一种复相球形磨料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及精细研磨技术领域，特别涉及一种复相球形磨料及其制备方法，其中，复相球形磨粒包括至少一种高硬度物相，至少一种低硬度物相以及至少一种增韧相；所述低硬度物相的体积含量在总体磨粒中的体积分数为5%～40%；所述低硬度物相与所述高硬度物相之间的体积比为15%～50%；所述低硬度物相为晶体颗粒或非晶体颗粒，或无定型连续相，或无定型连续相与晶体、非晶体颗粒的混合体；所述低硬度物相的热膨胀系数高于高硬度物相的热膨胀系数。本发明专利技术磨削质量好，磨削效率高，制备成本低，具有较好的实用价值及推广价值。

A Composite Spherical Abrasive and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种复相球形磨料及其制备方法
本专利技术涉及精细研磨
，具体涉及一种复相球形磨料及其制备方法。
技术介绍
在磨料的使用过程中，存在研磨效率和研磨效果之间的矛盾。传统的磨料颗粒如金刚石是单晶结构，颗粒相对粗大，硬度具有方向性，研磨效率高，但在精细磨削中会对所加工表面产生划伤。纳米磨粒堆积密度低，在研磨液中填充率低，纳米粒子在研磨液中转动阻力小；虽然可磨出质量满意的工件表面，但研磨效率不能满足要求。市面上有一些微米级多晶金刚石磨粒产品，它的研磨效率和质量较传统磨粒都有较大改善。这种磨粒实际上是一种金刚石和石墨的复相结构材料，即许多纳米级金刚石粒子被石墨结合，形成微米级团粒。在研磨过程中，微米级磨粒可提供高密度金刚石棱角，与工件表面接触，使磨削效率得到提高。当这些棱角被磨平后，石墨颗粒开始与工件表面接触，并被工件表面磨损，从磨粒表面剥离，暴露出新的金刚石棱角，使磨粒保持持久的自锐性亦即磨削力。而由于金刚石颗粒的纳米尺度，可有效地避免对工件表面的划伤。控制、优化金刚石相与石墨相的复合程度，可优化磨削过程中与工件表面接触的金刚石锐性点的密度，控制石墨颗粒被磨损的速度，从而达到最佳的研磨效率。然而，这些微米级多晶金刚石磨粒产品是通过爆炸法由石墨转化而成，其工艺危险复杂，得率低，且不易控制金刚石与石墨的复合程度。制品中往往存在过量的石墨，影响其使用效果。除去过量的石墨涉及复杂的工艺过程，使其造价高大普通金刚石磨料的数十倍。石墨物相单一，不便对其结构性能实施优化。因此，专利技术一种由高硬度物相和低硬度物相复合的结构易控磨料颗粒和简便易行的制造方法，在保证磨削效率及精度的同时，也降低磨料成本，从而解决现有技术存在的不足和缺陷，对研磨硬脆材料及要求精度高的工件有重要的应用意义。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于：针对目前存在的上述问题，提供一种复相球形磨料及其制备方法，通过磨料的制备工艺改进和磨料的成分设计，解决现有技术存在的磨削效率低、成本高的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种复相球形磨粒，所述球形磨粒包括至少一种高硬度物相，至少一种低硬度物相以及至少一种增韧相。优选的，所述低硬度物相的体积含量在总体磨粒中的体积分数为5%～40%；所述低硬度物相与所述高硬度物相之间的体积比为15%～50%；所述低硬度物相为晶体颗粒或非晶体颗粒，或无定型连续相，或无定型连续相与晶体、非晶体颗粒的混合体；所述低硬度物相的热膨胀系数高于高硬度物相的热膨胀系数。