DE69903538T2

DE69903538T2 - Verfahren zur herstellung von schleifkörnern durch imprägnieren und damit hergestellte schleifmittel

Info

Publication number: DE69903538T2
Application number: DE69903538T
Authority: DE
Inventors: P. Wood
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1998-05-19
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2019-04-01
Also published as: EP1080052A1; EP1080052B9; AU3373699A; DE69903538D1; BR9910555A; WO1999061389A1; EP1080052B1; CA2333297A1; JP2002516352A; US6053956A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schleifkorn auf alpha-Aluminiumoxidbasis. Das Schleifkorn kann in Schleifprodukten, wie beschichtete Schleifmittel, gebundene Schleifmittel und vliesartige Schleifmittel, eingelagert werden.
Schleifkorn aus geschmolzenem Aluminiumoxid ist bei Schleifanwendungen seit nahezu einhundert Jahren verwendet worden. Solches Schleifkorn wird durch Erhitzen einer Aluminiumoxidquelle über ihren Schmelzpunkt, Quenchen und anschließendes Zerkleinern zu Aluminiumoxid-Schleifkorn oder -teilchen hergestellt.
Anfang der 80iger Jahre wurde eine neue und wesentlich verbesserte Art von Aluminiumoxid-Schleifkorn, das allgemein als "Sol-Gel" oder "von Sol-Gel abgeleitetes" Schleifkorn bezeichnet wurde, auf den Markt gebracht. Im allgemeinen wird Sol-Gel-Schleifkorn typischerweise durch Herstellen einer Dispersion oder eines Sols, das Wasser und Aluminiumoxidmonohydrat (Boehmit) umfaßt, Gelieren der Dispersion, Trocknen der gelierten Dispersion, Zerkleinern der getrockneten Dispersion in Teilchen, Kalzinieren der Teilchen, um flüchtige Stoffe zu entfernen, und Sintern der kalzinierten Teilchen bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes von Aluminiumoxid hergestellt. Die Dispersion schließt außerdem häufig einen oder mehrere Oxidmodifizierer, Kern bildende Mittel und/oder Vorstufen davon ein. Weitere Einzelheiten bezüglich des Sol-Gel-Schleifkorns, Verfahren zu seiner Herstellung einschließend, können zum Beispiel in den U.S.-Patenten Nr. 4,314,827 (Leitheiser et al.), 4,518,397 (Leitheiser et al.), 4,623,364 (Cottringer et al.), 4,744,802 (Schwabel), 4,770,671 (Monroe et al.), 4,881,951 (Wood et al.), 5,011,508 (Wald. et al.), 5,090,968 (Pellow), 5,139,978 (Wood), 5,201,916 (Berg et al.), 5,227,104 (Bauer), 5,366,523 (Rowenhorst et al.), 5,429,647 (Larmie), 5,498,269 (Larmie) und 5,551,963 (Larmie) gefunden werden.
Einige Verfahren zur Herstellung von Sol-Gel-Schleifkorn auf alpha-Aluminiumoxidbasis verwenden einen Imprägnierungsschritt, wobei das getrocknete oder kalzinierte Material (d. h. keramisches Vorstufenmaterial) mit einer Zusammensetzung, die Metalloxid, Metalloxidvorstufe und/oder Kombinationen davon und ein flüssiges Medium einschließt, imprägniert wird, um eine imprägnierte Schleifkornvorstufe zu liefern. Nach dem Imprägnierungsschritt wird das imprägnierte keramische Vorstufenmaterial typischerweise getrocknet und dann kalziniert (im allgemeinen ist dies ein zweiter Kalzinierungsschritt), um ein imprägniertes, kalziniertes keramisches Vorstufenmaterial zu erzeugen, das wiederum gesintert wird (siehe z. B. U.S.-Patente Nr. 5,139,978 (Wood), 5,164,348 (Wood), 5,213,591 (Celikkaya et al.) und 5,011,508 (Wald et al.)).
Herkömmliches von Sol-Gel abgeleitetes Vorstufenmaterial auf alpha-Aluminiumoxidbasis bleibt typischerweise während des Imprägnierens intakt (d. h. das Vorstufenmaterial spaltet oder bricht nicht), wenn es mit einer Flüssigkeit oder Lösung imprägniert wird. Obwohl man nicht auf die Theorie festgelegt sein will, glaubt man, daß solches Brechen aus einem oder mehreren Gründen nicht auftritt. Erstens enthält eine herkömmliche, von Sol-Gel abgeleitete, auf alpha-Aluminiumoxid basierende Schleifkornvorstufe im allgemeinen Sprünge, die während des Trocknens, Zerkleinerns und/oder der Kazinierungsschritte erzeugt wurden. Man glaubt, daß solche Sprünge während des Imprägnierens einen Fluchtweg für eingeschlossene Luft bereitstellen, wodurch ein ausreichender Aufbau von Luftdruck innerhalb des Teilchens, um Zerbrechen zu verursachen, verhindert wird. Zweitens wird, wenn die Größe des von Sol-Gel abgeleiteten, auf alpha-Aluminiumoxid basierenden Vorstufenmaterials zum Beispiel durch Zerkleinern verringert wird, das Luftvolumen, das während des Imprägnierens eingefangen werden kann, ebenfalls verringert (d. h. kleinere Teilchen des Vorstufenmaterials haben proportional kleinere Luftvolumina darin), wodurch nicht genügend Luft bereitgestellt wird, auch wenn einiges oder alles davon eingefangen wurde, um Brechen oder Aufspalten der Schleifkornvorstufe zu verursachen. Allerdings können größere von Sol-Gel abgeleitete alpha-Aluminiumoxidvorstufen, falls sie imprägniert sind, spalten, wenn sie imprägniert werden.
In einer anderen Ausführungsform ist ein üblicher möglicher Schritt in herkömmlichen Sol-Gel-Verfahren zur Herstellung von Schleifkorn das Zerkleinern des getrockneten Gels (siehe z. B. U.S.-Patente Nr. 4,314,827 (Leitheiser et al.), 4,518,397 (Leitheiser et al.), 4,744,802 (Schwabel), 4,881,951 (Wood et al.) und 5,139,978 (Wood)) Das zerkleinerte Material liefert typischerweise keinen einzelnen Grad- oder Größenbereich von getrockneten Teilchen, sondern eine große Verteilung von Teilchengrößen. Teilchen, die kleiner als etwa 60 um groß sind, werden im allgemeinen als "Feinteilchen" bezeichnet. In einigen Fällen sind diese Feinteilchen zu klein, um ökonomisch unter Verwendung der gleichen Verfahren (typischerweise Dreh-Kalzinieren und Sintern), die verwendet werden, um die größeren getrockneten Teilchen weiterzuverarbeiten (siehe z. B. U.S-Patent Nr. 5,489,204 (Conwell et al.)), in gesinterte Schleifteilchen weiterverarbeitet zu werden. Beim Zerkleinern des getrockneten Gels ist es bevorzugt, die maximale Anzahl von Teilchen mit den gewünschten Größen (z. B. eine gewünschte Teilchengrößenverteilung) mit der geringsten Zahl von Zerkleinerungs- und Siebschritten zu liefern. Wenn das getrocknete Gel übermäßig zerkleinert wird, werden typischerweise zu viele Feinteilchen hergestellt. Wenn das getrocknete Gel allerdings nicht genug zerkleinert wird, werden zu viele große Teilchen geliefert. Außerdem ist es typischerweise wünschenswert, eher scharfes (d. h. scharfkantiges) Schleifkorn als stumpfes oder blockförmiges Schleifkorn zu liefern. Erneutes Zerkleinern von größerem getrocknetem Gel führt typischerweise zum Bereitstellen von mehr des unerwünschten stumpfen oder blockförmigen Schleifkorns.
In dem Bemühen, die getrockneten Feinteilchen zu entfernen, sind Versuche gemacht worden, sie in das Sol-Gel-Verfahren zurück einzulagern (d. h. sie in neue getrocknete Teilchen und letztendlich in gesintertes Schleifkorn zurückzuführen). Zum Beispiel offenbart U.S.-Patent Nr. 4,314,827 (Leitheiser et al.), dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist, das Redispergieren der Feinteilchen in einem Sol oder einer Dispersion. Allerdings kann ein Abfallen der Schleifleistung und anderer Eigenschaften (z. B. Dichte und Härte) auftreten, wenn zu viele Feinteilchen in den Kreislauf zurückgeführt werden. Ein Bedarf auf dem Fachgebiet ist ein Verfahren, in dem solches in den Kreislauf zurückgeführtes Material verwendet werden kann, um Schleifkorn mit guten Schleifleistungseigenschaften herzustellen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Schleifkörnern auf alpha-Aluminiumoxidbasis, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
(a) Imprägnieren einer Imprägnierungszusammensetzung, die eine Flüssigkeit (vorzugsweise Wasser) umfaßt, in eine Vielzahl von ursprünglich porösen, kalzinierten, länglichen Teilchen einer auf alpha-Aluminiumoxid basierenden Vorstufe mit einer Längsachse und inneren untereinander verbundenen Poren, wobei die Teilchen die Flüssigkeit aufnehmen können und beim Imprägnieren im allgemeinen in Richtung der Längsachse in kleinere längliche Teilchen zerbrechen, um muschelartigen Bruch der länglichen Teilchen in kleinere längliche Teilchen zu verursachen, wobei die ursprünglich länglichen Teilchen während mindestens eines Teils des Imprägnierens einem äußeren Druck von mindestens etwa 1,67 bar (1,25 atm) (vorzugsweise mindestens etwa 1,520 bar (1,5 atm), stärker bevorzugt mindestens etwa 2,026 bar, 2,533 bar, 3,040 bar, 4,053 bar, 5,066 bar (2 atm, 2,5 atm, 3 atm, 4 atm, 5 atm) oder mehr) unterworfen werden, so daß die Zahl von kleineren Teilchen im Vergleich zu einer solchen Imprägnierung von solchen Teilchen bei 1,013 bar (1 atm) erhöht wird; und
(b) Überführen der kleineren länglichen Teilchen in keramisches Schleifkorn auf alpha- Aluminiumoxidbasis.
Die Imprägnierungszusammensetzung umfaßt gegebenenfalls ein Gemisch, das die Flüssigkeit und mindestens eines aus (einem) Metalloxid(en) oder (einer) Vorstufe(n) davon umfaßt; und kann hergestellt werden durch (und wird typischerweise hergestellt durch) Kombinieren von Komponenten, die die Flüssigkeit mit mindestens eines aus (einem) Metalloxid(en) oder (einer) Vorstufe(en) davon umfassen.
In einer anderen Ausführungsform werden die länglichen Teilchen von auf alpha- Aluminiumoxid basierenden Vorstufen direkt vor dem Imprägnierungsschritt vorzugsweise einem äußeren Druck von mindestens 5,066 bar (5 atm) unterworfen. In einer anderen Ausführungsform werden die porösen, kalzinierten, länglichen Teilchen während des Imprägnierens vorzugsweise einem höheren äußeren Druck unterworfen als sie vor dem Imprägnieren unterworfen wurden.
Vorzugsweise erhöht die Verwendung eines äußeren Drucks oberhalb von 1 atm die Zahl der "Teilchen" um mindestens 25%; stärker bevorzugt um mindestens 50%. Das heißt, wenn 10 poröse, kalzinierte, längliche Teilchen einer auf alpha-Aluminiumoxid basierenden Vorstufe, die bei 1,013 bar (1 atm) imprägniert wurden, im Mittel (bezogen auf 5 getrennte Inprägnierungen) insgesamt 20 Teilchen liefern; und wenn 10 poröse, kalzinierte, längliche Teilchen einer auf alpha-Aluminiumoxid basierenden Vorstufe, die bei einem Druck oberhalb von 1,013 bar (1 atm) imprägniert wurden, im Mittel (bezogen auf 5 getrennte Inprägnierungen) insgesamt 30 Teilchen liefern, beträgt die Zunahme der Zahl der "Teilchen" 50%.
Die porösen, kalzinierten, länglichen Teilchen werden vorzugsweise durch Überführen von mindestens einem Teil einer Dispersion, die ein Gemisch umfaßt, das einer Flüssigkeit (vorzugsweise Wasser), Peptisierungsmittel (typischerweise eine Säure) und Boehmit umfaßt, in poröse, kalzinierte, längliche Teilchen bereitgestellt, wobei die Dispersion herstellbar ist durch (und typischerweise hergestellt wird durch) Kombinieren von Komponenten, die Flüssigkeit, Peptisierungsmittel und Boehmit umfassen. Die Dispersion enthält gegebenenfalls, auf einer theoretischen Metalloxidbasis, weniger als 0,05 Gewichts-% alpha- Aluminiumoxidkeime oder Kern bildendes Mittel oder Kern bildendes Material, bezogen auf den gesamten theoretischen Metalloxidgehalt der Dispersion, wobei zu verstehen ist, daß "weniger als 0,05 Gewichts-% alpha-Aluminiumoxidkeime oder Kern bildendes Mittel oder kern bildendes Material" 0 Gewichts-% alpha-Aluminiumoxidkeime, Kern bildendes Mittel beziehungsweise Kern bildendes Material einschließt.
Die Dispersion wird vorzugsweise vor ihrem Überführen in keramisches, auf alpha- Aluminiumoxid basierendes Vorstufenmaterial kompaktiert (vorzugsweise bei einem Druck von mindestens 3,5 · 10&sup4; kg/m² (50 lb/in²); stärker bevorzugt mindestens 1,05 · 105 kg/m² oder sogar mindestens 1,4 · 10&sup5; kg/m²). Das Kompaktieren der Dispersion erhöht typischerweise die Dichte und steigert deutlich die Schleifleistung des so erhaltenen Schleifkorns in einer oder mehreren Schleifanwendungen, insbesondere wenn bei einem Druck von mindestens 3,5 · 10&sup4; kg/m² kompaktiert wird.
