專利名稱：改進的涂覆磨料的制作方法
技術領域：
本發明涉及涂覆磨料，特別涉及研磨產品，在中等至低壓研磨條件下，這些產品可以改進的方式使用。
生產涂覆磨料時，需要在背襯材料上施加初始接合涂層，并在涂層上沉積磨粒，然后使粘合劑至少部分固化。其中背襯材料可以經過處理，以改善吸收性質，而初始接合涂層含有可固化粘結劑樹脂。然后在磨粒上沉積含有可固化粘結劑的膠結涂層，以確保顆粒粘牢在背襯上。
在用涂覆磨料研磨工件時，在表面平面上的磨粒的尖端與工件接觸，開始研磨操作。這樣與工件接觸的顆粒受到極大的應力，如果膠結涂層不能充分把握顆粒，則顆粒在完成研磨之前就有可能被從表面上拔出來。所以顆粒與膠結涂層之間的結合力應當將顆粒牢牢的粘住。隨著研磨的繼續，顆粒被拋光，在這種情況下將產生大量的摩擦熱，而對工件的磨除卻很少。此外，隨著應力進一步積聚，顆粒最終要么被完全拔出，要么破裂，以至大部損失。但顆粒破裂后會產生新的尖銳邊緣，使研磨得以恢復。理想的情況是，破裂的顆粒應盡可能小，這樣每個顆粒將維持較長的時間。使用溶膠-凝膠氧化鋁磨粒可以實現這一點，因為每個溶膠-凝膠氧化鋁磨粒包含微米級或更小的微晶，這些微晶在研磨條件下將折斷，露出新的切削邊緣。但這種情況只在中等至較高的研磨壓力下才能發生，而在壓力較低的研磨條件下，只有少量自銳化情況發生。因此，需要一種高效磨粒，它能在中等至低壓研磨條件下非常有效地工作。
經過研究，一種可能的方法是采用團聚磨粒，其中由許多精細磨粒構成的磨粒借助粘結材料聚集在一起，這些粘結材料可以是有機材料或天然玻璃質材料。由于這種粘結材料通常比磨粒更脆，在拋光或引起磨粒整體破裂的研磨條件下，粘結材料也發生破裂。
對于團聚磨粒，可以使用較小的顆粒(粗砂)(粒度)可以獲得與較大的磨料粒度一樣的研磨效率。據報道，團聚磨粒也能提高研磨效率。
Jackson的美國專利A-2194472介紹了由團聚物和涂層或粘結型磨具中常用的粘結劑制備的涂層磨具，其中團聚物由許多較細的磨粒組成。用有機粘結劑將團聚物粘著到涂覆磨料的背襯上。團聚物賦予使用較細的顆粒制成的涂覆磨料具有開放涂層面。用團聚物而不是單個磨粒制成的磨料的特征是，切削較快，使用壽命長，適合為工件制備拋光質量較高的精細表面。
Benner的美國專利A-2216728介紹了用任意類型的粘結劑制備的磨料顆粒/粘結團聚物。團聚物的目標是獲得非常致密的輪結構，以便在研磨操作中保持住金剛砂或CBN顆粒。如果制備的團聚物有多孔結構，則它可滿足這樣的目的，即讓團聚物之間的粘結材料流進團聚物的孔中，在焙燒過程中使之充分致密。團聚物使得精細磨粒可以得到利用，而不致在生產過程中損失。
Hurst的美國專利A-3048482介紹了團聚磨粒和有機粘結材料的成形研磨微片段，其形狀有棱錐形或其他錐形。成形研磨微片段粘著到纖維背襯上，用于制造涂覆磨料，給薄磨輪表面作襯墊。該發明的特點是，與不含團聚磨粒微片段的工具相比，它制備的工具具有更長的切削壽命，可控制彈性，強度高，速度安全，回彈力好，切削效率高。
Elbel的美國專利A-3982359介紹了樹脂粘結劑和磨粒團聚物的形成，其中磨粒團聚物的硬度高于在磨具中用來粘結團聚物的樹脂粘結劑的硬度。含團聚物的橡膠粘結輪具有較快的研磨速率和更長的使用壽命。
Heyer的美國專利A-4355489介紹了由波浪形細絲基體(matrix)和研磨團聚物制成的研磨制品(輪、盤、帶、片、塊等)，空隙率約為70-97％，其中波浪形細絲在手動接觸點上粘結在一起。團聚物可由玻璃粘結劑或樹脂粘結劑和任何磨粒制成。
Bitzer的美國專利A-4364746介紹了包含強度不同的研磨團聚物的磨具。所述團聚物由磨粒和樹脂粘結劑制成，可包含其他材料，如短切纖維，目的是增加強度或硬度。
Eisenberg等的美國專利A-4393021介紹了由磨粒和樹脂粘結劑制備研磨團聚物的方法，該方法用篩網將顆粒和粘結劑組成的糊狀物滾出，形成蚯蚓狀擠出物。加熱使擠出物硬化，然后破碎成團聚物。
Bloecher的美國專利A-4799939介紹了磨粒、空心體和有機粘結劑組成的可腐蝕團聚物，以及這些團聚物在涂覆磨料和粘結磨料中的用途。據稱，包含這樣的團聚物的研磨制品具有較高的切削量、更長的使用壽命，并可用于濕磨條件下。團聚物的最大尺寸宜為150-3000微米。為制備團聚物，將空心體、顆粒、粘結劑和水混合成漿料，通過加熱或輻照除去水，使漿料固化，然后在顎式或輥式破碎機中破碎該固體混合物，并過篩。
Wetscher的美國專利A-5129189介紹了含有樹脂粘結基體的磨具，所述樹脂粘結基體包含磨粒和樹脂的聚結物以及填料如冰晶石。
Benguerel的美國專利A-5651 729介紹了含有芯子和研磨邊的磨輪，它由樹脂粘結劑和破碎團聚物制備，其中團聚物由金剛石或CBN磨粒借助金屬或陶瓷粘結劑形成。據介紹，用這種團聚物制備的磨輪的好處包括高切削間隙、高耐磨性、自銳特性、高力阻，并可直接將研磨邊粘結到磨輪的芯子上。在一種實施方式中，可將用過的金剛石或CBN的粘結的研磨邊破碎成0.2-3mm大小，形成團聚物。
Kressner的美國專利A-4311498介紹了由精細(≤200微米)磨粒和冰晶石組成的團聚物，它們任選用硅酸鹽粘結劑粘結，還介紹了它們在制備涂層磨具中的應用。
Rostoker的美國專利A-451842介紹了用磨粒的團聚物和泡沫材料制備的涂覆磨料和磨輪，其中泡沫材料由玻璃粘結材料和其他原料，如碳黑或碳酸鹽組成的混合物制備，適合在焙燒團聚物的過程中發泡。團聚“小球”中粘結劑的體積百分含量高于顆粒的體積百分含量。用于制備磨輪的小球在900℃燒結(至密度為70磅/立方英尺；1.134g/cc)，用于制備磨輪的玻璃粘結劑在880℃焙燒。用16vol％小球制備的磨輪的研磨效率類似于用46vol％磨粒制備的比較輪。小球在玻璃粘結基體中包含開放孔，開放孔周邊簇集的磨粒相對較小。該專利提到，用旋轉窯焙燒泡沫團聚物坯料。
美國專利5975988介紹了包含磨粒的傳統研磨團聚物，其中磨粒分散在粘結基體中，但以成形顆粒按精確順序沉積并粘結在背襯上的形式。
美國專利6319108介紹了一種剛性背襯，它通過金屬涂層粘著了許多研磨復合物，包含許多分散在多孔陶瓷基體中的磨粒。
