新型燒結(jié)剛玉磨料概述

邊華英，李金勇，李鄭輝，王學(xué)濤，宋建安

（1.河南建筑材料研究設(shè)計院有限責(zé)任公司，鄭州450002；2.河南省科學(xué)院質(zhì)量檢驗與分析測試研究中心，鄭州450002；3.白鴿磨料磨具有限公司，鄭州450006）

新型燒結(jié)剛玉磨料概述

邊華英1，2，李金勇3，李鄭輝1，2，王學(xué)濤3，宋建安1，2

（1.河南建筑材料研究設(shè)計院有限責(zé)任公司，鄭州450002；2.河南省科學(xué)院質(zhì)量檢驗與分析測試研究中心，鄭州450002；3.白鴿磨料磨具有限公司，鄭州450006）

本文闡述了新型燒結(jié)剛玉磨料及其制品的優(yōu)越性能，分析了國內(nèi)新型燒結(jié)剛玉磨料的研究與生產(chǎn)現(xiàn)狀，探討了新型燒結(jié)剛玉磨料生產(chǎn)技術(shù)本土化的意義。關(guān)鍵詞：新型燒結(jié)剛玉磨料；SG磨料；微晶剛玉磨料；超微晶剛玉磨料

1 前言

在磨具的制備材料中，磨料是最主要的功能組分，磨料的種類、粒度和硬度決定了磨具加工零件的材質(zhì)、光潔度以及加工效率。最常見的磨料有剛玉磨料、碳化硅磨料等普通磨料，以及金剛石、CBN等超硬磨料。傳統(tǒng)的剛玉磨料通常是由電熔法制備，近些年，隨著技術(shù)的進步和材料科學(xué)的發(fā)展，加之對節(jié)能減排的重視，市場上出現(xiàn)了一種新型燒結(jié)剛玉磨料。

這種新型燒結(jié)剛玉磨料出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，由西方發(fā)達(dá)國家主導(dǎo)發(fā)展，分別以不同的牌號來命名，比如，圣戈班公司的SG磨料、3M公司的Cubitron磨料、德國Hermes公司的CB磨料、日本Noritake公司的CX磨料、以及鄭州玉發(fā)公司的CA磨料等等，業(yè)內(nèi)被稱為微晶剛玉磨料、超微晶剛玉磨料、TG磨料的產(chǎn)品等也都屬于新型的燒結(jié)剛玉磨料。這種磨料多采用溶膠-凝膠工藝合成前驅(qū)體，然后進行凝膠化、干燥、預(yù)破碎、制粒、篩選、燒結(jié)，進而制成的一種具有較高韌性和硬度的磨料。該生產(chǎn)工藝中常常加入一些助劑來促進晶粒的形成、抑制晶粒的長大，同時降低這種新型磨料的燒結(jié)溫度。

2 新型燒結(jié)剛玉磨料的優(yōu)越性能

新型燒結(jié)剛玉磨料與普通電熔剛玉磨料相比，除了生產(chǎn)制造時節(jié)能顯著之外，還具有一些優(yōu)越性能：

（1）切削能力：由于這種新型燒結(jié)剛玉磨料每顆磨粒由成千上萬個微米級或亞微米級的細(xì)小晶體組成，磨粒晶體尺寸僅為普通剛玉磨料的1/15～1/200，這些微晶磨粒使新型燒結(jié)剛玉磨料具有更鋒利的切削刃和較高的磨削效率，可進行大切深、大進給、重負(fù)荷等高效磨削。有數(shù)據(jù)顯示，單行程進給量可以達(dá)到0.25 mm，金屬去除率比普通剛玉砂輪高50%以上；

