SK75397A3 - Process for the manufacture of abrasive grains based on alpha-al2o3 - Google Patents
Process for the manufacture of abrasive grains based on alpha-al2o3 Download PDFInfo
- Publication number
- SK75397A3 SK75397A3 SK75397A SK75397A SK75397A3 SK 75397 A3 SK75397 A3 SK 75397A3 SK 75397 A SK75397 A SK 75397A SK 75397 A SK75397 A SK 75397A SK 75397 A3 SK75397 A3 SK 75397A3
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- gel
- drying
- sol
- xerogel
- alcohol
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
Description
Oblasť technikyTechnical field
Vynález sa týka spôsobu výroby brúsiacich zŕn na báze 01-AI2O3 z alkoholického sólu boehmitu obsahujúceho malé množstvo oxóniových solí silných anorganických kyselín a organických alkoholov riadenou gelatinizáciou viacsýtnou kyselinou s následným sušením gélu kapilárnym transportom kvapalnej fázy z gélu v kombinácii s konvekčným alebo radiačným či mikrovlnným ohrevom, vhodného predovšetkým na sušenie vrstiev gélu s rôznou hrúbkou a na získavanie vysušených zŕn gélu požadovanej hrúbky s možnosťou prípadnej riadenej nukleácie a rastu primárnych častíc v závislosti na kryštalografických parametroch mriežky materiálu slúžiaceho ako porézna membrána.The present invention relates to a process for the manufacture of grinding grains based on 01-Al2O3 from an alcoholic boehmite sol containing small amounts of oxonium salts of strong inorganic acids and organic alcohols by controlled gelatinization with a polybasic acid followed by drying the gel by capillary liquid transport from the gel in combination with convection or radiation , particularly suitable for drying gel layers of varying thickness and for obtaining dried gel grains of desired thickness with possible controlled nucleation and primary particle growth, depending on the crystallographic parameters of the lattice of the material serving as the porous membrane.
Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Príprava hutných abrazívnych zŕn pomocou metódy sól-gél je už dlho známa. Jedným z najstarších odkazov je U.S. patent č. 4,314.827, kde je opísaný proces prípravy abrazívnych materiálov gelatinizáciou disperzie oxyhydroxidu hliníka (boehmitu) a následným sušením a žíhaním s použitím modifikačnej prísady, ktorá je dodávaná vo forme rozpustnej soli dusičnanu horečnatého. Ďalší vývoj v tejto oblasti predstavuje U.S.patent č. 4,181.532 a ďalšie následné patenty, napr. U.S. patent č.4,518.397, U.S. patent č. 4,574.003. Tieto zdroje a následné ďalšie riešia technológiu výroby keramického oxidu hlinitého na brúsne účely. Výsledok väčšiny týchto procesov možno charakterizovať pomocou zhlukov čiastočne orientovaných primárnych kryštálikov α- AI2O3, ktorých veľkosť je väčšia ako 6 gm. Napr. Kumagai a G.L. Messing v J.Am. Cer. Soc. 67, C 230 (1984), alebo Dynys, F.W. Halloren v Ultra-structure Processing of Ceramics, Glasses and Composites, ed. L.L. Hench a D.R.Ulrich (John Wiley, New York, 1984) kap. 11, str. 142 až 181 a ďalšie.The preparation of dense abrasive grains using the sol-gel method has long been known. One of the oldest references is U.S. Pat. U.S. Pat. No. 4,314,827, which discloses a process for preparing abrasive materials by gelatinizing an aluminum oxyhydroxide (boehmite) dispersion followed by drying and calcining using a modifying agent that is supplied in the form of a soluble magnesium nitrate salt. U.S. Pat. 4,181,532 and other successive patents, e.g. U. U.S. Patent No. 4,518,397; U.S. Pat. 4,574.003. These sources and subsequent others solve the technology of production of ceramic alumina for abrasive purposes. The result of most of these processes can be characterized by clusters of partially oriented α-Al 2 O 3 primary crystals larger than 6 gm. E.g. Kumagai and G.L. Messing in J.Am. Cer. Soc. 67, C 230 (1984), or Dynys, F.W. Halloren in Ultra-structure Processing of Ceramics, Glasses and Composites, ed. L. L. Hench and D. R. Ulrich (John Wiley, New York, 1984) Chap. 11, p. 142-181 and others.
Výroba abrazívnych zŕn technológiou sól-gel využíva chemickokeramické technológie gélovania sólu alfa oxyhydroxidu hliníka jedným či viacerými modifikujúcimi komponentmi a následnou dehydratáciou a žíhaním. Modifikujúce prísady sú väčšinou oxidy kovov zirkónia, hafnia alebo ich kombinácie či oxidy kovov tvoriacich s α- AI2O3 spinely, napr. niklu, horčíka.The production of abrasive grains by sol-gel technology utilizes the chemical-ceramic technologies of gelling the alpha aluminum oxyhydroxide sol with one or more modifying components followed by dehydration and annealing. Modifying additives are mostly metal oxides of zirconium, hafnium or combinations thereof, or metal oxides forming with α-Al 2 O 3 spinels, e.g. nickel, magnesium.
