MXPA97003682A - Alumina modificada mediante un procedimiento de sol-gel - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a granos abrasivos de alfa-alúmina en donde la alúmina tiene una morfología cristalina esencialmente uniforme, estando caracterizados dichos granos porque comprenden como componentes modificadores:(a) por lo menos uno de itria y unóxido de metal de tierra rara, y (b) uno o másóxidos de metales seleccionados entre el grupo que comprende magnesio, titanio, cromo, manganeso, fierro, cobalto, níquel, zinc y litio;en donde al menos los componentes modificadores seleccionados entre el grupo a) tienen una concentración promedio dentro del grano que es igual a o mayor que la concentración promedio dentro de 20 micras de la superficie del grano.

Description

ñLUHINfí nODIFICODR OBTENIDO HEDIENTE UN PROCEDIMIENTO DE SOL- GEL ANTECEDENTES DE Lñ INVENCIÓN Esta invención se refiere a materiales abrasivos de alúmina, y especí icadamente a alúmina obtenida mediante un procedimiento de sol-gel . En dichos procedimientos, un sol o ge. de un precursor de alfa alúmina se forma y después se deseca y calienta hasta la forma alfa. El precursor seleccionado es más frecuentemente bohemita, pero pueden utilizarse precursores primarios tales como trihidrato de alúmina. Una ventaja de dichas alúminas es que no utilizan un procedimiento de fusión y son, por lo tanto, mucho más eficientes en el uso de energía. Se caracterizan también por tamaños de cristal dentro de la escala de unas pocas mieras, y esto parece estar asociado con buenas propiedades de trituración cuando se comparan con los fragmentos de cristal relativamente grandes que se obtienen por trituración del producto del procedimiento de fusión. Estos procedimientos de sol-gel son ahora bien conocidos en la técnica, habiendo sido el terna de gran interés desde principios de la década de los 80s, cuando se obtuvieron loe primeros granos abrasivos de alúmina obtenida mediante un procedimiento de sol-gel. Se dio un gran impulso al desarrollo a mediados de la década de los TOs con la introducción de aluminas sembradas vastamente superiores obtenidas mediante un procedimiento de sol-gel, en las cuales el estado de sol-gel era sembrado con una sustancia capaz de disminuir la temperatura a la cual ocurre la conversión a alfa alumina. <e acepta en general que esto opera mediante un mecanismo que entraña crecimiento epitaxial de la alfa alúmina sobre la superficie de la semilla la cual, por tanto, necesita ser del misino tipo cristalográfico que la alfa alúmina y con parámetros de retícula similares dentro de los cristales. El resultado es una estructura cristalina uniforme muy fina y de un tamaño inferior a una miera que parece estar asociada con un buen rendimiento abrasivo. Cuando más adelante se hace referencia a una alúmina obtenida mediante un procedimiento de sol-gel, debe entenderse que se tiene el proposito de abarcar todos los procedimientos del tipo anterior y sus variantes obvias que resultan en granos aludírnosos abrasivos con una alta densidad, pequeño tamaño de cristal (menor a casi 10 mieras, por ejemplo) y gran dureza (mayor a casi 10 Gpa, por ejemplo). Otras formas de obtener estructuras cristalinas rnás pequeñas dentro de la técnica de la alúmina obtenida mediante procedimiento de sol-gel incluyen la incorporación de agentes de control del crecimiento de células, los cuales pueden restringir el crecimiento de los cristales de modo que se obtienen estructuras bastante uniformes con tamaños de cristal que fluctúan de apenas mas de 1 a casi 10 mieras, dependiendo del procedimiento y del agente utilizado. Dichos aditivos en general no reducen la temperatura de transición a la cual la alfa alúmina se forma, ya que algunos, tales como el silice, en realidad pueden aumentarla. Sin embargo, pueden introducir propiedades interesantes. Dicha modificación parece estar asociada con mecánica de fractura modificada, la cual en algunas aplicaciones puede ser ventajosa. Sin embargo, existe la tendencia de que los modificadores sean concentrados en las superficies de los granos abrasivos, y esto significa que puede esperarse que cualquier efecto benéfico asociado con la presencia de los modificadores sea inconstante. Sin embargo, la presente invención provee granos aiurninosos abrasivos en los cuales la concentración de los componentes modificadores es esencialmente constante a través de todo el grosor del grano abrasivo, así corno un procedimiento novedoso mediante el cual dichos granos alu inosos abrasivos modificados pueden obtenerse.

