本發(fā)明涉及用于立方氮化硼砂輪的陶瓷復(fù)合結(jié)合劑。
背景技術(shù)：
砂輪是由磨粒、結(jié)合劑和氣孔三個(gè)基本因素組成，磨粒主要起切削作用，氣孔主要起排屑和冷卻作用，結(jié)合劑的主要作用有：1、把磨粒粘結(jié)在一起，做成各種形狀的砂輪；2、使砂輪固結(jié)后，能承受一定的磨削力和回轉(zhuǎn)切線應(yīng)力，具有足夠的回轉(zhuǎn)強(qiáng)度；3、使表面磨粒磨鈍后，受外力作用能產(chǎn)生不同的自動(dòng)脫落能力，即制成各種硬度，工作時(shí)產(chǎn)生自銳作用。因此，結(jié)合劑的選擇對(duì)砂輪產(chǎn)品質(zhì)量特別是強(qiáng)度、硬度有著至關(guān)重要的影響。對(duì)于陶瓷砂輪，其優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品性能主要決定于性能良好的陶瓷結(jié)合劑。目前國(guó)內(nèi)外已有的陶瓷結(jié)合劑種類繁多，隨著科技的進(jìn)步和科研的發(fā)展，難磨削材料品種增多，磨削工藝不斷改進(jìn)，新型結(jié)合劑也越來(lái)越多，但對(duì)制造高速陶瓷立方氮化硼砂輪(使用線速度≥80m/s)，普遍存在強(qiáng)度不過(guò)關(guān)、質(zhì)量不穩(wěn)定、安全性能低等問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于立方氮化硼砂輪的陶瓷復(fù)合結(jié)合劑，該陶瓷復(fù)合結(jié)合劑由100重量份的B-Al-Si系玻璃、0.1-10重量份的Bi-Zn-B系玻璃、3-5重量份的氧化鋁以及5-10重量份的二氧化硅制備而成。
所述B-Al-Si系玻璃由40-60wt％的二氧化硅、15-25wt％的氧化鋁、15-20wt％的B2O3以及10-15wt％的MOx制備而成，所述M為堿土金屬或堿金屬，x為1或2。
所述Bi-Zn-B系玻璃由75-85wt％的Bi2O3、2-7wt％的ZnO、10-15wt％的B2O3、0.5-2.5wt％的WO3以及0.5-2.5wt％的ZrO2制備而成。
所述Bi-Zn-B系玻璃的粒徑為5-100納米。
所述B-Al-Si系玻璃的粒徑為20-100微米。
所述Bi-Zn-B系玻璃經(jīng)過(guò)硼酸酯處理得到，所述硼酸酯與Bi-Zn-B系玻璃的質(zhì)量比為1：5-30。
所述硼酸酯為2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙醇硼酸酯或2-[2-(2-乙氧基乙氧基)乙氧基]乙醇硼酸酯。
一種立方氮化硼砂輪，所述立方氮化硼砂輪由立方氮化硼磨料、糊精溶液以及前述的磨料陶瓷復(fù)合結(jié)合劑制備而成，所述立方氮化硼磨料的用量為80-85wt％，結(jié)合劑的用量為8-15wt％，糊精溶液的用量為5-7wt％，所述糊精溶液為質(zhì)量百分比為10-50％的糊精溶液。
所述立方氮化硼磨料表面經(jīng)過(guò)氧化處理。
一種立方氮化硼砂輪制備方法，所述立方氮化硼砂輪的制備原料包括立方氮化硼磨料、陶瓷復(fù)合結(jié)合劑以及糊精溶液，所述陶瓷復(fù)合結(jié)合劑由100重量份的B-Al-Si系玻璃、0.1-10重量份的Bi-Zn-B系玻璃、3-5重量份的氧化鋁以及5-10重量份的二氧化硅制備而成；
將立方氮化硼磨料、陶瓷復(fù)合結(jié)合劑以及糊精溶液混合均勻得到混合砂輪料，
將混合砂輪料放入模具冷壓成型得到坯塊，成型壓力為60-120Mpa。
將坯塊放入電阻爐中，以1-2攝氏度/分鐘升溫至100攝氏度，保溫30-60分鐘，以3-6攝氏度/分鐘升溫至400-500攝氏度，保溫30-90分鐘，以3-6攝氏度/分鐘升溫至700-800攝氏度，保溫60-240分鐘后停爐，隨爐冷卻，得到立方氮化硼砂輪。
本發(fā)明通過(guò)采用納米級(jí)別的Bi-Zn-B系玻璃，獲得了性能很好的高速陶瓷立方氮化硼砂輪。
參考以下詳細(xì)說(shuō)明更易于理解本申請(qǐng)的上述以及其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
