陶瓷结合剂金刚石磨具的研究与应用
金刚石磨具用陶瓷结合剂及其研究进展
综述与评述Summary &Review1前言金刚石磨具属于超硬材料磨具的一种，超硬材料磨具所使用的磨料主要有金刚石和CBN，结合剂主要有树脂结合剂、金属结合剂以及陶瓷结合剂。
采用陶瓷结合剂的普通磨具烧成温度通常在1250℃以上，而陶瓷结合剂的超硬磨具的烧成温度一般不能超过1000℃，且通常情况下金刚石磨具比CBN 磨具的烧成温度还要低一些，这类磨具所用的陶瓷结合剂被称为低熔结合剂[1、2]。
金刚石磨具具有磨料硬度高、磨粒锋利、导热率高、磨削温度较低、磨削能力强、磨具磨损小、使用寿命长的特点，与树脂、金属结合相比，陶瓷结合剂金刚石磨具同时还具有耐热性好、耐油、耐水、耐酸碱腐蚀性好的特点，能适应不同冷却液条件下的磨削，保形性好、磨削精度高，且由于陶瓷磨具中气孔较多，有利于冷却和排屑，磨削时也不易堵塞和发热，较少发生烧伤工件的情况。
磨具自锐性好、修整周期长，易于修整且修整维护费用适中，能够很好地满足难加工材料和一般材料的高精度磨削，磨削效率高，适合用于数控磨床和自动化生产线上的磨削加工等。
[3]随着科技的发展和新型材料的涌现，机械加工范围在不断扩大，对加工质量的要求也越来越高，陶瓷结合超硬材料磨具的市场越来越大。
边华英1，段爱萍1，王学涛2（1.河南建筑材料研究设计院有限责任公司，郑州450002；2.中国机械工业国际合作有限公司，郑州450018）陶瓷结合剂金刚石磨具烧成温度通常在800℃以下,所用结合剂为低熔结合剂，低熔陶瓷结合剂常由各种氧化物直接配制熔炼而成。
本文概述了金刚石磨具用低熔陶瓷结合剂及其研究进展，对于近年来各高校、企业研究团队在相关金刚石磨具及其所用陶瓷结合剂方面研究的文献技术资料进行了简单分析。
金刚石磨具，低熔陶瓷结合剂（1971~），女，汉族，河南柘城人，硕士，高级工程师，主要从事陶瓷研究工作。
河南省重点科技攻关项目（142102210545）；河南省科学院重点研发项目（微波烧结法制备陶瓷刚玉磨料及其绿色专用结合剂的研究）。
金刚石磨具用陶瓷结合剂及成型技术的研究
西安建筑科技大学硕士学位论文 used in diamond abrasive tools. Three vitrified bonds were made, namely bond No.1 by using tribasic base R2O-Al2O3-B2O3-SiO2 as basic vitrified bond, bond No.2 by adding appropriate alkali metal oxide MgO、 ZnO and fluoride CaF2 in the bond No.1, and bond No.3 by adding appropriate rare-earth metal oxide CeO2 in the bond No.2. Meanwhile the vitrified bond was used above. the paper studied effect of cold isostatic pressing、 formula and sintering process on properties of vitrified bond diamond abrasive tools, to select better property of formula and sintering process through comprehensive analysis, D45W5 grinding wheel prepared by unidirection pressing、bidirectional pressing and cold isostatic pressing respectively, to do simulated grinding test and analyz systematically effect of molding process factors on grinding properties of wheel. The study result showed that: with the increase of the alkali earth metal ratio