摘要 陶瓷剛玉磨料(也稱為SG磨料)是一類性能優(yōu)異的新型磨料，在汽車、軸承、刀具、模具等許多領(lǐng)域顯示了很好的應(yīng)用效果和發(fā)展前景。本文介紹了這類磨料的制造技術(shù)、應(yīng)用情況及發(fā)展前景。
　　主題詞 陶瓷剛玉(SG磨料) 制造技術(shù) 性能
　　1 前言
　　陶瓷剛玉磨料，是世界上十多年前研制成功的一類新型剛玉磨料。由于其化學(xué)組成是Al203，因此也被稱為新型陶瓷氧化鋁磨料。國(guó)內(nèi)外還根據(jù)其制備工藝特點(diǎn)稱之為SG磨料，經(jīng)過近年來的開發(fā)應(yīng)用，這類磨料顯示了非常優(yōu)越的磨削性能，因而被世界上譽(yù)為具有劃時(shí)代意義的磨料。這類磨料的生產(chǎn)與應(yīng)用被認(rèn)為是世界上磨削加工領(lǐng)域的一大技術(shù)成就。本文將對(duì)這類磨料的制造技術(shù)、磨料性能給予闡述。
　　2 陶瓷剛玉磨料的制造技術(shù)
　　陶瓷剛玉磨料，是以獨(dú)特的陶瓷技術(shù)合成的，具有微細(xì)晶體結(jié)構(gòu)的高純度剛玉磨料。其典型制造工藝有兩類，一類是采用sol-gel工藝(即溶膠-凝膠工藝)合成并經(jīng)過燒結(jié)制造。具體做法是：先將原料制成水溶膠，然后進(jìn)行凝膠化，再經(jīng)過干燥、預(yù)破碎、制粒、篩分，使之形成一定的顆粒形狀和尺寸，最后經(jīng)過煅燒與燒結(jié)使之成為高韌性和硬度的磨料。原料可采用軟水鋁石或其它鋁介質(zhì)，在制造過程中可加入Fe2O3、Al2O3等成核物質(zhì)。以促進(jìn)晶核形成和降低晶型轉(zhuǎn)變溫度。同時(shí)還可以加入晶體生長(zhǎng)抑制劑(如TiO2、MgO、ZrO2等)以減少晶粒的生長(zhǎng)而達(dá)到細(xì)晶結(jié)構(gòu)。對(duì)得到的凝膠體可通過壓制或擠壓而使其成為致密的固體，從而保證其燒結(jié)磨料的均勻性。現(xiàn)在世界上多采用這類工藝制備該磨料。另一類是直接將a—Al2O3磨碎、擠壓成型、制粒、干燥、燒結(jié)而成。采用這類生產(chǎn)方式的有奧地利太巴客的CCCSK。
　　現(xiàn)在世界上已有數(shù)家企業(yè)能生產(chǎn)這類磨料，并形成各自的品牌，具體見表1。
　　
　　我們已率先在國(guó)內(nèi)研制成功這類磨料，代號(hào)為CA。與國(guó)外制造工藝相比，我們研究的新型陶瓷剛玉磨料制備工藝過程更簡(jiǎn)單、合理，生產(chǎn)效率較高，生產(chǎn)成本較低。在原料處理到制粒、燒結(jié)各工序，都具有明顯的創(chuàng)造性和先進(jìn)性。
　　3 陶瓷剛玉磨料的特性
　　陶瓷剛玉磨料的制法與普通剛玉磨料不同，因而它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)與性能上也就不大相同。具體表現(xiàn)在如下方面：
　　(1)顯微結(jié)構(gòu)方面
　　普通電熔剛玉磨料每顆磨粒中僅含有極少量的單晶體(有時(shí)僅為一個(gè)單晶體)，晶體尺寸在50μm左右或更大。而新型的陶瓷剛玉磨粒每顆磨粒是由成千上萬個(gè)亞微米級(jí)或微米級(jí)的細(xì)小品體所組成，磨粒晶體尺寸為普通剛玉磨粒晶體尺寸的1/15～1/200，這些大量的微小磨粒使磨粒具有許多鋒利的切削刃。
　　(2)韌性方面
　　由于其顯微結(jié)構(gòu)不同，所以其在磨粒斷裂行為上就有所不同。這種新型陶瓷剛玉磨料表現(xiàn)為沿晶斷裂破壞，而傳統(tǒng)電熔剛玉磨粒多呈現(xiàn)穿晶斷裂破壞，因而新型陶瓷剛玉磨料韌性明顯較普通電熔剛玉磨料高，一般要高1倍左右。幾種磨料的硬度及韌性見表2。
　　
　　(3)磨損機(jī)理和自銳性方面
　　傳統(tǒng)電熔剛玉磨粒在工作點(diǎn)被磨去后變平鈍化。在磨削力作用下，這些被磨鈍的磨粒不是從磨具上脫落，就是沿晶面穿晶破裂，呈宏觀破碎，磨粒損失較多。而新型陶瓷剛玉磨料的磨粒磨損后破碎時(shí)，沿晶界破裂，呈微觀破碎，很少產(chǎn)生宏觀破碎，因而磨粒損失較少，磨損較少，使用壽命較長(zhǎng)。新型陶瓷剛玉磨粒的整個(gè)磨損過程也是磨粒本身的自銳過程，在有效使用壽命期間。磨粒表面層被磨鈍的微小品粒(即切削刃)在磨削力的作用下從磨粒上逐漸脫落，不斷地暴露出新的微切削刃，使磨粒始終處于鋒利狀態(tài)，從而保證了磨具的自銳功能和磨削性能的穩(wěn)定。因而新型陶瓷剛玉磨料與普通電熔剛玉磨料相比，具有很好的自銳性能和耐磨性能。
