專(zhuān)利名稱(chēng)：通過(guò)熔紡制備無(wú)定形陶瓷材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備無(wú)定形陶瓷材料的熔紡方法。
相關(guān)技術(shù)的描述采用熔紡來(lái)制備無(wú)定形陶瓷材料是本領(lǐng)域已知的。通常，熔紡(melt spinning)涉及使熔體通過(guò)一個(gè)孔口(如通過(guò)施加氣體或機(jī)械壓力)，然后使該熔體與一移動(dòng)的基底(如轉(zhuǎn)子，通常是冷鑄輪)接觸，這樣它能被快速地冷卻，從而提供固態(tài)的拉伸式樣(如帶狀物或纖維)。該固態(tài)的拉伸式樣的形式可依賴(lài)于諸如熔體粘度、表面張力、潤(rùn)濕特性、熔體和基底之間的熱轉(zhuǎn)移速率、毛細(xì)力和機(jī)械力之類(lèi)的因素。此外，接觸點(diǎn)上的該(冷卻)基底形狀通常起到?jīng)Q定該固化材料的形狀和厚度的作用。已制得的固化材料的形式包括線(xiàn)(wire)、長(zhǎng)絲(filament)、薄的、厚的、寬的、多層的膜或片狀物。
盡管通過(guò)熔融和快速淬火已能夠得到許多處于無(wú)定形狀態(tài)(包括玻璃狀)的金屬氧化物，但是由于需要非常高的淬火速率來(lái)提供無(wú)定形而非結(jié)晶的材料，因此其大多數(shù)材料不能形成大或復(fù)雜的形狀。通常，這些體系在隨后的再加熱過(guò)程中相對(duì)于結(jié)晶作用非常不穩(wěn)定，因此它們不能表現(xiàn)出諸如粘流之類(lèi)的性質(zhì)。另一方面，基于已知的形成網(wǎng)狀的氧化物(如二氧化硅和氧化硼(氧化硼))的玻璃，通常在再加熱過(guò)程中對(duì)于結(jié)晶作用是相對(duì)穩(wěn)定的，因此，容易達(dá)到產(chǎn)生粘流的工作范圍。
眾所周知，可以在高于玻璃轉(zhuǎn)變溫度的溫度下通過(guò)粘性燒結(jié)，由已知的玻璃(如二氧化硅和氧化硼)來(lái)形成大的制品。例如，在磨料工業(yè)中，磨輪是通過(guò)用玻璃粘結(jié)劑把磨粒粘結(jié)在一起而制成的。
雖然已知有大量的組合物可用于制備無(wú)定形材料，但是仍需要新的由熔紡法制得的材料。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供一種制備含有玻璃的陶瓷的方法，該方法包括使熔體與旋轉(zhuǎn)的基底的表面接觸，使該熔體冷卻，以提供含有玻璃的陶瓷，該熔體含有至少35(在一些實(shí)施例中，較佳至少40、45、50、55、60、65，或甚至至少70)重量％的Al2O3(以該熔體的總重計(jì))、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物(如Y2O3、REO、MgO、TiO2、Cr2O3、CuO、NiO、Fe2O3，以及它們的復(fù)合金屬氧化物)，其中該熔體含有總計(jì)不超過(guò)10(在一些實(shí)施例中，較佳不超過(guò)5、4、3、2、1，或0)重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5，以該熔體總重計(jì)；且該陶瓷含有玻璃，該玻璃含有至少35(在一些實(shí)施例中，優(yōu)選至少40、45、50、55、60、65，或甚至至少70％)重量％的Al2O3(以該玻璃的總重計(jì))、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物，其中該玻璃含有總計(jì)不超過(guò)10(在一些實(shí)施例中，較佳不超過(guò)5、4、3、2、1，或0)重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5，以該玻璃總重計(jì)。在一些實(shí)施例中，該含玻璃的陶瓷是纖維。在一些實(shí)施例中，該纖維基本上是連續(xù)的(即，長(zhǎng)度與直徑比至少為1000∶1)。在一些實(shí)施例中，提供各種各樣的形狀，包括顆粒、須狀、不連續(xù)纖維、和帶狀物(即平的拉伸形狀)。
例如，在一些實(shí)施例中，本方法包括使熔體與旋轉(zhuǎn)基底的表面接觸，使該熔體冷卻，以提供大量的含玻璃的纖維，該熔體含有至少35(在一些實(shí)施例中，較佳至少40、45、50、55、60、65，或甚至至少70)重量％的Al2O3(以該熔體的總重計(jì))、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物(如Y2O3、REO、MgO、TiO2、Cr2O3、CuO、NiO、Fe2O3，以及它們的復(fù)合金屬氧化物)，其中該熔體含有總計(jì)不超過(guò)10(在一些實(shí)施例中，較佳不超過(guò)5、4、3、2、1，或0)重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5，以該熔體總重計(jì)；且該玻璃含有至少35(在一些實(shí)施例中，優(yōu)選至少40、45、50、55、60、65，或甚至至少70％)重量％的Al2O3(以該玻璃的總重計(jì))、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物，其中該玻璃含有總計(jì)不超過(guò)10(在一些實(shí)施例中，較佳不超過(guò)5、4、3、2、1，或0)重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5，以該玻璃總重計(jì)。在一些實(shí)施例中，該纖維是玻璃纖維。在一些實(shí)施例中，該纖維基本上是連續(xù)的(即，具有至少1000∶1的長(zhǎng)度與直徑比)。
在另一方面，本發(fā)明提供一種制備含玻璃的陶瓷的方法，該方法包括使熔體與旋轉(zhuǎn)基底的表面接觸，使該熔體冷卻，以提供含玻璃的陶瓷，該熔體含有至少35(在一些實(shí)施例中，較佳至少40、45、50、55、60、65，或甚至至少70)重量％的Al2O3(以該熔體的總重計(jì))、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物(如Y2O3、REO、MgO、TiO2、Cr2O3、CuO、NiO、Fe2O3，以及它們的復(fù)合金屬氧化物)，其中，所述Al2O3、第一金屬氧化物和第二金屬氧化物總共占該熔體至少70重量％(在一些實(shí)施例中，較佳至少占75、80、85、90、95或100重量％)，且其中該熔體含有總計(jì)不超過(guò)熔體總重的30重量％(在一些實(shí)施例中，優(yōu)選不超過(guò)25、20、15、10、5、4、3、2、1或0重量％)的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5；該玻璃含有至少35(在一些實(shí)施例中，優(yōu)選至少40、45、50、55、60、65，或甚至至少70％)重量％的Al2O3(以該玻璃的總重計(jì))、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物，其中，所述Al2O3、第一金屬氧化物和第二金屬氧化物共占該玻璃的至少70重量％(在一些實(shí)施例中，較佳至少占75、80、85、90、95或100重量％)，且其中該玻璃含有總計(jì)不超過(guò)30重量％(在一些實(shí)施例中，優(yōu)選不超過(guò)25、20、15、10、5、4、3、2、1或0重量％)的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5，以該玻璃的總重計(jì)。在一些實(shí)施例中，該含玻璃的陶瓷是纖維。在一些實(shí)施例中，該纖維基本上是連續(xù)的(即，具有至少1000∶1的長(zhǎng)度與直徑比)。在一些實(shí)施例中，提供各種各樣的形狀，包括顆粒、須狀、不連續(xù)纖維、和帶狀物(即平的拉伸形狀)。
例如，在一些實(shí)施例中，本方法包括使熔體與旋轉(zhuǎn)基底的表面接觸，使該熔體冷卻，從而提供含玻璃的多個(gè)纖維，其中，該熔體含有至少35(在一些實(shí)施例中，較佳至少40、45、50、55、60、65，或甚至至少70)重量％的Al2O3(以該熔體的總重計(jì))、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物(如Y2O3、REO、MgO、TiO2、Cr2O3、CuO、NiO、Fe2O3，以及它們的復(fù)合金屬氧化物)，其中，所述Al2O3、第一金屬氧化物和第二金屬氧化物總共占該熔體至少70重量％(在一些實(shí)施例中，較佳至少占75、80、85、90、95或100重量％)，且其中該熔體含有總計(jì)不超過(guò)熔體總重的30重量％(在一些實(shí)施例中，優(yōu)選不超過(guò)25、20、15、10、5、4、3、2、1或0重量％)的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5；該玻璃含有至少35(在一些實(shí)施例中，優(yōu)選至少40、45、50、55、60、65，或甚至至少70)重量％的Al2O3(以該玻璃的總重計(jì))、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物，其中，所述Al2O3、第一金屬氧化物和第二金屬氧化物共占該玻璃的至少70重量％(在一些實(shí)施例中，較佳至少占75、80、85、90、95或100重量％)，且其中該玻璃含有總計(jì)不超過(guò)玻璃總重的30重量％(在一些實(shí)施例中，優(yōu)選不超過(guò)25、20、15、10、5、4、3、2、1或0重量％)的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5。在一些實(shí)施例中，該纖維是玻璃纖維。在一些實(shí)施例中，該纖維基本上是連續(xù)的(即，具有至少1000∶1的長(zhǎng)度與直徑比)。
本發(fā)明的方法任選地還包括加熱該無(wú)定形材料，這樣該無(wú)定形材料的至少有一部分被轉(zhuǎn)化成玻璃-陶瓷。
在本申請(qǐng)中“無(wú)定形材料”指衍生自熔體和/或汽相的材料，它在用X光衍射所測(cè)量時(shí)缺少任何大范圍的晶體結(jié)構(gòu)，和/或它在采用DTA(差熱分析)測(cè)量時(shí)(如本文“差熱分析”標(biāo)題下所述的試驗(yàn)所測(cè)定的那樣)具有對(duì)應(yīng)于無(wú)定形材料的結(jié)晶作用的放熱峰；“陶瓷(ceramic)”包括無(wú)定形材料、玻璃、結(jié)晶陶瓷、玻璃-陶瓷，以及它們的組合；“復(fù)合金屬氧化物”指含有兩種或多種不同金屬元素和氧的金屬氧化物(如CeAl11O18、Dy3Al5O12、MgAl2O4和Y3Al5O12)；“復(fù)合的Al2O3·金屬氧化物”指以理論氧化物計(jì)，含有Al2O3和一種或多種除Al外的元素的復(fù)合金屬氧化物(如CeAl11O18、Dy3Al5O12；和Y3Al5O12)；“復(fù)合的Al2O3·Y2O3”指以理論氧化物計(jì)，含有Al2O3和Y2O3的復(fù)合金屬氧化物(如Y3Al5O12)；“復(fù)合的Al2O3·REO”指以理論氧化物計(jì)，含有Al2O3和稀土金屬氧化物的復(fù)合金屬氧化物(如CeAl11O18和Dy3Al5O12)；“玻璃”指具有玻璃轉(zhuǎn)變溫度的無(wú)定形材料；“玻璃-陶瓷”指含有通過(guò)熱處理無(wú)定形材料所形成的晶體的陶瓷；“Tg”指如采用本文“差熱分析”標(biāo)題下所述的試驗(yàn)所測(cè)得的玻璃轉(zhuǎn)變溫度；“Tx”指如采用本文”差熱分析”標(biāo)題下所述的試驗(yàn)所測(cè)得的結(jié)晶溫度；“稀土金屬氧化物”指氧化鈰(如CeO2)、氧化鏑(如Dy2O3)、氧化鉺(如Er2O3)、氧化銪(如Eu2O3)、釓(如Gd2O3)、氧化鈥(如Ho2O3)、氧化鑭(如La2O3)、氧化镥(如Lu2O3)、氧化釹(如Nd2O3)、氧化鐠(如Pr6O11)、氧化釤(如Sm2O3)、鋱(如Tb2O3)、氧化釷(如Th4O7)、銩(如Tm2O3)和氧化鐿(如Yb2O3)及其組合；“REO”指稀土氧化物。
