[发明专利]一种氧化铝基微晶陶瓷颗粒及其制备方法和应用

说明书

本申请提出了一种氧化铝基微晶陶瓷颗粒及其制备方法和应用，其中，一方面，本申请提出了一种氧化铝基微晶陶瓷颗粒，包括若干氧化铝微晶粒和若干晶粒间相，相邻的氧化铝微晶粒之间通过所述晶粒间相的过渡连接使得氧化铝基微晶陶瓷颗粒形成类单晶结构，所述氧化铝基微晶陶瓷颗粒中不存在任何非晶物质。本申请氧化铝基微晶陶瓷颗粒在晶粒间相的作用下形成了类单晶结构，极大地提高了氧化铝晶粒间的结合力，且使得氧化铝微晶的微观结构更致密，进而有效地提高了氧化铝微晶陶瓷颗粒的硬度和单颗粒抗压强度。

技术领域

本申请属于陶瓷材料制造领域，具体涉及一种氧化铝基微晶陶瓷颗粒及其制备方法和应用。

背景技术

磨料磨具素有工业牙齿的美称，广泛应用于冶金、机械、电子、航空航天、国防建设及日常生活中，如各种机械零件的磨削制造，材质断割、修整和抛光，钢坯表面处理、轧辊修整，汽车曲轴、凸轮、发动机活塞缸磨削加工，飞机发动机部件加工，各种施工工程中的钻样、机场跑道和公路切割，板材、家具、皮革、塑料、玻璃及不锈钢修整和抛光等。

磨料分普通磨料和超硬磨料两大类，普通磨料有：电熔刚玉(棕刚玉、白刚玉、单晶刚玉、微晶刚玉、铬刚玉、锆刚玉)磨料、氧化铝微晶陶瓷磨料、绿碳化硅、黑碳化硅等；超硬磨料包括金刚石磨料和立方氮化硼(CBN)。超硬磨料由于其硬度高、强度大，所以作为磨料使用体现出了一系列优异性能，如磨削能力强、抗冲击能力强等，但是超硬磨料也存在一定缺点，主要就是热稳定性差、化学稳定性差、造价高，尤其是其高昂的造价极大地限制了超硬磨料的广泛使用。

现有技术中，利用氧化铝微晶作为磨料应用材料的探究中，在CN108603095A研磨颗粒和其形成方法中公开了一种研磨颗粒包含包括氧化铝的主体，所述氧化铝包括平均微晶大小不大于0.18μm的多个微晶。在其它实施例中，所述主体进一步包含镁和氧化锆。所述研磨颗粒具有不大于1000MPa的平均强度或至少105％的相对脆度中的至少一个。但是该申请的研究重点是改进氧化铝微晶结构的平均强度和脆度，但是氧化铝微晶想要替代超硬材料的关键影响因素是单颗粒抗压强度和硬度，该申请并没有达到一定的单颗粒抗压强度和硬度。

在CN107628809A公开了一种微观层状互锁纳米晶陶瓷刚玉磨料及其制备方法，以九水合硝酸铝为原料，PEG1000为分散剂，氧化铝晶种占原料的质量分数为0.40～0.50％，外加添加剂为原料质量百分比含量的0.15～0.75％，添加剂的原料组成及其原料的质量百分比含量为六水合硝酸钇0～40％，六水合硝酸铈0～40％，氟化钙0～50％，钛酸四丁酯20～65％。该发明控制了陶瓷刚玉磨料的微观结构特征，刚玉磨料内部均匀排布着致密层状相互穿插的晶粒，磨粒内部晶粒径长平均尺寸在600～1300nm之间，晶粒片层厚度在50～280nm之间；晶粒径厚比(径长比厚度)在3～11之间，通过显微结构的控制，提高了刚玉磨料的断裂韧性、抗压强度和自锐性等机械性能；且单颗粒抗压强度可达41N。

专利文件CN105819833A中公开了一种自锐型微晶氧化铝陶瓷磨料颗粒的制备方法，包括以下步骤：第一步、按照重量百分比计，取99～99.5wt％微晶煅烧氧化铝和助剂0.5～1wt％混合均匀，然后加入粘结剂混合均匀，超细研磨，备用；第二步、将第一步中的研磨后的原料，静压压制成板状，厚度1～3mm；第三步、将第二步的静压后原料中温烧结1100～1300℃，1～3h；第四步、将低温烧结后的原料进行破碎，破碎至所需粒度；第五步、将破碎后的原料进行1700～1800℃高温烧结，12～18h，高温烧结破碎后筛分，即得陶瓷磨料。

现有技术中在氧化铝微晶的探究中，有用氧化铝微晶作为磨料的探究，基本上都是制成陶瓷结合剂固结磨具、树脂结合剂固结磨具或涂附磨具用于金属磨削领域；鲜有氧化铝微晶颗粒作为磨料替代超硬磨料的应用。普通的氧化铝微晶材料无法替代超硬磨料使用，其根本缺陷在于氧化铝微晶的微观结构存在缺陷、组分不好、晶粒间结合力不强、制备方法有缺陷等以至于均没有得到更高的单颗粒抗压强度、更高硬度、更致密的微观结构等性能的氧化铝微晶使其可以用来替代超硬磨料应用。

发明内容