含烧结的多晶氧化锆的磨粒的制作方法

专利名称：含烧结的多晶氧化锆的磨粒的制作方法
发明的领域本发明涉及一种磨粒及其制备方法。所述磨粒可掺入各种磨具(包括粘结磨具、涂覆磨具、非织造磨具和研磨刷)中。
发明的背景本领域已知有多种磨粒，例如金刚石磨粒、立方氮化硼磨粒、熔凝磨粒(包括熔凝氧化铝、经热处理的熔凝氧化铝、熔凝氧化铝氧化锆等)、以及烧结的陶瓷磨粒(包括溶胶-凝胶法磨粒)。在某些研磨用途中，使用松散状或糊浆状磨粒，而在其它用途中，将磨粒掺入磨具(包括粘结磨具、涂覆磨具和非织造磨具)中。
粘结磨具通常包括许多粘结在一起形成成型物质的磨粒。涂覆磨具通常包括许多粘结在背衬上的磨粒。非织造磨具通常包括许多粘结在蓬松的多孔非织造基片上或基片中的磨粒。用于粘结磨具的常规粘结材料为有机粘结剂、玻璃质粘结剂和金属粘结剂，而用于涂覆磨具和非织造磨具的粘结剂通常是有机粘结剂。用于特定研磨用途的磨粒的选择标准通常包括研磨寿命、切削速度、基片表面光洁度、研磨效率和产品成本。
磨料工业及其客户一直在寻找改进一个或多个这些研磨标准的方法。在过去的近百年中，广泛使用的是熔凝氧化铝磨粒。通常，熔凝氧化铝磨粒是如下制得的将氧化铝原料(例如铝矿石或铝土矿)以及其它所需的添加剂装入炉子中、将此物料加热至高于其熔点的温度、将熔体冷却以形成凝固的物质、将该凝固物质粉碎成颗粒、随后将颗粒过筛并分级成所需粒度分布的磨粒。在过去近30年间，已开发出许多种磨粒，包括熔凝氧化铝氧化锆磨粒(参见例如美国专利3,891,408(Rowse等)、3,781,172(Pett等)、3,893,826(Quinan等)、4,059,417(Ilmaier等)、4,126,429(Watson)、4,457,767(Poon等)、5,143,522(Gibson等)和5,248,318(Tamamki等))和熔凝氧化锆磨粒(例如参见美国专利3,996,702(Leahy)和再公告的美国专利Re 31,620(Leahy))。
尽管熔凝α-氧化铝磨粒和熔凝氧化铝-氧化锆磨粒仍广泛用于研磨用途(包括使用涂覆磨具和粘结磨具的用途)，但是自八十年代中期以来用于许多研磨用途的主要磨粒是溶胶-凝胶法α-氧化铝磨粒(也称为烧结的陶瓷α-氧化铝颗粒)(参见例如美国专利4,314,827(Leitheiser等)、4,518,397(Leitherise等)、4,623,364(Cottringer等)、4,744,802(Schwabel)、4,770,671(Monroe等)、4,881,951(Wood等)、4,960,441(Pellow等)、5,139,978(Wood)、5,201,916(Berg等)、5,366,523(Rowenhorst等)、5,429,647(Larmie)、5,547,479(Conwell等)、5,498,269(Larmie)、5,551,963(Larmie)和5,725,162(Garg等))。所述溶胶-凝胶法α-氧化铝还可任选地含有一个或多个最多约占磨粒60重量％的次生相(包括氧化锆)(参见例如JP 07-215708，“用于制造固溶体粉末、材料、氧化铝-氧化锆陶瓷和氧化铝-氧化锆磨粒的肼配位化合物”，1995年8月)。
为了在给定的工件上获得可接受的切削速率，一般认为应在磨具中使用相对高硬度和韧性的磨粒。硬度与磨粒贯穿工件(如金属)并导致从工件中切削碎屑的能力有关。韧性与在研磨过程中磨粒受力而不破碎的能力有关。磨料工业的常识主要着重于磨粒的硬度。例如，Milton Shaw在其教科书“磨料加工原理”OxfordUniversity Press，New Tork，NY(1996)中指出“由于在决定磨料磨损方面接触体双方的相对硬度是至关重要的，因此需要高硬度的磨料”。另外，例如StephenKrar和Ernest Ratterman在其教科书“超级磨料用CBN和金刚石研磨和加工”Glencoe/McGraw-Hill Westerville，OH(1990)中提到“硬度性能对磨料是非常重要的，磨料相对工件的硬度越高，切削就越容易”。两种主要的常规磨料氧化铝和碳化硅的硬度值分别约为16-22GPa和25-30GPa。两种主要的超级磨料金刚石和立方氮化硅的硬度值远高于40GPa。因此，一般认为硬度值低于这些常见磨料硬度值的较软的磨料(如氧化锆，硬度值约为12-13GPa)在金属切削用途中不是非常有用，对大多数工件不具有可接受的切削速率。
本领域一直在努力改进磨粒的研磨特性。在选择和开发某些磨粒时一直要考虑的性能有例如磨粒的硬度和韧性、制造成本和特性。通常，在挑选某种磨粒和磨具时最重要的性能标准是在失效前磨粒和含该磨粒的制品可完成的工作量。
本领域需要这样一种磨粒，即对于一种或多种给定的工件，与常规的磨粒相比它能提供改进的工作性能和寿命。另外，本领域需要这样一种磨具，即在研磨的工件量和速度方面它能提供优良的研磨性能。
发明的概述本发明提供一种含氧化锆的磨粒。本发明的一个方面提供一种磨粒，按该磨粒的总重量计，它至少包括60重量份(可以是65、70、75、80、85、90、95、96、97、98、99或甚至100重量份)烧结的多晶氧化锆。对于某些本发明磨粒，所述氧化锆至少是部分稳定的。
本发明的另一方面提供具有由细至粗粒度分布的许多磨粒，所述许多磨粒中至少有一部分是本发明磨粒。
本发明的另一方面提供一种磨粒的制备方法，按磨粒的总重量计，所述磨粒含有至少60重量％烧结的多晶氧化锆。本发明磨粒的一种制备方法包括下列步骤(1)制备按磨粒组合物的总重量计含至少60重量％多晶氧化锆的磨粒组合物；(2)烧结该磨粒组合物形成一种或多种烧结制品；和(3)将该一种或多种烧结制品转化成烧结的多晶磨粒，在上述步骤中所述磨粒组合物在一个或多个加工温度下加工，并且所述一个或多个加工温度低于所述磨粒组合物的熔融温度。
本发明的另一方面提供一种表面的研磨方法，所述方法包括使至少一个磨粒与工件表面接触的步骤，按磨粒的总重量计，所述磨粒包括至少60重量％烧结的多晶氧化锆。
本发明磨粒可掺入例如磨具(如涂覆磨具、粘结磨具、非织造磨具和研磨刷)中。
本发明的实例包括单独或者掺入磨具中具有优良研磨性能的磨粒，尽管该磨粒具有相对低的硬度。另一方面，本发明实例包括具有优良强度和韧性的磨粒。
在阅读了下列实例的详细描述和所附的权利要求书以后，可更清楚地理解本发明的这些和其它特点和优点。
附图简述

图1是含本发明磨粒的涂覆磨具的局部剖面示意图；图2是含本发明磨粒的磨轮的透视图；图3是含本发明磨粒的非织造磨具的放大的示意图；图4是实施例1磨料碎裂的剖面的扫描电子照片；图5是实施例1和比较例A磨盘的金属切削速度与时间的关系图；图6是实施例3磨料碎裂的剖面的扫描电子照片；图7是实施例2、3和比较例A磨盘的金属切削速度与时间的关系图；图8是实施例2、3、14和比较例A磨粒的强度与断裂概率的关系图；图9是显示用于计算磨粒韧性的尺寸a和l的凹痕的平面图和剖面图；图10是实施例45磨料抛光剖面的扫描电子显微照片；图11是实施例46磨料抛光剖面的扫描电子显微照片；图12是实施例47磨料抛光剖面的扫描电子显微照片；
图13是实施例48磨料抛光剖面的扫描电子显微照片；图14是实施例64-66和比较例H和I磨盘在1095金属上的金属切削速度与时间的关系图；图15是实施例64-66和比较例H和I磨盘在M2金属上的金属切削速度与时间的关系图；图16是实施例64-66和比较例H和I磨盘在1008金属上的金属切削速度与时间的关系图；图17是实施例64-66和比较例H和I磨盘在1018金属上的金属切削速度与时间的关系图；图18是实施例67磨料抛光剖面的扫描电子显微照片；图19是实施例69和比较例J的研磨带的金属切削速度与时间的关系图。
发明的详细描述在本发明说明书和权利要求书中使用了一系列的术语，下面对某些术语进行定义定义在本文中，术语“部分稳定的氧化锆”(PSZ)(有时也称为四方氧化锆多晶(TZP))是指这样一种氧化锆，它含有足量的用于稳定的金属氧化物，从而使一部分氧化锆呈四方晶相结构，一部分呈立方晶相结构；并且还可以含有或者不含有呈单斜晶相结构的次要部分(通常少于约20体积％)氧化锆。
在本文中，术语“完全稳定的”是指这样一种氧化锆，它含有足量的用于稳定的金属氧化物从而使大部分的氧化锆呈立方晶相结构。
在本文中，术语“烧结的”是指在低于要加热材料的熔融温度的温度下进行加热的方法，以使之密实并微晶生长，形成韧而硬并具有耐化学性的陶瓷材料。“烧结的”磨粒不是由熔凝法(其加热是在高于要加热材料的熔融温度的温度下进行的)制得的。
在本文中，术语“粒度”是指颗粒的最长尺寸。
在本文中，术语“硬度”是指磨粒贯穿工件(如金属)中并导致从该工件中切削碎屑的能力。在本发明中硬度是根据ASTM试验方法中用于材料微硬度的E384试验方法(1991)的准则测定的。这将在下面实施例3中描述。
在本文中，术语“韧性”是指在研磨过程中磨粒承受力的作用而不碎裂的能力。韧性是如实施例19所述根据“Vickers Indentation Fracture Toughness Test，Part 1”Mater.Sci. & Tech.，5(9)(1989)测定的。
I.本发明磨粒A.磨粒的化学组成本发明实例包括磨粒，所述磨粒包括烧结的多晶氧化锆，所述氧化锆是至少部分稳定的。可例如通过向氧化锆结构中加入一种或多种用于稳定的金属氧化物来稳定所述部分稳定的氧化锆(PSZ)。掺入氧化锆结构中的用于稳定的金属氧化物的量例如取决于多种因素，包括但不限于使用的用于稳定的金属氧化物和所需的“稳定”程度。
通常，按磨粒的总重量计，本发明PSZ磨粒所含的一种或多种用于稳定的金属氧化物的量最高约14.0重量％。在本发明的一个较好实例中，按各个磨粒的总重量计，PSZ/TZP磨粒包括约91.0-97.0重量％烧结的多晶氧化锆，和约9.0-3.0重量％一种或多种用于稳定的金属氧化物。
用于稳定的金属氧化物的挑选取决于例如多种因素，包括但不限于磨粒所需的性能和磨粒的最终用途。适用于本发明的合适的用于稳定的金属氧化物包括，但不限于氧化钙、氧化镁、氧化铈、氧化钇、氧化钆、氧化镱、氧化钕、氧化铽、氧化镨、氧化镝、氧化钬、氧化钐、氧化钪、氧化镧、氧化钷、氧化铕、氧化铒、氧化铥、氧化镥、氧化钛、氧化锗、氧化铁、氧化铜、氧化锌、氧化钇铌、氧化钇钽及其混合物。
较好的是，本发明PSZ磨粒至少被一种或多种选自氧化钙、氧化镁、氧化铈、氧化钇、氧化钪及其混合物的用于稳定的金属氧化物所部分稳定。更好的是，本发明PSZ磨粒至少被一种或多种选自氧化钙、氧化镁、氧化铈、氧化钇及其混合物的用于稳定的金属氧化物所部分稳定。最好的是，本发明PSZ磨粒至少被选自氧化钇、氧化铈、氧化镁的用于稳定的金属氧化物所部分稳定。
如上所述，用于至少部分稳定本发明PSZ磨粒的用于稳定的金属氧化物的量取决于例如具体使用的用于稳定的金属氧化物。例如，按磨粒组分的总摩尔数计，用于至少部分稳定本发明PSZ磨粒的用于稳定的氧化钙的所需量约为5-9摩尔％。按磨粒组分的总摩尔数计，用于至少部分稳定本发明PSZ磨粒的用于稳定的氧化镁的所需量约为6-10摩尔％。按磨粒组分的总摩尔数计，用于至少部分稳定本发明PSZ磨粒的用于稳定的氧化铈的所需量约为8-12摩尔％。按磨粒组分的总摩尔数计，用于至少部分稳定本发明PSZ磨粒的用于稳定的氧化钇的所需量约为2-5摩尔％。
在本发明的另一个实例中，按磨粒的总重量计，本发明磨粒可包括最多40重量％的一种或多种附加的金属氧化物。这种金属氧化物会改变形成的磨粒的物理性能和/或可稳定氧化锆。在本文中，术语“一种或多种附加的金属氧化物”是指这样的金属氧化物，它可以与氧化锆一起使用，但是不用于向氧化锆提供稳定性。在本发明的一个实例中，按磨粒的总重量计，本发明磨粒包括0-40重量％的一种或多种附加的金属氧化物。较好的是，按磨粒的总重量计，本发明磨粒包括约0-2重量％(约0-7重量％、约0-12重量％、约0-17重量％、约0-22重量％、约0-27重量％、约0-32重量％或约0-37重量％)一种或多种附加金属氧化物。更好的是，按磨粒的总重量计，本发明磨粒包括约17-22重量％一种或多种附加金属氧化物。
用于本发明磨粒的附加金属氧化物(非用于稳定的金属氧化物)的挑选取决于例如多种因素，包括但不限于磨粒所需的性能、磨粒所需的成本、磨粒的最终用途。合适的附加金属氧化物包括，但不限于氧化铝、氧化铪、氧化硅、氧化铁、氧化钙、氧化钠、氧化镁、氧化镧、氧化钇、氧化钛、氧化镍及其混合物。较好的是，本发明磨粒包括一种或多种选自氧化铝、氧化铪、氧化钇、氧化硅、氧化铁、氧化镁、氧化钛、氧化镍、稀土金属氧化物及其混合物的附加金属氧化物。更好的是，本发明磨粒还包括氧化铝。
可挑选第二种金属氧化物的含量和类型以改进形成的氧化锆磨粒的物理性能。例如，加入氧化铝可提高磨粒的总硬度。同样，第二种金属氧化物的含量和类型可改变形成的氧化锆磨粒的碎裂性能和/或研磨特性。
本发明磨粒可含有金属氧化物的反应产物。例如，氧化铝会与一种或多种稀土氧化物和/或其它金属氧化物(例如Mn、Co、Y、Fe、Ti、Mn、V、Cr、Co、Ni、Cu、Mg、Ca、Sr、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm和Eu的氧化物)反应，形成不同的化合物。这种化合物的例子包括LaAl11O18、GdAlO3、CeAlO3、EuAlO3、NdAlO3、PrAlO3、Dy3Al5O12、Er3Al5O12、和Y3Al5O12。晶体第三相的形态特性(例如长宽比、宽度)和这种相的量会影响形成的磨粒的碎裂/研磨特性。
在本发明的一个实例中，本发明磨粒包括至少60重量％烧结的多晶氧化锆、最多约14重量％一种或多种用于稳定的金属氧化物、和约0-40重量％一种或多种附加金属氧化物。较好的是，本发明磨粒包括至少60重量至约97％烧结的多晶氧化锆、约3-9重量％一种或多种用于稳定的金属氧化物、和约0-37重量％一种或多种附加金属氧化物。更好的是，本发明磨粒包括至少60重量至约87％烧结的多晶氧化锆、约3-9重量％一种或多种用于稳定的金属氧化物、和约10-37重量％一种或多种附加金属氧化物。最好的是，本发明磨粒包括至少60重量至约77％烧结的多晶氧化锆、约3-9重量％一种或多种用于稳定的金属氧化物、和约20-37重量％一种或多种附加金属氧化物。
在本发明的一个较好实例中，本发明磨粒包括至少60至约97重量％烧结的多晶氧化锆、约3-8重量％用于稳定的氧化钇和0-约37重量％氧化铝。
B.磨粒的物理性能部分稳定的氧化锆的程度或四方晶氧化锆和/或立方晶氧化锆在本发明磨粒中的含量取决于例如在磨粒组合物中用于稳定的金属氧化物的用量和类型。较好的是，本发明磨粒是部分稳定的，从而使至少50体积％(60体积％、70体积％、80体积％或甚至90体积％)的氧化锆具有四方晶体结构。
本发明磨粒的平均晶体尺寸通常小于约5微米。较好的是，本发明磨粒的平均晶体尺寸小于约3微米。更好的是，本发明磨粒的平均晶体尺寸约为0.3-2.5微米。最好的是，本发明磨粒的平均晶体尺寸约为0.3-1.5微米。
本发明磨粒的最长尺寸通常至少约10微米。可容易地制得长度超过约5微米的本文所述的磨粒，还可容易地制得更大的磨粒(例如大于约1000微米，或大于约5000微米、10,000微米或甚至25,000微米的磨粒)。一般来说，较好的磨粒其长度约在50-5000微米(通常约100-3000微米)，尽管其它尺寸也可使用并且对于某些用途甚至是较好的。另一方面，本发明磨粒的长宽比至少约1.2∶1，较好至少约1.5∶1，更好至少2.0∶1，甚至2.5∶1。
本发明磨粒的相对密度取决于例如多种因素，包括但不限于磨粒的化学组成、和加工条件。较好的是，本发明磨粒的相对密度超过理论密度的85％(90％、95％、98％或甚至98.5％)。
某些本发明磨粒的平均硬度(即抗变形性，也称为微硬度)至少为8GPa、较好至少10GPa、更好至少12GPa、最好至少13GPa、至少14GPa或甚至至少16GPa。
另一方面，某些本发明磨粒的平均韧性(即抗碎裂性)一般至少为4MPam1/2、较好至少5MPam1/2、更好至少6MPam1/2、最好至少7MPam1/2、至少8MPam1/2、或甚至至少10MPam1/2。
II.本发明磨粒的制造方法用于制造本发明磨粒的氧化锆来源包括市售的氧化锆、并包括粉末和前体材料。氧化锆来源通常还包括其它金属氧化物，例如HfO2。较好的是，氧化锆是粉末状的，杂质(例如HfO2、Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO、Na2O和其它金属氧化物)含量小于约2重量％。更好的是，氧化锆中上述杂质的含量小于约1重量％，适用于本发明的合适的氧化锆包括，但不限于以DK-1商品名购自Zirconia Sales，Inc.，of Marietta，GA的氧化锆粉末、以商品名HSY 3.0购自Zirconia Sales，Inc.的氧化钇稳定的氧化锆粉末、以商品名MSZ 8.0购自Zirconia Sales，Inc.的氧化镁稳定的氧化锆粉末、以商品名ATZ-80购自Zirconia Sales，Inc.的氧化钇稳定的氧化锆/氧化铝粉末、以商品名TZ-3Y购自Tosoh Ceramics Divisionof Bound Brook，NJ的氧化钇稳定的氧化锆粉末、以商品名TZ-3Y20A购自TosohCeramics的氧化钇稳定的氧化锆/氧化铝共沉淀粉末、以商品名CEZ 10购自Zirconia Sales，Inc.的氧化铈稳定的氧化锆粉末。
其它氧化锆来源包括，但不限于氧化锆溶胶(购自例如Nyacol NanoTechnologies of Ashland，MA)、氢氧化锆(购自例如Southern Ionics of WestPoint，MS)、乙酸锆(购自例如Southern Ionics)和二氯氧化锆(购自例如Satnford Materials Company of San Mateo，CA)。有关胶体氧化锆基材料的加工细节可参见例如美国专利4,937,212(Funhenbusch等)。在阅读了本发明公开的内容后，用于制造本发明磨粒的其它合适的材料对本领域的普通技术人员来说是显而易见的。用于制造本发明磨粒的氧化铝和其它附加氧化物的来源包括市售的粉末或其它前体材料，例如α-氧化铝粉末(以商品名A-16SG购自AlcoaIndustrial Chemicals of Bauxite，AR、以商品名CERALOX APA和CERALOX HPA购自Condea Vista of Tucson，AZ、以商品名BAIKALOX CR和BAIKALOX SM-8购自Baikowski International of Charlotte，NC、以商品名AKP购自SumitomoChemical Co.of Tokyo，Japan)、氧化铝溶胶凝胶前体勃姆石(γ-氧化铝单水合物，以商品名DISPERAL购自Condea Chemical，Hamberg，Germany)。
