粒的任一粒度级分中，长宽比至少为2∶1的磨粒约占25％以上，较好的情况至少占30％，更好的情况至少占50％。

现已发现，常规滚压粉碎的氧化铝磨粒，在其粉碎制成状态的磨粒的任一粒度级分中，长宽比为2∶1或更高的磨粒不超过25％，通常仅约19-25％。看来这与粉碎的具体方法有关，而不是与构成氧化铝磨粒的氧化铝具体形态有关。因此，本发明磨粒与现有的磨粒显著不同。正如下述的一些实施例所示，本发明磨粒大大提高了的研磨性能很清楚地证明了这一点。

附图

图1表示加晶种的溶胶凝胶氧化铝的差热分析曲线。

图2表示适用于本发明方法中一个实施方案的装置的立视示意图。

发明的详细描述

图1中所示的曲线是温度升高时一种加晶种溶胶凝胶的差热分析曲线。此曲线显示，在约400℃时有一个吸热峰。它表明失去水、酸和盐分解产物之类的挥发性物质。正是这种挥发性物质的释放引起了爆炸性粉碎。显然这种释放越快，分解的爆炸性越大。到大约600℃时要除去的挥发性物质量明显减少了，转化成γ氧化铝之类的无水氧化铝相的转化也趋完全。在更高的温度时，开始转化为α相。对于加晶种的溶胶凝胶材料，在约1150℃或更低温度处发生这种转化。这种转化如图1中的峰所示。在未加晶种的溶胶凝胶中，除了α转化峰发生在更高温度(约为1250℃)外，其曲线是非常相似的。

为了实施本发明，仅需加热到挥发物开始挥发的温度。显然，在最低分解温度以上的温度加热有利于非常迅速地分解，从而产生最大的爆炸性效果。然而如果加热足够快的话，在上述范围下限处的中等温度加热也是有效的。

如果使用上述范围下限处的温度(在该温度下还没有形成α氧化铝)，必要对经爆炸性粉碎的材料进行进一步的煅烧，以完成向α相的转化并(如有必须)将该材料烧结至接近理论密度(一般超过理论密度的95％)。虽然这需要额外的费用，但它可使用比碳化硅炉管更坚实、成本更低的旋转炉管材料。虽然碳化硅炉管是同时进行所有这些操作的标准炉管。

在进行爆炸性粉碎前，溶胶凝胶氧化铝一般在200℃以下温度干燥，更好地在约75-175℃间的更低温度下干燥。

如上所述，需要尽可能快地加热经干燥的溶胶凝胶大颗粒材料，以便产生最大程度的膨胀和爆炸性粉碎。图2的部分剖面立视示意图所示的装置很适于满足这些要求。将直径约为0.5-1厘米的未粉碎溶胶凝胶氧化铝干燥颗粒加入料斗1中，用振动加料器2将其从料斗1加入第二加料器3。第二加料器将此颗粒送入空气喷射器4。空气喷射器又用从支管5进来的压缩空气流将这些颗粒加速。压缩空气流将这些颗粒传送通过管道6在位置8处进入旋转炉7中。该旋转炉具有上端和下端。位置8接近于炉内的高温区。在操作中，颗粒进入高温区发生爆炸，粉碎后的颗粒从炉的下端9排出。

在爆炸粉碎法中，要迅速加热经干燥的凝胶大颗粒，以达到最大的爆炸效果。虽然与图2中不同的几种炉子设计也可满足这种要求，但非常适用于实施本方法的炉子是具有一个与水平线成一角度倾斜并绕轴旋转的炉管的旋转炉。所述的炉管从外部加热。炉管的旋转保证了管内的大小颗粒都总是处于不断的运动中，这样，就不会只有颗粒的一部分与炉管接触而被加热，而另一部分不被加热的情况。炉管的旋转速度和倾斜角度决定了颗粒在炉内的停留时间。调节这些参数，就能最好地保证挥发性物质从大颗粒的内部迅速地挥发，而不是逐渐地进行。这就能使大颗粒爆炸性粉碎后形成的小颗粒能最大限度地利用停留时间进行煅烧和致密化。