DESCRIPCIÓN DE LO INVENCIÓN La presente invención comprende una alfa alúmina novedosa en la forma de granos abrasivos, en donde la alúmina comprende, como componentes modificadores, itria, y/o un óxido de por lo menos un metal de tierra rara (tal como lantano, praseodirnio, neodimio, samarlo, gadolinio, erbio, yterbio, disprosio y cerio), e incluye además al menos un óxido seleccionado de los óxidos de magnesio, titanio, cromio, manganeso, hierro, cobalto, níquel, zinc y litio, en donde por lo menos los itria y/o los óxidos de metal terreo raros entre dichos componentes modificadores, tienen una concentración promedio dentro del grano que equivale a, o que es mayor que, la concentración promedio dentro de 20 mieras de la superficie del grano. El grano puede comprender también otras fases cristalinas separadamente identificables entre los cristales de alúmina tales como espinelas, sílice y circonia. Sin embargo, la alúmina tiene una morfología cristalina esencialmente uniforme, y los componentes modificadores mismos no son identificables en fases cristalinas separadas tales como estructuras de magnetoplumbita entre o dentro de la estructura de cristal de alúmina cuando se examinan mediante espectroscopia con NEB sobre una superficie grabada con ácido y pulida a niveles de aumento normales (hasta casi 50K). En vista de que los componentes modificadores no son separadamente identificables, se asume para los propósitos de esta aplicación que los componentes se localizan principalmente en los límites del grano, aunque se entiende que puede haber disolución parcial de una cantidad menor del (loe) componente(s) rnodificador(es) en la retícula de alúmina. Esta ubicación en los límites del grano implica en sí misma algunas limitaciones de concentración, ya que existe un límite a la cantidad del componente modificador que puede acomodarse en los límites del grano. En general, se ha encontrado preferible que la cantidad total del componente modificador presente en los granos abrasivos de la invención sea menor que casi el 2% por peso y más preferiblemente menor que casi el 1% por peso (medida como el óxido y basada en el peso total del grano abrasivo) , si se trata de evitar la segregación en inclusiones de fase cristalinas separadas e identificables. Por lo menos (y preferiblemente todos) los itrios y el óxido de metal de tierra rara, es decir, los componentes modificadores, están esencialmente distribuidos uniformemente dentro de los límites del grano en todo el grano abrasivo, y mediante esto se tiene el propósito de que cuando se utilice una rnicrosonda para determinar la concentración de los elementos en cantidades mínimas a través de una sección transversal del grano, la concentración del modificador permanezca esencialmente constante, dentro del margen de variabilidad de las medidas tomadas en puntos comparables en el grano. Un límite de grano, como se utiliza el término en esta especificación, significa una zona que se extiende hasta 10 nanó etros a cada lado de la unión de dos granos de alúmina contiguos. Se entiende que los granos son cristales de alúmina que tienen altos límites de ángulo de grano estando todos los granos contiguos. Por lo tanto, tienen una orientación cristalográfica que es distinta de la orientación (,p stalografica de todos los granos contiguos. La invención comprende también un método de producción de dicha distribución uniforme de los componentes modificadores por todos los granos, el cual comprende la formación de un gel de ?n precursor de alúmina, desecando y calentando el gel hasta que se haya producido una fase de alfa alumina/ transición porosa. Esta fase de alúmina se refiere a una alúmina que ha sido calentada hasta que ha empezado o esta casi por empezar la transición de fase a la fase alfa, pero antes de que el concreciona iento haya avanzado hasta la porosidad cerrada. Esta fase de alúmina se infiltra después con una solución que comprende los componentes modi icadores en la forma de sus sales solubles descomponibles con calor y un aditivo que reacciona con agua para generar una base, y se descompone para formar gases volátiles ba o la temperatura a la cual se obtiene la porosidad cerrada. La penetración de la solución de componentes modi icadores en los granos puede mejorarse convenientemente generando un vacío en la muestra durante la infil ración. Oún cuando se prefiere una concentración uniforme, también es posible tener un grano con una concentración de componentes modificadores agotados en su superficie. Esto puede lograrse, por ejemplo, aplicando una capa de alúmina no modificada a la superficie de los granos que hayan sido tratados corno se dijo anteriormente, o lixiviando los componentes modificadores a partir del rea de superficie. Esto podria desearse, por ejemplo, para evitar que los modificadores valiosos se disuelvan a partir de los granos durante la formación de una rueda abrasiva vitrea asociada. Es bien sabido que con estructuras de cristal de alúmina muy pequeños (menores a una miera), el grano se vuelve cada vez más susceptible al ataque por un enlace vitreo, por lo que la técnica de arriba puede reducir al mínimo el efecto negativo sobre las propiedades abrasivas del grano en dichas aplicaciones.

