CN115256250B

CN115256250B - 一种用于切割厚砖的金刚石陶瓷磨削刀具及其制备方法

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Publication number: CN115256250B
Application number: CN202210961800.4A
Authority: CN
Inventors: 朱艺添; 伊贤东; 王祥慧; 全任茂; 莫浩文
Original assignee: Foshan Nade New Material Technology Co ltd; Zhaoqing High Tech Zone Nade Technology Co ltd; Guangdong Nade New Materials Co ltd
Current assignee: Foshan Nade New Material Technology Co ltd; Zhaoqing High Tech Zone Nade Technology Co ltd; Guangdong Nade New Materials Co ltd
Priority date: 2022-08-11
Filing date: 2022-08-11
Publication date: 2023-04-14
Anticipated expiration: 2042-08-11
Also published as: CN115256250A

Abstract

本发明公开了一种用于切割厚砖的金刚石陶瓷磨削刀具及其制备方法，涉及切割、磨削或刃磨用的超硬材料制作技术领域。该金刚石陶瓷磨削刀具由如下质量百分数计的组分制备而成：金刚石3‑6％、纳米铁镍钴合金粉45‑55％、铜粉15‑20％、锡粉8‑15％、氧化锌5‑10％、氧化钨8‑15％，上述组分的质量百分数之和为100％。本发明金刚石陶瓷磨削刀具通过配方调整，更适合电场活化烧结工艺，提高了胎体对金刚石的把持力，从而解决金刚石陶瓷磨削刀具的锋利度和寿命问题。

Description

一种用于切割厚砖的金刚石陶瓷磨削刀具及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种切割、磨削或刃磨用的工具，尤其涉及一种用于切割厚砖的金刚石陶瓷磨削刀具及其制备方法。

背景技术

金刚石磨削刀具主要用于切割瓷砖、石材、花岗岩、大理石和混凝土等，由于金刚石的高硬度和优良物理机械性能使得金刚石磨削刀具成为加工各种坚硬材料不可缺少的有效工具。

目前行业一般规格的砖坯厚度为9-12mm，而加厚陶瓷砖，比如广场砖，或者麻石砖，其厚度一般达到18-20mm，目前传统的金刚石磨削刀具只能放慢速度加工，而且由于陶瓷砖砖厚，导致金刚石磨削刀具的磨损严重、寿命急速下降，造成加工成本高，工人更换陶瓷磨削刀具的劳动强度大。

另外，在金刚石磨削刀具制备工艺中，热压烧结是目前金刚石磨削刀具生产使用最广泛的工艺，对于传统的热压烧结工艺，虽然在高温高压条件下能提高金刚石和胎体的结合强度，但是同时造成了金刚石的强度损失，影响金刚石磨削刀具的使用寿命。

因此，亟需研发一款能针对厚砖进行大进刀且寿命长的金刚石磨削刀具，它既能提高胎体对金刚石的把持力，解决刀具锋利度和寿命长的问题，同时能够降低加工成本和降低劳动强度。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种用于切割厚砖的金刚石陶瓷磨削刀具。

本发明的目的之二在于提供一种用于切割厚砖的金刚石陶瓷磨削刀具的制备方法。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：一种用于切割厚砖的金刚石陶瓷磨削刀具，由如下质量百分数计的组分制备而成：金刚石3-6％、纳米铁镍钴合金粉45-55％、铜粉15-20％、锡粉8-15％、氧化锌5-10％、氧化钨8-15％，上述组分的质量百分数之和为100％。

进一步地，所述的金刚石陶瓷磨削刀具由如下质量百分数计的组分制备而成：金刚石4-5％、纳米铁镍钴合金粉48-52％、铜粉16-18％、锡粉8-12％、氧化锌6-9％、氧化钨9-12％，上述组分的质量百分数之和为100％。

进一步地，所述金刚石的颗粒为50-80目，纳米铁镍钴合金粉的粒度为350-450目，铜粉的粒度为550-650目，锡粉的粒度为150-250目，氧化锌的粒度为1400-1600目，氧化钨的粒度为2800-3200目。

进一步地，所述金刚石的颗粒为60目，纳米铁镍钴合金粉的粒度为400目，铜粉的粒度为600目，锡粉的粒度为200目，氧化锌的粒度为1500目，氧化钨的粒度为3000目。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：一种用于切割厚砖的金刚石陶瓷磨削刀具的制备方法，包括如下步骤：

