CN105666347A - 陶瓷堆积磨料及其制备方法和磨具 - Google Patents

陶瓷堆积磨料及其制备方法和磨具 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种陶瓷堆积磨料，它主要是以空心微珠为基体，采用临时粘结剂及其粘结的微粉级磨料和陶瓷结合剂粉体均匀包裹在空心微珠的表面；然后再经过煅烧处理而形成的空心球形陶瓷堆积磨料。本发明还提供一种上述陶瓷堆积磨料的制备方法和应用上述陶瓷堆积磨料的磨具。本发明提供的上述陶瓷堆积磨料可以使得上述磨具的工作层厚度较大，大大提高其耐用度；并且磨削、抛光时颗粒间有较大的间隙、能有效防止堵塞和提高磨削效率，而且还可以保证工作层表面较好的平整度，在磨削抛光过程中能保证表面光洁度。本发明提供的磨具还具有树脂结合剂的特性，使得上述磨具的锋利度和耐用度均将有所提高。

Description

陶瓷堆积磨料及其制备方法和磨具
技术领域
本发明属于材料过程中磨削抛光技术领域，尤其涉及一种陶瓷堆积磨料及其制备方法和磨具。
背景技术
微粉级磨料由于粒度细，比表面积大、表面能高，磨具制造过程中直接采用细粒度时磨料容易发生团聚现象，造成混料不均匀。在精密磨削和抛光中直接使用细粒度的磨料，磨具气孔率低或磨粒之间间隙太小，磨具表面容易发生堵塞现象，造成磨具耐用度和锋利度下降。另外，在制备涂附磨具时，若使用细粒度的磨料进行单层植砂，磨具的耐用度比较低；若进行多层植砂，磨具就会厚度增加，失去柔软性。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种陶瓷堆积磨料及其制备方法和磨具，以解决上述问题。
本发明提供一种陶瓷堆积磨料的制备方法，其包括以下步骤：
形成堆积磨料坯体：采用滚动成球法在空心微珠的表面包裹临时粘结剂及其粘结的微粉级磨料和陶瓷结合剂粉体，形成堆积磨料坯体，其中，所述陶瓷结合剂粉体过200目筛网，且由以下质量百分比组分组成：ZnO6%～10%、SiO233%～37%、Al2O38%～12%、H3BO330%～34%、Na2CO33%～7%、Li2CO316%～20%；
高温煅烧：煅烧所述堆积磨料坯体，制得所述陶瓷堆积磨料。
基于上述，所述空心微珠的粒度为24～60目，壁厚为1～5微米。优选地，所述空心微珠的熔点不大于磨料原料的熔点。
基于上述，在所述堆积磨料坯体中，所述空心微珠质量分数占14%～17%，所述临时粘结剂质量分数占10%～13%，所述微粉级磨料的质量分数占60%～66%，所述陶瓷结合剂粉体质量分数占10%～13%。其中，所述临时粘结剂和陶瓷结合剂粉体的种类及组成与所述微粉级磨料的组成有密切的关系。
基于上述，形成所述堆积磨料坯体的步骤包括：将所述临时粘结剂喷洒于所述空心微珠的表面，形成临时粘结剂层；混合所述陶瓷结合剂粉体和微粉级磨料用100目筛网过筛落下，使之均匀覆盖于所述空心微珠的表面，同时将所述空心微珠加热到55～65℃，形成所述堆积磨料坯体。
基于上述，形成所述堆积磨料坯体的步骤还包括：采用过筛进行粒度分级以及滚动分离法剔除球形度较差的堆积磨料坯体。
基于上述，在形成所述堆积磨料坯体的步骤之后，在所述高温煅烧的步骤之前，它包括以下步骤，干燥处理：在80～120℃对所述堆积磨料坯体进行干燥处理1.5～2.5小时，得到干燥堆积磨料半成品。
