陶瓷成形磨粒和成形陶瓷前体粒子的制作方法
【专利说明】
[0001] 本专利申请是申请号为201280034485. 5、申请日为2012年6月28日、发明名称为 "制备陶瓷成形磨粒的方法、溶胶-凝胶组合物和陶瓷成形磨粒"的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明广义上设及磨粒及其制备方法。
【背景技术】
[0003] 根据制备陶瓷成形磨粒的已知方法，促使包含陶瓷前体材料的溶胶-凝胶组合物 进入模具中的模具腔体。模具腔体通常具有预定的形状；例如，对应于规则几何形状，诸如 棱锥或截棱锥。然后使溶胶-凝胶组合物部分干燥，将所得的成形陶瓷前体粒子从模具中 移除，并进一步加工成陶瓷成形磨粒。
【发明内容】
[0004] 在从模具腔体移除成形陶瓷前体粒子期间，部分干燥的溶胶-凝胶组合物相对易 碎并且可能会有粘附的倾向，从而导致模具中的模具腔体破损和/或堵塞。为了解决该一 问题，已在填充模具腔体前向模具施加脱模剂。然而，向模具施加脱模剂可导致干燥之前和 /或干燥期间溶胶-凝胶组合物发生形状变化，使得所得的形状可能不与模具腔体的形状 对应。该一现象导致生产期间的可重复性问题，诸如控制部分干燥的溶胶-凝胶材料并因 此控制所得陶瓷成形磨粒的平整度和/或纵横比。另外，向模具施加脱模剂在模具腔体非 常小的情况下可能无法牢靠地涂布模具腔体。
[0005] 有利的是，本发明人发现了上述问题可通过在溶胶-凝胶组合物中包含少量分散 油加W解决，同时仍获得期望的磨料特性，诸如高密度（低孔隙度）。
[0006] 在一个方面，本发明提供制备成形陶瓷前体粒子的方法，该方法包括：
[0007]提供具有多个模具腔体的模具，其中每个模具腔体由沿着共同的边缘接合的多个 面界定；
[0008] 将模具腔体中的至少一些填充溶胶-凝胶组合物，该溶胶-凝胶组合物包含液体 载体和陶瓷前体，该液体载体包含挥发性组分和分散在整个挥发性组分中的脱模剂；
[0009] 从溶胶-凝胶组合物中除去挥发性组分的至少一部分，而溶胶-凝胶组合物驻留 在模具腔体中，从而提供成形陶瓷前体粒子。
[0010] 在另一方面，本发明提供制备陶瓷成形磨粒的方法，该方法包括：
[0011] 根据本发明的方法制备成形陶瓷前体粒子；W及
[0012] 烧结成形陶瓷前体粒子的至少一部分W提供陶瓷成形磨粒。
[0013] 在另一方面，本发明提供制备陶瓷成形磨粒的方法，该方法包括：
[0014] 根据本发明的方法制备成形陶瓷前体粒子；
[0015] 锻烧权利要求1的成形陶瓷前体粒子的至少一部分W提供经锻烧的成形陶瓷前 体粒子；W及
[0016] 烧结经锻烧的成形陶瓷前体粒子的至少一部分W提供陶瓷成形磨粒。
[0017] 在另一方面，本发明提供包含液体载体和陶瓷前体的溶胶-凝胶组合物，该液体 载体包含挥发性组分和分散在整个挥发性组分中的脱模剂，其中该溶胶-凝胶组合物包含 溶胶-凝胶。
[0018] 在另一方面，本发明提供成形陶瓷前体粒子，其中每个成形陶瓷前体粒子包含陶 瓷前体并由具有沿着共同的边缘接合的多个面的表面界定，其中该表面在其至少一部分上 具有空隙，其中该空隙被成形为中空楠圆形部分，其中所述多个面包括：
[0019] 在其上具有空隙的一部分的暴露面，其中该暴露面具有空隙的第一密度；和
[0020] 面积小于暴露面的模具面，其中该模具面在其上具有空隙的一部分，其中该模具 面具有空隙的第二密度，并且其中空隙的第一密度大于空隙的第二密度。
[0021] 在另一方面，本发明提供成形陶瓷前体粒子，其中每个成形陶瓷前体粒子包含陶 瓷前体并由具有沿着共同的边缘接合的多个面的表面界定，其中该表面在其至少一部分上 具有空隙，其中该空隙被成形为中空楠圆形部分，其中所述多个面包括：
[0022] 在其上具有空隙的一部分的暴露面，其中该暴露面具有空隙的第一密度；和
[0023] 模具面，其中该模具面在其上具有空隙的一部分，其中该模具面具有空隙的第二 密度，并且其中空隙的第一密度大于空隙的第二密度。
[0024] 在另一方面，本发明提供陶瓷成形磨粒，其中每个陶瓷成形磨粒包含陶瓷材料并 由具有沿着共同的边缘接合的多个面的表面界定，其中该表面在其至少一部分上具有空 隙，其中该空隙被成形为中空楠圆形部分，其中所述多个面包括：
[0025] 在其上具有空隙的一部分的暴露面，其中该暴露面具有空隙的第一密度；和
[0026] 面积小于暴露面的模具面，其中该模具面在其上具有空隙的一部分，其中该模具 面具有空隙的第二密度，并且其中空隙的第一密度大于空隙的第二密度。
[0027] 在另一方面，本发明提供陶瓷成形磨粒，其中每个陶瓷成形磨粒包含陶瓷材料并 由具有沿着共同的边缘接合的多个面的表面界定，其中该表面在其至少一部分上具有空 隙，其中该空隙被成形为中空楠圆形部分，其中所述多个面包括：
[0028] 在其上具有空隙的一部分的暴露面，其中该暴露面具有空隙的第一密度；和
