Li_2O对CBN砂轮陶瓷结合剂性能的影响
修整参数对陶瓷cBN砂轮磨削效果的影响
（ ｅａ ｎｖｒ ｔ ｏ ｃ ｎｌ ｙ Ｚ ｅｇｈ ｕ４ ０ ０ ， ｈｎ ） １Ｈ ｎ ｎ Ｕ ｉ ｓｙ ｆ Ｔ ｈ ｏ ｇ ， ｈｎ ｚｏ ５ ０ ７ Ｃ ｉａ ｅ ｉ ｅ ｏ
（ ｈｎｚｏ ｅｅｒ ｓｔｅ ｏ ｂａｉｓ＆ Ｇｉｄ ｇ，ｈｎｚｏ ５０ １ Ｃ ｉａ ２Ｚ ｅｇｈｕＲｓ ｃ Ｉ ｔｕ ｒ ｒｓｅ ａ ｈ ｎ ｉｔｆ Ａ ｖ ｒ ｉ Ｚ ｅｇｈｕ４００ ， ｈｎ ） ｎｎ
关键词
陶瓷 ｃ Ｎ砂轮 ； Ｂ 金刚石滚轮； 表面粗糙度 ； 修整参数
Ｔ ６ ； Ｇ ４ 文献 标 识码 Ｑ１４ Ｔ ７ Ａ Ｄ Ｉ 码 １ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １０ Ｏ编 ０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ０ ６—８ ２ ． ０ ０ ０ ． ０ ｓ ５ Ｘ ２ １ ．２ ０ ６
中图分 类号
ｓｕ ｉ ｄ ｔ ｅ ｒ ｇ ｌｒｔｅ ｆｉｆｕ ｎ ｅ ｏ ｈ ｒ ｓ ｉ ｇｐａａ ｔｒ ｎ ｔ ｅ ｄ ｅ ｓｎｇｅ ｆｃ ． ｅ ｒ ｓ ｔ ｎ ｃ ｔ ｄ ｔ ａ ， ｔ ｄ ｅ ｈ ｅ ｕ ａ ｉ ｓｏ ｌ ｅ ｃ ｆｔ ｅ ｄ ｅ ｓｎ ｒ ｍｅ ｅ ｓｏ ｈ ｒ ｓ ｉ ｆｅ ｔ Ｔｈ ｅ ｕｌ ｉ ｄｉａｅ ｈ ｔ ｉ ｎ ｓ ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｄ ｅ ｓｎ ｒ ｍｏ ａ ｍｏ ｎ ｃ ｅ ｓ ｄ ｆｏ ｅ ｈ ｒ ｓ ｉ ｇ ｅ ｖ ｌ ａ ｕ ｔ ｄｅ ｒ ａ ｅ ｒ ｍ ５ ｘ Ｘ ４ ｏ Ｉｍ Ｘ ３， ｈ ｇ ｏ ｎ ｓ ｒａ ｅ ｏ ｇ ｎ ｓ ｌｍ ｔ ５ ｘ ｔ ｅ ｒ ｕ ｄ ｕ ｃ ｒ ｕ ｈ ｅ ｓ ｆ ｉ ｒ ａ ｅ ｒ ｍ ２ ｍ ｏ０． ７ Ｉｍ ，ｗｈｃ ｔｌ ｗａ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅｏ ｈ ｕｒａ ｅ ｒ ｕ ｈ ｅ ｓｒ ｑｕｒ ｍｅ ｔ ｕ ｓ ｎｃｅ ｓ ｄ ｆｏ ０． ５ ｔ ２ ｘ ｉｈ ｓｉｌ ｓｉ ｈ ａ ｇ ｆｔ ｅ ｓ ｆ ｃ ｏ ｇ ｎ ｓ ｅ ｉｅ ｎ ，ｂ ｔａ ｔ ｅ ｃ ｍｐ ｎ ａｉｎ，ｔｅ ｇｉ ｉ ｇ ｗｈ ｅ ’ ｒ ｉ ｇ ｌｆ ｎ ｒ ａ ｅ ｙ １ ４． ｈ ｎ ｉ ｒ ａ ｉｇ ｔ ｅａ ｉｅ ｍｏ ｅ ｎ ｈ ｏ ｅ ｓ ｔｏ ｈ ｒｎｄ ｎ ｅ ｌ Ｓｗｏ ｋ ｎ ｉ ｉｃ ｅ ｓ ｄ ｂ ／ Ｗ ｅ ｎｃ ｅ ｓｎ ｈｅ ｒ ｌｔｖ ｖ ｍｅ ｔ ｅ ｓ ｅ ｄ ｏ ｈ ｒ ｓ ｉ ｇ ｒ ｌｅ ｅ ｓ ｓ ｔ ｅ ｔ ｅ ｇ ｉｄｉｇ ｗｈ ｅ ，ｔ ｅ ｇ ｏ ｎ ｕ ｆ ｃ ｏ ｇ ｎ ｓ ｎ ｒａ ｅ ｏ ０． ５ ｐ ｅ ｆｔ ｅ ｄ ｅ ｓｎ ｏｌ ｒｖ ｒｕ ｈ ｈ ｒｎ ｎ ｅ ｌ ｈ ｒ ｕ ｄ ｓ ｒａ ｅ ｒ ｕ ｈ ｅ ｓ ｉ ｃ ｅ ｓ ｄ ｆ ｍ ３ ４ ｒ
陶瓷结合剂cBN高速砂轮受力分析
=
[ 1+
13+
00..033·(
0. 0.
03 15
)
2]
= 3. 0×107 Pa
!: 切向应力; : 砂轮密度, 取 2. 2×103kg / m3 ;
∀: 砂轮的破裂速度, ∀= V 工作×k, k 为安全系数取
1. 6;
: 砂轮材料的泊松比, 陶瓷材料取 0. 3;
a: 砂轮内孔半径, m ;
开发、中原内配大马力重型发动机气缸套中英技术合作、华鑫铜箔规模化生产高性能电解铜箔等一批企业自主
创新项目的支持力度。
( 源自: 中国石材网)
21
b: 砂轮外圆半径, m;
因此, 砂轮在 V 工作 = 80m/ s 状态下工作, 砂轮抗 拉强度不得低于( !) max 。要达到如此高的强度, 对于
高温烧成( 烧成温度约 1300℃) 的陶瓷砂轮也许可以
解决, 而对于低温烧成( cBN 砂轮的烧成温度不高于 900℃) 的砂轮则很难实现[ 6] 。因此, 陶瓷基体很难满
陶瓷基体整体式结构的砂轮, 是将工BN 陶瓷砂轮的主要部分。现制造一个工作速度V 工作 = 80m/ s 的薄片砂轮, 其形状及尺寸如图 1 所示。