in vitrified bond, mechanical properties of vitrified bond significantly improved, melting temperature significantly reduced, and the thermal expansion coefficient reduced from 6.61× 10-6/℃ to 5.37× 10-6/℃, adding appropriate alkali metal compounds MgO、ZnO、 CaF2 and rare-earth metal oxide CeO2 into basic vitrified bond, the bond had got better wettablility for diamond at sintering temperature, and it combined well with diamond abrasives to improved the strength of the bond, the samples of diamond abrasive tools were prepared with the above mentioned bonds, the bending strength and rockwell hardness of diamond abrasive tools made of NO.3 were significantly higher than diamond abrasive tools made of the other two vitrified bonds; Volume density of samples increased with the raise of cold isostatic forming pressure in 100~260MPa range, when the forming pressure was 220MPa, it reached to 2.34g/cm3, and then tended to be constant, or 16.4% and 15.8% higher than that of the samples by unidirection pressing and bidirectional pressing respectively. As cold isostatic forming pressure rose, the volumetric shrinkage of samples unsintered increased, the shrinkage of samples sintered fluctuated around 0.18%, but the bending strength of samples sintered were firstly increased and then decreased, when the forming pressure was 180MPa, it reached to 93.48MPa, or 60.7% and 42.5% higher than that of the samples by unidirection pressing and bidirectional pressing respectively; As vitrified bond content rose from 23% to 35%, bending strength and grinding ratio of sintered samples by CIP were increased graduarally, when vitrified bond content reached 35%, the
金刚石磨具用陶瓷结合剂的研究
金刚石磨具用陶瓷结合剂的研究陶瓷金刚石磨具有着广泛的应用前景,本课题针对金刚石磨具用陶瓷结合剂进行了系统的研究,探讨了陶瓷结合剂的组成以及制备工艺对金刚石磨具用陶瓷结合剂性能的影响。
