CN110238764B - 一种陶瓷结合剂cbn磨具及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷结合剂CBN磨具及其制备方法和应用，属于耐磨材料技术领域。采用CBN磨粒和玻璃结合剂为原料，与PVB水溶液混料、造粒后，加入一定量的造孔剂，在高温模具中高温高压下烧结30min，有效抑制了晶粒异常长大，烧结后去除压力，降温至550℃保温2h，可以有效防止烧结收缩；CBN磨粒和玻璃结合剂与5％浓度的PVB水溶液混料、造粒后，再向造粒得到的颗粒表面喷洒质量浓度为5％的PVB水溶液后干燥，进一步提高了包覆颗粒的强度。制备周期短，可以大幅度降低产品成本，具有较高经济效益。

Description

一种陶瓷结合剂CBN磨具及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于耐磨材料技术领域，具体涉及一种陶瓷结合剂CBN磨具及其制备方法和应用。
背景技术
陶瓷结合剂CBN磨具以其优良性能被应用于磨削加工的各个方面，逐渐成为高效磨削、超精密磨削、磨削自动化等先进磨削技术进步的基础。先进磨削技术要求磨具在较高气孔率情况下具有较高强度，国外要求主要参数指标例如强度大于60MPa，同时气孔率高于25％。然而国内目前陶瓷结合剂CBN磨具与国外相比还存在较大差距，主要表现在一定气孔率基础上难以有效提高磨具制品强度。
提高强度方法很多，磨粒表面镀膜是其中一种方法，J D Ferguson等人采用原子沉积的方法在CBN磨粒表面镀上了Al2O3、SiO2等氧化物膜，增强了结合剂对磨粒的把持能力，臧建兵、王艳辉等人利用真空微蒸发镀膜技术在CBN表面镀覆Ti、Cr等金属膜，但是这类工艺无形中提高了制品成本，难以实现大规模生产。第二种方法是采用微晶结合剂，AlbinK Majewska等利用PbO-ZnO-B2O3玻璃体系进行析晶获得了力学性能更好的陶瓷结合剂。赵玉成等人模拟了15种氧化物形成的玻化陶瓷结合剂配方，以选择出力学性能更优良的结合剂配方。但是析晶工艺复杂，熔制困难，而且高温析晶意味着制品具有较大烧结收缩，后期整形工艺复杂。第三种方法是添加增强剂来提升磨具的强度，例如添加硼酸铝晶须、氧化铝纤维等，但是无形提高了生产成本，而且纤维在工艺中很难实现有效性能发挥。因而开发一类高气孔率、高强度、低成本、高效陶瓷结合剂CBN磨具是目前迫切需要解决的科研难题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种陶瓷结合剂CBN磨具及其制备方法和应用，本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种陶瓷结合剂CBN磨具的方法，分为以下步骤：
1)将CBN磨粒、玻璃结合剂按照质量比为1：3进行称量，加入质量浓度为5％的PVB水溶液进行搅拌式混料，PVB水溶液质量为CBN磨粒和玻璃结合剂总质量的8％，混料结束后进行过筛、造粒，向造粒得到的颗粒表面喷洒质量浓度为5％的PVB水溶液，PVB水溶液的质量为造粒得到的颗粒总质量的5％，干燥后得到玻璃结合剂包覆的CBN磨粒；
2)将质量百分比为(60％～80％)：(20％～40％)的玻璃结合剂包覆的CBN磨粒和造孔剂颗粒混料后放入高温模具进行半干压成型；
3)成型后保持成型压力300～900MPa，升温至720℃保温30min后降温至550℃保温2h，随炉冷却至室温，得到陶瓷结合剂CBN磨具。
优选地，CBN磨粒的粒径为120目，玻璃结合剂的粒径为300目。
优选地，玻璃结合剂中钠的含量为18.5％。
优选地，步骤1)和步骤2)中的混料为搅拌式混料，混料的时间为30min。
优选地，造孔剂的粒径为180目。
优选地，造孔剂颗粒为NaCl颗粒。
优选地，高温模具为锆刚玉模具。
优选地，干燥的温度为120℃。
本发明还公开了采用上述方法制备的陶瓷结合剂CBN磨具，气孔率＞25％，抗压强度＞60MPa，收缩率＜0.1％。
本发明还公开了该陶瓷结合剂CBN磨具作为砂轮、磨头和珩磨条的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明的陶瓷结合剂CBN磨具的方法，采用CBN磨粒和玻璃结合剂为原料，与PVB水溶液混料、造粒后，加入一定量的造孔剂，在高温模具中高温高压下烧结时间为30min，有效抑制了晶粒异常长大，烧结后去除压力，降温至550℃保温2h，可以有效防止烧结收缩；CBN磨粒和玻璃结合剂与5％浓度的PVB水溶液混料、造粒后，再向造粒得到的颗粒表面喷洒质量浓度为5％的PVB水溶液后干燥，进一步提高了包覆颗粒的强度。制备周期短，可以大幅度降低产品成本，具有较高经济效益。
进一步地，玻璃结合剂中钠的含量为18.5％，制成的磨具具有自润性。
进一步地，采用锆刚玉模具，具有良好的耐热耐压性能，提高了烧结时的温度和压力。
本发明的采用上述制备方法制得的陶瓷结合剂CBN磨具，具有良好的气孔率和抗压强度，收缩率很小。
本发明的陶瓷结合剂CBN磨具，作为砂轮、磨头和珩磨条等磨具时，能够满足先进磨削技术的技术要求，能够整体提高磨削加工的工艺和技术的整体水平，提高加工产品的质量。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明公开的一种陶瓷结合剂CBN磨具的制备方法：
实施例1
1)将120目的CBN磨粒、300目的玻璃结合剂粉料按照1：3的质量比混合，加入质量浓度为5％的PVB水溶液进行搅拌式混料，PVB水溶液质量为CBN磨粒和玻璃结合剂总质量的8％，进行30min的搅拌式混料，混料结束后进行过筛造粒，造粒后向颗粒表面喷洒质量浓度为5％的PVB水溶液，喷洒PVB水溶液的质量为颗粒总质量的5％，在120℃下干燥后得到玻璃结合剂包覆的CBN磨粒；
2)按80％：20％的质量百分比将玻璃结合剂包覆的CBN磨粒和180目NaCl固体颗粒，同样采用搅拌式混料方式进行混料30min，混合粉料放入锆刚玉模具进行半干压成型；
3)成型后保持成型压力为300MPa，升温至720℃后保温30min后降温至550℃保温2h后随炉冷却至室温，得到陶瓷结合剂CBN磨具。
在其余条件不变的情况，改变玻璃结合剂包覆的CBN磨粒和造孔剂颗粒混料的质量百分比、成型压力所进行的实施例2～9如表1所示，实施例1～9制得的陶瓷结合剂CBN磨具的气孔率、抗压强度、收缩率数值如表1所示。
表1
Figure BDA0002136737400000041
由表1看出，制备得到的陶瓷结合剂CBN磨具在气孔率高于25％的同时还兼具有60MPa以上的抗压强度，收缩几乎很小。

