納米晶陶瓷剛玉磨料的制備及性能研究.pdf

1、基于溶膠-凝膠技術的陶瓷剛玉磨料是一類性能優(yōu)異的新型氧化鋁磨料。與白剛玉磨料相比，因其具有優(yōu)越的自銳性、高耐磨、高加工精度及使用壽命長等特性，使其在諸多高端加工領域顯示出良好的應用前景。本文系統(tǒng)研究了陶瓷剛玉磨料前軀體的合成工藝，分析了MgO-CaO-SiO2復合添加劑對納米晶陶瓷剛玉磨料性能的影響，探討了復合晶種對納米晶陶瓷剛玉磨料性能影響的協(xié)同效應，探索了二步燒結(jié)技術對陶瓷剛玉磨料結(jié)構(gòu)及性能的影響，并研究了二次熱處理工藝對陶瓷剛玉磨

2、料結(jié)構(gòu)和性能的影響。
　　 研究結(jié)果表明：合成工藝對前軀體和磨料的性能有較大的影響，采用改進的溶膠-凝膠工藝可以得到晶粒尺寸小于100nm的陶瓷剛玉磨料；MgO-CaO-SiO2復合添加劑的配比和添加量均對磨料的性能產(chǎn)生很大的影響，引入2.5wt.％配比為5MgO-CaO-5SiO2的復合添加劑可得到力學性能優(yōu)良，具有致密細晶結(jié)構(gòu)的陶瓷剛玉磨料。通過計算得到引入復合添加劑的液相燒結(jié)激活能為195.6kJ/mol，表明擴散控制為陶

3、瓷剛玉磨料的致密化機理；引入復合晶種具有顯著降低α-Al2O3相轉(zhuǎn)變溫度、降低晶粒尺寸、促進燒結(jié)致密化的協(xié)同效應，α-Al2O3+(NH4)3AlF6復合晶種能降低θ-Al2O3→α-Al2O3相變溫度約270℃，得到的磨料試樣晶粒細小，致密化程度高，力學性能良好。
　　 得到納米晶陶瓷剛玉磨料的二步燒結(jié)工藝：首先將試樣加熱到溫度T1(1250～1300℃)，在T1溫度下磨料顆粒必須達到一個較高初始致密度(大于75％)，使試樣獲

4、得一個足以發(fā)生晶界擴散的熱力學驅(qū)動力；然后快速降溫至T2(1150℃)保溫5h，在T2溫度下保溫可以抑制晶界遷移速率，提高晶界擴散速率，使晶界擴散為試樣進一步燒結(jié)的致密化機制。采用該工藝可以得到晶粒尺寸小于100nm的陶瓷剛玉磨料，性能均優(yōu)于白剛玉磨料以及傳統(tǒng)燒結(jié)陶瓷剛玉磨料。
　　 二次熱處理工藝對納米陶瓷剛玉磨料的晶粒尺寸和力學性能有較大的影響。分析發(fā)現(xiàn)磨料的二次熱處理工藝存在臨界溫度點950℃，在臨界溫度點之前磨料試樣的結(jié)