磨料是用于磨削加工和制做磨具的一种基础材料，普通磨料种类主要有刚玉和碳化硅两大类，由于生产方法所限碳化硅品种少，只有黑、绿碳化硅两个品种，也由于刚玉材料的生产方法优越，其可合成性范围宽阔，使得刚玉材料成为磨料的主要组成部分。诸多刚玉磨料的化学组构是由无机矿物材料所组成的，不同的刚玉磨料不仅有着不同的化学组元和特性，也有着不同的合成方法和不同用途。刚玉和碳化硅材料不仅是优质的磨料，同时也是冶金、钢铁、汽车、船舶、石油、机械、陶瓷、电子、化工、航空航天，以及木材、塑料、皮革加工等诸多工业的基础材料，有着广泛的应用领域，与诸多工业的发展紧密相连。故而我们应对磨料给予重新合理的定位，磨料是应用领域宽阔的无机基础材料，这就引伸出了磨料作为基础材料更大的应用市场，同时也预示了多个行业应用领域的合作与交融，这就需要行业研发者们回到新型材料这个大领域中，用更多更宽的理论基础知识和思维理念来面对和促进行业及自身企业的良性发展。

　　

一、磨料及磨削加工的发展过程

　　我国是世界四大文明古国之一，也是采用磨削加工方法的最古老的国家之一，早在十三世纪时即在元朝时候，中国人已开始用天然树胶将贝壳粉粘在羊皮纸上制成摩擦工具。随着工业的发展，原来简单的磨料磨具已满足不了发展的需要，于是人们就开始寻求硬度更高的物质来做磨料，在1840---1900年前后发现并找到了天然刚玉、黄宝石、天然金刚石等材料，1877年法国化学家弗雷米将纯氧化铝粉末、碳酸钾、氟化钡和少量重铬酸钾作原料，在坩埚中经高温熔融8天，获得小颗粒红宝石晶体，这是人造红宝石及刚玉的最初产品。1891年美国卡不伦登公司的E.G艾奇逊用电阻炉首次人工合成并发明SiC。1893年由美国发明制造了电熔刚玉，从此人类进入了采用人造磨料的新阶段。在1950年前后：国际上，英、法、美、德、意以及前苏联对人造磨料进行了普遍的研究，并进行了工业性生产。我国于1958年开始生产刚玉，一批具有影响力的重要项目及磨料磨具生产企业相继建成并投产。

　　

二、磨料的组成与用途

　　磨料具有诸多良好的化学和物理性能，所以磨料不仅是一种优质的磨琢材料，同时也是一种优质的无机基础材料而被被广泛的应用。就其磨料的用途而言，可分其为磨削与非磨削所用。

　　

　　(一)磨料的组成与用途

　　

　　刚玉磨料的种类繁多，人们习惯上是根据矿物的组成或添加其它元素的种类以及自然色泽来进行分类和命名的，常用磨料的组成和性能简述：

　　

　　1、棕刚玉：

　　

　　棕刚玉磨料具有一定的硬度和韧性，具为较强的磨削能力，能承受很大的压力。具有耐高温、抗氧化、抗腐蚀及化学稳定性好等特点。适用于普通钢、高碳钢、合金钢，可用于硬质木材的加工；同时，棕刚玉还更广泛地用于冶金定型和不定型耐火材料领域，是使用最广泛用量最大的一种刚玉材料。

　　

　　2、白刚玉：

　　

　　白刚玉的质地纯净、具有较强的磨削力；同时也被冶金行业用作优质耐火材料。

　　

　　3、黑碳化硅：

　　

　　黑碳化硅比刚玉磨料脆，硬度高，其韧性也次于刚玉类磨料，用于加工非金属材料（木材、皮革、玻璃、陶瓷、石材等）和有色金属（铝、铜、铅等）等材料尤为适宜；黑碳化硅作为冶金用脱氧剂、非氧化环境高温材料以及电子和光学材料也被广泛使用。