Doterajší proces sól-gél používaný na prípravu brúsiacich zŕn možno opísať nasledovne:The current sol-gel process used to prepare the abrasive grains can be described as follows:
1. Príprava a dispergovanie boehmitu /A10(0H)/ za vzniku vodnej disperzie (s alebo bez použitia modifikujúcich prísad)1. Preparation and dispersion of boehmite (A10 (0H)) to form an aqueous dispersion (with or without the use of modifying additives)
2. Gelatinizácia disperzie (s alebo bez použitia modifikujúcich prísad) a zahusťovanie gélu znižovaním obsahu vody2. Gelatinization of the dispersion (with or without the use of modifying agents) and concentration of the gel by reducing the water content
3. Sušenie gélu na tuhú fázu3. Drying the solid phase gel
4. Kalcinácia na odstránenie viazanej vody a konverziu na vysokoteplotne stabilnú formu oxidu hlinitého4. Calcination to remove bound water and convert to a high temperature stable form of alumina
5. Slinovanie5. Sintering
Táto základná schéma môže byť doplnená radom stupňov, ktoré buď doplňujú vyššie uvedené základné stupne alebo ich modifikujú. Napr. impregnácia zmesi kalcinovaných častíc oxidov hliníka modifikujúcimi prídavkami oxidov kovov vzácnych zemín tak, aby ich obsah činil cca 0,5 %.This basic scheme may be supplemented by a series of steps that either complement or modify the above basic steps. E.g. impregnating a mixture of calcined aluminum oxide particles by modifying the additions of rare earth metal oxides to about 0.5%.
Doterajšie spôsoby predstavujú prípravu vodnej disperzie s koncentráciou 2 až 60 % oxyhydroxidu hlinitého (boehmitu) dispergovaním vo vode obsahujúcej peptizačnú prísadu, alebo je peptizačná prísada postupne pridávaná. V doterajších postupoch sa na prípravu stabilných sólov používajú buď samostatne jednosýtne kyseliny, alebo rozpustné soli týchto kyselín, ako napr. kyselina octová, chlorovodíková, dusičná alebo mravčia. Najčastejšie používanou kyselinou je kyselina dusičná. Viacsýtne kyseliny sa väčšinou nepoužívajú, lebo veľmi rýchlo zgelujú disperziu a spôsobujú, že je obťažne spracovateľná mixovaním s aditívami.The prior art methods involve the preparation of an aqueous dispersion having a concentration of 2 to 60% aluminum oxyhydroxide (boehmite) by dispersing in water containing the peptide additive, or the peptide additive is gradually added. In the prior art, either monobasic acids or soluble salts of such acids, such as e.g. acetic, hydrochloric, nitric or formic acid. The most commonly used acid is nitric acid. Polyhydric acids are generally not used because they rapidly gel the dispersion and make it difficult to process by mixing with additives.
Mikroštruktúra gélu sa ukazuje ako jedna zo základných podmienok podmieňujúcich vznik požadovanej mikroštruktúry výsledného brúsneho zrna. Tvorba primárnych častíc v xerogéli prebieha diametrálne odlišne v prítomnosti očkovadla a bez neho. Tento rozdiel je spôsobený procesom nukleácie, ktorý sa musí uplatniť v géli neobsahujúcom očkovadlo. Naopak sa nemusí uplatniť v očkovanom géli, obsahujúcom zárodky požadovanej fázy (X-AI2O3.The gel microstructure appears to be one of the basic conditions conducive to the formation of the desired microstructure of the resulting abrasive grain. The formation of primary particles in the xerogel occurs diametrically differently in the presence of and without the inoculant. This difference is due to the nucleation process that must be applied to a gel not containing an inoculant. Conversely, it does not have to be applied in a vaccinated gel containing the seeds of the desired phase (X-Al 2 O 3.
Použitie očkovadiel ako nukleačných centier dáva vo výsledku pravidelnú, hutnú štruktúru zŕn oproti procesu bez očkovadla. V makromeradle sa táto operácia prejaví vyššou pevnosťou zŕn pri jemnozrnnej štruktúre, čo je na výkonné brúsenie nielen výhodné, ale aj nutné. Vhodným nukleačným centrom sú napr. jemnozrnné častice α-Α1203· Ďalšími očkovadlami sú látky, ktoré sú kryštalograficky podobné alfa oxidu hlinitému, ako je to v prípade alfa oxidu železitého. Takto vyrobený materiál má potom hustotu 95 % a vyššie z teoretickej hustoty.The use of inoculants as nucleation centers results in a regular, dense grain structure compared to the inoculant-free process. In a macromerre, this operation results in a higher grain strength with a fine-grain structure, which is not only convenient but also necessary for efficient grinding. Suitable nucleation centers are e.g. fine-grained particles α-Α1 2 03 · Other inoculants are substances that are crystallographically similar to alpha alumina as is the case with alpha iron oxide. The material thus produced has a density of 95% or more of the theoretical density.
Pri použití alfa oxidu hlinitého sú do disperzie pridávané častice oxidu hlinitého v rôznom množstve (od 0,1 % do 50 %), pričom veľkosť častíc aAI2O3 je parameter veľmi dôležitý a pohybuje sa v rozmedzí od 80 nm do 700 nm, ale môžu byť použité i častice väčšie. Najväčšiu úlohu tu zohrávajú najväčšie častice.When alpha alumina is used, the alumina particles are added to the dispersion in varying amounts (from 0.1% to 50%), the particle size of aAl2O3 being a very important parameter, ranging from 80 nm to 700 nm, but can be used even larger particles. The biggest role here is played by the largest particles.
