[发明专利]一种陶瓷-金属结合剂金刚石磨具及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷-金属结合剂金刚石磨具及其制备方法。

背景技术

金刚石磨具广泛应用于工程陶瓷材料，晶体材料，半导体材料，硬质合金材料以及复合材料的加工。目前在高精密磨削领域，国内主要采用金属结合剂金刚石磨具，该类磨具虽然具有结合力强，磨削寿命长，形状保持性好等特点，但由于粘性过大，易阻塞，自锐性差，不易修整等缺点，在加工时常常造成工件烧伤以及加工效率不高等问题。国外主要采用陶瓷结合剂磨具，陶瓷结合剂金刚石磨具在磨削精度、磨削效率上比金属结合剂金刚石磨具有很大的优势，但是由于陶瓷结合剂材料的脆性大，对金刚石的润湿性差等原因，陶瓷结合剂金刚石磨具的使用寿命一直不理想。另外，由于陶瓷结合剂本身不导电的特点，无法使用金属结合剂金刚石磨具常用的热压烧结工艺，而能使只用冷压烧结，此生产工艺复杂，生产周期长，产品很难满足市场要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种陶瓷-金属结合剂金刚石磨具及其制备方法，本发明的制得的陶瓷-金属结合剂金刚石磨具兼具金属结合剂金刚石磨具和陶瓷结合剂磨具的优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种陶瓷-金属结合剂金刚石磨具的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按照以下组分及重量比例准备物料并球磨制得金属-陶瓷结合剂：SiO₂ 40-50％、Al₂O₃ 8-15％、B₂O₃ 12-20％、Li₂O 3-6％、Na₂O 6-12％、K₂O 3-6％、ZnO 2-8％、Ti 1-10％、Al 1-5％；

步骤2：将步骤1所得的金属-陶瓷结合剂与金刚石磨料混合，得到混合料，混合料中金刚石磨料占混合料总重量的70-77％，陶瓷-金属结合剂23-30％；

步骤3：往混合料中再加入质量百分比为3-5％的质量浓度为8-12％的甲基纤维素水溶液或加质量百分比为3-5％的质量浓度为2-4％聚乙烯醇水溶液，并混合，得到磨具原料；

步骤4：将步骤3所得到的磨具原料依次进行热压成型和冷却脱模，即制得陶瓷-金属结合剂金刚石磨具。

步骤3的具体步骤为：

将混合后的磨具原料加入模具中，在热压机上在780-850℃条件下烧结，烧结同时在2-3KN/cm²压力条件下成型，保温保压5-10min，然后停止加热，自然冷却后脱模，即得到陶瓷-金属结合剂金刚石磨具。

升温速度为80-120℃/min，加压速度为0.2-0.4KN/min，加压和加温同时进行。

Ti粉和Al粉的粒度均为≤20μm；金刚石磨料的粒度为120-150μm。

步骤1中，球磨之后将球磨后的物料通过200目筛网。

一种所述的陶瓷-金属结合剂金刚石磨具，采用前述的陶瓷-金属结合剂金刚石磨具的制备方法制得。

有益效果：

本发明的陶瓷-金属结合剂金刚石磨具及其制备方法，创造性地将陶瓷与金属原料相结合，即在原陶瓷结合剂中加入金属粉末，经球磨混合后制成陶瓷-金属结合剂，所得陶瓷-金属结合剂和金刚石按照一定比例混合后，装入石墨磨具中进行热压烧结而成。Al与ti同时加入陶瓷结合剂中间，能提高了结合剂的韧性和强度，从而改善磨具的使用性能。其中Al与Ti在热压条件下部分生成了TiAl₃和TiAl两类质点较硬的金属间化合物，其分布于陶瓷结合剂中，起到弥散强化作用，能提高陶瓷-金属结合剂的强度和硬度(参见图1)。其次，Al与Ti在金刚石表面生成AlTi₃C，实现陶瓷-金属结合剂与金刚石的化学结合，改善陶瓷-金属结合剂与金刚石之间的润湿性，使结合剂对金刚石包裹的更加完整，如图2所示(图2中看不到明显的裸露的金刚石颗粒，说明金刚石完全被结合剂包裹，且流动性较好)从而提高了陶瓷-金属结合剂对金刚石的把持力。

主要优点如下：

1.陶瓷-金属结合剂金刚石磨具中结合剂的主要成分为高强度、低熔点陶瓷，保留陶瓷磨具中磨削力小、生产效率高、使用寿命长、易于整形与修锐、磨削精度高的优点。

2.结合剂中加入的强碳化合物形成元素Ti对金刚石的亲和能力很强，在高温下容易与金刚石表面生成TiC物质，从而改善陶瓷-金属结合剂对金刚石的润湿性，提高了结合剂对金刚石磨料的把持力，进而达到延长磨具使用寿命的目的。