碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂CBN砂轮制备方法与流程

本发明涉及陶瓷结合剂砂轮制备方法，进一步是指用于碳纤维增强的高孔隙率陶瓷结合剂cbn砂轮的制备技术，用该方法制备出的高孔隙率cbn砂轮强度更高，采用该砂轮在普通磨床上对黑色金属工件进行精磨抛光，可以获得高光洁度的加工面。

背景技术：

陶瓷结合剂立方氮化硼(cbn)砂轮具有磨削效率高，磨削力小，尺寸保持性好，磨削精度高，易于修整等优点，广泛应用于黑色金属的成型磨削和精密磨削。随着我国精密机械制造业的高速发展，对金属零部件表面质量和磨削效率的要求越来越高，通过高孔隙率来提高砂轮的锋利度和自锐性、减少磨削发热，实现高效低应力磨削。这就需要陶瓷结合剂cbn砂轮具有40％以上的气孔率，和优良的抗烧伤性能，目前，高孔隙率陶瓷结合剂cbn砂轮的制备方法都是将陶瓷结合剂、cbn磨料、造孔剂干法混合均匀后，无压烧结。由于该类精密磨砂轮磨料粒度较小，表面积大，烧结后的砂轮高气孔率，烧结前砂轮素坯强度很低，烧结过程中，砂轮坯体中的成型剂、造孔剂有机物随着烧成温度逐渐升高会碳化，产生大量的气体，集聚一定的应力，造成砂轮开裂，成品率很低。另一方面，显微结构疏松，抗冲击强度低，在使用过程中易于开裂，影响了cbn砂轮的使用性能。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出一种碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂cbn砂轮制备方法，所制得的cbn砂轮孔隙率可高达 40％以上，减少砂轮烧结中的开裂，烧结后砂轮的强度可提高20％以上，同时，在砂轮磨削过程中碳纤维可以起到自润滑、抗烧伤工件的效果，磨削出的工件表面粗糙度值更低。

本发明的技术方案是，所述碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂cbn砂轮制备方法包括：

(1)制备陶瓷浆料：

a.干粉料的重量百分比组成：

将上述各组分在球磨条件下混合均匀，球石为塑料，球磨坛直径500mm，转速为50-80转/分，球磨时间1-2小时，获得干粉料；

b.制备陶瓷cbn砂轮成型料浆：按重量百分比取68％-72％的干粉料与28％32％的工业级石蜡。将石蜡在水浴锅中加热到80℃，再倒入称好的干粉料，采用立式搅拌机，在80℃下，2000-3000转/分速度搅拌0.5-1小时均匀混合，即得；

(2)制备碳纤维增强cbn砂轮：将根据砂轮规格制备好的铁质浇注模具，表面清洁干净，在真空电烘箱中，在空气气氛下加热至80℃，然后将步骤1制备的80℃下混合均匀的成型料浆倒入铁质注模，关上真空电烘箱门，在80℃恒温下抽真空至10pa，保压10-15分钟，关闭真空泵，将铁质注模从烘箱中取出冷却到室温，再从模具中取出cbn砂轮成型坯体。

将cbn砂轮成型坯体放入井式炉中，用粒度为240#的白刚玉完全掩埋，在n2保护下烧结，室温～200℃的升温速率为1℃/分钟，在200℃保温4-6小时；再以1℃/分钟升温速率升温至400℃，保温4-6小时；再以5℃/分钟升温速率升温至700℃，在700℃保温1-2小时；然后随炉冷却，得烧结后的砂轮坯体；将烧结后的砂轮坯体在工具磨床上进行外圆、内圆和平面加工，获得碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂cbn砂轮。

本发明采用短切碳纤维作为增强材料增强陶瓷结合剂与cbn磨料获得干粉料，再与石蜡混合，浇铸法成型，采用保护气氛烧结制备碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂cbn砂轮，先将碳纤维、陶瓷结合剂、cbn磨料在加热的条件下在液态石蜡中均匀混合获得成型浆料，再将成型浆料浇注于钢模中，在真空排除浆料中气泡后，冷却模具使液态石蜡固化，获得cbn砂轮坯体。将砂轮坯体采用埋砂的方式进行烧结，在400℃以下烧结温度区间时，石蜡变为液体，在毛细管力的作用下被埋砂(240#白刚玉)中的孔隙吸收，在400℃以上烧结温度区间时石蜡逐渐裂解碳化，完全从cbn砂轮中排出。砂轮在700℃烧结后，陶瓷结合剂软化，包裹cbn磨料和碳纤维，碳纤维以短切纤维状均匀分布于砂轮组织中，增强结构陶瓷，制备碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂cbn砂轮(参见图1)。相对于传统砂轮强度提高20％以上，安全性更好，气孔率高于40％，浇铸法成型，组织密度均匀一致。砂轮在进行磨削时，增强材料碳纤维为石墨质材料，具有自润滑效果，能降低砂轮的磨削力，抗烧伤，大幅度提高了被加工工件的表面光洁度，降低表面粗糙度(参见图2)。

附图说明

图1是本发明方法制得的砂轮显微照片；

图2是用本发明制得的cbn砂轮加工工件的表面形貌。

具体实施方式：

碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂cbn砂轮制备方法的具体步骤为：

(1)将cbn磨料、硼玻璃粉、gg17玻璃粉、t400短切碳纤维和石英粉按重量比40∶30∶10∶15∶5称量，然后将各原料在球磨条件下混合均匀，球石为塑料球，球磨坛直径500mm，转速为50转/分，球磨时间1小时；

(2)按重量百分比取70％的步骤(1)获得的干粉料与30％的工业级石蜡。将石蜡在水浴锅中加热到80℃，再倒入称好的干粉料，采用立式搅拌机，在80℃下，3000转/分速度搅拌1小时均匀混合，获得cbn砂轮成型浆料。

(3)将根据砂轮规格制备好的铁质注模，表面清洁干净，在真空电烘箱中，在空气气氛下加热至80℃，然后将步骤2制备的80℃下混合均匀的成型料浆倒入铁质注模，关上真空电烘箱门，在80℃恒温下抽真空至10pa，保压15分钟，关闭真空泵，将铁质注模从烘箱中取出冷却到室温，脱模，制得cbn砂轮成型坯体。

(4)将cbn砂轮成型坯体放入井式炉中，用粒度为240#的白刚玉完全掩埋，在n2保护下烧结，室温～200℃的升温速率为1℃/分钟，在200℃保温6小时；再以1℃/分钟升温速率升温至400℃，保温4小时；再以5℃/分钟升温速率升温至700℃，在700℃保温2小时；然后随炉冷却，得烧结后的砂轮坯体；将烧结后的砂轮坯体在工具磨床上进行外圆、内圆和平面加工，获得碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂cbn砂轮。

技术特征：

技术总结
一种碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂CBN砂轮制备方法，步骤为：将CBN磨料、硼玻璃粉、GG17玻璃粉、T400短切碳纤维和石英粉按重量比称量，球磨混合均匀后，再将混合粉料按比例与熔化的石蜡搅拌混合，制备出CBN砂轮成型料浆。将料浆在80℃下注入成型模具中，冷却后脱模获得CBN砂轮坯体。砂轮坯体采用白刚玉埋砂后在氮气气氛下以一定的热处理制度排蜡、烧结，再将将烧结后的砂轮坯体进行外圆、内圆和平面加工，制备出气孔率高于40％，碳纤维均匀分布于砂轮基体中的碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂CBN砂轮。

技术研发人员：刘小磐;陈瑞和
受保护的技术使用者：江苏华东砂轮有限公司
技术研发日：2016.01.25
技术公布日：2017.08.01