CN108214331A - 一种cbn砂轮及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种CBN砂轮，该CBN砂轮由下列重量份的原料制成：具有金属镀层的CBN磨粒60‑70份，糊精液2‑4份，以及由陶瓷成分和金属成分组成的陶瓷结合剂；陶瓷成分由以下重量份的原料组成：SiO2 16‑24份，Al2O3 2‑3份，B2O3 3‑4份，Na2O 1‑3份，Li2O 1‑2份，ZnO 1‑2份；金属成分由1‑5重量份的铁磁金属组成，铁磁金属在陶瓷结合剂中形成由砂轮基底指向砂轮表面的链状结构。同时，本发明还公开一种制备上述CBN砂轮的方法，包括配制陶瓷成分混料、烘干过筛、熔融水淬、成型、强电磁保护气氛下烧结及贴片及修整等工序。本发明的CBN砂轮具有更高的强度、耐磨性和导热性，提高了CBN砂轮的使用效率和使用寿命，同时也大大减少了陶瓷结合剂中陶瓷成分原料的用量，大幅度地降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及磨具制造技术领域，尤其涉及一种采用掺有铁磁金属的陶瓷结合剂制备的CBN砂轮及其制备方法。
背景技术
砂轮是磨削加工领域广泛使用的一种磨具，一般砂轮主要由磨粒、结合剂和气孔组成。磨粒主要包括刚玉磨粒、碳化硅磨粒等传统磨粒以及金刚石磨粒、CBN(立方氮化硼)磨粒等超硬磨粒。与金刚石磨粒相比，CBN磨粒不但具有更高的热稳定性(1250℃)，还具有化学惰性，其不易与铁族元素发生化学反应，因此CBN磨粒适用于对高温合金等一些难加工金属的加工。结合剂主要包括金属结合剂、树脂结合剂和陶瓷结合剂，而陶瓷结合剂因其具有更好的自锐性、气孔控制和易于修整的特点而被广泛应用。
随着科技的发展，钛合金、高温合金(如镍基高温合金、铁基高温合金和钴基高温合金)等难加工金属因其优异的高温性能已经在航空发动机等高端领域获得广泛应用，但是这些难加工金属的低热导率等特点为其磨削加工带来更大困难，其不但需要更高的磨削力，还会造成很高的磨削温度，过高的磨削热会使工件产生很高的残余应力，甚至烧伤工件。尽管CBN磨粒的导热性(1300W/m·K)非常好，但是陶瓷结合剂的结构是近程有序而远程无序的，其导热性相对要差很多。而现有提高CBN砂轮强度、耐磨性和导热性等性能的技术中，制备CBN砂轮所采用的陶瓷结合剂中的陶瓷成分原料用量多，造成生产成本大大提高的缺陷。所以，开发出一种提高强度、耐磨性和导热性，减少陶瓷结合剂中原料的用量，降低生产成本的CBN砂轮是十分必要的。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明的目的之一是提供一种采用掺有铁磁金属的陶瓷结合剂制备的CBN砂轮，该CBN砂轮具有更高的强度、耐磨性和导热性，提高了CBN砂轮的使用效率和使用寿命，同时也大大减少了陶瓷结合剂中陶瓷成分原料的用量，大幅度地降低了生产成本。
本发明的目的之二是提供一种在保护气氛强磁环境下制备上述CBN砂轮的制备方法，采用该制备方法制备CBN砂轮能够提高CBN砂轮的强度、耐磨性和热传导性等性能，降低生产成本。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明提供一种CBN砂轮，所述CBN砂轮由下列重量份的原料制成：
具有金属镀层的CBN磨粒60-70份，糊精液2-4份，以及由陶瓷成分和金属成分组成的陶瓷结合剂；
所述陶瓷成分由以下重量份的原料组成：SiO2 16-24份，Al2O3 2-3份，B2O3 3-4份，Na2O 1-3份，Li2O 1-2份，ZnO 1-2份；所述金属成分由1-5重量份的铁磁金属组成，其中，所述铁磁金属在陶瓷结合剂中形成由砂轮基底指向砂轮表面的链状结构。
根据本发明，所述CBN砂轮由下列重量份的原料制成：
具有金属镀层的CBN磨粒62-67份，糊精液2.5-3.5份，以及由陶瓷成分和金属成分组成的陶瓷结合剂；
所述陶瓷成分由以下重量份的原料组成：SiO2 20.1-23份，Al2O3 2.2-2.9份，B2O33.5-3.8份，Na2O 2-2.5份，Li2O 1.2-1.4份，ZnO 1.2-1.6份；
所述金属成分由1.5-4重量份的铁磁金属组成。
根据本发明，所述金属镀层为镀镍层、镀锌层、镀钴层、镀铁层中的任一种。
根据本发明，所述铁磁金属为铁、钴、镍中的一种或多种。
本发明还提供一种制备上述的CBN砂轮的方法，包括下列步骤：
S1、配制陶瓷成分混料：按照陶瓷结合剂的陶瓷成分比例称取原料，将SiO2、Al2O3、B2O3、Na2CO3、Li2CO3和ZnO粉末混合，其中，Na2CO3、Li2CO3分别根据其与对应氧化物分子质量的比计算得到原材料的重量份，将混合后的陶瓷成分原料进行湿法球磨，得到陶瓷成分混料；
