專利名稱：玻璃化金剛石磨石的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用玻璃化粘合劑(vitrified binder)結(jié)合的金剛石磨石的制造方法。
背景技術(shù)：
以往玻璃化金剛石磨石(vitrified diamond whetstone)是在氮?dú)鈿夥障聼傻?。其理由在于，如果金剛石磨粒是在空氣中加熱，則從大于等于650℃的溫度開始，磨粒重量會(huì)急劇地減少，在800℃附近金剛石磨粒就會(huì)燒損消失。其原因被認(rèn)為是，與空氣中的氧反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳?xì)猓?jiǎn)而言之就是燃燒掉(1985年1月號(hào)機(jī)械與工具P156；本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)引自R.C.DeVries“Technical information series Cubic BoronNitride；handbook of Properties”GE公司June 1972年)。由此，一般來說，玻璃化金剛石磨石的燒成是在大于等于650℃的高溫下，在非氧氣氛下，例如氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行的。
另一方面，作為在空氣氣氛或非氧氣氛下，在小于等于650℃燒成玻璃化金剛石磨石的例子，在特開昭60-67078號(hào)公報(bào)中公布有用磷酸鋁類粘合劑在燒成溫度100℃下燒成的例子，在特開2001-71268號(hào)公報(bào)中公布有用所記載的無機(jī)粘接劑在燒成溫度150～300℃下燒成的例子，特開2002-18726號(hào)公報(bào)中公布有用Li2O-ZnO類粘合劑在燒成溫度590℃下燒成的例子等。
另外，作為涉及玻璃化金剛石磨石的空氣氣氛下的燒成的技術(shù)，在特公平8-18254號(hào)公報(bào)中公布有如下的內(nèi)容，即，在混合軟化點(diǎn)小于等于650℃的玻璃質(zhì)粘合劑的粉末而成形后，在燒成時(shí)，在溫度達(dá)到大于等于650℃以前，金剛石磨粒就被玻璃質(zhì)粘合劑覆蓋，其后在大于等于650℃下燒成。
非專利文獻(xiàn)1機(jī)械と工具1985年1月號(hào)156頁專利文獻(xiàn)1特開昭60-67078號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開2001-71268號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3特開2002-18726號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4特公平8-18254號(hào)公報(bào)但是，在氮?dú)鈿夥障聼傻牟ＡЩ饎偸ナ薪饎偸チ５谋３至θ醯膯栴}。即，一般來說，在氮?dú)鈿夥障聼傻牟ＡЩ澈蟿┡c在空氣氣氛下燒成的玻璃化粘合劑相比，強(qiáng)度較差。另外，已知金剛石一般來說為惰性，金剛石與其他的物質(zhì)的粘接性不太強(qiáng)，特別是與主要構(gòu)成玻璃化粘合劑的玻璃的粘接性不強(qiáng)，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是一般性的認(rèn)識(shí)。由此，現(xiàn)有的玻璃化金剛石磨石為了確保金剛石磨粒的保持力，需要使用大量的粘合劑，然而這樣的話，磨石的氣孔率就會(huì)減少，從而有形成鋒利度很差的磨石的問題。因此，現(xiàn)實(shí)狀況是，玻璃化金剛石磨石很少被使用。
另外，所述3件現(xiàn)有技術(shù)(專利文獻(xiàn)1～3)的例子中，是在不會(huì)引起金剛石磨粒的重量減少的小于等于650℃的燒成溫度下燒成，由于磨石的強(qiáng)度不高，磨粒的保持力低，因此無法獲得具有耐久性的磨石，從而未充分利用來之不易的金剛石磨粒的特性。而且，如特公平8-18254號(hào)公報(bào)中所記載的那樣，提出了在玻璃質(zhì)成分中使用作為對(duì)于降低玻璃的軟化點(diǎn)有效的成分的鉛成分的方案，然而由于鉛對(duì)于人體來說是非常有害的成分，因此被認(rèn)為有環(huán)境上的問題，最近并未使用采用了鉛成分的玻璃化磨石。
另一方面，當(dāng)作為低軟化點(diǎn)玻璃，將如上所述3件現(xiàn)有技術(shù)中所記載的玻璃化粘合劑在大于等于650℃下燒成時(shí)，粘合劑的流動(dòng)性變高，引起過多的反應(yīng)，產(chǎn)生磨石膨大的現(xiàn)象，因此認(rèn)為無法制造磨石。
