專利名稱：一種陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具及其制備方法。
背景技術(shù)：
金剛石磨具廣泛應(yīng)用于工程陶瓷材料，晶體材料，半導(dǎo)體材料，硬質(zhì)合金材料以及復(fù)合材料的加工。目前在高精密磨削領(lǐng)域，國內(nèi)主要采用金屬結(jié)合劑金剛石磨具，該類磨具雖然具有結(jié)合力強(qiáng)，磨削壽命長，形狀保持性好等特點(diǎn)，但由于粘性過大，易阻塞，自銳性差，不易修整等缺點(diǎn)，在加工時(shí)常常造成工件燒傷以及加工效率不高等問題。國外主要采用陶瓷結(jié)合劑磨具，陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具在磨削精度、磨削效率上比金屬結(jié)合劑金剛石磨具有很大的優(yōu)勢，但是由于陶瓷結(jié)合劑材料的脆性大，對金剛石的潤濕性差等原因，陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具的使用壽命一直不理想。另外，由于陶瓷結(jié)合劑本身不導(dǎo)電的特點(diǎn)，無法使用金屬結(jié)合劑金剛石磨具常用的熱壓燒結(jié)工藝，而能使只用冷壓燒結(jié)，此生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，產(chǎn)品很難滿足市場要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種陶瓷_金屬結(jié)合劑金剛石磨具及其制備方法，本發(fā)明的制得的陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具兼具金屬結(jié)合劑金剛石磨具和陶瓷結(jié)合劑磨具的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種陶瓷_金屬結(jié)合劑金剛石磨具的制備方法，包括以下步驟步驟1 按照以下組分及重量比例準(zhǔn)備物料并球磨制得金屬_陶瓷結(jié)合劑=SiO2 40-50%, Al2O3 8-15%, B2O3 12-20% ,Li2O 3-6%, Na2O 6-12%, K2O 3-6%, ZnO 2-8%, Ti 1-10%,Al 1-5% ；步驟2 將步驟1所得的金屬-陶瓷結(jié)合劑與金剛石磨料混合，得到混合料，混合料中金剛石磨料占混合料總重量的70-77%，陶瓷-金屬結(jié)合劑23-30% ；步驟3 往混合料中再加入質(zhì)量百分比為3-5%的質(zhì)量濃度為8-12%的甲基纖維素水溶液或加質(zhì)量百分比為3-5%的質(zhì)量濃度為2-4%聚乙烯醇水溶液，并混合，得到磨具原料；步驟4 將步驟3所得到的磨具原料依次進(jìn)行熱壓成型和冷卻脫模，即制得陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具。步驟3的具體步驟為將混合后的磨具原料加入模具中，在熱壓機(jī)上在780-850 V條件下燒結(jié)，燒結(jié)同時(shí)在2-3KN/cm2壓力條件下成型，保溫保壓5-lOmin，然后停止加熱，自然冷卻后脫模，即得到陶瓷_金屬結(jié)合劑金剛石磨具。升溫速度為80-120°C /min，加壓速度為0. 2-0. 4KN/min，加壓和加溫同時(shí)進(jìn) 行。Ti粉和Al粉的粒度均為彡20 μ m ；金剛石磨料的粒度為120-150 μ m。
步驟1中，球磨之后將球磨后的物料通過200目篩網(wǎng)。一種所述的陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具，采用前述的陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具的制備方法制得。有益效果本發(fā)明的陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具及其制備方法，創(chuàng)造性地將陶瓷與金屬原料相結(jié)合，即在原陶瓷結(jié)合劑中加入金屬粉末，經(jīng)球磨混合后制成陶瓷-金屬結(jié)合劑，所得陶瓷-金屬結(jié)合劑和金剛石按照一定比例混合后，裝入石墨磨具中進(jìn)行熱壓燒結(jié)而成。Al 與ti同時(shí)加入陶瓷結(jié)合劑中間，能提高了結(jié)合劑的韌性和強(qiáng)度，從而改善磨具的使用性能。其中Al與Ti在熱壓條件下部分生成了 TiAl3和TiAl兩類質(zhì)點(diǎn)較硬的金屬間化合物， 其分布于陶瓷結(jié)合劑中，起到彌散強(qiáng)化作用，能提高陶瓷-金屬結(jié)合劑的強(qiáng)度和硬度(參見圖1)。其次，Al與Ti在金剛石表面生成AlTi3C,實(shí)現(xiàn)陶瓷-金屬結(jié)合劑與金剛石的化學(xué)結(jié)合，改善陶瓷-金屬結(jié)合劑與金剛石之間的潤濕性，使結(jié)合劑對金剛石包裹的更加完整，如圖2所示(圖2中看不到明顯的裸露的金剛石顆粒，說明金剛石完全被結(jié)合劑包裹，且流動(dòng)性較好)從而提高了陶瓷-金屬結(jié)合劑對金剛石的把持力。主要優(yōu)點(diǎn)如下1.陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具中結(jié)合劑的主要成分為高強(qiáng)度、低熔點(diǎn)陶瓷，保留陶瓷磨具中磨削力小、生產(chǎn)效率高、使用壽命長、易于整形與修銳、磨削精度高的優(yōu)點(diǎn)。2.結(jié)合劑中加入的強(qiáng)碳化合物形成元素Ti對金剛石的親和能力很強(qiáng)，在高溫下容易與金剛石表面生成TiC物質(zhì)，從而改善陶瓷-金屬結(jié)合劑對金剛石的潤濕性，提高了結(jié)合劑對金剛石磨料的把持力，進(jìn)而達(dá)到延長磨具使用壽命的目的。