原來開發的這些技術都沒有提到用本發明所稱的多孔團聚磨粒和粘結劑生產的涂覆磨料。它們也沒有提到用磨粒制備的產品，其中磨粒用相對少量的粘結劑粘結在一起，這樣顆粒粘結劑相就是不連續的。本發明的方法和工具通過使用這種團聚磨粒得到了新的結構和優點，但它們在控制設計和生產廣泛的研磨制品結構時比較復雜，這些結構的優點是具有有利的連通孔。這些連通孔提高了磨具在大接觸面積、精確研磨操作和一般中等至低壓條件下的研磨應用中的研磨性能。
發明概述本發明提供了涂敷磨具，它包含背襯材料和通過粘結材料粘著在背襯材料上的研磨團聚顆粒，其特點是，制備涂覆磨料的顆粒包含許多磨粒，它們粘著在一起形成三維結構，該結構中的每個磨粒通過團聚物中的微粒粘結材料至少與一個相鄰的微粒連接，粘結材料以不連續相存在于團聚顆粒中，并且幾乎完全以粘結柱的形式連接相鄰微粒，這樣，團聚物的疏松堆積體積比研磨微粒一個個單獨存在時至少低2％。
在本申請中，術語“顆粒”仍保留，指由許多研磨“微粒”組成的團聚物。因此，顆粒具有上述多孔特性，而微粒的孔隙率幾乎為0。此外，將微粒粘結在一起的粘結劑定義為“微粒粘結劑”，可與將顆粒粘結到背襯材料上的粘結劑相同，或者更一般的情況是不同。
團聚顆粒中的微粒粘結劑幾乎完全以粘結柱的形式存在，這意味著至少70％，宜超過80％的粘結劑用于形成連接相鄰微粒的粘結柱。當微粒粘結劑處于流體狀態時，粘結柱就在形成團聚物的條件下形成，它首先涂覆微粒，然后流到相鄰微粒的接觸點上或最靠近的地方，再跟與這些相鄰微粒相連的粘結劑合并。如果溫度降低，粘結劑固化，則粘結劑在微粒之間形成固體接觸，稱作“粘結柱”。自然地，每個粘結柱也連接到與之相連的微粒表面上，但根據這里的敘述方式，可認為連接二者的粘結劑是粘結柱的一部分。這不排除少量粘結劑以涂層形式至少存在于沒有與粘結柱相連的部分微粒表面上。但最好不要發生這種情況，即微粒像傳統聚集磨粒中那樣包埋在粘結劑基體中。從圖5-7中可以看出，構成團聚顆粒的單個研磨微粒是可單獨區分的，實際上幾乎全是本發明的典型團聚顆粒中可以看到的那種顆粒。因此，可以說微粒是“團聚在一起的”，表明它們連接在一起，而不是包埋在基體中，使得基體填充了微粒間的大部分空間。自然地，當大量微粒團聚在一起時，團聚物中的某些單個微粒就難以看見，但假使能夠截取剖面，則仍將能夠看清單個微粒。
顯然，當團聚的微粒增多，此團聚物中勢必產生相當大的孔隙體積，可占到團聚顆粒總表觀體積的70％。但是，當團聚微粒比較少，如為個位數的時候，“孔隙率”的概念在描述團聚物上就沒有太大作用。顯示這種結構的相關團聚物的例子示于圖5-7。
因此，可以采用術語“疏松堆積體積”(LPV)。LPV值可以這樣得到，即用固體體積(即磨粒或微粒中固體的實際總體積，包括粘結組分)除以團聚顆粒的表觀體積。可能的最高數值是不發生任何團聚時這些微粒本身的體積。團聚的微粒越多，偏離最大值越多。因此，盡管這種差異可以低至2％，但當大量微粒以本發明所述方式團聚在一起時，這種差異可達到40％甚至更高。
LPV的計算可以下列數據為例說明，這些數據代表實際團聚物的情況，它以60號晶種溶膠-凝膠氧化鋁微粒為研磨微粒，用適于這種微粒的常用玻璃粘結劑，利用下面實施例2所述方法制造。
產品以根據團聚物粒粒度標識，示于每欄的欄頭。每種情況都根據團聚磨粒的固定體積進行測定，這里稱作“表觀體積”。
*根據混合物規則估算的密度。
從上表可以看出，團聚顆粒越大，其LPV與未團聚微粒相比就越小。與60號微粒的LPV相比，最小顆粒的LPV下降了4.6％，而最大(-20+25)顆粒的LPV則下降了近乎34％。
團聚顆粒的直徑(定義為使顆粒留在篩上的最粗的(系列標準篩的)篩孔尺寸)通常至少為其中所包含的單個研磨微粒直徑的兩倍。團聚磨粒的形狀并不重要，它們可以是任意塊狀，更宜為有些拉長的形狀。它們也可以具有強制形狀，這在某些應用中常常是有利的。
本發明團聚物中存在的研磨微粒包括已知用于磨具的一種或多種磨料，如各種氧化鋁，包括熱解氧化鋁、燒結和溶膠凝膠燒結氧化鋁、燒結礬土等，碳化硅，氧化鋁-氧化鋯，石榴石，燧石，金剛石(包括天然和合成金剛石)，立方氮化硼(CBN)，以及它們的組合。任何尺寸或形狀的磨粒都可以采用。例如，所述顆粒可包括長形燒結溶膠-凝膠氧化鋁微粒，其長徑比為美國專利5129919所述類型，或者美國專利5009676所述細絲狀研磨微粒。
研磨微粒可包含各種不同質量的磨料的混合物，因為在一流微粒中摻入少量較差的微粒時，其性能只受到很小的影響。研磨微粒中也可以混入少量非研磨材料，如研磨助劑、成孔劑和傳統填料。
此處適用的微粒尺寸從普通的磨料粒度(例如60-7000微米)到微磨料粒度(例如2-60微米)，以及這些尺寸的組合。對于任意指定的研磨操作，一般宜采用粒度小于這種研磨操作通常選用的常規磨粒(未團聚)粒度的團聚顆粒。例如，當采用團聚顆粒時，可用80號團聚顆粒代替54號常規磨料，用100號團聚顆粒代替60號常規磨料，用120號團聚顆粒代替80號常規磨料，等等。
團聚物中的磨粒通過金屬、有機或玻璃粘結材料粘結在一起，這些粘結劑通稱為“微粒粘結劑”。
適合制備團聚物的微粒粘結劑包括玻璃材料(這里的定義既包括傳統玻璃材料，也包括玻璃-陶瓷材料)，宜為在玻璃粘結磨具中用作粘結體系的那種材料。它們可以是研成粉末(玻璃粉)的預焙燒的玻璃，或各種原料的混合物，如粘土、長石、石灰、硼砂和蘇打，或者燒結材料和原料的組合。這種材料在約500-1400℃范圍內熔融形成液體玻璃相，潤濕研磨微粒表面，流到相鄰微粒靠得最近的地方，冷卻后形成粘結柱，從而在復合結構中保持住研磨微粒。微粒粘結劑以粉末形式使用，并可加入到液體介質，以確保在生產團聚顆粒過程中，涂料與研磨微粒形成均勻混合物。
在燒結或未燒結的無機粉末涂料組分中宜加入臨時有機粘結劑，作為成型或加工助劑。這些粘結劑可包括糊精、淀粉、動物蛋白膠或其他類型的膠質；液體組分如水或乙二醇、粘度或pH改性劑；以及混合助劑。使用這種臨時有機粘結劑可提高團聚物的均一性和預燒或生團聚物的結構質量。由于有機粘結劑在團聚顆粒焙燒期間燒掉了，所以它們不會成為最終顆粒的組成部分。
