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        关于磨料用途与深加工方面的分析和探讨

        作者:转载来源:磨商网 日期:2016年6月17日

        磨料是用于磨削加工和制做磨具的一种基础材料,普通磨料种类主要有刚玉和碳化硅两大类,由于生产方法所限碳化硅品种少,只有黑、绿碳化硅两个品种,也由于刚玉材料的生产方法优越,其可合成性范围宽阔,使得刚玉材料成为磨料的主要组成部分。诸多刚玉磨料的化学组构是由无机矿物材料所组成的,不同的刚玉磨料不仅有着不同的化学组元和特性,也有着不同的合成方法和不同用途。刚玉和碳化硅材料不仅是优质的磨料,同时也是冶金、钢铁、汽车、船舶、石油、机械、陶瓷、电子、化工、航空航天,以及木材、塑料、皮革加工等诸多工业的基础材料,有着广泛的应用领域,与诸多工业的发展紧密相连。故而我们应对磨料给予重新合理的定位,磨料是应用领域宽阔的无机基础材料,这就引伸出了磨料作为基础材料更大的应用市场,同时也预示了多个行业应用领域的合作与交融,这就需要行业研发者们回到新型材料这个大领域中,用更多更宽的理论基础知识和思维理念来面对和促进行业及自身企业的良性发展。 

         磨料及磨削加工的发展过程

          我国是世界四大文明古国之一,也是采用磨削加工方法的最古老的国家之一,早在十三世纪时即在元朝时候,中国人已开始用天然树胶将贝壳粉粘在羊皮纸上制成摩擦工具。随着工业的发展,原来简单的磨料磨具已满足不了发展的需要,于是人们就开始寻求硬度更高的物质来做磨料,在1840---1900年前后发现并找到了天然刚玉、黄宝石、天然金刚石等材料,1877年法国化学家弗雷米将纯氧化铝粉末、碳酸钾、氟化钡和少量重铬酸钾作原料,在坩埚中经高温熔融8天,获得小颗粒红宝石晶体,这是人造红宝石及刚玉的最初产品。1891年美国卡不伦登公司的E.G艾奇逊用电阻炉首次人工合成并发明SiC。1893年由美国发明制造了电熔刚玉,从此人类进入了采用人造磨料的新阶段。在1950年前后:国际上,英、法、美、德、意以及前苏联对人造磨料进行了普遍的研究,并进行了工业性生产。我国于1958年开始生产刚玉,一批具有影响力的重要项目及磨料磨具生产企业相继建成并投产。

        磨料的组成与用途 

          磨料具有诸多良好的化学和物理性能,所以磨料不仅是一种优质的磨琢材料,同时也是一种优质的无机基础材料而被被广泛的应用。就其磨料的用途而言,可分其为磨削与非磨削所用。  

          (一)磨料的组成与用途

          

          刚玉磨料的种类繁多,人们习惯上是根据矿物的组成或添加其它元素的种类以及自然色泽来进行分类和命名的,常用磨料的组成和性能简述:

          

          1、棕刚玉:

          

          棕刚玉磨料具有一定的硬度和韧性,具为较强的磨削能力,能承受很大的压力。具有耐高温、抗氧化、抗腐蚀及化学稳定性好等特点。适用于普通钢、高碳钢、合金钢,可用于硬质木材的加工;同时,棕刚玉还更广泛地用于冶金定型和不定型耐火材料领域,是使用最广泛用量最大的一种刚玉材料。

          

          2、白刚玉:

          

          白刚玉的质地纯净、具有较强的磨削力;同时也被冶金行业用作优质耐火材料。

          

          3、黑碳化硅:

          

          黑碳化硅比刚玉磨料脆,硬度高,其韧性也次于刚玉类磨料,用于加工非金属材料(木材、皮革、玻璃、陶瓷、石材等)和有色金属(铝、铜、铅等)等材料尤为适宜;黑碳化硅作为冶金用脱氧剂、非氧化环境高温材料以及电子和光学材料也被广泛使用。

          

          4、绿色碳化硅:

          

          绿色碳化硅适用于材料的精磨,如磨螺纹、磨量具等材料,更广泛的用于硬质合金和精密的磨削。

          

          5、微晶刚玉:

          

          微细结晶的刚玉比普通刚玉的机械强度要高。用微晶刚玉做成的磨具常用于粗磨铸钢、高韧性钛镍合金钢等难磨材料。

          

          6、铬刚玉:

          

          铬刚玉磨具常用于淬火钢、合金钢和螺纹钢的刃磨和仪器仪表零件的精密磨削。铬刚玉常用于生产固结磨具。

          

          7、锆刚玉磨料:

          

          按加入氧化锆的含量,锆刚玉有ZrO225% ,ZrO240%两种。前者用于涂附磨具,用其制作的砂带特别适用于加工不锈钢件、钛合金零件;后者用于树脂固结磨具,特别适用于高速重负荷状态下的强力切割磨削,目前国内所用锆刚玉产品,多以进口为主。

          

          8、复合磨料:

          

          是两种或多组元磨料非化学反应和高温熔融、按一定比例机械掺和在一起而制得的一种新型磨料,这种磨料是据被加工物件和特殊的要求来设计的,它不仅具有各单一磨料所固有的物理特性,同时还体现出了其它磨料复合的理化性能,使之这种经复合后的磨料具有独特或超强的磨削和切削性能。随着被加工物件难磨材料(合金材料、非金属及复合新材料)的不断出现,复合磨料的发展趋向也更加被重视。

