CN109956741A - 一种微晶陶瓷刚玉磨料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微晶陶瓷刚玉磨料及其制造方法，该磨料为六水硝酸镧2.2份‑2.4份及溶质质量分数5％‑10％的稀硝酸8份‑10份改性六水氯化铝71份‑82份后，通过高温下雾化的溶质质量分数10％的氢氧化钠凝胶获得的氧化铝基陶瓷微粉30份‑35份。本发明具有微晶结构，磨削刃细而密，强度高、韧性好、自锐性好、磨除率高、磨削比大的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及机床行业刚玉磨料制造领域，尤其涉及一种微晶陶瓷刚玉磨料及其制造方法。
背景技术
对于抛光研磨材料，主要是指研磨介质的选择，与工件的材质很有关系，因为研磨材料中的主要介质很很多个品种，如棕刚玉研磨抛光磨料、玉米芯磨料、核桃壳磨料、高频瓷磨料、氧化铝磨料、锆珠磨料、钢珠等等，它们各有各的特性和适应性，使用得当可以使工件表面得到光滑亮丽的表面。
微晶陶瓷刚玉磨料也叫SG磨料，是一种新型的氧化铝基磨料,它保持了白刚玉及棕刚玉的高硬度及耐磨的特征,同时又具有很高的韧性,改变了刚玉的脆而易碎的缺点,即具有增韧氧化铝陶瓷的特性,因而被广泛用于制造各种固结磨具及涂附磨具。微晶陶瓷刚玉磨料是一种新型的磨削材料，因其具有晶粒尺寸小、硬度高、韧性好、切削能力强、自锐性好、使用寿命长等一系列优点，而成为近年来新型磨料的一个研究热点。它可以和金刚石、立方氮化硼等价格昂贵的高档次磨料相结合,在不降低使用性能的前提下,大幅度降低成本；它也可以和白刚玉、棕刚玉等低档次磨料相结合,从而大幅度的提高其使用性能。因此微晶陶瓷刚玉磨料是一种应用前景非常好的磨料,目前由微晶陶瓷刚玉磨料所制备的各种磨具在航空航天、汽车、机械、光学、轴承、刀具、模具等领域的都有广泛应用。目前国内应用的SG磨料一般以进口为主，国产烧结法SG磨料尚属空白。
因此市场上需要一种微晶结构，磨削刃细而密，强度高、韧性好、自锐性好、磨除率高、磨削比大的磨料。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种微晶结构，磨削刃细而密，强度高、韧性好、自锐性好、磨除率高、磨削比大的微晶陶瓷刚玉磨料。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种微晶陶瓷刚玉磨料的制造方法，包括以下步骤：
1)原材料准备
①原材料准备：按重量份准备六水硝酸镧2.2份-2.4份、六水氯化铝71份-82份、羟基磷灰石3份-5份、溶质质量分数5％-10％的稀硝酸8份-10份、足量溶质质量分数10％的氢氧化钠溶液、足量去离子水；
②设备准备：准备气冷真空回火炉、左右分别外接通气管的设置有疏水透气孔的二氧化硅箱体、雾化设备、二氧化硅圆柱形容器、梭式窑、复合破碎机；
2)酸化胶原溶液准备
①将阶段1)步骤①获得的六水氯化铝与六水硝酸镧混合均匀后，溶入混合固体质量10倍-12倍的去离子水，获得溶胶溶液；
②在溶胶溶液内以稀硝酸体积V计持续以2V％/s-2.5V％/s的体积速率滴加阶段1)步骤①准备的稀硝酸，滴加完成后搅拌均匀，获得酸化胶原溶液；
3)磨料制备
①将阶段1)步骤②准备的二氧化硅箱体置于阶段1)步骤②准备的气冷真空回火炉中，将气冷真空回火炉的其中两个气冷通道分别与二氧化硅箱体的左右外接通气管连接，其它通道不作改变，将炉膛升温至1150℃-1200℃，获得反应环境；
