用于超硬材料砂轮的微晶玻璃结合剂及其制备方法，超硬材料砂轮及其制备方法，复合砂轮技术

本发明专利技术公开了一种用于超硬材料砂轮的微晶玻璃结合剂及其制备方法，超硬材料砂轮及其制备方法，复合砂轮。该微晶玻璃结合剂由基础陶瓷结合剂和添加剂组成；所述基础陶瓷结合剂由以下质量百分比的原料制成：55～65％SiO2、2～10％Al2O3、5～20％B2O3、0～5％CaO、0～5％K2O、5～15％Na2O、0～5％Li2O、0～5％BaO、0～8％ZnO；所述添加剂为ZnO、Y2O3、ZrO2、CaF2、Na3AlF6、Na2SiF6中的一种或多种。该微晶玻璃结合剂，能够灵活、简单、快捷地调整添加剂的种类和添加量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磨料磨具领域，具体涉及一种用于超硬材料砂轮的微晶玻璃结合剂及其制备方法，超硬材料砂轮及其制备方法，复合砂轮。
技术介绍
超硬磨料(金刚石、立方氮化硼)具有硬度高、耐磨性好、热稳定性好等优点，在磨削工具中已经得到了广泛的应用，如超硬材料磨具。超硬材料磨具在制备过程中，需要使用结合剂将超硬磨料固结成一定形状，使磨料磨具有一定的硬度和强度。但在磨削加工过程中，因超硬材料磨具强度不够，常出现产生的磨料脱落过快、砂轮破裂等问题，不仅磨削效果差、效率低，而且不能充分利用金刚石、立方氮化硼(cBN)等磨料，造成极大的浪费。在各类超硬材料磨具结合剂中，陶瓷结合剂以其热稳定性好，刚性较高，耐磨性好以及气孔率可控等优点，广泛应用于超硬材料磨具制造领域。但是，随着现代磨削技术的不断发展和创新，为适应高质、高效、高精加工技术的需求，对超硬材料磨具性能的要求也越来越高。微晶玻璃是一种含有玻璃相和晶相的材料，集中了玻璃和陶瓷的优良性能，将其用于超硬材料磨具，可以提高砂轮的强度、韧性和耐磨性，满足现代加工技术的需求。微晶玻璃是将特定组成的基础玻璃，通过对晶化工艺的控制而制得的含有微晶相与玻璃相的一种材料。在晶化过程中，晶相是从玻璃基体或者已产生相分离的区域中通过成核以及晶体生长而形成的。由于玻璃相中产生了大量均匀的微小晶体，可大幅提高其力学性能。将这种微晶玻璃用于制备超硬材料砂轮，除了可以提高砂轮的强度、韧性和耐磨性外，还能方便地调控热膨胀系数，通过调整所生成微晶相的种类、含量等，使微晶玻璃结合剂的热膨胀系数与超硬磨料的热膨胀系数相匹配，从而抑制砂轮热应力及裂纹的出现，提高砂轮强度和使用寿命。微晶玻璃结合剂的传统制备方法为：晶核剂是在基础陶瓷结合剂的配料、混料阶段引入的，然后在高温熔块炉内进行高温熔制，在熔融状态下实现晶核剂与陶瓷结合剂其它组分的均化并弥散其中。高温玻璃熔液经过水淬、粉碎后，制得陶瓷结合剂粉体。再将陶瓷结合剂粉体与金刚石或立方氮化硼磨料按比例混料、成型、烧结，通过控制烧成制度在晶核剂周围诱导玻璃相成分析出微晶相，从而制得微晶玻璃结合剂超硬材料砂轮。因此，在通过调整晶核剂的种类和添加量来调整产品性能或开发新产品时，需要重复进行配料、熔制、粉碎等工艺环节，既浪费了能源，又拉长了生产周期，增加了生产成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于超硬材料砂轮的微晶玻璃结合剂，能够灵活、简单、快捷地调整添加剂的种类和添加量。本专利技术的第二个目的是提供上述用于超硬材料砂轮的微晶玻璃结合剂的制备方法，可以简化生产工艺，降低能耗，并且操作更方便、快捷。本专利技术还提供了一种采用上述微晶玻璃结合剂的超硬材料砂轮及其制备方法，复合砂轮。