S2、烘干过筛：将步骤S1中的陶瓷成分混料烘干，蒸发水分后，对结块的陶瓷成分原料研磨成粉末，并过筛备用；
S3、熔融水淬：将步骤S2得到的粉末进行熔融，之后将熔融的陶瓷成分液体进行水淬，得到熔块；
S4、烘干过筛：将步骤S3得到的熔块烘干并研磨成粉末，过筛得到陶瓷成分粉末备用；
S5、成型：将步骤S4得到的陶瓷成分粉末与铁磁金属、具有金属镀层的CBN磨粒和糊精液按照一定比例混合均匀，得到成型料；称取一定量的成型料压制成弧形坯条，干燥后备用；
S6、烧结：将步骤S5得到的弧形坯条置于具有保护气氛的强电磁炉中烧结，先升磁场至10-12T，后升温至810℃，保温2-3h，最后冷却取出；
S7、贴片及修整：将步骤S6中的弧形坯条打磨并粘贴在砂轮基底上，再对砂轮进行修整，制成圆形砂轮。
根据本发明，所述步骤S1中，将混合后的陶瓷成分原料加入去离子水和刚玉球，按照料水球的重量比为1:3:3，放入球磨机中球磨10-12h。
根据本发明，所述步骤S2中，研磨后的粉末过100目筛备用；
所述步骤S4中，研磨后的粉末过200目筛备用。
根据本发明，所述步骤S3中，熔融温度为1100-1350℃，保温2-4h；将熔融后的陶瓷成分液体倒入去离子水中进行水淬，得到熔块。
根据本发明，所述步骤S6中，将步骤S5压制成型的坯条内弧面向下置于同样弧度的耐火砖上，将耐火砖置于坩埚中，并将坩埚插入强电磁炉内，保证磁感线垂直或接近垂直穿过坯条的内弧面。
根据本发明，所述步骤S6中，在室温升至500℃之前以3℃/min的速度缓慢升温，并在500℃保温0.5-1h，之后从500℃升至810℃的过程中，以3-3.5℃/min的速度进行升温，并在810℃保温2-3h。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明的铁磁金属在强电磁烧结的过程中，在陶瓷结合剂的局部沿磁感线会形成由砂轮基底指向砂轮表面的链状结构，因为金属的热传导率要远远优于未添加铁磁金属的陶瓷结合剂，所以掺入的铁磁金属形成的链状结构提高了CBN砂轮的整体热传导率，从而使磨削区域产生的热量更多的通过CBN砂轮传导出去，而不会留在工件而烧伤其表面。
与现有的陶瓷结合剂相比，铁磁金属具有的优良塑性和韧性以及铁磁金属形成的链状结构可以阻止陶瓷结合剂组织裂纹扩展，提高砂轮强度。
在本发明中，使用的CBN磨粒是具有金属镀层的CBN磨粒，陶瓷结合剂中掺入的铁磁金属可以使陶瓷结合剂与CBN磨粒镀层更好的结合，解决了CBN磨粒易脱落的问题，增加了砂轮的耐磨性。
综上，本发明的CBN砂轮采用具有金属镀层的CBN磨粒和掺有铁磁金属的陶瓷结合剂制备而成，增强了CBN砂轮的强度、耐磨性和导热性，提高了CBN砂轮的使用效率和使用寿命；同时，在保证CBN砂轮具有高的强度、耐磨性和导热性等性能的基础上，本发明与现有的CBN砂轮采用的陶瓷结合剂中陶瓷成分原料的用量相比，大大减少了陶瓷结合剂中陶瓷成分原料的使用量(SiO2、Al2O3、B2O3、Na2O、Li2O和ZnO)，进而大幅度降低了生产成本，具有良好的经济收益。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的CBN砂轮的制备工艺流程图；
图2是本发明实施例1提供的CBN砂轮坯条强磁烧结时的剖视图；
图3是本发明实施例1提供的CBN砂轮坯条烧结摆放的状态示意图；
图4是本发明实施例1提供的CBN砂轮的结构示意图。
图中：
1、磁体；2、加热装置；3、坩埚；4、耐火砖；5、坯条；6、热电偶；7、磁感线；8、铁磁金属；9、基底。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
实施例1提出一种优选的CBN砂轮，该CBN砂轮由下列重量份的原料制成：镀镍的CBN磨粒60份，糊精液2.5份，以及由陶瓷成分和金属成分组成的陶瓷结合剂，其中，陶瓷成分由以下重量份的原料组成：SiO2 18份，Al2O3 2.5份，B2O3 3.2份，Na2O 1.6份，Li2O 1.0份，ZnO 1.0份。金属成分为1.5重量份的金属Co，其中，金属Co在陶瓷结合剂中形成由砂轮基底指向砂轮表面的链状结构。
如图1所示，上述CBN砂轮的制备步骤具体如下：
S1、配制陶瓷成分混料：
分别根据Na2CO3和Li2CO3与Na2O和Li2O的分子质量比计算得到Na2CO3和Li2CO3的重量份。按照陶瓷结合剂的陶瓷成分各组分的配比称取原料，将SiO2、Al2O3、B2O3、Na2CO3、Li2CO3和ZnO粉末混合，在混合后的陶瓷成分原料中加入去离子水和直径不等的刚玉球，料水球的质量比为1:3:3，之后将加入去离子水和刚玉球的陶瓷成分原料放入球磨机中球磨12h，得到陶瓷成分混料。
