CZ312597A3

CZ312597A3 - Vypalování částic sol-gel oxidu hlinitého

Info

Publication number: CZ312597A3
Application number: CZ973125A
Authority: CZ
Inventors: Ajay K. Garg; Arup K. Khaund; Lawrence E. Orne; Mark R. Young
Original assignee: Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc.
Priority date: 1995-04-05
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1998-02-18
Also published as: DE69602434D1; US5785722A; GR3030931T3; EP0819104B1; MX9707651A; EP0819104A2; KR100263596B1; BR9604913A; HUP9801820A2; JP3220159B2; AU5373496A; DE69602434T2; US5725162A; PL182876B1; DK0819104T3; ZA962757B; WO1996032226A3; RU2148567C1; CO4560574A1; JPH10510238A

Description

Vypalování částic sol-gel oxidu hlinitého

Oblast techniky

Tento vynález se týká drtí hliníkových brusiv a zejména brusných materiálů ze sol-gel oxidu hlinitého se zlepšeným brusným výkonem.

Dosavadní stav techniky

Brusivá ze sol-gel oxidu hlinitého se běžně vyrábějí sušením hydrosolu nebo gelu prekursoru alfa oxidu hlinitého (jímž je obvykle, avšak ne nezbytně, boehmit) přibližně při 125 až 200 °C, aby se odstranila složka vody v gelu; rozdrcením vysušeného gelu na částice požadované velikosti pro brusné drti; možná kalcinováním těchto částic (obecně při teplotě přibližně od 400 do 800 °C) , aby se vytvořila jakási meziforma oxidu hlinitého; a poté nakonec vypálením těchto kalcinovaných kusů při teplotě dostatčně vysoké pro to, aby se přeměnily z meziformy, jako je gama oxid hlinitý, na formu alfa oxidu hlinitého. Jednoduché sol-gel postupy jsou například popsané v USPP 4,314,827; 4,518,397; 4,881,951 a v britské patentové přihlášce 2,099,012. Sol-gel oxidy hlinité tohoto typu mají sklon vytvářet velikosti krystalů kolem 25 mikronů nebo více, ačkoliv byly pro zmenšení velikosti krystalů přibližně na 1 až 10 mikronů a zvýšení hodnoty určitých fyzikálních vlastností použity modifikují přísady, jako je oxid křemičitý, spinelové formující činitele, jako je oxid hořečnatý, a přísady oxidů dalších kovů, jako oxid zirkoničitý, oxid yttritý, oxidy kovů vzácných zemin, oxid tittaničitý, oxidy přechodových kovů a podobně.

U jedné obzvláště vhodné formy sol-gel postupu je prekursor alfa oxidu hlinitého naočkovaný materiálem, který má tutéž krystalickou strukturu jako samotný alfa oxid hlinitý a parametry mřížky co možná nejbližší parametrům ·· ···· mřížky alfa oxidu hlinitého. Toto očkovadlo se přidává v co možná nejjemněji rozdělené formě a je stejnoměrně rozptýlené v celém hydrosolu nebo gelu. Může se přidávat ab initio nebo se může vytvářet in šitu. Funkce tohoto očkovadla je vyvolat transformaci na formu alfa tak, aby nastávala v celém prekursoru při mnohem nižší teplotě, než je teplota potřebná v případě absence tohoto očkovadla. Tento proces vytváří krystalickou strukturu, ve které jsou jednotlivé krystaly alfa oxidu hlinitého (to jsou ty oblasti v podstatě téže krystalografické orientace oddělené od sousedních krystalů hranicemi zrn pod velkým úhlem) velmi stejnoměrné velikosti a všechny mají v podstatě průměr menši než mikron, například asi od průměru 0,1 do průměru 0,5 mikronu. Vhodná očkovadla obsahují samotný alfa oxid hlinitý, avšak také další sloučeniny, jako je alfa oxid železítý, suboxid chrómu, titaničitan niklu a řadu dalších sloučenin, které mají parametry mřížky dostatečně podobné parametrům mřížky alfa oxidu hlinitého, aby byly schopné vyvolat tvorbu alfa oxidu hlinitého z prekursoru při teplotě, která je pod teplotou, při které konverze nastává normálně při absenci takovéhoto očkovadla. Příklady takovýchto očkovaných sol-gel procesů jsou popsané v USPP 4,623,364; 4,744,802; 4,964,883; 5,192,339; 5,215,551; 5,219,806; a mnoha dalších.

Volitelnému kalcinování sušeného sol-gelu se často dává přednost, aby se minimalizovala doba potřebná při zvýšených vypalovacích teplotách. To je proto, že vypalovací operace plní úkoly přeměny přechodných forem oxidu hlinitého na formu alfa a slinování alfa oxidu hlinitého, aby se uzavřela zbytková porézita a zajistilo se, aby částice měly přiměřenou hustotu a tvrdost, aby dobře fungovaly jako brusné drti. Je známo, že nadměrná doba při slinovacích teplotách, které jsou obecně mezi 1300 a 1400 °C pro naočkované sol-gel maeriály a asi o 100 °C vyšší než teplota

pro nenaočkované sol-gel oxidy hlinité, může vést k růstu krystalů. Protože je růst krystalů obecně brán jako nežádoucí, považuje se za vhodné provádět kalcinování odděleně a tak minimalizovat čas při takovýchto zvýšených teplotách. Tento postup je doprovázen i přes mimořádné náklady zachováním dvou vysokoteplotních operací.

Protože je sušící operace následována rozmělňovací a prosévací operací, zrno se redukuje na teplotu místnosti a teplo použité pro sušeni zrna je přenecháno okolí. Toto je samozřejmě velmi nevhodné.

Rozmělňovací operace se provádí po sušení, protože v tomto momentě je materiál relativně snadno rozdrtitelný. Pokud by se to ponechalo teprve po vypalovací operaci, byl by materiál tak tvrdý, že by to vyžadovalo nadměrné množství energie. Je tedy společným smyslem provádět rozmělňování ve stavu před vypálením. Navíc se předpokládá, že bude vypalování účinnější, protože částice dosáhnou rychleji vypalovací teplotu v peci, když jsou malé.

