CN101906663A - 蓝色超单晶刚玉及其制备方法 - Google Patents

蓝色超单晶刚玉及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蓝色超单晶刚玉及其制备方法，将1吨的氧化铝粉、锐钛型钛白粉、钛石粉、氟化铝、二氧化锆粉混合、熔炼、降温凝固、开炉破碎、磁选除杂、筛选、二次磁选除杂：再用磁选机磁选即得蓝色超单晶刚玉。因为不使用铁矿石，在冶炼过程中无烟无气味，产品加工过程无硫化氢气体，生产全过程不污染环境；因为本制备方法中加入了适量二氧化锆，二氧化锆和氧化铝以晶体结合的形式出现，真比重、颗粒度明显增加，化学性质更稳定，强度达到33N，密度达到4.02g/cm3，单晶刚玉内Al2O3含量高达99.55％以上，各种杂质更低。

Description

蓝色超单晶刚玉及其制备方法
技术领域
本发明属于单晶刚玉的生产方法技术领域，特别涉及一种蓝色超单晶刚玉及其制备方法。
背景技术
传统的单晶刚玉的生产方法是采用铝矾土、黄铁矿和含碳物质为原料，混合后送入电弧炉熔炼，在高温下产生Al2O3，之后冷却电炉，刚玉单晶体从熔液中析出。但是原生产方法存在很大的问题，一是在炼制的过程中会向空气中分解、排放大量的二氧化硫气体，在水解的过程中产生大量的硫化氢气体，硫化氢气体对各类金属(铜、锌)导线、各类电器的腐蚀程度惊人，各类导线不出3月即会成为锈粉而脱断，对人体健康有害，对大气造成污染，排放到水中大量深沉物，污染下游水源。二、原生产方法生产的单晶刚玉做成砂轮以后，有铁斑和收缩现象，收缩的结果是在砂轮上出现非正常的裂纹、变形，严重影响砂轮的作业能力和作业效果，在出厂之前需要进行大量的砂轮切磨整形，大大增加其生产成本；另外，原生产方法的能耗大，生产每吨单晶刚玉需要耗电6000度。三、近两年单晶刚玉的生产工艺取得了大的突破，采用了全新的无铝矾土、黄铁矿配方，实现了有效的无污染生产，而且单晶刚玉也由灰单晶变成稳定的蓝单晶，强度超过26N，韧性高达90.5％，比原单晶刚玉(SA)高出25％，单晶刚玉内AL2O3含量高达99.4％以上，各种杂质更低，Fe2O3含量不超过0.08％，SiO2小于0.07％，TiO2＜0.45％。如申请号为200810231231.8，专利名称为蓝色单晶刚玉的生产方法，公开号为CN101748486A公开的技术方案，通过混料混料、熔炼、降温凝固、开炉破碎、磁选除杂、筛选、二次磁选除杂等工序，单晶刚玉颗粒的颜色大多数是浅蓝色，它堆积密度平稳，16#为1.89g/cm3左右，180#为1.65g/cm3左右，以该生产方法的单晶刚玉，做成砂轮后无铁斑、无收缩现象。改变了美国诺顿公司MA88蓝色单晶产品对国内市场的高价位不正当垄断现状。但是采用本法制成的蓝色单晶刚玉对温度有要求，砂轮窑温度300℃-1280℃都可以制成砂轮，砂轮窑温度超过1280℃，砂轮色泽会改变，因为陶瓷砂轮的生产温度需要达到1370℃。为了保护单晶砂的蓝色，众多砂轮生产厂家在这个问题上煞费苦心，在制造砂轮时，在砂轮的外面包裹石英砂，以避免单晶刚玉温度升高而发生的色变现象。
发明内容
本发明提供一种纯度更高、密度更大、抗压强度更高、性质更稳定的蓝色超单晶刚玉及其制备方法。
一种蓝色超单晶刚玉，其成份及所占质量百分比如下，99.45％～99.60％质量的AL2O3，0.015％～0.045％质量的Fe2O3，0.20％～0.35％质量的TiO2，0.015％～0.035％质量的SiO2，0.02％～0.045％质量的CaO，0.005％～0.015％质量的MgO，0.005％～0.015％质量的K2O，0.07％～0.20％质量的ZrO2。
作为本发明的一种优选，一种蓝色超单晶刚玉，其成份及所占质量百分比如下，99.54％质量的AL2O3，0.03％质量的Fe2O3，0.24％质量的TiO2，0.02％质量的SiO2，0.03％质量的CaO，0.01％质量的MgO，0.01％质量的K2O，0.12％质量的ZrO2。
一种蓝色超单晶刚玉的生产方法，它包括如下步骤：
a.混料：将1吨的氧化铝粉、锐钛型钛白粉2～4kg、钛石粉6～10kg、氟化铝7～13kg、二氧化锆粉4～7kg混合；
b.熔炼：将混合后的原料投入电弧炉，加热到2000℃～2600℃，持续加热25～32小时；
c.降温凝固：熔炼后室温下静置3～6日，使其充分凝固；
d.开炉破碎：将炉子打开，先用锤将刚玉擂成小块，之后用反击破将其击碎；
e.磁选除杂：用磁选机将刚玉砂中的磁性杂质选出；
f.筛选：用适当目数的筛子对磁选出的碎粒分类；
g.二次磁选除杂：再用磁选机磁选即得蓝色超单晶刚玉。
