TiO_2和CaO_Al_2O_3_SiO_2复合烧结助剂对刚玉陶瓷烧结的影响
试验研究NA I H UO CA I L I A O/耐火材料2007,41(6)430～434
TiO2和CaO-Al2O3-SiO2复合烧结助剂对刚玉陶瓷烧结的影响
陈昌平 杨会智 高景霞 胡行 孙洪巍
郑州大学材料物理教育部重点实验室 郑州450052
摘 要 在以α2A l
2
O3为原料的刚玉陶瓷配料中,分别添加0、0.15%、0.30%、0.45%、0.60%的Ti O2和0、0.5%、1.0%、2.0%、4.0%的Ca O-A l2O3-Si O2(CAS)玻璃,共组合出25组试验配方,以150MPa压力干压成型为45mm×5mm×4mm的试样,烘干后以5℃?m in-1的升温速率升至1550℃保温2h烧成,然后检测烧
后试样的相对密度、常温抗折强度和断裂韧性,并用扫描电镜观察烧后试样的显微结构。结果表明:引入Ti O
2能显著提高刚玉陶瓷的烧结致密化速率,但是引起晶粒的异向生长和异常长大,并使其断裂方式以沿晶断裂为
主,试样力学性能也普遍较低;引入少量的Ca O-A l
2
O3-Si O2易引起样品反致密化,只有Ca O-A l2O3-Si O2的
引入量大于1.3%才能有效地促进刚玉陶瓷的烧结,并抑制由0.6%的Ti O
2
引起的严重的晶粒异向生长和异常长大,使材料的断裂方式向穿晶断裂转变,并使其力学性能逐渐回升。
关键词 Ti O
2
,Ca O-A l2O3-Si O2玻璃,刚玉陶瓷,显微结构,力学性能
刚玉陶瓷烧结温度高,脆性大,这些是材料领域
亟待解决的课题[1]。通过引入烧结助剂来降低材料的烧结温度,提高烧结速率,并改善烧结体的显微结构和力学性能,是最为有效的途径之一[2]。
Ti O2和CAS(Ca O-A l2O3-Si O2玻璃)都是刚玉陶瓷的经典烧结助剂。Ti O
2
通过固溶时的离子尺寸效应及电价效应等增加刚玉的晶格缺陷,加速烧结过程中的离子扩散进程,提高晶粒的生长速率并诱导晶粒异向生长[3];CAS则通过颗粒的重排、溶解-沉淀及粗化等液相强化过程促进材料的致密化,在降低刚玉陶瓷烧结温度的同时,还显著改善材料的显微结构,提高其力学性能等[4]。
有关Ti O
2
固溶强化烧结及CAS液相强化烧结的
研究较为广泛。然而,到目前为止,关于Ti O
2
-CAS 复合烧结助剂对刚玉陶瓷烧结的影响报道很少。本
工作研究了以α2A l
2
O3为原料制备刚玉陶瓷时Ti O2 -CAS复合烧结助剂对刚玉陶瓷的烧结致密化、显微结构及其力学性能的影响。
03
1 试验
1.1 原料与配方
α2A l
2
O3和Ti O2均产自浙江舟山,纯度(w)均大于99%,平均粒度约为0.1μm;Ca O、Si O2和无水乙醇均
为分析纯化学试剂。将Ca O、α2A l
2
O3和Si O2按m(Ca O)∶m(α2A l2O3)∶m(Si O2)=23.3∶14.7
∶62.0的比例混合均匀,在高温熔块炉中于1450℃
保温2h后倒入水中淬冷制备CAS玻璃。将玻璃碾碎至小于1mm,再在行星球磨机上以高纯A l
2
O3介质球磨10h后烘干备用。
在以α2A l
2
O3为主要原料的刚玉陶瓷的试验配
方中,Ti O
2
的设计添加量(w)分别为0、0.15%、0.30%、0.45%、0.60%,CAS的设计添加量(w)分别为0、0.5%、1.0%、2.0%、4.0%,通过组合共设计出25组试验配方。
1.2 试样制备
按配方称料,加入一定量的无水乙醇作分散剂,于行星磨中湿法球磨3h。浆料烘干后过100μm筛,用P VA-PEG混合溶液均匀造粒后再过400μm筛。在液压机上以150MPa压力干压成型为45mm×5mm ×4mm的试样,烘干后置于高温炉中,以5℃?m in-1的升温速率升至1550℃保温2h。
1.3 测试与分析
利用A rchi m edes排水法测量烧后试样的体积密度。
分别用粒度为10.0μm、5.0μm、3.5μm、1.0μm和0.5μm的金刚石研磨膏对烧后试样逐级抛光,在1450℃下热腐蚀60m in后,利用扫描电镜观3河南省科技攻关资助项目(0624250013)。
陈昌平:男,1976生,博士研究生。
E2mail:chenchangp ing@https://www.wendangku.net/doc/2e6379076.html,
收稿日期:2007-03-05
察试样的显微结构。
将烧后试样分别打磨成40mm ×4mm ×3mm 和40mm ×4mm ×2mm 的试条,前者经金刚石研磨膏
适度抛光后,用万能试验机测量其抗折强度,后者采用单边切口梁(SENB )法测量其断裂韧性。抗折强度和断裂韧性试验采用的试样数均不少于8个。
2 结果与讨论
2.1 试样的相对密度和显微结构
烧后试样的相对密度的等高线图见图1。可以看出:图中明显存在一个低致密区L 和一个高致密区
H,而且致密化梯度从L 区到H 区逐渐减小;低致密
区集中在单纯引入约0.5%CAS 的区域,试样的相对密度仅为87%左右,甚至比不引入任何添加剂试样的还低;而高致密区主要集中在Ti O 2和CAS 的添加量分别约为0.6%和1.0%的区域,此时,试样的相对密度为98%左右;在L 区与H 区的过渡区域,尤其是Ti O 2量约为0.30%时,试样的致密化程度似乎对CAS 量不敏感,即当CAS 量在0～4.0%范围内波动
时,试样的相对密度均在94.5%左右波动,如图中沿虚线AB 所示,这表明在Ti O 2添加量为0.3%时可能存在一特殊的致密化机理
。
图1 试样相对密度的等高线图
F i g.1Co n t o u r li ne s o f re l a ti ve den siti e s o f sp ec i m e n s
此外,仔细观察图1中等高线与CAS 添加量的关系可以发现,在无Ti O 2引入且CAS 玻璃的添加量从0增至约4.0%时,样品的体积密度先减小后增大,并
在玻璃相含量为0.5%时取得最小值;同时可以看出,添加1.3%CAS 的试样和纯刚玉陶瓷(原点处)的体积密度在同一等高线上,均为理论密度的89%左右。上述现象表明,只有超过1.3%的CAS 才能有效地促进烧结,否则引起反致密化现象。