实验利用三点弯曲剪力仪、扫描电子显微镜,X射线衍射等分析测试仪器,对R<sub>2</sub>O-MO-B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</s ub>-SiO<sub>2</sub>体系陶瓷结合剂的耐火度、流动性、磨具的抗折强度及磨具的显微结构等进行了深入研究。
实验结果表明:当基础陶瓷结合剂的（R<sub>2</sub>O+MO）/（A1<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>）比值在0.916-1.044之间时较为合适,陶瓷结合剂的耐火度为670℃,流动度为170%,磨具试样抗折强度达到55MPa。
向基础陶瓷结合剂中加入不同含量的AlF<sub>3</sub>添加剂,随着AlF<sub>3</sub>添加量的增加,结合剂耐火度下降,流动性增大,添加质量百分比为1%AlF<sub>3</sub>的磨具试样的抗折强度提高到60MPa,向基础结合剂中添加不同含量的TiO2添加剂,随着TiO<sub>2</sub>添加量的增加,结合剂耐火度上升,流动性不变,添加质量百分比为1%TiO<sub>2</sub>的磨具试样的抗折强度提高到59MPa。
用于陶瓷加工的金刚石磨具
用于陶瓷加工的金刚石磨具王双喜1,2 刘雪敬2 孙家森2(1哈尔滨工业大学材料科学与工程学院 150001) (2佛山市地天泰磨具有限公司 528000)摘 要 介绍了金刚石磨具的结构,详细阐述了在陶瓷砖用烧结金属结合剂和树脂结合剂金刚石磨具制备中金刚石磨料的选择和应用,以及结合剂的种类和结合剂对金刚石磨轮性能的影响。
关键词 金刚石 磨具 金属结合剂 树脂结合剂 前言装饰用的陶瓷砖具有硬度高、花色丰富、运输方便、施工快等优点,深受大众青睐。
但这些材料很难或不能采用普通的加工方法进行加工,金刚石磨具磨削仍然是陶瓷材料最有效的加工方法。
金刚石磨具按结合剂不同分为烧结金属结合剂金刚石磨具、电镀金属结合剂金刚石磨具、树脂结合剂金刚石磨具、陶瓷结合剂金刚石磨具。
目前,陶瓷行业用的较多的是烧结金属结合剂金刚石磨具和树脂结合剂金刚石磨具。
金刚石磨具一般由金刚石层(磨料层或工作层)、过渡层(非金刚石层)、基体三部分组成。
金刚石层由金刚石磨料和结合剂共同组成的压制层,是磨具的工作部分,起磨削作用;过渡层由结合剂粉末构成的压制层,不含金刚石磨料,是工作层与基体之间的过渡部分,使工作层和基体牢固结合,保证工作层被充分利用;基体起支撑压制层的作用,并便于装卡磨具,在使用时用法兰盘通过基体把磨具装卡在磨床主轴上。
金刚石磨具的性能由基体、金刚石磨料和结合剂共同决定,而结合剂对金刚石的结合力对磨具的使用性能和使用寿命起决定作用。
1 烧结金属结合剂金刚石磨具烧结金属结合剂金刚石磨具结合强度高,成形性好,耐高温,导热性和耐磨性好,使用寿命长,可承受较大的负荷。
它主要用于陶瓷、光学玻璃、半导体、宝石等非金属硬脆材料的粗磨、半精磨工序,尤其适用于深磨、成形磨削等(要求磨具形状保持性较好)加工场合。
烧结金刚石磨具经配料、混料、热压(或冷压)烧结、后加工等工序制备而成。
烧结金属结合剂金刚石磨具所用的原材料,包括磨具基体、金刚石磨料、结合剂三大类。
新型金刚石磨块的研发与应用
目前 ，以国内外 现 有 建筑 陶瓷 抛光 线 有 效保
研 究 开发冷 等 静压技 术 结合 无压 烧结技 术 制备 高 效 、精密金 刚石磨 块 。采用 冷 等静 压 技术 使 材 料
获得 相对 密度 较高 （ ６ ０ ％ ～８ ０ ％ ）且 密度 非 常 均 匀 的材料结构 ，采用无压烧结 技术可 以在还原气 氛 环境 下实现材料 的活化烧 结并且 实现材料气孔 率的 可控 （ ７ ５ ％～ ８ ５ ％相对密度 ） ，满足材料在精磨 抛光 阶段 抛 光效 率 高 、效 果 好 、无 “ 磨 花” 的技 术要
金 刚石 磨 块 与 菱 苦 土结 合 碳 化 硅 磨 块 相 比 ， 平均 使 用 寿 命 提 高 １ ０ ０倍 以 上 ，磨 削 效 率 提 高 ２ ０ ％ ，使用成本 、电力消耗 、工业废渣排放分别是
能 的橡胶 材料 ，实现 金 刚石磨 块 与橡 胶 材 料 固结
复合 ，使该磨削材料具备减震消音功能 。 （ ２ ）应 用仿 形技 术原 理设计 开 发金 刚 石磨 块
的几何形 状 。在 应 用过 程 中 ，由于金 刚 石磨 块 运
