包括磨料顆粒材料的磨料制品，使用磨料顆粒材料的涂布磨料及其形成方法

包括磨料顆粒材料的磨料制品，使用磨料顆粒材料的涂布磨料及其形成方法
【專利摘要】本發明提供了一種磨料制品，其包括磨料顆粒材料，所述磨料顆粒材料由氧化鋁晶體和在所述磨料顆粒材料內浸漬的第一添加劑組合物制得，所述第一添加劑組合物包含Mg和Ca的組合，其中Mg和Ca以約1∶1至約10∶1之間的范圍內的添加劑比[Mg∶Ca]存在，且還包含以磨料顆粒材料總重量計至少約0.2wt％的Ca。
【專利說明】包括磨料顆粒材料的磨料制品，使用磨料顆粒材料的涂布磨料及其形成方法
【技術領域】
[0001]如下涉及包括磨料顆粒材料的磨料制品，特別地涉及具有特定組成和形狀的磨料顆粒材料。
【背景技術】
[0002]高性能磨料材料和部件已長期用于多種工業機械加工應用中，包括精研/碾磨(其中進行本體材料去除)至精拋光(其中處理細微米和亞微米表面不規則)。進行這種機械加工操作的典型的材料包括各種陶瓷、玻璃、玻璃-陶瓷、金屬和金屬合金。磨料可米取各種形式中的任一者，如自由磨料，其可在漿料中包括磨料顆粒材料。或者，可將這種磨料顆粒材料摻入各種基體結構中以形成固定磨料，如涂布磨料或粘結磨料。涂布磨料通常分類為具有下方基材的磨料部件，磨砂或磨粒通過一系列底膠(make coat)和復膠(sizecoat)粘附至所述基材。粘結磨料通常不具有下方基材，并由磨砂的一體結構形成，所述磨砂經由基體粘結材料粘結在一起。
[0003]工業的特定部分最關注鋁土材料，通常是用于磨料應用中的α-氧化鋁材料。α -氧化鋁可通過通常在大約1000°C至1200°C的溫度下轉化鋁土前體而形成。參見，例如，Harato等人(美國專利N0.5，302，368)和Kaisaki等人(美國專利N0.6，194，317)。主要含有α-氧化鋁的磨料化合物可用于以高的材料去除速率拋光金屬表面。α-氧化鋁為多晶氧化鋁的最硬的相，并提供所需的高的材料去除速率，然而，由于差的選擇性和產生不希望的表面缺陷(如劃痕和橘皮皺)的趨勢，其使用受限于某些應用。
[0004]行業持續需要可摻入各種固定磨料制品中的改進的磨料顆粒材料。

【發明內容】

[0005]根據一方面，一種形成磨料制品的方法包括形成多孔氧化鋁材料，并用第一添加劑組合物浸潰所述多孔氧化鋁材料以形成經浸潰的顆粒材料，所述第一添加劑組合物具有Mg和Ca的組合，其中Mg和Ca以1:1至約10: I之間的范圍內的添加劑比[Mg: Ca]存在，且還包含以磨料顆粒材料總重量計至少約0.2?1:%的Ca。
[0006]根據另一方面，一種磨料制品包括具有成形輪廓的磨料顆粒材料，其中所述磨料顆粒材料具有氧化鋁晶體和在所述磨料顆粒材料內浸潰的第一添加劑組合物，所述第一添加劑組合物包含Mg和Ca的組合，其中Mg和Ca以1:1至約10: I之間的范圍內的添加劑比[Mg: Ca]存在,且還包含以磨料顆粒材料總重量計至少約0.2?1:%的Ca。
[0007]在又一方面，一種磨料制品包括基材和磨料顆粒材料，所述磨料顆粒材料包含氧化鋁晶體和在所述磨料顆粒材料內浸潰的第一添加劑組合物，所述第一添加劑組合物包含Mg和Ca的組合，其中 Mg和Ca以1:1至約10: I之間的范圍內的添加劑比[Mg: Ca]存在。
[0008]根據又一方面，一種磨料制品包括磨料顆粒材料，所述磨料顆粒材料包含氧化鋁晶體和第一添加劑組合物，所述第一添加劑組合物包含第一堿土元素和Ca，其中Ca以不大于所述第一堿土元素的量存在，且其中所述第一添加劑組合物中的大部分優先位于所述氧化鋁晶體的晶體邊界處。
[0009]在一方面，一種磨料制品包括磨料顆粒材料，所述磨料顆粒材料包含氧化鋁晶體和第一添加劑組合物，所述第一添加劑組合物包含第一堿土元素和Ca，其中Ca以不大于所述第一堿土元素的量存在，且其中所述磨料顆粒材料包含以磨料顆粒材料總重量計約0.1wt%至約5wt%之間的所述第一添加劑組合物。
[0010]根據另一方面，一種磨料制品包括磨料顆粒材料，所述磨料顆粒材料具有氧化鋁晶體和在所述磨料顆粒材料內浸潰的第一添加劑組合物，所述第一添加劑組合物包含Mg和Ca的組合，其中Mg和Ca以約1:1至約10: I之間的范圍內的添加劑比[Mg: Ca]存在，且還包含以磨料顆粒材料總重量計至少約0.2?1:%的Ca。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]通過參照附圖，本公開可更好地得以理解，且本公開的許多特征和優點對于本領域技術人員而言是顯而易見的。
[0012]圖1為示出了根據一個實施例的形成磨料顆粒材料的方法的流程圖。
[0013]圖2A和2B包括磨料顆粒材料的圖片，其中圖2A包括通過摻雜過程而形成的磨料顆粒材料的圖片，圖2B包括通過根據一個實施例的浸潰過程而形成的磨料顆粒材料的圖片。
[0014]圖3包括根據一個實施例的磨料顆粒材料的微結構的圖示。
[0015]圖4-9包括根據一個實施例的成形磨粒的圖示,所述成形磨粒包括磨料顆粒材料。
[0016]圖10包括根據一個實施例的摻入磨料顆粒材料的涂布磨料制品的圖示。
[0017]圖11包括使用根據一個實施例的涂布磨料制品和常規涂布磨料制品進行的對比碾磨測試的比碾磨能相比于累積的去除材料的圖。
[0018]不同圖中的相同附圖標記的使用表示類似或相同的項目。
【具體實施方式】
[0019]根據一個實施例的磨料顆粒材料的合成可通過獲得鋁土原料而開始，如在圖1的步驟101中所示。盡管某些鋁土原料可商業購得，但在其他情況中，可制得鋁土原料。例如，招土原料可根據引晶途徑(seeded pathway)加工。在一個實施例中，招土原料可在懸浮體(或者溶膠或漿料)中包含勃姆石前體和勃姆石晶種，所述懸浮體(或者溶膠或漿料)可被熱處理(例如通過水熱處理)以將勃姆石前體轉化為由粒子或微晶形成的勃姆石顆粒材料。術語“勃姆石”通常在本文用于表示氧化鋁水合物，包括礦物勃姆石(通常為Al2O3 -H2O,并具有大約15%的水含量)，以及擬薄水鋁石(具有高于15%的水含量，如20-38重量％ )。應注意，勃姆石(包括擬薄水鋁石)具有特定且可辨認的晶體結構，并因此具有獨特的X射線衍射圖案，且同樣可區別于其他鋁土材料，所述其他鋁土材料包括其他水合氧化鋁，如ATH (氫氧化鋁)(用于制造勃姆石顆粒材料的本文所用的常見前體材料)。
[0020]在形成合適的勃姆石顆粒材料之后，可進行熱處理過程以完成多晶轉變，所述多晶轉變去除水，并形成氧化鋁材料。根據一方面，勃姆石顆粒材料可具有相對細長的形態，所述相對細長的形態在本文通常以一級(和二級和三級)縱橫比描述，并在以下更詳細地描述，且勃姆石的形態在原料顆粒材料中極大保持。
[0021]一級縱橫比定義為最長尺寸與垂直于最長尺寸的下一最長尺寸的比率，并通常不小于2: 1，優選不小于3: 1,4: I或6: I。特別參照針狀粒子，粒子還可特征在于第二縱橫比，所述第二縱橫比定義為第二最長尺寸與第三最長尺寸的比率。第二縱橫比通常不大于3: 1，通常不大于2: 1，或甚至1.5: 1，時常約1:1。第二縱橫比通常描述在垂直于最長尺寸的平面中的粒子的橫截面幾何形狀。應注意，由于術語縱橫比在本文用于表示最長尺寸與下一最長尺寸的比率，其可稱為第一縱橫比。
[0022]或者，勃姆石顆粒材料可具有板狀或薄片狀輪廓，通常具有細長結構，所述細長結構具有與針狀粒子相關的上述一級縱橫比。然而，薄片狀粒子通常具有相對的主表面，所述相對的主表面通常為平面的，并通常彼此平行。另外，薄片狀粒子可特征在于具有比針狀粒子的二級縱橫比更大的二級縱橫比，其通常不小于約3: 1，如不小于約6: 1，或甚至不小于 10:1。
[0023]通過引晶過程而形成的勃姆石顆粒材料的形態可具有相對較細的粒子或微晶尺寸。通常,平均勃姆石材料粒度不大于約1000納米，并落入約100至1000納米的范圍內。其他實施例具有甚至更細的平均粒度(如不大于約800納米，750納米，600納米，500納米，400納米)，和甚至平均粒度小于300納米的粒子(表示細顆粒材料)。如本文所用，與高縱橫比勃姆石顆粒材料相關的“平均粒度”用于表示粒子的平均最長或長度尺寸。
[0024]除了勃姆石顆粒材料的縱橫比和平均粒度之外，勃姆石顆粒材料的形態還可以比表面積表征。這里，使用通常可得的BET技術來測量勃姆石顆粒材料的比表面積。根據本文的實施例，勃姆石顆粒材料可具有通常不小于約10m2/g、如不小于約50m2/g、70m2/g或不小于約90m2/g的相對較高的比表面積。由于比表面積隨粒子形態以及粒度而變化，通常實施例的比表面積小于約400m2/g，如小于約350或300m2/g。表面積的具體范圍為約75m2/g至 200m2/g。
