CN1043490A - 用氧化铁引晶形成的氧化铝陶瓷磨料粒 - Google Patents

Abstract

通过烧结α-水氧化铝生产α氧化铝陶瓷磨粒的方法是用微粒小于150nm的晶状氧化铁引晶来改进的。

Description

本发明涉及在结晶氧化铁晶粒材料存在下烧结氧化铝水合物引发转变为α氧化铝生产陶瓷磨料粒的方法及由磨料粒制成的磨料产品。

在受让人的美国专利第4，314，827号（Leitheiser等）中已阐述了通过化学陶瓷溶胶的浓缩方法，用至少一种改性组分的前体胶凝-水氧化铝，接着脱水和烧成制备致密的氧化铝基的陶瓷磨料粒的方法，其后公开了通过在水合氧化铝中包含一种晶种材料在焙烧过的α-氧化铝中提供一种更细的晶体结构，可以改进这种陶瓷磨料粒。众所周知焙烧含有α-氧化铝晶体材料的氧化铝水合物可以获得α-氧化铝陶瓷晶体。M.Kumagai和G.L.Messing在1984年5月2日美国陶瓷协会会议上就这个题目作了报告，后来在1984年11月的《美国陶瓷协会通讯》上发表了题为《用α氧化铝引晶使一水软铝石溶胶浓缩》的论文。美国专利第4，623，364号（Cottringer等人）阐明了一种生产多晶氧化铝基磨料粒的方法，该方法是通过使α氧化铝晶体材料的细粒与氧化铝水合物微粒混合，焙烧到至少1090℃。欧洲专利申请第209.084号（1987年1月21日出版）揭示了一种生产溶胶型陶瓷磨粒的方法，其中由氢氧化铝组成的前体材料与高级前体材料混合、干燥、焙烧和烧结，再干燥、煅烧和烧结。

受让人的美国专利第4，744，802号（Schwabel）说明了用α-氧化铝、氧化铁或它们前体使一水α-氧化铝成核来生产α-氧化铝陶瓷磨料粒的方法，同时，Schwabel揭示的事实还指出成核剂微粒的粒度认为是可变的，例如，在α-氧化铝的情况下，人们就发现微粒粒度从80～100nm是可用的，而较大和较小的微粒也认为是可用的。Schwabel的专利说明了硝酸铁（氧化铁前体）溶液的成核，在烧结前的过程中，在原处这种溶液可转变为大小未知的氧化铁晶体微粒和0.2×0.02微米（200×20nm）的α-氧化铁。Schwabel未提到由于用小于150nm的氧化铁晶体微粒引晶而引起的意想不到的性能的改善。

James    L.Mcardle和Gary    L.Messing在一篇题为《在一水软铝石中，用氧化铁催化获得的氧化铝的变化过程和微观结构控制》（《高级陶瓷材料》1988年第3卷第4期）的文章，文中说明了用粒状氧化铁使氧化铝凝胶成核能增强从γ氧化铝到α氧化铝的转变。成核试剂包括α氧化铝粒子或α氧化铁粒子，其粒度分布在15～90nm之间，其中80%的粒子在30～70nm之间。但该文中并没有提到利用平均小于150nm的氧化铁晶体成核粒子，可以使磨粒的性能得到意想不到的改善这一事实。

本发明提供了一种生产改进的磨料粒的方法，更具体地讲，该方法包括以下步骤：

（a）制备一水α-氧化铝悬浮液;

（b）用晶体氧化铁颗粒使悬浮液结晶;

（c）使悬浮液胶凝;

（d）干燥结晶过的胶凝悬浮液形成固体;

（e）煅烧该固体;

（f）压碎已干燥或煅烧过的固体形成颗粒;

（g）烧结已煅烧过的颗粒，其改进包括上述结晶氧化铁颗粒具有小于150nm的平均粒度和所说的引晶是通过将所说的氧化铁晶体颗粒加入到所说的悬浮液中实现的。

结晶氧化铁晶粒材料的添加降低了存在于悬浮液中过渡形式的氧化铝向α氧化铝转变的转变温度。如果结晶氧化铝晶粒材料平均粒度小于150nm，将得到对磨料的性能有意外改进的磨料粒。

