CN105252435B

CN105252435B - 一种微晶玻璃陶瓷结合剂及其制备方法，sg砂轮及其制备方法

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Publication number: CN105252435B
Application number: CN201510738918.0A
Authority: CN
Inventors: 李变晓; 付燕军; 周涛; 周传勋; 张勇; 张子平
Original assignee: WHITE DOVE ABRASIVES CO Ltd
Current assignee: WHITE DOVE ABRASIVES CO Ltd
Priority date: 2015-11-03
Filing date: 2015-11-03
Publication date: 2018-07-10
Anticipated expiration: 2035-11-03
Also published as: CN105252435A

Abstract

本发明公开了一种微晶玻璃陶瓷结合剂及其制备方法，SG砂轮及其制备方法。该结合剂，由以下重量百分含量的组分组成：SiO₂ 40～65％，Al₂O₃ 6～20％，Na₂O 5～18％，CaO 0.5～5％，K₂O 3～10％，B₂O₃ 8～35％，MgO 0.5～2％，TiO₂ 2～6％。本发明所提供的微晶玻璃陶瓷结合剂，通过合理选择原料组成，科学配比，使结合剂具有热膨胀系数低、析晶温度低、强度高的特点，适于用作SG砂轮的结合剂，使SG砂轮的烧成温度和烧成时间大幅降低，同时有助于提高SG砂轮的工作效率和加工精度，降低磨削热，延长砂轮的使用寿命。

Description

一种微晶玻璃陶瓷结合剂及其制备方法，SG砂轮及其制备方法

技术领域

本发明属于磨料磨具领域，具体涉及一种微晶玻璃陶瓷结合剂及其制备方法，SG砂轮及其制备方法。

背景技术

SG砂轮有耐磨性好、磨粒锋利、进刀量大、磨削热少、抗烧伤能力强、磨削过程中修整周期长、修整量小、使用寿命长等诸多普通固结磨具没有的优点，常用于各种成型磨削、切断及切入磨削，尤其对于齿轮磨削、丝杠磨削、螺纹磨、蜗杆磨及各种轧辊与胶辊磨削更是独具优势。

SG磨料，采用引晶凝胶烧结工艺生产而成，是带有革命性的新一代氧化铝磨料，具有比普通白刚玉小几千倍的晶粒尺寸，一个粒度为60目的SG磨料内实际上由几百万个微粒组成，其破碎时为沿晶界破裂，能持续不断地露出新切削刃保持锐利的切削状态。SG磨粒强度高，有微破碎性能，具有硬度高，韧性好，锋利度强等优点，与普通刚玉磨料相比，SG具有磨耗比高，保行性强，工件表面加工质量好，砂轮修整量少，磨削效率高等优势。

在SG砂轮的制备过程中，结合剂需要与SG磨料的表面发生化学或物理结合，才能实现对磨料的有效把持，否则将造成磨料未磨钝前提前脱落，影响加工工件的表面质量和工件的精度。目前，SG砂轮的制备往往需要1000℃以上的烧结温度和50～60h的烧结时间，正是基于上述因素的考虑。从节省能源的角度出发，开发针对SG砂轮的低温结合剂具有重要意义。

CN104230320A公开了一种低温高强度结合剂SG砂轮及其生产工艺；该结合剂由以下重量百分比的原料组成：高岭土10～18％，钠长石20～25％，低-硼玻璃20～25％，高-硼玻璃30～40％，碳酸锂5～10％，碳酸钙1～5％；该结合剂的烧成温度为900℃。该结合剂对SG磨料的烧成温度仍处在较高水平，且结合剂组成中高岭土、钠长石、碳酸锂的性质并不稳定，造成结合剂与SG磨料的结合强度不高，致使SG砂轮的工作效率低，加工精度不够。

发明内容

本发明的目的是提供以一种微晶玻璃陶瓷结合剂，从而解决现有SG砂轮制备过程中，烧成温度高、烧成时间长，砂轮的工作效率低，加工精度不够的问题。

本发明的第二个目的是提供上述微晶玻璃陶瓷结合剂的制备方法。

本发明的第三个目的是提供使用上述微晶玻璃陶瓷结合剂的SG砂轮。

本发明的第四个目的是提供上述SG砂轮的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采取的技术方案是：

一种微晶玻璃陶瓷结合剂，由以下重量百分含量的组分组成：SiO₂40～65％，Al₂O₃6～20％，Na₂O 5～18％，CaO 0.5～5％，K₂O 3～10％，B₂O₃8～35％，MgO 0.5～2％，TiO₂2～6％。

