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| 刀具企业须重视研发和质量 研究现状分析 |
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发布者： 发布时间：2010/6/20 阅读：9948次 【字体：大 中 小】 |
一、陶瓷结合剂金刚石砂轮应用
陶瓷结合剂金刚石砂轮具有金刚石陶瓷结合剂共同特点，与普通刚玉、碳化硅砂轮相比，它磨削力强，磨削时温度比较低，砂轮磨损比较小;可以适应各种冷却液作用;磨削时砂轮形状保持性好，磨出工件精度高;砂轮内有较多气孔，磨削时有利于排屑散热，不易堵塞、不易烧伤工件;砂轮自锐性比较好，修整间隔时间长，修整比较容易。因此陶瓷结合剂金刚石砂轮国外一些发达国家使用日益增多。
随着科学技术发展，新型材料不断增长，机械加工向高质量、高精度、高效率、自动化方向不断发展，陶瓷结合剂金刚石砂轮应用范围越来越广，用量不断增加。主要应用于金刚石刀具、立方氮化硼刀具、硬质合金及新型工程陶瓷材料粗磨、精磨及超精磨，金属陶瓷、铸铁、陶瓷、宝石、铁氧体，混凝土、耐火材料、纤维增强塑料磨削加工。
金刚石刀具主要集PCD复合片、化学气相沉积(CVD)涂层刀具单晶金刚石刀具等方面。选择合理工艺参数，陶瓷结合剂金刚石砂轮研磨单晶金刚石，研磨效率比金属结合剂砂轮高，磨耗比非常小，加工成本低，因此采用陶瓷结合剂砂轮研磨单晶金刚石，可极大提高破天研磨效率。磨削PCD刀具方面，由于树脂结合剂较软，磨削时容易变形，不能有效地磨削PCD刀具;金属结合剂由于对磨粒结合能力太强而使砂轮自锐性差，磨削效率低，而且金属结合剂砂轮会造成PCD刀具边缘产生最最严重破坏;综合磨削效率、砂轮耐用度及工件表面加工质量，陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削PCD刀具最合适选择。
细粒度陶瓷结合剂金刚石砂轮用于对铬淬火钢轴承滚柱做精密尺寸加工。
陶瓷结合剂金刚石砂轮用于对汽车、拖拉机曲轴、液压泵齿轮颈做精密加工。
有较好韧性陶瓷结合剂金刚石砂轮用于对电视机显像管萤光屏做粗磨精磨。用陶瓷结合剂金刚石砂轮加工集成电路用高性能硅片，加工精度高，加工粗糙度低，且磨后硅片无金属离子污染，加工产品合格率高。
新型工程陶瓷材料由于其自身优良性能，如高硬度，高耐磨性，耐高温性，抗腐蚀性,高刚度重量比，低密度极强化学惰性等，使其科学工业应用日益广泛。如MgO单晶体广泛用高温超导、薄膜基片、激光零件，这些新型材料使用，由于性脆，加工时易产生裂纹，往往也伴随着大量加工问题。金刚石自然界最硬材料，用它制成砂轮解决了玻璃、陶瓷等高硬度材料加工问题。对于新发展氮化硅等工程陶瓷，用树脂或金属结合剂金刚石砂轮进行磨削时，容易出现结合剂对磨粒把持力不够，磨耗增大;或结合剂韧性过大，砂轮气孔少，磨削力下降，砂轮磨钝后难以修整等，使整个磨削加工比较困难。陶瓷结合剂陶瓷质或玻璃质，结合剂刚性好，能耐高温，磨削时适于精修整，不会产生让刀现象。且陶瓷结合剂对磨粒粘附力强，棱角保持性能好，能进行高精度磨削。另外，陶瓷结合剂金刚石砂轮制造过程可以进行硬度气孔上调整，有利于磨削性能提高，通过合理配比及生产控制，不会产生变形，这一点也使砂轮加工精度高原因。
归纳起来用陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削时，具有以下优点：
(1)磨削效率高;
(2)具有很高耐磨性：砂轮耐磨性高，磨粒消耗少，特别磨很硬又很脆工件时最明显;
(3)磨削力小，磨削温度低;
(4)磨削工件精度高、表面质量好，工件形状保持性好。
因此陶瓷结合剂金刚石砂轮陶瓷等一些特殊材料磨削加工，具有越来越明显优势，金刚石砂轮发展有着良好前景。被认为高速、高效、高精、低磨削成本、低环境污染高性能砂轮，具有越来越广泛应用，近来世界各国磨削工具竞相研究开发热点。
二、存在问题