(1)备料：称量准备如下组分：金刚石、纳米铁镍钴合金粉、铜粉、锡粉、氧化锌、氧化钨；

(2)混合：将步骤(1)的组分投入三维混料机内，进行混料，混料完成后，把混合粉料放入模具中；

(3)电场活化烧结：将步骤(2)得到的装有混合粉料的模具放入电场活化烧结炉中，进行电场活化烧结；

(4)烧结完成后，脱模，得到金刚石陶瓷磨削刀具，对金刚石陶瓷磨削刀具进行打磨，包装入库。

进一步地，步骤(1)中，各组分按质量百分数计分别为：金刚石3-6％、纳米铁镍钴合金粉45-55％、铜粉15-20％、锡粉8-15％、氧化锌5-10％、氧化钨8-15％，上述组分的质量百分数之和为100％。

进一步地，步骤(1)中，各组分按质量百分数计分别为：金刚石5％、纳米铁镍钴合金粉50％、铜粉17％、锡粉10％、氧化锌8％、氧化钨10％。

进一步地，步骤(2)中，各组分在三维混料机内进行3.5小时的混料。

进一步地，步骤(3)中，电场活化烧结的温度范围为850-900℃，升温速度75℃/min，压力为10MPa，保温时间为1-3min。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)本发明金刚石陶瓷磨削刀具通过配方调整，更适合电场活化烧结工艺，提高了胎体对金刚石的把持力，从而解决金刚石陶瓷磨削刀具的锋利度和寿命问题。与同类现有金刚石陶瓷磨削刀具相比，磨削刀具在使用过程中，生产线能节约能耗，降低了生产成本。此外，还能降低工人频繁更换刀具的劳动强度。

(2)本电场活化烧结工艺属于陶瓷加工行业内首创，与现有热压烧结工艺相比，其烧结温度低、时间短、烧结制品密度高、质量好，而且生产效率提高150％，能耗降低70％。也能改善工作环境，降低工人劳动强度。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

一种用于切割厚砖的金刚石陶瓷磨削刀具，由如下质量百分数计的组分制备而成：金刚石3-6％、纳米铁镍钴合金粉45-55％、铜粉15-20％、锡粉8-15％、氧化锌5-10％、氧化钨8-15％，上述组分的质量百分数之和为100％。

本发明金刚石陶瓷磨削刀具通过配方调整，更适合电场活化烧结工艺，提高了胎体对金刚石的把持力，从而解决金刚石陶瓷磨削刀具的锋利度和寿命问题。

本发明金刚石陶瓷磨削刀具的配方原理如下：

本发明选用的纳米铁镍钴合金粉具有较好的冷压成型性和烧结性，可降低烧结温度，可替代现有配方中的部分铜粉和锡粉，同时，由于纳米铁镍钴合金粉的微观形貌结构为树枝状，具有较高的活化能，更适合电场活化烧结工艺。另外，通过加入氧化锌和氧化钨无机物质，能够提高金刚石刀头的红硬性(刀具在工作过程中受热升温甚至发红时仍有较高硬度和加工能力)和产品使用过程中的保型性(加工过程中，能保持刀具原有的形状，表达加工能力)，则进一步提高胎体对金刚石的把持力，从而提高刀具的锋利度和寿命。

作为进一步的实施方式，所述的金刚石陶瓷磨削刀具由如下质量百分数计的组分制备而成：金刚石4-5％、纳米铁镍钴合金粉48-52％、铜粉16-18％、锡粉8-12％、氧化锌6-9％、氧化钨9-12％，上述组分的质量百分数之和为100％。

作为进一步的实施方式，所述金刚石的颗粒为50-80目，纳米铁镍钴合金粉的粒度为350-450目，铜粉的粒度为550-650目，锡粉的粒度为150-250目，氧化锌的粒度为1400-1600目，氧化钨的粒度为2800-3200目。

作为进一步的实施方式，所述金刚石的颗粒为60目，纳米铁镍钴合金粉的粒度为400目，铜粉的粒度为600目，锡粉的粒度为200目，氧化锌的粒度为1500目，氧化钨的粒度为3000目。

