CN112659003B

CN112659003B - 一种自锐性超硬材料砂轮及其制备方法

Info

Publication number: CN112659003B
Application number: CN202011482708.7A
Authority: CN
Inventors: 郝素叶; 孙冠男; 赵炯; 李大水; 许本超; 王思亮
Original assignee: Zhengzhou Research Institute for Abrasives and Grinding Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Research Institute for Abrasives and Grinding Co Ltd
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2022-06-03
Anticipated expiration: 2040-12-16
Also published as: CN112659003A

Abstract

本发明涉及一种自锐性超硬材料砂轮的制备方法，其包括如下步骤：金刚石微粉、陶瓷结合剂和糊精液经混合、造粒、烧结后得到陶瓷结合剂磨料球；将步骤（1）制备的陶瓷结合剂磨料球、陶瓷结合剂和糊精液混合、造粒、烧结后得到多孔磨料球；将步骤（2）所得多孔磨料球和树脂结合剂混合、热压烧结、整形后即得。本发明砂轮加工效率高、加工质量好，特别适合超精密磨削和抛光，并且制备方法简单，容易进行工业化生产。

Description

一种自锐性超硬材料砂轮及其制备方法

技术领域

本发明属于超硬材料制备技术领域，具体涉及一种自锐性超硬材料砂轮及其制备方法。

背景技术

树脂结合剂砂轮自锐性好、弹性高，用于蓝宝石、光学玻璃、半导体材料等难加工材料的高效精密加工具有明显优势。然而树脂结合剂砂轮常用磨料为单晶金刚石微粉，其具有强度高、表面光滑的特点，磨钝后的金刚石会整颗脱落，无法通过自身微破碎实现自锐，导致金刚石利用率和砂轮的使用寿命大大降低，并且脱落的大颗粒金刚石在后续的磨削过程中极易造成工件深划伤，降低工件加工质量。

发明内容

本发明针对现有技术中树脂结合剂金刚石砂轮存在的制备难题，提供一种树脂结合剂金刚石砂轮及其制备方法。本发明提供的树脂结合剂的自锐性超硬材料砂轮加工质量好，稳定可靠，成品率高，且制备方法简单，容易进行工业化生产。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种自锐性超硬材料砂轮的制备方法，其包括如下步骤：

（1）陶瓷结合剂磨料球制备：金刚石微粉、陶瓷结合剂和糊精液经混合、造粒、烧结后得到陶瓷结合剂磨料球；

（2）多孔磨料球制备：将步骤（1）制备的陶瓷结合剂磨料球、陶瓷结合剂和糊精液混合、造粒、烧结后得到多孔磨料球；

（3）砂轮制备：将步骤（2）所得多孔磨料球、树脂结合剂、碳化硅微粉混合、热压烧结、整形后制得树脂结合剂的自锐性超硬材料砂轮。

具体的，步骤1）中，金刚石微粉的粒度为3-10μm，陶瓷结合剂粉的粒径为0.5-5μm，两者重量比为1:5-3，糊精液为金刚石微粉重量的5-10%，制得的陶瓷结合剂磨料球的平均粒径为10-62μm。烧结曲线为：以50℃/h的速率升温到450℃，保温0.5h，然后以100℃/h的速率升温到780℃，保温0.5h。

具体的，步骤2）中，陶瓷结合剂占陶瓷结合剂与陶瓷结合剂磨料球总重量的0-10%，糊精液占陶瓷结合剂磨料球重量的6%-10%，制得的多孔磨料球的平均粒径为34-165μm，烧结曲线同步骤（1）。

具体的，步骤3）中，砂轮制备时，各原料体积百分比为：多孔磨料球50-75%、树脂结合剂20-35%、碳化硅微粉5-15%。树脂结合剂优选为圣泉PF2896，

具体的，步骤3）中，砂轮热压温度为180℃，压力为15MPa，时间为4min。

本发明中，陶瓷结合剂购买自佛山市晶谷材料科技有限公司。

本发明还提供了采用上述制备方法制备得到的自锐性超硬材料砂轮。

和现有技术相比，本发明具有有益效果：

1.多孔磨料球含有多颗磨料，磨削过程中磨钝的磨料脱落后，磨料球会产生新的磨削刃，从而保证磨具持续的磨削能力，而且脱落得到磨料颗粒较小会随着磨具的冷却水带出磨削面，不至于产生划痕；

