专利名称：新型刚玉磨料及其制备方法
技术领域：
本发明是关于磨料及其制备方法的，尤其涉及一种刚玉磨料及其制备方法。
背景技术：
磨料为人类所用己经有数千年之久.在人类的远古时期，原始人就已使用天然磨料来磨 锐木质工具.骨头和隧石等。在应用天然磨料时，人们逐渐认识到，几乎所有的天然磨料都 含有结晶氧化铝，并且能起磨削作用的就是结晶氧化铝。基于这种认识，人们开始设法将含 氧化铝的物质熔融制作成磨料，其磨削效果优于天然磨料。1893年法国人，1894年德国人分 别获得熔融刚砂的专利权，自此开创了人造刚玉磨料的工业应用。
随着科学技术的发展和制造技术水平的提高，刚玉磨料的应用范围和市场需求量越來越 大，刚玉的品种也出现了多样化，以满足不同的应用，如白刚玉、棕刚玉、铬刚玉等。但余 百年来，虽然刚玉的品种有所发展，性能也略有差别，但从根本上并没有改变刚玉的电熔制 备方法和刚玉的内部品体结构，因此也就没有带来其性能和使用性能的明显改变。但随着现 代科学技术水平的提高，尤其现代制造业水平的提高，对加工产品的精度、加工质量、加工
效率要求越来越高，同时，新材料的出现，新的加工问题也不断出现，加工难度也不断加大， 这必然对承载加工使命的磨料、磨具提出更高的要求。
刚玉(化学组成A1A)磨料由于机械强度高、硬度大、耐化学腐蚀、价格低廉等特点， 是目前世界上广泛应用的一种磨料，用于许多领域中的磨削、研磨、抛光等机械加工，年产 量约150 160万吨。传统刚玉磨料采用电熔法制备，不仅耗能高，而且晶粒尺寸大，晶粒尺 寸一般为50(am左右。而氧化铝的磨削应用效果受其内部晶粒大小的影响明显，磨料的细晶结 构，可以使其韧性提高、自锐性好、磨粒锋利、磨损少、切削能力强、磨削效率高等，提高 刚玉磨料及其制品的使用效果和使用寿命。
随着世界能源的日趋紧张，节能降耗不仅是企业降低成本，提高经济效益的有效途径， 也是全社会共同的责任和目标。另外，随着现代科学技术的发展，对产品的质量、精度的要 求越来越高，也自然对加工工具的加工质量、加工效率、加工成本等提出更高的要求。因此， 节能降耗和提高刚玉磨料的性能已势在必行。
发明内容
本发明的目的是降低刚玉磨料生产的能耗，提供一种较高的产品性能和较高的使用寿命 的刚玉磨料及其制备方法。
本发明的新型刚玉磨料，其原料组分及其重量百分比含量为A12(S04)3.18H20或 AlNOr9H20 99.15% 99.85%，添加剂0.15% 0.85%;所述添加剂为Ca(N03)2、 Fe(N03)3、 (CH3CH20)4Ti、 Mg(N03)2、 C8H2()04Si、 Sb(CH3COO)3，其各占添加剂的重量百分比含量为0 % 25%Ca(N03)2、 0% 15 Fe(N03)3、 0% 10%(CH3CH2O)4Ti、 0% 30%Mg(NO3)2、 40 % 90%C8H2()O4Si、 0 8%Sb(CH3COO)3。
新型刚玉磨料的制备方法，是采用湿化学方法和高温煅烧，具体实施步骤为
(1) 将Al2(S04)r18H20或A1N03.9H20首先溶于水，溶于水后过滤去除杂质，配成0. 1 摩尔/升 0. 2摩尔/升的含A产的水溶液；
(2) 在步骤(1)的水溶液中加入氨水并搅拌使其完全凝胶化或沉淀，再经抽虑、洗涤、
干燥工艺获得A1(0H)3固体；
(3) 将相应量的添加剂加入到Al(OH)3固体中混匀；将含有添加剂的Al(OH)3固体经过 等静压造粒，再经过球磨、震磨、对滚、挤压工艺整形为等积型、片状、尖片状或长柱状， 并进行预筛分和分级；
(4) 将歩骤(3)已进行预筛分和分级的磨料在125(TC 140(TC煅烧，再进一步的过筛、 分级，制得不同粒度和颗粒形状的新型刚玉磨料。刚玉磨料颗粒内部的显微晶粒尺寸在 50nm 3|om之间。
本发明的有益效果是，降低了制备刚玉磨料所消耗的能量，改变了刚玉颗粒内部的显微 结构，大大降低了刚玉晶体的晶粒尺寸，提高了传统电容刚玉的韧性，改善了其磨削应用效 果和加工使用寿命。
新型刚玉磨料的硬度与传统电容刚玉的硬度相当，而韧性达到传统电容刚玉的1.3 2 倍，磨削效率比电熔刚玉砂轮提高25%以上，使用寿命延长l倍以上，总的磨削加工生产成 本可降低到普通电熔刚玉制品的1/4。
具体实施方式
