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JPH0154300B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0154300B2
JPH0154300B2 JP55087704A JP8770480A JPH0154300B2 JP H0154300 B2 JPH0154300 B2 JP H0154300B2 JP 55087704 A JP55087704 A JP 55087704A JP 8770480 A JP8770480 A JP 8770480A JP H0154300 B2 JPH0154300 B2 JP H0154300B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
alumina
zirconia
mineral
abrasive
hafnia
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP55087704A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5632369A (en
Inventor
Ansoniireiseisaa Merubin
Jiin Soman Harorudo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3M Co
Original Assignee
Minnesota Mining and Manufacturing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Minnesota Mining and Manufacturing Co filed Critical Minnesota Mining and Manufacturing Co
Publication of JPS5632369A publication Critical patent/JPS5632369A/en
Publication of JPH0154300B2 publication Critical patent/JPH0154300B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明はα―アルミナである主成分の連続相お
よび第二相からなる不規則に配向された結晶子の
微結晶構造を有する合成非融酸化アルニウムに基
づく研摩材鉱物、化学的窯業技術を使用する研摩
材鉱物で製造した研摩製品に関する。 融解および焼結技術によつて商業的に製造され
るアルミナは公知の研摩材鉱物である。合成アル
ミナの研摩材性能を改良する試みは多様な程度で
成功していた。 小粒研摩材料において、アルミナとジルコニア
のような他の鉱物添加剤との組合せは事実上以前
に知られていた。その組合せは鉱物の小粒を単に
配合するか、鉱物の共融解または焼結配合物の小
粒を形成させることにより得られた。 融解および共融解技術 代表的にはアルミナおよび他の酸化物前駆体の
混合物が融解するまで1800℃以上に加熱して共融
解配合物を製造する。被覆加工研摩材料を製造す
る商業的に好ましい方法は、融解組成物を鋼製球
または固体鉱物、たとえば、アルミナ―ジルコニ
アの大きく砕いた破片の床、いわゆる「ブツクモ
ールド(book molds)」に注入するか、融解塩
または低温融解金属を含有する容器に注入し、最
終研摩製品に望ましい結晶の大きさの生長を助長
する制御した速度で冷却させる。 生成融解鉱物は特徴のある粒子境界または群体
を有する微結晶、指向的に固体化した複合材料で
ある。そのようなアルミナ:ジルコニア鉱物はマ
サチユセツツ州ワーセスター(Worcester)のノ
ートン社((Norton Company)により商名「ノ
ーゾンR(Norzon)」で売られている。この鉱物
は加熱流動の方向に配向され、不規則な配向が除
去され、そして冷却速度に依存する大きさである
ジルコニアの棒または小板の存在を特徴とする融
解構造を有していると記述されていた。融解アル
ミナ:ジルコニア中のジルコニアの量を共融解組
成物ZrO2:Al2O3=43:57(重量比)に増し、冷
却速度を著しく増すことにより複合物中の結晶の
大きさが小さくなり、かくして、生成鉱物の研摩
性能を改良する。 融解方法によつて製造されたアルミナ:ジルコ
ニア粒子の結晶の大きさは、冷却速度および融解
物中のアルミナとジルコニアの量の両者により制
御される。アルミナ−ジルコニア共融組成物は、
たとえば非常に微細細な結晶を生成し、一方共融
組成物の外側は微細結晶融解共通マトリツクス中
に埋められた1成分の大きな結晶を生成する。共
融組成物であつても、結晶の大きさは一般に均一
でなく、急速に冷却された地域は微細となり、よ
りゆつくりと冷却された地域は粗くなる。アルミ
ナの量または冷却速度を変えることより実質上影
響を受けない微細で均一な結晶の大きさを有する
融解研摩粒の製造方法は知られていない。均一な
結晶の大きさに欠けることは必然的に同じロツト
で種々の鉱物の型になる。 更に融解法により得られるような極端に硬いア
ルミナ粒子を含有する混合物は所望の研摩粒の大
きさを造るために砕かねばならない。そのような
粉砕は高価で丈夫な装置、むしろ長時間、多くの
エネルギーならびに多く仕事量を必要とする。次
いで粉砕した鉱物は所望の程度の大きさに選別さ
れる。所望の大きさより小さいいかなる材料も非
常に高い温度でふたたび融解することによつての
み復元させることができる。 焼結技術 粉末アルミナおよびジルコニア、マグネシアな
どのような他の粉末化鉱物の固めた配合物を焼結
することができる。アルミナおよびジルコニアか
らなる好ましい組成物では、焼結させるのに必要
な温度はジルコニアの単斜晶系―四角形結晶構造
変形温度以上である。かくして、焼結温度はジル
コニアの多くを単斜晶形から四角形結晶格子に変
えるが、焼結構造を冷却するとジルコニアは単斜
晶形構造に復元する。この復元は容積が実質上増
大することを伴い生成複合物を弱める内部応力を
生じる。 焼結アルミナ―ジルコニア中の内部応力はシリ
カおよびセリアのようなある種の酸化物を添加す
ることにより減少させてもよいが、焼結グリツト
またはケーキは代表的には同等の組成物の融解ア
ルミナ―ジルコニア粒のようにまだ硬くはない。
それ故、焼結材料は丈夫で高圧の粗い研摩操作で
は有用であるが、融解アルミナ−ジルコニアのよ
うに望ましいものではない。 隣接する粒子間の焼結を促進し、生成焼結製品
に強度を付与するため高い表面エネルギーおよび
必要な化学活性を付与する非常に微細な粒子を使
用することにより焼結が促進される。簡単な熱加
工であると思われている焼結は実際には極めて複
雑であり、表面での同時にまたは連続的な変化、
蒸発―縮合、表面と大部分の拡散、塑性流動、穴
の形、大きさおよび合計の穴の容積、収縮再結
晶、粒子の生長および粒子境界のの移動を包含す
る。焼成加工中に起こる別の現象は固体状態反
応、新相の形成、多形変形および新相またはガス
を形成する結晶化合物の分解を包含する。焼結加
工に先だち、結合剤、水の除去および前駆体塩の
分解が起こる。窯業製品本体中に使用される前駆
体成分の多くは炭酸塩または水和化合物であり、
生成CO2またはH2Oの除去には1000℃までの温度
が必要である。これらの技術的な複雑性に加え、
機械的な混合により出発材料を均一にすることが
困難であるから分離することが認められており、
そして厳しい問題である。 混合したアルミナ―ジルコニア粉末を焼結する
ことは、たとえ、MgO、CaO、CaF2などのよう
な添加剤を使用しても、ここに定義するような微
細な結晶の大きさ、低い空孔容積の研摩粒を製造
することはできない。ある程度まで結晶の生長を
遅くするような添加剤がない場合には、高密度化
するのに必要な長時間および高温度にすることに
よつて結晶は比較的大きいサイズに生長する。そ
のような添加剤でさえ、生成粒子はすぐれた研摩
材の品質ではない。 化学的窯業技術 化学的窯業技術は窯業(セラミツク)材料を得
るための成分の移動、乾燥および焼成を抑制する
ゲルまたは他の物理的状態に溶液または他のゾル
前駆体との混合においてコロイド分散液またはヒ
ドロゾル(時にはゾルと称する)に変換すること
を包含する。ゾルは水溶液からの金属水酸化物の
沈殿に引続いてのペプチゼーシヨン、金属塩溶液
からのアニオンの透析、金属塩溶液からのアニオ
ンの溶剤抽出、揮発性アニオンなどを含有する金
属塩溶液の熱水作用分解によつて製造することが
できる。ゾルは金属酸化物またはその前駆体を含
有し、たとえば溶剤の部分抽出によりゲルのよう
な限定された移動性の半硬質固体状態に変換され
る。化学的窯業技術は繊維、フイルム、フレーク
および微小球体のような窯業材料を製造するのに
使用されていたが研摩製品用の密度の高い鉱物を
製造するのには使用されていなかつた。 本発明は、主成分連続相のアルミナ、および改
質成分の無作為的な向きで存在する結晶子の実質
上均質微結晶構造を有している、カルシウムイオ
ンおよびアルカリ金属イオンを含まない高度非融
解の合成酸化アルミニウムに基づく粒状研摩材鉱
物を提供する。 融解させるのに非常に高い最高の電気的エネル
ギーを必要とする融解鉱物の製造に対して本非融
解鉱物を製造するのに必要なエネルギーは比較的
中程度のエネルギーである。 本発明の鉱物は(1)主成分である連続α―アルミ
ナ相と(2)焼成した固形分に基づき、 ジルコニア、ハフニア、またはジルコニアとハ
フニアの組合せが少なくとも10容量%、 アルミナと酸化コバルト、酸化ニツケル、酸化
亜鉛およびマグネシアからなる群から選ばれる少
なくとも1種の酸化金属との反応から誘導された
少なくとも1種のスピネルが少なくとも1容量
%、 上記で定義した少なくとも1種のスピネルが少
なくとも1容量%とジルコニア、ハフニアおよ
び、ジルコニアとハフニアとの組合せからなる群
から選ばれる酸化金属が1―45容積%、 からなる群から選ばれる改質成分である前記α―
アルミナ相中に実質上均質に分散された第二相か
らなつている。 用語「カルシウムイオンおよびアルカリ金属イ
オンを含まない」は鉱物が合計カルシウムイオン
およびアルカリ金属イオン、たとえば、リチウ
ム、ナトリウム、カリウム、ルビジウムおよびセ
シウムを約0.05重量%より少なく含有することを
意味する。ここで使用する用語「微結晶」「結晶
子」および「微細結晶の大きさ」は結晶の見掛け
直径が3000Åまたはそれ以下の程度であることを
意味する。用語「高密度」は500倍の光学顕微鏡
で観察した時、実質上穴がないことを意味する。
用語「主成分」は鉱物中に容量で最大の単一相を
意味する。 改質成分は本発明の研摩材鉱物の第二相を形成
する金属酸化物および(または)他の反応生成物
を生じる前駆体から誘導することもできる。研摩
材鉱物の改質成分の量は添加されたか、または鉱
物中にそれ自体存在するかの実際の形に関係なく
金属分析により測定されたその計算された完全酸
化形の重量または容量でここに示す。 本発明の方法は配合した粉末を焼成するか、ま
たは融解するような通常の方法によつて今まで得
られたものではない酸化アルミニウムに基づく鉱
物を製造する。本発明の鉱物は、主成分連続相の
アルミナ、および改質成分の不規則に配向された
結晶子の実質上均質微結晶構造を有している高密
度の合成酸化アルミニウムに基づく粒状研摩材鉱
物である。本発明の鉱物はアルミナおよび改質成
分の相対量が変わることに関係なく全体が微細結
晶の大きさである。室温電子顕微鏡検査およびX
線回折分析は改質成分が粉末化アルミナと同じ改
質成分の通常の焼結し、固めた配合物またはその
共融組成物で得られるものよりほとんど均質な微
結晶アルミナの主マトリツクス中に分散されてい
ることを示す。 本発明の方法は最初液体媒質中でアルミナのコ
ロイド分散液またはヒドロゾルのようなアルミナ
源化合物と上記のような焼成鉱物中にある濃度に
なるよう改質成分となる前駆体とのカルシウムイ
オンおよびアルカリ金属イオンを含まない均質混
合物を製造することからなる。次いで液体混合物
をゲルに変え、乾燥し、硝子状で砕くことができ
る多孔質の固体材料を製造する(硝子状は50倍の
倍率で材料が砕けやすい貝殻状の破口を示し、か
つ、通常透明であることを意味する)。次いで固
体材料を制御された速度で、かつ、少なくとも
1250℃の温度であるが最終鉱物の融点より高くな
い温度で、非還元性条件(好ましくは酸化性条
件)において焼成し、最初に揮発性材料(たとえ
ば、液体およびアニオン)を駆逐し、次いで多孔
質材料をくずし、高密度α―酸化アルミニウムに
基づく鉱物に非破壊的に変換させる。 アルミナ用原料化合物および改質成分の前駆体
を含有する液体媒質を十分に混合し、均質な混合
物とし、次いでゲル化させる。ゲル化は成分の可
動性を抑制し、または限定し、実質的に肉眼的尺
度で分離することなく、それによつて半硬質固体
状態の混合物の均一性を保持している。液体状態
で成分を混合し、次いでその可動性を抑制するこ
とによつて、焼成後、融解または通常の焼結加工
によつては従来得られなかつた非常に微細な結晶
の大きさの酸化アルミニウムに基づく研摩材鉱物
を製造することができる。 混合物は乾燥前にフレーク、球体、棒状、小粒
を形成させるか、またはいかなる都合のよい形で
乾燥し、次いで砕き、またはつぶして焼成後研摩
粒としあ使用することができる粒子を形成させる
こともできる。 元の粒子の大きさが小さければ小さいほど、も
し、粒子生長抑制剤を代表的にはアルミナ中に
MgOの場合に0.25重量%以下で加えなければ生
成焼結窯業製品の粒子は大きくなることが明らか
