本發(fā)明屬于精密磨削
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪及其制備方法。技術(shù)背景金剛石磨具超精密切削在加工銅、鋁及其合金等軟金屬材料中已獲得極大成功，但在工程陶瓷、半導(dǎo)體、光學(xué)玻璃、石材等各種硬脆材料的精密和超精密加工上，卻在很大程度依賴于研磨、拋光等加工方法，雖然這些方法可以達(dá)到很高的精度和極低的表面粗糙度，但加工效率較低，在形狀復(fù)雜如非球面零件等的超精密加工方面應(yīng)用效果有限。陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪磨削高脆硬性材料是一種有效的磨削加工方法，相比金屬結(jié)合劑金剛石砂輪和樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪，具有自銳性好、強(qiáng)度高、磨削效率高、剛性好、磨削過程中不易堵塞和燒傷工件等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到廣泛應(yīng)用。氣孔是影響砂輪磨削性能的重要參數(shù)之一，氣孔率、孔徑及其分布對砂輪磨削性能起重要作用，氣孔使冷卻液更便捷的流入工作面，在磨削過程中起到容屑、排屑的作用，有效防止加工過程中工件的燒傷和砂輪堵塞，同時(shí)氣孔對砂輪的抗彎強(qiáng)度和洛氏硬度也有很大的影響，因此氣孔的引入有非常重要的意義。陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪雖然能由自身顆粒的堆積形成部分空隙，但氣孔粒徑和氣孔率遠(yuǎn)不能滿足加工的需求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪及其制備方法，該方法通過加入陶瓷空心球在砂輪中引入氣孔，并使用陶瓷結(jié)合劑，使砂 輪具有自銳性好、強(qiáng)度高、磨削效率高、剛性好、磨削過程中不易堵塞和燒傷工件，對高脆硬難加工材料的加工有較高的效率的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，由包括以下按質(zhì)量百分比計(jì)的原料制備：優(yōu)選的，所述金剛石粉末的粒徑為1-50μm，綠碳化硅粉末的粒徑為2-60μm。所述陶瓷結(jié)合劑沒有特殊限制，優(yōu)選為佛山市陶一色釉有限公司的G068，粒徑為1-20μm。優(yōu)選的，所述陶瓷空心球?yàn)檠趸X空心球，粒徑為100-800μm，密度為(0.5-1)g/cm3。本發(fā)明進(jìn)一步提供所述陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的制備方法，包括以下步驟：將陶瓷空心球、金剛石粉末、綠碳化硅粉末、陶瓷結(jié)合劑混合得到混合粉末，過篩后加入預(yù)粘接劑，攪勻后過篩，得到預(yù)粘接粉末，將預(yù)粘接粉末經(jīng)冷壓成型，得到砂輪片，砂輪片依次在60-80℃下干燥8-12h，再在110-130℃下干燥1-4h后進(jìn)行燒結(jié)，再粘貼至砂輪基體上，得到陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪。優(yōu)選的，所述砂輪基體為鋁基體或鋁合金基體。優(yōu)選的，所述預(yù)粘接劑為酚醛樹脂或糊精液的溶液。所述酚醛樹脂或糊精液的溶液是將酚醛樹脂或糊精液與乙醇溶劑按照質(zhì)量比1:(1-5)混合所得的溶液。更優(yōu)選的，所述預(yù)粘接劑的用量為混合粉末質(zhì)量的5～10％。優(yōu)選的，所述冷壓成型的操作條件為溫度25-30℃，壓力為5-10Mpa。優(yōu)選的，所述燒結(jié)的具體操作為由室溫升溫到180-230℃，恒溫?zé)Y(jié)10-50分鐘，然后升溫到400-450℃，恒溫?zé)Y(jié)80-120分鐘，再升溫到640-690℃，恒溫?zé)Y(jié)110-150分鐘，冷卻至室溫即可。