基于鋯剛玉的磨粒制造技術

本發明專利技術涉及基于在電弧爐中熔融的鋯剛玉的磨粒，其Al2O3含量為52至62重量%且ZrO2含量為35至45重量%，其中用還原的Ti化合物和氧化釔的組合使氧化鋯的高溫相穩定化。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】基于鋯剛玉的磨粒本專利技術涉及基于在電弧爐中熔融的鋯剛玉的磨粒，其具有權利要求I前序部分的特征。多年來已經公知通過快速冷卻氧化鋁和氧化鋯的熔體而制備的這種陶瓷顆粒，并且被成功用作磨粒和/或耐火材料。特別地，當用作磨粒時已經證實，產物中氧化鋯的高份額的四方高溫改性有利于磨粒的品質和切削率。熔融鋯剛玉中氧化鋯的高溫改性通常在普遍已知的作為高溫改性穩定劑的金屬氧化物(例如氧化鈦、氧化釔、氧化鎂、氧化鈣或其它)的存在下，通過使氧化鋁和氧化鋯的熔體快速淬火而獲得。例如在US 5，525，135 (EP O 595 081B1)中描述了基于鋯剛玉的磨粒，其中大于90重量％的氧化鋯以四方高溫改性的形式存在。在這種情況下，在作為還原劑的碳的存在下，通過在液態熔體中添加氧化鈦然后使熔體快速淬火而使高溫相穩定化。此時產生低價氧化物、碳化物和/或碳氧化物形式的還原的鈦化合物，其中可能是通過鈦的低價氧化物·使氧化鋯的高溫相穩定化。在US 7, 122, 064B2 (EP I 341 866B1)中描述了基于鋯剛玉的磨粒，其中也用還原形式的(特別是氧化物、低價氧化物、碳化物和/或碳氧化物形式的)鈦化合物使氧化鋯的高溫相穩定化。在EP I 341 866B1中描述的磨粒額外具有在O. 2和O. 7重量％之間的硅化合物(表示為SiO2)含量。雖然通過添加SiO2顯著減少了還原的鈦化合物的穩定作用，但是同時也劇烈降低了熔體的粘度，因此易于熔體的淬火，其中在金屬板之間澆注液態材料。這對制成的磨粒的構造起積極作用，因此以這種方式可以實現特別細晶和均勻的構造，這是除了盡可能高含量的高溫改性形式的氧化鋯之外的產物品質的另一重要標準。在US 4，457，767中描述了包含在O. I和2重量％之間的氧化釔的鋯剛玉磨粒，氧化釔已知作為氧化鋯的高溫改性的穩定劑。已知Y2O3對于氧化鋯高溫相的穩定作用比還原的TiO2更為突出，因此必須使用相對少的Y2O3，從而得到含量相當的高溫相。基于鋯剛玉的磨粒目前仍然屬于用于加工不同鋼材的最重要的傳統磨粒，因此在世界各地采取巨大努力以進一步改善該磨粒的效率。例如在US 7，011，689B2中描述了熔融鋯剛玉陶瓷粒子，其優選包含35至50重量％的氧化鋯、48至65重量％的氧化鋁、低于O. 4重量％的SiO2和至多10重量％的至少一種選自氧化釔、氧化鈦和氧化鎂的氧化物。這種陶瓷粒子在作為還原劑的碳和鋁金屬的存在下熔融。在此人們嘗試通過特別的方法改善品質，其中一方面使用鋁金屬與碳結合作為還原劑，另一方面在175至205V的電壓下以2. 5-4kffh每千克使用的材料的比能操作電弧爐，從而以這種方式使產生的產物更不易于氧化。在US 7，011，689B2中描述氧化釔、氧化鈦和氧化鎂作為穩定劑，其中最后得出結論優選用釔穩定的實施方案(第16欄第16-18行)。在實施例22中描述了氧化鈦和氧化釔的組合作為氧化鋯含量為28. I重量％的材料的穩定劑。在這種情況下，氧化鈦和氧化釔的比例為約4:1。氧化釔以O. 25重量％的低濃度存在，在該濃度下已知其僅顯示極低的穩定作用。并沒有說明該組合的特別的優點，相反，描述的產物由于其多孔性而落入本專利技術的范圍之外。在US 2008/0028685A1中描述了熔融鋯剛玉粒子的混合物，其具有40至45. 5重量％的氧化鋯、46至58重量％的氧化鋁、至多10重量％的添加劑、小于O. 8重量的SiO2和小于I. 2重量％的雜質。