である技術が教示することに対し逆であることを
考慮すると非常に微細な結晶の大きさは驚くべき
ことである。 アルミナ:ジルコニア=70=30(重量比)から
なる鉱物において、アルミナは約1000Åないし
3000Åの中心から中心まで実質上均一に分離され
ている見掛け平均直径が約2500Åより短かいジル
コニア結晶子を特徴とするジルコニア相を含有す
るマトリツクスを形成する。好ましいほぼ共融性
のアルミナ―ジルコニア鉱物組成物は見掛け直径
が約2500Åより短かいジルコニア結晶子および見
掛け直径が約3000Åより短かいアルミナ結晶子を
有している。アルミナおよび改質成分の相対量は
結晶子の平均直径および分離に影響を及ぼし、同
じ結晶の尺度は本発明の鉱物製品のすべてに適用
できないと解釈されねばならない。 本発明の合成研摩材料は高密度であるけれど
も、組成および(または)製造方法はある目的に
対し空孔容積を増加させるために変更してもよ
い。もし、焼成温度を下げるか、またはもし、適
当な揮発性有機材料を加えるならば空孔容積を増
加させる。 本発明の合成酸化アルミニウムに基づく鉱物は
研摩粒として使用するのに特に適する粒子を製造
する焼成の前に乾燥材料を砕きまたはつぶす結果
として貝殻状の破口であることを特徴とする。研
摩粒はいかなる種々の研摩製品、たとえば、被覆
加工研摩製品、成形研摩車、低密度不織布研摩製
品および類似物を製造するために使用してもよ
い。 本発明を更に添付図面で説明する。第1図ない
し第6図は本発明に従つて製造したアルミナ―ジ
ルコニア鉱物に関する。 第1図はラウア(Laue)X線写真であり、 第2図は倍率33000倍に拡大した透過電子顕微
鏡写真であり、 第3図は倍率30000倍の走査電子顕微鏡により
写した顕微鏡写真であり、 第4図は倍率30倍で写した空気乾燥粒子の光学
顕微鏡写真であり、 第5図は倍率30倍の光学顕微鏡で写した乾燥し
1000℃で予備焼成したゲルの粒子の顕微鏡写真で
あり、 第6図は倍率30倍の光学顕微鏡で写した粒子の
顕微鏡写真であり、 第7図は本発明の鉱物を製造する好ましい方法
を示す流れ図である。 第7図に示すように本発明の好ましい方法は酸
性化水中にアルミナ一水和物を分散させ、ペプチ
ドしたアルミナ一水和物の比較的安定なヒドロゾ
ルまたはコロイド分散液を製造し、たとえば、遠
心分離により未分散粒子を除去し、生成分散液を
改質成分前駆体、たとえば、酢酸ジルコニルまた
は他のアルカナートと共に混合し、混合物をゲル
化させ、ゲルを乾燥して硝子状状態にし、乾燥ゲ
ルを粉砕して、所望の粒子サイズにし、粉砕材料
を少なくとも1250℃の温度、しかし、鉱物融解温
度より低い温度で焼成し、微細結晶の大きさのア
ルミナと改質成分の無作為的な向きの密接な混合
物を製造することを包含する。 アルミナ一水和物の製造方法は技術上よく知ら
れている。本発明で有用な商業的に利用できるα
―アルミナ一水和物は第一アルコールを製造する
チーグラー法の副生成物で、商品名「デイスパー
ル(DispalR)M」、「デイスプラール
(DispuralR)」および「カタパパール(CatapalR
SB」で販売されている。これらの製品は特別な
純度、高い表面積(たとえば、250−320m2/g)
および非常に小さな結晶子の大きさ(直径大体50
Å)を特徴とする。アルミナ一水和物はまたアル
ミニウムアルコキシドの加水分解により得ること
もできる。 アルミナ一水和物、およびこれによりヒドロゾ
ルまたはコロイド分散液が生成される―水和物を
ペプチドするのに使用してもよい一塩基酸または
酸性化合物は酢酸、塩酸および硝酸を包含する。
硝酸はアルミナ一水和物のヒドロゾルまたはコロ
イド分散液を最高の安定性にすると思われる。す
なわち、硝酸でペプチドした時アルミナの沈降が
わずかか、または沈降がない。酢酸はやはり有用
であるけれども、、安定性が最最も悪くなるよう
である。(用語「比較的安定なヒドロゾルまたは
コロイド分散液」は長期間懸濁液を保持する微細
な微粒子状材料の分散水性混合物を意味する。)
硫酸およびリン酸のような多塩基酸はアルミナ一
水和物を極めて迅速にゲル化させ、改質成分前駆
体と混合するのが困難であるから避けるべきであ
る。必要な酸の量は見掛けの等量点まで伝導度滴
定により求めてよく、アルミナの表面積に直接関
係がある。ペプチドしたゾルのPHは一般に1−2
程度であるけれども、放置することにより約3に
増加する。不十分な量の酸は粒子の分散を抑制す
る。過剰の酸は改質成分前駆体の添加で混合物が
迅速にゲル化し、混合が困難になるが、もし、均
一性が得られれば、製品に悪影響はない。 ヒドロゾルまたはコロイド分散液中のアルミナ
一水和物の濃度は2−3重量%から40重量%また
はそれ以上に高い濃度まで広く変えることができ
る。改質成分前駆体溶液と配合した時、アルミナ
一水和物を5重量%より少なく含有するヒドロゾ
ルまたはコロイド分散液で製造した混合物は一般
に混合物の予備的な脱水なしにはゲル化は起こら
ない。30%以上のアルミナ一水和物の濃度はゲル
化が早過ぎる傾向があり、そのため改質成分源化
合物との混合が幾分困難である。それ故、アルミ
ナ一水和物の好ましい濃度は約15重量%ないし約
30重量%である。 焼成中、本発明で利用する改質成分前駆体は金
属酸化物を生成し、金属酸化物の一部はアルミナ
と反応しスピネルを形成する。スピネルはアルミ
ナとコバルト、ニツケル、亜鉛およびマグネシウ
ムのような金属の酸化物と反応させて製造され
る。ジルコニアおよびハフニアはアルミナとのス
ピネルを形成しない。改質成分用前駆体は好まし
くは揮発性1価有機または無機アニオンを有して
いる。多価イオンを有するある種の前駆体、たと
えば炭酸塩およびシユウ酸塩はそれらが早過ぎる
ゲル化を起こさず、均一な混合を妨害しないが、
またはそれらの分解によつてゲルおよび生成鉱物
中に過度の気泡または多孔性を生じることがない
場合は有用である。そのような多価アニオン含有
化合物は希釈ゾルのゲル化を促進するのに特に有
用である。改質成分の有用な前駆体は焼成によつ
てジルコニアを生じるジルコニルアカナートおよ
び硝酸ジルコニウム、酸化ニツケルを生じる硝酸
ニツケルおよび酢酸ニツケル、酸化亜鉛を生じる
硝酸亜鉛および酢酸亜鉛および酸化コバルトを生
じる硝酸コバルトを包含する。例示的な前駆体の
先のリストは完全なものではなく他の化合物もま
た使用することができると解釈されねばならな
い。付加的に単一の前駆体が1改質成分より多く
の成分を付与してもよい。ある種の酸化金属(た
とえば、マグネシア)はアルミナ含有酸性媒質に
直接溶解してもよい。多くの前駆体は多くの場合
に有用な鉱物の製造を妨害しない不純物またはわ
ざと添加した成分の少量を含有してもよいと解釈
されねばならない。たとえば、ジルコニウム化合
物は一般に最終研摩材鉱物に悪影響を有していな
い不純物としてハフニウムを1−2%程度含有し
ている。 それ故、他の金属酸化物またはその前駆体が上
記改質成分に加えて包含される時、、有用な研摩
材鉱物が製造される。そのような鉱物の例はジル
コニアおよびサマリア(後者は、たとえば、酢酸
サマリウムまたは硝酸サマリウムから得られる)、
ならびにチタニア、セリア、ジルコニアおよびそ
の混合物とのアルミナ−マグネシア スピネルか
らなる第二相を包含する。 好ましい改質成分前駆体はジルコニルアルカナ
ート、特にギ酸ジルコニルまたは酢酸ジルコニル
であり、ベントロン社(Ventron Corporation)
のアルフア デイビジヨン(Alpha Division)
およびハーシアウ ケミカル社(Harshaw
Chemicals Company)から得られるものであつ
てもよい。共給者からの商品文献にあるジルコニ
ルアルカナートの経験式はHZrOOH―
(OOCR)2(式中、RはHまたはCH3である)であ
る。酢酸ジルコニルは長い貯蔵寿命を有し、現在
容易に利用できるため最も好ましいジルコニルア
ルカナートである。他のジルコニルアルカナート
もまた有用である。 酢酸ジルコニルはナトリウムイオンを含有して
いてもよい水溶性固体である。本発明のアルミナ
―ジルコニア鉱物中のカルシウムイオンまたはア
ルカリ金属イオンの存在は多分β―アルミナの形
成に基因する望ましくない多孔性、軟質、そして
もろろいものにしがちである。それ故、本発明の
アルミナ―ジルコニア鉱物を研摩粒として使用す
る場合は、カルシウムイオン、ナトリウムイオン
およびいかなる他のアルカリ金属イオンの実質上
ほとんど痕跡量(約0.05重量%より少ない)まで
除去する工程を取り入れねばならない。過剰のカ
ルシウムおよびアルカリ金属イオンはジルコニル
アルカナート溶液をカチオン交換樹脂を含有する
カラムを通すか、そのような樹脂とと簡単にその
溶液を混合することにより除去してもよい。 アルミナ一水和物ヒドロゾル分散物はジルコニ
ルアルカナート(または改質成分に他の前駆体)
と混合しゲルにする均質混合物を得る。ゲルを形
成させるのに必要な時間量は溶液または分散液中
に相互の前駆体成分の比率、それぞれの固体含有
量、酸含有量、酸含有量およびコロイド粒子の大
きさに依存する。ある低固形分含有混合物は最初
に部分的な脱水をしないとゲル化しない。 アルミナ一水和物ヒドロゾル分散液および改質
化合物前駆体溶液はそれらが固化、ゲル化または
溶剤の急速な蒸発がない限りは、いかなる都合の
よい温度で混合してもよい。代表的混合温度は10
℃ないし80℃、好ましくは30℃ないし60℃の範囲
である。 2種の液体を均一な配合物にしなければならな
い混合装置はバツチ、または好ましくは連続装置
である。最も好ましいシステムは急速に配合し、
十分混合し、そして排出する小容量で強力な作用
のイン―ライン混合機(in−line mixer)に2種
の液体を連続的に、そして同時にポンプで送るこ
とを包含する。 次いで生成ゲルを水が沸騰したり、または泡立
つたりしない温度と圧力で乾燥する。特色として
乾燥によりゲルの低い凝集力とかなりの収縮によ
つてゲルのずんぐりした断片になる。もし、製造
した鉱物が研摩粒として使用されるならば、乾燥
材料は所望の研摩粒より大きい固体の固まりでな
ければならない。 もし、実質上、空孔のない、高密度の焼成製品
を望むならばゲルがフオームになる、、または空
孔または気泡を生じる乾燥条件は避けなければな
らない。好ましくはわずかなかきまぜ、またはか
きまぜることなくゆつくりと乾燥する。好ましい
方法はゲルを大体2−3cmの厚さに拡げ、大体1
日乾燥するか、またはゲルからすべての遊離の水
(すなわち、化学的に結合していない水)を除去
することを包含し、微粒子状で硝子状の材料を残
す。乾燥ゲルの個々の断片は固体で、かつ、高密
度であると思われるが、実際にはもろく、そし
て、指の圧力で砕くこともできる。 第4図は空気乾燥材料の光学顕微鏡写真を示
す。乾燥ゲルのX線回折検査は湿潤ゲルと同じ回
折模様を示す。乾燥ゲルは好ましくは迅速に焼成
できるよう十分多孔性でなければならない。150
℃以上に加熱しなければ、乾燥ゲルは再循環させ
ることができるゾルを形成させるため水に完全に
分散することができる。乾燥した微粒子状材料が
研摩粒として使用するのには余りにも細かい時、
容易に再循環できるから、この特長は経済的な利
益を有している。 次いで乾燥材料を研摩粒に望まれる大きさまで
粒子の大きさを小さくするため粉砕する。焼成に
より代表的には20容量%−40%容量%収縮するか
ら、粉砕材料は所望の小粒よりわずかに大きくな
ければならない。 材料がまつたく硬質で、かつ、もろいから、粉
砕は比較的容易であり、いかなる粉砕装置、好ま
しくはハンマーミルまたはボールミルによつて行
うことができる。使用できるきさの範囲の収量を
最大にし、かつ、所望の粒子形態を製造するよう
に考慮しなければならない。有用な研摩粒になる
粒子の大きさを取り出すため粉砕材料を選別し、
残存した大きさの材料は再循環させることができ
る。大きな使用できない大きさの材料は再粉砕
し、小さい使用できない大きさの材料は簡単に水
に再分散させてもよい。 大きな表面積のため乾燥後環境条件下に室温で
冷却するならば、硝子状微粒子材料は大気から多
量の水蒸気および他のガス状材料を吸収すること
に注目しなければならない。吸収した材料は一般
に焼成温度が150℃に達する時間までに駆逐され
る。最適な焼成条件は特別な組成物に依存する
が、すでこの技術開示がなされており当業者には
容易に決めることができる。 乾燥ゲルまたは硝子状微粒子材料は焼成として
ここに示す操作中酸素(たとえば、空気中)の存
在で加熱する。加熱することにより化学的な結合
水およびアルミナゾルを製造するのに使用した酸
の残部を駆逐し、有機ジルコニルアルカナートを
二酸化ジルコニウムに分解させ、そして酸化し、
揮発性反応生成物を除去し、アルミナとジルコニ
アを所望の結晶構造に変換し、複合物をこわし、
本質的に空孔を除去し、無作為的な向きで存在す
る小さなジルコニアおよびアルミナ結晶子の密接
な混合物からなる高密度、固体アルミナ―ジルコ
ニア鉱物を製造する。すべての揮発性材料を駆逐
する前に複合物をこわすのを避け、そしてジルコ
ニルアルカナートを二酸化ジルコニウムとガス状
生成物に酸化する間酸素を十分に供給するように
焼成では注意しなければならない。複合物を加熱
する間複合物内の甚だしい内圧を生ずることなく
揮発性材料が発生するに従つて逃げられるよう十
分ゆつくりと温度を上げることに注意しなければ
ならない。ジルコニルアルカナートは250℃付近
で炭化または焦げ、そして450℃で二酸化ジルコ
ニウムに酸化される。大体600℃では、本質的に
化学的に結合したすべての水が水和アルミナから
放出される。酸の残存部分が駆逐される温度は勿
論使用した特別な酸に依存するが一般に約1000℃
