超硬材料磨具的研究和发展动态
超硬磨具新进展课件
03
超硬磨具的性能提升与多 元化应用
超硬磨具的性能提升
新型超硬材料研发
精密制造技术
通过研发新型的超硬材料，如氮化硼、碳 化硅等，提升超硬磨具的硬度和耐磨性， 使其能够更有效地加工高硬度材料。
采用先进的粉末冶金、高温高压合成等精 密制造技术，提高深硬磨具的致密度和均 匀性，进一步改良其性能。
复合涂层技术应用
超硬磨具新进展课件
contents
目录
• 超硬磨具概述 • 超硬磨具的新技术与新材料 • 超硬磨具的性能提升与多元化应用 • 超硬磨具的未来发展趋势与挑战
01
超硬磨具概述
超硬磨具的定义和分类
定义
超硬磨具是指利用金刚石、立方氮化 硼等超硬材料制成的磨具。
分类
按照制造材料不同，超硬磨具可分为 金刚石磨具和立方氮化硼磨具两大类 。按照制品形态不同，可分为砂轮、 砂带、砂纸、研磨膏等多种形态。
技术创新与应用拓展
随着科技的不断进步，新的磨削技术和应用场景不断涌现。超硬磨具企业需要紧跟技术发 展趋势，加强技术创新和应用拓展，以满足市场的多样化需求。
国际竞争与合作
在全球范围内，超硬磨具领域存在着猛烈的国际竞争。加强国际合作与交流，提高自主创 新能力，是超硬磨具企业在国际市场中取得竞争优势的关键。
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THANKS
超硬磨具的市场现状
市场规模
随着制造业的持续发展和升级， 超硬磨具市场规模不断扩大，市
场前景广阔。
市场竞争
国内超硬磨具制造企业数量众多， 市场竞争猛烈，企业需不断提高产 品质量和技术水平以保持市场竞争 力。
市场趋势
随着新技术的不断涌现和应用，超 硬磨具制造将不断向高精度、高效 率、环保等方向发展。
超硬材料的研究进展
超硬材料的研究进展超硬材料是一种具有极高硬度、强度和耐磨性的新型材料。
由于它的独特性质，广泛应用于工业、医疗、军事等领域，是当前材料科学研究的热点之一。
随着科技的不断进步，越来越多的先进技术被应用到超硬材料的研究中，使得其性能和应用范围得到了极大的拓展。
本文将对超硬材料的研究进展进行探讨。
一、超硬材料的发展历程超硬材料的研究可以追溯到19世纪末，当时科学家们对碳化物这种材料的特殊性质非常感兴趣。
20世纪初，德国科学家A. W. DeRosset首次制备出钨铁硼（WC-Co）超硬合金材料，此后，在1940年代至1950年代，美国的鲁德克显微硬度试验机的发明为超硬材料的研究提供了直观的手段。
1960年代至1970年代，欧美等国家开始大规模生产超硬合金，如模具、刀具和磨削工具。
随着电子、通讯、能源等新技术的不断发展，超硬材料的应用逐渐拓展到电子、通讯、医疗、航空和航天等领域。
二、超硬材料的种类和特点目前，超硬材料主要包括金刚石、CBN、陶瓷和碳化硅等四种。
其中，金刚石是最早被发现的超硬材料之一，具有极高的硬度，可以用于制作工业用刀具、电子元件和成型模具等。
CBN则比金刚石更为耐磨和耐热，适用于高速切削、高温切削和精密磨削。
陶瓷是稳定化氧化铝、氮化硅和碳化硅等无机陶瓷制品，是一种高硬度、高强度、高韧性和高抗磨损性的材料。
碳化硅是具有高硬度、耐磨性和耐高温性的陶瓷材料，可用于制造深井泵、汽车发动机部件和航空航天器件等。
超硬材料的特点是硬度高、热稳定性好、耐磨性强、化学惰性好、导热性能低和脆性大。
它的硬度高达3000—10000HV，可以切削大多数材料。
在高温、高压等恶劣环境下，超硬材料仍能保持较好的物理和化学性能，耐腐蚀能力强但韧性差。
三、超硬材料的制备方法超硬材料的制备方法包括高温高压合成法、化学气相沉积法、化学物质汽相沉积法、热丝蒸发沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、激光沉积法和热处理法等。