通常，磨粒组合物组分与液体介质(例如水)相混合形成分散体或溶液，在粉末分散体的情况下，随后对其进行研磨以使各种组分解团聚，随后使之相混合。研磨步骤通常持续最多约60小时。一旦组合物的组分发生足够的解团聚(根据需要)并混合在一起时，除去液体介质(即脱液)。可在混合和脱液步骤后(以及甚至在例如锻烧后)，例如加入氧化铝和其它金属氧化物和/或其前体使之混入本发明磨粒中。例如，用含铝或其它金属阳离子的金属氧化物前体的溶液或分散体浸渍多孔氧化锆，来加入这种氧化物。浸渍方法的详细情况可参见例如美国专利5,312,789(Wood)。
一般来说，使组合物(例如分散体)脱液(包括干燥)的技术是本领域众所周知的，它包括加热以促进液体介质的蒸发、或简单地在空气中干燥。脱液步骤通常从组合物中除去大部分液体介质，但是，在干燥的组合物中仍存在少量(例如约10重量％或更少)的液体介质。
在阅读了本发明公开的内容后，本领域的普通技术人员应该能选择不同于本文所述的其它分散体脱液技术以及选择合适的脱液条件，例如干燥温度、干燥时间、干燥速度(包括加热和冷却速度)、环境条件(包括相对湿度、压力(即大气压或高于或低于大气压的压力))、和/或构成脱液或干燥气氛的气氛组成。更合适的脱液或干燥条件取决于例如一种或多种下列因素具体的分散体(例如分散体的百分固体量、分散体的组分、分散体组分的量或相对含量、分散体组分的粒度和/或分散体组分的粒度分布)、脱液技术、干燥温度、干燥时间、干燥速度和构成脱液或干燥气氛的气氛组成。
或者，可例如在干燥前将混合物转化成前体颗粒。如果例如需将混合物加工成所需的磨粒形状和粒度分布，则可采用该方法。例如可将分散体或溶液挤出成棒，接着将其切割成所需的长度，随后干燥。最后烧结的磨料棒宜具有长宽比约为1∶1-10∶1、较好约1.5∶1-5∶1、更好约2∶1-5∶1。另外，最终烧结的棒可以是弯曲的或者是直的。或者，例如将混合物模塑成三角形颗粒，随后干燥。有关三角形颗粒的其它细节可参见美国专利5,201,916(Berg等)。
在脱液或干燥步骤后，干燥的磨粒前体可进行锻烧或预烧结加工。一般来说，锻烧经脱液的材料即陶瓷前体材料(其中基本所有的挥发物已被除去并且存在于分散体中的各种组分已转化成氧化物)的技术是本领域众所周知的。这种技术包括使用旋转炉或固定炉在约400-1000℃(通常约450-800℃)的温度下加热经脱液的分散体，直至除去游离的水分，并且通常加热至除去至少约90重量％结合的挥发物。在某些情况下，最好将经脱液的分散体缓慢加热至锻烧温度(例如在6小时内将脱液的分散体加热至750℃)。
在阅读了本发明公开的内容后，本领域的普通技术人员应能挑选不同于本文所述的其它技术来锻烧经脱液的分散体，并能选择适当的条件，例如锻烧温度、锻烧时间、锻烧速度(包括加热和/或冷却速度)、环境(包括相对湿度、压力(即大气压或高于或低于大气压的压力))、和/或构成锻烧气氛的气氛组成。更合适的锻烧条件取决于例如一种或多种下列因素具体的分散体(例如分散体的百分固体量、分散体的组成、分散体组分的量或相对含量、分散体组分的粒度和/或分散体组分的粒度分布)、锻烧温度、锻烧时间、锻烧速度和构成锻烧气氛的气氛组成。
锻烧温度通常低于900℃(较好约450-800℃)。较好的是，锻烧温度约为600-700℃。但是，可能最好使用多种不同的锻烧条件(包括不同的温度)，例如在低于约500℃的温度下将经脱液的分散体部分锻烧一段时间，随后在高于约600℃的温度下进一步锻烧。锻烧步骤中的加热(例如采用电阻加热或气体加热)可以是根据连续法或者间歇法的加热。
在锻烧或预烧结后，对经锻烧或预烧结的材料进行烧结。一般来说，用于烧结经锻烧材料的技术(它包括在有效地将单斜晶氧化锆转化成四方晶和/或立方晶氧化锆的温度下进行加热，使金属氧化物前体与氧化锆反应或形成金属氧化物，提高陶瓷材料的密度)是本领域众所周知的。可在约1200-1650℃(通常约1200-1550℃，更好约1300-1450℃，甚至约1350-1450℃)的温度下通过例如加热(例如根据间歇法(例如使用固定炉)或连续法(例如使用旋转窑)进行电阻加热、微波加热、等离子体加热、激光加热或气体燃烧加热)烧结经锻烧的材料。锻烧材料置于置于烧结温度中的时间取决于例如颗粒的粒度、组成和烧结温度。通常，烧结时间由数秒至最高约120分钟(较好在约3-60分钟内)。烧结通常在氧化性气氛中进行，尽管也可使用惰性(例如氩气或氦气)或还原性(例如含氢气体)气氛中进行。
在阅读了本发明公开的内容后，本领域的普通技术人员应能挑选不同于本文所述的其它技术来烧结经锻烧的材料，并能选择适当的条件，例如烧结温度、烧结时间、烧结速度(包括加热和/或冷却速度)、环境(包括相对湿度、压力(即大气压或高于(例如等压热压)或低于大气压的压力))、和/或构成锻烧气氛的气氛组成。更合适的烧结条件取决于例如一种或多种下列因素具体的分散体(例如分散体的百分固体量、分散体的组成、分散体组分的量或相对含量、分散体组分的粒度和/或分散体组分的粒度分布)、烧结温度、烧结时间、烧结速度和构成烧结气氛的气氛组成。
但是，可能最好采用多种不同的烧结条件(包括不同的温度)，其中，在低于1200℃的温度下将经锻烧即陶瓷前体材料部分烧结一段时间，随后在高于1350℃的温度下进一步烧结。
有关烧结的其它细节可参见例如美国专利4,314,827(leitheiser等)、5,489,204(Conwell等)、5,653,775(Plovnick等)和5,725,162(Garg等)。
可将形成的烧结材料或甚至例如锻烧材料(它将在粉碎或者粉碎并过筛后烧结)的尺寸降至所需的尺寸。应注意可在锻烧前/或在烧结前使用下面所述的技术降低磨粒材料的尺寸。形成的烧结材料的尺寸通常大于本发明磨粒材料所需的尺寸。可以并且通常使用本领域已知的粉碎和/或磨碎技术(包括辊式粉碎、canary研磨、颚式轧碎、锤式粉碎、球磨、喷射研磨、冲击粉碎等)将烧结材料转化成更小的片。在某些情况下，需要使用两个或多个粉碎步骤。例如，在第一步粉碎步骤中将相对大的烧结磨料片即“大块”磨料(例如直径大于5cm的磨料)粉碎成小的片。粉碎大块磨料可采用锤式粉碎机、冲击粉碎机、辊式粉碎机或颚式轧碎机。随后粉碎较小的片形成所需的粒度分布。为了获得所需的粒度分布(有时称为磨料尺寸或等级)，需要实施多个粉碎步骤。通常优化粉碎条件以获得所需的磨料形状和粒度分布。
可在烧结或锻烧前进行粉碎。可采用例如美国专利5,725,162(Garg等)所述的爆破粉碎法降低干燥但未烧制材料的尺寸。可将经干燥的材料加入温度保持在高于可挥发组分爆破性膨胀的温度的炉子中，使各颗粒分开，在一定高温和停留时间下加热还形成完全密实的磨粒。
本发明磨粒的形状取决于例如磨粒的组成和/或微结构、以及磨料的粉碎方法(即采用的粉碎技术)。还可改变粉碎技术以获得所需的不同形状。
还可使用本领域已知的技术将本发明磨粒过筛并分级，包括使用工业上认可的分级标准，例如ANSI(美国国家标准研究所)、FEPA(Federation Europeennedes Fabricants de Products Abrasifs)、和JIS(日本工业标准)。可使用的本发明磨粒具有各种粒度，通常粒度为约0.1-5000微米、较好约1-2000微米、更好约5-1500微米，最好约100-1500微米。
在一个给定的粒度分布中具有由粗颗粒至细颗粒的粒度范围。在磨料领域中有时将该范围称为“粗”部分、“控制”部分和“细”部分。根据工业上可接受的分级标准规定各个标称级别的粒度分布数值范围对磨粒分级。这种工业上可接受的分级标准包括已知的美国国家标准研究所有限公司(ANSI)的标准、欧盟磨料产品制造者(FEPA)的标准和日本工业标准(JIS)的标准。ANSI指定级别名称(即规定的标称级别)包括ANSI 4、ANSI 6、ANSI 8、ANSI 16、ANSI 24、ANSI 36、ANSI 40、ANSI 50、ANSI 60、ANSI 80、ANSI 100、ANSI 120、ANSI 150、ANSI180、ANSI 220、ANSI 240、ANSI 280、ANSI 320、ANSI 360、ANSI 400和ANSI600；FEPA级别名称包括P8、P12、P16、P24、P36、P40、P50、P60、P80、P100、P120、P150、P180、P220、P320、P400、P500、P600、P800、P1000和P1200；JIS级别名称包括JIS 8、JIS 12、JIS 16、JIS 24、JIS 36、JIS 46、JIS 54、JIS 60、JIS 80、JIS 100、JIS 150、JIS 180、JIS 220、JIS 240、JIS 280、JIS 320、JIS 360、JIS 400、JIS 500、JIS 600、JIS 800、JIS 1000、JIS 1500、JIS 2500、JIS 4000、JIS 6000、JIS 8000和JIS 10,000。
在例如对经锻烧材料进行粉碎和过筛后，通常会有许多不同的粒度分布或级别。这许多级别在特定的时间可能不能符合生产者或供应者的要求。为了减少库存，可以回收不需要的磨粒级别。该不需要的级别可例如作为原料来源制造本发明磨粒。
在本发明磨粒上提供一层表面涂层也在本发明范围内。已知表面涂层用于例如如下所述在磨料制品中改进磨粒和粘合剂材料之间的粘合性。这种表面涂层描述在例如美国专利1,910,444(Nicholson)、3,041,156(Rowse等)、4,997,461(Markhoff-Matheny等)、5,009,675(Kunz等)、5,042,991(Kunz等)和5,085,671(Martin等)。另外，在某些情况下，加入涂层改进磨粒的研磨特性。在另一方面，表面涂层可改进本发明磨粒和粘合剂之间的粘合性。
如上所述制得的本发明磨粒可单独使用或与其它磨粒组合使用。另外，本发明磨粒可掺入各种磨具(例如涂覆磨具、粘结磨具、非织造磨具和研磨刷)中。
III.许多磨粒和磨粒混合物本发明磨粒可单独使用或与其它磨粒组合使用，如下所述形成磨具。当与其它磨粒组合使用时，本发明磨粒的含量至少约2重量％，较好至少约5重量％，更好约30-99重量％。在某些情况下，本发明磨粒可与其它磨粒和/或稀释颗粒掺混在一起，其用量为5-75重量％、约25-75重量％、约40-60重量％，或者约50/50重量％(即等重量)。
用于与本发明磨粒掺混的合适的常规磨粒的例子包括，但不限于熔凝氧化铝(包括白色熔凝氧化铝、经热处理的氧化铝和棕色氧化铝)、碳化硅、碳化硼、碳化钛、金刚石、立方氮化硼、石榴石、熔凝氧化铝氧化锆、溶胶凝胶法磨粒等。所述溶胶凝胶法磨粒可以是加晶种的或不加晶种的。同样，所述溶胶凝胶法磨粒可具有无规形状或者具有与本发明磨粒相关的形状，例如棒形或三角形。溶胶凝胶法磨粒的例子可参见美国专利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)。其它有关使用氧化铝粉末作为原料制得的烧结氧化铝磨粒的细节可参见例如美国专利5,259,147(Falz)、5,593,467(Monroe)和5,665,127(Moltgen)。在某些情况下，与包括100％任一种磨粒的磨具相比，磨粒的掺混物会导致磨具呈现改进的研磨特性。
如果使用磨粒掺混物，构成掺混物的磨粒可具有相同的尺寸。或者，构成掺混物的磨粒可具有不同的尺寸。例如，较大尺寸的磨粒是本发明磨粒，而较小尺寸的磨粒是另一种磨粒。相反，例如较小尺寸的磨粒可以是本发明磨粒，较大尺寸的磨粒可以是另一种磨粒。
合适的稀释颗粒的例子包括但不限于大理石、石膏、燧石、二氧化硅、氧化铁、硅酸铝、玻璃(包括玻璃泡和玻璃球)、氧化铝泡、氧化铝珠和稀释的团聚物。本发明磨粒还可相互组合或与其它磨粒组合成磨料团聚物。磨料团聚物颗粒通常包括许多磨粒、粘结剂和任选的添加剂。所述粘结剂可以是有机和/或无机粘结剂。磨料团聚物可具有无规形状或具有与其有关的预定形状。所述形状可以是块状、圆柱形、棱锥、圆锥、正方体等。磨料团聚物颗粒的粒度通常约100-5000微米，较好约250-2500微米。有关磨料团聚物颗粒的其它细节可参见例如美国专利4,311,489(kressner)、4,652,275(Bloecher等)、4,799,939(Bloecher等)、5,549,962(Holmes等)和5,975,988(Christianson)。
IV.含本发明磨粒的磨具本发明磨粒可单独使用或与其它磨粒组合使用，制造常规磨具，例如涂覆磨具、粘结磨具(包括玻璃质粘结的、树脂粘结的和金属粘结的磨轮、切割轮、镶嵌尖端和磨刀石)、非织造磨具和研磨刷。通常，磨具(即研磨制品)包括粘结剂和用该粘结剂固定在磨具中的磨粒(至少一部分是本发明磨粒)。这种磨具的制造混合和使用方法是本领域普通技术人员已知的。另外，本发明磨粒可应用于使用松散磨粒(例如研磨化合物(如抛光化合物)浆料、研磨介质、喷砂介质、振动研磨介质等)的研磨用途中。
涂覆磨具一般包括背衬、磨粒和至少一种将磨粒固定在背衬上的粘结剂。所述背衬可以是任何合适的材料，包括但不限于布料、聚合物膜、纤维、织造织物、非织造织物、纸或其组合、或者这些材料经处理后形成的材料。所述粘结剂可以是任何合适的粘结剂，包括无机或有机粘结剂(包括可热固化的树脂和可辐照固化的树脂)。磨粒可存在于一层或多层涂覆磨具中。
涂覆磨具的一个例子可参见图1。由该图可见，涂覆磨具1具有背衬(基片)2和研磨层3。研磨层3包括由构造涂层(make coat)5和上胶涂层6固定在背衬2主表面上的本发明磨粒4。在某些情况下，使用超级上胶(supersize)涂层(未显示)。
粘结磨具通常包括由有机、金属或玻璃质粘结剂结合在一起的磨粒成形物。这种成形物可例如是轮状的(例如磨轮或切割轮)。磨轮的直径通常约1厘米至超过1米；切割磨轮的直径约1厘米至超过80厘米(更好3-约50cm)。切割轮的厚度通常约0.5mm-5cm，更好约0.5mm-2cm。所述成形物还可以是例如磨刀石、块、镶嵌尖端、圆盘(例如双盘研磨器)或其它常规的粘结磨料形状。按粘结磨具的总体积计，所述粘结磨具通常包括约3-50体积％粘结材料、约30-90体积％磨粒(或磨粒掺混物)、最多5体积％添加剂(包括研磨助剂)和最多70体积％孔隙。
一种所需的磨具是磨轮。参见图2，该图描述的磨轮10包括本发明磨粒11，其模塑在轮中并且安装在轴套12上。
非织造磨具通常包括一个敞开的多孔蓬松聚合物长丝结构，本发明磨粒分布在整个结构中并由有机粘结剂粘附于该结构中。长丝的例子包括，但不限于聚酯纤维、聚酰胺纤维和聚芳酰胺纤维。图3给出放大约100倍的非织造磨具的示意图。这种非织造磨具包括纤维垫50作为基片，和在该基片上通过粘结剂54粘附的本发明磨粒52。
适用的研磨刷包括带有与背衬形成一体的许多硬毛的研磨刷，例如可参见美国专利5,427,595(Pihl等)、5,443,906(Pihli等)、5,679,067(Johnson等)和5,903,951(Ionta等)。较好的是，这种研磨刷由聚合物和磨粒的混合物注塑而成。
用于制造磨具的合适的有机粘结剂包括热固性有机聚合物。合适的热固性有机聚合物的例子包括酚醛树脂、脲醛树脂、蜜胺-甲醛树脂、聚氨酯、脲树脂、丙烯酸酯树脂、聚酯树脂、具有侧接的α，β-不饱和羰基的氨基塑料树脂、环氧树脂、丙烯酸化的氨基甲酸酯、丙烯酸化的环氧化物及其混合物。粘结剂和/或磨具还可包括添加剂，如纤维、润滑剂、湿润剂、触变材料、表面活性剂、颜料、染料、抗静电剂(例如炭黑、氧化钒、石墨等)、偶合剂(例如硅烷、钛酸酯、锆铝酸盐等)、增塑剂、悬浮剂等。可选择这些任选添加剂的量以提供所需的特性。偶合剂可改进与磨粒和/或填料的粘合性。所述粘结剂的化学性能使之可热固化、辐照固化或两者的结合。有关粘结剂化学性能的其它细节可参见美国专利4,588,419(Caul等)、4,751,137(Tumey等)和5,436,063(Follett等)。
粘结剂材料还可含有填料或研磨助剂(通常是颗粒状的)。通常所述颗粒状材料是无机材料。适用于本发明的合适的填料的例子包括，但不限于金属碳酸盐(例如碳酸钙(如白垩、方解石、泥灰岩、石灰华、大理石和石灰石)、碳酸钙镁、碳酸钠、碳酸镁)、二氧化硅(例如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)、硅酸盐(例如滑石、粘土、蒙脱石、长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、铝硅酸钠、硅酸钠)、金属硫酸盐(例如硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸铝钠、硫酸铝)、石膏、蛭石、木粉、氢氧化铝、炭黑、金属氧化物(例如氧化钙(石灰)、氧化铝、二氧化钛)和金属亚硫酸盐(例如亚硫酸钙)。
一般来说，加入研磨助剂可提高磨具的使用寿命。研磨助剂是一种对研磨的化学和物理过程产生明显影响的材料，它导致性能的改善。尽管不愿与理论相结合，但是相信研磨助剂可以(a)降低磨粒和要研磨的工件之间的摩擦、(b)防止磨粒“被盖住”(即防止金属颗粒焊接在磨粒的顶部)或者至少降低磨粒被盖住的趋势、(c)降低磨粒和工件之间的界面温度和/或(d)降低研磨力。
研磨助剂包括各种不同的材料，可以是无机材料或有机材料。研磨助剂化学类别的例子包括但不限于蜡、有机含卤化合物、卤盐和金属及其合金。在研磨过程中有机含卤化合物通常会分解，释放卤酸或气态含卤化合物。这种材料的例子包括氯化蜡状的四氯萘、五氯萘和聚氯乙烯。卤盐的例子包括氯化钠、冰晶石钾、冰晶石钠、冰晶石铵、四氟硼酸钾、四氟硼酸钠、氟化硅、氯化钾和氯化镁。金属的例子包括锡、铅、铋、钴、锑、镉和铁钛。其它各种研磨助剂包括硫、有机硫化合物、石墨和金属硫化物。使用不同研磨助剂的混合物也在本发明范围内，在某些情况下，这会产生协同效果。一种较好的研磨助剂是冰晶石。另一种更好的研磨助剂是四氟硼酸钾。