以下である。 すべての鉱物が少なくとも1250℃、代表的には
1300℃以上の温度に達するまで焼成を継続する。
この点で乾燥ゲルの多孔性、高表面積構造はこわ
れアルミナ―ジルコニアの固体の高密度体の独立
的な自由流動性粒子を形成し、アルミナとジルコ
ニアの結晶構造で種々の変形が起こる。 アルミナとジルコニアの種々の結晶構造への変
形はまつたく複雑であり、完全には理解されてい
ない。乾燥ゲルを焼成中得られる最初に同定でき
たジルコニアの結晶学的種属は正方晶系結晶構造
であるとしてX線回折によつて同定される。焼成
温度が高くなるのに従い、生成鉱物の室温でのX
線回折検査はある単斜晶形ジルコニアの存在を示
す。変換量はジルコニア含有量、焼成速度、焼成
条件および使用した装置の型に依存する。もし、
1300℃で数時間、高ジルコニア含有量、たとえ
ば、40%程度で焼成すれば、少量の正方晶系結晶
構造*と共に主として単斜晶形の最終生成物であ
る結晶構造を造る(*もし、X線回折線が拡散す
るならば、ある立方体ジルコニアを包含する)。
けれども、もし、ジルコニア含有量が低い、たと
えば、15%程度であれば、主な結晶構造は正方晶
系で、単斜晶形の量は少ない。これらの条件で
は、本質的にすべてのアルミナはα―結晶構造に
変換される。 アルミナは多数の結晶構造または形態を示し、
温度が上昇するに従つて一連のそのような構造を
経て進行する。1250℃で3ないし5時間後、本質
的にすべてのアルミナは一般に研摩粒として使用
されるアルミナの結晶構造であるα―形態に変換
される。けれども、研摩粒として使用するのに適
する鉱物は1250℃以上の温度で2−3分間生成物
を加熱することにより、たとえアルミナのα形態
への変換は完全でないとしても製造することがで
きることが判明している。 アルミナ―ジルコニア系生成物にマグネシアを
添加することにより、アルミナとジルコニア結晶
子に加え同定できるスピネル結晶構造を造る。そ
の上、もし、マグネシア前駆体をアルミナゾルに
直接加えるならば、最終生成物はアルミナ結晶子
に加え同定できるスピネルを含有する。 上記の目的を達成するため温度を上げる速度は
鉱物の化学組成(たとえば、アルミナ―ジルコニ
ア比)、粒子の大きさ、および酸素の近づき易さ
を包含するいくつかの因子に依存する。もし、焼
成を静止床で行うならば、床の深さ、熱移動およ
び空気の供給がまた因子である。もし、鉱物をか
きまぜ、空気にさらすならば、焼成時間を実実質
上減らしてもよいが、鉱物が研摩粒の形で使用さ
れるため、焼成中のかきまぜは、特に初期段階
で、まだもろい時粒子端を鈍くし、または円くす
るのを避けるため制御しなければならない。静止
条件下での焼成は代表的には数時間が必要であ
る。動的条件下での焼成は2−3分間に達成する
こともできる。昇温速度は制御しなければなら
ず、それにより鉱物を割る過度の内圧を発生させ
ることなく鉱物の内部から揮発性物質を逃がすこ
とができる。特別な情況に対して最適な焼成条件
を決めるためには実験が必要である。 非常に高温での長時間の焼成は望ましくない結
晶に生長するから避けなければならない。たとえ
ば、1650℃で数時間加熱した鉱物では粗い結晶の
生長が注目された。一方より微細な結晶構造を有
する鉱物はそれ程望ましくないが、この鉱物はま
だ研摩粒として有用である。焼成後、鉱物を損傷
することなく室温までまつたく急速に冷却しても
よい。好ましい鉱物はクヌープ硬度(荷重500g)
が約1200ないし1800Kg/mm2の範囲であり、硬度は
一般に直接α―アルミナ含有量に関係がある。 第1図のアルミナ―ジルコニア=64:36(重量
比)を含有する本発明の鉱物のラウアX線模様の
写真はアルミナ―ジルコニア鉱物での配向が実質
的に欠けており、ジルコニアとアルミナ結晶子の
両者の無作為的な向きを示している。第2図の透
過電子顕微鏡写真はこの分析を確認し、灰色α―
アルミナに無作為的な向きで存在するジルコニア
の暗色結晶子を示す。第3図は本発明の鉱物の岩
石記載学的に製造した試料の倍率30000倍の走査
電子顕微鏡写真であり、更に暗色α―アルミナ中
に明るい点として示されるジルコニア結晶子の無
作為的な向きおよび形態を確認する(顕微鏡写真
の中心に近い白色の点は顕微鏡の焦点を合わせる
ためのみに使用した無関係な粒子であり、焦点を
確認するためと結晶子の輪郭または端末が実際に
不明瞭であることを示すためにのみ役立つ)。 第5図は1000℃で予備焼成した材料の光学顕微
鏡写真であり貝殻状表面を示す。第6図の光学顕
微鏡でとらえた焼成生成物の顕微鏡写真は本発明
のアルミナ―ジルコニア鉱物の貝殻状表面がなお
存在することを示す。第6図に示す鉱物は不透明
であるが、もし、短かい焼成時間を使用するなら
ば、可視光に対し透明であることに注目されねば
ならない。ゲルから透明な鉱物を製造する性能は
本発明の鉱物の非常に微細な結晶子の大きさおよ
び甚だしい不均一性または欠点がない証拠であ
る。透明か、または不透明の焼成鉱物は低い倍率
で観察する時、硝子状の貝殻挙動を示す。 酸化マグネシウムの添加は約0.2重量%ないし
約20重量%程度に少量であつても生成鉱物製品の
硬度、強靭性および研摩能力を増加させることが
判明した。酸化マグネシウムはアルミナヒドロゾ
ルに加える前にジルコニルアルカナート中に硝酸
マグネシウムまたは酸化マグネシウムのような前
駆体を溶解し、または反応させることより加えて
もよい。 本発明の好ましい酸化アルミニウムに基づく研
摩材鉱物は酸化物当重量に基づき、α―アルミナ
約40%−99%(好ましくは50%−98%)、ジルコ
ニア約0%−60%(好ましくは0%−45%)およ
びマグネシアとアルミナの反応により形成される
スピネルであるマグネシア約0%−25%(好まし
くは1%−12%)からなつている。アルミナ―ジ
ルコニア中の容量に基づき、これはアルミナ約49
%−90%(好ましくは59%−98%)に相当する。
アルミナとMgOから形成される鉱物に対しては、
α―アルミナの容量が11%ないし99%、好ましく
は55%ないし96%である。他の鉱物組成物の容量
%比は存在することが知られている相の重量%お
よび密度から計算してもよい。 微粒子状鉱物は結合してない小粒として使用し
てもよく、または被覆加工研摩製品、研摩車、不
織布研摩製品および研摩粒子が代表的に使用され
る他の製品を製造するのに使用してもよい。 本発明を次の実施例によつて更に説明するが、
本発明を限定するものではない。特に示さなけれ
ばすべての部および%は重量部、および重量%で
ある。実施例の組成を第表および第表に総括
する。 実施例 1 水、16N硝酸および商品名「デイスパールR
(Dispal)M」で販売されているα―アルミナ一
水和物粉末を「ウエアリング(Waring)」工業用
型配合機の6ステンレス鋼混合容器に仕込み、
30秒間高速で分散させた。重力の3000倍の力を発
生する連続的な遠心分離機に分散液を通過させて
分散固形分を除去した。生成分散液および酢酸ジ
ルコニル50%水溶液をイン―ライン配合機に通し
て計量注入し、混合分散液を製造し、5cm×46cm
×61cmアルミニウム皿に集め、混合分散液を5分
より短かい間にゲル化させた。揮発分が10%より
少なくなるまで90℃の強制空気オーブン中でゲル
を乾燥し、直径約0.5cmまでの小粒にした。小粒
を20cmハンマーミルで粉砕し、ふるいにかけ、焼
成するために平均粒子サイズは0.5mmないし約5
mmの範囲を有していた。平均直径が0.5mmより細
かい粒子部分は実施例3のために保留した。 次いでふるいをかけ、粉砕した材料を非反応性
5cm×10cm×20耐火皿に移し、酸化性ふん囲気内
において昇温速度100℃/時で昇温し、550℃で焼
成した。材料を550℃に20時間保持し、その時間
内で均一な半透明の黄色にした。次いで温度を
200℃/時間の速度で1350℃に上げ、1350℃に5
時間保持した。次いで炉を室温に冷却し、生成焼
成材料を取り出した。焼成材料はアルミナ60%と
ジルコニア40%からなる不透明な白色小粒であつ
た。 次の実施例2−10は特に示す変更を除き実施例
1と実質上向じである。 実施例 2 実施例1に記述した時間より短かい焼成時間で
焼成を行つた。水平面に対し3゜の傾斜で7rpmで
回転する30cmの加熱ゾールを有する直径13cmの
1.2mムライト管である700℃キルンの末端に粉砕
乾燥ゲルを供給し、滞留時間は約5分であつた。
700℃キルンからの焼成生成物を類似の構造およ
び配置の1350゜キルンに直接供給し、滞留時間は
約1分であつた。生成物を5分間で室温まで冷却
し、透明な鉱物を得た。1350℃キルン内の滞留時
間が約3分であることを除き同じ方法で不透明な
鉱物もまた製造した。 実施例 3 実施例1のように粉砕した乾燥ゲル微粉末を1
Kgの微粉末に3Kgの水を加えて、ウエアリング配
合機内で混合し、水中に再分散させた。生成分散
液をアルミニウム皿に移し、約5時間ゲル化させ
た。 実施例 4 MgO〔マリンクロツト・ケミカル社
(Mallinckrodt Chemical Co)から得られる試
薬級粉末MgO〕を酢酸ジルコニル溶液に分散さ
せ、直接反応させた。分散液および溶液をイン―
ラインの配合機を通して計量注入し、乾燥し、粉
砕し、実施例1のように焼成した。 実施例 5 分散液および溶液の計量速度を調節し、
Al2O380%およびZrO220%の最終組成物を製造し
た。 実施例 6 MgOを酢酸ジルコニル溶液と直接反応させた。 実施例 7 分散液と溶液の計量注入をAl2O370%―ZrO230
%生成物を製造するよう調節した。 実施例 8 MgOを酢酸ジルコニル溶液と直接反応させた。 実施例 9 かなり多い希釈分散液を必要とする酸源として
酢酸を使用した。 実施例 10 酢酸ジルコニル溶液にMgCl2・6H2Oを溶解し
た。 実施例 11 本実施例は酢酸ジルコニル50%溶液を水で25%
に希釈し、硝酸マグネシウムをそれに溶解したこ
とを除き実施例2と同じである。ジルコニア結晶
子は透過電子顕微鏡により測定し、見掛け直径は
300Åより短かつた。 実施例 12 本実施例は硝酸マグネシウムを水に溶解し、生
成溶液をアルミナゾルに加えたことを除き実施例
2と同じである。 実施例 13 本実施例は酢酸ジルコニルを省略したことを除
き実施例1と同じである対照例であり、アルミナ
100%である生成物を製造した。焼成粒子のみが
いた、そしてエツチングした試料の光学顕微鏡
(750倍)による調査で、α―アルミナの結晶の大
きさは本発明の改質鉱物の大きさより明らかに細
かいことを示し、結晶構造は観察できなかつた。
X線回折模様の線拡張はこの100%α―アルミナ
の結晶子の大きさが同じ条件下で焼成した改質ア
ルミナの結晶の大きさより小さいことを示す。 実施例1から13、21および41に記述したように
製造した研摩粒子のバツチのれぞれを3種の通常
の粒子サイズに分け、充てんしたレーヨンまたは
木綿綾布に、通常の被覆加工研摩材製造方法を用
いて結合し、被覆加工研摩材シート材料を製造し
た。基礎接着剤(make adhesive)はフエノー
ル―ホルムアルデヒド樹脂固形分48%と炭酸カル
シウム充てん剤52%を含有する通常の溶液からな
つていた。第表に示す鉱物の重量は同じ粒子の
大きさを有するすべての生成物に対し鉱物が相対
的に一定容量になるよう調節した。上引き接着剤
はフエノール―ホルムアルデヒド樹脂32%と炭酸
カルシウム充てん剤68%を含有する通常の溶液か
らなつていた。基礎樹脂は88℃で75分予備硬化さ
せ、上引き樹脂は88℃で90分予備硬化させた。被
覆加工研摩材製品は100℃で10時間最終硬化させ
た。通常の技術を使用して被覆加工した。 被覆加工研摩材シートを無端研摩材ベルト、
7.6cm×335cmに変え、一定荷重表面研摩機によ
り、連続的に30秒の研摩時間で1018鋼加工片の
2.5cm×18.4cmの表面を研摩し、それぞれの研摩
時間後秤量し、冷却した。研摩条件は第表表に
示す圧力、ベルト速度および加工片供給速度を使
用した。加工片は長い寸法を垂直の方向に置き、
研摩中、元の位置から1回転で18.4cmの路に垂直
に動かし、第表に示すサイクルの数に応じてふ
たたび戻る。研摩結果を第表に示す。 第表に示す結果から見ることができるよう
に、本発明の研摩材粒子は通常の酸化アルミニウ
ムよりはるかに良く研摩し、市販共融解アルミナ
―ジルコニア材料に実質上等しいか、またはより
すぐれている。