2，本发明提供的磨料为多孔结构，在砂轮制备过程中，熔融的树脂结合剂会浸渗到多孔结构中，增加了结合剂对磨料的把持力，进而提高砂轮的寿命；

3，用微粉代替大颗粒金刚石实现高效加工，可大幅节约成本；

4，砂轮中的磨料以球状的形式存在于砂轮中，提高了砂轮的成型性和自锐性。

附图说明

图1为本发明所述砂轮的制备工艺流程图；

图2为本发明所述砂轮的组织结构示意图，图中：1为树脂结合剂；2为磨料金刚石微粉；3为陶瓷结合剂磨料球；4为多孔磨料球；

图3为切割崩口对比图（a为对比例1，b为实施例2）；

图4为本发明所述砂轮的切割效果图。

具体实施方式

为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明中，糊精液的制备具体为：向烧沸的蒸馏水中加入糊精粉，搅拌均匀，自然冷却备用，其中糊精粉与蒸馏水的质量比为3:10。树脂结合剂选用圣泉PF2896。

实施例1

一种自锐性超硬材料砂轮的制备方法，其工艺流程如图1所示，具体包括以下步骤：

（1）陶瓷结合剂磨料球制备：金刚石微粉、陶瓷结合剂、糊精液经混合、造粒、烧结后得到陶瓷结合剂磨料球；其中，陶瓷结合剂与金刚石微粉的重量比为1:3，糊精液为金刚石微粉质量的10%；

其中金刚石平均粒径为3μm，陶瓷结合剂平均粒径为0.5μm，制得的磨料球的平均粒径为10μm，烧结曲线为：以50℃/h的速率升温到450℃，保温0.5h，然后以100℃/h的速率升温到780℃，保温0.5h。

（2）多孔磨料球制备：将步骤（1）制备的陶瓷结合剂磨料球与糊精液混合、造粒、烧结后得到多孔磨料球；其中，糊精液占陶瓷结合剂磨料球重量的10%；

其中多空磨料球的平均粒径为34μm，烧结曲线与步骤（1）相同。

（3）砂轮制备：将步骤（2）所得多孔磨料球、树脂结合剂、碳化硅微粉混合、热压烧结（热压温度为180℃，压力为15MPa，时间为4min）、整形后制得树脂结合剂的自锐性超硬材料砂轮。其中，砂轮制备时各原料的体积百分比为：多孔磨料球75%、树脂结合剂20%、碳化硅微粉5%。

实施例2

一种自锐性超硬材料砂轮的制备方法具体包括以下步骤：

（1）陶瓷结合剂磨料球制备：金刚石微粉、陶瓷结合剂、糊精液经混合、造粒、烧结后得到陶瓷结合剂磨料球；其中，陶瓷结合剂与金刚石微粉的重量比为1:5，糊精液为金刚石微粉质量的5%；

其中金刚石平均粒径为10μm，陶瓷结合剂平均粒径为5μm，制得的磨料球的平均粒径为62μm，烧结曲线为：以50℃/h的速率升温到450℃，保温0.5h，然后以100℃/h的速率升温到780℃，保温0.5h。

（2）多孔磨料球制备：将步骤（1）制备的陶瓷结合剂磨料球、陶瓷结合剂、糊精液混合、造粒、烧结后得到多孔磨料球；其中，陶瓷结合剂占陶瓷结合剂与陶瓷结合剂磨料球总重量的10%，糊精液占陶瓷结合剂磨料球重量的6%；

其中多空磨料球的粒径平均粒径为165μm，烧结曲线与步骤（1）相同。

（3）砂轮制备：将步骤（2）所得多孔磨料球、树脂结合剂、碳化硅微粉混合、热压烧结（热压温度为180℃，压力为15MPa，时间为4min）、整形后制得树脂结合剂的自锐性超硬材料砂轮，其理论组织结构示意图见图2。其中，砂轮制备时各原料的体积百分比为：多孔磨料球65%、树脂结合剂28%、碳化硅微粉7%。

实施例3

一种自锐性超硬材料砂轮的制备方法具体包括以下步骤：

（1）陶瓷结合剂磨料球制备：金刚石微粉、陶瓷结合剂、糊精液经混合、造粒、烧结后得到陶瓷结合剂磨料球；其中，陶瓷结合剂与金刚石微粉的重量比为1:4，糊精液为金刚石微粉质量的8%；