DESCRIPCIÓN DETOLLODO DE LO INVENCIÓN La cantidad total de componentes modificadores presentes en los granos aluminosos abrasivos de la invención es preferiblemente menor del 2% en peso y rnás preferiblemente menor de casi 1% en peso del peso total de los granos. Sin embargo, las composiciones más preferidas comprenden solo de casi 0.02 a casi 0.35 y más preferiblemente de casi 0.06 a casi 0.20% en peso de cualquier componente modificador. Los modificadores deben comprender por lo menos uno de itria y uno de óxido de metal de tierra rara. Las combinaciones rnás preferidas comprenden tanto lantanoe como itria. Además de los modificadores, comprenden por lo menos un modificador más seleccionado de los óxidos de los elementos térreos raros, magnesio, cobalto, titanio, crornio, manganeso, hierro, níquel y zinc y mezclas de ellos. Dentro del grupo anterior, los modificadores preferidos son óxidos de magnesio, cobalto, hierro, titanio y níquel. La incorporación de los componentes modificadores se logra preferiblemente infiltrando una alfa alúmina de transición porosa con una solución que comprende sales solubles de los componentes. Si la infiltración se hace sin otras acciones preventivas, el componente puede emigrar hacia la superficie de desecación durante la operación de desecación, dando como resultado una distribución muy inhomogénea del componente a través de la estructura del grano. De hecho, puede haber una concentración significativamente mayor del componente en la superficie que en cualquier otro punto. Un aspecto de esta invención es el descubrimiento de un medio para asegurar que la distribución permanezca uniforme. Se ha descubierto que si el pH del sistema se eleva por la incorporación de una sustancia que formará una base al entrar en contacto con el agua y que será removida sin fragmento alguno durante la operación de calentamiento, los componentes modificadores permanecen distribuidos uniformemente a través de la alúmina y migran hacia los límites del grano de la alfa alúmina cuando estos se forman después del calentamiento. Un aditivo formador de bases preferido es la formamida, pero otros tales como la acetamida, hi roxilamina, met.ilamina, urea y similares, pueden ser sustituidos para obtener el mismo efecto. El aditivo formador de bases se incorpora preferiblemente con los componentes modificadores, pero también puede añadirse por separado después de que se ha llevado a cabo la infiltración.

Cuando se añade por separado, puede utilizarse la adición directa de una base tal como amoniaco. La formación de la base ín Ltu puede acelerarse por la aplicación de calor. Loe componentes modificadores se añaden corno sales solubles y estos son rnás convenientemente los nitratos, ya que estos se descomponen completamente para formar los óxidos a temperaturas bien por debajo de la temperatura a la cual ocurre la porosidad cerrada. Otras sales solubles que tienen esta característica, tales como los acetatos y ciertos cloruros y sulfatos, pueden ser sus ituidas. El área de superficie de la fase de alúmina impregnada es bastante importante para la facilidad con la cual se logra la distribución uniforme. Esto es porque cuanto mayor es el área de superficie, mayor es la capacidad de la superficie de la alúmina, la cual es esencialmente básica con respecto a la solución de componentes modificadores, para proveer sitios de reacción con las especies cidas en las soluciones de componentes modificadores. Se ha encontrado que ciertos metales tienen efecto deletéreo sobre la calidad de los granos de alúmina abrasivos obtenidos mediante procedimientos de sol-gel. Estos incluyen metales alcalinos tales como sodio y potasio. Por lo tanto, se prefiere llevar a cabo todo el procesamiento de la alúmina en agua destilada o desionizada. Esto incluye tanto la preparación del sol-gel inicial, corno la solución de infiltración que comprende los componentes modificadores.

DIBUJOS La mvención se ilustra utilizando cuatro gráficas las cuales muestran la variación en la concen ación de los componentes modificadores indicados a través de un grano a partir del centro al borde. Las figuras 1 y 2, que se re fieren al ejemplo 1, muestran la variación de concentración para, respectivamente, una composición de acuerdo a la invención y una en la cual los modificadores tienen una concentración mayor en el borde. Las figuras 3 y 4, que se refieren al ejemplo 2, muestran la variación de concentración para, respectivamente, una composición de acuerdo a la invención y una en la cual los modificadores tienen una concentración mayor en el borde.

