天然金剛砂之黑剛玉棕剛玉白剛玉系列磨料高溫性能
生產(chǎn)廠家：天津瑞達拋光研磨噴砂磨料磨具廠家發(fā)布時間：2017-03-20
高溫擴張指標的意義有：
?。?）增加研磨拋光材料的高溫恒量性：降低研磨拋光材料的線擴張指標，增加研磨拋光材料的高溫恒量性，增加研磨拋光材料的使用安全性。
?。?）增加研磨拋光材料的強度：如果層狀物由兩種研磨拋光材料迭置連接而成，則溫度變化時，由于兩種研磨拋光材料擴張值不同，若仍連接在一起，體系中要采用一中間擴張值，從而使一種研磨拋光材料中產(chǎn)生壓應力而另一種研磨拋光材料中產(chǎn)生大小相等的張應力，恰當?shù)乩眠@個特性，可以增加制品的強度。
?。?）焊接或熔接：當兩種不同的研磨拋光材料彼此焊接或熔接時，都要求二種研磨拋光材料具備相近的擴張指標。如果選擇研磨拋光材料的擴張指標相差比較大，焊接時由于擴張的速度不同，在焊接處產(chǎn)生應力，降低了研磨拋光材料的機械強度和氣密性，嚴重時會導致焊接處脫落、炸裂、漏氣或漏油。
?。?）合理使用研磨拋光材料：影響工件的精度，精密量具、零件、儀表、機器等，應選用線擴張指標小的研磨拋光材料，以避免在不同的溫度下使用影響其精度；機械加工和裝配中也應考慮研磨拋光材料的高溫擴張性，以保證構(gòu)件尺寸的準確性。
1.1 研磨拋光材料的高溫擴張指標
研磨拋光材料的體積或長度隨溫度的升高而增大的現(xiàn)象稱為高溫擴張。高溫擴張通常用高溫擴張指標表示。
（1）體積擴張指標（αV）：相當于溫度升高1℃時物體體積的相對增大值。
由于總有內(nèi)能存在，物質(zhì)的每個粒子都在振動。當物質(zhì)受高溫時，由于溫度升高，每個粒子的高溫能增大，導致振幅也隨之增大，由（非簡諧）力相互結(jié)合的兩個原子之間的距離也隨之增大，物質(zhì)就發(fā)生擴張。物質(zhì)的高溫擴張是由非簡諧（非線性）振動引起的。
?。?）線擴張指標（αL）
實際上，無機非金屬研磨拋光材料的體擴張指標αV、線擴張指標αL并不是一個常數(shù)，而是隨溫度稍有變化，通常隨溫度升高而增大。瞬時線擴張指標為αi=1L（a L a T）p。上圖1為一些無機研磨拋光材料的高溫擴張曲線。
1.2 塊狀研磨拋光材料高溫擴張機理
塊狀研磨拋光材料人擴張的本質(zhì)是點陣構(gòu)造中的質(zhì)點間平衡距離隨溫度升高而增大，在晶格振動中近似地認為質(zhì)點的高溫振動是簡諧振動。對于簡諧振動，溫度的升高只能增大振幅，并不會改變平衡位置，因此質(zhì)點間平均距離不會因溫度升高而改變，高溫量變化不能改變晶體的大小和形狀，也就不會有高溫擴張。這樣的結(jié)論顯然是不正確的，造成這一錯誤的原因是，在晶格振動中相鄰質(zhì)點間的作用力，實際上是非線性，即作用力并不簡單地與位移成正比。由右圖可以看到，質(zhì)點在平衡位置兩側(cè)時受力的情況并不對稱，在質(zhì)點平衡位置r0的兩側(cè)，合力曲線的斜率是不等的，當rr0時，斜率較小，所以rr0時，引力隨位移的增大要慢些，在這樣的受力情況下，質(zhì)點振動時的平衡位置就不在r0處而要向右移，因此相鄰質(zhì)點間平均距離增加，溫度越高，振幅越大，質(zhì)點在r0兩側(cè)受力不對稱情況越顯著，平衡位置向右移動得越多，相鄰質(zhì)點間平均距離也就增加的越多，以致晶胞參數(shù)增大，晶體擴張。這些是導致高溫擴張的主要原因，此外晶體中的各種高溫缺陷的形成將造成局部晶格的畸變和擴張，這雖然是次要的原因，但隨溫度升高高溫缺陷濃度按指數(shù)關系增加，所以在高溫時這方面的影響對某些晶體來講也變得重要了。
1.3 高溫擴張和其他性能的關系
1.3.1 高溫擴張和結(jié)合能、熔點的關系
由于塊狀研磨拋光材料的高溫擴張與晶體點陣中質(zhì)點的位能性質(zhì)有關，而質(zhì)點的位能性質(zhì)是由質(zhì)點間的結(jié)合力特性所決定的。質(zhì)點間結(jié)合力越強，則位阱深而狹，升高同樣的溫度差Δt，質(zhì)點振幅增加的比較少，故平均位置的位移量增加的較少，因此高溫擴張指標較小。
一般晶體的構(gòu)造類型相同時，結(jié)合能大的熔點也較高，所以通常熔點高的擴張指標也小。根據(jù)實驗還得出某些晶體高溫擴張指標α與T熔間經(jīng)驗關系式α=0.038/T熔-7.0*10-6。
1.3.2 高溫擴張和高溫容的關系
