CN108531133A - 一种六方板状纳米晶刚玉磨料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种六方板状纳米晶刚玉磨料，原料组分及其重量百分比含量为：99.15～99.85％Al2(SO4)3·18H2O或者Al(NO3)3·9H2O，0.15～0.85％添加剂；所述添加剂的原料组分及其重量百分比含量为：0～50％纳米SiO2、0～45％Fe(NO3)3、0～30％Y(NO3)3、5～100％Ca(NO3)2、0～70％Mg(NO3)2和0～25％Cr(NO3)3。本发明采用液相法合成含铝前驱体，经高温煅烧制成六方板状纳米晶刚玉磨料，该刚玉磨料的硬度与现有的陶瓷刚玉磨料的硬度相当，而韧性要比现有的陶瓷刚玉磨料提高9～25％。

Description

一种六方板状纳米晶刚玉磨料的制备方法
技术领域
本发明涉及磨削加工工具，尤其涉及一种六方板状纳米晶刚玉磨料的制备方法。
背景技术
磨削加工是精密加工的重要方式，随着科学技术的进步，新材料和难以加工材料的不断涌现，对磨削加工精度、加工效率和加工能力都提出了新的挑战。传统的磨料很多时候难以满足现代加工的需要，因此，迫切需要有适应不同磨削需求的新型磨料。
纳米晶刚玉磨料颗粒由无数小纳米晶组成，不同于传统熔融法制备的刚玉磨料，结构上的差异必然带来性能和应用上的差异。纳米晶刚玉磨料与传统熔融法制备的大单晶刚玉磨料相比具有韧性好、自锐性好、磨粒锋利、砂轮耐用性好等优点，同时，可以通过控制纳米晶刚玉磨料纳米晶大小、形状等显微结构来调整其不同的性能和适应不同的磨削应用需要。
不同用途的刚玉磨料对韧性要求不同，而六方板状纳米氧化铝能显著提高其断裂韧性。因此，制备一种六方板状刚玉磨料是提高其韧性的有效途径。
发明内容
本发明的目的是提高现有磨料的韧性，提供一种能够显著提高其断裂韧性的六方板状纳米晶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。
一种六方板状纳米晶刚玉磨料，原料组分及其重量百分比含量为：99.15～99.85％Al2(SO4)3·18H2O或者Al(NO3)3·9H2O，0.15～0.85％添加剂；
所述添加剂的原料组分及其重量百分比含量为：0～50％纳米SiO2、0～45％Fe(NO3)3、0～30％Y(NO3)3、5～100％Ca(NO3)2、0～70％Mg(NO3)2和0～25％Cr(NO3)3。
六方板状纳米晶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溶于水，待完全溶解后过滤去除杂质，配成0.1～0.6mol/L的Al3+溶液；
(2)在步骤(1)的溶液中加入氨水并搅拌使其完全溶胶或沉淀化，再经过抽滤、洗涤工艺获得Al(OH)3凝胶；
(3)按原料组分及其重量百分比含量为：99.15～99.85％Al2(SO4)3·18H2O或者Al(NO3)3·9H2O，0.15～0.85％添加剂的比例，将相应量添加剂加入到步骤(2)中的胶体中，并使添加剂分布均匀；
(4)将步骤(3)含添加剂的Al(OH)3胶体干燥，再造粒并进行筛分和分级；
(5)将步骤(4)已经进行筛分和分级的磨料在1150℃～1400℃煅烧，再进一步的过筛和分级，制得六方板状纳米晶刚玉磨料。
所述步骤(2)的氨水为沉淀剂。
所述步骤(5)制得的六方板状纳米刚玉磨料的内部显微晶粒尺寸为40nm～2μm。
本发明的有益效果是，提供了一种能够显著提高磨料断裂韧性的六方板状纳米晶刚玉磨料及其制备方法，该刚玉磨料的硬度与现有的陶瓷刚玉磨料的硬度相当，而韧性要比现有的陶瓷刚玉磨料提高9～25％。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
氧化铝的磨削应用效果受其内部晶粒大小和形状的影响明显，磨料的细晶结构可以提高磨削精度，磨料的微观板状结构可以提高磨料的韧性。鉴于上述原因，本发明采用液相法合成含铝前驱体，再经高温煅烧而制备六方板状纳米晶刚玉磨料。
本发明采用市售的分析纯为原料。
实施例1
采用99.85％的Al(NO3)3·9H2O和0.15％的添加剂为原料，所述0.15％添加剂的原料组分及重量百分比含量为30％纳米SiO2、5％Y(NO3)3、10％Fe(NO3)3、26％Ca(NO3)2、14％Mg(NO3)2和15％Cr(NO3)3。
首先将Al(NO3)·9H2O溶于水后过滤去除杂质，配成0.1mol/L的含Al3+的水溶液；
向上述溶液中滴加沉淀剂氨水并搅拌使含该Al3+的水溶液完全凝胶化，再经抽滤、洗涤得Al(OH)3凝胶；
将0.15％添加剂加入到Al(OH)3胶体中混匀；将含有添加剂的Al(OH)3胶体干燥，得的Al(OH)3固体，再造粒并进行筛分和分级；
将已预筛分和分级的Al(OH)3在1400℃下煅烧，再进一步的过筛、分级，制得不同粒度的板状纳米晶刚玉磨料。
刚玉磨料内部显微晶粒尺寸大小为1.23μm，韧性为3.18±0.12MPa·m1/2。
实施例2
采用99.5％的Al2(SO4)3·18H2O和0.5％的添加剂为原料，所述0.5％添加剂的原料组分及重量百分比含量为10％纳米SiO2、30％Fe(NO3)3、18％Y(NO3)3、15％Ca(NO3)2和27％Mg(NO3)2。
首先将Al(NO3)·9H2O溶于水后过滤去除杂质，配成0.2mol/L的含Al3+的水溶液；
向上述溶液中滴加沉淀剂氨水并搅拌使含该Al3+的水溶液完全凝胶化，再经抽滤、洗涤得Al(OH)3凝胶；
将0.5％添加剂剂加入到Al(OH)3胶体中混匀。将含有添加剂的Al(OH)3胶体干燥所得的Al(OH)3固体，再造粒并进行筛分和分级；
将已预筛分和分级的Al(OH)3在1150℃下煅烧，再进一步的过筛、分级，制得不同粒度的板状纳米晶刚玉磨料。
刚玉磨料内部显微晶粒尺寸大小为60nm，韧性为3.41±0.06MPa·m1/2。
实施例3
采用99.3％的Al(NO3)3·9H2O和0.7％的添加剂为原料，所述0.7％添加剂的原料组分及重量百分比含量为9％Fe(NO3)3、21％Ca(NO3)2、45％Mg(NO3)2和25％Cr(NO3)3。
首先将Al(NO2)·9H2O溶于水后过滤去除杂质，配成0.4mol/L的含Al3+的水溶液；
向上述溶液中滴加沉淀剂氨水并搅拌使含该Al3+的水溶液完全凝胶化，再经抽滤、洗涤得Al(OH)3凝胶；
将0.7％添加剂剂加入到Al(OH)3胶体中混匀。
将含有添加剂的Al(OH)3胶体干燥所得的Al(OH)3固体，再造粒并进行筛分和分级；
将已预筛分和分级的Al(OH)3在1310℃下煅烧，再进一步的过筛、分级，制得不同粒度的板状纳米晶刚玉磨料。
刚玉磨料内部显微晶粒尺寸大小为560nm，韧性为3.27±0.10MPa·m1/2。
实施例4
采用99.15％的Al(NO3)3·9H2O和0.85％的添加剂为原料，所述0.85％添加剂为100％Ca(NO3)2。
首先将Al2(SO4)3·18H2O溶于水后过滤去除杂质，配成0.6mol/L的含Al3+的水溶液；
向上述溶液中滴加沉淀剂氨水并搅拌使含该Al3+的水溶液完全凝胶化，再经抽滤、洗涤得Al(OH)3凝胶；
将0.85％添加剂加入到Al(OH)3胶体中混匀；
将含有添加剂的Al(OH)3胶体干燥所得的Al(OH)3固体，再造粒并进行筛分和分级；
将已预筛分和分级的Al(OH)3在1220℃下煅烧，再进一步的过筛、分级，制得不同粒度的板状纳米晶刚玉磨料；
刚玉磨料内部显微晶粒尺寸大小为120nm，韧性为3.36±0.08MPa·m1/2。
现有技术下刚玉磨料的显微晶粒尺寸一般为0.2～5μm，韧性为2.75～2.91MPa·m1/2，而本发明刚玉磨料的显微晶粒尺寸为40nm～2μm，韧性为3.18～3.45MPa·m1/2，降低了刚玉磨料内部显微晶粒尺寸，并且提高刚玉磨料韧性9～25％。
本发明并不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但这并不因此违背本发明的范围和精神。

