一种Al8B4C7磨料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Al8B4C7磨料及其制备方法，属于新型磨料的制备技术领域。其特征是采用金属Al粉体、硼源(可以是B4C、B2O3或硼粉等)和碳源(可以是石墨、炭黑、焦炭粉或酚醛树脂等)为主要原料，将各原料按一定比例混合后再经过成型、干燥、烧成、粉碎、过筛等工艺过程制备出Al8B4C7磨料。所述的这种Al8B4C7磨料具有高硬度、高韧性、低密度和磨料颗粒形状可控等特点，该方法烧成温度低，减少了能源消耗，制备工艺方法简单、制得的磨料磨削加工性能好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种Al8B4C7磨料及其制备方法，属于新型磨料的制备

技术介绍
人类开始使用磨料已经有数千年之久了，在人类的远古时期，古代人就已经学会使用天然磨料来磨削制造木制工具、骨头以及石器等。随着社会科学技术的发展和新材料的不断出现，使用磨料进行磨削加工已经成为制造业和新材料加工的一种重要加工方法， 尤其是对加工高硬材料和需要高精加工的领域显得尤为重要。现代制造业水平不断提高， 加工材料多样化，使得加工难度以及加工效率要求越来越高，这也促进了磨料磨具产品和磨削加工技术的不断发展，新的磨料和品种也相继出现，如白刚玉、棕刚玉、黑碳化硅、绿碳化硅等，又从这些普通磨料发展了超硬金刚石、碳化矽、立方氮化硼、碳化硼，磨料的磨削加工能力和效率得到了提高。但在实际生产加工过程中，选择磨料时须同时兼顾加工质量、效率、精度以及成本等因素，现有的磨料种类还不能很好满足现代加工行业的需求。碳硼化招(Al8B4C7)是一种Al-B-C 二兀体系六方晶系材料,它不仅具有低的密度 (2. 69g/cm3)和高的硬度(维氏硬度约为18Gpa)，而且具有很好的热稳定性，直到1830°C 都是稳定存在的，高温下仍具有一定的强度和硬度。目前工业中使用最多的是碳化矽(俗称金刚砂)和刚玉两种磨料。碳化矽是利用纯矽石砂与焦炭混合后放入电炉中,在2200 2480°C焙烧约36小时而制得；刚玉磨料在工业上常使用电弧炉加热熔炼铝矾土制成，熔炼温度一般在2000°C以上。这两种常用工业磨料在生产过程中普遍存在制备温度高、耗能大和生产周期长等劣势。而碳硼化铝(Al8B4C7)的硬度接近刚玉，且具有高的强度和韧性，可用于加工铸铁和普通钢材等材料，可以改善磨削加工性能和精工精度、加工质量、磨具的使用寿命。尤其是碳硼化铝的制备温度远低于碳化矽和刚玉(烧成温度1700°C左右，保温时间2 4小时)，随着世界能源的日趋紧张，节能减排不仅是降低生产成本，提高经济效益的有效途径，也是全人类共同的责任和目标，因此开发一种低生产成本并兼顾优良磨削加工性能的Al8B4C7新型磨料的制备技术，具有重要的应用价值和技术创新意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前工业上常用的两种磨料碳化矽(俗称金刚砂)和刚玉在制备过程中普遍存在烧成温度高、耗能大和生产周期长以及等问题，提出以原料价格较低的金属Al粉体、硼源(B4C、B2O3或硼粉等)和碳源(石墨、炭黑、焦炭粉或酚醛树脂等) 为主要原料，在短时间内和较低的温度下烧成磨料坯体，然后通过粉碎、过筛、分级后可得到具有高硬度、高韧性、低密度和磨料颗粒形状可控等特点的Al8B4C7磨料。这种Al8B4C7磨料可以改善磨削加工性能和精工精度、加工质量、磨具的使用寿命，并且具有节能减排，降低生产成本等诸多优点。本专利技术提出的一种Al8B4C7磨料及其制备方法，其特征在于所述Al8B4C7磨料是以金属Al粉体、硼源(可以是匕(、8203或硼粉等)和碳源(可以是石墨、炭黑、焦炭粉或酚醛树脂等)为主要原料，将各原料按一定比例混合后再经过成型、干燥、烧成、粉碎、过筛、分级等工艺过程制备出Al8B4C7磨料。