更優(yōu)選的，所述由室溫升溫到180-230的升溫速率為2-4℃/min。更優(yōu)選的，所述升溫至400-450℃的升溫速率為1-3℃/min更優(yōu)選的，所述升溫到640-690℃的升溫速率為0.5-1.5℃/min.所述粘貼至砂輪硬鋁合金基體上的具體操作參照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行，具體是：將硬鋁合金基體進(jìn)行除油處理，在基體槽內(nèi)底面和兩側(cè)面、砂輪片底部和四周涂布環(huán)氧樹脂粘接膠，將砂輪片通過粘接膠粘貼到硬鋁合金基體上，使兩相鄰砂輪片等距離地排列在基體槽內(nèi)，24個(gè)砂輪片粘貼完成后，對所有砂輪片同時(shí)施壓，固化24h，清除基體和砂輪片邊緣部分的殘膠，即得陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪。其中對所有砂輪片同時(shí)施壓是為了保證砂輪片突出高度一致。本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的制備方法通過加入陶瓷空心球在砂輪中引入氣孔，使砂輪具有自銳性好、強(qiáng)度高、磨削效率高、剛性好、磨削過程中不易堵塞和燒傷工件，對高脆硬難加工材料的加工有較高的效率的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。附圖說明圖1是實(shí)施例1制備的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實(shí)施例1制備的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪截面微觀結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是應(yīng)用實(shí)施例中磨削后陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪表面微觀結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是應(yīng)用實(shí)施例中磨削后被加工材料表面的微觀結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明可通過如下的實(shí)施例進(jìn)一步的說明，但實(shí)施例不是對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。實(shí)施例1陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的制備方法如下：步驟(1)：將氧化鋁空心球過篩，獲得粒徑為100-800μm的陶瓷空心球，密度為0.5g/cm3。步驟(2)：將6.24g金剛石粉末(1-50μm)、10.92g綠碳化硅粉末(2-60μm)、4.68g氧化鋁空心球、9.36g陶瓷結(jié)合劑(佛山市陶一色釉有限公司的G068，1-20μm)放入灌磨機(jī)混料2h，制得混合粉末；步驟(3)：將步驟(2)的混合粉末過篩，倒入研磨缽中，用酚醛樹脂與乙醇按質(zhì)量比1:1混合得到的溶液作為預(yù)粘結(jié)劑，加入3g預(yù)粘接劑，充分?jǐn)嚢杈鶆颍^篩得到預(yù)粘接粉末；步驟(4)：稱量1.3g步驟(3)的預(yù)粘接粉末放入成型磨具，在5Mpa下常溫冷壓成型，得到砂輪片，厚度為3.5mm；步驟(5)：將步驟(4)的砂輪片放在干燥箱里干燥，在70℃下干燥12h，然后在120℃下干燥4h，將干燥后的砂輪片放在燒結(jié)爐中燒結(jié)，具體燒結(jié)操作是：將砂輪片由室溫加熱到200℃(升溫速率為3℃/min)，保溫30分鐘，然后均勻升溫到420℃(升溫速率為2℃/min)，保溫60分鐘，最后均勻升溫到670℃(升溫速率為1℃/min)，保溫120分鐘，冷卻至室溫，然后將燒結(jié)后的砂輪片粘貼 