溶胶－凝胶氧化铝磨粒
专利汇可以提供溶胶－凝胶氧化铝磨粒专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开了用陶瓷 氧 化物涂覆溶胶-凝胶氧化 铝 磨粒，该方法能降低磨粒的表面积，使得能用低温玻璃质粘结材料制备玻璃质粘结制品，而不会由于制备过程中所用的有机组分不完全燃烧而产生黑点。，下面是溶胶－凝胶氧化铝磨粒专利的具体信息内容。
1.一种溶胶-凝胶α-氧化铝磨粒，所述磨粒包含粒度为2微米或更小的α-氧化铝晶体，它涂覆有占磨粒重量至多1重量％的陶瓷氧化物，所述陶瓷氧化物选自氧化镁、二氧化钛、氧化钴、氧化镍、氧化铬、这些氧化物相应的铝酸盐、这些氧化物和铝酸盐的一种或多种与α-氧化铝前体的混合物，以及它们的混合物，经涂覆磨粒的BET表面积比涂覆之前磨粒的BET表面积低10-40％。
2.如权利要求1所述的经涂覆磨粒，其特征在于所述氧化铝是引入晶种的溶胶-凝胶氧化铝。
3.如权利要求1所述的经涂覆磨粒，其特征在于所述涂层包含铝酸钴。
4.一种玻璃质粘结磨料制品，该制品中存在的磨粒包含权利要求1所述的经涂覆磨粒。
5.一种玻璃质粘结磨料制品，该制品中存在的磨粒包含权利要求2所述的经涂覆磨粒。
6.一种玻璃质粘结磨料制品，该制品中存在的磨粒包含权利要求3所述的经涂覆磨粒。
溶胶-凝胶氧化铝磨粒
发明背景本发明涉及溶胶-凝胶氧化铝磨粒，尤其是涉及用于混入粘结磨料中的磨粒。
溶胶-凝胶氧化铝磨粒，尤其是那些氧化铝晶体粒度基本上为亚微米的磨粒，在许多用途中都非常有效，尤其是将其混入玻璃质粘结磨轮中。这些磨轮的制法是：将磨粒与玻璃质粘结材料和多种临时有机粘合剂、烧毁材料和/或润滑剂混合，将混合物放入模具中。临时粘合剂和/或润滑剂有助于混合和模塑过程，而烧毁材料能确保制得的磨轮具有所需程度的多孔性。当然，烧毁材料在磨轮烧制过程中是要完全烧去的。
在制造过程中，混合物被升温至这样一个温度：在该温度粘结剂组分混合(若使用原料粘结剂的话)，流动直至磨粒被玻璃质粘结材料所包覆，熔融粘结剂形成了粘结柱将相互接触或相邻最近的磨粒连接起来。粘结柱结构成熟之后，大幅降低温度直至磨轮可从模具中取出。
烧制粘结剂的温度是相当关键的，因为已发现氧化铝晶体尺寸在1微米或更小数量级的溶胶-凝胶氧化铝磨粒若长时间处于高出约1150℃的温度(这是形成玻璃质粘结磨轮所需的)，其性能会变差。这是因为与优良研磨性能紧密相关的非常细的晶体结构会开始变粗。由于这一原因，当使用溶胶-凝胶氧化铝磨粒(尤其是引入晶种的溶胶-凝胶氧化铝磨粒)时，强烈推荐使用那些在低于1150℃、优选是低于约1000℃的温度成熟的粘结剂。
此外，形成粘结的温度越高，二氧化硅会从玻璃质粘结剂体系渗入磨粒的程度就越大。这一作用尽管对于低温成熟的粘结剂不是一个严重的问题，但在开发最佳性能时也需要考虑。
从EP 0 503 582 A2可知，用有机官能的含金属表面活性剂涂覆磨粒可以阻止这种渗入。从EP 0 471 729 A2可知，用二氧化硅涂层也能获得相同的结果。然而这些涂层并不能解决所有问题。
然而，使用所述低温成熟的玻璃料粘结剂材料时，发现应完全烧去的有机材料实际上却留下了碳的残渣。这一残渣聚集在磨粒的表面孔隙内，通常为白色或无色，这样制得的磨轮就会有黑色斑点。
现已开发出一种方法，该方法使得低温玻璃质粘结剂得以与溶胶-凝胶氧化铝磨粒一起使用，而不会在玻璃质粘结产品表面上产生难看的污点或黑点。
还发现本发明方法在减少粘结剂和磨粒的相互作用从而产生更强的粘结力方面具有有益的效果。
