CN109531446A - 一种陶瓷结合剂、利用其得到的陶瓷结合剂金刚石修整滚轮及该滚轮的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种陶瓷结合剂、利用其得到的陶瓷结合剂金刚石修整滚轮及该滚轮的制备方法，属于砂轮修整技术领域，所述修整滚轮由下述重量百分比的原料组成：30‑60%陶瓷结合剂，20‑25%金刚石，15‑50%刚玉微粉；其中陶瓷结合剂的组成为：45~50wt%SiO2，5~10wt% GeO2，10~20wt%B2O3，3~8wt%Al2O3，5~10wt%ZnO，10~15wt%Li2O，1~5wt%Bi2O3，0.5~1.5wt%ZrO2，0.2~0.8wt%Y2O3。本发明中含有高含量的陶瓷结合剂，金刚石滚轮抗折强度可达90‑150MPa，气孔率在30‑40%之间，有效提升了滚轮的使用寿命。

Description

一种陶瓷结合剂、利用其得到的陶瓷结合剂金刚石修整滚轮 及该滚轮的制备方法
技术领域
本发明属于砂轮修整技术领域，尤其涉及一种陶瓷结合剂、利用其得到的陶瓷结合剂金刚石修整滚轮及该滚轮的制备方法。
背景技术
众所周知，金刚石修整滚轮能够在极短的时间内，把砂轮圆周表面修整成与零件相吻合的精确形面，使加工件得到令人满意的精度和表面粗糙度，磨削效率又较高，深受企业的欢迎。高质量的金刚石修整滚轮应具有三个特性：（1）滚轮的形面应具有较高的形位和尺寸精度；（2）滚轮形面上的金刚石应具有好的等高性；（3）滚轮的形面应具有良好的耐磨性。由此可见，金刚石修整滚轮制造技术是集超硬材料、精密加工、粉末冶金、电沉积、精密测量和金刚石形面修型等技术于一体的高新技术。
陶瓷CBN砂轮具有热化学稳定性好，磨削效率高，磨削精度好等优点，被广泛应用在黑色金属的磨削上。在使用过程中，由于磨削区域高温、粘附等作用，砂轮工作表面的磨粒会逐渐钝化；同时，砂轮工作表面的磨粒会因不均匀磨损而失去原有的几何形状；此外，由于高速磨削的磨屑非常细小，很容易堵塞砂轮工作表面空隙。为使CBN砂轮始终保持良好的磨削状态，在磨削过程中必须对砂轮进行修整。
目前，用于修整陶瓷CBN砂轮的滚轮主要为电镀金刚石滚轮和烧结金刚石滚轮。但电镀金刚石滚轮只有一层金刚石，磨损较快，使用寿命有限；烧结金刚石滚轮中结合剂对金刚石把持力强，使用寿命长，但随着滚轮的磨损，金刚石磨粒或者CVD金刚石条不能重新出刃，滚轮钝化后修整的CBN砂轮锋利性也会降低，从而造成工件的烧伤和粗糙度超差的情况出现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶瓷结合剂、利用其得到的陶瓷结合剂金刚石修整滚轮及该滚轮的制备方法。
基于上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种陶瓷结合剂，由下述原料混合组成：45~50wt%SiO2，5~10wt% GeO2，10~20wt%B2O3，3~8wt%Al2O3，5~10wt%ZnO，10~15wt%Li2O，1~5wt%Bi2O3，0.5~1.5wt%ZrO2，0.2~0.8wt%Y2O3。
进一步地，所述陶瓷结合剂的组成为：47wt%SiO2，7wt% GeO2，16wt%B2O3，5wt%Al2O3，8wt%ZnO，12wt%Li2O，3.5wt%Bi2O3，1wt%ZrO2，0.5wt%Y2O3。
一种陶瓷结合剂金刚石修整滚轮，由下述重量百分比的原料组成：30-60%陶瓷结合剂，20-25%金刚石，15-50%刚玉微粉。
