CN105415207A - 超硬材料磨削工具的新材料 - Google Patents

Abstract

超硬材料磨削工具的新材料，是一种微晶玻璃陶瓷结合剂，主要应用于金刚石刀具、立方氮化硼刀具磨削和加工，其原料组成及重量百分比含量为：SiO₂40～70%，B₂O₃5～25%，Al₂O₃2～5%，Na₂O2～15%，H₂O2～5%，MgO2～4%，CaO2～4%，Li₂O1～10%，ZrO₂2～5%，Sb₂O₂2～5%。

Description

超硬材料磨削工具的新材料

技术领域

本发明涉及一种超硬材料磨削工具的新材料，具体的说是关于金刚石和立方氮化硼超硬材料磨削工具的，属于结合剂领域。

背景技术

陶瓷结合剂金刚石磨具具有陶瓷结合剂和金刚石的共同特点，与普通磨料磨具相比，它的磨削能力强，磨削温度低，磨具耐用度高；磨削时磨具的形状保持性好，加工出来的零件尺寸精度高；磨具整体自锐性好，修整间隔的时间长，修整时也比较容易；磨削时不易堵塞、不易烧伤工件，并且可以适用各种冷却液的作用。因此，陶瓷结合剂金刚石磨具在国外一些发达国家的使用日益增多，而我国还处于实验室阶段或试用阶段。

陶瓷结合剂金刚石磨具主要应用于金刚石刀具、立方氮化硼刀具、硬质合金、金属陶瓷、铁氧体、铸铁、宝石、普通陶瓷及新型工程陶瓷材料的磨削和加工，亦可用于铬淬火钢轴承滚柱、汽车和拖拉机曲轴、液压泵齿轮颈等精密磨削，现阶段国内主要采用树脂和金属结合剂制成的金刚石磨具进行加工，磨削时由于磨具中气孔少．磨削效率有限，磨具自锐性差，而磨后难以修整，且树脂结合剂磨具不耐高温，在200℃左右树脂就可能碳化．发出难闻的气味陶瓷结合剂金刚石磨具克服了以上弱点，但由于结合剂往往为低温陶瓷无机材料，引入了大量碱性物质，在结合剂熔炼过程中(1000℃以上)容易挥发，引起制备的结合剂性能不稳定：在磨具的制造过程中，由于金刚石的惰性致使结合剂对金刚石的湿润性差，很难做到化学键结合，它们之间的结合属于“孕镶”状态；金刚石的热膨胀系数非常低，为2.7×10^-6／℃，两者相差比较大．从而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。我们通常所说的“陶瓷结合剂”实为一种玻璃结合剂。

微晶玻璃是指通过玻璃热处理来控制警惕的生长发育而获得的一种多晶材料。它既具有玻璃的基本性能，也具有陶瓷多晶体的特征，所以又称为玻璃陶瓷。玻璃陶瓷可以通过控制玻璃的析晶过程二控制析出晶体的组成、含量，从而调节材料的性能。一般玻璃陶瓷的强度远高于母体玻璃，并具有可调的热膨胀系数，更好的耐腐蚀性等性能，不仅在热膨胀系数上与金刚石成立方氯化硼能够更好的匹配，相对普通陶瓷结合剂结合金刚石或氯化硼磨削工具也是提高强度的有效途径，同时还可以改善磨削工具在使用中耐磨削液的腐蚀性，增加其耐用度。因此，采用微晶玻璃作为陶瓷结合剂制备磨削工具是进一步满足高速、高效、长寿命磨削工具之市场所需的有效途径。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种烧结温度低、热膨胀系数低、强度高的新型陶瓷结合剂。

本发明新型陶瓷结合剂，是一种微晶玻璃陶瓷结合剂，其原料组成及重量百分比含量为：SiO₂40～70%，B₂O₃5～25%，Al₂O₃2～5%，Na₂O2～15%，H₂O2～5%，MgO2～4%，CaO2～4%，Li₂O1～10%，ZrO₂2～5%，Sb₂O₂2～5%。

采用粉末烧结的方法二获得的微晶玻璃，其烧结析晶温度为700～920℃，热膨胀系数为4～10×10^-6／℃，抗弯强度达160～200MPa。

所述结合剂与立方氯化硼和金刚石粉料而制备的磨削工具可以满足160m/s及以上的使用速度。

本发明的有益效果是，提供了一种烧结温度低、热膨胀系数低、强度高的新型陶瓷结合剂。

具体实施方式

随着加工技术和数控技术的不断进步和新材料的不断涌现，对加工工具的要求也越来越高，尤其是对工具的加工效率、使用速度、使用寿命的要求越来越高，因此，要求加工工具的磨粒锋利度、强度、耐加工冷却液的侵蚀性也越来越高，而这些因素除了与磨料本身的性能有关外，更与工具中结合剂本身的性能有关，对于新型陶瓷结合剂来说，微晶玻璃不仅强度远高于一般玻璃和母体玻璃，耐蚀性也远高于一般玻璃，而且一般来说随着微晶玻璃中晶体含量的增加，各项指标亦有所提高。

本发明采用常规的化工原料和传贵的粉末烧结的制备方法，将按配比称取的原料，经混合、熔炼、淬冷、粉碎二制得的玻璃粉，这种玻璃粉低温下（低于920℃）经热处理而析晶，当其作为超硬材料工具的结合剂时，在合适的烧结温度下即可经保温热处理而析晶，而成为一种微晶玻璃结合剂。

本发明新型陶瓷结合剂的具体制备过程为：

首先按质量百分比称取各组分，经均匀混合后，放入高温炉中在1300℃下进行充分的熔炼，再淬冷、烘干、研磨，过180目筛，制成可在低温下经热处理而析晶的玻璃粉，。这种玻璃粉，当其作为超硬材料工具结合剂时，可经920℃烧成、保湿热处理，是玻璃粉析晶而转变为微晶玻璃，从而成为一种微晶玻璃结合剂。采用此微晶玻璃结合剂制备的立方氮化硼磨削工具相对于普通陶瓷结合剂结合的立方氮化硼磨削工具强度可提高60%以上，耐磨削冷却液的侵蚀性提高20%以上。

本发明是一种可低温析晶的新型微晶玻璃陶瓷结合剂，其作为超硬材料工具的结合剂不仅可提高这类工具的加工效率，同时提高了工具的耐用度。

Claims (3)

1.超硬材料磨削工具的新材料，其特征在于，是一种微晶玻璃陶瓷结合剂，其原料组成及重量百分比含量为：SiO₂40～70%，B₂O₃5～25%，Al₂O₃2～5%，Na₂O2～15%，H₂O2～5%，MgO2～4%，CaO2～4%，Li₂O1～10%，ZrO₂2～5%，Sb₂O₂2～5%。

2.根据权利要求1所述的超硬材料磨削工具的新材料，其特征在于，采用粉末烧结的方法二获得的微晶玻璃，其烧结析晶温度为700～920℃，热膨胀系数为4～10×10^-6／℃，抗弯强度达160～200MPa。

3.根据权利要求1所述的超硬材料磨削工具的新材料，其特征在于，所述结合剂与立方氯化硼和金刚石粉料而制备的磨削工具可以满足160m/s及以上的使用速度。