專利名稱：六方板狀納米晶剛玉磨料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磨削加工工具，尤其涉及一種六方板狀納米晶剛玉磨料的制備方法。
技術(shù)背景
磨削加工是精密加工的重要方式，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新材料和難以加工材料的不斷涌現(xiàn)，對(duì)磨削加工精度、加工效率和加工能力都提出了新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的磨料很多時(shí)候難以滿足現(xiàn)代加工的需要，因此，迫切需要有適應(yīng)不同磨削需求的新型磨料。
納米晶剛玉磨料顆粒由無(wú)數(shù)小納米晶組成，不同于傳統(tǒng)熔融法制備的剛玉磨料， 結(jié)構(gòu)上的差異必然帶來性能和應(yīng)用上的差異。納米晶剛玉磨料與傳統(tǒng)熔融法制備的大單晶剛玉磨料相比具有韌性好、自銳性好、磨粒鋒利、砂輪耐用性好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，可以通過控制納米晶剛玉磨料納米晶大小、形狀等顯微結(jié)構(gòu)來調(diào)整其不同的性能和適應(yīng)不同的磨削應(yīng)用需要。
不同用途的剛玉磨料對(duì)韌性要求不同，而六方板狀納米氧化鋁能顯著提高其斷裂韌性。因此，制備一種六方板狀剛玉磨料是提高其韌性的有效途徑。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提高現(xiàn)有磨料的韌性，提供一種能夠顯著提高其斷裂韌性的六方板狀納米晶剛玉磨料及其制備方法。
本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
一種六方板狀納米晶剛玉磨料，原料組分及其重量百分比含量為99. 15 99. 85% Al2 (SO4) 3 · 18H20 或者 Al(NO3)3 · 9Η20，0· 15 0. 85%添加劑；
所述添加劑的原料組分及其重量百分比含量為0 50%納米Si02、0 45% Fe (NO3)3^O 30% Y(N03)3、5 100% Ca(NO3)2^O 70% Mg(NO3)2 禾口 0 25% Cr (NO3)3O
六方板狀納米晶剛玉磨料的制備方法，具有如下步驟
(1)將Al2 (SO4) 3 · 18吐0或八1(吣3)3 · 9H20溶于水，待完全溶解后過濾去除雜質(zhì)， 配成0. 1 0. 6mol/L的Al3+溶液；
(2)在步驟(1)的溶液中加入氨水并攪拌使其完全溶膠或沉淀化，再經(jīng)過抽濾、洗滌工藝獲得Al (OH)3凝膠；
(3)按原料組分及其重量百分比含量為99. 15 99. 85% Al2(SO4)3 · 18H20或者 Α1(Ν03)3·9Η20，0· 15 0. 85%添加劑的比例，將相應(yīng)量添加劑加入到步驟(2)中的膠體中， 并使添加劑分布均勻；
(4)將步驟C3)含添加劑的Al (OH)3膠體干燥，再造粒并進(jìn)行篩分和分級(jí)；
(5)將步驟(4)已經(jīng)進(jìn)行篩分和分級(jí)的磨料在1150°C 1400°C煅燒，再進(jìn)一步的過篩和分級(jí)，制得六方板狀納米晶剛玉磨料。
所述步驟O)的氨水為沉淀劑。
所述步驟(5)制得的六方板狀納米剛玉磨料的內(nèi)部顯微晶粒尺寸為40nm 2 μ m。
本發(fā)明的有益效果是，提供了一種能夠顯著提高磨料斷裂韌性的六方板狀納米晶剛玉磨料及其制備方法，該剛玉磨料的硬度與現(xiàn)有的陶瓷剛玉磨料的硬度相當(dāng)，而韌性要比現(xiàn)有的陶瓷剛玉磨料提高9 25%。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
氧化鋁的磨削應(yīng)用效果受其內(nèi)部晶粒大小和形狀的影響明顯，磨料的細(xì)晶結(jié)構(gòu)可以提高磨削精度，磨料的微觀板狀結(jié)構(gòu)可以提高磨料的韌性。鑒于上述原因，本發(fā)明采用液相法合成含鋁前驅(qū)體，再經(jīng)高溫煅燒而制備六方板狀納米晶剛玉磨料。
