今天我第一次來參加中國舉辦的磨料磨具展會，想花一點時間，利用這個國際技術講座機會，首先介紹一下圣戈班公司生產工廠和磨料生產制造過程，然后著重介紹圣戈班對鋯剛玉新產品的設計和在涂附磨具行業的應用情況。

昨天看了報紙，了解到一些相關信息，知道中國經濟在恢復，產品出口價格在增長；同時也聆聽了李志宏先生的演講，了解到隨著中國進口國外產品量也在增長，刺激和促使國內制造商要提高技術水平和改進產品性能，以與國外產品展開競爭。所以感覺到這個涂附磨具國際技術講座很有必要、很及時。

現在很多產品都用鋯剛玉來替代棕剛玉，以提高自己產品的性能。

圖1是圣戈班公司磨料工廠的地理位置分布圖。圣戈班在美國、加拿大和中國生產制造鋯剛玉，中國的工廠在河南省登封市。登封市的工廠除生產AZ40鋯剛玉外，還生產AZ25鋯剛玉。美國的工廠只生產AZ40鋯剛玉，在加拿大的工廠生產AZ25鋯剛玉。

 

圖2給出了各種不同品種磨料的硬度和韌性比較示意圖。

我們現在應用的磨料，除了金剛石和CBN外，最硬的應該還是綠碳化硅和黑碳化硅。對于采用碳化硅磨料的涂附磨具產品只適宜磨削木材、打磨玻璃等，白剛玉只有少量用于涂附磨具，涂附磨具大量使用的則是棕剛玉和鋯剛玉。                    

鋯剛玉系列產品包括AZ25和AZ40兩個品種。AZ25韌性很高，不適合制作涂附磨具。AZ40比較適合制作涂附磨具。

 

圖3 展示了剛玉系磨料的鋯剛玉發展進程，現在為大家介紹一下：首先是電熔棕剛玉，在1905年就發明成功；相隔很長時間，到 1965年才研制出比棕剛玉韌性大的專利產品——ZrO2含量在25%左右的鋯剛玉AZ25，但AZ25（牌號有ZF、ZS）只用于固結磨具；為涂附磨具而研發、也可用于固結磨具的切削更鋒利、韌性依然很大的AZ40鋯剛玉是1975年開發成功的；1983年對第一代AZ40鋯剛玉產品進行升級（韌性進一步提高，用于固結磨具也進一步穩定），形成了目前市場流通的AZ40產品類型；新一代鋯剛玉NV將于明年（2012年）上市，它應用在涂附磨具領域將發揮優越的磨削性能，對一些固結磨具領域也將發揮優異作用。

鋯剛玉生產用傾倒式電弧爐，熔煉后經過冷卻，然后將塊加工破碎，再按一定的標準篩分成粒度砂，破碎方式有多種，對于涂附磨具來說，則需要鋯剛玉的形狀要尖銳些的。粒度方面現在比較流行的是FEPA（P）標準（歐洲磨料生產者協會標準）。圖4展示了鋯剛玉生產過程的一系列主要設備。

下面介紹AZ40產品的一些性能。

前面已經介紹到AZ40韌性比較高，原因是什么？我們通過幾幅圖片來觀察一下AZ40 的化學成分和顯微結構（圖5為AZ40的相圖，圖6為AZ40晶體的顯微照片，圖7為ZrO2相變圖），AZ40鋯剛玉中的ZrO2含量在40%左右，這樣的化學成分剛好能夠形成Al203-ZrO2共晶體，但仔細觀察AZ40顯微照片，會發現其晶體尺寸很細、很小，并呈現一層白一層黑交替的層片狀結構，氧化鋁為黑色，氧化鋯為白色的，正是由于氧化鋁和氧化鋯的晶格是不一樣的，因此并不是真正意義的Al203-ZrO2共晶體。

氧化鋯有單斜相、四方相、立方相三種物相，隨著溫度升高，沿著單斜相→四方相→立方相路徑轉變，在溫度降低條件下則會產生逆向相變轉化，四方相向單斜相轉變時大約產生體積膨脹5~10%（大約7%）。在磨削過程中，由磨削力和磨削熱產生的能量向氧化鋯傳遞，從而誘導了氧化鋯的相變過程，導致磨粒出現的裂紋正好被體積變化的ZrO2堵死，從而對磨料起到增韌作用。                                       

誘導氧化鋯相變的根本原因是能量，熱量是能量的一種方式。在磨削過程中，磨削力和磨削熱都是誘導相變，從而產生增韌的因素。這就是鋯剛玉韌性為什么這么高的機理所在。

如果鋯剛玉在涂附磨具中得到恰當運用，對比棕剛玉，鋯剛玉會發揮提升30~100%甚至更高的產品質量性能的功效。鋯剛玉適用范圍廣，適合于磨削所有黑色金屬（如：鋼、鐵、不銹鋼等），通過專門設計開發，鋯剛玉對于有色金屬（鋁、青銅、鎳、鈦、特殊鎳合金等），也會有一個很好的磨削效果，同時也適合磨削木材。

