陶瓷磨料

报导：1981年开发出了一种新的磨料，陶瓷氧化铝。按照所采用
的制造方法，通常称之为Sol—Gel，或播种凝胶(Seeded Gel)。 开始，使纯铝在水中与改性剂，如硝酸镁，组合成犬块凝胶，随
后干燥成为脆性固体。将这些固体粉碎成所需的粒度，然后在
1300 ℃至1400℃温度下焙烧而成成品磨粒。由于磨粒是先粉碎 后焙烧，不会产生微小裂隙而导致在磨削的高压下过早裂碎。
新型陶瓷SG磨料的适用范围
SG砂带产品由于在高压磨削时的优越性能， 主要应用于高功率和高磨除率磨削。SG对于要 求高切除率的重负荷自动磨削，是一种优秀的 磨料。这些磨削具有高磨削压力和使用硬的、 齿形接触轮。对中高压自动磨削，SG产品也十 分有效，在砂带仿形中高压磨削中，柔性基材 的SG产品非常有效。
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陶瓷磨料的研究现状
目前世界上只有圣戈班（Saint-Gobain）、 3M（仅供固结磨具）、太巴克（特殊技术）、 还有VSM、Hermes等有生产供应。美国3M公司称 为“Cubitron”，其结晶最大在3μm以内； Norton公司称为SG磨料，其晶型为几个μm；德 国Hermes公司称为CB磨料，其结晶最大在5μm 以内。日本的一种CX磨料其晶型号称1μm，其 实在3μm以内。
陶瓷磨料的特点
它的特点是不冶炼；结晶在3μm以内。陶瓷磨料硬
且韧，细化的晶形可以使磨料分层次有规律地脱落，使
自锐有序，保持整个磨粒的锋利，加工效果好。工作条
件同样重要，温度重要，压力更重要，使晶体一个个被 破坏，达到自锐性的目的。它首先用于涂附磨具，比普 通刚玉提高3-5倍（普通100，锆刚玉207，陶瓷磨料 333）。
不少试验显示出Sol-Gel氧化铝磨料的显著优越性，将磨削比提
高了数十倍；但在另一些试验中优越性却不显著。因此如何进一 步提高这种磨料的性能以及确定这种磨料的使用条件和范围仍有 许多工作待做。
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NORTON陶瓷磨料的发展概况
1、从五十年代中至六十年代初主要致力于烧结氧化铝磨料的开
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陶瓷磨料（SG磨料简介）
SG磨料的生产工艺与普通氧化铝磨料完全不同，它 从亚微米级粒子出发，除去杂质，将它们烧结，以生产 出磨粒，因而SG磨料非常致密、粗糙、坚固、锋利。SG 磨料磨损时，产生一个与刀具后角相似的锋利的切削刃， 因此SG磨料切削温度较低，它比普通氧化铝对难磨削材 料的烧伤或金相损害更少，并且可在低负荷下长时间保 持锋利，总停机时间较少，寿命更长。因而SG磨料的砂 带和砂盘能在难磨削材料，如航空和航天合金以及锻钢 上进行快速切削。SG磨料这种独特的能力提高了产量， 降低了劳动成本。
1、由于胶体的形成，保证成为分散质的氧化铝微粒的大小在1µm
以下。这些微粒和改性材料的微粒均匀地分布在胶体内，并且处
于相对稳定的状态。因此每一氧化铝微粒基本上被改性材料的微
粒所包围，从而与其他的氧化铝微粒相隔离。
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陶瓷磨料的发展概况
2、烧结是在远低于氧化铝熔点的温度下进行的，加上
陶瓷磨料的性能
氧化锆研磨瓷球具有密度大，强度高，韧性 好，耐磨，耐腐蚀性能好，热膨胀系数小，研磨 效率高，噪音低，使用寿命长，不沾污物料等优 点。是适应于各种研磨机械的优质研磨介质。
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陶瓷磨料的分类
Al2O3、SiC及锆刚玉等制成的传
统陶瓷磨料
SG型的新型陶瓷磨料
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新型陶瓷SG磨料的优势
SG磨料适于各种各样的砂带和砂盘磨削。
在所有应用中，SG磨料产品通过提高每条砂带
或砂盘磨削的产品件数来增加产量，因而减少
了更换产品的停机时间，延长了设备的工作时
间，以得到更高的产量。
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新型陶瓷SG磨料的优势
壁、窄缝、薄片零件，异型复杂的孔腔的光整加工，
起到工业美容的作用。
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陶瓷磨料的发展概况
美国诺顿公司在其最近刊出的广告中推出一种以NORTON“SG”
商标命名的砂轮，宣称NORTON“SG”磨料是一种陶瓷氧化铝。这
