塗附磨具行業概況及現狀

　　塗附磨具用粘結劑把磨料粘附在可撓曲的基體（布或紙等）上製成的磨具。磨料是一種具有高硬度和一定機械強度的顆粒材料，是用於製造磨具或直接用於研磨和拋光。作為一種磨料必須具備的基本特性，一般來說，應滿足以下五個方面的要求：

　　1． 較高的硬度

　　磨料的硬度必須高於被加工對象的硬度，否則，無法實現磨削加工的要求。

　　2． 適度的抗破碎性及自銳性

　　磨料要有適當的抗破碎性及自銳性，在磨削過程中，磨粒承愛以著抗壓、抗折、抗衝擊等應力，如其抗破碎性太低，磨削時磨粒很快破裂，難以進行有效的磨削：反之，磨粒變鈍後也不破碎，不能出現新刃，使磨削無法繼續進行，因此，要求磨粒磨鈍後，在磨削應力的作用下，自行破碎，露出新的鋒利刀刃，使磨削過程持續進行。

　　3． 磨料應具有良好的熱穩定性

　　磨具工作時，常常會產生大量的熱，局部可以達到較高的溫度作為一種磨料在高溫狀態下應能保持一定的硬度和強度。例如，金剛石的常溫硬度最高，但超過800℃就會碳化變為石墨，其硬度和強度急劇下降，這就在一定程度上，限制了金剛石的應用。

　　4． 磨料應具有一定的化學穩定性

　　磨料與被加工對象不易產生化學反應。長期的實踐表明，磨削並不是單純的機械過程，其中存在一定的化學反應。例如用碳化矽磨料加工鋼材時，會發生下列反應：

　　SiC（固）+4Fe（液）→FeSi（固）+Fe3C（固）

　　由於磨料與被加工對象發生化學反應，使磨料固有的機械性能發生變化，從而影響了磨削效果。

　　5． 便於加工成不同大小的顆粒

　　由於磨削加工是利用磨具表面許多顆粒所構成的切削刃來進行的，因此，要把磨料加工成所需要的粒度。有些物質，如硬質合金，雖然硬度高，但由於它的韌性較大，與磨料相比難以加工成顆粒狀，因此，不適宜製造磨料。

　　下面就磨料的種類、製造方法、性能及特殊的處理方法作一簡要介紹。

　　磨料的種類

　　磨料可以分為天然磨料和人造磨料兩大類。

　　一、 天然磨料

　　自然界一切可以用於磨削或研磨的材料統稱為天然磨料。常用的天然磨料有以下幾種：

　　1． 金剛石

　　金剛石是目前已知最硬的物質，其顯微硬度為98.59Gpa。金剛石是碳的同素異型體，主要成份是碳，另外還含有0.02~4.8%的雜質，比重為3.15~3.53g/cm3。其產地非常有限，不但價格昂貴，而且極為缺乏。

　　金剛石因含雜質的不同而呈黑色、黑褐色、灰黑色等，脆性較大，易沿結晶面裂開，結晶越大抵抗外力的作用越強，金剛石的計量單位是克拉，1克拉=0.2g。

　　天然金剛石作為磨料主要用途有兩個方面：

　　（1） 用於修整砂輪；

　　（2） 磨削和研磨難加工材料（如硬質合金、寶石、玻璃、石料等）。

　　2． 天然剛玉

　　天然剛玉的主要礦物成份為α——Al2O3，其顯微硬度為20.58Gpa，比重為3.93~4.00g/cm3。自然界存在的天然剛玉主要有以下三種：

　　（1）優質剛玉（俗稱寶石）有藍寶石（含鈦）、紅寶石（含鉻）等；

　　（2）普通剛玉，呈黑色或棕紅色；

　　（3）金剛砂，可分為綠寶石金剛砂和褐鐵礦金剛砂，它是一種集合晶體，硬度較低。

　　在上述三種天然剛玉中，第一種主要用於首飾，而後二種可以作為磨料，用來製造砂輪、油石、砂紙、砂布或微粉、研磨膏等。

　　3．石榴石

　　石榴石的晶形較好，顯微硬度為13.33Gpa。屬於石榴石的礦物種類很多，但適合於作磨料的僅有鐵鋁石榴石一種，其礦物組成這：3FeO.Al2O3.3SiO2，含量不低於85~90%。

