CN103551996A - 一种陶瓷基金刚石磨块及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷基金刚石磨块及制备方法，属粉末冶金材料技术领域，用于解决目前墙地瓷砖抛光线用碳化硅磨块磨削效率低，磨削寿命短、对环境污染大的问题。磨头工作层原料由下述重量单位的粉末原料组成：陶瓷结合剂15～30，金刚石25～40，碳化硅5～25，棕刚玉15～25，糊精粉2～7，水2～5，所述陶瓷结合剂中按质量分数含铝10～30%、钠15～30%、锂4～8%、硼20～30%，其余为氧及少量杂质。本发明的陶瓷磨块采用压制烧结方式成型大大提高了结合剂对磨料的把持能力，使得磨块使用寿命大大延长，不仅提高了生产效率，而且减少了对环境的污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种金刚石磨具及制备方法，特别是用于瓷砖加工的细磨工序使用的陶瓷磨块及制备方法，属粉末冶金材料技术领域。
背景技术
瓷砖生产线是墙地瓷砖行业内最广为应用的设备，目前全国陶瓷生产线有3000条左右，其中抛光线就有2000多条，磨块年用量非常大。瓷砖抛光线用的磨块主要分为三种：金属磨块、碳化硅磨块和菱苦土磨块，分别用于粗磨、中细磨和抛光。其中，中细磨用碳化硅磨块用量最大，但碳化硅磨块的磨削效率低、寿命短，这不仅造成这一工序成本相对较高，而且对环境也产生极大的污染。陶瓷磨块的磨削力强，磨削时产生的热量较少温升比较低，磨具磨损比较小，可以适应各种冷却液的作用，磨削时磨具的形状保持性好，磨出工件的精度高；陶瓷磨块内有较多的气孔，磨削时有利于排屑容屑和散热，不易堵塞、不易烧伤工件；陶瓷磨块的自锐性比较好 ，修整间隔的时间长，修整比较容易。因此陶瓷磨块替代碳化硅磨块有着得天独厚的优势。但是现有技术中所公开的陶瓷磨块（如申请号为201210267163.7、201010298219.6、201210267146.3的中国专利文献）对瓷砖生产的中细磨工作并没有显示出更好的使用效果。
如申请号为201210267146.3的专利文献公开了一种聚氨基双马来酰亚胺树脂砂轮，砂轮磨头材料按重量份由金刚石磨料50～60重量份、铬刚玉磨料5～10、绿碳化硅粉5～10、聚氨基双马来酰亚胺树脂粉5-15、乙醇2-6、甲基丙烯酸正丁酯1～2、莹石5～10、丙三醇三甘油酸酯5～10、硼砂2～5、废铁粉2～5制成。其应用于瓷砖材料中细磨工作并没显示出太多的优势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种陶瓷基金刚石磨块及制备方法，用于解决目前墙地瓷砖抛光生产线用的磨块磨削效率低，磨削寿命短、对环境污染大的问题，使磨块具有自锐性好、锋利度好、寿命长、低碳环保优点。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种陶瓷基金刚石磨块，包括粘结在树脂底板上的磨头，所述磨头的工作层的原料由下述重量单位的粉末原料配成：
陶瓷结合剂15～30，金刚石25～40，碳化硅5～25，棕刚玉15～25，糊精粉2～7，水2～5。
本发明的磨头工作层的原料进一步优选在于：所述工作层的原料由下述重量单位的粉末原料组成：陶瓷结合剂15～28，金刚石25～37，碳化硅5～23，棕刚玉15～22，糊精粉2～5，水2～4。
本发明的磨头工作层的原料进一步优选在于：所述工作层的原料由下述重量单位的粉末原料组成：陶瓷结合剂22，金刚石34，碳化硅10，棕刚玉17，糊精粉4，水3。
本发明的磨头工作层原料的陶瓷结合剂优选在于：所述陶瓷结合剂中按质量分数含铝10～30%、钠15～30%、锂4～8%、硼20～30%，其余为氧及少量杂质。
本发明的磨头工作层原料的陶瓷结合剂进一步优选在于：所述陶瓷结合剂中按质量分数含铝20%、钠18%、锂5%、硼24%，其余为氧及少量杂质。
一种上述的陶瓷基金刚石磨块的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a. 磨头工作层原料混配：按配比称取磨头工作层的原料并混配均匀；
b. 磨头过渡层原料混配：所述过渡层原料选取下列重量单位的材料并混配均匀：
陶瓷结合剂15～30，碳化硅5～25，棕刚玉15～25，糊精粉2～7，水2～5；所述陶瓷结合剂中按质量分数含铝10～30%，钠15～30%，锂4～8%，硼20～30%，其余为氧及少量杂质；