為了提高磨粒的保持力，除了粘合劑的流動(dòng)性以外，粘合劑的熱膨脹系數(shù)也很重要?？紤]到這一點(diǎn)，需要使用與金剛石同樣地被處理，而磨粒硬度次于金剛石的CBN磨粒(將金剛石和CBN統(tǒng)一稱作超硬磨粒。)。由于CBN磨粒不會(huì)像金剛石等那樣，因加熱而重量減少，因此一般來說在650～950℃的空氣氣氛(有時(shí)根據(jù)情況而設(shè)為氮?dú)鈿夥?中燒成。作為CBN磨粒的粘合劑，一般來說可以恰當(dāng)?shù)厥褂门鸸杷岵Ａ?。CBN磨粒與金剛石磨粒相比時(shí)，對(duì)玻璃質(zhì)粘合劑具有活性。另外，由于CBN磨粒和熱膨脹系數(shù)更為良好地匹配，因此能夠形成良好的磨石。金剛石磨粒也是與CBN磨粒相同的熱膨脹系數(shù)，當(dāng)不與CBN磨粒用玻璃化磨石相同地匹配熱膨脹系數(shù)時(shí)，則無法形成磨粒保持力良好的玻璃化金剛石磨石，一般來說，軟化點(diǎn)低的玻璃成分有熱膨脹系數(shù)高的傾向。作為使玻璃軟化的代表性的成分，使用一價(jià)的堿金屬(Na、K、Li)，然而由于它會(huì)升高玻璃化粘合劑的熱膨脹系數(shù)，因此不宜大量使用。
雖然在特公平8-18254號(hào)公報(bào)中，利用Pb成分代替一價(jià)的堿金屬，然而對(duì)于一價(jià)的堿金屬的量與玻璃質(zhì)粘合劑的軟化點(diǎn)及熱膨脹系數(shù)的關(guān)系、由之得到的鋒利度良好的具有耐久性的玻璃化金剛石磨石的制造并沒有相關(guān)論述。
另外，一般來說硼硅酸玻璃的軟化點(diǎn)較高，不符合特公平8-18254號(hào)公報(bào)中所要求的小于等于650℃的軟化點(diǎn)，硼硅酸玻璃的代表例Pyrex(注冊(cè)商標(biāo))玻璃等熱膨脹系數(shù)為3.2×10-6，與金剛石磨粒及CBN磨粒匹配，然而軟化點(diǎn)為較高的溫度，在與所述磨粒的粘接性方面有問題。另外，一般來說硼硅酸玻璃容易因熱處理溫度而產(chǎn)生分相，特別是在低溫加熱處理的情況下產(chǎn)生分相，分相后的SiO2成分成為方英石晶體。由于其在200～300℃下會(huì)產(chǎn)生急劇的體積變化，因此會(huì)在玻璃化粘合劑中產(chǎn)生裂縫。由此，硼硅酸玻璃無法在燒成溫度小于等于650℃下使用。
根據(jù)以上的方面，為了獲得具有耐久性、鋒利度良好的玻璃化金剛石磨石，需要使與金剛石磨粒的良好的粘接性和熱膨脹系數(shù)匹配，作為滿足這些條件的玻璃化粘合劑，使用了與CBN磨粒一起使用的硼硅酸玻璃，然而在氮?dú)鈿夥諢芍?，有金剛石磨粒的保持力不足的問題。
另外，所述的現(xiàn)有技術(shù)的玻璃化粘合劑中，不是因環(huán)境問題而無法使用的材料，就是雖然可以在小于等于650℃的低溫下燒成，然而磨粒的保持力不足的材料。
總之，為了提高磨粒的保持力，需要磨粒與玻璃化粘合劑的熱膨脹系數(shù)的匹配及良好的流動(dòng)性，然而對(duì)于金剛石磨粒的情況，一般來說為惰性，與其他的物質(zhì)的粘接性差，即，無法獲得由化學(xué)反應(yīng)形成的粘接構(gòu)造。由于在空氣氣氛中，在大于等于650℃的加熱下，會(huì)引起急劇的重量減少，因此有無法在空氣氣氛中燒成的問題。
另外，當(dāng)使用小于等于650℃的低軟化點(diǎn)的玻璃化粘合劑時(shí)，在小于等于650℃的燒成中熱膨脹系數(shù)不匹配。另外，如果在大于等于650℃下使用所述粘合劑進(jìn)行燒成，則會(huì)有產(chǎn)生磨石的膨脹的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于所述的諸多問題，本發(fā)明的目的在于，提供如下的方法，即，利用以往根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的認(rèn)識(shí)認(rèn)為是不可能的空氣氣氛下大于等于650℃的燒成，制造鋒利度良好而且具有耐久性的玻璃化金剛石磨石。
用于解決所述問題的本發(fā)明的制造方法是包括將玻璃化粘合劑與金剛石磨粒的混合物在空氣氣氛下燒成的工序的玻璃化金剛石磨石的制造方法，其特征是，將包含具有高于650℃的軟化點(diǎn)的玻璃化粘合劑的混合物在700℃～900℃的空氣氣氛下燒成。
另外，本發(fā)明的制造方法優(yōu)選使用具有50～65wt％的SiO2、5～15wt％的Al2O3、15～25wt％的B2O3、1～6wt％的RO(RO為從CaO、MgO及BaO中選擇的至少一種)及4～10wt％的R2O(R2O為從K2O、Na2O及Li2O中選擇的至少一種)的化學(xué)組成的玻璃化粘合劑。
另外，本發(fā)明的制造方法優(yōu)選在所述玻璃化粘合劑中添加1～10wt％的陶瓷微粉使用。
另外，本發(fā)明的制造方法優(yōu)選所使用的所述玻璃化粘合劑是在將由該玻璃化粘合劑成形的高度/直徑的比率為0.79的圓柱狀顆粒暴露于燒成溫度下的流動(dòng)性測(cè)試中，具有利用燒成而使顆粒的高度/直徑的比率為0.1～0.6的流動(dòng)性的材料。
