CN109415616A

CN109415616A - 电熔氧化铝粒子、电熔氧化铝粒子的生产方法、磨石和砂布

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Publication number: CN109415616A
Application number: CN201780039338.XA
Authority: CN
Inventors: 山冈智; 宫石壮; 富川伸郎; 富川伸一郎
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2019-03-01
Anticipated expiration: 2037-06-22
Also published as: SI3475378T1; WO2018003655A1; EP3475378A1; KR102184303B1; CN109415616B; TW201809208A; EP3475378B1; JP6707800B2; US20190284462A1; JP2019508352A; KR20180126039A; TWI640615B

Abstract

提供研磨性能优异的电熔氧化铝粒子和这样的电熔氧化铝粒子的生产方法和使用所述电熔氧化铝粒子的磨石和砂布。本发明的电熔氧化铝粒子含有钛和镁。所述电熔氧化铝粒子的生产方法包括步骤：通过混合氧化铝材料、钛化合物和镁化合物制备混合物材料，由所述混合物材料根据电熔法形成锭块，研磨所述锭块以制备磨碎粉末，尺寸调节所述磨碎粉末以具有预定粒子度以制备尺寸调节过的粒子，和在1,000℃或更高的加热温度下加热所述尺寸调节过的粒子以产生电熔氧化铝粒子。该磨石含有所述电熔氧化铝粒子。该砂布含有所述电熔氧化铝粒子。

Description

电熔氧化铝粒子、电熔氧化铝粒子的生产方法、磨石和砂布

[技术领域]

本发明涉及电熔氧化铝粒子和电熔氧化铝粒子的生产方法，还涉及使用电熔氧化铝粒子的磨石和砂布。

[背景技术]

JIS R 6111-2005中规定的氧化铝磨料被称作人造磨料并用作磨料磨石(abrasive grinding stones)、砂布等的组成要素。如JIS R 6111-2005中规定，氧化铝磨料包括白色氧化铝磨料(WA)、玫瑰粉色氧化铝磨料(PA)和单晶熔结氧化铝磨料(HA)等。这些通过在电炉中熔融根据拜耳法提纯的氧化铝材料、然后将其凝固并研磨和尺寸调节所得物料或压碎和尺寸调节该物料而生产。这些氧化铝磨料的韧度为HA>PA>WA的关系。但是，为了切削和机械加工用于目前广泛普及的工具钢等的此类难机械加工的工作材料，这些氧化铝磨料无法实现足够令人满意的切削性能。因此，尝试改进氧化铝磨料的切削性能。例如，如下文提到，PTLs 1至5描述了改进氧化铝磨料的切削性能的方法。

PTL 1描述了具有99.0％或更大的氧化铝含量的白色电熔氧化铝磨料(WA)在1,600至1,850℃下热处理30分钟至2小时。通过热处理，可以通过在高温下的原子扩散和重排修复在研磨电熔氧化铝锭时形成的缺陷、细瑕疵、裂纹等，或使在研磨中形成的瑕疵变浅，或氧化铝磨料中所含的Na₂O蒸发以增强氧化铝磨料的强度。因此，可以改进氧化铝磨料的切削性能。

PTL 2描述了含TiO₂的电熔氧化铝粒子的热处理以使电熔氧化铝粒子的表面被形成的钛酸铝涂布由此增强氧化铝粒子的强度和韧度的方法。使用根据该方法制成的氧化铝粒子作为磨石已实现比白色电熔氧化铝等的传统电熔氧化铝磨料更优异的切削性能。由此已知，提高氧化铝粒子的韧度有效改进切削性能。

PTL 3描述了通过将TiO₂外部添加到氧化铝材料中以将TiO₂作为固体溶解在其内而增强硬度的方法。根据这种方法，TiO₂包埋在高纯氧化铝材料中并通过热处理，一部分包埋的TiO₂作为固体溶解在氧化铝表面上以由此增强氧化铝材料的硬度。但是，PTL 3没有描述之前在所用的氧化铝本身中是否含有任何杂质。

PTL 4描述了含铝、钛和镁的熔结粒子。熔结粒子的主要成分是具有假板钛矿结构的晶体结构的Al₂TiO₅。PTL 4描述了熔结粒子作为防火材料、过滤器等的用途。但是，该熔结粒子没有含氧化铝作为主要成分并具有高硬度的刚玉结构，因此难以使用这些熔结粒子作为研磨材料，如磨粒。

PTL 5描述了使用溶胶-凝胶法等的氧化铝多晶材料的磨粒。此外，PTL 5提到由这样的细氧化铝晶体形成的磨粒表现出比电熔氧化铝粒子高的切削性能。

[引文单]

[专利文献]

PTL 1:JP-A 50-80305

PTL 2:JP-A 7-215717

PTL 3:JP-A 8-133824

PTL 4:JP-T 2011-526574

PTL 5:JP-A 3-68678

[发明概述]

[技术问题]

PTLs 1至4描述了改进氧化铝磨料的切削性能的各种技术，但它们无法达到足够的磨料性能。使用氧化铝多晶材料的磨粒，如PTL 5中所述的烧结氧化铝磨粒的磨石与使用熔结氧化铝磨粒的磨石相比磨料性能优异。但是，烧结氧化铝磨粒的生产方法复杂，因此烧结氧化铝磨粒的生产成本高。由于如上原因，希望获得具有高切削性能并能够根据便宜的方法如熔结法生产的氧化铝粒子。