Nyní bylo zjištěno, že je možné spotřebu energie vyžadovanou při výrobě oxidu hlinitého značně zredukovat sol-gel procesem. Toho se dosáhne úpravou procesu tím způsobem, který je zcela opačný k intuitativnímu logickému myšlení užívanému při navrhování běžných procesů. Tento nový proces vytváří částice alfa oxidu hlinitého ve velmi žádoucí «formě, která je zcela zhutněná a dobře přizpůsobená pro použití u aplikací brusiv. Navíc je tento systém dost flexibilní, aby umožňoval různou formu získaných brusných drtí.

Podstata vynálezu

Způsob podle vynálezu zahrnuje přivádění suchého avšak nevypáleného sol-gel oxidu hlinitého, který má odpařitelný obsah alwspoň 5 % hmotnosti, přímo do pece udržované na teplotě nad 400 °C a regulování teploty a doby pobytu pro ·· ···· náhradní strana

- 4 vytvoření výbušně rozmělněného oxidu hlinitého. Za určitých podmínek, když je teplota v peci dostatečně vysoká a doba zde je dostatečně dlouhá, se může sol-gel oxid hlinitý přeměnit na alfa formu oxidu hlinitého přímo a slinovat na měrnou hmotnost, která je alespoň 95 % hmotnosti teoretické.

Sol-gel oxid hlinitý obecně vysychá ve formě kousků o velikosti několika milimetrů a toto je v podstatě vysušený boehmit, jehož každá molekula má asociovanou molekulu vody, asi s nějakou zbytkovou vodou, která nebyla při vysoušení odstraněna úplně. Navíc se často přidávají k sol-gelu vhodné modifikátory, jako je oxid horečnatý, oxid yttritý, oxid rubidný, oxid česný nebo oxidy kovů vzácných zemin nebo oxidy přechodných kovů, ve formě jejich rozpustných dusičnanů a ty budou mít také podíl na vyprchatelných složkách (jako jsou oxidy dusíku) ve vysušeném gelu. Pokud se k rozpouštění sol-gelu použila nějaká kyselina, jako je kyselina dusičná nebo kyselina octová, pak mohou být ve vysušeném sol-gelu také zbytky této kyseliny. Obecně má vysušený gel celkový odpařitelný obsah přibližně od 5 asi do 50 %, s výhodou přibližně od 10 asi do 45 %, a ještě výhodněji asi od 20 do přibližně 40 % hmotnosti. Sušení se obvykle vede při teplotě přibližně pod 200 °C a častěji při teplotách daleko nižších. Z tohoto důvodu obsahuje vysušený gel podstatné objemy odpařitelného materiálu, ještě když se vkládá do pece.

Prudká dehydratace rychlým vystavením vysokým teplotám je zveřejněna v EP-A-0 176 476 a EP-A-0 518 106, avšak je aplikována pro jemné prášky hydrargilitu a je určena jako mezilehlý krok při výrobě boehmitu nebo reaktivně tvářeného tělesa.

Zatímco se vynález primárně zaměřuje na výbušné rozmělňování suchých sol-gel materiálů, mohou tyto materiály také zahrnovat další složky, které samotné nezahrnují jakýkoli vyprchatelný materiál. Tak je možné zahrnout do náhradní strana

- 4a sol-gel materiálu složky, jako je prášek alfa nebo gama oxidu hlinitého, karbid křemíku (jak ve formě částic, tak i jehliček/wiskrů), oxid zirkoničitý, kubický nitrid boru a další brusné materiály za předpokladu, že celkový obsah odpařítelného materiálu ve vysušené směsi zůstane nad 5 % • · ··· ·

hmotnosti materiálu.

Když se kousky vysušeného gelu umístí do pece, odpařitelný materiál v kouscích výbušně expanduje a způsobuje, že se rozlétnou od sebe a zanechávají menší částice, které jsou nanejvýš vhodné pro použití u brusných aplikací. Pokud je doba pobytu v peci dostatečně dlouhá, přemění se menší částice, které zůstávají, prudce na fázi alfa a velmi rychle se spékají v podstatě do úplně zhutněné formy. Divoký charakter tohoto procesu vedl k tomu, že je neformálně popisován jako výbušné rozmělňování, ačkoliv u výhodného provedení se postup provádí mimo rozmělnění a zahrnuje vypalování na fázi alfa a v některých případech slinování v podstatě na teoretickou hustotu. Kde je teplota poněkud nižší, může být míra rozmělnění poněkud zmenšena a může se především projevit v rozbití větších kousků a vytváření linií zeslabení ve zbývajících kusech, které jim skýtají snadné rozbití v následující rozmělňovací operaci. To je však také považováno za výbušné rozmělňování.

Proto se pod výbušně rozmělněným materiálem rozumí materiál, který se má tvářet, když se částice vysušeného sol-gel oxidu hlinitého přivádějí do pece a alespoň částečně se rozbíjejí na menší částice bez použití jakékoli externě zavedené síly.

Když je doba pobytu v peci relativně krátká nebo je teplota pece relativně nízká, nemůže být proces slinování a dokonce přeměna na alfa fázi dokončená, když materiál vystupuje z pece. V takovémto případě mohou být některé nebo všechny částice do určitého stupně porézní a tyto relativně volně zpevněné větší částice se mohou rozdrtit lehkou rozemlecí operací před tím, než se slinují na měrnou hmotnost na míru nad 95 % míry teoretické v oddělené peci, nebo druhým průchodem rotační pece. Toto je občas výhodné, protože intenzivní výbušné rozmělňování může vést k výrobě značných objemů velmi jemných částeček, které mohou být pro • · · · · ♦ «· «« ··· · ♦ · ··

- 6 některé brusné aplikace méně užitečné. Méně prudké výbušné rozmělnění má efekt vytvoření dokonce očividně nerozbitých částic, které lze velmi snadno rozmělnit v následující operaci. Případně a někdy s výhodou může být vypalovaný materiál, který se nemá úplně výbušně rozmělnit a který má často určitý stupeň pórezity, alespoň zčásti impregnován odpařitelnou kapalinou, jako je voda, a ještě jednou proveden rotační pecí, aby se dokončil proces rozmělnění.

