MgO和SiO2烧结添加剂对陶瓷刚玉磨料性能的影响

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1、万方数据第36卷增刊l2007年8月稀有金属材料与工程队REMET札MATERIALSANDENGINEERⅡqG、Ⅻ．36，Su卵I．1Augum2007Mgo和Si02烧结添加剂对陶瓷刚玉磨料性能的影响张云浩，李志宏，朱玉梅(天津大学材料科学与工程学院，先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室，天津3∞072)摘要：以氧化镁和氧化硅为烧结添加剂，利用无压烧结工艺制备了陶瓷刚玉磨料。借助扫描电子显微镜和金刚石静压强度测定仪等测试设备．研究了氧化镁、氧化硅配比的变化对陶瓷刚玉磨料显微结构、力学性能和烧结温度的影响。实验结果表鳙t提高添加卉寸中氧化镁成分的相对含量，晶粒呈明显各向异性生长；随

2、着添加剂中氧化镶吉量的相对增加，磨料单颗粒抗压强度先增加后降低{磨料的烧成温度随添加剂中氧化镁含量的增加逐渐升高。关键词：烧结添加剂；MgO，si02：陶瓷刚玉；磨料；影响中围法分类号：TG146．4文献标识码：A文章编号：l002．185x犯0071s1．0235．031前言在金属加工中，磨削工艺是一个重要的环节。伴随着一些韧性高、难以磨削的材料的应用及高精度加工工序的要求，磨削工艺变得日趋复杂。研究表明，在众多的影响因素中，磨料仍是影响磨削质量的重要因素f1”】。直至晟近。磨削所选用的磨料一直限于一些常规磨料例如氧化铝(电熔刚玉)或者超硬磨料例如cBN。电熔刚玉磨料由于制备工艺的

3、局限性，其晶粒粗大，易产生微裂纹，因此，这种磨料难以磨削一些高温合金和淬硬到高硬度的钢【4】。cBN砂轮虽然能够满足磨削高温合金和高硬度钢的要求，但是其价格昂贵，而且对机床和修整装置的要求都比较高【”。陶瓷刚玉磨料(sG磨料)是由Norcon公司研制成的一种新型陶瓷氧化铝磨料【6】，它是由晶粒为亚微米级的刚玉(A1203)晶体，采用溶胶．凝胶工艺合成并烧结而成，具有韧性好，自锐性好，磨粒锋利，砂轮耐用性好等优点。此外，它的价格远低于cBN，而且可使用自剐玉砂轮的修整设备，而不必使用价格昂贵的修整设备，因此填补了普通的刚玉磨料与超硬立方氮化硼(cBN)磨料之间的空白m】。国外从20世纪

4、80年代就研究成功了陶瓷刚玉磨料，并形成产业化生产和应用【”。近些年，Norton公司又推出sG磨料的第2代产品一TG(Targa)磨料，它保留了sG的优点，在磨料晶体形状上作了新的突破，为各向异性的晶态结构，适用于缓进给磨削及加工铬镍铁合(Inconet)、高温合金等难加工材料。据称，TG磨料对材料切除率为普通刚玉磨料的2倍，寿命为普通刚玉磨料的7倍【l⋯。然而，这种生产技术一直被西方国家垄断，我国只能依赖于进口。关于陶瓷刚玉磨料虽然也有过研究，但是由于氧化铝烧结扩散活化能比较高，难于烧结，而且在烧结的过程中晶粒容易长大，不易控制其晶态结构，所以国内相关研究及产业化进展缓慢。鉴于上

5、述情况，本实验采用溶胶．凝胶法制各陶瓷刚玉磨料。探讨氧化镁、氧化硅配比的变化和烧结温度对陶瓷刚玉磨料微晶结构和力学性能的影响。2实验本实验采用A1(N03)3·9H20为原料，加入o．2％(质量分数，下同)的MgO、si02作为烧结添加剂，利用溶胶-凝胶法制各了5种Al(oH)3干凝胶试样(见表1)，经破碎分级后，均在135¨1500℃的条件下烧成。收稿日期：2007—02—1l作者简介；张云浩，男，1981年生．博士研究生；通讯作者：李志宏，博士，教授，博士生导师，天津大学材料科学与工程学院，天津300072E-mn：薛Ⅱy∞000@yah00．com．cn，lizhib∞g例u．

6、edu．∞万方数据·236·稀有金属材料与工程第36箍；，+妻要：慧：￡型耋!；：警皂嫠兰}謇苎翌冀釜3实验结果及分析后试样的显微结构进行了观察，利用zMC．II金刚石静～⋯一⋯⋯压强度测定仪对烧结后试样的单颗粒抗压强度进行了3．1添加剂配比对磨料显微结构的影响测试，每种试样的单颗粒抗压强度均是随机抽取40粒图l为试样No．1～No．5在1400℃烧成温度下的粒度(“m)为60，80试样的单颗粒抗压强度的平均值。sEM照片。圈1不同添加剂配比试样在1400℃烧成下的sEM照片FiglsEMimagesofthesampleBw曲di雎f蚰tcombinati佃ofadd“ivessi

7、“k血g砒1400℃：(a)M90／si0221．00，∞M90／si0221．25(c)M90，Si02=1．50，(d)MgO，si02=1．75，(e)M90／Si02-2，OO比较图l中照片可以看出，随着添加剂中氧化镁含量的相对增加，晶粒的大小变化不明显．但晶粒呈各向异性生长趋势，这说明添加剂中氧化镁促进了氧化铝晶粒各项异性生长。其原因可能是由于在1400℃的烧成温度下，氧化镁、氧化硅连同部分氧化铝在主晶相晶界处形成液相，随着氧化镁含量的增加，液相