其中，采用湿法球磨的方式研磨陶瓷成分原料，不仅能够使陶瓷成分原料混合地更加均匀充分，而且能够将原料研磨成细小的颗粒，提高制备的砂轮的强度。
S2、烘干过筛：将步骤S1中的陶瓷成分混料液中的刚玉球去除，之后置于110℃的恒温烘干箱中烘干8h，待水分蒸发完成后，将结成块状的陶瓷成分原料研磨成细小的粉末并过100目筛得到粉末备用。
在步骤S2中进行第一次烘干过筛，能够获得颗粒大小较为均匀的粉末，以便于下一步骤S3熔融水淬过程中反应更加完全迅速，有利于提高陶瓷结合剂的强度。
S3、熔融水淬：将步骤S2得到的粉末放于坩埚中，在电阻炉中进行熔融，待电阻炉温度升高至1350℃，在1350℃下保温2h，之后将熔融的陶瓷成分液体倒入去离子水中进行水淬，得到熔块。
在步骤S3中，熔融能够使Li2CO3熔融分解为Li2O和CO2，CO2会以气体形式排出，同时少量的Na2CO3也会分解为Na2O和CO2，进行熔融的目的是防止在烧结坯条时，Li2CO3分解产生的大量CO2造成大量气孔，从而使砂轮的强度和耐磨性降低。将熔融温度控制在1350℃，是为了确保Li2CO3充分分解并排放出CO2。
S4、烘干过筛：将步骤S3得到的熔块在120℃的恒温烘干箱中烘干6h，并研磨成细小的粉末，过200目筛得到陶瓷成分粉末备用。
在步骤S4中进行第二次烘干过筛，能够得到颗粒大小均匀的粉末，这样在压条时得到的坯条会更加均匀，不易产生瑕疵，烧结后的陶瓷结合剂也会具有更加均匀的晶体结构。
S5、成型：将步骤S4得到的陶瓷成分粉末与金属Co、镀镍的CBN磨粒和湿润剂糊精液按照上述重量份混合均匀，得到成型料；称取一定量的成型料，均匀地置于磨具中并用压力机进行压制，干燥脱模后得到弧形坯条5，其尺寸为内径*外径*宽度＝100*112*6(规格单位：mm)，弧度为20°，以使18个坯条5可以粘接成一个砂轮。
S6、烧结：根据强电磁炉(JASTEC超导强电磁炉，其磁体1的最高磁场为12T)的结构和磁场原理，得知炉腔内部的磁感线7方向是竖直向上的。如图2所示，将步骤S5压制成型的弧形坯条5内弧面向下放在具有同样弧度的耐火砖4上，将耐火砖4放在坩埚3中，并将坩埚3插入强电磁炉内。如此放置弧形坯条5是使磁感线垂直或者接近垂直穿过其弧面(参见图3)。首先往强电磁炉内通入保护气体氩气，然后进行励磁，使炉内强磁次升至10T，目的是为了使金属Co进行转动和局部移动，以在强磁场的作用下沿磁感线局部形成链状结构。之后通过加热装置2将温度升高至810℃(采用热电偶6监测炉内温度)，保温2h。由于掺有金属Co的陶瓷结合剂坯条5在大约700℃左右融化，而加入镀镍CBN磨粒的坯条5在810℃不仅能够很好地保持弧形形状，还可以使融化的陶瓷结合剂为金属Co的转动和局部移动提供一个局部的液体环境。最后，停止加热使坯条5随炉冷却，当炉温低于200℃时，开始降磁，此时陶瓷结合剂已经凝固，磁场已无法产生任何作用了。当炉温低于60℃时，将弧形坯条5取出。
在步骤S6中，在室温升至500℃之前以3℃/min的速度缓慢升温，并在500℃保温1h，之后从500℃升至810℃的过程中，以3℃/min的速度进行升温，并在810℃保温2h，这种分阶段升温过程能够使陶瓷结合剂与镀镍的CBN磨粒充分结合，利于各组分之间的融合渗透，提高了CBN砂轮的硬度性能。
在步骤S6中，使用保护气氛的目的是抑制掺杂的铁磁金属氧化而失去磁性。在磁场的作用下，铁磁金属颗粒会沿磁感线分布，使用强磁的原因是较小的磁场不足以使铁磁金属颗粒克服融化的陶瓷结合剂的阻力而转动甚至微小的移动。
在步骤S6中，在强电磁保护气氛下的烧结过程中，陶瓷结合剂发生化学变化，生成玻璃网格结构并连接镀镍的CBN磨粒。糊精液则受热分解，产生适当的气孔，在磨削过程中可带入冷却液。烧结坯条保温时，陶瓷结合剂处于液体状态，此时的铁磁金属在真空强电磁的环境下，会沿磁感线移动并发生转动，一部分铁磁金属链会在陶瓷结合剂中形成，大大改善了陶瓷结合剂的导热性，同时一部分铁磁金属链也会在气孔中形成并连接两个镀镍的CBN磨粒，从而增加陶瓷结合剂对镀镍的CBN磨粒的把持力，也促进了砂轮导热性的提高。
在实施例1中，之所以先制备出陶瓷成分混料，再将其与铁磁金属、镀镍的CBN磨粒和湿润剂一起混合制备出砂轮的理由是，在制备陶瓷结合剂的过程中涉及湿法球磨、烘干过筛和熔融水淬这三个步骤，均易造成铁磁金属的氧化而由金属单质转变为金属氧化物，从而在强电磁烧结过程中易失去磁性。与先制备陶瓷成分、再添加铁磁金属制备出陶瓷结合剂，最后将陶瓷结合剂、CBN磨粒和湿润剂一起混合制备出砂轮相对比，能够尽可能避免铁磁金属的氧化，使更多的铁磁金属能够在真空强电磁环境下，沿磁感线移动并发生转动而形成链状结构，从而大大改善陶瓷结合剂的导热性能。
