爆炸碎裂法的製作方法
2023-04-28 11:02:31 3
專利名稱：爆炸碎裂法的製作方法
背景技術：
本發明涉及具有適合用作磨料砂粒形狀的陶瓷顆粒，以及生產這類顆粒的方法。
磨料顆粒通常是採用研磨法或滾碎法粉碎大的陶瓷顆粒形成的。這些方法是高度能耗的，並且由於形成顆粒時的衝擊力而產生有大量微裂紋的顆粒。據信這類微裂紋是顆粒缺陷的原因，從而降低了顆粒作為磨料的效率。
曾研究出溶膠-凝膠法生產氧化鋁磨料，由一種前體形態，通常是勃母石形成凝膠，將這種凝膠擠出或以其它方法成型為易處理的片，然後乾燥除去水。經乾燥的凝膠極為易碎，通常是將其磨碎至最終磨料顆粒要求的粒度範圍，然後燒結製得最終的磨料顆粒。
近來，於1995年4月5日提出的美國專利申請08/417,169中已經提出將仍含有至少5％(重量)水的乾燥後凝膠直接送入爐子的熱區，使水以爆炸方式膨脹。這樣製得的顆粒一般具有較大的長徑比，並且具有優良的磨削性能。
現在，人們發現很多陶瓷材料都可以爆炸方式粉碎來製得相似長徑比的顆粒，而不必施加衝擊力。因此，本發明提供一種吸引人的零衝擊力方法，該方法適合生產很多種顆粒形態的陶瓷。
發明概述本發明的方法包括使多孔陶瓷材料處於其孔被一定壓力的氣體佔據的條件，在釋放該壓力時氣體的膨脹會引起陶瓷材料的碎裂。
本申請的文本中，術語「碎裂」用於指發生碎裂後，原顆粒中顆粒尺寸保持不變的顆粒少於15％，其餘的碎裂為更小的顆粒。
引起碎裂所需的壓力隨陶瓷和多孔形態的固結程度而不同。通過簡單的迅速釋放壓力使氣體膨脹，該壓力為使氣體充入多孔陶瓷的壓力。所產生的爆炸膨脹引起顆粒的碎裂。另一種有用的方法是在孔中充入液體，然後使液體迅速蒸發，產生內壓，而使陶瓷碎裂。這可以通過迅速加熱陶瓷來進行。然而本發明的優選方法包括使多孔陶瓷在一種液體中浸透足夠的時間，以使陶瓷材料的至少部分孔隙被該液體佔據，這種液體在常溫和常壓下為氣體，然後從該液體中取出顆粒，迅速將它們置於該液體為氣態的溫度和/或壓力條件。這基本上立即產生了要求的內壓，並引起顆粒的碎裂。應理解本文本中術語「迅速地」是指陶瓷內幾乎所有的壓力增加都發生在陶瓷材料處於產生碎裂的溫度和/或壓力以後。
適用於本發明的這種優選方法的液體包括壓縮液體製冷劑，如液態氨和液化氯氟烴；液化氣，如液態氮、液態氧和超臨界二氧化碳。
理論上用一種爆炸性液體滲入孔中也是可能的，這種液體可以本身為炸藥，如硝化甘油或空氣/汽油混合物，或乾燥時會成為爆炸性的，如三碘化氮。然而由於明顯的原因，採用這類方法會引起一些安全問題，而使之不能付諸實踐。
用於引起爆炸性膨脹的方法可以是上面討論的施加熱量，但更為常用的是，當通過膨脹一種在常溫和常壓下為氣體的液體，在孔內就地產生氣體時，優選將顆粒置於足以使其迅速膨脹的常壓和常溫下的惰性液體中。這種方法具有確保均勻的溫度環境、提供最大的迅速傳熱的接觸面以及緩和爆炸性膨脹的效果的作用。對陶瓷和引起碎裂的氣體而言，該液體被描述為「惰性的」。這意味著沒有相互間的化學反應，或陶瓷溶解或氣體的溶解。然而，這並不意味著該液體不能作為媒介物用以將所需的組分浸透到陶瓷中。
能夠通過本發明的方法碎裂的陶瓷材料包括氧化鋁，碳化矽、氮化矽、氮化鈦、碳化鈦等。其中氧化鋁包括氧化鋁的前體，如勃姆石和以至氧化鋁三水合物。這些產品含有結合水，但是這並不受本發明方法的影響，可多次重複該方法，直到達到要求的碎裂度。
本發明方法使用的陶瓷材料的孔隙應主要為開孔為佳，可使待膨脹的氣體或液體進入。這樣的孔隙率應至少為5％(體積)為佳，10-30％(體積)更好，如10-20％(體積)。沒有理論上限，但是在實踐中，陶瓷的最大孔隙率可高達80％(體積)，以70％(體積)更合適。孔隙率範圍宜為10-80％(體積)，20-50％(體積)更好。
在使用氧化鋁中間物或未燒結的α-氧化鋁(通過溶膠-凝膠法獲得)的情況，孔隙是在成型過程中產生，而且是相變的結果。也可能是將粉碎得很細的陶瓷顆粒形成糊料的，然後將糊料造粒和乾燥，使該類顆粒包括疏鬆集聚的陶瓷顆粒。
碎裂後，如果用作磨料，通常需要焙燒所獲的陶瓷顆粒使它們完全燒結。燒結的溫度和時間隨使用的陶瓷而變化。