鋯剛玉粒子的特征在于，其具有小于2%的包合物(inclusion)且球狀結節(nodule)的濃度(在該混合物的任意粒子的截面上測得)在至少50%的情況下為大于500個結節/mm2。作為可能的添加劑,提及氧化釔、氧化鈦、氧化鎂和氧化鈣、氧化釹、氧化鑭、氧化鈰、氧化鏑和氧化鉺或稀土族的任何其它化合物或其混合物，其中在權利要求20中量化了添加劑的量，并且明確描述了在42至44重量％的氧化鋯的存在下，作為可能的添加劑的O. I至I. 2重量的氧化釔和/或O. I至3重量％的氧化鈦和/或小于O. 4重量％的氧化硅。但是并未具體提及或強調該添加劑的組合。有目的地制備鋯剛玉粒子特征所在的結節和包合物不是上述文獻的主題，相反，產物以傳統方式通過常見原料以熔體形式制備，然后分析如此獲得的粒子，其中除了其它研究之外在試片上光學分析結節和包合物的濃度。由于已知鋯剛玉的結構對其效率產生影響，人們嘗試通過存在的結節和包合物來表征結構，從而能夠以這種方式篩選出粒子混合物，所述粒子混合物的結構的特征在于一定數量或濃度的結節和包合物并且由于該構造而預期具有一定的效率。因此在該文獻中原 則上描述用于已知產物的新型初始控制(AusgangskontrolIe)。通過EP O 480 678A2已知氧化釔與氧化鈦的組合，其中在第6頁表I中描述了磨粒(實施例E),所述磨粒的化學組成為57重量％的氧化招、39. 5重量％的氧化錯、O. 5重量％的氧化釔和2. 12重量％的氧化鈦。該申請的目的是制備基于鋯剛玉的研磨劑，以氧化鋯的總含量計，所述研磨劑應包含含量為至多30重量％的四方相。產物在氧化條件下熔融，在使熔體淬火之后在空氣中進行溫度處理，從而通過將氧化鋯的高溫相轉化成在室溫下熱力學穩定的單斜晶相而獲得產物，所述產物的氧化鋯部分具有小于30重量％的四方相。在JP I 614 974中描述了含氧化鈦和含氧化釔的鋯剛玉，所述鋯剛玉具有高含量的四方高溫相形式的氧化鋯。但是在該文獻中描述的產物不在還原條件下制備。因此通過表格8和9中的實施例可見，該產物中存在的氧化鈦不對四方高溫相的穩定化產生影響。具有約6重量％氧化鈦的產物(實施例14)例如僅具有以氧化鋯的總含量計含量為34. 2重量％的四方氧化鋯。因此，現有技術可總結如下通過EP I 341 866B1已知基于在電弧爐中熔融的Al2O3和ZrO2的高效磨粒，其中用還原的鈦化合物穩定氧化鋯的高溫相。通過US 4，457，767已知效率相當的鋯剛玉，所述鋯剛玉摻雜有O. I至2重量％的氧化釔，借助于此來穩定氧化鋯的高溫改性。此外已知除氧化釔之外還使用氧化鈦的組合物，但是由于不在還原條件下處理，穩定化僅僅源自氧化釔，或者需要這樣選擇制備條件，使得本來就僅出現較少含量的四方相。雖然在新專利文獻中也提及氧化鈦和氧化釔同時作為穩定劑，技術人員從未追求或研究該主題，因為不能得到這種組合可以改善產物的啟示。因此在前文引用的新專利文獻中也沒有描述該方向的研究。在嘗試改善鋯剛玉磨粒的效率時，本專利技術的申請人仔細研究了不同穩定劑的作用方式。為此，首次使用所謂的Rietveld方法研究了熔體澆注的鋯剛玉中氧化鋯的相分布。該方法基于X射線粉末衍射，并且能夠根據獲得的反射強度量化確定化合物不同的相。在鋯剛玉的情況下，Rietveld方法的特別優勢在于借助于該確定方法相對精確地量化分析相分布，并且特別是也可以區分氧化鋯的立方高溫相和四方高溫相。在上文引用的專利文獻中，雖然也通過X射線衍射確定高溫相的含量，但是其中僅選取28°和32° (2 Θ )之間范圍內的三個峰的強度作為量化分析的基礎。這種確定的缺點在于，其不太精確并且無法區分立方高溫相和四方高溫相，因為對于高溫相在約30° (2 Θ本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】

【專利技術屬性】
技術研發人員：G·克努特，
申請(專利權)人：研磨劑與耐火品研究與開發中心CARRD有限公司，
類型：
國別省市：