MgO和SiO_2烧结添加剂对陶瓷刚玉磨料性能的影响

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1、第36卷增刊1稀有金属材料与工程Vol.36,Suppl.12007年8月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGAugust2007MgO和SiO2烧结添加剂对陶瓷刚玉磨料性能的影响张云浩，李志宏，朱玉梅（天津大学材料科学与工程学院，先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室，天津300072）摘要：以氧化镁和氧化硅为烧结添加剂，利用无压烧结工艺制备了陶瓷刚玉磨料。借助扫描电子显微镜和金刚石静压强度测定仪等测试设备，研究了氧化镁、氧化硅配比的变化对陶瓷刚玉磨料显微结构、力学性能和烧结温度的影响。实验结果表

2、明，提高添加剂中氧化镁成分的相对含量，晶粒呈明显各向异性生长；随着添加剂中氧化镁含量的相对增加，磨料单颗粒抗压强度先增加后降低；磨料的烧成温度随添加剂中氧化镁含量的增加逐渐升高。关键词：烧结添加剂；MgO/SiO2；陶瓷刚玉；磨料；影响中图法分类号：TG146.4文献标识码：A文章编号：1002-185X(2007)S1-0235-03向异性的晶态结构，适用于缓进给磨削及加工铬镍铁1前言合(Inconet)、高温合金等难加工材料。据称，TG磨料在金属加工中，磨削工艺是一个重要的环节。伴对材料切除率为普通刚玉磨料的2倍，寿命

3、为普通刚玉[10]随着一些韧性高、难以磨削的材料的应用及高精度加磨料的7倍。然而，这种生产技术一直被西方国家工工序的要求，磨削工艺变得日趋复杂。研究表明，垄断，我国只能依赖于进口。关于陶瓷刚玉磨料虽然在众多的影响因素中，磨料仍是影响磨削质量的重要也有过研究，但是由于氧化铝烧结扩散活化能比较高，[1~3]因素。直至最近，磨削所选用的磨料一直限于一些难于烧结，而且在烧结的过程中晶粒容易长大，不易常规磨料例如氧化铝（电熔刚玉）或者超硬磨料例如控制其晶态结构，所以国内相关研究及产业化进展缓cBN。电熔刚玉磨料由于制备工艺的局限性，

4、其晶粒慢。鉴于上述情况，本实验采用溶胶-凝胶法制备陶瓷粗大，易产生微裂纹，因此，这种磨料难以磨削一些刚玉磨料。探讨氧化镁、氧化硅配比的变化和烧结温[4]高温合金和淬硬到高硬度的钢。cBN砂轮虽然能够度对陶瓷刚玉磨料微晶结构和力学性能的影响。满足磨削高温合金和高硬度钢的要求，但是其价格昂[5]2实验贵，而且对机床和修整装置的要求都比较高。陶瓷刚玉磨料(SG磨料)是由Norton公司研制成本实验采用Al(NO3)3•9H2O为原料，加入0.2%（质[6]的一种新型陶瓷氧化铝磨料，它是由晶粒为亚微米量分数，下同）的MgO、SiO

5、2作为烧结添加剂，利用级的刚玉(Al2O3)晶体，采用溶胶-凝胶工艺合成并烧结溶胶-凝胶法制备了5种Al(OH)3干凝胶试样(见表1)，而成，具有韧性好，自锐性好，磨粒锋利，砂轮耐用经破碎分级后，均在1350~1500℃的条件下烧成。性好等优点。此外，它的价格远低于cBN，而且可使用白刚玉砂轮的修整设备,而不必使用价格昂贵的修表1实验试样摩尔比整设备，因此填补了普通的刚玉磨料与超硬立方氮化Table1Experimentalsamplesmolarratio[7,8]SampleNo.MgO:SiO硼(cBN)磨料之间的空

6、白。2(molarratio)国外从20世纪80年代就研究成功了陶瓷刚玉磨11.0021.25[9]料，并形成产业化生产和应用。近些年，Norton公31.50司又推出SG磨料的第2代产品-TG(Targa)磨料，它保留41.75了SG的优点，在磨料晶体形状上作了新的突破，为各52.00收稿日期：2007-02-11作者简介：张云浩，男，1981年生，博士研究生；通讯作者：李志宏，博士，教授，博士生导师,天津大学材料科学与工程学院，天津300072，E-mail:genyen000@yahoo.com.cn，lizhiho

7、ng@tju.edu.cn·236·稀有金属材料与工程第36卷利用PHILIPSXL30型环境扫描电子显微镜对烧结3实验结果及分析后试样的显微结构进行了观察，利用ZMC-Ⅱ金刚石静压强度测定仪对烧结后试样的单颗粒抗压强度进行了3.1添加剂配比对磨料显微结构的影响测试，每种试样的单颗粒抗压强度均是随机抽取40粒图1为试样No.1～No.5在1400℃烧成温度下的粒度(µm)为60/80试样的单颗粒抗压强度的平均值。SEM照片。abcde2µm图1不同添加剂配比试样在1400℃烧成下的SEM照片Fig.1SEMimagesof

8、thesampleswithdifferentcombinationofadditivessinteringat1400℃:(a)MgO/SiO2=1.00,(b)MgO/SiO2=1.25,(c)MgO/SiO2=1.50,(d)MgO/SiO2=1.75,(e)MgO/SiO2=2.00比较图1中照