CN106475918B - 一种陶瓷结合剂及其制备方法，砂轮 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陶瓷结合剂及其制备方法，砂轮，属于超硬磨具用陶瓷结合剂领域。陶瓷结合剂由以下重量百分比的原料制成：硅酸盐水泥熟料36％～45％，石灰粉15～23％，石膏粉18～26％，粘土12～25％。本发明提供的陶瓷结合剂，使用时与水按适当的比例混合即可，成型速度快，后续无需烧结过程，自然风干或加速烘干即可，避免了传统陶瓷结合剂因烧结过程出现的各种开裂发泡等问题，适用于多种磨料，对磨料的把持力好，具有普适性。
Description
技术领域
本发明属于磨料磨具技术领域，具体涉及一种陶瓷结合剂及其制备方法，砂轮。
背景技术
超硬材料磨具被广泛的应用于机械加工领域，例如：汽车、电子、制冷、工具、LED等行业的精加工，尤其是金刚石和立方氮化硼固结砂轮，在当前的磨削加工技术中占有主导地位。利用陶瓷结合剂制成的磨具具有磨削能力强，耐用度高、磨削时磨具的形状保持性好的特点，加工出的零件尺寸精度高，自锐性能好，修整间隔时间长，并适用于各种冷却液。
目前的陶瓷结合剂砂轮主要由超硬磨料和陶瓷结合剂以及填充料混合呈一定的形状烧结而成。授权公告号为CN103624696B的专利公开了一种陶瓷结合剂、制备方法及陶瓷结合剂磨具的制造方法。陶瓷结合剂由二氧化硅、超细二氧化硅、四硼酸钠、氧化铝、碳酸锂、氧化锌、氧化镁、碳酸钡和氧化钛制成；将陶瓷结合剂、金刚石、填料、临时粘结剂按一定比例混合均匀，冷压成型制成坯块，将坯块以3℃/min～5℃/min的升温速率加热至300℃～400℃，保温1h～2h；再以3℃/min～5℃/min的升温速率加热至600℃～700℃，保温1h～2h；再以3℃/min～5℃/min的升温速率加热至760℃～820℃，保温2h～4h，制成陶瓷结合剂磨具。
现有技术中，磨具的烧结过程时间很长、且费时费力，直接导致成本提高，而且现有的陶瓷结合剂由于具有特定的烧结温度，只能够针对特定的磨料，不具有普适性，同时烧结温度的调节也费时费力。
发明内容
本发明的目的是提供一种陶瓷结合剂，其用于磨具制造时，无需烧结过程，且适用于多种磨料，对磨料的把持力好，具有普适性。
本发明的第二个目的是提供上述陶瓷结合剂的制备方法。
本发明的第三个目的是提供一种使用上述陶瓷结合剂的砂轮。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种陶瓷结合剂，由以下重量百分比的原料制成：硅酸盐水泥熟料36％～45％，石灰粉15～23％，石膏粉18～26％，粘土12～25％。
优选的，上述陶瓷结合剂由以下重量百分比的原料制成：硅酸盐水泥熟料42％，石灰粉18％，石膏粉22％，粘土18％。
本发明提供的陶瓷结合剂，硅酸盐水泥熟料属于水硬性凝胶物质，遇水后经过适当的调整，能够快速的胶凝硬化；石灰粉、石膏粉中的化合物和硅酸盐水泥熟料中的物质反应，调节结合剂的硬化速度、强度和最终的硬度；粘土用于调节水泥的粘度和可塑性；陶瓷粘合剂中各组分配比合理，协同作用，具有良好的润湿性、硬度和强度，属于免烧结的陶瓷结合剂，可以有效解决目前陶瓷结合剂存在的高成本、周期长、稳定性差的问题。
本发明提供的陶瓷结合剂，使用时与水按适当的比例混合即可，成型速度快，后续无需烧结过程，自然风干或加速烘干即可，避免了传统陶瓷结合剂因烧结过程出现的各种开裂发泡等问题，适用于多种磨料，对磨料的把持力好，具有普适性。该陶瓷结合剂的原料易得，成本低，使用简单，适于工业化生产应用。
上述陶瓷结合剂的制备方法，包括以下步骤：
1)按配比取原料混合，球磨、过筛，得到混合料；
2)将混合料在1300℃～1400℃煅烧，煅烧后球磨、过筛，即得。
步骤1)中，球磨的时间为3～5h。过筛所用的筛网的目数为300目。可选择多次过300目筛以使筛下物均匀。
步骤2)中，煅烧的时间为5～6h。球磨的时间为5～8h。球磨至物料的粒径在10μm以内。过筛所用筛网的目数为1500目。可选择过1500目振动筛。
