專利名稱：剛玉晶體的燒結(jié)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及剛玉晶體，尤其是涉及一種作為磨料的剛玉晶體的燒結(jié)方法。
背景技術：
現(xiàn)有的人造剛玉晶體是以氧化鋁為原料高溫熔煉而成，成品剛玉的硬度高而韌性低，化學性能穩(wěn)定，絕緣性高，用于制作的磨具可適用高硬度、高強度物質(zhì)如合金鋼、高碳鋼、高速鋼和淬火鋼等的磨削，也可作為研磨、拋光材料，還可作精密鑄造型砂、噴涂材料、 化工觸媒載體、特征陶瓷、高級耐磨材料等。由于采用高溫熔煉工藝，熔煉溫度需要高達 2000°C以上，熔煉周期在20個小時左右，故能源消耗大，生產(chǎn)成本高，同時得到的剛玉晶體的粒度較大，需要經(jīng)破碎才能滿足磨料加工等行業(yè)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、成品粒度小的剛玉晶體的燒結(jié)方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采取下述技術方案
本發(fā)明所述的剛玉晶體的燒結(jié)方法，首先選取粒度小于10微米、純度大于60%的活性氧化鋁和水按照1:0. 3-2的比例混合成塊狀或糊狀后入干燥爐內(nèi)，加熱至120°C脫水3-4 小時，然后將干燥后的成型料入高溫爐內(nèi)，升溫至1200-2050°C，燒結(jié)1-16小時，自然冷卻至室溫，得到的塊狀坯體經(jīng)破碎即為晶體粒度小于10微米的剛玉晶體。前期用水將活性氧化鋁混合后再使其慢慢脫水，可以避免后期燒結(jié)時坯體的爆裂，所用的活性氧化鋁包括β、 Y> P勃姆石等相系。燒結(jié)過程中，不同相系的活性氧化鋁，隨著溫度的升高變化，最終轉(zhuǎn)變?yōu)棣?— Al2O3，燒結(jié)成剛玉。所述原料中還包括輔料氧化鈣，氧化鎂，氧化硅，氧化鉻，氧化鈦；其中活性氧化鋁與氧化鈣的比例為1:0. 01-0. 05，活性氧化鋁與氧化鎂的比例為1:0. 01-0. 05 ；活性氧化鋁與氧化硅的比例為1:0. 01-0. 03，活性氧化鋁與氧化鉻的比例為1:0. 01-0. 03，活性氧化鋁與氧化鈦的比例為1:0. 01-0. 03。其中氧化鈣和氧化鎂有阻止晶體長大的作用，同時還可以降低燒結(jié)溫度、縮短燒結(jié)時間，降低生產(chǎn)成本；氧化硅、氧化鉻和氧化鈦可以增加晶體的強度，降低燒結(jié)溫度。所述原料中還包括微量的醋酸和硫酸，可以增加混合時物料的水溶性。醋酸和硫酸與活性氧化鋁的比例一般為1:0. 001-0. 005。本發(fā)明燒結(jié)成的剛玉晶體中，氧化鋁含量大于98. 5%，氧化鈉小于0. 3%，顆粒密度為3. 98g/cm3,莫氏硬度9，抗壓強度可達到400MPa。本發(fā)明的優(yōu)點在于采用燒結(jié)法替代傳統(tǒng)的熔煉法，得到的剛玉晶體結(jié)晶小，結(jié)晶粒度一般在1納米一10微米之間，僅為普通剛玉晶體的1/10;同時燒結(jié)時間短，能源消耗量少。作為磨料使用時，由于結(jié)晶小，在磨削過程中晶體以1納米一10微米之間的顆粒脫落，表現(xiàn)出優(yōu)越的自銳性，而承壓能力可以達到普通磨料的10倍以上，所以壽命是普通磨料的10倍以上；同時，在工件的粗磨過程中，因為剛玉晶體良好的自銳性，所以出現(xiàn)新刃口的頻率高，磨削效率高，是普通磨料的5-10倍；在精磨時，由于剛玉晶體的結(jié)晶小，出現(xiàn)的刃口小，不但效率高，而且提高了拋光精度。本發(fā)明所燒結(jié)的剛玉晶體適用于樹脂磨具、 橡膠磨具、陶瓷磨具、耐火材料、耐磨材料、超硬材料的拋光、磨削和鉆孔等。
具體實施例方式實施例1
本發(fā)明所述的剛玉晶體的燒結(jié)方法，首先選取粒度小于10微米、純度大于60%的活性氧化鋁和水按照1:0. 3-2的比例混合成塊狀或糊狀后入干燥爐內(nèi)，加熱至120°C脫水3-4 小時，然后將干燥后的成型料入高溫爐內(nèi)，升溫至1200-2050°C，燒結(jié)1-16小時，自然冷卻至室溫，得到的塊狀坯體經(jīng)破碎即為晶體粒度小于10微米的剛玉晶體。燒結(jié)時，隨著燒結(jié)溫度的升高，燒結(jié)時間的延長，晶體粒度會逐漸變大，強度會逐漸變強。如燒結(jié)溫度在 1200-1600°C、燒結(jié)時間為1-5小時時，得到的剛玉晶體強度略低，作為磨料時，適合硬度較低的普通金屬磨削(如合金鋼、高碳鋼、高速鋼和淬火鋼等)，由于晶體粒度小，脫落速度快，自銳性好，磨削效率高且劃痕小，光潔度高。當溫度升至2000°C、燒結(jié)時間延長至15小時后，得到的剛玉晶體的莫氏硬度可達到9. 3，該剛玉晶體由于燒結(jié)時間長，晶體顆粒較大，硬度及強度高，作為磨料使用時，對硬質(zhì)合金的高強度磨削效果非常突出(如鈦合金的磨削和拋光)。實施例2:
