專利名稱：低溫高強陶瓷結(jié)合劑新型陶瓷剛玉磨具及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于磨削加工工具，尤其涉及ー種低溫高強陶瓷結(jié)合劑新型陶瓷剛玉(SG即Seeded Gel)磨具及其制備方法。
背景技術(shù)：
新型陶瓷剛玉磨料是以獨特的陶瓷技術(shù)合成的具有微細(xì)晶體結(jié)構(gòu)的高純度剛玉磨料,這類磨料采用Sol-gel (溶膠-凝膠)エ藝合成并經(jīng)過燒結(jié)而成。而普通電熔剛玉磨料是以エ業(yè)氧化鋁為原料，經(jīng)電弧爐熔融而成，將其破碎、研磨、分級制得不同粒度級別的剛玉磨料。兩種磨料制備方法不同，因而他們在結(jié)構(gòu)與性能上也就大不相同。具體表現(xiàn)在如下方面在顯微結(jié)構(gòu)方面，普通電熔剛玉磨料每顆磨粒中僅含有極少量的單晶體(有時僅 為ー個單晶體)，晶體尺寸在50 μ m左右或更大，而新型的陶瓷剛玉磨料每顆磨粒是由成千上萬個亞微米級或者微米級的細(xì)小晶體所組成，磨粒晶體尺寸為普通剛玉磨粒晶體尺寸的1/15 1/200，這些大量的微小磨粒使磨粒具有許多鋒利的切削刃；在韌性方面，由于其顯微結(jié)構(gòu)不同，所以其在磨粒斷裂行為上就有所不同，新型陶瓷剛玉磨料表現(xiàn)為沿晶斷裂破壞，而傳統(tǒng)電熔剛玉磨粒多呈現(xiàn)穿晶斷裂破壞，因而新型陶瓷剛玉磨料韌性明顯較普通電熔剛玉磨料高，一般要高I倍左右；在磨損機理和自銳性方面，傳統(tǒng)電熔剛玉磨粒在工作點被磨去后變平鈍化，在磨削力作用下，這些被磨鈍的磨粒不是從磨具上脫落，就是沿晶面穿晶破裂，呈宏觀破碎，磨粒損失較多。而新型陶瓷剛玉磨料的磨粒磨損后破碎時，沿晶界破裂，呈微觀破碎，很少產(chǎn)生宏觀破碎，因而磨粒損失較少，磨損較少，使用壽命較長。新型陶瓷剛玉磨粒的整個磨損過程也是磨粒本身的自銳過程，在有效使用壽命期間，磨粒表面層被磨鈍的微小晶粒(即切削刃)在磨削力的作用下從磨粒上逐漸脫落，不斷地暴露出新的微切削刃，使磨粒始終處于鋒利狀態(tài)，從而保證了磨具的自銳功能和磨削性能的穩(wěn)定。因而新型陶瓷剛玉磨料與普通電熔剛玉磨料相比，具有很好的自銳性能和耐磨性能。由于新型陶瓷剛玉磨料具有上述優(yōu)點，因此，其不僅可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)電熔剛玉磨料，提高磨具的磨削效率、磨削精度和使用壽命，尤其隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新的難磨材料不斷出現(xiàn)，磨削速度要求越來越高，對磨削工具亦提出了更高的要求，普通剛玉磨具已難以滿足這些要求，發(fā)展新型磨削工具是市場的需求和技術(shù)發(fā)展的必然，因此超硬材料磨削工具應(yīng)運而生，但超硬材料磨削工具不僅成本高、修整困難且需要專用設(shè)備，因此限制了其廣泛的應(yīng)用。陶瓷結(jié)合劑新型陶瓷剛玉磨具在性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通電熔剛玉磨具，價格上又遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于CBN(立方氮化硼)和金剛石磨具，且無需采用特殊磨削設(shè)備及修整裝置，不存在CBN和金剛石在磨削設(shè)備方面的特殊要求及修整方面的困難，對于磨削液也沒有CBN砂輪那樣的特殊要求，易于推廣應(yīng)用，因此陶瓷結(jié)合劑新型陶瓷剛玉磨具在性能上和價格上填補了超硬磨具與普通磨料磨具之間的空檔。