The present invention uses chemical ceramic technology to create an abrasive mineral based on synthetic non-fusible aluminum oxide with a microcrystalline structure of irregularly oriented crystallites consisting of a continuous phase of the main component and a second phase, which is α-alumina. The present invention relates to abrasive products made from abrasive minerals. Alumina, commercially produced by fusing and sintering techniques, is a known abrasive mineral. Attempts to improve the abrasive performance of synthetic alumina have had varying degrees of success. In small grain abrasive materials, the combination of alumina and other mineral additives such as zirconia has been known for virtually some time. The combinations were obtained by simply blending mineral pellets or by forming pellets of eutectic or sintered blends of minerals. Melting and Eutectic Techniques Typically, a mixture of alumina and other oxide precursors is heated to 1800° C. or higher until melted to produce a eutectic blend. A commercially preferred method of producing coated abrasive materials is to pour the molten composition into a bed of steel balls or large pieces of solid minerals, such as alumina-zirconia, so-called "book molds." Alternatively, it is poured into a vessel containing a molten salt or low melting metal and allowed to cool at a controlled rate that promotes growth of the crystal size desired in the final abrasive product. The resulting molten mineral is a microcrystalline, directionally solidified composite material with distinctive grain boundaries or colonies. Such alumina:zirconia minerals are sold under the trade name " Norzon " by the Norton Company of Worcester, Mass. The minerals are oriented in the direction of heated flow and are non-porous. It was described as having a fused structure characterized by the presence of zirconia rods or platelets in which the regular orientation is removed and whose size depends on the cooling rate.Fused alumina: zirconia in zirconia By increasing the amount of the eutectic composition ZrO 2 :Al 2 O 3 =43:57 (weight ratio) and significantly increasing the cooling rate, the size of the crystals in the composite is reduced, thus improving the abrasive performance of the resulting mineral. The crystal size of the alumina:zirconia particles produced by the fusion process is controlled both by the cooling rate and the amount of alumina and zirconia in the melt. ,
For example, it produces very fine fine crystals, while the outside of the eutectic composition produces large crystals of one component embedded in a fine crystalline molten common matrix. Even in eutectic compositions, the crystal size is generally not uniform, with areas that cooled rapidly becoming finer and areas that cooled more slowly becoming coarser. There is no known method for producing fused abrasive grains with fine, uniform crystal size that is substantially unaffected by varying the amount of alumina or cooling rate. The lack of uniform crystal size necessarily results in different mineral types in the same lot. Furthermore, mixtures containing extremely hard alumina particles, such as those obtained by melting methods, must be ground to create the desired abrasive particle size. Such grinding requires expensive and robust equipment, rather long hours, a lot of energy and a lot of work. The crushed mineral is then sorted to the desired size. Any material smaller than the desired size can only be restored by melting it again at very high temperatures. Sintering Techniques Hardened blends of powdered alumina and other powdered minerals such as zirconia, magnesia, etc. can be sintered. For preferred compositions of alumina and zirconia, the temperature required to sinter is above the monoclinic-square crystal structure deformation temperature of zirconia. Thus, the sintering temperature changes much of the zirconia from the monoclinic form to a square crystal lattice, but upon cooling of the sintered structure, the zirconia restores the monoclinic structure. This restoration creates internal stresses that weaken the resulting composite with a substantial increase in volume. Although internal stresses in sintered alumina-zirconia may be reduced by the addition of certain oxides such as silica and ceria, sintered grit or cake is typically made from fused alumina of comparable composition. -Not yet as hard as zirconia grains.
Therefore, while sintered materials are durable and useful in high pressure rough polishing operations, they are not as desirable as fused alumina-zirconia. Sintering is facilitated by the use of very fine particles that provide high surface energy and the necessary chemical activity to promote sintering between adjacent particles and impart strength to the resulting sintered product. Though thought to be a simple thermal process, sintering is actually extremely complex, involving simultaneous or sequential changes in the surface,
Includes evaporation-condensation, surface and bulk diffusion, plastic flow, hole shape, size and total hole volume, shrinkage recrystallization, grain growth and movement of grain boundaries. Other phenomena that occur during calcination processing include solid state reactions, formation of new phases, polymorphic deformation, and decomposition of crystalline compounds to form new phases or gases. Prior to the sintering process, removal of binder, water and decomposition of precursor salts occur. Many of the precursor components used in the main body of ceramic products are carbonates or hydrated compounds;
Removal of the produced CO 2 or H 2 O requires temperatures up to 1000°C. In addition to these technical complexities,
Since it is difficult to homogenize the starting materials by mechanical mixing, separation is permitted.
