专利名称：一种玄武岩纤维增强陶瓷结合剂cbn砂轮及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮及其制备方法。
背景技术：
陶瓷结合剂CBN砂轮具有良好的化学稳定性、优越的自锐性。而CBN与金刚石磨料相比，具有更好的耐热性能和对铁族元素优异的化学惰性。因此陶瓷结合剂CBN磨料砂轮成为高速钢、不锈钢、轴承钢、镍铬铁合金、铸铁等金属材料加工的常用工具。陶瓷结合剂 CBN砂轮的强度主要体现在两个方面(1)陶瓷结合剂的强度。(2)陶瓷结合剂对磨料的把持强度即硬度。砂轮强度的具体测试指标包括抗拉强度、抗折强度、抗压强度、抗冲击强度等。在砂轮的制造过程中，由于陶瓷结合剂性脆，强度不是很高。同时CBN磨料的惰性致使结合剂对CBN磨料的湿润性差，很难做到化学键结合，它们之间的结合属于“孕镶”状态，砂轮在磨削过程中CBN磨料容易脱落，损耗大。因此砂轮的强度一直是制约陶瓷结合剂CBN 砂轮在高速磨削领域应用的一个关键因素。发明内容
本发明的目的在于针对现有的陶瓷结合剂CBN砂轮强度不高的缺陷，提出一种玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮及其制备方法。
本发明是以这样的方式实现的本发明提供的一种玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮，按重量百分比由35 45% 的CBN磨料、3 8%的绿碳化硅磨料、30 40%的硼硅酸盐陶瓷结合剂、10 15%的白糖、 O. 3 O. 4%的玄武岩纤维和2 5%的石腊混合组成。
上述硼硅酸盐陶瓷结合剂按重量百分比由66. 35%的Si02、13. 78%的B203、5. 92%的 Α1203、5· 24% 的 Na20,2. 55% 的 K20,4. 7% 的 P2O5 和1. 46% 的 Fe2O3 混合组成。
上述玄武岩纤维为单根玄武岩纤维，其直径是23 34 μ m,长度3 10mm。
上述玄武岩纤维的有序排布为径向排布，层数为2 3层。
上述CBN磨料浓度为100 125%。
本发明还提供一种玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，包括如下步骤1)将配好的陶瓷结合剂CBN砂轮的各组元放入球磨罐中混合I 2小时，使其充分均匀混合；2)将上述混合料投入砂轮模具内，玄武岩纤维利用手工或机械的方法有序的置于混合料中，再将模具在压机下压制，成型压力在20 30MPa ；3)将压制成型的砂轮毛坯置于高温炉中烧结，最高烧结温度不高于850°；4)烧结完毕，取出砂轮，机械加工。
上述步骤3)中，烧结`工艺是室温 250°C的过程中，升温速率为5. 50C /min, 在250°C时保温30min ；250 500°C的过程中，升温速率为16. 5°C /min，在500°C时保温30min ；500 700 °C，升温速率为 6. 5 °C /min ；700 750°C，升温速率为 3. 5°C /min,在 750°C时保温30min ;750 850°C，升温速率为1. 5°C/min，在850°C时保温4h ;在降温阶段， 从850 650°C，降温速率为6. 50C /min，在650°C保温30min，再随炉冷却。
本发明所述的玄武岩纤维的加入分为有序排布和随机分布。有序排布可以为手工 和机械辅助，且不限这两种方式。
本发明的有益效果采用本发明制备的玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮能大幅地提高砂轮的转速，提 高加工效率，降低加工成本。
具体实施方式
下面通过某些代表性的例子进一步说明本发明，但不限制本发明的范围。
实施例一各组分按下列重量百分比配制好称料=CBN磨料45%、绿碳化硅磨料5%、硼硅酸盐陶瓷 结合剂35%、白糖12. 6%、玄武岩纤维O. 4%，石蜡2%。
将配制好的粉料装入球磨机中混合2个小时，使其充分均匀。
将混合料投入砂轮模具中，再将模具放入压机中压制。
加压工艺先加预压力为5MPa，然后再以5MPa/min的加压速率加压到30MPa，再保 压 2min。