另外，本發(fā)明的制造方法優(yōu)選使用被金屬或無機(jī)材料覆蓋了的金剛石磨粒。
另外，本發(fā)明的制造方法中，所述混合物除了所述金剛石磨粒以外，也可以還含有從由立方晶氮化硼磨粒、氧化鋁類磨粒、碳化硅類磨粒、硅石、氧化鈰及莫來石構(gòu)成的組中選擇的大于等于1種的磨粒。
另外，本發(fā)明的制造方法中，所述混合物也可以還含有作為氣孔形成劑的有機(jī)粉體或無機(jī)中空體。
本發(fā)明的玻璃化金剛石磨石的制造方法由于使用軟化點(diǎn)高于650℃的給定的玻璃化粘合劑，在700℃～900℃的空氣氣氛下燒成，因此與以往的在氮?dú)鈿夥障聼傻那闆r或使用低溫軟化的玻璃化粘合劑的情況相比，會(huì)帶來玻璃化金剛石磨石的耐久性大幅度的提高，另外，在各種研削作業(yè)中，會(huì)帶來大幅度的作業(yè)效率的提高及被研削物品的質(zhì)量提高。


圖1是表示利用加熱測(cè)試2得到的熱重量及示差熱分析的結(jié)果的圖表。
圖2是表示流動(dòng)性及浸潤(rùn)性測(cè)試中所使用的金剛石板及粘合劑墊塊的立體圖。
圖3作為流動(dòng)性及浸潤(rùn)性測(cè)試的結(jié)果，是表示燒成后的各粘合劑墊塊的照片。
圖4作為磨粒的熱處理測(cè)試的結(jié)果，是表示未處理及熱處理后的磨粒的各表面的SEM照片。
具體實(shí)施例方式
首先，發(fā)明人不拘于以往的技術(shù)常識(shí)，判斷了機(jī)械と工具1985年1月號(hào)156頁(所述的非專利文獻(xiàn)1)所示的金剛石的燒損是否可以再現(xiàn)。如下述實(shí)施例1中所示，出乎意料之外，在大于等于650℃下并未引起急劇的重量減少，在850℃下，也有大于等于60％的殘存率(在非專利文獻(xiàn)中，將會(huì)完全地消失)。根據(jù)該結(jié)果，與金剛石在大于等于650℃會(huì)急劇地?zé)龘p的技術(shù)常識(shí)不同，使用金剛石磨粒在燒成溫度大于等于650℃的空氣氣氛下也可以燒成。
例如，根據(jù)特公平8-18254號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)4)，有如下的記載，即，如果在用具有小于等于650℃的軟化點(diǎn)的玻璃(glass)質(zhì)粘合劑覆蓋，將金剛石磨粒與空氣隔斷的狀態(tài)下燒成，則在900℃附近也能夠燒成。但是，本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是，如上所述，即使在空氣氣氛下，也能夠?qū)崿F(xiàn)大于等于650℃的燒成，伴隨著該發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)使用軟化點(diǎn)大于等于650℃的玻璃化粘合劑，能夠在空氣氣氛下，實(shí)現(xiàn)大于等于650℃，具體來說是在700～900℃下的燒成。此外，正如已經(jīng)敘述的那樣，有可能使在CBN磨粒等中所使用的硼硅酸玻璃質(zhì)玻璃化粘合劑可以良好地使用，著眼于這一點(diǎn)，進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。
首先，對(duì)適用于本發(fā)明中的玻璃化粘合劑的詳細(xì)情況進(jìn)行說明。
在本發(fā)明中所使用的玻璃化粘合劑中，含有硼硅酸玻璃類的粘合劑，考慮到粘合劑的流動(dòng)性與熱膨脹系數(shù)，其化學(xué)組成優(yōu)選50～65wt％的SiO2、5～15wt％的Al2O3、15～25wt％的B2O3、1～6wt％的RO(RO為從CaO、MgO及BaO中選擇的至少一種)及4～1Owt％的R2O(R2O為從K2O、Na2O及Li2O中選擇的至少一種)。
當(dāng)SiO2低于50wt％時(shí)，則熱膨脹系數(shù)升高，并且軟化點(diǎn)降低過多。當(dāng)多于65wt％時(shí)，則軟化點(diǎn)升高過多，金剛石磨粒的保持力不足，另外硼硅酸玻璃質(zhì)的穩(wěn)定性消失，產(chǎn)生分相現(xiàn)象。
當(dāng)Al2O3低于5wt％時(shí)，則軟化點(diǎn)降低過多，并且硼硅酸玻璃質(zhì)的穩(wěn)定性消失，產(chǎn)生分相現(xiàn)象，當(dāng)多于15wt％時(shí)，則軟化點(diǎn)升高過多，金剛石磨粒的保持力不足。
當(dāng)RO(RO為從CaO、MgO及BaO中選擇的至少一種)少于2wt％時(shí)，則軟化點(diǎn)升高過多，粘合劑的流動(dòng)性不足，當(dāng)多于6wt％時(shí)，則軟化點(diǎn)降低過多。
當(dāng)R2O(R2O為從K2O、Na2O及Li2O中選擇的至少一種)少于4wt％時(shí)，則軟化點(diǎn)升高過多，粘合劑的流動(dòng)性不足，當(dāng)多于10wt％時(shí)，則熱膨脹系數(shù)升高過多。
