Классификация искусственных абразивных материалов - зерновой состав и стандартные параметры
Абразивные материалы разделяются на два класса: искусственные (синтетические) и естественные. К искусственным абразивным материалам относятся электрокорундовые абразивные материалы, электрокорунды (нормальный, белый и легированные), монокорунд; спеченные корунды (формокорунды); карбидокремниевые абразивные материалы—карбиды кремния зеленый и черный.
Карбид бора; синтетические алмазы и материалы на основе кубического нитрида бора (эльбор, гексанит, кубонит и другие марки), выделяются в самостоятельную группу абразивных материалов, называемую сверхтвердыми материалами и в данной статье не рассматриваются.
К естественным абразивным материалам относятся природные алмазы, естественный корунд, гранат, кремень и др., которые рассмотрены в отдельном разделе.
Основными свойствами материалов, определяющими их включение в группу абразивных материалов, являются их высокие по сравнению с другими материалами твердость и абразивная способность. Одновременно с этим абразивные материалы, как и все другие конструкционные и инструментальные материалы, характеризуются комплексом физико-механических и химических свойств. Указанные свойства зависят от химического и минералогического состава абразивного материала, а также его кристаллического строения.
Наиболее распространённой группой абразивных материалов являются электрокорундовые абразивные материалы, спеченные корунды и абразивные материалы на основе карбида кремния.
1. Электрокорундовые абразивные материалы
Химически чистый корунд представляет собой кристаллическую окись алюминия, получаемую в результате плавки химически чистой окиси алюминия (глинозема) при температуре около 20500 С. Электрокорунд выпускается обычно с содержанием 91 — 99% Аl203; плотность 3,93 — 4,01 г/см 3 ; микротвердость 1800 — 2600 кгс/мм 2 ; твердость по шкале Мооса 8,9 - 9,1. По твердости корунд уступает только алмазу, кубическому нитриду бора, карбиду бора и карбиду кремния. Промышленность выпускает следующие четыре разновидности элeктрокорунда, которые в зависимости от содержания двуокиси алюминия и примесей имеют различный цвет, структуру и свойства: * электрокорунд нормальный, содержащий в зерне 92 — 96% Аl 2 0 3 и имеющий цвет от розового до темно-коричневого (синий, коричневый, малиновый и др.); * электрокорунд белый, содержащий 97 — 99% Аl203; * легированные электрокорунды, содержащие элементы, существенно изменяющие их свойства, например, титан, хром и др.; * монокорунды, содержащие 97 — 98% Аl 2 0 3 .
Нормальный электрокорунд получают из бокситов методом восстановительной плавки в электропечах. По сравнению с другими электрокорундовыми материалами его наиболее часто применяют в промышленности. Плотность нормального электрокорунда составляет 3,9 г/см3. Микротвердость, колеблется в пределах 2000 — 2300 кгс/мм2. Высокая твердость и прочность зерен позволяют использовать электрокорунд для шлифования металлов. Кроме того, корунд имеет значительную вязкость, поэтому его применяют при выполнении работ с переменными нагрузками и при повышенных давлениях. Наиболее широкое применение в мировой практике нормальный электрокорунд находит при изготовлении обдирочного и шлифовального инструмента на органических связках и очень ограничено на керамических, в основном для ручных операций. Большую часть шлифовальной шкурки и изделий из неё производят с использованием нормального электрокорунда.