种磨料在磨削时不磨蚀而是不断碎裂从而产生出更多的尖刃。报 导的几则范例有：与普通刚玉砂轮相比，整体磨削6.35mm麻花钻
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陶瓷磨料的发展概况
3M公司工业磨料部的熔炉科学家Ernest Durwel强调，陶瓷 氧化铝的主要优点并不在于它的优越的抗裂性能，它并不比标准
的氧化铝硬，它的韧性才是造成不同性能的主要原因。他报导说：
涂附陶瓷氧化铝的砂带在磨削1090高炭钢时生产率达78.7ml／ min比过去提高4倍。与在砂轮制造过程中的巨大热量作用下会破
裂的氧化铝-氧化锆不同，Sol-Gel氧化铝可以烧到锻造的赤热温
度。由它做成的陶瓷结合或烧结的砂轮是磨料技术的一项重大突 破。在各种磨削中，烧结SoI-Gel砂轮都显著地优于以熔炼氧化 铝方法所制成的砂轮。
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陶瓷磨料的发展概况
我们可以对Sol-Gel方法的特点进行一 下简单的了解
SG砂盘非常适合便携式砂盘磨削。SG 钢
纸砂盘适合硬支承垫、接触面积窄、需要重力
的快速原材料切削，磨焊缝是个好例子。
另外，SG砂盘在轻到中等压力便携式磨削
金属中效果也极好。
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陶瓷磨料的应用
陶瓷磨料常用于各类五金、光学眼镜、汽车配件、
压铸、轴承、仪器仪表、工艺品等加工制造行业的金 属、有色金属和非金属零件表面光整处理、可以倒圆 角、去毛刺、飞边、光亮抛光除氧化皮及除锈，强化 金属表面。特别适用某些不能承受较大机械压力的薄
新型陶瓷SG磨料的适用范围
按照惯例，磨削不锈钢选择锆刚玉产 品。然而，SG R981含有专门的磨削助剂， 为磨削不锈钢提供了优越的性能。
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新型陶瓷SG磨料的适用范围
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新型陶瓷SG磨料的适用范围
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沟槽时，生产率可提高3O％;在磨削主轴承套时，每片砂轮磨出
工件数为原来的902%;在光整板头的模锻飞边时，每根砂带多磨 出650%的工件；在回转工作台磨床上磨削镍基合金叶片，加工周 期由2小时减少到27分钟。
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陶瓷磨料的发展概况
James Schaible在最新的《刃具工程》杂志上作了更详尽的
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陶瓷磨料的发展概况
磨粒的组织非常致密，其程度达到在500倍显微镜下观察不
到任何孔隙。所有试样的密度均达到理论值的9O%以上，大多数
在95%左右。用500g重在维氏硬度计上测量其显微硬度，所有试 样均在16GPa以上，许多还达到18一l9Gpa。在各种磨削试验中，
在磨削工具钢和锻钢时，比较SG磨料和锆刚 玉产品。超钢磨削清楚地显示SG产品更优越。
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新型陶瓷SG磨料的适用范围
对于灰铁、铸铁或可锻铸铁，经过测 试比较，SG或锆刚玉产品似乎没有明显 地优劣。
对黄铜、青铜和镁，首选SG磨料。
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新型陶瓷SG磨料的适用范围
SG磨料的涂附磨具产品特别适用于难磨金属， 如对超钢（比如铬镍铁合金、耐高热镍基合金、 和17-SS）、工具钢、锻钢、碳钢和低碳钢、 灰铁、铸铁、可锻铸铁、青铜、镁、黄铜和铝 合金等的磨削，具有极好的磨削性能，优于其 他磨料产品。但其中有两种普通的难磨金属没 有列出：不锈钢和钛。锆刚玉产品最适合大多 数不锈钢，而磨削钛的最好的选择是锆刚玉或 碳化硅产品。
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陶瓷磨料个别实例
诺顿公司的Seeded Gel（SG）磨料， 是 诺 顿 公 司 的 陶 瓷 氧 化 铝 （ Ceramic Aluminum Oxide）专利产品，用于难磨削 材料的高效磨削。它通过一种工艺使生产 出的每颗磨粒中含有成千上万个微小结晶。 每颗陶瓷磨粒的微观结构，使它能自锐， 持续地露出新的、锋利的切削刃。