本发明提供的陶瓷结合剂的制备方法，将原料球磨、过筛，煅烧后再进行球磨、过筛，省去了传统陶瓷结合剂制备工艺过程中的快淬操作步骤，改变了传统陶瓷结合剂砂轮的烧成工艺。该方法操作简便，易于实现，便于工业化推广应用。
本发明的陶瓷结合剂在使用时，加适量的水进行调和，开始形成的是一种可塑性的浆体，具有可加工性；随着时间的推移，浆体逐渐失去可塑性，变成不能流动的紧密状态，此后浆体的强度逐渐增加，直到最后形成具有相当强度的石状固体。
本发明的陶瓷结合剂的凝结和硬化过程，是一个复杂的物理-化学过程，水泥熟料矿物遇水后会发生水解或水化反应而变成水化物，水化物按照一定的方式靠多种引力相互搭接和联结形成水泥石的结构，产生强度和硬度。按结晶理论认为该种结合剂水化以后生成的晶体物质相互交错，聚结在一起从而使整个物料凝结并硬化。按胶体理论认为水化后生成大量的胶体物质，这些胶体物质由于外部干燥失水，或由于内部未水化颗粒的继续水化，产生“内吸作用”而失水，从而使胶体硬化。
随着X射线和电子显微技术的应用，可以将上述两种理论统一起来，过去认为水化硅酸钙CSH(B)是胶体无定形的，实际上它是纤维状晶体，只是这些晶体非常细小，处在胶体大小范围内，具有很大的比面积。陶瓷结合剂的凝结和硬化过程可解释为：水泥水化初期生成了许多胶体大小范围的晶体(如CSH(B))和一些大的晶体(如Ca(OH)2)包裹在水泥颗粒表面，这些细小的固相质点靠极弱的物理引力使彼此在接触点处粘结起来，形成空间网状的凝聚结构。由于这种结构是靠较弱的引力在接触点进行无秩序的连接形成的，所以结构的强度很低而有明显的可塑性；随着水化的继续进行，结合剂颗粒表面不大稳定的包裹层开始破坏而使水化反应加速，从饱和的溶液中会析出新的、更稳定的水化物晶体，这些晶体不断长大，依靠多种引力使彼此粘结在一起形成紧密的结构——结晶结构，结晶结构比凝聚结构的强度大的多，结合剂就是这样获得强度而硬化的。随着水化的继续进行，从溶液中析出新的晶体和水化硅酸钙凝胶不断充满在结构的空间中，结合剂的强度不断得到增长。
一种采用上述陶瓷结合剂的砂轮。
制备超硬砂轮时，向陶瓷结合剂中加入水、超硬磨料和填充料等，经风干或加速烘干即可实现胶结，形成坚固的整体。
优选的，砂轮由以下重量份的原料制成：超硬磨料100份，陶瓷结合剂40～60份，填充料10～20份，水15～20份。
超硬磨料可选择金刚石或立方氮化硼。填充料可选择白刚玉或碳化硅。
上述砂轮的制备方法包括：将超硬磨料、陶瓷结合剂、填充料混合均匀，过筛，加入水搅拌10～20min，压制成型，得到坯体；再将坯体风干或在50～100℃下低温保持6～10h，即得。
本发明的砂轮，使用上述结合剂制备的超硬砂轮，硬度为HRB50～100，抗折强度为60～100MPa；具有较高的硬度、强度和耐高温耐腐蚀性能，能够极大程度避免传统砂轮存在的缺陷和问题，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例的陶瓷结合剂，由以下重量百分比的原料制成：硅酸盐水泥熟料44％，石灰粉16％，石膏粉22％，粘土18％。
本实施例的陶瓷结合剂的制备方法，包括以下步骤：
1)按配比取原料放入球磨机中球磨5h，然后过300目筛3次，得到混合料；
2)将混合料在1350℃煅烧5h，然后放入球磨机球磨8h，球磨后放入1500目筛网的振动筛进行筛分，取筛下粉料即得陶瓷结合剂。
本实施例所得陶瓷结合剂的粒径在10μm以内。将陶瓷结合剂加水(陶瓷结合剂和水的质量比为4:1)进行调制，然后压制成Φ20*6.4的圆柱和41*5*6的试样条，成型后自然风干24h。检测试样条的硬度为HRB65～80，抗折强度为80～95MPa，满足超硬磨料的使用要求。
本实施例的砂轮，采用本实施例的陶瓷结合剂，由以下方法制备：
1)按重量份数取金刚石100份，陶瓷结合剂48份，碳化硅15份混合均匀，过筛3遍，再加入水12份搅拌10分钟，保证润湿剂将原材料充分润湿，得到混合料；
2)将混合料压制成型，在80℃下保温8小时，即得超硬砂轮。
实施例2
本实施例的陶瓷结合剂，由以下重量百分比的原料制成：硅酸盐水泥熟料42％，石灰粉18％，石膏粉18％，粘土22％。
