CN102443849A - 刚玉晶体的烧结方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种刚玉晶体的烧结方法，首先选取粒度小于10微米、纯度大于60%的活性氧化铝和水按照1:0.3-2的比例混合成块状或糊状后入干燥炉内，加热至120℃脱水3-4小时，然后将干燥后的成型料入高温炉内，升温至1200-2050℃，烧结1-16小时，自然冷却至室温，得到的块状坯体经破碎即为晶体粒度小于10微米的刚玉晶体。本发明的优点在于采用烧结法替代传统的熔炼法，大大缩短了加热时间，降低了能源消耗；烧结成的刚玉晶体粒度最小可以降至1纳米，作为磨料使用时，表现出优越的自锐性，寿命是普通磨料的10倍以上；精磨时，由于刚玉晶体的结晶小，出现的刃口就小，不但效率高，而且提高了抛光精度。
Description
技术领域
本发明涉及刚玉晶体，尤其是涉及一种作为磨料的刚玉晶体的烧结方法。
背景技术
现有的人造刚玉晶体是以氧化铝为原料高温熔炼而成，成品刚玉的硬度高而韧性低，化学性能稳定，绝缘性高，用于制作的磨具可适用高硬度、高强度物质如合金钢、高碳钢、高速钢和淬火钢等的磨削，也可作为研磨、抛光材料，还可作精密铸造型砂、喷涂材料、化工触媒载体、特征陶瓷、高级耐磨材料等。由于采用高温熔炼工艺，熔炼温度需要高达2000℃以上，熔炼周期在20个小时左右，故能源消耗大，生产成本高，同时得到的刚玉晶体的粒度较大，需要经破碎才能满足磨料加工等行业的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低、成品粒度小的刚玉晶体的烧结方法。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述的刚玉晶体的烧结方法，首先选取粒度小于10微米、纯度大于60%的活性氧化铝和水按照1:0.3-2的比例混合成块状或糊状后入干燥炉内，加热至120℃脱水3-4小时，然后将干燥后的成型料入高温炉内，升温至1200-2050℃，烧结1-16小时，自然冷却至室温，得到的块状坯体经破碎即为晶体粒度小于10微米的刚玉晶体。前期用水将活性氧化铝混合后再使其慢慢脱水，可以避免后期烧结时坯体的爆裂，所用的活性氧化铝包括β、γ、ρ勃姆石等相系。烧结过程中，不同相系的活性氧化铝，随着温度的升高变化，最终转变为α—Al2O3，烧结成刚玉。
所述原料中还包括辅料氧化钙，氧化镁，氧化硅，氧化铬，氧化钛；其中活性氧化铝与氧化钙的比例为1:0.01-0.05，活性氧化铝与氧化镁的比例为1:0.01-0.05；活性氧化铝与氧化硅的比例为1:0.01-0.03，活性氧化铝与氧化铬的比例为1:0.01-0.03，活性氧化铝与氧化钛的比例为1:0.01-0.03。其中氧化钙和氧化镁有阻止晶体长大的作用，同时还可以降低烧结温度、缩短烧结时间，降低生产成本；氧化硅、氧化铬和氧化钛可以增加晶体的强度，降低烧结温度。
所述原料中还包括微量的醋酸和硫酸，可以增加混合时物料的水溶性。醋酸和硫酸与活性氧化铝的比例一般为1:0.001-0.005。
本发明烧结成的刚玉晶体中，氧化铝含量大于98.5%，氧化钠小于0.3%，颗粒密度为3.98g/cm3,莫氏硬度9，抗压强度可达到400MPa。
本发明的优点在于采用烧结法替代传统的熔炼法，得到的刚玉晶体结晶小，结晶粒度一般在1纳米—10微米之间，仅为普通刚玉晶体的1/10；同时烧结时间短，能源消耗量少。
作为磨料使用时，由于结晶小，在磨削过程中晶体以1纳米—10微米之间的颗粒脱落，表现出优越的自锐性，而承压能力可以达到普通磨料的10倍以上，所以寿命是普通磨料的10倍以上；同时，在工件的粗磨过程中，因为刚玉晶体良好的自锐性，所以出现新刃口的频率高，磨削效率高，是普通磨料的5-10倍；在精磨时，由于刚玉晶体的结晶小，出现的刃口小，不但效率高，而且提高了抛光精度。本发明所烧结的刚玉晶体适用于树脂磨具、橡胶磨具、陶瓷磨具、耐火材料、耐磨材料、超硬材料的抛光、磨削和钻孔等。
具体实施方式
实施例1：
本发明所述的刚玉晶体的烧结方法，首先选取粒度小于10微米、纯度大于60%的活性氧化铝和水按照1:0.3-2的比例混合成块状或糊状后入干燥炉内，加热至120℃脱水3-4小时，然后将干燥后的成型料入高温炉内，升温至1200-2050℃，烧结1-16小时，自然冷却至室温，得到的块状坯体经破碎即为晶体粒度小于10微米的刚玉晶体。烧结时，随着烧结温度的升高，烧结时间的延长，晶体粒度会逐渐变大，强度会逐渐变强。如烧结温度在1200-1600℃、烧结时间为1-5小时时，得到的刚玉晶体强度略低，作为磨料时，适合硬度较低的普通金属磨削（如：合金钢、高碳钢、高速钢和淬火钢等），由于晶体粒度小，脱落速度快，自锐性好，磨削效率高且划痕小，光洁度高。当温度升至2000℃、烧结时间延长至15小时后，得到的刚玉晶体的莫氏硬度可达到9.3 ，该刚玉晶体由于烧结时间长，晶体颗粒较大，硬度及强度高，作为磨料使用时，对硬质合金的高强度磨削效果非常突出（如：钛合金的磨削和抛光）。
实施例2：
本发明所述的刚玉晶体的烧结方法，首先选取粒度小于10微米、纯度大于60%的活性氧化铝、水以及辅料氧化钙，氧化镁，氧化硅，氧化铬，氧化钛，各原料之间的配比为：活性氧化铝:氧化钙:氧化镁:氧化硅:氧化铬:氧化钛:水=1:0.01-0.05:0.01-0.05:0.01-0.03:0.01-0.03:0.01-0.03:0.3-2；将上述原料在混料机中混合成块状或糊状后入干燥炉内，加热至120℃脱水3-4小时，然后将干燥后的成型料入高温炉内，升温至1200-2050℃，烧结1-16小时，自然冷却至室温，得到的块状坯体经破碎即为晶体粒度小于10微米的刚玉晶体。
