一种金属陶瓷复合结合剂以及复合结合剂金刚石砂轮的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种金属陶瓷复合结合剂以及采用该金属陶瓷复合结合剂制备的复合结合剂金刚石砂轮，金属陶瓷复合结合剂由以下重量比的原料组成：金属粉末65-75％、陶瓷粉末25-35％；金属粉末，由以下重量比的原料组成：钨8-10％、锡5-8％、锌5-8％、铅3-5％，余量为铜；陶瓷粉末，由以下重量比的原料混合熔炼制得：二氧化硅SiO240-50％、氧化铝Al2O320-30％、氧化钾K2O10-20％、氧化镁MgO5-15％、氧化铁Fe2O33-8％。采用上述金属陶瓷复合结合剂制备的复合结合剂金刚石砂轮，既保持了陶瓷结合剂金刚石砂轮良好的锋利性、自锐性好的特性，又具有金属结合剂金刚石砂轮的高刚性、好的形状保持性的优点。
【专利说明】一种金属陶瓷复合结合剂以及复合结合剂金刚石砂轮
【技术领域】
[0001]本发明属于金刚石砂轮领域，具体涉及一种金属陶瓷复合结合剂以及采用该金属陶瓷复合结合剂制备的复合结合剂金刚石砂轮。
【背景技术】
[0002]金刚石砂轮与普通砂轮相比，具有磨削效率高，表面光洁度好，磨削质量高，成本低等特点。金刚石砂轮的主要特点是硬度高、导热率高、锋利度高由此带来高的磨削率。适用于现代工业机械加工中的高效、强力磨削，适用于加工硬质合金，光学玻璃、陶瓷、石英、宝石、铁氧体、半导体材料、铸铁、淬火钢、建材、耐火材料等高硬材料。
[0003]金刚石砂轮是为了利用金刚石进行高精度、高效率磨削加工，而使用结合剂将金刚石磨粒粘结起来并制成具有一定强度和形状的磨具。在金刚石砂轮中用于固结金刚石磨粒的结合剂有树脂、金属和陶瓷三种材料。
[0004]传统的树脂结合剂金刚石砂轮虽然锋利性好，自锐性好，砂轮磨削效率高，磨削发热量小，并且可以改善工件表面的粗糙度，但是耐热性低，对金刚石磨料把持力低，金刚石磨粒易于脱落，耐磨性不足，修整间隙短，影响生产效率，而且由于树脂结合剂是有机材料，受树脂本身性能限制，砂轮耐热性、耐水性、耐磨性较差，不能进行精密成型磨削。
[0005]陶瓷结合剂金刚石砂轮虽然磨削能力强、磨削温度低、自锐性强、锋利性好，但是耐磨性差，难修整；但是由于目前采用的陶瓷结合剂为低温陶瓷无机材料，引入了大量的碱性物质，在结合剂制备过程中容易挥发而引起结合剂性能不稳定，在金刚石砂轮制造过程中，结合剂对金刚石的润湿性差，大大降低了结合剂对金刚石的把持力，磨具在磨削过程中金刚石容易脱落，损耗大。
[0006]金属结合剂金刚石砂轮虽然强度高、工作面几何形状保持性好、寿命长、耐冲击，但是自锐性不好、效率低，无法满足持续加工的需要。
[0007]金刚石砂轮优良的锋利、自锐性以及超强的耐磨性是能否充分提高数控磨床加工效率的关键；而砂轮结合剂又是影响金刚石砂轮性能的关键因素，传统的单一结合剂已不能满足要求高加工效率的数控磨床用金刚石砂轮性能的需要。随着科学技术的进步，人们对金属、高分子、无机材料的认识逐渐加深，由两种金刚石砂轮结合剂组成的复合结合剂也得到了大家的关注。
[0008]将陶瓷与金属材料结合，在陶瓷结合剂的基础上加入金属粉末会得到兼具陶瓷材料脆性以及金属材料韧性的金属陶瓷复合结合剂。如中国专利CN103692371A公开了一种金属陶瓷结合剂金刚石砂轮及其制备方法，是由以下方法制备得到:1)制备粉末混合物，化学镀铜金刚石粉末60-70%，(W，Ti) C粉末15-20%，锡粉5-10%，铁族金属粉5-15%，所述化学镀铜金刚石粉末由平均粒径为5-80微米的颗粒物组成，这些颗粒物是由金刚石粒芯及包覆于金刚石粒芯表面的铜镀层构成；按照上述组份及配比进行混合，制得粉末混合物；2)成型，通过压力成型将上述粉末混合物制成压坯；3)烧结，对上述压坯进行惰性气氛低压烧结，烧结时将压坯加热至850-1050°C并保温10-30分钟，烧结惰性气氛压力为5-1OMPaο