Bestimmte bevorzugte imprägnierte Vorstufenmaterialien, die im Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden, umfassen auf einer theoretischen Metalloxidbasis mindestens 0,1 Gewichts-%, mehr als 0,5 Gewichts-% oder sogar mehr als 2 Gewichts-% anderes Metalloxid als Aluminiumoxid, bezogen auf den gesamten theoretischen Metalloxidgehalt der Schleifkorn. In einer anderen Ausführungsform umfassen bestimmte bevorzugte imprägnierte Vorstufenmaterialien, die im Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden, auf einer theoretischen Metalloxidbasis mindestens 0,1 Gewichts-% (in einigen Fällen vorzugsweise im Bereich von 0,1 Gewichts-% bis etwa 10 Gewichts-%; oder stärker bevorzugt im Bereich von etwa 0,5 Gewichts-% bis etwa 10 Gewichts-%) Metalloxid, ausgewählt aus der Gruppe, die aus MgO, CoO, NiO, Ce&sub2;O&sub3;, ZrO&sub2;, HfO&sub2;, Li&sub2;O, MnO, Cr&sub2;O&sub3;, Y&sub2;O&sub3;, Pr&sub2;O&sub3;, Sm&sub2;O&sub3;, Yb&sub2;O&sub3;, Nd&sub2;O&sub3;, La&sub2;O&sub3;, Gd&sub2;O&sub3;, Dy&sub2;O&sub3;, Er&sub2;O&sub3;, Eu&sub2;O&sub3;, TiO&sub2;, Fe&sub2;O&sub3;, SnO&sub2; und ZnO besteht, bezogen auf den gesamten theoretischen Metalloxidgehalt des imprägnierten Vorstufenmaterials.
Die Dispersion enthält gegebenenfalls auf einer theoretischen Metalloxidbasis weniger als 17,05 Gewichts-% alpha-Aluminiumoxidkeime oder Kern bildendes Mittel oder Kern bildendes Material, bezogen auf den gesamten theoretischen Metalloxidgehalt der Dispersion, wobei es sich versteht, daß "weniger als 0,05 Gewichts-% alpha-Aluminiumoxidkeime oder Kern bildendes Mittel oder Kern bildendes Material" 0 Gewichts-% alpha- Aluminiumoxidkeime, Kern bildendes Mittel beziehungsweise Kern bildendes Material einschließt.
In dieser Patentanmeldung:
bedeutet "Boehmit" alpha-Aluminiumoxidmonohydrat und Boehmit, der auf dem Fachgebiet allgemein als "Pseudo"boehmit (d. h. Al&sub2;O&sub3;·xH&sub2;O, wobei x = 1 bis 2 ist) bezeichnet wird.
bedeutet "Überführen" bezüglich der Herstellung des Vorstufenmaterials jeden Schritt oder jede Reihe von Schritten, die das Vorstufenmaterial liefern, von Flüssigkeit Befreien (typischerweise Trocknen) einschließend.
bedeutet "keramisches Vorstufenmaterial" oder nicht gesintertes keramisches Material" eine von Flüssigkeit befreite oder getrocknete auf Aluminiumoxid basierende Dispersion (d. h. von Flüssigkeit befreites oder getrocknetes keramisches Vorstufenmaterial) oder eine kalzinierte auf Aluminiumoxid basierende Dispersion (d.d. kalziniertes keramisches Vorstufenmaterial), das typischerweise in Form von Teilchen vorliegt, die eine Dichte von weniger als 80% (typischerweise weniger als 60%) des theoretischen Wertes besitzen und gesintert und/oder mit einer Imprägnierungszusammensetzung imprägniert und dann gesintert werden können, um keramisches Material auf alpha-Aluminiumoxidbasis zu liefern.
bedeutet "keramisches Schleifkorn auf alpha-Aluminiumoxidbasis" wie hier verwendet, gesintertes, polykristallines, keramisches Schleifkorn, das auf eine Dichte von mehr als 90% (vorzugsweise mindestens 92%, stärker bevorzugt mindestens 94% oder sogar mindestens 95% oder 97%) des theoretischen Wertes gesintert worden sind und auf einer theoretischen Metalloxidbasis mindestens 60 Gewichts-% Al&sub2;O&sub3; enthält, wobei mindestens 50 Gewichts-% des Al&sub2;O&sub3; als alpha-Aluminiumoxid vorliegen.
haben "längliche Teilchen" ein Seitenverhältnis (Länge zu Querschnitt (z. B. Durchmesser) von mindestens 2 : 1 (typischerweise mindestens 2,5 oder 3 : 1). Bezogen auf die Fig. 7A und 7B hat das längliche Teilchen 70 die Länge 71, den Durchmesser 73 und ein Seitenverhältnis von Länge 71 geteilt durch Durchmesser 73. Bezogen auf die Fig. 8A und 8R hat das längliche Teilchen 80 die (gebogene) Länge 81, den Durchmesser 83 und ein Seitenverhältnis von Länge 81 geteilt durch Durchmesser 83. Bezogen auf Fig. 9 hat das längliche Teilchen 90 die Länge 91, die variablen Durchmesser 93 und 93A und ein Seitenverhältnis von Länge 91 geteilt durch den mittleren Durchmesser.
bedeutet "untereinander verbundene innere Poren" Poren, die im Inneren eines Körpers angeordnet sind und die entweder direkt oder durch benachbarte Poren mit der Oberfläche so verbunden sind, daß zwischen der Pore und der Oberfläche ein kontinuierlicher Weg existiert.
bedeutet "Dispersion" ein Fest-in-Fluid (Flüssigkeit und/oder Flüssigkeit und Gas (z. B. Luft))-System, wobei eine Phase fein verteilte Teilchen (im kolloidalen Größenbereich) umfaßt, die in einem Fluid verteilt sind, und/oder das Fluid ist überall um die Teilchen verteilt.
bedeutet "kolloidales Metalloxidsol" eine stabile (d. h. die Metalloxidfeststoffe in dem Sol oder der Dispersion scheinen bei visueller Betrachtung nicht zu gelieren, sich zu trennen oder abzusetzen zu beginnen, wenn sie etwa 2 h ungestört stehen) Suspension von kolloidalen Teilchen (vorzugsweise in einem flüssigen Medium mit einem pH-Wert von weniger als 6,5).
bedeutet "Kern bildendes Material" ein Material, das die Umwandlung von Übergangsaluminiumoxid(en) in alpha-Aluminiumoxid durch extrinsische Kernbildung beschleunigt. Das Kern bildende Material kann selbst ein Kern bildendes Mittel (d. h. Material, das die gleiche oder nahezu die gleiche Kristallstruktur wie alpha-Aluminiumoxid besitzt oder sich auf andere Weise wie alpha-Aluminiumoxid verhält) (z. B. alpha-Aluminiumoxidkeime, alpha-Fe&sub2;O&sub3;-Keime oder Cr&sub2;O&sub3;-Keime) oder ein Vorstufe davon sein.
Schleifkorn, das nach den Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, kann in Schleifprodukte, wie beschichtete Schleifmittel, gebundene Schleifmittel, vliesartige Schleifmittel und Schleifbürsten eingelagert werden.
Fig. 1 ist ein Ausschnitt einer schematischen Querschnittsansicht eines beschichteten Schleifgegenstands, der Schleifkorn einschließt, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines gebundenen Schleifgegenstands, der Schleifkorn einschließt, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt Wurde;
Fig. 3 ist eine vergrößerte schematische Ansicht eines vliesartigen Schleifgegenstands, der Schleifkorn einschließt, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
Die Fig. 4 und 6 sind Aufrisse eines Extruders, der in den Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, während Fig. 5 eine vergrößerte Aufsicht auf den Extrudereinlaß ist;
Die Fig. 7-9 sind Querschnitte von Beispielen länglicher Teilchen;
Fig. 10 zeigt erläuternd das Imprägnieren und den letztendlichen Bruch eines porösen, kalzinierten, länglichen Teilchens einer auf alpha-Aluminiumoxid basierenden Vorstufe; und
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht eines länglichen Schleifkorns, das mit dem Verfähren nach der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
Überraschenderweise ist beobachtet worden, daß die Zahl der Teilchen, in die die länglichen Teilchen (muschelartig) während des Imprägnierungsschrittes des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung zerbrechen, mit wachsendem Druck steigt (siehe z. B. Arbeitsbeispiele 4-6, nachstehend). Die Teilchen, die durch den muschelartigen Bruch entstehen, sind typischerweise scharf (siehe z. B. Teilchen 110 in Fig. 11). Eine erläuternde Darstellung des Imprägnierens und des letztendlichen Bruchs eines porösen, kalzinierten, länglichen Teilchens einer auf alpha-Aluminiumoxid basierenden Vorstufe wird in den Fig. 10A, 10B und 10C bereitgestellt, wobei die Flüssigkeit 100 in das poröse, kalzinierte, längliche Teilchen der auf alpha-Aluminiumoxid basierenden Vorstufe 102 eindringt, was zum Bruch des Teilchens 102 in kleinere längliche Teilchen 102A und 102B führt.
Die (Boehmit-)Dispersion wird vorzugsweise durch Kombinieren oder Mischen von Komponenten hergestellt, die ein flüssiges Medium, Säure und mindestens 35 Gewichts-% Boehmit und gegebenenfalls Metalloxid und/oder Vorstufen davon umfassen. Das flüssige Medium, in dem der Boehmit dispergiert wird, ist typischerweise Wasser (vorzugsweise entionisiertes Wasser), obwohl organische Lösungsmittel, wie niedere Alkohole (typischerweise C&sub1;&sub6;-Alkohole), Hexan oder Heptan ebenfalls als flüssiges Medium verwendbar sein können. In einigen Fällen ist es bevorzugt, das flüssige Medium zu erhitzen (z. B. 60-70ºC), um die Dispersionsfähigkeit des Boehmits zu verbessern.
Die Dispersion umfaßt typischerweise mindestens etwa 20 Gewichts-% (im allgemeinen von etwa 20 bis etwa 70 Gewichts-%) flüssiges Medium, bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion. Noch typischer umfaßt die Dispersion weniger als etwa 65 Gewichts-% oder weniger, etwa 60 Gewichts-% oder weniger, etwa 55 Gewichts-% oder weniger, etwa 50 Gewichts-% oder weniger, etwa 45 Gewichts-% oder weniger, etwa 42 Gewichts-% oder weniger, etwa 41 Gewichts-% oder weniger, etwa 40 Gewichts-% oder weniger, etwa 39 Gewichts-% oder weniger, etwa 38 Gewichts-% oder weniger, etwa 37 Gewichts-% oder weniger, etwa 35 Gewichts-% oder weniger, oder etwa 25 Gewichts-% oder weniger flüssiges Medium, bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion.
In einer anderen Ausführungsform umfaßt die Dispersion typischerweise mehr als 35 Gewichts-% (im allgemeinen von mehr als 35 bis etwa 80 Gewichts-%) Feststoffe, bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion. Bestimmte Dispersionen umfassen allerdings 40 Gewichts-% oder mehr, 45 Gewichts-% oder mehr, 50 Gewichts-% oder mehr, 55 Gewichts-% oder mehr, 58 Gewichts-% oder mehr, 59 Gewichts-% oder mehr, 60 Gewichts-% oder mehr, 61 Gewichts-% oder mehr, 62 Gewichts-% oder mehr, 63 Gewichts-% oder mehr, 65 Gewichts-% oder mehr, 75 Gewichts-% oder mehr, oder sogar 80 Gewichts-% oder mehr Feststoffe, bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion.
In einer anderen Ausführungsform umfaßt die Dispersion typischerweise mehr als 35 Gewichts-% (im allgemeinen von mehr als 35 bis etwa 80 Gewichts-%) Boehmit, bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion. Bestimmte Dispersionen können allerdings 40 Gewichts- % oder mehr, 45 Gewichts-% oder mehr, 50 Gewichts-% oder mehr, 55 Gewichts-% oder mehr, 58 Gewichts-% oder mehr, 59 Gewichts-% oder mehr, 60 Gewichts-% oder mehr, 61 Gewichts-% oder mehr, 62 Gewichts-% oder mehr, 63 Gewichts-% oder mehr, 65 Gewichts- % oder mehr, 75 Gewichts-% oder mehr, oder sogar 80 Gewichts-% oder mehr Boehmit, bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion, umfassen.
Gewichts-% an Feststoffen und Boehmit über etwa 80 Gewichts-% können ebenfalls verwendbar sein, neigen aber dazu, schwieriger zu bearbeiten zu sein, um das Schleifkorn herzustellen, das mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird.
Geeigneter Boehmit kann unter Verwendung verschiedener auf dem Fachgebiet bekannter Verfahren (siehe U.S-Patente Nr. 4,202,870 (Weber et al.) und 4,676,928 (Leach et al.) hergestellt werden. Geeigneter Boehmit kann zum Beispiel auch von kommerziellen Quellen; wie der Condea Chemie GmbH in Hamburg, Deutschland (z. B. unter der Handelsbezeichnung "DISPERAL"); und der Vista Chemical Company in Houston, TX (z. B. unter den Handelsbezeichnungen "DISPAL", "CATAPAL A", "CATAPAL B" und "CATAPAL D") erhalten werden. Diese Aluminiumoxidmonohydrate sind in alpha-Form und schließen relativ wenig, falls überhaupt, andere hydratisierte Phasen als Monohydrate ein (obwohl sehr kleine Mengen Trihydratverunreinigungen in einigen käuflichen Boehmiten vorhanden sein können, die toleriert werden können). Sie haben typischerweise eine geringe Löslichkeit in Wasser und besitzen eine große Oberfläche (typischerweise mindestens etwa 180 m²/g). Boehmit schließt typischerweise mindestens etwa 2-6 Gewichts-% freies Wasser (abhängig von der Feuchtigkeit) auf seiner Oberfläche ein, und solches Wasser trägt zur Menge des flüssigen Mediums in der Dispersion bei.
Der Boehmit, der im Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, hat vorzugsweise eine mittlere letztendliche Teilchengröße von weniger als etwa 20 nm (stärker bevorzugt weniger als etwa 12 nm), wobei "Teilchengröße" die längste Abmessung eines Teilchens bedeutet.
Peptisierungsmittel sind im allgemeinen lösliche ionische Verbindungen, von denen man glaubt, daß sie verursachen, daß die Oberfläche eines Teilchens oder Kolloids in einem flüssigen Medium (z. B. Wasser) einheitlich aufgeladen ist. Solche geladenen Teilchen stoßen sich im allgemeinen gegenseitig ab, was zur Bildung von stabilen, nicht ausgeflockten Suspensionen oder Solen führt. Man glaubt außerdem, daß sterische Stabilisierung durch die Adsorption von nichtionischen Makromolekülen auf der Oberfläche der Teilchen zur Bildung einer stabilen Suspension führen kann. Solche Makromoleküle sollen Teilchen daran hindern, in nahe Nachbarschaft zu kommen, wo von der Waals-Wechselwirkungen Bindung verursachen würden.
