CN1027175C - 制造陶瓷磨料的方法及用此方法制成的材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生产陶瓷磨料以及陶瓷复合材料的方法，该材料其特征在于是从一种多晶陶瓷材料粉碎制成磨料颗粒本发明的磨料颗粒基本由一种母体金属前体与气相氧化剂的氧化反应产物及任选地一种或多种金属组分，如母体金属中未被氧化的组分组成。还提供了一种制造磨料颗粒的方法，该磨料颗粒还含有附加的一种或多种惰性填料。

Description

本发明涉及磨料的一些制造方法。磨料是由一种母体金属和气状态的氧化剂进行氧化反应而生成，并粉碎成具有研磨能力的陶瓷或陶瓷复合材料的颗粒。本发明还涉及用此方法所生产的这些材料。

近年来，对磨料制造工艺的进展和制造高质量及特种磨料的兴趣日益增加。本发明的目的就是提供一种新型的性能良好的磨料。它的特点是脆性小，通过粉碎成一定粒度的颗粒后可用特定的方法制成由陶瓷或陶瓷复合体构成的部件或板块。

按照本发明提供的制造磨料方法的特点是从一种多晶陶瓷材料粉碎成磨料颗粒，而这种材料中主要含由一种母体金属前体与气相氧化剂进行氧化反应所生成的物质，以及一种或多种任选的金属组分，例如一些未被氧化的母体金属组分。根据需要，可将陶瓷复合物制成含有多晶陶瓷反应生成物和加入的一种或多种填充物，以提高研磨性能或降低制造成本。下面将进行详细介绍。

一般来说，按照本发明制造陶瓷磨料的方法中，将母体金属在气相氧化剂存在的环境中加热到高于金属熔点而低于氧化反应生成物熔点的温度，以形成一种熔融的母体金属体。母体金属熔化后，所形成的熔体与气相氧化剂进行反应而生成氧化反应产物。这种氧化反应产物至少部分保持与熔融的母体金属及气相氧化剂接触并在它们之间扩散开。在操作温度范围内，熔融的母体金属将透过已形成的氧化生成物移向气相氧化剂。当熔融的母体金属在气相氧化剂与已生成的氧化产物之间的界面上与气相氧化剂接触时，它就会被氧化而使氧化产物层增长或发展较厚的氧化产物层或 形成氧化产物体。这一过程将持续一段时间以满足陶瓷体的生成。根据需要，取决于磨料的最终使用目的，可以使氧化反应过程持续足够的时间，基本上将母体金属完全消耗，使陶瓷体中所含能互相连接的金属减少到最低限度。这种陶瓷体可以用例如冲击磨，辊磨，旋转磨或根据磨料的最终用途选择其它常用的粉碎技术粉碎到所需的颗粒度。回收粉碎后的陶瓷材料。获得的陶瓷材料中所含磨料颗粒主要组分为氧化反应生成物和任选的一些金属组分，例如母体金属的未氧化组分。

在本发明一种优选实施方案中，在制造陶瓷复合体时将一种可渗透的物料或由填料组成的集料放在母体金属的附近或与母体金属接触处，这种物料可预先制成一种坯的形状。这样以使得母体金属氧化时形成的生成物可以渗入并埋藏至少一部分填料。母体金属也是按照前面描述的方法加热。让母体金属与气相氧化剂之间的氧化反应持续足够长时间，使氧化反应生成物增长时能渗入或通过至少一部分填充物料。这样就制成了以氧化生成物为陶瓷基体的复合物，它包含有填料，还有任选的一种或几种金属组分。制成的陶瓷复合物也是用按照上面讨论过的常用方法粉碎成需要的粒度并进行回收。获得的物料中含有的微复合磨粒颗粒主要由母体金属与气相氧化剂氧化反应的生成物，填料及任选的一种或几种金属组分构成。