DESCRIPCIÓN DE MODQLIDQDES ESPECÍFICOS La invención se describe ahora con relación a ciertos ejemplos específicos los cuales se entiende sólo son para los propósitos de ilustración y no implican limitación esencial sobre el alcance de la invención. En los ejemplos que siguen, se midió el tamaño de los cristales sobre superficies pulidas que eran térmicamente grabadas con ácido a 50°C ba o la temperatura de concrecionamiento durante 10 minutos. Se utilizó una técnica con C1EB y se determinó el tamaño de los cristales a partir de la rmcrogr fía obtenida al medir la intersección promedio de los cristales situados sobre una línea recta trazada a través de la rni orografía. Para determinar la concentración de los componentes modificadores, se prepararon mezclas montando los granos en una resina epóxica y puliendo la superficie para poder de reflexión óptica. La concentración de cada elemento se midió en intervalos de una miera a lo largo de una línea recta a través de ia superficie pulida a partir del centro de la superficie del grano utilizando una icrosonda Ca eca Camebax teniendo una pluralidad de espectrómetros asociados ajustados cada uno para detectar un elemento específico distinto. Por ejemplo, un espectrómetro tuvo un cristal TOP ajustado al pico Ka del magnesio para detectar la variación de concentración de ese elemento a trav s del grosor del grano, ftl llegar a la capa epoxica, se confirmó que se había alcanzado el borde del grano. El tiempo de conteo en cada paso de medición se estableció en 5 o 10 segundos. En algunos casos, los resultados se dieron en forma de diagrama, varios de los cuales aparecen en los dibujos anexos. El ajuste de poder de la máquina fue de 25 Kv y la corriente de rayo (Faraday) fue de 20nO. El significado de tener uniformemente dispersos los componentes modificadores a través del grano se determinó llevando a cabo pruebas de trituración utilizando los granos en una rueda abrasiva vitrea asociada. En cada caso, el grano seleccionado fue el grano 80 y la prueba realizada implicó trituración cilindrica húmeda OD. Las ruedas se prepararon exactamente de la misma manera utilizando un enlace vitreo comercial del tipo descrito en la patente norteamericana 4,543,107 y tuvieron el mismo grado (dureza, en este caso "K") y estructura (espaciarniento relativo en el grano, en este caso "8"). Las ruedas tuvieron 7.6 cm o 12.7 cm de diámetro y 1.27 ern de grosor, fintes de usarlas, cada una de las ruedas se prepararon utilizando un rodillo de diamante. Durante la prueba, las ruedas se hicieron girar en una pieza de trabajo 52100 a 9000 sfprn (se recomendaron aproxirnadamewnte 10 crn de diámetro y 0.64 cm de grosor contra la rueda a 3 diferentes velocidades de alimentación: BOJA (1.94 cm3/min/cm); MEDIO (3.87 crn3/min/cm) ; y ALTO (7.10 cm3/min/cm). En cada pieza de trabajo, sólo se removieron 0.2 c a 0.3 crn.

EJEMPLO 1 En este ejemplo, el rendimiento de una rueda de trituración vitrea asociada (INV.-l), obtenida utilizando una alúmina de sol-gel sembrada que comprende ciertos componentes modificadores distribuidos uniformemente dentro de los granos de acuerdo con la invención, se compara con: 1. una rueda vitrea asociada obtenida utilizando el mismo enlace y la misma alúmina de sol-gel sembrada, pero sin los componentes modificadores (Cl); y 2. una rueda vitrea asociada obtenida utilizando el mismo enlace y la misma alúmina de sol-gel sembrada y los mismos componentes modificadores en las mismas cantidades, pero estando los componentes modi icadores concentrados principalmente en las superficies de los granos (C2). En cada evaluación que se reporta más adelante, la preparación de la alúmina de sol-gel siguió su curso a lo largo de líneas idénticas hasta el concreciona iento del grano. Esta primera etapa descrita es, por tanto, común a la preparación de todas las muestras evaluadas.

PREPARACIÓN DE ALUMINO DE SOL-GEL.

Se cargo un tanque de mezclado con 908 l<g de agua. Se preparo una suspensión acuosa conteniendo % por peso de partículas de alfa alúmina finamente divididas con una área de superficie de casi 120 rn2/g moliendo una dispersión acuosa de apro imadamente 8% en peso de partículas de alfa alúmina de tamaño inferior a una miera en un molino Sweco utilizando medios de alúmina de baja pureza. Esta suspensión (118.040 kg) <-,e añadió al tanque, el cual fue bien agitado y evacuado para remover las burbujas de aire. Tuvo un pH de casi 4. La dispersión a partir del tanque se bombeó a través de un mezclador a una velocidad de 2.8 g/rnin junto con 0.16 <j/rn?n de una solución de ácido nítrico a 21%. El producto fue un gel que fue desecado, triturado mediante rodillo y calcinado a 600-800°C en un horno rotatorio. Fue este producto calcinado lo que se utilizó co o base para los siguientes ejemplos.

