[科普中国]-电熔氧化铝

简介

电熔氧化铝是一种韧性非常好的耐热高档研磨材料，用于制作高级切割和研磨工具，适用于高矾高速钢、奥氏体不锈钢、钛合金等高硬度、高韧性材料的磨削，特别是用于干磨和易变形易烧伤工件的磨削加工1。

电熔氧化铝的显微结构电熔氧化铝做为一种再制品的原料，对显微结构的控制虽无特定要求，但起码要求达到高致密化。反映在显微结构上就是需要晶体紧密结合和无晶内、晶间气孔。晶体的形状和尺寸分布决定着是否实现最紧密堆积。理想状态应是多边形粒状晶体，小晶体填充于大晶体的间隙。早年在光学显微镜下观察致密烧结氧化铝，其二维图像为平直晶界：在SEM下便于观察晶体的真实形状。在SEM下拍摄的三维图像皆为多边形、近等粒状结构。在扫描电镜下可直观晶体的形状和大小分布以及某些晶界现象，是研究烧结氧化铝显微结构的最佳仪器。

电熔氧化铝台阶形貌粗略地观察其台阶形貌，主要是展示给人们一个不规则粒状刚玉镶嵌分布的印象。不易发现台阶生长形貌。这说明，就整体结构而言。台阶不是典型结构。

台阶生长-运动-台阶群-消失的全过程便是晶面的发育过程。对于每个晶体而言，有些能完成全过程，有些则不能。于是便留下台阶群形貌。要使所有的晶面皆发育完整就需要：充足的高温作用时间和足够的物质(原子输送)供应。固相烧结材料的物质传输主要靠界面扩散，异常缓慢，甚至需要无限长的时间才能达到平衡界面。因此，总要留下台阶痕迹，以致于升温速度愈快、保温时间愈短，台阶群愈多。另一方面也说明，何以稀薄环境相的晶体生长自范性高。

其实，固相烧结材料中晶体台阶生长现象还是很普遍的，如方镁石、钛酸钡2。

电熔氮化铝的台阶生长和析晶形貌致密白刚玉纯度>99%的电熔氧化铝称为白刚玉。白刚玉以晶体巨大和多孔为主要特征。有“熔块”和“流状”两种生产方法。前者可分为中心上部、中心致密部、边部、底都和上帽等部位。每个部位的化学组成和晶体形状都不尽相同：边部属于准熔融态，介于烧结和熔融之间，多为松散、泡沫状：中心部位为致密型料块。

致密型料块为巨大粒状晶体，达毫米级。杂质主要是六铝酸钙和钠钙长石，数量极少，基本上赋存予晶界处或可呈晶内包裹相。在孔洞的内壁和裂隙处，很容易发现台阶生长和层状发育的微区结构特征。

多元熔体的α-AI2O3析晶形貌含α-AI2O3较低的电熔刚玉俗称褐刚玉、棕刚玉或青刚玉。由于含有较多Sio2、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO等杂质，熔体粘度偏低。与白刚玉相比，会使熔体变得稍许像“稀薄环境相”。自形析晶创造一定条件。

在无定形“线圈”基体中向片状晶体发育的过程，其中一个成了标准六方片状。这是在自由空间(孔洞)的析晶行为，片状晶体间没有轴向规律：但也有定向生长的情况，片状晶体于自由表面定向析晶和柱状晶体定向析晶的形貌。在熔块的空隙中，甚至可以结晶成六方锥体聚形，如果将该晶体悬空，它将是六方双锥。

烧结和电熔氧化铝中的台阶生长形貌十分相似，大部分台阶的阶高都在0.2-1.0μm范围；阶距约在2-10μm。台阶组之间的分布是没有取向性的，这就不能将它解释为解理。诚然，台阶生长可熊与双晶化和解理有一定联系，但这种联系对于α-AI2O3晶体不说，却是相当偶然的。因为，无论如何刚玉不具备像方镁石、长石或方解石那样的结晶习性。台阶运动的终结将造成层状生长，如电熔氧化铝的层状形貌十分发育。但不可视其为片状集合体。刚玉晶体外形无论是粒状、柱状或板状，当其断裂时造成片状碎屑是由不同晶面断裂表面能差：导造成的，即由晶格构造决定的。退一步讲，不管人们对台阶形貌做何等解释，必需承认它对α-AI2O3晶体，不论是烧结的或电熔的：国内的或国外的，都具有普通意义。以为是新发现的东西，却是早已存在的3。