本發(fā)明所述的剛玉晶體的燒結(jié)方法，首先選取粒度小于10微米、純度大于60%的活性氧化鋁、水以及輔料氧化鈣，氧化鎂，氧化硅，氧化鉻，氧化鈦，各原料之間的配比為活性氧化鋁氧化鈣氧化鎂氧化硅氧化鉻氧化鈦水=1:0. 01-0. 05:0. 01-0. 05:0. ΟΙΟ. 03:0. 01-0. 03:0. 01-0. 03:0. 3-2 ；將上述原料在混料機中混合成塊狀或糊狀后入干燥爐內(nèi)，加熱至120°C脫水3-4小時，然后將干燥后的成型料入高溫爐內(nèi)，升溫至1200-2050°C， 燒結(jié)1-16小時，自然冷卻至室溫，得到的塊狀坯體經(jīng)破碎即為晶體粒度小于10微米的剛玉晶體。輔料氧化鈣、氧化鎂以及氧化硅、氧化鉻和氧化鈦的添加可以使剛玉晶體的燒結(jié)時間縮短，燒結(jié)溫度降低，得到的剛玉晶體強度提高，同時具有阻止晶體長大的作用。輔料添加量的逐漸增大將使燒結(jié)的剛玉晶體的強度逐步增大。當氧化鈣、氧化鎂、氧化硅、氧化鉻、氧化鈦的添加量分別為0.01時，燒結(jié)成的剛玉晶體的抗壓強度可以達到250MPa ；當氧化鈣、氧化鎂的添加量分別為0. 03，氧化硅、氧化鉻、氧化鈦的添加量分別為0. 02時，燒結(jié)成的剛玉晶體的抗壓強度可以達到300 MPa ；當氧化鈣、氧化鎂的添加量分別為0. 05，氧化硅、氧化鉻、氧化鈦的添加量分別為0. 03時，燒結(jié)成的剛玉晶體的抗壓強度可以達到400 MPa0實施例3:
如果實施例1或?qū)嵤├?中的原料混合時，在其中加入微量的醋酸和硫酸(二者分別占活性氧化鋁的0. 1-0. 5%即可)，混合時活性氧化鋁的水溶性更好。原料混合的越好，燒結(jié)出的剛玉坯塊中的晶體粒度更均勻，效果更好。
權(quán)利要求
1.一種剛玉晶體的燒結(jié)方法，其特征在于選取粒度小于10微米、純度大于60%的活性氧化鋁和水按照1:0. 3-2的比例混合成塊狀或糊狀后入干燥爐內(nèi)，加熱至120°C脫水3-4 小時，然后將干燥后的成型料入高溫爐內(nèi)，升溫至1200-2050°C，燒結(jié)1-16小時，自然冷卻至室溫，得到的塊狀坯體經(jīng)破碎即為晶體粒度小于10微米的剛玉晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剛玉晶體的燒結(jié)方法，其特征在于所述原料中還包括輔料氧化鈣，氧化鎂，氧化硅，氧化鉻，氧化鈦；其中活性氧化鋁與氧化鈣的比例為 1:0. 01-0. 05，活性氧化鋁與氧化鎂的比例為1:0. 01-0. 05 ；活性氧化鋁與氧化硅的比例為 1:0. 01-0. 03，活性氧化鋁與氧化鉻的比例為1:0. 01-0. 03，活性氧化鋁與氧化鈦的比例為 1:0. 01-0.03。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的剛玉晶體的燒結(jié)方法，其特征在于所述原料中還包括微量的醋酸和硫酸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種剛玉晶體的燒結(jié)方法，首先選取粒度小于10微米、純度大于60%的活性氧化鋁和水按照1:0.3-2的比例混合成塊狀或糊狀后入干燥爐內(nèi)，加熱至120℃脫水3-4小時，然后將干燥后的成型料入高溫爐內(nèi)，升溫至1200-2050℃，燒結(jié)1-16小時，自然冷卻至室溫，得到的塊狀坯體經(jīng)破碎即為晶體粒度小于10微米的剛玉晶體。本發(fā)明的優(yōu)點在于采用燒結(jié)法替代傳統(tǒng)的熔煉法，大大縮短了加熱時間，降低了能源消耗；燒結(jié)成的剛玉晶體粒度最小可以降至1納米，作為磨料使用時，表現(xiàn)出優(yōu)越的自銳性，壽命是普通磨料的10倍以上；精磨時，由于剛玉晶體的結(jié)晶小，出現(xiàn)的刃口就小，不但效率高，而且提高了拋光精度。
文檔編號C30B28/02GK102443849SQ20111028495
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者王基峰 申請人:王基峰