一种含有复相添加剂的纳米晶陶瓷刚玉磨料的制作方法

本发明是关于磨削加工磨料的，尤其涉及一种含有复相添加剂的纳米晶陶瓷刚玉磨料。

背景技术：

陶瓷刚玉磨料诞生于20世纪80年代，由3m公司和norton公司率先研制成功。由于采用了溶胶-凝胶合成工艺，使得制备过程中各种化学组分得以均匀混合，采用烧结而非熔融的制备工艺，保证制备的磨料颗粒内部是由许多细小的晶粒组成。相较于传统的熔融刚玉磨料，陶瓷刚玉磨料有着诸多的优点，由于其具有比熔融刚玉磨料小几百倍的晶粒尺寸，因此拥有更高的强度和韧性。在现代加工切削应用中，其磨削速率更高，应力和工件表面温度更低，拥有更好的自锐性，减少了砂轮的修整量，使得制成的砂轮在加工性能和使用寿命等方面得到了很大的提升。

经过近些年来的开发应用，这类磨料显示出了非常优越的磨削性能，用它制成的砂轮磨削性能介于金刚石砂轮和普通刚玉砂轮之间，其加工性能和使用寿命要远高于刚玉砂轮，且价格适中，并且很好的弥补了金刚石磨料不能加工黑色金属的劣势，拥有广泛的使用和发展前途。

由于现代加工生产对精密磨削的要求日益提高，因此需要研发性能更优异陶瓷刚玉磨料以适应磨削要求。对于陶瓷刚玉磨料来说，合适的制备工艺参数尤其是添加剂的控制对优化陶瓷刚玉磨料的内部显微结构有着极其重要的作用，进而提高其各项性能指标。

技术实现要素：

本发明的目的，是为了满足机械加工工件精密磨削对磨料性能日益提高的要求和环境保护的需要，提供一种磨削性能优良、制备工艺对环境友好的纳米晶陶瓷刚玉磨料。

本发明通过如下技术方案予以实现：

一种含有复相添加剂的纳米晶陶瓷刚玉磨料，以al2(so4)3·18h2o或al(no3)3·9h2o为原料，外加添加剂占原料的质量百分比含量为0.24％～0.4％；

所述添加剂的原料组分及其质量百分比含量为：la(no3)3·6h2o15％～65％，c16h36o4ti25％～65％，以及si(oc2h5)41％～25％或者(nh4)3alf61％～20％；

所述纳米晶陶瓷刚玉磨料的制备方法，具有如下步骤：

(1)采用al2(so4)3·18h2o或al(no3)3·9h2o为原料，溶解于水，配成al³⁺浓度为0.4～0.6mol/l的溶液；

(2)向步骤(1)的溶液中加入浓度为1mol/l氨水，在常温下进行磁力搅拌，控制ph为9.2～9.6，使其持续反应直至完全凝胶化，然后经去离子水反复洗涤抽滤得到al(oh)3凝胶前驱体；

(3)按照la(no3)3·6h2o15％～65％，c16h36o4ti25％～65％，si(oc2h5)40％～25％，(nh4)3alf60％～20％的质量百分比进行添加剂的配置，再将该添加剂加入步骤(2)所得凝胶前驱体中，以去离子水为磨介，采用刚玉磨球，湿法球磨使其充分混合均匀；

(4)将步骤(3)所得含有添加剂的凝胶前驱体进行干燥，得到干凝胶，然后经过造粒、筛分得到前驱体颗粒；

(5)将步骤(4)所得前驱体颗粒于1300℃～1350℃煅烧0.5～1h，再进一步筛分、分级，得到不同粒度的纳米晶陶瓷刚玉磨料。

所述步骤(4)的凝胶前驱体的干燥温度为75℃。

所述步骤(5)的陶瓷刚玉磨料的显微结构致密，磨料颗粒内部晶粒呈等轴状，晶粒平均尺寸在400nm以下。

本发明提供了一种含有复相添加剂的纳米晶陶瓷刚玉磨料，拓宽了陶瓷刚玉磨料添加剂体系的选择范围，相对于其他的添加剂体系，磨料显微结构更加均匀致密；与电熔法制备的刚玉磨料相比，降低了600℃～800℃烧成温度，提高了制备工艺对环境的友好程度。所得陶瓷刚玉磨料颗粒内部晶粒呈等轴状，晶粒平均尺寸在400nm以下，进而提高了陶瓷刚玉磨料的强度和自锐性，磨削效率相对于现有的电熔刚玉磨料制成的砂轮提高50％以上，同时使用寿命相较于现有的刚玉磨料延长1倍以上。