此外，在此應(yīng)理解，除非指出金屬氧化物(如Al2O3、復(fù)合的Al2O3·金屬氧化物等)是晶體(如在玻璃-陶瓷中)，否則它可以是無(wú)定形的、晶體、或部分無(wú)定形且部分晶體。例如，如果玻璃-陶瓷含有Al2O3和ZrO2，則Al2O3和ZrO2可各自為無(wú)定形態(tài)、晶態(tài)、或部分是無(wú)定形態(tài)而部分是晶體狀態(tài)，甚至作為與其他金屬氧化物的反應(yīng)產(chǎn)物(如，除非另有指出Al2O3以Al2O3晶體或Al2O3的特定的晶相存在(如αAl2O3))存在，否則它可以Al2O3晶體存在和/或作為一種或多種復(fù)合的Al2O3·金屬氧化物晶體的一部分而存在。
此外，應(yīng)理解，通過(guò)加熱不具有Tg的無(wú)定形材料而形成的玻璃-陶瓷實(shí)際上可能不含有玻璃，而可能含有不具有Tg的結(jié)晶和無(wú)定形材料。
本發(fā)明制品的例子包括廚房用具(如盤(pán)子)、牙托和增強(qiáng)纖維、切削工具嵌襯、磨料以及內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)部件(如閥門(mén)和軸承)。其它制品包括在其本體或其它基質(zhì)的外表面上具有保護(hù)性陶瓷涂層的那些制品。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)本發(fā)明方法制造的、包括磨粒的涂覆磨料制品的部分橫截面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明方法制造的、包括磨粒的粘合磨料制品的透視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明方法制造的、包括磨粒的非編織磨料制品的放大的示意圖。
圖4是本發(fā)明一個(gè)方法的透視圖。
圖5是根據(jù)實(shí)施例5制備的樣品的DTA曲線(xiàn)。
詳細(xì)描述本發(fā)明提供對(duì)熔體進(jìn)行熔紡，以提供無(wú)定形材料的方法。任選地，可對(duì)無(wú)定形材料的例子進(jìn)行熱處理，以提供玻璃-陶瓷。
圖4顯示了本發(fā)明一個(gè)代表性的熔紡方法，其中熔紡裝置41包括轉(zhuǎn)輪42，該轉(zhuǎn)輪42具有表面44A和44B以及圓周表面43。如圖所示，熔體45與該圓周表面43接觸，以提供玻璃46。在一些實(shí)施例中，且如圖所示，熔體45在輔助下或通過(guò)孔47被導(dǎo)向圓周表面43。即，使用本領(lǐng)域已知的技術(shù)，如機(jī)械壓力或氣體壓力，迫使熔體45通過(guò)孔47。或者或此外，例如，熔體45可被導(dǎo)向表面44A和44B中一個(gè)或兩個(gè)表面，以提供玻璃。
熔體、無(wú)定形材料(包括玻璃)以及由此制得的玻璃-陶瓷的一些實(shí)施例包括至少35重量％(在一些實(shí)施例中，較佳包括至少40、45、50、55、60、65或甚至至少70％，在一些實(shí)施例中，較佳在60-70％的范圍)的Al2O3(以該熔體、無(wú)定形材料或玻璃-陶瓷的總重計(jì)，按所適用的算)，和Y2O3(在一些實(shí)施例中，優(yōu)選含有至少0.5重量％，在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為0.5-70、0.5-50或1-25重量％的Y2O3，以所述熔體、無(wú)定形材料或玻璃-陶瓷的總重計(jì)，按所適用的算)。
熔體、無(wú)定形材料(包括玻璃)以及由此制得的玻璃-陶瓷的一些實(shí)施例包括至少35重量％(在一些實(shí)施例中，較佳包括至少40、45、50、55、60、65或甚至至少70％，在一些實(shí)施例中，較佳在60-70％的范圍)的Al2O3(以該熔體、無(wú)定形材料或玻璃-陶瓷的總重計(jì)，按所適用的算)，和REO(在一些實(shí)施例中，優(yōu)選含有至少0.5重量％，在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為0.5-70、0.5-50或1-25重量％的Y2O3，以所述熔體、無(wú)定形材料或玻璃-陶瓷的總重計(jì)，按所適用的算)。
熔體、無(wú)定形材料(包括玻璃)以及由此制得的玻璃-陶瓷的一些實(shí)施例包括至少35重量％(在一些實(shí)施例中，較佳包括至少40、45、50、55、60、65或甚至至少70％，在一些實(shí)施例中，較佳在60-70％的范圍)的Al2O3(以該熔體、無(wú)定形材料或玻璃-陶瓷的總重計(jì)，按所適用的算)，和Y2O3(在一些實(shí)施例中，優(yōu)選含有至少0.5重量％，在一些實(shí)施例中，優(yōu)選0.5-70、0.5-50或1-25重量％的Y2O3，以所述熔體、無(wú)定形材料或玻璃-陶瓷的總重計(jì)，按所適用的算)，和至少一種ZrO2或HfO2(在一些實(shí)施例中，優(yōu)選含有至少0.5重量％；在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為0.5-70、0.5-50或1-25％，以所述熔體、無(wú)定形材料或玻璃-陶瓷的總重計(jì)，按所適用的算)。
熔體、無(wú)定形材料(包括玻璃)以及由此制得的玻璃-陶瓷的一些實(shí)施例包括至少35重量％(在一些實(shí)施例中，較佳包括至少40、45、50、55、60、65或甚至至少70％，在一些實(shí)施例中，較佳在60-70％的范圍)的Al2O3(以該熔體、無(wú)定形材料或玻璃-陶瓷的總重計(jì)，按所適用的算)，和REO(在一些實(shí)施例中，優(yōu)選含有至少0.5重量％，在一些實(shí)施例中，優(yōu)選0.5-70、0.5-50或1-25重量％的REO，以所述熔體、無(wú)定形材料或玻璃-陶瓷的總重計(jì)，按所適用的算)，和至少一種ZrO2或HfO2(在一些實(shí)施例中，優(yōu)選含有至少0.5重量％；在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為0.5-70、0.5-50或1-25重量％，以所述熔體、無(wú)定形材料或玻璃-陶瓷的總重計(jì)，按所適用的算)。
通常，無(wú)定形材料和由其制得的玻璃-陶瓷的實(shí)施例具有各自相互垂直的x、y和z尺寸，其中，x、y和z尺寸各自至少為10微米、至少25微米、至少30微米、35微米、40微米、45微米、50微米、75微米、100微米、150微米、200微米、250微米、500微米、1000微米、2000微米、2500微米、1毫米、5毫米或甚至至少10毫米，其中大于約50的那些尺寸通常是將熔紡制備的兩塊或多塊無(wú)定形材料聚結(jié)而制得。
可通過(guò)肉眼或使用顯微鏡來(lái)測(cè)定材料的x、y和z尺寸，這取決于各尺寸的大小。已報(bào)道的z尺寸是例如球形體的直徑、涂層的厚度或棱形的最長(zhǎng)長(zhǎng)度。
有用的無(wú)定形材料配方包括在低共熔組合物處或附近(如二元和三元低共熔組合物)的配方。除了本文公開(kāi)的組合物外，其它組合物(包括四元和其它更多元的低共熔組合物)在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了本文公開(kāi)后對(duì)于他們而言也是顯而易見(jiàn)的。
Al2O3的原料(以理論氧化物為基礎(chǔ)礎(chǔ))，包括市售原料，包括鋁土礦(包括天然產(chǎn)生的鋁土礦和合成產(chǎn)生的鋁土礦)、煅燒鋁土礦、水合氧化鋁(如勃姆石和水鋁礦)、鋁、拜爾法氧化鋁、鋁礦石、γ-氧化鋁、α-氧化鋁、鋁鹽、硝酸鋁及其組合。所述氧化鋁原料可包含或者只提供Al2O3。或者，所述氧化鋁原料可包括或提供Al2O3，以及一種或多種除了Al2O3外的其它金屬氧化物(包括復(fù)合的Al2O3·金屬氧化物材料或含復(fù)合的Al2O3·金屬氧化物的材料，如Dy3Al5O12、Y3Al5O12、CeAl11O18等)。
稀土氧化物的原料(包括市售原料)包括稀土氧化物粉末、稀土金屬、含稀土元素的礦石(如氟碳鈰鑭礦和獨(dú)居石)、稀土元素鹽、稀土元素硝酸鹽和稀土元素碳酸鹽。稀土氧化物原料可包含或只提供稀土氧化物?；蛘?，所述稀土氧化物原料可包含或提供稀土氧化物，以及一種或多種除了稀土氧化物之外的其它金屬氧化物(包括復(fù)合的稀土氧化物·其它金屬氧化物材料或含復(fù)合的稀土氧化物·其它金屬氧化物的材料，如Dy3Al5O12、CeAl11O18等)。
Y2O3的原料(包括市售原料)(以理論氧化物為基礎(chǔ)礎(chǔ))包括氧化釔粉末、釔、含釔礦石和釔鹽(如釔的碳酸鹽、硝酸鹽、鹽酸鹽、氫氧化物以及它們的組合)。Y2O3原料可含有或僅提供Y2O3?；蛘?，該Y2O3原料可含有或提供Y2O3以及一種或多種除Y2O3外的金屬氧化物(包括復(fù)合的Y2O3·金屬氧化物材料或含復(fù)合的Y2O3·金屬氧化物的材料，如Y2Al5O12)。
ZrO2的原料(包括市售原料)(以理論氧化物為基礎(chǔ))包括氧化鋯粉末、鋯砂、鋯、含鋯的礦石和鋯鹽(如鋯的碳酸鹽、乙酸鹽、硝酸鹽、鹽酸鹽、氫氧化物及其組合)。額外地或替代地，ZrO2原料可包含或提供ZrO2以及其它金屬氧化物如氧化鉿(hafnia)。HfO2的原料(包括市售原料)(以理論氧化物為基礎(chǔ))包括氧化鉿粉末、鉿、含鉿的礦石和鉿鹽。額外地或替代地，HfO2原料可包含或提供HfO2，以及其它金屬氧化物如ZrO2。
其它有用的金屬氧化物還可包括BaO、CaO、Cr2O3、CoO、Fe2O3、GeO2、Li2O、MgO、MnO、NiO、Na2O、Sc2O3、SrO、TiO2、ZnO以及它們的組合(以理論氧化物為基礎(chǔ)礎(chǔ))。它們的原料(包括市售原料)包括這些氧化物自身、復(fù)合氧化物、礦石、碳酸鹽、乙酸鹽、硝酸鹽、鹽酸鹽、氫氧化物等?？杉尤脒@些金屬氧化物，以改變所得的磨粒的物理性能和/或改善加工性?？杉尤?重量％到50重量％的這些金屬氧化物。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選占0-25重量％，更優(yōu)選占0-50重量％的玻璃-陶瓷，具體取決于如所需的性能。
在一些實(shí)例中，通過(guò)把包括至少一種具有負(fù)氧化物形成焓的金屬M(fèi)(如Al、Ca、Cu、Cr、Fe、Li、Mg、Ni、Ag、Ti、Zr及其組合)或其合金的顆粒狀金屬材料加入到熔體中，或者將它與其它原料形成金屬，從而制得金屬氧化物原料的至少一部分(在一些實(shí)例中，優(yōu)選10、15、20、25、30、35、40、45、或甚至50重量％)是有利的。盡管并不希望受到理論的限制，但據(jù)信，由與金屬氧化相關(guān)的放熱反應(yīng)產(chǎn)生的熱有利于形成均勻的熔體以及得到無(wú)定形材料。例如，據(jù)信，由原料的氧化反應(yīng)產(chǎn)生的額外熱量消除或減少了不充分的熱傳遞，由此容易形成熔體并且使熔體均勻，特別是形成x、y和z尺寸大于150微米的無(wú)定形顆粒的時(shí)候。也據(jù)信，額外熱量的存在有助于促進(jìn)各種化學(xué)反應(yīng)和物理過(guò)程(如致密化和球化)的完成。此外，對(duì)于一些實(shí)例，據(jù)信，實(shí)際上是氧化反應(yīng)產(chǎn)生的額外熱量的存在形成了熔體，否則由于材料熔點(diǎn)高的緣故就很難或根本就不可能形成熔體。另外，實(shí)際上是氧化反應(yīng)產(chǎn)生的額外熱量的存在形成了無(wú)定形材料，否則它就不能被制成，或者不能被制成所需的尺寸。在形成無(wú)定形材料的過(guò)程中，本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)包括許多化學(xué)和物理過(guò)程(如熔化、致密化和球化)能在短時(shí)間內(nèi)完成，這樣就可得到非常高的淬火速率。對(duì)于其它的細(xì)節(jié)，請(qǐng)參見(jiàn)2003年8月2日提交的待批美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)系列號(hào)10/211639。
用于制備本發(fā)明陶瓷的金屬氧化物原料和其它添加劑的具體選擇，通常要考慮例如形成的陶瓷的所需組成和微觀(guān)結(jié)構(gòu)、所需的結(jié)晶度(如果有的話(huà))、形成的陶瓷的所需物理性質(zhì)(如硬度或粗糙度)、避免或減少不需要的雜質(zhì)的存在、形成的陶瓷的所需特性、和/或用來(lái)制備陶瓷的具體方法(包括設(shè)備以及在熔化和/或固化之前和/或之中對(duì)原料的任何純化)。
