在使用天然磨料的漫長(zhǎng)歷史中,人類逐漸意識(shí)到幾乎所有的天然磨料都含有結(jié)晶氧化鋁,而正是結(jié)晶氧化鋁起到了研磨的作用。基于這一認(rèn)識(shí),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(yōu)于天然磨料。1893年,法國(guó)和1894年,德國(guó)分別獲得了熔融硬砂的專利權(quán)。1895年,法國(guó)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(fā)研磨級(jí)氧化鋁晶體的是C.B.Jacobs。到1901年,由于A.C.希金斯?fàn)t的建立,人造剛玉發(fā)展成工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。人造剛玉磨料生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)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(zhì)。然而,本發(fā)明的目的是用鋁土礦代替剛玉磨料生產(chǎn)純氧化鋁。自人造剛玉生產(chǎn)以來,剛玉制品品種繁多。不同產(chǎn)品的主要區(qū)別在于氧化鋁含量、雜質(zhì)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(jì)末發(fā)展起來的。尤其應(yīng)該提到美國(guó)人,例如艾奇遜。他用含有氧化鋁和焦炭的粘土對(duì)混合物施加強(qiáng)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(fā)現(xiàn)了一道明亮的硬材料閃光。艾奇遜多次重復(fù)這項(xiàng)測(cè)試,并收集這些硬材料來測(cè)試其研磨性能。因此,他可以戴上他的鉆石戒指。當(dāng)時(shí),艾奇遜認(rèn)為發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)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(shí)上,反應(yīng)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(chǎn)的專利權(quán),使碳化硅成為世界上最早商業(yè)化的人造磨料。當(dāng)時(shí)只能生產(chǎn)黑色碳化硅,日產(chǎn)量為125克。它被稱為“研磨寶石”,每公斤的價(jià)格高達(dá)1600美元。
在19世紀(jì)人造剛玉和碳化硅被成功開發(fā)之后,20世紀(jì)20年代白剛玉和綠色碳化硅也相繼出現(xiàn),形成了人造普通磨料的基本體系。從20世紀(jì)20年代到60年代,人造普通磨料以高速發(fā)展。磨料工業(yè)與機(jī)械工業(yè)和鋼鐵工業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)。隨著鋼鐵、汽車和機(jī)械制造業(yè)的快速發(fā)展,各種剛玉和碳化硅磨料相繼出現(xiàn),品種越來越齊全,形成了一個(gè)完整的人工普通磨料系統(tǒng)。相比之下,人造金剛石和立方氮化硼(CBN)在20世紀(jì)50年代獲得成功,并開始出現(xiàn)在磨料的歷史舞臺(tái)上。
從20世紀(jì)70年代到今天,剛玉和碳化硅顯示出技術(shù)成熟,新品種出現(xiàn)緩慢,但它們?nèi)匀皇侨嗽炷チ系闹黧w,廣泛應(yīng)用于磨削領(lǐng)域。其中一個(gè)比較突出的新產(chǎn)品是微燒結(jié)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(fā)展到非研磨領(lǐng)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?gòu)?fù)合材料等。在非研磨應(yīng)用中,剛玉和碳化硅的研究和產(chǎn)品開發(fā)非常活躍,例如高鋁剛玉。在21世紀(jì),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(yīng)用中不斷發(fā)展。展望21世紀(jì),人造磨料的發(fā)展方向是硬度和韌性,以滿足高速、重載、強(qiáng)磨削的工藝要求,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的磨削。磨料品種的發(fā)展結(jié)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(qiáng)勁的勢(shì)頭。在磨削領(lǐng)域,人造金剛石和立方氮化硼將繼續(xù)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(fā)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(yīng)用中,普通磨料將得到快速發(fā)展,并將成為其主要應(yīng)用。
人造磨料發(fā)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(chǎn) |
| 燒結(jié)剛玉 | 1962 | 研制成功 |
| 低鈦半脆性剛玉 | 1936 | 開始生產(chǎn) |
| 鋯剛玉 | 1963 | 研制成功 |
| 單晶剛玉 | 1946 | 研制成功 |
| 微晶燒結(jié)剛玉 | 1972 | 研制成功 |
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