DK175226B1 - Fine grained ceramic body or abrasive grit - Google Patents

Fine grained ceramic body or abrasive grit Download PDF

Info

Publication number
DK175226B1
DK175226B1 DK199600206A DK20696A DK175226B1 DK 175226 B1 DK175226 B1 DK 175226B1 DK 199600206 A DK199600206 A DK 199600206A DK 20696 A DK20696 A DK 20696A DK 175226 B1 DK175226 B1 DK 175226B1
Authority
DK
Denmark
Prior art keywords
alumina
gel
abrasive
ceramic material
particles
Prior art date
Application number
DK199600206A
Other languages
Danish (da)
Other versions
DK20696A (en
Inventor
Ralph Bauer
Ronald H Van De Merwe
Thomas E Cottringer
Original Assignee
Norton Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US06/662,869 external-priority patent/US4623364A/en
Priority claimed from DK017285A external-priority patent/DK165551C/en
Application filed by Norton Co filed Critical Norton Co
Publication of DK20696A publication Critical patent/DK20696A/en
Application granted granted Critical
Publication of DK175226B1 publication Critical patent/DK175226B1/en

Links

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Abstract

Body sintered below 1400 deg.C or abrasive grit, each with hardness over 16 GPa and 90% density, comprises mainly submicron equiaxed alpha-Al2O3 grains. Body is pref. matrix of Al2O3 contg. grains of different compsn., or of spinel contg. Al2O3 grains. Prepn. is from dispersion of submicron (mono)hydrated Al2O3 particles and effective amt. of submicron alpha-Al2O3 particles which is dried and fired below 1500 deg.C; hydrate converts to alpha-Al2O3 below 1100 deg.C. Grit comprises Al2O3 matrix with density 95% theoretical contg. secondary particles or spinel matrix contg. Al2O3 phase; hardness is at least 18 GPa. Polycrystalline body is obtd. by sintering mixt. of fine non-alpha and alpha-Al2O3 particles above 1090 deg.C.

Description

DK 175226 B1DK 175226 B1

Den foreliggende opfindelse angår et keramisk materiale i form af mindst et slibende korn, en fremgangsmåde til fremstilling af det keramiske materiale indeholdende polykrystallinsk a-aluminiumoxid med høj vægtfylde ved sintring af en tørret aluminiumoxidgel samt et sliberedskab, der omfatter det sli-5 bende korn af det keramiske materiale.The present invention relates to a ceramic material in the form of at least one abrasive grain, a process for preparing the ceramic material containing high density polycrystalline α-alumina by sintering a dried alumina gel and a grinding tool comprising the abrasive grain of the ceramic material.

Hårde og stærke slibende kom til brug i slibeskiver, bøjelige, belagte, slibende produkter ("sandpapir") eller som løst slibemiddel fremstilles industrielt af aluminiumoxidholdige råmaterialer, enten ved smeltning i en elektrisk ovn, eller ved brænding af formgivne legemer indeholdende findelt aluminiumoxid 10 ved temperaturer noget under materialets smeltepunkter. En sådan proces ved lavere temperatur kaldes sintring. Den foreliggende opfindelse angår aluminiumholdige slibemidler fremstillet ved sintringsprocessen.Hard and strong abrasives were used in abrasive disks, flexible, coated abrasive products ("sandpaper") or as a loose abrasive manufactured industrially from alumina-containing raw materials, either by melting in an electric furnace or by burning shaped bodies containing comminuted alumina 10 by temperatures somewhat below the melting points of the material. Such a process at lower temperature is called sintering. The present invention relates to aluminum-containing abrasives made by the sintering process.

De første sintrede slibemidler fremstillet i storindustriel målestok blev fremstillet ved fremgangsmåden, der er beskrevet i amerikansk patent nr. 3 079 243.The first sintered abrasives made on a large industrial scale were prepared by the method described in U.S. Patent No. 3,079,243.

15 Dette patent beskriver formaling af calcineret bauxit til fremstilling af et råmateriale med fin partikelstørrelse, som derpå formes til partikler af slibende kornstørrelse og brændes ved ca. 1500 °C til dannelse af hårde, stærke, seje småkugler af polykrystallinsk aluminiumoxid.This patent describes milling of calcined bauxite to produce a fine particle-size feedstock which is then formed into abrasive grain size particles and burned at approx. 1500 ° C to form hard, strong, cool beads of polycrystalline alumina.

I den seneste tid er der i handelen indført slibende materialer bestående af 20 korn, der udgøres af aluminiumoxid- og magniumoxid-spinel, formodentlig fremstillet efter beskrivelsen i amerikansk.patent nr. 4 314 827 og fremstillet ifølge beskrivelsen til offentliggjort britisk patentansøgning nr. 2 099 012A, offentliggjort den 1. december 1982. Disse materialer fremstilles ved sintring (ved ca. 1400 °C) aftørrede aluminiumoxidgelpartikler. Amerikansk patent nr.Recently, abrasive materials consisting of 20 grains made of alumina and magnesium spinel have been commercially introduced, presumably manufactured in accordance with the disclosure of U.S. Patent No. 4,314,827 and prepared as disclosed in British Patent Application Laid-Open No. 2 099 012A, published December 1, 1982. These materials are prepared by sintering (at about 1400 ° C) dried alumina gel particles. U.S. Pat.

25 3 108 888 beskriver og fremstilling af aluminiumoxidprodukter (eller alumini umoxidholdige produkter) med høj vægtfylde ved brænding af en tørret aluminiumoxidgel fremstillet af α-aluminiumoxid-monohydrat (boehmit) eller ved varm presning af tørrede pulvere fremstillet af sådanne geler.25 3 108 888 discloses and manufacture high-density alumina (or alumina-containing products) by burning a dried alumina gel made from α-alumina monohydrate (boehmite) or by hot pressing dried powders made from such gels.

Industrielle slibemidler af aluminium/magniumoxid-spinel fremstillet af geler 30 indeholder aluminiumoxid i form af celler med fra 5 til 15 mikron i diameter.Industrial abrasives of aluminum / magnesium spinel made of gels 30 contain alumina in the form of cells of 5 to 15 microns in diameter.

I DK 175226 B1 II DK 175226 B1 I

I 2 II 2 I

I Cellerne udgøres af mange lange aluminiumoxid-arme, der har en diameter IThe cells consist of many long alumina arms having a diameter I

I på 0,2-0,4 mikrometer (men nogle af dem kan også være så store som 1 mi- IIn 0.2-0.4 microns (but some may also be as large as 1 micron)

I krometer i form af meget groft kugleformede klumper), og armene i hver celle IIn chromium in the form of very coarse spherical lumps), and the arms of each cell I

I synes generelt at udstråle fra centrum i cellen. Alle armene i en given celle er IYou generally seem to radiate from the center of the cell. All the arms in a given cell are you

I 5 tilsyneladende krystallografisk identisk orienteret. En sådan orientering vises IIn 5 apparently crystallographically identical oriented. Such an orientation appears

I af den omstændighed, at hele en given celles areal udslukkes samtidig ved II by the fact that the entire area of a given cell is extinguished simultaneously by I

I rotation af en prøve, når den betragtes mellem krydsede polarisatorer i en IIn rotation of a sample when considered between crossed polarizers in an I

I mikroskop med gennemfaldende lys. IIn a microscope with transmitted light. IN

I De industrielle slibemidler fremstillet af sintrede geler indeholdende alumini- II The industrial abrasives made from sintered gels containing aluminum I

I 10 umoxid og magniumoxid er slibemidler af høj kvalitet, men det har ikke været IIn 10 umoxide and magnesium oxide are high quality abrasives, but it has not been

I muligt at fremstille aluminiumoxidkorn af høj renhed ved gelmetoden. Dette IIt is possible to make high purity alumina grains by the gel method. This I

I vises af den relative blødhed og mangel på slibeevne hos kontrollen i ek- IYou are shown by the relative softness and lack of abrasiveness of the control in Eq

I sempel 13 i amerikansk patent nr. 4 314 827, som blev fremstillet af en alu- IIn Example 13 of U.S. Patent No. 4,314,827, which was manufactured from an alu-I

I miniumoxidgel uden tilsætning af metaloxid eller metalsalt. IIn mini oxide gel without the addition of metal oxide or metal salt. IN

I 15 I US patent nr. 3 909 991 beskrives en fremgangsmåde til fremstilling af sli- IU.S. Patent No. 3,909,991 discloses a process for making slides

I bende korn med høj vægtfylde ved en varmpresningsmetode. Denne frem- IIn bending grains of high density by a hot pressing method. This forward

I gangsmåde indebærer, at udgangsmaterialet, som kan være udvalgt blandt IIn the process, the starting material which may be selected from I

I bauxit, α-aluminiumoxid og zirconiumoxid, formales til et pulver med en gen- IIn bauxite, α-alumina and zirconia, are ground into a powder with a gene

I nemsnitlig partikelstørrelse på under 1 pm. Dette pulver præformes derefter IIn average particle size of less than 1 µm. This powder is then preformed

I 20 til slibende korn, som blandes med pulverformigt graphit i en sådan mængde, IFor abrasive grains which are mixed with powdered graphite in such an amount,

I at hvert korn er fuldstændigt omgivet af graphit. Blandingen af korn og IIn that each grain is completely surrounded by graphite. The mixture of cereals and I.