②将阶段2)步骤②获得的酸化胶原溶液和阶段1)步骤①准备的氢氧化钠溶液分别采用阶段1)步骤②准备的雾化设备进行雾化处理，分别获得酸性雾气和碱性雾气，将碱性雾气先通入以酸性雾气体积V1计30％V1至二氧化硅箱体内，然后以酸性雾气体积V1计0.5V1％/s-0.6V1％/s的速率缓慢持续同时通入酸性雾气和碱性雾气直至酸性雾气通入完成后同时停止雾气通往，至所有雾气通往结束后，保持炉1150℃-1200℃后保温15min-20min，然后取出箱体空冷至室温，再采用物理方法取下箱壁上及箱底的固含物；
③将步骤②获得的固含物与阶段1)步骤①准备的羟基磷灰石混合均匀后在二氧化硅圆柱形容器中填压成圆饼状，再将成型粉料在梭式窑中进行烧结，烧结温度1500-1700℃，烧成周期24h-36h，然后将烧成品采用阶段1)步骤②准备的复合破碎机机械破碎至粒度1mm-1.5mm的固体碎渣，该固体碎渣即为所需微晶陶瓷刚玉磨料。
上述的一种微晶陶瓷刚玉磨料的制造方法中，所述左右分别外接通气管的设置有疏水透气孔的二氧化硅箱体，其疏水透气孔具体为采用氢氟酸蒸汽腐蚀制成。
一种微晶陶瓷刚玉磨料，该磨料为六水硝酸镧2.2份-2.4份及溶质质量分数5％-10％的稀硝酸8份-10份改性六水氯化铝71份-82份后，通过高温下雾化的溶质质量分数10％的氢氧化钠凝胶获得的的氧化铝基陶瓷微粉30份-35份。
与现有技术相比较，由于采用了上述技术方案，本发明具有以下优点：(1)本发明最终烧结的块料是圆片状而不是常用规技术中的形状，同时与之匹配的技术特征是块料破碎采用的是复合破碎机，与现有技术中传统棕刚玉、白刚玉磨料生产企业粗破采用颚式破碎机不同，这是由于本发明的技术目的是以最快的生产效率获得可二次破碎的陶瓷微晶构架，经多次试验验证这种块料形状和破碎方式是最合适本发明工业生产的。(2)本发明的磨削力核心为组份C获得的SG磨料，该材料(经稀土改性的超细氧化铝)韧性特别好，是普通刚玉的2倍以上，其硬度和普通刚玉相近，其在磨削时能不断破裂并暴露出新的切削尖，因此其自锐性特别好，也因此微晶陶瓷刚玉磨料的磨削性能明显优于普通刚玉，主要表现为耐磨、自锐性好、磨除率高、磨削比大等优点。(3)本发明用优化的一次真空室高温雾化成型，快速地获取了极细的目标功能产物：刚玉(稀土改性氧化铝)微粉，利用了酸化胶原溶液遇碱生成氧化铝的原理，再通过真空下雾化，获得双重活化的反应微粒(液体通过机械振动雾化成分子级别微粒导致比表面积大增是一次活化、真空下物质表面状态活跃是二次活化)，又通过外表面速冷促使刚玉微粒和硅胶微粒贴近二氧化硅箱体内壁结晶而最终获得极细微化的(10000mesh以上)固体颗粒，成本既不高、工艺又易控(没有需要精细控制的工艺参数和极精密的设备，当然使用本方法对于真空回火炉的长期使用寿命有一定影响，但影响不大)。因此本发明具有微晶结构，磨削刃细而密，强度高、韧性好、自锐性好、磨除率高、磨削比大的特性，有着优良的综合性能。
具体实施方式
实施例1：
一种微晶陶瓷刚玉磨料，该磨料为六水硝酸镧2.4Kg、羟基磷灰石3份-5份及溶质质量分数10％的稀硝酸10Kg改性六水氯化铝71Kg后，通过高温下雾化的溶质质量分数10％的氢氧化钠凝胶获得的的氧化铝基陶瓷微粉30Kg；
上述磨料的制造方法，包括以下步骤：
1)原材料准备