Стандартами для нормального электрокорунда марки 14А предусмотрены следующие показатели:
Химический состав шлифматериалов электрорунда нормального
| Марка | Зернистость | Массовая доля, % | Контрольная зернистость | |||
| Al 2 O 3 , не менее | Fe 2 O 3 , не более | TiO 2 , не менее | CaO, не более | |||
| 15A | F220 | 95 | 0,5 | 1,8 | 0,6 | F220 |
| 14A | F12-F30 | 94 | 0,6 | 1,8 | 0,8 | F20 |
| 14A | P12-P30 | 94 | 0,6 | 1,8 | 0,8 | P20 |
| 14A | F36-F80 | 94,5 | 0,5 | 1,8 | 0,8 | F60 |
| 14A | P36-P80 | 94,5 | 0,5 | 1,8 | 0,8 | P60 |
| 14A | F90-F180 | 93 | 0,7 | 1,8 | 0,9 | F120 |
| 14A | P100-P220 | 93 | 0,7 | 1,8 | 0,9 | P150 |
| 14A | F220 | 93 | 0,8 | 1,8 | 1,1 | F220 |
| 13A | F12-F90 | - | 1,3 | 1,8 | 1 | F40 |
| 13A | F100-F220 | - | 1,3 | 1,8 | 1,3 | F150 |
Массовая доля магнитного материала
| Марка | Зернистость | Массовая доля %, не более |
| 15A | F220 | 0,2 |
| 14A | P12-P220 | 0,2 |
| 14A | F12-F220 | 0,2 |
| 13A | F12-F220 | 0,8 |
Насыпная плотность шлифматериалов электрокорунда нормального
| Зернистость | Насыпная плотность, г/см3 не менее | Контрольная зернистость |
| F12-F16 | 1,88 | F16 |
| P12-P16 | 1,88 | P16 |
| F20-F22 | 1,83 | F22 |
| P20 | 1,83 | P20 |
| F24-F46 | 1,78 | F46 |
| P24-P40 | 1,78 | P40 |
| F54-F80 | 1,76 | F80 |
| P50-P80 | 1,76 | P80 |
| F90-F220 | 1,74 | F150 |
| P100-P220 | 1,74 | P150 |
Для микропорошков нормального электрокорунда предусмотрены следующие показатели:
Химический состав микропорошков электрокорунда марки 14А по ряду F
| Зернистость | Массовая доля,% | |||
| Fe2O3, не более | TiO2, не менее | CaO, не более | Al2O3, не менее | |
| F230-F280 | 0,4 | 1,8 | 0,5 | 96 |
| F320-F600 | 0,4 | 1,8 | 0,5 | 95 |
| F800-F1000 | 0,5 | 1,8 | 0,5 | 94 |
| F1200 | 0,5 | 1,8 | 0,7 | 94 |
| F1200 | 0,5 | 1,8 | 0,7 | 94 |
Абразивная способность микропорошков электрокорунда нормального
| Зернистость | Абразивная способность, г/мин не менее |
| P240 | 0,0510 |
| P280 | 0,047 |
| P320..Р400 | 0,045 |
| P500 | 0,035 |
| P600 | 0,030 |
| P800 | 0,026 |
| P1000 | 0,020 |
| P1200 | 0,014 |
Белый электрокорунд отличается высоким содержанием окиси алюминия (около 99%) при незначительном наличии других окислов. Микротвердость белого электрокорунда 2200 — 2600 кгс/мм2, плотность 3,95 г/см3. Вследствие высокой твердости, прочности и наличия острых кромок, зерна белого электрокорунда легко внедряются в заготовки из высокопрочных сплавов. Острые кромки зерен способствуют также меньшему нагреву обрабатываемых заготовок. Сырьем для выплавки белого электрокорунда является глинозем, представляющий собой окись алюминия с незначительным количеством примесей. Его получают из бокситов, нефелинов, каолинов и других продуктов. Абразивные инструменты и материалы из белого электрокорунда однородны и обладают хорошей самозатачиваемостью, а обработанные ими поверхности деталей отличаются низкой шероховатостью. Благодаря этим качествам из белого электрокорунда изготавливают абразивные инструменты, применяемые при прецизионном и скоростном шлифовании, для обработки заготовок из углеродистых, легированных и быстрорежущих сталей..
Стандартами для белого электрокорунда марки 25А предусмотрены следующие показатели:
Химический состав
| Зернистость | Массовая доля компонентов, % | Массовая доля магнитного материала, %, не более | ||||
| не менее | не более | |||||
| Al2O3 | Fe2O3 | SiO2 | Na2O | |||
| Шлифзерно | ||||||
| F 24 | 99,6 | 0,03 | 0,1 | 0,2 | 0,01 | |
| F 30 | 99,6 | 0,03 | 0,1 | 0,2 | 0,01 | |
| F 36 | 99,6 | 0,03 | 0,1 | 0,2 | 0,01 | |
| F 40 | 99,6 | 0,03 | 0,1 | 0,2 | 0,01 | |
| F 46 | 99,6 | 0,03 | 0,1 | 0,2 | 0,01 | |
| F 54 | 99,6 | 0,03 | 0,1 | 0,2 | 0,01 | |
| F 60 | 99,6 | 0,03 | 0,1 | 0,2 | 0,01 | |
| F 70 | 99,6 | 0,03 | 0,1 | 0,2 | 0,01 | |
| F 80 | 99,6 | 0,03 | 0,1 | 0,2 | 0,01 | |
| F 90 | 99,6 | 0,03 | 0,1 | 0,2 | 0,01 | |
| Шлифпорошки | ||||||
| F 100 | 99,5 | 0,03 | 0,1 | 0,3 | 0,01 | |
| F 120 | 99,5 | 0,03 | 0,1 | 0,3 | 0,01 | |
| F 150 | 99,5 | 0,03 | 0,1 | 0,3 | 0,01 | |
| F 180 | 99,5 | 0,05 | 0,1 | 0,3 | 0,01 | |
| F 220 | 99,5 | 0,05 | 0,1 | 0,3 | 0,01 | |
| Микрошлифпорошки | ||||||
| F 230 | 99,5 | 0,03 | 0,1 | 0,3 | 0,07 | |
| F 240 | 99,5 | 0,03 | 0,1 | 0,3 | 0,07 | |
| F 280 | 99,5 | 0,04 | 0,1 | 0,3 | 0,07 | |
| F 320 | 99,5 | 0,04 | 0,1 | 0,3 | 0,07 | |
| F 360 | 99,5 | 0,04 | 0,1 | 0,3 | 0,07 | |
