【摘要】：陶瓷剛玉磨料自問世以來,由于其在強(qiáng)度、韌性、自銳性等方面與傳統(tǒng)剛玉磨料相比有著顯著提升,并且價格遠(yuǎn)低于金剛石、立方氮化硼等超硬磨料,所以一直備受加工領(lǐng)域的青睞。本文系統(tǒng)研究了堿性和酸性兩種溶膠-凝膠制備工藝,針對陶瓷剛玉磨料的結(jié)構(gòu)與性能,討論了晶種、添加劑、燒結(jié)制度、前軀體制備工藝等因素的影響。研究結(jié)果表明,晶種晶粒比表面積越大,對θ-Al_2O_3→α-Al_2O_3相變促進(jìn)作用越顯著,1100°C燒制的α-Al_2O_3晶種平均粒徑在150 nm以下,當(dāng)添加量為3 wt%時,能將相變溫度降低至1117°C。采用堿性溶膠-凝膠法制備陶瓷剛玉磨料時,不同添加劑體系的最佳工藝參數(shù)不同:在(NH4)_3AlF_6-TiO_2-La_2O_3復(fù)相添加的體系中,當(dāng)三元添加劑摩爾比為6:10:5,添加量為3 wt%時,在1350°C下保溫1 h,獲得的試樣微觀結(jié)構(gòu)均勻致密,晶粒平均粒徑小于450 nm,對應(yīng)的抗壓強(qiáng)度為44N。在La_2O_3-TiO_2-SiO_2復(fù)相添加的體系中,La_2O_3可以和TiO_2以及Al_2O_3形成LaAl_(11)O_(18)和La_4Ti_3O_(12)晶界第二相,通過降低晶界遷移速率來抑制晶粒長大,進(jìn)而改善試樣抗壓強(qiáng)度。當(dāng)La_2O_3-TiO_2-SiO_2三元添加劑摩爾比為3:6:5,添加量為2.5 wt%時,在1400°C下保溫1 h,磨料試樣相對密度達(dá)96.5%,晶粒平均粒徑為400 nm左右,此時試樣單顆粒抗壓強(qiáng)度取得最大值50.3 N。通過堿性溶膠-凝膠制備工藝可以制得穩(wěn)定的t-ZrO_2與α-Al_2O_3復(fù)合陶瓷磨料,其中ZrO_2在基體中以ZrO_2/Al_2O_3的復(fù)合形式存在。不同組試樣單顆�？箟簭�(qiáng)度波動較小,均高于35 N,當(dāng)ZrO_2含量為20 wt%,TiO_2/SiO_2(摩爾比為6:5)添加量為3 wt%時,第二相晶粒彌散分布,磨粒內(nèi)部粒徑分布非常窄。以擬薄水鋁石為原料,HNO_3為膠溶劑,可以通過簡單高效的工藝制得陶瓷剛玉磨料。當(dāng)SiO_2單獨添加和La_2O_3/SiO_2二元添加時,試樣內(nèi)部晶粒呈片狀發(fā)育;當(dāng)MgO/SiO_2二元添加時,晶粒呈等軸狀;當(dāng)La_2O_3-TiO_2-SiO_2(摩爾比為3:6:5)添加量為2 wt%時,試樣內(nèi)部晶粒為等軸狀,粒徑分布窄,微觀結(jié)構(gòu)致密,抗壓強(qiáng)度為48.9 N,與采用堿性溶膠-凝膠法制備的陶瓷剛玉磨料相比,在工藝更加高效的同時,試樣依然保持優(yōu)秀的性能。
【圖文】：

3圖 1-1 磨料的分類Fig. 1-1 Classification of abrasives1.2 剛玉的晶體結(jié)構(gòu)及性質(zhì)Al2O3有多種晶型，其中包括單斜相的θ-Al2O3，斜方相κ-Al2O3，四方l2O3，立方相的γ-Al2O3，，立方相的χ-Al2O3、立方相的η-Al2O3等[3]，其中α-A唯一的熱力學(xué)穩(wěn)定相。α-Al2O3，礦物學(xué)名稱為剛玉，屬于三方晶系，對稱元素 L33L23PC，R3群。晶格常數(shù):a0=0.512 nm，軸角α=55o17′，Z=2。晶體結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示沿垂直于三次軸方向作 ABAB...型的六方緊密堆積，Al3+填充在氧離子組

圖 1-2 α-Al2O3晶體結(jié)構(gòu)[4]Fig. 1-2 Crystal structure of α-Al2O3[4]表 1-1 α-Al2O3各項性質(zhì)參數(shù)Table 1-1 The Property parameters of α-Al2O3物理性能 參密度(g/cm-3) 3熔點(oC) 2050氏硬度(GPa) 21性模量(GPa) 366壓強(qiáng)度(MPa) 280彎強(qiáng)度(MPa) 300韌性(MPa·m1/2) 2.8系數(shù)(W·m-1·K-1) 1.57介電常數(shù) 10
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG73

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本文編號：2683096