CN1537084A - 氧化铝锆和它们的制造与使用方法 - Google Patents

Abstract

氧化铝－氧化锆材料及其制造方法。本发明的实施方案包括磨粒。所述磨粒可加入到各种磨具中，包括粘结磨具，涂覆磨具，非织造磨具，以及研磨刷。

Description

氧化铝锆和它们的制造与使用方法

发明领域

本发明是关於氧化铝锆材料

相关领域的说明

氧化铝锆陶瓷材料(包括稳定氧化锆)，诸如经氧化铝韧化处理的氧化锆，经氧化锆韧化处理的氧化铝，以及氧化铝锆共晶物。这些材料已知具有诸如高强度、高韧性、高硬度、高温抗蠕变阻力和化学惰性等非常理想的性能。还知道，添加其它金属氧化物、氮化物和碳化物等可以修饰氧化铝锆材料的性质。

这类氧化铝锆和以氧化铝锆为基的陶瓷材料已经加工成为颗粒，涂层，纤维以及块状物料。已知这类材料用途包括填料、磨粒、刀具衬套、磨介、耐火材料、纤维、热障材料、研磨剂、抗蚀涂层等。

已知块状氧化铝锆和以氧化铝锆为基体的陶瓷材料的制造方法，包括粉体聚结技术(即烧结、热压、热等静压等)，溶胶-凝胶制造法，熔凝法和等离子体加工，如等离子体喷雾法等。已知氧化铝锆和以氧化铝锆为基体的陶瓷颗粒的制造方法包括：块状材料的粉碎，喷雾技术适合于制作球状颗粒。至于氧化铝锆和氧化铝锆为基体的材料的形态，从无定形、结晶或这两者的组合形式，对于结晶物料，特别显微结构，对于一给定组成，则取决于诸如工艺方法以及工艺条件等。

已知无定形或部分无定形的氧化铝锆是通过熔凝法，将熔体快速淬冷而制造的，或其它方法(如喷雾技术和等离子体工艺法)。通过盐类喷雾热解生成主要是无定形态的氧化铝锆粉体也是人们知道的。

此外，尽管经熔化、快速淬冷得到许多金属氧化物的无定形态(包括玻璃态)，大多数场合下，因为需要极高快速淬冷速率才能得到无定形材料，如果物料尺寸太大，仍然形成结晶材料。因此许多材料无法生成块状或复杂形状。通常这类体系在随后再次加热时因为结晶过程而很不稳定，因此不会呈现粘滞流动这类性质。

另一方面，基于常规的网络形成氧化物(如二氧化硅和氧化硼)的玻璃，通常较为稳定，在再次加热期间不易结晶。相应地发生粘滞流动的“有效”范围很容易获得。已知玻璃(如二氧化硅、氧化硼)粉末通过高于玻璃化转变温度的温度发生粘滞烧结而形成大的制品已早为人所知。例如在材料工业中，砂轮采用玻璃质结合剂制成，使磨粒牢固地结合在一起。

虽然已知氧化铝锆有无定形态和晶态，但仍要求氧化铝锆的新颖形式和/或组成，特别是那些能用于制成有用制品或磨粒。

发明概述

一方面，本发明提供无定形材料，它包含Al₂O₃(在一些较佳实施方式中，Al₂O₃占无定形材料总重量的至少20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至70重量％)，包含ZrO₂(在一些较佳实施方式中，ZrO₂占无定形材料总重量的至少15，20，25，30，35，40或甚至45重量％)，包含除Al₂O₃或ZrO₂之外的其它金属氧化物(如Y₂O₃，REO，TiO₂，CaO，Cr₂O₃，MgO，NiO，CuO以及它们的复合金属氧化物)，其中至少除Al₂O₃或ZrO₂之外的金属氧化物，当无定形材料结晶时，其一部分形成明显的结晶。在一些较佳实施方式中，占无定形材料总量的至少50，55，60，65，70，75，80，85，90甚至95重量％是Al₂O₃和ZrO₂，其中无定形材料含有的As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅之合量不超过该材料总量的20重量％(在一些实施方式中最好不超过15，10，5，4，3，2，1或0重量％)。该无定形材料具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少25μm(在一些实施方式中最好至少30μm，35μm，40μm，45μm，50μm，75μm，100μm，150μm，200μm，250μm，500μm，1000μm，2000μm，2500μm，1mm，5mm或甚至10mm)。

所谓“明显结晶相”是指由X射线衍射法可测得的晶相(包括结晶复合金属氧化物)，它不同于与其它明显结晶相的固溶体中存在的那种结晶相。例如，很清楚诸如Y₂O₃或CeO₂这类氧化物可以与结晶ZrO₂形成固溶体，起相稳定剂作用。这一类Y₂O₃或CeO就不是明显结晶相。

材料的X，Y和Z尺寸用目测或用显微镜测定，视其尺寸大小而定。例如，报道的Z尺寸为球状颗粒的直径，涂层的厚度或棱形体的最长尺寸。

本发明采用术语：

“无定形材料”是指由熔体和/或蒸气相转变而成材料，它没有采用X射线衍射法可测得的远程晶体结构和/或由差示热分析法(DTA)测得的无定形材料结晶时的放热峰，该测定方法在“差示热分析法”一节中叙述。

“陶瓷”包括无定形材料、玻璃、结晶陶瓷、玻璃陶瓷，以及它们的混合物。

“复合金属氧化物”是指包含两种或多种不同金属元素和氧的金属氧化物(如CeAl₁₁O₁₈，Dy₃Al₅O₁₂，MgAl₂O₄和Y₃Al₅O₁₂)

“复合Al₂O₃·金属氧化物”是指基于理论氧化物，它包含氧化铝以及一种或多种除铝之外的其它金属元素氧化物的复合金属氧化物(如CeAl₁₁O₁₈，Dy₃Al₅O₁₂，MgAl₂O₄和Y₃Al₅O₁₂)。

“复合Al₂O₃·Y₂O₃”是指基于理论氧化物，它包含Al₂O₃和Y₂O₃。

“复合Al₂O₃·ReO”是指基于理论氧化物，它包含氧化铝和稀土氧化物的复合金属氧化物(如CeAl₁₁O₁₈和Dy₃Al₅O₁₂)。

“玻璃”是指呈现玻璃化转变温度的无定形材料。

“玻璃陶瓷”是指包含无定形材料经热处理生成的结晶的陶瓷。

“Tg”是指玻璃化转变温度，采用“差示热分析”一节所述方法测定。

“Tx”是指为结晶温度，采用“差示热分析”一节所述方法测定。

“稀土氧化物”是指氧化铈(CeO₂)，氧化镝(Dy₂O₃)，氧化铒(Er₂O₃)，氧化铕(Eu₂O₃)，氧化钆(Gd₂O₃)，氧化钬(Ho₂O₃)，氧化镧(La₂O₃)，氧化镥(La₂O₃)，氧化钕(Nd₂O₃)，氧化镨(Pr₆O₁₁)，氧化钐(Sm₂O₃)，氧化铽(Tb₂O₃)，氧化钍(Th₄O₇)，氧化铥(Tm₂O₃)，氧化镱(Yb₂O₃)，和它们的混合物；

“REO”是指稀土氧化物。

此外，除非另有所述，这里的金属氧化物(如Al₂O₃、复合Al₂O₃·金属氧化物等)是结晶的，如在玻璃陶瓷中，它也可以是无定形，结晶或部分无定形部分结晶的。例如，如果玻璃陶瓷包含Al₂O₃和Zr₂O₃，则Al₂O₃和Zr₂O₃可以各自为无定形态，晶态或部分无定形态部分晶态，或甚至是与其它金属氧化物的反应产物(例如除非另有说明，例如，Al₂O₃为晶态Al₂O₃，或为特定的晶态Al₂O₃(如α-Al₂O₃)，它可以晶态Al₂O₃和/或一部分是一种或多种晶态复合Al₂O₃·金属氧化物。

而且，可以理解无定形材料经加热而成的玻璃陶瓷不呈现Tg，事实上它不包含玻璃，而是可包含结晶材料和不呈现Tg的无定形材料。

一方面本发明提供，玻璃陶瓷它包含Al₂O₃(在一些较佳实施方式中，Al₂O₃占玻璃陶瓷总量的至少20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至70重量％)，包含ZrO₂(在一些较佳实施方式中，ZrO₂占玻璃陶瓷总量的至少15，20，25，30，35，40或甚至45重量％)，还包含除Al₂O₃或ZrO₂之外的其它金属氧化物(如Y₂O₃，REO，TiO₂，CaO，Cr₂O₃，MgO，NiO，CuO以及它们的复合金属氧化物。其中至少除Al₂O₃或ZrO₂之外的一部分金属氧化物呈现至少明显结晶相。其中，玻璃陶瓷中Al₂O₃和ZrO₂加起来占玻璃陶瓷总量的至少50％，(在一些较佳实施方式中较佳55，60，65，70，75，80，85，90甚至95重量％，其中玻璃陶瓷含有的As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅之合量不超过该材料总量的20重量％(在一些实施方式中最好不超过15，10，5，4，3，2，1或0重量％)。该玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少25μm(在一些实施方式中最好至少30μm，35μm，40μm，45μm，50μm，75μm，100μm，150μm，200μm，250μm，500μm，1000μm，2000μm，2500μm，1mm，5mm或甚至10mm)。

在一些实施方式中，无定形材料可以呈现在另一种材料(如包含本发明无定形材料的颗粒；包含本发明无定形材料的陶瓷)。还有无定形材料(包括玻璃)可进行热处理，使其至少部分转变为玻璃陶瓷。

一方面，本发明提供磨粒，它包含它玻璃陶瓷。根据本发明，磨粒的某些实施方式包含玻璃陶瓷，其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃(在一些较佳实施方式中，Al₂O₃占玻璃陶瓷总量的至少20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至70重量％)，包含ZrO₂(占玻璃陶瓷总量的至少15，在一些较佳实施方式中，至少20，25，30，35，40或甚至45重量％)，且包含Y₂O₃(在一些实施方式中至少占玻璃陶瓷总量的0.5-15％，较佳为1-10％)，其中Y₂O₃的至少一部分呈现明显晶相(如晶态Y₂O₃和/或晶态复合Y₂O₃·金属氧化物)。

本发明磨粒的某些实施方式包含玻璃陶瓷，其中该玻璃陶瓷含有Al₂O₃(在一些较佳实施方式中，Al₂O₃占玻璃陶瓷总量的至少20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至70重量％)，包含ZrO₂(占玻璃陶瓷总量的至少15％，在一些较佳实施方式中，至少20，25，30，35，40或甚至45重量％)，且包含REO(在一些实施方式中至少占玻璃陶瓷总量的0.5-15％，较佳在1-10％)，其中REO至少呈现明显晶相(晶态REO和/或复合REO·金属氧化物)。

在本发明磨粒的某些实施方式中，它包含玻璃陶瓷，该玻璃陶瓷包含Al₂O₃(在一些较佳实施方式中，Al₂O₃占无定形材料总量的至少20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至70重量％)，包含15重量％的ZrO₂(在一些较佳实施方式中，占玻璃陶瓷总量的至少20，25，30，35，40或甚至45重量％)，以及含有的As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅之合量不超过玻璃陶瓷总量的10重量％(在一些实施方式中最好不超过5，4，3，2，1或0重量％)。该玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少25μm。

在本发明磨粒某些实施方式中，该磨粒包含玻璃陶瓷，该玻璃陶瓷包含Al₂O₃(在一些较佳实施方式中，Al₂O₃占玻璃陶瓷总量的至少20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至70重量％)，包含ZrO₂(在一些较佳实施方式中，占无定形材料总量的至少20，25，30，35，40或甚至45重量％)，以及包含除Al₂O₃或ZrO₂之外的其它金属氧化物(如Y₂O₃，REO，TiO₂，CaO，Cr₂O₃，MgO，NiO，CuO以及它们的复合金属氧化物)。其中至少除Al₂O₃或ZrO₂之外的一部分金属氧化物呈现至少明显的晶相。其中，玻璃陶瓷中Al₂O₃和ZrO₂加起来占玻璃陶瓷总量的至少50％(在一些较佳实施方式中55，60，65，70，75，80，85，90甚至95重量％)，其中玻璃陶瓷含有的As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅之合量不超过玻璃陶瓷总量的20重量％(在一些实施方式中最好不超过15，10，5，4，3，2，1或0重量％)。

在另一个实施例中，本发明提供的是制造磨粒的方法，它包括：

将无定形材料(包括玻璃)进行热处理，将至少其部分无定形材料转变为玻璃陶瓷；

将该玻璃陶瓷粉碎而成含玻璃陶瓷的磨粒。

磨粒可以制成磨具或以松散形式使用。根据本发明的磨具包含粘结剂和许多磨粒，其中一部分磨粒为本发明的磨粒。举例性的磨具包括涂覆磨具，粘结磨具(如磨轮)，非织造磨具，以及研磨刷。涂覆磨具通常包含有相背的第一和第二主面的背衬，在背衬上粘结剂和众多磨粒在至少一部分第一主面上形成研磨层。

根据本发明一些实施方式，磨粒占磨具总量至少5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，甚至100重量％。

使用前，磨粒通常分级成一指定颗粒粒度分布。这类粒度分布包括颗粒大小从粗到细的范围。在研磨材料技术中，有时候这种粒度范围称之为“粗”“中”“细”三部分。根据业界接受的分级标准而分级的磨粒规定了每个标称级别颗粒粒度分布在数值范围之内。这类业界接受的分级标准(即规定的标称级别)包括所知的美国国家标准学会(ANSI)的标准，欧洲研磨产品制造商联合会(EEPA)的标准，以及日本工业标准局(JIS)标准。一方面，本发明提供具有规定标称级别的众多磨粒，其中众多磨粒中至少部分为本发明中的磨粒。在一些实施方式中，根据本发明的磨粒占众多磨粒总量至少5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，甚至100重量％。

一方面本发明提供的是制造磨粒的方法，它包括：将包含无定形材料(包括玻璃)的颗粒进行热处理，使得至少其部分无定形材料转变为玻璃陶瓷；提供含玻璃陶瓷的磨粒。通常含玻璃陶瓷的磨粒在热处理后经分级提供具有特定标称级别的众多磨粒。其中至少部分众多磨粒是含玻璃陶瓷的众多磨粒。也可以在进行含无定形材料的颗粒的热处理之前，提供具有特定标称级别的众多颗粒，其中至少部分众多颗粒是含要热处理的无定形材料的众多颗粒，并且进行热处理，使得提供具有特定标称级别的众多磨粒，其中至少部分众多磨粒是含玻璃陶瓷的众多磨粒。

一方面，本发明提供的是制造磨粒的方法，它包括：将包含无定形材料(包括玻璃)的颗粒进行热处理，使得至少其部分无定形材料转变为玻璃陶瓷，提供含玻璃陶瓷的磨粒。通常含玻璃陶瓷的磨粒在热处理后经分级提供具有特定标称级别的众多磨粒。其中至少部分众多磨粒是含玻璃陶瓷的众多磨粒。也可以在进行包含无定形材料的颗粒的热处理之前，提供具有特定标称级别众多颗粒，其中至少部分众多颗粒是含要热处理的无定形材料的众多颗粒，并且进行热处理，使得提供具有特定标称级别的众多磨粒，其中至少部分众多磨粒是含玻璃陶瓷的众多磨粒。

本发明无定形材料和玻璃陶瓷可以制成，形成或转变成颗粒(如玻璃珠，其直径至少为1μm，5μm，10μm，25μm，50μm，100μm，150μm，250μm，500μm，750μm，1mm，5mm或甚至10mm)，制品(如板)，纤维，颗粒以及涂层(如薄涂层)。例如无定形颗粒和/或玻璃陶瓷颗粒可用作复合材料中的绝热材料，填料或增强材料。例如薄涂层可用于耐磨材料中的保护性涂层以及进行热控制的涂层。在本发明实施例中，制品包括厨房用具(如盘子)，牙托以及增强纤维，刀具衬套，磨料以及燃气发动机的构件(如气门阀和轴承)。其它制品包括在一物体外表面或其它基材外表面上的陶瓷保护涂层。

附图简要说明

图1为本发明包含磨粒的涂覆磨具的部分截面示意图

图2为本发明包含磨粒的粘结磨具的透视示意图

图3为本发明包含磨粒的非织造磨具的放大示意图

图4为实施例1制得的材料的破裂表面的扫描电镜(SEM)图

图5为实施例3制得的材料的破裂表面的扫描电镜(SEM)图

图6为实施例22材料的DTA(差示热分析)曲线

图7-8分别为实施例23和24材料的DTA曲线

图9为实施例32热压材料一截面的光学显微镜照片

图10为实施例32热处理材料经抛光截面的SEM照片

图11为实施例32材料的DTA曲线，

图12为实施例52材料经抛光截面的SEM照片

详细说明

一些实施方式中，本发明的无定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷、磨粒(它包含用来制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、无定形材料(包括玻璃))包含Al₂O₃(在一些实施方式中，至少占所用的无定形材料或玻璃陶瓷中总量的20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至至少70重量％)，包含ZrO₂(在一些实施方式中，至少占所用的无定形材料或玻璃陶瓷中总量的15，20，25，30，35，40，或甚至至少45重量％)，还包含除Al₂O₃或ZrO₂之外的其它金属氧化物(Y₂O₃，REO，MgO，TiO₂，NiO，CaO，Cr₂O₃，CuO以及它们的金属复合氧化物)，其中至少部分除Al₂O₃或ZrO₂之外的其它金属氧化物在进行热处理期间形成明显晶相结构。其中所用无定形材料或玻璃陶瓷包含Al₂O₃或ZrO₂的合量至少占所用的无定形材料或玻璃陶瓷中总量的50重量％(在一些实施方式中，至少55，60，65，70，75，80，85，90或甚至95重量％)。其中所用无定形材料或玻璃陶瓷含有合量不超过占所用的无定形材料或玻璃陶瓷中总量20重量％(在一些实施方式中最好不超过15，10，5，4，3，2，1或0重量％)的As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅。

