研磨材料的制备和应用

研磨材料的制备和应用 一、锆刚玉的应用Abstract Thischapter introducesZirconia Aluminas applicationin industryas abrasive,refractory andposite material.锆刚玉（FUSED ZIRCONIAALUMINA）是以氧化铝、氧化锆为原料在电弧炉中经2000以上高温冶炼而成。 锆刚玉的分类锆刚玉根据ZrO2的含量，一般有低锆刚玉(ZrO210%15%),中锆刚玉(ZrO225%)和高锆刚玉(ZrO240%)。 锆刚玉化学成份锆刚玉主晶相为-Al2O3,次晶相为斜锆石，还存在少量玻璃相。 1，锆刚玉作为耐磨材料的应用首先请参考如下表格数据磨料材质磨削效率（kg/h)磨削比棕刚玉1603.04棕刚玉50%，锆刚玉50%35710.73锆刚玉55820.7数据表明锆刚玉比棕刚玉的磨削效率和磨削比分别提高了3.5倍和7倍。 由此可见锆刚玉的磨削效果非常好，尤其是在高速重负荷的应用更能体现锆刚玉的优良的性能。 由于锆刚玉具有如此优良的磨削性能，因此在研磨工业领域有很好的应用。 随着钢产量的迅速增长，修磨水平也相应提高，迫切需要高效率的高速重负荷砂轮。 一般要求砂轮使用线速度已达80-100m/s，磨削负荷力达到10000-15000N。 因此普通的砂轮难以达到此要求，锆刚玉无疑是这个应用领域的理想选择。 另外锆刚玉磨料对耐热钢、镍合金、钛合金、铝合金也有很好的磨削效果。 2，锆刚玉作为耐火材料的应用耐火材料品种繁多，按照化学组分分类主要有有机硅质材料、高铝质材料、镁质材料、铬质材料、碳质材料、和锆质材料。 其中锆质材料作为耐火材料基本上是电熔锆刚玉(Al2O3-ZrO2-SiO2)。 由于锆刚玉作为耐火材料具有较高的机械强度，耐压强度200MP，负重变形温度为1760度，化学稳定性好，电绝缘能力强，在氧化或还原气氛中，抗酸、碱、矿渣的侵蚀能力强。 另外，玻璃窑用锆刚玉材料具有很强的抗钠钙硅玻璃侵蚀能力；所以利用锆刚玉可以制造窑底平板砖、窑壁大砖、熔窑工作池用砖、窑的上部结构用砖。 众所周知，钢铁行业是耐火材料消耗大户，钢铁行业所用的耐火材料可以占到整个耐火材料市场的70%左右。 锆刚玉以其高品质广泛适用于钢铁行业连轧连铸、水口、流道等关键部位。 根据耐火材料行业拟定的耐火材料产业发展政策,2020年要实现每生产一吨钢消耗15kg耐火材料的目标，而xx年的数据是25kg耐火材料/吨钢。 因此高效、长寿、功能性耐火材料将会增加。 可以相信具有以上优良特质锆刚玉作为优质的耐火材料，前景广阔。 3，锆刚玉与其它材料组成复合材料复合材料(Composite materials)是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。 各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。 锆刚玉和莫来石复合的材料报道比较多，如以氧化铝粉和锆英石粉为原料，通过反应烧结制成了锆刚玉莫来石泡沫陶瓷过滤器，对球墨铸铁和铸钢的过滤试验结果表明，过滤后的材料夹杂物减少，冲击韧性明显提高。 锆刚玉莫来石氮化硼夏合材料在锆刚玉莫来石基质中引入氮化硼，降低材料的抗折强度，但可提高断裂韧性；对以锆刚玉莫来石为基引入（以质量计）和以为基引入锆刚玉莫来石的两类试样进行了抗热震性的研究。 结果表明在氧化物基料中引入，可以明显提高材料的抗热震性。 二、砂带的制造和应用Abstract:In thischapter coatedabrasivestructure andproduce processare described.Coated abrasives applicationis introducedaording todifferent kindsof abrasivematerials.1，砂带的结构和基本制造过程1.1砂带结构The manufactureof coatedabrasives isperformed bya binationof threebasic rawmaterials:一般砂带由三部分构成1，机体2，胶黏剂3，磨料1.2砂带的一般制作过程1，原布处理 (1)刮毛、烧毛; (2)退浆脱脂； (3)染色浸渍和刮浆； (4)拉伸； (5)压光2，大卷制造 (1)商标印刷； (2)涂胶； (3)植砂； (4)干燥3.