用于制備成形陶瓷磨粒的激光法、成形陶瓷磨粒以及磨料制品的制作方法

專利名稱：用于制備成形陶瓷磨粒的激光法、成形陶瓷磨粒以及磨料制品的制作方法
技術領域：
本發明涉及磨粒、用于制備磨粒的方法，以及包括磨粒的磨料制品。
背景技術：
制備成形陶瓷磨粒是已知的。例如，一種方法包括依次:用水軟鋁石溶膠-凝膠填充微復制型工具表面上的空腔、干燥該溶膠-凝膠從而在工具的空腔內形成成形水軟鋁石粒子、將成形水軟鋁石粒子從工具的空腔中移除，然后燒結成形水軟鋁石粒子以形成α-氧化鋁成形磨粒。雖然該方法概念簡單，但制造工具的費用通常相當高。此外，需要不同的工具來制備新的所需形狀的陶瓷成形磨粒。制備成形陶瓷磨粒的其他方法包括絲網印刷技術，其中將溶膠-凝膠陶瓷前體材料絲網印刷到基板上、干燥以形成陶瓷成形磨粒前體、從基板移除，然后燒結以形成成形陶瓷磨粒。雖然與使用微復制型工具的方法相比，該技術的費用稍低且通常具有較低的分離度，但仍需要針對每種所需形狀的成形陶瓷磨粒制備單獨的篩網。

發明內容
在一個方面，本發明提供了一種方法，包括:提供被支承于載體上的陶瓷前體材料層，其中該陶瓷前體材料層包含陶瓷前體和游離水；和使用激光束割穿該陶瓷前體材料層，從而得到成形陶瓷前體粒子。在一些實施例中，該方法還包括:干燥成形陶瓷前體粒子，從而得到干燥的成形陶瓷前體粒子；煅燒干燥的成形陶瓷前體粒子，從而得到煅燒過的成形陶瓷前體粒子；以及燒結煅燒過的成形陶瓷前體粒子，從而得到成形陶瓷磨粒。 在一些實施例中，該方法還包括:干燥成形陶瓷前體粒子，從而得到干燥的成形陶瓷前體粒子；煅燒干燥的成形陶瓷前體粒子，從而得到煅燒過的成形陶瓷前體粒子；用浸潰組合物浸潰煅燒過的成形陶瓷前體粒子(該混合物包含第二液體介質、并且包含金屬氧化物或其前體中的至少一者)，從而得到經浸潰的煅燒過的成形陶瓷前體粒子，其中浸潰組合物在由激光束切割而形成的表面上對煅燒過的成形陶瓷前體粒子的浸潰程度低于在煅燒過的成形陶瓷前體粒子的其他表面上的浸潰程度；以及可任選地，燒結經浸潰的煅燒過的成形陶瓷前體粒子而得到成形陶瓷磨粒。在另一方面，本公開提供了一種方法，其包括:提供被支承于載體上的陶瓷前體材料層，其中該陶瓷前體材料層包含陶瓷前體和游離水；和使用激光束對該陶瓷前體材料層進行刻痕，從而得到有刻痕的陶瓷前體材料層。
在一些實施例中，該方法還包括:沿刻痕線將有刻痕的陶瓷前體材料層破碎開，從而得到成形陶瓷前體粒子；煅燒成形陶瓷前體粒子，從而得到煅燒過的成形陶瓷前體粒子；以及燒結煅燒過的成形陶瓷前體粒子，從而得到成形陶瓷磨粒。在一些實施例中，該方法還包括:干燥有刻痕的陶瓷前體材料層，從而得到干燥的有刻痕的陶瓷前體材料層；沿刻痕線將干燥的有刻痕的陶瓷前體材料層破碎開，從而得到干燥的成形陶瓷前體粒子；煅燒干燥的成形陶瓷前體粒子，從而得到煅燒過的成形陶瓷前體粒子；以及燒結煅燒過的成形陶瓷前體粒子，從而得到成形陶瓷磨粒。在一些實施例中，通過部分地干燥溶膠-凝膠陶瓷前體層而提供陶瓷前體材料層。在一些實施例中，通過部分地干燥溶膠-凝膠陶瓷前體層而提供陶瓷前體材料層。在一些實施例中，陶瓷前體材料層基本上不能由于重力而流動。在一些實施例中，陶瓷前體材料層的固體含量在60至70重量％的范圍內。有利的是，根據本發明的方法可用于制備成形陶瓷磨粒，而不需要昂貴的微復制型模具，并且可在所需的粒子形狀之間快速且低成本地轉變。另外，根據本發明的方法可用于制備那些在使用微復制型模具或絲網印刷的干燥過程中易破裂的成形陶瓷磨粒。因此，根據本發明的方法可用于制備那些迄今難以在可靠且經濟的基礎上獲得的成形陶瓷磨粒。在另一方面，本發明提供了根據本發明的任何方法制備的成形陶瓷磨粒。在又一方面，本發明提供了成形陶瓷磨粒，其中成形陶瓷磨粒各自獨立地包括主體構件和至少三個從主體構件延伸的桿狀構件。在再一方面，本發明提供了一種磨料制品，其包括用粘結劑粘附的根據本發明的成形陶瓷磨粒。在還有一個方面，本發明提供了成形陶瓷磨粒，其中這些成形陶瓷磨粒為大致平面的，并且包括主體構件和至少三個從主體構件延伸的桿狀構件。在一些實施例中，至少三個桿狀構件中的每一個具有獨立地選自圓形、橢圓形、正方形、矩形或三角形的橫截面輪廓。根據具體情況，可通過根據本發明的方法制備各種獨特形狀的成形陶瓷磨粒。例如，在一些實施例中，至少三個桿狀構件在主體構件的平面外，并且其中至少三個桿狀構件從主體構件的同一側延伸(即，它們具有至少一個共同的方向分量)。在一些實施例中，主體構件中有開口。在一些實施例中，至少兩個桿狀構件在同一直線上。例如，在一些實施例中，所述至少三個桿狀構件由第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八桿狀構件組成。在一些實施例中，第一和第二桿狀構件在同一直線上，其中第三和第四桿狀構件在同一直線上,其中第五和第六桿狀構件在同一直線上,其中第七和第八桿狀構件在同一直線上，其中第一和第三桿狀構件平行，并且其中第五和第七桿狀構件平行。在這些實施例的一些中，第一和第五桿狀構件相互垂直。并且在另一方面，本發明的方法可用于提供成形陶瓷磨粒，其中成形陶瓷磨粒各自均具有由周邊環部界定的主體部，與主體部相比，該周邊環部具有粗糙的表面紋理。在另一方面，本發明的方法可用于提供成形陶瓷前體粒子，其中成形陶瓷前體粒子具有環繞并鄰接內部的周邊環部，并且其中該周邊環部包含α-氧化鋁，并且該內部包含α-氧化鋁前體并且不含α-氧化鋁。在另一方面，本發明的方法可用于提供成形陶瓷磨粒，其中成形陶瓷磨粒具有環繞并鄰接內部、但不完全封閉內部的周邊環部，并且其中周邊環部具有與內部不同的微晶結構。在另一方面，本發明的方法可用于提供成形陶瓷前體粒子，其中成形陶瓷前體粒子各自均具有相對的非鄰近的第一和第二主表面，周向表面在所述第一和第二主表面之間延伸，其中周向表面包括沿該周向表面以鄰近第一主表面但不接觸第二主表面的方式延伸的燒蝕區域，以及沿該周向表面以鄰近第二主表面但不接觸第一主表面的方式延伸的裂紋區域。在另一方面，本發明的方法可用于提供成形陶瓷磨粒，其中成形陶瓷磨粒各自均具有相對的非鄰近的第一和第二主表面，周向表面在所述第一和第二主表面之間延伸，其中周向表面包括沿該周向表面以鄰近第一主表面但不接觸第二主表面的方式延伸的燒蝕區域，以及沿該周向表面以鄰近第二主表面但不接觸第一主表面的方式延伸的裂紋區域。在另一方面，本發明提供了成形陶瓷磨粒，其中每種成形陶瓷磨粒包括通過相對的第一和第二側面以及相對的第一和第二端面連接的相對的第一和第二主表面，其中相對的第一和第二主表面大致平滑，其中相對的第一和第二側面以及相對的第一和第二端面具有包括曲折的微米級圓突起和圓凹陷的表面形貌，其中第一側面鄰接第一主表面形成銳二面角，并且其中第二側面鄰接第一主表面形成鈍二面角。在一些實施例中，根據本發明的成形陶瓷磨粒包含α-氧化鋁。在一些實施例中，成形陶瓷磨粒具有與磨料行業認可的標稱等級相對應的粒度分布。有利的是，根據本發明的成形陶瓷磨粒可以具有迄今未能容易獲得的組成梯度、形狀和/或結構，這些可導致較低的堆積密度、粒子對粘結劑的粘附力增加(例如，由于磨粒表面的紋理)和/或研磨性能改善。因此，在另一方面，本發明提供了磨料制品，其包括根據本發明的成形陶瓷磨粒，所述成形陶瓷磨粒用粘結劑粘附或保留在粘結劑中(例如，在粘結磨料制品中的情況)，或通過粘結劑固定于背襯(例如，在涂覆磨料制品中的情況)。如本文所用:術語“燒蝕區域”是指通過熔融、蒸鍍和/或蒸發(例如，通過激光束引起)形成的表面區域，一般而言其特征在于含有圓形和/或鋒利突起和平滑凹陷的不規則形貌；術語“煅燒”是指加熱到至少使得干燥基板中存在的任何剩余的揮發物(包括所有有機物質和水)被移除的溫度；術語“干燥”是指移除被干燥制品中含有的至少一些水，但不一定是所有水；術語“重力”是指地球表面的重力；術語“微米級”是指0.1微米至I毫米的粒度范圍；術語“成形粒子”是指具有由粒子制備過程中所用的預定幾何形狀得到的幾何形狀的粒子(例如，所述幾何形狀可以在具有預定的精確幾何形狀的空腔中模制得到，或者可以通過切割激光由特定的切割圖案得到)；術語“燒結”是指加熱到至少使得煅燒基板的接觸的陶瓷粒子之間形成化學鍵的溫度，其通常導致強度和密度的增加；并且術語“大致平面的”意指具有平坦形狀，該形狀具有相對于厚度較寬的表面(例如，厚度可以至少以/2、3、4、5或甚至10倍小于表面的長度和/或寬度)。在本專利申請中，有意用開放性術語“包括”顧及其中術語“包括”被代之以術語“基本上由…組成”或“由…組成”的實施例。上述方面和實施例能夠以其任何組合來實施，除非根據本發明的教導內容，清楚地表明此類組合是錯誤的。在考慮具體實施方式
以及所附權利要求書之后，將進一步理解本發明的特征和優點。