Geeignete Säuren, von denen man glaubt, daß sie als Petisierungsmittel fungieren, auch als Dispersionsmittel bezeichnet, schließen monoprotische Säuren und Säureverbindungen, wie Essig-, Salz-, Ameisen- und Salpetersäure ein. Salpetersäure ist ein bevorzugtes Peptisierungsmittel. Einige im Handel erhältliche Boehmite können Säuretiter enthalten, wie auf der ihrer Oberfläche absorbierte Ameisen- oder Salpetersäure. Die Menge an verwendeter Säure hängt zum Beispiel von der Dispergierbarkeit des Boehmits, dem Prozentsatz an Feststoffen der Dispersion, den Komponenten der Dispersion, den Mengen oder relativen Mengen der Komponenten der Dispersion, den Teilchengrößen der Komponenten der Dispersion und/oder der Teilchengrößenverteilung der Komponenten der Dispersion ab. Die Dispersion enthält typischerweise mindestens 3 bis 8 Gewichts-% Säure, bezogen auf das Gewicht von Boehmit in der Dispersion.
Die Boehmitdispersion kann gegebenenfalls Metalloxid (z. B. Metalloxidteilchen, die als Partikel zugegeben (vorzugsweise mit einer Teilchengröße (d. h. der längsten Abmessung) von weniger als etwa 5 um; stärker bevorzugt weniger als etwa 1 um) und/oder als ein Metalloxidsol (kolloidales Metalloxidsol einschließend) zugegeben worden sind) und/oder eine Metalloxidvorstufe (z. B. ein Salz, wie ein Metallnitrat, ein Metallacetat, ein Metallcitrat, ein Metallformiat oder ein Metallchlorid, das sich durch Zersetzung durch Erhitzen in ein Metalloxid umwandelt) enthalten. Die Menge an solch einem Metalloxid und/oder einer Metalloxidvorstufe (das heißt zusätzlich zum Aluminiumoxid, das durch den Boehmit bereitgestellt wird), die in einer Dispersion oder einer Vorstufe (oder Metalloxid im Fall der Schleifkorn) vorhanden ist, kann zum Beispiel abhängig davon, welche(s) Metalloxid(e) vorliegt und den für die gesinterten Schleifkorn gewünschten Eigenschaften, variieren. Bei Dispersionen, die solche Metalloxide (und/oder Vorstufen davon) enthalten, liegen die Metalloxide (die zusätzlich zum Aluminiumoxid, das durch den Boehmit bereitgestellt wird, vorliegen) typischerweise auf einer theoretischen Metalloxidbasis bis zu etwa 10 Gewichts-% (vorzugsweise im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichts-%, stärker bevorzugt im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 10 Gewichts-%) bezogen auf den gesamten Metalloxidgehalt der Schleifkorn vor; oder wenn die Schleifkorn "ohne Keime"sein sollen (d. h. hergestellt ohne Verwendung von Kern bildendem Material), sind solche Metalloxide vorzugsweise im Bereich von etwa 1 bis 10 Gewichts-% (stärker bevorzugt etwa 2 bis etwa 10 Gewichts-%) vorhanden; obwohl die Menge zum Beispiel abhängig davon, welche(s) Metalloxid(e) vorliegt, variieren kann.
Metalloxidvorstufen schließen Metallnitratsalze, Metallacetatsalze, Metallcitratsalze, Metallformiatsalze und Metallchloridsalze ein. Beispiele für Nitratsalze schließen Magnesiumnitrat (Mg(NO&sub3;)&sub2;·6H&sub2;O), Kobaltnitrat (Co(NO&sub3;)&sub2;·6H&sub2;O), Nickelnitrat (Ni(NO&sub3;)&sub2;· 6H&sub2;O), Lithiumnitrat (LiNO&sub3;), Mangannitrat (Mn(NO&sub3;)&sub2;·4H&sub2;O), Chromnitrat (Cr(NO&sub3;)&sub3;· 9H&sub2;O), Yttriumnitrat (Y(NO&sub3;)&sub3;·6H&sub2;O), Praseodymnitrat (Pr(NO&sub3;)&sub3;·6H&sub2;O), Samariumnitrat (Sm(NO&sub3;)&sub3;·6H&sub2;O), Neodymnitrat (Nd(NO&sub3;)&sub3;·6H&sub2;O), Lanthannitrat (La(NO&sub3;)&sub3;·6H&sub2;O), Gadoliniumnitrat (Gd(NO&sub3;)&sub3;·5H&sub2;O), Dysprosiumnitrat (Dy(NO&sub3;)&sub3;·5H&sub2;O), Europiumnitrat (Eu(NO&sub3;)&sub3;·6H&sub2;O), Eisennitrat (Fe(NO&sub3;)&sub3;·9H&sub2;O), Zinknitrat (Zn(NO&sub3;)&sub3;·6H&sub2;O), Erbiumnitrat (Er(NO&sub3;)&sub3;·5H&sub2;O) und Zirkoniumnitrat (Zr(NO&sub3;)&sub4;·5H&sub2;O) ein. Beispiele für Metallacetatsalze schließen Zirkonylacetat (ZrO(CH&sub3;COO)&sub2;), Magnesiumacetat, Kobaltacetat, Nickelacetat, Lithiumacetat, Manganacetat, Chromacetat, Yttriumacetat, Praseodymacetat, Samariumacetat, Ytterbiumacetat, Neodymacetat, Lanthanacetat, Gadoliniumacetat und Dysprosiumacetat ein. Beispiele für Citratsalze schließen Magnesiumcitrat, Kobaltcitrat, Lithiumcitrat und Mangancitrat ein. Beispiele für Formiatsalze schließen Magnesiumformiat, Kobaltformiat, Lithiumformiat, Manganformiat und Nickelformiat ein.
Obwohl im allgemeinen weniger bevorzugt, können Metallchloride anstelle von, zusammen mit oder zusätzlich zu Vorstufen, wie den Metallacetat-, -citrat-, -formiat- und/oder - nitratsalzen verwendet werden. Beispiele für Chloridsalze schließen Magnesiumchlorid, Kobaltchlorid, Nickelchlorid, Lithiumchlorid, Manganchlorid, Yttriumchlorid, Praseodymchlorid, Samariumchlorid, Neodymchlorid, Lanthanchlorid, Gadoliniumchlorid, Dysprosiumchlorid, Europiumchlorid, Eisen(III)chlorid, Zinkchlorid, Titantetrachlorid und Zinnchlorid ein. Metallnitrat-, -acetat-, -citrat-, -formiat- und-chloridsalze können mit auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren hergestellt oder von kommerziellen Quellen wie Alfa Chemicals in Ward Hill, MA und Mallinckrodt Chemicals in Paris, KY erhalten werden.
Die kolloidalen Metalloxide sind einzelne fein verteilte Teilchen aus amorphem oder kristallinem Metalloxid mit einer oder mehreren ihrer Abmessungen innerhalb eines Bereichs von etwa 3 nm bis etwa 1 um. Metalloxidsole zur Verwendung in Verfahren nach der vorliegenden Erfindung schließen Sole von Ceroxid, Siliziumoxid, Yttriumoxid, Titanoxid, Lanthanoxid, Neodymoxid, Zirkonoxid und Gemische davon ein. Metalloxidsole sind zum Beispiel bei Nalco in Naperville, IL und Eka Nobel in Augusta, GA erhältlich. Siliziumoxidsole schließen jene ein, die unter den Handelsbezeichnungen "NALCO 1115", "NALCO 1130", "NALCO 2326", "NALCO 1034A" und "NALCOAG 1056" bei Nalco Products Inc. in Naperville, IL, wobei die letzten zwei Beispiele für saure Siliziumoxidsole sind; und "NYACOL 215" bei Eka Nobel Inc. erhältlich sind. Ceroxidsole sind zum Beispiel bei Rhone-Poulenc in Shelton, CT; Transelco in Penn Yan, NY; und Fujimi Corp. in Japan erhältlich. Für weitere Informationen über Ceroxid-, Siliziumoxid- oder Zirkoniumoxidsole siehe zum Beispiel U.S.- Patente Nr. 5,429,647 (Larmie), 5,551,963 (Larmie), 5,611,829 (Monroe et al.) und 5,645,619 (Erickson et al.).
Die Metalloxidvorstufe in der Dispersion kann auch eine Vorstufe eines kolloidalen Metalloxids sein. Solche Vorstufen von kolloidalem Metalloxid schließen eine wasserdispergierbare oder wasserlösliche Metallquelle ein, die beim Erhitzen fein verteilte (1 nm bis 1 um) Polymere oder Teilchen aus Metalloxid bildet. Obwohl eine Vorstufe von kolloidalem Metalloxid ein Material ist, das fein verteilte Metalloxidteilchen erzeugen kann, sollte selbstverständlich sein, daß die Vorstufe von kolloidalem Metalloxid unter den hier beschriebenen Reaktionsbedingungen kein kolloidales Metalloxid erzeugen muß. Der Begriff kolloidales Metalloxid, wie hier verwendet, umfaßt auch chemische Verbindungen kolloidaler Natur, die Metall und Sauerstoff (z. B. kolloidale Lehme) umfassen. Dieser Begriff schließt auch beschichtetes kolloidales Metalloxid, wie mit Aluminiumoxid beschichtetes Siliziumoxid und mit Zirkoniumoxid beschichtetes. Siliziumoxid ein.
Ob direkt vom kolloidalen Metalloxid oder von anderen Formen oder Quellen für kolloidales Metalloxid, die mittlere Metalloxidteilchengröße im kolloidalen Metalloxid beträgt vorzugsweise weniger als etwa 150 nm, stärker bevorzugt weniger als etwa 100 nm und am stärksten bevorzugt weniger als etwa 50 nm. In einigen Fällen können die Metalloxidteilchen von der Größenordnung von etwa 3-10 nm sein. In den meisten Fällen umfaßt das kolloidale Metalloxid eine Verteilung oder einen Bereich von Metalloxidteilchengrößen.
Die Verwendung eines Metalloxidmodifizierers kann typischerweise die Porosität der gesinterten Schleifkorn verringern und so die Dichte erhöhen. Bestimmte Metalloxide können mit dem Aluminiumoxid zu einem Reaktionsprodukt reagieren und/oder mit dem alpha- Aluminiumoxid kristalline Phasen bilden, was während der Verwendung der Schleifkorn in Schleifanwendungen nützlich sein kann. Zum Beispiel reagieren die Oxide von Kobalt, Nickel, Zink und Magnesium typischerweise mit dem Aluminiumoxid zu einem Spinell, wohingegen Zirkoniumoxid und Hafniumoxid nicht mit dem Aluminiumoxid reagieren. In einer anderen Ausführungsform sind die Reaktionsprodukte von Dysprosiumoxid und Gadoliniumoxid mit Aluminiumoxid im allgemeinen Granat. Die Reaktionsprodukte von Praseodymoxid, Ytterbiumoxid, Erbiumoxid und Samariumoxid mit Aluminiumoxid haben im allgemeinen eine Perovskit- und/oder Granatstruktur. Yttriumoxid kann auch mit dem Aluminiumoxid zu Y&sub3;Al&sub5;O&sub1;&sub2; mit einer Granatkristallstruktur reagieren. Bestimmte Oxide von Seltenen Erden und zweiwertige Metallkationen reagieren mit Aluminiumoxid zu einem Seltene Erden-Aluminat der Formel LnMAl&sub1;&sub1;O&sub1;&sub9;, wobei Ln ein dreiwertiges Metallion wie La³&spplus;, Nd³&spplus;, Ce³&spplus;, Pr³&spplus;, Sm³&spplus;, Gd³&spplus;, Er³&spplus; oder Eu³&spplus; ist, und M ein zweiwertiges Metallkation wie Mg²&spplus;, Mn²&spplus;, Ni²&spplus;, Zn²&spplus; oder Co²&spplus; ist. Solche Aluminate besitzen eine hexagonale Kristallstruktur. Weitere Einzelheiten bezüglich des Einschlusses von Metalloxid (und/oder Vorstufen davon) in eine Boehmitdispersion siehe zum Beispiel in den U.S.-Patenten Nr. 4,314,827 (Leitheiser et al.), 4,770,671 (Monroe et al), 4,881,951 (Wood et al.), 5,429,647 (Larmie) und 5,551,963 (Larmie).
Die Boehmitdispersion enthält gegebenenfalls Kern bildendes Material, wie alpha- Aluminiumoxid, alpha-Eisenoxid und/oder eine alpha-Eisenoxidvorstufe. Kern bildendes Material umfaßt, falls vorhanden, typischerweise auf einer theoretischen Metalloxidbasis (bezogen auf den gesamten Metalloxidgehalt des kalzinierten Vorstufenmaterials vor dem Sintern (oder der gesinterten Schleifkorn)) im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 5 Gewichts-%. Weitere Einzelheiten bezüglich Kern bildender Materialien sind zum Beispiel in den U.S.-Patenten Nr. 4,623,364 (Cottringer et al.), 4,744,802 (Schwabel), 4,964,883 (Morris et al.), 5,139,978 (Wood) und 5,219,806 (Wood) offenbart.
Quellen für Eisenoxid, das in einigen Fällen als Kern bildendes Mittel fungieren oder ein Material liefern kann, das als solches fungieren kann, schließen Hämatit (d. h. α-Fe&sub2;O&sub3;) sowie auch Vorstufen davon (d. h. Goethit (α-FeOOH), Lepidokrokit (γ-FeOOH), Magnetit (Fe&sub3;O&sub4;) und Maghämit (γ-Fe&sub2;O&sub3;)) ein. Geeignete Vorstufen von Eisenoxid schließen eisenhaltiges Material ein, das sich, wenn es erhitzt wird, in α-Fe&sub2;O&sub3; umwandelt.
Eisenoxidquellen können mit verschiedenen auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren hergestellt werden. Zum Beispiel kann eine Dispersion von Hämatit (α-Fe&sub2;O&sub3;) durch thermische Behandlung von Eisennitratlösungen, wie zum Beispiel von E. Matijevic et al., J. Colloidal Interface Science 63 (1978), 509-24 und B. Voight et al., Crystal Research Technology 21 (1986), 1177-83 beschrieben, hergestellt werden. Lepidokrokit (γ-FeOOH) kann zum Beispiel durch Oxidation von Fe(OH)&sub2; mit einer NaNO&sub2;-Lösung hergestellt werden. Maghämit (γ- Fe&sub2;O&sub3;) kann zum Beispiel durch Dehydratisieren von γ-FeOOH unter vermindertem Druck erhalten werden. γ-FeOOH kann auch in α-Fe&sub2;O&sub3; umgewandelt werden, zum Beispiel durch Erhitzen oder Mahlen von γ-FeOOH in Luft. Goethit (α-FeOOH) kann zum Beispiel durch Luftoxidation von Eisen(II)hydroxid oder durch Altern einer Dispersion von Eisen(III)hydroxid bei erhöhter Temperatur und hohem pH-Wert synthetisiert werden. Zusätzliche Informationen zur Herstellung von Eisenoxiden kann zum Beispiel in den Artikeln von R. N. Sylva, Rev. Pure Applied Chemistry 22 (1972), 15 und T. Misawa et al., Corrosion Science 14 (1974), 131 gefunden werden.
Weitere Einzelheiten bezüglich der Zugabe von Eisenquellen zu der Dispersion oder dem keramischen Vorstufenmaterial siehe zum Beispiel U.S.-Patente Nr. 5,611,829 (Monroe et al.) und 5,645,619 (Erickson et al.).
