專利名稱：一種含有復(fù)相添加劑的陶瓷剛玉磨料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于磨削加工磨料的，特別涉及一種含有復(fù)相添加劑的陶瓷剛玉磨料(SG磨料)。
背景技術(shù)：
磨料的出現(xiàn)和使用是人類文明史上的一大突破，隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，磨料的使用范圍日益廣泛，對(duì)其性能的要求也越來越高。陶瓷剛玉磨料(即SG磨料)自問世以來，由于其自銳性好、韌性好、耐用度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，其既可以應(yīng)用于韌性不銹鋼、耐熱合金等一系列難磨削材料方面，也可以用于一般材料的精密和高效磨削，因此在許多工業(yè)領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力，已成為世界范圍內(nèi)研究的重點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上高品級(jí)的陶瓷剛玉磨料和砂輪仍依賴進(jìn)口，且價(jià)格昂貴，因此，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者積極致力于該磨料的工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用。陶瓷剛玉磨料(即SG磨料)是采用濕化學(xué)法制備，需經(jīng)高溫?zé)Y(jié)晶型轉(zhuǎn)變、致密而達(dá)到磨料級(jí)硬度，由于純氧化鋁的燒結(jié)擴(kuò)散活化能較高，低溫下難以燒結(jié)，過高的溫度又易引起晶粒異常長(zhǎng)大，破壞其顯微結(jié)構(gòu)的均勻性，進(jìn)而損害燒結(jié)制品強(qiáng)度、韌性等一系列的機(jī)械性能。因此，如何降低剛玉的燒結(jié)溫度，優(yōu)化其微觀結(jié)構(gòu)，一直以來是陶瓷剛玉磨料制備研究的熱點(diǎn)之一。研究者發(fā)現(xiàn)通過添加少量燒結(jié)助劑或采用先進(jìn)的燒結(jié)方法等均可以在相對(duì)較低的溫度下獲得理想的磨料，其中，少量添加劑的引入，在降低生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上，助燒效果更為顯著。1961年Coble首次報(bào)道了 MgO的引入對(duì)氧化鋁燒結(jié)的促進(jìn)作用，由此引起了各種添加劑對(duì)剛玉磨料性能的研究。TiO2, CaO, SiO2, Cr2O3, MgO, MnO2和Y2O3等均是已得到證實(shí)的Al2O3燒結(jié)助劑，可有效降低氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度，獲得良好的微觀形貌。如Erkalfa認(rèn)為MnO2引入Al2O3中時(shí)，導(dǎo)致擴(kuò)散機(jī)理由晶界擴(kuò)散主導(dǎo)變?yōu)轶w積擴(kuò)散為主，其添加量為0. 3wt%時(shí)燒結(jié)速率達(dá)到最大，此時(shí)剛玉材料具有最佳的耐磨性；Hamano系統(tǒng)研究了各稀土氧化物對(duì)微晶氧化鋁燒結(jié)的影響，發(fā)現(xiàn)Sm2O3和Er2O3能提高燒結(jié)速率，Er2O3亦能顯著抑制晶粒團(tuán)聚長(zhǎng)大。但目前為止，有關(guān)添加劑的文獻(xiàn)報(bào)道多用在氧化鋁陶瓷的生產(chǎn)中，應(yīng)用于剛玉磨料制備方面的相關(guān)報(bào)道很少，且尚未見有關(guān)于CuO-TiO2-SiO2復(fù)相添加劑體系的專利或相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，通過一種有效降低產(chǎn)品燒結(jié)溫度和提升產(chǎn)品使用性能的添加劑體系，提供一種可以促進(jìn)剛玉磨料燒結(jié)、降低生產(chǎn)能耗的含有復(fù)相添加劑的陶瓷剛玉磨料。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種含有復(fù)相添加劑的陶瓷剛玉磨料，制備過程中以工業(yè)硫酸鋁(Al2(SO4)3 18H20)為原料，引入的復(fù)相添加劑占最終磨料的質(zhì)量百分比為I 5% ；所述復(fù)相添加劑為CuO-TiO2-SiO2添加劑體系，是以Cu (NO3) 3H20、C16H36O4Ti和C8H2O4Si的形式引入，其各占復(fù)相添加劑的質(zhì)量百分比含量為89T45%Cu(NO3) 3H20，30% 60%C16H3604Ti，20% 40%C8H2004Si。