下面结合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的影响明显，磨料的细晶结构，不仅可以使其 韧性提高，磨削精度提高，而且在磨削使用过程中脱落的是纳米级的小晶粒，磨具的使用寿 命会大大提高，同时随着小晶粒的脱落而露出无数锋利的新刃，磨削效率也会大大提高。鉴于上述原因及节约能源的目的，本发明采用湿化学方法合成含铝物质，再经高温煅烧而制备 新型刚玉磨料。 实施例l
采用99.85^的A1N03.9H20和Q,15^的添加剂为原料，氨水为沉淀剂制备新型刚玉磨料。 首先将A1N03.9H20溶于水后过滤去除杂质，配成0. 1摩尔/升的含A产的水溶液； 向上述溶液中滴加氨水并搅拌使含该A产的水溶液完全凝胶化，再经抽虑、洗涤、干燥
工艺获得Al(OH)3固体；
将添加剂加入到Al(OH)3固体中混匀；所述0.1 %添加剂的原料组分及其重量百分比含量 为20%Ca(NO3)2、 13%Fe(N03)3、 7%(CH3CH20)4Ti、 20%Mg(NO3)2、 40%C8H20O4Si。
将含有添加剂的Al(OH)3固体经过等静压造粒，再经过球磨工艺进行整形，并进行预筛 分和分级；
将进行过预筛分和分级整形过的Al(OH)3固体在140(TC下煅烧，再进一步的过筛、分级，
制得不同粒度的新型刚玉磨料。 实施例2
采用99.6^的Al2(SO4)rl8H2O和0.4X的添加剂为原料，氨水为沉淀剂制备新型刚玉磨料。 首先将A12(S04)3.18H20溶于水后过滤去除杂质，配成0. 15摩尔/升的含Ar的水溶液 向上述溶液中滴加氨水并搅拌使含该A产的水溶液完全凝胶化，再经抽虑、洗涤、千燥
工艺获得Al(OH)3固体；
将添加剂加入到Al(OH)3固体中混匀；所述0.4%添加剂的原料组分及其重量百分比含量.
为5%Ca(N03)2、 3%Mg(N03)2、 90%C8H20O4Si、 2%Sb(CH3COO)3 。
将含有添加剂的Al(OH)3固体经过等静压造粒，再经过球磨工艺进行整形，并进行预筛
分和分级；
将进行过预筛分和分级整形过的Al(OH)3固体在135(TC下煅烧，再进一步的过筛、分级，
制得不同粒度的新型刚玉磨料。 实施例3
采用99.15%的A1NCV9H20和0.85%的添加剂为原料，氨水为沉淀剂制备新型刚玉磨料。 首先将A1N03"H20溶于水后过滤去除杂质，配成0. 2摩尔/升的含A广的水溶液； 向上述溶液中滴加氨水并搅拌使含该A产的水溶液完全凝胶化，再经抽虑、洗涤、干燥
工艺获得Al(OH)3固体；
将添加剂加入到Al(OH)3固体中混匀；所述0.85%添加剂的原料组分及其重量百分比含 量为14%Ca(N03)2、 4%Fe(N03)3、 2%(CH3CH20)4Ti、 12%Mg(N03)2、 60%C8H20O4Si、8%Sb(CH3COO)3。
将含有添加剂的Al(OH)3固体经过等静压造粒，再经过对滚工艺进行整形，并进行预筛 分和分级；
将进行过预筛分和分级整形过的AI(OH)3固体在125(TC下煅烧，再进一步的过筛、分级，
制得不同粒度的新型刚玉磨料。 实施例4
采用99.3X的Al2(SO4)3.18H2O和0.7X的添加剂为原料，氨水为沉淀剂制备新型刚玉磨料。
首先将A12(S04)348H20溶于水后过滤去除杂质，配成0. 1摩尔/升的含Ar的水溶液； 向上述溶液中滴加氨水并搅拌使含该AP+的水溶液完全凝胶化，再经抽虑、洗涤、干燥
工艺获得Al(OH)3固体；
将添加剂加入到Al(OH)3固体中混匀；所述0.7%添加剂的原料组分及其重量百分比含量 为6. 7%Ca(N03)2、 2.6%Fe(N03)3、 1.7%(CH3CH20)4Ti、 18. l%Mg(N03)2、 69.7%C8H20O4Si、 1.2%Sb(CH3COO)3。将含有添加剂的Al(OH)3固体经过等静压造粒，再经过球磨工艺进行整 形，并进行预筛分和分级；
将进行过预筛分和分级整形过的Al(OH)3固体在130(TC下煅烧，再进一歩的过筛、分级，
制得不同粒度的新型刚玉磨料。
本发明并不局限于上述实施过程，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。
权利要求
