一种超细金刚石陶瓷结合剂堆积磨料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种超细金刚石陶瓷结合剂堆积磨料的制备方法，本发明超细金刚石陶瓷结合剂堆积磨料是在陶瓷结合剂的溶胶里加入超细金刚石微粉，浆料经喷雾干燥获得干坯球形堆积磨料，经煅烧后可以获得超细金刚石陶瓷结合剂堆积磨料。堆积磨料颗粒均为球形、粒度和内部组织结构均匀，可以用于制备树脂结合剂超精密磨削砂轮或金刚石砂带，金刚石磨料具有较高的磨削效率和较长的磨削寿命，主要应用于工程陶瓷、玻璃、硬质合金等材质零部件表面磨削与抛光。

说明书

技术领域

本发明属于材料工程中磨削技术领域，特别涉及到高效、精密磨削用超细金刚石陶瓷 结合剂堆积磨料及其制备方法。

背景技术

制作涂附磨具的三大主要材料是基材、粘结剂及磨料。目前使用的涂附磨具存在以下 弊端：(1)磨料硬度低，降低了磨削效率，缩小了涂附磨具的应用范围；(2)涂附磨具工作层 比较薄，使用寿命短，且在工件表面不能获得一致的粗糙度；(3)采用多层植砂制备的涂附 磨具虽然工作层变厚，但是失去了涂附磨具柔软性这一优点。在精密磨削抛光中，要求磨 具有较长的寿命和对材料均匀一致的切除率，磨粒细小才能获得高的表面光洁度。

在以往采用超细粒度金刚石制备树脂结合剂金刚石砂轮时，由于直接采用的超细金刚 石粉末比表面积大，金刚石分散性差，砂轮制备中废品率高，砂轮制作完成后内部组织均 匀性差和缺陷多，不能满足高性能磨削要求。

发明内容：

本发明的目的是为了解决现有技术问题，提供一种高效、耐磨、组织均匀的超细金刚 石陶瓷结合剂堆积磨料及其制备方法。

本发明技术方案如下：

一种超细金刚石陶瓷结合剂堆积磨料的制备方法，包括以下步骤：

1）溶胶液的制备：将铝溶胶、硅溶胶和ZnNO₃、H₃BO₃、NaNO₃、LiNO₃按照一定的比例 配成溶胶液；该溶胶液中各组分固含量质量为：ZnNO₃7%～10%，SiO₂溶胶固含量28%～31%， Al₂O₃溶胶固含量15%～18%，H₃BO₃26%～29%，NaNO₃7%～9%，LiNO₃10%～15%；

2）造粒：步骤1）配制而成的溶胶液中加入超细金刚石微粉混合均匀并进行造粒，所述的 超细金刚石微粉与溶胶液中固含量质量比为3:2～7:3；

3）煅烧：将步骤2）造粒后的堆积磨料干燥、煅烧，即可得到超细金刚石陶瓷结合剂堆积 磨料颗粒；

所述的超细金刚石陶瓷结合剂堆积磨料颗粒中，超细金刚石微粉均匀分布在由溶胶液 经过干燥、煅烧而成的陶瓷结合剂中。

所述的超细金刚石微粉粒度为W20～W0.5。

步骤2）所述的造粒方式为喷雾法。喷雾压力0.6-0.8MPa，干燥器内温度为250-350℃。

所得的超细金刚石陶瓷结合剂堆积磨料颗粒的粒径大小为0.3mm-1mm。

煅烧温度为680℃～730℃，最高温度保温时间30～40min。

一种超细金刚石陶瓷结合剂堆积磨料，是由述的方法制备而成的磨料。

本发明的有益效果是：（1）本发明制备过程中所用的陶瓷结合剂体系属于低温体系， 在700℃左右煅烧避免了金刚石高温氧化；（2)以溶胶液作为陶瓷结合剂原料，可以使各成 分混合均匀，同时每颗堆积磨料的内部结构组织均匀，克服了传统干混中金刚石不能被结 合剂充分均匀包裹的缺陷；(3)采用超细金刚石微粉作为磨料不仅拓宽了磨具的加工对象， 尤其是对高硬度合金的磨削有很好的效果，而且可以延长磨具的使用寿命，提高生产效率； (4)堆积磨料克服了涂附磨具生产中多层植砂的柔软度问题和树脂结合剂砂轮制备中混料 均匀性及成型困难等问题；(5)堆积磨料可以获得材料的一致切除率和高的表面光洁度。

