专利名称：刚玉晶体的烧结方法
技术领域：
本发明涉及刚玉晶体，尤其是涉及一种作为磨料的刚玉晶体的烧结方法。
背景技术：
现有的人造刚玉晶体是以氧化铝为原料高温熔炼而成，成品刚玉的硬度高而韧性低，化学性能稳定，绝缘性高，用于制作的磨具可适用高硬度、高强度物质如合金钢、高碳钢、高速钢和淬火钢等的磨削，也可作为研磨、抛光材料，还可作精密铸造型砂、喷涂材料、 化工触媒载体、特征陶瓷、高级耐磨材料等。由于采用高温熔炼工艺，熔炼温度需要高达 2000°C以上，熔炼周期在20个小时左右，故能源消耗大，生产成本高，同时得到的刚玉晶体的粒度较大，需要经破碎才能满足磨料加工等行业的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低、成品粒度小的刚玉晶体的烧结方法。为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案
本发明所述的刚玉晶体的烧结方法，首先选取粒度小于10微米、纯度大于60%的活性氧化铝和水按照1:0. 3-2的比例混合成块状或糊状后入干燥炉内，加热至120°C脱水3-4 小时，然后将干燥后的成型料入高温炉内，升温至1200-2050°C，烧结1-16小时，自然冷却至室温，得到的块状坯体经破碎即为晶体粒度小于10微米的刚玉晶体。前期用水将活性氧化铝混合后再使其慢慢脱水，可以避免后期烧结时坯体的爆裂，所用的活性氧化铝包括β、 Y> P勃姆石等相系。烧结过程中，不同相系的活性氧化铝，随着温度的升高变化，最终转变为α — Al2O3，烧结成刚玉。所述原料中还包括辅料氧化钙，氧化镁，氧化硅，氧化铬，氧化钛；其中活性氧化铝与氧化钙的比例为1:0. 01-0. 05，活性氧化铝与氧化镁的比例为1:0. 01-0. 05 ；活性氧化铝与氧化硅的比例为1:0. 01-0. 03，活性氧化铝与氧化铬的比例为1:0. 01-0. 03，活性氧化铝与氧化钛的比例为1:0. 01-0. 03。其中氧化钙和氧化镁有阻止晶体长大的作用，同时还可以降低烧结温度、缩短烧结时间，降低生产成本；氧化硅、氧化铬和氧化钛可以增加晶体的强度，降低烧结温度。所述原料中还包括微量的醋酸和硫酸，可以增加混合时物料的水溶性。醋酸和硫酸与活性氧化铝的比例一般为1:0. 001-0. 005。本发明烧结成的刚玉晶体中，氧化铝含量大于98. 5%，氧化钠小于0. 3%，颗粒密度为3. 98g/cm3,莫氏硬度9，抗压强度可达到400MPa。本发明的优点在于采用烧结法替代传统的熔炼法，得到的刚玉晶体结晶小，结晶粒度一般在1纳米一10微米之间，仅为普通刚玉晶体的1/10;同时烧结时间短，能源消耗量少。作为磨料使用时，由于结晶小，在磨削过程中晶体以1纳米一10微米之间的颗粒脱落，表现出优越的自锐性，而承压能力可以达到普通磨料的10倍以上，所以寿命是普通磨料的10倍以上；同时，在工件的粗磨过程中，因为刚玉晶体良好的自锐性，所以出现新刃口的频率高，磨削效率高，是普通磨料的5-10倍；在精磨时，由于刚玉晶体的结晶小，出现的刃口小，不但效率高，而且提高了抛光精度。本发明所烧结的刚玉晶体适用于树脂磨具、 橡胶磨具、陶瓷磨具、耐火材料、耐磨材料、超硬材料的抛光、磨削和钻孔等。
具体实施例方式实施例1
本发明所述的刚玉晶体的烧结方法，首先选取粒度小于10微米、纯度大于60%的活性氧化铝和水按照1:0. 3-2的比例混合成块状或糊状后入干燥炉内，加热至120°C脱水3-4 小时，然后将干燥后的成型料入高温炉内，升温至1200-2050°C，烧结1-16小时，自然冷却至室温，得到的块状坯体经破碎即为晶体粒度小于10微米的刚玉晶体。烧结时，随着烧结温度的升高，烧结时间的延长，晶体粒度会逐渐变大，强度会逐渐变强。如烧结温度在 1200-1600°C、烧结时间为1-5小时时，得到的刚玉晶体强度略低，作为磨料时，适合硬度较低的普通金属磨削(如合金钢、高碳钢、高速钢和淬火钢等)，由于晶体粒度小，脱落速度快，自锐性好，磨削效率高且划痕小，光洁度高。当温度升至2000°C、烧结时间延长至15小时后，得到的刚玉晶体的莫氏硬度可达到9. 3，该刚玉晶体由于烧结时间长，晶体颗粒较大，硬度及强度高，作为磨料使用时，对硬质合金的高强度磨削效果非常突出(如钛合金的磨削和抛光)。实施例2:
本发明所述的刚玉晶体的烧结方法，首先选取粒度小于10微米、纯度大于60%的活性氧化铝、水以及辅料氧化钙，氧化镁，氧化硅，氧化铬，氧化钛，各原料之间的配比为活性氧化铝氧化钙氧化镁氧化硅氧化铬氧化钛水=1:0. 01-0. 05:0. 01-0. 05:0. ΟΙΟ. 03:0. 01-0. 03:0. 01-0. 03:0. 3-2 ；将上述原料在混料机中混合成块状或糊状后入干燥炉内，加热至120°C脱水3-4小时，然后将干燥后的成型料入高温炉内，升温至1200-2050°C， 烧结1-16小时，自然冷却至室温，得到的块状坯体经破碎即为晶体粒度小于10微米的刚玉晶体。辅料氧化钙、氧化镁以及氧化硅、氧化铬和氧化钛的添加可以使刚玉晶体的烧结时间缩短，烧结温度降低，得到的刚玉晶体强度提高，同时具有阻止晶体长大的作用。辅料添加量的逐渐增大将使烧结的刚玉晶体的强度逐步增大。当氧化钙、氧化镁、氧化硅、氧化铬、氧化钛的添加量分别为0.01时，烧结成的刚玉晶体的抗压强度可以达到250MPa ；当氧化钙、氧化镁的添加量分别为0. 03，氧化硅、氧化铬、氧化钛的添加量分别为0. 02时，烧结成的刚玉晶体的抗压强度可以达到300 MPa ；当氧化钙、氧化镁的添加量分别为0. 05，氧化硅、氧化铬、氧化钛的添加量分别为0. 03时，烧结成的刚玉晶体的抗压强度可以达到400 MPa0实施例3:
如果实施例1或实施例2中的原料混合时，在其中加入微量的醋酸和硫酸(二者分别占活性氧化铝的0. 1-0. 5%即可)，混合时活性氧化铝的水溶性更好。原料混合的越好，烧结出的刚玉坯块中的晶体粒度更均勻，效果更好。
权利要求
1.一种刚玉晶体的烧结方法，其特征在于选取粒度小于10微米、纯度大于60%的活性氧化铝和水按照1:0. 3-2的比例混合成块状或糊状后入干燥炉内，加热至120°C脱水3-4 小时，然后将干燥后的成型料入高温炉内，升温至1200-2050°C，烧结1-16小时，自然冷却至室温，得到的块状坯体经破碎即为晶体粒度小于10微米的刚玉晶体。
2.根据权利要求1所述的刚玉晶体的烧结方法，其特征在于所述原料中还包括辅料氧化钙，氧化镁，氧化硅，氧化铬，氧化钛；其中活性氧化铝与氧化钙的比例为 1:0. 01-0. 05，活性氧化铝与氧化镁的比例为1:0. 01-0. 05 ；活性氧化铝与氧化硅的比例为 1:0. 01-0. 03，活性氧化铝与氧化铬的比例为1:0. 01-0. 03，活性氧化铝与氧化钛的比例为 1:0. 01-0.03。
3.根据权利要求1或2所述的刚玉晶体的烧结方法，其特征在于所述原料中还包括微量的醋酸和硫酸。
全文摘要
本发明公开了一种刚玉晶体的烧结方法，首先选取粒度小于10微米、纯度大于60%的活性氧化铝和水按照1:0.3-2的比例混合成块状或糊状后入干燥炉内，加热至120℃脱水3-4小时，然后将干燥后的成型料入高温炉内，升温至1200-2050℃，烧结1-16小时，自然冷却至室温，得到的块状坯体经破碎即为晶体粒度小于10微米的刚玉晶体。本发明的优点在于采用烧结法替代传统的熔炼法，大大缩短了加热时间，降低了能源消耗；烧结成的刚玉晶体粒度最小可以降至1纳米，作为磨料使用时，表现出优越的自锐性，寿命是普通磨料的10倍以上；精磨时，由于刚玉晶体的结晶小，出现的刃口就小，不但效率高，而且提高了抛光精度。
文档编号C30B28/02GK102443849SQ20111028495
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者王基峰 申请人:王基峰