ES2788498T5 - Artículos abrasivos y métodos para formar los mismos - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

Artículos abrasivos y métodos para formar los mismos

Descripción

Campo técnico

La presente invención se refiere, en general, a artículos abrasivos y, en particular, a artículos abrasivos unidos que incluyen alúmina nanocristalina, como se conoce, por ejemplo, a partir del documento WO 99/06500 A1.

Técnica anterior

Los artículos abrasivos unidos pueden incluir partículas abrasivas contenidas en una matriz de material de unión. Algunos tipos de partículas abrasivas, tales como la alúmina microcristalina, pueden ser susceptibles a reacciones químicas a altas temperaturas. Los materiales de unión vítrea tienen tendencia a penetrar y reaccionar con granos de alúmina microcristalina durante la formación a alta temperatura de los artículos abrasivos, lo que puede conducir a una dureza reducida de los abrasivos e incluso a la corrosión de los abrasivos.

La industria continúa demandando artículos abrasivos mejorados.

Breve descripción de los dibujos

Las realizaciones se ilustran a modo de ejemplo y no se limitan en las figuras adjuntas.

La Figura 1 incluye un diagrama de flujo para formar un artículo abrasivo.

La Figura 2 incluye una vista en perspectiva de una partícula abrasiva conformada según una realización.

La Figura 3 incluye una vista en perspectiva de una partícula abrasiva conformada según una realización.

La Figura 4 incluye una vista en perspectiva de una partícula abrasiva conformada según una realización.

La Figura 5 incluye una vista en perspectiva de una partícula abrasiva conformada según una realización.

La Figura 6A incluye una imagen SEM de granos de alúmina microcristalina convencionales.

La Figura 6B incluye una imagen SEM de granos de alúmina nanocristalina según una realización.

La Figura 7A incluye un gráfico del módulo de rotura de muestras abrasivas.

La Figura 7B incluye un gráfico del módulo de elasticidad de muestras abrasivas.

La Figura 8 incluye un gráfico de umbral de potencia de muestras abrasivas.

Los expertos en la técnica reconocen que los elementos de las figuras se ilustran por razones de simplicidad y claridad, y no necesariamente se han dibujado a escala. Por ejemplo, las dimensiones de algunos de los elementos de las figuras pueden estar exageradas respecto a otros elementos, para ayudar a mejorar la comprensión de las realizaciones de la invención.

Descripción detallada de la(s) realización(es) preferidas(s)

La siguiente descripción en combinación con las figuras se proporciona para ayudar a comprender las enseñanzas de la invención, que se define en las reivindicaciones adjuntas.

Las realizaciones se refieren a un método para formar un artículo abrasivo que incluye formar una mezcla que incluye el material de unión y los artículos abrasivos, y formar la mezcla en el artículo abrasivo calentando la mezcla a una temperatura de formación. El método puede facilitar la formación de los artículos abrasivos con un rendimiento mejorado.

En la Figura 1 se incluye un diagrama de flujo de un método para formar un artículo abrasivo según una realización. En la etapa 101, se puede realizar una mezcla que incluye un material de unión (o precursor del material de unión) y partículas abrasivas que comprenden alúmina nanocristalina. La mezcla puede ser húmeda o seca. El material de unión puede estar en forma de un material en polvo que se puede mezclar con las partículas abrasivas. En algunos casos, se pueden utilizar operaciones de mezclado adecuadas para lograr una dispersión homogénea de los componentes dentro de la mezcla.

La mezcla también puede incluir uno o más aditivos opcionales, incluidos, por ejemplo, partículas abrasivas secundarias, rellenos y similares. Según una realización no limitante, las partículas abrasivas secundarias pueden incluir óxido de alúmina, carburo de silicio, nitruro de boro cúbico, diamante, sílex y granos de granate, y cualquier combinación de los mismos. En otra realización no limitante, algunos rellenos adecuados pueden incluir materiales orgánicos e inorgánicos. El material de relleno puede ser distinto de las partículas abrasivas. Por ejemplo, los rellenos pueden ser formadores de poros, incluyendo, tales como perlas de vidrio huecas, cáscaras de nueces molidas, perlas de material plástico o compuestos orgánicos, partículas de vidrio espumado y alúmina de burbujas, granos alargados, fibras y combinaciones de los mismos. Otros materiales de relleno pueden incluir pigmentos y/o tintes, fibras, materiales tejidos, materiales no tejidos, partículas, esferas, minerales, nueces, cáscaras, óxidos, alúmina, carburo, nitruros, boruros, materiales orgánicos, materiales poliméricos, materiales de origen natural, polvos y una combinación de los mismos. En una realización, el relleno puede seleccionarse del grupo que consiste en polvos, gránulos, esferas, fibras, formadores de poros, partículas huecas y una combinación de los mismos. En una realización particular, el relleno puede consistir esencialmente en cualquiera de los materiales descritos en la presente memoria. En otra realización particular, el relleno puede consistir esencialmente en dos o más de los materiales descritos en las realizaciones de la presente memoria.

Después de formar la mezcla en la etapa 101, el proceso puede continuar en la etapa 102, que puede incluir el tratamiento térmico de la mezcla para formar un artículo abrasivo en forma de un cuerpo abrasivo unido que tiene partículas abrasivas que comprenden alúmina nanocristalina contenida en una red tridimensional de material de unión.

Según una realización, la mezcla se puede tratar térmicamente a una temperatura de formación. La temperatura de formación puede ser de al menos 900 0C, tal como al menos 950 0C, o al menos 975 0C. Según otra realización, la temperatura de formación puede ser no superior a 1200 0C, tal como no superior a 1175 0C, no superior a 1150 0C, no superior a 1125 0C, o no superior a 1100 0C. La temperatura de formación de las realizaciones de la presente memoria puede proporcionar suficiente calor para que las partículas abrasivas se unan con el material de unión, pero ayuda a reducir la reactividad de ciertos materiales contenidos en el material de unión.

Según otra realización, el material de unión puede incluir un material inorgánico, tal como una cerámica. Un material cerámico es una composición que incluye al menos un elemento metálico o metaloide, incluyendo, pero sin limitación, un elemento de metal alcalino, elementos de metales alcalinotérreos, lantanoides, elementos de metales de transición y una combinación de los mismos. Un material cerámico puede incluir óxidos, carburos, nitruros, boruros y una combinación de los mismos. Además, un material cerámico puede incluir una única fase cristalina, una fase policristalina, una fase amorfa y una combinación de las mismas. Se apreciará que un material cerámico puede consistir esencialmente en una única fase cristalina, una fase policristalina o fase amorfa.

Según otra realización, el material de unión puede incluir un material vítreo. El material vítreo puede tener una fase amorfa. Por ejemplo, el material de unión puede consistir esencialmente en un material vítreo que tenga una fase amorfa. Según otra realización más, el material de unión puede incluir un material no vítreo. El material no vítreo puede incluir una fase policristalina. En aún otra realización, el material de unión puede incluir una mezcla de material policristalino y vítreo.

Según al menos una realización, el material de unión puede incluir óxido de boro (B²O³) en un contenido determinado que pueda facilitar la mejora de la formación y/o el rendimiento del artículo abrasivo. El óxido de boro puede estar presente en un determinado porcentaje en peso en comparación con el peso total del material de unión. Por ejemplo, el óxido de boro puede ser no superior al 30 % en peso, tal como no superior al 28 % en peso, no superior al 26 % en peso, no superior al 24 % en peso o incluso no superior al 22 % en peso. Para otro caso, el material de unión puede incluir al menos el 5 % en peso de óxido de boro, tal como al menos el 8 % en peso, al menos el 10 % en peso, al menos el 12 % en peso, o incluso al menos el 15 % en peso. Se entenderá que el porcentaje en peso de óxido de boro en el material de unión puede estar dentro de un intervalo de cualquiera de los porcentajes mínimos a máximos indicados anteriormente. Por ejemplo, el material de unión puede incluir óxido de boro dentro de un intervalo del 5 % en peso al 30 % en peso, o dentro de un intervalo del 8 % en peso al 22 % en peso.

En otra realización, el material de unión puede incluir óxido de silicio (SiO²) en un contenido determinado que pueda facilitar la mejora de la formación y/o el rendimiento del artículo abrasivo. El contenido de óxido de silicio con respecto al peso total del material de unión puede ser, por ejemplo, no superior al 80 % en peso, no superior al 75 % en peso, no superior al 70 % en peso, no superior al 65 % en peso, no superior al 55 % en peso, no superior al 52 % en peso, o incluso no superior al 50 % en peso. En otra realización, el material de unión puede incluir al menos el 25 % en peso de óxido de silicio, tal como al menos el 30 % en peso, al menos el 35 % en peso, al menos el 38 % en peso, o incluso al menos el 40 % en peso. Se apreciará que el contenido de óxido de silicio puede estar dentro de un intervalo de cualquiera de los porcentajes mínimos a máximos indicados anteriormente. Por ejemplo, el contenido de óxido de silicio puede estar dentro de un intervalo del 35 % en peso al 80 % en peso, o dentro de un intervalo del 40 % en peso al 65 % en peso. En una realización particular, el contenido de óxido de silicio puede estar dentro de un intervalo del 40 % en peso al 50 % en peso.

En una realización particular, el material de unión puede incluir óxido de boro y óxido de silicio en un contenido determinado que pueda facilitar la mejora de la formación y/o el rendimiento del artículo abrasivo. El contenido total de óxido de boro y óxido de silicio puede ser no superior al 80 % en peso, tal como superior al 77 % en peso, no superior al 75 % en peso, no superior al 73 % en peso, no superior al 70 % en peso, o incluso no superior al 65 % en peso. En otra realización, el contenido total de óxido de boro y óxido de silicio puede ser de al menos el 40 % en peso, al menos el 42 % en peso, al menos el 46 % en peso, al menos el 48 % en peso, o incluso al menos el 50 % en peso. Se apreciará que el contenido total de óxido de boro y óxido de silicio puede estar dentro de un intervalo de cualquiera de los porcentajes mínimos a máximos descritos en la presente memoria. Por ejemplo, el contenido total de óxido de boro y óxido de silicio puede estar dentro de un intervalo del 40 % en peso al 80 % en peso, o dentro de un intervalo del 42 % en peso al 77 % en peso, o dentro de un intervalo del 46 % en peso al 73 % en peso, o dentro de un intervalo del 50 % en peso al 65 % en peso.

