多孔陶瓷砂轮的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种多孔陶瓷砂轮的制备方法，包括原料准备、造孔剂预处理、改性溶液制备、造孔剂改性和砂轮制备的步骤，其中，所述原料准备的步骤包括提供陶瓷结合剂粉末和改性原料，所述陶瓷结合剂粉末中的硅、硼及铝元素的摩尔比与所述改性原料中的硅、硼及铝元素的摩尔比相同。上述制备方法通过对造孔剂进行改性减少或避免因造孔剂与超硬磨料粉体之间质量的差异，采用三维混料机或者球磨等工艺混造成造孔剂的分层等问题，使得陶瓷砂轮的原料混合更加均匀，从而使得采用该陶瓷砂轮混合料制备出的多孔陶瓷砂轮上的气孔分布均匀，进而提高多孔陶瓷砂轮的磨耗比和使用寿命。高多孔陶瓷砂轮的磨耗比和使用寿命。高多孔陶瓷砂轮的磨耗比和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
多孔陶瓷砂轮的制备方法


[0001]本专利技术属于超硬材料应用及加工
，具体涉及一种多孔陶瓷砂轮的制备方法。

技术介绍

[0002]砂轮三要素分别为磨料、结合剂和气孔，且砂轮主要是通过将磨料和结合剂等原料均匀混合后进行压制烧结处理制得。气孔是砂轮重要的组织特征，陶瓷砂轮正是由于其独特的开气孔结构而具有良好的容屑、排屑、散热、冷却等作用而得到广泛的应用。由于陶瓷砂轮烧结自然形成的气孔一般不超过0.02 mm，气孔有限，不能提供足够的空间容纳较大的切除金属屑，所以造孔在陶瓷砂轮中得到非常广泛的应用。
[0003]目前陶瓷砂轮造孔方式主要有两种，一种是利用调整配方中粉体的颗粒度的比例来造孔，另一种是添加造孔剂并已有广泛的研究和报道。在精磨和高精度磨具中，由于其粉体较小，其依靠颗粒造孔存在较大的难度。所以添加造孔剂是陶瓷砂轮合适的造孔方法，但是通过该方法制备的砂轮存在气孔分布不均匀等问题，从而影响多孔陶瓷砂轮的使用寿命。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种多孔陶瓷砂轮的制备方法，以解决上述问题。
[0005]本专利技术提供的多孔陶瓷砂轮的制备方法，主要是采用与陶瓷结合剂粉末的有效成分相同的改性物质对造孔剂进行改性，以提高造孔剂颗粒的质量，减少或避免造孔剂在后续与陶瓷结合剂和超硬磨料等混料的过程中出现分层的问题，进而使得砂轮上的气孔均匀分布。具体地，所述多孔陶瓷砂轮的制备方法包括：原料准备 提供一陶瓷结合剂粉末、造孔剂、改性原料和超硬磨料，所述陶瓷结合剂粉末包括二氧化硅（SiO2）、硼砂和氧化铝（Al2O3），所述改性原料包括正硅酸乙酯、硼酸和硝酸铝，其中，所述陶瓷结合剂粉末中的硅、硼及铝元素的摩尔比与所述改性原料中的硅、硼及铝元素的摩尔比相同；造孔剂预处理 将所述造孔剂、正硅酸乙酯和无水有机溶剂中均匀混合，形成造孔悬浮液，其中，所述无水有机溶剂为无水乙醇、无水乙二醇、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、环氧乙烷、三乙醇胺或其任意组合；改性溶液制备 将硝酸铝、硼酸、水和有机溶剂均匀混合，形成改性溶液；造孔剂改性 在搅拌的作用下，将所述改性溶液缓慢加入所述造孔悬浮液中，并于60℃～90℃保温搅拌至形成改性溶胶，获得改性溶胶造孔剂；对所述改性溶胶造孔剂依次进行分离和干燥处理，获得改性造孔剂粉末，且该改性造孔剂粉末由所述造孔剂和包覆在所述造孔剂表面的改性层组成；砂轮制备 将所述改性造孔剂粉末、所述陶瓷结合剂粉末和超硬磨料均匀混合后，经压制烧结处理和打磨处理，制得所述多孔陶瓷砂轮。