一些实施方式中，本发明的无定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷、磨粒(它包含用来制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、无定形材料(包括玻璃))包含Al₂O₃(在一些实施方式中，至少占玻璃陶瓷总量的20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至至少70重量％)，包含至少15重量％ZrO₂(在一些实施方式中，至少占所用的无定形材料或玻璃陶瓷总量的20，25，30，35，40，或甚至至少45重量％)，还包含Y₂O₃(在一些实施方式中，至少占所用的无定形材料或玻璃陶瓷总量的0.5-15重量％。较佳1-10重量％)，其中至少部分Y₂O₃在热处理期间形成明显晶相结构。

一些实施方式中，本发明的无定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷、磨粒(它包含用来制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、无定形材料(包括玻璃))包含Al₂O₃(在一些实施方式中，至少占玻璃陶瓷总量的20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至至少70重量％)，包含至少15重量％的ZrO₂(在一些实施方式中，至少占所用的无定形材料或玻璃陶瓷总量的20，25，30，35，40，或甚至至少45重量％)，含有合量不超过占所用的无定形材料或玻璃陶瓷中总量20重量％(在一些实施方式中最好不超过15，10，5，4，3，2，1或0重量％)的As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅。

一些实施方式中，本发明的无定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷，磨粒(它包含用来制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、无定形材料(包括玻璃))包含Al₂O₃(在一些实施方式中，至少占所用无定形材料或玻璃陶瓷总量的20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至至少70重量％)，包含至少15重量％的ZrO₂(在一些实施方式中，至少占所用的无定形材料或玻璃陶瓷总量的20，25，30，35，40，或甚至至少45重量％)，以及包含Y₂O₃(在一些实施方式中，至少占所用的无定形材料或玻璃陶瓷总量的0.5-15重量％。较佳1-10重量％)，以及所用无定形材料或玻璃陶瓷含有合量不超过占所用的无定形材料或玻璃陶瓷中总量10重量％(在一些实施方式中最好不超过5，4，3，2，1或0重量％)的As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅。其中所用无定形材料或玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少25μm(在一些实施方式中，最好至少30μm，35μm，40μm，45μm，50μm，75μm，100μm，150μm，200μm，250μm，500μm，1000μm，2000μm，2500μm，1mm，5mm或甚至10mm)。

一些实施方式中，本发明的无定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷，磨粒(它包含用来制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、无定形材料(包括玻璃))包含Al₂O₃(在一些实施方式中，至少占所用的无定形材料或玻璃陶瓷中总量的20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至至少70重量％)，包含ZrO₂(在一些实施方式中，至少占所用的无定形材料或玻璃陶瓷中总量的20，25，30，35，40，或甚至至少45重量％)，以及包含除Al₂O₃或ZrO₂之外的其它金属氧化物(Y₂O₃，REO，MgO，TiO₂，NiO，CaO，Cr₂O₃，CuO以及它们的复合金属氧化物)，其中至少一部分除Al₂O₃或ZrO₂之外的其它金属氧化物在进行热处理期间形成明显晶相结构。其中所用无定形材料或玻璃陶瓷包含Al₂O₃或ZrO₂的合量至少占所用的无定形材料或玻璃陶瓷中总量的50重量％。其中所用无定形材料或玻璃陶瓷含有合量不超过占所用的无定形材料或玻璃陶瓷中总量20重量％(在一些实施方式中最好不超过15，10，5，4，3，2，1或0重量％)的As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅。其中所用无定形材料或玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中X，Y和Z尺寸至少25μm(在一些实施方式中，最好至少30μm，35μm，40μm，45μm，50μm，75μm，100μm，150μm，200μm，250μm，500μm，1000μm，2000μm，2500μm，1mm，5mm或甚至10mm)。

另外，如果本发明的无定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷、磨粒(它包含用来制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、无定形材料(包括玻璃))并未指明，则实施方式中的无定形材料，玻璃陶瓷等含有合量最好不超过占未被指明的无定形材料或玻璃陶瓷中总量10重量％(在一些实施方式中最好不超过5，4，3，2，1或0重量％)的As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅。

另外，如果本发明的无定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷、磨粒(它包含用来制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、无定形材料(包括玻璃))并未指明，则实施方式中的无定形材料，玻璃陶瓷等含有最好不超过无定形材料或玻璃陶瓷中总量的15，10，5，4，3，2，1或0重量％的SiO₂。

另外，如果本发明的无定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷、磨粒(它包含用来制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、无定形材料(包括玻璃))并未指明，则实施方式中的无定形材料、玻璃陶瓷等含有最好不超过无定形材料或玻璃陶瓷中总量的15，10，5，4，3，2，1或0重量％的B₂O₃。

另外，如果本发明的无定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷、磨粒(它包含用来制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、无定形材料(包括玻璃))并未指明，则实施方式中的无定形材料，玻璃陶瓷等含有合量最好不超过占无定形材料或玻璃陶瓷中总量的15，10，5，4，3，2，1或0重量％的SiO₂，B₂O₃和P₂O₅。

另外，如果根据本发明的无定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷，磨粒(它包含用来制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、无定形材料(包括玻璃))并未指明，则至少部分无定形材料具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少10μm，至少25μm，至少30μm，35μm，40μm，45μm，50μm，75μm，100μm，150μm，200μm，250μm，500μm，至少1000μm，至少2000μm，至少2500μm，至少1mm，5mm或甚至10mm。

另外，本发明的无定形材料(包括玻璃)玻璃陶瓷、磨粒(它包含用来制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、无定形材料(包括玻璃))包含Al₂O₃，至少占所用的无定形材料或玻璃陶瓷中总量的20，25，30，35，40，45，50，55，60，65或甚至至少70重量％。

一些实施方式中，无定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷、磨粒(它包含用来制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、无定形材料(包括玻璃))较好含有的Al₂O₃占所用的无定形材料或玻璃陶瓷中Al₂O₃和ZrO₂的合量的55-65重量％，含有的ZrO₂占所用的无定形材料或玻璃陶瓷中Al₂O₃和ZrO₂的合量的45-35重量％。一些实施方式中无定形材料(包括玻璃)、玻璃陶瓷、磨粒(它包含用来制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、无定形材料(包括玻璃))最好含有的Al₂O₃占所用的无定形材料或玻璃陶瓷中Al₂O₃和ZrO₂的合量的60重量％，含有的ZrO₂占所用的无定形材料或玻璃陶瓷中Al₂O₃和ZrO₂的合量的40重量％。

一些实施方式中，本发明的无定形材料(包括玻璃)玻璃陶瓷、磨粒(它包含用来制造玻璃陶瓷、磨粒等的玻璃陶瓷、无定形材料(包括玻璃))，其Al₂O₃和ZrO₂的重量之比较佳在1∶10-10∶1，最佳在3∶2。

无定形材料(如玻璃)，含有无定形材料的陶瓷，含有无定形材料的颗粒等可以通过将相应金属氧化物加热(包括在火焰中)成熔体，最理想的是均匀熔体，然后将该熔体快速冷却成无定形材料而制得。例如在制造无定形材料实施方式中，金属氧化物可以在任何合适电炉中(如感应炉，燃气炉或电炉)或等离子体中加热熔化，随后该熔体冷却，如投入冷却介质中(如高速喷气流，液体，金属板(包括急冷金属板)，金属滚筒(包括急冷金属滚筒)，金属球(包括急冷金属球)等之中。

制造无定形材料的实施方式可以采用美国专利US PatNo.6,254,981(Castle)所公开的火焰熔融法制造，在该方法中金属氧化物(以颗粒形式有时称之为“进料颗粒”)直接送入一燃烧器(如甲烷-空气燃烧器，乙炔-氧燃烧器，氢氧燃烧器之类)，然后在如水、冷却油、空气之类介质中淬冷。进料颗粒可以将金属氧化物经研磨、聚集(如喷雾干燥法)、熔化或烧结而成，馈入火焰中颗粒大小决定了生成含有该无定形材料的颗粒的尺寸。

无定形材料也可以采用其它技术得到，诸如激光旋转熔融自由落体式冷却，泰勒线技术，等离子体管技术，锤砧技术、离心淬冷，气枪急冷，单滚和双滚淬冷，滚板淬冷、悬滴排热(参见Brockway等人编撰的陶瓷的快速固化(《Rapid Solidification of Ceramics》)一书，金属和陶瓷信息中心，俄亥俄州Columbus的国防信息分析中心部，1984年1月)。无定形材料也可以通过其它技术，诸如合适前驱物的热解(包括火焰或激光或等离子体辅助的)，金属前驱物的物理气相合成(PVS)，以及机械化学加工获得。

有用的无定形材料组成包括那些共熔或接近共熔的组成(如二元和三元共熔组成)。除了本发明所揭示的组成，其它包括四元和多元共熔组成对读了本发明公开内容并熟悉此技术的人士来说也是显而易见的。

包括通过商业渠道购得的Al₂O₃(基于理论氧化物)来源，包括铝矾土(包括天然铝矾土和人工合成铝矾土)，燃烧铝矾土，水合氧化铝(一水软铝石，三水铝矿)，铝，拜耳法氧化铝，铝矿，γ-氧化铝，α-氧化铝，铝盐，硝酸铝以及它们的混合物。Al₂O₃原料只含有，或仅仅提供Al₂O₃，有时还可以含有一种或多种Al₂O₃之外的其它金属氧化物(包括含有复合Al₂O₃的氧化物的材料如Dy₃Al₅O₁₂，Y₃Al₅O₁₂，CeAl₁₁O₁₈等)。

包括通过商业渠道购得的ZrO₂(基于理论氧化物)来源，包括氧化锆粉，锆砂，锆，锆矿和锆盐(如碳酸盐，醋酸盐，硝酸盐，氯化物)，氢氧化物，以及它们的混合物。此外，ZrO₂原料可以只含有或提供ZrO₂，有时还含有如氧化铪等其它氧化物。HfO₂的商业来源包括氧化铪粉末，铪，含铪矿石，铪盐。它可以只提供HfO₂，有时还含有诸如ZrO₂等其它金属氧化物。较为理想是添加的金属氧化物(如，Te₂O₃，TiO₂，CaO和MgO)要能起到稳定ZrO₂的四方/立方晶相结构的作用。

稀土氧化物的来源及其商业来源，包括稀土氧化物粉末，稀土金属，含稀土矿石，(如，氟碳铈矿，独居石)，稀土盐类，稀土硝酸盐和稀土碳酸盐。稀土氧化物原料可仅仅提供稀土氧化物，有时可提供一种或多种除稀土之外的其它氧化物(包括稀土与其它金属的复合氧化物(如，Dy₃Al₅O₁₂，CeAl₁₁O₁₈等))

Y₂O₃的来源及其商业来源包括氧化钇粉末，钇，含钇矿石，钇盐(如，碳酸钇，硝酸钇，氯化钇，氢氧化钇，和它们的混合物。Y₂O₃原料可以仅提供Y₂O₃有时可提供一种或多种除钇之外的其它氧化物(包括钇与其它金属的复合氧化物(如，Y₃Al₅O₁₂))

其它有用金属氧化物也包括基于理论氧化物的BaO，CaO，Cr₂O₃，CoO，Fe₂O₃，GeO₂，Li₂O，MgO，MnO，NiO，Na₂O，Sc₂O₃，SrO，TiO₂，ZnO以及它们的混合物。它们的商业渠道包括它们各自的氧化物，复合氧化物，矿物，碳酸盐，醋酸盐，硝酸盐，氯化物，氢氧化物等等。加入这些氧化物用以修饰所生成磨粒的物理性质和/或改善工艺。取决于所要求的性质，加入这些金属氧化物的量占玻璃陶瓷重量的0-50重量％，在一些实施方式中，更好在0-25重量％，最好占玻璃陶瓷重量的0-50重量％。

在一些实施方式中，通过加入颗粒状金属材料或其合金，其至少含有一种金属M(如Al，Ca，Cu，Cr，Fe，Li，Mg，Ni，Ag，Ti，Zr以及它们混合物)，加入到熔体中或以其他方式使其他原料金属化而获得的金属氧化物原料(在一些实施方式中，该原料最好占10，15，20，25，30，35，40，45或甚至50重量％)，这是有利的。该金属M的氧化物生成焓为负值。尽管不愿受理论的束缚，可以认为该金属氧化时因放热反应产生的热有利于生成均匀熔体和形成无定形材料。例如，可以认为原材料内氧化反应产生额外的热量可消除或减少热传递的不足，进而促进熔体的形成和均匀化，特别当生成的无定形颗粒的X，Y，Z尺寸超过150μm更为如此。还可以认为额外热量有助于各种化学反应和物理过程(如致密化和球化过程)的完成。而且，可以认为对于有些实施方式，氧化反应产生的额外热的存在对那些由于其高熔点，很难熔融而无法使用的材料也能够生成熔体，。还可以认为，氧化反应产生的额外热的存在能够生成无定形材料，否则就不可能制得无定形材料或所需尺寸大小的无定形材料。

本发明的另一优点在于在生成无定形材料中，许多化学与物理过程，如熔融、致密化和球化过程在很短时间内完成，因此淬冷速率可以极高。若要了介更详细情况，请参见临时申请美国专利序列号＿＿(AttorneyDocket No.56931US007)，它与本申请于同一日期提交。

根据本发明制造陶瓷时金属氧化物原料和其它添加剂的具体选择通常须考虑诸如生成的陶瓷所要求的组成和显微结构，所要求的结晶程度，以及生成的陶瓷所要求的物理性质(如硬度或韧性)，避免或减少其它不需要的杂质，生成的陶瓷所要求的特性，以及/或具体工艺(包括设备和熔化前、熔化时固化前或固化时制造陶瓷的原材料的纯化)。

根据本发明添加某些金属氧化物会改变玻璃陶瓷的性质和/或结晶结构或显微结构，以及在制造玻璃陶瓷中原材料和中间体的加工工艺。例如，添加诸如MgO，CaO，Li₂O和Na₂O可以发现改变了无定形材料的Tg(对于玻璃而言)和Tx(其中Tx为结晶温度)。尽管不希望受理论束缚，可以认为添加这类材料会影响玻璃的生成。而且，添加氧化物会降低整个体系的熔点(驱使体系共熔点更低)帮助了无定形材料的形成。在多元体系中(四元体系等)复合共熔物具有形成更好无定形材料的能力。熔体和玻璃在有效范围内的粘度也受所添加诸如MgO，CaO，Li₂O和Na₂O一类氧化物的影响。在本发明专利范围内，无定形材料和由它制成的玻璃陶瓷，还可包含至少一种卤素(如氟和氯)或硫族化合物(如硫化物，硒化物和碲化物)。

无定形材料和包含无定形材料的陶瓷的结晶过程也受添加某些材料的影响。例如，某些金属，金属氧化物(如钛酸盐和锆酸盐)和氟化物可以起成核剂的作用，有利于形成均匀的晶核。另外，添加有些氧化会改变无定形材料在重新加热时脱玻作用的亚稳态性质。

根据本发明制造陶瓷时金属氧化物原料和其他添加剂的选择，要考虑例如，所得陶瓷的理想组成和显微结构，结晶程度，如果可能的话以及它的物理性质(如硬度或韧性)，避免或减少杂质的出现(包括用来制造陶瓷的熔化或期间，固化前或期间原料的纯化及其设备)。

金属氧化物原料和其它添加剂可以是任何形式，只要它适合本发明制造无定形材料和玻璃陶瓷等的工艺与设备即可。原材料可以采用本领域的技术和设备进行熔化并淬冷制造氧化物无定形材料和无定形金属。理想的冷却速率大于50K/S。本领域已知的冷却技术有轧辊激冷。轧辊激冷可以将金属氧化物原料通常在高于其熔点20°-200℃的温度熔化，然后将熔体在高压下(采用诸如空气，氮气，氩气一类气体)喷射到高速旋转轧辊上冷却/淬冷。通常轧辊由金属制成，并用水冷却。金属叠箱模子也可用于熔体的冷却/淬冷。

生成熔体，熔体的冷却/淬冷和/或形成无定形材料的其它技术，有蒸气相淬冷法，熔体排热法，等离子体喷雾法和气体喷雾或离心喷雾技术。可以通过溅射进行蒸气相淬冷，此时将金属合金或金属氧化物原料形成所采用的溅射靶。该溅射靶固定于溅射装置内一予定位置，被喷涂的基片置于面对靶的位置上。通常是10^-3乇的氧和氩，在靶和基片之间产生放电。氩离子或氧离子与靶撞击，产生溅射，在基片上沉积一层组合物的薄膜。关于等离子体喷雾技术请参阅临时申请序列号---(Attorney Docket No.57980US002)，与本申请同一日期提交。