大卷的后处理 （1）后固化； （2）存放； （3）增湿； （4）柔曲4.转换1.3砂带的制造方法制造方法的不同主要体现在不同的植砂方法，本文主要介绍三种植砂方法1，重力植砂；2，静电植砂；3，电镀植砂。 1.3.1重力植砂1990年以前我国基本都是采用重力植砂法。 重力植砂的过程是基布或者纸的朝上面涂胶，砂粒从上往下依靠重力往下落，砂粒别胶牢固的粘在基布或者纸上。 进入烘房进行固化，复胶，再固化。 重力植砂法是通过重力砂粒从上往下落的，因此砂粒分布的均匀性难以保证，产品表面质量难以保证。 1.3.2静电植砂法静电植砂的制造过程是基布或者纸的涂胶面是朝下的。 由于砂粒与基布或者纸之间加了高压电场，砂粒不是依靠自身的重力，而是通过静电力吸附在涂胶的基布上。 砂粒被胶牢固的粘在基布上以后，送到烘房进行固化、复胶、再固化。 砂粒形状各异，但总体而言一般认为，电场力的作用点作用在砂粒的重心上，因此砂粒的大头朝里，小头尖头朝外。 大头被胶牢牢的粘在基布上，尖头朝外则砂布表面锋利，符合涂覆磨具的要求。 由于静电植胶的砂粒是靠静电电场力吸上去的，只要保证植砂设备电场力均匀，基布涂胶均匀，送砂量均匀，砂布表面就均匀。 1.3.3电镀植砂法日本研制一种由软钢带作基底的CBN或金刚石砂带。 其基本过程是在基体表面先镀一层镍，然后再镀金刚石或CBN。 金刚石或CBN磨粒通过电镀附在钢带上,这种钢带柔性虽不如常规砂带,但它对于特殊场合和难加工的高硬度材料特别有效。 如用于玻璃、陶瓷、铁氧体、半导体材料等硬脆性材料和金属材料的研磨加工、硬质合金材料的外形加工、电解磨削加工，以及磨削加工中心用金刚石钻头的磨削等重负荷切割，具有磨削耐磨性好、效率高、使用寿命长的特点。 2，砂带的应用砂轮的分类方法很多种，本文按照不同的磨料来对砂带进行分类，介绍了不同磨料沙带在工业中的应用。 2.1金刚石磨料天然金刚石又称金刚钻，系自然界最硬的物质，莫氏硬度为10，价格十分昂贵，而且非常有限。 天然金刚石作为磨料用途有两个方面1，用于修正砂轮2，磨削和研磨难加工材料（硬质合金、宝石等）2.2棕刚玉磨料的硬度高，韧性大，适宜磨削抗拉强度较高的金属，如碳钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜等，这种磨料的磨削性能好，适应性广，常用于切除较大余量的粗磨，价格便宜，可以广泛使用。 2.3白刚玉磨料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。 白刚玉的硬度略高于棕刚玉，韧性则比棕刚玉低，在磨削时，磨粒容易碎裂，因此，磨削热量小，适宜制造精磨淬火钢、高碳钢、高速钢以及磨削薄壁零件用的砂带，成本比棕刚玉高。 2.4锆刚玉磨料在锆刚玉中，主要矿物相是和形成的共晶体，ZrO2有40%和25%两种.。 锆刚玉砂带得意与其磨粒硬度略低，韧性值大，强度较高，晶体尺寸较细，耐磨性能好等优点，使其具有很好的自锐性保持其优良的切削性能，并且砂带的耐磨性能好。 锆刚玉砂带在整个磨削过程中，不断有新的切刃产生，能保持磨粒的锋利度，增加被磨工件的光洁度。 尤其是第三涂层的锆刚玉砂带，具有自润滑作用，降低了磨削区的温度，形成冷态磨削。 锆刚玉砂带应用领域锆刚玉砂带主要用于重负荷磨削，适合于磨耐热合金钢、钛合金和奥氏体不锈钢等。 在中国市场,日本NCA的锆刚玉砂带、美国的NORTON公司的NORZON砂带和南韩高丽研磨公司的YZ533和YZ633锆刚玉砂带等比较流行.据美国的NOTON公司提供的资料,其磨削效率比棕刚玉高254-300%,用NORZON砂带加工刨花板,砂带寿命提高了3倍。 2.5铬刚玉是在白刚玉的生产过程中加入Cr2O3的混合物，使这种刚玉形成白刚玉中-AL2O3和Cr2O3的共熔体，改变刚玉的性能和结构。 铬刚玉的韧性比白刚玉要高，其硬度与白刚玉大概相同。 加入Cr2O3的数量与生产的铬刚玉的性能也略有不同，而其色泽也有所不同，在铬刚玉中由于加入Cr2O3的含量不同，其用途又有所不同。 铬刚玉磨削的材料常用于淬火钢、合金钢和螺纹钢的刃磨和仪器仪表零件的精密磨削。 铬刚玉常用于生产固结磨具，很少用于制造涂附磨具。 