CN110315443A - 一种金刚石磨具的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金刚石磨具制备领域，涉及一种金刚石磨具的制备方法。所述的制备方法包括以下步骤：a、按配方称取碳酸钠、氢氧化铝、二氧化硅、硼酸，将其混合、研磨、过筛，得到混合料；b、将步骤a制得的混合料压块、熔炼、水淬，得到玻璃料；c、将步骤b制得的产物干燥、研磨、过筛，得到陶瓷结合剂；d、将步骤c获得的产物先与预合金粉混合，然后与金刚石进行混合，加入临时粘结剂，混匀，密封放置12h；e、将步骤d得到混合料制成磨具毛坯，用微波炉或放电等离子烧结炉烧结，制得金属陶瓷结合剂金刚石磨具。本方法具有磨具自锐性好、烧成温度低、烧成速度快、节约能源等特点，易于工业化生产。
Description
技术领域
本发明提供了一种金刚石磨具的制备方法，属于金刚石磨具制备技术领域。
背景技术
金刚石磨具中金刚石磨粒的优异性能是否充分发挥，对磨具的磨削效果影响很大。金属结合剂具有较高的强度和硬度及对金刚石较高的把持力，但修锐困难，磨具中磨钝的金刚石磨粒难以出刃。而陶瓷结合剂具有极高的硬度，但韧性不足，由于结合剂强度不高，磨粒过早脱落，金刚石性能不能得到充分发挥。
为了使金刚石磨粒的优异性能得到充分发挥，同时解决磨具修锐困难问题，我们将韧性和强度较高的金属结合剂与强度较低的陶瓷结合剂结合，制得金属陶瓷结合剂。金属陶瓷结合剂不仅可以有效解决金属结合剂修锐困难的问题，同时可以解决陶瓷结合剂强度较低的问题，通过调整金属结合剂与陶瓷结合剂的比例，可以最大限度地解决生产中所遇到问题。
预合金粉具有比机械混合粉末元素分布更均匀的特点，从根本上避免了成分偏析，使胎体组织更加均匀，大大降低了金属原子烧结所需的活化能。所以，我们采用预合金粉代替传统机械混合的金属粉末，使胎体具有更高的硬度和抗冲击强度，大大提高金刚石烧结制品的抗压和抗弯强度。此外，预合金粉与陶瓷结合剂相结合，可以细化陶瓷结合剂，使陶瓷结合剂具有强度高、比表面积大、粒度小、韧性好、烧结温度低等特征。将预合金粉与陶瓷粉结合的金属陶瓷结合剂应用于金刚石磨具，有助于解决金属和陶瓷磨具在加工中存在的一些问题。
微波烧结法和放电等离子体烧结法均采用内部加热的方式，微波烧结方式为使材料内部的原子振动的加热方式，放电等离子烧结方式为在粉末颗粒间直接通入脉冲电流进行加热。微波烧结和放电等离子烧结均能使材料快速均匀地受热而不会引起结合剂开裂或在结合剂内形成热应力，使金属陶瓷结合剂内部形成均匀的细晶结构，进而改善金属陶瓷结合剂的性能，增强金刚石磨具的强度，提高磨具的使用和加工性能。另外，采用微波烧结和放电等离子烧结均能够降低烧结温度，缩短烧结时间，且制备的金属陶瓷结合剂磨具组织均匀、致密。
因此，为了更好地提高金属陶瓷结合剂金刚石磨具的性能，有必要探索一种可实现低温、快速制备性能优异的金属陶瓷结合剂金刚石磨具的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备金刚石磨具的新方法，以便得到性能优良的金刚石磨具，使得金刚石磨具满足加工工业的高速、高效、高精度磨削的迫切需求。该方法具有能源消耗少、生产成本低，且工艺简单等特点。
本发明的金属陶瓷结合剂金刚石磨具的制备方法包括以下步骤：
a、按质量百分比取48％的氧化硅、12％的氢氧化铝、19％的硼酸、21%碳酸钠混匀，研磨后过100～200目筛，混合得到陶瓷结合剂原料；
b、将步骤a制得的混合料压制成“8”字块，放入高温炉内在1400～1500℃条件下进行1～4h的熔炼，然后用水淬法将原料急冷，得到玻璃料；
c、将步骤b制得的产物于电热鼓风干燥箱中在80～120℃条件下干燥8～12h，研磨，过200～400目筛，得到基础陶瓷结合剂；
d、将步骤c获得的基础陶瓷结合剂分为4组，分别加入50%、60%、70%、80%的预合金粉末，然后将每组结合剂与金刚石以合适的配方进行混合，加入石蜡作为临时粘结剂，混匀，密封放置12h；
e、将步骤d得到的4组混合料分别压制成磨具毛坯，用微波烧结炉或放电等离子烧结炉进行烧结，制得本发明的金属陶瓷结合剂金刚石磨具。
本发明所述混合、球磨是在高能球磨机或滚动球磨机中一种设备中进行。
本发明所述陶瓷结合剂的熔炼温度为1400～1500℃，熔炼时间为1～4h。
本发明所述的金属陶瓷结合剂为不同预合金粉和陶瓷粉的混合物。
本发明所述陶瓷结合剂的干燥温度为80～120℃，干燥时间为8～12h。
本发明所述金属陶瓷结合剂金刚石磨具的烧成设备为微波烧结炉或放电等离子烧结炉。
本发明相比现有制备金属或陶瓷结合剂金刚石磨具的方法，具有如下有益效果：
（1）烧成温度低，烧结时间短，节约能源。相对传统无压烧结金属和陶瓷磨具的方法，本制备方法可以大幅度降低反应温度，缩短反应时间，有效节约能源。
（2）烧成磨具样品结构均匀。微波烧结法具有内外同步加热的效果，制得的磨具不易开裂或形成内部热应力；放电等离子烧结具有通过脉冲电流产生等离子体的烧结及在烧结过程中同时加压的特点，使材料内部快速致密。