高温高压合成法是制备单晶金刚石和CBN的主要方法，即用高温高压下的钻石晶种作为种子，通过添加石墨和金属触媒，在5–6GPa、1500–1800°C的条件下熔融钻石结晶生长。
2023年超硬材料及制品行业市场分析现状
2023年超硬材料及制品行业市场分析现状超硬材料指的是硬度在2000MPa以上的材料，包括金刚石、立方氮化硼（cBN）等。
超硬材料具有极高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，被广泛应用于各个行业，如机械制造、汽车制造、航空航天等。
超硬材料及制品行业市场分析现状主要包括以下几个方面。
首先，超硬材料及制品行业市场规模正在逐渐扩大。
由于超硬材料的特殊性能，越来越多的行业开始意识到其重要性，并将其应用于生产中。
根据统计数据，全球超硬材料市场规模在过去几年中有了显著的增长，预计在未来几年中将继续保持较高的增长率。
特别是随着现代工业的发展和对高效加工技术的需求增加，超硬材料的市场需求将进一步扩大。
其次，超硬材料及制品行业市场竞争激烈。
随着市场的扩大，越来越多的企业涌入超硬材料行业，导致市场竞争日趋激烈。
目前，国际上超硬材料行业的主要竞争对手主要有美国的Element Six、德国的Sandvik Hyperion、日本的Sumitomo Electric、中国大陆的新金刚等。
这些企业在技术研发、产品质量和市场拓展方面具有一定的优势，使得市场份额分布格局持续变化。
再次，超硬材料及制品行业市场需求呈现多元化特点。
随着各个行业对超硬材料需求的不断增加，市场呈现出多元化的发展趋势。
例如，在机械制造行业，超硬材料被广泛应用于车削、钻孔、铣削等加工过程中；在汽车制造行业，超硬材料被用于制作引擎散热器、曲轴和气门座圈等关键零部件；在航空航天等高端制造领域，超硬材料被用于制作喷气发动机的叶片、涡轮等。
由于各行业对超硬材料的需求差异，因此超硬材料及制品行业呈现出细分化和专业化的特点。
最后，超硬材料及制品行业技术创新和产业升级势在必行。
超硬材料是高科技材料，其研发和应用需要持续的技术创新和产业升级。
尽管目前一些国际企业在技术研发和产品质量方面处于领先地位，但中国的超硬材料及制品行业也在积极探索和推进技术创新。
例如，新金刚等一些国内企业在超硬材料的生产工艺、产品性能和应用技术方面取得了一定的突破，正在逐渐走向国际市场。
超硬材料行业现状与发展趋势
超硬材料行业现状与发展趋势超硬材料是一种具有极高硬度和耐磨性的材料，广泛应用于工业领域。
随着科技的不断进步和工业的发展，超硬材料行业也在不断发展壮大。
本文将从超硬材料行业的现状和发展趋势两个方面进行探讨。
我们来看一下超硬材料行业的现状。
目前，超硬材料主要包括金刚石和立方氮化硼两种。
金刚石是目前已知最硬的材料，具有优异的热导性和化学稳定性，广泛应用于切割、磨削、钻孔等领域。
立方氮化硼则是一种新兴的超硬材料，硬度接近金刚石，但价格相对较低，被广泛应用于切削工具、陶瓷加工等领域。
超硬材料行业在近年来取得了显著的发展。
首先，随着工业自动化水平的提高，对高效、精密加工的需求不断增加，超硬材料的应用范围也在不断扩大。
例如，在汽车制造业中，超硬材料被广泛应用于发动机零部件的加工，提高了加工效率和产品质量。
其次，随着新材料的不断涌现，超硬材料也在不断创新和改进。
研究人员通过改变超硬材料的微观结构和添加其他元素，提高了其性能和应用范围。
这为超硬材料行业的发展带来了新的机遇。
接下来，我们来探讨一下超硬材料行业的发展趋势。
首先，随着科技的进步，超硬材料的制备技术将会更加先进和成熟。
目前，超硬材料的制备主要依赖于高温高压技术，但这种方法成本高、效率低。
未来，随着新的制备技术的引入，超硬材料的制备成本将会降低，生产效率将会提高。
其次，超硬材料的应用领域将会更加广泛。
随着新兴产业的兴起，对高性能材料的需求也在不断增加。