Nastavení podmínek vypalování pro výrobu produktu, který je porézní, jak je popsáno výše, také poskytuje příležitost impregnace tohoto porézního materiálu roztoky modifikujících činidel, jako je například vodný roztok rozpustné soli hořčíku, ytria, nějakého přechodného prvku, rubidia, cesia nebo kovu vzácných zemin. Při slinování těchto materiálů se bude obvykle vytvářet modifikující oxid ve velmi užitečné formě a současně se budou vytvářet další množství těkavého materiálu, který se může využít k tomu, aby vyvolal výbušné rozmělněni.

Je zjištěno, že pokud se gel před tím, než je sušen, protlačuje, je výhodné, je-li protlačovací hrdlo spíše menší než větší. Takto se gel protlačovaný hrdlem o průměru 1,6 mm rozmělní výbušně lépe než gel protlačovaný hrdlem o průměru 6 mm. Navíc jsou kruhové protlačované profily výhodnější než úhlové protlačované profily, jako jsou profily získané protlačováním hranatými hrdly.

Brusné zrno připravené výše uvedeným způsobem má často neočekávaně lepší brusný výkon než zrno získané obvyklejšími postupy. Vytváří se teorie, že to může nastat proto, že technika rozmělňování nevyvolává fyzikální namáhání materiálu takového typu, která by mohla dávat vzniknout mikroporuchám ve struktuře brusné drti. Bez ohledu na teorii je toto zlepšení výkonu překvapující a značné.

Vynález tedy také zahrnuje nová hlinitá brusná zrna. Je zjištěno, že zrna získaná výbušným rozmělněním mají jednotné rozloženi tvaru a velikosti, a toto může být také příčinou vynikajícího brusného výkonu, který je zmiňován výše. Ta jsou odlišná od lisovaných nebo protlačovaných zrn, která mají jako výsledek svého výrobního procesu jednotný tvar příčného řezu. Místo toho mají nepravidelný tvar a obzvláště v příčném řezu podél nejdelšího rozměru, který charakterizuje rozmělněné zrno.

Obecně se brusné drti vyráběné netvářecím procesem získávají rozmělňováním větších kusů materiálu. Existují dvě základní konvenční techniky provádění takového rozmělňování: rázové drcení a válcové drcení. Rázové drcení má sklon dávat hranatější tvar, kde mají jednotlivá zrna L/D nebo poměr stran (poměr nejdelšího rozměru (L) k největšímu rozměru kolmému k tomuto nejdelšímu rozměru (D)) těsně kolem 1. Drti produkované válcovým drcením mají sklon mít slabší tvary a prakticky to znamená průměrný poměr stran, který je větší než 1. Samozřejmě existuje u drtí získaných válcovým drcením určitý rozsah skutečných poměrů stran, avšak většinou jsou v podstatě menší než 2.

Velikost zrna se obvykle měří s rozdílnou velikostí otvorů za použití soustavy sít ok.

Pokud je zrno charakterizováno třemi vzájemně kolmými rozměry, je kontrolní rozměr pro stanovení velikosti zrna druhý největší rozměr, protože ten bude určovat velikost otvoru, jímž může nejmenšího orientované podle svého nejdelšího zrno projít, rozměru. Pokud když je jsou zrna podle vynálezu v průměru poněkud delší než běžné zrna, budou mít jasně větší průměrný objem na zrno a je skutečně zjištěno, že tomu tak je.

Brusná zrna oxidu hlinitého podle vynálezu jsou nesymetrická podle podélného rozměru a, jak jsou vyrobena a v rámci frakce o jakékoli zrnitosti, zahrnují více než 25 %, s výhodou alespoň 30 % a ještě výhodněji alespoň 50 % zrn s poměrem stran alepsoň 2:1.

Bylo zjištěno, že běžné válcově drcené brusné drti oxidu hlinitého mají v rámci frakce o jakékoli zrnitosti tak, jak byla vyrobena, ne více než 25 % zrn a obvykle asi od 19-25 % s poměrem stran 2:1 nebo více. Zdá se, že to je spíše funkce procesu než specifického oxidu hlinitého, z něhož se drti oxidu hlinitého skládají. Takto jsou zrna podle vynálezu identifikovatelně odlišné od zrn podle stavu techniky. Toto se nejjasněji ukazuje na značně zvýšeném brusném výkonu drtí podle vynálezu, jak je ilustrováno níže uvedenými příklady.

Přehled obrázků na výkresech

Obrázek 1 ukazuje nákres DTA očkovaného sol-gel oxidu hlinitého.

Obrázek 2 ukazuje zjednodušený nárysný pohled na zařízení upravené pro realizaci jednoho provedení procesu podle vynálezu.

Z výkresu představeného jako obrázek 1, což je nákres Diferenciální Tepelné Analýzy sledující naočkovaný sol-gel s růstem jeho teploty, bude vidět, že tam je asi při 400 °C endotermní jev. Toto znamená ztrátu těkavých složek včetně vody a kyseliny a produktů rozpadů solí. Je to tato ztráta těkavých látek, co způsobuje výbušné rozmělňování. Samozřejmě, čím rychleji tato ztráta nastane, tím výbušnější ten rozpad bude. Přibližně při 600 °C se objem těkavých látek, které se mají odstranit, značně zmenšil a přeměna na bezvodné fáze oxidu hlinitého, jako gama oxid hlinitý, je dokončená. Nicméně přeměna na alfa fázi začíná při vyšších teplotách. S naočkovanými sol-gel materiály toto nastává asi při 1150 °C nebo dokonce níže. Toto je vyznačeno vrcholem na obrázku 1. U nenaočkovaného sol-gel bude graf velmi podobný kromě toho, že se vrchol přeměny alfa vyskytne při poměrně vyšší teplotě, asi 1250 °C nebo podobně.

·· ··*· ·· ····

Pro praktické provedení vynálezu je pouze nezbytné ohřívat na teplotu, při které začínají být těkavé látky vyháněny. Vyšší teploty než minimum samozřejmě podporují velmi rychlý rozklad, který má nejvyšší výbušný účinek. Pokud je však ohřátí dostatečně rychlé, mohou být efektivně

použity	dokonce	mírné	teploty	na spodním	okraji	výše
uvedených	rozsahů.
Pokud	se použijí	teploty	na spodním	okraji	výše
zmíněných	rozsahů	(to je	tam, kde	ještě nebyl	vytvořen	alfa

oxid hlinitý), musí být výbušně rozmělněný materiál podroben další vypalovací operaci, aby se přeměna na alfa fázi dokončila a (pokud je to požadováno) materiál se slinoval na v podstatě teoretickou měrnou hmotnost (teoreticky vzato nad 95 %) . Zatímco toto vyžaduje další výdaje, dovoluje to použití materiálů z rotační pece, které jsou mnohem odolnější a mnohem méně nákladné než trubky karbidu křemíku, které jsou standardní pro pece, ve kterých se všechny operace provádějí současně.