其中金刚石平均粒径为7μm，陶瓷结合剂平均粒径为3μm，制得的磨料球的平均粒径为32μm，烧结曲线为：以50℃/h的速率升温到450℃，保温0.5h，然后以100℃/h的速率升温到780℃，保温0.5h。

（2）多孔磨料球制备：将步骤（1）制备的陶瓷结合剂磨料球、陶瓷结合剂、糊精液混合、造粒、烧结后得到多孔磨料球；其中，陶瓷结合剂占陶瓷结合剂与陶瓷结合剂磨料球总重量的5%，糊精液占陶瓷结合剂磨料球重量的8%；

其中多空磨料球的粒径平均粒径为105μm，烧结曲线与步骤（1）相同。

（3）砂轮制备：将步骤（2）所得多孔磨料球、树脂结合剂、碳化硅微粉混合、热压烧结（热压温度为180℃，压力为15MPa，时间为4min）、整形后制得树脂结合剂的自锐性超硬材料砂轮。其中，砂轮制备时各原料的体积百分比为：多孔磨料球50%、树脂结合剂35%、碳化硅微粉15%。

对比例1

一种超硬材料砂轮的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）金刚石陶瓷结合剂一次混合料：金刚石微粉、陶瓷结合剂、糊精液经球磨混合、烧结、研磨、过筛（400目）后得到混合料；其中，陶瓷结合剂与金刚石微粉的重量比为1:5，糊精液为金刚石微粉质量的5%；

其中金刚石平均粒径为10μm，陶瓷结合剂平均粒径为5μm，烧结曲线为：以50℃/h的速率升温到450℃，保温0.5h，然后以100℃/h的速率升温到780℃，保温0.5h。

（2）金刚石陶瓷结合剂二次混合料：将步骤（1）制备的金刚石陶瓷结合剂一次混合料、陶瓷结合剂、糊精液混合、烧结、研磨、过筛（400目）后得到金刚石陶瓷结合剂二次混合料；其中，陶瓷结合剂占陶瓷结合剂与金刚石陶瓷结合剂一次混合料总重量的10%，糊精液占金刚石陶瓷结合剂一次混合料重量的6%，烧结曲线与步骤（1）相同。

（3）砂轮制备：将步骤（2）所得金刚石陶瓷结合剂二次混合料、树脂结合剂、碳化硅微粉混合、热压烧结（热压温度为180℃，压力为15MPa，时间为4min）、整形后制得超硬材料砂轮。其中，砂轮制备时各原料的体积百分比为：金刚石陶瓷结合剂二次混合料65%、树脂结合剂28%、碳化硅微粉7%。

分别用实施例2和对比例1所制备的砂轮切割厚度为0.5mm氧化铝陶瓷，切割速度10mm/s,转速30000rpm，水冷却。切割结果如图3和图4所示，从图中可以看出：对比例1中磨料粒度细，切割力不足，因此切割崩口不稳定，崩口大（图3中a），实施例2所制砂轮切割工件后，工件崩口小，切割质量稳定，无突发崩裂发生（图3中b），砂轮切割品质及稳定性提升明显。

最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims

1.一种自锐性超硬材料砂轮的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（3）砂轮制备：将步骤（2）所得多孔磨料球、树脂结合剂、碳化硅微粉混合、热压烧结、整形后即得。

2.如权利要求1所述自锐性超硬材料砂轮的制备方法，其特征在于，步骤1）中，金刚石微粉与陶瓷结合剂的重量比为1:（5-3），糊精液为金刚石微粉重量的5-10%。

3.如权利要求1或2所述自锐性超硬材料砂轮的制备方法，其特征在于，步骤2）中，陶瓷结合剂占陶瓷结合剂与陶瓷结合剂磨料球总重量的0-10%，糊精液占陶瓷结合剂磨料球重量的6%-10%。

4.如权利要求3所述自锐性超硬材料砂轮的制备方法，其特征在于，步骤3）中，砂轮制备时，各原料体积百分比为：多孔磨料球50-75%、树脂结合剂20-35%、碳化硅微粉5-15%。

5.采用权利要求1至4任一所述制备方法制备得到的自锐性超硬材料砂轮。