CN103240683B - 立方氮化硼砂轮用陶瓷-金属复合结合剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种立方氮化硼砂轮用陶瓷-金属复合结合剂，其原料组分及其质量百分比含量为：10～25%B2O3，8～20%Al2O3，42～65%SiO2，2～12%Li2O，2～12%Na2O，0～8%ZnO，2～10%Na3AlF6；在此基础上，外加质量百分比含量为2～15%的Cu粉或者Al粉；其耐火度低于700℃。本发明既具有陶瓷结合剂的气孔率可调、自锐性好、化学稳定性好、耐高温的特点，也具有金属结合剂的热导率高、韧性好的优良性能，还具有耐火度低、热膨胀系数小、强度高等优点。

Description

立方氮化硼砂轮用陶瓷-金属复合结合剂
技术领域
本发明是关于磨削加工工具的，尤其涉及一种立方氮化硼（CBN）砂轮用陶瓷-金属复合结合剂。
背景技术
远在石器时代，我们的祖先已经开始使用玄武岩、沙岩等制成石制磨具来加工农具、工具等。在21世纪科学技术迅猛发展的今天，磨削加工依然是一种重要的切削加工方式，广泛应用于各行各业。在现代机械制造领域中，磨削加工已经成为实现精密与超精密加工最有效、应用最广泛的工艺技术，并且正朝着高速、高效、高精的方向快速发展。
磨削加工切除单位体积材料时需要非常高的能量输入，这些能量除了少部分消耗于磨屑飞出的动能和新生表面形成所需要的表面能外，绝大部分能量都在磨削弧区转化为热量。而这些热量约有60～85%传入工件，磨屑带走约4～8%，砂轮带走约10～16%，另外有极少部分以传导和辐射形式散出。对于一些难以加工的材料而言，如钛合金、高温合金等，它们的导热系数较低，在磨削过程中磨削弧区的热量很难向材料内部传导，而瞬时聚集在工件表面形成局部高温，甚至会在工件表面出现烧伤、裂纹等问题。由于陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮具有刚性好、磨削锋利、气孔率可调，结合剂与磨料的结合强度高，对铁族元素良好的化学惰性等优点，从而成为难以加工材料德磨削加工的首选磨具。
发明内容
本发明的目的，是克服现有的立方氮化硼砂轮用陶瓷结合剂的热导率低、脆性大的缺点，提供一种耐火度低、热膨胀系数小、热导率高、强度高，适合于立方氮化硼砂轮的陶瓷-金属复合结合剂，以使其更好地满足难加工材料磨削的需要。
本发明是向基础陶瓷结合剂中加入高导热、韧性好的金属粉，制备出同时兼具陶瓷结合剂气孔率可调、自锐性好、化学稳定性好、耐高温和金属结合剂热导率高、韧性好等优良性能的陶瓷-金属复合结合剂。
向基础陶瓷结合剂中加入金属粉，一方面，可以改善陶瓷结合剂的热导率。在陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮的工作层中，立方氮化硼磨料具有很高的热导率（1200W/m·K），而在工作层中起到黏结作用的陶瓷结合剂却是热的不良导体，严重阻碍热量的传递，使得磨削热不能有效、快速地散发出去，导致磨削区温度太高，造成工件表面烧伤、砂轮粘附现象加重，最终导致工件加工质量差，砂轮使用寿命短。本发明是向陶瓷结合剂中加入高导热的填料，旨在提高陶瓷结合剂的热导率，进而提高陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮的热导率，让更多的磨削热传入砂轮，减少磨削区热量，降低磨削温度。
向基础陶瓷结合剂中加入金属粉，另一方面，可以改善陶瓷结合剂的脆性。金属对陶瓷基体的增韧机制主要有：裂纹桥接机制、裂纹偏转机制和裂纹屏障机制，大量研究结果表明，韧性的提高主要来源于裂纹桥接机制。裂纹在陶瓷基体复合材料中扩展时，作为第二相的金属粒子在外力的作用下产生一定的塑性变形或沿晶界滑移产生蠕变，使裂纹扩展应力得到释放，从而达到增韧效果。