可在混合物中加入無機促粘劑，如磷酸，以提高微粒粘結劑對研磨微粒所需的粘著力。當微粒粘結劑包含燒結玻璃時，在氧化鋁顆粒中加入磷酸極大地提高了混合質量。在制備團聚顆粒的過程中加入無機促粘劑時，可以加入無機微粒粘結劑，也可以不加入。
優選的微粒粘結劑是無機材料，如玻璃粘結材料。這相對于有機微粒粘結劑來說，具有顯著的優點，因為它可以使團聚顆粒通過UP技術沉積在基底上，形成涂覆磨料。當用金屬粘結劑將微粒粘結在一起時，UP沉積技術也非常適用。由于這種方法比重力沉積技術多少更加有效，更容易控制，所以與用有機樹脂粘結劑基體制備的傳統團聚顆粒相比，這代表了明顯的進步。
微粒粘結劑也可以是有機粘結劑，如熱固性樹脂，例如酚醛樹脂、環氧樹脂、脲/甲醛樹脂，或可輻照固化的樹脂，如丙烯酸酯類樹脂、氨基甲酸酯/丙烯酸酯樹脂、環氧化物-丙烯酸酯樹脂、聚酯-丙烯酸酯樹脂等。一般地，宜用熱固性樹脂作為有機粘結劑。
以微粒與粘結劑的總體積計，微粒粘結劑的含量約為2-25vol％，更宜為3-15vol％，最好為3-10vol％。
也可預見，如果以受控方式將磨粒燒結在一起，則微粒粘結劑組分可一起消除，這樣，通過接觸微粒之間材料的輸送，粘結柱將自動產生。或者，如果磨粒是氧化鋁，則微粒粘結劑可與少量α氧化鋁前體如勃姆石的溶膠混合。在焙燒時，氧化鋁前體將轉化為α相，并連接相鄰微粒，起到與粘結柱同樣的作用。
本發明涉及含有團聚磨粒的涂覆磨料，其中，所述顆粒通過包括如下步驟的方法制備a)以受控進料速度，在旋轉煅燒窯中裝入研磨微粒和微粒粘結材料，所述微粒粘結材料選自玻璃化粘結材料、玻璃化材料、陶瓷材料、無機粘結劑、有機粘結劑、水、溶劑及其組合；b)以受控速度旋轉窯；c)將混合物加熱到約145-1300℃，加熱速率由進料速度和轉窯速度決定；d)振搖窯中的微粒和微粒粘結劑，直到粘結劑粘著到微粒上，并且許多微粒粘著在一起，產生燒結的團聚顆粒；e)從窯中收集燒結的團聚物，從而使燒結團聚顆粒具有初步的三維形狀，疏松堆積體積至少比組分微粒的相應疏松堆積體積低2％，并且包含許多研磨微粒。
本發明還涉及含有燒結研磨團聚顆粒的涂覆磨料，其中所述顆粒通過包括如下步驟的方法制備a)以受控進料速度在旋轉煅燒窯中裝入研磨微粒和微粒粘結材料；b)以受控速度旋轉窯；c)將混合物加熱到約145-1300℃，加熱速率由進料速度和轉窯速度決定；d)振搖窯中的微粒和微粒粘結劑，直到粘結劑粘著到微粒上，并且許多微粒粘著在一起，產生燒結團聚顆粒；e)從窯中收集燒結的團聚物，
從而使燒結團聚顆粒具有初步的三維形狀，包含許多微粒，其疏松堆積體積至少比組分微粒的相應疏松堆積體積低2％。
附圖簡述

圖1是可用于制備本發明團聚物的旋轉窯裝置；圖2所示為根據實施例1制備的四個磨盤的金屬切削量圖；圖3所示為根據實施例2制備的四個磨盤的金屬切削量圖；圖4所示為根據實施例3制備的四個磨盤的金屬切削量圖；圖5-7所示為用于制備本發明涂覆磨料的團聚物的放大照片。
發明詳述這個部分研究了研磨團聚顆粒和由這種顆粒制備的涂覆磨料的性質和制備方法，并借助幾個實施例進行了闡釋，結果表明，用磨料團聚顆粒作涂覆磨料的組分可極大地提高涂覆磨料的性質。
研磨團聚物的制備可采用各種技術形成各種尺寸和形狀的團聚顆粒。這些技術可在焙燒顆粒和微粒粘結劑初始混合物(“坯料”)之前或之后使用。加熱混合物，使微粒粘結劑熔化、流動，從而粘著到顆粒上，使顆粒聚成團聚物形式，這一步驟就稱作焙燒、煅燒或燒結。本領域中使微粒混合物發生團聚的任何已知方法都可用于制備研磨團聚顆粒。
在本發明團聚顆粒制備方法的第一種實施方式中，微粒和微粒粘結劑的初始混合物在焙燒之前發生團聚，從而產生較弱的機械結構，稱作“生團聚物”或“預燒團聚物”。
在第一種實施方式中，可用各種技術，例如在盤型造粒機中使研磨微粒和無機微粒粘結劑以生料態團聚在一起，然后送入旋轉窯裝置進行燒結。生團聚物也可以放在托盤或架子上，以連續或批量形式在爐子中焙燒，無需振搖。
在另一個方法中，將研磨微粒送入流化床，然后用含有微粒粘結劑的液體潤濕，使粘結劑粘著到微粒表面上，篩分團聚物尺寸，然后在爐子或煅燒裝置中焙燒。
盤型造粒通常這樣進行，將微粒加入攪拌缽中，將含有微粒粘結劑的液體組分(例如水或有機粘結劑和水)定量加到顆粒上，混合，使顆粒團聚在一起。或者，將微粒粘結劑的分散液，在任選加入有機粘結劑的情況下，噴灑到微粒上，然后混合涂敷微粒，形成團聚物。
可用低壓擠出裝置，將微粒和微粒粘結劑的漿料擠成所需尺寸和形狀，然后干燥形成團聚顆粒。漿料可由微粒粘結劑和微粒及任選的臨時有機粘結劑制成，用美國專利4393021所述裝置和方法擠成長形微粒。
在干造粒過程中，由研磨微粒埋入微粒粘結劑的分散體或漿狀物中形成的片或塊可先行干燥，然后用輥壓機破碎，形成團聚顆粒的前體。
在制備生團聚顆粒或前體團聚顆粒的另一種方法中，將微粒粘結劑和微粒的混合物加入到成形裝置，將混合物成形為所需形狀和大小，例如采用美國專利6217413所述方法。
在適合制備團聚顆粒的另一種實施方式中，將研磨微粒、微粒粘結劑和臨時有機粘結劑體系組成的混合物送入爐子，無需預團聚或加熱。將此混合物加熱到足夠高的溫度，使微粒粘結劑熔化、流動并粘著到微粒上，然后冷卻混合物，制成組合物。破碎此組合物，過篩，形成燒結團聚顆粒。
也可以先將微粒和粘結劑放入一定形狀的空穴中，然后燒結團聚物，這樣所得團聚物就有特定的形狀，如四棱錐。所形成的形狀不必太準確和地道，因為微粒粘結劑的量較少，成形體的邊往往比較粗糙。但是，這種團聚顆粒在制備涂覆磨料的過程中極其有用，這種涂覆磨料在非常劇烈的研磨操作中能夠產生非常均勻的表面。
研磨團聚物的優選制法在制備團聚物的一個優選方法中，將由微粒和無機微粒粘結劑(任選含臨時有機粘結劑)組成的簡單混合物送入圖1所示類型的旋轉煅燒窯中。在加熱下，以預定rpm沿預定傾斜度振搖混合物。隨著微粒粘結劑受熱、熔化、流動并粘著到微粒上，形成團聚顆粒。控制速度、進料體積和加熱程度，同時進行焙燒和團聚步驟。設定進料速度，一般使流體約占旋轉煅燒裝置中管子容積的8-12％。選定裝置內的最大溫度，要使液態微粒粘結劑的粘度保持在至少約1000泊。這可避免過量的微粒粘結劑流到管子表面上，減少研磨微粒表面上的損失。
