MXPA99006682A - Procedimiento de fragmentacion explosiva - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a fragmentar partículas de cerámica porosas generando un gas dentro de los poros a una presión suficiente para hacer que las partículas sean fragmentadas;la forma que se prefiere para generar la presión es sumergir las partículas en un líquido que a temperaturas y presiones ambientales sea un gas hasta que el líquido seaabsorbido en los poros, y posteriormente cambiando rápidamente las condiciones de manera tal que el líquido se conviertan en un gas, dando como resultado la fragmentación explosiva de las partículas de cerámica.

Description

PROCEDIMIENTO DE FRAGMENTACIÓN EXPLOSIVA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a partículas de cerámica que tienen formas que están bien adaptadas para usarse como granos abrasivos, y particularmente a un procedimiento para la fabricación de dichas partículas. Las partículas abrasivas se obtienen convencionalmente triturando piezas más grandes de la cerámica mediante un procedimiento de molienda o de trituración con rodillos. Dichos procedimientos son altamente energéticos, y dan como resultado partículas con cantidades significativas de microfracturas como resultado de los impactos que generaron las partículas. Se piensa que estas microfracturas son una fuente de debilidad en las partículas que reducen su eficacia como abrasivos. Cuando se desarrollaron los procedimientos de sol-gel para la producción de abrasivos de alúmina, se forma un gel de una forma precursora, usualmente boehmita, y este gel es extruido o de otra manera configurado en piezas manejables que se secan entonces para extraer el agua. El gel deshidratado, el cual es muy friable, es entonces triturado típicamente hasta casi la escala deseada de tamaños de partícula para las partículas abrasivas finales, y estas partículas son horneadas para producir las partículas abrasivas finales. Recientemente, en la solicitud de E.U.A. serie No. 08/417,169, presentada el 5 de Abril de 1995, se ha propuesto alimentar el gel deshidratado mientras posee aún por lo menos 5% en peso de contenido de agua directamente en la zona caliente de un horno para hacer que el agua se expanda explosivamente. Esto da como resultado partículas con una relación de aspecto generalmente alta y propiedades abrasivas excelentes. La trituración explosiva es enseñada en el contexto de las zeolitas en el documento USP 3,715,983, en el cual una zeolita es sumergida en un fluido explosivo tal como nitroglicerina, y se coloca en una "bomba", en la cual la nitroglicerina es detonada. La explosión tritura la zeolita. Se ha descubierto ahora que se puede hacer que una amplia variedad de materiales de cerámica sean triturados explosivamente en una forma práctica y segura para producir partículas de alta relación de aspecto sin la aplicación de fuerzas de impacto. La presente invención provee por lo tanto un procedimiento atractivo de impacto cero que es adaptable para la producción de una amplia gama de materiales de cerámica en forma de partículas.

DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA INVENCIÓN El procedimiento de la invención comprende exponer un material de cerámica poroso a condiciones que incluyen presiones ambientales, de modo que los poros de la cerámica sean ocupados por líquido que es un gas a presiones y temperaturas ambientales, de modo que la expansión rápida del líquido hacia la fase gaseosa cause la fragmentación del material de cerámica.