一种蓝色超单晶刚玉的生产方法，它包括如下步骤：
a.混料：将1吨的氧化铝、锐钛型钛白粉3kg、钛石粉8kg、氟化铝10kg、二氧化锆5.2kg混合；
b.熔炼：将混合后的原料投入电弧炉，加热到2350℃，持续加热28小时；
c.降温凝固：熔炼后室温下静置5日，使其充分凝固；
d.开炉破碎：将炉子打开，先用锤将刚玉擂成小块，之后用反击破将其击碎；
e.磁选除杂：用磁选机将刚玉砂中的磁性杂质选出；
f.筛选：用适当目数的筛子对磁选出的碎粒分类；
g.二次磁选除杂：再用磁选机磁选即得蓝色超单晶刚玉。
采用本发明方法生产的蓝色单晶刚玉因为不使用铁矿石，在冶炼过程中无烟无气味，产品加工过程无硫化氢气体，对大气无污染、无污水排放，生产全过程不污染环境；因为本制备方法中加入了适量二氧化锆，二氧化锆和氧化铝以晶体结合的形式出现，真比重、颗粒度明显增加，强度达到33N，密度达到4.02g/cm3，单晶刚玉内AL2O3含量高达99.55％以上，各种杂质更低。这些互相镶嵌生长的刚玉晶体与微量的二氧化锆结合，形成了大致定向的拉长结晶特点，而且二氧化锆与氧化的单晶而言，外化的紧密结合特点明显，显然更利于其提高强度硬度。刚玉晶体块内晶粒之间结构不是致密，无论纵向、横向切片均见有组织间隙，这一特点有利于机械破碎，而且晶粒磨粒内部见不到裂纹。从纵向、横向切片的视图上看，刚玉相呈边界无规则界面的粒状，而其横断面上常呈蹼状边界，这与以往生产的晶面平直多角的结晶形状形成鲜明的对比，单晶体形象非常明显。单晶刚玉颗粒的颜色大多数是浅蓝色，以本发明生产方法的蓝色超单晶刚玉，化学性质更加稳定，做成砂轮后无铁斑、无收缩现象。陶瓷、树脂、橡胶结合剂均可使用，而且其适应砂轮窑温度超过1500℃，高于生产陶瓷砂轮所需的1370℃的温度，砂轮色泽不会改变，不需要再为保护砂轮颜色而做其他措施。本发明生产方法的单晶刚玉，颗粒形状更好、磨削能力更强，工具磨砂轮更好用；更适宜切削高钒钢、钛钢、不锈钢及各种合金，而且使用本发明生产方法生产一吨单晶刚玉，耗电能2800度，更节省。
具体实施方式
实施例：
一种蓝色单晶刚玉的生产方法，包括如下步骤：
a.混料：将1吨的氧化铝、锐钛型钛白粉2kg、钛石粉6kg、氟化铝8kg、二氧化锆粉6kg混合；
b.熔炼：将混合后的原料投入电弧炉，加热到2100℃，持续加热26小时；
c.降温凝固：熔炼后室温下静置4日，使其充分凝固；
d.开炉破碎：将炉子打开，先用锤将刚玉擂成小块，之后用反击破将其击碎；
e.磁选除杂：用磁选机将刚玉砂中的磁性杂质选出；
f.筛选：用适当目数的筛子对磁选出的碎粒分类；
g.二次磁选除杂：再用磁选机磁选即得蓝色超单晶刚玉。
实施例二：
一种蓝色单晶刚玉的生产方法，包括如下步骤：
a.混料：将1吨的氧化铝粉、锐钛型钛白粉4kg、钛石粉10kg、氟化铝粉12kg、二氧化锆粉4kg混合；
b.熔炼：将混合后的原料投入电弧炉，加热到2400℃，持续加热30小时；
c.降温凝固：熔炼后室温下静置6日，使其充分凝固；
d.开炉破碎：将炉子打开，先用锤将刚玉擂成小块，之后用反击破将其击碎；
e.磁选除杂：用磁选机将刚玉砂中的磁性杂质选出；
f.筛选：用适当目数的筛子对磁选出的碎粒分类；
g.二次磁选除杂：再用磁选机磁选即得蓝色单晶刚玉。
实施例三：
一种蓝色单晶刚玉的生产方法，包括如下步骤：
a.混料：将1吨的氧化铝、锐钛型钛白粉3kg、钛石粉8kg、氟化铝10kg混合、二氧化锆粉5.2kg；
b.熔炼：将混合后的原料投入电弧炉，加热到2350℃，持续加热28小时；
c.降温凝固：熔炼后室温下静置5日，使其充分凝固；
d.开炉破碎：将炉子打开，先用锤将刚玉擂成小块，之后用反击破将其击碎；
e.磁选除杂：用磁选机将刚玉砂中的磁性杂质选出；
f.筛选：用适当目数的筛子对磁选出的碎粒分类；
g.二次磁选除杂：再用磁选机磁选即得蓝色单晶刚玉。
利用本发明方法得到的单晶刚玉的颗料形状好，切割面多，磨削能力强，而且产晶体个数达到95％以上。利用本发明生产方法生产的蓝超单晶刚玉，经国家磨料磨具监督检验中心检测，抗压强度达到33N，单晶刚玉内AL2O3含量高达99.55％以上，各种杂质更低。
这些互相镶嵌生长的刚玉晶体具有大致定向的拉长的结晶特点，显然这是由于从很致炉边部向中部结晶环境、温度规律变化造成的。刚玉晶体之间或晶粒内部不是密，无论纵向、横向切片均见有大量空洞，显然这一特点相当有利于机械破碎，磨粒内部基本见不到裂纹。从纵向、横向切片的视图上看，刚玉相呈边界无规则界面的粒状，而其横断面上常呈蹼状边界。这与以往生产的晶面平直多角的结晶形状形成鲜明的对比，单晶体形象非常明显。

