一种半脆刚玉及其制备方法与流程

1.本发明涉及半脆刚玉技术领域，具体涉及一种半脆刚玉及其制备方法。


背景技术：

2.半脆刚玉是一种应用极广泛的磨料，因其脆性介于白刚玉和棕刚玉之间，所以称之谓半脆刚玉，其tio2含量低于棕刚玉，所以也叫低钛刚玉，根据刚玉熔液不同的冷却速度，半脆刚玉又分为慢冷半脆刚玉和急冷半脆刚玉。现有技术中存在多种制备半脆刚玉的技术，但是应用市场上对半脆刚玉的性能要求越来越高。
3.cn109181642b公开了一种半脆刚玉磨料及其制备方法。本发明的半脆刚玉磨料的组成以质量含量计包括：al2o3》97％，tio21.3-2.1％，sio20.2-0.4％，fe2o30.09-0.35％，zro2≤0.15％。其制备的半脆刚玉磨料耐用度、磨削比及加工效率高，加工表面质量好，磨削效果优异。然而，其磨削比和使用寿命仍然不能满足更严苛应用领域的需求，其性能需要进一步提升。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种半脆刚玉及其制备方法，该半脆刚玉具有如上特殊组成，利于显著提升磨削比和使用寿命。
5.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种半脆刚玉，包括以下以质量百分比计的组分含量：al2o3≥96.5wt％，tio21.5-1.9wt％，sio20.1-0.5wt％，fe2o30.2-0.3wt％，zro20.05-0.12wt％，还包括cr2o30.1-0.3wt％，且各组分含量满足：a
×
fe2o3=b
×
cr2o3+c
×
zro2，c=0.125-0.9，a=0.4-0.5，b=0.3-0.45。
6.本发明优选地，a=0.4，b=0.35-0.39。
7.更优选地，al2o3在97.5-98wt％。
8.本发明优选地，a=0.5，b=0.42-0.45。
9.更优选地，al2o3在96.5-97.5wt％。
10.本发明优选地，cr2o30.1-0.15wt％。
11.本发明优选地，zro20.08-0.12wt％。
12.本发明第二方面提供第一方面所述的半脆刚玉的制备方法，包括：在还原剂和澄清剂的条件下，对含铝矾土的原料进行熔炼，之后冷却、破碎。
13.本发明优选地，所述还原剂为无烟煤。
14.本发明优选地，所述澄清剂为铁屑。
15.本发明的发明人经过大量研究发现，本发明提供的半脆刚玉磨料具有上述特定的组成，尤其是添加cr2o30.1-0.3wt％，并控制满足：a
×
fe2o3=b
×
cr2o3+c
×
zro2，c=0.125-0.9，a=0.4-0.5，b=0.3-0.45，能使得形成利于磨削的特定的晶体结构以及物理网络分布，由此显著提升磨削比和使用寿命，且加工效率高、加工质量好、磨削效果优异。而在相同条件下，若不添加cr2o3，或者不满足a
×
fe2o3=b
×
cr2o3+c
×
zro2，会影响磨削比和使用寿命；
如若a高于0.5或b高于0.45，会降低磨削比，若a低于0.5或b低于0.35，会降低使用寿命。
具体实施方式
16.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
17.本发明第一方面提供一种半脆刚玉，包括以下以质量百分比计的组分含量：al2o3≥96.5wt％，tio21.5-1.9wt％，sio20.1-0.5wt％，fe2o30.2-0.3wt％，zro20.05-0.12wt％，还包括cr2o30.1-0.3wt％，且各组分含量满足：a
×
fe2o3=b
×
cr2o3+c
×
zro2，c=0.125-0.9，a=0.4-0.5，b=0.3-0.45。
18.本发明优选地，a=0.4，b=0.35-0.39。该优选方案中，更利于进一步提升磨削比和使用寿命。
19.在上述a=0.4的方案中，更优选地，al2o3在97.5-98wt％。
20.本发明优选地，a=0.5，b=0.42-0.45。该优选方案中，更利于进一步提升磨削比和使用寿命。
21.在上述a=0.5的方案中，更优选地，al2o3在96.5-97.5wt％。
22.本发明优选地，cr2o30.1-0.15wt％。该优选方案中，更利于进一步提升使用寿命。
23.本发明优选地，zro20.08-0.12wt％。该优选方案中，更利于进一步磨削比。
24.本发明第二方面提供第一方面所述的半脆刚玉的制备方法，包括：在还原剂和澄清剂的条件下，对含铝矾土的原料进行熔炼，之后冷却、破碎。
25.本发明所述含铝矾土的原料只要能够得到上述半脆刚玉的组成即可，本领域技术人员可以按照现有技术的原料选择。本发明的改进在于半脆刚玉的组成调控，对于制备方法没有改进，只要按照现有技术的方法得到所需组成的半脆刚玉即可。含铝矾土的原料例如，原料包括铝矾土（如cn109181642b中的组成）、铝氧土（如cn109181642b中的组成）和高铝铬铁矿，或者原料包括铝矾土（如cn109181642b中的组成）和高铝铬铁矿。高铝铬铁矿的组成，例如可以包括：以质量含量计，cr2o330-35wt％，al2o320-30wt％，mgo 25-29wt％。
26.在本发明的优选方案中，所述含铝矾土的原料包括铝矾土和高铝铬铁矿，铝矾土和高铝铬铁矿的质量比为2-5:1，高铝铬铁矿的组成包括以质量含量计，cr2o330-35wt％，al2o320-30wt％，mgo 25-29wt％。该优选方案中，更利于在显著去除杂质的情况下得到本发明的上述半脆刚玉的组成，并兼顾进一步提升磨削比。
