氧化铝研磨抛光案例集锦之从硬度出发找答案

作为一种重要的研磨和抛光材料，氧化铝制品可以是研磨介质（球）、抛光液（膏）、砂纸、纱布（带）、砂轮等等多种形式。不同应用领域甚至相同应用的不同阶段对氧化铝研磨（抛光）制品也提出了不同要求，其差异主要体现在氧化铝的粒度、形貌、添加剂和硬度几个方面。由于硬度影响最大，本文就侧重从硬度追溯氧化铝原材料，整理介绍一些相关的产品及其具体应用。

多种多样的抛光制品（来源：Saint-Gobain norton）

影响氧化铝抛光产品硬度的主要因素包括磨粒大小、添加剂（胶结剂）、烧结度（温度、时间等）以及氧化铝晶相。通常磨粒大小和硬度成正比；添加剂则从多方面对晶粒尺寸、颗粒排列甚至晶格修饰造成影响；烧结度则通过过程控制使致密度和均匀性得到调整；而晶型以α相和γ相最为常见，其组成和占比对产品硬度的影响也是最大的。下文就从晶型出发和拓展。

氧化铝系统中的相变

（图表来源：https://doi.org/10.3390/ma13071787）

莫氏硬度9，密度约为3.9g/cm3，以晶体结构稳定，具有高硬度和较好的耐磨性而应用最为广泛，通常以各类刚玉磨料产品形式出现，并且可以与其他陶瓷材料形成复合磨料，比如和氧化锆结合（锆英砂和氧化铝高温熔合）以提高韧性。

具体产品如单晶氧化铝磨料可以提供更锋利的切割作用并提高内部结合的强度；纳米多晶氧化铝磨料以高稳定（不会再结晶）和高分散性而用于CMP抛光；以Norton出品的高端SG刚玉磨料为代表，其结合溶胶-凝胶技术，通过将前体溶胶混合成型并干燥和煅烧制备而成，以优异性能（韧性好、自锐性好、使用寿命长等）得到广泛关注，人们后来将它们统称为SG磨料或陶瓷刚玉磨料……

莫氏硬度6-8左右，密度通常在3.5g/cm3以上但低于α氧化铝，比表面积范围宽，最高约达400m2/g，晶粒较小可至几十甚至十几纳米。γ氧化铝的纳米级颗粒尺寸和高比表面积使其适用于精密抛光应用，尤其是在需要高质量表面光洁度和严格公差的行业，比如光学元件、半导体晶圆（CMP）和金相抛光（抛光金相试样以揭示金属和合金的微观结构）等。

有业内领先企业为细分领域开发了α-γ混晶氧化铝磨料（通过调整α相和γ相氧化铝的比例和制备工艺，可以定制复合磨料）以兼顾不同的磨削和抛光需求，适用于一些特殊的应用。

市售γ氧化铝粉体和悬浮液（左）及以其为原料制备的CMP浆料（右）

80%α氧化铝/20%γ氧化铝的混晶氧化铝磨料

（来源：US Research Nanomaterials, Inc）

笔者曾向国内某汽车抛光剂开发商了解到，其向国内磨料粉体企业寻找可替代产品时发现，经第三方检测到粒径、纯度完美对标进口氧化铝的国内产品在同样的溶剂体系下，二者的抛光效果大相径庭。本文从最影响抛光效果的硬度角度出发，判断主要原因应该与磨粒微观结构相关，而氧化铝晶型的组成或许是问题症结所在。由于水平有限，仅以本文抛砖引玉，希望业内学者和专家多提意见。

粉体圈 启东