陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备研究

第21卷第3期 超　硬　材　料　工　程V ol.21 2009年6月SU P ERHA RD M A T ERIA L ENG IN EERIN G Jun.2009陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备研究

聂道俊,卜忠衡,刘小磐

(湖南大学材料科学与工程学院,长沙410082)

摘　要:陶瓷结合剂金刚石砂轮广泛运用于磨削加工,文章研究了金刚石粒度、烧结温度及结合剂含量对

陶瓷结合剂金刚石砂轮性能的影响。研究结果发现金刚石表面微观结构呈多孔状,粒度越细,烧结过程中

与结合剂的反应活性越低,砂轮硬度越高。同时在一定范围内烧结温度越高,结合剂含量越低,砂轮硬度越

高。

关键词:陶瓷结合剂;金刚石砂轮;烧结温度;硬度

中图分类号:T G74:T Q164 文献标识码:A 文章编号:1673-1433(2009)03-0005-05

Preparation of vitrified bond diamond grinding wheel

NIE Dao-jun,PU Zhong-heng,LIU Xiao-pan

(M aterial S cience and T echnology College,H unan Univ er sity,Changsha410082,China)

Abstract:Vitrified bond diamo nd g rinding w heel is w idely used in grinding pro cess.This

study has researched the influence o f diamond g ranularity,sintering temperature and the

content of vitrified bo nd o n the diam ond grinding wheel.T he results show that the

microstr ucture of the diamond surface is porous.T he g rinding w heel has a hig her

hardness w hen the diamond particle size is smaller because o f the low er r eactivity betw een

the vitrified bo nd and the diam ond in the sinter ing process.M oreover,in a certain range,

the higher the sintering temper ature,the low er the content of v itrified bo nd,the hig her

the hardness of the grinding w heel.

Keywords:v itrified bond;diamond gr inding w heel;sintering temper ature;hardness

1.引言

陶瓷结合剂金刚石砂轮是目前发展比较迅速的一种超硬材料磨具,与树脂结合剂磨具相比其形状保持性好,加工尺寸精度高;与金属结合剂磨具相比其具有砂轮易于修整、磨削时不易堵塞及不易烧伤工件等优点。同时由于树脂及金属结合剂砂轮通常采用热压法制备,难以获得足够的气孔用于储存磨削液及提高砂轮自锐性,而陶瓷结合剂金刚石砂轮可以很方便地控制气孔率的大小[1]。目前,陶瓷结合剂金刚石砂轮主要应用于刀具、硬质合金、金属陶瓷、铁氧体、液压泵齿轮颈、宝石、普通陶瓷及新型工程陶瓷材料的磨削和加工,具有广阔的应用前景。

目前在欧美日俄等发达国家陶瓷结合剂金刚石砂轮的使用已较普遍[2],相应的产品日渐丰富,而国内对其研究仍处于实验室阶段或试用阶段。与树脂或

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收稿日期:2009-03-15

作者简介:聂道俊(1988～),男,学士,国家大学生创新性实验计划项目负责人,从事超硬材料工具研究。

基金项目:国家SIT资助项目

通讯作者:刘小磐,博士,E-M ail:liu xiaopanjj@

金属结合剂砂轮不同,陶瓷结合剂金刚石砂轮须通过烧结制备,因此烧结温度成为影响其性能的一个很重要因素。一个性能优异的陶瓷结合剂金刚石砂轮应当是在金刚石粒度、烧结温度及结合剂含量上均取得一个平衡的结果。对其进行研究可以对砂轮的生产起指导性作用,有利于提升其性能。

2　试验

2.1　试验步骤

采用实验室用某结合剂与不同粒度的工业金刚石磨料为主要成分,以白刚玉作为填充料,在常温20M Pa下压制成试片,在不同烧结温度下烧成,试样参数如表1所示。

表1　各试样配料比及烧结温度

T able1　Pr escr iptio n and sinter ing

temperat ur e of v arious samples

序号结合剂含量

(%)

金刚石含量

(%)

金刚石粒度

烧结温度

(℃)

1#434780/100750

2#4347120/140750

3#4347230/270750

4#4347230/270750

5#4347230/270780

6#4347230/270800

7#4347230/270820

8#3060120/140780

9#3456120/140780

10#3852120/140780

11#4347120/140780

2.2　试样表征

将每个烧成试样在HR-150DT洛氏硬度仪上测其硬度,取其5点平均值。在FEIQUANT A-200环境扫描电镜上观察试样表面形貌,在EDS上分析元素组成。

3　结果讨论与分析

3.1　金刚石粒度对砂轮性能的影响

图1为1#、2#和3#试样的洛氏硬度值,由图可知当砂轮中结合剂含量一定时,其随金刚石粒度的增大而减小。图2分别为2#、3#试样的表面微观结构图。由图2(a)可知该试样已经明显发泡,而图2(b)中试样结合剂与金刚石结合较好,

未有发泡迹象。一般

图1　不同粒度金刚石洛氏硬度值

Fig.1　R ockwell har dness of differ ent diamond gr its

情况下,磨料粒度越小比表面积越大,活性越高,越容易与结合剂起反应[3]。而我们的试验结果却表明金刚

石粒度越大越容易被结合剂氧化。

图2　不同磨料制备的陶瓷结合剂金刚石砂轮显微结构Fig.2　M icro st ructures o f vit rified bo nd diamond gr inding w heel pr epar ed w it h differ ent diamond

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