c. 磨头压制成型：将上述混合好后的工作层的原料以及过渡层原料按重量比9:1～8:2的比例，分别投入钢模具，然后压制成生坯，成型单位压力为2～4.5Mpa；
d. 磨头烧结：将压制好的生坯放入连续炉中烧结，烧结温度为650℃～750℃，烧结7～10个小时后得到陶瓷磨头；
e. 整形：将烧结好的陶瓷磨头在整形机上整形，得到符合要求尺寸的磨头；
f．粘接：用粘结胶将磨头与树脂底板粘接，得到陶瓷磨块成品。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明针对现有碳化硅磨块磨削效率低、使用寿命短的问题进行了改进，以陶瓷材料为结合剂，金刚石为主磨料，碳化硅、棕刚玉为辅助磨料，采用压制烧结的成型方式。一方面以超硬材料金刚石为主磨料，碳化硅、棕刚玉为辅助磨料的陶瓷磨块替代单纯地以普通磨料碳化硅为磨料的碳化硅磨块，磨削效率得到一个本质上的提升；金刚石和辅料碳化硅、棕刚玉的配比后的磨削力和磨头的硬度能够适应瓷砖使用要求。另一方面陶瓷磨块采用压制烧结的成型方式比采用浆料浇注成型的碳化硅磨块的成型方式更为先进，压制烧结成型方式的结合剂对磨料的把持能力更强，使得磨块使用寿命大大延长，不仅提高了生产效率，而且减少了对环境的污染。
本发明磨头所采用的陶瓷材料配方，可提高磨头使用寿命和烧结性能，保证对所包裹的金刚石形成良好的机械啮合，且能够在较低的烧结温度下、较短的烧结时间内达到有效烧结，减缓金刚石单晶的劣化趋势，其陶瓷组元可以良好的浸润磨料，提高对磨粒的把持能力。糊精粉遇水反应，起着临时结合剂的作用，有利于冷压成型，经烧结即挥发掉。
本发明中通过严格控制陶瓷结合剂的使用量，使陶瓷基金刚石磨块获得了最佳的抗折强度和合理的把持能力，陶瓷结合剂过多或过少地使用都会降低结合剂与磨料的结合强度。下面的表1为加入不同含量的结合剂时，磨头的抗折强度；表2结合剂的加入量对金刚石把持力的影响；表3表征了不同金刚石含量陶瓷磨块的使用寿命以及与碳化硅磨块对比的结果。
表1结合剂的含量对产品抗折强度的影响
表2结合剂的加入量对金刚石把持力的影响
表3 陶瓷磨块的使用寿命及与碳化硅磨块对比的结果
从表1中可以看出，结合剂的加入量在15～30wt%时，抗折强度相对较高，过高和过低的加入量都会使抗折强度降低，过低的抗折强度也降低了胎体对磨料的把持力，造成了磨粒在没有完全磨损失效的情况下提前脱落，降低了磨具使用寿命。在金刚石工具行业中常用下式来表征胎体对金刚石把持力的大小。
Q=（σ1-σ2）/σ1 F=1-Q
其中Q——抗弯强度下降的相对值，
σ1——胎体的抗弯强度值，
σ2——含金刚石试样的抗弯强度值，
F——金刚石把持力系数，F值越大表示胎体对金刚石的把持力越高。
由表2可以看到，随着结合剂的加入量增加，对金刚石把持力先增大后减小，当结合剂含量在25wt%时，得到极大值。
从表3可以看出，随着金刚石的加入使用寿命有所增加，当加入量为20%时，达到最大值23000m2/mm。碳化硅磨块的使用寿命为9m2/mm，相比之下陶瓷磨块的使用寿命大大延长，最大达到了2560倍，这不仅减少了停机更换磨块的次数，大大提高了生产效率，更重要的是减少了污水对环境的污染问题。
具体实施方式
一种陶瓷基金刚石磨块，包括粘结在树脂底板上的磨头，所述磨头的工作层的原料由下述重量单位的粉末原料配成：陶瓷结合剂15～30，金刚石25～40，碳化硅5～25，棕刚玉15～25，糊精粉2～7，水2～5；所述陶瓷结合剂中按质量分数含铝10～30%，钠15～30%，锂4～8%，硼20～30%，其余为氧及少量杂质。
本发明的磨头工作层的原料的优选为陶瓷结合剂15～28，金刚石25～37，碳化硅5～23，棕刚玉15～22，糊精粉2～5，水2～4。进一步优选为陶瓷结合剂22，金刚石34，碳化硅10，棕刚玉17，糊精粉4，水3。
以下提供几个具体的磨头工作层的原料配比实施例。但是本发明的工作层的原料还可以在以下实施例的基础上进行扩展，得到其它比例的配方。
实施例1：取陶瓷结合剂2.5公斤，金刚石3.0公斤，碳化硅2.2公斤，棕刚玉1.5公斤，糊精粉0.4公斤，水 0.4公斤。其中陶瓷结合剂中按质量分数含铝25%、钠27%、锂7%、硼30%，其余为氧及少量杂质。
实施例2：取陶瓷结合剂3公斤，金刚石2.5公斤，碳化硅2.0公斤，棕刚玉1.7公斤，糊精粉0.4公斤，水 0.4公斤。其中陶瓷结合剂中按质量分数含铝23%、钠25%、锂5%、硼25%，其余为氧及少量杂质。