气体喷雾涉及到将进料颗粒熔化，将其转变成熔体。这种熔体的细流经与分散性空气喷射流接触而喷雾(即熔体细流被撞击分成细小雾滴)。回收到的是极度分散，一般呈椭球状无定形材料的颗粒(如珠)。珠粒的大小从5μm-3μm不等。熔体排热法可以按照美国专利US Pot.No.5,605,870(Strom-Olsen等人)所公开的方法进行。在2001年4月4日出版的公开号为WO 01/27046 Al的PCT申请中所揭示的采用激光束加热的无容器玻璃形成技术也可用于本发明该材料的制造。

冷却速率会影响被淬冷无定形材料的性质。例如，玻璃化转变温度，密度和玻璃的其它性质通常会随冷却速率而变。

通常块状材料最好至少包含50，60，70，75，80，85，90，95，98，99甚至100重量％无定形材料。

快冷也可在受控气氛下，如还原性，中性或氧化性气氛中进行，维持和/或影响冷却期间所要求的氧化状态。气氛也可以通过影响过冷液体下的结晶动力学而影响无定形材料的生成。例如，与在空气中冷却相比，有报道在氩气气氛下Al₂O₃熔体，过冷度较大，而无结晶现象。

有多种方法测定某材料相组成(玻璃态/无定形/结晶态)的显微结构，例如采用光学显微镜，电子显微镜，差示热分析(DTA)和X射线衍射法(XRD)获取各种各样信息。

采用光学显微镜，无定形材料通常主要呈透明状，这是由于没有晶界一类光散射中心所致，而结晶材料呈晶相结构，由于光的散射效应而呈不透明状。

珠粒无定形的百分产率可采用-100+120目级分(即收集网眼为150μm和125μm两个筛子之间的级分)经计算而成。按如下方式进行测量。

在玻璃片上铺上一单层珠粒，用光学显微镜进行观察。以光学显微镜目镜上的十字准线为导向，然后根据它们光学透明度，对沿直线上的珠粒的无定形或结晶颗粒计数。总计数量为500，测得的无定形珠粒除以总计数量为测得的无定形百分产率。

采用DTA对材料进行鉴别，如果材料相对应的DTA曲线中含有放热结晶峰(Tx)则为无定形。如果同一曲线也含有吸热峰(Tg)，其温度低于Tx，则认为它含有玻璃相。如果材料TDA曲线中无这些峰，则认为是结晶材料。

按如下方法进行差示热分析(DTA)，DTA采用德国Selb的Netzsch仪器公司，其商品名为NETZSCH STA 409 DTA/TGA的仪器进行。采用-140+170目级分(即收集网眼为150μm和125μm两个筛子之间的级分)。每个过筛的样品(通常为400mg)置于100μlAl₂O₃样品管内，每个样品在静止空气中加热，以10℃/分钟加热速率从室温(约为25℃)加热到1,100℃。

采用粉末X-射线衍射法(新泽西州Mahwah的菲利普公司的商品名为PHILLIPS XRG3100)进行分析，采用1.54050，Cu Kα1线，测得材料的衍射峰，经与粉末衍射标准联合委员会(JCPDS)数据库提供的结晶材料的XRD结晶衍射图上衍射峰(国际衍射数据中心出版)进行比较。由测得的XRD衍射图可对相的类型进行定性分析。如果有较宽的弥散峰说明它为无定形材料。如果有宽峰和明显尖峰说明无定形基质中结晶物质。

最初形成的无定形材料或陶瓷(包括结晶之前的玻璃)，其尺寸可能比所要求的大。采用本领域已知粉碎和/或细磨技术，可将无定形材料或陶瓷变小。包括轧辊破碎，canary研磨，颚式破碎，锤式研磨，球磨，气流磨，撞击破碎一类技术。在一些实施例中，要求两次或多次粉碎步骤。例如，生成的陶瓷其尺寸可能比要求的大。第一步先将其中稍大，质量相对较大的块子破碎成小块。可以采用锤式粉碎机，撞击破碎或颚式破碎完成。然后将较小颗粒研磨成所要求颗粒分布的粉体。为了达到所要求粒度分布(有时也称之为粒径或级别)，必要时采用多次粉碎。通常粉碎条件最佳化可获得所要求的颗粒形状与粒度分布。如果颗粒太大，已达要求的粉体可以重磨。如果他们太细的话，可以回收作为原料重熔。

陶瓷(包括结晶前的玻璃)的形状取决于陶瓷组成和/或显微结构，冷却时的几何形式，以及陶瓷粉碎的方式(即所采用的粉碎技术)。通常凡块状颗粒较合式的话，则要消耗更多的能量才能获得该形状。相反地，针状颗粒消耗的能量较少。改变粉碎技术可获得不同形状要求的粉粒。产生的颗粒平均长短比范围从1∶1-5∶1，通常在1.25∶1-3∶1，较佳在1.5∶1-2.5∶1之间。

本发明另一个内容为直接形成所要求形状的陶瓷(包括结晶前的玻璃)。例如，陶瓷(包括结晶前的玻璃)可通过将熔体浇注到模子中形成。

本发明另一个内容是通过聚结而成陶瓷(包括结晶前的玻璃)。聚结的本质是两个以上小颗粒形成较大尺寸的形体。例如，细颗粒(如由破碎而得到)(包括珠粒和微球)，纤维等形式的无定形材料可以形成大颗粒。例如，含无定形材料颗粒和/或纤维在其Tg温度之上的温度加热，也可以得到陶瓷(包括结晶前的玻璃)，此时颗粒聚结成大的形体，再冷却。聚结所用的温度压力取决于无定形材料的组成和生成材料所要求的密度。温度应低于玻璃结晶温度，并且对于玻璃而言要高于玻璃化转变温度。在一些实施方式中，加热温度在850-1100℃之间(在一些实施方式中，最好在900-1000℃之间)。通常在0-1GPa或更高压力下进行聚结，这样有助于无定形材料的聚结。在一个实施方式中，颗粒料置于模子中热压，温度高于玻璃化转变温度，此时玻璃的粘滞流动导致其聚结成相对较大的形体。典型聚结技术的例子包括热压，热等静压，热挤压一类。通常产生的聚结体在进一步热处理之前，先将其冷却。如遇要求，热处理后，将聚结体破碎成较小颗粒或理想的粒度分布。

本发明另一个内容是进行额外的热处理，进一步改善材料的性质。如热等静压(如温度900°-1400℃下进行)，去除残存孔隙，提高材料密度。也可选择对生成的聚结体进行热处理提供玻璃陶瓷，结晶陶瓷或含有结晶陶瓷的陶瓷。

也可采用各种方法进行无定形材料和/或玻璃陶瓷(如颗粒)的聚结，包括无压或压力烧结(如烧结，等离子体辅助烧结，热压，热等静压，热煅，热挤压等)。

可以任何方式进行热处理，包括本领域已知对玻璃热处理提供玻璃陶瓷。例如，热处理可批量进行，可以采用电阻式，感应式或燃气加热炉。热处理也可以连续式，如采用回转窑进行。采用回转窑情况时，材料在极高温度直接送入炉窑。在最高温度逗留时间从数秒(在一些实施方式中甚至少于5秒)到数分钟，数小时。温度900-1600℃，典型在1200-1500℃。本发明的范围也包括批量热处理(如成核阶段)和连续式(如结晶长大阶段，以及为达到所要求的密度)。对于成核阶段，温度范围通常在900-1100℃之间，在一些实施方式中，较佳在925-1100℃。同样，致密阶段，温度通常在1100-1600℃之间，在一些实施方式中，较佳在1200°-1500℃之间。物料直接送入炉内极端高温处，进行热处理。另外，物料也可在较低温度(如室温)下送入炉内，然后，按预定升温速率加热到所要求温度。本发明的另一内容是在空气之外的其它气氛下进行热处理。在一些场合下，要求在还原性气氛下进行热处理或许更理想。有时候要求在一定压力下，如热等静压，或在气压炉中进行热处理更为理想。本发明的范围包括将生成的制品或经过热处理的制品转变(如破碎)成为颗粒(如磨粒)。

无定形材料经热处理，使至少其部分结晶成为玻璃陶瓷。本领域早已所知某种玻璃经热处理后可生成玻璃陶瓷。对于各种各样玻璃加热成核条件和玻璃陶瓷中晶粒成长的条件已为人所知。此外，本领域熟练人员能够采用本领域已知技术从玻璃时间-温度-转变(TTT)研究中决定合适条件。本领域熟练人员在阅读本发明公开技术后能够根据本发明画出玻璃TTT曲线，决定合适成核和/或晶体成长条件，根据本发明提供玻璃陶瓷。

通常，玻璃陶瓷强度大于生成它的无定形材料。因此，材料强度可以通过无定形材料转变成结晶陶瓷相的程度进行调整。另外，或此外，可从产生的成核数量影响材料的强度，成核数目则可用来影响结晶相晶粒的数目及尺寸。详情请参阅P.W.Mc Millan编写的玻璃陶瓷(Glass-Ceramics，1979年第二版Academic出版社)关于生成玻璃陶瓷一节内容。

例如，根据本发明制造玻璃陶瓷的一些无定形材料的实例在热处理期间，生成La₂Zr₂O₇相，且当温度高于900℃时，如果ZrO₂存在，可观察到立方/四方相ZrO₂，有些场合下还可见到单斜相ZrO₂。尽管不愿受理论束缚，可以认为与氧化锆相关的相是从无定形材料成核的第一相。通常认为当温度高于925℃时形成Al₂O₃，ReAlO₃(这里Re至少为一种稀土离子)，ReAl₁₁O₁₈，Re₃Al₅O₁₂，Y₃Al₅O₁₂等相。一般说来，成核阶段中晶粒大小为纳米级。例如，观察到的晶粒可以小到10-15nm。至少在有些实施方式中，在约1300℃热处理时间长达1小时后，可得到完全结晶的材料。一般说来，成核阶段或长晶阶段时热处理时间可从数秒(在一些实施方式中，甚至少于5秒)到数分钟，或一小时以上。

所得晶粒的大小至少部分受成核和/或结晶时间和/或温度的控制。尽管通常喜欢小晶粒(即不大于1μm，甚至不大于1nm)，但也可制成较大晶粒(如至少1-10μm，至少10-25μm，至少50-100μm或甚至大于100μm)的玻璃陶瓷。不愿受理论束缚，可以认为晶粒愈小，对于相同密度而言，陶瓷的机械性能(如硬度，强度)愈高。

本发明玻璃陶瓷实施方式中可能存在的结晶相包括Al₂O₃(如α-Al₂O₃)，Y₂O₃，REO，HfO₂ ZrO₂(如立方ZrO₂和四方ZrO₂)，BaO，CaO，Cr₂O₃，CoO，Fe₂O₃，GeO₂，Li₂O，MgO，MnO，NiO，Na₂O，P₂O₅，Sc₂O₃，SiO₂，SrO，TeO₂，TiO₂，V₂O₃，Y₂O₃，ZnO。复合金属氧化物(包括复合Al₂O₃·金属氧化物，如Al₂O₃·REO(如ReAlO₃(如GdAlO₃，LaAlO₃)，ReAl₁₁O₁₈(如LaAl₁₁O₁₈)，和Re₃Al₅O₁₂(如Dy₃Al₅O₁₂))，复合Al₂O₃·Y₂O₃(如Y₃Al₅O₁₂)，和复合ZrO₂·REO(如Re₂Zr₂O₇(La₂Zr₂O₇)))和它们的混合物。

本发明的另一内容，复合Al₂O₃·金属氧化物(如复合Al₂O₃·Y₂O₃，呈现石榴石结晶结构)中用其它阳离子替换部分Y离子和/或铝离子。例如，复合Al₂O₃·Y₂O₃中部分Al离子可被选自下列一组元素中一种离子替换：Cr，Ti，Sc，Fe，Mg，Ca，Si，Co以及其它的混合物。复合例如，Al₂O₃·Y₂O₃中部分Y离子可被下列一组元素中一种离子：Ce，Dy，Er，Eu，Gd，Ho，La，Lu，Nd，Pr，Sm，Th，Tm，Yb，Fe，Ti，Mn，V，Cr，Co，Ni，Cu，Mg，Ca，Sr以及它们的混合物替换。类似地，本发明一个内容，是将氧化铝中铝部分替换，例如Cr，Ti，Sc，Fe，Mg，Ca，Si和Co可替换氧化铝中铝。上述替换离子也会影响熔凝材料的性质(如硬度，韧性，强度，导热性等)。

本发明的另一内容，用其它离子替换复合Al₂O₃·金属氧化物(如Al₂O₃.REO)中部分稀土和/或铝离子。例如，复合Al₂O₃.REO中部分铝被至少下列一组元素：Cr，Ti，Sc，Fe，Mg，Ca，Si，Co以及它们的混合物中一个离子所替换。例如，复合Al₂O₃.REO中Y被至少下列一组元素：Y，Fe，Ti，Mn，V，Cr，Co，Ni，Cu，Mg，Ca，Sr以及它们的混合物中一个离子所替换。类似地，本发明的另一内容，用其它离子替换氧化铝中部分铝，Cr，Ti，Sc，Fe，Mg，Ca，Si，Co可以替换氧化铝中铝。上述阳离子替换会影响熔凝材料的物理性质(如硬度，韧性，强度，导热性等)。

根据美国材料试验学会的标准E112-96《测定平均晶粒度的标准试验方法》中的直线截取法测定晶粒度。样品置于镶装树脂内(购自伊利诺斯州LakeBluff的Buehler公司，商品名为“TRANSOPTIC POWDER”，通常镶装树脂直径2.5cm，高为1.9cm，采用常规抛光技术和抛光器(购自伊利诺斯州LakeBluff的Buehler公司，商品名为“ECOMET3”)制镶装截面。样品用金刚石轮抛光3分钟，再逐次用45，30，15，9，3以及1μm浆料抛光5分钟，镶装并抛了光的样品溅射一层金-钯，然后用扫描电镜观察(如JEOL公司的JSM840A型扫描电镜)。通常样品中观察到显微结构的背散射电镜照片(BSE)按照如下方法测定平均晶粒度。对照片上任意一根直线上截取得到的单位长度(N_L)上晶粒计数。由该数字按如下公式计算测得平均晶粒度为：

其中，N_L为单位长度上截得的晶粒数，M为显微镜放大倍数。

本发明一些实施方式包括含α-Al₂O₃的玻璃陶瓷，它的平均晶粒度150nm。

本发明一些实施方式包括含α-Al₂O₃的玻璃陶瓷，其中90％(在一些实施例中，最好95或甚至100％)的α-Al₂O₃晶粒，其晶粒度不大于200nm。

本发明一些实施方式包括含α-Al₂O₃、结晶ZrO₂和第一复合Al₂O₃·Y₂O₃的玻璃陶瓷，其中α-Al₂O₃，结晶ZrO₂或第一复合Al₂O₃-Y₂O₃中的至少一种平均晶粒度不大于150nm。在一些实施方式中，玻璃陶瓷最好还包含不同的第二复合Al₂O₃·Y₂O₃。在一些实施方式中，玻璃陶瓷还包含复合Al₂O₃·REO。

本发明一些实施方式包括含第一复合Al₂O₃·Y₂O₃，不同的第二复合Al₂O₃·Y₂O₃和结晶ZrO₂的玻璃陶瓷，其中第一复合Al₂O₃·Y₂O₃，第二复合Al₂O₃·Y₂O₃或结晶ZrO₂中的至少一种，其晶粒总数90％(在一些实施例中最好95或甚至100％)的晶粒度不大于200nm。在一些实施方式中，玻璃陶瓷最好还包括不同的第二复合Al₂O₃·Y₂O₃，在一些实施方式中，玻璃陶瓷最好还包含复合Al₂O₃·REO。

本发明一些实施方式包括含α-Al₂O₃，结晶ZrO₂和第一复合Al₂O₃·REO的玻璃陶瓷，且其中α-Al₂O₃，结晶ZrO₂和第一复合Al₂O₃·REO中至少一种其平均晶粒度不大于150nm。在一些实施方式中，玻璃陶瓷还包含不同的第二复合Al₂O₃·REO。在一些实施方式中，玻璃陶瓷还包含复合Al₂O₃·Y₂O₃。

本发明一些实施方式包括含第一复合Al₂O₃·REO，不同的第二复合Al₂O₃·REO和结晶ZrO₂的玻璃陶瓷，其中第一复合Al₂O₃·REO，不同的第二复合Al₂O₃·REO和结晶ZrO₂中的至少一种，其90％(在一些实施例中，最好95或甚至100％)的晶粒的晶粒度不大于200nm。在一些实施方式中，玻璃陶瓷最好还包含不同的第二复合Al₂O₃·REO。在一些实施方式中，玻璃陶瓷还包含复合Al₂O₃·Y₂O₃。

本发明的一些实施方式还包括含有第一复合Al₂O₃·Y₂O₃，不同的第二复合Al₂O₃·Y₂O₃以及结晶ZrO₂的玻璃陶瓷，其中第一复合Al₂O₃·Y₂O₃，第二复合Al₂O₃·Y₂O₃和结晶ZrO₂中的至少一种，其90％(在一些实施例中，最好95或甚至100％)的晶粒的平均晶粒度不大于200nm。在一些实施方式中，玻璃陶瓷还最好包含复合Al₂O₃·REO。

