本发明属于材料过程中磨削抛光技术领域，尤其涉及一种陶瓷堆积磨料及其制备方法和磨具。
背景技术
磨具是使用粘结剂将磨料粘结在可挠性材料上制成的可以磨削、抛光用的带状工具，其构成的三要素是：基材、磨料和粘结剂。目前使用的砂带由于使用普通结构磨料制造，存在以下弊端：(1)单层磨料砂带工作层薄，使用寿命短，利用率低，频繁的更换降低了生产效率，提高了操作者的劳动强度；(2)砂带上磨粒之间间隙较小，磨削过程中磨屑会残留在砂带表面造成堵塞，摩擦发热增加，工件易烧伤；(3)传统单层砂带在磨削过程中，磨钝的磨料脱落后，造成粘结剂与工件之间的摩擦，使得砂带不能继续稳定工作；(4)传统单层磨粒砂带，磨粒在磨削过程中的状态及磨削力不同，因此造成被磨削工件表面质量差异较大，并且单层砂带在磨削过程中要频繁的更换，使得接缝处工件磨削质量明显不一致；(5)砂带制备过程中，细粒度磨料因团聚等问题使得砂带植砂困难，植砂均匀性难以得到保证；(6)传统的多层植砂工艺不能满足砂带的柔软性要求；(7)现有堆积磨料的制备过程中原料常采用机械混合，一是当原料颗粒较细时易产生团聚，二是结合剂与磨料尺寸相差较大时，很难将两者混合均匀，会形成以结合剂为中心的非均匀微观结构，导致磨削过程中易对工件表面产生划痕，影响工件的精度和表面粗糙度。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明确有必要提供一种陶瓷堆积磨料及其制备方法和磨具，以克服上述问题。
本发明提供一种陶瓷堆积磨料的制备方法，其包括以下步骤：
磨料颗粒预处理利用sio2、na2b4o7·10h2o、na2co3、li2co3、y(no3)3·6h2o和h2o在磨料颗粒表面包覆一层熔融物料，得到预处理磨料；
形成堆积磨料坯体首先采用挤压法将固体陶瓷结合剂、临时粘结剂和所述预处理磨料颗粒挤压成直径或长度为0.5mm～5mm的颗粒状物料或长条状物料，然后在80℃～120℃温度下对所述颗粒状物料或所述长条状物料进行干燥处理1.5h～2.5h，得到堆积磨料坯体；
高温煅烧煅烧所述堆积磨料坯体，制得陶瓷堆积磨料。
基于上述，所述磨料颗粒预处理的步骤包括：首先按照以下质量百分数分别称取5%～20%的sio2、5%～10%的na2b4o7·10h2o、1%～5%的na2co3、5%～20%的li2co3、0.1%～0.5%的y(no3)3·6h2o、余量为h2o；然后将称取的物料进行搅拌混合，得到助溶剂混合液；最后向所述助溶剂混合液中加入占所述助溶剂混合液质量5%～10%的磨料颗粒，搅拌1h～5h，在90℃～150℃温度下干燥1h～3h，得到所述预处理磨料。
基于上述，在所述形成堆积磨料坯体步骤中，所述固体陶瓷结合剂质量分数为5%～20%，所述临时粘结剂质量分数为5%～20%，所述预处理磨料颗粒的质量分数为60%～90%。
基于上述，在所述形成堆积磨料坯体步骤中，首先将固体陶瓷结合剂、临时粘结剂和所述预处理磨料颗粒进行混合，然后将混合后的物料置于螺杆挤出磨料成形机中在温度为55℃～65℃下进行加热，加热后的物料在螺杆挤出磨料成形机的挤压下形成直径或长度为0.5mm～5mm的所述颗粒状物料或所述长条状物料，最后在80℃～120℃温度下对所述颗粒状物料或所述长条状物料进行干燥处理1.5h～2.5h，得到所述堆积磨料坯体。
具体地，高温下固体陶瓷结合剂、临时粘结剂和熔融物料会熔融磨料表面50nm～500nm，并与磨料颗粒表面形成共熔体的化学键结合和渗透化学键结合，从而充当了磨料与磨料之间的桥连粘接剂。
