1.前言

　　在機械加工技術不斷向著高速、高效、高精方向發展的同時，鈦合金、高溫合金不銹鋼、高強度鋼與超高強度鋼、復合材料、工程陶瓷等難加工材料的應用也越來越多。這兩方面的高技術需求使得磨削加工領域傳統的剛玉砂輪和碳化硅砂輪有時難以滿足生產需要，須用新型磨料的砂輪來滿足需求。剛玉、碳化硅、金剛石和立方氮化硼四種磨料的砂輪相比，金剛石逐漸替代碳化硅，立方氮化硼逐漸替代剛玉已成為必然趨勢。但是對于難加工材料而言，由于其脆性、韌性和延展性大、硬度很高（或在硬度不高的基體中存在有大量硬質點）、化學活性大、高溫強度高的特點，使得在磨削加工時難度增大，出現磨削力大、磨削溫度高、磨具磨損快、磨削效率低、加工硬化嚴重等現象，以至于金剛石和CBN磨具自身的優點并不能滿足這類磨削加工需要。有些新型磨料由于具備韌性高、自銳性好的優點，使其在難加工材料磨削中發揮了重要作用，其中陶瓷剛玉磨料（又稱微晶剛玉磨料）的出現成為磨削加工中的亮點。

　　2.陶瓷剛玉磨料的特點及應用

　　陶瓷剛玉磨料(也稱為微晶剛玉磨料)是一種新型的氧化鋁磨料，它保持了白剛玉及棕剛玉的高硬度及耐磨的特征，同時又具有很高的韌性，改變了剛玉易碎的缺點，即具有增韌氧化鋁陶瓷的特性，因而可被廣泛用于制造各種固結磨具及涂附磨具。

　　陶瓷剛玉磨料的制備工藝如圖1所示。與電熔剛玉磨料相比不同之處在于原料不同和制備工藝不同。這種方法采用一水氧化鋁為原料，通過溶膠-凝膠工藝合成晶粒為亞微米級（0.1μm～0.2μm）的剛玉晶體，然后通過燒結技術制備出陶瓷結構的微晶剛玉。與普通剛玉磨料相比，陶瓷剛玉磨料不但硬度高，而且因磨粒是微晶結構，它有很多晶解面。在磨削或修銳、修整時，普通電熔剛玉磨料沿晶面穿晶破裂，呈宏觀破碎；陶瓷剛玉磨料沿晶界破裂，呈微觀破碎，不斷產生鋒利的切削刃，自銳性好且剝落較少。用其制作的砂輪具有抗堵塞、耐磨性高、磨削熱少、使用壽命長、切除率高、磨削比大和磨削質量好等優點。

　　1981年3M公司首次研制出牌號為“Cubitron”的燒結剛玉磨料，1986年Norton公司推出牌號為“SG”系列的陶瓷剛玉磨料。在激烈的市場競爭中，1997年Norton公司又推出了SG磨料的第二代產品TG（Targa）磨料。它保留了SG的優點，在磨料形狀上有了新突破，有很細的棒狀晶態結構，適用于緩進給磨削及加工鉻鎳鐵合金、高溫合金等難加工材料。TG磨料的磨具在磨削時材料切除率為剛玉的2倍，壽命為剛玉的7倍。

圖1 陶瓷剛玉磨料的制備流程

　　微晶氧化鋁磨料可以和金剛石、立方氮化硼等價格昂貴的高檔次磨料相結合，在不降低使用性能的前提下，大幅度降低成本，它也可以和白剛玉、棕剛玉等低檔次磨料相結合，從而大幅度的提高其使用性能。因此微晶剛玉磨料是一種應用前景非常好的磨料，目前由微晶剛玉磨料所制備的各種磨具在航空航天、汽車、機械、光學、軸承、刀具、模具等領域都有廣泛的應用。