鋯剛玉比棕剛玉質量性能高，不只是壽命比棕剛玉長，更重要的是其磨削生產效率高。考慮到今后生產的人力成本會越來越高，磨削生產效率高對于砂帶客戶來說是很有吸引力的，這也體現了鋯剛玉的真正價值所在。

鋯剛玉AZ40新產品在整個壽命周期內，對打磨工件的表面質量（前后一致性、穩定性）都會很好。因其晶體尺寸細小，導致其自銳性好，不會產生燒傷，而且耐用，穩定。

AZ40鋯剛玉新產品在市場中的需求和使用量越來越大。設計開發這款新產品，其目的是滿足在低負荷研磨條件使用的砂帶，當然也使其能夠也用于固結磨具類似打磨效果場所。

下面介紹我們對這一款鋯剛玉新產品的研究途徑和方法。

首先我們要消除/克服老款產品的顯微結構缺陷，這種缺陷會使磨粒產生大裂紋、長裂紋，我們選擇的方法要做的則是要細化晶粒，增強脆性，使其自銳性好，不僅保持鋒利性，而且能產生細微結構，使晶體一點一點脫落，不斷產生更多切削刃，延長壽命。

 

 

 

圖8展示了新、舊鋯剛玉的微晶結構模型圖。左側的為以前的鋯剛玉產品，其顯微結構粗大，打磨過程脫落顆粒粗，右側的為新款鋯剛玉產品，其顯微結構細小，打磨過程脫落顆粒細小，磨削過程自銳性好，使用壽命長。

 

選擇不同的鋯剛玉產品在實驗室進行磨削性能對比，具體結果如圖9所示。縱坐標為機床功率，橫坐標為磨削時間，打磨工件材質為304不銹鋼。圖中有三條曲線：其中一條為市場上的其他一種鋯剛玉（是競爭對手的），另兩條為我們圣戈班公司的鋯剛玉，綠色曲線為新型鋯剛玉NV。隨著磨削時間提高，機床功率越來越高，隨著磨粒不斷磨削，到了一定時間界限，機床功率開始下降。新產品在整個磨削過程中，消耗能量低，機床功率低，磨削時間長，燒傷低，燒傷也不太容易發生。設計和推出這款新產品是為最大程度上滿足客戶的低燒傷要求。

圣戈班公司磨料牌號、型號見下表。

圖10展示了AZ40在涂附磨具行業的應用。AZ40比較適合窄砂帶、高強度打磨、百葉片（過去兩年市場上比較流行，應用量大）、手持打磨片、切削工具零部件、精密磨削、木材磨削等領域。

 

現在與大家分享一下鋯剛玉在涂附磨具領域的相關應用技巧知識和經驗。

AZ40鋯剛玉產品價格高，性能高，要實現其最大價值，一定要注意以下幾點：

a）應采用靜電植砂方式；

b）一般使用FEPA（P）標準磨料，也有一些客戶根據自身偏好和用戶特殊需求使用混合磨料；

c）在制造砂帶時推薦使用涂層，尤其是對于比較粗的磨料，這對梳理磨料取向性好，對提高上砂率有很大好處；

d）在磨削過程中避免砂帶上的砂粒整顆從砂帶上脫落下來；

e）推薦使用高品質磨料，不要有灰塵，靜電植砂車間也需要是一個無塵的環境；

f）在靜電植砂過程中還要控制樹脂和磨料的溫度、濕度；為使樹脂與磨料性能匹配，也需要選擇性能好的樹脂品種；

g）在砂帶結構中，包括布基、底膠、復膠，布基與底膠的結合非常重要，復膠的厚度也很重要（首先復膠應能夠把持住磨料，其次在把持磨料的同時要露出充分磨粒，以便充分發揮其切削刃作用）；很多應用AZ40做砂帶時候，在復膠基礎上還需要一個超涂層，有些領域應用超涂層是沒有意義的，但是對于不銹鋼、鈦合金、鎳合金的磨削，超涂層則是非常有必要的；

h）控制每平方米上的磨料量是很重要的，但并不是說每平方米磨料量越多產品性能就會越好；如果單位面積上的磨料量過多，是不利于鋯剛玉發揮其自銳性效果的，當然還有其他一些非磨料方面因素，如樹脂應用、砂帶柔曲（常規柔曲為900）、砂帶使用參數（如壓力、磨削工件材料的材質等），也會影響到整個砂帶使用性能的。

AZ40是一種對整體升級砂帶質量非常有用的磨料，AZ40砂帶是一種有前途有前景的產品。

非常榮幸能夠有機會與中國的砂帶制造企業進行合作，也很高興與大家繼續保持良好關系，以便圍繞砂帶質量改進開展相關交流并取得更多實用效果。

作者簡介：Ed.Reitz先生是圣戈班公司負責電熔磨料和SG磨料全球市場的經理，在磨料磨具行業有很多年的工作經驗，他很高興與大家進行交流。

 

（本文系圣戈班美國公司Ed.Reitz先生在2011年11月12日中國涂附磨具國際技術講座上的技術演講，由白鴿磨料磨具有限公司高級工程師陳德光、英語翻譯史新宇根據錄音整理，并經原現場中文翻譯張云浩先生協助Ed.Reitz先生進行審核確認）。