圖1所示類型的旋轉煅燒裝置可用來在單一步驟中實施團聚，并焙燒團聚物。如圖1所示，含有微粒粘結劑和研磨微粒組成的原料混合物(11)的進料斗(10)將原料送入裝置(12)，以便使混合物定量進入空心加熱管(13)。管子(13)設置成約為0.5-5.0度的傾角(14)，使原料(11)可借助重力進入空心管(13)。同時，空心管(13)沿箭頭(a)的方向以控制的速度旋轉()，在原料(11)和受熱混合物(18)沿空心管長達通過過程中得到振搖。
加熱空心管(13)的一部分。在一種實施方式中，加受熱部分可包含3個加熱區(15、16、17)，加熱區長度(d1)為60英寸(152mm)，空心管(13)的長度(d2)為120英寸(305mm)。操作人員可利用加熱區控制加工溫度，并根據需要調整溫度，從而燒結團聚顆粒。在其他型號的裝置中，空心管可以只包含1個或2個加熱區，也可以包含3個以上的加熱區。雖然在圖1中沒有示出，該裝置顯然配有加熱設備和機械、電子、溫控及傳感設備，用于完成加熱過程。從空心管(13)的橫截面圖可以看出，原料(11)在管子中轉化成了熱混合物(18)，它從管子中出來后收集為團聚顆粒(19)。空心管壁內徑(d3)為5.5-30英寸(14-76mm)，直徑(d4)為6-36英寸(15-91mm)，取決于用來制備空心管的材料型號和種類(例如難熔金屬合金、不銹鋼、耐火磚、碳化硅、多鋁紅柱石)。制備管子所選材料在很大程度上取決于所要達到的溫度。溫度要達到1000℃時，通常適合采用不銹鋼管，但超過此溫度后，往往優選采用碳化硅管。
管子的傾角為0.5-5.0度，管子的旋轉速度為0.5-10rpm。小型旋轉窯的進料速度約為5-10kg/h，工業規模的進料速度約為227-910kg/h。旋轉窯可加熱到800-1400℃的燒結溫度，在原料進入加熱區時，可以200℃/min的速度加熱進料。冷卻發生在管子的后端，這時物料從加熱區進入非加熱區。用水冷卻系統等將產物冷卻到室溫，收集產物。
合適的旋轉窯機器可購自Harper International，Buffalo，New York，或購自Alstom Power，Inc.，Applied Test Systems，Inc.，以及其他設備生產商。這些裝置任選裝配電子、過程控制和檢測設備、冷卻系統、各種結構的進料裝置和其他任選設備。
涂覆磨料的制備本發明涂覆磨料的形式可以是研磨帶、研磨片、單個磨盤或具有任何結構或形式的復合磨料。因此，粘著有研磨團聚顆粒的基底可以是膜、紙、織物、纖維(無紡織物形式或高級纖維結構)，甚至可以是泡沫材料。這里所用術語“涂覆磨料”既包括傳統的研磨產品，如平面基底由傳統材料制備的研磨帶或磨盤，也包括其他產品，其中本發明的研磨團聚物粘著到高級纖維結構上，這種磨料常常稱為“復合磨料”，還包括這樣一些產品，其中本發明的研磨團聚物分散并粘著在開孔泡沫結構的表面層中。
本發明的涂覆磨料可用原有的任何傳統技術形成。這些技術包括在基底上施涂初始接合涂層()，然后沉積膠結涂層，還包括在基底上沉積研磨團聚顆粒，這些顆粒分散在合適的可固化粘結劑中。可固化粘結劑可在施涂的同時進行固化，也可以用已知技術處理表面，以獲得所需的表面結構。
類似地，用本領域已知的方法可以獲得這樣的涂覆磨料，其中研磨團聚顆粒沉積在高級纖維結構上，或者至少沉積在聚合物泡沫材料的表面層上。
涂覆磨料可以這樣形成，即將研磨團聚顆粒沉積在已經用傳統方法施涂了初始接合涂層的基底上。在這種情況下，沉積可借助重力進行，或者利用UP方法。當用玻璃微粒粘結劑形成團聚物時，就可以用UP沉積技術，這種技術一般適用于涂覆磨料。此技術不太適合沉積用有機樹脂作微粒粘結劑制備的團聚物，因為這種顆粒在靜電場影響下突起情況不太好。
研磨團聚顆粒可以單獨沉積，也可以與其他傳統磨粒一起沉積。就施涂程度而言，可以形成封閉涂層(施涂顆粒的基底表面積達到100％)，也可以形成開放涂層，根據“開放程度”，顆粒之間隔開一定距離。有時候需要在已經預沉積了另一種磨料的層上施涂研磨團聚顆粒，以對研磨團聚顆粒提供更好的支撐。
當用初始接合涂層和膠結涂層來固定團聚顆粒的傳統方法形成涂覆磨料時，施涂的膠結涂層往往不能顯著減小研磨團聚顆粒的孔隙率。膠結涂層通常是較容易固化的流體樹脂配劑，當在一定的壓力下施涂這種膠結涂層時，例如使用輥涂技術時，將把可固化配劑壓入顆粒的孔中，從而削弱了研磨團聚顆粒的一個重要性質。因此，膠結涂層宜用非接觸技術施涂，例如噴涂法。此外，或者，宜通過添加填料如氧化硅等方法對膠結涂層樹脂性質進行改進，以提高粘度，減小樹脂滲入顆粒結構的傾向。其粘度宜調節到至少為1000厘泊，更宜至少為1500厘泊或更高。當用粘結劑作為承載團聚顆粒的基體，同時將它粘著到背襯上的時候，宜進行類似的粘度調節。
用初始接合涂料制備涂覆磨料時，顆粒沒有浸沒在初始接合涂料中，初始接合涂料在任何情況下都會部分固化，因而它在接觸研磨團聚物時流動性不是很好。但是，膠結涂料通常施涂在團聚顆粒上，因而滲透到團聚物結構中的機會大得多。雖然包含許多微粒的團聚結構的開放過度損失的不需要的，但對團聚物結構的少量滲透未必是件壞事情，因為這會增加顆粒與膠結涂料接觸的表面積，從而增強膠結涂料對顆粒的咬合力。
涂覆磨料也可以這樣形成，將包含研磨團聚顆粒的漿料施涂在合適的背襯材料上，其中所述研磨團聚顆粒分散在可固化粘結劑中。在這種情況下，也可以對粘結劑進行處理，以減少滲透到研磨團聚顆粒結構中的粘結劑樹脂。漿料的施涂可在兩個或多個步驟中完成，任選在連續沉積過程中使用不同的配劑。這樣就可以在一定程度上靈活改變涂覆磨料磨損時的研磨作用。
本發明的涂敷研磨帶在使用前可能需要進行彎折，就像將粘結劑樹脂涂在剛性層上制備的帶所要求的那樣。此外，研磨表面在使用前往往需要進行修飾，以確保一開始就具有均勻的高切削速率。
本發明的高級纖維結構可以這樣制備，例如，用粘結材料處理高級纖維墊，通常用噴涂技術，然后在上面沉積研磨團聚顆粒，再固化粘結樹脂。本發明這種形式產品特別適用于對金屬表面進行拋光和修飾。