下文用到的术语“氧化铁”是指铁的所有结晶氧化形式，它能促进各种相态的氧化铝向α-氧化铝的转变。这里用到的术语“引晶”和“成核”意义相同。可以互换。

根据本发明，做为引晶材料的铁的氧化物选自针铁矿、纤铁矿、赤铁矿（α-氧化铁）、磁铁矿、磁赤铁矿和其混合物中，最优选的铁氧化物是针铁矿、纤铁矿和赤铁矿。

术语“结晶氧化铁颗粒”是指含有粒状氧化铁前体，该前体加热时转变为适于作引晶材料的结晶氧化铁颗粒。例如，烧结期间赤铁矿前体在低于一水α氧化铝转变为α-氧化铝的温度下转变为相应适当粒度的赤铁矿。术语“结晶氧化铁颗粒”并不包括氧化铁的颗粒形式，如氧化铁的某种非晶态形式，它加热时并不能转变为结晶氧化铁颗粒。这种氧化铁颗粒形式一般是由氧化铝而不是晶状氧化铝引晶的，它们不能产生引晶的α-氧化铝。

本发明还提供新的磨料产品，它含有的磨料粒至少一部分是本发明的磨料粒。优选的磨料产品是砂纸、粘结磨料，如研磨砂轮，高级无纺磨料。

用溶胶方法制备氧化铝基陶瓷材料通常是从制备悬浮液开始，虽然其它水合物也可用，但一般都用含有一水α氧化铝（一水软铝石）重2%最高达60%的悬浮液。一水软铝石可以用已知的各种技术方法制备，也可以从大量承制厂购买。市售材料的例子包括Disperal^R，由Condea Chemie、GmbH和Catapal D、及Vista化学公司生产。这些-水氧化铝以α结构形式存在，相对纯的（含有微量其它的水化物相态而不是-水合物），具有大表面积。最后焙烧过的产品的物理性质一般依赖于选做悬浮液的一水氧化铝的种类。

悬浮液中可以含有改良添加剂前体，加入这种前体能提高形成产品的某些要求的性能或增加烧结阶段的效率。这些前体一般以可溶性盐的形式加入，典型的是水溶性的，并且典型地是由含金属的化合物组成，可以是镁、锌、钴、镍、锆、铪、铬、钇、镨、钐、镱、钕、镧、钆、铈、镝、铒、钛的氧化物的前体及其混合物。存在于悬浮液中的这些组分的确切比例，在本发明中没有严格要求，因此可以方便地改变这些组分的比例。

通常在一水软铝石悬浮液中加入胶溶剂产生更稳定的水溶胶体或胶体悬浮液。可用作胶溶剂的一元酸或酸化合物包括醋酸、盐酸、甲酸和硝酸，其中硝酸是最好的胶溶剂。由于多元酸能快速胶凝悬浮液使其难于控制或与其它成份混合，因而通常避免使用。一水软铝石某些商业来源中含有一种酸滴定度（titer）（如吸收的甲酸或硝酸），这种的滴定度能有助于形成一种稳定的悬浮液。

这种悬浮液可以通过任何适宜的方法即可以使一水氧化铝与含有溶胶剂的水混合或通过在一水氧化铝泥浆中加入溶胶剂获得。一旦悬浮液形成，最好然后胶凝。凝胶可以通过任何一种常用的方法得到，如加入用含有象硝酸镁等改良添加剂的溶解或分散的金属，把水从悬浮液中除去，或者用这些方法的某种组合来得到凝胶。

一旦凝胶形成，可以通过任何常用的方法如压、制模或挤压成形，然后可将成形的产品干燥产生所要求形状的未开裂的物体。凝胶应在低于凝胶的发泡温度下干燥。任一种脱水方法包括溶剂萃取法都能用来除去凝胶中的自由水使凝胶形成固体。

固体干燥后可以切割或机加工形成所要求的形状或用适宜的工具如锤、碾压破碎机或球磨机来压碎或粉碎形成颗粒。可以使用任何粉碎固体的方法。所用的术语“破碎”包括所有这些方法。颗粒可以用机械搅拌，如在干燥或煅烧后立即滚动以增加表面粗糙度，这样在树脂粘着系中会获得更好的粘着力。

成形后，然后可以使干燥的凝胶燃烧除去所有挥发物质把颗粒的各种组份转变为陶瓷（金属氧化物）。干燥的凝胶一般加热到约400～800℃之间，保持在这个温度范围内一段时间直到除去自由水和占重量90%以上的任何键合挥发物质。