Eine Dispersion kann zum Beispiel durch schrittweises Zugeben einer flüssigen Komponente(n) zu einer Komponente(n), die in der/den flüssigen Komponente(n) nicht löslich ist, hergestellt werden, während letztere gemischt oder herumgeschleudert wird. Zum Beispiel kann eine Flüssigkeit, die Wasser, Salpetersäure und Metallsalz enthält, schrittweise zu Boehmit gegeben werden, während der letztere so gemischt wird, daß die Flüssigkeit leichter überall im Boehmit verteilt wird. Geeignete Mischer schließen Kübelmischer (zum Beispiel bei Sears Roebuck and Co. erhältlich), sigma-Schaufelmischer (zum Beispiel bei Paul O. Abbe Inc. in Litlle Falls, NJ erhältlich) und Hochschermischer (zum Beispiel bei Charles Ross & Son Co. in Hauppauge, NJ erhältlich) ein. Andere geeignete Mischer können bei Eirich Machines Inc. in Gurnee, IL; Hosokawa-Bepex Corp. in Minneapolis, MN (einen Mischer, der unter der Handelsbezeichnung "SCHUGI FLEX-O-MIX", Modell FX-160 erhältlich ist, einschließend); und Littleford-Day Inc. in Florence, KY erhältlich sein. Andere geeignete Herstellungsverfahren können für den Fachmann nach Durchsicht der hier gemachten Offenbarung offensichtlich sein.
Die Dispersion geliert typischerweise vor oder während des Flüssigkeitentfernungsschrittes. Die Zugabe der meisten Modifizierer kann dazu führen, daß die Dispersion schneller geliert. In einer anderen Ausführungsform können Ammoniumacetat oder andere ionische Spezies zugegeben werden, um das Gelieren der Dispersion einzuleiten. Der pH- Wert der Dispersion und die Konzentration von Ionen im Gel bestimmen im allgemeinen, wie schnell die Dispersion geliert. Der pH-Wert der Dispersion liegt typischerweise innerhalb eines Bereichs von etwa 1,5 bis etwa 4. Die Dispersion wird vorzugsweise vor dem Kompaktierungs- oder Form- (z. B. Extrusions-)schritt geliert.
Die Dispersion wird vorzugsweise zum Beispiel vor oder während der Extrusion (wobei der Extrusionsschritt inhärent die Kompaktierung der Dispersion beinhalten kann) kompaktiert. Unter Kompaktieren der Dispersion ist zu verstehen, daß die Dispersion einem Druck oder einer Kraft unterworfen wird, wie zum Beispiel in einem Pelletisierer oder einer Stempeipresse (mechanische, hydraulische und pneumatische oder Pressen einschließend) oder einem Extruder erfahren wird (d. h. die gesamte oder im wesentlichen die gesamte Dispersion erfährt den festgelegten Druck). Im allgemeinen verringert das Kompaktieren der Dispersion die Menge an Luft oder Gasen, die in der Dispersion eingeschlossen sind, was wiederum im allgemeinen eine weniger poröse Mikrostruktur erzeugt, die wünschenswerter ist.
Die Dispersion (in diesem Zusammenhang eine gelierte Dispersion, oder sogar eine teilweise von Flüssigkeit befreite Dispersion einschließend) kann zum Beispiel durch Extrusion in längliches Vorstufenmaterial (z. B. Stäbe (zylindrische Stäbe und elliptische Stäbe einschließend)) überführt werden. Beispiele für geeignete Extruder schließen Preßstempelextruder, Einzelschrauben-, Zwillingsschrauben-, Einzelzylinder-, Doppelzylinder- und segmentierte Schraubenextruder ein. Geeignete Extruder sind zum Beispiel bei Loomis Products in Levitown, PA, Bonnot Co. in Uniontown, OH und Hosokawa-Bepex in Minneapolis, MN, die zum Beispiel einen Extruder unter der Handelsbezeichnung "EXTRUD-O-MIX" (Modell EM-6) anbietet, erhältlich. Dispersionen mit Feststoffmengen von weniger als 70-75 Gewichts-% neigen dazu, zum Extrudieren geeigneter zu sein als Dispersionen mit Feststoffmengen von mehr als 70-75 Gewichts-%.
Wenn das längliche Vorstufenmaterial ein Stab ist, hat es vorzugsweise einen solchen Durchmesser, daß die gesinterten Schleifkorn einen Durchmesser von zum Beispiel etwa 150- 5000 um und vorzugsweise ein Seitenverhältnis (d. h. Längen- zu Breitenverhältnis) von mindestens 2,5 : 1, mindestens 4 : 1 oder sogar mindestens 5 : 1 besitzen.
Ein bevorzugter Apparat zum Kompaktieren der Dispersion (geliert oder nicht) ist in den Fig. 4-6 gezeigt. Der modifizierte segmentierte Schraubenextruder 40 hat den Zugabeeinlaß 41 und Schraubenbohrer 42 zentral innerhalb Zylinder 44 angeordnet. Fig. 5 ist eine Ansicht des Inneren des Extruders 40, wobei man durch den Zugabeeinlaß 41 schaut. Der Zylinder 44 hat Rillen (nicht gezeigt; im allgemeinen als "lands" bekannt), die parallel zu seiner Länge verlaufen. Die Stifte 48 erstrecken sich zentral in den Zylinder 44. Außerdem erstreckt sich die helikale Schraubenwindung 46 über die Länge des Schneckenbohrers 42. Schraubenwindung 46 ist über die Länge von Schneckenbohrer 42 nicht kontinuierlich, sondern segmentiert, so daß Schraubenwindung 46 auf Schneckenbohrer 42 nicht mit den Stiften 48 in Kontakt kommt.
Die Dispersion (in diesem Zusammenhang eine gelierte Dispersion einschließend) (nicht gezeigt) wird in Zugabeeinlaß 41 eingeführt. Die Packerschraube 43 drängt die Dispersion gegen den Schneckenbohrer 42, so daß die Dispersion von Schneckenbohrer 42 kompaktiert wird und durch Gußform 50 extrudiert wird. Gußform 50 kann verschiedene Öffnungen oder Löcher darin besitzen (ein einzelnes Loch oder mehrere Löcher einschließend). Die Gußformöffnungen können einen beliebigen von verschiedenen Querschnittsformen haben, eine Kreis- oder Vieleckformen (z. B. ein Quadrat, einen Stern, eine Raute, ein Trapezoid oder ein Dreieck) einschließend. Die Gußformöffnungen können eine beliebige von verschiedenen Größen haben, liegen aber typischerweise im Bereich von etwa 0,5 mm (0,02 Inch) bis 1,27 cm (0,5 Inch) und noch typischer von etwa 0,1 cm (0,04 Inch) bis etwa 0,8 cm (0,3 Inch).
Die extrudierte Dispersion kann zum Beispiel abgeschnitten oder in Scheiben geschnitten werden, um einzelne Teilchen zu liefern und/oder Teilchen mit einheitlicherer Länge zu liefern. Beispiele für Verfahren zum Abschneiden (oder in Scheiben schneiden) der Dispersion schließen Klingenschneider und Drahtschneider ein. Die kompaktierte Dispersion kann auch zerkleinert und gerieben werden.
Im allgemeinen sind Verfahren zum Entfernen von Flüssigkeit (Trocknen einschließend) aus der Dispersion auf dem Fachgebiet bekannt, Erhitzen, um die Verdampfung des flüssigen Mediums zu beschleunigen, oder einfach an der Luft Trocknen einschließend. Der Schritt der Entfernung von Flüssigkeit entfernt im allgemeinen einen wesentlichen Teil des flüssigen Mediums aus der Dispersion; allerdings kann noch ein kleinerer Teil (z. B. etwa 10 Gewichts-% oder weniger) des flüssigen Mediums in der getrockneten Dispersion vorhanden sein.
Ein Fachmann sollte nach Durchsicht dieser Offenbarung andere Verfahren zum Entfernen von Flüssigkeit aus der Dispersion wählen und auch geeignete Bedingungen, wie Trockentemperatur(en), Trockenzeit(en), Trocknungsgeschwindigkeit(en) (die Aufheiz- und/oder Abkühlgeschwindigkeit(en) einschließend), Umgebung(en) (relative Feuchtigkeit, Druck (d. h. Atmosphärendruck oder ein Druck über oder unter dem Atmosphärendruck) und/oder die Komponente(n), die die Flüssigkeit entfernende oder trocknende Atmosphäre ausmachen, einschließend) wählen können, die anders sind als die, die hier speziell geliefert werden. Die geeigneteren Flüssigkeit entfernenden oder Trocknungsbedingungen können zum Beispiel von einem oder mehreren der nachstehenden abhängen: der speziellen Dispersion (z. B. dem Prozentanteil an Feststoffen der Dispersion, den Komponenten der Dispersion, den Mengen oder relativen Mengen der Komponenten der Dispersion, den Teilchengrößen der Komponenten der Dispersion und/oder der Teilchengrößenverteilung der Komponenten der Dispersion), dem/den Flüssigkeit entfernenden Verfahren, der/den Trockentemperatur(en), der/den Trockenzeit(en), der/den Trocknungsgeschwindigkeit(en) und der/den Komponente(n), die die Flüssigkeit entfernende oder trocknende Atmosphäre ausmachen).
Obwohl die von Flüssigkeit befreite Dispersion oder das keramische Vorstufenmaterial zum Beispiel durch Zerkleinern vor dem Kalzinieren in der Größe verringert sein kann, glaubt man, obwohl man nicht auf die Theorie festgelegt sein will, daß es typischerweise bevorzugt ist, das Vorstufenmaterial (vor dem Imprägnieren) nicht zu zerkleinern oder in anderer Weise zu belasten, so daß Sprünge darin vorhanden sind, da man denkt, daß das Vorhandensein solcher Sprünge das muschelartige Brechen, das während des Imprägnierungsschrittes auftritt, verringern kann.
Im allgemeinen sind Verfahren zum Kalzinieren der von Flüssigkeit befreiten Dispersion oder des keramischen Vorstufenmaterials, wobei im wesentlichen alle flüchtigen Stoffe entfernt werden, und die verschiedenen Komponenten, die in der Dispersion vorhanden waren, in Oxide überführt werden, auf dem Fachgebiet bekannt. Solche Verfahren schließen die Verwendung eines rotierenden oder statischen Ofens ein, um die von Flüssigkeit befreite Dispersion auf Temperaturen im Bereich von etwa 400-1000ºC (typischerweise von etwa 450- 800ºC) zu erhitzen, bis das freie Wasser und typischerweise bis mindestens etwa 90 Gewichts-% aller gebundenen flüchtigen Stoffe entfernt sind. In einigen Fällen kann es bevorzugt sein, die von Flüssigkeit befreite Dispersion langsam auf die Kalzinierungstemperatur zu erhitzen (z. B. die von Flüssigkeit befreite Dispersion über einen Zeitraum von 6 h auf 750ºC zu erhitzen).
Ein Fachmann kann nach Durchsicht dieser Offenbarung andere Verfahren zur Kalzinierung der von Flüssigkeit befreiten Dispersion auswählen sowie auch geeignete Bedingungen, wie Kalzinierungstemperatur(en), Kalzinierungszeit(en), Kalzinierungsgeschwindigkeit(en) (die Aufheiz- und/oder Abkühlgeschwindigkeit(en) einschließend), Umgebung(en) (relative Feuchtigkeit, Druck (d. h. Atmosphärendruck oder einen Druck über oder unter dem Atmosphärendruck) und/oder die Komponente(n), die die Kalzinierungsatmosphäre ausmachen, einschließend) auswählen, die anders sind als die, die hier speziell geliefert werden. Die geeigneteren Kalzinierungsbedingungen können zum Beispiel von einem oder mehreren der nachstehenden abhängen: der speziellen Dispersion (z. B. dem Prozentanteil an Feststoffen der Dispersion, den Komponenten der Dispersion, den Mengen oder relativen Mengen der Komponenten der Dispersion, den Teilchengrößen der Komponenten der Dispersion und/oder der Teilchengrößenverteilung der Komponenten der Dispersion), der/den Kalzinierungstemperatur(en), der/den Kalzinierungszeit(en), der/den Kalzinierungsgeschwindigkeit(en) und der/den Komponente(n), die die Kalzinierungsatmosphäre ausmachen).
Bevorzugte Kalzinierungstemperaturen sind typischerweise nicht höher als 900ºC (noch typischer im Bereich von etwa 450ºC bis etwa 800ºC (stärker bevorzugt etwa 600ºC bis etwa 700ºC). Es kann allerdings wünschenswert sein, mehrere unterschiedliche Kalzinierungsbedingungen (unterschiedliche Temperaturen einschließend) zu verwenden, wobei die von Flüssigkeit befreite Dispersion zum Beispiel für eine Zeit bei einer Temperatur(en) unterhalb von etwa 500ºC teilweise kalziniert wird, und dann bei einer Temperatur(en) oberhalb von etwa 600ºC weiter kalziniert wird. Das Erhitzen für den Kalzinierungsschritt, das zum Beispiel unter Verwendung von elektrischem Widerstand oder Gas durchgeführt werden kann, kann auf Chargenbasis oder auf einer kontinuierlichen Basis sein.
Verfahren zum Imprägnieren von aus Sol-Gel abgeleiteten Teilchen sind allgemein zum Beispiel im U.S.-Patent Nr. 5,164,348 (Wood) (siehe auch z. B. die Patentanmeldung mit der Internationalen Patentschrift-Nr. WO 98/F2151) beschrieben. Im allgemeinen ist keramisches Vorstufenmaterial (d. h. von Flüssigkeit befreite oder getrocknete Dispersion auf Aluminiumoxidbasis (oder von Flüssigkeit befreites oder getrocknetes keramisches Vorstufenmaterial) oder kalzinierte Dispersion auf Aluminiumoxidbasis (oder kalziniertes keramisches Vorstufenmaterial)) porös. Ein kalziniertes keramisches Vorstufenmaterial hat zum Beispiel typischerweise Poren von etwa 5-10 nm Durchmesser, die sich von einer äußeren Oberfläche hinein erstrecken. Das Vorhandensein solcher Poren ermöglicht einer Imprägnierungszusammensetzung, die ein Gemisch umfaßt, das ein flüssiges Medium und gegebenenfalls geeignetes Metalloxid und/oder Vorstufe (vorzugsweise Metallsalze, wie Metallnitrat- -acetat-, - citrat- und -formiatsalze, die vorstehend in Bezug auf die Herstellung einer Dispersion beschrieben worden sind) umfaßt, in die, oder im Fall von Material aus Teilchen, auf die Oberfläche von keramischem Vorstufenmaterial einzudringen. Es ist ebenfalls innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, mit einem Aluminiumsalz zu imprägnieren, obwohl das Imprägniermittel typischerweise ein anderes Salz als ein Aluminiumsalz ist. Das Metallsalzmaterial wird in einer Flüssigkeit gelöst, und die so erhaltene Lösung mit dem porösen keramischen Vorstufenteilchenmaterial gemischt. Man glaubt, daß der Imprägnierprozeß durch Kapillarwirkung eintritt.
