一種無(wú)鉛微晶玻璃結(jié)合劑、超硬材料砂輪及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種結(jié)合劑，具體來(lái)說(shuō)是一種超硬材料砂輪用結(jié)合劑。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代精細(xì)加工中，超硬材料(金剛石及立方體氮化硼)陶瓷砂輪以其高效精確的特點(diǎn)，在磨削roC、PCBN及硬質(zhì)合金，以及工程陶瓷上有著不可替代的地位，在加工耐磨材料有著高效和精準(zhǔn)的特點(diǎn)。陶瓷結(jié)合劑超硬材料砂輪的開(kāi)發(fā)及運(yùn)用狀況代表著一個(gè)國(guó)家的加工制造的先進(jìn)水平。
[0003]我國(guó)在研發(fā)陶瓷結(jié)合劑超硬材料砂輪上相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家起步較晚，目前尚處于初步階段，特別是用于精確加工的高速砂輪(線速度達(dá)120m/S以上)難以滿足要求。陶瓷結(jié)合劑一般有三種類(lèi)型，傳統(tǒng)陶瓷礦物結(jié)合劑、玻璃料結(jié)合劑和微晶玻璃結(jié)合劑。傳統(tǒng)陶瓷礦物結(jié)合劑由于把持力不高以及組織結(jié)構(gòu)不均勻，已經(jīng)逐漸被淘汰。微晶玻璃結(jié)合劑結(jié)構(gòu)均勻，熱穩(wěn)定性好，使模具的機(jī)械強(qiáng)度得到提高，但控制微晶玻璃的晶化工藝復(fù)雜。陶瓷結(jié)合劑與金剛石磨料結(jié)合時(shí)的難度系數(shù)大于與立方氮化硼磨料結(jié)合的難度，主要是結(jié)合劑對(duì)磨料把持力不高，把持不牢。目前對(duì)陶瓷結(jié)合劑的研究主要集中在結(jié)合劑材料對(duì)金剛石的浸潤(rùn)性能性，雖然浸潤(rùn)性影響把持力，但結(jié)合劑對(duì)金剛石的浸潤(rùn)并不是影響砂輪壽命的唯一因素，例如結(jié)合劑本身的硬度、膨脹系數(shù)等不足仍然會(huì)使金剛石磨料脫落。這也是目前雖然我國(guó)試驗(yàn)室研究成果比較多，但目前商業(yè)品的S12-Al2O3-B2O3-R2OU為堿金屬)體系微晶玻璃結(jié)合劑超硬砂輪難以滿足高速砂輪的要求的因素之一。發(fā)明人通過(guò)常期的研究和大量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，砂輪在切割加工時(shí)磨料和結(jié)合劑之間主要產(chǎn)生的是拉應(yīng)力，但現(xiàn)在的研究主要是提高砂輪抗折力和抗壓力?，F(xiàn)在的砂輪雖然抗壓強(qiáng)度較高，但抗拉強(qiáng)度不足，使得砂輪在高速工況下磨料顆粒脫落造成壽命較短。例如在萬(wàn)隆等“砂輪微晶玻璃結(jié)合劑的研究”(《金剛石與磨料磨具工程》，2003年12月)中制得的晶化處理后的試件抗折強(qiáng)度達(dá)到186MPa，但抗拉強(qiáng)度最高14.2MPa。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于高速、超硬砂輪的無(wú)鉛微晶玻璃結(jié)合劑。
[0005]本發(fā)明的第二個(gè)目的還在于提供一種超硬材料砂輪。
[0006]第三個(gè)目的還在于提供一種超硬材料砂輪的制備方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)目的，采用如下技術(shù)方案:一種無(wú)鉛微晶玻璃結(jié)合劑，其特征在于是由如下重量份數(shù)的原料組成的混合粉末熔制成的玻璃熔體:Si02 55-65份、Al2O3 6-9份、T12 2-3份、B2O3 9-15份、Na2O 8-10份、Li2O 6-8份、ZnO 8-10份、P2O5 2-3份和Na3AlF6 2-3份。
[0008]比較優(yōu)選的是各原料按如下重量份計(jì):S12 60份、Al2O3 8份、T12 2份、B2O3 12份、Na2O 9份、Li2O 7份、ZnO 9份、P2O5 3份和Na3AlF6 3份。
[0009]本發(fā)明還提供一種超硬材料砂輪，是以金剛石或CBN為磨料以前述無(wú)鉛微晶玻璃結(jié)合劑按重量比2.5-3.2:1形成的節(jié)塊，粘結(jié)于金屬基體上形成的砂輪。