　　

　　4、绿色碳化硅：

　　

　　绿色碳化硅适用于材料的精磨，如磨螺纹、磨量具等材料，更广泛的用于硬质合金和精密的磨削。

　　

　　5、微晶刚玉：

　　

　　微细结晶的刚玉比普通刚玉的机械强度要高。用微晶刚玉做成的磨具常用于粗磨铸钢、高韧性钛镍合金钢等难磨材料。

　　

　　6、铬刚玉：

　　

　　铬刚玉磨具常用于淬火钢、合金钢和螺纹钢的刃磨和仪器仪表零件的精密磨削。铬刚玉常用于生产固结磨具。

　　

　　7、锆刚玉磨料：

　　

　　按加入氧化锆的含量，锆刚玉有ZrO225% ，ZrO240%两种。前者用于涂附磨具，用其制作的砂带特别适用于加工不锈钢件、钛合金零件；后者用于树脂固结磨具，特别适用于高速重负荷状态下的强力切割磨削，目前国内所用锆刚玉产品，多以进口为主。

　　

　　8、复合磨料：

　　

　　是两种或多组元磨料非化学反应和高温熔融、按一定比例机械掺和在一起而制得的一种新型磨料，这种磨料是据被加工物件和特殊的要求来设计的，它不仅具有各单一磨料所固有的物理特性，同时还体现出了其它磨料复合的理化性能，使之这种经复合后的磨料具有独特或超强的磨削和切削性能。随着被加工物件难磨材料（合金材料、非金属及复合新材料）的不断出现，复合磨料的发展趋向也更加被重视。

　　

　　9、合金化磨料：

　　

　　这种磨料一般是根据被加工材料的特性要求，而特制设计和制作的一种合金化磨料（如锆刚玉是Al2O3——ZrO2二元合成，Al2O3——ZrO2一MgO三元合成）由于诸多金属氧化物材料在常态下有其稳定的理化性能，当配入适当添加剂，把经过提纯后的金属氧化物按设计比例，进行多组元原料均匀混合后，经高温烧结或熔融后复合而成，这种合金化磨料产品的均一性好，机械强度高，用其制作的磨具，是加工特种难磨材料有力的器具，国外发达国家在上世纪中期左右就开始合金化磨料的研发，已有较多的报道，这也是我们今后磨料研发的方向之一。

　　

　　(二)磨料的磨削用途

　　

　　刚玉磨料的品种是多元化的，由于其基质组元的不同，所体现出的物理性能也有着很大的差异，从而导致其用途也各不相同。刚玉磨料的主要应用领域一是经加工制粒后，不经定型直接用于磨琢或抛光等用途（抛光砂、抛光粉、固体填充料等），二是制做各种不同型号和规格的磨具，如：陶瓷固结磨具（砂轮、油石、模块、磨头、耐磨陶瓷、陶粒、异形磨具等）、树脂固结磨具（砂轮、切割片、磨头、模块、异形磨具及制品等）、涂附磨具（砂带、砂布、砂纸、耐磨器械表面陶瓷镀层）等。刚玉材料作为基质材料，用于磨削性能方面的刚玉约占其刚玉材料总用量的30%左右。

　　

　　(三)磨料的非磨用途

　　

　　就磨料的非磨用途而言，该应用领域较磨料有着更宽阔的空间，其用量也较磨料大的多。由于刚玉材料具有抗破碎能力强、强度高、耐磨性好、高温膨胀系数低、热稳定性好、防腐性能和化学稳定性优良等特性，其非磨应用领域宽阔，可大量用于高温耐火材料（刚玉段砂在冶金上用于定型和不定型耐火材料的骨料上）、工程陶瓷（将刚玉或碳化硅材料加工成粉体后，作为基础原料制的各类陶瓷制品等）、建材（多用于机场跑道、高速公路，楼梯踏步、阻燃墙体材料等）化工防腐（反应釜内衬、化工器具等）等方面。用于非磨削性能方面的刚玉约占其刚玉材料总用量的70%左右。