本发明的一些实施方式还包括含有第一复合Al₂O₃·Y₂O₃，不同的第二复合Al₂O₃·Y₂O₃以及结晶ZrO₂玻璃陶瓷，其中第一复合Al₂O₃·Y₂O₃，第二复合Al₂O₃·Y₂O₃和结晶ZrO₂的至少一种，其90％(在一些实施例中，最好95或甚至100％)的晶粒的晶粒度不大于200nm。在一些实施方式中，玻璃陶瓷还最好包括复合Al₂O₃·REO。

本发明一些实施方式包括含第一复合Al₂O₃·REO，不同的第二复合Al₂O₃·REO和结晶ZrO₂的玻璃陶瓷，其中第一复合Al₂O₃·REO，不同的第二复合Al₂O₃·REO和结晶ZrO₂中的至少一种，其中平均晶粒不大于150nm。在一些实施方式中，玻璃陶瓷还包含Al₂O₃·Y₂O₃复合物。

本发明一些实施方式包括含第一复合Al₂O₃·REO，不同的第二复合Al₂O₃·REO和结晶ZrO₂的玻璃陶瓷，第一复合Al₂O₃·REO，不同的第二复合Al₂O₃·REO和结晶ZrO₂，中的至少一种，其90％(在一些实施例中，最好95或甚至100％)的晶粒，其晶粒度不大于200nm。在一些实施方式中，玻璃陶瓷还包含复合Al₂O₃·Y₂O₃。

在本发明一些实施方式中，玻璃陶瓷包含至少75，80，85，90，95，97，98，99或甚至100体积％的晶粒，晶粒平均晶粒度小于＜1μm。在一些实施方式中，根据本发明的玻璃陶瓷包含不大于至少75，80，85，90，95，97，98，99或甚至100体积％的晶粒，晶粒平均晶粒度不大于0.5μm。在一些实施方式中，根据本发明的玻璃陶瓷包含不大于至少75，80，85，90，95，97，98，99或甚至100体积％的晶粒，晶粒平均晶粒度不大于0.3μm。在一些实施方式中，根据本发明的玻璃陶瓷包含不大于至少75，80，85，90，95，97，98，99或甚至100体积％的晶粒，晶粒平均晶粒度不大于0.15μm。

根据本发明的实施方式提供的无定形材料经热处理形成的结晶可以是等轴晶，柱状晶或片状晶。

根据本发明，尽管无定形材料，玻璃陶瓷等可以为块状材料，本发明的实例还提供了含有无定形材料，玻璃陶瓷等的组合材料。这种组合材料可以包含一种相，或纤维(连续或离散)或颗粒(包括晶须)(如金属氧化物颗粒，硼化物颗粒，碳化物颗粒，氮化物颗粒，金刚石颗粒，金属颗粒，玻璃颗粒以及它们的混合物)，它们分散在无定形材料中或层状复合结构(如含有玻璃陶瓷到用来制造该玻璃陶瓷的无定形材料的浓度梯度，和/或玻璃陶瓷的各种不同组成层)。

通常，本发明的陶瓷(真)密度，有时也称比重，一般至少为理论值的70％，较理想至少为75％，80％，85％，90％，95％，96％，97％，98％，99％，99.5％或甚至100％。

本发明材料的平均硬度按下操作测定。将材料样品镶装在镶装树脂内(伊利诺斯州Lake Bluff的Buehler公司，商品名为“TRANSOPTIC POWER”)，通常镶装树脂直径2.5cm，高为1.9cm，采用常规抛光技术和抛光器(伊利诺斯州Lake Bluff的Buehler公司，商品名为“ECOMET3”)制备镶装截面。样品用金刚石轮抛光3分钟，再依次用45，30，15，9，3以及1μm浆料抛光5分钟，采用常规显微硬度测试仪测定显微硬度(日本东京的Mitutoyo公司产商品名为MITUTOYO MVK-VL)采用100g负载的维氏压头，按照ASTM E384材料显微硬度测试方法(1991年)进行显微硬度测试。

在一些实施方式中，本发明的玻璃陶瓷平均硬度至少为13GPa(在有些实施例中较佳至少在14，15，16，17或甚至18GPa)。本发明的磨粒，其平均硬度至少15GPa，在一些实施例中，至少为16GPa，17GPa或甚至18GPa。

关于无定形材料和玻璃陶瓷，包括它们的制造，使用和性质等额外资料可参阅2001年8月2日备案的美国专利申请号US Serial No.09/922，526，09/922，527和09/922，530以及与本申请同一天提交的序列号US SerialNo.(Attorney Docket号：56931US005，56931US006，56931US007，56931US008，56931US009，57980US002以及57981US002。

本发明的磨粒一般包含结晶陶瓷，在一些实施例中较佳包含75，80，85，90，91，92，93，94，95，96，97，98，99，99.5或甚至100％的结晶陶瓷。

本发明的磨粒可采用本领域已知技术进行筛分和分级，包括使用工业界认定的分级标准，如美国国家标准学会(ANSI)，欧洲研磨产品制造商联合会(FEPA)和日本工业标准(JIS)。本发明的磨粒粒径的范围较宽，通常在0.1-5000μm之间，较佳在1-2000μm之间，理想的在5-1500μm之间，更理想的在100-1500μm之间。

ANSI的级别规定有：ANSI4，ANSI6，ANSI8，ANSI16，ANSI24，ANSI36，ANSI40，ANSI50，ANSI60，ANSI80，ANSI100，ANSI120，ANSI150，ANSI180，ANSI220，ANSI240，ANSI280，ANSI320，ANSI360，ANSI400，ANSI600。本发明的磨粒的较佳级别规定为ANSI 8-220。FEPA的级别规定有P8，P12，P16，P24，P36，P40，P50，P60，P80，100，P120，P150，P180，P220，P320，P400，P500，P600，P800，P1000和P1200。本发明的磨粒的较佳分级规定为P12-220。JIS的级别规定有JIS8，JIS12，JIS16，JIS24，JIS36，JIS46，JIS54，JIS60，JIS80，JIS100，JIS150，JIS180，JIS220，JIS240，JIS280，JIS320，JIS360，JIS400，JIS500，JIS600，JIS800，JIS1000，JIS1500，JIS2500，JIS4000，JIS6000，JIS8000和JIS10000。本发明的研磨颗料的较佳级别规定为JIS 8-220。

破碎与过筛后，通常有多种不同粒度分布与级别的磨粒。这些级别也许一时无法满足制造商或供应商的需要。为了减少库存，有可能将不符合要求的颗粒重新回收熔化，生成无定形材料。可在破碎阶段后进行回收，将不能落在粒度分布内的大块子或过细颗粒(有时称之为细粉)进行回收。

另一方面，本发明提供了磨粒的制造方法。该方法包括将包含无定形(如玻璃)的颗粒进行热处理将其至少部分无定形材料转变为玻璃陶瓷，成为含玻璃陶瓷的磨粒。本发明也提供含玻璃陶瓷的磨粒的制造方法，该方法包括将无定形材料热处理使至少其部分转变成玻璃陶瓷，然后将经热处理的材料破碎成磨粒。破碎后，与明显结晶的玻璃陶瓷或结晶材料相比，玻璃更易获得较尖锐的颗粒。

在另一方面，本发明提供磨粒的聚集物，它包括本发明用粘结剂粘结的许多磨粒。在另一方面，本发明提供含有粘结剂和众多磨粒的磨具(如涂覆磨具，粘结磨具(包括玻璃质、香树脂，和金属粘结的磨轮，切割轮，工具镶装尖和磨石，非织造磨具和研磨刷)，其中至少部分磨粒为本发明磨粒(包括磨粒的聚集物)。本领域熟练人员早已知道制造与使用这些磨具的方法。而且，根据本发明的磨粒可以用于研磨用途，如磨粒化合物(如抛光化合物)作研磨浆料，磨介，喷丸介质，振动磨介等等。

涂覆磨具通常包括一个背衬，许多磨粒以及至少一种将磨粒粘结到背衬上的粘结剂。背衬可以为任何一种合适的材料，如布，聚合膜，非织造布，纸以及它们的组合物和它们经处理后的材料。粘结剂可以是任一种粘结剂，包括无机，有机粘结剂(包括热固树脂和辐射固化树脂)。磨粒可出现在涂覆磨具的一层或两层中。

图1所示为本发明涂覆磨具的实例。参见该图，本发明的涂覆磨具1具有背衬(基片)2和研磨层3。研磨层3包括本发明的磨粒4，它被初始结合涂层5和胶结涂层6固定在背衬2的主面上。在一些实施例中，采用上胶结涂层(并未显示)。

粘结磨具通常是磨粒通过有机粘结剂，金属粘结剂或玻璃质粘接剂粘结成的具有一定形状的物体。这类形体，例如，可以是轮状，如磨轮或切割轮。磨轮直径通常为1cm-1m，切割轮直径在1cm-80cm之间(较典型在3cm-50cm之间)。切割轮的厚度通常在0.5mm-5cm，(较典型在0.5mm-2cm之间)。该形体也可以是磨石，片段，工具，镶装尖，圆盘(如双盘磨)或其它常规粘结磨具。粘结磨具通常含有约占粘结型磨具3-50体积％粘结材料，约30-90体积％磨粒(或磨粒混合物)，高达50体积％的添加剂(包括研磨辅料)和高达70体积％的孔隙。

较佳形状为磨轮。参见图2，它所示的是本发明的磨轮10。它包括本发明的磨粒11，模制成轮状，装在轮毂上。

本发明的非织造磨具通常包括本发明的磨粒分布在敞开多孔疏松的聚合物纤维结构上，通过有机粘结剂固定在其上，该纤维状包括聚酯纤维，聚酰胺纤维和聚芳酰胺纤维。图3为放大约100倍的典型非织造磨具的示意图。本发明这种非织造磨具包含织物垫50作基片，通过粘接剂54将本发明磨粒52粘结其上。

有用的研磨刷包括那些上具有众多硬毛与背衬成一体的研磨刷。如参见美国专利US Pat.No.5，427,595(Pihl等人)，5,443906(Pihl等人)，5,679,067(Johnson等人)，以及5,903,951(Ionta等人)。较理想的是这些研磨刷由聚合物与磨粒的混合物经注射成型而制得。

制造磨具用的合适有机粘结剂为热固型有机聚合物。它们的实例包括酚醛树脂，脲醛树脂，密胺缩醛树脂，聚氨酯树脂，丙烯酸酯树脂，聚酯树脂，接有α，β非饱和羧基的氨基塑料树脂，环氧树脂，丙烯酸化聚氨酯，丙烯酸化环氧树脂，以及它们的混合物。粘结剂和/或磨具还可以包含诸如纤维，润滑剂，增湿剂，触变剂，表面活性剂，颜料，染料，抗静电剂(如碳黑，氧化钒，石墨等)，偶合剂(如硅烷，钛酸盐，锆铝酸盐等)，增塑剂，悬浮剂一类添加剂。这些可用的添加剂的用量经选择使其达到理想的性质。偶合剂可改善磨粒和/或填料的粘性。粘结剂可以是热固性，辐照固化，或两者兼而有之。有关粘结化学请参阅美国专利US Pat.No4,588,419(Caul等人)，4,751,138(Tumey等人)以及5,436,063(Follett等人)。

更具体有关玻璃质粘接磨具，玻璃质粘结材料，它们呈现无定形结构，通常很硬，这一事实早为本领域所熟知。在一些场合下，玻璃质粘结材料包含结晶相。根据本发明的玻璃质粘结磨具可以是轮子(包括切割轮)，磨石，工具镶装尖或其它常规粘结磨具。根据本发明，较佳玻璃质粘结磨具为磨轮。

金属氧化物用于形成玻璃质粘结材料的实例包括：二氧化硅，硅酸盐，氧化铝，苏打，氧化钙，氧化钾，二氧化钛，氧化铁，氧化锌，氧化锂，氧化镁，三氧化二硼，硅酸铝，硼酸玻璃，硅酸锂铝，以及它们的混合物。通常玻璃质粘结材料可以从包含10一100％玻璃料，较典型为20-80％玻璃料，或30-70％玻璃料的组合物制成。剩余部分可以为非玻璃料。玻璃质粘结还可以由非玻璃料组合物形成。玻璃质粘接材料在700℃-1500℃温度范围内熟化，通常在800℃-1300℃，有时候在900℃-1200℃，或甚至在950℃-1100℃固化。熟化的实际温度取决于具体的玻璃质粘结剂的组成。

较佳的玻璃质粘结材料包含二氧化硅，氧化铝(较理想的是至少10重量％的氧化铝)和三氧化二硼(较理想的是至少10重量％的氧化硼)。大多数场合下，玻璃质粘结材料还包含碱金属氧化物(Na₂O和K₂O)(有时候至少10重量％的碱性氧化物)。

粘结剂材料也可以含有填料或研磨辅料，通常为颗粒状。一般说来，该颗粒物为无机材料。合适的填料包括：金属碳酸盐(如碳酸钙(如白垩，方解石，灰泥，钙华，大理石和石灰石)，碳酸钙镁，碳酸钠，碳酸镁，二氧化硅(如石英，玻璃珠，玻璃泡和玻璃纤维)，硅酸盐(如滑石，粘土，蒙脱土，长石，云母，硅酸钙，偏硅酸钙，铝硅酸钠，硅酸钠)，金属硫酸盐(如硫酸钙，硫酸钡，硫酸钠，硫酸铝钠，硫酸铝)，石膏，蛭石，木屑，三水合铝，碳黑，金属氧化物(如氧化钙(石灰)，氧化铝，二氧化钛)以及金属亚硫酸盐(如亚硫酸钙))。

通常添加研磨辅料可增加磨具的使用寿命。研磨辅料是一种具有明显影响研磨化学与物理过程的材料，能改善研磨性能。尽管不愿受理论束缚，可以认为研磨辅料会(a)降低研磨颗料与被研磨工件之间的研磨力，(b)防止磨粒“封盖”(即阻止金属颗粒焊结在磨粒的顶部)，或至少降低了磨粒被“封盖”的机会，(c)降低磨粒与工件之间界面温度，或(d)降低了研磨力。

研磨辅料包含众多不同材料，可以为无机材料，也可以是有机材料，研磨辅料的实例包括：蜡，有机卤化物，卤化物盐和金属及其合金。有机卤化物在研磨期间会分解，会放出氢卤酸或卤化物气体。这类材料的实例有卤化腊，如四氯萘，五氯萘，以及聚氯乙烯。卤化物盐有氯化钠，钾冰晶石，钠冰晶石，氨冰晶石，四氟硼酸钾，四氟硼酸钠，四氟化硅，氯化钾和氯化镁。金属包括，锡，铅，铋，钴，锑，镉和铁，钛。其它各种研磨辅料有硫，有机硫，石墨，金属硫化物。本发明一个内容是使用各种研磨辅料的混合物，有些场合会产生协同效应。较佳的辅料为冰晶石，最佳为四氟硼酸钾。

研磨辅料在涂覆型和粘结型磨具中特别有用。在涂覆磨具，研磨辅料通常用于上胶结涂层中，该涂层覆盖于磨粒表面。然而有时候研磨辅料加入胶结涂层中。通常研磨辅料的加入量为50-300g/m²(较理想为80-160g/m²)。在玻璃质粘结磨具中，研磨辅料通常浸渍在磨件的孔隙内。

根据本发明，磨具可以含有100％磨粒，或该磨粒与其它磨粒和/或稀释颗粒的混合物。然而，根据本发明磨粒至少占磨具重量的2％，理想的为5％，更理想的为30-100％。在一些例子中，根据本发明的磨粒可以与其它磨粒和/或稀释颗粒以5-75重量％，25-75重量％，40-60重量％或50-50重量％(即重量相等)比例混合。合适的常规的磨粒实例为熔凝氧化铝，(包括白色熔凝氧化铝，热处理氧化铝和棕色氧化铝)，碳化硅，碳化硼，碳化钛，金刚石，立方氮化硼，石榴石，熔凝铝-锆复合氧化物和溶胶-凝胶法制得的磨粒之类。溶胶-凝胶法制得的磨粒可以加了晶种，也可以不加晶种；同样溶胶-凝胶法制得的磨粒可以随意形状，或可以有一定形状，如棒状或三角状。溶胶-凝胶颗粒的实例包括那些在美国专利US Pat.No.4,314,827(Leitheiser等人)，4,518,397(Leitheiser等人)，4,623,364(Cottringer等人)，4,744,802(Schwabel等人)，4,770,671(Monroe等人)，4,881,951(Wood等人)，5,011,508(Wald等人)，5,090,968(Pellow)，5,139,978(Wood)，5,201,916(Berg等人)，5,227,104(Bauer)，5,366,523(Rowenhorst等人)，5,429,647(Larmie)，5,498,269(Larmie)以及5,551,963(Larmie)中所述的。关于由氧化铝作原料的烧结氧化铝磨具的额外资料可参阅US Pat.No.5,259,147(Falz)，5,593,467(Monroe)以及5,665,127(Moltgen)。关于熔凝磨粒的资料可参阅US Pat.No.1,161,620(Coulter)，1,192,709(Tone)，1,247,337(Saunders等人)，1,268,533(Allen)和2,424,645(Baumann等人)，3,891,408(Rowse等人)，3,781,172(Pett等人)，3,893,826(Quinan等人)，4,126,429(Watson)，4,457,767(Poon等人)，5,023,212(Dubots等人)，5,143,522(Gibson等人)和5,336,280(Dubots等人)，和在2000年2月2日提交的美国申请序列号US Serial No.09,495,978，09/496,422，09/496,638,和09/496,713，和在2000年7月19日提交的09/618,876，09/618,879，09/619,106，09/619,191，09/619,192，09/619,215，09/619,289，09/619,563，09/619,729，09/619,744和09/620,262和在2001年1月30日提交的09/772,730。在一些实例中，磨粒混合物制成的磨具与含100％纯种磨粒相比，研磨性能有所改善。