除非另有限定，本文使用的所有技術(shù)以及科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的相同的含義。當(dāng)存在矛盾時(shí)，以本說(shuō)明書(shū)中的定義為準(zhǔn)。
一種用于立方氮化硼砂輪的陶瓷復(fù)合結(jié)合劑，該陶瓷復(fù)合結(jié)合劑由100重量份的B-Al-Si系玻璃、0.1-10重量份的Bi-Zn-B系玻璃、3-5重量份的氧化鋁以及5-10重量份的二氧化硅制備而成。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述B-Al-Si系玻璃由40-60wt％的二氧化硅、15-25wt％的氧化鋁、15-20wt％的B2O3以及10-15wt％的MOx制備而成，所述M為堿土金屬或堿金屬，x為1或2。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述B-Al-Si系玻璃的粒徑為20-100微米。本發(fā)明的B-Al-Si系玻璃可以由市面購(gòu)買得到，例如淄博川大磨料有限公司的硼玻璃粉由二氧化硅、氧化鋁、氧化硼以及氧化鉀組成。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述Bi-Zn-B系玻璃由75-85wt％的Bi2O3、2-7wt％的ZnO、10-15wt％的B2O3、0.5-2.5wt％的WO3以及0.5-2.5wt％的ZrO2組成。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述Bi-Zn-B系玻璃的粒徑為5-100納米。
上述的Bi-Zn-B系玻璃和B-Al-Si系玻璃均可以將所有原料在900-1200攝氏度的溫度下熔融，取出后倒入常溫純水中，收集產(chǎn)物并烘干制備得到。
烘干的產(chǎn)物經(jīng)過(guò)球磨或者經(jīng)過(guò)水淬-高剪切分散-離心噴霧干燥的方法制備得到納米玻璃粉，或采用激光-電阻復(fù)合加熱蒸發(fā)法制備得到納米玻璃粉。上述的制備方法均是本領(lǐng)域的普遍制造方法。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述Bi-Zn-B系玻璃經(jīng)過(guò)硼酸酯處理得到，所述硼酸酯與Bi-Zn-B系玻璃的質(zhì)量比為1：5-30。經(jīng)過(guò)硼酸酯處理后得到的Bi-Zn-B系玻璃表面含有有機(jī)基團(tuán)，更加有利于納米Bi-Zn-B系玻璃分散在連續(xù)的糊精中，從而實(shí)現(xiàn)在燒制過(guò)程中納米Bi-Zn-B系玻璃分散在磨料表面。玻璃陶瓷結(jié)合劑的脆性雖然有助于砂輪的自銳性能，但是脆性顯著導(dǎo)致的砂輪強(qiáng)度較低同樣也是限制陶瓷結(jié)結(jié)合劑砂輪最高使用速度的缺點(diǎn)。由于Bi-Zn-B系玻璃具有較大的熱膨脹系數(shù)，雖然與磨料的熱膨脹系數(shù)并不匹配，但是納米Bi-Zn-B系玻璃含量少但具有較高的強(qiáng)度，在升溫過(guò)程中并不會(huì)影響結(jié)合強(qiáng)度，但是立方氮化硼砂輪意外地在高轉(zhuǎn)速使用時(shí)獲得了脆性與強(qiáng)度的平衡。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述硼酸酯為2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙醇硼酸酯或2-[2-(2-乙氧基乙氧基)乙氧基]乙醇硼酸酯。
一種立方氮化硼砂輪，所述立方氮化硼砂輪由立方氮化硼磨料、糊精溶液以及前述的磨料陶瓷復(fù)合結(jié)合劑制備而成，所述立方氮化硼磨料的用量為80-85wt％，結(jié)合劑的用量為8-15wt％，糊精溶液的用量為5-7wt％，所述糊精溶液為質(zhì)量百分比為10-50％的糊精溶液。
所述立方氮化硼磨料表面經(jīng)過(guò)氧化處理。經(jīng)過(guò)表面處理后，氮化硼磨料表面含有氧化硼。經(jīng)表面處理的氮化硼磨具具有更優(yōu)異的抗折強(qiáng)度和磨削比。
一種立方氮化硼砂輪制備方法，所述立方氮化硼砂輪的制備原料包括立方氮化硼磨料、陶瓷復(fù)合結(jié)合劑以及糊精溶液，所述陶瓷復(fù)合結(jié)合劑由100重量份的B-Al-Si系玻璃、0.1-10重量份的Bi-Zn-B系玻璃、3-5重量份的氧化鋁以及5-10重量份的二氧化硅制備而成；
