2、SG磨料的制造工艺

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2、SG磨料的制造工艺


　　一般意义上的SG磨料制造工艺都是首先将一水氧化铝（Al2O3·H2O）微粉和水混合制成悬浮体，在其中加入胶溶剂（如硝酸或盐酸溶液）使其成为稳定的水溶胶或胶状悬浮体；然后向其中加入改良剂（一般是金属氧化物或其前身物，如Mg（NO3）2等），使溶胶体凝胶化；将形成的凝腔体干燥固化，再破碎（或切割）成所需形状和尺寸的颗粒，经煅烧后成为磨料。具体制造工艺如下：


　　（1）A12O3·H2O水溶胶的制作：


　　这一过程主要是将一水氧化铝微粉和水混合均匀制成悬浮体。为了保持悬浮体的稳定，往往要加入适量的胶溶剂（如硝酸或盐酸溶液）使其变成稳定的水溶胶或胶状悬浮体。用于制成悬浮体的原料可以是Al2O3·H2O微粉，也可以是纯A12O3微粉。在制成的水溶胶中，Al2O3·H2O含量一般宜选在15~30%.在该过程中所用的胶溶剂是一种挥发性的一元酸，如硝酸、盐酸、醋酸等，但以硝酸的效果最佳。一般来说，加入酸量要适当，加入酸后生成的水溶胶体的PH值为l~2.酸量不足可能影响胶体的均匀性；过量则会使加入改良剂时，凝胶化速度过猛，难以混合均匀，影响磨料质量。

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（2）凝胶化过程：


　　向上述A12O3·H2O水溶胶中加入改良剂来促使其凝胶化。改良剂一般是一种金属氧化物，如MgO、ZnO、ZrO2、TiO2等，最常用的是MgO,但通常直接加入的并不是MgO,而是Mg（NO3）2溶液。Mg（NO3）2在以后的干燥、煅烧和烧结过程中会分解成MgO,因此其作用和MgO是一样的。另一常用的改良剂是ZrO2,它是以氧锆基醋酸盐溶液的形式加入的，该盐在以后的工序中分解成ZrO2.向配制好的Al2O3?H2O水溶胶中加入改良剂的前身物（指Mg（NO3）2或氧锆基醋酸盐或其他）的水溶液并搅拌混合，凝胶体马上产生。


　　（3）干燥固化：


　　将生的凝胶体干燥固化。温度一般在80~120℃，应注意不要使温度高于凝胶体起泡沫时的温度，免最终烧结成的磨料气孔率高、硬度降低。经于燥过程除去凝胶体中90%的自由状态水，干燥后凝胶体成玻璃状的块状物，虽然看起来结构致密，但很脆弱，手指一捏就会破碎。


　　（4）预破碎：


　　为了烧结出一定形状和尺寸的磨料，在煅烧和烧结工序前需把干燥后的块状固体破碎成一定大小的颗粒，或者用切割、挤压 模压等方法加工成需要的形状和尺寸。破碎后筛分选出可烧结成磨料的有用颗粒，以便进行下一步工序，由于颗粒在烧结过程中体积往往收缩20~40%,因此破碎出的颗粒应比所要求的成品磨料粒度稍大，筛分出的太大的颗粒应重新破碎，太小的颗粒则可以重新制成水溶胶体。

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（5）煅烧：


　　在将破碎后颗粒加热到600~800℃进行煅烧时，应缓慢升温，保证生成的挥发性物质充分挥发出去，同时又不会使颗粒内部生成过高的内应力。在加热到250~300℃时，溶胶-凝胶过程留下的酸残留物基本上全部挥发掉，在300~600℃时，颗粒内的结合水也大部分蒸发掉。同时，凝胶化时加入的改良剂的前身物（Mg（NO3）2或氧锆基醋酸盐等也分解生成金属氧化物改良剂MgO、ZrO2等）。


　　（6）烧结成磨料：


　　煅烧后迅速加热使颗粒温度达到1200℃以上，再持续加热一段时间，使温度保持在1300~l400℃，促使颗粒烧结成磨料。迅速加热过程和保温烧结过程，实际上是两个紧密相连的过程。迅速加热过程最好是在1分钟内完成，颗粒温度从煅烧时的温度（≤800℃）迅速上升到1200℃上。工业上一般是将煅烧后的颗粒置于预热至1300℃上的高温炉里，来达到快速加热的目的。从800℃上升到1200℃所用的时间直接影响到烧结磨料的性能 保温烧结一般在1300℃上的温度下进行，所需的时间一般为5~30分钟。


　　但是，在很高温度下持续烧结过久是不可取的，因为它往往使α-A12O3晶体长得过大，降低磨料的硬度和韧性。在烧结过程中，改良剂（MgO、ZrO2等）不仅降低了，烧结所需要的温度，促进其它形态的A12O3（如γ-A12O3）向α-A12O3的转变，而且还抑制了α-A12O3晶体的过分长大，从而使烧结成的磨料主要由α-A12O3微晶或亚微晶组成，提高了磨料的硬度和韧性。