CN107352983A - 一种纳米陶瓷磨料的制备方法 - Google Patents

一种纳米陶瓷磨料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107352983A
CN107352983A CN201710711577.7A CN201710711577A CN107352983A CN 107352983 A CN107352983 A CN 107352983A CN 201710711577 A CN201710711577 A CN 201710711577A CN 107352983 A CN107352983 A CN 107352983A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum oxide
abrasive material
preparation
nano ceramics
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710711577.7A
Other languages
English (en)
Inventor
郭世杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LIANYUNGANG ROTA ABRASIVES Co Ltd
Original Assignee
LIANYUNGANG ROTA ABRASIVES Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LIANYUNGANG ROTA ABRASIVES Co Ltd filed Critical LIANYUNGANG ROTA ABRASIVES Co Ltd
Priority to CN201710711577.7A priority Critical patent/CN107352983A/zh
Publication of CN107352983A publication Critical patent/CN107352983A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/653—Processes involving a melting step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1409—Abrasive particles per se
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Abstract

本发明是一种纳米陶瓷磨料的制备方法，其步骤如下：选用氧化铝或氧化铝和氧化锆的混合物作为原料，其中氧化铝的重量百分比为50‑100wt%，氧化锆的重量百分比为0‑50wt%；将上述氧化铝或氧化铝和氧化锆的混合物加工成粉末，过100目筛，后通过高温火焰设备加热融化得到熔融的粉末粒子，将熔融的粉末粒子直接喷射到蒸馏水中急速冷却，冷却速率为106 ‑107K/s，形成具有纳米晶结构的颗粒，再烘干筛分即得纳米陶瓷磨料。本发明采用的原料简单，廉价易得，制备的磨料具有超细纳米晶粒和良好的强度以及优异的耐磨性能，且工艺简洁易操作，适于大规模化生产。

