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刚玉的分类及应用大全
2015年05月26日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:3128
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随着太阳能硅晶片切割行业的兴起,传统超硬、耐高温材料之一的碳化硅顿时成为超级磨料明星。因为金刚石微分生产的切割、磨削工具广泛的应用到五金、建筑陶瓷石材切割抛光等领域,也使得金刚石粉体被普通百姓所熟知。而刚玉作为一种非常重要的磨料、耐高温粉体材料在普通人眼中却显得有些默默无闻甚至是有些陌生。其实刚玉作为使用历史悠久的超硬、耐高温材料,至今仍然广泛的应用在各种工业领域中,发挥着重要的作用。本文将简要的向读者介绍刚玉的种类及其特点,以期能够加深大家对刚玉家族各成员的认识。

 

α型氧化铝晶体叫做刚玉,常因含有不同的杂质而呈现不同的颜色.刚玉一般呈带蓝或带黄的灰色,有玻璃或金刚光泽,硬度仅次于金刚石和碳化硅,能耐高温。自然界存在天然的刚玉,红宝石、蓝宝石就是天然刚玉。工业生产使用的刚玉多数是人工合成的,随着加工工艺和参杂的其它元素成分的不同,刚玉可分为白刚玉、棕刚玉等多种类型。下文将向大家介绍几种常见的刚玉种类及其特性。

 

1、白刚玉

白刚玉是以优质铝氧化粉为原料,白刚玉经电熔提炼结晶而成, 纯度高、自锐性好、耐酸碱腐蚀、耐高温、热态性能稳定。白刚玉硬度略高于棕刚玉,韧性稍低,纯度高、自锐性好、磨削能力强、发热量小、效率高、耐酸碱腐蚀、耐高温热稳定性好。用白刚玉粒度砂制成磨具,适用于磨削高碳钢、高速钢及不锈钢等细粒度磨料,白刚玉还可以用于精密铸造和高级耐火材料。

 

2、棕刚玉

棕刚玉是以铝矾土、无烟煤和铁屑为原料,在电弧炉内经高温冶炼而成。在冶炼过程中,无烟煤中的碳将矾土中的氧化硅、氧化铁和氧化钛等杂质还原成金属,为些金属结合在一起成为铁合金,由于其比重较刚玉熔液大而沉降至炉底与刚玉熔液分离。仅有少量的杂质夹杂在刚玉熔快中。棕刚玉的主要矿物成份为物理刚玉,三方晶系,少量的矿物杂质有:硅酸钙、钙斜长石、富铝红柱石(又称莫来石)、钛化物、玻璃体及少量铁合金等。棕刚玉的抗破碎能力较强,抗氧化、抗腐蚀,具有良好的化学稳定性,是一种用途广泛的磨料。适用于磨削抗张强度高的金属材料,如普通碳素钢、硬青铜、合金钢的细磨和精磨,磨加工螺纹和齿轮等。

 

3、铬刚玉(又称红刚玉)

铬刚玉的冶炼工艺与白刚玉相同,只是在冶炼过程中加入一定量的氧化铬,呈浅紫色或玫瑰色。铬刚玉中由于引入Cr元素改善了磨料的韧性,其韧性较白刚玉高,而硬度与白刚玉相近,用于加工韧性较大的材料时,其加工效率比白刚玉高,并且工件表面的光洁度也较好,铬刚玉适应于加工韧性高的淬火钢、合金钢、精密量具及仪表零件等光洁度要求较高的工件。

 

4、微晶刚玉

微晶刚玉所采用的原材料及冶炼方法与棕刚玉基本相同,在停炉后立即把熔液通过流放或倾倒的方法倒入枝模子内急速冷却,因而得到微细结晶的集合体。微晶刚玉在冶炼过程中,杂质的还原程度较差,Al2O3含量为94~96%,晶体尺寸一般在80~300微米,晶体占57~85%,最大晶体尺寸不超过400~600微米。它具有强度高,韧性较大的特点。适用于重负荷磨削,可以磨削不锈钢、碳素钢、轴承钢以及特种球墨铸铁等材料,由于磨粒在磨削过程中呈微刃破碎状态,也被用于精密磨削甚至镜面磨削。

 