本专利技术所述的金属Al粉体、硼源(B4C、B203或硼粉)和碳源(石墨、炭黑、焦炭粉或酚醛树脂)等原料均为市售工业原料，所述金属Al粉体的纯度大于95wt. %，粉料粒径为d5(l< 10011111;所述硼源可以是84(、8203或硼粉等含硼元素或者高温下能被还原脱氧的原料，其质量要求为硼源纯度(或还原脱氧后的纯度)的百分比大于90wt. %，粉料粒径为d5(l <50um ;所述碳源可以是石墨、炭黑、焦炭或酚醛树脂等高温条件下可以发生碳化反应的原料，其质量要求为碳含量(或碳化反应后产物中碳的含量)的百分比大于95wt. %,灰分不大于8%,挥发分不大于7%,硫含量小于2%,水分不大于5%, 粉料粒径为d5(l < IOOi1 m，其用法可以是分别单独加入，也可以是它们的混合物加入，若混合加入，其混合比例没有特殊要求。各原料加入量参照Al8B4C7不同元素化学计量数比例， 其中原料中各元素B Al C的摩尔比(还原脱氧后)为I : I. 5 2. 5 I. 25 2.25。本专利技术所述的Al8B4C7磨料的制备方法的特征制备工艺过程依次为I)将金属Al粉体、硼源(B4C、B203或硼粉等)和碳源(石墨、炭黑、焦炭粉或酚醛树脂等)按一定配比混合后加入球磨机中球磨0. I 24h至各原料混合均勻，球磨的方式可以选用干法球磨或湿法球磨，其中球磨介质可以选用金属球、陶瓷球或玛瑙球等，湿法球磨选用的球磨液须是无水乙醇等(含水量< Iwt. %)0然后将混合均匀的原料经过成型、 干燥等工艺过程制成坯体，其中成型工艺可以是干压成型、半干压成型或等静压成型，成型压力约为10 300MPa。2)将上述干燥好的坯体置于高温气氛炉中进行烧成，其中烧成保护气体可以是高纯氩气、氢气等惰性气体或还原气体，或者为真空保护气氛。Al8B4C7磨料坯体经过常温至2000°C的温度范围内烧成过程中升温速度没有特殊要求，在相应的温度下可以分别保温一定时间，在最终烧成温度下(无还原反应时1500 1800°C，有还原反应时1700°C 20000C )保温0. 5 24小时，然后自然冷却至室温制得Al8B4C7烧结磨料，最后将烧结磨料粉碎、过筛、分级后可得到所述的Al8B4C7磨料。本专利技术所制备的这种制备Al8B4C7磨料的新方法具有高硬度、高韧性、低密度和磨料颗粒形状可控等特点，该方法生产成本低，烧成温度低，节约能耗，制备工艺方法简单，制得的磨料磨削加工性能好。烧成时的保护气体可以是氩气、氢气等或者为真空保护气氛等， 使用设备为一般高温真空气氛炉等，易于实现工业化生产。附图说明图I是具体实施方式例I中使用Al粉、B4C粉、石墨为原料，在1600°C烧成制备的 Al8B4C7磨料粉体的XRD图谱；图2是具体实施方式例I中使用Al粉、B4C粉、石墨为原料，在1600°C烧成制备的 Al8B4C7磨料粉体的SEM照片。实施例I原料及要求Al粉加入量为2. Omol，要求纯度大于95wt. %，粉料粒径为d5(l = 75 u m ；B4C粉加入量为0. 25mol,要求纯度大于90wt. 粉料粒径d5(l = 10 u m ;石墨加入量为I. 6mol,要求碳含量百分比大于95wt. 粉料粒径d5(l = 75 u mo球磨将上述原料装入球磨罐，干法球磨24h。成型在钢模中30MPa预成型。烧成将成型的磨料坯体放入真空气氛炉中，用氩气作为保护气体，烧成温度1600°C。烧成制度为600°C保温30min(固铝处理)，1600°C保温2h，升温速度10°C /min。粉碎、过筛、分级将自然冷却至室温的磨料坯体烧结磨料粉碎、过筛、分级后得到相应的Al8B4C7磨料。实施例2原料及要求Al粉加入量为2. Omol，要求纯度大于95wt. %，粉料粒径为d5(l = 75 u m ；B203粉加入量为0. 5mol,要求纯度大于90wt. 粉料粒径d5(l = 50 u m ;炭黑加入量为4. Omol,要求碳含量百分比大于95wt. %。球本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高远飞，潘子鹤，黄朝晖，房明浩，刘艳改，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：