刚玉冷却介质、相关制备方法和应用的制作方法
专利名称：刚玉冷却介质、相关制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及磨料增韧技术领域，特别涉及刚玉增韧技术领域，具体是指一种刚玉冷却介质、相关制备方法和应用。
背景技术：
刚玉的韧性对磨料的磨削性能有很重要的影响，目前的磨料增韧方法除了化学组成外，还有快速冷却法以减小晶体尺寸，目前流行的刚玉快速冷却方法有钢球冷却法和钢辊冷却法2种。钢球冷却法选取的钢一般是碳钢，导热系数较小，冷却速度慢，故冷却效果一般，刚玉的晶体尺寸较大，比如国产的锆刚玉AZ-25和AZ-40都在30微米左右，进口的一般也不小于12微米。而钢辊冷却法利用中空钢辊内通冷水冷却.辊的尺寸有限且为了冷却效果辊壁很薄，这样如果用倾倒炉大量倾倒2000度左右的刚玉熔液时来不及散热，会将辊壁熔化，刚玉溶液直接接触水产生大量水蒸气而产生大爆炸，故钢辊法冷却时只能用流放炉缓慢放料冷却.而流放炉设备复杂，投资很大，不适合中小规模厂家生产。因此，为了克服上述钢球法和钢辊法的缺陷，需要提供一种刚玉冷却方法，其冷却快速，无安全隐患，投资较小且成本合理，所得刚玉产品的晶体尺寸小且生产费用无明显增长。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种刚玉冷却介质、相关制备方法和应用，采用该刚玉冷却介质冷却刚玉，冷却快速，无安全隐患，投资较小且成本合理，所得刚玉产品的晶体尺寸小且生产费用无明显增长，适于大规模推广应用。为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供了一种刚玉冷却介质，其特点是，所述刚玉冷却介质是碳化硅球、碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材。在本发明的第二方面，提供了一种碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材的制备方法，其特点是，将石墨布层叠在模具中并浇注碳化硅熔液或将短切石墨纤维加入模具并浇入碳化硅熔液从而制成碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材。在本发明的第三方面，提供了一种碳化硅球、碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材在刚玉冷却中作为刚玉冷却介质的应用。在本发明的第四方面，提供了一种刚玉快速冷却方法，其特点是，首先熔化刚玉形成刚玉熔体，然后采用上述的刚玉冷却介质冷却所述刚玉熔体。较佳的，所述刚玉熔体倾倒在所述刚玉冷却介质中实现冷却。较佳的，所述刚玉是氧化铝刚玉或氧化锆刚玉。在本发明的第五方面，提供了一种刚玉磨料，其特点是，采用上述的刚玉快速冷却方法制成。在本发明的第六方面，提供了一种磨具，其特点是，所述磨具是采用根据权利要求7所述的刚玉磨料制成的涂附磨具或固结磨具。本发明的有益效果具体在于I、本发明的刚玉冷却介质是碳化硅球、碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材，所述刚玉冷却介 质的导热系数比碳钢大2倍以上，从而采用该刚玉冷却介质冷却刚玉，冷却快速，无安全隐患，投资较小且成本合理，所得刚玉产品的晶体尺寸小且生产费用无明显增长，适于大规模推广应用。
具体实施例方式为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。实施例I :将60公斤氧化铝，40公斤氧化锆在单相直流电弧炉中熔化，电压约70伏特，电流约1500安培。完全熔化后于1950度左右倾倒在碳化硅球中，所得锆刚玉晶体尺寸约13微米，晶界厚度小于300纳米，不过大约60%的碳化硅球都已破裂，无法再次使用，生产费用闻昂。实施例2:将60公斤氧化铝，40公斤氧化锆在电弧炉中熔化，电压约70伏特，电流约1500安培。完全熔化后于2000度左右倾倒在碳纤维增强碳化硅球中，所得锆刚玉晶体尺寸约12微米，晶界厚度小于300纳米，所有的碳纤维增强碳化硅球均无破裂，可重复使用30次以上。实施例3:将100公斤氧化铝，适量氧化镁，氧化硅和氧化钛(总计小于3公斤)在电弧炉中熔化，电压约70伏特，电流约1500安培。