En determinados casos, el material de unión puede tener una relación particular de óxido de boro y óxido de silicio que pueda facilitar la mejora de la formación y/o el rendimiento del artículo abrasivo. El material de unión puede incluir una relación de porcentaje en peso entre el óxido de silicio y el óxido de boro que puede ser no superior a 5,5:1 (SiÜ2:B2O3), tal como no superior a 5,2:1, no superior a 5:1 o incluso no superior a 4,8:1. En otros casos, la relación de porcentaje en peso entre el óxido de silicio y el óxido de boro puede ser de al menos 1:1, al menos 1,3:1, al menos 1,5:1, al menos 1,7:1, al menos 2,0:1, o incluso al menos 2,2:1. Se apreciará que la relación de porcentaje en peso entre el óxido de silicio y el óxido de boro puede estar dentro de un intervalo de cualquiera de las relaciones mínimas y máximas indicadas anteriormente, por ejemplo, la relación puede estar dentro de un intervalo de 1:1 a 5,5:1, o dentro de un intervalo de 1,5:1 a 5,2:1, o dentro de un intervalo de 1,8:1 a 5/0:1 o dentro de un intervalo de 2,2:1 a 4,8:1.

Según una realización, el material de unión puede incluir óxido de aluminio (AhOe) en un contenido que pueda facilitar la mejora de la formación y/o el rendimiento del artículo abrasivo. El contenido de óxido de aluminio con respecto al peso total del material de unión puede ser no superior al 31 % en peso, tal como no superior al 28 % en peso, no superior al 25 % en peso, no superior al 23 % en peso, o incluso no superior al 20 % en peso. En otra realización, el contenido de óxido de aluminio en el material de unión puede ser de al menos el 5 % en peso, al menos el 8 % en peso, al menos el 10 % en peso, al menos el 12 % en peso, o incluso al menos el 14 % en peso. Se apreciará que el contenido de óxido de aluminio puede estar dentro de un intervalo de cualquiera de los porcentajes mínimos y máximos indicados anteriormente, por ejemplo, dentro de un intervalo del 5 % en peso al 31 % en peso, o dentro de un intervalo del 10 % en peso al 25 % en peso.

Según al menos una realización, el material de unión puede incluir un contenido de aluminio y alúmina que pueda facilitar la mejora de la formación y/o el rendimiento del artículo abrasivo. Por ejemplo, el material de unión puede incluir al menos el 15 % en peso alúmina y metal de aluminio (ALOe/Al) para un peso total del material de unión. En aún otros casos, el material de unión puede incluir al menos el 18 % en peso, tal como al menos el 20 % en peso, al menos el 22 % en peso, o incluso al menos el 24 % en peso alúmina y metal de aluminio (AhOa/Al) para un peso total del material de unión. En otra realización no limitante, el material de unión puede incluir no más del 45 % en peso, tal como no más del 42 % en peso, no más del 40 % en peso, no más del 38 % en peso, no más del 35 % en peso, o incluso no más del 32 % en peso de alúmina y metal de aluminio para un peso total del material de unión. Se apreciará que el material de unión puede incluir un contenido de alúmina y metal de aluminio dentro de un intervalo que incluye cualquiera de los porcentajes mínimos y máximos indicados anteriormente. Por ejemplo, el contenido de alúmina y metal de aluminio puede estar dentro de un intervalo del 5 % en peso al 45 % en peso, o dentro de un intervalo del 10 % en peso al 40 % en peso, o dentro de un intervalo del 22 % en peso al 35 % en peso.

En una realización, el material de unión puede incluir óxido de aluminio y óxido de silicio. Por ejemplo, el contenido total de óxido de aluminio y óxido de silicio con respecto al peso total del material de unión puede ser de al menos el 50 % en peso, tal como al menos el 52 % en peso, al menos el 56 % en peso, al menos el 58 % en peso, o incluso al menos el 60 % en peso. En otra realización, el contenido total de óxido de aluminio y óxido de silicio puede ser no superior al 80 % en peso, no superior al 77 % en peso, no superior al 75 % en peso, o incluso no superior al 73 % en peso. Se apreciará que el contenido total de óxido de aluminio y óxido de silicio puede estar dentro de un intervalo de cualquiera de los porcentajes de mínimo a máximo indicados anteriormente, por ejemplo, el contenido total puede estar dentro de un intervalo del 50 % en peso al 80 % en peso, dentro de un intervalo del 56 % en peso al 75 % en peso, o incluso dentro de un intervalo del 60 % en peso al 73 % en peso.

En determinados casos, el óxido de silicio y el óxido de aluminio pueden estar presentes en una relación de porcentaje en peso particular que pueda facilitar la mejora de la formación y/o el rendimiento del artículo abrasivo. La relación de porcentaje en peso de óxido de silicio con respecto a óxido de aluminio (SiO2:Al2O3) puede ser, por ejemplo, no superior a 2,5:1, tal como no superior a 2,2:1, o incluso no superior a 2:1. En otros casos, la relación de porcentaje en peso de óxido de silicio con respecto a óxido de aluminio puede ser de al menos 1:1, al menos 1,3:1, al menos 1,5:1, o incluso al menos 1,7:1. Se apreciará que la relación de porcentaje en peso de óxido de silicio y óxido de aluminio puede estar dentro de un intervalo de cualquiera de las relaciones mínimas y máximas indicadas anteriormente, por ejemplo, la relación puede estar dentro de un intervalo de 1:1 a 2,5:1 o dentro de un intervalo de 1,3:1 a 2,2:1.

Según al menos una realización, el material de unión puede incluir al menos un compuesto de óxido alcalinotérreo (RO) en un contenido que pueda facilitar la mejora de la formación y/o el rendimiento del artículo abrasivo. El contenido total de compuestos de óxidos alcalinotérreos con respecto al peso total del material de unión puede ser no superior al 3,0 % en peso, no superior al 2,5 % en peso, o no superior al 2 % en peso. En otra realización, el contenido total de compuestos de óxidos alcalinotérreos (RO) puede ser de al menos el 0,5 % en peso o al menos el 0,8 % en peso. Se apreciará que el contenido total de compuestos de óxidos alcalinotérreos puede estar dentro de un intervalo de cualquiera de los porcentajes de mínimo a máximo indicados anteriormente, por ejemplo, el contenido total puede estar dentro de un intervalo del 0,5 % en peso al 3,0 % en peso, o dentro de un intervalo del 0,8 % en peso al 2,5 % en peso.

En una realización particular, los compuestos de óxidos alcalinotérreos pueden incluir óxido de calcio (CaO), óxido de magnesio (MgO), óxido de bario (BaO), óxido de estroncio (SrO), o similares. En una realización adicional, el material de unión puede no incluir más de tres compuestos de óxidos alcalinotérreos diferentes. Por ejemplo, el material de unión puede no incluir más de tres compuestos de óxidos alcalinotérreos diferentes seleccionados del grupo de óxido de calcio, óxido de magnesio, óxido de bario y óxido de estroncio.

Según otra realización, el material de unión puede incluir óxido de calcio (CaO) en un contenido que pueda facilitar la mejora de la formación y/o el rendimiento del artículo abrasivo. El contenido de óxido de calcio puede ser de al menos el 0,5 % en peso para un peso total del material de unión, tal como al menos el 0,8 % en peso, o al menos el 1 % en peso. Aún en otra realización, el contenido de óxido de calcio puede ser no superior al 3 % en peso, tal como no superior al 2,8 % en peso, no superior al 2,5 % en peso, no superior al 2 % en peso, o no superior al 1,7 % en peso. Se apreciará que el contenido de compuestos de óxido de calcio puede estar dentro de un intervalo de cualquiera de los porcentajes de mínimo a máximo indicados anteriormente, por ejemplo, el contenido total puede estar dentro de un intervalo del 0,5 % en peso al 3,0 % en peso, dentro de un intervalo del 0,8 % en peso al 2,5 % en peso, o dentro de un intervalo del 1 % en peso al 1,7 % en peso.

Según otra realización, el material de unión puede incluir un compuesto de óxido alcalino (R²O). Los compuestos de óxidos alcalinos de ejemplo pueden incluir óxido de litio (Li²O), óxido de sodio (Na²O), óxido de potasio (K²O), óxido de cesio (Cs²O) o similares. En una realización adicional, el material de unión puede incluir al menos un compuesto de óxido alcalino. Particularmente, el compuesto de óxido alcalino puede seleccionarse del grupo de compuestos que consisten en óxido de litio (Li²O), óxido de sodio (Na²O), óxido de potasio (K²O), óxido de cesio (Cs²O), y una combinación de los mismos.

Según otra realización, el contenido total de los compuestos de óxidos alcalinos con respecto al peso total del material de unión puede ser no superior al 25 % en peso, no superior al 22 % en peso, o no superior al 20 % en peso. Para otro caso, el contenido total de los compuestos de óxidos alcalinos puede ser de al menos el 3 % en peso, al menos el 5 % en peso, al menos el 7 % en peso, o al menos el 9 % en peso. Se apreciará que el contenido total de compuestos de óxidos alcalinos puede estar dentro de un intervalo de cualquiera de los porcentajes de mínimo a máximo indicados anteriormente, incluyendo, por ejemplo, dentro de un intervalo del 3 % en peso al 25 % en peso, o dentro de un intervalo del 7 % en peso al 22 % en peso.

Por ejemplo, el material de unión puede incluir óxido de litio (Li²O) en un contenido que pueda facilitar la mejora de la formación y/o el rendimiento del artículo abrasivo. El contenido de óxido de litio con respecto al peso total del material de unión puede ser de al menos el 1 % en peso, tal como al menos el 1,5 % en peso o al menos el 2 % en peso. En otro caso, el contenido de óxido de litio puede ser no superior al 7 % en peso, no superior al 6,5 % en peso, no superior al 6 % en peso, no superior al 5,5 % en peso, o no superior al 5 % en peso. Se apreciará que el contenido de óxido de litio puede estar dentro de un intervalo de cualquiera de los porcentajes de mínimo a máximo indicados anteriormente, incluyendo, por ejemplo, dentro de un intervalo del 1 % en peso al 7 % en peso o del 1,5 % en peso al 6 % en peso. En otra realización, el material de unión puede incluir una cantidad traza de Li²O o estar esencialmente libre de Li²O.