所述含有復(fù)相添加劑的陶瓷剛玉磨料的制備方法，具有如下步驟(I)采用工業(yè)硫酸鋁Al2(SO4)3 18H20為原料，溶于水后經(jīng)過濾去除雜質(zhì)，配制成鋁離子濃度為0. 3mol/L的溶液；(2)在步驟(I)的溶液中加入濃度為lmol/L的氨水溶液，在常溫下磁力攪拌使其完全凝膠化，調(diào)節(jié)PH值在擴(kuò)10之間，再經(jīng)抽濾、洗滌得Al (OH) 3凝膠；(3)按化學(xué)計(jì)量比將復(fù)相添加劑加入步驟(2)的凝膠中，以水為介質(zhì)，采 用剛玉磨球，濕法球磨使其充分混勻后，在80°C下干燥24小時(shí)得到干凝膠，再經(jīng)過篩、造粒工藝獲得原料顆粒；(4)將步驟(3)中的原料顆粒在1300°C 1400°C下煅燒，再經(jīng)篩分得不同粒度的剛玉磨料。所述含有復(fù)相添加劑的剛玉磨料的顯微結(jié)構(gòu)均勻致密，晶粒生長(zhǎng)呈等軸狀，尺寸在 200nnTl u m 之間。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較的有益結(jié)果是，提供了一種復(fù)相添加劑體系，拓寬了剛玉磨料制備過程中添加劑體系的選擇范圍，有效降低了含有復(fù)相添加劑的陶瓷剛玉磨料的燒結(jié)溫度，提高了剛玉磨料的單顆料抗壓強(qiáng)度和沖擊韌性，因而大大降低了磨料的生產(chǎn)成本，降低了能耗，且優(yōu)化了顯微結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步延長(zhǎng)了磨料的使用壽命。采用CuO-TiO2-SiO2復(fù)相添加劑體系制得的剛玉磨料，相對(duì)于已知的其他添加劑體系，磨料顯微結(jié)構(gòu)更加致密，晶粒生長(zhǎng)更加均勻、完善，因而其抗壓強(qiáng)度提高到以往剛玉磨料的I. 5^2倍，磨削效率比普通剛玉砂輪提高25%以上，使用壽命亦得到相應(yīng)的延長(zhǎng)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明均采用工業(yè)硫酸鋁為原料，氨水為沉淀劑，各實(shí)施例均以制備2g的剛玉磨料為基準(zhǔn)稱量原料，引入的添加劑占最終制得磨料的質(zhì)量百分比范圍為1% 5%。實(shí)施例I首先將13. 17g硫酸鋁A12(S04)3*18H20溶于水中，過濾去除雜質(zhì)，配成鋁離子濃度為0. 3mol/L的溶液；向上述溶液中加入濃度為lmol/L的氨水溶液，在常溫下磁力攪拌2小時(shí)使其完全凝膠化，調(diào)節(jié)最終PH值為9. 2，再經(jīng)抽濾、洗滌得Al (OH) 3凝膠；將4wt%的添加劑加入凝膠中，以水為介質(zhì),用剛玉磨球,濕法球磨使其充分混勻；所述添加劑的成分及質(zhì)量百分比含量為8%Cu (NO3) 3H20,60%C16H3604Ti, 32%C8H2004Si ；將含有添加劑的凝膠在80°C下干燥24小時(shí)得到干凝膠，再經(jīng)過篩、造粒獲得原料顆粒；將所得原料顆粒在1300°C下煅燒，再經(jīng)篩分得到剛玉磨料。實(shí)施例2首先將13. 178硫酸鋁々12(504)3*181120溶于水中，過濾去除雜質(zhì)，配成鋁離子濃度為0. 3mol/L的溶液；向上述溶液中加入濃度為lmol/L的氨水溶液，在常溫下磁力攪拌2小時(shí)使其完全凝膠化，調(diào)節(jié)最終PH值為9. 5，再經(jīng)抽濾、洗滌得Al (OH) 3凝膠；將5wt%的添加劑加入凝膠中，以水為介質(zhì)，用剛玉磨球，濕法球磨使其充分混勻；所述添加劑的成分及質(zhì)量百分比含量為45%Cu (NO3) 3H20, 35%C16H3604Ti, 20%C8H2004Si ；將含有添加劑的凝膠在80°C下干燥24小時(shí)得到干凝膠，再經(jīng)過篩、造粒等工藝獲得原料顆粒；