实施例1的铁磁金属8(金属Co)在强电磁烧结的过程中，在陶瓷结合剂的局部沿磁感线7会形成由砂轮基底指向砂轮表面的链状结构，因为金属的热传导率要远远优于未添加铁磁金属8的陶瓷结合剂，所以掺入的铁磁金属8形成的链状结构提高了CBN砂轮的整体热传导率，从而使磨削区域产生的热量更多的通过CBN砂轮传导出去，而不会留在工件而烧伤其表面。
与现有的陶瓷结合剂相比，铁磁金属8具有的优良塑性和韧性以及铁磁金属8形成的链状结构可以阻止陶瓷结合剂组织裂纹扩展，提高砂轮强度。
由于使用的CBN磨粒是具有金属镀层的CBN磨粒，陶瓷结合剂中掺入的铁磁金属8可以使陶瓷结合剂与CBN磨粒镀层更好的结合，解决了CBN磨粒易脱落的问题，增加了砂轮的耐磨性。
总之，CBN砂轮采用具有金属镀层的CBN磨粒和掺有铁磁金属8的陶瓷结合剂制备而成，增强了CBN砂轮的强度、耐磨性和导热性，提高了CBN砂轮的使用效率和使用寿命；同时，在保证CBN砂轮具有高的强度、耐磨性和导热性等性能的基础上，实施例1与现有的CBN砂轮采用的陶瓷结合剂中陶瓷成分原料的用量相比，大大减少了陶瓷结合剂中陶瓷成分原料的使用量(SiO2、Al2O3、B2O3、Na2O、Li2O和ZnO)，进而大幅度降低了生产成本，具有良好的经济收益。
S7、贴片及修整：如图4所示，将步骤S6中的弧形坯条5水洗打磨平整，采用胶粘剂粘贴在砂轮基底9上，再采用金刚石滚轮对砂轮进行修整，制成圆形砂轮。
实施例2
实施例2提出一种有选的CBN砂轮，由下列重量份的原料制成：镀镍CBN磨粒65份，糊精液3.0份，以及SiO2 20.1份，Al2O3 2.9份，B2O3 3.5份，Na2O 2.0份，Li2O 1.2份，ZnO1.2份，Co 3.5份。
实施例2的CBN砂轮的制备步骤如下：
S1、配制陶瓷成分混料：
分别根据Na2CO3和Li2CO3与Na2O和Li2O的分子质量比计算得到Na2CO3和Li2CO3的重量份。按照陶瓷结合剂的陶瓷成分各组分的配比称取原料，将SiO2、Al2O3、B2O3、Na2CO3、Li2CO3和ZnO粉末混合，在混合后的陶瓷成分原料中加入去离子水和直径不等的刚玉球，料水球的质量比为1:3:3，之后将加入去离子水和刚玉球的陶瓷成分原料放入球磨机中球磨10h，得到陶瓷成分混料。
S2、烘干过筛：将步骤S1中的陶瓷成分混料液中的刚玉球去除，之后置于110℃的恒温烘干箱中烘干10h，待水分蒸发完成后，将结成块状的陶瓷成分原料研磨成细小的粉末并过100目筛得到粉末备用。
S3、熔融水淬：将步骤S2得到的粉末放于坩埚中，在电阻炉中进行熔融，待电阻炉温度升高至1100℃，在1100℃下保温4h，之后将熔融的陶瓷成分液体倒入去离子水中进行水淬，得到熔块。
S4、烘干过筛：将步骤S3得到的熔块在100℃的恒温烘干箱中烘干7h，并研磨成细小的粉末，过200目筛得到陶瓷成分粉末备用。
S5、成型：将步骤S4得到的陶瓷成分粉末与金属Co、镀镍的CBN磨粒和糊精液按照上述重量份混合均匀，得到成型料；称取一定量的成型料，均匀地置于磨具中并用压力机进行压制，干燥脱模后得到弧形坯条，其尺寸为内径*外径*宽度＝100*112*6(规格单位：mm)，弧度为20°，以使18个坯条可以粘接成一个砂轮。
S6、烧结：将步骤S5压制成型的弧形坯条内弧面向下放在具有同样弧度的耐火砖上，将耐火砖放在坩埚中，并将坩埚插入强电磁炉内。如此放置弧形坯条是使磁感线垂直或者接近垂直穿过其弧面。首先往强电磁炉内通入保护气体氩气，然后进行励磁，使炉内强磁次升至10T，之后通过加热装置将温度升高至810℃，保温3h。最后，停止加热使坯条随炉冷却，当炉温低于60℃时，将弧形坯条取出。
在步骤S6中，在室温升至500℃之前以3℃/min的速度缓慢升温，并在500℃保温0.5h，之后从500℃升至810℃的过程中，以3.5℃/min的速度进行升温，并在810℃保温3h，提高CBN砂轮的硬度性能。
S7、贴片及修整：将步骤S6中的弧形坯条水洗打磨平整，采用胶粘剂粘贴在砂轮基底上，再采用金刚石滚轮对砂轮进行修整，制成圆形砂轮。
实施例3
实施例3提出一种有选的CBN砂轮，由下列重量份的原料制成：镀镍CBN磨粒62份，糊精液2.9份，以及SiO2 22份，Al2O3 2.9份，B2O3 3.5份，Na2O 2.0份，Li2O 1.3份，ZnO 1.3份，Ni 2.0份。
实施例3的CBN砂轮的制备步骤如下：
S1、配制陶瓷成分混料：
分别根据Na2CO3和Li2CO3与Na2O和Li2O的分子质量比计算得到Na2CO3和Li2CO3的重量份。按照陶瓷结合剂的陶瓷成分各组分的配比称取原料，将SiO2、Al2O3、B2O3、Na2CO3、Li2CO3和ZnO粉末混合，在混合后的陶瓷成分原料中加入去离子水和直径不等的刚玉球，料水球的质量比为1:3:3，之后将加入去离子水和刚玉球的陶瓷成分原料放入球磨机中球磨11h，得到陶瓷成分混料。
