CN113894710A - 一种陶瓷结合剂磨具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种陶瓷结合剂磨具，属于磨料磨具技术领域。本发明的陶瓷结合剂磨具采用的陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：高岭石粉17％‑27％、低熔点玻璃粉1％‑3％、纳米二氧化硅1％‑5％、叶蜡石7％‑12％，余量为长石粉。本发明的陶瓷结合剂磨具，具有较高的组织均匀性和质量稳定性，并且叶蜡石为含羟基的层状铝硅酸盐，其化学式Al2[Si4O10](OH)2且在大压力时具有较好的传压能力，能够进一步提高陶瓷结合剂磨具的组织均匀性和质量稳定性；此外，纳二氧化硅能够改善结合剂高温烧结性能提高陶瓷结合剂磨具的自锐性，从而提高切削效率。

Description

一种陶瓷结合剂磨具
技术领域
本发明涉及一种陶瓷结合剂磨具，属于磨料磨具技术领域。
背景技术
陶瓷结合剂是磨料磨具行业常见的结合剂，具有质轻、自锐性较好、易修整、耐热性好、热膨胀系数小、气孔率高、不易堵塞等优点。陶瓷结合剂磨具主要采用陶瓷粉末为粘结材料，超硬材料(金刚石、CBN及其改性磨料)或普通材料(刚玉、碳化硅及其改性磨料)或超硬材料/普通材料混合物为磨料，加入适当的添加剂，通过烧结工艺而得到的制品。陶瓷结合剂磨具可以应用于大多数的磨削场合，而在轴承钢球加工领域，通常应用在硬磨工序。
结合剂的性能对陶瓷结合剂磨具的性能起着至关重要的作用，在陶瓷结合剂磨具的制造过程中，由于压制过程中压力传递不均匀，易出现组织不均的现象，造成产品报废；同时粘土作为陶瓷结合剂的主要原材料之一，受形成与产地、厂家等的影响，成分变化较大，容易造成陶瓷结合剂磨具不同批次间质量的波动较大。并且由于湿润剂对磨料润湿不充分，结合剂和磨料混合后的成型料成型性能较差，造成同一个陶瓷结合剂磨具软硬不均。这些都使得将陶瓷结合剂磨具用于轴承钢球加工时，进而造成磨后的钢球成品率低、精度低，难以满足使用需求。
发明内容
本发明提供了一种组织均匀性和质量稳定性的陶瓷结合剂磨具。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种陶瓷结合剂磨具，采用的陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：高岭石粉17％-27％、低熔点玻璃粉1％-3％、纳米二氧化硅1％-5％、叶蜡石7％-12％，余量为长石粉。
本发明的陶瓷结合剂磨具所采用的结合剂以高岭石粉、低熔点玻璃粉、纳米二氧化硅、叶石蜡和长石粉作为组成成分，具有较高的组织均匀性(即同一产品的一致性)和质量稳定性，并且叶蜡石为含羟基的层状铝硅酸盐，其化学式Al2[Si4O10](OH)2且在大压力时具有较好的传压能力，能够进一步提高陶瓷结合剂磨具的组织均匀性和质量稳定性；此外，纳二氧化硅能够改善结合剂高温烧结性能提高产品的自锐性，从而提高产品的切削效率，尤其是对于以碳化硅作为磨料或磨料之一的陶瓷结合剂磨具，纳米二氧化硅还可以预防高温烧结过程中碳化硅磨料的氧化分解，保证陶瓷结合剂磨具的磨粒率；同时纳米氧化硅在磨削过程中还可以起到研磨的作用，提高磨削表面精度。
需要说明的是低熔点玻璃粉是指软化点≤800℃的玻璃粉。进一步地，所述低熔点玻璃粉由以下质量百分比的组分组成：二氧化硅35％-38％、三氧化二铝9％-13％、三氧化二硼29％-32％、氧化钾5％-8％、氧化钠13％-17％。该低熔点玻璃粉的引入，首先可以降低磨具的烧结温度；其次烧结过程中可以是结合剂形成玻璃体，提高磨具强度；最后在烧结过程中增加结合剂的流动性和润湿性，使结合剂和磨料分布更均匀。进一步地，所述低熔点玻璃粉由以下质量百分比的组分组成：二氧化硅35％-36％、三氧化二铝10％-11％、三氧化二硼31％-32％、氧化钾7％、氧化钠15％-16％。
进一步地，所述陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：高岭石粉17％-27％、低熔点玻璃粉2％-3％、纳米二氧化硅3％-5％、叶蜡石7％-12％，余量为长石粉。