And it's a tough problem. Sintering mixed alumina-zirconia powders, even with additives such as MgO, CaO, CaF2, etc., results in fine crystal size, low pore volume as defined here. It is not possible to produce abrasive grains of In the absence of additives that slow crystal growth to some extent, the crystals will grow to relatively large sizes over the long periods and high temperatures necessary for densification. Even with such additives, the resulting particles are not of superior abrasive quality. Chemical Ceramics Technology Chemical Ceramics Technology is a colloidal dispersion in solution or mixing with other sol precursors into a gel or other physical state that suppresses the migration, drying and calcination of the components to obtain ceramic (ceramic) materials. or converting it into a hydrosol (sometimes referred to as a sol). Sols include precipitation of metal hydroxides from aqueous solutions followed by peptidation, dialysis of anions from metal salt solutions, solvent extraction of anions from metal salt solutions, hot water extraction of metal salt solutions containing volatile anions, etc. It can be produced by action decomposition. Sols contain metal oxides or their precursors, which are converted into semi-rigid solid states of limited mobility, such as gels, by partial extraction of solvents, for example. Chemical ceramic techniques have been used to produce ceramic materials such as fibers, films, flakes, and microspheres, but not to produce dense minerals for abrasive products. The present invention is characterized by a highly non-calcium and alkali metal ion-free alumina main continuous phase and a substantially homogeneous microcrystalline structure of crystallites present in a random orientation of the modifying component. A granular abrasive mineral based on fused synthetic aluminum oxide is provided. The energy required to produce the present non-fusible minerals is relatively moderate energy as opposed to the production of fused minerals which require very high peak electrical energies to melt. The mineral of the present invention is based on (1) a continuous α-alumina phase as a main component and (2) a calcined solid content, with at least 10% by volume of zirconia, hafnia, or a combination of zirconia and hafnia, alumina and cobalt oxide, and oxidized cobalt oxide. at least 1% by volume of at least one spinel derived from a reaction with at least one metal oxide selected from the group consisting of nickel, zinc oxide and magnesia; at least 1% by volume of at least one spinel as defined above; and 1-45% by volume of a metal oxide selected from the group consisting of zirconia, hafnia, and a combination of zirconia and hafnia;
It consists of a second phase substantially homogeneously dispersed within the alumina phase. The term "calcium ion and alkali metal ion free" means that the mineral contains less than about 0.05% by weight of total calcium and alkali metal ions, such as lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium. As used herein, the terms "microcrystal,""crystallite," and "microcrystalline size" mean that the apparent diameter of the crystal is on the order of 3000 Å or less. The term "dense" means virtually no holes when viewed under a light microscope at 500x magnification.
The term "major component" means the largest single phase by volume in a mineral. Modifying components can also be derived from precursors that produce metal oxides and/or other reaction products that form the second phase of the abrasive minerals of this invention. The amount of a modifying ingredient in an abrasive mineral is hereby calculated by weight or volume of its fully oxidized form as determined by metallurgical analysis, regardless of the actual form added or present as such in the mineral. show. The process of the present invention produces aluminum oxide-based minerals not previously obtained by conventional methods such as calcining or melting blended powders. The mineral of the present invention is a granular abrasive mineral based on a dense synthetic aluminum oxide having a substantially homogeneous microcrystalline structure of alumina as the main continuous phase and randomly oriented crystallites as a modifying component. It is. The minerals of the present invention are generally of fine crystalline size regardless of the varying relative amounts of alumina and modifying components. Room temperature electron microscopy and
Linear diffraction analysis shows that the modified components are dispersed in a primary matrix of microcrystalline alumina that is almost more homogeneous than that obtained with conventional sintered and consolidated formulations of the same modified components or their eutectic compositions as powdered alumina. Indicates that the The method of the present invention involves first combining an alumina source compound, such as a colloidal dispersion or hydrosol of alumina, in a liquid medium with a precursor of a modifying component such as calcium ions and an alkali to a concentration in a calcined mineral as described above. It consists of producing a homogeneous mixture free of metal ions. The liquid mixture is then turned into a gel and dried to produce a porous solid material that is vitreous and can be crushed (vitreous means that the material exhibits a friable shell-like fracture under 50x magnification and is usually (meaning transparent). The solid material is then heated at a controlled rate and at least
Calcining in non-reducing conditions (preferably oxidizing conditions) at a temperature of 1250 °C but not higher than the melting point of the final mineral, first driving out volatile materials (e.g. liquids and anions) and then forming a porous It breaks down the aluminum oxide material and converts it non-destructively into a mineral based on high-density alpha-aluminum oxide. The liquid medium containing the raw material compound for alumina and the precursor of the modifying component is thoroughly mixed to form a homogeneous mixture and then gelled. Gelling inhibits or limits the mobility of the components without substantially separating them on a macroscopic scale, thereby preserving the homogeneity of the mixture in the semi-rigid solid state. By mixing the ingredients in the liquid state and then suppressing their mobility, aluminum oxide can be produced after sintering with very fine crystal sizes not previously available by melting or conventional sintering processes. Abrasive minerals based on The mixture may be formed into flakes, spheres, rods, pellets before drying, or may be dried in any convenient form and then crushed or crushed to form particles that can be used as abrasive grains and grains after firing. can. The smaller the original particle size, the better if particle growth inhibitors are added, typically in alumina.