Před tím, než se podrobí výbušnému rozmělňování, se solgel oxid hlinitý typicky suší při teplotách přibližně pod 200 °C a výhodněji při mnohem nižších teplotách, což je asi od 75 do přibližně 175 °C.

Jak bylo naznačeno výše, je nanejvýš žádoucí zajistit, aby byly velké částice suchého sol-gel materiálu ohřívány tak rychle, jak je to možné, aby se dosáhlo maximální rozpínání a výbušné rozmělnění. Zařízení vyobrazené ve zjednodušeném nárysu a částečném příčném řezu na obrázku 2 je velmi vhodné, aby splňovalo tyto požadavky. Nerozdrcené suché částice sol-gel oxidu hlinitého o průměru asi okolo 0,5 až asi 1 cm se přivádějí do násypky 1, ze které se podávají vibračním podavačem 2 do sekundárního podavače 3. Tento sekundární podavač vypouští částice do vzduchového ejektoru 4, který naopak urychluje částice za použití proudu stlačeného vzduchu, který vstupuje vstupním otvorem 5, který

- 10 unáší částice potrubím 6 a do rotační pece 7, které má horní a spodní konec, v bodě 8, který sousedí s horkou zónou uvnitř pece. Při praktickém použití částice explodují, když vstoupí do horké zóny, a rozmělněné částice opouštějí spodní konec 9 pece.

Při procesu výbušného rozmělňování se dělá ohřátí kousků suchého gelu s výhodou rychle, aby se dosáhlo maximálního výbušného účinku. Přestože se pro to, aby vyhověly tomuto požadavku, může přizpůsobit více pecních konstrukcí, které jsou jiné než ta, která je znázorněná na obrázku 2, je nejvhodnější pec pro provádění tohoto procesu rotační pec,

která má	trubku skloněnou pod úhlem k horizontále a
otáčející	se kolem své osy, přičemž zmíněná trubka je
vyhřívaná	teplem přiváděnýnm zvenku. Otáčení trubky
zajišťuje	to, že kusy nebo částice uvnitř trubky jsou v

konstantním pohybu, takže ani jedna část nějakého kusu nebo částice není ohřívána stykem s trubkou na úkor jiné části.

Rychlost otáčení a úhel sklonu trubky určují dobu pobytu uvnitř pece. Tyto parametry jsou s výhodou uzpůsobeny tak, aby zajistily, že odpaření odpařítelných materiálů zevnitř kousků nastane spíše rychle než postupně. Toto umožňuje, aby částice vytvořené po výbušném rozdrcení kousků využily maximální čas vypalování a zhutňování.

Mohou se použít i další konstrukce pecí, jak se požaduje, včetně komorových pecí popřípadě s fluidními loži a pecí s mikrovlnným nebo indukčním ohřevem.

Rotační pec pro použití s vypalovacími teplotami řádově takovými, které jsou potřeba pro slinování oxidu hlinitého má obvykle trubku z karbidu křemíku. To je kvůli její schopnosti vydržet fyzikální požadavky tohoto procesu včetně teplotních změn po délce trubky a rozdílná zatížení v různých bodech podle délky trubky. Karbid křemíku je také schopný odolávat jakýmkoli kyselým plynům, které by se mohly vytvářet, například jako zbytky dusičnanů, které jsou ·« ··♦· • ·9 « · · » · ♦· • · · * «8 · *

- 11 vylučovány. Pokud se však hodlá uskutečňovat výbušné rozmělňování a přeměna na formu alfa při teplotách pod těmi teplotami, při kterých nasyává úplné slinování, je možné použít kovové slitiny schopné odolávat teplotám asi kolem 1200 °C, jako je Inconel.

Při použití rotační pece vyžaduje proces podle vynálezu dobu pobytu v horké zóně asi od 1 sekundy přibližně do 30 minut a s výhodou asi od 2 sekund přibližně do 20 minut. Aby se takovéto doby pobytu dosáhly, je úhel sklonu trubky s výhodou asi od 1° přibližně do 60° a ještě výhodněji asi od 3° přibližně do 20° a rychlost otáčení je s výhodou kolem 0,5 až asi 20 otáček za minutu a ještě výhodněji asi od 1 přibližně do 15 otáček za minutu.

Když se vypaluje naočkovaný sol-gel oxid hlinitý, je obvykle vypalovací teplota v horké zóně rotační pece asi od 400 °C přibližně do 1500 °C a ještě výhodněji asi od 600 °C přibližně do 1400 °C. Pro neočkovaný sol-gel oxid hlinitý se horká zóna s výhodou udržuje na teplotě asi od 400 °C přibližně do 1650 °C a výhodněji přibližně od 600 °C asi do 1550 °C.

Částice získané procesem výbušného rozmělňování podle vynálezu mají sklon mít výrazné poměry stran, to jest, mají jeden rozměr, který je podstatně delší než kterýkoli další. Takové částice jsou zejména užitečné pro aplikace povlékaného brusivá.

Proces podle vynálezu je aplikovatelný na všechny typy výroby sol-gel částic, zejména tam, kde jsou tyto částice určené pro brusné aplikace. Sol-gel může být naočkovaný nebo neočkovaný. Jediný rozdíl v použitých podmínkách je ten, že pokud je sol-gel neočkovaný, vyžaduje se obecně vyšší slinovací teplota. To se může také aplikovat na slinuté oxidy hlinité, kde jsou jemněji dělené částice alfa oxidu hlinitého vytvarované do bloků částečným spékáním před tím, než se napustí nějakou kapalinou a poté výbušně rozmělní,

•9 9999 »9 99·· • · ·ί

9 •

9·· aby se vyrobily brusné částice.