[0006]其中，所述造孔剂预处理的步骤和所述改性溶液制备的步骤的实施顺序可以互换，即该两个步骤在具体实施过程中没有先后之分，可以同时进行。
[0007]基于上述，所述造孔剂预处理的步骤包括：在超声波搅拌的作用下，先将所述造孔剂加入到所述无水有机溶剂中，再依次加入表面活性剂、正硅酸乙酯、悬浮剂及pH调节剂，获得所述造孔悬浮液，且该造孔悬浮液的pH为2～4；其中，所述表面活性剂的加入量为所述造孔剂质量的0.2%～1%，所述悬浮剂的加入量为所述造孔剂质量的0.3%～1%。
[0008]其中，所述造孔剂为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、空心氧化铝球、碳酸氢铵、焦炭和木粉中的一种或几种。所述造孔剂的粒度为5～300 μm。所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、吐温、司班、钛酸酯、聚乙烯吡咯烷酮等。所述悬浮剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、环氧乙烷、三乙醇胺等。所述pH调节剂为硫酸、硝酸、醋酸或盐酸等酸性物质。
[0009]基于上述，所述改性溶液制备的步骤包括：所述改性溶液制备的步骤包括：将硝酸铝和硼酸溶于水中，并加入所述有机溶剂均匀混合，形成所述改性溶液，其中，水的加入量与正硅酸乙酯的摩尔比为5～10 : 1，所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、环氧乙烷、三乙醇胺或其任意组合。
[0010]基于上述，所述陶瓷结合剂粉末由熔融淬水法制备，且还包括碱金属氧化物；所述改性原料还包括所述碱金属氧化物对应的碱金属硝酸盐，其中，所述碱金属氧化物为氧化钾（K2O）、氧化钠（Na2O）和氧化锂（Li2O）中的一种或几种的组合；所述改性剂溶液中还包括所述碱金属硝酸盐，其中，所述碱金属硝酸盐为硝酸钾、硝酸钠和硝酸锂中的一种或几种的组合；所述改性溶液中的硅、硼、铝及碱金属元素的摩尔比与所述陶瓷结合剂粉末中的硅、硼、铝及碱金属元素的摩尔比相同。优选地，所述改性原料中的硝酸铝、硼酸摩、硝酸钠、硝酸锂与正硅酸乙酯的摩尔比为1.5～2 : 2～2.5 : 1～1.5 : 0.5～1 : 2.7～3。
[0011]其中，现有的制备多孔陶瓷砂轮常用的所述陶瓷结合剂粉末主要由Al2O3、硼砂和SiO2采用高温熔融淬水法制备的，优选地，所述陶瓷结合剂粉末主要由Al2O3、硼砂、SiO2、K2CO3、Na2CO3和Li2CO3采用高温熔融淬水法制备的，更优选地，所述高温熔融淬水法的高温为1250℃～1450℃。
[0012]基于上述，所述改性剂溶液中还包括聚乙二醇200，以增加其中的硝酸盐的溶解度。
[0013]基于上述，所述造孔剂改性的步骤包括：将所述改性溶液缓慢加入所述造孔悬浮液中的保温搅拌时间为3～30 min。其中，所述保温搅拌时间与所述改性造孔剂粉末中的造孔剂表面的改性层的厚度有关，保温搅拌时间越长，所述改性层的厚度越厚；所述保温搅拌时间越短，所述改性层的厚度越短，所以所述保温搅拌时间限定为3～30 min。实质上，只要在所述造孔剂颗粒的表面形成一层改性层，就可以减少或避免造孔剂在后续与陶瓷结合剂和超硬磨料等混料的过程中出现分层的问题，所以，本专利技术中所述改性层的厚度不限，为了时间及成本考虑，优选地，只用在造孔剂表面形成一薄层改性层即可，所以所述保温搅拌时间优选为3～10 min，此时，由于形成在造孔剂上的改性层非常薄，所以形成在造孔剂上的改性层的质量相对于后续的陶瓷砂轮混合料的总质量，可以忽略不计。另外，所述改性层在后续的砂轮制备的过程中，经过高温烧结，其组成基本与采用的陶瓷结合剂粉末的组成相同。