本發(fā)明采用市售的分析純?yōu)樵稀?br> 實(shí)施例1
采用99. 85%的六1(吣3)3*9!120和0. 15%的添加劑為原料，所述0. 15%添加劑的原料組分及重量百分比含量為 30%納米 Si02、5% Y(NO3) 3> 10% Fe (NO3)3>26% Ca(NO3)2^ 14% Mg(NO3)2 禾口 15% Cr(NO3)315
首先將Al (NO3) 3 ·9Η20溶于水后過濾去除雜質(zhì)，配成0. lmol/L的含Al3+的水溶液；
向上述溶液中滴加沉淀劑氨水并攪拌使含該Al3+的水溶液完全凝膠化，再經(jīng)抽濾、洗滌得Al (OH)3凝膠；
將0. 15%添加劑加入到Al (OH) 3膠體中混勻；將含有添加劑的Al (OH) 3膠體干燥， 得的Al (OH) 3固體，再造粒并進(jìn)行篩分和分級(jí)；
將已預(yù)篩分和分級(jí)的Al (OH)3在14001下煅燒，再進(jìn)一步的過篩、分級(jí)，制得不同粒度的板狀納米晶剛玉磨料。
剛玉磨料內(nèi)部顯微晶粒尺寸大小為1. 23 μ m，韌性為3. 18士0. 12MPa · m1氣
實(shí)施例2
采用99. 5%的Al2(SO4)3 · 18H20和0. 5%的添加劑為原料，所述0. 5%添加劑的原料組分及重量百分比含量為10%納米3102、30% Fe (NO3) 3、18% Y (NO3) 3、15% Ca (NO3)2和 27% Mg(NO3)20
首先將Al (NO3) 3 ·9Η20溶于水后過濾去除雜質(zhì)，配成0. 2mol/L的含Al3+的水溶液；
向上述溶液中滴加沉淀劑氨水并攪拌使含該Al3+的水溶液完全凝膠化，再經(jīng)抽濾、洗滌得Al (OH)3凝膠；
將0. 5%添加劑劑加入到Al (OH)3膠體中混勻。將含有添加劑的Al (OH)3膠體干燥所得的Al (OH) 3固體，再造粒并進(jìn)行篩分和分級(jí)；
將已預(yù)篩分和分級(jí)的Al (OH)3在11501下煅燒，再進(jìn)一步的過篩、分級(jí)，制得不同粒度的板狀納米晶剛玉磨料。
剛玉磨料內(nèi)部顯微晶粒尺寸大小為60nm，韌性為3. 41 士0. 06MPa · m1氣
實(shí)施例3
采用99. 3%的Al (NO3) 3 ·9Η20和0. 7%的添加劑為原料，所述0. 7%添加劑的原料組分及重量百分比含量為 9% Fe (NO3) 3>21% Ca(NO3)2>45% Mg(NO3)2 禾口 25% Cr (NO3)3O
首先將Al (NO3) 3 ·9Η20溶于水后過濾去除雜質(zhì)，配成0. 4mol/L的含Al3+的水溶液；
向上述溶液中滴加沉淀劑氨水并攪拌使含該Al3+的水溶液完全凝膠化，再經(jīng)抽濾、洗滌得Al (OH)3凝膠；
將0. 7%添加劑劑加入到Al (OH)3膠體中混勻。
將含有添加劑的Al (OH) 3膠體干燥所得的Al (OH) 3固體，再造粒并進(jìn)行篩分和分級(jí)；
將已預(yù)篩分和分級(jí)的Al (OH)3在13101下煅燒，再進(jìn)一步的過篩、分級(jí)，制得不同粒度的板狀納米晶剛玉磨料。
剛玉磨料內(nèi)部顯微晶粒尺寸大小為560nm，韌性為3. 27士0. IOMPa · m1氣
實(shí)施例4
采用99. 15%的Al (NO3)3 · 9H20禾口 0. 85%的添加劑為原料，所述0. 85%添加劑為 100% Ca(NO3)2O
首先將Al2 (SO4) 3 · 18H20溶于水后過濾去除雜質(zhì)，配成0. 6mol/L的含Al3+的水溶液；
向上述溶液中滴加沉淀劑氨水并攪拌使含該Al3+的水溶液完全凝膠化，再經(jīng)抽濾、洗滌得Al (OH)3凝膠；
將0. 85%添加劑加入到Al (OH) 3膠體中混勻；
將含有添加劑的Al (OH) 3膠體干燥所得的Al (OH) 3固體，再造粒并進(jìn)行篩分和分級(jí)；