　　

三、我国刚玉磨料的现状

　　就我国刚玉材料及磨料磨具工业的现状和发展潜力方面，与世界先进国家相比差距是非常之大的。我们的差距主要表现在一是产品技术含量低，中高档产品稀缺，基本是最普通的初级产品；二是产品单一，结构简单，深加工程度差；三是研发能力差，企业后劲不足；四是磨料生产企业与模具制造企业通力协作程度不够，几乎是各不相干，无相互促进力；五是价格低廉，以卖资源为主，产品在国际上竞争力不强。在国际上，西方发达国家刚玉磨料磨具行业有着110多年的发展历史，而我国刚玉磨料磨具行业只有约60年的发展历程。改革开放前，我国刚玉年产能力不足10万吨；改革开放以后，随着世界经济与贸易的全球化，在参与世界产业分工格局中，我国刚玉制造业得到了快速发展，生产能力迅速提高。特别是二十世纪九十年代以后，我国刚玉行业发展更为迅速，一跃成为全球产能最大的国家，现我国刚玉材料的产能约在400万吨左右，我国是产能最大的国家，但不是刚玉材料或刚玉磨料及磨具生产与技术的强国，就其我国刚玉磨料及磨具的发展，与欧美发达国家相比仍有50多年的差距，尤其近十年的差距不是在缩小，而是进一步拉大。与近邻的日本和韩国技术实力相比我们也有很大的差距。就其造成差距的原因是多方面的，我们造成差距和落后的原因主要表现在：一是工业基础薄弱，与西方发达国家相比有50多年的历史差距；二是国策调控欠缺，作为民族工业的磨料磨具行业，原有计划经济时代的国有企业，受到市场经济的冲击后，由于其体制和机制的不适应，纷纷落伍、萧条或退出市场舞台，而此时由于地方区域经济的畸形发展，国家宏观调控不力，造成资源性产能过剩及重复建设快速膨胀，形成目前外卖资源式的格局；三是企业只注重微薄的产能利润，靠相互压价恶性竞争，影响了行业的正常发展秩序；四是专业人才流失，缺乏研发团队，当国有磨料磨具骨干企业走向衰落后，原有大批的技术精英和技术骨干人才多向流失，这是我国磨料磨具民族工业的巨大损失；五是企业科研与技术投入严重不足，是企业无发展潜力和后劲的关键所在；六是行业约束无力，在国家对行业协会无实质性受权的状况下，企业各自为阵，行业处于离心状态，形不成有利于行业发展的向心合力；七是行业内企业间自我封闭，创新能力不强，不仅对外不求先进技术的引进、不求高技术力量的引进和培养，只注重卑劣的挖墙脚式的“拿来主义”，影响了行业的进步与有序发展。

　　

四、刚玉材料及磨料的开发与深加工

　　磨料的深加工并不是简单意义的磨料机械加工，其深刻含义是磨料性能、用途、产品结构、市场的开发与创新。我们从业者应该好好的分析磨料的各种用途，结合自身的综合优势，找到定位基础；磨料企业一定要与磨具企业或下游用户多沟通，通力合作，认真研究并做好自身磨料的深加工工作，切实调整好自身企业的产品结构 ，实现产品的商品化，在竞争中赢得和扩大市场，做大、做强自身的企业。

　　

　　1、刚玉分牌号加工控制：

　　

　　按磨料与耐火材料不同的用途对棕刚玉进行用途与分牌号设计，合理控制生产过程，严格控制刚玉块的分级 ：为磨料提供Al2O3 >95%，SiO2<1%，TiO2在2.2—2.8之间的优质棕刚玉产品；为耐火材料提供Al2O3 >95.5%，SiO2<0.85%的棕刚玉理想产品。此举是必要的、也是为用户质量负责的最基础的保障工作，也是必然趋势。

　　

