CN1188465A - 含有二氧化硅和氧化铁的α氧化铝基磨料颗粒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种α氧化铝基陶瓷磨料颗粒,它包含,按理论氧化物计,Al₂O₃、Fe₂O₃和SiO₂。所述磨料颗粒的表面粗糙度高度大于约200纳米,密度大于约3.5g/cm³。α氧化铝基陶瓷磨料颗粒包含平均晶粒大小小于约0.5微米(小于约0.3微米更好)的α氧化铝晶粒。SiO₂与Fe₂O₃的存在提高了磨料颗粒的穿晶碎裂数,降低了烧结磨料颗粒过程中α氧化铝晶粒的生长,至少扩大磨料颗粒晶胞维度之一,而且总体上改善磨料颗粒的研磨性能。另一方面,本发明涉及包含,按理论氧化物计,Al₂O₃、Fe₂O₃和SiO₂的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒的制造方法。

Description

含有二氧化硅和氧化铁的α氧化铝基磨料颗粒

                             发明领域

本发明是关于磨料颗粒、制备磨料颗粒的方法和使用该磨料颗粒的磨料产品(例如涂敷磨料、结合磨料和无纺磨料)。磨料颗粒中包含α氧化铝、二氧化硅、氧化铁以及可选性的其它金属氧化物。

                          相关技术的说明

长期以来一直将磨料颗粒用于磨料产品中。这些磨料产品包括结合磨料(例如砂轮)、涂敷磨料和无纺磨料。较好的高强磨料颗粒通常是坚韧和刚硬的，而且对待磨工件具有化学耐受性。“韧性”的磨料颗粒通常强度高而且抗粉碎。“硬性”磨料颗粒通常不会因研磨力而形变或钝化。如果磨料颗粒形变或钝化，通常会导致研磨性能降低。

高强磨料颗粒的常见类型之一，即熔凝氧化铝是将氧化铝原料加热至熔融状态，快速冷却，然后粉碎制成的。这种类型的磨料颗粒硬性、韧性而且具有耐化学性。最近开发出的一种磨料颗粒常被称为α氧化铝基陶瓷磨料颗粒。这种磨料颗粒可以利用溶胶-凝胶法来制造，例如干燥包含液体介质(通常是水)、一水合α氧化铝和金属氧化物前体之类(例如硝酸镁)的可选性添加剂的分散体，将其粉碎、煅烧然后烧结。形成的陶瓷磨料颗粒通常比熔凝氧化铝磨料颗粒更韧，而且研磨操作中的性能更好。

有些α氧化铝基陶瓷磨料颗粒是在溶胶-凝胶法中用成核物质制成的。成核物质(有时又称为晶种物质)通常减小α氧化铝晶粒的大小，由此提高形成的磨料颗粒的密度和硬度。成核物质和/或晶种物质的实例包括α-Al₂O₃、α-Fe₂O₃、α-Cr₂O₃和它们的前体。虽然已经有了许多利用成核和/或晶种溶胶-凝胶法制成的市售产品，但是仍然需要有强度和韧度更高的产品。

                            本发明综述

本发明提供了一种α氧化铝基陶瓷磨料颗粒，其中包含，按理论氧化物计，Al₂O₃、Fe₂O₃和SiO₂，其中的Al₂O₃主要以α氧化铝晶粒的形式存在。

本发明内容之一描述了一种α氧化铝基陶瓷磨料，其中包含，按理论氧化物计，Al₂O₃、SiO₂和至少约0.25重量百分比(wt.％)的Fe₂O₃，其中α氧化铝晶粒的平均晶粒大小低于约0.5微米；该磨料颗粒的表面粗糙度高度大于约200纳米，密度大于约3.5g/cm³。

本发明内容之二描述了一种α氧化铝基陶瓷磨料，其中包含，按理论氧化物计，Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂和至少约0.05wt.％碱金属氧化物，其中α氧化铝晶粒的平均晶粒大小低于约0.5微米，密度大于约3.5g/cm³。

本发明内容之三提供了一种非透明的α氧化铝基陶瓷磨料，其表明粗糙度高度大于约200纳米，密度大于约3.5g/cm³，平均晶粒大小低于约0.5微米；根据磨料颗粒的总重量，该磨料颗粒含有，按理论氧化物计，约85.0wt.％-99.6wt.％Al₂O₃、约0.25wt.％-5.0wt.％Fe₂O₃、约0.1wt.％-5.0wt.％SiO₂和约0.01wt.％-1.0wt.％碱金属氧化物。

本发明内容之四提供了一种α氧化铝基陶瓷磨料，它主要包含，按理论氧化物计，Al₂O₃、Fe₂O₃和SiO₂，α氧化铝晶粒的平均晶粒大小低于约0.5微米；该磨料颗粒的表面粗糙度高度大于约200纳米，密度大于约3.5g/cm³。

本发明内容之五提供了一种磨料制品，其中包含粘合剂和大量通过粘合剂而固定于制品内的本发明磨料颗粒。这种磨料制品的形式可以是涂敷磨料产品、结合磨料产品(例如砂轮)或无纺磨料产品。

本发明还提供了一种由包含液体介质、勃姆石、氧化铁源和二氧化硅源的分散体制备α氧化铝基陶瓷磨料材料的方法。一种较好的方法包括以下步骤：

(a)制备包含液体介质、勃姆石、氧化铁源和非晶形二氧化硅源的分散体；

(b)将分散体转化为磨料颗粒前体；和

(c)将磨料颗粒前体烧结成α氧化铝基陶瓷磨料颗粒，其中包含，根据理论氧化物计，Al₂O₃、Fe₂O₃和SiO₂。

另一种制备α氧化铝基陶瓷磨料颗粒的方法包括以下步骤：

(a)制备包含勃姆石、液体介质、氧化铁源和非晶形二氧化硅源的分散体；

(b)将分散体转化为磨料颗粒前体；和

(c)将磨料颗粒前体烧结成α氧化铝基陶瓷磨料颗粒，按理论元素氧化物计它包含Al₂O₃、Fe₂O₃和SiO₂；其中，分散体中非晶形二氧化硅的含量足以使得该磨料颗粒中的α氧化铝晶粒的平均晶粒体积小于以相同方法但不加非晶形二氧化硅制成的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒中α氧化铝晶粒的平均晶粒体积。

制备α氧化铝基陶瓷磨料颗粒的另一种方法包括以下步骤：

(a)制备包含液体介质、勃姆石和氧化铁源的分散体；

(b)将分散体转化为多孔性磨料颗粒前体；和

(c)将多孔性磨料颗粒前体浸渍在包含足量的非晶形二氧化硅的浸渍组合物中，可在步骤(d)和(e)之后使得该磨料颗粒中α氧化铝晶粒的平均晶粒体积小于以相同方法但不加非晶形二氧化硅制成的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒中α氧化铝晶粒的平均晶粒体积；

(d)煅烧步骤(c)生成的磨料颗粒前体；和

(e)加热步骤(d)生成的煅烧磨料颗粒前体，生成α氧化铝基陶瓷磨料颗粒。

制备α氧化铝基陶瓷磨料颗粒的另一种方法包括以下步骤：

(a)制备包含液体介质、勃姆石、氧化铁源和平均粒子大小低于约150纳米的胶体二氧化硅源的分散体；

(b)将分散体转化为磨料颗粒前体；和

(c)将磨料颗粒前体烧结成α氧化铝基陶瓷磨料颗粒，其中包含，按理论氧化物计，Al₂O₃、Fe₂O₃和SiO₂。

“磨料颗粒前体”或“未烧结磨料颗粒”指干燥的氧化铝基分散体(即“干燥磨料颗粒前体”)或煅烧后的氧化铝基分散体(即“煅烧磨料颗粒”)，它们通常是颗粒形式的，密度低于80％(通常低于60％)理论密度，而且能够被烧结成或在用浸渍组合物浸渍后烧结成α氧化铝基陶瓷磨料颗粒。

“α氧化铝基陶瓷磨料颗粒”“氧化铝基磨料颗粒”或“磨料颗粒”在本文中指烧结至至少85％(以至少90％为佳，至少95％更好)理论密度、按理论氧化物计含有至少60wt.％Al₂O₃的烧结磨料颗粒，其中氧化铝总量的至少50％以α氧化铝形式存在。

“分散体”或“溶胶”指固-液两相系统，其中一相包含分布在液相中的细分的颗粒(在胶体尺寸范围内)。“稳定的分散体”或“稳定溶胶”指不受干扰地静置约2小时后，其中目测看不见固体才胶凝、分离或沉淀的分散体。

“浸渍组合物”指包含液体介质、二氧化硅源、氧化铁源、和/或其它可以浸渍到磨料颗粒前体内的金属氧化物的溶液或分散体。

“浸渍过的磨料颗粒前体”指干燥的氧化铝基分散体(即“浸渍过的干燥磨料颗粒前体”)或煅烧氧化铝基分散体(即“浸渍过的煅烧磨料颗粒”)，密度通常低于理论密度的约80％(通常低于60％)，而且被浸渍组合物浸渍过，包括浸渍过的干燥颗粒和浸渍过的煅烧颗粒。

“非透明磨料颗粒”指当磨料颗粒与高对比影像(例如本段文本)直接接触时，裸眼透过颗粒看不见影像。其中包括不透明磨料颗粒，但不限于此。

“成核物质”指促进过渡态氧化铝向α氧化铝转化的物质。成核物质可以是成核剂本身或其前体。

“烧结”指在被加热物质熔点以下加热，使得发生致密和晶粒生长，由此形成韧性、硬性和耐化学性的陶瓷材料。本发明的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒不是通过在被加热物质熔点以上加热的熔融法制造的。

“溶液”指真溶液，即一种或多种溶质以分子或离子水平基本均匀分散在一种或多种溶剂中的分散混合物。

                            附图说明

图1是根据本发明所述，其上具有磨料颗粒的涂敷磨料产品的部分剖面图。

图2是根据本发明所述，其中包含磨料颗粒的结合磨料产品的透视图。

图3是本发明所述，使用磨料颗粒的无纺磨料产品的放大图。

                    优选实施方式的详细说明氧化铝基分散体

一水合α氧化铝。利用溶胶-凝胶法制备本发明的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒，包括制备包含一水合α氧化铝(即勃姆石)、二氧化硅源(以胶体二氧化硅为佳)和氧化铁源(以氧化铁颗粒前体为佳)的分散体。这可以用多种方法来进行。例如，可以先将二氧化硅和氧化铁合并成分散体，然后加入粉末状或分散体形式的勃姆石。

通常，在本文所述的其它系统中，即氧化铝源不是勃姆石而是例如甲酰乙酸铝(aluminum formoacetate)(“AFA”)、硝基甲酰乙酸铝(aluminumniroformoacetate)(“ANFA”)和其它碱性铝盐，就很难制备出磨料粒度大于约100微米而且没有裂纹的磨料颗粒。这种裂纹将导致总体性能下降，尤其是磨料颗粒的研磨性能。相反，利用本发明的勃姆石和/或利用本发明的方法可方便地制成磨料颗粒大小大于约100微米的磨料颗粒。

勃姆石可以用多种本领域已知的技术来制备或向多家供应商购买。例如，可向德国汉堡的Condea Chemie，GmbH购买商品名为“DISPERAL”的勃姆石，以及向德克萨斯州休斯顿的Vista Chemical Comany购买商品名为“DISPAL”的勃姆石。这些一水合氧化铝是α形式的，可能包含极少量一水合物以外的其它水合形式(虽然在某些工业级的勃姆石中含有少量三水合物杂质，但这是允许的)。它们在水中的溶解度很低，但具有很高的表面积(通常至少为180m²/g)。用于制造本发明磨料颗粒的勃姆石最好具有小于约20纳米(小于约12纳米更好)的平均颗粒大小。“颗粒大小”在本文中指颗粒的最大直径。

分散体还含有用于分散勃姆石的液体介质。这种液体介质可以是水或有机溶剂，例如低级醇(一般是C_1-6醇)、己烷或庚烷。液体介质以水为佳，去离子水更好。按分散体总重计，用至少10wt.％(以约30-g0wt.％为佳)液体介质(最好是水)可制成勃姆石分散体，或视需要制成凝胶。

氧化铁源。氧化铝基分散体还包含某种氧化铁源(或氧化铁成核物质)，虽然不想受理论的约束，它被认为起着或提供一种成核剂的作用(即促进过渡态氧化铝向α氧化铝转化的物质)。氧化铁源包括赤铁矿(即α-Fe₂O₃)及其前体(即针铁矿(α-FeOOH)、纤铁矿(γ-FeOOH)、磁铁矿(Fe₃O₄)和磁赤铁矿(γ-Fe₂O₃))。合适的氧化铁前体包括任何一种在加热后可转化为α-Fe₂O₃的含铁物质。

合适的氧化铁源可以利用本领域多种已知方法来制备。例如，可以如E.Matijevic等在《胶体界面科学杂志》(J.Colliodal Interface Science)63，509-24(1978)和B.Voight等在《晶体研究技术》(Crystal Research Technology)21，1177-83(1986)中所述，通过热处理硝酸铁溶液来制备赤铁矿(α-Fe₂O₃)分散体。例如，可以用NaNO₂溶液氧化Fe(OH)₂来制备纤铁矿(γ-FeOOH)。例如，可以将γ-FeOOH真空脱水来制备磁赤铁矿(γ-Fe₂O₃)。例如，在空气中加热或研磨γ-FeOOH也可将γ-FeOOH转化成α-Fe₂O₃。例如，空气氧化氢氧化亚铁或在高温高pH下陈化氢氧化铁分散体可以合成针铁矿(α-FeOOH)。有关制备氧化铁前体的其它信息可参见例如R.N.Sylva，《纯应用化学综述》(Rev.Pure Applied Chemistry)22，15(1972)和T.Misawa等，《腐蚀科学》(Corrosion Science)14，131(1974)。