单纯引入0.5%CAS 和4.0%CAS 试样的SE M 照片见图2。可以看出:两试样的平均晶粒尺寸均约2.5μm ,且晶粒的尺寸分布较为相似;但含0.5%CAS 的试样内部明显存在较多的孔洞,气孔分布也很不均
匀,这可能是由于烧结过程中产生的液相量较少,颗粒重排难以进行;当CAS 液相量增加到4.0%时,液相烧结过程发生,颗粒重排、溶解-沉淀及粗化等机制促进了烧结致密化
。
图2 引入不同量CAS 的试样的SE M 照片
F i g.2SE M p ho t o g rap h s o f sp e c i m en s w ith va ri o u s am o un ts
o f CAS
与单纯引入CAS 相比,单纯引入少量Ti O 2即可明显提高试样的致密化速率而不出现反致密化行为,如图1的横坐标所示。然而,随着Ti O 2的增加,尤其是当Ti O 2超过0.45%以后,等高线梯度逐渐变小。
单纯引入0.30%Ti O 2和0.60%Ti O 2试样的SE M 照片见图3。可以看出:含0.30%Ti O 2的试样开始出现晶粒的异向生长,并且异向生长的晶粒均匀地分布
于直径约为4μm 的等轴型晶粒间,其长度和厚度大约分别为20μm 和10μm;当Ti O 2添加量增加至0.60%时,试样内出现了严重的晶粒异向生长及异常
长大现象,异向晶粒的长与厚大约分别为55μm 及18μm ,长径比约为3;与此同时,异常晶粒内部存在许多直径约为1μm 的圆形封闭气孔,尺寸比基体中细小晶粒的略小。
值得注意的是,在Ti O 2含量为0.45%～0.60%时,试样的致密化随CAS 的增加先增加后减小,且在CAS 为0.5%～1.5%时取得极大值,如图1中沿虚线
CD 方向所示。
图3 引入不同量Ti O
2
的试样的SE M照片
F i g.3SE M p ho t o g rap h s o f sp e c i m en s w ith va ri o u s am o un ts
o f Ti O2
含0.60%Ti O
2
+0.5%CAS和0.60%Ti O2+ 4.0%CAS试样的SE M照片见图4。对比图3可以看
出:在含0.6%Ti O
2
的试样中同时引入0.5%的CAS 后,晶粒的扁平面更加平直和光滑,晶粒各向异性进一步增强;同时,异常长大晶粒内部的封闭气孔明显减少,显微结构整体上较为致密。当CAS量增加至4.0%时,晶粒异向生长得到了明显的抑制,此时异向晶粒的长度仅约10～20μm,厚度约5μm,长径比约为2;同时,基体晶粒较为细小(约2.5μm)且呈球形,试样的显微结构整体上较为疏松。试样的显微结构和致密化随CAS量的上述变化可能与液相在基体中的分布、二维形核过程[5]以及固溶-液相两种强化烧结机制有关。
2.2 试样的力学性能
部分试样的晶粒尺寸、晶粒异常程度以及试样的相对密度、抗折强度和断裂韧性等见表1。可以看出:
(1)未引入Ti O
2
和CAS的纯刚玉试样的平均晶粒尺寸和相对密度分别为2.5μm和88.9%;与单纯添加0.5%CAS的试样相比,其断裂韧性与后者相当,均在3.0MPa?m1/2左右,但抗折强度约为283 MPa,明显比后者的268MPa要高
。
图4 引入Ti O
2
-C AS的试样的SE M照片
F i g.4SE M p ho t o g rap h s o f sp e c i m en s co2i nco r po ra ted w ith
Ti O2and CAS
(2)单纯添加CAS时试样的致密化程度较低,但其晶粒普遍较为细小,无晶粒的异向生长及异常长大
现象,并且其抗折强度和断裂韧性随着CAS的增加而先增加后减小,并在CAS为2.0%时分别达到最大值357MPa和4.26MPa?m1/2。
(3)Ti O
2
的引入虽能有效地促进试样的致密化,但引起严重的晶粒异向生长和异常长大现象,大幅度
地降低试样的抗折强度和断裂韧性。例如,当Ti O
2
为0.6%时,试样的抗折强度和断裂韧性分别为185MPa 和2.15MPa?m1/2,远低于常规刚玉陶瓷的水平。
(4)在Ti O
2
为0.6%时增加CAS,晶粒的异常长大及异向生长得到了明显的抑制,试样的抗折强度和断裂韧性开始回升;当CAS为4.0%时,试样的抗折强度和断裂韧性分别为310MPa和3.57MPa?m1/2,已与常规刚玉陶瓷的相当。
一般而言,材料的硬度、强度及韧性等性能指标与材料自身的组成、致密度、晶粒尺寸和形貌以及测试方法等均密切相关[6]。例如,在本试验中,纯刚玉试样与单纯添加0.5%CAS试样的平均晶粒尺寸接近,但前者的相对密度较后者高约2%,其弯曲强度值随之有所提高,这一现象与陶瓷材料的Griffith微
表1 试样的显微结构与力学性能
Tab l e 1M i c r o struc tu re s a nd m echa n i ca l p r op e rti e s o f sp ec i m e n s
w (添加剂)/%
Ti O 2CAS 晶粒尺寸/μm
大的小的
异常程度
相对密度/%
抗折强度/MPa
断裂韧性/(MPa ?m 1/2)
00- 2.5无异向生长和异常长大
88.9283±19 3.01±0.2500.5- 2.5无异向生长和异常长大86.7268±27 3.04±0.240 2.0- 2.5无异向生长和异常长大91.7357±18 4.26±0.180 4.0- 2.5无异向生长和异常长大95.2301±22 3.65±0.210.3015×8 4.0有异向生长但不严重94.4247±34 3.32±0.170.6055×18 4.0异向生长严重且伴有异常长大
96.5185±30 2.15±0.300.60.555×10 4.0异向生长严重97.1223±21 2.73±0.190.6 1.030×15 4.0有异向生长但不严重98.0274±28 3.01±0.210.6
4.0
10×5
4.0
有异向生长但不严重