S2、烘干过筛：将步骤S1中的陶瓷成分混料液中的刚玉球去除，之后置于110℃的恒温烘干箱中烘干8h，待水分蒸发完成后，将结成块状的陶瓷成分原料研磨成细小的粉末并过100目筛得到粉末备用。
S3、熔融水淬：将步骤S2得到的粉末放于坩埚中，在电阻炉中进行熔融，待电阻炉温度升高至1300℃，在1300℃下保温3h，之后将熔融的陶瓷成分液体倒入去离子水中进行水淬，得到熔块。
S4、烘干过筛：将步骤S3得到的熔块在110℃的恒温烘干箱中烘干6h，并研磨成细小的粉末，过200目筛得到陶瓷成分粉末备用。
S5、成型：将步骤S4得到的陶瓷成分粉末与金属Ni、镀镍的CBN磨粒和糊精液按照上述重量份混合均匀，得到成型料；称取一定量的成型料，均匀地置于磨具中并用压力机进行压制，干燥脱模后得到弧形坯条，其尺寸为内径*外径*宽度＝100*112*6(规格单位：mm)，弧度为20°，以使18个坯条可以粘接成一个砂轮。
S6、烧结：将步骤S5压制成型的弧形坯条内弧面向下放在具有同样弧度的耐火砖上，将耐火砖放在坩埚中，并将坩埚插入强电磁炉内。如此放置弧形坯条是使磁感线垂直或者接近垂直穿过其弧面。首先往强电磁炉内通入保护气体氩气，然后进行励磁，使炉内强磁次升至11T，之后通过加热装置将温度升高至810℃，保温2.5h。最后，停止加热使坯条随炉冷却，当炉温低于60℃时，将弧形坯条取出。
在步骤S6中，在室温升至500℃之前以3℃/min的速度缓慢升温，并在500℃保温1h，之后从500℃升至810℃的过程中，以3.2℃/min的速度进行升温，并在810℃保温2.5h，提高CBN砂轮的硬度性能。
S7、贴片及修整：将步骤S6中的弧形坯条水洗打磨平整，采用胶粘剂粘贴在砂轮基底上，再采用金刚石滚轮对砂轮进行修整，制成圆形砂轮。
实施例4
实施例4提出一种有选的CBN砂轮，由下列重量份的原料制成：镀镍CBN磨粒61份，糊精液3.0份，以及SiO2 22份，Al2O3 2.2份，B2O3 3.7份，Na2O 2.3份，Li2O 1.5份，ZnO 1.4份，Fe 1.8份。
实施例4的CBN砂轮的制备步骤如下：
S1、配制陶瓷成分混料：
分别根据Na2CO3和Li2CO3与Na2O和Li2O的分子质量比计算得到Na2CO3和Li2CO3的重量份。按照陶瓷结合剂的陶瓷成分各组分的配比称取原料，将SiO2、Al2O3、B2O3、Na2CO3、Li2CO3和ZnO粉末混合，在混合后的陶瓷成分原料中加入去离子水和直径不等的刚玉球，料水球的质量比为1:3:3，之后将加入去离子水和刚玉球的陶瓷成分原料放入球磨机中球磨11h，得到陶瓷成分混料。
S2、烘干过筛：将步骤S1中的陶瓷成分混料液中的刚玉球去除，之后置于120℃的恒温烘干箱中烘干4h，待水分蒸发完成后，将结成块状的陶瓷成分原料研磨成细小的粉末并过100目筛得到粉末备用。
S3、熔融水淬：将步骤S2得到的粉末放于坩埚中，在电阻炉中进行熔融，待电阻炉温度升高至1200℃，在1200℃下保温3h，之后将熔融的陶瓷成分液体倒入去离子水中进行水淬，得到熔块。
S4、烘干过筛：将步骤S3得到的熔块在130℃的恒温烘干箱中烘干4h，并研磨成细小的粉末，过200目筛得到陶瓷成分粉末备用。
S5、成型：将步骤S4得到的陶瓷成分粉末与金属Fe、镀镍的CBN磨粒和糊精液按照上述重量份混合均匀，得到成型料；称取一定量的成型料，均匀地置于磨具中并用压力机进行压制，干燥脱模后得到弧形坯条，其尺寸为内径*外径*宽度＝100*112*6(规格单位：mm)，弧度为20°，以使18个坯条可以粘接成一个砂轮。
S6、烧结：将步骤S5压制成型的弧形坯条内弧面向下放在具有同样弧度的耐火砖上，将耐火砖放在坩埚中，并将坩埚插入强电磁炉内。如此放置弧形坯条是使磁感线垂直或者接近垂直穿过其弧面。首先往强电磁炉内通入保护气体氩气，然后进行励磁，使炉内强磁次升至10T，之后通过加热装置将温度升高至810℃，保温2.5h。最后，停止加热使坯条随炉冷却，当炉温低于60℃时，将弧形坯条取出。
在步骤S6中，在室温升至500℃之前以3℃/min的速度缓慢升温，并在500℃保温40min，之后从500℃升至810℃的过程中，以3.5℃/min的速度进行升温，并在810℃保温2.5h，提高CBN砂轮的硬度性能。
S7、贴片及修整：将步骤S6中的弧形坯条水洗打磨平整，采用胶粘剂粘贴在砂轮基底上，再采用金刚石滚轮对砂轮进行修整，制成圆形砂轮。
实施例5
实施例5提出一种有选的CBN砂轮，由下列重量份的原料制成：镀镍CBN磨粒68份，糊精液4.0份，以及SiO2 16份，Al2O3 2.0份，B2O3 3.0份，Na2O 3.0份，Li2O 1.7份，ZnO 1.7份，Co 4.0份。
实施例5的CBN砂轮的制备步骤如下：
S1、配制陶瓷成分混料：