將立方氮化硼磨料、陶瓷復(fù)合結(jié)合劑以及糊精溶液混合均勻得到混合砂輪料，
將混合砂輪料放入模具冷壓成型得到坯塊，成型壓力為60-120Mpa。
將坯塊放入電阻爐中，以1-2攝氏度/分鐘升溫至100攝氏度，保溫30-60分鐘，以3-6攝氏度/分鐘升溫至400-500攝氏度，保溫30-90分鐘，以3-6攝氏度/分鐘升溫至700-800攝氏度，保溫60-240分鐘后停爐，隨爐冷卻，得到立方氮化硼砂輪。
在下文中，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地描述，但應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅僅是例示的而非限制性的。如果沒(méi)有其它說(shuō)明，所用原料都是市售的。
下面參照幾個(gè)例子詳細(xì)描述本發(fā)明。
實(shí)施例1
陶瓷復(fù)合結(jié)合劑：100重量份平均粒徑為40微米的B-Al-Si系玻璃、1重量份平均粒徑為40納米的Bi-Zn-B系玻璃、4重量份的氧化鋁以及10重量份的二氧化硅。B-Al-Si系玻璃由40wt％的二氧化硅、25wt％的氧化鋁、20wt％的B2O3以及15wt％的氧化鈉制備而成。Bi-Zn-B系玻璃由75wt％的Bi2O3、7wt％的ZnO、15wt％的B2O3、2.5wt％的WO3以及0.5wt％的ZrO2制備而成。
將80重量份的立方氮化硼磨料(粒度100-120)、8重量份的陶瓷復(fù)合結(jié)合劑以及7重量份質(zhì)量百分比為20％的糊精溶液混合均勻得到混合砂輪料，
將混合砂輪料放入模具冷壓成型得到坯塊，成型壓力為60-120Mpa。
將坯塊放入電阻爐中，以2攝氏度/分鐘升溫至100攝氏度，保溫30分鐘，以5攝氏度/分鐘升溫至400攝氏度，保溫60分鐘，以6攝氏度/分鐘升溫至800攝氏度，保溫120分鐘后停爐，隨爐冷卻，加工得到立方氮化硼砂輪。測(cè)試得到立方氮化硼砂輪的抗折強(qiáng)度為66.5MPa)和以120m/s的線速度，磨削深度60微米，在不銹鋼材料上的磨削比為249.2)。
實(shí)施例2
陶瓷復(fù)合結(jié)合劑：取100重量份平均粒徑為30微米的B-Al-Si系玻璃、4重量份平均粒徑為20納米的Bi-Zn-B系玻璃、3重量份的氧化鋁以及5重量份的二氧化硅。B-Al-Si系玻璃由60wt％的二氧化硅、15wt％的氧化鋁、15wt％的B2O3以及10wt％的氧化鉀制備而成。Bi-Zn-B系玻璃由85wt％的Bi2O3、2wt％的ZnO、10wt％的B2O3、0.5wt％的WO3以及2.5wt％的ZrO2制備而成。
將85重量份的立方氮化硼磨料(粒度100-120)、15重量份的陶瓷復(fù)合結(jié)合劑以及5重量份質(zhì)量百分比為20％的糊精溶液混合均勻得到混合砂輪料，
將混合砂輪料放入模具冷壓成型得到坯塊，成型壓力為120Mpa。
將坯塊放入電阻爐中，以2攝氏度/分鐘升溫至100攝氏度，保溫60分鐘，以4攝氏度/分鐘升溫至400攝氏度，保溫90分鐘，以4攝氏度/分鐘升溫至800攝氏度，保溫120分鐘后停爐，隨爐冷卻，加工得到立方氮化硼砂輪。測(cè)試得到立方氮化硼砂輪的抗折強(qiáng)度為65.2MPa和以120m/s的線速度，磨削深度60微米，在不銹鋼材料上的磨削比為245.9。
實(shí)施例3
陶瓷復(fù)合結(jié)合劑；取100重量份的平均粒徑為20微米B-Al-Si系玻璃、0.3重量份平均粒徑為60納米的Bi-Zn-B系玻璃、3重量份的氧化鋁以及7.5重量份的二氧化硅。B-Al-Si系玻璃由60wt％的二氧化硅、15wt％的氧化鋁、15wt％的B2O3以及10wt％的氧化鉀制備而成。Bi-Zn-B系玻璃由75wt％的Bi2O3、7wt％的ZnO、15wt％的B2O3、2.5wt％的WO3以及0.5wt％的ZrO2制備而成
將85重量份的立方氮化硼磨料(粒度100-120)、15重量份的陶瓷復(fù)合結(jié)合劑以及5重量份質(zhì)量百分比為20％的糊精溶液混合均勻得到混合砂輪料，
將混合砂輪料放入模具冷壓成型得到坯塊，成型壓力為120Mpa。
