【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于人造刚玉材料制备，具体涉及一种复合刚玉材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、单晶电熔氧化铝（又名32a）磨料，即单晶刚玉磨料，是刚玉系磨料中的一个品种，它是以矾土、黄铁矿、无烟煤、铁屑为原料，在电弧炉中冶炼而成。单晶刚玉在外观上无法用肉眼观察出，只能用岩相分析检测，单晶刚玉中的氧化铝含量为98%，外观为砂砾状，表面油亮，有树脂光泽，颜色呈浅玫瑰色，但有时也近似白刚玉，呈白色或浅灰色，其硬度和韧性都比白刚玉高，颗粒呈球状，大部分是等轴晶体，单晶体数量达80%，具有良好的多棱切削刃，在磨削加工中有较高的抗破碎性。虽然单晶刚玉磨料具有优良的磨削性能，但是，由于在制造过程中有h2s和so2气体及废水产生，严重地污染环境，基于环保问题，在国际国内单晶刚玉磨料已基本停止生产。
2、锆刚玉是一种由氧化铝（al2o3）和氧化锆（zro2）组成的复合刚玉材料。其中氧化铝含量一般在75%~85%之间，氧化锆含量在10%~20%之间。它具有高硬度、高熔点、耐磨、耐腐蚀等特性，被广泛应用于工业领域。但是，锆刚玉的导热性较差，容易在高温切削和抛光过程中产生过多的热量，可能会造成热裂纹和表面变形等问题。其次，由于锆刚玉具有较高的熔点和制备难度，使得其生产过程相对复杂和昂贵。这些缺点限制了锆刚玉在某些领域的应用。
3、对于棕刚玉磨料，其氧化铝的含量低于95%，其中，氧化钛tio2是棕刚玉着色的主要成分，并能促进刚玉的微晶化和增加刚玉的韧性，但是由于棕刚玉中的氧化铝含量低，非刚玉矿物组成增多，会影响磨料的磨削能力，但是如
4、为提高刚玉磨料的性能，中国专利申请cn107445600a公开了一种复合刚玉磨料，包括:碳化硅2~5份、氧化锆6~35份、氧化镁17~35份、氧化铬1~15份，二氧化铈1~6份，余量为氧化铝，该专利技术虽然采用两种以上的材料制备得到复合刚玉，且制备过程中不会对环境产生严重影响，但是其并没有具体的实验数据能够证明其能够达到更强的抗渣性和抗冲刷性。
5、中国专利cn 108698934 b公开了熔化的氧化铝-氧化锆颗粒，该熔化的颗粒具有以下化学组成：zro2：16％至30％，条件是hfo2 <2％；al2o3：使总量达到100％所需的百分比；cr2o3：≥0.2％；tio2：≥0.5％；cr2o3 +tio2：<7％；其他元素：<3％，条件是sio2+cao+mgo＜1.5%。该颗粒虽然由zro2、hfo2及al2o3等多种材料复合制备而成，有效提高了磨具的使用寿命，但是其硬度、韧性及抗破碎力并没有得到明显的提升。
6、因此，急需提供一种原料来源及制备工艺安全环保，并且具有优异的硬度、韧性及抗破碎力的复合刚玉材料。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种复合刚玉材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的复合刚玉材料通过合理配比各原料的添加量，以及对制备工艺进行改进，有效提高了制得的复合刚玉材料的硬度、韧性及抗破碎力，物理性能较常规的单晶刚玉得到了明显提升。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种复合刚玉材料，包括如下组分及其质量百分比：
4、铬的氧化物0.2~3.8%，二氧化钛0.2~2.0%，二氧化锆0.4~2.0%，余量用氧化铝补足至100%。
5、进一步地，所述铬的氧化物为三氧化二铬（cr2o3）。
6、更进一步地，所述复合刚玉材料包括如下组分及其质量百分比：
7、三氧化二铬（cr2o3）0.4~3.2%，二氧化钛（tio2）0.2~1.3%，二氧化锆（zro2）0.4~1.6%，余量用氧化铝（al2o3）补足至100%。
8、进一步地，所述三氧化二铬，二氧化钛和二氧化锆的质量百分比总和≤6%，所述氧化铝的质量百分比为94~99%。
9、本专利技术提供的复合刚玉材料是以高纯α氧化铝为基础材料，同时搭配上特定比例的铬的氧化物、二氧化钛、二氧化锆等一起经高温熔炼而成，本申请专利技术人经过大量的实验研究发现，当原料中氧化铝的质量百分比为94~99%时，通过调节添加的cr2o3，tio2和zro2的质量百分比含量在特定的范围内，能够有效提高制得的刚玉复合材料的各项物理性能，经试验验证，采用本专利技术的方法制得复合刚玉材料质地坚硬，颗粒锋利，显微硬度和抗破碎力高，可以有效提高磨料的磨削性能，其独特结构和坚硬质地能够使其在承受高压、高温、高腐蚀环境时仍能保持性能稳定，各项物理性能远超普通单晶刚玉。
