[發明專利]一種陶瓷結合劑立方氮化硼磨具及其制造方法

有效

• 申請號: 201210319812.3
• 申請日: 2012-08-31
• 公開（公告）號: CN102826854A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 鮑崇高;宋弈僑;邢建東;高義民
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C04B35/5831
• 分類號: C04B35/5831;C04B35/622
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發明屬于磨具制造技術領域，特別涉及一種陶瓷結合劑立方氮化硼磨具及其制造方法。

背景技術

近年來，機械加工新技術向高質量、高精度、高效率、低成本、自動化的方向發展。超硬磨料磨具以其磨料硬度高、熱導率高、使用壽命長等優點廣泛應用于磨削技術各個方面，并成為磨削技術進步的基礎。其中，陶瓷結合劑立方氮化硼cBN磨具因其耐高溫、有氣孔、耐用、便于修整且磨削性能優良等優點，在機械加工的各個方面都得到了廣泛的應用，且使用率逐年增長。

傳統的陶瓷結合劑立方氮化硼cBN磨具中，陶瓷結合劑是在軟化點溫度以下，出現少量液相，通過對立方氮化硼cBN磨粒表面進行潤濕而達到與磨粒之間的物理結合。以這種方式結合的界面在磨具使用的過程中會成為裂紋萌生及擴展的薄弱點，容易發生斷裂。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種陶瓷結合劑立方氮化硼磨具及其制造方法，提高磨具的總體強度，使其在使用過程中不易斷裂，提高磨具的使用安全性，延長磨具的使用壽命。

為達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種陶瓷結合劑立方氮化硼磨具，包括40～50vol％的立方氮化硼cBN磨粒，25～35vol％的陶瓷結合劑，其余為氣孔。

一種陶瓷結合劑立方氮化硼磨具的制造方法，包括以下步驟：

步驟一，按以下組分的重量百分比準備物料：Al₂O₃7～9％、H₃BO₃10～12％、Na₂CO₃7～10％、K₂CO₃2～4％、Li₂CO₃5～8％、ZnO?1～3％、CaCO₃1～3％、MgO1～3％、TiO₂1～3％，余量為Si0₂，把準備好的物料混合均勻；

步驟二，將步驟一所得的混合物料放入電爐內熔燒并水淬制得陶瓷結合劑塊體，熔燒溫度為1150～1250℃，熔燒時間為2～3h；

步驟三，將陶瓷結合劑塊體破碎、球磨、過篩、烘干制成陶瓷結合劑粉體，其中球磨轉速為120～160r/min,球磨時間為8～12h，烘干溫度為50～60℃，烘干時間為1～2h，陶瓷結合劑粉體的粒度為900～1000目；

步驟四，對立方氮化硼cBN磨粒進行表面氧化改性預處理，氧化改性處理的溫度為850℃～950℃，氧化改性處理的時間為50～80min；

步驟五，將步驟三所得的陶瓷結合劑粉體、步驟四所得氧化改性處理的立方氮化硼cBN磨粒和造孔劑NH₄HCO₃混合均勻，得到混合料，其中立方氮化硼cBN磨粒粒度為100～120目，立方氮化硼cBN磨粒占混合料的體積分數為40～50vol％，陶瓷結合劑占混合料的體積分數為25～35vol％，其余為造孔劑NH₄HCO₃，造孔劑的粒度為100～140目；

步驟六，向步驟五所得混合料中加入臨時粘結劑聚乙二醇，并混合均勻得到磨具原料,其中聚乙二醇加入量占混合料的比重為3～6％；

步驟七，將磨具原料放入模具中，然后在壓力機上加壓成型制得磨具生坯，成型壓力為60～120MPa，保壓時間為30～120s；

步驟八，把磨具生坯放入燒結爐內燒結成型，燒結溫度為700～800℃，保溫時間為2～3h，之后隨爐冷卻制得陶瓷結合劑立方氮化硼磨具。

本發明的有益效果在于：

1.對立方氮化硼cBN磨粒進行氧化表面改性處理后，制得的磨具中結合劑與立方氮化硼cBN磨粒之間的結合界面發生了化學反應，結合界面處的各元素分布存在著梯度變化，界面結合方式由物理結合轉變為化學結合，提高了二者界面處的結合力。

2.由于界面處的結合力的增加，使立方氮化硼cBN磨粒與結合劑之間的結合界面不再是使用過程中斷裂的薄弱點，極大的提高了磨具的強度和使用壽命。

3.通過對立方氮化硼cBN磨粒進行表面氧化改性處理來提高結合劑與立方氮化硼cBN磨粒之間的界面結合力，該方法簡便且容易實現。

4.表面氧化改性處理的立方氮化硼cBN磨粒制得的磨具與未表面氧化改性處理的立方氮化硼cBN磨粒制得的磨具相比，強度提高了25～30％，磨削效率提高了2～2.5倍。

附圖說明