摘要：本文主要介紹了鉻質(zhì)剛玉陶瓷刀具的研制方法。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，獲得了使用性能與耐磨性較好的鉻質(zhì)剛玉陶瓷刀，在高壓電瓷生坯件加工修整中降低了換刀頻率，提高了修坯質(zhì)量，確保了等靜壓成形的電瓷生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：鉻質(zhì)；剛玉；陶瓷刀具

1 前言

隨著我國(guó)電力事業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，高壓電瓷產(chǎn)品已經(jīng)成為一種必不可少的絕緣材料。由于傳統(tǒng)的濕法成形已不能滿(mǎn)足高強(qiáng)度、大尺寸產(chǎn)品的生產(chǎn)，因此等靜壓干法成形已逐漸在高壓電瓷生產(chǎn)中占據(jù)了主導(dǎo)地位。由于等靜壓干法成形的坯件硬度高、剛性大，采用陶瓷刀具切削修正坯體難度較大。因此，要想提高高壓電瓷干法成形的合格率，采用優(yōu)質(zhì)耐磨的陶瓷刀具就顯得尤為重要?；谏鲜銮闆r，筆者提出如下鉻質(zhì)剛玉陶瓷刀具的研制方案：（1）以河南煅燒α-Al₂O₂粉為主要原料，并添加耐磨劑；（2）采用濕法球磨工藝，以取得較好料漿細(xì)度，同時(shí)對(duì)漿料進(jìn)行除鐵；（3）在將刀具生坯進(jìn)行修整前先在1050℃以下進(jìn)行低溫素?zé)鰪?qiáng)坯體的強(qiáng)度；（4）高溫?zé)Y(jié)，制定出合理的燒成制度。

2 試驗(yàn)原料與內(nèi)容

2.1原料

本試驗(yàn)所采用的主要原料有煅燒工業(yè)氧化鋁粉和安口土，其理化指標(biāo)如表1所示。

所采用的輔助原料有輕質(zhì)碳酸鈣、氧化鐵、三氧化二鉻等。

（1）輕質(zhì)碳酸鈣中CaCO₃≥99.50%，F(xiàn)e₂O₃≤0.01%，pH值（10%懸浮液）8.5～10，沉降體積≥3.0mL/g；

（2）氧化鐵中Fe₂O₂3≥98.70%，相對(duì)密度為5.2g/cm³，工業(yè)純，紅棕色粉末；

（3）三氧化二鉻中Cr₂O₃≥98.00%，工業(yè)純，綠色晶形粉末，細(xì)度為320目。

2.2試驗(yàn)內(nèi)容

鉻質(zhì)剛玉陶瓷刀具的制備工藝流程如圖1所示。

（1）配料

鉻質(zhì)剛玉陶瓷刀具的組成原料有工業(yè)Al₂O₃82%～85%、安口土4%～5%、輕質(zhì)碳酸鈣4%～5%、氧化鐵5%～6%、氧化鉻7.5%～8.5%、減水劑0.3%、懸浮劑0.3%、有機(jī)分散劑0.2%。具體操作為：準(zhǔn)確稱(chēng)原料3kg，裝入容積為4L聚氨酯球磨罐中，加入稀釋劑、助磨劑。其中，料：球：水=2.2：4：1，將球磨罐密封好，放置到轉(zhuǎn)速為120r/min的球磨架上球磨20h。要求出磨后的泥漿細(xì)度小于8.8μm的占85%以上，并進(jìn)行除鐵，然后將泥漿陳腐24h以上方可使用。陳腐好的泥漿在每次使用前必須要用玻璃棒攪拌均勻，攪拌時(shí)間需超過(guò)12min。

（2）注漿

將陳腐好的泥漿注漿成形。為了防止注漿成形的陶瓷刀具坯體出現(xiàn)分層缺陷，每次注漿的時(shí)間間隔不要太久，應(yīng)控制在5～8min。當(dāng)注入的陶瓷泥漿中的水份被石膏模型吸收后，可用鋒利的不銹鋼刀片將模型外注漿入口處多余的部分去掉。大約放置25min后，石膏模型內(nèi)的陶瓷刀具坯體有一定的強(qiáng)度時(shí)，方可將石膏模型平放，輕輕地打開(kāi)，將已成形的陶瓷刀具坯體小心地取出，放置到平整的石膏板上，在室溫下進(jìn)行自然干燥。

如果在脫模的過(guò)程中。刀刃部分有粘損，可以將陶瓷刀具坯體重新放入到陰模中，用鋒利窄小的不銹鋼刀片蘸取陶瓷泥漿，將刀坯修復(fù)完整。等到修復(fù)的部分有強(qiáng)度時(shí)，再將刀坯取出自然干燥。

（3）低溫素?zé)?/p>

等靜壓成形所用的修坯鉻質(zhì)剛玉陶瓷刀具要求必須刀刃鋒利，但注漿成形自然干燥的陶瓷刀具生坯體所具有的強(qiáng)度不足以直接修整成形。為此必須將干燥好的陶瓷刀具坯體在950～1050℃的溫度下進(jìn)行素?zé)責(zé)貢r(shí)間不超過(guò)2h。素?zé)蟮奶沾傻毒吲黧w的強(qiáng)度有顯著的提高，這樣可以降低陶瓷刀具生坯修整時(shí)的破損率，也能根據(jù)使用的需要磨出鋒利的刀刃。