用于制造本发明磨料颗粒的氧化铁源类型可以各不相同。但是以晶体颗粒材料为佳。这些颗粒材料可以是圆球形的、针状的或圆盘状的，这取决于颗粒的结晶度和/或制备方法。不论颗粒材料的形状如何，它最好具有至少约60m²/g的表面积(至少约80m²/g更好，至少约100m²/g最好)和小于约1微米(小于约0.5微米更好)的平均颗粒大小。在本文中，“颗粒大小”指颗粒的最大直径。在较好的实施方式之一中，晶体颗粒呈长宽比至少约2∶1的针状。特别好的材料之一是长约0.04-0.1微米、宽约0.01-0.02微米的针状颗粒。可以向多家磁性介质颜料供应商购买针状颗粒，例如Magnox Pulaski，Inc.，Pulaski，VA。

颗粒状氧化铁源的表面积可以用Quantachrome Corp.，Boynton Beach，FL的Quantasorb System OS-10通过氮气吸收来测定。颗粒的大小可以利用多种技术测量颗粒的最大尺寸来确定。例如，可以利用透射电子显微镜(Transmission ElectronMicroscope)来测定颗粒大小，该方法按适当的放大比摄取一组颗粒的微照片，然后测定颗粒的大小。另一种测量技术是准弹性光散射(Quasi Elastic LightScattering)，该方法中，一束光被颗粒散射。通过数值分析被颗粒散射的光强的波动来测定颗粒大小。

存在很少量的Fe₂O₃(例如按理论氧化物计少至0.01wt.％)被认为有助于过渡态氧化铝转化到α氧化铝时的成核。它还被认为有助于在一较低的温度致密α氧化铝，该温度低于不加氧化铁时的致密发生温度(即以相同方法制造磨料颗粒但不加Fe₂O₃源)。

二氧化硅源。氧化铝基分散体还可以包含某种二氧化硅源，以非晶形二氧化硅为佳。二氧化硅源包括胶体二氧化硅、胶体二氧化硅前体、以及非胶体二氧化硅前体。即，二氧化硅源可以是任何在充分加热后形成SiO₂的水溶性或水可分散的物质。合适的二氧化硅原料包括但不限于二氧化硅溶胶、雾化的二氧化硅(fumedsilica)、卤化硅、烷氧基硅烷例如四乙氧基原硅烷以及硅氧烷聚合物和寡聚体。

胶体二氧化硅在此指分散的细分非晶形SiO₂颗粒，其维度之一或多数在约3纳米至1微米范围内。胶体二氧化硅前体可以是例如在加热后形成细分(1纳米至1微米)SiO₂聚合物或颗粒的水溶性二氧化硅。虽然胶体二氧化硅前体是能够形成细分颗粒的物质，但是它不必在本文所述的反应条件下形成胶体二氧化硅。本文中的胶体二氧化硅一词还包括包含硅和氧并呈胶态的化合物(例如胶态白土)。它还包括包被的胶体二氧化硅，例如氧化铝包被的二氧化硅和氧化锆包被的二氧化硅。以全部由SiO₂构成的胶体二氧化硅为佳。

不论直接来自胶体二氧化硅还是来自前体形式或其它来源的胶体二氧化硅，胶体二氧化硅中的平均二氧化硅颗粒大小以小于约150纳米为佳，小于约100纳米更好，小于约50纳米最好。有时，二氧化硅颗粒可小至约3-10纳米。大多数情况下，胶体二氧化硅中包含多种二氧化硅颗粒大小的分布或范围。小于约150纳米的非晶形二氧化硅比颗粒较大的二氧化硅容易分散，这样可以形成更均一的磨料颗粒。

通常，将二氧化硅源加入含有或不含氧化铁源的液体介质中，然后与通常为分散体形式的勃姆石化合物合并。或者，可将含有或不含氧化铁源的液体介质中的二氧化硅源作为浸渍组合物加入磨料颗粒前体，下文将对此进行详细说明。此液体介质可以与勃姆石分散体中使用的液体介质相同或不同。通常液体介质是水(以去离子水为佳)。较好的是，用于分散二氧化硅源(和/或氧化铁源)的液体介质和用于分散勃姆石的液体介质都是去离子水。如果直接加入分散于液体介质中的胶体二氧化硅(即以分散体的形式而不是前体溶液形式)，按胶体二氧化硅分散体总重计，胶体二氧化硅分散体中的固体含量百分比约为5-50％(以约15-30％为佳)。

胶体二氧化硅，尤其在含有很小的颗粒(例如小于约5纳米)时，通常制备成由碱性Na⁺稳定化或NH4⁺稳定化的系统。碱性胶体二氧化硅的pH通常在约8.5至约11.5范围内，通常约9至约11。也可以购到酸性胶体二氧化硅，但它们不如碱性胶体二氧化硅稳定。即，酸性胶体二氧化硅比碱性胶体二氧化硅更倾向于凝聚。所以，在本发明的某些实施方式中因其有较长的保存期而优选碱性胶体二氧化硅。这类市售碱性胶体二氧化硅的实例包括但不限于Nalco Products，Inc.，Napercille，IL的“NALCO 1115”“NALCO 1130”和“NALCO 2326”，和Eka Nobel Inc.，Augusta，GA的“NYACOL 215”。酸性胶体二氧化硅的实例包括但不限于Nalco Products，Inc.，Napercille，IL的“NALCO 1034A”和“NALCOAG 1056”。

在按照本发明制备氧化铝基磨料颗粒的过程中，通常将胶体二氧化硅加入勃姆石的酸性分散体中或氧化铁源的酸性分散体中。对于碱性胶体二氧化硅来说，这会导致不利的凝聚和二氧化硅絮凝体形成。所以，最好在与勃姆石或氧化铁源混合前将碱性胶体二氧化硅与酸性源混合转化成酸性胶体二氧化硅分散体(pH以约1至3为佳)。新鲜制备的酸性胶体二氧化硅分散体会形成较佳的磨料颗粒，例如与含有更多凝聚颗粒的“较陈旧的”酸性胶体二氧化硅分散体相比，其密度更高。

本发明磨料颗粒可由以下方法制备，它包括：制备包含液体介质、勃姆石、氧化铁源和二氧化硅源的分散体；将此分散体转化为磨料颗粒前体；和将磨料颗粒前体烧结成α氧化铝基陶瓷磨料颗粒。在某些实施方式中，分散体的制备包括：制备包含第一液体介质和勃姆石的第一分散体；将第二液体介质、二氧化硅源和氧化铁源混合制备成第二分散体；和合并第一和第二分散体。

与用相同方法加Fe₂O₃源但不加SiO₂源制成的磨料颗粒相比，存在很少量的SiO₂(例如按理论氧化物计少至0.05wt.％SiO₂)提高了烧结温度并被认为减小了磨料颗粒中α氧化铝的晶粒大小。存在很少量的SiO₂(例如按理论氧化物计少至0.05wt.％SiO₂)还被认为与用相同方法加Fe₂O₃源但不加SiO₂源制成的磨料颗粒相比增加了磨料颗粒的穿晶碎裂(transgranular fracture)数量并提高磨料颗粒晶粒的晶胞维度之一。但是存在大量SiO₂(例如8.0wt.％SiO₂)倾向于导致大量富铝红柱石的形成和较差的研磨性能。

可选性添加剂。氧化铝基分散体还可以包含氧化物改性剂和/或其它氧化物添加剂，它们的加入可以加强α氧化铝基陶瓷磨料颗粒的某些有利特性，或提高烧结步骤的效率。例如，加入金属氧化物可以改变形成的磨料颗粒的化学或物理特性。通常，加入金属氧化物改性剂会降低烧结磨料颗粒的孔隙率由此提高其密度。这类组分的确切比例根据要求的烧结磨料颗粒的特性而不同。

通常，这类改性剂和/或添加剂是金属氧化物前体形式的(例如金属硝酸盐或金属乙酸盐之类的盐)，它们会在加热分解后转化为金属氧化物。或者，金属氧化物改性剂和/或添加剂可以作为颗粒的水分散体加入氧化铝基分散体。它们还可以以颗粒物质形式直接加入氧化铝基分散体。在后一种方法中，颗粒物质的粒度以小于约5微米为佳，小于约1微米更好。

出乎意料的是，两种此类改性剂是Na₂O和K₂O。通常，由于认为此类碱金属氧化物对磨料颗粒的物理特性(例如硬度)不利而在陶瓷磨料颗粒的制造中避免使用。但是显然，按照本发明在磨料颗粒的制造中使用某种碱金属氧化物源(例如Na₂O、K₂O和Li₂O)带来了明显的优点，尤其是，它被认为是加强致密作用的烧结助剂。出乎意料的是，这类碱金属氧化物被发现提高了形成的磨料颗粒的研磨性能。所以，为了与用相同方法但不加碱金属氧化物源制成的磨料颗粒相比提高磨料颗粒的密度，最好在氧化铝基分散体中加入足量的碱金属氧化物源。碱金属氧化物源可以被包含在二氧化硅源中，例如在碱性Na⁺稳定化的胶体二氧化硅中，或者可以以盐的形式加入氧化铝基分散体中，例如乙酸钠。较好的是，按理论氧化物计，在α氧化铝基陶瓷磨料颗粒中含有至少约0.01wt.％但不超约1.0wt.％金属氧化物(例如Na₂O)。最好的是，按理论氧化物计，在α氧化铝基陶瓷磨料颗粒中含有至少约0.05wt.％但不超约0.12wt.％金属氧化物。

可以但非必须加入本发明磨料颗粒中的其它金属氧化物实例包括氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、氧化钴(CoO)、氧化镍(NiO)、二氧化锆(ZrO₂)、二氧化钛(TiO₂)、氧化铁(Fe₂O₃)、氧化钇(Y₂O₃)、氧化锰(MnO)、氧化镨(Pr₂O₃)、氧化钐(Sm₂O₃)、氧化镱(Yb₂O₃)、氧化钕(Nd₂O₃)、氧化镧(La₂O₃)、氧化钆(Ga₂O₃)、氧化铈(Ce₂O₃)、氧化镝(Dy₂O₃)、氧化铒(Eu₂O₃)、氧化铪(HfO₂)、氧化铬(Cr₂O₃)、氧化锶(SrO)、氧化钙(CaO)以及它们的混合物。以上金属氧化物中某些会与氧化铝反应形成含氧化铝的反应产物，其它则保持金属氧化物形式。例如，钴、锌、镍和镁的氧化物通常会与氧化铝反应形成尖晶石，而氧化锆和氧化铪则不与氧化铝反应。此外，氧化镝和氧化钆与氧化铝的反应产物通常是石榴石。氧化镨、氧化镱、氧化铒和氧化钐与氧化铝的反应产物通常具有钙钛石和/或石榴石的结构。氧化钇还可以与氧化铝反应形成具有石榴石结构的Y₃Al₅O₁₂。某些稀土氧化物和二价金属阳离子会与氧化铝反应性形成通式为LnMA₁₁O₁₉的稀土铝酸盐，其中的Ln是三价金属离子例如La³⁺、Nd³⁺、Ce³⁺、Pr³⁺、Sm³⁺、Gd³⁺或Eu³⁺，M是二价金属阳离子例如Mg²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺或Co²⁺。这类铝酸盐具有六方晶体结构。有关氧化铝基分散体中的金属氧化物的其它文献可参见例如美国专利4,314,827(Leitheiser等)，4,770,671(Monroe等)和4,881,951(Wood等)。

最好，以上金属氧化物在磨料颗粒中的含量低于因勃姆石、氧化铁源和/或二氧化硅源中少量污染物形成的含量。所以，较好的磨料颗粒实例基本上不含MgO之类的金属氧化物。如果存在，按理论氧化物计，其在α氧化铝基陶瓷磨料颗粒中的含量以约0.01-25wt.％为佳(约0.01-10wt.％更好，约0.01-1.0wt.％最好)。这些金属氧化物实际上并不可取，因为其中某些(例如硝酸盐之类的可溶性盐)会在干燥时迁移，形成组成不均一的磨料颗粒。虽然其中某些金属氧化物例如MgO能够增加穿晶碎裂的数量，但它们也可能降低磨料颗粒的硬度和韧度。但是，二氧化硅在按照本发明与Fe₂O₃混合使用时，将增加形成的磨料颗粒中的穿晶碎裂数量，同时保持甚至提高磨料颗粒的硬度和韧度以及研磨性能。

使用胶溶剂或称分散剂来形成勃姆石分散体。合适的胶溶剂包括一元酸和酸性化合物，例如乙酸、盐酸、甲酸和硝酸。硝酸是优选的胶溶剂。通常避免使用多元酸，因为它们常会使分散体迅速胶凝，从而难以处理或与其它组分混合。某些市售的勃姆石源为形成分散体可能含有酸度，例如吸收的甲酸或硝酸。