PREPARACIÓN DE INV.-l Se preparó una solución de componentes modificadores disolviendo en 10,200 g de agua desionizada, .1.59 g de nitrato de cobalto hexahidratado, 17.1 g de nitrato de lantano pentahidratado y 21.6 g de nitrato de ytrio hexahidratado. Cuando todas las sales habían sido disueltas, 1800 g de formamida se añadieron también a la solución. El material calcinado de alúmina de sol-gel preparado como se describió anteriormente (2000 g), se colocó en un recipiente el cual fue evacuado para remover el aire de los poros y 2666 g de la solución de componentes modificadores descrita anteriormente se añadieron mientras se mantenía el vacio. Deepuée de que el material fue totalmente sumergido, el vacio fue liberado. El exceso de solución fue drenado de la muestra la cual fue desecada después a 120°C antes de calentarla en un horno rotatorio precalentado a 1270°C por 10 minutos. El producto tuvo una densidad de 3.88 g/cc; una dureza de 21.4 Gpa; y un tamaño de cristal de 0.15 mieras. El análisis con microsonda de los granos de este material indicó una distribución uniforme de los componentes modificadores en todos los granos (véase figura 1).

PREPARACIÓN DEL CONTROL NO MODIFICADO (Cl) El material calcinado de sol-gel descrito arriba fue calentado en un horno rotatorio precalentado por un periodo de 10 minutos a una temperatura de !290°C. El producto tuvo una densidad de 3.89 g/cc; una dureza de 22.3 Gpa: y un tamaño de cristal de 0.19 mieras. El análisis mostró que carecía esencialmente de los componentes modificadores.

PREPARACIÓN DEL CONTROL ENRIQUECIDO EN SU SUPERFICIE CC2) Se preparó una solución de amoniaco disolviendo 600 g de solución de amoniaco al 30% en 17400 g de agua desionizada. Se preparó una solución de componentes modificadores mediante disolución en 18,000 g de agua desionizada, 192.6 g de nitrato de cobalto hexahidratado; 21.1 g de nitrato de lantano pentah dratado y 33.4 g de nitrato de ytrio hexahidratado. Se cargó después un recipiente con 1800 g de la alúmina calcinada de sol-gel descrita arriba, y se añadieron 3600 g de la solución de amoniaco. El exceso de solución que permaneció fuera de los poros fue removido. El producto húmedo se añadió entonces a 3600 g de la solución de componentes mod ficadores, la cual fue agitada después durante 15 minutos.

El exceso que quedó fuera de los poros fue removido y el material fue desecado a 120"C. El material fue calentado después en un horno rotatorio precalentato a 1265°C por 10 minutos, y se encontró entonces que tiene una densidad de 3.89 g/cc; una dureza de 22.0 Gpa; y un tamaño de cristal de 0.15 mieras. El análisis con icrosonda de los granos abrasivos de este material (figura 2), mostró concentraciones mayores de los componentes modificadores en la superficie que en interior de los granos. Para evaluar el signi ficado práctico de las diferencias de distribución de los modificadores, los tres productos de muestra descritos arriba fueron transformados en granos abrasivos, y los granos fueron incorporados después en ruedas abrasivas separadas utilizando un enlace vitreo comercial de la Norton Company, de acuerdo al método descrito arriba. Las ruedas obtenidas, las cuales eran idénticas excepto con respecto a los componentes modificadores, fueron sometidas después a prueba para medir su índice de trituración (es decir, eL cuadrado de la velocidad de remoción de metales dividido entre el producto del caballo de vapor generado durante la trituración y la velocidad de desgaste de la rueda). La prueba se llevó a cabo como se describió riba.

CUADRO 1 índice de Capacidad de Trituración VELOCIDAD DE INV-1 Cl C2 ALIMENTACIÓN UTIL. FIJA (CONTROL) CONC. SUP, Se ve claramente por los Datos anteriores que las ruedas que se hacen usando las partículas abrasivas modificadas por procedimiento de sol-gel de la invención muestran la rnayor mejora sobre los productos según la técnica anterior cuando se someten a fuerzas de trituración de menor presión. Sin embargo, las mejoras son evidentes con todas las velocidades de alimentación. De manera interesante, la mejora es c_,?gn? ficante ente mayor que la muestra C2 que contenía los mismos componentes modificadores y esencialmente en las mismas cantidades pero distribuidas para dar una concentración de superficie rnás alta.

EJEMPLO 2 En este ejemplo se repite básicamente la misma comparación que se describe anteriormente en el Ejemplo 1 con una combinación diferente de componentes modi icadores.

