CN1105698C

CN1105698C - 磨料颗粒及其制造方法

Info

Publication number: CN1105698C
Application number: CN94194099A
Authority: CN
Inventors: L·D·门罗; T·E·伍德
Original assignee: 3M Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1993-11-12
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 2003-04-16
Anticipated expiration: 2014-11-04
Also published as: CA2175680A1; CN1134692A; EP0728123A1; AU689827B2; WO1995013251A1; NO961919L; CA2175680C; AU1050795A; NO961919D0; US5651801A; BR9408041A; DE69417570D1; ATE178298T1; JPH09505101A; US5645618A; EP0728123B1; DE69417570T2

Abstract

本发明涉及结晶陶瓷α氧化铝基磨粒及其制备方法。该磨粒可以引入磨料制品中，例如涂覆磨料制品、粘合磨料制品和三维低密度磨料制品中。

Description

磨料颗粒及其制造方法

发明领域

本发明涉及α氧化铝基陶瓷磨料颗粒(下面简称磨粒)及其制造方法。该种磨粒可采用于任何种类的磨料制品中。

有关的现有技术

以前合成的磨粒是用熔凝法制造的。在该方法中所用的氧化铝源材料通常是铝土矿或拜耳法氧化铝。在这些方法中，陶瓷材料在熔炉中溶化，然后冷却生成致密的块料，或者在水中猝冷生成细晶粒。

近年来，磨粒已经采用各种溶胶—凝胶方法制备。在溶胶-凝胶法中，典型的是将一种水合形式的氧化铝(就是一水合α氧化铝即勃姆石)与水和酸混合，产生胶态的分散物系即溶胶。使该勃姆石的胶态分散体脱水，生成磨粒前体，再一般进行煅烧，然后烧结。在煅烧步骤中，勃姆石转化成过渡型氧化铝(一种或多种)。在烧结步骤中，磨料颗粒物质中的过渡型氧化铝转变成α氧化铝，后者接着进行了致密化。在例如美国专利No.5,035,369(Winkler等人)、No.4,770,671(Monroe等人)、No.4,314,827(Leitheiser等人)和No.5,164,348(Wood)中，叙述了溶胶-凝胶法。

目前，溶胶-凝胶法是用于制造陶瓷磨粒的。在该方法中，勃姆石是关键组分，这是因为：它能以含有99％至100％(重量)纯AlOOH的形式得到；它能以亚微米粒度的形式得到；而且它容易形成胶态分散物系。然而，勃姆石是一种非常昂贵的原料，所以，人们一直在寻求适宜的替代方法用以提供陶瓷α氧化铝基的磨粒。

发明综述

本发明提供用于制备结晶陶瓷α氧化铝基磨粒的一种第一种方法，该方法包括以下步骤：

(a)制备含有一种液体介质和足够量氧化铝颗粒的分散物系，它可经脱液生成一种前体材料，该前体材料可烧结成硬度至少为16GPa(较好为至少18GPa，更好为至少19GPa)、密度至少为3.58g/cm³(较好为至少3.78g/cm³，更好为至少3.88g/cm³)、α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)，以理论氧化物计，SiO₂含量小于0.3％(重量)，Na₂O含量不大于0.4％(重量)(以该材料的总重量计)的结晶陶瓷α氧化铝基材料；作为原料的氧化铝颗粒选自：α氧化铝颗粒、含有小于10％(重量)化学结合水的过渡型氧化铝颗粒，以及它们的混合物，该氧化铝颗粒的平均粒度小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)，该分散物系含有不大于1％(重量)的一水合α氧化铝，此百分数系基于分散物系的重量减去分散物系中存在的液体介质总重后的重量。

(b)使该分散物系脱液得到前体材料；以及

(c)在某一温度下将该前体材料烧结足够长的时间，以得到硬度至少为16GPa(较好为至少18GPa，更好为至少19GPa)、密度至少为3.58g/cm³、α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)，以理论氧化物计，SiO₂含量小于0.3％(重量)，Na₂O含量不大于0.4％(重量)(以该磨料颗粒的总重量计)的结晶陶瓷α氧化铝基磨粒，此时烧结是在不高于1600.0℃的温度和不高于10.13MPa(100.0atm)的压力下进行的。在进行步骤(c)之前，前体材料是以磨料颗粒前体的形式提供的。

较好的是，陶瓷磨粒中的CaO含量不大于0.4％(重量)(以理论氧化物计)。在此，当提到以理论氧化物计对材料进行表征时，并不是涉及存在的特定的相。而是指一种物料衡算的关系。

另一方面，本发明提供用于制备结晶陶瓷α氧化铝基磨粒的一种第二种方法，该方法包括以下步骤：

(a)制备含有一种液体介质、足够量的烧结助剂材料(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、它们的前体以及它们的混合物)以及足够量氧化铝颗粒的分散物系，此分散物系可经脱液生成前体材料，此前体材料可烧结成含有至少2％(重量)(较好为至少2.5％(重量)，更好为3％(重量))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、氧化铒或它们的混合物，此处含量系以Y₂O₃、Ce₂O₃、Pr₂O₃、Sm₂O₃、Yb₂O₃、Nd₂)₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Dy₂O₃和Er₂O₃等理论氧化物计)，硬度至少为16GPa，密度至少为3.58g/cm³，α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米的结晶陶瓷α氧化铝基的材料，以及以理论氧化物计；氧化铝颗粒选自：α氧化铝颗粒、含有小于10％(重量)化学结合水的过渡型氧化铝颗粒，以及它们的混合物，该氧化铝颗粒的平均粒度小于2微米，该分散物系含有至少65％(重量)，较好为至少75％(重量)，更好为至少80％(重量)的氧化铝颗粒，此含量系基于分散物系中总的理论Al₂O₃含量；

(b)使该分散物系脱液生成前体材料；

(c)在某一温度下将该前体材料烧结足够长的时间，以得到硬度至少为16GPa、密度至少为3.58g/cm³、α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米的结晶陶瓷α氧化铝基的磨粒，此时烧结是在不高于1600.0℃的温度和不高于10.13MPa(100.0atm)的压力下进行的。在进行步骤(c)之前，前体材料是以磨料颗粒前体的形式提供的。

较好的是，按理论氧化物计，得到的磨粒含有小于0.3％(重量)的SiO₂、不大于0.4％(重量)的Na₂O，不大于0.4％(重量)的CaO(基于所述磨料颗粒的总重量)。该分散物系还可含有选自：氧化锆、氧化铪、氧化铬，它们的前体和它们的混合物的某一种材料。

另一方面，本发明提供用于制备结晶陶瓷α氧化铝基磨粒的一种第三种方法，该方法包括以下步骤：

(a)制备含有一种液体介质、足够量氧化铝颗粒以及足够量的烧结助剂材料的分散物系，在经过以下的步骤(b)和(c)之后，该分散物系能转变为结晶陶瓷α氧化铝基磨粒，其硬度至少为16GPa(较好为至少18GPa，更好为至少19GPa)、密度至少为3.58g/cm³(较好为至少3.78g/cm³，更好为至少3.88g/cm³)、α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)，该磨粒以理论氧化物计含有，小于0.3％(重量)的SiO₂，不大于0.4％(重量)的Na₂O(以磨料颗粒的总重量计)。氧化铝颗粒选自α氧化铝颗粒、含有小于10％(重量)化学结合水的过渡型氧化铝颗粒以及它们的混合物，该氧化铝颗粒的平均粒度小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)，该分散物系含有不大于1％(重量)的一水合α氧化铝，此百分数系基于分散物系的重量减去其所含液体介质总重后的重量。

(b)使该分散物系脱液；

(c)在某一温度下将该前体材料烧结足够长的时间，以得到硬度至少为16GPa(较好为至少18GPa，更好为至少19GPa)、密度至少为3.58g/cm³(较好为至少3.78g/cm³，更好为至少3.88g/cm³)、α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)，以理论氧化物计，SiO₂含量小于0.3％(重量)，Na₂O含量不大于0.4％(重量)(以该磨料颗粒的总重量计)的结晶陶瓷α氧化钼基磨粒，此时烧结是在不高于1600.0℃的温度和不高于10.13MPa(100.0atm)的压力下进行的。

较好的是，陶瓷磨粒中的CaO含量(以理论氧化物计)不大于0.4％(重量)。

在此所用的术语“烧结助剂材料”是指一种促进陶瓷体致密化的材料(或其前体)，若不用该材料的话，陶瓷体将不会致密化，或者需要更高的温度或压力才能达到同样的致密程度。较好的烧结助剂材料包括氧化铁、氧化镁、氧化锰、氧化锌、氧化铈、氧化钴、氧化钛、氧化镍、氧化钇、氧化镨、氧化钐、氧化镱、氧化钕、氧化镧、氧化钆、氧化镝、氧化铒、它们的前体和它们的混合物。较好的是，该烧结助剂材料是下列物质的混合物：(a)镁盐前体和(b)选自下列金属的盐前体：铈、镨、钐、镱、钕、钇、镧、钆、镝、铒和它们的结合物。

另一方面，本发明提供用于制备结晶陶瓷α氧化铝基磨粒的一种第四种方法，该方法包括以下步骤：

(a)制备含有一种液体介质和足够量氧化铝颗粒的分散物系，在步骤(b)-(e)之后，该分散物系转变为结晶陶瓷α氧化铝基磨粒，其硬度至少为16GPa(较好为至少18GPa，更好为至少19GPa)、密度至少为3.58g/cm³(较好为至少3.78g/cm³，更好为至少3.88g/cm³)以及α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)；氧化铝颗粒选自：α氧化铝颗粒、含有小于10％(重量)化学结合水的过渡型氧化铝颗粒、以及它们的混合物，该氧化铝颗粒的平均粒度小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)，该分散物系含有不大于1％(重量)的一水合α氧化铝，此百分数系基于分散物系的重量减去分散物系中存在的液体介质总重后的重量。

(b)使该分散物系脱液；

(c)用足够量的含有烧结助剂材料的浸渍材料浸渍该经脱液生成的磨粒前体，以便在步骤(b)-(e)之后，得到结晶陶瓷α氧化铝基磨粒，其硬度至少为16GPa(较好为至少18GPa，更好为至少19GPa)、密度至少为3.58g/cm³(较好为至少3.78g/cm³，更好为至少3.88g/cm³)以及α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)；

(d)将经浸渍的磨粒前体进行煅烧，得到一种煅烧的材料；

(e)在某一温度下将该经煅烧的前体材料烧结足够长的时间，以得到硬度至少为16GPa(较好为至少18GPa，更好为至少19GPa)、密度至少为3.58g/cm³(较好为至少3.78g/cm³，更好为至少3.88g/cm³)、α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)的结晶陶瓷α氧化铝基磨粒，此时烧结是在不高于1600.0℃的温度和不高于10.13MPa(100.0atm)的压力下进行的。

较好的是，按理论氧化物计，由该方法得到的α氧化铝基磨粒含有小于0.3％(重量)的SiO₂，不大于0.4％(重量)的Na₂O(基于所述磨料颗粒的总重量)。更好的是，按理论氧化物计，由该方法得到的α氧化铝基磨粒含有小于0.3％(重量)的SiO₂、不大于0.4％(重量)的Na₂O，不大于0.4％(重量)的CaO(基于所述磨料颗粒的总重量)。

另一方面，本发明提供用于制备结晶陶瓷α氧化铝基磨粒的一种第五种方法，该方法包括以下步骤：

(a)制备含有一种液体介质、某第一种烧结助剂材料和足够量氧化铝颗粒的分散物系，以便在步骤(b)-(e)之后得到结晶陶瓷α氧化铝基磨粒，其硬度至少为16GPa(较好为至少18GPa，更好为至少19GPa)、密度至少为3.58g/cm³(较好为至少3.78g/cm³，更好为至少3.88g/cm³)以及α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)；氧化铝颗粒选自：α氧化铝颗粒、含有小于10％(重量)化学结合水的过渡型氧化铝颗粒、以及它们的混合物，该氧化铝颗粒的平均尺寸小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)，该分散物系含有不大于1％(重量)的一水合α氧化铝，此百分数系基于分散物系重量减去液体介质总重量后的重量；

(b)使该分散物系脱液；

(c)用含有某第二种烧结助剂材料的浸渍材料浸渍该经脱液生成的磨粒前体，以便在步骤(b)-(e)之后，得到结晶陶瓷α氧化铝基磨粒，其硬度至少为16GPa(较好为至少18GPa，更好为至少19GPa)、密度至少为3.58g/cm³(较好为至少3.78g/cm³，更好为至少3.88g/cm³)以及α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)；

