專利名稱：金剛石砂輪及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磨具領(lǐng)域，特別是涉及一種陶瓷結(jié)合劑、陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪及其制備方法，本發(fā)明的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪可應(yīng)用于普通材料砂輪難以加工的高硬金屬和非金屬硬脆材料的研磨，但主要應(yīng)用于金剛玻璃的研磨。
背景技術(shù)：
金剛玻璃由于其耐磨性和高強(qiáng)度而廣泛應(yīng)用于Iphone、Ipad等通信終端的面板方面。隨著加工技術(shù)的不斷發(fā)展，金剛玻璃的應(yīng)用也將越來越廣泛。以往加工金剛玻璃主要采用游離碳化硅磨料來研磨加工，其加工效率極低，生產(chǎn)廠家大量訂購(gòu)研磨設(shè)備仍然經(jīng)常無法滿足大訂單的生產(chǎn)要求。另一方面，使用普通游離磨料的研磨加工也增加了對(duì)環(huán)境污染的廢料。因此，金剛石玻璃的精密加工一直成為制約其應(yīng)用的瓶頸。相對(duì)于普通游離碳化硅磨料而言，金剛石磨料更適合于研磨加工金剛玻璃。金剛石磨具常用的結(jié)合劑有金屬結(jié)合劑、樹脂結(jié)合劑、橡膠結(jié)合劑以及陶瓷結(jié)合劑等，而陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪有如下優(yōu)點(diǎn)高強(qiáng)度，耐熱性能好，切削鋒利，磨削效率高，磨削過程中不易發(fā)熱和堵塞，熱膨脹量小，容易控制加工精度。同樹脂結(jié)合劑砂輪相比，它解決了樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪的低壽命，磨削效率低，磨具本身在磨削過程中易變性的問題。結(jié)合劑對(duì)磨具的使用性能和壽命有很重要的影響，因此，結(jié)合劑的選用尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種陶瓷結(jié)合劑。本發(fā)明的另一目的在于提供一種金剛石砂輪，該砂輪采用了上述陶瓷結(jié)合劑。這種砂輪應(yīng)用于金剛玻璃精密加工，取代傳統(tǒng)的碳化硅游離磨料研磨加工，具有效率高，綜合成本低、磨削廢物排放少，無污染便于使用及推廣的特點(diǎn)。本發(fā)明的再一目的在于提供一種上述陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的制備方法。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供的陶瓷結(jié)合劑，按重量百分比由以下原料制成，SiO2 40-46wt%, Al2O3 9-13wt%, B2O3 18-22wt%, Na2O 8-10wt%, CaF2 ll_15wt%，Li2O 4-6wt%, TiO2 :l_2wt%。優(yōu)選地，所述陶瓷結(jié)合劑的粒度彡75 μ m。本發(fā)明提供的金剛石砂輪，包括基體和磨塊，所述磨塊的原料中包含上述陶瓷結(jié)合劑。所述磨塊的原料還包括金剛石磨料、填料。所述磨塊的原料還可以包括造孔劑和臨時(shí)結(jié)合劑。所述造孔劑的重量?jī)?yōu)選為所述陶瓷結(jié)合劑、所述金剛石磨料和所述填料總重量的3-10%,比如可以是4%、5%、8% ;所述臨時(shí)結(jié)合劑的重量為所述陶瓷結(jié)合劑、所述金剛石磨料和所述填料總重量的3-10%，比如可以是4%、5%、8%、9%。
優(yōu)選地，所述磨塊原料中，上述陶瓷結(jié)合劑為20-30重量份，上述金剛石磨料為50-75重量份，上述填料為0-25重量份。所述金剛石磨料的粒度優(yōu)選為200-3000目，當(dāng)所述金剛石磨料粒度為400目以細(xì)時(shí)，所述磨塊原料中，優(yōu)選地，所述陶瓷結(jié)合劑為25重量份，所述金剛石磨料為55份，所述填料為20重量份；當(dāng)金剛石磨料粒度為400目以粗時(shí)，所述磨塊原料中，優(yōu)選地，所述陶瓷結(jié)合劑為20重量份，所述金剛石磨料為70重量份，所述填料為10重量份。所述填料優(yōu)選為剛玉和/或碳化硅。所述臨時(shí)結(jié)合劑優(yōu)選為糊精液、水玻璃、液體石蠟和石蠟醇溶液中的至少一種。所述造孔劑優(yōu)選為高分子樹脂球顆粒，該高分子樹脂球顆?？