[0025]轉向可制備引晶的勃姆石顆粒材料的過程的細節，通常橢圓形、針狀或薄片狀勃姆石通過如上述共同所有的專利美國專利4，797，139中通常描述的水熱處理由勃姆石前體(通常為鋁土材料，包括鐵鋁氧石礦物)形成。更具體地，勃姆石顆粒材料可通過如下方式形成:在懸浮體中組合勃姆石前體和勃姆石晶種，使所述懸浮體(或者溶膠或漿料)暴露于熱處理以引起原料向勃姆石顆粒材料的轉化，所述轉化還受到懸浮體中提供的勃姆石晶種的影響。加熱通常在自生環境中(即在高壓釜中)進行，使得高壓在加工過程中產生。懸浮體的PH通常選自小于7或大于8的值，且勃姆石晶種材料可具有比約0.5微米更細的粒度。通常，晶種粒子以大于勃姆石前體(計算為Al2O3)的約I重量％的量存在，且加熱在大于約120°C (如大于約125°C，或甚至大于約130°C )的溫度下和自體產生的壓力(通常大約30psi)下進行。
[0026]在熱處理(如通過水熱處理)和勃姆石轉化之后，通常例如通過超濾過程或通過用以蒸發剩余液體的熱處理而去除液體含量。之后，通常將所得塊體壓碎至100目。應注意，本文描述的粒度通常描述通過加工而形成的單獨的粒子，而不是可在某些實施例中保留的聚集體(例如對于需要聚集材料的那些產品)。[0027]在勃姆石顆粒材料的形成過程中，可改變某些加工變量以獲得所需的形態。這些變量包括重量比(即勃姆石前體與勃姆石晶種的比率)、在加工過程中所用的酸或堿的特定類型或物質(species)(以及相對pH水平)，和體系的溫度(其直接與自生水熱環境中的壓力成比例)。
[0028]合適的酸和堿包括無機酸(如硝酸)、有機酸(如甲酸)、氫鹵酸(如鹽酸)和酸式鹽(如硝酸鋁和硫酸鎂)。有效的堿包括，例如，胺(包括氨)、堿氫氧化物(如氫氧化鉀)、堿土氫氧化物(如氫氧化鈣)，和堿式鹽。
[0029]在形成勃姆石顆粒材料之后，過程還可包括熱處理勃姆石顆粒材料以形成鋁土材料。根據一個特定實施例，熱處理可包括在一定溫度下煅燒勃姆石顆粒材料，所述溫度足以引起向氧化鋁的特定相(例如Y、δ、θ、α)的轉化或氧化鋁的相的組合，從而提供合適的鋁土材料。為了闡明的目的,鋁土材料為這樣的材料,所述材料包含大多數含量(wt % )的氧化招(Al2O3),優選至少約80wt % ,至少90wt %,至少95wt %,或甚至基本上由氧化招組成。
[0030]煅燒溫度可部分取決于勃姆石顆粒材料的類型和所需的氧化鋁相。通常，煅燒可在至少約50(TC、如至少約60(TC、至少約700°C、或甚至至少約800°C的溫度下進行。而且，根據某些實施例，煅燒可在不大于約150(TC、如不大于約120(TC、或甚至不大于約1000°C的溫度下進行。應了解，煅燒可在上述最小溫度和最大溫度中的任意者之間的范圍內的溫度下進行。
[0031]煅燒可在多種環境(包括受控的氣體和壓力環境)中進行。由于通常進行煅燒以完成勃姆石顆粒材料中的相變而非化學反應，且由于所得材料主要為氧化物，除了大多數組成和形態受控的氧化鋁終產物之外，可能不必應用專門的氣體和壓力環境。根據一個實施例，煅燒可在環境氣氛下進行。某些煅燒操作可在回轉窯中進行。
[0032]煅燒的合適時間部分取決于勃姆石顆粒材料和氧化鋁的所需組成。通常，煅燒進行不大于約5小時、通常在約10分鐘至4小時或10分鐘至3小時的范圍內的持續時間。應了解，上述加工指導方針不是限制性的，而僅僅說明有利于形成鋁土材料的可能的步驟。
[0033]根據一個實施例，煅燒所得的所形成的鋁土材料可特別地為多孔的。例如，鋁土材料粒子的平均孔體積可為至少約0.15cm3/g,如至少約0.2cm3/g,至少約0.25cm3/g,至少約0.27cm3/g，或甚至至少約0.3cm3/g。而且，在某些實施例中，鋁土材料的平均孔體積可為有限的，如不大于約0.5cm3/g,不大于約0.45cm3/g,或不大于約0.4cm3/g。鋁土材料的平均孔體積可在上述最小百分比和最大百分比中的任意者之間的范圍內。平均孔體積可經由BET以10°C /min的升溫速率直至250°C的浸泡溫度和60分鐘的浸泡時間而測得。
[0034]應了解，在煅燒勃姆石顆粒材料之前，可進行其他中間過程。例如，材料可進行任選的過程，以將含有勃姆石顆粒材料的漿料或溶膠成形為單獨的成形粒子。粒子的形狀可在整個另外的加工中得以保持，并在本文更詳細地描述。合適的成形過程可包括絲網印刷、模制、印花、擠出、澆鑄、壓制、切削和它們的組合。因此，在成形過程之后，可完成煅燒過程以形成鋁土原料的成形粒子。
[0035]在步驟101中獲得鋁土原料之后，可通過用第一添加劑組合物浸潰鋁土原料而在步驟102中繼續該過程。特別地，可使用浸潰過程以將某些元素、物質和/或組合物滲透至多孔鋁土原料內。根據一個實施例，浸潰過程可包括其中浸潰包括混合含有第一添加劑組合物的物質的前體鹽材料與多孔氧化鋁材料，其中混合包括濕混合包含前體鹽材料的溶液與多孔氧化鋁材料。
[0036]根據一個實施例，浸潰過程可包括混合第一添加劑組合物與多孔氧化鋁材料。特別地，混合過程可包括濕混合或干混合過程。例如，浸潰過程可為濕混合過程，其中可使用液體載體而將第一添加劑組合物制備為溶液。某些合適的液體載體材料可包括有機材料和無機材料，和它們的組合。在一個特定情況中，液體載體可為去離子水。此外，可任選地使用相同的液體載體(包括例如去離子水)而將多孔氧化鋁材料制備為懸浮體。
[0037]在某些情況中，第一添加劑組合物可包含前體鹽材料。前體鹽材料可為在溶液內提供的材料，其有利于濕混合物和浸潰至多孔氧化鋁材料中。在特定情況中，包含前體鹽材料的第一添加劑組合物的制備有利于前體鹽材料的某些物質(包括例如金屬陽離子元素)浸潰至多孔氧化鋁材料中。可進一步加工(例如干燥)多孔氧化鋁材料，使得前體鹽材料的特定物質被包含于多孔氧化鋁材料內，由此限定除了氧化鋁晶體之外的在磨料顆粒材料內的第一添加劑組合物。在特定情況中，前體鹽材料可包括硝酸鹽，如金屬硝酸鹽組合物。其他合適的鹽可包括氯化物、碘化物、氟化物、硫酸鹽、磷酸鹽、草酸鹽、乙酸鹽、碳酸鹽和它們的組合。
[0038]通常，第一添加劑組合物可以較少的量存在于混合物內。然而，應了解，浸潰至多孔氧化鋁材料中的第一添加劑組合物的量可變化，并可基于最終形成的磨料顆粒材料內的添加劑組合物的所需最終量而計算。在某些情況中，在浸潰過程中混合物內的添加劑組合物的總量以混合物總重量計可小于約20wt%,如小于15wt%,小于12wt%,或甚至小于10wt%。而且，在特定情況中，混合物內的添加劑組合物的量以混合物總重量計可為至少約0.1Iwt%，如至少約0.5wt%，或甚至至少約Iwt%。應了解，混合物內的添加劑組合物的量可在上述最小百分比和最大百分比中的任意者之間的范圍內。
[0039]在浸潰過程中，多孔氧化鋁材料可與含有第一添加劑組合物的溶液混合。在充分混合之后，可允許濕混合物干燥，從而有利于去除液體載體，并產生由用第一添加劑組合物(特別是前體鹽材料的陽離子物質)滲透的多孔氧化鋁材料制得的經浸潰的顆粒材料。干燥可在大于室溫的溫度下進行，包括例如至少約50°C、至少約70°C、或甚至至少約85°C的溫度。而且，干燥溫度可不大于約150°C，如不大于約120°C。應了解，干燥可在上述最小溫度和最大溫度中的任意者之間的范圍內的溫度下進行。
[0040]干燥氣氛可通常為環境氣氛。此外，干燥的持續時間可為至少約2小時，至少約4小時，至少約6小時，或甚至至少約10小時。
[0041]在步驟102中進行浸潰過程之后，可通過燒結經浸潰的顆粒材料而在步驟103中繼續該過程。可進行燒結以將經浸潰的顆粒材料(如適于磨料用途的材料)致密化。根據一個實施例，燒結過程可在大于用于形成多孔鋁土材料的煅燒溫度的燒結溫度下進行。在一個特定情況中，燒結溫度可為至少約800°C，至少約900°C，如至少約1000°C，至少約1100°C，或甚至至少約1200°C。而且，根據一個實施例，燒結溫度可不大于約1600°C，如不大于約150(TC，不大于140(TC，或甚至不大于約1350°C。應了解，經浸潰的顆粒材料可在燒結溫度下燒結，所述燒結溫度在上述最小溫度和最大溫度中的任意者之間的范圍內。
