本發(fā)明涉及一種磨料的制備方法，特別是一種納米陶瓷磨料的制備方法。
背景技術：
自從十九世紀末人造剛玉磨料的首次研制成功以來，由于具有良好的機械性能、高溫磨削穩(wěn)定性及其加工對象的廣泛性，剛玉材料得到了長足的發(fā)展，作為磨料磨具在汽車、機械制造、航空航天等諸多領域發(fā)揮著不可替代的作用。然而普通剛玉磨料產品均是采用高溫熔煉工藝制備而成。由于制備工藝的局限性，使得以這種工藝制成的磨料晶粒粗大，基本上都是由大單晶組成，磨削性能差，因此這類剛玉磨料難以磨削一些高溫合金和高硬度淬冷鋼。
上世紀八十年代初期以norton公司和3m公司為代表，采用溶膠一凝膠工藝成功研制出陶瓷剛玉磨料(商品名sg磨料和cubitron系列磨料)，一次晶粒在0.2～5m范圍之內，具有比普通白剛玉小幾百倍的晶粒尺寸，因此表現出許多不同于傳統(tǒng)剛玉磨料的特性。陶瓷微晶磨料是一種新型的氧化鋁系磨料，具有細小的晶體結構，比傳統(tǒng)的剛玉磨料硬度高，韌性大，有極好的自銳性。利用它研制的砂輪具有磨削效率高、壽命長、磨削熱量少等特點。微晶剛玉磨料的使用面日益擴大，被認為是世界上磨削加工領域的一大技術成就。
隨著科學技術的進步和新材料的不斷涌現，軍工、航空航天、能源、汽車、軌道交通等國家重點發(fā)展領域和戰(zhàn)略性新興產業(yè)對磨料磨具提出了更高的發(fā)展需求。陶瓷剛玉磨料將是向著具有高硬度、高韌性及細晶結構的方向發(fā)展，以滿足高速、重負荷、強力磨削和精密磨削的工藝要求。晶粒尺寸大小與磨料的磨削性能、抗壓強度、沖擊韌性及硬度等力學性能密切相關。具有微米級，甚至納米級結構的陶瓷剛玉磨料粒徑更小，自銳性更好，制成的砂輪磨削性能更穩(wěn)定，更適于精密磨削和拋光等高檔磨削領域。但是由于氧化鋁燒結擴散活化能較高，低溫下難于燒結，而且晶粒容易長大，不易控制其晶態(tài)結構。因此，目前國內外還未有晶粒尺寸小于loonm的高性能陶瓷剛玉磨料。
技術實現要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種原料廉價易得，加工方法簡單，能制得具有納米晶結構，韌性和強度高的納米陶瓷磨料的制備方法。
本發(fā)明所要解決的技術問題是通過以下的技術方案來實現的，本發(fā)明是一種納米陶瓷磨料的制備方法，其特點是，其步驟如下：
（1）選用氧化鋁或氧化鋁和氧化鋯的混合物作為原料，其中氧化鋁的重量百分比為50-100wt%，氧化鋯的重量百分比為0-50wt%；
（2）將上述氧化鋁或氧化鋁和氧化鋯的混合物加工成粉末，過100目篩，后通過高溫火焰設備加熱融化得到熔融的粉末粒子，將熔融的粉末粒子直接噴射到蒸餾水中急速冷卻，冷卻速率為106-107k/s，形成具有納米晶結構的顆粒，再烘干篩分即得納米陶瓷磨料。
通過氧乙炔噴槍得到的粉末為流動性好的球形顆粒，相結構分析顯示為納米晶結構，納米陶瓷磨料的晶粒尺寸為45-55nm，顯微硬度hv>22mpa，韌性kic>4.0mpa.m1/2。
以上所述的本發(fā)明納米陶瓷磨料的制備方法技術方案中：當原料為氧化鋁和氧化鋯的混合物時，通過濕法球磨混合18-25小時，后在80℃-120℃溫度下烘干即得粉末。