在一些實(shí)例中，優(yōu)選加入有限量的選自Na2O、P2O5、SiO2、TeO2、V2O3及其組合的金屬氧化物。原料(包括市售原料)包括這些氧化物本身、復(fù)合氧化物、礦石、碳酸鹽、乙酸鹽、硝酸鹽、鹽酸鹽、氫氧化物等。例如，可加入這些金屬氧化物來(lái)改變得到的磨粒的物理性質(zhì)和/或改進(jìn)加工性能。根據(jù)所需的性質(zhì)，這些金屬氧化物的加入量通常大于玻璃-陶瓷的0-20重量％，優(yōu)選大于0-5重量％，更優(yōu)選大于0-2重量％。
加入某些金屬氧化物可改變玻璃-陶瓷的性能和/或晶體結(jié)構(gòu)或微觀(guān)結(jié)構(gòu)，以及在制造該玻璃-陶瓷過(guò)程中對(duì)原料和中間物質(zhì)的加工性能。例如，已觀(guān)察到，加入氧化物添加劑如MgO、CaO、Li2O和Na2O能改變無(wú)定形材料的Tg(對(duì)于玻璃)和Tx(其中Tx是結(jié)晶溫度)。雖然不希望被任何理論所束縛，但是據(jù)信，加入這些金屬氧化物能影響玻璃的形成。此外，例如，這些氧化物添加劑可減少整個(gè)系統(tǒng)的熔化溫度(即，將系統(tǒng)驅(qū)向較低的熔點(diǎn)共熔)，并使無(wú)定形材料易于形成。多組分系統(tǒng)(四組分系統(tǒng)等)的復(fù)合低共熔性可導(dǎo)致較好的形成無(wú)定形材料的能力。液態(tài)熔體的粘度和玻璃在其“工作”范圍內(nèi)的粘度也會(huì)受到所加入的某些金屬氧化物如MgO、CaO、Li2O和Na2O的影響。還包括在本發(fā)明范圍內(nèi)的是，可將至少一種鹵素(如氟或氯)、或硫?qū)僭鼗?如硫化物、硒化物和碲化物)加到無(wú)定形材料以及由其制得的玻璃-陶瓷中。
無(wú)定形材料和含有無(wú)定形材料的陶瓷的結(jié)晶還可能會(huì)受到所加入的某些材料的影響。例如，某些金屬、金屬氧化物(如鈦酸鹽和鋯酸鹽)、和氟化物可起到成核劑的作用，導(dǎo)致有益的晶體異相成核。此外，加入某些氧化物可改變?cè)偌訜釙r(shí)由該無(wú)定形材料去玻璃化的亞穩(wěn)相的性質(zhì)。另一方面，對(duì)于含有ZrO2晶體的陶瓷而言，加入已知能使四方/立方形式的ZrO2穩(wěn)定的金屬氧化物(如Y2O3、TiO2、CaO和MgO)是有利的。
用于制備陶瓷的金屬氧化物原料和其它添加劑的具體選擇通常要考慮例如形成的陶瓷的所需組成和微觀(guān)結(jié)構(gòu)、所需的結(jié)晶度(如果有的話(huà))、形成的陶瓷的所需物理性質(zhì)(如硬度或粗糙度)、避免或減少不需要的雜質(zhì)的存在、形成的陶瓷的所需特性、和/或用來(lái)制備陶瓷的具體方法(包括設(shè)備以及在熔化和/或固化之前和/或之中對(duì)原料的任何純化)。
可通過(guò)加熱氧化物原料來(lái)提供熔體。例如，可在坩鍋中加入氧化物原料，然后加熱，以提供熔體。在一些實(shí)施例中，坩鍋具有一個(gè)孔，用于排出熔體。常用的坩鍋材料是本領(lǐng)域已知的，包括石墨、金屬(如鉑和鉑/銠)和陶瓷(如氧化鋁)?？刹捎帽绢I(lǐng)域已知的技術(shù)加熱坩鍋，包括使用電阻爐或感應(yīng)電爐。
為了提高熔體在旋轉(zhuǎn)基底表面上的冷卻，可采用本領(lǐng)域已知的技術(shù)冷卻該基底(如，它可以是冷鑄輪)。任選地，本發(fā)明方法使用多個(gè)旋轉(zhuǎn)基底實(shí)施(如兩個(gè)或多個(gè)冷鑄輪)。或者，例如，本發(fā)明方法的實(shí)施例采用靜止的基底實(shí)施，或不使用基底。任選地，用于冷卻熔體的旋轉(zhuǎn)基底的表面可以是平整的、銳利的，具有槽等，以利于形成特定形狀，如帶狀物、線(xiàn)等。旋轉(zhuǎn)基底可由本領(lǐng)域已知的用于熔紡的材料制成，包括諸如銅和鐵之類(lèi)的金屬。也可使用具有高導(dǎo)熱性的其它材料，如石墨，這取決于如熔體的性質(zhì)以及它與特定基底材料之間的反應(yīng)性或潤(rùn)濕特性。
另一方面，可調(diào)整旋轉(zhuǎn)基底的速度，以提供如不同的冷卻速率，從而改變所得無(wú)定形材料的尺寸。還可使用空基底的內(nèi)表面(如輪子)來(lái)冷卻熔體。
為了便于無(wú)定形材料的收集，可能需要具有收集室。在一些實(shí)施例中，空輪子的內(nèi)部冷卻表面可以是U-形，其中可含有其它冷卻介質(zhì)如水或油，以利于獲得所需的冷卻速率。
如果需要，本發(fā)明方法的實(shí)施例可在包圍著的容器中進(jìn)行。如果需要，本發(fā)明方法的實(shí)施例可以在如高壓或低壓、在空氣、惰性或反應(yīng)性氣體的氣氛或真空中進(jìn)行。
用于形成熔體的氧化物原料可以是如混合的細(xì)粉末的形式，或者可先進(jìn)行干磨或濕磨、接著任選地干燥和?；⒒蛘吡；?如噴干)而將它們混合和粒化。還可以如事先熔合用于形成熔體的氧化物原料，之后可任選地碾壓，以提供粉狀原料顆粒。用于形成熔體的氧化物原料也可以是如采用如等離子體噴射或其它火焰成形技術(shù)預(yù)先制得的球形材料。
所得無(wú)定形材料的橫截面或直徑可能或受到如多重因素的影響，如熔體的粘度、孔直徑、冷鑄輪速度、熱轉(zhuǎn)移速率、熔體在冷鑄輪材料上的潤(rùn)濕性能以及固化速率。通常，較高的輪轉(zhuǎn)速產(chǎn)生較薄的橫截面形狀。同樣，粘度較低的熔體傾向于產(chǎn)生較薄的橫截面形狀。如果粘度太低，則熔體流可能斷裂成顆粒，形成例如珠。
可采用多種方式測(cè)定材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu)或相組成(玻璃的/無(wú)定形的/晶形的)?？墒褂萌绻鈱W(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、差熱分析(DTA)和x-光衍射(XRD)獲得各種信息。
使用光學(xué)顯微鏡，無(wú)定形材料通常主要是透明的，因?yàn)槿鄙俟馍⑸渲行?如晶體間界)。而晶體材料則顯示出晶體結(jié)構(gòu)，并且由于光散射效果而是不透明的。
可使用-100+200目大小級(jí)分(即，150-微米開(kāi)口大小和125-微米開(kāi)口大小篩網(wǎng)間收集到的級(jí)分)計(jì)算珠的無(wú)定形百分比得率。采用以下方式進(jìn)行該測(cè)量。將單層的珠散布在載玻片上。使用光學(xué)顯微鏡觀(guān)察這些珠。使用光學(xué)顯微鏡目鏡中的十字準(zhǔn)線(xiàn)作為導(dǎo)向，根據(jù)其光學(xué)清晰度，將沿著直線(xiàn)放置的珠計(jì)為無(wú)定形或晶體。計(jì)數(shù)總共500粒珠子，用無(wú)定形珠的量除以總的珠子計(jì)數(shù)就得到無(wú)定形百分比得率。
使用DTA時(shí)，如果材料的相應(yīng)DTA曲線(xiàn)出現(xiàn)結(jié)晶放熱現(xiàn)象(Tx)，那么該材料就定義為無(wú)定形材料。如果相同的曲線(xiàn)在低于Tx的溫度還出現(xiàn)吸熱現(xiàn)象(Tg)，那么可以認(rèn)為它是由玻璃相組成的。如果材料的DTA曲線(xiàn)不出現(xiàn)這些現(xiàn)象，那么可以認(rèn)為它包含結(jié)晶相。
可使用下述方法進(jìn)行差熱分析(DTA)?？墒褂?140+170目大小的級(jí)分(即在105微米開(kāi)口尺寸和90微米開(kāi)口尺寸的篩網(wǎng)之間收集的級(jí)分)進(jìn)行DTA(使用如得自Netzsch Instruments，Selb，Germany的商品名為“NETZSCH STA 409DTA/TGA”的儀器)。將一定量的每種篩過(guò)的樣品(通常約400毫克(mg))放入100微升Al2O3樣品容器中。以10℃/分鐘的速率，在靜態(tài)空氣中將每個(gè)樣品從室溫(約25℃)加熱到1100℃。
如果使用粉末X光衍射XRD，(使用如得自Phillips，Mahwah，Nj的商品名為“PHILLIPS XRG 3100”的X光衍射儀，具有1.54050埃的銅Kα1射線(xiàn))，可通過(guò)比較結(jié)晶材料的XRD圖譜中的峰與JCPDS(粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會(huì))數(shù)據(jù)庫(kù)提供的結(jié)晶相的XRD圖形(衍射數(shù)據(jù)國(guó)際中心出版)而確定材料中存在的相。此外，XRD也可以用來(lái)定性測(cè)定相的類(lèi)型。寬漫射強(qiáng)度峰的存在說(shuō)明存在無(wú)定形性質(zhì)的材料。寬峰以及輪廓分明的峰的存在，說(shuō)明在無(wú)定形基質(zhì)中存在結(jié)晶物質(zhì)。
對(duì)于某些用途，例如，磨粒和填充劑，如此形成的無(wú)定形材料或陶瓷(包括結(jié)晶前的玻璃)的尺寸可大于所需的尺寸?？墒褂帽绢I(lǐng)域已知的破碎和/或粉碎技術(shù)(包括輥式破碎機(jī)破碎、金絲雀(canary)研磨、顎式破碎、錘磨、球磨、噴射研磨、沖擠式研磨等)將無(wú)定形材料或陶瓷轉(zhuǎn)變成較小的塊。在一些實(shí)施例中，需要有兩步或多步破碎步驟。例如，陶瓷形成(固化)后，其尺寸可大于所需的尺寸。第一破碎步驟可通過(guò)破碎這些較大的物質(zhì)或“大塊”，從而形成較小的塊。這些大塊的破碎可使用錘磨、沖擠式研磨或顎式破碎來(lái)完成。隨后，粉碎這些較小的塊來(lái)得到所需的粒徑分布。為了得到所需的粒徑分布(有時(shí)優(yōu)選作為磨粒尺寸或等級(jí))，可能需要進(jìn)行多步粉碎步驟。通常，對(duì)粉碎條件進(jìn)行最優(yōu)化以得到所需的顆粒形狀和粒徑分布。如果它們太大的話(huà)，可再次對(duì)得到的所需尺寸的顆粒進(jìn)行破碎，或者如果它們太小的話(huà)，它們可“循環(huán)”和用作再次熔融的原料。
陶瓷(包括結(jié)晶前的玻璃)的形狀取決于如陶瓷的組成和/或微觀(guān)結(jié)構(gòu)、冷卻的幾何形狀以及陶瓷粉碎的方式(即所用的粉碎方法)。通常，當(dāng)需要“塊狀”的形狀時(shí)，可使用更多的能量來(lái)得到這種形狀。相反地，當(dāng)需要“尖銳”形狀時(shí)，可使用較小的能量來(lái)得到這種形狀。也可使用破碎技術(shù)來(lái)得到所需的不同形狀。所產(chǎn)生的顆?？删哂?∶1-5∶1/通常為1.25∶1-3∶1/較佳為1.5∶1-2.5∶1的平均長(zhǎng)寬比。
還包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)的是，例如，采用聚結(jié)(coalescing)來(lái)制作陶瓷(包括結(jié)晶前的玻璃)。此聚結(jié)步驟實(shí)質(zhì)上是由兩個(gè)或多個(gè)較小的顆粒形成較大尺寸的本體。例如，含有顆粒(如通過(guò)碾壓獲得，包括珠和微球體)的無(wú)定形材料、纖維等可形成較大的粒度。例如，可在Tg溫度以上加熱諸如含顆粒無(wú)定形材料和/或纖維等，從而使顆粒等聚結(jié)形成一種式樣，然后冷卻該聚結(jié)的式樣，從而可提供陶瓷(包括結(jié)晶前的玻璃)。用于聚結(jié)的溫度和壓力可取決于如無(wú)定形材料的組成和所需的所得材料的密度。溫度應(yīng)當(dāng)?shù)陀诓ＡЫY(jié)晶溫度，而對(duì)于玻璃而言，溫度應(yīng)高于玻璃轉(zhuǎn)變溫度。在某些實(shí)施例中，加熱在至少約850℃到約1100℃的范圍內(nèi)進(jìn)行(在一些實(shí)施例中，較佳900-1000℃)。通常，在聚結(jié)過(guò)程中，無(wú)定形材料處于壓力之下(如大于0到1GPa或更多)，以幫助無(wú)定形材料的聚結(jié)。在一個(gè)實(shí)施例中，將顆粒等物料放到模具中，在高于玻璃轉(zhuǎn)變溫度的溫度下進(jìn)行熱壓，其中玻璃的粘性流聚結(jié)成相對(duì)大的塊。典型的聚結(jié)技術(shù)的例子包括熱壓、熱等靜壓、熱擠出等。通常，較佳是在進(jìn)一步進(jìn)行熱處理前將所得的聚結(jié)體冷卻。在熱處理后，如果非常需要的話(huà)，可將該聚結(jié)體碾壓成較小的粒度或所需的粒度分布。
還包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)的是，進(jìn)行進(jìn)一步的熱處理，以進(jìn)一步改善該材料的所需特性。例如，可進(jìn)行熱等靜壓(如在約900℃到約1400℃的溫度下進(jìn)行)，以除去殘留的孔，增加材料的密度。任選地，可對(duì)所得的聚結(jié)制品進(jìn)行熱處理，以提供玻璃-陶瓷、結(jié)晶陶瓷或其它含有結(jié)晶陶瓷的陶瓷。
