专利名称：一种金属－陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方及制作工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超硬材料磨具结合剂的新型配方及制作工艺，特别涉及一种金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方及制作工艺。
背景技术：
随着工业技术的进步，高速、高效、高精密磨削已成为当今磨削加工技术发展的主流，而超硬材料磨具磨削作为一种先进的加工技术，其应用领域不断扩大，已从工具行业对难磨金属材料的加工，推广到轴承、汽车、机床等普通黑色金属以及陶瓷等非金属材料的加工，大有取代普通磨具的趋势。
另外，当前各国都投入了大量的人力和资金进行难加工材料的研究和开发，而目前对难加工材料的加工，使用最多的就是陶瓷结合剂超硬磨具和金属结合剂磨具，金属结合剂，优点是结合力强、韧性好，但黏附性大，易阻塞不出刃；陶瓷结合剂的特点是脆性好、结合力强，但是韧性不足，磨削过程中容易发生振颤，使加工表面产生波纹和裂纹；在生产工艺方面，两种结合剂磨具都是经过成型压制后进行高温烧结，金属结合剂的烧结温度一般为600-900℃，可采用热压烧结；而陶瓷结合剂的烧结温度一般在900℃-1300℃，且只能冷压烧结，不能采用热压烧结，烧结过程中易对超硬磨料损伤。
上述两种结合剂存在的问题是陶瓷结合剂的烧结温度高，在烧结中容易造成超硬磨料的损害，无法保证质量的稳定性；而陶瓷结合剂刚性大、易震动产生加工表面波纹的缺点。而金属结合剂存在粘性大、易阻塞、烧伤工件的缺点。另外，在工艺上，陶瓷材料本身不导电，无法像金属结合剂磨具生产那样采用热压烧结，因此只能采用冷压烧结工艺，该工艺压制压力高，工艺复杂，而且由于本身缺点比较难以克服，使得这种产品目前只能满足一般性磨削加工使用，对于精密磨削、超精密磨削还难以满足要求。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方及制作工艺，它不仅在磨削性能上克服了金属结合剂粘性大、易阻塞、烧伤工件，陶瓷结合剂刚性大、锋利度不理想、易震颤而产生加工表面波纹的缺点；在制造工艺上也克服了陶瓷结合剂烧结温度高、只能冷压不能热压的缺点。
其技术方案是由金属结合剂材料和陶瓷结合剂材料组成，其组成为(重量比)金属结合剂材料5％-95％，陶瓷结合剂材料5％-95％。
所述的金属结合剂材料可以为铜、镍、钴、铁、铝、锡、锌、锰、钛、铬、铅、钨和钼中的任意一种以上组成。
所述的金属结合剂的较佳的百分比如下铜1％-90％、镍1％-90％、钴1％-90％、铁1％-90％、铝1-90％、锡0-30％、锌0-30％、锰0-30％、铬0-30％、钛0-30％、、铅0％-30％、钨0-20％和钼0-15％。
所述的陶瓷结合剂材料主要成分为粘土、黄土、长石、石英、滑石、萤石、锂辉石和玻璃类中的任意一种以上组成。
所述的陶瓷结合剂材料的较佳的百分比如下粘土0％-90％、黄土0％-90％、长石0％-90％、石英0％-80％、滑石0-20％和玻璃类0-60％、萤石0％-10％、锂辉石0％-10％。
所述的粘土种类有高岭石、蒙托石(膨润土)、腊石或伊利石等；所述的长石种类有钾长石、钠长石、钙长石、钡长石等；所述的玻璃类种类有硼砂玻璃或硼硅玻璃等。
上述金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的制作工艺，包括以下工艺步骤(1)将陶瓷结合剂成分按一定比例混合烧结成陶瓷材料；(2)将烧结好的陶瓷材料粉碎、过筛；(3)按一定比例加入金属粉末与陶瓷结合剂粉末混合均匀；(4)加入超硬材料磨料混合均匀，装在模具中；(5)由热压烧结机进行边加热烧结边加压成型，成型到所需形状和密度后，脱模取出。
所述的热压烧结机进行边加热到600℃-1200℃烧结，加压到1-4KN/cm2成型，成型到所需形状和密度后，脱模取出。
本发明的有益效果是一是在磨削性能上，该产品既保持了金属结合剂、陶瓷结合剂磨具使用寿命长、磨具本身尺寸形状稳定、能保证非常高的加工精度的优点，又克服了金属结合剂粘性大、不锋利，陶瓷结合剂韧性不足的缺点。
二是大大提高了超硬磨具在超高精密磨削中的加工性能；三是在制造工艺上由于在陶瓷结合剂中加入了低熔点的金属材料，使得烧结温度大大降低，生产工艺简单、生产成本降低，提高了产品的利润空间和市场竞争力，另外，由于烧结温度低减少了烧结过程中对超硬磨料的损害，使得产品质量稳定。
四是由于在陶瓷材料中加入了可导电的金属材料，使得陶瓷结合剂磨具可采用热压烧结完成。
具体实施例方式实施例1，其技术方案是包括金属结合剂40％，陶瓷结合剂60％。
陶瓷结合剂材料为粘土40％、长石30％、石英10％、滑石5％和硼玻璃15％。
金属结合剂材料为铜60％、镍20％、钴15％、锡15％。
烧结温度720℃，压力1.5KN/cm2，产品特点锋利度好、适合磨削脆硬性材料。
实施例2，包括金属结合剂95％，陶瓷结合剂5％；上述陶瓷结合剂材料组成不变，金属结合剂可以为镍50％、钴15％、铜30％、锡5％。
