人造磨料的发展和展望

在应用天然磨料的漫长历史中,人类逐渐认识到几乎所有的天然磨料都含有结晶氧化铝,并且起磨削作用的正是结晶氧化铝,基于这种认识,开始时人们设法将含氧化铝的物质熔融制成磨料,其磨削效果优于天然磨料,1893年法国人,1894年德国人分别获得熔融刚砂的专利权, 1895年法国人对他的原专利加以修改,采用矾土代替原来所用的刚砂作原料.但是,首先研制出磨料级氧化铝晶体的是美国人雅可布(C. B. Jacobs),到1901年由于金斯(A. C. Higgins)熔妒的创立,人造刚玉发展为工业化大规模生产,人造刚玉磨料生产的进一步发展是通过在原料中加入铁屑,用物理方法除掉刚玉熔液中悬浮的金属杂质,然而,这个方法的发明目的是用矾土生产纯氧化铝而不是刚玉磨料,从人造刚玉开始生产之后,又出现了刚玉产品的许多品种。各种产品的主要区别是氧化铝的含量,杂质的种类及其含量和熔块冷却速度所致的结晶尺寸不同。

碳化硅没有天然的,人造碳化硅是19世纪末研究成的。特别应提到的是美国人艾奇逊, (E. G. Acheson),他采用含氧化铝的粘土,配上焦炭,对该混合物通以强大的电流,直到中心的粘土熔化,冷却后,他在电极的端部和混合物料中发现了明亮闪光的坚硬物质,艾奇逊多次重复这一试验,并且把这些坚硬物质收集起来试验它的磨削性能,结果竟能磨损他的-------金刚石戒指。当时艾奇逊认为所发现的物质是碳和刚玉的化合物,所以将这种物质取名为 .“卡普伦登"(carborundum),它是英文carbon (碳)和corundum (刚玉)两个词复合构成的. 事实上,参与反应的不是粘土里的氧化铝,而是二氧化硅。1893年,艾奇逊获得碳化硅生产专利权,使碳化硅成为世界上最早商品化的人造磨料。当时只能制取黑色碳化硅.H产125克。它被人们誉为“研磨宝石”,每公斤价格高达1600美元。

人造刚玉和碳化硅从19世纪被研制成功后,白刚玉和绿碳化硅到20世纪20年代也相继出现,构成了人造普通磨料的基础体系。从20年代至60年代是人造普通磨料高速发展,时期。磨料工业与机械工业和钢铁工业的发展有密切的关系,随着钢铁、汽车、机械制造工业的飞速发展,各种刚玉与碳化硅磨料相继出现,品种日臻完备,构成了一个完整的人造普通,磨料体系。相比之下,人造金刚石与立方氮化硼(简称CBN)在50年代才被研制成功,开始登上磨料的历史舞台。

从70年代至今天,刚玉和碳化硅表现出技术上的成熟、新品种出现态势缓慢,但是在磨削领域它们仍被广泛应用,其中较为突出的新产品有微品烧结刚玉 (Norton公司的商品牌号为SG),在此期间,碳化硅和刚玉都开始向非磨削领域发展,如:耐火材料、钢铁和铸铁冶炼、电工硅碳棒和避雷器、工程陶瓷材料、金属-非金属复合材料等领域。在非磨削用途上,刚玉研究工作和产品开发都十升活跃,如高铝刚玉。

在21世纪,人造刚玉与碳化硅仍是应用最广的磨料,占全部磨料的三分之一以上,它被广泛地用于制造各种磨具,并在非磨削用途方面不断发展,展望21世纪,人造磨料的发展方向是硬度和韧性,以满足高速、重负荷和强力磨削的工艺要求,实现经济、高效的磨削加工。磨料品种的发展结果是趋向专用,具备特效,人造金刚石和CBN的研究还将保持强劲的势态。在磨削领域里,人造金刚石和CBN将继续取代刚玉和碳化硅磨料,有人称之为从AC到 BD的进展过程。A指刚玉Alundum, C指碳化硅Carborundum. B指立方氮化硼Borazon (即cubic boron nitride) ,D指人造金刚石Diamond (即synthetic diamond) 。但是在韧性上,普通磨料将发展高韧性刚玉磨料,仍会与超硬磨料并行使用。在非磨削用途中,普通磨料将会有迅猛的发展,并将成为其主要用途。