既可用于加工韌性不銹鋼、耐熱合金等難磨削材料，也可用于一般材料的精密磨削和高效磨削加工，在機械制造、汽車、軸承、道具、模具等許多エ業(yè)領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。陶瓷結(jié)合劑新型陶瓷剛玉磨具和陶瓷結(jié)合劑普通剛玉磨具的制備エ藝過程基本相同，但由于新型陶瓷剛玉磨料的結(jié)構(gòu)和使用速度等方面的要求，傳統(tǒng)的普通陶瓷結(jié)合劑已不能滿足新型陶瓷剛玉磨料磨具的制備要求。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)陶瓷結(jié)合劑普通剛玉磨具的燒結(jié)溫度都在1250°C左右，而新型陶瓷剛玉磨料在高溫?zé)蓵r會受高溫作用產(chǎn)生晶粒長大而破壞其原有的顯微結(jié)構(gòu)與性能，從而損失或失去其磨削使用中的優(yōu)越特性，從而影響其應(yīng)有的磨削效果，所以一般應(yīng)在低于1000°C的溫度下燒成；另一方面，傳統(tǒng)陶瓷結(jié)合劑普通剛玉磨具的使用速度一般不超過60m/s，而新型陶瓷剛玉磨具的使用速度要滿足80 120m/s的使用速度要求，因此要求制備新型陶瓷剛玉磨具的陶瓷結(jié)合劑不僅燒結(jié)溫度低，而強度要求更高，同時價格上相比傳統(tǒng)陶瓷結(jié)合劑亦 不能増加太多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，適應(yīng)如今的難磨材料不斷出現(xiàn)、磨削速度越來越高的要求，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以在850 980°C的燒成溫度下燒成，在磨具成型密度為
2.2g/cm3吋，磨具的抗彎強度大于等于60MPa、抗拉強度大于等于16MPa，能夠滿足砂輪在80 100m/s轉(zhuǎn)速下安全使用的新型陶瓷剛玉磨具。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。ー種低溫高強陶瓷結(jié)合劑新型陶瓷剛玉磨具，由陶瓷結(jié)合劑與新型陶瓷剛玉磨料組成，其質(zhì)量百分比含量為陶瓷結(jié)合劑15 20%，新型陶瓷剛玉磨料80 85% ;在此基礎(chǔ)上外加質(zhì)量百分比含量為5%的粘結(jié)濕潤劑；所述的低溫高強陶瓷結(jié)合劑的原料組分及其質(zhì)量百分比含量為粘土 10 30%、長石10 30%、硼玻璃45 70%、冰晶石O 15%、石英O 5%、氧化鎂O 5%。所述的新型陶瓷剛玉磨料采用溶膠-凝膠エ藝合成并經(jīng)過燒結(jié)而成，磨料粒度為30 280目。所述粘結(jié)濕潤劑為水玻璃、糊精溶液或者石蠟。所述的粘上為高嶺上、蒙脫石和伊利石；所述的長石為鉀長石和鈉長石。本發(fā)明低溫高強陶瓷結(jié)合劑新型陶瓷剛玉磨具的制備方法，具有如下步驟(I)制備低溫高強陶瓷結(jié)合劑按粘土 10 30%,長石10 30%,硼玻璃45 70%,冰晶石O 15%,石英O 5%，氧化鎂O 5%的化學(xué)計量比配置原料，并混合均勻，裝入坩堝于高溫熔塊爐中加熱至1300°C，保溫2h，待原料完全熔融后水淬，然后在100°C烘箱中干燥24h，再于球磨機上干磨48h，球料比為2 3 1，然后過200目篩，制得低溫高強陶瓷結(jié)合剤；所述的粘上有為聞嶺上、蒙脫石或伊利石；所述的長石為鉀長石或鈉長石。(2)制備磨具原料將步驟⑴制得的低溫高強陶瓷結(jié)合劑按總重量的80 85%與15 20%新型陶瓷剛玉磨料混合、過篩，得到混合料；在此基礎(chǔ)上再外加質(zhì)量百分比為5%的粘結(jié)濕潤劑，再過篩，得到磨具原料；所述的新型陶瓷剛玉磨料采用溶膠-凝膠エ藝合成并經(jīng)過燒結(jié)而成，磨料粒度為30 280目；所述粘結(jié)濕潤劑為水玻璃、糊精溶液或者石蠟；