以上所述的本發(fā)明納米陶瓷磨料的制備方法技術方案中：所述高溫火焰設備為氧乙炔火焰粉末噴槍。
以上所述的本發(fā)明納米陶瓷磨料的制備方法技術方案中：所述火焰溫度為15000k-20000k，所述粉末的飛行速度為150m/s-300m/s。
與現有技術相比，本發(fā)明具有以下其特點：
(1)晶粒尺寸細小。普通熔融剛玉磨料晶體尺寸在50微米左右甚至更大。而同樣粒度的納米晶陶瓷每顆磨粒是由上萬個納米級的細小晶體所組成，磨粒晶體尺寸為普通剛玉磨粒晶體尺寸的千分之一。
(2)優(yōu)良的自銳性。磨粒在磨削過程中能夠不斷暴露出新的切削刃，可以使砂輪保持較高的磨削穩(wěn)定性。納米晶陶瓷磨料自銳性好，不堵塞，可以保持穩(wěn)定的磨削性能，因而可以減少修正量，可以減少修正次數，提高生產效率。
（3）使用本磨料制得的磨具切削能力強，磨削效率較高?？蛇M行大切深、大進給、重負荷和高效磨削。金屬磨除率可比普通剛玉砂輪高50％以上。提高生產效率，降低勞動成本。
（4）在性能上遠優(yōu)于普通剛玉磨料，在價格上遠低于cbn和金剛石磨料，不存在cbn和金剛石在磨削設備方面的特殊要求及修正方面的困難，對磨削液也沒有特殊的要求。
具體實施方式
以下進一步描述本發(fā)明的具體技術方案，以便于本領域的技術人員進一步地理解本發(fā)明，而不構成對其權利的限制。
實施例1，一種納米陶瓷磨料的制備方法，其步驟如下：選用氧化鋁作為原料，過100目篩，后粉末通過氧乙炔火焰粉末噴槍加熱融化得到熔融的粉末粒子，所述氧乙炔火焰粉末噴槍的火焰溫度為16000k，粉末的飛行速度為180m/s，將熔融的粉末粒子直接噴射到常溫蒸餾水中急速冷卻，冷卻速率為106-107k/s，形成具有納米晶結構的顆粒，再烘干篩分即得納米陶瓷磨料。在通過氧乙炔噴槍得到的粉末為流動性好的球形顆粒，相結構分析顯示為納米晶結構，晶粒尺寸<100nm。
實施例2，一種納米陶瓷磨料的制備方法，其步驟如下：選用含氧化鋁80wt%，氧化鋯20wt%的混合物作為原料，加入到球磨機中，并向球磨機中加入適量異丙醇和氧化鋁磨球，濕法球磨混合20小時，混合后的粉末在100℃溫度下烘干后，過100目篩即得粉末，后粉末通過氧乙炔火焰粉末噴槍加熱融化得到熔融的粉末粒子，所述氧乙炔火焰粉末噴槍的火焰溫度為18000k，粉末的飛行速度為300m/s，將熔融的粉末粒子直接噴射到常溫蒸餾水中，熔化后的粉末粒子經急速冷卻后形成具有納米晶結構的顆粒，冷卻速率為106k/s，再烘干篩分即得納米陶瓷磨料。
在通過氧乙炔噴槍得到的粉末為流動性好的球形顆粒，其顯微硬度hv>22mpa；韌性kic>4.0mpa.m1/2。
實施例3，一種納米陶瓷磨料的制備方法，其步驟如下：選用含氧化鋁70wt%，氧化鋯30wt%的混合物作為原料，加入到球磨機中，并向球磨機中加入適量異丙醇和氧化鋁磨球，濕法球磨混合25小時，混合后的粉末在110℃溫度下烘干后，過100目篩即得粉末，后粉末通過氧乙炔火焰粉末噴槍加熱融化得到熔融的粉末粒子，所述氧乙炔火焰粉末噴槍的火焰溫度為19000k，粉末的飛行速度為280m/s，將熔融的粉末粒子直接噴射到常溫蒸餾水中，熔化后的粉末粒子經急速冷卻后形成具有納米晶結構的顆粒，冷卻速率為106k/s，再烘干篩分即得納米陶瓷磨料。