如果采用混合磨粒，则形成混合物的磨粒大小可以相同，也可以不同，例如，本发明的磨粒较大，而另一种磨粒较小。相反地，本发明的研磨粒较小，另一种磨粒较大。

合适的稀释颗粒的实例包括大理石，石墨，燧石，二氧化硅，氧化铁，硅酸铝，玻璃(包括玻璃泡，玻璃珠)，氧化铝泡，氧化铝珠和稀释剂聚合物。本发明磨粒也可以与磨粒聚集物结合使用，磨粒聚集物通常包含众多磨粒，粘结剂和可用的添加剂。粘结剂可以是有机的和无机的。磨粒聚集物可以是随意形状，也可以有一定形状。形状可以是块状，圆柱状，棱锥状，圆片式，四方体等，其大小通常在100-5000μm之间，典型在250-2500μm之间，有关磨粒聚集物的详细资料请参阅美国专利US Pat.No.4,311,489(Kressner)，4,652,275(Bloecher等人)，4,799,939(Bloecher等人)，5,549,962(Holmes等人)，以及5,975,988(Christianson)，和2000年10月16日提交的专利申请序列号USSerial No.09/688,444和09/688,484。

磨粒在磨具内均匀分布，或集中在某一选定区域或位置。例如，涂覆型研磨剂可以有两层磨粒。第一层含有本发明磨粒之外的其它磨粒，第二层(最外层)含有本发明的磨粒。同样，在粘结型研磨剂中，磨轮明显有两个部分，最外面是本发明磨粒，而里面就不含该材料。根据本发明磨粒也可以均匀分布在整个粘结型磨具。

有关涂覆磨具的详细情况请参阅US Pat.No.4,734,104(Brogerg)，4,737,163(Larkey)，5,203,884(Buchanan等人)，5,152,917(Pieper等人)，5,378,251(Culler等人)，5,417,726(Stout等人)，5,436,063(Follett等人)，5,496,386(Broberg等人)，5,609,706(Benedict等人)，5,520,711(Helmin)，5,954,844(Law等人)，5,961,674(Gagliardi等人)，以及5,975,988(Christinason)。关于粘结磨具的进一步详细情况请参阅美国专利US Pat.No.4,543,107(Rue)，4,741,743(Narayanan等人)，4,800,685(Haynes等人)，4,898,597(Hay等人)，4,997,461(Markhoff-Matheny等人)，5,037,453(Narayanan等人)，5,110,332(Narayanan等人)，以及5,863,308(Qi等人)。关于陶瓷粘接磨具的详细情况请参阅美国专利US Pat.No.4,543,107(Rue)，4,898,597(Hay等人)，4,997,461(Markhoff-Matheny等人)，5,094,672(Giles Jr等人)，5,118,326(Sheldon等人)，5,131,926(Sheldon等人)，5,203,886(Sheldon等人)，5,282,875(Wood等人)，5,738,696(Wu等人)，以及5,863,308(Qi)。关于非织造磨具的详细情况请参阅美国专利US Pat.No.2,958,593(Hoover等人)。

本发明提供一种研磨一个表面的方法。根据本发明，该方法包括让至少一个磨粒与工件的一个面接触；且移动该至少一个磨粒或被接触面，用该磨粒研磨至少所述表面的一个部分。根据本发明，用磨粒研磨的方法从打磨(即高压高磨削率)到抛光(如用涂覆型研磨带对医学植入体进行抛光)，其中后者通常采用较细(如比ANSI220更细)的磨粒。磨粒也可用于精密研磨，如用陶瓷粘接磨轮研磨凸轮轴。本领域技术人员很清楚具体用途的磨粒的大小。

本发明的磨粒可以进行干磨或湿磨。对于湿磨，液体以细雾状打湿被研磨表面的方式引入。常采用的液体实例有水，水溶性油，有机润滑剂和乳化液。液体可以降低研磨产生的热量和/或起润滑剂作用。液体可以含有微量添加剂，如杀菌剂，去泡剂一类物质。

采用本发明的磨粒可以研磨例如：金属铝，碳钢，软钢，工具钢，不锈钢，硬化钢，钛，玻璃，陶瓷，木材，类木材料，漆，漆面，有机涂面等一类材料。研磨时施力通常在1-100kg。

根据本发明使用无定形材料和/或玻璃陶瓷的其它实施例，包括固体电解质，用于包括固态电池；固体氧化物燃料电池和其它电化学装置。作放射性废料和过剩锕系元素的基质；氧化催化剂；氧传感器；荧光中心的基质；长寿命红外(IR)发射窗材料；装甲。已知焦绿石型稀土锆复合氧化物(Re₂Zr₂O₇)可以用作处理上述放射性废料，过剩锕系元素，氧化催化剂，氧传感器和荧光中心。而且，含铈复合氧化物已知为氧化催化剂。尽管不愿受理论束缚，可以认为含铈复合氧化物有助于氧化催化剂的氧化还原性和相对较高的储氧能力。对于长寿命红外发射窗材料的应用包括要遭遇受潮，被固体和液体颗粒的撞击，高温和快速升温的场合。

下面实施例将进一步说明本发明的优点和实施方式，但实施例中应用的具体种材料和它们的量，以及其它条件和细节不应理解成不当地限制本发明。除非另有说明，所有份和百分数均以重量计。除非另有说明，所有实施例的材料均不含显著量的SiO₂，B₂O₃，P₂O₅，GeO₂，TeO₂，As₂O₃，和V₂O₅。

                          实施例

实施例1

在250ml聚乙烯瓶(直径7.3cm)内装50g下列混合物：19.3g氧化铝颗粒(美铝化学工业公司，品名为“Al6SG”)，9.5g氧化锆颗粒(GA Marietta的氧化锆销售公司，品名为“DK-2”)和21.2g氧化镧颗粒(加州蒙的帕斯的钼公司)，75g异丙醇和200g刚玉磨介(圆柱状，高度与直径分别为0.635cm，含99.9％氧化铝，CO Golden的Coors公司)。聚乙烯瓶内的物料以60转/分研磨16小时。氧化铝与氧化锆原料之比为2∶1，且氧化铝与氧化锆之和占58重量％。研磨后取出磨介，浆料倒入温热玻璃盘(75℃，派力克斯)上加以干燥。将干燥的混合物过70目筛(212μm筛孔)，研磨和过筛后，将物料颗粒混和物缓慢输入(0.5g/分)氢/氧焰炬熔化。用于熔化颗粒。产生熔滴的焰炬是Bethlehem台式燃烧器，PM2DB型(PA州Hellertown的Bethlehem公司)。焰炬的氢氧气体流率如下：对于内环氢的流率为8L/分，氧的流率为3.5L/分。对于外环氢的流率为23L/分，氧的流率为12L/分。干燥且过筛的颗粒缓慢送入焰炬(0.5g/分)，颗粒熔化后将其送到倾斜度为45°，表面用水冷却(约8L/分)的不锈钢板(约51cm宽)上。熔滴经快速淬冷。将熔化并经淬冷的颗粒收集，在110℃下干燥。颗粒呈圆球状，大小从数μm到250μm不等。

随后，火焰生成的颗粒直径＜125μm，然后通过等离子体喷枪，按如下方式沉积到不锈钢基板上。

按如下方式准备4块304#不锈钢基板(76.2mm×25.4mm×3.175mm)和两块1080#碳钢基板(76.2mm×25.4mm×l.15mm)。要涂敷的面用喷砂处理，在超声浴内清洗，用异丙醇擦拭清洁。四块不锈钢和一块1080#碳钢基板置于等离子体喷枪前约10cm的位置(NH Concord的Praxair表面技术公司产)。另一块1080#碳钢板置于等离子体喷枪喷嘴前18cm的位置。在此另一块1080#碳钢基板上距离等离子喷嘴18cm，将样品涂覆，但此后未作进一步表征。

等离子体发生器额定功率为40KW，等离子体工作介质为氩气(50psi，0.3MPa)，氦作辅助气(150psi，1MPa)。颗粒以氩气作载气通过等离子体喷嘴(50psi，0.3MPa)。Praxair 1270型计算机控制功率输入(NH Concord的Praxair表面技术公司产)。沉积期间的电压40V，电流900A，喷嘴由左转向右，上下移动，在基板上均匀喷涂。一旦达到理想厚度，关闭等离子体喷雾，收集样品。将1080#碳钢基板弯曲，取下涂层，成为独立的自承沉积物。用光学显微镜测定沉积物Z方向(厚度)尺寸约为1350μm，采用差示热分析仪(DTA)按如下步骤测定其相组成(玻璃态/无定形/结态)。如果物料相应的DTA曲线中有放热结晶峰(Tx)，则该物料被鉴定为无定形材料。如果同一曲线还含有吸热峰(Tg)温度低于Tx，则它被认定为玻璃相。如果DTA轨迹不含有这类峰，则被认定含有结晶相。

采用下列方法进行差示热分析。DTA测定样品用-140+170目级分(仪器为德国Selb的Netzsch公司产“NETZSCH STA409 DTA/TGA”)(收集筛分在105μm和90μm网眼两个筛子之间收集的级分)，每个过筛的样品置于100μl Al₂O₃样品架中的量为400mg。每个样品在静止空气中加热，加热速率达10℃/分，从室温(约25℃)升至1100℃。

被喷涂材料(304#不锈钢基板上)的曲线向下方弯折，即在880℃附近有一吸热峰，可以认为该峰由玻璃材料发生玻璃转变(Tg)时产生的。同一材料在931℃处呈现一锐的放热峰，可以认定是该峰在材料发生结晶作用时(Tx)产生的。因此，被喷涂材料(304#不锈钢基板上)和自承的材料经DTA曲线测量为玻璃态。

将一部分自承玻璃态材料在1300℃下处理48小时，用粉末XRD(X射线衍射仪，品名为PHILLIPS XRG3100，新泽西州Mahwah的菲利浦公司产)测定其中的相，波长为1.54050的Kα1线。将测定的XRD衍射图上的衍射峰与国际衍射数据中心公开的JCPDS数据库内提供的XRD结晶衍射图进行对比，测出所得结晶物料包含LaAlO₃，ZrO₂(立方相，四方相)，LaAl₁₁O₁₈以及过渡Al₂O₃相。

另一部分自承的玻璃态材料在电炉(新泽西州Bloomfield的CM电炉厂，品名为“Rapid Temp Furnace”)内1300℃下结晶1小时。结晶涂层用-锤子破碎成颗粒大小为-30+35目(即在600μm和500μm网眼两个筛子收集的级分)，颗粒物在超声浴中清洗，时间长达15分钟，伊利诺州Vernon Hills的Cole-Parmer公司产，品名为“8891”)除去细小碎粒，再在100℃下干燥，用碳带装在一金属圆柱体(直径3cm，高度2cm)上。然后样品上喷涂一层金-钯薄层，用JEOL公司产扫描电镜观察(JSM 840A型)。SEM照片上的破裂表面粗糙不平，未见有＞200mm的晶粒(见图4)。

实施例2

按实施例1所述方法，采用下列混合物50g制造进料颗粒：21.5mg氧化铝颗粒(美铝化学工业公司，品名为“Al6SG”)，9g氧化锆颗粒(GA Marietta的氧化锆销售公司，品名为“DK-2”)和19.5g氧化铈颗粒(法国罗纳普朗克公司)。氧化铝与氧化锆原料之比为2.4∶1，且氧化铝与氧化锆合量占61重量％。按实施例1所述方法，进料颗粒用火焰形成熔凝颗粒，大小从数μm到250μm不等。随后，将火焰生成的颗粒(直径在180-250μm之间)通过等离子体喷枪，沉积到如实施例1所述的不锈钢和碳钢基板上。

将1080#碳钢基板弯曲，取下涂层，它是自承的材料。该材料Z方向上尺寸(厚度)用光学显微镜测定为700μm。用光学显微镜也观察了其显微结构。物料一般由球形和倾斜的晶粒组成，在透明的无定形基体中不透明。无定形材料透明是由于缺少诸如晶界一类光散射中心所致。而结晶颗粒显示的晶相结构和不透明是由于光散射效应所致。按实施例1所述粉末XRD法测定的结晶由Zr_0.4Ce_0.6O₂(立方)和过渡Al₂O₃组成。

采用火焰熔珠法进行第二次沉积实验，该熔珠直径＜125μm，生成的涂层在Z方向上尺寸(厚度)用光学显微镜测定为1100μm。用光学显微镜也观察了显微结构。该材料有类似特征(即在无定形基质中，一般由球形和倾斜晶粒组成)，与直径在180-250μm之间的颗粒生成的材料特征类似。按实施例1所述粉末XRD法测定的结晶相由Zr_0.4Ce_0.6O₂(立方)和过渡Al₂O₃组成。

按如下方法测定本实施例中喷雾生成的物料的平均硬度。材料的断片安装在镶装树脂(伊利诺州Lake Bluff的Buehler公司产，品名为“TRANSOPTICPOWDER”)中，生成的镶装树脂柱体直径为2.5cm，高度为1.9cm。用抛光机(伊利诺州Lake Bluff的Buehler公司产，品名为“ECOMET 3”)采用常规技术制造其截面。样品用金刚石轮抛光3分钟，随后依次用45，30，15，9，3和1μm浆料抛光5分钟，然后用常规的显微硬度计(日本东京的Misutoyo公司产品名为“MITUTOYO MVK-VL”)测定显微硬度。装有维氏压头，负载量为100g。按照ASTM测试方法E384材料的显微硬度的测试方法(1991年)进行测试，本实施例材料的平均显微硬度为15Gpa(20次测定的平均值)。

实施例3

按实施例1所述方法，采用下列混合物50g制造进料颗粒：27.9mg氧化铝颗粒(美铝化学工业公司，品名为“Al6SG”)，7.8g氧化锆颗粒(GA Marietta的氧化锆销售公司，品名为“DK-2”)和14.3g氧化钇颗粒(MA Newtown的H.C.Stark公司产)。氧化铝与氧化锆原料之比为3.5∶1，且氧化铝与氧化锆合量占72重量％。将此进料颗粒过30目筛(600μm网眼)，该颗粒在电炉(新泽西州Bloomfield的CM电炉厂，品名为“Rapid Temp Furnace”)中1400℃热处理长达2小时。热处理后颗粒再进一步过筛，分出粒径在125-180μm的颗粒，该颗粒通过等离子体喷枪，沉积到如实施例1所述的不锈钢和碳钢基板上。

将1080#碳钢基板弯曲，取下涂层，它是自承的材料。同光学显微镜测定此自承的沉积物Z方向(厚度)尺寸，约为700μm，用光学显微镜也观察其显微结构。物料一般由不透明的晶粒组成(大部分仍维持其原先的不规则形状)，主体仍为无定形基质。按实施例1所述粉末XRD法测定的晶相由Al₅Y₃O₁₂和Y_0.5Zr_0.85O_1.93组成。

另一部分自承材料在1300℃结晶1小时，在其粗糙表面上溅射-层金-钯层，按照实施例1所述的方法，用JEOL公司产扫描电镜观察(JSM 840A型)，SEM照片上截面粗糙不平，未见有＞200mm的晶粒(见图5)

采用直径＜125μm的热处理颗粒进行第二次沉积实验。生成的涂层在Z方向上尺寸(厚度)用光学显微镜测定为1500μm。用光学显微镜也观察显微结构。该材料的特征(一般由不透明晶粒组成，大部分仍维持其原先的不规则形状，主体仍为透明的无定形基质。)，与直径在180-250μm之间的颗粒形成的材料特征类似。按实施例1所述粉末XRD法测定的晶相由Al₅Y₃O₁₂和Y_0.5Zr_0.85O_1.93组成。

实施例4

采用实施例1-3产生的三种进料颗粒进行等离子体喷雾，生成由上述三个实施例颗粒构成的三层的厚涂层。实施例2所述的为第一涂层，实施例1所述的是第二涂层，而实施例3所述的为第三涂层。

喷涂前基板不作喷砂处理，因此很容易用手剥离，生成三片自承物料，大小约为75mm×25mm×7.5mm。用金刚锯将各层切透。获得一切片，将切出的材料镶装在镶装树脂(伊利诺州Lake Bluff的Buehler公司产，品名为“TRANSOPTIC POWDER”)中生成的树脂柱直径为2.5cm，高度为1.9cm。用抛光机(伊利诺州Lake Bluff的Buehler公司产，品名为“ECOMET 3”)采用常规技术制造其截面。样品用金刚石轮抛光3分钟，随后依次用45，30，15，9，3和1μm浆料抛光5分钟。

第一层Z方向上尺寸(厚度)用光学显微镜测定为2.5mm，用光学显微镜也观察其显微结构。该材料具有与实施例2物料相类似特征(即在透明的无定形基质中有不透明球形晶粒)。第二层Z方向上尺寸(厚度)用光学显微镜测定为2mm，用光学显微镜也观察其显微结构。该材料具有与实施例1相类似特征(即透明，说明为无定形物料)。第三层Z方向上尺寸(厚度)用光学显微镜测定为3mm，用光学显微镜也观察显微结构。该材料具有与实施例3相类似特征(即在透明的无定形基质中有不透明的晶粒，大部分仍维持其原先的不规则形状)。