图 2 砂轮应力分布示意图 F ig . 2 Sket ch o f st ress dist ribution
度 = 2. 2×103 kg / m3 , E= 4. 00×1010Pa , = 0. 30。由 于铝基体与工作层之间各参数相差较大, 而不能把砂 轮简化成连续、均质 的回转盘问题。我们可以使用
ANSYS 有限元分析软件, 对高速旋转的砂轮进行受 力分析, 切向应力分布示意如图 3 所示[ 7] 。
陶瓷结合剂CBN磨具强度的影响因素研究
表 4 不同烧成温度试样的性能
试样
1 2 3
烧结温度 ( ℃) 680 740 780
密度 (g/ cm3)
2138 2151 2155
气孔率 ( %)
3217 2714 2612
抗弯强度 (MPa)
5419 6617 6812
从表 4 可以看出 ,随着烧成温度的提高 ,密度
有所上升 ,气孔率有所下降 ,强度升高 。
由于 C2 结合剂本身强度较高且热膨胀系数 较低 ,所以我们最终选取了 C2 结合剂为 CBN 磨 料所用结合剂 ,并对不同烧结温度的影响进行了 探讨 。我们用 C2 结合剂制备的 CBN 磨具试条分 别在 680 ℃,740 ℃,780 ℃,820 ℃以相同的升温速 度及保温时间进行了烧结 ,其中 820 ℃烧试样变 形 、发泡 ,未测其强度 ,其它温度烧试样强度测试 结果见表 4 。
硅酸盐通报 2002 年第 5 期
研究工作快报
致密的试条 ,分别测试了其抗弯强度 、密度及气孔
率 。其结果如表 2 所示 。
然后又在同样制备条件下 ,以相同的 CBN 磨
料和结合剂配比 ,相同的成型密度制备出同样尺 寸的试条 ,分别在高于其耐火度 40 ℃下烧结 ,其
烧后性能如表 3 所示 。
剂 ,其耐火度如表 1 所示 。 我们以相同的成型密度制备了相同尺寸的结
合剂试条 ,分别在低于其耐火度 30 ℃下烧结成较
作者简介 :李志宏 (1963 年～) ,男 ,博士 ,教授 1 主要从事陶瓷材料及超硬材料的研究 1
46 © 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
CBN砂轮陶瓷结合剂研究中的若干关键问题
文章编号:1005-7854(2006)01-0033-05CBN 砂轮陶瓷结合剂研究中的若干关键问题吕 智1,3,陈国华2,徐西鹏1(1 华侨大学机电及自动化学院,福建泉州362021;2 桂林电子工业学院材料科学与工程系,桂林541004;3 桂林矿产地质研究院,桂林541004)摘 要:为了提升我国陶瓷CBN 砂轮的应用开发水平,分析讨论了国内外陶瓷CBN 砂轮结合剂的研究现状,基于陶瓷CBN 砂轮高速磨削和金属去除率高的特点,认为制造陶瓷CBN 砂轮应同时遵循复合材料制备原理和磨削原理,并提出陶瓷结合剂研究开发中亟待解决的一些关键问题。
关键词:陶瓷结合剂;陶瓷CBN 砂轮;复合材料;中图分类号:TG706 文献标识码:ASOM E KEY PRO BLEM S IN THE ST U DY OF V IT RIFIEDBON DS FOR CBN WH EELSL Zhi 1,C H EN G uo hua 2,X U X i p eng1(1 College of Mechanical Engineer ing and A utomation ,H uaqiao University ,Quanz hou 362021,Fuj ian,China ;2 Dep ar tment of M ater ials Science and Engineering,Guilin University ofElectr onic T echnology ,Guilin 541004,China;3 Guilin Geology I nstitute of Mineral r esource,Guilin 541004,China)ABSTRAC T:In order to raise the level in the development and application of vitrified bond CBN w heels in Chi na,the current status of researching of vitrified