天然金刚砂之黑刚玉棕刚玉白刚玉系列磨料高温性能
生产厂家：天津瑞达抛光研磨喷砂磨料磨具厂家发布时间：2017-03-20
高温扩张指标的意义有：
（1）增加研磨抛光材料的高温恒量性：降低研磨抛光材料的线扩张指标，增加研磨抛光材料的高温恒量性，增加研磨抛光材料的使用安全性。
（2）增加研磨抛光材料的强度：如果层状物由两种研磨抛光材料迭置连接而成，则温度变化时，由于两种研磨抛光材料扩张值不同，若仍连接在一起，体系中要采用一中间扩张值，从而使一种研磨抛光材料中产生压应力而另一种研磨抛光材料中产生大小相等的张应力，恰当地利用这个特性，可以增加制品的强度。
（3）焊接或熔接：当两种不同的研磨抛光材料彼此焊接或熔接时，都要求二种研磨抛光材料具备相近的扩张指标。如果选择研磨抛光材料的扩张指标相差比较大，焊接时由于扩张的速度不同，在焊接处产生应力，降低了研磨抛光材料的机械强度和气密性，严重时会导致焊接处脱落、炸裂、漏气或漏油。
（4）合理使用研磨抛光材料：影响工件的精度，精密量具、零件、仪表、机器等，应选用线扩张指标小的研磨抛光材料，以避免在不同的温度下使用影响其精度；机械加工和装配中也应考虑研磨抛光材料的高温扩张性，以保证构件尺寸的准确性。
1.1 研磨抛光材料的高温扩张指标
研磨抛光材料的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为高温扩张。高温扩张通常用高温扩张指标表示。
（1）体积扩张指标（αV）：相当于温度升高1℃时物体体积的相对增大值。
由于总有内能存在，物质的每个粒子都在振动。当物质受高温时，由于温度升高，每个粒子的高温能增大，导致振幅也随之增大，由（非简谐）力相互结合的两个原子之间的距离也随之增大，物质就发生扩张。物质的高温扩张是由非简谐（非线性）振动引起的。
（2）线扩张指标（αL）
实际上，无机非金属研磨抛光材料的体扩张指标αV、线扩张指标αL并不是一个常数，而是随温度稍有变化，通常随温度升高而增大。瞬时线扩张指标为αi=1L（a L a T）p。上图1为一些无机研磨抛光材料的高温扩张曲线。
1.2 块状研磨抛光材料高温扩张机理
块状研磨抛光材料人扩张的本质是点阵构造中的质点间平衡距离随温度升高而增大，在晶格振动中近似地认为质点的高温振动是简谐振动。对于简谐振动，温度的升高只能增大振幅，并不会改变平衡位置，因此质点间平均距离不会因温度升高而改变，高温量变化不能改变晶体的大小和形状，也就不会有高温扩张。这样的结论显然是不正确的，造成这一错误的原因是，在晶格振动中相邻质点间的作用力，实际上是非线性，即作用力并不简单地与位移成正比。由右图可以看到，质点在平衡位置两侧时受力的情况并不对称，在质点平衡位置r0的两侧，合力曲线的斜率是不等的，当rr0时，斜率较小，所以rr0时，引力随位移的增大要慢些，在这样的受力情况下，质点振动时的平衡位置就不在r0处而要向右移，因此相邻质点间平均距离增加，温度越高，振幅越大，质点在r0两侧受力不对称情况越显著，平衡位置向右移动得越多，相邻质点间平均距离也就增加的越多，以致晶胞参数增大，晶体扩张。这些是导致高温扩张的主要原因，此外晶体中的各种高温缺陷的形成将造成局部晶格的畸变和扩张，这虽然是次要的原因，但随温度升高高温缺陷浓度按指数关系增加，所以在高温时这方面的影响对某些晶体来讲也变得重要了。
1.3 高温扩张和其他性能的关系
1.3.1 高温扩张和结合能、熔点的关系
由于块状研磨抛光材料的高温扩张与晶体点阵中质点的位能性质有关，而质点的位能性质是由质点间的结合力特性所决定的。质点间结合力越强，则位阱深而狭，升高同样的温度差Δt，质点振幅增加的比较少，故平均位置的位移量增加的较少，因此高温扩张指标较小。