所述金刚石粒度为35/40-170/200（本申请中金刚石粒度标识方法是按照《GB_T6406-2016_超硬磨料 粒度检验》中对金刚石粒度标识及检验标准进行标识的）。
进一步地，所述刚玉微粉指的是白刚玉、棕刚玉、单晶刚玉、微晶刚玉、锆刚玉当中的一种，粒度范围为W2.5-W40。
上述的陶瓷结合剂金刚石修整滚轮的制备方法，包括如下步骤：
（1）将金刚石颗粒用15~25wt%糊精液进行喷雾润湿，使金刚石颗粒增重5-8%；
（2）将陶瓷结合剂和刚玉微粉混合均匀，过80目筛网3~5遍；
（3）将步骤（2）混好的料加入步骤（1）中，混合均匀；
（4）用30-50MPa压力常温模压（在钢磨具内进行压制）成型，保压10-30s；
（5）常温自然干燥10-12h，75~85℃烘箱干燥12-15h；
（6）用10-15℃/min的速度升温至800-850℃，保温2-3h；
（7）冷却出炉后按图纸进行后加工即得陶瓷结合剂金刚石滚轮。
本发明的有益效果：（1）本发明中含有高含量的陶瓷结合剂，金刚石滚轮抗折强度可达90-150MPa，气孔率在30-40%之间，有效提升了滚轮的使用寿命。
（2）本发明中添加一定量的刚玉微粉，一方面增强结合剂胎体的强度，另一方面可以减少滚轮中金刚石磨粒的氧化作用。
（3）本发明在保持高寿命的同时，具有持续锋利的优势，用其修整的陶瓷CBN砂轮磨削精度好，耐用度高，使用寿命可提升30%以上。
附图说明
图1 为实施例1制备的陶瓷结合剂金刚石修整滚轮的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
一种陶瓷结合剂金刚石修整滚轮，由下述重量百分比的原料组成：30%陶瓷结合剂，20%金刚石，50%刚玉微粉；其中陶瓷结合剂的组成为：47wt%SiO2，7wt% GeO2，16wt%B2O3，5wt%Al2O3，8wt%ZnO，12wt%Li2O，3.5wt%Bi2O3，1wt%ZrO2，0.5wt%Y2O3。
所述金刚石粒度为170/200。
进一步地，所述刚玉微粉指的是白刚玉，粒度为W40。
上述的陶瓷结合剂金刚石修整滚轮的制备方法，包括如下步骤：
（1）将金刚石颗粒用20wt%糊精液（将糊精粉溶于水中配制而成，下同）进行喷雾润湿，使金刚石颗粒增重6%；
（2）将陶瓷结合剂和刚玉微粉混合均匀，过80目筛网3遍；
（3）将步骤（2）混好的料缓慢加入步骤（1）中，混合均匀；
（4）用30MPa压力常温模压（在钢磨具内进行压制）成型，保压10s；
（5）常温自然干燥12h，80℃烘箱干燥12h；
（6）用10℃/min的速度升温至850℃，保温2h；
（7）冷却出炉后按图纸进行后加工即得陶瓷结合剂金刚石滚轮。
上述制备的陶瓷结合剂金刚石修整滚轮显微结构如图1所示，气孔率40%，气孔大小一致，分布均匀，滚轮抗折强度可达95MPa。制备成直径109mm，金刚石层厚度1.5mm的滚轮，用于修整直径4mm的陶瓷CBN内圆磨砂轮，耐用度较金属烧结滚轮修整后提升50%，砂轮寿命可达2500件以上。
实施例2
一种陶瓷结合剂金刚石修整滚轮，由下述重量百分比的原料组成：60%陶瓷结合剂，25%金刚石，15%刚玉微粉；其中陶瓷结合剂的组成为：47wt%SiO2，7wt% GeO2，16wt%B2O3，5wt%Al2O3，8wt%ZnO，12wt%Li2O，3.5wt%Bi2O3，1wt%ZrO2，0.5wt%Y2O3。
所述金刚石粒度为35/40。
进一步地，所述刚玉微粉指的是棕刚玉，粒度为W2.5。