　　陶瓷剛玉磨料與其它磨料相比在性能上的差異及國外主要生產廠家如圖2和表1、表2、表3所示。

圖2 CBN、SG、電熔剛玉三種磨料在磨粒磨損與材料切除率的性能

　　3.SG磨具的特點與應用

　　目前常用陶瓷剛玉與WA（白剛玉）或A（棕剛玉）的混合磨料制備砂輪，也用陶瓷剛玉磨料和CBN混合制備的磨具。根據微晶含量的多少，美國Norton（現為法國Saint Gobain公司）將其陶瓷剛玉磨粒分為SG、5SG、3SG、1SG等品種，分別表示微晶剛玉含量為100％、50％、30％、10％等。純SG磨料砂輪用于粗磨，5SG、3SG、1SG磨料砂輪用于精磨。陶瓷剛玉砂輪已在我國工廠及企業推廣應用，如在汽車行業中使用的φ1080mm磨曲軸砂輪就是陶瓷剛玉磨料砂輪。國外一些性能優異的砂輪制品，如奧地利Tyrolit公司生產的CSS砂輪、瑞士Winter公司的93A陶瓷砂輪、德國Hermes磨料公司開發的CB寶石藍砂輪、日本Noritake株式會社的CX陶瓷砂輪和美國Cincinnati Milacron公司生產的MSB砂輪，都是類似陶瓷剛玉的微晶燒結剛玉產品，陶瓷剛玉砂輪在我國已開發成功，第七砂輪集團公司已進行了該砂輪的工業性應用。

　　陶瓷剛玉砂輪的磨削性能介于普通剛玉砂輪與立方氮化硼（CBN）砂輪之間，其加工性能和使用壽命要遠高于剛玉砂輪，且價格適中，和CBN砂輪相比其對磨床沒有較高的要求，因此得到了廣大用戶的青睞，使用面日益擴大。陶瓷剛玉砂輪的磨削效果除與其選用的磨料品種有關外，還與其使用條件有關。美國Cincinnati Milacron公司研究證實，若用該公司生產的MSB微晶燒結剛玉砂輪與具有潤滑特性的量子潤滑油（Quanta lube）270組合使用，可使鋼件磨削最佳化（試驗時磨削的工件材料為52100鋼，硬度為60HRC～62HRC，砂輪的尺寸為508mm×152.4mm×304.8mm）。將常規的普通剛玉砂輪換用微晶含量為30％的MSB砂輪后，就可使磨削比增加一倍；如再將磨削液改用Quantalube270量子潤滑油，則磨削比又可增加一倍。此外，目前還有一種稱之為CVSG磨料砂輪，它是S與CBN混合磨料的砂輪，兼有上述兩種磨料的優點，并已在工業發達國家中使用。

　　陶瓷剛玉磨料磨具具有如下特點：

　　(1) 韌性好

　　陶瓷剛玉比普通白剛玉磨料韌性高一倍以上，砂輪磨損少、形狀保持好，用于精密磨削和成型磨削，容易獲得較高的尺寸精度及尺寸形狀一致性。

　　(2) 自銳性好

　　陶瓷剛玉使用時磨粒沿晶面破裂，而非白剛玉的穿晶破裂，產生磨削熱少，磨削溫度低，不燒傷工件。

　　(3) 磨粒鋒利，切削能力強

　　陶瓷剛玉磨具磨削效率高，可進行大切深、大進給、重負荷和高效磨削。

　　(4) 砂輪耐用性好

　　陶瓷剛玉磨具使用壽命長、更換頻次少，減少了輔助加工時間和停機時間，有利于使用數控自動機床和實現自動化。

　　(5) 性價比較高

　　陶瓷剛玉價格遠低于CBN和金剛石磨料，但性能遠優于普通剛玉磨料。

　　(6) 修整簡便

　　陶瓷剛玉磨具在修整時可使用白剛玉砂輪的修整裝置，而不必使用價格昂貴的修整設備。

　　陶瓷剛玉磨具由于具有以上優點現已廣泛用于航空航天、汽車和摩托車、軸承、模具、儀器儀表等領域的精磨和成形磨等方面的加工。陶瓷剛玉磨料的問世順應了人造磨料向高韌性和高強度兩個方向發展的趨勢，陶瓷剛玉磨具代表了陶瓷磨具的發展方向，作為一種新型的陶瓷材料，它的重要性不局限于磨削加工領域，其發展前景非常廣闊。

　　4.結語

　　隨著新型磨料技術的發展與進步，陶瓷剛玉磨料制品目前有陶瓷、樹脂結合劑固結磨具、涂附磨具等類型。在世界上也出現了幾家著名的生產廠家，通過市場競爭與技術開發，這些廠家都有了著名品牌。我國目前的陶瓷剛玉磨料主要依賴進口，其價格大約在20萬元/噸左右，外國的陶瓷剛玉磨具已經進入我國市場。目前山東大學、河南工業大學、山東魯信高新技術產業有限公司等一些高校、企業已經開展了這方面研究，國家也在科技項目方面給與了大力資助，取得了一定的成果。隨著高能耗、高污染、勞動密集型產品的電熔剛玉、碳化硅磨料的逐漸限制生產，難加工材料的廣泛應用，以及高效、高精、高速、綠色磨削加工技術的發展，3-5年內陶瓷剛玉磨料磨具將會在我國成為成熟的技術和產品，得到廣泛的應用。