然后将煅烧后的材料通过加热到约1000～1650℃之间，并保持在这个温度范围内直至大体上所有的α-水氧化铝转变为α氧化铝来烧结。加入成核剂的目的在于增强向α氧化铝的转变。当然陶瓷在达到这种变化程度时，所必须经历的烧结温度时间的长短依赖于各种因素，但通常在约5秒～48小时之间，当然最好在5～90分钟之间。

该方法中可以包括其它步骤，如从煅烧温度到烧结温度快速加热材料，测定粒状材料大小，过滤悬浮液以除去残渣废物等。此外，如果需要，还可通过把上述的两个或更多的单独的步骤结合起来，改善该方法。引晶最好在凝胶步骤前进行，但如果使用适当的高剪切混合以获得均匀的凝胶悬浮液混合物和晶体颗粒，那么引晶也可以在凝胶后完成。常用的工艺步骤和材料在受让人的美国专利第4，574，003号中有更详尽的叙述。

本发明最重要的方面是选择一水氧化铝悬浮液中做为成核点的、平均粒度150nm的结晶氧化铁颗粒。悬浮液中这样非常微细的结晶氧化铁颗粒的存在，与常用的由同种或其它组成的大颗粒成核材料所生产的磨料粒相比，会意外地产生更好的磨料粒。

如前所述，有用的铁氧化物包括针铁矿、纤铁矿、赤铁矿、磁铁矿和磁赤铁矿，其中赤铁矿、纤铁矿和针铁矿为优选的。针铁矿也称为α-FeooH或α-氢氧化铁，其颜色是黄色，具有正交晶体结构。纤铁矿或γ-氢氧化铁（γ-FeooH）除其颜色是桔红色外，其余同针铁矿相似。赤铁矿即α-氧化铁（α-Fe₂O₃），密度为5.24g/cm³，在1565℃熔化或分解。赤铁矿是淡红褐色，具有六方晶体结构，这种结构把氧离子密排进铁原子的几乎2/3的八面体空穴中。磁铁矿也称氧化铁（Fe₃O₄），熔点为1595℃，黑色，氧离子形成立方、密排的晶体结构。磁赤铁矿也称γ-氧化铁或γ-Fe₃O₄，褐色，形成在六面体和四面体位置间自由分布的铁原子中密排氧离子的六方晶体结构。

只要平均粒度小于150nm，铁氧化物就可以用任何已知方法制备，例如，赤铁矿悬浮液可以通过热处理硝酸铁溶液来制备，如在E.Matijevic和P.Scheiner（《胶体界面科学期刊》63卷、第3期509-524页）和B.Voight和A.Gobler（《晶体技术研究、1986年第21卷、1177-1183页）所描述的那样。纤铁矿即γ-FeooH可以用NaNo₂溶液氧化Fe（OH）₂制备。磁赤铁矿即γ-Fe₂O₃可以在一真空装置中使γ-FeooH脱水得到，γ-FeooH也可以通过在空气中加热或研磨转变成α-Fe₂O₃。针铁矿即α-FeooH可以通过空气氧化氢氧化铁或老化高温，高PH值的氢氧化铁悬浮液来合成。有关铁氧化物的制备的其它方法可以在R.N.Sylva所著的文章《铁的水解（Ⅲ）》（《纯应用化学评论》1972年22卷、15页）和T.Misava、K.Hashimoto和S.Shimodaiva所写《温室下水溶液中氧化铁和氢氧化铁的形成机理》（《腐蚀科学》1974年14卷、113页）中找到。

氧化铁引晶材料的粒度应小于150nm，15～100nm比较好，最好是20～30nm，以获得改进的磨料性能。成核剂的量最好是在焙烧后的陶瓷磨粒重量的0.01%～10%范围内（最好为0.01%～4%）。此外应避免使用高含量的氧化铁，因它能降低在某种应用上的效能。

