[发明专利]一种陶瓷刚玉磨料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，尤其是涉及一种用于磨削加工的陶瓷刚玉磨料(SG磨料)及其制备方法。

背景技术

磨料在工业应用中有着不可替代的作用，伴随着工业和科学技术的不断进步，磨料的使用范围越来越大，对其性能要求也逐渐提高。陶瓷刚玉磨料是用溶胶-凝胶法制备的，因此可以使磨料达到化学组分上的均匀性，同时用烧结工艺取代了熔融制备工艺，使得该磨料是一种陶瓷化的多晶烧结体，可以使磨料的硬度和韧性等大幅度提高。用溶胶-凝胶这种湿化学方法制备出来的陶瓷刚玉磨料在显微结构、磨削性能、韧性等许多方面表现优于传统熔融刚玉磨料;在制备成磨具使用时，也表现出良好的综合性能，陶瓷刚玉磨料的磨粒锋利，切削性能好，磨削效率高，可以进行大切深、大进给和高效磨削;自锐性好，能够不断暴露出新的切削面，使砂轮保持磨削稳定性;价格远低于CBN和金刚石等高档次磨料;磨具通用性好;功耗低，发热量少，不易烧伤工件;磨具耐用性好，可大量减少非磨削加工时间，大大提高其使用效率。

然而，由于纯氧化铝的烧结扩散活化能较高，低温下难以烧结，过高温度又易引起晶粒的异常生长，孔隙率提高，破坏其微观结构的均一性、致密性，进而损坏其性能，因此，如何通过优化以提高其显微结构的性能一直是陶瓷刚玉磨料研究的重要内容。

发明内容

本发明的目的，是克服现有技术的缺点和不足，在基于溶胶-凝胶技术，采用二步烧结的方法制备陶瓷刚玉磨料，提供一种微观形貌可控、同时提高其产品力学和磨削性能的一种陶瓷刚玉磨料及其制备方法。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种陶瓷刚玉磨料，其原料组成及质量百分比含量为95.00%～99.5%Al(NO₃)₃·9H₂O，0.50%～5.00%添加剂;所述添加剂为3.53～7.39%H₃BO₃、82.39～85.04%正硅酸乙酯简称TEOS和10.22～11.43%Ba(NO₃)₂;

该陶瓷刚玉磨料的制备方法，具体步骤如下:

(1)采用工业硝酸铝Al(NO₃）₃·9H₂O为原料，溶于水后过滤除去杂质，配成铝离子浓度为0.2～0.4mol/L的溶液;

(2)向步骤(1)的水溶液中滴入氨水溶液，并搅拌使其完全凝胶化，调节pH在9～10之间，然后抽滤，洗涤，得到Al(OH）₃凝胶;

(3)将添加剂加入步骤(2)的凝胶中，以乙醇为介质用刚玉磨球将其充分混匀，然后将混合物在60℃下干燥，得到干凝胶后再进行筛分获得干凝胶颗粒。

(4)将步骤(3)的干凝胶颗粒先于1150～1350℃烧成，再迅速冷却到1000～1150℃，并保温0～5h，待冷却至室温后再经筛分，得到不同粒度的刚玉磨料。

所述步骤(2)的氨水溶液为0.1mol/L的氨水溶液。

所述步骤(3)、步骤(4)筛分后的干凝胶颗粒的粒度为60～80目。

所述步骤(4)的刚玉磨料内部显微结构为板状，最终磨料形状可控;磨料内部显微结构晶粒尺寸在3um以内;单颗粒强度平均值为50N。

本发明可以根据烧结温度的改变来有效控制晶粒尺寸，以满足实际应用中对不同粒径刚玉磨料的需求;与现有技术相比较，提高了刚玉磨料单颗粒的抗压强度，同时进一步优化了内部显微结构。

附图说明

图1是本发明实施例1的刚玉磨料的形貌照片(场发射扫描电子显微镜，FESEM，JEOL JSM-6700F)。

图2是本发明实施例1的刚玉磨料的XRD谱线(RIGAKU/DMAX2500，日本理学会)。

具体实施方式

本发明采用溶胶-凝胶技术，利用二步烧结的方法制备陶瓷刚玉磨料，下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

本发明实施例均采用工业硝酸铝为原料，0.1mol/L的氨水为沉淀剂，各种原料的生产厂家详见表1。

表1