實施例下面通過實施例進一步闡述本發明，這些實施例旨在顯示本發明產品的驚人優點。
玻璃粘結研磨團聚顆粒的制備在以下實施例中評價的團聚顆粒根據上面“研磨團聚物的優選制法”部分所述方法，用圖1所示設備進行制備。
前面6個實施例闡述了本發明所用研磨團聚物的制備方法。將這樣制備的團聚顆粒嵌入涂覆磨料，并通過與傳統高質量商業磨粒相比較來進行測評。其結果在實施例7-9中進行詳細論述，這些實施例只是為了說明，而不是起限制作用。
實施例1在旋轉煅燒裝置(電焙燒型#HOU-5D34-RT-28，最高溫度為1200℃，輸入功率為30kW，配有72英寸(183cm)長、內徑5.5英寸(14cm)的難熔金屬管，生產商為Harper International，Buffalo，New York)中制備一系列團聚磨粒樣品。用相同尺寸的碳化硅管代替難熔金屬管，將設備改為在1550℃的最大溫度下工作。團聚過程在常壓條件下進行，熱區溫度控制在1180℃，設備管的旋轉速度為9rpm，管子傾角為2.5-3度，進料速度為6-10kg/h。所用設備基本上與圖1所示設備基本相同。以焙燒前的原料總重計，有用的自由流動顆粒(定義為-12目至篩上顆粒)的產率為60-90％。
團聚物樣品由表1-1所示研磨微粒和水的簡單混合物制備。用來制備樣品的玻璃粘結微粒粘結劑列于表2。樣品由三種類型的研磨微粒制備氧化鋁38A、熱解氧化鋁32A和燒結溶膠凝膠α氧化鋁Norton SG顆粒，購自Saint-GobainCeramics & Plastics，Inc.，Worcester，MA，USA，其粒度列于表1。
在旋轉煅燒裝置中團聚后，將團聚磨粒樣品過篩，測定其疏松堆積密度(LPD)、粒度分布和團聚物強度。這些結果示于表1。
表1-1 團聚顆粒的特征
a.粘結劑體積％是灼燒后顆粒(即粘結材料和微粒)中固體材料的百分比，不包括體積％的孔隙率。
焙燒的團聚顆粒中粘結劑體積％用粘結劑原料的平均LOI(燒失量)計算。
燒結團聚顆粒的尺寸用安裝在振動篩分裝置(Ro-Tap；型號RX-29；W.S.Tyler Inc.Mentor，OH)上的美國標準實驗篩確定。篩目大小為18-140目，適合不同的樣品。燒結團聚顆粒的疏松堆積密度(LPD)用測定磨粒堆積密度的美國國家標準程序測定。
初始平均相對密度用百分數表示，以LPD(ρ)除以團聚顆粒的理論密度(ρ0)計算，假定孔隙率為0。理論密度根據混合物的體積規則，用團聚物中所含微粒粘結劑和研磨微粒的重量百分數和比重計算。
團聚顆粒的強度通過壓實實驗測定。壓實實驗用Instron通用實驗機(型號MTS 1125，20000磅(9072kg)上直徑為1英寸(2.54cm)的潤滑的鋼模進行，團聚顆粒樣品量為5g。將團聚顆粒樣品倒進模子，輕敲模子外側，使樣品稍稍堆起。插入沖頭，將十字頭降低，直到在記錄儀上觀察到力的作用(“初始位置”)。以恒定速率(2mm/min)對樣品增加壓力，至最大壓力為180MPa。團聚顆粒樣品的體積(樣品的壓實的LPD)由十字頭的位移反映(張力)，記作相對密度，它是所加壓力的對數函數。然后篩分剩余材料，以確定破碎百分數。測定不同壓力，以建立外加壓力的對數和破碎百分數之間的關系圖。所得結果是團聚顆粒樣品的破碎百分數等于50wt％時的壓力對數，列于表1。破碎分數是破碎顆粒通過較小篩網的重量與樣品初始重量之比。
最終的燒結團聚物具有三維形狀，包括三角形、球形、立方形、矩形和其他幾何形狀。由許多單個研磨微粒(例如2-20號)組成的團聚物通過玻璃粘結材料在顆粒接觸點上粘結在一起。
微粒粘結劑含量在3-20wt％之間時，團聚顆粒尺寸隨著團聚顆粒中粘結材料量的增加而增加。
樣品1-9全部具有足夠的壓實強度，表明玻璃微粒粘結劑均熟化并充分流動，在團聚顆粒中的研磨微粒之間形成了有效粘結。由10wt％的微粒粘結劑制備的團聚顆粒比由2wt％或6wt％的微粒粘結劑制備的團聚顆粒具有更高的壓實強度。
低LPD值是聚集程度較高的標志。團聚顆粒的LPD隨著微粒粘結劑wt％的增加和研磨微粒尺寸的減小而下降。與6wt％和10wt％的微粒粘結劑之間較小的差異相比，2wt％和6wt％的微粒粘結劑之間的差異較大，表明微粒粘結劑的wt％小于2wt％時，足以形成團聚顆粒。在較高重量百分數下，即高于6wt％時，加入更多的微粒粘結劑未必有利于制備更大或更強的團聚顆粒。
團聚顆粒尺寸的測定結果表明，在團聚溫度下具有最低熔融玻璃粘度的微粒粘結劑C樣品，它在三種微粒粘結劑中具有最低的LPD。磨料的類型對LPD沒有顯著影響。
表2團聚物中所用微粒粘結劑
a.括號中所列A-1微粒粘結劑的變化值用于實施例2中樣品。
b.雜質(例如Fe2O3和TiO2)量約為0.1-2％。
實施例2用其他各種加工實施方式和原料制備了其他團聚顆粒樣品。
用旋轉煅燒裝置(型號#HOU-D60-RTA-28，配有120英寸(305cm)長、內徑5.75英寸(15.6cm)、厚3/8英寸(0.95cm)的多鋁紅柱石管，三溫度控制區的加熱長度為60英寸(152cm)。該裝置生產商為Harper International，Buffalo，NewYork)，在1100-1250℃范圍內的不同燒結溫度下形成一系列團聚顆粒(樣品10-13)。用帶有可控體積進料速度裝置的Brabender進料單元向旋轉煅燒裝置的加熱管定量加入研磨微粒和微粒粘結劑混合物。團聚過程在常壓條件下進行，裝置管旋轉速度為4rpm，管子傾角為2.5度，進料速度為8kg/h。所用裝置與圖1所示裝置基本上相同。用于制備這些團聚物的溫度選項和其他參數列于表2-1。
所有的樣品包含89.86wt％研磨微粒(60號38A氧化鋁，購自Saint-GobainCeramics & Plastics，Inc.)和10.16wt％臨時粘結劑混合物(6.3wt％AR30液體蛋白粘結劑，1.0％Carbowax3350 PEG和2.86％微粒粘結劑A)組成的混合物。此混合物在燒結團聚顆粒中產生4.77vol％微粒粘結劑和95.23vol％研磨微粒。團聚顆粒的理論計算密度(假定沒有孔)為3.852g/cc。