（2）韌性：由于這種新型磨料的微晶結(jié)構(gòu)特點，磨粒的韌性好，在磨削過程中受到?jīng)_擊時常發(fā)生晶粒的沿晶斷裂，并使破裂后留在基體上的磨粒仍然具有良好的磨削能力。與傳統(tǒng)電熔剛玉磨料常發(fā)生穿晶斷裂或整個磨粒脫落的情形相比，新型磨料具有出色的韌性特征，新磨料制備的砂輪使用時磨損小、形狀保持性好，在保證加工精度的情況下減少了砂輪的修整次數(shù)，使砂輪的壽命比傳統(tǒng)磨料制品提升了2～3倍。在工件的精密磨削和成型磨削時易于實現(xiàn)較高的尺寸精度和形狀一致性。

隨著各機械加工企業(yè)調(diào)結(jié)構(gòu)、降成本、提效率的發(fā)展需求，磨具制造企業(yè)為了適應(yīng)新的發(fā)展形勢也要進行產(chǎn)品的更新?lián)Q代，加快新型燒結(jié)剛玉磨料磨具產(chǎn)品的生產(chǎn)制備研究。比如，昆山NSK公司，其企業(yè)效率提升的新需求是擬將之前沿用的6遍粗磨加2遍精磨的生產(chǎn)工序改為1遍粗磨1遍半精磨和1遍精磨的新工序，以提高效率、簡化操作步驟。這就對當(dāng)前所供磨具產(chǎn)品的改型換代以及擬用的磨料提出了新要求，而且這中間的產(chǎn)品試制和試用磨合時間很短，改用新型SG磨具是一個可行的方向。雖然成本有所增加，但是考慮到工作效率以及綜合性價比，這個決策是合理的。

新型燒結(jié)剛玉磨料制成的砂輪一般依照其取代傳統(tǒng)剛玉磨料的比例分為1SG、2SG、5SG、SG砂輪，其中1SG指砂輪制成時新型燒結(jié)剛玉磨料取代傳統(tǒng)剛玉磨料的比例為10%，2SG為20%等，而SG砂輪則指使用磨料全部為新型燒結(jié)剛玉磨料。

新型燒結(jié)剛玉磨料產(chǎn)品的主要成分為氧化鋁，而中國河南區(qū)域氧化鋁資源豐富，但是新產(chǎn)品售價很高，國際品牌產(chǎn)品售價高達(dá)20萬元/噸，而且不對中國的磨具生產(chǎn)企業(yè)銷售，往往需要曲線轉(zhuǎn)由中間路徑獲得。國內(nèi)相似性能產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)少、產(chǎn)品合格率低，售價高達(dá)6～12萬元/噸。所以對新型燒結(jié)剛玉磨料制備技術(shù)進行進一步的研究很有必要。

3 新型燒結(jié)剛玉磨料國內(nèi)研究現(xiàn)狀及展望

作為地處氧化鋁資源豐富的河南省地域的科技人員，如果將新型燒結(jié)剛玉磨料的生產(chǎn)技術(shù)本土化，對于推動地方的經(jīng)濟發(fā)展和科技創(chuàng)新意義深遠(yuǎn)。在進行市場和文獻(xiàn)調(diào)研的過程中獲悉，國內(nèi)的一些高校和研究機構(gòu)早在上世紀(jì)90年代后期就開始了對新型燒結(jié)剛玉磨料的研究，比如，岳隆明于1998年發(fā)表了論文《新型陶瓷剛玉磨料CJY9106的研制》；葉偉昌于1998發(fā)表過簡訊《新一代陶瓷剛玉SG磨料》，聲稱“新一代以溶膠—凝膠工藝合成、以燒結(jié)法制成的陶瓷剛玉SG磨料已由七砂集團公司開發(fā)成功”；李志宏在服務(wù)于鄭州工業(yè)高等專科學(xué)校時于2000年發(fā)表了論文《陶瓷剛玉磨料制造及應(yīng)用進展》、《陶瓷剛玉磨具制造及其磨削應(yīng)用》，服務(wù)于天津大學(xué)后的2006年發(fā)表了 《燒結(jié)添加劑和晶種對新型陶瓷剛玉磨料燒結(jié)的影響》，2007年發(fā)表了 《陶瓷剛玉磨料行星磨干法造粒研究》、《燒結(jié)溫度對陶瓷剛玉磨料性能的影響》、《MgO和SiO2燒結(jié)添加劑對陶瓷剛玉磨料性能的影響》；中國鋁業(yè)股份有限公司鄭州研究院的陳瑋于2002年發(fā)表了論文《微晶氧化鋁磨料的特性及制造》，河南工業(yè)大學(xué)的徐三魁于2006年發(fā)表了論文《超微晶氧化鋁磨料的研究》，于2007年發(fā)表了《超微晶剛玉磨料的生產(chǎn)技術(shù)及應(yīng)用》［1～10］。

