專利名稱：立方氮化硼砂輪用陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)合劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于磨削加工工具的，尤其涉及一種立方氮化硼(CBN)砂輪用陶瓷-金
屬復(fù)合結(jié)合劑。
背景技術(shù)：
遠(yuǎn)在石器時代，我們的祖先已經(jīng)開始使用玄武巖、沙巖等制成石制磨具來加工農(nóng)具、工具等。在21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，磨削加工依然是一種重要的切削加工方式，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。在現(xiàn)代機(jī)械制造領(lǐng)域中，磨削加工已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)精密與超精密加工最有效、應(yīng)用最廣泛的工藝技術(shù)，并且正朝著高速、高效、高精的方向快速發(fā)展。磨削加工切除單位體積材料時需要非常高的能量輸入，這些能量除了少部分消耗于磨屑飛出的動能和新生表面形成所需要的表面能外，絕大部分能量都在磨削弧區(qū)轉(zhuǎn)化為熱量。而這些熱量約有60 85%傳入工件,磨屑帶走約4 8%,砂輪帶走約10 16%,另外有極少部分以傳導(dǎo)和輻射形式散出。對于一些難以加工的材料而言，如鈦合金、高溫合金等，它們的導(dǎo)熱系數(shù)較低，在磨削過程中磨削弧區(qū)的熱量很難向材料內(nèi)部傳導(dǎo)，而瞬時聚集在工件表面形成局部高溫，甚至?xí)诠ぜ砻娉霈F(xiàn)燒傷、裂紋等問題。由于陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪具有剛性好、磨削鋒利、氣孔率可調(diào)，結(jié)合劑與磨料的結(jié)合強(qiáng)度高，對鐵族元素良好的化學(xué)惰性等優(yōu)點(diǎn)，從而成為難以加工材料德磨削加工的首選磨具。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是克服現(xiàn)有的立方氮化硼砂輪用陶瓷結(jié)合劑的熱導(dǎo)率低、脆性大的缺點(diǎn)，提供一種耐火度低、熱膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率高、強(qiáng)度高，適合于立方氮化硼砂輪的陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)合劑 ，以使其更好地滿足難加工材料磨削的需要。本發(fā)明是向基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑中加入高導(dǎo)熱、韌性好的金屬粉，制備出同時兼具陶瓷結(jié)合劑氣孔率可調(diào)、自銳性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫和金屬結(jié)合劑熱導(dǎo)率高、韌性好等優(yōu)良性能的陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)合劑。向基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑中加入金屬粉，一方面，可以改善陶瓷結(jié)合劑的熱導(dǎo)率。在陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪的工作層中，立方氮化硼磨料具有很高的熱導(dǎo)率(1200W/m K)，而在工作層中起到黏結(jié)作用的陶瓷結(jié)合劑卻是熱的不良導(dǎo)體，嚴(yán)重阻礙熱量的傳遞，使得磨削熱不能有效、快速地散發(fā)出去，導(dǎo)致磨削區(qū)溫度太高，造成工件表面燒傷、砂輪粘附現(xiàn)象加重，最終導(dǎo)致工件加工質(zhì)量差，砂輪使用壽命短。本發(fā)明是向陶瓷結(jié)合劑中加入高導(dǎo)熱的填料，旨在提高陶瓷結(jié)合劑的熱導(dǎo)率，進(jìn)而提高陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪的熱導(dǎo)率，讓更多的磨削熱傳入砂輪，減少磨削區(qū)熱量，降低磨削溫度。向基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑中加入金屬粉，另一方面，可以改善陶瓷結(jié)合劑的脆性。金屬對陶瓷基體的增韌機(jī)制主要有:裂紋橋接機(jī)制、裂紋偏轉(zhuǎn)機(jī)制和裂紋屏障機(jī)制，大量研究結(jié)果表明，韌性的提高主要來源于裂紋橋接機(jī)制。裂紋在陶瓷基體復(fù)合材料中擴(kuò)展時，作為第二相的金屬粒子在外力的作用下產(chǎn)生一定的塑性變形或沿晶界滑移產(chǎn)生蠕變，使裂紋擴(kuò)展應(yīng)力得到釋放，從而達(dá)到增韌效果。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。立方氮化硼砂輪用陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)合劑，其原料組分及其質(zhì)量百分比含量為:10 25%B203，8 20%A1203，42 65%Si02，2 12%Li20，2 12%Na20，0 8%Zn0，2 10%Na3AlF6 ;在此基礎(chǔ)上，外加質(zhì)量百分比含量為2 15%的Cu粉或者Al粉。所述陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)合劑的耐火度低于700°C。