动轨迹和 速度 的不 同，为 了减 少 磨 削材 料 与被 磨
力 和投入 ，已经 成 为影 响建 筑 陶瓷 业健 康 发展 的 制约 因素 。奔 朗公 司经过 ７年的研究开发 ，在国 内 外 率先 批量 生产 出能 够满 足客 户工 业化 生产需 求
的金 刚石磨 块 ，由于 具有 原 创技 术 ，奠 定 了金 刚 石磨块在 国内外市场 的技术领先 和竞争优势 。
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＆ Ｔ 。 。 Ｉ ｏ ｇ
新型金刚石磨块 的研发与应用
广东奔朗新材料股份有 限公司
新 型金 刚石磨 块是 本公 司在 国际上率 先成 功
陶瓷结合剂金刚石磨具用于陶瓷干磨的探索
陶瓷结合剂金刚石磨具用于陶瓷干磨的探索
李彩霞;关岩;魏征;刘亚东;徐晓伟
【期刊名称】《中国陶瓷》
【年(卷),期】2007(43)9
【摘要】对比了三种不同结合剂的金刚石磨边轮在陶瓷砖边棱干法磨削工序中的使用情况。
实验表明,树脂结合剂磨具磨损快并易在陶瓷砖上产生黑痕,金属结合剂磨具易发生粘刀现象而且被磨陶瓷砖表面光洁度低,相比之下,在同样的工况条件下,陶瓷结合剂磨具既不产生黑痕,能得到较好的表面光洁度,又有较好的自锐性。
说明陶瓷结合剂金刚石磨具比较适合于陶瓷砖干磨工序。
【总页数】3页(P55-56)
【关键词】陶瓷结合剂;金刚石砂轮;干法磨削
【作者】李彩霞;关岩;魏征;刘亚东;徐晓伟
【作者单位】北京科技大学材料学院无机非金属材料系;广东奔朗超硬材料制品有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG74
【相关文献】
1.河南工业大学材料学院与印度Sanwa金刚石工具有限公司举行陶瓷结合剂金刚石磨具技术转让签字仪式 [J],
2.氧化钛对陶瓷结合剂金刚石磨具性能及结构的影响 [J], 肖攀;张松;刘旭辉
3.陶瓷结合剂含量对金刚石磨具性能影响研究 [J], 潘晓毅;谢德龙;林峰;陈超;肖乐银;陈家荣;莫培程
4.新型纳米陶瓷结合剂——制造高性能陶瓷金刚石和CBN磨具 [J],
5.碱金属氧化物Na_(2)O对陶瓷结合剂金刚石磨具性能的影响 [J], 梅涛;黄启忠;王绍斌;潘富强;冯秀鹏;李洪雪
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超精磨陶瓷结合剂纳米金刚石磨具的研制
超精磨陶瓷结合剂纳米金刚石磨具的研制纳米金刚石的可分散性和抗氧化能力的好坏直接影响着超精磨陶瓷结合剂纳米金刚石磨具的性能。
本实验综合利用二氧化硅包覆法和高分子网络凝胶法（P-G法）来提高纳米金刚石的可分散性和抗氧化能力以及制备低温陶瓷结合剂，为研制性能优良的超精磨陶瓷结合剂纳米金刚石磨具奠定基础。
以PVP为偶联剂，TEOS为SiO<sub>2</sub>前驱体，通过二氧化硅包覆法合成二氧化硅包覆纳米金刚石（ND/SiO<sub>2</sub>）的复合体。
采用X射线衍射仪（XRD）、高分辨透射显微镜（HRTEM）对ND/SiO<sub>2</sub>复合体的结构和颗粒形貌进行分析；运用综合热分析（DSC-TG）和马尔文激光粒度仪分析ND/SiO<sub>2</sub>复合体的抗氧化性和粒度分布状态。
实验结果显示：ND/SiO<sub>2</sub>复合体为核/壳结构，无定形SiO<sub>2</sub>均匀包覆在纳米金刚石表面，包覆层厚约为5nm；ND/SiO<sub>2</sub>复合体的抗氧化温度比原始纳米金刚石的提高约100℃，同时其能稳定分散在多组分无机盐水溶液中，平均粒度约为200nm。
通过P-G法制备陶瓷结合剂以及ND/SiO<sub>2</sub>-陶瓷结合剂复合粉体，并对陶瓷结合剂和含ND/SiO<sub>2</sub>的陶瓷磨具的烧结温度进行考察。
运用DSC-TG、XRD和FESEM（场发射电子显微镜）对凝胶体的热分解、烧结后试样的物相组成、显微组织以及磨具中纳米金刚石颗粒分布状态进行分析；利用三点弯曲法和热膨胀仪测定烧结试样的抗折强度和陶瓷结合剂的热膨胀系数。
实验结果显示：凝胶体在500℃煅烧时，可得到组分均匀的陶瓷结合剂粉体；陶瓷结合剂的最佳烧结温度为630℃，其组织结构较为良好，抗折强度为62.7MPa，热膨胀系数为6.0×10<sup>-6</sup>/℃；磨具试样的最佳烧结温度为640℃，抗折强度为73.1MPa，气孔率为26.17%。