(d)将经浸渍的磨粒前体进行煅烧，得到一种煅烧的材料；

(e)在某一温度下将该经煅烧的前体材料烧结足够长的时间，以得到硬度至少为16GPa(较好为至少18GPa，更好为至少19GPa)、密度至少为3.58g/cm³(较好为至少3.78g/cm³，更好为至少3.88g/cm³)、α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)，此时烧结是在不高于1600.0℃的温度和不高于10.13MPa(100.0atm)的压力下进行的。

此方法中是在步骤(a)和步骤(c)分别提供足够量的第一种和第二种烧结助剂材料，以便在步骤(d)-(e)之后，得到结晶陶瓷α氧化铝基磨粒，其硬度至少为16GPa(较好为至少18GPa，更好为至少19GPa)、密度至少为3.58g/cm³(较好为至少3.78g/cm³，更好为至少3.88g/cm³)以及α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米。较好的是，按理论氧化物计，由该方法得到的磨粒含有小于0.3％(重量)的SiO₂和不大于0.4％(重量)的Na₂O(基于所述磨料颗粒的总重量)。更好的是，按理论氧化物计，由该方法得到的磨粒含有小于0.3％(重量)的SiO₂、不大于0.4％(重量)的Na₂O和不大于0.4％(重量)的CaO(基于所述磨料颗粒的总重量)。所述第一种和第二种烧结助剂材料可以相同，也可不同。

另一方面，本发明提供用于制备结晶陶瓷α氧化铝基磨粒的一种第六种方法，该方法包括以下步骤：

(a)制备含有一种液体介质和足够量的氧化铝颗粒，以便在步骤(b)-(e)之后得到结晶陶瓷α氧化铝基磨粒，其硬度至少为16GPa、密度至少为3.58g/cm³以及α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米；氧化铝颗粒选自：α氧化铝颗粒、含有小于10％(重量)化学结合水的过渡型氧化铝颗粒、以及它们的混合物，该氧化铝颗粒的平均粒度小于2微米，该分散物系含有至少50.0％(重量)(较好为至少60％(重量)，更好为至少75％(重量))的氧化铝颗粒，此含量系基于分散物系中Al₂O₃的总理论含量，并且该分散物系含有不大于50.0％(重量)的一水合α氧化铝，此百分数系基于分散物系的重量减去其中存在的液体介质总重量后的重量；

(b)使该分散物系脱液；

(c)用足够量的含有烧结助剂材料的浸渍材料浸渍该经脱液生成的磨粒前体，以便在步骤(b)-(e)之后，得到结晶陶瓷α氧化铝基磨粒，其硬度至少为16GPa、密度至少为3.58g/cm³以及α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米；

(d)将经浸渍的磨粒前体进行煅烧，得到一种煅烧的材料；

(e)在某一温度下将该经煅烧的前体材料烧结足够长的时间，以得到硬度至少为16GPa、密度至少为3.58g/cm³、α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米，此时烧结是在不高于1600.0℃的温度和不高于10.13MPa(100.0atm)的压力下进行的。

较好的是，用于这第六种方法的烧结助剂材料选自氧化铁、氧化镁、氧化锰、氧化锌、氧化铈、氧化钴、氧化钛、氧化镍、氧化钇、氧化镨、氧化钐、氧化镱、氧化钕、氧化镧、氧化钆、氧化镝、氧化铒、它们的前体和混合物。该烧结助剂材料可以是下列金属的盐：铈、镨、钐、镱、钕、镧、钆、镝、铒和它们的混合物。另一种较好的烧结助剂材料是下列物质的混合物：(a)镁盐前体和(b)选自下列金属的盐前体：铈、镨、钐、镱、钕、钇、镧、钆、镝、铒和它们的结合物。

用本发明方法制备的一种较好的α氧化铝基磨粒中，存在着相对于相邻微晶无规取向的α氧化铝微晶(即相邻微晶面的夹角变化大于±15％)，还在至少某些α氧化铝微晶之间存在着稀土铝酸盐，磨粒的硬度至少为16GPa(较好为至少18GPa，更好为至少19GPa)、密度至少为3.58g/cm³(较好为至少3.78g/cm³，更好为至少3.88g/cm³)以及α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米(较好为小于1.5微米，更好为小于1微米)。另外，在根据此处所述的方法制备该较好的磨粒时，对于Na₂O、SiO₂和CaO含量的限制可以超出，虽然较好的是，按理论氧化物计，该磨粒含有小于0.3％(重量)的SiO₂、不大于0.4％(重量)的Na₂O和不大于0.4％(重量)的CaO(基于所述磨料颗粒的总重量)。

较好的是，所制备的分散物系中应含有足够量的“氧化铝颗粒”，使得生成的α氧化铝基磨粒中Al₂O₃的含量(按理论氧化物计)至少为85％(重量)，较好为至少90％(重量)(基于所述磨料颗粒的总重量)。

相对于由溶胶-凝胶方法得到的普通材料，用本发明方法制备的磨粒具有比较粗糙的外表面，这就增加了其通过采用各种粘合剂对基材的粘附。

本发明方法的特征在于一般不采用一水合α氧化铝即勃姆石的胶态分散物系、熔融技术、以及电泳技术来得到所需的结果，而这是很有利的。

如上所述，所制成的磨粒可以用于各种磨料制品中，例如涂覆磨料制品，粘合磨料制品，以及高级的三维磨料制品中。

附图的简要说明

图1是一种涂覆磨料制品的局部剖视图，其中采用了本发明的磨粒；

图2是一种粘合磨料制品的透视图，其中采用了本发明的磨粒；

图3是一种无纺磨料制品放大的局部示意图，其中采用了本发明的磨粒；

图4和图5是本发明磨粒5000×的扫描电子显微照片，后面那张照片是采用背散射电子成象的。

较佳实施方案的详细描述

一方面，本发明涉及一种生产致密的主要含α氧化铝的结晶陶瓷磨粒的方法，该方法并不依靠使用勃姆石作为氧化铝的主要源材料。尽管在本发明的方法中一般不用勃姆石，但该方法仍能用来产生有用的陶瓷磨粒，其硬度至少为16GPa，较好的及常规的是至少18GPa，一般为19-21GPa；其密度为3.58g/cm³，较好的及典型的是至少3.78g/cm³，一般为3.80-3.92g/cm³(用氦气立体比重计测量)；其显微结构一般是均匀的微晶(具有高角度边界的结晶区)，其平均尺寸(最长方向上的)一般小于2微米，较好的是小于1.5微米，更好的是小于1微米。

磨粒中微晶尺寸的均匀性一般取决于原料中氧化铝颗粒的均匀性，尤其当原料是α氧化铝时。氧化铝分散物系的制备。

最初生成的分散物系含有非水合的氧化铝材料，诸如α氧化铝颗粒、过渡型氧化铝颗粒，或者两种都有。在初始分散物系中的固体，最好其中的水合氧化铝(如α氧化铝一水合物即勃姆石)的重量含量不超过约1％(最好少于0.5％)，而且可以是基本上不含水合氧化铝(如基本上不含勃姆石)的。这里所用的“非水合的”一词系指化学结合水的含量不超过10％(重量)(最好不超过7％(重量))的氧化铝材料。而且术语“非水合的”，不涉及表面水(即非化学结合的水)。日本Sumitomo Chemical公司的商品“AKP-50”是一种较好的α氧化铝材料。

适用于本发明方法的各种过渡型氧化铝有(但不限于)χ氧化铝、γ氧化铝、η氧化铝以及它们的混合物。一种适用的含χ氧化铝的过渡型氧化铝为，例如，Cheveland，OH的Alcan，Corp的商品“AA100W”。

较好的是制备分散物系用的颗粒氧化铝材料包括粒度分布中大于2微米的不超过0.5重量％，且较好的是大于1微米(指直径或最长尺寸)的不超过5.0重量％的粉末材料。而且粒度的数量级较好的是有至少75重量％(更好的是99重量％)的颗粒小于0.7微米。这种颗粒材料一般不仅适于形成分散物系，而且也为所需的烧结产品提供适用的前体材料。上述较佳粒度范围中的颗粒，可以来自商品材料，也可自行制备，例如将一种氧化铝源材料进行粉碎或球磨(湿法或干法)。

分散物系还可含有可溶的铝盐，例如碱式羧酸铝、碱式硝酸铝、碱式氯化铝、部分水解的烃氧基铝以及它们的混合物，关于制造碱式铝盐的方法，是本领域技术人员已知的，例如可见美国专利3,957,598(Merkl)、3,340,205(Hayes)，3,983,221(Rademachers等人)、3,927,184(Hodgson)，3,476,509(Jones)和2,127,504以及英国专利1,193,258。鉴于成本上的考虑，加入分散物系中的可溶性铝盐的数量一般占分散物系中铝含量的不到20重量％(最好少于10重量％)。

分散物系用的液体介质可使用各种不同的液体，有机或无机的均可。适用的液体包括水、醇类(一般是C₁-C₆的醇)、己烷和庚烷。一般来说，水(最好用去离子水)是优选的液体，而且是广泛采用的，这主要是因为使用方便且成本低廉。而且对于各种添加剂或辅助剂，水是方便和适用的液体介质。

一般来说，液体介质与氧化铝粉末的比例取决于氧化铝粉末的粒度分布，因为该分布与粉末材料的表面积有关。若用水，一般适用的液体介质对粉末原料的重量比约为1∶6至15∶1，虽然也可用此范围以外的比例。为了尽可能减少随后的脱液量，通常最好避免使用过多的液体。但所用的液体量必须足够。使得分散物系充分混合，便于处理或通过例如倾倒、虹吸、泵送或挤压的输送。

可以预见，若氧化铝的表面积较大，例如，约为200-300m²/g(如Alcan公司的商品“AA100W”)，宜用的水对粉末的重量比约为5∶1至10∶1(大约6∶1至9∶1更佳)。但若氧化铝的表面积较小，例如小于约20m²/g(如Alcoa公司的商品“A16”)，则宜用的重量比约为1∶6至2∶1。

分散物系中的固体含量最好要尽量多，并且固体(即颗粒)最好在其中均匀分散。由分散物系干燥所得材料的孔隙尺寸最好尽量小。而且其孔隙尺寸的分布也最好尽量窄。

一般系将液体介质、分散悬浮的氧化铝、烧结助剂材料(如果有的话)以及其它可用的添加剂混合，直至形成一均匀的浆料即稳定的分散物系。这种混合物在此有时称为“稳定的粉浆”，通常是指令其静置约2小时，其中的浆料固体不会开始发生目测得到的分离或沉积现象，据信这是由于浆料的粘度足够之故。获得稳定分散物系的方法，是将氧化铝、分散助剂和任何其它的原料和添加剂与液体介质充分混合，同时将分散物系中的颗粒粒度减小并/或将颗粒团聚物分散，直到所得的分散物系均匀，并且氧化铝(粉末)的单个颗粒在粒度及分布上基本均匀。混合的适用方法有球磨、振动磨、碾磨和/或高剪切混合(胶体磨)。有磨介的粉磨方法(如球磨、振动磨、碾磨)一般是最适用的，因为这些方法容易将氧化铝原料的粒度减小。

按照本发明方法制备的分散物系一般是触变性的。这里所用的术语“触变性的”是指一种浆料在无应力时是粘稠的，但在受到剪切(如混合)时却粘度很低。它通常是一种白垩状或乳状的液体，容易倾倒或搅拌，但却是足够稠的，使其中的固体在两小时内不会沉积下来。按这里(包括实施例)所述的方法制备的分散物系或浆料，通常其稠度与乳胶漆类似。若混合不充分，浆料则显得不均匀或其中有块状物。分散物系的混合一般不可能进行太长时间。烧结助剂

在本发明的第四、第五或第六种方法中，系将烧结助剂浸渍到由分散物系经脱液并/或煅烧所得的磨粒前体中。这些方法将在叙述了脱液过程之后，进行叙述。这里所用的术语“磨粒前体”是指分散物系脱液后所得的干材料，或者指经煅烧的材料。这里的对分散物系进行“脱液”有时是指将分散物系中的固体与液体进行“分离”。