也可使用其它的炉子设计，包括或可装有流化床的间歇式加热炉和微波加热或感应加热的炉子。

在烧结氧化铝温度下使用的旋转炉一般采用碳化硅炉管。这是由于它具有满足本方法过程物理要求的性能，所述的物理要求包括炉管长度方向上的温度变化和不同位置的不同机械负载。碳化硅也能耐可能产生的酸性气体，如释放的硝酸盐残余物。然而如果想在低于发生完全烧结的温度下进行爆炸性粉碎和转化成α型，可以使用能耐高达约1200℃温度的金属合金，如“铬镍铁合金”。

使用旋转炉时，本发明方法要求在高温区的停留时间约为1秒至30分钟，较好的为2秒至20分钟。为了获得这种停留时间，管子的仰角约为1°至60°，更好为3°至20°，旋转速度为约0.5-40转/分，较好为0.5-20转/分，更好为约1-15转/分。

当煅烧加晶种的溶胶凝胶氧化铝时，旋转炉中高温区的煅烧温度通常约为400-1500℃，更好的为约600-1400℃。当煅烧未加晶种的溶胶凝胶氧化铝时，旋转炉中高温区的煅烧温度通常约为400-1650℃，更好的为约600-1550℃。

用本发明爆炸粉碎法制得的颗粒多具有明显大的长宽比，即颗粒具有一个比其它任何一个尺寸长得多的尺寸。这类颗粒特别适用于涂覆磨料的用途。

本发明方法适用于生产所有类型的溶胶凝胶法颗粒，特别是适用于生产研磨用途的。溶胶凝胶可以加晶种或不加晶种。所用条件的唯一区别是溶胶凝胶中不加晶种时，一般需要较高的烧结温度。本发明方法也可用于烧结的氧化铝，即是通过部分烧结使细分散的α氧化铝颗粒结成块状，然后液体浸渍再将其爆炸性粉碎，制成磨粒。

用本发明方法制得的烧结氧化铝磨粒是尺寸为0.01-10微米的晶体。该氧化铝可以是纯的或通过加入高达10％重量一种或多种氧化物进行改性。所述的氧化物选自镁、锆、稀土金属、过渡金属、铷、铯或钇的氧化物。

因为本发明方法可以不用现有技术中常用的机械粉碎步骤，所以可以将经干燥的凝胶直接从干燥器中送入炉中。这样节约了可观的时间和能量消耗。

优选实施方案的描述

现在具体参照在旋转炉中煅烧加晶种的溶胶凝胶氧化铝来对本发明方法进行描述。这些实施例仅用于解释性的目的，并不意味对本发明基本范围的限定。

实施例1

在罗斯(Ross)混合器中加入74657克去离子水和α氧化铝晶种浆料。所述晶种的BET表面积约为120米²/克。所述浆料是将6000克6％晶种的去离子水浆料加入10000克去离子水中制得的。再加入36.00千克勃姆石(Condea GmbH出售，商标为“Disperal”)，将混合物抽真空并搅拌5分钟。然后在该搅拌后的混合物保持真空的条件下，加入1671克70％硝酸用5014克去离子水稀释后所得的溶液。再搅拌5-10分钟。将真空解除后，边将1671克70％硝酸用5014克去离子水稀释后所得的溶液注入混合物，边将该混合物通过一个在线混合均化器，使该混合物凝胶化。

将所得凝胶干燥，再碎裂成大小约为0.25-1厘米的大颗粒，然后直接加入旋转炉中。该旋转炉用的是一根长度为213厘米、直径为15厘米的碳化硅管，它有温度保持在1405℃的50厘米高温区。炉管与水平线的倾斜角为6°，转速约为18转/分。

所述的大颗粒爆炸粉碎后具有一个粒度范围，从中分离出50T(＞300和＜355微米)尺寸的磨粒用于机械试验。煅烧材料通过旋转炉的时间约为1-2分钟。煅烧后磨粒的密度超过3.8克/厘米，它们是直径约为0.2微米的氧化铝微晶体。

为了比较起见，按相同的方式干燥相同的溶胶凝胶配方，再滚压粉碎后制得通过24目(＜710微米)的颗粒，在约800℃焙烧后，按常规方法在常规旋转炉中煅烧。所得磨粒是与本发明爆炸粉碎法制得的相同亚微米级氧化铝微晶体。

