1.前言

　　在機(jī)械加工技術(shù)不斷向著高速、高效、高精方向發(fā)展的同時(shí)，鈦合金、高溫合金不銹鋼、高強(qiáng)度鋼與超高強(qiáng)度鋼、復(fù)合材料、工程陶瓷等難加工材料的應(yīng)用也越來(lái)越多。這兩方面的高技術(shù)需求使得磨削加工領(lǐng)域傳統(tǒng)的剛玉砂輪和碳化硅砂輪有時(shí)難以滿足生產(chǎn)需要，須用新型磨料的砂輪來(lái)滿足需求。剛玉、碳化硅、金剛石和立方氮化硼四種磨料的砂輪相比，金剛石逐漸替代碳化硅，立方氮化硼逐漸替代剛玉已成為必然趨勢(shì)。但是對(duì)于難加工材料而言，由于其脆性、韌性和延展性大、硬度很高（或在硬度不高的基體中存在有大量硬質(zhì)點(diǎn)）、化學(xué)活性大、高溫強(qiáng)度高的特點(diǎn)，使得在磨削加工時(shí)難度增大，出現(xiàn)磨削力大、磨削溫度高、磨具磨損快、磨削效率低、加工硬化嚴(yán)重等現(xiàn)象，以至于金剛石和CBN磨具自身的優(yōu)點(diǎn)并不能滿足這類(lèi)磨削加工需要。有些新型磨料由于具備韌性高、自銳性好的優(yōu)點(diǎn)，使其在難加工材料磨削中發(fā)揮了重要作用，其中陶瓷剛玉磨料（又稱(chēng)微晶剛玉磨料）的出現(xiàn)成為磨削加工中的亮點(diǎn)。

　　2.陶瓷剛玉磨料的特點(diǎn)及應(yīng)用

　　陶瓷剛玉磨料(也稱(chēng)為微晶剛玉磨料)是一種新型的氧化鋁磨料，它保持了白剛玉及棕剛玉的高硬度及耐磨的特征，同時(shí)又具有很高的韌性，改變了剛玉易碎的缺點(diǎn)，即具有增韌氧化鋁陶瓷的特性，因而可被廣泛用于制造各種固結(jié)磨具及涂附磨具。

　　陶瓷剛玉磨料的制備工藝如圖1所示。與電熔剛玉磨料相比不同之處在于原料不同和制備工藝不同。這種方法采用一水氧化鋁為原料，通過(guò)溶膠-凝膠工藝合成晶粒為亞微米級(jí)（0.1μm～0.2μm）的剛玉晶體，然后通過(guò)燒結(jié)技術(shù)制備出陶瓷結(jié)構(gòu)的微晶剛玉。與普通剛玉磨料相比，陶瓷剛玉磨料不但硬度高，而且因磨粒是微晶結(jié)構(gòu)，它有很多晶解面。在磨削或修銳、修整時(shí)，普通電熔剛玉磨料沿晶面穿晶破裂，呈宏觀破碎；陶瓷剛玉磨料沿晶界破裂，呈微觀破碎，不斷產(chǎn)生鋒利的切削刃，自銳性好且剝落較少。用其制作的砂輪具有抗堵塞、耐磨性高、磨削熱少、使用壽命長(zhǎng)、切除率高、磨削比大和磨削質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。

　　1981年3M公司首次研制出牌號(hào)為“Cubitron”的燒結(jié)剛玉磨料，1986年Norton公司推出牌號(hào)為“SG”系列的陶瓷剛玉磨料。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，1997年Norton公司又推出了SG磨料的第二代產(chǎn)品TG（Targa）磨料。它保留了SG的優(yōu)點(diǎn)，在磨料形狀上有了新突破，有很細(xì)的棒狀晶態(tài)結(jié)構(gòu)，適用于緩進(jìn)給磨削及加工鉻鎳鐵合金、高溫合金等難加工材料。TG磨料的磨具在磨削時(shí)材料切除率為剛玉的2倍，壽命為剛玉的7倍。

圖1 陶瓷剛玉磨料的制備流程

　　微晶氧化鋁磨料可以和金剛石、立方氮化硼等價(jià)格昂貴的高檔次磨料相結(jié)合，在不降低使用性能的前提下，大幅度降低成本，它也可以和白剛玉、棕剛玉等低檔次磨料相結(jié)合，從而大幅度的提高其使用性能。因此微晶剛玉磨料是一種應(yīng)用前景非常好的磨料，目前由微晶剛玉磨料所制備的各種磨具在航空航天、汽車(chē)、機(jī)械、光學(xué)、軸承、刀具、模具等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

　　陶瓷剛玉磨料與其它磨料相比在性能上的差異及國(guó)外主要生產(chǎn)廠家如圖2和表1、表2、表3所示。

圖2 CBN、SG、電熔剛玉三種磨料在磨粒磨損與材料切除率的性能

　　3.SG磨具的特點(diǎn)與應(yīng)用

　　目前常用陶瓷剛玉與WA（白剛玉）或A（棕剛玉）的混合磨料制備砂輪，也用陶瓷剛玉磨料和CBN混合制備的磨具。根據(jù)微晶含量的多少，美國(guó)Norton（現(xiàn)為法國(guó)Saint Gobain公司）將其陶瓷剛玉磨粒分為SG、5SG、3SG、1SG等品種，分別表示微晶剛玉含量為100％、50％、30％、10％等。純SG磨料砂輪用于粗磨，5SG、3SG、1SG磨料砂輪用于精磨。陶瓷剛玉砂輪已在我國(guó)工廠及企業(yè)推廣應(yīng)用，如在汽車(chē)行業(yè)中使用的φ1080mm磨曲軸砂輪就是陶瓷剛玉磨料砂輪。國(guó)外一些性能優(yōu)異的砂輪制品，如奧地利Tyrolit公司生產(chǎn)的CSS砂輪、瑞士Winter公司的93A陶瓷砂輪、德國(guó)Hermes磨料公司開(kāi)發(fā)的CB寶石藍(lán)砂輪、日本Noritake株式會(huì)社的CX陶瓷砂輪和美國(guó)Cincinnati Milacron公司生產(chǎn)的MSB砂輪，都是類(lèi)似陶瓷剛玉的微晶燒結(jié)剛玉產(chǎn)品，陶瓷剛玉砂輪在我國(guó)已開(kāi)發(fā)成功，第七砂輪集團(tuán)公司已進(jìn)行了該砂輪的工業(yè)性應(yīng)用。