還可采用各種方法實(shí)現(xiàn)無(wú)定形材料和/或玻璃-陶瓷(如顆粒)的聚結(jié)，包括無(wú)壓或加壓燒結(jié)(如，燒結(jié)、等離子體輔助的燒結(jié)、熱壓、熱沖壓(HIPing)、熱煅、熱擠出等)。
可以各種不同的方式實(shí)施熱處理，包括本領(lǐng)域已知的用于熱處理玻璃以提供玻璃-陶瓷的那些方式。例如，可分批進(jìn)行熱處理，如采用電阻式、電感式(conductively)或氣體式加熱爐?；蛘?，例如，可連續(xù)進(jìn)行熱處理，如使用回轉(zhuǎn)窯。使用回轉(zhuǎn)窯的情況中，將材料直接進(jìn)料到在提高的溫度下操作的窯中。處于提高的溫度中的時(shí)間可以是幾秒(在一些實(shí)施例中，甚至少于5秒)，到幾分鐘到幾小時(shí)。溫度可從900℃到1600℃，通常為1200-1500℃。還在本發(fā)明范圍之內(nèi)的是，既分批(如對(duì)于成核步驟)又連續(xù)(如對(duì)于晶體生長(zhǎng)步驟和為獲得所需密度)地進(jìn)行熱處理。對(duì)于成核步驟，溫度通常約為900℃到約1100℃，在一些實(shí)施例中，優(yōu)選約為925℃到約1050℃。同樣地，對(duì)于密度步驟，溫度通常約為1100℃到約1600℃，在一些實(shí)施例中，優(yōu)選約為1200℃到約1500℃?？赏ㄟ^(guò)將材料直接加到溫度升高的爐中而進(jìn)行該熱處理?；蛘?，例如，可在非常低的溫度(如室溫)下將材料加到爐中，然后以預(yù)定的加熱速率將其加熱到所需的溫度。包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)的是，在一種非空氣的氣氛中進(jìn)行熱處理。在一些例子中，甚至可能需要在還原性氣氛中進(jìn)行熱處理。此外，例如，可能需要在一定的氣壓下進(jìn)行熱處理，例如在熱等靜壓或在氣壓爐中。包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)的是，對(duì)所得的制品或經(jīng)熱處理的制品進(jìn)行轉(zhuǎn)變(如碾壓)，以提供顆粒(如磨粒)。
熱處理無(wú)定形材料，以使該無(wú)定形材料至少部分結(jié)晶，從而提供玻璃-陶瓷。對(duì)某些玻璃進(jìn)行熱處理以形成玻璃-陶瓷是本領(lǐng)域周知的。對(duì)于各種玻璃而言，用于使玻璃-陶瓷成核和生長(zhǎng)的加熱條件是已知的?；蛘?，本領(lǐng)域技術(shù)人員可采用本領(lǐng)域已知的技術(shù)由玻璃的時(shí)間-溫度-轉(zhuǎn)化(TTT)研究確定適當(dāng)?shù)臈l件。在閱讀了本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容后，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能夠提供本發(fā)明制得的無(wú)定形材料的TTT曲線(xiàn)，確定適當(dāng)?shù)某珊撕?或晶體生長(zhǎng)條件，從而提供磨粒的玻璃-陶瓷。
通常，玻璃-陶瓷要比制得它們的無(wú)定形材料更堅(jiān)固。因此，材料的強(qiáng)度可被調(diào)整到如無(wú)定形材料被轉(zhuǎn)化成結(jié)晶陶瓷相的程度。或者或此外，材料的強(qiáng)度也可能受到如所產(chǎn)生的成核位點(diǎn)數(shù)量的影響，這反過(guò)來(lái)也可用于影響結(jié)晶相中晶體的數(shù)量及大小。對(duì)于形成玻璃-陶瓷的其它細(xì)節(jié)，可參見(jiàn)《玻璃-陶瓷》，P.W.McMillan，Academic出版公司，第二版，1979年。
例如，在對(duì)本發(fā)明方法制得的一些示范性無(wú)定形材料進(jìn)行熱處理以制作玻璃-陶瓷d過(guò)程中觀(guān)察到，在高于900℃的溫度下形成了一些相，如La2Zr2O7，并且如果存在ZrO2，則存在立方晶系/正方晶系ZrO2(在某些條件下是單斜晶系ZrO2)。盡管并不希望受到理論的限制，據(jù)信，與氧化鋯相關(guān)的相是從無(wú)定形材料成核的第一相。Al2O3、ReAlO3(其中Re是至少一種稀土元素陽(yáng)離子)、ReAl11O18、Re3Al5O12、Y3Al5O12等相據(jù)認(rèn)為通常是在高于約925℃的溫度下形成。通常，成核步驟中的晶粒尺寸為納米數(shù)量級(jí)。例如，已觀(guān)察到10-15納米的小晶體。在至少一些實(shí)施例中，在約1300℃進(jìn)行約1小時(shí)的熱處理提供完全的結(jié)晶。通常，各成核和晶體生長(zhǎng)步驟的熱處理時(shí)間為幾秒鐘(在一些實(shí)施例中甚至少于5秒鐘)到幾分鐘到1小時(shí)或更多。
通常，通過(guò)控制成核和/或結(jié)晶的時(shí)間和/或溫度，至少可部分來(lái)控制所得晶體的尺寸。雖然通常優(yōu)選的是具有小的晶體(如不超過(guò)微米等級(jí)，或甚至不超過(guò)納米等級(jí))，但玻璃-陶瓷可具有較大的晶體尺寸(如至少1-10微米，至少20-25微米，至少50-100微米，或者甚至大約100微米)。雖然不希望被理論所束縛，但是通?？烧J(rèn)為晶體尺寸越小(對(duì)于相同密度而言)，陶瓷的機(jī)械性能(如硬度和強(qiáng)度)越高。
可能存在于玻璃-陶瓷實(shí)施例中的晶相例子包括Al2O3(如α-Al2O3)、Y2O3、REO、HfO2、ZrO2(如立方ZrO2和四方ZrO2)、BaO、CaO、Cr2O3、CoO、Fe2O3、GeO2、LiO2、MgO、MnO、NiO、Na2O、P2O5、Sc2O3、SiO2、SrO、TeO2、TiO2、V2O3、Y2O3、ZnO、“復(fù)合金屬氧化物”(包括復(fù)合的Al2O3·金屬氧化物，如復(fù)合的Al2O3·REO，如ReAlO2(如GdAlO3、LaAlO3)、ReAl11O18(如LaAl11O18)和Re3Al5O12(如Dy3Al5O12)；復(fù)合的Al2O3·Y2O3，如Y3Al5O12；和復(fù)合的ZrO2·REO，如Re2Zr2O7(如La2Zr2O7))，以及它們的組合。
還包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)的是，用其它陽(yáng)離子替換復(fù)合的Al2O3·金屬氧化物(如復(fù)合的Al2O3·Y2O3，如具有石榴子石晶體結(jié)構(gòu)的鋁酸釔)中的部分釔和/或鋁陽(yáng)離子。例如，可使用至少一種選自以下元素的陽(yáng)離子替換復(fù)合的Al2O3·Y2O3中的部分Al陽(yáng)離子Cr、Ti、Sc、Fe、Mg、Ca、Si、Co以及它們的組合。例如，可使用至少一種選自以下元素的陽(yáng)離子替換復(fù)合的Al2O3·Y2O3中的部分Y陽(yáng)離子Ce、Dy、Er、Eu、Gd、Ho、La、Lu、Nd、Pr、Sm、Th、Tm、Yb、Fe、Ti、Mn、V、Cr、Co、Ni、Cu、Mg、Ca、Sr以及它們的組合。類(lèi)似地，還包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)的是，將氧化鋁中的部分鋁陽(yáng)離子替換掉。例如，可使用Cr、Ti、Sc、Fe、Mg、Ca、Si和Co替換氧化鋁中的鋁。上述陽(yáng)離子的替換可能會(huì)影響熔融材料的性能(如硬度、粗糙度、強(qiáng)度、導(dǎo)熱性等)。
還包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)的是，用其它陽(yáng)離子替換復(fù)合的Al2O3·金屬氧化物(如復(fù)合的Al2O3·REO中的稀土元素和/或鋁陽(yáng)離子。例如，可使用至少一種選自以下元素的陽(yáng)離子替換復(fù)合的Al2O3·REO中的部分Al陽(yáng)離子Cr、Ti、Sc、Fe、Mg、Ca、Si、Co以及它們的組合?？墒褂弥辽僖环N選自以下元素的陽(yáng)離子替換復(fù)合的Al2O3·REO中的部分Y陽(yáng)離子Y、Fe、Ti、Mn、V、Cr、Co、Ni、Cu、Mg、Ca、Sr以及它們的組合。類(lèi)似地，還包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)的是，將氧化鋁中的部分鋁陽(yáng)離子替換掉。例如，可使用Cr、Ti、Sc、Fe、Mg、Ca、Si和Co替換氧化鋁中的鋁。上述陽(yáng)離子的替換可能會(huì)影響熔融材料的性能(如硬度、粗糙度、強(qiáng)度、導(dǎo)熱性等)。
可根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)E112-96的“測(cè)定平均粒度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法”由直線(xiàn)截取方法(line intercept method)測(cè)定平均的晶體大小。將樣品固定在固定用樹(shù)脂上(如以商品名“TRANSOPTIC POWDER”從Buehler，Lake Bluff，IL獲得的樹(shù)脂)，通常是在直徑約為2.5厘米、高約1.9厘米的圓柱形樹(shù)脂中。使用拋光器(如得自Buehler，Lake Bluff，IL，商品名為“ECOMET 3”)用常規(guī)的拋光技術(shù)制備固定的部件。用金剛石砂輪將該樣品磨光約3分鐘，接著分別用45、30、15、9、3和1微米砂漿磨光5分鐘。使該固定和拋光的樣品與一金-鉑薄層濺射，并使用掃描電子顯微鏡(如JEOL SEM型JSM 840A)觀(guān)察。如下所述，使用樣品中典型的微觀(guān)結(jié)構(gòu)反射電子(BSE)顯微圖來(lái)測(cè)定平均的晶體大小。計(jì)算在每單位長(zhǎng)度(NL)隨機(jī)直線(xiàn)上與顯微圖相交的晶體的數(shù)量。使用下式由此數(shù)量計(jì)算平均的晶體大小平均晶體大?。?.5/(NLM)式中，NL是與每單位長(zhǎng)度上相交的晶體數(shù)量，M是顯微圖的放大倍數(shù)。
玻璃-陶瓷的一些實(shí)施例包括含有具有小不超過(guò)150納米的至少一個(gè)平均晶體大α-氧化鋁的玻璃-陶瓷。
玻璃-陶瓷的一些實(shí)施例包括含有α-氧化鋁的玻璃-陶瓷，其中至少75％數(shù)量(在一些實(shí)施例中，較佳80、85、90、95或者甚至100)的該α-氧化鋁的晶體大小不超過(guò)200微米。
玻璃-陶瓷的一些實(shí)施例包括含有α-Al2O3、結(jié)晶ZrO2和第一復(fù)合的Al2O3·Y2O3的玻璃-陶瓷，其中，該α-Al2O3、結(jié)晶ZrO2和第一復(fù)合的Al2O3·Y2O3中至少有一種晶體的平均晶體大小不超過(guò)150納米。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是，該玻璃-陶瓷還含有第二種不同的復(fù)合的Al2O3·Y2O3。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是，該玻璃-陶瓷還含有復(fù)合的Al2O3·REO。
玻璃-陶瓷的一些實(shí)施例包括含有第一復(fù)合的Al2O3·Y2O3、第二種不同的復(fù)合的Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2的玻璃-陶瓷，其中該第一復(fù)合的Al2O3·Y2O3、第二復(fù)合的Al2O3·Y2O3或結(jié)晶ZrO2中至少有一種晶體的至少75％(在一些實(shí)施例中，優(yōu)選80、85、90、95甚或100％)數(shù)量的晶體大小不超過(guò)200納米。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是，該玻璃-陶瓷還含有第二種不同的復(fù)合的Al2O3·Y2O3。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是，該玻璃-陶瓷還含有復(fù)合的Al2O3·REO。
玻璃-陶瓷的一些實(shí)施例包括含有α-Al2O3、結(jié)晶ZrO2和第一復(fù)合的Al2O3·REO的玻璃-陶瓷，其中，該α-Al2O3、結(jié)晶ZrO2或第一復(fù)合的Al2O3·REO中至少有一種晶體的平均晶體大小不超過(guò)150納米。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是，該玻璃-陶瓷還含有第二種不同的復(fù)合的Al2O3·REO。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是，該玻璃-陶瓷還含有復(fù)合的Al2O3·Y2O3。
