一種含有復相添加劑的納米晶陶瓷剛玉磨料的制作方法

本發明是關于磨削加工磨料的，尤其涉及一種含有復相添加劑的納米晶陶瓷剛玉磨料。

背景技術：

陶瓷剛玉磨料誕生于20世紀80年代，由3m公司和norton公司率先研制成功。由于采用了溶膠-凝膠合成工藝，使得制備過程中各種化學組分得以均勻混合，采用燒結而非熔融的制備工藝，保證制備的磨料顆粒內部是由許多細小的晶粒組成。相較于傳統的熔融剛玉磨料，陶瓷剛玉磨料有著諸多的優點，由于其具有比熔融剛玉磨料小幾百倍的晶粒尺寸，因此擁有更高的強度和韌性。在現代加工切削應用中，其磨削速率更高，應力和工件表面溫度更低，擁有更好的自銳性，減少了砂輪的修整量，使得制成的砂輪在加工性能和使用壽命等方面得到了很大的提升。

經過近些年來的開發應用，這類磨料顯示出了非常優越的磨削性能，用它制成的砂輪磨削性能介于金剛石砂輪和普通剛玉砂輪之間，其加工性能和使用壽命要遠高于剛玉砂輪，且價格適中，并且很好的彌補了金剛石磨料不能加工黑色金屬的劣勢，擁有廣泛的使用和發展前途。

由于現代加工生產對精密磨削的要求日益提高，因此需要研發性能更優異陶瓷剛玉磨料以適應磨削要求。對于陶瓷剛玉磨料來說，合適的制備工藝參數尤其是添加劑的控制對優化陶瓷剛玉磨料的內部顯微結構有著極其重要的作用，進而提高其各項性能指標。

技術實現要素：

本發明的目的，是為了滿足機械加工工件精密磨削對磨料性能日益提高的要求和環境保護的需要，提供一種磨削性能優良、制備工藝對環境友好的納米晶陶瓷剛玉磨料。

本發明通過如下技術方案予以實現：

一種含有復相添加劑的納米晶陶瓷剛玉磨料，以al2(so4)3·18h2o或al(no3)3·9h2o為原料，外加添加劑占原料的質量百分比含量為0.24％～0.4％；

所述添加劑的原料組分及其質量百分比含量為：la(no3)3·6h2o15％～65％，c16h36o4ti25％～65％，以及si(oc2h5)41％～25％或者(nh4)3alf61％～20％；

所述納米晶陶瓷剛玉磨料的制備方法，具有如下步驟：

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

(2)向步驟(1)的溶液中加入濃度為1mol/l氨水，在常溫下進行磁力攪拌，控制ph為9.2～9.6，使其持續反應直至完全凝膠化，然后經去離子水反復洗滌抽濾得到al(oh)3凝膠前驅體；

(3)按照la(no3)3·6h2o15％～65％，c16h36o4ti25％～65％，si(oc2h5)40％～25％，(nh4)3alf60％～20％的質量百分比進行添加劑的配置，再將該添加劑加入步驟(2)所得凝膠前驅體中，以去離子水為磨介，采用剛玉磨球，濕法球磨使其充分混合均勻；

(4)將步驟(3)所得含有添加劑的凝膠前驅體進行干燥，得到干凝膠，然后經過造粒、篩分得到前驅體顆粒；

(5)將步驟(4)所得前驅體顆粒于1300℃～1350℃煅燒0.5～1h，再進一步篩分、分級，得到不同粒度的納米晶陶瓷剛玉磨料。

所述步驟(4)的凝膠前驅體的干燥溫度為75℃。

所述步驟(5)的陶瓷剛玉磨料的顯微結構致密，磨料顆粒內部晶粒呈等軸狀，晶粒平均尺寸在400nm以下。

本發明提供了一種含有復相添加劑的納米晶陶瓷剛玉磨料，拓寬了陶瓷剛玉磨料添加劑體系的選擇范圍，相對于其他的添加劑體系，磨料顯微結構更加均勻致密；與電熔法制備的剛玉磨料相比，降低了600℃～800℃燒成溫度，提高了制備工藝對環境的友好程度。所得陶瓷剛玉磨料顆粒內部晶粒呈等軸狀，晶粒平均尺寸在400nm以下，進而提高了陶瓷剛玉磨料的強度和自銳性，磨削效率相對于現有的電熔剛玉磨料制成的砂輪提高50％以上，同時使用壽命相較于現有的剛玉磨料延長1倍以上。