使用的氧化铁类型将随制备方法和结晶度而变化，其形状可以是球状、针状和柱状，平均粒度是指颗粒最长方向的尺寸，对细长的颗粒就指其长度。粒度可以由测量最大颗粒的尺寸来确定。这可由任一种常用方法测得，如透射电子显微镜（TEM）或半弹性光散射（QELS）。可以使用由TEM制得的显微照片来提供一个能测量的颗粒的放大图像，已经发现放大80000倍的图像能很好地用来测量颗粒的大小，QELS包括把一束光投射到成核剂颗粒的悬浮液中，通过在散射光照度下振幅的大数值分析来确定颗粒的尺寸。以上每一种方法大家都熟知其工艺，用做这种测量的设备也可买到。

氧化铁引晶材料微粒应均匀分布在氧化铝水合物悬浮液中，通过使用适当大小的氧化铝微粒来获得最大效益。由于很小的颗粒趋于结块，所以最好应采用步骤防止结块，可以用粒度适当的氧化铁稀释水溶液或其它方法来避免，也可以用在强力或快速搅拌的一水α-氧化铝悬浮液中加入含氧化铁引晶材料的悬浮液以使结块的程度最小。

对于结定的氧化铁重量的百分比，加入较小的氧化铁晶体微粒对单位体积可以提供比加入同样化合物的大颗粒晶体材料更大数量的α-氧化铝晶体的位置。这些位置作为α-氧化铝生长的初始点。生长位置数目的增加导致焙烧时α氧化铝更快和完全密实，也可以在陶瓷中产生更细的显微结构，从而提高由该陶瓷制成的磨粒性能。然而令人吃惊地发现本发明中性能最好的磨粒并不一定要具备最大密度和最细显微结构，或在它构成的悬浮液中有最高成核位置浓度。当实际密度大于理论值的90%时，根据本发明产生的磨粒，其密度与磨料性能之间几乎没有什么直接的相关性。对给定粒度的氧化铁晶粒，相反研磨性能与氧化铁晶粒材料的性能及-水软铝石溶胶悬浮液的均匀性相关，其中成核材料较均匀的悬浮液可以提供最好的磨料。

不受理论的限制，人们相信本发明的磨料使用起来效果更好，这是因为氧化铁晶粒均匀的悬浮液引发α-相态的生长而导致在最终烧结体中氧化铁的更均匀分布。由于氧化铁是一种比α-氧化铝更软、更弱的材料，因此在磨料粒中较大的富铁区域的存在将减弱磨料的物理性质，从而消减它的磨料性能。

氧化铁成核材料为充分结晶的以具有可辨的X射线衍射图形，具有六方密排氧离子晶格的赤铁矿，在将-水软铝石衍生的氧化铝转变为α氧化铝晶体中很有效。人们认为不具有六方密排氧离子结构或近似于六方密排结构的氧离子晶格的氧化铁，在低于-水软铝石转变为α氧化铝的温度下，应能转变为其中一种结构，以有效地做为α-氧化铝转变的成核剂。含有铁的微粒的转变温度将随粒度大小、结晶度和杂质的存在而变化。把α氧化铝位相生长地方所含铁微粒的百分比定义为结晶效率，最终结果是：对不具有六方密排氧离子晶格的氧化铁，这种成核效率比较低。

氧化铁晶体材料微粒一般不会在焙烧后的陶瓷中找到，尽管在陶瓷中高铁的存在和在磨料粒陶瓷中伴随的细微晶结构使它们的使用很容易确定。在焙烧过程中并不知道氧化铁成核材料怎样与其它化合物进行相互作用。成核后的氧化铁可能与α-氧化铝反应，形成铁尖晶石（FeAl₂O₄），一种含有α-氧化铝的固溶体或如果存在氧化镁，可以形成取代的镁铝尖晶石结构。

本发明前认为最好的α氧化铝基陶瓷要求少量氧化镁作粘稠剂和烧结辅助剂，但已经意外地发现当降低铁的氧化物粒度时，同样氧化镁的数量可以减少而不会对磨料效能产生不利影响，这个结果非常有益，这是因为镁典型地加入到硝酸盐溶液中，该硝酸盐在烧结过程中，产生氮的空气氧化物，这些气体必须收集，否则会造成环境污染。氧化镁的添加还会导致比α-氧化铝软的尖晶石的形成。此外应注意到，本发明中优选的磨料粒包括较少量的氧化镁。

