磨料的种类与用途

磨料是一种具有高硬度和一定机械强度的颗粒材料，用于制造磨具或直接用于研磨和抛光。作为磨料必须具备以下五个方面的条件：较高的硬度，适度的抗破碎性及自锐性，良好的热稳定性，一定的化学稳定性，便于加工成不同大小的颗粒。磨料分为天然磨料和人造磨料两大类。自然界一切可以用于磨削或研磨的材料统称为天然磨料。好的天然磨料不光要硬，还要有韧性和锋利，资源丰富或分布广，还要有一定的纯度。虽然人造磨料的制备越来越精细，但天然磨料目前仍有一定的地位。

　　1.天然金刚石

　　金刚石(C)是目前已知最硬的物质，摩氏硬度为10。常见金刚石的晶体结构属于等轴晶系，立方面心结构，典型的原子晶体。金刚石还有六方晶系2H型的多型现象即六方金刚石，系陨石撞击地表时所形成，还发现有四面体晶形的金刚石。

　　天然金刚石多为8面体形态，还有菱形12面体，较少呈立方体。在天然金刚石的{111}面上有明显的生长层，生长层厚度小于10A，而{110}、{100}仍面上不会产生这样的生长层。天然金刚石大多数呈单晶产出，呈圆粒状或碎粒状。纯净的金刚石无色，但比较少见，多呈不同颜色，如黄色、绿色、棕色、玫瑰色、蓝色、灰色、黑色等。宝石级金刚石即钻石仅限于无色的、近无色的、浅黄色、粉红色、蓝色、绿色等。除此之外，其他颜色的金刚石只能在工业上使用。金刚石密度为3.50~3.52g/cm3，导热性良好。天然金刚石的产地、矿床类型、颜色不同，其硬度也不同。金刚石脆性较大，具有平行{11}的中等解理，即在外力作用下，易沿晶体中{111}结晶面裂开。金刚石的脆性还与晶体的内应力、裂缝及其他缺陷有关。晶体的内应力愈大，具有裂缝和其他缺陷也多，在较低的冲击下就能被劈开。

　　天然金刚石的形成分两大矿系，即原生矿和砂矿。原生矿主要为金伯利岩型原生矿，矿床少，质量不好，多数做工业用。砂矿是生产钻石的最主要矿床，宝石级钻石主要出产于冲击砂矿。世界最闻名的金刚石产地有南非的金伯利地区、扎伊尔、澳大利亚西部、俄罗斯的雅库特、美国的阿拉斯加和巴西的西纳斯吉拉斯等地。我国的辽宁、山东、湖南和贵州有金刚石矿，以原生矿为主，但储量不大。

　　天然金刚石作为磨料主要用途有两个方面，即修整砂轮、磨削和研磨难加工材料(如硬质合金、宝石、玻璃、石料等)。主要工具有天然金刚石砂轮刀，天然金刚石修整器，天然金刚石金刚笔，天然金刚石刀头，天然金刚石车刀，金刚石锉刀及玻璃加工工具等。不同用途的金刚石有不同的技术要求，如用于玻璃加工工具的天然金刚石要求晶体完整，外形为12面体、8面体和过渡型晶体；颜色不限；透明或半透明；不答应有裂纹，晶体内部答应有微小包裹体。

　　2.天然刚玉

　　在天然矿物中，刚玉硬度仅次于金刚石。刚玉(Al2O3)属三方晶系，晶体具有离子键向共价键过渡的性质，结构较紧密。单晶体通常呈腰鼓状、柱状，集合体呈粒状或致密块状。一般为蓝灰、黄灰色，含铁者呈黑色。玻璃光泽，摩氏硬度9，无解理。常因聚片双晶产生{0001}或{101}的裂理。密度为3.95-4.10g/cm3，化学性质稳定。含铬而呈红色的刚玉称红宝石，而含钛呈蓝色者称蓝宝石。

天然刚玉矿中，当含有磁铁矿、赤铁矿、石英等杂质，并呈铁矿一样外观的粒状集合块时，称为刚玉砂(也可称天然金刚砂)。刚玉砂一般情况下约含60%的刚玉，多呈青灰色和黑色，密度2.7-4.3g/cm3，摩氏硬度为7一9。刚玉可以形成于岩浆作用、接触变质作用和区域变质作用过程中。各种成因的含刚玉矿床或岩石，遭受风化作用时，刚玉往往转入砂矿中。我国主要产地有江苏六合、湖北英山等地。这种矿物原料在世界上许多地方的蕴藏量都很丰富。作为磨料，刚玉砂常用来制造砂轮、油石、砂纸、砂布或微粉、研磨膏等。

　　3.石榴石

　　石榴石是指一类硅酸盐矿物，其化学成分通式为A3B2[SiO4]。其中A代表二价阳离子Mg2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ca2＋等，B代表三价阳离子A13＋、Fe3＋、Cr3＋、V3＋等。常见的有铁铝石榴石、镁铝石榴石、锰铝石榴石等。石榴石结构紧密，常呈完好晶形，如菱形十二面体、四角三八面体或两者的聚形。集合体常为致密粒状或致密块状，摩氏硬度6.5一7.5，密度3.5一4.2g/cm3，无解理。石榴石的矿物种类很多，几乎所有的石榴石都可用于磨料，常用的是铁铝石榴石。

　　作为一种天然磨料，由于石榴石的工业销售价格低，且在某些特定用途时有人们所需求的一些品质，在很多国家都得到了一定的应用。石榴石磨料呈粒状，有次贝状或参差状断口，硬度适中，韧性好，边角锋利，自锐性好，可在不断粉碎分级中形成棱角和边刃，使其研磨能力优于其他磨料。石榴石经高温锻烧处理后，其韧性增加，研磨效果很好，尤其在木材的研磨加工方面，耐久性还高于氧化铝磨料。

　　在树脂磨具中，石榴石可作填充剂替代20%-30%的棕刚玉，效果理想。由于无游离二氧化硅，石榴石还是理想的%26ldquo;环保%26rdquo;型喷砂材料。石榴石也可制成固结砂轮，用以磨削镜头和镜片，主要是树脂结合剂磨具。以石榴石磨料作切割介质，依靠高压水力射流进行水刀切割，应用于石油(天然气)管道、钢材等部件的切割，是一种新型、环保、安全的切割方式。石榴石对印刷版、玻璃、陶瓷制品、皮革、石料等的加工，均可获得良好的效果。

　　四川省阿坝州坟川县石榴石矿区是中国最重要的石榴石矿区，此处的石榴石属于铁铝石榴石。由于硬度低，熔点低(石榴石族熔点1000一1200℃)，不适宜磨削硬度高的材料(如黑色金属)，也不适宜作型砂、耐火材料和烧结磨具。但它在磨削诸如硅片和光学玻璃这类材料时，却很少产生擦伤和划痕的现象，这种独特的优良性质，是同规格的人造磨料所不可比的。坟川县的石榴石磨料主要用于研磨显像管、示波管、单晶硅，研磨镜头、镜片、眼镜、研磨平板磨砂玻璃、工艺玻璃杯瓶、研磨金属印版及倒玻璃版的棱等。河北的邢台、内蒙古乌拉特后旗明星矿、陕西丹风矿、吉林通化光华矿、湖北枣阳等地也产石榴石。