完全熔化后于2200度左右倾倒在石墨纤维增强碳化硅板材中，所得刚玉尺寸约80微米，所有石墨的纤维增强碳化硅板材均无破裂，可重复使用30次以上。钢球冷却法冷却效果一般，晶体尺寸大，主要是因为碳钢的导热系数小，一般48W/mK热传导速率低。如果选用导热系数大的冷却材料，可以快速冷却刚玉熔体阻止晶体长大，从而提高刚玉磨料的韧性。从材料的导热系数表可以看出，金刚石是导热系数最高，达2300 W/mK,比碳钢高48倍左右，但金刚石昂贵的价格使其无法在工业中应用，同理金银等材料也无法使用。铜铝价格虽合适，导热系数也高达200-400 W/mK,但铜铝熔点低，遇到2000度的刚玉熔体有可能瞬间熔化甚至气化,也不适合做冷却介质。但如果查非金属材料的导热系数，如磨料中常用的碳化硅，发现其导热系数约83. 6 W/mK，远比碳钢高，且碳化硅的熔点也高于刚玉熔体的熔点做冷却介质时不会熔化。所以用碳化硅材料做冷却介质冷却速度快，可以得到晶体尺寸较小的刚玉磨料。但在实际生产过程中发明人发现碳化硅较脆，遇到冷热冲击时容易破碎，所以普通碳化硅做冷却介质只能I次性使用，刚玉生产成本远大于市面所售锆刚玉磨料的销售价格。为了多次使用碳化硅冷却介质，发明人利用高分子复合材料的原理，将碳化硅和碳纤维制成碳化娃复合材料，以碳纤维或石墨纤维增强碳化娃来提高其抗冷热冲击不开裂破碎。实验结果证明此新型材料可以重复使用，重复使用次数大于30次，且冷却速度比碳钢快，晶体尺寸小。
利用碳纤维或石墨纤维增强碳化硅复合材料冷却介质来冷却棕刚玉或者锆刚玉熔体，可得到晶体尺寸小于12微米的锆刚玉磨料，可全部替代进口锆刚玉磨料，节省国家外汇资源并提高国内行业的国际竞争力。综上，本发明的刚玉冷却介质冷却刚玉，冷却快速，无安全隐患，投资较小且成本合理，所得刚玉产品的晶体尺寸小且生产费用无明显增长，适于大规模推广应用。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书应被认为是说明性的而非限制性的。
权利要求
1.一种刚玉冷却介质，其特征在于，所述刚玉冷却介质是碳化硅球、碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材。
2.一种碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材的制备方法，其特征在于，将石墨布层叠在模具中并浇注碳化硅熔液或将短切石墨纤维加入模具并浇入碳化硅熔液从而制成碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材。
3.碳化硅球、碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材在刚玉冷却中作为刚玉冷却介质的应用。
4.一种刚玉快速冷却方法，其特征在于，首先熔化刚玉形成刚玉熔体，然后采用根据权利要求I所述的刚玉冷却介质冷却所述刚玉熔体。
5.根据权利要求4所述的刚玉快速冷却方法，其特征在于，所述刚玉熔体倾倒在所述 刚玉冷却介质中实现冷却。
6.根据权利要求4所述的刚玉快速冷却方法，其特征在于，所述刚玉是氧化铝刚玉或氧化锆刚玉。
7.一种刚玉磨料，其特征在于，采用根据权利要求4-6任一所述的刚玉快速冷却方法制成。
8.一种磨具，其特征在于，所述磨具是采用根据权利要求7所述的刚玉磨料制成的涂附磨具或固结磨具。
全文摘要
本发明涉及一种刚玉冷却介质，是碳化硅球、碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材。还提供了碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材的制备方法，碳化硅球、碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材在刚玉冷却中作为刚玉冷却介质的应用，刚玉快速冷却方法，得到的刚玉磨料，以及由此制成的磨具。本发明采用该刚玉冷却介质冷却刚玉，冷却快速，无安全隐患，投资较小且成本合理，所得刚玉产品的晶体尺寸小且生产费用无明显增长，适于大规模推广应用。
文档编号C09K5/14GK102746014SQ20121023788
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月10日 优先权日2012年7月10日