考虑到该情况，本发明的一个目的是提供研磨性能优异的电熔氧化铝粒子和这样的电熔氧化铝粒子的生产方法，还提供使用所述电熔氧化铝粒子的磨石和砂布。

[对问题的解决方案]

基于刻苦的研究，本发明的发明人已经发现，当使电熔氧化铝粒子含有钛和镁时，可以改进所得电熔氧化铝粒子的强度和韧度并因此可改进电熔氧化铝粒子的研磨性能，并且已经完成本发明。具体而言，本发明如下所述。

[1]含有钛和镁的电熔氧化铝粒子，其中所述电熔氧化铝粒子中的以TiO₂计的钛含量为0.3至3.0质量％，且所述电熔氧化铝粒子中的以MgO计的镁含量为0.1至50摩尔，其相对于所述电熔氧化铝粒子中100摩尔以TiO₂计的钛含量。

[2]根据上述[1]的电熔氧化铝粒子，其中所述电熔氧化铝粒子中的以TiO₂计的钛含量为0.3至1.5质量％。

[3]根据上述[1]或[2]的电熔氧化铝粒子，其中所述电熔氧化铝粒子中的以MgO计的镁含量为1.0至50摩尔，相对于所述电熔氧化铝粒子中100摩尔以TiO₂计的钛含量。

[4]根据上述[1]至[3]任一项的电熔氧化铝粒子，其满足如下表达式(1)：

y<-1.506x+3.525 (1)

其中x是指所述电熔氧化铝粒子的C级堆积比重，且y是指所述电熔氧化铝粒子的C系数。

[5]一种生产上述[1]的电熔氧化铝粒子的方法，其包括步骤：

通过混合氧化铝材料、钛化合物和镁化合物制备混合物材料，

由所述混合物材料根据电熔法形成锭块，研磨所述锭块以制备磨碎粉末，

尺寸调节所述磨碎粉末以具有预定粒子尺寸以制备尺寸调节过的粒子，和

在1,000℃或更高的加热温度下加热所述尺寸调节过的粒子以得到电熔氧化铝粒子。

[6]根据上述[5]的生产电熔氧化铝粒子的方法，其中在制备所述混合物材料的步骤中所述钛化合物的掺合量为使得所述锭块中的以TiO₂计的钛含量为0.3至3.0质量％的量。

[7]根据上述[6]的生产电熔氧化铝粒子的方法，其中在制备所述混合物材料的步骤中所述钛化合物的掺合量为使得所述锭块中的以TiO₂计的钛含量为0.3至1.5质量％的量。

[8]根据上述[5]至[7]任一项的生产电熔氧化铝粒子的方法，其中在制备所述混合物材料的步骤中所述镁化合物的掺合量为使得相对于所述锭块中100摩尔以TiO₂计的钛含量，所述锭块中的以MgO计的镁含量为0.1至50摩尔的量。

[9]根据上述[8]的生产电熔氧化铝粒子的方法，其中在制备所述混合物材料的步骤中所述镁化合物的掺合量为使得相对于所述锭块中100摩尔以TiO₂计的钛含量，所述锭块中的以MgO计的镁含量为1.0至50摩尔的量。

[10]根据上述[5]至[9]任一项的生产电熔氧化铝粒子的方法，其中产生所述电熔氧化铝粒子的步骤中的加热温度为1,000℃至1,800℃。

[11]含有上述[1]至[4]任一项的电熔氧化铝粒子的磨石。

[12]含有上述[1]至[4]任一项的电熔氧化铝粒子的砂布。

[有利的发明效果]

根据本发明，可以提供研磨性能优异的电熔氧化铝粒子和生产所述电熔氧化铝粒子的方法，以及使用所述电熔氧化铝粒子的磨石和砂布。

[附图简述]

[图1]

图1是其中横轴指示电熔氧化铝粒子的C级堆积比重且纵轴指示电熔氧化铝粒子的C系数和其中绘制实施例1至5和对比例1至5中的C级堆积比重和C系数的曲线图。

[图2]

图2是显示衍生自如JIS R 6001-1998中规定的三种粒子类型的由Showa DenkoKK制造的SA磨粒的粒子尺寸测量结果的近似线性函数的曲线图，其中测量各粒子类型的20个粒子。SA磨粒是氧化铝单晶磨粒并且是主要用于研磨和机械加工那些难机械加工的材料的磨料。SA磨粒含有99.6质量％的Al₂O₃、0.03质量％的SiO₂、0.03质量％的Fe₂O₃和0.3质量％的TiO₂。

[实施方案描述]

本发明的电熔氧化铝粒子含有钛和镁，其中所述电熔氧化铝粒子中的以TiO₂计的钛含量为0.3至3.0质量％，且相对于所述电熔氧化铝粒子中100摩尔以TiO₂计的钛含量，所述电熔氧化铝粒子中的以MgO计的镁含量为0.1至50摩尔。相应地，本发明的电熔氧化铝粒子具有高强度和韧度，并具有足够的研磨性能。下面详细描述本发明的电熔氧化铝粒子。

(电熔氧化铝粒子)

在本说明书中，电熔氧化铝粒子是如下所述获得的氧化铝粒子：通过在电炉，如电弧炉等中熔融和凝固如根据拜耳法提纯的氧化铝等的原材料，得到锭块，粉化和尺寸调节或压碎和尺寸调节所得锭块。所述电熔氧化铝粒子是含有氧化铝作为主要组分的氧化铝粒子。本发明的电熔氧化铝粒子中的氧化铝含量优选为90质量％或更大，更优选95质量％或更大，再更优选98质量％或更大。