进一步地，所述低熔点玻璃粉的耐火度550-590℃。本发明中叶腊石、高岭石中会存在部分的结晶水，其最高脱水温度为500℃，为保证水分的充分挥发，选用耐火度为550-590℃的玻璃料。
进一步地，所述纳米二氧化硅的平均粒径为600-800nm。
进一步地，所述陶瓷结合剂磨具由以下质量百分比的原料制成：碳化硅18-20％、刚玉28-32％，余量为上述的陶瓷结合剂。该陶瓷结合剂磨具可用于轴承钢球的硬磨工序，显著提高钢球的成品率和加工精度。更进一步地，陶瓷结合剂磨具的制备方法，包括以下步骤：取配方量的各原料与润湿剂混匀，压制成型，干燥，得到坯料；然后将坯料在1220-1270℃进行烧结，即得。
进一步地，所述烧结的时间为8-12h。所述烧结可采用隧道窑工艺。所述压制成型采用的压力为15-20MPa。所述干燥的温度为40-45℃。干燥的时间不低于96h。所述润湿剂优选为水。
配方量的各原料与润湿剂混匀得到混合料，进一步地，将混合料进行闷料后再进行压制成型。进一步地，闷料的时间不低于48h。所述混匀是先将配方量的各原料混匀后再加入润湿剂混匀。进一步地，所述润湿剂为水。润湿剂优选为70-90℃的水。随着温度的升高，水的粘度逐渐减小，而热水的粘度小于冷水，流动性和润湿性好，故容易混制均匀。将配方量的各原料混匀是将配方量的各原料在球磨机中进行球磨后过筛。润湿剂的加入量为过筛后物料质量6-7％。各原料在球磨机中进行球磨的时间为2-3h。将配方量的各原料混匀后再加入润湿剂后混制30-40min后再次过筛后再进行闷料。
进一步地，所述陶瓷结合剂磨具为磨钢球陶瓷结合剂砂轮。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
本实施例的陶瓷结合剂磨具为陶瓷结合剂砂轮，由以下质量百分比的原料制成：碳化硅20％、刚玉30％、陶瓷结合剂50％。所采用的陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：高岭石粉17％、低熔点玻璃粉2％、纳米二氧化硅3％、叶蜡石12％，余量为长石粉。陶瓷结合剂在制备时，取配方量的各组分在球磨机中球磨2.5h后过筛即得。其中，低熔点硼玻璃粉由以下质量百分比的组分组成：二氧化硅36％、三氧化二铝11％、三氧化二硼31％、氧化钾7％、氧化钠15％；低熔点玻璃粉的耐火度为570℃。纳米二氧化硅的平均粒径为600nm。
本实施例的陶瓷结合剂砂轮采用包括以下步骤的方法制得：取配方量的碳化硅、刚玉和陶瓷结合剂在球磨机球磨2.5小时后过筛，然后加入80℃水(80℃水的加入量为球磨所得物料质量的6％)混制35min，再过筛，然后闷料48小时，压制成型(成型压力15MPa)，得到坯料；之后将坯料在40℃干燥96小时，采用隧道窑工艺烧结，烧结温度1240℃，保温8小时，即得。
实施例2
本实施例的陶瓷结合剂磨具为陶瓷结合剂砂轮，由以下质量百分比的原料制成：碳化硅20％、刚玉32％、陶瓷结合剂48％。所采用的陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：高岭石粉17％、低熔点玻璃粉2％、纳米二氧化硅3％、叶蜡石12％，余量为长石粉；陶瓷结合剂在制备时，取配方量的各组分在球磨机中球磨2.5h后过筛即得。其中，低熔点硼玻璃粉由以下质量百分比的组分组成：二氧化硅36％、三氧化二铝11％、三氧化二硼31％、氧化钾7％、氧化钠15％；低熔点玻璃粉的耐火度为570℃。纳米二氧化硅的平均粒径为600nm。
本实施例的陶瓷结合剂砂轮采用包括以下步骤的方法制得：取配方量的碳化硅、刚玉和陶瓷结合剂在球磨机球磨2.5小时后过筛，然后加入80℃水(80℃水的加入量为球磨所得物料质量的6％)后混制30min，再过筛，得到混合料；然后将混合料闷料48小时，压制成型(成型压力16MPa)，得到坯料；之后将坯料在40℃干燥96小时，采用隧道窑工艺烧结，烧结温度1270℃，保温8小时，即得。
实施例3
