刚玉及碳化硅8~240号粒度磨料堆积密度的测定

涂附磨具磨料及粒度杂谈--赵新立加入收藏字号：大中小【打印】2011-05-26 来源：《中国涂附磨具》2010 第1期随着中国经济的高速发展，涂附磨具在我国的发展是迅猛的。

从手工使用的、品种单一的张页式砂布砂纸，到现在使用的纸、布、复合基、钢纸、无纺布等基材，到砂页、砂卷、砂带、异型制品的砂盘、砂页盘、砂页轮等等，众多的品种构成现代的、完善齐全的涂附磨具加工体系。

这一发展过程仅仅用了不到三十年的时间，特别是近十几年来，涂附磨具生产企业更是蓬勃发展，在市场强劲需求的带动下，现在用于转换为砂带的全树脂涂附磨具产品的产量已经超过三千万平方米。

涂附磨具的高速发展形势是客观的，在涂附磨具的磨削主体——磨料上也进入了新的发展时期。

过去涂附磨具常用的磨料如棕刚玉、白刚玉、黑碳化硅等“焕发青春”，新品种磨料层出不穷，如锆刚玉、陶瓷刚玉、煅烧刚玉、半脆刚玉乃至CBN、人造金刚石等，还有空心球磨料、堆积磨料、软木磨料、混合磨料等新的组合，等等这些，都为涂附磨具注入新的活力。

可以这样讲，磨料是涂附磨具的灵魂。

回顾涂附磨具的定义：涂附磨具是用粘结剂将磨料粘附在可挠曲的基材上制成的磨具。

从涂附磨具的定义就可以确定涂附磨具的结构：由图看出，涂附磨具在绝大多数情况下是一种单层磨料的磨具，其性能是由各个部分综合决定的。

现代涂附磨具生产工艺除了对于磨料、植砂密度的要求外，对基材、粘结剂的要求是极为严格的。

从涂附磨具的结构上得出：涂附磨具可以理解为具有众多磨粒构成的多刀多刃的刀具。

涂附磨具的磨粒是均匀的分布在基材表面的，基本上是单层分布。

涂附磨具表面的磨粒有很好的等高排列，特别是现代化的涂附磨具生产采用静电植砂工艺，保证了磨料的尖角朝外，磨料定向排列。

涂附磨具表面磨粒的定向排列和等高性，是涂附磨具保持磨削的高效率和冷态磨削的重要因素。

涂附磨具的磨削具有弹性的、高效的、冷切削的磨削特点，广泛应用于：①大型的平面厚、薄板材，包括金属带材的加工；②大批量生产的各种金属、非金属工件的加工；③复杂型面工件的成型磨削与抛光；④各种直径的金属管、棒、辊材的外圆磨削、弯曲面磨削、内圆磨削等；⑤利用页轮或筒型砂套可以替代抛光轮的抛光；⑥盘状产品用于大型壳体、箱体、船体、桥梁等的磨焊缝、去毛刺、大面积除锈等方面，高效、方便、安全。

碳化硅特性碳化硅是一种人工合成的碳化物，分子式为SiC。

通常是由二氧化硅和碳在通电后2000°C以上的高温下形成的。

碳化硅理论密度是3.18g/cm3，其莫氏硬度仅次于金刚石，在9.2-9.8之间，显微硬度3300kg/mm3，由于它具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性及较高的高温强度等特点，被用于各种耐磨、耐蚀和耐高温的机械零部件，是一种新型的工程陶瓷新材料。

纯碳化硅是无色透明的结晶，工业碳化硅有无色、淡黄色、浅绿色、深绿色、浅蓝色、深蓝色乃至黑色的，透明程度依次降低。

磨料行业把碳化硅按色泽分为黑色碳化硅和绿色碳化硅2类。

其中无色的至深绿色的都归入绿色碳化硅类,浅兰色的至黑色的则归入黑色碳化硅类。

黑色和绿色这2种碳化硅的机械性能略有不同，绿色碳化硅较脆,制成的磨具富于自锐性;黑碳化硅较韧。

碳化硅结晶结构是一种典型的共价键结合的化合物，自然界几乎不存在。

碳化硅晶格的基本结构单元是相互穿插的SiC和CSi四面体。

四面体共边形成平面层，并以顶点与下一44叠层四面体相连形成三维结构。

SiC具有a和B两种晶型°B—SiC的晶体结构为立方晶系,Si 和C分别组成面心立方晶格；a—SiC存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。