Boehmit môže byť získavaný z radu technológií. Zo známych komerčne dostupných produktov sú to napr. Disperal®· od Condea Chemie GmBH. Tieto monohydráty sú väčšinou relatívne čisté s nepatrným množstvom prísad. Ak ich obsahujú, jedná sa o prímesi, ktoré negatívne neovplyvňujú celý proces. Avšak i najkvalitnejšie druhy boehmitov obsahujú určitý podiel nepeptizovateľných častíc, ktoré môžu slúžiť ako nežiadúce nukleačné centrá (centrá s nevhodnými kryštalografickými parametrami). Preto na získavanie veľmi kvalitných sólov je nutné uskutočňovať separáciu na ultracentrifúgach.Boehmit can be obtained from a variety of technologies. Among the known commercially available products, e.g. Disperal® · by Condea Chemie GmBH. These monohydrates are mostly relatively pure with a small amount of additives. If they are present, these are impurities that do not adversely affect the entire process. However, even the highest quality boehmites contain a certain proportion of unpeptifiable particles that can serve as undesirable nucleation centers (centers with inappropriate crystallographic parameters). Therefore, in order to obtain high quality soles, it is necessary to perform separation on ultracentrifuges.
Porézna nežiadúca mikroštruktúra sa pravdepodobne tvorí rýchlym rastom nukleov cez fázové rozhranie alfa-A12O3 (nukleus) - Θ-Α1Ο (defektná fáza). Naopak proces tvorby primárnych častíc je výrazne ovplyvnený prídavkom jemných kryštálov α-Α^Οβ a očkovaný gél sa transformuje na (X-AI2O3 bez homogénnej nukleácie.A porous undesirable microstructure is likely to be formed by rapid nuclei growth through the alpha-A12O3 (nucleus) - --Α1Ο (defective phase) phase interface. Conversely, the primary particle formation process is strongly influenced by the addition of α-Α ^ Αβ fine crystals and the grafted gel is transformed into (X-Al 2 O 3 without homogeneous nucleation).
Doterajšie spôsoby prípravy xerogélu teda vyžadujú vylúčiť z procesu prípravy sólu nežiadúce nukleačné centrá, či minimalizovať ich negatívny vplyv a použitie kryštalograficky vhodných materiálov s veľmi malou veľkosťou častíc.Thus, prior art xerogel processes require the elimination of undesirable nucleation centers from the sol preparation process, or the minimization of their negative impact and the use of crystallographic materials with very small particle sizes.
Významným znakom všetkých patentov je to, že sú používané legujúce prísady, ktoré nielen že priaznivo ovplyvňujú proces slinovania, ale súčasne zlepšujú finálne vlastnosti brúsiacich zŕn. Týmito prísadami sú obvykle soli horčíka, zinku, kobaltu, zirkónia alebo hafnia, ktorých efekt spočíva v tvorbe spinelov, či tuhých roztokov. Rovnako tak sú využívané ióny kovov vzácnych zemín (obsah sa pohybuje v rozmedzí 1 až 30 %).An important feature of all patents is that alloying additives are used which not only favor the sintering process, but also improve the final properties of the abrasive grains. These additives are usually salts of magnesium, zinc, cobalt, zirconium or hafnium, the effect of which is the formation of spinels or solid solutions. Rare earth metal ions (content ranging from 1 to 30%) are also used.
Doterajšie spôsoby používania legujúcich prvkov sú založené na použití vo vode rozpustných solí obsahujúcich prchavý anión, napr. dusičnany, mravčany, acetáty a pod. Teda aniónov rozkladajúcich sa pri teplotách nižších ako je teplota kalcinácie a vedúcich však k vzniku nežiadúcich plynných zložiek. Doposiaľ sa vo väčšine prípadov gély na prípravu brusiva sušia konvekčne. Nezávadný priebeh sušenia gélov je závislý od stanovenia optimálnych parametrov sušiaceho prostredia, t.j. v danom prípade najmä teploty a rýchlostí prúdenia sušiaceho prostredia, zaručujúcich rovnomerné sušenie v objeme gélu sformovaného do tvaru dosky, valca a pod. Podmienkou nezávadnosti sušenia - t.j. vytvorenia požadovaných podmienok tvorby primárnych častíc v xerogéli - je minimalizácia osýchania povrchu, zabránenie vzniku nepriepustnej povrchovej vrstvy a dosiahnutie malého gradienta vlhkosti v hrúbke sušenej vrstvy gélu. Dosiahnutie týchto podmienok nezávadného sušenia je spojené s veľmi pomalým, časovo veľmi náročným priebehom konvenčného sušenia. Napríklad pri hrúbkach vrstiev gélu 10 až 20 mm nie sú výnimkou doby sušenia desiatky hodín. Zrýchlenie procesu pri konvekčnom sušení vrstiev gélov vedie k príprave vysušených zŕn s rozdielnymi vlastnosťami povrchových a vnútorných vrstiev zrna s možnou prítomnosťou mikrotrhlín, ktoré negatívne ovplyvňujú výsledné vlastnosti brúsneho zrna.Existing methods of using alloying elements are based on the use of water-soluble salts containing a volatile anion, e.g. nitrates, formates, acetates and the like. Thus, anions decomposing at temperatures lower than the calcination temperature but leading to the formation of undesirable gaseous components. So far, in most cases, abrasive gels have been convective dried. The safe drying of the gels is dependent on the determination of the optimal parameters of the drying environment, i.e. in this case, in particular the temperatures and flow velocities of the drying medium, ensuring uniform drying in the volume of the gel formed in the form of a plate, a cylinder, etc. The condition of the safety of drying - i.e. Creation of the required conditions for the formation of primary particles in the xerogel - minimizing surface drying, preventing the formation of an impermeable surface layer, and achieving a low moisture gradient in the thickness of the dried gel layer. Achieving these conditions of harmless drying is associated with a very slow, time-consuming course of conventional drying. For example, tens of hours are not an exception for 10 to 20 mm gel layer thicknesses. The acceleration of the convective drying process of the gel layers leads to the preparation of dried grains with different properties of surface and internal grain layers with the possible presence of micro-cracks, which negatively influence the resulting properties of the abrasive grain.