(钛含量)

本发明的电熔氧化铝粒子中的以TiO₂计的钛含量为0.3至3.0质量％，优选0.3至1.5质量％，更优选0.5至1.5质量％，再更优选0.7至1.2质量％。当本发明的电熔氧化铝粒子中的以TiO₂计的钛含量小于0.3质量％时，视情况，在电熔氧化铝粒子表面上的具有高钛含量的层的形成不足以增强电熔氧化铝粒子的强度。另一方面，当本发明的电熔氧化铝粒子中的以TiO₂计的钛含量大于3.0质量％时，在电熔氧化铝粒子的粒子边界中的钛量偏析会过度提高，因此，电熔氧化铝粒子的研磨性能由此相当恶化。

(镁含量)

相对于本发明的电熔氧化铝粒子中100摩尔以TiO₂计的钛含量，本发明的电熔氧化铝粒子中的以MgO计的镁含量为0.1至50摩尔，优选1.0至50摩尔，更优选2.0至30摩尔，再更优选3.0至20摩尔。当镁含量小于0.1摩尔时，视情况，没有增强电熔氧化铝粒子的韧度所需的足量的钛作为固体溶解在电熔氧化铝粒子内。此外，作为固体溶解在电熔氧化铝粒子内的氧化镁的量不足以增强电熔氧化铝粒子的韧度。另一方面，当镁含量大于50摩尔时，视情况，电熔氧化铝粒子中的主要部分的钛作为固体溶解在电熔氧化铝粒子内以致在电熔氧化铝粒子表面上的具有高钛含量的层的形成不足。

(钛和镁对电熔氧化铝粒子的研磨性能的影响)

当电熔氧化铝粒子含有钛和镁时，改进电熔氧化铝粒子的研磨性能。这推测是由于如下原理，尽管该原理不应限制本发明。

电熔氧化铝粒子所含的一部分钛沉淀在电熔氧化铝粒子的表面上并由此在电熔氧化铝粒子的表面上形成具有高钛含量的层。相应地，修复或减少在电熔氧化铝粒子的表面中形成的瑕疵，且电熔氧化铝粒子的强度因此提高。

此外，电熔氧化铝粒子所含的一部分钛作为固体溶解在电熔氧化铝粒子内。相应地，电熔氧化铝粒子内的晶体可能受到应变，且电熔氧化铝粒子的韧度因此改进。

此外，电熔氧化铝粒子所含的镁用于使作为固体溶解在电熔氧化铝粒子内的一部分钛保持在粒子内而不沉淀在电熔氧化铝粒子的表面上。相应地，可以防止作为固体溶解在电熔氧化铝粒子内的钛含量不足以改进电熔氧化铝粒子的韧度。

此外，电熔氧化铝粒子所含的镁也作为固体溶解在电熔氧化铝粒子内。相应地，电熔氧化铝粒子中所含的镁也用于使电熔氧化铝粒子内的晶体受到应变，由此增强电熔氧化铝粒子的韧度。

因此，当使电熔氧化铝粒子含有钛和镁时，电熔氧化铝粒子的强度和韧度可以是高的，由此增强电熔氧化铝粒子的研磨性能。

(C系数和C级堆积比重)

本发明的电熔氧化铝粒子优选满足如下表达式(1)，其中x是指电熔氧化铝粒子的C级堆积比重，且y是指电熔氧化铝粒子的C系数，更优选如下表达式(2)，再更优选如下表达式(3)，进一步更优选如下表达式(4)，再更优选如下表达式(5)。满足该要求时，可以增强本发明的电熔氧化铝粒子的研磨性能。

y<-1.506x+3.525 (1)

y<-1.506x+3.520 (2)

y<-1.506x+3.515 (3)

y<-1.506x+3.510 (4)

y<-1.506x+3.505 (5)

C系数与JIS R6128-1987(人造磨料的韧度的试验方法(球磨法))中定义的C系数相同。C系数的测量方法详细描述在下文给出的实施例部分中。

关于C级堆积比重，在其C系数的测量中在使用JIS R6001-1987中规定的标准筛筛分中留在第三级筛上的样品的堆积比重被定义为根据JIS R6126-1970中规定的方法测得的C级堆积比重的值。C级堆积比重的测量方法详细描述在下文给出的实施例部分中。

一般而言，具有较小粒子尺寸的粒子具有较小C级堆积比重值，具有较大粒子尺寸的粒子具有较大C级堆积比重值。但是，在已尺寸调节而具有相同水平的粒子尺寸的电熔氧化铝粒子的情况下，C级堆积比重可随粒子形状而变，但不随粒子尺寸变化。在较大量的尖锐粒子或平粒子情况下，在自由下落中的填充率较低，因此其C级堆积比重较小。在较大量的近球形粒子情况下，在自由下落中的填充率较高，因此其C级堆积比重较大。

在C系数和C级堆积比重之间存在负相关(见图2和实施例)。如上所述，具有小C级堆积比重的样品含有大量尖锐粒子和平粒子。相应地，当测量该类型的粒子的C系数时，其C系数的值大(也就是说，粒子的韧度差)，因为粒子在球磨机中容易磨碎。另一方面，具有大C级堆积比重的样品含有大量近球形粒子。相应地，当测量该类型的粒子的C系数时，其C系数的值小(也就是说，粒子的韧度高)，因为该粒子在球磨机中几乎不磨碎。

