CN104149038B

CN104149038B - 一种陶瓷结合剂金刚石砂轮

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Publication number: CN104149038B
Application number: CN201410373976.3A
Authority: CN
Inventors: 蔡元沛; 张勇; 宿恒; 郭新玲; 龙慧玲; 李发杭; 梁安宁
Original assignee: CHUANGYUAN DIAMOND Co Ltd GUILIN
Current assignee: CHUANGYUAN DIAMOND Co Ltd GUILIN
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2034-07-31
Also published as: CN104149038A

Abstract

本发明公开了一种陶瓷结合剂金刚石砂轮，由以下重量百分比的原料组成：金刚石粉末60％～70％，陶瓷粉末30％～40％，所述的陶瓷粉末，由以下重量百分比的原料组成：二氧化硅50％～58％，氧化硼15％～18％，氧化钠15％～18％，氧化铝4％～9％，氧化锆1％～3％，添加剂3％～5％，所述的添加剂为金属单质粉或合金粉。本发明的陶瓷结合剂金刚石砂轮，相比现有砂轮，寿命更长，抗弯强度、磨削性、耐磨性等性能得到提高。

Description

一种陶瓷结合剂金刚石砂轮

技术领域

本发明涉及金刚石砂轮技术领域，特别涉及一种陶瓷结合剂金刚石砂轮。

背景技术

金刚石砂轮是为了利用金刚石进行高精度、高效率磨削加工，而使用结合剂将金刚石磨粒粘结起来并制成具有一定强度和形状的磨具。由于金刚石磨料所具有的特性(硬度高、抗压强度高、耐磨性好)，使金刚石磨具在磨削加工中成为磨削硬脆材料及硬质合金的理想工具，不但效率高、精度高，而且粗糙度好、磨具消耗少、使用寿命长，同时还可改善劳动条件。制作的金刚石工具适宜加工硬脆的难加工材料,如硬质合金、光学玻璃、先进陶瓷、石材、半导体、铁氧体以及碳化硼、刚玉烧结体等材料在机械、电子、建筑、钻探、医学光学玻璃加工等工业领域得到广泛应用。

随着科学技术的发展，工业上对工件的精度要求越来越高，机械加工正在向高质量、高精度、高效率、自动化方向发展，近年来，陶瓷结合剂金刚石砂轮的应用范围越来越广，市场规模不断扩大。目前，国际上整个陶瓷结合剂金刚石砂轮的市场规模不低于20亿美元，该市场份额还在以每年15％的速度增长。但是在我国磨削行业中，陶瓷结合剂金刚石磨具的用量较少，目前大多采用的是树脂结合剂和金属结合剂金刚石磨具，主要因为国内陶瓷结合剂金刚石磨具的生产还处于起步阶段，高性能的陶瓷结合剂金刚石磨具的制备还处于实验室研发阶段，市场上的国产陶瓷结合剂金刚石磨具使用性能不理想。

但是陶瓷结合剂金刚石砂轮在磨削精度、磨削效率上比其他两类砂轮有很大的优势，此外陶瓷结合剂金刚石砂轮还具有磨削能力强、磨削温度低、自锐性强等优点。但是陶瓷结合剂砂轮仍存在的以下问题：由于陶瓷结合剂材料的脆性，陶瓷结合剂金刚石砂轮的使用寿命一直不理想；由于目前采用的陶瓷结合剂为低温陶瓷无机材料，引入了大量的碱性物质，在结合剂制备过程中容易挥发而引起结合剂性能不稳定，在金刚石砂轮制造过程中，结合剂对金刚石的润湿性差，大大降低了结合剂对金刚石的把持力，磨具在磨削过程中金刚石容易脱落，损耗大。近二十年来延长陶瓷结合剂金刚石砂轮的使用寿命和提高性能一直是磨具行业的研究热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种陶瓷结合剂金刚石砂轮，本发明方法优化了陶瓷结合剂金刚石砂轮的抗弯强度、磨削性、耐磨性等性能，延长了砂轮的寿命。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种陶瓷结合剂金刚石砂轮，由以下重量百分比的原料组成：金刚石粉末60％～70％，陶瓷粉末30％～40％，