In the case of MgO, it is clear that if less than 0.25% by weight is added, the particles of the produced sintered ceramic product will be larger.Considering that the technology is contrary to what the technology teaches, the size of very fine crystals is That's surprising. Among minerals consisting of alumina:zirconia = 70 = 30 (weight ratio), alumina is about 1000Å or
A matrix is formed containing a zirconia phase characterized by zirconia crystallites having an apparent average diameter of less than about 2500 Å that are substantially uniformly separated from center to center by 3000 Å. Preferred substantially eutectic alumina-zirconia mineral compositions have zirconia crystallites with an apparent diameter of less than about 2500 Å and alumina crystallites with an apparent diameter of less than about 3000 Å. It must be understood that the relative amounts of alumina and modifying components affect the average crystallite diameter and separation, and the same crystalline scale cannot be applied to all of the mineral products of the present invention. Although the synthetic abrasive materials of the present invention are dense, the composition and/or method of manufacture may be modified to increase pore volume for certain purposes. The pore volume is increased if the calcination temperature is lowered or if appropriate volatile organic materials are added. The synthetic aluminum oxide-based minerals of the present invention are characterized by shell-like fractures as a result of crushing or crushing the dry material prior to calcination to produce particles particularly suitable for use as abrasive grains. The abrasive grains may be used to make any of a variety of abrasive products, such as coated abrasive products, shaped abrasive wheels, low density nonwoven abrasive products, and the like. The invention will be further illustrated in the accompanying drawings. Figures 1-6 relate to alumina-zirconia minerals produced in accordance with the present invention. Figure 1 is a Laue X-ray photograph, Figure 2 is a transmission electron micrograph magnified at a magnification of 33,000 times, and Figure 3 is a photomicrograph taken with a scanning electron microscope at a magnification of 30,000 times. Figure 4 is an optical micrograph of air-dried particles taken at 30x magnification, and Figure 5 is an optical micrograph of air-dried particles taken at 30x magnification.
Figure 6 is a photomicrograph of particles of a gel precalcined at 1000°C; Figure 6 is a photomicrograph of the particles taken with an optical microscope at 30x magnification; Figure 7 shows a preferred method of producing the minerals of the invention. This is a flowchart. As shown in FIG. 7, a preferred method of the invention involves dispersing alumina monohydrate in acidified water to produce a relatively stable hydrosol or colloidal dispersion of peptidized alumina monohydrate, e.g. Undispersed particles are removed by separation, the resulting dispersion is mixed with a modifying component precursor, such as zirconyl acetate or other alkanate, the mixture is gelled, the gel is dried to a glassy state, and the dried gel is Grinding to the desired particle size, the ground material is calcined at a temperature of at least 1250°C, but below the mineral melting temperature, to form a close contact of fine crystal sized alumina and random orientation of the modified components. This includes producing mixtures of different types. Methods for making alumina monohydrate are well known in the art. Commercially available α useful in the present invention
-Alumina monohydrate is a by-product of the Ziegler process for producing primary alcohols, and is available under the trade names " Dispal® M,"" Dispural® ," and "Catapal®. "
Sold at SB. These products have special purity, high surface area (e.g. 250-320m 2 /g)
and very small crystallite size (approximately 50
Å). Alumina monohydrate can also be obtained by hydrolysis of aluminum alkoxides. Monobasic acids or acidic compounds that may be used to peptide alumina monohydrate, and the resulting hydrosol or colloidal dispersion, include acetic acid, hydrochloric acid, and nitric acid.
Nitric acid appears to provide the most stable alumina monohydrate hydrosol or colloidal dispersion. That is, when the peptide is peptided with nitric acid, there is little or no precipitation of alumina. Acetic acid, although still useful, appears to be the least stable. (The term "relatively stable hydrosol or colloidal dispersion" refers to a dispersed aqueous mixture of fine particulate material that remains in suspension for extended periods of time.)
Polybasic acids such as sulfuric and phosphoric acids should be avoided because they cause the alumina monohydrate to gel very quickly and are difficult to mix with the modifier precursor. The amount of acid required may be determined by conductometric titration to the apparent equivalence point and is directly related to the surface area of the alumina. The pH of the peptide sol is generally 1-2.
Although it is only a small amount, it increases to about 3 if left alone. Insufficient amounts of acid inhibit particle dispersion. Excess acid will quickly gel the mixture upon addition of the modifying component precursor, making mixing difficult, but if uniformity is achieved, there will be no adverse effect on the product. The concentration of alumina monohydrate in the hydrosol or colloidal dispersion can vary widely from 2-3% by weight to concentrations as high as 40% by weight or more. Mixtures made with hydrosols or colloidal dispersions containing less than 5% by weight alumina monohydrate when combined with a modifier precursor solution generally do not undergo gelation without preliminary dehydration of the mixture. Concentrations of alumina monohydrate greater than 30% tend to gel too quickly and are therefore somewhat difficult to mix with the modifying component source compound. Therefore, the preferred concentration of alumina monohydrate is about 15% by weight to about
It is 30% by weight. During firing, the modifying component precursor utilized in the present invention produces metal oxides, some of which react with alumina to form spinel. Spinel is produced by reacting alumina with oxides of metals such as cobalt, nickel, zinc and magnesium. Zirconia and hafnia do not form spinels with alumina. The precursor for the modifying component preferably has a volatile monovalent organic or inorganic anion. Certain precursors with multivalent ions, such as carbonate and oxalate, do not cause premature gelation and do not interfere with homogeneous mixing;
or their decomposition does not result in excessive bubbles or porosity in the gel and the resulting mineral. Such multivalent anion-containing compounds are particularly useful in promoting gelation of dilute sols. Useful precursors of the modifying components are zirconyl acanate and zirconium nitrate which yield zirconia upon calcination, nickel nitrate and nickel acetate which yield nickel oxide, zinc nitrate and zinc acetate which yield zinc oxide and cobalt nitrate which yields cobalt oxide. include. It must be understood that the above list of exemplary precursors is not exhaustive and that other compounds can also be used. Additionally, a single precursor may provide more than one modifying component. Certain metal oxides (eg, magnesia) may be dissolved directly in the alumina-containing acidic medium. It must be understood that many precursors may contain small amounts of impurities or intentionally added components that do not interfere with the production of useful minerals in many cases. For example, zirconium compounds generally contain about 1-2% hafnium as an impurity that does not have an adverse effect on the final abrasive mineral. Therefore, useful abrasive minerals are produced when other metal oxides or their precursors are included in addition to the above modifying components. Examples of such minerals are zirconia and samaria (the latter obtained, for example, from samarium acetate or samarium nitrate),
and a second phase consisting of alumina-magnesia spinel with titania, ceria, zirconia and mixtures thereof. Preferred modifying component precursors are zirconyl alkanates, particularly zirconyl formate or zirconyl acetate, available from Ventron Corporation.
Alpha Division
and Harshaw Chemical Co.
Chemicals Company). The empirical formula for zirconyl alkanate in the product literature from co-suppliers is HZrOOH-
(OOCR) 2 where R is H or CH 3 . Zirconyl acetate is the most preferred zirconyl alkanate because it has a long shelf life and is currently readily available. Other zirconyl alkanates are also useful. Zirconyl acetate is a water-soluble solid that may contain sodium ions. The presence of calcium or alkali metal ions in the alumina-zirconia minerals of the present invention tends to make them undesirably porous, soft, and brittle, possibly due to the formation of beta-alumina. Therefore, when the alumina-zirconia minerals of the present invention are used as abrasive grains, a step of removing substantially all traces (less than about 0.05% by weight) of calcium ions, sodium ions, and any other alkali metal ions is required. Must be taken in. Excess calcium and alkali metal ions may be removed by passing the zirconyl alkanate solution through a column containing a cation exchange resin or by simply mixing the solution with such a resin. Alumina monohydrate hydrosol dispersions contain zirconyl alkanates (or other precursors to modifying components)
to obtain a homogeneous mixture which is mixed with gel. The amount of time required to form a gel depends on the ratio of the precursor components to each other in the solution or dispersion, their respective solids content, acid content, acid content and the size of the colloidal particles. Some low solids content mixtures do not gel without first being partially dehydrated. The alumina monohydrate hydrosol dispersion and the modified compound precursor solution may be mixed at any convenient temperature so long as they do not solidify, gel, or rapidly evaporate the solvent. Typical mixing temperature is 10
The temperature range is from 0.degree. C. to 80.degree. C., preferably from 30.degree. C. to 60.degree. The mixing equipment in which the two liquids must be brought into a homogeneous blend is batch or preferably continuous equipment. The most preferred systems are rapidly compounding and
It involves pumping the two liquids sequentially and simultaneously into a small-volume, high-action in-line mixer that thoroughly mixes and discharges. The resulting gel is then dried at a temperature and pressure that does not cause the water to boil or bubble. Characteristically, drying results in stubby pieces of gel due to low cohesion and significant shrinkage of the gel. If the produced mineral is to be used as an abrasive grain, the dry material must be a solid mass larger than the desired abrasive grain. If a virtually void-free, dense baked product is desired, drying conditions that cause the gel to foam or create voids or bubbles must be avoided. Preferably, it is dried slowly with or without stirring. The preferred method is to spread the gel to a thickness of approximately 2-3 cm, with approximately 1
This involves sun drying or removing all free water (ie, water not chemically bound) from the gel, leaving a particulate, glassy material. Although the individual pieces of dried gel appear to be solid and dense, they are actually brittle and can be crushed with finger pressure. FIG. 4 shows an optical micrograph of the air-dried material. X-ray diffraction examination of the dry gel shows the same diffraction pattern as the wet gel. The dried gel should preferably be sufficiently porous to allow rapid calcination. 150
Without heating above 0.degree. C., the dried gel can be completely dispersed in water to form a sol that can be recycled. When the dry particulate material is too fine to be used as abrasive grains,
This feature has economic benefits since it can be easily recycled. The dry material is then ground to reduce the particle size to the desired size of the abrasive particles. Since calcination typically causes shrinkage of 20%-40% by volume, the milled material must be slightly larger than the desired granules. Since the material is very hard and brittle, grinding is relatively easy and can be carried out by any grinding device, preferably a hammer mill or a ball mill. Consideration must be given to maximizing the yield of the usable size range and producing the desired particle morphology. The crushed material is sorted to extract the size of the particles that will become useful abrasive grains.