而且，在所述玻璃化粘合劑中，作為所述的成分之外的無機(jī)元素或調(diào)整材料，可以添加微粉狀的陶瓷材料。例如，可以添加1～10wt％的微粉狀的陶瓷材料。從添加效果的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選大于等于1wt％，從確保流動(dòng)性的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選小于等于10wt％。作為此種添加劑的代表例，可以舉出莫來石、鋯石、氧化鋁、コ-デイライト、鋰輝石、鋰鋁硅酸鹽類晶體等。
玻璃化粘合劑的軟化點(diǎn)是在將0.55～0.75mmΦ、長(zhǎng)度235mm的纖維以4～6℃/分鐘加熱時(shí)，伸長(zhǎng)達(dá)到1mm/分鐘時(shí)的溫度，粘度被定義為大約107.6泊(玻璃的辭典朝倉書店376頁從下數(shù)第6～3行)。
本發(fā)明中所使用的玻璃化粘合劑的軟化點(diǎn)為大于等于650℃，優(yōu)選大于等于675℃，更優(yōu)選大于等于700℃，特別優(yōu)選大于等于750℃。此種較高的軟化點(diǎn)的設(shè)定會(huì)帶來如下的好處。即，如果將硼硅酸玻璃類的玻璃化粘合劑的軟化點(diǎn)設(shè)為小于等于650℃，則需要添加很多軟化促進(jìn)成分R2O(R2)，此時(shí)，熱膨脹系數(shù)升高。在本發(fā)明的燒成條件下，硼硅酸玻璃類的玻璃化粘合劑的特性被激活。
另一方面，軟化點(diǎn)的上限溫度為給定燒成溫度，即設(shè)為小于等于700℃、小于等于725℃、小于等于750℃、小于等于800℃、小于等于850℃以及低于900℃的溫度即可。當(dāng)超過這些給定的上限值時(shí)，則金剛石磨粒的保持力就容易不足。
玻璃化粘合劑的流動(dòng)性在判斷金剛石磨粒與玻璃化粘合劑的保持力方面十分重要。根據(jù)該觀點(diǎn)，本發(fā)明中所使用的玻璃化粘合劑最好具有可以在下述流動(dòng)性測(cè)試中確認(rèn)的給定的流動(dòng)性。
向直徑為25.4mm的模具中填充玻璃化粘合劑15g，以高度20mm進(jìn)行成形。將該成形后的圓柱狀顆粒放置在陶瓷、陶瓷復(fù)合材料或耐火物之上，它們是表面上沒有凹凸并且盡可能光滑的板狀，而且在給定燒成溫度下不會(huì)變質(zhì)。將該圓柱狀顆粒在與磨石燒成相同條件的燒成溫度下燒成。測(cè)定燒成后取出的圓柱狀顆粒的直徑(最大的部分)和高度，求得顆粒的高度/直徑的比率，將其作為流動(dòng)性。
本發(fā)明中，優(yōu)選使用具有如下的流動(dòng)性的玻璃化粘合劑，即，在所述流動(dòng)性測(cè)試中，燒成后的顆粒的高度/直徑的比率達(dá)到0.1～0.6的范圍。當(dāng)流動(dòng)性小于0.1時(shí)，則不適于正常的磨石的制造，另外，當(dāng)大于0.6時(shí)，則磨粒保持力就容易減少。所述流動(dòng)性優(yōu)選0.15～0.55，更優(yōu)選0.2～0.50。
本發(fā)明的玻璃化金剛石磨石最好磨粒體積率為10～55％，氣孔體積率為10～70％。其粘合劑率是從100中減去磨粒體積率及氣孔體積率后的值。當(dāng)制造高氣孔率的磨石時(shí)，作為氣孔形成劑可以使用有機(jī)粉體或無機(jī)中空體。有機(jī)的氣孔形成劑是調(diào)整為給定的粒度而與磨石原料混合，通過其在燒成中消失而作為出現(xiàn)的空洞部來形成氣孔的物質(zhì)。另外，無機(jī)中空體優(yōu)選中空狀的玻璃或陶瓷質(zhì)，具有高于給定燒成溫度的軟化點(diǎn)。所使用的無機(jī)中空體殘存于燒成的磨石中，其中空部分成為氣孔。氣孔形成劑的種類及添加量可以考慮磨石所使用的研削條件等而適當(dāng)?shù)貨Q定。
在本發(fā)明的磨石的制造中，雖然可以將金剛石磨粒單獨(dú)使用，也可以將其與其他的磨料組合使用。在能夠與金剛石磨粒一起使用的其他的磨粒中，主要包含從由立方晶氮化硼磨粒、氧化鋁類磨粒、碳化硅類磨粒、硅石、氧化鈰及莫來石等構(gòu)成的組中選擇的大于等于1種磨粒。這些是示例性的列舉，只要不脫離本發(fā)明的目的，也可以使用在這里未列舉出的其他的磨粒。
本發(fā)明中所使用的金剛石磨粒的粒度范圍雖然可以在粒度表示為16/18的粗目粒度～#10000(平均粒徑小于1μm)的范圍中使用，然而優(yōu)選60/80～#5000的范圍，更優(yōu)選100/120～#3000的范圍，特別優(yōu)選120/140～#1000的范圍。
在本發(fā)明中所使用的金剛石磨粒中，雖然可以使用在表面未進(jìn)行被覆處理的磨粒，然而如果使用在金剛石磨粒表面用金屬或無機(jī)材料被覆了的磨粒則更為良好。
