專利名稱：一種陶瓷剛玉磨料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種以成分為特征的陶瓷組合物，尤其是涉及一種用于磨削加工的陶瓷剛玉磨料(SG磨料)及其制備方法。
背景技術(shù)：
磨料在工業(yè)應(yīng)用中有著不可替代的作用，伴隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，磨料的使用范圍越來越大，對其性能要求也逐漸提高。陶瓷剛玉磨料是用溶膠-凝膠法制備的，因此可以使磨料達(dá)到化學(xué)組分上的均勻性，同時(shí)用燒結(jié)工藝取代了熔融制備工藝，使得該磨料是一種陶瓷化的多晶燒結(jié)體，可以使磨料的硬度和韌性等大幅度提高。用溶膠-凝膠這種濕化學(xué)方法制備出來的陶瓷剛玉磨料在顯微結(jié)構(gòu)、磨削性能、韌性等許多方面表現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)熔融剛玉磨料；在制備成磨具使用時(shí)，也表現(xiàn)出良好的綜合性能，陶瓷剛玉磨料的磨粒鋒利，切削性能好，磨削效率高，可以進(jìn)行大切深、大進(jìn)給和高效磨削；自銳性好，能夠不斷暴露出新的切削面，使砂輪保持磨削穩(wěn)定性；價(jià)格遠(yuǎn)低于CBN和金剛石等高檔次磨料；磨具通用性好；功耗低，發(fā)熱量少，不易燒傷工件；磨具耐用性好，可大量減少非磨削加工時(shí)間，大大提高其使用效率。然而，由于純氧化鋁的燒結(jié)擴(kuò)散活化能較高，低溫下難以燒結(jié)，過高溫度又易引起晶粒的異常生長，孔隙率提高，破壞其微觀結(jié)構(gòu)的均一性、致密性，進(jìn)而損壞其性能，因此，如何通過優(yōu)化以提高其顯微結(jié)構(gòu)的性能一直是陶瓷剛玉磨料研究的重要內(nèi)容?！?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，在基于溶膠-凝膠技術(shù)，采用二步燒結(jié)的方法制備陶瓷剛玉磨料，提供一種微觀形貌可控、同時(shí)提高其產(chǎn)品力學(xué)和磨削性能的一種陶瓷剛玉磨料及其制備方法。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。一種陶瓷剛玉磨料，其原料組成及質(zhì)量百分比含量為95.00% 99.5%A1 (NO3) 3.9Η20，0.50% 5.00% 添加劑;所述添加劑為 3.53 7.39%Η3Β03、82.39 85.04% 正硅酸乙酯簡稱 TEOS 和 10.22 11.43%Ba (NO3) 2;該陶瓷剛玉磨料的制備方法，具體步驟如下:(I)采用工業(yè)硝酸鋁Al (NO3) 3.9H20為原料，溶于水后過濾除去雜質(zhì)，配成鋁離子濃度為0.2 0.4mol/L的溶液；(2)向步驟(I)的水溶液中滴入氨水溶液，并攪拌使其完全凝膠化，調(diào)節(jié)pH在9 10之間，然后抽濾，洗滌，得到Al (OH) 3凝膠；(3)將添加劑加入步驟(2)的凝膠中，以乙醇為介質(zhì)用剛玉磨球?qū)⑵涑浞只靹颍缓髮⒒旌衔镌?0°C下干燥，得到干凝膠后再進(jìn)行篩分獲得干凝膠顆粒。(4)將步驟(3)的干凝膠顆粒先于1150 1350°C燒成，再迅速冷卻到1000 1150°C，并保溫O 5h，待冷卻至室溫后再經(jīng)篩分，得到不同粒度的剛玉磨料。
所述步驟⑵的氨水溶液為0.lmol/L的氨水溶液。所述步驟(3)、步驟(4)篩分后的干凝膠顆粒的粒度為60 80目。所述步驟(4)的剛玉磨料內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)為板狀，最終磨料形狀可控；磨料內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)晶粒尺寸在3um以內(nèi)；單顆粒強(qiáng)度平均值為50N。本發(fā)明可以根據(jù)燒結(jié)溫度的改變來有效控制晶粒尺寸，以滿足實(shí)際應(yīng)用中對不同粒徑剛玉磨料的需求；與現(xiàn)有技術(shù)相比較，提高了剛玉磨料單顆粒的抗壓強(qiáng)度，同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化了內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的剛玉磨料的形貌照片(場發(fā)射掃描電子顯微鏡，F(xiàn)ESEM，JEOL JSM-6700F)。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的剛玉磨料的XRD譜線(RIGAKU/DMAX2500，日本理學(xué)會(huì))。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用溶膠-凝膠技術(shù)，利用二步燒結(jié)的方法制備陶瓷剛玉磨料，下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。本發(fā)明實(shí)施例均采用工業(yè)硝酸鋁為原料，0.lmol/L的氨水為沉淀劑，各種原料的生產(chǎn)廠家詳見表I。表權(quán)利要求
1.一種陶瓷剛玉磨料，其原料組成及質(zhì)量百分比含量為95.00% 99.5%A1 (NO3) 3.9Η20，0.50% 5.00% 添加劑;所述添加劑為 3.53 7.39%Η3Β03、82.39 85.04% 正硅酸乙酯簡稱 TEOS 和 10.22 11.43%Ba (NO3) 2; 該陶瓷剛玉磨料的制備方法，具體步驟如下: (1)采用工業(yè)硝酸鋁Al(NO3)3.9Η20為原料，溶于水后過濾除去雜質(zhì)，配成鋁離子濃度為0.2 0.4mol/L的溶液; (2)向步驟(I)的水溶液中滴入氨水溶液，并攪拌使其完全凝膠化，調(diào)節(jié)pH在9 10之間，然后抽濾，洗滌，得到Al (OH)3凝膠； (3)將添加劑加入步驟(2)的凝膠中，以乙醇為介質(zhì)用剛玉磨球?qū)⑵涑浞只靹?，然后將混合物?0°C下干燥，得到干凝膠后再進(jìn)行篩分獲得干凝膠顆粒。
(4)將步驟(3)的干凝膠顆粒先于1150 1350°C燒成，再迅速冷卻到1000 1150°C，并保溫O 5h，待冷卻至室溫后再經(jīng)篩分，得到不同粒度的剛玉磨料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種陶瓷剛玉磨料，其特征在于，所述步驟(2)的氨水溶液為0.lmol/L的氨水溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種陶瓷剛玉磨料，其特征在于，所述步驟(3)、步驟(4)篩分后的干凝膠顆粒的粒度為60 80目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的一種陶瓷剛玉磨料，其特征在于，所述步驟(4)的剛玉磨料內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)為板狀，最終磨料形狀可控；磨料內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)晶粒尺寸在3um以內(nèi)；單顆粒強(qiáng)度平均值為50N?！?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種陶瓷剛玉磨料及其方法，其原料組成及質(zhì)量百分比含量為95.00%～99.5%Al(NO3)3·9H2O，0.50%～5.00%添加劑;所述添加劑為3.53～7.39%H3BO3、82.39～85.04%正硅酸乙酯簡稱TEOS和10.22～11.43%Ba(NO3)2;采用溶膠-凝膠技術(shù)，利用二步燒結(jié)的方法，獲得陶瓷剛玉磨料。本發(fā)明優(yōu)化了磨料的顯微結(jié)構(gòu)，提高了磨料的力學(xué)性能。
文檔編號C04B35/10GK103242033SQ201310152279
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者朱玉梅, 李英欣, 李志宏 申請人:天津大學(xué)