基于上述，所述高温煅烧的步骤包括以下步骤，保温煅烧处理：在650～800℃对所述干燥堆积磨料半成品进行保温煅烧处理30～60分钟，即得到所述陶瓷堆积磨料成品。
基于上述，所述高温煅烧的步骤包括：先将所述干燥堆积磨料半成品与制备堆积磨料相同粒度和材质的微粉级磨料按照(1.8～2.2):1的质量比进行均匀混合，然后装入耐火材料容器中进行所述保温煅烧处理。
优选地，所述微粉级磨料的粒径为150#～W5，且所述微粉级磨料为碳化硅、刚玉磨料、金刚石磨料或氮化硼磨料。具体地，根据GB2477-8，该微粉级磨料的颗粒大小即为150#、180#、220#、240#、W63、W50、W40、W28、W20、W14、W10、W7、W5。所述临时粘结剂为复合的无机溶胶，其作用是将结合剂、磨料等材料粘结在玻璃微珠表面，并起到降低结合剂熔融温度的目的；具体地，所述临时粘结剂可以为水玻璃、糊精液等。
一种陶瓷堆积磨料，其中，它是由上述提供的陶瓷堆积磨料的制备方法制备而成的空心球形磨料。
一种磨具，其中，它包括磨具基体、树脂结合剂以及通过所述树脂结合剂固定在所述磨具基体上的上述陶瓷堆积磨料。
在所述陶瓷结合剂粉体中，SiO2、Al2O3在该结合剂中形成硅氧四面体和铝氧八面体，构成结合剂的骨架；ZnO、H3BO3可以提高该结合剂的强度，改善结合剂的性能，Na2CO3、Li2CO3可以降低该结合剂的熔融温度。
所以，与现有技术相比，本发明提供的陶瓷堆积磨料采用滚球法以一定直径的所述空心微珠为基体，利用陶瓷结合剂粉体将微粉级磨料均匀包裹在空心微珠表面，然后煅烧处理制得空心球形陶瓷堆积磨料，可以带走其在使用过程中产生的热量和磨屑，使得该陶瓷堆积磨料在使用过程有效减少颗粒团聚，其中产生的热量比较快地散发出去，而且还可以防止被磨屑堵塞，从而使得该陶瓷堆积磨料具有较高的耐用性和磨削能力。因此，本发明提供的磨具采用上述陶瓷堆积磨料制备，使得该磨具的工作层厚度较大，大大提高其耐用度；并且磨削、抛光时颗粒间有较大的间隙、能有效防止堵塞和提高磨削效率；而且上述球形陶瓷堆积磨料可以保证工作层表面很好的平整度，在磨削抛光过程中能保证表面光洁度；所述磨具还具有树脂结合剂的特性，使得磨具的锋利度和耐用度均将有所提高。所以，本发明提供的上述磨具在磨削和抛光过程中比较锋利，而且有很好的自锐作用和耐用度，在被加工工件表面可以获得稳定的表面质量。
进一步，本发明提供的陶瓷堆积磨料的制备方法包括高温煅烧处理所述堆积磨料坯体的步骤，由于陶瓷的稳定性比较好，所以，本发明提供的陶瓷堆积磨料可以长时间保存，而且基本不会影响陶瓷堆积磨料的品质。
进一步，煅烧处理制备陶瓷堆积磨料的过程中，在进行保温煅烧处理之前，先将所述干燥堆积磨料半成品与制备堆积磨料相同粒度和材质的微粉级磨料按照一定比例混合，可以避免烧结时堆积磨料颗粒之间相互粘结，提供最终制得的陶瓷堆积磨料的品质。
更进一步，在制备本发明提供的陶瓷堆积磨料的过程中，采用滚球法制得所述堆积磨料坯体的过程中，同时加热所述空心微珠；然后先对所述堆积磨料坯体进行干燥处理，再进行保温煅烧处理，使得所述微粉级磨料在干燥处理的过程中和所述空心微珠初步结合，被紧紧的粘附在空心微珠表面，避免所述堆积磨料坯体因温度迅速升高而膨胀汽化而变形，为获得球形度很好的堆积磨料提供良好的基础，使得经过煅烧后磨料仍可以保持很好的球形度。
附图说明