①原材料准备：按重量份准备六水硝酸镧2.4Kg、羟基磷灰石3份-5份、六水氯化铝71Kg、溶质质量分数10％的稀硝酸10Kg、足量溶质质量分数10％的氢氧化钠溶液、足量去离子水；
②设备准备：准备气冷真空回火炉、左右分别外接通气管的通过氢氟酸雾气腐蚀制得疏水透气孔的二氧化硅箱体、雾化设备、二氧化硅圆柱形容器、梭式窑、复合破碎机；
2)酸化胶原溶液准备
①将阶段1)步骤①获得的六水氯化铝与六水硝酸镧混合均匀后，溶入混合固体质量12倍的去离子水，获得溶胶溶液；
②在溶胶溶液内以稀硝酸体积V计持续以2.5V％/s的体积速率滴加阶段1)步骤①准备的稀硝酸，滴加完成后搅拌均匀，获得酸化胶原溶液；
3)磨料制备
①将阶段1)步骤②准备的二氧化硅箱体置于阶段1)步骤②准备的气冷真空回火炉中，将气冷真空回火炉的其中两个气冷通道分别与二氧化硅箱体的左右外接通气管连接，其它通道不作改变，将炉膛升温至1150℃-1200℃，获得反应环境；
②将阶段2)步骤②获得的酸化胶原溶液和阶段1)步骤①准备的氢氧化钠溶液分别采用阶段1)步骤②准备的雾化设备进行雾化处理，分别获得酸性雾气和碱性雾气，将碱性雾气先通入以酸性雾气体积V1计30％V1至二氧化硅箱体内，然后以酸性雾气体积V1计0.5V1％/s的速率缓慢持续同时通入酸性雾气和碱性雾气直至酸性雾气通入完成后同时停止雾气通往，至所有雾气通往结束后，保持炉1150℃-1200℃后保温20min，然后取出箱体空冷至室温，再采用物理方法取下箱壁上及箱底的固含物；
③将步骤②获得的固含物与阶段1)步骤①准备的羟基磷灰石混合均匀后在二氧化硅圆柱形容器中填压成圆饼状，再将成型粉料在梭式窑中进行烧结，烧结温度1500-1700℃，烧成周期24h-36h，然后将烧成品采用阶段1)步骤②准备的复合破碎机机械破碎至粒度1mm-1.5mm的固体碎渣，该固体碎渣即为所需微晶陶瓷刚玉磨料。
根据本实施例制取的磨料：磨料中单个微晶的尺寸小于1.5微米；与传统刚玉磨料比较球磨韧性和亲水性好；具有高锋利性、高自锐性、低磨削热；球磨韧性60％，亲水性80mm，抗压强度59N,制成切割片切割304不锈钢，磨削比3.27％，切割效率0.612g/s。
实施例2
整体与实施例1一致，差异之处在于：
一种微晶陶瓷刚玉磨料，该磨料为六水硝酸镧2.2Kg、羟基磷灰石3Kg及溶质质量分数5％的稀硝酸8Kg改性六水氯化铝82Kg后，通过高温下雾化的溶质质量分数10％的氢氧化钠凝胶获得的的氧化铝基陶瓷微粉35Kg；
上述磨料的制造方法，包括以下步骤：
1)原材料准备
①原材料准备：按重量份准备六水硝酸镧2.2Kg、羟基磷灰石3Kg、六水氯化铝82Kg、溶质质量分数5％的稀硝酸8Kg、足量溶质质量分数10％的氢氧化钠溶液、足量去离子水；
2)酸化胶原溶液准备
①将阶段1)步骤①获得的六水氯化铝与六水硝酸镧混合均匀后，溶入混合固体质量10倍的去离子水，获得溶胶溶液；
②在溶胶溶液内以稀硝酸体积V计持续以2V％/s的体积速率滴加阶段1)步骤①准备的稀硝酸，滴加完成后搅拌均匀，获得酸化胶原溶液；
3)磨料制备
②将阶段2)步骤②获得的酸化胶原溶液和阶段1)步骤①准备的氢氧化钠溶液分别采用阶段1)步骤②准备的雾化设备进行雾化处理，分别获得酸性雾气和碱性雾气，将碱性雾气先通入以酸性雾气体积V1计30％V1至二氧化硅箱体内，然后以酸性雾气体积V1计0.6V1％/s的速率缓慢持续同时通入酸性雾气和碱性雾气直至酸性雾气通入完成后同时停止雾气通往，至所有雾气通往结束后，保持炉1150℃-1200℃后保温15min，然后取出箱体空冷至室温，再采用物理方法取下箱壁上及箱底的固含物；