Description

一种纳米陶瓷磨料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种磨料的制备方法，特别是一种纳米陶瓷磨料的制备方法。
背景技术
自从十九世纪末人造刚玉磨料的首次研制成功以来，由于具有良好的机械性能、高温磨削稳定性及其加工对象的广泛性，刚玉材料得到了长足的发展，作为磨料磨具在汽车、机械制造、航空航天等诸多领域发挥着不可替代的作用。然而普通刚玉磨料产品均是采用高温熔炼工艺制备而成。由于制备工艺的局限性，使得以这种工艺制成的磨料晶粒粗大，基本上都是由大单晶组成，磨削性能差，因此这类刚玉磨料难以磨削一些高温合金和高硬度淬冷钢。
上世纪八十年代初期以Norton公司和3M公司为代表，采用溶胶一凝胶工艺成功研制出陶瓷刚玉磨料(商品名SG磨料和Cubitron系列磨料)，一次晶粒在0.2～5m 范围之内，具有比普通白刚玉小几百倍的晶粒尺寸，因此表现出许多不同于传统刚玉磨料的特性。陶瓷微晶磨料是一种新型的氧化铝系磨料，具有细小的晶体结构，比传统的刚玉磨料硬度高，韧性大，有极好的自锐性。利用它研制的砂轮具有磨削效率高、寿命长、磨削热量少等特点。微晶刚玉磨料的使用面日益扩大，被认为是世界上磨削加工领域的一大技术成就。
随着科学技术的进步和新材料的不断涌现，军工、航空航天、能源、汽车、轨道交通等国家重点发展领域和战略性新兴产业对磨料磨具提出了更高的发展需求。陶瓷刚玉磨料将是向着具有高硬度、高韧性及细晶结构的方向发展，以满足高速、重负荷、强力磨削和精密磨削的工艺要求。晶粒尺寸大小与磨料的磨削性能、抗压强度、冲击韧性及硬度等力学性能密切相关。具有微米级，甚至纳米级结构的陶瓷刚玉磨料粒径更小，自锐性更好，制成的砂轮磨削性能更稳定，更适于精密磨削和抛光等高档磨削领域。但是由于氧化铝烧结扩散活化能较高，低温下难于烧结，而且晶粒容易长大，不易控制其晶态结构。因此，目前国内外还未有晶粒尺寸小于lOOnm的高性能陶瓷刚玉磨料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种原料廉价易得，加工方法简单，能制得具有纳米晶结构，韧性和强度高的纳米陶瓷磨料的制备方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明是一种纳米陶瓷磨料的制备方法，其特点是，其步骤如下：
（1）选用氧化铝或氧化铝和氧化锆的混合物作为原料，其中氧化铝的重量百分比为50-100wt%，氧化锆的重量百分比为0-50wt%；
（2）将上述氧化铝或氧化铝和氧化锆的混合物加工成粉末，过100目筛，后通过高温火焰设备加热融化得到熔融的粉末粒子，将熔融的粉末粒子直接喷射到蒸馏水中急速冷却，冷却速率为106 -107K/s，形成具有纳米晶结构的颗粒，再烘干筛分即得纳米陶瓷磨料。
通过氧乙炔喷枪得到的粉末为流动性好的球形颗粒，相结构分析显示为纳米晶结构，纳米陶瓷磨料的晶粒尺寸为45-55nm，显微硬度Hv > 22MPa，韧性KIc > 4.0 MPa.m1/2。
以上所述的本发明纳米陶瓷磨料的制备方法技术方案中：当原料为氧化铝和氧化锆的混合物时，通过湿法球磨混合18-25小时，后在80℃-120℃温度下烘干即得粉末。
以上所述的本发明纳米陶瓷磨料的制备方法技术方案中：所述高温火焰设备为氧乙炔火焰粉末喷枪。
以上所述的本发明纳米陶瓷磨料的制备方法技术方案中：所述火焰温度为15000K -20000K，所述粉末的飞行速度为 150 m/s -300m/s。
与现有技术相比，本发明具有以下其特点：
(1)晶粒尺寸细小。普通熔融刚玉磨料晶体尺寸在50微米左右甚至更大。而同样粒度的纳米晶陶瓷每颗磨粒是由上万个纳米级的细小晶体所组成，磨粒晶体尺寸为普通刚玉磨粒晶体尺寸的千分之一。
(2)优良的自锐性。磨粒在磨削过程中能够不断暴露出新的切削刃，可以使砂轮保持较高的磨削稳定性。纳米晶陶瓷磨料自锐性好，不堵塞，可以保持稳定的磨削性能，因而可以减少修正量，可以减少修正次数，提高生产效率。
（3）使用本磨料制得的磨具切削能力强，磨削效率较高。可进行大切深、大进给、重负荷和高效磨削。金属磨除率可比普通刚玉砂轮高50％以上。提高生产效率，降低劳动成本。
（4）在性能上远优于普通刚玉磨料，在价格上远低于CBN和金刚石磨料，不存在CBN和金刚石在磨削设备方面的特殊要求及修正方面的困难，对磨削液也没有特殊的要求。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
实施例1，一种纳米陶瓷磨料的制备方法，其步骤如下：选用氧化铝作为原料，过100目筛，后粉末通过氧乙炔火焰粉末喷枪加热融化得到熔融的粉末粒子，所述氧乙炔火焰粉末喷枪的火焰温度为16000 K，粉末的飞行速度为 180 m/s，将熔融的粉末粒子直接喷射到常温蒸馏水中急速冷却，冷却速率为106 -107K/s，形成具有纳米晶结构的颗粒，再烘干筛分即得纳米陶瓷磨料。在通过氧乙炔喷枪得到的粉末为流动性好的球形颗粒，相结构分析显示为纳米晶结构，晶粒尺寸<100 nm。
实施例2，一种纳米陶瓷磨料的制备方法，其步骤如下：选用含氧化铝80wt%，氧化锆20wt%的混合物作为原料，加入到球磨机中，并向球磨机中加入适量异丙醇和氧化铝磨球，湿法球磨混合20小时，混合后的粉末在100℃温度下烘干后，过100目筛即得粉末，后粉末通过氧乙炔火焰粉末喷枪加热融化得到熔融的粉末粒子，所述氧乙炔火焰粉末喷枪的火焰温度为18000 K，粉末的飞行速度为 300 m/s，将熔融的粉末粒子直接喷射到常温蒸馏水中，熔化后的粉末粒子经急速冷却后形成具有纳米晶结构的颗粒，冷却速率为106K/s，再烘干筛分即得纳米陶瓷磨料。
在通过氧乙炔喷枪得到的粉末为流动性好的球形颗粒，其显微硬度Hv > 22MPa；韧性KIc > 4.0 MPa.m1/2。
实施例3，一种纳米陶瓷磨料的制备方法，其步骤如下：选用含氧化铝70wt%，氧化锆30wt%的混合物作为原料，加入到球磨机中，并向球磨机中加入适量异丙醇和氧化铝磨球，湿法球磨混合25小时，混合后的粉末在110℃温度下烘干后，过100目筛即得粉末，后粉末通过氧乙炔火焰粉末喷枪加热融化得到熔融的粉末粒子，所述氧乙炔火焰粉末喷枪的火焰温度为19000 K，粉末的飞行速度为 280 m/s，将熔融的粉末粒子直接喷射到常温蒸馏水中，熔化后的粉末粒子经急速冷却后形成具有纳米晶结构的颗粒，冷却速率为106K/s，再烘干筛分即得纳米陶瓷磨料。

