[发明专利]一种快速合成CBN磨具用陶瓷结合剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于结合剂制备领域，具体涉及一种CBN磨具用陶瓷结合剂的制备方法。

背景技术

陶瓷结合剂CBN磨具是一种高性能的超硬复合材料，具有高硬度，良好的耐磨性以及良好的导热性。由于其优异的性能，陶瓷结合剂CBN磨具已被越来越广泛应用于高速、高效、高精度磨削。与金属、树脂结合剂相比，陶瓷结合剂因具有更优异的性能，例如高弹性模量，低断裂韧性，高的刚性，以及可控的气孔率等而备受关注。随着现代加工技术的不断进步，加工精度、加工效率、加工质量不断提高，陶瓷结合剂CBN磨具的地位越发凸显，已成为国内外学者研究开发的热点。

CBN磨具要求所用的陶瓷结合剂必须能形成十分牢固的结合剂桥梁，且对磨粒有良好的把持能力，才能体现CBN磨具的高硬度。否则，砂轮容易产生回转破裂，会严重威胁人身和设备安全。然而，目前CBN磨具用陶瓷结合剂很难平衡磨具的性能、安全性和产品的一致性。因此，有必要进一步提高陶瓷结合剂的性能，充分利用CBN磨粒的优异性能，来满足现代精密机械加工工业的要求。

目前对于CBN磨具用陶瓷结合剂性能改善的研究主要集中在对结合剂化学组分的研究，其目的是在保证结合剂能够在低温条件完成烧结的前提下，通过改变结合剂化学组分的比例或添加新的化学原料，获得性能尽可能高的结合剂配方。而很少有人试图通过改变陶瓷结合剂的烧结工艺，采用微波烧结的方法来改变陶瓷结合剂的性能。本发明将用微波烧结法代替传统的常压烧结工艺，利用微波电磁场中陶瓷材料的介质损耗使材料整体加热至烧结温度而实现结合剂的烧结和致密化。此方法具有烧结温度低、烧结时间短、温度场均匀、无污染且能源利用率高等特点，比常压烧结节能80%左右。

传统常压烧结烧1300℃以上的高温时，对高温炉子的发热元件、绝热材料及保温材料提出了苛刻的要求，制造和使用成本都比较高。然而，微波是利用自身的介电损耗发热，整个微波装置只有试样处于高温状态，其余部分保持常温状态，所以整个装置结构紧凑、简单，制造和使用成本较低。另外，微波烧结速度快、时间短，从而避免了烧结过程中陶瓷结合剂的异常长大，最终可获得高强度和韧性的超细晶粒结构陶瓷结合剂。

为了更好地满足陶瓷结合剂CBN磨具在加工高速钢、耐热钢、高强度钢、高温合金等难加工材料的高速、高效、高精度磨削领域的应用，有必要探索一种低成本、无污染、工艺简单的CBN磨具用陶瓷结合剂的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型陶瓷结合剂的制备方法，以便更好满足陶瓷结合剂CBN磨具在加工高速钢、耐热钢、高强度钢、高温合金等难加工材料的高速、高效、高精度磨削领域的应用。该方法具有节约能源、降低生产成本，且工艺简单等特点。

本发明的陶瓷结合剂的制备方法包括以下步骤：

a、按质量百分比取10%~20%黏土、15%~25%长石、30%~40%硼玻璃和30%~45%石英混匀，研磨后过100～300目筛，制得混合料；

b、将步骤a制得的混合料熔炼后水淬，所用熔炼的条件是：以8℃/min的速率升温到1400～1600℃后熔炼2～6h；

c、将步骤b制得的产物于100～150℃下干燥5～9h，研磨，过200～300目筛，制得基础陶瓷结合剂；

d、将步骤c制得的基础陶瓷结合剂用压机压制成结合剂毛坯，用微波烧结炉进行烧结，制得本发明的陶瓷结合剂。

本发明所述黏土为高岭石、蒙脱石或伊利石中的任意一种。

本发明所述长石为钾长石、钠长石或钙长石中的任意一种。

本发明所述硼玻璃为硼砂或硼砂玻璃中的任意一种。

本发明所述湿混采用的分散介质为无水乙醇或丙酮中的任意一种。

本发明所述混合、球磨是在高能球磨机、滚动球磨机和研磨机中一种设备中进行。

本发明所述烧结设备为微波烧结炉。

本发明相比现有制备CBN磨具用陶瓷结合剂的方法，具有如下有益效果：

（1）工艺简单。陶瓷结合剂经高温熔块炉熔融、冷淬、研磨、干燥后，即可进行直接微波加热，不需要埋砂处理，操作简单。

（2）有助于降低反应温度，缩短反应时间，节约能源。微波烧结技术具有内外同步加热的效果，相对常压烧结方法，本制备方法可以大幅度降低反应温度，缩短反应时间，有效节约能源。

（3）烧成结合剂成分均匀，无开裂现象。微波烧结可以快速均匀地加热材料而不会引起结合剂开裂或在结合剂内形成热应力，使结合剂内部形成均匀的细晶结构，进而改善陶瓷结合剂的性能。

具体实施方式