Veľká časová náročnosť nezávadného priebehu konvenčného sušenia vyžaduje v kontinuálnej výrobe brusiva z gélov veľkú kapacitu sušiarní. Pri výrobe brúsneho zrna technológiou sól-gél sa na zrýchlenie celého procesu sušenia používajú rôzne metódy na rýchle odstránenie nadbytočnej vody - extrakcia, vákuovanie a pod. Pri použití legujúcich prvkov vo forme elektrolytov však môže takto dochádzať k úniku tohto legujúceho prvku.The high time-consuming performance of conventional drying requires a large drying capacity in the continuous production of gel abrasives. In the production of abrasive grain by sol-gel technology, various methods are used to speed up the entire drying process to quickly remove excess water - extraction, vacuuming, and the like. However, the use of alloying elements in the form of electrolytes may leak this alloying element.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Podstata spôsobu výroby brúsiacich zŕn na báze 01-AI2O3 s hustotou 92 až 99 % teoretickej hustoty, zahrnujúceho prípravu sólu oxyhydroxidu hlinitého, transformáciu na gél, sušenie na xerogél, kalcináciu zŕn xerogélu a ich slinovanie, spočíva podľa vynálezu v tom, že sa sól oxyhydroxidu hlinitého pripravuje v prostredí zmesi alkoholu a vody s prídavkom anorganickej kyseliny, obsahujúcej 1 až 70 % alkoholu, získaný sól sa riadene transformuje na gél, ktorý sa potom suší na poréznych membránach so zafixovanými nukleačnými centrami, pričom kalcinácia a slinovanie sa uskutočňuje so zrnami vysušeného gélu obsahujúcimi aktívne legujúce prvky.The essence of the process for producing grinding grains based on 01-Al2O3 with a density of 92-99% of the theoretical density, comprising the preparation of an aluminum oxyhydroxide sol, transformation into a gel, xerogel drying, xerogel grain calcination and sintering, according to the invention is the oxyhydroxide sol. Alumina is prepared in the environment of a mixture of alcohol and water with the addition of an inorganic acid containing 1 to 70% alcohol, the resulting sol is controlledly transformed into a gel, which is then dried on porous membranes with fixed nucleation centers, calcining and sintering with grains of dried gel containing active alloying elements.
Spôsob podľa vynálezu je založený na riadenej transformácii sólu oxyhydroxidu hlinitého na gél pri použití sušenia keramických gélov kapilárnym prenosom kvapalnej fázy v kombinácii s konvekčným alebo radiačným či mikrovlnným ohrevom pri súčasnej možnosti ovplyvňovania rastu častíc v xerogéli na vhodnej poréznej membráne pri dosiahnutí požadovanej mikroštruktúry s následnou konečnou tepelnou transformáciou na požadované brúsne zrná α-Α^Οβ.The method according to the invention is based on the controlled transformation of an aluminum oxyhydroxide sol into a gel using the capillary liquid-phase drying of ceramic gels in combination with convection or radiation or microwave heating while allowing the growth of xerogel particles on a suitable porous membrane to achieve the desired microstructure. by thermal transformation to the desired abrasive grains α-Α ^ Οβ.
Príprava sólu vo svojej podstate znamená deaglomeráciu pôvodných zhlukov častíc boehmitu na jednotlivé častice v kyslom prostredí. Častice boehmitu pri tomto procese adsorbujú na svojom povrchu vodíkové katióny, čím sa stávajú kladne nabitými a navzájom sa odpudzujú, z čoho potom aj vyplýva určitá časová stabilita, ktorá je potom daná ako koncentráciou boehmitu, tak aj pH pri danej teplote.In essence, the preparation of a sol means deagglomeration of the original aggregates of boehmite particles into individual particles in an acidic medium. In this process, the boehmite particles adsorb hydrogen cations on their surface, thereby becoming positively charged and repelling each other, which in turn results in a certain time stability, which is then given by both the boehmite concentration and the pH at a given temperature.
Vzhľadom k doposiaľ známym teóriám proteolytických rovnováh je táto stabilita časovo závislá, u tohto dvojfázového systému v celom objeme premenlivá, a tak nezabezpečujúca úplnú deaglomeráciu zhlukov boehmitu na požadované primárne častice.Given the previously known proteolytic equilibrium theories, this stability is time-dependent, in this two-phase system, varies throughout the volume and thus does not ensure complete deagglomeration of the boehmite aggregates to the desired primary particles.
Zvyšovanie koncentrácie kyselín však vedie k rýchlemu procesu gelatinizácie za vzniku doménovej štruktúry, v rámci celej technológie potom k produkcii veľkého množstva ekologicky nežiaducich odpadových plynov. Znižovanie koncentrácie kyseliny nezabezpečuje úplnú peptizáciu. Znižovanie koncentrácie boehmitu zase zhoršuje podmienky na nezávadné sušenie.However, increasing the concentration of acids leads to a rapid gelatinization process to form a domain structure, and to the production of a large amount of environmentally undesirable waste gases throughout the technology. Decreasing the acid concentration does not ensure complete peptization. Reducing the concentration of boehmite in turn worsens the conditions for safe drying.
