專利名稱：新型陶瓷剛玉磨料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于研磨材料的，尤其涉及一種陶瓷剛玉磨料及其制備方法。
背景技術(shù)：
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(yuǎn)古時期，原始人就已使用天然剛玉磨料來磨銳木質(zhì)工具，骨頭和燧石等。在應(yīng)用天然磨料時，人們逐漸認(rèn)識到，幾乎所有的天然磨料都含有結(jié)晶氧化鋁，并且起磨削作用的就是結(jié)晶氧化鋁。基于這種認(rèn)識，人們開始設(shè)法將含氧化鋁的物質(zhì)熔融制作成磨料。自從十九世紀(jì)末人造剛玉磨料的首次研制成功以來，在二十世紀(jì)取得了極快的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，成為國民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的一類重要工業(yè)產(chǎn)品。由于剛玉磨料具有良好的機(jī)械性能、高溫磨削穩(wěn)定性及其加工對象的廣泛性，因而一個世紀(jì)以來，剛玉材料得到了長足的發(fā)展，作為磨料磨具在汽車、機(jī) 械制造、航空航天等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。從人造剛玉開始工業(yè)化生產(chǎn)之后，出現(xiàn)了許多品種的剛玉磨料，基于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(chǎn)品均是采用高溫熔煉工藝制備而成。由于制備工藝的局限性，使得以這種工藝制成的磨料晶粒粗大，基本上都是大單晶組成，磨削性能較差。從而導(dǎo)致使用范圍也帶有局限性。由于現(xiàn)代制造業(yè)水平的提高，對加工產(chǎn)品的精度、加工質(zhì)量、加工效率要求越來越高，從而對于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(fù)荷、強(qiáng)力磨削和精密磨削的方向發(fā)展。然而由于氧化鋁燒結(jié)擴(kuò)散活化能比較高，難于燒結(jié)，而且在燒結(jié)的過程中晶粒容易長大，不易控制其晶態(tài)結(jié)構(gòu)，國內(nèi)相關(guān)研究及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展緩慢。傳統(tǒng)剛玉磨料采用電熔法制備，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(tǒng)剛玉磨料制備工藝的局限性，滿足不同性能的磨削應(yīng)用需要，豐富剛玉磨料的性能，人們對傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝進(jìn)行了變革，研究開發(fā)了基于溶膠-凝膠技術(shù)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(tǒng)電熔剛玉磨料的顯微結(jié)構(gòu)，隨著結(jié)構(gòu)的變化，隨之而來的是新型陶瓷剛玉磨料相比傳統(tǒng)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(qiáng)，磨削效率高，使用壽命長，同時更容易實現(xiàn)超精密磨削加工和對難加工材料的磨削加工。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是能源、空間技術(shù)、汽車工業(yè)等的發(fā)展，新材料不斷涌現(xiàn)，迫切需要開發(fā)出各種新型磨削材料，研究開發(fā)新型陶瓷剛玉磨料是市場的需求和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在基于溶膠-凝膠技術(shù)，采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(chǎn)品性能和延長產(chǎn)品使用壽命的新型陶瓷剛玉磨料及其制備方法，達(dá)到經(jīng)濟(jì)實用的目的。本發(fā)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,其各占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制備方法，是采用溶膠-凝膠的濕化學(xué)方法和高溫煅燒，具體步驟如下(I)采用Al2(SCM)3 · 18H20為原料，溶于水后過濾去除雜質(zhì)，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并攪拌使其凝膠化或沉淀，然后經(jīng)抽濾、洗滌獲得Al (OH) 3濕凝膠；(3)將相應(yīng)量的添加劑溶于水后加入到Al (OH)3濕凝膠中經(jīng)球磨混勻；然后將混勻的含有添加劑的Al (OH) 3混合物經(jīng)過60°C干燥，并進(jìn)行篩分和分級；