　　4。石英

　　石英的化學成份為SiO2，常夾雜有Al2O3、Fe2O3、 CaO MgO Fe2O3等。顯微硬度為8.04 Gpa，可用作磨料的石英礦有脈石英、石英岩及石英砂等。

　　隨著科學技術的發展，人造磨料的品種已達幾十種之多，天然磨料由於自身的缺陷，已被越來越多的人造磨料所取代，目前除了天然金剛石、石榴石外，其它種類的天然磨料用量甚微。

　　二、 人造磨料

　　人造磨料分剛玉系列、碳化物系列、超硬系列等幾大類。現將各類磨料的簡要製造方法、特性及磨削對象分別敘述如下。

　　1． 剛玉系列人造磨料

　　屬於剛玉系的人造磨料有棕剛玉、白剛玉、鋯剛玉、微晶剛玉、單晶剛玉、鉻剛玉、鐠釹剛玉、黑剛玉及礬土燒結剛玉等。

　　（1）棕剛玉（A）

　　棕剛玉是以鋁礬土、無煙煤和鐵屑為原料，在電弧爐內經高溫冶煉而成。在冶煉過程中，無煙煤中的碳將礬土中的氧化矽、氧化鐵和氧化鈦等雜質還原成金屬，為些金屬結合在一起成為鐵合金，由於其比重較剛玉熔液大而沉降至爐底與剛玉熔液分離。僅有少量的雜質夾雜在剛玉熔快中。

　　棕剛玉的主要礦物成份為物理剛玉，三方晶系，少量的礦物雜質有：矽酸鈣、鈣斜長石、富鋁紅柱石（又稱莫來石）、鈦化物、玻璃體及少量鐵合金等。

　　棕剛玉的抗破碎能力較強，抗氧化、抗腐蝕，具有良好的化學穩定性，是一種用途廣泛的磨料。適用於磨削抗張強度高的金屬材料，如普通碳素鋼、硬青銅、合金鋼的細磨和精磨，磨加工螺紋和齒輪等，白剛玉還可用於精密鑄造及高級耐火材料。

　　（3）鉻剛玉（PA）

　　鉻剛玉的冶煉工藝與白剛玉相同，只是在冶煉過程中加入一定量的氧化鉻，呈淺紫色或玫瑰色。

　　鉻剛玉中由於引入Cr3+改善了磨料的韌性，其韌性較白剛玉高，而硬度與白剛玉相近，用於加工韌性較大的材料時，其加工效率比白剛玉高，並且工件表面的光潔度也較好，鉻剛玉適應於加工韌性高的淬火鋼、合金鋼、精密量具及儀表零件等光潔度要求較高的工件。

　　（4）微晶剛玉（MA）

　　微晶剛玉所採用的原材料及冶煉方法與棕剛玉基本相同，在停爐後立即把熔液通過流放或傾倒的方法倒入枝模子內急速冷卻（一般在30分釧以內），因而得到微細結晶的集合體。

　　微晶剛玉在冶煉過程中，雜質的還原程度較差，Al2O3含量為94~96%，晶體尺寸一般在80~300微米，晶體占57~85%，最大晶體尺寸不超過400~600微米。它具有強度高，韌性較大的特點。適用於重負荷磨削，可以磨削不鏽鋼、碳素鋼、軸承鋼以及特種球墨鑄鐵等材料，由於磨粒在磨削過程中呈微刃破碎狀態，也被用於精密磨削甚至鏡面磨削。