本发明所述的陶瓷粉末，由以下重量百分比的原料组成：

二氧化硅50％～58％，氧化硼15％～18％，氧化钠15％～18％，氧化铝4％～9％，氧化锆1％～3％，添加剂3％～5％，

本发明所述的添加剂为金属单质粉或合金粉。

本发明所述的陶瓷结合剂金刚石砂轮，优选地，由以下重量百分比的原料组成：金刚石粉末65％，陶瓷粉末35％。

本发明所述的陶瓷粉末，优选地，由以下重量百分比的原料组成：二氧化硅55％，氧化硼16％，氧化钠16％，氧化铝7％，氧化锆2％，添加剂4％。

本发明所述的金属单质粉为锰粉、钨粉、铜粉中的一种。

本发明所述的合金粉为磷钛铝铜合金粉，成分为Cu_余量Al_5～18Ti_3～9P_3～5合金粉，其中P_3～5表示重量百分比为3％～5％，Ti_3～9表示重量百分比为3％～9％，Al_5～18表示重量百分比为5％～18％，其余重量百分比为Cu_余量。

本发明所述的陶瓷结合剂金刚石砂轮，制备步骤如下：

(1)混料：将金刚石粉末和陶瓷粉末放入混料机中，再加入原料总重量的1％粘结剂，混合20～24小时，过200～300目筛，获得成型料；

(2)成型：将砂轮混合料平缓均匀投入模具内并刮平，置入液压机定模热压，温度为250～260℃，压力为120～125MPa，保压2～3小时，冷却出模后得砂轮坯体；

(3)干燥：将将砂轮坯体在室温干燥6h后，在烘箱内50℃～70℃温度下干燥12～24h；

(4)烧结：将干燥后的坯体放入烧结炉内烧结，以2～3℃/min升温至200℃，保温20～30min，再以2℃/min升温至800℃～900℃，保温20～30min，冷却至室温，取出；

(5)加工检验：将烧结后的砂轮坯体在车床和磨床上加工，检验合格后包装、入库，得成品。

本发明所述的粘结剂为糊精或聚乙烯醇。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明陶瓷结合剂金刚石砂轮制备过程中，采用由陶瓷粉末、金属粉末或合金粉的混合粉末烧结形成的金刚石砂轮，对金刚石颗粒的把持力、磨削性能优于现有陶瓷结合剂金刚石砂轮，且该陶瓷结合剂金刚石砂轮的自锐性能也优于现有陶瓷结合剂砂轮。

(2)本发明陶瓷结合剂金刚石砂轮配方中，添加了金属单质粉或合金粉，由此增强了材料基体对金刚石粒芯的把持力和金刚石的热稳定性，从而在提高陶瓷结合剂金刚石砂轮在高速磨削过程中材料的对保型性和耐磨性，实现高温磨削下仍能对金刚石磨料保持较高的把持力，延长砂轮使用寿命。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1

