Les matériaux qui jouent un rôle tranchant dans le meulage, le rodage et le polissage sont collectivement appelés abrasifs. Les premiers abrasifs utilisés par l’homme sont tous des abrasifs naturels. Avec des recherches plus approfondies sur les abrasifs, les gens ont découvert que presque tous les abrasifs naturels contiennent des composants d’alumine. Après avoir essayé de les synthétiser, il a été constaté que les abrasifs à base d'alumine synthétique avaient de meilleures performances que les abrasifs naturels.

Historique du développement des abrasifs à l'alumine

L'histoire du développement des abrasifs d'alumine

Dans 1981, la société américaine 3M a été la première à introduire un nouveau type d'abrasif appelé “Cubitron”, avec une structure microcristalline très uniforme, sa ténacité est 2.3 fois plus élevé que l'alumine ordinaire, la capacité de meulage est basée sur les différentes pièces à usiner, plus élevé que l'alumine ordinaire 1 ~ 3 fois, facile à maintenir la netteté du tranchant. Après cela, l'abrasif nommé SG développé par Norton Company a fait son apparition.

Caractéristiques des abrasifs céramiques alumine (Abrasifs SG)

α-Al2O3 est une structure d'alumine, qui a la structure la plus stable parmi toutes les phases de l'oxyde d'aluminium et appartient au système cristallin tripartite. Comparé aux abrasifs d'alumine ordinaires, les abrasifs en céramique d'alumine ont des caractéristiques plus exceptionnelles.

Propriétés physiques de certains abrasifs

Granulométrie fine et structure uniforme. Abrasif céramique alumine grâce à son procédé sol-gel, le processus de préparation, la répartition des matières premières est uniforme, la réaction est complète, moins d'impuretés, la température de frittage requise est basse, la microstructure abrasive résultante est donc uniforme, granulométrie fine.

Bonne ténacité, longue durée de vie. La ténacité abrasive de l'alumine céramique est nettement supérieure à celle de l'abrasif à l'alumine fondue ordinaire, est 1,5 à 2 fois ce dernier, la chaleur de broyage est faible, basse température de broyage, la rétention de forme de la roue est bonne, haute durabilité, facile à obtenir une haute précision et une cohérence de taille et de forme lorsqu'il est appliqué au meulage de précision.

Bon auto-affûtage, haute efficacité de broyage. L'abrasif en céramique d'alumine peut constamment exposer de nouveaux micro-tranchants dans le processus de coupe., et le grain abrasif est toujours à l'état de netteté, afin qu'il puisse maintenir des performances de meulage stables, et il peut être utilisé pour une grande profondeur de coupe, gros aliment, et meulage de charges lourdes. Dressage moins fréquent de la meule, afin d'améliorer efficacement l'efficacité de la production et de réduire considérablement le coût de production.

Bonne polyvalence et performances élevées. Il peut être utilisé pour le meulage à sec et le meulage humide, refroidi par eau ou huile, et peut être utilisé pour broyer des métaux ferreux ou non ferreux, ce qui compense les défauts du CBN et du diamant dans le broyage, et le prix est bien inférieur aux deux, et l'entretien est facile, et il ne nécessite pas d'équipement spécial, et la fréquence de maintenance est moindre, il est donc facile de réaliser la production automatisée.

Procédé de synthèse de précurseurs abrasifs d'alumine céramique

Les abrasifs céramiques alumines sont généralement obtenus par séchage, granuler et fritter le précurseur de l'oxyde d'aluminium tel que l'hydroxyde d'aluminium ou l'hydrotalcite fine proposée. Parmi eux, les méthodes de synthèse des précurseurs comprennent principalement la méthode en phase solide et la méthode en phase liquide.

La méthode en phase liquide est devenue l'une des méthodes de préparation des abrasifs céramiques à l'alumine les plus largement utilisées en raison d'une série d'avantages tels qu'un processus de préparation simple., faible consommation d'énergie et faible pollution de l'environnement, parmi lesquels la méthode sol-gel est la plus privilégiée par les chercheurs.