PREPARACIÓN DE INV.-2 Se preparó una solución por medio de agregar a 10 , 200 g de agua desionizada , 2.42.7 g de hexahidrato de nitrato de magnesio , 27.75 de pentrahidra to de nitrato de lantano , y 30.1 g de hexahidrato de nitrato de itrio. Cuando se disolvieron por completo las sales, se agregaron 1,800 g de formamida. Se cargó un recipiente con 3,000 g de material alumina calcinada por procedimiento de sol-gel, preparado como se describe anteriormente, y se evacuó el recipiente para retirar de los poros el aire atrapado. Se agregó la solución de los componentes modificadores descritos anteriormente (4,000 g), mientras el material estaba todavía al vacío. Cuando se sumergió el material por completo, se libero el vacío. Se secó el material a 120°C y se horneó después en un horno rotatorio precalentado a 1310°C durante 10 minutos. El producto tenía una densidad de 3.88 g/cm3 , una dureza de 22.1 Gpa, y un tamaño de cristal de 0.11 mieras. El análisis por microsonda de estos granos abrasivos hecho de este material (Figura 3), mostró los componentes modi icadores distribuidos esencialmente de manera uniforme a través de todos los granos.

PREPARACIÓN DE UN CONTROL ENRIQUECIDO EN LO SUPERFICIE CC3) Se preparó una solución de componentes modificadores mediante disolver en 18.000 g de agua desiomzada, 241.2 g de hexahidrato de nitrato de magnesio, 50.4 g de pentahidrato de nitrato de lantano, y 79.2 g de hexahidrato de nitrato de itrio. Se agregó la solución de amoníaco descrita en eL Ejemplo L (3,600 g), a 1,800 g de material de alúmina calcinada por procedimiento de sol-gel, descrito anteriormente. Se retiró la solución en exceso de la parte exterior de los poros y se agrego el material húmedo a 3,600 g de la solución modificadora descrita anteriormente y se agito durante aproximadamente 15 minutos. Se elimino la solución en exceso de la parte exterior de los poros y se secó el material a 120°C antes de ser horneado a 1280°C en un horno rotatorio precalentado durante 30 minutos. El producto tenia una densidad de 3.89 g/cm3 , una dureza de 21.6 Gpa, y un tamaño de cristal de 0.16 mieras. El análisis por microsonda de los granos abrasivos hecho para este producto mostró una concentración elevada por lo menos de 2 de los componentes modificadores (lantana e itria) en la superficie de los granos abrasivos con comparativamente poca dentro de los cuerpos de los granos. Esto se determinó usando la misma técnica con microsonda usada en el Ejemplo 1 y se presentaron los resultados en forma de gráfica en las figuras 3 (Inv.-2 y 4 (C3). Interesantemente, aunque la magnesia estaba presente en cantidades relativamente grandes a través de todo el grano, aún este modificador bien distribuido tenía una concentración elevada en la proximidad del borde por comparación con el centro de los granos. Corno antes, se evaluó el efecto de la distribución en las pruebas de trituración conducidas de la manera descrita anteriormente. Se exponen los resultados en el cuadro 2 siguiente: CUADRO 2 índice de Capacidad de Trituración Se verá que se muestra el mismo modelo de superioridad que fue evidente en el Ejemplo 1.

EJEMPLO 3 Este ejemplo compara el desempeño de productos hechos conforme a la invención (INV.-3) con el control Cl descrito anteriormente, y con Los otros dos controles (C4 y C5), que contienen diferentes combinaciones de componentes modificadores.

PREPARACIÓN DE INV.-3 La técnica usada para producir el material modificado por procedimiento sol-gel fue esencialmente la usada para hacer INV.-l excepto que la solución de componentes modificadores contenia 2,550 g de agua desionizada, 7.17 g de n nohidrato de nitrato férrico, 11.01 g de hexahidrato de nitrato de cobalto (II), 11.01 g de hexahidrato de nitrato de níquel (II), 14.93 g de nanohidrato de nitrato de cromo (III), 7.22 g de pentrahidrato de nitrato de lantano, 9.63 g de hexahidrato de nitrato de itrio y 400 g de formamida. El horneado del material seco tubo lugar a 1310°C durante 5 minutos y el producto tuvo una densidad de 3.89 g/crn3 , una dureza de 20.9 Gpa, y un tamaño de cristal de 0.12 mieras.

PREPARACIÓN DE C4 Y C5 Estos ejemplos comparativos son algo diferentes de los Ejemplos 1 y 2. Se uso la misma técnica de impregnación con diferentes combinaciones de modificadores a modo de aislar el efecto de Los modificadores del modo de impregnación. Las únicas diferencias entre las muestras de C4, C5 y INV.-3 estriban por lo tanto en la composición de la solución modificadora usada.

SOLUCIÓN C4 2550 g de agua desiomzada, 7.17 g de rnonohidrato de nitrato férrico, 11.01 g de hexahidrato de nitrato de cobalto (II), 11.01 g de hexahidrato de nitrato de níquel (II), 14.93 g de nano idrato de nitrato de cromo (III), 450 g de forrna i a.

SOLUCIÓN C5 10,200 g de agua desio izada, 28.88 g de pentahidrato de nitrato de lantano, 38. b g de hexahidrato de nitrato de itrio, 1800 g de formarnida.

