Абразивный материал и способ его получения Советский патент 1992 года по МПК C09K3/14 B24D3/00 

Изобретение относится к производству абразивных материалов, властности к получению электрокорундов на основе а-окиси алюминия.

Цель изобретения - повышение прочности агрегатных зерен и увеличение их выхода, за счет создания между кристаллами, образующими агрегаты пластичных армирующих прослоек.

. I

Абразивный материал представляет собой агрегатное зерно, состоящее из кристаллов окиси алюминия и прослоек минералов шпинели и/или анортитового или кордиеритового стекла толщиной 0,320 мкм. Прослойки расположены по границам кристаллов, имеющих размер в поперечнике 5-350 мкм.

Получаемый положительный зффект увеличение выхода агрегатных зерен объясняется тем, что при введении в материал прослоек шпинели и/или стекла, расположенных на расстоянии 5-350 мкм, получаемые абразивные зерна практически нацело представлены агрегатами. При расстоянии между прослойками более 350 мкм количество агрегатных зерен существенно снижается.

Высокая прочность агрегатных зерен обусловлена оптимальными размерами прослоек и однородностью их распределения по обьему абразивного зерна. При зтом

кристаллы а-окиси алюминия, составляющие основу абразивного зерна, оказываются как бл армированными тонкими прослойками более пластичной фазы (стеклом и/или шпинелью), Однородное распределение прослоек обеспечивает равномерное распределение нагрузки, испытываемой абразивным зерном, по его объему. В результате прочность создаваемой конструкции абразивного зерна в частицах размерами 1250-1600 мкм существенно возрастает и составляет 160320 Н против 60-80 Н у агрегатных зерен материала прототипа.

При значениях толщины прослоек, больших чем 20 мкм, прочность абразивных зерен снижается. Это обусловлено тем, что прослойки менее прочной, чем а-окись алюминия, фазы, локализуясь в виде крупных включений, становятся концентраторами напряжений, способствующими возникновению и распространению трещин в зерне.

Минимальные значения размеров прослоек и расстояний между ними регламентированы тем, что дальнейшее их уменьшение связано с необходимостью существенной интенсификации охлаждения материала. В результате в получаемом абразивном материале возникают значительные термические напряжения, приводящие к его разрушению.

Как показали проведенные исследования, стекло и шпинель, составляющие основу прослоек в предлагаемом материале, термически устойчивы и практически не изменяют прочности абразивных зерен после термообработки при 1250°С, что особо важ- но для, абразивного материала, используемого для производства инструмента на керамических связках, поскольку изготовление последнего предусматривает термическую обработку при 1250 ±50°С.

Абразивный материал получают следующим образом.

П р и м е р 1. Готовят смесь из 98,5 окиси алюминия и 1,5% магнезиальной шпинели, которую расплавляют в дуговой электропечи при 21 00°С. ripit этом происходит растворение и однородное распределение шпинели в расплаве окиси алюминия. Полученный расплав сливают в металлический кристаллизатор, где он кристаллизуется в виде слитков заданной (толщины) высоты. Кристаллизацию в интервале температур 2t00 2000°C осуществляют со скоростью -10 град/мин. Первоначально начинается кристаллизация а-окиси алюминия, а шпинель кристаллизуется между кристаллами а -окиси алюминия, образуя равномерно распределенные тонкие прослойки. При высоте слитка 300-400 мм получаемые прослойки имеют толщину 20 мкм.и расположены на расстоянии 300-350 мкм. При высоте слитка 1 мм получаются прослойки толщиной 0,3 мкм.с расстоянием между ними 5 мкм.

Закристаллизованный материал охлаждают до известной температуры и передают на переработку, осуществляемую известными способами, например дроблением, измельчением и рассевом на виброситах. Полученный материал в зернах размером 1250-1600 мкм испытывали на прочность путем разрушения 100 зерен между твердосплавными пластинками.. Абразивные зерна также анализировались на содержание агрегатных зерен с помощью

бинокулярного стереоскопического микроскопа МБС-9.