将烧结助剂材料加入到陶瓷磨粒前体的方法，可以是将其掺入原先生成的氧化铝材料的分散物系中。这种掺入可以是将其改性剂的颗粒或溶胶直接加入到氧化铝分散物系中。较好的是，这些颗粒或构成溶胶的颗粒的平均粒度小于1微米。本文中的术语“分散物系”是指将氧化铝、烧结助剂材料以及可胶态分散于其中的任何其它辅助剂或改性剂在液体介质中分散的特性。适用的烧结助剂前体包括其水合形式或盐类。可以使用的各种前体包括硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐和氯化物。

较好的是，本发明的方法是将足量的较好烧结助剂材料掺入到要烧结的材料中，以便获得结晶陶瓷α氧化铝基的磨粒，它含有约达15％(较好是约达10％，更好约为1-8％)(重量)的铁、镁、锰、锌、钴、钛、镍、钇、镨、钐、镱、钕、镧、钆、镝、铒、铈的一种或多种氧化物及其混合物(分别以理论氧化物Fe₂O₃、MgO、MnO、ZnO、CoO、TiO₂、NiO、Y₂O₃、Pr₂O₃、Sm₂O₃、Yb₂O₃、Nd₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Dy₂O₃、Er₂O₃和Ce₂O₃计)。

可用作烧结助剂的材料还有氧化铕、氧化铽、氧化钬、氧化镥、氧化铥以及它们的混合物和前体。

适用于加入本发明分散物系中的氧化铈溶胶可见例如国际申请PCT/US93/08987和国际公开WO 94/07970。

要特别注意的是，某些稀土氧化物和两价金属阳离子在烧结时会与氧化铝反应生成由下式表示的六方稀土铝酸盐：

LnMAl₁₁O₁₉式中：

Ln是一种镧系稀土离子，如La³⁺，Nd³⁺，Ce²⁺，Pr³⁺，Sm³⁺，Gd³⁺或Eu³⁺；

M是一种两价金属阳离子，如Ca²⁺，Mg²⁺，Mn²⁺，Zn²⁺，Ni²⁺或Co²⁺。

上述的六方稀土铝酸盐一般具有磁铅石结构。在生成的烧结材料显微结构中，这些铝酸盐一般呈薄片状。这种薄片一般长约0.5-3微米，厚约0.1微米。这种薄片一般是与韧性的改善等相联系的。一般说来，理论上其反应物至少约占1％(3-5％更佳)即可使最后烧结形成的磨粒提供足够量的磁铅石以产生其有利的效应。

首先将构成分散物系的各组分混合在一起。混合方法可用能很好生成均匀分散物系的任一种方法。这些混合方法包括高剪切混合、超声混合、低剪切混合、球磨或任何其它常规的方法。例如，球磨可用氧化铝或氧化锆的球进行。在混合过程之中或在混合之后降低分散物系上面的压力以去除不希望有的空气泡，这也属本发明的范围。其它的辅助剂或改性剂

可加入到分散物系中并/或浸渍到磨粒前体材料中的其它辅助剂或改性剂包括氧化锆、氧化铬、氧化铪、它们的前体和混合物。这些材料可以掺入到最后烧结的陶瓷磨粒中的理由是，例如，为了增加所得陶瓷的硬度、韧性和/或改善其结晶结构，因而提高其研磨性能。

适用于加入到分散物系中的氧化锆溶胶，可见例如国际申请PCT/US93/08988和国际公开WO 94/07809。

适用的辅助剂或改性剂的前体包括其水合形式或盐类。可用的各种前体包括硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐和氯化物。

此外，氧化铝的前体，例如勃姆石、可溶性铝盐(如碱式羧酸铝、碱式硝酸铝、碱式氯化铝、部分水解的烃氧基铝和它们的混合物)及其混合物也可加入到分散物系中，并/或浸渍到磨粒前体中。分散助剂

分散助剂可用来改善分散物系或浆料的稠度或稳定性。分散助剂的作用是通过使大的颗粒团聚物分散来防止或最大程度地减少沉积，从而改善浆料的均匀性。

较好的分散助剂有：强酸(如硝酸)和碱(如氢氧化铵)、多阴离子聚合物诸如羧酸官能聚合物(如聚丙烯酸、聚丙烯酸共聚物和聚丙烯酸盐)、碱式铝盐如碱式氯化铝和碱式硝酸铝。适用的羧酸官能聚合物有商品供应，如Racine，WI的Johnson Wax，Inc.的商品“JON-CRYL”；Cleveland，OH的B.F.Goodrich Co.的商品“CAR-BOPOL”；Wilmington，MA的ICI Resins US的商品“NOECRYL”；Allentown，PA的Air Products and Chemicals，Inc.的商品“VINAC”。

人们认为，分散助剂的需用量取决于要分散的颗粒的表面积。一般而言，分散助剂的适宜用量随颗粒粒度的增大而增加。

一般而言，当使用强酸或强碱为分散助剂时，其用量应足以使分散物系的pH分别小于约6(2-3较佳)或大于约8(8-10较佳)。

最宜采用的强酸分散助剂，一般用硝酸。此时，硝酸的用量为2-15％(重量，基于分散物系中总的固体含量)。这种分散物系的稳定性可藉对其进行热处理，例如用高压釜进行加热而得到改善。

使用聚合物或碱式铝盐作为分散助剂的话，其在分散物系中的含量宜为约0.1-4％(重量，基于分散物系中总的固体含量)。去泡剂

为了便于进行磨混，在分散物系中可加入一种去泡剂，其作用是有助于减少发泡或起沫现象。若不加去泡剂，这些现象在磨混或搅拌过程中是会发生的。适用的去泡剂包括柠檬酸及其盐类。去泡剂的一般用量相当于分散物系中氧化铝重量(以其理论氧化物的重量计)的约1％。

在分散物系中加入其它的添加剂也属本发明的范围，这些添加剂的实例有有机粘合剂(如Akron，OH的Union Carbide公司的商品“CARBOWAX”即聚乙二醇)和有机溶剂(如甲苯和己烷)。选择这些物质的加入量使其给出所需的性能，例如，便于加工，促进固体的干燥，提高湿材强度，减少起泡现象等。在分散物系和所得固体中一般应避免存在的物质

如下所述，可以在分散物系中掺加多种物质以提供所需的陶瓷产品或者便于进行烧结过程。但有一些物质则不应存在或者其含量应尽量减少。

例如，用本发明第一、三、四、五种方法脱液所得的固态材料中，α氧化铝一水合物的含量应不大于1％(重量)，较好为少于0.5％(重量)，结晶氧化铝水合物(即含有大于约10％(重量)化学结合水的氧化铝)宜不大于1％(重量)，较好为少于0.5％(重量)，以上的百分数均基于分散物系中总的固体含量。应避免存在的水合氧化铝物质包括勃姆石、水铝氧和/或三水铝石(hygarillite)，因为本发明的一个实施方案的目的是提供一种代替勃姆石法的方法。而勃姆石法一般需要产生胶态的勃姆石分散物系即溶胶。

在某些氧化铝源材料(如铁矾土)中，二氧化硅(SiO₂)是一种杂质或组分。与氧化铝烧结时，二氧化硅一般会与氧化铝反应生成莫来石(3Al₂O₃·2SiO₂)。一般而言，在陶瓷磨粒中莫来石是不希望有的组分，因为它会使物理性能变差(即降低硬度)。因此分散物系的二氧化硅(或其前体物质)的含量最好足够低，使得在最终的陶瓷磨粒中，按理论氧化物SiO₂计的二氧化硅含量低于0.3％(重量)，更好是低于约0.1％(重量)。一般来说，这个限制就使得在可分散于分散物系中的各种不同固体中不允许含有(至少不允许含有较多量的)氧化铝源材料如铁矾土。

本发明制备的最终烧结的陶瓷磨粒中，氧化钙的含量(以其理论氧化物CaO计)宜少于0.4％(重量)，最好少于0.1％(重量)(基于磨粒总重量)；另外，烧结的磨粒中氧化钠的含量(以其理论氧化物Na₂O计)宜少于0.4％(重量)，最好少于0.1％(重量)(基于磨粒总重量)。因为氧化钙和氧化钠(或它们的前体物质)会由液体介质引入到分散的固体中，所以在所用的液体介质中，它们的含量宜尽量少。例如，若是用水作液体介质，最好用去离子水。一般来说，在烧结的磨粒中氧化钠或氧化钙含量超过0.2％(重量，以理论氧化物计)是与性能变差相连系的，即硬度和/或密度以及研磨性能降低。α氧化铝(无水的)和含化学结合水少于10％(重量)的χ氧化铝有商品供应，例如Alcoa CO.的商品“A16”是α氧化铝，它含有少于0.1％(重量)SiO₂，少于0.2％(重量)Na₂O和少于0.2％(重量)CaO。脱液或干燥

一般来说，分散物系需经干燥(脱液)成为一种粒状固体，以便能进而粉碎成为磨粒材料或磨粒前体材料。也就是将固体从分散物系中分离出来。可用常规方法进行分离、干燥或脱液(例如，过滤、沉积和倾析、旋转蒸发以及离心)。可用空气干燥的步骤，以及各种挤压方法。例如，干燥可在一强制空气循环式烘箱中于大约50°-200℃(75°-125℃较好)进行。一般是将分散物系缓慢加热同时进行干燥，以防产生泡沫和减少开裂。一般情况下，分散物系经脱液，以除去用来构成分散物系的液体介质的至少95％(重量)。

一般而言，在干燥(脱液)之前减少夹带在分散物系中的空气或气体的量，有助于减少产生泡沫的机会。较少的夹带气体一般与孔隙少的所需的显微结构相关联。例如，可对分散物系抽真空(真空度约130cmHg即25磅/吋²)来进行脱气。

当分散物系充分脱液因而可破碎成磨粒之后，即可将其用任何方法进行粉碎或成形。例如，可用锤磨机、球磨机或单辊破碎机对其进行粉碎。将固体破碎成较小颗粒的任何方法均可使用，这里所用术语“粉碎”是指这些方法中的任何一种。然后可用分级步骤，如筛分和/或空气分级来获得选择的粒度或粒度级分。经粉碎之后，粒度的范围可为约2mm至0.5μm，一般为1mm至10μm。可采用的分散物系的成形

若使分散物系变得足够浓厚或部分脱液，它可以在干燥之前用常规方法，例如压制、模压、涂覆、挤压、切割或这些步骤的某种组合，成形成一种磨料形式。这可以分阶段进行，例如，先将部分干燥的浆料通过挤压制成塑性坯料，然后将其用任何方便的方法加以成形，最后干燥形成所需的形状，例如，棒、棱锥体、盘、菱形体、三角形体或圆锥体。

若磨粒前体系成形为棒，其长宽比(aspect ratio)应至少为0.5∶1，一般为1∶1，较好至少为2∶1，更好至少为4∶1，最好至少为5∶1。棒的截面可为圆形、长方形、三角形、六角形等。棒的制法可按例如美国专利5,090,968(Pellow)中所述的方法。另一种优选的形状是具有三角形、长方形、圆形或其它几何形状截面的细长体。这些细长的磨料制品具有一前面和背面，这两个面的几何形状基本上相同，这些面之间为磨粒的厚度。这种磨粒的最短面尺寸的长度对其厚度之比至少为1∶1，较好至少为2∶1，更好至少为5∶1，最好至少为6∶1。制备这种薄形磨粒的方法可见美国专利5,201,916(Berg等人)。用烧结助剂材料和可加入的辅助剂或改性剂对磨粒前体材料进行浸渍

在脱液或干燥之后，典型地是在随后的煅烧步骤之后，可将烧结助剂材料和可加入的辅助剂或改性剂(如前所述)掺入到磨料中。例如，可将各种金属氧化物的前体物质通过浸渍加入到磨粒前体材料中。经煅烧的材料一般具有半径约500-3000的粒间孔隙。而且含过渡型氧化铝的经煅烧的材料一般在过渡型氧化铝中具有半径为40-80的粒内孔隙。浸渍的方法有，例如可将含金属氧化物前体(如盐)的溶液和磨粒前体材料进行混合。一般是将溶有金属氧化物前体的大约15ml或15ml以上的液体介质与100克磨粒前体材料混合。溶有金属氧化物前体的液体介质的适宜体积取决于磨粒前体材料的孔隙体积。对每100克磨粒前体材料适宜的溶有金属氧化物前体的液体介质体积一般为15-70ml。较好的是所有溶解的氧化物前体物质均浸渍进入到磨粒前体材料中，即最好避免有过量的溶液。一般来说，当此方法用于将改性剂前体掺入磨粒时，该改性剂会优先浸渍到磨粒的外部。在许多情况下，将不溶解的改性剂或改性剂前体物质混入已先生成的分散物系中，则其分布更为均匀。