[0010]本發(fā)明還提供了一種上述超硬材料砂輪的制備方法，采用如下步驟:
[0011](1)將5102、厶1203、!102、8203、恥20、1^20、2110、？205和他3厶1卩6混合均勻；
[0012](2)將上述混合料在1300_1350°C熔制成玻璃熔體；
[0013](3)球磨后過(guò)200#篩得玻璃粉待用；
[0014](4)將作為磨料的金剛石或CBN與過(guò)篩后的玻璃粉按體積比2.5-3.2:1的比例，再加入玻璃粉重量0.5-2.0%的糊精粉作為臨時(shí)粘結(jié)劑混合均勻；
[0015](5)在鋼模具中裝填好混合料，壓制成型；
[0016](6)在760-830 V條件下燒結(jié)18小時(shí)以上，冷卻出爐；
[0017](7)在590-610°C保溫至少2小時(shí)形核，在690-710°C保溫至少2小時(shí)晶體成長(zhǎng)；
[0018](8)在金屬基本上粘結(jié)上節(jié)塊。
[0019]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):在S12-Al2O3-B2O3-R2O的基礎(chǔ)上，通過(guò)加入Ti02、Zn0、P205和Na3AlF6，改善結(jié)合劑本身的微晶結(jié)構(gòu)和性能，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)45MPa以上，可以與金剛石或CBN表成適合高速的超硬砂輪，經(jīng)過(guò)實(shí)際工業(yè)應(yīng)用，砂輪比現(xiàn)有S12-Al2O3-B2O3-R2O微晶玻璃結(jié)合劑砂輪壽命提高30 %以上。
具體實(shí)施例
[0020]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，以助于理解本發(fā)明的內(nèi)容。
[0021]實(shí)施例1
[0022]比較優(yōu)選的是各原料按如下重量份計(jì):S12 600g,Al2O3 80g、Ti02 20g、B203120g、Na2〇 90g、Li20 70g、Zn0 90g、P205 30g和Na3AlF6 30g。
[0023]超硬材料砂輪的制備方法，采用如下步驟:
[0024](1)將5102、厶1203、!102、8203、恥20、1^20、2110、？205和他3厶1卩6混合均勻；
[0025](2)將上述混合料在1300_1350°C熔制成玻璃熔體；
[0026](3)球磨后過(guò)200#篩得玻璃粉待用；
[0027](4)將作為磨料的140金剛石與過(guò)篩后的玻璃粉按體積比3:1的比例，再加入玻璃粉重量I Ig的糊精粉混合均勻；
[0028](5)在鋼模具中裝填好混合料，壓制成型；
[0029](6)在800 °C條件下燒結(jié)18小時(shí)，冷卻出爐；
[0030](7)在600°C保溫2小時(shí)形核，在700°C保溫2小時(shí)晶體成長(zhǎng)；
[0031 ] (8)在金屬基體(鋁或鋼)上粘結(jié)上節(jié)塊。
[0032]通過(guò)進(jìn)行檢測(cè)，砂輪的抗拉強(qiáng)度為60MPa。
[0033]實(shí)施例2
[0034]S12 550g、Al203 90g、Ti02 25g、B203 90g、Na20 80g、Li20 60g、Zn0 10g^P2O520g和Na3AlF6 25g。
[0035]超硬材料砂輪的制備方法，采用如下步驟:
[0036](1)將5102、厶1203、!102、8203、恥20、1^20、2110、？205和他3厶1卩6混合均勻；
[0037](2)將上述混合料在1300_1350°C熔制成玻璃熔體；
[0038](3)球磨后過(guò)200#篩得玻璃粉待用；
[0039](4)將作為磨料的140金剛石與過(guò)篩后的玻璃粉按體積比2.5:1的比例，再加入玻璃粉重量5.3g的糊精粉混合均勻；
[0040](5)在鋼模具中裝填好混合料，壓制成型；
[0041 ](6)在760 °C條件下燒結(jié)19小時(shí)，冷卻出爐；
[0042](7)在610°C保溫2小時(shí)形核，在710°C保溫2小時(shí)晶體成長(zhǎng)；
[0043](8)在金屬基體(鋁或鋼)上粘結(jié)上節(jié)塊。
[0044]砂輪抗拉強(qiáng)度為47MPa。
[0045]實(shí)施例3