En el contexto de esta solicitud, se pretende que el término "fragmentación" implique que, después de que la fragmentación ha ocurrido, menos de 15% de las partículas originales permanezcan sin cambios en el tamaño de partícula, y que el resto sea fragmentado en fragmentos más pequeños. El procedimiento preferido de la invención comprende sumergir un material de cerámica poroso en un líquido que es gaseoso a temperaturas y presiones normales durante un tiempo suficiente para que los poros del material de cerámica sean ocupados por lo menos parcialmente por el líquido, removiendo entonces las partículas del líquido y exponiéndolas rápidamente a condiciones de temperatura y/o presión a las cuales el líquido sea un gas. Esto genera las presiones internas requeridas esencialmente en forma instantánea, y causa la fragmentación de las partículas. En este contexto, se entiende que el término "rápid mente" implica que esencialmente todo el incremento de presión dentro del material de cerámica ocurra después de que ha sido expuesto a las temperaturas y/o presiones que generan la fragmentación. Los líquidos adecuados para usarse en este procedimiento preferido de conformidad con la invención incluyen refrigerantes líquidos comprimidos tales como amoníaco líquido y clorofluorohidrocarburos licuados; gases licuados tales como nitrógeno líquido, oxígeno líquido y dióxido de carbono supercrítico. La técnica usada para causar la expansión explosiva puede ser la aplicación de calor como se describió anteriormente, pero con más frecuencia, cuando el gas es generado in situ dentro de los poros por expansión de. un líquido que es un gas a temperaturas y presiones normales, se prefiere colocar las partículas en un líquido inerte a presiones y temperaturas normales suficientes para causar la expansión rápida. Esto tiene el efecto de asegurar un ambiente de temperatura uniforme, proveyendo un área de contacto máxima para la transferencia rápida de calor, y de mitigar los efectos de la expansión explosiva. El líquido se describe como "inerte" con respecto a la cerámica y al gas que causa la fragmentación. Esto implica la falta de una solución o reacción química de interferencia de la cerámica o el gas. Sin embargo, esto no implica que el líquido no se pueda usar como vehículo para la impregnación de la cerámica con componentes deseables. Los materiales de cerámica que pueden ser fragmentados mediante el procedimiento de la invención incluyen alúminas, carburo de silicio, nitruro de silicio, nitruro de titanio, carburo de titanio, y similares. Entre las alúminas se incluyen precursores de alúmina tales como boehmita e incluso alúmina trihidratada. Dichos productos contienen agua ligada, pero esto no es afectado por el procedimiento de la presente invención, el cual se puede repetir varias veces hasta que se haya alcanzado el grado de fragmentación deseado. La porosidad del material de cerámica usado en el procedimiento de la invención debe ser preferiblemente porosidad predominantemente abierta para permitir el exceso del gas o líquido que será expandido. La cantidad de dicha porosidad debe ser por lo menos 5% en volumen, y preferiblemente de 10% a 30%, tal como de 10% a 20% en volumen. No existe un límite teórico superior pero, en términos prácticos, la cerámica debe tener una porosidad máxima de hasta 80%, y más adecuada de 70% en volumen. Las escalas de porosidad preferidas son de 10% a 80%, y más preferiblemente de 20% a 50% en volumen. La porosidad se puede generar durante el procedimiento de formación, como es el caso cuando se usa una alúmina intermedia o alfa alúmina no concrecionada (obtenida mediante un procedimiento de sol-gel), y la porosidad es el resultado de cambios de fase. También puede resultar de la formación de partículas de cerámica finamente divididas en una pasta la cual es entonces transformada a pellas y deshidratada, de modo que las pellas comprendan partículas de cerámica poco aglomeradas. Después de la fragmentación, es usualmente necesario hornear las partículas de cerámica obtenidas para hacer que sean totalmente concrecionadas si se contempla su uso como abrasivo. La temperatura y el tiempo de concreción varían con la cerámica involucrada.

DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La invención se describe ahora con referencia particular a los siguientes ejemplos, los cuales están diseñados para ilustrar la invención, pero no para que impliquen cualquier limitación al alcance esencial de la misma.

EJEMPLO 1 En este ejemplo, la cerámica usada era una alúmina sol-gel que había sido secada para eliminar el agua libre y triturada para formar partículas de malla +12. Por lo tanto, comprendía predominantemente precursores de alfa alúmina tales como boehmita. Las partículas fueron sumergidas en nitrógeno líquido bajo presión atmosférica, y se les dejó equilibrar térmicamente durante alrededor de 2 minutos, después de lo cual se decantó el exceso de nitrógeno líquido y las partículas se transfirieron inmediatamente a un contenedor de octano líquido a temperatura ambiente. Esto dio como resultado una expansión explosiva del nitrógeno líquido que ocasionó la fragmentación de la alúmina. El octano fue decantado, y las partículas de alúmina se secaron y graduaron. La distribución de tamaño fue como sigue: ESCALA DE TAMAÑO PORCENTAJE EN LA ESCALA malla +12 11 malla -12+16 20 malla -16+18 13 malla -18+20 14 malla -20+25 16 malla -25+35 13 malla -35+45 5 malla -45 7 Cuando se colocó un material de partida de alúmina sol-gel similar directamente en octano bajo las mismas condiciones, pero sin la inmersión previa en nitrógeno líquido, no ocurrió fragmentación significativa alguna.