（3）性能优异。本发明制得的金刚石磨具具有抗弯强度大、硬度高、磨削性能好、使用寿命长等优点。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例作进一步描述：
实施例1：
按重量比称取48g的氧化硅、12g的氢氧化铝、19g的硼酸、21g碳酸钠，经充分混合后，然后将混合料按一定升温速率升高到1500℃，并保温1h。经水冷、干燥（干燥温度为80℃，干燥时间为12h）、球磨后，获得基础陶瓷结合剂。将基础陶瓷结合剂分为四组，分别加入50%、60%、70%、80%预合金粉末，混匀，再加入适量的金刚石，以石蜡作为临时粘结剂，混匀，密封静置12h，经压制、干燥、800℃下微波烧结等工艺制得金刚石磨具，分别测定结合剂的硬度和磨具的抗折强度。结果显示：相对传统烧结方式，磨具的硬度和抗折强度分别提高6-12%和8-13%。
实施例2：
按重量比称取24g的氧化硅、6g的氢氧化铝、9.5g的硼酸、10.5g碳酸钠，经充分混合后，然后将混合料按一定升温速率升高到1400℃，并保温4h。经水冷、干燥（干燥温度为120℃，干燥时间为8h）、球磨后，获得基础陶瓷结合剂。将基础陶瓷结合剂分为四组，分别加入50%、60%、70%、80%预合金粉末，混匀，再加入适量的金刚石，以石蜡作为临时粘结剂，混匀，密封静置12h，经压制、干燥、750℃下放电等离子烧结等工艺制得金刚石磨具，分别测定结合剂的硬度和磨具的抗折强度。结果显示：相对传统烧结方式，磨具的硬度和抗折强度分别提高12-16%和11-16%。
实施例3：
按重量比称取36g的氧化硅、8g的氢氧化铝、12.7g的硼酸、14g碳酸钠，经充分混合后，然后将混合料按一定升温速率升高到1450℃，并保温2h。经水冷、干燥（干燥温度为100℃，干燥时间为10h）、球磨后，获得基础陶瓷结合剂。将基础陶瓷结合剂分为四组，分别加入50%、60%、70%、80%预合金粉末，混匀，再加入适量的金刚石，以石蜡作为临时粘结剂，混匀，密封静置12h，经压制、干燥、750℃下微波烧结等工艺制得金刚石磨具，分别测定结合剂的硬度和磨具的抗折强度。结果显示：相对传统烧结方式，磨具的硬度和抗折强度分别提高8-13%和9-14%。
实施例4：
按重量比称取48g的氧化硅、12g的氢氧化铝、19g的硼酸、21g碳酸钠，经充分混合后，然后将混合料按一定升温速率升高到1500℃，并保温1～4h。经水冷、干燥（干燥温度为90℃，干燥时间为9h）、球磨后，获得基础陶瓷结合剂。将基础陶瓷结合剂分为四组，分别加入50%、60%、70%、80%预合金粉末，混匀，再加入适量的金刚石，以石蜡作为临时粘结剂，混匀，密封静置12h，经压制、干燥、800℃下放电等离子烧结等工艺制得金刚石磨具，分别测定结合剂的硬度和磨具的抗折强度。结果显示：相对传统烧结方式，磨具的硬度和抗折强度分别提高13-18%和12-17%。
Claims (6)
1.一种金刚石磨具的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
a、按质量百分比取48％的氧化硅、12％的氢氧化铝、19％的硼酸、21%碳酸钠混匀，研磨后过100～200目筛，混合得到陶瓷结合剂原料；
b、将步骤a制得的混合料压制成“8”字块，放入高温炉内在1400～1500℃条件下进行1～4h的熔炼，然后用水淬法将原料急冷，得到玻璃料；
c、将步骤b制得的产物于电热鼓风干燥箱中在80～120℃条件下干燥8～12h，研磨，过200～400目筛，得到基础陶瓷结合剂；
d、将步骤c获得的基础陶瓷结合剂分为4组，分别加入50%、60%、70%、80%的预合金粉末，然后将每组结合剂与金刚石以合适的配方进行混合，加入石蜡作为临时粘结剂，混匀，密封放置12h；
e、将步骤d得到的4组混合料分别压制成磨具毛坯，用微波烧结炉或放电等离子烧结炉进行烧结，制得本发明的金属陶瓷结合剂金刚石磨具。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述混合、球磨是在高能球磨机或滚动球磨机中一种设备中进行。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述陶瓷结合剂的熔炼温度为1400～1500℃，熔炼时间为1～4h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的金属陶瓷结合剂为不同预合金粉和陶瓷粉的混合物。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述陶瓷结合剂的干燥温度为80～120℃，干燥时间为8～12h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述金属陶瓷结合剂金刚石磨具的烧成设备为微波烧结炉或放电等离子烧结炉。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191011 |