陶瓷或陶瓷复合体按照前面所述方法制成后，先冷却，再破碎或研磨以制成一种磨料颗粒。颗粒细度由制品的最终用途决定。因此，粉碎方法也是根据要求的颗粒细度以及陶瓷体的组成进行选择。粉碎方法及粒度分级为大家所熟悉，本质上，不属于本发明的问题。一般设想是先用式破碎机或锤式破碎机将物体粗碎成约1/4英寸到1/2英寸（即6～13毫米）大小，然后在冲击式粉碎机中粉碎到约8～100目（1.5～0.12毫米）细度或更细些。磨料还要用典型的方法进行筛分以获得所要求的粒度等级。

制成的磨料特点是它的韧度，低脆性或高耐用性。用本发明的方法制成的一种优选磨料反应产物的微复合物，所以形成陶瓷体的粉碎状态，因 此制成的陶瓷体经过压碎或研磨，无论粒度上变得怎样细，得出的磨料颗粒都含有作为整体结合材料的陶瓷基质和填料组分。

本发明所制成的颗粒状磨料可在任何一种研磨技术方面使用。例如：作为松散的磨料用来抛光，研磨或喷砂等。如果需要的话，可将这种磨料作为涂层涂布在研磨工具上或结合在砂轮上使用。后一种用途中是将磨料颗粒用适合的胶粘剂，如树脂，玻璃，金属或其它种陶瓷粘结而制成例如砂轮。前一种则是将磨料颗粒与适当的附着助剂混合涂布在例如纤维编织物，布料，纸版之类的底片或基体上。本发明制成的磨料可作为研磨工具的唯一磨料，也可与其它磨料或没有研磨作用的物料相结合来改善其性能或降低制造成本。

按照本发明制造了几种研磨材料，在脆性试验方面与几种用传统方法制成的磨料进行了对比。脆性试验是将每种磨料分别放在球磨中按通常采用的研磨技术进行。将每种磨料用筛准确分离出规定筛目的颗粒。称量出10克试样，和7个直径1英寸的硬化的钢球（200克，Abbe公司制造）一同放在钢制球磨罐（Mijit型，Abbe公司制造）内。将钢罐封闭后放在转动机上以92转/分的速度研磨1小时。将得到的试料用同一筛目的筛进行筛分。收集筛上物进行称量。磨料在脆性试验中的性能定量地记作脆性指数，这些结果列于附表1中。脆性指数是经过球磨后没有被磨细的物料重量（磨料后在筛上存留的物料重量）除以原来的物料试样的重量（10克）乘以100得出的数值。脆性指数越大说明物料脆性越小。

经过试验的9种物料中有3种是传统磨料：熔融氧化铝（38    Alundum，Norton公司制造，粒度46目），碳化硅（37    Crystolon，Norton公司制造，粒度14目），用溶胶-凝胶法制成的氧化铝-铝酸镁材料（3M公司制造的Cubitron，粒度20目及40目，两者都作过试验），6种按照本发明制造的磨料。下面将作比较详细的说明（磨料以字母A到F标明）。

磨料A的制造是将几块铝合金380.1锭（取自一种Belment金属，它 的标定组成按重量计算含8～8.5%Si，2～3%Zn及0.1%Mg作为活性掺杂剂（下面还要详细介绍），还含3.5%Cu及Fe，Mn和Ni。有时Mg含量要高些，在0.17～0.18%范围）放在氧化铝颗粒（E1    Alundum，Norton公司制造，粒度90目）床中。该床装在一个耐材料容器内，每块铝锭都有一面直接暴露在空气中。将整个装置放进炉中，5小时内加热到1000℃。在这种条件下，暴露在空气中的那个金属表面上生成陶瓷体。而在被E1型刚玉颗粒围绕的其它金属表面无陶瓷体的生成。炉中温度将保持1000℃经过24小时，然后经5小时冷却到室温。将物料从炉中取出。收集形成的陶瓷体，放在两块钢板之间压碎后进行筛分，选出粒度为46目的那部分。