Protože proces podle vynálezu dovoluje vyřazení stupně fyzického rozmělňování typického pro známý stav techniky, může se vysušený gel přivádět do pece přímo ze sušárny. Toto šetří značně čas a náklady na energii.

Popis výhodných provedeni

Proces podle tohoto vynálezu bude nyní popsán s částečným odkazem na vypalování naočkovaného sol-gel oxidu hlinitého v rotační peci. Tyto příklady jsou pouze pro ilustraci a nejsou určené k tomu, aby znamenaly jakákoli podstatná omezení na rozsahu podstaty vynálezu.

Příklad 1

Rossův mísič byl naplněn 74.657 gm deionizované vody a řídkou kaší očkovadel alfa oxidu hlinitého, která měla BET specifický povrch asi 120 m²/gm vytvořený přidáním 6.000 gm 6 % řídké kaše očkovadel v deionizované vodě k 10.000 gm deionizované vody. Přidán byl také Boehmit (Disperal pod tímto obchodním označením prodávaný firmou Condea GmbH) v množství 36,00 kg a tato směs byla zbavena vzduchu a promíchávána po dobu 5 minut. Pak se přidal roztok 1.671 gm 70 % kyseliny dusičné v 5.014 gm deionizované vody, zatímco míchaná směs byla uchovávána ve vakuu a míchána po dalších 5 až 10 minut. Vakuum se pak odstranilo a směs byla gelovatěna průchodem směsi řadovým mísičem-homogenizátorem, přičemž se do směsi vstřikuje roztok 1.671 gm 70 % kyseliny dusičné v 5.014 gm deionizované vody.

Gel se sušil a rozdrtil na kousky asi od velikosti 0,25 cm do 1 cm a tyto kousky byly zavedeny do pece. Usušené kousky sol-gelu byly přiváděny přímo do rotační pece zahrnující trubku z karbidu křemíku o délce 213 cm a průměru 15 cm s 50 cm horkou zónou udržovanou na teplotě 1405 °C. Trubka byla skloněna pod 6° k horizontále a otáčela se asi náhradní strana

- 13 18 otáčkami za minutu.

Tyto kousky byly výbušně rozmělněny na rozsah velikostí částic, z nichž byla vytříděná zrna 50T (> 300 a < 355 μ) oddělena pro fyzikální testování. Čas, aby vypalovaný materiál prošel rotační pecí, byl asi 1 až 2 minuty. Vypalovaná zrna měla hustotu větší než 3,8 gm/cc a zahrnovala mikrokrystality oxidu hlinitého o průměru kolem 0,2 mikronu.

Kvůli porovnání bylo totéž složení sol-gel vysušeno tímtéž způsobem, válcově rozdrceno, aby se vytvořily částice o velikosti odpovídající -24 mesh (< 710 μ), které pak byly kalcinovány asi při 800 °C před tím, než byly vypalovány běžným způsobem v běžné rotační peci. Tyto drti obsahovaly stejné krystality oxidu hlinitého menší než mikron jako drti rozmělněné výbušně podle vynálezu.

Tyto dva vzorky pak byly použity do brusných pásů využívajících přesně tatáž množství drti, výplně, tvořícího materiálu a formátovacích povlaků. Každý pás měl 590 gm drti na čtvereční metr povrchové plochy a byl 6,4 cm široký a 152,4 cm dlouhý. Tyto pásy běžely rychlostí 9.000 povrchových metrů za minutu a byly použity pro broušení tyče z nerezavějící oceli 304 po 4 minuty pod vodním chladivém a při aplikované síle 6,8 kg.

Pás vyrobený za použití běžných drtí odbrousil během této doby 74 g, zatímco pás zhotovený s výbušně rozmělněnými zrny odbrousil 94 g, nebo vykazoval 27 % zlepšení oproti běžnému pásu.

Přiklad 2

Usušené kousky naočkovaného sol-gel oxidu hlinitého o teplotě místnosti a o velikosti kolem +24T (> 710 μ) byly přiváděny v množství asi 2,25 až asi 4,5 kg/hod. do horké zóny rotační pece udržované na 1000 °C za využití zařízeni, jaké je v podstatě popsané na obrázku 2. Pec byla tatáž, náhradní strana

- 14 jako byla pec použitá v příkladu 1, kromě toho, že se trubka otáčela asi 10 otáčkami za minutu a byla skloněná k horizontále asi pod 7°. Částice gelu byly výbušně rozmělněny v peci a rozmezí velikosti drti bylo takové, jak je popsáno níže v Tabulce 1.

Tabulka 1

Rozpětí velikosti Množství výskytu +30 (>600μ) 41 %

-30+40 (<600μ >425μ) 31 %

-40+50 (<425μ >300μ) 11 %

-50+60 (<300μ >250μ) 3 %

-60 (<250μ) 4 %

Výše uvedený výbušně rozmělněný materiál byl v samostatné operaci dále slinován na měrnou hmotnost větší než 3,8 gm/cc a rozsah velikostí slinovaného materiálu byl takový, jak je ukázáno níže v Tabulce 2.

V případě obou sad drtí byl oxid hlinitý ve formě krystalitů pod jeden mikron.

Rozpětí velikosti +30 (>600μ)

-30+40 (<600μ >425μ)

-40+50 (<425μ >300μ)

-50+60 (<300μ >250μ)

-60 (<250μ)

Tabulka 2

Množství výskytu %

% %

Příklad 3

Tento příklad ilustruje nové brusné drti podle vynálezu a jejich přípravu.

Surový naočkovaný gel oxidu hlinitého byl připraven následovně:

náhradní strana

- 15 Do Jaygova mísiče velmi tuhých látek vybaveného dvěma sigma břity a výtlačným šnekem bylo umístěno 148 kg boehmitu dostupného od Condea pod registrovanou ochrannou známkou Disperal a 40 kg deionizované vody. Tato směs se promíchávala asi 5 minut šnekem, který běžel v opačném směru. Pak byla přidána řídká vodná kaše alfa oxidu hlinitého (29 kg 4 % disperze sušiny alfa oxidu hlinitého s BET specifickým povrchem větším než 110 m²/gm) a s míšením se pokračovalo po dobu dalších 8 minut. Pak byla přidána dávka 30 kg 22 % kyseliny dusičné a v míšení se pokračovalo po dobu dalších 20 minut. Nakonec běžel výtlačný šnek v dopředném směru, aby výsledný gel vytlačoval výtlačnou hubicí o 6,3 mm. Vytlačený gel se pak sušil na obsah vody kolem 30-35 % hmotnosti. Usušený vytlačený gel byl pak rozdělen na dvě části.