圖1A是根據本發明的示例性方法的流程圖；圖1B是沿線IB截取的圖1A中陶瓷前體材料層140的放大示意圖；圖2A是根據本發明的·方法制備的示例性成形陶瓷前體粒子200的示意性俯視圖；圖2B是根據本發明的示例性成形陶瓷磨粒270的示意透視圖；圖3A是根據本發明的示例性成形陶瓷前體粒子300的示意透視圖；圖3B是根據本發明的示例性成形陶瓷磨粒350的示意透視圖；圖4是示例性成形陶瓷磨粒350的掃描電子顯微圖。圖5A是根據本發明的示例性成形陶瓷前體粒子500的示意透視圖；圖5B是根據本發明的示例性成形陶瓷磨粒550的示意透視6A-6G是根據本發明的示例性成形陶瓷磨粒的示意透視圖；圖7A是示例性成形陶瓷磨粒的掃描電子顯微圖，其中桿狀構件在主體構件的平面外；圖7B是圖5A中示出的示例性成形陶瓷磨粒的放大視圖；圖8A是根據本發明的示例性成形陶瓷磨粒的示意透視圖；圖SB是根據圖8A所示實施例的示例性成形陶瓷磨粒的掃描電子顯微圖；圖9是根據本發明的示例性粘結切割砂輪900的透視圖；圖10是根據本發明的示例性涂覆磨料制品1000的側視圖；圖11是根據本發明的示例性涂覆磨料制品1100的側視圖；圖12A是根據本發明的示例性非織造磨料制品1200的透視圖；圖12B是圖12A中的區域12B的放大視圖；圖13和14分別是示出激光切割實例I和2的陶瓷前體材料層的結果的顯微照片;圖15是示出實例2中制備的成形陶瓷磨粒前體的掃描電子顯微圖；圖16是實例4中的切割激光所用束軌跡圖案的示意性平面圖；圖17A-17C是實例6中生成的各種粒子的掃描電子顯微圖；并且圖18A和18B是實例8中制備的成形陶瓷磨粒的掃描電子顯微圖。盡管上述各圖示出了本發明的若干實施例，但如論述中所述，也可以構想出其他實施例。在所有情況下，本公開都是示例性而非限制性地示出本發明。應當理解，本領域的技術人員可以設計出大量其他修改形式和實施例，這些修改形式和實施例也在本發明的原理的范圍和精神內。附圖可能并未按比例繪制。
具體實施例方式現在參見圖1A，在根據本發明的一個示例性方法100中，陶瓷前體材料層140由載體190支承。當陶瓷前體材料層140通過激光束180時，激光束180形成穿過陶瓷前體材料層140的切口 184(示于圖1B中)，從而形成成形陶瓷前體粒子142，該前體粒子進一步通過加熱器150干燥并通過在輥195上方經過而發生彎曲，導致干燥的成形陶瓷前體粒子144與載體190分離。任選地煅燒干燥的成形陶瓷前體粒子144，從而形成煅燒過的干燥的成形陶瓷前體粒子146，任選地用無機鹽浸潰并燒結，從而得到成形陶瓷磨粒160。雖然通常會干燥成形陶瓷前體粒子142以便于處理，但這并非必要的。類似地，雖然通常會鍛燒干燥的成形陶瓷前體粒子144并用無機稀土鹽浸潰所得的煅燒過的干燥成形陶瓷前體粒子146以便于在燒結前增加硬度，但這些并非必要的。在激光僅部分穿透(例如刻痕于)陶瓷前體材料層140的實施例中，其形成潛在的成形陶瓷前體粒子，該前體粒子在進一步干燥并通過在輥195上方經過而發生彎曲后，彼此分離成為干燥的成形陶瓷前體粒子144。雖然圖1A的實施例中示出了輥，但將認識到還可以使用其他方法，例如通過脫粒桿或從桿或刀邊上掠過。在圖1A和IB所示實施例中，將陶瓷前體材料層140，即干燥和燒結時形成陶瓷材料的材料(例如水軟鋁石溶膠-凝膠層)涂覆到載體190上，但也可以采用其他方法。典型的涂覆方法最適于其粘度低于激光切割(即，用激光束切割)步驟所需粘度的材料。因此，在激光切割步驟前，通過加熱器115部分地干燥陶瓷前體材料層140。在圖1A和IB所述方法的變型中，激光束不切穿陶瓷前體材料層，而代之以僅部分切穿或形成穿孔，由此在陶瓷前體材料層中形成刻痕線，從而形成有刻痕的陶瓷前體材料層，任選地(例如使用加熱器和/或烘箱)進一步干燥該前體材料層，然后沿刻痕線將其破裂為干燥的成形陶瓷前體粒子。然后如圖1A中所述處理所得的干燥成形陶瓷前體粒子，從而得到成形陶瓷磨粒。現在將更詳細地討論上述示例性方法。第一步驟涉及在載體上涂覆陶瓷前體材料層(例如，包含陶瓷前體粒子的有晶種或無晶種的分散體)，其可最終轉變為陶瓷材料。合適的陶瓷前體的例子包括:α -氧化鋁前體，例如氧化鋁一水合物(例如水軟鋁石);以及氧化鋯前體和混合的氧化鋯-氧化鋁前體，例如美國專利N0.5，551，963 (Larmie)中所述的那些。陶瓷前體粒子可以分散到包含揮發性組分的液體(包括水)中或與該液體混合，但這并非必要的。分散體和/或混懸液優選地包含足量的液體，使得分散體的粘度足夠低，以確保能夠在載體上良好涂覆，但液體的量不應多到使液體分散體的后續移除成本過于高昂。該分散體通常包含30至50重量％的陶瓷前體粒子，以及50至70重量％的揮發性組分，但也可以采用其他重量比。所得成形陶瓷磨粒的物理特性將大致取決于分散體中所用材料的類型。水軟鋁石分散體可通過已知的技術來制備或可商購獲得。市售水軟鋁石的例子包括均得自沙索爾北美有限公司(Sasol North America, Inc.)的商品名為“DISPERAL”和“DISPAL”的產品，以及得自巴斯夫(BASF)公司的商品名為“HiQ-40”的產品。這些氧化鋁一水合物相對較純，也就是說，它們除一水合物外只包括相對較少的(例如果有的話)水合物相，并且具有聞的表面積。在一個實施例中，陶瓷前體材料層(例如陶瓷前體粒子的分散體)為凝膠態。如本文所用，“凝膠”是分散在液體中的固體的三維網狀結構。該分散體可以包含改性添加劑或改性添加劑的前體。改性添加劑可用于提高成形陶瓷磨粒的一個或多個所需特性，或增大后續燒結步驟的效果。改性添加劑或改性添加劑的前體可以采用可溶性鹽的形式，通常為水溶性鹽。它們通常包括含金屬的化合物，并且可以是鎂、鋅、鐵、硅、鈷、鎳、鋯、鉿、鉻、釔、鐠、釤、鐿、釹、鑭、釓、鈰、鏑、鉺、鈦的氧化物的前體，以及它們的混合物。可存在于分散體中的這些添加劑的具體濃度可根據本領域的技術加以改變。通常，引入改性添加劑或改性添加劑的前體會使分散體膠凝。通過加熱一段時間也可誘發分散體膠凝。陶瓷前體粒子的分散體也可包含成核劑，以促進水合氧化鋁或煅燒氧化鋁向α -氧化鋁的轉化。適用于本發明的成核劑包括α -氧化鋁、α -氧化鐵或其前體、二氧化鈦和鈦酸鹽、氧化鉻、或在轉化中起成核作用的任何其他物質的細粒。如果使用，那么成核劑的量應當足夠使α-氧化鋁的轉化得以實現。在美國專利N0.4，744，802 (Schwabel)中公開了使此類分散體成核的步驟。可以將膠溶劑添加到陶瓷前體粒子的分散體中，以形成更穩定的水溶膠或膠態分散體。合適的膠溶劑包括單質子酸或酸化合物，例如乙酸、鹽酸、甲酸和硝酸。也可使用多質子酸，但其使磨料分散體迅速膠凝，使得對過程難以控制并且難以向其中引入附加組分。某些市面購得的水軟鋁石具有有助于形成穩定的磨料分散體的酸滴定度(例如吸收的甲酸或硝酸)。可通過任何合適的方式產生或形成陶瓷前體粒子分散體，例如，簡單地將氧化鋁一水合物與包含膠溶劑的水混合的方式，或者通過形成氧化鋁一水合物漿液，再向其中加入膠溶劑的方式。可以加入去沫劑或其他合適的化學品，以降低混合時形成氣泡或夾帶空氣的可能性。如果需要，可以加入其他化學品，例如，潤濕劑、醇類或偶聯劑。可用于α-氧化鋁陶瓷前體材料的分散體的另外的添加劑包括:如美國專利N0.5, 645, 619 (Erickson等人)中公開的二氧化娃和氧化鐵、如美國專利N0.5，551，963 (Larmie)中公開的氧化鋯，以及如美國專利N0.6，277，161 (Castro)中公開的成核劑。可以通過任何合適的方法(包括例如刮涂、刮棒涂布、狹縫模頭涂布、簾式涂布、凹版印刷涂布或輥涂)實現陶瓷前體材料分散體的涂覆，從而形成陶瓷前體材料層。載體通常為易于處理的薄基板，例如紙張、膜、金屬薄片、帶，但如果需要可以使用其他基板。載體可以被選擇為以可脫開的方式附著到成形陶瓷前體粒子，但這并非必要的；例如，在其中基板于激光切割操作期間被切穿、隨后在煅燒期間被燒掉的那些情況下。合適的載體的例子包括紙張(例如，包括硅化紙或蠟紙)、聚合物膜(例如聚丙烯膜或聚酯膜)以及金屬帶(例如不銹鋼帶)。如果需要，載體在使用之前可以用脫模劑(例如含氟化合物、花生油或有機硅)處理。接著在涂覆后，任選地將陶瓷前體材料分散體部分地干燥，干燥程度足以使得陶瓷前體材料層在重力單獨作用下(例如，歷時5至20分鐘)不流動。這有助于在激光切割成形陶瓷前體粒子之后直至能夠進一步對它們處理之前，防止其松垂或坍落。如果被適當干燥，則陶瓷前體材料層通常基本上不含由于干燥溶膠-凝膠層而形成的裂縫。然而，過度干燥可導致不期望的陶瓷前體材料層的破裂。對于α-氧化鋁陶瓷前體材料，部分地干燥后固體含量為40至75重量％、更通常地為60至70重量％尤其有用。用于部分地干燥被涂覆的分散體的合適裝置包括加熱器(例如，紅外加熱器、熱風槍、穿過載體和/或微波燈來自下方的輻射熱)、烘箱、熱罐、過熱蒸汽以及加壓氣流。第三步，切割陶瓷前體材料層，從而形成成形陶瓷前體粒子。用于切割陶瓷前體材料層的激光器可以是在紅外、可見和/或紫外輸出波長下工作的任何合適的激光器。合適激光器的例子包括氣體激光器、準分子激光器、固態激光器以及化學激光器。示例性氣體激光器包括:二氧化碳激光器(例如，在10.6 μ m波長下產生高達IOOkW功率的那些)；氬離子激光器(例如，在458納米(nm)、488nm或514.5nm波長下發射光的那些)；一氧化碳激光器(例如，可產生高達500kW功率的那些)；以及金屬離子激光器，其為產生深紫外波長的氣體激光器。氦-銀(HeAg) 224nm激光器和氖-銅(NeCu) 248nm激光器是兩個例子。這些激光器具有小于3GHz (0.5皮米)的特別窄的振蕩線寬。CO2激光器通常非常適合于實施本發明。化學激光器通過化學反應驅動，并且可以在連續輸出中達到高功率。例如，在氟化氫激光器(2700_2900nm)和氟化氣激光器(3800nm)中，所述反應為氫氣或氣氣與乙烯在三氟化氮中的燃燒產物的結合。準分子激光器通過化學反應驅動，所述化學反應涉及激發態二聚體(S卩“準分子”)，該二聚體為由兩種物質(原子)形成的短壽命二聚體分子或異源二聚體分子，它們中的至少一者處于電子激發態。