Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Aluminiumoxid, welches zum- Schleifen und/oder Polieren ver¬ wendet wird. Zum Polieren verwendete Aluminiumoxidpulver, auch als Poliertonerden bezeichnet, werden großtechnisch durch Kalzination von Aluminiumhydroxiden hergestellt.

Aluminiumhydroxide werden im Zuge der Aluminiumherstellung großtechnisch aus Bauxit durch Aufschluß mit Natronlauge (BAYER-Verfahren) hergestellt, seltener auch durch Auf¬ schluß mit Soda. Das nach diesen Verfahren erhaltene Alu- iniumhydroxid wird nach der DE-PS 932 425 bei hohen Tempera¬ turen bis zu 1250°C im Röhrenofen zum Oxid entwässert (kalzi¬ niert) und befindet sich nach der Wärmebehandlung im Übergangs- Stadium von y-Aluminiumoxid zu . -Aluminiumoxid.

Die so hergestellten Poliertonerden sind wegen des breiten Kornspektrums (10 bis 120 μ ) bezüglich der Kristallphasen- zusammensetzung nicht homogen. Sie eignen sich deshalb nicht für das Polieren von empfindlichen Oberflächen, z.B. in der Metallographie oder beim Polieren von Kunststoffen, wenn abso- lut kratzerfreie Oberflächen verlangt werden.

Aus der DE-25 14 758 C3 ist es bereits bekannt, eine Aktiv¬ tonerde zur Verwendung in der chemischen Verfahrenstechnik (Reinigung und Trocknung von Flüssigkeiten und Gasen sowie die Katalyse) herzustellen durch Trockenverdichtung von Aluminium- hydroxid bis zu einer scheinbaren Dichte im grünen körnigen Zu¬ stand von mindestens 2,2 g/cm ³ und anschließendes Aktivieren durch Wärmebehandlung bei solchen Temperaturen, dass die er¬ haltene Aktivtonerde noch einen Restwassergehalt von 1,6 bis 18,1 % aufweist. Ziel des bekannten Verfahrens ist es, die Bruc festigkeit von Aktivtonerdegranulaten unter gleichzeitigem Er¬ halt der Absorptionseigenschaften zu verbessern, die auf ihrer hochporösen Struktur mit großer spezifischer Oberfläche beruht. Solche Aktivtonerdegranulate sind als Mittel zum Schleifen oder gar Polieren weder bestimmt noch geeignet.

Ein besonders anspruchsvolles Anwendungsgebiet ist das Polieren von Kunststofflinsen, z.B. aus Polykarbonat CR39. Alle Versuche hierfür handelsübliche Poliertonerden zu verwenden, waren bis¬ her erfolglos, da mit ihnen die hohen Anforderungen in der Opti nicht erfüllt werden konnten. Beim Polieren von Kunststofflinse treten Haarrisse und Kratzer auf oder die bearbeiteten Linsen reflektieren in sogenannten "Orangenschalenfarben". Häufig ist auch der Materialabtrag ungenügend, so dass noch Schleifspuren auf den Oberflächen sichtbar bleiben. Für die Polieraufgaben in der Optik und in anderen besonders anspruchsvollen Anwendungs¬ gebieten müssen heute bislang spezielle Aluminiumoxide verwende werden, für die man Aluminiumhydroxide kalziniert, die durch thermische Zersetzung von Aluminiumsalzen wie Alaunen, Alu¬ miniumchlorid, Aluminiumnitrat usw. oder durch Kalzinieren von speziell gefällten Böhmiten (Aluminiummonohydrat) herge¬ stellt werden. Infolge der andersartigen Hydroxide, von denen hierbei ausgegangen wird, haben die so gewonnenen speziellen Aluminiumoxide eine andere Phasenzusammensetzung. Die Her-

Stellung dieser speziellen Aluminiumoxide ist jedoch erheb¬ lich teurer als bei Aluminiumoxiden, die durch Kalzinieren von Aluminiumhydroxiden gewonnen werden, die nach dem BAYER- Verfahren oder nach dem Soda-Verfahren aus Bauxit hergestellt werden. Ausserdem ist die thermische Zersetzung von Alu¬ miniumsalzen häufig mit umwelttechnischen Problemen ver¬ knüpft und auch deshalb aufwendig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfacheres Verfahren verfügbar zu machen, mit welchem Alu- miniumoxidpulver hergestellt werden können, die sich auch zum Polieren von empfindlichen Oberflächen, insbesondere im Bereich der Optik, eignen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den im An¬ spruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