a-SiC是高温稳定型，B-SiC是低温稳定型。

B-SiC在2100〜2400C可转变为a-SiC,B-SiC可在1450C左右温度下由简单的硅和碳混合物制得。

在温度低于1600C时，SiC以B—SiC形式存在。

当高于1600C时，B—SiC缓慢转变成a—SiC的各种多型体。

4H—SiC在2000C左右容易生成；15R和6H多型体均需在2100C 以上的高温才易生成；对于6H—SiC，即使温度超过2200C,也是非常稳定的。

常见的SiC 多形体列于下表：碳化硅的基本性能包括化学性质、物理机械性能、电学性质以及其他性质(亲水性好，远红外辐射性等)。

综述与评述Summary &Review1前言陶瓷刚玉磨料主要是指采用溶胶凝胶工艺制备磨料前驱体并采用烧结而非熔融的方法进行热处理制得的具有微纳米尺寸显微结构的磨料。

一些研究资料表明其性能优越，性价比高，是一种被誉为具有划时代意义的磨料。

其每个磨粒是由大量的微纳米尺寸的原始α-A l 2O 3晶粒烧结而成，不产生熔融刚玉磨料颗粒容易存在的显微裂纹，硬度与熔融刚玉磨料相当，韧性和磨削性能优越。

由这种磨料制成的磨具产品的磨削性能介于CBN 砂轮、金刚石砂轮和普通刚玉、碳化硅磨具之间，价格适中，其加工性能和使用寿命远高于普通刚玉、碳化硅砂轮，又不像CBN 和金刚石砂轮那样对磨床的要求较高，故赢得了广大用户的青睐，其使用面日渐扩大，特别适用于缓进给、大切深磨削。

[1~3]2015年4月30日首次发布的标准JB/T 12205-2015《普通磨料陶瓷刚玉》由山东鲁信高新技术产业有限公司、山东理工大学、天津大学、苏州创元新材料科技有限公司起草制定，标准主要起草人主要为翟涵、李正民、李志宏、张涛、刘海红、王弼、郭茂欣等。

本标准规定的陶瓷刚玉磨料产品为溶胶凝胶法生产的产品，化学成分中Al2O3含量不低于99wt%，用于制造固结磨具和涂附磨具，要求其杂质成分中Na 2O 的含量不高于0.15%，其中边华英1，王学涛2，李郑辉1，李筠乐1，李国旺1，李淑玲1，韩铭1（1.河南建筑材料研究设计院有限责任公司，郑州450002；2.中国机械工业国际合作有限公司，郑州450018）JB/T 12205-2015《普通磨料陶瓷刚玉》中规定的主要指标和性能，对烧结陶瓷刚玉磨料的相关专利技术进行简单介绍和分析，提出由于磨料磨具属于战略物资，而西方国家在陶瓷刚玉磨料方面的研发早于我们，其在我国申请专利并获得授权对于国内团队在陶瓷刚玉磨料研发和生产中获得专利权保护十分不利。

磨料；溶胶凝胶；专利河南省重点科技攻关项目（132102210239）；河南省科学院重点研发项目（微波烧结法制备陶瓷刚玉磨料及其绿色专用结合剂的研究）；河南省科学院预先研究项目（等静压工艺在微晶刚玉磨料制备中的应用研究）。

碳化硅化学分析方法1样品的制备1.1结晶块试样取具有统计代表性的结晶块，破碎至完全通过2 mm 筛网，混匀，用四分法缩分至50g ～60g 。

继续用钢玉研钵研细至全部通过355μm 筛网。

用吸力9.8N~14.7N 的磁铁吸出粉碎中带入的铁质。

然后混匀，装入试样袋，于105℃～110℃的烘箱中烘干1h ，取出，放入干燥器中，冷却备用。

如果对三氧化二铁的测定有严格要求，则应按下列方法另行制样用以测定三氧化二铁：取具有统计代表性的结晶块，破碎至完全通过2mm 筛网，混匀，用四分法缩分至50g ～60g 。

再用刚玉研钵研细至全部通过500μm 筛网，混匀，用四分法缩分至20g ～25g 。

继续用刚玉研钵研细至全部通过355μm 筛网，混匀，装入试样袋，置于105℃～110℃的烘箱中烘干1h ，取出，放入干燥器中，冷却备用。

1.2磨料试样对于F54(P50)及以粗的试样，取样和缩分依照GB/T4676进行，其余操作同1.1。

对于F60(P60)及以细的试样，依照GB/T 4676取样并缩分至50g ～60g ，装入试样袋，置于105℃～110℃的烘箱中烘干1h ，取出，放入干燥器中，冷却备用。