然后用完全相同的磨粒量、背衬、初始粘结涂层和胶结涂层，将这两种磨粒试样分别制成磨带。每条磨带的宽为6.4厘米，长为152.4厘米。每平方米表面积上粘接的磨粒量为590克。令磨带以9000表面米/分的速度运转，施加6.8千克的力并在冷却剂作用下用于切削304不锈钢棒，历时4分钟。

在这段时间内，用常规磨粒制成的磨带切削74克，而用爆炸粉碎磨粒制成的磨带切削94克，比常规磨带高27％。

实施例2

用主要如图2所示的设备将在室温下干燥的粒度约为+24T(＞710微米)的加晶种溶胶凝胶氧化铝大颗粒直接加入旋转炉中温度为1000℃的高温区，加入的速度约为2.25-4.5千克/小时。除管的转速约为10转/分和与水平线的倾斜角为7°以外，该旋转炉与实施例1中所用的炉相同。凝胶颗粒在炉中被爆炸粉碎，其粒度分布列于下表1中。

                          表1

粒度范围	范围内的量
		+30(＞600微米)	41％
-30+40(＜600微米 ＞425微米)	31％
		-40+50(＜425微米 ＞300微米)	11％
-50+60(＜300微米 ＞250微米)	3％
		-60(＜250微米)	4％

在另一个操作中，上述爆炸粉碎的材料被进一步烧结至密度大于3.8克/厘米3。烧结后材料的粒度范围列于如下的表2中。

在这两种磨粒中，氧化铝都是亚微米微晶形式。

                           表2

粒度范围	范围内的量
		+30(＞600微米)	22％
-30+40(＜600微米 ＞425微米)	38％
		-40+50(＜425微米 ＞300微米)	23％
-50+60(＜300微米 ＞250微米)	9％
		-60(＜250微米)	8％

实施例3

本实施例说明本发明新颖的磨粒及其制备方法。

按如下方法制备未加工的加晶种氧化铝凝胶：

在装有两个西格马形桨片和一个挤压螺杆的高固体量Jaygo混合机中，加入148千克勃姆石(购自Condea GmbH，注册商标为“Disperal”)和40千克去离子水。在螺杆反方向旋转下，将该混合物搅拌5分钟。然后加入α氧化铝水浆料(29千克4％α氧化铝固体分散体，该α氧化铝的BET表面积大于110米²/克)，继续搅拌8分钟后，加入30千克22％硝酸，再继续搅拌20分钟。最后正方向转动挤压螺杆，经过一个6.3毫米的挤压模头挤出所形成的凝胶。然后将此凝胶挤压物干燥至含水量约为30-35％重量，再分成两份。

将第一份凝胶滚压粉碎，在600-800℃温度焙烧，然后在旋转炉中烧结至理论密度的97％以上。对烧结的磨粒进行筛分，分离出粒度为50T(＞300和＜355微米)的磨粒，然后测量这些磨粒的长宽比和研磨性能。它代表常规滚压粉碎、弱形状的溶胶凝胶氧化铝磨粒。

除了先将待爆炸粉碎的材料筛分至+10目(＞2毫米)，除去细颗粒以外，按实施例2中所述的方法将第二份凝胶加工至密度超过理论密度的97％。从爆炸粉碎产物中筛分出粒度为50T(＞300和＜355微米)的相同磨粒。也对这一级分进行长宽比分析，并评价其研磨性能。

长宽比分析

对于50T(＜355和＞300微米)粒度，将要进行长宽比分析的磨粒筛分至-45+50；对于36T(＜600和＞500微米)粒度，将要分析的磨粒筛分至-30+35。

使用的设备是一个装有Nikon Micro Nikkor 55毫米微距摄影透镜的DageMTIO PA-81高分辨黑白照相机，安装在Bencher M2照相机支撑架上，用以拍摄磨粒照片。拍摄时，将磨粒分散在黑纸上(对白色磨粒而言)，拍摄视野内几个磨粒的照片。

仅用顶部萤光灯照明，要避免阴影和过度强光。

照相机用固定架上的顶部孔和照相机背面的中心孔安装在照相机支撑架上，照相机支撑架上的垂直移动标尺锁定在约44厘米处。照相机镜头光圈设定在F-2.8。在照相机支撑架的底板上放置一杆米制直尺，对照相机进行聚焦并设定所需长度的线(它实际上是10毫米，即10000微米)，对拍摄系统进行校准。