[0042]燒結可在通常環境氣氛下進行，更特別地在回轉窯中進行，其中經浸潰的顆粒材料在回轉窯中的平均停留時間可限定燒結持續時間。此外，在燒結溫度下的燒結持續時間可為至少約2分鐘，如至少約5分鐘，或甚至至少約8分鐘。根據一個特定實施例，燒結過程可具有不大于約60分鐘、如小于約45分鐘的燒結持續時間。
[0043]經浸潰的顆粒材料的燒結可形成磨料顆粒材料。根據一個實施例，磨料顆粒材料可具有比表面積。例如，磨料顆粒材料可具有不大于約0.15m2/g、如不大于約0.13m2/g、不大于約0.lm2/g、或甚至不大于約0.09m2/g的比表面積。
[0044]此外，磨料顆粒材料可形成為具有至少3.7g/cm3的平均密度。在其他情況中，磨料顆粒材料的密度可更大，如至少約3.75g/cm3,至少約3.8g/cm3,或甚至至少約3.85g/cm3。而且,磨料顆粒材料可具有不大于約4.00g/cm3、如不大于約3.99g/cm3或甚至不大于3.98g/cm3的平均密度。應了解，本文的實施例的磨料顆粒材料可具有在上述最小密度值和最大密度值中的任意者之間的范圍內的密度。
[0045]在進一步提及磨料顆粒材料時，應了解這種材料的結晶含量可相對較高。特別地，本文的實施例的過程可有利于形成結晶含量以砂粒中的每一個的總重量計為至少90wt%、如至少約92wt%、至少約95wt%、至少約97wt%、至少約99wt%的磨料顆粒材料的多晶砂。在特定情況中，可形成磨料顆粒材料，使得磨料顆粒材料的總重量中的基本上全部為結晶含量。即，磨料顆粒材料可基本上不含非晶相材料。
[0046]另外，磨料顆粒材料可包含由α氧化鋁制得的氧化鋁晶體。在特定情況中，除了存在于氧化鋁晶體內的任何添加劑組合物的含量之外，氧化鋁晶體可基本上由α氧化鋁組成。
[0047]此外，磨料顆粒材料可包含平均晶體尺寸不大于約I微米的氧化鋁晶體。本文提及晶體尺寸可與提及晶粒尺寸或磨料顆粒材料的砂粒內的最小單晶結構的平均尺寸相同。在其他情況中，氧化鋁晶體的平均晶體尺寸可更小，如不大于約800納米，不大于約500納米，如不大于約300納米或甚至不大于約200納米。實際上，可將某些氧化鋁顆粒材料制造為具有不大于約175納米、不大于約160納米或甚至不大于約150納米的平均氧化鋁晶體尺寸。而且，在至少一個實施例中，可形成磨料顆粒材料，如氧化鋁晶體具有至少約0.1納米、如至少約I納米、至少約5納米、至少約10納米、至少約20納米、至少約30納米、至少約40納米、至少約50納米、或甚至至少約80納米的平均晶體尺寸。應了解，磨料顆粒材料可由氧化鋁晶體制得，所述氧化鋁晶體具有在上述最小值和最大值中的任意者之間的范圍內的平均晶體尺寸。
[0048]磨料顆粒材料可形成為具有可取決于某些加工參數的某個平均粒度。例如，在某些情況中，磨料顆粒材料可形成為具有成形輪廓或復雜形狀，其將在本文更詳細地描述。在這種情況中，磨料顆粒材料可具有不大于約3毫米、不大于約2.8毫米、不大于約2.5毫米、不大于約2毫米、但可為至少約0.1mm、至少約0.3mm或甚至至少約0.4mm的平均粒度。應了解，平均粒度的提及為具有最大值的粒子的單個尺寸的量度。應了解，磨料顆粒材料可具有在上述最小值和最大值中的任意者之間的范圍內的平均粒度。
[0049]在某些其他情況中，磨料顆粒材料可制造為具有更細的砂粒尺寸，包括例如不大于約1.5毫米、不大于約I毫米、不大于約500微米、不大于約300微米、不大于約100微米、不大于約50微米、不大于約10微米、不大于約I微米、不大于約0.8微米、或甚至不大于約
0.6微米的平均粒度。而且，可形成磨料顆粒材料，使得平均粒度為至少約50納米，至少約80納米，至少約100納米，或甚至至少約150納米。應了解，磨料顆粒材料可具有在上述最小值和最大值中的任意者之間的范圍內的平均粒度。
[0050]可形成磨料顆粒材料,使得其具有特定組成。例如，可形成磨料顆粒材料，使得其基本上不含堿金屬元素，所述堿金屬元素包括例如具有正1(1+)價態的陽離子，更特別地為屬于第I族的周期表上的元素(參見IUPAC元素周期表2010)。特別地，磨料顆粒材料可基本上不含包括鋰(K)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Ce)和鈁(Fr)的堿金屬元素。在一個特定情況中，磨料顆粒材料可基本上不含鈉，使得磨料顆粒材料內的鈉含量不大于雜質量，包括例如以磨料顆粒材料總重量計不大于約0.01wt%。
[0051]根據一個實施例，在浸潰過程中，可用特定材料，更特別地用第一添加劑組合物內提供的特定物質浸潰磨料顆粒材料。根據一個實施例，第一添加劑組合物可包含特定堿土元素的組合，其中將堿土元素引入前體鹽材料中并浸潰多孔氧化鋁材料。合適的堿土元素包括選自元素周期表(參見IUPAC元素周期表2010)的第2族的元素，更特別地包括元素鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)和它們的組合。某些磨料顆粒材料可形成為具有堿土元素(包括例如鎂和鈣)的特定組合。
[0052]在一個實施例中，磨料顆粒材料可形成為具有特定的鎂和鈣的添加劑比(Mg: Ca)，所述添加劑比限定磨料顆粒材料內的鎂的重量百分比與鈣的重量百分比之間的比率。例如，添加劑比可在約1:1至約10: I之間的范圍內。在其他實施例中，添加劑比可在約1:1至約9: I之間的范圍內，如約1:1至8:1之間的范圍內，或甚至約
1: I至約7: I之間的范圍內，約2: I至約7: I之間的范圍內，約2: I至約6: I之間的范圍內，約2: I至約5: I之間的范圍內，約1:1至約4: I之間的范圍內，或甚至約2: I至約4: I之間的范圍內，還在約1:1至3:1之間的范圍內，或甚至約
2: I至約3: I之間的范圍內。
[0053]在特定情況中，磨料顆粒材料可形成為具有某個鈣(Ca)含量。例如，磨料顆粒可包含以磨料顆粒材料總重量計不大于約2.0wt %的鈣，如不大于約1.Swt %的鈣，不大于約
1.6wt%的I丐,不大于約1.4wt%的I丐,不大于約1.2wt%的I丐,不大于約1.0wt%的I丐,不大于約0.9wt%,不大于約0.8wt%,不大于約0.6wt%。而且,磨料顆粒材料內的I丐的量以磨料顆粒材料總重量計可為至少約0.2wt%,或甚至至少約0.25wt%,至少約0.27wt%,至少約0.29wt%,或甚至至少約0.3wt%。應了解,磨料顆粒材料內的I丐的量可在上述最小重量百分比和最大重量百分比中的任意者之間的范圍內。1.0wt% Ca,以磨料顆粒材料總重量計的Ca。
[0054]在又一實施例中，磨料顆粒材料可形成為含有特定量的鎂(Mg)。例如，磨料顆粒材料內的鎂的量可大于鈣的含量。根據一個實施例，鎂的量以磨料顆粒材料總重量計可不大于約5.0wt %,如不大于約4.5wt %,不大于約4.0wt %,不大于約3.5wt%,不大于約
3.0wt %,不大于約2.0wt %,不大于約1.8wt%,不大于約1.5wt%,不大于約1.2wt%,或甚至不大于約1.0wt%。然而，在特定情況中，可形成磨料顆粒材料，使得其含有最少量的鎂，包括例如以磨料顆粒材料總重量計至少約0.lwt%、至少約0.2wt%、至少約0.3wt%、至少約0.4wt%、至少約0.5wt%、至少約0.6wt%、至少約0.7wt%、或甚至至少約0.8wt%的鎂。應了解，磨料顆粒材料內的鎂的量可在上述最小重量百分比和最大重量百分比中的任意者之間的范圍內。
[0055]根據另一實施例，磨料顆粒材料可含有一定總量的第一添加劑組合物。例如，可形成磨料顆粒材料，使得其含有不大于約8.0wt%的總添加劑組合物，以磨料顆粒材料總重量計。在其他情況中，可形成磨料顆粒材料，使得其含有不大于約7.0wt %，不大于約6.0wt 不大于約5.0wt%,如不大于約4.0wt%,不大于約3.0wt 或甚至不大于約
2.0wt%的總添加劑組合物，以磨料顆粒材料總重量計。而且，磨料顆粒材料可含有最少量的第一添加劑組合物。例如，磨料顆粒材料可含有至少約0.4wt%、如至少約0.5wt%、至少約0.7wt%、至少約0.9wt%、至少約1.0wt%、或甚至至少約1.2￥丨％的第一添加劑組合物，以磨料顆粒材料總重量計。應了解，磨料顆粒材料可含有在上述最小百分比和最大百分比中的任意者之間的范圍內的第一添加劑組合物的總量。