Obwohl man nicht auf die Theorie festgelegt sein will, hat kalziniertes, von Sol-Gel abgeleitetes Aluminiumoxid aus Boehmit, der bei der Condea Chemie GmbH unter der Handelsbezeichnung "DISPERAL" erhältlich ist, typischerweise eine große Oberfläche (etwa 180 m²/g), ein großes Porenvolumen (etwa 55% offene Porosität) und einen Meinen Porendurchmesser (etwa 6 nm). Wenn ein Körper aus solchem Material in eine Flüssigkeit eingetaucht wird, die das Aluminiumoxid benetzt, glaubt man, daß die Flüssigkeit durch Kapillarkräfte in das Zentrum des Körpers gesogen wird. Wenn die Flüssigkeit hineingesogen wird, wird Luft im Körper eingeschlossen. Obwohl etwas Luft entweicht, wie durch einen Strom (manchmal mehr als ein Strom) von Blasen, die aus dem Teilchen aufsteigen, angezeigt wird, wird ein Teil der Luft zusammengedrückt und durch die Imprägnierflüssigkeit in das Zentrum des Körpers gedrängt. Die Flüssigkeit fährt fort, den Körper zu füllen, bis der Druck der eingeschlossenen Luft den Kapillarkräften entspricht, zu diesem Zeitpunkt stoppt die Bewegung der Flüssigkeit in den Körper. Allerdings glaubt man, daß im Verfahren nach der vorliegenden Erfindung der Druck der eingeschlossenen Luft die Zugfestigkeit des kalzinierten Aluminiumoxidteilchens übersteigt, was zum muschelartigen Bruch des länglichen Teilchens im allgemeinen, in Richtung seiner Längsachse führt. Außerdem glaubt man, daß, wenn vor dem Imprägnieren ausreichende Sprünge im Teilchen vorhanden sind, die Brüche, die vom Imprägnieren herrühren, vermindert werden (oder nicht auftreten), weil man denkt, daß durch solche vorher existierenden Sprünge genügend Luft aus dem Teilchen entweichen kann statt eingefangen zu werden, was das muschelartige Brechen vermindert oder verhindert.
Die Flüssigkeit, die für die Imprägnierzusammensetzung verwendet wird, ist vorzugsweise Wasser (entionisiertes Wasser einschließend), ein organisches Lösungsmittel (vorzugsweise ein nicht polares Lösungsmittel) und Gemische davon.
Wenn die Imprägnierung mit einem Metallsalz gewünscht wird, liegt die Konzentration des Metallsalzes im flüssigen Medium typischerweise im Bereich von etwa 5% bis etwa 40% gelöste Feststoffe auf einer theoretischen Metalloxidbasis. Es wird vorzugsweise mindestens 50 ml Lösung, stärker bevorzugt mindestens 60 ml Lösung zu 100 g Vorstufenteilchenmaterial zugegeben, um die Imprägnierung von 100 g porösem Vorstufenteilchenmaterial zu erreichen.
In einigen Fällen kann mehr als ein Imprägnierungsschritt verwendet werden. Die gleiche Imprägnierzusammensetzung kann in wiederholten Behandlungen angewendet werden, oder aufeinanderfolgende Imprägnierzusammensetzungen können unterschiedliche Konzentrationen derselben Salze, verschiedene Salze oder verschiedene Kombinationen von Salzen enthalten. Außerdem ist es innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, zum Beispiel zuerst das kalzinierte Vorstufenmaterial mit einer Imprägnierzusammensetzung zu imprägnieren, die ein Gemisch umfaßt, das Flüssigkeit (z. B. Wasser) und ein saures Metallsalz umfaßt, und dann mit einer zweiten Imprägnierzusammensetzung weiterzuimprägnieren, die ein Gemisch umfaßt, das Flüssigkeit (z. B. Wasser) und eine Base oder ein basisches Salz (z. B. NH&sub4;OH) umfaßt. Obwohl man nicht auf die Theorie festgelegt sein will, glaubt man, daß die zweite Imprägnierung mit der Base oder dem basischen Salz, den/die imprägnierte(n) saure(n) Metalloxidvorstufe(n) dazu veranlaßt, auszufallen, wodurch die Migration der Metalloxidvorstufen verringert wird. Für weitere Einzelheiten bezüglich solcher Mehrfachimprägnierungen, die saure und basische Materialien beinhalten, siehe zum Beispiel U.S.-Patente Nr. 5,164,348 (Wood) und S. 527,369 (Garg).
In einer anderen Ausführungsform kann die Imprägnierzusammensetzung aus einem Gemisch zusammengesetzt sein, das Flüssigkeit, ein saures Metallsalz und eine Basenvorstufe (z. B. Harnstoff oder Formamid, Acetamid, Hydroxylamin und Methylamin) umfaßt, wobei letzteres sich beim Erhitzen zu einer Base zersetzt. Es wird wiederum geglaubt, obwohl man nicht auf die Theorie festgelegt sein will, daß die Base das imprägnierte saure Metallsalz dazu veranlaßt, auszufallen, wodurch die Migration der Metalloxidvorstufen Verringert wird.
Verfahren zum Anwenden von äußerem Druck auf das/die poröse(n), kalzinierte(n), längliche(n) Teilchen und anschließendes Einführen der Imprägnierzusammensetzung schließen das Plazieren der/des porösen, kalzinierten, länglichen Teilchen(s) in einem Druckbehälter (z. B. einem 18,5 l (5-Gallonen) Spritzlackierungsdruckbehälter, erhältlich bei Graco in Minneapolis, MN; Modell # 236149, Serie H96A), unter Druck Setzen seines Inhalts und anschließendes Einführen (während immer noch unter Druck) der Imprägnierzusammensetzung ein. In einer anderen Ausführungsform könnte(n) das/die poröse(n), kalzinierte(n), längliche(n) Teilchen in eine Kammer, die mit einem Kolben ausgestattet ist, gelegt werden, wobei der Kolben dazu dienen soll, das Volumen der Kammer zu verringern, wodurch der Druck in der Kammer erhöht wird, und anschließend (während immer noch unter Druck) die Imprägnierzusammensetzung eingeführt werden. Andere Wege zum Anlegen des äußeren Drucks vor und/oder während des Imprägnierens können für den Fachmann nach Durchsicht dieser Offenbarung offensichtlich sein.
Die Menge an Teilchenbruch kann zum Beispiel durch Verwendung von thermischem Schock erhöht werden. Zum Beispiel könnte das kalzinierte Material zur Imprägnierzusammensetzung gegeben werden, während ersteres noch heiß ist.
Während der Hitzebehandlung der imprägnierten Teilchen, um die gesinterten, keramischen Teilchen auf alpha-Aluminiumoxidbasis zu erzeugen, kann ein Metalloxid und/oder eine Vorstufe davon in solchen Teilchen mit Aluminiumoxid zu einem Reaktionsprodukt reagieren. Zum Beispiel reagieren die Oxide von Kobalt, Nickel, Zink und Magnesium typischerweise mit Aluminiumoxid zu einer Spinellstruktur. Yttriumoxid reagiert typischerweise mit Aluminiumoxid zu 3Y&sub2;O&sub3;·5Al&sub2;O&sub3;, das die Granatkristallstruktur besitzt. Praseodym, Samarium, Ytterbium, Neodym, Lanthan, Gadolinium, Cer, Dysprosium, Erbium und Gemische von zwei oder mehr dieser Seltene Erden-Metalle reagieren typischerweise mit Aluminiumoxid zu Granat, beta-Aluminiumoxid oder Phasen, die eine Perovskitstruktur besitzen. Bestimmte Seltene Erden-Oxide und zweiwertige Metalloxide reagieren mit Aluminiumoxid zu einem Seltene Erden-Aluminat der Formel LnMA&sub1;&sub1;O&sub1;&sub9;, wobei Ln ein dreiwertiges Metallion wie La, Nd, Ce, Pr, Sm, Gd oder Eu ist, und M ein zweiwertiges Metallkation wie Mg, Mn, Ni, Zn, Fe oder Co ist. Solche Seltene Erden-Aluminate besitzen typischerweise eine hexagonale Kristallstruktur, die manchmal als eine Magnetoplumbit-Kristallstruktur bezeichnet wird. Hexagonale Seltene Erden-Aluminate haben im allgemeinen in einem Schleifteilchen außergewöhnliche Eigenschaften und liegen, wenn vorhanden, typischerweise innerhalb des Schleifteilchens als Whisker oder Plättchen vor. Solche. Whisker oder Plättchen haben typischerweise eine Länge von etwa 0,5 um bis etwa 1 um und eine Dicke von etwa 0,1 um oder weniger. Diese Whisker oder Plättchen treten in Abwesenheit eines Kern bildenden Mittels wahrscheinlicher auf.
Es ist ebenfalls innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, das Schleifkorn mit einer Oberflächenbeschichtung, wie in den U.S.-Patenten Nr. 1,920,440 (Nicholson), 3,041,156 (Rowse), 5,009,675 (Kunz et al.), 4,997,461 (Markkoff-Matheny et al.) und 5,042,991 (Kunz et al.), 5,011,508 (Wald et al.) und 5,213,591 (Celikkaya et al.) beschrieben, zu beschichten.
Im allgemeinen sind Verfahren zum Sintern des kalzinierten Materials, die Erhitzen auf eine Temperatur, die bewirkt, Übergangs-Aluminiumoxid(e) in alpha-Aluminiumoxid umzuwandeln, um alle Metalloxidvorstufen dazu zu bringen, entweder mit dem Aluminiumoxid zu reagieren oder Metalloxid zu erzeugen, und Erhöhen der Dichte des keramischen Materials einschließen, auf dem Fachgebiet bekannt. Wie hier verwendet, ist Übergangs- Aluminiumoxid jede kristallographische Form von Aluminiumoxid, die nach dem Erhitzen von hydratisiertem Aluminiumoxid, um das Hydratisierungswasser vor der Umwandlung zu alpha-Aluminiumoxid zu entfernen, existiert (z. B. eta-, theta-, delta-, chi-, iota-, kappa- und gamma-Formen von Aluminiumoxid und Zwischenkombinationen solcher Formen). Das kalzinierte Material kann zum Beispiel durch Erhitzen (z. B. unter Verwendung von elektrischem Widerstand, Mikrowellen, Plasma, Laser oder Gasverbrennung chargenweise (z. B. unter Verwendung eines statischen Ofens) oder kontinuierlich (z. B. unter Verwendung eines Drehrohrofens)) bei Temperaturen im Bereich von etwa 1200ºC bis etwa 1650ºC (typischerweise von etwa 1200ºC bis etwa 1550ºC, noch typischer von etwa 1300ºC bis etwa 1450ºC oder sogar von etwa 1350ºC bis etwa 1450ºC) gesintert werden. Der Zeitraum, während dessen das kalzinierte Material der Sintertemperatur ausgesetzt ist, hängt zum Beispiel von der Teilchengröße, Zusammensetzung der Teilchen und Sintertemperatur ab. Die Sinterzeiten reichen typischerweise von ein paar Sekunden bis etwa 60 min (vorzugsweise innerhalb von etwa 3- 30 mm). Das Sintern wird typischerweise in einer oxidierenden Atmosphäre durchgeführt, obwohl neutrale (z. B. Argon oder Stickstoff) oder reduzierende Atmosphären (z. B. Wasserstoff oder Reformiergas) ebenfalls verwendbar sein können.
Ein Fachmann kann nach Durchsicht dieser Offenbarung andere Verfahren zum Sintern des kalzinierten Materials auswählen sowie auch geeignete Bedingungen, wie Sintertemperatur(en), Sinterzeit(en), Sintergeschwindigkeit(en) (die Aufheiz- und/oder Abkühlgeschwindigkeit(en) einschließend), Umgebung(en) (relative Feuchtigkeit, Druck (d. h. Atmosphärendruck oder einen Druck über oder unter dem Atmosphärendruck) und/oder die Komponente(n), die die Sinteratmosphäre ausmachen, einschließend) auswählen, die anders sind, als die, die speziell hier geliefert wurden. Die geeigneteren Sinterbedingungen können zum Beispiel von einem oder mehreren der nachstehenden abhängen: der speziellen Dispersion (z. B. dem Prozentanteil an Feststoffen der Dispersion, den Komponenten der Dispersion, den Mengen oder relativen Mengen der Komponenten der Dispersion, den Teilchengrößen der Komponenten der Dispersion und/oder der Teilchengrößenverteilung der Komponenten der Dispersion), der/den Sintertemperatur(en), der/den Sinterzeit(en), der/den Sintergeschwindindigkeit(en) und der/den Komponente(n), die die Sinteratmosphäre ausmachen).
Es kann allerdings wünschenswert sein, mehrere verschiedene Sinterbedingungen (unterschiedliche Temperaturen einschließend) zu verwenden, wobei zum Beispiel das kalzinierte oder keramische Vorstufenmaterial für eine Zeit bei einer Temperatur(en) unterhalb von 1200ºC teilweise gesintert wird, und dann bei einer Temperatur(en) oberhalb von 1350ºC weiter gesintert wird.
Weitere Einzelheiten bezüglich des Sinterns können zum Beispiel in den U.S.- Patenten Nr. 4,314,827 (Leitheiser et al.), 5,489,204 (Conwell et al.), 5,653,775 (Plovnick et al.) gefunden werden.
Gesintertes Schleifkorn auf alpha-Aluminiumoxidbasis nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt typischerweise auf einer theoretischen Metalloxidbasis mindestens 70 Gewichts-% (vorzugsweise mindestens 85 Gewichts-%, stärker bevorzugt mindestens 90 Gewichts-%, 95, 98 oder sogar 99 Gewichts-%) Al&sub2;O&sub3;, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schleifkorns und besitzt eine Vickers-Härte von mindestens etwa 16 GPa (vorzugsweise mindestens etwa 18 GPa; stärker bevorzugt mindestens etwa 19 GPa; und am stärksten bevorzugt mindestens etwa 20 GPa).