überraschenderweise hat sich gezeigt, dass man ein den hohen Anforderungen entsprechendes Aluminiumoxid auch aus gro߬ technisch hergestelltem Aluminiumhydroxid (also aus Alu¬ miniumhydroxid, welches nach dem BAYER-Verfahren oder nach dem Soda-Verfahren gewonnen wurde) erzeugen kann, wenn man zunächst Preßlinge aus dem Aluminiumhydroxid herstellt, in- dem man dieses verdichtet und diese Preßlinge anschließend kalziniert, wobei die Temperatur und Haltezeit beim Kalzi¬ nieren so gewählt werden, dass man praktisch wasserfreies Aluminiumoxid erhält, welches überwiegend aus i -AiL 0, be¬ steht und eine spezifische Oberfläche von nicht mehr als 50 m /g hat. Untersuchungen haben gezeigt, dass man auf diese Weise ein in der Phasenzusammensetzung sehr gleichförmiges Aluminiumoxid erhält, dessen Primärteilchen vorwiegend platt-

chenförmig oder schuppenförmig sind. Damit lassen sich auch empfindlichste Oberflächen in der Optik kratzerfrei polieren. Als ein weiterer besonderer Vorteil hat sich gezeigt, dass man die Teilchenstruktur, für die die spezifische Oberfläche der Pulverteilchen ein Maß ist, durch Wahl der Kalzinierbedingungen, nämlich durch Wahl der Kalziniertemperatur und der Kalzinierdauer, recht genau und vor allem wiederholbar einstellen kann. Auf diese Weise ist es möglich, "maßgeschneidertes" Aluminium- oxid zu erzeugen, dessen Phasenzusammensetzung dem kon¬ kreten Anwendungsfall (der besonderen Schleif- oder Polier¬ aufgabe) optimal angepaßt ist. Für das Ergebnis des Verfahrens ist es notwendig, das Aluminiumhydroxid zu verdichten; es wird vorzugsweise trocken auf eine scheinbare Dichte von min- destens 2,1 g/cm ³ , noch besser auf eine scheinbare Dichte von 2,3 g/cm ³ verdichtet. Wie man eine solche Verdichtung er¬ reichen kann, ist dem Fachmann aus der DE-25 14 758 C3 be¬ kannt.

Damit beim anschließenden Kalzinieren die Innenbereiche der

Preßlinge im wesentlichen denselben Temperaturverlauf erleben wie die Aussenbereiche, werden die Preßlinge vor dem Kal¬ zinieren vorzugsweise zerkleinert (granuliert) , und zwar zweckmässigerweise zu Teilchen mit weniger als 5 mm Durchmesser, vorzugsweise zu Teilchen mit weniger als 3 mm Durchmesser. Hält man diese Grenzen für die Teilchengröße der Aluminium¬ hydroxidpreßlinge ein, dann trägt das dazu bei, dass das ent¬ stehende Kalzinat in seiner Körnung und Phasenzusammen¬ setzung recht homogen ist.

Das Kalzinieren selbst kann unter bekannten Bedingungen statt¬ finden, in Luft, im Vakuum, oder unter einem Schutzσas. Das

hochverdichtete Aluminiumhydroxid geht beim allmählichen Er¬ hitzen zunächst in die sogenannte f -Phase über, y -Aluminium¬ oxid ist ein Gemisch verschiedener Ubergangsoxide mit hoher spezifischer Oberfläche. Ab einer Temperatur von etwa 1100°C gehen diese Übergangsoxide allmählich in das stabile ^.-Aluminium oxid mit hexagonaler Kristallstruktur über. Damit das Aluminium¬ oxidpulver schließlich überwiegend aus o( -Aluminiumoxid besteht, muss diese Umwandlungstemperatur auf jeden Fall erreicht und lan genug gehalten werden. Zweckmässigerweise führt man das Kalzinie so durch, dass eine Temperatur von wenigstens 1150°C erreicht wird. Am besten führt man das Kalzinieren bei Temperaturen zwi¬ schen 1150°C und 1400°C durch. Je höher die Temperatur beim Kalzinieren ist und je länger die hohe Temperatur gehalten wird, desto mehr y-Aluminiumoxid wird in höhere Übergangsoxide und schließlich in -Aluminiumoxid umgewandelt; gleichzeitig ver¬ ringert sich die spezifische Oberfläche des Kalzinates, welche beim l/VAluminiumoxid mit typischerweise 200 bis 250 m ² /g sehr groß ist. Vorzugsweise führt man die Wärmebehandlung bei so hohe Temperatur und so lange durch, bis kein y-Aluminiumoxid mehr vorhanden ist. Für Zwecke der vorliegenden Erfindung wird bevor¬ zugt eine spezifische Oberfläche von 0,5 m ² /g bis 25 m ² /g ange¬ strebt, wobei je nach Kalzinationsbedingungen (maximale Tempera¬ tur und deren Haltezeit) entweder ein Mikro-Schleifkorn mit einer spezifischen Oberfläche im Bereich von ca. 0,5 bis 5 m ² /g oder Poliertonerde mit einer spezifischen Oberfläche im Bereich von ca. 5 bis 25 m ² /g hergestellt werden können. Dabei hat sich gezeigt, dass sich durch die Steuerung des Kalziniervorgangeε die spezifische Oberfläche in dem bevorzugten Bereich von 0,5 bis 25 m ² /g mit einer Genauigkeit von besser als + 1,5 m ² /g ein- stellen läßt, was ein großer Vorteil des erfindungsgemässen Ver¬ fahrens ist.