图1为本发明陶瓷堆积磨料多层复合结构显微图。
图2为粒度为240#的SiC微粉植砂制得的涂附磨具磨削前的显微照片。
图3为粒度为240#的SiC微粉植砂制得的涂附磨具磨削后的显微照片。
图4为本发明的陶瓷堆积磨料制得的涂附磨具磨削前的显微照片。
图5为本发明的陶瓷堆积磨料制得的涂附磨具磨削后的显微照片。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
本发明实施例1提供一种碳化硅陶瓷堆积磨料及其制备方法和应用该碳化硅陶瓷堆积磨料的涂附磨具。具体如下：
取40目筛下45目筛上、壁厚1～2微米的1.5kg的空心微珠、粒度为240#的碳化硅微粉6kg、1kg陶瓷结合剂粉体，1kg临时粘结剂水玻璃，其中，所述陶瓷结合剂粉体过200目筛网，且由以下质量百分比组分组成：ZnO7%、SiO234%、Al2O38%、H3BO332%、Na2CO33%、Li2CO316%。将空心微珠倒入混料装置，开动混料装置，接着以雾状形式将临时粘结剂水玻璃喷洒于微珠表面，湿润均匀后，分五次将所述陶瓷结合剂和所述碳化硅微粉磨料用100目筛网过筛落下，每次各取总量的1/5，使之均匀覆盖于微珠表面；重复以上过程五次，使陶瓷结合剂和磨料全部加完，在混料的同时，用加热装置加热到60℃使水分快速挥发，以使磨料和空心微珠之间初步结合牢固，形成所述堆积磨料坯体；最后将制得的空心磨料取出经过100℃干燥2小时，得到干燥堆积磨料半成品；然后为了避免烧结的过程中，磨料之间相互粘结，先将所述干燥堆积磨料半成品与240#的碳化硅微粉按照2:1的质量比进行均匀混合，再将混合料置于高温炉中升温至680℃煅烧，保温30分钟，可得到上述空心球形碳化硅陶瓷堆积磨料，该碳化硅陶瓷堆积磨料的显微镜照片如图1所示。
采用传统的磨料植砂方法，将单纯的240#的碳化硅微粉磨料和上述空心球形碳化硅陶瓷堆积磨料分别通过树脂粘结剂植于磨具基体上，分别制得普通磨料砂带和陶瓷堆积磨料砂带。然后，采用普通磨料砂带和陶瓷堆积磨料砂带分别对规格为Φ78×4mm的20#普通碳素钢管进行磨削处理，其中磨削压力为7.13Kg。
上述普通磨料砂带的磨削处理结果为：上述普通磨料砂带的工作层厚度为0.061mm，磨削时间为5分钟；该普通磨料砂带在磨削前、磨削后的显微照片分别如图2、图3所示，由图3可以看到该普通磨料砂带表面被金属屑堵塞，在这种情况下使用寿命短，使用时要经常更换。
上述陶瓷堆积磨料砂带的磨削处理结果为：用本发明提供的上述碳化硅陶瓷堆积磨料砂带的工作层厚度为1.5mm，磨削时间为60分钟，该碳化硅陶瓷堆积磨料砂带在磨削前、磨削后的显微照片分别如图4、图5所示；由图5可以看出：上述碳化硅陶瓷堆积磨料制得的砂带不易堵塞且耐用度有了很大的提升。
因此，使用本发明实施例1提供的球形空心碳化硅堆积磨料制成的涂附磨具砂带，与单纯的碳化硅微粉植砂制得的涂附磨具砂带相比，提高了耐用度和改善了磨具易堵塞的状况。
实施例2
本发明实施例2提供一种刚玉陶瓷堆积磨料及其制备方法和应用该刚玉陶瓷堆积磨料的涂附磨具。具体如下：