將所得原料顆粒在1300°C下煅燒，再經(jīng)篩分得剛玉磨料。實(shí)施例3首先將13. 17g硫酸鋁A12(S04)3*18H20溶于水中，過濾去除雜質(zhì)，配成鋁離子濃度為0. 3mol/L的溶液；向上述溶液中加入濃度為lmol/L的氨水溶液，在常溫下磁力攪拌2小時(shí)使其完全凝膠化，調(diào)節(jié)最終PH值為10，再經(jīng)抽濾、洗滌得Al (OH) 3凝膠；將lwt%的添加劑加入凝膠中，以水為介質(zhì),用剛玉磨球,濕法球磨使其充分混勻；所述添加劑的成分及重量百分比含量為36%Cu (NO3) 3H20, 30%C16H3604Ti, 34%C8H2004Si ；將含有添加劑的凝膠在80°C下干燥24小時(shí)得到干凝膠，再經(jīng)過篩、造粒等工藝獲得原料顆粒；將所得原料顆粒在1400°C下煅燒，再經(jīng)篩分得剛玉磨料。實(shí)施例4首先將13. 178硫酸鋁々12(504)3*181120溶于水中，過濾去除雜質(zhì)，配成鋁離子濃度為0. 3mol/L的溶液；向上述溶液中加入濃度為lmol/L的氨水溶液，在常溫下磁力攪拌2小時(shí)使其完全凝膠化，調(diào)節(jié)最終PH值為9，再經(jīng)抽濾、洗滌得Al (OH) 3凝膠；將2. 5wt%的添加劑加入凝膠中，以水為介質(zhì),用剛玉磨球,濕法球磨使其充分混勻；所述添加劑的成分及質(zhì)量百分比含量為32%Cu (NO3) 3H20,44%C16H3604Ti, 24%C8H2004Si ；將含有添加劑的凝膠在80°C下干燥24小時(shí)得到干凝膠，再經(jīng)過篩、造粒等工藝獲得原料顆粒；將所得原料顆粒在140(TC下煅燒，再經(jīng)篩分得剛玉磨料。以上對(duì)本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，本發(fā)明并不局限于上述幾例實(shí)施過程，很多細(xì)節(jié)的變化是可能的，并不因此違背本發(fā)明的精神。
權(quán)利要求
1.一種含有復(fù)相添加劑的陶瓷剛玉磨料，制備過程中以工業(yè)硫酸鋁Al2(SO4)3* ISH2O為原料，引入的復(fù)相添加劑占最終磨料的質(zhì)量百分比為I 5% ； 所述復(fù)相添加劑為CuO-TiO2-SiO2添加劑體系，是以Cu (NO3) · 3H20、C16H36O4Ti和C8H2O4Si的形式引入，其各占復(fù)相添加劑的質(zhì)量百分比含量為89T45%Cu(NO3) · 3H20，30% 60%C16H3604Ti，20% 40%C8H2004Si。
所述含有復(fù)相添加劑的陶瓷剛玉磨料的制備方法，具有如下步驟 (1)采用工業(yè)硫酸鋁Al2(SO4)3· ISH2O為原料，溶于水后經(jīng)過濾去除雜質(zhì)，配制成鋁離子濃度為O. 3mol/L的溶液； (2)在步驟(I)的溶液中加入濃度為lmol/L的氨水溶液，在常溫下磁力攪拌使其完全凝膠化，調(diào)節(jié)PH值在CIO之間，再經(jīng)抽濾、洗滌得Al (OH) 3凝膠； (3)按化學(xué)計(jì)量比將復(fù)相添加劑加入步驟(2)的凝膠中，以水為介質(zhì)，采用剛玉磨球，濕法球磨使其充分混勻后，在80°C下干燥24小時(shí)得到干凝膠，再經(jīng)過篩、造粒工藝獲得原料顆粒； (4)將步驟(3)中的原料顆粒在1300°C 1400°C下煅燒，再經(jīng)篩分得不同粒度的剛玉磨料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的一種含有復(fù)相添加劑的陶瓷剛玉磨料，其特征在于，所述含有復(fù)相添加劑的剛玉磨料的顯微結(jié)構(gòu)均勻致密，晶粒生長(zhǎng)呈等軸狀，尺寸在200ηπΓ μ m之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含有復(fù)相添加劑的陶瓷剛玉磨料，以工業(yè)硫酸鋁Al2(SO4)3·18H2O為原料，引入的復(fù)相添加劑占最終磨料的質(zhì)量百分比為1～5%；所述復(fù)相添加劑為CuO-TiO2-SiO2體系，以質(zhì)量百分比含量為8%~45%Cu(NO3)·3H2O，30%~60%C16H36O4Ti，20%~40%C8H20O4Si的形式引入。制備過程中以氨水為沉淀劑，反應(yīng)后調(diào)節(jié)pH值在9~10之間，采用溶膠-凝膠法制備Al(OH)3前驅(qū)體，再經(jīng)造粒、過篩等過程，于1300℃~1400℃下鍛燒獲得陶瓷剛玉磨料。本發(fā)明降低了剛玉磨料的燒結(jié)溫度和能源消耗，提高了磨料的抗壓強(qiáng)度和磨削性能，并改善了顯微結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步延長(zhǎng)了磨料的使用壽命。
文檔編號(hào)C04B35/10GK102732214SQ20121020600
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者朱玉梅, 李志宏, 駱苗地 申請(qǐng)人:天津大學(xué)