| F 400 | 99,5 | 0,04 | 0,1 | 0,3 | 0,07 | |
| F 500 | 99,5 | 0,04 | 0,1 | 0,3 | 0,07 | |
| F 600 | 99,5 | 0,04 | 0,1 | 0,3 | 0,07 | |
| F 800 | 99,5 | 0,04 | 0,2 | 0,3 | 0,07 | |
| F 1000 | 99,5 | 0,04 | 0,2 | 0,3 | 0,07 | |
| F 1200 | 99,5 | 0,04 | 0,2 | 0,3 | 0,07 | |
| М3 | 99 | 0,1 | 0,7 | 0,6 | 0,07 | |
| М2 | 99 | 0,1 | 0,7 | 0,6 | 0,07 | |
| М1 | 99 | 0,1 | 0,7 | 0,6 | 0,07 | |
Насыпная плотность
| Зернистость | Насыпная плотность, г/см3, не менее |
| F 24 | 1,8 |
| F 30 | 1,8 |
| F 36 | 1,8 |
| F 46 | 1,8 |
| F 54 | 1,8 |
| F 60 | 1,75 |
| F70 | 1,7 |
| F180-F220 | 1,6 |
| F90 | 1,7 |
| F100 | 1,65 |
| F120 | 1,65 |
| F150 | 1,65 |
| F180 | 1,6 |
| F220 | 1,6 |
Легированные электрокорунды обладают регулируемыми свойствами вследствие того, что в корунде содержатся различные элементы, образующие с ним твердые растворы. Свойства легированных корундов отличаются от обычных. Материал, выплавленный из глинозема с полуторной окисью титана, называется титанистым электрокорундом. Абразивная способность титанистого электрокорунда выше, чем нормального и белого электрокорунда при меньшей прочности и микротвердости. Хромистый электрокорунд марок получают из глинозема при выплавке с добавкой окиси хрома. По показателям абразивной способности, прочности и микротвердости хромистый и белый электрокорунды примерно одинаковы. Круги из легированных электрокорундов рекомендуется применять для шлифования заготовок из конструкционных и инструментальных (закаленных) сталей. Использовать инструменты из легированных электрокорундов для обработки заготовок из вязких сталей нецелесообразно.
Монокорунд отличается от других электрокорундов большой чистотой, причем почти вся окись алюминия в монокорунде представлена корундом с зернами-монокристаллами. Монокорунд получают из бокситов методом оксисульфидной плавки, сущность которой заключается в сплавлении боксита с сернистым железом (пиритом) в присутствии восстановителя
Монокорунд содержит не менее 97% Аl2O3 остальное примеси. Монокорунд кристаллизуется как в виде монолитных изометричных кристаллов, так и скелетных форм; таблитчатые формы встречаются редко. Плотность монокорунда 3,94-4,00 г/см 3 ,микротвердость 22,6-23,5 ГПа (2300-2400 кгс/мм 2 ). Благодаря высокой механической прочности и насыпной плотности в процессе шлифования монокорунд имеет т высокие режущие свойства при малых усилиях резания. По сравнению с нормальным и белым электрокорундами монокорунд обладает более высокими показателями: твердостью, механической прочностью и абразивной способностью. Изометричная форма зерен монокорунда и прочные острые кромки обеспечивают инструментам высокую режущую способность и хорошую самозатачиваемость. Монокорунд применяется для изготовления инструментов на керамической связке и шлифовальной шкурки, предназначенных для обработки заготовок из закаленных легированных, жаропрочных и кислотоупорных сталей и сплавов.
Электрокорунд циркониевый
Электрокорунд циркониевый получают методом электродуговй плавки в рудотермических печах. В качестве исходных материалов используют технический глинозём и бадделеитовый концентрат. Плавят циркониевый электрокорунд в наклоняющихся электропечах методом на слив с последующим интенсивным охлаждением расплава, что позволяет получить микрокристаллический материал с размером микролитов около 5 мкм, а размеры первичных скелетных кристаллов корунда – 30-50 мкм. Основными составляющими циркониевого электрокорунда являются бадделеит (ZrO 2 ) и корунд. Содержание оксида циркония не менее 25% для шлифовальных и обдирочных кругов и не менее 40% для шлифовальной шкурки. Плотность циркониевого электрокорунда - 4,05-4,15 г/см 3 , микротвердость – 22,6-23,5 ГПа (2300-2400 кгс/мм 2 ), разрушаемость – не более 17% .. Коэффициент шлифования кругов из циркониевого электрокорунда на обдирочных операциях в 10 и более раз превышает этот показатель для инструмента из электрокорунда нормального. Благодаря высокой прочности этот материал способен обрабатывать материал с усилием прижима примерно в 10 раз большим, чем обычный шлифовальный круг из других материалов. При черновом и обдирочном шлифовании применение кругов из такого материала очень эффективно – за счет незначительного нагревания заготовки на обработанной поверхности не возникают прижоги. Шлифовальная шкурка из циркониевого корунда обладает исключительной абразивной способностью и стойкостью.