玻璃-陶瓷的一些實(shí)施例包括含有第一復(fù)合的Al2O3·REO、第二種不同的復(fù)合的Al2O3·REO和結(jié)晶ZrO2的玻璃-陶瓷，其中該第一復(fù)合的Al2O3·REO、第二復(fù)合的Al2O3·REO或結(jié)晶ZrO2中至少有一種晶體的至少75％(在一些實(shí)施例中，優(yōu)選80、85、90、95甚或100％)數(shù)量的晶體大小不超過(guò)200納米。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是，該玻璃-陶瓷還含有復(fù)合的Al2O3·Y2O3。
玻璃-陶瓷的一些實(shí)施例包括含有第一復(fù)合的Al2O3·Y2O3、第二種不同的復(fù)合的Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2的玻璃-陶瓷，其中該第一復(fù)合的Al2O3·Y2O3、第二種不同的復(fù)合的Al2O3·Y2O3或結(jié)晶ZrO2中至少有一種晶體的平均晶體大小不超過(guò)150納米。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是，該玻璃-陶瓷還含有第二種不同的復(fù)合的Al2O3·Y2O3。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是，該玻璃-陶瓷還含有復(fù)合的Al2O3·REO。
玻璃-陶瓷的一些實(shí)施例包括含有第一復(fù)合的Al2O3·Y2O3、第二種不同的復(fù)合的Al2O3·Y2O3和結(jié)晶ZrO2的玻璃-陶瓷，其中該第一復(fù)合的Al2O3·Y2O3、第二種不同的復(fù)合的Al2O3·Y2O3或結(jié)晶ZrO2中至少有一種晶體的至少75％(在一些實(shí)施例中，優(yōu)選80、85、90、95甚或100％)數(shù)量的晶體大小不超過(guò)200納米。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是，該玻璃-陶瓷還含有復(fù)合的Al2O3·REO。
玻璃-陶瓷的一些實(shí)施例包括含有第一復(fù)合的Al2O3·REO、第二種不同的復(fù)合的Al2O3·REO和結(jié)晶ZrO2的玻璃-陶瓷，其中該第一復(fù)合的Al2O3·REO、第二種不同的復(fù)合的Al2O3·REO或結(jié)晶ZrO2中至少有一種晶體的平均晶體大小不超過(guò)15O納米。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是，該玻璃-陶瓷還含有第二種不同的復(fù)合的Al2O3·REO。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是，該玻璃-陶瓷還含有復(fù)合的Al2O3·Y2O3。
玻璃-陶瓷的一些實(shí)施例包括含有第一復(fù)合的Al2O3·REO、第二種不同的復(fù)合的Al2O3·REO和結(jié)晶ZrO2的玻璃-陶瓷，其中該第一復(fù)合的Al2O3·REO、第二種不同的復(fù)合的Al2O3·REO或結(jié)晶ZrO2中至少有一種晶體的至少75％(在一些實(shí)施例中，優(yōu)選80、85、90、95甚或100％)數(shù)量的晶體大小不超過(guò)200納米。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是，該玻璃-陶瓷還含有復(fù)合的Al2O3·Y2O3。
在一些實(shí)施例中，磨粒的玻璃-陶瓷含有至少75、80、85、90、95、97、98、99甚或100體積％的微晶，其中所述微晶的平均大小小于1微米。在一些實(shí)施例中，磨粒的玻璃-陶瓷含有不超過(guò)至少75、80、85、90、95、97、98、99甚或100體積％的微晶，其中，所述微晶的平均大小不超過(guò)0.5微米。在一些實(shí)施例中，磨粒的玻璃-陶瓷含有不超過(guò)至少75、80、85、90、95、97、98、99甚或100體積％的微晶，其中，所述微晶的平均大小不超過(guò)0.3微米。在一些實(shí)施例中，磨粒的玻璃-陶瓷含有不超過(guò)至少75、80、85、90、95、97、98、99甚或100體積％的微晶，其中，所述微晶的平均大小不超過(guò)0.15微米。
用本發(fā)明方法通過(guò)熱處理無(wú)定形材料制得的用于形成玻璃-陶瓷實(shí)施例的晶體可具有例如各向等大的、柱形的或平整的裝飾板(splat)樣的特征。
通常，采用本發(fā)明方法制得的陶瓷的(純)密度(有時(shí)也稱(chēng)為比重)至少為理論密度的70％。更好的是，采用本發(fā)明方法制得的陶瓷的(純)密度至少為理論密度的75％等)80％、85％、90％、92％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％甚或100％。磨粒具有的(純)密度至少為理論密度的85％、90％、92％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％甚或100％。
可如下測(cè)定本發(fā)明材料的平均硬度。將材料的部分固定在固定用樹(shù)脂((如以商品名“TRANSOPTIC POWDER”從Buehler，Lake Bluff，IL獲得的樹(shù)脂)，通常是在直徑約為2.5厘米、高約1.9厘米的圓柱形樹(shù)脂中。使用拋光器(如得自Buehler，Lake Bluff，IL，商品名為“ECOMET 3”)用常規(guī)的拋光技術(shù)制備固定的部件。用金剛石砂輪將該樣品磨光約3分鐘，接著分別用45、30、15、9、3和1微米砂漿磨光5分鐘。使用裝備有Vickers壓頭的常規(guī)微硬度測(cè)試儀(如從Mitutoyo公司(日本東京)獲得的商品名為“MITUTOYO MVK-VL”的儀器)，以100-克刻痕負(fù)荷(intend load)獲得微硬度測(cè)量值。根據(jù)ASTM測(cè)試方法E384(測(cè)試材料的微硬度的測(cè)試法，1991)所述的規(guī)定測(cè)試微硬度測(cè)量值。
在一些實(shí)施例中，采用本發(fā)明方法制得的玻璃-陶瓷的平均硬度至少為12、13、14、15、16、17甚或至少為Gpa2。根據(jù)本發(fā)明制得的磨粒的平均硬度至少為15GPa，在一些實(shí)施例中，至少為16GPa、17GPa，甚或至少為18GPa。
關(guān)于無(wú)定形材料和玻璃-陶瓷的更詳細(xì)內(nèi)容，包括其制造、使用和性能，可在以下申請(qǐng)中找到2001年8月2日提交的美國(guó)系列號(hào)09/922,526、09/922,527和09/922,530以及2002年8月2日提交的美國(guó)系列號(hào)10/211,598、10/211,630、10/211,639、10/211,034、10/211,044、10/211,620和10/211,640。
采用本發(fā)明方法制得的磨粒通常含有結(jié)晶陶瓷(在一些實(shí)施例中，較佳至少75、80、85、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、99.5甚或100體積％)。
可將磨粒加到磨料制品中，或以松散的形式使用。磨料制品含有粘合劑和多種磨粒，其中至少一部分磨粒是采用本發(fā)明方法制得的磨粒。磨料產(chǎn)品的例子包括涂覆的磨料制品、粘結(jié)的磨料制品(如輪)、非編織磨料制品和磨刷。涂覆的磨料制品通常包含一具有相對(duì)的第一和第二主表面的襯背，其中粘合劑和大量磨粒在該第一主表面的至少一部分上形成磨料層。
在一些實(shí)施例中，較佳的是，以磨料制品中磨粒的總重量計(jì)，磨料制品中至少5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95甚或100重量％的磨粒是采用本發(fā)明方法制得的磨粒。
在使用前，通常將磨粒分成指定的粒度分布。這種分布通常具有一個(gè)粒度范圍，從粗顆粒到細(xì)顆粒。在磨料領(lǐng)域中，該范圍有時(shí)稱(chēng)為“粗的(coarse)”、“控制的(control)”和“細(xì)的(fine)”級(jí)別。根據(jù)工業(yè)接受的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)的磨粒依粒度分布的各歸一化等級(jí)規(guī)定了一定的數(shù)值范圍。這種工業(yè)接受的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(即指定的歸一化等級(jí))包括已知的美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)(American National StandardsInstitute，Inc.，ANSI)、歐盟磨料產(chǎn)品生產(chǎn)商(FEPA)標(biāo)準(zhǔn)以及日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)。一方面，本發(fā)明提供大量的具有指定歸一化等級(jí)的磨粒，其中該大量磨粒中至少有一部分是采用本發(fā)明方法制得的磨粒。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是，以該大量磨粒的總重量計(jì)，其中至少5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95甚或100重量％的磨粒是采用本發(fā)明方法制得的磨粒。
ANSI等級(jí)名稱(chēng)包括ANSI 4、ANSI 6、ANSI 8、ANSI 16、ANSI 24、ANSI36、ANSI 40、ANSI 50、ANSI 60、ANSI 80、ANSI100、ANSI 120、ANSI 150、ANSI 180、ANSI 220、ANSI 240、ANSI 280、ANSI 320、ANSI 360、ANSI 400和ANSI 600。含有本發(fā)明磨粒的優(yōu)選ANSI等級(jí)是ANSI 8-220。FEPA等級(jí)名稱(chēng)包括P8、P12、P16、P24、P36、P40,P50、P60、P80、P100、P120、P150、P180、P220、P320、P400、P500、P600、P800、P1000和P1200。含有本發(fā)明磨粒的優(yōu)選FEPA等級(jí)是P12-220。JIS等級(jí)名稱(chēng)包括JIS8、JIS12、JIS16、JIS24、JIS36、JIS46、JIS54、JIS60、JIS80、JIS100、JIS150、JIS180、JIS220、JIS240、JIS280、JIS320、JIS360、JIS400、JIS400、JIS600、JIS800、JIS1000、JIS1500、JIS2500、JIS4000、JIS6000、JIS8000和JIS10,000。含有本發(fā)明磨粒的優(yōu)選JIS等級(jí)是JIS8-220。
在碾壓和篩分后，通常將會(huì)有多種不同的磨粒大小分布或等級(jí)。這些多種等級(jí)在某個(gè)特定時(shí)間可能不符合制造商或供應(yīng)商的要求。為了使存貨減到最小，可以循環(huán)利用不符合要求的等級(jí)，使其熔融，形成無(wú)定形材料。此循環(huán)利用可在碾壓步驟后進(jìn)行，其中顆粒是大的塊(chunk)或較小的片狀(有時(shí)也稱(chēng)為“細(xì)的”)，它們未被篩分成特定的分布。
另一方面，本發(fā)明提供一種制造磨粒的方法，該方法包括熱處理含有顆粒的無(wú)定形材料(如玻璃)，這樣，將至少一部分無(wú)定形材料轉(zhuǎn)變成玻璃-陶瓷，從而提供含玻璃-陶瓷的磨粒。本發(fā)明還提供制造含有玻璃-陶瓷的磨粒的方法，該方法包括熱處理無(wú)定形材料，這樣至少一部分無(wú)定形材料被轉(zhuǎn)變成玻璃-陶瓷，然后進(jìn)碾壓所得的熱處理材料，得到磨粒。在碾壓時(shí)，與碾壓基本結(jié)晶的玻璃-陶瓷或結(jié)晶材料相比，玻璃往往會(huì)產(chǎn)生較尖銳的顆粒。