分别根据Na2CO3和Li2CO3与Na2O和Li2O的分子质量比计算得到Na2CO3和Li2CO3的重量份。按照陶瓷结合剂的陶瓷成分各组分的配比称取原料，将SiO2、Al2O3、B2O3、Na2CO3、Li2CO3和ZnO粉末混合，在混合后的陶瓷成分原料中加入去离子水和直径不等的刚玉球，料水球的质量比为1:3:3，之后将加入去离子水和刚玉球的陶瓷成分原料放入球磨机中球磨10h，得到陶瓷成分混料。
S2、烘干过筛：将步骤S1中的陶瓷成分混料液中的刚玉球去除，之后置于120℃的恒温烘干箱中烘干6h，待水分蒸发完成后，将结成块状的陶瓷成分原料研磨成细小的粉末并过100目筛得到粉末备用。
S3、熔融水淬：将步骤S2得到的粉末放于坩埚中，在电阻炉中进行熔融，待电阻炉温度升高至1250℃，在1250℃下保温3.5h，之后将熔融的陶瓷成分液体倒入去离子水中进行水淬，得到熔块。
S4、烘干过筛：将步骤S3得到的熔块在120℃的恒温烘干箱中烘干6h，并研磨成细小的粉末，过200目筛得到陶瓷成分粉末备用。
S5、成型：将步骤S4得到的陶瓷成分粉末与金属Co、镀镍的CBN磨粒和糊精液按照上述重量份混合均匀，得到成型料；称取一定量的成型料，均匀地置于磨具中并用压力机进行压制，干燥脱模后得到弧形坯条，其尺寸为内径*外径*宽度＝100*112*6(规格单位：mm)，弧度为20°，以使18个坯条可以粘接成一个砂轮。
S6、烧结：将步骤S5压制成型的弧形坯条内弧面向下放在具有同样弧度的耐火砖上，将耐火砖放在坩埚中，并将坩埚插入强电磁炉内。如此放置弧形坯条是使磁感线垂直或者接近垂直穿过其弧面。首先往强电磁炉内通入保护气体氩气，然后进行励磁，使炉内强磁次升至12T，之后通过加热装置将温度升高至810℃，保温3h。最后，停止加热使坯条随炉冷却，当炉温低于60℃时，将弧形坯条取出。
在步骤S6中，在室温升至500℃之前以3℃/min的速度缓慢升温，并在500℃保温1h，之后从500℃升至810℃的过程中，以3.5℃/min的速度进行升温，并在810℃保温3h，提高CBN砂轮的硬度性能。
S7、贴片及修整：将步骤S6中的弧形坯条水洗打磨平整，采用胶粘剂粘贴在砂轮基底上，再采用金刚石滚轮对砂轮进行修整，制成圆形砂轮。
实施例6
实施例6提出一种有选的CBN砂轮，由下列重量份的原料制成：镀镍CBN磨粒67份，糊精液2.8份，以及SiO2 23份，Al2O3 3.0份，B2O3 3.8份，Na2O 2.5份，Li2O 1.4份，ZnO 1.6份，Co 3.5份。
实施例6的CBN砂轮的制备步骤如下：
S1、配制陶瓷成分混料：
分别根据Na2CO3和Li2CO3与Na2O和Li2O的分子质量比计算得到Na2CO3和Li2CO3的重量份。按照陶瓷结合剂的陶瓷成分各组分的配比称取原料，将SiO2、Al2O3、B2O3、Na2CO3、Li2CO3和ZnO粉末混合，在混合后的陶瓷成分原料中加入去离子水和直径不等的刚玉球，料水球的质量比为1:3:3，之后将加入去离子水和刚玉球的陶瓷成分原料放入球磨机中球磨12h，得到陶瓷成分混料。
S2、烘干过筛：将步骤S1中的陶瓷成分混料液中的刚玉球去除，之后置于120℃的恒温烘干箱中烘干5h，待水分蒸发完成后，将结成块状的陶瓷成分原料研磨成细小的粉末并过100目筛得到粉末备用。
S3、熔融水淬：将步骤S2得到的粉末放于坩埚中，在电阻炉中进行熔融，待电阻炉温度升高至1300℃，在1300℃下保温3h，之后将熔融的陶瓷成分液体倒入去离子水中进行水淬，得到熔块。
S4、烘干过筛：将步骤S3得到的熔块在120℃的恒温烘干箱中烘干6h，并研磨成细小的粉末，过200目筛得到陶瓷成分粉末备用。
S5、成型：将步骤S4得到的陶瓷成分粉末与金属Co、镀镍的CBN磨粒和糊精液按照上述重量份混合均匀，得到成型料；称取一定量的成型料，均匀地置于磨具中并用压力机进行压制，干燥脱模后得到弧形坯条，其尺寸为内径*外径*宽度＝100*112*6(规格单位：mm)，弧度为20°，以使18个坯条可以粘接成一个砂轮。
S6、烧结：将步骤S5压制成型的弧形坯条内弧面向下放在具有同样弧度的耐火砖上，将耐火砖放在坩埚中，并将坩埚插入强电磁炉内。如此放置弧形坯条是使磁感线垂直或者接近垂直穿过其弧面。首先往强电磁炉内通入保护气体氩气，然后进行励磁，使炉内强磁次升至12T，之后通过加热装置将温度升高至810℃，保温2h。最后，停止加热使坯条随炉冷却，当炉温低于60℃时，将弧形坯条取出。
在步骤S6中，在室温升至500℃之前以3℃/min的速度缓慢升温，并在500℃保温0.5h，之后从500℃升至810℃的过程中，以3℃/min的速度进行升温，并在810℃保温2h，提高CBN砂轮的硬度性能。
