人造磨料发展历史：刚玉和碳化硅的发展和展望

在应用天然磨料的漫长历史中，人类逐渐意识到几乎所有的天然磨料都含有结晶氧化铝，并且起磨削作用的正是结晶氧化铝。基于这种认识，开始时人们设法将含氧化铝的物质熔融并制成磨料，其磨削效果优于天然磨料。1893年德国人分别获得熔融金刚砂的专利权。1895年法国人对他的原专利加以修改，采用矾土代替原来所用的刚砂作原料。但是，首先研制出磨料级氧化铝晶体的是美国人雅可布（C.B.Jacobs）。到1901年由于赫金斯（A.C.Higgins）熔炉的创立，人造刚玉发展为工业化大规模生产。人造刚玉磨料生产的进一步发展是通过在原料中加入铁屑，用物理方法除掉刚玉熔液中悬浮的金属杂质。然而，这个方法的发明目的是用矾土生产纯氧化铝而不是刚玉磨料。从人造刚玉开始生产之后，又出现了刚玉产品的许多品种。各种产品的主要区别是氧化铝的含量，杂质的种类及其含量和熔块冷却速度所致的结晶尺寸不同。

碳化硅没有天然的，人造碳化硅是19世纪末研究成的。特别应提到的是美国人艾奇逊（E.G.Acheson）。他采用含有氧化铝的粘土，配上焦炭，对该混合物通以强大的电流，直到中心的粘土熔化。冷却后，他在电极的端部和混合物料中发现了明亮闪光的坚硬物质。艾奇逊多次重复这一实验，并且把这些坚硬物质收集起来试验它们的磨削性能，结果竟能磨损他的金刚石戒指。当时艾奇逊认为所发现的物质是碳和刚玉的化合物，所以将这种物质取名为“卡普伦登”（carborundum）。它是英文carbon（碳）和corundum（刚玉）两个词复合构成的。事实上，参与反应的不是粘土里的氧化铝，而是二氧化硅。1893年，艾奇逊获得碳化硅生产专利权，使碳化硅称为世界上最早商品化的人造磨料。当时只能制取黑色碳化硅，日产125克。它被人们誉为“研磨宝石”，每公斤价格高达1600美元。

人造刚玉和碳化硅从19世纪被研制成功后，白刚玉和绿碳化硅到20世紀20年代也相继出现，构成了人造普通磨料的基础体系。从20年代至60年代是人造普通磨料高速发展时期。磨料工业与机械工业和钢铁工业的发展有密切的关系，随着钢铁、汽年、机械制造工业的飞速发展，各种刚玉与碳化硅磨料相继出现。品种日臻完善，构成了一个完整的人造普通磨料体系。相比之下，人造金刚石与立方氮化硼（简称CBN，在50年代才被研制成功，开始登上磨料的历史舞台。

从70年代至今天，刚玉和碳化硅表现出技术上的成熟、新品种出现态势缓慢，但是在磨削领域它们仍是人造磨料的主体、被广泛应用，其中较为突出的新产品有微晶烧结刚玉（Norton公司的商品牌号为SG）。在此期间，碳化硅和刚玉都开始向非磨削领域发展，如：耐火材料、钢铁和铸铁冶炼、电工硅碳棒和避雷器、工程陶瓷材料、金属一一非金属复合材料等领域，在非磨削用途上，刚玉和碳化硅的研究工作和产品开发都十分活跃，如高铝刚玉。

在21世纪，人造刚玉与碳化硅仍是应用最广的磨料，占全部磨料的三分之二以上，它被广泛地用于制造各种磨具，并在非磨削用途方面不断发展。展望21世纪，人造磨料的发展方向是硬度和韧性，以满足高速、重负荷和强力磨削的工艺要求，实现经济、高效的磨削加工。磨料品种的发展结果是趋向专用，具备特效。人造金刚石和CBN的研究还将保持强劲的势态。在磨削领域里，人造金刚石和CBN将继续取代刚玉和碳化硅磨料。有人称之为从AC到BD的进展过程。A指刚玉Alundum，C指碳化硅Carborundum，B指立方氮化硼Borazon（即cbic boron nitride），D指人造金刚石Diamond（即synthetic diamond）。但是在韧性上，普通磨料将发展高韧性刚玉磨料，仍会与超硬磨料并行使用。在非磨削用途中，普通磨料将会有迅猛的发展，并将成为其主要用途。

人造磨料发展史上的重要年代见下表：