2.6碳化硅磨料碳化硅磨料堆积密度高，研磨能力强，硬度高，切削能力强，粒度分布集中并且均匀；具有耐高温,强度大,导热性能良好,抗冲击,作高温间接加热材料。 可用作碳化硅磨料广泛用在多种行业，玉器宝石抛光，模具铸造，磨削硬质合金、陶瓷、珩磨发动机气缸套等。 2.7微晶结构烧结陶瓷磨料它是以凝胶法制造的烧结陶瓷磨料，其晶体尺寸约1-3微米，硬而韧，磨削时微小晶体逐渐脱落露出新的晶体，保持了整个磨粒的锋利，美国公司于1981年投入市场，命名为Cubutron以此做成的砂带,磨锤头比锆刚玉砂带的切削效率高71%,磨包镍不锈钢的效率比锆刚玉砂带的切削率高150%.相继投入市场的还有美国NORTON公司的SG磨料,用SG磨料砂带在400PSI压强下(砂带速度为28米/秒)磨削金属量比棕刚玉高5倍;德国Hermes公司命名的CB陶瓷砂带料的砂带,采用这类磨料制成的涂附磨具特别适用高强压下加工难磨材料,如航天合金、高镍合金钢、含钒工具钢、含钴合金钢等.2.8TG磨料:TG磨料砂轮具有优异的材料去除能力，在强力磨削上能发挥最好的效果。 磨料的材料去除率为锆刚玉的4倍以上,寿命为刚玉的10倍以上。 该磨料具有高耐磨，高切削效率以及较少修正量的特点，适用于超精密、高效率等加工过程中的高速磨削，特别是在内圆磨、齿轮磨等高速磨削应用上发挥了低磨削力、高磨削效率的优势。 此类产品可应用于轴承生产、C成型修整滚轮，陶瓷结合剂CBN内圆磨小砂轮，G-Force刀具修磨砂轮，应用于汽车玻璃加工的多层金刚石磨轮、钻头和刀轮，以及用于电子半导体行业的晶圆背面研磨。 2.9立方氮化硼（CBN）磨料CBN磨料砂带作为涂附磨具中的特殊成员，因其高硬度和优良的耐磨性在工程陶瓷、半导体玻璃等脆硬材料的精密和超精密加工中已取得初步应用。 美国AbrasiveTechnologyN.A公司开发的DuragritTM和PolyrezTM金刚石砂带，前者为金属基体，在加工玻璃、水晶和高档装饰材料时，磨削精度高且切除均匀；后者是基体柔软的树脂粘结剂类，最小可达3500#粒度，适合各类异型面的超精密磨削与抛光，如半导体硅晶片和天文用光学玻璃等。 英国一家研究机构也通过多层沉积工艺制造出加工光学系统、磁头、半导体元件的电镀环状CBN砂带。 虽然CBN砂带成本昂贵，但它们是砂带向脆硬材料高精度高速发展的一个重要方向，今后有望从降低制造成本等方面来加快应用。 2.10空心磨料空心磨料被公认为是世界上最有效的一种磨料，由西德Hemes公司最先生产。 空心球磨料的结构最外层是磨粒，磨粒用胶黏剂粘在球壳上。 空心球磨料具有以下特点当空心体用作抛光研磨时，因空气充气，重量很轻，相当松散，所以能产生均匀的研磨、抛光作用。 虽然使用一定时间后，空心体磨料开始破碎、开孔，但仍能保持均匀的磨削作用。 空心磨料非常适合负重磨削和软金属磨削。 三、钢坯的表面修磨Abstract Brieflyintroduce thepurpose andprocess ofsteel conditioning.steel conditioningcurrent situationand thegrinding wheels effecton theconditioning processare discussed.钢坯表面修磨的目的钢锭在轧制之前去除裂纹、氧化皮和夹杂物等各种表面缺陷，以保证钢材最终质量，和提高成品率的一道工序。 修磨工艺流程钢坯检验钢坯吊上料架钢坯翘曲度检测喷丸去氧化皮钢坯清洗磁粉探伤修磨检测标准堆垛。 修整技术现状近些年修磨技术得到飞速的发展，冷修磨可以实现手动、半自动和全自动，并实现了热修磨机和热修磨砂轮，可以磨削900度的高温钢坯。 机床的自动化和控制水平不断提高，集成了IT技术，修磨机性能进一步优化和提高。 砂轮对修整效果的影响影响修整质量的关键因素是机床、砂轮、工件材料、操作参数。 以下主要介绍砂轮的影响。 括砂轮尺寸、磨料、粒度、硬度和砂轮平衡性和安全性等。 砂轮直径越大，单位体积的制造成本越低，砂轮的单位寿命越长，修磨成本越低，同时修磨效率高，磨失率低。 砂轮越厚，单位制造成本越低，磨削效率越高，钢坯表面质量越好。 不同的磨料有不同的价格性能和应用。 粒度与钢坯的表面粗糙度和修磨效率直接相关，细粒度能得到好的表面质量，但砂轮寿命短，修整效率低。 砂轮越硬，寿命越长，但过硬的砂轮使已经磨损的磨粒不能及时脱落。 磨损后的钝磨粒与工件表面摩擦，虽有助于提高钢坯的表面粗糙度，却会