[0046]S12 650g、Al203 60g、Ti02 30g、B203 150g、Na20 100g、Li20 80g、Zn0 80g、P20525g和Na3AlF6 20g。
[0047]超硬材料砂輪的制備方法，采用如下步驟:
[0048](1)將5102、厶1203、1102、8203、恥20、1^20、2110、？205和他3厶1卩6混合均勻；
[0049](2)將上述混合料在1300_1350°C熔制成玻璃熔體；
[0050](3)球磨后過(guò)200#篩得玻璃粉待用；
[0051](4)將作為磨料的140金剛石與過(guò)篩后的玻璃粉按體積比3.2:1的比例，再加入玻璃粉重量23g的糊精粉混合均勻；
[0052](5)在鋼模具中裝填好混合料，壓制成型；
[0053](6)在830 °C條件下燒結(jié)19小時(shí)，冷卻出爐；
[0054](7)在590°C保溫2.5小時(shí)形核，在690°(:保溫2.5小時(shí)晶體成長(zhǎng)；
[0055](8)在金屬基體(鋁或鋼)上粘結(jié)上節(jié)塊。
[0056]經(jīng)過(guò)檢測(cè)，砂輪抗拉強(qiáng)度為50MPa。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無(wú)鉛微晶玻璃結(jié)合劑，其特征在于是由如下重量份數(shù)的原料組成的混合粉末熔制成的玻璃熔體:S12 55-65份、Al2O3 6-9份、T12 2-3份、B2O3 9-15份、Na2O 8-10份、Li2O6-8份、ZnO 8-10份、P2O5 2-3份和Na3AlF6 2-3份。2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)鉛微晶玻璃結(jié)合劑，其特征在于:所述各原料按如下重量份if: S12 60份、Al2O3 8份、T12 2份、B2O3 12份、Na2O 9份、Li2O 7份、ZnO 9份、P2053份和Na3AlF6 3份。3.—種超硬材料砂輪，其特征在于是以金剛石或CBN為磨料與權(quán)利要求1或2所述的無(wú)鉛微晶玻璃結(jié)合劑按重量比2.5-3.2:1形成的節(jié)塊，粘結(jié)于金屬基體上形成的砂輪。4.一種權(quán)利要求3所述超硬材料砂輪的制備方法，采用如下步驟: (1)將Si02、Al203、Ti02、B203、Na20、Li20、Zn0、P205和Na3AlF6 混合均勻; (2)將上述混合料在1300-1350°C熔制成玻璃熔體； (3)球磨后過(guò)200#篩得玻璃粉待用； (4)將作為磨料的金剛石或CBN與過(guò)篩后的玻璃粉按體積比2.5-3.2:1的比例，再加入玻璃粉重量0.5-2.0%的糊精粉作為臨時(shí)粘結(jié)劑混合均勻； (5)在鋼模具中裝填好混合料，壓制成型； (6)在760-830°C條件下燒結(jié)18小時(shí)以上，冷卻出爐； (7)在590-610°C保溫至少2小時(shí)形核，在690-710 °C保溫至少2小時(shí)晶體成長(zhǎng)； (8)在金屬基本上粘結(jié)上節(jié)塊。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)鉛微晶玻璃結(jié)合劑及超硬材料砂輪和其制備方法，其特征在于是由如下重量份數(shù)的原料組成的混合粉末熔制成的玻璃熔體：SiO2？55-65份、Al2O3？6-9份、TiO2？2-3份、B2O3？9-15份、Na2O？8-10份、Li2O？6-8份、ZnO？8-10份、P2O5？2-3份和Na3AlF6？2-3份。將金剛石或CBN與無(wú)鉛微晶玻璃粉結(jié)合劑按重量比2.5-3.2：1形成的節(jié)塊，粘結(jié)于金屬基體上形成的砂輪。這種砂輪抗拉強(qiáng)度大于45MPa，特別適合線速度大于120m/s的高速砂輪。
【IPC分類(lèi)】C03C10/00, B24D3/14, B24D18/00, B24D3/34
【公開(kāi)號(hào)】CN105666346
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610182022
【發(fā)明人】林增鈴, 陳清波, 林鋒
【申請(qǐng)人】廈門(mén)代盟特超硬材料工具有限公司
【公開(kāi)日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年3月25日