本实施例的陶瓷结合剂磨具为陶瓷结合剂砂轮，由以下质量百分比的原料制成：碳化硅18％、刚玉32％、陶瓷结合剂50％；所采用的陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：高岭石粉17％、低熔点玻璃粉2％、纳米二氧化硅3％、叶蜡石12％，余量为长石粉；陶瓷结合剂在制备时，取配方量的各组分在球磨机中球磨2.5h后过筛即得。其中，低熔点硼玻璃粉由以下质量百分比的组分组成：二氧化硅36％、三氧化二铝11％、三氧化二硼31％、氧化钾7％、氧化钠15％；低熔点玻璃粉的耐火度为570℃。纳米二氧化硅的平均粒径为800nm。
本实施例的陶瓷结合剂砂轮采用包括以下步骤的方法制得：取配方量的碳化硅、刚玉和陶瓷结合剂在球磨机球磨2.5小时后过筛，然后加入80℃水(80℃水的加入量为球磨所得物料质量的6％)后混制40min，再过筛，得到混合料；然后将混合料闷料48小时，压制成型(成型压力17MPa)，得到坯料；之后将坯料在40℃干燥96小时，采用隧道窑工艺烧结，烧结温度1220℃，保温12小时，即得。
实施例4
本实施例的陶瓷结合剂磨具为陶瓷结合剂砂轮，由以下质量百分比的原料制成：碳化硅20％、刚玉30％、陶瓷结合剂50％；所采用的陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：高岭石粉27％、低熔点玻璃粉3％、纳米二氧化硅5％、叶蜡石7％，余量为长石粉。陶瓷结合剂在制备时，取配方量的各组分在球磨机中球磨2.5h后过筛即得。其中，低熔点硼玻璃粉由以下质量百分比的组分组成：二氧化硅35％、三氧化二铝10％、三氧化二硼32％、氧化钾7％、氧化钠16％；低熔点玻璃粉的耐火度为560℃。纳米二氧化硅的平均粒径为700nm。
本实施例的陶瓷结合剂砂轮采用包括以下步骤的方法制得：取配方量的碳化硅、刚玉和陶瓷结合剂在球磨机球磨2.5小时后过筛，然后加入80℃水(80℃水的加入量为球磨所得物料质量的6％)后混制35min，再过筛，得到混合料；然后将混合料闷料48小时，压制成型(成型压力15MPa)，得到坯料；之后将坯料在40℃干燥96小时，采用隧道窑工艺烧结，烧结温度1240℃，保温10小时，即得。
实施例5
本实施例的陶瓷结合剂磨具为陶瓷结合剂砂轮，由以下质量百分比的原料制成：碳化硅20％、刚玉28％、陶瓷结合剂52％；所采用的陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：高岭石粉27％、低熔点玻璃粉3％、纳米二氧化硅5％、叶蜡石7％，余量为长石粉。陶瓷结合剂在制备时，取配方量的各组分在球磨机中球磨2.5h后过筛即得。其中，低熔点硼玻璃粉由以下质量百分比的组分组成：二氧化硅35％、三氧化二铝10％、三氧化二硼32％、氧化钾7％、氧化钠16％；低熔点玻璃粉的耐火度为560℃。纳米二氧化硅的平均粒径为700nm。
本实施例的陶瓷结合剂砂轮采用包括以下步骤的方法制得：取配方量的碳化硅、刚玉和陶瓷结合剂在球磨机球磨2.5小时后过筛，然后加入80℃水(80℃水的加入量为球磨所得物料质量的6％)后混制40min，再过筛，得到混合料；然后将混合料闷料48小时，压制成型(成型压力20MPa)，得到坯料；之后将坯料在40℃干燥96小时，采用隧道窑工艺烧结，烧结温度1235℃，保温12小时，即得。
实施例6
本实施例的陶瓷结合剂磨具为陶瓷结合剂砂轮，由以下质量百分比的原料制成：碳化硅18％、刚玉28％、陶瓷结合剂54％；所采用的陶瓷结合剂同实施例1。
本实施例的陶瓷结合剂砂轮采用包括以下步骤的方法制得：取配方量的碳化硅、刚玉和陶瓷结合剂在球磨机球磨2.5小时后过筛，然后加入80℃水(80℃水的加入量为球磨所得物料质量的7％)后混制40min，再过筛，得到混合料；然后将混合料闷料48小时，压制成型(成型压力15MPa)，得到坯料；之后将坯料在45℃干燥96小时，采用隧道窑工艺烧结，烧结温度1240℃，保温12小时，即得。
对比例1
本对比例的陶瓷结合剂磨具为陶瓷结合剂砂轮，采用包括以下步骤的方法制备：
1)按照粘土与长石的质量比为35:65的比例，取粘土和长石在球磨机中球磨2.5小时后过筛，得到结合剂。