根据本实施例制取的磨料：磨料中单个微晶的尺寸小于1.5微米；与传统刚玉磨料比较球磨韧性和亲水性好；具有高锋利性、高自锐性、低磨削热；球磨韧性58％，亲水性85mm，抗压强度63N,制成切割片切割304不锈钢，磨削比3.44％，切割效率0.665g/s。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (3)
1.一种微晶陶瓷刚玉磨料的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
1)原材料准备
①原材料准备：按重量份准备六水硝酸镧2.2份-2.4份、六水氯化铝71份-82份、羟基磷灰石3份-5份、溶质质量分数5％-10％的稀硝酸8份-10份、足量溶质质量分数10％的氢氧化钠溶液、足量去离子水；
②设备准备：准备气冷真空回火炉、左右分别外接通气管的设置有疏水透气孔的二氧化硅箱体、雾化设备、二氧化硅圆柱形容器、梭式窑、复合破碎机；
2)酸化胶原溶液准备
①将阶段1)步骤①获得的六水氯化铝与六水硝酸镧混合均匀后，溶入混合固体质量10倍-12倍的去离子水，获得溶胶溶液；
②在溶胶溶液内以稀硝酸体积V计持续以2V％/s-2.5V％/s的体积速率滴加阶段1)步骤①准备的稀硝酸，滴加完成后搅拌均匀，获得酸化胶原溶液；
3)磨料制备
①将阶段1)步骤②准备的二氧化硅箱体置于阶段1)步骤②准备的气冷真空回火炉中，将气冷真空回火炉的其中两个气冷通道分别与二氧化硅箱体的左右外接通气管连接，其它通道不作改变，将炉膛升温至1150℃-1200℃，获得反应环境；
②将阶段2)步骤②获得的酸化胶原溶液和阶段1)步骤①准备的氢氧化钠溶液分别采用阶段1)步骤②准备的雾化设备进行雾化处理，分别获得酸性雾气和碱性雾气，将碱性雾气先通入以酸性雾气体积V1计30％V1至二氧化硅箱体内，然后以酸性雾气体积V1计0.5V1％/s-0.6V1％/s的速率缓慢持续同时通入酸性雾气和碱性雾气直至酸性雾气通入完成后同时停止雾气通往，至所有雾气通往结束后，保持炉1150℃-1200℃后保温15min-20min，然后取出箱体空冷至室温，再采用物理方法取下箱壁上及箱底的固含物；
③将步骤②获得的固含物与阶段1)步骤①准备的羟基磷灰石混合均匀后在二氧化硅圆柱形容器中填压成圆饼状，再将成型粉料在梭式窑中进行烧结，烧结温度1500-1700℃，烧成周期24h-36h，然后将烧成品采用阶段1)步骤②准备的复合破碎机机械破碎至粒度1mm-1.5mm的固体碎渣，该固体碎渣即为所需微晶陶瓷刚玉磨料。
2.根据权利要求1所述的一种微晶陶瓷刚玉磨料的制造方法，其特征在于：其中所述左右分别外接通气管的设置有疏水透气孔的二氧化硅箱体，其疏水透气孔具体为采用氢氟酸蒸汽腐蚀制成。
3.一种微晶陶瓷刚玉磨料，其特征在于：该磨料为六水硝酸镧2.2份-2.4份、羟基磷灰石3份-5份及溶质质量分数5％-10％的稀硝酸8份-10份改性六水氯化铝71份-82份后，通过高温下雾化的溶质质量分数10％的氢氧化钠凝胶获得的的氧化铝基陶瓷微粉30份-35份。
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