用作测定总碳的试样需研细至全部通过150μm 筛网。

第一节 游离碳的测定一、 原理试样在750℃±10℃（650℃±10℃）的温度下，经过灼烧，其表面的游离碳被氧化成二氧化碳损失，失去的重量来计算游离碳的含量。

二、分析步骤1.F400(P800、W28、JIS #700)及以粗的试样的测定称取试样1克于已灼烧至恒重的铂皿中，置于炉温为750℃±10℃的马弗炉中，灼烧30分钟，取出冷却后，称重，反复灼烧至恒重。

2.F400(P800、W28、JIS #700)以细的试样的测定称取试样1克于已灼烧至恒重的铂皿中，置于炉温为650℃±10℃的马弗炉中，灼烧25分钟，取出冷却后，称重，反复灼烧至恒重。

产品规格: 14~220目产品材质：铝矾土、焦碳应用领域：用于制造高级耐火材料，浇注料，耐火砖等。

概述：棕刚玉磨料是金刚砂系列中的一种，属于人造磨料。

棕刚玉是以铝矾土为主料，焦炭（无烟煤）、铁屑等为辅料，在电弧炉内经过高温煅烧而成的，其主要成分是氧化铝。

棕刚玉介绍棕刚玉磨料是金刚砂系列中的一种，属于人造磨料。

棕刚玉是以铝矾土为主料，焦炭(无烟煤)、铁屑等为辅料，在电弧炉内经过高温煅烧而成的，其主要成分是氧化铝。

棕刚玉磨料具有纯度高、硬度高、韧性高、流动性好、线膨胀系数低、耐腐蚀、耐高温、不起爆、不粉化、不开裂等特点，常用于磨料磨具、耐火材料等行业。

棕刚玉粒度棕刚玉划分粒度的方法有过筛法、沉降法等多种，目前国内还没有统一的划分方法，但用的较多的是过筛法。

筛子上筛眼的个数被称为目，50目就是指每平方英寸上筛眼的个数是50，100目就是100个，目数越大筛眼的个数就越多，也就说明棕刚玉粒度越小。

棕刚玉按粒度划分，可分为段砂、粒度砂、微粉、细粉四种。

棕刚玉段砂常用粒度为0-1mm 、1-3mm 、3-5mm 、5-8mm 、8-12mm 等，一般用于工件的粗糙喷砂抛光。

棕刚玉粒度砂分为P砂和F砂，P砂比F砂的粒度更均匀。

常用粒度有16目24目36目60目80目等，用于涂附磨具和固结磨具，如砂轮砂布切割片的制作。

棕刚玉微粉常用粒度有325目、600目、800目、1200目等，主要用于精细研磨和高级磨具的制作。

棕刚玉细粉是微粉与细粒度纯号砂的混合物，常见粒度为200目、220目、300目，主要用于耐火材料加工。

棕刚玉等级棕刚玉的等级是按照氧化铝的含量来定义的，氧化铝含量越高等级越高。

一级棕刚玉的氧化铝含量≧95%，二级棕刚玉的氧化铝含量≧85%，三级棕刚玉的氧化铝含量≧70%，棕刚玉每个等级的含量、成分具体如下：棕刚玉性能特点1、用于制造高级耐火材料，浇注料，耐火砖等。

2、喷砂——磨料硬度适中，堆积密度高，无游离二氧化硅，比重大，韧性好，是理想的“环保”型喷砂材料，广泛应用于铝型材，铜型材玻璃，水洗牛仔服精密模具等领域；3、自由研磨——研磨级磨料，应用于显像管、光学玻璃、单晶硅、镜片、钟表用玻璃、水晶玻璃、玉器等领域的自由研磨，是国内普遍采用的高级研磨材料；4、树脂磨具——磨料具有颜色合适、硬度好、有韧性、合适的颗粒断面类型和刃口保持度，应用于树脂磨具，效果理想；5、涂附磨具——磨料是砂纸、纱布等生产厂家的生产原料；6、功能性填料——主要用于汽车制动件、特种轮胎、特种建筑制品等领可作为修筑高速公路路面.飞机跑道.码头.停车场.工业地坪.体育场地等耐磨材料;7、过滤介质——是磨料的新型应用领域，采用粒状磨料作过滤床的底层介质，净化饮用水或废水，是国内外新型的水过滤材料，尤其适用于有色金属选矿:石油钻井泥浆加重剂；8、水力切割——是以磨料作切割介质，依靠高压水力射流进行基本切割，应用于石油（天然气）管道、钢材等部件的切割，是一种新型、环保、安全的切割方式.棕刚玉用途棕刚玉喷砂：棕刚玉喷砂磨料硬度高、堆积密度高、自锐性好、比重大、韧性好,是理想的环保型喷砂除锈、研磨抛光材料，广泛应用于金属材料及非金属材料的喷砂抛光处理。