将放有磨粒的黑纸移动，产生不同的视野，分析不同的磨粒。

拍摄照片，并用Compix C Imaging 1280/Simple 51软件系统进行分析。在检测过程中为了有助于更好地对准磨粒边缘，按图象增强方式进行图象清晰化操作。然后产生一个二进制图象(binary image)，对磨粒图象进行编选，保证拍摄的两个磨粒不相互接触并消除明显歪曲的图象。为了排除图象中与纸有关的背景噪音，检测磨粒的最小粒度范围设定在200平方微米。现已发现，设定这种最小值并没有漏去检测的磨粒。

用Simple 51软件采集的数据包括视野中各个磨粒的面积、最大长度和最大宽度。该试验对每种试样至少测量200-250个磨粒的这些参数。然后将收集的数据输入Microsoft’s Excel^(Release 5.0)软件，计算平均值、标准偏差、长宽比和有关的累积数据。

评估研磨性能

按标准涂布量将磨粒静电沉积在涂有酚醛树脂粘合剂涂层的布背衬上。然后使粘合剂固化。在这些磨粒上面涂布酚醛树脂胶结涂层后，使其固化。将此涂覆磨料制成长为152.4厘米、宽为6.35厘米的环形磨带。以914.4表面米/分的线速度、用水冷却剂、在6.8千克力的作用下对一根不锈钢304棒进行磨削，按恒力方式对磨带进行测试。试验结束时记下20分钟内总的钢磨削量。

所有磨粒具有由直径约为0.2-0.4微米(用平均截距法测量)α氧化铝微晶构成的微晶结构。

评估的结果

试样    每100个磨粒中    相对％     研磨性能

         L/D＞/＝2.0              GMS磨消量/20

        磨粒的相对％数                分钟

实施例3     54            207          284

对比例3     25            100          199

从上述数据可以清楚地看出，爆炸粉碎的磨粒具有相当优越的研磨性能，它与对比试样的弱形状磨粒有很大不同。其中L/D比大于或等于2.0的磨粒的比例要高得多。

实施例4

除了使用稍有不同的溶胶凝胶法以外，本实施例按实施例3相似的方法进行。在所有其它方而这两个实施例是相同的。

用于制造对比磨粒和本发明磨粒的方法如下：

在一个混合容器中装入908千克的水、118千克稀释的α氧化铝晶种浆料和41千克的21％硝酸。所述的α氧化铝晶种浆料含有4％重量的表面积超过120米²/克的α氧化铝晶种(通过在Sweco球磨机中用Diamonite低纯度氧化铝磨介研磨8％亚微米级α氧化铝水分散体制得)。该混合物用高速分散桨片搅拌，并抽真空除去气泡。测得的pH值约为4。然后将该混合物和21％硝酸一起泵入一在线均化器中，供料速度为0.6升/分，使该混合物均化。将所得的凝胶干燥至含水量约为30-35％。

然后将干燥的凝胶分成两份，按实施例3所述的方法分别进一步处理和评估。结果如下：

试样     每100个磨粒中    相对％       研磨性能

          L/D＞/＝2.0               GMS磨削量/20分钟

        磨粒的相对％数

实施例4       36           171            281

对比例4       21           100            212

这些数据也表明，对于低固体含量的方法而言，在用常规方法制得的磨粒和用本发明方法制得的磨粒之间也有明显的区别。

实施例5

除了被测试磨粒的粒度不同外，本实施例的方法与实施例3相同。这里是分离出粒度级分为36T的部分，而不是50T的级分，进行了检测。结果如下：

试样      每100个磨粒中    相对％        研磨性能

           L/D＞/＝2.0               GMS磨削量/20分钟

         磨粒的相对％数

实施例5       27            142             259

对比例5       19            100             149

因此，即使本发明磨粒中较长磨粒的相对数目仅为用常规滚压粉碎法制得磨粒的142％，但其研磨性能的提高仍相当惊人。

实施例6

本实施例表明七种材料的尺寸和重量变化。这七种材料具有相同的标准45/50粒度。其中三种材料是按本发明方法爆炸粉碎的加晶种溶胶凝胶氧化铝材料的不同试样。另外三种是滚压粉碎加晶种溶胶凝胶氧化铝材料制得的，所述的加晶种溶胶凝胶氧化铝材料与按本发明方法粉碎的磨粒相同。另一种试样是市售的氧化铝磨粒(购自3M公司，商品名称为“32I Cubitron”)。据称这种磨粒是用未加晶种的溶胶凝胶氧化铝法制得的，这种氧化铝用少量的氧化钇和稀土金属氧化铝改性。据知这种磨粒是用机械碾碎法制得。这种磨粒的晶体结构是直径约为1-7微米(用平均截距法测量)的氧化铝晶体。