此外，氧化铝基分散体还可以包含少量氧化铁源之外的成核物质，例如α氧化铝成核物质源。但是，取决于其它具体成核物质的存在，此类成核物质会对磨料颗粒的性能造成不良的影响。所以，加入第二种成核物质实际上并不一定可取。

通常，将液体介质、一水合α氧化铝、二氧化硅源料和氧化铁源混合，直至形成均匀的混合物。如果使用的是碱性胶体二氧化硅，最好先与酸性源混合以将其酸化。在实施方式之一中，二氧化硅源先在液体介质中与氧化铁源混合，然后加入勃姆石中。可以用使用球磨机、空气搅拌机、超声波混合仪、胶磨机、连续螺杆式混合仪、麻花钻等的常规技术中任何一种来混合或制备这种分散体。球磨机中可包含任何一种合适的研磨介质，例如α氧化铝研磨介质、氧化锆研磨介质等。

通常，在脱液前减少分散体中夹带的空气或气体含量可降低起泡的可能性。夹带气体较少通常产生孔隙率较低的微结构，这是合乎要求的。脱气可以通过例如在真空中制备分散体来进行。或者，可以视需要使用消泡剂。

分散体通常会在脱液前或其过程中胶凝。分散体的pH和凝胶中的离子浓度通常决定着分散体的胶凝速度。通常，分散体的pH在约1.5至约4范围内。而且，大多数改性剂的加入会加速分散体的胶凝。或者，可以加入乙酸铵或其它离子来诱导分散体的胶凝。分散体脱液和形成干燥磨料颗粒前体

可以用各种常规方法来使氧化铝基分散体脱液。这些方法包括简单地风干分散体。其它合适的方法包括本领域已知的用于去除分散体中的游离水形成干燥磨料颗粒前体的脱水方法。这类方法的实例包括离心或过滤。较好的是，利用促进蒸发的加热来进行脱液。更好的是，在温度约50至200℃(以约100至150℃为佳)的强制空气烘箱中进行加热。这样的加热可以分批进行，也可以连续进行。脱液步骤通常去除了绝大部分的液体介质，但在干燥磨料颗粒前体中仍然留有少量液体介质。

对于成型磨料颗粒，分散体被部分脱液，直至形成部分脱液的分散体的可塑体。这种部分脱液的可塑体可以利用各种常规技术成型，例如利用压制、模制、切削或挤塑。然后再将其进一步脱液以形成要求的形状(例如棒状、棱锥形、三角片状、钻石形、圆锥形等)。如果成型磨料颗粒是棒状的，其直径可以是例如约20至1000微米，而其长宽比(即长度与宽度之比)至少为1，至少是2更好，最好至少是5。通常简单地将分散体放在任意适当大小的干燥容器例如制块盘形状的容器中，并最好在分散体发泡温度以下进行干燥来制成不规则形状的磨料颗粒。

而且，本发明和/或按照本发明制造的磨料颗粒可以被制成例如具有三角形、圆形等几何平面的薄片，和丝状或棒状。成型磨料颗粒的说明可参见美国专利5,090,968(Pellow)和5,201,916(Berg等)。

干燥磨料颗粒前体可以通过任何常规手段转化成使用大小的固体物质，最好通过粉碎。这一粉碎步骤可以利用各种常规手段例如锤磨机、滚碎机或球磨机来进行。任何用于粉碎干燥磨料颗粒前体的方法均可使用。“粉碎”包括所有此类方法。粉碎干燥磨料颗粒前体比粉碎烧结磨料颗粒要方便得多，而且耗能明显较少。如果干燥磨料颗粒前体被制成要求的大小和形状，那么转化步骤在成型过程中进行，就不再需要粉碎。煅烧干燥磨料颗粒前体

可以进一步通过煅烧来加工脱液的(即干燥的)磨料颗粒。不论是仅仅干燥过的还是干燥并煅烧过的，这些物质在此都被称为“磨料颗粒前体”或“未烧结的磨料颗粒”。在煅烧时，基本上所有的挥发性成份都被去除，分散体中的各种组分都被转化成氧化物。通常将物质加热至约400至1000℃的温度(以约500至800℃为佳)，并在该温度保温，直至游离水和最好至少约90wt.％的任何结合的挥发性成份被去除。煅烧可以在浸渍(如果进行浸渍的话)之前或之后进行，或者在其前后都进行。较好的是，不论是否使用浸渍步骤，煅烧在紧接烧结之前进行。浸渍

可在制造磨料颗粒的方法中可选性地使用浸渍步骤来在其中加入二氧化硅和/或其它金属氧化物和添加剂。可以用包含二氧化硅源、氧化铁源、金属氧化物前体及它们的混合物和液体介质的浸渍组合物来浸渍干燥的或煅烧过的物质(即磨料颗粒前体)，形成浸渍磨料颗粒前体。在浸渍步骤之后，通常视需要干燥浸渍磨料颗粒前体，然后煅烧(一般，这是第二个煅烧步骤)成浸渍煅烧磨料颗粒前体。

虽然后文涉及浸渍粉碎的磨料颗粒前体，但应该理解，浸渍步骤可以在干燥和/或煅烧的磨料颗粒被粉碎或成型之前进行。但是对于无规或不规则形状的磨料颗粒，是先粉碎干燥磨料颗粒前体，然后煅烧粉碎后的材料，再浸渍煅烧磨料颗粒前体。

通常，浸渍组合物(最好是溶液)包含某种浸渍液和一种或多种以下物质：二氧化硅源、氧化铁源、碱金属氧化物或其它金属氧化物源、和它们的混合物。浸渍液可以是水(以去离子水为佳)或有机溶剂(以非极性有机溶剂为佳)。如果在浸渍前煅烧磨料颗粒前体，最好以水为浸渍液。如果不在浸渍前煅烧磨料颗粒前体，浸渍液应是不会溶解或软化磨料颗粒前体的液体。

为了促进渗透，金属氧化物前体通常是可溶性盐形式的例如金属硝酸盐或金属乙酸盐。能够转化为金属氧化物的可溶性金属盐实例包括镁、锌、钴、镍、锆、铝、钛、铁、钇、镨、钐、锰、铬、镱、钕、镧、钆、铈、镝、铒、铪、铬、钙、锶、锡、钠、钾、锂的盐和它们的混合物。如果通过浸渍来加入，为了促进物质向孔隙内的渗透，二氧化硅源也和氧化铁源一样通常是可溶物形式的，例如四乙氧基原硅烷。

来自勃姆石的煅烧磨料颗粒前体通常是多孔性的，通常具有半径约30至40埃的孔隙。所以，可以将煅烧磨料颗粒前体与浸渍组合物混合来进行浸渍，浸渍组合物通过毛细作用渗透到孔隙中。如果浸渍组合物粘度较高，最好在此混合步骤中使用真空。通常，在煅烧磨料颗粒前体中加入足量的浸渍组合物，以便在形成的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒中含有，按理论氧化物计，所需含量的SiO₂、Fe₂O₃、碱金属氧化物或其它可选性金属氧化物。

浸渍之后，干燥经浸渍物质使得单个颗粒不粘结在一起或粘附在煅烧炉的加料管上。有时不必进行该干燥步骤。然后，通常使用前文所述的条件煅烧该物质来去除结合的挥发性物质。但如果使用两个煅烧步骤，条件不一定是一样的。

使用一步以上浸渍步骤也属于本发明范围之内。多步浸渍可以提高浸渍组合物中的物质在孔隙中的浓度。后来的浸渍组合物也可以包含与第一种浸渍组合物不同浓度的固体和/或不同物质的混合物。例如，第一种组合物可以包含一种金属盐，而第二种组合物可包含一种不同的金属盐。

浸渍组合物可以另外包含很小的无机颗粒物质颗粒或块体(例如小于约25微米)，例如胶体二氧化硅或固体氧化铁源。通常，这种无机颗粒物质基本上不渗透到干燥或煅烧颗粒的孔隙中。烧结时，无机颗粒物质烧结并粘附在陶瓷磨料颗粒的表面，由此在烧结后的磨料颗粒表面形成一层覆盖层。有关此类覆盖层的其它信息可参见例如美国专利5,213,591(Celikkaya等)和5,011,508(Wald等)。烧结

磨料颗粒前体的烧结通常在一定的温度下进行，该温度能够将过渡态氧化铝转化为α氧化铝，并使所有的金属氧化物前体或者与氧化铝反应或者形成金属氧化物。在本文中，过渡态氧化铝指存在于加热去除水合氧化铝的结合水之后至转化成α氧化铝之前的任意结晶形式(例如氧化铝的η、θ、δ、χ、ι、κ和γ形式)。烧结温度为约1200至1650℃(以约1300至1450℃为佳)。为了达到要求的转化水平，磨料颗粒前体在烧结温度的保温时间取决于例如颗粒大小、颗粒组成和烧结温度之类多种因素。但是，烧结通常可以在几秒钟至约60分钟范围的时间内完成。最好在约5至30分钟内完成烧结。

烧结通常在常压下进行，但也可以视需要在其它压力下进行。烧结最好在氧化性气氛中进行。在中性或还原性气氛下进行烧结易于将+3的铁价还原，由此降低晶种形成(即成核)效率。烧结可以在例如旋转窑、分批窑(即静止窑)，或美国专利5,489,204(Conwell等)所述的窑中进行。

烧结后，可以进一步加工磨料颗粒，例如通过筛选，或粉碎和筛选成要求的大小分布。磨料颗粒

本发明和/或按照本发明制造的磨料颗粒宜为非半透明的，含有氧化铝(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)和氧化铁(Fe₂O₃)，以及存在于有些实施方式中的碱金属氧化物。磨料颗粒大小(即磨料颗粒的最大维度)通常至少为约10微米。在此所述的磨料颗粒的粒度可以方便地被制成大于约100微米，但是也能够方便地制得更大的磨料颗粒(例如大于约150微米或甚至大于约200微米的)。在此所述的磨料颗粒大小一般指平均磨料颗粒大小，但是对于指称“大于”某具体磨料颗粒大小的样品来说，基本上全部样品颗粒都大于该值。

本发明和/或按照本发明制造的磨料颗粒通常具有超过约200纳米的表面粗糙度高度(大于约300纳米更好)，和低于约500纳米(低于约250纳米更好)的表面粗糙度周期(surface roughness periodicity)。这样的粗糙度有助于磨料颗粒与例如磨料制品中的粘合剂粘合。测定表面粗糙度高度和周期的方法将在后文说明。

烧结后磨料颗粒的微结构可描述成无规取向的、多面的、等轴α氧化铝晶粒，其平均直径小于约0.5微米，小于约0.3微米更好。即，α氧化铝中至少一部分以平均晶粒大小小于约0.5微米的α氧化铝晶粒形式存在。一般没有大于1微米的α氧化铝晶粒，它们的大小通常在约0.1-0.4微米范围内。在本文中，晶粒大小指晶粒的最大维度。通常可以通过求最大维度的立方来确定晶粒的体积。

本发明和/或按照本发明制造的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒具有至少约3.5g/m³的密度，至少约3.7g/m³更好，至少约3.8g/m³最好。通常，磨料颗粒既是硬性的(抗形变)又是韧性的(抗碎裂)。磨料颗粒通常具有至少约16GPa的平均硬度(即抗形变性)。平均硬度以至少约18GPa为佳，至少约20GPa更好，至少约22GPa最好。另一方面，烧结磨料颗粒通常具有至少约2.5MPa·m^1/2的平均韧度，至少约3.5MPa·m^1/2更好，至少约4.0MPa·m^1/2最好。一种特别好的磨料颗粒具有至少23GPa的平均硬度和至少3.3MPa·m^1/2的平均韧度。

虽然不想受理论约束，氧化铁被认为有助于在过渡态氧化铝向α氧化铝转化时的成核。氧化铁还被认为有助于α氧化铝在比不加氧化铁时低的致密化温度发生致密化，而二氧化硅则被认为有助于减少在烧结过程中α氧化铝晶粒的生长，尽管它提高了烧结温度。所以，使用一定量的氧化铁和一定量的二氧化硅来有效地将过渡态氧化铝转化成α氧化铝，同时减少α氧化铝的晶粒生长。较好的是，氧化铝基分散体中含有足量的氧化铁源和足量的二氧化硅源，以生成平均α氧化铝晶粒大小小于约0.5微米(小于约0.3微米更好)的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒。

通常，在烧结磨料颗粒前体的过程中，在很低的SiO₂水平(例如0.05％)就可观察到被减弱的晶粒生长。较好的是，磨料颗粒中的SiO₂含量足以使得该磨料颗粒中α氧化铝晶粒的平均晶粒体积小于以相同方法但不加二氧化硅制成的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒中α氧化铝晶粒的平均晶粒体积。较好的是，平均晶粒体积至多为以相同方法但不加二氧化硅制成的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒中α氧化铝晶粒的平均晶粒体积的一半(五分之一更好，十分之一最好，在特别好的实施例中达百分之一)。