Se filtro el material C4 a 1,280°C durante 5 minutos y tuvo una densidad de 3.92 g/ern3 , una dureza de 21.1 Gpa, y un tamaño de cristal de 0.18 mieras. Se horneo el material C5 a 1,345°C durante 10 minutos y tuvo una densidad de 3.86 g/cm3 , una dureza de 22.4 Gpa, y un tamaño de cristal de 0.16 mieras. Cuando se sometió a las pruebas de trituración descritas anteriormente, los granos hechos con los materiales, anteriores tuvieron rendimientos como se muestra en el Cuadro 5 siguí nt e CUADRO 5 Estos datos indican claramente que la formulación de la mezcla de componentes modificadores es importante también en la adición al método de incorporación. Junto con los datos de los Ejemplos 1 y 2, demuestra La importancia combinada de las características de la presente invención.

EJEMPLO 4 Este ejemplo ilustra una combinación más de los componentes modi icadores que producen un producto conforme a la invención (INV.-4). No se produjeron ejemplos comparativos al mismo tiempo que esta preparación, pero se usaron las mismas técnicas generales para la preparación y evaluación que las descritas en los ejemplos anteriores. Se hizo una solución de los componentes modificadores mediante disolver en 10,200 g de agua desionizada: 28.68 g de na no hidrato de nitrato férrico, 44.04 g de hexahidrato de nitrato de cobalto (II), 44.04 g de hexahidrato de nitrato de níquel (II), 59.72 g de nanohidrato de nitrato de cromo (III), 2B.88 g de pentahidrato de nitrato de lantano, 38.52 g de hexahidrato de nitrato de itrio, 72.12 g de hexahidrato de nitrato de magnesio, 40.12 g de tetrahidrato de nitrato de manganeso (II), 246.54 g de solución coloidal de titania, y 1800 g de forma i a.

Se preparó la solución coloidal de titanio mediante mezclar 40 g de isopropóxido de titanio (IV) con .1.60 g de agua desionizada, agregando 48 g de ácido nítrico al 70% y mezclando hasta que la mezcla se puso clara. Se impregnó la alúmina por procedimiento de sol-gel con la mezcla anterior y se secó de la manera descrita en el Ejemplo 1 y se filtró a 1,290°C durante 30 minutos para dar un producto con una densidad de 3.89 g/cm3, una dureza de 20.9 Gpa, y un tamaño de cristal de 0.12 mieras. Cuando se sometieron a las pruebas de trituración descritas anteriormente, las ruedas de trituración que contenían granos abrasivos producidos con el material anterior tenian "índices de Capacidad de Trituración" como sigue: Alimentación baja 17 Alimentación media 13.1 Alimentación alta .1.2 „ 6 El análisis químico de las muestras de granos producidos en los Ejemplos 1-4 revelaron las siguientes concentraciones, (en porcentaje en peso), de los óxidos indicados.

En el cuadro anterior, IN-1 debe leerse con C2 e IN-2 debe leerse con C3.s Las cantidades de 0.02% o menos para el óxido férrico y la magnesia se consideran en el "ruido de fondo" y son indicadas por " ". Es usual un nivel de fondo más alto de titania y aproximadamente 0.1 a 0.15% en alúminas derivadas por el procedimiento de sol-gel de las boeh itas de alta calidad, (como resultado del método mediante el cual, se fabrica la boehrnita). Las cantidades de esta escala están por lo tanto casi siempre presentes.

Claims (21)

NOVEDOD DE LO INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Granos abrasivos de alfa-alúmina caracterizados ademas porque la alumina tiene una morfología cristalina esencialmente uniforme conteniendo tales granos componentes modificadores: (a) por lo menos uno de itria y un óxido de metal de tierra rara, y (b) uno o rnás óxidos de metales seleccionados entre el grupo que consta de magnesio, titanio, cromo, manganeso, fierro, cobalto, níquel, zinc y litio; caracterizados además porque por lo menos los componentes modificadores seleccionados entre el grupo a) tienen una concentración media dentro del grano que es igual a o mayor que la concentración media dentro de 20 mieras de la superficie del grano.

2.- Granos abrasivos de conformidad con la reivindicación 1, caracterizados además porque los componentes modificadores seleccionados entre el grupo (a) están distribuidos escencialrnente de manera uniforme dentro de los granos.

3.- Granos abrasivos de conformidad con la reivindicación 1, caracterizados además porque todos los componentes están distribuidos escencialrnent e de manera uniforme dentro de los granos.

4.- Granos abrasivos de conformidad con la reivindicación .1, caracterizados además porque el óxido de metal de tierra rara es lantama.

