本發(fā)明是關(guān)于磨削加工磨料的，尤其涉及一種含有復(fù)相添加劑的納米晶陶瓷剛玉磨料。

背景技術(shù)：

陶瓷剛玉磨料誕生于20世紀(jì)80年代，由3m公司和norton公司率先研制成功。由于采用了溶膠-凝膠合成工藝，使得制備過(guò)程中各種化學(xué)組分得以均勻混合，采用燒結(jié)而非熔融的制備工藝，保證制備的磨料顆粒內(nèi)部是由許多細(xì)小的晶粒組成。相較于傳統(tǒng)的熔融剛玉磨料，陶瓷剛玉磨料有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，由于其具有比熔融剛玉磨料小幾百倍的晶粒尺寸，因此擁有更高的強(qiáng)度和韌性。在現(xiàn)代加工切削應(yīng)用中，其磨削速率更高，應(yīng)力和工件表面溫度更低，擁有更好的自銳性，減少了砂輪的修整量，使得制成的砂輪在加工性能和使用壽命等方面得到了很大的提升。

經(jīng)過(guò)近些年來(lái)的開發(fā)應(yīng)用，這類磨料顯示出了非常優(yōu)越的磨削性能，用它制成的砂輪磨削性能介于金剛石砂輪和普通剛玉砂輪之間，其加工性能和使用壽命要遠(yuǎn)高于剛玉砂輪，且價(jià)格適中，并且很好的彌補(bǔ)了金剛石磨料不能加工黑色金屬的劣勢(shì)，擁有廣泛的使用和發(fā)展前途。

由于現(xiàn)代加工生產(chǎn)對(duì)精密磨削的要求日益提高，因此需要研發(fā)性能更優(yōu)異陶瓷剛玉磨料以適應(yīng)磨削要求。對(duì)于陶瓷剛玉磨料來(lái)說(shuō)，合適的制備工藝參數(shù)尤其是添加劑的控制對(duì)優(yōu)化陶瓷剛玉磨料的內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)有著極其重要的作用，進(jìn)而提高其各項(xiàng)性能指標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，是為了滿足機(jī)械加工工件精密磨削對(duì)磨料性能日益提高的要求和環(huán)境保護(hù)的需要，提供一種磨削性能優(yōu)良、制備工藝對(duì)環(huán)境友好的納米晶陶瓷剛玉磨料。

本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種含有復(fù)相添加劑的納米晶陶瓷剛玉磨料，以al2(so4)3·18h2o或al(no3)3·9h2o為原料，外加添加劑占原料的質(zhì)量百分比含量為0.24％～0.4％；

所述添加劑的原料組分及其質(zhì)量百分比含量為：la(no3)3·6h2o15％～65％，c16h36o4ti25％～65％，以及si(oc2h5)41％～25％或者(nh4)3alf61％～20％；

所述納米晶陶瓷剛玉磨料的制備方法，具有如下步驟：

(1)采用al2(so4)3·18h2o或al(no3)3·9h2o為原料，溶解于水，配成al³⁺濃度為0.4～0.6mol/l的溶液；

(2)向步驟(1)的溶液中加入濃度為1mol/l氨水，在常溫下進(jìn)行磁力攪拌，控制ph為9.2～9.6，使其持續(xù)反應(yīng)直至完全凝膠化，然后經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌抽濾得到al(oh)3凝膠前驅(qū)體；

(3)按照l(shuí)a(no3)3·6h2o15％～65％，c16h36o4ti25％～65％，si(oc2h5)40％～25％，(nh4)3alf60％～20％的質(zhì)量百分比進(jìn)行添加劑的配置，再將該添加劑加入步驟(2)所得凝膠前驅(qū)體中，以去離子水為磨介，采用剛玉磨球，濕法球磨使其充分混合均勻；

(4)將步驟(3)所得含有添加劑的凝膠前驅(qū)體進(jìn)行干燥，得到干凝膠，然后經(jīng)過(guò)造粒、篩分得到前驅(qū)體顆粒；

(5)將步驟(4)所得前驅(qū)體顆粒于1300℃～1350℃煅燒0.5～1h，再進(jìn)一步篩分、分級(jí)，得到不同粒度的納米晶陶瓷剛玉磨料。

所述步驟(4)的凝膠前驅(qū)體的干燥溫度為75℃。

所述步驟(5)的陶瓷剛玉磨料的顯微結(jié)構(gòu)致密，磨料顆粒內(nèi)部晶粒呈等軸狀，晶粒平均尺寸在400nm以下。

本發(fā)明提供了一種含有復(fù)相添加劑的納米晶陶瓷剛玉磨料，拓寬了陶瓷剛玉磨料添加劑體系的選擇范圍，相對(duì)于其他的添加劑體系，磨料顯微結(jié)構(gòu)更加均勻致密；與電熔法制備的剛玉磨料相比，降低了600℃～800℃燒成溫度，提高了制備工藝對(duì)環(huán)境的友好程度。所得陶瓷剛玉磨料顆粒內(nèi)部晶粒呈等軸狀，晶粒平均尺寸在400nm以下，進(jìn)而提高了陶瓷剛玉磨料的強(qiáng)度和自銳性，磨削效率相對(duì)于現(xiàn)有的電熔剛玉磨料制成的砂輪提高50％以上，同時(shí)使用壽命相較于現(xiàn)有的剛玉磨料延長(zhǎng)1倍以上。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1中前驅(qū)體顆粒經(jīng)煅燒、篩分、分級(jí)后的掃描電鏡照片；