本发明通过如下技术方案予以实现。
立方氮化硼砂轮用陶瓷-金属复合结合剂，其原料组分及其质量百分比含量为：10～25%B2O3，8～20%Al2O3，42～65%SiO2，2～12%Li2O，2～12%Na2O，0～8%ZnO，2～10%Na3AlF6；在此基础上，外加质量百分比含量为2～15%的Cu粉或者Al粉。
所述陶瓷-金属复合结合剂的耐火度低于700℃。
本发明的有益效果是，提供了一种立方氮化硼砂轮用陶瓷-金属复合结合剂，该结合剂既具有气孔率可调、自锐性好、化学稳定性好、耐高温，还兼具金属结合剂热导率高、韧性好的优良性能，本发明还具有耐火度低、热膨胀系数小、强度高等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施案例对本发明做进一步描述。
本发明采用常规的工业原料和常规的制备方法，首先制备陶瓷结合剂。
由于立方氮化硼磨料与普通碳化硅、刚玉磨料相比，在较低的温度下（1000℃以下）即可被氧化，1200℃以上将转化为类石墨的六方结构，失去其超硬磨料的特性，所以陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮与普通陶瓷结合剂砂轮相比需要采用低温烧结，即陶瓷结合剂本身的耐火度要低。此外，由于陶瓷结合剂是热的不良导体，且脆性大，因此向基础陶瓷结合剂中加入高导热、韧性好的金属粉来改善陶瓷结合剂的导热性和脆性，本发明采用Cu粉或者Al粉，制备出既具有陶瓷结合剂气孔率可调、自锐性好、化学稳定性好、耐高温，又具有金属结合剂热导率高、韧性好等优良性能的陶瓷-金属复合结合剂。
本发明的陶瓷-金属复合结合剂的制备分为两步，首先制备低熔点的基础陶瓷结合剂，具体制备方法如下：
⑴按比例称取10～25%B2O3，8～20%Al2O3，42～65%SiO2，2～12%Li2O，2～12%Na2O，0～8%ZnO，2～10%Na3AlF6；将原料放入球磨机中研磨均匀，备用；
⑵将步骤⑴研磨均匀的原料放入高温熔块炉中加热至1350℃，保温2h,进行充分熔炼、水淬；
⑶将步骤⑵水淬后的原料放入100℃烘箱中烘干；
⑷将步骤⑶烘干后的玻璃料放入球磨机中进行研磨，过250目筛，制得基础陶瓷结合剂。
⑸向步骤⑷中的基础陶瓷结合剂中加入2～15%的高导热、韧性好的Cu粉或者Al粉，混合均匀，即制得陶瓷-金属复合结合剂。
具体实施例的原料组成及其质量百分比含量详见表1。
陶瓷-金属结合剂的耐火度低于700℃。
表1
采用本发明的陶瓷-金属复合结合剂与CBN磨料、辅助磨料（刚玉或碳化硅）及临时粘结剂等，按照常规方法即可制得立方氮化硼砂轮。立方氮化硼砂轮的原料组分及其质量百分比为：CBN：45～75%，5～30%碳化硅或刚玉，15～30%陶瓷结合剂，5%临时粘结剂。将配制好的成型料冷压成型，于780℃烧结，即可制得立方氮化硼砂轮。
本发明所列举各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一进行举例说明。
本发明并不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但这并不因此违背本发明的范围和精神。

Claims (2)

1.一种立方氮化硼砂轮用陶瓷-金属复合结合剂，其原料组分及其质量百分比含量为：10～25%B2O3，8～20%Al2O3，42～65%SiO2，2～12%Li2O，2～12%Na2O，0～8%ZnO，2～10%Na3AlF6；在此基础上，外加质量百分比含量为2～15%的Cu粉或者Al粉。
2.根据权利要求1的立方氮化硼砂轮用陶瓷-金属复合结合剂，其特征在于，所述陶瓷-金属复合结合剂的耐火度低于700℃。
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