附图说明

图1是实施例1中前驱体颗粒经煅烧、筛分、分级后的扫描电镜照片；

图2是实施例4中前驱体颗粒经煅烧、筛分、分级后的扫描电镜照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

本发明原料及添加剂均采用市售分析纯原料，各实施例以制备10g的刚玉磨料为基准称量al2(so4)3·18h2o或al(no3)3·9h2o原料，引入的添加剂占原料的质量百分比含量的范围为0.24％～0.4％。

实施例1

取65.33gal2(so4)3·18h2o溶解于水，配成al³⁺浓度为0.4mol/l的溶液；

向上述溶液中加入浓度为1mol/l的氨水，不断搅拌，控制ph为9.2，使其持续反应直至完全凝胶化，然后经抽滤、反复洗涤得到al(oh)3凝胶前驱体；

将0.4wt％的添加剂加入al(oh)3凝胶前驱体中，以水为介质，采用刚玉磨球，湿法球磨使其充分混匀；所述添加剂的组分及其质量百分比含量为：la(no3)3·6h2o20％，c16h36o4ti55％，si(oc2h5)425％；

将球磨后的湿凝胶在75℃干燥得到干凝胶，然后经过造粒、筛分得到前驱体颗粒；

将前驱体颗粒在1300℃煅烧1h，再经筛分、分级得到不同粒度的纳米晶陶瓷刚玉磨料。

根据图1所示，所得纳米晶陶瓷刚玉磨料颗粒内部晶粒为等轴状，晶粒平均尺寸为374nm。

实施例2

取73.56gal(no3)3·9h2o溶解于水，配成al³⁺浓度为0.6mol/l溶液；

向上述溶液中加入浓度为1mol/l的氨水，不断搅拌，控制ph为9.6，使其持续反应直至完全凝胶化，然后经抽滤、反复洗涤得到al(oh)3凝胶前驱体；

将0.31wt％的添加剂加入al(oh)3凝胶前驱体中，以水为介质，采用刚玉磨球，湿法球磨使其充分混匀；所述添加剂的组分及其质量百分比含量为：la(no3)3·6h2o49％，c16h36o4ti32％，si(oc2h5)419％；

将球磨后的湿凝胶在75℃干燥得到干凝胶，然后经过造粒、筛分得到前驱体颗粒；

将前驱体颗粒在1300℃煅烧0.5h，再经筛分、分级得到不同粒度的纳米晶陶瓷刚玉磨料。

实施例3

取65.33gal2(so4)3·18h2o溶解于水，配成al³⁺浓度为0.5mol/l溶液；

向上述溶液中加入浓度为1mol/l的氨水，不断搅拌，控制ph为9.2，使其持续反应直至完全凝胶化，然后经抽滤、反复洗涤得到al(oh)3凝胶前驱体；

将0.24wt％的添加剂加入al(oh)3凝胶前驱体中，以水为介质，采用刚玉磨球，湿法球磨使其充分混匀；所述添加剂的组分及其质量百分比含量为：la(no3)3·6h2o15％，c16h36o4ti65％，(nh4)3alf620％；

将球磨后的湿凝胶在75℃干燥得到干凝胶，然后经过造粒、筛分得到前驱体颗粒；

将前驱体颗粒在1350℃煅烧0.5h，再经筛分、分级得到不同粒度的纳米晶陶瓷刚玉磨料。

实施例4

取73.56gal(no3)3·9h2o溶解于水，配成al³⁺浓度为0.6mol/l溶液；

向上述溶液中加入浓度为1mol/l的氨水，不断搅拌，控制ph为9.6，使其持续反应直至完全凝胶化，然后经抽滤、反复洗涤得到al(oh)3凝胶前驱体；

将0.26wt％的添加剂加入al(oh)3凝胶前驱体中，以水为介质，采用刚玉磨球，湿法球磨使其充分混匀；所述添加剂的组分及其质量百分比含量为：la(no3)3·6h2o65％，c16h36o4ti25％，(nh4)3alf610％；

将球磨后的湿凝胶在75℃干燥得到干凝胶，然后经过造粒、筛分得到前驱体颗粒；

将前驱体颗粒在1350℃煅烧1h，再经筛分、分级得到不同粒度的纳米晶陶瓷刚玉磨料。

根据图2所示，所得纳米晶陶瓷刚玉磨料颗粒内部晶粒为等轴状，晶粒平均尺寸为360nm。