也可以是直接对由分散物系生成的干燥磨料在其粉碎之后进行浸渍，例如，若所用的液体介质不会溶解或软化磨料的话。例如，若用于分散物系的液体介质是水，则可用一种非极性有机溶剂作为对干燥磨料进行浸渍的浸渍溶液的液体介质。另一个办法是，可用水作为介质，这是较好的，特别当磨料是在浸渍之前经过煅烧的。

关于多孔磨粒前体的浸渍，其详情可见美国专利5,164,348(Wood)。

将无机颗粒掺入到浸渍溶液中去用作浸渍悬浮液也属本发明范围。这种无机颗粒的粒度小于约20μm，一般小于约10μm，较好为小于约5μm，甚至可小于约1μm。在浸渍过程中，那些太大因而不能进行煅烧磨粒前体孔隙中的无机颗粒会保留在磨粒前体的表面。这些无机颗粒在烧结时会自动烧结到磨粒的表面，结果增加了表面积。该方法以及形成的涂层在美国专利5,213,951(Celikkaya等人)中有进一步的叙述。

本发明的另一种产生磨粒涂覆表面的方法是将许多无机的小突起物质(尺寸一般小于25μm)与较大的经干燥或煅烧的磨粒前体颗粒接触。然后在烧结过程中，这些无机的小突起物质会自动烧结在磨粒的表面。该方法与形成的磨粒在美国专利5,011,508(Wald等人)中有进一步的叙述。煅烧

一般来说，经脱液的材料在烧结之前要进行煅烧。煅烧时经加热至约400℃-1200℃(最好约600℃-1100℃)，基本上所有的挥发物和有机添加剂均从前体材料中除去。将材料在上述温度范围内保持一段时间，直至游离水以及最好是90％(重量)的结合挥发物均已除去。如果有浸渍步骤的话，煅烧可在浸渍前或后进行，也可在浸渍前后均进行。一般而言，较好的做法是紧接在烧结之前，或作为烧结前的最后一个步骤进行煅烧。磨粒前体材料的烧结

包括各种氧化物和任何其它改性剂的材料构成了磨粒前体材料，经烧结它就形成了陶瓷磨粒。

磨粒的烧结可用各种常规方法进行。一般宜在一旋转窑中于大约1200℃-1600.0℃的温度下进行烧结，烧结时间应足以完全地将其转变为烧结的陶瓷磨粒。虽然该材料经受烧结温度的时间长短与某些因素如陶瓷前体的组成和烧结温度等有关，但烧结一般可在也应在几秒至大约120分钟内完成。一般宜用较短的烧结时间和较低的烧结温度，为的是抑制过度的晶粒生长并获得较好的显微结构。烧结可在氧化气氛(如空气)或非氧化气氛(如氩、氮或氢/氮)中进行。烧结也可在固定式窑炉中进行。一般来说，含铬材料的磨粒前体宜在还原性气氛(如氢/氮)中进行。

烧结可在不大于10.13MPa(100.0atm)；最好在小于1.013MPa(10atm)的压力下进行，但通常在大气压力(如0.1013MPa即1atm)下进行。

本发明的一种较好的磨粒的扫描电镜(SEM)照片如图4和图5所示，后一图是用背散射电子成象的。所用的SEM样品系按实施例中“硬度”一节所述，对磨粒进行镶装和抛光而制备的。而且，抛光样品尚经3分钟沸腾多磷酸的侵蚀。α氧化铝微晶40对于相邻微晶是混乱取向的。在某些α氧化铝微晶40之间是薄片42。这些薄片一般是稀土金属阳离子、两价金属阳离子和铝阳离子的氧化物。薄片的结晶相一般为磁铅石结构。薄片42呈不规则形状，长宽比约3∶1至1∶1。薄片42的厚度约0.1μm。这些薄片的长度相当于若干个微晶，有的长达3μm。

较好的是本发明的磨粒以及按照本发明方法所制的磨粒，其孔隙度一般小于10％，其硬度至少为19GPa。当使用的是形成磁铅石的反应物时，烧结最好进行到磁铅石薄片形成为止。这种薄片一般厚约0.1μm，长约0.5-3μm。

按本发明方法所制的磨粒，其粒度一般约为0.1-1500μm，通常约为1-1000μm。

按本发明方法所制的磨粒可以磨料团粒的形式使用。一个磨粒团粒包括若干单个的磨粒粘结成一定形状的粒子。磨料团粒在例如美国专利4,311,489(Kerssner)，4,652,275(Bloecher等人)和4,799,939(Bloecher等人)中有进一步的叙述。

按本发明方法制备的磨粒可以用在诸如涂覆磨料、无纺磨料以及刷形磨料的磨料制品中。磨料制品一般含有粘合剂和藉该粘合剂固定在制品中的许多磨粒。

涂覆磨料制品一般包括背衬，磨粒和至少一种将磨粒粘附于背衬上的粘合剂。

图1中用数字1表示涂覆磨料制品的一个例子。该图中，背衬(基材)2上有一磨料层3，磨料层中是许多磨粒4藉初始结合涂层5和胶结涂层6固定在背衬2的一个主表面上。有时还可用一上胶结涂层(图中未示)。

背衬可以是布、聚合物薄膜、纤维、无纺材幅、纸、它们的组合物以及这些材料经过某种处理得到的物质。背衬还可是一种增强的热塑性背衬，如美国专利5,316,812(Stout等人)所述。粘合剂可用无机或有机粘合剂。磨粒可在涂覆磨料制品中用一层或两层。制造涂覆磨料制品的较好方法可见美国专利4,734,104(Broberg)和4,737,163(Larkey)。

涂覆磨料制品背衬的背面上可以有一个连接装置，用来将得到的涂覆磨料制品固定于一支撑垫上。这个连接装置可以是一层压敏粘接剂，也可以是一毛圈织物供钩环连接之用。或者也可用一种相互啮合的系统，如美国专利5,201,101(Rouser等人)所述。

磨料制品的背面还可有一防滑的即具有摩擦性的涂层。这种涂层例子包括无机颗粒(如碳酸钙或石英)分散在一种粘接剂中的涂层。

粘合磨料制品一般是用有机的、金属的或玻璃化材料的粘合剂将磨粒粘合成的具有一定形状的制品。其形式可以是轮形，如磨轮包括切割磨轮，还可以是镗磨油石形状或其它常规的粘合磨料制品的形状。粘合磨料制品的较好的形式为磨轮。在图2中，磨轮10是将磨粒11模压成轮，装在轮毂12上，关于磨轮制造的进一步详情可见例如美国专利4,997,461(Markhoff-Matheny)。玻璃质粘结剂可在较低温度(如低于1100℃)或较高些的温度(如高于1200℃)进行煅烧。玻璃质粘结剂一般含有20-100％的玻璃料。虽然也可用较少的含量。

无纺磨料制品通常是一层表面多孔的由聚合物丝形成的膨松结构，在此全部结构中分布着许许多多磨粒，并被有机粘合剂粘合固定于其中。聚合物丝例如用聚酯丝、聚酰胺丝和聚芳酰胺(polyaramid)丝。图3所示的是放大了100倍的典型的无纺磨料制品的示意图。这种制品以纤维垫子50为基材，磨粒52用粘合剂54粘着在其上面。关于无纺磨料制品的进一步详情可见例如美国专利2,958,593(Hoover等人)。

磨粒上具有表面涂层，这也属于本发明的范围。磨粒上的表面涂层可有多种作用。有时表面涂层可增加磨粒与粘合剂的粘着作用，或者可改变磨料制品的研磨性能。可用作颗粒表面涂层的材料有偶合剂、卤化物盐、金属氧化物如二氧化硅、耐高温的金属氮化物和碳化物等。金属氧化物的例子有氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钇、氧化铪、氧化铈和氧化镧。

用于磨料制品的粘合剂可用热固性有机粘合剂。它有两大类，即缩合固化的和加成聚合的树脂。加成聚合树脂可藉阳离子机理或自由基机理聚合。视所用能量和粘合剂前体化学组成的情况，有时宜用一种固化剂、引发剂或催化剂来引发其聚合作用。

通用粘合剂的例子包括酚醛树脂、脲甲醛树脂、密胺甲醛树脂、丙烯酸化聚氨酯树脂、丙烯酸化环氧树脂、烯键不饱和化合物、具有α，β不饱和侧羰基的氨基塑料衍生物、具有至少一个侧丙烯酸酯基的异氰脲酸酯衍生物、具有至少一个侧丙烯酸酯基的异氰酸酯衍生物、乙烯酸、环氧树脂以及它们的混合物。

酚醛树脂广泛用于磨料制品，因为其热性能好，容易获得，成本较低。有两种类型的酚醛树脂，即酚醛树脂A和酚醛清漆树脂。酚醛树脂A的甲醛与酚的摩尔比大于或等于1∶1，一般为1.5∶1.0至3.0∶1.0。酚醛清漆树脂的甲醛与酚的摩尔比小于1∶1。

氨基塑料树脂每个分子或低聚物具有至少一个侧位的α，β不饱和羰基。这些不饱和羰基可以是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或丙烯酰胺型的基团。这种物质的例子有：N-(羟甲基)-丙烯酰胺、N、N′-氧二亚甲基二丙烯酰胺、邻和对丙烯酰胺甲基化酚、丙烯酰胺甲基化酚醛清漆树脂以及它们的混合物。这些材料在美国专利4,903,440(Lar-son等人)和5,236,472(Kork等人)中有进一步叙述。

此磨料制品和/或磨料与粘合剂的浆料还可含有一些添加剂，例如，填料(包括研磨助剂)、纤维润滑剂、润湿剂、触变性物质、表面活性剂、颜料、染料、抗静电剂、偶合剂、增塑剂和悬浮剂。它们的用量按需要的性能选择。

适用填料的例子包括：金属碳酸盐(如碳酸钙(白垩、方解石、泥炭岩、石灰华、大理石和石灰石)，碳酸钙镁，碳酸钠，碳酸镁)，二氧化硅(如石英，玻璃珠，玻璃泡和玻璃纤维)，硅酸盐(如滑石，蒙脱石，长石，云母，硅酸钙，偏硅酸钙，硅铝酸钠，硅酸钠)，金属硫酸盐(如硫酸钙，硫酸钡，硫酸钠，硫酸铝钠，硫酸铝)，石膏，蛭石，木粉，三水合铝，炭黑，金属氧化物(如氧化钙(石灰)，氧化铝，二氧化钛)和金属亚硫酸盐(如亚硫酸钙)。

填料这一词也包括磨料工业中称为研磨助剂的那种材料。研磨助剂的定义是一种加入之后能对研磨的化学和物理过程有显著效应，从而提高其研磨性能的颗粒状物质。研磨助剂所属的化学物质类别例如有蜡、有机卤化物、卤化物盐、硫和硫化物、金属及其合金。有机卤化物在研磨过程中一般会分解，释放出一种氢卤酸或气态卤化物。这类物质例如经氯化的化合物如四氯萘、五氯萘、聚氯乙烯。卤化物盐例如有氯化钠、钾冰晶石、钠冰晶石、铵冰晶石、四氟硼酸钾、四氟硼酸钠、氟化硅、氯化钾和氯化镁。所用金属的例子有锡、铅、铋、钴、锑、镉、铁和钛。其它杂类的研磨助剂有硫、有机硫化合物、石墨、金属硫化物等。

抗静电剂例如有石墨、炭黑、氧化钒和湿润剂。这些抗静电剂在美国专利5,061,294(Harmer等人)、5,137,542(Buchanan等人)和5,203,884(Buchanan等人)中有叙述。

偶合剂可为粘合剂前体与填料颗粒或磨粒之间起缔合桥接作用，例如有硅烷、钛酸盐和铝锆酸盐。

上述的磨料制品中的磨粒可以是100％本发明的磨粒，也可以是本发明磨粒与常规磨粒或稀释剂颗粒的混合料。磨粒的莫式硬度宜至少为8，更好为大于9。这种磨粒的实例有熔凝法氧化铝(包括棕色氧化铝、热处理法氧化铝和白色氧化铝)，用溶胶-凝胶法制备的陶瓷氧化铝，绿色碳化硅，碳化硅，氧化铬，氧化铝氧化锆，金刚石、二氧化铈，立方氮化硼，碳化硼，石榴石，二硼化钛，碳化钛以及它们的混合物。本发明的磨粒还可与稀释剂颗粒(如大理石、石膏、石灰石、燧石、二氧化硅、玻璃泡、玻璃珠、氧化铁、硅酸铝和玻璃)混合；还可以与磨粒团聚物混合使用。磨粒团聚物的例子可见美国专利4,652,275(Bloecher等人)。但磨料制品中至少有15％(重量)，最好50-100％(重量)的磨粒是这里所述的类型。