为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种用于超硬材料砂轮的微晶玻璃结合剂，由基础陶瓷结合剂和添加剂组成；所述基础陶瓷结合剂由以下质量百分比的原料制成：55～65％SiO2、2～10％Al2O3、5～20％B2O3、0～5％CaO、0～5％K2O、5～15％Na2O、0～5％Li2O、0～5％BaO、0～8％ZnO；所述添加剂为ZnO、Y2O3、ZrO2、CaF2、Na3AlF6、Na2SiF6中的一种或多种。所述添加剂的质量为基础陶瓷结合剂的1～12％。本专利技术的用于超硬材料砂轮的微晶玻璃结合剂，是由组成为SiO2、Al2O3、B2O3、CaO、K2O、Na2O、Li2O、BaO、ZnO的原料制成的基础陶瓷结合剂，与添加剂复配组成的。本专利技术的用于超硬材料砂轮的微晶玻璃结合剂，可以灵活、简单、快捷地通过调整添加剂的种类或添加量，来调整微晶玻璃结合剂的性能或开发新产品，而无需重复进行配料、熔制、粉碎等工艺环节，既节省了能源，又缩短了生产周期，降低了生产成本。一种上述用于超硬材料砂轮的微晶玻璃结合剂的制备方法，包括以下步骤：1)取配方量的基础陶瓷结合剂的原料，进行充分球磨、混合后，得配合料；2)将步骤1)所得配合料在1320-1500℃下熔制2-6h后，得到玻璃熔液；3)将步骤2)所得玻璃熔液水淬后，进行球磨粉碎、过筛，制得基础陶瓷结合剂；4)在步骤3)所得基础陶瓷结合剂中加入配方量的添加剂，经过充分球磨混合，即得。步骤1)中，所述配合料的粒径不大于200目。步骤4)中，所述球磨的方式为振动式高能球磨，高能球磨时间为5-20min。步骤2)中，所述熔制采用的设备为高温熔块炉。步骤3)中，所述球磨的时间为4-9h。步骤3)中，所述球磨为湿法球磨，湿法球磨得到的料浆经过干燥、粉碎后，再过筛。所述过筛采用筛网为400目。步骤4)中，所述添加剂在加入基础陶瓷结合剂之前要过400目筛网。所述添加剂的质量为基础陶瓷结合剂的1～12％。本专利技术的用于超硬材料砂轮的微晶玻璃结合剂的制备方法简单，用于诱导析晶的添加剂是在已制得的基础陶瓷结合剂中外加的，具有适应性强，调控简便的优点；通过对基础陶瓷结合剂和添加剂进行高能球磨，达到减小粉体粒度、提高各种组分的分布均匀性和粉体反应活性的目的，甚至使添加剂和基础陶瓷结合剂之间发生一定程度的机械力化学反应，从而降低微晶玻璃结合剂的烧结温度，控制微晶相析出数量、尺寸和均匀性，提高微晶玻璃结合剂烧结试样的抗折强度、硬度等力学性能。与传统制备方法相比，本方法简化了生产工艺，提高了产品性能，操作更方便、快捷。一种采用上述微晶玻璃结合剂的超硬材料砂轮，包括以下重量份的组分：超硬磨料55-65份、微晶玻璃结合剂35-45份。优选的，所述超硬磨料为cBN磨料或金刚石磨料。所述超硬磨料的磨粒为-140～+170目(140目筛下物，170目筛上物)。采用本专利技术的用于超硬材料砂轮的微晶玻璃结合剂的砂轮，具有大量的微晶相，能够显著提高砂轮的力学性能，如抗弯强度、硬度等。一种上述超硬材料砂轮的制备方法，包括以下步骤：1)取配方量的基础陶瓷结合剂的原料，进行充分球磨混合后，得到配合料；2)将步骤1)所得配合料在1320-1500℃下熔制2-6h后，得到玻璃熔液；3)将步骤2)所得玻璃熔液水淬后，进行球磨粉碎，过筛制得基础陶瓷结合剂；4)在步骤3)所得基础陶瓷结合剂中加入添加剂，经过充分球磨混合，得微晶玻璃结合剂；5)取超硬磨料、有机黏合剂和步骤4)所得的微晶玻璃结合剂混合均匀后，压制成型，在680-850℃的温度下烧结2-6h，即得。