(3)成型與燒成將步驟(2)所得的磨具原料在液壓機上于100KN條件下加壓成型，保壓3 5min，然后停止加壓、脫模，放入馬弗爐中于850 980°C條件下燒結(jié)，隨爐自然冷卻，得到低溫高強陶瓷結(jié)合劑新型陶瓷剛玉磨具。所述步驟(I)的球磨機轉(zhuǎn)數(shù)為600r/min。所述步驟(3)在液壓機 上加壓成型的加壓速度為O. 5 O. 8KN/s。所述步驟(3)放入馬弗爐中燒結(jié)的升溫速度為3 4°C /min。本發(fā)明所述的低溫高強陶瓷結(jié)合劑新型陶瓷剛玉磨具與普通剛玉磨具相比，具有如下優(yōu)點磨粒鋒利，切削能力強，磨削效率高，修整次數(shù)少，可進(jìn)行大切深、大進(jìn)給、重負(fù)荷和高效磨削，單行程進(jìn)給量可達(dá)O. 3mm以上，金屬去除率是普通剛玉砂輪的3倍以上，而修整間隔時間是普通剛玉砂輪的3 5倍，修整間隔時間是普通剛玉砂輪的3 5倍；自銳性好，產(chǎn)生的磨削熱少，磨削溫度低，不燒傷エ件；韌性好，磨損小，砂輪形狀保持性好，耐用度高，使用壽命長，是普通剛玉砂輪的5 10倍；性能上遠(yuǎn)優(yōu)于普通電熔剛玉磨具，價格上遠(yuǎn)低于CBN和金剛石磨具，很好的填補了兩者之間的空擋。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)ー步說明。本發(fā)明采用礦物質(zhì)原料、エ業(yè)原料和常規(guī)的制備方法，首先制備陶瓷結(jié)合剤。由于新型陶瓷剛玉磨料與普通剛玉磨料相比，在較低的溫度(1000で左右)其晶粒尺寸即改變，而破壞新型陶瓷剛玉磨料的微晶特性，所以新型陶瓷剛玉磨具與普通剛玉磨具相比需采用低溫?zé)Y(jié)，即陶瓷結(jié)合劑本身的耐火度要低。另外，由于這類磨具通常用于大切削量、緩進(jìn)給磨削，因此要求結(jié)合劑本身具有較高的結(jié)合強度，以免在使用過程中造成磨具破裂，對人員和機床造成傷害。本發(fā)明的陶瓷結(jié)合劑采用礦物質(zhì)為原料，經(jīng)配方計算、稱量、混合均勻，裝入坩堝中在高溫熔塊爐中加熱至1300°C，保溫2h，待原料完全熔融后水淬，然后在100°C烘箱中干燥24h，再在球磨機上干磨(600r/min，球料比2 3 I) 48h，過200目篩網(wǎng)，即制得陶瓷結(jié)合剤。陶瓷結(jié)合劑的耐火度一般都低于850°C。具體實施例詳見表I。表I
權(quán)利要求
1.ー種低溫高強陶瓷結(jié)合劑新型陶瓷剛玉磨具，由陶瓷結(jié)合劑與新型陶瓷剛玉磨料組成，其質(zhì)量百分比含量為陶瓷結(jié)合劑15 20%，新型陶瓷剛玉磨料80 85% ;在此基礎(chǔ)上外加質(zhì)量百分比含量為5%的粘結(jié)濕潤劑； 所述的低溫高強陶瓷結(jié)合劑的原料組分及其質(zhì)量百分比含量為粘土 10 30%、長石10 30%、硼玻璃45 70%、冰晶石O 15%、石英O 5%、氧化鎂O 5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的低溫高強陶瓷結(jié)合劑新型陶瓷剛玉磨具，其特征在于，所述的新型陶瓷剛玉磨料采用溶膠-凝膠エ藝合成并經(jīng)過燒結(jié)而成，磨料粒度為30 280目。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的低溫高強陶瓷結(jié)合劑新型陶瓷剛玉磨具，其特征在于，所述粘結(jié)濕潤劑為水玻璃、糊精溶液或者石蠟。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的低溫高強陶瓷結(jié)合劑新型陶瓷剛玉磨具，其特征在于，所述的粘土為高嶺土、蒙脫石和伊利石；所述的長石為鉀長石和鈉長石。