bonds for CBN grinding w heels w ere discussed Based on its fea tures of high speed g rinding and high removal rate grinding,the fact w as pointed out that both the principles of fabricating composites and grinding should be follow ed during the manufacture of vitrified bond CBN grinding w heels Some key problems needed to be solved urg ently in the development of the v itrified bonds w ere also put forwardedKEY WORDS:V itrified bond;CBN grinding w heels;Composites;收稿日期:2005-11-17基金项目:广西科学基金2003010作者简介:吕 智,教授级高工,长期从事超硬材料研发工作。
不同造孔剂对陶瓷结合剂性能的影响
河北省自然科学基金项目(598254)不同造孔剂对陶瓷结合剂性能的影响066004 燕山大学材料学院 张习敏 王明智 王艳辉摘 要 本文研究了加入石墨和CaCO 3两种造孔材料对陶瓷结合剂性能的影响。
通过改变加入量和烧结工艺,制备不同的试样,通过测定其抗折强度、气孔率和SE M 照片观察,结果发现:石墨加入量和烧结温度影响陶瓷结合剂强度;当石墨加入量较少,烧结温度较低时,其强度较好;CaCO 3的加入量对磨具的抗折强度影响不明显,但影响成孔的尺寸,在允许的范围内加入量越多,得到的气孔尺寸越大,气孔分布均匀,孔壁光滑;CaCO 3的造孔效果比石墨好。
ABSTRAC T The performances of vitrified bond influenced by the addition of two kinds of pore inducing materials namely graphite and CaCO 3are studied.The various samples were prepared by changing additive content and sintering pro cess,and then tested by measuring their bending strength and porosity and by SE M observation.The results are as follows:the strength of vitrified bond mainly depends on the content of graphite additive and the sintering temperature;better mechanical strength of samples sintered at lower temperature is obtained when additive c ontent of graphite is low;the additive c ontent of CaC O 3has no obvious effect on the bending strength of abrasive tools,but on the size of pore induced;in the range of allow able additive content,the higher the content of CaC O 3,the bigger the pore size;the distribution of pore the sample is homoge neous and the inside wall is smooth;the pore inducing effect of CaCO 3is better than that of graphite.关键词 石墨 CaCO 3 抗折强度 气孔率 SE MKEYW ORDS graphite CaCO 3 bending strength porosity SEM 1 前言陶瓷结合剂CB N 磨具以它特有性能在黑色金属加工方面应用十分广泛。