[0029] 模具面，其中该模具面在其上具有空隙的一部分，其中该模具面具有空隙的第二 密度，并且其中空隙的第一密度大于空隙的第二密度。
[0030] 陶瓷成形磨粒可W完全由陶瓷材料（诸如a氧化侣）构成，并且在全部陶瓷成形 磨粒中可具有基本上均匀的形态。
[0031] 在本文中：
[0032] 术语"楠圆体"包括楠圆体和球体，其中将球体视为楠圆体的特殊情况。
[0033] 术语"楠圆形部分"是指通过用平面平分楠圆体而得到的一部分楠圆体。
[0034] 术语"成形陶瓷前体粒子"意指通过从溶胶-凝胶组合物（当其位于模具腔体中 时）中除去足量的液体载体W形成凝固体的方式产生的未锻烧、未烧结粒子，该凝固体可 从模具腔体中移除，并且在后续加工操作中基本上保持其模制形状。
[00巧]术语"陶瓷成形磨粒"意指磨粒的至少一部分具有预定形状的陶瓷磨粒，该预定形 状由用于形成成形陶瓷前体粒子的模具腔体复制而得。成形陶瓷前体粒子将通常具有预定 的形状，该形状基本上为用于形成陶瓷成形磨粒的模具腔体的复制品。如本文所用的陶瓷 成形磨粒不包括通过机械粉碎操作获得的磨粒。
[0036]如应用于陶瓷前体的术语"理论氧化物重量"是指在烧结形成陶瓷后由陶瓷前体 (例如转化成a氧化侣的一水合氧化侣）产生的陶瓷的相应重量。
[0037] 当提及模制粒子时，术语"面"意指具有基本上由模具腔体复制而得的预定形状的 表面。面可对应于模具腔体壁（即，模具面）或模具腔体的开口（即，暴露面）。
[0038] 在考虑【具体实施方式】W及所附权利要求书之后，将进一步理解本发明的特征和优 点。
【附图说明】
[0039] 图1是示意性工艺流程图，示出了制备根据本发明的陶瓷成形磨粒的示例性方 法。
[0040] 图2A和2B分别是根据本发明的示例性成形陶瓷前体粒子的顶部和底部示意性透 视图。
[0041] 图3A和3B分别是根据本发明的示例性陶瓷成形磨粒的顶部和底部示意性透视 图。
[0042] 图4A和4B是在实例12中制备的陶瓷成形磨粒的显微照片。
[0043] 尽管上述附图示出了本发明的若干实施例，但是例如如讨论中所指出，还可W想 到其它实施例。在所有情况下，本发明都W示例性而非限制性方式展示。附图可能并未按 比例绘制。在所有附图中，相同参考标号可W用来表示相同部件。
【具体实施方式】
[0044] 在图1中示出了制备陶瓷成形磨粒的示例性方法。在第一步中，提供具有多个模 具腔体的模具。每个模具腔体由沿着共同的边缘接合的多个侧面和至少一个外部开口界 定。模具可具有大致平坦的底部表面和相对的顶部表面。顶部表面可W为限定模具腔体的 结构化表面。模具可W为（例如）带状物、片材、连续纤维网、涂布漉（诸如轮转凹版漉）、 安装在涂布漉上的套管、或冲模。模具腔体可被构造为使得容纳在模具腔体内的溶胶-凝 胶组合物将具有至少一个在干燥期间暴露于空气（或其他气体）的面。
[0045] 在一些实施例中，模具具有带外部开口的模具腔体，该外部开口由一个或多个侧 面和任选的底面界定。侧面和任选的底面可W为平面的或曲面的，并沿着共同的边缘（即， 接合两个面的边缘）彼此接合。在此类模具腔体中的溶胶-凝胶组合物在溶胶-凝胶组合 物的初始干燥期间具有至少一个（例如一个或两个）暴露面。该种类型的示例性模具在美 国专利申请公布No. 2010/0146867AUBoden等人）中有所描述。底面可被设计成一体的 模具，或者它可W由两部分模具的第二部分形成，例如，如美国专利No. 5, 201，916炬erg等 人）中所述。
[0046] 在一些实施例中，模具腔体对应于具有一个或多个侧面而无底部表面的开口（例 如，通过如美国专利No. 5, 201，916炬erg等人）中所述的片材形成的开口）。侧面可W为平 面的或曲面的，并且相邻的侧面沿着共同的边缘彼此接合。在此类模具腔体中的溶胶-凝 胶组合物如果不从模具腔体中移除则将在初始干燥期间具有两个暴露面。在一些实施例 中，可在初始干燥前将该样的模具中的溶胶-凝胶组合物与模具分离，然后设置在基底上。 在此类实施例中，在与基底接触的那部分溶胶-凝胶组合物上在干燥期间不暴露于空气 (或其他气体）。
[0047] 模具可包含任何合适的材料，诸如金属或聚合物材料。合适的聚合物材料的例子 包括热塑性材料，诸如聚醋、聚碳酸醋、聚離讽、聚（甲基丙締酸甲醋）、聚氨醋、聚氯己締、 聚締姪、聚苯己締、聚丙締、聚己締或它们的组合；和交联热固性材料。在一些实施例中，整 个模具均由聚合物材料制成。在另一个实施例中，包括模具腔体并在干燥时与溶胶-凝胶 组合物接触的模具的顶部表面包含聚合物材料而其他模具部分可由其他材料制成。例如， 可将合适的聚合物涂层涂覆到金属模具上W改变其表面张力性质。
[0048] 聚合物模具可从金属母模复制而成。母模将具有模具所需的反向图案。母模可W 按照与模具相同的方式制得。在一些实施例中，母模由金