CN103465347A

CN103465347A - 一种研磨设备中碳化硅研磨桶的制造方法

Info

Publication number: CN103465347A
Application number: CN2013104361818A
Authority: CN
Inventors: 王明祥; 亓锡云; 宋法忠
Original assignee: WEIFANG HUAMEI FINE TECHNICAL CERAMICS CO Ltd
Current assignee: Shandong Huamei New Material Technology Co ltd
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-09-24
Also published as: CN103465347B

Abstract

本发明公开了一种研磨设备中碳化硅研磨桶的制造方法，包括以下步骤：1）配料，将碳化硅加入反应催化剂和添加剂，边搅拌边加水，搅拌均匀成浆状或粉状物料；2）素坯成型，将浆状或粉状物料采用模具通过注浆成型或等静压成型等生产出相应规格大小的碳化硅研磨桶的素坯；3）素坯的干燥、修理及烧结：将素坯进行干燥，干燥后的素坯进行修理，修理后将素坯装入真空炉中加入硅合金进行烧结；4）烧结后产品的精加工：将烧结后的碳化硅研磨桶安装在数控加工中心上进行精加工。本发明制成的碳化硅研磨桶不仅具有优良的耐磨度性能，而且硬度高，规格尺寸精度高，使用寿命长。

Description

一种研磨设备中碳化硅研磨桶的制造方法

技术领域

本发明涉及一种研磨设备中碳化硅研磨桶的制造方法，属于碳化硅制品技术领域。

背景技术

研磨机适用于金属、有色金属和非金属制品的各种零件的去毛刺、去锈、倒圆和光亮抛光。特别适用于易变形工件的表面光整加工，经该型研磨机光整加工后的零件，不仅保持原有的形位精度，而且能提高零件表面粗糙度1-2级。

研磨筒是是研磨机的重要组成部件，目前市场上出现的研磨筒通常用不锈钢材料表面渗氮进行制作，但是这种研磨筒的使用寿命较短，且会有各种金属离子污染物料，粉体颜色变灰、变黑、严重时造成产品质量不合格，只能加工硬度（莫氏）5 级以下的物料。

还有的采用聚氨酯，作为内衬材料，比先前的钢内衬稍好一些，但是，由于聚氨酯的散热性能差，使研磨的物料温度急剧上升，达到80 ℃ 左右，众所周知，聚氨酯的软化温度仅仅是80 ℃ ，因此，这时造成无法继续研磨同时，部分聚氨酯会熔进物料，等物料烘干后，会出现粗大颗粒的聚氨酯混在粉体之中，使产品纯度下降，甚至所加工粉体报废。

纯碳化硅是无色透明的晶体。工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同，而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色，透明度随其纯度不同而异。碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的 α-SiC和立方体的β-SiC（称立方碳化硅)。α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体，已发现70余种。β-SiC于2100℃以上时转变为α-SiC。

碳化硅的工业制法是用优质石英砂和石油焦在电阻炉内炼制。炼得的碳化硅块，经破碎、酸碱洗、磁选和筛分或水选而制成各种粒度的产品。

碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基该品种，都属α-SiC。

①黑碳化硅含SiC约95%，其韧性高于绿碳化硅，大多用于加工抗张强度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等。

②绿碳化硅含SiC约97%以上，自锐性好，大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃，也用于研磨汽缸套和精磨高速钢刀具。此外还有立方碳化硅，它是以特殊工艺制取的黄绿色晶体，用以制作的磨具适于轴承的超精加工，可使表面粗糙度从Ra32～0.16微米一次加工到Ra0.04～0.02微米。

碳化硅的硬度很大,莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石（10级），碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料用外，还有很多其他用途，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍；用以制成的高级耐火材料，耐热震、体积小、重量轻而强度高，节能效果好。低品级碳化硅（含SiC约85%）是极好的脱氧剂，用它可加快炼钢速度，并便于控制化学成分，提高钢的质量。

但是，目前国内外市场上未出现将碳化硅材料应用到研磨筒的制作中的相关公开文献。

发明内容

本发明所要解决的问题是为了克服现有研磨桶强度不够、耐磨度不够的缺陷，提供一种能够提高研磨桶强度和耐磨度的研磨设备中碳化硅研磨桶的制造方法。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种研磨设备中碳化硅研磨桶的制造方法，包括以下步骤：