Claims (4)

1.一种纳米陶瓷磨料的制备方法，其特征在于，其步骤如下：
（1）选用氧化铝或氧化铝和氧化锆的混合物作为原料，其中氧化铝的重量百分比为50-100wt%，氧化锆的重量百分比为0-50wt%；
（2）将上述氧化铝或氧化铝和氧化锆的混合物加工成粉末，过100目筛，后通过高温火焰设备加热融化得到熔融的粉末粒子，将熔融的粉末粒子直接喷射到蒸馏水中急速冷却，冷却速率为106 -107K/s，形成具有纳米晶结构的颗粒，再烘干筛分即得纳米陶瓷磨料。
2.根据权利要求1所述的纳米陶瓷磨料的制备方法，其特征在于：当原料为氧化铝和氧化锆的混合物时，通过湿法球磨混合18-25小时，后在80℃-120℃温度下烘干即得粉末。
3.根据权利要求1所述的纳米陶瓷磨料的制备方法，其特征在于：所述高温火焰设备为氧乙炔火焰粉末喷枪。
4.根据权利要求3所述的纳米陶瓷磨料的制备方法，其特征在于：所述火焰温度为15000 K -20000K，所述粉末的飞行速度为 150 m/s -300m/s。
CN201710711577.7A 2017-08-18 2017-08-18 一种纳米陶瓷磨料的制备方法 Pending CN107352983A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710711577.7A CN107352983A (zh) 2017-08-18 2017-08-18 一种纳米陶瓷磨料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710711577.7A CN107352983A (zh) 2017-08-18 2017-08-18 一种纳米陶瓷磨料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107352983A true CN107352983A (zh) 2017-11-17

Family

ID=60287731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710711577.7A Pending CN107352983A (zh) 2017-08-18 2017-08-18 一种纳米陶瓷磨料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107352983A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108516808A (zh) * 2018-07-10 2018-09-11 哈尔滨工业大学 高温熔体气雾法制备氧化铝基纳米共晶复合微粉的方法
CN108751960A (zh) * 2018-07-10 2018-11-06 哈尔滨工业大学 一种高温熔体水雾法制备氧化铝基固溶体陶瓷微米粉的方法
CN112341939A (zh) * 2020-11-17 2021-02-09 云南光电辅料有限公司 一种提高抛光粉切削力的方法
CN112375543A (zh) * 2020-11-17 2021-02-19 云南光电辅料有限公司 一种提高超硬材料磨料自锐性的方法
CN112794733A (zh) * 2021-02-09 2021-05-14 洛阳润宝研磨材料有限公司 一种锆膜研磨材料的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003011999A2 (en) * 2001-08-02 2003-02-13 3M Innovative Properties Company Abrasive particles, abrasive articles, and methods of making and using the same
CN102167568A (zh) * 2010-12-24 2011-08-31 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 非晶纳米晶陶瓷材料、陶瓷涂层及其制备方法
CN105324458A (zh) * 2013-06-19 2016-02-10 研磨剂与耐火品研究与开发中心C.A.R.R.D.有限公司 基于共晶氧化铝氧化锆的磨粒