Podľa vynálezu odstraňuje uvedený nedostatok použitie organických alkoholov ako protofilných látok. Použitie protofilných látok - organických alkoholov - výhodne etylalkoholu, umožňuje znížiť množstvo anorganickej kyseliny. Použitie protofilných látok umožňuje zvýšiť disociáciu vodného prostredia, v ktorom prebieha dispergovanie. V kombinácii silná anorganická kyselina a organický alkohol dochádza procesom esterifikácie ku vzniku oxóniových solí, ktoré zvyšujú účinok solvatácie.According to the invention, this drawback removes the use of organic alcohols as protophilic substances. The use of protophilic substances - organic alcohols - preferably ethyl alcohol, makes it possible to reduce the amount of inorganic acid. The use of protophilic substances makes it possible to increase the dissociation of the aqueous medium in which the dispersion takes place. In combination with a strong inorganic acid and an organic alcohol, the esterification process leads to the formation of oxonium salts which increase the solvation effect.
Koloidný gél sa získava destabilizáciou sólu zmenou pH alebo samovoľnou gelatinizáciou. V závislosti od použitého spôsobu a teda rýchlosti tohto procesu sa zafixováva mikroštruktúra pôvodného sólu, stupeň dokonalosti rozloženia legujúcich prvkov.The colloidal gel is obtained by destabilizing the sol by changing the pH or by spontaneous gelatinization. Depending on the method used and thus the speed of the process, the microstructure of the original sol, the degree of perfection of the alloying elements, is fixed.
Použitie viacsýtnych kyselín, doposiaľ opisované ako nevhodné, je u tohto vynálezu využité na riadenie procesu gelatinizácie. Podstata použitia viacsýtnej organickej kyseliny, výhodne citrónovej, spočíva v tom, že dochádza k postupnej destabilizácii sólu v závislosti od rýchlosti a koncentrácie pridávaného roztoku viacsýtnej kyseliny, čo umožňuje nielen dostatočnú dobu na homogenizáciu legujúcej prísady, ale umožňuje čírenie sólu vo väzbe na použitý alkohol, t.j. odstránenie vzduchu zo sólu. Účinok použitia organického alkoholu, výhodne etylalkoholu, sa ďalej prejavuje tým, že dochádza ku vzniku azeotropickej zmesi, ku zníženiu teploty vyparovania, čím dochádza ku zvýšeniu rýchlosti sušenia.The use of polybasic acids, previously described as unsuitable, is used in the present invention to control the gelatinization process. The essence of the use of a polybasic organic acid, preferably citric acid, consists in the gradual destabilization of the sol as a function of the rate and concentration of the polybasic acid solution being added, which not only allows sufficient time for homogenizing the alloying additive, ie removing air from the solo. The effect of using an organic alcohol, preferably ethyl alcohol, is further manifested by the formation of an azeotropic mixture, a decrease in the evaporation temperature, thereby increasing the drying rate.
Doposiaľ sa vo väčšine prípadov gély na prípravu brusiva sušia konvekčne. Nezávadný priebeh sušenia gélov je závislý od radu parametrov, ktoré musia Zabezpečiť rovnomerné sušenie v objeme gélu sformovaného do tvaru dosky, valca a pod. Dosiahnutie podmienok nezávadného sušenia je spojené s veľmi pomalým, časovo veľmi náročným, priebehom konvekčného sušenia. Zrýchlenie procesu pri konvekčnom sušení vrstiev gélov vedie k príprave vysušených zŕn s rozdielnymi vlastnosťami povrchových a vnútorných vrstiev zrna s možnou prítomnosťou mikrotrhlín, ktoré negatívne ovplyvňujú výsledné vlastnosti brúsneho zrna. Veľká časová náročnosť nezávadného priebehu konvenčného sušenia vyžaduje pri kontinuálnej výrobe brusiva z gélov veľkú kapacitu sušiarní. Pri výrobe brúsneho zrna technológiou sól-gél sa na zrýchlenie celého procesu sušenia používajú rôzne metódy na rýchle odstránenie nadbytočnej vody - extrakcia, vákuovanie a pod. Pri použití legujúcich prvkov vo forme elektrolytov tak môže dochádzať k úniku tohto legujúceho prvku.So far, in most cases, abrasive gels have been convective dried. The proper drying of the gels depends on a number of parameters which must ensure uniform drying in the volume of the gel formed into the shape of a plate, cylinder, etc. Achieving conditions of harmless drying is associated with a very slow, time-consuming, course of convection drying. The acceleration of the convective drying process of the gel layers leads to the preparation of dried grains with different properties of surface and internal grain layers with the possible presence of micro-cracks, which negatively influence the resulting properties of the abrasive grain. The high time-consuming performance of conventional drying requires a large drying capacity in the continuous production of gel abrasives. In the production of abrasive grain by sol-gel technology, various methods are used to speed up the entire drying process to quickly remove excess water - extraction, vacuuming, and the like. Thus, the use of alloying elements in the form of electrolytes may leak the alloying element.
