CN104191381A - 一种高强力低熔点陶瓷磨具结合剂及其制造方法 - Google Patents

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司文元
徐爱萍
赵艳玲
陈金生
马传龙
黄元根
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Abstract

本发明公开了一种高强力低熔点陶瓷磨具结合剂及其制造方法，其原料配方由以下质量百分含量的材料组成：20％～40％的高硼玻璃粉、15％～20％的粘土粉、40％～60％的钾长石粉、4％～15％的LiO2粉和0.1％～2％的Y2O3粉。本案制备的陶瓷磨具结合剂具有熔点低、烧结范围宽、结合剂流动性适宜、高温润湿性能良好、机械强度高等优点，有效解决了在磨削工具钢、韧性不锈钢、耐热合金钢等难加工材料时的磨削能低、耐磨损能力弱、使用寿命短的问题，使得结合剂的使用速度可达到80m/s以上；结合剂的耐火度只有780～860℃，大大低于1150℃，不仅可以大幅度降低热能，节约能源，同时还提高了生产效率。

Description

一种高强力低熔点陶瓷磨具结合剂及其制造方法
技术领域
本发明涉及磨具材料，特别涉及一种高强力低熔点陶瓷磨具结合剂及其制造方法。
背景技术
陶瓷结合剂一般是指磨具中与磨料粘结的多种无机物的混合体。经过长期的研究和反复的实验对比发现，普通的氧化铝、碳化硅砂轮在磨削工具钢、韧性不锈钢、耐热合金钢等难加工的材料时，不论是在磨削性能还是在磨削效率方面，其自身具备的优越性能完全丧失，主要表现在其比磨削能低，耐磨损能力不强，使用寿命短。在磨削上述难磨材料时，通常要求砂轮使用速度达60m/s～120m/s或以上，CBN(立方氮化硼)砂轮的使用速度也须达120m/s以上，而普通陶瓷结合剂最多只能满足50m/s使用速度，且普通陶瓷结合剂的耐火度较高，即熔点较高，普遍都高于1150℃，这会使得某些磨料，如CBN与微晶陶瓷刚玉在烧成过程中温度高于1150℃，而在此温度下磨料的晶体尺寸与结构发生破坏，严重影响了砂轮的磨削性能。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本案从两方面对陶瓷结合剂进行了优化：(1)降低陶瓷结合剂的耐火度或熔点，使新的陶瓷结合剂低于常用的CBN与微晶陶瓷刚玉磨料的晶格变化的最低温度；(2)提高陶瓷结合剂的强度，使砂轮能够承受80m/s以上的使用速度。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高强力低熔点陶瓷磨具结合剂，原料配方由以下质量百分含量的材料组成：
以上材料的质量百分含量总和为100％。
优选的是，所述的高强力低熔点陶瓷磨具结合剂，所述高硼玻璃粉、LiO2粉和Y2O3粉能够通过325目筛网。
优选的是，所述的高强力低熔点陶瓷磨具结合剂，所述粘土粉和钾长石粉能够通过800目筛网。
优选的是，所述的高强力低熔点陶瓷磨具结合剂，所述高强力低熔点陶瓷磨具结合剂能够通过800目筛网。
一种高强力低熔点陶瓷磨具结合剂的制造方法，包括以下步骤：
步骤1)按权利要求1～4所述原料配方的比例进行称取；
步骤2)将称取好的高硼玻璃粉和LiO2粉混匀，进行第一次玻化处理，随后粉碎，得到产物一；
步骤3)将称取好的Y2O3粉和所述产物一混匀，进行第二次玻化处理，随后粉碎，得到产物二；
步骤4)将称取好的钾长石粉、粘土粉与所述产物二混匀，即得到所述的高强力低熔点陶瓷磨具结合剂。
优选的是，所述的高强力低熔点陶瓷磨具结合剂的制造方法，所述第一次玻化处理和第二次玻化处理的温度为900～1000℃。
优选的是，所述的高强力低熔点陶瓷磨具结合剂的制造方法，所述高硼玻璃粉、LiO2粉和Y2O3粉能够通过325目筛网。
优选的是，所述的高强力低熔点陶瓷磨具结合剂的制造方法，所述粘土粉和钾长石粉能够通过800目筛网。
优选的是，所述的高强力低熔点陶瓷磨具结合剂的制造方法，所述产物一能够通过325目筛网。
优选的是，所述的高强力低熔点陶瓷磨具结合剂的制造方法，所述产物二能够通过800目筛网。
本发明的有益效果是：本案制备的陶瓷磨具结合剂具有熔点低、烧结范围宽、结合剂流动性适宜、高温润湿性能良好、机械强度高等优点，有效解决了在磨削工具钢、韧性不锈钢、耐热合金钢等难加工材料时的磨削能低、耐磨损能力弱、使用寿命短的问题，使得结合剂的使用速度可达到80m/s以上；结合剂的耐火度只有780～860℃，大大低于1150℃，不仅可以大幅度降低热能，节约能源，同时还提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明所述的高强力低熔点陶瓷磨具结合剂的制造工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明以粘土-长石-高硼玻璃系结合剂为基础，并引入Li2O与Y2O3等微量元素，旨在充分提高结合剂的强度与韧性，降低结合剂的耐火度和熔点。同时，采用两次玻化工艺保证结合剂的组织均匀。