梢允潜┧針渲⒕埘啺窐渲凸腆w酚醛樹脂中的一種或多種。上述金剛石砂輪的制備方法，包括如下操作步驟步驟一，將所述陶瓷結(jié)合劑、所述金剛石磨料、所述填料、所述造孔劑以及所述臨時(shí)結(jié)合劑混合均勻后造粒，然后烘干成為球形生坯料，再將生坯料均勻裝入成型模具中，在預(yù)定壓力下預(yù)壓成型，再將成型的生坯階段焙燒、表面處理，從而得到陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的磨塊；步驟二，將基體與步驟一得到的所述磨塊進(jìn)行粘接、修整，從而制備出所述陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪。優(yōu)選地，所述預(yù)定壓力為40_120MPa，例如可以是40-50MPa、50_60MPa、100-120MPa、70-80MPa、80-90MPa，示例性的所述預(yù)定壓力可以是 45MPa、55MPa、60MPa、65MPa、85MPa、IOOMPa, IIOMPa0優(yōu)選地，所述階段焙燒是溫度控制為2_5°C /min的升溫速率，在造孔劑分解的溫度段保溫10-30min(比如15min、20min、25min),然后在陶瓷磨塊燒成溫度保溫l_3h(比如I. 5h、2h、2. 5h)，最后以2-5°C /min的速率降到室溫，其中陶瓷磨塊燒成溫度為660_750°C(比如670°C、690°C、720°C、740°C)。優(yōu)選地，所述步驟一中的球形生坯料的粒徑為250-1000 μ m。本發(fā)明的有益效果采用本發(fā)明的陶瓷結(jié)合劑和制備方法獲得的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪具有加工效率高，綜合成本低，新型環(huán)保，無毒無害，便于使用及推廣的特點(diǎn)。因此，能夠有效提升金剛玻璃的加工效率，降低加工成本，減少對(duì)環(huán)境的污染，滿足金剛玻璃研磨加工使用要求。另外，本發(fā)明的結(jié)合劑燒成溫度低于750°C、對(duì)磨料的把持力強(qiáng)，在設(shè)計(jì)的工藝制度下大幅降低所用金剛石發(fā)生損傷，且研磨過程中砂輪無需修整。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不限于此。以下百分比均為重量百分比。本發(fā)明提供的陶瓷結(jié)合劑，按重量百分比由以下原料制成，SiO2 40-46wt%, Al2O3 9-13wt%, B2O3 18-22wt%, Na2O 8-10wt%, CaF2 ll-15wt%, Li2O 為 4-6wt%, Ti02l-2wt% ;所述陶瓷結(jié)合劑的粒度為200目以細(xì)，即粒度< 75 μ m的陶瓷結(jié)合劑。上述陶瓷結(jié)合劑的制備方法為將上述原料混合均勻后在1300°C高溫條件下熔煉lOOmin，水淬后破碎、干燥、篩分得到200目以細(xì)陶瓷結(jié)合劑。
本發(fā)明提供的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，包括基體和磨塊，所述磨塊的原料中包含上述陶瓷結(jié)合劑，還包括金剛石磨料、填料，所述陶瓷結(jié)合劑、金剛石磨料和填料統(tǒng)稱為粉晶；所述磨塊的原料中還可以包括造孔劑以及臨時(shí)結(jié)合劑，造孔劑和臨時(shí)結(jié)合劑為額外添加物，可作為造孔和助成型用，大多數(shù)時(shí)候燒制完后造孔劑和臨時(shí)結(jié)合劑就揮發(fā)掉或者燃燒掉。所述基體可以是鋼基體、航空鋁合金基體或纖維增韌復(fù)合材料基體。優(yōu)選地，所述磨塊包括以下原料上述陶瓷結(jié)合劑20-30重量份，金剛石磨料50-75重量份，填料0-25重量份。優(yōu)選地，所述磨塊的原料中所述造孔劑的用量為上述陶瓷結(jié)合劑、上述金剛石磨料和上述填料總重量(即粉晶重量)的3-10%，所述臨時(shí)結(jié)合劑的用量為上述陶瓷結(jié)合劑、上述金剛石磨料和上述填料總重量(即粉晶重量)的3-10%。更優(yōu)選地，所述造孔劑的用量為上述陶瓷結(jié)合劑、上述金剛石磨料和上述填料總重量(即粉晶重量)的5%，所述臨時(shí)結(jié)合劑的用量為上述陶瓷結(jié)合劑、上述金剛石磨料和上述填料總重量(即粉晶重量)的5%。所述金剛石磨料的粒度優(yōu)選為200-3000目(即5 μ m_75 μ m)。