根据本发明改进的磨料粒可以具有接近理论密度的密度，如为95%，或更高或以至于75%。典型地，本发明的磨料粒密度大于3.75g/cc，平均α-氧化铝晶体区域约小于1.5微米。这种陶瓷材料可以是基本无空隙的，或其特征在于包括一些孔隙，该孔隙典型地以内部弯曲或轴气孔，它们大部分在陶瓷的内部只有小部分延伸到表面。用常用的孔隙率测定方法很难准确测定其孔隙率，因为这种孔隙是由并不扩展到表面的封闭孔隙和扩展到表面的不闭合孔隙混合而成，封闭孔隙对陶瓷的耐久性没有什么不利影响。事实上在某些情况下已经注意到在某些应用上提供改进的磨料性能。

根据本发明陶瓷磨粒可以应用在常见的磨料产品上，最好与不太贵的常用磨粒混合使用。如熔融的氧化铝、金刚砂、石榴石、熔融的氧化锆等。

下列实施例用来说明本发明的某些特殊的实施方案。本发明并不局限于这些实施例。

例证

生产溶胶磨料粒的一般步骤

根据下列步骤用溶胶方法制备磨料粒：

把8700克室温蒸馏水、138克70%硝酸溶液、2760克商标为Disperal^R的-水α-氧化铝粉末和氧化铁成核剂注入到18.9升的内衬聚乙烯的钢容器中。然后用Gifford-Wood均化混合器（Greeco公司、Hudson，N.H。）高速搅拌5分钟，最终的悬浮液和有时含有镁的硝酸盐水溶液是通过单排混合器测得，这种混合器每通过8克的硝酸镁就要通过100克的上述悬浮液。得到的凝胶被挤压进46cm×66cm×5cm的内衬聚酯铝盘中，然后在100℃的恒温箱内干燥为脆性固体。

最后干燥过的材料用钢板间有1.1mm缝隙的布老恩型UD粉磨机压碎，把压碎的材料过筛，留下0.125mm-1mm大小的材料焙烧。

筛过、压碎的材料送进煅烧炉一端，煅烧炉是直径23cm、具有2.9m热区的4.3m长的不锈钢管，管与水平面成2.4度角，转速为6转/分，在里面的滞留时间为15分钟。煅烧炉热区送料端温度是350℃，出口端温度是800℃。把煅烧炉中烧过的产品送进1390℃的炉内，这种煅烧炉的直径为8.9cm，与水平面成4.4度角的1.32米长金钢砂管，有76cm热区，转速为10.5转/分，物料滞留时间约为3.8分钟，从炉中出来的产品在室温下，收集到金属溶器内并让其冷却至室温。

试验和生产砂纸产品的一般方法

将上述实施例中的磨料粒用在测验磨损性的砂纸产品上。砂纸产品是根据常用的砂纸生产方法制造的。磨料粒筛选为ANSI    50级、平均粒度为430微米，然后把ANSI50级的磨料粒用常用的碳酸钙填充的酚醛结构树脂和冰晶石填充的酚醛胶料树脂粘着在硫化纤维底纸上。结构树脂在88℃下预固化90分钟，胶料树脂在88℃下预固化90分钟，接着在100℃温度下最终固化10小时。大体上干燥的涂层（克/平方米）为169克的结构树脂、530克的磨粒和350克的胶料树脂组成。

传统地将固化盘弯曲以可控制粉碎牢固粘结的树脂，再将其安装在斜铝垫板上，并且用来研磨1.25cm×18cm1018低碳钢工件的表面。圆盘以5500转/分的速度转动，而作用在底盘斜边上的圆盘的一部分以5.91kg荷载作用于工件上，产生大约140cm²的圆盘磨耗通道。在每12分钟内，每个圆盘每分钟用来磨碎一个分开的工作件，或在一个足够的一分钟时间段内，磨碎工作件直到在任一分钟的磨碎切割中不超过5克的金属被磨掉。

磨粒的性能一般用对比百分比表示，即对对比例去掉金属总量等于100%，试验例磨粒用相对对比例来表示。性能比对比例好10%，用试验磨粒制造的砂纸产品就具有110%的对比例的性能。

对比实施例

用于对比实施例的磨粒是购自St.Paul、Minnesota的3M公司，商标为Cubitron的磨粒。Cubitron磨粒含有94%α-氧化铝，其中该α-氧化铝是用6%（重量）α-氧化铝和6%（重量）氧化镁成核的。如上所述将这种磨料粒用于砂纸中并进行试验。