94.8
310±13
3.57±0.33
裂纹理论符合得较好,即在晶粒尺寸分布近似的情况下,密度的增加可导致大尺寸裂纹或孔洞在试样内出现的几率减小,由脆性材料的断裂强度与临界裂纹尺
寸的关系σ∝(1/C )1/2
可知,试样的抗弯强度也较高;另一方面,从本试验中试样的力学性能与显微结构的关系也可以明显看出,在引入Ti O 2-CAS 复合助烧剂的条件下,刚玉试样的断裂强度和断裂韧性更取决于晶粒异常生长的程度,且断裂强度和断裂韧性与晶粒异常生长程度之间显示出很高的一致性。
无异常晶粒试样和含异常晶粒试样断裂时裂纹的扩展模式见图5。可以看出:
对于无异常晶粒的试
图5 无异向生长晶粒和含异向生长晶粒时试样的断裂模式F i g.5F ra c tu re m o de s o f sp ec i m e n s w ith o r w itho u t a n iso 2
tr op i c g r ow th g ra i n s
样,尽管其致密化程度较低,但其断裂过程主要以穿晶断裂为主,如图5(a )中T 1～T 6等处的晶粒,同时伴随着少量的沿晶断裂,如I 1～I 3等处的晶粒;然而,对于含有异常晶粒的试样,其沿晶断裂占主导地位,几乎观察不到穿晶断裂,尤其是在异向生长晶粒的扁平面,如图5(b )中沿AB 及CD 方向处最为明显。
从表1不难看出,无异向生长晶粒的试样的断裂强度普遍高于含有异向生长晶粒的试样。结合试样的上述两种断裂方式可以推测,玻璃相CAS 抑制刚玉晶粒异常长大和异向生长的同时,还使晶粒的晶界结合强度提高,使断裂方式以穿晶断裂为主,从而提高材料的断裂强度;然而,当CAS 量达到4.0%时,晶界处可能残留过多的玻璃相,因而强度及韧性随之下降。另一方面,Ti O 2大幅度提高了刚玉瓷的致密化程度,但引起严重的晶粒异常生长和长大现象。这种异向生长晶粒的扁平面与细小的基体晶粒结合强度较弱,为断裂过程中裂纹的扩展提供了直接的通道,最终削弱材料的断裂强度和断裂韧性等。
3 结论
Ti O 2-CAS 复合烧结助剂对刚玉陶瓷的致密化、
显微结构及力学性能有着显著的影响。Ti O 2提高了刚玉制品的致密化速率却引起晶粒的异向生长及异常长大;同时,由于断裂方式主要为沿晶断裂,试样的抗折强度和断裂韧性普遍较低;另一方面,在烧结过程中,少量的CAS 易引起刚玉陶瓷的反致密化,只有大于1.3%的CAS 才能有效地促进刚玉陶瓷的烧结,并抑制由0.6%的Ti O 2引起的严重的晶粒异向生长及异常长大,使材料的断裂方式向穿晶断裂转变,并使材料的力学性能逐渐回升。
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A d d ing Ti O2(0,0.15%,0.30%,0.45%,0.60%,re sp e c tive ly)a nd C aO-A l2O3-S i O2g la s s(0,0.5%,
1.0%,
2.0%,4.0%,re sp e c tive ly)in to the c o rund um c e ram ic s w ithα2A l2O3a s raw m a te ria l,25g roup sp e c i2 m e ns w e re fo r m u la te d,a nd the n d ry2p re s s ing a t150M Pa in to the s ize of45m m×5m m×4m m,d rying a nd firing a t1550℃fo r2h w ith the tem p e ra tu re ris ing sp e e d of5℃?m in-1.R e la tive d e ns ity,c o ld m od u lus of rup tu re a nd fra c tu re toug hne s s of fire d sp e c i m e ns w e re m e a s u re d,a nd m ic ros truc tu re w a s e xam ine d b y S E M.The re s u lts s how tha t:(1)Ti O2c a n ob vious ly e nha nc e d e ns ific a tion sp e e d of c o rund um c e ram ic s, w h ile c a us e a n is o trop ic a nd a b no r m a l g ra in g row ths a nd in te rg ra nu la r fra c tu re b e ing the p re d om ina n t fra c2 tu re m od e,s o m e c ha n ic a l p rop e rtie s of sp e c i m e ns a re g e ne ra lly low e r;(2)A little C aO-A l2O3-S i O2c a u2 s e s e a s ily the a n ti2d e ns ific a tion.O n ly w he n C aO-A l2O3-S i O2a d d ition is m o re tha n1.3%c a n it e ffe c tive ly a c c e le ra te the s in te ring of c o rund um c e ram ic s,re s tra in the a n is o trop ic a nd s e rious a b no r m a l g ra in g row ths w h ic h w e re c a us e d b y0.6%Ti O2,m a ke the fra c tu re m od e tra ns it to tra ns g ra nu la r fra c tu re a nd i m p rove the m e c ha n ic a l p rop e rtie s.