Para otra realización, el material de unión puede incluir óxido de sodio (Na²O) en un contenido que pueda facilitar la mejora de la formación y/o el rendimiento del artículo abrasivo. El contenido de óxido de sodio con respecto al peso total del material de unión puede ser, por ejemplo, de al menos el 3 % en peso, al menos el 4 % en peso, o al menos el 5 % en peso. Para otro ejemplo, el contenido de óxido de sodio puede ser no superior al 14 % en peso, tal como no superior al 13 % en peso, no superior al 12 % en peso, no superior al 11 % en peso, o no superior al 10 % en peso. Se apreciará que el contenido de óxido de sodio puede estar dentro de un intervalo de cualquiera de los porcentajes de mínimo a máximo indicados anteriormente, incluyendo, por ejemplo, dentro de un intervalo del 3 % en peso al 14 % en peso, o dentro de un intervalo del 4 % en peso al 11 % en peso.

En otra realización, el material de unión puede incluir óxido de potasio (K²O) en un contenido que pueda facilitar la mejora de la formación y/o el rendimiento del artículo abrasivo. Por ejemplo, el contenido de óxido de potasio para el peso total del material de unión puede ser de al menos el 1 % en peso, al menos el 1,5 % en peso, o al menos el 2 % en peso. Para al menos una realización no limitante, el contenido de óxido de potasio puede ser no superior al 7 % en peso, tal como no superior al 6,5 % en peso, no superior al 6 % en peso, no superior al 5,5 % en peso, o no superior al 5 % en peso. Se apreciará que el contenido de óxido de potasio puede estar dentro de un intervalo de cualquiera de los porcentajes de mínimo a máximo indicados anteriormente, incluyendo, por ejemplo, dentro de un intervalo del 1 % en peso al 7 % en peso o del 1,5 % en peso al 6,5 % en peso.

En determinadas realizaciones, el material de unión puede incluir óxido de fósforo (P²O⁵) en un contenido que pueda facilitar la mejora de la formación y/o el rendimiento del artículo abrasivo. Por ejemplo, el contenido de óxido de fósforo para el peso total del material de unión puede ser no superior al 3,0 % en peso, tal como no superior al 2,0 % en peso o no superior al 1,0 % en peso. En una realización particular, el material de unión puede estar esencialmente libre de óxido de fósforo.

Según una realización, el material de unión puede incluir una composición esencialmente libre de determinados compuestos de óxido. Por ejemplo, el material de unión puede incluir una composición esencialmente libre de compuestos de óxido seleccionados del grupo que consiste en TiO² , Fe2O3, MnO² , ZrSiO² , COAhO4 y MgO.

Según al menos una realización, las partículas abrasivas pueden incluir alúmina nanocristalina, que tiene tamaños medios de cristalito particulares. Por ejemplo, el tamaño medio de cristalito de las partículas de alúmina nanocristalina puede ser no superior a 0,15 micras, tal como no superior a 0,14 micras, no superior a 0,13 micras, o no superior a 0,12 micras, o incluso no superior a 0,11 micras. En otra realización, el tamaño medio de cristalito puede ser de al menos 0,01 micras, tal como al menos 0,02 micras, al menos 0,05 micras, al menos 0,06 micras, al menos 0,07 micras, al menos 0,08 micras, o al menos aproximadamente 0,09 micras. Se apreciará que el tamaño medio de cristalito puede estar dentro de un intervalo que incluye cualquiera de los valores mínimos a máximos indicados anteriormente. Por ejemplo, el tamaño medio de cristalito puede estar dentro de un intervalo de 0,01 micras a 0,15 micras, 0,05 micras a 0,14 micras, o 0,07 micras a 0,14 micras. En una realización particular, el tamaño de cristalito puede estar dentro de un intervalo de 0,08 micras a 0,14 micras.

El tamaño medio de cristalito se puede medir basándose en el método de intersección sin corregir, usando fotomicrografías de microscopía electrónica de barrido (SEM, por sus siglas en inglés). Las muestras de granos abrasivos se preparan haciendo una montura de baquelita en resina epoxídica, y luego se pule con una suspensión de pulido de diamante, usando una unidad de pulido Struers Tegramin 30. Después del pulido, se calienta el epoxi en una placa caliente, a continuación, la superficie pulida se graba térmicamente durante 5 minutos a 150 °C por debajo de la temperatura de sinterización. Los granos individuales (5-10 gránulos) se montan en el soporte SEM, después se recubren de oro para la preparación de SEM. Las fotomicrografías SEM de tres partículas abrasivas individuales se toman a aproximadamente 50.000 aumentos, después el tamaño de cristalito no corregido se calcula utilizando las siguientes etapas: 1) se dibujan líneas diagonales desde una esquina a la esquina opuesta de la vista de la estructura cristalina, excluyendo la banda negra de datos en la parte inferior de la foto (ver, por ejemplo, las Figuras 7A y 7B); 2) se mide la longitud de las líneas diagonales como L1 y L2 a los 0,1 centímetros más próximos; 3) se cuenta el número de límites de grano cruzados por cada una de las líneas diagonales, (es decir, intersecciones de límite de grano II y I2) y se registra este número para cada una de las líneas diagonales, 4) se determina un número de barras calculado, midiendo la longitud (en centímetros) de la barra de micras (es decir, “ longitud de barra” ) en la parte inferior de cada fotomicrografía o pantalla de visualización, y se divide la longitud de barra (en micras) por la longitud de la barra (en centímetros); 5) se añade el total de centímetros de las líneas diagonales dibujadas en la fotomicrografía (L1 L2), para obtener una suma de las longitudes diagonales; 6) se añaden los números de intersecciones de límite de grano para ambas líneas diagonales (I1 I2), para obtener una suma de las intersecciones del límite de grano; 7) se divide la suma de las longitudes diagonales (L1 L2) en centímetros por la suma de las intersecciones del límite de grano (I1 I2) y se multiplica este número por el número de barras calculado. Este proceso se realiza al menos tres veces distintas para tres muestras diferentes seleccionadas de forma aleatoria, para obtener un tamaño medio de cristalito.

Como ejemplo de cálculo del número de barras, se asume que la longitud de la barra proporcionada en una fotografía es de 0,4 micras. Usando una regla, la longitud de la barra medida en centímetros es de 2 cm. La longitud de la barra de 0,4 micras se divide por 2 cm y es igual a 0,2 um/cm como el número de barras calculado. El tamaño cristalino medio se calcula dividiendo la suma de las longitudes diagonales (L1 L2) en centímetros por la suma de las intersecciones del límite del grano (I1 I2), y multiplicando este número por el número de barras calculado.

Según una realización, la alúmina nanocristalina puede incluir al menos un 51 % en peso de alúmina con respecto al peso total de las partículas abrasivas. Por ejemplo, el contenido de alúmina dentro de la alúmina nanocristalina puede ser al menos aproximadamente un 60 % en peso, al menos un 70 % en peso, al menos un 80 % en peso, al menos aproximadamente un 85 % en peso, o incluso mayor, tal como al menos un 90 % en peso, al menos un 92 % en peso, al menos un 93 % en peso, o al menos un 94 % en peso. En una realización no limitante, el contenido de alúmina puede ser no superior al 99,9 % en peso, tal como no superior al 99 % en peso, no superior al 98,5 % en peso, no superior al 98 % en peso, no superior al 97,5 % en peso, no superior al 97 % en peso, no superior al 96,5 % en peso, o no superior al 96 % en peso. Se apreciará que el contenido de alúmina puede estar dentro de un intervalo que incluye cualquiera de los porcentajes mínimos a máximos indicados anteriormente. Por ejemplo, el contenido puede estar dentro de un intervalo del 60 % en peso al 99,9 % en peso, dentro de un intervalo del 70 % en peso al 99 % en peso, dentro de un intervalo del 85 % en peso al 98 % en peso, o dentro de un intervalo del 90 % en peso al 96,5 % en peso. En una realización particular, la alúmina monocristalina puede consistir esencialmente en alúmina, tal como alfa-alúmina.

Como se describe en la presente memoria, la alúmina nanocristalina puede tener muchas características particulares. Estas características pueden aplicarse de manera similar a las partículas abrasivas. Por ejemplo, las partículas abrasivas pueden incluir un porcentaje en peso de alúmina para el peso total de las partículas abrasivas, que es similar al contenido de la alúmina con respecto al peso total de la alúmina nanocristalina. Por ejemplo, el contenido de la alúmina en las partículas abrasivas para el peso total de las partículas abrasivas, puede ser de al menos un 60 % en peso, tal como al menos un 70 % en peso, al menos un 80 % en peso, al menos un 85 % en peso, al menos un 90 % en peso, al menos un 92 % en peso, al menos un 93 % en peso, o al menos un 94 % en peso. Para otro ejemplo, el contenido de alúmina en las partículas abrasivas puede ser no superior al 99,9 % en peso, tal como no ser superior al 99 % en peso, no superior al 98,5 % en peso, no superior al 98 % en peso, no superior al 97,5 % en peso, no superior al 97 % en peso, no superior al 96,5 % en peso, o no superior al 96 % en peso. Se apreciará que las partículas abrasivas pueden incluir la alúmina en el contenido, dentro de un intervalo de porcentajes mínimos y máximos indicados anteriormente. Por ejemplo, el contenido puede estar dentro de un intervalo del 60 % en peso al 99,9 % en peso, dentro de un intervalo del 70 % en peso al 99 % en peso, dentro de un intervalo del 85 % en peso al 98 % en peso, o dentro de un intervalo del 90 % en peso al 96,5 % en peso. En una realización particular, las partículas abrasivas pueden consistir esencialmente en alúmina, tal como alfa-alúmina.

La alúmina nanocristalina incluye al menos un aditivo. El aditivo puede incluir un elemento de metal de transición, un elemento de tierras raras, un elemento de metal alcalino, un elemento de metal alcalinotérreo, silicio o una combinación de los mismos. En una realización adicional, el aditivo puede seleccionarse del grupo que consiste en un elemento de metal de transición, un elemento de tierras raras, un elemento de metal alcalino, un elemento de metal alcalinotérreo, silicio y una combinación de los mismos. Se apreciará que el aditivo descrito en las realizaciones asociadas con la alúmina nanocristalina puede aplicarse a las partículas abrasivas. En una realización, las partículas abrasivas pueden incluir uno o más de los aditivos descritos en la presente memoria.

El aditivo incluye magnesio y circonio. En una realización, el aditivo puede incluir un material que incluye, por ejemplo, calcio, silicio, hierro, itrio, lantano, cerio, o una combinación de los mismos. En una realización adicional, el aditivo puede incluir además al menos dos materiales seleccionados del grupo que consiste en calcio, silicio, hierro, itrio, lantano y cerio. Se apreciará que la alúmina nanocristalina puede consistir esencialmente en alúmina, magnesio, circonio y uno o más aditivos indicados anteriormente. También se apreciará que las partículas abrasivas pueden consistir esencialmente en alúmina, magnesio, circonio y uno o más aditivos indicados anteriormente.