它們通常產生紫外光。常用的受激準分子包括F2(氟，在157nm波長下發射光)和惰性氣體化合物(ArF(193nm)、KrCl (222nm)、KrF(248nm)、XeCl (308nm)和 XeF(351nm))。通常通過向結晶固體宿主摻入提供所需能態的離子來制備固態激光器材料。例子包括紅寶石激光器(例如，由紅寶石或摻鉻藍寶石制成)。另一個常用類型由稱為Nd:YAG的摻釹釔鋁石榴石(YAG)制成。Nd : YAG激光器能夠在紅外光譜內的1064nm波長下產生高功率。Nd:YAG激光器還通常為倍頻的，從而在需要可見(綠色)相干源時產生532nm。鐿、欽、銩和鉺是固態激光器中的其他常用摻雜物。鐿用于諸如Yb:YAG、Yb:KGW、Yb:KYff, Yb: SYS、Yb:BOYS、Yb:CaF2的晶體中，所述晶體通常在大約1020_1050nm波長下工作。由于量子數虧損較小，所以它們潛在地非常高效并且功率較高。用Yb:YAG能夠實現超短脈沖的極高功率。摻欽YAG晶體在2097納米(nm)波長下發射，并且形成在紅外波長下工作的高效激光器，紅外波長的光為含水組織所強烈吸收。Ho-YAG通常以脈沖方式工作。摻鈦藍寶石(T1:藍寶石)產生常用于光譜學的高度可調紅外激光器，以及最常用的超短脈沖激光器。固態激光器還包括以玻璃或光纖為宿主的激光器，例如，用鉺或鐿離子作為活性物質。纖維激光器(例如紅外纖維激光器)是適用于實施本發明的固態激光器的一個示例性類型。纖維激光器具有纖維芯(通常直徑在0.1微米(^!^-^^(^!!!的范圍內^該纖維芯為激光介質。激光器可以在脈沖方式和/或連續波方式下使用。例如，激光器可以至少部分地以連續波方式和/或至少部分地以脈沖方式工作。可以暫時對各個脈沖的輪廓進行描述。合適的脈沖激光器的一個具體例子是CO2激光器，型號為Diamond84，得自加利福尼亞州圣克拉拉市相干有限公司(Coherent, Inc.(Santa Clara, California)),其具有以下技術規格:射頻激發的密封式CO2脈沖激光器，基于掃描儀，輸入光束直徑=7.0毫米(mm)，最終光束直徑=0.250mm;工作波長=10.6μπι;在I千赫(kHz)下、60%占空比時的最大功率=300W ;脈沖能量范圍=10-450毫焦耳(mj);脈沖寬度范圍=10-1000微秒(μ S);并且脈沖上升和下降時間〈60 μ S。合適的連續波激光器的一個具體例子是CO2激光器，Evolution系列，得自西維吉尼亞州慕基特奧新銳公司(Synrad (Mukilteo, West Virginia)),其具有以下技術規格:波長:10.6 μ m ;最大功率:-連續方式:100瓦(W)，-脈沖方式:150ff ;調制:高達20kHz ;上升時間:〈150μ S ;說明:射頻激發的密封式CO2脈沖激光器，連續波輸出；傳遞方法:基于XY繪圖儀；輸入光束直徑:4.0mm ;最終光束直徑:0.250mm。在鋁基水性溶膠-凝膠包含陶瓷前體材料層的那些實施例中，調諧到9.37微米波長的CO2激光器可能特別有用。激光切割的效果非常容易為被切割介質(例如陶瓷前體材料層)吸收激光束的程度所影響。在一些紫外波長(例如UV-B或UV-C波長)下，吸光度可能是可測量的，然而在較長波長下，吸光度通常變得難以測量，并且優選的是將激光束的波長調諧到陶瓷前體材料層的特定吸光度，或者向陶瓷前體中加入吸收劑(即，在激光波長下具有高度吸收性的材料)。吸收劑的作用是吸收激光束的電磁輻射并將其轉變為熱。合適的吸收劑優選地在電磁光譜的紫外、可見和/或紅外部分中具有吸收帶。通常，吸收劑應當在激光束波長下具有高的摩爾消光系數。優選地，吸收劑在激光束的主波長下的摩爾消光系數為至少1,000(摩爾 / 升 Γ1-厘米―1 OT1Cnr1) ,500M_1cm_\l0, 000M_1cm_1 或甚至至少 250001^011' 也可以使用吸收劑的組合。如果存在，一種或多種吸收劑優選地以足以吸收激光束的入射電磁輻射的至少5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、或甚至至少80%的量存在。所用量將根據吸收劑的吸收光譜、激光束的波長以及溶膠-凝膠陶瓷前體層的厚度而變化，并且可以不難確定，例如根據比爾-朗伯定律來確定。通常，會聚的激光光斑尺寸限于激光波長的約10倍的光斑尺寸。因此，對于紫外激光器，激光光斑可被會聚到小于10微米的直徑。然而，對于紅外激光器，會聚的光斑直徑通常為大約100至250微米，但這并非必要的。在一些實施例中，最終制成的成形陶瓷磨粒能夠具有鋒利的邊緣和角；曲率半徑優選地小于或等于6微米。用較大的光斑尺寸可能難以實現較小的拐角曲率半徑。例如，難以使用光斑直徑為250微米寬的激光束形成半徑小于10微米的拐角。
合適的吸收劑包括染料和顏料(優選地具有至少一些水溶性)，例如酞嗪、青色素、吡喃鎗、發光氨、萘酚綠B (酸性綠I)、吲哚菁綠、萘醌、蒽醌、四銨鹽化合物、金屬硫醇烯、磺化或羧化金屬酞菁染料以及炭黑。市售的近紅外染料的例子包括以下列商品名得到的那些:TETRAARYLDIAMINE，產品代碼HlI 104422P,得自新澤西州帕特森市Fabric Color 控月5 公司(Fabric Color Holding Company(Paterson, New Jersey))；LUNIR5NIR吸光顏料和LUWSIR-3水溶性NIR吸收劑，得自匈牙利布達佩斯Lumichem公司(Lumichem(Budapest, Hungary))；以及EP0LIGHT2735近紅外染料，得自新澤西州紐瓦克依普林有限公司(Epolin, Inc.(Newark, New Jersey))。優選地,吸收劑具有至少一些水溶性或水分散性，但這并非必要的。為增大水分散度，吸收劑可與表面活性劑和/或分散劑聯合使用，以便于結合到陶瓷前體材料層中。盡管并非必要，但優選的是支承陶瓷前體材料層的載體對激光束不具有高度吸收性，以使載體的損傷降到最低程度。這可以(例如)通過選擇激光、選擇載體、在陶瓷前體材料層中添加吸收劑或這些手段的組合來實現。例如，典型的水軟鋁石溶膠-凝膠在約9.4微米波長下具有最大吸收，在該波長下聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)聚酯的吸收最小。在這種情況下，優選地使用波長為約9.4微米的激光。因此，希望選擇這樣的激光，其波長被陶瓷前體材料層高度吸收，使得幾乎沒有激光輻射到達載體。激光束通常任選地被導向或掃描和調制，以形成所需的切割圖案，從而實現所需的成形陶瓷磨粒形狀。可以將激光束導向通過一個或多個反射鏡(例如旋轉鏡和/或掃描鏡)和/或透鏡的組合。作為另外一種選擇或除此之外，可相對于激光束移動基板。在另一種構型中，聚焦元件可相對于幅材(例如，沿Χ、Υ、Ζ、α或Θ方向中的一者或多者)移動。激光束可以以相對于陶瓷前體材料層的表面(例如上表面)的入射角進行掃描。例如，入射角可以是90° (即，垂直于陶瓷前體材料層)、85°、83°、80°、70°、60°、50°、45°或甚至更小。通常，產生的切割圖案使得所得成形陶瓷前體粒子的高堆積密度(例如最大堆積密度)得以實現。例如，該圖案可以將陶瓷前體材料層切割為諸如三角形、正方形、矩形或六邊形等形狀的緊密堆積陣列。圖2Α示出了成形陶瓷前體粒子210的示例性陣列200。在至少一些激光切割條件(例如，激光束基本上或完全切穿陶瓷前體材料層的那些條件)下，沿切割線230進行的加熱可導致溶膠-凝膠中的水快速蒸發，從而形成多孔的表面紋理，該紋理在后續加工步驟中自始至終保持固定(即，“凍結在原位”)。因此，在一些實施例中，成形陶瓷前體粒子210可以具有由周邊環部235界定的主體部237，與主體部237的表面紋理相比，該周邊環部具有粗糙的表面紋理，而在其他實施例中，在激光切割后能夠觀察到沿切割線的平滑表面。煅燒和燒結成形陶瓷前體粒子210可得到成形陶瓷磨粒270 (參見圖2Β)，其中成形陶瓷前體粒子210的表面紋理可傳遞給成形陶瓷磨粒270。因此，在一些實施例中，成形陶瓷磨粒270(示于圖2Β中)可以具有由周邊環部275界定的主體部277，與主體部277相比，該周邊環部具有粗糙的表面紋理(例如，如圖7Α和7Β中所示)。粗糙的表面紋理可以促成靜電涂覆和/或粘附到粘結劑樹脂(例如，在底膠層或漿料涂層中)。在一些實施例中，激光切割穿透陶瓷前體材料層。在一些實施例中，激光不穿透陶瓷前體材料層，但會切割出刻痕線，通常在進一步干燥后，通過沿該刻痕線將陶瓷前體材料層破碎開能夠獲得成形陶瓷前體粒子。可以(例如)通過超聲振動、脫粒桿、輥、刮刀以及它們的組合實現破碎。雖然并非必要，但為提高效率，通過激光束為陶瓷前體材料層施加刻痕，使得其形成潛在型磨粒前體的緊密堆積陣列，如果激光束完全切穿陶瓷前體材料層，則所述磨粒前體將分離但彼此靠近，或者如果激光束僅部分切穿陶瓷前體材料層，則所述磨粒前體將沿著陶瓷前體材料層中通過激光束形成的刻痕線彼此接合。在激光束完全切穿陶瓷前體材料層的實施例中，后續的干燥和變形(例如，當載體190圍繞如圖1A所示輥195行進時發生的彎曲)導致成形陶瓷前體粒子從載體分離。在激光束僅部分切穿陶瓷前體材料層的實施例中，后續的干燥和變形(例如，當載體190圍繞如圖1A所示輥195行進時發生的彎曲)導致沿刻痕線形成裂縫，從而便于成形陶瓷前體粒子彼此分離以及從載體分離。