[0056]對于使用第一添加劑組合物的本文的實施例的某些磨料顆粒材料，更特別地對于包含含有Mg和Ca的第一添加劑組合物的某些磨料顆粒材料，可將第二添加劑組合物浸潰于這種磨料顆粒材料內。某些第二添加劑的存在可有利于磨料顆粒材料的改進的機械和/或化學特性。在某些情況中，磨料顆粒材料可包含第二添加劑組合物，所述第二添加劑組合物包含稀土氧化物材料。在其他情況中，除了第一添加劑組合物的MgO之外，第二添加劑組合物可包含特定的堿土氧化物材料。可選擇地或除了其他材料之外，第二添加劑組合物可包含過渡金屬氧化物材料。第二添加劑組合物的一些合適的氧化物材料可包括103、1^203、BaO、Cr2O3、CoO、Fe2O3、GeO2、HfO2、MnO、NiO、Sc2O3、SrO、Ti02、ZnO、ZrO2 和它們的組合。
[0057]本文的實施例的磨料顆粒材料可包含特定含量的第二添加劑組合物。在特定情況中，磨料顆粒材料可含有比第一添加劑組合物的量更小的第二添加劑組合物的含量。或者，第二添加劑組合物可以以比第一添加劑組合物的量更大的量存在。例如，磨料顆粒材料可包含以磨料顆粒材料總重量計不大于約5wt%、如不大于約4.5wt%、不大于約4wt%、不大于約3.5wt%、不大于約3wt%、不大于約2.0wt%、不大于約1.8wt%、不大于約1.5wt%、或甚至不大于約1.2wt%的第二添加劑組合物。而且，第二添加劑組合物的量以磨料顆粒材料總重量計可為至少約0.1wt如至少約0.2wt%,至少約0.3wt%,至少約0.4wt%,至少約0.5wt %,至少約0.6wt %,或甚`至至少約0.7wt %。
[0058]根據一個實施例，第一添加劑組合物的材料物質可特別地設置于磨料顆粒材料內的位置。例如，已發現，相比于其他形成方法(包括例如摻雜過程)，浸潰過程有可能更好地將特定的元素物質均勻分布于磨料顆粒材料內。對摻雜過程的提及可包括如下的那些過程:添加劑在過程中在初期、通常在氧化鋁前體材料(如勃姆石)的初始混合物中提供。由于在進一步的加工(如干燥、煅燒等)過程中添加劑優先分離，這種摻雜過程產生添加劑在最終形成的氧化鋁粒子內的非均勻分散。
[0059]相比之下，浸潰在稍后的階段，特別是在形成多孔氧化鋁材料之后引入第一添加劑組合物。不希望受限于特定理論，據信不同于摻雜過程，浸潰過程可將第一添加劑組合物的特定元素物質引入多孔氧化鋁材料的微結構內的細微顆粒間孔隙中。第一添加劑組合物的物質可在進一步加工過程(其可限制至燒結過程)中牢固保持于微結構內并避免分離。這樣，相比于摻雜，浸潰過程的使用可有利于在整個磨料顆粒材料中更均質且更均勻地分散第一添加劑組合物的物質。
[0060]作為前述現象的證明，圖2A包括通過摻雜過程而形成的磨料顆粒材料的圖片，圖2B包括根據一個實施例通過浸潰過程而形成的磨料顆粒材料的圖片。如圖2A所示，包括通過摻雜過程而形成的磨粒的微探針圖像，其中設定微探針以檢測鋯。如圖2A清楚顯示，如磨粒內的不同顏色所示的鋯的濃度非均勻分散。根據設備中的元素映射(elementarymapping)的特定程序,使用電子探針微分析儀JEOL JX8800R產生圖2。如所示，磨料顆粒材料包括顯示零至少的錯含量的某些磨粒201。相比之下,磨粒203顯示明顯的錯含量,表明粒子的整個表面可含有鋯。此外，磨粒204顯示鋯在磨粒內的非均勻分散，其中相比于粒子內部的部分，粒子的邊緣顯示更大的鋯濃度。這樣，通過摻雜過程形成的圖2A的磨料顆粒材料在磨粒內和磨粒之間顯示出某些元素物質(例如Zr)的明顯分離。
[0061]圖2B包括通過浸潰過程形成的磨料顆粒材料的圖片，所述磨料顆粒材料包括具有添加劑的磨粒。圖2B的圖片為微探針分析的結果，微探針設定為在與圖2A的產生和分析中所用的相同制備和條件下檢測鋯。如所示，圖2B中所示的磨料顆粒材料的磨粒205顯示鋯在整個磨粒205中和甚至磨粒之間均勻且均質分散。圖2B的粒子205中的每一個在粒子的整個體積中顯示出均勻的“斑點”，其證明經浸潰的添加劑鋯的均勻分布，且鋯在粒子邊緣很少或無聚集，或很少或不存在在一個粒子中的鋯濃度比在另一粒子中明顯更大。
[0062]根據一個實施例，本文的實施例的磨料顆粒材料可基本上由氧化鋁晶體和第一添加劑組合物組成。特別地，第一添加劑組合物可包含一定含量的鎂和鈣，并可基本上由鎂和鈣組成。更特別地，磨料顆粒材料內的鎂含量可基本上均勻分散于整個磨料顆粒材料中。即，磨料顆粒材料內的鎂含量可均勻分散于整個多晶結構中，使得其有可能在氧化鋁的晶體晶粒內被辨認，因為其在氧化鋁晶體之間的晶體邊界處。
[0063]根據另一實施例，磨料顆粒材料的微結構可為如下:包含全部元素物質(例如鎂和鈣)的第一添加劑組合物的大部分可優先位于氧化鋁晶體之間的晶體邊界處。例如，在考慮第一添加劑組合物內的元素物質的總含量時，相比于位于氧化鋁晶體內，這種元素物質更有可能位于氧化鋁晶體之間的晶體邊界處。特別地，在某些實施例中，第一添加劑組合物可包含鈣，所述鈣可優先位于氧化鋁晶體之間的晶體邊界處。即，例如，相比于位于氧化鋁晶體內，鈣可更有可能存在于晶體邊界處。
[0064]圖3包括根據一個實施例的微結構的圖示。如所示，磨料顆粒材料300可具有多晶結構，所述多晶結構由在晶體邊界302、303和304處彼此分離的多個氧化鋁晶體301限定。如進一步所示，磨粒300可包括第一添加劑組合物307，所述第一添加劑組合物307可以以除了氧化鋁晶體301之外的分立的結晶相的形式存在，或者作為包含于另一相(如具有氧化鋁晶體的固溶體)內的組分存在。在特定情況中，如所示，含有第一添加劑組合物的物質(例如Ca和Mg)的晶體可位于氧化鋁晶體301內和晶體邊界302、303和304處。在特定情況中，第一添加劑組合物的總含量可優先位于晶體邊界302、303和304處，使得晶體邊界302、303和304處的第一添加劑組合物的含量比氧化鋁晶體301內更大。
[0065]在又一方面，磨料顆粒材料可形成為具有特定形狀或輪廓。合適的成型技術可包括擠出、模制、絲網印刷、澆鑄、沖壓、印花、壓制、切削和它們的組合。例如，磨料顆粒材料可具有特定輪廓，如多邊形形狀，包括例如三角形、矩形、五邊形、六邊形、錐形、螺旋形、橢圓形和細長形狀。磨料顆粒材料可包括這些形狀的組合。在一個特定實施例中，磨料顆粒材料可由本體形成，所述本體具有在由縱軸、橫軸和垂直軸限定的三個垂直平面中包括3重對稱性的復雜三維幾何形狀。
[0066]圖4-9包括具有特定輪廓并限定成形磨粒的示例性磨料顆粒材料，其可摻入本文所述的組合物中。如圖4所示,成形磨粒400可包括本體401,所述本體401為具有第一端面402和第二端面404的總體棱柱狀。此外，成形磨粒400可包括在第一端面402與第二端面404之間延伸的第一側面410。第二側面412可與第一側面410相鄰，在第一端面402與第二端面404之間延伸。如所示，成形磨粒400也可包括第三側面414，所述第三側面414與第二側面412和第一側面410相鄰，在第一端面402與第二端面404之間延伸。
[0067]如圖4所示，成形磨粒400也可包括在第一側面410與第二側面412之間的第一邊緣420。成形磨粒400也可包括在第二側面412與第三側面414之間的第二邊緣422。此夕卜，成形磨粒400也可包括在第三側面414與第一側面412之間的第三邊緣424。
[0068]如所示，成形磨粒400的每個端面402、404的形狀可為總體三角形。每個側面410、412,414的形狀可為總體矩形。此外，在平行于端面402、404的平面中的成形磨粒400的橫截面可為總體三角形。應了解，盡管通過平行于端面402、404的平面的成形磨粒400的橫截面形狀顯示為總體三角形，但其他形狀是可能的，包括任意多邊形形狀，例如四邊形、五邊形、六邊形、七變形、八邊形、九邊形、十邊形等。此外，成形磨粒的橫截面形狀可為凸狀、非凸狀、凹狀或非凹狀。
[0069]圖5包括根據另一實施例的成形磨粒的圖示。如所示,成形磨粒500可包括本體501，所述本體501可包括沿著縱軸504延伸的中心部分502。第一徑向臂506可沿著中心部分502的長度從中心部分502向外延伸。第二徑向臂508可沿著中心部分502的長度從中心部分502向外延伸。第三徑向臂510可沿著中心部分502的長度從中心部分502向外延伸。此外，第四徑向臂512可沿著中心部分502的長度從中心部分502向外延伸。徑向臂506、508、510、512可圍繞成形磨粒500的中心部分502相等間隔。
[0070]如圖5所示，第一徑向臂506可包括總體箭形的遠端520。第二徑向臂508可包括總體箭形的遠端522。第三徑向臂510可包括總體箭形的遠端524。此外，第四徑向臂512可包括總體箭形的遠端526。