[0009]目前，为了提高金刚石砂轮结合剂对金刚石的把持力和金刚石的自锐性，本领域的研究方向主要集中在新型金刚石结合剂的开发。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种用于制备金刚石砂轮的金属陶瓷复合结合剂，采用该金属陶瓷复合结合剂制备复合结合剂金刚石砂轮以获得一种兼备优良的锋利性与超强的耐磨性，从而具有高的磨削效率。
[0011]为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是:一种用于制备金刚石砂轮的金属陶瓷复合结合剂，由以下重量比的原料组成:
[0012]金属粉末65-75%、
[0013]陶瓷粉末25-35%，
[0014]所述的金属粉末，由以下重量比的原料组成:
[0015]钨8-10%、锡 5-8%、锌 5-8%、铅 3-5%，余量为铜；
[0016]所述的陶瓷粉末，由以下重量比的原料混合熔炼制得:
[0017]二氧化硅 S12 40-50%、
[0018]氧化铝Al2O3 20-30%、
[0019]氧化钾K2O 10-20%、
[0020]氧化镁MgO 5-15%,
[0021]氧化铁Fe2O3 3-8%。
[0022]进一步优选的，所述的陶瓷粉末，由以下重量比的原料混合熔炼制得:
[0023]二氧化娃Si0245%、氧化招Al20325 %、氧化钾K2015 %、氧化镁MgOlO %、氧化铁
Fe2035%。
[0024]上述技术方案中，所述陶瓷粉的制备步骤为:
[0025](I)制备混合粉末:将制备陶瓷粉的原料混合球磨后再过325目标准筛，制得混合粉末；
[0026](2)熔炼玻璃:将步骤⑴制得的混合粉末于电炉中1700°C熔炼3小时，急冷，得到微晶玻璃块体；
[0027](3)制备陶瓷粉:将步骤(2)制得的微晶玻璃块体于球磨机中破碎10小时后，再过325目标准筛，即制得陶瓷粉末。
[0028]本发明还包括采用上述金属陶瓷复合结合剂制备的金刚石砂轮。
[0029]一种复合结合剂金刚石砂轮，由砂轮基体和设置在砂轮基体上的磨削层构成，所述复合结合剂金刚石砂轮的制备方法包括以下步骤:
[0030](I)将金属粉末和陶瓷粉末原料放入真空球磨机中，球磨20-30小时得到金属陶瓷混合料，将金属陶瓷混合料放置在真空箱中静置24小时后，取出过325目标准筛，得到金属陶瓷复合结合剂；然后将所得复合结合剂与金刚石磨料置入球磨机中混合均匀，之后通过200目标准筛，再向复合结合剂中添加造孔剂，混合后再过200目标准筛，得到砂轮混合料；
[0031 ] 所述造空剂优选氧化铝空心球；
[0032](2)将加工好的金属基体置入模具内配置好，然后将步骤(I)所得砂轮混合料缓慢均匀地投入已与基体配置好的模具内并刮平，置入液压机定模热压；热压的压力为100-120MPa，热压的温度为240_260°C，保压60-90分钟，得到砂轮坯体；
[0033](3)将压制好的砂轮坯体冷却出模，然后置入烧结炉或电烘箱内，2-3小时内快速升温至180°C，然后分段升温至最终烧结温度250°C士 5°C，保温10-16小时，冷却至室温取出；
[0034](4)将检验合格的砂轮坯体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，检验合格后包装、入库，得到复合结合剂金刚石砂轮。
[0035]上述技术方案中，复合结合剂、金刚石磨料、造空剂的体积百分比为:65-75%、25-35 %、1-2 %。