為了得到最好的結果，應當使得陶瓷前體材料層能夠被干燥到裂縫(例如外觀與泥裂縫相似)開始在層的周邊區域處形成的程度。通過這種方式形成的成形陶瓷前體粒子的特征可以由具有雙重特征的周邊表面表示:通過蒸鍍/燒蝕前體陶瓷材料形成的部分，以及通過至少部分地干燥后層的斷裂而形成的部分，如圖3A所示。現在參見圖3A，成形陶瓷前體粒子300具有相對且不鄰接的第一主表面312和第二主表面314，以及在第一主表面312和第二主表面314之間延伸的周向表面320。周向表面320包括沿周向表面320以鄰近第一主表面312但不接觸第二主表面314的方式延伸的燒蝕區域324。裂紋區域326沿周向表面320以鄰近第二主表面但不接觸第一主表面312的方式延伸。在例如通過燒結使圖3A所示成形陶瓷前體粒子轉變為成形陶瓷磨粒(圖3B中所示)時，得到成形陶瓷磨粒350。現在參見圖3B，成形陶瓷磨粒350具有相對且不鄰接的第一主表面362和第二主表面364，以及周向表面370在第一主表面362和第二主表面364之間延伸。周向表面370包括沿周向表面370以鄰近第一主表面362但不接觸第二主表面364的方式延伸的燒蝕區域374。裂紋區域376沿周向表面320以鄰近第二主表面但不接觸第一主表面312的方式延伸。如圖所示，燒蝕區域374和裂紋區域376彼此鄰接并且構成整個周向表面區域，但這并非必要的。圖4示出了根據本實施例的示例性成形陶瓷前體粒子的顯微照片，以供進一步參考。根據用于形成成形陶瓷前體粒子的刻痕線的深度，裂紋區域或燒蝕區域之一可以構成周向表面的大部分區域。為了便于快速加工，優選的是使刻痕線的深度最小化，從而形成相對較大的裂紋區域。在一些情況下，使用激光形成僅部分穿透陶瓷前體材料層的刻痕線時，也可能形成不與刻痕線對應的不期望的裂縫。為將這種影響降到最低程度，可能有利的是使用激光束將陶瓷前體材料分為多個區域，所述多個區域由完全延伸穿過陶瓷前體材料層的線界定。該邊界線(其可以具有任何寬度，但優選單根激光掃描線的寬度)用于中斷陶瓷前體材料層的一部分中可能形成的任何外來裂縫的傳播，從而減少浪費。因此，在一些實施例中，通過使用激光束切穿陶瓷前體材料層而在陶瓷前體材料層中(例如，圍繞潛在型干燥陶瓷前體粒子的緊密堆積陣列或在該陣列內)形成邊界線，使得邊界線將潛在型干燥陶瓷前體粒子的緊密堆積陣列的各部分分隔。在一些實施例中，成形陶瓷磨粒包括較薄的主體,這些主體具有通過至少一個側壁連接并通過厚度分隔的相對主表面。在一些實施例中，厚度在約25微米至約500微米的范圍內。通常，增加厚度與增加給定激光的停留時間相關，以便實現有用的切割水平。有利的是，在一些情況下(例如，使用高功率激光的情況)，激光束形成的極端加熱能夠導致陶瓷前體材料轉變為由激光束形成的陶瓷鄰近切口。在水軟鋁石凝膠的情況下，這意味著在成形陶瓷前體粒子的周向表面處形成α-氧化鋁，而粒子的內部保留在前體(例如，至少部分地干燥的水軟鋁石溶膠-凝膠)狀態。因此，根據本發明的方法能夠制備圖5Α中所示類型的成形陶瓷前體粒子，其中成形陶瓷前體粒子500具有環繞并鄰接內部520的周邊環部510。周邊環部510 (例如，參見圖18Β)具有與內部520 (例如，參見圖18Α)不同的微晶結構。例如通過燒結將圖5Α中所示的成形陶瓷前體粒子轉變為成形陶瓷磨粒(圖5Β中所示)后，所得的成形陶瓷磨粒550具有環繞并鄰接內部570的周邊環部560。成形陶瓷前體粒子周邊環部560中的α-氧化鋁用于控制成形陶瓷磨粒中陶瓷微晶顆粒(例如α-氧化鋁微晶顆粒)的形成，導致周邊環部和內部的微晶結構存在差異。另外，通過使用根據本發明的激光切割方法，可以輕松地制備具有在使用常規敞模的情況下(由于在模具中干燥時會發生收縮和/或破裂)不可能實現的形狀的成形陶瓷磨粒。此類形狀的例子包括成形陶瓷磨粒，其包括主體構件和至少三個從主體構件延伸的桿狀構件。桿狀構件可以具有任何橫截面輪廓。例如，它們可以具有獨立地選自圓形、橢圓形、正方形、矩形或三角形的橫截面輪廓。本專利發明人意外地發現，在一些情況下，桿狀構件在激光切割操作過程中卷曲而脫離載體。卷曲的程度通常受到干燥過程中濕度條件的影響。干燥過程中更高濕度的條件往往會降低觀察到的卷曲。在此類情況下，至少三個桿狀構件相對于主體構件在平面外，并且自主體構件的同一側延伸。這導致成形陶瓷磨粒具有較低的堆積填充密度。例如，成形陶瓷磨粒的堆積填充密度可以是理論最大值的20%至90%、理論最大值的20%至60%，或理論最大值的20%至40%。其中敞模中的收縮會導致破裂和/或破碎的成形陶瓷磨粒形狀包括(例如)λ、十字劃痕、Τ、Y或井字圖案。圖6A-6G示出了此類示例性形狀。例如，圖6Α示出了大致平面的成形陶瓷磨粒600Α，該磨粒包括主體構件670Α和從主體構件670Α延伸的四個桿狀構件681Α、682Α、683Α和684Α，從而形成十字形。桿狀構件的端部可以為方形、大致方形(例如端部691Α)、圓形(例如端部692Α)、錐形、或一些其他形狀，或者端部可以集合地包括上述形狀的混合。圖6Β示出了大致平面的成形陶瓷磨粒600Β，其包括主體構件670Β和從主體構件670Β延伸的三個桿狀構件681Β、682Β和683Β，從而形成字母T的形狀。在該實施例中，桿狀構件681Β和682Β在同一直線上。圖6C示出了大致平面的成形陶瓷磨粒600C，其包括主體構件670C和從主體構件670C延伸的六個桿狀構件681C、682C、683C、684C、685C和686C，從而形成星形或星號形狀。在該實施例中，對應的桿狀構件681C和682C、683C和684C以及685C和686C在同一直線上。圖6D示出了大致平面的成形陶瓷磨粒600D，其包括主體構件670D和從主體構件670D延伸的三個桿狀構件681D、682D和683D，從而形成希臘字母λ的形狀。在該實施例中，桿狀構件681D和682D在同一直線上。在一些實施例中，成形陶瓷磨粒可以具有這樣的形狀，使得第一和第二桿狀構件在同一直線上，第三和第四桿狀構件在同一直線上，第五和第六桿狀構件在同一直線上，第七和第八桿狀構件在同一直線上，第一和第三桿狀構件平行，并且第五和第七桿狀構件平行。在這些實施例的一些中，第一和第五桿狀構件相互垂直。圖6Ε示出了大致平面的成形陶瓷磨粒600Ε，其包括主體構件670Ε和從主體構件670Ε延伸的八個桿狀構件681Ε、682Ε、683Ε、684Ε、685Ε、686Ε、687Ε和688Ε，該磨粒在其中具有開口 665Ε。桿狀構件681Ε和682Ε、683Ε和684Ε、685Ε和686Ε以及687Ε和688Ε在同一直線上。桿狀構件681Ε和685Ε相互垂直，從而形成井字網格形狀。在這種情況下，主體構件670Ε具有中空正方形的形狀。類似地，圖6F示出了大致平面的成形陶瓷磨粒600F，其包括主體構件670F和從主體構件670F延伸的八個桿狀構件681F、682F、683F、684F、685F、686F、687F和688F。桿狀構件681F和682F、683F和684F、685F和686F以及687F和688F在同一直線上。桿狀構件681F和685F相互垂直，從而形成實心的井字網格形狀。在這種情況下，主體構件670F具有實心正方形的形狀。同樣，圖6G示出了大致平面的成形陶瓷磨粒600G，其包括主體構件670G和從主體構件670G延伸的八個桿狀構件681G、682G、683G、684G、685G、686G、687G和688G，該磨粒在其中具有開P 665G。桿狀構件681G和682G、683G和684G、685G和686G以及687G和688G在同一直線上。桿狀構件681G和685G相互垂直,從而形成井字型網格，其具有位于主體構件670G中央的圓形中心開口。意外的是，發明人目前發現，使用如本文所述的激光加工技術，可以生成這樣的成形陶瓷磨粒:其中桿狀構件從主體構件延伸并且在激光切割過程中卷曲而脫離載體基板，從而得到桿狀構件相對于主體構件在平面外并且從主體構件的同一側延伸的形狀。桿狀構件的此類卷曲/彎曲可能是由激光加工過程中載體基板的不均勻收縮和/或分解引起的。圖7A和7B示出了根據實例4制備的此類示例性成形陶瓷磨粒。在另一個實施例中，根據本發明的方法可用于制備細長的成形陶瓷磨粒，這樣的磨粒不易通過諸如擠出和模制的其他方法制備。現在參見圖8A，示例性的成形陶瓷磨粒800包括相對的第一主表面810和第二主表面812，它們通過相對的第一側面820和第二側面822以及相對的第一端面830和第二端面832連接。相對的第一主表面810和第二主表面812大致平滑(在此所用的術語“大致平滑”意指基本光滑的，但可以包含少量的表面粗糙度，例如由制備過程中的缺陷和不規則性引起的)。相對的第一側面820和第二側面822以及相對的第一端面830和第二端面832具有包括曲折的微米級圓突起840和圓凹陷850的表面形貌。在一些實施例中，表面形貌由曲折的微米級圓突起和圓凹陷構成，而在其他實施例中，曲折的微米級圓突起和圓凹陷僅覆蓋相對的第一和第二側面以及相對的第一和第二端面的一部分。在圖8A所示的實施例中，第一側面820鄰接第一主表面810，從而形成銳二面角870。第二側面822鄰接第一主表面810，從而形成鈍二面角872。圖18示出了根據實例7制備的此類示例性成形陶瓷磨粒。優選地，相對的第一和第二端面構成兩個平行的平行四邊形。優選地，相對的第一和第二側面大致平行。