Claims (4)

1.一种蓝色超单晶刚玉，其特征在于：其成份及所占质量百分比如下，99.45％～99.60％质量的AL2O3，0.015％～0.045％质量的Fe2O3，0.20％～0.35％质量的TiO2，0.015％～0.035％质量的SiO2，0.02％～0.045％质量的CaO，0.005％～0.015％质量的MgO，0.005％～0.015％质量的K2O，0.07％～0.20％质量的ZrO2。
2.如权利要求1所述的蓝色超单晶刚玉，其特征在于：其成份及所占质量百分比如下，99.54％质量的AL2O3，0.03％质量的Fe2O3，0.24％质量的TiO2，0.02％质量的SiO2，0.03％质量的CaO，0.01％质量的MgO，0.01％质量的K2O，0.12％质量的ZrO2。
3.一种蓝色超单晶刚玉的生产方法，其特征在于：它包括如下步骤：
a.混料：将1吨的氧化铝粉、锐钛型钛白粉2～4kg、钛石粉6～10kg、氟化铝7～13kg、二氧化锆粉4～7kg混合；
b.熔炼：将混合后的原料投入电弧炉，加热到2000℃～2600℃，持续加热25～32小时；
c.降温凝固：熔炼后室温下静置3～6日，使其充分凝固；
d.开炉破碎：将炉子打开，先用锤将刚玉擂成小块，之后用反击破将其击碎；
e.磁选除杂：用磁选机将刚玉砂中的磁性杂质选出；
f.筛选：用适当目数的筛子对磁选出的碎粒分类；
g.二次磁选除杂：再用磁选机磁选即得蓝色超单晶刚玉。
4.如权利要求3所述的蓝色超单晶刚玉的生产方法，其特征在于：它包括如下步骤：
a.混料：将1吨的氧化铝、锐钛型钛白粉3kg、钛石粉8kg、氟化铝10kg、二氧化锆5.2kg混合；
b.熔炼：将混合后的原料投入电弧炉，加热到2350℃，持续加热28小时；
c.降温凝固：熔炼后室温下静置5日，使其充分凝固；
d.开炉破碎：将炉子打开，先用锤将刚玉擂成小块，之后用反击破将其击碎；
e.磁选除杂：用磁选机将刚玉砂中的磁性杂质选出；
f.筛选：用适当目数的筛子对磁选出的碎粒分类；
g.二次磁选除杂：再用磁选机磁选即得蓝色超单晶刚玉。
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