天然磨料材料的大量應用 促進石材發(fā)展
2008-04-15 15:33:19
磨料是一種具有高硬度和一定機械強度的顆粒材料，用于制造磨具或直接用于研磨和拋光。作為磨料必須具備以下五個方面的條件：較高的硬度，適度的抗破碎性及自銳性，良好的熱穩(wěn)定性，一定的化學穩(wěn)定性，便于加工成不同大小的顆粒。磨料分為天然磨料和人造磨料兩大類。自然界一切可以用于磨削或研磨的材料統(tǒng)稱為天然磨料。好的天然磨料不光要硬，還要有韌性和鋒利，資源豐富或分布廣，還要有一定的純度。雖然人造磨料的制備越來越精細，但天然磨料目前仍有一定的地位。
1天然金剛石
金剛石（C）是目前已知最硬的物質，摩氏硬度為10。常見金剛石的晶體結構屬于等軸晶系，立方面心結構，典型的原子晶體。金剛石還有六方晶系2H型的多型現(xiàn)象即六方金剛石，系隕石撞擊地表時所形成，還發(fā)現(xiàn)有四面體晶形的金剛石。
天然金剛石多為8面體形態(tài)，還有菱形12面體，較少呈立方體。在天然金剛石的{111}面上有明顯的生長層，生長層厚度小于10A，而{110}、{100}仍面上不會產生這樣的生長層。天然金剛石大多數(shù)呈單晶產出，呈圓粒狀或碎粒狀。純凈的金剛石無色，但比較少見，多呈不同顏色，如黃色、綠色、棕色、玫瑰色、藍色、灰色、黑色等。寶石級金剛石即鉆石僅限于無色的、近無色的、淺黃色、粉紅色、藍色、綠色等。除此之外，其他顏色的金剛石只能在工業(yè)上使用。金剛石密度為3.50~3.52g/cm3，導熱性良好。天然金剛石的產地、礦床類型、顏色不同，其硬度也不同。金剛石脆性較大，具有平行{11}的中等解理，即在外力作用下，易沿晶體中{111}結晶面裂開。金剛石的脆性還與晶體的內應力、裂縫及其他缺陷有關。晶體的內應力愈大，具有裂縫和其他缺陷也多，在較低的沖擊下就能被劈開。
天然金剛石的形成分兩大礦系，即原生礦和砂礦。原生礦主要為金伯利巖型原生礦，礦床少，質量不好，多數(shù)做工業(yè)用。砂礦是生產鉆石的最主要礦床，寶石級鉆石主要出產于沖擊砂礦。世界最聞名的金剛石產地有南非的金伯利地區(qū)、扎伊爾、澳大利亞西部、俄羅斯的雅庫特、美國的阿拉斯加和巴西的西納斯吉拉斯等地。我國的遼寧、山東、湖南和貴州有金剛石礦，以原生礦為主，但儲量不大。
天然金剛石作為磨料主要用途有兩個方面，即修整砂輪、磨削和研磨難加工材料（如硬質合金、寶石、玻璃、石料等）。主要工具有天然金剛石砂輪刀，天然金剛石修整器，天然金剛石金剛筆，天然金剛石刀頭，天然金剛石車刀，金剛石銼刀及玻璃加工工具等。不同用途的金剛石有不同的技術要求，如用于玻璃加工工具的天然金剛石要求晶體完整，外形為12面體、8面體和過渡型晶體；顏色不限；透明或半透明；不答應有裂紋，晶體內部答應有微小包裹體。
2天然剛玉
在天然礦物中，剛玉硬度僅次于金剛石。剛玉（Al2O3）屬三方晶系，晶體具有離子鍵向共價鍵過渡的性質，結構較緊密。單晶體通常呈腰鼓狀、柱狀，集合體呈粒狀或致密塊狀。一般為藍灰、黃灰色，含鐵者呈黑色。玻璃光澤，摩氏硬度9，無解理。常因聚片雙晶產生{0001}或{101}的裂理。密度為3.95-4.10g/cm3，化學性質穩(wěn)定。含鉻而呈紅色的剛玉稱紅寶石，而含鈦呈藍色者稱藍寶石。
天然剛玉礦中，當含有磁鐵礦、赤鐵礦、石英等雜質，并呈鐵礦一樣外觀的粒狀集合塊時，稱為剛玉砂（也可稱天然金剛砂）。剛玉砂一般情況下約含60％的剛玉，多呈青灰色和黑色，密度2.7－4.3g/cm3，摩氏硬度為7一9。剛玉可以形成于巖漿作用、接觸變質作用和區(qū)域變質作用過程中。各種成因的含剛玉礦床或巖石，遭受風化作用時，剛玉往往轉入砂礦中。我國主要產地有江蘇六合、湖北英山等地。這種礦物原料在世界上許多地方的蘊藏量都很豐富。作為磨料，剛玉砂常用來制造砂輪、油石、砂紙、砂布或微粉、研磨膏等。
3石榴石
石榴石是指一類硅酸鹽礦物，其化學成分通式為A3B2[SiO4]。其中A代表二價陽離子Mg2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ca2＋等，B代表三價陽離子A13＋、Fe3＋、Cr3＋、V3＋等。常見的有鐵鋁石榴石、鎂鋁石榴石、錳鋁石榴石等。石榴石結構緊密，常呈完好晶形，如菱形十二面體、四角三八面體或兩者的聚形。集合體常為致密粒狀或致密塊狀，摩氏硬度6.5一7.5，密度3.5一4.2g/cm3，無解理。石榴石的礦物種類很多，幾乎所有的石榴石都可用于磨料，常用的是鐵鋁石榴石。
作為一種天然磨料，由于石榴石的工業(yè)銷售價格低，且在某些特定用途時有人們所需求的一些品質，在很多國家都得到了一定的應用。石榴石磨料呈粒狀，有次貝狀或參差狀斷口，硬度適中，韌性好，邊角鋒利，自銳性好，可在不斷粉碎分級中形成棱角和邊刃，使其研磨能力優(yōu)于其他磨料。石榴石經(jīng)高溫鍛燒處理后，其韌性增加，研磨效果很好，尤其在木材的研磨加工方面，耐久性還高于氧化鋁磨料。
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