一種無鉛微晶玻璃結合劑、超硬材料砂輪及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種結合劑，具體來說是一種超硬材料砂輪用結合劑。
【背景技術】
[0002]在現代精細加工中，超硬材料(金剛石及立方體氮化硼)陶瓷砂輪以其高效精確的特點，在磨削roC、PCBN及硬質合金，以及工程陶瓷上有著不可替代的地位，在加工耐磨材料有著高效和精準的特點。陶瓷結合劑超硬材料砂輪的開發及運用狀況代表著一個國家的加工制造的先進水平。
[0003]我國在研發陶瓷結合劑超硬材料砂輪上相對于發達國家起步較晚，目前尚處于初步階段，特別是用于精確加工的高速砂輪(線速度達120m/S以上)難以滿足要求。陶瓷結合劑一般有三種類型，傳統陶瓷礦物結合劑、玻璃料結合劑和微晶玻璃結合劑。傳統陶瓷礦物結合劑由于把持力不高以及組織結構不均勻，已經逐漸被淘汰。微晶玻璃結合劑結構均勻，熱穩定性好，使模具的機械強度得到提高，但控制微晶玻璃的晶化工藝復雜。陶瓷結合劑與金剛石磨料結合時的難度系數大于與立方氮化硼磨料結合的難度，主要是結合劑對磨料把持力不高，把持不牢。目前對陶瓷結合劑的研究主要集中在結合劑材料對金剛石的浸潤性能性，雖然浸潤性影響把持力，但結合劑對金剛石的浸潤并不是影響砂輪壽命的唯一因素，例如結合劑本身的硬度、膨脹系數等不足仍然會使金剛石磨料脫落。這也是目前雖然我國試驗室研究成果比較多，但目前商業品的S12-Al2O3-B2O3-R2OU為堿金屬)體系微晶玻璃結合劑超硬砂輪難以滿足高速砂輪的要求的因素之一。發明人通過常期的研究和大量的試驗發現，砂輪在切割加工時磨料和結合劑之間主要產生的是拉應力，但現在的研究主要是提高砂輪抗折力和抗壓力。現在的砂輪雖然抗壓強度較高，但抗拉強度不足，使得砂輪在高速工況下磨料顆粒脫落造成壽命較短。例如在萬隆等“砂輪微晶玻璃結合劑的研究”(《金剛石與磨料磨具工程》，2003年12月)中制得的晶化處理后的試件抗折強度達到186MPa，但抗拉強度最高14.2MPa。
【發明內容】
[0004]針對現有技術存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種適用于高速、超硬砂輪的無鉛微晶玻璃結合劑。
[0005]本發明的第二個目的還在于提供一種超硬材料砂輪。
[0006]第三個目的還在于提供一種超硬材料砂輪的制備方法。
[0007]為了實現本發明的第一個目的，采用如下技術方案:一種無鉛微晶玻璃結合劑，其特征在于是由如下重量份數的原料組成的混合粉末熔制成的玻璃熔體:Si02 55-65份、Al2O3 6-9份、T12 2-3份、B2O3 9-15份、Na2O 8-10份、Li2O 6-8份、ZnO 8-10份、P2O5 2-3份和Na3AlF6 2-3份。
[0008]比較優選的是各原料按如下重量份計:S12 60份、Al2O3 8份、T12 2份、B2O3 12份、Na2O 9份、Li2O 7份、ZnO 9份、P2O5 3份和Na3AlF6 3份。
[0009]本發明還提供一種超硬材料砂輪，是以金剛石或CBN為磨料以前述無鉛微晶玻璃結合劑按重量比2.5-3.2:1形成的節塊，粘結于金屬基體上形成的砂輪。
[0010]本發明還提供了一種上述超硬材料砂輪的制備方法，采用如下步驟:
[0011](1)將5102、厶1203、!102、8203、恥20、1^20、2110、？205和他3厶1卩6混合均勻；
[0012](2)將上述混合料在1300_1350°C熔制成玻璃熔體；
[0013](3)球磨后過200#篩得玻璃粉待用；
[0014](4)將作為磨料的金剛石或CBN與過篩后的玻璃粉按體積比2.5-3.2:1的比例，再加入玻璃粉重量0.5-2.0%的糊精粉作為臨時粘結劑混合均勻；
[0015](5)在鋼模具中裝填好混合料，壓制成型；
[0016](6)在760-830 V條件下燒結18小時以上，冷卻出爐；
[0017](7)在590-610°C保溫至少2小時形核，在690-710°C保溫至少2小時晶體成長；
[0018](8)在金屬基本上粘結上節塊。
[0019]本發明具有如下優點:在S12-Al2O3-B2O3-R2O的基礎上，通過加入Ti02、Zn0、P205和Na3AlF6，改善結合劑本身的微晶結構和性能，其抗拉強度可達45MPa以上，可以與金剛石或CBN表成適合高速的超硬砂輪，經過實際工業應用，砂輪比現有S12-Al2O3-B2O3-R2O微晶玻璃結合劑砂輪壽命提高30 %以上。
具體實施例
[0020]下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，以助于理解本發明的內容。
[0021]實施例1
[0022]比較優選的是各原料按如下重量份計:S12 600g,Al2O3 80g、Ti02 20g、B203120g、Na2〇 90g、Li20 70g、Zn0 90g、P205 30g和Na3AlF6 30g。
[0023]超硬材料砂輪的制備方法，采用如下步驟:
[0024](1)將5102、厶1203、!102、8203、恥20、1^20、2110、？205和他3厶1卩6混合均勻；
[0025](2)將上述混合料在1300_1350°C熔制成玻璃熔體；
[0026](3)球磨后過200#篩得玻璃粉待用；