業(yè)界經(jīng)過近二十年的科研探索和研究，有一些論文和專利資料問世，但是我國自主知識產(chǎn)權(quán)的新型燒結(jié)剛玉磨料制備技術(shù)仍不是十分成熟，產(chǎn)品生產(chǎn)狀況令人擔(dān)憂。據(jù)悉，目前市場上在售的有山東魯信高新公司生產(chǎn)的產(chǎn)品和上海度朔公司生產(chǎn)的產(chǎn)品和鄭州玉發(fā)的CA磨料產(chǎn)品。這些產(chǎn)品售價不菲，但其產(chǎn)品性能和質(zhì)量與進口產(chǎn)品相比仍有較大的差距。

我司與白鴿磨料磨具有限公司共同組成的研究團隊，汲取他人的成功經(jīng)驗和智慧，擬以更加簡潔的工藝技術(shù)路線，融入等靜壓與微波燒結(jié)技術(shù)，制備性能可靠、技術(shù)和原料本土化的新型燒結(jié)陶瓷剛玉磨料產(chǎn)品。

［1］岳隆明.新型陶瓷剛玉磨料CJY9106的研制［J］.成都大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），1998（4）：5～12.

［2］李志宏，詹欲生.陶瓷剛玉磨料制造及應(yīng)用進展［J］.金剛石與磨料磨具工程，2000（3）：37～38.

［3］李志宏，趙松泉.陶瓷剛玉磨具制造及其磨削應(yīng)用［J］.金剛石與磨料磨具工程，2000（4）：29～33.

［4］陳瑋，尹周瀾，周海龍，等.微晶氧化鋁磨料的特性及制造［J］.輕金屬，2002（12）：9～11.

［5］張云浩，李志宏，朱玉梅.燒結(jié)添加劑和晶種對新型陶瓷剛玉磨料燒結(jié)的影響［J］.金剛石與磨料磨具工程，2006（5）：74～76.

［6］李劍，李志宏，崔希文，等.陶瓷剛玉磨料行星磨干法造粒研究［J］.金剛石與磨料磨具工程，2007（4）：55～58.

［7］張云浩，李志宏，朱玉梅.MgO和SiO2燒結(jié)添加劑對陶瓷剛玉磨料性能的影響［J］.稀有金屬材料與工程，2007，36（s1）：235～237.

［8］李文學(xué)，李志宏，朱玉梅，等.燒結(jié)溫度對陶瓷剛玉磨料性能的影響［J］.金剛石與磨料磨具工程，2007（5）：68～70.

［9］徐三魁，趙建昌.超微晶陶瓷氧化鋁磨料的研究［J］.金剛石與磨料磨具工程，2006（6）：71～73.

［10］徐三魁，趙建昌，鄒文俊.超微晶剛玉磨料的生產(chǎn)技術(shù)及應(yīng)用［J］.金剛石與磨料磨具工程，2007（2）：69～72.

作者介紹:邊華英，1971年生，女，現(xiàn)居鄭州，高級工程師，主要從事陶瓷材料和新型建材研究工作。基金項目：本課題為河南省科學(xué)院預(yù)先研究經(jīng)費項目，等靜壓工藝在微晶剛玉磨料制備中的應(yīng)用研究。