在将磨料颗粒的“真实”密度烧结至理论密度的至少90％时，在此所述的略有或没有玻璃相的磨料颗粒呈现穿晶碎裂而不是晶内碎裂(intergranularfracture)。高孔隙率磨料颗粒(例如具有连续孔隙的颗粒，即内部孔隙与外部孔隙连通，就象具有蛭石状或多孔性非晶种微结构的材料中的那样)具有很高的“表观”密度和很高的穿晶碎裂数(例如高于约70％)。此时，由于多孔性材料倾向于以穿晶方式碎裂，穿晶碎裂数变得没有意义。本领域技术人员应该懂得，本发明的磨料颗粒具有孔隙很少的有晶种致密微结构(正如后文用红色染料测试和/或扫描电子显微镜测定的那样，前者确定外部孔隙率，后者同时确定外部和内部孔隙率)。对于这种非多孔性磨料颗粒，测得的或“表观”密度是“真实”密度。此时，高穿晶碎裂数通常表示这是一种具有较好研磨性能的更具韧性的磨料颗粒。

穿晶碎裂数可以如后文所述用扫描电子显微镜来测定。通常，在SiO₂水平(例如0.05wt.％)很低时，可以观察到穿晶碎裂；但是，穿晶碎裂、研磨性能和韧度随SiO₂含量的提高(例如0.1wt.％，特别是1-2％)而改善。所以，较之以相同方法制成但不加SiO₂的磨料颗粒，磨料颗粒中SiO₂含量宜足以提高磨料颗粒的穿晶碎裂数。更好的是，SiO₂含量足以使磨料颗粒具有约30％的穿晶碎裂，至少约40％最好，在某些实施例中至少约50％。随着穿晶碎裂数的提高，研磨性能通常也提高。

在氧化铝陶瓷材料中加入Fe₂O₃时，它被认为使得α氧化铝晶粒的晶胞膨胀。出乎意料的是，很低水平(例如，0.05％)SiO₂的存在加强了这种膨胀作用。所以，磨料颗粒中最好含有足量SiO₂的以使磨料颗粒与不加SiO₂的磨料颗粒相比至少扩大晶胞一个维度的尺寸。与不加SiO₂的磨料颗粒相比，SiO₂的含量足以使得磨料颗粒至少在一个维度上具有至少约0.01％的膨胀率更好，至少约0.02％膨胀率最好。

在某些实施方式中，按理论氧化物计，磨料颗粒较好含有至少约0.1wt.％(至少约0.5wt.％更好，至少约1.0wt.％最好)SiO₂。而且，按理论氧化物计，磨料颗粒最好含有不超过约20.0wt.％(不超过约5.0wt.％更好，不超过约2.0wt.％最好)的SiO₂。

在某些实施方式中，按理论氧化物计，磨料颗粒较好含有至少约0.1wt.％(至少约0.25wt.％更好，至少约0.5wt.％最好，在某些实施例中至少约1.0wt.％)Fe₂O₃。而且，按理论氧化物计，磨料颗粒最好含有不超过约10.0wt.％(不超过约5.0wt.％更好，不超过约2.0wt.％最好)的Fe₂O₃。

通常，按理论氧化物计，本发明和/或按照本发明制造的磨料颗粒较好包含至少约70.0wt.％(至少约85.0wt.％更好)Al₂O₃。而且，按理论氧化物计，磨料颗粒较好包含不超过约99.9wt.％Al₂O₃(不超过约99.6wt.％更好，不超过约98.0wt.％最好)。

如前所述，本发明和/或按照本发明制造的氧化铝基陶瓷磨料颗粒为了获得某些优点可以包含碱金属氧化物(例如，Na₂O，K₂O或Li₂O)。但是，磨料颗粒通常主要包含Al₂O₃、Fe₂O₃和SiO₂。磨料产品

可将本发明和/或按照本发明制造的磨料颗粒用于常规磨料产品中，例如涂敷磨料产品、结合磨料产品(包括研磨轮、切割轮和磨石)、无纺磨料产品和磨刷。通常，磨料产品(即磨料制品)包含粘合剂和磨料颗粒，制品的至少一部分是本发明和/或按照本发明制造的磨料颗粒，这些颗粒通过粘合剂结合在磨料产品中。制造这类磨料产品的方法是本领域熟练技术人员所熟知的。而且，本发明和/或按照本发明制造的磨料颗粒还可以用在使用磨削化合物(例如抛光化合物)浆的磨料应用场合。

涂敷磨料产品通常包含衬料、磨料颗粒和至少一种将磨料颗粒固定在衬料上的粘合剂。衬料可以是任何合适的材料，包括布、聚合物薄膜、纤维、无纺布、纸张、以上的混合物及处理后形式。粘合剂可以是任何合适的粘合剂，包括无机或有机粘合剂。磨料颗粒可以存在于涂敷磨料产品的一层或两层中。例如，美国专利4,734,104(Broberg)和4,737,163(Larkey)中说明了制造涂敷磨料产品的较好的方法。

涂敷磨料产品在其背面可以具有某种固定装置，用以将涂敷磨料产品固定到支持片上。这类固定装置可以是例如压敏胶粘剂或用于钩环固定的带环织物。涂敷磨料产品的背面还可具有一层防滑或摩擦涂层。这类涂层的实例包括分散在某种胶粘剂中的无机颗粒物质(例如碳酸钙或石英)。

图1表示了一种涂敷磨料产品的实例。参照该图，涂敷磨料产品10具有衬料(底基)12和磨料层13。磨料层13包含通过装配涂层(make coat)15和浸润涂层(sizecoat)16固定在衬料12的主表面上的磨料颗粒14。有时还使用上浸润涂层(未显示)。

结合磨料产品通常包含由有机、金属或玻璃化的粘合剂结合在一起的磨料颗粒的成型体。这类成型体可以是轮状的例如砂轮、切割轮等。它也可以是磨石形式或其它常规结合磨具形状。其中以砂轮形式为佳。图2表示了砂轮20，它包含磨料颗粒21，其中至少部分是本发明和/或按照本发明制造的磨料颗粒，它们被模制成轮状并安装在毂盘22上。有关结合磨料产品更详细的说明可参见例如美国专利4,997,461(Markoff-Matheny等)。可用的较好的粘合剂可在不破坏本发明陶瓷磨料颗粒的温度和条件下固化。

无纺磨料产品通常包含一开孔式高聚物长丝结构，磨料颗粒布满在其中，并通过有机粘合剂粘合固定在其中。长丝的实例包括聚酯纤维、聚酰胺纤维和聚芳基酰胺(polyaramid)纤维。图3显示了一种典型无纺磨料产品的约100倍放大图。这样的无纺磨料产品包含作为底基的纤维丛30，其上是磨料颗粒32，其中至少部分是本发明和/或按照本发明制造的磨料颗粒，它们通过粘合剂34粘合。有关无纺磨料产品的更详细的说明可参见美国专利2,958,593(Hoover等)。

对本发明磨料产品来说合适的有机粘合剂包括热固性有机聚合物。合适的热固性有机聚合物实例包括酚醛树脂、脲-甲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸酯树脂、聚酯树脂、具有α，β-不饱和羰基基团侧链的氨基塑料树脂、环氧树脂和以上的混合物。粘合剂和/或磨料产品还可包含添加剂，例如纤维、润滑剂、润湿剂、触变物质、表面活性剂、颜料、染料、抗静电剂(例如碳黑、氧化钒、石墨等)、偶合剂(例如硅烷、钛酸酯、锆铝酸盐等)、增塑剂、悬浮剂等。根据要求的特性选择这些可选性添加剂的用量。偶合剂可以加强与磨料颗粒和/或填料的粘合。

粘合剂还可以包含通常为颗粒物形式的填料或研磨助剂。通常，此类颗粒物是无机物。用作填料的颗粒物实例包括金属碳酸盐、二氧化硅、硅酸盐、金属硫酸盐、金属氧化物等。用作研磨助剂的颗粒物实例包括：卤盐，例如氯化钠、氯化钾、钠冰晶石和四氟硼酸钾；金属，例如锡、铅、铋、钴、锑、铁和钛；有机卤化物，例如聚氯乙烯和四氯代萘；硫和硫化合物；石墨；等。研磨助剂是对研磨的化学和物理过程具有显著影响从而改善研磨性能的物质。在涂敷磨料产品中，研磨助剂通常用在涂于磨料颗粒上面的上浸润涂层中，但它也可以加在浸润涂层中。通常，在必要时，研磨助剂的用量为约50至300g/m²(以约80至160g/m²为佳)涂敷磨料产品。

本发明和/或按照本发明制造的磨料颗粒可以包含表面涂层。已知表面涂层能够加强磨料颗粒和磨料产品中粘合剂的粘合，而且在某些情况下还改善磨料颗粒的研磨性能。这种表面涂层例如可参看美国专利5,011,508(Wald等)、5,009,675(Kunz等)、4,997,461(Markhoff-Matheny等)、5,213,951(Celikkaya等)、5,085,671(Martin等)和5,042,991(Kunz等)。

磨料产品可以包含100％本发明和/或按照本发明制造的磨料颗粒，或者可以包含本发明和/或按照本发明制造的磨料颗粒与常规磨料颗粒和/或稀释颗粒的混合物。但是，磨料产品中至少约15wt.％的磨料颗粒必须是本发明的磨料颗粒，约50至100wt.％更好。合适的常规磨料颗粒的实例包括熔凝氧化铝、碳化硅、石榴石、熔凝氧化铝氧化锆、其它溶胶-凝胶磨料颗粒等。合适的稀释颗粒实例包括大理石、石膏、燧石、二氧化硅、氧化铁、硅酸铝、玻璃和稀释剂凝聚物。还可以将本发明磨料颗粒混合在磨料凝聚物中。磨料凝聚物的实例可参见美国专利4,311,489(Kressner)、4,652,275(Bloecher等)和4,799,939(Bloecher等)。

                              实施例

以下实施例将进一步说明本发明，但是其中的具体物质及其用量，以及其它条件和细节不应该被不当地理解为对本发明的限定。对本领域技术人员来说，本发明的许多修改和变化形式是显而易见的。全部份数和百分数如果不另作说明都表示按重量计。

实施例中使用了以下标识：AAMH    以商品名“DISPERAL”购自Condea Chemie，汉堡，德国的一水合α

    氧化铝(勃姆石)DWT     去离子水HNO₃   硝酸AMM     乙酸铵TEOS    四乙氧基原硅烷ASM    α氧化铝晶种水分散体；在4L球磨机(内径21cm)中，在约750ml水

   中，以60rpm研磨约5200g氧化铝研磨介质(Coors of Golden，CO的

   氧化铝棒，长0.25英寸(0.64cm)，直径0.25英寸(0.64cm))约72小时

   制备而成。ASG    α氧化铝晶种，粒径中值＝0.4微米，表面积＝8.2m²/g；购自Alcoa

  Industrial Chemicals of Bauxite，AK，商品名“ALCOA A16SG”SAS   α氧化铝晶种溶胶，在装有1/3体积柱状氧化铝研磨介质(包含等量的

  0.5英寸(1.3cm)球体，0.5英寸(1.3cm)柱体和0.75英寸(1.9cm)柱体)

  的氧化铝球磨机中，将50.0g ASG，5ml浓HNO₃和400ml DWT研

  磨约48小时制备而成IO-1  氧氢氧化铁(γ-FeOOH)水分散体(pH＝5.0-5.5)，其中约90至95％是纤

  铁矿针状颗粒，平均颗粒大小约0.05至0.1微米，长径比或长宽比约

  1∶1至2∶1，表面积约115.3m²/g。IO-2  氧氢氧化铁(α-FeOOH)水分散体，针状颗粒的平均粒度小于约0.1微

  米。IO-3  氧氢氧化铁(α-FeOOH)水分散体，15％氧化铁(根据理论氧化物

  Fe₂O₃计算)，由硫酸铁和氢氧化铵制成，针状颗粒长约0.4微米，宽

  约0.05微米，表面积约80m²/g。将该分散体陈化3年。IO-4  氧化铁(α-Fe₂O₃)成核剂水分散体，按照美国专利

  3,267,041(MacCallum)中的实施例2制备，但Fe(NO₃)₃·9H₂O、水

  和氨水的用量是MacCallum所述的5倍，平均颗粒大小约0.2-0.3微

  米的饼状颗粒。IO-5  氧化铁(α-Fe₂O₃)水分散体(pH＝1)，水热处理氢氧化铁而成，扁椭球体

  颗粒的平均颗粒大小约0.1微米IO-6  氧氢氧化铁(α-FeOOH)水基糊剂，针状颗粒的平均颗粒大小约0.08

  微米，表面积约104.5m²/g，购自Magnox Pulaski，Inc.，Pulaski，VA，

  商品名“Goethite A”IO-7  α-FeOOH分散体(平均长度约0.08微米的针状颗粒，表面积约

  130.7m²/g，含固体1.4％，pH约8.7)，制备方法是：将83.4g

  FeSO₄·7H₂O溶解在2000g DWT中，加热溶液至40℃并鼓泡通入

  O₂；加入NaOH溶液(30gNaOH溶于500g DWT)并在通O₂的同时进

  行搅拌；保温4小时；该悬浮液在2400rpm离心分离6小时，再将颗

  粒重悬在DWT中，重复3次；通宵沉淀。IO-8  氧氢氧化铁(α-FeOOH)水分散体，15％氧化铁(根据理论氧化物

  Fe₂O₃计算)，由硫酸铁和氢氧化铵制成，针状颗粒长约0.4微米，宽

  约0.05微米，表面积约80m²/g。该分散体与IO-3类似，但是新鲜制

  备的。IO-9    α-FeOOH水分散体，23.4％氧化铁(根据理论氧化物Fe₂O₃计算)，针

   状颗粒长约40纳米，表面积约200m²/g。CSl    碱性胶体二氧化硅(15％固体，0.75％Na₂O)，购自Eka Nobel，Inc.，

   Augusta，GA，商品名“NYACOL215”，平均颗粒大小5nm。CS2    碱性胶体二氧化硅(15％固体，0.75％Na₂O)，购自Nalco Products，Inc.，