在硬鋁合金基體上，粘貼的具體步驟為：將鋁合金基體進(jìn)行除油處理，在基體槽內(nèi)底面和兩側(cè)面、燒結(jié)后的砂輪片底部和四周抹上環(huán)氧樹脂粘接膠，兩相鄰燒結(jié)后的砂輪片等距離地排列在基體槽內(nèi)，取出24個(gè)燒結(jié)后的砂輪片粘貼完成后，在燒結(jié)后的砂輪片上方施加適當(dāng)壓力，以保證燒結(jié)后的砂輪片突出高度一致，室溫固化24h，清除基體和燒結(jié)后的砂輪片邊緣部分的殘膠，粘貼完成后在研磨機(jī)上使用碳化硅游離磨料研磨2h進(jìn)行修整，即得到陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪。陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，截面微觀結(jié)構(gòu)示意圖見圖2，由圖2可見，所制備的砂輪中氣孔率較高，以微氣孔居多，氧化鋁空心球周圍形成一定厚度的陶瓷結(jié)合劑橋，陶瓷結(jié)合劑對氧化鋁空心球的包覆效果較好，利于提高砂輪的硬度和磨削效率。實(shí)施例2陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的制備方法如下：步驟(1)：將氧化鋁空心球過篩，獲得粒徑為100-800μm的陶瓷空心球，密度為0.8g/cm3。步驟(2)：將15.6g金剛石粉末(1-50μm)、7.8g綠碳化硅粉末(2-60μm)、1.56g氧化鋁空心球、6.24g陶瓷結(jié)合劑(佛山市陶一色釉有限公司的G068，1-20μm)放入灌磨機(jī)混料2h，制得混合粉末；步驟(3)：將步驟(2)的混合粉末過篩，倒入研磨缽中，用酚醛樹脂與乙醇按質(zhì)量比1:1混合得到的溶液作為預(yù)粘結(jié)劑，加入2.5g預(yù)粘接劑，充分?jǐn)嚢杈鶆颍^篩得到預(yù)粘接粉末；步驟(4)：稱量1.3g步驟(3)的預(yù)粘接粉末放入成型磨具，在5Mpa下常溫冷壓成型，得到砂輪片，厚度為3.5mm；步驟(5)：將步驟(4)的砂輪片放在干燥箱里干燥，在70℃下干燥12h,然后在120℃下干燥4h，將干燥后的砂輪片放在燒結(jié)爐中燒結(jié)，具體燒結(jié)操作是將砂輪片由室溫加熱到200℃(升溫速率為3℃/min)，保溫30分鐘，然后均勻升溫到420℃(升溫速率為2℃/min)，保溫60分鐘，最后均勻升溫到690℃(升溫速率為1℃/min)，保溫120分鐘，冷卻至室溫，然后將燒結(jié)后的砂輪片粘貼在鋁合金基體上，粘貼的具體步驟參照實(shí)施例1進(jìn)行，粘貼完成后在研磨機(jī)上使用碳化硅游離磨料研磨2h進(jìn)行修整，即得到陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪。實(shí)施例3陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的制備方法如下：步驟(1)：將氧化鋁空心球過篩，獲得粒徑為100-800μm的陶瓷空心球，密度為1g/cm3。步驟(2)：將14.04g金剛石粉末(1-50μm)、9.36g綠碳化硅粉末(2-60μm)、3.12g氧化鋁空心球、4.68g陶瓷結(jié)合劑(佛山市陶一色釉有限公司的G068，1-20μm)放入灌磨機(jī)混料2h，制得混合粉末；步驟(3)：將步驟(2)的混合粉末過篩，倒入研磨缽中，用酚醛樹脂與乙醇按質(zhì)量比1:1混合得到的溶液作為預(yù)粘結(jié)劑，加入2g預(yù)粘接劑，充分?jǐn)嚢杈鶆颍^篩得到預(yù)粘接粉末；步驟(4)：稱量1.3g步驟(3)的預(yù)粘接粉末放入成型磨具，在5Mpa下常溫冷壓成型，得到砂輪片，厚度為3.5mm；步驟(5)：將步驟(4)的砂輪片放在干燥箱里干燥，在70℃下干燥12h,然后在120℃下干燥4h，將干燥后的砂輪片放在燒結(jié)爐中燒結(jié)，具體燒結(jié)操作是將砂輪片由室溫加熱到200℃(升溫速率為3℃/min)，保溫30分鐘，然后均勻 升溫到420℃(升溫速率為2℃/min)，保溫60分鐘，最后均勻升溫到690℃(升溫速率為1℃/min)，保溫120分鐘，冷卻至室溫，然后將燒結(jié)后的砂輪片粘貼在鋁合金基體上，粘貼的具體步驟參照實(shí)施例1進(jìn)行，粘貼完成后在研磨機(jī)上使用碳化硅游離磨料研磨2h進(jìn)行修整，即得到陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪。應(yīng)用實(shí)施例對實(shí)施例制備的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪進(jìn)行性能檢測，測試參數(shù)包括抗彎強(qiáng)度、洛氏硬度和氣孔率，測試方法為：采用微機(jī)控制電子式萬能試驗(yàn)機(jī)WDW-5E三點(diǎn)彎曲法測量抗彎強(qiáng)度，采用HR-150DT型電動(dòng)洛氏硬度計(jì)上測試砂輪硬度，采用阿基米德排水法測得砂輪體積密度，再根據(jù)JBT7999-2001計(jì)算得到氣孔率，測試結(jié)果如表1：表1性能參數(shù)抗彎強(qiáng)度(Mpa)洛氏硬度(Mpa)氣孔率(％)實(shí)施例146.588.435.28％實(shí)施例261.399.828.35％實(shí)施例34892.533.15％另分別采用藍(lán)寶石晶片和單晶碳化硅晶片作為磨削實(shí)驗(yàn)對象，對實(shí)施例1制備的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的磨削效率進(jìn)行測試，具體采用真空吸附盤將藍(lán)寶石和單晶碳化硅晶片吸附于工作臺(tái)上，選用砂輪轉(zhuǎn)速為1800r/min,工作臺(tái)轉(zhuǎn)速為151r/min,砂輪垂直向下進(jìn)給速率為3μm/s,進(jìn)給深度80μm,粗磨進(jìn)給量為40μm,半精磨進(jìn)給量為30μm，精磨進(jìn)給量為10μm，磨削時(shí)冷卻液為去離子水，最后砂輪回原點(diǎn)，完成磨削實(shí)驗(yàn)。采用超景深顯微鏡VHX-600對磨削實(shí)驗(yàn)后的砂輪表面磨損情況進(jìn)行觀測， 結(jié)果見圖3，(a)為磨削前砂輪表面微觀形貌圖，(b)砂輪磨削后表面微觀形貌圖，可見金剛石和碳化硅磨粒未發(fā)現(xiàn)有明顯的磨耗磨損及破碎，磨粒表面也未發(fā)現(xiàn)磨屑粘附和堵塞，表明本發(fā)明的砂輪具有很好的硬度、磨削過程不易堵塞，適用于高脆硬難加工材料的加工。分別將磨削實(shí)驗(yàn)后的藍(lán)寶石和碳化硅晶片至于掃描電子顯微鏡下，觀察藍(lán)寶石和碳化硅晶片表面微觀結(jié)構(gòu)如圖4，(a)為藍(lán)寶石晶片在磨削實(shí)驗(yàn)后的表面微觀結(jié)構(gòu)圖，(b)為單晶碳化硅晶片在磨削實(shí)驗(yàn)后的表面微觀結(jié)構(gòu)圖，采用表面粗糙度儀MahrsurfXR20對陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪磨削后的藍(lán)寶石和碳化硅晶片進(jìn)行表面粗糙度檢測，檢測重復(fù)10次，獲得表面粗糙度Ra平均值分別為:0.648μm，0.108μm，可見，本發(fā)明制備的砂輪對藍(lán)寶石和碳化硅晶片有很好的磨削效果。綜上，本發(fā)明的陶瓷結(jié)合劑微粉金剛石砂輪具有自銳性好、強(qiáng)度高、磨削效率高、剛性好、磨削過程中不易堵塞和燒傷工件的優(yōu)點(diǎn)，對高脆硬難加工材料的加工有較高的效率，具有很好的應(yīng)用前景。最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行若干推演或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3