磨料B的制造是将几块铝合金6061锭（标定组成按重量计算为0.6%Si，1.0%MgO和0.25%Cu及Cr）如上述放在相同的氧化铝颗粒（90目）料床中。该床装在耐火材料容器内，使每块铝锭有一面暴露在空气中。并在暴露的金属表面铺上一薄层二氧化硅作为掺杂剂。整个装置放入炉中在6小时内加热到1325℃。在这种情况下，形成的陶瓷体也是朝着空气的方向增长而不进入底床物料中。将炉中温度保持在1325℃约经过160小时使陶瓷体内的未氧化的金属铝基本上消耗尽。如前述将制成的陶瓷体压碎并筛选出粒度为12目的颗粒部分。

磨料C的制造是将按重量计算含10%Si，3%Mg的铝合金锭若干块完全埋在装在耐火材料容器内的氧化铝颗粒料（38    Alundun，Norton公司制造，粒度220目）中。将这一装置放入炉中在6小时内加热到1250℃。在这种情况下，生成的陶瓷体由金属表面扩展到周围的物料床中，并将38型刚玉包裹在陶瓷复合体内。炉温保持在1250℃经过120小时后，冷却到室温（约需6小时）。容器从炉中取出后，将得到的包括混有填料颗粒的氧化反应产物的陶瓷复合体收集起来按前面描述过的粉碎方法压碎，进行筛分得出粒度12目的颗粒。

磨料D的制造是将与制造磨料C所用的相同的铝合金锭若干块埋藏在耐火容器中薄片状氧化铝填料床中（Alcoa公司制造，粒度60目）。将该装置放进炉内在6小时内加热到1250℃，反应产物的生长进入围绕在金属周围的填料颗粒中。在1250℃保温144小时后冷却到室温（约需6小时）。得到的包括混有片状填料的氧化反应生成物的陶瓷复合体按前面所述的方法粉碎和筛分出粒度12目的颗粒部分。

磨料E的制造是将铝合金308.1锭若干块（与制造磨料A所使用的相同）埋藏在溶胶一凝胶法制成的氧化铝-铝酸镁填料中（3M公司制造的Cubitron，粒度80目）该填料装在耐火材料制成的容器内。放在一炉中在5小时内加热到1000℃。在1000℃保温4小时后冷却到室温（约需5小时）。将得到的包括混有溶胶-凝胶填料的氧化反应物氧化铝的陶瓷复合体按前面所描述的方法粉碎和筛分出粒度12目的物料。

磨料F的制造是分别将碳化硅颗粒床（37    Crystolon由Norton公司制造，粒度220目）及大约100克如前所用的380.1型合金加热到1000℃。然后将熔融的铝合金倾注在碳化硅填料。在1000℃保温48小时后从炉中取出。得到的包括嵌有碳化硅填料的氧化反应生产成氧化铝的陶瓷复合体按前面描述的方法粉碎后筛分出粒度12目的物料。

将这些磨料进行前面所介绍的脆性试验，并将结果列在下面的附表Ⅰ中。从表中可以看出，已证明按本发明生产的6种磨料中的5种的脆性都比在上述试验条件下常规磨料的脆性低。尽管磨料A也是按照本发明的制造方法制成，它的脆性指数却低于所检查过的用传统方法制成的磨料。这一结果表明了本发明所希望的一个特点，即能制成包括比较宽的脆性范围的物料。这样就可以适应在不同的磨料使用方面所提出的不同的要求。

表Ⅰ

磨料    筛目表    脆性指标

氧化铝    46    6.1

（38    Alundum，Norton

公司制造）

碳化硅    14    9.1

（37    Crystolon，Carborundum

公司制造）

溶胶-凝胶法氧化铝-铝酸镁    20    13.1

（Cubitron，3M公司制造）

溶胶-凝胶法氧化铝-铝酸镁    40    18.5

（Cubitron，3M公司制造）

磨料A    46    2.5

磨料B    12    38.5

磨料C    12    25.5

磨料D    12    29.2

磨料E    12    40.4

磨料F    12    44.8

本说明及所附权利要求中所用下列术语的定义如下：

“陶瓷”不应局限于对传统的陶瓷物体的解释方法，即完全由非金属及无机材料组成的物体。它是指这样一种物体：从组成及主要性能看是陶瓷占主要地位，但是物体中还可以含有少量或相当数量的一种或几种金属组分。这些金属组分可能从母体金属带来，也可能从掺杂物被还原而形成。按体积百分比计算，比较典型的是在约1～40%范围内。但是也可以含更多的金属组分。