Микрокристаллическая структура циркониевого электрокорунда дает эффект самозатачивания –во время изнашивания в результате ломки появляются все новые и острые кромки. Поэтому циркониевый электрокорунд подходит прежде всего для обработки вязко-твердых материалов, таких, как, например, стойкие против коррозии стали
Химический состав и насыпная плотность
| Массовая доля, % | Насыпная плотность г/cм 3 | |||||
| Марка | Al 2 O 3 | ZrO 2 | SiO 2 | Fe 2 O 3 | TiO 2 | |
| ZA (25%) | 74.5-75.5 | 23.5-25.5 | Не более 0.50 | Не более 0.20 | Менее 0.30 | |
| Типовой анализ | 72.87 | 25.71 | 0.46 | 0.11 | 0.3 |
ZA 25 F20 - 2.10 ZA 25 F20 - 2.10 |
| ZA (40%) Типовой анализ | 59.19 | 39.41 | 0.44 | 0.09 | 0.28 |
ZA 40 Р20 - 2.18 ZA40 Р20 - 2.12 |
Формокорунд, SG-абразивы, кубитрон и др. – абразивные материалы, состоящие из микрочастиц корунда (менее 5мкм), получаемые методами золь-гель технологии или корундовой спеченной керамики. Отличаются высокой режущей способностью и самозатачиваемостью. Учитывая специфику этих материалов и значительное отличие от традиционных абразивов, описание изложено в отдельной статье.
Для всех указанных электрокорундовых материалов номера зернистостей и гранулометрический состав регламентируются в соответствии со стандартами FEPA (Федерацией европейских производителей абразивов) по ряду F- для абразивных изделий фиксированной геометрической формы (например круги) и по ряду Р – для гикого абразивного инструмента (например шлифовальная шкурка)
Зерновой состав шлифматериалов электрокорунда по ряду F
| Зернис тость | Контрольное сито | Q6max, % | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 3,4 | 3,4,5 | |||||||
| W1, мм (мкм) | Q1, % | W2, мм (мкм | Q2max, % | W3, мм (мкм) | Q3max, % | W4, мм (мкм) | Q3+Q4 min, % | W5, мм (мкм | Q3+Q4+Q5min, % | ||
| F8 | 4 | 0 | 2,8 | 20 | 2,36 | 45 | 2 | 70 | 1,7 | * | 3 |
| F10 | 3,35 | 0 | 2,36 | 20 | 2 | 45 | 1,7 | 70 | 1,4 | * | 3 |
| F12 | 2,8 | 0 | 2 | 20 | 1,7 | 45 | 1,4 | 70 | 1,18 | * | 3 |
| F14 | 2,36 | 0 | 1,7 | 20 | 1,4 | 45 | 1,18 | 70 | 1 | * | 3 |
| F16 | 2 | 0 | 1,4 | 20 | 1,18 | 45 | 1 | 70 | -850 | * | 3 |
| F20 | 1,7 | 0 | 1,18 | 20 | 1 | 45 | -850 | 70 | -710 | * | 3 |
| F22 | 1,4 | 0 | 1 | 20 | -850 | 45 | -710 | 70 | -600 | * | 3 |
| F24 | 1,18 | 0 | -850 | 25 | -710 | 45 | -600 | 65 | -500 | * | 3 |
| F30 | 1 | 0 | -710 | 25 | -600 | 45 | -500 | 65 | -425 | * | 3 |
| F36 | -850 | 0 | -600 | 25 | -500 | 45 | -425 | 65 | -355 | * | 3 |
| F40 | -710 | 0 | -500 | 30 | -425 | 40 | -355 | 65 | -300 | * | 3 |
| F46 | -600 | 0 | -425 | 30 | -355 | 40 | -300 | 65 | -250 | * | 3 |
| F54 | -500 | 0 | -355 | 30 | -300 | 40 | -250 | 65 | -212 | * | 3 |
| F60 | -425 | 0 | -300 | 30 | -250 | 40 | -212 | 65 | -180 | * | 3 |
| F70 | -355 | 0 | -250 | 25 | -212 | 40 | -180 | 65 | -150 | * | 3 |
| F80 | -300 | 0 | -212 | 25 | -180 | 40 | -150 | 65 | -125 | * | 3 |
| F90 | -250 | 0 | -180 | 20 | -150 | 40 | -125 | 65 | -106 | * | 3 |
| F100 | -212 | 0 | -150 | 20 | -125 | 40 | -106 | 65 | -75 | * | 3 |