一种陶瓷结合剂金刚石砂轮，由以下重量百分比的原料组成：金刚石粉末60％，陶瓷粉末40％，

陶瓷粉末，由以下重量百分比的原料组成：二氧化硅50％，氧化硼16.5％，氧化钠16.5％，氧化铝9％，氧化锆3％，锰粉5％。

陶瓷结合剂金刚石砂轮，制备步骤如下：

(1)混料：将金刚石粉末、二氧化硅、氧化硼、氧化钠、氧化铝、氧化锆、锰粉放入混料机中，再加入原料总重量的1％糊精，混合20小时，过200目筛，获得成型料；

(2)成型：将砂轮混合料平缓均匀投入模具内并刮平，置入液压机定模热压，温度为250℃，压力为125MPa，保压2小时，冷却出模后得砂轮坯体；

(3)干燥：将将砂轮坯体在室温干燥6h后，在烘箱内50℃温度下干燥24h；

(4)烧结：将干燥后的坯体放入烧结炉内烧结，以2℃/min升温至200℃，保温24min，再以2℃/min升温至840℃，保温26min，冷却至室温，取出；

实施例2

一种陶瓷结合剂金刚石砂轮，由以下重量百分比的原料组成：金刚石粉末65％，陶瓷粉末35％，

陶瓷粉末，由以下重量百分比的原料组成：二氧化硅53％，氧化硼17％，氧化钠17％，氧化铝8％，氧化锆2％，钨粉3％。

陶瓷结合剂金刚石砂轮，制备步骤如下：

(1)混料：将金刚石粉末、二氧化硅、氧化硼、氧化钠、氧化铝、氧化锆、钨粉放入混料机中，再加入原料总重量的1％聚乙烯醇，混合20小时，过200目筛，获得成型料；

(4)烧结：将干燥后的坯体放入烧结炉内烧结，以2℃/min升温至200℃，保温20min，再以2℃/min升温至800℃，保温20min，冷却至室温，取出；

实施例3

一种陶瓷结合剂金刚石砂轮，由以下重量百分比的原料组成：金刚石粉末70％，陶瓷粉末30％，

陶瓷粉末，由以下重量百分比的原料组成：二氧化硅55％，氧化硼16％，氧化钠16％，氧化铝7％，氧化锆2％，铜粉4％。

陶瓷结合剂金刚石砂轮，制备步骤如下：

(1)混料：将金刚石粉末、二氧化硅、氧化硼、氧化钠、氧化铝、氧化锆、铜粉放入混料机中，再加入原料总重量的1％聚乙烯醇，混合22小时，过250目筛，获得成型料；

(2)成型：将砂轮混合料平缓均匀投入模具内并刮平，置入液压机定模热压，温度为255℃，压力为123MPa，保压2.5小时，冷却出模后得砂轮坯体；

(3)干燥：将将砂轮坯体在室温干燥6h后，在烘箱内60℃温度下干燥18h；

(4)烧结：将干燥后的坯体放入烧结炉内烧结，以3℃/min升温至200℃，保温25min，再以2℃/min升温至820℃，保温22min，冷却至室温，取出；

实施例4

陶瓷粉末，由以下重量百分比的原料组成：二氧化硅56％，氧化硼18％，氧化钠18％，氧化铝4％，氧化锆1％，Cu₈₁Al₅Ti₉P₅合金粉3％。

陶瓷结合剂金刚石砂轮，制备步骤如下：

(1)混料：将金刚石粉末、二氧化硅、氧化硼、氧化钠、氧化铝、氧化锆、Cu₈₁Al₅Ti₉P₅合金粉放入混料机中，再加入原料总重量的1％糊精，混合20小时，过250目筛，获得成型料；

(2)成型：将砂轮混合料平缓均匀投入模具内并刮平，置入液压机定模热压，温度为260℃，压力为124MPa，保压3小时，冷却出模后得砂轮坯体；

(3)干燥：将将砂轮坯体在室温干燥6h后，在烘箱内70℃温度下干燥12h；

(4)烧结：将干燥后的坯体放入烧结炉内烧结，以3℃/min升温至200℃，保温25min，再以2℃/min升温至840℃，保温25min，冷却至室温，取出；

实施例5

陶瓷粉末，由以下重量百分比的原料组成：二氧化硅58％，氧化硼15％，氧化钠15％，氧化铝5％，氧化锆3％，Cu₇₆Al₁₈Ti₃P₃合金粉4％。

陶瓷结合剂金刚石砂轮，制备步骤如下：

(1)混料：将金刚石粉末、二氧化硅、氧化硼、氧化钠、氧化铝、氧化锆、Cu₇₆Al₁₈Ti₃P₃合金粉放入混料机中，再加入原料总重量的1％聚乙烯醇，混合24小时，过300目筛，获得成型料；