Pour la première fois, le procédé sol-gel appliqué au procédé de synthèse d'abrasif d'alumine de la société américaine 3M dans le brevet US4314827 a introduit la technologie: l'utilisation de micropoudre Al2O3-H2O (Boehmite) pour matières premières en aluminium, les premières matières premières et l'eau mélangées dans une suspension, puis ajouté au solvant de la gomme (par exemple, HNO3, HCl, ou une solution d'acide acétique, etc.) pour en faire un hydrolat stable; puis ajouter un modificateur pour favoriser sa gélification, le modificateur est généralement des oxydes métalliques sélectionnés ou sa solution saline (comme MgO, ZnO, ZrO2, TiO2, etc.), la formation du gel séchant et durcissant, puis écraser la granulation dans la forme et la taille requises des particules, calciné (taux de retrait volumétrique de 20 ~ 40%) devenir l'abrasif.

en outre, selon le type de matières premières utilisées, la méthode sol-gel peut être divisée en méthode sol-gel aux sels métalliques organiques et méthode sol-gel aux sels inorganiques. L’avantage exceptionnel de l’utilisation de la méthode sol-gel de sel d’alcool métallique pour préparer des matériaux à base d’alumine est qu’il est facile de réaliser un dopage., et les nanomatériaux préparés ont une bonne uniformité et une pureté élevée. Cependant, l'utilisation de sels d'alcool métallique comme matière première rend le processus de synthèse coûteux. Entre-temps, le processus de gélification du sel d'alcool est lent et la période de synthèse est longue, ce qui n'est pas propice à la réalisation d'une production industrielle. Et le sel inorganique comme matière première technologie sol-gel, d'une part, le prix des matières premières est plus bas, moins nocif pour le corps humain, d'autre part, le processus de préparation est simple, les exigences de l'équipement ne sont pas aussi élevées que le sel d'alcool métallique, la réaction peut être effectuée à température ambiante, ce qui réduit considérablement le coût de production et facilite la promotion de, mais en même temps, la pureté est inférieure, la stabilité du sol-gel est moins bonne, et il est souvent nécessaire d'y adjoindre des additifs pour améliorer sa stabilité.

Frittage d'abrasif d'alumine céramique

Le frittage est la partie la plus importante de la préparation des abrasifs céramiques à base d'alumine. La sélection d'un système de frittage raisonnable n'est pas seulement liée à l'efficacité du processus de préparation du produit précédent., mais a également un impact important sur la microstructure et la densité de l'abrasif. Cela affecte à son tour les performances du produit, comme la broyabilité, force, ténacité et dureté. Frittage abrasif d'alumine céramique principalement frittage sous pression atmosphérique solide, frittage à chaud sous pression, frittage à chaud sous pression isostatique, frittage micro-ondes, frittage au plasma de décharge et ainsi de suite.

Processus de frittage sous pression atmosphérique à l’état solide

Le processus de frittage sous pression atmosphérique est effectué en l’absence de force motrice externe, la force motrice de frittage provient principalement des changements d'énergie libres de surface de la poudre céramique, c'est, l'énergie de surface de la poudre diminue, la réduction de la superficie. En raison de la faible force motrice de frittage, le taux de frittage à pression atmosphérique est donc faible, il est difficile d'atteindre la densité théorique. Habituellement, le frittage en phase solide à pression atmosphérique de la taille des grains abrasifs d'alumine céramique est plus grande, la température de frittage est plus élevée, le cycle de frittage est long, consommation d'énergie.

Processus de frittage à chaud

Le frittage sous pression à chaud est chauffé à des températures élevées dans la poudre tout en appliquant une contrainte axiale unidirectionnelle., de sorte que la densification du corps fritté repose principalement sur le rôle de la pression appliquée et sur l'achèvement de la migration des substances. Le frittage par pressage à chaud peut être divisé en frittage par pressage à chaud sous vide, frittage par pressage à chaud en atmosphère et frittage par pressage à chaud continu. Le frittage à chaud peut réduire la température de frittage, inhiber la croissance des grains, mais à cause d'une pression unidirectionnelle, entraînant une répartition inégale des contraintes dans la billette, la répartition finale de la densité dans le corps fritté n'est pas uniforme, et l'équipement de frittage par presse à chaud est cher, coût élevé.