Die im kalzinierten Granulat agglomerierten Primärteil¬ chen werden durch Mahlen freigelegt. Wie fein das Pul¬ ver gemahlen wird, richtet sich nach dem Anwendungs¬ zweck. Vorzugsweise wird das Aluminiumoxidpulver auf Teilchengrδßen kleiner als 8 Jim gemahlen.

Das erfindungsgemässe Verfahren führt nicht nur zu einem Mikro-Schleifkorn oder einer Poliertonerde, die die techni¬ schen Anforderungen selbst in der Optik erfüllt, sondern ist auch sehr preiswert, da es von großtechnisch herge¬ stelltem Aluminiumhydroxid ausgehen kann und da beim Kal¬ zinieren keine besonderen, kostentreibenden Umweltprobleme auftreten.

Ausführungsbeispiel

Nach dem BAYER-Verfahren hergestelltes Aluminiumhydroxid wird zu ungefähr handtellergroßen Preßlingen (Schülpen) mit einer scheinbaren Dichte von 2,3 g/cm ³ trocken verdichtet. Anschließend werden die Preßlinge zerkleinert, so dass sie nur noch einen Durchmesser zwischen 1 mm und 3 mm haben. Das so hergestellte Granulat wird in einem indirekt be¬ heizten Drehrohrofen in einer ersten Kalzinationsstufe in ca. 60 Minuten auf 500 bis 600°C erhitzt, wobei sich das Aluminiumhydroxid in γ- -Aluminiumoxid umwandelt. In einer zweiten Kalzinationsstufe wird die Temperatur all¬ mählich auf ca. 1300°C gesteigert und so lange gehalten, bis die spezifische Oberfläche des Aluminiumoxids auf einen

Wert von ca. 14 m ² /g gesunken ist. Wann das der Fall ist, kann durch Vorversuche ermittelt werden. Die spezifische Oberfläche wird nach dem bekannten BET-Verfahren bestimmt.

Nach dem Kalzinieren läßt man das Aluminiumoxidgranulat ab¬ kühlen und mahlt es dann, z.B. in einer Kugelmühle, um das im Granulat vorliegende, agglomerierte Primärkorn des Alu¬ miniumoxids freizulegen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Granulat so fein g-emahlen, dass keine Pulverteilchen vorhanden sind, die größer als 8 μ (Durchmesser) sind.

So hergestellte Poliertonerde wurde mit den in der Schleif¬ und Poliertechnik bekannten Additiven in Wasser dispergiert. Mit dieser Dispersion konnten Kunststofflinsen aus dem Polykarbonat CR39 einwandfrei und absolut kratzerfrei und ohne das Auftreten von Anlauffarben in den vorgegebenen Taktzeiten von z.B. 4 min. poliert werden.

Vergleichsbeispiel

Zum Vergleich wurde unter sonst gleichen Bedingungen eine Poliertonerde aus nicht-verdichtetem Aluminiumhydroxid herge-

stellt. Beim Polieren der gleichen Kunststofflinsen verur¬ sachte diese Poliertonerde Kratzer und Anlauffarben und zeigte gleichzeitig einen deutlich geringeren Abrieb als erfindungs- gemäss hergestellte Poliertonerde. Auch eine Verlängerung der Polierzeit über 4 min. hinaus brachte keine Verbesserung der Ergebnisse.

Das Kalzinieren muss im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht in einem durchgehenden Verfahrensgang erfolgen. Es ist vielmehr auch möglich, ein zweistufiges Verfahren anzuwenden, indem in einer ersten Stufe das Aluminiumhydroxid verdichtet und bei verhältnismässig niedriger Temperatur (ca. 400°C bis 600°C) zunächst in ^-Aluminiumoxid überführt wird. Diese erste Verfahrensstufe eignet sich besonders zur Durchführung in einer Aluminiumhütte, welche ohnehin darauf eingerichtet ist, Aluminiumhydroxid herzustellen und zu kalzinieren. Das in der ersten Stufe hergestellte y-Aluminiumoxid ist bequem handhabbar und handelbar; es kann dann nach Bedarf auch an anderem Ort in einer zweiten Stufe maßgeschneidert zu unter- schiedlich feiner, homogener Poliertonerde oder Aluminiumoxid- Mikroschleifkorn weiterverarbeitet werden, indem es durch eine zweite Kalzination bei einer Temperatur von oberhalb 1100°C unter kontrollierten Bedingungen überwiegend in oC-Aluminium¬ oxid mit vorgegebener spezifischer Oberfläche umgewandelt und bedarfsweise gemahlen wird.