实施例1-4

根据实施例1～4生产的磨粒说明各种氧化铁成核剂。磨料粒是根据《生产溶胶磨粒的一般步骤》制备。得到的磨粒由约94.5%的α-氧化铝、4.5%的氧化镁和1%的氧化铁组成。制成砂纸其试验结果如表1所示。

实施例1

本实施例包括用αFeooH做成核剂。原料中加入207克10%FeooH固体含水泥浆。成核剂是通过在氧气存在下使硫酸铁与氢氧化钠反应形成针状α-FeooH制备的，该α-FeooH的平均微粒为180nm、表面积为80m²/g。粒度由溶液的PH值、浓度、反应温度和氧化率控制。用水冲洗沉淀物去掉过量的钠离子和硫酸根离子。

实施例2

加入本实施例的成核剂为203克平均微粒为40nm、表面积为200m²/g的10.2%αFeooH固体含水泥浆。

实施例3

加入本实施例的成核剂为828克平均微粒为60nm的γ-FeOOH的25%含水泥浆。γ-FeOOH成核剂是通过氧化氯化铁、盐酸和氢氧化钠溶液，用水冲洗生成的沉淀除去钠离子，通过调节PH值和氧化率来控制粒度大小来制备的。

实施例4

加入本实施例的成核剂为900克平均微粒为60nm的δ-FeOOH的2.3%含水泥浆。δ-FeOOH成核剂是通过氧化硫酸铁和含有过氧化氢的过氧化钠用水冲洗得到沉淀除去钠离子来制备的。

表Ⅰ

由不同成核剂制成的磨料的对比

实施例号    成核剂    平均粒度（nm）    总缩减量（%对比）

1    α-FeOOH    180    103

2    α-FeOOH    40    111

3    γ-FeOOH    60    89

4    δ-FeOOH    60    102

实施例5-6

实施例5-6的组成分别与用α-FeOOH和Fe₃O₄成核剂的磨粒性相比较，测验磨粒在矿纸产品中的磨损性。试验结果列于表Ⅱ。

实施例5

本实施例的磨粒除组成原料不同外，是根据《溶胶磨粒的一般制备》生产的。原料是9750克室温去离子水、150克70%的硝酸水溶液、2990克商标为Disperal^R的-水α氧化铝粉末和311克α-FeOOH成核剂的10%固体含水泥浆。成核剂如实施例1中所述。得到的磨料粒由约94.5%的α-氧化铝、4.5%的氧化镁和1%的氧化铁组成。

实施例6

以实施例5相同的方式制备本实施例的组合物并对其进行试验，不同的是去离子水的重量为9460克并且使用不同的成核剂。成核剂为3.6%、60nm的Fe₃O₄的固体含水浆以及将311克的这种含水浆加入到悬浮液中。在去离子水中溶解一份硝酸铁和2份硫酸铁，然后在沉淀物（Fe₃O₄）中加入氢氧化铵来制备成核剂。得到磨料粒由约94.5%的α氧化铝、4.5%的氧化镁和1%的氧化铁组成。

表Ⅱ

由不同成核剂制成的磨料的比较

实施例号    成核剂    平均粒度（nm）    总缩减量（%对比）

5    α-FeooH    180    106

6 Fe₃O₄60 102

实施例7-10

根据实施例7-10所述方法生产的磨粒说明了氧化铁成核剂粒度与生产优质磨料粒所需氧化镁的量之间有着意外的关系。实施例7-10生产的砂纸产品的试验结果列于表Ⅲ。

实施例7

实施例7的磨粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》制成，但各组分的配料量不同。配料含有9750克室温去离子水、150克70%的硝酸溶液、2990克商标为Disperal^R的一水α氧化铝粉末和112克实施例1的α-FeooH成核剂的10%的固体含水浆。得到磨料粒由约95%的α-氧化铝、4.5%的氧化镁和0.5%的氧化铁组成。

实施例8

实施例8除加入的成核剂为实施例2的α-FeooH的8%的固含水浆140克以外，其它与实施例7相同。

实施例9

实施例9的磨料粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》制成的，不同的是组分配料重和不存在硝酸镁。该配料含有8115克室温去离子水、173克70%的硝酸溶液、4550克商标为Disperal^R的一水α-氧化铝粉末、170.6克实施例1的α-FeooH成核剂的10%的固体含水浆。得到磨料粒约由99.5%的α-氧化铝和0.5%的氧化铁组成。