將混合物送入進料單元之前，生團聚顆粒用模擬擠出過程形成。為制備擠出團聚顆粒，加熱液體蛋白臨時粘結劑，溶解Carbowax3350 PEG。然后邊攪拌混合物，邊加入微粒粘結劑。在高剪切混合器(直徑為44英寸(112cm))中加入研磨微粒，將所得微粒粘結劑緩慢加到混合器中的微粒中。將所得合并物攪拌3分鐘。通過12目盒篩(美國標準篩尺寸)將混合物濕篩到托盤中，最大層厚為1英寸(2.5cm)，形成濕的擠出團聚顆粒坯料(未焙燒)。擠出團聚顆粒層在爐子中于90℃干燥24小時。干燥后，用12-16目(美國標準篩尺寸)盒篩再次篩分團聚顆粒。
在旋轉煅燒過程中觀察到，由坯料制備的團聚顆粒受熱后出現破碎，然后從旋轉煅燒管加熱部分的出口端滾出來的時候又重新成形。用肉眼對樣品進行檢查，可以明顯看出由坯料制備的團聚顆粒的尺寸大于焙燒后團聚顆粒的尺寸。
焙燒后可以看到，團聚顆粒的尺寸足夠均勻，可以滿足商業目的，其粒度分布在500-1200微米之間。粒度分布的測定結果列于表2-2。
表2-1
a.旋轉煅燒爐控制器設定的溫度(3個加熱區都一樣)。
b.“無”指沒有進行測定。
表2-2焙燒后的團聚顆粒的粒度分布
實施例3按實施例2所述方法制備團聚顆粒(樣品14-23)，不同之處在于溫度穩定在1000℃，采用型號為#KOU-8D48-RTA-20、配有108英寸(274cm)長、內徑8英寸(20cm)的熱解氧化硅管，三個溫度控制區的長度為48英寸(122cm)。該裝置由Harper International，Buffalo，New York制造。檢驗了用各種方法制備研磨微粒和微粒粘結劑材料的預燒混合物。團聚過程在常壓條件下進行，裝置管旋轉速度為4rpm，管子傾角為2.5度，進料速度為8-10kg/h。所用裝置與圖1所示裝置基本上相同。
所有樣品都包含30磅(13.6kg)研磨微粒(與實施例2中使用的一樣，只有樣品16包含25磅(11.3kg)70號Norton SG溶膠-凝膠氧化鋁，購自Saint-GobainCeramics & Plastics，Inc.)和0.9磅(0.41kg)微粒粘結劑A(在燒結團聚顆粒中產生4.89vol％微粒粘結材料)。微粒粘結材料在加入研磨微粒之前分散在不同的臨時粘結體系中。某些樣品采用實施例2中的臨時粘結體系(“粘結劑2”)，其他樣品用AR30液體蛋白臨時粘結劑(“粘結劑3”)制備，所用重量百分數列于表3。借助實施例2中的模擬擠出方法，用樣品20制備未焙燒的團聚顆粒坯料。
所測參數和測試結果列于表3。
表3對坯料階段的粘結劑的處理
這些結果證實，坯料階段的團聚過程不需要形成質量和產率都可接受的燒結團聚顆粒(比較樣品18和20)。隨著初始混合物中粘結劑3的wt％從1％增加到8％，LPD顯示稍有下降的趨勢，表明使用粘結劑對團聚過程具有好的影響，但不是關鍵因素。因此，讓人頗感意外的是，在放到旋轉煅燒爐中燒結之前，團聚顆粒似乎并不需要預成形要求的形狀或大小。只要將團聚物組分的濕混合物送入旋轉煅燒爐，在混合物通過裝置的加熱區時進行振搖，就能得到相同的LPD。
實施例4按實施例2所述方法制備團聚顆粒(樣品24-29)，不同之處在于溫度穩定在1200℃，檢驗了制備研磨微粒和微粒粘結劑材料的預燒混合物的各種方法。除樣品28-29以外的所有樣品都包含300磅(136.4kg)研磨微粒(與實施例2中一樣60號38A氧化鋁)和9.0磅(4.1kg)微粒粘結劑A(在燒結團聚顆粒中產生4.89vol％微粒粘結材料)。
樣品28(組成與實施例2相同)包含44.9磅(20.4kg)研磨微粒和1.43磅(0.6kg)臨時粘結劑A。將粘結劑與液體粘結劑混合物(37.8wt％(3.1磅)AR30粘結劑的水溶液)合并，然后將4.98磅此合并物加入到研磨微粒。液體合并物在22℃的粘度為784CP(Brookfield LVF粘度計)。
樣品29(組成與實施例2相同)包含28.6磅(13kg)研磨微粒和0.92磅(0.4kg)微粒粘結劑A(在燒結團聚顆粒中產生4.89vol％的微粒粘結劑)。將微粒粘結劑與臨時液體粘結劑混合物(54.7wt％(0.48磅)Duramax樹脂B1052和30.1wt％(1.456磅)Duramax樹脂B1051樹脂的水溶液)合并，將此合并物加入到研磨微粒。Duramax樹脂購自Rohm & Haas，Philadelphia，PA。
團聚過程在常壓條件下進行，裝置管旋轉速度為4rpm，管子傾角為2.5度，進料速度為8-12kg/h。所用裝置與圖1所示裝置基本上相同。
樣品28煅燒前在流化床中預團聚，流化床由Niro Inc.，Columbia，Maryland制造(型號為MP-2/3多處理器TM，配有MP-1大錐形管(最寬的地方直徑為3英尺(0.3m)))。以下操作參數是用流化床處理樣品時所選用的進口空氣溫度64-70℃進口空氣流速100-300m3/h粒化液體流速440g/min床深(初始裝料3-4kg)約10cm空氣壓1巴雙流外混合噴嘴孔口800μm將研磨微粒裝入裝置底部，將空氣向上通入流化床擴散板，使之進入微粒。同時，將微粒粘結劑和臨時粘結劑的液體混合物用泵打入外混合噴嘴，然后從噴嘴噴射通過擴散板到微粒中，從而涂敷各微粒。在干燥微粒粘結劑和粘結混合物的過程中，形成團聚顆粒坯料。
樣品29煅燒前在低壓擠出過程中預團聚，采用LCI Corporation，Charlotte，North Carolina制造的Benchtop造粒機TM(配有孔徑為0.5mm的“籃筐”)。用手工將研磨微粒、微粒粘結劑和臨時粘結劑的混合物送入“藍筐”(擠出網)，旋轉刀片迫使混合物通過網擠出，然后收集在接收盤中。擠出的預團聚顆粒在90℃爐子中干燥24小時，用作旋轉煅燒過程的原料。
所測參數和測試結果列于表4-1和4-2。這些測試證實也可以在較高的灼燒溫度(1200℃而不是1000℃)下得到實施例3的結果。這些測試還表明，低壓擠塑和流化床預團聚可用來制備團聚顆粒，但制備本發明的團聚物時不需要在旋轉煅燒前進行團聚。
表4-1 團聚物特征
表4-2團聚顆粒的粒度分布