The remaining bulk material can be recycled. Large unusable size material may be reground and small unusable size material may simply be redispersed in water. It must be noted that due to the large surface area, after drying, the vitreous particulate material absorbs a large amount of water vapor and other gaseous materials from the atmosphere if cooled at room temperature under ambient conditions. The absorbed material is generally driven off by the time the firing temperature reaches 150°C. Optimal firing conditions will depend on the particular composition, but can be easily determined by those skilled in the art since this technology has been disclosed. The dried gel or vitreous particulate material is heated in the presence of oxygen (eg, in air) during an operation described herein as calcination. chemically bound water and the remainder of the acid used to produce the alumina sol by heating, decomposing the organic zirconyl alkanate to zirconium dioxide, and oxidizing;
Remove volatile reaction products, convert alumina and zirconia to the desired crystal structure, break the composite,
Essentially eliminating vacancies and producing a dense, solid alumina-zirconia mineral consisting of an intimate mixture of small zirconia and alumina crystallites present in random orientation. Care must be taken in the calcination to avoid destroying the composite before driving out all volatile materials and to provide sufficient oxygen during the oxidation of the zirconyl alkanate to zirconium dioxide and gaseous products. While heating the composite, care must be taken to raise the temperature slowly enough to allow volatile materials to escape as they evolve without creating significant internal pressure within the composite. Zirconyl alkanates are carbonized or charred at around 250°C and oxidized to zirconium dioxide at 450°C. At approximately 600°C, essentially all chemically bound water is released from the hydrated alumina. The temperature at which the remaining portion of the acid is driven off depends of course on the particular acid used, but is generally around 1000°C.
It is as follows. All minerals at least 1250℃, typically
Continue firing until the temperature reaches 1300℃ or higher.
At this point, the porous, high surface area structure of the dry gel breaks down to form independent free-flowing particles of a solid, dense body of alumina-zirconia, and various deformations occur in the crystal structure of the alumina and zirconia. The transformation of alumina and zirconia into various crystal structures is very complex and not completely understood. The first identifiable crystallographic species of zirconia obtained during calcination of the dry gel is identified by X-ray diffraction as having a tetragonal crystal structure. As the firing temperature increases, the X of the produced mineral at room temperature increases.
Linear diffraction examination shows the presence of some monoclinic zirconia. The amount of conversion depends on the zirconia content, firing rate, firing conditions and type of equipment used. if,
Firing at 1300°C for several hours with a high zirconia content, say around 40%, will produce a crystal structure that is primarily monoclinic with a small amount of tetragonal crystal structure * ( * if X-ray If the diffraction lines are diffuse, they will include some cubic zirconia).
However, if the zirconia content is low, for example around 15%, the main crystal structure is tetragonal with a small amount of monoclinic form. Under these conditions essentially all alumina is converted to the α-crystalline structure. Alumina exhibits numerous crystal structures or morphologies,
It progresses through a series of such structures as the temperature increases. After 3 to 5 hours at 1250°C, essentially all of the alumina is converted to the α-form, which is the crystalline structure of alumina commonly used as abrasive grains. However, it has been found that minerals suitable for use as abrasive grains can be produced by heating the product for 2-3 minutes at temperatures above 1250°C, even though the conversion of alumina to the alpha form is not complete. are doing. Addition of magnesia to alumina-zirconia based products creates an identifiable spinel crystal structure in addition to alumina and zirconia crystallites. Moreover, if the magnesia precursor is added directly to the alumina sol, the final product contains identifiable spinel in addition to alumina crystallites. The rate at which the temperature is increased to achieve the above objectives depends on several factors, including the chemical composition of the mineral (eg, alumina-zirconia ratio), particle size, and oxygen accessibility. If firing is done in a static bed, bed depth, heat transfer and air supply are also factors. If the minerals are agitated and exposed to air, the firing time may be substantially reduced, but since the minerals are used in the form of abrasive grains, agitation during firing is particularly important in the early stages, when they are still brittle. It must be controlled to avoid dulling or rounding the grain edges. Firing under static conditions typically requires several hours. Firing under dynamic conditions can also be achieved for 2-3 minutes. The rate of heating must be controlled so that volatiles can escape from the interior of the mineral without creating excessive internal pressure that would crack the mineral. Experimentation is required to determine the optimal firing conditions for a particular situation. Firing at very high temperatures for long periods of time can lead to undesirable crystal growth and should be avoided. For example, the growth of coarse crystals was noted in minerals heated at 1,650°C for several hours. Minerals with finer crystal structures, on the other hand, are less desirable, but are still useful as abrasive grains. After firing, the mineral may be cooled quickly to room temperature without damaging it. Preferred minerals are Knoop hardness (load 500g)
ranges from about 1200 to 1800 Kg/mm 2 , and hardness is generally directly related to α-alumina content. The photograph of the Lauer X-ray pattern of the mineral of the present invention containing alumina-zirconia = 64:36 (weight ratio) in Figure 1 shows that the orientation in the alumina-zirconia mineral is substantially lacking, and the zirconia and alumina crystallites are shows the random orientation of both. The transmission electron micrograph in Figure 2 confirms this analysis and shows that the gray α-
Showing dark crystallites of zirconia in alumina with random orientation. Figure 3 is a scanning electron micrograph at 30,000x magnification of a petrographically produced sample of the mineral of the present invention, further showing the random orientation of zirconia crystallites shown as bright spots in dark α-alumina. and to check the morphology (the white dots near the center of the micrograph are extraneous particles that were used only to focus the microscope, and to confirm the focus and to confirm that the crystallite outlines or terminals are actually obscured). (It serves only to show that there is). Figure 5 is an optical micrograph of the material pre-fired at 1000°C, showing a shell-like surface. The photomicrograph of the calcined product taken with an optical microscope in FIG. 6 shows that the shell-like surface of the alumina-zirconia mineral of the present invention is still present. It should be noted that the mineral shown in Figure 6 is opaque, but is transparent to visible light if short firing times are used. The ability to produce transparent minerals from gels is evidence of the very fine crystallite size of the minerals of the present invention and the absence of gross inhomogeneities or defects. Clear or opaque calcined minerals exhibit glassy shell behavior when viewed at low magnification. The addition of magnesium oxide has been found to increase the hardness, toughness, and abrasive ability of the resulting mineral product even in small amounts, on the order of about 0.2% to about 20% by weight. Magnesium oxide may be added by dissolving or reacting a precursor such as magnesium nitrate or magnesium oxide in the zirconyl alkanate prior to addition to the alumina hydrosol. The preferred aluminum oxide-based abrasive minerals of the present invention are about 40%-99% alpha-alumina (preferably 50%-98%), about 0%-60% zirconia (preferably 0%), based on oxide equivalent weight. -45%) and about 0%-25% (preferably 1%-12%) magnesia, which is a spinel formed by the reaction of magnesia and alumina. Based on the volume in alumina-zirconia, this is approximately 49
%-90% (preferably 59%-98%).
For minerals formed from alumina and MgO,
The alpha-alumina content is between 11% and 99%, preferably between 55% and 96%. Volume % ratios of other mineral compositions may be calculated from the weight % and density of phases known to be present. Particulate minerals may be used as unbound pellets or used to make coated abrasive products, abrasive wheels, nonwoven abrasive products, and other products in which abrasive particles are typically used. good. The invention will be further illustrated by the following examples.
This is not intended to limit the invention. All parts and percentages are by weight unless otherwise indicated. The compositions of the examples are summarized in Tables 1 and 2. Example 1 Water, 16N nitric acid and product name “Dispar R”
α-Alumina monohydrate powder sold by ``Dispal M'' was charged into a 6 stainless steel mixing vessel of a ``Waring'' industrial type compounder.
Dispersion was performed at high speed for 30 seconds. The dispersed solids were removed by passing the dispersion through a continuous centrifuge that generates 3000 times the force of gravity. The produced dispersion and 50% zirconyl acetate aqueous solution were metered and injected through an in-line blender to produce a mixed dispersion, and a 5 cm x 46 cm
Collected in a x61 cm aluminum dish, the mixed dispersion gelled in less than 5 minutes. The gel was dried in a forced air oven at 90°C until the volatile content was less than 10% and pelletized to approximately 0.5 cm in diameter. The small grains are crushed in a 20cm hammer mill, sieved and calcined so that the average particle size is between 0.5mm and approx.
It had a range of mm. The part of the particles with an average diameter smaller than 0.5 mm was retained for Example 3. The sieved and ground material was then transferred to a non-reactive 5 cm x 10 cm x 20 refractory dish, heated in an oxidizing atmosphere at a heating rate of 100°C/hour, and calcined at 550°C. The material was held at 550° C. for 20 hours, during which time it became a uniform translucent yellow color. Then the temperature
Raise to 1350℃ at a rate of 200℃/hour, and increase to 1350℃ for 5 minutes.
Holds time. The furnace was then cooled to room temperature and the resulting fired material was removed. The fired material was small opaque white particles consisting of 60% alumina and 40% zirconia. The following Examples 2-10 are substantially the same as Example 1 except for the changes noted. Example 2 Firing was carried out using a shorter firing time than that described in Example 1. 13cm diameter with a 30cm heated sol rotating at 7rpm at an angle of 3° to the horizontal.
The ground dried gel was fed to the end of a 700° C. kiln, which was a 1.2 mm mullite tube, and the residence time was approximately 5 minutes.