První část byla rozdrcena ve válcovém drtiči, kalcinována při 600-800 °C a pak slinována v rotační peci na více než 97 % teoretické měrné hmotnosti. Slinované drti pak byly tříděny, aby se oddělila velikost 50T (>300 a <355μ) a pro tyto drti byl vyčíslen poměr stran a jejich brusný výkon. Toto reprezentovalo běžné, válcově drcené, doslaba tvarované brusné drti sol-gel oxidu hlinitého.

Druhá část byla zpracována v souladu s technologií popsanou v příkladu 2 na měrnou hmotnost větší než 97 % teoretické, kromě toho, že materiál, který měl být rozmělněn výbušně, byl nejprve prosát na +10 mesh (>2mm) , aby se odstranil jemný materiál. Podobná velikost 50T (>300 a <355μ) byla vytříděna z produktu rozmělněného výbušně. Tato frakce byla také podrobena rozboru poměru stran a vypočtení brusného výkonu.

Analýza poměru stran

Drti, které se mají analyzovat, byly prosévány na -45+50 (<355 a >300μ) na velikost 50T nebo -30+35 (<600 a >500μ) na velikost 36T.

náhradní strana

- 15a Použité vybavení zahrnovalo černobílou kameru s vysokým rozlišením DageMTIO PA-81 vybavenou makročočkamí Nikon Micro Nikkor 55 mm a namontovanou na fotografickém stojanu Bencher M2, aby se zachytily obrazy drti. Drti byly rozptýleny na

««	♦··· 4 4	>4 ····
•		9	4 4	4 9	9 9 9
<	•		•	4	9 · 9
• ·	• ·	4	•	• · 4 · 4
•		4 ·	•	4	4 ·
4 ·	4 4	44 4		4 4 4

černém papíru snímek s více

Osvětleni vyvarovalo se (pro bílá zrna) a byl zrny v zorném poli.

bylo zajišťováno pouze stínů nebo přesvětlení.

Kamera byla použití horního otvoru na spodní fotografickém

Apertura čoček kalibrován pořízen stropní fotografický zářivkou a namontována na fotografickém vývrtu v montážním držáku a straně kamery, stojanu byla umístěním s vertikálním stojanu za středového běžcem na zajištěném nastavena metrického fotografického stojanu, požadované délky přímky, z mm je 10.000 mikronů.

Černý papír, který měl k různým zorným polím, aby

Snímky byly zachycovány a software asi v poloze 44 na F-2.8.

Systém cm.

pravítka zaostřením kamery čehož se prakticky byl na základnu a nastavením ukázalo, že 10 na se zvyšování operace, během pátrání. byl sestříhán, vzájemně snímek.

stanoven sobě brusná analyzovala analyzovány 1280/Simple prováděla zrna, se pohyboval různá zrna.

Compix C Imaging kvality snímku se aby se dále napomohlo synchronizaci

Pak se vytvořil binární snímek a aby se zajistilo, že se dvě nedotýkají,

Minimální za použití systému

51.

jedna

Při způsobu zaostřovací okrajů zrna tento snímek brusná zrna na 200 jakákoli

Stanovení porucha tohoto vyloučila Na nebo aby se vyřadil běžně rozsah velikosti pro snímané čtverečních mikronů, aby se pozadí na snímku spojená s minima nebylo přijato proto, až potud testovaná zrna.

zahrnuté zkreslený zrno byl vyřadila papírem.

aby se jakákoli, ploše zahrnuté za použití shromažďovala měření maximální délku software Simple a maximální šířku každé zrno v zorném alespoň na 200-250 dodánn k software poli. Praxe byla, zrnech na vzorek.

stanovení průměrů, doprovodných součtových dat.

pro změřit tyto parametry Sebraný údaj byl pak

Microsoft's Excel^R (vybavení 5.0) pro směrodatné odchylky, poměrů stran a

··	···«	4 4 44 4444
•	•	•	44	4 4	4 4 4
•	4	4	•	•	4 4 4
•	•	• ·	•	•	• 44 4 4
•	•	• ·	4	4	4 4
• 4			4 4 4	4 44	·· 4

Vyčíslení brusného výkonu

Brusná zrna byla elektrostaticky uložena v hmotnosti standardního potahu na tkaninovou podložku, která měla fenolický lepivý potah. Lepiodlo pak bylo vytvrzeno. Pak byl na brusná zrna aplikován aprtetační potah fenolické pryskyřice a tento apretační potah byl vytvrzen. Potažený brusný materiál byl přeměněn na nekonečný pás o délce 152,4 cm a šířce 6,35 cm. Tento pás byl zkoušen postupem konstntní síly zatížení při stejnoměrné rychlosti 914,4 povrchových metrů/minutu a použití vodného chladivá při broušení tyče z nerezavějící oceli 304 při síle 6,8 kg. Celkový výbrus oceli v časovém rozmezí 20 minut byl určen jako konec zkoušky.

Všechna vyrobená zrna měla mikrokrystalickou strukturu sestávající z krystalitů alfa oxidu hlinitého o průměru asi od 0,2 do přibližně 0,4 mikronů, jak bylo naměřeno způsobem zachycení průměru.

Výsledky vyčíslení
VZOREK	ZRNA/100	RELATIVNÍ %	BRUSNÝ VÝKON
	S L/D >/= 2,0		GMS VÝBRUS/20 min
PŘ. 3	54	207	284
POR. 3	25	100	199

Z výše uvedeného je jasné, že výbušně rozmělněná zrna byla absolutně lepší co do brusného výkonu a byla naprosto odlišná od naslabo tvarovaného zrna porovnávacího vzorku v tom, že mají mnohem větší poměr zrn s poměrem L/D větším než nebo rovným 2,0.

Příklad 4

Tento příklad probíhá paralelně s Příkladem 3 kromě toho, že byl použit mírně odlišný proces sol-gel. Ve všech dalších ohledech byly příklady shodné.