實施例5按實施例3所述方法制備其他團聚顆粒(樣品30-37)，不同之處在于燒結在1180℃下進行，測定了不同類型的研磨微粒，30磅(13.6kg)研磨微粒與1.91磅(0.9kg)微粒粘結劑A混合(在燒結團聚顆粒中產生8.94vol％微粒粘結劑)。作為坯料階段團聚的臨時粘結劑，比較了實施例3中的粘結劑3和水。樣品30-34用0.9磅(0.4kg)水作臨時粘結劑。樣品35-37用0.72磅(0.3kg)粘結劑3。所測參數列于表5。
團聚過程在常壓條件下進行，裝置管旋轉速度為8.5-9.5rpm，管子傾角為2.5度，進料速度為5-8kg/h。所用裝置與圖1所示裝置基本上相同。
團聚后，將團聚磨粒樣品過篩，測定它們的疏松堆積密度(LPD)、粒度分布和團聚強度。這些結果列于表5。
表5
這些結果再次表明，在用旋轉煅燒法制備團聚顆粒的工藝中，水可以用作臨時粘結劑。此外，不同類型的顆粒混合物和不同大小的顆粒混合物，或者不同類型、不同大小的顆粒混合物都可以用本發明工藝進行團聚，這些團聚物可以在旋轉煅燒爐中，在1180℃的溫度下進行涂敷。當用高長徑比(即≥4∶1)的長形磨粒制備團聚顆粒(樣品33)時，團聚顆粒的抗破碎強度明顯增加。
實施例6按實施例3所述方法制備另一個系列的團聚顆粒(樣品38-45)，不同之處在于采用不同的燒結溫度，測試了不同類型的研磨微粒的粒度和不同的微粒粘結劑。在某些進料混合物中，用胡桃殼作為有機誘孔填料(胡桃殼購自CompositionMaterials Co.，Inc.，Fairfield，Connecticut，美國篩尺寸40/60)。所測參數列于表6。所有樣品包含30磅(13.6kg)研磨微粒和2.5wt％粘結劑3(基于顆粒重量)的混合物，各種微粒粘結劑的量列于表6。
團聚過程在常壓條件下進行，裝置管旋轉速度為8.5-9.5rpm，管子傾角為2.5度，進料速度為5-8kg/h。所用裝置與圖1所示裝置基本上相同。
團聚完成后，將團聚磨粒樣品過篩，測定它們的疏松堆積密度(LPD)、粒度分布和團聚強度(見表6)。所有團聚顆粒的性質都適用于制備涂覆磨料。這些數據似乎表明，用有機誘孔劑，即胡桃殼對團聚物的特點沒有顯著影響。
表6
a.vol％，基于所有固體(顆粒、粘結材料和成孔劑)，不包括團聚物中的孔隙率。
38A和32A是熱解氧化鋁研磨材料。
實施例7此實施例中，比較了用本發明研磨團聚物制備的17.8cm(7英寸)磨盤和用傳統材料及磨粒制備的商業磨盤的性能。
本發明的磨盤用包含粒度為90的加晶種的溶膠-凝膠氧化鋁磨粒的研磨團聚顆粒制備，所述加晶種溶膠-凝膠氧化鋁磨粒購自Saint-Gobain Ceramics &Plastics，Inc.。用上面實施例1中制備樣品7的方法將這些微粒形成研磨團聚顆粒。對顆粒分級，留下-28+40級部分備用。
用傳統初始接合涂層/膠結涂層技術將這些研磨團聚顆粒沉積在傳統纖維盤形基底上，形成涂敷磨盤。用來形成初始接合涂層和膠結涂層的樹脂是傳統酚醛樹脂。初始接合涂料的施涂量為0.12kg/m2(8.3磅/令)，研磨團聚顆粒用UP技術沉積，沉積量為0.28kg/m2(19磅/令)。膠結涂料用噴涂技術施涂，噴涂量為0.49kg/m2(33磅/令)，它是粘度為800cps的標準酚醛樹脂，通過加入CabotCorporation生產的Cab-O-sil氧化硅進行改性至2000cps粘度。在每種情況下，“令”指砂紙制造商使用的令，對應于330平方英尺或30.7平方米。
用本發明的磨盤研磨1008扁條鋼。磨盤與扁條鋼接觸30秒，接觸壓力為13磅/平方英寸，每次接觸之后測定扁條鋼的重量，確定每次接觸所磨去的金屬量。將結果繪成曲線圖，如圖2所示。
為作比較，對三個尺寸相同的競爭性商業磨盤進行同樣的測試，結果同樣繪于圖2。所測磨盤是984C，3M公司銷售的纖維襯底、44涂層、加晶種溶膠-凝膠氧化鋁80號磨粒；987C，類似于984C，不同之處在于磨粒是80“321 Cubitron”，磨盤受到超大尺寸處理。此盤也由3M公司銷售；983C，與984C相同，只是顆粒為80號MgO改性的溶膠-凝膠氧化鋁，并通過100％UP方法施涂。此盤同樣由3M公司銷售。
從圖2可以看出，盡管所有磨盤幾乎同時開始切削，本發明的磨盤比任何3M比較盤都切削得更長、更好。
實施例8此實施例研究了使用改性膠結涂層的效果。用實施例1中制備“本發明”磨盤的方法制備另兩個相同的磨盤，但使用不同的膠結涂層。在第一個樣品中，磨盤與實施例1中的“本發明”樣品完全相同，而第二個樣品除了使用未改性膠結涂層外，也完全相同。測試程序與實施例1所述相同，所得結果示于圖3。
可以清楚地看到，盡管其性能仍然要優于現有技術產品，但不及使用粘度經過改性的膠結涂料的產品。這證明了這樣一個觀點，膠結涂料的粘度降低至一定程度后，削弱了研磨團聚顆粒的孔隙率帶來的好處。
實施例9此實施例比較了本發明兩個磨盤的性能，每個盤都含有標準(未經改性，即沒有像實施例8所測試的盤那樣增加粘度)膠結涂料。在這種情況下，兩個磨盤的唯一差別是用來將研磨微粒粘結在一起形成研磨團聚顆粒的粘結劑。在記作“燒結SCA標準膠結涂料”的樣品中，粘結劑是玻璃質的，樣品是上述實施例8中所測試的樣品。在記作“有機SCA標準膠結涂料”的樣品中，粘結劑是有機粘結劑，團聚物中加晶種的溶膠-凝膠氧化鋁研磨微粒要粗一些，粒度為80號。但是，它們的孔隙率基本上相同。用前述實施例中所用測試程序得到的比較數據繪成圖，如圖4所示。
從圖中可以看出，玻璃粘結團聚物的性能稍好于有機粘結團聚物，雖然有機SCA標準膠結涂層盤中較粗的顆粒預計有更高的金屬切削速率。在磨盤的使用后期，這種差異變得更加明顯。
從上述數據可以清楚看到，使用研磨團聚顆粒在現有技術磨盤的基礎上有明顯改進，特別是當使團聚顆粒聚集在一起的粘結劑是玻璃質粘結劑，且膠結涂料的粘度高于用團聚物制備涂覆磨料時常用來抑制孔隙率損失的粘度時。
權利要求
1.一種涂覆磨具，它包含背襯材料和通過粘結材料粘著在背襯材料上的研磨團聚顆粒，其特征在于使用的團聚顆粒包含許多研磨微粒，它們粘著在一起形成三維結構，該結構中的每個微粒通過團聚物中的微粒粘結材料至少與一個相鄰的微粒連接，粘結材料以不連續相存在于團聚顆粒在中，并且幾乎完全以粘結柱的形式連接相鄰微粒，這樣，團聚物的疏松堆積體積比研磨微粒一個個單獨存在時至少低2％。