5.- Granos abrasivos de conformidad con la reivindicación 1, caracterizados además porque la cantidad total de los componentes modificadores representa de aproximadamente el 0.10 a aproximadamente el. 2% del peso de el alfa-alúmina y cada componente individual del grupo (a) representa de aproximadamente el 0.02 a aproximadamente el 0.35% del peso de el alfa-alúmina.

6.- Granos abrasivos de conformidad con la reivindicación 1, caracterizados además porque contienen del 0.02 a aproximadamente 0.2% en peso cada uno de itria y .larvtana a un máximo de aproximadamente el 0.2% en peso; y de aproximadamente el 0.01 a aproximadamente el 0.4% en peso cada uno de por lo menos un óxido de un metal seleccionado entre el. grupo que consta de magnesio, titanio, cromo, manganeso, fierro, cobalto, níquel, zinc, hasta un peso combinado máximo de aproximadamente el 1.5% en peso.

7.- Granos abrasivos de conformidad con la reivindicación 1, caracterizados además porque la fase de alúmina tiene una estructura cristalina sub icrométrica.

8.- Granos abrasivos de alúmina caracterizados además porque la alúmina tiene una morfología cristalina submicrométrica escencialmente uniforme conteniendo tales granos como componentes modificadores: (a) itria y lantana; y (b) uno o más óxidos de metales seleccionados entre el grupo que consta de magnesio, titanio, cromo, manganeso, fierro, cobalto, níquel, zinc y litio; caracterizados además porque por lo menos los componentes modificadores seleccionados entre el grupo (a) están distribuidos escencialmente de manera uniforme dentro de los granos.

9.- Granos abrasivos de conformidad con la reivindicación 8, caracterizados además porque constan del 0.2 a aproximadamente el 0.25 en peso cada uno de itrio y lantano hasta ?n máximo de aproximadamente el 0.22% en peso; y de aproximadamente el 0.01 a aproximadamente el 0.2% en peso cada uno de por lo menos un óxido de metal seleccionado entre el grupo que consta de magnesio, titanio, cromo, manganeso, fierro, cobalto, níquel, zinc, hasta un máximo de aproximadamente el 0.8% en peso.

10.- Un procedimiento para la producción de granos abrasivos de alúmina modificados por la incorporación de componentes modificadores el cual consta de secar y hornear un gel de un precursor de alfa-alúmina hasta que se ha producido una fase de alúmina porosa; después de filtrar la alúmina porosa con una solución de componentes modificadores de sales solubles, susceptibles de descomponerse al calor junto con un aditivo generador de base que reacciona con agua para generar-una base y se descompone para formar gases volátiles debajo de la temperatura a La cual se forma el alfa -alúmina en la reacción y después hornear a una temperatura suficientemente alta para convertir la alúmina porosa a la fase alfa caracterizada además porque los aditivos modificadores son: (a) por lo menos uno de itria y un óxido de metal de tierra rara; (b) uno o más óxidos de metales seleccionados entre el grupo que consta de magnesio, titanio, cromo, manganeso, fierro, cobalto, níquel, zinc y litio; y (c) la cantidad de los componentes modificadores seleccionados entre el grupo (a) es tal que produce una concentración media dentro el grano que es igual a o mayor que la concentración media dentro de 20 mieras de la superficie del grano.

11.- Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque la cantidad de componentes modificadores es tal que todos los componentes modificadores están distribuidos escencialmente de manera uniforme dentro de los granos.

12.- Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 1.0, caracterizado además porque el aditivo generador de base se selecciona entre el grupo que consta de formamida, acetamida y urea.

13.- Un procedimiento de conformidad con la reivindicación .1.0, caracterizada además porque la cantidad total de componentes modificadores agregada es menor que aproximadamente el 1.5% con base en el peso de alúmina.

14.- Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada además porque la infiltración ee conocida mientras se extrae un vacío sobre el material de alúmina poroso.

15.- Un procedimiento de conformidad con la reivi dicación 10, caracterizada además porque el gel de alumina contiene también un agente nucleador que es efectivo para reducir* la temperatura de transición a alfa-alúmi a y generar una estructura cristalina ubmicromet rica do alumina.

16.- Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque ia cantidad total de componentes modi icadores agregados es menor que aproximadamente el 1.0% con base en el peso de la alumina.

17.- Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el aditivo generador de base se selecciona entre el grupo que consta de formamida, acetamida y urea.

18.- Un abrasivo revestido que contiene los granos abrasivos de conformidad con la reivindicación 1.

19.- Una herramienta abrasiva unida que contiene los granos abrasivos de conformidad con la reivindicación 1.

20.- Un abrasivo revestido que contiene los granos abrasivos de conformidad con la reivindicación 8.

21.- Una herramienta abrasiva unida que contiene Los granos abrasivos de conformidad con la reivindicación 8.