(4)將步驟(3)已經(jīng)篩分和分級的待燒磨料在1250°C 1400°C的條件下煅燒，待燒成冷卻后經(jīng)過進(jìn)一步的過篩分級，制得不同粒度的新型剛玉磨料。所述步驟(3 )的干燥后的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(nèi)部的顯微晶粒尺寸在IOOnm 200nm之間。本發(fā)明的有益效果是，添加劑來源廣泛，剛玉磨料的燒結(jié)溫度大幅度降低(傳統(tǒng)剛玉磨料的燒結(jié)范圍為1450-1600°C)，節(jié)約了能耗；磨粒內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)均勻致密，顯微晶粒尺寸為100 200nm ;1300°C時保溫O. 5h制得的新型陶瓷剛玉磨料的單顆?？箟簭?qiáng)度可達(dá)47. 4N,是普通電熔剛玉磨料的3倍；沖擊韌性是普通電熔剛玉磨料的2 2. 5倍；磨削效率高，本發(fā)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(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實施例I采用99. 14%的Al2 (S04) 3 · 18H20和O. 86%的添加劑為原料，氨水為沉淀劑制備新
型陶瓷剛玉磨料。首先將Al2(SCM) 3 · 18H20溶于水，配成0.6摩爾/升的含Al3+的水溶液；向上述溶液中滴加氨水并攪拌使得含此Al3+的水溶液完全凝膠化，再經(jīng)抽濾、洗滌工藝獲得Al (OH) 3濕凝膠；將O. 86%的添加劑加入到Al (OH) 3濕凝膠中混勻；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濕凝膠經(jīng)過球磨，干燥等工藝后，并進(jìn)行篩分和分級；將進(jìn)行過篩分和分級整形過的Al (OH)3固體在1300°C下煅燒，再進(jìn)一步的過篩、分級，制得不同粒度的新型陶瓷剛玉磨料。實施例2采用99. 32%的Al2 (S04) 3 · 18H20和O. 68%的添加劑為原料，氨水為沉淀劑制備新
型陶瓷剛玉磨料。首先將Al2 (S04) 3 · 18H20溶于水，配成O. 6摩爾/升的含Al3+的水溶液；向上述溶液中滴加氨水并攪拌使得含此Al3+的水溶液完全凝膠化，再經(jīng)抽濾、洗滌工藝獲得Al (OH) 3濕凝膠；將O. 68%的添加劑加入到Al (OH) 3濕凝膠中混勻；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濕凝膠經(jīng)過球磨，干燥等工藝后，并進(jìn)行篩分和分級；將進(jìn)行過篩分和分級整形過的Al (OH)3固體在1300°C下煅燒，再進(jìn)一步的過篩、分級，制得不同粒度的新型陶瓷剛玉磨料。實施例3采用98. 20%的Al2 (S04) 3 · 18H20和I. 80%的添加劑為原料，氨水為沉淀劑制備新
型陶瓷剛玉磨料。
首先將Al2 (S04) 3 · 18H20溶于水，配成O. 6摩爾/升的含Al3+的水溶液；向上述溶液中滴加氨水并攪拌使得含此Al3+的水溶液完全凝膠化，再經(jīng)抽濾、洗滌工藝獲得Al (OH) 3濕凝膠；將I. 80%的添加劑加入到Al (OH) 3濕凝膠中混勻；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濕凝膠經(jīng)過球磨，干燥等工藝后，并進(jìn)行篩分和分級；將進(jìn)行過篩分和分級整形過的Al (OH) 3固體在1400°C下煅燒，再進(jìn)一步的過篩、分級，制得不同粒度的新型陶瓷剛玉磨料。
權(quán)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,其各占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制備方法，是采用溶膠-凝膠的濕化學(xué)方法和高溫煅燒，具體步驟如下 (1)采用Al2(SO4) 3 · 18H20為原料，溶于水后過濾去除雜質(zhì)，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并攪拌使其凝膠化或沉淀，然后經(jīng)抽濾、洗滌獲得Al(OH)JM凝膠； (3)將相應(yīng)量的添加劑溶于水后加入到Al(OH)3濕凝膠中經(jīng)球磨混勻；然后將混勻的含有添加劑的Al (OH) 3混合物經(jīng)過60°C干燥，并進(jìn)行篩分和分級； (4)將步驟(3)已經(jīng)篩分和分級的待燒磨料在1250°C 1400°C的條件下煅燒，待燒成冷卻后經(jīng)過進(jìn)一步的過篩分級，制得不同粒度的新型陶瓷剛玉磨料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的新型陶瓷剛玉磨料，其特征在于，所述步驟(3)的干燥后的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(jù)權(quán)利要求I的新型陶瓷剛玉磨料，其特征在于，所述步驟(4)的剛玉磨料顆粒內(nèi)部的顯微晶粒尺寸在IOOnm 200nm之間。
全文摘要
本發(fā)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，其各占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(fā)明采用溶膠-凝膠的濕化學(xué)方法和高溫煅燒，于1250℃～1400℃燒成。本發(fā)明的添加劑來源廣泛，燒結(jié)溫度大幅度降低，顯微結(jié)構(gòu)均勻致密，抗壓強(qiáng)度達(dá)47.4N，是普通電熔剛玉磨料的3倍，沖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(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者朱玉梅, 李志宏, 翟學(xué)霞 申請人:天津大學(xué)