CN104400673A - 一种热固型陶瓷结合剂超硬磨具的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种热固型陶瓷结合剂超硬磨具的制作方法：以热固型新陶瓷材料为结合剂，采取类似热固型有机树脂的热压成型工艺，具体经过配方设计、称重磨料、碱处理磨料并加入结合剂、加入填料，搅拌均匀。150-300℃热压成型、脱模、修整等工序，完成热固型陶瓷结合剂磨具的制作。

Description

一种热固型陶瓷结合剂超硬磨具的制作方法

技术领域：

该发明涉及一种机械加工用磨具的制作方法。具体涉及一种超硬磨具的新制作方法。 

背景技术：

随着科技的发展，新型材料的不断出现，机械加工也在向高质量、高精度、高效率、自动化方向的不断发展，这对超硬磨具的性能也有更高的要求。树脂结合剂金刚石砂轮，由于有机树脂的耐温性不好，易碳化，也越来越不能满足现代加工的要求，市场迫切需要高性能陶瓷结合剂金刚石砂轮。 

但是由于金刚石700℃左右、立方氮化硼在800℃左右即可氧化的特性，使它对陶瓷结合剂的性能有特殊的要求，特别是烧制温度的限制，一般不能超过磨料的氧化温度。而传统的陶瓷结合剂需要1250-1300度的高温烧制，不能满足金刚石、立方氮化硼等超硬磨料的特殊要求。而行业技术人员为了满足其特殊要求，对传统陶瓷结合剂进行改性，以降低烧制温度至700-800℃左右，即所谓的低温陶瓷结合剂，但此时的陶瓷材料的性能已经有很大的降低，很难制作出性能理想的超硬磨具，因此目前陶瓷结合剂金刚石砂轮还没有得到广泛的应用。国内的金刚石砂轮主要为树脂和金属结合剂，陶瓷结合剂的用量还很少。其主要原因是： 

金刚石一般在700℃即可氧化，传统的陶瓷结合剂一般烧制温度在1250--1300度，为降低耐火度，结合剂中引入大量碱性物料，这样得到所谓的低温陶瓷结合剂一般也在700℃左右烧制，陶瓷性能大大降低了，烧结过程不易控制，很难生产出理想的陶瓷金刚石砂轮，以满足市场的巨大需求，这一矛盾也成为一个行业“难题”，长期困扰着行业发展。为解决上述问题，科技工作者 从多方面进行了研究，但目前业内研究的主要方向还是对传统陶瓷结合剂进行有限的改性，没有革命性的新思维、新理论、新材料、新工艺，就很难有实质性的突破。 

发明内容：

我们本着材料成分决定结构、结构决定性能、性能体现价值为思路，以无机高分子理论为指导，借鉴复合材料优势，另辟蹊径，从改变材料体系入手，经长期探索实验，研发生产出具有原创性的仅在200℃左右即可固化的超低温热固型陶瓷结合剂(创造性)，很好的解决了超硬磨具无理想陶瓷结合剂这一行业“难题”。(实用性) 

一、我们的超低温陶瓷结合剂是真正意义上的低温结合剂，它的瓷化温度仅为200℃左右，目前尚无接近或低于它的陶瓷结合剂的报道(新颖性)。可大大节约能耗，减少污染，提高生产效率。 