[0014]基于上述，所述砂轮制备的步骤包括：所述砂轮制备的步骤包括：先将所述改性造
孔剂粉末、所述陶瓷结合剂粉末和所述超硬磨料在三维混料机或球磨机中均匀混合，制得陶瓷砂轮混合料；然后冷压成型获得压制坯体；随后在550℃～700℃对所述压制坯体进行烧结处理，获得多孔陶瓷砂轮坯体；对所述多孔陶瓷砂轮坯体进行外圆磨处理和平面磨处理即可制得所述多孔陶瓷砂轮。
[0015]基于上述，所述超硬磨料为金刚石或立方氮化硼。
[0016]本专利技术提供的上述多孔陶瓷砂轮的制备方法主要是将常用的陶瓷结合剂粉末中的氧化铝、二氧化硅和硼酸钠分别换算成等摩尔比的硝酸铝、正硅酸乙酯和硼酸，将含有钾、钠、锂等元素的化合物分别换算成等摩尔比的对应硝酸盐；并利用硝酸铝、正硅酸乙酯、硼酸和碱金属硝酸盐等物质对常用的造孔剂进行改性，形成含有结合剂的造孔剂，以增加单个造孔剂颗粒的质量，减少或避免造孔剂后续在与陶瓷结合剂粉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔陶瓷砂轮的制备方法，包括：原料准备 提供一陶瓷结合剂粉末、造孔剂、改性原料和超硬磨料，所述陶瓷结合剂粉末包括二氧化硅、硼砂和氧化铝，所述改性原料包括正硅酸乙酯、硼酸和硝酸铝，其中，所述陶瓷结合剂粉末中的硅、硼及铝元素的摩尔比与所述改性原料中的硅、硼及铝元素的摩尔比相同；造孔剂预处理 将所述造孔剂、正硅酸乙酯和无水有机溶剂中均匀混合，形成造孔悬浮液，其中，所述无水有机溶剂为无水乙醇、无水乙二醇、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、环氧乙烷、三乙醇胺或其任意组合；改性溶液制备 将硝酸铝、硼酸、水和有机溶剂均匀混合，形成改性溶液；造孔剂改性 在搅拌的作用下，将所述改性溶液缓慢加入所述造孔悬浮液中，并于60℃～90℃保温搅拌至形成改性溶胶，获得改性溶胶造孔剂；对所述改性溶胶造孔剂依次进行分离和干燥处理，获得改性造孔剂粉末，且该改性造孔剂粉末由所述造孔剂和包覆在所述造孔剂表面的改性层组成；砂轮制备 将所述改性造孔剂粉末、所述陶瓷结合剂粉末和超硬磨料均匀混合后，经压制烧结处理和打磨处理，制得所述多孔陶瓷砂轮。2.根据权利要求1所述的多孔陶瓷砂轮的制备方法，特征在于：所述造孔剂预处理的步骤包括：在超声波搅拌的作用下，先将所述造孔剂加入到所述无水有机溶剂中，再依次加入表面活性剂、正硅酸乙酯、悬浮剂及pH调节剂，获得所述造孔悬浮液，且该造孔悬浮液的pH为2～4；其中，所述表面活性剂的加入量为所述造孔剂质量的0.2%～1%，所述悬浮剂的加入量为所述造孔剂质量的0.3%～1%。3. 根据权利要求1或2所述的多孔陶瓷砂轮的制备方法，特征在于：所述造孔剂为聚甲基丙烯酸甲酯、空心氧化铝球、碳酸氢铵、焦炭和木粉中的一种或几种，且其粒度为5～300 μm。4.根据权利要求3所述的多孔陶瓷砂轮的制备方法，特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李翠，孔帅斐，李和鑫，
申请(专利权)人：富耐克超硬材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：