一般晶体的构造类型相同时，结合能大的熔点也较高，所以通常熔点高的扩张指标也小。根据实验还得出某些晶体高温扩张指标α与T熔间经验关系式α=0.038/T熔-7.0*10-6。
1.3.2 高温扩张和高温容的关系
高温扩张是因为块状研磨抛光材料受高温以后晶格振动加剧而引起的体积扩张，而晶格振动的激化就是高温运动能量的增大。升高单位温度时能量的增量也就是高温容的定义。所以高温扩张指标显然与高温容密切相关而有着相似的规律。下图表示Al2O3的高温扩张指标和高温容对温度的关系曲线，可以看出这两条曲线近于平行、变化趋势相同，即两者的比值接近于恒值，其他的物质也有类似的规律。在0K时，α与C都趋于零。通常由于高温时有显著的高温缺陷等原因，使α仍可以看到有一个连续的增加。
1.3.3 高温扩张和构造的关系
对于相同组成的物质，由于构造不同，扩张指标也不同。通常构造紧密的晶体，扩张指标都较大，而类似于无定形的玻璃，则往往有较小的扩张指标。
氧离子紧密堆积的构造有高的原子堆积密度，其扩张指标的典型数据是从室温附近的（6-8）×10-6K-1增加到德拜温度附近的（10-15）×10-6K-1。一些硅酸盐物质，因为它们的网状构造，常具有较低的密度，所以高温扩张指标也出现低得多的数值。表1列出了一些陶瓷研磨抛光材料的平均线扩张指标。
对于非等轴晶系的晶体，各晶轴方向的扩张指标不等，最显著的是层状构造的物质，如石墨，因为层内有牢固的联系，而层间的联系要弱得多，所以垂直c轴的层向扩张指标为1×10-6K-1，而平行c轴垂直层向的扩张指标高达27×10-6K-1。对于某些晶体物质，在一个方向上的扩张指标还可能出现负值，容积扩张指标极小。对于β-锂霞石甚至出现负的扩张指标，这些都是由于存在着很大的各项异性的构造的缘故，因此这些研磨抛光材料往往存在着高的内应力。某些各项异性晶体的主扩张指标见表2。
1.3.4 天然金刚砂之黑刚玉、棕刚玉、白刚玉系列磨料的特性
天然金刚砂之黑刚玉、棕刚玉、白刚玉系列磨料（CorundumКорунд）名称源于印度，是成分为铝的氧化物（Al2O3）矿物，晶体属三方晶系，多呈腰鼓形的六方柱状，有的呈针状或板状，集合体呈块状或柱状，通常呈白、灰、黄等色。天然金刚砂之黑刚玉、棕刚玉、白刚玉系列磨料的晶体形态是晶体构造的反映，具有L33L23PC的对要素，呈现桶状、六方柱状、六方双锥，常出现平行于柱面、锥面的色环（色带）。天然金刚砂之黑刚玉、棕刚玉、白刚玉系列磨料为玻璃光泽，但因常存在依底面或菱面体面形成的聚片双晶而出现裂理。
自然界存在的天然金刚砂之黑刚玉、棕刚玉、白刚玉系列磨料属a-Al2O3，金属铝在氧气中燃烧，或将氢氧化铝灼烧至高温也能得a-Al2O3，它是氧化铝结晶形态中最恒量者，它是M2O3（M：三价的金属元素）型氧化物的代表性构造，天然金刚砂之黑刚玉、棕刚玉、白刚玉系列磨料型构造具有六方最密堆积的氧原子层，氧原子间的八面体配位的2/3空隙是由金属原子所填充，也即a-Al2O3为铝离子和氧离子形成离子结合键，铝原子受六个氧原子包围而成八面体的六配位型。其熔点2015℃，沸点2980℃，比重3.98，既不溶于水，也不溶于酸和碱，耐腐蚀和绝缘性能好，用于制造耐火研磨抛光材料、砂轮和绝缘研磨抛光材料。天然金刚砂之黑刚玉、棕刚玉、白刚玉系列磨料中因含少量杂质而显不同颜色，高温熔融得到的a-Al2O3可做人造天然金刚砂之黑刚玉、棕刚玉、白刚玉系列磨料，用于钟表和精密仪器的轴承及人造宝石。
从表中我们可以看到天然金刚砂之黑刚玉、棕刚玉、白刚玉系列磨料的线扩张指标与温度的关系，在所测温度范围内它随着温度的升高而增大，说明天然金刚砂之黑刚玉、棕刚玉、白刚玉系列磨料研磨抛光材料线扩张指标随温度变化的基本特征以及在高温下的容积有极好的恒量性。
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