如上所述，本发明的电熔氧化铝粒子优选满足上文提到的表达式(1)。考虑到x>0和y>0，在x(C级堆积比重)-y(C系数)平面的区域中，x(C级堆积比重)的值和y(C系数)的值都在小值的范围内。这意味着本发明的电熔氧化铝粒子是尖锐粒子或平粒子，且本发明的电熔氧化铝粒子具有高韧度。从尖锐粒子或平粒子具有比近球形粒子高的研磨性能且具有较高韧度的粒子具有较高研磨性能的事实获知，满足上文提到的表达式(1)的本发明的电熔氧化铝粒子具有较高研磨性能。

(除铝、氧、钛和镁外的其它元素)

本发明的电熔氧化铝粒子可含有除铝、氧、钛和镁外的任意其它元素。除铝、氧、钛和镁外的其它元素在本发明的电熔氧化铝粒子中的总含量优选为1.5原子摩尔％或更低。当除铝、氧、钛和镁外的其它元素的含量按其氧化物计为1.5原子摩尔％或更低时，本发明的电熔氧化铝粒子具有足够研磨性能。除铝、氧、钛和镁外的其它元素的总含量优选为1.0原子摩尔％或更低，更优选0.5原子摩尔％或更低，最优选0原子摩尔％。除铝、氧、钛和镁外的其它元素的实例包括钠、硅、钙、铁、铬等。

{电熔氧化铝粒子的生产方法}

本发明的电熔氧化铝粒子的生产方法包括：步骤(A)通过混合氧化铝材料、钛化合物和镁化合物制备混合物材料，步骤(B)由所述混合物材料根据电熔法形成锭块，步骤(C)研磨所述锭块以制备磨碎粉末，步骤(D)尺寸调节所述磨碎粉末以具有预定粒子尺寸以制备尺寸调节过的粒子和步骤(E)在1,000℃或更高的加热温度下加热所述尺寸调节过的粒子以得到电熔氧化铝粒子。根据该方法，可以得到研磨性能优异的本发明的电熔氧化铝粒子。下面详细描述本发明的电熔氧化铝粒子的生产方法。

(步骤(A))

在步骤(A)中，混合氧化铝材料、钛化合物和镁化合物以制备混合物材料。例如，以预定掺合比计量加入的氧化铝材料、钛化合物和镁化合物使用混合机或球磨机机械混合并使用铲子等手动混合。

<氧化铝材料>

用于本发明的电熔氧化铝粒子的生产方法的氧化铝材料的实例包括根据拜耳法提纯的氧化铝。

<钛化合物>

用于本发明的电熔氧化铝粒子的生产方法的钛化合物的实例包括钛氧化物(金红石类型、锐钛矿类型、板钛矿类型等)、钛炉渣(通过在电炉中用木炭或焦炭还原金红石矿石或钛铁矿石，接着分离铁并具有80质量％或更大的TiO₂含量制备)等。优选的钛化合物是钛氧化物。

优选地，控制步骤(A)中的钛化合物的掺合量以使锭块中的以TiO₂计的钛含量为0.3至3.0质量％，更优选控所述掺合量以使锭块中的以TiO₂计的钛含量为0.3至1.5质量％，再更优选控制所述掺合量以使锭块中的以TiO₂计的钛含量为0.5至1.5质量％，尤其优选控制所述掺合量以使锭块中的以TiO₂计的钛含量为0.7至1.2质量％。相应地，可以将根据本发明的生产方法制成的电熔氧化铝粒子中的以TiO₂计的钛含量控制为优选0.3至3.0质量％，更优选0.3至1.5质量％，再更优选0.5至1.5质量％，尤其优选0.7至1.2质量％。

<镁化合物>

用于本发明的电熔氧化铝粒子的生产方法的镁化合物的实例包括氧化镁、碳酸镁等。优选的镁化合物是氧化镁。

优选地，控制步骤(A)中的镁化合物的掺合量以使相对于锭块中100摩尔以TiO₂计的钛含量，锭块中的以MgO计的镁含量为0.1至50摩尔，更优选控制所述掺合量以使锭块中的以MgO计的镁含量相对于锭块中100摩尔以TiO₂计的钛含量为1.0至50摩尔，再更优选控制所述掺合量以使锭块中的以MgO计的镁含量相对于锭块中100摩尔以TiO₂计的钛含量为2.0至30摩尔，尤其优选控制所述掺合量以使锭块中的以MgO计的镁含量相对于锭块中100摩尔以TiO₂计的钛含量为3.0至20摩尔。相应地，可以控制根据本发明的生产方法制成的电熔氧化铝粒子中的以MgO计的镁含量以相对于根据本发明的电熔氧化铝粒子生产方法制成的电熔氧化铝粒子中100摩尔以TiO₂计的钛含量优选为0.1至50摩尔，更优选1.0至50摩尔，再更优选2.0至30摩尔，尤其优选3.0至20摩尔。

(步骤(B))

在步骤(B)中，由所述混合物材料根据电熔法形成锭块。该电熔法是使用电炉，如电弧炉等在例如大约2,000至大约2,500℃的加热温度下熔融混合物材料的方法。在熔融完成后，例如，倾斜电炉并从经炉壁设置的流槽排出熔融材料，并浇铸到之前准备的模具等中以在其中制造锭块。该锭块是多晶氧化铝，且钛和镁作为固体溶解在氧化铝粒子内。