Podľa vynálezu sa naproti tomu keramický gél, napr. v tvare vrstvy, podrobí jedno či dvojstrannému kapilárnemu odsávaniu kvapalnej fázy z gélu poréznou membránou, zhotovenou z kryštalograficky vhodného materiálu, čo umožňuje súčasne ovplyvňovať tvorbu primárnych častíc v xerogéli, načo plynulé nadväzuje sušenie kvapalnej fázy konvenčným či iným typom ohrevu z poréznej membrány dô vysušenia gélu v riadenej atmosfére, ktorej relatívna vlhkosť činí 20 až 80 %, teplota 30 až 200 °C a rýchlosť prúdenia 0 až 10 m/s.According to the invention, on the other hand, a ceramic gel, e.g. in the form of a layer, it undergoes one or two-sided capillary suction of the liquid phase from the gel through a porous membrane made of a crystallographically suitable material, which allows to simultaneously influence the formation of primary particles in xerogel; followed by drying of the liquid phase by conventional or other type of in a controlled atmosphere having a relative humidity of 20 to 80%, a temperature of 30 to 200 ° C and a flow rate of 0 to 10 m / s.
Účinok vynálezu spočíva v tom, že pri kapilárnom odsávaní kvapalnej fázy a sušení kvapaliny z povrchu poréznej membrány v riadenej atmosfére sa zabraňuje osychaniu povrchu gélu, znižovaniu transportu kvapaliny povrchom gélovej vrstvy, dosahuje sa rovnomernejšie rozdelenie kvapaliny v gélovej vrstve vedúce k utváraniu rovnomernej mikroštruktúry xerogélu, teda zvýšeniu kvality vysuše-The effect of the invention is that by capillary suction of the liquid phase and drying of the liquid from the surface of the porous membrane in a controlled atmosphere the drying of the gel surface is prevented, the liquid transport by the surface of the gel layer is reduced, more uniform distribution of the liquid in the gel layer is achieved resulting in uniform microstructure. thus increasing the quality of
procesu. Spôsob sušenia podľa tohto vynálezu umožňuje nezávadne sušiť keramické gély pri vyššej rýchlosti sušenia ako pri konvenčnom type sušenia. Spôsob prípravy gélu podľa vynálezu s aplikáciou alkoholu pri jeho príprave zvyšuje vý hody sušenia podľa vynálezu a ešte viac urýchľuje transport kvapalnej fázy a skracuje dobu nezávadného sušenia gélu.process. The drying method according to the invention allows the drying of the ceramic gels at a higher drying rate than with the conventional type of drying. The process of preparing the gel of the invention with the application of alcohol in its preparation increases the drying advantages of the invention and further accelerates the transport of the liquid phase and shortens the time of safe drying of the gel.
V doposiaľ známych prameňoch sú legujúce prvky pridávané k výslednému brúsnemu zrnu (X-AI2O3 v procese prípravy sólu či gélu vo forme vo vode rozpustných solí, ktorými tiež môžu byť napustené kalcináty xerogélu. Tieto metódy si však vyžadujú prípravu len určitých typov solí, ktorých koncentrácia sa môže v celom procese meniť v dôsledku vzniku koncentračných gradientov počas sušenia. Rovnako aj spôsob vnášania legujúcich prísad sýtením kalcinovaného xerogélu s následným slinovaním sa vyznačuje zvýšenou energetickou náročnosťou danou nutnosťou odstrániť vodu z roztoku.In the known sources, the alloying elements are added to the resulting abrasive grain (X-Al2O3 in the process of preparing a sol or gel in the form of water-soluble salts, which may also be impregnated with xerogel calcines. It can also vary throughout the process due to the formation of concentration gradients during drying, as well as the method of introducing alloying ingredients by the saturation of calcined xerogel with subsequent sintering is characterized by an increased energy intensity due to the need to remove water from the solution.
Podľa vynálezu sa oproti tomu uskutočňuje vnášanie legujúceho prvku do štruktúry zrna 01-ΑΙ2Ο3According to the invention, on the other hand, the alloying element is introduced into the grain structure of 01-ΙΙ2Ο3
Podstata spočíva v tom, že legujúci prvok je vnášaný vo forme reaktívneho oxidu v kyslom vodnom prostredí organickej kyseliny, výhodne kyseliny citrónovej, v nestabilnom stave, napr. v kaustickej forme, schopný zúčastniť sa chemických procesov pri tvorbe gélu. V tomto prípade sú jednotlivé častice boehmitu obalené komplexami na báze použitej organickej kyseliny obsahujúcimi príslušný legujúci prvok, výhodne horčík, načo nasleduje sušenie, kalcinácia a slinovanie.The principle is that the alloying element is introduced in the form of a reactive oxide in an acidic aqueous medium of an organic acid, preferably citric acid, in an unstable state, e.g. in caustic form, capable of participating in the chemical processes of gel formation. In this case, the individual boehmite particles are coated with complexes based on the organic acid used containing the respective alloying element, preferably magnesium, followed by drying, calcination and sintering.
Dosiahnutie hutnej jemnozrnnej mikroštruktúry je základnou podmienkou na dosiahnutie požadovaných vlastností brúsneho zrna. Doposiaľ bola táto požiadavka zabezpečovaná použitím očkovadiel, väčšinou na báze 01-AI2O3, čo vyžaduje prípravu veľmi jemných, definovaných častíc vhodnej látky slúžiacej ako nukleačné zárodky. Príprava týchto látok je však veľmi náročná a nákladná.Achieving a dense fine-grained microstructure is an essential condition for achieving the desired abrasive grain properties. To date, this requirement has been met by the use of inoculants, mostly based on 01-Al2O3, which requires the preparation of very fine, defined particles of a suitable nucleation substance. However, the preparation of these substances is very difficult and costly.