本发明的目的及优点将在下面的实施例中进一步说明之，但在实施例中所述的材料种类及用量以及其它的条件和细节不应视为对本发明的限制。除非另有指明，所有的份数和百分数均为按重量计。

实施例

所有实施例中均采用了下述的缩写和商品名称：ASB 一水合α氧化铝(勃姆石)粉末，德国Condea公司的

商品“DISPERAL”；IO1 氢氧化氧化铁(FeOOH)的水分散物系，含7％氧化

铁(以理论氧化物Fe₂O₃计)，其90-95％是纤铁矿

(平均粒度约0.05-0.1微米，长度与直径或宽度之

比约1∶1至2∶1)；IO2 氢氧化氧化铁(FeOOH)的水分散物系，含4.7％氧

化铁(以理论氧化物Fe₂O₃计)，其90-95％是纤铁

矿(平均粒度约0.05-0.1微米，长度与直径或宽度

之比约1∶1至2∶1)；IO3 氢氧化氧化铁(FeOOH)的水分散物系，含4.2％氧

化铁(以理论氧化物Fe₂O₃计)，其90-95％是纤铁

矿(平均粒度约0.05-0.1微米，长度与直径或宽度

之比约1∶1至2∶1)；IO4 氢氧化氧化铁(FeOOH)的水分散物系，含3.3％氧

化铁(以理论氧化物Fe₂O₃计)，其90-95％是纤铁

矿(平均粒度约0.05-0.1微米，长度与直径或宽度

之比约1∶1至2∶1)；IO5 氢氧化氧化铁(FeOOH)的水分散物系，含3％氧化

铁(以理论氧化物Fe₂O₃计)，其90-95％是纤铁矿

(平均粒度约0.05-0.1微米，长度与直径或宽度之

比约1∶1至2∶1)；AS1 α氧化铝，Bauxite，AR的Alcoa Co.的商品“39SG

ALUMALUX”；AS2 α氧化铝，日本Sumitomo Chemical公司的商品

“AKP-50”，含99.995％重量的α氧化铝，杂质含量

：9ppm Si，4ppm Na，3ppm Mg，＞1ppm Ca和

19ppm Fe；表面积11m²/g，平均粒度0.2微米；AS3 χ氧化铝，由三水合氧化铝(水铝氧，Alcoa公司的

商品“CV-3503”)经500℃约14小时在静止窑炉中

加热制得；AS4 χ氧化铝，由三水合氧化铝(水铝氧，Alcoa公司的

商品“CV-331”)经600℃约14小时在静止窑炉中加

热制得；AS5 χ氧化铝，Cleveland，OH的Alcan Corp.的商品

“AA100W”；AS6 用预煅烧氧化铝溶胶-凝胶法制得的γ氧化铝，制法

见下；AS7 α氧化铝，Alcoa Co.商品“A16 SG”；AS8 α氧化铝，Alcoa Co.商品“A16”；AS9 χ氧化铝，由三水合氧化铝(水铝氧，Alcoa公司的

商品“HYDRAL PGA”)经600℃约14小时在静止

窑炉中加热制得；AS10γ氧化铝，Baton Rouge，LA的LaRoche Chemical

公司的商品“V-GH”，表面积150m²/g；AS11γ氧化铝，Baton Rouge，LA的LaRoche Chemical

公司的商品“V-GL”，表面积284m²/g；AS12γ氧化铝，Baton Rouge，LA的LaRoche Chemical

公司的商品“V-GH”，表面积300m²/g；AS13α氧化铝粉末，Bauxite，AK的Reynolds Metals

Co.的商品“ERC-DBM”；DHO 去离子水；ZRS 氧化锆溶胶，Ashland，MA的Nyacol公司商品

“NYACOL ZIRCONIA”，在DHO中浓度为20％，

100nm，Lot II 3614；AFA 甲酸-乙酸铝溶液(9％重量，以理论氧化物Al₂₃

计)，在美国专利5,185,299中的实施例3的回流条

件下将铝粉溶于乙酸-甲酸溶液中制得，其中Al与

羧基之比为1∶1。甲酸乙酸铝；citric 一水合柠檬酸，100％浓度；nitric 硝酸(HNO₃)，70％浓度；EXR 合成离子交换树脂，Midland，MI的Dow Chemical

Co.的商品“DOWEX HCR-W2-H”；MGN 硝酸镁溶液(11％Mg(NO₃)₃·6H₂O，Paris，KY的

Mallinckrodt Chemical的商品)；REO 一种约含5.8％La(NO₃)₃·6H₂O，5.8％

Nd(NO₃)₃·6H₂O，7.1％Y(NO₃)₃·6H₂O，14.4％

Mg(NO₃)₂·6H₂O，0.4％Co(NO₃)₂·6H₂O，余为

去离子水的溶液，它是将硝酸锎镧、硝酸钕和硝酸钇

溶液(20.5％La(NO₃)₃·6H₂O，20.1％Nd(NO₃)₃·H₂O

，26.1％Y(NO₃)₃·6H₂O；Lourviers，的

Molycirp的商品)与足量的MGN和硝酸钴(15％

Co(CN₃)₂·6H₂O，Wicjlsffe，OH的Hall Chemical

的商品)进行混和而制备的。AS6的制备程序

将下述物质用一高剪切混合机分散混合在一起：69.8％份约60℃的DHO，2.3份nictric和28.5份ASB。将所得到的溶胶干燥24小时，开始在约100℃，然后升温至约180℃。干燥后的溶胶是一种脆性的固体，然后用常规的锤式磨和单辊式破碎机进行破碎，然后筛分。通过筛孔1mm的筛，但留在筛孔0.125mm的筛上的颗粒为筛分的颗粒。将此筛分的颗粒在一直径约15cm长约1.1m，其炽热区温度约为650℃的回转窑中煅烧，在其中置留时间为1分钟，以基本上去除结合的挥发物。该窑炉的碳化硅炉管的倾斜度为2.5°。磨粒的一般制备程序

在实施例中，是将所述的组分置于一个8.8升的球磨罐(高铝氧瓷的球磨罐，Worchester，MA的Norton Co.的商品)中，按所述时间进行球磨分散。球磨罐中装有约9000g6.35mm的铝氧棒作为磨介(Golden，CO的Coors Ceramic的商品，Stock No.#74549)。除非在个别实施例中另有说明，一般均使用该分散程序。在每个实施例中分别说明了球磨分散方法及时间。球磨后，将浆料倾入一铝质的、石膏质的或派热克斯玻璃质的盘中，在约100℃干燥数小时或过夜。将经干燥的物料用一个具有两个相对的平板(一个旋转，一个静止)的粉碎机(Los Angeles，CA的Braun Corp.的商品“BRAUNPULVERIZER TYPE VA-53”)进行破碎。所得的磨料在一回转窑(直径约15cm，长约1.1m，炽热区温度约650℃，物料停留时间约2～3分钟，碳化硅炉管倾斜度约2.5°)中进行煅烧。煅烧温度在下述的每一实施例中给出。

若原料为AS1，AS2，AS7和AS8，则物料尚需在另一回转窑(具有直径约8.9cm(3.5英寸)，长137cm(54英寸)倾斜度为2.5°的碳化硅炉管，炽热区长约30.5cm(12英寸)，物料停留时间约5分钟)中再于1100℃煅烧之。

对有些实施例，经煅烧的磨料用REO浸渍溶液进行浸渍。除非另有说明，浸渍是将每100克经煅烧的物料与60ml浸渍溶液进行混和。浸渍之后，该磨料再在旋转窑中煅烧，温度一般与第一次煅烧前相同。

煅烧之后，将磨料按烧结程序1，2或3进行烧结。所用的烧结程序以及烧结温度和时间则在每一实施例中分别给出。烧结程序1

将约10～15克经煅烧的颗粒物料放入一白金坩埚中，然后此坩埚置入一在指定温度的普通箱式炉中。烧结程序2

将经煅烧的颗粒物料装入一碳化硅炉管直径8.9cm(3.5英寸)，长137cm(54英寸)，倾斜度2.5°，炽热区长约30.5cm(12英寸)的回转窑中。除非另有说明，窑的回转速度约3转/分，这相当于物料停留时间约30～40分钟。烧结程序3

将约10～15克经煅烧的颗粒物料放入一白金坩埚中，然后此坩埚置入一普通箱式炉中。将炉温升至烧结温度。磨料盘的一般制造程序

这里的一般程序系叙述测试用的涂覆磨料纤维盘是如何制造的。将一初始接合树脂涂覆在一厚0.8mm，直径约17.8cm，中部有一个2.2cm孔的硬化纸板上。该初始接合树脂含有48％(重量)酚醛树脂A和52％(重量)碳酸钙，用水和乙二醇醚稀释至含有81％固体。这层湿的初始接合树脂重150g/m²。在初始接合涂层施加之后，立即将粒级号为36的磨料静电涂覆之。将所得的结构物于77℃加热15分钟，然后再于93℃加热90分钟使初始接合树脂部分固化。再在磨粒/初始接合涂层上面涂覆一层胶结树脂，平均施涂重约670g/m²。该胶结树脂含有32％酚醛树脂A和68％冰晶石，施涂时用水和乙二醇醚稀释至含78％固体。然后于77℃固化1小时，再于102℃固化16小时。这个磨轮于测试前进行了弯曲处理。密度

除非另有说明，是用一氦气立体比重计(Norcross，GA的Mi-cromeritics Corp.的商品“ACCUPYC 1330”)来测定磨粒的密度。结果用每立方厘米的克数(g/cm³)表示。硬度

磨粒的硬度系用500g载荷的维氏压痕法测量。硬度值所用单位为GPa(千兆帕)。

具体说来，磨粒是装入置于直径为2.5cm(1时)的不锈钢模筒中的一种常规模压化合物(Evanston，IL的Buehler，Ltd.的商品“EPOMET”)。然后将此磨粒与模压化合物在27.6MPa(4000磅/时2)并同时加热至150℃进行压制，用的是一普通的镶装压机(Buehler，Ltd.的商品“BUEHLER PNEUMET I MOUNTINGPRESS”)，然后于150℃固化约5分钟，最后冷却至室温。

将镶装的磨粒样品用一抛光装置(Buehler，Ltd.的商品“DIA-LOG”)进行抛光，该装置带有微机(Buehler，Ltd的商品“METLAPI”)，用于控制磨粒浆料分配到抛光区域。抛光过程按以下诸步进行。步骤1

抛光表面：氧化铝板，直径20.3cm(Buehler，Ltd的商品

“METLAP10”)

磨料类型与粒度：30微米金刚石粉浆(Buehler，Ltd的商品

“METADI DIAMOND SLURRY”)

抛光时间：3分钟，或直至表面平滑

力：22.2牛顿/样品(5磅/样品)

速度设置：240转/分

磨浆供料程序：喷浆1秒钟；喷浆停止10秒钟

旋转方向：顺时针步骤2

抛光表面：抛光布(Buehler，Ltd的商品“TEXMET POLISH-

ING CLOTH”)，夹置在一直径20.3cm的铝板

Buehler，Ltd的商品“METLAP”)上

磨料类型与粒度：6微米金刚石粉浆(Buehler，Ltd的商品

“METADI DIAMOND SLURRY”)

抛光时间：10分钟

力：22.2牛顿/样品(5磅/样品)

速度设置：120转/分

磨浆供料程序：喷浆1秒钟；喷浆停止10秒钟；

旋转方向：逆时针步骤3

抛光表面：抛光布(“TEXMET POLISHING CLOTH”)夹置在

一直径为20.3cm的铝板(“METLAP”)上

磨料类型与粒度：1微米金刚石粉浆(Buehler，Ltd的商品

“MEADI DIAMOND SLURRY”)

抛光时间：30分钟

力：22.2牛顿/样品(5磅/样品)

速度设置：120转/分

磨浆供料程序：喷浆1秒钟；喷浆停止10秒钟

旋转方向：顺时针

磨粒的维氏显微硬度是用一个带金刚石压头的普通显微硬度测试仪(德国Leitz公司的商品“MINILOAD 2 MICROHARDNESSTESTER”)测量的。将该压头(是一个经高度抛光的有尖头的金刚石正方锥体，其面角为136度)逐步并轻缓地与被测样品相接触。预定负载用500克。给出的硬度值为5次测量的平均值。研磨性能测试程序1

