一种无铅微晶玻璃结合剂、超硬材料砂轮及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种结合剂，具体来说是一种超硬材料砂轮用结合剂。
【背景技术】
[0002]在现代精细加工中，超硬材料(金刚石及立方体氮化硼)陶瓷砂轮以其高效精确的特点，在磨削roC、PCBN及硬质合金，以及工程陶瓷上有着不可替代的地位，在加工耐磨材料有着高效和精准的特点。陶瓷结合剂超硬材料砂轮的开发及运用状况代表着一个国家的加工制造的先进水平。
[0003]我国在研发陶瓷结合剂超硬材料砂轮上相对于发达国家起步较晚，目前尚处于初步阶段，特别是用于精确加工的高速砂轮(线速度达120m/S以上)难以满足要求。陶瓷结合剂一般有三种类型，传统陶瓷矿物结合剂、玻璃料结合剂和微晶玻璃结合剂。传统陶瓷矿物结合剂由于把持力不高以及组织结构不均匀，已经逐渐被淘汰。微晶玻璃结合剂结构均匀，热稳定性好，使模具的机械强度得到提高，但控制微晶玻璃的晶化工艺复杂。陶瓷结合剂与金刚石磨料结合时的难度系数大于与立方氮化硼磨料结合的难度，主要是结合剂对磨料把持力不高，把持不牢。目前对陶瓷结合剂的研究主要集中在结合剂材料对金刚石的浸润性能性，虽然浸润性影响把持力，但结合剂对金刚石的浸润并不是影响砂轮寿命的唯一因素，例如结合剂本身的硬度、膨胀系数等不足仍然会使金刚石磨料脱落。这也是目前虽然我国试验室研究成果比较多，但目前商业品的S12-Al2O3-B2O3-R2OU为碱金属)体系微晶玻璃结合剂超硬砂轮难以满足高速砂轮的要求的因素之一。发明人通过常期的研究和大量的试验发现，砂轮在切割加工时磨料和结合剂之间主要产生的是拉应力，但现在的研究主要是提高砂轮抗折力和抗压力。现在的砂轮虽然抗压强度较高，但抗拉强度不足，使得砂轮在高速工况下磨料颗粒脱落造成寿命较短。例如在万隆等“砂轮微晶玻璃结合剂的研究”(《金刚石与磨料磨具工程》，2003年12月)中制得的晶化处理后的试件抗折强度达到186MPa，但抗拉强度最高14.2MPa。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种适用于高速、超硬砂轮的无铅微晶玻璃结合剂。
[0005]本发明的第二个目的还在于提供一种超硬材料砂轮。
[0006]第三个目的还在于提供一种超硬材料砂轮的制备方法。
[0007]为了实现本发明的第一个目的，采用如下技术方案:一种无铅微晶玻璃结合剂，其特征在于是由如下重量份数的原料组成的混合粉末熔制成的玻璃熔体:Si02 55-65份、Al2O3 6-9份、T12 2-3份、B2O3 9-15份、Na2O 8-10份、Li2O 6-8份、ZnO 8-10份、P2O5 2-3份和Na3AlF6 2-3份。
[0008]比较优选的是各原料按如下重量份计:S12 60份、Al2O3 8份、T12 2份、B2O3 12份、Na2O 9份、Li2O 7份、ZnO 9份、P2O5 3份和Na3AlF6 3份。
[0009]本发明还提供一种超硬材料砂轮，是以金刚石或CBN为磨料以前述无铅微晶玻璃结合剂按重量比2.5-3.2:1形成的节块，粘结于金属基体上形成的砂轮。
[0010]本发明还提供了一种上述超硬材料砂轮的制备方法，采用如下步骤:
[0011](1)将5102、厶1203、!102、8203、恥20、1^20、2110、？205和他3厶1卩6混合均匀；
[0012](2)将上述混合料在1300_1350°C熔制成玻璃熔体；
[0013](3)球磨后过200#筛得玻璃粉待用；
[0014](4)将作为磨料的金刚石或CBN与过筛后的玻璃粉按体积比2.5-3.2:1的比例，再加入玻璃粉重量0.5-2.0%的糊精粉作为临时粘结剂混合均匀；
[0015](5)在钢模具中装填好混合料，压制成型；
[0016](6)在760-830 V条件下烧结18小时以上，冷却出炉；
[0017](7)在590-610°C保温至少2小时形核，在690-710°C保温至少2小时晶体成长；
[0018](8)在金属基本上粘结上节块。
[0019]本发明具有如下优点:在S12-Al2O3-B2O3-R2O的基础上，通过加入Ti02、Zn0、P205和Na3AlF6，改善结合剂本身的微晶结构和性能，其抗拉强度可达45MPa以上，可以与金刚石或CBN表成适合高速的超硬砂轮，经过实际工业应用，砂轮比现有S12-Al2O3-B2O3-R2O微晶玻璃结合剂砂轮寿命提高30 %以上。
具体实施例
[0020]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。
[0021]实施例1
[0022]比较优选的是各原料按如下重量份计:S12 600g,Al2O3 80g、Ti02 20g、B203120g、Na2〇 90g、Li20 70g、Zn0 90g、P205 30g和Na3AlF6 30g。
[0023]超硬材料砂轮的制备方法，采用如下步骤:
[0024](1)将5102、厶1203、!102、8203、恥20、1^20、2110、？205和他3厶1卩6混合均匀；
[0025](2)将上述混合料在1300_1350°C熔制成玻璃熔体；
[0026](3)球磨后过200#筛得玻璃粉待用；
