經(jīng)過多年的發(fā)展，目前剛玉磨料已經(jīng)成為國民經(jīng)濟中不可缺少的一類重要工業(yè)產(chǎn)品，它與碳化硅占據(jù)了全部工業(yè)用磨料用量的三分之二以上。不過隨著現(xiàn)代材料科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過傳統(tǒng)熔融法制備的大單晶剛玉磨料由于晶粒粗大，磨削性能差，很多時候難以滿足現(xiàn)代加工的需要，因此迫切需要有適應(yīng)不同磨削需求的新型磨料。

陶瓷剛玉磨料的問世

為了獲得更好的磨削效果，1981年時美國3M公司率先推出了一種商標(biāo)名為“Cubitron”的剛玉磨料，其采用了溶膠-凝膠法（Sol-Gel）與燒結(jié)相結(jié)合的工藝，稱為化學(xué)瓷化技術(shù)（chemical ceramic  technology），性能遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的剛玉磨料。隨后在1986年美國Norton公司（現(xiàn)屬于法國圣戈班集團）推出了商標(biāo)名為“SG”的新型剛玉磨料，也是采用了溶膠-凝膠法與燒結(jié)結(jié)合的工藝。這種改進了制備工藝，與傳統(tǒng)剛玉磨料相比顯微結(jié)構(gòu)上具有明顯不同的磨料，一出世便以優(yōu)異性能得到廣泛關(guān)注，人們后來將它們統(tǒng)稱為SG磨料或陶瓷剛玉磨料。

一般而言，傳統(tǒng)剛玉磨料都是采用電熔，冷卻結(jié)晶，破碎的工藝得到，因此晶粒粗大，磨粒通常只由一個或幾個晶粒組成，而陶瓷剛玉則是由燒結(jié)工藝制備，晶粒尺寸均勻且細(xì)小，通常為微米或亞微米級，磨粒由成千上萬的晶粒組成。

顯微結(jié)構(gòu)的不同，使得磨料的磨削性能也有明顯區(qū)別，以下就是陶瓷剛玉磨料的一些顯著優(yōu)點：

①顯微結(jié)構(gòu)均勻致密。陶瓷剛玉磨料主要由亞微米級的α-Al2O3晶粒構(gòu)成，結(jié)構(gòu)致密。通過對添加劑的量進行控制，可以引入第二相，形成α-Al2O3包裹第二相晶粒結(jié)構(gòu)，或者第二相分布在晶界上包裹α-Al2O3晶粒的結(jié)構(gòu)。

②硬度高。陶瓷剛玉磨料結(jié)構(gòu)致密，與傳統(tǒng)的熔融剛玉磨料硬度相近。

③韌性高。陶瓷剛玉磨料的韌性比傳統(tǒng)剛玉磨料的韌性高1~2倍以上。傳統(tǒng)剛玉磨料晶粒粗大，破壞時通常發(fā)生穿晶斷裂；陶瓷剛玉磨料的晶粒尺寸小，晶界比例高，對裂紋擴展有顯著的偏折作用，破壞機理通常為沿晶斷裂。

④自銳性好。陶瓷剛玉磨料晶粒細(xì)小，每一個晶粒都是鋒利的切削刃。在磨削力的作用下，磨鈍的細(xì)小晶?？梢詮哪チ１砻嬷饾u脫落，暴露出新的晶粒，從而保持鋒利狀態(tài)。

⑤使用壽命長。陶瓷剛玉磨料的晶粒尺寸小，磨粒磨損后在磨削力作用下發(fā)生沿晶斷裂，脫落的是細(xì)小的晶粒，屬于微觀破壞，損失的磨料數(shù)量少。試驗證明陶瓷剛玉砂輪的使用壽命比白剛玉砂輪的長5倍以上。

⑥磨削效率高。陶瓷剛玉磨料的自銳性好，磨粒鋒利，磨削產(chǎn)熱少，可進行大切深、大進給和高負(fù)荷磨削，且停機修整的次數(shù)少，加工效率高（比白剛玉磨具的效率可高達10倍）。

⑦磨削精度高。陶瓷剛玉磨料磨損量少，砂輪的形狀保持性好，工件加工精度高，一致性好。

⑧砂輪修整容易。陶瓷剛玉磨料硬度與普通電熔剛玉磨料接近，因此陶瓷剛玉磨料砂輪比CBN 砂輪容易修整，且不需要采用特殊的磨削設(shè)備及修整裝置。

總而言之，陶瓷剛玉磨料作為高端磨料的典型代表，可以有效提高磨具產(chǎn)品的切削效率及使用壽命，在諸多高端加工領(lǐng)域顯示出良好的應(yīng)用前景。

陶瓷剛玉磨料的制備及難點

不過磨料性能雖好，但也不是那么好做的。據(jù)悉，陶瓷剛玉磨料的制備工藝主要包括前驅(qū)體的合成和燒結(jié)兩個步驟。

①陶瓷前驅(qū)體的合成主要采用液相法，是制備陶瓷所使用最廣泛的方法之一。液相法是從原料溶液出發(fā)，通過物理和化學(xué)反應(yīng)過程，形成均勻的前驅(qū)體。合成陶瓷剛玉前驅(qū)體的液相法主要包括溶膠-凝膠法、共沉淀法和水熱法等。

②燒結(jié)主要是通過一定的燒結(jié)制度，將前驅(qū)體轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧木嗖⑹蛊渲旅芑倪^程。陶瓷剛玉燒結(jié)所采用的燒結(jié)方式通常有以下幾種：常壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、微波燒結(jié)、等離子體燒結(jié)。

在以上制備過程中，最主要的難點是剛玉磨料的燒結(jié)和顯微結(jié)構(gòu)的控制。氧化鋁由于其本身具有較大的晶格能和較穩(wěn)定的晶格狀態(tài)，質(zhì)點遷移需較高活化能，因此其自身較難以燒結(jié)。通過引入添加劑促進氧化鋁的燒結(jié)和控制其顯微結(jié)構(gòu)成為制備陶瓷剛玉磨料的研究熱點。研究表明添加劑加入可以降低氧化鋁的燒結(jié)溫度并影響其微觀結(jié)構(gòu)。

總而言之，剛玉磨料被認(rèn)為是世界上磨削加工領(lǐng)域的一大技術(shù)成就。目前隨著科學(xué)技術(shù)的進步和新材料的不斷涌現(xiàn)，陶瓷剛玉磨料正向著具有高硬度、高韌性及細(xì)晶結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展，以滿足高速、重負(fù)荷、強力磨削和精密磨削的工藝要求。