Cuerpos de Al2O3 policristalinos basados en óxido de aluminio fundido.

Cuerpos de Al2O3 policristalinos a base de óxido de aluminio fundido, con una proporción de óxido de α-aluminio de más de 98% en peso y una pluralidad de cristales primarios de Al2O3 con un tamaño de cristalitos entre 20 μm y 100 μm

, caracterizados por que los cuerpos de Al2O3 presentan una macroporosidad cerrada con un volumen de poros entre 10% en vol. y 30% en vol., encontrándose el diámetro medio de los poros entre 10 μm y 100 μm y el diámetro máximo de los poros en el intervalo de aprox. 120 μm.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/004089.

Solicitante: Center for Abrasives and Refractories Research & Development C.A.R.R.D. GmbH.

Nacionalidad solicitante: Austria.

Dirección: Seebacher Allee 64 9524 Villach AUSTRIA.

Inventor/es: SACHSE,SEBASTIAN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES;... > SUSTANCIAS PARA APLICACIONES NO PREVISTAS EN OTRO... > Sustancias no cubiertas en otro lugar > C09K3/14 (Sustancias antideslizantes; Abrasivos)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA INORGANICA > COMPUESTOS DE BERILIO, MAGNESIO, ALUMINIO, CALCIO,... > Compuestos de aluminio > C01F7/02 (Oxido de aluminio; Hidróxido de aluminio; Aluminatos)

PDF original: ES-2546296_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Cuerpos de AI2O3 policristalinos basados en óxido de aluminio fundido

La presente invención se refiere a cuerpos de AI2O3 policristalinos basados en óxido de aluminio fundido con las características del preámbulo de la reivindicación 1, a un procedimiento para su producción, así como a su uso.

Cuerpos de AI2O3 basados en óxido de aluminio fundido son conocidos por su uso como granos abrasivos para la producción de materiales abrasivos, así como materiales de partida para productos refractarios. La obtención de los cuerpos de AI2O3 tiene lugar mediante fundición de óxido de aluminio en el horno eléctrico de arco voltaico y subsiguiente tratamiento del producto obtenido a través de la masa fundida mediante desmenuzamiento y clasificación a un tamaño de grano que luego se pueda emplear para el uso deseado.

La producción de cuerpos de AI2O3 por fundición de óxido de aluminio en el horno eléctrico de arco voltaico puede tener lugar según diferentes procedimientos. En el denominado procedimiento de bloques, la materia prima que contiene óxido de aluminio se funde sucesivamente hasta que la cuba del horno se llena con masa fundida líquida. Entonces se interrumpe el proceso de fundición y se deja que el material fundido se enfríe lentamente, formándose bloques de corindón con un peso de hasta 21 los cuales, después de un enfriamiento completo que dura unos días, se desmenuza y se prepara para la granulación. Debido a la lenta refrigeración, en este procedimiento tiene lugar un fuerte crecimiento de los cristales de óxido de aluminio hasta un diámetro de unos pocos centímetros, de modo que después del desmenuzamiento, los cuerpos de AI2O3 preparados, cuyo diámetro está preferiblemente en el intervalo de micrómetros y milímetros, se presentan como una fracción de cristales primarios.

La mayoría de las veces, sin embargo, el corindón se produce mediante un procedimiento de colada en el que después de la fundición del material de partida, el corindón líquido se cuela de la cuba del horno, en donde, en función de la velocidad de colada, la cantidad de colada y de las cubas en las que se cuela, la masa fundida líquida puede ser enfriada con distinta rapidez, con lo cual se ve afectada la estructura cristalina del producto. Así, mediante un enfriamiento muy rápido de la masa fundida líquida, se obtienen cuerpos de AI2O3 de constitución microcristalina que presentan propiedades mecánicas y abrasivas particulares.

En el documento US 1.192.79 A se describe óxido de aluminio fundido eléctricamente, que está constituido por cristales de óxido de aluminio con un diámetro medio entre 1 pm y 3 pm y se obtiene mediante el vertido en coquillas estrechas. En este caso, el material solidifica formando placas delgadas compactas, que luego pueden ser procesadas para una granulación abrasiva.

En el documento US 1.524.134 A se describe la producción de un corindón finamente cristalino con alta porosidad, en el que el chorro de corindón líquido, durante el vertido, se enfría bruscamente con un chorro de agua o se vierte en una cubeta de agua. En este caso, resulta un material que tiene una alta porosidad, cuyos cristales de óxido de aluminio presentan un diámetro de aprox. 13 pm. El producto posee una porosidad de más de 35%, con un diámetro de los poros entre 25 pm y 6 mm. Este material no es adecuado como grano abrasivo para la gama de grueso o medio, pero se puede utilizar, después de un tratamiento correspondiente, como grano fino o como aditivo, por ejemplo para revestimientos de suelos.

En el documento US 3.646.713 A se describe un procedimiento para producir material finamente cristalino, por ejemplo a base de óxido de aluminio, en el que el óxido de metal fundido se vierte sobre un rodillo giratorio, refrigerado por agua, que forma con un segundo rodillo una ranura estrecha en donde el material es absorbido y, con ello, se enfría adicionalmente y se compacta. El producto es denso y posee una estructura cristalina con un diámetro de los cristales de óxido de aluminio de entre 1 pm y 3 pm.

El documento US 6.613.114 B1 describe granos abrasivos de óxido de aluminio pollcrlstallno, que consisten en cristales con un diámetro inferior a 1 pm, cuya densidad es mayor que el 97% de la densidad teórica del óxido de aluminio y que presentan una dureza Knoop mayor que 2. En la preparación de este material se vierte óxido de aluminio fundido con una velocidad de colada definida y la dispersión del chorro de colada en gotltas finas que solidifican rápidamente es sustentada mediante el uso de ultrasonidos. Con este procedimiento se consigue mantener granos abrasivos de óxido de aluminio densos con una estructura microcristalina.