附圖說明

圖1是實施例1中前驅體顆粒經煅燒、篩分、分級后的掃描電鏡照片；

圖2是實施例4中前驅體顆粒經煅燒、篩分、分級后的掃描電鏡照片。

具體實施方式

下面結合具體實施例進一步說明本發明的技術方案。

本發明原料及添加劑均采用市售分析純原料，各實施例以制備10g的剛玉磨料為基準稱量al2(so4)3·18h2o或al(no3)3·9h2o原料，引入的添加劑占原料的質量百分比含量的范圍為0.24％～0.4％。

實施例1

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

向上述溶液中加入濃度為1mol/l的氨水，不斷攪拌，控制ph為9.2，使其持續反應直至完全凝膠化，然后經抽濾、反復洗滌得到al(oh)3凝膠前驅體；

將0.4wt％的添加劑加入al(oh)3凝膠前驅體中，以水為介質，采用剛玉磨球，濕法球磨使其充分混勻；所述添加劑的組分及其質量百分比含量為：la(no3)3·6h2o20％，c16h36o4ti55％，si(oc2h5)425％；

將球磨后的濕凝膠在75℃干燥得到干凝膠，然后經過造粒、篩分得到前驅體顆粒；

將前驅體顆粒在1300℃煅燒1h，再經篩分、分級得到不同粒度的納米晶陶瓷剛玉磨料。

根據圖1所示，所得納米晶陶瓷剛玉磨料顆粒內部晶粒為等軸狀，晶粒平均尺寸為374nm。

實施例2

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

向上述溶液中加入濃度為1mol/l的氨水，不斷攪拌，控制ph為9.6，使其持續反應直至完全凝膠化，然后經抽濾、反復洗滌得到al(oh)3凝膠前驅體；

將0.31wt％的添加劑加入al(oh)3凝膠前驅體中，以水為介質，采用剛玉磨球，濕法球磨使其充分混勻；所述添加劑的組分及其質量百分比含量為：la(no3)3·6h2o49％，c16h36o4ti32％，si(oc2h5)419％；

將球磨后的濕凝膠在75℃干燥得到干凝膠，然后經過造粒、篩分得到前驅體顆粒；

將前驅體顆粒在1300℃煅燒0.5h，再經篩分、分級得到不同粒度的納米晶陶瓷剛玉磨料。

實施例3

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

向上述溶液中加入濃度為1mol/l的氨水，不斷攪拌，控制ph為9.2，使其持續反應直至完全凝膠化，然后經抽濾、反復洗滌得到al(oh)3凝膠前驅體；

將0.24wt％的添加劑加入al(oh)3凝膠前驅體中，以水為介質，采用剛玉磨球，濕法球磨使其充分混勻；所述添加劑的組分及其質量百分比含量為：la(no3)3·6h2o15％，c16h36o4ti65％，(nh4)3alf620％；

將球磨后的濕凝膠在75℃干燥得到干凝膠，然后經過造粒、篩分得到前驅體顆粒；

將前驅體顆粒在1350℃煅燒0.5h，再經篩分、分級得到不同粒度的納米晶陶瓷剛玉磨料。

實施例4

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

向上述溶液中加入濃度為1mol/l的氨水，不斷攪拌，控制ph為9.6，使其持續反應直至完全凝膠化，然后經抽濾、反復洗滌得到al(oh)3凝膠前驅體；

將0.26wt％的添加劑加入al(oh)3凝膠前驅體中，以水為介質，采用剛玉磨球，濕法球磨使其充分混勻；所述添加劑的組分及其質量百分比含量為：la(no3)3·6h2o65％，c16h36o4ti25％，(nh4)3alf610％；

將球磨后的濕凝膠在75℃干燥得到干凝膠，然后經過造粒、篩分得到前驅體顆粒；

將前驅體顆粒在1350℃煅燒1h，再經篩分、分級得到不同粒度的納米晶陶瓷剛玉磨料。

根據圖2所示，所得納米晶陶瓷剛玉磨料顆粒內部晶粒為等軸狀，晶粒平均尺寸為360nm。