　　2、磨料的均质化分级与加工：

　　

　　在刚玉炉坨中，由于炉坨较大，不同的部位其化学成分和物理性能是不同的，导致其用途也不尽相同。炉边部产品结构致密，做固结磨具及砂带比较好；炉盖部产品色泽不好，但这部分产品结晶细密，有其更好的强度和韧性；炉心部位产品加工成粉体材料较为合适。特别要注意的是，制作高速砂带用棕刚玉产品，对其磨料性能的均一性有着更为重要的意义。矾土原料经过均质化处理后烧结制成的均质刚玉，由于其独特和稳定的理化性能，使之该材料已在高温材料应用领域取得了良好的应用效果，它的出现，在今后一段时间里会对熔融法生产的棕刚玉市场带来一定的影响冲击，同时经过均质化处理的棕刚玉磨料也必将受到市场的青睐和重视，前景看好。

　　

　　3、磨料的煅烧与改性处理：

　　

　　磨料在加工破碎过程中，磨粒自身存在由加工带来的机械应力裂纹，使之磨料原有的强度性能受到影响而降低，通过煅烧处理后，不仅可消除磨粒的破碎应力，还可以去除刚玉材料中所含有的残碳，经过高温煅烧处理的磨料不仅综合机械性能大有提高，同时其化学稳定性和热稳定性也有一定的提高和改善，经煅烧改性的棕刚玉磨料有着良好的市场竞争力。

　　

　　4、 磨料的表面洁净处理：

　　

　　作为制作精品磨具用的刚玉磨料而言，要求磨粒表面必须是清洁干净的，尤其作为高速砂带用磨料更是如此，不仅要求磨粒表面不能附有加工过程混入的其它杂质，同时还必须对磨粒表面吸附的刚玉粉尘进行清洗去除，通过干法清吹或水洗可以达到此目的。

　　

　　5、磨料的表面化学处理：

　　

　　作为高速砂带用的高档刚玉磨料，不仅要求其磨粒本身要有高强的抗破碎能力和表面清洁以外，为了保证良好的置砂效果和磨粒与基质布体有更强的粘结力，还需要对磨粒表面进行化学涂附处理，以实现高速砂带的高效率磨加工，这就是所谓的磨料镀衣处理，通过此方法经化学表面改性处理的磨料与基质布体有着很强的结合力，使用效果非常理想。经过镀衣处理的磨料成本有所增加，但该磨料的售价也是普通磨料售价的两倍以上。就目前而言，国内虽有厂家生产这类镀衣磨料，但由于磨料本身未经过合金化处理而磨粒的抗冲击强度远达不到理想的效果，国产镀衣磨料与国外同类产品相比还有较大的差距，但实现优质镀衣磨料的国产化时日应该不会太久。

　　

　　6、复合磨料的开发与加工：

　　

　　不同的被加工物件种类有着不同的性能，从而对磨料磨具的选择也不尽相同，复合磨料是通过物理方法，据被加工物件的特性，把不同的磨料按其比例组合在一起，所制作的磨具反应出良好的复合性能。如棕刚玉磨料和碳化硅磨料的基配复合，所合成的复合磨料既保证了棕刚玉的机械强度和韧性，也体现出了碳化硅良好的切削性能散热效果。对被加工物件特性的认真分析和了解，是复合磨料开发与设计的基础依据。

　　

　　7、合金磨料的开发：

　　