2.權利要求1所述涂覆磨料，其特征在于研磨團聚顆粒包含研磨微粒，它們通過基于團聚物總固體體積的5-25vol％的微粒粘結劑粘著在一起，所述粘結劑選自玻璃質、玻璃-陶瓷、有機和金屬微粒粘結材料。
3.權利要求2所述涂覆磨料，其特征在于微粒粘結劑是玻璃質粘結材料。
4.權利要求1所述涂覆磨料，其特征在于將顆粒粘著到背襯上的粘結劑是有機樹脂。
5.權利要求4所述涂覆磨料，其特征在于粘結劑是粘度至少為1500泊的有機樹脂。
6.權利要求5所述涂覆磨料，其特征在于粘結劑的粘度用填料進行調節。
7.權利要求1所述涂覆磨料，其特征在于，在制備團聚顆粒的過程中，研磨微粒以和少部分非研磨微粒的摻混物使用，所述非研磨微粒選自研磨助劑、填料和成孔劑。
8.權利要求1所述涂覆磨料，其特征在于研磨微粒選自研磨質量不同的研磨微粒、大小不同的研磨微粒以及它們的混合物。
9.權利要求1所述涂覆磨料，其特征在于團聚顆粒包含選自玻璃質和金屬粘結材料的微粒粘結劑，團聚顆粒用UP法沉積在背襯上。
10.權利要求1所述涂覆磨料，其特征在于團聚顆粒分散在粘結劑基體中。
11.權利要求5所述涂覆磨料，其特征在于團聚顆粒分散在粘結劑基體中。
12.權利要求5所述涂覆磨料，其特征在于涂覆磨料的表面是經過加工的、包含許多獨立形狀的表面。
13.權利要求1所述涂覆磨料，其特征在于團聚磨粒是以規則排列沉積在背襯上的成形結構形式。
14.一種涂覆磨料，包含背襯和通過粘結材料粘著在背襯材料上的研磨團聚顆粒，所述顆粒通過包括如下步驟的方法制備a)以受控進料速度在旋轉煅燒窯中裝入研磨微粒和微粒粘結材料，所述微粒粘結材料選自玻璃化粘結材料、玻璃化材料、陶瓷材料、無機粘結劑、有機粘結劑、水、溶劑及其組合；b)以受控速度旋轉窯；c)將混合物加熱到約145-1300℃，加熱速率由進料速度和轉窯速度決定；d)振搖窯中的微粒和微粒粘結劑，直到粘結劑粘著到微粒上，并且許多微粒粘著在一起，產生燒結團聚顆粒；e)從窯中收集燒結團聚物，其中燒結團聚顆粒具有初步的三維形狀，疏松堆積體積至少比組分微粒的相應疏松堆積體積低2％。
15.權利要求14所述涂覆磨料，其特征在于研磨團聚顆粒包含研磨微粒，它們通過基于團聚物總固體體積的5-25vol％的微粒粘結劑粘著在一起，所述粘結劑選自玻璃質、玻璃-陶瓷、有機和金屬微粒粘結材料。
16.權利要求15所述涂覆磨料，其特征在于微粒粘結劑是玻璃質粘結材料。
17.權利要求14所述涂覆磨料，其特征在于將顆粒粘著到背襯上的粘結劑是有機樹脂。
18.權利要求17所述涂覆磨料，其特征在于粘結劑是粘度至少為1500泊的有機樹脂。
19.權利要求18所述涂覆磨料，其特征在于粘結劑的粘度用填料進行調節。
20.權利要求14所述涂覆磨料，其特征在于，在制備團聚顆粒的過程中，研磨微粒以和少部分非研磨微粒的摻混物使用，所述非研磨微粒選自研磨助劑、填料和成孔劑。
21.權利要求14所述涂覆磨料，其特征在于研磨微粒選自研磨質量不同的研磨微粒、大小不同的研磨微粒以及它們的混合物。
22.權利要求14所述涂覆磨料，其特征在于團聚顆粒包含選自玻璃質和金屬粘結材料的微粒粘結劑，團聚顆粒用UP法沉積在背襯上。
23.權利要求14所述涂覆磨料，其特征在于團聚顆粒分散在粘結劑基體中。
24.權利要求18所述涂覆磨料，其特征在于團聚顆粒分散在粘結劑基體中。
25.權利要求18所述涂覆磨料，其特征在于涂覆磨料的表面是經過加工的、包含許多獨立形狀的表面。
26.權利要求14所述涂覆磨料，其特征在于團聚磨粒是以規則排列沉積在背襯上的成形結構形式。
27.一種涂覆磨料，包含背襯和通過粘結材料粘著在背襯材料上的研磨團聚顆粒，所述顆粒通過包括如下步驟的方法制備a)以受控進料速度在旋轉煅燒窯中裝入研磨微粒和微粒粘結材料；b)以受控速度旋轉窯；c)將混合物加熱到約145-1300℃，加熱速率由進料速度和轉窯速度決定；d)振搖窯中的微粒和微粒粘結劑，直到粘結劑粘著到微粒上，并且許多微粒粘著在一起，產生燒結團聚顆粒，所述顆粒具有三維形狀和疏松堆積體積至少比組分微粒的相應疏松堆積體積低2％；e)從窯中收集燒結團聚物。
28.權利要求27所述涂覆磨料，其特征在于研磨團聚顆粒包含研磨微粒，它們通過基于團聚物總固體體積的5-25vol％的微粒粘結劑粘著在一起，所述粘結劑選自玻璃質、玻璃-陶瓷、有機和金屬微粒粘結材料。
29.權利要求28所述涂覆磨料，其特征在于微粒粘結劑是玻璃質粘結材料。
30.權利要求27所述涂覆磨料，其特征在于將顆粒粘著到背襯上的粘結劑是有機樹脂。
31.權利要求30所述涂覆磨料，其特征在于粘結劑是粘度至少為1500泊的有機樹脂。
32.權利要求31所述涂覆磨料，其特征在于粘結劑的粘度用填料進行調節。
33.權利要求26所述涂覆磨料，其特征在于團聚顆粒分散在粘結劑基體中。
34.權利要求31所述涂覆磨料，其特征在于團聚顆粒分散在粘結劑基體中。
35.權利要求27所述涂覆磨料，其特征在于在制備團聚顆粒的過程中，研磨微粒以和少部分非研磨微粒的摻混物使用，所述非研磨微粒選自研磨助劑、填料和成孔劑。。
36.權利要求27所述涂覆磨料，其特征在于研磨微粒選自研磨質量不同的研磨微粒、大小不同的研磨微粒以及它們的混合物。
37.權利要求27所述涂覆磨料，其特征在于團聚顆粒包含選自玻璃質和金屬粘結材料的微粒粘結劑，團聚顆粒用UP法沉積在背襯上。
38.權利要求33所述涂覆磨料，其特征在于涂覆磨料的表面是經過加工的、包含許多獨立形狀的表面。
39.權利要求27所述涂覆磨料，其特征在于團聚磨粒是以規則排列沉積在背襯上的成形結構形式。
全文摘要
包含研磨團聚顆粒的新型涂覆磨料，其特征在于高孔隙率和低固體體積標稱體積比提供了在中等至低壓條件下格外有用的研磨特性。
文檔編號B24D3/00GK1662626SQ03814247
公開日2005年8月31日 申請日期2003年3月21日 優先權日2002年5月14日
發明者C·E·奈普, O·L·-M·F·古塞林, K·勞倫斯 申請人:圣戈本磨科股份有限公司