超硬材料具有优异的性能，将会在新兴产业中得到更广泛的应用，如航空航天、新能源等领域。
超硬材料行业还面临一些挑战和问题。
首先，超硬材料的价格相对较高，限制了其在一些领域的应用。
其次，超硬材料的加工和制备技术还需要进一步改进和完善，以满足不同领域的需求。
最后，超硬材料的环保性和可持续性也是一个重要的问题，需要在制备和应用过程中加以考虑。
超硬材料行业在现阶段取得了显著的发展，并且具有广阔的发展前景。
随着科技的进步和工业的发展，超硬材料的应用范围将会更加广泛，制备技术也将会更加先进和成熟。
2024年超硬材料及制品市场规模分析
2024年超硬材料及制品市场规模分析引言超硬材料是一类具有极高硬度和耐磨性的材料，在众多应用领域具有重要地位。
这些材料的特殊性质使得它们在制造行业，特别是切削工具、磨料工具和矿山机械等领域有广泛应用。
本文将对超硬材料及制品市场规模进行分析，探讨其发展现状与未来趋势。
超硬材料市场概述超硬材料市场包括聚晶金刚石（PKD）、立方氮化硼（CBN）和碳化硅（SiC）等材料。
这些材料因其硬度高、抗磨损性能好和化学稳定性高而受到广泛关注。
超硬材料主要用于制造切削工具、磨料工具、矿山机械以及钻石工具等。
超硬材料及制品市场规模根据市场研究机构的数据显示，超硬材料市场规模不断扩大。
据统计，2019年超硬材料市场规模达到了约100亿美元，并预计到2025年将达到130亿美元。
这表明超硬材料市场具有持续增长的趋势。
切削工具领域市场规模切削工具是超硬材料的主要应用领域之一。
切削工具领域市场规模不断扩大，主要受益于汽车、航空航天、能源等行业的发展。
据研究机构的数据显示，2019年全球切削工具市场规模约为50亿美元，预计到2025年将达到70亿美元。
磨料工具领域市场规模磨料工具是另一个重要的超硬材料市场领域。
磨料工具在制造、建筑和航空航天等行业中有广泛应用。
根据统计数据，2019年全球磨料工具市场规模约为20亿美元，预计到2025年将达到30亿美元。
其他应用领域市场规模除了切削工具和磨料工具领域，超硬材料还在矿山机械、钻石工具和电子材料等领域有应用。
这些领域市场规模也呈上升趋势。
预计到2025年，超硬材料在这些领域的市场规模将分别达到5亿美元、10亿美元和15亿美元。
市场发展趋势超硬材料市场在未来将继续保持增长。
以下是几个市场发展趋势：1.技术进步驱动市场增长：随着科技的进步，超硬材料制造技术不断改进，产品性能得到提升，这将推动市场的增长。
2.产业升级带来需求增加：汽车、航空航天、能源等行业的发展对超硬材料的需求不断增长，特别是对高精度和高效切削工具的需求。
2023年超硬材料行业市场调查报告
2023年超硬材料行业市场调查报告超硬材料是一类具有极高硬度的材料，常见的有金刚石和立方氮化硼。
由于其特殊的物理和化学性质，超硬材料在工业生产和科学研究中有着广泛的应用。
本文将对超硬材料行业进行市场调查，分析其发展趋势和市场潜力。
一、行业概况超硬材料行业是一种新兴的高技术产业，目前市场规模较小，但发展潜力巨大。
超硬材料广泛应用于切削、磨削、钻孔、抛光等工艺，是制造业的重要基础材料。
随着工业升级和科技进步，超硬材料市场需求不断增加。
二、市场需求分析1.汽车制造业随着汽车产业的发展，对汽车零部件的要求越来越高，超硬材料在汽车制造中具有重要的应用价值。
例如，刀具、钻头等使用超硬材料可以提高切削精度和效率。
预计未来几年汽车制造业对超硬材料的需求将持续增长。
2.机械制造业超硬材料在机械制造业中应用广泛，例如，在模具制造、加工精密零部件等领域。
机械制造业的发展需要超硬材料提供高质量的切削和磨削工具，对超硬材料的市场需求也将不断增长。
3.航空航天工业航空航天工业是超硬材料行业的重要应用领域之一。
超硬材料在航空航天领域的应用包括切削工具、机械零部件等。
随着航空航天工业的发展，对超硬材料的需求也将不断增加。
