ES2932533T3 - Artículos abrasivos y métodos para formar los mismos - Google Patents

Abstract

Un artículo abrasivo puede incluir un cuerpo que incluye un material de unión y partículas abrasivas contenidas dentro del material de unión. Las partículas abrasivas pueden incluir alúmina nanocristalina. El material de unión puede incluir un material orgánico. En una realización, la alúmina nanocristalina puede tener un tamaño medio de cristalitos no superior a 1,5 micrómetros. En otra realización, el material de unión y las partículas abrasivas se pueden mezclar y la mezcla se puede curar para formar el artículo abrasivo de las realizaciones de la presente memoria. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Artículos abrasivos y métodos para formar los mismos

Campo técnico

La presente invención se refiere, en general, a artículos abrasivos y, en particular, a artículos abrasivos unidos que incluyen alúmina nanocristalina.

Técnica anterior

Los artículos abrasivos unidos, tales como los discos abrasivos, se pueden usar para cortar, esmerilar o conformar diversos materiales, tales como piedra y metal, entre otros materiales. El rendimiento de los artículos abrasivos unidos, tales como los discos abrasivos que tienen alúmina microcristalina unida dentro de un material de unión orgánico, puede depender de la dureza, la relación de esmerilado y otras propiedades de los abrasivos.

US-2011/083374 A1 se refiere a un artículo abrasivo que incluye un cuerpo abrasivo que tiene granos abrasivos hechos de alúmina microcristalina contenidos dentro de un material de unión vítreo. US-2009/098365 A1 se refiere a cuerpos sinterizados nanocristalinos y a un método para fabricar los mismos, dichos cuerpos sinterizados basados en un contenido del 95 al 100 % de óxido de alfa-aluminio en peso, una dureza Vickers mayor o igual a 17,5 GPa, y una estructura cristalina donde el tamaño medio del cristal primario del óxido de alfa-aluminio es menor o igual a 100 nanómetros. US-5.035.723 A se refiere a productos abrasivos unidos, tales como discos y segmentos de esmerilado, conteniendo filamentos abrasivos, compuestos predominantemente de cristales de alfa-alúmina sinterizados de sol-gel. JP 2000-198073 A se refiere a un disco de esmerilado capaz de pulir durante un tiempo comparativamente corto, sin contaminar el entorno circunferencial al fijar el disco de esmerilado preparado mediante solidificación del grano abrasivo agregado obtenido agregando el grano abrasivo ultrafino por una resina, sobre una base dura. US-5.215.551 A se refiere a materiales cerámicos sinterizados a base de alúmina mejorados que están hechos de cristales ultrafinos producidos por un método sol-gel. Li Z; Li Z; Zhang A; Zhu Y, “Synthesis and two-step sintering behavior of sol-gel derived nanocrystalline corundum abrasives”, Journal of the European Ceramic Society, vol. 29, n.° 8, páginas 1337-1345, se refiere a la síntesis y el comportamiento de sinterización de dos pasos, de abrasivos de corindón nanocristalino derivados de sol-gel. JP H05320623A se refiere a un material que tiene una alta capacidad de abrasión y adecuado para el esmerilado de precisión, usando, como componente abrasivo, una fibra cerámica de alúmina policristalina que consiste en partículas de cristal de alfa-alúmina que tienen un tamaño de partícula especificado. JP H8 90427 se refiere a un disco de esmerilado de doble superficie. US-4.744.802 A se refiere a un proceso sol-gel para producir cerámica duradera a base de alfa-alúmina, especialmente útil como grano abrasivo de alfa-alúmina monohidratada, mejorado mediante la adición de un agente nucleante. También se proporcionan productos abrasivos mejorados que contienen los granos abrasivos cerámicos duraderos. Nadolny Krzysztof, “State of the art in production, properties and applications of the microcrystalline sintered corundum abrasive grains”, Int. J. Adv. Manuf. Technol., vol. 74, páginas 1445-1457, se refiere al estado actual de la técnica sobre las tecnologías conectadas con corindón sinterizado microcristalino contra la posterior disminución de los presentes productos abrasivos y el mercado de granos contemporáneos. 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 histograma de relación de esmerilado de muestras abrasivas.