取25目筛下35目筛上、壁厚3～4微米的1.7kg的空心微珠、粒度为180#的棕刚玉微粉6.5kg、1.2kg陶瓷结合剂粉体，1.2kg临时粘结剂糊精液，其中，所述陶瓷结合剂粉体过200目筛网，且由以下质量百分比组分组成：ZnO6%、SiO235%、Al2O39%、H3BO330%、Na2CO34%、Li2CO316%。将空心微珠倒入混料装置，开动混料装置，接着以雾状形式将临时粘结剂水玻璃喷洒于微珠表面，湿润均匀后，分四次将所述陶瓷结合剂和所述碳化硅微粉磨料用100目筛网过筛落下，每次各取总量的1/4，使之均匀覆盖于微珠表面；重复以上过程四次，使陶瓷结合剂和磨料全部加完，在混料的同时，用加热装置加热到55℃使水分快速挥发，以使磨料和空心微珠之间初步结合牢固，形成所述堆积磨料坯体，最后将制得的空心磨料取出经过90℃干燥1.5小时，得到干燥堆积磨料半成品；然后为了避免烧结的过程中，磨料之间相互粘结，先将所述干燥堆积磨料半成品与180#的棕刚玉微粉按照1.8:1的质量比进行均匀混合，再将混合料置于高温炉中升温至790℃煅烧，保温50分钟，可得到上述空心球形刚玉陶瓷堆积磨料。
采用传统的磨料植砂方法，将单纯的180#的棕刚玉微粉磨料和上述空心球形刚玉陶瓷堆积磨料分别通过树脂粘结剂植于磨具基体上，分别制得普通磨料砂带和陶瓷堆积磨料砂带。然后，采用普通磨料砂带和陶瓷堆积磨料砂带分别对规格为Φ78×4mm的20#普通碳素钢管进行磨削处理，其中磨削压力为7.13Kg。
上述普通磨料砂带的磨削处理结果为：上述普通磨料砂带的工作层厚度为0.072mm，磨削时间为8分钟；该普通磨料砂带经过磨削后，其表面被金属屑堵塞，在这种情况下使用寿命短，使用时要经常更换。
上述陶瓷堆积磨料砂带的磨削处理结果为：用本发明提供的上述刚玉陶瓷堆积磨料砂带的工作层厚度为2.0mm，磨削时间为75分钟，该刚玉陶瓷堆积磨料砂带在磨削后不易堵塞且耐用度有了很大的提升。
实施例3
本发明实施例3提供一种碳化硅陶瓷堆积磨料及其制备方法和应用该碳化硅陶瓷堆积磨料的涂附磨具。具体如下：
取50目筛下55目筛上、壁厚1～2微米的1.4kg的空心微珠、粒度为W7的金刚石微粉6.6kg、1.3kg陶瓷结合剂粉体，1.3kg临时粘结剂水玻璃，其中，所述陶瓷结合剂粉体过200目筛网，且由以下质量百分比组分组成：ZnO10%、SiO233%、Al2O38%、H3BO330%、Na2CO33%、Li2CO316%。将空心微珠倒入混料装置，开动混料装置，接着以雾状形式将临时粘结剂水玻璃喷洒于微珠表面，湿润均匀后，分五次将所述陶瓷结合剂和所述碳化硅微粉磨料用100目筛网过筛落下，每次各取总量的1/5，使之均匀覆盖于微珠表面；重复以上过程五次，使陶瓷结合剂和磨料全部加完，在混料的同时，用加热装置加热到65℃使水分快速挥发，以使磨料和空心微珠之间初步结合牢固，形成所述堆积磨料坯体；最后将制得的空心磨料取出经过80℃干燥2.5小时，得到干燥堆积磨料半成品；然后为了避免烧结的过程中，磨料之间相互粘结，先将所述干燥堆积磨料半成品与粒度为W7的金刚石微粉按照2.2:1的质量比进行均匀混合，再将混合料置于高温炉中升温至720℃煅烧，保温45分钟，可得到上述空心球形金刚石陶瓷堆积磨料。
采用传统的磨料植砂方法，将单纯的W7的金刚石微粉磨料和上述空心球形金刚石陶瓷堆积磨料分别通过树脂粘结剂植于磨具基体上，分别制得普通磨料砂带和陶瓷堆积磨料砂带。然后，采用普通磨料砂带和陶瓷堆积磨料砂带分别对规格为Φ78×4mm的20#普通碳素钢管进行磨削处理，其中磨削压力为7.13Kg。