| F120 | -180 | 0 | -125 | 20 | -106 | 40 | -90 | 65 | -63 | * | 3 |
| F150 | -150 | 0 | -106 | 15 | -75 | 40 | -63 | 65 | -45 | * | 3 |
| F180 | -125 | 0 | -90 | 15 | -75 | * | -63 | 40 | -53 | 65 | * |
| F220 | -106 | 0 | -75 | 15 | -63 | * | -53 | 40 | -45 | 60 | * |
* - не регламентуется
W1,W2,W3,W4,W5 - размер ячейки 1,2,3,4 и 5 сита в светуQ1,Q2,Q3 - остаток шлифматериала на ситах 1,2 и 3Q3+Q4 - суммарный остаток шлифматериала на ситах 3 и 4Q3+Q4+Q5 - суммарный остаток шлифматериала на ситах 3, 4 и 5Q6 - остаток шлифматериала на поддоне
Зерновой состав шлифматериалов электрокорунда нормального по ряду Р
| Зернистость | Контрольное сито | Q6max, % | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 3,4 | 3,4,5 | |||||||
| W1, мм (мкм) | Q1, % | W2, мм (мкм) | Q2max, % | W3, мм (мкм) | Q3, % | W4, мм (мкм) | Q4, % | W5, мм (мкм) | Q5min, % | ||
| P12 | 3,35 | 0 | 2,36 | 1 | 2 | 14±4 | 1,7 | 61±9 | 1,4 | 92 | 8 |
| P16 | 2,36 | 0 | 1,7 | 3 | 1,4 | 26±6 | 1,18 | 75±9 | 1 | 96 | 4 |
| P20 | 1,7 | 0 | 1,18 | 7 | 1 | 42±8 | -850 | 86±6 | -710 | 96 | 4 |
| P24 | 1,4 | 0 | 1 | 1 | -850 | 14±4 | -710 | 61±9 | -600 | 92 | 8 |
| P30 | 1,18 | 0 | -850 | 1 | -710 | 14±4 | -600 | 61±9 | -500 | 92 | 8 |
| P36 | 1 | 0 | -710 | 1 | -600 | 14±4 | -500 | 61±9 | -425 | 92 | 8 |
| P40 | -710 | 0 | -500 | 7 | -425 | 42±8 | -355 | 86±6 | -300 | 96 | 4 |
| P50 | -600 | 0 | -425 | 3 | -355 | 26±6 | -300 | 75±9 | -250 | 96 | 4 |
| P60 | -500 | 0 | -355 | 1 | -300 | 14±4 | -250 | 61±9 | -212 | 92 | 8 |
| P80 | -355 | 0 | -250 | 3 | -212 | 26±6 | -180 | 75±9 | -150 | 96 | 4 |
| P100 | -300 | 0 | -212 | 1 | -180 | 14±4 | -150 | 61±9 | -125 | 92 | 8 |
| P120 | -212 | 0 | -150 | 7 | -125 | 42±8 | -106 | 86±6 | -90 | 96 | 4 |
| P150 | -180 | 0 | -125 | 3 | -106 | 26±6 | -90 | 75±9 | -75 | 96 | 4 |
| P180 | -150 | 0 | -106 | 2 | -90 | 15±5 | -75 | 62±12 | -63 | 90 | 10 |
| P220 | -125 | 0 | -90 | 2 | -75 | 15±5 | -63 | 62±12 | -53 | 90 | 10 |
W1,W2,W3,W4,W5 - размер ячейки 1, 2, 3, 4 и 5 сита в светуQ1 - остаток шлифматериалла на сите 1Q2 - суммарный остаток шлифматериала на ситах 1 и 2Q3 - суммарный остаток шлифматериала на ситах 1, 2 и 3Q4 - суммарный остаток шлифматериала на ситах 1, 2, 3 и 4Q5 - суммарный остаток шлифматериала на ситах 1, 2, 3, 4 и 5Q6 - остаток шлифматериала на поддоне
Зерновой состав микропорошков электрокорунда в микрометрах (мкм) по ряду F
| Зернистость | Размер зерна на 3% точке кривой распределения ds3, не более | Размер зерна на 50% точке кривой рас- пределения ds50 | Размер зерна на 94% точке кривой распределения ds94, не менее |
| F230 | 82 | 53,0±3,0 | 34 |
| F240 | 70 | 44,5±2,0 | 28 |
| F280 | 59 | 36,5±1,5 | 22 |
| F320 | 49 | 29,2±1,5 | 16,5 |
| F360 | 40 | 22,8±1,5 | 12 |
| F400 | 32 | 17,3±1,0 | 8 |
| F500 | 25 | 12,8±1,0 | 5 |
| F600 | 19 | 9,3±1,0 | 3 |
| F800 | 14 | 6,5±1,0 | 2 |
| F1000 | 10 | 4,5±0,8 | 1 |
| F1200 | 7 | 3,0±0,5 | 1* |
Зерновой состав микропорошков электрокорунда в микрометрах (мкм) по ряду Р