实施例5-7

按实施例1所述的方法制造进料颗粒，不同的是采用的混合物列在下面表1中，原料来源列在下面表2中，按实施例1所述方法，进料颗粒火焰成珠。

无定形百分产率从-100+120目级分(即在150μm和125μm网眼的两个筛子之间的级分)的测量计算而得。按如下方式测量。玻璃片上铺上一层颗粒。用光学显微镜观察颗粒。以显微镜目镜上的十字准线为导向，然后根据它们光学透明度，对沿直线上的颗粒是无定形或结晶颗粒计数。总计数量为500，测得的无定形颗粒除以总计数量即为测得的无定形百分产率。按实施例1所述方法进行DTA测定。实施例样品的Tg和Tx值列在下面表1。

                               表1

实施例	批料量，g	各组分重量百分比	无定形百分产率	玻璃转变/结晶温度
					5	Al2O3：19.3	Al2O3：38.5	98	882℃932℃
La2O3：21.2	La2O3：42.5
		ZrO2：9.5	ZrO2：19.0
6	Al2O3：20.5			Al2O3：41.0		94	872℃932℃
		Gd2O3：20.5	Gd2O3：41.0
	ZrO2：9			ZrO2：18
		7	Al2O3：16.7		Al2O3：33.3			89	900℃935℃
Al：8.8	Al：17.6
			Y2O3：16	Y2O3：31.9
ZrO2：8.6	ZrO2：17.2

                           表2

原材料	来源
		氧化铝颗粒(Al2O3)	美铝工业化学公司，品名“Al6SG”
铝颗粒(A1)	MA州Ward Hill的Alfa Aesar公司
		氧化镧颗粒(La2O3)	加州Mount Pass的钼公司，混料前在700℃先加热6小时
氧化钆颗粒(Gd2O3)	加州Mount Pass的钼公司
		氧化钇颗粒(Y2O3)	MA Newtown的H.C.Stark公司
氧化锆颗粒(Zr2O3)	GA Marietta的锆销售公司，品名“DK-2”

将来自实施例5约25g颗粒装入石墨模型内，用单向压机(加州Brea的热技术公司，品名“HP-50”)进行热压。在氩气气氛中，压力为13.8MPa(2000psi或2ksi)下进行热压。热压炉以25℃/分速率升温至970℃，形成透明圆盘，直径34mm，厚度6mm，用Chipmunk颚式破碎机(加州Burbank的BICO公司产，VD型)破碎成磨粒，分级成-30+35目级分(即在600μm和500μm网眼的两个筛子之间的级分)和-35+40目级分(即在500μm和425μm网眼的两个筛子之间的级分)。

过筛后的磨粒在电炉内1300℃热处理45分钟进行结晶。按实施例1所述XRD分析方法测定晶相包含LaAlO₃，ZrO₂(立方，四方相)，LaAl₁₁O₁₈和过渡Al₂O₃。

如同实施例5制得的物料的第二热压盘，在电炉内1300℃热处理45分钟使其结晶。按实施例1所述XRD分析方法测定晶相包含LaAlO₃，ZrO₂(立方，四方)，LaAl₁₁O₁₈和过渡A1₂O₃相。结晶的盘用chipmunk颚式破碎机(加州Burbank的BICO公司产，VD型)破碎成磨粒，分级成-30+35目级分(即在600μm和500μm网眼的两个筛子间的级分)和-35+40目级分(即在500μm和425μm网眼的两个筛子之间的级分)。

测定经热处理，分级后颗粒的平均硬度。将颗粒镶装在镶料树脂(伊利诺州Lake Bluff的Buehler公司产，品名为“EPOMET”)中。生成的树脂柱体直径为2.5cm，高度为1.9cm。用研磨机/抛光机(伊利诺州Lake Bluff的Buehler公司产，品名为“EPOMET”)采用常规技术对样品进行抛光，最后再用1μm金刚石浆料(Buehler公司产，品名为“METADI”)抛光，得到的是经抛光的样品截面。然后用常规的显微硬度计(日本东京的Misutoyo公司产品名为“MITUTOYO MVK-VL”)测定显微硬度。装有维氏压头，负载量为500g。按照ASTM测试方法E384材料的显微硬度的测试方法(1991年)进行测试，本实施例材料的平均显微硬度为17.6Gpa(20次测定的平均值)。

实施例8

按实施例5所述方法制得约150g颗粒，置于5cm×5cm×5cm铁罐内，抽真空，密封隔绝空气。随后将铁罐在等静压机(俄亥俄州美国等静压公司，品名为“IPS Eagle-6”。在氩气气氛中，压力为207MPa(30ksi)中进行等静压。等静压炉以25℃/分速率升温至970℃，在该温度下保温30分钟。等静压后，切开铁罐，取出物料，可见到聚结成一大块透明玻璃状物料。按实施例1所述方法进行DTA分析，呈现玻璃化转变温度(Tg)为879℃和结晶温度(Tx)为931℃。

实施例9-19

在250ml聚乙烯瓶(直径7.3cm)内装50g下列混合物(见下面表3)，原料的来源列在下面表4。且装入75g异丙醇以及200g刚玉磨介(圆柱状，高度与直径分别为0.635cm，含99.9％氧化铝，CO Golden的Coors公司)。聚乙烯瓶内物料以60转/分研磨16小时。研磨后，研磨后取出磨介，浆料缓慢倒入温热玻璃盘(75℃，派力克斯)上进行干燥。干燥后的物料在毛刷的帮助下通过70目(212μm网眼)筛子。

研磨与过筛后，将此进料颗粒混和物缓慢输入(0.5g/分)氢/氧焰炬熔化。用来熔化物料颗粒，产生熔滴的焰炬是Bethlehem台式燃烧器，PM2D B型(PA州Hellertown的Bethlehem公司有售)。焰炬的氢氧气体流率如下：对于内环氢的流率为8L/分，氧的流率为3.5L/分。对于外环氢的流率为23L/分，氧的流率为12L/分。干燥且过筛的颗粒缓慢(0.5g/分)送入焰炬，颗粒熔化后将其1wg入容积19升(5加仑)的圆柱状容器内(直径为30cm，高为34cm)，其中有循环的湍流水进行冷却快速淬冷。火焰与水的角度为45°，且火焰长度，即台式燃烧器到水表面的距离，约18cm。收集熔化然后快速淬冷的颗粒，在110℃下干燥。颗粒呈圆球状，尺寸从数μm到250μm不等。

对于某些实施例，按实施例5-7所述方法计算无定形的百分产率。对于某些实施例，按实施例1所述方法进行DTA分析。下面表3列出了某些实施例的Tg和Tx值。

实施例15-22制得的物料采用光学显微镜进行目测为无定形。并未按上面步骤对其进行定量分析。

                                      表3

实施例	批料量，g	各组分重量百分比	氧化铝最终重量百分比，％	来自金属铝的氧化铝百分比，％	无定形百分产率	玻璃转变/结晶温度
							9AZ-Ti	Al2O3：15.5Al：8.2ZrO2：22.0TiO2：4.3	Al2O3：31.0Al：  16.4ZrO2： 44.0TiO2： 8.6	54	50	79	无936℃
10AZ-La	Al2O3：12.3Al：6.5ZrO2：17.4La2O3：13.8	Al2O3：24.5Al：13.0ZrO2：34.8La2O3：27.7	44	50	94	889℃918℃
							11AZ-La	Al2O3：9.1Al：4.8ZrO2：13.0La2O3：23.1	Al2O3：18.2Al：9.6ZrO2：25.9La2O3：46.2	34	50	96	868℃907℃
12Az-La	Al2O3：7.5Al：4.0ZrO2：17.0La2O3：21.4	Al2O3：15.0Al：8.0ZrO2：34.0La2O3：42.8	28	50	93	870℃898℃
							13ALZ/P2O5	Al2O3：17.87La2O3：21.08ZrO2：8.55P2O5：2.5	Al2O3：35.73La2O3：42.17ZrO2：17.1P2O5：5	35.73	0	无*	857℃932℃
14ALZ/Nb2O5	Al2O3：17.87La2O3：21.08ZrO2：8.55P2O5：2.5	Al2O3：35.73La2O3：42.17ZrO2：17.1P2O5：5	35.73	0	无	无
							15ALZ/Ta2O5	Al2O3：17.87La2O3：21.08ZrO2：8.55Ta2O5：2.5	Al2O3：35.73La2O3：42.17ZrO2：17.1Ta2O5：5	35.73	0	无	无
16ALZ/SrO	Al2O3：17.87La2O3：21.08ZrO2：8.55P2O5：2.5	Al2O3：35.73La2O3：42.17ZrO2：17.1P2O5：5	35.73	0	无	无
							17ALZ/Mn2O3	Al2O3：17.87La2O3：21.08ZrO2：8.55Mn2O3：2.5	Al2O3：35.73La2O3：42.17ZrO2：17.1Mn2O3：5	35.73	0	无	无
18ALZ/Fe2O3	Al2O3：18.25La2O3：21.52ZrO2：8.73Fe2O3：1.5	Al2O3：36.5La2O3：43.04ZrO2：17.46Fe2O3：3	36.5	0	无	无
							19ALZ/Cr2O3	Al2O3：18.25La2O3：21.52ZrO2：8.73Cr2O3：1.5	Al2O3：36.5La2O3：43.04ZrO2：17.46Cr2O3：3	36.5	0	无	无

                            表4

原材料	来源
		氧化铝颗粒(Al2O3)	美铝工业化学公司，品名“Al6SG”
铝颗粒(Al)	MA Ward Hill的Alfa Aesar公司
		氧化镧颗粒(La2O3)	加州Mount Pass的钼公司，混料前在700℃先煅烧6小时
氧化钛颗粒(TiO2)	GA Savannah的Kemira公司，品名“UNITANE0-110”
		氧化锆颗粒(Zr2O3)	GA Marietta的锆销售公司，品名“DK-2”
五氧化二磷颗粒(P2O5)	怀俄明州密尔沃基的aldrich化学公司
		氧化铌颗粒(Nb2O5)	怀俄明州密尔沃基的Aldrich化学公司
氧化钽颗粒(Ta2O5)	怀俄明州密尔沃基的Aldrich化学公司
		氧化锶颗粒(SrO)	怀俄明州密尔沃基的Aldrich化学公司
三氧化二锰颗粒(Mn2O3)	怀俄明州密尔沃基的Aldrich化学公司
		氧化铁颗粒(Fe2O3)	怀俄明州密尔沃基的Aldrich化学公司
氧化鉻颗粒(Cr2O3)	怀俄明州密尔沃基的Aldrich化学公司

实施例20-21

在250ml聚乙烯瓶(直径7.3cm)内装19.3g氧化铝颗粒(美铝化学工业公司，品名为“Al6SG”)，9.5g氧化锆颗粒(GA Marietta的氧化锆销售公司有售，品名为“DK-2”)和21.2g氧化镧颗粒(加州蒙的帕斯的钼公司)，75g异丙醇和200g刚玉磨介(圆柱状，高度与直径分别为0.635cm，含99.9％氧化铝，CO Golden的Coors公司)。聚乙烯瓶内物料以60转/分研磨16小时。研磨后取出磨介，浆料倒入温热玻璃盘(75℃，派力克斯)上，烘干3分钟。将干燥的物料在毛刷的帮助下通过14目(1400μm网眼)筛子过筛。

在石墨棒(约60cm长，直径为15mm)末端钻一个直径为13mm深为8cm的孔。将约20g预烧结颗粒装入其空心端。将石墨棒空心端插入电阻炉加热区域(加州Santa Barbara的Astro工业公司)。该电炉经改装成石墨管的管式炉，石墨管内径约18mm。加热区域维持在2000℃，该炉可倾斜30°，熔体也不会滗出。石墨棒的空心端在加热区域保温10分钟，保证均匀熔化。10分钟后，从炉中快速取出石墨棒，倾斜倒出熔体到淬冷表面上。

对于实施例20，淬冷表面为二块面对的不锈钢板。钢板尺寸为：17.8cm×5cm×2.5cm，它们的长边互相平行，间隔1mm。淬冷的材料大致上透明，且呈无定形。按实施例1所述DTA测得其玻璃化转变温度(Tg)为885℃结晶温度(Tx)为930℃。

对于实施例21，淬冷面为二块相反旋转钢质滚筒。滚筒直径为5cm，由80rpm电机驱动。两滚筒之间间隙约0.8mm。熔体倒入该间隙，滚筒使熔体快速固化成X，Y和Z(厚度)上尺寸为0.8mm的薄片。淬冷的材料大致透明，呈无定形，按实施例1所述DTA测得的玻璃化转变温度(Tg)为885℃，结晶温度(Tx)为930℃。

实施例22

在250ml聚乙烯瓶(直径7.3cm)内装27.5g氧化铝颗粒(亚利桑那州Tucson的Condea Vista公司，品名为“APA-0.5”)，22.5g氧化钙颗粒(MA Ward Hill的Alfa Aesar公司)和90g异丙醇和约200g刚玉磨介(新泽西州Bound Brook分部的TOSOH工厂，品名“YTZ”)。聚乙烯瓶内物料以120转/分研磨24小时。研磨后取出磨介，浆料倒入玻璃盘(派力克斯)上干燥。将干燥的物料用研钵研磨，过70目的(212μm网眼)筛子。

研磨与过筛后，将颗粒送入(0.5g/分)氢/氧焰炬。用来熔化物料颗粒，产生玻璃熔滴的焰炬是Bethlehem台式燃烧器，PM2D B型(PA州Hellertown的Bethlehem公司有售)。焰炬内氢氧气体流率如下：对于内环氢的流率为8L/分，氧的流率为3L/分。对于外环氢的流率为23L/分，氧的流率为9.8L/分。经干燥及过筛的颗粒则直接送入焰炬(0.5g/分)，颗粒熔化后转移到倾斜的不锈钢的表面上(51cm宽，倾斜度为45°)。用冷水流过该表面形成无定形珠粒。

实施例23和24

按实施例22所述方法制造玻璃珠，不同的是原料及其用量列在下面表5，原料在90ml异丙醇和200g氧化锆磨介(新泽西州Bound Brook分部的TOSOH工厂，品名“YTZ”)，以转速120rpm研磨24小时。原料来源列在下面表6。

                        表5

实施例	各组分重量百分比	批料量，g
			23	CaO：       36Al2O3：   44ZrO2：     20	CaO：    18Al2O3：22ZrO2：  10
24	La2O3：  40.9Al2O3：  40.98ZrO2：    18.12	La2O3：20.45Al2O3：20.49ZrO2：   9.06

                              表6

原材料	来源
		氧化铝颗粒(Al2O3)	亚利桑那州Tucson的Condea Vista公司，品名为“APA-0.5”
氧化钙颗粒(CaO)	MA Ward Hill的Alfa Aesar公司
		氧化镧颗粒(La2O3)	美国钼公司，混料前在700℃先煅烧6小时
钇稳定氧化锆(Y-PSZ)颗粒	GA Marietta的锆销售公司，品名“HSY-3”

按如下测定实施例22-24材料的各种性质与特征。采用粉末X-射线衍射法(新泽西州Mahwah的菲利普公司的商品名为PHILLIPS XRG3100)法进行分析，采用波长1.54050 Cu Kα1线，测得材料相结构。如果有较宽的弥散峰说明它为无定形材料。如果有明显尖峰形说明无定形基体中有结晶物质。各种实施例物料的相结构列在下面表7。

                          表7

实施例	XRD衍射法测得相结构	颜色	Tg，℃	Tx，℃	热压温度，℃
						22	无定形*	透明	850	987	985
23	无定形*	透明	851	977	975
						24	无定形*	透明	839	932	965

^*玻璃，因该实施例材料具有Tg值

进行差示热分析(DTA)(DTA采用德国Selb的Netzsch仪器公司，商品名为NETZSCH STA 409 DTA/TGA的仪器进行)，将样品过筛，使玻璃珠粒度控制在90-125μm。每次过筛量通常为400mg，置于l00μlAl₂O₃样品管内。每个样品在静止空气中加热，以10℃/分的加热速率从室温(约为25℃)加热到1,200℃。

参见图6，线345是实施例物料的DTA曲线。图6上的线345在799℃附近有一吸热峰，可以认为该峰由材料发生玻璃转变(Tg)时产生的。在线345的875℃处呈现一锐放热峰，可以认定该峰在材料发生结晶时(Tx)产生的。其它实施例的Tg和Tx值列在上面表7中。

图7-8分别是实施例23和24的DTA曲线。

对于实施22-24，将约25g玻璃珠置于石墨模中，用单向压机(加州Brea的热技术公司产，品名“HP-50”)进行热压。在氩气气氛中，压力为13.8MPa(2000psi或2ksi)下进行热压。玻璃体流动性良好时的热压温度受上述热压装置的一位移单元指示，实施例22-24的热压温度列在上面表7。

实施例25-31

装入聚乙烯瓶的原料列在下面表8，原料连同90ml异丙醇和200g氧化锆磨介(新泽西州BoundBrook分部的TOSOH工厂，品名“YTZ”)，以转速120rpm研磨24小时。研磨后取出磨介，浆料倒入玻璃盘(派力克斯)上，用吹风机干燥。干燥后的物料用研钵研磨，过筛70目(212μm网眼)筛子。研磨与过筛后，如实施例1所述方法，将物料颗粒送入氢/氧焰炬。

