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边华英教授:刚玉基堆积磨料制备及应用研究(报告)
2023年04月12日 发布 分类:行业要闻 点击量:710
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磨料磨具行业,人造刚玉占据着较大的市场份额,常见的刚玉磨料品种有棕刚玉、白刚玉、单晶刚玉、铬钢玉、微晶刚玉等。

提高磨料性能、开发性价比合适的新型磨料一直是磨料磨具行业研究的方向。传统的刚玉磨料每个磨粒常常只是由一个巨大的刚玉晶粒的破碎片或仅由少量单晶组成,在磨削力的作用下,磨钝后的传统刚玉磨粒会从磨具上脱落,或在宏观上发生崩解,导致使用寿命较短。此外,磨料脱落后磨削状态渐渐由切削变为滑擦,将导致磨削区域温度上升烧伤工件。

为了改善传统磨料这种磨粒利用率低、使用寿命短的情况,1940年JacksonGH等人提出了新型堆积磨料的理念,并申请了美国专利。堆积磨料主要是以陶瓷、树脂或橡胶为结合剂由2-30颗细粒度刚玉或碳化硅磨粒堆积粘结而成的粗颗粒磨料,将其应用于涂附磨具磨削时取得了较好的排屑效果。堆积磨料从外观上看是一个个粗大磨粒,而实际上每个大磨粒都包含了许多微细的磨料颗粒。这种组合体通常也具有磨具的三要素--磨料、结合剂和极细小气孔,可将之称为一种微型磨具。与传统磨料相比,它们可以更长时间地保持锋利,具有更优的磨削性能和更长的磨料寿命。目前,堆积磨料典范当属3M的“金字塔”堆积磨料Trizact™。

“金字塔”堆积磨料及传统磨料

3M的“金字塔”堆积磨料Trizact(左)整个表面均匀分布着三维结构的“研磨剂”,确保一致的性能,消除皮带与皮带之间的差异;传统磨料,其特点是随机排列的磨料,磨损和光洁度不均匀(右)。

①传统的磨料开始工作时锋利,但很快就变钝了;3M的“金字塔”堆积磨料Trizact™具有包含多层磨料矿物的三维结构。②当这些金字塔状的磨料结构磨损时,会逐层发生自锐脱落,全新、锋利的微粒磨料矿物就暴露出来持续参与磨削。

除了广为人知的金字塔堆积磨料,3M公司还针对不同的需求在金字塔形状上衍生出来的各种立体磨料结构(3M独有的微复制技术)。堆积磨料在磨粒的选用上,除了有常见的氧化铝、碳化硅之外,还包括了强度更好、磨削力更强的陶瓷氧化铝(陶瓷刚玉磨料)以及超硬材料人造金刚石、CBN等。

3M各种不同立体形状磨料

3M各种不同立体形状磨料

3M™Trizact™布带—长方梯形砖块状堆积磨料

3M™Trizact™布带—长方梯形砖块状堆积磨料

在二十世纪八十年代美国诺顿与3M公司发明了新型陶瓷氧化铝磨料(陶瓷刚玉磨料、溶胶凝胶法刚玉磨料--SG磨料,超微晶刚玉磨料),陶瓷刚玉磨料采用溶胶凝胶和烧结瓷化技术制成,这种“升级版的堆积磨料”,磨料晶体尺寸处于亚微米或纳米级(它的二次晶体是由大量原晶粒径在300~500nm的微小晶体所组成的致密的多晶烧结体),具有韧性好,自锐性好,磨粒锋利等优点,磨耗比高,保形性强,工件表面加工质量好,磨削效率高等特点。此外,SG磨料切削温度较低,对难磨削材料的烧伤或金相损害更少,并且可在不同的负荷下长时间保持锋利,相对比超硬磨具陶瓷刚玉磨料的磨具修整容易并且修整次数减少,磨削效率高。

