CN105645933A - 一种片状结构陶瓷刚玉磨料及其制备方法 - Google Patents

一种片状结构陶瓷刚玉磨料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种片状结构陶瓷刚玉磨料，以Al2(SO4)3·18H2O或Al(NO3)3·9H2O为原料，外加添加剂2～5wt％。添加剂的原料组分摩尔百分比含量为：金属氟化物20％～50％，稀土金属硝酸盐0％～65％，Si(OC2H5)4或Ti(OC4H9)4？0％～80％；所述金属氟化物为Na3AlF6、AlF3、CaF2或ZnF2中的一种或多种，稀土金属硝酸盐为La(NO3)3·6H2O或Y(NO3)3·6H2O。先将Al2(SO4)3·18H2O或Al(NO3)3·9H2O溶解于水中，配成铝离子浓度为0.3～0.5mol/L的溶液；控制pH为9～10，得到Al(OH)3湿凝胶；外加添加剂后经湿法球磨，于80℃干燥制得干凝胶，然后破碎、筛分得到前驱体颗粒；再于1300℃～1400℃煅烧，制得片状结构陶瓷刚玉磨料。本发明提供的片状结构陶瓷刚玉磨料内部晶粒的长径比2～7，晶粒厚度为50nm～150nm。

Description

一种片状结构陶瓷刚玉磨料及其制备方法
技术领域
本发明是关于磨削加工磨料的，尤其涉及一种片状结构的陶瓷刚玉磨料及其制备方法。
背景技术
刚玉具有熔点高、硬度高、强度高及耐磨性好等性能，在磨料磨具行业具有非常广泛的应用。随着现代科学技术水平的提高，尤其是现代加工技术的提高，对加工精度、加工质量和加工效率提出了更高的要求，这同时也对磨料磨具提出了更高要求。
传统刚玉磨料采用电熔法制备，晶粒尺寸大，性能越来越难以满足需求。新型陶瓷刚玉磨料采用溶胶-凝胶法制备前驱体，再经高温煅烧的工艺制备。其晶粒尺寸通常在亚微米级，每个磨粒由无数的小晶粒构成。相对于传统的电熔刚玉磨料，新型陶瓷刚玉磨料在自锐性、韧性、磨削效率、加工精度及使用寿命方面都有显著提升，适合现代磨削加工要求。
不同材料的磨削对于磨料性能具有不同的要求，磨料的结构控制着磨料的性能。片状结构晶粒可以提高磨料的韧性，因此制备片状结构新型陶瓷刚玉磨料可以满足对磨料韧性有较高要求的材料的磨削加工需求。
发明内容
本发明的目的，是为满足对磨料韧性有较高要求的材料的磨削加工需求，提供一种片状结构新型陶瓷刚玉磨料及其制备方法。
本发明通过如下技术方案予以实现：
一种片状结构陶瓷刚玉磨料，以Al2(SO4)3·18H2O或Al(NO3)3·9H2O为原料，外加添加剂的质量百分比含量为2％～5％；
所述添加剂的原料组分摩尔百分比含量为：金属氟化物20％～50％，稀土金属硝酸盐0％～65％，Si(OC2H5)4或Ti(OC4H9)40％～80％；
所述添加剂中金属氟化物为Na3AlF6、AlF3、CaF2或ZnF2中的一种或多种，稀土金属硝酸盐为La(NO3)3·6H2O或Y(NO3)3·6H2O；
上述陶瓷刚玉磨料的制备方法，具有如下步骤：
(1)将Al2(SO4)3·18H2O或Al(NO3)3·9H2O溶解于水中，配成铝离子浓度为0.3～0.5mol/L的溶液；
(2)向步骤(1)的溶液中加入氨水，在常温下不断搅拌，控制pH为9～10，使其完全凝胶化，然后经抽滤、洗涤得到Al(OH)3湿凝胶；
(3)将添加剂加入步骤(2)所得凝胶中，湿法球磨使其充分混匀后，在80℃下干燥得到干凝胶，然后破碎、筛分得到前驱体颗粒；
(4)将步骤(3)所得前驱体颗粒于1300℃～1400℃煅烧，再进一步筛分得到片状结构陶瓷刚玉磨料。
所述步骤(4)的片状结构陶瓷刚玉磨料内部晶粒的长径比为2～7。
所述步骤(4)的片状结构陶瓷刚玉磨料的片状晶粒厚度为50nm～150nm。
本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种片状结构陶瓷刚玉磨料及其制备方法，所得片状结构陶瓷刚玉磨料内部晶粒具有较大长径比及亚微米级尺寸，其晶粒的长径比2～7，晶粒厚度为50nm～150nm；相对于现有刚玉磨料，其韧性也有明显提高。
具体实施方式
本发明均采用市售分析纯原料，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
取25.27gAl2(SO4)3·18H2O完全溶解于水中，配成0.5mol/LAl3+溶液；
向上述溶液中加入氨水，不断搅拌，控制pH为9，使其完全凝胶化，然后抽滤、洗涤得到湿凝胶；
将5wt％的外加添加剂加入湿凝胶中，以水为介质，湿法球磨使其充分混匀；所述添加剂组成及摩尔百分比为20％Na3AlF6，80％Si(OC2H5)4；
将球磨后的湿凝胶置于80℃下干燥得到干凝胶，然后经破碎、筛分得到前驱体颗粒；
将前驱体颗粒在1400℃煅烧，再经筛分得到陶瓷刚玉磨料；
所得新型陶瓷刚玉磨料内部片状晶粒长径比为2～4，片状晶粒厚度为100～150nm。
实施例2
取37.50gAl(NO3)3·9H2O完全溶解于水中，配成0.4mol/LAl3+溶液；
向上述溶液中加入氨水，不断搅拌，控制pH为9，使其完全凝胶化，然后抽滤、洗涤得到湿凝胶；
将2wt％的外加添加剂加入湿凝胶中，以水为介质，湿法球磨使其充分混匀；所述添加剂组成及摩尔百分比为40％ZnF2，60％La(NO3)3·9H2O；
将球磨后的湿凝胶置于80℃下干燥得到干凝胶，然后经破碎、筛分得到前驱体颗粒；
将前驱体颗粒在1400℃煅烧，再经筛分得到不同粒度的陶瓷刚玉磨料；
所得新型陶瓷刚玉磨料内部片状晶粒长径比为4～7，片状晶粒厚度为50nm～100nm。
实施例3
取37.50gAl(NO3)3·9H2O完全溶解于水中，配成0.3mol/LAl3+溶液；
液中加入氨水，不断搅拌，控制pH为9，使其完全凝胶化，然后抽滤、洗涤得到湿凝胶；
将3wt％的外加添加剂加入湿凝胶中，以水为介质，湿法球磨使其充分混匀；所述添加剂组成及摩尔百分比为25％ZnF2，25％La(NO3)3·9H2O，50％Ti(OC4H9)4；
将球磨后的湿凝胶置于80℃下干燥得到干凝胶，然后经破碎、筛分得到前驱体颗粒；
将前驱体颗粒在1300℃煅烧，再经筛分得到不同粒度的陶瓷刚玉磨料；
所得新型陶瓷刚玉磨料内部片状晶粒长径比为5～7，片状晶粒厚度为80nm～120nm。
实施例4
取37.50gAl(NO3)3·9H2O完全溶解于水中，配成0.4mol/LAl3+溶液；
向上述溶液中加入氨水，不断搅拌，控制pH为9，使其完全凝胶化，然后经抽滤、洗涤得到湿凝胶；
将3wt％的外加添加剂加入湿凝胶中，以水为介质，湿法球磨使其充分混匀；所述添加剂组成及摩尔百分比为25％ZnF2，35％La(NO3)3·9H2O，40％Ti(OC4H9)4；
将球磨后的湿凝胶置于80℃下干燥得到干凝胶，然后经破碎、筛分得到前驱体颗粒；
将前驱体颗粒在1400℃煅烧，再经筛分得到不同粒度的陶瓷刚玉磨料；
所得新型陶瓷刚玉磨料内部片状晶粒长径比为3～5，片状晶粒厚度为100nm～150nm。