上述的陶瓷结合剂金刚石修整滚轮的制备方法，包括如下步骤：
（1）将金刚石颗粒用25wt%糊精液进行喷雾润湿，使金刚石颗粒增重8%；
（2）将陶瓷结合剂和刚玉微粉混合均匀，过80目筛网4遍；
（3）将步骤（2）混好的料缓慢加入步骤（1）中，混合均匀；
（4）用50MPa压力常温模压（在钢磨具内进行压制）成型，保压30s；
（5）常温自然干燥12h，80℃烘箱干燥15h；
（6）用10℃/min的速度升温至800℃，保温3h；
（7）冷却出炉后按图纸进行后加工即得陶瓷结合剂金刚石滚轮。
上述制备的陶瓷结合剂金刚石修整滚轮气孔率30%，气孔大小一致，分布均匀，滚轮抗折强度可达150MPa。制备成直径200mm，金刚石层厚度2mm的滚轮，用于修整直径450mm的陶瓷CBN外圆磨砂轮，工件精度可达±0.005mm，滚轮寿命较电镀金刚石滚轮提升30%。
实施例3
一种陶瓷结合剂金刚石修整滚轮，由下述重量百分比的原料组成：40%陶瓷结合剂，22%金刚石，38%刚玉微粉；其中陶瓷结合剂的组成为：45wt%SiO2，10wt% GeO2，20wt%B2O3，3wt%Al2O3，5wt%ZnO，15wt%Li2O，1wt%Bi2O3，0.5wt%ZrO2，0.5wt%Y2O3。
所述金刚石粒度为50/60。
进一步地，所述刚玉微粉指的是单晶刚玉，粒度为W10。
上述的陶瓷结合剂金刚石修整滚轮的制备方法，包括如下步骤：
（1）将金刚石颗粒用15wt%糊精液进行喷雾润湿，使金刚石颗粒增重5%；
（2）将陶瓷结合剂和刚玉微粉混合均匀，过80目筛网3遍；
（3）将步骤（2）混好的料缓慢加入步骤（1）中，混合均匀；
（4）用40MPa压力常温模压（在钢磨具内进行压制）成型，保压20s；
（5）常温自然干燥12h，75℃烘箱干燥15h；
（6）用12℃/min的速度升温至840℃，保温2.5h；
（7）冷却出炉后按图纸进行后加工即得陶瓷结合剂金刚石滚轮。
上述制备的陶瓷结合剂金刚石修整滚轮气孔率35%，气孔大小一致，分布均匀，滚轮抗折强度可达115MPa。制备成直径400mm，金刚石层厚度2mm的滚轮，用于修整直径32mm的陶瓷CBN内圆磨砂轮，耐用度较金属烧结滚轮修整后提升80%，砂轮寿命可达5000件以上。
实施例4
一种陶瓷结合剂金刚石修整滚轮，由下述重量百分比的原料组成：45%陶瓷结合剂，23%金刚石，32%刚玉微粉；其中陶瓷结合剂的组成为：50wt%SiO2，5.2wt% GeO2，10wt%B2O3，8wt%Al2O3，10wt%ZnO，10wt%Li2O，5wt%Bi2O3，1wt%ZrO2，0.8wt%Y2O3。
所述金刚石粒度为80/100。
进一步地，所述刚玉微粉指的是微晶刚玉，粒度为W20。
上述的陶瓷结合剂金刚石修整滚轮的制备方法，包括如下步骤：
（1）将金刚石颗粒用20wt%糊精液进行喷雾润湿，使金刚石颗粒增重6%；
（2）将陶瓷结合剂和刚玉微粉混合均匀，过80目筛网5遍；
（3）将步骤（2）混好的料缓慢加入步骤（1）中，混合均匀；
（4）用40MPa压力常温模压（在钢磨具内进行压制）成型，保压15s；
（5）常温自然干燥10h，85℃烘箱干燥13h；
（6）用13℃/min的速度升温至830℃，保温2h；
（7）冷却出炉后按图纸进行后加工即得陶瓷结合剂金刚石滚轮。
上述制备的陶瓷结合剂金刚石修整滚轮气孔率37%，气孔大小一致，分布均匀，滚轮抗折强度可达125MPa。制备成直径150mm，金刚石层厚度1.4mm的滚轮，用于修整直径450mm的陶瓷CBN端面磨砂轮，工件精度可达±0.007mm，滚轮寿命较电镀金刚石滚轮提升30%。砂轮寿命可达12000件以上。
