專利名稱：新型剛玉磨料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于磨料及其制備方法的，尤其涉及一種剛玉磨料及其制備方法。
背景技術(shù)：
磨料為人類所用己經(jīng)有數(shù)千年之久.在人類的遠(yuǎn)古時(shí)期，原始人就已使用天然磨料來(lái)磨 銳木質(zhì)工具.骨頭和隧石等。在應(yīng)用天然磨料時(shí)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，幾乎所有的天然磨料都 含有結(jié)晶氧化鋁，并且能起磨削作用的就是結(jié)晶氧化鋁?；谶@種認(rèn)識(shí)，人們開(kāi)始設(shè)法將含 氧化鋁的物質(zhì)熔融制作成磨料，其磨削效果優(yōu)于天然磨料。1893年法國(guó)人，1894年德國(guó)人分 別獲得熔融剛砂的專利權(quán)，自此開(kāi)創(chuàng)了人造剛玉磨料的工業(yè)應(yīng)用。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和制造技術(shù)水平的提高，剛玉磨料的應(yīng)用范圍和市場(chǎng)需求量越來(lái)越 大，剛玉的品種也出現(xiàn)了多樣化，以滿足不同的應(yīng)用，如白剛玉、棕剛玉、鉻剛玉等。但余 百年來(lái)，雖然剛玉的品種有所發(fā)展，性能也略有差別，但從根本上并沒(méi)有改變剛玉的電熔制 備方法和剛玉的內(nèi)部品體結(jié)構(gòu)，因此也就沒(méi)有帶來(lái)其性能和使用性能的明顯改變。但隨著現(xiàn) 代科學(xué)技術(shù)水平的提高，尤其現(xiàn)代制造業(yè)水平的提高，對(duì)加工產(chǎn)品的精度、加工質(zhì)量、加工
效率要求越來(lái)越高，同時(shí)，新材料的出現(xiàn)，新的加工問(wèn)題也不斷出現(xiàn)，加工難度也不斷加大， 這必然對(duì)承載加工使命的磨料、磨具提出更高的要求。
剛玉(化學(xué)組成A1A)磨料由于機(jī)械強(qiáng)度高、硬度大、耐化學(xué)腐蝕、價(jià)格低廉等特點(diǎn)， 是目前世界上廣泛應(yīng)用的一種磨料，用于許多領(lǐng)域中的磨削、研磨、拋光等機(jī)械加工，年產(chǎn) 量約150 160萬(wàn)噸。傳統(tǒng)剛玉磨料采用電熔法制備，不僅耗能高，而且晶粒尺寸大，晶粒尺 寸一般為50(am左右。而氧化鋁的磨削應(yīng)用效果受其內(nèi)部晶粒大小的影響明顯，磨料的細(xì)晶結(jié) 構(gòu)，可以使其韌性提高、自銳性好、磨粒鋒利、磨損少、切削能力強(qiáng)、磨削效率高等，提高 剛玉磨料及其制品的使用效果和使用壽命。
隨著世界能源的日趨緊張，節(jié)能降耗不僅是企業(yè)降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑， 也是全社會(huì)共同的責(zé)任和目標(biāo)。另外，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量、精度的要 求越來(lái)越高，也自然對(duì)加工工具的加工質(zhì)量、加工效率、加工成本等提出更高的要求。因此， 節(jié)能降耗和提高剛玉磨料的性能已勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是降低剛玉磨料生產(chǎn)的能耗，提供一種較高的產(chǎn)品性能和較高的使用壽命 的剛玉磨料及其制備方法。
本發(fā)明的新型剛玉磨料，其原料組分及其重量百分比含量為A12(S04)3.18H20或 AlNOr9H20 99.15% 99.85%，添加劑0.15% 0.85%;所述添加劑為Ca(N03)2、 Fe(N03)3、 (CH3CH20)4Ti、 Mg(N03)2、 C8H2()04Si、 Sb(CH3COO)3，其各占添加劑的重量百分比含量為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。