4.电子工业随着电子工业的迅速发展，对高硬度和高热稳定性材料的需求也在不断增加。
超硬材料可用于制作电子元器件，并可提供高精度、高效率的加工工具，对电子工业的发展具有重要意义。
三、发展趋势分析1.技术升级超硬材料行业将继续进行技术创新和升级，提高材料的质量和性能，以满足市场的需求。
例如，开发新型的金刚石合成方法，提高合成效率和纯度，降低成本。
2.市场规模扩大随着各个行业对超硬材料需求的增加，超硬材料行业的市场规模将不断扩大。
据市场分析，未来几年超硬材料行业的年均复合增长率将达到10%以上。
3.行业竞争加剧随着市场需求的增加，超硬材料行业的竞争也将越来越激烈。
新进入市场的企业将与现有企业展开竞争，技术和质量成为企业竞争的重要因素。
新材料产业——超硬材料产业研究分析报告
新材料产业——超硬材料产业研究分析报告超硬材料是一种具有极高硬度和优异耐磨性能的新材料，主要用于切割、钻孔、磨削和抛光等工业领域。
随着科技的进步和工业的发展，超硬材料产业正逐渐成为一个具有巨大潜力和市场需求的新兴行业。
本文将从市场规模、行业发展趋势和竞争格局等方面对超硬材料产业进行研究分析。
首先，超硬材料产业的市场规模日益扩大。
目前，全球各个领域对超硬材料的需求不断增加。
例如，在汽车制造业中，超硬材料可以用于制造发动机零部件，提高发动机的耐磨性和寿命；在航空航天领域，超硬材料可以用于制造高速切削工具和摩擦材料，提高飞机的安全性和性能。
因此，超硬材料产业具有广阔的市场前景和发展空间。
其次，超硬材料产业的发展趋势逐渐明确。
随着科技的进步，超硬材料的研发和生产技术不断提升，新型超硬材料的问世也不断推动产业的发展。
例如，纳米超硬材料的出现使得超硬材料的硬度和耐磨性能进一步提高，可以满足更高要求的工业应用。
此外，超硬材料的应用范围也在不断扩大，涉及到电子、光电子、医疗器械等多个领域。
因此，超硬材料产业未来有望实现更广泛的发展。
再次，超硬材料产业的竞争格局较为激烈。
目前，全球范围内有多家超硬材料生产企业，如三菱材料、佐藤硬质合金等，它们在超硬材料领域具有较强的技术实力和市场竞争力。
此外，一些国家和地区也在加大对超硬材料产业的支持力度，通过政策引导和资金扶持等方式，培育本土超硬材料企业的发展。
因此，超硬材料产业的竞争将更加激烈，企业需要不断创新和提高产品质量，才能在市场竞争中占据优势地位。
最后，超硬材料产业还面临一些挑战和问题。
首先，超硬材料的生产成本较高，导致产品价格较高，限制了其在一些领域的应用。
其次，超硬材料的加工和应用技术相对复杂，需要高水平的技术人才和设备支持。
此外，超硬材料的环保性和可持续性也是一个重要问题，需要企业在生产过程中注重环境保护和资源利用。
综上所述，超硬材料产业是一个具有巨大潜力和市场需求的新兴行业。
我国超硬材料的现状与发展
我国超硬材料的现状与发展我国超硬材料的现状与发展超硬材料是指硬度高于天然金刚石的材料，主要包括多晶立方氮化硼（PCBN）和多晶金刚石（PCD）。
这些材料具有极高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，被广泛应用于机械加工、矿山开采、石油勘探等领域。
我国超硬材料的研究和应用起步较晚，但近年来取得了长足的进展。
一、现状目前，我国超硬材料的生产和应用已经进入了快速发展的阶段。
据统计，我国超硬材料的年产量已经超过了全球总产量的50%以上。
其中，多晶立方氮化硼和多晶金刚石的生产量分别占到了全球总产量的80%和70%以上。
我国超硬材料的主要生产企业有新金刚石、中联重科、中钢天源等。
这些企业在技术研发、生产工艺、产品质量等方面都取得了显著的进展。
二、发展趋势未来，我国超硬材料的发展趋势主要体现在以下几个方面：1. 技术创新超硬材料的研究和应用需要不断的技术创新。