S7、贴片及修整：将步骤S6中的弧形坯条水洗打磨平整，采用胶粘剂粘贴在砂轮基底上，再采用金刚石滚轮对砂轮进行修整，制成圆形砂轮。
实施例7
实施例7提出一种有选的CBN砂轮，由下列重量份的原料制成：镀钴CBN磨粒67份，糊精液2.8份，以及SiO2 23份，Al2O3 3.0份，B2O3 3.8份，Na2O 1.0份，Li2O 2.0份，ZnO 2.0份，Ni 3.0份。
实施例7的CBN砂轮的制备步骤如下：
S1、配制陶瓷成分混料：
分别根据Na2CO3和Li2CO3与Na2O和Li2O的分子质量比计算得到Na2CO3和Li2CO3的重量份。按照陶瓷结合剂的陶瓷成分各组分的配比称取原料，将SiO2、Al2O3、B2O3、Na2CO3、Li2CO3和ZnO粉末混合，在混合后的陶瓷成分原料中加入去离子水和直径不等的刚玉球，料水球的质量比为1:3:3，之后将加入去离子水和刚玉球的陶瓷成分原料放入球磨机中球磨10h，得到陶瓷成分混料。
S2、烘干过筛：将步骤S1中的陶瓷成分混料液中的刚玉球去除，之后置于120℃的恒温烘干箱中烘干6h，待水分蒸发完成后，将结成块状的陶瓷成分原料研磨成细小的粉末并过100目筛得到粉末备用。
S3、熔融水淬：将步骤S2得到的粉末放于坩埚中，在电阻炉中进行熔融，待电阻炉温度升高至1250℃，在1250℃下保温5h，之后将熔融的陶瓷成分液体倒入去离子水中进行水淬，得到熔块。
S4、烘干过筛：将步骤S3得到的熔块在120℃的恒温烘干箱中烘干6h，并研磨成细小的粉末，过200目筛得到陶瓷成分粉末备用。
S5、成型：将步骤S4得到的陶瓷成分粉末与金属Ni、镀钴的CBN磨粒和糊精液按照上述重量份混合均匀，得到成型料；称取一定量的成型料，均匀地置于磨具中并用压力机进行压制，干燥脱模后得到弧形坯条，其尺寸为内径*外径*宽度＝100*112*6(规格单位：mm)，弧度为20°，以使18个坯条可以粘接成一个砂轮。
S6、烧结：将步骤S5压制成型的弧形坯条内弧面向下放在具有同样弧度的耐火砖上，将耐火砖放在坩埚中，并将坩埚插入强电磁炉内。如此放置弧形坯条是使磁感线垂直或者接近垂直穿过其弧面。首先往强电磁炉内通入保护气体氩气，然后进行励磁，使炉内强磁次升至10T，之后通过加热装置将温度升高至810℃，保温2.5h。最后，停止加热使坯条随炉冷却，当炉温低于60℃时，将弧形坯条取出。
在步骤S6中，在室温升至500℃之前以3℃/min的速度缓慢升温，并在500℃保温50min，之后从500℃升至810℃的过程中，以3.5℃/min的速度进行升温，并在810℃保温2.5h，提高CBN砂轮的硬度性能。
S7、贴片及修整：将步骤S6中的弧形坯条水洗打磨平整，采用胶粘剂粘贴在砂轮基底上，再采用金刚石滚轮对砂轮进行修整，制成圆形砂轮。
实施例8
实施例8提出一种有选的CBN砂轮，由下列重量份的原料制成：镀铁CBN磨粒60份，糊精液2.2份，以及SiO2 20份，Al2O3 2.4份，B2O3 3.3份，Na2O 1.5份，Li2O 1.8份，ZnO 2.0份，Ni 1.8份。
实施例8的CBN砂轮的制备步骤如下：
S1、配制陶瓷成分混料：
分别根据Na2CO3和Li2CO3与Na2O和Li2O的分子质量比计算得到Na2CO3和Li2CO3的重量份。按照陶瓷结合剂的陶瓷成分各组分的配比称取原料，将SiO2、Al2O3、B2O3、Na2CO3、Li2CO3和ZnO粉末混合，在混合后的陶瓷成分原料中加入去离子水和直径不等的刚玉球，料水球的质量比为1:3:3，之后将加入去离子水和刚玉球的陶瓷成分原料放入球磨机中球磨12h，得到陶瓷成分混料。
S2、烘干过筛：将步骤S1中的陶瓷成分混料液中的刚玉球去除，之后置于125℃的恒温烘干箱中烘干5h，待水分蒸发完成后，将结成块状的陶瓷成分原料研磨成细小的粉末并过100目筛得到粉末备用。
S3、熔融水淬：将步骤S2得到的粉末放于坩埚中，在电阻炉中进行熔融，待电阻炉温度升高至1250℃，在1250℃下保温5h，之后将熔融的陶瓷成分液体倒入去离子水中进行水淬，得到熔块。
S4、烘干过筛：将步骤S3得到的熔块在120℃的恒温烘干箱中烘干6h，并研磨成细小的粉末，过200目筛得到陶瓷成分粉末备用。
S5、成型：将步骤S4得到的陶瓷成分粉末与金属Ni、镀铁的CBN磨粒和糊精液按照上述重量份混合均匀，得到成型料；称取一定量的成型料，均匀地置于磨具中并用压力机进行压制，干燥脱模后得到弧形坯条，其尺寸为内径*外径*宽度＝100*112*6(规格单位：mm)，弧度为20°，以使18个坯条可以粘接成一个砂轮。
S6、烧结：将步骤S5压制成型的弧形坯条内弧面向下放在具有同样弧度的耐火砖上，将耐火砖放在坩埚中，并将坩埚插入强电磁炉内。如此放置弧形坯条是使磁感线垂直或者接近垂直穿过其弧面。首先往强电磁炉内通入保护气体氩气，然后进行励磁，使炉内强磁次升至12T，之后通过加热装置将温度升高至810℃，保温3h。最后，停止加热使坯条随炉冷却，当炉温低于60℃时，将弧形坯条取出。