[0071]圖5也表明，成形磨粒500可形成為具有第一徑向臂506與第二徑向臂508之間的第一空隙530。第二空隙532可在第二徑向臂508與第三徑向臂510之間形成。第三空隙534也可在第三徑向臂510與第四徑向臂512之間形成。另外，第四空隙536可在第四徑向臂512與第一徑向臂506之間形成。
[0072]如圖5所示，成形磨粒可包括長度540、高度542和寬度544。在一個特定方面，長度540大于高度542，且高度542大于寬度544。在一個特定方面，成形磨粒500可限定一級縱橫比，所示一級縱橫比為長度540與高度542的比率(長度:寬度)。此外，成形磨粒500可限定第二縱橫比，所述第二縱橫比為高度542與寬度544的比率(寬度:高度)。最后，成形磨粒500可限定第三縱橫比，所述第三縱橫比為長度540與寬度542的比率(長度:高度)。
[0073]根據一個實施例，成形磨粒可具有至少約1: 1、如至少約1.1: 1、至少約
1.5: 1、至少約2: 1、至少約2.5: 1、至少約3: 1、至少約3.5: 1、至少4: 1、至少約
4.5: 1、至少約5: 1、至少約6: 1、至少約7: 1、至少約8: 1、或甚至至少約10: I的一級縱橫比。
[0074]在另一情況中，可形成成形磨粒，使得本體具有至少約0.5: 1、如至少約
0.8: 1、至少約1: 1、至少約1.5: 1、至少約2: 1、至少約2.5: 1、至少約3: 1、至少約3.5: 1、至少4: 1、至少約4.5: 1、至少約5: 1、至少約6: 1、至少約7: 1、至少約8: 1、或甚至至少約10: I的二級縱橫比。
[0075]此外，某些成形磨粒可具有至少約1: 1、如至少約1.5: 1、至少約2: 1、至少約2.5: 1、至少約3: 1、至少約3.5: 1、至少4: 1、至少約4.5: 1、至少約5: 1、至少約6: 1、至少約7: 1、至少約8: 1、或甚至至少約10: I的三級縱橫比。
[0076]成形磨粒500的某些實施例可具有總體矩形的關于一級縱橫比的形狀，例如平坦或彎曲的。關于二級縱橫比的成形磨粒500的形狀可為任意多邊形形狀，例如三角形、方形、矩形、五邊形等。關于二級縱橫比的成形磨粒500的形狀也可為具有任意字母數字字符(例如1、2、3等，A、B、C等)的形狀。此外，關于二級縱橫比的成形磨粒500的輪廓可為選自希臘字母、現代拉丁字母、古拉丁字母、俄語字母、任何其他字母或它們的任意組合的字符。此外，關于二級縱橫比的成形磨粒500的形狀可為日本漢字字符。
[0077]圖6-7表示通常指定為600的成形磨粒的另一實施例。如所示，成形磨粒600可包括具有總體立方體狀形狀的本體601。應了解，成形磨粒可形成為具有其他多邊形形狀。本體601可具有第一端面602和第二端面604,在第一端面602與第二端面604之間延伸的第一側面606,在第一端面602與第二端面604之間延伸的第二側面608。此外,本體601可具有在第一端面602與第二端面604之間延伸的第三側面610,在第一端面602與第二端面604之間延伸的第四側面612。
[0078]如所示，第一端面602和第二端面604可彼此平行，并由側面606、608、610和612分隔，從而提供本體立方體狀結構。然而，在一個特定方面，第一端面602可相對于第二端面604旋轉，以建立扭轉角614。本體601的扭轉可沿著一個或多個軸線，并限定特定類型的扭轉角。例如，如圖7中的本體的俯瞰圖所示，所述圖7沿著限定本體601的長度的縱軸680俯視平行于由橫軸681和垂直軸682限定的平面的端面602，所述橫軸681沿著本體601的寬度的尺寸延伸，所述垂直軸682沿著本體601的高度的尺寸延伸。根據一個實施例，本體601可具有限定圍繞縱軸的本體601中的扭轉的縱向扭轉角614，使得端面602和604相對于彼此旋轉。如圖7所示，扭轉角614可作為第一邊緣622和第二邊緣624的切線之間的角度測得，其中第一邊緣622和第二邊緣624由共同邊緣626結合，并共用共同邊緣626，所述共同邊緣626在側面(610和612)中的兩個之間縱向延伸。應了解，其他成形磨粒可形成為具有相對于橫軸、垂直軸和它們的組合的扭轉角。這種扭轉角中的任意者可具有如本文所述的值。
[0079]在一個特定方面，扭轉角614為至少約1°。在其他情況中，扭轉角可更大，如至少約2°，至少約5°，至少約8°，至少約10°，至少約12°，至少約15°，至少約18°，至少約20°，至少約25°，至少約30°，至少約40°，至少約50°，至少約60°，至少約70°，至少約80°，或甚至至少約90°。而且，根據某些實施例，扭轉角614可不大于約360°，如不大于約330°，如不大于約300°，不大于約270°，不大于約230°，不大于約200°，或甚至不大于約180°。應了解,某些成形磨粒可具有在上述最小角度和最`大角度中的任意者之間的范圍內的扭轉角。
[0080]此外，本體可包括沿著縱軸、橫軸或垂直軸中的一者延伸通過本體的整個內部的開口。
[0081]圖8包括成形磨粒的另一實施例的圖示。如所示,成形磨粒800可包括本體801,所述本體801具有成形為具有總體三角形底面802的總體角錐體。本體還可包括彼此連接且連接至底面802的側面816、817和818。應了解，盡管本體801顯示為具有角錐體多邊形形狀，但其他形狀是可能的，如本文所述。
[0082]根據一個實施例，成形磨粒800可形成為具有孔804 (即開口)，所述孔804可延伸通過本體801的至少一部分，且更特別地可延伸通過本體801的整個體積。在一個特定方面，孔804可限定穿過孔804的中心的中心軸806。此外，成形磨粒800也可限定穿過成形磨粒800的中心830的中心軸808。應了解，孔804可在成形磨粒800中形成，使得孔804的中心軸806與中心軸808間隔距離810。這樣，成形磨粒800的質心可移動至成形磨粒800的幾何中點830以下，其中幾何中點830可由縱軸809、垂直軸811和中心軸(即橫軸)808的交點限定。將質心移動至成形磨粒的幾何中點830以下可增加成形磨粒800在下降時落在相同面(例如底面802)上或者沉積于背襯上的可能性，使得成形磨粒800具有預定直立取向。
[0083]在一個特定實施例中，質心沿著限定高度的本體802的垂直軸810偏離幾何中點830可為至少約0.05高度(h)的距離。在另一實施例中，質心可偏離幾何中點830至少約0.1(h)、如至少約0.15(h)、至少約0.18(h)、至少約0.2(h)、至少約0.22(h)、至少約0.25(h)、至少約0.27(h)、至少約0.3(h)、至少約0.32(h)、至少約0.35(h)、或甚至至少約0.38(h)的距離。而且，本體801的質心可偏離幾何中點830不大于0.5(h)、如不大于0.49 (h)、不大于0.48 (h)、不大于0.45(h)、不大于0.43(h)、不大于0.40 (h)、不大于
0.39(h)、或甚至不大于0.38(h)的距離。應了解，質心與幾何中點之間的偏離可在上述最小值和最大值中的任意者之間的范圍內。
[0084]在特定情況中，質心可偏離幾何中點830，使得當成形磨粒800為如圖8所示的直立取向時，相比于本體801的頂部，質心更接近本體801的基底，例如底面802。
[0085]在另一實施例中，質心可沿著限定寬度的本體801的橫軸808偏離幾何中點830至少約0.05寬度(w)的距離。在另一方面，質心可偏離幾何中點830至少約0.1 (w)、如至少約0.15 (w)、至少約0.18 (w)、至少約0.2 (w)、至少約0.22 (w)、至少約0.25 (w)、至少約
0.27 (w)、至少約0.3 (w)、或甚至至少約0.35 (w)的距離。而且,在一個實施例中，質心可偏離幾何中點830不大于0.5 (w)、如不大于0.49 (w)、不大于0.45 (w)、不大于0.43 (w)、不大于0.40 (W)、或甚至不大于0.38 (w)的距離。
[0086]在另一實施例中，質心可沿著縱軸809偏離幾何中點830達距離(D1)，所述距離(D1)為至少約0.05的本體801的長度(I)。根據一個特定實施例，質心可偏離幾何中點至少約0.1 (I)、如至少約0.15 (I)、至少約0.18 (I)、至少約0.2 (I)、至少約0.25 (I)、至少約
0.3 (I)、或甚至至少約0.35 (I)、或甚至至少約0.38 (I)的距離。而且，對于某些磨粒，質心可偏離不大于約0.5 (I)、如不大于約0.45 (I)、或甚至不大于約0.40 (I)的距離。