未来，我国超硬材料的研究和应用将会更加注重技术创新，尤其是在材料的制备、加工和表面处理等方面。
同时，还需要加强与其他领域的交叉融合，推动超硬材料的多元化应用。
2. 产业升级超硬材料产业是一个高技术含量、高附加值的产业。
未来，我国超硬材料产业将会进一步升级，从单一产品向多元化产品转型。
同时，还需要加强产业链的整合和优化，提高产业的竞争力和核心竞争力。
3. 国际合作超硬材料是一个全球性的产业，需要进行国际合作。
未来，我国超硬材料产业将会加强与国际产业的合作，共同推动超硬材料的研究和应用。
同时，还需要加强国际市场的开拓，提高我国超硬材料的国际竞争力。
4. 环保可持续发展超硬材料的生产和应用对环境造成了一定的影响。
未来，我国超硬材料产业将会更加注重环保可持续发展，推动绿色生产和循环经济。
同时，还需要加强环保技术的研究和应用，减少对环境的影响。
总之，我国超硬材料的现状和发展前景都非常广阔。
未来，我们需要加强技术创新、产业升级、国际合作和环保可持续发展，推动超硬材料产业的快速发展。
超硬材料涂附磨具发展现状
超硬材料涂附磨具发展现状随着现代制造业的不断发展，对于高效、精度和质量的要求越来越高，磨削技术作为一种高效的加工手段得到了广泛的应用。
而磨具作为磨削技术的重要组成部分，其性能的提高对于提高磨削加工的效率和质量具有重要的意义。
超硬材料涂附磨具由于其硬度高、耐磨性好、耐高温、耐腐蚀等优点，成为了磨削加工中的重要工具之一。
本文将从超硬材料涂附磨具的基本概念、制备工艺、性能及应用等方面进行探讨。
一、超硬材料涂附磨具的基本概念超硬材料涂附磨具是指在普通磨具表面涂覆一层超硬材料的磨具。
超硬材料主要包括金刚石、立方氮化硼和碳化硅等。
超硬材料涂附磨具的制备方法主要有物理气相沉积、化学气相沉积、物理化学气相沉积等几种。
二、超硬材料涂附磨具的制备工艺1、物理气相沉积法物理气相沉积法是指利用高温高压条件下，将超硬材料原料加热至气化状态，然后通过气体流动将气态原料输送到基体表面，最后在基体表面上形成一层超硬材料膜的制备方法。
物理气相沉积法制备超硬材料涂附磨具的优点是制备过程简单、成本低、膜层结构致密、附着力强等。
2、化学气相沉积法化学气相沉积法是指利用化学反应将气态原料沉积在基体表面上形成膜的制备方法。
化学气相沉积法制备超硬材料涂附磨具的优点是膜层结构致密、膜层厚度均匀、成膜速度快、附着力强等。
3、物理化学气相沉积法物理化学气相沉积法是指在物理气相沉积法的基础上，通过引入化学反应的方法，使沉积速率得到提高的制备方法。
物理化学气相沉积法制备超硬材料涂附磨具的优点是膜层结构致密、附着力强、成膜速度快、膜层厚度均匀等。
三、超硬材料涂附磨具的性能1、硬度超硬材料涂附磨具的硬度远远高于普通磨具，一般可以达到3000-4000HV，甚至可以达到5000-6000HV。
2、耐磨性超硬材料涂附磨具的耐磨性能优异，可以延长磨具的使用寿命，减少更换磨具的次数。
3、耐高温性超硬材料涂附磨具的耐高温性能优异，可以在高温下长时间使用而不会失去其性能。
2023年超硬材料行业市场前景分析
2023年超硬材料行业市场前景分析1、超硬材料的发展状况随着现代科学技术的快速发展，超硬材料也已经得到了广泛的应用。
因其硬度高、耐磨损、耐腐蚀等优点而在各个领域中得到了广泛的应用。
据市场研究机构显示，2017年全球超硬材料市场规模达到了74.3亿美元。
2、超硬材料的主要应用领域超硬材料在工业生产、车辆制造、航空航天、医疗器械、电子信息等领域中得到了广泛应用。
在油气勘探、石油钻头制造、煤矿受限钻进、煤炭生产加工等领域中，需求广泛，是超硬材料最主要的市场之一。
在汽车制造、航空航天等工业领域中，超硬材料用于制造转向齿轮、发动机零件、气缸套等。
在高科技领域，超硬材料也得到了广泛应用，如太阳能电池、光电器件、集成电路等。
3、超硬材料的市场前景分析超硬材料市场的前景看好，主要表现在以下几方面。