2)按照碳化硅、刚玉和结合剂的质量比为20:30:50的比例，取碳化硅、刚玉、结合剂在球磨机球磨2.5小时后过筛，然后加入80℃水后混制40min，再过筛，得到混合料；将混合料闷料48小时，压制成型(成型压力18MPa)，得到坯料；之后将坯料在40℃干燥96小时，采用隧道窑工艺烧结，烧结温度1240℃，保温10小时，即得。
对比例2
本对比例省去实施例1中陶瓷结合剂中叶腊石的陶瓷结合剂砂轮，其原料质量比和制备步骤均与实施例1相同。
实验例
分别对实施例1-5以及对比例的陶瓷结合剂砂轮的性能进行测试：
1)硬度均匀性的计算方法
取砂轮硬度检测的最大值与最小值差值的绝对值，作为其硬度均匀性。砂轮硬度的检测方法：对每片砂轮28砂室喷砂硬度机进行检测，且每隔90°检测一个硬度值，即每片砂轮4个值。
2)砂轮磨削效率的计算方法
磨削效率＝(上料钢球球径-下料钢球球径)/(磨削时间×1000)
式中：磨削效率单位：μm/h；
上料钢球球径：mm；
下料钢球球径：mm；
磨削时间：h。
3)砂轮使用寿命
砂轮使用寿命是指砂轮上机开始磨削到砂轮使用完后下机所磨削的钢球数量，单位盘(每盘钢球约490Kg)。
各项性能的测试结果见表1。
表1性能测试结果
Figure BDA0003350293600000061
此外，按照对比例1的方法制备多个陶瓷结合剂砂轮，按照上述方法测试砂轮使用寿命，发现使用寿命最低11盘，最高32盘，产品质量波动很大。按照本申请的实施例1的方法制备多个陶瓷结合剂砂轮，按照上述方法测试砂轮使用寿命，发现使用寿命28±3盘。

Claims (10)

1.一种陶瓷结合剂磨具，其特征在于：采用的陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：高岭石粉17％-27％、低熔点玻璃粉1％-3％、纳米二氧化硅1％-5％、叶蜡石7％-12％，余量为长石粉。
2.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂磨具，其特征在于：所述低熔点玻璃粉由以下质量百分比的组分组成：二氧化硅35％-38％、三氧化二铝9％-13％、三氧化二硼29％-32％、氧化钾5％-8％、氧化钠13％-17％。
3.根据权利要求2所述的陶瓷结合剂磨具，其特征在于：所述低熔点玻璃粉由以下质量百分比的组分组成：二氧化硅35％-36％、三氧化二铝10％-11％、三氧化二硼31％-32％、氧化钾7％、氧化钠15％-16％。
4.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂磨具，其特征在于：所述陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：高岭石粉17％-27％、低熔点玻璃粉2％-3％、纳米二氧化硅3％-5％、叶蜡石7％-12％，余量为长石粉。
5.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂磨具，其特征在于：所述低熔点玻璃粉的耐火度550-590℃。
6.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂磨具，其特征在于：所述纳米二氧化硅的平均粒径为600-800nm。
7.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂磨具，其特征在于：由以下质量百分比的原料制成：碳化硅18-20％、刚玉28-32％，余量为所述陶瓷结合剂。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的陶瓷结合剂磨具，其特征在于：所述陶瓷结合剂磨具采用包括以下步骤的方法制得：取配方量的各原料与润湿剂混匀，压制成型，干燥，得到坯料；然后将坯料在1220-1270℃进行烧结，即得。
9.根据权利要求8所述的陶瓷结合剂磨具，其特征在于：所述烧结的时间为8～12h。
10.根据权利要求8所述的陶瓷结合剂磨具，其特征在于：所述压制成型采用的压力为15-20MPa。
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