实施例10

实施例10的磨粒与实施例9的制备方法相同，但加入的成核剂为213.2克实施例2的α-FeooH的8%的固体含水浆。

表Ⅲ

实施例号    平均粒度（nm）    MgO含量（%）    总缩减量（%对比）

7    180    4.5    106

8    40    4.5    117

9    180    0    70

10    40    0    106

人们注意到随成核剂平均粒度的减小，生产优质磨料粒所必需的氧化镁的量也惊人地减少。这个意外的优点意味着一个降低成本的方法，因为它减少了残余的氧化氮气体的放出（由典型地以硝酸盐的形式加入镁），也减少了比α-氧化铝软的，在某些情况下也能降低磨粒的性能的镁铝尖晶石的量。

实施例11-14

根据实施例11-14制备的磨粒说明随氧化物成核剂平均粒度的减小而取得性能的改进。试验结果列于表Ⅳ。

实施例11

实施例11的磨粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》中所述方法合成的，但与其不同的是原料组成中去掉了硝酸镁。其配料含有10，000克室温去离子水、233克70%的硝酸溶液、3，889克商标为Disperal的-水α氧化铝粉末和90.3克表面积为37m²/g、400nm的α-FeooH成核剂的36%的固体含水浆。得到磨料粒约由99.0%的α-氧化铝和1.0%的氧化铁组成。

实施例12

实施例12的磨粒与实施例11的相同，不同的是加入的成核剂为295克平均粒度为120nm、表面积为120m²/g的α-FeooH的11%的固体含水浆。得到的磨料粒约由99.5%的α-氧化铝和1.0%的氧化铁组成。

实施例13

实施例13的磨粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》中的方法制成的，但配料各组分的重量不同。该配料含有9000克室温去离子水、135克70%的硝酸溶液、2250克商标为Disperal^R的一水α氧化铝粉末、82.1克表面积为70m²/g250nm的α-FeooH成核剂的20.7%固体含水浆。得到的磨料粒由约99.0%的α-氧化铝和1.0%的氧化铁组成。

实施例14

实施例14的磨粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》的方法制成，但各组分的重量不同。该配料中含有500克室温去离子水、116.5克70%的硝酸溶液、1945克商标为Disperal^R的一水α氧化铝粉末和270.8克表面积为200m²/g的40nm的α-FeooH成核剂的6%固体含水浆。得到的磨粒由约99%的α-氧化铝和1.0%的氧化铁组成。

表Ⅵ

实施例号 平均粒度（nm） 表面积（m²/g） 总消减量（g）

11    400    37    548

12    120    120    859

13    250    70    730

14    40    200    1053

可以观察到随成核剂平均粒度的减小，磨料的性能提高了。

实施例16-19

根据实施例16-19制成的磨粒组合物是用来比较由α-氧化铝作成核剂的磨料粒与根据本发明用氧化铁作成核剂的磨料粒的性能。试验结果列于表Ⅴ。

实施例16

实施例16的磨粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》的方法制成的，但各组分的配料不同。该配料含有6951克去离子水、120克70%的硝酸溶液、3272克商标为Disperal^R的一水α-氧化铝粉末、640克α-氧化铝成核剂的1.9%固体溶液。该成核剂是用从AIcoa买的商标为A-16SG、PH值为1.6-2.5的α氧化铝55%的固体含水浆经硝酸酸化制备的。然后稀释水浆以保持流动性，并在氧化铝研磨介质存在下球磨25天。离心分离球磨浆，使其老化2年以除去沉淀物。在上层清液中得到的较小的α-氧化铝颗粒通过用光子相关性光谱学分析发现为58nm。得到的磨粒主要是100%的α-氧化铝，其中约0.5%来源于α-氧化铝晶粒的α-氧化铝。

