CN102976719A - 一种具有特定形状的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有特定形状的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的制备方法，其首先制备得到氧化铝溶胶，然后将氧化铝溶胶注入到具有特定形状的模具中，静置至浆体固化，取出，干燥，烧结得到具有所述特定形状的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料。本发明提供的方法能够成功制备具有特定形状的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料，因而所得亚微米晶氧化铝陶瓷磨料具有更高的耐磨性；此外，本发明方法工艺简单、环保，适于大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的制备方法以及由该方法制得的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料。
背景技术
氧化铝基陶瓷材料是具有高熔点、高硬度、高耐磨、绝缘、耐热等优异性能的先进陶瓷，尤其是在磨料磨具行业有非常广泛的应用。
微晶氧化铝磨料是具有革命性的新一代磨料，其中每个磨粒都是具有亚微米晶粒的氧化铝陶瓷，因此也称陶瓷磨料。与白刚玉等普通磨料相比，它切削能力强，磨削效率较高，可以进行大切深、大进给和成型磨削；自锐性好，磨削热少，磨削温度低，不烧伤工件；韧性高，能够不断暴露出新的切削面，可以使砂轮保持较高的磨削稳定性，并且砂轮寿命大大增加。与超硬磨料（人造金刚石和立方氮化硼(CBN)相比，它不仅磨具通用性好，可用于干式磨削或湿式磨削，用水或油冷却；可用于研磨黑色或有色金属；还可有效地应用于韧性不锈钢、耐热合金等特殊材料的磨削；价格也远低于CBN和金刚石等超硬磨料。
现有技术中，微晶氧化铝磨料基本上都是呈形状不规则的颗粒状。例如中国发明专利ZL200510112725.0所公开的微晶氧化铝陶瓷颗粒的制备方法制备得到的微晶氧化铝陶瓷颗粒。该专利公开的制备方法是采用超细氢氧化铝为起始原料制备出的α-氧化铝，再与氢氧化铝和拟薄水铝石混合研磨，配制成悬浮液，制备成凝胶体干燥、破碎后，在1250℃～1650℃的温度下烧结，破碎、筛分，制得微晶氧化铝陶瓷颗粒。
此外，按照上述专利制备的氧化铝浆料在烧结时，由于烧结收缩较大，会导致凝胶体变形过大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有特定形状的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的制备方法。
为解决以上技术问题，本发明所采取如下技术方案：
一种具有特定形状的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的制备方法，其首先制备得到氧化铝溶胶，然后将氧化铝溶胶注入到具有特定形状的模具中，静置至浆体固化，取出，干燥，烧结得到具有所述特定形状的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料。
根据本发明，所述的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料是指氧化铝陶瓷磨料中的晶粒尺寸在100～500nm之间的氧化铝陶瓷磨料。
根据发明的一个具体和优选方面，所述氧化铝溶胶的制备步骤如下：将勃姆石分散在去离子水中，其中，勃姆石与水的重量比为1：2～20，然后加入酸调节pH至2～5，搅拌至成均匀的浆状，即为氧化铝溶胶。优选地，勃姆石与水的重量比为1：4～5，并且加入酸调节pH至3~4。
优选地，在将氧化铝溶胶注入模具前，在所述氧化铝溶胶中加入重量为氧化铝溶胶重量的5%～10%的甲基纤维素或聚乙烯醇或二者的混合物。更优选地，甲基纤维素或聚乙烯醇或二者的混合物的加入量为6%～7%。
根据本发明，所述的模具的材质优选为耐高温耐酸材料，例如可以为不锈钢、聚丙烯塑料、聚四氟乙烯中的一种。
根据本发明，使氧化铝溶胶固化的一个具体方法是：在70~100℃的环境中静置1～3天，随水分的减少，而自然固化。由于有甲基纤维素或聚乙烯醇的存在，采取该方法可以克服氧化铝溶胶在烧结过程中收缩过大的问题。
优选地，所述的干燥的温度为70~100℃，所述的烧结的温度为1300~1650℃，烧结时间为1~4小时。
所述的特定形状优选不包括球形。更优选地，所述的特定形状为多边形或圆柱形。多边形包括三角形，矩形，正方形、菱形、五边形等等。进一步优选地，所述的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的形状为三角形；或者，所述的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的形状为圆柱形，当量直径为需要的目数，如60目、80目、100目、180目、300目、400目。
本发明还涉及由上述方法制备得到的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料，其形状为多边形或圆柱形。
根据本发明，作为原料的勃姆石的纯度优选大于等于98.5%。调节pH用的酸为可以为选自硝酸、盐酸、草酸及氢氟酸中的一种或多种。这些酸可以为直接购买所得的工业级酸或者经过稀释的酸。本领域技术人员为了调节pH的目的，可以选择合适的酸的浓度。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：
申请人发现，亚微米晶氧化铝陶瓷磨料为规则的某种形状特别是为多边形和圆柱形时，其耐磨性能相比不规则形状的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的耐磨性显著提高。本发明提供的方法能够成功制备具有特定形状的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料，因而所得亚微米晶氧化铝陶瓷磨料具有更高的耐磨性；此外，本发明方法工艺简单、环保，适于大规模工业化生产。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明：