“氧化反应产物”通常是指在任一氧化状态下的一种或多种金属，其中一种金属将电子给予了另一种元素，或与另一种元素共同享用电子，化合物或它们的混合物。因此，在这一定义下，氧化反应生成物包括一种或多种金属与某种氧化剂，例如前面描述过的氧化剂所产生的反应产物。

“氧化剂”指一种或多种适合的电子接受体或电子共享体。在本发明采用的操作条件下它是一种气体（或蒸汽）或气体中的一个组分。

“母体金属”指的是金属（例如铝）该金属是形成氧化反应生成的多晶体的前体，并包括比较纯的金属，或市场供应的含杂质或合金组分的金属，或主要成分为形成多晶体所需的金属前体的合金。如果已明确指定义一种特定金属，例如铝作为母体金属，则在文中除非特别标明时，这种金属就应按这一定义理解。

“复合物”是指一种由两种或两种以上不同物质组成的非均质材料，物体或制品。其中这些物质是紧密结合以使复合物显示出所要求的性能。例如，两种不同材料可以通过将一种物质埋藏在由另一物质中的方式紧密结合。陶瓷复合体结构一般包括一种陶瓷基质，该基质中包含一种或多种不同的填料，例如颗粒状，纤维状，杆状或其它形状的填料。

按照本发明，提供了一种陶瓷或陶瓷复合体的粉碎状的磨料，该陶瓷 或陶瓷复合体是在金属前体氧化时形成的。在陶瓷体的形成过程中，提供作为氧化反应产物前体的母体金属，它们可以具有不同的形状：如金锭，条，块等，并将母体金属放进装在坩锅或其它耐火容器中的惰性物料及/或填料构成的料床内。惰性物料是指在操作条件下基本上不被生长的氧化反应生成物掺入。与惰性料床相反是用于生产复合体结构的可渗透的填料床。通过填料氧化反应产物的生长使填料嵌在形成的陶瓷基体中。这种惰性材料可以是粒状的，它的作用是保持用于氧化和生长的熔融的母体金属体进入周围的空气中或进入可渗透的填料中。

将所得到的包括母体金属，惰性材料和/或填料的集体被放入适合的坩锅或其它耐火容器中加热到高于母体金属的熔点但低于氧化产物的熔点的温度，但是，应该理解，操作温度或优选的温度范围不可能完全遍及母体金属熔点与氧化生成物熔点之间的全部温度范围。在这一温度下或这个温度范围内，母体金属会熔化成熔体或熔体池。当它与氧化剂接触时就会被氧化而形成一层氧化产物。当熔融金属继续处在氧化环境中时，余下的金属熔体会被逐渐吸引到氧化生成物层中并且通过氧化产物层朝着氧化剂的方向移动。这样在陶瓷与氧化剂之间的界面上或接近这个界面处的多晶体物质就会继续生长而最终形成一个陶瓷体或陶瓷复合体。

如果有足够的氧化剂在不断更新，多晶氧化反应生成物的生长几乎是等速的（即在整个时间范围内，厚度的生长速度保持不变）。在空气的情况下，氧化气氛的更新可以容易通过炉子的通风孔来提供。反应产物的生长一直可持续到至少出现下列情况之一时为止：（1）几乎全部母体金属消耗尽;（2）氧化剂消耗尽或用非氧化性气氛代替了氧化性气氛或将炉内抽成真空;或（3）反应温度改变到较大地偏离应保持的温度范围，即低于母体金属的熔点。通常是降低炉温以使物料冷却，然后将物料从炉中取出。

得到的陶瓷产物基本由母体金属与氧化剂反应生成的氧化产物，以及任选一种或多种金属组分，如母体金属的未氧化组分组成。应该明白生成 的多晶材料中可能出现孔隙，它可能由金属相的部分或几乎全部取代所致。但是材料孔隙所占的体积百分比在很大程度上取决于操作条件，例如温度，时间以及所用的母体金属种类。多晶氧化反应产物呈现微细晶粒的形状，它们之间至少是部分互连的。虽然本发明在后面所介绍的仍然着重以铝或铝为主体的材料作为母体金属。这只是为了举例，应该理解，别的金属如硅，钛，铪，锆等也可采用。它们可以符合或被纳入本发明的技术范围。