压制完毕后，再把砂轮毛坯置于高温炉内，室温 250°C的过程中，升温速率为 5. 50C /min、在250°C时保温30min、250 500°C的过程中，升温速率为16. 5°C /min、在 500°C时保温30min、500 700°C，升温速率为6. 5°C /min、700 750°C，升温速率为3. 5°C / min、在750°C时保温30min、750 850°C，升温速率为1. 5°C /min、在850°C时保温4h、在降 温阶段，从850 650°C，降温速率为6. 50C /min、在650°C保温30min，再随炉冷却的温度曲 线烧结。
烧结完毕后，再按成品尺寸要求机械加工成砂轮成品。
实施例二各组分按下列重量百分比配制好称料=CBN磨料40%、绿碳化硅磨料6%、硼硅酸盐陶瓷 结合剂35%、白糖15%、玄武岩纤维O. 4%，石蜡3. 6%。
将配制好的粉料装入球磨机中混合2个小时，使其充分均匀。
将混合料投入砂轮模具中，再将模具放入压机中压制。
加压工艺先加预压力为3MPa，然后再以5MPa/min的加压速率加压到30MPa，再保 压 2min。
压制完毕后，再把砂轮毛坯置于高温炉内，室温 250°C的过程中，升温速率为 5. 50C /min、在250°C时保温30min、250 500°C的过程中，升温速率为16. 5°C /min、在 500°C时保温30min、500 700°C，升温速率为6. 5°C /min、700 750°C，升温速率为3. 5°C / min、在750°C时保温30min、750 850°C，升温速率为1. 5°C /min、在850°C时保温4h、在降 温阶段，从850 650°C，降温速率为6. 50C /min、在650°C保温30min，再随炉冷却的温度曲线烧结。
烧结完毕后，再按成品尺寸要求机械加工成砂轮成品。
实施例三各组分按下列重量百分比配制好称料=CBN磨料35%、绿碳化硅磨料6%、硼硅酸盐陶瓷 结合剂40%、白糖15%、玄武岩纤维O. 3%，石蜡3. 7%。
将配制好的粉料装入球磨机中混合2个小时，使其充分均匀。
将混合料投入砂轮模具中，再将模具放入压机中压制。
加压工艺先加预压力为2MPa，然后再以5MPa/min的加压速率加压到30MPa，再保 压 2min。
压制完毕后，再把砂轮毛坯置于高温炉内，室温 250°C的过程中，升温速率为 5. 50C /min、在250°C时保温30min、250 500°C的过程中，升温速率为16. 5°C /min、在 500°C时保温30min、500 700°C，升温速率为6. 5°C /min、700 750°C，升温速率为3. 5°C / min、在750°C时保温30min、750 850°C，升温速率为1. 5°C /min、在850°C时保温4h、在降 温阶段，从850 650°C，降温速率为6. 50C /min、在650°C保温30min，再随炉冷却的温度曲 线烧结。
烧结完毕后，再按成品尺寸要求机械加工成砂轮成品。
实施例四各组分按下列重量百分比配制好称料CBN磨料38%、绿碳化硅磨料5%、硼硅酸盐陶瓷 结合剂38%、白糖14%、玄武岩纤维O. 3%，石蜡4. 7%。
将配制好的粉料装入球磨机中混合2个小时，使其充分均匀。
将混合料投入砂轮模具中，再将模具放入压机中压制。
加压工艺先加预压力为4MPa，然后再以5MPa/min的加压速率加压到30MPa，再保 压 2min。
压制完毕后，再把砂轮毛坯置于高温炉内，室温 250°C的过程中，升温速率为 5. 50C /min、在250°C时保温30min、250 500°C的过程中，升温速率为16. 5°C /min、在 500°C时保温30min、500 700°C，升温速率为6. 5°C /min、700 750°C，升温速率为3. 5°C / min、在750°C时保温30min、750 850°C，升温速率为1. 5°C /min、在850°C时保温4h、在降 温阶段，从850 650°C，降温速率为6. 50C /min、在650°C保温30min，再随炉冷却的温度曲 线烧结。
烧结完毕后，再按成品尺寸要求机械加工成砂轮成品。
实施例五按实施例一、二、三、四的制作方法，按成品尺寸要求机械加工成砂轮成品，砂轮直径 16cm,宽度 14cm。