实施例3：取陶瓷结合剂2.2公斤，金刚石3.1公斤，碳化硅2.2公斤，棕刚玉1.7公斤，糊精粉0.5公斤，水 0.3公斤。其中陶瓷结合剂中按质量分数含铝20%，钠20%，锂8%，硼25%，其余为氧及少量杂质。
实施例4：取陶瓷结合剂2.8公斤，金刚石2.7公斤，碳化硅2.1公斤，棕刚玉1.8公斤，糊精粉0.4公斤，水 0.4公斤。其中陶瓷结合剂中按质量分数含铝18%、钠18%、锂6%、硼28%，其余为氧及少量杂质。
实施例5：取陶瓷结合剂2.9公斤，金刚石3.2公斤，碳化硅2.1公斤，棕刚玉1.0公斤，糊精粉0.3公斤，水 0.5公斤。其中陶瓷结合剂中按质量分数含铝22%，钠15%，锂7%，硼27%，其余为氧及少量杂质。
实施例6：取陶瓷结合剂2.2公斤，金刚石3.4公斤，碳化硅2.0公斤，棕刚玉1.7公斤，糊精粉0.4公斤，水 0.3公斤。其中陶瓷结合剂中按质量分数含铝25%，钠13%，锂7%，硼30%，其余为氧及少量杂质。
本发明制备方法如下：
配混工作层原料：按照上述各实施例的原料配比称取各原料，其中陶瓷结合剂、碳化硅、棕刚玉、糊精粉的粒度均为320～600目，先将陶瓷结合剂、碳化硅、棕刚玉、糊精粉放入混料筒中混合30分钟，然后再加入水和200～400目的金刚石继续混合2～3小时；
配混过渡层原料：按照上述配比称取320～600目的陶瓷结合剂、碳化硅、棕刚玉、糊精粉放入混料筒中混合30分钟，然后加入水继续混合2～3小时；
按照重量比磨头工作层原料：底层原料8.5:1.5的比例投料（也可以在9:1到8:2之间任意选取）；将工作层原料和过渡层原料分别投入冷压钢模具中，具体操作过程为：首先在钢模具中投入过渡层原料粉，使其均匀的平铺于钢模具底部，然后均匀投入工作层原料，最后将装有粉料的钢模具组装好放在100吨压机上压制成型，成型单位压力为2～4.5MPa；
磨头烧结：将压制好的生坯放入连续炉，在650℃～750℃范围内进行烧结，烧结7～10个小时后得到陶瓷磨头；
整形：将烧结好的陶瓷磨头在整形机上整形，得到符合要求尺寸的磨头；
粘接：用粘结胶（如：502胶水或者其它强力胶水）将磨头与树脂底板粘接，得到陶瓷磨块成品。最后按照产品的设计要求进行包装，以方便保存、运输。
Claims (6)
1.一种陶瓷基金刚石磨块，包括粘结在树脂底板上的磨头，其特征在于：所述磨头的工作层的原料由下述重量单位的粉末原料配成：
陶瓷结合剂15～30，金刚石25～40，碳化硅5～25，棕刚玉15～25，糊精粉2～7，水2～5。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷基金刚石磨块，其特征在于所述工作层的原料由下述重量单位的粉末原料组成：陶瓷结合剂15～28，金刚石25～37，碳化硅5～23，棕刚玉15～22，糊精粉2～5，水2～4。
3.根据权利要求2所述的一种陶瓷基金刚石磨块，其特征在于所述工作层的原料由下述重量单位的粉末原料组成：陶瓷结合剂22，金刚石34，碳化硅10，棕刚玉17，糊精粉4，水3。
4.根据权利要求1～3任一项所述的陶瓷基金刚石磨块，其特征在于所述陶瓷结合剂中按质量分数含铝10～30%、钠15～30%、锂4～8%、硼20～30%，其余为氧及少量杂质。
5.根据权利要求4所述的陶瓷基金刚石磨块，其特征在于所述陶瓷结合剂中按质量分数含铝20%、钠18%、锂5%、硼24%，其余为氧及少量杂质。
6.权利要求1～5任一项所述的陶瓷基金刚石磨块的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a. 磨头工作层原料混配：按配比称取磨头工作层的原料并混配均匀；
b. 磨头过渡层原料混配：所述过渡层原料选取下列重量单位的材料并混配均匀：
陶瓷结合剂15～30，碳化硅5～25，棕刚玉15～25，糊精粉2～7，水2～5；所述陶瓷结合剂中按质量分数含铝10～30%，钠15～30%，锂4～8%，硼20～30%，其余为氧及少量杂质；
c. 磨头压制成型：将上述混合好后的工作层的原料以及过渡层原料按重量比9:1～8:2的比例，分别投入钢模具，然后压制成生坯，成型单位压力为2～4.5Mpa；
d. 磨头烧结：将压制好的生坯放入连续炉中烧结，烧结温度为650℃～750℃，烧结7～10个小时后得到陶瓷磨头；
e. 整形：将烧结好的陶瓷磨头在整形机上整形，得到符合要求尺寸的磨头；
f．粘接：用粘结胶将磨头与树脂底板粘接，得到陶瓷磨块成品。
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