[发明专利]一种超硬磨具用新型微晶磨料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是关于磨料磨具的，尤其涉及一种新型微晶磨料及其制造方法。

背景技术

磨料磨具是工业生产中必不可少的工具之一，享有“工业的牙齿”的美誉，与现代工业发展有着十分密切的关系。研究表明，磨料是影响磨削加工质量的最重要因素。随着现代工业的发展出现了多样化的加工对象和高的加工要求，以及科研工作者的努力研制成功了许多新的磨料，普通磨料如白刚玉、铬刚玉、棕刚玉、绿碳化硅、黑碳化硅等，超硬磨料金刚石和立方氮化硼，使磨料的磨削加工能力得以提高。

低温陶瓷结合剂是指耐火度低于1000℃的陶瓷结合剂，具有很多优点：耐火度低；强度高；热膨胀系数低；韧性好。此外，还有利于缩短烧成周期，节约成本，改善制品质量。

现在广泛使用的磨料中，传统磨料占绝大部分。以电熔刚玉磨料为例，电熔刚玉磨料是由大的多晶块体，采用机械方法多次击碎碎成细粒，磨削时电熔刚玉磨粒表面产生切向应力，将会使磨料产生裂纹，微裂纹的产生及扩展使磨料磨削性能明显降低，磨粒随着切割重复产生的应力而破裂直至脱落。

在一颗由溶胶-凝胶法制造的微晶刚玉磨料(又称S-G磨料)颗粒中，含有成成千上万个微粒。S-G磨料与普通磨料的破碎结构不同，普通磨料破碎时，破损将产生平面，而磨削时S-G磨料的磨粒仅仅脱落微小的粒子，当它们破碎时，新的切削刃不断暴露出来，因此磨粒仍保持其锋利。S-G磨料独特的破碎方式使磨具寿命延长，这种自锐性还可避免损伤被磨削工件的金相。

发明内容

本发明的目的是，采用合适的低温陶瓷结合剂将微米级的传统磨料微粉有效地粘结起来，制备具有微晶结构特点的新型微晶磨料。同时提供一种新型微晶磨料的制造方法，运用成本低和简单的工艺方法制得强度高、耐磨性能好的新型微晶磨料。

本发明的思路来源于S-G磨料的显微结构，是在现有的磨料基础上，通过改变磨料颗粒的内部组织结构，达到提高磨料磨削性能的要求。采用低温陶瓷结合剂将微米级的磨料有效地粘结在一起，使每个大的磨料颗粒都是由很多个微米级的磨粒组成。在磨削过程中，大磨粒上被磨钝的小磨粒自行破碎脱落，使位于里层的新的磨粒暴露出来继续参与磨削。在保证磨削精度和加工工件表面质量的同时，提高了磨削效率，也大大延长了磨削工具的使用寿命，从而降低了磨削加工的成本。

本发明通过如下技术方案予以实现。

本发明超硬磨具用新型微晶磨料，由磨料微粉与低温陶瓷结合剂组成，其质量份数比为4～5∶1；

所述磨料微粉为微米级的刚玉、金刚石、立方氮化硼和碳化硅中的任意一种；

所述低温陶瓷结合剂，其原料组分及其质量百分比含量为：44～58％SiO₂，2～10％Al₂O₃，15～26％B₂O₃，3～9％Na₂O，4～11％K₂O，1～8％Li₂O，1～6％MgO，2～8％ZnO。

本发明超硬磨具用新型微晶磨料的制造方法，具有如下步骤：

(1)按照低温陶瓷结合剂的原料组分及其质量百分比含量为44～58％SiO₂，2～10％Al₂O₃，15～26％B₂O₃，3～9％Na₂O，4～11％K₂O，1～8％Li₂O，1～6％MgO，2～8％ZnO的化学计量比配制原料，球磨混合均匀；

(2)将步骤(1)的配制原料在1000～1300℃下熔融成玻璃熔液，水淬、干燥，再粉碎成玻璃粉，过250目筛，备用；

(3)按照磨料微粉与步骤(2)制备的玻璃粉即低温陶瓷结合剂的质量份数比为4～5∶1充分混合，再加入2～5％的临时粘结剂糊精粉，混合造粒，于100MPa的压力下成型；

(4)将步骤(3)的成型坯体再破碎造粒，得到新型微晶磨料前驱体；

(5)将步骤(4)的新型微晶磨料前驱体在空气气氛下，于780～960℃下烧结，保温120分钟，随炉冷却后得到新型微晶磨料。

所述新型微晶磨料的形状为颗粒状，尺寸为100～250微米。

所述新型微晶磨料的单颗粒抗压强度达20～30N。