发明者牛耀武, 王胜国 申请人:牛耀武, 王胜国
技术领域：
本发明涉及磨料增韧技术领域，特别涉及刚玉增韧技术领域，具体是指一种刚玉冷却介质、相关制备方法和应用。
背景技术：
刚玉的韧性对磨料的磨削性能有很重要的影响，目前的磨料增韧方法除了化学组成外，还有快速冷却法以减小晶体尺寸，目前流行的刚玉快速冷却方法有钢球冷却法和钢辊冷却法2种。钢球冷却法选取的钢一般是碳钢，导热系数较小，冷却速度慢，故冷却效果一般，刚玉的晶体尺寸较大，比如国产的锆刚玉AZ-25和AZ-40都在30微米左右，进口的一般也不小于12微米。而钢辊冷却法利用中空钢辊内通冷水冷却.辊的尺寸有限且为了冷却效果辊壁很薄，这样如果用倾倒炉大量倾倒2000度左右的刚玉熔液时来不及散热，会将辊壁熔化，刚玉溶液直接接触水产生大量水蒸气而产生大爆炸，故钢辊法冷却时只能用流放炉缓慢放料冷却.而流放炉设备复杂，投资很大，不适合中小规模厂家生产。因此，为了克服上述钢球法和钢辊法的缺陷，需要提供一种刚玉冷却方法，其冷却快速，无安全隐患，投资较小且成本合理，所得刚玉产品的晶体尺寸小且生产费用无明显增长。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种刚玉冷却介质、相关制备方法和应用，采用该刚玉冷却介质冷却刚玉，冷却快速，无安全隐患，投资较小且成本合理，所得刚玉产品的晶体尺寸小且生产费用无明显增长，适于大规模推广应用。为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供了一种刚玉冷却介质，其特点是，所述刚玉冷却介质是碳化硅球、碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材。在本发明的第二方面，提供了一种碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材的制备方法，其特点是，将石墨布层叠在模具中并浇注碳化硅熔液或将短切石墨纤维加入模具并浇入碳化硅熔液从而制成碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材。在本发明的第三方面，提供了一种碳化硅球、碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材在刚玉冷却中作为刚玉冷却介质的应用。在本发明的第四方面，提供了一种刚玉快速冷却方法，其特点是，首先熔化刚玉形成刚玉熔体，然后采用上述的刚玉冷却介质冷却所述刚玉熔体。较佳的，所述刚玉熔体倾倒在所述刚玉冷却介质中实现冷却。较佳的，所述刚玉是氧化铝刚玉或氧化锆刚玉。在本发明的第五方面，提供了一种刚玉磨料，其特点是，采用上述的刚玉快速冷却方法制成。在本发明的第六方面，提供了一种磨具，其特点是，所述磨具是采用根据权利要求7所述的刚玉磨料制成的涂附磨具或固结磨具。本发明的有益效果具体在于I、本发明的刚玉冷却介质是碳化硅球、碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材，所述刚玉冷却介 质的导热系数比碳钢大2倍以上，从而采用该刚玉冷却介质冷却刚玉，冷却快速，无安全隐患，投资较小且成本合理，所得刚玉产品的晶体尺寸小且生产费用无明显增长，适于大规模推广应用。
具体实施例方式为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。实施例I :将60公斤氧化铝，40公斤氧化锆在单相直流电弧炉中熔化，电压约70伏特，电流约1500安培。完全熔化后于1950度左右倾倒在碳化硅球中，所得锆刚玉晶体尺寸约13微米，晶界厚度小于300纳米，不过大约60%的碳化硅球都已破裂，无法再次使用，生产费用闻昂。实施例2:将60公斤氧化铝，40公斤氧化锆在电弧炉中熔化，电压约70伏特，电流约1500安培。完全熔化后于2000度左右倾倒在碳纤维增强碳化硅球中，所得锆刚玉晶体尺寸约12微米，晶界厚度小于300纳米，所有的碳纤维增强碳化硅球均无破裂，可重复使用30次以上。实施例3:将100公斤氧化铝，适量氧化镁，氧化硅和氧化钛(总计小于3公斤)在电弧炉中熔化，电压约70伏特，电流约1500安培。完全熔化后于2200度左右倾倒在石墨纤维增强碳化硅板材中，所得刚玉尺寸约80微米，所有石墨的纤维增强碳化硅板材均无破裂，可重复使用30次以上。