在使用天然磨料的漫長歷史中,人類逐漸意識到幾乎所有的天然磨料都含有結晶氧化鋁,而正是結晶氧化鋁起到了研磨的作用。基于這一認識,人們開始嘗試將含有氧化鋁的材料融化成磨料,其研磨效果優于天然磨料。1893年,法國和1894年,德國分別獲得了熔融硬砂的專利權。1895年,法國人修改了他的原始專利,用鋁土礦代替硬砂作為原料。然而,最先開發研磨級氧化鋁晶體的是C.B.Jacobs。到1901年,由于A.C.希金斯爐的建立,人造剛玉發展成工業化大規模生產。人造剛玉磨料生產的進一步發展是通過在原材料中添加鐵屑,通過物理方法去除熔融剛玉中的懸浮金屬雜質。然而,本發明的目的是用鋁土礦代替剛玉磨料生產純氧化鋁。自人造剛玉生產以來,剛玉制品品種繁多。不同產品的主要區別在于氧化鋁含量、雜質類型和含量以及熔塊冷卻速度引起的晶粒尺寸。
碳化硅不是天然的,人造碳化硅是在19世紀末發展起來的。尤其應該提到美國人,例如艾奇遜。他用含有氧化鋁和焦炭的粘土對混合物施加強大的電流,直到中心的粘土融化。冷卻后,他在電極末端和混合材料中發現了一道明亮的硬材料閃光。艾奇遜多次重復這項測試,并收集這些硬材料來測試其研磨性能。因此,他可以戴上他的鉆石戒指。當時,艾奇遜認為發現的物質是碳和剛玉的化合物,所以他將其命名為“碳化硅”。它是英文單詞carbon和corundum的組合。
事實上,反應不是粘土中的氧化鋁,而是二氧化硅。1893年,艾奇遜獲得了碳化硅生產的專利權,使碳化硅成為世界上最早商業化的人造磨料。當時只能生產黑色碳化硅,日產量為125克。它被稱為“研磨寶石”,每公斤的價格高達1600美元。
在19世紀人造剛玉和碳化硅被成功開發之后,20世紀20年代白剛玉和綠色碳化硅也相繼出現,形成了人造普通磨料的基本體系。從20世紀20年代到60年代,人造普通磨料以高速發展。磨料工業與機械工業和鋼鐵工業的發展密切相關。隨著鋼鐵、汽車和機械制造業的快速發展,各種剛玉和碳化硅磨料相繼出現,品種越來越齊全,形成了一個完整的人工普通磨料系統。相比之下,人造金剛石和立方氮化硼(CBN)在20世紀50年代獲得成功,并開始出現在磨料的歷史舞臺上。
從20世紀70年代到今天,剛玉和碳化硅顯示出技術成熟,新品種出現緩慢,但它們仍然是人造磨料的主體,廣泛應用于磨削領域。其中一個比較突出的新產品是微燒結剛玉(諾頓公司的商品品牌是SG)。在此期間,碳化硅和剛玉開始發展到非研磨領域,如耐火材料、鋼鐵和鑄鐵冶煉、電碳化硅棒和避雷器、工程陶瓷、金屬非金屬復合材料等。在非研磨應用中,剛玉和碳化硅的研究和產品開發非常活躍,例如高鋁剛玉。在21世紀,人造剛玉和碳化硅仍然是使用最廣泛的磨料,占所有磨料的三分之二以上。它們廣泛用于制造各種磨料,并在非研磨應用中不斷發展。展望21世紀,人造磨料的發展方向是硬度和韌性,以滿足高速、重載、強磨削的工藝要求,實現經濟高效的磨削。磨料品種的發展結果是,它們往往具有特殊性和特殊效果。人造金剛石和立方氮化硼的研究也將保持強勁的勢頭。在磨削領域,人造金剛石和立方氮化硼將繼續取代剛玉和碳化硅磨料。有人稱之為從AC到BD的過程。A是指氧化鋁,C是指碳化硅,B是指立方氮化硼,D是指人造金剛石。然而,就韌性而言,普通磨料將發展出高韌性剛玉磨料,它仍將與超硬磨料并行使用。在非研磨應用中,普通磨料將得到快速發展,并將成為其主要應用。
人造磨料發展史上的重要年代:
磨料名稱 | 年代 | 備注 |
黑碳化硅 | 1891 | 研制成功 |
人造金剛石 | 1953 | 研制成功 |
棕剛玉 | 1897 | 研制成功 |
微晶剛玉 | 1954 | 研制成功 |
白剛玉 | 1910 | 研制成功 |
立方氮化硼 | 1957 | 研制成功 |
綠碳化硅 | 1924 | 研制成功 |
鉻剛玉 | 1962 | 研制成功 |
碳化硼 | 1934 | 開始生產 |
燒結剛玉 | 1962 | 研制成功 |
低鈦半脆性剛玉 | 1936 | 開始生產 |
鋯剛玉 | 1963 | 研制成功 |
單晶剛玉 | 1946 | 研制成功 |
微晶燒結剛玉 | 1972 | 研制成功 |