          

          9、合金化磨料:

          

          这种磨料一般是根据被加工材料的特性要求,而特制设计和制作的一种合金化磨料(如锆刚玉是Al2O3——ZrO2二元合成,Al2O3——ZrO2一MgO三元合成)由于诸多金属氧化物材料在常态下有其稳定的理化性能,当配入适当添加剂,把经过提纯后的金属氧化物按设计比例,进行多组元原料均匀混合后,经高温烧结或熔融后复合而成,这种合金化磨料产品的均一性好,机械强度高,用其制作的磨具,是加工特种难磨材料有力的器具,国外发达国家在上世纪中期左右就开始合金化磨料的研发,已有较多的报道,这也是我们今后磨料研发的方向之一。

          

          (二)磨料的磨削用途

          

          刚玉磨料的品种是多元化的,由于其基质组元的不同,所体现出的物理性能也有着很大的差异,从而导致其用途也各不相同。刚玉磨料的主要应用领域一是经加工制粒后,不经定型直接用于磨琢或抛光等用途(抛光砂、抛光粉、固体填充料等),二是制做各种不同型号和规格的磨具,如:陶瓷固结磨具(砂轮、油石、模块、磨头、耐磨陶瓷、陶粒、异形磨具等)、树脂固结磨具(砂轮、切割片、磨头、模块、异形磨具及制品等)、涂附磨具(砂带、砂布、砂纸、耐磨器械表面陶瓷镀层)等。刚玉材料作为基质材料,用于磨削性能方面的刚玉约占其刚玉材料总用量的30%左右。

          

          (三)磨料的非磨用途

          

          就磨料的非磨用途而言,该应用领域较磨料有着更宽阔的空间,其用量也较磨料大的多。由于刚玉材料具有抗破碎能力强、强度高、耐磨性好、高温膨胀系数低、热稳定性好、防腐性能和化学稳定性优良等特性,其非磨应用领域宽阔,可大量用于高温耐火材料(刚玉段砂在冶金上用于定型和不定型耐火材料的骨料上)、工程陶瓷(将刚玉或碳化硅材料加工成粉体后,作为基础原料制的各类陶瓷制品等)、建材(多用于机场跑道、高速公路,楼梯踏步、阻燃墙体材料等)化工防腐(反应釜内衬、化工器具等)等方面。用于非磨削性能方面的刚玉约占其刚玉材料总用量的70%左右。 

        我国刚玉磨料的现状

          就我国刚玉材料及磨料磨具工业的现状和发展潜力方面,与世界先进国家相比差距是非常之大的。我们的差距主要表现在一是产品技术含量低,中高档产品稀缺,基本是最普通的初级产品;二是产品单一,结构简单,深加工程度差;三是研发能力差,企业后劲不足;四是磨料生产企业与模具制造企业通力协作程度不够,几乎是各不相干,无相互促进力;五是价格低廉,以卖资源为主,产品在国际上竞争力不强。在国际上,西方发达国家刚玉磨料磨具行业有着110多年的发展历史,而我国刚玉磨料磨具行业只有约60年的发展历程。改革开放前,我国刚玉年产能力不足10万吨;改革开放以后,随着世界经济与贸易的全球化,在参与世界产业分工格局中,我国刚玉制造业得到了快速发展,生产能力迅速提高。特别是二十世纪九十年代以后,我国刚玉行业发展更为迅速,一跃成为全球产能最大的国家,现我国刚玉材料的产能约在400万吨左右,我国是产能最大的国家,但不是刚玉材料或刚玉磨料及磨具生产与技术的强国,就其我国刚玉磨料及磨具的发展,与欧美发达国家相比仍有50多年的差距,尤其近十年的差距不是在缩小,而是进一步拉大。与近邻的日本和韩国技术实力相比我们也有很大的差距。就其造成差距的原因是多方面的,我们造成差距和落后的原因主要表现在:一是工业基础薄弱,与西方发达国家相比有50多年的历史差距;二是国策调控欠缺,作为民族工业的磨料磨具行业,原有计划经济时代的国有企业,受到市场经济的冲击后,由于其体制和机制的不适应,纷纷落伍、萧条或退出市场舞台,而此时由于地方区域经济的畸形发展,国家宏观调控不力,造成资源性产能过剩及重复建设快速膨胀,形成目前外卖资源式的格局;三是企业只注重微薄的产能利润,靠相互压价恶性竞争,影响了行业的正常发展秩序;四是专业人才流失,缺乏研发团队,当国有磨料磨具骨干企业走向衰落后,原有大批的技术精英和技术骨干人才多向流失,这是我国磨料磨具民族工业的巨大损失;五是企业科研与技术投入严重不足,是企业无发展潜力和后劲的关键所在;六是行业约束无力,在国家对行业协会无实质性受权的状况下,企业各自为阵,行业处于离心状态,形不成有利于行业发展的向心合力;七是行业内企业间自我封闭,创新能力不强,不仅对外不求先进技术的引进、不求高技术力量的引进和培养,只注重卑劣的挖墙脚式的“拿来主义”,影响了行业的进步与有序发展。

          

         

        所属类别: 行业动态

        碳化硅、绿碳化硅、研磨