基于上述，在所述形成堆积磨料坯体步骤中，所述固体陶瓷结合剂的制备步骤包括：首先按照以下质量百分数分别称取1%～5%的li2o、5%～20%的na2o、1%～5%的k2o、5%～20%的b2o3、1%～5%的al2o3、5%～20%的cao、5%～20%的mgo；余量为sio2；然后将称取的物料在1200℃～1500℃温度下煅烧1h～5h，最后经研磨、过筛得到所述固体陶瓷结合剂。
基于上述，所述形成堆积磨料坯体的步骤还包括对所述堆积磨料坯体进行粒度分级的分步骤。
基于上述，在所述高温煅烧步骤中，煅烧升温速率为2℃/min～7℃/min，煅烧温度为800℃～900℃，煅烧保温时间为45min～80min。
基于上述，所述陶瓷堆积磨料的粒度为w120#～w5。
本发明还提供一种由上述陶瓷堆积磨料的制备方法制得的陶瓷堆积磨料。
本发明还提供一种由所述陶瓷堆积磨料制备的磨具，所述磨具包括磨具基体、树脂结合剂以及通过所述树脂结合剂固定在所述磨具基体上的陶瓷堆积磨料。
优选地，原料中磨料颗粒的粒径为150#～w5，且所述磨料颗粒为碳化硅、刚玉磨料、金刚石磨料或氮化硼磨料。具体地，根据gb2477-8，该磨料颗粒大小为120#、150#、180#、220#、240#、w63、w50、w40、w28、w20、w14、w10、w7、w5。所述临时粘结剂为复合的无机溶胶，其作用是将结合剂、磨料等材料粘结在玻璃微珠表面，并起到降低结合剂熔融温度的目的；具体地，所述临时粘结剂可以为水玻璃、糊精液等。
其中，所述固体陶瓷结合剂粉体中的sio2、al2o3在该结合剂中形成硅氧四面体和铝氧八面体，构成结合剂的骨架；b2o3可以提高该结合剂的强度，改善结合剂的性能，na2o、li2o可以降低该结合剂的熔融温度。
采用挤压法挤出一定特定颗粒大小的磨粒的基本工作原理是，把磨料、添加剂、粘接剂按规定的比例混合均匀，搅拌成硬度合适的团状，电动机驱动螺杆旋转并对混合料进行加热，团状磨料在螺旋推进作用下向前移动，由于轴向不同位置处，螺杆挤出成形机截面空腔面积不同，越靠近挤出端，截面空腔面积越小，所以磨料在随螺杆向模具的出口移动的过程中不断受到挤压，形成密实的结构，从模具出口挤出，其截面形状有模具决定。
与现有技术相比，本发明提供的陶瓷堆积磨料的制备方法首先对采用助溶剂进行表面包覆处理，然后采用挤压法挤出一定特定颗粒大小的磨粒，然后采用固体陶瓷结合剂和临时粘结剂将磨料颗粒均匀包裹在一起，最后煅烧处理制得颗粒形陶瓷堆积磨料。高温煅烧时助溶剂会对磨料颗粒表面进行熔融，熔融厚度为50nm～500nm，熔融后的物质会与固体陶瓷结合剂紧密结合，起到桥连作用。同时，物料在挤压加热情况下，水分加速蒸发，巨大压力下颗粒团聚，经挤压孔成形挤出，挤压口的冷风加速水分流失使颗粒临时成型，有一定的强度，使得颗粒堆积时不会发生变形。同时，固体陶瓷结合剂的使用温度更高且更稳定，熔融状态下能在小颗粒物料相互粘结时产生更多的气孔，同时还能更好的控制小颗粒的脱离强度，能在磨削过程中能很好的带走产生的热量和磨屑物，使得产生的热量比较快地散发出去，而且还可以防止被磨屑堵塞，从而使得由该陶瓷堆积磨料制得的磨具具有较高的耐用性和磨削能力。因此，由本发明提供的陶瓷堆积磨料制备的磨具工作层厚度较大，大大提高其耐用度；并且磨削、抛光时颗粒间有较大的间隙、能有效防止堵塞和提高磨削效率；而且上述球形陶瓷堆积磨料可以保证工作层表面很好的平整度，在磨削抛光过程中能保证表面光洁度；所述磨具还具有树脂结合剂的特性，使得磨具的锋利度和耐用度均将有所提高。所以，本发明提供的上述磨具在磨削和抛光过程中比较锋利，而且有很好的自锐作用和耐用度，在被加工工件表面可以获得稳定的表面质量和一致性。