Según una realización, el contenido total de aditivos en relación con el peso total de las partículas de alúmina nanocristalinas puede ser no superior al 12 % en peso, tal como no ser superior al 11 % en peso, no superior al 10 % en peso, no superior al 9,5 % en peso, no superior al 9 % en peso, no superior al 8,5 % en peso, no superior al 8 % en peso, no superior al 7,5 % en peso, no superior al 7 % en peso, no superior al 6,5 % en peso, no superior al 6 % en peso, no superior al 5,8 % en peso, no superior al 5,5 % en peso, o superior al 5,3 % en peso, o no superior al 5 % en peso. En otra realización, el contenido total de aditivos puede ser al menos un 0,1 % en peso, tal como al menos un 0,3 % en peso, al menos un 0,5 % en peso, al menos un 0,7 % en peso, al menos un 1 % en peso, al menos un 1.3 % en peso, al menos un 1,5 % en peso, o al menos un 1,7 % en peso, al menos un 2 % en peso, al menos un 2.3 % en peso, al menos un 2,5 % en peso, al menos un 2,7 % en peso, o incluso al menos un 3 % en peso. Se apreciará que el contenido total de aditivos dentro de la alúmina nanocristalina puede estar dentro de un intervalo que incluye cualquiera de los porcentajes mínimos a máximos indicados anteriormente. Por ejemplo, el contenido total puede estar dentro de un intervalo del 0,1 % en peso al 12 % en peso, tal como dentro de un intervalo del 0,7 % en peso al 9,5 % en peso, o dentro de un intervalo del 1,3 % en peso al 5,3 % en peso. También se apreciará que el contenido total de los aditivos para el peso total de las partículas abrasivas puede incluir los porcentajes similares o dentro de un intervalo similar de las realizaciones en la presente memoria.

El aditivo incluye óxido de magnesio (MgO) en un contenido que pueda facilitar la mejora de la formación y/o el rendimiento del artículo abrasivo. El contenido de óxido de magnesio con respecto al peso total de la alúmina nanocristalina puede ser, por ejemplo, al menos un 0,1 % en peso, tal como al menos un 0,3 % en peso, al menos un 0,5 % en peso, al menos un 0,7 % en peso, o al menos un 0,8 % en peso. Para otro caso, el contenido de óxido de magnesio puede ser no superior al 5 % en peso, tal como no superior al 4,5 % en peso, no superior al 4 % en peso, no superior al 3,5 % en peso, no superior al 3 % en peso, o no superior al 2,8 % en peso. Se apreciará que el contenido de óxido de magnesio puede estar dentro de un intervalo que incluye cualquiera de los porcentajes mínimos a máximos indicados anteriormente. Por ejemplo, el contenido puede estar dentro de un intervalo del 0,1 % en peso al 5 % en peso, dentro de un intervalo del 0,3 % en peso al 4,5 % en peso, o dentro de un intervalo del 0,7 % en peso al 2,8 % en peso. En una realización particular, la alúmina nanocristalina puede consistir esencialmente en alúmina y óxido de magnesio dentro de un intervalo entre cualquiera de los valores mínimos y máximos descritos en la presente memoria. También se apreciará que el contenido de óxido de magnesio para el peso total de los artículos abrasivos puede incluir cualquiera de los porcentajes o dentro de cualquiera de los intervalos descritos en la presente memoria. En otra realización particular, las partículas abrasivas pueden consistir esencialmente en la alúmina nanocristalina y el óxido de magnesio dentro de un intervalo entre cualquiera de los valores mínimos y máximos descritos en la presente memoria.

El aditivo incluye óxido de circonio (ZrO²), que puede facilitar la mejora de la formación y/o el rendimiento del artículo abrasivo. El contenido de óxido de circonio para un peso total de la alúmina nanocristalina puede ser, por ejemplo, al menos un 0,1 % en peso, tal como al menos un 0,3 % en peso, al menos un 0,5 % en peso, al menos un 0,7 % en peso, al menos un 0,8 % en peso, al menos un 1 % en peso, al menos un 1,3 % en peso, al menos un 1,5 % en peso, al menos un 1,7 % en peso, o al menos un 2 % en peso. En otro ejemplo, el contenido de óxido de circonio puede ser no superior al 8 % en peso, no superior al 7 % en peso, no superior al 6 % en peso, no superior al 5,8 % en peso, no superior al 5,5 % en peso, o no superior al 5,2 % en peso. Se apreciará que el contenido de óxido de circonio puede estar dentro de un intervalo que incluye cualquiera de los porcentajes mínimos a máximos indicados anteriormente. Por ejemplo, el contenido puede estar dentro de un intervalo del 0,1 % en peso al 8 % en peso, dentro de un intervalo del 0,3 % en peso al 7 % en peso, o dentro de un intervalo del 0,5 % en peso al 5,8 % en peso. En una realización particular, la alúmina nanocristalina puede consistir esencialmente en óxido de alúmina y circonio, dentro del intervalo de realizaciones en la presente memoria. También se apreciará que el contenido de óxido de circonio para el peso total de las partículas abrasivas puede incluir cualquiera de los porcentajes o dentro de cualquiera de los intervalos indicados en la presente memoria. En otra realización particular, las partículas abrasivas pueden consistir esencialmente en alúmina nanocristalina y ZrO², dentro de un intervalo entre cualquiera de los porcentajes mínimos y máximos indicados anteriormente.

El aditivo incluye óxido de magnesio (MgO) y óxido de circonio (ZrO²) en una relación de aditivos particular que pueda facilitar la mejora de la formación y/o el rendimiento del artículo abrasivo. La relación de aditivos (MgO/ZrO²) es una relación de porcentaje en peso de óxido de magnesio con respecto a óxido de circonio, en donde MgO es el porcentaje en peso de MgO en la alúmina nanocristalina y ZrO² es el porcentaje en peso de ZrO² en la alúmina nanocristalina. La relación es no superior a 1,5, tal como no superior a 1,4, no superior a 1,3, no superior a 1,2, no superior a 1,1, no superior a 1, no superior a 0,95, no superior a 0,9, no superior a 0,85, no superior a 0,8, no superior a 0,75, no superior a 0,7, no superior a 0,65, no superior a 0,6, o no superior a 0,55. La relación de aditivos (MgO/ZrO²) es de al menos aproximadamente 0,01, al menos 0,05, al menos 0,1, al menos 0,2, al menos 0,3, al menos 0,4, o al menos 0,5. Se apreciará que la relación de aditivos (MgO/ZrO²) puede estar dentro de un intervalo que incluye cualquiera de las relaciones mínimas a máximas indicadas anteriormente. La relación de aditivos (MgO/ZrO²) está dentro de un intervalo de 0,01 a 1,5 y, por ejemplo, puede estar dentro de un intervalo de 0,1 a 1,1, o dentro de un intervalo de 0,3 a 0,95. En una realización particular, la alúmina nanocristalina puede consistir esencialmente en alúmina, y óxido de magnesio y óxido de circonio, en la relación de aditivos dentro del intervalo que incluye cualquiera de las relaciones mínimas a máximas descritas en la presente memoria. También se apreciará que las partículas abrasivas pueden incluir óxido de magnesio (MgO) y óxido de circonio (ZrO²) en la relación de porcentaje en peso descrita en la presente memoria. En una realización particular, las partículas abrasivas pueden consistir esencialmente en alúmina nanocristalina, y óxido de magnesio y óxido de circonio, en la relación de aditivos dentro del intervalo que incluye cualquiera de las relaciones mínimas a máximas descritas en la presente memoria.

Según una realización, el aditivo puede incluir óxido de calcio (CaO). La alúmina nanocristalina puede incluir un cierto contenido de óxido de calcio con respecto al peso total de la alúmina nanocristalina, que puede facilitar una mejora de la formación y/o el rendimiento del artículo abrasivo. Por ejemplo, el contenido de óxido de calcio puede ser al menos un 0,01 % en peso, tal como al menos un 0,05 % en peso, al menos un aproximadamente 0,07 % en peso, al menos un 0,1 % en peso, al menos un 0,15 % en peso, al menos un 0,2 % en peso, o al menos un 0,25 % en peso. En otro ejemplo, el contenido puede ser no superior al 5 % en peso, tal como no superior al 4 % en peso, no superior al 3 % en peso, no superior al 2 % en peso, no superior al 1 % en peso, no superior al 0,7 % en peso, o no superior al 0,5 % en peso. Se apreciará que el contenido de óxido de calcio puede estar dentro de un intervalo que incluye cualquiera de las relaciones mínimas a máximas indicadas anteriormente. Por ejemplo, el contenido puede estar dentro de un intervalo del 0,01 % en peso al 5 % en peso, dentro de un intervalo del 0,07 % en peso al 3 % en peso, o dentro de un intervalo del 0,15 % en peso al 0,7 % en peso. En una realización particular, la alúmina nanocristalina puede consistir esencialmente en alúmina y óxido de calcio en el contenido dentro del intervalo que incluye cualquiera de los porcentajes mínimos a máximos descritos en la presente memoria. También se apreciará que el contenido de óxido de calcio para el peso total de las partículas abrasivas puede incluir cualquiera de los porcentajes o dentro de cualquiera de los intervalos indicados en la presente memoria. En otra realización particular, las partículas abrasivas pueden consistir esencialmente en alúmina nanocristalina y ZrO², dentro de un intervalo entre cualquiera de los porcentajes mínimos y máximos indicados anteriormente.

Según otra realización, el aditivo puede incluir óxido de magnesio (MgO) y óxido de calcio (CaO). La alúmina nanocristalina puede tener una relación de aditivos (CaO/MgO), en donde MgO es el porcentaje en peso de MgO en la alúmina nanocristalina, y CaO es el porcentaje en peso de CaO en la alúmina nanocristalina. La relación de aditivos puede facilitar una mejora de la formación y/o el rendimiento. Para un caso, la relación de aditivos puede ser no superior a 1, tal como no superior a 0,95, no superior a 0,9, no superior a 0,85, no superior a 0,8, no superior a 0,75, no superior a 0,7, no superior a 0,65, no superior a 0,6, no superior a 0,55, no superior a 0,5, no superior a 0,45, o no superior a 0,4. Para otro ejemplo, la relación puede ser al menos 0,01, tal como al menos 0,05, al menos 0,1, al menos 0,15, al menos 0,2, o al menos 0,25. Se apreciará que la relación de aditivos (CaO/MgO) puede estar dentro de un intervalo que incluye cualquiera de las relaciones mínimas y máximas indicadas anteriormente. Por ejemplo, la relación de aditivos puede estar dentro de un intervalo de 0,01 a 1, dentro de un intervalo de 0,05 a 0,9, o dentro de un intervalo de 0,1 a 0,75. En una realización particular, la alúmina nanocristalina puede consistir esencialmente en alúmina, y óxido de magnesio y óxido de calcio, en la relación de aditivos dentro del intervalo que incluye cualquiera de las relaciones mínimas y máximas descritas en la presente memoria. También se apreciará que la relación de aditivos de óxido de calcio al óxido de magnesio puede incluir cualquiera de las relaciones o dentro de cualquiera de los intervalos descritos en la presente memoria. En otra realización particular, las partículas abrasivas pueden consistir esencialmente en alúmina nanocristalina, y óxido de calcio y óxido de magnesio, en la relación de aditivos dentro de un intervalo entre cualquiera de las relaciones mínimas y máximas indicadas anteriormente.