La Figura 7B incluye un histograma de relación de esmerilado 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 descritas en la presente memoria. La siguiente discusión se enfocará en aplicaciones y realizaciones específicas de las enseñanzas. Este enfoque se proporciona para ayudar a describir las enseñanzas, y no debe interpretarse como una limitación del alcance o aplicabilidad de las enseñanzas. Sin embargo, se pueden usar ciertamente otras enseñanzas en esta solicitud.

Salvo que se defina lo contrario, todos los términos técnicos y científicos utilizados en la presente memoria tienen el mismo significado que entiende comúnmente un experto medio en la técnica a la que pertenece esta invención. Los materiales, métodos y ejemplos son solo ilustrativos y no pretenden ser limitantes. En la medida en que no se describen algunos detalles sobre los materiales específicos y los actos de procesamiento, dichos detalles pueden incluir enfoques convencionales, que pueden encontrarse en libros de referencia y otras fuentes dentro de las técnicas de fabricación.

Las realizaciones descritas en la presente memoria se refieren a artículos abrasivos como se definen en la reivindicación 1, que incluyen un cuerpo que incluye un material de unión y artículos abrasivos contenidos dentro del material de unión. El material de unión incluye un material orgánico. Las partículas abrasivas incluyen una alúmina nanocristalina. El uso de la alúmina nanocristalina de las realizaciones de la presente memoria puede ayudar a mejorar las propiedades de dureza y de microfracturación de los artículos abrasivos.

Otras realizaciones se refieren a un método para formar un artículo abrasivo como se define en la reivindicación 11, que incluye formar una mezcla que incluye el material de unión y los artículos abrasivos, y curar la mezcla para formar el artículo abrasivo. El método puede permitir la formación de los artículos abrasivos con una potenciación del rendimiento y una mejora de las propiedades, tales como una mayor relación G y dureza Vickers.

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 realiza una mezcla que incluye un material de unión (o precursor del material de unión) y partículas abrasivas que comprenden alúmina nanocristalina. 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, silex y granos de granate, y cualquier combinación de los mismos. Ejemplos de rellenos pueden incluir polvos, gránulos, esferas, fibras, formadores de poros, partículas huecas y una combinación de los mismos. El relleno puede seleccionarse del grupo que consiste en polvos, gránulos, esferas, fibras, formadores de poros, partículas huecas de polímero, y una combinación de los mismos.

En una realización adicional, el relleno puede incluir un material seleccionado del grupo que consiste en arena, alúmina de burbujas, cromitas, magnetita, dolomitas, mullita de burbujas, boruros, dióxido de titanio, productos de carbono, carburo de silicio, harina de madera, arcilla, talco, nitruro de boro hexagonal, disulfuro de molibdeno, feldespato, nefelina sienita, esferas de vidrio, fibras de vidrio, CaF2, KBF4, Criolita (Na3AlF6), Criolita de potasio (K3AF6), pirita, ZnS, sulfuro de cobre, aceite mineral, fluoruros, carbonatos, carbonato de calcio, sarán, resina fenoxi, CaO, K2SO4, lana mineral, MnCl2, KCl y una combinación de los mismos.

Según otra realización, el relleno puede incluir un material seleccionado del grupo que consiste en un agente antiestático, un lubricante, un inductor de porosidad, un agente colorante y una combinación de los mismos. El relleno puede incluir hierro y azufre que tengan un tamaño medio de partícula no superior a aproximadamente 40 micras. 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.

Según al menos una realización, el material de unión incluye al menos un material orgánico, tal como materiales orgánicos naturales o materiales orgánicos sintéticos. Según otra realización, el material de unión puede incluir un termoestable o un termoplástico. En otra realización más, el material orgánico puede incluir una resina, tal como resinas fenólicas, resinas epoxídicas, resinas de poliéster, poliuretanos, poliéster, caucho, poliimida, polibencimidazol, poliamida aromática, resinas fenólicas modificadas (tales como: resinas modificadas con epoxi y modificadas con caucho, o resina fenólica mezclada con plastificantes, etc.), y demás, así como cualquier combinación de los mismos. Los ejemplos de resinas fenólicas pueden incluir resol y novolac. Según una realización adicional, el material de unión puede incluir un material seleccionado del grupo que consiste en una resina, un termoestable, un termoplástico, una resina fenólica, y una combinación de los mismos. Por ejemplo, el material de unión puede incluir un material seleccionado del grupo que consiste en fenólicos, epoxis, poliésteres, ésteres de cianato, goma laca, poliuretanos, caucho, y una combinación de los mismos. En una realización particular, el material de unión puede consistir esencialmente en cualquiera de los materiales orgánicos descritos en la presente memoria. En otra realización, el material de unión puede consistir esencialmente en dos o más de los materiales orgánicos descritos en la presente memoria.