进一步，本发明提供的陶瓷堆积磨料的制备方法，采用高温煅烧处理堆积磨料坯体，由于陶瓷的稳定性比较好，所以，本发明提供的陶瓷堆积磨料可以长时间保存，不会影响陶瓷堆积磨料的质量。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种陶瓷堆积磨料的制备方法，包括以下步骤：
磨料颗粒预处理首先按照以下质量百分数分别称取20%的sio2、10%的na2b4o7·10h2o、5%的na2co3、20%的li2co3、0.5%的y(no3)3·6h2o和44.5%的h2o；然后将称取的物料进行搅拌混合，得到熔融物料混合液；最后向所述熔融物料混合液中加入占所述熔融物料混合液质量10%的磨料颗粒，搅拌2h，在150℃温度下干燥1h，得到预处理磨料；
形成堆积磨料坯体首先按照以下质量百分数分别称取5%的li2o、20%的na2o、5%的k2o、5%的b2o3、1%的al2o3、5%的cao、5%的mgo；54%的sio2；然后将称取的物料在1500℃温度下煅烧2h，最后经研磨、过筛得到固体陶瓷结合剂；
分别称取质量分数为20%所述固体陶瓷结合剂，质量分数为20%的水玻璃和质量分数为60%的所述预处理磨料颗粒；然后将称取的所述棕刚玉微粉和所述固体陶瓷结合剂倒入混料装置，开动混料装置，接着以雾状形式将称取的所述水玻璃喷洒到所述混料装置中，湿润均匀后倒出得到混合料；
最后将所述混合料添加到挤压机中，在温度为80℃条件下将所述混合料挤压成长条状颗粒，并在120℃温度下对所述长条状颗粒进行干燥处理1.5h，得到堆积磨料坯体；
高温煅烧为了避免烧结的过程中，磨料之间相互粘结，先将所述堆积磨料坯体进行分筛，然后分筛后的堆积磨料坯体置于高温炉中升温至850℃煅烧，保温30分钟得到陶瓷堆积磨料。
本实施例还提供由上述制备方法制得的陶瓷堆积磨料和应用该陶瓷堆积磨料制备的磨具砂带。该磨具砂带具体结构包括磨具基体、树脂结合剂以及通过所述树脂结合剂固定在所述磨具基体上的所述陶瓷堆积磨料。
为了验证由本实施例制备的陶瓷堆积磨料和磨具具有较好的磨削性能，特进行以下性能测试：
1、强度
对本实施例采用220#的棕刚玉微粉制得的直径为1mm的陶瓷堆积磨料的单颗粒强度进行测试，结果显示其强度可达到14.6n。
2、磨削性能
（1）采用传统的磨料植砂方法，将由本实施例制备的220#棕刚玉陶瓷堆积磨料和普通棕刚玉磨料分别通过树脂粘结剂植于磨具基体上，分别制得普通磨料砂带和陶瓷堆积磨料砂带；
（2）分别采用所述普通磨料砂带和所述陶瓷堆积磨料砂带对规格为φ78×4mm的304不锈钢进行磨削处理，其中磨削压力为7.13kg。磨削结果如下：
上述普通磨料砂带的工作层厚度为0.061mm，磨削时间为10分钟；磨削结果表明：磨削对象304不锈钢的材质磨削量为19.6g，磨料磨损量为10.6g，磨削对象304不锈钢磨削表面粗糙度为1.72。同时，显微照片显示，该普通磨料砂带表面被金属屑堵塞，在这种情况下使用寿命短，使用时要经常更换。