當(dāng)金剛石磨料粒度為400目以細(xì)時(shí)，更優(yōu)選所述磨塊的原料中，上述陶瓷結(jié)合劑為25重量份，金剛石磨料為55重量份，填料為20重量份。當(dāng)金剛石磨料粒度為400目以粗時(shí)，更優(yōu)選所述磨塊的原料中，上述陶瓷結(jié)合劑為20重量份，金剛石磨料為70重量份，填料為10重量份。所述填料為剛玉和/或碳化硅。其中剛玉優(yōu)選為棕剛玉和/或白剛玉；碳化硅優(yōu)選為綠色和/或黑色碳化硅。所述臨時(shí)結(jié)合劑為糊精液、水玻璃、液體石蠟或石蠟醇溶液中的至少一種。其中，優(yōu)選為石蠟醇溶液，更優(yōu)選為質(zhì)量百分比濃度為20%的石蠟醇溶液，可避免坯料偏析，而且成型后的生坯為干料可以直接燒結(jié)。所述造孔劑為高分子樹脂球顆粒。所述高分子樹脂球顆?？梢允潜┧針渲?、聚酰亞胺樹脂和固體酚醛樹脂中的一種。優(yōu)選地，所述高分子樹脂球顆粒的粒度為150-400目(38 μ m-100 μ m)，圓度范圍為O. 85-1，分解溫度為300-450°C。所述丙烯酸樹脂優(yōu)選為醇溶性固體丙烯酸樹脂。本發(fā)明提供的所述陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的制備方法，包括如下操作步驟步驟一，將上述陶瓷結(jié)合劑、上述金剛石磨料、上述填料、上述造孔劑以及上述臨時(shí)結(jié)合劑按上述重量配比混合均勻后造粒，然后烘干成球形生坯料，其粒徑優(yōu)選為250-1000 μ m (造粒采用18-60目的篩子)，再將上述生坯料均勻裝入成型模具中，在預(yù)定壓力下預(yù)壓成型，脫模后得到陶瓷砂輪節(jié)塊生坯，再將成型的上述節(jié)塊生坯階段焙燒、表面處理(比如檢測(cè)焙燒得到的陶瓷砂輪塊的強(qiáng)度以及是否有缺陷，檢測(cè)合格時(shí)將其表面清洗干凈，準(zhǔn)備進(jìn)行下道粘結(jié)工序)，從而得到陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的磨塊；步驟二，將基體與步驟一得到的所述磨塊進(jìn)行粘接、修整，從而制備出含有氣孔的上述陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪。所述預(yù)定壓力優(yōu)選為40_120MPa。所述階段焙燒是在空氣中階梯控溫?zé)疲蓛啥紊郎睾蛢啥伪匾约耙欢谓禍剡^程組成溫度控制為2-5°C /min的升溫速率，在造孔劑分解的溫度段保溫10_30min，然后在陶瓷磨塊燒成溫度保溫l_3h，最后以2-5°C /min的速率降到室溫。其中，陶瓷磨塊燒成溫度為660-750°C。降溫和升溫是根據(jù)實(shí)驗(yàn)的情況確定的，保證燒制過程中不發(fā)生熱裂紋等缺陷即可，降溫速率與升溫速率不一定相同。本發(fā)明提到的金剛石磨料、陶瓷結(jié)合劑的原料、臨時(shí)結(jié)合劑、填料以及造孔劑均為市售，其中金剛石磨料、陶瓷結(jié)合劑的原料、臨時(shí)結(jié)合劑、填料為本行業(yè)常用原料，本發(fā)明使用的造孔劑購(gòu)自共榮社公司。下面列舉幾個(gè)本發(fā)明陶瓷結(jié)合劑的實(shí)施例。實(shí)施例I陶瓷結(jié)合劑的原料配比Si0240wt%,Al2O3 12wt%,B203 20wt%,Na20 10wt%,CaF2 12wt%, Li2O 5wt%, TiO2 lwt% ；上述陶瓷結(jié)合劑的制備方法將上述原料按配比混合均勻后在1300°C高溫條件下熔煉lOOmin，水淬后破碎、干燥、篩分得到粒度不大于75 μ m陶瓷結(jié)合劑(采用200目篩子篩分)。實(shí)施例2陶瓷結(jié)合劑的原料配比=SiO245wt%, Al2O3 9wt%,B203 20wt%,Na20 :8. 5wt%, CaF2 llwt%，Li2O :5wt%，TiO2 :1. 5wt% ；上述陶瓷結(jié)合劑的制備方法同實(shí)施例1，得到的陶瓷結(jié)合劑的粒徑不大于75 μ m。下面再列舉幾個(gè)本發(fā)明陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪及其制備方法的實(shí)施例。實(shí)施例3陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪磨塊的原料配比金剛石磨料(粒度小于400目即小于38ym)55重量份，綠碳化硅(粒度小于500目):20重量份，實(shí)施例I得到的陶瓷結(jié)合劑25重量份，醇溶性固體丙烯酸樹脂(白色粉末、粒度小于80目):4重量份，石蠟醇溶液(20wt%)10重量份。陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的制備方法如下步驟一，將上述原料按上述配比于三維混料機(jī)中混合均勻后造粒；然后在干燥箱中烘干成球形生坯料，其粒度為18-60目；再將上述生坯料均勻裝入成型模具中，在SOMPa的壓力下預(yù)壓成型；再將成型的生坯階段焙燒，具體焙燒工藝為溫度控制為約2V Mn的升溫速率，在造孔劑分解的溫度段保溫15min，讓造孔劑充分的分解排出，以防止開裂，再在燒成溫度保溫2h，其中陶瓷砂輪磨塊燒成溫度為700°C，然后以約2°C /min的速度降到500°C，然后隨爐冷卻到室溫；再進(jìn)行表面處理，從而得到陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的磨塊；步驟二，用高性能環(huán)氧樹脂膠黏劑將鋼基體與步驟一得到的合格磨塊進(jìn)行粘接，然后進(jìn)行修整，從而制備出含有氣孔的上述陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪。實(shí)施例4陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪磨塊的原料配比金剛石磨料(270目-400目):70重量份，綠碳化硅(粒度小于325目)10重量份，實(shí)施例I得到的陶瓷結(jié)合劑(200目以細(xì)):20重量份，醇溶性固體丙烯酸樹脂(白色粉末、粒度小于80目):3. 5重量份，石蠟醇溶液(20%):9重量份。陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的制備方法如下步驟一，將上述原料按上述配比于三維混料機(jī)中混合均勻后造粒；然后在干燥箱中烘干成球形生坯料，其粒度為18目-60目；再將上述生坯料均勻裝入成型模具中，在SOMPa的壓力下預(yù)壓成型；再將成型的生坯階段焙燒，具體焙燒工藝為溫度控制為約4°C/min的升溫速率，在造孔劑分解的溫度段保溫30min，讓造孔劑充分的分解排出，以防止開裂，再在燒成溫度保溫3h，其中陶瓷砂輪磨塊燒成溫度為670°C ;然后以約2V Mn的速度降到500°C，然后隨爐冷卻至室溫，再進(jìn)行表面處理，從而得到陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的磨塊；步驟二，用高性能環(huán)氧樹脂膠黏劑將鋼基體與步驟一得到的合格磨塊進(jìn)行粘接，然后進(jìn)行修整，從而制備出含有氣孔的上述陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪。分別采用本發(fā)明實(shí)施例4制備的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪以及傳統(tǒng)的以游離碳化硅為磨料的砂輪研磨加工同樣的金剛玻璃，完成粗、半精加工工序采用的道次和每道次的平均時(shí)間見表I。表I采用傳統(tǒng)砂輪與本發(fā)明砂輪研磨加工金剛玻璃的參數(shù)比較
權(quán)利要求
1.一種陶瓷結(jié)合劑，其特征在于，按重量百分比由以下原料制成，SiO2 40-46wt%,Al2O3 :9_13wt%，B2O3 :18_22wt%，Na2O :8_10wt%，CaF2 :ll_15wt%，Li2O :4_6wt%，TiO2 :l_2wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的陶瓷結(jié)合劑，其特征在于，所述陶瓷結(jié)合劑的粒度<75 μ m。
3.一種金剛石砂輪，包括基體和磨塊，其特征在于，所述磨塊的原料中包含權(quán)利要求I或2的陶瓷結(jié)合劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金剛石砂輪，其特征在于，所述磨塊的原料還包括金剛石磨料、填料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金剛石砂輪，其特征在于，所述磨塊的原料還包括造孔劑和臨時(shí)結(jié)合劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金剛石砂輪，其特征在于，所述造孔劑的重量為所述陶瓷結(jié)合劑、所述金剛石磨料和所述填料總重量的3-10% ;所述臨時(shí)結(jié)合劑的重量為所述陶瓷結(jié)合劑、所述金剛石磨料和所述填料總重量的3-10%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金剛石砂輪，其特征在于，所述磨塊按重量份數(shù)包括以下原料所述陶瓷結(jié)合劑為20-30份；所述金剛石磨料為50-75份；所述填料為0-25份。