[0036]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0037]1、采用上述金属陶瓷复合结合剂制备的复合结合剂金刚石砂轮，既保持了陶瓷结合剂金刚石砂轮良好的锋利性、自锐性好的特性，又具有金属结合剂金刚石砂轮的高刚性、好的形状保持性的优点。
[0038]2、本发明在金属粉末中添加了钨，使得得到的产品相比现有技术，强力磨削时加工线速度为30-35m/s，最大可达45m/s，相较市场的强力磨削砂轮提高30-40%，单次切深量为5-6mm,最大可达8 mm,相较市场的强力磨削砂轮提高100-160%。在同等的测试条件下，本发明的金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮相较市场的强力磨削砂轮综合加工效率提升100-160%。
【具体实施方式】
[0039]下面以实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
[0040]实施例1:
[0041]1、制备陶瓷粉末:
[0042]由以下重量比的原料混合熔炼制得:
[0043]二氧化硅Si0240%、氧化铝Al20330 %、氧化钾K2OlO %、氧化镁Mg015 %、氧化铁
Fe2035% ;
[0044](I)制备混合粉末:将制备陶瓷粉的原料混合球磨后再过325目标准筛，制得混合粉末；
[0045](2)熔炼玻璃:将步骤⑴制得的混合粉末于电炉中1700°C熔炼3小时，急冷，得到微晶玻璃块体；
[0046](3)制备陶瓷粉:将步骤(2)制得的微晶玻璃块体于球磨机中破碎10小时后，再过325目标准筛，即制得陶瓷粉末。
[0047]2、制备金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮:
[0048](I)将金属粉末和陶瓷粉末原料按照65:35的重量比放入真空球磨机中，球磨20-30小时得到金属陶瓷混合料，将金属陶瓷混合料放置在真空箱中静置24小时后，取出过325目标准筛，得到金属陶瓷复合结合剂；然后将所得复合结合剂与金刚石磨料置入球磨机中混合均匀，之后通过200目标准筛，再向复合结合剂中添加氧化铝空心球，混合后再过200目标准筛，得到砂轮混合料；
[0049]所述的金属粉末，由以下重量比的原料组成:鹤10%、锡8%、锌5%、铅3%,余量为铜；
[0050]所述的复合结合剂、金刚石磨料、造空剂的体积百分比为:75%、25%、1%。
[0051](2)将加工好的金属基体置入模具内配置好，然后将步骤(I)所得砂轮混合料缓慢均匀地投入已与基体配置好的模具内并刮平，置入液压机定模热压；热压的压力为100-120MPa，热压的温度为240_260°C，保压60-90分钟，得到砂轮坯体；
[0052](3)将压制好的砂轮坯体冷却出模，然后置入烧结炉或电烘箱内，2-3小时内快速升温至180°C，然后分段升温至最终烧结温度250°C士 5°C，保温10-16小时，冷却至室温取出；
[0053](4)将检验合格的砂轮坯体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，检验合格后包装、入库，得到复合结合剂金刚石砂轮。
[0054]实施例2:
[0055]1、制备陶瓷粉末:
[0056]由以下重量比的原料混合熔炼制得:
[0057]二氧化娃Si0250 %、氧化招Al20320 %、氧化钾K2020 %、氧化镁Mg05 %、氧化铁
Fe2035% ;
[0058](I)制备混合粉末:将制备陶瓷粉的原料混合球磨后再过325目标准筛，制得混合粉末；