Claims (6)

1.一种陶瓷结合剂CBN磨具的制备方法，其特征在于，分为以下步骤：
1)将CBN磨粒、玻璃结合剂按照质量比为1：3进行称量，加入质量浓度为5％的PVB水溶液进行搅拌式混料，PVB水溶液质量为CBN磨粒和玻璃结合剂总质量的8％，混料结束后进行过筛、造粒，向造粒得到的颗粒表面喷洒质量浓度为5％的PVB水溶液，PVB水溶液的质量为造粒得到的颗粒总质量的5％，干燥后得到玻璃结合剂包覆的CBN磨粒；玻璃结合剂中钠的含量为18.5％；
2)将质量百分比为(60％～80％)：(20％～40％)的玻璃结合剂包覆的CBN磨粒和造孔剂颗粒混料后放入锆刚玉模具进行半干压成型；造孔剂颗粒为NaCl颗粒，造孔剂颗粒的粒径为180目；
3)成型后保持成型压力600～900MPa，升温至720℃保温30min后降温至550℃保温2h，随炉冷却至室温，得到陶瓷结合剂CBN磨具。
2.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂CBN磨具的制备方法，其特征在于，CBN磨粒的粒径为120目，玻璃结合剂的粒径为300目。
3.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂CBN磨具的制备方法，其特征在于，步骤1)和步骤2)中的混料为搅拌式混料，混料的时间为30min。
4.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂CBN磨具的制备方法，其特征在于，干燥的温度为120℃。
5.采用权利要求1～4任意一项所述陶瓷结合剂CBN磨具的制备方法所制备的陶瓷结合剂CBN磨具，气孔率＞25％，抗压强度＞60MPa，收缩率＜0.1％。
6.权利要求5所述的陶瓷结合剂CBN磨具作为砂轮、磨头和珩磨条的应用。
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