(2)成型：将砂轮混合料平缓均匀投入模具内并刮平，置入液压机定模热压，温度为260℃，压力为125MPa，保压2小时，冷却出模后得砂轮坯体；

(4)烧结：将干燥后的坯体放入烧结炉内烧结，以2℃/min升温至200℃，保温30min，再以2℃/min升温至900℃，保温30min，冷却至室温，取出；

对比例

通过实验选择了一种性能比较好的现有陶瓷结合剂金刚石砂轮配方作为对比实施例。现有陶瓷结合剂金刚石砂轮配方，由以下重量百分比的原料制成：金刚石粉末40％，二氧化硅粉末35％，氧化硼粉末15％，氧化铬粉末5％，氧化锌粉末5％，制备步骤如下：

(1)取二氧化硅粉末、氧化硼粉末、氧化铬粉末、氧化锌粉末，放入混料机中混合21小时，过230目筛，得到结合剂；

(2)将金刚石粉末与结合剂放入混料机内混合5小时，然后慢慢加入原料总重量的2％的丙烯酸乳液继续混合6小时，再过80目标准筛，得砂轮混合料；

(3)将砂轮混合料平缓均匀投入模具内并刮平，置入液压机定模热压，温度为252℃，压力为121MPa，保压3小时，冷却出模后得砂轮坯体；

(4)将砂轮坯体置入烧结炉内烧结，6小时升温至190℃，然后分段升温至最终烧结温度725℃，保温1.5小时，冷却至室温取出；

(5)将烧结后的砂轮坯体在车床和磨床上加工，检验合格后包装、入库，得成品。

试验例

实施例1～5和对比例金刚石砂轮性能对比，见表1和表2：

表1实施例1～5与对比例金刚石砂轮磨削试验数据

表2实施例1～5与对比例金刚石砂轮磨削试验结果

注：保型性为砂轮磨削1cm硬质合金损耗量(um)。

实施例1～5与对比例金刚石砂轮胎体材料抗弯强度试验结果，见表3：

表3实施例1～5与对比例金刚石砂轮胎体材料抗弯强度的试验结果

从表1可以看出，本发明的实施例1～5的金刚石砂轮磨削转矩、磨削功率和磨削电流都低于现有陶瓷结合剂金刚石砂轮的磨削转矩、磨削功率和磨削电流，表明本发明的砂轮自锐性好、磨削锋利。表2表明本发明陶瓷结合剂砂轮较现有砂轮保型性好，损耗低，耐磨性好，磨削效率高。表3表明，本发明的实施例1～5的金刚石砂轮胎体材料抗弯强度较现有陶瓷结合剂金刚石砂轮强。

Claims

1.一种陶瓷结合剂金刚石砂轮，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：金刚石粉末60％～70％，陶瓷粉末30％～40％；

所述的陶瓷粉末，由以下重量百分比的原料组成：

二氧化硅50％～58％，氧化硼15％～18％，氧化钠15％～18％，氧化铝4％～9％，氧化锆1％～3％，添加剂3％～5％；

所述的添加剂为金属单质粉或合金粉；

所述的金属单质粉为锰粉、钨粉、铜粉中的一种；

所述的合金粉为磷钛铝铜合金粉，成分为Cu_余量Al_5～18Ti_3～9P_3～5合金粉，其中P_3～5表示重量百分比为3％～5％，Ti_3～9表示重量百分比为3％～9％，Al_5～18表示重量百分比为5％～18％，其余重量百分比为Cu_余量。

2.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂金刚石砂轮，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：金刚石粉末65％，陶瓷粉末35％。

3.根据权利要求1或2所述的陶瓷结合剂金刚石砂轮，其特征在于，所述的陶瓷粉末，由以下重量百分比的原料组成：

二氧化硅55％，氧化硼16％，氧化钠16％，氧化铝7％，氧化锆2％，添加剂4％。