测试程序1是旨在测量磨料制品的磨削速率以及12分钟内除去的金属量。要测试的涂覆磨盘装在一有斜边的铝质支撑垫上，用来研磨一块1.25cm×18cm的1018软钢工件。研磨时，置于支撑垫斜边上的磨盘以大约6kg的负荷与工件表面接触，并且以转速为5，500转/分旋转。每个磨盘用来研磨一个工件，一次研磨1分钟，共研磨12分钟。初始磨削量是指第一分钟研磨除去的金属量。最后磨削量是指最后一分钟研磨除去的金属量，总磨削量是整个试验中研磨除去的金属量之和。在大多数实施例中，磨粒的切削性质表达为相对百分数，即对照例的金属去除量作为100％，实施例磨粒的结果表达为相对于此100％的百分数。研磨性能测试程序2

测试程序2与测试程序1基本相同，不同的仅是所用工件为304不锈钢。对照例A-J和L-M

制备对照例A-I磨料浆的原料列在下面的表1中。这些对照例均含有ASB(即勃姆石)。

表1对照例 ASB，g AS1，g AS2，g Nitric，g Citric，g DHO，IO1，g 磨混时间

g (小时)A 2 200 -- 5 -- 60 29 摇动B，C 10 -- 1000 27 -- 850 -- 6D，E 10 -- 1000 20 20 1200 150 6F 10 -- 1000 20 -- 1000 -- 12G，H，I 50 -- 1000 20 -- 1000 -- 12

对照例B和C共用一批物料(即，一半批料用于对照例B，另一半批料用于对照例C)。对照例G，H和I共用一批物料。

对照例A-I的煅烧、浸渍与烧结情况见下面的表2。

表2

对照例煅烧温度 REO 浸渍后的烧结程序烧结温度烧结时间

℃ 浸渍煅烧温度 ℃ 分

℃

A 1200 无 -- 3 1550 90

B 1000 无 -- 3 1550 60

C* 1000 有 1000 3 1550 60

D 1000 有 1000 1 1500 30

E 1000 有 500 1 1550 35

F 1000 有 500 1 1550 35

G 1000 无 -- 1 1550 35

H 1000 有 1000 1 1550 35

I 1000 有 1000 1 1550 35

^*进行浸渍时是将浸渍溶液充分饱和煅烧物料；多余的浸渍溶液倾倒弃去。

^**将4.0克硝酸氧锆溶液(相当于21％ZrO₂)加入所用的202克REO溶液中。

用于对照例J的α氧化铝基磨粒含有约1％Fe₂O₃、4.5％MgO和94.5％Al₂O₃(以理论氧化物计)，其制法系按美国专利4,744,802(Schwabel)和4,964,883(Morris等人)。

用于对照例L的磨粒是St.Paul，MN的3M公司的商品“321CUBITRON”。

对照例A-J和L-M的磨粒的密度和硬度值见下面的表3。

用于对照例M的α氧化铝基磨粒含有约1％Fe₂O₃、4.5％MgO和94.5％Al₂O₃(以理论氧化物计)，其表面有一层α氧化铝涂层，制法按美国专利4,744,802(Schwabel)，4,964,883(Morris等人)和5,011,508(Wald等人)。

表3对照例密度，g/cm³ 硬度，GPaA 3.84 17.8B 3.87C 3.96D 3.93E 3.96F 3.91 21.4G 3.90H 3.95I 3.97J 3.81 19L 3.90 22M 3.88 21-22实施例1-6

制备实施例1～6的磨料浆用的原料列于下面的表4中。

表4

实施例 AS2，g nitric，g citric，g DHO，烧结助剂；磨混时间

g 用量，g 小时

1 1000 -- 26 1250 IO1；150 12

2 1000 20 20 1000 IO1；150 12

3 1000 20 20 1065 IO1；220 12

4 573 11 11 910 IO2；126 2

5 1000 30 20 1200 IO2；212 16

6 800 24 16 960 IO2；170 16实施例1～6的煅烧、浸渍和烧结情况见下面的表5。

表5

实施例煅烧温度 REO 浸渍后的烧结程序烧结温度烧结时间

℃ 浸渍煅烧温度 ℃ 分

℃

1 800 有 800 3 1550 60

2 1000 有 1000 1 1550 60

3 1000 有 1000 3 1550 30

4 1000 有 1000 3 1550 30

5 1000 有 1000 3 1550 30

6 1000 有 1000 3 1550 30实施例1～5中磨粒的密度和硬度见下面的表6。

表6

实施例密度，g/cm³ 硬度，GPa

1 3.99

2 3.97 21.8

3 3.97

4 3.98

5 3.99实施例2和对照例D、E和J中磨粒的密度和研磨性能数据见下面的表7。

表7

实施例密度，g/cm² 研磨性能

(测试程序1)

对于对照例J的％

2 3.97 123

对照例D 3.93 106

对照例E 3.96 112

对照例J 3.81 100实施例5和6以及对照例D的研磨性能见下面的表8。

表8

实施例研磨性能研磨性能

(测试程序1) (测试程序2)

对于对照例D的％对于对照例D的％

5 102 58

6 107 42

对照例D 100 100

实施例7～11

实施例7～11是比较不同磨混时间以及对磨料浆加入氧化锆的作用。制备实施例7～11磨料浆所用的原料见下面的表9。

表9实施例 AS7，g Nitric，g Citric，g DHO，烧结助剂 ZRS，g 磨混时间

g 用量，g 小时7 900 27 18 1080 IO2；191 0 168 1000 29 10 1200 IO3；214 230 729 1000 29 20 1200 IO3；214 230 1610 1000 30 20 1200 IO3；212 0 311 1000 29 20 1200 IO3；214 230 48

实施例7～11的煅烧、浸渍和烧结情况见下面的表10。

表10实施例煅烧温度 REO 浸渍后的烧结程序烧结温度绕结时间，分

℃ 浸渍煅烧温度 ℃

℃7 1000 有 1000 3 1500 608 1000 有 1000 2 14509 1000 有 1000 2 140010 1000 有 1000 3 1550 60和

3 1550 3011 1000 有 1000 3 1550 30

实施例7～10磨粒的密度见下面的表11。

表11

实施例密度，g/cm³

7 3.85

8 3.81

9 3.87

10 3.86实施例7～11和对照例L磨粒的研磨性能见下面的表12。

表12

实施例研磨性能

(测试程序1)

对于对照例L的％

7 105

8 112

9 113

10 132

11 107

对照例L 100

实施例12～19

实施例12～19是比较不同磨混时间和氧化物添加剂的作用。磨料浆的制备基本上按照实施例10的步骤，但磨混时间不同，列于下面的表13中。煅烧温度为1100℃。在实施例15、16和17中，在各自的磨料浆中加入足量的IO3，使其氧化铁含量达到下面表13所示的值。实施例18中使用足量的氧化铁(New York，NY的Pfizer Pig-ments，Inc.的商品“KRONA RED IRON OXIDE，C.I.PIG-MENT RED 100”，其达到的氧化铁含量列于下面的表13中。实施例19中的磨料浆中还加有足量的硝酸铁溶液(10.5％Fe(NO₃)₃·9H₂O，Cincinnati，OH的Shepard Chemical公司的商品)和足量的硝酸镧溶液(28％La(NO₃)₃·6H₂O，Molycorp公司的商品)，其达到的氧化铁和氧化镧含量列于下面的表13中。

表13

实施例磨混时间 Fe₂O₃ ^* MgO，^* Y₂O₃ ^*，Nd₂O₃ ^* La₂o₃ ^*，

(小时) ％％％％％

12 72 -- 1.2 1.2 1.2 1.2

13 70 3 -- -- -- 4

14 48 3 -- -- -- 4

15 48 4 -- -- -- 4

16 70 4 -- -- -- 4

17 72 1 1.2 1.2 1.2 1.2

18 72 3 -- -- -- 4

19 72 3 -- -- -- 4

^*表中％系按理论氧化物计，并且是基于烧结磨粒中Al₂O₃含量的过量重量百分数。

实施例12～18磨粒的制备过程中各包括以下的浸渍步骤。实施例12和17的煅烧物料用REO浸渍。

实施例13和14中，有两个分开的浸渍步骤。其中一个浸渍步骤，是将足量的DHO加入到38克硝酸铁的溶液(10.5％Fe(NO₃)₃·9H₂O，Shepard Chemical公司的商品)中得到33ml的溶液。浸渍时的用量比为每100克煅烧物料采用33ml的上述溶液。另一个浸渍步骤，是将足量的DHO加入到14克硝酸镧溶液(28％La(NO₃)₃·6H₂O，Molycorp公司的商品)中得到33ml的溶液。浸渍时的用量比为每100克煅烧物料采用33ml的上述溶液。

实施例13～16和18中，浸渍溶液用的是硝酸镧溶液(28％La(NO₃)₃·6H₂O，Molycorp公司商品)。

在每次浸渍后，物料均在650℃进行煅烧。每个实施例均采用烧结程序2，烧结温度为1450℃。

实施例12～19和对照例L磨粒的密度和研磨性能列于下面的表14中。

表14

实施例密度研磨性能

g/cm³ (测试程序1)

对于对照例L的％

12 3.82 98

13 3.88 60

14 3.89 50

15 3.86 66

16 3.83 60

17 3.89 108

18 3.80 47

19 3.84 28

对照例L 3.88 100实施例20～25

实施例20～25显示不同烧结温度和时间的影响。列于下面表15中的各种磨料浆用的原料磨混约72小时。这些磨料浆基本上是相同的，但实施例21～24的浆中加了AFA。一批料浆用于实施例21和22，而另一批料浆用于实施例23和24。

表15实施例AS8，g Nitric，g Citric，g DHO，g IO1，g AFA，g 磨混时间

(小时)20 1300 19.5 26 1837 13 -- 7221-24 1300 19.5 26 1837 13 86 7325 1300 19.5 26 1837 13 -- 72

在实施例20中，磨料浆经过脱气处理，再浇在一石膏模子上部分脱去其水分，使其呈厚泥状。然后将此增厚的磨料浆按美国专利5,201,916(Berg等人)所述制作成许多小的三角形颗粒，该专利的内容参考引入于本发明中。将成型颗粒于700℃煅烧，然后用REO浸渍，再煅烧；然后再进行烧结：25分钟内升温至1100℃，保温20分钟，再于15分钟内升温至1510℃，保温90分钟。

实施例21～25的煅烧、浸渍和烧结情况列于下面的表16中。

表16

实施例煅烧温度浸渍煅烧温度烧结程序烧结温度烧结时间

℃ ℃ ℃ 分

21 1000 REO 700 1 1500 50

22 1000 REO 700 1 1480 60

23 1000 REO 700 1 1480 120

24 1000 REO 700 1 1500 50

25 1100 REO 700 1 1480 120

实施例20～25磨粒的密度见下面的表17。

表17

实施例密度，g/cm³

20 3.96

21 3.91

22 3.85

23 3.92

24 3.90

25 3.91实施例26～28

实施例26～28的磨料浆，其制备是用1040份AS8、20.8份cit-ric、20.8份nitric、10.4份IO1和2470份DHO磨混72小时。干燥与破碎后，将所得磨料于1100℃煅烧，然后用金属硝酸盐溶液浸渍，得到的有关百分含量列于下面的表18中，然后再进行煅烧。将磨料按程序1在下面表18所列的温度下烧结120分钟。

表18

实施例 MgO^*，％ Y₂O₃ ^*，％ Nd₂O₃ ^*，％ La₂O₃ ^*，％烧结温度

℃

26 1 1 1 1 1470

27 1 1 2 2 1460

28 1 2 1 1 1450

＊百分数均按理论氧化物计

实施例26的金属盐溶液是REO。实施例27的金属盐溶液的制法是将硝酸镧溶液、硝酸钕溶液和硝酸钇溶液(分别含20.5％La(NO₃)₃·6H₂O、20.1％Nd(NO₃)₃·6H₂O、26.1％Y(NO₃)₃·6H₂O，均为Molycorp公司的商品)与足量的MGN和去离子水混和，得到含约12％La(NO₃)₃·6H₂O、12％Nd(NO₃)₃·6H₂O和8％Y(NO₃)₃·6H₂O、15％Mg(NO₃)₂·6H₂O以及余量的去离子水的溶液。实施例28的金属硝酸盐溶液的制法是将硝酸镧溶液、硝酸钕溶液和硝酸钇溶液(分别含20.5％La(NO₃)₃·6H₂O、20.1％Nd(NO₃)₃·6H₂O、26.1％Y(NO₃)₃·6H₂O，均为Molycorp公司的商品)与足量的MGN和去离子水混和，得到含约6％La(NO₃)₃·6H₂O和6％Nd(NO₃)₃·6H₂O、16％Y(NO₃)₃·6H₂O、15％Mg(NO₃)₂·6H₂O以及余量的去离子水的溶液。