　　關(guān)于陶瓷剛玉磨料的磨損狀況，德國(guó)亞琛理工大學(xué)的Konij教授對(duì)這類磨料進(jìn)行了單顆粒磨粒磨損試驗(yàn)，并與其它磨料進(jìn)行了對(duì)比，見圖1所示。
　　
　　圖1是3種陶瓷剛玉磨料(Cubitron，SG， cubition321)與綠SiC磨料、4種剛玉磨料(Nk，Ekr，Ekw,Ekk)及鋯剛玉磨料(Cubicut)磨削100Cr6鋼時(shí)的耐磨耗性實(shí)驗(yàn)結(jié)果。此試驗(yàn)是以磨粒頂端的磨耗速度Arow(μm2／s)來對(duì)比它們的耐磨損性的。從圖中可知：陶瓷剛玉磨料(特別是SG和Cubitron321)具有優(yōu)異的耐磨損性。
　　由于新型陶瓷剛玉磨料在結(jié)構(gòu)、韌性、磨損特性和自銳性方面具有優(yōu)良特性，因而在磨削性能方面具有下列優(yōu)點(diǎn)：
　　(a)磨粒鋒利，切削能力強(qiáng)，磨削效率高。可進(jìn)行大切深、大進(jìn)給、重負(fù)荷和高效磨削。據(jù)有關(guān)試驗(yàn)，單行程進(jìn)給量可達(dá)O.25mm，金屬去除率可比普通剛玉砂輪高50％以上。
　　(b)自銳性好，產(chǎn)生的磨削熱少，磨削溫度低，不燒傷工件。
　　(c)韌性好，磨損小，砂輪形狀保持性好，用于精密磨削和成型磨削，容易獲得較高的尺寸精度及尺寸形狀一致性。
　　(d)砂輪耐用度高，使用壽命長(zhǎng)(可達(dá)普通剛玉砂輪的2～10倍)，更換頻次少．減少了輔助加工時(shí)間和停機(jī)時(shí)間，有利于使用數(shù)控自動(dòng)機(jī)床和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。
　　(e)砂輪白銳性好，不堵塞，可以保持穩(wěn)定的磨削性能，因而可以減少修整量(為一般剛玉砂輪的1／2～1／3)，可以減少修整次數(shù)(可減少80％)，延長(zhǎng)修整問隔，減少停機(jī)時(shí)間和輔助加工時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。
　　(f)性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通電熔剛玉磨料，價(jià)格上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于CBN和金剛石磨料，而其硬度與普通剛玉磨料相近．所以不需采用特殊磨削設(shè)備及修整裝置，不存在CBN和金剛石在磨削設(shè)備方面的特殊要求及修整方面的困難，對(duì)于磨削液要求也沒有CBN砂輪那樣的特殊要求。因此易于推廣應(yīng)用。
　　4 結(jié)束語
　　新型陶瓷剛玉磨料在性能和價(jià)格上填補(bǔ)了CBN、金剛石與普通磨料之間的空檔，可代替白剛玉應(yīng)用于白剛玉所有的磨削應(yīng)用領(lǐng)域，在某些用途也可以代替超硬材料。因而其既可用于韌性不銹鋼、耐熱合金等難磨削材料方面，也可用于一般材料的精密磨削和高效磨削，在機(jī)械制造、汽車、軸承、刀具、模具等許多工業(yè)領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力。國(guó)外有關(guān)專家曾預(yù)測(cè)這類磨料將會(huì)取代三分之一的普通氧化鋁磨料。我們認(rèn)為，雖然這類磨料不一定能發(fā)展到普通磨料的生產(chǎn)規(guī)模，但它的確對(duì)現(xiàn)有磨料的品種是一個(gè)有益的補(bǔ)充，并且會(huì)發(fā)揮較顯著的作用。因此國(guó)內(nèi)應(yīng)加快這類磨料工業(yè)生產(chǎn)及應(yīng)用進(jìn)程。我們也正在為此努力。
　　 參 考 文 獻(xiàn)
　　1李志宏，朱玉梅等.新型陶瓷氧化鋁磨料的研制.研究報(bào)告，鄭州工業(yè)高等專科學(xué)較，1995
　　2 W.Konig．Th.Ludewig，D.Sol-Cel-Korunde eroffnen neue heis-tunspotentiale，wt-Produktion Management，85(1995)22
　　3 W.Orhert，Slection and Application of Sl-Gel-abrasives，Tooling production，1998.5