| Зернистость | Макс. Размер зерна кривой распределения ds0, не более | Размер зерна на 3% точке кривой распределения ds3, не более | Размер зерна на 50% точке кривой распределения ds50 | Размер зерна на 94% точке кривой рас- пределения ds94, не менее |
| P280 | 101 | 74 | 52,2±2,0 | 39,2 |
| P320 | 94 | 66,8 | 46,2±1,5 | 34,2 |
| P360 | 87 | 60,3 | 40,5±1,5 | 29,6 |
| P400 | 81 | 53,9 | 35,0±1,5 | 25,2 |
| P500 | 77 | 48,3 | 30,2±1,5 | 21,5 |
| P600 | 72 | 43 | 25,8±1,0 | 18 |
| P800 | 67 | 38,1 | 21,8±1,0 | 15,1 |
| P1000 | 63 | 33,7 | 18,3±1,0 | 12,4 |
| P1200 | 58 | 29,7 | 15,3±1,0 | 10,2 |
2. Абразивные материалы из карбида кремния
Карбид кремния ( SiC ) является продуктом химического соединения углерода с кремнием при высокой температуре. В нем содержится 70,04% Si и 29,96% С. Его молекулярный вес составляет 40.09, а плотность 3,21 г/см³ . Микротвердость 3300—3600 кгс/мм2.
Природный карбид кремния - муассанит можно найти только в ничтожно малых количествах в некоторых месторождениях корунда и кимберлит в естественных условиях не образуется и потребность в нем покрывается за счет промышленного производства.
Химически чистый карбид кремния бесцветен, технический окрашен в зеленоватый или сине-черный цвет примесями (Fe, Al, Mg, Zr, Ti, Cr). Карборунд имеет ряд важных физических свойств, определяющих его широкое применение в технике
Коэффициент преломления при обыкновенных световых лучах 2,6767—2,6487, при прохождении лучей в гексагональной системе 2,6889—2,6930;
плотность 3,217 г/см3; твердость составляет 9,0…9,5 единиц по новой шкале Мооса и 2,5—3^5 по шкале Кнупа, изменения обусловлены граневой политипностью;
коэффициент термического расширения в интервале от нуля до 1700 °С составляет 4,3—4,5 10~6 °С-1 (для керамики небольшой); удельная теплопроводность равна 0,2 при 500 и 0,093 кал/(см • с■ °С) при 1200 °С (обладает хорошей устойчивостью к тепловым ударам);
термическая стабильность карбида большая, в атмосферных условиях он не плавится, но при температуре >2050 °С начинается диссоциация, а с 2700—2800 °С — процесс испарения.
Карбид кремния, как абразивный материал, содержит 98,5 % и более SiC, кристаллизующегося в основном в гексогональной структуре α -SiC. При температуре 1900—2300 0 C происходит перекристаллизация β-формы в α-форму.
Физические и химические свойства α и β карбида кремния и их политипов не имеют заметных различий. Однако, только карбид кремния α-SiC (гексагональной структуры) является абразивным материалом и имеет соответствующие свойства.
При плавке карбидов кремния сопутствующих минералов не образуется, однако в материале остается определенная часть непрореагировавших исходных материалов — восстановителя, в основном в виде графита, а также восстановленных из окислов до металла кремния и железа.
Различают два основных типа карбида кремния для шлифовальных материалов: зелёный и чёрный. ГОСТ предусмотрены для зелёного марки 63С и 64С, чёрного марки 53С и 54С. Металлургический карбид кремния является исходным материалом для производства фракций с массовой долей SiC не менее 88 %.
Основные их параметры представлены в нижеследующих таблицах .