The calcined product from the 700°C kiln was fed directly to a 1350° kiln of similar construction and configuration, and the residence time was approximately 1 minute. The product was cooled to room temperature for 5 minutes to obtain a clear mineral. Opaque minerals were also produced in the same manner except that the residence time in the 1350°C kiln was approximately 3 minutes. Example 3 1 piece of dry gel fine powder pulverized as in Example 1
3 kg of water was added to 3 kg of fine powder, mixed in a Waring blender, and redispersed in water. The resulting dispersion was transferred to an aluminum dish and allowed to gel for approximately 5 hours. Example 4 MgO (reagent grade powder MgO obtained from Mallinckrodt Chemical Co.) was dispersed in a zirconyl acetate solution and reacted directly. Inserting dispersions and solutions
It was metered through an on-line compounder, dried, ground and calcined as in Example 1. Example 5 Adjusting the metering rate of dispersions and solutions;
A final composition of 80% Al2O3 and 20% ZrO2 was produced. Example 6 MgO was reacted directly with a zirconyl acetate solution. Example 7 Dispersion and solution metering injection Al 2 O 3 70% - ZrO 2 30
% product. Example 8 MgO was reacted directly with a zirconyl acetate solution. Example 9 Acetic acid was used as the acid source requiring a fairly large amount of dilute dispersion. Example 10 MgCl 2 .6H 2 O was dissolved in zirconyl acetate solution. Example 11 In this example, a 50% solution of zirconyl acetate was mixed with 25% water.
Same as Example 2 except that magnesium nitrate was dissolved therein. Zirconia crystallites are measured using a transmission electron microscope, and the apparent diameter is
It was shorter than 300 Å. Example 12 This example is the same as Example 2 except that magnesium nitrate was dissolved in water and the resulting solution was added to the alumina sol. Example 13 This example is a control example that is the same as Example 1 except that zirconyl acetate is omitted, and alumina
A product was produced that was 100%. Examination by optical microscopy (750x) of etched samples with only calcined particles showed that the crystal size of α-alumina was clearly finer than that of the modified mineral of the present invention, and the crystal structure was not as observed. I couldn't do it.
Line broadening of the X-ray diffraction pattern indicates that the crystallite size of this 100% α-alumina is smaller than that of modified alumina calcined under the same conditions. Each of the batches of abrasive particles prepared as described in Examples 1 to 13, 21 and 41 were separated into three conventional particle sizes and placed in a conventional coated abrasive in a filled rayon or cotton twill cloth. A manufacturing method was used to produce a bonded and coated abrasive sheet material. The make adhesive consisted of a conventional solution containing 48% phenol-formaldehyde resin solids and 52% calcium carbonate filler. The mineral weights shown in the table were adjusted to provide a relatively constant volume of mineral for all products having the same particle size. The overlay adhesive consisted of a conventional solution containing 32% phenol-formaldehyde resin and 68% calcium carbonate filler. The base resin was precured at 88°C for 75 minutes, and the top resin was precured at 88°C for 90 minutes. The coated abrasive product was final cured at 100°C for 10 hours. The coating was processed using conventional techniques. Endless abrasive belt with coated abrasive sheet,
7.6cm x 335cm, 1018 steel workpiece was continuously polished by a constant load surface sander for 30 seconds.
A 2.5 cm x 18.4 cm surface was polished, weighed and cooled after each polishing period. As for the polishing conditions, the pressure, belt speed, and work piece feeding speed shown in Table 1 were used. The work piece is placed with the long dimension in the vertical direction,
During polishing, it is moved perpendicular to the path 18.4 cm in one rotation from its original position and back again according to the number of cycles shown in the table. The polishing results are shown in the table below. As can be seen from the results shown in Table 1, the abrasive particles of the present invention abrade much better than conventional aluminum oxide and are substantially equal to or better than commercially available eutectic alumina-zirconia materials.

【表】【table】

【表】【table】

【表】
研摩材の品質
AlO ZrO MgO (荷
重500g)

【table】
Abrasive quality
Al 2 O 3 ZrO 2 MgO (load 500g)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 アルフアアルミナからなる主成分連続アルミ
ナ相中に改質成分を含んだ高密度の合成酸化アル
ミニウムに基づく粒状研摩材鉱物の製造方法であ
つて、 (a) アルミナ源化合物と、 (i) ジルコニア、ハフニア、またはジルコニア
とハフニアの組合せ、および (ii) アルミナと、コバルト、ニツケル、亜鉛、
またはマグネシウムから成る群から選ばれる
金属の少なくとも1種の酸化物とから誘導さ
れるスピネル、 から選ばれる少なくとも1種の改質成分の少な
くとも1種の前駆体との、実質上カルシウムイ
オンおよびアルカリ金属イオンを含有しない均
質混合物をゲル化し、 (b) 前記ゲル化混合物を乾燥して固体材料のずん
ぐりした断片を形成させ、 (c) 前記固体材料を非還元性ふん囲気中で少なく
とも1250℃の温度であるが、前記鉱物の融点よ
り高くない温度に焼成して、揮発性材料を除去
し、前記固体材料を高密度の酸化アルミニウム
に基づく鉱物に非破壊的に変換する、 諸工程から成り、然も、前記前駆体は、前記鉱物
中に、アルフア―アルミナからなる主成分連続ア
ルミナ相と、前記鉱物の焼成固体の容量%で、(イ)
前記(i)の少なくとも10%、(ロ)前記(ii)の少なくとも
1%、または(ハ)前記(ii)の少なくとも1%および前
記(i)の1〜45%の含有量の改質成分とを提供する
量で存在している、粒状研摩材鉱物の製造方法。 2 実質上カルシウムイオンおよびアルカリ金属
イオンを含有しない、高密度の化学的セラミツク
の酸化アルミニウムに基づく粒状研摩材鉱物であ
つて、アルフア―アルミナから成る主成分連続ア
ルミナ相中に、前記鉱物の焼成固体の容量%で、 (i) ジルコニア、ハフニア、またはジルコニアと
ハフニアの組合せの少なくとも10%、 (ii) アルミナと、コバルト、ニツケル、亜鉛、ま
たはマグネシウムから選ばれる金属の少なくと
も1種の酸化物とから誘導されるスピネルの少
なくとも1%、または (iii) 前記ジルコニア、ハフニア、またはジルコニ
アとハフニアの組合せの1〜45%、および前記
スピネルの少なくとも1%、 から選ばれる改質成分であつて無作為的な向きで
存在する結晶子の第二相を有する、実質的に均質
な微結晶構造をもつ粒状研摩材鉱物。 3 実質上カルシウムイオンおよびアルカリ金属
イオンを含有しない、高密度の化学的セラミツク
の酸化アルミニウムに基づく粒状研摩材鉱物であ
つて、アルフア―アルミナから成る主成分連続ア
ルミナ相中に、前記鉱物の焼成固体の容量%で、 (i) ジルコニア、ハフニア、またはジルコニアと
ハフニアの組合せの少なくとも10%、 (ii) アルミナと、コバルト、ニツケル、亜鉛、ま
たはマグネシウムから選ばれる金属の少なくと
も1種の酸化物とから誘導されるスピネルの少
なくとも1%、または (iii) 前記ジルコニア、ハフニア、またはジルコニ
アとハフニアの組合せの1〜45%、および前記
スピネルの少なくとも1%、 から選ばれる改質成分であつて無作為的な向きで
存在する結晶子の第二相を有する、実質的に均質
な微結晶構造をもつ粒状研摩材鉱物を含む研摩材
物品。 4 粒状研摩材鉱物が可撓性の裏うちシートに接
着されて、被覆された研摩製品を形成している、
特許請求の範囲第3項記載の研摩材物品。 5 粒状研摩材鉱物が一緒に接着されて回転研摩
車を形成している、特許請求の範囲第3項記載の
研摩材物品。 6 粒状研摩材鉱物がかさ高不織担体ウエブ上お
よび該ウエブ内に、接着されている、特許請求の
範囲第3項記載の研摩材物品。
[Scope of Claims] 1. A method for producing a granular abrasive mineral based on a high-density synthetic aluminum oxide containing a modifying component in a continuous alumina phase consisting of alpha alumina, comprising: (a) an alumina source compound; , (i) zirconia, hafnia, or a combination of zirconia and hafnia, and (ii) alumina with cobalt, nickel, zinc,
or a spinel derived from at least one oxide of a metal selected from the group consisting of magnesium; gelling an ion-free homogeneous mixture; (b) drying said gelled mixture to form chunky pieces of solid material; and (c) subjecting said solid material to a temperature of at least 1250° C. in a non-reducing atmosphere. but comprising steps of calcination to a temperature not higher than the melting point of said mineral to remove volatile materials and non-destructively convert said solid material into a dense aluminum oxide based mineral; Also, the precursor contains a continuous alumina phase as a main component consisting of alpha-alumina in the mineral, and a volume % of the calcined solid of the mineral, (a)
A modifying component containing at least 10% of (i), (b) at least 1% of (ii), or (c) at least 1% of (ii) and 1 to 45% of (i). A method for producing a granular abrasive mineral, wherein the granular abrasive mineral is present in an amount to provide. 2 A granular abrasive mineral based on dense chemical ceramic aluminum oxide substantially free of calcium and alkali metal ions, comprising a calcined solid of said mineral in a predominantly continuous alumina phase consisting of alpha-alumina. (i) at least 10% of zirconia, hafnia, or a combination of zirconia and hafnia; (ii) alumina and at least one oxide of a metal selected from cobalt, nickel, zinc, or magnesium; (iii) 1-45% of said zirconia, hafnia, or a combination of zirconia and hafnia, and at least 1% of said spinel; A granular abrasive mineral having a substantially homogeneous microcrystalline structure with a second phase of crystallites present in a uniform orientation. 3. A granular abrasive mineral based on dense chemical ceramic aluminum oxide substantially free of calcium and alkali metal ions, comprising a calcined solid of said mineral in a predominantly continuous alumina phase consisting of alpha-alumina. (i) at least 10% of zirconia, hafnia, or a combination of zirconia and hafnia; (ii) alumina and at least one oxide of a metal selected from cobalt, nickel, zinc, or magnesium; (iii) 1-45% of said zirconia, hafnia, or a combination of zirconia and hafnia, and at least 1% of said spinel; An abrasive article comprising a particulate abrasive mineral having a substantially homogeneous microcrystalline structure having a second phase of crystallites present in a uniform orientation. 4. Granular abrasive minerals are adhered to a flexible backing sheet to form a coated abrasive product;
An abrasive article according to claim 3. 5. The abrasive article of claim 3, wherein the particulate abrasive minerals are bonded together to form a rotating abrasive wheel. 6. The abrasive article of claim 3, wherein particulate abrasive minerals are adhered onto and within the bulky nonwoven carrier web.
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