磨削条件(a)磨削设备高速加工中心；(b)磨削方式湿式切入磨削；(c)砂轮转速5000r/min；(d)工件进给速度5mm/min；(e)工件材质模具钢；Cf)工件尺寸长20mmX宽10mmX高5謹；冷却液为RT-22油基陶瓷结合剂CBN砂轮专用磨削液，将玄武岩纤维增强陶瓷结合剂 CBN砂轮与同样规格的未添加玄武岩纤维陶瓷结合剂CBN砂轮做磨削性能测试，比较砂轮 在磨削IOmin后的磨削比和工件的表面粗糙度。添加玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮 的磨削比较普通陶瓷结合剂CBN砂轮的磨削比提高了 60%以上，工件的表面粗糙度也降低 了一半以上。因此，玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮比普通陶瓷结合剂CBN砂轮性能 优越。
权利要求
1.一种玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮，其特征在于按重量百分比由35 45%的CBN磨料、3 8%的绿碳化硅磨料、30 40%的硼硅酸盐陶瓷结合剂、10 15%的白糖、O.3 O. 4%的玄武岩纤维和2 5%的石腊混合组成。
2.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮，其特征在于上述硼硅酸盐陶瓷结合剂按重量百分比由66. 35%的Si02、13. 78%的Β203、5· 92%的Α1203、5· 24%的Na20,2. 55% 的 K20,4. 7% 的 P2O5 和1. 46% 的 Fe2O3 混合组成。
3.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮，其特征在于上述玄武岩纤维为单根玄武岩纤维，其直径是23 34 μ m,长度3 10mm。
4.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮，其特征在于上述玄武岩纤维为径向排布,层数为2 3层。
5.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮，其特征在于上述CBN磨料浓度为100 125%。
6.一种权利要求1所述玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，其特征在于包括如下步骤 1)按重量百分比将配好的各组份放入球磨罐中混合I 2小时，使其充分均匀混合； 2)将上述混合料投入砂轮模具内，玄武岩纤维利用手工或机械的方法有序的置于混合料中，再将模具在压机下压制，成型压力在20 30MPa ； 3)将压制成型的砂轮毛坯置于高温炉中烧结，最高烧结温度不高于850°； 4)烧结完毕，取出砂轮，机械加工。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于上述步骤3)中，烧结工艺是室温 250°C的过程中，升温速率为5. 50C /min，在250°C时保温30min ；250 500°C的过程中，升温速率为16. 5°C /min,在500°C时保温30min ；500 700°C，升温速率为6. 5°C /min ；700 750°C，升温速率为3. 50C /min，在750°C时保温30min ；750 850°C，升温速率为1. 5°C /min,在850°C时保温4h ;在降温阶段，从850 650°C，降温速率为6. 5°C /min,在650°C保温30min,再随炉冷却。
全文摘要
本发明公开一种玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮及其制备方法，该砂轮按重量百分比由35～45%的CBN磨料、3～8%的绿碳化硅磨料、30～40%的硼硅酸盐陶瓷结合剂、10～15%的白糖、0.3～0.4%的玄武岩纤维和2～5%的石蜡混合组成；制备方法是将上述各组份充分混合；玄武岩纤维加入混合粉末中；将混合物投入模具中压制，再进行烧结，最后进行机械加工；该玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮能有效的克服常规陶瓷结合剂CBN砂轮的缺点，提高砂轮的强度、不易堵塞且兼顾了砂轮的耐磨性；能提高砂轮的生产加工效率。
文档编号B24D3/14GK103042474SQ20121052179
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者张凤林, 廖广春, 周玉军 申请人:广东工业大学