本发明提供的微晶玻璃陶瓷结合剂，通过合理选择氧化物组成和比例，各组分协同作用，使该微晶玻璃陶瓷结合剂具有热膨胀系数低、析晶温度低、强度高的特点，使SG砂轮的烧成温度由1000℃降低到720～800℃，烧成时间也大幅降低，降低了生产成本，提高了SG砂轮的生产效率；同时，在SG砂轮的制备过程中节约能源，降低烧成燃料成本；该结合剂可以对SG磨料起到良好的润湿和结合作用，从而实现对SG磨料的良好把持，有助于提高SG砂轮的强度和抗折强度，提高工作效率和加工精度，降低磨削热，延长砂轮的使用寿命。

上述微晶玻璃陶瓷结合剂的制备方法，包括：将各原料粉研磨后混合，经熔炼、淬冷后，即得。

所述熔炼的温度为1300～1600℃，熔炼的时间为1.5～3h。所述淬冷是将熔融玻璃溶液倒入水中急速冷却成为玻璃颗粒。

所述微晶玻璃陶瓷结合剂，在720～800℃进行烧结，晶粒的尺寸为1～3μm。

本发明提供的微晶玻璃陶瓷结合剂的制备方法，通过原料的合理选取，经简单的研磨、熔炼、淬冷工序制成，制备工艺对设备和操作人员的要求低，工艺流程简单，适合大规模推广应用。由该方法得到的微晶玻璃陶瓷结合剂，烧成后晶粒的尺寸为1～3μm，是一种玻璃与晶体共存的一种多晶固体材料，既有玻璃的基本性能，也有陶瓷的特征，并且具有比普通结合剂更少的内部缺陷和更细小的结晶结构，作为结合剂使用时具有较高的强度和耐磨性。

一种使用上述微晶玻璃陶瓷结合剂的SG砂轮，由以下重量百分比的原料制成：SG磨料20～45％，白刚玉磨料35～60％，微晶玻璃陶瓷结合剂8～25％，环糊精1～4％，糊精液3～6％，石墨0.5～3％；所述糊精液由环糊精与水配制而成，质量浓度为30％～40％。

SG磨料的粒度为30#～150#。

SG磨料由两种以上不同粒度混合而成，粗粒度SG磨料与细粒度SG磨料的质量比为(1～3)：1。白刚玉磨料与SG磨料的粒度相同。

本发明所提供的SG砂轮，选用混合磨料，合理的配比，磨料与结合剂的良好配合使得烧成过程中结合剂桥的形成更细，能够起到弥散强化作用，使结合剂致密度更高，砂轮强度得到进一步提高。石墨在SG砂轮成型过程中起到润滑作用，使脱模过程容易进行；同时，石墨以分散的游离状态存在于结合剂中，使结合剂磨削面上形成微小气孔，从而有助于磨削时冷却和排屑，同时石墨能与砂轮中气孔的冷却液相结合，有助于从砂轮表面和被加工工件上及时去除磨削碎，使加工工件粗糙度好，修正周期大幅度提高。各组分的协同作用，使SG砂轮具有高强度、高切削性、高利刃、低产热量和低消耗性的特点，能够达到被磨削对象各种表面粗糙度的磨削加工要求。

一种上述SG砂轮的制备方法，包括：将原料按比例混合，经压制成型，干燥，烧结，即得。

压制成型采用100t的压力机成型。

烧结的温度为720～800℃，烧结的时间为14～18h。

本发明提供的SG砂轮的制备方法，烧成温度和烧成时间大幅降低，缩短了生产周期，降低了生产成本，提高了SG砂轮的生产效率，适合大规模推广应用。

附图说明

图1为本发明SG砂轮的制备工艺流程图；

图2为本发明实施例1所得微晶玻璃陶瓷结合剂经过烧结后的SEM图；

图3为本发明实施例1～5所得微晶玻璃陶瓷结合剂的抗折强度图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对发明作进一步说明。以下各实施例中，所使用原料均为市售常规分析纯原料。

实施例1

本实施例的微晶玻璃陶瓷结合剂，由以下重量百分比的组分组成：SiO₂54％，Al₂O₃17％，Na₂O 7.5％，CaO 0.5％，K₂O 7.5％，B₂O₃11％，MgO 0.5％，TiO₂2％。

本实施例的微晶玻璃陶瓷结合剂的制备方法，包括：将各原料粉研磨后混合，在1350℃下熔炼2h，经水淬冷后，即得微晶玻璃陶瓷结合剂。

本实施例的SG砂轮，由以下重量百分比的原料制成：SG磨料27％，白刚玉磨料56％，微晶玻璃陶瓷结合剂11％，环糊精2％，糊精液3％，石墨1％；所述糊精液由环糊精与水配制而成，其质量浓度为30％。SG磨料由30#和46#两种粒度混合而成，混合质量比为1：1；白刚玉磨料(WA磨料)与SG磨料的粒度类型和混合比例保持一致。