钢球冷却法冷却效果一般，晶体尺寸大，主要是因为碳钢的导热系数小，一般48W/mK热传导速率低。如果选用导热系数大的冷却材料，可以快速冷却刚玉熔体阻止晶体长大，从而提高刚玉磨料的韧性。从材料的导热系数表可以看出，金刚石是导热系数最高，达2300 W/mK,比碳钢高48倍左右，但金刚石昂贵的价格使其无法在工业中应用，同理金银等材料也无法使用。铜铝价格虽合适，导热系数也高达200-400 W/mK,但铜铝熔点低，遇到2000度的刚玉熔体有可能瞬间熔化甚至气化,也不适合做冷却介质。但如果查非金属材料的导热系数，如磨料中常用的碳化硅，发现其导热系数约83. 6 W/mK，远比碳钢高，且碳化硅的熔点也高于刚玉熔体的熔点做冷却介质时不会熔化。所以用碳化硅材料做冷却介质冷却速度快，可以得到晶体尺寸较小的刚玉磨料。但在实际生产过程中发明人发现碳化硅较脆，遇到冷热冲击时容易破碎，所以普通碳化硅做冷却介质只能I次性使用，刚玉生产成本远大于市面所售锆刚玉磨料的销售价格。为了多次使用碳化硅冷却介质，发明人利用高分子复合材料的原理，将碳化硅和碳纤维制成碳化娃复合材料，以碳纤维或石墨纤维增强碳化娃来提高其抗冷热冲击不开裂破碎。实验结果证明此新型材料可以重复使用，重复使用次数大于30次，且冷却速度比碳钢快，晶体尺寸小。
利用碳纤维或石墨纤维增强碳化硅复合材料冷却介质来冷却棕刚玉或者锆刚玉熔体，可得到晶体尺寸小于12微米的锆刚玉磨料，可全部替代进口锆刚玉磨料，节省国家外汇资源并提高国内行业的国际竞争力。综上，本发明的刚玉冷却介质冷却刚玉，冷却快速，无安全隐患，投资较小且成本合理，所得刚玉产品的晶体尺寸小且生产费用无明显增长，适于大规模推广应用。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书应被认为是说明性的而非限制性的。
权利要求
1.一种刚玉冷却介质，其特征在于，所述刚玉冷却介质是碳化硅球、碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材。
2.一种碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材的制备方法，其特征在于，将石墨布层叠在模具中并浇注碳化硅熔液或将短切石墨纤维加入模具并浇入碳化硅熔液从而制成碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材。
3.碳化硅球、碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材在刚玉冷却中作为刚玉冷却介质的应用。
4.一种刚玉快速冷却方法，其特征在于，首先熔化刚玉形成刚玉熔体，然后采用根据权利要求I所述的刚玉冷却介质冷却所述刚玉熔体。
5.根据权利要求4所述的刚玉快速冷却方法，其特征在于，所述刚玉熔体倾倒在所述 刚玉冷却介质中实现冷却。
6.根据权利要求4所述的刚玉快速冷却方法，其特征在于，所述刚玉是氧化铝刚玉或氧化锆刚玉。
7.一种刚玉磨料，其特征在于，采用根据权利要求4-6任一所述的刚玉快速冷却方法制成。
8.一种磨具，其特征在于，所述磨具是采用根据权利要求7所述的刚玉磨料制成的涂附磨具或固结磨具。
全文摘要
本发明涉及一种刚玉冷却介质，是碳化硅球、碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材。还提供了碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材的制备方法，碳化硅球、碳纤维增强碳化硅球或石墨纤维增强碳化硅板材在刚玉冷却中作为刚玉冷却介质的应用，刚玉快速冷却方法，得到的刚玉磨料，以及由此制成的磨具。本发明采用该刚玉冷却介质冷却刚玉，冷却快速，无安全隐患，投资较小且成本合理，所得刚玉产品的晶体尺寸小且生产费用无明显增长，适于大规模推广应用。
文档编号C09K5/14GK102746014SQ20121023788
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月10日 优先权日2012年7月10日
发明者牛耀武, 王胜国 申请人:牛耀武, 王胜国
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