（1）国家政策支持我国当前正在进行产业升级和转型升级，超硬材料作为高新技术材料，受到了政府的大力扶持和鼓励。
当前，国家正在加大对高新材料的研发支持力度，超硬材料必将成为相关领域的发展重点。
（2）全球需求增长随着全球工业生产的不断扩大，超硬材料的需求也会越来越多，在各行各业得到广泛的应用。
尤以航空、轨道交通、汽车等领域的发展，更是对超硬材料市场提出了更高的需求。
（3）市场竞争优势我国作为全球超硬材料产出大国，具有比较显著的市场竞争优势。
超硬材料可用于产业差异化技术和产品的提升。
同时，随着生产水平的提高，中国的超硬材料生产成本逐渐降低，使得产品更具有价格竞争优势。
总体而言，超硬材料市场的趋势是持续增长，市场前景看好。
这为超硬材料企业提供了广阔的发展空间和市场机会。
未来，超硬材料行业将会在技术创新、产品品质和产业规模等方面不断提升，成为国家产业转型升级发展的重要引擎之一。
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第21卷第1期 超 硬 材 料 工 程V o l.21 2009年2月SU PERHA RD M A T ER I AL EN G I N EER I N G Feb.2009超硬材料磨具的研究和发展动态①万 隆(湖南大学材料学院,湖南长沙 410082)摘 要:文章在说明我国经济和科学技术的快速发展,超硬材料磨具行业也取得了长足进步的基础上,介绍了一些新材料、新生产工艺和新装备被引进我国超硬材料磨具的生产和研究中来,促进了我国超硬材料磨具行业的发展和技术进步;并展望了磨具的发展方向。
关键词:超硬材料磨具;磨具结合剂;综述;磨具制备新工艺;磨具的发展方向中图分类号:TQ164 文献标识码:A 文章编号:1673-1433(2009)01-0040-03Research and develop i ng trends of superhard ma ter i a l gr i nd i ng toolsW AN L ong(Colleg e of M a teria l S cience and E ng ineering in H unan U n iversity,Chang sha410082,Ch ina)Abstract:B ased on the illu strati on of the great p rogress of the indu stry fo r sup erhard m a2terial grinding too ls w ith the rap id developm en t of Ch inese econom y and scien tific techno l2ogy,it has in troduced that som e new m aterials,new p roducing techn iques w ith new e2qu i pm en ts have been i m po rted to p roducti on and research of sup erhard m aterial grindingtoo ls in Ch ina,w h ich w ill p rom o te the developm en t of sup erhard m aterial grinding too lindu stry in Ch ina w ith its techn ical p rogress.T he develop ing trends of grinding too ls havealso been p ro sp ected.Keywords:sup erhard m aterial grinding too ls;grinding too ls b inder;review;new m anu2factu ring techn iques fo r grinding too ls;develop ing trends of grinding too ls 超硬材料磨粒最主要的用途是制备工具,而所制备的工具又以磨具为主,超硬材料磨具在超硬材料工具的总量中占80%以上。