优选的，所述低硬度物相为晶体颗粒或非晶体颗粒时，低硬度物相的晶粒粒径为1μm～30μm；当低硬度物相为无定型连续相与晶体、非晶体颗粒的混合体时，所述无定型连续相在低硬度物相中的体积占比小于或等于95%；当所述低硬度物相为无定型连续相时，所述无定型连续相的连续区域最长线的长度为100μm。优选的，所述高硬度物相包括金刚石、碳化硼、立方氮化硼和硼化钛中的至少一种；所述低硬度物相包括磷灰石、钠钙硅酸盐玻璃和硼铝硅酸盐玻璃中的至少一种；所述增韧相包括石墨、莫来石和碳化硅晶须中的至少一种。如上所述的一种复相球形磨粒的制备方法，包括如下步骤：步骤一：浆料制备：将高硬度物相、低硬度物相以及增韧相按照设定的配方比例加入到水中搅拌均匀，或采用研磨设备将原料与水共同研磨；浆料中还添加有分散剂和结合剂；步骤二：喷雾干燥：将步骤一中的浆料采用喷雾干燥方法进行干燥；步骤三：颗粒筛分：对浆料干燥形成的颗粒分级筛分，一级颗粒的粒径为小于或等于44μm；二级颗粒的粒径大于44μm且小于或等于74μm；三级颗粒的粒径大于74μm且小于或等于105μm；将粒径大于105μm的颗粒筛出，并转入烧成工序；步骤四：将分级后的颗粒按照粒度级别分别加入高温窑烧成；步骤五：烧成的颗粒经冷却之后，进行轻磨，将烧结过程中产生的粘连颗粒彼此分离，获得所需的磨粒产品。优选的，所述步骤一中的分散剂为陶瓷分散剂，陶瓷分散剂的加入量为磨料总量的0.1%~5%；所述浆料配方中加入的结合剂为有机结合剂或无机结合剂；所述有机结合剂为合成树脂或天然胶体物质；所述合成树脂包括聚乙二醇、聚乙烯醇、聚胺脂或酚醛树脂中的至少一种；所述天然胶体物质包括阿拉伯胶、骨胶或皮胶中的至少一种；所述无机结合剂的加入量为磨料总量的0.1%~5%；所述无机结合剂包括硅酸钠、磷酸钠、磷酸二氢铝ρ-氧化铝或活化粘土矿物中的至少一种。优选的，所述步骤一中，浆料的固体物质含量为20%～65%；所述浆料配方中，首先加入低硬度物相与增韧相，保证低硬度物相占据原料的总体积比例为15%～50%；再按照低硬度物相与高硬度物相之间比例为5%～40%进行比例调配；所述步骤二中的喷雾干燥温度为150℃～300℃，所述喷雾干燥的工艺为压力喷雾或离心喷雾。优选的，所述步骤三中的分级筛分方法中，筛振频率为200～2000Hz；所述步骤四中，烧成工艺的烧成温度范围为300℃～1400℃，所述高温窑为连续窑或间歇窑；当所述高温窑为连续窑时，采用外热式回转窑，烧成温度范围为300℃～900℃，烧成气氛为环境气氛或氮气保护气氛；当高温窑为间歇窑时，采用抽屉窑进行烧成，烧成温度为800℃～1400℃，烧成气氛为环境气氛、氮气保护气氛或真空气氛中的一种；其中，当低硬度物相为硼硅酸盐玻璃时，烧成温度范围为500℃～750℃；当低硬度物相为磷灰石或钠钙硅酸盐玻璃时，烧成温度范围为850℃～1300℃。优选的，所述分散剂以及所述结合剂的加入量均为磨粒总量的0.5%~2.5%。本专利技术的目的在于提供一种结构新型复相球形磨粒和制造方法，以期提高研磨效率和质量，降低磨粒的生产成本。由本专利技术提供的新型磨粒的特征是，包含至少一种高硬度物质颗粒（又称高硬度物相）和至少一种低硬度物质颗粒（又称低硬度物相）。其中的高硬度物相以纳米或微米大小的晶体颗粒存在，起磨削作用；低硬度物相以同样大小或更小的晶体颗粒或玻璃态颗粒存在，在磨粒中起结合作用。在研磨过程中，磨粒中的高硬度物相颗粒提供高密度的纳米尺度晶棱和晶角，磨削工件表面。当这些棱角被磨平后，磨粒中的低硬度物相颗粒与工件表面接触而被磨损，从磨粒表面剥离，暴露出新的棱角，使磨粒继续保持自锐性亦和磨削力。