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SG新型陶瓷磨料
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SG新型磨料与锆刚玉磨料比较图
SG磨料比锆刚玉和氧化铝更硬。如图2，SG 磨料的显微硬度是21GPA（每单位面积克），锆 刚玉是17GPA。
图1表明：诺顿SG磨料（左）的颗粒形状和尺寸比普通氧化铝磨料（右）更均匀。
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新型陶瓷SG磨料的适用范围
SG产品在采用低压力和较柔软的基材 时，也适于磨削和抛光金属工件。SG磨料 由于保持切削刃时间相当长，在砂带整个 寿命过程中切削率都保持优势。SG 砂带也 用于假肢、枪支、高尔夫球棒和医学器械 的柔性自动磨削。SG磨料也适合那些高切 除率和高压力的宽砂带磨削。
陶瓷磨料
指导教师：张晓红教授 姓名：代金
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什么是陶瓷磨料
陶瓷磨料是以凝胶法烧结制得的具有微晶
结构的新型磨料，它不采用冶炼法，大多用5μm 以下的Al2O3或者SiC，在有酸的情况下，加部分 氧化物，产生凝胶，制成颗粒。原料要求严格， 氧化钠含量5%以下。
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各氧化铝的微粒处于隔离状态和抑制晶体增长的添加
剂的作用，使得α相氧化铝晶体在形成过程中仍能保持 均匀和微小的状态。 3、由于焙烧后没有粉碎工序，氧化铝晶体不会受到 破坏而保持完整。
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陶瓷磨料的发展概况
4、这是一种节能的新工艺。不论是电炉加热，还是粉
碎工序，消耗电力都低于熔炼法的。
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陶瓷磨料的性能
陶瓷磨料可加工成球\柱\砂\棱等形状.采用 先进工艺经科学加工形成的微粉片状莫来石球， 含铝量较高、玻璃相占极少、莫来石相占90%以 上。因此莫氏硬度高、比重大、表面光滑、磨耗 小、结晶好、弹性大、球磨效率高。
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SG陶瓷磨料的与常见磨料的性能 比较图 图3表示磨削压力和磨料性
能的关系，曲线显示当砂带 以5700英尺/分的带速磨削铬 镍铁合金时，SG磨料、锆刚 玉和氧化铝的工作情况。
当磨削压力增加时，金属
的磨除量都增加，但在三者 中，以SG 磨料的金属磨除量 提高最多，在各种压力下的 总磨削量最高。这表明，SG 磨料在高磨削压力下优于其 他磨料。
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陶瓷磨料的发展概况
诺顿公司对用这种方法生产的磨料又称为微晶氧化铝或MCA
(microcrystalline alumina)。他们对这种工艺方法进行了大规
模的探索，从不同的配方比到不同的烧结温度和时间；对做出的 样品进行金相分析和物理性能试验，然后制成砂轮或砂带进行磨 削试验。他们发现这种微晶氧化锌主体是由许多细小的α氧化铝 和尖晶石的晶体紧密地聚集所组成，晶体均在1µm以下，很多在 0.2—0.7µm范围内。晶体形状是不固定的、等轴的；在5000倍放 大的扫描显微镜下观察，看不到明显的小平面和锐边，但在 20000 倍放大下，小平面和锐边才变得明显。
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SG陶瓷磨料的与常见磨料的性能 比较图 影 响 产 品 磨 削 性 能 的
另一个因素是砂带速度， 图4表示砂带速度与SG磨 料、锆刚玉和氧化铝产 品切削典型航空合金的 磨除量的关系。
曲线表明：SG磨料 砂
带在各种速度下金属磨 除量都最多，而且砂带 速度越高，SG磨料产品 表现越好。
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SG新型陶瓷磨料与传统陶瓷磨料 切削性能比较图
图5是磨削不同金属时，诺顿SG、NORZON、氧化铝产品的比较。
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新型陶瓷SG磨料的适用范围
在金属磨削、运输设备磨削，及其他的机械 和设备磨削中，当磨削碳和低碳钢时，推荐采 用SG磨料。对这些钢材，采用SG磨料和锆刚玉 两种产品用于手持工具磨削进行比较，SG是最 好的。