在步骤S6中，在室温升至500℃之前以3℃/min的速度缓慢升温，并在500℃保温1h，之后从500℃升至810℃的过程中，以3℃/min的速度进行升温，并在810℃保温3h，提高CBN砂轮的硬度性能。
S7、贴片及修整：将步骤S6中的弧形坯条水洗打磨平整，采用胶粘剂粘贴在砂轮基底上，再采用金刚石滚轮对砂轮进行修整，制成圆形砂轮。
在上述实施例1至实施例8中，金属镀层不限于镀镍层、镀钴层、镀铁层，还可以选择镀锌层。铁磁金属还可以选择铁、钴、镍中的两种或多种混合物。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种CBN砂轮，其特征在于：所述CBN砂轮由下列重量份的原料制成：
具有金属镀层的CBN磨粒60-70份，糊精液2-4份，以及由陶瓷成分和金属成分组成的陶瓷结合剂；
所述陶瓷成分由以下重量份的原料组成：SiO2 16-24份，Al2O3 2-3份，B2O3 3-4份，Na2O1-3份，Li2O 1-2份，ZnO 1-2份；
所述金属成分由1-5重量份的铁磁金属组成，其中，所述铁磁金属在陶瓷结合剂中形成由砂轮基底指向砂轮表面的链状结构。
2.如权利要求1所述的CBN砂轮，其特征在于：所述CBN砂轮由下列重量份的原料制成：
具有金属镀层的CBN磨粒62-67份，糊精液2.5-3.5份，以及由陶瓷成分和金属成分组成的陶瓷结合剂；
所述陶瓷成分由以下重量份的原料组成：SiO2 20.1-23份，Al2O3 2.2-2.9份，B2O3 3.5-3.8份，Na2O 2-2.5份，Li2O 1.2-1.4份，ZnO 1.2-1.6份；
所述金属成分由1.5-4重量份的铁磁金属组成。
3.如权利要求1或2所述的CBN砂轮，其特征在于：所述金属镀层为镀镍层、镀锌层、镀钴层、镀铁层中的任一种。
4.如权利要求1或2所述的CBN砂轮，其特征在于：所述铁磁金属为铁、钴、镍中的一种或多种。
5.一种制备如权利要求1-4任一项所述的CBN砂轮的方法，其特征在于：包括下列步骤：
S1、配制陶瓷成分混料：按照陶瓷结合剂的陶瓷成分比例称取原料，将SiO2、Al2O3、B2O3、Na2CO3、Li2CO3和ZnO粉末混合，其中，Na2CO3、Li2CO3分别根据其与对应氧化物分子质量的比计算得到原材料的重量份，将混合后的陶瓷成分原料进行湿法球磨，得到陶瓷成分混料；
S2、烘干过筛：将步骤S1中的陶瓷成分混料烘干，蒸发水分后，对结块的陶瓷成分原料研磨成粉末，并过筛备用；
S3、熔融水淬：将步骤S2得到的粉末进行熔融，之后将熔融的陶瓷成分液体进行水淬，得到熔块；
S4、烘干过筛：将步骤S3得到的熔块烘干并研磨成粉末，过筛得到陶瓷成分粉末备用；
S5、成型：将步骤S4得到的陶瓷成分粉末与铁磁金属、具有金属镀层的CBN磨粒和糊精液按照一定比例混合均匀，得到成型料；称取一定量的成型料压制成弧形坯条，干燥后备用；
S6、烧结：将步骤S5得到的弧形坯条置于具有保护气氛的强电磁炉中烧结，先升磁场至10-12T，后升温至810℃，保温2-3h，最后冷却取出；
S7、贴片及修整：将步骤S6中的弧形坯条打磨并粘贴在砂轮基底上，再对砂轮进行修整，制成圆形砂轮。
6.如权利要求5所述的CBN砂轮的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，将混合后的陶瓷成分原料加入去离子水和刚玉球，按照料水球的重量比为1:3:3，放入球磨机中球磨10-12h。
7.如权利要求5所述的CBN砂轮的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，研磨后的粉末过100目筛备用；
所述步骤S4中，研磨后的粉末过200目筛备用。
8.如权利要求5所述的CBN砂轮的制备方法，其特征在于：
所述步骤S3中，熔融温度为1100-1350℃，保温2-4h；将熔融后的陶瓷成分液体倒入去离子水中进行水淬，得到熔块。
9.如权利要求5所述的CBN砂轮的制备方法，其特征在于：所述步骤S6中，将步骤S5压制成型的坯条内弧面向下置于同样弧度的耐火砖上，将耐火砖置于坩埚中，并将坩埚插入强电磁炉内，保证磁感线垂直或接近垂直穿过坯条的内弧面。
10.如权利要求5-9任一项所述的CBN砂轮的制备方法，其特征在于：所述步骤S6中，在室温升至500℃之前以3℃/min的速度缓慢升温，并在500℃保温0.5-1h，之后从500℃升至810℃的过程中，以3-3.5℃/min的速度进行升温，并在810℃保温2-3h。
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