Химический состав шлифматериалов карбида кремния
| Марка | Зернистость | Массовая доля, % | Контрольная зернистость | ||
| SiC, не менее | Fe, не более | C, не более | |||
| 54C | F12-F24, P12-P24 | 97,5 | 0,2 | 0,4 | F24,Р24 |
| 54C | F30-F54 | 98,0 | 0,2 | 0,3 | F54 |
| 54C | P30-P50 | 98,0 | 0,2 | 0,3 | P50 |
| 54C | F60-F80, Р60, Р80 | 97,5 | 0,2 | 0,4 | F80, Р80 |
| 54C | F90-F150 | 97,0 | 0,3 | 0,5 | F90 |
| 54C | P100-P180 | 97,0 | 0,3 | 0,5 | P100 |
| 54C | F180, P220 | 96,0 | 0,6 | 0,4 | F180, P220 |
| 53C | F12-F24, P12-P24 | 97,0 | 0,3 | 0,5 | F24,Р24 |
| 53C | F30-F54 | 97,0 | 0,3 | 0,4 | F54 |
| 53C | P30-P50 | 97,0 | 0,3 | 0,4 | P50 |
| 53C | F60-F80, P60, P80 | 97,0 | 0,3 | 0,5 | F80,Р80 |
| 53C | F90-F150 | 96,5 | 0,4 | 0,5 | F90 |
| 53C | P100-P180 | 96,5 | 0,4 | 0,5 | P100 |
| 53C | F180, P220 | 96,0 | 0,7 | 0,5 | F180, P220 |
| 53C | F220 | 93,0 | 1,5 | 0,6 | F220 |
| 64C | F24-F54, P24-P50 | 98,5 | 0,2 | 0,4 | F30,Р30 |
| 64C | F60-F80, P60, P80 | 98,0 | 0,2 | 0,4 | F80, Р80 |
| 64C | F90-F150 | 98,0 | 0,3 | 0,4 | F90 |
| 64C | P100-P180 | 98,0 | 0,3 | 0,4 | P100 |
| 64C | F180, P220 | 97,5 | 0,4 | 0,3 | F180, Р220 |
| 63C | F24-F54, P24-P50 | 98,0 | 0,2 | 0,5 | F30, Р30 |
| 63C | F60-F80, P60, P80 | 97,5 | 0,2 | 0,5 | F80, Р80 |
| 63C | F90-F150 | 97,0 | 0,3 | 0,5 | F90 |
| 63C | P100-P180, F180 | 97,0 | 0,3 | 0,5 | P100, F180 |
| 63C | P220, F220 | 97,0 | 0,7 | 0,5 | P220, F220 |
Разрушаемость и абразивная способность шлифматериалов карбида кремния
| Наименование показателя | Зернистость | Значение показателя для марок | Контрольная зернистость | |
| 54C, 53C | 65C,64C,63C | |||
| Разрушаемость, % не более | F14-F30 | 75 | 70 | F14 |
| P12-P30 | 75 | 70 | P16 | |
| F36-F80 | 47 | 47 | F60 | |
| P36-P80 | 47 | 47 | P60 | |
| Абразивная способность г, не менее | F90-F150 | 0,08 | 0,09 | F150 |
| P100-P180 | 0,08 | 0,09 | P180 | |
| F180-F220 | 0,07 | 0,08 | F220 | |
| P220 | 0,07 | 0,08 | P220 | |
Массовая доля магнитного материала
| Вид материала | Марка | Зернистость | Массовая доля %, не более |
| Карбид кремния черный | 55C | F220 | 0,1 |
| 54C | F12-F80 | 0,13 | |
| 54C | P12-P100 | 0,13 | |
| 54C | F90-F180 | 0,2 | |
| 54C | P120-P220 | 0,2 | |
| 53C | F12-F180 | 0,3 | |
| 53C | P12-P220 | 0,3 | |
| 53C | F220 | 1,0 | |
| Карбид кремния зеленый | 65C | F220 | 0,1 |
| 64C | F24-F180 | 0,05 | |
| 64C | P24-P220 | 0,05 | |
| 63C | F24-F180 | 0,15 | |
| 63C | P24-P220 | 0,15 |
Насыпная плотность шлифматериалов карбида кремния
| Зернистость | Насыпная плотность, г/см 3 не менее | Контрольная зернистость | |
| 55C, 54C, 53C | 65C, 64C, 63C | ||
| F14 | 1,31 | - | F14 |
| P16 | 1,31 | - | P16 |
| F16, F20 | 1,35 | - | F20 |
| P20 | 1,35 | - | P20 |
| F22, F24 | 1,37 | 1,41 | F24 |
| P24 | 1,37 | 1,41 | P24 |
| F30-F60 | 1,40 | 1,45 | F60 |
| P30-P60 | 1,40 | 1,45 | P60 |
| F70, F80 | 1,35 | 1,41 | F80 |
| P80 | 1,35 | 1,41 | P80 |
| F90, F100 | 1,33 | 1,39 | F100 |
| P100, P120 | 1,33 | 1,39 | P120 |
