CN1903485A - 一种金属－陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方及制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属—陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方及制作工艺。其技术方案是：由金属结合剂材料和陶瓷结合剂材料组成，其组成为(重量比)：金属结合剂材料5％－95％，陶瓷结合剂材料5％－95％。有益效果是：该产品既保持了金属结合剂、陶瓷结合剂磨具使用寿命长、磨具本身尺寸形状稳定、能保证非常高的加工精度的优点，又克服了金属结合剂粘性大、不锋利，陶瓷结合剂韧性不足的缺点。

Description

一种金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方及制作工艺

一、技术领域：

本发明涉及一种超硬材料磨具结合剂的新型配方及制作工艺，特别涉及一种金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方及制作工艺。

二、背景技术：

随着工业技术的进步，高速、高效、高精密磨削已成为当今磨削加工技术发展的主流，而超硬材料磨具磨削作为一种先进的加工技术，其应用领域不断扩大，已从工具行业对难磨金属材料的加工，推广到轴承、汽车、机床等普通黑色金属以及陶瓷等非金属材料的加工，大有取代普通磨具的趋势。

另外，当前各国都投入了大量的人力和资金进行难加工材料的研究和开发，而目前对难加工材料的加工，使用最多的就是陶瓷结合剂超硬磨具和金属结合剂磨具，金属结合剂，优点是结合力强、韧性好，但黏附性大，易阻塞不出刃；陶瓷结合剂的特点是：脆性好、结合力强，但是韧性不足，磨削过程中容易发生振颤，使加工表面产生波纹和裂纹；在生产工艺方面，两种结合剂磨具都是经过成型压制后进行高温烧结，金属结合剂的烧结温度一般为600-900℃，可采用热压烧结；而陶瓷结合剂的烧结温度一般在900℃-1300℃，且只能冷压烧结，不能采用热压烧结，烧结过程中易对超硬磨料损伤。

上述两种结合剂存在的问题是：陶瓷结合剂的烧结温度高，在烧结中容易造成超硬磨料的损害，无法保证质量的稳定性；而陶瓷结合剂刚性大、易震动产生加工表面波纹的缺点。而金属结合剂存在粘性大、易阻塞、烧伤工件的缺点。另外，在工艺上，陶瓷材料本身不导电，无法像金属结合剂磨具生产那样采用热压烧结，因此只能采用冷压烧结工艺，该工艺压制压力高，工艺复杂，而且由于本身缺点比较难以克服，使得这种产品目前只能满足一般性磨削加工使用，对于精密磨削、超精密磨削还难以满足要求。

三、发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方及制作工艺，它不仅在磨削性能上克服了金属结合剂粘性大、易阻塞、烧伤工件，陶瓷结合剂刚性大、锋利度不理想、易震颤而产生加工表面波纹的缺点；在制造工艺上也克服了陶瓷结合剂烧结温度高、只能冷压不能热压的缺点。

其技术方案是：由金属结合剂材料和陶瓷结合剂材料组成，其组成为(重量比)：金属结合剂材料5％-95％，陶瓷结合剂材料5％-95％。

所述的金属结合剂材料可以为铜、镍、钴、铁、铝、锡、锌、锰、钛、铬、铅、钨和钼中的任意一种以上组成。

所述的金属结合剂的较佳的百分比如下：

铜1％-90％、镍1％-90％、钴1％-90％、铁1％-90％、铝1-90％、锡0-30％、锌0-30％、锰0-30％、铬0-30％、钛0-30％、、铅0％-30％、钨0-20％和钼0-15％。

所述的陶瓷结合剂材料主要成分为：粘土、黄土、长石、石英、滑石、萤石、锂辉石和玻璃类中的任意一种以上组成。

所述的陶瓷结合剂材料的较佳的百分比如下：

粘土0％-90％、黄土0％-90％、长石0％-90％、石英0％-80％、滑石0-20％和玻璃类0-60％、萤石0％-10％、锂辉石0％-10％。

所述的粘土种类有：高岭石、蒙托石(膨润土)、腊石或伊利石等；所述的长石种类有：钾长石、钠长石、钙长石、钡长石等；所述的玻璃类种类有：硼砂玻璃或硼硅玻璃等。

上述金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的制作工艺，包括以下工艺步骤：

(1)将陶瓷结合剂成分按一定比例混合烧结成陶瓷材料；

(2)将烧结好的陶瓷材料粉碎、过筛；

(3)按一定比例加入金属粉末与陶瓷结合剂粉末混合均匀；

(4)加入超硬材料磨料混合均匀，装在模具中；

(5)由热压烧结机进行边加热烧结边加压成型，成型到所需形状和密度后，脱模取出。

所述的热压烧结机进行边加热到600℃-1200℃烧结，加压到1-4KN/cm2成型，成型到所需形状和密度后，脱模取出。

本发明的有益效果是：

一是在磨削性能上，该产品既保持了金属结合剂、陶瓷结合剂磨具使用寿命长、磨具本身尺寸形状稳定、能保证非常高的加工精度的优点，又克服了金属结合剂粘性大、不锋利，陶瓷结合剂韧性不足的缺点。