·· ···· ·· ·♦·« • · · ·· ·· · · · ··· ·· ··· • · to ···♦·♦ ···· ·· · · ·· toto ··· ··· ·· *

- 18 Proces použitý jak pro výrobu porovnávacích zrn, tak i zrn podle vynálezu, byl následující:

Mísící nádrž byla naplněna 908 kg vody; 118 kg zředěné řídké kaše zárodečných krystalů alfa oxidu hlinitého obsahující 4 % hmotnosti zárodečných krystalů alfa oxidu hlinitého se specifickým povrchem větším než 120 m²/gm (vyrobených rozemletím 8 % vodné disperze submikroskopického alfa oxidu hlinitého v Swecově mlýnu za použití Diamonitových medií oxidu hlinitého o nízké čistotě), a 41 kg 21 % kyseliny dusičné. Tato směs byla míchána za použití čepele vysokorychlostního dispergátoru a pro odstranění vzduchových bublin byla míchána ve vakuu. Bylo zjištěno, že pH je nad 4. Tato disperze pak byla homogenizována jejím čerpáním řadovým homogenizérem společně s 21 % kyselinou dusičnou vnášenou v množství 0,6 litrů/minutu. Výsledný gel byl sušen na obsah vody přibližně 30-35 %.

Vysušený gel pak byl rozdělen na dvě části a dále zpracováván a vyhodnocován, jak bylo popsáno v Příkladu 3. Výsledky byly následující:

VZOREK	ZRNA/100 RELATIVNÍ	%	BRUSNÝ VÝKON
	S L/D	>/= 2,0		GMS VÝBRUS/20 MIN.
PŘ. 4	36	171		281
POR. 4	21	100		212
Tato data	také	demonstrují to, že	i	při procesu s nízkým

obsahem suspendované tuhé látky je značný rozdíl mezi zrny vyrobenými běžným postupem a zrny vyrobenými postupem podle vynálezu.

Příklad 5

Tento příklad je tentýž proces, jako je popsaný v příkladu 3 kromě velikosti zrn, která jsou vyhodnocována. Namísto zrn 50T byla oddělena a vyhodnocována frakce ·· 4444

444·

4 4

velikosti 36T. Výsledky jsou následující:
VZOREK ZRNA/100	RELATIVNÍ %	BRUSNÝ VÝKON
S L/D >/=	2,0	GMS VÝBRUS/20 MIN
PŘ. 5 27	142	259
POR. 5 19	100	149

Ikdyž je takto relativní počet delších zrn pouze 142 % z počtu získaného válcovým drcením u běžného způsobu, je pozitivní efekt na brusném výkonu naprosto udivující.

Příklad 6

Tento příklad ukazuje změnu v rozměrech a tíze sedmi materiálů prosátých na tutéž standardní velikost 45/50. Existovaly různé vzorky materiálu naočkovaného sol-gel oxidu hlinitého, z nichž každý byl výbušně rozmělněn způsobem nárokovaným ve vynálezu. Další zahrnovaly tři, které byly vyrobené procesem válcového rozdrcení z očkovaných materiálů sol-gel oxidu hlinitého, které byly podobné těm, z nichž byla vyrobena zrna rozmělněná podle vynálezu. Závěrečný vzorek bylo komerční brusné zrno z oxidu hlinitého volně dostupné u 3M Corporation pod obchodním názvem 321 Cubitron. Pod tímto zrnem se má rozumět zrno, které se má vyrobit postupem neočkovaného sol-gel oxidu hlinitého, při kterém se oxid hlinitý modifikuje menšími množstvími oxidu yttritého a oxidy kovů vzácných zemin. Zrna jsou považována za zrna vyrobená operací mechanického rozdrcení. Mají krystalovou strukturu, která zahrnuje krystaly oxidu hlinitého o průměru asi od 1 do 7 mikronů zjištěném postupem zachycení střední honoty.

Výsledku jsou uvedené v následující Tabulce 3:

·· ···· ·· ····

- 20 TABULKA 3

	PR.DÉLKA	PR.ŠÍŘKA	PR.VÝŠKA	PR.OBJEM
VZOREK	MIKRONY	MIKRONY	MIKRONY	KUB.MIKR.
VYN-1	754	400	179	3,95
VYN-2	872	399	269	3,90
VYN-3	673	424	254	3,19
VÁL-1	597	450	299	2,22
VÁL-2	615	414	282	2,92
VÁL-3	601	450	226	2,87
321	649	396	231	2,27

Techniky měření byly ty, které byly popsané v příkladu 3 nahoře, kromě toho, že měření výšky se provádělo za použití techniky interferometrie bílého světla. Údaje ukazují, že ačkoliv se rozměr určující velikost zrna (šířka) lišil v celém rozsahu vzorků pouze kolem 54 mikronů kvůli společné velikosti zrna u všech vzorků (45/50) a jak průměrné výšky tak i šířky pokrývaly překrývající se rozsahy, zaujímala průměrná délka a v důsledku toho i průměrná hmotnost jasně odlišné rozsahy u zrn rozmělňovaných podle vynálezu, která jsou delší a těžší než zrna rozmělňovaná válci podle stavu techniky.

Claims

1. Způsob výbušného rozmělňováni směsi zahrnující usušený ale nevypálený sol-gel oxidu hlinitého, přičemž uvedená směs má odpařitelný obsah alespoň 5 % hmotnosti, vyznačující se tím, že zahrnuje přivádění částic směsi přímo do pece udržované na teplotě od přibližně 400 °C do 1600 °C a řízení doby pobytu v peci, aby se vyrobily výbušně rozmělněné částice oxidu hlinitého.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pec je trubková rotační pec.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že doba pobytu v zóně maximální teploty v peci (horká zóna) je přibližně od 1 sekundy až asi do 30 minut.

4. Způsob podle nároku 2, v y z n a č u j ící s e tím, že trubka je skloněná pod úhlém od 1 do 60° k horizontále. 5. Způsob podle nároku 4, v y z n a č u j ící s e tím, že se trubka otáčí asi od 0,5 přibližně do 40 otáček za minutu. 6. Způsob podle nároku 1, v y z n a č u j ící s e

tím, že směs, která se přivádí do pece a obsahuje vysušený sol-gel oxid hlinitý, zahrnuje asi od 5 přibližně do 60 % hmotnosti odpařítelného materiálu.

7. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se směs obsahující vysušený sol-gel oxid hlinitý přivádí přímo do blízkosti horké zóny pece.

náhradní strana

8. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že teplota a doba pobytu v peci jsou dostatečné pro vytvoření alfa fáze a slinování na měrnou hmotnost alespoň 95 % hmotnosti teoretické.

9. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se pec udržuje pod teplotou požadovanou pro spékání oxidu hlinitého a výbušně rozmělněný materiál se následně spéká v podstatě na teoretickou měrnou hmotnost.

10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že se výbušně rozmělněný materiál podrobuje drtícímu pochodu, aby se velikost částice dále upravila před tím, než se spéká.

11. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že se výbušně rozmělněný materiál upravuje před tím, než se podrobí slinovací operaci, roztokem rozpustné soli kovu zvoleného ze skupiny sestávající z kovů vzácných zemin, přechodových kovů, rubidia, cesia a yttria.

12. Způsob výbušného rozmělňování směsi zahrnující usušený avšak nevypálený naočkovaný sol-gel oxidu hlinitého, přičemž uvedená směs zahrnuje asi od 20 přibližně do 40 % hmotnosti odpařítelného materiálu, což sestává z přivádění směsi do trubkové rotační pece, která má horkou zónu udržovanou na teplotě přibližně od 600 °C asi do 1500 °C, v yznačující se tím, že trubka je skloněná k horizontále pod úhlem přibližně od 2° asi do 20° a otáčí se přibližně od 2 asi do 20 otáček za minutu.

13. Způsob podle nároku 12,vyznačující se tím, že teplota a doba pobytu v peci jsou dostatečné pro vytvoření fáze alfa a spékání na měrnou hmotnost alespoň náhradní strana

- 23 95 % hmotnosti teoretické.

14. Způsob podle nároku 12,vyznačující se tím, že se pec udržuje pod teplotou požadovanou pro slinování oxidu hlinitého a výbušně rozmělněný materiál se následně slinuje v podstatě na teoretickou měrnou hmotnost.

15. Způsob podle nároku 14,vyznačující se tím, že se výbušně rozmělněný materiál podrobuje procesu mletí, aby se velikost částice dále upravila před tím, než se slinují.

16. Způsob podle nároku 14,vyznačující se tím, že se výbušně rozmělněný materiál upravuje roztokem rozpustné soli kovu zvoleného ze skupiny sestávající z kovů vzácných zemin, přechodových kovů, rubidia, cesia a yttria před tím, než se podrobí operaci slinování.

17. Způsob výbušného rozmělňování usušeného avšak nevypáleného neočkovaného sol-gel oxidu hlinitého zahrnujícího asi od 20 do přibližně 40 % odpařítelného materiálu, který sestává z přivádění usušeného sol-gel do trubkové rotační pece, která má horkou zónu udržovanou na teplotě asi od 600 °C přibližně do 1650 °C, vyznačující se tím, že trubka je skloněná k horizontále pod úhlem asi od 3° přibližně do 20° a otáčí se asi od 1 do přibližně 20 otáček za minutu.

18. Způsob podle nároku 17,vyznačujíc i se tím, že teplota a doba pobytu v pecí jsou dostatečné pro vytvoření fáze alfa a slinování na měrnou hmotnost alespoň 95 % hmotnosti teoretické.

19. Způsob podle nároku 17, vyznačuj ící náhradní strana tím, že se pec udržuje pod teplotou požadovanou pro slinování oxidu hlinitého a výbušně rozmělněný materiál se následně slinuje na v podstatě teoretickou měrnou hmotnost.

20. Způsob podle nároku 19, vyznačující se tím, že se výbušně rozmělněný materiál podrobuje procesu mletí, aby se velikost částice dále upravila před tím, než se slinuje.

21. Způsob podle nároku 19,vyznačující se tím, že se výbušně rozmělněný materiál upravuje roztokem rozpustné soli kovu vybraného ze skupiny sestávající z kovů vzácných zemin, přechodových kovů, rubidia, cesia a yttria před tím, než se podrobí operaci slinování.

22. Brusné drti oxidu hlinitého, vyznačuj ící se t i m, že mají zrna nesymetrická kolem svého podélného rozměru a, tak jak jsou vyrobená a v rámci frakce o jakékoli velikosti zrna, zahrnují více než 25 % zrn s poměrem stran alespoň 2:1 a která mají měrnou hmotnost, která je alespoň 95 % měrné hmotnosti teoretické.

23. Brusné drti oxidu hlinitého podle nároku 22, vyznačující se tím, že procentuální obsah zrn s poměrem stran větším než 2:1 je větší než 30 %.

24. Brusné drti oxidu hlinitého podle nároku 22, v y z n ačující se tím, že jsou složené z krystalů slinutého oxidu hlinitého o velikostech od 0,01 do 10 mikronů.

25. Brusné drti oxidu hlinitého podle nároku 24, v y z n ačující se tím, že krystality oxidu hlinitého jsou submikroskopické velikosti.

náhradní strana ·· ···· ·· 4···

26. Brusné drti oxidu hlinitého podle nároku 22, vyznačující se tím, že jsou složené ze slinutého oxidu hlinitého modifikovaného začleněním až 10 % jednoho nebo více oxidů vybraných ze skupiny sestávající z oxidů magnézia, zirkonia, kovů vzácných zemin, přechodových kovů, rubidia, cesia a yttria.

27. Pojené brusivo, v y z nač u j í c i se t i m, že zahrnuje brusné drti podle nároku 22 • 28. Pojené brusivo, v y z nač u j í c í se t í m, že zahrnuje brusné drti podle nároku 25 • 29. Pojené brusivo, v y z nač u 3 z 1 c i se t í m, že zahrnuje brusné drti podle nároku 26 • 30. Povlékané brusivo, v y z n a č u jící s e

tím, že zahrnuje brusné drti podle nároku 22.

31. Povlékané brusivo, vyznačující se tím, že zahrnuje brusné drti podle nároku 25.

32. Povlékané brusivo, vyznačující se tím, že zahrnuje brusné drti podle nároku 26.