(步骤(C))

在步骤(C)中，研磨锭块以形成磨碎粉末。该锭块例如使用辊式破碎机、落锤等粗破碎，然后目视筛分，此后使用研磨机，如叶轮破碎机、颚式破碎机、辊式破碎机、轮碾机、锥形球磨机等研磨。

(步骤(D))

在步骤(D)中，尺寸调节所述磨碎粉末以具有预定粒子尺寸以得到尺寸调节过的粒子。例如，当要生产的电熔氧化铝粒子相当于JIS R 6001-1998中定义的粗粒时，经由筛分步骤尺寸调节该磨碎粉末以具有预定粒子尺寸以得到尺寸调节过的粒子。另一方面，当要生产的电熔氧化铝粒子相当于JIS R 6001-1998中定义的细粉时，使用球磨机、空气磨机等将该磨碎粉末进一步细粉化，然后经由提纯或淘析步骤尺寸调节所得细粉以具有预定粒子尺寸。

(步骤(E))

在步骤(E)中，在1,000℃或更高的加热温度下将所述尺寸调节过的粒子加热成电熔氧化铝粒子。相应地，可以提高电熔氧化铝粒子的强度和韧度。

例如，将尺寸调节过的粒子置于容器，如带盖的碗等中，并在电炉或隧道型连续烧制炉中加热，或将所述尺寸调节过的粒子直接在烧制装置如回转窑等中加热。

步骤(E)中的加热温度为1,000℃或更高，优选1,000至1,800℃，更优选1,200至1,600℃，再更优选1,300至1,500℃。当加热温度为1,000℃或更高时，作为固体溶解在所述尺寸调节过的粒子内的钛大量偏析在研磨锭块的过程中在所述尺寸调节过的粒子的表面中形成的瑕疵附近以修复该表面中的瑕疵。相应地，提高电熔氧化铝粒子的强度。当加热温度为1800℃或更低时，可以在不烧结粒子的情况下加热所述尺寸调节过的粒子。在该热处理中用于加热的停留时间优选为60分钟或更久。热处理中的气氛优选是空气气氛。在热处理过程中，所述尺寸调节过的粒子中所含的一部分钛根据掺入的镁化合物的量，由于镁的作用而留在粒子内。相应地，通过钛作为固体溶解而在电熔氧化铝粒子内形成的应变可保持不变，并由此提高电熔氧化铝粒子的韧度。

(其它步骤)

在步骤(C)和步骤(D)之间可以加入除去在步骤(C)中形成的杂质，如细粉、磁性材料等的步骤，任选此后用酸洗涤和/或用水洗涤。相应地，可以防止杂质在步骤(E)的热处理中在所述尺寸调节过的粒子内扩散。

在步骤(E)中，可以进一步尺寸调节所得电熔氧化铝粒子。尺寸调节方法可以是例如与步骤(D)相同的方法。相应地，可以获得具有调节度更高的粒子尺寸的电熔氧化铝粒子。

{磨石}

本发明的磨石含有本发明的电熔氧化铝粒子。相应地，可以获得研磨性能优异的磨石。具体而言，本发明的磨石含有用粘合剂粘合的本发明的电熔氧化铝粒子，并主要由电熔氧化铝粒子、粘合剂和孔隙构成。可以通过将电熔氧化铝粒子与粘合剂如陶瓷结合剂(vitrified bond)、金属结合剂、树脂结合剂等一起模制和固化而制造磨石。粘合剂优选是陶瓷结合剂。陶瓷结合剂通常被称作玻璃料(frit)，通过充分掺合长石、瓷石、硼砂、粘土等制备，其组分的实例包括SiO₂、B₂O₃、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O等。使用陶瓷结合剂的磨石(陶瓷磨石)通过将少量模制助剂如糊精、酚醛树脂等添加到陶瓷结合剂，将其与电熔氧化铝粒子混合和加压模制和随后烧制而制造。烧制温度优选为950至1150℃。除陶瓷磨石外，本发明的电熔氧化铝粒子也可用作磨石如树脂磨石、橡胶磨石、硅酸盐磨石、虫胶磨石、氧化镁磨石等的磨粒。

{砂布}

本发明的砂布含有本发明的电熔氧化铝粒子。相应地，可以获得研磨性能优异的砂布。可以通过用胶粘剂将电熔氧化铝粒子粘合到基底上制造砂布。优选的胶粘剂是实现优异研磨性能和优异耐水性的酚醛树脂胶粘剂。当与酚醛树脂胶粘剂一起使用间苯二酚或其衍生物时，可以放松酚醛树脂胶粘剂的固化条件。基底的实例包括纸、机织织物、无纺布等。例如，对于用于强研磨的研磨带，也可以使用聚酯纤维的机织织物。作为其它抛光无纺布，可以使用尼龙等的合成纤维的无纺布作为基底。砂布包括，如JIS中作为产品标准规定，磨料涂覆布(R6251-2006)、磨料涂覆纸(R6252-2006)、防水磨料涂覆纸(R6253-2006)、磨料涂覆盘(R6255-2014)、磨料涂覆带(R6256-2006)、圆柱形磨料涂覆套筒(R6257-2006)等。但是，本发明的砂布不限于这些。关于JIS中没有规定的用途，本发明的砂布的一个重要用途是抛光无纺布。这是由抛光材料、纤维(尼龙、聚酯纤维等)和胶粘剂三种组成要素构成的磨料无纺布的柔性抛光材料(抛光布)。这具有不规则交织的组成纤维和大体积开放孔隙空间的三维网络结构，并具有厚度为2至8毫米左右的结构特征且挠性和压缩可恢复性优异。