新型剛玉磨料的制備方法，是采用濕化學(xué)方法和高溫煅燒，具體實(shí)施步驟為
(1) 將Al2(S04)r18H20或A1N03.9H20首先溶于水，溶于水后過(guò)濾去除雜質(zhì)，配成0. 1 摩爾/升 0. 2摩爾/升的含A產(chǎn)的水溶液；
(2) 在步驟(1)的水溶液中加入氨水并攪拌使其完全凝膠化或沉淀，再經(jīng)抽慮、洗滌、
干燥工藝獲得A1(0H)3固體；
(3) 將相應(yīng)量的添加劑加入到Al(OH)3固體中混勻；將含有添加劑的Al(OH)3固體經(jīng)過(guò) 等靜壓造粒，再經(jīng)過(guò)球磨、震磨、對(duì)滾、擠壓工藝整形為等積型、片狀、尖片狀或長(zhǎng)柱狀， 并進(jìn)行預(yù)篩分和分級(jí)；
(4) 將歩驟(3)已進(jìn)行預(yù)篩分和分級(jí)的磨料在125(TC 140(TC煅燒，再進(jìn)一步的過(guò)篩、 分級(jí)，制得不同粒度和顆粒形狀的新型剛玉磨料。剛玉磨料顆粒內(nèi)部的顯微晶粒尺寸在 50nm 3|om之間。
本發(fā)明的有益效果是，降低了制備剛玉磨料所消耗的能量，改變了剛玉顆粒內(nèi)部的顯微 結(jié)構(gòu)，大大降低了剛玉晶體的晶粒尺寸，提高了傳統(tǒng)電容剛玉的韌性，改善了其磨削應(yīng)用效 果和加工使用壽命。
新型剛玉磨料的硬度與傳統(tǒng)電容剛玉的硬度相當(dāng)，而韌性達(dá)到傳統(tǒng)電容剛玉的1.3 2 倍，磨削效率比電熔剛玉砂輪提高25%以上，使用壽命延長(zhǎng)l倍以上，總的磨削加工生產(chǎn)成 本可降低到普通電熔剛玉制品的1/4。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
氧化鋁的磨削應(yīng)用效果受其內(nèi)部晶粒大小的影響明顯，磨料的細(xì)晶結(jié)構(gòu)，不僅可以使其 韌性提高，磨削精度提高，而且在磨削使用過(guò)程中脫落的是納米級(jí)的小晶粒，磨具的使用壽 命會(huì)大大提高，同時(shí)隨著小晶粒的脫落而露出無(wú)數(shù)鋒利的新刃，磨削效率也會(huì)大大提高。鑒于上述原因及節(jié)約能源的目的，本發(fā)明采用濕化學(xué)方法合成含鋁物質(zhì)，再經(jīng)高溫煅燒而制備 新型剛玉磨料。 實(shí)施例l
采用99.85^的A1N03.9H20和Q,15^的添加劑為原料，氨水為沉淀劑制備新型剛玉磨料。 首先將A1N03.9H20溶于水后過(guò)濾去除雜質(zhì)，配成0. 1摩爾/升的含A產(chǎn)的水溶液； 向上述溶液中滴加氨水并攪拌使含該A產(chǎn)的水溶液完全凝膠化，再經(jīng)抽慮、洗滌、干燥
工藝獲得Al(OH)3固體；
將添加劑加入到Al(OH)3固體中混勻；所述0.1 %添加劑的原料組分及其重量百分比含量 為20%Ca(NO3)2、 13%Fe(N03)3、 7%(CH3CH20)4Ti、 20%Mg(NO3)2、 40%C8H20O4Si。
將含有添加劑的Al(OH)3固體經(jīng)過(guò)等靜壓造粒，再經(jīng)過(guò)球磨工藝進(jìn)行整形，并進(jìn)行預(yù)篩 分和分級(jí)；
將進(jìn)行過(guò)預(yù)篩分和分級(jí)整形過(guò)的Al(OH)3固體在140(TC下煅燒，再進(jìn)一步的過(guò)篩、分級(jí)，
制得不同粒度的新型剛玉磨料。 實(shí)施例2
采用99.6^的Al2(SO4)rl8H2O和0.4X的添加劑為原料，氨水為沉淀劑制備新型剛玉磨料。 首先將A12(S04)3.18H20溶于水后過(guò)濾去除雜質(zhì)，配成0. 15摩爾/升的含Ar的水溶液 向上述溶液中滴加氨水并攪拌使含該A產(chǎn)的水溶液完全凝膠化，再經(jīng)抽慮、洗滌、千燥
工藝獲得Al(OH)3固體；
將添加劑加入到Al(OH)3固體中混勻；所述0.4%添加劑的原料組分及其重量百分比含量.