3.陶瓷-金屬結(jié)合劑中低熔點(diǎn)金屬Al的引入在熱壓條件下會(huì)部分和Ti發(fā)生反應(yīng)生成金屬間化合物，剩余未反應(yīng)Al分散在結(jié)合劑當(dāng)中從而提高了金剛石磨具的強(qiáng)韌性，進(jìn)而大幅提高磨具的加工精度。4.陶瓷結(jié)合劑中加入了可導(dǎo)電的金屬材料，使陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具可采用熱壓燒結(jié)完成，從而縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。5.由于磨具強(qiáng)度和韌性的提高，使其在超高精密磨削中有很好的使用性能。因此，本發(fā)明的制得的陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具具有磨削效率高，形狀保持性好，易于修整的特點(diǎn)，同時(shí)其使用壽命比陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪有大幅度提高，壽命接近或達(dá)到金屬結(jié)合劑磨具水平，且加工精度有大幅度提高。


圖1添加金屬Ti、Al后結(jié)合劑顯微結(jié)構(gòu)電子掃描圖；圖2金剛石磨具燒結(jié)后斷面顯微結(jié)構(gòu)電子掃描圖；圖3磨具制備工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明實(shí)施例1本實(shí)例的具體流程如圖3所示.
表一陶瓷-金屬結(jié)合劑組分及配料比例
權(quán)利要求
1.一種陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟ι 按照以下組分及重量比例準(zhǔn)備物料并球磨制得金屬-陶瓷結(jié)合劑40-50%, Al2O3 8-15%, B2O3 12-20% ,Li2O 3-6%, Na2O 6-12%, K2O 3-6%, ZnO 2-8%, Ti1-10%,Al1-5% ；步驟2 將步驟1所得的金屬-陶瓷結(jié)合劑與金剛石磨料混合，得到混合料，混合料中金剛石磨料占混合料總重量的70-77%，陶瓷-金屬結(jié)合劑23-30% ；步驟3 往混合料中再加入質(zhì)量百分比為3-5%的質(zhì)量濃度為8-12%的甲基纖維素水溶液或加質(zhì)量百分比為3-5%的濃度為2-4%聚乙烯醇水溶液，并混合，得到磨具原料；步驟4 將步驟3所得到的磨具原料依次進(jìn)行熱壓成型和冷卻脫模，即制得陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具的制備方法，其特征在于，步驟 3的具體步驟為將混合后的磨具原料加入模具中，在熱壓機(jī)上在780-850°C條件下燒結(jié)，燒結(jié)同時(shí)在2-3KN/cm2壓力條件下成型，保溫保壓5-lOmin，然后停止加熱，自然冷卻后脫模，即得到陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具的制備方法，其特征在于，升溫速度為80-120°C /min，加壓速度為0. 2-0. 4KN/min，加壓和加溫同時(shí)進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具的制備方法，其特征在于，Ti 粉和Al粉的粒度均為< 20 μ m ；金剛石磨料的粒度為120-150 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具的制備方法，其特征在于，步驟1中，球磨之后將球磨后的物料通過200目篩網(wǎng)。
6.一種所述的陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具，其特征在于，采用權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具的制備方法制得。
7.一種所述的陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具，其特征在于，采用權(quán)利要求5所述的陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具的制備方法制得。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具及其制備方法，所述的制備方法為先按照以下組分及重量比例準(zhǔn)備物料并球磨制得金屬-陶瓷結(jié)合劑SiO2 40-50％、Al2O3 8-15％、B2O3 12-20％、Li2O 3-6％、Na2O 6-12％、K2O 3-6％、ZnO 2-8％、Ti 1-10％、Al 1-5％；再將金屬-陶瓷結(jié)合劑與金剛石磨料混合，得到混合料，然后，往混合料中再加入質(zhì)量百分比為3-5％潤濕劑，得到磨具原料；最后將磨具原料依次進(jìn)行熱壓成型和冷卻脫模，即制得陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具。本發(fā)明的制得的陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石磨具兼具金屬結(jié)合劑金剛石磨具和陶瓷結(jié)合劑磨具的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B24D3/14GK102152248SQ20111000914
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者萬隆, 劉小磐, 張國威, 王志起, 翟浩沖, 胡偉達(dá) 申請人:湖南大學(xué)