Claims (3)

1.一种片状结构陶瓷刚玉磨料，以Al2(SO4)3·18H2O或Al(NO3)3·9H2O为原料，外加添加剂的质量百分比含量为2％～5％；
所述添加剂的原料组分摩尔百分比含量为：金属氟化物20％～50％，稀土金属硝酸盐0％～65％，Si(OC2H5)4或Ti(OC4H9)40％～80％；
所述添加剂中金属氟化物为Na3AlF6、AlF3、CaF2或ZnF2中的一种或多种，稀土金属硝酸盐为La(NO3)3·6H2O或Y(NO3)3·6H2O。
上述陶瓷刚玉磨料的制备方法，具有如下步骤：
(1)将Al2(SO4)3·18H2O或Al(NO3)3·9H2O溶解于水中，配成铝离子浓度为0.3～0.5mol/L的溶液；
(2)向步骤(1)的溶液中加入氨水，在常温下不断搅拌，控制pH为9～10，使其完全凝胶化，然后经抽滤、洗涤得到Al(OH)3湿凝胶；
(3)将添加剂加入步骤(2)所得凝胶中，湿法球磨使其充分混匀后，在80℃下干燥得到干凝胶，然后破碎、筛分得到前驱体颗粒；
(4)将步骤(3)所得前驱体颗粒于1300℃～1400℃煅烧，再进一步筛分得到片状结构陶瓷刚玉磨料。
2.根据权利要求1所述的一种片状结构陶瓷刚玉磨料，其特征在于，所述步骤(4)的片状结构陶瓷刚玉磨料内部晶粒的长径比为2～7。
3.根据权利要求1所述的一种片状结构陶瓷刚玉磨料，其特征在于，所述步骤(4)的片状结构陶瓷刚玉磨料的片状晶粒厚度为50nm～150nm。
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