I graphitpulver udsættes derefter for et tryk på mindst 2000 psi (ca. 138 bar) IGraphite powder is then subjected to a pressure of at least 2000 psi (about 138 bar) I

I ved en temperatur på 1200-1600 °C med henblik på at eliminere porøsitet. II at a temperature of 1200-1600 ° C to eliminate porosity. IN

I Efter et vist tidsrum afkøles blandingen, og produktet af varmpressede sli- IAfter a certain amount of time, the mixture is cooled and the product of hot pressed sludge

I 25 bende korn skilles fra graphitpulveret. IIn 25 bones grains are separated from the graphite powder. IN

I Det ved denne varmpresningsmetode opnåede produkt har imidlertid util- IHowever, the product obtained by this hot pressing method has been used

I strækkelige slibeegenskaber, idet især kornenes modstandsevne over for slid IIn stretchable abrasive properties, in particular the resistance of the grains to abrasion I

I er for lav til krævende slibeopgaver. Endvidere er det både dyrt og langvarigt IYou are too low for demanding grinding tasks. Furthermore, it is both expensive and long-lasting

I at fremstille blot små mængder af produktet. IIn producing only small quantities of the product. IN

3 DK 175226 B13 DK 175226 B1

Formålet med den foreliggende opfindelse er således at tilvejebringe et keramisk materiale i form af mindst et slibende korn, som har forbedrede slibe-egenskaber og en høj modstandsevne over for slid, og som samtidigt kan fremstilles i industriel målestok på en økonomisk fordelagtig måde.The object of the present invention is thus to provide a ceramic material in the form of at least one abrasive grain which has improved abrasive properties and high abrasion resistance and which can simultaneously be manufactured on an industrial scale in an economically advantageous way.

5 Det har overraskende vist sig, at dette formål kan opnås med et materiale af den i krav 1's indledning anførte art, som har en fase af polykrystallinsk a-aluminiumoxid med en partikelstørrelse, der ikke overstiger 0,4 pm. Årsagen til de gode slibeegenskaber af produktet ifølge opfindelsen er formentlig, at slibekornene grundet den lave partikelstørrelse slides på en måde, der er 10 markant anderledes end for tilsvarende produkter med større partikler. Hvor slibekorn med partikler større end 0,4 pm generelt slides ved kløvning af partiklerne langs disses krystalgitterplaner under dannelse af stumpe og sløve partikler, slides slibekorn ifølge opfindelsen med partikler mindre end 0,4 pm formentlig ved afrivning af enkelte partikler, hvorved der efterlades skarpe 15 kanter.Surprisingly, it has been found that this object can be achieved with a material of the kind set forth in the preamble of claim 1 which has a phase of polycrystalline α-alumina having a particle size not exceeding 0.4 µm. The reason for the good abrasive properties of the product according to the invention is probably that, due to the low particle size, the abrasive grains wear out in a manner that is markedly different from that of corresponding products with larger particles. Where abrasive grains with particles greater than 0.4 µm are generally worn by cleavage of the particles along their crystal lattice planes to form blunt and blunt particles, abrasive grains of the invention with particles smaller than 0.4 µm are likely worn by tearing off single particles, leaving sharp 15 edges.

Den foreliggende opfindelse angår således et keramisk materiale i form af mindst et slibende kom, indeholdende en polykrystallinsk fase med høj vægtfylde af submikrone a-aluminiumoxidpartikler af ikke-cellulær struktur som defineret i nærværende skrivelse, og eventuelt et additiv, og med en hårdhed 20 på mindst 14 GPa, med det forbehold, at hårdheden skal være mindst 16 GPa, når materialet ikke indeholder spinel som additiv, hvilket materiale er ejendommeligt ved, at de submikrone a-aluminiumoxidpartikler har en størrelse, der ikke overstiger 0,4 pm.Thus, the present invention relates to a ceramic material in the form of at least one abrasive grain containing a high density polycrystalline phase of submicron alpha alumina particles of non-cellular structure as defined herein and optionally an additive having a hardness of 20 at least 14 GPa, with the proviso that the hardness must be at least 16 GPa when the material does not contain spinel as an additive, which is characterized in that the submicron α-alumina particles have a size not exceeding 0.4 µm.

Opfindelsen angår endvidere en fremgangsmåde til fremstilling af det kera-25 miske materiale indeholdende polykrystallinsk aluminiumoxid med høj vægtfylde ved sintring af en tørret aluminiumoxidgel, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, at gelen er blevet behandlet med tilsætning af submikrone α-aluminiumoxidpartikler til gelen eller til et forstadium til gelen.The invention further relates to a process for preparing the high density polycrystalline alumina ceramic material by sintering a dried alumina gel, characterized in that the gel has been treated with the addition of submicron α-alumina particles to the gel or to a gel. precursor to the gel.

Opfindelsen angår desuden et sliberedskab fremstillet af det keramiske ma-30 teriale i form af slibende korn i en bundet form.The invention further relates to an abrasive tool made of the ceramic material in the form of abrasive grains in a bonded form.

I DK 175226 B1 I Opfindelsen ligger i den opdagelse, at kontrol med mikrostrukturen i det I brændte produkt, således at den celleformede mikrostruktur af aluminiumoxi- I det i de kendte slibemidler undgås, resulterer i forbedrede produktegenska- I ber. I stedet for cellearealer på 5-10 mikrometer i diameter indeholder det I 5 fremkomne produkt α-aluminiumoxidpartikler (krystallitter) med en størrelse,In the invention, the invention lies in the fact that control of the microstructure of the burnt product so that the cellular microstructure of aluminum oxide in the known abrasives is avoided results in improved product characteristics. Instead of cell areas of 5-10 microns in diameter, the product obtained in 5 contains α-alumina particles (crystallites) of a size,

der ikke overstiger 0,4 μιτι (fortrinsvis 0,2-0,4 mikrometer). Inot exceeding 0.4 μιτι (preferably 0.2-0.4 micrometers). IN

Hvor det drejer sig om de højere (f.eks. i nogle tilfælde 5%) MgO- IIn the case of the higher (eg in some cases 5%) MgO-I

tilsætninger, er disse aluminiumoxidpartikler omgivet af en grundmasse af Iadditives, these alumina particles are surrounded by a matrix of I

I spinel. IIn spinel. IN

10 Tilpasning af gelen til at opnå den beskrevne virkning kan opnås ved vibre- IAdaptation of the gel to achieve the effect described can be achieved by vibration

I rende formaling af blandingen i solform eller fortyndet gelform, medens der IIn running milling of the mixture in sol form or diluted gel form while I

I anvendes aluminiumoxidlegemer som formalingsmedium i møllen. Det anta- IIn alumina bodies are used as milling medium in the mill. It assumes I

I ges, at hovedvirkningen af formalingen er at indføre materiale fra aluminium- IIt is given that the main effect of the milling is to introduce material from aluminum I

I oxid-formalingsmediet i aluminiumoxidgelen. Også urenheder såsom zink og IIn the oxide grinding medium in the alumina gel. Also impurities such as zinc and I

H 15 jern indføres fra rørledninger og tilhørende udstyr. Formaling med zirkondio- IH 15 iron is introduced from pipelines and associated equipment. Grinding with zirconia