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金剛石砂輪，其特征在于，當(dāng)所述金剛石磨料粒度為400目以細(xì)時(shí)，所述磨塊按重量份數(shù)包括以下原料所述陶瓷結(jié)合劑為25份，所述金剛石磨料為55份，所述填料為20份；當(dāng)金剛石磨料粒度為400目以粗時(shí)，所述磨塊的按重量份數(shù)包括以下原料所述陶瓷結(jié)合劑為20份，所述金剛石磨料為70份，所述填料為10份。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，其特征在于，所述填料為剛玉和/或碳化娃。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，其特征在于，所述臨時(shí)結(jié)合劑為糊精液、水玻璃、液體石蠟和石蠟醇溶液中的至少一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，其特征在于，所述造孔劑為高分子樹脂球顆粒。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，其特征在于，所述金剛石磨料的粒度為200-3000目。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，其特征在于，所述高分子樹脂球顆粒為丙烯酸樹脂、聚酰亞胺樹脂和固體酚醛樹脂中的一種或多種。
14.權(quán)利要求5-13任一所述陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的制備方法，其特征在于，包括如下操作步驟 步驟一，將所述陶瓷結(jié)合劑、所述金剛石磨料、所述填料、所述造孔劑以及所述臨時(shí)結(jié)合劑混合均勻后造粒，然后烘干成為球形生坯料，再將生坯料均勻裝入成型模具中，在預(yù)定壓力下預(yù)壓成型，再將成型的生坯階段焙燒、表面處理，從而得到陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的磨塊； 步驟二，將基體與步驟一得到的所述磨塊進(jìn)行粘接、修整，從而制備出所述陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的制備方法，其特征在于，所述預(yù)定壓力為40-l20MPa。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的制備方法，其特征在于，所述階段焙燒是溫度控制為2-5°C /min的升溫速率，在造孔劑分解的溫度段保溫10_30min，然后在陶瓷磨塊燒成溫度保溫l_3h，最后以2-5°C /min的速率降到室溫，其中陶瓷磨塊燒成溫度為 660-750°C。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的制備方法，其特征在于，所述步驟一中的球形生坯料的粒徑為250-1000 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金剛石砂輪及其制備方法，屬于磨具領(lǐng)域。該金剛石砂輪包括基體和磨塊，所述磨塊的原料中包含按重量百分比由以下原料制成的陶瓷結(jié)合劑SiO240-46wt%，Al2O39-13wt%，B2O318-22wt%，Na2O8-10wt%，CaF211-15wt%，Li2O4-6wt%，TiO21-2wt%。本發(fā)明的金剛石砂輪能夠有效提升金剛玻璃的加工效率，降低加工成本，減少對(duì)環(huán)境的污染，滿足金剛玻璃研磨加工使用要求。另外，本發(fā)明的結(jié)合劑燒成溫度低、對(duì)磨料的把持力強(qiáng)，在設(shè)計(jì)的工藝制度下大幅降低所用金剛石發(fā)生損傷，且研磨過程中砂輪無需修整。
文檔編號(hào)B24D3/18GK102922436SQ20121045437
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者劉偉, 劉一波, 趙剛, 黃霞 申請(qǐng)人:北京安泰鋼研超硬材料制品有限責(zé)任公司, 安泰科技股份有限公司