成孔剂对陶瓷结合剂CBN磨具结构与性能影响的研究
成孑 Ｌ 剂 对 陶瓷 结 合 剂 Ｃ Ｂ Ｎ 磨 具 结 构 与性 能 影 响 的研 究
侯 永 改 ，路 继 红 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 ，郑 州 ４ ５ ０ ０ ０ １ ）
摘 要 主 要 研 究 成 孔 剂 对 陶瓷 结 合 剂 Ｃ Ｂ Ｎ 磨 具 结 构 与 性 能 的影 响 。在 陶 瓷 结 合 剂 Ｃ Ｂ Ｎ 磨 具 中添 加 不 同类
２ Ｏ １ ４年 ２月
第 １期
金 刚 石 与 磨 料 磨 具 工 程
Ｄｉ ａ ｍｏ ｎ ｄ ＆ Ａｂ ｒ ａ ｓ ｉ ｖ ｅ ｓ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
Ｆｅ ｂ ２ ０１ ４
第３ ４卷
总第 １ ９ ９期
Ｎ ｏ． １ Ｖｏ １ ． ３４ Ｓｅ ｒ ｉ ａ ｌ １ ９９
ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ａ ｎｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ．Ｔｈｅ ｅ ｘｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ ｓ ｈｏ ｗ ｔ ｈａ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ａｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｐ ｏｒ ｅ ｆ ｏｒ ｍｅ ｒ ｓ Ａ１ ａ ｎｄ Ｃ１，ｔ ｈｅ ｐ ｏｒ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｅ ｖ ｅ ｎ ｌ ｙ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ａ ｂｒ ａ ｓ ｉ ｖ ｅ ｓ ａ ｍ ｐｌ ｅ ｓ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｃ ｏｍｐａ ｒ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ａｂ ｒ ａ ｓ ｉ ｖ ｅ ｓ ａ ｍ ｐｌ ｅ ｓ ｗｉ ｔ ｈｏ ｕｔ ｐｏ ｒ ｅ ｆ ｏｒ ｍｅ ｒ， ｔ ｈｅ ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｂ ｅ ｎｄ ｉ ｎｇ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ｔ ｈｏ ｓ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｐｏｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｒ ｓ ｉ ｓ ｌ ｅ ｓ ｓ．Ｔｈｅ ｐ ｏ ｒ ｉ ｎｇ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｐ ｏ ｒ ｅ ｆ ｏｒ ｍｅ ｒ Ａ１ ｉ ｓ ｂｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈａ ｎ ｔ ｈ ａｔ ｏｆ Ｃ１，ｂｕ ｔ Ｃ１ ｃ ａ ｎ ｉ ｎｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｔ ｈｅ
CBN研磨盘用陶瓷结合剂的研究
2009年2月第1期 总第169期金刚石与磨料磨具工程D ia m ond&A brasives Eng i nee ri ngF eb.2009N o.1 Seria.l169文章编号:1006-852X(2009)01-0075-04CBN研磨盘用陶瓷结合剂的研究*侯永改1 彭 进1 乔桂英2 丁春生3 邹文俊1 廖 波2(1.河南工业大学材料科学与工程学院,河南郑州450007)(2.燕山大学材料科学与工程学院,河北秦皇岛066004)(3.郑州磨料磨具磨削研究所,郑州450013)摘 要 本文对三种低温陶瓷结合剂的性能进行综合研究,结果发现:耐火度为775 ,流动性为110% ~130%,线膨胀系数为5.7910-6 -1的低温陶瓷结合剂V2的综合性能优异。