高溫擴張是因為塊狀研磨拋光材料受高溫以后晶格振動加劇而引起的體積擴張，而晶格振動的激化就是高溫運動能量的增大。升高單位溫度時能量的增量也就是高溫容的定義。所以高溫擴張指標顯然與高溫容密切相關而有著相似的規(guī)律。下圖表示Al2O3的高溫擴張指標和高溫容對溫度的關系曲線，可以看出這兩條曲線近于平行、變化趨勢相同，即兩者的比值接近于恒值，其他的物質(zhì)也有類似的規(guī)律。在0K時，α與C都趨于零。通常由于高溫時有顯著的高溫缺陷等原因，使α仍可以看到有一個連續(xù)的增加。
1.3.3 高溫擴張和構(gòu)造的關系
對于相同組成的物質(zhì)，由于構(gòu)造不同，擴張指標也不同。通常構(gòu)造緊密的晶體，擴張指標都較大，而類似于無定形的玻璃，則往往有較小的擴張指標。
氧離子緊密堆積的構(gòu)造有高的原子堆積密度，其擴張指標的典型數(shù)據(jù)是從室溫附近的（6-8）×10-6K-1增加到德拜溫度附近的（10-15）×10-6K-1。一些硅酸鹽物質(zhì)，因為它們的網(wǎng)狀構(gòu)造，常具有較低的密度，所以高溫擴張指標也出現(xiàn)低得多的數(shù)值。表1列出了一些陶瓷研磨拋光材料的平均線擴張指標。
對于非等軸晶系的晶體，各晶軸方向的擴張指標不等，最顯著的是層狀構(gòu)造的物質(zhì)，如石墨，因為層內(nèi)有牢固的聯(lián)系，而層間的聯(lián)系要弱得多，所以垂直c軸的層向擴張指標為1×10-6K-1，而平行c軸垂直層向的擴張指標高達27×10-6K-1。對于某些晶體物質(zhì)，在一個方向上的擴張指標還可能出現(xiàn)負值，容積擴張指標極小。對于β-鋰霞石甚至出現(xiàn)負的擴張指標，這些都是由于存在著很大的各項異性的構(gòu)造的緣故，因此這些研磨拋光材料往往存在著高的內(nèi)應力。某些各項異性晶體的主擴張指標見表2。
1.3.4 天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料的特性
天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料（CorundumКорунд）名稱源于印度，是成分為鋁的氧化物（Al2O3）礦物，晶體屬三方晶系，多呈腰鼓形的六方柱狀，有的呈針狀或板狀，集合體呈塊狀或柱狀，通常呈白、灰、黃等色。天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料的晶體形態(tài)是晶體構(gòu)造的反映，具有L33L23PC的對要素，呈現(xiàn)桶狀、六方柱狀、六方雙錐，常出現(xiàn)平行于柱面、錐面的色環(huán)（色帶）。天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料為玻璃光澤，但因常存在依底面或菱面體面形成的聚片雙晶而出現(xiàn)裂理。
自然界存在的天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料屬a-Al2O3，金屬鋁在氧氣中燃燒，或?qū)溲趸X灼燒至高溫也能得a-Al2O3，它是氧化鋁結(jié)晶形態(tài)中最恒量者，它是M2O3（M：三價的金屬元素）型氧化物的代表性構(gòu)造，天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料型構(gòu)造具有六方最密堆積的氧原子層，氧原子間的八面體配位的2/3空隙是由金屬原子所填充，也即a-Al2O3為鋁離子和氧離子形成離子結(jié)合鍵，鋁原子受六個氧原子包圍而成八面體的六配位型。其熔點2015℃，沸點2980℃，比重3.98，既不溶于水，也不溶于酸和堿，耐腐蝕和絕緣性能好，用于制造耐火研磨拋光材料、砂輪和絕緣研磨拋光材料。天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料中因含少量雜質(zhì)而顯不同顏色，高溫熔融得到的a-Al2O3可做人造天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料，用于鐘表和精密儀器的軸承及人造寶石。
從表中我們可以看到天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料的線擴張指標與溫度的關系，在所測溫度范圍內(nèi)它隨著溫度的升高而增大，說明天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料研磨拋光材料線擴張指標隨溫度變化的基本特征以及在高溫下的容積有極好的恒量性。
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