实施例5
一种陶瓷结合剂金刚石修整滚轮，由下述重量百分比的原料组成：50%陶瓷结合剂，24%金刚石，26%刚玉微粉；其中陶瓷结合剂的组成为：48wt%SiO2，8wt% GeO2，14wt%B2O3，5wt%Al2O3，10wt%ZnO，11wt%Li2O，3wt%Bi2O3，0.8wt%ZrO2，0.2wt%Y2O3。
所述金刚石粒度为120/140。
进一步地，所述刚玉微粉指的是锆刚玉，粒度为W28。
上述的陶瓷结合剂金刚石修整滚轮的制备方法，包括如下步骤：
（1）将金刚石颗粒用20%浓度糊精液进行喷雾润湿，使金刚石颗粒增重6%；
（2）将陶瓷结合剂和刚玉微粉混合均匀，过80目筛网3遍；
（3）将步骤（2）混好的料缓慢加入步骤（1）中，混合均匀；
（4）用45MPa压力常温模压（在钢磨具内进行压制）成型，保压22s；
（5）常温自然干燥12h，80℃烘箱干燥14h；
（6）用11℃/min的速度升温至820℃，保温2h。
（7）冷却出炉后按图纸进行后加工即得陶瓷结合剂金刚石滚轮。
上述制备的陶瓷结合剂金刚石修整滚轮气孔率38%，气孔大小一致，分布均匀，滚轮抗折强度可达135MPa。制备成直径110mm，金刚石层厚度1.6mm的滚轮，用于修整直径45mm的陶瓷CBN内圆磨砂轮，耐用度较金属烧结滚轮修整后提升100%，砂轮寿命可达20000件以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种陶瓷结合剂，其特征是，由下述原料混合组成：45~50wt%SiO2，5~10wt% GeO2，10~20wt%B2O3，3~8wt%Al2O3，5~10wt%ZnO，10~15wt%Li2O，1~5wt%Bi2O3，0.5~1.5wt%ZrO2，0.2~0.8wt%Y2O3。
2.根据权利要求1所述陶瓷结合剂，其特征是，所述陶瓷结合剂的组成为：47wt%SiO2，7wt% GeO2，16wt%B2O3，5wt%Al2O3，8wt%ZnO，12wt%Li2O，3.5wt%Bi2O3，1wt%ZrO2，0.5wt%Y2O3。
3.利用权利要求1或2所述陶瓷结合剂得到的陶瓷结合剂金刚石修整滚轮，其特征是，由下述重量百分比的原料组成：30-60%陶瓷结合剂，20-25%金刚石，15-50%刚玉微粉。
4.根据权利要求3所述陶瓷结合剂金刚石修整滚轮，其特征是，所述金刚石粒度为35/40至170/200。
5.根据权利要求3所述陶瓷结合剂金刚石修整滚轮，其特征是，所述刚玉微粉指的是白刚玉、棕刚玉、单晶刚玉、微晶刚玉、锆刚玉当中的一种，粒度范围为W2.5-W40。
6.权利要求3所述的陶瓷结合剂金刚石修整滚轮的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
（1）将金刚石颗粒用15~25wt%糊精液进行喷雾润湿，使金刚石颗粒增重5-8%；
（2）将陶瓷结合剂和刚玉微粉混合均匀，过80目筛网3~5遍；
（3）将步骤（2）混好的料缓慢加入步骤（1）中，混合均匀；
（4）用30-50MPa压力常温模压成型，保压10-30s；
（5）常温自然干燥10-12h，75~85℃烘箱干燥12-15h；
（6）用10-15℃/min的速度升温至800-850℃，保温2-3h；
（7）冷却出炉后按图纸进行后加工即得陶瓷结合剂金刚石滚轮。
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