Абразивный материал и способ его получения

(19 24030 09 КЗ 51) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТ ТИ оизводству ости к полвеа-окиси ние прочноие их выхоисталаэми, ых армирувляет соиз крирослоек титового ной 0,3- о грани(21) 3978938/08(71) Ленинградское научно-производственное объединение по абразивам и шлифова-.нию "ВНИИАШ"(56) Авторское свидетельство СССРВ 660386, кл. С 09 К 3/14, 1977,(57) Изобретение относится к производствуабразивного материала. Изобретение позволяет повысить прочность агрегатных зерен электрокорунда и увеличить их выход.путем получения абразивных зерен на осноИзобретение относится к пр абразивных материалов, в цастн учению электрокррундов на осно алюминия. Цель изобретения - повыше сти агрегатйых зерен и увеличен да, за счет создания между кр образующими агрегаты пластичн ющих прослоек, Абразивный материал предста бой агрегатное зерно,.состоящее сталлов окиси алюминия и и минералов шпинели и/или анор или кордиеритового стекла толщи 20 мкм, Прослойки расположены и 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.ф: минерал 1,5-7,5, окись алюминия остальное. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 табл.ефйЬ цам кристаллов, имеющих размер в поперечнике 5-350 мкм.Получаемый положительный эффект - увеличение выхода агрегатных зерен объяс- Оф няется тем, что при введении в материал 3 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 объему абразивного зерна. При этом10 20 30 35 40 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 - 1600 мкм существенно возрастает и составляет 160- 320 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. 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 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 градУмин. 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,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 окисиалюминия. Кристаллизацию расплава, переработку материала и его испытание осуществляют аналогично примеру 1. П р и м е р 3, Готовят смесь из 92,5 окиси алюминия, 1,5 магнезиальной шпинели и боо стекла, которую расплавляют в дуговой электропечи при 2100 С. Остальное, как в примере 1,П р и ме 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 ОД 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 обра зом, чтобы получить абразивный материал стребуемыми 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 а)регатными 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, в качестве добавок в смесь вводят минерал из группы шпинели, кордиеритового и анортитового стекла либо их смесь при соотношении компонентов, мас.%;Минерал 1,5-7,5Окись алюминия Остальное при этом охлаждение расплава с температурой его поаеаеииа 2100 еС до темпеРатУРы 2000 Я осуществляют со скоростью 10 -.5 10 град/мин,3. Способ по и, 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве добавок, образующих прослойки, в смесь вводят оксиды магния и кремния. формула изобретения 101, Абразивный материал, содержащий агрегаты кристаллов а-окиси алюминия и добавки, о т л и ч а ю щ и й с я 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 папе Выход агрегатныхх зерен, ф Прочность агре гатных зерен, Н Расстояние мыду прослойками,мкм Размер прослоек сопутствующттх мине алоа,мкм Основные минералы, слагающиеабразивный материал Пример, 11 л а- окись алюминия+шпинель а- окись алюминия+стекло п а - окись алюминия+стекло+шпинелье а - окись алюминия+аысокоглино. земистый алюминат натрия (Ма 2 11 АЬОз и отип зо 60.80 450 800 60-200 Составитель Н.БалашоваТехред М.Моргентал Корректор МпДемчик Редактор Ю.Середа Заказ 509 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, МоскваЖ, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 1 г з 4 5 6 8 9 1 О 12 1 З 1415 16 О,З-О,6 З.О,О 10-20 25-40 0.1-0,2 0,3-0,6 - 3.0-5,010-20 25-40 О 1-0 2 О.З-О,6 4,0-7,0 1 о-го 25-40 о.1-о,г 5-1 О 40-90280-350400-600 3-5 5-1 О 40.90 .280.350400-600 3.5 5.1 О З 5-8 О250-340450.700 Э250 18 О 160 60 100 29 О 270 24 О 7 О 190 320 290 260 80 1 ЗО 100 1 ОО 85 100 1,00 90 100 100 100 90 20100