但由于金刚石特性，使它对陶瓷结合剂各项性能有特殊要求，因此目前国内陶瓷结合剂金刚石砂轮还没有得到广泛应用。国内金刚石砂轮主要为树脂金属结合剂，陶瓷结合剂用量还很少。其主要原因：[1]由于生产金刚石砂轮用低温结合剂，为降低耐火度，结合剂引入大量碱性物料，这样得到低温陶瓷结合剂，其各项性能(耐火度低，低热膨胀系数，强度等)不易控制;[2]生产制造时，由于超硬材料惰性，使结合剂对磨粒润湿粘结能力差，降低了结合剂对磨粒结合强度，砂轮磨削加工时，磨粒脱落快，磨耗大;[3]磨削加工，由于陶瓷脆性大，砂轮使用时抗冲击能力、抗疲劳性能都很差，使用容易发生脆裂现象，从而影响砂轮磨削特性，而且陶瓷导热性能差，磨削区域局部温度高，使超硬磨粒容易热损耗，也会影响砂轮磨削特性。这就直接影响了陶瓷结合剂金刚石砂轮使用。
三、研究现状
为解决上述问题，科技工作者从多方面进行了研究，其低温陶瓷结合剂性能影响陶瓷接合剂金刚石砂轮内存质量发展关键因素。因此，研究高强度、低温、低膨胀系数等性能优良低温陶瓷接合剂国内外超硬材料陶瓷砂轮研究重点。
TanakaT，EsakiS，NishidaK等通过有选择地砂轮内增加气孔数量大小，可以使超硬材料套次砂轮自锐性得到进一步改善。
JacksonMJ，BarlowN，MillsB通过控制超硬材料陶瓷砂轮内气孔结构，使生产砂轮具有高粘结强度、磨削加工时有良好磨削效率冷却性能。通过热机械分析、Raman光谱分析等手段，Kuan-HongLin，Shih-FengPeng，Shun-TiabLin对烧结温度、烧结气氛、烧结时间对超硬材料陶瓷砂轮烧成收缩率及金刚石烧损进行了研究，并研究了了陶瓷结合剂金刚石砂轮烧结参数与磨削特性。俄罗斯学者选用超硬材料陶瓷结合剂配方主要以化学成分进行配比，选择硼玻璃或硼铅玻璃体系作为理论研究对象。还对铅玻璃结合剂进行了比较深入研究，但铅一种有毒物质，高温下容易分解。
早上世纪90年代日本研究者研究了陶瓷结合剂金刚石砂轮高效高精磨削时，砂轮浓度、磨粒要求等选择要求。研究Na2O-B2O3-SiO2为基本成分硼硅酸盐玻璃体系结合剂超硬材料砂轮磨削性能;陶瓷结合剂配方主要以化学成份进行配比，选择硼玻璃或硼铅玻璃体系作为理论研究对象。
国外研究，对陶瓷结合剂开始进行增韧补强研究，如对结合剂玻璃相进行微晶化处理，结合剂加入适量合适晶须。他们发现结合剂添加硼酸硅晶须，一方面可以抑制方石英生成，防止方石英100°C～200°C时因体积急剧膨胀而使砂轮产生裂纹;另一方面硼酸铝晶须本身可以起到晶须增强效果，从而提高结合剂抗拉强度。
从国内对超硬材料陶瓷砂轮研究报道发现，研究方向主要有：
对超硬材料磨粒表面进行涂覆，形成过渡层增加结合剂对磨粒粘着力。
利用玻璃、陶瓷等相关理论探讨以Na2O-B2O3-SiO2为基本成分硼硅酸盐玻璃，通过R2O或RO提供自由氧，硼氧三角体[BO3]转化为完全由桥氧组成硼氧四面体[BO4]，使硼结构由层状体转化为与硅氧四面体[SiO4]相似三度空间架状结构，从而加强网络，使玻璃某些性质性质变化曲线上呈现出极大值极小值。而强度高，只砂轮一项特性指标，还必须考虑砂轮市场抗冲击韧性、耐磨性等性能指标。
陶瓷结合剂金刚石研究主要从几个方面，[1]低温、高强、低膨胀系数陶瓷结合剂研究;[2]陶瓷结合剂性能改善研究;[3]陶瓷结合剂与金刚石磨粒之间润湿研究;[4]金刚石磨粒表面改性研究;[5]砂轮结构改善研究;[6]砂轮最佳制备工艺参数研究;[7]最佳磨削工艺参数及磨削方式研究等。
由于陶瓷结合剂与金刚石磨料结合时，难度系数比较大等因素，陶瓷结合剂金刚石砂轮研发生产受到了阻碍。河南胜创超硬材料有限公司工程师克服了陶瓷结合剂金刚石技术难题，工程师率先国内生产出磨宝石用陶瓷结合剂金刚石砂轮，并制定了多种砂轮规格，得到了宝石加工领域青睐。近年研发磨PCD/PCBN刀具陶瓷结合剂金刚石砂轮、磨金刚石复合片陶瓷结合剂金刚石砂轮等系列陶瓷结合剂金刚石砂轮市场取得了良好口碑。《解读金刚石砂轮不同结合剂性能》一文详细分析了不同结合剂金刚石砂轮性能。目前陶瓷结合剂金刚石砂轮还远没有发挥它应有作用，河南胜创超硬材料有限公司研发室肩负着陶瓷结合剂性能、砂轮结构、砂轮制备工艺参数及磨削加工方法、工艺参数等方面作进一步研究，以满足目前国内市场急需要求。 |
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