雖然可根據本發明的激光切割方法制備上述成形陶瓷磨粒，但還可以通過諸如(舉例來說)微擠出溶膠-凝膠陶瓷前體材料的其他技術進行制備。在此類實施例中，桿狀構件可以彼此交叉，在交叉處接合并形成主體構件，以及/或它們可以與主體構件齊平接合。如果需要，切割圖案可以生成多種形狀的陶瓷前體粒子，所述粒子可以保留為組合狀態，或者可以通過形狀(例如通過篩分)進行分離。在一些實施例中，可以將激光對準陶瓷前體材料層，使得切口基本上垂直于其暴露表面。在一些實施例中，可以將激光對準陶瓷前體材料層，使得切口基本上相對于其暴露表面成一角度。通常，激光束具有這樣的輪廓，其中功率集中在特定部分(例如激光束中心)，但這并非必要條件，或者甚至是不期望的。因此，激光切口可以類似于具有傾斜側壁的溝谷。在其他實施例中，激光束可以具有扁平的輪廓，以(例如)形成垂直壁。一旦形成成形陶瓷前體粒子，則在將它們從載體分離之前，任選地(例如)使用如上文所述的干燥技術對其進行進一步干燥。在該階段進行額外的干燥的目的在于提高粒子的耐用性并降低后續加工過程中發生破裂和/或破損的機率。例如，成形陶瓷前體粒子可以在50°C至160°C或120°C至150°C范圍內的溫度下干燥I至480分鐘、或120至400分鐘。通常將成形陶瓷前體粒子從載體分離，再進行后續加工步驟，所述后續加工步驟可以包括(例如)煅燒、金屬離子摻雜和燒結。在一些情況下，例如，在載體易燃的那些情況下，可能可以在成形陶瓷前體粒子仍位于載體上時對載體進行進一步加工，因為載體將在煅燒或燒結過程中被燒盡。諸如振動(包括超聲振動)、刮擦、真空或壓縮空氣等方法可用來促成分離。在一些情況下，成形陶瓷前體粒子可以自發地分離；例如，在圍繞輥通過時。下一個步驟通常涉及煅燒成形陶瓷磨粒前體。在煅燒期間，基本上所有的揮發性物質都被移除，并且存在于磨料分散體中的各種組分均轉化成金屬氧化物。在煅燒期間，通常將成形陶瓷磨粒前體加熱至400°C至800°C的溫度，并且保持在該溫度范圍內，直到去除游離水和90重量％以上的任何所結合的揮發性物質為止。在可選的下一個步驟中，可能期望的是通過浸潰法引入諸如金屬添加劑之類的改性添加劑。例如，金屬氧化物添加劑或其前體(例如可溶性金屬鹽)可通過浸潰引入煅燒過的成形陶瓷前體粒子的孔中。然后，再次預燒浸潰過的粒子。該可選步驟在美國專利N0.5，164，348 (Wood)中進行了進一步描述。金屬添加劑的例子包括鋯、鎂、鉿、鈷、鎳、鋅、釔、鐠、釤、鐿、釹、鑭、釓、鈰、鏑和鉺。優選的改性添加劑為釔、鎂的氧化物，以及選自鐠、釤、鐿、釹、鑭、禮、鋪、鏑和鉺的稀土金屬。制備成形陶瓷磨粒的最后一個步驟涉及對煅燒過的任選地作了浸潰的成形陶瓷前體粒子進行燒結。在燒結之前，煅燒過的成形陶瓷前體粒子并不完全致密，因此缺乏用作磨粒的硬度。通過如下方式進行燒結:將煅燒過的成形陶瓷前體粒子加熱至1000°c至16500C的溫度，并且使其保持在該溫度范圍內，直到基本上全部陶瓷前體轉變為陶瓷為止。在氧化鋁一水合物(或其等同物)的情況下，燒結將其轉變為α -氧化鋁，并且孔隙度減小至15體積％以下。煅燒過的成形陶瓷前體粒子暴露于燒結溫度下以實現足夠的轉變水平所必需的時間長度取決于多種因素，但典型的時間長度通常為5秒至48小時(例如，在α -氧化鋁的情況下)。在一個實施例中，燒結步驟的持續時間在I分鐘至90分鐘的范圍內。一旦燒結,所得的成形陶瓷磨粒的維氏硬度可能為10吉帕(GPa)、16GPa、18GPa、20GPa或更大。可以使用其他步驟來改變所述工藝，例如使材料從煅燒溫度快速加熱至燒結溫度，對陶瓷前體粒子分散體進行離心處理以移除油泥、垃圾和其他固體顆粒。此外，如果需要，那么可以通過組合這些工序中的兩個或更多個工序來改變該工藝。能夠用來改變本發明的工藝的常規工序在美國專利N0.4，314，827 (Leitheiser)中進行了更完整的描述。成形陶瓷磨粒還可以具有表面涂層。已知表面涂層用于改善磨料制品中磨粒和粘結劑之間的粘附力，或可以有助于成形陶瓷磨粒的靜電沉積。此類表面涂層在(例如)美國專利 N0.1, 910, 444 (Nicholson)、3，041, 156 (Rowse 等人)、4，997, 461 (Markhoff-Matheny等人)、5，009，675 (Kunz 等人)、5，011，508 (Wald 等人)、5，042，991 (Kunz 等人)、5，085，671(Martin等人)和5，213，591 (Celikkaya等人)中有所描述。另外,該表面涂層可以防止成形陶瓷磨粒封堵。“封堵”這一術語用來描述來自正被研磨的工件的金屬顆粒被焊接到陶瓷成形磨粒頂部的現象。具有上述功能的表面涂層對本領域的技術人員而言是已知的。根據本發明制成的成形陶瓷磨粒可摻入到磨料制品中、或以松散的形式使用。使用前，磨粒通常按給定的粒度分布進行分級。此類分布通常涉及粒度大小的范圍，如從粗粒到細粒。在磨料領域中，此范圍有時是指“粗粒(coarse) ”、“基本粒(control) ”和“細粒(fine) ”所占比例。根據磨料行業公認的分級標準分級的磨粒將每一個標稱粒級的粒度分布規定在若干數值范圍內。此類行業公認的分級標準(即磨料行業規定的標稱等級)包括如下已知標準:美國國家標準協會(ANSI)的標準、歐洲研磨產品制造商聯合會(FEPA)的標準以及日本工業標準(JIS)的標準。如本文所用，術語“標稱”意指:作為或涉及指定或理論尺寸和/或形狀，其可與實際不同。ANSI 等級標號(即，規定的標稱等級)包括:ANSI4、ANSI6、ANSI8、ANSI16、ANSI24、ANS136, ANS140, ANS150, ANSI60、ANSI80、ANSI100、ANSI120、ANSI150、ANSI 180, ANSI220、ANS1240, ANSI280、ANSI320、ANSI360、ANS1400 和 ANSI600。FEPA 等級標號包括:P8、P12、P16、P24、P36、P40、P50、P60、P80、P100、P120、P150、P180、P220、P320、P400、P500、P600、P800、P1000 和 P1200。JIS 等級標號包括:JIS8、JIS12、JIS16、JIS24、JIS36、JIS46、JIS54、JIS60、JIS80、JIS100、JIS150、JIS180、JIS220、JIS240、JIS280、JIS320、JIS360、JIS400、JIS600、JIS800、JIS1000、JIS1500、JIS2500、JIS4000、JIS6000、JIS8000 和 JIS10, 000。或者，成形陶瓷磨粒可利用符合ASTM E-1l “Standard Specification for WireCloth and Sieves for Testing Purposes”(“針對測試目的的篩布和篩的標準規格”)的美國標準試驗篩被分級為標稱篩選等級。ASTM E-1l規定了試驗篩的設計和構造需求，所述試驗篩利用安裝在框架中的織造篩布為介質根據指定的粒度對材料進行分類。典型標號可以表示為-18+20，其意指成形陶瓷磨粒可通過符合ASTM E-1l規范的18目試驗篩，并且保留在符合ASTM E-1l規范的20目試驗篩上。例如，成形陶瓷磨粒可以具有以下標稱篩選等級:_18+20、-20+25、-25+30、-30+35、-35+40、-40+45、-45+50、-50+60、-60+70、-70+80、-80+100、-100+120、-120+140、-140+170、-170+200、-200+230、-230+270、-270+325、-3-25+400、-400+450、-450+500 或-500+635。如果需要，可以根據非標準尺寸等級選擇成形陶瓷磨粒和/或成形陶瓷前體粒子。例如，可以選擇這樣的成形陶瓷磨粒和/或成形陶瓷前體粒子，其長度(即最大尺度)在0.001微米至26微米、0.1微米至10微米、或甚至0.5微米至I微米的范圍內；和/或寬度在0.001微米至26微米、0.1微米至10微米、或甚至0.5微米至5微米的范圍內；和/或厚度在0.005微米至10微米、或0.2微米至1.2微米的范圍內。在一些實施例中，陶瓷成形磨粒的縱橫比(長度與厚度的比)可為至少2、3、4、5、6或更大。如本文所用，長度為最長的粒子尺度，寬度為垂直于長度的最大粒子尺度，厚度垂直于長度和寬度。在同時制備多種形狀的成形陶瓷磨粒的實施例中，篩分可用于分離各種粒徑和/或形狀。成形陶瓷磨粒可用于例如構造磨料制品，包括例如團聚磨粒、涂覆磨料制品(例如，常規的底膠和復膠涂覆磨料制品、漿料涂覆磨料制品和結構化磨料制品)、磨料刷、非織造磨料制品，以及粘結磨料制品(例如砂輪、細磨刀石和磨刀石)。例如，圖9示出了根據本發明一個實施例的類型為27的中央凹陷砂輪900的示例性實施例(即粘結磨料制品的實施例)。中心孔912用于將類型為27的中央凹陷砂輪900附接到(例如)動力驅動工具。類型為27的中央凹陷砂輪900包括保留在粘結劑925中的根據本發明的成形陶瓷磨粒920。合適的粘結劑的例子包括:有機粘結劑，例如環氧樹脂粘結劑、酚醛樹脂粘結劑、氨基塑料粘結劑和丙烯酸樹脂粘結劑；以及無機粘結劑，例如玻璃質粘結劑。在涂覆磨料制品的一個示例性實施例中，磨料涂層可以包括底膠層、復膠層和磨粒。參見圖10，示例性的涂覆磨料制品1000具有背襯1020和磨料層1030。磨料層1030包括根據本發明的磨粒1040，所述磨粒通過底膠層1050和復膠層1060固定于背襯1020，所述底膠層和復膠層各自包含相應的粘結劑(例如環氧樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂、酚醛樹脂、氨基塑料樹脂、丙烯酸類樹脂)，所述粘結劑可以相同或不同。在涂覆磨料制品的另一個示例性實施例中，磨料涂層可以包括作為可固化粘結劑前體的固化漿料和根據本發明的磨粒。參見圖11，示例性的涂覆磨料制品1100具有背襯1120和磨料層1130。磨料層1130包括磨粒1140和粘結劑1145(例如環氧樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂、酚醛樹脂、氨基塑料樹脂、丙烯酸類樹脂)。用于將根據本發明的成形陶瓷磨粒摻入根據上述實施例的涂覆磨料制品的技術和材料對磨料領域的技術人員將顯而易見，并且可見于例如美國專利N0.4，314，827(Leitheiser 等人)、4，652，275 (Bloecher 等人)、4，734，104(Broberg)、美國專利N0.4，751，137 (Tumey 等人)、5，137，542 (Buchanan 等人)5，152，917 (Pieper 等人)、