二是大大提高了超硬磨具在超高精密磨削中的加工性能；

三是在制造工艺上由于在陶瓷结合剂中加入了低熔点的金属材料，使得烧结温度大大降低，生产工艺简单、生产成本降低，提高了产品的利润空间和市场竞争力，另外，由于烧结温度低减少了烧结过程中对超硬磨料的损害，使得产品质量稳定。

四是由于在陶瓷材料中加入了可导电的金属材料，使得陶瓷结合剂磨具可采用热压烧结完成。

四、具体实施方式：

实施例1，其技术方案是：包括金属结合剂40％，陶瓷结合剂60％。

陶瓷结合剂材料为：粘土40％、长石30％、石英10％、滑石5％和硼玻璃15％。

金属结合剂材料为：铜60％、镍20％、钴15％、锡15％。

烧结温度720℃，压力1.5KN/cm²，产品特点：锋利度好、适合磨削脆硬性材料。

实施例2，包括金属结合剂95％，陶瓷结合剂5％；上述陶瓷结合剂材料组成不变，金属结合剂可以为：镍50％、钴15％、铜30％、锡5％。

烧结温度780℃，压力1.5KN/cm²，产品特点：锋利度好、使用寿命长、适应范围广。

实施例3，包括金属结合剂5％，陶瓷结合剂95％；上述陶瓷结合剂材料组成不变，金属结合剂可以为：铁40％、铜30％、镍20％、锡10％。

烧结温度760℃，压力2KN/cm²，产品特点：使用寿命长、成本低廉，适合磨削非金属材料。

当然，上述三种实施例中：

金属结合剂材料的组成也可以为铜1％-90％、镍1％-90％、钴1％-90％、铁1％-90％、铝1-90％、锡0-30％、锌0-30％、锰0-30％、铬0-30％、钛0-30％、、铅0％-30％、钨0-20％和钼0-15％中任意一种以上组成，还可以加入其它微量合金元素，包括一些本领域技术人员熟知的其他成分；

而陶瓷结合剂材料也可以为粘土0％-90％、黄土0％-90％、长石0％-90％、石英0％-80％、滑石0-20％和玻璃类0-60％、萤石0％-10％、锂辉石0％-10％中任意一种以上组成，还可以加入一些本领域技术人员熟知的其他添加成分。

另外：上述金属-陶瓷结合剂磨具的制作工艺，包括以下工艺步骤：

(1)将陶瓷结合剂成分按一定比例混合在温度900-1300℃下烧结成陶瓷材料；

(2)将烧结好的陶瓷材料粉碎、过筛；

(3)按一定比例加入金属粉末与陶瓷结合剂粉末混合均匀，

(4)加入超硬材料磨料混合均匀，装在模具中；

(5)由热压烧结机进行边加热到600-1200℃烧结，加压到1-4KN/cm2成型，成型到所需形状和密度后，脱模取出。

Claims (8)

1、一种金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方，其特征是：由金属结合剂材料和陶瓷结合剂材料组成，其组成为(重量比)：金属结合剂材料5％-95％，陶瓷结合剂材料5％-95％。

2、根据权利要求1所述的金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方，其特征是：所述的金属结合剂材料可以为铜、镍、钴、铁、铝、锡、锌、锰、钛、铬、铅、钨和钼中的任意一种以上组成。

3、根据权利要求2所述的金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方，其特征是所述的金属结合剂的较佳的百分比如下：

铜1％-90％、镍1％-90％、钴1％-90％、铁1％-90％、铝1-90％、锡0-30％、锌0-30％、、锰0-30％、铬0-30％、钛0-30％、铅0％-30％、钨0-20％和钼0-15％。

4、根据权利要求1所述的金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方，其特征是所述的陶瓷结合剂材料主要成分为：粘土、黄土、长石、石英、滑石、萤石、锂辉石和玻璃类中的任意一种以上组成。

5、根据权利要求4所述的金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方，其特征是所述的陶瓷结合剂材料的较佳的百分比如下：

粘土0％-90％、黄土0％-90％、长石0％-90％、石英0％-80％、滑石0-20％和玻璃类0-60％、萤石0％-10％、锂辉石0％-10％。

6、根据权利要求4或5所述的金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方，其特征是：所述的粘土种类有：高岭石、蒙托石(膨润土)、腊石或伊利石等；所述的长石种类有：钾长石、钠长石、钙长石、钡长石等；所述的玻璃类种类有：硼砂玻璃或硼硅玻璃等。

7、根据权利要求1所述的金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂磨具的制作工艺，其特征是包括以下工艺步骤：

(1)将陶瓷结合剂成分按一定比例混合烧结成陶瓷材料；

(2)将烧结好的陶瓷材料粉碎、过筛；

(3)按一定比例加入金属粉末与陶瓷结合剂粉末混合均匀；

(4)加入超硬材料磨料混合均匀，装在模具中；

(5)由热压烧结机进行边加热烧结边加压成型，成型到所需形状和密度后，脱模取出。

8、根据权利要求7所述的金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的制作工艺，其特征是：所述的热压烧结机进行边加热到600℃-1200℃烧结，加压到1-4KN/cm²成型，成型到所需形状和密度后，脱模取出。