研磨助剂特别适用于涂覆磨具和粘结磨具。在涂覆磨具中，研磨助剂一般用于施涂在磨粒表面上的超级上胶涂层。但是，有时研磨助剂被施加至上胶涂层中。通常，加至涂覆磨具的研磨助剂的量约为50-300g/m2(较好约80-160g/m2)。在玻璃质粘结的磨具中，研磨助剂通常浸渍入磨具的孔隙中。
本发明磨粒可均匀分布在磨具中或者富集在磨具的选定区域或选定部分中。例如，在涂覆磨料中可具有两层磨粒。第一层包括非本发明磨粒的磨粒，第二层(最外层)包括本发明磨粒。同样在粘结磨料中存在两个不同的磨轮部分，最外层部分包括本发明磨粒，而最内层部分则不包括本发明磨粒。或者，本发明磨粒均匀地分布在整个粘结磨具中。
有关涂覆磨具的更详细情况可参见例如美国专利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等)、5,496,386(Broberg等)、5,609,706(Benedict等)、5,520,711(Helmin)、5,954,844(Law等)、5,961,674(Gagliardi等)、和5,975,988(Christnason)。有关粘结磨具的更详细情况可参见例如美国专利4,453,107(Rue)、4,741,743(Narayanan等)、4,800,685(Haynes等)、4,898,597(Hay等)、4,997,461(Markhoff-Matheny等)、5,083,453(Narayanan等)、5,110,332(Narayanan等)和5,863,308(Qi等)。有关玻璃质粘结的磨料的更详细情况可参见例如美国专利4,543,107(Rue)、4,898,597(Hay)、4,997,491(Markhoff-Matheny等)、5,094,672(Giles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)和5,863,308(Qi)。有关非织造磨具的更详细情况可参见例如美国专利2,958,593(Hoover等)。
V.使用本发明磨粒的研磨方法使用本发明磨粒进行研磨的方法包括例如由粗磨(即坯料高压高切削(highstock removal))至抛光(即用涂覆研磨带抛光医用植入物)，其中抛光通常使用较精细级(例如小于ANSI 220或更细)的磨粒。本发明磨粒还可用于用于精密研磨用途，例如用玻璃质粘结磨轮研磨凸轮轴。用于具体研磨用途的磨粒尺寸是本领域普通技术人员众所周知的。
可在干燥或湿的条件下用本发明磨粒进行研磨。对于湿研磨，可以薄雾状至完全溢流提供液体。常用液体的例子包括但不限于水、水溶性油、有机润滑剂和乳液。所述液体用于降低与研磨有关的热量和/或作为润滑剂。该液体可含有少量添加剂，例如杀菌剂、消泡剂等。
本发明磨粒用于研磨工件，例如铝金属、碳钢、低碳钢、工具钢、不锈钢、淬化钢、钛、玻璃、陶瓷、木材、木材状材料、油漆、油漆表面、有机物涂覆表面等。研磨过程中施加的力常约1-100kg。
在本发明的一个实例中，本发明磨粒常用于研磨低碳钢，例如1008低碳钢、1012低碳钢、1018低碳钢或者其它低硬度金属，例如铝。已测定在施加的高负荷下使用较粗级别尺寸的本发明磨粒研磨低碳钢时，本发明磨粒呈现优良的性能。两种较好的较粗级别尺寸为24级和36级。较好施加的负荷大于约10kg。
实施例下列实施例用于进一步说明本发明，但是这些实施例中提到的具体材料和用量以及其它条件和细节不应视为对本发明的限制。本领域的普通技术人员可容易地对本发明进行各种改进和变化。除非另有说明，否则所有份和百分数均以重量计。
实施例1向一聚乙烯瓶(1000ml、8.9cm直径)中加入823.8g经氧化钇稳定的氧化锆粉末(以商品名HSY 3.0购自Zirconia Sales，Inc.of Marietta，GA，标称组成为94重量％ZrO2(+HfO2)和5.4重量％Y2O3，余量为杂质，例如Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO和Na2O)、3.0g柠檬酸氢铵粉末(购自Aldrich Chemical Company ofMilwaukee，WI，目录号为#24，756-1)和405.4g蒸馏水。向该瓶中加入约550克氧化镁稳定的氧化锆研磨介质(12.7mm直径，97％氧化锆，购自U.S.StonewareCorp.of East Palestine，OH)，并在120rpm将该混合物研磨2小时，使粉末解团聚。
研磨后，除去研磨介质并加入下列物料制得用于喷雾干燥的浆料用106.3g蒸馏水稀释的51.9g丙烯酸树脂(以商品名DURAMAX B-1000 BINDER购自Rohm andHaas Company of Philadelphia，PA)、用19.1g蒸馏水稀释的5.7g增塑剂(以CARBOWAX POLYETHYLENE GLYCOL 400购自Union Carbide of Danbury，CT)、0.3g分散剂(以TERGITOL MIN-FOAM 1X SURFACTANT购自Union Carbide)、0.4g氢氧化铵(购自Alfa Aesar of Ward Hill，MA)和0.5g消泡剂(以商品名FOAMKILL 852购自Crucible Chemical Company of Greenville，SC)以减少夹杂在溶液中的空气。用磁力搅拌条混合形成的浆料并将其喷雾干燥(使用购自BrinkmanInstruments of Westbury，NY的Buchi Mini Spray Dryer B-191)。在喷雾干燥过程中的入口温度约为195℃、出口温度约为100℃。形成的粉末是非团聚的、可自由流动的并且容易压制成小圆片。
使用购自Carver Laboratory Press(M型，Carver Inc.，Wabash，IN)的压机施加约100MPa的压力将该粉末压制成重约14.5g的小圆片。小圆片的直径为3.18cm、高约0.5cm。在一炉子中以约1℃/分钟的加热速率在空气中将该小圆片加热至约690℃以烧去小圆片中的有机组分，在690℃将温度保持1小时，随后关闭炉子的电源使小球冷却至室温。接着在电加热炉(以商品名RAPID TEMPFURNACE TYPE 1706FL购自CM Furnaces of Bloomfield，NJ)中以约20℃/分钟的加热速率将小圆片加热至1400℃对其进行预烧结。在1400℃保温2小时以后，以约20℃/分钟的受控冷却速度冷却该炉子。
形成的预烧结的小圆片的密度约为5.94g/cm3，相信其是理论密度的98.2％。在HIP单元(IP5 Eagle 6-45型，购自International PressureServices/American Isotatic Presses，Columbus，OH)中等压热压(HIP)这些小圆片。在约207MPa的压力下在氩气氛中将这些小圆片加热至1375℃对其进行等压热压。由室温加热至1200℃的加热速率为20℃/分钟，由1200℃至1375℃的加热速率为13℃/分钟。将小圆片在1375℃保温1小时。随后以约30℃/分钟的冷却速率将这些小圆片由1375℃冷却至室温。形成的实施例1材料的密度为6.04g/cm3，相信其是理论密度的99.8％。
图4是实施例1材料碎裂的表面的扫描电子显微(SEM)照片。将一片实施例1的材料破碎成许多小片。将新露出的碎裂表面固定在扫描电子显微镜的铝短柱(stub)上并涂覆一层金-钯薄层，用扫描电子显微镜(以JEOL SEM的商品名购自JEOL Ltd of Akishima，Japan，JSM 6400型)进行观察。观察到的材料是密实的、平均粒度约为0.5微米。
使用Chipmunk颚式轧碎机(241-34型VD式，BICO Inc.，of Burbank，CA制造)将实施例1的等压热压的材料粉碎成磨粒并分级，保留-25+30和-30+35目部分。混合这两个粒度部分形成50/50重量比的掺混物。在每个涂覆磨盘中加入约30克所述-25+30和-30+35目部分的50/50掺混物。
用常规方法制得涂覆磨盘。使用常规的碳酸钙填充的酚醛构造树脂(48重量％可溶酚醛树脂、52重量％碳酸钙，用水和二元醇醚稀释至81重量％固体)和常规的冰晶石填充的酚醛上胶树脂(32重量％可溶性酚醛树脂、2重量％氧化铁、66重量％冰晶石，用水和二元醇醚稀释至78重量％固体)将烧结的磨粒粘结在17.8cm直径、0.8mm厚的硫化的纤维背衬(具有一个2.2cm直径的中央孔)上。湿的构造树脂涂层以约185g/m2的涂覆重量施涂。施涂构造涂层后，立即静电涂覆烧结的磨粒。将构造树脂在88℃预固化120分钟。随后在构造涂层和磨粒上涂覆冰晶石填充的酚醛上胶涂层。湿的上胶涂层以约500g/m2的涂覆重量施涂。将上胶涂层在99℃固化12小时，在试验前所述涂覆磨盘是挠性的。
比较例A如实施例1所述制得比较例A的涂覆磨盘，但是使用溶胶凝胶法磨粒(以321CUBITRON商品名由美国3M公司出品)代替实施例1的磨粒。
如下测定比较例A磨粒的有效单轴拉伸强度将磨粒分级成一系列粒度部分，保留-14+16目部分，使用材料试验工作站(以Sintech 10/D的商品名购自MTS Systems Corporation of Eden Prairie，MN)测定各个颗粒的断裂负荷。使用千分尺将要试验的各个颗粒的代表性直径测量至0.001mm。
将颗粒放置在千分尺的水平方向固定测量头上，并将其转移到同一相对方向上的试验架上。使用多根直径1.27cm的WC棒(以Grade CD-630购自Carbidie ofIrwin，PA)作为负荷棒。使用高速金刚石锯(以Buehler Isomet 2000购自BuehlerLtd.of Lake Bluff，IL)割去其端部(end)形成WC棒的表面用于试验测量。用金刚石研磨带(以3M Flex Diamond Sanding Belt-74μm购自美国3M公司)将该棒表面的边缘研磨成斜面，并使用9微米的金刚石悬浮液(以AUTOMET 3 Polisher购自Buehler Ltd.of Lake Bluff，IL)和抛光布(以TEXMET抛光布的商品名购自Buehler Ltd.)抛光该棒的表面。
在对磨粒进行试验前，WC棒具有似镜的光洁度，将单个颗粒置于下负荷棒上，并下降上负荷棒直至其刚好接触试样。以0.50mm/min的十字头速度对颗粒施加负荷直至其断裂。通常每种材料试验15个颗粒。
记录负荷-位移(LD)曲线，同时记录断裂时的负荷。通常负荷-位移曲线在断裂前并非是线性的而是带有一个或多个负荷降低，据信这对应于试样开裂和碎裂。有时对试样定向以使几乎平的表面与负荷棒相接触。这些试样通常呈现最高的断裂负荷。在这些情况下，相信存在压缩应力而不是常在圆柱形和球形试样径向压缩试验中引起的拉伸应力。磨粒的有效单轴拉伸强度可根据J.N.Brecker在名称为“磨粒的断裂强度”J.Eng.Ind.，96(4)1253-57(1974)的论文中记载的公式算得。在该公式中拉伸强度(由球体和立方体(由最大应变理论得到)的强度平均值得到)由下式算得σ=1.37Pa2]]>其中，P是断裂负荷、a是磨粒直径。
用该技术测定的比较例A试样的平均拉伸强度和标准偏差为161±71MPa，Weibull模量为2.33。
实施例1和比较例A材料的研磨性能如下评价实施例1和比较例A磨盘的研磨性能将各个涂覆磨盘固定在倾斜的铝支承垫上，用其研磨预先称重的1.26×17.8×10.2cm1018低碳钢工件，磨盘的转速为5,000rpm。在试验的第一个24分钟以10.1kg的负荷位于支承垫倾斜边缘上的磨盘部分与工件接触。24分钟后，将负荷增至17.3kg，再最后试验6分钟。各个磨盘以1分钟的间隔依次研磨各个工件。总切削量是整个试验过程中从工件上除去材料的总量。每分钟记录的切削量图示于图5。12、24和30分钟后的总切削量示于下表1。
表1
实施例2向一聚乙烯瓶中加入295.7g经氧化钇稳定的氧化锆粉末(HSY 3.0)、0.8g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和128.6g蒸馏水。向该混合物中加入约0.4克分散剂(TERGITOL MIN-FOAM 1X SURFACTANT)和0.5g消泡剂(FOAMKILL 852)以减少夹杂在溶液中的空气。向该瓶中加入约470g经氧化镁稳定的氧化锆研磨介质(12.7mm直径，97％氧化锆，购自US Stoneware Corp)，将该混合物研磨1.5小时以使粉末解聚集。
研磨后，除去研磨介质并将浆料倒入一个玻璃(PYREX)盘中。在缓慢振荡该玻璃盘以防止粉末沉积的同时使用离浆料约46cm(18英寸)的加热枪干燥该浆料。在用加热枪干燥后，将玻璃盘置于干燥烘箱中在90℃再放置30分钟以更完全干燥该材料。干燥的粉末床用刮刀划割(score)并从玻璃盘上刮下，形成小薄片材料。各个片称得的重量约为0.5-3克。以约1℃/min的加热速率在炉子中在空气中将这些薄片由室温加热至690℃以烧去其中的有机组分。在690℃保温1小时，随后关闭炉子电源使之冷却至室温。
使用一个气氛受控的炉子(1000-4560FP型，Astro Industries of SantaBarbara，CA)将约140g形成的薄片在1500℃在氩气氛中烧结1小时。以约10℃/min的加热速率将薄片由室温加热至1500℃，在1500℃保温1小时，以约10℃/min的冷却速率冷却至800℃，随后关闭炉子电源冷却至室温。形成的薄片密度约为6.00g/cm3，据信它是理论密度的99.2％。
如比较例A所述测量实施例2试样的平均拉伸强度。实施例2试样的平均拉伸强度和标准偏差为685±529MPa。Weibull模量为1.65。
如实施例1所述对烧结薄片进行粉碎和分级，制得-25+30和-30+35目部分的50/50掺混物。如实施例1所述制得实施例2的涂覆磨盘，但是使用实施例2的50/50掺混物代替实施例1的磨粒。
实施例3使用一个气氛受控的炉子(1000-4560FP型)将约140g已加热至690℃的实施例2薄片在1450℃在氩气氛中预烧结1小时。以约10℃/min的加热速率将薄片由室温加热至1450℃，在1450℃保温1小时，以约10℃/min的冷却速率冷却至800℃，随后关闭炉子电源冷却至室温。
形成的薄片密度约为5.97g/cm3，据信它是理论密度的98.7％。随后如实施例1所述对所述薄片进行等压热压。得到的实施例3材料的密度为6.07g/cm3，据信它是理论密度的100.3％。
如比较例A所述测得实施例3材料的平均拉伸强度和标准偏差为672±402MPa，Weibull模量为2.20。
图6是实施例3经等压热压材料破碎表面的扫描电子显微照片。将一片实施例3材料破碎成小薄片，将新露出的碎裂表面固定在扫描电子显微镜的铝短柱(stub)上并涂覆一层金-钯薄层，用扫描电子显微镜(以JEOL SEM的商品名购自JEOL Ltd of Akishima，Japan，JSM 6400型)进行观察。实施例3材料的平均粒度约为0.5微米。
将实施例3经加工的薄片固定在固定树脂上(以EPOXIDE购自Buehler Ltd.，Lake Bluff，IL)测量该经等压热压的薄片的平均微硬度。更具体地说，将实施例3的材料固定于3.18cm(1.25英寸)直径、1.9cm(0.75英寸)高的圆柱体树脂中。使用金刚石抛光膜(以IMPERIAL DIAMOND LAPPING FILM的商品名购自美国3M公司)抛光该固定的试样，最后的抛光步骤使用0.5微米金刚石膜以获得试样经抛光的横截面。
使用常规的带有Vickers压头的微硬度试验机(以MITUTOYO MVK-VL购自Mitutoyo Corp.of Tokyo，Japan)采用500克压痕负荷进行硬度测量。该硬度是测量根据ASTM试验方法中用于材料微硬度的E384试验方法(1991)进行的。记录的硬度值是10次测量的平均值。实施例3经等压热压材料的平均微硬度值是13.2GPa。
如实施例1所述制得实施例3的涂覆磨盘，但是用实施例3的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例2-3和比较例A材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”的部分所述，评价实施例2和3以及比较例A涂覆磨盘的研磨性能，但是试验时间为18分钟，负荷为17.3kg。每分钟记录的切削量示于图7。研磨12和18分钟后的总切削量列于下表2表2
*由于18g/min的低切削速率，因此12分钟后中止试验实施例4向一聚乙烯瓶中加入384.2g经氧化钇稳定的氧化锆粉末(HSY 3.0)、0.7g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和350.6g蒸馏水。向该混合物中加入100.2克掺杂氧化镁的氧化铝粉末(以CERALOX APA 0.5with MgO(标称组成为99.97重量％Al2O3和500ppmMgO，余量为杂质，例如SiO2、Fe2O3、CaO和Na2O)购自CondeaVista Company of Tucson，AZ)。向该瓶中加入500克氧化镁稳定的氧化锆研磨介质(12.7mm和9.53mm直径(两种尺寸，较大尺寸约占40％，而较小尺寸约占60％)，97％氧化锆，购自U.S.Stoneware Corp)，将该混合物研磨54小时，使粉末解团聚并相互混合。
研磨后，如实施例2所述制得实施例4的磨料前体薄片。将该薄片在空气中在670℃加热1小时以烧去薄片中的有机组分。以约1℃/分钟的加热速率将薄片由室温加热至670℃、在670℃保温1小时，随后关闭炉子的电源使之冷却至室温。
使用一个气氛受控的炉子(1000-4560FP型)将约160g得到的薄片在1600℃在氩气氛中烧结2小时。以约10℃/min的加热速率将薄片由室温加热至1600℃，在1600℃保温2小时，以约10℃/min的冷却速率冷却至800℃，随后关闭炉子电源冷却至室温。