將坯塊放入電阻爐中，以2攝氏度/分鐘升溫至100攝氏度，保溫30分鐘，以4攝氏度/分鐘升溫至400攝氏度，保溫90分鐘，以4攝氏度/分鐘升溫至800攝氏度，保溫240分鐘后停爐，隨爐冷卻，加工得到立方氮化硼砂輪。測(cè)試得到立方氮化硼砂輪的抗折強(qiáng)度為68.2MPa，以120m/s的線速度，磨削深度60微米，在不銹鋼材料上的磨削比為259.9。
實(shí)施例4
陶瓷復(fù)合結(jié)合劑：100重量份平均粒徑為40微米的B-Al-Si系玻璃、1重量份平均粒徑為40納米的Bi-Zn-B系玻璃、4重量份的氧化鋁以及10重量份的二氧化硅。B-Al-Si系玻璃由40wt％的二氧化硅、25wt％的氧化鋁、20wt％的B2O3以及15wt％的氧化鈉制備而成。Bi-Zn-B系玻璃由75wt％的Bi2O3、7wt％的ZnO、15wt％的B2O3、2.5wt％的WO3以及0.5wt％的ZrO2制備而成。Bi-Zn-B系玻璃采用5％質(zhì)量2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙醇硼酸酯處理。
將80重量份的立方氮化硼磨料(粒度100-120)、8重量份的陶瓷復(fù)合結(jié)合劑以及7重量份質(zhì)量百分比為20％的糊精溶液混合均勻得到混合砂輪料，
將混合砂輪料放入模具冷壓成型得到坯塊，成型壓力為60-120Mpa。
將坯塊放入電阻爐中，以2攝氏度/分鐘升溫至100攝氏度，保溫30分鐘，以5攝氏度/分鐘升溫至400攝氏度，保溫60分鐘，以6攝氏度/分鐘升溫至800攝氏度，保溫120分鐘后停爐，隨爐冷卻，加工得到立方氮化硼砂輪。測(cè)試得到立方氮化硼砂輪的抗折強(qiáng)度為80.2Mpa，以120m/s的線速度，磨削深度60微米，在不銹鋼材料上的磨削比為245.8。
實(shí)施例5
陶瓷復(fù)合結(jié)合劑：100重量份平均粒徑為40微米的B-Al-Si系玻璃、1重量份平均粒徑為40納米的Bi-Zn-B系玻璃、4重量份的氧化鋁以及10重量份的二氧化硅。B-Al-Si系玻璃由40wt％的二氧化硅、25wt％的氧化鋁、20wt％的B2O3以及15wt％的氧化鈉制備而成。Bi-Zn-B系玻璃由75wt％的Bi2O3、7wt％的ZnO、15wt％的B2O3、2.5wt％的WO3以及0.5wt％的ZrO2制備而成。Bi-Zn-B系玻璃采用10％質(zhì)量2-[2-(2-乙氧基乙氧基)乙氧基]乙醇硼酸酯處理。
將80重量份的立方氮化硼磨料(粒度100-120，表面氧化處理)、8重量份的陶瓷復(fù)合結(jié)合劑以及7重量份質(zhì)量百分比為20％的糊精溶液混合均勻得到混合砂輪料，
將混合砂輪料放入模具冷壓成型得到坯塊，成型壓力為60-120Mpa。
將坯塊放入電阻爐中，以2攝氏度/分鐘升溫至100攝氏度，保溫30分鐘，以5攝氏度/分鐘升溫至400攝氏度，保溫60分鐘，以6攝氏度/分鐘升溫至800攝氏度，保溫120分鐘后停爐，隨爐冷卻，加工得到立方氮化硼砂輪。測(cè)試得到立方氮化硼砂輪的抗折強(qiáng)度為89.3Mpa，以120m/s的線速度，磨削深度60微米，在不銹鋼材料上的磨削比為294.4。
對(duì)比例1
陶瓷復(fù)合結(jié)合劑：100重量份平均粒徑為40微米的B-Al-Si系玻璃、4重量份的氧化鋁以及10重量份的二氧化硅。B-Al-Si系玻璃由40wt％的二氧化硅、25wt％的氧化鋁、20wt％的B2O3以及15wt％的氧化鈉制備而成。
將80重量份的立方氮化硼磨料(粒度100-120)、8重量份的陶瓷復(fù)合結(jié)合劑以及7重量份質(zhì)量百分比為20％的糊精溶液混合均勻得到混合砂輪料，
將混合砂輪料放入模具冷壓成型得到坯塊，成型壓力為60-120Mpa。
將坯塊放入電阻爐中，以2攝氏度/分鐘升溫至100攝氏度，保溫30分鐘，以5攝氏度/分鐘升溫至400攝氏度，保溫60分鐘，以6攝氏度/分鐘升溫至800攝氏度，保溫120分鐘后停爐，隨爐冷卻，加工得到立方氮化硼砂輪。測(cè)試得到立方氮化硼砂輪的抗折強(qiáng)度為45.2Mpa，以120m/s的線速度，磨削深度60微米，在不銹鋼材料上的磨削比為158.3。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡是根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容所做的均等變化與修飾，均涵蓋在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。