Según una realización, la alúmina nanocristalina puede incluir un óxido de tierras raras. Los ejemplos de óxido de tierras raras pueden incluir óxido de itrio, óxido de cerio, óxido de praseodimio, óxido de samario, óxido de iterbio, óxido de neodimio, óxido de lantano, óxido de gadolinio, óxido de disprosio, óxido de erbio, precursores de los mismos, o similares. En una realización particular, el óxido de tierras raras puede seleccionarse del grupo que consiste en óxido de itrio, óxido de cerio, óxido de praseodimio, óxido de samario, óxido de iterbio, óxido de neodimio, óxido de lantano, óxido de gadolinio, óxido de disprosio, óxido de erbio, precursores de los mismos, y combinaciones de los mismos. En otra realización, la alúmina microcristalina puede estar esencialmente libre de un óxido de tierras raras y hierro. En una realización adicional, las partículas abrasivas pueden incluir una fase que contiene una tierra rara, un catión divalente y una alúmina que puede estar en forma de estructura magnetoplonita. Un ejemplo de estructura magnetoplonita es MgLaAluOm

Según una realización, la alúmina nanocristalina puede incluir un cristalito de alúmina de tierras raras. En otra realización, la alúmina nanocristalina puede incluir una fase de aluminato de tierras raras. Sin embargo, según otra realización, la alúmina nanocristalina puede incluir un material de espinela. Se apreciará que las partículas abrasivas pueden incluir un cristalito de alúmina de tierras raras, una fase de aluminato de tierras raras o un material de espinela.

Según una realización, la alúmina nanocristalina puede incluir partículas nanocristalinas (p. ej., granos o dominios), que pueden ser adecuadas para mejorar la formación y/o el rendimiento de un artículo abrasivo. En ciertas realizaciones, cada partícula nanocristalina puede incluir al menos un 50 % en volumen de material cristalino, tal como material cristalino único o material policristalino, para el volumen total de cada partícula nanocristalina. Por ejemplo, cada partícula puede incluir al menos un 75 % en volumen de material cristalino, al menos un 85 % en volumen de material cristalino, al menos un 90 % en volumen de material cristalino, o al menos un 95 % en volumen de material cristalino. En una realización particular, las partículas nanocristalinas pueden consistir esencialmente en material cristalino. Se apreciará que las características de la alúmina nanocristalina descritas anteriormente pueden aplicarse a las partículas abrasivas. Por ejemplo, cada partícula abrasiva puede incluir al menos un 50 % en volumen de material cristalino, tal como material cristalino único o material policristalino, para el volumen total de cada partícula abrasiva. Además, se apreciará que las partículas abrasivas pueden consistir esencialmente en un material cristalino que incluye alfa-alúmina y uno o más aditivos, como se describe en las realizaciones de la presente memoria. Más particularmente, en al menos una realización, las partículas abrasivas pueden consistir esencialmente en un material cristalino que consiste en alfa-alúmina y uno o más aditivos, como se describe en las realizaciones de la presente memoria.

En una realización, la alúmina nanocristalina puede tener ciertas propiedades físicas que incluyen dureza y densidad Vickers. Por ejemplo, la dureza Vickers de la alúmina nanocristalina puede ser al menos 18 GPa, al menos 18,5 GPa, al menos 19 GPa, o incluso al menos 19,5 GPa. En otro caso, la dureza Vickers de la alúmina nanocristalina puede no ser superior a 26,5 GPa, tal como no superior a 26 GPa, no superior a 25,5 GPa, no superior a 25 GPa, o incluso no superior a 24,5 GPa. Se apreciará que la alúmina nanocristalina puede tener una dureza Vickers dentro de un intervalo que incluye cualquiera de los valores mínimos a máximos indicados anteriormente. Por ejemplo, la dureza Vickers puede estar dentro de un intervalo de 18 GPa a 24,5, o dentro de un intervalo de 19 GPa a 24 GPa. En otra realización, las propiedades físicas de la alúmina nanocristalina pueden aplicarse de manera similar a las partículas abrasivas. Por ejemplo, las partículas abrasivas pueden tener una dureza Vickers indicada anteriormente.

Se apreciará que la dureza Vickers se mide basándose en un método de indentación de diamante (muy conocido en la técnica) de una superficie pulida del grano abrasivo. Las muestras de granos abrasivos se preparan haciendo una montura de baquelita en resina epoxídica, a continuación, se pule con una suspensión de pulido de diamante usando una unidad de pulido Struers Tegramin 30. Usando un analizador de microdureza Instron-Tukon 2100 con una carga de 500 g y una lente objetivo de 50 aumentos, se miden 5 muescas de diamante en cinco partículas abrasivas diferentes. La medición está en unidades Vickers y se convierte en GPa dividiendo las unidades Vickers por 100. Se presenta el promedio y el intervalo de dureza para un tamaño de muestra adecuado para hacer un cálculo estadísticamente relevante.

En una realización, la alúmina nanocristalina puede tener una friabilidad relativa, que es la descomposición de la alúmina nanocristalina en relación con la descomposición de la alúmina microcristalina que tiene el mismo tamaño de gránulo, y ambas descomposiciones se miden de la misma manera, como se describe con más detalle a continuación. La friabilidad relativa de la alúmina nanocristalina puede expresarse en forma de porcentaje, y la de la alúmina microcristalina correspondiente se considera estándar y se establece en un 100 %. En una realización, la friabilidad relativa de la alúmina nanocristalina puede ser superior al 100 %. Por ejemplo, la friabilidad relativa de la alúmina nanocristalina puede ser al menos un 102 %, tal como al menos un 105 %, al menos un 108 %, al menos un 110 %, al menos un 112 %, al menos un 115 %, al menos un 120 %, al menos un 125 %, o al menos un 130 %. En otro caso, la friabilidad relativa de la alúmina nanocristalina puede no ser superior al 160 %.

La friabilidad relativa se mide, generalmente, moliendo una muestra de las partículas usando bolas de carburo de tungsteno que tienen un diámetro medio de 1,905 cm (3/4 pulgadas), durante un período de tiempo dado, tamizando el material resultante de la molienda por bolas, y midiendo el porcentaje de descomposición de la muestra frente a una muestra estándar, que en las presentes realizaciones era una muestra de alúmina microcristalina que tenía el mismo tamaño de gránulo.

Antes de la molienda por bolas, se tamizan aproximadamente de 300 gramos a 350 gramos de granos de una muestra estándar (p. ej., alúmina microcristalina disponible como Cerpass® HTB, de Saint-Gobain Corporation) utilizando un conjunto de tamices colocados en un agitador de tamiz Ro-Tap® (modelo RX-29) fabricado por WS Tyler Inc. Los tamaños de gránulo de los tamices se seleccionan según la Tabla 3 ANSI, de manera que se utiliza un número y tipos determinados de tamices por encima y por debajo del tamaño de partícula objetivo. Por ejemplo, para un tamaño de partícula objetivo de gránulo 80, el proceso utiliza los siguientes tamaños de tamiz estándar de EE. UU., 1) 60; 2) 70; 3) 80; 4) 100; y 5) 120. Los tamices se apilan de modo que los tamaños de gránulos de las pantallas aumenten de arriba a abajo, y se coloca una bandeja debajo del tamiz inferior para recoger los granos que caigan a través de todos los tamices. Se hace funcionar el agitador de tamiz Ro-Tap® durante 10 minutos a una velocidad de 287±10 oscilaciones por minuto, con el número de recuento de golpes de 150±10, y solo las partículas del tamiz que tengan el tamaño de gránulo objetivo (denominado tamiz objetivo, en lo sucesivo) se recogen como muestra de tamaño de partícula objetivo. Se repite el mismo proceso para recoger muestras de tamaño de partícula objetivo para las otras muestras de material de prueba.

Después del tamizado, se somete a molienda una parte de cada una de las muestras de tamaño de partícula objetivo.

Se coloca un recipiente de molino vacío y limpio en un molino de rodillos. La velocidad del rodillo se establece en 305 rpm, y la velocidad del recipiente del molino se establece en 95 rpm. Se colocan en el recipiente aproximadamente 3500 gramos de bolas esféricas de carburo de tungsteno aplanadas que tienen un diámetro medio de 1,905 cm (3/4 pulgadas). Se colocan en el recipiente de molino con las bolas 100 gramos de la muestra de tamaño de partícula objetivo de la muestra de material estándar. El recipiente se cierra y se coloca en el molino por bolas y se hace funcionar durante un 1 minuto a 10 minutos. Se detiene la molienda por bolas, y se tamizan las bolas y los granos utilizando el agitador de tamiz Ro-Tap® y los mismos tamices que se utilizan en la producción de la muestra de tamaño de partícula objetivo. El macillo rotativo se hace funcionar durante 5 minutos usando las mismas condiciones indicadas anteriormente para obtener la muestra de tamaño de partículas objetivo, y se recogen y pesan todas las partículas que caen a través del tamiz objetivo. El porcentaje de descomposición de la muestra estándar es la masa de los granos que pasaron a través del tamiz objetivo dividida por la masa original de la muestra de tamaño de partícula objetivo (es decir, 100 gramos). Si el porcentaje de descomposición está dentro del intervalo del 48 % a 52 %, se analizan unos segundos 100 gramos de la muestra de tamaño de partícula objetivo, usando exactamente las mismas condiciones que las usadas para la primera muestra para determinar la reproducibilidad. Si la segunda muestra proporciona una descomposición porcentual del 48 %-52 %, se registran los valores. Si la segunda muestra no proporciona una descomposición porcentual del 48 % al 52 %, se ajusta el tiempo de molienda, o se obtiene otra muestra y se ajusta el tiempo de molienda hasta que el porcentaje de descomposición se encuentre dentro del intervalo del 48 %-52 %. La prueba se repite hasta que dos muestras consecutivas proporcionen un porcentaje de descomposición dentro del intervalo del 48 %-52 %, y estos resultados se registran.