Podľa vynálezu sa keramický gél podrobí už uvedenému kapilárnemu odsávaniu kvapalnej fázy z gélu na poréznej membráne, ktorej povrch súčasne slúži ako zdroj nukleačných centier.According to the invention, the ceramic gel is subjected to the aforementioned capillary suction of the liquid phase from the gel on a porous membrane, the surface of which simultaneously serves as a source of nucleation centers.
Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Nasledujúce príklady ilustrujú spôsob prípravy brúsiacich korundových zŕn podľa vynálezu, avšak jeho rozsah neobmedzujú.The following examples illustrate the preparation of the grinding corundum grains according to the invention, but do not limit its scope.
Príklad 1Example 1
Dispergovaním boehmitu (predávaný pod obchodným označením Disperal, Condea Chemie, GmbH) pri teplote 65 °C bola pripravená suspenzia s obsahomBy dispersing boehmite (sold under the trade name Disperal, Condea Chemie, GmbH) at a temperature of 65 ° C, a suspension was prepared containing
28,6 % boehmitu. Ku vzniknutej suspenzii bol postupne pridávaný 5,3 %ný vodný roztok kyseliny dusičnej. Týmto postupom bol získaný sól, ktorý bol ďalej sušený podľa príkladu č. 8. Na gelatinizáciu tohto sólu bolo nutné použiť nižšie uvedené sušenie, alebo plastifikáciu, t.j. odstránenie nadbytočnej vody miešaním pri teplote 70 °C.28.6% boehmite. A 5.3% aqueous nitric acid solution was gradually added to the resulting suspension. This procedure yielded a sol, which was further dried according to Example no. 8. To gelatinize this sol, it was necessary to use the drying or plasticization mentioned below, i. removing excess water by stirring at 70 ° C.
Prídavkom 11 %ného roztoku kyseliny citrónovej k rovnakému sólu došlo ku gelatinizácii už počas miešania.The addition of an 11% citric acid solution to the same sol resulted in gelation during mixing.
Príklad 2Example 2
Dispergovaním boehmitu pri teplote 65 °C bola pripravená suspenzia s obsahom 28,6 % boehmitu. Ku vzniknutej suspenzii bol postupne pridávaný 2 %ný vodný roztok kyseliny dusičnej a etylalkohol. Týmto postupom sa získal sól, kde časť vody (10 %) je nahradená etylalkoholom, a k nemu bol postupne pridávaný 11 %ný roztok kyseliny citrónovej. Potom bol sól vyliaty na keramickú podložku a bol vysušený. Vysušený gél bol rozdrvený, roztriedený, kalcinovaný 1 h pri 550 až 650 °C a následne žíhaný pri teplote 1 380 °C po dobu 1 h. Hustota takto získaného zrna činila 3,91 +/- 0,01 g/cm^.A dispersion containing 28.6% boehmite was prepared by dispersing boehmite at 65 ° C. A 2% aqueous nitric acid solution and ethyl alcohol were added successively to the resulting suspension. This procedure yielded a sol in which part of the water (10%) was replaced with ethyl alcohol, and 11% citric acid solution was gradually added thereto. Then the sol was poured onto a ceramic support and dried. The dried gel was crushed, sorted, calcined at 550-650 ° C for 1 hour and subsequently calcined at 1,380 ° C for 1 hour. The density of the grain thus obtained was 3.91 +/- 0.01 g / cm 2.
Príklady 3 až 6Examples 3 to 6
Postup sa zhoduje s predchádzajúcim príkladom, avšak bol menený obsah etanolu a kyseliny citrónovej.The procedure is the same as in the previous example, but the ethanol and citric acid contents were changed.
Pri príprave sólu s obsahom etylalkoholu 5 % bez prídavku roztoku kyseliny citrónovej bola dosiahnutá hustota výsledného zrna 3,55 g/cmLIn the preparation of a sol containing 5% ethyl alcohol without the addition of citric acid solution, a final grain density of 3.55 g / cmL was achieved.
Pri príprave sólu s obsahom etylalkoholu 8 % bez prídavku roztoku kyseliny citrónovej bola dosiahnutá hustota výsledného zrna 3,76 g/cm^·In the preparation of a sol with an ethanol content of 8% without the addition of a citric acid solution, a final grain density of 3.76 g / cm @ 2 was achieved.
Pri príprave sólu s obsahom etylalkoholu 10 % s následnou gelatinizáciou 19 %ným roztokom kyseliny citrónovej došlo k plastifikácii už počas miešania a bola dosiahnutá hustota 3,80 g/cm^·In the preparation of a sol containing 10% ethyl alcohol, followed by gelatinization with a 19% citric acid solution, it was plasticized during mixing and reached a density of 3.80 g / cm @ 2.
Pri príprave sólu s obsahom 10 % etylalkoholu s následnou gelatinizáciou 15 %ným roztokom kyseliny citrónovej došlo ku gelatinizácii po 3 min. Po vysušení, žíhaní a kalcinácii bola dosiahnutá hustota 3,90 g/cm^·In the preparation of a sol containing 10% ethyl alcohol followed by gelatinization with a 15% citric acid solution, gelation occurred after 3 min. After drying, calcining and calcination a density of 3.90 g / cm ^ was achieved.