                      表8

实施例	各组分重量百分比	批料量，g
			25	Y2O3：28.08Al2O3：58.48ZrO2：  13.43	Y2O3：14.04Al2O3：29.24ZrO2：6.72
26	Y2O3：19Al2O3：51ZrO2：17.9La2O3：12.1	Y2O3：9.5Al2O3 ：25.52rO2：8.95La2O3：6.05
			27	Y2O3：19.3Al2O3：50.5ZrO2：17.8Nd2O3：12.4	Y2O3：9.65Al2O3：25.25ZrO2：8.9Nd2O3：6.2
28	Y2O3：27.4Al2O3：50.3ZrO2：17.8Li2CO3：4.5	Y2O3：13.7Al2O3：25.15ZrO2：8.9Li2CO3：2.25
			29	Y2O3：27.4Al2O3：50.3ZrO2：17.8CaO：4.5	Y2O3：13.7Al2O3：25.15ZrO2：8.9CaO：2.25
30	Y2O3：27.4Al2O3：50.3ZrO2：17.8NaHCO3：2.25	Y2O3：13.7Al2O3：25.15ZrO2：8.9NaHCO3：2.25
			31	Y2O3：27.4Al2O3：50.3ZrO2：17.8SiO2：2.25	Y2O3：13.7Al2O3：25.15ZrO2：8.9SiO2：2.25

                            表9

原材料	来源
		氧化铝颗粒(Al2O3)	亚利桑那州Tucson的Condea Vista公司，品名为“APA-0.5”
氧化钙颗粒(CaO)	MA Ward Hill的Alfa Aesar公司
		氧化镧颗粒(La2O3)	美国钼公司
碳酸锂颗粒(Li2CO3)	Aldrid公司
		氧化钕颗粒(Nd2O3)	美国钼公司
氧化硅(SiO2)	Alfa Aesar公司
		碳酸氢钠(NaHCO3)	Aldreich化学公司
钇稳定氧化锆(Y-PSZ)颗粒	GA Marietta的锆销售公司，品名“HSY-3”

如下测定实施例25-31材料的各种性质与特征。采用粉末X-射线衍射法(新泽西州Mahwah的菲利普公司的商品名为PHILLIPS XRG3100)进行分析，采用波长1.54050Cu Kα1线，测得材料相结构。如果有较宽的弥散峰说明它为无定形材料。如果有明显尖峰形说明无定形基体中有结晶物质。测得各实施例物料的相结构列在下面表10。

                            表10

实施例	XRD衍射法测得相结构	颜色	Tg，℃	Tx，℃	热压温度，℃
						25	无定形*和结晶	透明/浑浊	874	932	980
26	无定形*	透明	843	938	970
						27	无定形*	蓝/粉红	848	934	970
28	无定形*	透明	821	927	970
						29	无定形*	透明	845	922	970
30	无定形*	透明	831	916	970
						31	无定形*	透明	826	926	970

进行差示热分析(DTA)(DTA采用德国Selb的Netzsch仪器公司，商品名为NETZSCH STA 409 DTA/TGA的仪器进行)。过筛后的热压温度受上述热压装置玻璃珠粒度控制在90-125μm。每次过筛量通常为400mg，置于100μlAl₂O₃样品管内。每个样品在静止空气中加热，加热速率从室温(约为25℃)到1,200℃为10℃/分钟。

玻璃体流动性良好时的热压温度受上述热压装置中的位移单元指示，各实施例的热压温度列在上面表10。

实施例32

衬有聚氨酯的研磨机内装819.6g氧化铝(“APA-0.5”)，818g氧化镧(美国鉬公司)，362.4g钇稳定氧化锆(标称组份为：94.6重量％ZrO₂(+HfO₂)和5.4重量％Y₂O₃)(GA Marietta的锆销售公司，品名“HSY-3”)，1050g蒸馏水和2000g二氧化锆磨介(新泽西州Bound Brook分部的TOSOH工厂，品名“YTZ”)以转速120rpm研磨24小时。使物料充分混合。研磨后取出磨介，浆料倒入玻璃盘(派力克斯)上，用吹风机干燥。干燥后的物料用研钵研磨，过筛70目的(212μm网眼)筛子。研磨与过筛后，如实施例1所述方法，将物料颗粒送入氢/氧焰炬。

约50g生成的熔珠颗粒装入石墨模内，用单向压机(加州Brea的热技术公司产，品名“HP-50”)进行热压，在氩气气氛中，压力为13.8MPa(2000psi或2ksi)960℃下进行热压。生成半透明圆盘，直径48mm，厚度5mm。还进行了一些热压实验得到别的圆盘。图9是2mm厚热压料截面的光学显微镜照片，表明该材料为透明的。

热压生成的玻璃材料的密度用阿基米德法测定，其值在4.1-4.4g/cm3之间。用超声测试系统(WA Richland的Nortek公司，品名“NDT140”)测量该材料的杨氏模量(E)，其值在130-150GPa之间。

按如下方法测定热压处理的物料的平均硬度。将物料(2.5mm)镶装在镶装树脂(伊利诺州Lake Bluff的Buehler公司产，品名为“EPOMET”)中。生成的树脂柱体直径为2.5cm，高度为1.9cm。用研磨机/抛光机(伊利诺州Lake Bluff的Buehler公司产，品名为“EPOMET”)采用常规技术对样品进行抛光，最后再用1μm金刚石浆料(Buehler公司产，品名为“METADI”)抛光，得到的是抛光的样品截面。

用常规的显微硬度计(日本东京的Misutoyo公司产品名为“MITUTOYOMVK-VL”)测定显微硬度。装有维氏压头，负载量为500g。按照ASTM测试方法E384材料的显微硬度的测试方法(1991年)进行测试。本实施例材料的平均显微硬度为8.3Gpa(20次测定的平均值)。

热压材料的平均压痕韧度经由维氏压头负载量为500g用显微硬度计(日本东京的Mitutoyo公司产商品名为MITUTOYOMVK-VL)测量，从压痕中心延伸的裂缝的长度按如下公式计算压痕韧度：

                  K_IC＝0.016(E/H)^1/2(P/c)^3/2

其中：E＝物料的杨氏模量

H＝维氏硬度

P＝压头上的牛顿力

c＝压痕中心到末端的裂缝长度

按如上显微硬度测试方法制造测试韧度样品，报告的压痕韧度值是五次测量的平均值。用数字式量规测量扫描电镜(JEOL SEM的JSM6400型)显微照片上的裂缝长度(c)。热压材料的平均压痕韧性为1.4MPa·m^1/2。

用热分析仪(康奈狄克州Shelton的PE公司，品名“PE Thermal Analyzer”)测量热压材料的热膨胀系数。平均热膨胀系数为7.6×10^-6/℃.

根据ASTM标准D5470-95，测试法A(1995年)测量热压材料的热导率。平均热导率为1.15W/m.k。

将热压的La₂O₃-Al₂O₃-ZrO₂玻璃的半透明状圆盘在炉内按如下操作进行热处理(加州Pico Rivera的Keith公司，品名KKSK-666-3100型)。该圆盘先从室温(约25℃℃)以10℃/分速率升至900℃，并在900℃下保温1小时，下一步从900℃，以10℃/分速率升至1300℃，并在1300℃保温1小时，然后关闭电源，冷却至室温。若还重复相同的热处理程序制得额外一些圆盘样品。

图10是实施例32物料抛光截面的扫描电镜照片，表明该物料的精细晶相结构，采用常规的镶装和抛光技术制造抛光截面。采用抛光机(伊利诺州LakeBluff的Buehler公司产，品名为“ECOMET3型POLISHER-GRINDER”)抛光。样品用金刚石轮抛光3分钟，再逐次用45，30，15，9，以及3μm浆料抛光3分钟。在抛光截面上溅射一层金-钯，然后用扫描电镜观察(如JEOL公司产JSM840A型扫描电镜)。

实施例32的一部分热处理物料的粉末X-射线衍射以及抛光样品的扫描电镜(以背射模式测量)，结果可以认为照片上黑暗部分为晶相LaAl₁₁O₁₈，灰色部分为晶相LaAlO₃和白色部分为立方与四方ZrO₂。

热压生成的材料的密度用阿基米德法测定，其值在5.18g/cm³。用超声测试系统(WA Richland的Nortek公司，品名“NDT-140”)测量该材料的杨氏模量(E)，其值在260GPa。按实施例32所述方法测定热压材料的平均显微硬度为18.3Gpa。按实施例32所述方法测定热压材料的平均压痕韧度(K_IC)为3.3MPa.m^1/2。

实施例33-49

按实施例32所述方法制造实施例33-49的颗粒，不同的是原料及其用量列在下面表11，原料在90ml异丙醇和200g氧化锆磨介(新泽西州Bound Brook分部的TOSOH陶瓷工厂，品名“YTZ”)，以转速120rpm研磨24小时。原料来源列在下面表12。

                   表11

实施例	各组分重量百分比	批料量，g
			33	La2O3：45.06Al2O3：34.98ZrO2：19.96	La2O3：22.53Al2O3：17.49ZrO2：9.98
34	La2O3：36.74Al2O3：46.98ZrO2：16.28	La2O3：18.37Al2O3：23.49ZrO2：8.14
			35	La2O3：35.35Al2O3：48.98ZrO2：15.66	La2O3：17.68Al2O3：24.49ZrO2：7.83
36	Al2O3：41.0ZrO2：17Eu2CO3：41.0	Al2O3：20.5ZrO2：8.5Eu2CO3：20.5
			37	Al2O3：41.0ZrO2：18Gd2O3：41.0	Al2O3：20.5ZrO2：9.0Gd2O3：20.5
38	Al2O3：41.0ZrO2：18Dy2O3：41.0	Al2O3：20.5ZrO2：9.0Dy2O3：20.5
			39	La2O3：35.0Al2O3：40.98ZrO2：18.12Nd2O3：5.0	La2O3：17.5Al2O3：20.49ZrO2：9.06Nd2O3：2.50
40	La2O3：35.0Al2O3：40.98ZrO2：18.12CeO2：5.0	La2O3：17.5Al2O3：20.49ZrO2：9.06CeO2：2.50
			41	HfO2：35.5Al2O3：32.5La2O3：32.5	HfO2：17.75Al2O3：16.25La2O3：16.25

42	La2O3：41.7Al2O3：35.4ZrO2：16.9MgO：6.0	La2O3：20.85Al2O3：17.7ZrO2：8.45MgO：3.0
			43	La2O3：43.02Al2O3：36.5ZrO2：17.46Li2CO3：3.0	La2O3：21.51Al2O3：18.25ZrO2：8.73Li2CO3：1.50
44	La2O3：41.7Al2O3：35.4ZrO2：16.9Li2CO3：6.0	La2O3：20.85Al2O3：17.70ZrO2：8.45Li2CO3：3.00
			45	La2O3：38.8Al2O3：40.7ZrO2：17.5Li2CO3：3	La2O3：19.4Al2O3：20.35ZrO2：8.75Li2CO3：1.50
46	La2O3：43.02Al2O3：36.5ZrO2：17.46TiO2：3	La2O3：21.51Al2O3：18.25ZrO2：8.73TiO2：1.50
			47	La2O3：43.02Al2O3：36.5ZrO2：17.46NaHCO3：3.0	La2O3：21.51Al2O3：18.25ZrO2：8.73NaHCO3：1.50
48	La2O3：42.36Al2O3：35.94ZrO2：17.19NaHCO3：4.5	La2O3：21.18Al2O3：17.97ZrO2：8.60NaHCO3：2.25
			49	La2O3：43.02Al2O3：36.5ZrO2：17.46MgO：1.5NaHCO3：1.5TiO2：1.5	La2O3：21.51Al2O3：18.25ZrO2：8.73MgO：0.75NaHCO3：0.75TiO2：0.75

                    表12

原材料	来源
		氧化铝颗粒(Al2O3)	亚利桑那州Tucson的Condea Vista公司，品名为“APA-0.5”
氧化铈颗粒(CeO2)	法国罗纳普朗克公司
		氧化銪颗粒(Eu2O3)	Aldrid公司
氧化钆颗粒(Gd2CO3)	美国钼公司
		氧化铪颗粒(HfO2)	俄勒冈州Teledyne Wah Chang Albany公司
氧化镧颗粒(La2O3)	美国钼公司
		碳酸锂颗粒(Li2CO3)	Aldrid公司
氧化镁颗粒(MgO)	Aldrid公司
		氧化钕颗粒(Nd2O3)	美国钼公司
碳酸氢钠颗粒(NaHCO3)	Aldrid公司
		二氧化钛颗粒(TiO2)	GA Savannah的Kemira公司
钇稳定氧化锆(Y-PSZ)颗粒	GA Marietta的锆销售公司，品名“HSY-3”

按如下测定实施例32-49材料的各种性质与特征。采用粉末X-射线衍射法(新泽西州Mahwah的菲利普公司的商品名为PHILLIPS XRG3100)进行分析，采用波长1.54050 Cu Kα1线，测得材料的相结构。如果有较宽的弥散峰说明它为无定形材料。如果有明显尖峰形说明玻璃基质中有结晶物质。测得各实施例物料的相结构列在下面表13。

                           表13

实施例	XRD衍射法测得相结构	颜色	Tg，℃	Tx，℃	热压温度，℃
						32	无定形*	透明	834	932	960
33	无定形*	透明	837	936	960
						34	无定形*	透明	848	920	960
35	无定形*	透明	856	918	960
						36	无定形*	深绿/芥末色	874	921	975
37	无定形*	透明	886	933	985
						38	无定形*	淡绿	881	935	985
39	无定形*	蓝/粉红色	836	930	965
						40	无定形*	黄色	831	934	665
41	无定形*	浅绿	828	937	960
						42	无定形*	透明	795	901	950
43	无定形*	透明	816	942	950
						44	无定形*	透明	809	934	950
45	无定形*	透明/淡绿	840	922	950
						46	无定形*	透明	836	934	950
47	无定形*	透明	832	943	950
						48	无定形*	透明	830	943	950
49	无定形*	透明/稍绿	818	931	950

^*玻璃，因为该实施例具有Tg值

进行差示热分析(DTA)(DTA采用德国Selb的Netzsch仪器公司，商品名为NETZSCH STA 409 DTA/TGA的仪器进行)，样品经过筛将颗粒粒度控制在90-125μm。每个过筛的通常为400mg的样品，置于100μlAl₂O₃样品管内。每个样品在静止空气中加热，加热速率从室温(约为25℃)到1,200℃为10℃/分钟。

参见图11，线801是实施例32物料的DTA曲线。图11上的线801在840℃附近有一吸热峰，可以认为该峰由材料发生玻璃转变(Tg)时产生的。在线801的875℃处呈现一锐放热峰，可以认定该峰在材料发生结晶时(Tx)产生的。其它实施例的Tg和Tx值列在上面表13。

玻璃体流动性良好时的热压温度由上述热压装置的位移控制单元示出。各实施例的热压温度列在上面表13。

实施例50

聚氯乙烯瓶内装20.49g氧化铝(“APA-0.5”)，20.45g氧化镧(美国鉬公司)，9.06g钇稳定氧化锆(标称组份为：94.6重量％ZrO₂(+HfO₂)和5.4重量％Y₂O₃(GA Marietta的氧化锆销售公司，品名“HSY-3”)，80g蒸馏水和450g氧化铝磨球(直径10m，99。9％氧化铝，俄亥俄州Akron的联合过程公司)，以转速120rpm研磨4小时，使物料充分混合。研磨后取出磨介，浆料倒入玻璃盘(派力克斯)上，用吹风机干燥。干燥后的物料用研钵研磨，过70目(212μm网眼)的筛子。

将少量干颗粒在电弧炉(NH Nashua的Centorr真空工业公司，5T/A 39420型)内熔化。将1g干燥与过筛的物料置于炉膛内的冷铜板上，炉膛抽真空后充氩气，气压达13.8KPa(2psi)。在电极与铜板之间进行电弧放电。电弧放电产生的热量足以快速熔化颗粒。熔融完成后，使物料保持熔融态10秒，使熔体均匀。关闭电弧，熔体快速冷却，让熔体自行冷却。因样品量少，并且水冷却铜板带走大量热，可达到快冷目的。在切断电源后一分钟内，将熔体从炉内取出。尽管不愿受理论束缚，可以认为熔体在铜板表面水冷的冷却速率为100℃/秒以上。熔凝材料为透明的玻璃珠(其最大直径为2.8mm)。

形成的无定形珠连同200g的2mm氧化锆磨介(新泽西州Bound Brook分部的TOSOH工厂，品名“YTZ”)一起转入聚乙烯瓶，瓶内加入300g蒸馏水，以转速120rpm研磨24小时成粉末，研磨后材料用吹风机干燥。15g干燥颗粒样品置于石墨模内，按实施例5-7所述在960℃下进行热压。形成半透明状圆盘。

实施例51

按实施例50所述制造熔凝无定形珠，按实施例50所述取15g的珠粒进行热压，不同的是在石墨模底冲压出2mm深的凹槽，所得熔凝材料上复制着凹槽，说明在施压加热期间玻璃流动性好。