優選實施方案的描述具體參考下面的實施例描述本發明，這些實施例用於說明本發明，不構成對本發明範圍的任何限制。
實施例1此實施例中，陶瓷使用溶膠-凝膠氧化鋁，這種氧化鋁已經乾燥除去游離水，並粉碎為+12目顆粒。因此，該陶瓷主要包含如勃母石的氧化鋁前體。
將顆粒浸入環境壓力下的液態氮中，使其熱平衡約2分鐘，之後，潷析除去過量的液態氮，立刻將顆粒移入室溫下液態辛烷的容器中。導致液態氮的爆炸性膨脹，使氧化鋁碎裂。潷析除去辛烷，將氧化鋁顆粒乾燥和分級。顆粒尺寸分布如下顆粒尺寸的範圍 該範圍中的百分數+12目11-12+16目 20-16+18目 13-18+20目 14-20+25目 16-25+35目 13-35+45目 5-45目7在相同條件下，將沒有浸入液態氮中的相同的溶膠-凝膠氧化鋁原料直接放入辛烷時，沒有發生明顯的碎裂。
實施例2實施例1中獲得的碎裂後產品經同樣方法測定是否達到進一步的粉碎。所獲顆粒尺寸如下顆粒尺寸的範圍 該範圍中的百分數+12目0-12+16目 5-16+18目 4-18+20目 11-20+25目 16-25+35目 28-35+45目 17
-45目16這證實，重複該方法可以確保要求的碎裂度。
實施例3此實施例中，陶瓷使用粒態的氮化矽，其圓截面約為2.5釐米，長約為2.5釐米。可通過滑動澆注膠體氮化矽獲得。將這些顆粒浸在液態氮中，使其熱平衡約2分鐘，之後，潷析除去液態氮，將顆粒放在約50℃水的容器中。在幾秒中內顆粒發生碎裂。立刻潷析除去水，將碎裂的氮化矽顆粒乾燥並測定其顆粒尺寸分布。發現約73％的顆粒尺寸為0.2-0.6釐米，約17％為0.2-0.08釐米，約10％小於0.08釐米。
不進行液態氮浸入而重複該試驗，沒有發生明顯的碎裂。
實施例4此實施例中，陶瓷使用α-氧化鋁粉末(Sumitomo AKP-30)。通過在裝有1.2釐米氧化鋯介質的塑料罐中輾滾，使50克該粉末在有1.0克Darvan-821-A分散劑500毫升水中的分散體均化約1小時。在約80℃乾燥該懸浮液，乾燥後，+10目大小的片狀物浸在液態氮中約2分鐘，之後，潷析除去過量的液態氮，立刻將氧化鋁片狀物移入室溫下液態己烷的容器中。氧化鋁爆炸性碎裂。產物尺寸分布如下顆粒尺寸的範圍該範圍中的百分數+10目 42-10+12目 22-12+16目 24-16目 10不浸入液態氮中，重複上面的試驗，沒有觀察到明顯的碎裂。
權利要求
1.一種生產碎裂陶瓷的方法，該方法包括使多孔陶瓷材料處於其孔被一定壓力的氣體佔據的條件，在使氣體膨脹時，膨脹會引起陶瓷材料的碎裂。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的多孔陶瓷材料浸在一種液體中，然後使陶瓷材料處於能使該液體迅速揮發足以引起陶瓷材料碎裂的溫度和壓力下。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於所述的陶瓷材料通過浸在一種液體中而使其孔充滿液體，這種液體在常壓和20℃下為氣體。
4.如權利要求2所述的方法，其特徵在於通過將所述的多孔陶瓷置於惰性液體中，使該多孔陶瓷處於揮發溫度和壓力。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的陶瓷有10-80％體積的孔隙率。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於所述的陶瓷有20-50％體積的孔隙率。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的陶瓷是選自氧化鋁、氧化鋁前體、碳化矽、氮化矽以及它們的混合物。
全文摘要
通過在孔內產生足夠壓力的氣體,使顆粒碎裂來破碎多孔陶瓷顆粒。產生壓力的優選方法是將顆粒浸入一種液體直到該液體被吸收到孔中,這種液體在室溫和常壓下為氣體,之後,迅速改變條件使該液體成為氣體,導致陶瓷顆粒的爆炸性碎裂。
文檔編號C09K3/14GK1243536SQ98801777
公開日2000年2月2日 申請日期1998年1月14日 優先權日1997年1月17日
發明者A·K·加吉, M·D·卡瓦諾 申請人:聖戈本工業陶瓷股份有限公司