实施例

参照下面给出的实施例和对比例更具体描述本发明，但本发明无论如何不受这些实施例限制。

{实施例和对比例的氧化铝粒子的评估}

如下评估实施例和对比例的氧化铝粒子。

(化学分析)

氧化铝含量、以TiO₂计的钛含量、以MgO计的镁含量和以其金属氧化物计的其它金属元素(钠、硅、钙和铁)的含量根据荧光X-射线元素分析法测量。作为用于荧光X-射线元素分析的测量装置，使用Rigaku Corporation制造的"ZSX Primus"。

根据粉末压制方法制备试验样品——用研磨机研磨电熔氧化铝粒子并使用通过压缩模塑磨碎的粉末而形成的丸粒，并根据基本参数法(FP法)分析。在测定氧化铝含量、以TiO₂计的钛含量、以MgO计的镁含量和以其金属氧化物计的其它金属元素的含量(显示在表1中)中作为分母的总量是电熔氧化铝粒子的质量。

(用电子探针显微分析仪(EPMA)观察氧化铝粒子)

使用电子探针显微分析仪(EPMA)(JEOL Ltd.制造，型号:JXM-8530F)，分析实施例1中的氧化铝粒子中的钛元素和镁元素分布。

(C系数)

使用具有JIS R6001-1987中规定的标准筛的ro-tap测试仪，将250克电熔氧化铝粒子筛分10分钟。将留在第3级筛上的样品总量进一步筛分10分钟，并使用100克仍留在第3级筛上的电熔氧化铝粒子作为试验样品。该试验样品用球磨机根据JIS R6128-1975中规定的方法研磨以制备磨碎样品。使用标准筛，将该磨碎样品筛分5分钟，留在第4级筛上的磨碎样品的重量被称作R(x)。此外，作为对照样品，以与上文相同的方式加工JIS R6128-1975中规定的黑色碳化硅磨碎材料的F60，并在球磨机中研磨后，留在第4级筛上的F60的重量被称作R(s)。根据如下表达式(6)，计算C系数。

C系数＝log(100/R(x))/log(100/R(s)) (6)

当在球磨机中的研磨程度较小时(即当韧度较高时)，R(x)较大，因此，具有较高韧度的样品表现出较小的C系数值。

(C级堆积比重)

根据JIS R 6126-1970"bulk specific gravity test method of artificialabrasive material(人造磨料的堆积比重试验方法)"测定C级堆积比重。也就是说，根据下文提到的方法测定C级堆积比重。

(1)测量量筒的容积V(ml)。

(2)用塞子塞住漏斗的出口，将大约120毫升样品置于漏斗中并将量筒安置在漏斗正下方。

(3)拔掉塞子并使样品总量下落到量筒中，通过轻挖除去堆积在量筒顶部的样品，然后测量置于量筒中的样品重量。

(4)对相同样品重复(2)和(3)的相同操作以获得三个测量值W1(g)、W2(g)和W3(g)。

(5)由在(1)中获得的量筒的容积V(ml)和在(4)中获得的三个测量值W1(g)、W2(g)和W3(g)，根据如下表达式(7)计算C级堆积比重。

C级堆积比重(g/ml)＝{(W1+W2+W3)/3}/V (7)

(研磨比，平均研磨功率值)

使用实施例和对比例的氧化铝粒子，制造陶瓷磨石，并评估研磨比及其平均研磨功率值。

<陶瓷磨石的制造>

使用研钵将13质量份粘合剂、硼硅酸盐玻璃料(borosilicate frit)和14质量份模制助剂酚醛树脂与100质量份实施例和对比例的氧化铝粒子混合。所用硼硅酸盐玻璃料的组成含有69质量％的SiO₂、3质量％的Al₂O₃、19质量％的B₂O₃、4质量％的Na₂O和0.5质量％的MgO。在混合后，将这压缩模制以形成具有46％的磨料含量的模制品，并将所得模制品在1050℃下加热10小时。在热处理后的冷却中，该制品以1℃/min或更低的冷却速率(尤其在500至600℃之间)缓慢冷却。由此制造JIS R6210中规定的陶瓷磨石。所有磨石的尺寸是外径200mm phi×厚度11mm×内径76mm phi。

<研磨试验>

在下文提到的试验条件下用研磨试验测试制成的陶瓷磨石。

研磨机:Okamoto Surface Grinder PSG-52DX(3.7kW)

研磨模式:湿法平面往复研磨

要研磨的材料:S45C(HRC20)

要研磨的面积:200mm×100mm

磨石圆周速度:1800m/min

工作台速度:15m/min

切削尺寸:10×10^-6m/程

总切削尺寸:2mm

无火花磨削(spark out):无

研磨液:Noritake Cool PAL-101S(水溶性研磨液)

磨光条件:单石金刚石打磨机

切削:10×10^-6m/程

Lead(导程):0.5×10^-6m/rev.