碳化硅特性碳化硅是一种人工合成的碳化物，分子式为SiC。

通常是由二氧化硅和碳在通电后200 0℃以上的高温下形成的。

碳化硅理论密度是3.18g/cm3，其莫氏硬度仅次于金刚石，在9.2 -9.8之间，显微硬度3300kg/mm3，由于它具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性及较高的高温强度等特点，被用于各种耐磨、耐蚀和耐高温的机械零部件，是一种新型的工程陶瓷新材料。

纯碳化硅是无色透明的结晶,工业碳化硅有无色、淡黄色、浅绿色、深绿色、浅蓝色、深蓝色乃至黑色的,透明程度依次降低。

磨料行业把碳化硅按色泽分为黑色碳化硅和绿色碳化硅2类。

其中无色的至深绿色的都归入绿色碳化硅类,浅兰色的至黑色的则归入黑色碳化硅类。

黑色和绿色这2种碳化硅的机械性能略有不同,绿色碳化硅较脆,制成的磨具富于自锐性;黑碳化硅较韧。

碳化硅结晶结构是一种典型的共价键结合的化合物，自然界几乎不存在。

碳化硅晶格的基本结构单元是相互穿插的SiC4和CSi4四面体。

四面体共边形成平面层，并以顶点与下一叠层四面体相连形成三维结构。

SiC具有α和β两种晶型。

β－SiC的晶体结构为立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格；α－SiC存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。

α-SiC是高温稳定型,β-SiC是低温稳定型。

β-SiC在2100～2400℃可转变为α-SiC,β-SiC可在1450℃左右温度下由简单的硅和碳混合物制得。

在温度低于1600℃时，SiC以β－SiC形式存在。

当高于1600℃时，β－SiC 缓慢转变成α－SiC的各种多型体。

4H－SiC在2000℃左右容易生成；15R和6H多型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对于6H－SiC，即使温度超过2200℃，也是非常稳定的。

常见的SiC多形体列于下表：碳化硅的基本性能包括化学性质、物理机械性能、电学性质以及其他性质（亲水性好，远红外辐射性等）。

碳化硅单晶片微管密度测试方法1范围本文件规定了碳化硅单晶片的微管密度的测试方法，包括化学腐蚀法和无损检测法。

本文件适用于碳化硅单晶片微管密度的测定。

2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。

其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T14264半导体材料术语3术语和定义GB/T14264规定的术语和定义适用于本文件。

4环境要求4.1温度为23℃±5℃。

4.2相对湿度:20%～75%。

方法1化学腐蚀法5方法原理采用择优化学腐蚀技术显示微管缺陷，用光学显微镜或其他仪器（如扫描电子显微镜）观察碳化硅单晶表面的微管，计算单位面积上微管的个数，即得到微管密度。

6干扰因素6.1腐蚀液加热时间过短，腐蚀液不能完全熔融，影响腐蚀效果；6.2腐蚀时腐蚀温度过高，反应速度加快，反应物易附在试样表面影响微管的观察。

6.3腐蚀时，试样的摆放方式对结果的观察也有一定的影响，若测试面朝下，则可能因为与坩埚底部接触造成腐蚀不均匀现象，影响微管的观察。

7仪器设备7.1光学显微镜或其他仪器：放大倍数为（20～500）倍，能满足规定的视场面积要求；127.2镍坩埚或银坩埚；7.3控温加热器：能将氢氧化钾加热至熔融澄清状态。

8试样8.1抛光将切割好的、厚度适当的、完整的碳化硅单晶片分别用粒径小于5μm 和小于3μm 的磨料进行研磨，然后用硅溶胶抛光液或其他化学抛光液进行化学抛光，使表面光亮，之后用去离子水清洗干净，吹干。

8.2微管腐蚀8.2.1将碳化硅单晶片预热至适当温度。

8.2.2将氢氧化钾放在镍坩埚中加热，待熔化后，使其温度保持在500℃±10℃，放入碳化硅单晶片，测试面为硅面，该面朝上，腐蚀15min ～25min 。

8.2.3取出碳化硅单晶片，待其冷却后用于去离子水清洗，吹干。

9试验步骤9.1将腐蚀好的试样置于光学显微镜载物台上，根据微管孔洞大小选取不同放大倍率。