圖2是實(shí)施例4中前驅(qū)體顆粒經(jīng)煅燒、篩分、分級(jí)后的掃描電鏡照片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。

本發(fā)明原料及添加劑均采用市售分析純?cè)希鲗?shí)施例以制備10g的剛玉磨料為基準(zhǔn)稱量al2(so4)3·18h2o或al(no3)3·9h2o原料，引入的添加劑占原料的質(zhì)量百分比含量的范圍為0.24％～0.4％。

實(shí)施例1

取65.33gal2(so4)3·18h2o溶解于水，配成al³⁺濃度為0.4mol/l的溶液；

向上述溶液中加入濃度為1mol/l的氨水，不斷攪拌，控制ph為9.2，使其持續(xù)反應(yīng)直至完全凝膠化，然后經(jīng)抽濾、反復(fù)洗滌得到al(oh)3凝膠前驅(qū)體；

將0.4wt％的添加劑加入al(oh)3凝膠前驅(qū)體中，以水為介質(zhì)，采用剛玉磨球，濕法球磨使其充分混勻；所述添加劑的組分及其質(zhì)量百分比含量為：la(no3)3·6h2o20％，c16h36o4ti55％，si(oc2h5)425％；

將球磨后的濕凝膠在75℃干燥得到干凝膠，然后經(jīng)過(guò)造粒、篩分得到前驅(qū)體顆粒；

將前驅(qū)體顆粒在1300℃煅燒1h，再經(jīng)篩分、分級(jí)得到不同粒度的納米晶陶瓷剛玉磨料。

根據(jù)圖1所示，所得納米晶陶瓷剛玉磨料顆粒內(nèi)部晶粒為等軸狀，晶粒平均尺寸為374nm。

實(shí)施例2

取73.56gal(no3)3·9h2o溶解于水，配成al³⁺濃度為0.6mol/l溶液；

向上述溶液中加入濃度為1mol/l的氨水，不斷攪拌，控制ph為9.6，使其持續(xù)反應(yīng)直至完全凝膠化，然后經(jīng)抽濾、反復(fù)洗滌得到al(oh)3凝膠前驅(qū)體；

將0.31wt％的添加劑加入al(oh)3凝膠前驅(qū)體中，以水為介質(zhì)，采用剛玉磨球，濕法球磨使其充分混勻；所述添加劑的組分及其質(zhì)量百分比含量為：la(no3)3·6h2o49％，c16h36o4ti32％，si(oc2h5)419％；

將球磨后的濕凝膠在75℃干燥得到干凝膠，然后經(jīng)過(guò)造粒、篩分得到前驅(qū)體顆粒；

將前驅(qū)體顆粒在1300℃煅燒0.5h，再經(jīng)篩分、分級(jí)得到不同粒度的納米晶陶瓷剛玉磨料。

實(shí)施例3

取65.33gal2(so4)3·18h2o溶解于水，配成al³⁺濃度為0.5mol/l溶液；

向上述溶液中加入濃度為1mol/l的氨水，不斷攪拌，控制ph為9.2，使其持續(xù)反應(yīng)直至完全凝膠化，然后經(jīng)抽濾、反復(fù)洗滌得到al(oh)3凝膠前驅(qū)體；

將0.24wt％的添加劑加入al(oh)3凝膠前驅(qū)體中，以水為介質(zhì)，采用剛玉磨球，濕法球磨使其充分混勻；所述添加劑的組分及其質(zhì)量百分比含量為：la(no3)3·6h2o15％，c16h36o4ti65％，(nh4)3alf620％；

將球磨后的濕凝膠在75℃干燥得到干凝膠，然后經(jīng)過(guò)造粒、篩分得到前驅(qū)體顆粒；

將前驅(qū)體顆粒在1350℃煅燒0.5h，再經(jīng)篩分、分級(jí)得到不同粒度的納米晶陶瓷剛玉磨料。

實(shí)施例4

取73.56gal(no3)3·9h2o溶解于水，配成al³⁺濃度為0.6mol/l溶液；

向上述溶液中加入濃度為1mol/l的氨水，不斷攪拌，控制ph為9.6，使其持續(xù)反應(yīng)直至完全凝膠化，然后經(jīng)抽濾、反復(fù)洗滌得到al(oh)3凝膠前驅(qū)體；

將0.26wt％的添加劑加入al(oh)3凝膠前驅(qū)體中，以水為介質(zhì)，采用剛玉磨球，濕法球磨使其充分混勻；所述添加劑的組分及其質(zhì)量百分比含量為：la(no3)3·6h2o65％，c16h36o4ti25％，(nh4)3alf610％；

將球磨后的濕凝膠在75℃干燥得到干凝膠，然后經(jīng)過(guò)造粒、篩分得到前驅(qū)體顆粒；

將前驅(qū)體顆粒在1350℃煅燒1h，再經(jīng)篩分、分級(jí)得到不同粒度的納米晶陶瓷剛玉磨料。

根據(jù)圖2所示，所得納米晶陶瓷剛玉磨料顆粒內(nèi)部晶粒為等軸狀，晶粒平均尺寸為360nm。