El porcentaje de descomposición de un material de muestra representativo (p. ej., partículas de alúmina nanocristalinas) se mide de la misma manera que la medición de la muestra estándar que tiene la descomposición del 48 % al 52 %. La friabilidad relativa de la muestra de alúmina nanocristalina es la descomposición de la muestra nanocristalina con respecto a la de la muestra microcristalina estándar.

En otro caso, la alúmina nanocristalina puede tener una densidad de al menos 3,85 g/cc, tal como al menos 3,9 g/cc, o al menos 3,94 g/cc. En otra realización, la densidad de la alúmina nanocristalina puede no ser mayor de 4,12 g/cc, tal como no mayor de 4,08 g/cc, no mayor de 4,02 g/cc, o incluso no mayor de 4,01 g/cc. Se apreciará que la alúmina nanocristalina puede tener una densidad dentro de un intervalo que incluye cualquiera de los valores mínimos a máximos descritos en la presente memoria. Por ejemplo, la densidad puede estar dentro de un intervalo de 3,85 g/cc a 4,12 g/cc, o 3,94 g/cc a 4,01 g/cc. También se apreciará que la densidad de las partículas abrasivas puede incluir cualquiera de los valores o dentro de cualquiera de los intervalos descritos en la presente memoria.

Según una realización, las partículas abrasivas pueden incluir al menos un tipo de partícula abrasiva. Por ejemplo, las partículas abrasivas pueden incluir una mezcla que incluya un primer tipo de partícula abrasiva y un segundo tipo de partícula abrasiva. El primer tipo de partícula abrasiva puede incluir una partícula abrasiva que comprenda alúmina nanocristalina, según cualquiera de las realizaciones de la presente memoria. El segundo tipo de partícula abrasiva puede incluir al menos un material seleccionado del grupo que consiste en óxidos, carburos, nitruros, boruros, oxicarburos, oxinitruros, superabrasivos, materiales a base de carbono, aglomerados, agregados, partículas abrasivas conformadas, partículas de diluyente, y una combinación de los mismos. En una realización particular, las partículas abrasivas pueden consistir esencialmente en alúmina nanocristalina.

En una realización, el cuerpo del artículo abrasivo de las realizaciones de la presente memoria puede incluir un artículo abrasivo fijo. En otra realización, el cuerpo puede incluir un artículo abrasivo unido. El artículo abrasivo unido puede incluir granos abrasivos contenidos en una matriz tridimensional del material de unión. El cuerpo abrasivo unido puede formarse en cualquier forma adecuada, como se conoce por los expertos en la técnica, incluidos, pero no limitado a, discos abrasivos, conos, piedras de afilar, copas, ruedas con reborde, copas cónicas, segmentos, herramientas de punto montado, discos, discos finos, discos de corte de gran diámetro, y similares.

Según una realización, el cuerpo del artículo abrasivo puede incluir un cierto contenido de las partículas abrasivas, lo que puede facilitar la mejora de la formación y/o el rendimiento de un artículo abrasivo. Por ejemplo, el contenido de las partículas abrasivas puede ser de al menos un 2 % en volumen para el volumen total del cuerpo, al menos un 4 % en volumen, al menos un 6 % en volumen, al menos un 8 % en volumen, al menos un 10 % en volumen, al menos un 12 % en volumen, al menos un 14 % en volumen, al menos un 16 % en volumen, al menos un 18 % en volumen, al menos un 20 % en volumen, al menos un 25 % en volumen, al menos un 30 % en volumen, o incluso al menos un 35 % en volumen. En otro ejemplo, el contenido de las partículas abrasivas dentro del cuerpo abrasivo unido puede ser no superior al 65 % en volumen, tal como no superior al 64 % en volumen, no superior al 62 % en volumen, no superior al 60 % en volumen, no superior al 58 % en volumen, no superior al 56 % en volumen, no superior a aproximadamente el 54 % en volumen, no superior al 52 % en volumen, no superior al 50 % en volumen, no superior al 48 % en volumen, no superior al 46 % en volumen, no superior al 44 % en volumen, no superior al 42 % en volumen, no superior al 40 % en volumen, no superior al 38 % en volumen, no superior al 36 % en volumen, no superior al 34 % en volumen, no superior al 32 % en volumen, no superior al 30 % en volumen, o superior al 28 % en volumen, no superior al 26 % en volumen, no superior al 24 % en volumen, no superior al 22 % en volumen, o no superior al 20 % en volumen. Se apreciará que el contenido de las partículas abrasivas puede estar dentro de un intervalo que incluye cualquiera de los porcentajes mínimos y máximos indicados anteriormente. Por ejemplo, el contenido de las partículas abrasivas en el cuerpo puede estar dentro de un intervalo del 2 % en volumen al 64 % en volumen, dentro de un intervalo del 12 % en volumen al 62 % en volumen, o dentro de un intervalo del 20 % en volumen al 58 % en volumen.

En una realización, puede controlarse el contenido de la alúmina nanocristalina para el volumen total del cuerpo, para facilitar una mejora de la formación y/o el rendimiento de un artículo abrasivo. Por ejemplo, el contenido de alúmina nanocristalina puede ser de al menos el 1 % en volumen, tal como al menos el 2 % en volumen, al menos el 4 % en volumen, al menos el 6 % en volumen, al menos el 8 % en volumen, al menos el 10 % en volumen, al menos el 12 % en volumen, al menos el 14 % en volumen, al menos el 16 % en volumen, al menos el 18 % en volumen, al menos el 20 % en volumen, al menos el 25 % en volumen, al menos el 30 % en volumen, o al menos el 35 % en volumen. En otra realización, el contenido de alúmina nanocristalina puede ser no superior al 65 % en volumen, tal como no superior al 64 % en volumen, no superior al 62 % en volumen, no superior al 60 % en volumen, no superior al 58 % en volumen, no superior al 56 % en volumen, no superior aproximadamente al 54 % en volumen, no superior al 52 % en volumen, no superior al 50 % en volumen, no superior al 48 % en volumen, no superior al 46 % en volumen, no superior al 44 % en volumen, no superior al 42 % en volumen, no superior al 40 % en volumen, no superior al 38 % en volumen, no superior al 36 % en volumen, no superior al 34 % en volumen, no superior al 32 % en volumen, no superior al 30 % en volumen, o superior al 28 % en volumen, no superior al 26 % en volumen, no superior al 24 % en volumen, no superior al 22 % en volumen, o no superior al 20 % en volumen. Se apreciará que el contenido de las partículas abrasivas puede estar dentro de un intervalo que incluye cualquiera de los porcentajes mínimos a máximos indicados anteriormente. Por ejemplo, el contenido de la alúmina nanocristalina en el cuerpo puede estar dentro de un intervalo del 2 % en volumen al 64 % en volumen, dentro de un intervalo del 12 % en volumen al 62 % en volumen, o dentro de un intervalo del 20 % en volumen al 58 % en volumen.

Según una realización, el cuerpo puede incluir un cierto contenido del material de unión en las realizaciones de la presente memoria. Por ejemplo, el contenido del material de unión para un volumen total del cuerpo puede ser al menos un 1 % en volumen, tal como al menos un 2 % en volumen, al menos un 5 % en volumen, al menos un 10 % en volumen, al menos un 20 % en volumen, al menos un 30 % en volumen, al menos un 35 % en volumen, al menos un 40 % en volumen, o al menos un 45 % en volumen. Para otro ejemplo, el contenido del material de unión puede ser no superior al 98 % en volumen, tal como no superior al 95 % en volumen, no superior al 90 % en volumen, no superior al 85 % en volumen, no superior al 80 % en volumen, no superior al 75 % en volumen, no superior al 70 % en volumen, no superior al 65 % en volumen, o no superior al 60 % en volumen, no superior al 55 % en volumen, no superior al 50 % en volumen, o no superior al 45 % en volumen, no superior al 40 % en volumen, o no superior al 35 % en volumen, no superior al 30 % en volumen, o no superior al 25 % en volumen. Se apreciará que el contenido del material de unión puede estar dentro de un intervalo que incluye cualquiera de los porcentajes mínimos a máximos indicados anteriormente. Por ejemplo, el contenido del material de unión en el cuerpo puede estar dentro de un intervalo del 1 % en volumen al 98 % en volumen, dentro de un intervalo del 5 % en volumen al 85 % en volumen, o dentro de un intervalo del 20 % en volumen al 70 % en volumen.

El cuerpo del artículo abrasivo puede formarse para que tenga cierta porosidad. En una realización, la porosidad puede ser de al menos un 1 % en volumen para un volumen total del cuerpo. Por ejemplo, la porosidad puede ser al menos un 2 % en volumen, al menos un 4 % en volumen, al menos un 6 % en volumen, al menos un 8 % en volumen, al menos un 10 % en volumen, al menos un 12 % en volumen, al menos un 14 % en volumen, al menos un 16 % en volumen, al menos un 18 % en volumen, al menos un 20 % en volumen, al menos un 25 % en volumen, al menos un 30 % en volumen, al menos un 40 % en volumen, al menos un 45 % en volumen, al menos un 50 % en volumen, o al menos un 55 % en volumen. En otra realización, la porosidad del cuerpo puede no ser superior al 80 % en volumen. Por ejemplo, la porosidad puede ser no superior al 75 % en volumen, no superior al 70 % en volumen, no superior al 60 % en volumen, no superior al 55 % en volumen, no superior al 50 % en volumen, no superior al 45 % en volumen, no superior al 40 % en volumen, no superior al 35 % en volumen, no superior al 30 % en volumen, no superior al 25 % en volumen, no superior al 20 % en volumen, no superior al 15 % en volumen, no superior al 10 % en volumen, no superior al 5 % en volumen, o no superior al 2 % en volumen. Se apreciará que la porosidad del cuerpo puede estar dentro de un intervalo que incluye cualquiera de los porcentajes mínimos a máximos indicados anteriormente. Por ejemplo, el contenido del material de unión en el cuerpo puede estar dentro de un intervalo del 1 % en volumen al 80 % en volumen, dentro de un intervalo del 8 % en volumen al 55 % en volumen, o dentro de un intervalo del 14 % en volumen al 30 % en volumen.

