一种泡沫金刚石增强型陶瓷结合剂超硬磨具及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种泡沫金刚石增强型陶瓷结合剂超硬磨具及其制备方法，属于磨削领域。本发明专利技术提供的超硬磨具的工作层由金刚石磨料、陶瓷结合剂和造孔剂制备得到；所述金刚石磨料的砂轮浓度为30～200％；所述金刚石磨料中泡沫金刚石的质量分数为5～100％；以工作层原料的总体积为100％计，所述陶瓷结合剂的含量为20～87.5％；所述造孔剂的含量为5～30％。本发明专利技术使用泡沫金刚石来替代传统的表面较为光滑的金刚石，提高了结合剂对磨料的把持力，且多孔结构的金刚石在磨削过程中能在较小的压力下通过自身局部的微破碎产生新的切削刃，从而保证磨具的高效、高精密加工；本发明专利技术提供的制备方法步骤简单，适合规范化生产。

Foam diamond reinforced vitrified bond superabrasives and preparation method thereof

The invention provides a foam diamond reinforced ceramic bond superhard grinding tool and a preparation method thereof, belonging to the grinding field. The working layer of the superhard grinding tool provided by the invention is prepared by diamond abrasive, ceramic binding agent and pore forming agent; the grinding wheel density of the diamond abrasive is 30 to 200%; the mass fraction of the foam diamond is 5 to 100% in the diamond abrasive; the content of the ceramic binding agent is 20 to 87.5% with the total volume of the raw material of the working layer 100%, and the content of the pore forming agent is 5. ~ 30%. The invention uses foam diamond instead of the traditional diamond with smooth surface, improves the holding force of the binding agent on the abrasive, and the diamond with porous structure can generate new cutting edges through the local micro crushing in the grinding process under the small pressure, thereby ensuring the high-efficiency and high-precision machining of the abrasive tool. Normalized production.

【技术实现步骤摘要】
一种泡沫金刚石增强型陶瓷结合剂超硬磨具及其制备方法
本专利技术涉及磨削
，特别涉及一种泡沫金刚石增强型陶瓷结合剂超硬磨具及其制备方法。
技术介绍