I xidlegemer er f.eks. ineffektiv til fremstilling af den ønskede i det væsentlige IIn xid bodies, e.g. ineffective in producing the desired substantially I

ikke-cellulære struktur, dvs. i det væsentlige fri for celler. Med "celler" menes Inon-cellular structure, i.e. essentially free of cells. By "cells" is meant I

her sådanne, der har den samme krystallografiske orientering og er resultatet Ihere such that have the same crystallographic orientation and are the result I

af vækst af den samme krystallinske struktur. Man kan således i en vis grad Iof growth of the same crystalline structure. One can thus to a certain extent I

I 20 sige, at der med celler menes enkelte krystaller. IIn 20 we say that cells mean single crystals. IN

Den første effektive og reproducerbare metode, der blev fundet ifølge opfin- IThe first effective and reproducible method found in accordance with the invention

I delsen, var at udvikle sådant materiale i gelen ved vibrerende formaling af IIn the process, such material was developed in the gel by vibrating grinding of I

gelen med aluminiumoxidlegemer. En egnet vibrerende mølle er vist i ameri- Ithe gel with alumina bodies. A suitable vibrating mill is shown in America

I kansk patent nr. 3 100 088. Typisk kan mediet være 1,2 cm i diameter og IIn U.S. Patent No. 3,100,088. Typically, the medium may be 1.2 cm in diameter and I

I 25 1,2-1,8 cm langt. Karret, som indeholder mediet og blandingen, vibreres i det IIn 1.2 to 1.8 cm long. The vessel containing the medium and the mixture is vibrated in it

I vandrette plan med en ubalanceret vægt forbundet til akselen i en motor IIn a horizontal plane with an unbalanced weight connected to the shaft of an engine I

I monteret koaksialt med karret, som er monteret på fjedre. Den ubalancerede IIn mounted coaxially with the tub, which is mounted on springs. The unbalanced I

vægt er monteret i umiddelbar nærhed af karrets bundplan, og en anden Iweight is mounted in the immediate vicinity of the base of the tub, and another I

vægt er monteret under den. Motoren drejer typisk med 1200 omdrejninger Iweight is mounted under it. The motor typically rotates at 1200 rpm

30 pr. minut. Den kombinerede svingning underkaster indholdet en formalings- I30 pr. minute. The combined oscillation subject the contents to a grinding I

I virkning med formalingsmediet. Den indre overflade af møllen er fortrinsvis IIn effect with the grinding medium. The inner surface of the mill is preferably 1

5 DK 175226 B1 foret, f.eks. med gummi, for at forhindre forurening ved erosion af metalvæggene.L1, e.g. with rubber, to prevent contamination by erosion of the metal walls.

Forskellige additiver som beskrevet i amerikansk patent nr. 4 314 827 og britisk patentansøgning nr. 2 099 012A kan sættes til aluminiumpxidet før eller 5 efter gelering. Det mest nyttige additiv, der kendes i øjeblikket, er ethvert foreneligt forstadium af MgO, idet slutproduktet fortrinsvis indeholder ca. 5%Various additives as disclosed in U.S. Patent No. 4,314,827 and British Patent Application No. 2,099,012A may be added to the aluminum oxide before or after gelation. The most useful additive known at the moment is any compatible precursor of MgO, the final product preferably containing about 10 mg. 5%

MgO. MgO findes imidlertid i produktet som spinel (magniumaluminat: MgAI204), men beregnes som MgO i analysen. Det er klart, at mindre mængder MgO kan inkluderes, da aluminiumoxid uden nogen tilsætning er et 10 udmærket slibemiddel i sig selv, når det fremstilles ifølge den foreliggende opfindelse. Den formalede gel ifølge opfindelsen kan tjene som grundmasse for forskellige tilsatte materialer eller slibende partikler.MgO. However, MgO is found in the product as spinel (magnesium aluminate: MgAI2O4), but is calculated as MgO in the assay. It is to be understood that smaller amounts of MgO may be included, since alumina is, without any addition, an excellent abrasive in itself when produced in accordance with the present invention. The ground gel according to the invention can serve as a matrix for various added materials or abrasive particles.

Den formalede blanding kan blot udhældes eller anbringes i beholdere til tørring og derefter brydes op i stykker af passende størrelse ved knusning, idet 15 materiale af for lille størrelse recirkuleres til begyndelsen af processen. Alternativt kan materialet formes eller støbes til formgivne partikler såsom ved ekstrusion. I tilfælde af ekstrusion vil de dannede stænger senere blive skåret eller brudt itu til stykker af passende størrelse. Den minimale nyttige brændingstemperatur er betydeligt under 1200 °C og betragtes i reglen som om-20 dannelsespunktet til omdannelse af α-aluminiumoxid. Den øvre grænse er ikke af afgørende betydning, når blot smeltetemperaturen ikke nås. En for lang brænding eller en for høj temperatur kan forårsage for megen krystalvækst. Højere temperaturer forøger omkostningerne ved fremgangsmåden; det foretrukne brændingsinterval er 1200-1500 °C.The milled mixture can simply be poured or placed in containers for drying and then broken up into pieces of appropriate size by crushing, with 15 material of too small size being recycled for the beginning of the process. Alternatively, the material may be formed or molded into shaped particles such as by extrusion. In the case of extrusion, the formed rods will later be cut or broken into pieces of appropriate size. The minimum useful burning temperature is considerably below 1200 ° C and is generally considered the point of conversion for the conversion of α-alumina. The upper limit is not essential when the melting temperature is not reached. Excessive burning or too high a temperature can cause too much crystal growth. Higher temperatures increase the cost of the process; the preferred firing range is 1200-1500 ° C.

25 EKSEMPEL 1 I en stor polymer plast-blandebeholder blev 13,6 kg "Condea" SB Pural aluminiumoxid (leveret af Condea) og 136 liter vand blandet. Dette materiale blev så geleret ved tilsætning af 4,1 liter 14 vægt-% HNO3. Magniumnitrat-hydrat (3,4 kg) opløst i 13,7 liter vand blev derefter sat til aJumjniumQxidgelen 30 til dannelse af 5 vægt-% MgO i slutproduktet. Det blev blandet i 15 minutter I DK 175226 B1 I 6EXAMPLE 1 In a large polymer plastic mixing vessel, 13.6 kg of Condea SB Pural alumina (supplied by Condea) and 136 liters of water were mixed. This material was then gelled by the addition of 4.1 liters of 14 wt% HNO3. Magnesium nitrate hydrate (3.4 kg) dissolved in 13.7 liters of water was then added to the aluminum oxide gel 30 to form 5% by weight MgO in the final product. It was mixed for 15 minutes in DK 175226 B1 I 6

og overført til en Model M451 Sweco mølle og formalet i en time med 765 kg Iand transferred to a Model M451 Sweco mill and ground for one hour with 765 kg I

aluminiumoxid-medium. Blandingen blev recirkuleret gennem møllen i en én Ialuminum oxide medium. The mixture was recycled through the mill in a single I

I times formalingstid med en hastighed af ca. 18 liter pr. minut. Efter formaling IFor hours of grinding time at a rate of approx. 18 liters per minute. After grinding I

I blev den pumpet ind i aluminiumsbakker til en tykkelse af ca. 7,6 cm med IIn it it was pumped into aluminum trays to a thickness of approx. 7.6 cm with I

5 henblik på tørring på elektriske destillationstørrere. I5 for drying on electric distillation dryers. IN

H Sammensætningen af aluminiumoxid-mediet var ca. 90% α-aluminiumoxid IH The composition of the alumina medium was approx. 90% α-alumina I

med siliciumoxid som største urenhed. Iwith silica as the major impurity. IN

Der blev fremstillet en række portioner med ovennævnte sammensætning, IA number of portions of the above composition, I, were prepared

og de blev forenet med henblik på knusning og brænding. Iand they were united for the purpose of crushing and burning. IN

10 Den tørrede gel blev så valseknust og sigtet gennem en *14 mesh sigte før IThe dried gel was then rolled and sieved through a * 14 mesh sieve before I

I brænding til dannelse af de ønskede endelige kornstørrelser. Den blev så IIn firing to form the desired final grain sizes. It then became you

I for-brændt ved 400 °C i 16 timer og brændt ved 1400 °C i 30 minutter i en II burned at 400 ° C for 16 hours and burned at 1400 ° C for 30 minutes in an I

roterovn. Irotary kiln. IN

Efter brænding havde alt produktet en hårdhed på 19 GPa (Vickers indtryk- IAfter firing, all the product had a hardness of 19 GPa (Vickers impression- I