1. 一种新型刚玉磨料，其原料组分及其重量百分比含量为Al2(SO4)3·18H2O或AlNO3·9H2O 99.15％～99.85％，添加剂0.15％～0.85％；所述添加剂为Ca(NO3)2、Fe(NO3)3、(CH3CH2O)4Ti、Mg(NO3)2、C8H20O4Si、Sb(CH3COO)3，其各占添加剂的重量百分比含量为0％～25％Ca(NO3)2、0％～15Fe(NO3)3、0％～10％(CH3CH2O)4Ti、0％～30％Mg(NO3)2、40％～90％C8H20O4Si、0～8％Sb(CH3COO)3。
2. 权利要求1的新型刚玉磨料的制备方法，是采用湿化学方法和高温煅烧，具有如下步骤(1) 采用A12(S04)3.18H20或A1N03.9H20为原料，溶于水后过滤去除杂质，配成0. 1 摩尔/升 0. 2摩尔/升的含AP+的水溶液；(2) 在步骤(1)的水溶液中加入氨水并搅拌使其完全凝胶化或沉淀，再经抽虑、洗涤、 干燥工艺获得Al(OH)3固体；(3) 将相应量的添加剂加入到Al(OH)3固体中混匀；将含有添加剂的Al(OH)3固体经等 静压造粒，再经过球磨、震磨、对滚、挤压工艺进行整形，并进行预筛分和分级； (4) 将歩骤(3)已进行预筛分和分级的磨料在125(TC 140(TC煅烧，再进一歩的过筛、 分级，制得不同粒度的新型刚玉磨料。
3. 根据权利要求2的新型刚玉磨料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的Al(OHh 固体颗粒整形为等积型、片状、尖片状或长柱状，最终磨料颗粒形状可控。
4. 根据权利要求2的新型刚玉磨料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)的刚玉磨 料颗粒内部的显微晶粒尺寸在50nm 3pm之间。
全文摘要
本发明公开了一种新型刚玉磨料，主晶相为Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>。其原料组分及其重量百分比含量为Al<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>·18H<sub>2</sub>O或AlNO<sub>3</sub>·9H<sub>2</sub>O 99.15％～99.85％，添加剂0.15％～0.85％；所述添加剂为Ca(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>、Fe(NO<sub>3</sub>)<sub>3</sub>、(CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>O)<sub>4</sub>Ti、Mg(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>、C<sub>8</sub>H<sub>20</sub>O<sub>4</sub>Si和Sb(CH<sub>3</sub>COO)<sub>3</sub>，其各占添加剂的重量百分比含量为0％～25％Ca(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>、0％～15Fe(NO<sub>3</sub>)<sub>3</sub>、0％～10％(CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>O)<sub>4</sub>Ti、0％～30％Mg(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>、40％～90％C<sub>8</sub>H<sub>20</sub>O<sub>4</sub>Si、0～8％Sb(CH<sub>3</sub>COO)<sub>3</sub>。以氨水为沉淀剂，采用湿化学方法制备Al(OH)<sub>3</sub>固体，再经过筛分、造粒及1250℃～1400℃的煅烧，获得新型刚玉磨料。磨料颗粒形状可控，其显微晶粒在50nm～3μm之间。本发明降低了能源消耗，提高了传统电容刚玉的韧性，改善了其磨削应用效果和加工使用寿命。
文档编号C09K3/14GK101434829SQ20081015429
公开日2009年5月20日 申请日期2008年12月19日 优先权日2008年12月19日
发明者朱玉梅, 李志宏 申请人:天津大学