La porosidad del cuerpo puede estar en diversas formas. Por ejemplo, la porosidad puede ser cerrada, abierta, o incluir porosidad cerrada y porosidad abierta. En una realización, la porosidad puede incluir un tipo de porosidad seleccionada del grupo que consiste en porosidad cerrada, porosidad abierta, y una combinación de las mismas. En otra realización, la mayor parte de la porosidad puede incluir porosidad abierta. En una realización particular, toda la porosidad puede ser esencialmente porosidad abierta. En otra realización más, la mayor parte de la porosidad puede incluir porosidad cerrada. Por ejemplo, toda la porosidad puede ser esencialmente porosidad cerrada.

El cuerpo puede incluir poros que tengan ciertos tamaños medios de poro. En una realización, el tamaño medio de poro puede no ser mayor de 500 micras, tal como no mayor de 450 micras, no mayor de 400 micras, no mayor de 350 micras, no mayor de 300 micras, no mayor de 250 micras, no mayor de 200 micras, no mayor de 150 micras, o no mayor de 100 micras. En otra realización, el tamaño medio de poro puede ser al menos 0,01 micras, al menos 0,1 micras, o al menos 1 micra. Se apreciará que el cuerpo puede tener un tamaño medio de poro dentro de un intervalo que incluye cualquiera de los valores mínimos a máximos indicados anteriormente. Por ejemplo, el tamaño medio de poro del cuerpo puede estar dentro de un intervalo de 0,01 micras a 500 micras, dentro de un intervalo de 0,1 micras a 350 micras, o dentro de un intervalo de 1 micra a 250 micras.

Según una realización, las partículas abrasivas de las realizaciones en la presente memoria pueden incluir partículas no aglomeradas, por ejemplo, las partículas abrasivas que incluyen la alúmina nanocristalina pueden ser partículas no aglomeradas. Según otra realización, las partículas abrasivas pueden incluir partículas aglomeradas, por ejemplo, las partículas abrasivas que incluyen la alúmina nanocristalina pueden ser partículas aglomeradas.

En una realización, las partículas abrasivas que incluyen alúmina nanocristalina son partículas abrasivas con forma. Las partículas pueden incluir una forma bidimensional, una forma tridimensional, o una combinación de las mismas. Ejemplos de formas bidimensionales son los polígonos regulares, polígonos irregulares, formas irregulares, triángulos, triángulos parcialmente cóncavos, cuadriláteros, rectángulos, trapezoides, pentágonos, hexágonos, heptágonos, octógonos, elipses, caracteres del alfabeto griego, caracteres del alfabeto latino, caracteres del alfabeto ruso, y una combinación de los mismos. En consecuencia, las partículas abrasivas pueden consistir en cualquiera de las formas bidimensionales mencionadas anteriormente. Ejemplos de formas tridimensionales pueden incluir un poliedro, una pirámide, un elipsoide, una esfera, un prisma, un cilindro, un cono, un tetraedro, un cubo, un cuboide, un romboedro, una pirámide truncada, un elipsoide truncado, una esfera truncada, un cono truncado, un pentaedro, un hexaedro, un heptaedro, un octaedro, un nonaedro, un decaedro, una letra del alfabeto griego, un carácter del alfabeto latino, un carácter del alfabeto ruso, una forma monoestática, formas poligonales complejas, contornos de forma irregular, una forma de volcán, una forma monoestática, y una combinación de los mismos. Una forma monoestática puede tener una forma con una única posición de reposo estable. Según otra realización, las partículas abrasivas pueden consistir en cualquiera de las formas tridimensionales mencionadas anteriormente. En una realización particular, las partículas abrasivas conformadas pueden incluir una forma bidimensional triangular. En otra realización particular, las partículas abrasivas conformadas pueden incluir una forma bidimensional parcialmente cóncava. Las partículas abrasivas conformadas y los métodos de formación, pueden encontrarse en el documento US2013/0236725 A1, de Doruk O. Yener, y col. y el documento US 2012/0167481, de Doruk O. Yener, y col.

La Figura 2 incluye una ilustración de vista en perspectiva de una partícula 200 abrasiva conformada ilustrativa. La partícula abrasiva conformada puede incluir un cuerpo 201 que tenga una forma tridimensional. El cuerpo 201 puede ser generalmente prismático con una primera cara 202 de extremo y una segunda cara 204 de extremo. Además, la partícula 200 abrasiva conformada puede incluir una primera cara lateral 210 que se extiende entre la primera cara 202 de extremo y la segunda cara 204 de extremo. Una segunda cara lateral 212 puede extenderse entre la primera cara 202 de extremo y la segunda cara 204 de extremo adyacente a la primera cara lateral 210. Como se muestra, la partícula 200 abrasiva conformada también puede incluir una tercera cara lateral 214 que se extiende entre la primera cara 202 de extremo y la segunda cara 204 de extremo, adyacente a la segunda cara lateral 212 y la primera cara lateral 210. Como se muestra, cada cara 202, 204 de extremo del cuerpo 201 de partícula abrasiva conformada puede tener una forma generalmente triangular. Cada cara lateral 210, 212, 214 puede tener una forma generalmente rectangular. Además, la sección transversal del cuerpo 201 de partícula abrasiva conformada en un plano paralelo a las caras 202, 204 extremas es generalmente triangular.

La Figura 3 incluye otra ilustración de vista en perspectiva de una partícula abrasiva 300. Como se ilustra, la partícula abrasiva 300 puede tener una forma tridimensional, incluyendo un cuerpo 301 que tenga una superficie superior 305 y una superficie inferior 306 opuesta a la superficie superior 305. Como se ilustra adicionalmente, el cuerpo 301 puede conformarse para que tenga superficies laterales 302, 303, 307 y 308 que se extiendan entre la superficie superior 305 y la superficie inferior 306.

Como se ilustra, el cuerpo 301 puede tener una longitud de cuerpo (Lb), una anchura de cuerpo (Wb) y un grosor de cuerpo (Tb), y en donde Lb>Wb, Lb>Tb y Wb>Tb. En una realización particular, el cuerpo puede formarse para incluir una relación de aspecto primaria (Lb:Wb) de al menos 1:1. Por ejemplo, la relación de aspecto (Lb:Wb) puede ser de al menos 2:1, al menos 3:1, al menos 5:1, o al menos 10:1. En otro ejemplo, la relación de aspecto (Lb:Wb) puede no ser mayor de 1000:1 o no mayor de 500:1. Se apreciará que la relación de aspecto (Lb:Wb) puede estar dentro de un intervalo que incluye cualquiera de los valores mínimos a máximos indicados anteriormente, tal como 1:1 a 1000:1. Según otra realización, el cuerpo puede tener una relación de aspecto secundaria (Lb:Tb) de al menos 1:1, al menos 2:1, al menos 3:1, al menos 5:1, o al menos 10:1. La relación dimensional secundaria puede no ser superior a aproximadamente 1000:1. Se apreciará que la relación dimensional secundaria (Lb:Tb) puede estar dentro de un intervalo que incluye cualquiera de los valores mínimos a máximos indicados anteriormente, tal como 1:1 a 1000:1. Sin embargo, según otra realización, el cuerpo puede tener una relación de aspecto terciario (Wb:Tb) de al menos 1:1, al menos 2:1, al menos 3:1, al menos 5:1, o al menos 10:1. La relación de aspecto terciario puede no ser superior a aproximadamente 1000:1. Se apreciará que la relación de aspecto terciario (Wb:Tb) puede estar dentro de un intervalo que incluye cualquiera de los valores mínimos a máximos indicados anteriormente, tal como 1:1 a 1000:1.

En una realización adicional, al menos una de la longitud del cuerpo (Lb), la anchura del cuerpo (Wb) y el grosor del cuerpo (Tb) pueden tener una dimensión media de al menos 0,1 micras. Por ejemplo, la dimensión media puede ser al menos 1 micra, al menos 10 micras, al menos 50 micras, al menos 100 micras, o al menos 150 micras, al menos 200 micras, al menos 400 micras, al menos 600 micras, al menos 800 micras, o al menos 1 mm. Por otro ejemplo, la dimensión media puede no ser superior a 20 mm, tal como no superior a 18 mm, no superior a 16 mm, no superior a 14 mm, no superior a 12 mm, no superior a 10 mm, no superior a 8 mm, no superior a 6 mm, o no superior a 4 mm. Se apreciará que la dimensión media puede estar dentro de un intervalo que incluye cualquiera de los valores mínimos a máximos indicados anteriormente, tal como de 1 micra a 20 mm, 10 micras a 18 mm, 50 micras a 14 mm, o 200 micras a 8 mm.

Según una realización, el cuerpo puede incluir una forma de sección transversal en un plano definido por la longitud del cuerpo y la anchura del cuerpo. La forma de sección transversal puede incluir triangular, cuadrilátera, rectangular, trapezoidal, pentagonal, hexagonal, heptagonal, octogonal, elipsoides, caracteres del alfabeto griego, caracteres del alfabeto latino, caracteres del alfabeto ruso, y una combinación de los mismos. Según otra realización, el cuerpo puede incluir una forma de sección transversal en un plano definido por la longitud del cuerpo y el grosor del cuerpo. La forma de sección transversal puede incluir triangular, cuadrilátera, rectangular, trapezoidal, pentagonal, hexagonal, heptagonal, octogonal, elipsoides, caracteres del alfabeto griego, caracteres del alfabeto latino, caracteres del alfabeto ruso, y una combinación de los mismos. El cuerpo puede tener una forma de sección transversal de cualquiera de las formas indicadas anteriormente. Por ejemplo, la Figura 4 incluye una ilustración en sección transversal de una partícula abrasiva 400 que tiene una forma generalmente cuadrilátera y, más en particular, bidimensional rectangular, tal como se observa en un plano definido por la anchura y el grosor. De forma alternativa, la Figura 5 incluye una ilustración de vista en perspectiva de una partícula abrasiva 500 que puede tener una forma bidimensional generalmente octogonal, según se ve en un plano definido por la longitud y la anchura.

Son posibles muchos aspectos y realizaciones diferentes. Algunos de esos aspectos y realizaciones se describen en la presente memoria. Después de leer esta memoria descriptiva, los expertos en la técnica apreciarán que esos aspectos y realizaciones son solo ilustrativos y no limitan el alcance de la presente invención, que se define en las reivindicaciones adjuntas.

