溶胶-凝胶法结合二步烧结制备陶瓷刚玉磨料的微结构控制及晶粒细化机理

摘要

以6μm粒径的拟薄水铝石为原料,采用溶胶-凝胶法制备含La_(2)O_(3)-TiO_(2)-SiO_(2) 复合添加剂的陶瓷刚玉磨料的前驱体,然后分别采用传统烧结方法和二步烧结法制备陶瓷刚玉磨料。利用扫描电镜和透射电镜分析磨料的微观结构和元素分布,并采用imagePro软件对晶粒尺寸进行分析。结果表明,采用二步烧结法时,第一段烧结的温度显著影响磨料的最终晶粒尺寸。第二段烧结由于温度较低,烧结机制由晶界迁移变为晶界扩散,从而显著细化晶粒,并避免晶粒异常长大。适当降低第二段的烧结温度有利于获得分布均匀的细小等轴晶,但会导致磨料密度降低。与传统烧结法制备的刚玉磨料相比,二步烧结的磨料虽然密度降低,但晶粒细小、尺寸均匀,磨料仍具有较高的硬度。采用第一段和第二段烧结温度分别为1 300℃和1 200℃(保温10 h)的二步烧结法,可获得细小而均一的等轴晶,平均晶粒尺寸为(334±97) nm,密度和硬度(HV)分别为3.87 g/cm^(3)和(18.3±0.29) GPa。