实施例1
本实施例提供一种三角形亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的制备方法，其具体包括如下步骤：
（1）、称取50g的勃姆石，将其分散在200克去离子水中，控制其含量在20wt％左右；加入一定量的工业硝酸，调节pH为4，长时间搅拌，搅拌速度控制在1000rpm之间，制备得到氧化铝的溶胶；在溶胶中加入6%的甲基纤维素。
（2）、在不锈钢膜带材料上采用刻蚀的方法加工出具有三角形形状的空腔，并将氧化铝溶胶注入模具中，模具三角形外接直径为0.160mm，在70℃静置2～3天，使模具中的浆体固化，收缩，取出。
（3）、将固化的浆体在温度80℃下干燥1小时、于温度1350℃下烧结2小时，即得三角形亚微米晶氧化铝陶瓷磨料。
所制备的氧化铝陶瓷磨料的当量直径为0.127±5%mm；形状为规整的三角形；破损率：≯1%；致密度：≮99.9%；耐磨指数（耐磨性）≮65。
实施例2
本实施例提供一种圆柱形亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的制备方法，其具体包括如下步骤：
（1）、称取50g的勃姆石，将其分散在200克去离子水中，控制其含量在20wt％左右；加入一定量的工业硝酸，调节pH为4，长时间搅拌，搅拌速度控制在1000rpm之间，制备得到氧化铝的溶胶；在胶体中加入6%的甲基纤维素。
（2）、在不锈钢膜带材料上采用刻蚀的方法加工出具有圆柱形状的空腔，并将氧化铝溶胶注入模具中，模具圆柱形直径为0.160mm，在90℃静置1～2天，使模具中的浆体固化，收缩，取出。
（3）、将固化的浆体在100℃下干燥0.5小时、于温度1370℃下烧结2小时，即得圆柱形亚微米晶氧化铝陶瓷磨料。
所制备的氧化铝陶瓷磨料的直径为0.127±5%mm；形状为规整的圆柱形；破损率：≯1%；致密度：≮99.9%；耐磨指数（耐磨性）≮63。
对比例1
本对比例提供一种不规则亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的制备方法，其具体包括如下步骤：
（1）、称取50g的勃姆石，将其分散在200克去离子水中，控制其含量在20wt％左右；加入一定量的工业硝酸，调节pH为4，长时间搅拌，搅拌速度控制在1000rpm之间，制备得到氧化铝的溶胶；
（2）、氧化铝溶胶注入模具中，室温静置1～2天，使模具中的浆体固化，收缩，取出。（3）、对固化的浆体进行干燥、于温度1350℃下烧结2小时，粉碎，得到亚微米晶氧化铝陶瓷磨料。
所得氧化铝陶瓷磨料致密度：≮99.9%；形状不规则；耐磨指数（耐磨性）≯45。
通过上述实施例和对比例可见，纳米晶氧化铝陶瓷磨料为三角形和圆柱形时，其耐磨性及其它性能均比不规则形状有很大提高。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1. 一种具有特定形状的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的制备方法，其特征在于：所述方法首先制备得到氧化铝溶胶，然后将氧化铝溶胶注入到具有特定形状的模具中，静置至浆体固化，取出，干燥，烧结得到具有所述特定形状的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料。
2. 根据权利要求1所述的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的制备方法，其特征在于：所述氧化铝溶胶的制备步骤如下：将勃姆石分散在去离子水中，其中，勃姆石与水的重量比为1：2～20，然后加入酸调节pH至2～5，搅拌至成均匀的浆状，即为氧化铝溶胶。
3. 根据权利要求1所述的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的制备方法，其特征在于：在将氧化铝溶胶注入模具前，在所述氧化铝溶胶中加入重量为氧化铝溶胶重量的5%～10%的甲基纤维素或聚乙烯醇或二者的混合物。
4. 根据权利要求1所述的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的制备方法，其特征在于：所述的模具的材质为不锈钢、聚丙烯塑料或聚四氟乙烯。
5. 根据权利要求1或3所述的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的制备方法，其特征在于：使氧化铝溶胶固化的具体方法是：在70~100℃的环境中静置1～3天，随水分的减少，而自然固化。
6. 根据权利要求1所述的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的制备方法，其特征在于：所述的干燥的温度为70~100℃，所述的烧结的温度为1300~1650℃、烧结时间为1～4小时。
7. 根据权利要求1所述的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的制备方法，其特征在于：所述的特定形状不包括球形。
8. 根据权利要求7所述的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的制备方法，其特征在于：所述的特定形状为多边形或圆柱形。
9. 根据权利要求8所述的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的制备方法，其特征在于：所述的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的形状为三角形；或者，所述的亚微米晶氧化铝陶瓷磨料的形状为圆柱形，当量直径为所需要的目数。
10. 一种权利要求1方法制备所得亚微米晶氧化铝陶瓷磨料，其特征在于：形状为多边形或圆柱形。
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