气相氧化剂是在操作条件下为气态或气化状态的物质，用它来提供氧化性气氛。典型的气相氧化剂包括例如氧或含氧气体，氮或含氮气体，囟素，硫，磷，砷，碳，硼，硒，碲以及由这些元素的化合物或混合物，例如甲烷，氧气，乙烷，丙烷，乙炔，乙烯，丙烯（这些碳氢化物可作为提供碳的原料），混合气体如空气H₂/H₂O及CO/CO₂。后面两种混合物（H₂/H₂O及CO/CO₂）可以用来降低环境中的氧活性。如果对某种气相氧化剂作了特殊规定，如含某种确定的气体或蒸汽。这就意味着，在这种气相氧化剂中的确定气体在所利用的氧化环境下获得条件下为母体金属的唯一氧化剂。因此，按照这一规定，空气属于“含氧气体”氧化剂的定义之内，而不属于“含氮气体”氧化剂之内。在此和权项中所用的“含氮气体”的一个例子为“混合气体”。该气体一般含有约96%（体积）的氮气和约40%（体积）的氢气。

某些母体金属在特定的温度和氧化性气氛条件下可以添加特殊的添加剂或改性剂就能满足本发明的氧化现象所必须的技术要求。而且与母体金属结合使用的一些掺杂剂可以有利地影响和促进氧化反应过程。不希望将这一现象与某种特殊理论相联系或对掺杂剂的功能作一番解释。可是当母体金属与其氧化反应产物之间的表面能不存在故有的联系时，加入一些掺杂剂似乎是有用的。因此，能够降低固-液界面能的某些掺杂剂或它们混合物将倾向于促进或加速金属氧化时形成的含有熔融金属转移通道的多 晶结构的发展。掺杂剂的另一种功能可能是激发陶瓷体的成长，虽然或是作为一种成核剂以帮助形成稳定的氧化产物晶粒，或以某种方式破坏开始形成比较迟钝的氧化产物层，或同时产生两种作用。后面一种掺杂剂对于陶瓷体的生成可能是不必要;但是为了缩短陶瓷体成长前的保温时间，以使用某种特定的母体金属系统在保证时间上达到经济上合理的限度以内，这种掺杂剂的作用还是十分重要的。

掺杂剂的某种功能或各种功能除物料本身以外还与一系列因素有关。这些因素包括例如特定的母体金属，要求的最终产物，使用两种或两种以上的掺杂剂时，它们之间的结合情况，外部使用的掺杂剂与形成合金掺杂剂的结合，掺杂剂的浓度，氧化环境，工艺条件等。

对于铝母体金属，特别是以空气作为氧化剂时，有用的掺杂剂包括例如金属镁和金属锌，两者的相结合物或如与下面还要介绍的别的掺杂剂结合物。可将这些金属或其适当来源物熔合到以铝为基础的母体金属中，其每种掺杂剂的浓度按重量计算约在0.1～10%之间，以最后制成的加上掺杂剂的金属总量为基数。任意一种掺杂剂的浓度范围取决于这样一些因素如几种掺杂剂的结合方式以及操作温度等。在这一浓度范围似乎可激发陶瓷体的成长，促使金属的迁移并对氧化产物的形态起优良作用。

对于以铝为基的母体金属体系，能有效促进多晶氧化产物成长的其它掺杂剂，有例如硅，锗，锡和铅等，特别是将它们与镁或锌结合使用。可将这些掺杂剂中的一种或多种或它们的适当来源熔合到铝母体金属体系中制成合金，每种掺杂剂加入的量约在合金总量的0.5%到15%范围;但以约在1～10%（按母体合金的总重量计算）的浓度范围对陶瓷体的增长动力学及长成的形态方面更为有利。由于铅在铝中的溶解度比较低，作为掺杂剂加入到以铝为基的母体金属中制成合金时，一般至少在1000℃的温度下操作才有可能达到所需的浓度范围。但是如果同时加入锡之类的别的合金组分，就可以提高铅的溶解度而在比较低的温度制成合金。