   Naperville，IL，商品名“NALCO 1115”，平均颗粒大小5nm。CS3    碱性胶体二氧化硅(15％固体，NH³⁺稳定化)，购自Nalco Products，

   Inc.，，商品名“NALCO 2326”，平均颗粒大小5nm。CS4    碱性胶体二氧化硅(30％固体，0.65％Na₂O)，购自Nalco Products，

   Inc.，商品名“NALCO 1130”，平均颗粒大小8nm。CS5    酸性胶体二氧化硅(34wt.％固体)，购自Nalco Products，Inc.，商品名

   “NALCO 1034A”，平均颗粒大小20nm。CS6    酸性氧化铝包被的胶体二氧化硅(20％SiO₂，4％Al₂O₃)，购自Nalco

   Products，Inc.，商品名“NALCOAG 1SJ613”，平均颗粒大小20nm。CS7    胶体二氧化硅(50wt.％固体)，购自Nyacol Products，Inc.，商品名

  “NYACOL 5050”，平均颗粒大小50nm。CS8    胶体二氧化硅(50wt.％固体)，购自Nyacol Products，Inc.，商品名

   “NYACOL 9950”，平均颗粒大小99nm。实施例1至4和比较实施例A

为实施例1至4和比较实施例A各制备一份氧化铝基分散体。分散体均由500gAAMH，35g HNO₃，60g含6.5％氧化铁(根据理论氧化物Fe₂O₃计算)IO-1和1350g DWT混合而成。在实施例1至4的氧化铝分散体中加入表一所列用量的胶体二氧化硅与其混合。

                        表I

         加入氧化铝基分散体的胶体二氧化硅

实施例         二氧化硅数量，g          氧化硅源

1                  38.5                   CS2

2                  38.5                   CS3

3                  19.0                   CS4

4                  38.5                   CS1

比较实施例A        0.0                     ---

将各份氧化铝基分散体胶凝，装入“PYREX”盘中，在约93℃(200°F)通宵干燥，形成易碎的固体。用钢板间距1.1mm的“Braun”型UD粉碎机(购自BraunCorp.，Los Angeles，CA)将形成的干物质粉碎成磨料颗粒前体。粉碎后的磨料颗粒前体过筛至0.125至1mm筛目尺寸。滞留的磨料颗粒前体被送入煅烧窑生成煅烧磨料颗粒前体。煅烧窑是直径15cm，长1.2m，具有0.3m热区的不锈钢管。钢管与水平成2.4度倾斜。钢管以约20rpm速度转动，使得在煅烧窑内的停留时间约为4至5分钟。煅烧窑的热区温度约为650℃。然后将煅烧磨料颗粒前体送入烧结窑。烧结窑是内径8.9cm，长1.32m的碳化硅管，与水平成4.4度倾斜，热区长31cm。通过SiC电热元件管外加热。烧结窑以2.8rpm的速度转动，使得窑内停留时间约为25分钟。

比较实施例A的α氧化铝陶瓷磨料颗粒是在约1290℃烧结的，而实施例1至4的磨料颗粒是在1430℃烧结的。有二氧化硅存在的实施例1至4需要比比较实施例A的磨料颗粒高的烧结温度。产物离开窑后在室温下收集在金属容器中，冷却至室温。

实施例1至4磨料颗粒的密度用商品名为“Micromeritics AccuPys”的氦气比重计(购自Micromeritics Instruments Corp.，Norcross，GA)来测定。密度值以g/cm³为单位表示。

将松散的磨料颗粒镶嵌在“EPOMET”镶嵌树脂(购自Buehler Ltd.，Lake Bluff，IL)中形成1英寸(2.5cm)直径和0.75英寸(1.9cm)高的柱体，然后测定微硬度。用“METADI”金刚石浆(购自Buehler Ltd.)，用“EPOMET”研磨机/抛光机(购自Buehler Ltd.)抛光镶嵌样品。使用1微米的“METADI”金刚石浆进行最后的抛光步骤。使用配有Vickers压针的“Mitutoyo MVK-VL”硬度测试仪(购自MitutoyoCorp.Tokyo，Japan)，用5g压痕负荷测定硬度。按照材料微硬度的ASTM测试法E384(1991)中的指导来测定硬度。硬度值以GPa为单位表示。

测定了实施例1至4磨料颗粒的密度和硬度并列于下表2。

                            表2实施例    Al₂O₃％  Fe₂O₃％ SiO₂％ 密度，g/cm³硬度，GPa

1      97.5       1.0       1.5       3.91        23.9

2      97.5       1.0       1.5       3.87        23.7

3      97.5       1.0       1.5       3.91        23.8

4      97.5       1.0       1.5       3.98        23.0

实施例1至4和比较实施例A的α氧化铝陶瓷磨料颗粒被用在涂敷磨盘(abrasive disc)中，并测试后者的研磨性能。按照常规方法制备涂敷磨盘。磨料颗粒被筛选至约36级，其中100％的磨料颗粒都通过25目的筛(U.S.标准筛，开孔大小为0.707mm)，其中50％滞留在30目的筛(U.S.标准筛，开孔大小为0.595mm)上，50％透过30目的筛而滞留在35目的筛(U.S.标准筛，开孔大小为0.500mm)上。使用常规碳酸钙充填的酚醛装配树脂(48％可溶酚醛树脂，52％碳酸钙，用水和乙二醇醚稀释至81％固体含量)和常规冰晶石充填的酚醛浸润树脂(32％可溶酚醛树脂，2％氧化铁，66％冰晶石，用水和乙二醇醚稀释至78％固体含量)将磨料颗粒粘合在直径17.8cm(具有一直径2.2cm的中孔)的硫化纤维衬料上。装配树脂在88℃预固化90分钟，浸润树脂在88℃预固化90分钟，然后在100℃最后固化10小时。

按照以下方法测试涂敷磨盘。将各涂敷磨盘固定在倾斜的铝支持垫片上，将其用于研磨预先称重的1.25cm×18cm的1018软钢工件的表面。磨盘以5,500rpm的速度旋转，期间，盘上覆盖在支持垫片斜边上的部分以约6kg(13磅)的力与工件接触。每个磨盘以1分钟为间隔依次各研磨一个工件。总切削量是在测试时间内从工件上去除的材料量的总和。磨料颗粒的性能表示为相对对照值的百分比。即，对比样品被去除材料的总量为100％，测试样品的值为与100％的比值。每个实施例约测试4个盘。测试结果列于以下表3。

                      表3

                   研磨数据

                (12分钟的测试)

实施例           相对比较实施例A的总切削量，％

1                        128

2                        125

3                        125

4                        135

比较实施例A              100

以上实施例表明，用勃姆石、氧化铁源和二氧化硅源制成的磨料颗粒比用相同方法但不加二氧化硅源料制成的磨颗粒具有更好的研磨性能。实施例5至6

按照实施例1至4中的方法制造实施例5和6的磨料颗粒，但是实施例5的分散体含有1300g DWT，36g HNO₃，47g CS1，234g含2.4％氧化铁(根据理论氧化物Fe₂O₃计算)IO-1和600g AAMH，实施例6的分散体含有1450g DWT，36g HNO₃，47g CS1，37g IO-1和600g AAMH。烧结温度为1430℃。按照实施例1至4中所述方法测定形成的磨料颗粒的硬度和密度，结果列于以下表4。没有测定研磨性能。

                          表4实施例    Al₂O₃％ Fe₂O₃％ SiO₂％ 密度，g/cm³硬度，GPa

5      97.3      1.2       1.5        3.89       22.6

6      97.3      1.2       1.5        3.81       20.4

以上实施例表明，不同的氧化铁源可以产生具有相似特性的磨料颗粒。实施例7至10

根据实施例1至4所述制备实施例7至10的磨料颗粒，但是除了以下表5中物质外各分散体还含有600g AAMH，36g HNO₃和1300g DWT。

                        表5

实施例               氧化铁源             二氧化硅源

7                    234gIO-1              47g CS1

8                    37gIO-3               47g CS1

9                    390g IO-1             31g CS1

10                   62g IO-3              31g CS1

^*IO-1含有2.4％氧化铁(根据理论氧化物Fe₂O₃计算)。

形成的凝胶在100℃通宵干燥，粉碎，煅烧，然后在1430℃烧结，其方式与实施例1至4中的相同。

用“红色染料测试”来测定实施例8至10的磨料颗粒，该测试根据红色染料向磨料颗粒表面和内部孔隙中的渗透来测定表面和内部孔隙率。具体地说，α氧化铝陶瓷磨料颗粒样品被放在含有红色渗透染料(购自Uresco Androx，Cerritos，CA，商品名“P-303 A Penetrant”)的烧瓶中。充分混合磨料颗粒以确保其完全被红色染料所覆盖。倒出染料后用去离子水洗涤颗粒数次以去除残留的染料。最终，磨料颗粒带有染料的红色表明是高孔隙率的磨料颗粒，而没有红色的磨料颗粒被认为只有很少或没有与内部孔隙连通的表面孔隙。

实施例8和10的磨料颗粒在红色染料测试中不合格(即磨料颗粒显示明显的红色)，但是实施例7和9的磨料颗粒通过了红色染料测试(即没有外部孔隙)。实施例8和10的结果较差被认为是因为使用了制备于数年(约3年)以前的氧化铁成核物质。实施例7和9的磨料颗粒的密度列于以下表6。

                          表6

实施例    Al₂O₃％  Fe₂O₃％  SiO₂％   密度，g/cm³

7          97.3       1.2        1.5         3.91

8          97.3       1.2        1.5         ---

9          97.0       2.0        1.0         3.94

10         97.0       2.0        1.0         ---

以上实施例表明了以IO-1为例的较小的氧化铁颗粒的优越性。实施例11和12以及比较实施例B

按照实施例1至4制备实施例11和12的磨料颗粒，但是实施例11的分散体含有600g AAMH，36g HNO₃，47g CS1，526g含1.0％氧化铁(根据理论氧化物Fe₂O₃计算)的IO-1和950g DWT，实施例12的分散体含有600g AAMH，36gHNO₃，47g CS1，501g IO-4和1000g DWT。如实施例1至4中所述，磨料颗粒在旋转窑中在1440℃烧结。

比较实施例B的磨料颗粒是用在3M的“REGAL 983C”纤维盘中的陶瓷氧化铝磨料颗粒，它是根据美国专利4,314,827(Leitheiser等)；4,744,802(Schwabel)；和4,964,883(Morris等)中的方法制造的。该磨料颗粒含有α氧化铝、1.2％氧化铁成核剂(根据Fe₂O₃计算)和4.5％MgO。

实施例11和12的磨料颗粒的硬度按实施例1至4中所述进行测定，并列于以下表7。

                           表7实施例    Al₂O₃％  Fe₂O₃％  SiO₂％ 密度，g/cm³硬度，GPa

11    97.3        1.2        1.5        3.91       20.6

12    97.3        1.2        1.5        3.85       19.5

将实施例11和12以及比较实施例B的磨料颗粒加入涂敷磨盘中，并如实施例1至4中所述进行处理。研磨测试结果列于以下表8。

                     表8

                   研磨数据

                 (12分钟的测试)

实施例         总切削量，g    相对比较实施例B的切削量，％

比较实施例B       960                  100

11                1183                 123

12                1193                 124

以上实施例表明了某些实施例与含有Al₂O₃、Fe₂O₃和MgO但不含SiO₂的常规磨料颗粒相比的研磨性能改善。实施例13至17和比较实施例C

按照实施例1至4中的方法制备实施例13至15的磨料颗粒，但是各分散体含有1200g AAMH，72g HNO₃和93g CS1。而且，实施例13的分散体还含有264g含4.3％氧化铁(根据理论氧化物Fe₂O₃计算)的IO-1和2986g DWT；实施例14的分散体还含有782g IO-7和2468g DWT；实施例15的分散体还含有1442g含0.8％氧化铁(根据理论氧化物Fe₂O₃计算)的IO-6和1808g DWT。烧结温度为1440℃。

按照实施例1至4中所述制备实施例16的磨料颗粒，但是分散体中含有600gAAMH，36g HNO₃，1450g DWT，47g CS1和131g含4.3％氧化铁(根据理论氧化物Fe₂O₃计算)的IO-1。烧结温度为1430℃。

按照实施例1至4中所述制备实施例17的磨料颗粒，但是该分散体含有3500gAAMH，210g HNO₃，7900g DWT，36g CS1和408kg含6.5％氧化铁(根据理论氧化物Fe₂O₃计算)的IO-1。而且，分散体是用Gifford-Wood HomogenizerMixer，3117-210型(购自Dumore Co.，Racine，WI)在5加仑(19L)的桶中混合物料来制备。分散体在一45cm×75cm×5cm的铝盘中在100℃干燥。烧结温度为1430℃。

