本发明涉及含铝的磨粒。具体地说，本发明涉及具有更好研磨性能的溶胶 凝胶法氧化铝磨料。

溶胶凝胶法氧化铝磨料的一般制备方法，是干燥α氧化铝前体(通常是，但 不必是勃姆石)的溶胶或凝胶；将干燥的凝胶粉碎成所需尺寸的颗粒；然后在 足以将其转化为α氧化铝的高温下对这些颗粒进行煅烧。例如，简单溶胶凝胶 法的实例记载在美国专利4,314,827；4,518,397；4,881,951和英国专利申请 2,099,012中。

在一种特别好的溶胶凝胶法中，是用与α氧化铝本身晶体结构相同，晶格 参数尽可能接近的物质在α氧化铝前体中“引入晶种”。加入的“晶种”应尽 可能细，且均匀分散在整个溶胶或凝胶中。晶种可以在开始时加入或现场形 成。这种晶种的作用是能够使所有前体在比元晶种时低得多的温度下均匀地转 化为α氧化铝。在这种方法制得的晶体结构中，单个α氧化铝晶粒(是指基本上 内部具有相同晶体取向，与相邻晶体被高角度晶粒间界分隔的区域)的尺寸非 常均匀，晶体直径基本上是亚微米级。合适的晶种物质包括α氧化铝本身和α 氧化铁、低价氧化铬和钛酸镍之类的其它化合物以及许多具有与α氧化铝相似 晶格参数，因而足以在比元此种品种时进行常规转化的温度更低的温度下将前 体转化为α氧化铝的其它化合物。这类加入晶种的溶胶凝胶法记载在美国专利 4,623,364；4,774,802；4,954,462；4,964,883；5,192,339；5,215,551；5,219,806等之 中。

本领域中许多专利都集中在使用添加剂(一般是耐高温的氧化物)改良磨粒 的性能，特别是硬度。许多添加剂似乎是起晶体成长调节剂的作用，或与氧化 铝结合使用在氧化铝晶体内或晶界处产生尖晶石或磁铁铅矿的结构。唯一的不 包括在内的金属氧化物大约是碱土金属氧化物，因为早期的专利认为它不利于 溶胶凝胶法氧化铝磨料的性能。一个例外是美国专利5,190,657。该专利令人 惊奇地发现氧化锂能有效地产生精细的显微结构。

发明的概述

本发明的一个方面是提供一种溶胶凝胶法氧化铝磨粒，该磨粒含有约 0.01-2％重量选自氧化铷、氧化铯及其混合物的碱金属氧化物。

本发明的另一方面是提供一种溶胶凝胶法氧化铝，这种氧化铝含有约 0.1-20％选自氧化镁、氧化锆及其混合物的氧化物和约0.01-2％重量选自氧化 铷、氧化铯及其混合物的氧化物。

本发明的第三方面是提供一种加晶种的溶胶凝胶法氧化铝，且这种氧化铝 含有约2-10％氧化镁和约0.05-1％重量选自氧化铷、氧化铯及其混合物的氧 化物。

当溶胶凝胶法氧化铝是加晶种的氧化铝时，所用的晶种较好是α氧化铝。 对于给定重量的晶种，为了获得最大可能的成核部位数目，晶种应尽可能细。 一般选择约小于0.1微米，更好地约小于0.05微米的晶种。如果氧化铝的污 染不是个问题，那么也可以使用α氧化铁或加热时能产生这种氧化物的物质， 如美国专利4,954,462中所用的“水合铁聚合物”，这种聚合物在加热时易于 产生非常细的晶种。

在本发明溶胶凝胶法氧化铝磨粒中氧化铷、氧化铯或这些氧化物的混合物 的总含量可以约为0.01-2％，较好约为0.03-1％，最好约为0.05-0.5％，均 以磨粒中氧化铝的总重量计。

现已发现当与氧化镁一起存在时，氧化铷或氧化铯的作用特别好。氧化镁 最常以尖晶石形式存在，它的总含量(按MgO计)可以约为0.1-20％，更好约为 0.5-15％，均以磨粒中氧化铝的总重量计。

优选实施方案的描述

现在用本发明范围内一些配方对本发明进行说明。然而，这些配方不应看 作对本发明基本范围任何必需的限制。

实施例1(对比)