為5%Ca(N03)2、 3%Mg(N03)2、 90%C8H20O4Si、 2%Sb(CH3COO)3 。
將含有添加劑的Al(OH)3固體經(jīng)過(guò)等靜壓造粒，再經(jīng)過(guò)球磨工藝進(jìn)行整形，并進(jìn)行預(yù)篩
分和分級(jí)；
將進(jìn)行過(guò)預(yù)篩分和分級(jí)整形過(guò)的Al(OH)3固體在135(TC下煅燒，再進(jìn)一步的過(guò)篩、分級(jí)，
制得不同粒度的新型剛玉磨料。 實(shí)施例3
采用99.15%的A1NCV9H20和0.85%的添加劑為原料，氨水為沉淀劑制備新型剛玉磨料。 首先將A1N03"H20溶于水后過(guò)濾去除雜質(zhì)，配成0. 2摩爾/升的含A廣的水溶液； 向上述溶液中滴加氨水并攪拌使含該A產(chǎn)的水溶液完全凝膠化，再經(jīng)抽慮、洗滌、干燥
工藝獲得Al(OH)3固體；
將添加劑加入到Al(OH)3固體中混勻；所述0.85%添加劑的原料組分及其重量百分比含 量為14%Ca(N03)2、 4%Fe(N03)3、 2%(CH3CH20)4Ti、 12%Mg(N03)2、 60%C8H20O4Si、8%Sb(CH3COO)3。
將含有添加劑的Al(OH)3固體經(jīng)過(guò)等靜壓造粒，再經(jīng)過(guò)對(duì)滾工藝進(jìn)行整形，并進(jìn)行預(yù)篩 分和分級(jí)；
將進(jìn)行過(guò)預(yù)篩分和分級(jí)整形過(guò)的AI(OH)3固體在125(TC下煅燒，再進(jìn)一步的過(guò)篩、分級(jí)，
制得不同粒度的新型剛玉磨料。 實(shí)施例4
采用99.3X的Al2(SO4)3.18H2O和0.7X的添加劑為原料，氨水為沉淀劑制備新型剛玉磨料。
首先將A12(S04)348H20溶于水后過(guò)濾去除雜質(zhì)，配成0. 1摩爾/升的含Ar的水溶液； 向上述溶液中滴加氨水并攪拌使含該AP+的水溶液完全凝膠化，再經(jīng)抽慮、洗滌、干燥
工藝獲得Al(OH)3固體；
將添加劑加入到Al(OH)3固體中混勻；所述0.7%添加劑的原料組分及其重量百分比含量 為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。將含有添加劑的Al(OH)3固體經(jīng)過(guò)等靜壓造粒，再經(jīng)過(guò)球磨工藝進(jìn)行整 形，并進(jìn)行預(yù)篩分和分級(jí)；
將進(jìn)行過(guò)預(yù)篩分和分級(jí)整形過(guò)的Al(OH)3固體在130(TC下煅燒，再進(jìn)一歩的過(guò)篩、分級(jí)，
制得不同粒度的新型剛玉磨料。
本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施過(guò)程，很多細(xì)節(jié)的變化是可能的，但這并不因此違背本發(fā)明
的范圍和精神。
權(quán)利要求
1. 一種新型剛玉磨料，其原料組分及其重量百分比含量為Al2(SO4)3·18H2O或AlNO3·9H2O 99.15％～99.85％，添加劑0.15％～0.85％；所述添加劑為Ca(NO3)2、Fe(NO3)3、(CH3CH2O)4Ti、Mg(NO3)2、C8H20O4Si、Sb(CH3COO)3，其各占添加劑的重量百分比含量為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. 權(quán)利要求1的新型剛玉磨料的制備方法，是采用濕化學(xué)方法和高溫煅燒，具有如下步驟(1) 采用A12(S04)3.18H20或A1N03.9H20為原料，溶于水后過(guò)濾去除雜質(zhì)，配成0. 1 摩爾/升 0. 2摩爾/升的含AP+的水溶液；(2) 在步驟(1)的水溶液中加入氨水并攪拌使其完全凝膠化或沉淀，再經(jīng)抽慮、洗滌、 干燥工藝獲得Al(OH)3固體；(3) 將相應(yīng)量的添加劑加入到Al(OH)3固體中混勻；將含有添加劑的Al(OH)3固體經(jīng)等 靜壓造粒，再經(jīng)過(guò)球磨、震磨、對(duì)滾、擠壓工藝進(jìn)行整形，并進(jìn)行預(yù)篩分和分級(jí)； (4) 將歩驟(3)已進(jìn)行預(yù)篩分和分級(jí)的磨料在125(TC 140(TC煅燒，再進(jìn)一歩的過(guò)篩、 分級(jí)，制得不同粒度的新型剛玉磨料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的新型剛玉磨料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)的Al(OHh 固體顆粒整形為等積型、片狀、尖片狀或長(zhǎng)柱狀，最終磨料顆粒形狀可控。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的新型剛玉磨料的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)的剛玉磨 料顆粒內(nèi)部的顯微晶粒尺寸在50nm 3pm之間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種新型剛玉磨料，主晶相為Al₂O₃。其原料組分及其重量百分比含量為Al₂(SO₄)₃·18H₂O或AlNO₃·9H₂O 99.15％～99.85％，添加劑0.15％～0.85％；所述添加劑為Ca(NO₃)₂、Fe(NO₃)₃、(CH₃CH₂O)₄Ti、Mg(NO₃)₂、C₈H₂₀O₄Si和Sb(CH₃COO)₃，其各占添加劑的重量百分比含量為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。以氨水為沉淀劑，采用濕化學(xué)方法制備Al(OH)₃固體，再經(jīng)過(guò)篩分、造粒及1250℃～1400℃的煅燒，獲得新型剛玉磨料。磨料顆粒形狀可控，其顯微晶粒在50nm～3μm之間。本發(fā)明降低了能源消耗，提高了傳統(tǒng)電容剛玉的韌性，改善了其磨削應(yīng)用效果和加工使用壽命。
文檔編號(hào)C09K3/14GK101434829SQ20081015429
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者朱玉梅, 李志宏 申請(qǐng)人:天津大學(xué)