EJEMPLO 2 El producto fragmentado obtenido del ejemplo 1 se sometió exactamente al mismo procedimiento para determinar si se podía lograr una trituración adicional. Los tamaños de partícula obtenidos se dan a continuación.

ESCALA DE TAMAÑO PORCENTAJE EN LA ESCALA malla +12 0 malla -12+16 5 malla -16+18 4 malla -18+20 11 malla -20+25 16 malla -25+35 28 malla -35+45 17 malla -45 16 Esto demuestra que el procedimiento puede repetirse para asegurar el grado de fragmentación deseado.

EJEMPLO 3 En este ejemplo, la cerámica usada fue nitruro de silicio en forma de pellas con una sección transversal circular de aproximadamente 2.5 cm y una longitud de aproximadamente 2.5 cm. Estas se obtuvieron mediante colado por deslizamiento de nitruro de silicio coloidal. Las pellas fueron sumergidas en nitrógeno líquido, en donde se les dejó equilibrar durante aproximadamente 2 minutos antes de decantar el nitrógeno líquido, y se colocaron en un contenedor de agua a aproximadamente 50°C. Esto dio como resultado la fragmentación de las pellas a los pocos segundos. El agua fue decantada inmediatamente, y las partículas de nitruro de silicio fragmentadas se secaron y midieron para verificar su distribución de tamaño. Se encontró que aproximadamente 73% tenían tamaños de 0.2 cm a 0.6 cm, aproximadamente 17% tenían tamaños de 0.2 cm a 0.08 m, y aproximadamente 10% tenían tamaños menores de 0.08 cm. Cuando se repitió este experimento sin la inmersión en nitrógeno líquido, no ocurrió fragmentación significativa alguna.

EJEMPLO 4 En este ejemplo, la cerámica usada fue alfa alúmina en polvo (Sumitomo AKP-30). Se homogeneizó una dispersión de 50 g de este polvo en 500 ml de agua con 1.0 g de dispersante Darvan-821-A enrollando en un frasco de plástico con 1.2 cm de medios de circonia durante aproximadamente una hora. Esta suspensión se secó a aproximadamente 80°C, y las piezas secas con un tamaño de malla +10 se sumergieron en nitrógeno líquido durante aproximadamente 2 minutos, después de lo cual se decantó el exceso de nitrógeno líquido, y las piezas de alúmina se colocaron inmediatamente en un contenedor de hexano líquido a temperatura ambiente. La alúmina se fragmentó en forma explosiva, y la distribución de tamaño resultante fue como sigue. ESCALA DE TAMAÑO PORCENTAJE EN LA ESCALA malla +10 42 malla -10+12 22 malla -12+16 24 malla -16 10 No se observó fragmentación significativa alguna cuando el experimento anterior se repitió sin la inmersión en nitrógeno.

Claims (4)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un procedimiento para la producción de cerámica fragmentada, caracterizado porque comprende: a) impregnar un material de cerámica poroso que tenga una porosidad de 10 a 80% en volumen con un líquido que sea un gas a presión atmosférica y a una temperatura de 20°C, de manera tal que los poros de la cerámica sean por lo menos parcialmente ocupados por el líquido; y b) hacer que el líquido se expanda rápidamente sin cambio químico de manera tal que la expansión cause la fragmentación del material de cerámica.

2.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque se hace que el líquido que impregna los poros de la cerámica porosa se expanda rápidamente, depositando la cerámica porosa impregnada en un medio de inmersión inerte de manera tal que se exponga al líquido que llena los poros de la cerámica a temperaturas que induzcan un cambio de fase.

3.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende seleccionar una cerámica porosa que tenga una porosidad de 20 a 50% en volumen.

4.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende seleccionar la cerámica del grupo que consiste de alúmina, precursores de alúmina, carburo de silicio, nitruro de silicio, y mezclas de los mismos.