另一方面，本發(fā)明提供聚集的磨料粒(abrasive grain)，每種磨料粒含有采用本發(fā)明方法制得的多個(gè)磨粒，這些磨粒通過(guò)粘合劑粘合在一起。另一方面，本發(fā)明提供磨料制品〔如涂覆的磨料制品、粘結(jié)的磨料制品(包括玻璃化的、樹(shù)脂狀的，和金屬粘結(jié)的砂輪、截輪(cutoff wheel)、固定點(diǎn)(mounted point)，和鏜磨石)，非編織磨料和磨刷〕，它含有粘合劑和大量的磨粒(abrasive particle)，其中，至少部分磨粒是采用本發(fā)明方法制得的磨粒(包括磨粒聚集的情況)。制備這類(lèi)磨料制品和使用利用了磨粒的磨料制品的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員周知的。此外，采用本發(fā)明方法制得的磨粒還可用于利用磨粒的磨料應(yīng)用場(chǎng)合，如研磨化合物(如拋光化合物)的砂漿、研磨介質(zhì)、噴砂介質(zhì)、振動(dòng)研磨介質(zhì)等。
涂覆的磨料制品通常包括襯背、磨粒和至少一種用于將該磨粒保持在該襯背上的粘合劑。該襯背可以是任何合適的材料，包括布料、聚合物膜、纖維、非編碼網(wǎng)狀物、紙以及它們的組合及經(jīng)處理的形式。粘合劑可以是任何合適的粘合劑，包括無(wú)機(jī)或有機(jī)粘合劑(包括可熱固化的樹(shù)脂和可輻射固化的樹(shù)脂)。磨?？纱嬖谟谠撏扛材チ现破返囊粚踊騼蓪又?。
圖1描述了涂覆磨料制品的一個(gè)例子。結(jié)合此圖，本發(fā)明的涂覆的磨料制品1具有襯背(基底2)和磨料層3。磨料層3包括采用本發(fā)明方法制得的磨粒4，它通過(guò)構(gòu)造涂層(make coat)5和膠結(jié)涂層(size coat)6固定在襯背2的主表面上。在一些例子中，使用上膠結(jié)涂料(supesize coat)(未顯示)。
粘結(jié)的磨料制品通常包括由有機(jī)、金屬或玻璃化的粘合劑將磨粒維持在一起的成形物質(zhì)。這種成形物質(zhì)可以成如輪狀，如砂輪或截輪。砂輪的直徑通常約為1厘米到超過(guò)1米，截輪的直徑為約1厘米到超過(guò)80厘米(更通常為3厘米到約50厘米)。截輪的厚度通常約為0.5毫米到約5厘米，更通常約為0.5毫米到約2厘米。該成形物質(zhì)還可以是如鏜磨石、節(jié)段(segment)、固定點(diǎn)、盤(pán)(如雙盤(pán)砂輪)或其它常規(guī)的粘結(jié)磨料形狀。以其總體積計(jì)，粘結(jié)的磨料制品通常含有約3-50體積％的粘結(jié)材料，約30-90體積％的磨粒(或磨?；旌衔?，50體積％之內(nèi)的添加劑(包括研磨助劑)，和70體積％之內(nèi)的孔隙。
優(yōu)選的形式是砂輪。結(jié)合圖2描述砂輪10，它包括采用本發(fā)明方法制得的磨粒11，澆鑄成輪狀并固定在盤(pán)心12上。
非編織磨料制品通常包括具有采用本發(fā)明方法制得的磨粒的開(kāi)放的多孔性彈性聚合物絲狀結(jié)構(gòu)，所述磨粒分布在整個(gè)結(jié)構(gòu)中，并通過(guò)有機(jī)粘合劑粘結(jié)于其中。絲狀物的例子包括聚酯纖維、聚酰胺纖維和聚芳酰胺纖維。圖3是一典型的非編織磨料制品的示意圖，放大約100倍。本發(fā)明這種非編織磨料制品含有纖維質(zhì)墊子50作為基底，其上有粘合劑54粘合的本發(fā)明方法制得的磨粒52。
有用的磨刷(abrasive brush)包括具有大量刷毛單元和襯背的磨刷，可參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利5,427,595(Pihl等)、5,443,906(Pihl等)、5,679,067(Johnson等)、和5,903,951(Ionta等)。有利的是，可通過(guò)將聚合物與磨粒的混合物注模而制得這些刷。
用于制造磨料制品的合適有機(jī)粘合劑包括熱固性有機(jī)聚合物。合適的熱固性有機(jī)聚合物的例子包括酚醛樹(shù)脂、脲甲醛樹(shù)脂、密胺-甲醛樹(shù)脂、氨基甲酸乙酯樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、具有側(cè)鏈α，β-不飽和羰基的氨基塑料樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、乙?；蛲?、乙?；h(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)以及它們的組合。粘合劑和/或磨料制品還可包括添加劑如纖維、潤(rùn)滑劑、增濕劑、觸變材料、表面活性劑、顏料、染料、抗靜電劑(如炭黑、氧化釩、石墨等)、偶聯(lián)劑(如硅烷、鈦酸鹽、鋯鋁酸鹽等)、增塑劑、懸浮劑等。可選擇這些任選添加劑的量，以提供所需的性能。偶聯(lián)劑可改進(jìn)與磨粒和/或纖維的粘附。粘合劑可以是熱固化的、輻射固化的，或者是它們的組合。關(guān)于粘合劑化學(xué)的其它詳細(xì)內(nèi)容可參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利4588419(Caul等)、4751138(Tumey等)和5436063(Follett等)。
關(guān)于具有無(wú)定形結(jié)構(gòu)且通常是硬質(zhì)的玻璃化粘結(jié)磨料、玻璃質(zhì)粘結(jié)材料的更詳細(xì)內(nèi)容是本領(lǐng)域周知的。在一些情況中，玻璃質(zhì)粘結(jié)材料包括結(jié)晶相。粘結(jié)的玻璃化磨料制品可以成輪狀(包括截輪)、鏜磨石、固定點(diǎn)或其它常規(guī)的粘結(jié)磨料形狀。優(yōu)選的玻璃化粘結(jié)磨料制品是砂輪。
用于形成玻璃質(zhì)粘結(jié)材料的金屬氧化物的例子包括二氧化硅、硅酸鹽、氧化鋁、蘇打、氧化鈣、氧化鉀(potassia)、氧化鈦、氧化鐵、氧化鋅、氧化鋰、氧化鎂、氧化硼、硅酸鋁、硼硅酸鹽玻璃、硅酸鋰鋁以及它們的組合等。通常，可由含有10-100％玻璃粉的組合物形成玻璃質(zhì)粘結(jié)材料，更通常該組合物含有20-80％玻璃粉，或30-70％玻璃粉(glass frit)。玻璃質(zhì)粘結(jié)材料的余下部分可以是非玻璃粉材料?；蛘?，該玻璃質(zhì)粘合劑可衍生自含有非玻璃粉物質(zhì)的組合物。玻璃質(zhì)粘結(jié)材料通常在約700-1500℃的溫度范圍內(nèi)熟化，該溫度范圍通常約為800-1300℃，有時(shí)約為900-1200℃，甚至在約950-1100℃的溫度范圍內(nèi)。將該粘合劑熟化的實(shí)際溫度依賴(lài)于如具體粘結(jié)劑的化學(xué)性質(zhì)。
優(yōu)選的玻璃化粘結(jié)材料可包括那些含有二氧化硅、氧化鋁(有利的至少10重量％的氧化鋁)、氧化硼(有利的，至少10重量％的氧化硼)。在大多數(shù)情況下，本領(lǐng)域粘結(jié)材料還含有堿金屬氧化物(如Na2O和K2O)(在一些情況下，至少有10重量％的堿金屬氧化物)。
粘合劑材料還可含有填充材料或研磨助劑，通常成顆粒狀材料的形式。通常，顆粒狀材料是無(wú)機(jī)材料。用于本發(fā)明的有用的填料例子包括金屬碳酸鹽〔如碳酸鈣(如白堊、方解石、泥灰?guī)r、石灰華、大理石和石灰石)、碳酸鈣鎂、碳酸鈉、碳酸鎂〕、二氧化硅(如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纖維)、硅酸鹽〔如滑石粉、粘土(高嶺土)、長(zhǎng)石、云母、硅酸鈣、偏硅酸鈣、硅酸鈉鋁、硅酸鈉〕、金屬硫酸鹽(如硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鈉、硫酸鋁鈉、硫酸鋁)、石膏、蛭石、木屑、三水合鋁、炭黑、金屬氧化物〔如氧化鈣(石灰)、氧化鋁、二氧化鈦)和金屬亞硫酸鹽(如亞硫酸鈣)。
通常，研磨助劑的加入能增加磨料制品的使用壽命。研磨助劑是對(duì)磨料的化學(xué)和物理加工產(chǎn)生明顯作用的一種材料，它能產(chǎn)生改進(jìn)的性能。雖然不希望受到理論的限制，但是可認(rèn)為，研磨助劑將(a)降低磨料和被研磨的加工件之間的摩擦力，(b)阻止磨?！懊被?capping)”(即，阻止金屬顆粒被焊接到磨粒的頂部)，或者至少減少磨粒被帽化的傾向，(c)降低磨粒和加工件之間的界面溫度，或(d)降低研磨力。
研磨助劑包括大量的不同材料，可以是無(wú)機(jī)或有機(jī)的。研磨助劑的化學(xué)物質(zhì)類(lèi)別的例子包括蠟類(lèi)、有機(jī)鹵化物類(lèi)、鹵化物鹽類(lèi)和金屬以及它們的合金。有機(jī)鹵化物類(lèi)通常將在研磨期間分裂，并釋放出鹵酸(halogen acid)或氣態(tài)的鹵化物。這些材料的例子包括氯化的蠟樣四氯化萘、五氯化萘和聚氯乙烯。鹵化物鹽包括氯化鈉、氟鋁酸鉀(potassoium cryolite)、氟鋁酸鈉、氟鋁酸銨、四氟硼酸鉀、四氟硼酸鈉、氟化硅、氯化鉀和氯化鎂。金屬的例子包括錫、鉛、鉍、鈷、銻、鎘、和鐵、鈦。其它混雜的研磨助劑包括硫、有機(jī)硫化物、石墨和金屬硫化物。還包括在本發(fā)明范圍內(nèi)的是，使用不同研磨助劑的組合，在一些實(shí)施例中，這可產(chǎn)生協(xié)同的效果。優(yōu)選的研磨助劑是冰晶石(cryolite)。最優(yōu)選的研磨助劑是四氟硼酸鉀。
研磨助劑在涂覆的磨料和粘結(jié)的磨料制品中特別有用。在涂覆的磨料制品中，研磨助劑特別可用于上膠結(jié)涂料，該涂料被施涂在磨粒的表面上。但是，有時(shí)將研磨助劑加到膠結(jié)涂料中。通常，加到涂覆的磨料制品中的研磨助劑的量約為50-300g/m2(有利的是，約80-160g/m2)。在玻璃化的粘結(jié)磨料制品中，研磨助劑通常被浸漬入制品的各孔中。
磨料制品可含有100％的采用本發(fā)明方法制得的磨粒，或這些磨粒與其它磨粒和/或稀釋顆粒的混合物。但是，磨料制品中至少2重量％、有利地至少5重量％、更有利地約30-100重量％的磨粒是采用本發(fā)明方法制得的磨粒。在一些實(shí)施例中，可將采用本發(fā)明方法制得的磨粒與其它磨粒和/或稀釋顆粒(diluent particle)以5對(duì)75重量％、約25對(duì)75重量％、約40對(duì)60重量％或約50對(duì)50重量％(即等量)的比例混合。合適的常規(guī)磨粒例子包括熔融的氧化鋁(包括白色熔融氧化鋁、熱處理的氧化鋁和褐色氧化鋁)、金剛砂、碳化硼、碳化鈦、金剛石、立方氮化硼、石榴子石、熔融的氧化鋁-氧化鋯和溶膠(sol-gel)衍生的磨粒等。溶膠衍生的磨?？梢允蔷ХN也可是非晶種的。同樣地，溶膠衍生的磨?？梢允侨我庑螤畹?，或者具有與它們相關(guān)的形狀，如棒狀或三角形。溶膠磨粒的例子包括在以下美國(guó)專(zhuān)利中描述的磨粒4,314,827(Leitheiser等)、4,518,397(Leitheiser等)、4,623,364(Cottringer等)、4,744,802(Schwabel)、4,770,671(Monroe等)、4,881,951(Wood等)、5,011,508(Wald等)、5,090,968(Pellow)、5,139,978(Wood)、5,201,916(Berg等)、5,227,104(Bauer)、5,366,523(Rowenhorst等)、5,429,647(Larmie)、5,498,269(Larmie)和5,551,963(Larmie)。關(guān)于使用氧化鋁粉末作為原料來(lái)源制得的燒結(jié)氧化鋁磨粒的更詳細(xì)內(nèi)容還可參見(jiàn)如美國(guó)專(zhuān)利5259147(Falz)、5593467(Monroe)和5665127(Moltgen)。涉及熔融磨粒的更詳細(xì)內(nèi)容可參見(jiàn)如美國(guó)專(zhuān)利1160620(Coulter)、1192709(Tone)、1247337(Saunders等)、1268533(Allen)和2424645(Baumann等)、3891408(Rowse等)、3781172(Pett等)、3893826(Quinan等)、4126429(Waston)、4457767(Poon等)、5023212(Dubots等)、5143522(Gibson等)和5336280(Dubots等)，以及于2000年2月2日提交的美國(guó)系列號(hào)09/495978、09/496422、09/496638、09/496713，和2001年7月19日提交的09/618876、09/618879、09/619106、09/619191、09/619192、09/619215、09/619289、09/619563、09/619729、09/619744和09/620262以及2001年1月30日提交的09/772730。在一些實(shí)施例中，磨粒的混合物可能產(chǎn)生與含有100％的任一類(lèi)型的磨粒的磨料制品相比具有研磨性能改進(jìn)的磨料制品。