本实施例的陶瓷结合剂的制备方法，包括以下步骤：
1)按配比取原料放入球磨机中球磨5h，然后过300目筛3次，得到混合料；
2)将混合料在1350℃煅烧5h，然后放入球磨机球磨8h，球磨后放入1500目筛网的振动筛进行筛分，取筛下粉料即得陶瓷结合剂。
本实施例所得陶瓷结合剂的粒径在10μm以内。将陶瓷结合剂加水(陶瓷结合剂和水的质量比为4:1)进行调制，然后压制成Φ20*6.4的圆柱和41.3*5*6的试样条，成型后自然风干24h。检测试样条的硬度为HRB75～95，抗折强度为80～100MPa，满足超硬磨料的使用要求。
本实施例的砂轮，采用本实施例的陶瓷结合剂，由以下方法制备：
1)按重量份数取金刚石100份，陶瓷结合剂48份，白刚玉15份混合均匀，过筛3遍，再加入水12份搅拌10分钟，保证润湿剂将原材料充分润湿，得到混合料；
2)将混合料压制成型，在80℃下保温8小时，即得超硬砂轮。
实施例3
本实施例的陶瓷结合剂，由以下重量百分比的原料制成：硅酸盐水泥熟料38％，石灰粉22％，石膏粉16％，粘土24％。
本实施例的陶瓷结合剂的制备方法，包括以下步骤：
1)按配比取原料放入球磨机中球磨3h，然后过300目筛3次，得到混合料；
2)将混合料在1350℃煅烧5h，然后放入球磨机球磨5h，球磨后放入1500目筛网的振动筛进行筛分，取筛下粉料即得陶瓷结合剂。
本实施例所得陶瓷结合剂的粒径在10μm以内。将陶瓷结合剂加水(陶瓷结合剂和水的质量比为4:1)进行调制，然后压制成Φ20*6.4的圆柱和40*5*6的试样条，成型后自然风干24h。检测试样条的硬度为HRB55～70，抗折强度为70～85MPa，满足超硬磨料的使用要求。
本实施例的砂轮，采用本实施例的陶瓷结合剂，原料组成与制备方法同实施例1。
试验例
本试验例对实施例1～3的砂轮的性能进行检测，结果如表1所示。
表1实施例1～3的砂轮的性能检测结果
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 硬度(HRB) | 75 | 70 | 75 |
| 抗折强度(MPa) | 80 | 95 | 90 |
由表1的试验结果可知，采用本发明的陶瓷结合剂制备的砂轮，具有较高的硬度、强度和耐高温耐腐蚀性能，无传统陶瓷结合剂砂轮存在的烧结过程缺陷，应用前景良好。
Claims (9)
1.一种陶瓷结合剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：硅酸盐水泥熟料36%～45%，石灰粉15～23%，石膏粉18～26%，粘土12～25%；
所述陶瓷结合剂由包括如下步骤的方法制得：
1）按配比取原料混合，球磨、过筛，得到混合料；
2）将混合料在1300℃～1400℃煅烧5～6h，煅烧后球磨、过筛，即得。
2.如权利要求1所述的陶瓷结合剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：硅酸盐水泥熟料42%，石灰粉18%，石膏粉22%，粘土18%。
3.一种如权利要求1所述的陶瓷结合剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按配比取原料混合，球磨、过筛，得到混合料；
2）将混合料在1300℃～1400℃煅烧5～6h，煅烧后球磨、过筛，即得。
4.如权利要求3所述的陶瓷结合剂的制备方法，其特征在于，步骤1）中，球磨的时间为3～5h。
5.如权利要求3所述的陶瓷结合剂的制备方法，其特征在于，步骤1）中，过筛所用筛网的目数为300目。
6.如权利要求3所述的陶瓷结合剂的制备方法，其特征在于，步骤2）中，球磨的时间为5～8h。
7.如权利要求3或6所述的陶瓷结合剂的制备方法，其特征在于，步骤2）中，球磨至物料的粒径在10μm以内。
8.如权利要求3所述的陶瓷结合剂的制备方法，其特征在于，步骤2）中，过筛所用筛网的目数为1500目。
9.一种采用如权利要求1所述的陶瓷结合剂的砂轮。
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