实施例26～28磨粒的密度见下面的表19。

表19

实施例密度，g/cm³

26 3.94

27 3.94

28 3.89实施例29～41

实施例29～41使用了离子交换树脂EXR以去除存在于氧化铝粉或其它原料中的离子杂质。用于制备实施例29～41的原料列于下面的表20中。实施例29～31的磨混是在-2升聚氨酯衬里的球磨罐(Akron，OH的U.S.Stoneware公司的商品)中进行，其中装有3450克氧化锆磨介(6.35mm的圆柱体，U.S.Stoneware公司的商品)，而非其它所有实施例中使用的氧化铝磨介。

表20实施例 AS4，g Nitric，g Citric，g DHO，g 烧结助剂； MGN，g 磨混时间

用量，g 小时29 240 15.8 4.8 360 -- 3.2^* 7230 180 9 -- 411 -- 0.15^** 7031 180 9 -- 411 -- 0.15^** 7032-34 694 21 13.9 1205 IO4；210 9.5^* 7235-39 600 36 12 2200 -- -- 7240-41 600 36 12 2200 IO4；182 -- 72^*磨混之后加入到分散物系中^**磨混之前加入到分散物系中实施例29～41的煅烧、浸渍和烧结情况见下面的表21。

表21实施例煅烧温度浸渍煅烧温度烧结程序烧结温度烧结时间

℃ ℃ ℃ 分29 700 FeNO₃ ^* 700 1 1550 4530 700 REO 700 1 1550 6031 700 FeNO₃ ^* 700 1 1550 6032 1100 REO 1100 1 1430 3033 1100 REO 1100 1 1440 3034 1100 REO 1100 1 1450 3035 1100 -- -- 1 1450 6036 1100 -- -- 1 1500 6037 1100 -- -- 1 1550 6038 1100 REO 1100 1 1450 9039 1100 REO 1100 1 1450 12040 1100 -- -- 1 1450 12041 1100 REO 1100 1 1450 120*使用足量的硝酸铁溶液(10.5％Fe(NO₃)₃·9H₂O，Shepard Chemical公司的商品)制出烧结的磨粒，其Fe₂O₃含量约1％，此百分数系按理论氧化物计。实施例29～41磨粒的密度见下面的表22。

表22

实施例密度，g/cm³

29 3.96

30 4.01

31 4.08

32 3.83

33 3.85

34 3.87

35 3.79

36 3.88

37 3.90

38 3.84

39 3.87

40 3.86

41 3.90

实施例27～29和38～41以及对照例K、L和M的研磨性能数据见下面的表23。对照例K的磨粒是热熔凝法的氧化铝，它是奥地利Treibacher公司的商品“BFRPL”。

表23

实施例研磨性能

(测试程序1)

对于对照例M的％

27 92

28 99

29 87

38/39^* 93

40 74

41 79

对照例K 46

对照例L 112

对照例M 100

*含有50％实施例38磨粒和50％实施例39磨粒的混合料实施例42～46

实施例42～46是比较不同烧结方法的影响。这些实施例磨料浆的制备是用906份AS8、13.5份nitric、58.2份硝酸镧溶液(28％La(NO₃)₃·6H₂O，Molycorp公司的商品)、58.2份硝酸钕溶液(28％Nd(NO₃)₃·6H₂O，Molycorp公司的商品)、85.7份硝酸铁溶液(10.5％Fe(NO₃)₃·6H₂O，Shepard Chemical公司的商品)、79.4份MGN、51份NH₄OH和1278份DHO。这些原料磨混72小时。所得磨料浆脱水、粉碎，将所得磨料在600℃煅烧，但不进行浸渍。磨料的理论组成，按理论氧化物计，是94.7％Al₂O₃、0.9％Fe₂O₃、1.7％Nd₂O₃、1.7％La₂O₃和0.9％MgO。实施例42～46中所用的烧结程序及条件见下面的表24。

表24

实施例烧结程序烧结温度烧结时间注

℃ 分

42 1 1500 60

43 2 1475 1RPM

44 3 1475 1RPM，然后

1550 60

45 1 1475 1RPM，

两次烧结

46 2 1475 1RPM

两次绕结

实施例42～46和对照例M磨粒的密度和研磨性能见下面的表25。

表25

实施例密度，g/cm³ 研磨性能

(测试程序1)

对于对照例M的％

42 3.85 64

43 3.75 37

44 3.88 60

45 3.82 55

46 3.85 60

对照例M 3.88 100实施例47～49

实施例47～49是比较不同的χ氧化铝原料粉的影响。其磨料浆用的原料列于下面的表26中。

表26实施例氧化铝； Nitric，g Citric，g DHO，g 烧结助剂；磨混时间

用量，g 用量，g 小时

47 AS4；600 18 12 1820 -- 48

48 AS9；600 18 12 1580 -- 48

49 AS5；480 10 10 1900 IO1；4.8 48

实施例47和48的煅烧和浸渍情况以及实施例49的煅烧、浸渍和烧结情况见下面的表27。

表27实施例煅烧温度 REO 煅烧温度烧结程序烧结温度烧结时间

℃ 浸渍 ℃ ℃ 分

47 1100 有 1100

48 1100 有 1100

49 1000 有 1100 3 1500 60实施例50～54

实施例50～54是比较不同的烧结方法。这些实施例中磨料浆的制造是用800份AS6、15份citric、1980份DHO和足量的NH₄OH使pH达到约8.5～9.0。磨混时间均为大约20小时。初始煅烧温度为650℃，REO浸渍后的煅烧温度为650℃。有关烧结方法的情况见下面的表28。

表28实施例烧结程序烧结温度，℃ 烧结时间，分

50 1 1400 15

51 1 1425 20

52 3 1400 90

53 3 1425 30

54 3 1450 25实施例49～54的密度和硬度见下面的表29。

表29

实施例密度，g/cm³ 硬度，GPa

49 3.90

50 3.85

51 3.92 20.6

52 3.95 21.1

53 3.95 21.5

54 3.97 22.2实施例55～67

用一个380升(100加仑)的球磨机(其球磨罐用Al₂O₃作内衬，Little Falls，NJ的Paul O.Abbe公司出品，商品名为“ABBE 6 PMPEBBLE MILL”)制备实施例55～67的磨料浆。球磨罐中装有409kg(900磅)氧化铝磨介(1/4″，Golden，CO的Coors出品)。球磨以其临界转速的61％运行。这些实施例中磨料浆用的原料见下面的表30。

表30实施例 AS5 Nitric，g Citric，g DHO 烧结助剂；磨混时间；

kg kg 用量，g 小时

55-59 11 330 110 80 -- 72

60-67 10 500 100 60 IO5；3300 72

磨混之后，将料浆(一批料浆用于实施例55～59，另一批料浆用于实施例60～67)分别在100℃脱气和干燥。干燥后的物料加以粉碎，得到磨料。

在实施例62～67中，将300克经煅烧的物料在9份nitric和500份DHO的溶液中清洗之。每一实施例的磨料均各自在nitric/DHO溶液中浸泡过夜，然后倾去液体，再用新鲜DHO将磨料漂洗四次。

实施例55～67的煅烧和烧结情况见下面的表31。

表31

实施例煅烧温度浸渍煅烧温度烧结程序烧结温度转速

℃ ℃ ℃

55 700 REO+(a) 700 2 1420 2RPM

56 700 REO 700 2 1420 2RPM

2passes

57 700 REO 700 2 1420 5RPM

58 700 REO 700 2 1420 4RPM

59 700 REO 700 2 1420 2RPM

60 700 -- -- 2 1440 1RPM

61 700 REO 700 2 1440 1RPM62 700 REO 700 2 1440 2RPM63 700 -- -- 2 1440 2RPM64 700 -- -- 2 1440 3RPM65 700 (b) 700 2 1440 2RPM66 700 (c) 700 2 1440 2RPM67 700 (d) 700 2 1440 2RPM

(a)将每100克煅烧材料与60mlREO和9.5克硝酸铁溶液(10.5％Fe(NO₃)₃·9H₂O)掺和。

(b)每3.6克硝酸镁溶液(11％Mg(NO₃)₂·6H₂O)中加入足量DHO，得到60ml溶液。

(c)每19.5克硝酸镧溶液(28％La(NO₃)₃·6H₂O)中加入足量DHO，得到60ml溶液。

(d)每19.5克硝酸镧溶液(28％La(NO₃)₃·6H₂O)中加入9.1克硝酸镁溶液(11％Mg(NO₃)₂·6H₂O)和2.5克硝酸锰溶液(50％Mn(NO₃)₂)加入足量DHO，得到60ml溶液。

实施例55～59和对照例L的密度、硬度和研磨性能见下面的表32。

表32

实施例密度，硬度研磨性能

g/cm³ GPa (测试程序1)

对于对照例L的％

55 3.87 98

56 3.87 99

57 3.74 96

58 3.77 101

59 3.84 17.0 105

对照例L 3.90 22 100

实施例60～67和对照例L的密度、硬度和研磨性能见下面的表33。

表33

实施例密度，硬度研磨性能

g/cm³ GPa (测试程序1)

对于对照例L的％

60 3.86 20.0 95

61 3.88 20.3 103

62 3.93 19.3 101

63 3.87 20.4 106

64 3.91 20.1 110

65 3.84 20.2 106

66 3.87 18.9 107

67 3.93 103

对照例L 3.90 100实施例68～70

实施例68～70对不同的浸渍溶液进行比较。这些实施例的磨料浆用的原料是120份AS6、6份nitric和600份DHO，磨混48小时，脱气、干燥，然后粉碎成磨料。将所得磨料于650℃煅烧，然后分别如下浸渍之。实施例68的煅烧物料用REO浸渍。实施例69用的浸渍溶液的制法是每5克硝酸锰溶液(50％Mn(NO₃)₂，MallinckrodtChemical公司出品)中加入足量DHO，得到60ml溶液。实施例70用的浸渍溶液的制法是每14.3克硝酸镧溶液(28％La(NO₃)₃·6H₂O)、9.1克MGN和2克硝酸锰溶液(50％Mn(NO₃)₂中加入足量DHO，得到60ml溶液。然后经过浸渍的磨料再在650℃煅烧，在1425℃按烧结程序1烧结20分钟。

实施例68～70磨粒的密度和硬度见下面的表34。

表34

实施例密度，g/cm³ 硬度，GPa

68 3.88

69 3.86

70 3.88 18.8实施例71～81

实施例71～81是说明采用γ氧化铝作为氧化铝源材料的情况。这些实施例所用的原料见下面的表35。

表35实施例氧化铝源材 Nitric，g Citric，g DHO，g 11％磨混时间

料； Mg(NO₃)₂ 小时

用量，g 6H₂O，g71-74 AS10； 9 1.8 750 -- 24

18075-77 AS11； 9 1.8 1250 -- 24

18078-79 AS12；180 9 -- 1200 -- 2880-81 AS10； 12.5 2.5 750 5 24

250

实施例71～81中浸渍和烧结的情况见下面的表36。这些实施例均在650℃煅烧，然后按表中的条件烧结。

表36

实施例 REO 烧结程序烧结温度烧结时间

浸渍 ℃ 分

71 有 1 1425 20

72 有 1 1425 35

73 有 1 1450 13

74 有 1 1400 20

75 有 1 1425 20

76 有 1 1425 60

77 有 3 1425 30

78 无 1 1425 20

79 有 1 1425 20

80 有 1 1425 20

81 有 1 1400 20实施例71～81磨粒的密度和硬度见下面的表37。

表37

实施例密度，g/cm³ 硬度，GPa

71 3.89 18.5

72 3.90

73 3.90

74 3.86

75 3.88 18.9

76 3.90 18.4

77 3.89 19.3

78 3.83 21.4

79 3.90 19.5

80 3.91

81 3.90 18.6

下面表38中的实施例81/K是用实施例81对对照例K的物料之比为42∶58进行的；对照例L/K是用对照例L和K的物料之比为42∶58进行的。在磨盘上用了一种含CaCO₃的胶结涂层。研磨性能数据见下面表38。