（4）修整

將素?zé)^(guò)的毛坯進(jìn)行分檢，將邊沿部位無(wú)裂紋和破損的刀坯進(jìn)行修整。

1）刀坯的粗磨

首先將刀坯進(jìn)行粗磨，再用120目砂紙把用于粘接的底面部分磨平；然后將刀側(cè)立，把刀刃和刀刃的下部輕輕地放在120目砂紙上，磨平。注意不要用力過(guò)猛，以免損傷刀刃；再用長(zhǎng)2cm、寬1cm的120目砂紙將刀的上表面打磨光滑，有利于修坯機(jī)工作過(guò)程中所產(chǎn)生的粉料盡快排除，以減少坯料對(duì)刀產(chǎn)生的摩擦阻力。

2）刀坯的精磨。

當(dāng)?shù)兜碾r形粗修好后，再將長(zhǎng)2cm、寬1cm的350目砂紙從中折起，用拇指和食指捏緊，對(duì)刀刃的使用部分進(jìn)行兩面拋光，以確保刀刃鋒利耐用。

（5）高溫?zé)Y(jié)

燒制鉻質(zhì)剛玉刀的電爐，應(yīng)選擇額定溫度是1710℃的硅鉬棒電爐。在電爐內(nèi)鋪好重結(jié)晶碳化硅板，將修整好的刀具的粘接面向下整齊地?cái)[放在碳化硅板上燒制。如果燒制的刀具過(guò)多，則可以在電爐內(nèi)加放幾層重結(jié)晶碳化硅板，但每層板之間的距離要超過(guò)3cm，以確保受熱均勻。

合理的燒成制度是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，確定最高燒成溫度為1650℃，保溫時(shí)間為2.5h，并且根據(jù)原料和工藝的特點(diǎn)，確定出合理的燒成曲線，其燒成曲線見(jiàn)圖2。

當(dāng)電爐溫度自然冷卻降至80℃后，便可從電爐中取出陶瓷刀具，然后進(jìn)行粘接使用。陶瓷刀具在粘接前。先用丙酮將刀具和刀柄的粘接面清洗干凈，然后利用丙烯酸樹(shù)脂膠粘接，等膠常溫固化以后，再在105℃加熱同化1h，以充分提高粘接強(qiáng)度。

3 鉻質(zhì)剛玉陶瓷刀具產(chǎn)品的理化性能

本文研制的鉻質(zhì)剛玉陶瓷刀具產(chǎn)品的理化性能見(jiàn)表2。

該產(chǎn)品經(jīng)河南某電瓷公司試用。取得了很好的效果，達(dá)到了國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品的水平。利用此方法研制出的鉻質(zhì)剛玉陶瓷刀有較強(qiáng)的使用性能以及較好的耐磨性，在高壓電瓷生坯件加工修整中降低了換刀頻率，提高了修坯質(zhì)量，確保等靜壓成形的電瓷生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

4 結(jié)果討論與分析

（1）原料的純度

高純?cè)鲜侵谱鲀?yōu)質(zhì)耐磨陶瓷刀具的基礎(chǔ)原料。質(zhì)量較好的氧化鋁原料中的TiO₂、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O等雜質(zhì)總和不大于0.5%，該種優(yōu)質(zhì)高純?cè)吓湟约兌容^高的輕質(zhì)碳酸鈣、氧化鐵、氧化鉻等物料，降低了雜質(zhì)的含量，大大提高刀具的使用性能。

（2）原料的細(xì)度

試驗(yàn)證明，采用濕法球磨工藝，料：球：水=2.2：4.1球磨20h左右，泥漿細(xì)度完全可以達(dá)到小于8μm占85%以上，小于4μm占60%以上。細(xì)度對(duì)陶瓷刀具的耐磨性影響較大。

（3）除鐵的作用

由于高壓電瓷是要求絕對(duì)絕緣的。用于成形的粉料必須除鐵，以達(dá)到完全絕緣的目的。

（4）低溫素?zé)?/p>

低溫素?zé)翘沾傻毒咧谱鬟^(guò)程中必不可少的一道工序。通常注漿成形的坯體要有一定的強(qiáng)度，但無(wú)論如何也沒(méi)法達(dá)到可以把陶瓷刀具生坯用來(lái)修整成刀的地步。為了便于修整，需將刀具坯體低溫素?zé)?，從而提高坯體的強(qiáng)度。因此采用低溫素?zé)翘沾傻毒咴鰪?qiáng)坯體強(qiáng)度重要的方法，可以獲得鋒利的耐磨刀具。

（5）燒成溫度與保溫時(shí)間

高溫?zé)Y(jié)和保溫時(shí)間是保證產(chǎn)品的耐磨性，提高其使用性能的關(guān)鍵因素。在燒制前必須確定好最高燒成溫度、保溫時(shí)間和合理的升溫曲線，以有效防止晶體異常長(zhǎng)大和過(guò)多液相出現(xiàn)，避免刀具發(fā)脆，以及耐磨性下降。

5 結(jié)語(yǔ)

以河南優(yōu)質(zhì)高純氧化鋁為主要原料。適當(dāng)添加可塑性好的軟質(zhì)粘土安口土，以及能增強(qiáng)耐磨性的氧化鉻和氧化鐵，再加入少量的外加劑，采用注漿成形工藝生產(chǎn)高性能鉻質(zhì)剛玉陶瓷刀具的方法是切實(shí)可行的。該陶瓷刀具在高壓電瓷生坯件加工修整中降低了換刀頻率，提高了修坯質(zhì)量。