如果具有磨粒的混合物，則形成該混合物的各種磨?？梢允窍嗤某叽??；蛘?，各磨粒類(lèi)型可以是不同的粒度。例如，較大的磨?？梢允遣捎帽景l(fā)明方法制得的磨粒，較小的磨粒是另一種磨粒類(lèi)型。相反，例如，較小的磨粒可以是采用本發(fā)明方法制得的磨粒，較大的磨粒是另一種磨粒類(lèi)型。
合適的稀釋顆粒的例子包括大理石、石膏、燧石、二氧化硅、氧化鐵、硅酸鋁、玻璃(包括玻璃泡和玻璃珠)、氧化鋁泡、氧化鋁珠和稀釋聚集體。采用本發(fā)明方法制得的磨粒還可混合在磨粒聚集體中或與磨粒聚集體混合。磨粒聚集體顆粒通常含有大量的磨粒、粘合劑和任選的添加劑。粘合劑可以是有機(jī)的和/或無(wú)機(jī)的。粘合劑聚集體可以是任意形狀的，或具有與它們相關(guān)的預(yù)定形狀。該形狀可以是塊狀、柱形、錐形、幣狀、方形等。磨粒聚集體顆粒的粒度通常約為100到5000微米，通常約為250-2500微米。關(guān)于磨粒聚集體的更詳細(xì)內(nèi)容可參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利4,311,489(Kressner)、4,652,275(Bloecher等)、4,799,939(Bloecher等)、5,549,962(Holmes等)、5,975,988(Christianson)和2000年10月16日提交的美國(guó)系列號(hào)09/688,444和09/688,484。
磨?？删鶆虻胤植荚谀チ现破分?，或者集中在該磨料制品的選定區(qū)域或部分。例如，在涂覆的磨料中，可存在兩層磨粒。第一層含有除采用本發(fā)明方法制得的磨料外的磨粒，第二層(最外層)含有采用本發(fā)明方法制得的磨粒。同樣地，在粘結(jié)磨料中，可存在兩個(gè)不同的砂輪部分。最外層部分可含有采用本發(fā)明方法制得的磨粒，而最里層則不含有?；蛘?，可將采用本發(fā)明方法制得的磨粒均勻地分布在整個(gè)粘結(jié)磨料制品中。
關(guān)于涂覆磨料制品的更詳細(xì)內(nèi)容可參見(jiàn)如美國(guó)專(zhuān)利4,734,104(Broberg)、4,737,163(Larkey)、5,203,884(Buchanan等)、5,152,917(Pieper等)、5,378,251(Culler等)、5,417,726(Stout等)、5,436,063(Follett et al.)、5,496,386(Broberg等)、5,609,706(Benedict等)、5,520,7l1(Helmin)、5,954,844(Law等)、5,961,674(Gagliardi等)、5,975,988(Christianson)。關(guān)于粘結(jié)磨料制品的更詳細(xì)內(nèi)容可參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利4,543,107(Rue)、4,741,743(Narayanan等)、4,800,685(Haynes等)、4,898,597(Hay等)、4,997,461(Markhoff-Matheny等)、5,037,453(Narayanan等)、5,110,332(Narayanan等)、5,863,308(Qi等)。關(guān)于玻璃質(zhì)粘結(jié)磨料的更詳細(xì)內(nèi)容可參見(jiàn)如美國(guó)專(zhuān)利4,543,107(Rue)、4,898,597(Hay等)、4,997,461(Markhoff-Matheny等)、5,094,672(Giles Jr.等)、5,118,326(Sheldon等)、5,131,926(Sheldon等)、5,203,886(Sheldon等)、5,282,875(Wood等)、5,738,696(Wu等)、5,863,308(Qi)。關(guān)于非編織磨料制品的更詳細(xì)信息可參見(jiàn)如美國(guó)專(zhuān)利2958593(Hoover等)。
本發(fā)明提供磨擦表面的方法，該方法包括使采用本發(fā)明方法制得的至少一種磨粒與加工件的表面接觸，移動(dòng)該至少一種磨?；蛟摻佑|的表面，從而用該磨粒磨擦所述表面的至少一部分。采用本發(fā)明制得的磨粒進(jìn)行磨擦的方法，包括從粗磨(snagging)(即高壓下大量磨去原料)到拋光(如用涂覆的磨帶拋光醫(yī)學(xué)植入物)，其中后者通常用更細(xì)等級(jí)的磨粒(如小于ANSI220和更細(xì)的等級(jí))進(jìn)行。磨粒還可用于精密磨擦應(yīng)用，如具有玻璃化粘結(jié)輪的研磨凸輪桿狀物(grinding camshaft)。用于特定磨擦應(yīng)用的磨粒大小對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。
使用采用本發(fā)明方法制得的磨粒進(jìn)行的磨擦可以用干或濕的方式進(jìn)行。對(duì)于濕磨，可以少量薄霧到完全的淹沒(méi)的形式注入液體。常用的液體例子包括水、水溶性油、有機(jī)潤(rùn)滑劑和乳液?？墒褂迷撘后w來(lái)減少與磨擦相關(guān)的熱和/或?qū)⑵溆米鳚?rùn)滑劑。該液體可含有少量的添加劑，如殺菌劑、抗發(fā)泡劑等。
可將采用本發(fā)明方法制得的磨粒用于磨擦加工件，如金屬鋁、碳鋼、軟鋼、工具鋼、不銹鋼、硬化鋼、鈦、玻璃、陶瓷、木材、木材樣材料、涂料、噴漆的表面、有機(jī)包涂的表面等。磨擦期間所施加的力通常約為1到100千克。
采用本發(fā)明方法制得的顆粒狀無(wú)定形材料和玻璃-陶瓷的實(shí)施例可作如填充劑，而用于聚合物的、金屬的或陶瓷的基質(zhì)復(fù)合材料中，或者用作原料顆粒，而用于等離子體噴射，或者用作原料，而用于形成陶瓷材料。其透明形式則可用作反光珠。可將采用本發(fā)明方法制得的顆粒狀無(wú)定形材料和玻璃-陶瓷的實(shí)施例粘彈性地變形成簡(jiǎn)單或復(fù)雜形狀大塊材料。
下述實(shí)施例將進(jìn)一步闡述本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施方式，但是不應(yīng)將這些實(shí)施例中涉及的具體材料和數(shù)量以及其它條件和細(xì)節(jié)視為對(duì)本發(fā)明的不適當(dāng)?shù)南薅?。除非另有說(shuō)明，否則所有的份和百分比都以重量表示。除非另有說(shuō)明，所有的實(shí)施例含有不顯著量的SiO2、B2O3、P2O5、GeO2、TeO2、As2O3和V2O5。
實(shí)施例實(shí)施例1-2將50克各種粉末(顯示于表1中，原料的來(lái)源顯示在表2中)、75克異丙醇和200克氧化鋁研磨介質(zhì)(圓柱形，高度和直徑都為0.635cm；99.9％氧化鋁；得自Coors，Golden，CO)加到250毫升聚乙烯瓶(7.3厘米直徑)中。以每分鐘60轉(zhuǎn)(60rpm)研磨聚乙烯瓶中的內(nèi)含物16小時(shí)。移走研磨介質(zhì)，將漿料倒到溫?zé)?大約75℃)的玻璃(“PYREX”)盤(pán)上，在3分鐘內(nèi)將其干燥。然后在漆刷的幫助下使干燥的粉末通過(guò)70目篩(212-微米開(kāi)口大小的篩)。
表1

表2

實(shí)施例3在橡皮袋中在207兆帕斯卡(MPa)(30ksi)下將實(shí)施例1的大約7克的原料顆粒冷卻均壓(CIPed)成直徑為1厘米、長(zhǎng)度為5厘米的塊狀。在油中進(jìn)行該冷卻均壓(從各方向均勻地施加壓力)，為了保護(hù)樣品不被油所浸透，將樣品放到橡皮袋中(直徑為1厘米)，以使在冷卻均壓(CIP)期間保護(hù)該樣品。
將所述塊狀物放到直徑為1.25厘米的圓柱形石墨坩鍋中。坩鍋底部逐漸變小，在開(kāi)口處大約2毫米厚。開(kāi)口的直徑為0.82毫米。使用標(biāo)準(zhǔn)的15千瓦(KW)(在450KHz共作)導(dǎo)熱單元在He氣體分壓下加熱該樣品。不試圖去監(jiān)測(cè)或控制該室的溫度。加熱和熔化在幾秒鐘內(nèi)迅速發(fā)生。在觀(guān)察到最初的熔化后(以熔體流出該開(kāi)口為準(zhǔn))，施加超壓〔使用差壓納米計(jì)(nanometer)測(cè)量，ΔP(即，坩鍋中熔化樣品上的壓力與裝置內(nèi)(即坩鍋外)的壓力的差值＝20MPa(150托)〕，以使熔體流到以10米/秒(m/s)旋轉(zhuǎn)的無(wú)氧高傳導(dǎo)性(OFHC)銅輪上。所觀(guān)察到的最大溫度是1639℃。該裝置的一個(gè)示意圖顯示在圖4中。不連續(xù)的熔體流從坩鍋中流出，撞擊到球形的旋轉(zhuǎn)輪上。該旋轉(zhuǎn)銅輪進(jìn)一步將該熔體流斷裂，所得到的猝滅材料是大量的球形顆粒。
實(shí)施例4制備7克實(shí)施例1的原料顆粒的第二批進(jìn)料，并如實(shí)施例3所述進(jìn)行熔紡，但開(kāi)口直徑是1.1毫米。同樣也建立了不連續(xù)的熔體流。熔體的一部分撞擊到旋轉(zhuǎn)的銅輪上，并形成球狀顆粒。但是，大多數(shù)的熔體被變形，并被該銅輪猝滅，形成須狀物(whisker)和薄片(flake)。使用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行肉眼觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)這些須狀物和薄片是透明的，這表明它們是無(wú)定形材料。
實(shí)施例5制備7克實(shí)施例2的原料顆粒的進(jìn)料，并如實(shí)施例3所述進(jìn)行熔紡，但開(kāi)口直徑為1.1毫米。這一次建立了連續(xù)的熔體流。圖4顯示了該裝置的示意圖。在銅輪的表面上形成連續(xù)的熔體漿(pubble)，從該銅輪上連續(xù)旋轉(zhuǎn)出帶狀物。該帶狀物接觸該裝置的邊緣，使其斷裂成約30-50毫米長(zhǎng)、50毫米厚的條帶。據(jù)信如果能夠避免與裝置的接觸的話(huà)，可以形成更長(zhǎng)的條帶。
采用下述方法進(jìn)行差熱分析(DTA)。使用研缽和杵碾壓該條帶。使用-140+170目大小部分(即，在105微米開(kāi)口和90微米開(kāi)口篩網(wǎng)之間收集的部分)進(jìn)行DTA分析(使用得自Netzsch Instruments，Selb，Germany，商品名為“NETZSCHSTA 409 DTA/TGA”的儀器)。放到100微升Al2O3樣品容器中的各經(jīng)篩分樣品的量約為400毫克。在靜止空氣中以10℃/分鐘的速率將各樣品從室溫(約25℃)加熱到1100℃。
參見(jiàn)圖5，曲線(xiàn)123是該材料的DTA數(shù)據(jù)曲線(xiàn)。結(jié)合圖5、線(xiàn)123，該材料在872℃左右具有吸熱事件，這可由線(xiàn)123上具有向下的彎曲而得以證明。據(jù)信該事件是由該玻璃材料的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)而導(dǎo)致。在約958℃，在線(xiàn)123上觀(guān)察到放熱事件，這可由該尖銳的峰證明。據(jù)信此事件是由于該材料的結(jié)晶(Tx)導(dǎo)致。
實(shí)施例6將實(shí)施例5制得的幾條條帶(約25g)放到石墨沖模中，使用單軸壓制裝置(得自Thermal Technology Inc.，Brea，CA，商品名“HP-50”)進(jìn)行熱壓。在氬氣氣氛和13.8MPa(2000磅每平方英寸(2ksi))壓力中進(jìn)行熱壓。將熱壓爐逐漸升溫到970℃，速率為25℃/分鐘。結(jié)果是由幾條條帶壓在一起而形成的薄片。從這些薄片的DTA曲線(xiàn)可確定這些薄片為玻璃質(zhì)的，該DTA曲線(xiàn)顯示了與未壓制條帶類(lèi)似的玻璃轉(zhuǎn)變溫度和結(jié)晶溫度。