比较实施例C是根据美国专利5,201,916(Berg等)中实施例9制备的磨料颗粒，该专利在此引用参考。该三角形的磨料颗粒含有α氧化铝和氧化铁成核物质。

实施例13至15的磨料颗粒的密度和硬度按照实施例1至4来测定，但是使用300g的负荷。结果列于以下表9。

                           表9

实施例  Al₂O₃％ Fe₂O₃％  SiO₂％ 密度，g/cm³硬度，GPa

13       97.3      1.2        1.5       3.90        21.0

14       97.3      1.2        1.5       3.88        21.1

15       97.3      1.2        1.5       3.75        17.4

16       97.3      1.2        1.5       ---         ---

17       98.8      1.0        0.2       ---         ---

实施例13至15的磨料颗粒被加到涂敷磨盘中，如实施例1至4所述测试。结果列于表10。

                         表10

实施例         总切削量，g    相对实施例13的切削量，％

13                 1877                100

14                 1801                96

15                 1545                82

利用扫描电子显微镜(SEM)将磨料颗粒表面放大6000倍或更大，测量放大后边缘上观察到的突出物的高度和间隔，由此测定实施例13和16，比较实施例C的磨料颗粒的表面粗糙度高度和间隔。为了获得“粗糙度周期”，沿磨料颗粒显微照片代表性部分的边缘放置一直边，对90,000埃长的磨料颗粒表面进行评价。计数90,000埃长直边内的峰数。在磨料颗粒表面显微照片的两个其它区域重复该过程。粗糙度周期值是3个代表值的平均值，表示为峰之间的平均距离，以埃为单位。

为了获得“表面粗糙度高度”，沿磨料颗粒显微照片代表性部分的边缘放置一直边，使得该直边正好触及至少间隔50,000埃的两个最高峰。在该50,000埃距离内，直边到最深谷的最大距离即粗糙度高度。在磨料颗粒表面显微照片的两个其它区域重复该过程。粗糙度高度值是3个代表值的平均值，以埃为单位。表面粗糙度高度和周期的测量结果列于以下表11。

                   表11

                粗糙度高度            周期

实施例              埃                 埃

13                 4227               7370

16                 4667               7597

比较实施例C        2333               10125

用衬有碳化钨的研钵和研杵(SPEX目录号：32023，SPEX Industries，Edison，NJ)手工粉碎少量磨料颗粒(约10-25粒)，由此评价实施例13至15的α氧化铝陶瓷磨料颗粒的穿晶碎裂数。导电性碳胶(carbon paste)将粉碎后的磨料颗粒固定在SEM样品柱上，用再用“Anitech Hummer VI喷镀系统”(Anitech Ltd.，Springfield，VA)喷镀Au-Pd导电性涂层，并在“JEOL 840A”扫描电子显微镜下放大至10,000倍以上检查，确定并拍摄碎裂磨料颗粒的表面。在样品烧制截面(fired cross-section)放大15,000倍的SEM显微照片(3.5英寸(8.9cm)×4.5英寸(11.4cm))上由左上角至右下角和左下角至右上角画两条长约14.5cm的对角线，由此定量计数穿晶碎裂。测定对角线穿过穿晶碎裂区的累计长度，将它除以对角线的长度，由此计算穿晶碎裂。表12中穿晶碎裂的百分比是分别由两条对角线获得的平均值。

                      表12

实施例                         穿晶碎裂，％

13                                  65

14                                  70

15                                  91

17                                  52

比较实施例C                         0

以上实施例表明，与含有Al₂O₃和Fe₂O₃但是不含SiO₂的常规磨料颗粒相比，本发明部分磨料颗粒实施例的穿晶碎裂数明显增加。以上实施例还表明，与不含SiO₂的磨料颗粒相比，含有SiO₂的磨料颗粒其粗糙度高度增加而粗糙度周期减小。实施例18至20和比较实施例D

按照实施例1至4所述制备实施例18至20的磨料颗粒，但是各分散体中含有600g AAMH，36g HNO₃，1450g DWT和131g含4.3％氧化铁(根据理论氧化物Fe₂O₃计算)的IO-1。而且，实施例18分散体还含有3.2g CS1；实施例19分散体含有47g CS1；实施例20分散体含有250g CS1。

此外，实施例18至20的煅烧磨料颗粒前体在CM Furnaces(Bloomfield，NJ)的“RAPID-TEMP”炉中在初设温度1100℃烧结，而不是如实施例1至4中那样在旋转窑中烧结。对于实施例18，炉温在5分钟后由1100℃升至约1315℃，煅烧磨料颗粒前体在1315℃烧结20分钟。对于实施例19，炉温由1100℃升至1430℃，煅烧磨料颗粒前体烧结30分钟。对实施例20的煅烧磨料颗粒前体，炉温由1100℃升至1430℃，煅烧磨料颗粒烧结30分钟。实施例18至20磨料颗粒的密度列于以下表13。

                                 表13

实施例    Al₂O₃％  Fe₂O₃％  SiO₂％  密度，g/cm³

18         98.7       1.2        0.1         3.88

19         98.3       1.2        1.5         3.85

20         90.8       1.2        8.0         3.65

比较实施例D是购自3M Company，St.Paul，MN的36级涂敷砂盘，商品名为“984C REGAL”砂盘。

在碳化硼研钵中手工粉碎实施例18至20和比较实施例D的样品，并经200目的筛网过筛。用Philips垂直衍射仪，铜Kα辐射和散射光的比例探测器记录来获取X光衍射数据。衍射仪配备有自动发散狭缝、0.2mm的接收狭缝和石墨单色仪。为了进行晶相鉴定对每份样品进行2Θ在5至80度范围内的测量扫描。将各份样品与标准参照物(NIST SRM 640b Si粉末)混合后在2Θ为80至100度范围内重新扫描。通过查找二级导数峰(secondary derivative peak)来确定峰的位置，并利用硅内部标准的峰值位置来校正在2Θ峰值位置。粉末图样上进行标志，利用Philips“PCEXTEND”版的Appleman最小二乘晶胞精化程序来计算晶胞参数。“a”和“c”晶胞参数以埃为单位列于以下表14，并在括弧中列出误差值。例如，比较实施例D的“a”参数可在4,7596至4.7598之间变动。

                        表14

实施例            相           a，埃        c，埃

比较实施例D    α氧化铝      4.7597(1)    12.9986(2)

18             α氧化铝      4.7607(1)    13.0017(3)

19             α氧化铝      4.7610(1)    13.0011(4)

20             α氧化铝和    4.7619(1)    13.0004(2)

               富铝红柱石

以上实施例表明了在α氧化铝基陶瓷磨料颗粒中，在氧化铁存在下二氧化硅引起的晶胞参数a和c膨胀。实施例21至25

按照实施例1至4所述制备实施例21至25的磨料颗粒，但是各分散体除了以下表15所列的物质外还含有600g AAMH，131g含4.3％氧化铁(根据理论氧化物Fe₂O₃计算)的IO-1，36g HNO₃和1400g DWT。

                         表15

实施例                二氧化硅源               碱源

21                     47g CS1                 ----

22                     23g CS4                 ----

23                     23g CS4                 0.12g NaOH

24                     23g CS4                 0.25g NaOH

25                     23g CS4                 0.57g KOH

烧结温度为1435℃。实施例21至25磨料颗粒的密度列于以下表16。而且，如实施例1至4中所述，将磨料颗粒加入涂敷磨盘中测定其研磨性能。

                          表16

                        研磨数据

                      (12分钟的测试)实施例  Al₂O₃％Fe₂O₃％SiO₂％ 相对实施例21的  密度，g/cm³

                                 切削量％21     98.3     1.2      1.5        100             3.8922     98.3     1.2      1.5        100             3.8623     98.3     1.2      1.5        106             3.8824     98.3     1.2      1.5        106             3.8925     98.3     1.2      1.5        108             3.88

以上实施例表明了在α氧化铝基陶瓷磨料颗粒中加入碱金属盐引起的SiO₂作用加强。实施例26和27

根据实施例1至4所述制备实施例26和27的磨料颗粒，但是各分散体含有600g AAMH，36g HNO₃和1450g DWT。而且，实施例26分散体还含有137.6g含6.6％氧化铁(根据理论氧化物Fe₂O₃计算)的IO-1和76.8g CSI；实施例27的分散体还含有202.8g含6.6％氧化铁(根据理论氧化物Fe₂O₃计算)的IO-1和48.0gCSI。实施例26和27的烧结温度分别为1430℃和1400℃。

将实施例26和27的磨料颗粒加入涂敷磨盘中如实施例1至4所述测定其研磨性能。实施例26和27磨料颗粒的总切削量分别为1629g和1688g。实施例26和27磨料颗粒的密度和硬度列于以下表17。作为比较，比较实施例B和C的硬度分别为21Gpa和25Gpa。

                        表17实施例    Al₂O₃％  Fe₂O₃％ SiO₂％ 密度，g/cm³ 硬度，GPa26       95.6       1.9      2.5        3.91        25.227       95.6       2.9      1.5        3.94        24.5

测量“Leitz Miniload”微硬度测试仪以500g负荷产生的Vickers压痕顶点延伸出去的裂纹长度来计算实施例26和27磨料颗粒的韧度。用以下公式计算碎裂韧度(K_IC)：K_IC＝F_N/(πc)^3/2tan b(b＝68°；F＝压针上力的牛顿数；c＝1/2以米为单位的裂纹长度)。每个值都是5次测定的平均值。实施例26和27磨料颗粒的碎裂韧度分别为3.3Mpa·m^1/2和3.99Mpa·m^1/2。比较实施例B和C的碎裂韧度分别为2.9Mpa·m^1/2和2.5Mpa·m^1/2。测定韧度的样品的制备方法与实施例1至4中测定微硬度的样品相同。

以上实施例表明与不含二氧化硅的常规磨料颗粒相比，本发明某些磨料颗粒实例的硬度和/或韧度被提高了。实施例28至30

在实施例28中，在混料机(Waring 5011型，Waring Products Division，Dynamics Corporation of America，New Hartford，CN)中用850 DWT，加2滴浓HNO₃，稀释0.38g CS5的50.0ml DWT溶液。该分散体在制备后立即加入11.34gIO-9分散体中，同时快速搅拌。在该混合物中加入336.92g AAMH和11ml浓HNO₃。形成的分散体在混料机中利用高速搅拌来分散。在混合分散体中加入4.6gAMM的10ml DWT溶液以引发胶凝。将溶胶倒入浅铝盘中任其胶凝(约10分钟)，然后在强制空气炉中在95℃通宵干燥。干燥后的磨料颗粒前体在箱式炉(加热腔为9180cm³，购自Lindberg，General Signal，Chicago，IL的分公司之一)中由100℃至600℃煅烧约1.5小时，粉碎，然后在“RAPID TEMP”炉中在1400℃烧结5分钟。开始时的炉温为室温，然后在为500℃至1400℃范围以100-125℃/分钟的速度加热至1400℃。

按照实施例28制备实施例29和30的磨料颗粒，但是CS5的量分别为0.75g和1.88g。

实施例28的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒(根据理论氧化物计算)含有98.95％Al₂O₃、1.0％Fe₂O₃和0.05％SiO₂；实施例29，98.9％Al₂O₃、1.0％Fe₂O₃和0.1％SiO₂；实施例30，98.75％Al₂O₃、1.0％Fe₂O₃和0.25％SiO₂。

实施例28至30的磨料颗粒样品用碳化钨研钵研杵粉碎，用SEM检查碎裂表面。实施例28至30样品的平均晶粒大小据估计分别为0.8微米、0.5微米和0.2-0.3微米。以上实施例表明晶粒的大小随二氧化硅水平的提高而减小。实施例31至34和比较实施例E

实施例31至34和比较实施例E中，以下表18中所列的CS5用DWT稀释至50ml总体积。

                           表18

实施例                         CS5，g

31                              1.10

32                              2.21

33                              5.51

34                              11.43

比较实施例E                     0

快速搅拌下将该胶体分散体加入340.90g IO-8中。在加液过程中利用高速混合器(“OMNI 5000”混合器，OMNI Internatioanl，Waterbury，Connecticut)充分混合分散体。混合后，形成的分散体被静置约4小时。然后，用高速混合器(Ross ME100L型混合器，Charles Ross & Son Co.，Hauppauge，NY)均质化1040gDWT和340.90g二氧化硅/α-FeOOH分散体，然后加入671.1g AAMH。在高速搅拌的同时加入26.0ml浓HNO₃。充分混合后，边快速搅拌边加入90.0g AMM在100g DWT中形成的10ml溶液。将形成的溶胶倒入浅铝盘(3.25cm)中静置胶凝约10分钟。胶凝后，将盘放在95℃的强制空气炉中干燥。干燥的磨料颗粒前体在箱式炉中在1.5小时内加热至650℃，然后在此温度保温30分钟。如实施例1至4中所述粉碎煅烧后的磨料颗粒前体并过筛，然后如实施例28所述在1450℃烧结8分钟，过筛后的另一样品如实施例28所述在1430℃烧结8分钟，并如实施例1至4所述加入磨料制品中。

实施例31的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒根据理论氧化物计算含有98.45％Al₂O₃、1.48％Fe₂O₃和0.07％SiO₂；实施例32，98.38％Al₂O₃、1.48％Fe₂O₃和0.14％SiO₂；实施例33，98.16％Al₂O₃、1.47％Fe₂O₃和0.37％SiO₂；实施例34，97.8％Al₂O₃、1.47％Fe₂O₃和0.73％SiO₂。