发明概述本发明提供一种溶胶-凝胶α-氧化铝磨粒，所述磨粒包含粒度为2微米或更小的α-氧化铝晶体，它涂覆有占磨粒重量至多1重量％的陶瓷氧化物，所述陶瓷氧化物选自氧化镁、二氧化钛、氧化钴、氧化镍、氧化铬、这些氧化物相应的铝酸盐、这些氧化物和铝酸盐的一种或多种与α-氧化铝前体的混合物，以及它们的混合物，经涂覆磨粒的BET表面积比涂覆之前磨粒的BET表面积低10-40％。
本发明提供一种经涂覆的溶胶-凝胶氧化铝磨粒，该氧化铝磨粒上涂有陶瓷氧化物且包含粒度为2微米或更小的α-氧化铝晶体。
本发明还提供一种玻璃质粘结磨料制品，该制品中存在的磨粒包含所述的经涂覆磨粒。
术语“经涂覆的”是指用陶瓷氧化物前体的溶液处理α-氧化铝磨粒，然后在足以除去溶解前体之溶剂的温度进行煅烧，由前体形成陶瓷氧化物。实际上，最通常的效应是陶瓷氧化物扩散进入磨粒的表面层并降低磨粒的孔隙率。孔隙率会降低50％之多，尽管更通常的是表面积下降(用BET方法测得)约为10-40％。在一些情况下，有迹象表明陶瓷氧化物(至少是一部分)与氧化铝反应，形成铝酸盐(在一些氧化物，如氧化镁的情况下会包括尖晶石)。在本发明中，形成的这些铝酸盐被认为是陶瓷氧化物，除非是将最高氧化态的陶瓷氧化物用作计算基准来计算陶瓷氧化物的加入量。
本发明的溶胶-凝胶氧化铝磨粒可用如下方法制得，该方法包括：形成晶体粒度约为2微米或更小的α-氧化铝磨粒，然后用陶瓷氧化物前体的溶液或分散液处理这些磨粒，随后在足以除去溶剂并将前体转化成陶瓷氧化物的温度加热经处理的磨粒。
处理温度优选是900-1300℃，更好是1000-1200℃，尽管也可使用更高或更低的温度，只要氧化铝晶体粒度不发生多大的改变并且能形成陶瓷氧化物。更优选的是，处理温度应足够高，使得经处理磨粒的BET表面积如上所述地降低。
陶瓷氧化物前体较好是可溶于水的盐，该盐一经加热就分解成氧化物和气体且不留残渣。该盐可例如是有机酸盐的硝酸盐。陶瓷氧化物本身被认为是指在1500℃以上温度稳定的金属氧化物。典型的例子包括氧化镁、二氧化钛、氧化钴、氧化镍和氧化铬。如上所述，陶瓷氧化物可以是氧化物与氧化铝反应形成的相应铝酸盐的形式。陶瓷氧化物的加入量应足以占氧化铝磨粒总重量的多至1重量％(以氧化物计)。
如上所述，陶瓷氧化物可以以可溶性盐的水溶液形式加入，该盐当加热至一定温度时产生氧化物，经处理磨粒所处的该温度高于加工过程中氧化铝所处的大致温度。或者且通常优选的是，将陶瓷氧化物盐溶解或分散在α-氧化铝前体的分散体或溶胶中，例如勃姆石溶胶或三水氧化铝的水分散体中。该施加模式还可以在磨粒上施涂一层α-氧化铝或α-氧化铝前体(如β-氧化铝)。然而更通常的是，氧化铝本体反应形成铝酸盐。该涂层或该层还可以在磨粒被用来制备玻璃质粘结材料时增强磨粒免受玻璃质粘结剂侵蚀的保护能力。
由其制得磨粒的溶胶-凝胶氧化铝，优选是具有亚微米级晶体粒度的引入晶种的溶胶-凝胶氧化铝(seeded sol-gel alumina)。在本文中，晶体粒度用“截距法”对SEM显微镜照片进行如下测量而测得，在显微照片上画多条对角线，将这些线的总长度除以该线穿过的晶体数目，然后再将所得值乘以校正因素1.5。
附图图1是在三种不同粒度尺寸(grit size)时经涂覆和未经涂覆的磨粒的BET表面积的条形图。
图2是一系列表明用未经涂覆的磨粒制得的玻璃质粘结材料中普遍存在黑点的照片。
较佳实施方案的描述先参考以下实施例说明本发明，这些实施例并不起限制作用。
实施例1本例中说明一种玻璃质粘结磨料制品的制备，该制品包含引入晶种的溶胶-凝胶氧化铝磨粒、在950℃成熟的玻璃质粘结剂和有机烧毁材料(包含成孔剂、润滑剂和临时粘合剂)。制备了具有相同配方的两套样品，不同的是按本发明制得的样品所包含的磨粒是浸泡在硝酸钴溶液中而后煅烧获得的本发明经涂覆磨粒。
