CN102634319A - 一种超硬磨具用新型微晶磨料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超硬磨具用新型微晶磨料，由磨料微粉与低温陶瓷结合剂组成，其质量份数比为4～5∶1；所述磨料微粉为微米级刚玉、金刚石、立方氮化硼和碳化硅中的任意一种；所述低温陶瓷结合剂的原料组分及其质量百分比含量为：44～58％SiO2，2～10％Al2O3，15～26％B2O3，3～9％Na2O，4～11％K2O，1～8％Li2O，1～6％MgO，2～8％ZnO。经过配料、球磨，于1000～1300℃下熔融成玻璃熔液，水淬、干燥，粉碎成玻璃粉；再造粒、成型，于780～960℃下烧结。采用新型微晶磨料的超硬磨具，具有耐热性好、自锐性好、加工效率高、使用寿命长等优点。本发明生产成本低、操作简单，是微晶磨料生产的一次革新。
Description
技术领域
本发明是关于磨料磨具的，尤其涉及一种新型微晶磨料及其制造方法。
背景技术
磨料磨具是工业生产中必不可少的工具之一，享有“工业的牙齿”的美誉，与现代工业发展有着十分密切的关系。研究表明，磨料是影响磨削加工质量的最重要因素。随着现代工业的发展出现了多样化的加工对象和高的加工要求，以及科研工作者的努力研制成功了许多新的磨料，普通磨料如白刚玉、铬刚玉、棕刚玉、绿碳化硅、黑碳化硅等，超硬磨料金刚石和立方氮化硼，使磨料的磨削加工能力得以提高。
低温陶瓷结合剂是指耐火度低于1000℃的陶瓷结合剂，具有很多优点：耐火度低；强度高；热膨胀系数低；韧性好。此外，还有利于缩短烧成周期，节约成本，改善制品质量。
现在广泛使用的磨料中，传统磨料占绝大部分。以电熔刚玉磨料为例，电熔刚玉磨料是由大的多晶块体，采用机械方法多次击碎碎成细粒，磨削时电熔刚玉磨粒表面产生切向应力，将会使磨料产生裂纹，微裂纹的产生及扩展使磨料磨削性能明显降低，磨粒随着切割重复产生的应力而破裂直至脱落。
在一颗由溶胶-凝胶法制造的微晶刚玉磨料(又称S-G磨料)颗粒中，含有成成千上万个微粒。S-G磨料与普通磨料的破碎结构不同，普通磨料破碎时，破损将产生平面，而磨削时S-G磨料的磨粒仅仅脱落微小的粒子，当它们破碎时，新的切削刃不断暴露出来，因此磨粒仍保持其锋利。S-G磨料独特的破碎方式使磨具寿命延长，这种自锐性还可避免损伤被磨削工件的金相。
发明内容
本发明的目的是，采用合适的低温陶瓷结合剂将微米级的传统磨料微粉有效地粘结起来，制备具有微晶结构特点的新型微晶磨料。同时提供一种新型微晶磨料的制造方法，运用成本低和简单的工艺方法制得强度高、耐磨性能好的新型微晶磨料。
本发明的思路来源于S-G磨料的显微结构，是在现有的磨料基础上，通过改变磨料颗粒的内部组织结构，达到提高磨料磨削性能的要求。采用低温陶瓷结合剂将微米级的磨料有效地粘结在一起，使每个大的磨料颗粒都是由很多个微米级的磨粒组成。在磨削过程中，大磨粒上被磨钝的小磨粒自行破碎脱落，使位于里层的新的磨粒暴露出来继续参与磨削。在保证磨削精度和加工工件表面质量的同时，提高了磨削效率，也大大延长了磨削工具的使用寿命，从而降低了磨削加工的成本。
本发明通过如下技术方案予以实现。
本发明超硬磨具用新型微晶磨料，由磨料微粉与低温陶瓷结合剂组成，其质量份数比为4～5∶1；
所述磨料微粉为微米级的刚玉、金刚石、立方氮化硼和碳化硅中的任意一种；
所述低温陶瓷结合剂，其原料组分及其质量百分比含量为：44～58％SiO2，2～10％Al2O3，15～26％B2O3，3～9％Na2O，4～11％K2O，1～8％Li2O，1～6％MgO，2～8％ZnO。
本发明超硬磨具用新型微晶磨料的制造方法，具有如下步骤：
(1)按照低温陶瓷结合剂的原料组分及其质量百分比含量为44～58％SiO2，2～10％Al2O3，15～26％B2O3，3～9％Na2O，4～11％K2O，1～8％Li2O，1～6％MgO，2～8％ZnO的化学计量比配制原料，球磨混合均匀；
(2)将步骤(1)的配制原料在1000～1300℃下熔融成玻璃熔液，水淬、干燥，再粉碎成玻璃粉，过250目筛，备用；
(3)按照磨料微粉与步骤(2)制备的玻璃粉即低温陶瓷结合剂的质量份数比为4～5∶1充分混合，再加入2～5％的临时粘结剂糊精粉，混合造粒，于100MPa的压力下成型；
(4)将步骤(3)的成型坯体再破碎造粒，得到新型微晶磨料前驱体；
(5)将步骤(4)的新型微晶磨料前驱体在空气气氛下，于780～960℃下烧结，保温120分钟，随炉冷却后得到新型微晶磨料。
所述新型微晶磨料的形状为颗粒状，尺寸为100～250微米。
所述新型微晶磨料的单颗粒抗压强度达20～30N。
本发明的有益效果是，采用用新型微晶磨料的超硬磨具，具有耐热性好、自锐性好、加工效率高、使用寿命长等优点。本发明摒弃了传统的制备方法，寻求到一种能用于传统磨料的低温陶瓷结合剂，利用低温陶瓷结合剂将微米级的磨料微粉有效地粘结起来，制备了具有微晶结构的新型磨料。这种制备方法生产成本低(为S-G磨料成本的十分之一)、操作简单、生产效率高，与所提倡的低碳绿色经济发展相符合，是微晶磨料生产的一次革新。