而用本发明提供的上述陶瓷堆积磨料砂带的工作层厚度为1.5mm，磨削时间为15min，磨削结果表明：磨削对象304不锈钢的材质磨削量为25.1g，磨料砂带磨损量为9.5g，磨削对象304不锈钢磨削表面粗糙度为1.58。同时，显微照片显示，由上述棕刚玉陶瓷堆积磨料制得的砂带不易堵塞且耐用度有了很大的提升。磨削测试表明普通磨料砂带的使用温度上限为300℃，保质期为2年；而由本发明提供的上述陶瓷堆积磨料砂带的使用温度上限为800℃，保质期可达到6年。
因此，使用本发明实施例1提供的陶瓷堆积磨料制成的涂附磨具砂带，与单纯的棕刚玉微粉植砂制得的涂附磨具砂带相比，提高了耐用度和改善了磨具易堵塞的状况。
实施例2
本实施例提供一种陶瓷堆积磨料的制备方法，包括以下步骤：
磨料颗粒预处理首先按照以下质量百分数分别称取5%的sio2、5%的na2b4o7·10h2o、5%的na2co3、5%的li2co3、0.5%的y(no3)3·6h2o、79.5%的h2o；然后将称取的物料进行搅拌混合，得到熔融物料混合液；最后向所述熔融物料混合液中加入占所述熔融物料混合液质量10%的磨料颗粒，搅拌2h，在150℃温度下干燥1h，得到预处理磨料；
形成堆积磨料坯体首先按照以下质量百分数分别称取5%的li2o、20%的na2o、5%的k2o、20%的b2o3、5%的al2o3、20%的cao、20%的mgo和5%的sio2；然后将称取的物料在1500℃温度下煅烧2h，最后经研磨、过筛得到固体陶瓷结合剂；
分别称取质量分数为20%所述固体陶瓷结合剂，质量分数为20%的水玻璃和质量分数为60%的所述预处理磨料颗粒；然后将称取的所述棕刚玉微粉和所述固体陶瓷结合剂倒入混料装置，开动混料装置，接着以雾状形式将称取的所述水玻璃喷洒到所述混料装置中，湿润均匀后倒出得到混合料；
最后将所述混合料添加到挤压机中，在温度为80℃条件下将所述混合料挤压成长条状颗粒，并在120℃温度下对所述长条状颗粒进行干燥处理1.5h，得到堆积磨料坯体；
高温煅烧为了避免烧结的过程中，磨料之间相互粘结，先将所述堆积磨料坯体进行分筛，然后分筛后的堆积磨料坯体置于高温炉中升温至900℃煅烧，保温30min得到陶瓷堆积磨料。
本实施例还提供由上述制备方法制得的陶瓷堆积磨料和应用该陶瓷堆积磨料制备的磨具砂带。该磨具砂带具体结构包括磨具基体、树脂结合剂以及通过所述树脂结合剂固定在所述磨具基体上的所述陶瓷堆积磨料。
为了验证由本实施例制备的陶瓷堆积磨料和磨具具有较好的磨削性能，特进行以下性能测试：
1、强度
对本实施例采用120#的棕刚玉微粉制得的直径为1mm的陶瓷堆积磨料的单颗粒强度进行测试，结果显示其强度可达到3.6n。
2、磨削性能
（1）采用传统的磨料植砂方法，将由本实施例制备的120#棕刚玉陶瓷堆积磨料和普通120#棕刚玉磨料分别通过树脂粘结剂植于磨具基体上，分别制得普通磨料砂带和陶瓷堆积磨料砂带；
（2）分别采用所述普通磨料砂带和所述陶瓷堆积磨料砂带对规格为φ78×4mm的304不锈钢进行磨削处理，其中磨削压力为7.13kg。磨削结果如下：
上述普通磨料砂带的工作层厚度为0.061mm，磨削时间为10min；磨削结果表明：磨削对象304不锈钢的材质磨削量为19.6g，磨料磨损量为10.6g，磨削对象304不锈钢磨削表面粗糙度为1.72。同时，显微照片显示，该普通磨料砂带表面被金属屑堵塞，在这种情况下使用寿命短，使用时要经常更换。
而用本发明提供的上述陶瓷堆积磨料砂带的工作层厚度为1.5mm，磨削时间为15min，磨削结果表明：磨削对象304不锈钢的材质磨削量为25.1g，磨料磨损量为9.5g，磨削对象304不锈钢磨削表面粗糙度为1.58。同时，显微照片显示，由上述陶瓷堆积磨料制得的砂带不易堵塞且耐用度有了很大的提升。