超硬材料磨具主要是指以金刚石或立方氮化硼为磨粒，借助于金属、陶瓷或树脂等结合剂，制备出的一种具有一定形状和强度的磨削工具。相对于金属和树脂，陶瓷结合剂具有自锐性好、磨削效率高等突出优点，已成为精密、超精密加工的首选工具。在当前的超硬材料金刚石磨具中，采用的是普通的表面较为光滑的金刚石颗粒，由于金刚石强度较高，在磨削加工过程中很难通过自身的破碎达到自锐，只有等工作面磨平磨钝后整体脱落，直至新的金刚石颗粒出露才能形成新的切削刃。因此，金刚石颗粒的利用率和磨具的加工效率会大大下降，并且对加工工件的加工质量也有较大影响。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种泡沫金刚石增强型陶瓷结合剂超硬磨具及其制备方法。本专利技术提供的泡沫金刚石增强型陶瓷结合剂超硬磨具加工效率高、加工质量好，非常适合于精密、超精密磨削加工，并且制备方法简单，容易进行工业化生产。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种泡沫金刚石增强型陶瓷结合剂超硬磨具，包括磨具基体和粘结在所述磨具基体上的工作层，所述工作层由金刚石磨料、陶瓷结合剂和造孔剂制备得到；所述金刚石磨料的砂轮浓度为30～200％；所述金刚石磨料中泡沫金刚石的质量分数为5～100％；以工作层原料的总体积为100％计，所述陶瓷结合剂的含量为20～87.5％；所述造孔剂的含量为5～30％。优选的，所述泡沫金刚石的粒度为5～120μm。优选的，所述陶瓷结合剂的组分包括：SiO247～75mol％，Al2O35～15mol％，B2O35～10mol％，K2O3～8mol％，Li2O3～8mol％，ZrO20.5～5mol％，Bi2O33～7mol％。优选的，所述造孔剂为空心氧化铝球、精萘、焦炭、木粉和碳酸钠中的一种或几种。本专利技术提供了上述方案所述超硬磨具的制备方法，包括以下步骤：(1)将所述金刚石磨料、陶瓷结合剂和造孔剂进行球磨混合，得到混合料；(2)将所述混合料在模具中冷压成型，得到若干个磨具节块；(3)将所述磨具节块烧结后粘结在磨具基体上，得到泡沫金刚石增强型陶瓷结合剂超硬磨具。优选的，所述金刚石磨料在球磨混合前还包括：将所述金刚石磨料在纤维素溶液中润湿。优选的，所述纤维素溶液包括羟甲基纤维素钠溶液和/或羧甲基纤维素溶液；所述纤维素溶液的质量浓度为1～20％。优选的，所述步骤(1)中球磨混合的时间≥12h。优选的，所述步骤(2)中冷压成型的压力为40～200MPa，时间为1～5min。优选的，所述步骤(3)中烧结的温度为650～900℃，保温时间为2～10h。本专利技术提供了一种泡沫金刚石增强型陶瓷结合剂超硬磨具，包括磨具基体和粘结在所述磨具基体上的工作层，所述工作层由金刚石磨料、陶瓷结合剂和造孔剂制备得到；所述金刚石磨料的砂轮浓度为30～200％；所述金刚石磨料中泡沫金刚石的质量分数为5～100％；以工作层原料的总体积为100％计，所述陶瓷结合剂的含量为20～87.5％；所述造孔剂的含量为5～30％。本专利技术使用泡沫金刚石来替代传统超硬磨具中应用的表面较为光滑的金刚石，利用泡沫金刚石的多孔状结构，增加与结合剂的接触面积，提高结合剂对其把持力；另外，多孔结构的金刚石在磨削过程中能在较小的压力下通过自身局部的微破碎产生新的切削刃，从而保证了磨具的高效、高精密加工；本专利技术提供的超硬磨具加工效率高、使用寿命长，且能提高加工工件的表面质量。实施例结果表明，使用本专利技术提供的超硬磨具对单晶硅棒进行磨削实验，其磨削效率能够达到654s/根，晶棒表面粗糙度仅为0.25～0.34μm。本专利技术提供了上述方案所述泡沫金刚石增强型陶瓷结合剂超硬磨具的制备方法，本专利技术提供的制备方法步骤简单，容易操作，适合规范化生产。附图说明图1为泡沫金刚石的外观形貌图；图2为普通金刚石的外观形貌图。具体实施方式本专利技术提供了一种泡沫金刚石增强型陶瓷结合剂超硬磨具，包括磨具基体和粘结在所述磨具基体上的工作层，所述工作层由金刚石磨料、陶瓷结合剂和造孔剂制备得到；所述金刚石磨料的砂轮浓度为30～200％；所述金刚石磨料中泡沫金刚石的质量分数为5～100％；以工作层原料的总体积为100％计，所述陶瓷结合剂的含量为20～87.5％；所述造孔剂的含量为5～30％。在本专利技术中，所述金刚石磨料的砂轮浓度为30～200％，优选为50～150％，更优选为80～120％；在本领域中，磨料的含量习惯以砂轮浓度制表示，规定在超硬磨料的体积占超硬磨具工作层体积的25％时，其砂轮浓度即为100％(即砂轮浓度的1/4即为超硬磨料在工作层中的体积分数)。在本专利技术中，所述金刚石磨料中泡沫金刚石的质量分数为5～100％，优选50～100％，进一步优选为70～100％；所述泡沫金刚石的粒度优选为5～120μm，更优选为10～110μm，进一步优选为20～100μm。