15 ningsapparat, 500 g belastning) og en meget fin mikrostruktur, hvori der ikke I15 g apparatus, 500 g load) and a very fine microstructure in which I do not

I var nogen celleformet mikrostruktur, og næsten alt α-aluminiumoxidet var i IYou had some cellular microstructure and almost all of the α-alumina was in I

I form af generelt ligeaksede partikler (krystallitter), 0,2-0,4 mikron i diameter, IIn the form of generally equal-axis particles (crystallites), 0.2-0.4 microns in diameter, I

med undtagelse af sjældne kvadratiske, blokagtige former med en diameter Iwith the exception of rare square, block-like shapes with a diameter I

I på ca. 5 mikron. De blokagtige former kan have vist forurening. Ved under-I in approx. 5 microns. The blocky forms may have shown contamination. In case of under-

I 20 søgelse med scanning-elektron-mikroskop sås produktet at være sammen- IIn a scanning electron microscope search, the product was seen to be together

sæt af en spinel-grundmasse og en diskontinuerlig fase af a-aluminiumoxid.set of a spinel matrix and a discontinuous phase of α-alumina.

I Til nogle specielle slibningsformål med belagt slibemiddel var materialet bed- I re end smeltet aluminiumoxid-zircondioxid og bedre end industrielt tilgænge-I For some special grinding purposes with coated abrasive, the material was better than molten alumina-zirconia and better than industrially available.

I ligt slibemiddel af den sintrede geltype med aluminiumoxid-spinel- IIn a sintered gel-type abrasive with alumina spinel I

25 sammensætning.25 composition.

I EKSEMPEL 2 I Pural mikrokrystallinsk boehmit-aluminiumoxid, 22,7 kg, blev blandet med I 225 liter vand og 13,5 liter 14% HNO3 i 10-15 minutter.In Example 2, Pural microcrystalline boehmite alumina, 22.7 kg, was mixed with I 225 liters of water and 13.5 liters of 14% HNO3 for 10-15 minutes.

7 DK 175226 B17 DK 175226 B1

Halvdelen af gelblandingen blev formalet i 2 timer i Sweco møllen indeholdende 1,2 x 1,2 cm keramisk bundet aluminiumoxid, 88 AI2O3 (hvor hoved-urenhederne er MgO 1,74%, Si02 8,9%, Fe2C>3 0,18%, Ti02 0,2%, CaO 0,8%, Na20 0,34%), der kan fås fra Coors Porcelain Co., og tørret. Dette var 5 det samme medium som anvendt i eksempel 1. Den anden halvdel blev blot tørret uden formaling. De tørrede geler blev knust til ønsket størrelse, forbrændt ved 450 °C i 16 timer og brændt ved 1400 °C i en time.Half of the gel mixture was ground for 2 hours in the Sweco mill containing 1.2 x 1.2 cm of ceramic bonded alumina, 88 Al 2 O 3 (where the main impurities are MgO 1.74%, SiO 2 8.9%, Fe 2 C> 3 0.18 %, TiO2 0.2%, CaO 0.8%, Na2 0.34%) available from Coors Porcelain Co., and dried. This was the same medium as used in Example 1. The other half was simply dried without grinding. The dried gels were crushed to the desired size, burned at 450 ° C for 16 hours and burned at 1400 ° C for one hour.

Det formalede materiale havde en hårdhed på 19,1 GPa, og det uformalede materiale havde en hårdhed på 11,0 GPa.The milled material had a hardness of 19.1 GPa and the non-milled material had a hardness of 11.0 GPa.

10 Materiale fra hver parti blev sigtet til dannelse af 50 slibende korn, som blev anvendt til at fremstille belagte slibeskiver med en bagklædning af vulkaniseret fiber. Det formalede materiale var 10% bedre end industrielt aluminium-oxid/zirconoxid-slibemiddel til formaling af 1020 stål (prøven viste en 14% større metalfjernelse).10 Material from each batch was screened to form 50 abrasive grains, which were used to make coated abrasive discs with a vulcanized fiber backing. The milled material was 10% better than industrial alumina / zirconia abrasive for grinding 1020 steel (the sample showed a 14% greater metal removal).

15 Det uformalede produkt var ringere end smeltet slibemiddel ved alle slibe-prøver, hvilket kunne forventes i betragtning af dets lavere hårdhed.The non-milled product was inferior to molten abrasive in all abrasion tests, which is to be expected given its lower hardness.

Den fysiske forskel mellem det formalede og ikke-formalede produkt er således, at det formalede produkt har en microkrystallinsk ikke-cellulær struktur, mens det ikke-formalede har en cellulær struktur 20 EKSEMPEL 3 I et eksempel svarende til det med det formalede produkt i eksempel 1 blev gelen formalet i 0,2 time. Produktet, der blev brændt ved 1400 °C i en time, var hovedsageligt af den fine, tilfældige 0,2-0,3 mm krystalstruktur, men udviste nogen celleformet forekomst.The physical difference between the milled and non-milled product is such that the milled product has a microcrystalline non-cellular structure, while the non-milled has a cellular structure. EXAMPLE 3 In an example similar to that of the milled product in Example 1, the gel was milled for 0.2 hours. The product burned at 1400 ° C for one hour was mainly of the fine, random 0.2-0.3 mm crystal structure, but exhibited some cellular appearance.

25 Resultatet er således en blanding af såvel cellulær som ikké-cellulær struktur I DK 175226 B1 I 8 I EKSEMPEL 4-9The result is thus a mixture of both cellular and non-cellular structure. I DK 175226 B1 I 8 IN EXAMPLES 4-9

Yderligere eksempler blev udført ved en undersøgelse af virkningen af brændingstiden ved 1400 °C. Alle prøver blev fremstillet ved den almene me- tode fra eksempel 1. Der blev anvendt "Condea" mikrokrystallinsk boehmit- H 5 aluminiumoxid, som blev formalet i 2 timer, men efter tørring blev gelerne for- H brændt ved 750 °C i 30 minutter. Efterhånden som brændingstiden blev for- H øget, begyndte der i produktet at forekomme en grov, stangformet krystallisa- H tion af aluminiumoxid, tilfældigt fordelt blandt de fine 0,2-0,4 mikrometer alu- miniumoxidpartikler.Further examples were carried out by examining the effect of firing time at 1400 ° C. All samples were prepared by the general method of Example 1. "Condea" microcrystalline boehmite H 5 alumina was used, which was ground for 2 hours, but after drying the gels were pre-H burned at 750 ° C for 30 minutes. . As the burning time was increased, a coarse rod-shaped crystallization of alumina began to occur in the product, randomly distributed among the fine 0.2-0.4 microns of alumina particles.

I 10 Resultaterne er anført i nedenstående tabel: H Partikelstørrelse (mikrome- I _ter)_I 10 The results are given in the table below: H Particle size (micrometers)

Brændetid Forhold, I (minutter) Grov_ Fin_% grov/% fin 1 Ingen 0,2-0,3 0 3 1,0-2,0 0,2-0,3 5 I 5 2-5 0,2-0,3 20 10 4-8 0,2-0,3 50 I 30 Op til 8 0,2-0,3 80 60_Op til 8 0,2-0,3_95_Burning time Ratio, I (minutes) Rough_ Fine_% Rough /% Fine 1 None 0.2-0.3 0 3 1.0-2.0 0.2-0.3 5 I 5 2-5 0.2-0 , 3 20 10 4-8 0.2-0.3 50 I 30 Up to 8 0.2-0.3 80 60_Op to 8 0.2-0.3_95_

Da tilstedeværelse af den grove fraktion antages at være mindre ønskelig, I skal brændetiden ved 1400 °C ikke være mere end 5 minutter til det foretruk- ne produkt, når materialet for-brændes ved 750 °C i 30 minutter.Since the presence of the coarse fraction is assumed to be less desirable, the burning time at 1400 ° C should not be more than 5 minutes to the preferred product when the material is burned at 750 ° C for 30 minutes.