通过差热分析发现,在测定温度范围内结合剂V2没有明显的晶相产生。
用结合剂V2制备的陶瓷结合剂CB N磨具试样在800 烧成后,磨具试样的抗弯强度达到最佳值67.5M Pa。
制备的磨盘在磨削时锋利性好,磨削中间修整次数少,磨盘的耐用度高。
运用扫描电子显微镜(SE M)对磨削后CBN磨片的磨削面形貌进行观察,表明结合剂对磨粒黏结牢固,断面组织均匀。
关键词 CBN研磨盘;陶瓷结合剂;强度中图分类号 TG74 文献标识码 ASt udy on vitrified bond for CBN face gri ndi ng wheel Hou Yonggai1 Peng Ji n g1 Q i a o Gui y i n g2 Din g Chunsheng3 ZouW enjun1 Li a o Bo1(1.C olle ge of M aterials Science and Eng ineering,H enan University of T echnology,Zhengzhou450007,China)(2.C olle ge of M a terials Science and E ng ineering,Yanshan University,Q inhuangdao066004,China)(3.Zhengzhou R esearch Institute for A brasives and G rinding,Zhengzhou450013,China)Abst ract Properties o f three different k i n ds of l o w te m perature vitrified bondsw ere st u died.Itw as found that v itr ified bond V2,o f w hich refractory w as775 ,fluidity w as110%~130%,ther m al expansion w as5.7910-6 -1,had good co lli g ation properti e s.TG and TGA ana lysis resu lts sho w ed that no crysta ls w ereobserved i n bond i n t h e testi n g te m perat u re.The flexura l strength of CBN tools m ade w ith vitrified bond V2 w ere67.5M Pa when si n tered under te m perature800 .V itrified bond CBN too ls w ere tested and show ed good sharpness,long life and no need of dressi n g duri n g the m ach i n i n g.The ground surface o f vitrified bond CBN too lw as investi g ated by m eans o f scann i n g electron m icroscope(SE M),and itw as found that CBN g rits w ere bonded fir m ly by v itrified bond and w it h unifor m m icrostr ucture.K eyw ords CBN face grinding w hee;l v itrified bond;streng t h*河南省重点科技攻关项目072102230005金刚石与磨料磨具工程总第169期0 前言陶瓷结合剂CB N 研磨盘,由于其磨削能力强,形状保持性好,磨具自锐性好,在磨削过程中修整次数少[1-4],磨出工件的尺寸精度高、表面粗糙度低,适合数控磨床的自动化磨削加工,在空调压缩机的活塞、叶片等加工中有突出的优越性。