粘土-长石-高硼玻璃基陶瓷结合剂的主要化学成分为：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、B2O3，它的耐火度大于1150℃，只适合制造使用速度在50m/s以下的陶瓷磨具。为了降低结合剂的耐火度，提高结合剂强度及韧性，进行以下配方改进：
1)增加高硼玻璃的配比，其范围控制在20wt％～40wt％；
2)减少粘土配比，其范围控制在15wt％～20wt％；钾长石配比在40wt％～60wt％；
3)引入Li2O以提高结合剂玻璃相，提高结合剂的反应能力和湿润性，增加结合剂的助融能力，Li2O配比控制在4wt％～15wt％；
4)引入稀土元素Y2O3以提高结合剂的韧性与强度，提高陶瓷磨具在磨削过程中的几何型面保持性，氧化钇配比控制在0.1wt％～2wt％。
如图1所示，结合剂制备的工艺技术核心是采用预合金技术，即玻化工序，并首创两次玻化工序制备陶瓷结合剂技术，其具体步骤包括：
步骤1)按上述原料配方的比例进行称取材料；
步骤2)将称取好的高硼玻璃粉和LiO2粉混匀，进行第一次玻化处理，随后粉碎，得到产物一；
步骤3)将称取好的Y2O3粉和产物一混匀，进行第二次玻化处理，随后粉碎，得到产物二；
步骤4)将称取好的钾长石粉、粘土粉与产物二混匀，即得到高强力低熔点陶瓷磨具结合剂。
其中，两次玻化处理的温度优选为900～1000℃。为了提高各材料之间的混匀效果，高硼玻璃粉、LiO2粉和Y2O3粉须全部能够通过325目筛网，粘土粉和钾长石粉须全部能够通过800目筛网。由工艺步骤可知，为了与其他混合的材料粒径保持一致，产物一的粒径大小也应能够通过325目筛网，产物二的粒径大小能够通过800目筛网。玻化工序的优点是使相关的无机材料通过玻化成为一个整体，但在实际生产中，一次玻化无法达到使玻化物所有组分全部混匀的效果，所以要通过第二次玻化工序，其最终目的是使玻化物的组分更加均匀一致，进而由此制成的结合剂在磨具中分布更均匀。
本案制得的陶瓷磨具结合剂耐火度：780～860℃；抗拉强度1.62kN/cm2；粒度：可通过800目筛网。
以下是不同实施例的具体原料配方：
表一
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
高硼玻璃粉 20wt％ 23wt％ 20wt％ 40wt％ 30wt％
粘土粉 15wt％ 20wt％ 15wt％ 15wt％ 17wt％
钾长石粉 59.9wt％ 40wt％ 60wt％ 40wt％ 46wt％
Li2O粉 5wt％ 15wt％ 4wt％ 4wt％ 6wt％
Y2O3粉 0.1wt％ 2wt％ 1wt％ 1wt％ 1wt％
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种高强力低熔点陶瓷磨具结合剂，其特征在于，原料配方由以下质量百分含量的材料组成：
以上材料的质量百分含量总和为100％。
2.根据权利要求1所述的高强力低熔点陶瓷磨具结合剂，其特征在于，所述高硼玻璃粉、LiO2粉和Y2O3粉能够通过325目筛网。
3.根据权利要求1所述的高强力低熔点陶瓷磨具结合剂，其特征在于，所述粘土粉和钾长石粉能够通过800目筛网。
4.根据权利要求1所述的高强力低熔点陶瓷磨具结合剂，其特征在于，所述高强力低熔点陶瓷磨具结合剂能够通过800目筛网。
5.一种高强力低熔点陶瓷磨具结合剂的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)按权利要求1～4所述原料配方的比例进行称取；
步骤2)将称取好的高硼玻璃粉和LiO2粉混匀，进行第一次玻化处理，随后粉碎，得到产物一；
步骤3)将称取好的Y2O3粉和所述产物一混匀，进行第二次玻化处理，随后粉碎，得到产物二；
步骤4)将称取好的钾长石粉、粘土粉与所述产物二混匀，即得到所述的高强力低熔点陶瓷磨具结合剂。
6.根据权利要求5所述的高强力低熔点陶瓷磨具结合剂的制造方法，其特征在于，所述第一次玻化处理和第二次玻化处理的温度为900～1000℃。
7.根据权利要求5所述的高强力低熔点陶瓷磨具结合剂的制造方法，其特征在于，所述高硼玻璃粉、LiO2粉和Y2O3粉能够通过325目筛网。
8.根据权利要求5所述的高强力低熔点陶瓷磨具结合剂的制造方法，其特征在于，所述粘土粉和钾长石粉能够通过800目筛网。
9.根据权利要求5所述的高强力低熔点陶瓷磨具结合剂的制造方法，其特征在于，所述产物一能够通过325目筛网。
10.根据权利要求5所述的高强力低熔点陶瓷磨具结合剂的制造方法，其特征在于，所述产物二能够通过800目筛网。
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