En otra realización, el material de unión puede incluir un agente de curado o un agente de reticulación. El agente de curado o reticulado puede incluir una amina. Ejemplos de aminas pueden incluir etileno diamina; trietilentamina; aminas de metilo, o similares. En una realización particular, el agente de curado o reticulación puede incluir hexametilen tetramina. Según otra realización, el material de unión puede incluir una resina fenólica modificada con un agente de curado o reticulación, tal como hexametilen tetramina.

El material orgánico puede estar en forma líquida, y actuar como un material de unión precursor, que puede formarse en el material de unión finalmente formado mediante curado. En una realización particular, el material de unión puede incluir una resina fenólica que tiene dominios reticulados que tienen un tamaño medio submicrónico.

El curado se realiza en la etapa 102, después de formar la mezcla en la etapa 101. El curado puede tener lugar en presencia de calor. Por ejemplo, la mezcla se puede mantener a una temperatura de curado final durante un período de tiempo, tal como entre 6 horas y 48 horas, entre 10 y 36 horas, o hasta que la mezcla alcance la temperatura de reticulación o la densidad deseada. La selección de la temperatura de curado depende, por ejemplo, de factores tales como el tipo de material de unión empleado, resistencia, dureza y rendimiento de esmerilado deseado. Según determinadas realizaciones, la temperatura de curado puede estar en el intervalo que incluye al menos 1500C hasta no más de 250 °C. En realizaciones más específicas que emplean uniones orgánicas, la temperatura de curado puede estar en el intervalo que incluye al menos 150 0C hasta no más de 230 0C. La polimerización de resinas basadas en fenol puede producirse a una temperatura en el intervalo entre al menos 110 0C y no más de 225 0C. Las resinas de resol pueden polimerizar a una temperatura en un intervalo que incluye al menos 140 0C y no más de 225 0C. Ciertas resinas novolac adecuadas para las realizaciones en la presente memoria pueden polimerizar a una temperatura en un intervalo que incluye al menos 1100C y no más de 1950C.

Según al menos una realización, las partículas abrasivas incluyen alúmina nanocristalina, teniendo tamaños medios de cristalito particulares. El tamaño medio de cristalito de las partículas de alúmina nanocristalinas no es 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. El tamaño medio de cristalito es 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 0C por debajo de la temperatura de sinterización. Los granos individuales (5-10 gránulos) se montan en el soporte ^s E^m , 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 los siguientes pasos: 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 I1 e 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 lleva a cabo 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 mieras 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.

Según una realización, la alúmina nanocristalina puede incluir 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.

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

En una realización, el aditivo puede incluir 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.

Para otro ejemplo, el aditivo puede incluir óxido de circonio (ZrO2), lo que puede facilitar una formación y/o rendimiento mejorados 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.

Según una realización, el aditivo puede incluir óxido de magnesio (MgO) y óxido de circonio (ZrO2) en una relación de aditivos particular que puede facilitar una formación y/o rendimiento mejorados del artículo abrasivo. El aditivo también puede tener una relación de aditivos (MgO/ZrO2), una relación del porcentaje en peso entre óxido de magnesio y óxido de circonio, en donde MgO es el porcentaje en peso de MgO en la alúmina nanocristalina, y ZrO2 es el porcentaje de peso de ZrO2 en la alúmina nanocristalina. Por ejemplo, la relación puede ser 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. En otro caso, la relación de aditivos (MgO/ZrO2) puede ser 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. Por ejemplo, la relación de aditivos (MgO/ZrO2) puede estar dentro de un intervalo de 0,01 a 1,5, 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 del 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. Por ejemplo, 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 a 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. Se apreciará que las partículas abrasivas pueden incluir cualquiera de los óxidos de tierras raras indicados anteriormente. En otra realización, las partículas abrasivas pueden estar esencialmente exentas 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 magnetoploniana es MgLaAluO^.