1）、配料

将碳化硅加入反应催化剂和添加剂，边搅拌边加水，搅拌均匀成浆状或粉状物料；

2、素坯成型

将浆状或粉状物料采用模具通过注浆成型或等静压成型等生产出相应规格大小的碳化硅研磨桶的素坯；

3）、素坯的干燥、修理及烧结：

将素坯进行干燥，干燥后的素坯进行修理，修理后将素坯装入真空炉中加入硅合金进行烧结；

4）、烧结后产品的精加工：将烧结后的碳化硅研磨桶安装在数控加工中心上进行精加工。

以下是本发明对上述方案的进一步优化：

进一步优化：上述步骤1中，所述各种组份重量的配比为：

碳化硅65～75份，反应催化剂5～15份，添加剂10～30份；水适量。

进一步优化：所述反应催化剂的主要成分是炭粉；添加剂的主要成分是聚乙烯醇和二丙醇。

进一步优化：上述步骤1中，配料后的物料为浆状或粉状。

进一步优化：上述步骤3中，干燥后的素坯水分含量占总质量的3～12%。

进一步优化：上述步骤3中，真空炉的真空度为50Pa。

进一步优化：上述步骤3中，将素坯装入真空炉中加入素坯重量30～70%的硅合金在1800～2100度的温度中烧结，烧结的过程主要发生以下的化学反应：

αSIC＋C→βSIC；

C＋Si→αSIC＋βSIC。

进一步优化：真空炉烧结时，先将素坯放入真空炉中，然后抽真空至50Pa，然后在5小时内缓慢升温至500摄氏度，然后再在10小时内缓慢升温至1000摄氏度，然后再在10小时内缓慢升温至1500摄氏度，然后再在5小时内缓慢升温至1800-2100摄氏度，升温至1800-2100摄氏度后保持10小时，最后在10小时内缓慢降至常温。

进一步优化：上述步骤4中，精加工时，将产品尺寸的内径尺寸控制在0.2毫米以内、产品外径的尺寸控制在5丝米之内、产品的光洁度达到1.6。

本发明采用上述方案，碳化硅与反应催化剂和添加剂以及硅铝合金在高温下反应后主要生成复合型的碳化硅，该物质的主要特性是耐高温、耐磨损、耐腐蚀，而且高温下的物理特性稳定，烧结后的研磨桶主要是由该物质构成的。制成的碳化硅研磨桶不仅具有优良的耐磨度性能，而且硬度高，规格尺寸精度高，使用寿命长。

下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步说明。

附图说明

附图1为本发明实施例中素坯在真空炉中烧结时的温度与时间的对应图。

具体实施方式

实施例1，一种研磨设备中碳化硅研磨桶的制造方法，包括以下步骤：

1）、配料

将碳化硅加入反应催化剂和添加剂，边搅拌边加水，搅拌均匀，所述各种组份重量的配比为：

碳化硅65份，反应催化剂5份，添加剂10份；水适量；

碳化硅、反应催化剂和添加剂是以颗粒状的粉体进行配料的，颗粒的大小在2微米至150微米之间，其中反应催化剂的主要成分是炭粉，添加剂的主要成分是聚乙烯醇和二丙醇，根据添加水的量的不同，配料后的物料可制成浆状或粉状。

2、素坯成型

采用模具通过注浆成型或等静压成型等生产出相应规格大小的碳化硅研磨桶的素坯；

注浆成型主要的物料形态为浆状，等静压成型主要的物料形态为粉状。

3）、素坯的干燥、修理及烧结：

根据图纸的要求将素坯进行干燥，干燥后的素坯进行修理，干燥后的素坯水分含量控制在总质量的3～12%；

将素坯装入真空炉中加入素坯重量30～70%的硅合金在1800～2100度的温度中烧结；

如图1所示，真空炉烧结时，先将素坯放入真空炉中，然后抽真空至50Pa，然后在5小时内缓慢升温至500摄氏度，然后再在10小时内缓慢升温至1000摄氏度，然后再在10小时内缓慢升温至1500摄氏度，然后再在5小时内缓慢升温至1800-2100摄氏度，升温至1800-2100摄氏度后保持10小时，最后在10小时内缓慢降至常温。