如实施例1所述制得实施例4的涂覆磨盘，但是使用实施例4的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例5使用一个电加热炉(RAPID TEMP FURNACE TYPE 1706FL)将约160g已加热至670℃的实施例4薄片在1600℃在空气氛中烧结2小时。以约20℃/min的加热速率将薄片由室温加热至1600℃，在1600℃保温2小时，以约20℃/min的受控冷却速率冷却炉子。形成的薄片密度约为5.42g/cm3，据信它是理论密度的99.0％。
如实施例1所述制得实施例5的涂覆磨盘，但是使用实施例5的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例6向一聚乙烯瓶中加入384.7g经氧化钇稳定的氧化锆粉末(HSY 3.0)、0.7g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和359.8g蒸馏水。向该混合物中加入100.0克掺杂氧化镁的氧化铝粉末(CERALOX APA 0.5with MgO))。向该瓶中加入500克氧化镁稳定的氧化锆研磨介质(12.7mm和9.53mm直径(两种尺寸，较大尺寸约占40％，而较小尺寸约占60％)，97％氧化锆，购自U.S.Stoneware Corp)，将该混合物研磨54小时，使粉末解团聚并相互混合。
研磨后，除去研磨介质并将浆料倒入塑料烧杯。将该塑料烧杯置于带旋转搅拌条的加热板上，以从浆料中蒸去水分。另外，使用固定在烧杯上方的红外灯进一步帮助蒸发水分。从烧杯中以大块状刮出干燥的粉饼。各个块称得的重量约为10-25克。将这些材料块在空气中在670℃加热1小时以烧去有机组分。以约1℃/min的加热速率将这些块由室温加热至670℃、在670℃保温1小时、关闭炉子的电源使之冷却至室温。
在670℃烧去有机组分后，使用研钵和研杵粉碎该粉末块，从而使所有粉末均可通过70目筛网。使用等压冷压机(#IP4-22-60型，购自Autoclave Engineersof Erie，PA)和橡胶等压冷压袋(壁厚1.6mm、7.62cm直径×61.0cm长，TrexlerRubber Company of Ravenna，OH)将粉末颗粒合并成大块。施加172MPa的等压冷压力1分钟。随后从等压冷压袋取出合并的大块，使用研钵再将该大块粉末粉碎成0.5-10克的材料小块。
使用一个气氛受控的炉子(1000-4560FP型)将约175g得到的材料块在1600℃在氩气氛中烧结2小时。以约10℃/min的加热速率将料块由室温加热至1600℃，在1600℃保温2小时，以约10℃/min的冷却速率冷却至800℃，随后关闭炉子电源冷却至室温。
如实施例1所述制得实施例6的涂覆磨盘，但是使用实施例6的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例7使用一个电加热炉(以1700S-D型RAPID TEMP FURNACE 购自CM Furnacesof Bloomfield，NJ)将约175g已经等压冷压的实施例6料块在1600℃在空气氛中烧结2小时。以约20℃/min的加热速率将料块由室温加热至1600℃，在1600℃保温2小时，接着以约20℃/min的受控冷却速率冷却至室温。形成的薄片密度约为5.41g/cm3，据信它是理论密度的98.8％。
如实施例1所述制得实施例7的涂覆磨盘，但是使用实施例7的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例4-7和比较例A材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”的部分所述，评价实施例4-7以及比较例A涂覆磨盘的研磨性能，但是试验时间为12分钟，负荷为17.3kg。研磨12分钟后的总切削量列于下表3表3
实施例8向一聚乙烯瓶中加入310.2g经氧化钇稳定的氧化锆粉末(HSY 3.0)、0.7g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和349.8g蒸馏水。向该混合物中加入175.1克掺杂氧化镁的氧化铝粉末(CERALOX APA 0.5with MgO)。向该瓶中加入500克氧化镁稳定的氧化锆研磨介质(12.7mm和9.53mm直径(两种尺寸，较大尺寸约占40％，而较小尺寸约占60％)，97％氧化锆，购自U.S.Stoneware Corp)，将该混合物研磨54小时，使粉末解团聚并相互混合。
研磨后，如实施例4所述制得烧去有机组分(即在670℃锻烧1小时)的磨料前体薄片。
如实施例4所述将160克获得的薄片在氩气氛中在1600℃烧结2小时。
如实施例1所述制得实施例8的涂覆磨盘，但是使用实施例8的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例9如实施例5所述将约225g已加热至670℃的实施例8薄片在1600℃在空气氛中烧结2小时。形成的薄片密度约为5.07g/cm3，据信它是理论密度的99.3％。
如实施例1所述制得实施例9的涂覆磨盘，但是使用实施例9的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例10向一聚乙烯瓶中加入309.1g经氧化钇稳定的氧化锆粉末(HSY 3.0)、0.8g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和350.3g蒸馏水。向该混合物中加入175.0克掺杂氧化镁的氧化铝粉末(CERALOX APA 0.5with MgO)。向该瓶中加入500克氧化镁稳定的氧化锆研磨介质(12.7mm和9.53mm直径(两种尺寸，较大尺寸约占40％，而较小尺寸约占60％)，97％氧化锆，购自U.S.Stoneware Corp)，将该混合物研磨54小时，使粉末解团聚并相互混合。
研磨后，如实施例6所述制得烧去有机组分并且等压冷压的磨料前体块。
如实施例6所述将约175克获得的料块在氩气氛中在1600℃烧结2小时。
如实施例1所述制得实施例10的涂覆磨盘，但是使用实施例10的磨粒代替实施例11如实施例7所述将约175g已经等压冷压的实施例10料块在1600℃在空气氛中烧结2小时。形成的薄片密度约为5.09g/cm3，据信它是理论密度的99.6％。
如实施例1所述制得实施例11的涂覆磨盘，但是使用实施例11的磨粒代替实施例8-11和比较例A材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”的部分所述，评价实施例8-11以及比较例A涂覆磨盘的研磨性能，但是试验时间为12分钟，负荷为17.3kg。研磨12分钟后的总切削量列于下表4
表4
实施例12使用实施例6所述方法使用等压冷压机(#IP4-22-60)将约500克经氧化钇稳定的氧化锆/氧化铝共沉淀粉末颗粒(以商品名ATZ-80购自Zirconia Sales，Inc.of Marietta，GA，标称组成为75重量％ZrO2(+HfO2)、4.1重量％Y2O3、19.5重量％Al2O3、余量为杂质，例如SiO2、Fe2O3、CaO和Na2O)合并成小块并粉碎。
使用一个电加热炉(RAPID TEMP FURNACE TYPE 1706FL)将约180g得到的料块在1500℃在空气氛中烧结2.1小时。以约20℃/min的加热速率将料块由室温加热至1500℃，在1500℃保温2.1小时，接着以约20℃/min的受控冷却速率冷却至室温。形成的薄片密度约为5.50g/cm3，据信它是理论密度的100.0％。
如实施例1所述制得实施例12的涂覆磨盘，但是使用实施例12的磨粒代替实施例13使用一个电加热炉(RAPID TEMP FURNACE TYPE 1706FL)将约175g已经等压热压的实施例12料块在1470℃在空气氛中预烧结2.1小时。以约20℃/min的加热速率将料块由室温加热至1470℃，在1470℃保温2.1小时，随后以约20℃/min的受控冷却速率冷却至室温。
形成的预烧结的料块的密度约为5.36g/cm3，相信其是理论密度的97.5％。在HIP单元(IPS Eagle 6-45型)中等压热压(HIPed)这些料块。在约207MPa的压力下在氩气氛中将这些料块在1400℃加热1小时对其进行等压热压料块。由室温加热至1200℃的加热速率为20℃/分钟，由1200℃至1400℃的加热速率为13℃/分钟，在1400℃保温1小时，随后以约30℃/分钟的受控冷却速率将这些料块冷却至室温。形成的实施例13材料的密度为5.44g/cm3，相信其是理论密度的98.9％。
如实施例1所述制得实施例13的涂覆磨盘，但是使用实施例13的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例14使用实施例6所述方法使用等压冷压机(#IP4-22-60)将约2000克经氧化钇稳定的氧化锆/氧化铝共沉淀粉末颗粒(以商品名TZ-3Y20A购自Tosoh CeramicsDivision of Bound Brook，NJ，标称组成为76.0重量％ZrO2(+HfO2)、3.9重量％Y2O3、20.0重量％Al2O3、余量为杂质，例如SiO2、Fe2O3和Na2O)合并成小块并粉碎。
使用一个电加热炉(1700S-D型RAPID TEMP FURNACE)将约750g得到的料块在1500℃在空气氛中烧结1.5小时。以约15℃/min的加热速率将料块由室温加热至1500℃，在1500℃保温1.5小时，接着以约15℃/min的受控冷却速率冷却至室温。
如比较例A所述测得实施例14材料的平均拉伸强度。实施例14材料的平均拉伸强度和标准偏差为556±339MPa。Weibull模量为1.73。比较例A和实施例2、3、14制得的材料的强度值图示于图8。
如实施例1所述制得实施例14的涂覆磨盘，但是使用实施例14的磨粒代替实施例15使用研钵和研杵将约750克经等压冷压的实施例14的料块粉碎成颗粒并分级以保留+40目(美国标准筛网)颗粒部分。如实施例14所述在空气中在1500℃将该+40目颗粒部分烧结1.5小时。
如实施例1所述制得实施例15的涂覆磨盘，但是使用36克实施例15的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例12-15和比较例A材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”的部分所述，评价实施例12-15以及比较例A涂覆磨盘的研磨性能，但是试验时间为12分钟，负荷为17.3kg。研磨12分钟后的总切削量列于下表5
表5
实施例16将约480克已经在1500℃空气中烧结1.5小时的实施例15磨粒在HIP单元(SL-1型，购自Mini-Hipper，Conaway Pressure Systems Inc.，of Dublin，OH)中等压热压(HIPed)。在约172MPa的压力下在氩气氛中将这些磨粒在1450℃下加热1小时对其进行等压热压。磨粒由室温加热至1450℃的加热速率为16℃/分钟，在1450℃保温1小时，随后以约30℃/分钟的受控冷却速率冷却至室温。
如实施例1所述制得实施例16的涂覆磨盘，但是使用36克实施例16的磨粒代替实施例1的磨粒。
比较例B如实施例1所述制得比较例B的涂覆磨盘，但是使用27克溶胶凝胶法磨粒(321CUBITRON)代替30克实施例1的磨粒。
实施例16和比较例B材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”的部分所述，评价实施例16以及比较例B涂覆磨盘的研磨性能，但是试验时间为18分钟，负荷为17.3kg。研磨12和18分钟后的总切削量列于下表6表6
*由于3g/min的低切削速率，因此12分钟后中止试验实施例17如实施例1所述使用实施例15磨粒制得涂覆磨盘，但是使用22克实施例15的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例18如实施例1所述使用实施例16磨粒制得涂覆磨盘，但是使用22克实施例16的磨粒代替实施例1的磨粒。
比较例C如实施例1所述制得比较例C的涂覆磨盘，但是使用20克溶胶凝胶法磨粒(321 CUBITRON)代替30克实施例1的磨粒。
实施例17-18和比较例C材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”的部分所述，评价实施例17-18以及比较例C涂覆磨盘的研磨性能，但是试验时间为18分钟，负荷为17.3kg。研磨12和18分钟后的总切削量列于下表7表6
*由于5g/min的低切削速率，因此12分钟后中止试验实施例19如实施例2所述制得烧去有机组分(即在690℃加热1小时)的磨料前体薄片。使用一个气氛受控的炉子(1000-4560FP型)将约375g已经加热至690℃的所述薄片在1465℃在氩气氛中预烧结65分钟。以约10℃/min的加热速率将薄片由室温加热至1465℃，在1465℃保温65分钟，以约10℃/min的冷却速率冷却至800℃，随后关闭炉子电源冷却至室温。形成的薄片密度约为6.01g/cm3，据信它是理论密度的99.3％。
随后等压热压(HIPed)所述薄片，在约207MPa的压力下在氩气氛中将这些薄片在1385℃加热65分钟。薄片由室温加热至1200℃的加热速率约为20℃/分钟，由1200℃加热至1385℃的加热速率约为13℃/分钟，在1385℃保温65分钟，随后以约30℃/分钟的冷却速率由1385℃冷却至室温。形成的实施例19材料的密度约为6.06g/cm3，据信它是理论密度的100.1％。
如实施例3所述测得实施例19材料的平均微硬度。实施例19材料的平均微硬度为13.5GPa。
如下算得实施例19材料的平均压痕韧性用微硬度试验机(以LeitzMiniload的商品名购自E.Leitz，Inc.of Wetzlar，Germany)测量由2000克负荷造成的从Vickers压头顶点延伸的裂缝长度。由下式算得压痕韧性(Kc)Kc＝0.0319F/[a(1)1/2]其中，F＝压头上的牛顿力；a和l的规定如图9所示。
该式来自C.B.Ponton和R.D.Rawlings的“Vickers Indentation FractureToughness Test，Part 1”，Mater.Sci. & Tech.，5(9)(1989)。该式用于Palmqvist型裂缝系统。如上面微硬度试验所述制得用于测量韧性的试样。给出的压痕韧性值是5次测量的平均值。裂缝(c)和压痕对角线长度(a)是在扫描电子显微镜(JEOLSEM，JSM 6400型)制得的显微照片上用数码卡尺测得的。实施例19经等压热压材料的平均压痕韧性为8.0MPa.m1/2。
使用软件(以SIROQUANT的商品名购自Sietronics of Belconnen，Canberra，Australia)将算得的x-射线衍射强度图用Rietveld参数精细拟合测得的x-射线衍射强度图，对实施例19进行半定量相分析。用这种技术，发现实施例19由约93.0重量％(±0.5重量％)立方/四方晶氧化锆和7.0重量％(±0.5重量％)单斜晶氧化锆组成。
如实施例1所述制得实施例19的涂覆磨盘，但是使用27克实施例19的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例20如实施例2所述制得烧去有机组分(即在690℃加热1小时)的磨料前体薄片。使用一个电加热炉(RAPID TEMP FURNACE TYPE 1706FL)将约250g已经加热至690℃的所述薄片在1470℃在空气中预烧结65分钟。以约10℃/min的加热速率将薄片由室温加热至1470℃，在1470℃保温65分钟，以约10℃/min的冷却速率冷却至800℃，随后关闭炉子电源冷却至室温。
如实施例19所述对薄片进行等压热压。形成的实施例20材料的密度为6.05g/cm3，据信它是理论密度的100.0％。
如实施例3所述测得实施例20材料的平均微硬度。实施例20材料的平均微硬度为13.1GPa。
如实施例19所述对实施例20材料进行半定量相分析。用这种技术，发现实施例20由约89.1重量％(±0.4重量％)立方/四方晶氧化锆和10.9重量％(±0.4重量％)单斜晶氧化锆组成。
如实施例1所述制得实施例20的涂覆磨盘，但是使用27克实施例20的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例21如实施例2所述制得磨料前体(未烧去有机组分)的干燥(即用加热枪并在90℃的干燥烘箱中干燥30分钟)的粉末床薄片。使用Chipmink颚式轧碎机(241-34型)将薄片粉碎成颗粒，分级以保留-18+20、-20+25和-25+30目颗粒部分(美国标准筛网)。将160g颗粒在空气中在690℃加热1小时以烧去有机组分。在一个炉子中以约1℃/min的加热速度将颗粒由室温加热至690℃，在690℃保温1小时，随后关闭炉子电源将其冷却至室温。
如实施例19所述将约160g已经加热至690℃的所述颗粒在1465℃在氩气中预烧结65分钟。随后如实施例19所述对颗粒进行等压热压。形成的实施例21颗粒的密度为6.06g/cm3，据信它是理论密度的100.2％。
如实施例3所述测得实施例21材料的平均微硬度。实施例21材料的平均微硬度为13.5GPa。
如实施例1所述制得实施例21的涂覆磨盘，但是使用27克实施例21的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例22使用已经粉碎并分级保留-70目(美国标准试验筛网)部分的实施例21薄片的粉末制造实施例22的材料。在一个聚乙烯瓶子中装入295.7g-70目的实施例21的粉末、0.2g分散剂(TERGITOL MIN-FOAM 1X SURFACTANT)和128.7克蒸馏水。向该瓶中加入约470克氧化镁稳定的氧化锆研磨介质(12.7mm直径，97％氧化锆，购自U.S.Stoneware Corp)，将该混合物研磨1.5小时，使粉末解团聚。
研磨后，如实施例2所述干燥该浆料并烧去薄片的有机组分。如实施例19所述将约210克已经加热至690℃的薄片在氩气中在1465℃预烧结65分钟。形成的薄片的密度约为5.93g/cm3，据信它是理论密度的98.0％。
