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(shù)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(lǐng)域顯示出良好的應(yīng)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(fù)合添加劑對納米晶陶瓷剛玉磨料性能的影響，探討了復(fù)合晶種對納米晶陶瓷剛玉磨料性能影響的協(xié)同效應(yīng)，探索了二步燒結(jié)技術(shù)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(jìn)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(fù)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(fù)合添加劑可得到力學(xué)性能優(yōu)良，具有致密細(xì)晶結(jié)構(gòu)的陶瓷剛玉磨料。通過計(jì)算得到引入復(fù)合添加劑的液相燒結(jié)激活能為195.6kJ/mol，表明擴(kuò)散控制為陶

3、瓷剛玉磨料的致密化機(jī)理；引入復(fù)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(jìn)燒結(jié)致密化的協(xié)同效應(yīng)，α-Al2O3+(NH4)3AlF6復(fù)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(xì)小，致密化程度高，力學(xué)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(dá)到一個(gè)較高初始致密度(大于75％)，使試樣獲

4、得一個(gè)足以發(fā)生晶界擴(kuò)散的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)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(kuò)散速率，使晶界擴(kuò)散為試樣進(jìn)一步燒結(jié)的致密化機(jī)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(xué)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(diǎn)950℃，在臨界溫度點(diǎn)之前磨料試樣的結(jié)