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  • 磨料新聞

      人造磨料發展歷史:剛玉和碳化硅的發展和展望

      作者 亞龍耐材 來源 本站 瀏覽 發布時間 2014/01/05

      在應用天然磨料的漫長歷史中,人類逐漸意識到幾乎所有的天然磨料都含有結晶氧化鋁,并且起磨削作用的正是結晶氧化鋁;谶@種認識,開始時人們設法將含氧化鋁的物質熔融并制成磨料,其磨削效果優于天然磨料。1893年德國人分別獲得熔融金剛砂的專利權。1895年法國人對他的原專利加以修改,采用礬土代替原來所用的剛砂作原料。但是,首先研制出磨料級氧化鋁晶體的是美國人雅可布(C.B.Jacobs)。到1901年由于赫金斯(A.C.Higgins)熔爐的創立,人造剛玉發展為工業化大規模生產。人造剛玉磨料生產的進一步發展是通過在原料中加入鐵屑,用物理方法除掉剛玉熔液中懸浮的金屬雜質。然而,這個方法的發明目的是用礬土生產純氧化鋁而不是剛玉磨料。從人造剛玉開始生產之后,又出現了剛玉產品的許多品種。各種產品的主要區別是氧化鋁的含量,雜質的種類及其含量和熔塊冷卻速度所致的結晶尺寸不同。

      人造剛玉

      碳化硅沒有天然的,人造碳化硅是19世紀末研究成的。特別應提到的是美國人艾奇遜(E.G.Acheson)。他采用含有氧化鋁的粘土,配上焦炭,對該混合物通以強大的電流,直到中心的粘土熔化。冷卻后,他在電極的端部和混合物料中發現了明亮閃光的堅硬物質。艾奇遜多次重復這一實驗,并且把這些堅硬物質收集起來試驗它們的磨削性能,結果竟能磨損他的金剛石戒指。當時艾奇遜認為所發現的物質是碳和剛玉的化合物,所以將這種物質取名為“卡普倫登”(carborundum)。它是英文carbon(碳)和corundum(剛玉)兩個詞復合構成的。事實上,參與反應的不是粘土里的氧化鋁,而是二氧化硅。1893年,艾奇遜獲得碳化硅生產專利權,使碳化硅稱為世界上最早商品化的人造磨料。當時只能制取黑色碳化硅,日產125克。它被人們譽為“研磨寶石”,每公斤價格高達1600美元。

      人造剛玉和碳化硅從19世紀被研制成功后,白剛玉和綠碳化硅到20世紀20年代也相繼出現,構成了人造普通磨料的基礎體系。從20年代至60年代是人造普通磨料高速發展時期。磨料工業與機械工業和鋼鐵工業的發展有密切的關系,隨著鋼鐵、汽年、機械制造工業的飛速發展,各種剛玉與碳化硅磨料相繼出現。品種日臻完善,構成了一個完整的人造普通磨料體系。相比之下,人造金剛石與立方氮化硼(簡稱CBN,在50年代才被研制成功,開始登上磨料的歷史舞臺。

      碳化硅

      從70年代至今天,剛玉和碳化硅表現出技術上的成熟、新品種出現態勢緩慢,但是在磨削領域它們仍是人造磨料的主體、被廣泛應用,其中較為突出的新產品有微晶燒結剛玉(Norton公司的商品牌號為SG)。在此期間,碳化硅和剛玉都開始向非磨削領域發展,如:耐火材料、鋼鐵和鑄鐵冶煉、電工硅碳棒和避雷器、工程陶瓷材料、金屬一一非金屬復合材料等領域,在非磨削用途上,剛玉和碳化硅的研究工作和產品開發都十分活躍,如高鋁剛玉。

      在21世紀,人造剛玉與碳化硅仍是應用最廣的磨料,占全部磨料的三分之二以上,它被廣泛地用于制造各種磨具,并在非磨削用途方面不斷發展。展望21世紀,人造磨料的發展方向是硬度和韌性,以滿足高速、重負荷和強力磨削的工藝要求,實現經濟、高效的磨削加工。磨料品種的發展結果是趨向專用,具備特效。人造金剛石和CBN的研究還將保持強勁的勢態。在磨削領域里,人造金剛石和CBN將繼續取代剛玉和碳化硅磨料。有人稱之為從AC到BD的進展過程。A指剛玉Alundum,C指碳化硅Carborundum,B指立方氮化硼Borazon(即cbic boron nitride),D指人造金剛石Diamond(即synthetic diamond)。但是在韌性上,普通磨料將發展高韌性剛玉磨料,仍會與超硬磨料并行使用。在非磨削用途中,普通磨料將會有迅猛的發展,并將成為其主要用途。

      人造磨料發展史上的重要年代見下表:

      人造磨料發展史上的重要年代
      年代 磨料名稱 備注 年代 磨料名稱 備注
      1891 黑碳化硅 研制成功 1953 人造金剛石 研制成功
      1897 棕剛玉 研制成功 1954 微晶剛玉 研制成功
      1910 白剛玉 研制成功 1957 立方氮化硼 研制成功
      1924 綠碳化硅 研制成功 1962 鉻剛玉 研制成功
      1934 碳化硼 開始生產 1962 燒結剛玉 研制成功
      1936 低鈦半脆性剛玉 開始生產 1963 鋯剛玉 研制成功
      1946 單晶剛玉 研制成功 1972 微晶燒結剛玉 研制成功

      本文標簽:磨料,剛玉,碳化硅,發展

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