一种新型陶瓷结合剂cBN砂轮_MUSCLE砂轮
第20卷第1期 超 硬 材 料 工 程V ol.202008年2月SU P ERHAR D M A T ER IA L EN G IN EERIN GFeb.2008一种新型陶瓷结合剂cBN 砂轮-M U SCLE 砂轮[日] 野野川岳司中图分类号:T Q 164 文献标识码:A 文章编号:1673-1433(2008)01-0049-030 前言经济活动的全球化正在迅速发展,从与廉价进口产品竞争的必要性来看,日本的制造业一方面要生产富有吸引力的产品,一方面要有比以往更高的低成本意识。
在这种要求降低生产成本的背景下,在磨削加工领域,作为适合提高生产率、减轻劳动强度和自动化等要求的磨具,积极地引进了超硬磨料砂轮。
超硬磨料砂轮,尤其是陶瓷结合剂cBN 砂轮,虽然需要修锐器等专用装置,但在机床上便于整形和修锐,因此其应用现已扩大到汽车部件、轴承等各种领域。
则武( !)集团一直生产这种cBN 砂轮,向用户供货,同时积极致力于cBN 砂轮应用技术的开发[1～2]。
并在过去积累起来的cBN 砂轮磨削机理研究的基础上,开发出一种新型陶瓷结合剂cBN 砂轮-M U SCLE 砂轮(图1)图1 M U SCLE 砂轮的电子显微镜照片1 M U SCL E 砂轮的结构与特征cBN 磨料等超硬磨料的成本远远高于氧化铝等普通磨料,如何将各种磨料有效地应用于磨削作业,对发挥磨具的性能特别重要。
作为磨具的cBN 砂轮,从开始使用到报废,期间磨粒切削刃的修整和伴随磨削的磨粒切削刃的钝化反复发生。
图2为砂轮工作面磨粒切削刃变化的模拟图。
1.1 砂轮工作面的变化从以往cBN 砂轮磨削机理的研究获悉,由于修锐形成的磨粒切削刃在磨削作业中受到载荷的作用,一方面发生切削刃尖端微破碎(情况 ),一方面发生切削刃整体脱落或严重破碎(情况 )。
如果砂轮工作面变化很大,不能维持要求精度,为了恢复磨具的性能,应进行修整(情况 )。
情况 和情况 分别用模拟图表示,但在实际磨削作业中同时发生。
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2006年10月总第155期 第5期金刚石与磨料磨具工程D ia mond&Abrasives EngineeringOct ober.2006Serial.155 No.5文章编号:1006-852X(2006)05-0087-03L i2O对CBN砂轮陶瓷结合剂性能的影响3马文闵 万 隆 刘小磐 汪 洋(湖南大学材料科学与工程学院,长沙410082)摘 要 本文研究了陶瓷结合剂中L i2O的含量对陶瓷结合剂性能的影响。
实验表明结合剂的耐火度随L i2O含量的增加而降低,而在碱金属总量不变的情况下,结合剂的耐火度随L i2O含量的增加反而有所上升。
当结合剂中碱金属氧化物含量较低时结合剂的抗折强度随L i2O含量的增高而提高,当R2O/(B2O3+A l2O3)的摩尔比为1.03时强度达到最高值;同时L i2O的加入可以改善结合剂与C BN磨料的润湿性。
关键词 陶瓷结合剂;L i2O;CBN砂轮中图分类号 TG74 文献标识码 AEffect of L i2O con ten t on properti es of CBNgr i n d i n g wheel v itr i f i ed bondM a W enm i n W a n Lo ng L i u Xiaop a n W ang Ya ng(M aterial Science and Technology College of Hunan U niversity,Changsha410082,Ch ina)Abstract I n this paper the influence of L i2O content on p r operties of vitrified bond is investigated.Experi m ent result shows that the refract oriness decreased with the increase of L i2O content;when the gr oss content of the R2O is constant,the