辅料氧化钙、氧化镁以及氧化硅、氧化铬和氧化钛的添加可以使刚玉晶体的烧结时间缩短，烧结温度降低，得到的刚玉晶体强度提高，同时具有阻止晶体长大的作用。辅料添加量的逐渐增大将使烧结的刚玉晶体的强度逐步增大。
当氧化钙、氧化镁、氧化硅、氧化铬、氧化钛的添加量分别为0.01时，烧结成的刚玉晶体的抗压强度可以达到250MPa；当氧化钙、氧化镁的添加量分别为0.03，氧化硅、氧化铬、氧化钛的添加量分别为0.02时，烧结成的刚玉晶体的抗压强度可以达到300 MPa；当氧化钙、氧化镁的添加量分别为0.05，氧化硅、氧化铬、氧化钛的添加量分别为0.03时，烧结成的刚玉晶体的抗压强度可以达到400 MPa。
实施例3：
如果实施例1或实施例2中的原料混合时，在其中加入微量的醋酸和硫酸（二者分别占活性氧化铝的0.1-0.5%即可），混合时活性氧化铝的水溶性更好。原料混合的越好，烧结出的刚玉坯块中的晶体粒度更均匀，效果更好。
Claims (3)
1.一种刚玉晶体的烧结方法，其特征在于：选取粒度小于10微米、纯度大于60%的活性氧化铝和水按照1:0.3-2的比例混合成块状或糊状后入干燥炉内，加热至120℃脱水3-4小时，然后将干燥后的成型料入高温炉内，升温至1200-2050℃，烧结1-16小时，自然冷却至室温，得到的块状坯体经破碎即为晶体粒度小于10微米的刚玉晶体。
2.根据权利要求1所述的刚玉晶体的烧结方法，其特征在于：所述原料中还包括辅料氧化钙，氧化镁，氧化硅，氧化铬，氧化钛；其中活性氧化铝与氧化钙的比例为1:0.01-0.05，活性氧化铝与氧化镁的比例为1:0.01-0.05；活性氧化铝与氧化硅的比例为1:0.01-0.03，活性氧化铝与氧化铬的比例为1:0.01-0.03，活性氧化铝与氧化钛的比例为1:0.01-0.03。
3.根据权利要求1或2所述的刚玉晶体的烧结方法，其特征在于：所述原料中还包括微量的醋酸和硫酸。
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Denomination of invention: Sintering method of corundum crystal Effective date of registration: 20210805 Granted publication date: 20140625 Pledgee: Henan Boao Investment Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: SONGSHAN ZHENGZHOU BORON TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021410000004 |
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Date of cancellation: 20220801 Granted publication date: 20140625 Pledgee: Henan Boao Investment Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: SONGSHAN ZHENGZHOU BORON TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2021410000004 |
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Denomination of invention: Sintering method of corundum crystals Effective date of registration: 20220830 Granted publication date: 20140625 Pledgee: Henan Boao Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: SONGSHAN ZHENGZHOU BORON TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022980014016 |
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Date of cancellation: 20230913 Granted publication date: 20140625 Pledgee: Henan Boao Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: SONGSHAN ZHENGZHOU BORON TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022980014016 |
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Denomination of invention: Sintering method of corundum crystals Effective date of registration: 20230925 Granted publication date: 20140625 Pledgee: Henan Boao Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: SONGSHAN ZHENGZHOU BORON TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023980058316 |