5,417, 726 (Stout 等人)、5，573，619 (Benedict 等人)、5，942，015 (Culler 等人)以及
6,261, 682 (Law)中。非織造磨料制品通常包括多孔的(例如膨松有彈性的開放多孔的)聚合物長絲結構，該結構具有通過粘結劑粘結到其上的磨粒。圖12A和12B示出了根據本發明的非織造磨料制品的示例性實施例，其中膨松有彈性的開放低密度纖維網1200由用粘結劑1220(例如環氧樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂、酚醛樹脂、氨基塑料樹脂、丙烯酸類樹脂)浸潰過的纏結長絲1210形成。根據本發明的磨粒1240在長絲1210的暴露表面上分散在整個纖維網1200中。粘結劑1220涂覆長絲1210的多個部分并形成小珠1250，所述小珠可以環繞單根長絲或成束長絲，附著于長絲的表面和/或聚集在接觸長絲的交叉處，從而在整個非織造磨料制品上形成研磨點。用于將根據本發明的成形陶瓷磨粒摻入根據上述實施例的非織造磨料制品的技術和材料對磨料領域的技術人員將顯而易見，并且可見于例如美國專利N0.2，958，593(Hoover 等人)、4，018，575 (Davis 等人)、4，227，350 (Fitzer)、4，331，453 (Dau 等人)、
4,609, 380 (Barnett 等人)、4，991，362 (Heyer 等人)、5，554，068 (Carr 等人)、5，712，210(Windisch 等人)、5，591，239 (Edblom 等人)、5，681，361(Sanders)、5，858， 140 (Berger等人)、5，928，070 (Lux)、6，017，831 (Beardsley 等人)6，207，246 (Moren 等人)以及6，302，930 (Lux)中。用于將根據本發明的成形陶瓷磨粒摻入根據上述實施例的粘結磨料制品的技術和材料對磨料領域的技術人員將顯而易見，并且可見于例如美國專利N0.4，800, 685(Haynes 等人)、4，898，597 (Hay 等人)、4，933，373 (Moren)和 5，282，875 (Wood 等人)中。根據本發明的磨料制品可用于研磨工件。研磨的方法涵蓋了荒磨(即高壓高切削量)到打磨(例如，用砂布帶打磨醫用植入物)，其中后者通常用更細粒級的磨粒制成。一種此類方法包括以下步驟:使磨料制品(例如，涂覆磨料制品、非織造磨料制品或粘結磨料制品)與工件的表面摩擦接觸，并使磨料制品或工件中的至少一者相對于另一者移動，以研磨表面的至少一部分。工件材料的例子包括金屬、金屬合金、異金屬合金、陶瓷、玻璃、木材、仿木材料、復合材料、上漆表面、塑料、強化塑料、石材和/或它們的組合。該工件可以是平坦的或具有與之相關的形狀或輪廓。示例性的工件包括金屬部件、塑料部件、碎木板、凸輪軸、曲軸、家具和渦輪葉片。研磨過程中所施用的力通常在約I千克至約100千克的范圍內。根據本發明的磨料制品可以手工使用和/或與機器聯合使用。進行研磨時，使磨料制品和工件中的至少一者相對于另一者移動。可以在濕潤或干燥狀況下進行研磨。用于濕式研磨的示例性液體包括水、含水的常規防銹化合物、潤滑劑、油、皂和切削液。該液體還可以含有消泡劑、去油劑等。合適的粘結劑的例子包括:有機粘結劑，例如環氧樹脂粘結劑、酚醛樹脂粘結劑、氨基塑料粘結劑和丙烯酸樹脂粘結劑；以及無機粘結劑，例如玻璃質粘結劑。本發明的選擇實施例在第一實施例中,本發明提供了一種方法,該方法包括:提供一層支承于載體上的陶瓷前體材料，其中該陶瓷前體材料層包含陶瓷前體和游離水；以及使用激光束割穿該陶瓷前體材料層，從而得到成形陶瓷前體粒子。在第二實施例中，本發明提供了根據第一實施例的方法，其中該方法還包括:干燥成形陶瓷前體粒子，從而得到干燥的成形陶瓷前體粒子；煅燒干燥的成形陶瓷前體粒子，從而得到煅燒過的成形陶瓷前體粒子；以及燒結煅燒過的成形陶瓷前體粒子，從而得到成形陶瓷磨粒。在第三實施例中，本發明提供了根據第二實施例的方法，其中成形陶瓷磨粒包括α-氧化鋁基成形陶瓷磨粒。在第四實施例中，本發明提供了根據第一至第三實施例中任一者的方法，其中通過部分地干燥溶膠-凝膠層而提供陶瓷前體材料層。在第五實施例中，本發明提供了根據第一至第四實施例中任一者的方法，其中陶瓷前體材料層基本上不能由于重力而流動。在第六實施例中，本發明提供了根據第一至第五實施例中任一者的方法，其中陶瓷前體材料層的固體含量在60至70重量％的范圍內。在第七實施例中，本發明提供了根據第一實施例的方法，還包括:干燥成形陶瓷前體粒子，從而得到干燥的成形陶瓷前體粒子；煅燒干燥的成形陶瓷前體粒子，從而得到煅燒過的成形陶瓷前體粒子；用浸潰組合物浸潰煅燒過的成形陶瓷前體粒子(該浸潰組合物包含混合物，該混合物包含第二液體介質、并且包含金屬氧化物或其前體中的至少一者)，從而得到經浸潰的煅燒過的成形陶瓷前體粒子，其中浸潰組合物在由激光束切割而形成的表面上對煅燒過的成形陶瓷前體粒子的浸潰程度低于在煅燒過的成形陶瓷前體粒子的其他表面上的浸潰程度。在第八實施例中，本發明提供了根據第七實施例的方法，還包括:燒結經浸潰的煅燒過的成形陶瓷前體粒子，從而得到成形陶瓷磨粒。在第九實施例中，本發明提供了一種方法，該方法包括:
提供被支承于載體上的陶瓷前體材料層，其中該陶瓷前體材料層包含陶瓷前體和游離水；以及使用激光束對該陶瓷前體材料層進行刻痕，從而得到有刻痕的陶瓷前體材料層。在第十實施例中，本發明提供了根據第九實施例的方法，還包括:沿刻痕線將有刻痕的陶瓷前體材料層破碎開，從而得到成形陶瓷前體粒子；任選地煅燒成形陶瓷前體粒子，從而得到煅燒過的成形陶瓷前體粒子；以及燒結煅燒過的成形陶瓷前體粒子或成形陶瓷前體粒子，從而得到成形陶瓷磨粒。在第十一實施例中，本發明提供了根據第十實施例的方法，其中有刻痕的陶瓷前體材料層被刻劃成使得其形成沿著陶瓷前體材料層中的刻痕線彼此接合的潛在型磨粒前體的緊密堆積陣列。在第十二實施例中，本發明提供了根據第i^一實施例的方法，還包括:通過使用激光束切穿陶瓷前體材料層而在潛在型磨粒前體的緊密堆積陣列中形成邊界線，其中該邊界線將潛在型陶瓷前體粒子的緊密堆積陣列的各部分分隔。在第十三實施例中，本發明提供了根據第十二實施例的方法，還包括:使載體變形，使得潛在型磨粒前體的緊密堆積陣列的各部分沿著刻痕線中的至少一些刻痕線破裂，從而形成成形陶瓷前體粒子。在第十四實施例中，本發明提供了根據第九實施例的方法，還包括:`
干燥有刻痕的陶瓷前體材料層，從而得到干燥的有刻痕的陶瓷前體材料層；沿刻痕線將干燥的有刻痕的陶瓷前體材料層破碎開，從而得到干燥的成形陶瓷前體粒子；任選地，煅燒干燥的成形陶瓷前體粒子而得到煅燒過的成形陶瓷前體粒子；以及燒結煅燒過的成形陶瓷前體粒子或干燥的成形陶瓷前體粒子，從而得到成形陶瓷磨粒。在第十五實施例中，本發明提供了根據第十四實施例的方法，其中對陶瓷前體材料層進行刻痕，使得其形成沿著陶瓷前體材料層中的刻痕線彼此接合的潛在型干燥陶瓷前體粒子的緊密堆積陣列。在第十六實施例中，本發明提供了根據第十五實施例的方法，還包括:通過使用激光束切穿陶瓷前體材料層而在潛在型干燥陶瓷前體粒子的緊密堆積陣列中形成邊界線，其中該邊界線將潛在型干燥陶瓷前體粒子的緊密堆積陣列的各部分分隔。在第十七實施例中，本發明提供了根據第十六實施例的方法，其中所述沿刻痕線將有刻痕的陶瓷前體材料層破碎開至少部分地由載體變形引起，使得潛在的陶瓷前體粒子的緊密堆積陣列的各部分沿著刻痕線中的至少一些刻痕線破裂，從而形成干燥的成形陶瓷前體粒子。在第十八實施例中，本發明提供了根據第十至第十七實施例中任一者的方法，其中成形陶瓷磨粒包括α-氧化鋁基成形陶瓷磨粒。在第十九實施例中，本發明提供了根據第九至第十八實施例中任一者的方法，其中通過部分地干燥溶膠-凝膠層而提供陶瓷前體材料層。在第二十實施例中，本發明提供了根據第九至第十九實施例中任一者的方法，其中陶瓷前體材料層基本上不能由于重力而流動。在第二 i^一實施例中，本發明提供了根據第九至第二十實施例中任一者的方法，其中陶瓷前體材料層的固體含量在60至70重量％的范圍內。