本發(fā)明的制造方法的優(yōu)選的方式中，將金剛石磨粒作為磨料，使用所述成分的硼硅酸玻璃質(zhì)并且軟化點(diǎn)大于等于650℃的玻璃化粘合劑，將磨石成形，在700～900℃的空氣氣氛下燒成。根據(jù)本法，不會(huì)有金剛石磨粒意外地?zé)龘p的情況，可以制造良好的玻璃化金剛石磨石。本說明書中未公布的其他的制造條件等詳細(xì)情況可以使用在該技術(shù)領(lǐng)域中成為技術(shù)常識(shí)的公知的方法、條件。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，通過基于本發(fā)明的公布內(nèi)容適當(dāng)?shù)刈芳踊蚋淖儣l件，應(yīng)當(dāng)能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的所有的方式。
利用本發(fā)明制造的磨石不僅可以用于圓筒研削，還可以應(yīng)用于平面研削、內(nèi)面研削，作為被削材料，可以在超硬、硅、氧化鋁、碳化物、氮化物、藍(lán)寶石、石英、各種玻璃、陶瓷材料等脆硬性材料的研削研磨中使用。
以下，將本發(fā)明的實(shí)施例與比較例一起進(jìn)行說明，然而這些只是例證本發(fā)明的實(shí)施可能性及有用性的例子，對(duì)于本發(fā)明的構(gòu)成沒有任何限定。
實(shí)施例[金剛石磨粒的加熱測(cè)試]將金剛石磨粒加熱為高溫，確認(rèn)了因加熱造成的重量減少。
(加熱測(cè)試1)對(duì)GE公司制MBG660目數(shù)120/140的金剛石磨粒進(jìn)行了下述的加熱測(cè)試。
加熱測(cè)試的條件將所述的磨粒2g放入白金坩鍋，在空氣氣氛中，在最高保留溫度580℃、630℃、700℃、800℃、850℃、950℃下保持了7小時(shí)后，根據(jù)加熱前和加熱后的重量變化算出了加熱殘存率。將測(cè)試結(jié)果表示于表1中。


如表1所示，雖然在950℃下會(huì)完全燒損，然而在800℃下還剩余72.5％，在850℃下還剩余61.5％，至少不像現(xiàn)有技術(shù)(非專利文獻(xiàn)1)中所記載的那樣在800℃下完全地消滅。關(guān)于加熱時(shí)間，根據(jù)非專利文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)，保留時(shí)間為3小時(shí)，然而本測(cè)試為7小時(shí)，因而本測(cè)試的條件更為嚴(yán)酷。盡管如此，由于在空氣氣氛中的加熱殘留率方面獲得了很高的值，因此說明金剛石磨粒的在空氣氣氛中的加熱殘存率不一定會(huì)急劇地減少，在800℃不會(huì)完全消滅。根據(jù)本測(cè)試，與很長(zhǎng)時(shí)間以來成為技術(shù)常識(shí)的事實(shí)相反，能夠使用所述金剛石磨粒，在空氣氣氛下高溫?zé)桑纱丝梢灾圃鞆?qiáng)度高的玻璃化金剛石磨石。
(加熱測(cè)試2)使用熱重量/示差熱分析裝置(精工儀器(株)(SII)制TG/DTA6300)，對(duì)GE公司制MBG600T目數(shù)230/270的金剛石磨粒進(jìn)行了熱分析。將所述的磨粒0.05g投入直徑5.2mm、高度2.5mm的杯形狀的鉑皿中，以10℃/min升溫，測(cè)定了其重量變化。
圖1對(duì)所述磨粒表示了TG(熱重量)及DTA(示差熱)的溫度依賴性。如同圖中所示，從650℃附近磨粒重量開始減少，在900℃大于等于80％都消失。
采用所述的測(cè)試結(jié)果，使用給定的玻璃化粘合劑和所述金剛石磨粒，制造測(cè)試磨石，測(cè)定了彎曲強(qiáng)度。本測(cè)試中，將空氣氣氛中的燒成作為實(shí)施例1，將氮?dú)鈿夥罩械臒勺鳛楸容^例1(參照表3)。
測(cè)試磨石的制造作為玻璃化粘合劑，使用了下述表2的化學(xué)組成(wt％)、軟化點(diǎn)為800℃、熱膨脹系數(shù)為5.5×10-6的材料。


磨料的混合比設(shè)為RVG230/270(GE公司制)為1000重量份，玻璃化粘合劑為250重量份，一次粘合劑為80重量份，設(shè)定磨粒體積率(Vg)＝50，粘合劑體積率(Vb)＝20，氣孔體積率(Vp)＝30。在將所述的原材料均勻地混合后，填充于模具中，制成了43×5×12(mm)的長(zhǎng)方體。在40℃下干燥了12小時(shí)后，在給定的條件下燒成，對(duì)于所得的各測(cè)試磨石，依照下述的順序測(cè)定了彎曲強(qiáng)度。
彎曲強(qiáng)度的測(cè)試順序依照J(rèn)IS規(guī)格(精細(xì)陶瓷的彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)方法R1601、1995)，對(duì)各測(cè)試磨石以跨度間距30mm、載荷下降速度0.5mm/min進(jìn)行了3點(diǎn)彎曲強(qiáng)度測(cè)試。對(duì)于各測(cè)試樣品取了3次的平均值。
表3中表示本測(cè)試的燒成條件和結(jié)果。