15 1 alle tilfælde blev der ikke iagttaget nogen celleformet struktur. Mikrostruktu rerne bestod af de ikke-facetterede submikron-partikler og de facetterede, stangagtige, grove krystaller, undtagen i tilfældet med ét minuts brænding, hvor der ikke blev fundet nogen stænger.In all cases, no cellular structure was observed. The microstructures consisted of the non-faceted submicron particles and the faceted, rod-like, coarse crystals, except in the case of one minute firing where no rods were found.

Ved "ikke-facetteret" menes, at ingen regelmæssig facettering af krystallitter-20 ne blev iagttaget i en brudoverflade ved 5.000 ganges forstørrelse med 9 DK 175226 B1 scanning-elektron-mikroskop. Partiklerne af a-aluminiumoxid var i stedet ret formløse, men ligeaksede med generelt krumme omrids og meget få tilsyneladende lige konturer. Ved 20.000 ganges forstørrelse begynder en facetteret struktur at blive synlig.By "non-faceted" is meant that no regular faceting of the crystallites was observed in a fracture surface at 5,000 times magnification with 9 scanning electron microscope. Instead, the particles of α-alumina were rather formless, but equal to axes with generally curved outlines and very few seemingly straight contours. At 20,000 times magnification, a faceted structure begins to become visible.

5 De slibende korn ifølge opfindelsen har en hårdhed, målt med Vickers ind-trykningsapparat, med en 500 g belastning på mindst 16 GPa (90% vægtfylde) for aluminiumoxid uden tilsætninger og mindst 14 GPa for korn, som er modificeret ved tilstedeværelse af 2% eller mere af spineldannere eller er modificeret ved andre additiver. Ren, tung α-aluminiumoxid har en hårdhed 10 på ca. 20-21 GPa, men nogen porøsitet kan være ønskelig til visse anvendelser, hvilket vil nedsætte hårdheden. Når aluminiumoxidet har en hårdhed på 13 GPa eller mindre, er det for porøst til den foreliggende opfindelses formål. Foretrukket er hårdheder på 18 GPa eller mere, målt med Vickers indtrykningsapparat og en belastning på 500 g.The abrasive grains of the invention have a hardness, measured with Vicker's pressing apparatus, with a 500 g load of at least 16 GPa (90% density) for alumina without additives and at least 14 GPa for grains modified by the presence of 2% or more by spinel or modified by other additives. Pure, heavy α-alumina has a hardness 10 of approx. 20-21 GPa, but some porosity may be desirable for certain applications, which will reduce the hardness. When the alumina has a hardness of 13 GPa or less, it is too porous for the purposes of the present invention. Preferences are hardnesses of 18 GPa or more, as measured by Vicker's indentation device and a load of 500 g.

15 EKSEMPEL 10EXAMPLE 10

Der blev fremstillet en række slibemidler med varierende indhold af magniumoxid.A number of abrasives with varying levels of magnesium oxide were prepared.

Den almene fremgangsmåde fra eksempel 1 blev anvendt, herunder formalingen (men i 2 timer) med aluminiumoxid-medium. I alle tilfælde blev gelerne 20 efter tørring ved 200 °G i ca. 30 timer knust og sigtet og derefter calcineret ved 450 °C i 16 timer. De fremkomne partikler af slibekornsstørrelse blev brændt i en roterende ovn ved 1400 °C. Opvarmningstiden til 1400 °C var ca.The general procedure of Example 1 was used including the milling (but for 2 hours) with alumina medium. In all cases, the gels 20 after drying at 200 ° G for approx. 30 hours crushed and sieved and then calcined at 450 ° C for 16 hours. The resulting particles of abrasive grain size were burnt in a rotary furnace at 1400 ° C. The heating time to 1400 ° C was approx.

15 minutter, og tiden ved 1400 °C var ca. 15 minutter.15 minutes and the time at 1400 ° C was approx. 15 minutes.

Forskellige mængder magniumnitrat blev tilsat før geleringen. I ét forsøg blev 25 der ikke tilsat magniumnitrat. MgO-indholdet og hårdheden af slibemidlerne var som følger:Various amounts of magnesium nitrate were added before the gelling. In one experiment, no magnesium nitrate was added. The MgO content and hardness of the abrasives were as follows:

I DK 175226 B1 II DK 175226 B1 I

I 10 II 10 I

I Hårdhed (Vickers, 500 g be- IIn Hardness (Vickers, 500 g)

I Forsøg nr. MgO-indhold (vægt-%) lastning)_ IIn Experiment No. MgO content (wt%) loading) _ I

I 9498 0,14 19,9 II 9498 0.14 19.9 I

I 9499 2,50 19 . II 9499 2.50 19. IN

I 9500 7,95 19 II 9500 7.95 19 I

I 9502_1271_19_ - II 9502_1271_19_ - I

I I en række forsøg med forglassede (glasbundne) slibeskiver under anvéndel- II In a series of tests with vitrified (glass-bottomed) grinding wheels during use I

I se af 54 korn (en kombination af kornstørrelserne 46 og 60) blev slibeskiver IIn view of 54 grains (a combination of grain sizes 46 and 60), abrasive washers I

I fremstillet med de ovennævnte korn sammenlignet med det bedste kendte II made with the above grains compared to the best known I

5 smeltede aluminiumoxidslibemiddel (sulfidproces-slibemiddel). I5 molten alumina abrasive (sulphide process abrasive). IN

I Forsøgene blev udført ved at slibe riller i værktøjsstål (D3) ved forskellige IThe experiments were performed by grinding grooves in tool steel (D3) at different I

I regulerede nedslibninger. Ved tør slibning og nedslibning på 0,0013 cm hav- IIn regulated grinding. For dry grinding and grinding of 0.0013 cm sea-I

I de slibemidlet, der ikke indeholdt noget tilsat MgO (0,14% MgO), et forma- IIn those abrasives containing no added MgO (0.14% MgO), a form I

I lingsforhold, der var 16,18 gange formalingsforholdet for det smeltede slibe- IIn gelation ratios that were 16.18 times the milling ratio of the molten abrasive

I 10 middel (formalingsforholdet er det volumetriske forhold mellem fjernet mate- IIn medium (the grinding ratio is the volumetric ratio of removed matter

I riale og sliddet på slibeskiven). Alle MgO-tilsætningerne resulterede i bedre IIn the rial and the wear on the grinding wheel). All the MgO additions resulted in better I

I virkning sammenlignet med det smeltede slibemiddel ved tørre slibeprøver. IIn effect compared to the molten abrasive in dry grinding tests. IN

I Ved de våde slibeprøver var de eksperimentelle slibemidler med tilsat MgO IIn the wet grinding tests, the experimental abrasives with MgO I were added

I dårligere end eller lig med det smeltede slibemiddel. Ved 0,005 cm var sli- IIn worse than or equal to the molten abrasive. At 0.005 cm it was slippery

I 15 bemidlet uden magniumoxid-tilsætning bedre end det smeltede. IIn 15 mediated without magnesium oxide addition better than it melted. IN

I Ved prøver med belagt slibemiddel under anvendelse af slibemidlet med IFor coated abrasive samples using the abrasive with I

I kornstørrelsen 50 (CAMI standard) virkede et slibemiddel fremstillet ifølge IIn the grain size 50 (CAMI standard), an abrasive made according to I worked

I eksempel 10 og indeholdende 0,6% MgO, inkorporeret i bøjelige slibeskiver, IIn Example 10 and containing 0.6% MgO, incorporated in flexible grinding wheels, I

I bedre (136%) end et sammensmeltet aluminiumoxid/zircondioxid-slibemiddel IIn better (136%) than a fused alumina / zirconia abrasive I

I 20 på 1020 stål og næsten ækvivalent med smeltet aluminiumoxid/zircondioxid IIn 20 on 1020 steels and almost equivalent to molten alumina / zirconia I

I på rustfrit stål. Slibemidlerne indeholdende 2,5% MgO og 7,59% MgO var IIn stainless steel. The abrasives containing 2.5% MgO and 7.59% MgO were I

også bedre på 1020 stål. Den højere MgO-tilsætning var mindre effektiv på Ialso better on 1020 steel. The higher MgO addition was less effective on I

rustfrit stål. Istainless steel. IN

Slibemidlet med 0,14% MgO indeholdt foruden aluminiumoxidet: 0,25% Si02, IThe abrasive with 0.14% MgO contained in addition to the alumina: 0.25% SiO2, I

25 0,18% Fe203, 0,28% Ti02, 0,05% CaO og 0,04% Na20, formodentlig i ho- I0.18% Fe 2 O 3, 0.28% TiO 2, 0.05% CaO and 0.04% Na 2 O, presumably

DK 175226 B1 11 vedsagen indført ved formalingen. Lignende mængder af disse urenheder var til stede i de andre slibemidler.DK 175226 B1 11 attachment introduced during grinding. Similar amounts of these impurities were present in the other abrasives.