5.權(quán)利要求I的低溫高強陶瓷結(jié)合劑新型陶瓷剛玉磨具的制備方法，具有如下步驟 (1)制備低溫高強陶瓷結(jié)合劑 按粘土 10 30 %,長石10 30 %,硼玻璃45 70 %,冰晶石O 15 %,石英O 5%，氧化鎂O 5%的化學(xué)計量比配置原料，并混合均勻，裝入坩堝于高溫熔塊爐中加熱至1300°C，保溫2h，待原料完全熔融后水淬，然后在100°C烘箱中干燥24h，再于球磨機上干磨48h，球料比為2 3 1，然后過200目篩，制得低溫高強陶瓷結(jié)合剤； 所述的粘土有為高嶺土、蒙脫石或伊利石；所述的長石為鉀長石或鈉長石。
(2)制備磨具原料 將步驟(I)制得的低溫高強陶瓷結(jié)合劑按總重量的80 85%與15 20%新型陶瓷剛玉磨料混合、過篩，得到混合料；在此基礎(chǔ)上再外加質(zhì)量百分比為5%的粘結(jié)濕潤劑，再過篩，得到磨具原料； 所述的新型陶瓷剛玉磨料采用溶膠-凝膠エ藝合成并經(jīng)過燒結(jié)而成，磨料粒度為30 280目；所述粘結(jié)濕潤劑為水玻璃、糊精溶液或者石蠟； (3)成型與燒成 將步驟(2)所得的磨具原料在液壓機上于100KN條件下加壓成型，保壓3 5min，然后停止加壓、脫模，放入馬弗爐中于850 980°C條件下燒結(jié)，隨爐自然冷卻，得到低溫高強陶瓷結(jié)合劑新型陶瓷剛玉磨具。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的低溫高強陶瓷結(jié)合劑新型陶瓷剛玉磨具的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)的球磨機轉(zhuǎn)數(shù)為600r/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的低溫高強陶瓷結(jié)合劑新型陶瓷剛玉磨具的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)在液壓機上加壓成型的加壓速度為O. 5 O. 8KN/s。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的低溫高強陶瓷結(jié)合劑新型陶瓷剛玉磨具的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)放入馬弗爐中燒結(jié)的升溫速度為3 4°C /min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低溫高強陶瓷結(jié)合劑新型陶瓷剛玉磨具，由15～20％質(zhì)量百分比含量的陶瓷結(jié)合劑與80～85％新型陶瓷剛玉磨料組成，外加5％的粘結(jié)濕潤劑；所述結(jié)合劑的原料組分及其質(zhì)量百分比含量為粘土10～30％、長石10～30％、硼玻璃45～70％、冰晶石0～15％、石英0～5％、氧化鎂0～5％。本發(fā)明提供了一種可以在850～980℃的燒成溫度下燒成，能夠滿足砂輪在80～100m/s轉(zhuǎn)速下安全使用的新型陶瓷剛玉磨具，本發(fā)明單行程進(jìn)給量可達(dá)0.3mm以上，金屬去除率是普通剛玉砂輪的3倍以上，修整間隔時間是普通剛玉砂輪的3～5倍，壽命達(dá)普通剛玉磨具的5～10倍，在性能上和價格上填補了超硬磨具與普通磨料磨具之間的空檔。
文檔編號C04B35/10GK102699825SQ20121018848
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者朱玉梅, 李志宏, 趙光濤 申請人:天津大學(xué)