近年来,随着我国经济和科学技术的快速发展,超硬材料磨具行业也取得了长足的进步,一些新材料、新生产工艺和新装备被引进超硬材料磨具的生产和研究中来,促进了超硬材料磨具的发展。
近年来超硬材料磨具研究的热点有以下几方面:1 对磨具结合剂的研究在磨具中,结合剂的性能是决定磨具性能尤其是砂轮性能的主要因素之一。
1.1 微晶玻璃结合剂微晶玻璃与陶瓷相比,内部缺陷少,其中的结晶尺寸细小,因而强度高,并且微晶玻璃可以采用玻璃的制备工艺。
微晶玻璃有较低的熔点,能在700℃～850℃烧成,对磨料浸润性好,故比较适合作为c BN 砂轮结合剂使用,微晶玻璃结合剂中能形成大量微小的晶体,具有高耐磨、高抗拉强度等性能。
采用微晶玻璃作为砂轮结合剂的关键技术在于微晶玻璃的基础配方确定、晶核剂的选择以及二次晶化的条件控制。
基础配方决定了玻璃中是否能够形成晶体,是否能够对磨料有较好的浸润和较低的熔化温度;晶核剂主要起诱导结晶作用,对玻璃中产生的晶体数量及形成的晶体形态产生影响。
二次晶化条件主①收稿日期:2008-06-15作者简介:万 隆(1956-),男,教授,博士生导师,主要从事材料科学方面的科研和教学工作。
要是通过控制晶化温度和时间来调节玻璃中的成核数量和结晶尺寸的大小。
1.2 液相法制备结合剂近年来,采用无机非金属材料作为结合剂制备超硬材料磨具的应用发展较快,以往这些磨具通常采用的结合剂全部是天然或人工合成的固相材料,固相材料须经破碎加工成粉末才能作为结合剂使用,由于目前破碎技术的限制,机械破碎加工能够达到的颗粒细度是有限的,一般为几微米到十几微米。
较粗粒度的结合剂与磨料间的混合均匀性差,造成磨具烧结时间长,强度低等问题,并且进行精密加工或高粗糙度加工采用的磨料一般都是超硬材料微粉,结果往往是结合剂比磨料还粗,烧成后砂轮中形成的结合剂颗粒或晶粒较大,磨削加工时结合剂的颗粒或形成的结晶会对被加工部件产生划伤,满足不了高光洁度和高精密度部件的加工要求。
所谓溶胶-凝胶结合剂,是将结合剂的不同组分分别制备成溶胶和溶液,然后按比例混合后直接干燥,制备成结合剂;也可以将结合剂的不同组分按比例与磨料一起混合,然后制备成成型料,再压制成磨具;还可以将结合剂的不同组分按比例与磨料一起混合,然后将混合物原位形成凝胶,干燥后进行加工,制备成磨具坯体,即原位成型。
由于结合剂组分采用的都是液相材料,混合均匀程度可达到分子水平。
特别是由于溶胶-凝胶法制备的结合剂烧成前没有晶体,结合剂活性大,烧成温度低,烧成后的结合剂颗粒或晶粒非常细小、均匀,对磨料的包裹好、粘结强度高,并且结合剂在磨削中不会对工件产生划伤,所以溶胶-凝胶法是非常具有应用前景的制备细粒度、高质量磨具的方法。
溶胶结合剂砂轮制作的关键在于溶胶的制备和配比,并且在溶胶形成凝胶后的干燥和烧成过程中有较大的体积变化,造成大的变形量后容易引起缺陷的产生。
1.3 耐高温金属-树脂结合剂国内目前用于制备砂轮较多采用的是酚醛树脂,酚醛树脂具有价格较低,性能能达到一般使用要求的特点,但酚醛树脂耐温度一般只有摄氏两百多度,因而有树脂磨具不耐高温的说法,双马树脂虽然耐温达到三四百度,但双马树脂的价格较高,并且对磨料的结合强度不高。
德国w en ter公司生产的树脂和金属结合剂砂轮可在500℃～600℃温度下较长时间使用,制造出的金刚石砂轮磨具磨削效率高、耐用度好,磨具形状保持性好。
国内目前还没有开发出相应的树脂材料。