Key wo rd s:Tita n ia,C a lc ia-a lum ina-s ilic a g la s s,C o rund um c e ram ic s,M ic ros truc tu re,M e c ha n ic a l p rop e rtie s Au tho r’s a dd re s s:S c hoo l of Phys ic a l Eng ine e ring a nd M a te ria l Phys ic s L a b o ra to ry ofM in is try of Ed uc a tion, Zhe ng zhou U n ive rs ity,Zhe ng zhou450052,C h ina
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The sp e c i m e ns w e re p rep a re d b y m o ld ing the m ix tu re of s ilic a fum e(w(S i O2)=94.5%,a ve ra g e p a rtic le s ize is0.08μm)a nd s ilic on n itrid e(≤0.074m m)w ith1∶1of m a s s ra tio,c a rb on em b e d d e d firing a t1300℃,1450℃,1500℃,1550℃,1600℃fo r3h in a ir,a nd the n w a te r2c oo ling.The m ic ros truc tu re a nd p ha s e c om p os ition of the sp e c i m e ns w e re a na lyze d.The re s u lts s how tha t:(1)S ilic a fum e re a c ts ob vious ly w ith S i3N4fo r m ing S i2N2O a b ove1550℃.The e d g e s a nd c o rne rs of S i3N4g ra in b e c om e sm oo th a nd it d is trib2 u te s in the c on tinuous c em e n ta tion p ha s e of S i2N2O fo r m ing the d e ns e s truc tu re of S i2N2O p a c ke d S i3N4;
(2)B e low1500℃,the e d g e s a nd c o rne rs of S i3N4g ra in a re c le a r,S i2N2O d oe s n’t fo r m,a nd on ly S i O2
c rys ta llize s from s ilic a fum e w h ic h hap p e ns ob vious ly a t1300℃.
Key wo rd s:S ilic a fum e,S ilic on n itrid e,S ilic on oxyn itrid e
Au tho r’s add re s s:S c hoo l of M a te ria ls S c ie nc e a nd Eng ine e ring,U n ive rs ity of S c ie nc e a nd Te c hno log y B e ijing,B e ijing100083,C h ina
磨料种类
磨料的种类 磨料可以分为天然磨料和人造磨料两大类。 一、天然磨料 自然界一切可以用于磨削或研磨的材料统称为天然磨料。常用的天然磨料有以下几种： 1．金刚石 金刚石是目前已知最硬的物质，其显微硬度为98.59Gpa。金刚石是碳的同素异型体，主要成份是碳，另外还含有0.02~4.8%的杂质，比重为3.15~3.53g/cm3。其产地非常有限，不但价格昂贵，而且极为缺乏。 金刚石因含杂质的不同而呈黑色、黑褐色、灰黑色等，脆性较大，易沿结晶面裂开，结晶越大抵抗外力的作用越强，金刚石的计量单位是克拉，1克拉=0.2g。 天然金刚石作为磨料主要用途有两个方面： 郑州玉发集团是中国最大的白刚玉生产商，专注白刚玉和煅烧α氧化铝近30年，因为专注所以专业，联系QQ2596686490，电话156390七七八八一。 （1）用于修整砂轮； （2）磨削和研磨难加工材料（如硬质合金、宝石、玻璃、石料等）。 2．天然刚玉 天然刚玉的主要矿物成份为α——Al2O3,其显微硬度为20.58Gpa，比重为3.93~4.00g/cm3。自然界存在的天然刚玉主要有以下三种： （1）优质刚玉（俗称宝石）有蓝宝石（含钛）、红宝石（含铬）等； （2）普通刚玉，呈黑色或棕红色； （3）金刚砂，可分为绿宝石金刚砂和褐铁矿金刚砂，它是一种集合晶体，硬度较低。 在上述三种天然刚玉中，第一种主要用于首饰，而后二种可以作为磨料，用来制造砂轮、油石、砂纸、砂布或微粉、研磨膏等。 3．石榴石 石榴石的晶形较好，显微硬度为13.33Gpa。属于石榴石的矿物种类很多，但适合于作磨料的仅有铁铝
石榴石一种，其矿物组成这：3FeO.Al2O3.3SiO2,含量不低于85~90%。 4。石英 石英的化学成份为SiO2，常夹杂有Al2O3、Fe2O3、 CaO MgO Fe2O3等。显微硬度为8.04 Gpa，可用作磨料的石英矿有脉石英、石英岩及石英砂等。 随着科学技术的发展，人造磨料的品种已达几十种之多，天然磨料由于自身的缺陷，已被越来越多的人造磨料所取代，目前除了天然金刚石、石榴石外，其它种类的天然磨料用量甚微。 二、人造磨料 人造磨料分刚玉系列、碳化物系列、超硬系列等几大类。现将各类磨料的简要制造方法、特性及磨削对象分别叙述如下。 1．刚玉系列人造磨料 属于刚玉系的人造磨料有棕刚玉、白刚玉、锆刚玉、微晶刚玉、单晶刚玉、铬刚玉、镨钕刚玉、黑刚玉及矾土烧结刚玉等。 （1）棕刚玉（A） 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，白刚玉还可用于精密铸造及高级耐火材料。 （3）铬刚玉（PA） 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Cr3+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
电熔刚玉工艺原理..
