新型陶瓷剛玉磨料的製作方法
2023-05-28 17:52:46
專利名稱：新型陶瓷剛玉磨料的製作方法
技術領域：
本發明是關於研磨材料的，尤其涉及一種陶瓷剛玉磨料及其製備方法。
背景技術：
剛玉作為一種有用礦物原料被人類利用的歷史已久。早在人類的遠古時期，原始人就已使用天然剛玉磨料來磨銳木質工具，骨頭和燧石等。在應用天然磨料時，人們逐漸認識到，幾乎所有的天然磨料都含有結晶氧化鋁，並且起磨削作用的就是結晶氧化鋁。基於這種認識，人們開始設法將含氧化鋁的物質熔融製作成磨料。自從十九世紀末人造剛玉磨料的首次研製成功以來，在二十世紀取得了極快的發展和廣泛的應用，成為國民經濟中不可缺少的一類重要工業產品。由於剛玉磨料具有良好的機械性能、高溫磨削穩定性及其加工對象的廣泛性，因而一個世紀以來，剛玉材料得到了長足的發展，作為磨料磨具在汽車、機 械製造、航空航天等諸多領域發揮著不可替代的作用。從人造剛玉開始工業化生產之後，出現了許多品種的剛玉磨料，基於磨料中含鋁量的不同，可將剛玉磨料分為棕剛玉、白剛玉、鉻剛玉、黑剛玉等品種。然而以上剛玉磨料產品均是採用高溫熔煉工藝製備而成。由於製備工藝的局限性，使得以這種工藝製成的磨料晶粒粗大，基本上都是大單晶組成，磨削性能較差。從而導致使用範圍也帶有局限性。由於現代製造業水平的提高，對加工產品的精度、加工質量、加工效率要求越來越高，從而對於剛玉磨料的要求也隨之越高。也即剛玉磨料在向著能滿足高速、重負荷、強力磨削和精密磨削的方向發展。然而由於氧化鋁燒結擴散活化能比較高，難於燒結，而且在燒結的過程中晶粒容易長大，不易控制其晶態結構，國內相關研究及產業化進展緩慢。傳統剛玉磨料採用電熔法製備，不僅耗能高，而且晶尺寸較大，晶粒尺寸一般為50μπι左右。為了克服傳統剛玉磨料製備工藝的局限性，滿足不同性能的磨削應用需要，豐富剛玉磨料的性能，人們對傳統生產工藝進行了變革，研究開發了基於溶膠-凝膠技術的新型陶瓷剛玉磨料。新型陶瓷剛玉磨料每個顆粒中含有成百上千的亞微米或納米顆粒，改變了傳統電熔剛玉磨料的顯微結構，隨著結構的變化，隨之而來的是新型陶瓷剛玉磨料相比傳統電熔剛玉磨料不僅韌性提高、自銳性好、磨粒鋒利、磨損少，切削能力強，磨削效率高，使用壽命長，同時更容易實現超精密磨削加工和對難加工材料的磨削加工。隨著科學技術的發展，特別是能源、空間技術、汽車工業等的發展，新材料不斷湧現，迫切需要開發出各種新型磨削材料，研究開發新型陶瓷剛玉磨料是市場的需求和科學技術進步的需要。
發明內容
本發明旨在基於溶膠-凝膠技術，採用一種新型添加劑體系降低新型陶瓷剛玉磨料的燒成溫度，提供一種能夠微觀形貌可控，同時能夠提高產品性能和延長產品使用壽命的新型陶瓷剛玉磨料及其製備方法，達到經濟實用的目的。本發明的新型陶瓷剛玉磨料，其原料組分及其重量百分比含量為A12(S04)3 · 18Η2098· 20% 99. 50%，添加劑 I. 80% O. 50% ;所述添加劑為 Ba (NO3) 2、TEOS,H3BO3,其各佔添加劑的重量百分比含量為0% 80%Ba (NO3)2, 30% 94%TE0S，0% 25%H3B03。上述新型陶瓷剛玉磨料的製備方法，是採用溶膠-凝膠的溼化學方法和高溫煅燒，具體步驟如下(I)採用Al2(SCM)3 · 18H20為原料，溶於水後過濾去除雜質，配成O. 5°Γθ. 6%摩爾/升的Al3+的水溶液；(2)在步驟(I)的水溶液中加入事先配好的氨水並攪拌使其凝膠化或沉澱，然後經抽濾、洗滌獲得Al (OH) 3溼凝膠；(3)將相應量的添加劑溶於水後加入到Al (OH)3溼凝膠中經球磨混勻；然後將混勻的含有添加劑的Al (OH) 3混合物經過60°C乾燥，並進行篩分和分級；
(4)將步驟(3)已經篩分和分級的待燒磨料在1250°C 1400°C的條件下煅燒，待燒成冷卻後經過進一步的過篩分級，製得不同粒度的新型剛玉磨料。所述步驟(3 )的乾燥後的Al (OH) 3固體顆粒為片狀尖片狀或者等積型，最終磨料顆粒形狀可控。所述步驟(4)的剛玉磨料顆粒內部的顯微晶粒尺寸在IOOnm 200nm之間。本發明的有益效果是，添加劑來源廣泛，剛玉磨料的燒結溫度大幅度降低(傳統剛玉磨料的燒結範圍為1450-1600°C)，節約了能耗；磨粒內部顯微結構均勻緻密，顯微晶粒尺寸為100 200nm ;1300°C時保溫O. 5h製得的新型陶瓷剛玉磨料的單顆粒抗壓強度可達47. 4N,是普通電熔剛玉磨料的3倍；衝擊韌性是普通電熔剛玉磨料的2 2. 5倍；磨削效率高，本發明的砂輪金屬磨出率比普通剛玉砂輪提高50%以上。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步描述。實施例I採用99. 14%的Al2 (S04) 3 · 18H20和O. 86%的添加劑為原料，氨水為沉澱劑製備新