Processus de frittage isostatique

Le principe de base du pressage isostatique à chaud est que le matériau fritté est d'abord encapsulé dans le verre., puis dans le processus de chauffage pour appliquer la pression de gaz équilibrée de chaque phase, à l'aide d'une température élevée et d'une pression élevée pour réaliser la densification du matériau, de sorte que la microstructure du matériau soit plus uniforme. Le frittage isostatique à chaud permet d'obtenir des formes complexes de produits. Cependant, le frittage isostatique à chaud nécessite une encapsulation ou un pré-frittage de la billette, et les conditions de pression sont relativement dures, donc l'opération réelle est difficile.

Processus de frittage par micro-ondes

Le frittage par micro-ondes est l'utilisation de l'interaction des micro-ondes avec le support, en raison de la perte diélectrique et rend la surface de l'ébauche en céramique et le chauffage interne d'un procédé de frittage. Par rapport à la méthode de frittage traditionnelle, le frittage par micro-ondes présente les avantages du chauffage interne, frittage rapide, affiner l’organisation matérielle, améliorant les propriétés matérielles et le rendement élevé et les économies d'énergie. C'est une méthode de frittage prometteuse pour les matériaux nanocéramiques. Cependant, la méthode de frittage par micro-ondes ne peut pas être utilisée pour le frittage de tous les matériaux céramiques, car certains matériaux céramiques eux-mêmes ne conviennent pas au frittage par micro-ondes, ainsi que le frittage par micro-ondes d'échantillons abrasifs sont sujets à la flexion et à la fissuration, et l'uniformité de la température dans le processus de frittage doit être améliorée. Le mécanisme de réaction du frittage par micro-ondes des abrasifs céramiques à base d’alumine doit être étudié plus en profondeur..

Frittage par décharge plasma

Frittage par décharge plasma, également connu sous le nom de frittage assisté par champ électrique, est une technique de frittage rapide par plasma assistée par pression qui utilise des décharges électroniques pulsées pour générer instantanément des températures élevées entre les particules de poudre. Il se caractérise par les caractéristiques suivantes: grâce au contrôle strict de la température, le chauffage électronique pulsé généré par le plasma localisé entre les particules de poudre ne conduit pas à un grossissement des grains, et l'intégrité de la structure initiale peut être maintenue; l'utilisation synergique de l'énergie électrique et de la pression mécanique permet d'intégrer rapidement des nanoparticules sans affecter la taille initiale des particules de la poudre; le plasma à décharge pulsée généré entre les particules de poudre aide à éliminer la couche oxydante de surface, augmenter l'activité de surface, et favoriser le frittage.

Résumé

Les abrasifs céramiques alumines ont été préparés selon un procédé sol-gel, ce qui assure théoriquement l'homogénéité de la composition chimique du système. En outre, le processus de frittage est différent des abrasifs traditionnels à base d'alumine fondue, ce qui, d'autre part, garantit que les grains abrasifs sont polycristallins frittés et que la température de frittage est abaissée, améliorant ainsi la ténacité sous le principe d'une dureté inchangée. Étant donné que le processus de préparation des abrasifs en céramique d'alumine est différent de celui des abrasifs d'alumine conventionnels, il en résulte une microstructure différente de celle des abrasifs ordinaires à base d'oxyde d'aluminium. Par conséquent, les abrasifs céramiques à base d'alumine présentent de nombreuses caractéristiques différentes des abrasifs ordinaires à base d'alumine en termes de performances de meulage, avec les avantages d'une haute résistance, haute ténacité, bon auto-affûtage, haute efficacité de broyage, longue durée de vie et ainsi de suite. L'émergence des abrasifs céramiques alumines a été favorisée par les contraintes mécaniques, industries automobile et aérospatiale, combler le fossé entre les abrasifs ordinaires et les abrasifs ultra-durs, et est considéré comme une nouvelle génération révolutionnaire d'abrasifs à base d'alumine avec de larges perspectives de développement.

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