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, que se convierten a GPa al dividir 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 basados en 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 24 % 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 al menos un 1 % en volumen, tal como 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, o al menos un 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 US-2013/0236725 A1, de Doruk O. Yener, y cols., y US-2012/0167481, de Doruk O. Yener, y cols.

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 adicional, el cuerpo puede incluir una relación de aspecto primaria (Lb:Wb) de al menos un 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 especificación, los expertos en la técnica apreciarán que esos aspectos y realizaciones son solo ilustrativos y no limitan el alcance de la presente invención.

Ejemplo 1

Las Figuras 6A y 6B incluyen imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM, por sus siglas en inglés) 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.

Ejemplo 2

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 1 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 1, la friabilidad relativa de los granos de MCA se establece en 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 1

Ejemplo 3

Se prepararon dos tipos diferentes de muestras a partir de los granos de MCA y los granos de NCA. Tanto los granos de MCA como los granos de NCA se obtuvieron de Saint-Gobain Corporation. Los granos de MCA están disponibles como Cerpass® HTB. Se hizo una primera muestra de disco de esmerilado convencional (CS1) que incluía un 47 % en volumen de granos abrasivos, que incluían una mezcla de aproximadamente un 25 % en volumen de partículas de alúmina microcristalina, 38 % en volumen de alindón fusionado, 38 % en volumen de SiC. La muestra CS1 también incluyó aproximadamente un 20 % en volumen de una unión de resina, y aproximadamente un 32 % en volumen de porosidad. Se hizo una segunda muestra de disco de esmerilado (S2), que incluía aproximadamente un 47 % en volumen de partículas abrasivas, que incluye una mezcla de aproximadamente un 25 % en volumen de la alúmina nanocristalina (NCA), un 38 % en volumen de alindón fusionado, y un 38 % en volumen de SiC. La muestra S2 incluye y tiene el mismo tipo y contenido de unión y porosidad que la muestra CS1. Se hicieron dos versiones de cada una de las muestras CS1 y S2 con partículas abrasivas de tamaño de grano 36, y partículas abrasivas de tamaño de grano 54. Los tamaños de cristalitos de NCA y MCA fueron de aproximadamente 0,1 micras y 0,2 micras, respectivamente.

La friabilidad relativa de los granos de NCA y MCA utilizados para hacer las muestras del disco se midió según los procedimientos descritos en la presente memoria. Se usaron los granos de MCA como muestra estándar. Para los granos que tenían un tamaño de grano 36, el tiempo de molienda por bolas fue de 3 minutos. Para el tamaño de gránulo 54, el tiempo de molienda por bolas fue de 3 minutos y 15 segundos. La friabilidad relativa de los granos de NCA se indica en la Tabla 3. La friabilidad relativa de la MCA de CS1 y CS2 se establece en un 100 %.

Tabla 3

Las relaciones de esmerilado (relación G) de las muestras se probaron utilizando tanto una operación de tasa de extracción de material (MRR, por sus siglas en inglés) baja, como una tasa de extracción de material alta, para simular diversas condiciones de esmerilado. Como se ilustra en la Figura 7A, para las versiones de tamaño de gránulo 36 de las muestras, la muestra S2 mostró una relación G significativamente más alta en las condiciones de MRR bajas y MRR altas, en comparación con la muestra CS1. Como se muestra en la Figura 7B, para las versiones de tamaño de gránulo 54 de las muestras, S2 tenía una relación G notablemente más alta para las operaciones de MRR bajas, en comparación con CS1. Además, para las condiciones de MRR altas, S2 también mostró mejoras respecto a CS2.

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 basados en 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. Sin embargo, sorprendente y notablemente, los artículos abrasivos que incluyen los granos de NCA tenían una relación G (una medida del material extraído de la muestra, en comparación con el material extraído del disco de esmerilado y, por lo tanto, una medida de la eficacia del artículo abrasivo) significativamente mejorada, tanto para tasas de extracción de material altas como bajas, en comparación con los artículos abrasivos que incluían granos de MCA convencionales. Sin querer estar limitados por ninguna teoría, la friabilidad relativa de los granos de NCA en comparación con los granos de MCA (p. ej., superior al 100 %) puede contribuir a la mejora de la relación G de los discos de esmerilado formados con los granos de NCA.