如实施例1至4所述测定实施例31至34各磨料颗粒的研磨性能。结果列于以下表19。

                  表19

                       按总氧化物计的添  相对比较实施例E

实施例        成核物质    加剂wt.％        的总切削量％

比较实施例E    FeOOH      无(参照)             100

31             FeOOH     0.075％SiO₂-CS5      121

32             FeOOH     0.15％SiO₂-CS5       119

33             FeOOH     0.37％SiO₂-CS5       ---¹

34             FeOOH     0.73％SiO₂-CS5       93²

¹该样品由于孔隙率过高而无法测试。它不能通过前文所述的红色染料测试。这被认为是因为没有优化烧结条件。

²这些样品被认为因没有优化烧结条件而研磨性能较差。

于1450℃烧结的比较实施例E的SEM检查显示为完全致密的材料，平均晶粒大小为2至3微米。在1450℃烧结的实施例31至34磨料颗粒表现为完全致密，但构成晶粒要细得多。实施例31的表观平均晶粒大小约为0.5微米，而实施例32至34的表观平均晶粒大小在0.4微米或以下。

以上实施例表明少量二氧化硅能够诱导晶粒的精细化，并提高氧化铁成核的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒的研磨性能。实施例35至36

实施例35至36显示α-FeOOH成核物质用作氧化铝前体中成核物质之前与可水解的烷氧基硅烷反应所产生的影响。烷氧基硅烷按以下方式与α-FeOOH成核物质反应。对于实施例35和36，在340.90g IO-8中利用快速搅拌分别加入2.8ml和7.0ml TEOS。在加液过程中利用高速混合器(“OMNI 5000”OMNIInternational，Waterbury，Connecticut)充分混合形成的分散体。在各分散体中边搅拌边加入3滴浓硝酸，令混合物反应约24小时，间或地再搅拌。如实施例31至34所述制备实施例35至36，但是在1450℃烧结5分钟。

实施例35的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒根据理论氧化物计算含有98.38％Al₂O₃、1.48％Fe₂O₃和0.148％SiO₂；实施例36根据理论氧化物计算含有98.16％Al₂O₃、1.47％Fe₂O₃和0.37％SiO₂。

对实施例35和36的SEM检查显示为基本上致密，由平均直径小于0.5微米的晶粒构成。但是比较实施例E的平均晶粒大小约为2至3微米。实施例35和36的穿晶碎裂百分比分别为49％和51％。

如实施例1至4所述测试实施例35和36的研磨性能。结果列于以下表20。

                    表20

                     按总氧化物计的添   相对比较实施例H

实施例    成核物质       加剂wt.％       的总切削量％

35         FeOOH      0.15％SiO₂-TEOS       94¹

36         FeOOH      0.37％SiO₂-TEOS       110

¹这些样品被认为因没有优化烧结条件而研磨性能较差。

以上实施例表明可水解有机硅烷在氧化铁成核的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒中作为二氧化硅前体的用途。比较实施例F、G和H(氧化铝-晶种磨料颗粒)

在大烧杯中加入1360g DWT和20.2g SAS，制备比较实施例F。用高速混合器(Ross ME100L型混合器，Charles Ross & Son Co.，Hauppauge，NY)将该分散体均质化形成氧化铝晶种溶胶。在该混合物中加入671.1g AAMH。边高速搅拌，边加入26.0ml HNO₃。充分混合后，边快速搅拌边加入90.0g AMM在100g DWT中形成的10ml溶液。如实施例35和36所述干燥和粉碎该物料。

对于比较实施例G和H，100g如实施例F所述制备的氧化铝晶种溶胶在快速搅拌下分别与1.42ml和15.6ml TEOS混合。这些混合物搅拌水解约20小时。如实施例F所述制备比较实施例G和H，但是分别使用20.44g和23.12gTEOS处理的氧化铝晶种。

比较实施例F至H的SEM检查显示，在1450℃烧结5分钟后，比较实施例F的磨料颗粒比比较实施例G和H更致密。比较实施例G和H由很细的晶粒构成，但同时表现为蛭石(即多孔性)或非晶种微结构。

比较实施例F至H的样品被加入磨料制品中并如实施例1至4所述进行测定。研磨性能的结果列于以下表21。

                   表21

                          按总氧化物计的添 相对比较实施例F

实施例      成核物质或晶种    加剂wt.％      的总切削量％

比较实施例F    Al₂O₃         无(参照)        100

比较实施例G    Al₂O₃       0.015％-TEOS       43

比较实施例H    Al₂O₃       0.15％-TEOS        59

以上比较实施例表明，与氧化铁成核的磨料颗粒相比，在α氧化铝基陶瓷磨料颗粒中加入二氧化硅降低了研磨性能。实施例37

实施例37说明用二氧化硅前体浸渍多孔性煅烧磨料无机物前体将二氧化硅引入磨料颗粒中。按照比较实施例E制备煅烧磨料颗粒前体。如实施例31至34所述将煅烧磨料颗粒粉碎并过筛。

将6.0ml TEOS混合在含有3滴浓硝酸的75ml DWT中制备成水解TEOS浸渍溶液。在使用前，该溶液磁力搅拌约5小时。为了浸渍煅烧磨料颗粒前体，将部分水解的TEOS溶液加入162g煅烧磨料颗粒前体中，在小烧杯中用刮勺手工搅拌混合体。将浸渍后的氧化铝基颗粒前体放在小罐中，用螺纹盖密封，在85℃陈化12小时。打开盖子，浸渍后的氧化铝基颗粒前体在85℃的烘箱中干燥。如比较实施例E所述，将浸渍后的氧化铝基颗粒前体煅烧至600℃，并在1430℃烧结8分钟。实施例37的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒按理论氧化物计含有97.55％Al₂O₃、1.46％Fe₂O₃和0.99％SiO₂。

将实施例37的磨料颗粒如实施例1至4所述加入磨盘中进行测试。实施例37磨料颗粒的总切削量为比较实施例F(100％)的123％。

该实施例表明可以用二氧化硅源浸渍煅烧磨料颗粒前体来加强形成的磨料颗粒的研磨性能。实施例38

如比较实施例E所述制备实施例38的磨料颗粒，所不同的是用DWT稀释1.87gCS6至5ml最终体积，并将其在加入AMM之前加入HNO₃/AAMH/α-FeOOH溶胶混合物中。加入氧化铝包被的胶体二氧化硅后，如比较实施例E所述加入AMM溶液诱导胶凝。实施例38的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒按理论氧化物计含有98.45％Al₂O₃、1.48％Fe₂O₃和0.07％SiO₂。

如实施例1至4所述将实施例38的磨料颗粒加入涂敷磨料产品中并进行测试。实施例38磨料颗粒的总切削量为比较实施例F的120％。

以上实施例表明氧化铝包被的胶体二氧化硅能够被用于提高形成的磨料颗粒的研磨性能。实施例39至42

根据实施例1至4所述制备实施例39至42，不同的是使用的是600g AAMH、36g HNO₃、1300g DWT和234g含2.4％氧化铁(按理论氧化物Fe₂O₃计)的IO-1。二氧化硅的用量和来源列于以下表22。磨料颗粒如实施例1至4所述在1440℃烧结。

                        表22

实施例                            二氧化硅源

39                                  47g CS1

40                                  14g CS7

41                                  14g CS8

42                                  42g CS8

如实施例1至4所述将实施例39至42的磨料颗粒加入磨料制品中并进行测试。分别对每种磨料颗粒测试两个磨盘。如实施例1至4所述获取各磨料颗粒的密度、硬度和研磨性能数据。也在高压研磨条件下如实施例1至4所述获取各磨料颗粒的研磨性能数据，不同的是使用8kg的压力。结果列于以下表23。

                       表23

                              相对实施例41的    相对实施例41的实施例   密度，g/cm³   硬度，Gpa  低压总切削量％   高压总切削量％39        3.91           20.8         100            12540        3.90           20.6         103            12041        3.88           21.7         99             13042        3.76           17.5         94             122

以上实施例表明可使用不同大小的小颗粒二氧化硅(例如，小于约150微米)使研磨性能得到相似的提高。比较实施例I至K

按照前文实施例13至17所述的方法，对3份据认为是按照美国专利4,623,364(Cottringer等)制备的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒测试了其穿晶碎裂。磨料颗粒样品得自以下磨料制品，均购自Norton Company，Worcester，MA：曲轴砂轮(crank abrasive wheel)；“F944”SG 50级砂盘；和含SG棒的砂盘。虽然不知道这些磨料颗粒是如何制备的，但是经能量色散X光微观分析检测，除Al和O之外没有其它元素。以上样品的穿晶碎裂均少于10％。

因为不知道以上样品是如何制造的，所以重复美国专利4,623,363(Cottringer等)，以便测定存在于氧化铝研磨介质中的二氧化硅和氧化铁杂质引起的穿晶碎裂数。

根据Cottringer等的实施例II制备比较实施例I的磨料颗粒(规模缩小20倍)，使用1.135kg AAMH(“PURAL”微晶勃姆石)、11.25L DWT和0.675L 14％的HNO₃(135ml浓HNO₃与545ml DWT混合而成)。在大塑料混合容器中将“PURAL”与水混合，并加入酸，同时用Ross混合器(100L型，购自Charles Ross & Son Co.，Hauppauge，NY)混合。将混合物高速充分混合10至15分钟。取一份该混合物(5-6L)转移至含有Coors陶瓷粘合氧化铝(0.5×0.5英寸棒状研磨介质，以商品名“ABP”购自Coors Porcelain Co.)的Sweco振动抛光磨机(1/3HP)中。研磨介质含有89.3％Al₂O₃、6.7％SiO₂、2.5％MgO和0.8％CaO。对介质的X光衍射显示介质含有α氧化铝、镁铝尖晶石(magnesia alumina spinel)和少量正长石和斜长石。所以，美国专利4,623,364(Cottringer等)使用的陶瓷粘合氧化铝研磨介质中含有晶体含硅杂质。混合物在Sweco磨机中研磨2小时。将凝胶在玻璃盘中倒成6至7cm厚度，然后在200℃烘箱内干燥30小时。(最初，按照Cottringer等所述用铝盘进行干燥，但是形成的磨料略带粉红色，而且与在玻璃盘中干燥的相比，密度较低，微结构较粗糙)。干燥后的固体在450℃煅烧16小时。煅烧凝胶在1400℃烧结1小时。形成的材料呈白色，其微结构有大量长达5微米的泡状(lathe-like)晶体和少量微米以下细小晶体构成。

根据Cottringer等的实施例IV制备比较实施例J的磨料颗粒(规模缩小10倍)，使用的是1.36kg AAMH(“PURAL”微晶勃姆石)、13.6L DWT、0.41L 14％的HNO₃(82ml浓HNO₃与328ml DWT混合而成)和0.34g水合硝酸镁的1.37L DWT溶液。在大塑料混合容器中将“PURAL”与水混合，并加入酸，同时用Ross混合器(100L型，购自Charles Ross&Son Co.，Hauppauge，NY)混合。然后边混合边加入硝酸镁溶液。将混合物高速充分混合10至15分钟。取一份该混合物(5-6L)转移至上文比较实施例I中所述的含有Coors陶瓷粘合氧化铝的Sweco振动抛光磨机(1/3HP)中。混合物在Sweco磨机中研磨2小时。将凝胶在玻璃盘中倒成6至7cm厚度，然后在200℃烘箱内干燥30小时。干燥后的固体在600℃煅烧0.5小时(升至该温度的时间为1小时)。煅烧凝胶在1400℃烧结1分钟。磨料颗粒呈白色，具有32％的穿晶碎裂。

根据Cottringer等的实施例X制备比较实施例K的磨料颗粒(规模缩小20倍)，使用的是0.68kg AAMH(“PURAL”微晶勃姆石)、6.8L DWT和0.205L 14％的HNO₃(41.0ml浓HNO₃与164.0ml DWT混合而成)。在大塑料混合容器中将“PURAL”与水混合，并加入酸，同时用Ross混合器(100L型，购自Charles Ross &Son Co.，Hauppauge，NY)混合。将混合物高速充分混合10至15分钟。取一份该混合物(5-6L)转移至上文比较实施例I中所述的含有Coors陶瓷粘合氧化铝的Sweco振动抛光磨机(1/3HP)中。混合物在Sweco磨机中研磨2小时。将凝胶在玻璃盘中倒成6至7cm厚度，然后在200℃烘箱内干燥30小时。(最初，按照Cottringer等所述用铝盘进行干燥，但是形成的磨料略带粉红色，而且与在玻璃盘中干燥的相比，微结构的密度较低)。干燥后的固体在450℃煅烧16小时。煅烧凝胶在1400℃烧结15分钟。磨料颗粒呈白色，具有32％的穿晶碎裂。

利用ICP(感应偶合等离子体)分析对比较实施例I至K的材料进行元素分析。将磨料颗粒样品(0.1g)与Li₂B₄O₇(1g)熔混，溶解在100ml 5％硝酸中，用去离子水稀释至250ml。用应用研究实验室3580型感应偶合等离子体光度计(FisconInstrument Co.，Beverly，MA)进行分析。对比较实施例I和J分析的是α氧化铝基陶瓷磨料颗粒，但是对比较实施例K分析的是在450℃煅烧16小时后、但在烧结前获得的材料。结果列于以下表24，以按理论氧化物计的重量百分比表示。