表38

实施例研磨性能

(测试程序1)

对于对照例L的％

81 85

81/K 75

对照例L/K 69

对照例L 100实施例82

在一2升橡胶衬里的球磨罐中装入4600克氧化锆磨介(直径1.3cm的圆柱体，Mahwah，NJ的Stoneware Corp.出品)、600克AFA和10.0克AS2。该球磨以70rpm旋转24小时。所得的分散物系用旋转式蒸发器(60℃，用吸气器减压)脱水得到粘性残渣，然后在80℃干燥成为颗粒。

将颗粒在一普通箱式炉中从室温加热到600℃煅烧2小时，然后冷却至室温。将此煅烧的材料在一采用二硅化钼加热元件(Bloomfield，NJ.的CM，Inc.出品)的快速加热炉中进行烧结。其升温阶段是以不到8分钟时间内由室温加热到1400℃，然后在1400℃保温5分钟。冷却之后所得的磨料致密有光泽。

将该磨料的碎粒在扫描电镜(SEM)中检查，表明煅烧材料具有的密度至少为理论密度的95％，α氧化铝微晶的平均直径不到0.5微米。实施例83

在一个2升的可搅拌蒸煮器(Moline，IL的Paar InstrumentCo.出品)中装入600克DHO。一面用一通常的均化器(Waterbury，CT的OMNI International，Inc的商品“OMNI 5000 HOMOGE-NIZER”)快速搅拌，一面以40克为一批，分批加入1000克AS7。然后加入10ml nitric，再高速混合5分钟。所得的分散物系于190℃蒸煮1小时。冷却后将分散物系倒入一大烧杯中，加盖，令其沉积3个星期。然后将稍显浑浊的上层液体(约150ml)小心倾倒去掉。所余的分散物系于85℃干燥三天。

所得的干燥物在一普通的箱式炉中按下述步骤进行煅烧：

以10℃/分由室温加热至100℃；

以5℃/分由100℃加热至1000℃；

炉冷至室温。

将煅烧物料破碎，然后如实施例82(上面)所述，在1450℃或1500℃烧结10分钟。在1450℃烧结的磨料碎粒经SEM检查表明，物料是平均微晶粒度不到1微米的α氧化铝微晶。而且在1450℃烧结的物料的断口表面经SEM检查大多是穿晶断裂。阿基米德法测出的密度超过理论密度的大约90％。

在1500℃烧结的磨料比1450℃烧结的硬得多，更难破碎。在1500℃烧结的磨料碎粒经SEM检查，表明该物料是平均微晶粒度1.0～1.5微米的α氧化铝微晶。阿基米德法测出的密度超过理论值的大约92％。实施例84

如下制备了氧化铝的水中浓分散物系。在一烧杯中装入181.88克DHO和约1.44克丙烯酸-衣康酸共聚物(AA-ICA，此分散剂中丙烯酸单体与衣康酸单体之比为2∶1，制法基本上按美国专利5,130,347中的实施例3，不同的是用二甲基甲酰胺代替THF作溶剂，该专利参考结合于此)。一面用一普通的均化器(“OMNI 5000HOMOGENIZER”)对此水/分散剂的混合物进行快速搅拌，一面加入178.88克AS7。再加入1.44克分散剂(AA-ICA)，随后再加入178.88克AS7。这种加料过程重复数次，直至5.73克分散剂(AA-ICA)和712.5克AS7在181.88克水中充分混匀成分散物系。

将所得分散物系倒入一浅铝盘中，在85℃干燥过夜。将所得的干燥固体按下列步骤煅烧：

室温至100℃，10℃/分

100°至1000℃，5℃/分

炉冷至室温。

将煅烧物料破碎，然后如实施例82(上面)所述，在1400℃或1450℃烧结10分钟。在1400℃烧结的磨料碎粒经SEM检查表明，物料是平均微晶粒度不到0.8微米的α氧化铝微晶。而且1400℃烧结物料的断口表面经SEM检查大多是晶内断裂。阿基米德法测出的密度超过理论密度的大约88％。

在1450℃烧结的磨料比1400℃烧结的硬得多，更难破碎。在1450℃烧结的磨料碎粒经SEM检查，表明该物料是平均微晶粒度0.8微米的α氧化铝微晶。在1450℃烧结的物料的孔隙，其形式大多是在三重点(triple point)位置的直径不到0.1微米的孔隙，而且1450℃烧结物料的断口表面经SEM观察大多是穿晶断裂。阿基米德法测出的密度超过理论值的大约90％。实施例85

基本上按实施例84所述制备分散物系，不同的是用652.24克AS13分散在加有3.75克分散剂(AA-ICA)的130克DHO中。将此分散物系的一部分倒入一浅铝盘中，松盖上表面玻璃，85℃干燥过夜，然后如实施例84所述的步骤进行煅烧。煅烧物料粉碎后，如实施例82所述在1400℃或者1450℃进行烧结10分钟。在1400℃烧结的磨料碎粒经SEM检查表明，物料的密度大于理论密度的大约90％，是平均微晶粒度不到0.5微米的α氧化铝微晶。而且1400℃烧结物料的断口表面经SEM检查大多是晶内断裂。

在1450℃烧结的磨料比1400℃烧结的硬得多，更难破碎。在1450℃烧结的磨料碎粒经SEM检查，表明该物料的密度大于理论密度的大约93％，是平均微晶粒度0.5微米的α氧化铝微晶。而且，1450℃烧结物料的断口表面经SEM检查既有晶内断裂，又有穿晶断裂。实施例86

基本上按实施例84所述制备分散物系，不同的是用200克AS7分散在加有2.0克分散剂(AA-ICA)的198克DHO中。令此分散物系静置沉积一星期，然后在95℃干燥，并按实施例84所述的步骤进行煅烧。煅烧物料中的一部分粉碎后，按实施例82所述在1400℃烧结10分钟。

烧结的磨料很硬，不易破碎。其碎粒经SEM检查表明，该物料的密度大于理论密度的大约90％，而很多碎粒甚至密度大于理论密度的大约95％。α氧化铝微晶的平均直径不到1.0微米。

本领域的技术人员不难明白，在不偏离本发明范围和精神的条件下，可对于本发明进行种种修改，须知本发明不应受这里所列的说明性实施方案的限制。

Claims

1.一种含有α氧化铝晶粒的α氧化铝基磨粒，其中的α氧化铝晶粒相对于相邻晶粒和存在于至少某些所述α氧化铝晶粒之间的稀土铝酸盐片晶是无规取向的，所述铝酸盐片晶显示出磁铅石晶体结构，所述磨粒硬度至少为16GPa、密度至少为3.58g/cm³，α氧化铝平均晶体尺寸小于2微米。

2.如权利要求1所述的α氧化铝基磨粒，其特征在于所述的α氧化铝晶体的平均晶体尺寸小于1微米。

3.如权利要求2所述的α氧化铝基磨粒，其特征在于，以理论氧化物计，它含有小于0.3重量％的SiO₂，不大于0.4重量％的Na₂O，百分数系基于所述磨粒的总重量。

4.如权利要求3所述的α氧化铝基磨粒，其特征在于，以理论氧化物计，它含有不大于0.4重量％的CaO。

5.如权利要求1所述的α氧化铝基磨粒，其特征在于所述的铝酸盐片晶的厚度为0.1微米，长度为0.5至3微米。

6.一种磨料制品的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(a)制备含有一种液体介质和氧化铝颗粒的分散物系，经脱液它可生成一种前体材料，该前体材料可烧结成如权利要求1-5中任何一项所述的结晶陶瓷α氧化铝基磨粒，所述氧化铝颗粒选自：α氧化铝颗粒、含有小于10重量％化学结合水的过渡型氧化铝颗粒及其混合物，所述氧化铝颗粒的平均粒度小于2微米，所述分散物系含有不大于1重量％的一水合α氧化铝，此百分数系基于分散物系的重量减去其中存在的液体介质总重量后的重量；

(b)使该分散物系脱液生成前体材料；

(c)烧结该前体材料，烧结的温度和时间足以得到所述结晶陶瓷α氧化铝基磨粒，此时烧结是在不高于1600.0℃的温度和不高于10.13MPa的压力下进行的；在进行步骤(c)之前，所述前体材料是以磨粒前体的形式提供的；

(d)将所述磨粒与粘合剂结合得到磨料制品。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述的分散物系还包括选自氧化镁、氧化锰、氧化锌、氧化铈、氧化钴、氧化钛、氧化镍、氧化钇、氧化镨、氧化钐、氧化镱、氧化钕、氧化镧、氧化钆、氧化镝、氧化铒、其前体和其混合物的烧结助剂材料。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，以理论氧化物计，并按所述磨粒的总重量计，所述结晶陶瓷α氧化铝基磨粒含有不大于0.4重量％的CaO。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于在步骤(b)之后但是在步骤(c)之前所述方法还包括以下步骤：

(i)用含有烧结助剂材料的浸渍材料浸渍所述经脱液生成的磨粒前体；

(ii)将经浸渍的磨粒前体进行煅烧，得到煅烧的前体材料。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述烧结助剂材料选自氧化镁、氧化锰、氧化锌、氧化铈、氧化钴、氧化钛、氧化镍、氧化钇、氧化镨、氧化钐、氧化镱、氧化钕、氧化镧、氧化钆、氧化镝、氧化铒、其前体和其混合物。

11.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述分散物系还包括第一烧结助剂材料，并且在步骤(b)之后但步骤(c)之前它还包括下列步骤：

(i)用含有第二烧结助剂材料的浸渍材料浸渍所述前体材料；

(ii)将经浸渍的磨粒前体进行煅烧，得到煅烧的前体材料。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述第一烧结助剂材料和第二烧结助剂材料分别选自氧化镁、氧化锰、氧化锌、氧化铈、氧化钴、氧化钛、氧化镍、氧化钇、氧化镨、氧化钐、氧化镱、氧化钕、氧化镧、氧化钆、氧化镝、氧化铒、其前体和其混合物。

13.一种用于制备磨料制品的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)制备含有一种液体介质、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、它们的前体以及它们的混合物的烧结助剂材料以及氧化铝颗粒的分散物系，该分散物系可经脱液得到一种前体材料，该前体材料可烧结成结晶陶瓷α氧化铝基的材料，该材料含有至少2重量％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、氧化铒或其混合物，此百分数系以如Y₂O₃、Ce₂O₃、Pr₂O₃、Sm₂O₃、Yb₂O₃、Nd₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Dy₂O₃和Er₂O₃的理论氧化物计，所述氧化铝颗粒选自：α氧化铝颗粒、含有小于10重量％化学结合水的过渡型氧化铝颗粒及其混合物；所述氧化铝颗粒的平均粒度小于2微米，所述分散物系含有至少65重量％的所述氧化铝颗粒，基于所述分散物系中总的理论Al₂O₃含量；

(b)使该分散物系脱液得到前体材料；

(c)烧结所述前体材料，烧结的温度和时间足以形成如权利要求1-5中任何一项所述的晶体陶瓷α氧化铝基磨粒；

(d)将所述磨粒与粘合剂结合得到磨料制品。

14.一种用于制备磨料制品的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)制备含有一种液体介质和氧化铝颗粒的分散物系，以便在步骤(b)-(e)之后，得到如权利要求1-5中任何一项所述的结晶陶瓷α氧化铝基磨粒，所述氧化铝颗粒选自：α氧化铝颗粒、含有小于10重量％化学结合水的过渡型氧化铝颗粒及其混合物，所述氧化铝颗粒的平均粒度小于2微米，其中所述分散物系含有至少50.0重量％的所述氧化铝颗粒，此百分数系基于所述分散物系中Al₂O₃总的理论含量，并且其中所述分散物系含有不大于50.0重量％的一水合α氧化铝，上述百分数系基于所述分散物系重量减去其中存在的液体介质总重量后的重量；

(b)使该分散物系脱液；

(c)用含有烧结助剂材料的浸渍材料浸渍该经脱液生成的磨粒前体，以便在步骤(d)-(e)之后，得到如权利要求1-5中任何一项所述的结晶陶瓷α氧化铝基磨粒；

(d)将经浸渍的磨粒前体进行煅烧，得到一种煅烧的材料；

(e)烧结所述锻烧的前体材料，烧结的时间和温度足以得到所述结晶陶瓷α氧化铝基磨粒，所述烧结是在不高于1600.0℃的温度和不高于10.13MPa的压力下进行的；

(f)将所述磨粒与粘合剂结合得到磨料制品。