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003011999A2 (en) * 2001-08-02 2003-02-13 3M Innovative Properties Company Abrasive particles, abrasive articles, and methods of making and using the same
WO2003011999A3 (en) * 2001-08-02 2003-08-14 3M Innovative Properties Co Abrasive particles, abrasive articles, and methods of making and using the same
CN100360447C (zh) * 2001-08-02 2008-01-09 3M创新有限公司 玻璃陶瓷
CN102167568A (zh) * 2010-12-24 2011-08-31 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 非晶纳米晶陶瓷材料、陶瓷涂层及其制备方法
CN105324458A (zh) * 2013-06-19 2016-02-10 研磨剂与耐火品研究与开发中心C.A.R.R.D.有限公司 基于共晶氧化铝氧化锆的磨粒

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
郭治安等: "《合金粉末氧乙炔焰喷涂与喷熔》", 31 August 1985 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108516808A (zh) * 2018-07-10 2018-09-11 哈尔滨工业大学 高温熔体气雾法制备氧化铝基纳米共晶复合微粉的方法
CN108751960A (zh) * 2018-07-10 2018-11-06 哈尔滨工业大学 一种高温熔体水雾法制备氧化铝基固溶体陶瓷微米粉的方法
CN108516808B (zh) * 2018-07-10 2021-03-02 哈尔滨工业大学 高温熔体气雾法制备氧化铝基纳米共晶复合微粉的方法
CN108751960B (zh) * 2018-07-10 2021-08-31 哈尔滨工业大学 一种高温熔体水雾法制备氧化铝基固溶体陶瓷微米粉的方法
CN112341939A (zh) * 2020-11-17 2021-02-09 云南光电辅料有限公司 一种提高抛光粉切削力的方法
CN112375543A (zh) * 2020-11-17 2021-02-19 云南光电辅料有限公司 一种提高超硬材料磨料自锐性的方法
CN112794733A (zh) * 2021-02-09 2021-05-14 洛阳润宝研磨材料有限公司 一种锆膜研磨材料的制备方法
CN112794733B (zh) * 2021-02-09 2023-03-03 洛阳润宝研磨材料有限公司 一种锆膜研磨材料的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107352983A (zh) 一种纳米陶瓷磨料的制备方法
US7213776B2 (en) Method of making particles of an intermetallic compound
WO2015158009A1 (en) Alumina zirconia abrasive grain especially designed for light duty grinding applications
JPS6023715B2 (ja) 溶融アルミナ研磨材粒子の製造方法
CN103468204A (zh) 包含聚集体的涂布研磨产品
CN109093528B (zh) 一种金属结合剂金刚石砂轮及采用喷雾造粒工艺制备该砂轮的方法
CN102811951B (zh) 基于熔融氧化铝的多晶Al2O3体
CN105014553B (zh) 一种具有高强磨削性能的陶瓷微晶砂轮及其制造方法
JP2972488B2 (ja) 焼結複合研磨剤グリツト、その製造法並びに使用法
US7578457B2 (en) Method for producing fine dehydrided metal particles using grinding media
CA2518851C (en) Multi-carbide material manufacture and use
CN108453636A (zh) 一种含超硬磨料的复合砂轮及其制作方法
CN105586005B (zh) 一种纳米刚玉磨料的制备方法
JPS6288579A (ja) 研削工具
CN110116377A (zh) 一种钢轨打磨用树脂结合剂cbn砂轮及其制备方法
CN105859261A (zh) 一种水泥研磨机用陶瓷研磨段及其制备方法
JPS62251077A (ja) ビトリフアイド砥石
CN109678518A (zh) 用于制备高纯超细粉体的高强度高圆球度碳化硅研磨珠
CN103586458A (zh) 一种韧性强硬度大的粉末冶金刀具及其制备方法
CN102443849B (zh) 刚玉晶体的烧结方法
JP2003181763A (ja) 多孔性ビトリファイド砥石の製造方法及び気孔形成剤のリサイクル方法
CN113861938A (zh) 一种刚玉基多晶磨料及其制备方法
WO2005086853A2 (en) Multi-carbide material manufacture and methods of use
JPS59224267A (ja) ビトリフアイド砥石の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20171117

RJ01 Rejection of invention patent application after publication