將已預(yù)篩分和分級(jí)的Al (OH)3在12201下煅燒，再進(jìn)一步的過篩、分級(jí)，制得不同粒度的板狀納米晶剛玉磨料；
剛玉磨料內(nèi)部顯微晶粒尺寸大小為120nm，韌性為3. 36士0. 08MPa · m1氣
現(xiàn)有技術(shù)下剛玉磨料的顯微晶粒尺寸一般為0.2 5μπι，韌性為2.75 2.9 IMPa · m1/2,而本發(fā)明剛玉磨料的顯微晶粒尺寸為40nm 2 μ m，韌性為3. 18 3.45MPa · m1/2,降低了剛玉磨料內(nèi)部顯微晶粒尺寸，并且提高剛玉磨料韌性9 25%。
本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，很多細(xì)節(jié)的變化是可能的，但這并不因此違背本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種六方板狀納米晶剛玉磨料，原料組分及其重量百分比含量為99. 15 99. 85% Al2(SO4)3 · 18H20 或者 Al (NO3) 3 · 9Η20，0· 15 0. 85% 添加劑；所述添加劑的原料組分及其重量百分比含量為0 50%納米Si02、0 45% Fe (NO3)3^O 30% Y(N03)3、5 100% Ca(NO3)2^O 70% Mg(NO3)2 禾口 0 25% Cr (NO3)3O
2.權(quán)利要求1的六方板狀納米晶剛玉磨料的制備方法，具有如下步驟(1)將Al2(SO4) 3· ISH2O或Al (NO3) 3·9Η20溶于水，待完全溶解后過濾去除雜質(zhì)，配成 0. 1 0. 6mol/L 的 Al3+ 溶液；(2)在步驟(1)的溶液中加入氨水并攪拌使其完全溶膠或沉淀化，再經(jīng)過抽濾、洗滌工藝獲得Al (OH)3凝膠；(3)按原料組分及其重量百分比含量為99.15 99. 85 % Al2 (S04)3· ISH2O或者 Α1(Ν03)3·9Η20，0· 15 0. 85%添加劑的比例，將相應(yīng)量添加劑加入到步驟(2)中的膠體中， 并使添加劑分布均勻；(4)將步驟C3)含添加劑的Al(OH)3膠體干燥，再造粒并進(jìn)行篩分和分級(jí)；(5)將步驟已經(jīng)進(jìn)行篩分和分級(jí)的磨料在1150°C 1400°C煅燒，再進(jìn)一步的過篩和分級(jí)，制得六方板狀納米晶剛玉磨料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的六方板狀納米晶剛玉磨料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2) 的氨水為沉淀劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的六方板狀納米晶剛玉磨料的制備方法，其特征在于，所述步驟(5) 制得的六方板狀納米剛玉磨料的內(nèi)部顯微晶粒尺寸為40nm 2 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種六方板狀納米晶剛玉磨料，原料組分及其重量百分比含量為99.15～99.85％ Al2(SO4)3·18H2O或者Al(NO3)3·9H2O，0.15～0.85％添加劑；所述添加劑的原料組分及其重量百分比含量為0～50％納米SiO2、0～45％Fe(NO3)3、0～30％Y(NO3)3、5～100％Ca(NO3)2、0～70％Mg(NO3)2和0～25％Cr(NO3)3。本發(fā)明采用液相法合成含鋁前驅(qū)體，經(jīng)高溫煅燒制成六方板狀納米晶剛玉磨料，該剛玉磨料的硬度與現(xiàn)有的陶瓷剛玉磨料的硬度相當(dāng)，而韌性要比現(xiàn)有的陶瓷剛玉磨料提高9～25％。
文檔編號(hào)C09K3/14GK102492394SQ20111036879
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者朱玉梅, 李娜, 李志宏 申請(qǐng)人:天津大學(xué)