在一个罗斯(Ross)混合器中将7000克勃姆石(Condea GmbH出售，商标为 “Disperal”)与50000克去离子水和2333克比表面积约为120米2/克的α氧 化铝颗粒的6％固体水浆料混合。将此分散体继续在真空下混合，向这搅拌后 的分散体中加入400克70％硝酸用50000克去离子水稀释后得到的溶液。继续 搅拌10分钟，然后加入1781克六水合硝酸镁用10000克去离子水溶解所得的 溶液，再混合15分钟。最后，分散体已经凝胶化。

将这约为17275克的凝胶于90℃干燥2-3天，然后在125℃干燥，直到 该凝胶干燥和发脆为止。然后将此干燥的凝胶粉碎成直径约为0.6-1.2毫米的 大颗粒，再放在直接预热旋转炉中煅烧。所述的旋转炉使用一根直径约为15 厘米、长度约为215厘米和高温区长度约为63厘米的碳化硅炉管。这根碳化 硅管与水平线的夹角约为6°，转速约为12转/分。大颗粒在炉中爆炸，同时致 密至约为3.87克/厘米3的密度。

实施例2

除了在干燥前将25.2克5％硝酸铷溶液与17275克凝胶混合外，按实施例 1的步骤进行。

试验实施例1和2中所得磨粒在用酚醛树脂粘接的涂覆磨具结构中的研磨 性能。两次重复试验的结果列于如下表1中。

                                         表1     试验1     试验2 磨削量，克 相对性能 磨削量，克 相对性能 实施例1(对比)     5.98    100％     6.07   100％ 实施例2(发明)     8.39    140％     8.31   137％

实施例3(对比)

在一个混合釜中加入900千克水、118千克含4％重量α氧化铝晶种(BET 表面积约为120米2/克)的水浆料以及567千克勃姆石(Condea GmbH出售，商 标为“Disperal”)和40.5千克21％硝酸。然后用一浆叶式高速分散器将该混合 物混合，并抽真空除去气泡。该混合物的pH约为4。

然后将该分散体以10.6升/分的速度与0.6升/分的21％硝酸一起通过一个 在线均化器使其均化。将所得凝胶干燥，滚压粉碎，然后在约1300℃的预热 旋转炉中烧结约10分钟。将这种材料筛分至粒度为50T，用以进行涂覆磨具 试验(见下面的表2)。

实施例4

在一个罗斯(Ross)混合器中将14850克Condea“Disperal”在10000克去离 子水中的分散体与4950克BET表面积约为120米2/克的α氧化铝晶种的6％ 固体浆料混合。将此分散体保持在真空下继续搅拌。1060克70％硝酸用10000 克去离子水稀释所得的溶液。然后加入3778克六水合硝酸镁溶解在30000克 去离子水中所得的溶液、20.60克硝酸铷溶解在10000克去离子水中所得的溶 液和20000克去离子水。

经上述处理的分散体是溶胶凝胶状的，干燥前将其再混合5分钟。然后将 干燥的凝胶粉碎成小于0.5-1厘米的碎片，再放在1330℃预热旋转炉中煅烧。 所述的旋转炉使用一根直径约为15厘米、长度约为215厘米和高温区长度约 为61.6厘米的碳化硅炉管。此碳化硅管与水平线的夹角约为6°，转速约为12 转/分。煅烧后颗粒的密度大于3.8克/厘米3，由直径小于0.2微米(用平均截距 法测量)的晶体构成。将此磨粒筛分至50T粒度，并用于制备涂覆磨具。

将实施例3和4的磨粒产品制成150厘米长、6.25厘米宽、每平方米含有 590克磨粒的磨带，其中的磨粒用酚醛树脂初始粘结涂层和胶结涂层粘接。测 定磨带的研磨性能。

在水冷却剂的冷却下，以900表面米/分的线速度按恒力方式对上述的磨 带进行试验。磨削时间为4分钟，被磨削的材料为一根不锈钢棒，其对磨带的 作用力为6.75千克。测量经此试验磨削钢的总克数。

                                            表2     试样     磨削量，克     相对性能     实施例3(对比)     74     100％     实施例4     107     146％