本实施例的SG砂轮的制备方法，工艺流程如图1所示，包括：将各原料按比例混合，在100t压力机上均匀压制成型，干燥后，在760℃下烧结14h；最后对烧制的砂轮进行加工检验得到成品。该SG砂轮可用于磨削加工表面粗糙度为R1.0的高速钢。

实施例2

本实施例的微晶玻璃陶瓷结合剂，由以下重量百分比的组分组成SiO₂40％，Al₂O₃9％，Na₂O 5.5％，CaO 0.5％，K₂O 10％，B₂O₃30％，MgO 0.5％，TiO₂4.5％。

本实施例的微晶玻璃陶瓷结合剂的制备方法，包括：将各原料粉研磨后混合，在1300℃下熔炼1.5h，经水淬冷后，即得微晶玻璃陶瓷结合剂。

本实施例的SG砂轮，由以下重量百分比的原料制成：SG磨料30％，白刚玉磨料55％，微晶玻璃陶瓷结合剂8％，环糊精1％，糊精液4％，石墨2％；所述糊精液由环糊精与水配制而成，其质量浓度为35％。SG磨料由80#和100#两种粒度混合而成，混合质量比为2:1；白刚玉磨料(WA磨料)与SG磨料的粒度类型和混合比例保持一致。

本实施例的SG砂轮的制备方法，工艺流程如图1所示，包括：将各原料按比例混合，在100t压力机上均匀压制成型，干燥后，在780℃下烧结16h；最后对烧制的砂轮进行加工检验得到成品。该SG砂轮可用于磨削加工表面粗糙度为R0.6的的高速钢。

实施例3

本实施例的微晶玻璃陶瓷结合剂，由以下重量百分比的组分组成SiO₂46％，Al₂O₃6％，Na₂O 11.5％，CaO 0.5％，K₂O 5％，B₂O₃27％，MgO 0.5％，TiO₂3.5％。

本实施例的微晶玻璃陶瓷结合剂的制备方法，包括：将各原料粉研磨后混合，在1400℃下熔炼2.5h，经水淬冷后，即得微晶玻璃陶瓷结合剂。

本实施例的SG砂轮，由以下重量百分比的原料制成：SG磨料40％，白刚玉磨料40％，微晶玻璃陶瓷结合剂14％，环糊精1.5％，糊精液3％，石墨1.5％；所述糊精液由环糊精与水配制而成，其质量浓度为40％。SG磨料由120#和150#两种粒度混合而成，混合质量比为3:1；白刚玉磨料(WA磨料)与SG磨料的粒度类型和混合比例保持一致。

本实施例的SG砂轮的制备方法，工艺流程如图1所示，包括：将各原料按比例混合，在100t压力机上均匀压制成型，干燥后，在750℃下烧结15h；最后对烧制的砂轮进行加工检验得到成品。该SG砂轮可用于磨削加工表面粗糙度为R0.4的高速钢。

实施例4

本实施例的微晶玻璃陶瓷结合剂，由以下重量百分比的组分组成：SiO₂52％，Al₂O₃6％，Na₂O 18％，CaO 5％，K₂O 3％，B₂O₃8％，MgO 2％，TiO₂6％。

本实施例的微晶玻璃陶瓷结合剂的制备方法，包括：将各原料粉研磨后混合，在1500℃下熔炼3h，经水淬冷后，即得微晶玻璃陶瓷结合剂。

本实施例的SG砂轮，由以下重量百分比的原料制成：SG磨料27％，白刚玉磨料35％，微晶玻璃陶瓷结合剂25％，环糊精4％，糊精液6％，石墨3％；所述糊精液由环糊精与水配制而成，其质量浓度为40％。SG磨料由80#和100#两种粒度混合而成，混合质量比为1:1；白刚玉磨料(WA磨料)与SG磨料的粒度类型和混合比例保持一致。

本实施例的SG砂轮的制备方法，工艺流程如图1所示，包括：将各原料按比例混合，在100t压力机上均匀压制成型，干燥后，在725℃下烧结14h；最后对烧制的砂轮进行加工检验得到成品。该SG砂轮可用于磨削加工表面粗糙度为R0.6的被磨削对象。

实施例5

本实施例的微晶玻璃陶瓷结合剂，由以下重量百分比的组分组成：SiO₂65％，Al₂O₃14％，Na₂O 5％，CaO 2％，K₂O 3％，B₂O₃8％，MgO 1％，TiO₂2％。