比较例A

比较例A按实施例50所述制造熔凝材料，不同的是聚氯乙烯瓶内装27g氧化铝(“APA-0.5”)，27g钇稳定氧化锆(标称组份为：94.6重量％ZrO₂(+HfO₂)和5.4重量％Y₂O₃(GA Marietta的氧化锆销售公司，品名“HSY-3”)，本实施例样品的组成相应于Al₂O₃-Zr₂O₃二元体系的共熔组成。生成的球状颗粒直径为100-150μm，经XRD分析得知部分呈无定形态，大部分为结晶结构。

实施例52

按实施例32所述制备的无定形颗粒(31.25g)和比较例A所述制造的18.75g颗粒置于聚氯乙烯瓶内，加以80g蒸馏水和300g氧化锆磨介(新泽西州Bound Brook分部的TOSOH工厂，品名“YTZ”)，以转速120rpm研磨24小时。研磨后材料的用吹风机干燥。按实施例32所述，将20g干颗粒物料进行热压处理。图12所示为实施例32中物料按实施例32所述制得的抛光截面的SEM照片。在比较例A材料(深色区域)与实施例52材料(浅色区域)的界面上未见有裂缝，说明粘结性很好。

实施例32和32A与比较例B-D的研磨性能

用“Chipmunk”颚式破碎机将实施例32热压材料破碎成磨粒，分级成-25+30目级分(即25μm和30μm网眼)和-30+35目级分(即30μm-35μm网眼)(USA标准筛)。将这两种级分按50/50混合。按实施例32所述，对混合料进行热处理。将30g生成的玻璃陶瓷磨粒制入涂覆研磨盘。按常规方法制作此涂覆研磨盘。玻璃陶瓷磨粒粘结到直径为17.8cm，0.8mm厚硫化纤维背衬上(中间有2.2cm直径的孔)。采用常规的碳酸钙填充的酚醛树脂(48％酚醛树脂，52％碳酸钙，用水和乙二醇醚稀释成含固量为81％)作初始结合涂层，用常规冰晶石填充的酚醛树脂(32％酚醛树脂，2％氧化铁，66％冰晶石，用水和乙二醇醚稀释成含固量为78％)作胶结涂层。湿的初始结合涂层树脂量约为185g/m²。施涂后立即静电涂覆玻璃陶瓷磨粒。制得的树脂在88℃熟化120分钟，然后将冰晶石填充酚醛涂料涂覆在涂层与磨粒之上。湿的胶结涂层量为850g/m²，将此胶结涂层树脂在99℃熟化12小时。测试前，先将涂覆研磨盘进行弯曲，然后进行测试。

实施例32A涂覆研磨盘按实施例32所述方法制造，不同的是实施例32A磨粒通过实施例32物料经热压与热处理后破碎而制得。

比较例B中涂覆研磨盘按实施32所述方法制造，不同的是采用了热处理熔凝氧化铝磨粒(奥地利Villach的Triebacher公司，品名“ALODUR BFRPL”)，而不是实施例32中的玻璃陶瓷磨粒。

比较例C中涂覆研磨盘按实施32所述方法制造，不同的是采用了氧化铝锆磨粒(共熔组分为53％Al₂O₃和47％ZrO₂(MA Worcester的Norton公司，品名“NORZON”)，而不是实施例32中的玻璃陶瓷磨粒。

比较例D中涂覆研磨盘按实施32所述方法制造，不同的是采用了溶胶-凝胶法制的磨粒(MN St.Paul的3M公司，品名“CUBITRON”)，而不是实施例32中的玻璃陶瓷磨粒。

按如下方法检验实施例32和比较例B-D的涂覆磨盘的研磨性能。将每片研磨盘置于斜边的铝背垫上，预先称重的用来研磨的尺寸为1.25cm×18cm×10cm的1018#软钢板工件的表面。圆盘转速达5000rpm，圆盘覆盖在与工件接触的背垫的斜边上，负载力为8.6kg。每片圆盘用来研磨一个工件，时间间隔1分钟，整个试验周期中，总磨削量为从工件上被去除材料的总和。下面表14列出了每个样品12次研磨后总磨削量以及第12次磨削量(即最后一次抛削量)。实施例32是二个圆盘的平均量，而实施例32A，比较例B，C和D仅试验了一个圆盘。

                      表14

实施例	总磨削量，g	最后一次磨削量，g
			32	1163	92
32A	1197	92
			比较例B	514	28
比较例C	689	53
			比较例D	1067	89

在不偏离本发明的范围与精神前提下，对本发明所作各种修改与变换是显而易见的。对熟悉本领域的技术人士来说，可以理解本发明不仅仅限于这里所述的说明性实施方式。

Claims (31)

1.由Al₂O₃，ZrO₂和Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物组成的无定形材料，其中至少一部分Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物在当无定形材料结晶时形成明显的晶相，其中无定形材料中含有Al₂O₃，ZrO₂的合量占该材料至少50重量％。含有As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过该材料总量的20重量％，该无定形材料具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少为25μm。

2.如权利要求1所述的无定形材料，其特征在于：该无定形材料无Tg。

3.如权利要求1所述的无定形材料，其特征在于：该无定形材料含有占其重量至少35重量％的Al₂O₃。

4.如权利要求1所述的无定形材料，其特征在于：无定形材料含Al₂O₃和ZrO₂的总量中，Al₂O₃占55-65重量％，ZrO₂占45-35重量％。

5.如权利要求1所述的无定形材料，其特征在于：Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物为TiO₂。

6.包含如权利1所述无定形材料的陶瓷。

7.如权利要求6所述的陶瓷，其特征在于：无定形材料为玻璃。

8.制造含有Al₂O₃，ZrO₂和Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物的无定形材料的方法，其中至少一部分Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物在当无定形材料结晶时形成明显的晶相，其中无定形材料中含有Al₂O₃，ZrO₂的合量占该材料至少50重量％，含有As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过该材料总量的20重量％，该无定形材料具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少为25μm，此方法包括：

熔化至少Al₂O₃，ZrO₂和Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物的原料；

将该熔体冷却形成无定形材料。

9.含有Al₂O₃，ZrO₂和Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物的玻璃陶瓷，其中至少一部分除Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物以呈至少一个明显的晶相，其中玻璃陶瓷中含有Al₂O₃，ZrO₂的合量占该材料至少50重量％，含有As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过该材料总量的20重量％，该无定形材料具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少为25μm。

10.制造玻璃陶瓷的方法，该方法包括：

对无定形材料进行热处理，使至少一部分无定形材料转变成玻璃陶瓷，其中该无定形材料含有Al₂O₃，ZrO₂和Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物。其中至少一部分Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物在当其进行热处理时形成明显的晶相，其中无定形材料中含有Al₂O₃，ZrO₂的合量占该材料至少50重量％，含有As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过该材料总量的20重量％，该无定形材料具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少为25μm，其中玻璃陶瓷含有Al₂O₃，ZrO₂和Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物，其中至少一部分Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物呈至少一个明显的晶相，其中玻璃陶瓷中含有Al₂O₃，ZrO₂的合量占该材料至少50重量％，含有As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过玻璃陶瓷总量的20重量％，该玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少为25μm。

11.具有特定标称级别的众多磨粒，其中至少部分磨粒含有玻璃陶瓷的众多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，以及Y₂O₃，其中至少部分Y₂O₃呈现至少一个明显晶相。

12.众多具有特定标称级别的磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的众多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，还包含REO，其中至少一部分REO呈至少一个明显的晶相。

13.具有特定标称级另的众多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的众多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，以及As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过玻璃陶瓷总量的10重量％，至少部分磨粒的玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少各25μm。

14.具有特定标称级别的众多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的众多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃，ZrO₂和Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物，其中至少部分Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物呈明显的晶相，其中玻璃陶瓷中含有Al₂O₃，ZrO₂的合量占玻璃陶瓷至少50重量％，含有As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过玻璃陶瓷总量的20重量％。

15.制造磨粒的方法，该方法包括：

提供具有特定标称级别的众多磨粒，其中至少部分磨粒是含有无定形材料的众多磨粒，其中无定形材料包含Al₂O₃，ZrO₂和Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物，其中至少一部分Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物在进行热处理时呈明显的晶相，其中无定形材料中含有Al₂O₃，ZrO₂的合量占无定形材料至少50重量％。含有As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过无定形材料总量的20重量％；

对含有无定形材料的颗粒进行热处理，使至少部分无定形材料转变成玻璃陶瓷，提供具有特定标称级别的众多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的众多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃，ZrO₂和Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物，其中至少部分除Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物呈现明显的晶相，其中玻璃陶瓷中含有Al₂O₃，ZrO₂的合量占玻璃陶瓷总量至少50重量％。含有As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过玻璃陶瓷总量的20重量％。

16.制造磨粒的方法，该方法包括：

对含有无定形材料的颗粒进行热处理，使至少部分无定形材料转变成玻璃陶瓷，其中无定形材料包含Al₂O₃，ZrO₂和Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物，其中至少部分Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物在热处理时形成明显的晶相，其中无定形材料中含有Al₂O₃，ZrO₂的合量占无定形材料总量至少50重量％，含有As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过无定形材料总量的20重量％，其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃，ZrO₂和Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物，其中至少部分除Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物呈明显的晶相，其中玻璃陶瓷中含有Al₂O₃，ZrO₂的合量占玻璃陶瓷总量至少50重量％，含有As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过玻璃陶瓷总量的20重量％，对含有玻璃陶瓷的磨粒进行分级，提供具有特定标称级别的众多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的众多磨粒。

17.制造磨粒的方法，该方法包括：

对含有无定形材料的颗粒进行热处理，使至少部分无定形材料转变成玻璃陶瓷，其中无定形材料包含Al₂O₃，ZrO₂和Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物，其中至少部分Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物在进行热处理时形成明显的晶相。其中无定形材料中含有Al₂O₃，ZrO₂的合量占无定形材料总量至少50重量％，含有As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过无定形材料总量的20重量％，其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃，ZrO₂和Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物，其中至少部分除Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物呈明显的晶相，其中玻璃陶瓷中含有Al₂O₃，ZrO₂的合量占玻璃陶瓷总量至少50重量％，含有As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过玻璃陶瓷总量的20重量％，对含有玻璃陶瓷的磨粒进行分级，提供具有特定标称级别的众多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的众多磨粒；

对玻璃陶瓷进行破碎，提供含有玻璃陶瓷的磨粒；

对含有玻璃陶瓷的磨粒进行分级，提供具有特定标称级别的众多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的众多磨粒。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于：该无定形材料具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少为25μm，且玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z至少为25μm。

19.制造磨粒的方法，该方法包括：

提供具有特定标称级别的众多颗粒，其中至少部分颗粒是含有无定形材料的众多磨粒，其中无定形材料包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，以及Y₂O₃，其中至少部分Y₂O₃在进行热处理时形成至少一个明显的晶相。

对含有无定形材料的颗粒进行热处理，提供含有玻璃陶瓷的磨粒，使至少部分无定形材料转变成玻璃陶瓷，提供具有特定标称级别的众多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的众多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂以及Y₂O₃，其中至少部分Y₂O₃呈至少一个明显的晶相。

20.制造磨粒的方法，该方法包括：

对含有无定形材料的颗粒进行热处理，使至少部分无定形材料转变成玻璃陶瓷，其中无定形材料包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，以及Y₂O₃，其中至少部分Y₂O₃在进行热处理时形成明显的晶相。其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂以及Y₂O₃，其中至少部分Y₂O₃呈现至少一个明显的晶相；

对含有玻璃陶瓷的磨粒进行分级，提供具有特定标称级别的众多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的众多磨粒。

21.制造磨粒的方法，该方法包括：

对含有无定形材料的颗粒进行热处理，使至少部分无定形材料转变成玻璃陶瓷，其中无定形材料包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，以及Y₂O₃，其中至少部分Y₂O₃在进行热处理时形成明显的晶相，其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂以及Y₂O₃，其中至少部分Y₂O₃呈现至少一个明显晶相；

对玻璃陶瓷进行破碎，提供含有玻璃陶瓷的磨粒；

对含有玻璃陶瓷的磨粒进行分级，提供具有特定标称级别的众多磨粒，其中至少部分磨粒含有玻璃陶瓷的众多磨粒。

22.制造磨粒的方法，该方法包括：

提供众多颗粒具有特定标称级，其中至少部分颗粒是含有无定形材料的众多磨粒，其中无定形材料包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，以及REO，其中至少部分REO在进行热处理时呈现至少一个明显晶相；

对含有无定形材料的颗粒进行热处理，提供含有玻璃陶瓷的磨粒，使至少部分无定形材料转变成玻璃陶瓷，提供具有特定标称级别的众多磨粒，其中至少部分磨粒含有玻璃陶瓷的众多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，以及REO，其中至少部分REO呈现至少一个明显晶相。

23.制造磨粒的方法，该方法包括：

对含有无定形材料的颗粒进行热处理，使至少部分无定形材料转变成玻璃陶瓷，其中无定形材料包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，以及REO，其中至少部分REO在进行热处理时形成明显的晶相，其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，以及REO，其中至少部分REO呈现至少一个明显晶相；

对含有玻璃陶瓷的磨粒进行分级，提供具有特定标称级别的众多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的众多磨粒。

24.制造磨粒的方法，该方法包括：

对含有无定形材料的颗粒进行热处理，使至少部分无定形材料转变成玻璃陶瓷，其中无定形材料包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，以及REO，其中至少部分REO在进行热处理时形成明显的晶相，其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，以及REO，其中至少部分REO呈至少一个明显的晶相；

对玻璃陶瓷进行破碎，提供含有玻璃陶瓷的磨粒；

对含有玻璃陶瓷的磨粒进行分级，提供具有特定标称级别的众多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的众多磨粒。

25.制造磨粒的方法，该方法包括：

提供众多颗粒具有特定标称级，其中至少部分颗粒是含有无定形材料的众多磨粒，其中无定形材料包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，含有As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过无定形材料总量的10重量％；该无定形材料至少有部分具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少为25μm。且玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少为25μm。

对含有无定形材料的颗粒进行热处理，提供含有玻璃陶瓷的磨粒，使至少部分无定形材料转变成玻璃陶瓷，提供具有特定标称级别的众多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的众多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，含有As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过无定形材料总量的10重量％，其中磨粒至少部分玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少为25μm。

26.制造磨粒的方法，该方法包括：

对含有无定形材料的颗粒进行热处理，使至少部分无定形材料转变成玻璃陶瓷，其中无定形材料包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，以及As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过无定形材料总量的10重量％，该无定形材料至少有部分具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少为25μm。其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，含有As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过无定形材料总量的10重量％，其中至少有些颗粒的玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少为25μm；

对含有玻璃陶瓷的磨粒进行分级，提供具有特定标称级别的众多磨粒，其中至少部分磨粒含有玻璃陶瓷的众多磨粒。

27.制造磨粒的方法，该方法包括：

对含有无定形材料的颗粒进行热处理，使至少部分无定形材料转变成玻璃陶瓷，其中无定形材料包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，以及As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过无定形材料总量的10重量％，该无定形材料至少有部分具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少为25μm，其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，含有As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过无定形材料总量的10重量％，其中玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少为25μm；

对玻璃陶瓷进行破碎，提供含有玻璃陶瓷的磨粒；

对含有玻璃陶瓷的磨粒进行分级，提供具有特定标称级别的众多磨粒，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的众多磨粒。

28.对表面研磨的方法，该方法包括：

提供含有粘结剂和众多磨粒的磨具，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的众多磨粒。其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，以及Y₂O₃，其中至少部分Y₂O₃呈现至少一个明显的晶相；

至少有一个含有玻璃陶瓷的磨粒与工件的表面接触；

移动至少有一个含有玻璃陶瓷并与工件接触的磨粒或接触面，研磨至少与含有玻璃陶瓷的磨粒接触的部分表面。

29.对表面研磨的方法，该方法包括：

提供含有粘结剂和众多磨粒的磨具，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的众多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，以及REO，其中至少部分REO呈至少一个明显的晶相；

至少有一个含有玻璃陶瓷的磨粒与工件的表面接触；

移动至少有一个含有玻璃陶瓷并与工件接触的磨粒或接触面，研磨至少与含有玻璃陶瓷的磨粒接触的部分表面。

30.对表面研磨的方法，该方法包括：

提供含有粘结剂和众多磨粒的磨具，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的众多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃和占其总量15重量％的ZrO₂，含有As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过玻璃陶瓷总量的10重量％。其中至少一些颗粒的玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少为25μm；

至少有一个含有玻璃陶瓷的磨粒与工件的表面接触；

移动至少有一个含有玻璃陶瓷并与工件接触的磨粒或接触面，研磨至少与含有玻璃陶瓷的磨粒接触的部分表面。

31.对表面研磨的方法，该方法包括：

提供含有粘结剂和众多磨粒的磨具，其中至少部分磨粒是含有玻璃陶瓷的众多磨粒，其中玻璃陶瓷包含Al₂O₃，ZrO₂和Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物，其中至少部分Al₂O₃，ZrO₂之外的其它金属氧化物呈一个明显的晶相，其中玻璃陶瓷中含有Al₂O₃，ZrO₂的合量占无定形材料总量至少50重量％，含有As₂O₃，B₂O₃，GeO₂，P₂O₅，SiO₂，TeO₂和V₂O₅合量不超过无定形材料总量的20重量％，其中至少有部分磨粒的玻璃陶瓷具有X，Y和Z尺寸，并互成垂直，其中各X，Y和Z尺寸至少为25μm；

至少有一个含有玻璃陶瓷的磨粒与工件的表面接触，

移动至少有一个含有玻璃陶瓷并与工件接触的磨粒或接触面，研磨至少与含有玻璃陶瓷的磨粒接触的部分表面。

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