如上述，使用一种或多种掺杂剂由操作的各种条件决定。例如以铝为母体金属和以空气为氧化剂的情况下，特别有用的掺杂剂结合为掺杂剂（a）镁及硅或（b）镁、锌及硅。在这种实例中，优选镁的浓度为约0.1～3%（重量），优选锌的浓度为约1～6%，（重量），优选硅的浓度为约1～10%（重量）。

另外一些对以铝为基的母体金属有利的掺杂剂还有钠，锂，钙，硼，磷，钇。取决于氧化剂及操作条件，它们可以单独使用或与一种或多种其它掺杂剂结合使用。钠和锂可加入的量相当小，约在百万分之几范围，常见的是百万分之100～200份。两者可以单独使用或同时使用或与别的掺杂剂（一种或几种）结合使用。烯土因素如铈、镧、镨、钕、钐等也是有用的掺杂剂，特别是将它们与别的掺杂剂相结合。

没有必要将任何掺杂剂都与母体金属制成合金。例如可有选择地将一种或几种掺杂剂在母体金属的全部或部分表面上一薄层，就可使陶瓷体在母体金属表面或表面上的某一部分局部生长，并可引导成长的多晶陶瓷体在选择的部位掺入填料中。因此，在母体金属表面上局部涂上一种掺杂剂可以控制多晶陶瓷材料的生长。施用的掺杂剂涂层的厚度与母体金属本身对比是相当薄的。氧化反应产物的形成或生长将这超出掺杂剂层的范围，也就是超出涂上的掺杂剂层的深度。这种掺杂剂层可通过涂布，浸渍，丝网印刷，蒸汽沉积等等方法施用。也可用液态或浆状掺杂剂通过溅射或简单将固体物沉积在母体金属表面以形成薄层或薄膜。掺杂剂中可以含有（但不是必需的）有机或无机粘结剂，载体，溶剂及/或增稠剂。在母体金属表面涂层的一种特别值得推荐的方法是将掺杂剂悬浮在水与有机粘结剂混合的液体中，用它喷洒在母体金属表面以形成一层有一定附着力的有利于加工前掺杂的母体金属的处理。

外部施用时，掺杂剂通常是在母体金属表面的一部分涂上均匀的覆盖层。相对于待施用的母体金属的重量，掺杂剂量在很大范围内都是有效的。 以铝为例，还缺乏足够的试验数据来确定操作上的下限或上限。例如当以二氧化硅的形式将硅作为掺杂剂外用在为铝为基的母体金属上并用空气或氧作为氧化剂时，对于每1克母体金属使用的硅可少到0.00003克，或按暴露的母体金属表面每平方厘米计算约为0.0001克硅，与由提供的镁及/或锌来源的第二掺杂剂相结合就可促成多晶陶瓷的生长。还发现以铝为基的母体金属，空气或氧为氧化剂时，用MgO或MgAl₂O₄为掺杂剂也可产生陶瓷结构，用量稍大于按每平方厘米母体金属表面计算的0.003克镁或按每克待氧化的母体金属计算的0.0008克镁。

本发明的某些优选的实施方案中，例如母体金属包括铝，硅，锆，铪或钛。将它和作为填料的可渗透的物质放在一起，互相靠紧。当前面介绍过的氧化反应生成物生长时，使它能朝着填料所在的方向发展并渗透到填料中而将部分或全部填料埋藏在其中。母体金属与填料相互靠紧的这种布置法或排列方式可以通过简单地将母体金属块埋藏在颗粒状的填料床中，或将母体金属块（一块或几块）放在填料之间，上面或靠近填料床或其它来实现。填料包括例如片状，球状（实心或空心）的颗粒，粉末，或其它颗粒或聚集体，耐火纤维，小管，晶须之类或由它们组成的混合物。在任种情况下，必须从氧化产物生成的方向考虑，将填料安排得使氧化产物能渗入或包围至少一部分填料，并使生长的氧化反应产物基体充满填料颗粒或制品之间的孔隙。