Ovenstående indikerer således en sammenhæng mellem MgO-indholdets betydning for slibeegenskaberne i relation til det valgte stål.Thus, the above indicates a correlation between the MgO content's significance for the abrasive properties in relation to the selected steel.

5 Opfindelsen er ikke bundet til nogen speciel teori, men det antages, at indføringen fra aluminiumoxid-mediet af partikelformet stof kan bevirke podning af krystallisationen af a-aluminiumoxid under brændingen. Desuden kan de andre urenheder indført i formalingstrinnet hæmme krystalvækst i det færdige produkt ved deres tilstedeværelse ved korngrænser mellem a-10 aluminiumoxid-partiklerne.The invention is not tied to any particular theory, but it is believed that the introduction from the alumina medium of particulate matter may cause grafting of the crystallization of α-alumina during firing. In addition, the other impurities introduced in the milling step may inhibit crystal growth in the finished product by their presence at grain boundaries between the α-10 alumina particles.

Som bevis for, at det er affaldet fra formalingsmediet, der er effektivt til at tilpasse gelen, således at den frembringer det ønskede fint krystallinske, ik-ke-celleformede α-aluminiumoxid med høj vægtfylde ved brænding ved ca.As evidence that it is the waste from the grinding medium that is effective in adapting the gel to produce the desired finely crystalline, non-cellular, high density α-alumina by firing at ca.

1400 °C, blev der foretaget tilsætning af formalet vand til aluminiumoxidmo-15 nohydrat sammen med syre uden formaling af gelen.At 1400 ° C, addition of ground water to alumina monohydrate was made with acid without grinding the gel.

Vand, salpetersyre og mikrokrystallinsk boehmit blev blandet som i eksempel 2, med undtagelse af, at der blev fremstillet seks partier med varierende tilsætning af vand indeholdende affald afslidt fra aluminiumoxid-forma-lingsmediet og derefter formalet i flere timer med vand (ingen anden tilsæt-20 ning til vandet).Water, nitric acid and microcrystalline boehmite were mixed as in Example 2, except that six batches of varying addition of water containing waste separated from the alumina forming medium were prepared and then milled for several hours with water (no other addition). 20 to the water).

2525

I DK 175226 B1 II DK 175226 B1 I

I 12 II 12 I

I Tilsætning af "formalet vand" til aluminiumoxid-monohydrat ("Condea"): IAddition of "ground water" to alumina monohydrate ("Condea"): I

I Vægtforhold mellem formalingsaf- Vægt-% affald i II Weight ratio of milling waste- Weight% of waste in I

I Forsøg fald og aluminiumoxid-monohydrat brændt produkt x) Hårdhed IIn Experiment Fall and Aluminum Monohydrate Burned Product x) Hardness I

I _nr._(GPa) II _nr_ (GPa) I

I 1 0,0074 1,07 20+ II 1 0.0074 1.07 20+ I

I 2 0,0037 0,53 20 II 2 0.0037 0.53 20 I

I 3 0,0019 0,27 19+ II 3 0.0019 0.27 19+ I

I 4 0,00075 0,11 17 II 4 0.00075 0.11 17 I

I 5 xx) 0,00038 0,05 15 II 5 xx) 0.00038 0.05 15 I

I 6 xx)_0_0_12,5 II 6 xx) _0_0_12.5 I

I Noter II Notes I

x) Under antagelse af et gennemsnitstab ved brænding på 30%. Ix) Assuming a 30% average loss on burning. IN

I 5 xx) Ikke ifølge opfindelsen. IIn accordance with the invention. IN

I Hårdheden blev bestemt på det brændte produkt, der var brændt ved 1400 IIn Hardness was determined on the burnt product burned at 1400 I

I °C ± i ca. 10 minutter. Ovnen var elektrisk opvarmet, og atmosfæren var luft. II ° C ± for approx. 10 minutes. The oven was electrically heated and the atmosphere was air. IN

I Undersøgelse af det formalede affald viste, at det var for det meste α- IIn Examination of the milled waste showed that it was mostly α-I

I aluminiumoxid med et overfladeareal på ca. 39 m2 per g. IIn alumina with a surface area of approx. 39 m2 per g

I 10 Aluminiumoxid med høj renhed, fremstillet ved udvinding af de fine suspen- IIn 10 high purity alumina, produced by the recovery of the fine suspension

I derede aluminiumoxid-partikler, der er tilbage i suspensionen, når meget fine IIn the alumina particles left in the suspension, very fine I

I aluminiumoxidpulvere får lov at udfælde efter at være blandet med vand, er IIn alumina powders are allowed to precipitate after mixing with water, you are

I også effektivt, når det anvendes i en mængde på ca. 0.1 % af de brændte fast IAlso effective when used in an amount of approx. 0.1% of burnt solid I

I stoffer fra gelen. IIn substances from the gel. IN

I 15 Forsøg med industrielle fine α-aluminiumoxidpulvere og forsøg med fint alu- II 15 Experiments with industrial fine α-alumina powders and experiments with fine aluminum I

I miniumoxid, udviklet ved formaling af smeltet aluminiumoxid af meget høj IIn minic oxide, developed by grinding molten alumina of very high I

I renhed under anvendelse af aluminiumoxid selv som formalingsmedium vi- IIn purity using alumina even as grinding medium vi- I

I ste, at de var meget effektive til at frembringe det tunge fint krystallinske pro- IThey were very effective in producing the heavy fine crystalline process

I dukt ifølge opfindelsen. IIn cloth according to the invention. IN

13 DK 175226 B113 DK 175226 B1

Differentialtermisk analyse har vist, at når a-aluminiumoxid-podepartiklerne er til stede, sker overgangen af gel-aluminiumoxidet fra formodentlig y-formen til α-formen ved ca. 1090 °C, medens overgangen i fravær af sådant podemateriale finder sted ved ca. 1190 °C. Den teoretiske minimale bræn-5 dingstemperatur for produkterne ifølge opfindelsen kan således være under den sædvanligt nævnte overgangstemperatur.Differential thermal analysis has shown that when the α-alumina graft particles are present, the transition of the gel alumina from the presumably γ-form to the α-form occurs at ca. 1090 ° C while the transition in the absence of such seed material takes place at ca. 1190 ° C. Thus, the theoretical minimum firing temperature for the products of the invention may be below the usual mentioned transition temperature.

Den foreliggende opfindelse muliggør for første gang fremstilling af lavtemperatur-sintring af ot-aluminiumoxid-legemer af høj renhed, der har en submi-kron partikelstørrelse og en vægtfylde større end 95%, som resulterer i en 10 hårdhed større end 18 GPa. Andre produkter end slibemiddel, såsom belægninger, tynde film, fibre, stænger eller små formede dele, kan fremstilles ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen.The present invention enables, for the first time, the preparation of low temperature sintering of high purity ot alumina bodies having a submicron particle size and a density greater than 95% resulting in a hardness greater than 18 GPa. Non-abrasive products, such as coatings, thin films, fibers, rods or small shaped parts, can be made by the process of the invention.