[0059](2)熔炼玻璃:将步骤⑴制得的混合粉末于电炉中1700°C熔炼3小时，急冷，得到微晶玻璃块体；
[0060](3)制备陶瓷粉:将步骤(2)制得的微晶玻璃块体于球磨机中破碎10小时后，再过325目标准筛，即制得陶瓷粉末。
[0061]2、制备金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮:
[0062](I)将金属粉末和陶瓷粉末原料按照70:30的重量比放入真空球磨机中，球磨20-30小时得到金属陶瓷混合料，将金属陶瓷混合料放置在真空箱中静置24小时后，取出过325目标准筛，得到金属陶瓷复合结合剂；然后将所得复合结合剂与金刚石磨料置入球磨机中混合均匀，之后通过200目标准筛，再向复合结合剂中添加氧化铝空心球，混合后再过200目标准筛，得到砂轮混合料；
[0063]所述的金属粉末，由以下重量比的原料组成:鹤10%、锡5%、锌8%、铅3%,余量为铜；
[0064]所述的复合结合剂、金刚石磨料、造空剂的体积百分比为:65135121
[0065](2)将加工好的金属基体置入模具内配置好，然后将步骤(I)所得砂轮混合料缓慢均匀地投入已与基体配置好的模具内并刮平，置入液压机定模热压；热压的压力为100-120MPa，热压的温度为240_260°C，保压60-90分钟，得到砂轮坯体；
[0066](3)将压制好的砂轮坯体冷却出模，然后置入烧结炉或电烘箱内，2-3小时内快速升温至180°C，然后分段升温至最终烧结温度250°C士 5°C，保温10-16小时，冷却至室温取出；
[0067](4)将检验合格的砂轮坯体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，检验合格后包装、入库，得到复合结合剂金刚石砂轮。
[0068]实施例3:
[0069]1、制备陶瓷粉末:
[0070]由以下重量比的原料混合熔炼制得:
[0071]二氧化娃Si0247 %、氧化招Al20325 %、氧化钾K2015 %、氧化镁Mg05 %、氧化铁
Fe2038% ;
[0072](I)制备混合粉末:将制备陶瓷粉的原料混合球磨后再过325目标准筛，制得混合粉末；
[0073](2)熔炼玻璃:将步骤⑴制得的混合粉末于电炉中1700°C熔炼3小时，急冷，得到微晶玻璃块体；
[0074](3)制备陶瓷粉:将步骤(2)制得的微晶玻璃块体于球磨机中破碎10小时后，再过325目标准筛，即制得陶瓷粉末。
[0075]2、制备金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮:
[0076](I)将金属粉末和陶瓷粉末原料按照75:25的重量比放入真空球磨机中，球磨20-30小时得到金属陶瓷混合料，将金属陶瓷混合料放置在真空箱中静置24小时后，取出过325目标准筛，得到金属陶瓷复合结合剂；然后将所得复合结合剂与金刚石磨料置入球磨机中混合均匀，之后通过200目标准筛，再向复合结合剂中添加氧化铝空心球，混合后再过200目标准筛，得到砂轮混合料；
[0077]所述的金属粉末，由以下重量比的原料组成:鹤8%、锡5%、锌8%、铅5%,余量为铜；
[0078]所述的复合结合剂、金刚石磨料、造空剂的体积百分比为:70%、30%、1.5%。
[0079](2)将加工好的金属基体置入模具内配置好，然后将步骤(I)所得砂轮混合料缓慢均匀地投入已与基体配置好的模具内并刮平，置入液压机定模热压；热压的压力为100-120MPa，热压的温度为240_260°C，保压60-90分钟，得到砂轮坯体；
[0080](3)将压制好的砂轮坯体冷却出模，然后置入烧结炉或电烘箱内，2-3小时内快速升温至180°C，然后分段升温至最终烧结温度250°C士 5°C，保温10-16小时，冷却至室温取出；