实施例5

除了在凝胶干燥前将25.5克5％硝酸铷溶液与17275克凝胶混合然后煅烧 形成磨粒的不同外，制备了与实施例1(对比)制得的磨粒相似的磨粒。在所有 其它方面，操作步骤都是相同的。

比较按实施例1、3和5方法制得的磨粒在涂覆磨具试验带(test rig)中的 研磨性能。所述的磨粒(-45+50目)用酚醛树脂初始粘接涂层和胶结涂层固 定。在每一条试验带上附加涂覆含有KBF4的上胶结涂层。在每一条试验带中 使用相同量的磨粒、初始粘接涂层、胶结涂层和上胶结涂层。在水基冷却剂的 冷却下，用试验带磨削304不锈钢，磨削进行到不再检测到磨削为止。测量每 一条磨带对钢的总磨削量。结果列于如下表3中。

                                           表3     实施例     加入的组分     磨削量，克     相对性能     3(对比)     4.74     100％     1(对比)       MgO     6.06     126％     5(发明)     MgO+Rb2O     8.39     177％

表中的数据相当清楚地表明，加入氧化铷产生的改进是非常明显的，而且 在本技术领域中已知技术基础上是相当难于预料的。

实施例6

按如下方法制备本发明的另一种产品，即在罗斯混合器中将14850克 Condea的“Disperal”勃姆石与10000克去离子水混合。向此混合物中加入 4959克比表面积约为120米2/克的α氧化铝颗粒的6％固体水浆料。将此混合 物保持在真空下继续搅拌，并加入1060克70％硝酸用10000克去离子水稀释 后得到的溶液，再搅拌10分钟。然后加入3778克六水合硝酸镁用30000克去 离子水溶解后所得的溶液，再搅拌15分钟。再加入20.60克硝酸铷用10000 克去离子水溶解后所得的溶液，然后又加入20000克去离子水，继续搅拌10 分钟。然后将该混合物干燥，再将干燥后的凝胶粉碎成直径约为0.5-1.0厘米 的颗粒，把这种颗粒放在实施例4中所述的旋转炉中煅烧。煅烧后所得磨粒的 密度超过3.80克/厘米3，由尺寸小于0.2微米(用平均截距法测量)的α氧化铝 晶体构成。将磨粒筛分至50T粒度，用来制造常规涂覆磨带。然后用所得的磨 带以恒力方式研磨304不锈钢。在水冷却剂的冷却下和6.75千克恒力的作用 下，用所得的磨带对钢研磨20分钟。测量结束时钢的总磨削量。

除了使用按实施例3所述方法制得的磨粒外，用相同的测试技术制造相同 的磨带。结果列于表4中。

                                       表4     实施例     加入的组分   磨削量，克     相对性能     3(对比)        -     218     100％     6(发明)     MgO+Rb2O     354     166％

实施例7

在罗斯混合器中加入110000克去离子水和3960克比表面积约为120米2/ 克的α氧化铝颗粒的6％固体水浆料。搅拌该混合物时，加入14850克购自 Condea股份公司的Disperal。在真空下继续搅拌5分钟。然后加入1060克70 ％硝酸用10000克去离子水稀释后得到的溶液，再在真空下混合10分钟。然 后加入3778克六水合硝酸镁用10000克去离子水溶解后所得的溶液，真空下 继续搅拌大约15分钟。最后加入20.49克硝酸铷用5000克去离子水溶解后所 得的溶液，真空下再搅拌5分钟。然后将所得凝胶干燥，粉碎成直径约为0.5-1.0 厘米的颗粒，把这种颗粒直接加入高温区保持在1383℃的预热旋转炉。所述 的旋转炉采用直径约为15厘米、长度约为215厘米和高温区长度约为60厘米 的碳化硅炉管。碳化硅管的转速约为12转/分，与水平线的夹角约为6°。

制成涂覆磨具后将所得磨粒(-45+50目)与实施例3和1(两个对比例)中制 得的磨粒进行比较。结果列于如下表5中。

                                         表5     实施例     加入的组分     总磨削量     相对性能     3(对比)         -     4.74     100％     1(对比)        MgO     6.06     126％     7(发明)     MgO+Cs2O     7.91     167％

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