烧结温度780℃，压力1.5KN/cm2，产品特点锋利度好、使用寿命长、适应范围广。
实施例3，包括金属结合剂5％，陶瓷结合剂95％；上述陶瓷结合剂材料组成不变，金属结合剂可以为铁40％、铜30％、镍20％、锡10％。
烧结温度760℃，压力2KN/cm2，产品特点使用寿命长、成本低廉，适合磨削非金属材料。
当然，上述三种实施例中金属结合剂材料的组成也可以为铜1％-90％、镍1％-90％、钴1％-90％、铁1％-90％、铝1-90％、锡0-30％、锌0-30％、锰0-30％、铬0-30％、钛0-30％、、铅0％-30％、钨0-20％和钼0-15％中任意一种以上组成，还可以加入其它微量合金元素，包括一些本领域技术人员熟知的其他成分；而陶瓷结合剂材料也可以为粘土0％-90％、黄土0％-90％、长石0％-90％、石英0％-80％、滑石0-20％和玻璃类0-60％、萤石0％-10％、锂辉石0％-10％中任意一种以上组成，还可以加入一些本领域技术人员熟知的其他添加成分。
另外上述金属-陶瓷结合剂磨具的制作工艺，包括以下工艺步骤(1)将陶瓷结合剂成分按一定比例混合在温度900-1300℃下烧结成陶瓷材料；(2)将烧结好的陶瓷材料粉碎、过筛；(3)按一定比例加入金属粉末与陶瓷结合剂粉末混合均匀，(4)加入超硬材料磨料混合均匀，装在模具中；(5)由热压烧结机进行边加热到600-1200℃烧结，加压到1-4KN/cm2成型，成型到所需形状和密度后，脱模取出。
权利要求
1.一种金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方，其特征是由金属结合剂材料和陶瓷结合剂材料组成，其组成为(重量比)金属结合剂材料5％-95％，陶瓷结合剂材料5％-95％。
2.根据权利要求1所述的金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方，其特征是所述的金属结合剂材料可以为铜、镍、钴、铁、铝、锡、锌、锰、钛、铬、铅、钨和钼中的任意一种以上组成。
3.根据权利要求2所述的金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方，其特征是所述的金属结合剂的较佳的百分比如下铜1％-90％、镍1％-90％、钴1％-90％、铁1％-90％、铝1-90％、锡0-30％、锌0-30％、、锰0-30％、铬0-30％、钛0-30％、铅0％-30％、钨0-20％和钼0-15％。
4.根据权利要求1所述的金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方，其特征是所述的陶瓷结合剂材料主要成分为粘土、黄土、长石、石英、滑石、萤石、锂辉石和玻璃类中的任意一种以上组成。
5.根据权利要求4所述的金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方，其特征是所述的陶瓷结合剂材料的较佳的百分比如下粘土0％-90％、黄土0％-90％、长石0％-90％、石英0％-80％、滑石0-20％和玻璃类0-60％、萤石0％-10％、锂辉石0％-10％。
6.根据权利要求4或5所述的金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方，其特征是所述的粘土种类有高岭石、蒙托石(膨润土)、腊石或伊利石等；所述的长石种类有钾长石、钠长石、钙长石、钡长石等；所述的玻璃类种类有硼砂玻璃或硼硅玻璃等。
7.根据权利要求1所述的金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂磨具的制作工艺，其特征是包括以下工艺步骤(1)将陶瓷结合剂成分按一定比例混合烧结成陶瓷材料；(2)将烧结好的陶瓷材料粉碎、过筛；(3)按一定比例加入金属粉末与陶瓷结合剂粉末混合均匀；(4)加入超硬材料磨料混合均匀，装在模具中；(5)由热压烧结机进行边加热烧结边加压成型，成型到所需形状和密度后，脱模取出。
8.根据权利要求7所述的金属-陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的制作工艺，其特征是所述的热压烧结机进行边加热到600℃-1200℃烧结，加压到1-4KN/cm2成型，成型到所需形状和密度后，脱模取出。
全文摘要
本发明涉及一种金属—陶瓷复合材料作为超硬材料磨具结合剂的配方及制作工艺。其技术方案是由金属结合剂材料和陶瓷结合剂材料组成，其组成为(重量比)金属结合剂材料5％－95％，陶瓷结合剂材料5％－95％。有益效果是该产品既保持了金属结合剂、陶瓷结合剂磨具使用寿命长、磨具本身尺寸形状稳定、能保证非常高的加工精度的优点，又克服了金属结合剂粘性大、不锋利，陶瓷结合剂韧性不足的缺点。
文档编号B22F1/00GK1903485SQ20061004549
公开日2007年1月31日 申请日期2006年7月17日 优先权日2006年7月17日
发明者国庆, 王秦生, 左宏森 申请人:国庆