MgO和SiO2燒結(jié)添加劑對(duì)陶瓷剛玉磨料性能的影響

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1、萬方數(shù)據(jù)第36卷增刊l2007年8月稀有金屬材料與工程隊(duì)REMET札MATERIALSANDENGINEERⅡqG、Ⅻ．36，Su卵I．1Augum2007Mgo和Si02燒結(jié)添加劑對(duì)陶瓷剛玉磨料性能的影響張?jiān)坪疲钪竞?，朱玉?天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，先進(jìn)陶瓷與加工技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津3∞072)摘要：以氧化鎂和氧化硅為燒結(jié)添加劑，利用無壓燒結(jié)工藝制備了陶瓷剛玉磨料。借助掃描電子顯微鏡和金剛石靜壓強(qiáng)度測(cè)定儀等測(cè)試設(shè)備．研究了氧化鎂、氧化硅配比的變化對(duì)陶瓷剛玉磨料顯微結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和燒結(jié)溫度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表鳙t提高添加卉寸中氧化鎂成分的相對(duì)含量，晶粒呈明顯各向異性生長(zhǎng)；隨

2、著添加劑中氧化鑲吉量的相對(duì)增加，磨料單顆?？箟簭?qiáng)度先增加后降低{磨料的燒成溫度隨添加劑中氧化鎂含量的增加逐漸升高。關(guān)鍵詞：燒結(jié)添加劑；MgO，si02：陶瓷剛玉；磨料；影響中圍法分類號(hào)：TG146．4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：l002．185x犯0071s1．0235．031前言在金屬加工中，磨削工藝是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。伴隨著一些韌性高、難以磨削的材料的應(yīng)用及高精度加工工序的要求，磨削工藝變得日趨復(fù)雜。研究表明，在眾多的影響因素中，磨料仍是影響磨削質(zhì)量的重要因素f1”】。直至晟近。磨削所選用的磨料一直限于一些常規(guī)磨料例如氧化鋁(電熔剛玉)或者超硬磨料例如cBN。電熔剛玉磨料由于制備工藝的

3、局限性，其晶粒粗大，易產(chǎn)生微裂紋，因此，這種磨料難以磨削一些高溫合金和淬硬到高硬度的鋼【4】。cBN砂輪雖然能夠滿足磨削高溫合金和高硬度鋼的要求，但是其價(jià)格昂貴，而且對(duì)機(jī)床和修整裝置的要求都比較高【”。陶瓷剛玉磨料(sG磨料)是由Norcon公司研制成的一種新型陶瓷氧化鋁磨料【6】，它是由晶粒為亞微米級(jí)的剛玉(A1203)晶體，采用溶膠．凝膠工藝合成并燒結(jié)而成，具有韌性好，自銳性好，磨粒鋒利，砂輪耐用性好等優(yōu)點(diǎn)。此外，它的價(jià)格遠(yuǎn)低于cBN，而且可使用自剮玉砂輪的修整設(shè)備，而不必使用價(jià)格昂貴的修整設(shè)備，因此填補(bǔ)了普通的剛玉磨料與超硬立方氮化硼(cBN)磨料之間的空白m】。國外從20世紀(jì)

4、80年代就研究成功了陶瓷剛玉磨料，并形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用【”。近些年，Norton公司又推出sG磨料的第2代產(chǎn)品一TG(Targa)磨料，它保留了sG的優(yōu)點(diǎn)，在磨料晶體形狀上作了新的突破，為各向異性的晶態(tài)結(jié)構(gòu)，適用于緩進(jìn)給磨削及加工鉻鎳鐵合(Inconet)、高溫合金等難加工材料。據(jù)稱，TG磨料對(duì)材料切除率為普通剛玉磨料的2倍，壽命為普通剛玉磨料的7倍【l?。然而，這種生產(chǎn)技術(shù)一直被西方國家壟斷，我國只能依賴于進(jìn)口。關(guān)于陶瓷剛玉磨料雖然也有過研究，但是由于氧化鋁燒結(jié)擴(kuò)散活化能比較高，難于燒結(jié)，而且在燒結(jié)的過程中晶粒容易長(zhǎng)大，不易控制其晶態(tài)結(jié)構(gòu)，所以國內(nèi)相關(guān)研究及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展緩慢。鑒于上

5、述情況，本實(shí)驗(yàn)采用溶膠．凝膠法制各陶瓷剛玉磨料。探討氧化鎂、氧化硅配比的變化和燒結(jié)溫度對(duì)陶瓷剛玉磨料微晶結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。2實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)采用A1(N03)3·9H20為原料，加入o．2％(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)的MgO、si02作為燒結(jié)添加劑，利用溶膠-凝膠法制各了5種Al(oH)3干凝膠試樣(見表1)，經(jīng)破碎分級(jí)后，均在135¨1500℃的條件下燒成。收稿日期：2007—02—1l作者簡(jiǎn)介；張?jiān)坪?，男?981年生．博士研究生；通訊作者：李志宏，博士，教授，博士生導(dǎo)師，天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津300072E-mn：薛Ⅱy∞000@yah00．com．cn，lizhib∞g例u．

6、edu．∞萬方數(shù)據(jù)·236·稀有金屬材料與工程第36箍；，+妻要：慧：￡型耋!；：警皂嫠蘭}謇苧翌冀釜3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析后試樣的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，利用zMC．II金剛石靜～?一??壓強(qiáng)度測(cè)定儀對(duì)燒結(jié)后試樣的單顆?？箟簭?qiáng)度進(jìn)行了3．1添加劑配比對(duì)磨料顯微結(jié)構(gòu)的影響測(cè)試，每種試樣的單顆?？箟簭?qiáng)度均是隨機(jī)抽取40粒圖l為試樣No．1～No．5在1400℃燒成溫度下的粒度(“m)為60，80試樣的單顆?？箟簭?qiáng)度的平均值。sEM照片。圈1不同添加劑配比試樣在1400℃燒成下的sEM照片F(xiàn)iglsEMimagesofthesampleBw曲di雎f蚰tcombinati佃ofadd“ivessi

7、“k血g砒1400℃：(a)M90／si0221．00，∞M90／si0221．25(c)M90，Si02=1．50，(d)MgO，si02=1．75，(e)M90／Si02-2，OO比較圖l中照片可以看出，隨著添加劑中氧化鎂含量的相對(duì)增加，晶粒的大小變化不明顯．但晶粒呈各向異性生長(zhǎng)趨勢(shì)，這說明添加劑中氧化鎂促進(jìn)了氧化鋁晶粒各項(xiàng)異性生長(zhǎng)。其原因可能是由于在1400℃的燒成溫度下，氧化鎂、氧化硅連同部分氧化鋁在主晶相晶界處形成液相，隨著氧化鎂含量的增加，液相