如表3所示，利用實(shí)施例1的空氣氣氛中的高溫?zé)?，與比較例1的氮?dú)鈿夥障孪啾龋瑥澢鷱?qiáng)度達(dá)到大于等于2倍。
研削測(cè)試中所使用的磨石的原材料的混合比設(shè)為RVG230/270(GE公司制)為506重量份，碳化硅磨粒(SiC)#220為494重量份，具有所述的表2的化學(xué)組成的玻璃化粘合劑為250重量份，一次粘合劑為80重量份，調(diào)整為金剛石磨粒體積率(Vg)＝25，碳化硅磨粒體積率(Vg)＝25，粘合劑體積率(Vb)＝20及氣孔體積率(Vg)＝30。為了進(jìn)行研削測(cè)試，制作了圓弧形狀的片段磨石。具體來說，在將所述的原材料均勻地混合后，填充于模具中，制成了32個(gè)具有長(zhǎng)度39.41mm、厚度11mm、寬度6mm、曲率為R＝95mm的尺寸的片段磨石。
成形后的片段磨石在40℃下干燥了大于等于12小時(shí)后，將其中的16個(gè)在850℃的空氣氣氛中燒成(實(shí)施例2)，將剩余的16個(gè)在950℃的氮?dú)鈿夥?比較例2)中燒成。
燒成的各片段磨石粘接在具有外周190mm、厚度10mm、軸孔50.8mm的尺寸的金屬基體件上，進(jìn)行精加工，制造了具有外周200mm、厚度10mm、軸孔50.8mm的尺寸的1A1型的磨石。
用表4的條件進(jìn)行了研削測(cè)試。
磨石尺寸Φ200×T10×II50.8mm含有金剛石的研磨層的厚度為3.0mm被削材料材質(zhì)SiC尺寸Φ210×10mm研削盤岡本工作機(jī)械橫軸平面研削盤CNC-52B研削液クレカツトNS201(ソリユブル型)稀釋50倍工具墨液、修整條件修整器GC120G V修整器尺寸Φ125×T30×H50.8mm磨石線速度4.75m/s(454m-1)修整器線速度6.74m/s(1030m-1)最外周的速度修整速率0.98m/rev修整切入0.005mm/pass修整次數(shù)2次研削條件研削方式濕式橫貫研削磨石線速度25m/s(2388m-1)工作臺(tái)速度0.167m/s臺(tái)布輸送2mm/pass研削切入40μm/pass總切入0.48×2次研削測(cè)試的評(píng)價(jià)項(xiàng)目設(shè)為下述所定義的研削阻力、磨光面粗糙度及研削比。
研削比是用被削材料除去體積/磨石消耗體積求得的。
將磨石軸馬達(dá)的消耗電能設(shè)為W，作為612×W/線速度(60/100)求得。而切，作為線速度使用了所述磨石線速度。
依照J(rèn)IS B0660(1998年)，所測(cè)試的磨石的磨光面的面粗糙度作為十個(gè)點(diǎn)的平均粗糙度Rz來測(cè)定。十點(diǎn)平均粗糙度Rz是從粗糙度曲線中沿其平均線的方向以基準(zhǔn)長(zhǎng)度抽取，從該抽取部分的平均線中沿縱向倍率方向測(cè)定，作為從最高的山頂?shù)降?個(gè)山頂?shù)臉?biāo)高Yp的絕對(duì)值的平均值與從最低的谷底到第5個(gè)谷底的標(biāo)高Yv的絕對(duì)值的平均值的和而求得。本實(shí)施例中，Rz超過0.50μm而小于等于10.0μm，是依照了基準(zhǔn)長(zhǎng)度0.8mm及評(píng)價(jià)長(zhǎng)度4mm的區(qū)分。
將研削測(cè)試的結(jié)果表示于表5中。


如表5所示，對(duì)于研削比，實(shí)施例2大大地高于比較例2。磨光面粗糙度也是實(shí)施例2的一方更好。
所述實(shí)施例1的磨石具有優(yōu)良的彎曲強(qiáng)度和研削性能的原因被認(rèn)為是，在空氣氣氛下的高溫?zé)蓵r(shí)，給定的玻璃化粘合劑在金剛石磨粒的表面上具有很高的流動(dòng)性和浸潤(rùn)性，在它們之間可以獲得牢固的粘接。為了證實(shí)該推測(cè)，進(jìn)行了玻璃化粘合劑的流動(dòng)性及浸潤(rùn)性的測(cè)試以及金剛石磨粒的熱處理測(cè)試。
粘合劑的流動(dòng)性及浸潤(rùn)性測(cè)試如圖2所示，在長(zhǎng)度5.0mm、內(nèi)徑4.0mm、厚度1.2mm的金剛石板(エレメントシツクス公司制MWSL5012)上，放置所述表2中所示的化學(xué)組成的玻璃化粘合劑的3mm見方的墊塊，在與所述彎曲強(qiáng)度測(cè)試時(shí)相同的條件下，即，在850℃的空氣氣氛下或950℃的氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行了燒成。
圖3表示燒成后的各粘合劑墊塊。在850℃的空氣氣氛下的燒成中，粘合劑很好地流動(dòng)化，對(duì)金剛石板良好地浸潤(rùn)。在950℃的氮?dú)鈿夥盏臒芍?，不像空氣氣氛的情況那樣流動(dòng)化，浸潤(rùn)也很少。當(dāng)對(duì)它們的粘接力進(jìn)行確認(rèn)時(shí)，氮?dú)鈿夥障碌臒晌锟梢杂弥讣廨p松地從金剛石板上剝離，而空氣氣氛下的燒成物就無法剝離。根據(jù)本測(cè)試的結(jié)果，在空氣氣氛中被高溫?zé)傻牟ＡЩ澈蟿┡c氮?dú)鈿夥盏那闆r相比，對(duì)金剛石材料的浸潤(rùn)性高，粘接力也優(yōu)良。