无火花磨削:无

<研磨比的计算>

由研磨试验之前和之后研磨材料的尺寸变化，测定研磨材料的研磨量(mm³)。此外，由在研磨试验之前和之后陶瓷磨石的尺寸变化，测定陶瓷磨石的磨损量(mm³)。借此根据如下表达式(8)计算研磨比。较大研磨比意味着磨石的磨损量小于研磨材料，该磨石具有优异的研磨性能。

研磨比＝研磨材料的研磨量(mm³)/磨石的磨损量(mm³) (8)

<平均研磨功率值的测量>

平均研磨功率值是在研磨试验中施加到研磨机上的功率负荷值的平均值。较小平均研磨功率值意味着在研磨过程中施加到研磨机上的阻力较小。平均研磨功率值是与研磨比平行使用的值，并且例如在平均研磨功率值相对于相同水平的研磨比而言小的情况下或在研磨比相对于相同水平的平均研磨功率值而言大的情况下，氧化铝粒子被认为具有优异的研磨性能。

{实施例和对比例的氧化铝粒子的生产}

如下生产实施例1至5的氧化铝粒子和对比例1至5的氧化铝粒子。

将钛渣(大于或等于80质量％的TiO₂)和氧化镁与拜耳法氧化铝粉末混合以使按TiO₂或MgO计的含量如表1中所示，由此制备混合物材料。该混合物材料在电弧炉中熔融，并将所得熔体冷却以得到锭块。

将所得锭块研磨成磨碎粉末。使用具有与JIS R6001-1998中作为磨料粒子尺寸规定的粒子尺寸F80对应的筛孔的筛，尺寸调节该磨碎粉末以得到尺寸调节过的粒子。

将300克尺寸调节至粒子尺寸F80的粒子置于氧化铝坩埚中，然后在电炉中(在空气气氛中)加热至1400℃，这花费2小时，然后在1400℃下保持1小时，并停止加热并将其留在炉中冷却。在冷却至室温后，这使用具有250×10^-6m至150×10^-6m的筛孔的筛尺寸调节以除去由结块形成的粗粒和细粒，由此产生与F80级氧化铝磨料对应的实施例1至5的氧化铝粒子和对比例1至5的氧化铝粒子。

{评估结果}

分析实施例1至5的氧化铝粒子和对比例1至5的氧化铝粒子并评估化学分析、C级堆积比重、C系数、X-值、研磨比和平均研磨功率值，评估结果显示在下表1中。

此外，分析Showa Denko KK制造的F80级SA磨粒并评估化学分析、C级堆积比重、C系数、X-值、研磨比和平均研磨功率值，评估结果作为对比例6显示在下表1中。SA磨粒是氧化铝单晶磨粒，并且是主要用于研磨和机械加工难机械加工的材料的磨料。SA磨粒含有99.6质量％的Al₂O₃、0.03质量％的SiO₂、0.03质量％的Fe₂O₃和0.3质量％的TiO₂。

将实施例1至5与对比例1至3和5比较。可知，当电熔氧化铝粒子含有钛和镁且电熔氧化铝粒子中的以TiO₂计的钛含量为0.3至3.0质量％且电熔氧化铝粒子中的以MgO计的镁含量相对于电熔氧化铝粒子中100摩尔以TiO₂计的钛含量为0.1至50摩尔时，使用所述电熔氧化铝粒子制成的磨石可具有极大的研磨比，尽管其平均研磨功率值几乎不变。

将实施例4与对比例4比较。可知，当电熔氧化铝粒子含有钛和镁且电熔氧化铝粒子中的以TiO₂计的钛含量为0.3至3.0质量％且电熔氧化铝粒子中的以MgO计的镁含量相对于电熔氧化铝粒子中100摩尔以TiO₂计的钛含量为0.1至50摩尔时，使用所述电熔氧化铝粒子制成的磨石可具有降低的平均研磨功率值，尽管其研磨比几乎不变。相应地，可知，当电熔氧化铝粒子含有钛和镁且电熔氧化铝粒子中的以TiO₂计的钛含量为0.3至3.0质量％且电熔氧化铝粒子中的以MgO计的镁含量相对于电熔氧化铝粒子中100摩尔以TiO₂计的钛含量为0.1至50摩尔时，所述电熔氧化铝粒子具有优异的研磨性能。

通过绘制实施例1至5和对比例1至5的C级堆积比重和C系数而画出的曲线图显示在图1中，其中横轴指示电熔氧化铝粒子的C级堆积比重，纵轴指示电熔氧化铝粒子的C系数。此外，满足y＝-1.506x+3.525的直线作为虚线显示在图1中。由该曲线图可知，实施例1至5的氧化铝粒子满足上文提到的表达式(1)。相应地，可知，由于实施例1至5的氧化铝粒子的研磨性能优异，满足上述表达式(1)的电熔氧化铝粒子的研磨性能优异。

在C系数和C级堆积比重值之间存在负相关，并且如上所述，具有小C级堆积比重的样品含有大量尖锐粒子和平粒子。当这样的样品用于测量C系数时，粒子在球磨机中大量磨碎且其C系数大(也就是说，粒子具有低韧度)。另一方面，具有大C级堆积比重的样品含有大量近球形粒子。当这样的样品用于测量C系数时，粒子在球磨机中几乎不磨碎且其C系数小(也就是说，粒子具有高韧度)。当该相关性显示为曲线图(其中横轴指示C级堆积比重，纵轴指示C系数)，其可表示为倾角为负且截距为正的正线性函数。具有不同粒子尺寸和不同C级堆积比重的相同磨料的样品可分布在几乎同一直线附近。作为一个实例，衍生自三种粒子类型F36、F80和F120的由Showa Denko KK制造的SA磨粒的粒子尺寸测量结果的近似线性函数显示在图2中，其中测量各粒子类型的20个粒子。SA磨粒是氧化铝单晶磨粒并且是主要用于研磨和机械加工难机械加工的材料的磨料。SA磨粒含有99.6质量％的Al₂O₃、0.03质量％的SiO₂、0.03质量％的Fe₂O₃和0.3质量％的TiO₂。