如实施例19所述对颗粒进行等压热压。形成的实施例22薄片的密度为6.05g/cm3，据信它是理论密度的100.0％。
如实施例3所述测得实施例22材料的平均微硬度。实施例22材料的平均微硬度为13.5GPa。
如实施例1所述制得实施例22的涂覆磨盘，但是使用27克实施例22的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例23使用已经粉碎并分级保留-70目(美国标准试验筛网)部分的实施例21薄片的粉末制造实施例23的材料。在一个聚乙烯瓶子中装入295.4g-70目的实施例21的粉末、0.2g分散剂(TERGITOL MIN-FOAM 1X SURFACTANT)和128.6克蒸馏水。向该瓶中加入约470克氧化镁稳定的氧化锆研磨介质(12.7mm直径，97％氧化锆，购自U.S.Stoneware Corp)，将该混合物研磨1.5小时，使粉末解团聚。
研磨后，如实施例2所述干燥该浆料。使用Chipmunk颚式轧碎机(241-34型)将该干燥的磨料前体粉末床薄片(未烧去有机组分)粉碎成颗粒并分级以保留-18+20、-20+25、-25+30目(美国标准筛网)颗粒部分。如实施例21所述将所得颗粒在690℃在空气中加热1小时以烧去有机组分。
如实施例19所述将约100克已经加热至690℃的颗粒在氩气中在1465℃预烧结65分钟。形成的颗粒的密度约为5.99g/cm3，据信它是理论密度的99.0％。
如实施例19所述对颗粒进行等压热压。形成的实施例23颗粒的密度为6.06g/cm3，据信它是理论密度的100.1％。
如实施例3所述测得实施例23颗粒的平均微硬度。实施例23颗粒的平均微硬度为13.5GPa。
如实施例1所述制得实施例23的涂覆磨盘，但是使用27克实施例23的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例24如实施例2所述制得烧去有机组分(即在690℃加热1小时)的磨料前体薄片。使用Chipmunk颚式轧碎机(241-34型)将该薄片粉碎成颗粒并分级以保留-18+20、-20+25、-25+30目(美国标准筛网)颗粒部分。如实施例19所述将约100g所述磨粒在1465℃在氩气氛中预烧结65分钟。形成的颗粒的密度约为6.02g/cm3，据信它是理论密度的99.5％。
如实施例19所述对颗粒进行等压热压。形成的实施例24颗粒的密度为6.06g/cm3，据信它是理论密度的100.1％。
如实施例3所述测得实施例24颗粒的平均微硬度。实施例24颗粒的平均微硬度为13.6GPa。
如实施例1所述制得实施例24的涂覆磨盘，但是使用27克实施例24的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例25使用已经粉碎并分级以保留-70目(美国标准试验筛网)部分的实施例24薄片的粉末制造实施例25的材料。在一个聚乙烯瓶子中装入295.7g-70目的实施例24的粉末、0.8g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和128.6克蒸馏水。向该混合物中加入0.4g分散剂(TERGITOL MIN-FOAM 1X SURFACTANT)和0.5g消泡剂(FOAMKILL 852)以减少溶液中夹杂的空气。向该瓶中加入约470克氧化镁稳定的氧化锆研磨介质(12.7mm直径，97％氧化锆，购自U.S.Stoneware Corp)，将该混合物研磨1.5小时，使粉末解团聚。
研磨后，如实施例2所述干燥该浆料并烧去薄片的有机组分。如实施例19所述将约290克已经加热至690℃的薄片在氩气中在1465℃预烧结65分钟。形成的薄片的密度约为6.00g/cm3，据信它是理论密度的99.2％。
如实施例19所述对颗粒进行等压热压。形成的实施例25薄片的密度为6.06g/cm3，据信它是理论密度的100.2％。
如实施例3所述测得实施例25材料的平均微硬度。实施例23材料的平均微硬度为12.7GPa。
如实施例1所述制得实施例25的涂覆磨盘，但是使用27克实施例25的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例26使用已经粉碎并分级以保留-70目(美国标准试验筛网)粒度部分的实施例24薄片的粉末制造实施例26的材料。在一个聚乙烯瓶子中装入295.7g-70目的实施例24的粉末、0.8g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和128.6克蒸馏水。向该混合物中加入0.4g分散剂(TERGITOL MIN-FOAM 1X SURFACTANT)和0.5g消泡剂(FOAMKILL 852)以减少溶液中夹杂的空气。向该瓶中加入约470克氧化镁稳定的氧化锆研磨介质(12.7mm直径，97％氧化锆，购自U.S.Stoneware Corp)，将该混合物研磨1.5小时，使粉末解团聚。
研磨后，如实施例2所述干燥该浆料并烧去薄片的有机组分。使用Chipmunk颚式轧碎机(241-34型)将该烧去有机组分的材料粉碎成颗粒并分级以保留-18+20、-20+25、-25+30目(美国标准筛网)颗粒部分。如实施例19所述将约100g所述颗粒预烧结并等压热压。形成的实施例26颗粒的密度约为6.05g/cm3，据信它是理论密度的100.1％。
如实施例3所述测得实施例26材料的平均微硬度。实施例26材料的平均微硬度为13.5GPa。
如实施例1所述制得实施例26的涂覆磨盘，但是使用27克实施例26的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例27如实施例2所述制得烧去有机组分(即在690℃加热1小时)的薄片。如实施例19所述将约300g已经加热至690℃的所述薄片在1465℃在氩气氛中预烧结65分钟。形成的薄片密度约为5.99g/cm3，据信它是理论密度的99.0％。
使用Chipmunk颚式轧碎机(241-34型)将该薄片粉碎成颗粒并分级以保留-18+20、-20+25、-25+30目(美国标准筛网)颗粒部分。如实施例19所述将120g所述颗粒等压热压。形成的实施例27颗粒的密度约为6.05g/cm3，据信它是理论密度的100.0％。
如实施例3所述测得实施例27材料的平均微硬度。实施例27材料的平均微硬度为13.3GPa。
如实施例1所述制得实施例27的涂覆磨盘，但是使用27克实施例27的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例28如实施例6所述使用等压冷压机(#IP4-22-60)将约345克经氧化钇稳定的氧化锆粉末颗粒(HSY 3.0)合并成小块并粉碎。如实施例19所述将该小块材料在氩气中预烧结，随后等压热压。形成的实施例28材料的密度约为6.07g/cm3，据信它是理论密度的100.3％。
如实施例3所述测得实施例28材料的平均微硬度。实施例28材料的平均微硬度为13.2GPa。
如实施例1所述制得实施例28的涂覆磨盘，但是使用27克实施例28的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例29如实施例28所述制得约345g前体磨料小块。将经等压冷压的小块材料用研钵和研杵手工粉碎成颗粒，并分级以保留-18+20、-20+25、-25+30目(美国标准筛网)颗粒部分。如实施例19所述将约120g所得颗粒在氩气中预烧结并等压热压。形成的实施例29材料的密度约为6.06g/cm3，据信它是理论密度的100.1％。
如实施例3所述测得实施例29材料的平均微硬度。实施例29材料的平均微硬度为13.3GPa。
如实施例1所述制得实施例29的涂覆磨盘，但是使用27克实施例29的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例30使用已经粉碎并分级以保留-70目(美国标准试验筛网)部分的实施例29块料的粉末制造实施例30的材料。如实施例6所述使用等压冷压机将约225g-70目的实施例29的粉末合并成大块，随后粉碎成小块。接着如实施例29所述将该经等压冷压的材料小块粉碎并分级成颗粒。如实施例19所述将约80克形成的颗粒在氩气中预烧结并等压热压。得到的实施例30材料的密度约为6.06g/cm3，据信它是理论密度的100.2％。
如实施例3所述测得实施例30材料的平均微硬度。实施例23材料的平均微硬度为13.3GPa。
如实施例1所述制得实施例30的涂覆磨盘，但是使用27克实施例30的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例19-30和比较例A材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”的部分所述，评价实施例19-30以及比较例A涂覆磨盘的研磨性能，但是试验时间为18分钟，负荷为17.3kg。研磨12和18分钟后的总切削量列于下表8
表8
*由于1g/min的低切削速率，因此13分钟后中止试验**13分钟后磨盘破裂实施例31如实施例2所述制得烧去有机组分(即在690℃加热1小时)的磨料前体薄片，但是使用295.9克经氧化钇稳定的氧化锆粉末(以商品名HSY 3.0U购自Zirconia Sales，Inc.of Marietta，GA，标称组成为94重量％ZrO2(+HfO2)、和5.4重量％Y2O3、余量为杂质，例如Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO和Na2O)代替295.7克HSY 3.0粉末(该HSY3.0U粉末的表面积约为20m2/g，而HSY 3.0粉末的表面积约6.5m2/g)。
使用一个气氛受控炉子(1000-4560FP型)将约375克已经加热至690℃的所述薄片在氩气中在1448℃预烧结70分钟。以约10℃/min的加热速率将薄片由室温加热至1448℃，在1448℃保温70分钟，接着以约10℃/min的冷却速率冷却至800℃，随后关闭炉子电源将其冷却至室温。
接着等压热压(HIPed)所述薄片，在约207MPa的压力下在氩气氛中将这些薄片加热至1395℃达70分钟。薄片由室温加热至1200℃的加热速率约为20℃/分钟，由1200℃加热至1395℃的加热速率约为13℃/分钟，随后以约30℃/分钟的冷却速率冷却至室温。形成的实施例31材料的密度约为6.06g/cm3，据信它是理论密度的100.2％。
如实施例1所述制得实施例31的涂覆磨盘，但是使用27克实施例31的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例32如实施例28所述制得磨料前体的小块(等压冷压后用研钵和研杵粉碎)，但是使用325克HSY 3.0U代替345克HSY 3.0粉末。如实施例31所述在氩气中预烧结所述材料小块并等压热压之。形成的实施例32材料的密度约为6.08g/cm3，据信它是理论密度的100.5％。
如实施例1所述制得实施例32的涂覆磨盘，但是使用27克实施例32的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例33如实施例28所述制得磨料前体的小块(等压冷压后用研钵和研杵粉碎)，但是使用325克经氧化钇稳定的氧化锆粉末(以商品名TZ-3Y购自Tosoh CeramicsDivision of Bound Brook，NJ，标称组成为94.8重量％ZrO2(+HfO2)、和5.1重量％Y2O3、余量为杂质，例如Al2O3、SiO2、Fe2O3和Na2O)代替345克HSY 3.0粉末。使用一个电加热炉(以#920001型RAPID TEMP FURNACE购自CM Furnacesof Bloomfield，NJ)将约155g所述较小块在1525℃在空气氛中预烧结70分钟。以约10℃/min的加热速率将料块由室温加热至1525℃，在1525℃保温70分钟，接着以约10℃/min的冷却速率冷却至室温。如实施例31所述对薄片进行等压热压。形成的实施例33材料的密度为6.07g/cm3，据信它是理论密度的100.3％。
如实施例1所述制得实施例33的涂覆磨盘，但是使用27克实施例33的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例34向一聚乙烯瓶中加入295.7g经氧化镁稳定的氧化锆粉末(以商品名MSZ 8.0购自Zirconia Sales，Inc.of Marietta，GA，标称组成为95.3重量％ZrO2(+HfO2)和3.0重量％MgO，余量为杂质，例如CaO和Na2O)、3.0g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和275.6g蒸馏水。向该混合物中加入0.5克分散剂(TERGITOL MIN-FOAM 1X SURFACTANT)和0.5克消泡剂(FOAMKILL 852)以减少溶液中夹杂的空气。向该瓶中加入约470克氧化镁稳定的氧化锆研磨介质(12.7mm直径，97％氧化锆，购自U.S.Stoneware Corp.)，将该混合物研磨1.5小时，使粉末解团聚。
研磨后，如实施例2所述将浆料干燥并烧去薄片中的有机组分。使用电加热炉(#920001型RAPID TEMP FURNACE)将该烧去有机组分的薄片在空气中在1555℃预烧结70分钟。以约10℃/分钟的加热速率将薄片由室温加热至1555℃，在1555℃保温70分钟，随后以约10℃/分钟的冷却速度冷却至室温。随后如实施例31所述对薄片进行等压热压。形成的实施例34材料的密度为5.72g/cm3，相信其是理论密度的98.7％。
如实施例1所述制得实施例34的涂覆磨盘，但是使用27克实施例34的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例35如实施例28所述制得磨料前体的小块(等压冷压后用研钵和研杵粉碎)，但是使用325克经氧化镁稳定的氧化锆粉末MSZ-8.0代替345克HSY 3.0粉末。使用一个气氛受控的炉子(1000-4560FP型)将约225g所述材料较小块在1465℃在氩气中预烧结70分钟。以约10℃/min的加热速率将料块由室温加热至1465℃，在1465℃保温70分钟，接着以约10℃/min的冷却速率冷却至800℃，再关闭炉子电源将其冷却至室温。如实施例31所述对料块进行等压热压。形成的实施例35材料的密度为5.73g/cm3，据信它是理论密度的98.8％。
如实施例1所述制得实施例35的涂覆磨盘，但是使用27克实施例35的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例36向一聚乙烯瓶中加入295.7g经氧化铈稳定的氧化锆粉末(以商品名CEZ 10购自Zirconia Sales，Inc.of Marietta，GA，标称组成为86重量％ZrO2(+HfO2)和13.3重量％CeO2，余量为杂质，例如CaO和Na2O)、2.3g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和257.6g蒸馏水。向该混合物中加入0.4克分散剂(TERGITOL MIN-FOAM 1X SURFACTANT)和0.5克消泡剂(FOAMKILL 852)以减少溶液中夹杂的空气。向该瓶中加入约470克氧化镁稳定的氧化锆研磨介质(12.7mm直径，97％氧化锆，购自U.S.Stoneware Corp.)，将该混合物研磨1.5小时，使粉末解团聚。
研磨后，如实施例2所述将浆料干燥并烧去薄片中的有机组分。如实施例34所述在空气中在1555℃将该烧去有机组分的薄片预烧结70分钟。在空气中预烧结后薄片的密度为6.18g/cm3，相信其是理论密度的99.7％。如实施例31所述对薄片进行等压热压。形成的实施例36材料的密度为5.98g/cm3，相信其是理论密度的96.5％。
如实施例1所述制得实施例36的涂覆磨盘，但是使用27克实施例36的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例37如实施例28所述制得磨料前体的小块(等压冷压后用研钵和研杵粉碎)，但是使用290克经氧化铈稳定的氧化锆粉末CEZ-10代替345克HSY 3.0粉末。如实施例34所述在空气中在1555℃将所述小块预烧结70分钟。在空气中预烧结后薄片的密度为6.00g/cm3，相信其是理论密度的96.8％。如实施例31所述对材料块进行等压热压。形成的实施例37材料的密度为6.12g/cm3，相信其是理论密度的98.7％。
如实施例1所述制得实施例37的涂覆磨盘，但是使用27克实施例37的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例38如实施例2所述制得烧去有机组分(即在690℃加热1小时)的磨料前体薄片，但是使用295.7克经氧化钇稳定的氧化锆粉末(以商品名HSY 8.0购自Zirconia Sales，Inc.of Marietta，GA，标称组成为85.7重量％ZrO2(+HfO2)、和13.7重量％Y2O3、余量为杂质，例如Al2O3、CaO和Na2O)代替295.7克HSY 3.0粉末(该HSY 8.0粉末含有足够的氧化钇以完全稳定所述氧化锆，而HSY 3.0粉末仅是部分稳定的)。如实施例31所述在氩气氛中预烧结该烧过的材料的薄片，随后等压热压之。形成的实施例38材料的密度为5.94g/cm3，据信它是理论密度的100.7％。
如实施例3所述测得实施例38材料的平均微硬度。实施例38材料的平均微硬度为12.8GPa。
如实施例19所述测定实施例38材料的平均压痕韧性，但是使用500克压痕负荷。另外，使用实施例3的MITUTOYO MVK-VL硬度试验机代替LEITZ MINILOAD，并使用光学显微镜测量压痕裂缝长度。实施例38材料的平均压痕韧性为2.9MPa·m1/2。