电熔刚玉工艺原理、应用及研究现状 摘要：电熔刚玉是氧化铝在电弧炉中熔融后冷却固化的产物，具有工艺简单、流程短、产品成本低等优点，其晶体结构为α-Al2O3。电熔刚玉作为一种高档耐火材料，具有优良的性能，原料可作为骨料和基质生产不定形耐火材料，熔铸刚玉砖广泛应用于高温窑炉和高温冶金设备。根据不同的工艺要求可以得到电熔棕刚玉、电熔亚白刚玉、电熔白刚玉、电熔致密刚玉、和电熔板状刚玉等不同品种的电熔刚玉。本论文首先介绍了不同品种电熔刚玉的生产工艺流程，其次概括了不同产品在各个领域的应用现状，最后简要分析了电熔法目前存在的技术问题。 关键词：电熔刚玉生产工艺熔铸刚玉砖应用 引言 随着近代工业的高速发展,石油、化工、冶金、航天航空等工业对耐火材料(陶瓷)的技术要求不断提高,其工况要求从原来的高温高强度发展到既要求高温高压,又要求具有高抗震性和高抗蚀性能,因此，制备方法的选择很关键。主要的制备方法有化学法和电熔法，其中化学法制备的产品具有特别优良的性能，且在生产过程中产品的性能易于控制，但化学法工艺流程较长，分解试剂消耗量大，产品成本较高，因此在普通陶瓷、耐火材料和陶瓷色釉料等领域无法得到广泛应用。电熔法是通过一步电弧炉熔炼而获得产品，其工艺简单、流程短、产品成本低，但性能次于化学法生产。然而，相信随着对电熔法的深入研究，产品质量的提升、产品结构的多样化以及在节能方面的突出表现，电熔刚玉将会有很大的发展前景。
1 电熔刚玉生产工艺原理]1[ 电熔刚玉就是氧化铝在电炉中熔融后冷却固化的产物，其晶体结构为α-Al2O3。电熔刚玉按品种可分为电熔棕刚玉、电熔亚白刚玉、电熔白刚玉、电熔致密刚玉、和电熔板状刚玉。它们的性能根据不同的工艺原理也有所不同。 1.1 电熔棕刚玉 棕刚玉是用高铝矾土熟料、炭素材料、铁屑三种原料经过配料混匀加入电弧炉中，经过高温熔化和杂质还原后冷却而结晶成的棕褐色熔块。其主要化学成分是Al2O3，含量为94.5%～97%。 1.1.1 棕刚玉生成原理 棕刚玉冶炼是利用铝对氧的亲和力比铁、硅、钛等大的基本原理，可以通过控制还原剂的数量用还原冶炼的方法是铝矾土中的主要杂质还原，被还原的杂质生成硅铁合金并与刚玉熔液分离，从而获得结晶质量符合要求、Al2O3含量大于94.5%的棕刚玉。用高铝矾土直接冶炼刚玉，从理论上说，只要加入足够的碳，并将温度控制在1800～1900℃，就可能将矾土中除Al2O3和CaO以外其他氧化物还原成金属而分离出去，并保持Al2O3稳定存在。在还原的金属元素中K、Na和Mg 是以气态形式挥发掉的，而Fe、Si和Ti等金属则多数形成合金下沉，从而达到Al2O3与其他氧化物分离开的目的。其还原反应如下： 3Fe2O3 + C→2Fe 3O4 + CO↑ Fe 3O4 + C→3 FeO + CO↑ FeO + C→Fe + CO↑ SiO2 + Fe +2C→FeSi + 2CO↑ TiO2 + 3C→TiC + 2CO↑ TiO2 + 2C + 3Fe→Fe3Ti + 2CO↑ 1.1.2 冶炼棕刚玉用原料 （1）高铝矾土一般要求高铝矾土含Al2O3大于76%，Fe2O3小于7.0%，TiO2小于5.5%，CaO+MgO小于1.2%。高铝矾土的粒度不易过大，也不易过细，一般控制在10～25mm。 （2）炭素材料炭素材料作为冶炼刚玉的还原剂，用来还原高铝矾土中的杂质。刚玉冶炼常用的炭素材料有石油焦、焦炭、无烟煤等。对这些材料的化学成分要求见表1.1，其灰分的化学成分见表1.2。
棕刚玉砂轮和白刚玉砂轮哪个好 棕刚玉的用途
棕刚玉砂轮和白刚玉砂轮哪个好棕刚玉的用途说到砂轮，我们普通人可能就会想到我们生活中磨刀的砂轮，感觉无非就是做一些磨具来使用，而对于棕刚玉砂轮和白刚玉砂轮的认知也无非就是颜色不同而已，如果你是这样理解的那你就大错特错了，它们两个的区别并不仅仅如此。那么为什么感觉棕刚玉砂轮和白刚玉砂轮是两个世界?下面就让千家信耐材的小编给大家详细介绍一下吧! 什么是砂轮 砂轮也称为固结磨料( bonded磨料)，砂轮是将普通磨料粘结成一定形状(大多为圆形，中间有通孔)并具有一定强度的粘结磨具。它通常由磨料、结合剂和孔隙组成。这三个部分通常被称为固结磨具的三个要素。根据结合剂的不同分类，常见的有陶瓷(结合剂)砂轮、树脂(结合剂)砂轮和橡胶(结合剂)砂轮。 砂轮是使用很广泛的磨削工具之一。使用时高速旋转，可对金属或非金属工件的外圆、内圆、平面和各种轮廓进行粗磨、半精磨、精磨、开槽和切割。 砂轮的磨料选择 最常用的磨料是棕刚玉( A )和白刚玉( WA )，其次是黑碳化硅( C )和绿碳化硅( GC )，其余常用的还有铬刚玉( PA )、单晶刚玉( SA )、微晶刚玉( MA )、锆刚玉( ZA )。 棕刚玉砂轮和白刚玉砂轮的区别 为什么感觉棕刚玉砂轮和白刚玉砂轮是两个世界?我们从以下八大不同就可以详细看出这两者所属的世界了! 1、原料不同：棕刚玉的原料是铝矾土，另外还有无烟煤和铁霄。而白刚玉的原料是氧化铝粉。 2、颜色不同：由于白刚玉的氧化铝的含量比棕刚玉高，所以白刚玉颜色是白色的，棕刚玉是棕黑色。 3、成分上不同：虽然棕刚玉和白刚玉都是含有氧化铝的，但是白刚玉的氧化铝含量在99%以上，棕刚玉氧化铝的含量在95%左右。 4、硬度不同：白刚玉的硬度略高于棕刚玉。白刚玉磨料属于晶体化合物，有较好的硬度和韧性，晶体尺寸较细，耐磨性能好，但是是生产成本较高，产量较低，所以价格比较高。棕刚玉磨料硬度中等，磨削作用较弱，价格比较低廉。