烧结的过程主要发生以下的化学反应：

αSIC高温下经过催化剂反应生成βSIC。

催化剂中的C在高温下与硅合金反应生成αSIC和βSIC。

αSIC＋C→βSIC；

C＋Si→αSIC＋βSIC。

4）、烧结后产品的精加工：将烧结后的碳化硅研磨桶安装在数控加工中心上进行精加工，将产品尺寸的内径尺寸控制在0.2毫米以内、产品外径的尺寸控制在5丝米之内、产品的光洁度可以达到1.6，保证产品在安装时的致密性。

实施例2，上述实施例1的步骤1中，所述各种组份重量的配比还可以为：碳化硅75份，反应催化剂15份，添加剂30份；水适量，其它工艺步骤同实施例1相同。

实施例3，上述实施例1的步骤1中，所述各种组份重量的配比为：碳化硅70份，反应催化剂10份，添加剂20份；水适量。其它工艺步骤同实施例1相同。

上述实施例1-3中，碳化硅与反应催化剂和添加剂以及硅合金在高温下反应后主要生成复合型的碳化硅，该物质的主要特性是耐高温、耐磨损、耐腐蚀，而且高温下的物理特性稳定，烧结后的研磨桶主要是由该物质构成的。本发明采用上述方案，制成的碳化硅研磨桶不仅具有优良的耐磨度性能，而且硬度高，规格尺寸精度高，使用寿命长。

碳化硅研磨桶与现有市场上其它材质研磨桶的性能比较如下：

主要材料	使用温度（℃）	耐磨性、硬度（HV）	耐腐蚀性	使用寿命
					碳化硅	1380～1600	20～22	优Excellent	3～5年
氧化锆	600～900	16～19	较好	2～3年
					树脂	300下	10	较好	1年
不锈钢	700～1000	14～17	一般	1～2年

Claims

1.一种研磨设备中碳化硅研磨桶的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、配料

2）、素坯成型

将浆状或粉状物料采用模具通过注浆成型或静压成型等生产出相应规格大小的碳化硅研磨桶的素坯；

3）、素坯的干燥、修理及烧结：

2.根据权利要求1所述的一种研磨设备中碳化硅研磨桶的制造方法，其特征在于：上述步骤1中，所述各种组份重量的配比为：

3.根据权利要求1或2所述的一种研磨设备中碳化硅研磨桶的制造方法，其特征在于：所述反应催化剂的主要成分是炭粉；添加剂的主要成分是聚乙烯醇和二丙醇。

4.根据权利要求3所述的一种研磨设备中碳化硅研磨桶的制造方法，其特征在于：上述步骤1中，配料后的物料为浆状或粉状。

5.根据权利要求1所述的一种研磨设备中碳化硅研磨桶的制造方法，其特征在于：上述步骤3中，干燥后的素坯水分含量占总质量的3～12%。

6.根据权利要求1或5所述的一种研磨设备中碳化硅研磨桶的制造方法，其特征在于：上述步骤3中，真空炉的真空度为50Pa。

7. 根据权利要求6所述的一种研磨设备中碳化硅研磨桶的制造方法，其特征在于：上述步骤3中，将素坯装入真空炉中加入素坯重量30～70%的硅合金在1800～2100度的温度中烧结，烧结的过程主要发生以下的化学反应：

αSIC＋C→βSIC；

C＋Si→αSIC＋βSIC。

8.根据权利要求7所述的一种研磨设备中碳化硅研磨桶的制造方法，其特征在于：真空炉烧结时，先将素坯放入真空炉中，然后抽真空至50Pa，然后在5小时内缓慢升温至500摄氏度，然后再在10小时内缓慢升温至1000摄氏度，然后再在10小时内缓慢升温至1500摄氏度，然后再在5小时内缓慢升温至1800-2100摄氏度，升温至1800-2100摄氏度后保持10小时，最后在10小时内缓慢降至常温。

9.根据权利要求1所述的一种研磨设备中碳化硅研磨桶的制造方法，其特征在于：上述步骤4中，精加工时，将产品尺寸的内径尺寸控制在0.2毫米以内、产品外径的尺寸控制在5丝米之内、产品的光洁度达到1.6。