如实施例1所述制得实施例38的涂覆磨盘，但是使用27克实施例38的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例39如实施例28所述制得磨料前体的小块(等压冷压后用研钵和研杵粉碎)，但是使用325克经氧化钇稳定的氧化锆粉末HSY 8.0代替345克HSY 3.0粉末。如实施例35所述在氩气中在1465℃将所述材料小块预烧结70分钟。随后如实施例31所述对材料块进行等压热压。形成的实施例39材料的密度为5.94g/cm3，相信其是理论密度的100.7％。
如实施例1所述制得实施例39的涂覆磨盘，但是使用27克实施例39的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例40如实施例28所述制得磨料前体的小块(等压冷压后用研钵和研杵粉碎)，但是使用325克经氧化钇稳定的氧化锆粉末(以商品名TZ-8Y购自Tosoh CeramicsDivision of Bound Brook，NJ，标称组成为96.5重量％ZrO2(+HfO2)、和13.3重量％Y2O3、余量为杂质，例如Al2O3、SiO2、Fe2O3和Na2O)代替345克HSY 3.0粉末。(该TZ-8Y粉末含有足够的氧化钇以完全稳定所述氧化锆，而TZ-3Y粉末仅是部分稳定的)。如实施例33所述在空气中在1525℃将约155g所述材料小块预烧结70分钟。随后如实施例31所述对材料块进行等压热压。形成的实施例40材料的密度为5.96g/cm3，相信其是理论密度的101.1％。
如实施例1所述制得实施例40的涂覆磨盘，但是使用27克实施例40的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例41如实施例2所述制得烧去有机组分(即在690℃加热1小时)的磨料前体薄片。使用一个气氛受控的炉子(1000-4560FP型)将约300g所述薄片在1140℃在氩气氛中热处理1小时。以约10℃/min的加热速率将薄片由室温加热至1140℃，在1140℃保温1小时，以约10℃/min的冷却速率冷却至800℃，随后关闭炉子电源冷却至室温。
如实施例29所述将经热处理的薄片粉碎并分级成颗粒。如实施例35所述在氩气氛中预烧结约120克得到的颗粒，随后如实施例31所述等压热压之。
如实施例1所述制得实施例41的涂覆磨盘，但是使用27克实施例41的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例31-41和比较例A材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”的部分所述，评价实施例31-41以及比较例A涂覆磨盘的研磨性能，但是试验时间为18分钟，负荷为17.3kg。研磨12和18分钟后的总切削量列于下表9表9
*由于1g/min的低切削速率，因此13分钟后中止试验**由于1g/min的低切削速率，因此15分钟后中止试验***由于3g/min的低切削速率，因此13分钟后中止试验****由于3g/min的低切削速率，因此10分钟后中止试验^由于2g/min的低切削速率，因此8分钟后中止试验^^由于5g/min的低切削速率，因此4分钟后中止试验^^^由于1g/min的低切削速率，因此3分钟后中止试验实施例42向一聚乙烯瓶中加入300.0g经氧化钇稳定的氧化锆粉末(HSY 3.0)、1.5g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和80.2g蒸馏水。向该瓶中加入约470克氧化镁稳定的氧化锆研磨介质(12.7mm直径，97％氧化锆，购自U.S.StonewareCorp.)，将该混合物研磨1.5小时，使粉末解团聚。
研磨后，如实施例2所述制得烧去有机组分的磨料前体薄片。使用一个气氛受控的炉子(1000-4560FP型)将约280克已经加热至690℃的所述薄片在氩气中在1440℃预烧结70分钟。以约10℃/min的加热速率将薄片由室温加热至1440℃，在1440℃保温70分钟，接着以约10℃/min的冷却速率冷却至800℃，再关闭炉子电源将其冷却至室温。在约207MPa的压力下在氩气中将薄片在1385℃等压热压65分钟。以约20℃/min的加热速率将薄片由室温加热至1200℃，以约13℃/分钟的加热速率由1200℃加热至1385℃，在1385℃保温65分钟，接着以约30℃/min的冷却速率冷却至室温。形成的实施例42材料的密度为6.07g/cm3，据信它是理论密度的100.3％。
如实施例1所述制得实施例42的涂覆磨盘，但是使用27克实施例42的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例43向一聚乙烯瓶中加入300.3g经氧化钇稳定的氧化锆粉末(HSY 3.0)、1.5g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和100.4g蒸馏水。向该瓶中加入约470克氧化镁稳定的氧化锆研磨介质(12.7mm直径，97％氧化锆，购自U.S.StonewareCorp.)，将该混合物研磨1.5小时，使粉末解团聚。
研磨后，如实施例2所述制得烧去有机组分的磨料前体薄片。如实施例42所述在氩气氛中预烧结约280克薄片，随后等压热压。形成的实施例43材料的密度为6.06g/cm3，据信它是理论密度的100.1％。
如实施例1所述制得实施例43的涂覆磨盘，但是使用27克实施例43的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例44向一聚乙烯瓶中加入300.3g经氧化钇稳定的氧化锆粉末(HSY 3.0)、1.6g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和120.0g蒸馏水。向该瓶中加入约470克氧化镁稳定的氧化锆研磨介质(12.7mm直径，97％氧化锆，购自U.S.StonewareCorp.)，将该混合物研磨1.5小时，使粉末解团聚。
研磨后，如实施例2所述制得烧去有机组分的磨料前体薄片。如实施例42所述在氩气氛中预烧结约280克薄片，随后等压热压。
如实施例1所述制得实施例44的涂覆磨盘，但是使用27克实施例44的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例42-44和比较例A材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”的部分所述，评价实施例42-44以及比较例A涂覆磨盘的研磨性能，但是试验时间为18分钟，负荷为17.3kg。研磨12和18分钟后的总切削量列于下表10表10
*由于2g/min的低切削速率，因此13分钟后中止试验实施例45向一0.25加仑(946ml)的聚氨酯研磨罐(以Abbethane Jar购自Paul Abbe，Inc.of Little Falls，NJ)中加入399.9g经氧化钇稳定的氧化锆粉末(HSY3.0)、99.9克氧化铝粉末(APA 0.5)、1.6g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和151.5g蒸馏水。向该研磨罐中加入1200克氧化钇稳定的氧化锆研磨介质(9.53mm直径，95％氧化锆，购自Tosoh Ceramics Division of Bound Brook，NJ)，将该混合物研磨48小时，使粉末解团聚并混合粉末。
研磨后，如实施例2所述干燥浆料。将其在600℃的空气中加热1小时以烧去薄片中的有机组分。以约1℃/min的加热速率将薄片由室温加热至600℃，在600℃保温1小时，接着关闭炉子电源将其冷却至室温。使用一个电加热炉(以KKSK-666-3100型的商品名购自Keith Furnaces of Pico Rivera，CA)在空气中在1475℃将约250克该烧去有机组分的薄片烧结2小时。以约20℃/min的加热速率将薄片由室温加热至1475℃，在1475℃保温2小时，接着以约20℃/min的冷却速率冷却至室温。
如实施例3所述测得实施例45材料的平均微硬度。实施例45材料的平均微硬度为14.8GPa。
图10是实施例45材料的抛光表面的扫描电子显微镜(SEM)的数码照片。所述抛光表面是如实施例3所述制备用于微硬度试验的。在该抛光表面上涂覆一层碳薄层，随后使用以背散射电子成象(BSEI)模式的扫描电子显微镜(以JEOL 840型SEM的商品名购自JEOL，Ltd.of Akishima，Japan)以垂直于抛光表面的角度观察。在实施例45材料中氧化铝相(深色相)的平均粒度约为0.9微米(范围0.4-1.6微米)。
如实施例1所述制得实施例45的涂覆磨盘，但是使用25克实施例45的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例46向一0.25加仑(946ml)的聚氨酯研磨罐(Abbethane Jar)中加入300.5g经氧化钇稳定的氧化锆粉末(HSY 3.0)、200.5克氧化铝粉末(APA 0.5)、1.6g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和152.9g蒸馏水。向该研磨罐中加入1200克氧化钇稳定的氧化锆研磨介质(9.53mm直径，95％氧化锆，购自TosohCeramics)，将该混合物研磨48小时，使粉末解团聚并混合粉末。
研磨后，如实施例2所述干燥浆料。如实施例45所述将薄片加热至600℃以烧去有机组分。如实施例45所述在空气中在1475℃将约250克该烧去有机组分的薄片烧结2小时。如实施例3所述测得实施例46材料的平均微硬度。实施例46材料的平均微硬度为16.7GPa。
图11是实施例46材料的抛光表面的扫描电子显微镜(SEM)的数码照片。如实施例45所述制得所述抛光表面并成象。在实施例46材料中氧化铝相(深色相)的平均粒度约为1.1微米(范围0.6-1.8微米)。
如实施例1所述制得实施例46的涂覆磨盘，但是使用25克实施例46的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例45-46和比较例C材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”的部分所述，评价实施例45-46以及比较例C涂覆磨盘的研磨性能，但是试验时间为18分钟，负荷为17.3kg。研磨12和18分钟后的总切削量列于下表11表11
*由于3g/min的低切削速率，因此12分钟后中止试验实施例47如实施例42所述将约200克已烧去有机组分的实施例45薄片在氩气中预烧结，随后等压热压。形成的实施例47材料的密度为5.49g/cm3，据信它是理论密度的100.3％。
如实施例3所述测得实施例47材料的平均微硬度。实施例47材料的平均微硬度为15.3GPa。
图12是实施例47材料的抛光表面的扫描电子显微镜(SEM)的数码照片。所述抛光表面是如实施例45所述制备并成象的。在实施例47材料中氧化铝相(深色相)的平均粒度约为0.5微米(范围0.3-0.8微米)。
如实施例1所述制得实施例47的涂覆磨盘，但是使用24克实施例47的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例48如实施例42所述将约200克已烧去有机组分的实施例46薄片在氩气中预烧结，随后等压热压。形成的实施例48材料的密度为5.01g/cm3，据信它是理论密度的100.4％。如实施例3所述测得实施例48材料的平均微硬度。实施例48材料的平均微硬度为17.4GPa。
图13是实施例48材料的抛光表面的扫描电子显微镜(SEM)的数码照片。所述抛光表面是如实施例45所述制备并成象的。在实施例47材料中氧化铝相(深色相)的平均粒度约为0.6微米(范围0.4-1.2微米)。
如实施例1所述制得实施例48的涂覆磨盘，但是使用22克实施例48的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例49如实施例42所述制得烧去有机组分(即在690℃加热1小时)的材料薄片。随后如实施例41所述在氩气氛中在1140℃将薄片热处理1小时。如实施例29所述使用研钵和研杵将薄片手工粉碎并分级以制得颗粒。
使用一个气氛受控的炉子(1000-4560FP型)将形成的颗粒在1455℃在氩气氛中预烧结70分钟。以约10℃/min的加热速率将颗粒由室温加热至1455℃，在1455℃保温70分钟，以约10℃/min的冷却速率冷却至800℃，随后关闭炉子电源冷却至室温。接着如实施例19所述对颗粒进行等压热压。
如实施例3所述测得实施例49材料的平均微硬度。实施例49材料的平均微硬度为13.2GPa。
如实施例1所述制得实施例49的涂覆磨盘，但是使用26.5克实施例49的磨粒代替实施例1的磨粒。
比较例D如实施例1所述制得比较例D的涂覆磨盘，但是使用17.6克溶胶凝胶法磨粒(321 CUBITRON)代替30克实施例1的磨粒。
实施例47-49和比较例D材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”的部分所述，评价实施例47-49以及比较例D涂覆磨盘的研磨性能，但是试验时间为18分钟，负荷为17.3kg。研磨12和18分钟后的总切削量列于下表12表12
*由于3g/min的低切削速率，因此14分钟后中止试验实施例50如实施例1所述制得实施例50的涂覆磨盘，但是使用24克实施例19的磨粒代替实施例1的磨粒。所述实施例19的磨粒已经分级以保留-40+45和-45+50目(美国标准筛网)磨粒部分。两种粒度的磨粒部分合并成50/50掺混物。
比较例E如实施例1所述制得比较例E的涂覆磨盘，但是使用24克溶胶凝胶法磨粒(321 CUBITRON)代替30克实施例1的磨粒。所述溶胶凝胶法磨粒已经分级以保留-40+45和-45+50目(美国标准筛网)磨粒部分。两种粒度的磨粒部分合并成50/50掺混物。
比较例F如实施例1所述制得比较例F的涂覆磨盘，但是使用24克溶胶凝胶法磨粒(美国3M公司制，商品名为222 CUBITRON)代替30克实施例1的磨粒。所述溶胶凝胶法磨粒已经分级以保留-40+45和-45+50目(美国标准筛网)磨粒部分。两种粒度的磨粒部分合并成50/50掺混物。
比较例G如实施例1所述制得比较例G的涂覆磨盘，但是使用24克溶胶凝胶法磨粒(美国3M公司制，商品名为201 CUBITRON)代替30克实施例1的磨粒。所述溶胶凝胶法磨粒已经分级以保留-40+45和-45+50目(美国标准筛网)磨粒部分。两种粒度的磨粒部分合并成50/50掺混物。
实施例50和比较例E-G材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”的部分所述，评价实施例50以及比较例E-G涂覆磨盘的研磨性能，但是试验时间最长为16分钟，负荷为6.4、7.3、10.1和17.3kg。研磨12和16分钟后的总切削量分别列于下表13(6.4kg)、14(7.3kg)、15(10.1kg)和16(17.3kg)表13
表14
表15
*由于1g/min的低切削速率，因此13分钟后中止试验**由于2g/min的低切削速率，因此11分钟后中止试验表16
*由于2g/min的低切削速率，因此9分钟后中止试验**由于2g/min的低切削速率，因此7分钟后中止试验实施例51向一0.25加仑(946ml)的聚氨酯研磨罐(Abbethane Jar)中加入501.4g经氧化钇稳定的氧化锆粉末(HSY 3.0)、1.5g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和150.8g蒸馏水。向该研磨罐中加入1150克氧化钇稳定的氧化锆研磨介质(9.53mm直径，95％氧化锆，购自Tosoh Ceramics)，将该混合物研磨54小时，使粉末解团聚并研磨粉末。
研磨后，如实施例2所述干燥浆料并将薄片加热至690℃以烧去有机组分。如实施例41所述将薄片在氩气中在1140℃热处理1小时。接着用研钵和研杵手工将薄片粉碎成颗粒，并分级以保留-16+18目、-18+20目、-20+25目、-25+30目和-30+35目(美国标准筛网)的颗粒部分。随后使用一个气氛受控的炉子(1000-4560FP型)将约100克形成的颗粒在1415℃在氩气氛中预烧结70分钟。以约10℃/min的加热速率将颗粒由室温加热至1415℃，在1415℃保温70分钟，以约10℃/min的冷却速率冷却至800℃，随后关闭炉子电源冷却至室温。形成的实施例51颗粒的密度为6.05g/cm3，据信它是理论密度的100.0％。
在约207MPa的压力下在氩气中将薄片在1365℃等压热压60分钟。以约20℃/min的加热速率将薄片由室温加热至1200℃，以约13℃/分钟的加热速率由1200℃加热至1365℃，在1365℃保温60分钟，接着以约30℃/min的冷却速率冷却至室温。形成的实施例51颗粒的密度为6.06g/cm3，据信它是理论密度的100.1％如实施例1所述制得实施例51的涂覆磨盘，但是使用26.5克实施例51的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例52使用一个气氛受控的炉子(1000-4560FP型)将约100g经热处理、粉碎和分级的实施例51颗粒在1430℃在氩气中烧结70分钟。以约10℃/min的加热速率将颗粒由室温加热至1430℃，在1430℃保温70分钟，接着以约10℃/min的冷却速率冷却至800℃，再关闭炉子电源将其冷却至室温。形成的实施例52颗粒的密度为6.06g/cm3，据信它是理论密度的100.1％。
如实施例1所述制得实施例52的涂覆磨盘，但是使用26.5克实施例52的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例53如实施例42所述制得烧去有机组分(即在690℃加热1小时)的磨料前体薄片。如实施例41所述将所述薄片在1140℃在氩气氛中热处理1小时。随后使用Chipmunk颚式轧碎机(241-34型)将该薄片机械粉碎成颗粒并分级以保留-16+18、-18+20、-20+25、-25+30和-30+35目(美国标准筛网)颗粒部分。