作为进一步的实施方式，步骤(1)中，各组分按质量百分数计分别为：金刚石3-6％、纳米铁镍钴合金粉45-55％、铜粉15-20％、锡粉8-15％、氧化锌5-10％、氧化钨8-15％，上述组分的质量百分数之和为100％。

作为进一步的实施方式，步骤(1)中，各组分按质量百分数计分别为：金刚石4-5％、纳米铁镍钴合金粉48-52％、铜粉16-18％、锡粉8-12％、氧化锌6-9％、氧化钨9-12％，上述组分的质量百分数之和为100％。优选地，所述金刚石的颗粒为50-80目，纳米铁镍钴合金粉的粒度为350-450目，铜粉的粒度为550-650目，锡粉的粒度为150-250目，氧化锌的粒度为1400-1600目，氧化钨的粒度为2800-3200目。

作为进一步的实施方式，步骤(1)中，各组分按质量百分数计分别为：金刚石5％、纳米铁镍钴合金粉50％、铜粉17％、锡粉10％、氧化锌8％、氧化钨10％。优选地，所述金刚石的颗粒为60目，纳米铁镍钴合金粉的粒度为400目，铜粉的粒度为600目，锡粉的粒度为200目，氧化锌的粒度为1500目，氧化钨的粒度为3000目。

作为进一步的实施方式，步骤(2)中，各组分在三维混料机内进行3.5小时的混料。

作为进一步的实施方式，步骤(3)中，电场活化烧结的温度范围为850-900℃，升温速度75℃/min，压力为10MPa，保温时间为1-3min。

本电场活化烧结工艺属于陶瓷加工行业内首创，与现有热压烧结工艺相比，其烧结温度低、时间短、烧结制品密度高、质量好，而且生产效率提高150％，能耗降低70％。

本发明采用电场活化烧结工艺，电场活化的粉末体中，每粒颗粒均匀的自身发热，颗粒表面原子处于活化状态，烧结体的致密化是整体烧结体中同时进行，与传统热压烧相比，降低烧结温度，缩减烧结时间和改善温场不均(即从外向内的热传导使烧结体的严重不均匀)，达到晶粒细化和致密度提高的目的。

电场活化烧结工艺对本发明金刚石陶瓷磨削刀具配方的烧结更有优势，电场活化烧结技术在粉末烧结中，施加电场可固结难以烧结的粉末，其中，固结难以烧结的粉末指的是高温铁基合金粉(金属铜、锡是比较好烧结的金属粉，尤其是锡粉)或者氧化物氧化锌、氧化钨。本电场活化烧结工艺升温速度快，烧结温度低，烧结时间短，能有效抑制晶粒长大，利于晶粒细化，致密度高；另外，金属的熔点较低，加入熔点高的氧化锌和氧化钨陶瓷配合，使烧结形成弥散作用，共同作用能提高产品的力学性能，有利于提高金属-陶瓷胎体对金刚石把持力，即提高产品的锋利和寿命，实现厚砖大进刀切割，且寿命长。一般纯金属的烧结温度相对较低，如果加入氧化物，就会出现烧结温度差异大，采用现有热压烧结技术会出现没有结合的情况，达不到烧结效果，或者烧结温度过高，金属挥发，整体烧结效果不理想。

以下是本发明具体的实施例，在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。

实施例1-实施例5以及对比例1-6

实施例1-5及对比例1-3的原料分别按下表1中的配比称取，按照表1后的制备方法进行制作，对应得到不同实施例的金刚石陶瓷磨削刀具，具体详见表1：

表1实施例1-5及对比例1-3原料配比表

其中，表1中金刚石购自中国河南黄河旋风股份有限公司提供的牌号为HWD30的粒度为60目的金刚石，纳米铁镍钴合金粉购自中国湖南富栊新材料股份有限公司提供的牌号为1022的粒度为400目的雾化铁镍钴合金粉，铜粉的粒度为600目，锡粉的粒度为200目，氧化锌的粒度为1500目，氧化钨的粒度为3000目。