在第二十二實施例中，本發明提供了根據第九至第二i^一實施例中任一者的方法，其中激光束通過紅外光纖激光器產生。在第二十三實施例中，本發明提供了根據第九至第二十二實施例中任一者的方法，其中陶瓷前體材料還包含吸收劑，該吸收劑吸收激光束的入射電磁輻射并將其轉變為熱。在第二十四實施例中，本發明提供了根據第二十三實施例的方法，其中吸收劑在激光束的主波長下的摩爾消 光系數為至少10，OOOM-1cm-1。在第二十五實施例中，本發明提供了根據第二十三或第二十四實施例的方法，其中吸收劑以足以吸收激光束的入射電磁輻射的至少30%的量存在。在第二十六實施例中，本發明提供了根據第一至第二十五實施例中任一者的方法制備的成形陶瓷磨粒。在第二十七實施例中，本發明提供了成形陶瓷磨粒，其中成形陶瓷磨粒各自獨立地包括主體構件和至少三個從主體構件延伸的桿狀構件。在第二十八實施例中，本發明提供了根據第二十七實施例的成形陶瓷磨粒，其中至少三個桿狀構件中的每一個具有獨立地選自圓形、橢圓形、正方形、矩形或三角形的橫截面輪廓。在第二十九實施例中，本發明提供了根據第二十七或第二十八實施例的成形陶瓷磨粒，其中至少三個桿狀構件在主體構件的平面外，并且其中至少三個桿狀構件從主體構件的同一側延伸。在第三十實施例中，本發明提供了根據第二十七至第二十九實施例中任一者的成形陶瓷磨粒，其中這些成形陶瓷磨粒包含α-氧化鋁。在第三十一實施例中，本發明提供了根據第二十七至第三十實施例中任一者的成形陶瓷磨粒，其中主體構件中有開口。在第三十二實施例中，本發明提供了根據第二十七至第三十一實施例中任一者的成形陶瓷磨粒，其中所述至少三個桿狀構件包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八桿狀構件。在第三十三實施例中，本發明提供了根據第二十七至第三十二實施例中任一者的成形陶瓷磨粒，其中這些成形陶瓷磨粒包含α-氧化鋁。在第三十四實施例中，本發明提供了根據第二十七至第三十三實施例中任一者的成形陶瓷磨粒，其中這些成形陶瓷磨粒具有與磨料行業認可的標稱等級相對應的粒度分布。在第三十五實施例中，本發明提供了成形陶瓷磨粒，其中成形陶瓷磨粒各自均具有由周邊環部界定的主體部，與主體部相比，該周邊環部具有粗糙的表面紋理。在第三十六實施例中，本發明提供了根據第三十五實施例的成形陶瓷磨粒，其中這些成形陶瓷磨粒具有與磨料行業認可的標稱等級相對應的粒度分布。在第三十七實施例中，本發明提供了根據第三十五或第三十六實施例的成形陶瓷磨粒，其中這些成形陶瓷磨粒包含α-氧化鋁。在第三十八實施例中，本發明提供了成形陶瓷前體粒子，其中該成形陶瓷前體粒子具有環繞并鄰接內部的周邊環部，并且其中該周邊環部包含α-氧化鋁，并且該內部包含α-氧化鋁前體并且不含α-氧化鋁。在第三十九實施例中，本發明提供了根據第三十八實施例的成形陶瓷前體粒子，其中α-氧化鋁前體包括水軟鋁石凝膠。在第四十實施例中，本發明提供了成形陶瓷磨粒，其中這些成形陶瓷磨粒具有環繞并鄰接內部、但不完全封閉內部的周邊環部，并且其中周邊環部具有與內部不同的微晶結構。在第四十一實施例中，本發明提供了根據第四十實施例的成形陶瓷磨粒，其中這些成形陶瓷磨粒具有與磨料行業認可的標稱等級相對應的粒度分布。在第四十二實施例中，本發明提供了粘結磨料制品，其包含被保留在粘結劑中的根據第四十或第四十一實施例的成形陶瓷磨粒。在第四十三實施例中，本發明提供了成形陶瓷前體粒子，其中成形陶瓷前體粒子各自均具有相對的非鄰近的第一和第二主表面，周向表面在所述第一和第二主表面之間延伸，其中周向表面包括沿周向表面以鄰近第一主表面但不接觸第二主表面的方式延伸的燒蝕區域，以及沿周向表面鄰近第二主表面但不接觸第一主表面的方式延伸的裂紋區域。在第四十四實施例中，本發明提供了根據第四十三實施例的成形陶瓷前體粒子，其中裂紋區域的面積大于燒蝕區域的面積。在第四十五實施例中，本發明提供了根據第四十三或第四十四實施例的成形陶瓷前體粒子，其中成形陶瓷前體粒子包括α -氧化招前體。在第四十六實施例中，本發明提供了成形陶瓷磨粒，其中成形陶瓷磨粒各自均具有相對的非鄰近的第一和第二主表面，周向表面在所述第一和第二主表面之間延伸，其中周向表面包括沿該周向表面以鄰近第一主表面但不接觸第二主表面的方式延伸的燒蝕區域，以及沿周向表面以鄰近第二主表面但不接觸第一主表面的方式延伸的裂紋區域。在第四十七實施例中，本發明提供了根據第四十六實施例的成形陶瓷磨粒，其中裂紋區域的面積大于燒蝕區域的面積。在第四十八實施例中，本發明提供了根據第四十六或第四十七實施例的成形陶瓷磨粒，其中這些成形陶瓷磨粒包含α-氧化鋁。在第四十九實施例中，本發明提供了根據第四十六至第四十八實施例中任一者的成形陶瓷磨粒，其中這些成形陶瓷磨粒具有與磨料行業認可的標稱等級相對應的粒度分布。 在第五十實施例中，本發明提供了粘結磨料制品，其包含被保留在粘結劑中的第四十九至第五十二實施例中任一者的成形陶瓷磨粒。 在第五十一實施例中，本發明提供了成形陶瓷磨粒，其成形陶瓷磨粒各自包括通過相對的第一和第二側面以及相對的第一和第二端面連接的相對的第一和第二主表面，其中相對的第一和第二主表面大致平滑，其中相對的第一和第二側面以及相對的第一和第二端面具有包括曲折的微米級圓突起和圓凹陷的表面形貌，其中第一側面鄰接第一主表面形成銳二面角，并且其中第二側面鄰接第一主表面形成鈍二面角。
通過以下非限制性實例，進一步說明了本發明的目的和優點，但這些實例中所述的具體材料及其用量以及其他條件和細節均不應視為對本發明進行不當限定。實魁除非另外指明或不適宜，否則在實例和說明書的其余部分中的所有份數、百分比、比率等均按重量計。比較例A水軟鋁石凝膠通過以下步驟來制備:在125 T (52°C)下將商品名為“DISPERAL”(德克薩斯州休斯頓市薩索爾北美公司(Sasol North America (Houston, Texas)))的氧化鋁一水合物粉末以連續混合方式分散在包含水和1.86%硝酸的溶液中。所得溶膠-凝膠具有40重量％的固體。使用6 英寸 X 6 英寸開口 X0.030 英寸厚(15.24cmX15.24cmX0.762mm 厚)的聚碳酸酯模板和8英寸的紙面石膏板接縫刀將所得的溶膠-凝膠涂覆到防粘紙、聚酯膜或不銹鋼基板中的任一者上以形成陶瓷前體材料層，從而得到將進行轉變的凝膠片。使用脈沖CO2激光器(Coherent Diamond84系列工業用CO2激光器,加利福尼亞州圣克拉拉市相干有限公司(Coherent Inc.(Santa Clara, California)))將凝膠片切割為邊長為110密耳(2.8mm)的等邊三角形。將激光器設置為以1000mm/S的掃描速度描繪三角形圖案兩次，首過脈沖的持續時間為30微秒，脈沖頻率為IOkHz，并且第二次通過脈沖的持續時間為20微秒。在這些條件下不可能獲得精確形狀。實例I重復比較例A的工序，不同的是將凝膠片的環境干燥時間增加到30分鐘，并且使用不銹鋼基板。圖13示出了剛經過激光切割的凝膠片。實例2重復比較例A的工序，不同的是將陶瓷前體材料層的環境干燥時間增加到2小時，并且使用聚酯膜基板。圖14示出了剛經過激光切割的凝膠片。粒子在管式爐中于1400°C下進行燒結(焙燒)。所得的被燒結粒子的真密度為
3.950g/cm3，厚度為約0.332mm并且邊長為約1.80mm。圖15為被燒結粒子的SEM顯微照片。實例3制備兩個包括實例2的燒結磨粒的7英寸(18cm)直徑X 7/8英寸(2.2cm)中心孔磨盤。磨盤的制備方式如下:在硫化纖維背襯上使用酚醛樹脂底膠涂層，所述底膠涂層由49份75%固體的苯酚甲醛樹脂水溶液(苯酚:甲醛比為1.5至2.1:1，用2.5%氫氧化鉀催化)、41份碳酸I丐(得自新澤西州愛迪生市邱博公司(J.M.Huber Corporation (Edison, NewJersey))的“HUBERCARB Q325”)和10份水組成。將實例2的磨粒靜電涂覆到底膠涂層上，并施用復膠涂層[由29份75%固體的苯酚甲醛樹脂水溶液(苯酚:甲醛比為1.5至2.1: 1，用2.5%氫氧化鉀催化)、51份填料(得自賓夕法尼亞州匹茲堡市考伯斯貿易公司(KoppersTrading (Pittsburgh, Pennsylvania))的 “CRYOLITE TYPE RTN_C”)、2 份氧化鐵顏料和 18份水組成]。所有涂層重量示于(下)表I中。在固化后，評價磨盤的研磨性能。表I
權利要求
1.一種方法，包括: 提供被支承于載體上的陶瓷前體材料層，其中所述陶瓷前體材料層包含陶瓷前體和游離水；以及 使用激光束切穿所述陶瓷前體材料層，從而得到成形陶瓷前體粒子。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述方法還包括: 干燥所述成形陶瓷前體粒子，從而得到干燥的成形陶瓷前體粒子； 煅燒所述干燥的成形陶瓷前體粒子，從而得到煅燒過的成形陶瓷前體粒子；以及 燒結所述煅燒過的成形陶瓷前體粒子，從而得到成形陶瓷磨粒。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述成形陶瓷磨粒包括α-氧化鋁基成形陶瓷磨粒。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其中通過部分地干燥溶膠-凝膠層而提供所述陶瓷前體材料層。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其中所述陶瓷前體材料層基本上不能由于重力而流動。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其中所述陶瓷前體材料層的固體含量在60重量％至70重量％的范圍內。