1.4 金属-陶瓷结合剂分别以金属或陶瓷为结合剂制备的磨具在应用中各有优缺点,金属结合剂超硬材料磨具耐用度和形状保持性好,强度高,但磨削效率低,难于修整;陶瓷结合剂超硬材料磨具效率高、好修整,形状保持性适中,但强度不稳定,太脆、易碎。
故将金属与陶瓷复合作为结合剂使用具有较好的应用前景。
目前该方向的研究已取得一定成效。
2 新工艺、新装备的开发2.1 等静压成型通常的砂轮成型采用金属材料制备的固定模具,由于成型时成型料与模具间的摩擦,使得砂轮坯体不同部位受到的压力不同,因而会造成砂轮整体密度和硬度差别,这种情况对于直径小、厚度大的砂轮更加明显,普通模压成型的直径500mm、厚度150mm的砂轮密度差达到0.1～0.6g c m3,硬度差可达1～3小级。
由于密度和硬度的差别,砂轮在使用过程中不同的部位表现出较大的差异,加工的工件几何精度、表面粗糙度和均匀性都将受到影响。
等静压成型采用弹性模具,成型时砂轮坯体不同方向和部位受到的压力基本相同,因而密度差别很小,一般直径500mm、厚度150mm的砂轮密度可控制在0.02～0.05g c m3范围内,硬度差可控制在0～0.5小级范围内,并可大大降低砂轮的不平衡度。
目前工业中已经应用的等静压有水袋或橡胶压板法、橡胶模套二次成型法等。
2.2 溶胶-凝胶法磨料表面涂覆溶胶-凝胶方法主要适应于超硬磨料的表面处理,部分取代金刚石或立方氮化硼表面电镀金属或合金。
采用溶胶-凝胶方法在金刚石或立方氮化硼表面涂覆一层A l2O3、Si O2、T i O2等材料的单一的、复合的或具有梯度功能的涂层,使得金刚石或立方氮化硼能够更好地与结合剂结合,提高磨具的强度和耐用度。
由于溶胶-凝胶方法较电镀法相比具有无污染、节能和高效率的特点,将在很大程度上取代目前采用的电镀工艺。
2.3 微波烧结技术微波烧结具有内外同步加热的效果,因而具有烧成温度均匀,磨具内部的热应力小、色泽均匀、强度高、烧成速度快等优点。
但国内目前还不能够生产大功率的微波烧结炉,因而微波烧结技术还只限于实验室试验,实际生产中还没有推广。
2.4 超硬磨料的表面处理超硬磨料的表面处理主要有偶联剂和镀衣处理。
偶联剂主要有有机硅烷,可用于树脂结合剂固结磨具,其作用是提高树脂与磨料的结合强度,从而提高砂轮的整体强度和砂轮的耐用度。
有实验表明:通过偶联剂的使用,树脂结合剂砂轮的强度可提高15%～20%,耐用度可提高20%～30%。
超硬磨料镀衣是在磨料表面涂覆一层无机材料,并在600℃～750℃温度下进行处理,通过这一措施可修补磨料本身的一些缺陷,同时也可达到与偶联剂相同的作用,即提高结合剂与磨料的结合力。
用镀衣处理的磨料制备的涂附磨具耐用度可提高30%～50%。
2.5 金刚石和立方氮化硼涂附磨具由于一些特殊应用要求,近年来,使用金刚石和立方氮化硼磨料制成的砂带、砂布、磨片和可弯曲磨盘也有较大发展。
3 磨具的发展方向3.1 高磨削速度磨具的研发高速度才能有高效率,高质量。
主要基于砂轮强度的问题,国内磨削使用速度一般树脂砂轮在100m s以下,陶瓷结合剂砂轮在120m s以下,而国外磨削使用速度树脂结合剂砂轮达到140m s,陶瓷结合剂砂轮达到160m s。
3.2 超硬磨料在很多领域逐步代替普通磨料中国人造金刚石产量居世界第一,大量出口,价格低(0.2～0.5元 克拉);近年来我国立方氮化硼产量也大幅度增加,自用有余;并随着加工领域对磨具的要求提高,采用普通磨料制备的磨具已不能满足使用要求。
因此,立方氮化硼取代白刚玉等磨料,金刚石取代碳化硅磨料在很多方面得到应用。
特别值得一提的是陶瓷地板砖生产领域,目前广泛采用菱苦土结合的碳化硅磨块,近一两年内很有可能被金刚石磨块取代。
3.3 高性能磨具的研发我国金刚石磨料的产量,每年的出口量也非常大,但高性能的超硬磨具每年进口量也非常大,特别是高效率、高精密度、高磨削速度磨具主要还依赖进口,如数控磨床精密加工刀具用的砂轮,特别是陶瓷结合剂的金刚石和立方氮化硼砂轮,因此开发这一类磨具非常重要。