同时，磨削测试表明普通磨料砂带的使用温度上限为300℃，而由本发明提供的上述陶瓷堆积磨料砂带的使用温度上限为800℃。
因此，使用本发明实施例2提供的陶瓷堆积磨料制成的磨具砂带，与单纯的棕刚玉微粉植砂制得的涂附磨具砂带相比，提高了耐用度和改善了磨具易堵塞的状况。
实施例3
本实施例提供一种陶瓷堆积磨料的制备方法，包括以下步骤：
磨料颗粒预处理首先按照以下质量百分数分别称取5%的sio2、8%的na2b4o7·10h2o、4%的na2co3、12%的li2co3、0.5%的y(no3)3·6h2o、70.5%h2o；然后将称取的物料进行搅拌混合，得到熔融物料混合液；最后向所述熔融物料混合液中加入占所述熔融物料混合液质量10%的磨料颗粒，搅拌2h，在150℃温度下干燥1h，得到预处理磨料；
形成堆积磨料坯体首先按照以下质量百分数分别称取5%的li2o、20%的na2o、5%的k2o、5%的b2o3、1%的al2o3、5%的cao、5%的mgo；54%的sio2；然后将称取的物料在1500℃温度下煅烧2h，最后经研磨、过筛得到固体陶瓷结合剂；
分别称取质量分数为20%所述固体陶瓷结合剂，质量分数为20%的水玻璃和质量分数为60%的所述预处理磨料颗粒；然后将称取的所述棕刚玉微粉和所述固体陶瓷结合剂倒入混料装置，开动混料装置，接着以雾状形式将称取的所述水玻璃喷洒到所述混料装置中，湿润均匀后倒出得到混合料；
最后将所述混合料添加到挤压机中，在温度为80℃条件下将所述混合料挤压成长条状颗粒，并在120℃温度下对所述长条状颗粒进行干燥处理1.5h，得到堆积磨料坯体；
高温煅烧为了避免烧结的过程中，磨料之间相互粘结，先将所述堆积磨料坯体进行分筛，然后分筛后的堆积磨料坯体置于高温炉中升温至850℃煅烧，保温30min得到陶瓷堆积磨料。
本实施例还提供由上述制备方法制得的陶瓷堆积磨料和应用该陶瓷堆积磨料制备的磨具砂带。该磨具砂带具体结构包括磨具基体、树脂结合剂以及通过所述树脂结合剂固定在所述磨具基体上的所述陶瓷堆积磨料。
为了验证由本实施例制备的陶瓷堆积磨料和磨具具有较好的磨削性能，特进行以下性能测试：
1、强度
对本实施例采用150#的棕刚玉微粉制得的直径为1mm的陶瓷堆积磨料的单颗粒强度进行测试，结果显示其强度可达到3.4n。
2、磨削性能
（1）采用传统的磨料植砂方法，将由本实施例制备的150#棕刚玉陶瓷堆积磨料和普通棕刚玉磨料分别通过树脂粘结剂植于磨具基体上，分别制得普通磨料砂带和陶瓷堆积磨料砂带；
（2）分别采用所述普通磨料砂带和所述陶瓷堆积磨料砂带对规格为φ78×4mm的304不锈钢进行磨削处理，其中磨削压力为7.13kg。磨削结果如下：
上述普通磨料砂带的工作层厚度为0.061mm，磨削时间为10min；磨削结果表明该普通磨料砂带表面被金属屑堵塞，在这种情况下使用寿命短，使用时要经常更换。
而用本发明提供的上述陶瓷堆积磨料砂带的工作层厚度为1.5mm，磨削时间为15min，磨削结果表明由上述陶瓷堆积磨料制得的砂带不易堵塞且耐用度有了很大的提升。
因此，使用本发明实施例3提供的陶瓷堆积磨料制成的涂附磨具砂带，与单纯的棕刚玉微粉植砂制得的涂附磨具砂带相比，提高了耐用度和改善了磨具易堵塞的状况。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。