Абразивный материал и способ его получения

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 ч мв

Вяя

\як

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

1 (21) 3978938/08 (22) 10,11.85 (46) 15.02.92. 6еп. М 6 (71) Ленинградское научно-производственное объединение по абразивам и шлифованию "ВНИИАШ" (72) И,П.Васильев, И,Ç,Певзнер, Т.П.Никитина, Ю.M.Êîâàëü÷óê,. В.В.Ларионовае

А.Н.Волохонский, ВЛ.Луканин и М.Г.Эфрос (53) 921.922.079 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 660386, кл. С 09 К 3/14, 1977. (54) АБРАЗИВНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ .ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к производству абразивного материала. Изобретение позволяет повысить прочность агрегатных зерен электрокорунда и увеличить их выход. путем получения абразивных зерен на осноИзобретение относится к производству абразивных материалов, властности к получению электрокррундов на основе а -окиси алюминия.

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

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 грани,, Ж„, 1712387А1

s С 09 К 3/14, В 24 D 3/00 ве 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 выби- рают равной (10 "-5) .10 град/мин. Соотношение компонентов смеси берут следующее, мас. g>. минерал 1,5-7,5, окись алюминия остальное. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

° еевмм . цам кристаллов, имеющих размер в поперечнике 5-350 мкм.

Получаемый положительный эффект — 4 увеличение выхода агрегатных зерен объяс- 0 няется тем, что при введении я материал МВ прослоек шпинели и/или стекле, рвсполоменных нв расстоянии 5 — 350 мкм! получеемые 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 распределе-. ния по объему абразивного зерна. При этом

1712387

20

50 кристаллы а -окиси алюминия, составляющие основу абразивного зерна. оказываются как бы армированными тонкими прослойками. более пластичной фазы (стеклом и/или шпинелью), Однородное распределение . прослоек обеспечивает равномерное распределение нагрузки, ис-пытываемой абразивным зерном, по его объему. В результате прочность создаваемой конструкции абразивного зерна в частицах размерами 1250 †16 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 на пряжей ий, 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. 8 результате в получаемом абразивном материале возникают значительные термические напряжения, приводящие к его разрушению.

Как показали проведенные исследования, стекло и шпинель, составляющие осно-. ву 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.

Пример 1. Готовят смесь из 98,5 окиси алюминия и 1,5 магнезиальной шпинели, которую расплавляют в дуговой электропечи при 2100 С. ПрИ 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

2100-2000 С осуществляют со скоростью

10 -5 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, напрймер 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.

Пример 2. Готовят смесь из 94 окиси алюминия и 67 стекла кордиеритового либо анортитового состава, которую расплавляют в дуговой электропечи при 2100 С. При этом происходит растворение и однородное распределение стекла в расплаве окиси алюминия. Кристаллизацию расплава, переработку материала и его испытание осуществляют аналогично примеру 1.

Пример 3, Готовят смесь из 92,5 окиси алюминия, 1,5 магнезиальной шпинели и

6 Д стекла, которую расплавляют в дуговой электропечи при 2100 С. Остальное, как в примере 1.

Пример 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 Д 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 предлагаемого абразивного материала и прототипа приведены в таблице.

Анализ результатов сравнительных испытаний показывает. что абразивное зерно, 1712387 получаемое из предлагаемого абразивного материала, практически нацело состоит из агрегатов, а их прочность в 3-5 раэ больше по сравнению с агрегатными зернами, пол- учаемыми иэ материала прототипа. При 5 этом выход агрегатных зерен увеличивается более, чем в 3 раза. речным 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 иэ окисц 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. :

Минерал 1,5-7,5

Окись алюминия Остальное при этом охлаждение расплава с температурой его поаеаеииа 2100 С до температуры 2000еr2 осуществляют со скоростью 10 -.5 10 град/мин.

3. Способ по и, 2, отличающийся тем, что в качестве добавок, образующих прослойки, в смесь вводят оксиды магния и кремния.

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 15 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 с попе- 20

Выход агрегатных зерен. ф .

Прочность агрегатных зерен. Н

Расстояние мех ду прослойками, MKM

Размер прослоек сопутствующттх мине алов. мкм

Основные минералы, слагающие абразивный материал .

Пример. hb а- окись алюминия+шпинель а - окись алюминия+стекло а - окись алюминия+стекло+шпинель а - окись алюминия+аысокоглиноземистый алюминат натрия (Йзз

11Al20g и отип зо

60.80

450-800

60-200

Составитель Н.Балашова

Техред М.Моргентал Корректор M.Äåì÷èê

Редактор Ю.Середа

Заказ 509 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва„Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

1 г з

5

7

9

1О

11

12

1З

14 15

0,3-0,6

З.О-5,Î

10-20

25-40

0.1-0,2

0,3-0,6 — 3.0-5,0

10-20

25-40

О,1-О,2

0.3-0,6

4.0-7,0 .

10-го

25-40

0.1-0,г

5-1O

40-90

280 350

400-600

3-5

5-10

40-90 .

280-350 400-600

3-5

5-10

35-80

250-340

450-700

Э-7

18О

27О

24О

7О

19О

130

10О

1.00

1ОО 100

10О