不过,尽管陶瓷刚玉磨料性能非常卓越,但其工艺复杂,产能有限,价格昂贵,目前市场应用有限。

3M的第二代陶瓷氧化铝磨料Cubitron™

3M的第二代陶瓷氧化铝磨料Cubitron™

Saint-Gobain的氧化铝陶瓷磨料 CERPASS XTL™

Saint-Gobain的氧化铝陶瓷磨料 CERPASS XTL™

而堆积磨料生产制备相对容易,价格适中,使用堆积磨料制成的涂附磨具砂带是一种新型的具有冷企鹅削特性的柔性磨削工具,它磨削效率高、磨削性能稳定,具有磨削精度好和使用寿命长等优点,不仅能满足不锈钢、钛合金等难磨金属的磨削要求,而且对金属表面的拉丝和抛光也有很大的产业优势,用途十分广泛,是当前涂附磨具发展的重要趋势之一。

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第七届氧化铝专题会议相关报告:

报告主题:刚玉基堆积磨料制备及应用研究

报告人:边华英教授级高工、陶瓷室主任

单位:河南建筑材料研究设计院

报告人简介:

边华英,女,1971.02,中共党员,正高级工程师。1994年7月毕业于景德镇陶瓷学院硅酸盐工程专业,进入河南建筑材料研究设计院新材料所陶瓷室从事陶瓷科研设计工作,1997年4月进入河南省水泥质检站从事水泥化学分析工作,2003年3月进入河南省建材质检站从事建材化学分析和科研工作,2011年8月进入河南省新型建材工程技术研究中心从事科技研发、技术服务、技术转移和成果转化工作。近十年来获得河南省科技成果登记5项,发表科技论文30余篇,申报并获得国家知识产权局授权发明专利10件,实用新型专利6件;完成建材行业标准修订2项;主持或作为主要负责人完成河南省级研发项目4项,分别通过第三方的科技成果评价或结项验收;2019年3月起参加了河南省生态环境厅牵头组织的“千百万”绿色发展帮服活动,并参加了陶瓷行业省工信厅组织的“万人帮万企”活动。

主要知识产权成果如下:

参编教材《无机材料热工基础与窑炉工程》;代表性论文《焙烧温度对微晶陶瓷磨料晶粒度的影响》、《一种新型磨胶辊砂轮制造技术》、《微晶氧化铝基烧结磨料的制备研究》、《利用废弃陶瓷磨具再生砂制备烧结透水砖》、《白刚玉陶瓷磨具用绿色中温结合剂制备研究》、《砂轮成型工艺中的夹心技术》、《谈陶艺茶具原料标准化的必要性》、《谈二噁英的减排治理》、《喷雾造粒工艺在磨钢球砂轮生产中的应用探讨》等。

主要研究报告《利用建筑垃圾和尾矿废渣研制高档烧结清水墙砖》、《微晶烧结Al2O3陶瓷磨料研究》、《河南省建筑垃圾减量化策略与措施研究》、《绿色仿石材陶瓷砖制备技术研究》等。

主要授权专利,发明专利10件:《一种利用尾矿及废渣制作的文化石》、《一种复合结构再生骨料烧结透水砖》、《一种人工卵石质陶粒》、《一种刚玉基多晶磨料及其制备方法》、《一种磨胶辊砂轮及其制备方法》、《一种空心氧化铝球基复合磨料及其制备方法、磨具》、《一种磨轴承沟道聚合磨料陶瓷砂轮及其制备方法》、《一种环保陶瓷结合剂》、《一种添加建筑玻璃废料的白刚玉陶瓷砂轮结合剂》、《一种石油压裂支撑剂及其制备方法》、《一种高效光催化涂料》;实用新型专利6件:《一种具有榫、槽结构的有釉清水墙砖》、《一种双向联锁透水砖》、《一种盲孔陶瓷透水砖》、《一种陶瓷磨料烧结用三温区管式炉》、《一种陶瓷粉粒料焙烧用立式管式炉》、《一种陶瓷磨料焙烧用立式组合管式炉系统》。


编辑:第七届氧化铝论坛会务组

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