10、另外，本专利技术还提供了一种所述的复合刚玉材料的制备方法，包括如下步骤：
11、s1、取1/3重量的氧化铝，于电炉中熔炼至熔融状态，然后同时加入三氧化二铬，二氧化钛和氧化锆，继续熔炼至熔融状态，最后加入剩余的2/3的氧化铝，熔炼至熔融状态后，继续精炼；
12、s2、将步骤s1精炼后的混合物自然冷却至室温结晶，得固体物质；
13、s3、将步骤s2结晶后的固体物质进行破碎、研磨、整型、干洗、筛分，即得。
14、进一步地，所述步骤s1中原料在电炉中熔炼的温度为2300~2500℃。
15、进一步地，所述步骤s1中的精炼时间为30~60 min。
16、本专利技术提供的复合刚玉材料的制备工艺简单易操作，安全环保，同时在原料的添加方面，采用分批添加的方式，有利于原料的均匀混合，并且能有效提高各组分的熔化效率及结晶效率。
17、本专利技术还提供了上述复合刚玉材料在制备磨削材料中的应用。
18、本专利技术制得的复合刚玉材料，由于显微硬度和韧性适中，抗破碎力高，同时耐高温、耐腐蚀、耐磨性能优异，因此，非常适用于高钒高速钢、奥氏体不锈钢、耐热合金钢、钦合金等高硬度、高韧性材料的磨削，可以制作成高级切割和研磨工具，例如切割片、陶瓷磨具、重负荷砂轮、大直径切割砂轮、砂带产品等。并且，采用本专利技术制得的磨具在加工金属零件时，不烧伤工件，不污染工件，工件几何型面保持好，相对普通的刚玉材料制成的磨削工具，可以显著提高磨削效率和速度，同时降低了损耗。
19、与现有技术相比，本专利技术提供的复合刚玉材料及其制备方法具有以下优势：
20、（1）本专利技术提供的复合刚玉材料以氧化铝为基础材料，并通过合理配比各原料的添加比例，以及对制备工艺进行改进，有效的提高了制得的复合刚玉材料的硬度、韧性及抗破碎力，物理性能较常规的单晶刚玉得到了明显提升。
21、（2）本专利技术制得的复合刚玉材料，由于显微硬度高，抗压强度高，同时耐高温、耐腐蚀、耐磨性能优异，因此，其应用领域十分广泛，非常适用于制备成切割和研磨工具，相对普通的刚玉材料制成的磨削工具，可以显著提高磨削效率和速度，同时降低了损耗。
22、（3）本专利技术提供的复合刚玉材料的制备方法简单、安全、环保，传统的单晶刚玉在冶炼过程中通常需要加入硫化铁，因此整个本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合刚玉材料，其特征在于，包括如下组分及其质量百分比：
2.根据权利要求1所述的复合刚玉材料，其特征在于，所述铬的氧化物为三氧化二铬。
3.根据权利要求1所述的复合刚玉材料，其特征在于，所述复合刚玉材料包括如下组分及其质量百分比：
4.根据权利要求3所述的复合刚玉材料，其特征在于，所述三氧化二铬，二氧化钛和二氧化锆的质量百分比总和≤6%，所述氧化铝的质量百分比为94~99%。
5.一种根据权利要求1~4任一项所述的复合刚玉材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求1所述的复合刚玉材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中原料在电炉中熔炼的温度为2300~2500℃。
7.根据权利要求1所述的复合刚玉材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的精炼时间为30~60 min。
8.一种根据权利要求1~4任一项所述的复合刚玉材料在制备磨削材料中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种复合刚玉材料，其特征在于，包括如下组分及其质量百分比：
2.根据权利要求1所述的复合刚玉材料，其特征在于，所述铬的氧化物为三氧化二铬。
3.根据权利要求1所述的复合刚玉材料，其特征在于，所述复合刚玉材料包括如下组分及其质量百分比：
4.根据权利要求3所述的复合刚玉材料，其特征在于，所述三氧化二铬，二氧化钛和二氧化锆的质量百分比总和≤6%，所述氧化铝的质量百分比为94~99%。
【专利技术属性】
技术研发人员：陈浩，陈德海，
申请(专利权)人：淄博市淄川金龙磨料磨具有限公司，
类型：发明
国别省市：
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