结果列于如下表3中：

                       表3

           平均长度    平均宽度    平均高度  平均体积

试样       微米         微米       微米       微米3

发明1      754          400        179        3.95

发明2      872          399        269        3.90

发明3      673          424        254        3.19

滚压1      597          450        299        2.22

滚压2      615          414        282        2.92

滚压3      601          450        226        2.87

321        649          396        231        2.27

除了还用白光干扰技术测量颗粒的高度外，使用与实施例3相同的测量技术。这些数据表明虽然决定粒度的尺寸(宽度)在试样范围内仅差约54微米，这是由于所有试样具有相同的粒度(45/50)，而各类试样颗粒的平均高度和平均宽度的范围相互重迭，平均长度以及因此平均重量则在明显不同的范围内，按本发明方法粉碎的磨粒比现有技术滚压粉碎的磨粒更长，而且更重。

Claims (18)

1.一种含干燥但未经煅烧的溶胶凝胶氧化铝的组合物的爆炸粉碎方法，所述组合物中挥发性物质含量至少为5％重量，方法的特征在于是将组合物的颗粒直接加入到温度保持在400-1650℃的炉中并控制炉内停留时间为1秒到30分钟，产生爆炸性粉碎的氧化铝颗粒。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的炉为管形旋转炉。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述的炉管与水平线的倾斜角为1°-60°。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述管的转速为0.5-40转/分。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于送入炉中的含干燥溶胶凝胶氧化铝组合物含有5-60％重量的挥发性物质。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于直接将所述含干燥溶胶凝胶氧化铝的组合物加到炉中高温区附近。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于炉内的温度和停留时间足以形成α相，并至少烧结至理论密度的95％。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的炉子保持在低于烧结α氧化铝所需温度以下的温度，然后再将爆炸性粉碎的材料烧结至超过理论密度的95％。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于在烧结前，对爆炸性粉碎的材料进行粉碎，以进一步调节粒度。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于在进行烧结操作前，用选自稀土金属、过渡金属、铷、铯和钇的可溶金属盐溶液处理所述经爆炸性粉碎的材料。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的溶胶凝胶氧化铝是加晶种的溶胶凝胶氧化铝，所述组合物中挥发性物质含量为20-40％重量，所述的方法是将该组合物加入到管形旋转炉中，该炉内高温区的温度保持在600-1400℃，炉管与水平线间的倾斜角为3°-20°，转速为0.5-20转/分。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的溶胶凝胶氧化铝是未加晶种的溶胶凝胶氧化铝，所述组合物中挥发性物质含量为20-40％重量，所述的方法是将该组合物加入到管形旋转炉中，该炉内高温区的温度保持在600-1550℃，炉管与水平线间的倾斜角为3°-20°，转速为0.5-20转/分。

13.一种氧化铝磨粒，其特征在于相对于纵向尺寸它是不对称的，在制得的磨粒的所有粒度分级内，都含有25％以上其长宽比至少为2∶1和密度至少为95％理论密度的磨粒。

14.如权利要求13所述的氧化铝磨粒，其特征在于长宽比超过2∶1的磨粒百分数大于30％。

15.如权利要求13所述的氧化铝磨粒，其特征在于它都是尺寸为0.01-10微米的烧结氧化铝晶体。

16.如权利要求15所述的氧化铝磨粒，其特征在于所述氧化铝晶体是亚微米级的。

17.如权利要求15所述的氧化铝磨粒，其特征在于它是用高达10％的一种或多种氧化物改性的烧结氧化铝，所述的氧化物选自镁、锆、稀土金属、过渡金属、铷、铯或钇的氧化物。

18.如权利要求13所述的氧化铝磨粒在粘接磨具和涂敷磨具中的应用。

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