在此，“高性能磨粒”被定义为具有尖锐形式(＝具有小堆积比重的那些)和具有高韧度(＝具有小C系数值的那些)的那些。换言之，这意味着具有位于更靠近图2的曲线图中的原点的区域中的值的磨粒具有更高性能。具体而言，具有0.30质量％的以TiO₂计的氧化钛含量的压碎电熔氧化铝磨料(Showa Denko KK制造的SA)满足图2中所示的相关性，且其近似线性函数由如下表达式(9)表示。

y＝-1.506x+3.605 (9)

(x＝C级堆积比重、y＝C系数)

当X＝-1.506x+3.605时，表达式(1)如下表示

y<X-0.080 (10)

实施例1至5的电熔氧化铝粒子满足上文提到的表达式(1)，这意味着实施例1至5的电熔氧化铝粒子是与上文提到的SA磨粒(高性能产品)相比含有更大量尖锐粒子和平粒子并且韧度优异的高性能磨粒，并具有比上文提到的SA磨粒(高性能产品)更优异的研磨性能，这从上述表达式(10)中获知。从在图1中对比例6不在满足表达式(1)的范围内的事实看，这被认为正确。实施例1至5的电熔氧化铝粒子的研磨性能比SA磨粒(高性能产品)的研磨性能优异，这从表1中获知，其中实施例1至5的切削比小于对比例6的切削比，尽管实施例1至5的平均研磨功率值与对比例6的平均研磨功率值几乎相同。

当用电子探针显微分析仪(EPMA)观察氧化铝粒子时，已知，在研磨锭块时在电熔氧化铝粒子的表面上形成的细瑕疵附近形成含大量钛的层，并且在粒子内具有钛和镁共存的区域。此外，已知，在含有钛和镁的电熔氧化铝粒子中，钛作为两种不同状态存在，一种作为固体以Ti₂O₃形式溶解在氧化铝(刚玉)中，另一种与镁一起作为固体溶解在氧化铝(刚玉)中。在热处理中，推测以Ti₂O₃形式作为固体溶解的钛会被释放而在电熔氧化铝粒子的表面上形成含大量钛的层。在热处理中，与镁一起作为固体溶解的钛被认为没有被除去而是留在电熔氧化铝粒子内，因此在氧化铝晶体中提供应变，由此使所述电熔氧化铝粒子具有高韧度。

Claims

1.包含钛和镁的电熔氧化铝粒子，其中：

所述电熔氧化铝粒子中的以TiO₂计的钛含量为0.3至3.0质量％，且

所述电熔氧化铝粒子中的以MgO计的镁含量为0.1至50摩尔，相对于所述电熔氧化铝粒子中100摩尔以TiO₂计的钛含量。

2.根据权利要求1的电熔氧化铝粒子，其中所述电熔氧化铝粒子中的以TiO₂计的钛含量为0.3至1.5质量％。

3.根据权利要求1或2的电熔氧化铝粒子，其中所述电熔氧化铝粒子中的以MgO计的镁含量为1.0至50摩尔，相对于所述电熔氧化铝粒子中100摩尔以TiO₂计的钛含量。

4.根据权利要求1至3任一项的电熔氧化铝粒子，其满足如下表达式(1):

y<-1.506x+3.525 (1)

5.一种生产权利要求1的电熔氧化铝粒子的方法，其包括步骤：

由所述混合物材料根据电熔法形成锭块，

研磨所述锭块以制备磨碎粉末，

6.根据权利要求5的生产电熔氧化铝粒子的方法，其中在制备所述混合物材料的步骤中所述钛化合物的掺合量为使得所述锭块中的以TiO₂计的钛含量为0.3至3.0质量％的量。

7.根据权利要求6的生产电熔氧化铝粒子的方法，其中在制备所述混合物材料的步骤中所述钛化合物的掺合量为使得所述锭块中的以TiO₂计的钛含量为0.3至1.5质量％的量。

8.根据权利要求5至7任一项的生产电熔氧化铝粒子的方法，其中在制备所述混合物材料的步骤中所述镁化合物的掺合量为使得相对于所述锭块中100摩尔以TiO₂计的钛含量，所述锭块中的以MgO计的镁含量为0.1至50摩尔的量。

9.根据权利要求8的生产电熔氧化铝粒子的方法，其中在制备所述混合物材料的步骤中所述镁化合物的掺合量为使得相对于所述锭块中100摩尔以TiO₂计的钛含量，所述锭块中的以MgO计的镁含量为1.0至50摩尔的量。

10.根据权利要求5至9任一项的生产电熔氧化铝粒子的方法，其中产生所述电熔氧化铝粒子的步骤中的加热温度为1,000℃至1,800℃。

11.包含权利要求1至4任一项的电熔氧化铝粒子的磨石。

12.包含权利要求1至4任一项的电熔氧化铝粒子的砂布。