　　陶瓷剛玉砂輪的磨削性能介于普通剛玉砂輪與立方氮化硼（CBN）砂輪之間，其加工性能和使用壽命要遠(yuǎn)高于剛玉砂輪，且價(jià)格適中，和CBN砂輪相比其對(duì)磨床沒(méi)有較高的要求，因此得到了廣大用戶(hù)的青睞，使用面日益擴(kuò)大。陶瓷剛玉砂輪的磨削效果除與其選用的磨料品種有關(guān)外，還與其使用條件有關(guān)。美國(guó)Cincinnati Milacron公司研究證實(shí)，若用該公司生產(chǎn)的MSB微晶燒結(jié)剛玉砂輪與具有潤(rùn)滑特性的量子潤(rùn)滑油（Quanta lube）270組合使用，可使鋼件磨削最佳化（試驗(yàn)時(shí)磨削的工件材料為52100鋼，硬度為60HRC～62HRC，砂輪的尺寸為508mm×152.4mm×304.8mm）。將常規(guī)的普通剛玉砂輪換用微晶含量為30％的MSB砂輪后，就可使磨削比增加一倍；如再將磨削液改用Quantalube270量子潤(rùn)滑油，則磨削比又可增加一倍。此外，目前還有一種稱(chēng)之為CVSG磨料砂輪，它是S與CBN混合磨料的砂輪，兼有上述兩種磨料的優(yōu)點(diǎn)，并已在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中使用。

　　陶瓷剛玉磨料磨具具有如下特點(diǎn)：

　　(1) 韌性好

　　陶瓷剛玉比普通白剛玉磨料韌性高一倍以上，砂輪磨損少、形狀保持好，用于精密磨削和成型磨削，容易獲得較高的尺寸精度及尺寸形狀一致性。

　　(2) 自銳性好

　　陶瓷剛玉使用時(shí)磨粒沿晶面破裂，而非白剛玉的穿晶破裂，產(chǎn)生磨削熱少，磨削溫度低，不燒傷工件。

　　(3) 磨粒鋒利，切削能力強(qiáng)

　　陶瓷剛玉磨具磨削效率高，可進(jìn)行大切深、大進(jìn)給、重負(fù)荷和高效磨削。

　　(4) 砂輪耐用性好

　　陶瓷剛玉磨具使用壽命長(zhǎng)、更換頻次少，減少了輔助加工時(shí)間和停機(jī)時(shí)間，有利于使用數(shù)控自動(dòng)機(jī)床和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

　　(5) 性?xún)r(jià)比較高

　　陶瓷剛玉價(jià)格遠(yuǎn)低于CBN和金剛石磨料，但性能遠(yuǎn)優(yōu)于普通剛玉磨料。

　　(6) 修整簡(jiǎn)便

　　陶瓷剛玉磨具在修整時(shí)可使用白剛玉砂輪的修整裝置，而不必使用價(jià)格昂貴的修整設(shè)備。

　　陶瓷剛玉磨具由于具有以上優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)已廣泛用于航空航天、汽車(chē)和摩托車(chē)、軸承、模具、儀器儀表等領(lǐng)域的精磨和成形磨等方面的加工。陶瓷剛玉磨料的問(wèn)世順應(yīng)了人造磨料向高韌性和高強(qiáng)度兩個(gè)方向發(fā)展的趨勢(shì)，陶瓷剛玉磨具代表了陶瓷磨具的發(fā)展方向，作為一種新型的陶瓷材料，它的重要性不局限于磨削加工領(lǐng)域，其發(fā)展前景非常廣闊。

　　4.結(jié)語(yǔ)

　　隨著新型磨料技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，陶瓷剛玉磨料制品目前有陶瓷、樹(shù)脂結(jié)合劑固結(jié)磨具、涂附磨具等類(lèi)型。在世界上也出現(xiàn)了幾家著名的生產(chǎn)廠家，通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)與技術(shù)開(kāi)發(fā)，這些廠家都有了著名品牌。我國(guó)目前的陶瓷剛玉磨料主要依賴(lài)進(jìn)口，其價(jià)格大約在20萬(wàn)元/噸左右，外國(guó)的陶瓷剛玉磨具已經(jīng)進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)。目前山東大學(xué)、河南工業(yè)大學(xué)、山東魯信高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司等一些高校、企業(yè)已經(jīng)開(kāi)展了這方面研究，國(guó)家也在科技項(xiàng)目方面給與了大力資助，取得了一定的成果。隨著高能耗、高污染、勞動(dòng)密集型產(chǎn)品的電熔剛玉、碳化硅磨料的逐漸限制生產(chǎn)，難加工材料的廣泛應(yīng)用，以及高效、高精、高速、綠色磨削加工技術(shù)的發(fā)展，3-5年內(nèi)陶瓷剛玉磨料磨具將會(huì)在我國(guó)成為成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，得到廣泛的應(yīng)用。