步骤4)中，所述球磨的方式为振动式高能球磨，高能球磨时间为5-20min。步骤2)中，所述熔制采用的设备为高温熔块炉。步骤3)中，所述球磨的时间为4-9h。步骤3)中，所述球磨为湿法球磨，湿法球磨得到的料浆经过干燥、粉碎后，再过筛。所述过筛采用筛网为400目。步骤4)中，所述添加剂在加入基础陶瓷结合剂之前要过400目筛网。所述添加剂的质量为基础陶瓷结合剂的1～12％。步骤5)中，所述的有机黏合剂为质量浓度为30％的糊精溶液，有机黏合剂和超硬磨料加入质量的比为(4-8)：(55-65)。本专利技术的超硬材料砂轮在较低烧结温度680-850℃时就能析出微晶相，并且烧结时间(2-6h)短，可以避免因长时间高温烧结造成超硬材料磨粒钝化或硬度下降。一种复合砂轮，包括砂轮基体和黏结在砂轮基体上的砂轮块，所述砂轮块为上述超硬材料砂轮。附图说明图1为本专利技术的实施例1所得用于超硬材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于超硬材料砂轮的微晶玻璃结合剂，其特征在于：由基础陶瓷结合剂和添加剂组成；所述基础陶瓷结合剂由以下质量百分比的原料制成：55～65％SiO2、2～10％Al2O3、5～20％B2O3、0～5％CaO、0～5％K2O、5～15％Na2O、0～5％Li2O、0～5％BaO、0～8％ZnO；所述添加剂为ZnO、Y2O3、ZrO2、CaF2、Na3AlF6、Na2SiF6中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种用于超硬材料砂轮的微晶玻璃结合剂，其特征在于：由基础陶瓷结合剂和添加剂组成；所述基础陶瓷结合剂由以下质量百分比的原料制成：55～65％SiO2、2～10％Al2O3、5～20％B2O3、0～5％CaO、0～5％K2O、5～15％Na2O、0～5％Li2O、0～5％BaO、0～8％ZnO；所述添加剂为ZnO、Y2O3、ZrO2、CaF2、Na3AlF6、Na2SiF6中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的用于超硬材料砂轮的微晶玻璃结合剂，其特征在于：所述添加剂的质量为所述基础陶瓷结合剂的1～12％。3.一种如权利要求1所述的用于超硬材料砂轮的微晶玻璃结合剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)取配方量的基础陶瓷结合剂的原料，进行充分球磨、混合后，得到配合料；2)将步骤1)所得配合料在1320-1500℃下熔制2-6h后，得到玻璃熔液；3)将步骤2)所得玻璃熔液水淬后，进行球磨粉碎，过筛制得基础陶瓷结合剂；4)在步骤3)所得基础陶瓷结合剂中加入添加剂，经过充分球磨混合，即得。4.根据权利要求3所述的用于超硬材料砂轮的微晶玻璃结合剂的制备方法，其特征在于：步骤4)中，所述球磨的方式为振动式高能球磨，高能球磨时间为5-20min。5.根据权利要求3所述的用于超硬材料砂轮的微晶玻璃结合剂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许红亮，张敏捷，杨炫棋，邵刚，范冰冰，卢红霞，王海龙，陈德良，张锐，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41