如实施例49所述将形成的颗粒在氩气中在1455℃预烧结70分钟。形成的颗粒的密度为6.05g/cm3，据信它是理论密度的100.0％。如实施例19所述对颗粒进行等压热压。形成的实施例53颗粒的密度为6.06g/cm3，据信它是理论密度的100.1％。
如实施例1所述制得实施例53的涂覆磨盘，但是使用26.5克实施例53的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例51-53和比较例B材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”的部分所述，评价实施例51-53以及比较例B涂覆磨盘的研磨性能，但是试验时间最长为24分钟，负荷为17.3kg。研磨12、18和24分钟后的总切削量分别列于下表17表17
*由于5g/min的低切削速率，因此12分钟后中止试验实施例54-57向一0.25加仑(946ml)的聚氨酯研磨罐(Abbethane Jar)中加入500.0g经氧化钇稳定的氧化锆粉末(HSY 3.0)、1.5g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和150.0g蒸馏水。向该研磨罐中加入1050克氧化钇稳定的氧化锆研磨介质(9.53mm直径，95％氧化锆，购自Tosoh Ceramics)，将该混合物研磨54小时，使粉末解团聚并研磨粉末。
研磨后，如实施例2所述干燥浆料并将薄片加热至690℃以烧去有机组分。如实施例41所述将薄片在氩气中在1140℃热处理1小时。接着用实施例53所述方法使用Chipmunk颚式轧碎机将薄片粉碎成颗粒，并分级以保留-20+25目、-25+30目、-30+35目、-35+40目和-40+45目(美国标准筛网)的颗粒部分。
随后使用一个气氛受控的炉子(1000-4560FP型)将形成的颗粒在1420℃在氩气氛中预烧结70分钟。以约10℃/min的加热速率将颗粒由室温加热至1420℃，在1420℃保温70分钟，以约10℃/min的冷却速率冷却至800℃，随后关闭炉子电源冷却至室温。接着在约207MPa的压力下在氩气中将薄片在1365℃等压热压65分钟。以约20℃/min的加热速率将颗粒由室温加热至1200℃，以约13℃/分钟的加热速率由1200℃加热至1365℃，接着以约30℃/min的冷却速率冷却至室温。形成的实施例54颗粒的密度为6.05g/cm3，据信它是理论密度的100.0％。
如实施例3所述测得实施例54材料的平均微硬度。实施例54材料的平均微硬度为13.2GPa。如实施例19所述测定实施例54材料的平均压痕韧性。实施例54材料的平均压痕韧性为6.3MPa·m1/2。
制得多批实施例54的磨粒以进行下述研磨步骤。在所述多批磨粒中各种原料的确切用量与所述标准用量相差小于0.5％。加工温度与上述标准温度相差小于±5℃。
如实施例1所述制得实施例54、55、56和57的涂覆磨盘，但是分别使用17.5克、22.0克、26.5克和31.5克实施例54的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例54-57和比较例B材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”的部分所述，评价实施例54-57以及比较例B涂覆磨盘的研磨性能，但是试验时间最长为30分钟，负荷为17.3kg。研磨12、18、24和30分钟后的总切削量分别列于下表18表18
*由于7g/min的低切削速率，因此13分钟后中止试验**18分钟后中止试验，此时切削速率为165g/min***24分钟后中止试验，此时切削速率为153g/min****料18分钟后中止试验，此时切削速率为89g/min
实施例58-60如实施例1所述制得实施例58-60的涂覆磨盘，但是分别使用18克、22克和26克实施例54的磨粒代替实施例1的磨粒。所述实施例54的磨粒已经分级以保留-35+40和-40+45目(美国标准筛网)磨粒部分。两种粒度的磨粒部分合并成50/50掺混物。
比较例H如实施例1所述制得比较例H的涂覆磨盘，但是使用14.9克溶胶凝胶磨粒(321 CUBITRON)代替30克实施例1的磨粒。所述溶胶凝胶磨粒已经分级以保留-35+40和-40+45目(美国标准筛网)磨粒部分。两种粒度的磨粒部分合并成50/50掺混物。
实施例58-60和比较例H材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”节所述，评价实施例58-60以及比较例H涂覆磨盘的研磨性能，但是试验长度为18分钟，负荷为10.1kg。研磨12和18分钟后的总切削量列于下表19表19
实施例61向一0.25加仑(946ml)的聚氨酯研磨罐(Abbethane Jar)中加入265.7g经氧化钇稳定的氧化锆粉末(HSY 3.0)、29.5克氧化铝粉末(APA 0.5)、0.9g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和90.0g蒸馏水。向该研磨罐中加入约470克氧化钇稳定的氧化锆研磨介质(9.53mm直径，95％氧化锆，购自TosohCeramics)，将该混合物研磨54小时，使粉末解团聚并研磨粉末。
研磨后，如实施例2所述干燥浆料并将薄片加热至690℃。使用一个气氛受控的炉子(1000-3560-FP20型，购自Astro Industries of Santa Barbara，CA)在氩气中在1220℃将该薄片热处理1小时。以约10℃/min的加热速率将薄片由室温加热至1220℃，在1220℃保温1小时，以约10℃/min的冷却速率冷却至800℃，随后关闭炉子电源以冷却至室温。
随后如实施例53所述使用Chipmunk颚式轧碎机将该薄片机械粉碎成颗粒，如实施例54所述在氩气中在1420℃将形成的颗粒预烧结70分钟。形成的预烧结颗粒的密度约为5.73g/cm3，据信它是理论密度的99.6％。如实施例54所述在1365℃将所述颗粒等压热压65分钟。形成的实施例61颗粒的密度为5.75g/cm3，据信它是理论密度的100.0％。
如实施例3所述测得实施例61材料的平均微硬度。实施例61材料的平均微硬度为14.0GPa。
如实施例1所述制得实施例61的涂覆磨盘，但是使用25.2克实施例61的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例62向一0.25加仑(946ml)的聚氨酯研磨罐(Abbethane Jar)中加入280.56g经氧化钇稳定的氧化锆粉末(HSY 3.0)、14.8克氧化铝粉末(APA 0.5)、1.0g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和90.1g蒸馏水。向该研磨罐中加入约470克氧化钇稳定的氧化锆研磨介质(9.53mm直径，95％氧化锆，购自TosohCeramics)，将该混合物研磨54小时，使粉末解团聚并研磨粉末。
研磨后，如实施例2所述干燥浆料并将薄片加热至690℃。如实施例61所述将薄片在氩气中在1220℃热处理1小时。
随后如实施例53所述使用Chipmunk颚式轧碎机将该薄片机械粉碎成颗粒，如实施例54所述在氩气中在1420℃将形成的颗粒预烧结70分钟。形成的预烧结颗粒的密度约为5.89g/cm3，据信它是理论密度的99.8％。如实施例54所述在1365℃将所述颗粒等压热压65分钟。形成的实施例62颗粒的密度为5.90g/cm3，据信它是理论密度的100.1％。
如实施例3所述测得实施例62材料的平均微硬度。实施例62材料的平均微硬度为13.7GPa。
如实施例1所述制得实施例62的涂覆磨盘，但是使用25.8克实施例62的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例61-62和比较例B材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”的部分所述，评价实施例61-62以及比较例B涂覆磨盘的研磨性能，但是试验时间为18分钟，负荷为17.3kg。研磨12和18分钟后的总切削量列于下表20表20
*由于5g/min低的切削速率，因此13分钟后中止试验实施例63向一0.25加仑(946ml)的聚氨酯研磨罐(Abbethane Jar)中加入400g未经稳定的氧化锆粉末(以商品名DK-1购自Zirconia Sales，Inc.of Marietta，GA，标称组成为99.5重量％ZrO2(+HfO2)，余量为杂质，例如Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2和Na2O)、100g氧化铝粉末(APA 0.5)、2.4g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和316.2g蒸馏水。向该研磨罐中加入约990克氧化钇稳定的氧化锆研磨介质(9.53mm直径，95％氧化锆，购自Tosoh Ceramics)，将该混合物研磨48小时，使粉末解团聚并混合粉末。
研磨后，如实施例2所述干燥浆料，如实施例45所述将薄片在空气中在600℃加热1小时以烧去有机组分。用Y(NO3)3·6H2O水溶液(目录号为#237957，购自Aldrich Chemical Company of Milwaukee，WI)浸渍约250克所述烧去有机组分的薄片，干燥并在空气中在600℃锻烧1小时。以约1℃/min的加热速率将薄片由室温加热至600℃，在600℃保温1小时，随后关闭炉子电源以冷却至室温。浸渍液中Y(NO3)3·6H2O的浓度应使得锻烧的薄片中Y2O3的量为7.3重量％(带有18.5重量％Al2O3和74.2重量％ZrO2)。如实施例45所述将约250克所述经浸渍、锻烧的薄片在1475℃在空气中烧结2小时。
如实施例1所述制得实施例63的涂覆磨盘，但是使用25克实施例63的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例63和比较例C材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”的部分所述，评价实施例63以及比较例C涂覆磨盘的研磨性能，但是试验时间为12分钟，负荷为17.3kg。研磨12分钟后的总切削量列于下表21
表21
实施例64如实施例1所述制得实施例64的涂覆磨盘，但是使用23.1克实施例54的磨粒代替实施例1的磨粒。所述实施例54的磨粒已经分级以保留-35+40和-40+45目(美国标准筛网)磨粒部分。两种粒度的磨粒部分合并成50/50掺混物。
实施例65向一1.6加仑(6054ml)的聚氨酯研磨罐(以Abbethane Jar的商品名购自Paul Abbe，Inc.of Little Falls，NJ)中加入3200g经氧化钇稳定的氧化锆粉末(HSY 3.0)、800克氧化铝粉末(APA 0.5)、12.4g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和1050g蒸馏水。向该研磨罐中加入约3500克氧化钇稳定的氧化锆研磨介质(9.53mm直径，95％氧化锆，购自Tosoh Ceramics)，将该混合物研磨48小时，使粉末解团聚并混合粉末。
研磨后，如实施例2所述干燥浆料。如实施例45所述将薄片加热至600℃以烧去有机组分。接着用研钵和研杵将该薄片手工粉碎成颗粒，并分级以保留-18+20目、-20+25目、-25+30目和-30+35目(美国标准筛网)的颗粒部分。如实施例45所述将颗粒在空气中在1475℃烧结2小时。形成的实施例65颗粒的密度为5.46g/cm3，据信它是理论密度的99.7％。
如实施例3所述测得实施例65材料的平均微硬度。实施例65材料的平均微硬度为14.6GPa。如实施例19所述测定实施例65材料的平均压痕韧性。实施例65材料的平均压痕韧性为12.0MPa·m1/2。
制得多批实施例65的磨粒以进行下述研磨步骤。在所述多批磨粒中各种原料的确切用量与所述标准用量相差小于0.5％。加工温度与上述标准温度相差小于±5℃。
如实施例1所述制得实施例65的涂覆磨盘，但是使用20.9克实施例65的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例66向一1.6加仑(6054ml)的聚氨酯研磨罐(Abbethane Jar)中加入2400g经氧化钇稳定的氧化锆粉末(HSY 3.0)、1600克氧化铝粉末(APA 0.5)、12.4g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和1050g蒸馏水。向该研磨罐中加入约3500克氧化钇稳定的氧化锆研磨介质(9.53mm直径，95％氧化锆，购自TosohCeramics)，将该混合物研磨48小时，使粉末解团聚并混合粉末。
研磨后，如实施例2所述干燥浆料。如实施例45所述将薄片加热至600℃以烧去有机组分。接着用实施例65所述方法将该薄片手工粉碎成颗粒。如实施例45所述将颗粒在空气中在1475℃烧结2小时。形成的实施例66颗粒的密度为5.00g/cm3，据信它是理论密度的100.0％。
如实施例3所述测得实施例66材料的平均微硬度。实施例66材料的平均微硬度为15.6GPa。如实施例19所述测定实施例66材料的平均压痕韧性。实施例66材料的平均压痕韧性为6.3MPa·m1/2。
制得多批实施例66的磨粒以进行下述研磨步骤。在所述多批磨粒中各种原料的确切用量与所述标准用量相差小于0.5％。加工温度与上述标准温度相差小于±5℃。
如实施例1所述制得实施例66的涂覆磨盘，但是使用19.1克实施例66的磨粒代替实施例1的磨粒。
比较例I如实施例1所述制得比较例I的涂覆磨盘，但是使用14.8克溶胶凝胶法磨粒(201 CUBITRON)代替30克实施例1的磨粒。所述溶胶凝胶法磨粒已经分级以保留-35+40和-40+45目(美国标准筛网)磨粒部分。两种粒度的磨粒部分合并成50/50掺混物。
实施例64-66和比较例H-I材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”的部分所述，评价实施例64-66以及比较例H-I涂覆磨盘的研磨性能，但是试验时间为12或18分钟，负荷为10.1或7.3kg。另外，如下表所示改变金属的类型。对于不同的金属在10.1kg下研磨12分钟、在7.3kg下研磨12分钟、在10.1kg下研磨18分钟和在7.3kg研磨18分钟后的总切削量分别列于下表
表22
*由于2g/min的低切削速率，因此8分钟后中止试验**由于3g/min的低切削速率，因此8分钟后中止试验***由于1g/min的低切削速率，因此11分钟后中止试验****由于1g/min的低切削速率，因此3分钟后中止试验而且，上表22中对于1095和M2金属的实施例研磨数据分别示于图14和15。
表23
*由于2g/min的低切削速率，因此7分钟后中止试验**由于1g/min的低切削速率，因此2分钟后中止试验***由于1g/min的低切削速率，因此5分钟后中止试验****由于1g/min的低切削速率，因此8分钟后中止试验*****由于1g/min的低切削速率，因此10分钟后中止试验而且，上表23中对于1008金属的实施例研磨数据示于图16。
表24
而且，上表24中对于1018金属的实施例研磨数据示于图17。
实施例64和比较例H材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”的部分所述，评价实施例64以及比较例H涂覆磨盘的研磨性能，但是试验时间为18分钟，负荷为14.0kg。研磨12和18分钟后的总切削量分别列于下表25表25
实施例67向一0.25加仑(946ml)的聚氨酯研磨罐(Abbethane Jar)中加入390.4g经氧化钇稳定的氧化锆粉末(HSY 3.0)、97.6克氧化铝粉末(APA 0.5)、12.9g氧化镧粉末(购自Molycorp，Inc.，Brea，CA)、1.6克柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和170.4g蒸馏水。向该研磨罐中加入约1100克氧化钇稳定的氧化锆研磨介质(9.53mm直径，95％氧化锆，购自Tosoh Ceramics)，将该混合物研磨48小时，使粉末解团聚并混合粉末。
研磨后，如实施例2所述干燥浆料。将薄片在600℃在空气中加热1小时以烧去有机组分。以约1℃/min的加热速率将薄片由室温加热至600℃，在600℃保温1小时，随后关闭炉子电源使之冷却至室温。
使用一个电加热炉(KKSK-666-3100型)在空气中在1475℃将约250克该烧去有机组分的薄片烧结2小时。以约20℃/min的加热速率将薄片加热至1475℃，在1475℃保温2小时，接着以约20℃/min的冷却速率冷却至室温。
图18是实施例67材料的抛光表面的扫描电子显微镜(SEM)的数码照片。所述抛光表面是如实施例3所述制备用于微硬度试验的。在该抛光表面上涂覆一层碳薄层，随后使用以背散射电子成象(BSEI)模式的扫描电子显微镜(以JEOL 840型SEM的商品名购自JEOL，Ltd.of Akishima，Japan)以垂直于抛光表面的角度观察。参见图18，除了分散的Al2O3相(各向等大的/圆形的并且深色的)和氧化锆相(浅色相)以外，该微结构还含有第三相(也是深色的)，其形状为细长棒/小片状。少量的第三相不能用用过的X-射线技术直接相测量，但是，能量分散x-射线分析(EDAX)该相表明它是β-六铝酸盐(LaAl11O18)。
实施例68如实施例1所述制得实施例68的涂覆磨盘，但是使用27克实施例45的磨粒代替实施例1的磨粒。
实施例67-68和比较例A材料的研磨性能如上面标题为“实施例1和比较例A材料的研磨性能”的部分所述，评价实施例67-68以及比较例A涂覆磨盘的研磨性能，但是试验时间为24分钟，负荷为7.3kg。研磨12和24分钟后的总切削量列于下表26表26