本發(fā)明的有益效果是，提供了一種立方氮化硼砂輪用陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)合劑，該結(jié)合劑既具有氣孔率可調(diào)、自銳性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫，還兼具金屬結(jié)合劑熱導(dǎo)率高、韌性好的優(yōu)良性能，本發(fā)明還具有耐火度低、熱膨脹系數(shù)小、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施案例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。本發(fā)明采用常規(guī)的工業(yè)原料和常規(guī)的制備方法，首先制備陶瓷結(jié)合劑。由于立方氮化硼磨料與普通碳化硅、剛玉磨料相比，在較低的溫度下(IOOO0C以下)即可被氧化，1200°C以上將轉(zhuǎn)化為類石墨的六方結(jié)構(gòu)，失去其超硬磨料的特性，所以陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪與普通陶瓷結(jié)合劑砂輪相比需要采用低溫?zé)Y(jié)，即陶瓷結(jié)合劑本身的耐火度要低。此外，由于陶瓷結(jié)合劑是熱的不良導(dǎo)體，且脆性大，因此向基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑中加入高導(dǎo)熱、韌性好的金屬粉來改善陶瓷結(jié)合劑的導(dǎo)熱性和脆性，本發(fā)明采用Cu粉或者Al粉，制備出既具有陶瓷結(jié)合劑氣孔率可調(diào)、自銳性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫，又具有金屬結(jié)合劑熱導(dǎo)率高、韌性好等優(yōu)良性能的陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)合劑。本發(fā)明的陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)合劑的制備分為兩步，首先制備低熔點(diǎn)的基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑，具體制備方法如下:(I)按比例稱取 10 25%B203，8 20%A1203，42 65%Si02，2 12%Li20，2 12%Na20，0 8%Zn0，2 10%Na3AlF6 ;將原料放入球磨機(jī)中研磨均勻，備用；⑵將步驟⑴研磨均勻的原料放入高溫熔塊爐中加熱至1350°C，保溫2h，進(jìn)行充分熔煉、水淬；⑶將步驟⑵水淬后的原料放入100°C烘箱中烘干；⑷將步驟⑶烘干后的玻璃料放入球磨機(jī)中進(jìn)行研磨，過250目篩，制得基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑。(5)向步驟⑷中的基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑中加入2 15%的高導(dǎo)熱、韌性好的Cu粉或者Al粉，混合均勻，即制得陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)合劑。具體實(shí)施例的原料組成及其質(zhì)量百分比含量詳見表I。陶瓷-金屬結(jié)合劑的耐火度低于700°C。表I
權(quán)利要求
1.一種立方氮化硼砂輪用陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)合劑，其原料組分及其質(zhì)量百分比含量為:10 25%B203，8 20%A1203，42 65%Si02，2 12%Li20，2 12%Na20，0 8%ZnO，2 10%Na3AlF6 ;在此基礎(chǔ)上，外加質(zhì)量百分比含量為2 15%的Cu粉或者Al粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的立方氮化硼砂輪用陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)合劑，其特征在于，所述陶瓷-金屬復(fù)合 結(jié)合劑的耐火度低于700°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種立方氮化硼砂輪用陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)合劑，其原料組分及其質(zhì)量百分比含量為10～25%B2O3，8～20%Al2O3，42～65%SiO2，2～12%Li2O，2～12%Na2O，0～8%ZnO，2～10%Na3AlF6；在此基礎(chǔ)上，外加質(zhì)量百分比含量為2～15%的Cu粉或者Al粉；其耐火度低于700℃。本發(fā)明既具有陶瓷結(jié)合劑的氣孔率可調(diào)、自銳性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫的特點(diǎn)，也具有金屬結(jié)合劑的熱導(dǎo)率高、韌性好的優(yōu)良性能，還具有耐火度低、熱膨脹系數(shù)小、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B24D3/14GK103240683SQ20131014286
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月23日
發(fā)明者李志宏, 武衛(wèi)杰, 朱玉梅 申請人:天津大學(xué)