二、低温瓷化加之该材料在瓷化过程中有缩聚现象，在具有传统陶瓷结合剂所具有的优点外，还使得在防止金刚石氧化的同时还可提高对金刚石磨料的把持力。 

三、结合剂为无机高分子材料，不但具有无机无机材料特性，还具有一定的有机材料特性，其良好的韧性特点，可克服传统陶瓷结合剂脆性大的缺点。 

四、该结合剂为低温瓷化，可添加一定的有机材料实现复合改性，在强度、韧性等方面进行调整，以更好的满足不同工件的需要。 

五、该材料为化学合成，达到原子级的重组，50％达到纳米级，可解决生产微分级金刚石砂轮的技术难题。 

六、和传统的树脂砂轮生产工艺非常相似，无需对生产设备进行大的改造。 

七、可实现微波瓷化，使得生产过程更高效、节能、清洁。为磨具行业淘汰落 后生产方式，实现升级转型可持续发展提供强有力的技术支持。 

有益效果：该热固型陶瓷结合剂和传统的低温陶瓷结合剂相比无需高温烧制，使原来需要15天左右的生产周期可缩短至1个小时，大大节约了能耗、提高了生产效率。和传统的树脂结合剂相比，虽然工艺基本相同，但耐温性能可以提高800℃左右，大大提高了磨具的使用寿命、并且不含苯、甲醛等有害物质。是企业转型，产品升级的理想途径，是对磨具行业传统生产方式的颠覆性革新，在行业中引起非常大的反响。 

附图说明：图1是制作方法的工艺流程图。 

具体实施方式：

在长时间的实验、试验基础上，总结热固型陶瓷结合剂磨具制作新的工艺方法： 

该结合剂为纯无机合成，具有类热固型树脂的特性，但流动性不及有机树脂好，在热压成型过程中，应适当加大压力，以提高流动性。 

1.配方设计：根据对磨具硬度大小的不同要求，设计出超硬磨料、热固型陶瓷结合剂、填料所占不同比例的配方。 

2.称重磨料。 

3.碱处理磨料并加入结合剂。(具体方法附后) 

4.加入填料，搅拌均匀。 

5.热压温度200--250℃。 

6.压力不小于15--25兆帕。 

7.根据工件大小，保温保压35分钟左右。使得成型和固化同时进行。如保温时间短，也可烘箱二次固化。 

8.前5、10分钟，各放气1次。 

9.热压完成后，可凉至150℃左右脱模。并置于缓慢降温环境下，至室温。 

10.如直接和金属基体热压成型，热压结束后，立即脱模，并迅速放置到缓慢降温环境下，至室温，防止和基体开裂。 

11.基体需开槽并涂硅氧烷偶联剂处理液。 

碱处理磨料的方法 

为了提高把持力，务必对磨料进行碱处理，具体方法： 

1、按照水∶氢氧化钾∶磨料＝3∶2∶5配料。 

2、加热、搅拌、沸煮。 

3、沸煮至碱液将尽而未尽时，停止加热。 

4、再加入同前量的水，搅拌5分钟，并滤掉去碱。(确保磨料表面为湿态) 

5、将处理后的湿态磨料，少量、多次加入部分结合剂中，并不停搅拌，避免结团。 

6、再将剩余结合剂直接加入并搅拌均匀。 

7、最后把填料加入并搅拌均匀。 

8、如混合料潮湿，可在150℃烘箱了干燥10小时左右。(前1小时注意分散防止结团)。 

Claims (9)

1.采取有机树脂的热压成型工艺，制得陶瓷相为结合剂的超硬磨具工件。

2.根据权利1要求所述，结合剂为热固型陶瓷结合剂，填料包括金属粉、金属纤维，矿物粉、矿物纤维，碳化硅、碳化钨等，如需增强韧性可添加聚酰亚胺等有机树脂等。

3.根据权利1、权利2要求所述，150-300℃温度范围热压，成型、固化同时进行方式。

4.根据权利1、权利2要求所述，压力在10-25MPa间。

5.根据权利1、权利2要求所述，“热固型陶瓷新材料”及“热固型陶瓷结合剂”的称谓。

6.根据权利1、权利2要求所述，工作层与基体粘接可和热压成型过程合并一步进行。

7.根据权利1、权利2要求所述，适用磨料包括刚玉、碳化硅、金刚石、立方氮化硼及CD等。

8.根据权利1、权利2要求所述，热压后，还可后续采用烘箱继续固化以提高产品性能、提高生产效率。

9.根据权利1、权利2要求所述，碱处理磨料的方法。