Die längste Abmessung des Schleifkorns auf alpha-Aluminiumoxidbasis beträgt typischerweise mindestens etwa 10 um. Das hier beschriebene Schleifkorn kann leicht mit einer Länge von mehr als etwa 100 um hergestellt werden, und größeres Schleifkorn (z. B. größer als etwa 1000 um oder sogar größer als etwa 5000, 10 000 oder sogar 25 000 um) kann ebenfalls leicht hergestellt werden. Im allgemeinen hat das bevorzugte Schleifkorn eine Länge im Bereich von etwa 100 bis etwa 5000 um (typischerweise im Bereich von etwa 100 bis etwa 3000 um), obwohl andere Größen ebenfalls verwendbar sind und bei bestimmten Anwendungen sogar bevorzugt sein können. In einer anderen Ausführungsform hat Schleifkorn, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, typischerweise ein Seitenverhältnis von mindestens 1,5 : 1, vorzugsweise mindestens 2 : 1 und stärker bevorzugt mindestens 2,5 : 1.
Die getrockneten, kalzinierten und/oder gesinterten Materialien, die während des oder durch das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden, werden typischerweise unter Verwendung von auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren gesiebt und klassifiziert. Zum Beispiel werden die getrockneten Teilchen typischerweise vor dem Kalzinieren auf eine gewünschte Größe gesiebt. Das gesinterte Schleifkorn wird typischerweise vor der Verwendung in einer Schleifanwendung oder Einlagerung in ein Schleifmittel gesiebt und klassifiziert.
Es ist ebenfalls innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, nicht verwendetes, von Flüssigkeit befreites Dispersionsmaterial (typischerweise Teilchen, die zu klein sind, um die gewünschte Größe von gesinterten Schleifkornn zu liefern) in den Kreislauf zurückzuführen, wie allgemein zum Beispiel im U.S.-Patent Nr. 4,313,827 (Leitheiser et al.) beschrieben. Zum Beispiel kann eine erste Dispersion wie vorstehend beschrieben hergestellt, getrocknet, zerkleinert und gesiebt werden, und dann kann eine zweite Dispersion durch Kombinieren von zum Beispiel flüssigem Medium (vorzugsweise wäßrig), Boehmit und von Flüssigkeit befreitem Material aus der ersten Dispersion und gegebenenfalls Metalloxid und/oder Metalloxidvorstufe hergestellt werden. Die erste Dispersion schließt gegebenenfalls Kern bildendes Material ein. Das in den Kreislauf zurückgeführte Material kann auf einer theoretischen Metalloxidbasis zum Beispiel mindestens 10%, mindestens 30%, mindestens 50% oder sogar bis zu (und einschließend) 100% des theoretischen Al&sub2;O&sub3;-Gehalts der Dispersion, die von Flüssigkeit befreit und zu gesintertem Schleifkorn umgewandelt (Kalzinieren und Sintern einschließend) wird, liefern.
Sieben und Klassifizieren von Schleifkorn, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, kann zum Beispiel unter Verwendung der bekannten Verfahren und Standards für nach ANSI (American National Standard Institute), FEPA (Federation Europeenne des Fabricants de Products Abrasifs) oder JIS (Japanese Industrial Standard) klassifiziertes Schleifkorn durchgeführt werden.
Schleifkorn, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, kann in herkömmlichen Schleifprodukten, wie beschichteten Schleifproduktenn, gebundenen Schleifprodukten (Schleifscheiben, Trennscheiben und Schleifsteine einschließend), vliesartigen Schleifprodukten und Schleifbürsten verwendet werden. Schleifprodukte. (d. h. Schleifgegenstände) schließen typischerweise Bindemittel und Schleifkorn ein, von dem mindestens ein Teil Schleifkorn ist, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, festgehalten innerhalb des Schleifmittels durch das Bindemittel. Verfahren zur Herstellung solcher Schleifprodukte sind dem Fachmann bekannt. Außerdem kann Schleifkorn, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, in Schleifanwendungen verwendet werden, die Aufschlämmungen schleifender Verbindungen (z. B. Poliermittel) verwenden.
Beschichtete Schleifprodukte schließen im allgemeinen einen Träger, Schleifkorn und mindestens ein Bindemittel, um das Schleifkorn auf dem Rücken zu halten, ein. Der Träger kann ein beliebiges geeignetes Material, Stoff, polymeren Film, Faser, Vliese, Papier, Kombinationen davon und behandelte Versionen davon einschließend, sein. Das Bindemittel kann ein beliebiges geeignetes Bindemittel, ein anorganisches oder organisches Bindemittel einschließend, sein. Das Schleifkorn kann in einer Schicht oder in zwei Schichten des beschichteten Schleifprodukts vorliegen. Bevorzugte Verfahren zur Herstellung von beschichteten Schleifprodukten sind zum Beispiel in den U.S.-Patenten Nr. 4,734,104 (Broberg), 4,737,163 (Larkey), 5,203,884 (Buchanan et al.), 5,378,251 (Culler et al.), 5,417,726 (Stout et al.), 5,436,063 (Follett et al.), 5,496,386 (Broberg et al.) und 5,520,711 (Helmin) beschrieben.
Das beschichtete Schleifprodukt kann eine Befestigungsvorrichtung auf seiner Rückseitenoberfläche haben, um das beschichtete Schleifprodukt auf einer Trägerschicht oder Sicherungsschicht zu befestigen. Solche Befestigungsvorrichtungen können zum Beispiel ein Haftkleber oder eine Seite einer Haken-und-Ösenbefestigung sein. Die Rückseite des beschichteten Schleifproduktes kann auch eine rutschfeste oder Reibungsbeschichtung enthalten. Beispiele für solche Beschichtungen schließen ein anorganisches, in einem Klebstoff dispergiertes Teilchenmaterial (z. B. Calciumcarbonat oder Quarz) ein.
Ein Beispiel für ein beschichtetes Schleifprodukt ist in Fig. 1 dargestellt. Mit Bezug auf diese Figur hat das beschichtete Schleifprodukt 1 einen Träger (Substrat) 2 und eine Schleifschicht 3. Schleifschicht 3 schließt Schleifkorn 4 ein, das auf eine Hauptoberfläche des Trägers 2 durch die Grundierungsbeschichtung 5 und Appreturbeschichtung 6 befestigt ist. In einigen Fällen wird eine Superappreturbeschichtung (nicht gezeigt) verwendet.
Gebundene Schleifprodukte schließen typischerweise eine geformte Masse von Schleifkorn ein, die durch ein organisches, metallisches oder verglastes Bindemittel zusammengehalten wird. Eine solche geformte Masse kann zum Beispiel in Form einer Scheibe, wie einer Schleifscheibe oder Trennscheibe, vorliegen. Sie kann zum Beispiel auch in Form eines Schleifsteins oder einer anderen üblichen gebundenen Schleifform vorliegen. Sie liegt vorzugsweise in Form einer Schleifscheibe vor. Bezogen auf Fig. 2 ist Schleifscheibe 10 abgebildet, die Schleifkorn 11 einschließt, von dem mindestens ein Teil Schleifkorn ist, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, die in eine Scheibe geformt und auf Nabe 12 montiert wurden. Für weitere Einzelheiten bezüglich gebundener Schleifprodukte siehe zum Beispiel U.S.-Patent Nr. 4,997,461 (Markhoff-Matheny et al.). Bevorzugte Bindemittel, die verwendet werden können, sind bei Temperaturen und unter Bedingungen härtbar, die das Schleifkorn nicht negativ beeinflussen.
Vliesartige Schleifprodukte schließen typischerweise eine offenporige, hochragende Polymerfaserstruktur mit Schleifkorn ein, das über die Struktur verteilt und darin mit einem organischen Bindemittel haftend gebunden ist. Beispiele für Fasern schließen Polyesterfasern, Polyamidfasern und Polyaramidfasern ein. In Fig. 3 wird eine schematische, etwa 100fach vergrößerte Darstellung eines typischen vliesartigen Schleifprodukts bereitgestellt. Solch ein vliesartiges Schleifprodukt umfaßt die faserige Matte 50 als ein Substrat, auf das Schleifkorn 52, von dem mindestens ein Teil Schleifkorn ist, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, durch Bindemittel 54 geklebt werden. Für weitere Einzelheiten bezüglich vliesartiger Schleifprodukte siehe zum Beispiel U.S.-Patent Nr. 2,958,593 (Hoover et al.).
Verwendbare Schleifbürsten, die Schleifkorn einschließen, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, schließen solche mit vielen Borsten in Einheit mit einem Träger ein (siehe z. B. U.S.-Patent Nr. 5,679,067 (Johnson et al.)). Solche Bürsten werden vorzugsweise durch Spritzguß eines Gemisches aus Polymer und Schleifkorn hergestellt.
Geeignete organische Bindemittel für Schleifprodukte schließen wärmeaushärtende organische Polymere ein. Beispiele für geeignete wärmeaushärtende organische Polymere schließen phenolische Harze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Melamin-Formaldehyd-Harze, Urethanharze, Acrylatharze, Polyesterharze, Aminoplastharze mit anhängenden α,β- ungesättigten Carbonylgruppen, Epoxyharze und Kombinationen davon ein. Das Bindemittel und/oder Schleifprodukt kann auch Additive, wie Fasern, Gleitmittel, Benetzungsmittel, thixotrope Materialien, oberflächenaktive Mittel, Pigmente, Farbstoffe, antistatische Mittel (z. B. Kohlenstoffschwarz, Vanadiumoxid, Graphit etc.), Kupplungsmittel (z. B. Silane, Titanate, Zirkoaluminate etc.), Weichmacher, suspendierende Mittel usw. einschließen. Die Mengen dieser wahlweisen Additive werden gewählt, um die gewünschten Eigenschaften zu liefern.
Die Kupplungsmittel können die Haftung an das Schleifkorn und/oder einen Füllstoff verbessern.
Das Bindemittel kann auch Füllmaterialien oder Schleifhilfen, typischerweise in Form eines Teilchenmaterials, enthalten. Die Teilchenmaterialien sind typischerweise anorganische Materialien. Beispiele für Teilchenmaterialien, die als Füllstoffe fungieren, schließen Metallcarbonate, Siliziumoxid, Silikate, Metallsulfate, Metalloxide usw. ein. Beispiele für Teilchenmaterialien, die als Schleifhilfen fungieren, schließen: Halogenidsalze, wie Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumkryolith und Kaliumtetrafluoroborat; Metalle, wie Zinn, Blei, Wismut, Kobalt, Antimon, Eisen und Titan; organische Halogenide, wie Polyvinylchlorid und Tetrachlornaphthalin; Schwefel uns Schwefelverbindungen; Graphit usw. ein. Eine Schleifhilfe ist ein Material, das einen deutlichen Effekt auf die chemischen und physikalischen Prozesse des Schleifens hat, was zu einer verbesserten Leistung führt. In einem beschichteten Schleifprodukt wird eine Schleifhilfe typischerweise in der Superappreturbeschichtung verwendet, die über die Oberfläche des Schleifkorns aufgebracht wird, obwohl sie auch zur Appreturbeschichtung zugegeben werden kann. Eine Schleifhilfe wird typischerweise, wenn gewünscht, in einer Menge von etwa 50-300 g/m² (vorzugsweise etwa 80-160 g/m²) des beschichteten Schleifproduktes verwendet.
Schleifkorn, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, kann eine Oberflächenbeschichtung einschließen. Oberflächenbeschichtungen verbessern bekanntermaßen die Haftung zwischen dem Schleifkorn und dem Bindemittel in Schleifprodukten, und in einigen Fällen verbessern sie die Schleifeigenschaften des Schleifkorns. Solche Oberflächenbeschichtungen sind zum Beispiel in den U.S.-Patenten Nr. 5,011,508 (Wald et al.), 5,009,675 (Kunz et al.), 4,997,46I (Markhoff-Matheny et al.), 5,213,591 (Celikkaya et al.), 5,085,671 (Martin et al.) und 5,042,991 (Kunz et al.) beschrieben.
Die Schleifprodukte können 100% Schleifkorn, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, enthalten, oder sie können eine Mischung aus Schleifkorn, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, mit herkömmlichem Schleifkorn und/oder verdünnenden Teilchen enthalten. Allerdings sollten mindestens etwa 5 Gewichts-% und vorzugsweise etwa 30-100 Gewichts-% des Schleifkorns in dem Schleifprodukt Schleifkorn sein, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. Beispiele für geeignetes herkömmliches Schleifkorn schließen geschmolzenes Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Diamant, kubisches Bornitrid, Granat, verschmolzenes Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid und andere Sol-Gel-Schleifkorn usw. ein. Beispiele für geeignete verdünnende Teilchen schließen Marmor, Gips, Flint, Siliziumoxid, Eisenoxid, Aluminiumsilikat, Glas und verdünnende Agglomerate ein. Schleifkorn, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, kann auch in oder mit Schleifagglomeraten kombiniert werden. Ein Beispiel für ein Schleifagglomerat ist in den U. S.-Patenten Nr. 4,311,489 (Kressner), 4,652,275 (Bloecher et al.)und 4,799,939 (Bloecher et al.) beschrieben.
Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden durch die nachstehenden Beispiele weiter erläutert, aber die speziellen Materialien und Mengen davon, die in diesen Beispielen aufgeführt sind, sowie auch andere Bedingungen und Einzelheiten sollten nicht dazu dienen, diese Erfindung unzulässigerweise einzuschränken. Alle Teile und Prozentangaben sind auf Gewicht bezogen, wenn nicht anders angezeigt.