Ejemplo 1

Las Figuras 6A y 6B incluyen imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) de secciones pulidas de los granos de alúmina microcristalinas convencionales (Figura 6A) y los granos de alúmina nanocristalina (Figura 6B) representativos de realizaciones de la presente memoria. Como se ilustra, el tamaño medio de cristalito para la alúmina microcristalina (MCA, por sus siglas en inglés) es de aproximadamente 0,2 micras, mientras que el tamaño medio de cristalito de la alúmina nanocristalina (NCA, por sus siglas en inglés) es de aproximadamente 0,1 micras.

Se formaron muestras de artículos abrasivos unidos que incluían alúmina nanocristalina. Se creó una mezcla que incluía partículas abrasivas que incluían alúmina nanocristalina, material de unión y aglutinantes orgánicos. A continuación, las mezclas se sometieron a un tratamiento térmico a diferentes temperaturas para formar los artículos abrasivos. Las muestras S1 y S2 se formaron mediante el tratamiento térmico de las mezclas a 1260 0C. La muestra S3 se formó mediante el tratamiento térmico de la muestra a 915 0C. Las propiedades, incluyendo el módulo de rotura y el módulo de elasticidad, se ensayaron en las muestras S1, S2 y S3. Como se ilustra en la Figura 7A, la muestra S3 demostró un módulo de rotura significativamente mayor en comparación con las muestras S1 y S2. Además, la muestra S3 tenía un módulo de elasticidad significativamente mayor en comparación con las muestras S1 y S2, como se ilustra en la Figura 7B.

Ejemplo 2

Se obtuvieron y se ensayaron dos muestras con fines comparativos. Una primera muestra (CS4) era un abrasivo unido vitrificado convencional que tenía alúmina microcristalina (MCA). La segunda muestra (S5) era un abrasivo unido vitrificado representativo de las realizaciones de la presente memoria. La muestra CS4 incluía alúmina microcristalina que tenía un tamaño medio de cristalito de aproximadamente 0,2 micras. La muestra S5 incluía alúmina nanocristalina que tenía un tamaño medio de cristalito de aproximadamente 0,1 micras. Los tamaños medios de cristalito para cada una de las muestras se midieron usando el método de intercepción como se describe en la presente memoria. Las muestras CS4 y S5 usaron la misma unión vítrea que se proporciona en la Tabla 1 a continuación. Además, las muestras CS4 y S5 tenían la misma estructura, incluido el mismo contenido de partículas abrasivas (de aproximadamente el 40 % en volumen al 50 % en volumen del volumen total del cuerpo) y el mismo contenido de materiales de unión (de aproximadamente el 10 % en volumen al 15 % en volumen) y el mismo contenido de porosidad (aproximadamente el 40-45 % en volumen), siendo la suma de todos los componentes igual al 100 %. Las muestras CS4 y S5 se formaron usando el mismo proceso y ambas se formaron a aproximadamente 915 0C.

Tabla 1

Como se ilustra en la Figura 8, la muestra S5 demostró un umbral de potencia bajo constante durante una prueba de molienda de diámetro exterior en comparación con la muestra CS4.

Ejemplo 3

Se midió la dureza Vickers de muestras representativas de grano de MCA y muestras de grano de NCA, según realizaciones descritas en la presente memoria. Los granos de MCA y los granos de NCA se obtuvieron de Saint-Gobain Corporation. Los granos de MCA están disponibles como Cerpass® HTB. Los tamaños de cristalitos de la alúmina nanocristalina y la alúmina microcristalina son de aproximadamente 0,1 micras y 0,2 micras, respectivamente. Las muestras de granos de MCA y granos de NCA se prepararon de la misma manera. Se comprobó la dureza Vickers de 5 muestras de granos de MCA y granos de NCA. En la Tabla 2 se describe la dureza Vickers media de los granos de MCA y los granos de NCA.

La friabilidad relativa de los granos de NCA se midió según los procedimientos descritos en la presente memoria. Las muestras de MCA y NCA tenían un tamaño de gránulo 80, y se usaron los granos de MCA como muestra estándar. El tiempo de molienda por bolas fue de 6 minutos. Como se indica en la Tabla 2, la friabilidad relativa de los granos de MCA se establece en el 100 %, y los granos de NCA mostraron una dureza Vickers muy similar a la de los granos de MCA, pero tuvieron una friabilidad relativa del 123 %.

Tabla 2

Las presentes realizaciones representan una desviación del estado de la técnica. Aunque algunas publicaciones de patentes han señalado que se puede hacer que la alúmina microcristalina tenga tamaños medios de cristalito submicrónicos, los expertos en la técnica reconocen que las formas comercialmente disponibles de alúmina microcristalina tienen un tamaño medio de cristalito de entre aproximadamente 0,18 y 0,25 micras. Según el conocimiento de los solicitantes, los abrasivos a base de alúmina que tienen tamaños medios de cristalito más finos, todavía no se encuentran disponibles comercialmente. Además, los resultados de los artículos abrasivos que incluyen NCA demostraron resultados notables e inesperados, particularmente en vista del descubrimiento de que la dureza Vickers de los granos de MCA y NCA no tuvo esencialmente distinción, y un experto en la técnica podría no esperar una diferencia significativa en el rendimiento de un abrasivo unido utilizando los granos de NCA. Además, un experto en la técnica podría haber esperado que los granos de NCA pudieran ser menos eficaces en los materiales de unión vítrea, ya que el mayor número de límites de granos haría que los granos abrasivos fueran incluso más susceptibles a la degradación. Sin embargo, de manera bastante inesperada y notable, los abrasivos unidos vítreos fabricados con granos de alúmina nanocristalina han demostrado ser adecuados para formar abrasivos unidos vítreos y, en determinados casos, han demostrado ser iguales o superiores a los abrasivos unidos vítreos que utilizan MCA.

Téngase en cuenta que no se requieren todas las actividades descritas anteriormente en la descripción general o los ejemplos, que es posible que una parte de una actividad específica no sea necesaria, y que es posible que una o más actividades adicionales puedan realizarse, además de las descritas. Además, el orden en el que se enumeran las actividades no es necesariamente el orden en el que se realizan.

Los beneficios, otras ventajas y soluciones a problemas se han descrito anteriormente con respecto a realizaciones específicas. Sin embargo, los beneficios, ventajas, soluciones a problemas y cualquier característica/s que pueda/n causar que se produzca cualquier beneficio, ventaja o solución, o se vuelva más pronunciada, no deben interpretarse como una característica crítica, requerida o esencial de cualquiera o de todas las reivindicaciones.

La memoria descriptiva y las ilustraciones de las realizaciones descritas en la presente memoria tienen como propósito proporcionar una comprensión general de la estructura de las diversas realizaciones. La memoria descriptiva y las ilustraciones no pretenden servir como una descripción exhaustiva y completa de todos los elementos y características de los aparatos y sistemas que usan las estructuras o métodos descritos en la presente memoria y como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un artículo abrasivo que comprende:

cuerpo que incluye:

un material de unión que comprende un material inorgánico que comprende una cerámica; y

partículas abrasivas contenidas dentro del material de unión, comprendiendo las partículas abrasivas alúmina nanocristalina que tiene un tamaño medio de cristalito de al menos 0,01 micras a no superior a 0,15 micras,

en donde la alúmina nanocristalina comprende un aditivo que incluye MgO y ZrO² , en donde la relación de porcentaje en peso de MgO/ZrO² está dentro de un intervalo de 0,01 a 1,5, en donde MgO es el porcentaje en peso de MgO en la alúmina nanocristalina y ZrO² es el porcentaje en peso de ZrO² en la alúmina nanocristalina.

2. El artículo abrasivo de la reivindicación 1, en donde el cuerpo comprende, para un volumen total del cuerpo:

- del 35 % en volumen al 65 % en volumen de las partículas abrasivas;

- del 5 % en volumen al 25 % en volumen del material de unión; y

- del 14 % en volumen al 55 % en volumen de una porosidad.

3. El artículo abrasivo de la reivindicación 1, en donde las partículas abrasivas comprenden alúmina nanocristalina que tiene un tamaño medio de cristalito de al menos 0,05 micras a no superior a 0,14 micras.

4. El artículo abrasivo de la reivindicación 1, en donde las partículas abrasivas comprenden alúmina nanocristalina que tiene un tamaño medio de cristalito de al menos 0,05 micras a no superior a 0,13 micras.

5. El artículo abrasivo de la reivindicación 1, en donde la alúmina nanocristalina comprende de al menos el 51 % en peso a no superior al 99,9 % en peso de alúmina para el peso total de las partículas.

6. El artículo abrasivo de la reivindicación 5, en donde la alúmina nanocristalina comprende un contenido total de aditivo de al menos el 0,1 % en peso a no superior al 12 % en peso para un peso total de las partículas de alúmina nanocristalina.

7. El artículo abrasivo de la reivindicación 1, en donde el material de unión comprende un material vítreo que tiene una fase amorfa.

8. El artículo abrasivo de la reivindicación 1, en donde el material de unión comprende un material no vítreo que tiene una fase policristalina.

9. El artículo abrasivo de la reivindicación 1, en donde el material de unión comprende una mezcla de material policristalino y vítreo.

10. El artículo abrasivo de la reivindicación 1, en donde las partículas abrasivas consisten esencialmente en alúmina nanocristalina.

11. Un método para formar un artículo abrasivo, que comprende:

formar una mezcla que incluye:

un material de unión que comprende un material inorgánico que comprende una cerámica; y

partículas abrasivas contenidas dentro del material de unión, comprendiendo las partículas abrasivas alúmina nanocristalina que tiene un tamaño medio de cristalito dentro de un intervalo de al menos 0,01 micras a no superior a 0,15 micras, en donde la alúmina nanocristalina comprende un aditivo que incluye MgO y ZrO² , en donde la relación de porcentaje en peso de MgO/ZrO² está dentro de un intervalo de 0,01 a 1,5, en donde MgO es el porcentaje en peso de MgO en la alúmina nanocristalina y ZrO² es el porcentaje en peso de ZrO² en la alúmina nanocristalina; y formar la mezcla en un artículo abrasivo calentando la mezcla a una temperatura de formación de al menos 900 0C y no superior a 1200 0C.

12. El método de la reivindicación 11, en donde el artículo abrasivo comprende un cuerpo que comprende, para un volumen total del cuerpo:

- del 35 % en volumen al 65 % en volumen de las partículas abrasivas;

- del 5 % en volumen al 25 % en volumen del material de unión; y

- del 14 % en volumen al 55 % en volumen de una porosidad.

13. El método de la reivindicación 11, en donde el tamaño medio de cristalito es no superior a aproximadamente 0,14 micras.

14. El método de la reivindicación 11, en donde el tamaño medio de cristalito es de al menos 0,05 micras a no superior a 0,13 micras.