实施例17

实施例17的磨粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》方法制成，但配料组分不同。该配料含有8859克去离子水、160克70%的硝酸溶液、3900克商标为Disperal^R的一水α氧化铝粉末和81克140nm的α-氧化铝成核剂的18%的固体含水浆。成核剂的制备方法为：离心分离从Sumitomo化学公司购买的商标为AKP-50的α-氧化铝悬浮液以除去粗颗粒，析未沉淀部分的悬浮液，使用析后的部分，得到的磨粒主要是100%的α-氧化铝，其中0.5%的α-氧化铝来源于α氧化铝的晶粒。

实施例18

实施例18的磨料粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》中的方法制成的，但各组分的配料量不同。该配料含有8859克去离子水、160克70%的硝酸溶液、3900克商标为Disperal的一水α-氧化铝粉末和81克由FeSO₄与NaOH反应制成的40nm的α-FeOOH成核剂的9.7%固体水溶液。得到的磨粒主要是99.5%的α-氧化铝和0.5%来源于氧化铁晶粒的氧化铁。

实施例19

实施例19的磨粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》的方法制成的，但各组分的配料量不同。该配料含有8569克去离子水、160克70%的硝酸溶液、3900克商标为Disperal的一水α-氧化铝粉末和81克由FeOO₄与NaOH反应制成的40nm的α-FeOOH成核剂的9.7%固体水溶液。得到的磨粒主要是99.5%的α-氧化铝和0.5%来源于氧化铁晶粒的氧化铁。

实施例19

实施例19的磨粒是根据《溶胶磨粒的一般制备》的方法制成的，但各组分的配料量不同。该配料含有8569克去离子水、160克70%的硝酸溶液、3900克商标为Disperal的一水α-氧化铝粉末和281克由FeSO₄与NaOH反应制得的180nm的α-FeOOH成核剂的5.2%固体含水浆。得到的磨粒主要是99.5%的α-氧化铝和0.5%来源于氧化铁晶粒的氧化铁。

表Ⅴ

实施例号    成核剂    粒度（nm）    总消减量（%对比）

16    α-氧化铝    58    117

17    α-氧化铝    140    123

18    α-FeOOH    40    110

19    α-FeOOH    180    57

由以上数据可以看出在由两种不同粒度的α-氧化铝制成的磨粒的磨料性能中，不存在明显差别。而在由两种不同粒度的α-FeOOH制成的磨粒之间，其磨料的性能存在意外的重要差别。

应该理解的是本发明的某些实施方案是用来说明和描述本发明的。但本发明并不限于以上所述的特殊化合物、组成或方法。

Claims (15)

1、形成磨粒的方法包括以下步骤：

(a)制备α-水氧化铝微粒悬浮液。

(b)用晶状氧化铁微粒结晶所述的悬浮液。

(c)胶凝所述的悬浮液。

(d)干燥结晶的凝胶悬浮液形成固体。

(e)煅烧该固体。

(f)压碎干燥或煅烧后的固体形成颗粒。

(g)烧结煅烧后的微粒，把所述平均微粒小于150mm的晶状氧化铁微粒和所述的晶状氧化铁微粒加入到上述悬浮液中，得到的晶体都做进一步检定。

2、如权利要求1的方法，其特征在于所说的结晶氧化铁颗粒是从由针铁矿、纤铁矿、赤铁矿、磁铁矿、磁赤铁矿及其混合物组成的物质中选出。

3、权利要求1的方法，其特征在于所说的凝胶中含有改良添加剂的前体。

4、权利要求1的方法，其特征在于所说的改良添加剂前体为含金属化合物。

5、权利要求4的方法，其特征在于所说的金属选自由镁、锌、钴、镍、锆、铪、铬、钇、镧、铌、钛及其混合物组成的物质中。

6、权利要求1的方法，其特征在于包括压碎煅烧过的固体形成微粒步骤。

7、权利要求1的方法，其特征在于所述的平均粒径为15～100nm。

8、权利要求1的方法，其特征在于所述平均粒径为20-30nm。

9、如权利要求1的方法，其特征在于所述的氧化铁重量为烧结后磨粒重的约0.05-10%。

10、陶瓷磨粒其特征在于是用权利要求1-9的任一种方法制备的。

11、一种磨料产品的磨粒至少一部分是由权利要求10的陶瓷磨粒构成。

12、如权利要求21的磨料产品为砂纸产品。

13、如权利要求11的磨料产品为粘结磨料产品。

14、如权利要求11的磨料产品为粘结砂轮。

15、如权利要求11的磨料产品为高级无纺产品。