Kornvækstinhibitorer, såsom Si02, Cr203, MgO og Zr02, er blevet sat til den konditionerede gel. I disse forsøg, hvor MgO blev tilsat, var der reaktion med 15 a-aluminiumoxidet, og spinel blev dannet og blev iagttaget som omgivende det resterende ikke-reagerede a-aluminiumoxid. Det blev antaget, at med de andre additiver var blandingsdannelse med α-aluminiumoxidet minimal, og de forblev i krystalgrænserne. De udførte forsøg viser klart, at krystalvæksten ved diffusion og rekrystallisation blev undertrykt af additiverne. Dette har 20 værdi ved at muliggøre større fleksibilitet i forholdet mellem tid og temperatur til de sintrede produkter. Brugen af vækstinhibitorerne er velkendt inden for den keramiske teknologi og er ikke en nødvendig del af opfindelsen, men er meget nyttig til at vedligeholde den ønskede mikrostruktur inden for et bredt interval af sintringstid og temperatur, og hvor den høje renhed af a-25 aluminiumoxid ikke er et krav.Grain growth inhibitors such as SiO 2, Cr 2 O 3, MgO and ZrO 2 have been added to the conditioned gel. In these experiments where MgO was added, there was reaction with the 15 α-alumina and spinel was formed and observed as surrounding the remaining unreacted α-alumina. It was believed that with the other additives, mixing formation with the α-alumina was minimal and remained at the crystal limits. The experiments performed clearly show that the crystal growth by diffusion and recrystallization was suppressed by the additives. This has 20 value by enabling greater flexibility in the time-temperature relationship to the sintered products. The use of the growth inhibitors is well known in the ceramic technology and is not a necessary part of the invention, but is very useful for maintaining the desired microstructure within a wide range of sintering time and temperature and where the high purity of α-25 alumina does not occur. is a requirement.

EKSEMPEL 11 fsammenlioninosforsøolEXAMPLE 11

Et keramisk materiale bestående af fintkornede a-alu_miniumoxidpartikler blev fremstillet under anvendelse af den i US 3 909 991 beskrevne varmpresningsmetode.A ceramic material consisting of fine-grained α-alumina particles was prepared using the hot pressing method described in US 3,909,991.

I DK 175226 B1 II DK 175226 B1 I

I 14 II 14 I

I 30 g aluminiumoxidpulver af mærket Ucar A fra Union Carbide (99,98% IIn 30 g alumina powder of the brand Ucar A from Union Carbide (99.98% I

I AI2O3; kornstørrelse: 0,3 pm) blev underkastet 20 minutters ultralydsbehand- II Al2O3; grain size: 0.3 µm) was subjected to 20 minutes of ultrasound treatment

I ling i 75 ml vandfrit isopropanol. Derefter blev isopropanolet fuldstændigt IDissolve in 75 ml of anhydrous isopropanol. Then the isopropanol was completely I

I dampet af under vacuum i løbet af 40 timer til dannelse af et tørt aluminium- IEvaporated under vacuum over 40 hours to form a dry aluminum I

I 5 oxidpulver. Det tørrede aluminiumoxidpulver blev under heliumatmosfære IIn 5 oxide powder. The dried alumina powder remained under helium atmosphere I

I fyldt i en graphitpresse, som blev lukket i begge ender med graphitplader. · II filled in a graphite press, which was closed at both ends with graphite slabs. · I

I Aluminiumpulveret blev først pålagt et tryk på 2000 psi, medens der i 24 ti- IIn the Aluminum powder, a pressure of 2000 psi was first applied, while for 24 hours

I mer blev evakueret til et vacuum på 100 mTorr. Derefter blev temperaturen IMore was evacuated to a vacuum of 100 mTorr. Then the temperature was I

I hævet til 800 °C med hastighed på 12 °C/min og holdt på denne temperatur i II raised to 800 ° C at a rate of 12 ° C / min and kept at this temperature for 1 hour

I 10 12 minutter. I løbet af tre minutter blev trykket derefter forøget til 6140 psi, IFor 10 12 minutes. Over three minutes, the pressure was then increased to 6140 psi, I

I hvorefter temperaturen blev hævet til 1300 °C med en hastighed på 36 IAfter which the temperature was raised to 1300 ° C at a rate of 36 L

I °C/min og holdt på denne temperatur i 5 timer. Til sidst blev trykket taget af i IIn ° C / min and kept at this temperature for 5 hours. Eventually the pressure was taken off in I

I løbet af tre minutter, og produktet afkølet til 1100 °C med en hastighed på 12 IOver three minutes, the product cooled to 1100 ° C at a rate of 12 L

I °C/min, efterfulgt af naturlig afkøling til omgivelsestemperatur. IIn ° C / min, followed by natural cooling to ambient temperature. IN

I 15 Det resulterende varmpressede aluminiumoxidprodukt havde en vægtfylde IThe resulting hot pressed alumina product had a density I

I på 3.81 g/cm3, en middelpartikelstørrelse på 0.84 μιτι og en Vickers hårdhed II of 3.81 g / cm3, a mean particle size of 0.84 μιτι and a Vickers hardness I

I på 18,6 GPa. IAt 18.6 GPa. IN

I I figur 1 er partikelstørrelsesfordelingen for det opnåede produkt (benævnt IIn Figure 1, the particle size distribution of the obtained product (referred to as I

I HP AI2O3) vist sammen med partikelstørrelsesfordelingen for et kommercielt IIn HP AI2O3) shown together with the particle size distribution of a commercial I

I 20 aluminiumoxidprodukt ifølge opfindelsen (benævnt SG AI2O3) fremstillet ved IIn an alumina product according to the invention (referred to as SG AI2O3) prepared at I

I den i beskrivelsen anførte sol-gel metode. Det fremgår af figuren, at under IIn the sol-gel method described in the specification. It can be seen from the figure that under I

I 15% af partiklerne i HP AI2O3 produktet har en partikelstørrelse på 0,4 pm IIn 15% of the particles in the HP AI2O3 product has a particle size of 0.4 µm I

I eller mindre, medens alle partiklerne i SG AI2O3 produktet har en størrelse, II or less, while all the particles in the SG AI2O3 product have a size, I

I der ikke overstiger 0,4 pm. IIn which does not exceed 0.4 pm. IN

I 25 Med henblik på at sammenligne slibeegenskaberne af det i nærværende ek- IIn order to compare the abrasive properties of the present invention, I

I sempel fremstillede materiale med det kommercielle produkt ifølge opfindel- ISample material manufactured with the commercial product of the invention I

I sen blev begge materialer underkastet den såkaldte "scratch disc"-test. IIn late, both materials were subjected to the so-called "scratch disc" test. IN

I Denne gennemføres ved at påføre et enkelt slibekorn på et slibehjul, og brin- IThis is accomplished by applying a single abrasive grain to a grinding wheel, and brining

I 30 ge slibekornet i berøring med et fladt arbejdsemne i form af en plade af IIn 30 g of abrasive grain in contact with a flat workpiece in the form of a plate of I

15 DK 175226 B1 52100 stål (jf. arbejdsopstillingen på figur 2). Slibehjulet bringes i rotation, således at kornet bevæger sig med en lineær hastighed på 30 m/s, og arbejdsemnet fremføres under slibehjulet med en hastighed på 16,5 mm/s, hvorved slibekornet skærer en ridse i arbejdsemnet. Ved at sammenligne 5 tværsnitsarealet af ridsen hidrørende fra den første skæring med tværsnitsarealet af ridsen efter et fastsat antal skæringer opnås en bestemmelse af den mængde af slibekornet, som slides væk, og dermed en bestemmelse af slibekornets modstandsevne over for slid.15 DK 175226 B1 52100 steel (cf. the working arrangement in figure 2). The grinding wheel is rotated so that the grain moves at a linear speed of 30 m / s and the workpiece is advanced under the grinding wheel at a speed of 16.5 mm / s, whereby the grinding grain cuts a scratch in the workpiece. By comparing the cross-sectional area of the scratch resulting from the first cut with the cross-sectional area of the scratch after a fixed number of cuts, a determination of the amount of abrasive grain is worn away, and thus a determination of the abrasion resistance of abrasion.

Resultatet af denne test udført på et slibekorn af henholdsvis et kommercielt 10 materiale ifølge opfindelsen og det ifølge nærværende eksempel fremstillede materiale er vist på figur 3. Det fremgår umiddelbart af denne figur, at materialet ifølge opfindelsen har betydeligt bedre modstandsevne over for slid end det varmpressede aluminiumoxid, som er fremstillet i overensstemmelse med den i US 3 909 991 beskrevne metode.The result of this test performed on a grinding grain of a commercial material according to the invention and the material prepared according to the present example, respectively, is shown in Figure 3. It is immediately apparent from this figure that the material according to the invention has considerably better resistance to abrasion than the hot pressed alumina prepared according to the method described in US 3,909,991.

