一种高速精密磨削陶瓷结合剂砂轮及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高速精密磨削陶瓷结合剂砂轮及其制备方法，采用高性能铬刚玉PA及单晶刚玉或微晶刚玉为磨削材料，采用微晶陶瓷结合剂，磨料表面采用含硼酸钠Al

【技术实现步骤摘要】
一种高速精密磨削陶瓷结合剂砂轮及其制备方法


[0001]本专利技术涉及砂轮制造
，具体涉及一种高速精密磨削陶瓷结合剂砂轮及其制备方法。

技术介绍

[0002]精密磨削加工不仅依赖于高精密的数控磨床，还必须要有高性能的砂轮与之配套才能得以实现。陶瓷结合剂砂轮由于具有弹性模量高、耐腐蚀、耐高温、自锐性好和易于修整等特点，同时兼具加工精度和表面光洁度，这些方面是树脂结合剂和金属结合剂砂轮无法比拟的，因而是精密、超精密磨削领域的首选工具，然而普通陶瓷结合剂砂轮存在以下几个方面的主要问题：
[0003]普通陶瓷结合剂有烧结温度高、强度低和抗冲击韧性较低等缺点，砂轮虽然选用的磨料粒度很细，但因结合剂颗粒较粗，烧结后形成的结合剂团聚体尺寸较大，且有比一般金属材料高的硬度，磨削过程中粗大的结合剂团聚体将在被加工零件表面产生粗大的划痕或擦伤，大大降低加工表面质量。
[0004]通常陶瓷结合剂砂轮结合剂颗粒粗大，少量的结合剂对磨料表面不能形成较好的包裹，覆盖率一般为35～50％左右，导致结合剂对磨料的把持强度较低，磨削过程中磨料容易脱落，影响砂轮的耐用度和强度，砂轮工作面的形面保持性也较差，磨削精度无法保证。在砂轮烧结过程中，固相材料制备的结合剂烧结活性低，粗颗粒结合剂熔化、传质和反应需要的温度高和时间长，将造成磨料表面氧化和热损伤，降低砂轮的磨削性能，难以实现精密磨磨削。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述背景传统方法制备精密磨削用陶瓷砂轮陶瓷结合剂砂轮结合剂颗粒粗大，少量的结合剂对磨料表面不能形成较好的包裹的问题，提供了一种高速精密磨削陶瓷结合剂砂轮及其制备方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高速精密磨削陶瓷结合剂砂轮，包括以下重量份数的组分：
[0007][0008]在其中一个实施例中，所述结合剂为微晶玻璃结合剂，包括以下重量百分比的组
分：
[0009][0010]在其中一个实施例中，所述微晶玻璃结合剂的制备方法为：按所述微晶玻璃结合剂的配比称取各种原料，并球磨混合均匀，混合后过50～70目筛，装入高铝质坩埚中，在电炉中升温至1200～1400℃，达到预定温度后保温0.9～1.1h，将玻璃熔液倒入水中水淬，得到玻璃料，然后将玻璃料使用行星式球磨机球磨，按照球：料：水＝1：5：2，转速340～360转/分，正反转0.8h～1.2h，球磨完成后将浆料过190～210目筛后自然晾干，经过干燥后得到的固体粉末即为微晶玻璃结合剂。
[0011]在其中一个实施例中，所述磨料为铬刚玉或单晶刚玉或微晶刚玉或SG磨料。
[0012]在其中一个实施例中，所述磨料表面采用溶胶
‑
凝胶原位成膜处理技术进行陶瓷复合成膜处理；
[0013]溶胶包括以下各组分摩尔比：(Si(OC2H5)4)正硅酸乙酯：Al(NO3)3·
9H2O硝酸铝：NaNO3硝酸钠：H3BO3：LiNO3硝酸锂：KNO3硝酸钾：H2O为70：9.5：7：13.5：2：2：420；水与乙醇的体积比1:1；
[0014]溶胶的制备方法：首先配制水和乙醇溶剂，按配方所需水的体积比1：1量取乙醇，并与水混合均匀，制得乙醇溶液，以Si(OC2H5)4(TEOS)为前驱体，将其加入乙醇溶液中，向SiO2溶胶中加入NaNO3、Al(NO3)3·
9H2O和H3BO3溶液，制备Na2O
‑
B2O3‑
Al2O3‑
SiO2系陶瓷溶胶，加入Li2O和K2O，将初始反应物质混合均匀，加入HNO3溶液(1vol％)使溶胶体系中pH至2～3，于85℃条件下搅拌回流0.8～1.2h，静置23～25h，最后过滤得陶瓷复合薄膜溶胶；
[0015]涂膜工艺：用丙酮对磨料浸泡超声洗涤处理，将洁净干燥的磨料用铜网盛装浸泡于室温陶瓷溶胶中，静置0.9～1.1min后以0.9～1.1cm/min的速率将铜网从陶瓷溶胶中提拉出来，然后置于79～81℃烘箱中干燥4～6min后冷却，对磨料基底涂覆膜层涂膜完成后，将表面涂覆陶瓷凝胶膜层的磨料置于79～81℃烘箱中烘干，冷却后放置于马弗炉内对涂膜后的磨料进行热处理，先缓慢升温至99～101℃，保温29～31min，然后以4.9～5.1℃/min升
温至640～660℃，保温59～61min，随炉冷却至室温，即制得表面涂覆陶瓷薄膜的磨料。
[0016]在其中一个实施例中，所述成孔材料为立方体碳化硅或精萘或核桃壳。
[0017]在其中一个实施例中，所述粘结剂为黄糊精。
[0018]在其中一个实施例中，所述湿润剂为聚乙烯醇溶液。