上述普通磨料砂带的磨削处理结果为：上述普通磨料砂带的工作层厚度为0.069mm，磨削时间为4分钟；该普通磨料砂带经过磨削后，其表面被金属屑堵塞，在这种情况下使用寿命短，使用时要经常更换。
上述陶瓷堆积磨料砂带的磨削处理结果为：用本发明提供的上述金刚石陶瓷堆积磨料砂带的工作层厚度为2.5mm，磨削时间为45分钟，该金刚石陶瓷堆积磨料砂带在磨削后不易堵塞且耐用度有了很大的提升。
因此，使用本发明实施例提供的上述球形空心陶瓷堆积磨料制成的涂附磨具砂带，与单纯的普通磨料微粉植砂制得的涂附磨具砂带相比，提高了耐用度和改善了磨具易堵塞的状况。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种陶瓷堆积磨料的制备方法，其包括以下步骤：
形成堆积磨料坯体采用滚动成球法在空心微珠的表面包裹临时粘结剂及其粘结的微粉级磨料和陶瓷结合剂粉体，形成堆积磨料坯体，其中，所述陶瓷结合剂粉体过200目筛网，且由以下质量百分比组分组成：ZnO6%～10%、SiO233%～37%、Al2O38%～12%、H3BO330%～34%、Na2CO33%～7%、Li2CO316%～20%；
高温煅烧煅烧所述堆积磨料坯体，制得所述陶瓷堆积磨料。
2.根据权利要求1所述的陶瓷堆积磨料的制备方法，其特征在于，所述空心微珠的粒度为24～60目，壁厚为1～5微米。
3.根据权利要求2所述的陶瓷堆积磨料的制备方法，其特征在于，在所述堆积磨料坯体中，所述空心微珠质量分数占14%～17%，所述临时粘结剂质量分数占10%～13%，所述磨料原料的质量分数占60%～66%，所述陶瓷结合剂质量分数占10%～13%。
4.根据权利要求1～3任一项所述的陶瓷堆积磨料的制备方法，其特征在于，形成所述堆积磨料坯体的步骤包括：将所述临时粘结剂喷洒于所述空心微珠的表面，形成临时粘结剂层；混合所述陶瓷结合剂粉体和微粉级磨料用100目筛网过筛落下，使之均匀覆盖于所述空心微珠的表面，同时将所述空心微珠加热到55～65℃，形成所述堆积磨料坯体。
5.根据权利要求4所述的陶瓷堆积磨料的制备方法，其特征在于，形成所述堆积磨料坯体的步骤还包括：采用过筛进行粒度分级以及滚动分离法剔除球形度较差的堆积磨料坯体。
6.根据权利要求5所述的陶瓷堆积磨料的制备方法，其特征在于，在形成所述堆积磨料坯体的步骤之后，在所述高温煅烧的步骤之前，它包括以下步骤：干燥处理在80～120℃对所述堆积磨料坯体进行干燥处理1.5～2.5小时，得到干燥堆积磨料半成品。
7.根据权利要求6所述的陶瓷堆积磨料的制备方法，其特征在于，所述高温煅烧的步骤包括以下步骤：保温煅烧处理在650～800℃对所述干燥堆积磨料半成品进行保温煅烧处理30～60分钟，即得到所述陶瓷堆积磨料成品。
8.根据权利要求7所述的陶瓷堆积磨料的制备方法，其特征在于，所述高温煅烧的步骤包括：先将所述干燥堆积磨料半成品与制备堆积磨料相同粒度和材质的微粉级磨料按照(1.8～2.2):1的质量比进行均匀混合，然后装入耐火材料容器中进行所述保温煅烧处理。
9.一种陶瓷堆积磨料，其特征在于，它是由权利要求1～8任一项所述的制备方法制备而成的空心球形磨料。
10.一种磨具，其特征在于，它包括磨具基体、树脂结合剂以及通过所述树脂结合剂固定在所述磨具基体上的根据权利要求9所述的陶瓷堆积磨料。
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