refract oriness increased with the additi on of L i2O.The vitrified bond bent strength was als o enhanced as the L i2O content went higher and the bent strength reach the maxi m al value,when the mol rate of R2O/(B2O3+A l2O3)is1.03.A t the sa me the wettability bet w een vitrified bond and C BN abrasive grain was i m p r oved by additi on of L i2O.Keywords vitrified bond;L i2O;CBN grinding wheel 陶瓷结合剂CBN砂轮具有耐用度高、砂轮磨损小、磨削比高、磨削稳定性好、磨削精度高等优点[1],目前在工业发达国家较为普遍的用于汽车、轴承、齿轮、及工具行业,并已取得了非常显著的使用效果[2-3]。
硼玻璃结合剂由于其热膨胀系数与CBN磨粒大致相当,并且与磨粒的湿润性好,是CBN磨具的主要结合剂体系之一。
本文研究了L i2O对硼玻璃结合剂各种性质的影响。
1 实验按普通陶瓷结合剂的制备方法制备不同L i2O含量的结合剂,各种结合剂的理论成分配比如表1所示。
先将按理论需要量称量好的各种原料在研钵中研磨均匀,然后装入坩埚。
在空气气氛中将结合剂在1200～1250℃进行熔炼。
待原料完全熔融后倒入盛有水的铁盆中水淬。
水淬后的原料用X M-4行星快速研磨机以800r/m in,湿磨60m in,取出干燥后过200目筛即可获得结合剂。
本实验采用SCN-802造型材料耐火性能测试仪测定耐火度。
测试试样为 8×10mm圆形柱,升温速度为5℃/m in,1.01×105MPa下氩气保护,当温度接近材料耐火度时,每升高10℃保温1h,圆柱体的边角变圆时的温度即为材料耐火度。
将各种结合剂在其耐火度以上30℃的温度进行烧结,烧结出来的试样加工成40×5×5mm的试样条,并研磨抛光,采用SKZ-500型数显抗折试验机测定试样的抗折强度。
选取刀口的跨距为30mm,加荷速度为9.8±0.1 N・S-1。
用不同结合剂制备CBN砂轮样品,砂轮砂结比为7∶3,烧结温度为其结合剂耐火度以上50℃。
在3湖南省长沙市科技局资助项目。
金刚石与磨料磨具工程总第155期日本J MS-5600LV型扫描电子显微镜下观察不同结合剂砂轮的组织结构。
表1 不同陶瓷结合剂理论的成分摩尔比Tab.1 The m ol ra ti o of acade m i c co m ponen tof d i fferen t v itr i f i ed bonds试样编号L i2O B2O3Si O2A l2O3Na2O12.210.672.65.39.323.910.670.95.39.335.610.669.25.39.347.210.667.65.39.358.810.666.05.39.32 实验结果与讨论2.1 L i2O含量对结合剂耐火度的影响图1为L i2O含量对结合剂耐火度的影响,图中曲线表明,L i2O的加入明显降低了陶瓷结合剂的耐火度,且随着其含量的增加,耐火度降低更为迅速,助熔效果也更显著。
这是由于在陶瓷结合剂中,存在着由硼氧四面体[BO4]和硅氧四面体[Si O4]组成的三维网络结构。
当R2O含量较低时,结合剂中的硼氧三面体[BO3]和铝氧八面体[A l O6]会获得R2O提供的自由氧形成硼氧四面体[BO4]和铝氧四面体[A l O4],参与网络构成,只有极少数的自由氧会破坏玻璃网络中的Si-O-Si以及B-O-B结构,打断了硅氧网络。
当自由氧的量超过了A l3+与B3+形成四面体所需时,多余的自由氧会直接与Si成键,断开桥氧键,使得陶瓷结合剂的耐火度迅速降低。
所以,随着L i2O的加入,结合剂的耐火度前期下降较慢,后期下降较快。
图1 L i2O含量对结合剂耐火度的影响Fig.1 I nfluence of L i2O content upon the refract oriness以2#结合剂为基础,在保持R2O总量不变的情况下,调节L i2O和Na2O的相对含量,分别测量它们的耐火度,测定结果见图2。