实施例69如实施例54所述制得实施例69磨粒，不同之处在于向一1.6加仑(6054ml)的聚氨酯研磨罐(Abbethane Jar)中加入3000g经氧化钇稳定的氧化锆粉末(HSY3.0)、9.0g柠檬酸氢铵粉末(目录号为#24，756-1)和900g蒸馏水。向该研磨罐中加入约3240克氧化钇稳定的氧化锆研磨介质(9.53mm直径，95％氧化锆，购自Tosoh Ceramics)，将该混合物研磨54小时，使粉末解团聚并研磨粉末。
研磨后，如实施例2所述干燥浆料并将薄片加热至690℃。使用气氛受控的炉子(HTG-7010型，购自Astro Instries of Santa Barbara，CA)将薄片在氩气中在1140℃热处理1小时。以约10℃/min的加热速率将薄片加热至1140℃，在1140℃保温1小时，以约10℃/min的冷却速率冷却至800℃，随后关闭炉子电源将其冷却至室温。
接着如实施例53所述使用Chipmunk颚式轧碎机将薄片机械粉碎，并如实施例54所述分级形成颗粒。使用一个气氛受控的炉子(HTG-7010型)将形成的颗粒在1420℃在氩气氛中预烧结70分钟。以约10℃/min的加热速率将颗粒由室温加热至1420℃，在1420℃保温70分钟，以约10℃/min的冷却速率冷却至800℃，随后关闭炉子电源冷却至室温。接着如实施例54所述对薄片进行等压热压。形成的实施例69颗粒的密度为6.07g/cm3，据信它是理论密度的100.3％。
制得多批实施例69的磨粒以进行下述研磨带研磨。在所述多批磨粒中各种原料的确切用量与所述标准用量相差小于0.5％。加工温度与上述标准温度相差小于±5℃。
用下列方法制得实施例69的涂覆研磨带。将下表27所示的分级颗粒合并形成“36级”颗粒(mineral)掺混物表27
将组成与实施例1相同的酚醛构造树脂涂覆在8.9cm宽的连续YF布背衬上。湿的构造树脂重量约为310g/m2。在施涂构造涂层以后，立即将烧结的磨粒静电涂覆在涂覆构造涂层的布背衬上。该研磨涂层重约1250g/m2。在88℃将构造树脂预固化120分钟。随后在构造涂层和磨粒上涂覆填充冰晶石的酚醛上胶涂层。湿的上胶涂层重量约为400g/m2。在99℃将上胶树脂固化12小时。用已知的方法将涂覆的背衬转换成两种不同尺寸的研磨带(6.35×96.5cm和7.6×335.3cm)。试验前该涂覆研磨带是挠性的。
比较例J如实施例69所述制得比较例J的涂覆研磨带，但是使用上表27所示的已经分级并合并形成“36级”的溶胶凝胶法磨粒(321 CUBITRON)代替实施例69的磨粒。研磨涂层重量约为740g/m2。
比较例K如实施例69所述制得比较例K的涂覆研磨带，但是使用上表27所示的已经分级并合并形成“36级”的溶胶凝胶法磨粒(201 CUBITRON)代替实施例69的磨粒。研磨涂层重量约为720g/m2。
比较例L如实施例69所述制得比较例L的涂覆研磨带，但是使用上表27所示的已经分级并合并形成“36级”的溶胶凝胶法磨粒(222 CUBITRON)代替实施例69的磨粒。研磨涂层重量约为730g/m2。
实施例69和比较例J-L研磨带的研磨性能使用研磨带研磨机(#CFD 60型，购自Hammond Machinery of Kalamazoo，MI)评价实施例69和比较例J-L涂覆研磨带(6.35×96.5cm)的研磨性能。使用在研磨带背面施加约47psi(0.32MPa)空气压力并且在研磨带速率为约1143表面米/min的条件下以15秒倒角循环的方式研磨尺寸为1.91×1.91×40.6cm长的1018低碳钢工件。在每一循环的切削速率达到其最大持续的切削速率的75％后停止研磨带研磨。结果列于下表28和图19表28
在Thompson表面研磨机(#C12型，购自Thompson Grinder Company，Springfield，OH)上评价实施例69和比较例J-L研磨带(7.6×335.3cm)的研磨性能。使用12mil(0.3048mm)恒定的横向进磨(in-feed)速度直至达到约1340g(1个工件)终点的方式干研磨1018低碳钢工件(尺寸为1.26×17.8×10.2cm)。工作台速度约为762cm/min，研磨带速度约1524m/min。测量1340g终点的法向压力，结果列于下表29表29
终点压力越小，则研磨带性能越佳。
实施例70如实施例69所述制得实施例70的磨粒，但是不同之处在于通过筛选和掺混40重量％-60+70目、40重量％-70+80目和20重量％-80+100目颗粒将磨粒分级成“80级”。使用环氧-丙烯酸酯构造树脂将该80级磨粒粘附在C称量纸的25.4cm×45.7cm部分上，所述构造树脂的组成为40.7重量％双酚A环氧树脂(环氧当量为185-192，以EPON 828商品名购自Shell Chemical，Houston，TX)、0.6重量％草酸二叔戊酯(购自美国3M公司)、4.5重量％TMPTA三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(以SR351商品名购自Sartomer Co.，Exton，PA)、2.8重量％1，4-环己烷二甲醇(以CHDM商品名购自Eastman Chemical Company，Kingsport，CT)、29.5重量％双酚A表氯醇基环氧树脂(环氧重量当量为525-550，以EPON1001F商品名购自Shell Chemical，Houston，TX)20.3重量％高分子量聚酯(以DYNAPOL S-1227商品名购自Creanova，Piscataway，NJ)1.0重量％2，2-二甲氧基-1，2-二苯基-1-乙酮(以IRGACURE 651商品名购自Ciba Gergy Company，Ardsley，NY)和0.6重量％六氟锑酸η-(二甲苯(混合的异构体))-η-环戊二烯基铁(II)(购自美国3M公司)。
用刮涂机在82℃施涂该构造涂层，涂覆重量约25-30g/m2。接着使该树脂以50英尺/min(15.2m/min)的速度通过一个紫外光处理器(EPIQ 6000，购自FusionSystems Corp.，Rockville，MD，它带有一个Fusion D灯泡，功率为79W/cm)一次来活化该树脂，立即静电沉涂覆经烧结的磨粒(约345g/m2)并在127℃将试样热固化15分钟。
将具有下列组成的环氧-丙烯酸酯上胶树脂辊涂在所述构造涂层和磨粒上，湿涂覆重量约为150g/m2。所述上胶树脂的组成为44.0重量％脂环族环氧树脂(以ERL 4221商品名购自Dow Chemical，Midland，MI)、19.0重量％三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(以SR 351商品名购自Sartomer Co.，Exton，PA)、1.0重量％光引发剂(以DAROCURE 1173商品名购自Ciba Specialty Chemicals，Tarrytown，NY)、3.0重量％六氟锑酸三芳基锍(以UVI 6974商品名购自UnionCarbide Corp.，Hahnville，LA)和33.0重量％无水铝硅酸钾钠填料(以MINEX-3商品名购自L.V.Lomas Ltd.，Brampton，Ontario，Canada)。以与构造涂层相同的条件使该试样通过紫外光处理器两次对其进行辐照，随后在138℃热固化15分钟。在23℃放置过夜后，试样是挠性(flexed)的，接着将其附着在压敏粘合剂背衬上，转化成12.7cm或15.2cm的磨盘。
比较例M如实施例70所述制得比较例M的涂覆磨盘，但是使用磨粒是溶胶凝胶法氧化铝基磨粒(222 CUBITRON，购自美国3M公司，筛分并掺混成80级)。研磨涂层重量约为215g/m2。
比较例N如实施例70所述制得比较例N的涂覆磨盘，但是使用磨粒是蓝色熔凝氧化铝磨粒(以FSX商品名购自Treibacher Co.，Villach，Austria，筛分并掺混成80级)代替烧结的80级氧化锆磨粒。研磨涂层重量约为215g/m2。
比较例O如实施例70所述制得比较例O的涂覆磨盘，但是使用磨粒是碳化硅磨粒(以SiC商品名购自Washington Mills Co.，Niagara Falls，NY，筛分并掺混成80级)代替烧结的氧化锆磨粒。研磨涂层重量约为170g/m2。
比较例P如实施例70所述制得比较例P的涂覆磨盘，但是使用磨粒是熔凝氧化铝-氧化锆磨粒(以NZX商品名购自Norton Company，Worcester，MA，筛分并掺混成80级)代替烧结的氧化锆磨粒。研磨涂层重量约为240g/m2。
比较例Q比较例Q是P80涂覆磨盘，以IMPERIAL商品名购自美国3M公司。
将12.7cm直径的实施例70和比较例M-P的样品附着在双功能打磨机(购自National Detroit，Inc.，Rockford，IL)上。使用80psi(550kPa)空气压力在1018钢面板部分上使磨盘钝化30秒。接着在漆黑色的第一道涂层/透明涂层的冷轧钢板工件(E-涂覆ED5000、底漆764-204、第一道涂层542AB921、透明涂层K8010A，购自ACT Laboratories，Inc.，Hillsdale，MI)上在80psi(550kPa)的打磨机压力下以30秒间隔进行2分钟研磨试验。打磨机与工件的运行夹角为15°。工件的重量损失作为切削总重量(单位为克)列于下表3表3
另外，按用于12.7cm磨盘的方法评价15.2cm直径磨盘，但是省去在1018钢上的预钝化步骤，并且在90psi(619kPa)的空气压力下运行无规轨道的打磨机(购自Hutchins Co.，Pasadena，CA)，切削值列于下表31。
表31
尽管说明书以具体实例进行了详细描述，但是在理解了前面的详细描述以后，本领域的普通技术人员可容易地对这些实例进行改变、变化和等同。因此，本发明的范围由所附权利要求是及其等同物确定。
权利要求
1.一种磨粒，按磨粒的总重量计，它至少包括60.0重量％烧结的多晶氧化锆。
2.如权利要求1所述的磨粒，其特征在于，按磨粒的总重量计，该磨粒至少包括65.0重量％烧结的多晶氧化锆。
3.如权利要求1所述的磨粒，其特征在于，按磨粒的总重量计，该磨粒至少包括70.0重量％烧结的多晶氧化锆。
4.如权利要求1所述的磨粒，其特征在于，按磨粒的总重量计，该磨粒至少包括75.0重量％烧结的多晶氧化锆。
5.如权利要求1所述的磨粒，其特征在于，按磨粒的总重量计，该磨粒至少包括80.0重量％烧结的多晶氧化锆。
6.如权利要求1所述的磨粒，其特征在于，按磨粒的总重量计，该磨粒至少包括85.0重量％烧结的多晶氧化锆。
7.如权利要求1所述的磨粒，其特征在于，按磨粒的总重量计，该磨粒至少包括90.0重量％烧结的多晶氧化锆。
8.如权利要求1所述的磨粒，其特征在于所述烧结的多晶氧化锆是至少部分稳定的。
9.如权利要求8所述的磨粒，其特征在于，按磨粒的总重量计，该磨粒还包括最多约14.0重量％用于稳定的金属氧化物。
10.如权利要求9所述的磨粒，其特征在于按磨粒总重量计，该磨粒包括约86.0-97.0重量％烧结的多晶氧化锆，和约14.0-3.0重量％用于稳定的金属氧化物。
11.如权利要求8所述的磨粒，其特征在于所述烧结的多晶氧化锆是用用于稳定的金属氧化物至少部分稳定的，所述金属氧化物选自氧化钙、氧化镁、氧化铈、氧化钇、氧化钆、氧化镱、氧化钕、氧化铽、氧化镨、氧化镝、氧化钬、氧化钐、氧化钪、氧化镧、氧化钷、氧化铕、氧化铒、氧化铥、氧化镥、氧化钛、氧化锗、氧化铁、氧化铜、氧化锌、氧化钇铌、氧化钇钽及其混合物。
12.如权利要求1所述的磨粒，其特征在于，按磨粒的总重量计，该磨粒还包括最多40.0重量％的至少一种非用于稳定的金属氧化物。
13.如权利要求1所述的磨粒，其特征在于该磨粒还包括最多40.0重量％的至少一种金属氧化物，该金属氧化物选自氧化铝、氧化铪、氧化硅、氧化铁、氧化钙、氧化钠、氧化镁、稀土金属氧化物、氧化钇、氧化钛、氧化镍、及其混合物。
14.如权利要求1所述的磨粒，其特征在于，按磨粒的总重量计，该磨粒还包括最多40.0重量％的氧化铝。
15.如权利要求1所述的磨粒，其特征在于，按磨粒的总重量计，该磨粒包括约60.0-97.0重量％烧结的多晶氧化锆、约0-37重量％氧化铝、约3.0-8.0重量％氧化钇。
16.如权利要求1所述的磨粒，其特征在于，按磨粒的总重量计，该磨粒包括约60.0-97.0重量％烧结的多晶氧化锆、约3.0-8.0重量％用于稳定的氧化钇、约0-37.0重量％氧化铝、和约0-10.0％非用于稳定的第二种金属氧化物。
17.如权利要求16所述的磨粒，其特征在于所述非用于稳定的第二种金属氧化物包括氧化镧、氧化铈、氧化谱、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆或其混合物。
18.如权利要求1所述的磨粒，其特征在于至少50.0％的氧化锆具有四方晶系结构。
19.如权利要求18所述的磨粒，其特征在于至少80.0％的氧化锆具有四方晶系结构。
20.如权利要求19所述的磨粒，其特征在于至少90.0％的氧化锆具有四方晶系结构。
21.如权利要求1所述的磨粒，其特征在于所述氧化锆的平均晶体尺寸小于约3微米。
22.如权利要求1所述的磨粒，其特征在于所述氧化锆的平均晶体尺寸小于约1微米。
23.如权利要求1所述的磨粒，其特征在于所述氧化锆的平均晶体尺寸不大于约0.5微米。
24.如权利要求1所述的磨粒，其特征在于所述磨粒的相对密度至少为理论密度值的95.0％。
25.粒度分布由细至粗的许多磨粒，按给定磨粒总重量计该许多磨粒中至少有一部分是至少包括60.0重量％烧结的多晶氧化锆的磨粒。
26.如权利要求25所述的许多磨粒，其特征在于所述许多磨粒还包括其它磨粒。
27.粒度分布由细至粗并且具有规定标称级别的许多磨粒，其特征在于按给定磨粒总重量计该许多磨粒中至少一部分是至少包括60.0重量％烧结的多晶氧化锆的磨粒。
28.如权利要求27所述的许多磨粒，其特征在于所述规定标称级别选自ANSI16、ANSI 24、ANSI 36、ANSI 40、ANSI50、ANSI 60、ANSI 80、ANSI 100、ANSI120、ANSI 150、ANSI 180、ANSI220、ANSI 240、ANSI280、ANSI 320、ANSI 360、ANSI 400和ANSI 600。
29.如权利要求27所述的许多磨粒，其特征在于所述规定标称级别选自P16、P24、P36、P40、P50、P60、P80、P100、P120、P150、P180、P220、P320、P400、P500、P600、P800、P1000和P1200。
30.如权利要求27所述的许多磨粒，其特征在于所述具体的标称级别选自JIS 16、JIS 24、JIS 36、JIS 46、JIS 54、JIS 60、JIS 80、JIS 100、JIS 150、JIS 180、JIS 220、JIS 240、JIS 280、JIS 320、JIS 360、JIS 400、JIS 600、JIS 800、JIS 1000、JIS 1500、JIS 2500、JIS 4000、JIS 6000、JIS 8000和JIS 10,000。
31.一种磨具，它包括粘结剂和许多磨粒，按给定磨粒的总重量计，至少一部分所述磨粒是包括至少60.0重量％烧结的多晶氧化锆的磨粒。
32.一种磨具，它包括背衬、粘结剂和许多磨粒，按给定磨粒的总重量计，至少一部分所述磨粒是包括至少60.0重量％烧结的多晶氧化锆的磨粒。
33.一种磨粒的制造方法，该方法包括加热磨粒前体，形成按磨粒的总重量计包括至少60.0重量％多晶氧化锆的磨粒，所述加热是在低于所述磨粒的熔点温度下进行的。
34.如权利要求33所述的方法，其特征在于所述氧化锆是至少部分稳定的。
35.如权利要求33所述的方法，其特征在于，按磨粒总重量计所述磨粒还包括最多40.0重量％至少一种非用于稳定的金属氧化物。
36.如权利要求33所述的方法，其特征在于按磨粒总重量计所述磨粒还包括最多40.0重量％氧化铝。
37.如权利要求33所述的方法，其特征在于按磨粒总重量计所述磨粒还包括最多约14.0重量％用于稳定的金属氧化物。
38.如权利要求37所述的方法，其特征在于按磨粒总重量计所述磨粒包括约86.0-97.0重量％多晶氧化锆和约14.0-3.0重量％用于稳定的金属氧化物。
39.如权利要求37所述的方法，其特征在于按磨粒总重量计所述磨粒包括约60-97.0重量％多晶氧化锆、0-约37.0重量％氧化铝和约3-8重量％氧化钇。
40.如权利要求37所述的方法，其特征在于按磨粒总重量计所述磨粒包括约60-97.0重量％烧结的多晶氧化锆、约3-8重量％用于稳定的氧化钇、0-37.0重量％氧化铝和约0-10.0重量％非用于稳定的第二种金属氧化物。
41.如权利要求40所述的方法，其特征在于所述非用于稳定的第二种金属氧化物包括氧化镧、氧化铈、氧化谱、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆或其混合物。
42.如权利要求37所述的方法，其特征在于该磨粒是在约1300-1550℃范围内的至少一种温度下烧结的。
43.一种磨具，它包括粘结剂材料和许多磨粒，按给定磨粒的总重量计，至少一部分所述磨粒是包括至少60.0重量％烧结的多晶氧化锆的磨粒。
44.如权利要求43所述的磨具，其特征在于所述磨具是涂覆磨具，它还包括背衬。
45.如权利要求43所述的磨具，其特征在于所述磨具是粘结磨具。
46.如权利要求43所述的磨具，其特征在于所述磨具是非织造磨具，它还包括非织造织物。
47.如权利要求43所述的磨具，其特征在于所述磨具是研磨刷。
48.一种表面研磨方法，它包括使至少一个磨粒与工件表面接触，按磨粒的总重量计，所述磨粒包括至少60.0重量％烧结的多晶氧化锆；使所述至少一个磨粒或所述表面相对移动以便用所述磨粒研磨至少一部分所述表面。
全文摘要
公开了磨粒和磨粒的制备方法。该磨粒可掺入各种磨具中，包括粘结磨具、涂覆磨具、非织造磨具和研磨刷。
文档编号C04B35/634GK1620490SQ02828130
公开日2005年5月25日 申请日期2002年12月12日 优先权日2002年2月21日
发明者D·T·卡斯特罗, V·W·内尔宁, A·Z·罗森弗兰, T·E·伍德 申请人:3M创新有限公司