刚玉的性能及分类
刚玉的性能及分类 2010-08-25 15:47 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。 郑州玉发集团是中国最大的白刚玉生产商，和中科院上海硅酸盐研究所成立玉发新材料研究中心研究生产多品种α氧化铝。专注白刚玉和煅烧α氧化铝近30年，因为专注所以专业，联系QQ2596686490，电话156390七七八八一。 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，白刚玉还可用于精密铸造及高级耐火材料。 铬刚玉（PA） 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Cr3+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。 微晶刚玉（MA） 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（一般在30分钏以内），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。 单晶刚玉（SA） 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。 锆刚玉（ZA） 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。 镨钕刚玉（NA） 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。
关于磨料的一切
关于磨料的一切 为一项工作挑选最好的砂轮迫使车间必须使砂轮的基本成分——它的磨料和粘结系统的特性与应用要求相匹配。粘结磨料，诸如砂轮是将颗粒由固定剂结合在一起所组成。涂敷磨料，如用于皮带、圆盘、辊子、板材和翼片砂轮制品上的由堆积在布或纸质衬底上的磨粒组成。磨料和粘结材料的分类以及它们的基本特性相当简单。但是，制造商们混入许多专利添加剂和填充物，它们赋予这些材料独特的特性，在符合应用性能和精加工要求时必须考虑这些特性。 磨料成分的种类包括氧化铝、碳化硅、陶瓷磨粒和超硬磨料——金刚石和立方氮化硼(CBN)。 氧化铝 氧化铝由纯的成形颗粒构成，在其最低精炼形态下非常坚硬。在氧化铝生产的熔化期，可以控制晶体结构和它的化学性质，这使得生产商可以生产系列具有不同性能的产品。氧化铝能制成包括多品种产品，它的广泛用途使其成为应用最普遍的磨料。 白刚玉比其它也磨料更软，更脆。它具有高化学纯度(超过99%的Al2O3) ．这赋予它锋利、低温、快速切削能力。白刚玉能很好地保持其形状。它用于磨削热敏合金。这些应用利用其脆性及在切削时不产生高温的特点．这种磨粒还被用来磨削热处理工具钢，高速钢并用于内圆磨削砂轮。 氧化铬氧化铝是种粉色磨料，用在需要略大于白刚玉的硬度的磨削应用场合。磨料的氧化铬成分提高了它的磨削能力。虽然氧化铬氧化铝共有脆性，从事低温切削，但是它展现了强大的形状保持特性。它用于硬质合金钢上的精密、大表面和工具室专业磨削。 棕刚玉含有2%到4%的氧化钛(TiO2)以提高硬度。(氧化钛还被称为二氧化钛。) 它是使用得最广泛 的磨料．用于磨削具有高抗拉强度的材料，还用于粗磨削、去毛刺和修解，以及切削低合金、黑色金属材料。 低氧化钛棕刚玉含有1%到2%的氧化钛(TioO2)，用于粘结或涂敷应用，这类应用而要比白刚玉略硬 的磨料。减少二氧化钛的含量会降低磨料的强度，但是增强了它的脆性。 锆铝复合氧化物是最坚硬的氧化铝基磨料，用于需要特硬磨料的粘结、涂敷和喷砂应用。 陶瓷氧化铝是种微小颗拉，非熔化的、陶瓷化合物。它非常硬、纯，可以生产达到质量完全一致的产品。具有卓越的耐用性和切削速率，不产生过高的热量。它用于高切削率和要求长使用寿命模具的应用场合。它可用于制造树脂和陶瓷刀刃以及砂轮。陶瓷氧化铝在难磨削的钢材和合金的精磨和精加工应用中表现得格外优秀。 高铬氧化铝是红宝石色的熔融磨料，不含二氧化钛。它由熔融高纯度的锻烧氧化铝和氧化铬而制成。 它是一种脆性磨料，比白刚玉略硬一些，它具有精磨所需的良好的角度保持特性。 碳化硅 碳化硅是一种具有超强硬度的坚硬、锋利的磨料。但是，由于它的脆性，它在重载荷下比氧化铝断裂得更快。 黑碳化硅是一种半脆性、中密度磨料。它用于制造树脂和陶瓷刀刃以及砂轮，并用于磨削硬质或脆性材料，例如铸钢、陶瓷和玻璃。它还用于磨削具有低抗拉强度的韧性有色金属。 绿碳化硅是最高纯度的碳化硅。它是一种脆性，中密度磨料，用于陶瓷和粘结刀刃以及砂轮。它得到最广泛的应用，用于磨削硬质，脆性材料，例如硬质合金这种需要快速、冷切削的应用场合。
磨料