Beispiele

Jede Bezugnahme auf die prozentualen Feststoffmengen des Dispersion, die in den nachstehenden Beispielen verwendet werden, sind die ungefähren Feststoffmengen, da sie weder die 2-6% Wasser, die normalerweise auf der Oberfläche von Boehmit gefunden werden, noch die Feststoffe, die durch Nicht-Boehmit-Additive geliefert werden, berücksichtigen.

Beispiele 1-2 und Vergleichsbeispiel A

Die Beispiele 1 und 2 erläutern, daß der Bruch von kalzinierten auf alpha- Aluminiumoxid basierenden Schleifkornvorstufen in zusätzliche Teile durch die Anwendung von äußerem Druck auf das Vorstufenmaterial (a) vor und (b) vor und während der Imprägnierung mit einer Flüssigkeit erhöht werden kann.
Durch Mischen von 1194 Teilen Boehmit (unter der Handelsbezeichnung "DISPE- RAL" bei der Condea Chemie GmbH in Hamburg, Deutschland erhältlich) mit 3000 Teilen angesäuertem Wasser (hergestellt durch Mischen von 3000 Teilen entionisiertem Wasser mit 71 Teilen konzentrierter Salpetersäure) wurde unter Verwendung eines kontinuierlichen Mischers ein Boehmitsol hergestellt. Das SoI wurde bei weniger als 160ºC für weniger als 48 h getrocknet. Das getrocknete Material wurde zerkleinert und dann gesiebt, um 150 Mesh- (U.S.-Standards Siebgröße) Teilchen herzustellen.
27,3 kg (60 Pfund) des getrockneten 150 Mesh-Materials wurden in einen Mischer (Modell FM-130D; bei Littleford-Day Ihc. in für Florence, KY erhältlich) gegeben, 13,6 kg (30 Pfund) Leitungswasser wurden in den Mischer gesprüht, während der letztere mischte. Spezieller wurde das Wasser unter Verwendung eines 18,9 l (5 Gallonen) Spritzlackierungsdruckbehälters (bei Graco in Minneapolis, MN erhältlich; Modell # 236149, Serie H96A) mit einer Geschwindigkeit von etwa 13,6 kg/min (30 Pfund/min) unter einem Druck von 2,8 kg/cm² (40 psi) gesprüht. Das so erhaltene Material wurde ungefähr 3 min gemischt. Das so erhaltene Gel wurde unter Verwendung eines Katalysatorextruders (bei Bonnot Co. in Uniontown, OH erhältlich) durch eine Gußform mit 150 Öffnungen mit 3,3 mm (0,125 Inch) Durchmesser extrudiert. Der Druck innerhalb des Extruders, direkt an der Gußform gemessen, betrug etwa 410 bis 477 kg/cm² (1200 bis 1400 psi). Das extrudierte Material wurde mit einem rotierenden Schneider, als es aus der Gußform heraustrat, in Stäbe von etwa 1 cm Länge geschnitten.
Das extrudierte Stabmaterial wurde über Nacht auf Aluminiumtabletts in einem Gebläseofen bei einer Temperatur von etwa 93ºC (212ºF) getrocknet. Das getrocknete Stabmaterial wurde durch Plazieren in einem Aluminiumoxid-Ofenschiffchen, Erhitzen des Schiffchens auf 750ºC für 6 h, Halten bei 750ºC für eine Stunde und anschließendes Abkühlen auf Raumtemperatur ( 25ºC) über Nacht kalziniert.
Eine seltene Erdenoxidlösung wurde durch Mischen einer Lanthan-, Neodym-, und Yttriumnitratlösung (mit, auf einer theoretischen Metalloxidbasis, 23% Seltene Erdenoxid (d. h. La&sub2;O&sub3;, Nd&sub2;O&sub3; und Y&sub2;O&sub3;); erhältlich bei Molycorp in Lourviers, CO) mit einer ausreichenden Menge Magnesiumnitratlösung (mit, auf einer theoretischen Metalloxidbasis, 11% MgO; erhältlich bei Mallinckrodt Chemical in Paris, KY) und Kobaltnitratlösung (mit, auf einer theoretischen Metalloxidbasis, 19% CoO; erhältlich bei Hall Chemical in Wickliffe, OH) hergestellt, und lieferte eine Lösung, die etwa 5,8% La(NO&sub3;)&sub3;·6H&sub2;O, 5,8% Nd(NO&sub3;)&sub3;· 6H&sub2;O, etwa 7,1% Y(NO&sub3;)&sub3;·6H&sub2;O, etwa 14,4% Mg(NO&sub3;)&sub2;·6H&sub2;O, etwa 0,4% Co(NO&sub3;)&sub2;· 6H&sub2;O und als Rest entionisiertes Wasser enthielt.
Für Vergleichsbeispiel A wurden 10 der kalzinierten Stäbe in ein 400 ml-Becherglas mit etwa 50 ml der Seltene Erdennitratlösung darin getaucht. Nach etwa 1 min wurde die Seltene Erdenoxidlösung abdekantiert. Am Boden des Behälters waren 25 Teile der Stäbe (d. h. die Stäbe spalteten in 25 Teile).
Für Beispiel 1 wurden 10 der kalzinierten Stäbe in ein 400 ml-Becherglas mit etwa 50 ml der Seltene Erdennitratlösung darin getaucht. Das 400 ml-Becherglas wurde dann sofort durch Stellen des Becherglases in den 18,9 l (5 Gallonen) Spritzlackierungsdruckbehälter (von Graco) mit etwa 5,4 bar (5,4 atm; 80 psi) unter Druck gesetzt. Nach etwa 1 min wurde der Druck abgebaut und die Seltene Erdennitratlösung abdekantiert. Am Boden des Behälters waren 27 Teile der Stäbe.
Für Beispiel 2 wurden 10 der kalzinierten Stäbe auf den Boden des 18,91 (5 Gallonen) Spritzlackierungsdruckbehälters (von Graco) gelegt. Ein 400 ml-Becherglas, das 50 ml Seltene Erdenoxidlösung enthielt, wurde ebenfalls in den Druckbehälter gegeben. Ein Druck von etwa 5,4 bar (5,4 atm; 80 psi) wurde auf den Behälter gegeben, und dann, nach etwa 1 min, wurde der Behälter gekippt, um die Seltene Erdenoxidlösung auf die Stäbe zu schütten. Nach einer weiteren Minute wurde der Druck abgebaut und die Flüssigkeit abdekantiert. Es wurden 71 Teile der Stäbe am Boden des Behälters beobachtet.