Príklad 7Example 7
Postup je zhodný s príkladom 1 s tým rozdielom, že bol použitý legujúci prvok Mg vo forme kaustického MgO, ktorý bol rozpustený v 11 %nom roztoku kyseliny citrónovej. Po vysušení, žíhaní a kalcinácii bola dosiahnutá hustota 3,89 g/cm3.The procedure is identical to Example 1 except that the alloying element Mg was used in the form of caustic MgO, which was dissolved in 11% citric acid solution. After drying, calcining and calcination a density of 3.89 g / cm 3 was achieved.
Príklad 8Example 8
Gél pripravený podľa príkladu 1 bol konvekčne sušený z voľného povrchu na neporéznej podložke pri vzraste teploty prostredia 5 °C/2 h z počiatočnej teploty 40 °C na teplotu 105 °C, bolo dosiahnuté vysušenie gélu za 26 h pri hrúbke vrstvy 1 cm. Po dobe sušenia 12 h došlo k vytvoreniu nepriepustnej povrchovej vrstvy s teplotou rozdielnou od nevysušenej gélovej vrstvy.The gel prepared according to Example 1 was convectionally dried from a free surface on a non-porous substrate at an ambient temperature rise of 5 ° C / 2h from an initial temperature of 40 ° C to 105 ° C, drying the gel in 26h at a layer thickness of 1 cm. After a drying time of 12 h, an impermeable surface layer was formed with a temperature different from the undried gel layer.
Rovnaký gél bol sušený kombinovaným kapilárne konvekčným spôsobom na poréznej keramickej membráne s tým, že teplota prostredia bola 70 °C a celková doba sušenia činila 7 h s tým, že sušenie prebiehalo v celom objeme gélu pri rovnakej teplote.The same gel was dried by a combined capillary convection method on a porous ceramic membrane with an ambient temperature of 70 ° C and a total drying time of 7 h, with drying over the entire volume of the gel at the same temperature.
Príklad 9Example 9
Gél pripravený podľa príkladu 2 bol sušený pri rovnakom režime ako v príklade 8 kombinovaným kapilárne konvekčným spôsobom a celková doba sušenia činila 5 h pri zachovaní vlastností gélovej vrstvy v celom jeho priebehu sušenia.The gel prepared according to Example 2 was dried under the same mode as in Example 8 by a combined capillary convection method and the total drying time was 5 h while maintaining the properties of the gel layer throughout its drying.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK753-97A SK281002B6 (en) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | Process for the manufacture of abrasive grains based on alpha-al2o3 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK753-97A SK281002B6 (en) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | Process for the manufacture of abrasive grains based on alpha-al2o3 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SK75397A3 true SK75397A3 (en) | 1998-11-04 |
SK281002B6 SK281002B6 (en) | 2000-10-09 |
Family
ID=20433926
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SK753-97A SK281002B6 (en) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | Process for the manufacture of abrasive grains based on alpha-al2o3 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SK (1) | SK281002B6 (en) |
-
1997
- 1997-06-12 SK SK753-97A patent/SK281002B6/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SK281002B6 (en) | 2000-10-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4801399A (en) | Inorganic salts as peptizing agents in the preparation of metal oxide sol-gel compositions | |
US6399528B1 (en) | Porous aluminum oxide structures and processes for their production | |
US4569920A (en) | Preparation of inorganic particle slurries | |
RU2299179C2 (en) | Nano-porous superfine powders made from alpha aluminum oxide and method of preparation of such powders by sublimation drying | |
Iler | Fibrillar colloidal boehmite; progressive conversion to gamma, theta, and alpha aluminas | |
JPS6325222A (en) | Homogeneous fine size zirconia and manufacture | |
JPH02180631A (en) | Hollow ceramic microsphere produced by sol-gel process and manufacture thereof | |
JPH10504348A (en) | Modified sol-gel alumina | |
CA1044705A (en) | Gellable binders | |
Messing et al. | Low‐Temperature Sintering of Seeded Sol—Gel‐Derived, ZrO2‐Toughened Al2O3 Composites | |
US8338322B2 (en) | Transparent ceramics and methods of preparation thereof | |
US5718879A (en) | Lanthanum-stabilized alumina particulates | |
US5983488A (en) | Sol-casting of molten carbonate fuel cell matrices | |
JPH08505175A (en) | Abrasive grains containing manganese oxide | |
CN100455514C (en) | Process for producing alph-alumine corpuscle | |
CN109320257B (en) | Preparation method of high-strength high-porosity porous silicon nitride ceramic | |
EP0514205A1 (en) | Process of producing cordierite honeycomb structure | |
SK75397A3 (en) | Process for the manufacture of abrasive grains based on alpha-al2o3 | |
EP0384489B1 (en) | High-strength aluminium oxide | |
JPH05509285A (en) | α-phase seeding of transition alumina using chromium oxide-based nucleating agents | |
CZ284782B6 (en) | Process for producing abrasive grains based on aluminium alpha-oxide | |
Chowdhry et al. | Microstructural evolution during the processing of sodium β-alumina | |
CA1252123A (en) | Ceramic sintered body and manufacturing method therefor | |
Richardson et al. | Sintering of yttrium oxide powders prepared by emulsion evaporation | |
CN116789459B (en) | Ceramic corundum abrasive, preparation method and application thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MK4A | Expiry of patent |
Expiry date: 20170612 |