一、磨料种类 （1）刚玉类磨料： A棕刚玉砂轮：适用于硬度较低的碳素钢、合金钢、可锻铸铁工件的普通磨削，如外圆磨、平面磨和无心磨,也可用于切断、打磨等场合。 WA（38A）―白刚玉砂轮: 用于硬度较高的合金钢、高速钢、淬火工件的普通磨削，也多用于齿轮磨、螺纹磨、成型磨场合。 AWA（19A）―棕、白刚玉混合磨料：适用于硬度中等的碳素钢、合金钢工件的普通磨削。既可保证工件的表面粗糙度，又具有一定有磨削效率。 SA（32A）―单晶刚玉：适用于高速钢、奥氏体不锈钢、钛合金等高硬度、高强度金属材料的磨削。 ASA（23A）―单晶刚玉和棕刚玉的混合磨料：适用于球墨铸铁、冷激铸铁类材料的高效磨削，也用于轴承钢的普通磨削。 PA（25A）―铬刚玉，用于工具钢、不锈钢、淬火工件的内圆磨、工具磨、仿型磨及高光洁度磨削。 （2）碳化硅类磨料： GC（39C）―绿色碳化硅 C （37C）―黑色碳化硅 碳化硅适用于铸铁、硬质合金、有色金属的磨削, 也可用于玻璃、石材等非金属材料的磨削。 二、磨料粒度 粒度是用来表示磨料颗粒几何尺寸的大小。其选择依据主要是加工工件所需的表面粗糙度，同时也需要考虑其他一些因素（如磨削效率、村料特性等）。以外圆磨为例，常用粒度与表面粗糙度有下面的大致关系：粒度 36－46 54－60 70－80 90－100 粗糙度 Ra1.6 Ra0.8 Ra0.4 Ra0.2 ·粗粒度的磨料适用于磨削: 1) 材质较软,延伸率大以及类似软铁和有色金属等材料。 2) 进给量大，磨削效率要求高的场合。 3) 表面粗糙度要求不高的场合。 4) 磨削接触面大的场合。 ·细粒度的磨料适用于磨削： 1）硬度较高以及类似高碳工具钢，硬质合金一类的金属材料和玻璃等脆性材料。 2）表面粗糙度及精度要求高的场合。 3）磨削接触面小的场合。 4）工件半径或孤度小的场合。 三、硬度 E F G H I J K L M N O P Q R 软硬 砂轮的硬度是指磨料之间的结合度，砂轮中结合剂量的多少决定了砂轮的硬度高低。用户需要根据具体的磨削（如进刀量、粗糙度、材质）要求来灵活选择砂轮的硬度。 一般砂轮硬度选择的原则是： ·较软的硬度 1）进刀量大的粗磨。 2）磨削接触面大的场合。 3）材质较硬的工件，如高硬度工具钢和硬质合金等。 4）工件抗热性能差，严防表面烧伤。
氧化铝陶瓷综述
***********（所属单位）材料科学进展课程设计 学号：******** 专业：******** 学生姓名：*** 任课教师：*** 2011年10月
***********（所属单位）材料科学进展 （小论文） 学号：******* 专业：******* 学生姓名：*** 任课教师：*** 2011年10月
氧化铝陶瓷综述 ***（姓名） *********（所属单位） 摘要：本文简述了氧化铝陶瓷的功能及在各行业的应用，详细论述了氧化铝陶瓷的制备、成型及烧结方法。 关键词：氧化铝陶瓷制备成型烧结应用 以氧化铝(Al2O3)为主要成分的陶瓷称为氧化铝陶瓷。它属于无机非金属材料，具有特殊用途，新的性能，故也称特种陶瓷、高性能陶瓷。氧化铝陶瓷是氧化物陶瓷中应用最广、用途最宽、产销量最大的陶瓷新材料。 1氧化铝的同质多晶变体及其性能简介 根据研究报道，Al2O3有12种同质多晶变体[1]，但应用较多的主要有3种，即α-Al2O3、β-Al2O3和γ-Al2O3，这3种晶体的结构不同，故它们的性质具有 很大的差异[2]。 （1）α-Al2O3是三方晶系，单位晶包是一个尖的菱面体，密度为 3.96～4.01g/cm3，其结构最紧密、化学活性低、高温稳定性好、电学性能优良并且机械性能也最佳，在一定条件下可以由其它的两种晶体转换而来。 （2）β-Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物，密度为 3.30～3.63g/cm3，它的化学组成中含有一定量的碱土金属氧化物和碱金属氧化物，并且还可以呈现离子型导电。 （3）γ-Al2O3是尖晶石型立方结构，在950～1200℃范围内转化为α-Al2O3，密度为3.42～3.47g/cm3。它的氧原子呈立方紧密堆积，铝原子填充在间隙中，这就决定了它在高温下不稳定、力学和电学性能差的缺陷，在科学应用中很少单独制成材料使用。但它有较高的比表面积和较强的化学活性，经过技术改进可以作为吸附材料使用。 由于β-Al2O3和γ-Al2O3在高温(950～1200℃)下易转化为α-Al2O3，而陶瓷的制备又须经高温烧结，所以氧化铝陶瓷是一种以α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料。 2氧化铝陶瓷的功能简介 氧化铝陶瓷具有热稳定和化学稳定性，电绝缘性、压电性、耐腐蚀性、化学吸附性、生物适应性、吸声性和透光性等多种有实用价值的性能和功能，见表1。
涂附磨具磨料及粒度详谈
涂附磨具磨料及粒度杂谈--赵新立 加入收藏字号：大中小【打印】2011-05-26 来源：《中国涂附磨具》2010 第1期随着中国经济的高速发展，涂附磨具在我国的发展是迅猛的。从手工使用的、品种单一的张页式砂布砂纸，到现在使用的纸、布、复合基、钢纸、无纺布等基材，到砂页、砂卷、砂带、异型制品的砂盘、砂页盘、砂页轮等等，众多的品种构成现代的、完善齐全的涂附磨具加工体系。这一发展过程仅仅用了不到三十年的时间，特别是近十几年来，涂附磨具生产企业更是蓬勃发展，在市场强劲需求的带动下，现在用于转换为砂带的全树脂涂附磨具产品的产量已经超过三千万平方米。 涂附磨具的高速发展形势是客观的，在涂附磨具的磨削主体——磨料上也进入了新的发展时期。过去涂附磨具常用的磨料如棕刚玉、白刚玉、黑碳化硅等“焕发青春”，新品种磨料层出不穷，如锆刚玉、陶瓷刚玉、煅烧刚玉、半脆刚玉乃至CBN、人造金刚石等，还有空心球磨料、堆积磨料、软木磨料、混合磨料等新的组合，等等这些，都为涂附磨具注入新的活力。 可以这样讲，磨料是涂附磨具的灵魂。 回顾涂附磨具的定义：涂附磨具是用粘结剂将磨料粘附在可挠曲的基材上制成的磨具。 