涂附磨具磨料及粒度详谈

涂附磨具磨料及粒度杂谈--赵新立

加入收藏字号：大中小【打印】2011-05-26 来源：《中国涂附磨具》2010 第1期随着中国经济的高速发展，涂附磨具在我国的发展是迅猛的。从手工使用的、品种单一的张页式砂布砂纸，到现在使用的纸、布、复合基、钢纸、无纺布等基材，到砂页、砂卷、砂带、异型制品的砂盘、砂页盘、砂页轮等等，众多的品种构成现代的、完善齐全的涂附磨具加工体系。这一发展过程仅仅用了不到三十年的时间，特别是近十几年来，涂附磨具生产企业更是蓬勃发展，在市场强劲需求的带动下，现在用于转换为砂带的全树脂涂附磨具产品的产量已经超过三千万平方米。

涂附磨具的高速发展形势是客观的，在涂附磨具的磨削主体——磨料上也进入了新的发展时期。过去涂附磨具常用的磨料如棕刚玉、白刚玉、黑碳化硅等“焕发青春”，新品种磨料层出不穷，如锆刚玉、陶瓷刚玉、煅烧刚玉、半脆刚玉乃至CBN、人造金刚石等，还有空心球磨料、堆积磨料、软木磨料、混合磨料等新的组合，等等这些，都为涂附磨具注入新的活力。

可以这样讲，磨料是涂附磨具的灵魂。

回顾涂附磨具的定义：涂附磨具是用粘结剂将磨料粘附在可挠曲的基材上制成的磨具。

从涂附磨具的定义就可以确定涂附磨具的结构：

由图看出，涂附磨具在绝大多数情况下是一种单层磨料的磨具，其性能是由各个部分综合决定的。现代涂附磨具生产工艺除了对于磨料、植砂密度的要求外，对基材、粘结剂的要求是极为严格的。

从涂附磨具的结构上得出：涂附磨具可以理解为具有众多磨粒构成的多刀多刃的刀具。

涂附磨具的磨粒是均匀的分布在基材表面的，基本上是单层分布。涂附磨具表面的磨粒有很好的等高排列，特别是现代化的涂附磨具生产采用静电植砂工艺，保证了磨料的尖角朝外，磨料定向排列。涂附磨具表面磨粒的定向排列和等高性，是涂附磨具保持磨削的高效率和冷态磨削的重要因素。

涂附磨具的磨削具有弹性的、高效的、冷切削的磨削特点，广泛应用于：

①大型的平面厚、薄板材，包括金属带材的加工；

②大批量生产的各种金属、非金属工件的加工；

③复杂型面工件的成型磨削与抛光；

④各种直径的金属管、棒、辊材的外圆磨削、弯曲面磨削、内圆磨削等；

⑤利用页轮或筒型砂套可以替代抛光轮的抛光；

⑥盘状产品用于大型壳体、箱体、船体、桥梁等的磨焊缝、去毛刺、大面积除锈等方面，高效、方便、安全。

针对涂附磨具使用的广泛性和发展的趋势，下面我们对涂附磨具用磨料及粒度组成进行一些探讨。

——棕刚玉

我们知道固定炉冶炼的棕刚玉适用于涂附磨具，α-Al2O3晶体粗大，适用于涂附磨具，而倾倒炉生产的棕刚玉适用于固结磨具，α-Al2O3晶体细小，适用于固结磨具。

传统观念认为固定炉冶炼的磨料用于涂附磨具，倾倒炉冶炼的磨料用于固结磨具较好。根据对不同晶体大小和结构在不同应用中的研究，固定炉生产的棕刚玉冷却缓慢，棕刚玉晶体大，得到多为球状晶体，晶体尺寸大约为1000—2000μm；倾倒炉生产的棕刚玉快速冷却，晶体小，得到微晶化的晶体，晶体尺寸大约为300—500μm。对于过去的经验和认识，我们总结如下：固定炉冶炼的棕刚玉晶体大，坚固而难以压碎，更适合于涂附磨具，因为寿命相对更长；同理，固定炉冶炼的棕刚玉更适合于粗砂，因为它可以抗更高的磨削压力。倾倒炉生产的棕刚玉晶体细化，更适合于生产固结磨具，易于破碎自锐；适合于做细砂，因为容易破碎，避免刮痕。

随着我们对涂附磨具磨削过程的深入认识，我们认识到轻型涂附磨具多使用晶型大的磨料，磨料的自锐性不突出，产品耐用；而重负荷涂附磨具则恰恰相反，磨料易于微晶处破碎自锐，形成微脱落，磨削效率高，产品寿命长，不易烧伤工件。

涂附磨具使用的棕刚玉主要成分是α—Al2O3，还含有TiO2、MgO、SiO2、Fe2O3等成分，外观呈棕色或棕褐色，硬度较高，韧性好。但是棕刚玉中的TiO2存在显得尤为关键，TiO2能使晶型细化，增加磨料韧性，一般用途的涂附磨具其磨料中TiO2含量为1.5~1.7%，而重负荷涂附磨具所使用磨料其TiO2含量为

2.5~

3.0%。

TiO2含量可以在棕刚玉煅烧后进行粗略判断。TiO2在1100℃以下是棕色，而在1200℃以上是兰色，通过煅烧后颜色来判断TiO2含量：浅兰色为1.5%左右，一般兰色为2.2~2.4%，深兰色为2.7%以上。

——煅烧磨料

现在在涂附磨具用磨料上有一个发展是煅烧处理。磨料的煅烧处理是将磨料放置在窑炉内，以一定温度加热适当的时间，以达到提高磨料的机械物理性能的过程。温度一般为800——1300℃，温度如超过1300℃，强度反而会降低。

煅烧处理对刚玉磨料有较明显效果。煅烧处理的目的是：消除磨料颗粒存在的微裂纹和磨料的反常膨胀，煅烧温度500~600℃；清除磨料中的杂质；消除磨料颗粒在加工过程中产生的静电感应，煅烧温度1000℃以下；使磨料晶型细化，要求温度1200℃左右。

煅烧处理的作用之一是消除磨料的反常膨胀。什么叫磨料的反常膨胀呢？棕刚玉磨料在冶炼过程中，大多数的杂质可以分离，少量杂质仍然分布在刚玉熔块中，其中有低价的氧化钛（Ti2O3、TiO）和钛的非氧化物（TiC、TiN），它们在400～600℃下会进一步氧化，体积相应增大，使磨料的体积变化超过了它本身的正常膨胀，这称为磨料的反常膨胀。磨料的反常膨胀会使棕刚玉陶瓷砂轮在烧成时，表面出现网状裂纹，造成废品。煅烧处理是清除反常膨胀的最有效的手段，这是由于钛的低价氧化物和非氧化物在煅烧时会氧化成稳定的高价氧化物——金红石（TiO2）。

提高磨料韧性是煅烧处理的另一个作用。一般认为这首先由于固熔于刚玉晶体内的Ti+3氧化而引起晶格收缩，TiO2能使晶型细化，从而提高了磨粒的抗压强度；

煅烧还会弥补加工过程中产生的微裂纹及晶体内的微小缺陷；同时消除了磨拉在加工过程中所造成的内应力。

另外煅烧还会去除表面杂质。