附图说明

图1为本发明超细金刚石陶瓷结合剂堆积磨料断面结构示意图；

图2为本发明超细金刚石陶瓷结合剂堆积磨料用于涂附磨具结构示意图；

图3为本发明超细金刚石陶瓷结合剂堆积磨料与SiC空心堆积磨料对比磨削图。

图中：1-陶瓷结合剂；2-超细金刚石微粉；3-底胶；4-基材。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，而非限制本发明。

实施例1

本发明制备ZnO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃-Na₂O-Li₂O陶瓷结合剂采用的原料有：SiO₂溶胶、 Al₂O₃溶胶、ZnNO₃、H₃BO₃、NaNO₃、LiNO₃，各组分含量如下表所示：

组分 SiO₂溶胶 Al₂O₃溶胶 ZnNO₃H₃BO₃NaNO₃LiNO₃固含量wt% 31 13 7 27 7 15

取质量分数为10%Al₂O₃溶胶液130克，质量分数为62%的纳米SiO₂溶胶液50克，加 入玻璃烧杯中，再加入其它原料，在45℃的恒温水浴锅内搅拌30min，此时混合溶胶液的 粘度为17mpa.s再向其中加入150g粒度为W1.0超细金刚石微粉，搅拌30min，然后料浆通 过喷雾干燥机的导管进入机器内，喷雾压力为0.6MPa，干燥器内温度为320℃，喷出堆积 磨料球径为0.3～0.5mm，然后将料至于马弗炉中煅烧，煅烧温度为680℃，保温40min，然 后自然冷却至室温。

实施例2

本发明制备ZnO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃-Na₂O-Li₂O陶瓷结合剂采用的原料有：SiO₂溶胶、 Al₂O₃溶胶、ZnNO₃、H₃BO₃、NaNO₃、LiNO₃，各组分含量如下表所示：

组分 SiO₂溶胶 Al₂O₃溶胶 ZnNO₃H₃BO₃NaNO₃LiNO₃固含量wt% 31 13 7 27 7 15

取质量分数为20%Al₂O₃溶胶液65克，质量分数为62%的纳米SiO₂溶胶液50克，加 入玻璃烧杯中，再加入其它原料，在45℃的恒温水浴锅内搅拌30min，此时混合溶胶液的 粘度为25mpa.s,再向其中加入150g粒度为W1.0的超细金刚石微粉，搅拌30min，然后料 浆通过喷雾干燥机的导管进入机器内，喷雾压力为0.7MPa，干燥器内温度为310℃，喷出 堆积磨料球径为0.4～0.6mm，然后将料至于马弗炉中煅烧，煅烧温度为680℃，保温40min， 然后自然冷却至室温。

实施例3

本发明制备ZnO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃-Na₂O-Li₂O陶瓷结合剂采用的原料有：SiO₂溶胶、 Al₂O₃溶胶、ZnNO₃、H₃BO₃、NaNO₃、LiNO₃，各组分含量如下表所示：

组分 SiO₂溶胶 Al₂O₃溶胶 ZnNO₃H₃BO₃NaNO₃LiNO₃固含量wt% 31 13 7 27 7 15

取质量分数为25%Al₂O₃溶胶液52克，质量分数为62%的纳米SiO₂溶胶液50克，加 入玻璃烧杯中，再加入其它原料，在45℃的恒温水浴锅内搅拌30min，此时混合溶胶液的 粘度为30mpa.s,再向其中加入150g粒度为W1.0的超细金刚石微粉，搅拌30min，然后料 浆通过喷雾干燥机的导管进入机器内，喷雾压力为0.7MPa，干燥器内温度为300℃，喷出 堆积磨料球径为0.4～0.6mm，然后将料至于马弗炉中煅烧，煅烧温度为680℃，保温40min， 然后自然冷却至室温。用本次制备的金刚石堆积磨料做成产品与SiC空心堆积磨料产品对 比磨削，本次磨削工件为20#普通碳素钢，规格为Φ78×4，磨削压力为7.13Kg,磨削时间 为15min/次，磨削数据结果如图3所示，从图中可知金刚石作为超硬材料体现了其优越的 磨削性能和耐磨性能。