[0027](4)将作为磨料的140金刚石与过筛后的玻璃粉按体积比3:1的比例，再加入玻璃粉重量I Ig的糊精粉混合均匀；
[0028](5)在钢模具中装填好混合料，压制成型；
[0029](6)在800 °C条件下烧结18小时，冷却出炉；
[0030](7)在600°C保温2小时形核，在700°C保温2小时晶体成长；
[0031 ] (8)在金属基体(铝或钢)上粘结上节块。
[0032]通过进行检测，砂轮的抗拉强度为60MPa。
[0033]实施例2
[0034]S12 550g、Al203 90g、Ti02 25g、B203 90g、Na20 80g、Li20 60g、Zn0 10g^P2O520g和Na3AlF6 25g。
[0035]超硬材料砂轮的制备方法，采用如下步骤:
[0036](1)将5102、厶1203、!102、8203、恥20、1^20、2110、？205和他3厶1卩6混合均匀；
[0037](2)将上述混合料在1300_1350°C熔制成玻璃熔体；
[0038](3)球磨后过200#筛得玻璃粉待用；
[0039](4)将作为磨料的140金刚石与过筛后的玻璃粉按体积比2.5:1的比例，再加入玻璃粉重量5.3g的糊精粉混合均匀；
[0040](5)在钢模具中装填好混合料，压制成型；
[0041 ](6)在760 °C条件下烧结19小时，冷却出炉；
[0042](7)在610°C保温2小时形核，在710°C保温2小时晶体成长；
[0043](8)在金属基体(铝或钢)上粘结上节块。
[0044]砂轮抗拉强度为47MPa。
[0045]实施例3
[0046]S12 650g、Al203 60g、Ti02 30g、B203 150g、Na20 100g、Li20 80g、Zn0 80g、P20525g和Na3AlF6 20g。
[0047]超硬材料砂轮的制备方法，采用如下步骤:
[0048](1)将5102、厶1203、1102、8203、恥20、1^20、2110、？205和他3厶1卩6混合均匀；
[0049](2)将上述混合料在1300_1350°C熔制成玻璃熔体；
[0050](3)球磨后过200#筛得玻璃粉待用；
[0051](4)将作为磨料的140金刚石与过筛后的玻璃粉按体积比3.2:1的比例，再加入玻璃粉重量23g的糊精粉混合均匀；
[0052](5)在钢模具中装填好混合料，压制成型；
[0053](6)在830 °C条件下烧结19小时，冷却出炉；
[0054](7)在590°C保温2.5小时形核，在690°(:保温2.5小时晶体成长；
[0055](8)在金属基体(铝或钢)上粘结上节块。
[0056]经过检测，砂轮抗拉强度为50MPa。
【主权项】
1.一种无铅微晶玻璃结合剂，其特征在于是由如下重量份数的原料组成的混合粉末熔制成的玻璃熔体:S12 55-65份、Al2O3 6-9份、T12 2-3份、B2O3 9-15份、Na2O 8-10份、Li2O6-8份、ZnO 8-10份、P2O5 2-3份和Na3AlF6 2-3份。2.如权利要求1所述的无铅微晶玻璃结合剂，其特征在于:所述各原料按如下重量份if: S12 60份、Al2O3 8份、T12 2份、B2O3 12份、Na2O 9份、Li2O 7份、ZnO 9份、P2053份和Na3AlF6 3份。3.—种超硬材料砂轮，其特征在于是以金刚石或CBN为磨料与权利要求1或2所述的无铅微晶玻璃结合剂按重量比2.5-3.2:1形成的节块，粘结于金属基体上形成的砂轮。4.一种权利要求3所述超硬材料砂轮的制备方法，采用如下步骤: (1)将Si02、Al203、Ti02、B203、Na20、Li20、Zn0、P205和Na3AlF6 混合均匀; (2)将上述混合料在1300-1350°C熔制成玻璃熔体； (3)球磨后过200#筛得玻璃粉待用； (4)将作为磨料的金刚石或CBN与过筛后的玻璃粉按体积比2.5-3.2:1的比例，再加入玻璃粉重量0.5-2.0%的糊精粉作为临时粘结剂混合均匀； (5)在钢模具中装填好混合料，压制成型； (6)在760-830°C条件下烧结18小时以上，冷却出炉； (7)在590-610°C保温至少2小时形核，在690-710 °C保温至少2小时晶体成长； (8)在金属基本上粘结上节块。
【专利摘要】本发明公开了一种无铅微晶玻璃结合剂及超硬材料砂轮和其制备方法，其特征在于是由如下重量份数的原料组成的混合粉末熔制成的玻璃熔体：SiO2？55-65份、Al2O3？6-9份、TiO2？2-3份、B2O3？9-15份、Na2O？8-10份、Li2O？6-8份、ZnO？8-10份、P2O5？2-3份和Na3AlF6？2-3份。将金刚石或CBN与无铅微晶玻璃粉结合剂按重量比2.5-3.2：1形成的节块，粘结于金属基体上形成的砂轮。这种砂轮抗拉强度大于45MPa，特别适合线速度大于120m/s的高速砂轮。
【IPC分类】C03C10/00, B24D3/14, B24D18/00, B24D3/34
【公开号】CN105666346
【申请号】CN201610182022
【发明人】林增铃, 陈清波, 林锋
【申请人】厦门代盟特超硬材料工具有限公司
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年3月25日