金剛石磨粒的熱處理測(cè)試進(jìn)行了觀察熱處理后的金剛石磨粒的表面的測(cè)試。將GE公司制MBG600T目數(shù)230/270的金剛石磨粒在磁性墊塊上展開，在700℃的空氣氣氛下加熱了100分鐘。磨粒重量的減少為4.94wt％。用SEM觀察了加熱處理后的金剛石磨粒的表面。
圖4表示未被熱處理的磨粒和被熱處理了的磨粒的各表面的SEM照片。熱處理后的金剛石磨粒在其表面形成有微小的凹凸，這樣就使磨粒的表面積增大。
認(rèn)為暴露于高溫的空氣氣氛中的磨粒表面與氧發(fā)生加熱反應(yīng)而局部地燃燒，形成了亞微米尺寸的凹凸。雖然在理論上不會(huì)被束縛，然而由于利用所形成的凹凸可以在與粘合劑之間形成伴隨著錨定效應(yīng)產(chǎn)生的粘接力，因此這樣就使磨粒保持力提高。
此外，一般來說，在金剛石磨粒中，在制造磨料時(shí)作為催化劑添加有少量的金屬，在本發(fā)明中，發(fā)現(xiàn)此種金屬催化劑在提高與玻璃化粘合劑的浸潤(rùn)性及粘接性方面發(fā)揮了作用。根據(jù)所述加熱測(cè)試2中得到的TG-DTA加熱曲線，從650℃附近起至作為本熱處理測(cè)試的燒成溫度的850℃，顯示出產(chǎn)生5～10wt％的重量減少的情況。實(shí)際上，本熱處理測(cè)試中，在金剛石板中從650℃附近起產(chǎn)生了金剛石的燒損，觀察到金屬催化劑的露出。在金剛石板上露出的金屬由于在空氣氣氛下被氧所氧化，因此熔融了的玻璃化粘合劑就借助氧化金屬催化劑而在金剛石上良好地浸潤(rùn)，或者它們發(fā)生粘接反應(yīng)。像這樣，由于熔融了的玻璃化粘合劑可以順著因露出而氧化了的金屬催化劑而在金剛石板上流動(dòng)，因此其流動(dòng)性被促進(jìn)，粘接性提高。
另外，如所述的流動(dòng)性測(cè)試中所證實(shí)的那樣，在空氣氣氛下玻璃化粘合劑的玻璃化被促進(jìn)，與氮?dú)鈿夥障碌那闆r相比，對(duì)金剛石表面的浸潤(rùn)性提高。所以，在空氣氣氛下的高溫?zé)芍?，利用粘合劑?duì)磨粒表面的較高的浸潤(rùn)性和磨粒表面上的凹凸的形成的相乘效應(yīng)，可以獲得非常高的粘接力，可以制作磨粒的保持力得以改善了的高性能的磨石。
與現(xiàn)有技術(shù)的磨石的比較測(cè)試[彎曲強(qiáng)度]磨石的制造方法依照與所述的彎曲強(qiáng)度測(cè)試中所記載的內(nèi)容相同的順序。
在實(shí)施例3的磨石中，使用了表2中所記載的化學(xué)組成的玻璃化粘合劑。該粘合劑首先是將莫來石以外的化學(xué)成分熔融而玻璃料化，其后通過添加給定的莫來石微粉而調(diào)制。
作為比較例3，如特公平8-18254號(hào)公報(bào)中所記載的那樣，將含有軟化點(diǎn)小于650℃的粘合劑的原材料在700℃的空氣氣氛下燒成而制作了磨石。
作為比較例4，如特開2002-18726號(hào)公報(bào)中所記載的那樣，將含有B2O3-ZnO類粘合劑的原材料在590℃的空氣氣氛下燒成而制作了磨石。
所述的各比較例中，使用了通過將給定的化學(xué)成分熔融玻璃化而調(diào)制的玻璃化粘合劑。
表6中，將比較例3及4的粘合劑的組成及其他的條件一并表示。


對(duì)于各磨石，與所述實(shí)施例1同樣地測(cè)定了彎曲強(qiáng)度。表7中表示測(cè)試結(jié)果。

對(duì)于所述的實(shí)施例3、比較例3及4的磨石測(cè)定燒成時(shí)的磨石重量的減少率，對(duì)與所述的結(jié)果的磨石強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行了考察。磨石重量的減少率是通過測(cè)定所述制造工序中的燒成前及燒成后的各磨石重量，利用算式(1-(燒成后的磨石重量)/(燒成前的磨石重量))×100算出的。表8中表示測(cè)定結(jié)果。


所使用的粘合劑由于玻璃料化(及添加了陶瓷微粉)，因此不含在燒成中減少的成分。另外，在各磨石的一次粘合劑中使用相同的物質(zhì)。所以，磨石重量的減少率相當(dāng)于從各磨粒的表面的金剛石的燒損量。
實(shí)施例3的磨石的燒成后的減少率與比較例3及比較例4相比高1％左右。即，實(shí)施例3的制造工序中，金剛石磨粒容易燒損。該金剛石的燒損是在對(duì)燒成溫度的升溫過程中引起的，令人意外的是，控制其升溫時(shí)的粘合劑的性質(zhì)及磨粒表面的變化將有助于它們之間的浸潤(rùn)性及粘接性的提高，具體來說，可以如下所示地說明。