经涂覆磨粒的制备在下述所有实施例中，将Saint-Gobain Industrial Ceramics，Inc.出售的商品名为″Cerpass-XTL″的磨粒用作溶胶-凝胶氧化铝磨粒。它是引入晶种的溶胶-凝胶氧化铝，包含至少98％的α-氧化铝，其维氏硬度约为21Gpa。为了获得本发明经涂覆磨粒的样品，将1000克粒度尺寸为54的磨粒样品放入Hobart混合机中并加入硝酸钴溶液。计算溶液量使得最终磨粒中的铝酸钴含量为0.25％(以氧化钴计)，为了实现这一目的，计算出需加入六水合硝酸钴4.1克。它以10克pH值约为2.0的水溶液的形式加入。显然，涂层陶瓷氧化物前体的量取决于磨粒粒度，因为磨粒越小，要涂覆的表面积就越大。例如，计算得出要在36粒度的磨粒表面上获得相同水平涂层的话，陶瓷氧化物前体的量可以减少15％。但是若粒度尺寸为80则该用量要增加10％。
调节混合条件以便获得均匀涂层，当前体溶液是深色时通常可通过目视观察来确定。在得到均匀涂层之后，将经涂覆的磨粒在100℃的对流烘箱中干燥超过18小时。若混合机配有干燥机，则当然可以在混合机中进行干燥。对于硝酸钴，其熔点仅为55℃，实际上这是很理想的，因为这有助于确保在磨粒表面上的均匀分布。具有均匀颜色的可流动磨粒表明干燥的完成。过度干燥并不适宜，因为这会导致涂层剥落或粉化。这一步的目的并不在于脱去水合作用的水，因为这会导致硝酸盐进一步分解，而干燥烘箱通常并不适合除去NOx烟气。
然后，将经干燥的涂覆磨粒放入窑中烧制。所用的窑是回转窑，具有1100℃的热区，所用的停留时间为20分钟。或者可使用静态烧制窑，在该窑中磨粒被大幅升温至1050-1150℃并保持约15分钟，然后将温度降至室温。一开始磨粒变为黑色，这表明形成了氧化钴(约200-900℃)，然后于900℃以上又变成蓝色，表明形成了铝酸钴。
涂覆磨粒的试验然后，将粒度尺寸为36、54和80上述制得的涂覆磨粒的BET表面积与相同的未经处理的磨粒比较。对于所有的粒度尺寸，涂覆以后测得表面积显著降低，最多降低40％。结果示于图1。
经涂覆和未涂覆磨粒的比较试验表明，涂层对于硬度、静电投射性(electrostatic projectability)或玻璃质粘结产品中越过磨粒/粘结剂界面的元素扩散分布(element-diffusion-profile)没有不利影响。氧化铝的晶体粒度稍增0.01-0.02微米。
玻璃质粘结样品的制备然后，将如上制得的涂覆磨粒与未经涂覆的磨粒(它在形成玻璃质粘结试棒的其它方面均与涂覆磨粒相同)进行比较。所用粘结剂是在900℃ 10小时成熟的低温粘结剂。未经涂覆的磨粒显示大量黑点，从图2中可明显看出。经涂覆磨粒不显示黑点。有这个情况与表面积降低的相关性，可以得出结论：黑点是由不完全燃烧的有机材料聚集在磨粒的表面孔隙中造成的。
接着，对用涂覆磨粒和未涂覆磨粒制得的试棒进行试验，测定它们的MOR强度和喷砂渗透。未发现明显的区别。如果说有区别的话，用涂覆磨粒制得的试棒稍好一些。
然后用在950℃ 10小时成熟的透明玻璃质粘结剂使经涂覆磨粒与等体积白色熔凝氧化铝形成试棒。未发现经涂覆磨粒的颜色渗入熔凝氧化铝磨粒，这表明涂层与磨粒表面已完全成为一体。
实施例2本例中采用实施例1中所述相同的方法，不同的是将钴盐加到勃姆石溶胶中，加入量应足以使得在实施例1所用温度烧制后在磨粒上沉积1.00重量％的钴(以氧化钴计)，其形式是包含铝酸钴和α-氧化铝前体的层。如此制得的磨粒非常耐颜色变化，即使是在形成玻璃质粘结磨料制品所需的长时间烧制之后。对形成涂层前后的磨粒表面积进行测量，结果表明表面积的降低大于10％。
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