本实施例的SG砂轮，由以下重量百分比的原料制成：SG磨料45％，白刚玉磨料40％，微晶玻璃陶瓷结合剂10％，环糊精2.5％，糊精液2％，石墨0.5％；所述糊精液由环糊精与水配制而成，其质量浓度为40％。SG磨料由120#和150#两种粒度混合而成，混合质量比为1:1；白刚玉磨料(WA磨料)与SG磨料的粒度类型和混合比例保持一致。

本实施例的SG砂轮的制备方法，工艺流程如图1所示，包括：将各原料按比例混合，在100t压力机上均匀压制成型，干燥后，在740℃下烧结14h；最后对烧制的砂轮进行加工检验得到成品。该SG砂轮可用于磨削加工表面粗糙度为R0.4的高速钢。

试验例1

以实施例1所得的微晶玻璃陶瓷结合剂，在760℃下烧结14h，其SEM图如图2所示，经过晶化处理的微晶玻璃陶瓷结合剂析出了均匀的随机取向互锁的细长板条状晶体，晶体尺寸为1～3μm，这些随机取向互锁的板条状晶体能够阻碍结合剂与磨料之间的裂纹扩张从而起到增韧增强的作用。

试验例2

对实施例1～5所制得的微晶玻璃陶瓷结合剂，经过相应烧结后进行抗折强度分析(烧结条件与各实施例SG砂轮的烧结条件相同)，其结果如图3所示，由图3可知，结合剂的抗折强度在725℃较低，这是由于在此温度下晶体数量还比较少，颗粒之间结合还比较疏松，所以强度值比较小；在760℃抗折强度较高，这是因为随着晶化温度的升高，晶体数量逐渐增多，强度值也随之上升。

试验例3

本试验例对实施例1～5所得的SG砂轮的磨削性能进行检测，测试结果如表1所示。

表1实施例1～5所得的砂轮的磨削性能测试结果

序号	磨削对象	规格型号	磨削质量	使用寿命(工件数)
					实施例1	高速钢HRC＝58	1502550	不划伤、不烧伤	2400
实施例2	高速钢HRC＝58	1502550	不划伤、不烧伤	2450
					实施例3	高速钢HRC＝58	1502550	不划伤、不烧伤	2500
实施例4	高速钢HRC＝58	1502550	不划伤、不烧伤	2400
					实施例5	高速钢HRC＝58	1502550	不划伤、不烧伤	2350

由表1的试验结果可知，本实施例1～5所得的砂轮具有较高的磨削质量，磨削工件精度稳定，没有划伤、烧伤，耐用度高。

Claims

1.一种微晶玻璃陶瓷结合剂，其特征在于，由以下重量百分含量的组分制成：SiO₂ 40~65%，Al₂O₃6~20%，Na₂O 5~18%，CaO 0.5~5%，K₂O 3~10%，B₂O₃8~35%，MgO 0.5~2%，TiO₂ 2~6%；

制备步骤包括：将各原料粉研磨后混合，经熔炼、淬冷后，即得；熔炼的温度为1300~1600℃，熔炼的时间为1.5~3h；所述微晶玻璃陶瓷结合剂在720~800℃进行烧结。

2.一种如权利要求1所述的微晶玻璃陶瓷结合剂的制备方法，其特征在于，包括：将各原料粉研磨后混合，经熔炼、淬冷后，即得。

3.如权利要求2所述的微晶玻璃陶瓷结合剂的制备方法，其特征在于，熔炼的温度为1300~1600℃，熔炼的时间为1.5~3h。

4.一种使用权利要求1所述微晶玻璃陶瓷结合剂的SG砂轮，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：SG磨料20~45%，白刚玉磨料35~60%，微晶玻璃陶瓷结合剂8~25%，环糊精1~4%，糊精液3~6%，石墨0.5~3%；所述糊精液由环糊精与水配制而成，质量浓度为30%~40%。

5.如权利要求4所述的SG砂轮，其特征在于，SG磨料的粒度为30#~150#。

6.如权利要求5所述的SG砂轮，其特征在于，SG磨料由两种以上不同粒度混合而成。

7.如权利要求4~6任一项所述的SG砂轮，其特征在于，白刚玉磨料与SG磨料的粒度相同。

8.一种如权利要求4所述的SG砂轮的制备方法，其特征在于，包括：将原料按比例混合，经压制成型，干燥，烧结，即得。

9.如权利要求8所述的SG砂轮的制备方法，其特征在于，所述压制成型是采用100t的压力机成型。

10.如权利要求8所述的SG砂轮的制备方法，其特征在于，烧结的温度为720~800℃，烧结的时间为14~18h。