Beispiele 3-4 und Vergleichsbeispiel B

Es wurde ein Boehmitsol hergestellt, getrocknet, gesiebt, in ein Gel überführt, extrudiert, geschnitten und getrocknet, wie für Beispiele 1-2 beschrieben. Das so erhaltene Material wurde, wie für Beispiele 1-2 beschrieben, kalziniert, außer daß die Kalzinierungstemperatur 425ºC betrug.
Für Vergleichsbeispiel B wurden etwa 250 g der kalzinierten Stäbe auf den Boden eines 3,8 l (1 Gallone) Spritzlackierungsdruckbehälters (unter der Handelsbezeichnung "POWR-KRAFT PAINT TANK", Modell QBW-6223B bei Montgomery Ward erhalten) gelegt. Eine Hochdruckkolbenpumpe wurde verwendet, um mit einer Geschwindigkeit von 186 ml/min bei etwa 1 bar (1 atm) Druck Wasser in den Behälter zu pumpen. Die Pumpe wurde 5 min betrieben, so daß eine Gesamtmenge von 930 ml Wasser in den Behälter gepumpt wurde, um die Stäbe vollständig einzutauchen. Nachdem das Wasser hereingepumpt worden war, wurde es abdekantiert. Die Teilchen auf dem Boden wurden gesammelt und getrocknet, und dann wurde die Größenverteilung durch Sieben bestimmt (U.S.-Standards Siebgrößen). Die Verteilung der Teilchengrößen ist in Tabelle 1 (nachstehend) als Prozentsatz von Teilchen, die auf dem entsprechenden Sieb zurückgehalten wurden, aufgeführt. Ebenfalls in der Tabelle eingeschlossen ist die Größenverteilung für kalzinierte Stäbe, die keiner Imprägnierung mit Wasser unterzogen wurden (in Tabelle 1 als "Kontrolle" bezeichnet). Tabelle 1
Beispiel 3 wurde wie für Vergleichsbeispiel B beschrieben hergestellt, außer daß unter Verwendung des 3,8 l (1 Gallone) Spritzlackierungsdruckbehälters (von Montgomery Ward) ein äußerer Luftdruck von etwa 2,7 bar (2,7 atm; 40 psi) auf die kalzinierten Stäbe angewandt wurde. Die Ergebnisse sind in der vorstehenden Tabelle 1 gezeigt.
Beispiel 4 wurde wie für Vergleichsbeispiel C beschrieben hergestellt, außer daß unter Verwendung des 3,8 l (1 Gallone) Spritzlackierungsdruckbehälters (von Montgomery Ward) ein äußerer Luftdruck von etwa 5,4 bar (5,4 atm; 80 psi) auf die kalzinierten Stäbe angewandt wurde. Die Ergebnisse sind in der vorstehenden Tabelle 1 gezeigt.
Die Ergebnisse in Tabelle 1 zeigen mit der Anwendung des Drucks vor und während der Imprägnierung des kalzinierten Materials eine Verschiebung in der Verteilung von Teilchengrößen zu kleineren Größen.

Beispiele 5 und 6

Es wurde ein Boehmitsol hergestellt, getrocknet, gesiebt, in ein Gel überführt, extrudiert und geschnitten, wie für Beispiele 1-2 beschrieben, außer daß die extrudierten Stäbe auf 0,5 cm Länge (statt 1 cm Länge) geschnitten wurden. Die so erhaltenen Stäbe wurden langsam bei etwa 70ºC getrocknet. Das getrocknete Stabmaterial wurde kalziniert, indem es in ein Aluminiumoxid-Ofenschiffchen gelegt, das Schiffchen mit einer Geschwindigkeit von 130ºC/h über 5 Stunden auf 425ºC erhitzt und es dann eine Stunde bei 425ºC gehalten wurde. Zehn Stäbe wurden dann in ein 1000 ml-Becherglas, das etwa 200 ml Seltene Erdenoxidlösung enthielt, gegeben. Das Becherglas wurde dann in einen Druckbehälter gegeben und etwa 5,4 bar (5,4 atm; 80 psi) Druck angelegt und etwa 2 min gehalten. Die nassen Stäbe wurden aus dem Becherglas entfernt und in einen Büchner-Filter mit #54-Papier gegeben. Es wurde eine Wasserstrahlpumpe verwendet, um bei der Entfernung von überschüssiger Oberflächenflüssigkeit zu helfen. Nach der Imprägnierung wurden 30 Teilchen beobachtet.
Beispiel 6 wurde, wie für Beispiel 5 beschrieben, hergestellt, außer daß die Kalzinierungstemperatur 750ºC betrug. Nach dem Imprägnieren wurden 18 Teilchen gezählt.
Obwohl man nicht durch die Theorie festgelegt sein will, glaubt man, daß der Grund für den Unterschied zwischen der Zahl der gespaltenen Stäbe darin liegt, daß die Aluminiumoxidkristallite bei der höheren Kalzinierungstemperatur durch das Wachsen von Nackenregionen zwischen benachbarten Kristallen teilweise zusammengesintert sind.

Vergleichsbeispiel C

Gel (das wie für Beispiele 1-2 beschrieben hergestellt wurde) wurde unter Verwendung eines Katalysatorextruders (bei Bonnot Co. in Uniontown, OH erhältlich) durch eine Gußform mit 36 Öffnungen mit 0,25 cm (0,1 Inch) Durchmesser extrudiert, außer daß die Stäbe nicht geschnitten wurden, als sie aus der Gußform austraten. Der Druck innerhalb des Extruders, direkt an der Gußform gemessen, betrug etwa 410 bis 477 kg/cm² (1200 bis 1400 psi).
Das extrudierte Material wurde über Nacht auf Aluminiumtabletts in einem Gebläseofen bei einer Temperatur von etwa 93ºC (200ºF) getrocknet. Die getrockneten Stäbe wurden in einen 76 l (20 Gallonen) Metallkasten geschüttet, was dazu führte, daß die Stäbe in Abschnitte im Bereich von etwa 5 cm (2 Inch) bis etwa 0,63 cm (0,25 Inch) brachen. Ungefähr 1200 g der zerbrochenen Stäbe wurden in ein Aluminiumoxid-Ofenschiffchen gegeben und mit einer Geschwindigkeit von 130ºC/h über 5 h auf 650ºC erhitzt und dann eine Stunde bei 650ºC gehalten. Nach dem Abkühlen wurden die (kalzinierten) Stäbe unter Verwendung eines 8 Mesh-Siebes gesiebt, um die kleineren Stäbe zu entfernen.
Etwa 73 g der gesiebten +8 Mesh (kalzinierten) Stäbe wurden in einen Kolben gegeben. An die Öffnung des Kolbens wurde ein graduierter Tropftrichter mit 200 ml Seltene Erdennitratlösung darin angeschlossen. Es wurde eine Wasserstrahlpumpe verwendet, um sowohl die Stäbe als auch die Lösung unter verminderten Druck zu setzen. Nach etwa 30 s begann die. Lösung zu kochen, und ein Ventil am graduierten Tropftrichter wurde geöffnet, damit die Seltene Erdennitratlösung den Kolben, der die Stäbe enthielt, füllen konnte. Es wurden viele Blasen beobachtet, von denen man glaubte, daß sie durch den verminderten Druck verursacht wurden, der dazu führte, daß die in den Poren der Stäbe gefangene Luft ausgetrieben wurde. Nach etwa 3 min wurde der verminderte Druck aufgehoben und die Stäbe wurden aus dem Kolben entfernt. Die nassen Stäbe wurden in einen Büchner-Filter mit #54-Papier gegeben. Es wurde eine Wasserstrahlpumpe verwendet, um beim Entfernen von überschüssiger Oberflächenflüssigkeit zu helfen.
Die Stäbe wurden etwa 64 h (über das Wochenende) in einem Gebläseofen bei 80ºC getrocknet. Die getrockneten, imprägnierten Stäbe wurden wieder unter Verwendung des 8 Mesh-Siebes gesiebt. Nur etwa 6 Gewichts-% der Stäbe gingen nun durch das 8 Mesh-Sieb.
Obwohl man nicht auf die Theorie festgelegt sein will, glaubt man, daß die Zahl der Stäbe, die muschelartigen Bruch erfuhren, wegen des teilweisen Vakkuums, das gezogen und während des Imprägnierens gehalten wurde, deutlich vermindert wurde, und daß die Stäbe gebrochen wären, wenn das Imprägnieren bei Umgebungsdruck (d. h. etwa 1 bar (1 atm)) durchgeführt worden wäre.
Verschiedene Modifizierungen und Änderungen dieser Erfindung sind für den Fachmann offensichtlich. Es sollte selbstverständlich sein, daß diese Erfindung nicht unzulässigerweise auf die erläuternden Ausführungsformen, die hier dargelegt wurden, eingeschränkt werden darf.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von keramischem Schleifkorn auf alpha-Aluminiumoxidbasis, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

(a) Imprägnieren einer Imprägnierungszusammensetzung, die eine Flüssigkeit umfaßt, in eine Vielzahl von ursprünglich porösen, kalzinierten, länglichen Teilchen einer auf alpha-Aluminiumoxid basierenden Vorstufe, wobei jedes eine Längsachse und innere untereinander verbundene Poren besitzt, um muschelartigen Bruch von mindestens einem Teil der ursprünglich länglichen Teilchen in kleinere längliche Teilchen zu verursachen, wobei der Bruch im allgemeinen in Richtung der Längsachse erfolgt, wobei die ursprünglich länglichen Teilchen während mindestens eines Teils des Imprägnierens einem äußeren Druck von mindestens etwa 1,25 bar (1,25 atm) unterworfen werden so, daß die Zahl von kleineren Teilchen im Vergleich zu einer solchen Imprägnierung von solchen ursprünglich Teilchen bei etwa 1 bar (1 atm) erhöht wird; und

(b) Überführen der kleineren länglichen Teilchen in keramisches Schleifkorn auf alpha- Aluminiumoxidbasis.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der äußere Druck mindestens etwa 1,520 bar (1,5 atm), vorzugsweise mindestens etwa 2,533 bar (2,5 atm) beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der äußere Druck mindestens etwa 5,066 bar (5 atm) beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die länglichen Teilchen der auf alpha-Aluminiumoxid basierenden Vorstufe direkt vor dem Imprägnierungsschritt einem äußeren Druck von mindestens etwa 5,066 bar (5 atm) unterworfen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das weiterhin umfaßt:

Herstellen einer Dispersion durch Kombinieren von Komponenten, die Wasser, Säure und Boehmit umfassen; und

Überführen von mindestens einem Teil der Dispersion in die Vielzahl von ursprünglich porösen, kalzinierten, länglichen Teilchen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Dispersion weiterhin ein Kern bildendes Material umfaßt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Flüssigkeit Wasser ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Zusammensetzung ein Gemisch aus Wasser und mindestens einer Vorstufe eines Oxids, ausgewählt aus Magnesiumoxid, Kobaltoxid, Nickeloxid, Eisenoxid, Ceroxid, Zirkoniumoxid, Hafniumoxid, Lithiumoxid, Manganoxid, Chromoxid, Yttriumoxid, Praseodymoxid, Samariumoxid, Ytterbiumoxid, Neodymoxid, Lanthanoxid, Gadoliniumoxid, Dysprosiumoxid, Erbiumoxid, Europiumoxid, Titanoxid und Zinkoxid, umfaßt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Schleifkorn mindestens 0,5 Gewichts-% Oxid, ausgewählt aus MgO, CoO, NiO, Ce&sub2;O&sub3;, ZrO&sub2;, HfO&sub2;, Li&sub2;O, MnO, Cr&sub2;O&sub3;, Y&sub2;O&sub3;, Pr&sub2;O&sub3;, Sm&sub2;O&sub3;, Yb&sub2;O&sub3;, Nd&sub2;O&sub3;, La&sub2;O&sub3;, Gd&sub2;O&sub3;, Dy&sub2;O&sub3;, Er&sub2;O&sub3;, TiO&sub2;, Fe&sub2;O&sub3; und ZnO, bezogen auf den gesamten Metalloxidgehalt des Schleifkorns, umfaßt.

10. Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstandes, wobei das Verfahren das Kombinieren einer Vielzahl des keramischen Schleifkorns auf alpha-Aluminiumoxidbasis, das nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt wurde, mit einem Bindemittel zu einem Schleifgegenstand umfaßt.