[0087]圖9包括根據一個實施例的成形磨粒的圖示。成形磨粒900可包括本體901，所述本體901包括底表面902和上表面904，底表面902和上表面904通過一個或多個側表面910,912和914而彼此間隔。根據一個特定實施例，可形成本體901，使得底表面902具有與上表面904的平面形狀不同的平面形狀，其中平面形狀在由各自的表面限定的平面中觀察。例如，如圖9的實施例所示，本體901可具有底表面902和上表面904，底表面902通常具有圓形形狀，上表面904具有總體三角形形狀。應了解，其他變化是可行的，包括底表面902和上表面904處的形狀的任意組合。[0088]圖10包括根據一個實施例的摻入磨料顆粒材料的涂布磨料制品的橫截面圖示。如所示，涂布磨料1000可包括基材1001、覆蓋基材1001的表面的底膠1003、覆蓋并粘合至底膠1003的根據本文實施例中的任意者的磨料顆粒材料1005、和覆蓋并粘合至磨料顆粒材料1005的復膠105。
[0089]根據一個實施例，基材1001可包括有機材料、無機材料和它們的組合。在某些情況中，基材1001可包括織造材料。然而，基材1001可由非織造材料制得。特別合適的基材材料可包括有機材料，包括聚合物，特別是聚酯、聚氨酯、聚丙烯，聚酰亞胺(如來自杜邦公司(DuPont)的ΚΑΡΤ0Ν)、紙張。一些合適的無機材料可包括金屬、金屬合金，特別是銅箔、鋁箔、鋼箔，和它們的組合。
[0090]底膠1003可在單個過程中施用至基材1001的表面，或者，磨料顆粒材料1005可與底膠1003材料組合，并作為混合物施用至基材1001的表面。底膠1003的合適的材料可包括有機材料，特別是聚合物材料，包括例如聚酯、環氧樹脂、聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚硅氧烷、有機硅、乙酸纖維素、硝酸纖維素、天然橡膠、淀粉、蟲膠、和它們的混合物。在一個實施例中，底膠1003可包括聚酯樹脂。隨后可加熱經涂布的基材，以將樹脂和磨料顆粒材料固化至基材。通常，在所述固化過程中，將經涂布的基材加熱至約100°c至小于約250°C之間的溫度。
[0091]在充分形成具有包含于其中的磨料顆粒材料1005的底膠1003之后，可形成復膠1007，以覆蓋磨料顆粒材料1005并將磨料顆粒材料1005粘合至適當位置。復膠可包括有機材料，可基本上由聚合物材料制得，且特別地可使用聚酯、環氧樹脂、聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚硅氧烷、有機硅、乙酸纖維素、硝酸纖維素、天然橡膠、淀粉、蟲膠、和它們的混合物。
[0092]實例I
[0093]將可作為Catapal B購自薩索爾公司(Sasol Corp.)的原料勃姆石摻入包含42%的固體(勃姆石)、lwt%的晶種材料(α氧化鋁)(以勃姆石總重量計)和2.5wt%的硝酸(以勃姆石總重量計)的混合物中。所述混合物可為使用水作為液體載體的漿料的形式。漿料在環境條件下膠凝。
[0094]在膠凝之后，將漿料絲網印刷，以形成包括勃姆石材料的成形粒子。絲網印刷過程通常描述于美國專利N0.6，054，093中。在絲網印刷過程中，連續帶形式的印刷絲網經過限定特定的區(包括施用區、脫離區、清潔區和處理區)的一系列四個輥。在施用區中，印刷絲網保持為與連續不銹鋼帶牢固接觸，并將磨料前體粒子的糊劑施用至印刷絲網的內表面。迫使糊劑進入絲網中的孔中，同時印刷絲網與帶直接接觸。在脫離區中，當印刷絲網與帶脫離時，糊劑的分立的形狀保持在帶的表面上，其中分立的形狀具有印刷絲網中的孔的輪廓。所述形狀由帶傳輸至干燥區，其中取決于帶的速度，形狀在環境氣氛下在90-95°C下干燥大約5-10分鐘。
[0095]在成形之后，經干燥的成形粒子在環境氣氛下在大約900°C下在旋轉爐中煅燒，以形成孔體積為大約0.30cm3/g的多孔招土材料。
[0096]使用由溶解于125g水中的32g硝酸鎂六水合物和6g硝酸鈣四水合物制得的第一添加劑組合物浸潰大約500g的多孔鋁土材料。將第一添加劑組合物與多孔鋁土材料混合，以實現前體鹽材料的陽離子(即Ca和Mg)的浸潰。經浸潰的材料在95°C下干燥大約12小時。
[0097]在用第一添加劑組合物浸潰多孔鋁土材料之后，燒結成形的經浸潰的粒子。使用環境氣氛在旋轉爐中在大約1300°C的溫度下進行燒結，以形成經浸潰的磨料顆粒材料。最終形成的磨粒為等邊三角形的形式的成形磨料顆粒材料，所述成形磨料顆粒材料具有大約
1.5mm的尺寸的邊和大約275微米的厚度。磨料顆粒材料為用1.0wt %的Mg和0.3被％的Ca浸潰的大約98.7%的α氧化鋁。
[0098]實例2
[0099]根據如下過程將實例I的成形磨料顆粒材料成型為涂布磨料樣品(CASl)。經由兩種直接涂布方法用甲階酚醛樹脂的底膠涂布平坦織物基材。將成形磨料顆粒材料置于底膠中，以經由靜電噴射過程將它們粘著至基材。經由在空氣氣氛中在175至225F的溫度下在烘箱中達到大約1.5小時的持續時間而固化底膠。在形成底膠之后，含有冰晶石的甲階酚醛樹脂的復膠在成形磨料顆粒材料上形成，并經由在空氣氣氛中在175-225F的溫度下在烘箱中達到大約1.5至3小時的持續時間而固化。
[0100]使用與用于制備樣品CASl相同的過程制備常規涂布磨料樣品。常規樣品2(CAC2)使用通過與CASl相同的過程而形成的成形磨料顆粒材料，不同的是所述材料浸潰為具有大約99.7wt%的α氧化鋁和0.3wt%的Ca的組成。常規樣品3 (CAC3)使用通過與CASl相同的過程而形成的成形磨料顆粒材料，不同的是所述材料浸潰為具有大約98.7wt%的α氧化鋁和1.3wt%的Mg的組成。常規樣品4(CAC4)使用通過與CASl相同的過程而形成的成形磨料顆粒材料，不同的是所述成形磨料顆粒材料不被浸潰，并具有大約100wt%的氧化鋁的組成。
[0101]根據如下碾磨測試來測試所有樣品，以確定碾磨性能:在304不銹鋼的工件上以4英寸3/分鐘英寸干燥切入式碾磨，其中碾磨間隔進行，以在每次間隔中從工件上去除0.2英寸3的材料。輪速為7500sfpm。
[0102]圖11包括根據如上詳細碾磨測試進行測試的樣品(CAS1、CAC2、CAC3和CAC4)的比碾磨能(SGE HP min/in3)相比于累積的去除材料的圖。如清楚所示，根據本文實施例而形成的示例性樣品顯示出碾磨性能的明顯改進。如所示，相比于所有常規樣品，樣品CASl顯示出改進的碾磨性能。在連續使用下，且對于更大含量的累積的去除材料，CASl顯示出更一致的SGE。實際上，CASl樣品顯示出相比于最接近樣品(CAC3)的大于20%的累積的去除材料的改進，以及相比于CAC2樣品的大于40%的改進。此外，相比于常規樣品中的任意者，樣品CASl在累積去除材料的基本上全部范圍內顯示出更低的比碾磨能，表明對于更大量的累積去除材料的改進的材料去除效率。簡言之，相比于不具有浸潰的添加劑的粒子以及僅使用Ca或僅使用Mg的成形磨粒，具有作為第一添加劑組分的Mg和Ca的特定組合的示例性樣品CASl顯示改進的碾磨能力。
[0103]實例3
[0104]對于各種樣品(包括僅包含Ca或Mg的添加劑的常規材料的樣品，和包含受控量的Ca和Mg的示例性樣品)，測量硬度和韌性。如下表I顯示了磨粒的樣品的機械特性(包括硬度、韌性和脆性)，所述磨粒為三角形二維形狀的成形磨粒。表I的數據包括具有受控量的Ca和Mg的根據本文實施例的示例性樣品(S1、S2和S3)，特別地，樣品顯示出合適的硬度、韌性和脆性特性。另外且非常出乎意料地，Ca的添加未降低示例性樣品的硬度。[0105]硬度經由ASTM1327測得。韌性經由描述于“A Critical Evaluation ofIndentation Techniques for Measuring Fracture Toughness:I, Direct CrackMeasurements (用于測量斷裂韌性的壓痕技術的決定性評價:1，直接裂紋測量)”，GR.ANSTIS, P.CHANTIKUL, B.R.LAffN 和 D.B.MARSHALL, J Am.Cer.Soc.第 64 卷，第 533 頁中的方法測得。
[0106]表1
【權利要求】