| F120-F220 | 1,27 | 1,34 | F150 |
| P150-P220 | 1,27 | 1,34 | P180 |
Зерновой состав микрошлифпорошков по ряду F в микрометрах (мкм)
| Обозначение зернистости | Размер зерна на 3% точке кривой распределения d s3 , не более | Размер зерна на 50% точке кривой распределения d s50 | Размер зерна на 95% точке кривой распределения d s95 , не менее |
| F230 | 82 | 53,0±3,0 | 34 |
| F240 | 70 | 44,5±2,0 | 28 |
| F280 | 59 | 36,5±1,5 | 22 |
| F320 | 49 | 29,2±1,5 | 16,5 |
| F360 | 40 | 22,8±1,5 | 12 |
| F400 | 32 | 17,3±1,0 | 8 |
| F500 | 25 | 12,8±1,0 | 5 |
| F600 | 19 | 9,3±1,0 | 3 |
| F800 | 14 | 6,5±1,0 | 2 |
| F1000 | 10 | 4,5±0,8 | 1 |
| F1200 | 7 | 3,0±0,5 | 1* |
* Размер зерна на 80% точке кривой распределения
Зерновой состав микрошлифпорошков карбида кремния зернистостей P280 - P1200
| Обозначение зернистости | Максимальный размер зерна кривой распределения d s0 , не более | Размер зерна на 3% точке кривой распределения d s3 , не более | Размер зерна на 50% точке кривой распределения d s50 | Размер зерна на 95% точке кривой распределения d s95 , не менее |
| P240 | 110 | 81,7 | 58,5±2,0 | 44,5 |
| P280 | 101 | 74,0 | 52,2±2,0 | 39,2 |
| P320 | 94 | 66,8 | 46,2±1,5 | 34,2 |
| P360 | 87 | 60,3 | 40,5±1,5 | 29,6 |
| P400 | 81 | 53,9 | 35,0±1,5 | 25,2 |
| P500 | 77 | 48,3 | 30,2±1,5 | 21,5 |
| P600 | 72 | 43,0 | 25,8±1,0 | 18,0 |
| P800 | 67 | 38,1 | 21,8±1,0 | 15,1 |
| P1000 | 63 | 33,7 | 18,3±1,0 | 12,4 |
| P1200 | 58 | 29,7 | 15,3±1,0 | 10,2 |
Химический состав и абразивная способность микропорошков карбида кремния
| Зернистость | Марка | Массовая доля, % | Абразивная способность, г/мин., не менее | ||
| SiC,не менее | Fe,не более | C,не менее | |||
| F230 | 64C | 99 | 0,1 | 0,4 | 0,074 |
| F240 | 99 | 0,1 | 0,4 | 0,068 | |
| F280 | 99 | 0,2 | 0,4 | 0,062 | |
| F320 | 98 | 0,2 | 0,4 | 0,055 | |
| F360 | 98 | 0,2 | 0,4 | 0,047 | |
| F400 | 98 | 0,2 | 0,4 | 0,040 | |
| F500 | 98 | 0,2 | 0,4 | 0,037 | |
| F600 | 97 | 0,2 | 0,4 | 0,020 | |
| F800 | 97 | 0,2 | 0,4 | 0,015 | |
| F1000 | 97 | 0,2 | 0,4 | 0,014 | |
| F1200 | 93 | 0,4 | 1,3 | 0,007 | |
| F230 | 54C | 98 | 0,4 | 0,4 | 0,074 |
| F240 | 98 | 0,4 | 0,4 | 0,068 | |
| F280 | 98 | 0,4 | 0,4 | 0,062 | |
| F320 | 97 | 0,5 | 0,5 | 0,055 | |
| F360 | 97 | 0,5 | 0,5 | 0,047 | |
| F400 | 97 | 0,5 | 0,5 | 0,040 | |
| F500 | 97 | 0,5 | 0,5 | 0,037 | |
| F600 | 97 | 0,5 | 0,5 | 0,020 | |
| F800 | 96 | 0,7 | 0,6 | 0,015 | |
| F1000 | 96 | 0,7 | 0,6 | 0,014 | |
| F1200 | 93 | 0,9 | 2,0 | 0,007 | |
Химический состав микропорошков карбида кремния марки 54С (ряд Р)
| Зернистость | Массовая доля, % | ||
| SiC, не менее | Fe, не более | C, не более | |
| P240-P360 | 96 | 0,6 | 1,5 |
| P400-P1200 | 95 | 0,8 | 1,5 |
Абразивная способность микропорошков карбида кремния марки 54 (ряд Р)
| Зернистость | Абразивная способность г/мин., не менее |
| P240 | 0,076 |
| P280 | 0,074 |
| P320 | 0,072 |
| P360 | 0,070 |
| P400 | 0,068 |
| P500 | 0,058 |
| P600 | 0,047 |
| P800 | 0,040 |
| P1000 | 0,037 |
| P1200 | 0,022 |