　　合金磨料是指带有金属特性的金属氧化物之间相互合成的磨料，这种磨料大多是通过高温熔融的化学合成方法来制的，该种材料的研发主要难度在合金磨料的性能与选材设计方面。材料工业和磨料磨具工业的发展历史证明，只要有新材料的问世，就必然会研究并制造出与之相适应的磨切削工具。西方发达国家的新材料研发和磨切削工具的研发是同时立项开发的，这反映出了西方发达国家磨料磨具工业技术进步与科技投入的合理性，而我们几乎是新的合金材料应用很长时间后，都没有与之相适应的磨切削加工工具生产（如用于荒磨不锈钢表面的高速重负荷锆刚玉磨料和磨具）。由于新型合金材料、高分子合成材料、工程陶瓷、结构陶瓷以及难磨材料的不断开发与应用，原有单一普通的磨料磨具已不适应时代的需要，而具有特殊磨切削性能的合金磨料才能满足这些难磨材料的磨加工要求，这就使得我们必须尽可能了解新材料工业的发展状况，加速研发与之相适应的磨料磨具产品，以之跟上时代发展的节奏，谁发现了这一机遇，谁就掌握了发展的先机，谁的企业就可能发展成为耀眼的明星企业。

　　

　　8、低氧化钙棕刚玉产品的控制：

　　

　　由于氧化钙在高温时会出现烧熔现象，氧化钙的含量严重地影响着棕刚玉的热学性能，对用于高温耐火材料的棕刚玉而言尤为重要。用于普通耐火材料的棕刚玉一般要求CaO<0.4%，而用于高品质耐火材料则要求CaO<0.2%，如果企业能控制和生产出CaO在0.15%左右高质量的棕刚玉产品，其市场潜力是非常大的。在棕刚玉生产及加工过程中，CaO的含量是通过控制原料质量和控制刚玉块碎选分级来实现。

　　

　　9、优质低氧化钠白刚玉产品的控制：

　　

　　用于冶炼白刚玉产品的原料是工业铝氧粉，拜耳法生产的铝氧粉不可避免地会含有一定的Na2O，而Na2O含量对用于高级耐火材料的白刚玉来说是十分有害的，所以必须严格控制。通过低Na2O白刚玉冶炼工艺的控制，可使其白刚玉产品的市场得到更好的开发。在白刚玉生产过程中，可以通过加入添加剂和控制冶炼过程及分级来实现。

　　

　　10、冶金用高效脱氧剂研究与开发：

　　

　　从理论上讲，磨料行业廉价的副产品（低品位SiC和低Fe—Si），是优质的冶金用脱氧材料和调质材料。通过对需求材料理论的研究，经过加工和级配，分别使用或复合使用这些副产品作为冶金脱氧剂和调质产品，我们会有更多更大的收获。企业只要认真分析研究，与冶金行业实现技术与创新方面的合作，其市场潜力是巨大而可观的。

　　

　　11、高级耐火材料及制品研究开发与应用：

　　

　　刚玉和碳化硅磨料均是优质的耐火原料，作为定型与不定型耐火材料的原料其应用市场是很多很大的，可做的制品空间也是宽阔的，“磨而非磨”的真谛也在如此。现实中，磨料磨具产业直接生产或直接开发进入高温耐材行业的企业及产品还不多，与其合作的效果也不理想。应该发挥我们行业的优势，通过开发与深加工，从技术攻关开始着手，着眼与目标客户群体，用心力与市场的结合，调整产品与产业结构，极速进取，实现并参与耐火材料这个“大蛋糕”的竞争与分割。

　　

　　12、棕刚玉中TiO2含量的深加工控制：

　　

　　TiO2作为棕刚玉中有价成分，早已被理论与实践的认同，棕刚玉中含有适当比例的TiO2对棕刚玉的强度和热学性能等是有好处的。作为磨料用棕刚玉，要求其TiO2含量在2.2—2.8%左右，这不仅可以保证棕刚玉制品的色泽，同时对提高棕刚玉磨具的强度也十分有益。由于棕刚玉产能的扩张，铝矾土原料的匮乏、质量的下降，导致棕刚玉中有价成分TiO2的含量越来越难以控制，用常规和传统的棕刚玉生产方法已不能满足需要了，这就需要对棕刚玉冶炼工艺进行更进一步的研究，通过敞弧冶炼工艺和碎选分级可以实现棕刚玉中TiO2含量的有效控制，经长期的理论与实践证明是成功的。