1.一種磨料制品，其包括: 磨料顆粒材料，所述磨料顆粒材料包含氧化鋁晶體和在所述磨料顆粒材料內浸潰的第一添加劑組合物，所述第一添加劑組合物包含Mg和Ca的組合，其中Mg和Ca以約1:1至約10: I之間的范圍內的添加劑比[Mg: Ca]存在，且還包含以所述磨料顆粒材料總重量計至少約0.2wt%的Ca。
2.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料基本上不含堿金屬元素。
3.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料基本上不含鈉。
4.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述氧化鋁晶體包括α氧化鋁，其中所述氧化鋁晶體基本上由α氧化鋁組成。
5.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料包含以所述磨料顆粒材料總重量計不大于約2wt%的Ca,不大于約1.8wt%的Ca,不大于約1.6wt%的Ca,不大于約1.4wt%的Ca,不大于約1.2wt%的Ca,不大于約1.0wt %的Ca,不大于約0.9wt%的Ca,不大于約0.8wt%,不大于約0.6wt%的Ca。
6.根據權利要求1所述的磨料制品，以所述磨料顆粒材料總重量計至少約0.25wt%的Ca,至少約0.27wt %,至少約0.29wt %,至少約0.3wt %。
7.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料包含以所述磨料顆粒材料總重量計不大于約5?1:%的Mg,不大于約4.5?1:%的Mg,不大于約4?1:%的Mg,不大于約3.5wt%的Mg,不大于約3wt%的Mg,不大于約2.0wt %的Mg,不大于約1.8wt%的Mg,不大于約1.5wt%的Mg,不大于約Uwt1^的Mg。
8.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料包含以所述磨料顆粒材料總重量計至少約0.1wt %的Mg,至少約0.2wt%的Mg,至少約0.3wt%的Mg,至少約0.4wt%的Mg,至少約0.5wt %的Mg,至少約0.6wt %的Mg,至少約0.7wt %的Mg,至少約0.8wt %的Mg。
9.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料包含以所述磨料顆粒材料總重量計不大于約8wt%的所述第一添加劑組合物，不大于約7wt%的添加劑組合物，不大于約6wt%的添加劑組合物,不大于約5?1:%的添加劑組合物,不大于約4wt%的添加劑組合物，不大于約3wt%的添加劑組合物，不大于約2wt%的添加劑組合物。
10.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料包含以所述磨料顆粒材料總重量計至少約0.4wt%的添加劑組合物，至少約0.5wt%的添加劑組合物，至少約0.7wt%的添加劑組合物，至少約0.9wt%的添加劑組合物，至少約1wt %的添加劑組合物，至少約1.2wt%的添加劑組合物。
11.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述氧化鋁晶體包含不大于約I微米、不大于約800nm、不大于約500nm、不大于約300nm、不大于約200nm、不大于約175nm、不大于約160nm、不大于約150nm的平均晶體尺寸。
12.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述氧化鋁晶體包含至少約0.lnm、至少約lnm、至少約5nm、至少約10nm、至少約20nm、至少約30nm、至少約40nm、至少約50nm、至少約80nm的平均晶體尺寸。
13.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料包含不大于約3mm、不大于約2.8mm、不大于約2.5mm、不大于約2mm、不大于約1.5mm、不大于約1mm、不大于約500微米、不大于約300微米、不大于約100微米、不大于約50微米、不大于約10微米、不大于約I微米、不大于約0.8微米、不大于約0.6微米的平均粒度。
14.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料包含至少約50nm、至少約80nm、至少約lOOnm、至少約150nm的平均粒度。
15.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料基本上由所述氧化鋁晶體和所述第一添加劑組合物組成，其中所述第一添加劑組合物的大部分優先位于晶體邊界處，其中所述第一添加劑組合物的Ca優先位于晶體邊界處，其中Mg在所述晶體內和所述晶體邊界處在整個所述磨料顆粒材料內基本上均勻分散，其中所述第一添加劑組合物基本上由Mg和Ca組成。
16.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述添加劑比[Mg: Ca]在約1:1至約9: I之間的范圍內，所述添加劑比[Mg: Ca]在約1:1至約8: I之間的范圍內，所述添加劑比[Mg: Ca]在約1:1至約7: I之間的范圍內，所述添加劑比[Mg: Ca]在約2: I至約7: I之間的范圍內，所述添加劑比[Mg: Ca]在約2: I至約6: I之間的范圍內，所述添加劑比[Mg: Ca]在約2: I至約5: I之間的范圍內，所述添加劑比[Mg: Ca]在約1:1至約4: I之間的范圍內，所述添加劑比[Mg: Ca]在約2: I至約4: I之間的范圍內，所述添加劑比[Mg: Ca]在約1:1至約3: I之間的范圍內，所述添加劑比[Mg: Ca]在約2: I至約3: I之間的范圍內。
17.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料包含至少約3.7g/cm3、至少約3.75g/cm3、至少約3.8g/cm3、至少約3.85g/cm3且不大于約4.00g/cm3、不大于約3.99g/cm3、不大于約3.98g/cm3的密度。
18.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料包含不大于約0.15m2/g、不大于約0.13m2/g、不大于約0.lm2/g的比表面積。
19.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料包含以所述磨料顆粒材料總重量計至少約90wt%、至少約92wt%、至少約95wt%、至少約97%、至少約99%、基本上全部的結晶度含量。
20.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料包括輪廓，其中所述輪廓包括多邊形形狀，其中所述磨料顆粒材料包括復雜形狀，其中所述磨料顆粒材料包括選自三角形、矩形、五邊形、六邊形、錐形、螺旋形、橢圓形、細長和它們的組合的輪廓。
21.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料包含至少約1.1: I的一級縱橫比，其中所述一級縱橫比為長度/寬度的量度，所述長度為所述顆粒材料的最長尺寸，所述寬度為在與所述長度基本上正交的方向上所述顆粒材料的第二最長尺寸的量度，其中所述一級縱橫比為至少約1.5: 1，至少約2: 1，至少約3: 1，其中所述一級縱橫比為至少約4: 1，其中所述一級縱橫比為至少約5: I。
22.根據權利要求1所述的磨料制品，其中本體包括至少約0.5: I的由寬度:高度比定義的第二縱橫比，包括至少約0.8: I的由寬度:高度比定義的第二縱橫比，其中所述第二縱橫比為至少約1: 1，其中所述第二縱橫比為至少約1.5: 1，其中所述第二縱橫比為至少約2: 1，其中所述第二縱橫比為至少約2.5: I。
23.根據權利要求1所述的磨料制品，其中本體包括至少約1:1的由長度:高度比定義的第三縱橫比，其中所述本體包括至少約2: I的由長度:高度比定義的第三縱橫比，其中所述第三縱橫比為至少約3: I。
24.根據權利要求1所述的磨料制品，其中本體包括字符形式的橫截面輪廓，所述字符選自希臘字母、拉丁字母或俄語字母。