　　（5）單晶剛玉（SA）

　　單晶剛玉是以礬土、無煙煤、鐵屑和黃鐵礦為原材料，在電弧爐內共熔，礬土中的氧化鐵、二氧化矽和氧化鈦先後被還原並組成鐵合金從熔液中沉降至爐底。一小部分氧化鋁與碳、硫化亞鐵起複分解反應，生成少量的硫化鋁填充在單晶顆粒之間，當熔塊冷卻後放入水中時，硫化鋁被溶解，而被硫化鋁隔開的單晶剛玉即可分散開成為自然粒度的磨料。

　　單晶剛玉呈灰白色，其顆粒形狀多為等積形，晶體內不含雜質，具有多稜角的切削刃，在同樣的磨削力作用下，所形成的力矩小於其它磨料，因此它不易折碎，機械強度較高，單顆粒抗壓強度為22~38kg，而棕剛玉僅為10~20kg。單晶剛玉由於有較高的硬度和韌性，所以切削能力較強，可用來加工工具鋼、合金鋼、不鏽鋼、高鋇鋼等韌性大、硬度高的難磨材料。

　　（6）鋯剛玉（ZA）

　　鋯剛玉是以鋁氧粉和鋯英石為原料，在電弧爐內經高溫冶煉而成，整個過程基本上是一個熔化再結晶的過程。它是一種由α——Al2O3，與ZrO2組成的共晶集合體，在冶煉過程中應儘可能使兩種結晶相互交錯構成微晶型晶體。

　　鋯剛玉適用於高速重負荷磨削，可荒磨鑄鐵、鑄鋼、合金鋼和高速鋼等，特別適合於鈦合金、耐熱合金、高釩鋼、不鏽鋼的磨加工。

　　（7）鐠釹剛玉（NA）

　　鐠釹剛玉的製造工藝與白剛玉相似，其差異是在冶煉過程中加入約0.175%的鐠釹富集物（氧化鐠、氧化釹、氧化鑭）。大量的磨削試驗證明其磨削性能優於白剛玉，適用磨削不鏽鋼、高速鋼、球磨鑄鐵、高錳鑄鋼及某些耐熱合金等。

　　（8）黑剛玉（BA）

　　黑剛玉的冶煉方法與棕剛玉相同，是以三水鋁礬土為原料，加少量還原劑，經溶煉而成，其耗電量約為棕剛玉的三分之二。呈黑色，主要化學成分：Al2O3不低於77%，SiO2含量為10~12%，Fe2O3含量為7~10%，TiO2約為3%，比重不小於3.61.

　　黑剛玉具有很好的自銳性，磨削時發熱量少，加工件的光潔度較好，適用於零件電鍍前底面拋光，鋁製品和不鏽鋼的拋光，也可用於拋光光學玻璃、加工木材等。由於它的親水性好，可用在製造砂紙、砂布和樹脂磨具，還可以作研磨膏和拋光粉。黑剛玉由於鐵含量高，因而不宜用於製造陶瓷磨具。

　　（9）礬土燒結剛玉

　　礬土燒結剛玉是唯一不用電爐冶煉的剛玉，它是用優質熟礬土（Al2O3含量85%以上）經濕法球磨至3微米的微粒料漿（球磨時應加粘結劑），再經壓濾成型為各種幾何形狀的磨粒，在1500℃下燒結。有關更多塗附磨具的行業資訊信息請查看中國報告大廳的塗附磨具行業深度分析及「十三五」發展規劃指導報告。

　　礬土燒結剛玉的主要化學成份是：Al2O3（85~88%）、SiO2（3~4%）、TiO2（3.5~4.5%）、 Fe2O3（5.6~6.5%）。它具有α——Al2O3微晶結構，韌性高，可承受較大的磨削壓力而不至於破碎，並能切削較厚的金屬層，橫向進給可高達 6mm以上。磨料的形狀可製成各種柱形體，這是所有磨料中唯一的特例，適用於重負荷荒磨。

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