                           表34

金属氧化物      比较实施例I    比较实施例J    比较实施例K

Al₂O₃           99.0            94.0           70.6

BaO                0.12            0.12           0.025

CaO                0.048           0.060        ＜0.03

Fe₂O₃           0.024         ＜0.01         ＜0.01

MgO                0.14            5.05           0.007

MnO₂              0.019         ＜0.005        ＜0.005

Na₂O            ＜0.05          ＜0.05         ＜0.05

SiO₂              0.50            0.39         ＜0.03

TiO₂              0.14            0.12          0.069

对本领域的熟练技术人员来说，在本发明范围和精神内的各种修改和变动是显而易见的。不应该认为本发明受以上说明性实施方式的限制。

Claims (83)

1.α氧化铝基陶瓷磨料颗粒，它包含，按理论氧化物计，Al₂O₃、SiO₂和至少约0.25wt.％Fe₂O₃，其α氧化铝晶粒的平均晶粒大小小于约0.5微米，所述的磨料颗粒的表面粗糙度高度大于约200纳米，其密度大于约3.5g/cm³。

2.根据权利要求1所述的磨料颗粒，其中所述的SiO₂含量足以使得所述磨料颗粒的穿晶碎裂数量高于相同但不含SiO₂的磨料颗粒。

3.根据权利要求1所述的磨料颗粒，其中所述的SiO₂含量足以使得所述磨料颗粒具有至少约50％穿晶碎裂。

4.根据权利要求1所述的磨料颗粒，其中还含有，根据理论氧化物计算，约0.01-1.0wt.％碱金属氧化物。

5.根据权利要求1所述的磨料颗粒，其中所述的SiO₂含量足以使得构成所述磨料颗粒的α氧化铝晶粒的晶胞维度之一与不含SiO₂的相同磨料颗粒相比提高至少约0.01％。

6.根据权利要求1所述的磨料颗粒，其中所述的SiO₂含量足以使得所述磨料颗粒的晶胞维度之一与不含SiO₂的相同磨料颗粒相比提高至少约0.02％。

7.根据权利要求1所述的磨料颗粒，其磨料颗粒大小大于约100微米。

8.根据权利要求1所述的磨料颗粒，它包含，根据理论氧化物计算，0.25-10.0wt.％Fe₂O₃和约0.1-20.0wt.％SiO₂。

9.根据权利要求1所述的磨料颗粒，它包含，根据理论氧化物计算，约85.0-98.0wt.％Al₂O₃、约1.0-2.0wt.％Fe₂O₃和约1.0-2.0wt.％SiO₂。

10.根据权利要求9所述的磨料颗粒，它还包含，根据理论氧化物计算，约0.01-0.12wt.％碱金属氧化物。

11.根据权利要求1所述的磨料颗粒，它包含平均晶粒大小小于约0.3微米的α氧化铝晶粒。

12.根据权利要求1所述的磨料颗粒，其平均硬度至少为约16GPa。

13.根据权利要求1所述的磨料颗粒，其平均韧度至少为约2.5MPa·m^1/2。

14.根据权利要求1所述的磨料颗粒，它呈棒状或三角片状。

15.磨料制品(10，20，30)，其中包含：

(a)粘合剂(1 5，16，34)；和

(b)许多如权利要求1所述的磨料颗粒(14，21，32)，它们通过所述粘合剂(15，16，34)固定在所述制品内。

16.根据权利要求15所述的磨料制品(10)，它是一种涂敷磨料产品。

17.根据权利要求15所述的磨料制品(20)，它是一种结合磨料产品。

18.根据权利要求17所述的磨料制品(20)，它是一种结合砂轮。

19.根据权利要求15所述的磨料制品(30)，它是一种无纺磨料产品。

20.α氧化铝基陶瓷磨料颗粒，它包含，根据理论氧化物计算，Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂和至少约0.05wt.％碱金属氧化物，其α氧化铝晶粒的平均晶粒大小小于约0.5微米，其密度大于约3.5g/cm³。

21.根据权利要求20所述的磨料颗粒，其表面粗糙度高度大于约200纳米。

22.根据权利要求20所述的磨料颗粒，其中所述的磨料颗粒是非半透明的。

23.根据权利要求22所述的非半透明磨料颗粒，其中所述的SiO₂含量足以使得所述磨料颗粒的至少一个晶胞维度与不含SiO₂的相同磨料颗粒相比提高了至少约0.01％。

24.磨料制品(10，20，30)，其中包含：

(a)粘合剂(15，16，34)；和

(b)许多如权利要求20所述的磨料颗粒(14，21，32)，它们通过所述粘合剂(15，16，34)固定在所述制品内。

25.根据权利要求24所述的磨料制品(10)，它是一种涂敷磨料产品。

26.根据权利要求24所述的磨料制品(20)，它是一种结合磨料产品。

27.根据权利要求26所述的磨料制品(20)，它是一种结合砂轮。

28.根据权利要求24所述的磨料制品(30)，它是一种无纺磨料产品。

29.一种非半透明的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒，其表面粗糙度高度大于约200纳米，其密度大于约3.5g/cm³，其平均晶粒大小小于约0.5微米；所述的颗粒包含，根据理论氧化物计算并以所述磨料颗粒的总重量为基准，约85.0-99.6wt.％Al₂O₃、约0.25-5.0wt.％Fe₂O₃、约0.1-5.0wt.％SiO₂和约0.01-1.0wt.％碱金属氧化物。

30.根据权利要求29所述的非半透明磨料颗粒，它具有至少约50％的穿晶碎裂。

31.根据权利要求29所述的非半透明磨料颗粒，其平均硬度至少为约16GPa。

32.根据权利要求29所述的非半透明磨料颗粒，其平均韧度至少为约2.5MPa·m^1/2。

33.根据权利要求29所述的非半透明磨料颗粒，它基本上不含MgO。

34.根据权利要求29所述的非半透明磨料颗粒，其中构成所述磨料颗粒的α氧化铝晶粒的至少一个晶胞维度与不含SiO₂的相同磨料颗粒相比提高了至少约0.01％。

35.磨料制品(10，20，30)，其中包含：

(a)粘合剂(15，16，34)；和

(b)许多如权利要求29所述的磨料颗粒(14，21，32)，它们通过所述粘合剂(15，16，34)固定在所述制品内。

36.根据权利要求35所述的磨料制品(10)，它是一种涂敷磨料产品。

37.根据权利要求35所述的磨料制品(20)，它是一种结合磨料产品。

38.根据权利要求37所述的磨料制品(20)，它是一种结合砂轮。

39.根据权利要求35所述的磨料制品(30)，它是一种无纺磨料产品。

40.一种α氧化铝基陶瓷磨料颗粒，所述的颗粒主要包含，根据理论氧化物计算，Al₂O₃、Fe₂O₃和SiO₂，其α氧化铝晶粒的平均晶粒大小小于约0.5微米；其表面粗糙度高度大于约200纳米，其密度大于约3.5g/cm³。

41.根据权利要求40所述的磨料颗粒，其中的Fe₂O₃含量按所述颗粒的总重计至少为约0.25wt.％。

42.根据权利要求41所述的磨料颗粒，其中的SiO₂含量按所述颗粒的总重计至少为约0.5wt.％。

43.根据权利要求41所述的磨料颗粒，具有至少约50％穿晶碎裂。

44.磨料制品(10，20，30)，其中包含：

(a)粘合剂(15，16，34)；和

(b)许多如权利要求40所述的磨料颗粒(14，21，32)，它们通过所述粘合剂(15，16，34)固定在所述制品内。

45.根据权利要求44所述的磨料制品(10)，它是一种涂敷磨料产品。

46.根据权利要求44所述的磨料制品(20)，它是一种结合磨料产品。

47.根据权利要求45所述的磨料制品(20)，它是一种结合砂轮。

48.根据权利要求44所述的磨料制品(30)，它是一种无纺磨料产品。

49.一种制备α氧化铝基陶瓷磨料颗粒的方法，该方法包括：

(a)制备包含液体介质、勃姆石、氧化铁源和非晶形二氧化硅源的分散体；

(b)将所述分散体转化成磨料颗粒前体；和

(c)烧结所述的磨料颗粒前体，形成按理论氧化物计包含Al₂O₃、Fe₂O₃和SiO₂的磨料颗粒。

50.根据权利要求49所述的方法，其中所述的非晶形二氧化硅源包含胶体二氧化硅。

51.根据权利要求50所述的方法，其中所述的胶体二氧化硅主要包含SiO₂。

52.根据权利要求50所述的方法，其中所述胶体二氧化硅的平均粒度小于约150纳米。

53.根据权利要求49所述的方法，其中所述的二氧化硅源还包含碱金属氧化物。

54.根据权利要求53所述的方法，其中所述的胶体二氧化硅是胶体二氧化硅的pH约为1-3的水分散体。

55.根据权利要求49所述的方法，其中的氧化铁源包含某种氧化铁前体。

56.根据权利要求49所述的方法，其中的氧化铁源包含某种晶体颗粒物质。

57.根据权利要求56所述的方法，其中氧化铁颗粒的平均粒度小于约1微米。

58.根据权利要求57所述的方法，其中所述氧化铁颗粒是针状的。

59.根据权利要求58所述的方法，其中所述针状氧化铁颗粒长约0.04-0.1微米，宽约0.01-0.02微米。

60.根据权利要求49所述的方法，其中所述的液体介质是水。

61.根据权利要求49所述的方法，其中所述的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒是非半透明的。

62.一种制备α氧化铝基陶瓷磨料颗粒的方法，该方法包括：

(a)制备包含勃姆石、液体介质、氧化铁源和非晶形二氧化硅源的分散体；

(b)将所述分散体转化成磨料颗粒前体；和

(c)烧结所述的磨料颗粒前体，形成α氧化铝基陶瓷磨料颗粒，其中包含，根据元素氧化物计算，Al₂O₃、Fe₂O₃和SiO₂；其中所述非晶形二氧化硅源料在所述分散体中的含量足以使得所述α氧化铝基磨料颗粒其平均晶粒体积小于以相同方法制造但不含所述非晶形二氧化硅源料的含α氧化铝基磨料颗粒的平均晶粒体积。

63.根据权利要求62所述的方法，其中所述的非晶形二氧化硅源包含胶体二氧化硅。

64.根据权利要求63所述的方法，其中所述胶体二氧化硅的平均粒度小于约150纳米。

65.根据权利要求62所述的方法，其中所述的二氧化硅源还包含碱金属氧化物。

66.根据权利要求65所述的方法，其中所述的胶体二氧化硅是胶体二氧化硅的pH约为1-3的水分散体。

67.根据权利要求62所述的方法，其中的氧化铁源包含某种氧化铁前体。

68.根据权利要求62所述的方法，其中的氧化铁源包含某种晶体颗粒物质。

69.根据权利要求68所述的方法，其中氧化铁颗粒的平均粒度小于约1微米。

70.根据权利要求69所述的方法，其中所述氧化铁颗粒是针状的。

71.根据权利要求70所述的方法，其中所述针状氧化铁颗粒长约0.04-0.1微米，宽约0.01-0.02微米。

72.一种制备α氧化铝基陶瓷磨料颗粒的方法，它包含以下步骤：

(a)制备包含液体介质、勃姆石和氧化铁源的分散体；

(b)将分散体形成为多孔性磨料颗粒前体；和

(c)将多孔性磨料颗粒前体浸渍在包含足量非晶形二氧化硅源的浸渍组合物中，使得在步骤(d)和(e)之后该α氧化铝其磨料颗粒的平均晶粒体积小于以相同方法但不加非晶形二氧化硅制成的含α氧化铝基磨料颗粒的平均晶粒体积；

(d)煅烧步骤(c)生成的磨料颗粒前体；和

(e)加热步骤(d)生成的煅烧磨料颗粒前体，生成所述的α氧化铝基陶瓷磨料颗粒。

73.根据权利要求72所述的方法，其中将所述分散体形成多孔性磨料颗粒前体的步骤包含在所述浸渍步骤(c)之前煅烧所述的磨料颗粒前体。

74.根据权利要求72所述的方法，其中所述的二氧化硅源包含某种烷氧基硅烷。

75.一种制备α氧化铝基陶瓷磨料颗粒的方法，它包含以下步骤：

(a)制备包含液体介质、勃姆石、氧化铁源和平均粒度小于约150纳米的胶体二氧化硅源的分散体；

(b)将分散体转化为磨料颗粒前体；和

(c)将磨料颗粒前体烧结成α氧化铝基陶瓷磨料颗粒，其中包含，根据理论氧化物计算，Al₂O₃、Fe₂O₃和SiO₂。

76.根据权利要求75所述的方法，其中所述的胶体二氧化硅源包含平均颗粒大小小于约150纳米的非晶形二氧化硅。

77.根据权利要求75所述的方法，其中所述胶体二氧化硅的平均颗粒大小小于约100纳米。

78.根据权利要求75所述的方法，其中所述的二氧化硅源还包含碱金属氧化物。

79.根据权利要求75所述的方法，其中所述的氧化铁源包含某种氧化铁前体。

80.根据权利要求75所述的方法，其中所述的氧化铁源料包含晶体颗粒物质。

81.根据权利要求80所述的方法，其中所述氧化铁颗粒的平均颗粒大小小于约1微米。

82.根据权利要求81所述的方法，其中所述氧化铁颗粒是针状的。

83.根据权利要求82所述的方法，其中所述的针状氧化铁颗粒长约0.04-0.1微米，宽约0.01-0.02微米。

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