一、引言
磨料的发展经历了几千年的历程，人们认知磨料、制造磨料和使用磨料的历史，和人类文明史是相辅相成、同步发展的。尤其是近代，磨料磨具被称为“工业的牙齿”，应用范围覆盖了加工制造业的所有领域。随着加工需求的多样化，磨料也以前所未有的速度在发展，磨料的存在形式，也远远超出传统磨料的概念，被深深打上了设计和人工干预的烙印。本文摘取近年来工业发展中对磨料的部分需求现状，简要呈现磨料的新时代风采。
二、纳米磨料
2021 年 5 月，IBM 正式对外发布了全球首个2 纳米芯片制造技术，标志着纳米加工技术又进入一个新的里程。纳米加工技术的发展促进了机械、电子、半导体、光学、传感器和测量技术以及材料科学的发展 , 已成为国家科学技术发展水平的重要标志。典型的纳米级磨料包括纳米二氧化硅、纳米氧化铈、纳米氧化铝和纳米金刚石，在化学机械抛光（CMP）制程和精密涂附磨具等方面有广泛的应用。
纳米二氧化硅是 CMP 的主力军，是芯片制造的重要耗材，从多孔二氧化硅到球形、异形二氧化硅等的研究，取得了显著的科研成果，但国内产品在高端制造方面还与世界先进水平存在很大的差距，基本被国外产品垄断。国家在“十四五”规划科技前沿领域攻关项目中提到集成电路相关的关键材料开发，同时要促进碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体的发展，这些纳米级磨料占据着举足轻重的作用。
在涂附磨具的制造方面，纳米或亚微米磨料也有广泛应用。例如二氧化硅抛光片粒度只有 40nm左右，是迄今为止最细的涂附磨具，也是光通讯行业不可或缺的抛光耗材。纳米氧化铈、氧化铝和金刚石在半导体、硬盘、光通讯、光学晶体等应用领域也发挥着重要作用。
而上述磨料的制备方法，也不再是传统细粒度磨料所需的破碎、分级等技术，而是采用溶胶凝胶法、水解法、沉淀法、爆炸法等新型制备工艺。磨料像其他新型材料一样，其合成方法、表征手段、质量控制和产品应用也细分领域，更有针对性。
三、各种团聚磨料
一般来讲，磨料的粒径越大，切削力越强，相应地在加工工件表面产生的划痕也越重。天然地在材料加工方面存在研磨效率和研磨效果之间的矛盾，大颗粒磨料具备较高的磨削速率但会造成大的划痕，小颗粒磨料可以得到较好的加工表面，但是需要较长的工作时间，影响效率。传统的做法是在切削力和表面光洁度之间寻找一种平衡，达到效率和效果的妥协，这也是制约精细化研磨的瓶颈之一。
如何实现又快又好的加工效果，通常可以通过添加助剂进行改善，例如添加润滑剂等降低大颗粒对工件表面的划伤，添加分散剂或其他表面活性剂提高小颗粒的磨削力等，但这些都可归结于配方改善，对流体类磨料有一定帮助，但对磨料的其他应用有一定的限制。
采用一定的工艺将较细的磨料通过粘结剂粘合起来，制成流动性好、粒径更大的磨粒团聚体，也称为组团磨料、造粒磨料、类多晶磨料或堆积磨料，很好地解决了磨料的加工效率和效果之间的矛盾。对于团聚磨料，在研磨过程中是大面积的多点接触，既具有大颗粒的高速研磨特性，又具备小颗粒的修复抛光作用，可以得到很好的研磨面，且该团聚磨料在研磨过程可以逐渐释放磨粒，带来持久稳定的切削力。团聚磨料在液体、涂附磨具和固结磨具方面都有应用，磨料也包括金刚石、氧化铝和碳化硅等多种类。涂附磨具中，国内外厂家均有堆积磨料生产的产品，相对单颗粒磨料，团聚磨料产品展现出持久高效的研磨寿命和一致性更好的加工效果。
四、新材料新应用
信息化的社会，没有一个行业的发展像 3C 行业这样对材料有着日新月异的需求，每年的产品发布会，既是微电子方面的技术展示，也是材料加工技术的一次革新。其实 3C 行业采用的材料并不陌生，但当玻璃、陶瓷、金属等应用到 3C 行业后，它们也不再是传统的模样，明如镜颜如玉的陶瓷、薄而轻硬且韧的玻璃、蓝宝石的按键和摄像头、从铝合金到不锈钢到钛合金的金属中框，每一次材质的选择都伴随着加工耗材的变革。以钛合金为例，虽然人们在钛合金叶片、人工关节和球头等产品的加工方面已有丰富的经验，但针对钛合金中框，因为加工需求和方式不同，配合机械手、砂带机或五轴机打磨，仍没有可借鉴的现成工艺，还需要订制化开发耗材。从海绵砂到氧化铝 / 碳化硅金字塔产品，再到金刚石金字塔产品，磨料伴随着图案化和立体化设计，达到了高度一致性的打磨表面和良率，同时也具有更长的研磨寿命，解决了材料新应用的问题。
除了材料的新应用外，也有新型的复合材料被创造出来，例如仿玻璃材质、仿陶瓷材质、超硬合金材质，这种新型的材料在理化性能方面有独特优势，其加工方式也和传统材料有区别，基本的趋势是采用金刚石或金刚石混合磨料，也符合追求效率和质量双重功效的现代化加工特点。
五、智能加工
随着人工成本的增加和制造业技术的发展，机器人自动化打磨日渐成熟，越来越多的行业选择机器人智能加工代替人工打磨，机器人打磨可以提高效率、节约人力成本、提高加工的精度和一致性，还可以避免操作过程中可能发生的环保安全问题，是今后制造业的发展趋势。
机器人打磨要求耗材具有较长的使用寿命、较好的贴服性、加工一致性和高的切削力，陶瓷磨料和微复制技术精密成型颗粒矿砂等新型磨料在涂附磨具的应用很好地满足了此需求。今年 3M公司推出的明星产品之一 726A 很好地诠释了这一特点，产品刚柔并济，适合多种行业多种材质的自动化长效打磨。以精密成型矿砂为原料制作的砂碟，可实现对金属表面的冷加工，具有高效的切削力和更长的使用寿命。立体结构的系列产品在自动化加工过程能逐层消耗磨料，不断露出新的研磨层，可以实现均匀一致的打磨表面。
六 、结语
随着现代化加工技术的提高和磨料磨具行业的发展，磨料的范畴将会进一步扩大，以新促新，将会是新材料产业的重要组成部分。但在原材料价格上涨、低端产品产能过剩和同质化残酷竞争的背景下，必须是差异化、高质量的产品才有出路。加大磨料和制品的研发投入，坚持创新驱动，才能在市场上站稳脚跟，获得发展机遇。