27.进一步优选地，所述熔炼的过程包括：先在1150-1250℃熔炼2.5-3.5h，再在1450-1550℃熔炼3-5h，之后在1900-2000℃熔炼3-5h。本发明优选方案中，更利于显著去除杂质，并进一步提升使用寿命。
28.本发明优选地，所述还原剂为无烟煤。
29.本发明优选地，所述澄清剂为铁屑。
30.以下将通过实施例对本发明进行详细描述。其中半脆刚玉的组成检测方法按照cn109181642b中的进行。
31.实施例1
一种半脆刚玉，包括以下以质量百分比计的组分含量的原料：tio21.6wt％，sio20.2wt％，fe2o30.2wt％，zro2，cr2o30.1wt％，余量为al2o3，且各组分含量满足：a
×
fe2o3=b
×
cr2o3+c
×
zro2，c=0.9，a=0.4，b=0.35。
32.其制备方法如下：在还原剂和澄清剂的条件下，对含铝矾土的原料进行熔炼，熔炼的过程包括：先在1250℃熔炼2.5h，再在1450℃熔炼3h，之后在1950℃熔炼4h；之后冷却、破碎。所述含铝矾土的原料包括铝矾土和高铝铬铁矿，铝矾土和高铝铬铁矿的质量比为3.5:1，高铝铬铁矿（为四川产）的组成包括以质量含量计，cr2o330-35wt％，al2o320-30wt％，mgo 25-29wt％。所述还原剂为无烟煤，无烟煤与上述原料的质量比为1:60。所述澄清剂为铁屑，铁屑与上述原料的质量比为1:20。
33.实施例2按照实施例1的方法进行，不同的是，调控fe2o30.3wt％，zro2，cr2o30.3wt％，c=0.125，a=0.5，b=0.45，通过al2o3补充100%。相应的调控铝矾土和高铝铬铁矿的质量比为3:1。
34.实施例3按照实施例2的方法进行，不同的是，调控fe2o30.3wt％，zro2，cr2o30.3wt％，c=0.45，a=0.5，b=0.35，通过al2o3补充100%。相应的调控铝矾土和高铝铬铁矿的质量比为3.2:1。
35.实施例4按照实施例2的方法进行，不同的是，熔炼的过程为：在1450℃熔炼3h，之后在1950℃熔炼4h。
36.实施例5按照实施例2的方法进行，不同的是，熔炼的过程为：在1950℃熔炼7h。
37.实施例6按照实施例2的方法进行，不同的是，调控fe2o30.3wt％，zro2，cr2o30.2wt％，c=0.45，a=0.5，b=0.35，通过al2o3补充100%。
38.对比例1按照实施例2的方法进行，不同的是，不引入zro2和cr2o3。
39.对比例2按照实施例2的方法进行，不同的是，不引入cr2o3。
40.测试例在上述实施例和对比例按照cn109181642b中试验例1-2进行性能测试，结果如表1所示。其中各实施例、对比例2的数据为相比于对比例1的提升数据，具体为（相应实例的数据-对比例1的数据）/对比例1的数据。
41.表1
通过表1的结果可以看出，采用本发明的实施例具有明显更好的效果。
42.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种半脆刚玉，包括以下以质量百分比计的组分含量：al2o3≥96.5wt％，tio
2 1.5-1.9wt％，sio
2 0.1-0.5wt％，fe2o
3 0.2-0.3wt％，zro
2 0.05-0.12wt％，其特征在于，还包括cr2o
3 0.1-0.3wt％，且各组分含量满足：a
×
fe2o3=b
×
cr2o3+c
×
zro2，c=0.125-0.9，a=0.4-0.5，b=0.3-0.45。2.根据权利要求1所述的半脆刚玉，其特征在于，a=0.4，b=0.35-0.39。3.根据权利要求2所述的半脆刚玉，其特征在于，al2o3在97.5-98wt％。4.根据权利要求1所述的半脆刚玉，其特征在于，a=0.5，b=0.42-0.45。5.根据权利要求4所述的半脆刚玉，其特征在于，al2o3在96.5-97.5wt％。6.根据权利要求1所述的半脆刚玉，其特征在于，cr2o
3 0.1-0.15wt％。7.根据权利要求1所述的半脆刚玉，其特征在于，zro
2 0.08-0.12wt％。8.如权利要求1-7中任一项所述的半脆刚玉的制备方法，其特征在于，在还原剂和澄清剂的条件下，对含铝矾土的原料进行熔炼，之后冷却、破碎。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述含铝矾土的原料包括铝矾土和高铝铬铁矿，铝矾土和高铝铬铁矿的质量比为2-5:1，高铝铬铁矿的组成包括以质量含量计，cr2o
3 30-35wt％，al2o
3 20-30wt％，mgo 25-29wt％。10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼的过程包括：先在1150-1250℃熔炼2.5-3.5h，再在1450-1550℃熔炼3-5h，之后在1900-2000℃熔炼3-5h。

技术总结
本发明涉及半脆刚玉技术领域，具体涉及一种半脆刚玉及其制备方法，半脆刚玉，包括以下以质量百分比计的组分含量：Al2O3≥96.5wt％，TiO


技术研发人员：赵振江 冯福涛 赵振刚
受保护的技术使用者：郑州蚂蚁特材有限公司
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/9/20