實(shí)施例7將實(shí)施例1的原料顆粒直接加入到氫/氧焊炬火焰(torch flame)中，使這些顆粒熔化。用來(lái)熔化這些顆粒從而產(chǎn)生熔化液滴的焊炬是得自Bethlehem Apparatus公司(Hellertown，PA)的Bethlehem臺(tái)式燃燒器PM2D B型。焊炬的氫和氧流速如下。對(duì)于內(nèi)環(huán)，氫流速是每分鐘8標(biāo)準(zhǔn)升(8SLPM)，氧流速是3.5SLPM。對(duì)于外環(huán)，氫流速為23SLPM，氧流速為12SLPM。顆粒在火焰中熔化，并被轉(zhuǎn)移到傾斜的不銹鋼表面上(大約51厘米(20英寸)寬，傾斜角度為45度)，其中冷水在該表面上流過(guò)(大約8升/分鐘)，從而形成珠。將所得的熔體和猝滅的珠收集到盤(pán)中，在110℃干燥。在光學(xué)顯微鏡下這些珠是透明的，由此可確定它們是無(wú)定形的。它們成球形，大小從幾微米到250微米。
如下熱壓由這些珠和實(shí)施例5制得的條帶的交替層所組成的復(fù)合材料。將由5克珠構(gòu)成的第一層放到石墨沖模中，在其上放置1克條帶。重復(fù)該第1和第2層，最后一層以5克珠結(jié)束。然后如實(shí)施例6所述熱壓所得的該組合。在熱壓的溫度和壓力下，珠能夠在條帶四周流動(dòng)，并聚結(jié)成單一的塊狀材料。結(jié)果是實(shí)施例5所制得的條帶在聚結(jié)珠基質(zhì)中，形成一復(fù)合材料。
在不偏離本發(fā)明范圍和精神的情況下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的各種修改和變動(dòng)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的，且應(yīng)理解，本發(fā)明不應(yīng)不適當(dāng)?shù)厥艿奖疚乃o出的闡述性實(shí)施例的限制。
權(quán)利要求
1.一種制造含有玻璃的陶瓷的方法，其特征在于，該方法包括使熔體與旋轉(zhuǎn)基底的表面接觸，使該熔體冷卻，從而提供含有玻璃的陶瓷；該熔體含有以該熔體的金屬氧化物的總重計(jì)至少35重量％的Al2O3、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物；其中該熔體含有總計(jì)不超過(guò)10重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5，以該熔體的金屬氧化物的總重計(jì)；該玻璃含有以該玻璃的金屬氧化物的總重計(jì)至少35重量％的Al2O3、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物，其中該玻璃含有總計(jì)不超過(guò)10重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5，以該玻璃總重計(jì)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃具有相互垂直的x、y和z尺寸，其中x、y和z尺寸各自至少為10微米。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔紡提供各種形狀。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷是玻璃。
5.一種制造含有玻璃的陶瓷的方法，其特征在于，所述方法包括使熔體與旋轉(zhuǎn)基底的表面接觸，使該熔體冷卻，從而提供含玻璃的陶瓷；該熔體含有以該熔體的總重計(jì)至少35重量％的Al2O3、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物；其中，所述Al2O3、第一金屬氧化物和第二金屬氧化物總共占該熔體至少70重量％，該熔體含有總計(jì)不超過(guò)熔體總重的30重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5；該玻璃含有以該玻璃的總重計(jì)至少35重量％的Al2O3、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物，其中，所述Al2O3、第一金屬氧化物和第二中不同金屬氧化物共占該玻璃的至少70重量％，且該玻璃含有總計(jì)不超過(guò)玻璃總重的30重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述玻璃具有相互垂直的x、y和z尺寸，其中x、y和z尺寸各自至少為10微米。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔紡提供各種形狀。
8.一種制造含有玻璃的大量纖維的方法，其特征在于，該方法包括使熔體與旋轉(zhuǎn)基底的表面接觸，使該熔體冷卻，從而提供含玻璃的大量纖維；該熔體含有以該熔體的總重計(jì)至少35重量％的Al2O3、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物；其中該熔體含有總計(jì)不超過(guò)10重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5，以該熔體總重計(jì)；該玻璃含有以該玻璃的總重計(jì)至少35重量％的Al2O3、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物，其中該玻璃含有總計(jì)不超過(guò)10重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5，以該玻璃總重計(jì)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述至少一些纖維的玻璃具有相互垂直的x、y和z尺寸，其中x、y和z尺寸各自至少為10微米。
10.一種制備含有玻璃的大量纖維的方法，其特征在于，該方法包括使熔體與旋轉(zhuǎn)基底的表面接觸，這樣使該熔體冷卻，從而提供含玻璃的大量纖維；其中，該熔體含有以該熔體的總重計(jì)至少35重量％的Al2O3、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物；其中，所述Al2O3、第一金屬氧化物和第二金屬氧化物總共占該熔體至少70重量％，該熔體含有總計(jì)不超過(guò)熔體總重的30重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5；該玻璃含有以該玻璃的總重計(jì)至少35重量％的Al2O3、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物，其中，所述Al2O3、第一金屬氧化物和第二金屬氧化物共占該玻璃的至少70重量％，且該玻璃含有總計(jì)不超過(guò)其總重的30重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述至少一些纖維的玻璃具有相互垂直的x、y和z尺寸，其中x、y和z尺寸各自至少為10微米。
12.一種制備玻璃-陶瓷的方法，其特征在于，該方法包括使熔體與旋轉(zhuǎn)基底的表面接觸，使該熔體冷卻，以提供含有玻璃的陶瓷；該熔體含有以該熔體的總重計(jì)至少35重量％的Al2O3、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物；其中該熔體含有總計(jì)不超過(guò)10重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5，以該熔體總重計(jì)；該玻璃含有以該玻璃的總重計(jì)至少35重量％的Al2O3、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物，其中該玻璃含有總計(jì)不超過(guò)10重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5，以該玻璃總重計(jì)；和對(duì)該含玻璃的陶瓷進(jìn)行熱處理，從而使至少部分玻璃轉(zhuǎn)變成玻璃-陶瓷。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，至少部分玻璃具有相互垂直的x、y和z尺寸，其中x、y和z尺寸各自至少為10微米。
14.一種制備玻璃-陶瓷的方法，其特征在于，該方法包括使熔體與旋轉(zhuǎn)基底的表面接觸，使該熔體冷卻，從而提供含玻璃陶瓷；該熔體含有以該熔體的總重計(jì)至少35重量％的Al2O3、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物；其中，所述Al2O3、第一金屬氧化物和第二金屬氧化物總共占該熔體至少70重量％，該熔體含有總計(jì)不超過(guò)熔體總重的30重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5；該玻璃含有以該玻璃的總重計(jì)至少35重量％的Al2O3、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物，其中，所述Al2O3、第一金屬氧化物和第二金屬氧化物共占該玻璃的至少70重量％，該玻璃含有總計(jì)不超過(guò)玻璃總重的30重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5；和對(duì)該含玻璃的陶瓷進(jìn)行熱處理，從而使至少部分玻璃轉(zhuǎn)變成玻璃-陶瓷。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，至少部分玻璃具有相互垂直的x、y和z尺寸，其中x、y和z尺寸各自至少為10微米。
16.一種制造含有玻璃-陶瓷的大量纖維的方法，其特征在于，該方法包括使熔體與旋轉(zhuǎn)基底的表面接觸，使該熔體冷卻，從而提供大量的含玻璃的纖維；該熔體含有以該熔體的總重計(jì)至少35重量％的Al2O3、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物；其中該熔體含有總計(jì)不超過(guò)10重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5，以該熔體總重計(jì)；該玻璃含有以該玻璃的總重計(jì)至少35重量％的Al2O3、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物，其中該玻璃含有總計(jì)不超過(guò)10重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5，以該玻璃總重計(jì)；和對(duì)該含玻璃的纖維進(jìn)行熱處理，從而使至少部分玻璃轉(zhuǎn)變成玻璃-陶瓷。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，至少一些纖維的玻璃具有相互垂直的x、y和z尺寸，其中x、y和z尺寸各自至少為10微米。
18.一種制造含有玻璃-陶瓷的大量纖維的方法，其特征在于，該方法包括使熔體與旋轉(zhuǎn)基底的表面接觸，這樣使該熔體冷卻，從而提供含玻璃的大量纖維；其中，該熔體含有以該熔體的總重計(jì)至少35重量％的Al2O3、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物；其中，所述Al2O3、第一金屬氧化物和第二金屬氧化物總共占該熔體至少70重量％，該熔體含有總計(jì)不超過(guò)熔體總重的30重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5；該玻璃含有以該玻璃的總重計(jì)至少35重量％的Al2O3、除Al2O3外的第一金屬氧化物、和除Al2O3外的第二種不同的金屬氧化物，其中，所述Al2O3、第一金屬氧化物和第二金屬氧化物共占該玻璃的至少70重量％，該玻璃含有總計(jì)不超過(guò)其總重的30重量％的As2O3、B2O3、GeO2、P2O5、SiO2、TeO2和V2O5；和對(duì)該玻璃進(jìn)行熱處理，從而使至少部分玻璃轉(zhuǎn)變成玻璃-陶瓷。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，至少一些纖維的玻璃具有相互垂直的x、y和z尺寸，其中x、y和z尺寸各自至少為10微米。
全文摘要
公開(kāi)了制備無(wú)定形陶瓷材料的熔紡法。
文檔編號(hào)C03C3/062GK1675136SQ03818566
公開(kāi)日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2003年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月2日
發(fā)明者A·Z·羅森弗蘭, A·塞利卡亞, T·J·安德森 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司