从涂附磨具的定义就可以确定涂附磨具的结构： 由图看出，涂附磨具在绝大多数情况下是一种单层磨料的磨具，其性能是由各个部分综合决定的。现代涂附磨具生产工艺除了对于磨料、植砂密度的要求外，对基材、粘结剂的要求是极为严格的。 从涂附磨具的结构上得出：涂附磨具可以理解为具有众多磨粒构成的多刀多刃的刀具。 涂附磨具的磨粒是均匀的分布在基材表面的，基本上是单层分布。涂附磨具表面的磨粒有很好的等高排列，特别是现代化的涂附磨具生产采用静电植砂工艺，保证了磨料的尖角朝外，磨料定向排列。涂附磨具表面磨粒的定向排列和等高性，是涂附磨具保持磨削的高效率和冷态磨削的重要因素。 涂附磨具的磨削具有弹性的、高效的、冷切削的磨削特点，广泛应用于： ①大型的平面厚、薄板材，包括金属带材的加工； ②大批量生产的各种金属、非金属工件的加工； ③复杂型面工件的成型磨削与抛光； ④各种直径的金属管、棒、辊材的外圆磨削、弯曲面磨削、内圆磨削等； ⑤利用页轮或筒型砂套可以替代抛光轮的抛光；
陶瓷行业概况及产品基本知识
陶瓷行业概况及产品基本知识 一、陶瓷行业概况 1．陶瓷产业的地区分布 中国建陶行业经过20多年的发展，目前已经形成了“三山一海夹二江”（三山：佛山、唐山、博山；一海：上海周边地区；二江晋江、夹江）的格局。 佛山：是我国乃至世界建陶业最发达、最集中的地区，厂家之多和名牌之多居首位。 唐山：卫生陶瓷的生产基地，档次为中档。 博山：山东淄博一带，主要生产中低档建陶产品，主要供应给本地市场。 上海：以上海为首的华东地区，建筑卫生陶瓷发展得很快，很多台资在此设厂，产品多为中高档。 晋江：福建晋江一带，外墙砖在我国建陶业占有很重要的地位，但整体的产业状况与四川夹江相似。 夹江：四川夹江一带，是西南地区中低档陶瓷的生产基地，目标群体为中低端收入者，拥有很大的市场份额，但质量难有保证。 2．陶瓷品牌的档次分布 第一档次：西班牙、意大利等国外品牌 第二档次：冠珠、萨米特、鹰牌、诺贝尔、斯米克、亚细亚、冠军、东鹏、蒙娜丽莎、新中源 第三档次：佛山其它厂家的品牌 第四档次：唐山、博山、晋江、夹江等产区的品牌 二、陶瓷产品基本知识 1．陶瓷的含义 陶瓷是指由粘土或其它无机非金属原料，经成型、烧结等工艺处理，用于装饰和保护建筑物墙面及地面的板状或块状陶瓷制品。 2．陶瓷的分类（按吸水率分） 1）陶质：10%〉吸水率〉3%，坯体未被玻化或玻化程度差，结构不致密，断面粗糙，敲击声沉浊。（内墙砖、瓷片等属于这类） 2）炻质：3%〉吸水率〉0。5%，玻化程度及其它物理性能介于陶质和瓷质之间。（外墙砖、彩釉砖、水晶砖等属于这类） 3）瓷质：吸水率〈0。5%，玻化程度高，结构致密、细腻，断面呈现石状，敲击声清脆。（抛光砖、瓷质砖、个别外墙砖） 3．陶瓷术语解释 吸水率：是用来描述陶瓷产品吸水程度的一个名词，以产品在一定条件下吸收水分的百分比来表示，它表示的是坯体烧结程度。吸水率越低，对陶瓷产品其它性能的提高就越有帮助，如强度、致密度等都随吸水率的降低而有不同程度的提高。另外，吸水率还对产品的抗冻性有较大的影响。 放射性：某些特殊元素在电子跃迁过程中发生质子的分裂时，会产生一些对人体有害的射线，我们把其称为放射性。对于建筑材料是用天然放射元素镭-226、钍-232，钾-40的比活度高低，度量对人体的放射性影响，同时满足内照射指数IRa 〈=1。0和外照射指数Ir〈=1。3，则为使用范围不受限制产品。 光泽度：是批瓷砖抛光表面反光能力的强弱，光泽度越高，反光能力越强。
磨料的种类
磨料的种类 一、天然磨料 自然界一切可以用于磨削或研磨的材料统称为天然磨料.常用的天然磨料有以下几种：1．金刚石 金刚石是目前已知最硬的物质,其显微硬度为98.59Gpa.金刚石是碳的同素异型体,主要成份是碳,另外还含有0.02~4.8%的杂质,比重为 3.15~3.53g/cm3.其产地非常有限,不但价格昂贵,而且极为缺乏. 金刚石因含杂质的不同而呈黑色、黑褐色、灰黑色等,脆性较大,易沿结晶面裂开,结晶越大抵抗外力的作用越强,金刚石的计量单位是克拉,1克拉=0.2g. 天然金刚石作为磨料主要用途有两个方面： （1）用于修整砂轮； （2）磨削和研磨难加工材料（如硬质合金、宝石、玻璃、石料等）. 2．天然刚玉 天然刚玉的主要矿物成份为α——Al2O3,其显微硬度为20.58Gpa,比重为3.93~4.00g/cm3.自然界存在的天然刚玉主要有以下三种： （1）优质刚玉（俗称宝石）有蓝宝石（含钛）、红宝石（含铬）等； （2）普通刚玉,呈黑色或棕红色； （3）金刚砂,可分为绿宝石金刚砂和褐铁矿金刚砂,它是一种集合晶体,硬度较低. 在上述三种天然刚玉中,第一种主要用于首饰,而后二种可以作为磨料,用来制造砂轮、油石、砂纸、砂布或微粉、研磨膏等. 3．石榴石 石榴石的晶形较好,显微硬度为13.33Gpa.属于石榴石的矿物种类很多,但适合于作磨料的仅有铁铝石榴石一种,其矿物组成这：3FeO.Al2O3.3SiO2,含量不低于85~90%. 4.石英 石英的化学成份为SiO2,常夹杂有Al2O3、Fe2O3、 CaO MgO Fe2O3等.显微硬度为8.04 Gpa,可用作磨料的石英矿有脉石英、石英岩及石英砂等. 随着科学技术的发展,人造磨料的品种已达几十种之多,天然磨料由于自身的缺陷,已被越来越多的人造磨料所取代,目前除了天然金刚石、石榴石外,其它种类的天然磨料用量甚微. 二、人造磨料