25.根據權利要求1所述的磨料制品，其中本體包括沿著限定所述本體長度的縱軸的扭轉，其中所述沿著縱軸的扭轉限定至少約I度的所述本體兩端之間的縱向扭轉角，其中所述扭轉角為至少約10度，其中所述扭轉角為至少約20度，其中所述扭轉角為至少約60度，其中所述扭轉角為至少約90度。
26.根據權利要求1所述的磨料制品,其中本體包括沿著限定所述本體寬度的橫軸的扭轉，其中所述沿著橫軸的扭轉限定至少約I度的所述本體兩端之間的橫向扭轉角，其中所述橫向扭轉角為至少約5度,其中所述橫向扭轉角為至少約10度,其中所述橫向扭轉角為至少約20度，其中所述橫向扭轉角為至少約40度，其中所述橫向扭轉角為至少約60度，其中所述橫向扭轉角為至少約90度。
27.根據權利要求1所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料為固定磨料的部分。
28.根據權利要求27所述的磨料制品，其中所述固定磨料包括選自粘結磨料和涂布磨料的制品。
29.根據權利要求27所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料經由粘結材料粘著至背襯。
30.一種磨料制品，其包括: 磨料顆粒材料，所述磨料·顆粒材料包含氧化鋁晶體和第一添加劑組合物，所述第一添加劑組合物包含第一堿土元素和Ca，其中所述Ca以不大于所述第一堿土元素的量的量存在，且其中所述磨料顆粒材料包含以所述磨料顆粒材料總重量計約0.lwt%至約5wt%2間的所述第一添加劑組合物。
31.根據權利要求30所述的磨料制品，其中所述第一堿土元素包括Mg，且其中所述磨料顆粒材料包含以所述磨料顆粒材料總重量計不大于約5?1:%的Mg,不大于約4.5?1:%的Mg,不大于約4wt %的Mg,不大于約3.5wt %的Mg,不大于約3wt %的Mg,不大于約2.0wt %的Mg,不大于約1.8wt%的Mg,不大于約1.5wt%的Mg,不大于約1.2wt%的Mg,且包含以所述磨料顆粒材料總重量計至少約0.1wt %的Mg,至少約0.2wt%的Mg,至少約0.3wt%的Mg,至少約0.4wt %的Mg,至少約0.5wt %的Mg,至少約0.6wt %的Mg,至少約0.7wt %的Mg,至少約0.8wt%的Mg。
32.根據權利要求30所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料包括具有質心、幾何中點的本體，且其中所述質心沿著限定高度的所述本體的垂直軸線從所述幾何中點偏移至少約0.05(h)的距離(Dh)。
33.根據權利要求30所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料包括具有質心、幾何中點的本體，且其中所述質心沿著限定寬度的所述本體的橫軸從所述幾何中點偏移至少約0.05 (w)的距離(Dw)。
34.根據權利要求30所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料包括具有質心、幾何中點的本體，且其中所述質心沿著限定長度的所述本體的縱軸從所述幾何中點偏移至少約0.05(1)的距離(D1)0
35.根據權利要求30所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料包括具有長度(I)、寬度(W)、和高度(h)的本體，其中所述本體包括底表面端和上表面，其中所述底表面包括與所述上表面的橫截面形狀不同的橫截面形狀。
36.一種磨料制品，其包括: 磨料顆粒材料，所述磨料顆粒材料包含氧化鋁晶體和第一添加劑組合物，所述第一添加劑組合物包含第一堿土元素和Ca，其中Ca以不大于所述第一堿土元素的量存在，且其中所述第一添加劑組合物中的大部分優先位于所述氧化鋁晶體的晶體邊界處。
37.根據權利要求36所述的磨料制品，其中所述第一堿土元素包括Mg，且其中所述磨料顆粒材料包含以所述磨料顆粒材料總重量計不大于約5wt%的Mg,不大于約4.5wt%的Mg,不大于約4wt %的Mg,不大于約3.5wt %的Mg,不大于約3wt %的Mg,不大于約2.0wt %的Mg,不大于約1.8wt %的Mg,不大于約1.5wt %的Mg,不大于約1.2wt %的Mg,且包含以所述磨料顆粒材料總重量計至少約0.1wt %的Mg,至少約0.2wt%的Mg,至少約0.3wt%的Mg,至少約0.4wt %的Mg,至少約0.5wt %的Mg,至少約0.6wt %的Mg,至少約0.7wt %的Mg,至少約0.8wt%的Mg。
38.根據權利要求36所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料包含第二添加劑組合物，所述第二添加劑組合物包含選自 Y2O3、La2O3、BaO、Cr203、CoO、Fe203、GeO2、HfO2、MnO、NiO、Sc2O3> SrO, TiO2, ZnO, ZrO2和它們的組合的材料。
39.根據權利要求38所述的磨料制品，其中所述磨料顆粒材料包含以所述磨料顆粒材料總重量計不大于約5wt%、不大于約4.5wt%、不大于約4wt%、不大于約3.5wt%、不大于約3wt%、不大于約2.0wt%、不大于約1.8wt%、不大于約1.5wt%、不大于約1.2wt%的所述第二添加劑組合物，且包含以所述磨料顆粒材料總重量計至少約0.lwt%、至少約0.2wt %、至少約0.3wt %、至少約0.4wt %、至少約0.5wt %、至少約0.6wt %、至少約0.7wt%、至少約0.8wt%的所述第二添加劑組合物。
40.一種磨料制品，其包括:` 具有成形輪廓的磨料顆粒材料，其中所述磨料顆粒材料包含氧化鋁晶體和在所述磨料顆粒材料內浸潰的第一添加劑組合物，所述第一添加劑組合物包含Mg和Ca的組合，其中Mg和Ca以1:1至約10: I之間的范圍內的添加劑比[Mg: Ca]存在，且還包含以所述磨料顆粒材料總重量計至少約0.2wt%的Ca。
41.一種磨料制品，其包括: 基材；和 磨料顆粒材料，所述磨料顆粒材料包含氧化鋁晶體和在所述磨料顆粒材料內浸潰的第一添加劑組合物，所述第一添加劑組合物包含Mg和Ca的組合，其中Mg和Ca以1:1至約10: I之間的范圍內的添加劑比[Mg: Ca]存在，且還包含以所述磨料顆粒材料總重量計至少約0.2wt%的Ca
42.根據權利要求41所述的磨料制品，其中所述基材包括柔性材料。
43.根據權利要求41所述的磨料制品，其還包括覆蓋所述基材的底膠。
44.根據權利要求41所述的磨料制品，其還包括覆蓋所述基材的復膠。
45.一種形成磨料制品的方法，所述方法包括: 形成多孔氧化鋁材料；和 使用第一添加劑組合物浸潰所述多孔氧化鋁材料以形成經浸潰的顆粒材料，所述第一添加劑組合物包含Mg和Ca的組合，其中Mg和Ca以1:1至約10: I之間的范圍內的添加劑比[Mg: Ca]存在。
46.根據權利要求45所述的方法，其中形成包括煅燒，其中煅燒在環境氣氛下進行，其中煅燒在環境大氣條件下進行，其中煅燒在回轉窯中進行。
47.根據權利要求46所述的方法，其中煅燒在至少約500°C、至少約600 °C、至少約700°C、至少約800°C且不大于約1500°C、不大于約1200°C、不大于約1000°C的溫度下進行。
48.根據權利要求45所述的方法，其中浸潰包括混合含有所述第一添加劑組合物的物質的前體鹽材料與所述多孔氧化鋁材料，其中混合包括濕混合包含所述前體鹽材料的溶液與所述多孔氧化鋁材料。
49.根據權利要求45所述的方法，其中所述前體鹽材料包括硝酸鹽。
50.根據權利要求45所述的方法，其還包括在大于煅燒溫度的燒結溫度下燒結所述經浸潰的顆粒材料，其中所述燒結溫度為至少約800°C，至少約900°C，至少約1000°C，至少約1100°C，至少約1200°C，且不大于約1600°C，不大于約1500°C，不大于約1400°C，不大于約1350 O。
51.根據權利要求45所述的方法，其中所述經浸潰的顆粒材料包含不大于約0.15m2/g、不大于約0. 13m2/g、不大于約0.lm2/g的比表面積。
【文檔編號】B24D3/34GK103826802SQ201280047003
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年9月26日 優先權日:2011年9月26日
【發明者】T·H·潘薩瑞拉, D·O·耶納 申請人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司