陶瓷结合剂对金刚石颗粒把持力检测的研究
陶瓷结合剂对金刚石颗粒把持力检测的研究引言：金刚石是一种硬度极高的材料，广泛应用于磨料、切割工具和磨具等领域。
然而，金刚石颗粒在使用过程中容易出现脱落现象，影响其使用寿命和性能。
因此，研究金刚石颗粒与结合剂之间的把持力，对提高金刚石制品的质量和性能具有重要意义。
一、金刚石颗粒与结合剂的作用机制金刚石颗粒与结合剂之间的把持力是指金刚石颗粒与结合剂之间的相互作用力，其大小直接影响金刚石颗粒的稳定性和使用寿命。
金刚石颗粒与结合剂的作用机制主要包括物理吸附和化学结合两种方式。
1. 物理吸附：金刚石颗粒与结合剂之间存在着一定的吸附力，通过表面接触形成吸附层，增加金刚石颗粒与结合剂的接触面积，从而提高把持力。
物理吸附主要受金刚石颗粒和结合剂表面性质的影响，如粗糙度、表面活性等。
2. 化学结合：金刚石颗粒与结合剂之间可以通过化学反应形成化学键，增加把持力。
化学结合主要由金刚石颗粒和结合剂之间的化学反应决定，如氧化反应、键合反应等。
二、金刚石颗粒把持力检测方法为了准确评估金刚石颗粒与结合剂之间的把持力，需要采用合适的检测方法。
目前常用的金刚石颗粒把持力检测方法主要包括压缩试验、剪切试验和拉伸试验等。
1. 压缩试验：将金刚石颗粒与结合剂制备成试样，在试验机上施加压力，通过测量试样的变形程度和断裂强度来评估金刚石颗粒与结合剂之间的把持力。
压缩试验可以模拟实际使用过程中的受力情况，具有较高的可靠性。
2. 剪切试验：将金刚石颗粒与结合剂制备成试样，在试验机上施加剪切力，通过测量试样的剪切强度来评估金刚石颗粒与结合剂之间的把持力。
剪切试验可以模拟实际使用过程中的剪切力作用，对评估金刚石颗粒与结合剂的把持力具有重要意义。
3. 拉伸试验：将金刚石颗粒与结合剂制备成试样，在试验机上施加拉伸力，通过测量试样的断裂强度和伸长率来评估金刚石颗粒与结合剂之间的把持力。
拉伸试验可以模拟实际使用过程中的拉伸力作用，对评估金刚石颗粒与结合剂的把持力具有重要意义。
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陶瓷结合剂金刚石磨具的研究与应用
陶瓷结合剂金刚石磨具具有磨削精度高、磨削效率高、磨削温度低、使用寿命长、耐酸碱、耐腐蚀、自锐性好等特点,在现代材料加工特别是硬脆材料加工领域应用广泛。
本文主要针对陶瓷结合剂金刚石磨具制备过程中的低温陶瓷结合剂的制备,金刚石磨料的表面改性,润湿剂的选用,烧结工艺和磨削应用等方面进行了研究,并取得了一定的成效。
其主要的研究工作及实验结果概括如下：1)自制HO结合剂,其熔点约为650℃,烧结范围较宽；陶瓷结合剂金刚石磨具的烧成温度在735℃时抗折强度达到最大为90.08MPa；确定了HO陶瓷结合剂金刚石磨具的升降温烧结工艺；HO
陶瓷结合剂金刚石磨具烧成后为产生微晶相锂辉石(LiAlSi2O6),提高磨具强度。
2)对金刚石表面进行镀钛、镀镍和镀铜处理,在与陶瓷磨具同样的温度工艺处理后,冷压自由烧结,表面金属镀层在含氧气氛中会发生化学反应,导致镀层疏松、脱落,并且会使金刚石表面与结合剂的结合处产生缝隙,最终导致陶瓷磨具的强度下降。
3)使用乙醇为溶剂的树脂液作为润湿剂并且其加入量为4wt%时,成型料的
成型性最好,生坯强度可达到5.93MPa,磨具强度最高可达到91.28MPa。
4)金刚石粒度为140/170目的陶瓷结合剂金刚石磨具磨削牌号为YG8的硬质合金后粗糙度为0.5μm～0.9金刚石粒度270/325目的陶瓷磨具磨削后粗糙度为0.1μm～0.3μm,并且磨削效率较高,但表面光洁度相对于同粒度树脂砂轮较差。
磨削PCD材料时,自制每片磨具可磨削1304型PCD1233片,且磨削效率高。
使用HO低温陶瓷结合剂生产的金刚石磨具,相比国内同类产品,在耐磨性、锋利度以及所磨削的工件质量方面,具有一定优势。
陶瓷磨具相对于树脂磨具有以下优势：(1)陶瓷砂轮的磨削效率高；(2)对于陶瓷砂轮可以采用大的进给量,树脂砂轮当采用进给量超过一定数时,会磨不动；
(3)陶瓷结合剂金刚石磨具磨削时几乎不用修整,树脂磨具需要隔段时间修整一次；(4)由于陶瓷砂轮形状保持性好,所以磨削精度相对于树脂砂轮高。