为了使氧化反应产物能够或容易在生长过程中渗透填料，要求用一种或多种掺杂剂时，掺杂剂可以加在母体金属表面上和/或其它内部。另外，也可以将掺杂剂用于填料上或由该填料来提供。因此，如上所述，一种或多种掺杂剂可以以母体金属的合金组分来提供或将其施用到母体金属的至少一部分表面上，或可加在填料层或由部分填料层供给，或将上述的几种使用技术加以组分运用。采用将掺杂剂（一种或多种）加到填料中的操作方法时，也可以任何一种运用方式来实现，如将掺杂剂以细滴或粒状分散 在部分或全部填料中，最好是分散在与母体金属靠近的部分填料床中。任何掺杂剂的使用也可通过将一种或多种掺杂剂作为薄层复盖在填料层上及掺杂到填料床的内部，包括任何内部空隙，裂缝，毛细通道及夹层中来完成，以使填料具有一定的渗透能力。也可将含掺杂剂的一种固体物放在母体金属与填料层之间并与它们接触以提供掺杂剂源。例如在要求掺杂剂的情况下，可将一种含硅的玻璃薄片或类似的物料放在母体金属表面上，母体金属中可能已预先施有第二种掺杂剂。它上面盖有含硅物料的母体金属，在氧化性的环境（如铝在空气中的情况是由约850℃到1450℃，最好是900℃到1350℃）中熔化时，多晶陶瓷材料的生长将进入可渗透的填料中。在掺杂剂外部施到母体金属的至少一部分表面时，多晶氧化物结构一般在远远超出掺杂剂层的可渗透填料范围内生长（即超过所用的掺杂剂层的深度）。在任何情况下，都可将一种或多种添加剂外部施用到母体金属的表面，和/或可渗透的填料床中此外，母体金属内合金化的掺杂剂和/或外部施用到母体金属上的掺杂剂都可以通过施用到填料床中的掺杂剂来增添。而当母体金属中合金化掺杂剂的浓度和/或外部施用的掺杂剂浓度不足时，就可用在填料层中增加相应的添加剂来补充或反过来也可以。

在用铝或其合金作为母体金属及用含氧气体作为氧化剂来制造陶瓷复合结构的情况下，如上所述，将适量的掺杂剂熔合到施用到母体金属中，将母体金属放进坩锅或其它耐火容器内，使金属表面暴露于附近或周围的可渗透的填料中并处于氧化性的气氛中（常用的是常压下的空气）。然后将整个装置放入炉中加热，并将温度升高到约850℃到1450℃范围，或最好900℃到1350℃范围。具体的温度条件将取决于所用的填料，掺杂剂或掺杂剂浓度，或这些因素综合。在这一温度下，母体金属开始发生移动并通过氧化膜，通常情况下这层氧化膜是用来保获金属铝的。

母体金属在持续的高温中暴露在氧化剂下，就使得上述多晶的氧化反应产物形成。当用固态氧化剂来制造陶瓷复合体结构时，则可以将它分散 在填料层的全部体积中，也可只分散在与母体金属靠近的部分填料内。当用液态氧化剂时，则可用适当的液态氧化剂使全部填料包围或浸渍填料。在任何情况下，不断增长着的氧化反应产物都将持续渗入或渗透与母体金属靠近的具有互连氧化反应产物基体的填料，这种基体材料还可能含有母体金属的未被氧化的组分或可还原掺杂剂的金属组分，由此形成一种紧密结合的复合体。多晶基体继续增长时还会浸润或渗透更多的填料。

可用于本发明的填料应按母体金属的种类和氧化系统加以选择，它包括一种或多种氧化物，氮化物，硼化物或碳化物。其中例如氧化铝、碳化硅、氧化硅、氧氮化铝硅、氧化锆、硼化锆、氮化钛、钛酸钡、氮化硼、氮化硅、金刚石、二硼化钛、铝镁尖晶石以及上述物质组成的混合物。但是别的适当的填充物也可以在本发明中使用。