1515

Claims (17)

1. Keramisk materiale i form af mindst et slibende korn, indeholdende en po- I I 5 lykrystallinsk fase med høj vægtfylde af submikrone a-aluminiumoxidpartikler I I af ikke-cellulær struktur som defineret i beskrivelsen, og eventuelt et additiv, I I og med en hårdhed på mindst 14 GPa, med det forbehold, at hårdheden skal I I være mindst 16 GPa, når materialet ikke indeholder spinel som additiv, I I kendetegnet ved, at de submikrone α-aluminiumoxidpartikler har en I I 10 størrelse, der ikke overstiger 0,4 mikron. IA ceramic material in the form of at least one abrasive grain, containing a polycrystalline high density phase of submicron α-alumina particles of non-cellular structure as defined in the specification, and optionally an additive, II and a hardness of at least 14 GPa, with the proviso that the hardness II must be at least 16 GPa when the material does not contain spinel as an additive, II characterized in that the submicron α-alumina particles have a II 10 size not exceeding 0.4 microns. IN 2. Keramisk materiale ifølge krav 1,kendetegnet ved, at I I kornene har en hårdhed på mindst 18 GPa. ICeramic material according to claim 1, characterized in that the I grains have a hardness of at least 18 GPa. IN 3. Keramisk materiale ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet I I ved, at det indeholder et dermed foreneligt additiv. I I 15Ceramic material according to claim 1 or 2, characterized in that it contains an additive compatible with it. I I 15 4. Keramisk materiale ifølge krav 3, kendetegnet ved, at I I additivet er magnesiumoxid, der er til stede som spinel. ICeramic material according to claim 3, characterized in that the I additive is magnesium oxide present as spinel. IN 5. Keramisk materiale ifølge et af de foregående krav, kende- I I tegnet ved, at det indeholder facetterede, stangagtige grove kry- I I staller af aluminiumoxid tilfældigt fordelt blandt de submikrone partikler. I 205. Ceramic material according to one of the preceding claims, characterized in that it contains faceted, rod-like coarse-grained aluminum oxide casings randomly distributed among the submicron particles. I 20 6. Keramisk materiale ifølge et af de foregående krav, kende- I I tegnet ved, at det indeholder urenheder. I6. Ceramic material according to one of the preceding claims, characterized in that it contains impurities. IN 7. Keramisk materiale ifølge krav 6, kendetegnet ved, at I I urenhederne indbefatter zink og/eller jern. ICeramic material according to claim 6, characterized in that the impurities include zinc and / or iron. IN 8. Keramisk materiale ifølge et af de foregående krav, kende- I I 25 t e g n e t ved, at det har en vægtfylde, som er mindst 90% af den teo- I I retiske vægtfylde af α-aluminiumoxid. I 17 DK 175226 B18. Ceramic material according to any one of the preceding claims, characterized in that it has a density of at least 90% of the theoretical density of α-alumina. I 17 DK 175226 B1 9. Keramisk materiale ifølge krav 8, kendetegnet ved, at vægtfylden er mindst 95% af den teoretiske vægtfylde af a-aluminiumoxid.Ceramic material according to claim 8, characterized in that the density is at least 95% of the theoretical density of α-alumina. 10. Fremgangsmåde til fremstilling af et keramisk materiale ifølge krav 1-9, indeholdende polykrystallinsk α-aluminiumoxid med høj vægtfylde ved sint- 5 ring af en tørret aluminiumoxidgel, kendetegnet ved, at gelen er blevet behandlet ved tilsætning af submikrone a-aluminiumoxid-partikler til gelen eller til et forstadium til gelen.Process for the preparation of a ceramic material according to claims 1-9, containing high density polycrystalline α-alumina by sintering a dried alumina gel, characterized in that the gel has been treated by the addition of submicron α-alumina particles. to the gel or to a precursor to the gel. 11. Fremgangsmåde ifølge krav 10, kendetegnet ved, at gelen eller en sol anvendt til fremstilling åf gelen formales under anvendelse 10 af a-aluminiumoxidlegemer som formalingsmedium i møllen.Process according to claim 10, characterized in that the gel or a sol used for the preparation of the gel is ground using 10-alumina bodies as milling medium in the mill. 12. Fremgangsmåde ifølge krav 10, kendetegnet ved, at gelen behandles ved tilsætning af vand formalet med a-aluminiumoxidlegemer som formalingsmedium.Process according to claim 10, characterized in that the gel is treated by adding water milled with α-alumina bodies as grinding medium. 13. Fremgangsmåde ifølge krav 10-12, kendetegnet ved, 15 at gelen omfatter en vandig dispersion af submikrone hydratiserede alumini- umoxidpartikler.Process according to claims 10-12, characterized in that the gel comprises an aqueous dispersion of submicron hydrated alumina particles. 14. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 10-12, k e n - d e t e g n e t ved, at man knuser den tørrede gel før eller efter sintring til dannelse af slibende korn.A process according to any one of claims 10-12, characterized in that the dried gel is crushed before or after sintering to form abrasive grains. 15. Sliberedskab fremstillet af bundne keramiske materialer i form af slibende . korn ifølge et hvilket som helst af kravene 1-9.15. Abrasive tools made of bonded ceramic materials in the form of abrasive. grain according to any one of claims 1-9. 16. Sliberedskab ifølge krav 15 i form af en bøjelig bagklædning med keramiske materialer i form af slibende korn ifølge et hvilket som helst af kravene 1- 9.Abrasive preparedness according to claim 15 in the form of a flexible backing with ceramic materials in the form of abrasive grain according to any one of claims 1-9. 17. Sliberedskab ifølge krav 16 i form af en slibeskive indeholdende kerami ske materialer i form af slibende korn ifølge et hvilket som helst af kravene 1- 9.Abrasive preparation according to claim 16 in the form of a grinding wheel containing ceramic materials in the form of abrasive grains according to any one of claims 1-9.
DK199600206A 1984-01-19 1996-02-26 Fine grained ceramic body or abrasive grit DK175226B1 (en)

Applications Claiming Priority (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US57210684A 1984-01-19 1984-01-19
US57210684 1984-01-19
US59268984A 1984-03-23 1984-03-23
US59268984 1984-03-23
US06/662,869 US4623364A (en) 1984-03-23 1984-10-19 Abrasive material and method for preparing the same
US66286984 1984-10-19
DK17285 1985-01-14
DK017285A DK165551C (en) 1984-01-19 1985-01-14 Ceramic material, method of manufacture thereof and abrasive tools made therefrom

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DK20696A DK20696A (en) 1996-02-26
DK175226B1 true DK175226B1 (en) 2004-07-12

Family

ID=32686136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DK199600206A DK175226B1 (en) 1984-01-19 1996-02-26 Fine grained ceramic body or abrasive grit

Country Status (1)

Country Link
DK (1) DK175226B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
DK20696A (en) 1996-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DK165551C (en) Ceramic material, method of manufacture thereof and abrasive tools made therefrom
US5383945A (en) Abrasive material and method
US4623364A (en) Abrasive material and method for preparing the same
US5395407A (en) Abrasive material and method
US4059417A (en) Method for producing alumina and alumina-zirconia abrasive material
KR950002333B1 (en) Sintered aluminous abrasive and method of producting the same
US5203886A (en) High porosity vitrified bonded grinding wheels
KR100265903B1 (en) Improved sol-gel alumina abrasives and method of producing the same
US5114891A (en) Sintered material based on aluminum oxide
EP0324513B1 (en) Ceramic shaped article and methods of making same
JPS61254685A (en) Production of sol-gel of polishing particle, alumina base ceramic polishing particle and polishing product
CA1195848A (en) Superior high sodium and calcium sol gel abrasive and process for its production
US6123743A (en) Glass-ceramic bonded abrasive tools
JPH0520232B2 (en)
JPS63139060A (en) Aluminum nitride ceramic composite body
JPH10506669A (en) Improved α-alumina abrasive
JPH04500947A (en) Small α-alumina particles and plates
NO171448B (en) PROCEDURE FOR THE PREPARATION OF A CERAMIC, POLYCRYSTALLINIC Abrasive
US4177235A (en) Method of manufacturing electrically fused corundum
US5318605A (en) Glass-ceramic bonded abrasive articles
JPH044103B2 (en)
DK175226B1 (en) Fine grained ceramic body or abrasive grit
US5770145A (en) Superior high alkali metal and calcium sol gel abrasive and processes for its production
JPH06321534A (en) Production of crystallite alumina abrasive powder
JPH0297457A (en) Production of abrasive grain of abrasive material

Legal Events

Date Code Title Description
PUP Patent expired