具体实施方式
本发明采用SiO2、Al2O3、B2O3、Na2O等常规的化工原料，经过球磨混合均匀后，在1000～1300℃下熔融成玻璃熔液，水淬、干燥，再粉碎成玻璃粉，过250目筛，得到低温陶瓷结合剂。按照4～5∶1的质量份数比称取微米级的磨料和低温陶瓷结合剂，充分混合后加入2～5％的临时粘结剂，混合造粒，冷压成型。再破碎造粒，得到新型微晶磨料前驱体。将该前驱体在高温炉中，空气气氛下，于780～960℃下按照一定的烧成制度烧结，保温120分钟，随炉冷却后得到新型微晶磨料。
具体实施例如下：
实施例1
磨料：采用W3.5型号的刚玉磨料，该刚玉磨料的颗粒直径为3.5微米。低温陶瓷结合剂的原料组成及其重量百分比：52.8％SiO2，6.2％Al2O3，20.2％B2O3，5％Na2O，5.5％K2O，4.3％Li2O，3.4％MgO，2.6％ZnO。按照要求称取各种原材料，球磨混合均匀后，在1050℃下熔融成玻璃熔液，水淬、干燥，再粉碎成玻璃粉，过250目筛，备用；按照刚玉磨料∶低温陶瓷结合剂为4∶1的质量份数称量一定量刚玉磨料和玻璃粉，充分混合后加入3％的糊精粉(临时粘结剂)，混合造粒，100MPa的压力下成型。再破碎造粒，得到新型刚玉微晶磨料前驱体。将该前驱体在高温炉中，空气气氛下，960℃下烧结，保温120分钟，随炉冷却后得到新型刚玉微晶磨料。
采用单颗粒抗压强度测定仪测量其强度为32.6N。
实施例2
磨料：采用W0.5型号的金刚石磨料，该金刚石磨料的颗粒直径为0.5微米。低温陶瓷结合剂的原料组成及其重量百分比：56.6％SiO2，9.7％Al2O3，16.3％B2O3，1.5％Na2O，6.3％K2O，1.8％Li2O，4.3％MgO，4.5％ZnO。按照要求称取各种原材料，球磨混合均匀后，在1200℃下熔融成玻璃熔液，然后水淬、干燥，再粉碎成玻璃粉，过250目筛，备用；按照金刚石磨料∶低温陶瓷结合剂为5∶1的质量份数称量一定量刚玉金刚石磨料和玻璃粉，充分混合后加入3％的糊精粉(临时粘结剂)，混合造粒，150MPa的压力下成型。再破碎造粒，得到新型金刚石微晶磨料前驱体。将该前驱体在高温炉中，空气气氛下，780℃下烧结，保温120分钟，随炉冷却后得到新型金刚石微晶磨料。
采用单颗粒抗压强度测定仪测量其强度为21.4N。
本发明的思路来源于S-G磨料的显微结构，是在现有的磨料基础上，通过改变磨料颗粒的内部组织结构，达到提高磨料磨削性能的要求。采用低温陶瓷结合剂将微米级的磨料有效地粘结在一起，使每个大的磨料颗粒都是由很多个微米级的磨粒组成。在磨削过程中，大磨粒上被磨钝的小磨粒自行破碎脱落，使位于里层的新的磨粒暴露出来继续参与磨削。在保证磨削精度和加工工件表面质量的同时，提高了磨削效率，也大大延长了磨削工具的使用寿命，从而降低了磨削加工的成本。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种超硬磨具用新型微晶磨料，由磨料微粉与低温陶瓷结合剂组成，其质量份数比为4～5∶1；
所述磨料微粉为微米级的刚玉、金刚石、立方氮化硼和碳化硅中的任意一种；
所述低温陶瓷结合剂，其原料组分及其质量百分比含量为：44～58％SiO2，2～10％Al2O3，15～26％B2O3，3～9％Na2O，4～11％K2O，1～8％Li2O，1～6％MgO，2～8％ZnO。
2.权利要求1的超硬磨具用新型微晶磨料的制造方法，具有如下步骤：
(1)按照低温陶瓷结合剂的原料组分及其质量百分比含量为44～58％SiO2，2～10％Al2O3，15～26％B2O3，3～9％Na2O，4～11％K2O，1～8％Li2O，1～6％MgO，2～8％ZnO的化学计量比配制原料，球磨混合均匀；
(2)将步骤(1)的配制原料在1000～1300℃下熔融成玻璃熔液，水淬、干燥，再粉碎成玻璃粉，过250目筛，备用；
(3)按照磨料微粉与步骤(2)制备的玻璃粉即低温陶瓷结合剂的质量份数比为4～5∶1充分混合，再加入2～5％的临时粘结剂糊精粉，混合造粒，于100MPa的压力下成型；
(4)将步骤(3)的成型坯体再破碎造粒，得到新型微晶磨料前驱体；
(5)将步骤(4)的新型微晶磨料前驱体在空气气氛下，于780～960℃下烧结，保温120分钟，随炉冷却后得到新型微晶磨料。
3.根据权利要求2的超硬磨具用新型微晶磨料的制造方法，其特征在于，所述新型微晶磨料的形状为颗粒状，尺寸为100～250微米。
4.根据权利要求2的超硬磨具用新型微晶磨料的制造方法，其特征在于，所述新型微晶磨料的单颗粒抗压强度达20～30N。
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