[发明专利]一种纳米晶陶瓷刚玉磨料及其制备方法

说明书

本发明涉及纳米晶陶瓷刚玉磨料及其制备方法，属陶瓷刚玉磨料领域，该磨料由Al₂(SO₄)₃•18H₂O和添加剂组成，添加剂包括分散剂、液体复合助烧剂和Al₂O₃溶胶晶种，制备陶瓷刚玉磨料的方法包括向Al₂(OH)₃凝胶前驱体加入液体复合助烧剂和Al₂O₃溶胶晶种，再经球磨均匀后分步干燥得到干凝胶，干凝胶经破碎制粒、过筛，得到满足颗粒粒径要求的凝胶颗粒，将凝胶颗粒分段煅烧后随炉冷却，经筛分得到不同粒度的陶瓷刚玉磨料颗粒。同时也公开了Al₂O₃溶胶晶种的制备方法和制备的陶瓷刚玉磨料。通过引入Al₂O₃溶胶晶种，克服了固态纳米晶种引入困难和混合不均的不足，确保原料和添加剂均匀混合，使得所制陶瓷磨料具有晶粒尺寸细小均匀的微观形貌，提高其抗压强度和磨削性能。

技术领域

本发明涉及陶瓷刚玉磨料领域，涉及一种纳米晶陶瓷刚玉磨料，具体涉及一种纳米晶陶瓷刚玉磨料及其制备方法。

背景技术

刚玉（α-Al₂O₃）磨料因具有熔点高、硬度大、难以粉碎等特点而被用于制造磨削材料，陶瓷刚玉磨料作为一类新型刚玉磨料，因其晶粒尺寸较小，致密化程度高而具有机械性能好、磨削效率高、使用寿命长等诸多优点，进而被广泛使用。陶瓷刚玉磨料的制备方法大多采用溶胶-凝胶法，溶胶-凝胶法是通过溶质与溶剂发生醇解或水解反应，产物分子生成纳米尺度的晶核粒子并形成溶胶，溶胶在一定条件下形成凝胶，凝胶通过干燥烧结获得最终产物的方法。

采用溶胶-凝胶法制备纳米晶陶瓷刚玉磨料时，因氧化铝具有较大的晶格能和较稳定的结构状态，质点迁移需要较高的活化能，所以难以烧结，现有技术在添加助烧剂的基础上，通过引入固态纳米晶种来降低陶瓷刚玉磨料的烧结温度并影响其微观结构。如圣戈班公司通过引入纳米氧化铝晶种改进陶瓷刚玉磨料的烧结致密化，但纳米氧化铝晶种由于具有较高的比表面积和比表面能，很容易团聚，且以固态纳米粉体方式引入的晶种很难分散均匀，图1所示为引入固态纳米晶种制备的陶瓷刚玉磨料场发射扫描电镜（SEM）图，由图1可知，制备的陶瓷刚玉磨料磨粒的晶粒尺寸不均匀，较大的晶粒粒径明显大于1μm，较小的晶粒粒径为纳米级别，晶粒尺寸不均匀会影响陶瓷刚玉磨料颗粒的抗压强度，抗压强度较低时，陶瓷刚玉磨料磨粒在磨削过程中易破碎，影响其磨削性能。由此可知，引入固态纳米晶种制备的陶瓷刚玉磨料存在磨料颗粒晶粒尺寸不均匀，抗压强度低，磨削性能较差等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种利用Al₂O₃溶胶晶种制备纳米晶陶瓷刚玉磨料的方法及由此得到的磨料，从而解决现有技术中陶瓷刚玉磨料晶粒尺寸不均匀，磨削性能低下的技术问题。

本发明为了解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种纳米晶陶瓷刚玉磨料的制备方法，以Al₂(SO₄)₃·18H₂O为原料，再向原料中添加分散剂、液体复合助烧剂和Al₂O₃溶胶晶种，主要包括以下步骤：

（1）、向Al(OH)₃凝胶前驱体中加入液体复合助烧剂和Al₂O₃溶胶晶种，进行球磨，球磨均匀后的浆料经分步干燥得到干凝胶，干凝胶经破碎制粒、过筛，得到满足颗粒粒径要求的干凝胶颗粒；

（2）、将步骤（1）所得干凝胶颗粒在500~800℃下焙烧并保温30~120min；

（3）、将步骤（2）焙烧后的颗粒在1250~1450℃下烧结并保温30~120min，随炉冷却，经筛分得到不同粒度的陶瓷刚玉磨料颗粒；