陶瓷刚玉磨料制备工艺的分析

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1、第一章绪论接触不再仅仅是单纯的机械过程，还有可能发生一定的化学反应，不仅影响磨料的磨削性能，还严重影响了加工工件的质量和性能，导致不能达到有效加工的目[2,3]的。因此，应尽量避免磨料与工件、结合剂和冷却液之间发生化学反应。磨料在工业上的应用十分广泛，大部分被加工成磨具，在加工高精度或低粗糙度的零件或特别硬的零件时，磨料和磨具是必不可少的。如在汽车制造业中，活塞环与气缸、阀门与阀座的紧密配合，变速器和齿轮的精度等，都要通过磨料和磨具加工来保证。除磨削用途外，很多人造磨料被用于非磨削领域。用刚玉和碳化硅制造的耐火材料和工程陶瓷材料凭借良好的耐氧化性、耐冲击性和热导性成为21世纪汽轮机、发动机

2、和热交换器的关键零件。1.3刚玉磨料1.3.1氧化铝的分类通常意义上的氧化铝主要包括三水氧化铝、一水氧化铝和无水氧化铝等三类化合物。氧化铝有α、β、γ、δ、ε、δ、ζ、κ等多种晶型，其中α-Al2O3（俗称刚玉）是唯一的热力学稳定相，其他相皆为过渡相，随温度的升高均向α相转变，且此相变是晶格重构型相变，是不可逆的。表1-1给出了不同晶型的相[4,5]关参数。表1-1不同晶型氧化铝的相关参数Table1-1Theparametersofdifferentphases晶相γεχδζκτεα晶系立方立方立四方单斜斜立六方三方方方方晶格常a0.790.794--0.79430.562--0.790

3、.55440.4758数/nmb--------0.2906------0.4758c------2.351.179----0.90241.2291密度3.65-3.673.65-3.67--3.60-3.653.60-3.653.98----3.993/g/cm3第一章绪论1.3.2刚玉（α-Al2O3）的晶体结构与性质α-Al2O3是刚玉结构，在氧化铝的所有物相中其结构最为稳定，属于三方晶系。氧离子在内部作六方紧密堆积，铝离子填充在2/3的氧八面体空隙中。在α3+-Al2O3晶体结构中，整个晶体可看成由无数[AlO6]八面体通过共面结合。Al和2-O之间键力很强，晶格能高达16743k

4、J/mol，使得该物质熔点高、硬度大、机械强度高、对酸碱有较好的抵抗力，因此被广泛用于磨削加工领域。其主要物理性[6,7]能见表1-2：表1-2α-Al2O3的主要物理性质Table1-2Themainphysicalpropertiesofα-Al2O3性质参数值-3密度/g·cm3.99熔点/℃2050抗弯强度/MPa300-480抗压强度/MPa280-350弹性模量/GPa366-410硬度HV/GPa21-251/2断裂韧性KIC/MPa·m2.8-4.5-6-1线膨胀系数/10·K(200~1200℃)6.4-8.91.3.3刚玉磨料的种类及特点（1）棕刚玉因其呈棕色，故名为棕

5、刚玉，由铝矾土、铁屑和无烟煤在电弧炉中熔炼而成。该磨料具有耐高温、抗腐蚀、抗氧化及化学稳定性好等特点，磨削能力强，可承受较大的压力。因抗张强度高，它特别适用于普通钢、高碳钢、合金钢及硬质木材的加工，弥补其他磨料的不足，是应用最广泛的磨料之一。（2）白刚玉顾名思义，该种磨料呈白色，质地较棕刚玉更为纯净，硬度亦高于棕刚玉，以铝氧粉为原料在电弧炉中熔炼而成。该磨料自锐性好，磨削发热量小，磨削能力强，效率高，但韧性较差，磨粒较易破碎。（3）铬刚玉在白刚玉的生产过程中加入少量的Cr2O3，经电炉熔炼而成的磨料即为铬刚4第一章绪论玉。它韧性比白刚玉高，硬度与之相差无几，根据加入Cr2O3数量的不同，其

6、色泽和性能也有所不同，用途也有所差异。铬刚玉常用于淬火钢、合金钢和螺蚊钢的刃磨和仪器仪表零件的精密磨削。（4）锆刚玉以铝矾土、锆英砂、无烟煤和铁屑为原料，在电弧炉中高温熔炼，急冷熔液破碎而成的磨料，称之为锆刚玉。它是氧化铝和氧化锆的复合物，氧化锆含量一般不超过40%。磨料呈灰白色，韧性大，强度高，耐磨性好。磨削过程中，磨削效率高，产热量较少，因此不易烧伤工件，而且砂轮表面不易堵塞，故常用于重负荷磨削、钴合金、耐热合金钢和奥氏体不锈钢等材料的磨削。（5）单晶刚玉颗粒由单一晶体组成，具有良好的多棱切削刃，较高的硬度和韧性、磨削能力强，磨削发热量少，可用来加工韧性大、硬度高的钢材，特别是易变形、

7、易烧伤的工件的加工。但因其生产成本高，产量低，价格较高。（6）微晶刚玉该磨料采用与棕刚玉相同的生产原料和制备工艺，只是在冶炼过程中将刚玉熔液急速冷却以此来获得微细结晶的效果，晶粒尺寸为50~280μm。微晶刚玉的机械性能较之普通刚玉更高，自锐性更好，常用于磨削粗磨铸钢、高韧性钛镍合金钢等材料，还可用于重负荷和精密度要求较高的磨削领域。（7）陶瓷刚玉磨料陶瓷刚玉磨料（即SG磨料）是上世纪八十年代研制成功的一种基于氧化铝的新