7.根據權利要求1所述的方法，還包括: 干燥所述成形陶瓷前體粒子 ，從而得到干燥的成形陶瓷前體粒子； 煅燒所述干燥的成形陶瓷前體粒子，從而得到煅燒過的成形陶瓷前體粒子； 用浸潰組合物浸潰所述煅燒過的成形陶瓷前體粒子，所述浸潰組合物包含混合物，所述混合物包含第二液體介質、并且包含金屬氧化物或其前體中的至少一者，從而得到經浸潰的煅燒過的成形陶瓷前體粒子，其中所述浸潰組合物在由所述激光束切割而形成的表面上對所述煅燒過的成形陶瓷前體粒子的浸潰程度低于在所述煅燒過的成形陶瓷前體粒子的其他表面上的浸潰程度。
8.根據權利要求7所述的方法，還包括: 燒結所述經浸潰的煅燒過的成形陶瓷前體粒子，從而得到成形陶瓷磨粒。
9.一種方法，包括: 提供被支承于載體上的陶瓷前體材料層，其中所述陶瓷前體材料層包含陶瓷前體和游離水；以及 使用激光束對所述陶瓷前體材料層進行刻痕，從而得到有刻痕的陶瓷前體材料層。
10.根據權利要求9所述的方法，還包括: 沿刻痕線將所述有刻痕的陶瓷前體材料層破碎開，從而得到成形陶瓷前體粒子； 煅燒所述成形陶瓷前體粒子，從而得到煅燒過的成形陶瓷前體粒子；以及 燒結所述煅燒過的成形陶瓷前體粒子，從而得到成形陶瓷磨粒。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述有刻痕的陶瓷前體材料層被刻劃成使得其形成沿著所述陶瓷前體材料層中的刻痕線彼此接合的潛在型磨粒前體的緊密堆積陣列。
12.根據權利要求11所述的方法，還包括: 通過使用所述激光束切穿所述陶瓷前體材料層而在潛在型磨粒前體的所述緊密堆積陣列中形成邊界線，其中所述邊界線將潛在型陶瓷前體粒子的所述緊密堆積陣列的各部分分隔。
13.根據權利要求12所述的方法，還包括: 使所述載體變形，使得潛在磨粒前體的所述緊密堆積陣列的所述各部分沿著所述刻痕線中的至少一些刻痕線破裂，從而形成所述成形陶瓷前體粒子。
14.根據權利要求9所述的方法，還包括: 干燥所述有刻痕的陶瓷前體材料層，從而得到干燥的有刻痕的陶瓷前體材料層； 沿刻痕線將所述干燥的有刻痕的陶瓷前體材料層破碎開，從而得到干燥的成形陶瓷前體粒子； 煅燒所述干燥的成形陶瓷前體粒子，從而得到煅燒過的成形陶瓷前體粒子；以及 燒結所述煅燒過的成形陶瓷前體粒子，從而得到成形陶瓷磨粒。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述陶瓷前體材料層被刻劃成使得其形成沿著所述陶瓷前體材料層中的刻痕線彼此接合的潛在型干燥陶瓷前體粒子的緊密堆積陣列。
16.根據權利要求15所述的方法，還包括: 通過使用所述激光束切穿所述陶瓷前體材料層而在潛在型干燥陶瓷前體粒子的所述緊密堆積陣列中形成邊界線，其中所述邊界線將潛在型干燥陶瓷前體粒子的所述緊密堆積陣列的各部分分隔。
17.根據權利要求16所述的方法，其中所述沿刻痕線將所述有刻痕的陶瓷前體材料層破碎開是至少部分地由所述載體的變形引起的，使得潛在型陶瓷前體粒子的所述緊密堆積陣列的所述各部分沿著所述刻痕線中的至少一些刻痕線破裂，從而形成所述干燥的成形陶瓷前體粒子。
18.根據權利要求10至17中任一項所述的方法，其中所述成形陶瓷磨粒包括α-氧化鋁基成形陶瓷磨粒。
19.根據權利要求9至18中任一項所述的方法，其中通過部分地干燥溶膠-凝膠層而提供所述陶瓷前體材料層。
20.根據權利要求9至19中任一項所述的方法，其中所述陶瓷前體材料層基本上不能由于重力而流動。
21.根據權利要求9至20中任一項所述的方法，其中所述陶瓷前體材料層的固體含量在60重量％至70重量％的范圍內。
22.根據權利要求9至21中任一項所述的方法，其中所述激光束通過紅外光纖激光器產生。
23.根據權利要求9至22中任一項所述的方法，其中所述陶瓷前體材料還包含吸收劑，所述吸收劑吸收所述激光束的入射電磁輻射并將其轉變為熱。
24.根據權利要求23所述的方法，其中所述吸收劑在所述激光束的主波長下的摩爾消光系數為至少IOOOOM-1Cm'
25.根據權利要求23或24所述的方法，其中所述吸收劑以足以吸收所述激光束的所述入射電磁輻射的至少30%的量存在。
26.根據權利要求1至25中任一項所述的方法制備的成形陶瓷磨粒。
27.成形陶瓷磨粒，其中所述成形陶瓷磨粒各自獨立地包括主體構件和至少三個從所述主體構件延伸的桿狀構件。
28.根據權利要求27所述的成形陶瓷磨粒，其中所述至少三個桿狀構件中的每一個具有獨立地選自圓形、橢圓形、正方形、矩形或三角形的橫截面輪廓。
29.根據權利要求27或28所述的成形陶瓷磨粒，其中所述至少三個桿狀構件在所述主體構件的平面外，并且其中所述至少三個桿狀構件從所述主體構件的同一側延伸。
30.根據權利要求27至29中任一項所述的成形陶瓷磨粒，其中所述成形陶瓷磨粒包含α -氧化招。
31.根據權利要求27至30中任一項所述的成形陶瓷磨粒，其中所述主體構件中有開□。
32.根據權利要求27至31中任一項所述的成形陶瓷磨粒，其中所述至少三個桿狀構件包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八桿狀構件。
33.根據權利要求27至32中任一項所述的成形陶瓷磨粒，其中所述成形陶瓷磨粒包含α -氧化招。
34.根據權利要求27至33中任一項所述的成形陶瓷磨粒，其中所述成形陶瓷磨粒具有與磨料行業公認的標 稱等級相對應的粒度分布。
35.成形陶瓷磨粒，其中所述成形陶瓷磨粒各自均具有由周邊環部界定的主體部，與所述主體部相比，所述周邊環部具有粗糙的表面紋理。
36.根據權利要求35所述的成形陶瓷磨粒，其中所述成形陶瓷磨粒具有與磨料行業公認的標稱等級相對應的粒度分布。
37.根據權利要求35或36所述的成形陶瓷磨粒，其中所述成形陶瓷磨粒包含α-氧化招。
38.成形陶瓷前體粒子，其中所述成形陶瓷前體粒子具有環繞并鄰接內部的周邊環部，并且其中所述周邊環部包含α-氧化鋁，并且所述內部包含α-氧化鋁前體并且不含α -氧化招。
39.根據權利要求38所述的成形陶瓷前體粒子，其中所述α-氧化鋁前體包括水軟鋁石凝膠。
40.成形陶瓷磨粒，其中所述成形陶瓷磨粒具有環繞并鄰接內部、但不完全封閉內部的周邊環部，并且其中所述周邊環部具有與所述內部不同的微晶結構。
41.根據權利要求40所述的成形陶瓷磨粒，其中所述成形陶瓷磨粒具有與磨料行業公認的標稱等級相對應的粒度分布。
42.—種粘結磨料制品，其包含被保留在粘結劑中的根據權利要求40或41所述的成形陶瓷磨粒。
43.成形陶瓷前體粒子，其中所述成形陶瓷前體粒子各自均具有相對的非鄰近的第一和第二主表面，周向表面在所述第一和第二主表面之間延伸，其中所述周向表面包括沿該周向表面以鄰近所述第一主表面但不接觸所述第二主表面的方式延伸的燒蝕區域，以及沿該周向表面以鄰近所述第二主表面但不接觸所述第一主表面的方式延伸的裂紋區域。
44.根據權利要求43所述的成形陶瓷前體粒子，其中所述裂紋區域的面積大于所述燒蝕區域的面積。
45.根據權利要求43或44所述的成形陶瓷前體粒子，其中所述成形陶瓷前體粒子包括α -氧化鋁前體。
46.成形陶瓷磨粒，其中所述成形陶瓷磨粒各自均具有相對的非鄰近的第一和第二主表面，周向表面在所述第一和第二主表面之間延伸，其中所述周向表面包括沿該周向表面以鄰近所述第一主表面但不接觸所述第二主表面的方式延伸的燒蝕區域，以及沿該周向表面以鄰近所述第二主表面但不接觸所述第一主表面的方式延伸的裂紋區域。
47.根據權利要求46所述的成形陶瓷磨粒，其中所述裂紋區域的面積大于所述燒蝕區域的面積。
48.根據權利要求46或47所述的成形陶瓷磨粒，其中所述成形陶瓷磨粒包含α-氧化招。
49.根據權利要求46至48中任一項所述的成形陶瓷磨粒，其中所述成形陶瓷磨粒具有與磨料行業公認的標稱等級相對應的粒度分布。
50.一種粘結磨料制品，其包含被保留在粘結劑中的根據權利要求46至49中任一項所述的成形陶瓷磨粒。
51.成形陶瓷磨粒，其中所述成形陶瓷磨粒各自包括通過相對的第一和第二側面以及相對的第一和第二端面連接的相對的第一和第二主表面，其中所述相對的第一和第二主表面大致平滑，其中所述相對的第一和第二側面以及所述相對的第一和第二端面具有包括曲折的微米級圓突起和圓凹陷的表面形貌，其中所述第一側面鄰接所述第一主表面而形成銳二面角，并且其中所述第二側面鄰接所述第一主表面而形成鈍二面角。
全文摘要
本發明公開了一種制備成形陶瓷磨粒的方法，所述方法包括使用激光束切穿陶瓷前體材料層以及形成成形陶瓷前體粒子。進一步的熱處理提供了成形陶瓷磨粒。本發明還公開了可通過所述方法制備的成形陶瓷磨粒，以及包含所述成形陶瓷磨粒的磨料制品。
文檔編號C09K3/14GK103189164SQ201180050166
公開日2013年7月3日 申請日期2011年10月21日 優先權日2010年11月1日
發明者丹尼斯·G·韋利甘, 查爾斯·J·斯圖丁納四世, 德懷特·D·埃里克森, 斯科特·A·鮑姆, 愛德華·J·吳, 吳平凡, 特拉維斯·L·波茨 申請人:3M創新有限公司