Claims (4)

1.一种六方板状纳米晶刚玉磨料的制备方法，原料组分及其重量百分比含量为：99.15～99.85％Al2(SO4)3·18H2O或者Al(NO3)3·9H2O，0.15～0.85％添加剂；所述添加剂的原料组分及其重量百分比含量为：0～50％纳米SiO2、0～45％Fe(NO3)3、0～30％Y(NO3)3、5～100％Ca(NO3)2、0～70％Mg(NO3)2和0～25％Cr(NO3)3。
2.权利要求1的六方板状纳米晶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溶于水，待完全溶解后过滤去除杂质，配成0.1～0.6mol/L的Al3+溶液；
(2)在步骤(1)的溶液中加入氨水并搅拌使其完全溶胶或沉淀化，再经过抽滤、洗涤工艺获得Al(OH)3凝胶；
(3)按原料组分及其重量百分比含量为：99.15～99.85％Al2(SO4)3·18H2O或者Al(NO3)3·9H2O，0.15～0.85％添加剂的比例，将相应量添加剂加入到步骤(2)中的胶体中，并使添加剂分布均匀；
(4)将步骤(3)含添加剂的Al(OH)3胶体干燥，再造粒并进行筛分和分级；
(5)将步骤(4)已经进行筛分和分级的磨料在1150℃～1400℃煅烧，再进一步的过筛和分级，制得六方板状纳米晶刚玉磨料。
3.根据权利要求2的六方板状纳米晶刚玉磨料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的氨水为沉淀剂。
4.根据权利要求2的六方板状纳米晶刚玉磨料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)制得的六方板状纳米刚玉磨料的内部显微晶粒尺寸为40nm～2μm。
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