金剛石的燒損量依賴于粘合劑的軟化點(diǎn)的高低。例如，實(shí)施例3中所使用的玻璃化粘合劑具有800℃的軟化點(diǎn)，在將燒成溫度升高至最終溫度850℃的過程中，直至燒成溫度超過軟化點(diǎn)800℃，金剛石磨粒表面的大部分能夠處于在空氣氣氛下露出的狀態(tài)。如所述的熱處理測(cè)試中所示，在空氣氣氛下，金剛石磨粒表面逐漸地?zé)龘p，在其表面形成凹凸，在含有金屬催化劑的磨粒中露出金屬成分。其后，當(dāng)燒成溫度超過作為粘合劑的軟化點(diǎn)的800℃時(shí)，玻璃化粘合劑開始流動(dòng)，在磨粒表面上展開，從而理想地引起玻璃化粘合劑與氧化金屬的反應(yīng)，對(duì)磨粒表面的浸潤(rùn)性提高，其結(jié)果是，在玻璃化粘合劑與金剛石磨粒之間可以獲得很高的粘接性。
比較例3及比較例4中，由于粘合劑的軟化點(diǎn)低于金剛石磨粒開始燒損的650℃，因此金剛石磨粒就能夠被在650℃下熔融了的玻璃化粘合劑覆蓋。由此，磨粒表面暴露于高溫空氣氣氛下的機(jī)會(huì)被剝奪，無法獲得在實(shí)施例3中所觀察到的所述的優(yōu)點(diǎn)，主要由于該不同，產(chǎn)生了表8所示的彎曲強(qiáng)度的差。
由本測(cè)試的結(jié)果表明，在進(jìn)行空氣氣氛下的燒成的情況下，制造所需的磨石時(shí)，像實(shí)施例3那樣，使用具有高軟化點(diǎn)的粘合劑及在充分高的溫度下燒成十分重要。
簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明與企圖通過使用在金剛石不會(huì)燒損的比較低的溫度下軟化的粘合劑而保護(hù)金剛石磨粒免于燒損的以往的技術(shù)不同，通過使用具有高于金剛石磨粒開始燒損的650℃的軟化點(diǎn)的粘合劑，引起空氣氣氛下的磨粒的適度的燒損，這樣就可以改善玻璃化粘合劑對(duì)金剛石磨粒的浸潤(rùn)性及粘接性。其結(jié)果是，可以制造出磨粒的保持力提高了的具有良好的研削性能的磨石。
權(quán)利要求
1.一種玻璃化金剛石磨石的制造方法，包括將玻璃化粘合劑與金剛石磨粒的混合物在空氣氣氛下燒成的工序，其特征是，包括將包含具有高于650℃的軟化點(diǎn)的玻璃化粘合劑的混合物在700℃～900℃的空氣氣氛下燒成的工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征是，使用具有50～65wt％的SiO2、5～15wt％的Al2O3、15～25wt％的B2O3、1～6wt％的RO(RO為從CaO、MgO及BaO中選擇的至少一種)及4～10wt％的R2O(R2O為從K2O、Na2O及Li2O中選擇的至少一種)的化學(xué)組成的玻璃化粘合劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征是，在所述玻璃化粘合劑中添加1～10wt％的陶瓷微粉而使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的制造方法，其特征是，所使用的所述玻璃化粘合劑是在將由該玻璃化粘合劑成形而成的高度/直徑的比率為0.79的圓柱狀顆粒暴露于燒成溫度下的流動(dòng)性測(cè)試中，具有利用燒成而使顆粒的高度/直徑的比率變?yōu)?.1～0.6的流動(dòng)性的材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任意一項(xiàng)所述的制造方法，其特征是，使用被金屬或無機(jī)材料被覆了的金剛石磨粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任意一項(xiàng)所述的制造方法，其特征是，所述混合物除了所述金剛石磨粒以外，還含有從由立方晶氮化硼磨粒、氧化鋁類磨粒、碳化硅類磨粒、硅石、氧化鈰及莫來石構(gòu)成的組中選擇的大于等于1種的磨粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任意一項(xiàng)所述的制造方法，其特征是，所述混合物還含有作為氣孔形成劑的有機(jī)粉體或無機(jī)中空體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種如下的方法，即，利用在空氣氣氛下大于等于650℃的燒成，制造鋒利度良好而且具有耐久性的玻璃化金剛石磨石。本發(fā)明的制造方法是包括將玻璃化粘合劑與金剛石磨粒的混合物在空氣氣氛下燒成的工序的玻璃化金剛石磨石的制造方法，其特征是，所述混合物含有軟化點(diǎn)高于650℃的玻璃化粘合劑，包括將該混合物在700℃～900℃的空氣氣氛下燒成的工序。
文檔編號(hào)B24D3/00GK1905992SQ200580001458
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2005年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月28日
發(fā)明者山口昌三 申請(qǐng)人:吳諾頓株式會(huì)社