型陶瓷剛玉磨料。首先將Al2(SCM) 3 · 18H20溶於水，配成0.6摩爾/升的含Al3+的水溶液；向上述溶液中滴加氨水並攪拌使得含此Al3+的水溶液完全凝膠化，再經抽濾、洗滌工藝獲得Al (OH) 3溼凝膠；將O. 86%的添加劑加入到Al (OH) 3溼凝膠中混勻；所述添加劑的原料組分及其重量百分比含量為20%Ba (NO3) 2、78%TE0S、2%H3B03。將含有添加劑的Al (OH) 3溼凝膠經過球磨，乾燥等工藝後，並進行篩分和分級；將進行過篩分和分級整形過的Al (OH)3固體在1300°C下煅燒，再進一步的過篩、分級，製得不同粒度的新型陶瓷剛玉磨料。實施例2採用99. 32%的Al2 (S04) 3 · 18H20和O. 68%的添加劑為原料，氨水為沉澱劑製備新
型陶瓷剛玉磨料。首先將Al2 (S04) 3 · 18H20溶於水，配成O. 6摩爾/升的含Al3+的水溶液；向上述溶液中滴加氨水並攪拌使得含此Al3+的水溶液完全凝膠化，再經抽濾、洗滌工藝獲得Al (OH) 3溼凝膠；將O. 68%的添加劑加入到Al (OH) 3溼凝膠中混勻；所述添加劑的原料組分及其重量百分比含量為47%Ba (NO3) 2、47%TE0S、6%H3B03。將含有添加劑的Al (OH) 3溼凝膠經過球磨，乾燥等工藝後，並進行篩分和分級；將進行過篩分和分級整形過的Al (OH)3固體在1300°C下煅燒，再進一步的過篩、分級，製得不同粒度的新型陶瓷剛玉磨料。實施例3採用98. 20%的Al2 (S04) 3 · 18H20和I. 80%的添加劑為原料，氨水為沉澱劑製備新
型陶瓷剛玉磨料。
首先將Al2 (S04) 3 · 18H20溶於水，配成O. 6摩爾/升的含Al3+的水溶液；向上述溶液中滴加氨水並攪拌使得含此Al3+的水溶液完全凝膠化，再經抽濾、洗滌工藝獲得Al (OH) 3溼凝膠；將I. 80%的添加劑加入到Al (OH) 3溼凝膠中混勻；所述添加劑的原料組分及其重量百分比含量為15%Ba (NO3) 2、83%TE0S、2%H3B03。將含有添加劑的Al (OH) 3溼凝膠經過球磨，乾燥等工藝後，並進行篩分和分級；將進行過篩分和分級整形過的Al (OH) 3固體在1400°C下煅燒，再進一步的過篩、分級，製得不同粒度的新型陶瓷剛玉磨料。
權利要求
1.一種新型陶瓷剛玉磨料，其原料組分及其重量百分比含量為Al2(SCM)3 · 18Η2098· 20% 99. 50%，添加劑 I. 80% O. 50% ;所述添加劑為 Ba (NO3) 2、TEOS,H3BO3,其各佔添加劑的重量百分比含量為0% 80%Ba (NO3)2, 30% 94%TE0S，0% 25%H3B03。
上述新型陶瓷剛玉磨料的製備方法，是採用溶膠-凝膠的溼化學方法和高溫煅燒，具體步驟如下 (1)採用Al2(SO4) 3 · 18H20為原料，溶於水後過濾去除雜質，配成O. 59ΓΟ. 6%摩爾/升的Al3+的水溶液； (2)在步驟(I)的水溶液中加入事先配好的氨水並攪拌使其凝膠化或沉澱，然後經抽濾、洗滌獲得Al(OH)JM凝膠； (3)將相應量的添加劑溶於水後加入到Al(OH)3溼凝膠中經球磨混勻；然後將混勻的含有添加劑的Al (OH) 3混合物經過60°C乾燥，並進行篩分和分級； (4)將步驟(3)已經篩分和分級的待燒磨料在1250°C 1400°C的條件下煅燒，待燒成冷卻後經過進一步的過篩分級，製得不同粒度的新型陶瓷剛玉磨料。
2.根據權利要求I的新型陶瓷剛玉磨料，其特徵在於，所述步驟(3)的乾燥後的Al (OH)3固體顆粒為片狀尖片狀或者等積型，最終磨料顆粒形狀可控。
3.根據權利要求I的新型陶瓷剛玉磨料，其特徵在於，所述步驟(4)的剛玉磨料顆粒內部的顯微晶粒尺寸在IOOnm 200nm之間。
全文摘要
本發明公開了一種新型陶瓷剛玉磨料，其原料組分及其重量百分比含量為Al2(SO4)3·18H2O 98.20%～99.50%，添加劑1.80%～0.50%；所述添加劑為Ba(NO3)2、TEOS、H3BO3，其各佔添加劑的重量百分比含量為0%～80%Ba(NO3)2，30%～94%TEOS，0%～25%H3BO3。本發明採用溶膠-凝膠的溼化學方法和高溫煅燒，於1250℃～1400℃燒成。本發明的添加劑來源廣泛，燒結溫度大幅度降低，顯微結構均勻緻密，抗壓強度達47.4N，是普通電熔剛玉磨料的3倍，衝擊韌性是普通電熔剛玉磨料的2~2.5倍，砂輪金屬磨出率比普通剛玉砂輪提高50%以上。
文檔編號C04B35/10GK102775135SQ20121023927
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月11日 優先權日2012年7月11日
發明者朱玉梅, 李志宏, 翟學霞 申請人:天津大學