En resumen, se puede señalar que mediante la colada y el enfriamiento brusco rápido de óxido de aluminio líquido según los procedimientos descritos en el estado conocido de la técnica se pueden obtener cuerpos de AI2O3 mlcrocristallnos compactos y densos que son adecuados para su uso como grano abrasivo. Para ello, la masa fundida líquida se vierte sobre rodillos de enfriamiento, entre placas de enfriamiento o en coquillas, con el fin de lograr un enfriamiento rápido y la solidificación del material fundido líquido y, de esta forma, evitar el crecimiento de cristales.

En paralelo, también se ha Intentado una y otra vez optimizar, mediante el soplado del chorro de colada por medio de aire comprimido o vapor, el enfriamiento rápido del óxido de aluminio fundido liquido, formándose sin embargo, por norma general, esferas huecas con un diámetro de hasta aprox. 5 mm y más, las cuales, debido a su alta porosidad y baja resistencia, no son adecuadas o sólo lo son de forma muy limitada para su empleo como grano abrasivo.

Los materiales abrasivos se utilizan habitualmente para el tratamiento de superficies de metal, madera o material cerámico. Dependiendo de qué material se trate y del resultado que se haya de alcanzar, el abrasivo debe cumplir requisitos muy diferentes, lo cual se realiza mediante variación de los granos abrasivos empleados y la constitución del abrasivo. Así, por ejemplo, con una muela abrasiva, dependiendo de la finalidad de uso, se ajustan y se coordinan entre sí el tamaño de grano y el tipo de los granos abrasivos, así como el aglutinante y la composición y estructura de la muela abrasiva. En este caso, los granos abrasivos se utilizan habitualmente como cuerpos sólidos compactos y densos, cuyo comportamiento abrasivo se optimiza mediante un ajuste correspondiente de la muela abrasiva, con lo que son variados de manera correspondiente no sólo la cantidad y el tipo de aglutinante, sino también aditivos tales como, por ejemplo, coadyuvantes abrasivos o formadores de poros.

En calidad de formadores de poros se emplean sustancias que durante la calcinación de la muela, en el momento en el que la muela abrasiva ha alcanzado una resistencia suficiente, se queman y con ello dejan poros correspondientes a su tamaño. Formadores de poros son sustancias que son adecuadas para introducir de forma preestablecida poros en una muela, en donde las cavidades resultantes tienen la función de recoger virutas y facilitar el suministro de lubricante de refrigeración en la zona de contacto del abrasivo. El volumen de poros de una muela abrasiva se determina a través de la porción de grano y de unión y se ajusta a la aplicación respectiva mediante la adición de los formadores de poros. En el caso ideal, en el proceso de rectificado, el lubricante de refrigeración debería pasar a emplearse en Inmediata proximidad al grano abrasivo, lo cual no siempre puede realizarse de una manera ideal mediante la adición de formadores de poros en el sistema de unión.

Debido a la gran variedad de diferentes sectores de aplicación para materiales abrasivos,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1 Cuerpos de AI2O3 policristalinos a base de óxido de aluminio fundido, con una proporción de óxido de a-aluminio de más de 98% en peso y una pluralidad de cristales primarios de AI2O3 con un tamaño de cristalitos entre 2 pm y 1 pm caracterizados por que los cuerpos de AI2O3 presentan una macroporosidad cerrada con un volumen de poros entre 1% en vol. y 3% en vol., encontrándose el diámetro medio de los poros entre 1 pm y 1 pm y el diámetro máximo de los poros en el intervalo de aprox. 12 pm.

2. Cuerpos de AI2O3 según la reivindicación 1, caracterizados por que los cristales primarios presentan un tamaño entre 3 pm y 6 pm.

3. Cuerpos de AI2O3 según la reivindicación 1 ó 2, caracterizados por que la porción de óxido de a-aluminio asciende a más de 99,5% en peso.

4. Cuerpos de AI2O3 según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizados por que los cristales primarios presentan una forma cristalina pseudocúbica.

5. Procedimiento para la producción de cuerpos de AI2O3 a base de óxido de aluminio fundido eléctricamente, con las etapas

a) fundición de óxido de aluminio en un horno eléctrico de arco voltaico,

b) vertido de la masa fundida líquida de óxido de aluminio con un rendimiento de vertido constante de

menos de 8 kg/min,

c) inoculación de la corriente de colada de la masa fundida líquida con cristales de siembra a base de

óxido de a- y/o y-aluminio con un tamaño medio de grano dso de 5 pm a 9 pm,

d) enfriamiento de la masa fundida líquida para obtener un cuerpo sólido de óxido de aluminio, y

e) desmenuzamiento del cuerpo sólido de óxido de aluminio, con el fin de obtener cuerpos de AI2O3 policristalinos según una de las reivindicaciones 1 a 4.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por que el vertido de la masa fundida tiene lugar con un rendimiento de vertido constante menor que 4 kg/min.

7. Procedimiento según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado por que la inoculación de la corriente de colada tiene lugar mediante insuflado directo de los cristales de siembra de óxido de aluminio en la corriente de colada.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado por que la cantidad de los cristales de siembra oscila entre 5% en peso y 2% en peso, referido a la cantidad de óxido de aluminio fundido.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado por que el enfriamiento de la masa fundida tiene lugar a través de rodillos refrigerados por agua, mediante vertido de la masa fundida entre placas de refrigeración de metal o mediante vertido de la masa fundida sobre placas de refrigeración.

1. Uso de los cuerpos de AI2O3 policristalinos según una de las reivindicaciones 1 a 4, para la producción de materiales abrasivos y/o materiales refractarios