实施例1-实施例5及对比例1-3的金刚石陶瓷磨削刀具的制备方法，包括如下步骤：

(1)备料：按照表1的配比称量准备如下组分：金刚石、纳米铁镍钴合金粉、铜粉、锡粉、氧化锌、氧化钨；

(2)混合：将步骤(1)的组分投入三维混料机内，进行3.5小时的混料，混料完成后，把混合粉料放入模具中；

(3)电场活化烧结：将步骤(2)得到的装有混合粉料的模具放入电场活化烧结炉中，进行电场活化烧结；电场活化烧结的温度范围为900℃，升温速度75℃/min，压力为10MPa，保温时间为2min。

对比例4

现有金刚石陶瓷磨削刀具由如下质量百分数计的组分制备而成：金刚石6％、雾化铁镍钴合金粉30％、铜粉28％、锡粉12％、电解镍粉12％、羰基铁粉12％。

其中，金刚石购自长沙石立超硬材料有限公司提供的牌号为MBD8的粒度为120-400目的金刚石，雾化铁镍钴合金粉购自广东钻力金属粉末有限公司提供的牌号为433的粒度为400目的雾化铁镍钴合金粉，铜粉的粒度为600目，锡粉的粒度为200目，电解镍粉的粒度为1500目，羰基铁粉的粒度为3000目。

现有配方中，雾化铁镍钴合金粉与纳米铁镍钴合金粉的区别，为何要用纳米代替雾化：

雾化铁镍钴合金粉与纳米铁镍钴合金粉的区别主要在于形貌，即粉末的形状，制作方法不同决定其形貌不同。雾化铁镍钴合金粉类球形，粒度是400目比较粗，而纳米铁镍钴合金粉的形貌是树枝状，粒度是纳米级，比较细，粉末越细，表比面积越大，粉末的活化能越高，越有利于烧结，表比面积有利电场活化烧结。

用镍粉和羰基铁粉由于相对氧化锌、氧化钨更容易烧成，而适用于传统热压烧结。

现有金刚石陶瓷切割刀采用热压烧结工艺制备而得，包括如下步骤：

(1)备料：按照表1的配比称量准备如下组分：金刚石、雾化铁镍钴合金粉、铜粉、锡粉、电解镍粉、羰基铁粉；

(3)热压烧结：将步骤(2)得到的装有混合粉料的模具放入电场活化烧结炉中，进行电场活化烧结；电场活化烧结的温度范围为950℃，升温速度45℃/min，压力为35MPa，保温时间为5min。

对比例5

对比例5与对比例4的区别在于金刚石陶瓷磨削刀具的制备工艺不同，采用的是电场活化烧结工艺，具体参见实施例1-实施例5的金刚石陶瓷磨削刀具的制备方法，此处不累述。

对比例6

对比例6与实施例3的区别在于金刚石陶瓷磨削刀具的制备工艺不同，采用的是热压烧结工艺，具体参见对比例4的金刚石陶瓷磨削刀具的制备方法，此处不累述。

效果评价及性能检测

1.以最优实施例3以及对比例1-6的刀具配方用模具做成规格为30×10×5mm试验刀条，对其致密度、抗弯强度、抗冲击强度的性能进行检测，检测项目及结果参见表1。

(1)致密度测试方法

按照GB/T 3850-2015规定进行致密度测定，结果以％记录。

(2)抗弯强度测试方法

按照GB/T 232-2010规定进行，使用万能电子试验机(珠海三思测试技术有限公司)测试抗弯强度，结果以N记录。

(3)抗冲击强度测试方法

抗冲击强度根据国家标准GB/T 229-2020的具体规定进行测试，使用万能电子试验机(珠海三思测试技术有限公司)测试抗弯强度，结果以J/cm²记录。

表2为各实施例金刚石陶瓷磨削刀具性能测试数据

如上表所示，相对于现有工艺和配方，实施例3的金刚石陶瓷磨削刀具的致密度、抗弯强度、抗冲击强度均得到了很大提升，说明了电场活化烧结工艺应用在金刚石陶瓷磨削刀具该超硬材料制作领域中，能够很好地提高胎体对金刚石的把持力，从而增加金刚石陶瓷磨削刀具的寿命及锋利度。

