[发明专利]粘结磨具

说明书

本发明涉及粘结磨具，特别是砂轮。它一般由分散的、不同粒度的磨料与不同性质的连续粘结材料，例如玻璃、固化树脂或金属混合而成。其中某些磨料是一种称之为“超级磨料”的材料，例如金刚石、立方氮化硼（CBN）或类似物。金刚石和立方氮化硼（CBN）可以是单晶体或多晶体。超级磨料比某些传统磨料，例如氧化铝、氧化锆-氧化铝和碳化硅，硬得多，但也贵得多。

每单位体积的超级磨料的价格一般是其它传统磨料的一千估，但是在磨削某些材料例如工具钢时，这种花费是值得的。采用超级磨料的粒度范围主要约为100-400。一般来说，在现有技术中，已发现虽然在一个含有超级磨料的砂轮中，通常要求有一定量的气孔，但是含有超级磨料的磨具的整个磨削性能与超级磨料在该磨具中所占的体积百分数密切相关。在现有技术中，已把超级磨料与传统磨料在磨具中一起使用，但是在这种产品中传统磨料的功能主要是作为一种填料，若作为磨料在磨具用于硬工件例如工具钢磨削时，对整个磨具的寿命没有什么作用。例如1987年3月24公告的马可霍夫（Makhouf）等人的美国专利US    4652277指出，使用碳化硅和氧化铝有助于使仅在轮缘部分有立方氮化硼（CBN）的砂轮轮缘部分和心部的热膨胀系数尽可能相互接近。但是它没有提出这些传统磨料做为磨料对砂轮的磨削性能直接有所贡献的建议。

已经发现，把一种特殊类型的烧结氧化铝磨料与超级磨料一起使用，可是含有给定体积百分比的超级磨料的粘结磨具的磨削效率在很多应用中得到明显提高。适合于本发明的铝土磨料磨粒在此被称之为“微晶氧化铝”或“MCA”。这些磨料可以用例如美国专利US    4623364和US    4314827所述的溶胶、凝胶工艺制造。而以前一项专利的工艺最佳，它把十分细小的“晶种”加到溶胶中，晶种材料的量不超过最终产品中氧化铝总重量的5%，最好不起过2%。与不采用晶种的美国专利US    4314827的工艺相比，采用引晶技术获得的晶体结构细小得多，而且引晶产品制造的磨料具有更高的密度和硬度。MCA在砂轮成分中可以占到砂轮体积的大约47%，到少至占砂轮体积的10%。显然，MCA的量越大，所节省的成本越多。

本发明的目的在于提供一种烧结氧化铝和超级磨料一起使用的粘结磨具产品，它可用现有的工艺方法制造，成本低，并可提高磨削效率。

用于本发明的微晶氧化铝的特征在于它最好是一种微结构，正如通过在光学或电子显微镜下放大5000～20000倍作传统的横截面检查所揭示的那样，它主要含有致密的十分细小的α氧化铝晶体或铝尖晶石例如铝酸镁的晶体。大多数微晶的最大尺寸不超过0.7微米，而且经常是不超过0.3微米。大多数微晶在放大约5000倍时，一般很少或没有规则面而且大致等轴，纵横比不大于2，通常小于1.5。

除上述主要微晶特征外，本发明所用的微晶氧化铝MCA能够达到其它材料体积的大约40%。所说的其它材料，例如粗氧化铝条状晶体，据信是由一些主要是更细小的微晶生长形成的，或由具有粗劣晶界的尖晶石基体形成的。

本发明所用的微晶氧化铝磨料MCA最好具有至少90%的密度，更好是具有与它们的化学分析相一致的至少95%的理论密度，而且最好具有至少16千兆帕的硬度，更好是至少18千兆帕，最最好是至少19千兆帕的硬度。

另外，本发明的混合磨料的特征是能够集中分布在磨具的外部，例如通过电镀把磨粒夹在支撑面上的金属电镀层之中，或通过把混合磨料放在钎焊型金属合金的周围，然后在真空炉中局部软化或熔化合金，使磨料充分渗进合金之中，以便在磨具冷却后能够固定住它们。这也是传统的适合于使用在本发明上的制造技术。一般来说，根据本发明，现有技术中公知的任何传统类型或形状的采用相当数量的超级磨料的粘结磨具，都可用本发明提供的用具有细小微晶氧化铝磨料取代部分超级磨料的方法，以另一种常规方式有利地制造出来。

本发明的实践和价值可从以下不受限制的实例中进一步得到理论。

实例1-5与对比实例C₁-C₆

这些实例所述的砂轮是用一种特殊类型的陶瓷粘结剂制造的，它具有表1所示的组分。

表1

陶瓷粘结剂Ⅰ的组分

氧化物分子式：Na₂O K₂O MgO CaO SiO₂Al₂O₃B₂O₃Fe₂O₃TiO₂