从图中可以看出,随着越来越多的L i2O替代Na2O,结合剂的耐火度有比较明显的上升趋势。
L i2O和Na2O都属于碱金属氧化物,和Na2O 相比,L i+的半径(0.68!)比Na+的半径(0.98!)小,L i -O的单键强要比Na-O的单键强要大,所以在结合剂中,L i2O提供自由氧的能力要比Na2O要低,它破坏硅氧网络的能力要小。
因此,L i2O的助熔效果要低于Na2O。
图2 R2O含量为13.2%时L i2O和Na2O的相对含量对结合剂耐火度的影响Fig.2 I nfluence of content rati o of L i2O and Na2O upon the refract oriness when the content of R2O is13.2%2.2 L i2O含量对结合剂抗折强度的影响试样的抗折强度测试结果如图3所示。
图3 L i2O含量对结合剂抗折强度的影响Fig.3 I nfluence of L i2O content upon the bent strength of vitrified bond从图3中可以看出,结合剂中L i2O的含量对抗折强度的影响很大。
当结合剂中的碱金属氧化物含量较低时,随着L i2O的加入,结合剂的强度逐渐增加,本试验中当L i2O的摩尔含量为7.2%时,结合剂的抗折强度达到最大值78MPa,L i2O的含量进一步提高时,结合剂的抗折强度又迅速降低。
在硼硅酸盐玻璃中,如果不加入碱金属氧化物,硼88 第5期马文闵等:L i2O对CBN砂轮陶瓷结合剂性能的影响原子和氧原子形成三面体,以[BO3]形式存在,属于层状或链状结构,强度很低。
随着碱金属氧化物的加入,一些硼原子和铝原子夺取碱金属氧化物中的氧,转变为四面体,B3+和A l3+变为4配位。
在本实验条件下,当结合剂中的(L i2O+Na2O)/(B2O3+A l2O3)=1左右,硼原子和铝原子几乎全部完成了配位状态的转变。
[BO4]、[A l O4]和[Si O4]三者相连形成的三维网络,构成结合剂主体,R+填充在网络的孔隙中。
[BO4]和[A l O4]的体积比[Si O4]的体积小,其结构比由单一的[Si O4]形成的网络更加致密,因此力学性能更好。
当L i2O含量进一步提高时,多余的自由氧将会破坏网络中的“桥氧键”在网络中起断链的作用,使结合剂的抗折强度下降。
2.3 L i2O含量对CBN微观结构的影响当温度超过900℃时,CBN表面的氧化膜将会与结合剂中的Na2O反应[4],降低CBN磨料的锐利性。
这就要求CBN砂轮陶瓷结合剂具有较低的熔点。
从图4、5中可以看到烧结后的砂轮中,CBN磨料的棱角依然很明显,这说明在烧结过程中CBN未发生转变。
虽然用4#结合剂制备的CBN砂轮的烧结温度要低于2#结合剂制备的砂轮,从图中还是可以看出,4#结合剂对CBN的包裹情况明显比2#砂轮要好,这是因为在4#结合剂中的L i2O的含量高于2#结合剂,在降低结合剂的耐火度的同时也降低了高温下结合剂的粘度,提高了结合剂和CBN之间的润湿性。
图4 2#结合剂砂轮微观结构Fig.4 M icr ostructure of sa mp le2图5 4#结合剂砂轮微观结构Fig.5 M icr ostructure of sa mp le43 结论在硼玻璃体系的CBN砂轮陶瓷结合剂体系中,结合剂的耐火度随着L i2O含量的增加而降低,在碱金属总量不变的情况下,结合剂的耐火度随L i2O含量的增加反而有所上升。
结合剂中的碱金属氧化物含量较低时,随着L i2O的加入,结合剂的强度逐渐增加,在(L i2O+Na2O)/(B2O3+A l2O3)=1.03时结合剂的抗折强度达到最大。
L i2O含量的增加有利于改善结合剂和CBN之间的润湿性。
参考文献1 陈敢新、吕智.CBN砂轮陶瓷结合剂研究进展[J].金刚石与磨料磨具工程,2003,(5):35-40.2 吴孔友.CBN在切削加工中的应用实例[J].工具技术,2005,(6):85-863 张念德、张承红.磨削技术的发展[J].精密制动与自动化,2003,(3):21-224 王光祖.超硬材料[M].郑州:河南科技出版社,1996作者简介马文闵,男,1978年生,硕士研究生,现从事超硬材料磨具的研究。