同时，暴露于工件表面的高硬度物相相晶棱和晶角总是保持纳米尺度，保证工件不被划伤。本专利技术的提供的新型磨粒中低硬度物相采用多种物相复合，便于对它的结构性能实施优化。为了保证磨粒对其中的低硬度物相晶粒有足够的握裹力和韧性，不致因它们过早地从磨粒中脱落而丧失磨削力，本专利技术提供的新型磨粒中的低硬度物相的热膨胀系数应高于高硬度物相的热膨胀系数，这样，在磨粒烧成后的冷却过程中，在磨粒中产生适当的压应力和阻止磨粒中裂纹的扩展机制，避免磨粒在静压下和动态冲击中可能发生的不当破损。本专利技术提供的新型磨粒可以包含增韧相（或增韧元素），它们可以在应力下发生形变，从而松弛应力，阻止裂纹扩展；也可以在应力作用下，与基质材料发生相对位移，耗散材料中的能量，阻止裂纹扩展。本专利技术提供的新型磨粒中高硬度物相包括但不局限于金刚石、碳化硼、立方氮化硼和硼化钛；本专利技术提供的新型磨粒中低硬度物相包括但不局限于磷灰石、钠钙硅酸盐玻璃和硼铝硅酸盐玻璃；本专利技术提供的新型磨粒中的增韧相包括但不局限于石墨、莫来石和碳化硅晶须本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复相球形磨粒，其特征在于：所述球形磨粒包括至少一种高硬度物相，至少一种低硬度物相以及至少一种增韧相。

【技术特征摘要】
1.一种复相球形磨粒，其特征在于：所述球形磨粒包括至少一种高硬度物相，至少一种低硬度物相以及至少一种增韧相。2.如权利要求1所述的一种复相球形磨粒，其特征在于：所述低硬度物相的体积含量在总体磨粒中的体积分数为5%～40%；所述低硬度物相与所述高硬度物相之间的体积比为15%～50%；所述低硬度物相为晶体颗粒或非晶体颗粒，或无定型连续相，或无定型连续相与晶体、非晶体颗粒的混合体；所述低硬度物相的热膨胀系数高于高硬度物相的热膨胀系数。3.如权利要求2所述的一种复相球形磨粒，其特征在于：所述低硬度物相为晶体颗粒或非晶体颗粒时，低硬度物相的晶粒粒径为1μm～30μm；当低硬度物相为无定型连续相与晶体、非晶体颗粒的混合体时，所述无定型连续相在低硬度物相中的体积占比小于或等于95%；当所述低硬度物相为无定型连续相时，所述无定型连续相的连续区域最长线的长度为100μm。4.如权利要求2所述的一种复相球形磨粒，其特征在于：所述高硬度物相包括金刚石、碳化硼、立方氮化硼和硼化钛中的至少一种；所述低硬度物相包括磷灰石、钠钙硅酸盐玻璃和硼铝硅酸盐玻璃中的至少一种；所述增韧相包括石墨、莫来石和碳化硅晶须中的至少一种。5.如权利要求1所述的一种复相球形磨粒的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：浆料制备：将高硬度物相、低硬度物相以及增韧相按照设定的配方比例加入到水中搅拌均匀，或采用研磨设备将原料与水共同研磨；浆料中还添加有分散剂和结合剂；步骤二：喷雾干燥：将步骤一中的浆料采用喷雾干燥方法进行干燥；步骤三：颗粒筛分：对浆料干燥形成的颗粒分级筛分，一级颗粒的粒径为小于或等于44μm；二级颗粒的粒径大于44μm且小于或等于74μm；三级颗粒的粒径大于74μm且小于或等于105μm；将粒径大于105μm的颗粒筛出，并转入烧成工序；步骤四：将分级后的颗粒按照粒度级别分别加入高温窑烧成；步骤五：烧成的颗粒经冷却之后，进行轻磨，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冬莉，
申请(专利权)人：郑州中研高科实业有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41