[0027](4)將作為磨料的140金剛石與過篩后的玻璃粉按體積比3:1的比例，再加入玻璃粉重量I Ig的糊精粉混合均勻；
[0028](5)在鋼模具中裝填好混合料，壓制成型；
[0029](6)在800 °C條件下燒結18小時，冷卻出爐；
[0030](7)在600°C保溫2小時形核，在700°C保溫2小時晶體成長；
[0031 ] (8)在金屬基體(鋁或鋼)上粘結上節塊。
[0032]通過進行檢測，砂輪的抗拉強度為60MPa。
[0033]實施例2
[0034]S12 550g、Al203 90g、Ti02 25g、B203 90g、Na20 80g、Li20 60g、Zn0 10g^P2O520g和Na3AlF6 25g。
[0035]超硬材料砂輪的制備方法，采用如下步驟:
[0036](1)將5102、厶1203、!102、8203、恥20、1^20、2110、？205和他3厶1卩6混合均勻；
[0037](2)將上述混合料在1300_1350°C熔制成玻璃熔體；
[0038](3)球磨后過200#篩得玻璃粉待用；
[0039](4)將作為磨料的140金剛石與過篩后的玻璃粉按體積比2.5:1的比例，再加入玻璃粉重量5.3g的糊精粉混合均勻；
[0040](5)在鋼模具中裝填好混合料，壓制成型；
[0041 ](6)在760 °C條件下燒結19小時，冷卻出爐；
[0042](7)在610°C保溫2小時形核，在710°C保溫2小時晶體成長；
[0043](8)在金屬基體(鋁或鋼)上粘結上節塊。
[0044]砂輪抗拉強度為47MPa。
[0045]實施例3
[0046]S12 650g、Al203 60g、Ti02 30g、B203 150g、Na20 100g、Li20 80g、Zn0 80g、P20525g和Na3AlF6 20g。
[0047]超硬材料砂輪的制備方法，采用如下步驟:
[0048](1)將5102、厶1203、1102、8203、恥20、1^20、2110、？205和他3厶1卩6混合均勻；
[0049](2)將上述混合料在1300_1350°C熔制成玻璃熔體；
[0050](3)球磨后過200#篩得玻璃粉待用；
[0051](4)將作為磨料的140金剛石與過篩后的玻璃粉按體積比3.2:1的比例，再加入玻璃粉重量23g的糊精粉混合均勻；
[0052](5)在鋼模具中裝填好混合料，壓制成型；
[0053](6)在830 °C條件下燒結19小時，冷卻出爐；
[0054](7)在590°C保溫2.5小時形核，在690°(:保溫2.5小時晶體成長；
[0055](8)在金屬基體(鋁或鋼)上粘結上節塊。
[0056]經過檢測，砂輪抗拉強度為50MPa。
【主權項】
1.一種無鉛微晶玻璃結合劑，其特征在于是由如下重量份數的原料組成的混合粉末熔制成的玻璃熔體:S12 55-65份、Al2O3 6-9份、T12 2-3份、B2O3 9-15份、Na2O 8-10份、Li2O6-8份、ZnO 8-10份、P2O5 2-3份和Na3AlF6 2-3份。2.如權利要求1所述的無鉛微晶玻璃結合劑，其特征在于:所述各原料按如下重量份if: S12 60份、Al2O3 8份、T12 2份、B2O3 12份、Na2O 9份、Li2O 7份、ZnO 9份、P2053份和Na3AlF6 3份。3.—種超硬材料砂輪，其特征在于是以金剛石或CBN為磨料與權利要求1或2所述的無鉛微晶玻璃結合劑按重量比2.5-3.2:1形成的節塊，粘結于金屬基體上形成的砂輪。4.一種權利要求3所述超硬材料砂輪的制備方法，采用如下步驟: (1)將Si02、Al203、Ti02、B203、Na20、Li20、Zn0、P205和Na3AlF6 混合均勻; (2)將上述混合料在1300-1350°C熔制成玻璃熔體； (3)球磨后過200#篩得玻璃粉待用； (4)將作為磨料的金剛石或CBN與過篩后的玻璃粉按體積比2.5-3.2:1的比例，再加入玻璃粉重量0.5-2.0%的糊精粉作為臨時粘結劑混合均勻； (5)在鋼模具中裝填好混合料，壓制成型； (6)在760-830°C條件下燒結18小時以上，冷卻出爐； (7)在590-610°C保溫至少2小時形核，在690-710 °C保溫至少2小時晶體成長； (8)在金屬基本上粘結上節塊。
【專利摘要】本發明公開了一種無鉛微晶玻璃結合劑及超硬材料砂輪和其制備方法，其特征在于是由如下重量份數的原料組成的混合粉末熔制成的玻璃熔體：SiO2？55-65份、Al2O3？6-9份、TiO2？2-3份、B2O3？9-15份、Na2O？8-10份、Li2O？6-8份、ZnO？8-10份、P2O5？2-3份和Na3AlF6？2-3份。將金剛石或CBN與無鉛微晶玻璃粉結合劑按重量比2.5-3.2：1形成的節塊，粘結于金屬基體上形成的砂輪。這種砂輪抗拉強度大于45MPa，特別適合線速度大于120m/s的高速砂輪。
【IPC分類】C03C10/00, B24D3/14, B24D18/00, B24D3/34
【公開號】CN105666346
【申請號】CN201610182022
【發明人】林增鈴, 陳清波, 林鋒
【申請人】廈門代盟特超硬材料工具有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年3月25日