[0019]本专利技术还提供了一种高速精密磨削陶瓷结合剂砂轮的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0020]配料，按所述砂轮的配比提供砂轮的组分并混合均匀，制得砂轮坯料；
[0021]成型，将所述砂轮坯料加压成型，制得砂轮坯体；
[0022]干燥，将所述砂轮坯体进行干燥；
[0023]烧结，将干燥后的砂轮坯体进行烧结，制得砂轮半成品；
[0024]精加工，对砂轮半成品进行机械加工，制得砂轮成品。
[0025]在其中一个实施例中，所述成型步骤中，成型压力为50～70MPa，成型保压时间为0.5～2min；
[0026]所述干燥步骤中，砂轮坯体于60～70℃条件下进行干燥10～24h；
[0027]所述烧结步骤中，将砂轮坯体装入窑炉中，开始调整窑炉温度0～100℃，升温速率20～35℃/h；温度100～300℃，升温速率15～25℃/h；温度300～500℃，升温速率20～35℃/h；温度500℃，保温2h；温度500～900℃，升温速率20～25℃/h；温度900℃，保温5h；闭火后，炉温900℃～650℃，采取急速冷却措施；炉温650～450℃，冷却速率5～15℃/h；炉温450～300℃，冷却速率5～6℃/h；炉温300～70℃时打开炉门自然冷却；温度低于70℃时将砂轮从窑中取出。
[0028]本专利技术的技术效果在于：
[0029]1、上述高速精密磨削陶瓷结合剂砂轮采用的微晶陶瓷结合剂所用核心原材料微晶玻璃的晶粒尺寸为1～2μm，晶体结构为六方片状结构，代替常规陶瓷作为砂轮的结合剂大幅度提高砂轮的强度，提高砂轮的使用速度和寿命；
[0030]微晶玻璃结合剂是一种新型的陶瓷结合剂，微晶玻璃是一种含有大量微晶相和玻璃相的多晶固体，其制备过程是将化学成分一定的玻璃，通过调节加热过程而使得玻璃微晶化，同时剩余一定量的玻璃相，微晶玻璃与玻璃和陶瓷都不同，一方面与玻璃相比，微晶玻璃中除含有一定的玻璃相外还含有尺寸较小的晶相，而玻璃则全是无定形体；另一方面与陶瓷相比，微晶玻璃中的晶相是通过自身析晶晶化形成的，经历了晶体的成核和长大的过程，而陶瓷中的晶相一般是在制备陶瓷时由原料直接引入的，或者是通过固相反应产生重结晶或新晶相；其与传统的陶瓷结合剂相比，具有均一性好、强度高、韧性好及热膨胀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速精密磨削陶瓷结合剂砂轮，其特征在于，包括以下重量份数的组分：2.根据权利要求1所述的高速精密磨削陶瓷结合剂砂轮，其特征在于，所述结合剂为微晶玻璃结合剂，包括以下重量百分比的组分：3.根据权利要求2所述的高速精密磨削陶瓷结合剂砂轮，其特征在于，所述微晶玻璃结合剂的制备方法为：按所述微晶玻璃结合剂的配比称取各种原料，并球磨混合均匀，混合后过50～70目筛，装入高铝质坩埚中，在电炉中升温至1200～1400℃，达到预定温度后保温0.9～1.1h，将玻璃熔液倒入水中水淬，得到玻璃料，然后将玻璃料使用行星式球磨机球磨，按照球：料：水＝1：5：2，转速340～360转/分，正反转0.8h～1.2h，球磨完成后将浆料过190～210目筛后自然晾干，经过干燥后得到的固体粉末即为微晶玻璃结合剂。4.根据权利要求1所述的高速精密磨削陶瓷结合剂砂轮，其特征在于，所述磨料为铬刚玉或单晶刚玉或微晶刚玉或SG磨料。5.根据权利要求1所述的高速精密磨削陶瓷结合剂砂轮，其特征在于，所述磨料表面采用溶胶
‑
凝胶原位成膜处理技术进行陶瓷复合成膜处理；溶胶包括以下各组分摩尔比：(Si(OC2H5)4)正硅酸乙酯：Al(NO3)3·
9H2O硝酸铝：NaNO3硝酸钠：H3BO3：LiNO3硝酸锂：KNO3硝酸钾：H2O为70：9.5：7：13.5：2：2：420；水与乙醇的体积比1:
1；溶胶的制备方法：首先配制水和乙醇溶剂，按配方所需水的体积比1：1量取乙醇，并与水混合均匀，制得乙醇溶液，以Si(OC2H5)4(TEOS)为前驱体，将其加入乙醇溶液中，向SiO2溶胶中加入NaNO3、Al(NO3)3·
9H2O和H3BO3溶液，制备Na2O
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B2O3‑
Al2O3‑
SiO2系陶瓷溶胶，加入Li2O和K2O，将初始反应物质混合均匀，加入HNO3溶液(1vol％)使溶胶体系中pH至2～3，于85℃条件下搅拌回流0.8～1.2h，静置23～25h，最后过滤得陶瓷复合薄膜溶胶；涂膜工艺：用丙酮对磨料浸泡超声洗涤处理，将洁净干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：房毅，刘小磐，陈贵锋，陈瑞和，陈沈萍，王友堂，杨传武，胡伟达，邵玉洪，
申请(专利权)人：江苏华东砂轮有限公司，
类型：发明
国别省市：