[发明专利]立方氮化硼纤维磨粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于超硬磨料砂轮的立方氮化硼纤维磨粒，属于超硬磨粒技术领域。

背景技术

1957年美国通用电气公司超硬材料研究部的R.H.Wentorf联想石墨转化成金刚石的道理，采用相似的方法首次成功地合成立方氮化硼（Cubic Boron Nitride，以下简称CBN）微粉颗粒。从20世纪六十年代初到七十年代初期，前苏联、英国、前西德、日本和中国都相继掌握了CBN的合成技术。由于CBN材料的高硬度和具有优于金刚石的热稳定性与化学惰性，引起了加工技术界的极大关注。采用CBN颗粒制作的各种超硬磨料砂轮在钛合金、镍基高温合金、高强度钢、超高强度钢等金属材料的高效精密磨削加工中已得到越来越广泛的应用。

需指出的是，现阶段在制作CBN超硬磨料砂轮时，选用的均为颗粒状CBN磨粒。该类磨粒的长径比通常在1左右，如图1所示。单纯采用这种颗粒状磨粒制作砂轮存在的问题主要在于：无法实现磨粒在树脂、陶瓷、金属结合剂CBN砂轮磨料层内部的规则分布，磨粒总是处于杂乱无序随机状态（注：CBN砂轮通常包括金属基体与磨料层两部分，磨料层是砂轮的工作部分，金属基体起支撑作用，磨料层与金属基体之间通过胶水粘接）。

理论研究和磨削实践已经证实，将CBN磨粒规则排布在砂轮磨料层可以显著提高砂轮的锋利度和寿命，从而达到提高磨削过程的效率和质量的目的。其原因与颗粒状CBN磨粒的无序随机分布状态没有办法实现对陶瓷、金属、树脂结合剂砂轮整个工作过程均具有一致的工作面状态的有效控制密切相关，进而导致CBN超硬磨粒的优异磨削性能无法得到充分发挥与展示。现阶段，磨粒规则排布技术只能在电镀和钎焊砂轮中实现，详见文献(J.C.Aurich,P.Herzenstiel,H.Sudermann,T.Magg.High-performance dry grinding using a grinding wheel with a defined grain pattern.CIRP Annals-Manufacturing Technology,2008,57:357-362）与文献(W.F.Ding,J.H.Xu,M.Shen,Y.C.Fu,B.Xiao,H.H.Su,H.J.Xu.Development and performance of monolayer brazed CBN grinding tools.International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2007,34:491-495）等。但是，由于电镀和钎焊砂轮只存在单层磨粒，使得砂轮的工作寿命显著低于含有多层磨粒的陶瓷、树脂、金属结合剂CBN砂轮。这导致电镀和钎焊CBN砂轮的应用受到很大程度限制。此外，电镀和钎焊CBN砂轮的磨粒规则排布只要求在二维平面内实现，而对于陶瓷、树脂、金属结合剂砂轮的磨料层而言，其磨粒规则排布则要求在三维长方体中实现，难度非常大。这也是陶瓷、树脂、金属结合剂砂轮磨料层至今无法实现磨粒三维规则排布的主要原因。

为了实现陶瓷、树脂、金属结合剂CBN砂轮磨料层内部CBN磨粒的规则分布，人们尝试了很多方法，但均无法取得预期效果，其原因与CBN磨粒为图1所示的颗粒状态直接相关。

发明内容

本发明提出立方氮化硼纤维磨粒，一方面，通过纤维状态对CBN磨粒位置的约束和固定作用，实现陶瓷、树脂、金属结合剂砂轮磨料层内部CBN磨粒的规则排布。另一方面，该种磨粒具有强度高、耐磨性与自锐性好的特点，满足超硬磨料砂轮对磨粒强度、耐磨性与自锐性的要求，从而提高磨削效率与质量。

本发明通过如下技术方案予以实现：

一种立方氮化硼纤维磨粒，包括立方氮化硼磨粒与粘结剂两部分，其中立方氮化硼磨粒表面设有镀钛层或镀铬层，镀层的厚度为5~8μm；粘结剂的组分及重量百分比含量为：Al₂O₃粉末16~20%、B₂O₃粉末28~32%、Na₂O粉末3~10%、其余为SiO₂粉末。磨粒与粘结剂各占比例为磨粒30重量%~40重量%、粘结剂60重量%~70重量%。

采用表面镀钛或镀铬的CBN磨粒，与普通无镀层CBN磨粒相比，其主要作用在于通过表面镀层金属提高烧结过程中玻璃相粘结材料对CBN磨粒的润湿性和把持力，从而提高CBN纤维磨粒的强度、耐磨性与自锐能力。

一种立方氮化硼纤维磨粒的制备方法，包括以下步骤：