П р и м е р 2. Готовят смесь из 94 окиси алюминия и 6% стекла кордиеритового либо анортитового состава, которую расплавляют в дуговой электропечи при 2100°С. При этом происходит растворение и однородное распределение стекла в расплаве окиси алнЬминия. Кристаллизацию расплава, переработку материала и его испытание осуществляют аналогично примеру 1.

Приме рЗ. Готовят смесь из 92,5 окиси алюминия, 1,5 магнезиальной шпинели и 6% стекла, которую расплавляют в дуговой электропечи при 2100°С. Остальное, как в

примере 1.

П р и м е р 4. Готовят смесь из 98,5 окиси алюминия и 0,5% окиси магния, которую расплавляют в дуговой электропечи при 2100°С. В полученный расплав перед его

сливом дополнительно вводят 1,5% двуокиси кремния. При этом происходит растворение добавляемых окисей в глиноземистом расплаве и однородное их распределение. Полученный расплав сливают в металлический кристаллизатор. При этом начинается кристаллизация а-окиси алюминия, а образующиеся шпинель и стекло кристаллизуются между кристаллами а-окиси алюминия образуя равномерно распределенные тонкие прослойки. Остальное, как в примере 1. Соотношение исходных компонентов и режимы охлаждения выбраны таким образом, чтобы получить абразивный материал с требуемыми прослойками.

Результаты сравнительных испытаний предлагаемогр абразивного материала и прототипа приведены в таблице..

Анализ результатов сравнительных испытаний показывает, что абразивное зерно.

получаемое из предлагаемого абразивного материала, практически нацело состоит из агрегатов, а иЯ прочность в 3-5 раз больше по сравнению с агрегатными зернами, получаемыми из материала прототипа. При этом выход агрегатных зерен увеличивается более, чем в 3 раза.

Формула изобретения

1. Абразивный материал, содержащий агрегаты кристаллов а-окиси алюминия и добавки, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности агрегатных зерен и увеличения их выхода, материал в качестве добавок содержит минерал, выбранный из группы шпинели, анортитового и кордиеритового стекла, либо их смесь в виде прослоек, распЬложенных по границам кристаллов а -окиси алюминия поперечным размером 5-350 мкм, при этом тол- щина прослоек равна 0,3-20,0 мкм.

2.Способ получения абразивного мате- риала, при котором готовят смесь из окиси алюминия и добавок, смесь расплавляют и охлаждают, отличающийся тем, что, в качестве добавок в смесь вводят минерал из группы шпинели, кордиеритового и анортитового стекла либо их смесь при соотношении компонентов, мас.%;

0

Минерал1,5-7,5

Окись алюминия Остальное п ри этом охлаждение расплава с температурой его плавления 2100°С до температуры 2000°С осуществляют со скоростью 10 -510

5 град/мин,

3.Способ по п. 2, о т ли ч а ю щ и и с я тем, что в качестве добавок, образующих прослойки, в смесь вводят оксиды магния и

0 кремния.

Изобретение относится к производству абразивного материала. Изобретение позволяет повысить прочность агрегатных зерен злектрокорунда и увеличить их выход путем получения абразивных зерен на основе а-окиси алюминия, содержащих равномерно распределенные прослойки минералов, например шпинели и/или стекла толщиной 0,3-20 мкм, расстояние между корнями 5-350 мкм. Для получения агрегатных зерен высокой прочности в глиноземистый расплав вводят стекло и/или шпинель, полученную смесь охлаждают, обеспечивая заданную структуру материала. В глиноземистый расплав могут быть введены оксиды магния и кремния, образующие при кристаллизации шпинель и/или стекло. Скорость охлаждения температуры расплавления смеси 2100°С до температуры 2000°С выбирают равной (10'^-5) '10^ град/мин. Соотношение компонентов смеси берут следующее, мас.%: минерал 1,5-7,5, окись алюминия остальное. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 табл.уfe