[0081](4)将检验合格的砂轮坯体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，检验合格后包装、入库，得到复合结合剂金刚石砂轮。
[0082]实施例4:
[0083]1、制备陶瓷粉末:
[0084]由以下重量比的原料混合熔炼制得:
[0085]二氧化娃Si0245%、氧化招Al20325 %、氧化钾K2015 %、氧化镁MgOlO %、氧化铁
Fe2035% ;
[0086](I)制备混合粉末:将制备陶瓷粉的原料混合球磨后再过325目标准筛，制得混合粉末；
[0087](2)熔炼玻璃:将步骤⑴制得的混合粉末于电炉中1700°C熔炼3小时，急冷，得到微晶玻璃块体；
[0088](3)制备陶瓷粉:将步骤(2)制得的微晶玻璃块体于球磨机中破碎10小时后，再过325目标准筛，即制得陶瓷粉末。
[0089]2、制备金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮:
[0090](I)将金属粉末和陶瓷粉末原料按照73:27的重量比放入真空球磨机中，球磨20-30小时得到金属陶瓷混合料，将金属陶瓷混合料放置在真空箱中静置24小时后，取出过325目标准筛，得到金属陶瓷复合结合剂；然后将所得复合结合剂与金刚石磨料置入球磨机中混合均匀，之后通过200目标准筛，再向复合结合剂中添加氧化铝空心球，混合后再过200目标准筛，得到砂轮混合料；
[0091]所述的金属粉末，由以下重量比的原料组成:鹤10%、锡5%、锌8%、铅5%,余量为铜；
[0092]所述的复合结合剂、金刚石磨料、造空剂的体积百分比为:7512511.51
[0093](2)将加工好的金属基体置入模具内配置好，然后将步骤(I)所得砂轮混合料缓慢均匀地投入已与基体配置好的模具内并刮平，置入液压机定模热压；热压的压力为100-120MPa，热压的温度为240_260°C，保压60-90分钟，得到砂轮坯体；
[0094](3)将压制好的砂轮坯体冷却出模，然后置入烧结炉或电烘箱内，2-3小时内快速升温至180°C，然后分段升温至最终烧结温度250°C士 5°C，保温10-16小时，冷却至室温取出；
[0095](4)将检验合格的砂轮坯体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，检验合格后包装、入库，得到复合结合剂金刚石砂轮。
【权利要求】
1.一种用于制备金刚石砂轮的金属陶瓷复合结合剂，其特征在于:所述金属陶瓷复合结合剂由以下重量比的原料组成: 金属粉末65-75%、 陶瓷粉末25-35%， 所述的金属粉末，由以下重量比的原料组成: 钨8-10%、锡5-8%、锌5-8%、铅3-5%，余量为铜； 所述的陶瓷粉末，由以下重量比的原料混合熔炼制得: 二氧化硅 S12 40-50%、 氧化铝 Al2O3 20-30%, 氧化钾 K2O 10-20%, 氧化镁MgO 5-15%, 氧化铁 Fe2O3 3-8%。
2.权利要求1所述的金属陶瓷复合结合剂，其特征在于:所述的陶瓷粉末，由以下重量比的原料混合熔炼制得: 二氧化娃Si0245 %、氧化招Al20325 %、氧化钾K2015 %、氧化镁MgOlO %、氧化铁Fe2035%。
3.权利要求1或2所述的金属陶瓷复合结合剂制备的金刚石砂轮。
【文档编号】C04B35/14GK104128892SQ201410365756
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】蔡元沛, 龙慧玲, 郭新玲, 李发杭, 梁安宁, 张勇, 宿恒 申请人:桂林创源金刚石有限公司