5、单晶刚玉

单晶刚玉是以矾土、无烟煤、铁屑和黄铁矿为原材料,在电弧炉内共熔,矾土中的氧化铁、二氧化硅和氧化钛先后被还原并组成铁合金从熔液中沉降至炉底。一小部分氧化铝与碳、硫化亚铁起复分解反应,生成少量的硫化铝填充在单晶颗粒之间,当熔块冷却后放入水中时,硫化铝被溶解,而被硫化铝隔开的单晶刚玉即可分散开成为自然粒度的磨料。单晶刚玉呈灰白色,其颗粒形状多为等积形,晶体内不含杂质,具有多棱角的切削刃,在同样的磨削力作用下,所形成的力矩小于其它磨料,因此它不易折碎,机械强度较高,单颗粒抗压强度为22~38kg,而棕刚玉仅为10~20kg。单晶刚玉由于有较高的硬度和韧性,所以切削能力较强,可用来加工工具钢、合金钢、不锈钢、高钡钢等韧性大、硬度高的难磨材料。

 

6、锆刚玉

锆刚玉是以铝氧粉和锆英石为原料,在电弧炉内经高温冶炼而成,整个过程基本上是一个熔化再结晶的过程。它是一种由α——Al2O3,与ZrO2组成的共晶集合体,在冶炼过程中应尽可能使两种结晶相互交错构成微晶型晶体。锆刚玉适用于高速重负荷磨削,可荒磨铸铁、铸钢、合金钢和高速钢等,特别适合于钛合金、耐热合金、高钒钢、不锈钢的磨加工。  

 

7、镨钕刚玉

镨钕刚玉的制造工艺与白刚玉相似,其差异是在冶炼过程中加入约0.175%的镨钕富集物(氧化镨、氧化钕、氧化镧)。大量的磨削试验证明其磨削性能优于白刚玉,适用磨削不锈钢、高速钢、球磨铸铁、高锰铸钢及某些耐热合金等。

 

8、黑刚玉

黑刚玉磨料是以优质的矾土为主要原料,少加还原剂而后,在电弧炉内经高温冶炼而成,色泽呈黑色。硬度适中,其韧性较大耐磨棱角锋利,自锐性强,磨削是发热量少,且加工面无划痕,抛光洁度高;比棕刚玉抛光能力提高一倍以上,抛光洁度提高二级以上。适用于不锈钢,金属制品电镀前底面抛光和喷沙,它适用于玻璃、竹木、石材等制品的磨削和抛光.黑刚玉广泛应用于餐具抛光行业,电镀前底面抛光行业,金属表面处理行业,玻璃制品行业,铝制品和不锈钢的抛光。又是制造树脂砂轮,砂布的新凝材料。目前,最为广泛地应用于不锈钢餐厨具,灯具灯饰摩托车零件,汽车配件等中等硬度材料的精细抛光。

 

9、矾土烧结刚玉

矾土烧结刚玉是唯一不用电炉冶炼的刚玉,它是用优质熟矾土(Al2O3含量85%以上)经湿法球磨至3微米的微粒料浆(球磨时应加粘结剂),再经压滤成型为各种几何形状的磨粒,在1500℃下烧结。矾土烧结刚玉的主要化学成份是:Al2O3(85~88%)、SiO2(3~4%)、TiO2(3.5~4.5%)、Fe2O3(5.6~6.5%)。它具有α—Al2O3微晶结构,韧性高,可承受较大的磨削压力而不至于破碎,并能切削较厚的金属层,横向进给可高达6mm以上。磨料的形状可制成各种柱形体,这是所有磨料中唯一的特例,适用于重负荷荒磨。

 

小结:刚玉具有优良的高温性质及机械强度等性能,因而被广泛应用到了冶金、机械、化工、电子、航空和国防等众多工业领域。由于有耐高温、耐腐蚀、高强度等性能,可用于制造耐火材料、陶瓷、火花塞、耐热抗氧化涂层。由于有硬度大、耐磨性好、强度高的特点,在化工系统中,用作各种反应器皿和管道,化工泵的部件及密封磨环等。由于有高温绝缘性,故被用作热电偶的套丝管和保护管,原子反应堆中用得绝缘性依旧优良,加之损耗不大,介电常数也不大,在电子工业中被广泛用于固体集成电炉基板管座、外壳、瓷架、微薄窗口、导弹雷达天线保护罩等。刚玉作为磨料的一种,在磨料磨具中也被广泛应用。总之,刚玉是一种应用非常广泛的、极为重要的一种超硬、耐高温、耐腐蚀材料,无论在传统工业领域还是各种高科技应用领域都可以见到它的身影。


                                            (粉体圈 作者:终吉)


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