与实施例3相比，对比例1差异在于配方中不含氧化锌，对其抗弯强度和抗冲击强度性能产生了影响；

与实施例3相比，对比例2差异在于配方中不含氧化钨，对其抗弯强度和抗冲击强度性能产生了影响；

与实施例3相比，对比例3差异在于配方中不含氧化锌和氧化钨，对其抗弯强度和抗冲击强度性能产生了影响；

与实施例3相比，对比例4差异在于采用现有配方，在加工工艺中采用的是热压烧结工艺，对其致密度、抗弯强度和抗冲击强度性能产生了影响；

与实施例3相比，对比例5差异在于采用现有配方，在加工工艺中采用的是电场活化烧结工艺，对其抗弯强度和抗冲击强度性能产生了影响；

与实施例3相比，对比例6差异在于本发明实施例3的配方，在加工工艺中采用的是现有热压烧结工艺，对其致密度、抗弯强度和抗冲击强度性能产生了影响。

2.现场切割打磨测试：

对实施例3以及对比例1的刀具配方用模具做成规格为250mm的磨轮，到现场对厚砖进行切割打磨试验。

现场工况条件：800×800×20mm陶瓷砖坯，磨削尺码23mm，速度40件/min，即32米/min。检测项目包括电流、使用寿命、崩角率。电流是指在磨轮正常工作情况下，测定的电流值。使用寿命是指刀具持续使用的最长时限。

其试验结果如下：

表3为各实例金刚石陶瓷磨削刀具使用状态的测试数据

与现有热压烧结工艺相比，电场活化烧结工艺其烧结制品致密度高、提高金属-陶瓷胎体对金刚石把持力，提高产品的锋利和寿命，能够对厚砖进行大进刀，寿命长，而且生产效率提高150％，能耗降低70％，极大降低生产成本。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims

1.一种用于切割厚砖的金刚石陶瓷磨削刀具，其特征在于，由如下质量百分数计的组分经电场活化烧结工艺制备而成：金刚石3-6％、纳米铁镍钴合金粉45-55％、铜粉15-20％、锡粉8-15％、氧化锌5-10％、氧化钨8-15％，上述组分的质量百分数之和为100％。

2.如权利要求1所述的金刚石陶瓷磨削刀具，其特征在于，由如下质量百分数计的组分制备而成：金刚石4-5％、纳米铁镍钴合金粉48-52％、铜粉16-18％、锡粉8-12％、氧化锌6-9％、氧化钨9-12％，上述组分的质量百分数之和为100％。

3.如权利要求1或2所述的金刚石陶瓷磨削刀具，其特征在于，所述金刚石的颗粒为50-80目，纳米铁镍钴合金粉的粒度为350-450目，铜粉的粒度为550-650目，锡粉的粒度为150-250目，氧化锌的粒度为1400-1600目，氧化钨的粒度为2800-3200目。

4.如权利要求1或2所述的金刚石陶瓷磨削刀具，其特征在于，所述金刚石的颗粒为60目，纳米铁镍钴合金粉的粒度为400目，铜粉的粒度为600目，锡粉的粒度为200目，氧化锌的粒度为1500目，氧化钨的粒度为3000目。

5.一种用于切割厚砖的金刚石陶瓷磨削刀具的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.如权利要求5所述的金刚石陶瓷磨削刀具的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，各组分按质量百分数计分别为：金刚石3-6％、纳米铁镍钴合金粉45-55％、铜粉15-20％、锡粉8-15％、氧化锌5-10％、氧化钨8-15％，上述组分的质量百分数之和为100％。

7.如权利要求5所述的金刚石陶瓷磨削刀具的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，各组分按质量百分数计分别为：金刚石5％、纳米铁镍钴合金粉50％、铜粉17％、锡粉10％、氧化锌8％、氧化钨10％。

8.如权利要求6或7所述的金刚石陶瓷磨削刀具的制备方法，其特征在于，所述金刚石的颗粒为60目，纳米铁镍钴合金粉的粒度为350-450目，铜粉的粒度为550-650目，锡粉的粒度为150-250目，氧化锌的粒度为1400-1600目，氧化钨的粒度为2800-3200目。

9.如权利要求5所述的金刚石陶瓷磨削刀具的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，各组分在三维混料机内进行3.5小时的混料。

10.如权利要求5所述的金刚石陶瓷磨削刀具的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，电场活化烧结的温度范围为850-900℃，升温速度75℃/min，压力为10MPa，保温时间为1-3min。