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. Son posibles muchos aspectos y realizaciones diferentes. Algunos de esos aspectos y realizaciones se describen en la presente memoria. Después de leer esta especificación, los expertos en la técnica apreciarán que esos aspectos y realizaciones son solo ilustrativos y no limitan el alcance de la presente invención. Adicionalmente, los expertos en la técnica entenderán que algunas realizaciones que incluyen circuitos analógicos pueden aplicarse de manera similar utilizando circuitos digitales, y viceversa.

La especificación 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.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un artículo abrasivo que comprende:

un cuerpo abrasivo unido que incluye:

un material de unión que comprende un material orgánico; 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 0,01 micras a 0,15 micras.

2. El artículo abrasivo de la reivindicación 1, en donde el material de unión está en un contenido del 5 % en volumen al 55 % en volumen para un volumen total del cuerpo, y las partículas abrasivas están en un contenido del 6 % en volumen al 65 % en volumen para el volumen total del cuerpo, y en donde el cuerpo comprende, además, una porosidad del 4 % en volumen al 70 % en volumen para el volumen total del cuerpo.

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

4. El artículo abrasivo de la reivindicación 1, en donde la alúmina nanocristalina comprende un aditivo que comprende un material seleccionado del grupo que consiste en magnesio, circonio, calcio, silicio, hierro, itrio, lantano, cerio, y una combinación de los mismos.

5. El artículo abrasivo de la reivindicación 4, en donde la alúmina nanocristalina comprende un contenido total de aditivo de al menos un 0,1 % en peso a no superior al 12 % en peso, para un peso total de las partículas de alúmina nanocristalinas.

6. El artículo abrasivo de la reivindicación 4, en donde el aditivo incluye óxido de magnesio (MgO) y en donde la alúmina nanocristalina comprende al menos un 0,1 % en peso a no más del 5 % en peso de MgO, para un peso total de la alúmina nanocristalina.

7. El artículo abrasivo de la reivindicación 4, en donde el aditivo incluye óxido de circonio (ZrO2), y en donde la alúmina nanocristalina comprende al menos un 0,1 % en peso de ZrO2 a no más del 8 % en peso de ZrO2, para un peso total de la alúmina nanocristalina.

8. El artículo abrasivo de la reivindicación 4, en donde el aditivo incluye óxido de magnesio (MgO) y óxido de circonio (ZrO2), en donde la alúmina nanocristalina comprende una relación de aditivos (MgO/ZrO2) en un intervalo desde al menos 0,01 a no más de 1,5.

9. El artículo abrasivo de la reivindicación 4, en donde el aditivo incluye óxido de calcio (CaO), y en donde la alúmina nanocristalina comprende al menos un 0,01 % en peso de CaO a no más del 5 % en peso de CaO, para un peso total de la alúmina nanocristalina.

10. El artículo abrasivo de la reivindicación 4, en donde el aditivo incluye óxido de magnesio (MgO) y óxido de calcio (CaO), y en donde la alúmina nanocristalina comprende una relación de aditivos (CaO/MgO) de al menos 0,01 a no más de 1.

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

formar una mezcla que incluye:

un material de unión que comprende un material orgánico;

partículas abrasivas que comprenden alúmina nanocristalina que tiene un tamaño medio de cristalito dentro de un intervalo de 0,01 micras a 0,15 micras; y curar la mezcla para formar un artículo abrasivo fijo.

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

del 6 % en volumen al 65 % en volumen de las partículas abrasivas;

del 5 % en volumen al 55 % en volumen del material de unión; y

del 4 % en volumen al 70 % en volumen de una porosidad.

13. El método de la reivindicación 11, en donde las partículas abrasivas comprenden alúmina nanocristalina que tiene un tamaño medio de cristalito no superior a 0,14 micras.

14. El método de la reivindicación 11, en donde las partículas abrasivas comprenden alúmina nanocristalina que tiene un tamaño medio de cristalito no superior a 0,13 micras.

15. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en donde las partículas abrasivas comprenden alúmina nanocristalina que tiene un tamaño medio de cristalito de al menos 0,07 micras.