下列实例还可说明本发明的某些特点。

按照本发明制造的一种磨料与用别的方法制成的氧化铝磨料（38型刚玉，Norton公司制造，筛选出粒度14目的颗）进行对比，试验其对市场供应的一种钢料的磨蚀能力。

微复合体颗粒的本发明的磨料包含基本由铝合金与作为气相氧化剂的空气形成的氧化反应产物和碳化硅填料组成。这种磨料是按前面介绍过的磨料F的制造程序制成，以及通过筛选得出粒度14目的颗粒。

上述常用的刚玉38型氧化铝磨料20克及按本发明制造的氧化铝-碳化硅复合磨料20克分别装进不同的钢罐中（Alle公司制造，Mijit型）。两组由三根带螺纹的钢棒构成的试样准确称量后每一钢罐中放入一组。盖严后同时放在每分钟92转的旋转机上旋转1.5小时。将钢棒取出再称重量并算出其重量损失。

用常规磨料处理过的钢棒磨前重36.37克，磨后重36.32克。损失0.05克，相当于在1.5小时内磨去0.13%。用本发明制成的磨料处理过的钢棒磨前重36.49克，磨后重36.44克。损失0.05克，相当于在同一时间 内磨损0.14%

Claims (7)

1、一种陶瓷复合体磨料的生产方法，其特征在于其颗粒基本由(1)母体金属与气相氧化剂的氧化反应产物以及(2)任选的一种或多种未氧化的母体金属的金属组分组成，上述方法包括下列步骤：

(A)将上述母体金属加热到高于该母体金属的熔点，而低于其氧化反应产物的熔点的温度以形成熔融金属体，在这一温度下，上述熔融金属体与上述气相氧化剂反应形成上述氧化反应产物；氧化反应产物必须至少有一部分保持与上述的熔融金属及氧化剂相接触，处于它们中间以使熔融金属吸出通过氧化反应产物向氧化剂移动，因此使得氧化反应产物能继续在氧化剂与已生成的氧化物界面上形成，任意选择地留下分散在所形成的氧化物中的上述母体金属的未氧化组分，使上述反应持续足够的时间以生产出一种陶瓷复合体，

(B)将上述陶瓷复合体粉碎，以及

(C)将粉碎后的陶瓷物料回收。

2、一种陶瓷复合体磨料的生产方法，其特征在于其颗粒基本由（1）母体金属与气相氧化剂的氧化反应产物、（2）一种填料及（3）任选一种或多种金属组分组成，该方法包括下列步骤：

（A）将上述母体金属加热到高于其熔点而低于其氧化反应产物的熔点的温度以形成熔融体，使填料的大部分区域与上述熔体接触，使上述熔融体与上述气相氧化剂反应形成上述氧化反应产物;以及保持至少一部分上述氧化反应产物与上述熔融体和上述氧化剂接触并处于它们之间，以使熔融金属逐渐向氧化剂和进入上述填料中，使氧化反应产物在上述氧化剂和已形成的已渗入到上述填料的氧化反应产物的界面处继续形成，使上述氧化反应持续足够的时间，至少有一部分填料被氧化产物渗透，从而形成一个陶瓷复合体，任选地形成的氧化反应产物中留下母体金属的未氧化金属组分，以及

（B）将上述陶瓷复合体粉碎，

（C）将粉碎后的陶瓷复合体回收。

3、如权利要求2所述的方法，其中上述填料选自由氧化物、氮化物、硼化物、碳化物组成的一组物料中。

4、如权利要求2所述的方法，其中上述填料选自由氧化铝、碳化硅、氧化锆、金刚石、二硼化钛、氮化硼、碳化硼、铝镁尖晶石组成的一组物料中。

5、如权利要求1、2、3或4所述的方法，其中上述母体金属为铝母体金属，上述氧化剂为空气以及上述氧化反应产物是氧化铝。

6、按照权利要求1方法生产的陶瓷复合体磨料。

7、按照权利要求2的方法生产的研磨用陶瓷复合材料。