泡沫金刚石是一种表面及内部具有多孔结构的特殊金刚石(形貌如图1所示)，本专利技术将泡沫金刚石应用于超硬磨具中，用以代替传统的表面光滑的金刚石(形貌如图2所示)，利用泡沫金刚石的多孔结构增加与结合剂的接触面积，提高结合剂对其把持力；另外，多孔结构的金刚石在磨削过程中能在较小的压力下通过自身局部的微破碎而产生新的切削刃，从而保证了磨具的高效、高精密加工；本专利技术将泡沫金刚石应用于陶瓷结合剂超硬磨具中，可以有效提高磨具的加工效率和使用寿命，提高加工工件的表面质量。本专利技术对所述泡沫金刚石的来源没有特殊要求，使用市售的泡沫金刚石即可。以工作层原料的总体积为100％计，所述陶瓷结合剂的含量为20～87.5％，优选为30～85％，进一步优选为40～80％。在本专利技术中，所述陶瓷结合剂的组分优选包括：SiO247～75mol％，Al2O35～15mol％，B2O35～10mol％，K2O3～8mol％，Li2O3～8mol％，ZrO20.5～5mol％，Bi2O33～7mol％，更优选包括：SiO250～75mol％，Al2O35～10mol％，B2O36～8mol％，K2O4～6mol％，Li2O4～6mol％，ZrO22～3mol％，Bi2O34～5mol％。在本专利技术中，所述陶瓷结合剂优选通过以下方法制备得到：(i)将原料按照配比称重后进行球磨混合，得到混合料；(ii)将所述混合料烧结后进行水冷，将水冷后的物料进行湿法球磨，得到浆料；(iii)将所述浆料干燥后进行干法球磨，得到所述陶瓷结合剂。在本专利技术中，所述步骤(i)中球磨混合的时间优选为2～8h，更优选为3～6h。在本专利技术中，所述步骤(ii)中烧结的温度优选为1200～1500℃，更优选为1300～1400℃，保温时间优选为1.5～3h，更优选为2～2.5h；升温至所述烧结温度的升温速率优选为3～10℃/min，更优选为5～8℃/min。在本专利技术中，所述水冷具体为将保温结束后的物料快速倒入水中。在本专利技术中，所述步骤总(ii)中湿法球磨的时间优选为12～36h，更优选为15～30h；所述湿法球磨用溶剂优选为水，所述湿法球磨的料水比优选为1～2:1。在本专利技术中，所述步骤(iii)中干燥的温度优选为100～150℃，更本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种泡沫金刚石增强型陶瓷结合剂超硬磨具，包括磨具基体和粘结在所述磨具基体上的工作层，其特征在于，所述工作层由金刚石磨料、陶瓷结合剂和造孔剂制备得到；所述金刚石磨料的砂轮浓度为30～200％；所述金刚石磨料中泡沫金刚石的质量分数为5～100％；以工作层原料的总体积为100％计，所述陶瓷结合剂的含量为20～87.5％；所述造孔剂的含量为5～30％。

【技术特征摘要】
1.一种泡沫金刚石增强型陶瓷结合剂超硬磨具，包括磨具基体和粘结在所述磨具基体上的工作层，其特征在于，所述工作层由金刚石磨料、陶瓷结合剂和造孔剂制备得到；所述金刚石磨料的砂轮浓度为30～200％；所述金刚石磨料中泡沫金刚石的质量分数为5～100％；以工作层原料的总体积为100％计，所述陶瓷结合剂的含量为20～87.5％；所述造孔剂的含量为5～30％。2.根据权利要求1所述的超硬磨具，其特征在于，所述泡沫金刚石的粒度为5～120μm。3.根据权利要求1所述的超硬磨具，其特征在于，所述陶瓷结合剂的组分包括：SiO247～75mol％，Al2O35～15mol％，B2O35～10mol％，K2O3～8mol％，Li2O3～8mol％，ZrO20.5～5mol％，Bi2O33～7mol％。4.根据权利要求1所述的超硬磨具，其特征在于，所述造孔剂为空心氧化铝球、精萘、焦炭、木粉和碳酸钠中的一种或几种。5.权利要求1～4任意一项所述超...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢德龙，陈超，肖乐银，林峰，潘晓毅，陈家荣，莫培程，
申请(专利权)人：中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45